JP5831108B2 - 自動車用温調システム - Google Patents
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Description
以下に、本発明の第1実施形態に係る自動車用温調システム10について説明する。
自動車用温調システム10は、ハイブリッド車や電気自動車等のバッテリが走行用の電力源である車に用いられる温調システムであって、温調装置11と、制御装置60とを備えている。温調装置11は、車内の空調を行うための空調用冷媒回路20と、バッテリ以外の電装品41の冷却を行うための電装品冷却回路30と、空調用冷媒回路20を流れる冷媒と電装品冷却回路30を流れる流体との間で熱交換を行わせる協調熱交換器50と、を備えている。制御装置60は、温調装置11の備える各種機器を制御するための装置である。この自動車用温調システム10では、制御装置60が温調装置11の備える各種機器を制御することで、車内の空調(冷房及び暖房等)、及び、電装品41の冷却が行われる。
(2−1)温調装置の構成
温調装置11の備える空調用冷媒回路20は、図1に示すように、主に、圧縮機80と、四路切替弁81と、外気用熱交換器82と、空調用熱交換器87と、を含む蒸気圧縮式の冷媒回路である。また、空調用冷媒回路20は、主冷媒回路21と、主冷媒回路21から分岐しており、協調熱交換器50が接続されている空調側分岐配管22と、を有する。
主冷媒回路21には、図1に示すように、圧縮機80と、外気と熱交換を行う外気用熱交換器82と、空調用制御弁83と、車内を空調するための空調用熱交換器87と、が順に接続されている。
主冷却回路31には、図1に示すように、ポンプ40と、冷却器42と、冷却器用制御弁44と、放熱器45と、が順に接続されている。
制御装置60は、図2に示すように、温調装置11の有する各種機器と接続されており、車内の空調及び電装品41の冷却等を行うために各種機器の動作制御を行う。より詳しくは、制御装置60は、空調用制御弁83及び制御弁87aの弁開度や内ファン84の回転数を調整する制御を行うことで空調用熱交換器87における熱交換量を制御したり、冷却器用制御弁44の弁開度を調整する制御を行うことで放熱器45における熱交換量を制御したり、調整弁43,89の弁開度を調整する制御を行うことで、協調熱交換器50における熱交換量を制御したりする。
次に、実行部61による各モード実行時における各種機器の制御動作について説明する。
通常冷房モードでは、四路切替弁81が第1状態に切り替えられ、制御弁87aの弁開度が全開となるように調整される。そして、圧縮機80の回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の冷房能力又は除湿能力に応じて調整される。また、冷却器用制御弁44の弁開度は全開となるように調整され、ポンプ40の出力は、冷却器42における冷却能力に応じて調整される。さらに、調整弁43,89の弁開度は、全閉となるように調整される。
高負荷通常冷房モードでは、四路切替弁81が第1状態に切り替えられ、制御弁87aの弁開度が全開となるように調整される。そして、圧縮機80の回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の冷房能力又は除湿能力に応じて調整される。また、冷却器用制御弁44の弁開度は所定開度となるように調整され、ポンプ40の出力は、最大出力となるように調整される。さらに、調整弁89の弁開度は、放熱器45における冷却能力の不足分を補うことができるだけの冷媒が協調熱交換器50に流れるように調整される。具体的には、調整弁89の弁開度は、協調熱交換器50の出口側の過熱度が所定値となるように制御される。一方、調整弁43の弁開度は、放熱器45における冷却能力の不足分を補うことができるだけの流体が協調熱交換器50に流れるように調整される。具体的には、調整弁43の弁開度は、冷却器42の出口側の流体温度が電装品41を正常な温度に保つために必要な所定温度に調整される。前記所定温度は、電装品41の負荷(高負荷の場合は、温度を下げる)によって変化させる。
暖房モードでは、四路切替弁81が第2状態に切り替えられる。また、圧縮機80の回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の暖房能力に応じて調整され、制御弁87aの弁開度は、車内の除湿能力に応じて調整される。また、冷却器用制御弁44の弁開度は全閉となるように調整され、ポンプ40の出力は、冷却器42における冷却能力に応じて調整される。さらに、調整弁89の弁開度は、協調熱交換器50に所定量の冷媒が流れるように調整される。具体的には、調整弁89の弁開度は、協調熱交換器50の出口側の過熱度が所定値となるように制御される。一方、調整弁43の弁開度は、全開となるように調整される。
(4−1)
従来より、ハイブリッド車や電気自動車等の備える電装品を冷却するための電装品冷却回路が車に搭載されているものがある。そして、従来の電装品冷却回路では、電装品から受熱した流体の放熱が、放熱器のみによって行われる場合がる。
従来の自動車用温調システムには、車内暖房時に空調用冷媒回路と電装品冷却回路との間で熱交換を行うことで、電装品からの排熱を車内の暖房に利用しているものがある。一方で、従来の自動車用温調システムでは、車内の冷房時には、空調用冷媒回路と電装品冷却回路との間で熱交換が行われておらず、熱が相互に利用されていない。このような自動車用温調システムでは、電装品冷却回路の備える放熱器が、車内冷房時の最大熱負荷で機能するサイズに設計される必要がある。
本実施形態では、調整弁89の弁開度が調整されることで、協調熱交換器50に向かって流れる冷媒の流量が調整される。また、調整弁43の弁開度が調整されることで、協調熱交換器50に向かって流れる流体の流量が調整される。このため、この自動車用温調システム10では、調整弁43,89の弁開度を調整することで、協調熱交換器50における熱交換量を調整することができている。
本実施形態では、空調用熱交換器87が、第1熱交換器85と、膨張機構である制御弁87aを介して第1熱交換器85に接続される第2熱交換器86と、を有している。また、制御弁87aの弁開度が調整されることで、第1熱交換器85及び第2熱交換器86を凝縮器或いは蒸発器として機能させたり、第1熱交換器85を凝縮器として機能させ第2熱交換器86を蒸発器として機能させたりすることができる。このため、この自動車用温調システム10では、第1熱交換器85が凝縮器として機能する場合、すなわち、車内の暖房時に、第2熱交換器86を蒸発器として機能させて、車内を除湿することができる。
電気自動車では、ガソリン車のようにエンジンの排熱を車内暖房に利用することができないため、車内暖房時の熱源としてヒータ等が利用されることが多い。
(5−1)変形例1A
上記実施形態では、電装品冷却回路30では、電装品41の冷却のみが行われている。
以下に、本発明の第2実施形態に係る自動車用温調システムについて説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と同様の構成の機器については、第1実施形態と同様の符号を付している。
自動車用温調システムは、ハイブリッド車や電気自動車等のバッテリが走行用の電力源である車に用いられる温調システムであって、温調装置211と、制御装置とを備えている。温調装置211は、車内の空調を行うための空調用冷媒回路220と、バッテリ以外の電装品41の冷却を行うための電装品冷却回路30と、空調用冷媒回路220を流れる冷媒と電装品冷却回路30を流れる流体との間で熱交換を行わせる協調熱交換器50と、を備えている。制御装置は、温調装置211の備える各種機器を制御するための装置である。この自動車用温調システムでは、制御装置が温調装置211の備える各種機器を制御することで、車内の空調(冷房及び暖房等)、及び、電装品41の冷却が行われる。
(2−1)温調装置の構成
温調装置211の備える空調用冷媒回路220は、図4に示すように、主に、圧縮機80と、四路切替弁81と、外気用熱交換器82と、空調用熱交換器87と、を含む蒸気圧縮式の冷媒回路である。また、空調用冷媒回路220は、主冷媒回路221と、主冷媒回路221から分岐しており、第2熱交換器86が接続されている第1空調側分岐配管225と、協調熱交換器50が接続されている第2空調側分岐配管222と、を有する。
主冷媒回路221には、図4に示すように、圧縮機80と、外気と熱交換を行う外気用熱交換器82と、空調用制御弁83と、車内を空調するための空調用熱交換器87の第1熱交換器85と、が順に接続されている。なお、圧縮機80、空調用制御弁83、外気用熱交換器82、第1熱交換器85の構成は、それぞれ、第1実施形態の構成と同様であるため説明を省略する。一方で、主冷媒回路221では、図4に示すように、第1熱交換器85が、空調用制御弁83と冷媒配管223aで接続されている。
電装品冷却回路30は、上述のように、主冷却回路31と、電装品側分岐配管32と、を有する。なお、本実施形態における電装品冷却回路30の構成は、第1実施形態で説明した構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
制御装置は、温調装置211の有する各種機器と接続されており、車内の空調及び電装品41の冷却等を行うために各種機器の動作制御を行う。なお、本実施形態における制御装置の構成は、第1実施形態で説明した構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、実行部による各モード実行時における各種機器の制御動作について説明する。
通常冷房モードでは、四路切替弁81が第1状態に切り替えられ、制御弁87aの弁開度が所定開度となるように調整される。そして、圧縮機80の回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の冷房能力又は除湿能力に応じて調整される。また、冷却器用制御弁44の弁開度は全開となるように調整され、ポンプ40の出力は、冷却器42における冷却能力に応じて調整される。さらに、調整弁43,89の弁開度は、全閉となるように調整される。
高負荷通常冷房モードでは、四路切替弁81が第1状態に切り替えられ、制御弁87aの弁開度が所定開度となるように調整される。そして、圧縮機80の回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の冷房能力又は除湿能力に応じて調整される。また、冷却器用制御弁44の弁開度は所定開度となるように調整され、ポンプ40の出力は、最大出力となるように調整される。さらに、調整弁89の弁開度は、放熱器45における冷却能力の不足分を補うことができるだけの冷媒が協調熱交換器50に流れるように調整される。具体的には、調整弁89の弁開度は、協調熱交換器50の出口側の過熱度が所定値となるように制御される。一方、調整弁43の弁開度は、放熱器45における冷却能力の不足分を補うことができるだけの流体が協調熱交換器50に流れるように調整される。具体的には、調整弁43の弁開度は、冷却器42の出口側の流体温度が電装品41を正常な温度に保つために必要な所定温度に調整される。前記所定温度は、電装品41の負荷(高負荷の場合は、温度を下げる)によって変化させる。
暖房モードでは、四路切替弁81が第2状態に切り替えられる。また、圧縮機80の回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の暖房能力に応じて調整され、制御弁87aの弁開度は、車内の除湿能力に応じて調整される。また、冷却器用制御弁44の弁開度は全閉となるように調整され、ポンプ40の出力は、冷却器42における冷却能力に応じて調整される。さらに、調整弁89の弁開度は、協調熱交換器50に所定量の冷媒が流れるように調整される。具体的には、調整弁89の弁開度は、協調熱交換器50の出口側の過熱度が所定値となるように制御される。一方、調整弁43の弁開度は、全開となるように調整される。
(4−1)
従来より、ハイブリッド車や電気自動車等の備える電装品を冷却するための電装品冷却回路が車に搭載されているものがある。そして、従来の電装品冷却回路では、電装品から受熱した流体の放熱が、放熱器のみによって行われる場合がる。
本実施形態では、高負荷冷房モード実行時では、第2空調側分岐配管222には、外気用熱交換器82で凝縮され空調用制御弁83で減圧された冷媒が流れる。また、暖房モード実行時では、第2空調側分岐配管222には、第1熱交換器85で凝縮された冷媒が流れる。そして、第2空調側分岐配管222を流れる冷媒は、協調熱交換器50において、電装品側分岐配管32を流れる流体と、熱交換を行う。このため、車内の冷房時及び暖房時のいずれの場合であっても、協調熱交換器50において、低温の冷媒と、電装品41から受熱した流体と、の間で熱交換を行わせることができる。この結果、協調熱交換器50において熱交換が行われることで、電装品冷却回路30内を流れる流体を冷却することができる。
本実施形態では、調整弁89の弁開度が調整されることで、協調熱交換器50に向かって流れる冷媒の流量が調整される。また、調整弁43の弁開度が調整されることで、協調熱交換器50に向かって流れる流体の流量が調整される。このため、この自動車用温調システムでは、調整弁43,89の弁開度を調整することで、協調熱交換器50における熱交換量を調整することができている。
本実施形態では、空調用熱交換器87が、第1熱交換器85と、膨張機構である制御弁87aを介して第1熱交換器85に接続される第2熱交換器86と、を有している。また、制御弁87aの弁開度が調整されることで、第2熱交換器86を蒸発器として機能させることができる。このため、この自動車用温調システムでは、第1熱交換器85が凝縮器として機能する場合、すなわち、車内の暖房時に、第2熱交換器86を蒸発器として機能させて、車内を除湿することができる。
電気自動車では、ガソリン車のようにエンジンの排熱を車内暖房に利用することができないため、車内暖房時の熱源としてヒータ等が利用されることが多い。
(5−1)変形例2A
上記実施形態では、電装品冷却回路30では、電装品41の冷却のみが行われている。
以下に、本発明の第3実施形態に係る自動車用温調システムについて説明する。なお、第3実施形態では、第1実施形態と同様の構成の機器については、第1実施形態と同様の符号を付している。
自動車用温調システムは、ハイブリッド車や電気自動車等のバッテリが走行用の電力源である車に用いられる温調システムであって、温調装置311と、制御装置とを備えている。温調装置311は、車内の空調を行うための空調用冷媒回路320と、バッテリ以外の電装品41の冷却を行うための電装品冷却回路30と、空調用冷媒回路320を流れる冷媒と電装品冷却回路30を流れる流体との間で熱交換を行わせる協調熱交換器50と、を備えている。制御装置は、温調装置311の備える各種機器を制御するための装置である。この自動車用温調システムでは、制御装置が温調装置311の備える各種機器を制御することで、車内の空調(冷房及び暖房等)、及び、電装品41の冷却が行われる。
(2−1)温調装置の構成
温調装置311の備える空調用冷媒回路320は、図5に示すように、主に、第1圧縮機380aと、第2圧縮機380bと、四路切替弁81と、外気用熱交換器82と、空調用熱交換器87と、を含む蒸気圧縮式の冷媒回路である。また、空調用冷媒回路320は、主冷媒回路321と、主冷媒回路321から分岐しており、第2熱交換器86及び協調熱交換器50が接続されている空調側分岐配管322と、を有する。
主冷媒回路321には、図5に示すように、第1圧縮機380aと、外気と熱交換を行う外気用熱交換器82と、空調用制御弁83と、車内を空調するための空調用熱交換器87の第1熱交換器85と、が順に接続されている。なお、空調用制御弁83、外気用熱交換器82の構成は、それぞれ、第1実施形態の構成と同様であるため説明を省略する。
電装品冷却回路30は、上述のように、主冷却回路31と、電装品側分岐配管32と、を有する。なお、本実施形態における電装品冷却回路30の構成は、第1実施形態で説明した構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
制御装置は、温調装置311の有する各種機器と接続されており、車内の空調及び電装品41の冷却等を行うために各種機器の動作制御を行う。より詳しくは、制御装置は、空調用制御弁83及び制御弁87aの弁開度や内ファン84の回転数を調整する制御を行うことで空調用熱交換器87における熱交換量を制御したり、冷却器用制御弁44の弁開度を調整する制御を行うことで放熱器45における熱交換量を制御したり、制御弁87aや調整弁43の弁開度を調整する制御を行うことで、協調熱交換器50における熱交換量を制御したりする。なお、制御装置は、第1圧縮機380a及び第2圧縮機380bの駆動を個別に制御することができる。
次に、実行部による各モード実行時における各種機器の制御動作について説明する。
通常冷房モードでは、四路切替弁81が第1状態に切り替えられ、制御弁87aの弁開度が全閉となるように調整される。そして、第1圧縮機380aの回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の冷房能力又は除湿能力に応じて調整される。また、冷却器用制御弁44の弁開度は全開となるように調整され、ポンプ40の出力は、冷却器42における冷却能力に応じて調整される。さらに、調整弁43の弁開度は、全閉となるように調整される。なお、通常冷房モードでは、第2圧縮機380bは駆動されない。
高負荷通常冷房モードでは、四路切替弁81が第1状態に切り替えられる。また、制御弁87aの弁開度は、第2圧縮機380bの吸入過熱度が所定値となるように調整される、いわゆる過熱度制御が行われる。そして、第1圧縮機380aの回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の冷房能力又は除湿能力に応じて調整される。一方、第2圧縮機380bの回転数は、第2圧縮機380bの吸入圧力に応じて制御される。また、冷却器用制御弁44の弁開度は所定開度となるように調整され、ポンプ40の出力は、最大出力となるように調整される。さらに、調整弁43の弁開度は、放熱器45における冷却能力の不足分を補うことができるだけの流体が協調熱交換器50に流れるように調整される。具体的には、調整弁43の弁開度は、冷却器42の出口側の流体温度が電装品41を正常な温度に保つために必要な所定温度に調整される。前記所定温度は、電装品41の負荷(高負荷の場合は、温度を下げる)によって変化させる。
暖房モードでは、四路切替弁81が第2状態に切り替えられる。また、第1圧縮機380aの回転数及び空調用制御弁83の弁開度は、車内の暖房能力に応じて調整される。一方、第2圧縮機380bの回転数は、第2圧縮機380bの吸入圧力に応じて制御される。また、制御弁87aの弁開度は、第2圧縮機380bの吸入過熱度が所定値となるように調整される、いわゆる過熱度制御が行われる。また、冷却器用制御弁44の弁開度は全閉となるように調整され、ポンプ40の出力は、冷却器42における冷却能力に応じて調整される。また、調整弁43の弁開度は、全開となるように調整される。
(4−1)
従来より、ハイブリッド車や電気自動車等の備える電装品を冷却するための電装品冷却回路が車に搭載されているものがある。そして、従来の電装品冷却回路では、電装品から受熱した流体の放熱が、放熱器のみによって行われる場合がる。
本実施形態では、高負荷冷房モード実行時、及び、暖房モード実行時に、空調側分岐配管322には、第2熱交換器86において蒸発された冷媒が流れる。そして、空調側分岐配管322を流れる冷媒は、協調熱交換器50において、電装品側分岐配管32を流れる流体と、熱交換を行う。このため、車内の冷房時及び暖房時のいずれの場合であっても、協調熱交換器50において、低温の冷媒と、電装品41から受熱した流体と、の間で熱交換を行わせることができる。この結果、協調熱交換器50において熱交換が行われることで、電装品冷却回路30内を流れる流体を冷却することができる。
本実施形態では、制御弁87aの弁開度が調整されることで、協調熱交換器50に向かって流れる冷媒の流量が調整される。また、調整弁43の弁開度が調整されることで、協調熱交換器50に向かって流れる流体の流量が調整される。このため、この自動車用温調システムでは、制御弁87a及び調整弁43の弁開度を調整することで、協調熱交換器50における熱交換量を調整することができている。
本実施形態では、空調用熱交換器87が、第1熱交換器85と、膨張機構である制御弁87aを介して第1熱交換器85に接続される第2熱交換器86と、を有している。また、制御弁87aの弁開度が調整されることで、第2熱交換器86を蒸発器として機能させることができる。このため、この自動車用温調システムでは、第1熱交換器85が凝縮器として機能する場合、すなわち、車内の暖房時に、第2熱交換器86を蒸発器として機能させて、車内を除湿することができる。
電気自動車では、ガソリン車のようにエンジンの排熱を車内暖房に利用することができないため、車内暖房時の熱源としてヒータ等が利用されることが多い。
本実施形態では、冷媒を圧縮する圧縮機として、第1圧縮機380aと、第1圧縮機380aと並列に設けられた第2圧縮機380bと、が含まれる。第1圧縮機380aは、主冷媒回路321に設けられており、第1圧縮機380aの吸入部は、吸入側冷媒配管によって、四路切替弁81と接続されている。また、第2圧縮機380bの吸入部は、空調側分岐配管322によって冷媒配管323aと接続されており、第2圧縮機380bには、第2熱交換器86及び協調熱交換器50で熱交換が行われた冷媒が吸入される。このため、この自動車用温調システムでは、第1圧縮機380a及び第2圧縮機380bを個別に制御することで、外気用熱交換器82、第1熱交換器85、第2熱交換器86及び協調熱交換器50に流れる冷媒の流量を細かく制御することができる。したがって、協調熱交換器50における熱交換量が調整しやすくなっている。
(5−1)変形例3A
上記実施形態では、電装品冷却回路30では、電装品41の冷却のみが行われている。
上記実施形態では、空調用冷媒回路320において、第2熱交換器86の下流側に協調熱交換器50が配置されており、第2熱交換器86で熱交換が行われた冷媒が、協調熱交換器50に流れる構成となっている。
上記実施形態では、電装品冷却回路30には、冷却器用制御弁44及び調整弁43が設けられている。これに代えて、図7に示すように、電装品冷却回路530において、冷却器42と放熱器45とを接続する冷却配管33からの電装品側分岐配管32の分岐部分に、流体の流量調整可能な三方弁543が設けられていてもよい。
20 空調用冷媒回路
22 空調側分岐配管(第2配管)
23 冷媒配管(第1配管)
30 電装品冷却回路
32 電装品側分岐配管(第4配管)
33 冷却配管(第3配管)
40 ポンプ
41 電装品
42 冷却器
43 調整弁(第2調整弁)
45 放熱器
50 協調熱交換器
60 制御装置(調整制御装置)
80 圧縮機
81 四路切替弁
82 外気用熱交換器
85 第1熱交換器(内気用熱交換器)
86 第2熱交換器(副内気用熱交換器)
87a 制御弁(膨張機構)
89 調整弁(第1調整弁)
380a 第1圧縮機
380b 第2圧縮機
Claims (5)
- 圧縮機(80)と、四路切替弁(81)と、外気と熱交換を行う外気用熱交換器(82)と、車内の空気と熱交換を行う内気用熱交換器(85)と、を含む空調用冷媒回路(20)と、
ポンプ(40)と、電装品(41)を冷却する冷却器(42)と、前記冷却器において熱交換が行われた流体を冷却するための放熱器(45)と、を含む電装品冷却回路(30)と、
前記空調用冷媒回路を流れる冷媒と前記電装品冷却回路を流れる流体との間で熱交換を行わせる協調熱交換器(50)と、
前記放熱器における冷却能力の不足分を補うように前記協調熱交換器における熱交換量を調整する調整制御装置(60)と、
を備える自動車用温調システム(10)。 - 前記空調用冷媒回路は、前記外気用熱交換器と前記内気用熱交換器とを接続する第1配管(23)と、前記第1配管から分岐しており前記第1配管を流れる冷媒を前記圧縮機の吸入側に流すための第2配管(22)と、を含み、
前記電装品冷却回路は、前記冷却器と前記放熱器とを接続する第3配管(33)と、前記第3配管から分岐しており前記第3配管を流れる流体を前記ポンプの流入側に流すための第4配管(32)と、を含み、
前記協調熱交換器は、前記第2配管を流れる冷媒と前記第4配管を流れる流体との間で熱交換を行わせる、
請求項1に記載の自動車用温調システム。 - 前記空調用冷媒回路は、前記第2配管に設けられており、前記協調熱交換器に流れる冷媒の流量を調整可能な第1調整弁(89)を含み、
前記電装品冷却回路は、前記第4配管に設けられており、前記協調熱交換器に流れる流体の流量を調整可能な第2調整弁(43)を含み、
前記調整制御装置は、前記第1調整弁及び前記第2調整弁を制御する、
請求項2に記載の自動車用温調システム。 - 前記圧縮機は、第1圧縮機(380a)と、前記第1圧縮機と並列に設けられた第2圧縮機(380b)とを含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の自動車用温調システム。 - 前記空調用冷媒回路は、膨張機構(87a)と、前記膨張機構を介して前記内気用熱交換器と接続されており車内の空気と熱交換を行う副内気用熱交換器(86)と、を含む、
請求項1から4のいずれか1項に記載の自動車用温調システム。
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