JP6031931B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置およびこれに適用されるパイロット式開閉弁に関する。
従来、特許文献1に、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に適用されて、冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段として機能するパイロット式開閉弁が開示されている。この特許文献1のパイロット式開閉弁では、パイロット弁を作動させることによってパイロット空間(主開閉弁に対して閉弁方向に付勢する冷媒圧力が導入される空間)内の冷媒圧力を変化させて、主開閉弁を開閉させている。
ところで、この種のパイロット式開閉弁では、主開閉弁の上流側の冷媒圧力と下流側の冷媒圧力との圧力差(以下、主開閉弁の前後差圧という。)が大きい状態で主開閉弁を開くと、サイクルの高圧側から低圧側へ冷媒が一気に流れ込んで、大きな冷媒通過音が発生してしまう。
そこで、特許文献1のパイロット式開閉弁では、主開閉弁を開く際に、パイロット空間内の冷媒をキャピラリチューブ等を介して徐々に逃がすことによって、主開閉弁を徐々に開くようにして冷媒通過音を低減させている。
特許第4238656号公報
ところが、特許文献1のパイロット式開閉弁では、単に主開閉弁を徐々に開くようにしているだけなので、主開閉弁の前後差圧が大きい状態では主開閉弁の開き始めた時に生じる冷媒通過音を充分に低減させることができない。
これに対して、冷凍サイクル装置の高圧側の冷媒圧力を低下させ、主開閉弁の前後差圧を縮小した後に主開閉弁を開くことで冷媒通過音を充分に低下させる手段が考えられる。しかし、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置では、高圧側の冷媒圧力を低下させてしまうと、冷凍能力を発揮することができなくなってしまうとともに、再び冷媒を昇圧するためのエネルギも必要となる。さらに、高圧側の冷媒を熱源として送風空気を加熱して空調対象空間の暖房を行う場合には、高圧側の冷媒圧力が低下してしまうと送風空気の吹出温度が低下してしまうため、暖房時の快適性が大きく損なわれてしまう。
上記点に鑑み、本発明は、パイロット式開閉弁を備える冷凍サイクル装置において、高圧側の冷媒圧力を低下させることなく、パイロット式開閉弁が開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低減させることを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項1に記載の発明では、圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を減圧させる減圧手段(15a)と、圧縮機(11)の吐出口側から減圧手段(15a)の入口側へ至るサイクルの高圧側と減圧手段(15a)の出口側から圧縮機(11)の吸入口側へ至るサイクルの低圧側とを接続するバイパス通路(14b)と、バイパス通路(14b)を開閉するパイロット式開閉弁(22)と、パイロット式開閉弁(22)から流出した冷媒が流通する冷媒通路を開閉する下流側開閉手段(15b)とを備え、
パイロット式開閉弁(22)は、冷媒を流入させる流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)と冷媒を流出させる流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)との圧力差(P1−P2)が予め定めた基準圧力差以下となった際にバイパス通路(14b)を開く主開閉弁(221)、および流入口(220a)側と流出口(220b)側とを連通させる連通路(221d、221e)を開閉するパイロット弁(222)を有しており、
主開閉弁(221)がバイパス通路(14b)を開く際には、下流側開閉手段(15b)が冷媒通路を閉じている状態でパイロット弁(222)が連通路(221d、221e)を開くことによって、流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)を流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)に近づけて、圧力差(P1−P2)を基準圧力差以下に縮小させてから、主開閉弁(221)が前記バイパス通路(14b)を開く冷凍サイクル装置を特徴とする。
これによれば、主開閉弁(221)がバイパス通路(14b)を開く際に、パイロット弁(222)が連通路(221d、221e)を開くので、流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)と流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)との圧力差、すなわち主開閉弁(221)の前後差圧(P1−P2)を縮小させることができる。
さらに、下流側開閉手段(15b)が冷媒通路を閉じている状態でパイロット弁(222)が連通路(221d、221e)を開くので、流出口(220b)側の冷媒圧力を流入口(220a)側の高圧冷媒の圧力に近づけることができる。
その結果、サイクルの高圧側の冷媒圧力を低下させることなく主開閉弁(221)の前後差圧を縮小させて、主開閉弁(221)がバイパス通路(14b)を開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低減させることができる。
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の冷凍サイクル装置において、パイロット式開閉弁(22)は、
高圧冷媒を流入させる流入口(220a)、流入口(220a)から流入した冷媒を流出させる冷媒流出口(220b)、および流入口(220a)から流出口(220b)へ冷媒を導く主通路(220c)が形成されたボデー(220)と、流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)と流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)との圧力差が予め定めた基準圧力差以下となった際に主通路(220c)を開く主開閉弁(221)と、流入口(220a)側と流出口(220b)側とを連通させる連通路(221d、221e)を開閉するパイロット弁(222)とを有し
下流側開閉手段(15b)が冷媒通路を閉じている状態でパイロット弁(222)が連通路(221d、221e)を開いた際に、流入口(220a)側の高圧冷媒が連通路(221d、221e)を介して流出口(220b)側へ導かれることによって、流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)が流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)に近づくものであることを特徴とする。
これによれば、パイロット弁(222)が連通路(221d、221e)を開くことによって、流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)と流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)との圧力差、すなわち主開閉弁(221)の前後差圧(P1−P2)を縮小させることができる。
さらに、流入口(220a)側の高圧冷媒が連通路(221d、221e)を介して流出口(220b)側へ導かれるので、流出口(220b)側の冷媒圧力を流入口(220a)側の高圧冷媒の圧力に近づけることができる。
その結果、冷凍サイクル装置の高圧側の冷媒圧力を低下させることなく主開閉弁(221)の前後差圧を縮小させて、主開閉弁(221)が主通路(220c)を開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低減させることができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
第1実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時および第1除湿暖房モード時の冷媒回路を示す全体構成図である。 第1実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態を示す断面図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の第1除湿暖房モード(第1モード)時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の第1除湿暖房モード(第2モード)時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の第1除湿暖房モード(第3モード)時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の第1除湿暖房モード(第4モード)時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の第2除湿暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の運転モードと前後差圧との関係を示す説明図である。 第1実施形態のパイロット式開閉弁のパイロット弁が開いた際の作動状態を示す断面図である。 第1実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が開いている状態を示す断面図である。 第1実施形態のパイロット式開閉弁のパイロット弁が閉じた際の作動状態を示す断面図である。 第2実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態を示す断面図である。 第2実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が開いている状態を示す断面図である。 第3実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態を示す断面図である。 第3実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態でのX部の拡大断面図である。 第3実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が開いている状態でのX部の拡大断面図である。 第4実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態を示す断面図である。 第4実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態でのY部の拡大断面図である。 第4実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が開いている状態でのY部の拡大断面図である。 第5実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態を示す断面図である。 第5実施形態のパイロット式開閉弁のパイロット弁が開いた際の作動状態を示す断面図である。 第5実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が開いている状態を示す断面図である。 第6実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態を示す断面図である。 第6実施形態のパイロット式開閉弁のパイロット弁が開いた際の作動状態を示す断面図である。 第6実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が開いている状態を示す断面図である。 第7実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態を示す断面図である。 第7実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が開いている状態を示す断面図である。 第8実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が閉じている状態を示す断面図である。 第9実施形態のパイロット式開閉弁の主開閉弁が開いている状態を示す断面図である。
(第1実施形態)
図1〜図11により、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、冷凍サイクル装置10を、内燃機関であるエンジンおよび車両走行用電動モータの双方から車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両の車両用空調装置1に適用している。この冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置1において、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。
さらに、冷凍サイクル装置10は、送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房モードの冷媒回路、送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房モードの冷媒回路、冷却して除湿された送風空気を再加熱して車室内の除湿暖房を行う第1除湿暖房モードの冷媒回路、および外気温が極低温時(例えば、0℃以下の時)等に実行されて第1除湿暖房モードよりも送風空気の加熱能力を増加させて車室内の除湿暖房を行う第2除湿暖房モードの冷媒回路に切替可能に構成されている。
なお、図1では、冷房モードの冷媒回路における冷媒の流れを白抜き矢印で示し、暖房モードの冷媒回路における冷媒の流れを黒塗り矢印で示し、第1除湿暖房モードの冷媒回路における冷媒の流れを斜線ハッチング付き矢印で示し、さらに、第2除湿暖房モードの冷媒回路における冷媒の流れを網掛けハッチング付き矢印で示している。
また、この冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、高圧側冷媒圧力Pdが冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、HFO系冷媒(例えば、R1234yf)等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
冷凍サイクル装置10の構成機器のうち、圧縮機11は、エンジンルーム内に配置されて、冷凍サイクル装置10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて駆動する電動圧縮機として構成されている。なお、圧縮機11の電動モータは、後述する空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動(回転数)が制御される。
圧縮機11の吐出口側には、室内凝縮器12の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器12は、後述する室内空調ユニット30のケーシング31内に配置されて、圧縮機11から吐出された吐出冷媒(高圧冷媒)と後述する室内蒸発器18を通過した送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。
室内凝縮器12の冷媒出口側には、第2除湿暖房モード時に室内凝縮器12から流出した冷媒の流れを分岐する第1三方継手13aの1つの冷媒流入出口が接続されている。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して形成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて形成してもよい。なお、後述する第2〜第4三方継手13b〜13dについても、その基本的構成は第1三方継手13aと同様である。
第1三方継手13aの別の冷媒流入出口には、室内凝縮器12から流出した冷媒を、室外熱交換器16の冷媒入口側へ導く第1冷媒通路14aが接続されている。また、第1三方継手13aのさらに別の冷媒流入出口には、室内凝縮器12から流出した冷媒を、後述する第3冷媒通路14cに配置された第2膨張弁15bの入口側へ導く第2冷媒通路14bが接続されている。
第1冷媒通路14aには、暖房モード時、および第1、第2除湿暖房モード時等に、室内凝縮器12から流出した冷媒を減圧させる減圧手段としての第1膨張弁15aが配置されている。第1膨張弁15aは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成される可変絞り機構である。
さらに、第1膨張弁15aは、絞り開度を全開にすることによって、冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能付きの可変絞り機構として構成されている。なお、第1膨張弁15aは、空調制御装置から出力される制御信号(制御パルス)によって、その作動が制御される。
第1膨張弁15aの出口側には、室外熱交換器16の冷媒入口側が接続されている。室外熱交換器16は、エンジンルーム内の車両前方側に配置されて、内部を流通する冷媒と図示しない送風ファンから送風された車室外空気(外気)とを熱交換させるものである。送風ファンは、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風能力)が制御される電動送風機である。
室外熱交換器16の冷媒出口側には、第2三方継手13bの1つの冷媒流入出口が接続されている。第2三方継手13bの別の冷媒流入出口には、室外熱交換器16から流出した冷媒を、室内蒸発器18の冷媒入口側へ導く第3冷媒通路14cが接続されている。また、第2三方継手13bのさらに別の冷媒流入出口には、室外熱交換器16から流出した冷媒を、後述するアキュムレータ21を介して圧縮機11の吸入側へ導く第4冷媒通路14dが接続されている。
第3冷媒通路14cには、第2三方継手13b側から室内蒸発器18側へ冷媒が流れることのみを許容する逆止弁17、前述の第2冷媒通路14bが接続される第3三方継手13c、および室内蒸発器18へ流入する冷媒を減圧させる第2膨張弁15bが、冷媒流れに対してこの順に配置されている。
第2膨張弁15bの基本的構成は、第1膨張弁15aと同様である。さらに、本実施形態の第2膨張弁15bは、絞り開度を全開した際に室外熱交換器16から室内蒸発器18へ至る冷媒通路を全開する全開機能のみならず、絞り開度を全閉した際に当該冷媒通路を閉塞する全閉機能付きの可変絞り機構で構成されている。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、第2膨張弁15bを全閉として第3冷媒通路14cを閉じることによって、冷媒回路を切り替えることができる。換言すると、第2膨張弁15bは、サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段としての機能を果たす。
室内蒸発器18は、室内空調ユニット30のケーシング31内のうち、室内凝縮器12の送風空気流れ上流側に配置され、冷房モード時、および第1、第2除湿暖房モード時に、内部を流通する冷媒を室内凝縮器12通過前の送風空気と熱交換させて蒸発させ、冷媒に吸熱作用を発揮させることにより送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。
室内蒸発器18の他方の冷媒出口側には、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力を予め室内蒸発器18に着霜が生じないように決定された基準冷媒蒸発圧力以上に維持する蒸発圧力調整弁(EPR)19が接続されている。
このような蒸発圧力調整弁19としては、内部に形成された内部冷媒通路の開度を調整する弁体と、この弁体に対して内部冷媒通路を閉塞させる側に付勢する荷重をかける弾性部材(スプリング)とを有し、内部冷媒通路の入口側冷媒圧力(室内蒸発器における冷媒蒸発圧力)から弾性部材側に加わる外気圧(大気圧)を減算した圧力差の拡大に伴って、弁開度を増加させる機械式の可変絞り機構等を採用することができる。
もちろん、サイクルを循環する循環冷媒流量の変動が少ない場合等には、蒸発圧力調整弁19に代えて、オリフィス、キャピラリチューブ等からなる固定絞りを採用してもよい。また、蒸発圧力調整弁19の出口側には、前述の第4冷媒通路14dが接続される第4三方継手13dおよびアキュムレータ21を介して、圧縮機11の吸入側が接続されている。
第2三方継手13bおよび第4三方継手13dを接続する第4冷媒通路14dには、第4冷媒通路14dを開閉する開閉弁20が配置されている。この開閉弁20は、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される電磁弁であって、第2膨張弁15bとともに冷媒回路切替手段としての機能を果たす。
アキュムレータ21は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。アキュムレータ21の気相冷媒出口には、圧縮機11の吸入口側が接続されている。これにより、圧縮機11に液相冷媒が吸入されてしまうことを防止して圧縮機11における液圧縮を防止することができる。
次に、第1三方継手13aおよび第3三方継手13cを接続する第2冷媒通路14bについて説明する。ここで、前述の如く第1膨張弁15aを減圧手段として機能させると、第1三方継手13aは、圧縮機11の吐出口側から第1膨張弁15aの入口側へ至るサイクルの高圧側となり、第3三方継手13cは、第1膨張弁15aの出口側から圧縮機11の吸入口側へ至るサイクルの低圧側となる。従って、第2冷媒通路14bは、サイクルの高圧側と低圧側とを接続するバイパス通路を構成している。
さらに、第2冷媒通路14bには、第2冷媒通路14bを開閉するパイロット式開閉弁22が配置されている。パイロット式開閉弁22は、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される開閉弁であって、第2膨張弁15bおよび開閉弁20とともに冷媒回路切替手段としての機能を果たす。また、前述した全閉機能付きの第2膨張弁15bは、パイロット式開閉弁22から流出した冷媒が流通する冷媒通路を開閉する下流側開閉手段を構成している。
パイロット式開閉弁22の具体的構成については、図2を用いて説明する。なお、図2の上下の各矢印は、冷凍サイクル装置10を車両に搭載した状態における上下の各方向を示している。このことは、以下の各図面においても同様である。また、図2では、パイロット式開閉弁22が第2冷媒通路14b(バイパス通路)を閉じた状態を図示している。
本実施形態のパイロット式開閉弁22は、内部に冷媒を流通させる主通路220cが形成されたボデー220、この主通路220cを開閉することによって第2冷媒通路14bを開閉する主開閉弁221、主開閉弁221に設けられた流出口側連通路221dを開閉するパイロット弁222、およびパイロット弁222を変位させるソレノイド223等を有して構成されている。
まず、ボデー220は、金属ブロックに、第1三方継手13a側(サイクルの高圧側)に接続されて高圧冷媒を流入させる流入口220a、この流入口220aから流入した冷媒を第3三方継手13c側(サイクルの低圧側)へ流出させる流出口220b、および流入口220aから流出口220bへ冷媒を導く主通路220c等を形成して構成されたものである。
さらに、ボデー220の主通路220cの中間部位には、鉛直上側に向かって突出する略円筒状のシート部220dが形成されている。そして、図2に示すように、このシート部220dの頂部(図2では、上端部)に、主開閉弁221が当接することによって、主通路220cが閉塞される。
主開閉弁221は、シート部220dに対して同軸上に上下方向に延びる円柱状部221a、この円柱状部221aの上面側に配置されて径方向に広がる上面側円板状部221bおよび底面側に配置されて径方向に広がる底面側円板状部221cを有している。そして、底面側円板状部221cの底面に配置された樹脂性のシール部材221sが、シート部220dの頂部との当接部を形成している。
また、上面側円板状部221bは主開閉弁221の上方側に配置されたパイロット空間形成部材224とともにパイロット空間220eを区画形成している。パイロット空間形成部材224には、上面側円板状部221bの外周側に位置付けられるシリンダ部が形成されている。さらに、上面側円板状部221bの外周側とシリンダ部の内周側との隙間には、Oリング等からなるシール部材が配置され、この隙間から冷媒が漏れることはない。
パイロット空間220eは、主開閉弁221に対して閉弁方向に付勢する冷媒圧力が導入される空間である。このパイロット空間220eに流入口220a側の高圧冷媒の冷媒圧力P1が導入された状態で、流出口220b側の冷媒圧力P2が低下すると、流入口220a側の冷媒圧力P1と流出口220b側の冷媒圧力P2との圧力差によって主開閉弁221に閉弁方向(図2では下方向)の荷重がかかる。これにより、主開閉弁221がシート部220dに押し付けられる。
さらに、ボデー220の内部には、主開閉弁221に対して開弁方向に付勢する荷重をかける弾性部材である主開閉弁スプリング225が配置されている。このため流入口220a側の冷媒圧力P1と流出口220b側の冷媒圧力P2との圧力差が小さくなって、主開閉弁221に作用する閉弁方向の荷重が、主開閉弁スプリング225による開弁方向(図2では上方向)の荷重よりも小さくなると、主開閉弁221がシート部220dから離れる。
つまり、本実施形態の主開閉弁221は、流入口220a側の高圧冷媒の冷媒圧力P1と流出口220b側の冷媒圧力P2との圧力差が、主開閉弁スプリング225の荷重によって決定される基準圧力差以下となった際に主通路220cを開くように構成されている。なお、本実施形態では、パイロット空間形成部材224を、ボデー220に対して別部材で形成しているが、もちろんボデー220に一体的に形成してもよい。
また、主開閉弁221の中心部には、主開閉弁221よりも冷媒流れ下流側となる主通路220cの流出口220b側とパイロット空間220eとを連通させる流出口側連通路221dが形成されている。さらに、主開閉弁221の上面側円板状部221bには、主開閉弁221よりも冷媒流れ上流側となる主通路220cの流入口220a側とパイロット空間220eとを連通させる流入口側連通路221eが形成されている。
流入口側連通路221eは複数本設けられており、その合計冷媒通路面積は、流出口側連通路221dよりも大きくなっている。さらに、パイロット空間形成部材224には、主開閉弁221が主通路220cを開いた際に、一部の流入口側連通路221eを閉塞させて、主通路220cを閉じている際よりも流入口側連通路221eの合計冷媒通路面積を縮小させる通路面積縮小手段としての通路閉塞ピン224aが固定されている。
なお、特許請求の範囲に記載された「流入口側連通路221eの冷媒通路面積」という用語は、流入口側連通路221eが1つ設けられている場合には、その最小通路面積を意味し、流入口側連通路221eが複数設けられている場合には、それぞれの流入口側連通路221eの最小通路面積を合計した合計冷媒通路面積を意味している。このことは、流出口側連通路221dの冷媒通路面積についても同様である。
また、パイロット空間220eの内部には、主開閉弁221の中心部に形成された流出口側連通路221dを開閉する略円柱状に形成されたパイロット弁222が配置されている。このパイロット弁222は、主開閉弁221の中心軸に対して同軸上に配置され、その外周側に配置されたソレノイド223へ空調制御装置から電力が供給(ON)された際に生じる電磁力によって、主開閉弁221から離れる側(図2では上側)へ変位して流出口側連通路221dを開く。
一方、空調制御装置からソレノイド223への電力の供給が遮断(OFF)されると、パイロットスプリング222aの荷重によって、パイロット弁222が主開閉弁221側へ変位して、流出口側連通路221dを閉じる。つまり、このパイロット式開閉弁22では、パイロット弁222が流出口側連通路221dを開閉して、パイロット空間220e内の冷媒圧力Ppを変化させることによって主開閉弁221を変位させている。
なお、図2から明らかなように、パイロット弁222には、流入口220a側の冷媒圧力P1と流出口220b側の冷媒圧力P2との圧力差による荷重が作用しない。従って、パイロット弁222は、主開閉弁221を直接変位させる場合に必要な荷重(電磁力)よりも小さな荷重で変位させることができる。
次に、室内空調ユニット30について説明する。室内空調ユニット30は、冷凍サイクル装置10によって温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すためのもので、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されている。さらに、室内空調ユニット30は、その外殻を形成するケーシング31内に送風機32、室内蒸発器18、室内凝縮器12等を収容して構成されている。
ケーシング31は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成するもので、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。このケーシング31内の送風空気流れ最上流側には、ケーシング31内へ内気(車室内空気)と外気(車室外空気)とを切替導入する内外気切替手段としての内外気切替装置33が配置されている。
内外気切替装置33は、ケーシング31内へ内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
内外気切替装置33の送風空気流れ下流側には、内外気切替装置33を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風手段としての送風機(ブロワ)32が配置されている。この送風機32は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される。
送風機32の送風空気流れ下流側には、室内蒸発器18、ヒータコア34、および室内凝縮器12が、送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、室内蒸発器18は、ヒータコア34および室内凝縮器12よりも送風空気流れ上流側に配置されている。
ヒータコア34は、車両走行用の駆動力を出力するエンジンの冷却水と送風空気とを熱交換させて送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。なお、本実施形態のヒータコア34は、室内凝縮器12に対して送風空気の流れ方向上流側に配置されている。また、ケーシング31内には、室内蒸発器18を通過した送風空気を、ヒータコア34および室内凝縮器12を迂回させて下流側へ流す冷風バイパス通路35が形成されている。
室内蒸発器18の送風空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア34の送風空気流れ上流側には、室内蒸発器18通過後の送風空気のうち、室内凝縮器12を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア36が配置されている。
また、室内凝縮器12の送風空気流れ下流側には、ヒータコア34および室内凝縮器12にて加熱された送風空気と冷風バイパス通路35を通過してヒータコア34および室内凝縮器12にて加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間が設けられている。さらに、ケーシング31の送風空気流れ最下流部には、混合空間にて混合された送風空気(空調風)を、空調対象空間である車室内へ吹き出す開口穴が配置されている。
具体的には、この開口穴としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。これらのフェイス開口穴、フット開口穴およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)に接続されている。
従って、エアミックスドア36が、ヒータコア34および室内凝縮器12を通過させる風量と冷風バイパス通路35を通過させる風量との風量割合を調整することによって、混合空間にて混合される空調風の温度が調整されて、各吹出口から車室内へ吹き出される空調風の温度が調整される。
つまり、エアミックスドア36は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。なお、エアミックスドア36は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
また、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。なお、この電動アクチュエータも、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
吹出口モード切替手段によって切り替えられる吹出口モードとしては、具体的に、フェイス吹出口を全開してフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイスモード、フェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出すバイレベルモード、フット吹出口を全開するとともにデフロスタ吹出口を小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出すフットモード、およびフット吹出口およびデフロスタ吹出口を同程度開口して、フット吹出口およびデフロスタ吹出口の双方から空気を吹き出すフットデフロスタモードがある。
さらに、乗員が操作パネルに設けられた吹出モード切替スイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタ吹出口を全開してデフロスタ吹出口から車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出すデフロスタモードとすることもできる。
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。そして、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された圧縮機11、第1膨張弁15a、第2膨張弁15b、開閉弁20、パイロット式開閉弁22、送風機32、および電動アクチュエータといった各種空調制御機器の作動を制御する。
また、空調制御装置の入力側には、車室内温度(内気温)Trを検出する内気温検出手段としての内気センサ、車室外温度(外気温)Tamを検出する外気温検出手段としての外気センサ、車室内へ照射される日射量Asを検出する日射量検出手段としての日射センサ、圧縮機11吐出冷媒の吐出冷媒温度Tdを検出する吐出温度センサ、圧縮機11吐出冷媒の吐出冷媒圧力(高圧側冷媒圧力)Pdを検出する吐出圧力センサ、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度(蒸発器温度)Tefinを検出する蒸発器温度センサ、混合空間から車室内へ送風される送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサ、室外熱交換器16の室外器温度Tsを検出する室外熱交換器温度センサ等の空調制御用のセンサ群の検出信号が入力される。
なお、本実施形態の吐出冷媒圧力Pdは、例えば、冷房モードでは、圧縮機11の冷媒吐出口側から第2膨張弁15b入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力となり、暖房モード等では、圧縮機11の冷媒吐出口側から第1膨張弁15a入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力となる。また、本実施形態では、送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサを設けているが、この送風空気温度TAVとして、蒸発器温度Tefin、吐出冷媒温度Td等に基づいて算出された値を採用してもよい。
さらに、空調制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。この操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置1の自動制御運転を設定あるいは解除するオートスイッチ、車室内の冷房を行う冷房スイッチ(A/Cスイッチ)、送風機32の風量をマニュアル設定する風量設定スイッチ、車室内の目標温度Tsetを設定する目標温度設定手段としての温度設定スイッチ、吹出モードをマニュアル設定する吹出モード切替スイッチ等がある。
なお、空調制御装置は、その出力側に接続された各種空調用構成機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの空調用構成機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの空調用構成機器の作動を制御する制御手段を構成している。
例えば、本実施形態では、圧縮機11の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が吐出能力制御手段を構成し、冷媒回路切替手段を構成する第2膨張弁15b、開閉弁20およびパイロット式開閉弁22の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が冷媒回路制御手段を構成している。もちろん、吐出能力制御手段、冷媒回路制御手段等を空調制御装置に対して別体の空調制御装置として構成してもよい。
次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置1の作動について説明する。前述の如く、本実施形態の車両用空調装置1では、冷房モード、暖房モード、および第1、第2除湿暖房モードでの運転に切り替えることができる。これらの各運転モードの切り替えは、空調制御プログラムが実行されることによって行われる。この空調制御プログラムは、操作パネルのオートスイッチが投入(ON)された際に実行される。
より具体的には、空調制御プログラムのメインルーチンでは、上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および各種空調操作スイッチからの操作信号を読み込む。そして、読み込んだ検出信号および操作信号の値に基づいて、車室内へ吹き出す吹出空気の目標温度である目標吹出温度TAOを、以下数式F1に基づいて算出する。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×As+C…(F1)
なお、Tsetは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Trは内気センサによって検出された車室内温度(内気温)、Tamは外気センサによって検出された外気温、Asは日射センサによって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
さらに、操作パネルの冷房スイッチが投入されており、かつ、目標吹出温度TAOが予め定めた冷房基準温度αよりも低くなっている場合には、冷房モードでの運転を実行する。また、冷房スイッチが投入された状態、目標吹出温度TAOが冷房基準温度α以上になっており、かつ、外気温Tamが予め定めた除湿暖房基準温度βよりも高くなっている場合には、第1除湿暖房モードでの運転を実行する。
一方、冷房スイッチが投入された状態で、目標吹出温度TAOが冷房基準温度α以上になっており、かつ、外気温Tamが除湿暖房基準温度β以下になっている場合には、第2除湿暖房モードでの運転を実行する。そして、冷房スイッチが投入されていない場合には、暖房モードでの運転を実行する。以下に各運転モードにおける作動を説明する。
(a)冷房モード
冷房モードでは、空調制御装置が、開閉弁20およびパイロット式開閉弁22を閉じ、第1膨張弁15aの絞り開度を全開とし、第2膨張弁15bを減圧作用を発揮する絞り状態とする。
これにより、冷房モードでは、図1の白抜き矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1膨張弁15a→)室外熱交換器16→(逆止弁17→)第2膨張弁15b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁19→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。さらに、この冷媒回路の構成で、空調制御装置が、目標吹出温度TAOおよび空調制御用のセンサ群の検出信号等に基づいて、各種空調制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
例えば、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器18の目標蒸発器吹出温度TEOを決定する。
そして、この目標蒸発器吹出温度TEOと蒸発器温度センサによって検出された蒸発器温度Tefinとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器温度Tefinが目標蒸発器吹出温度TEOに近づくように、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号が決定される。
また、第2膨張弁15bへ出力される制御信号については、第2膨張弁15bへ流入する冷媒の過冷却度が、サイクルの成績係数(COP)が略最大値となるように定められた目標過冷却度に近づくように決定される。
また、エアミックスドア36の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、エアミックスドア36がヒータコア34および室内凝縮器12側の空気通路を閉塞し、室内蒸発器18通過後の送風空気の全流量が冷風バイパス通路35側を通過するように決定される。
そして、上記の如く決定された制御信号等を各種空調制御機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度TAOの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンが繰り返される。なお、このような制御ルーチンの繰り返しは、他の運転モード時にも同様に行われる。
従って、冷房モード時の冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12に流入する。この際、エアミックスドア36がヒータコア34および室内凝縮器12側の空気通路を閉塞しているので、室内凝縮器12に流入した冷媒は、殆ど送風空気と熱交換することなく、室内凝縮器12から流出する。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1冷媒通路14aを介して第1膨張弁15aに流入する。この際、第1膨張弁15aが全開状態となっているので、室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁15aにて減圧されることなく、室外熱交換器16に流入する。そして、室外熱交換器16に流入した冷媒は、室外熱交換器16にて送風ファンから送風された外気へ放熱する。
室外熱交換器16から流出した冷媒は、開閉弁20が閉じているので、第2三方継手13bを介して第3冷媒通路14c側へ流入し、第2膨張弁15bにて低圧冷媒となるまで減圧される。第2膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器18へ流入し、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。
室内蒸発器18から流出した冷媒は、蒸発圧力調整弁19を介してアキュムレータ21へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ21にて分離された気相冷媒が圧縮機11の吸入側から吸入されて再び圧縮機11にて圧縮される。
従って、冷房モードでは、室内蒸発器18にて冷却された送風空気を車室内へ吹き出して車室内の冷房を実現することができる。
(b)暖房モード
暖房モードでは、空調制御装置が、開閉弁20を開き、パイロット式開閉弁22を閉じ、第1膨張弁15aを減圧作用を発揮する絞り状態とし、第2膨張弁15bを全閉状態とする。
これにより、暖房モードでは、図1の黒塗り矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→第1膨張弁15a→室外熱交換器16→(開閉弁20→)アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。さらに、この冷媒回路の構成で、空調制御装置が、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、各種空調制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
例えば、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内凝縮器12の目標凝縮器温度TCOを決定する。
そして、この目標凝縮器温度TCOと吐出温度センサによって検出された吐出冷媒温度Tdとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて吐出冷媒温度Tdが目標凝縮器温度TCOに近づくように、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号が決定される。
また、第1膨張弁15aへ出力される制御信号については、第1膨張弁15aへ流入する冷媒の過冷却度が、サイクルの成績係数(COP)が略最大値となるように定められた目標過冷却度に近づくように決定される。
また、エアミックスドア36の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、エアミックスドア36が冷風バイパス通路35を閉塞し、室内蒸発器18通過後の送風空気の全流量がヒータコア34および室内凝縮器12側の空気通路を通過するように決定される。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12に流入する。室内凝縮器12に流入した冷媒は、送風機32から送風されて室内蒸発器18を通過した送風空気と熱交換して放熱する。これにより、送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1冷媒通路14aを介して第1膨張弁15aに流入し、第1膨張弁15aにて低圧冷媒となるまで減圧される。そして、第1膨張弁15aにて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する。
室外熱交換器16から流出した冷媒は、開閉弁20が開き、第2膨張弁15bが全閉状態となっているので、第4冷媒通路14dを介して、アキュムレータ21へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ21にて分離された気相冷媒が圧縮機11の吸入側から吸入されて再び圧縮機11にて圧縮される。
従って、暖房モードでは、室内凝縮器12にて加熱された送風空気を車室内へ吹き出して車室内の暖房を実現することができる。もちろん、エンジンの作動時には、ヒータコア34においても送風空気が加熱される。
(c)第1除湿暖房モード
第1除湿暖房モードでは、空調制御装置が、開閉弁20およびパイロット式開閉弁22を閉じ、第1膨張弁15aおよび第2膨張弁15bの双方を減圧作用を発揮する絞り状態とする。
これにより、第1除湿暖房モードでは、冷房モードと同様に図1の斜線ハッチング付き矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→第1膨張弁15a→室外熱交換器16→第2膨張弁15b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁19→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
換言すると、第1除湿暖房モードでは、室内凝縮器12から流出した冷媒を室外熱交換器16→室内蒸発器18の順に直列的に流す冷媒回路に切り替えられる。さらに、この冷媒回路の構成で、空調制御装置が、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、空調制御装置に接続された各種制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
例えば、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、冷房モードと同様に決定される。また、エアミックスドア36の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、エアミックスドア36が冷風バイパス通路35を閉塞し、室内蒸発器18通過後の送風空気の全流量がヒータコア34および室内凝縮器12の空気通路を通過するように決定される。
また、第1膨張弁15aおよび第2膨張弁15bについては、目標吹出温度TAOに応じて変更している。具体的には、空調制御装置は、車室内へ吹き出す吹出空気の目標温度である目標吹出温度TAOの上昇に伴って、第1膨張弁15aの絞り開度を減少させるとともに、第2膨張弁15bの絞り開度を増加させる。これにより、第1除湿暖房モードでは、第1モードから第4モードの4段階のモードを実行する。
(c−1)第1モード
第1モードは、第1除湿暖房モード時に、目標吹出温度TAOが冷房基準温度α以上、かつ、予め定めた第1基準温度以下となっている場合に実行される。
第1モードでは、空調制御装置が、第1膨張弁15aの絞り開度を全開状態とし、第2膨張弁15bを絞り状態とする。従って、第1モードでは、サイクル構成は冷房モードと全く同様となるものの、エアミックスドア36がヒータコア34および室内凝縮器12側の空気通路を全開状態としているので、図3のモリエル線図に示すようにサイクルを循環する冷媒の状態が変化する。
すなわち、図3に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(a1点)は、室内凝縮器12へ流入して、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する(図3のa1点→a2点)。これにより、送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁15aへ流入する。この際、第1膨張弁15aが全開状態となっているので、室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁15aにて減圧されることなく、室外熱交換器16に流入する。
そして、室外熱交換器16に流入した冷媒は、室外熱交換器16にて送風ファンから送風された外気と熱交換して放熱する(図3のa2点→a3点)。室外熱交換器16から流出した冷媒は、開閉弁20が閉じているので、第2三方継手13bを介して第3冷媒通路14c側へ流入し、第2膨張弁15bにて低圧冷媒となるまで減圧される(図3のa3点→a4点)。
第2膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器18へ流入し、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図3のa4点→a5点)。これにより、送風空気が冷却される。そして、室内蒸発器18の他方の冷媒流入出口20bから流出した冷媒は、冷房モードと同様に、蒸発圧力調整弁19→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入側へと流れて再び圧縮機11にて圧縮される。
従って、第1モード時には、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器12にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
(c−2)第2モード
第2モードは、第1除湿暖房モード時に、目標吹出温度TAOが第1基準温度より高く、かつ、予め定めた第2基準温度以下となった場合に実行される。第2モードでは、空調制御装置が、第1膨張弁15aを絞り状態とし、第2膨張弁15bの絞り開度を第1モード時よりも増加させる。従って、第2モードでは、図4のモリエル線図に示すようにサイクルを循環する冷媒の状態が変化する。
すなわち、図4に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(b1点)は、室内凝縮器12へ流入して、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する(図4のb1点→b2点)。これにより、送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁15aへ流入し、中間圧冷媒となるまで減圧される(図4のb2点→b3点)。
そして、第1膨張弁15aにて減圧された中間圧冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファンから送風された外気と熱交換して放熱する(図4のb3点→b4点)。室外熱交換器16から流出した冷媒は、第2膨張弁15bにて低圧冷媒となるまで減圧される(図4のb4点→b5点)。
第2膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器18へ流入し、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図4のb5点→b6点)。これにより、送風空気が冷却される。そして、室内蒸発器18の他方の冷媒流入出口20bから流出した冷媒は、冷房モードと同様に、蒸発圧力調整弁19→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入側へと流れて再び圧縮機11にて圧縮される。
従って、第2モード時には、第1モードと同様に、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器12にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
この際、第2モードでは、第1膨張弁15aを絞り状態としているので、第1モードに対して、室外熱交換器16へ流入する冷媒の温度を低下させることができる。従って、室外熱交換器16における冷媒の温度と外気温との温度差を縮小して、室外熱交換器16における冷媒の放熱量を低減できる。
その結果、第1モードに対してサイクルを循環する冷媒循環流量を増加させることなく、室内凝縮器12における冷媒圧力を上昇させることができ、第1モードよりも室内凝縮器12から吹き出される温度を上昇させることができる。
(c−3)第3モード
第3モードは、第1除湿暖房モード時に、目標吹出温度TAOが第2基準温度より高く、かつ、予め定めた第3基準温度以下となった場合に実行される。第3モードでは、空調制御装置が、第1膨張弁15aの絞り開度を第2モード時よりも減少させ、第2膨張弁15bの絞り開度を第2モード時よりも増加させる。従って、第3モードでは、図5のモリエル線図に示すようにサイクルを循環する冷媒の状態が変化する。
すなわち、図5に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(c1点)は、室内凝縮器12へ流入して、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する(図5のc1点→c2点)。これにより、送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁15aへ流入し、中間圧冷媒となるまで減圧される(図5のc2点→c3点)。
そして、第1膨張弁15aにて減圧された中間圧冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する(図5のc3点→c4点)。室外熱交換器16から流出した冷媒は、第2膨張弁15bにて低圧冷媒となるまで減圧される(図5のc4点→c5点)。
第2膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器18へ流入し、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図5のc5点→c6点)。これにより、送風空気が冷却される。そして室内蒸発器18の他方の冷媒流入出口20bから流出した冷媒は、冷房モードと同様に、蒸発圧力調整弁19→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入側へと流れて再び圧縮機11にて圧縮される。
従って、第3モード時には、第1、第2モードと同様に、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器12にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
この際、第3モードでは、第1膨張弁15aの絞り開度を減少させることによって、室外熱交換器16を蒸発器として機能させているので、第2モードよりも室内凝縮器12から吹き出される温度を上昇させることができる。
その結果、第2モードに対して、圧縮機11の吸入冷媒密度を上昇させることができ、圧縮機11の回転数(冷媒吐出能力)を増加させることなく、室内凝縮器12における冷媒圧力を上昇させることができ、第2モードよりも室内凝縮器12から吹き出される温度を上昇させることができる。
(c−4)第4モード
第4モードは、第1除湿暖房モード時に、目標吹出温度TAOが第3基準温度より高くなった場合に実行される。第4モードでは、空調制御装置が、第1膨張弁15aの絞り開度を第3モード時よりも減少させ、第2膨張弁15bを全開状態とする。従って、第4モードでは、図6のモリエル線図に示すようにサイクルを循環する冷媒の状態が変化する。
すなわち、図6に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(d1点)は、室内凝縮器12へ流入して、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する(図6のd1点→d2点)。これにより、送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁15aに流入し、低圧冷媒となるまで減圧される(図6のd2点→d3点)。
そして、第1膨張弁15aにて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する(図6のd3点→d4点)。室外熱交換器16から流出した冷媒は、第2膨張弁15bを介して室内蒸発器18へ流入する。この際、第4モードでは、第2膨張弁15bが全開状態となっているので、室外熱交換器16から流出した冷媒は、第2膨張弁15bにて減圧されることなく、室内蒸発器18へ流入する。
室内蒸発器18に流入した低圧冷媒は、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図6のd4点→d5点)。これにより、送風空気が冷却される。そして、室内蒸発器18から流出した冷媒は、冷房モードと同様に、蒸発圧力調整弁19→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入側へと流れて再び圧縮機11にて圧縮される。
従って、第4モード時には、第1〜第3モードと同様に、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器12にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
この際、第4モードでは、第3モードと同様に、室外熱交換器16を蒸発器として機能させるとともに、第3モードよりも第1膨張弁15aの絞り開度を縮小させているので、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度を低下させることができる。従って、第3モードよりも室外熱交換器16における冷媒の温度と外気温との温度差を拡大させて、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を増加させることができる。
その結果、第3モードに対して、圧縮機11の吸入冷媒密度を上昇させることができ、圧縮機11の回転数(冷媒吐出能力)を増加させることなく室内凝縮器12における冷媒圧力を上昇させることができ、第3モードよりも室内凝縮器12から吹き出される温度を上昇させることができる。
このように、第1除湿暖房モードでは、目標吹出温度TAOに応じて第1膨張弁15a、第2膨張弁15bの絞り開度を変更して、室外熱交換器16を放熱器あるいは蒸発器として機能させることで、車室内へ吹き出す吹出空気の温度を低温域から高温域までの広範囲に亘って調整することができる。
(d)第2除湿暖房モード
第2除湿暖房モードでは、空調制御装置が、開閉弁20およびパイロット式開閉弁22を開、第1膨張弁15aおよび第2膨張弁15bの双方を絞り状態とする。なお、第2除湿暖房モードでは、他の運転モードと異なり、パイロット式開閉弁22がバイパス通路である第2冷媒通路14bを開く。
これにより、第2除湿暖房モードでは、図1の網掛けハッチング付き矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→第1膨張弁15a→室外熱交換器16→(開閉弁20→)アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、圧縮機11→室内凝縮器12→(パイロット式開閉弁22→)第2膨張弁15b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁19→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
換言すると、第2除湿暖房モードでは、室内凝縮器12から流出した冷媒を第1膨張弁15a→室外熱交換器16→圧縮機11の順に流すとともに、第2膨張弁15b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁19→圧縮機11の順に並列的に流す冷媒回路に切り替えられる。さらに、この冷媒回路の構成で、空調制御装置が、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、空調制御装置に接続された各種制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
例えば、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、冷房モードと同様に決定される。また、エアミックスドア36の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、エアミックスドア36が冷風バイパス通路35を閉塞し、室内蒸発器18を通過後の送風空気の全流量がヒータコア34および室内凝縮器12の空気通路を通過するように決定される。
また、第1膨張弁15aおよび第2膨張弁15bへ出力される制御信号については、第1膨張弁15aおよび第2膨張弁15bの絞り開度が予め定めた第2除湿暖房モード用の所定開度となるように決定される。より、具体的には、第1膨張弁15aにおける冷媒減圧量が、第2膨張弁15bにおける冷媒減圧量と蒸発圧力調整弁19における冷媒減圧量との合算値となるように決定される。
従って、第2除湿暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図7のモリエル線図に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(e1点)が、室内凝縮器12へ流入して、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する(図7のe1点→e2点)。これにより、送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒の流れは、パイロット式開閉弁22が開いているので、第1三方継手13aにて分岐される。第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1冷媒通路14a側へ流入し、第1膨張弁15aにて低圧冷媒となるまで減圧される(図7のe2点→e3点)。第1膨張弁15aにて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する(図7のe3点→e4点)。
一方、第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、パイロット式開閉弁22および第3三方継手13cを介して第2膨張弁15bへ流入し、低圧冷媒となるまで減圧される(図7のe2点→e5点)。そして、第2膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器18へ流入し、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図7のe5点→e6点)。これにより、送風空気が冷却される。
さらに、室内蒸発器18から流出した冷媒は、蒸発圧力調整弁19にて減圧されて(図7のe6点→e4点)、室外熱交換器16から流出した冷媒と同等の圧力となる。蒸発圧力調整弁19から流出した冷媒は第4三方継手13dへ流入して、室外熱交換器16から流出した冷媒と合流する。そして、アキュムレータ21→圧縮機11の吸入側へと流れて再び圧縮機11にて圧縮される。
従って、第2除湿暖房モード時には、第1除湿暖房モードと同様に、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器12にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
この際、第2除湿暖房モードでは、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度を室内蒸発器18における冷媒蒸発温度よりも低下させることができるので、第1除湿暖房モード時よりも室外熱交換器16における冷媒の温度と外気温との温度差を拡大させて、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を増加させることができる。その結果、第1除湿暖房モードよりも、室内凝縮器12における送風空気の加熱能力を増加させることができる。
以上の如く、本実施形態の車両用空調装置1によれば、冷房モード、暖房モード、第1除湿暖房モードおよび第2除湿暖房モードの運転を切り替えて、車室内の適切な空調を実現することができる。さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、図8に示すように、車室内へ送風される送風空気の温度を、暖房モード→第2除湿暖房モード→第1除湿暖房モード→冷房モードの順に低下させることができる。
従って、第1除湿暖房モードよりも車室内へ送風される送風空気の温度を上昇させたい場合には、第1除湿暖房モードの冷媒回路から第2除湿暖房モードの冷媒回路へ切り替えればよい。さらに、暖房モードよりも車室内へ送風される送風空気の温度を低下させたい場合には、暖房モードの冷媒回路から第2除湿暖房モードの冷媒回路へ切り替えればよい。
つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、第1除湿暖房モードの冷媒回路から第2除湿暖房モードの冷媒回路へ切り替える際、あるいは、暖房モードの冷媒回路から第2除湿暖房モードの冷媒回路へ切り替える際に、空調制御装置がパイロット式開閉弁22を開くことになる。
ここで、パイロット式開閉弁22の流入口220a側の冷媒圧力P1と流出口220b側の冷媒圧力P2の圧力差、すなわち、主開閉弁221の前後差圧(P1−P2)について検討すると、図8に示すように、主開閉弁221の前後差圧(P1−P2)は、暖房モードおよび第1除湿暖房モードの第4モード時に、第2除湿暖房モード時よりも大きくなる。
このように主開閉弁221の前後差圧(P1−P2)が大きい状態で主開閉弁221を開くと、サイクルの高圧側から低圧側へ冷媒が一気に流れ込んでしまい、大きな冷媒通過音が発生してしまうことがある。そこで、本実施形態では、パイロット式開閉弁22の主開閉弁221を開く際に、空調制御装置が、下流側開閉手段である第2膨張弁15bを全閉とした状態でパイロット式開閉弁22のソレノイド223に電力を供給する。
空調制御装置がパイロット式開閉弁22のソレノイド223に電力を供給すると、図9に示すように、パイロット弁222がソレノイド223の電磁力に吸引されて主開閉弁221から離れる。これにより、流出口側連通路221dが開き、流入口220a側の冷媒が、図9の太線矢印に示すように、流入口側連通路221e→パイロット空間220e→流出口側連通路221dの順に流れる。
そして、流出口220b側の冷媒圧力P2が、流入口220a側の冷媒圧力P1およびパイロット空間220e内の冷媒圧力Ppと同等となるように上昇し、流入口220a側の冷媒圧力P1と流出口220b側の冷媒圧力P2との均圧化がなされる。
この均圧化によって、主開閉弁221の前後差圧(P1−P2)が小さくなり、主開閉弁221に作用する閉弁方向の荷重(前後差圧(P1−P2)×主開閉弁の受圧面積)が、主開閉弁スプリング225による開弁方向の荷重よりも小さくなると、図10に示すように、主開閉弁221がシート部220dから離れる。これにより、第2冷媒通路14b(バイパス通路)が開かれる。
その後、空調制御装置が第2膨張弁15bを開いて全閉状態から絞り状態へ移行させることによって第2除湿暖房モードでの運転が実現される。第2除湿暖房モードでは、第2膨張弁15bにて減圧された冷媒が室内蒸発器18へ流入するので、流出口220b側の冷媒圧力P2が、第2膨張弁15bが全閉状態となっているときよりも低下する。
この際、本実施形態のパイロット式開閉弁22では、図10に示すように、主開閉弁221が主通路220cを開くと、通路閉塞ピン224aによって一部の流入口側連通路221eが閉塞されるので、流入口側連通路221eの合計冷媒通路面積が流出口側連通路221dの冷媒通路面積よりも小さくなる。従って、パイロット空間220e内の冷媒圧力Ppが流出口220b側の冷媒圧力P2に近づきやすくなり、流入口220a側の冷媒圧力P1との圧力差が増加することで主開閉弁221を開弁方向に保持する力が作用する。
従って、第2除湿暖房モードへ移行した後は、流出口220b側の冷媒圧力P2が低下しても、主開閉弁221が主通路220cを閉じてしまうことがなく、主通路220cを安定的に開いた状態に維持することができる。
また、第2冷媒通路14bを閉じて、第2除湿暖房モードの冷媒回路から他の運転モード(第1除湿暖房モード、暖房モード)の冷媒回路へ切り替える際には、空調制御装置がソレノイド223への電力の供給を停止する。空調制御装置がソレノイド223への電力の供給を停止すると、図11に示すように、パイロット弁222がパイロットスプリング222aの荷重によって、主開閉弁221へ押しつけられる。
これにより、流出口側連通路221dが閉じられ、パイロット空間220e内の冷媒圧力Ppが流入口220a側の冷媒圧力P1に近づく。つまり、パイロット空間220e内の冷媒圧力Ppが、流入口220a側の冷媒圧力P1と等しくなり、流出口220b側の冷媒圧力P2との圧力差が増大する。さらに、主開閉弁221がパイロット弁222を介してパイロットスプリング222aの荷重を受けることにより、図2に示すように主通路220cを閉じる。
本実施形態の冷凍サイクル装置10では、上記の如く、パイロット式開閉弁22の主開閉弁221が第2冷媒通路14bを開く際に、パイロット弁222が流出口側連通路221dを開くので、パイロット式開閉弁22の流入口220a側の冷媒圧力P1と流出口220b側の冷媒圧力P2の圧力差を縮小させることができる。
さらに、下流側開閉手段を構成する第2膨張弁15bがパイロット式開閉弁22の流出口220bの下流側の冷媒通路を閉じている状態で、パイロット弁222が流出口側連通路221dを開くので、流出口220b側の冷媒圧力P2を流入口220a側の高圧冷媒の冷媒圧力P1に近づけることができる。
従って、サイクルの高圧側の冷媒圧力を低下させてしまうことなく、主開閉弁221の前後差圧(P1−P2)を縮小させることができる。その結果、冷凍サイクル装置10が発揮する冷凍能力を低下させてしまうことなく、また、運転モードを切替えた際に車室内へ吹き出される送風空気の温度が低下してしまうこともなくパイロット式開閉弁22が第2冷媒通路14bを開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低下させることができる。
また、本実施形態のパイロット式開閉弁22では、流入口側連通路221eの合計冷媒通路面積を、流出口側連通路221dよりも大きく形成している。従って、パイロット弁222が流出口側連通路221dを開いた際に(図2の状態から図9の状態になった際に)、パイロット空間220e内に流入口220a側の高圧冷媒を導入しやすい。
これにより、パイロット弁222が流出口側連通路221dを開き、流入口220a側の冷媒圧力P1と流出口220b側の冷媒圧力P2との均圧化がなされる間に、パイロット空間220e内の冷媒圧力Ppが低下して、主開閉弁221が主通路220cを開いてしまうことが抑制される。
さらに、主開閉弁221が主通路220cを開いた際には、通路面積縮小手段である通路閉塞ピン224aが流入口側連通路221eの冷媒通路面積を縮小させるので、パイロット空間220e内の冷媒圧力Ppが低下しやすくなる。これにより、主開閉弁221を安定的に開いた状態に維持することができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図12、図13に示すように、パイロット式開閉弁22の流入口側連通路221eおよび通路面積縮小手段の構成を変更した例を説明する。なお、図12、図13は、それぞれ第1実施形態の図2、図10に対応する図であって、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。
具体的には、本実施形態の流入口側連通路221eは、主開閉弁221の上面側円板状部221bに複数本設けられており、主開閉弁221の中心軸から近い側に配置される内側の流入口側連通路221e1と中心軸から遠い側に配置される外側の流入口側連通路221e2との2種類に大別される。
さらに、流入口側連通路221e1および流入口側連通路221e2の合計冷媒通路面積は、流出口側連通路221dの冷媒通路面積よりも大きい。また、本実施形態では、通路閉塞ピン224aは廃止され、パイロット空間形成部材224に円筒状の環状シール部材224bが設けられている。
この環状シール部材224bは、図13に示すように、主開閉弁221が主通路220cを開いた際に、主開閉弁221の上面側円板状部221bの上面うち、内側の流入口側連通路221e1の開口部と外側の流入口側連通路221e2の開口部との間の部位に当接する径に形成されている。
従って、主開閉弁221が主通路220cを開いた際には、外側の流入口側連通路221e2を介しての流入口220a側からパイロット空間220e側へ流れる冷媒の流れが遮断される。これにより、主開閉弁221が主通路220cを開いた際には、流入口側連通路221eの合計冷媒通路面積が流出口側連通路221dの冷媒通路面積よりも小さくなる。つまり、本実施形態では、環状シール部材224bによって、通路面積縮小手段が構成されている。
その他の車両用空調装置1および冷凍サイクル装置10の構成および作動については第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のようにパイロット式開閉弁22の構成を変更しても、第1実施形態と同様に、冷凍サイクル装置10の高圧側の冷媒圧力を低下させることなく、パイロット式開閉弁22が第2冷媒通路14bを開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低下させることができる。
さらに、本実施形態では、通路面積縮小手段として環状シール部材224bを採用しているので、通路閉塞ピン等によって一部の流入口側連通路221eを閉塞する構成に対して、主開閉弁221の軸回りの位置合わせが不要となる。従って、パイロット式開閉弁22を生産する際の組付性等を向上できる。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図14に示すように、パイロット式開閉弁22の流入口側連通路221eおよび通路面積縮小手段の構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態では、一部の流入口側連通路221e3の内部に当該流入口側連通路221e3を開閉する弁体221fを配置し、この弁体221fによって通路面積縮小手段を構成している。
弁体221fは、主開閉弁221がシート部220d側(図14、図15の下側)へ変位して主通路220cを閉じている際には、図15の拡大断面図に示すように、流入口側連通路221eの内部に配置された弁体用スプリング221gの荷重によって流入口側連通路221e3を開く。
一方、主開閉弁221がシート部220dから離れる側(図14、図16の上側)へ変位して主通路220cを開いている際には、図16の拡大断面図に示すように、弁体221fのパイロット空間220e側(図16の上側)の端部がパイロット空間形成部材224に当接して、弁体221fの変位が規制される。
さらに、変位が規制された弁体221fに主開閉弁221が押しつけられることによって、一部の流入口側連通路221e3が閉塞されるので、主開閉弁221が主通路220cを開いた際には、流入口側連通路221eの合計冷媒通路面積が流出口側連通路221dの冷媒通路面積よりも小さくなる。
その他の車両用空調装置1および冷凍サイクル装置10の構成および作動については第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のようにパイロット式開閉弁22の構成を変更しても、第1実施形態と同様に、冷凍サイクル装置10の高圧側の冷媒圧力を低下させることなく、パイロット式開閉弁22が第2冷媒通路14bを開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低下させることができる。
さらに、本実施形態では、通路面積縮小手段として流入口側連通路221eの内部に配置された弁体221fを採用しているので、第2実施形態と同様に、主開閉弁221の軸回りの位置合わせが不要となる。従って、パイロット式開閉弁22を生産する際の組付性等を向上できる。
(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図17に示すように、パイロット式開閉弁22の流入口側連通路221eの構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態では、一部の流入口側連通路221e4を、パイロット空間形成部材224のうち、主開閉弁221の上面側円板状部221bの外周側に配置される円筒状のシリンダ部の内壁面に形成している。
このシリンダ部の内壁面に形成された流入口側連通路221e4は、主開閉弁221がシート部220d側(図17、図18の下側)に変位している際には、図18に示すように流入口220a側とパイロット空間220e側とを連通させる。一方、主開閉弁221がシート部220dから離れる側(図17、図19の上側)に変位している際には、図19に示すように上面側円板状部221bの外周側によって閉塞される。
これにより、主開閉弁221が主通路220cを開いている際には、流入口側連通路221eの合計冷媒通路面積が流出口側連通路221dの冷媒通路面積よりも大きくなり、主開閉弁221が主通路220cを閉じている際には、流入口側連通路221eの合計冷媒通路面積が流出口側連通路221dの冷媒通路面積よりも小さくなる。つまり、本実施形態では、主開閉弁221の上面側円板状部221bによって、通路面積縮小手段が構成されている。
その他の車両用空調装置1および冷凍サイクル装置10の構成および作動については第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のようにパイロット式開閉弁22の構成を変更しても、第1実施形態と同様に、冷凍サイクル装置10の高圧側の冷媒圧力を低下させることなく、パイロット式開閉弁22が第2冷媒通路14bを開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低下させることができる。
さらに、本実施形態では、一部の流入口側連通路221e4をパイロット空間形成部材224側に形成するとともに、主開閉弁221の上面側円板状部221bによって通路面積縮小手段を形成しているので、主開閉弁221に特別な流入口側連通路221eを形成する必要がない。さらに、第2実施形態等と同様に組み付け時の位置合わせも不要となる。従って、パイロット式開閉弁22を生産する際の組付性等を向上できる。
(第5施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図20〜図22に示すように、パイロット式開閉弁22の流入口側連通路221eおよび流出口側連通路221dの構成を変更した例を説明する。なお、図20〜図22は、それぞれ第1実施形態の図2、図9、図10に対応する図である。
具体的には、本実施形態では、第1実施形態の通路閉塞ピン224a、および複数の流入口側連通路221eのうち通路閉塞ピン224aによって閉塞される流入口側連通路221eを廃止している。さらに、本実施形態では、流出口側連通路221dの出口側に複数の副連通路221d1を追加している。
副連通路221d1は、図20、図21に示すように、主開閉弁221がシート部220dに押しつけられて主通路220cを閉じている際には、底面側円板状部221cの底面に配置されたシール部材221sによって閉塞されている。このため、図21に示すように、パイロット弁222が流出口側連通路221dを開いても、主開閉弁221が主通路220cを閉じている状態では、流出口側連通路221dの合計冷媒通路面積が流入口側連通路221eの冷媒通路面積よりも小さくなっている。
一方、主開閉弁221がシート部220dから離れて主通路220cを開くと、図22に示すように、底面側円板状部221cの底面とシール部材221sとの隙間およびシール部材221sに設けられた貫通穴を介して、パイロット空間220e側と流出口220b側とを連通させる。これにより、流出口側連通路221dの合計冷媒通路面積が流入口側連通路221eの冷媒通路面積よりも大きくなる。
つまり、本実施形態のシール部材221sは、特許請求の範囲に記載された通路面積拡大手段を構成しており、主開閉弁221が主通路220cを開いた際に、副連通路221d1を開くことで、流出口側連通路221dの合計冷媒通路面積を流入口側連通路221eの冷媒通路面積よりも拡大させている。
これにより、本実施形態のパイロット式開閉弁22では、主開閉弁221が主通路220cを開いた際に、パイロット空間220e内の冷媒圧力Ppが流出口220b側の冷媒圧力P2に近づきやすくなる。その結果、第2除湿暖房モードへ移行した後は、流出口220b側の冷媒圧力P2が低下しても、主開閉弁221が主通路220cを閉じてしまうことがなく、主通路220cを安定的に開くことができる。
その他の車両用空調装置1および冷凍サイクル装置10の構成および作動については第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のようにパイロット式開閉弁22の構成を変更しても、第1実施形態と同様に、冷凍サイクル装置10の高圧側の冷媒圧力を低下させることなく、パイロット式開閉弁22が第2冷媒通路14bを開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低下させることができる。
(第6実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図23〜図25に示すように、パイロット式開閉弁22の流入口側連通路221eの構成を変更するとともに、流出口側連通路221dの冷媒通路面積を変化させる通路面積拡大手段としての通路形成部材220fを設けた例を説明する。なお、図23〜図25は、それぞれ第1実施形態の図2、図9、図10に対応する図である。
具体的には、本実施形態では、第5実施形態と同様に、通路閉塞ピン224a、および通路閉塞ピン224aによって閉塞される流入口側連通路221eを廃止している。さらに、ボデー220に形成された主通路220cのうち、主開閉弁221の冷媒流れ下流側であって、シート部220dの内周側に通路形成部材220fを配置している。
通路形成部材220fは主開閉弁221に向かって先細る略円錐状に形成され、その中心軸がシート部220dおよび主開閉弁221の中心軸と同軸上に配置されている。さらに、通路形成部材220fの中心部には中心軸方向に延びて、流出口側連通路221dの内部空間と流出口220b側とを連通させる細径連通穴220gが形成されている。
そして、通路形成部材220fは、図23、図24に示すように、主開閉弁221がシート部220dに押しつけられて主通路220cを閉じている際に、その先細先端部が流出口側連通路221dの内部に挿入されるようにボデー220に固定されている。
このため、図24に示すように、パイロット弁222が流出口側連通路221dを開いても、主開閉弁221が主通路220cを閉じている状態では、流出口側連通路221dの冷媒通路面積が通路形成部材220fの細径連通穴220gの冷媒通路面積となり、流入口側連通路221eの冷媒通路面積よりも小さくなる。
一方、主開閉弁221がシート部220dから離れて主通路220cを開くと、図25に示すように、通路形成部材220fの先細先端部が流出口側連通路221dから抜ける。これにより、流出口側連通路221dの冷媒通路面積が流入口側連通路221eの冷媒通路面積よりも大きくなる。
本実施形態のパイロット式開閉弁22では、主開閉弁221が主通路220cを開いた際に、流出口側連通路221dの冷媒通路面積を拡大させることによって、パイロット空間220e内の冷媒圧力Ppが流出口220b側の冷媒圧力P2に近づきやすくなる。従って、第5実施形態と同様に、主通路220cを安定的に開くことができる。
その他の車両用空調装置1および冷凍サイクル装置10の構成および作動については第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のようにパイロット式開閉弁22の構成を変更しても、第1実施形態と同様に、冷凍サイクル装置10の高圧側の冷媒圧力を低下させることなく、パイロット式開閉弁22が第2冷媒通路14bを開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低下させることができる。
(第7実施形態)
第1実施形態では、パイロット弁222の中心軸を主開閉弁221の中心軸に対して同軸上に配置して、パイロット弁222にて主開閉弁221に形成された流出口側連通路221dを開閉する例を説明したが、本実施形態では、図26、図27に示すように、パイロット弁222等の配置を変更した例を説明する。なお、図26、図27は、それぞれ第1実施形態の図2、図10に対応する図である。
より具体的には、本実施形態では、パイロット弁222およびソレノイド223等を主開閉弁221が変位する範囲(可動範囲)の外側に配置している。そして、このパイロット弁222にてボデー220に形成された流出口側連通路221dを開閉している。なお、本実施形態の主開閉弁221には、流出口側連通路は形成されていない。
また、図27に示すように、主開閉弁221が主通路220cを開いた際には、主開閉弁221の中心部に設けられた流入口側連通路221eがパイロット空間形成部材224に固定された樹脂性のシール部材によって閉塞される。これにより、流入口側連通路221eの合計冷媒通路面積が流出口側連通路221dの冷媒通路面積よりも小さくなる。従って、本実施形態では、パイロット空間形成部材224に固定された樹脂性のシール部材によって通路面積縮小手段が構成されている。
その他の車両用空調装置1および冷凍サイクル装置10の構成および作動については第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のようにパイロット式開閉弁22の構成を変更しても、第1実施形態と同様に、冷凍サイクル装置10の高圧側の冷媒圧力を低下させることなく、パイロット式開閉弁22が第2冷媒通路14bを開いた際に生じる冷媒通過音を充分に低下させることができる。
さらに、本実施形態では、パイロット弁222を主開閉弁221が変位する範囲の外側に配置しているので、パイロット弁222のストローク(パイロット弁が流出口側連通路221dを閉じた状態から全開とした状態へ変位する際の移動距離)を、主開閉弁221のストローク(主開閉弁221が主通路220cを閉じた状態から全開とした状態へ変位する際の移動距離)よりも小さく設定することができる。
従って、パイロット弁222およびこれを駆動変位させるソレノイド223の小型化を図ることができ、パイロット式開閉弁22全体としての小型化を図ることができる。
(第8実施形態)
本実施形態のパイロット式開閉弁22では、図28に示すように、第1実施形態に対して、通路閉塞ピン224a、および複数の流入口側連通路221eのうち通路閉塞ピン224aによって閉塞される流入口側連通路221e等を廃止している。つまり、本実施形態のパイロット式開閉弁22では、上述の実施形態で説明した通路面積縮小手段および通路面積拡大手段を備えていない。
本実施形態のパイロット式開閉弁22であっても、第2除湿暖房モード時に、主開閉弁221の前後差圧(P1−P2)が比較的大きくならず、主開閉弁221に作用する閉弁方向の荷重が主開閉弁スプリング225による開弁方向の荷重を超えない冷凍サイクル装置では、第2除湿暖房モード時に主通路220cを安定的に開いた状態に維持することができ、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第9実施形態)
本実施形態のパイロット式開閉弁22では、図29に示すように、第8実施形態に対して、主開閉弁221のシール構造を変更したものである。具体的には、主開閉弁221の下方側を円筒形状部として、この円筒径状部の外周側と内周側とを貫通させる横穴221hを設けている。
そして、主開閉弁221がシート部220d側(図29では下側)へ変位して、横穴221hがシート部220dに覆われることによって主通路220cが閉じられる。一方、主開閉弁221がパイロット弁222側(図29では上側)へ変位して、横穴221hがシート部220dの上側に移動すると、横穴221hを介して流入口220a側と流出口220b側が連通する。このようなシール構造に変更しても、第8実施形態と同様の効果を得ることができる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
(1)上述の実施形態では、下流側開閉手段として全閉機能付きの第2膨張弁15bを採用した例を説明したが、下流側開閉手段はこれに限定されない。例えば、第2膨張弁15bに対して直列的に接続された電気式開閉弁(電磁弁)を下流側開閉手段として用いてもよい。
また、第3三方継手13cに代えて、パイロット式開閉弁22の流出口220b側と第2膨張弁15bの入口側とを接続する冷媒回路、および逆止弁17の出口側と第2膨張弁15bの入口側とを接続する冷媒回路を切り替える電気式の三方弁を採用し、これを下流側開閉手段としてもよい。
(2)上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置10を、ハイブリッド車両に搭載される車両用空調装置1に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、車両走行用の駆動力を内燃機関(エンジン)から得る通常の車両用の空調装置に適用してもよいし、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車(燃料電池車両等を含む)用の空調装置に適用してもよい。もちろん、本発明の冷凍サイクル装置10は、車両用に限定されることなく、据え置き型の空調装置に適用してもよい。
(3)上述の各実施形態では、送風空気の加熱手段としてヒータコア34を配置した例を説明したが、エンジンの発熱量が不足する車両や場合や電気自動車等のようにエンジンを備えていない車両に冷凍サイクル装置10を適用する場合は、ヒータコア34を廃止してもよい。さらに、送風空気の補助加熱手段として、電力を供給されることによって発熱する電気ヒータを採用してもよい。
(4)上述の各実施形態では、暖房モード、冷房モード、第1除湿暖房モード、および第2除湿暖房モードの各運転モード時に、空調制御装置が、室内凝縮器12(ヒータコア34)側の空気通路、および冷風バイパス通路35のいずれか一方を閉塞するようにエアミックスドア36を作動させる例について説明したが、エアミックスドア36の作動はこれに限定されない。
例えば、エアミックスドア36が室内凝縮器12(ヒータコア34)側の空気通路、および冷風バイパス通路35の双方を開くようにしてもよい。そして、室内凝縮器12側の空気通路を通過させる風量と冷風バイパス通路35を通過させる風量との風量割合を調整することで、車室内への吹出空気の温度を調整するようにしてもよい。このような、温度調整は、送風空気の温度を微調整し易い点で有効である。
(5)上述の各実施形態では、空調制御プログラムを実行することによって、各運転モードを切り替えた例を説明したが、各運転モードの切り替えはこれに限定されない。例えば、操作パネルに各運転モードを設定する運転モード設定スイッチを設け、当該運転モード設定スイッチの操作信号に応じて、暖房モードと冷房モードおよび第1、第2除湿暖房モードを切り替えるようにしてもよい。
11 圧縮機
12 室内凝縮器
14a〜14d 第1〜第4冷媒通路
15a、15b 第1、第2膨張弁
16 室外熱交換器
18 室内蒸発器
220 ボデー
220a、220b、220c 流入口、流出口、主通路
221 主開閉弁
221d、221e 流出口側連通路、流入口側連通路

Claims (7)

  1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、
    前記圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を減圧させる減圧手段(15a)と、
    前記圧縮機(11)の吐出口側から前記減圧手段(15a)の入口側へ至るサイクルの高圧側と前記減圧手段(15a)の出口側から前記圧縮機(11)の吸入口側へ至るサイクルの低圧側とを接続するバイパス通路(14b)と、
    前記バイパス通路(14b)を開閉するパイロット式開閉弁(22)と、
    前記パイロット式開閉弁(22)から流出した冷媒が流通する冷媒通路を開閉する下流側開閉手段(15b)とを備え、
    前記パイロット式開閉弁(22)は、冷媒を流入させる流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)と冷媒を流出させる流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)との圧力差(P1−P2)が予め定めた基準圧力差以下となった際に前記バイパス通路(14b)を開く主開閉弁(221)、および前記流入口(220a)側と前記流出口(220b)側とを連通させる連通路(221d、221e)を開閉するパイロット弁(222)を有しており、
    前記主開閉弁(221)が前記バイパス通路(14b)を開く際には、前記下流側開閉手段(15b)が前記冷媒通路を閉じている状態で前記パイロット弁(222)が前記連通路(221d、221e)を開くことによって、前記流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)を前記流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)に近づけ、前記圧力差(P1−P2)を前記基準圧力差以下に縮小させてから、前記主開閉弁(221)が前記バイパス通路(14b)を開くことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 前記パイロット式開閉弁(22)は、
    高圧冷媒を流入させる流入口(220a)、前記流入口(220a)から流入した冷媒を流出させる冷媒流出口(220b)、および前記流入口(220a)から前記流出口(220b)へ冷媒を導く主通路(220c)が形成されたボデー(220)と、
    前記流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)と前記流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)との圧力差が予め定めた基準圧力差以下となった際に前記主通路(220c)を開く主開閉弁(221)と、
    前記流入口(220a)側と前記流出口(220b)側とを連通させる連通路(221d、221e)を開閉するパイロット弁(222)とを有し
    前記下流側開閉手段(15b)が前記冷媒通路を閉じている状態で前記パイロット弁(222)が前記連通路(221d、221e)を開いた際に、前記流入口(220a)側の高圧冷媒が前記連通路(221d、221e)を介して前記流出口(220b)側へ導かれることによって、前記流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)が前記流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)に近づくものであることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記パイロット式開閉弁(22)は、
    前記下流側開閉手段(15b)が前記冷媒通路を閉じている状態で前記パイロット弁(222)が前記連通路(221d、221e)を開いた際に、前記流出口(220b)側の冷媒圧力(P2)が前記流入口(220a)側の冷媒圧力(P1)に近づいて、前記圧力差が前記基準圧力差以下となるまで、前記主開閉弁(221)が前記バイパス通路(14b)を開いてしまうことが抑制されているものであることを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記パイロット式開閉弁(22)は、前記主開閉弁(221)に対して閉弁方向に付勢する冷媒圧力が導入されるパイロット空間(220e)を形成するパイロット空間形成部材(224)と、前記主開閉弁(221)に対して開弁方向に付勢する荷重をかける弾性部材(225)とを有し、
    前記連通路として、前記流入口(220a)側と前記パイロット空間(220e)とを連通させる流入口側連通路(221e)および前記パイロット空間(220e)と前記流出口(220b)側とを連通させる流出口側連通路(221d)が設けられており、
    前記パイロット弁(222)が前記流出口側連通路(221d)を閉じた際には、前記流入口(220a)側の高圧冷媒が前記流入口側連通路(221e)を介して前記パイロット空間(220e)へ導かれることによって、前記主開閉弁(221)が前記主通路(220c)を閉じることを特徴とする請求項2または3に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記流入口側連通路(221e)の冷媒通路面積は、前記流出口側連通路(221d)の冷媒通路面積よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記パイロット式開閉弁(22)は、前記主開閉弁(221)が前記主通路(220c)を開いた際に、前記主開閉弁(221)が前記主通路(220c)を閉じている際よりも前記流入口側連通路(221e)の冷媒通路面積を縮小させる通路面積縮小手段(224a、224b、221b、221f)を有することを特徴とする請求項4または5に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記パイロット式開閉弁(22)は、前記主開閉弁(221)が前記主通路(220c)を開いた際に、前記主開閉弁(221)が前記主通路(220c)を閉じている際よりも前記流出口側連通路(221d)の冷媒通路面積を拡大させる通路面積拡大手段(221s、220f)を有することを特徴とする請求項4ないし6のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
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