JP6465212B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

関連出願への相互参照
本出願は、2015年8月3日に出願された日本特許出願番号2015−153377号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
本開示は、冷媒が循環する冷凍サイクル装置に関するものである。
従来、この種の冷凍サイクル装置として、例えば特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された冷凍サイクル装置は、冷媒が流通する冷房用の経路と暖房用の経路とに切替可能となっている。
具体的には、特許文献1の冷凍サイクル装置は、室外に設置され一体的に構成された凝縮用熱交換部、過冷却用熱交換部、および受液部を有している。そして、その冷凍サイクル装置は、冷媒の流通経路を切り替えるために多数の制御バルブを有している。例えば冷凍サイクル装置は、その多数の制御バルブ(例えば、弁機構)の1つとして、過冷却用熱交換部を迂回するように冷媒を流すバイパス配管に設けられたバイパス配管用開閉弁を有している。
そのバイパス配管用開閉弁は、暖房時(すなわち、加熱運転モード時)にはバイパス配管を開き、受液部から冷媒を流出させ、サブクール部及び蒸発器を迂回させる。
また、受液部が気液分離器兼貯液器として機能し、暖房時には、受液部とは別に設置されたアキュムレータが気液分離器兼貯液器として用いられる。
特許第4803199号公報
特許文献1の冷凍サイクル装置は、上述のように、冷媒が流通する冷房用の経路と暖房用の経路とに切替可能となっているが、その切替えのために多数の制御バルブを必要とする。更に、その制御バルブの各々において切替操作も必要になる。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。
本開示は上記点に鑑みて、冷凍サイクル装置において制御バルブの数を減らすことを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の1つの観点によれば、本開示の冷凍サイクル装置は、
吸入口と吐出口とを有し、その吸入口から冷媒を吸入して圧縮しその圧縮した冷媒を吐出口から吐出する圧縮機と、
その圧縮機から流出した冷媒が流入しその冷媒が持つ熱を空調対象空間への送風空気へ放熱させる放熱器と、
圧縮機から流出した冷媒が流入しその冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器と、
圧縮機から室外熱交換器までの冷媒経路に設けられ、圧縮機から室外熱交換器へ冷媒を流す開放側切替状態と、圧縮機から放熱器へ冷媒を流すと共に放熱器からの流出後に開放側切替状態の場合よりも減圧された冷媒を室外熱交換器へ流す減圧側切替状態とに切り替えられる室外器前切替部と、
室外熱交換器から流出した冷媒を減圧する蒸発器前減圧部と、
その蒸発器前減圧部から流出した冷媒と送風空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器と、
室外熱交換器から流出した冷媒を蒸発器前減圧部および蒸発器を経由させて圧縮機の吸入口へ流す蒸発器経由経路と、
室外熱交換器から流出した冷媒を蒸発器前減圧部および蒸発器を迂回させて圧縮機の吸入口へ流す迂回経路と、
迂回経路を開閉し、蒸発器経由経路の開放時に迂回経路を閉じる非迂回状態になる一方で、蒸発器経由経路の閉塞時に迂回経路を開く迂回状態になる経路切替部とを備え、
室外器前切替部および経路切替部は、その室外器前切替部と経路切替部とが機械的に連動する連動弁を構成し、
その連動弁では、経路切替部が非迂回状態になると共に室外器前切替部は開放側切替状態に切り替えられ、経路切替部が迂回状態になると共に室外器前切替部は減圧側切替状態に切り替えられる。
上述の開示によれば、室外器前切替部および経路切替部は、その室外器前切替部と経路切替部とが機械的に連動する連動弁を構成する。また、その連動弁では、経路切替部が非迂回状態になると共に室外器前切替部は開放側切替状態に切り替えられ、経路切替部が迂回状態になると共に室外器前切替部は減圧側切替状態に切り替えられる。従って、室外器前切替部と経路切替部とが別々の制御バルブとして構成されている場合と比較して、冷凍サイクル装置において制御バルブの数を減らすことが可能である。例えば特許文献1の冷凍サイクル装置と比較して、制御バルブの数を減らすことが可能である。
また、本開示の別の観点によれば、本開示の冷凍サイクル装置は、
吸入口と吐出口とを有し、その吸入口から冷媒を吸入して圧縮しその圧縮した冷媒を吐出口から吐出する圧縮機と、
その圧縮機から流出した冷媒が流入しその冷媒が持つ熱を空調対象空間への送風空気へ放熱させる放熱器と、
圧縮機から流出した冷媒が流入しその冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器と、
圧縮機から室外熱交換器までの冷媒経路に設けられ、圧縮機から室外熱交換器へ冷媒を流す開放側切替状態と、圧縮機から放熱器へ冷媒を流すと共に放熱器からの流出後に開放側切替状態の場合よりも減圧された冷媒を室外熱交換器へ流す減圧側切替状態とに切り替えられる室外器前切替部と、
室外熱交換器から流出した冷媒を減圧する蒸発器前減圧部と、
その蒸発器前減圧部から流出した冷媒と送風空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器と、
室外熱交換器から流出した冷媒を蒸発器前減圧部および蒸発器を経由させて圧縮機の吸入口へ流す蒸発器経由経路と、
室外熱交換器から流出した冷媒を蒸発器前減圧部および蒸発器を迂回させて圧縮機の吸入口へ流す迂回経路と、
迂回経路を開閉し、迂回経路を閉じる非迂回状態と迂回経路を開く迂回状態とに切り替えられる経路切替部と、
経路切替部が非迂回状態になる場合には蒸発器経由経路を開放する一方で、経路切替部が迂回状態になる場合には蒸発器経由経路を閉じる開閉弁とを備え、
室外器前切替部および経路切替部は、その室外器前切替部と経路切替部とが機械的に連動する連動弁を構成し、
その連動弁では、経路切替部が非迂回状態になると共に室外器前切替部は開放側切替状態に切り替えられ、経路切替部が迂回状態になると共に室外器前切替部は減圧側切替状態に切り替えられる。
このようにしても、室外器前切替部と経路切替部とが別々の制御バルブとして構成されている場合と比較して、冷凍サイクル装置において制御バルブの数を減らすことが可能である。
第1実施形態において車両用空調装置を模式的に示した全体構成図である。 第1実施形態における統合弁単体の断面図であって、冷房モード時の状態で統合弁28の内部構成を示した図である。 第1実施形態における統合弁単体の断面図であって、暖房モード時の状態で統合弁の内部構成を示した図である。 図1の電子制御装置が冷媒回路切替制御を実行するための制御処理を示すフローチャートである。 第2実施形態における車両用空調装置の全体構成図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。 第2実施形態において統合弁単体を示した断面図であって、統合弁の内部構成を示した図である。 第3実施形態における車両用空調装置の全体構成図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。 第4実施形態における車両用空調装置の全体構成図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。 第4実施形態において統合弁単体を示した断面図であって、統合弁の内部構成を示した図である。 第5実施形態における車両用空調装置の全体構成図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。 第5実施形態において統合弁単体を示した断面図であって、統合弁の内部構成を示した図である。 第6実施形態における車両用空調装置の全体構成図であって、第5実施形態の図10に相当する図である。 第7実施形態における車両用空調装置の全体構成図であって、第6実施形態の図12に相当する図である。 図13の全体構成図において、第1冷媒回路の成立時に冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図である。 図13の全体構成図において、第2冷媒回路の成立時に冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図である。 図13の全体構成図において、第3冷媒回路の成立時に冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図である。
以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態において車両用空調装置8を模式的に示した全体構成図である。その車両用空調装置8は、冷媒が循環するヒートポンプ回路101から成る蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置10を備えている。また、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(すなわち、第1モード)と、送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房モード(すなわち、第2モード)とに択一的に切り替えられる。
図1に示す車両用空調装置8は、内燃機関(すなわち、エンジン)および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両に搭載される。そして、冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置8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加熱あるいは冷却する機能を果たす。
冷凍サイクル装置10のヒートポンプ回路101は、所定流体としての冷媒が循環する流体循環回路である。図1に示すように、ヒートポンプ回路101は、矢印FLcのように冷媒が循環する冷房モードの冷媒回路と、矢印FLhのように冷媒が循環する暖房モードの冷媒回路とに切替可能に構成されている。
ヒートポンプ回路101では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)が採用されており、ヒートポンプ回路101は、高圧側冷媒圧力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)等が採用されてもよい。
冷凍サイクル装置10は電子制御装置50とヒートポンプ回路101とを有している。そのヒートポンプ回路101は、圧縮機11、所謂室内コンデンサである室内凝縮器12、室外熱交換器16、気液分離器17、過冷却器19、所謂エバポレータである蒸発器22、統合弁28、温度式膨張弁29、蒸発器経由経路54、迂回経路56、および不図示の各種センサ等を有している。
圧縮機11は、吸入口111および吐出口112を有し、エンジンルーム内に配置されている。そのエンジンルームは車室外の一部であり、車両用空調装置8が搭載される車両が有するエンジンルーム隔壁9によって車室内と隔てられている。
圧縮機11は、ヒートポンプ回路101において吸入口111から冷媒を吸入して圧縮し、圧縮して過熱状態にした冷媒を吐出口112から吐出するものである。その圧縮機11の吐出口112には、室内凝縮器12の冷媒入口121が接続されている。本実施形態の圧縮機11は電動圧縮機である。圧縮機11の圧縮機構としては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。
圧縮機11の電動モータは、電子制御装置50から出力される制御信号によって、その作動(具体的には、回転数)が制御されるものである。その電動モータとしては、交流モータ、直流モータのいずれの形式が採用されもよい。そして、この電動モータの回転数制御によって、圧縮機11の冷媒吐出能力が変更される。
室内凝縮器12には、圧縮機11から流出した高温高圧の冷媒が流入し、室内凝縮器12は、その高温高圧の冷媒が持つ熱を車室内への送風空気へ放熱させる。すなわち、室内凝縮器12は、冷媒を放熱させる放熱器である。
具体的に、室内凝縮器12は、室内空調ユニット30のケーシング31内に配置されている。室内凝縮器12は、室内凝縮器12内の冷媒と室内凝縮器12を通過する送風空気とを熱交換させることで、その冷媒を凝縮させると共に送風空気を加熱する。
室内凝縮器12は室内凝縮器12の冷媒出口122から冷媒を流出させ、その室内凝縮器12の冷媒出口122は統合弁28の第3入口通路283へ接続されている。
統合弁28は、複数の弁体が互いに機械的に連動して作動する連動弁すなわち複合制御バルブである。統合弁28は、電子制御装置50から出力される制御信号によって作動し、この統合弁28の作動によって冷凍サイクル装置10の冷房モードと暖房モードとが切り替わる。言い換えれば、ヒートポンプ回路101の冷房モードと暖房モードとが切り替わる。
具体的に、統合弁28は、室外熱交換器16へ流入する冷媒の冷媒圧力を切り替える室外器前切替部28aと、圧縮機11の吸入口111へ連通する冷媒経路を切り替える経路切替部28bとを機能的に有している。本実施形態では、室外器前切替部28aは、圧縮機11の吐出口112から室外熱交換器16の冷媒入口161までの冷媒経路に設けられている。そして、経路切替部28bは、温度式膨張弁29の感温部292と気液分離器17の気相冷媒出口17bとのそれぞれから圧縮機11の吸入口111までの冷媒経路に設けられている。
統合弁28はヒートポンプ回路101の一部を構成している。統合弁28の弁本体であるボデー部70には、図2に示すように、冷媒が流入する第1入口通路281、第2入口通路282、および第3入口通路283が設けられ、更に、冷媒が流出する第1出口通路284および第2出口通路285が設けられている。図2は、統合弁28単体の断面図であって、統合弁28の内部構成を示した図である。図2において統合弁28は、冷房モード時の状態で図示されている。また、統合弁28の室外器前切替部28aおよび経路切替部28bは機能的なものであり、機械的に明確に分離できなくてもよい。
統合弁28において、第1入口通路281および第2入口通路282はそれぞれ経路切替部28bの入口通路であり、第1出口通路284は経路切替部28bの出口通路である。また、第3入口通路283は室外器前切替部28aの入口通路であり、第2出口通路285は室外器前切替部28aの出口通路である。
図1に戻り、統合弁28の第1入口通路281は温度式膨張弁29の感温部292を介して蒸発器22に接続され、第2入口通路282は気液分離器17の気相冷媒出口17bに接続され、第3入口通路283は室内凝縮器12の冷媒出口122に接続されている。また、第1出口通路284は圧縮機11の吸入口111に接続され、第2出口通路285は室外熱交換器16の冷媒入口161に接続されている。なお、この統合弁28の詳細構成については後述する。
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おり、冷媒入口161と冷媒出口162とを有している。室外熱交換器16の冷媒入口161には、圧縮機11から流出した冷媒が室内凝縮器12と統合弁28の室外器前切替部28aとを介して流入する。そして、室外熱交換器16は、その流入した冷媒と、不図示の送風ファンにより送風された車室外空気である外気とを熱交換させる。
室外熱交換器16は、室外熱交換器16に流入する冷媒の温度に応じて室外蒸発器または室外凝縮器として機能する。その室外熱交換器16の機能の切替えは、統合弁28の室外器前切替部28aによって行われる。そして、室外熱交換器16は、熱交換後の冷媒を冷媒出口162から気液分離器17の冷媒入口17aへと流す。上記送風ファンは、電子制御装置50から出力される制御電圧によって回転数(すなわち、その回転数に対応する送風能力)が制御される電動送風機である。
気液分離器17は、冷媒入口17aと気相冷媒出口17bと液相冷媒出口17cとを有している。気液分離器17の冷媒入口17aには、室外熱交換器16の冷媒出口162から流出した冷媒が流入する。気液分離器17は、その冷媒入口17aから気液分離器17内部へ流入した冷媒を、公知の気液分離構造により気相冷媒と液相冷媒とに分離する。そして、気液分離器17は、その分離された気相冷媒を気相冷媒出口17bから流出させ、液相冷媒を液相冷媒出口17cから流出させる。また、気液分離器17は、その気液分離器17の内部に液相冷媒を蓄える貯液器としても機能する。
例えば、統合弁28では、上記のように第2入口通路282が気液分離器17の気相冷媒出口17bに接続され且つ第2出口通路285が室外熱交換器16の冷媒入口161に接続されている。従って、その第2入口通路282は、室外熱交換器16と気液分離器17とを介して第2出口通路285に連通している。そのため、第2入口通路282内の冷媒圧力は第2出口通路285内の冷媒圧力と略同じになっている。すなわち、統合弁28の第2入口通路282には、第1入口通路281に流入する冷媒の圧力と比較して第2出口通路285内の圧力に近い圧力を有する冷媒が流入する。
過冷却器19は、冷媒入口191と冷媒出口192とを有し、その冷媒入口191は気液分離器17の液相冷媒出口17cに接続されている。過冷却器19は、気液分離器17の液相冷媒出口17cと温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291との間に設けられている。
過冷却器19は、気液分離器17の液相冷媒出口17cから流出した冷媒と外気とを熱交換することによって液相冷媒を更に冷却して冷媒の過冷却度を高め、その熱交換後の冷媒を冷媒出口192から温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291へ流出させる。要するに、過冷却器19は、気液分離器17の液相冷媒出口17cから流出した冷媒を過冷却する熱交換器である。この過冷却器19、室外熱交換器16、および気液分離器17は、相互にボルト締結等されることで一体的に構成されている。
温度式膨張弁29は、蒸発器22の冷媒出口222から流出する冷媒である蒸発器出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように、蒸発器22の冷媒入口221へ流入する冷媒を機械的機構によって減圧膨張させる周知の温度感応型機械式膨張弁である。言い換えれば、温度式膨張弁29は、蒸発器22の冷媒出口222における冷媒の過熱度を調節する。温度式膨張弁29は、車両用エアコンに汎用的に使われているものであり、機械式であるので、電子制御装置50による制御を必要とせず、一般的に低コストで且つ車両搭載性において優れている。
具体的に、温度式膨張弁29は、過冷却器19の冷媒出口192と蒸発器22の冷媒入口221との間に介装された蒸発器前減圧部291と、蒸発器22の冷媒出口222と統合弁28の第1入口通路281との間に介装された感温部292とを有している。その感温部292は、蒸発器出口側冷媒の温度および圧力に基づきその冷媒の過熱度を検出する。そして、蒸発器前減圧部291は、蒸発器出口側冷媒の温度および圧力に応じて冷媒流れを絞る絞り開度を調節して、室外熱交換器16から流出し気液分離器17および過冷却器19を経た冷媒を減圧する。言い換えれば、温度式膨張弁29は、気液分離器17の液相冷媒出口17cから過冷却器19を介して流出した冷媒を、蒸発器前減圧部291において減圧膨張させる。
蒸発器22は、冷媒が流入する冷媒入口221と、蒸発器22内で熱交換した後の冷媒を流出させる冷媒出口222とを有している。蒸発器22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よりも送風空気流れ上流側に配置されている。蒸発器22は、冷房モード時に送風空気を冷却する冷却用熱交換器であり、温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291から流出した冷媒をケーシング31内の送風空気と熱交換させて蒸発させる。なお、室内空調ユニット30は蒸発器22よりも空気流れ上流側に送風機を備えており、その送風機によって送風空気が矢印FNのように蒸発器22へと送られる。
蒸発器経由経路54および迂回経路56は、室外熱交換器16から圧縮機11の吸入口111までの間において互いに並列に設けられた冷媒経路である。すなわち、蒸発器経由経路54は、室外熱交換器16から流出した冷媒を温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291と蒸発器22とを経由させて圧縮機11の吸入口111へ流す冷媒経路である。そして、迂回経路56は、室外熱交換器16から流出した冷媒を温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291と蒸発器22とを迂回させて圧縮機11の吸入口111へ流す冷媒経路である。
従って、蒸発器経由経路54には、過冷却器19と蒸発器22と温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291と感温部292とが設けられている。そして、蒸発器経由経路54の冷媒流れ上流側には気液分離器17の液相冷媒出口17cが接続され、蒸発器経由経路54の冷媒流れ下流側には統合弁28の第1入口通路281が接続されている。
また、迂回経路56の冷媒流れ上流側には気液分離器17の気相冷媒出口17bが接続され、迂回経路56の冷媒流れ下流側には統合弁28の第2入口通路282が接続されている。
このような接続関係から判るように、気液分離器17は、室外熱交換器16と蒸発器経由経路54および迂回経路56との間に介装されている。また、気液分離器17は、気相冷媒を気相冷媒出口17bから迂回経路56へ流出させ、液相冷媒を液相冷媒出口17cから蒸発器経由経路54へ流出させる。
室内空調ユニット30は、上記のケーシング31に加えて送風通路切替ドア33を備えている。ケーシング31内には、互いに並列に設けられた温風通路31aと冷風通路31bとが形成されており、温風通路31aには室内凝縮器12が配置されている。すなわち、温風通路31aは蒸発器22通過後の送風空気を室内凝縮器12へ流す空気通路であり、冷風通路31bは、室内凝縮器12を迂回させてその送風空気を流す空気通路である。
送風通路切替ドア33は、電子制御装置50から出力される制御信号によって作動する。この送風通路切替ドア33は、温風通路31aを塞ぐ一方で冷風通路31bを開放する第1ドア位置と、温風通路31aを開放する一方で冷風通路31bを塞ぐ第2ドア位置との何れかに位置決めされる。具体的には、送風通路切替ドア33は、冷房モード時には第1ドア位置に位置決めされ、暖房モード時には第2ドア位置に位置決めされる。例えば、図1では送風通路切替ドア33は第2ドア位置に位置決めされている。
ケーシング31において、温風通路31aおよび冷風通路31bの空気流れ下流側には、温風通路31aまたは冷風通路31bを通過した送風空気(すなわち、空調風)を、空調対象空間である車室内へ吹き出す不図示の開口孔が複数設けられている。具体的に、この開口孔としては、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孔、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口孔、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孔等がある。それぞれの開口孔には、開口孔を開閉する開閉ドアが設けられている。
図2および図3に示すように、統合弁28は、ボデー部70、第1弁体72、第2弁体74、弁作動部76、第1付勢部材78、第2付勢部材80、調整ネジ82、およびシール部材84を備えている。その第1弁体72、第2弁体74、第1付勢部材78、第2付勢部材80、およびシール部材84はボデー部70内に収容されている。図3は、図2と同様に統合弁28単体の断面図であって、統合弁28の内部構成を示した図であるが、統合弁28が暖房モード時の状態で図示されているという点で図2と異なる。
統合弁28では、一軸心である弁作動軸心CLvに沿って第1弁体72と第2弁体74とが直列に並んで配置されている。そして、統合弁28では、弁作動部76に含まれるアクチュエータ761によって、第1弁体72および第2弁体74が互いに連動して弁作動軸心CLvの軸方向DRa(以下、弁作動軸心方向DRaとも呼ぶ)に移動させられる。
詳細には、ボデー部70は第1弁座部701と第2弁座部702と第3弁座部703とを、ボデー部70の内部に有している。その第1弁座部701はその内側に、第1入口通路281に連通した通路連通孔701aを形成している。また、第2弁座部702はその内側に、第2入口通路282に連通した通路連通孔702aを形成している。また、第3弁座部703はその内側に、第2出口通路285に連通した通路連通孔703aを形成している。この第3弁座部703は、本開示の弁座部に対応する。
第1弁座部701は、弁作動軸心方向DRaにおいて第2弁座部702に対し第1弁体72を挟んで対向して配置されている。詳細に言えば、第1弁座部701は第1弁体72に対し、弁作動軸心方向DRaにおけるアクチュエータ761側すなわち弁作動軸心方向DRaの一方に配置されている。そして、第2弁座部702は第1弁体72に対し、弁作動軸心方向DRaの他方に配置されている。
また、第1出口通路284のうち、第1弁座部701と第2弁座部702とにそれぞれ接続する接続部分は第1弁室284aとして形成されている。その第1弁室284a内には、第1弁体72と第1付勢部材78とが収容されている。
また、第3弁座部703は第2弁体74に対し、弁作動軸心方向DRaにおけるアクチュエータ761側すなわち弁作動軸心方向DRaの一方に配置されている。第3入口通路283のうち、第3弁座部703にそれぞれ接続する接続部分は第2弁室283aとして形成されている。その第2弁室283a内には、第2弁体74と第2付勢部材80とが収容されている。
第1弁体72は、弁作動軸心方向DRaを厚み方向とする略円盤形状を成しており、経路切替部28bの弁体として設けられている。そして、第1弁体72は、第1弁座部701に対し弁作動軸心方向DRaに押し付けられることで第1入口通路281を塞ぐ。その一方で、第1弁体72は、第2弁座部702に対し弁作動軸心方向DRaに押し付けられることで第2入口通路282を塞ぐ。
すなわち、第1弁体72は、弁作動軸心方向DRaへ移動させられることにより、第1入口通路281を第1出口通路284へ連通させる一方で第2入口通路282を塞ぐ第1連通状態と、第2入口通路282を第1出口通路284へ連通させる一方で第1入口通路281を塞ぐ第2連通状態とに択一的に切り替えられる。
具体的には、図2において第1弁体72は第1連通状態で図示されており、その第1連通状態では、第1弁体72は第1弁座部701から離れる一方で第2弁座部702へ押し付けられて当接する。これにより、第1弁体72は、矢印FL1aのように冷媒を第1入口通路281から第1出口通路284へと流す。その一方で、第1弁体72は、矢印FL1bのように第2入口通路282へ流入する冷媒を塞き止める。
また、図3において第1弁体72は第2連通状態で図示されており、その第2連通状態では、第1弁体72は第2弁座部702から離れる一方で第1弁座部701へ押し付けられて当接する。これにより、第1弁体72は、矢印FL1cのように冷媒を第2入口通路282から第1出口通路284へと流す。その一方で、第1弁体72は、第1入口通路281へ矢印FL1dのように流入する冷媒を塞き止める。
このように第1弁体72が作動することから、統合弁28の経路切替部28bは三方弁として機能する。すなわち、経路切替部28bは、第1弁体72の作動により、第2入口通路282に接続された迂回経路56を開閉すると共に、第1入口通路281に接続された蒸発器経由経路54も開閉する。
詳細に言えば、経路切替部28bは、第1弁体72が第1連通状態に切り替えられることで、図1に示す蒸発器経由経路54の開放時に迂回経路56を閉じる非迂回状態になる。換言すると、経路切替部28bは、その非迂回状態では迂回経路56を閉じると共に蒸発器経由経路54を開く。その一方で、経路切替部28bは、第1弁体72が第2連通状態に切り替えられることで、蒸発器経由経路54の閉塞時に迂回経路56を開く迂回状態になる。換言すると、経路切替部28bは、その迂回状態では迂回経路56を開くと共に蒸発器経由経路54を閉じる。このように、経路切替部28bは、非迂回状態と迂回状態とに択一的に切り替えられる。
図2および図3に示すように、第2弁体74は、弁作動軸心方向DRaを厚み方向とする略円盤形状を成しており、室外器前切替部28aの弁体として設けられている。第2弁体74は、二方弁の弁体と同様の動きを為す。
第2弁体74は、弁作動軸心方向DRaにおいて第1弁体72に対しアクチュエータ761側とは反対側に配置されている。そして、第2弁体74には、その第2弁体74を弁作動軸心方向DRaに貫通する絞り孔74aが形成されている。その絞り孔74aは細径の孔であり、その絞り孔74aを通る冷媒を絞って減圧させる。
また、第2弁体74の絞り孔74aは、第2弁体74が第3弁座部703に当接した状態で、第3弁座部703の通路連通孔703aへ連通する。具体的には、第3弁座部703側に開口した絞り孔74aの開口端は、弁作動軸心CLvの径方向において第3弁座部703の内径よりも内側に位置している。
このような構成から、第2弁体74は、弁作動軸心方向DRaへ移動させられることにより、第3入口通路283からの冷媒を第2出口通路285へ殆ど絞らずに流す開放状態と、第3入口通路283からの冷媒の流れを上記開放状態よりも絞ってその冷媒を第2出口通路285へ流す絞り状態とに択一的に切り替えられる。
具体的には、図2において第2弁体74は開放状態で図示されており、その開放状態では、第2弁体74は第3弁座部703から離れ、第3弁座部703の通路連通孔703aを開放して(言い換えれば最大開度にして)第3入口通路283へ連通させる。これにより、第2弁体74は、冷媒を殆ど減圧せずに矢印FL2aのように第3入口通路283から第2出口通路285へと流す。
また、図3において第2弁体74は絞り状態で図示されており、その絞り状態では、第2弁体74は第3弁座部703に押し付けられて当接し、第3弁座部703の通路連通孔703aを第2弁体74の絞り孔74aを介して第3入口通路283へ連通させる。言い換えれば、第2弁体74の絞り孔74aは絞り状態において、第3入口通路283を第3弁座部703の通路連通孔703aへ連通させる。そして、第2弁体74は絞り状態では、第3入口通路283からの冷媒を絞り孔74aに通過させることで、第3入口通路283からの冷媒の流れを上記開放状態よりも絞る。これにより、矢印FL2b、FL2cのように流れて絞り孔74aを通過する冷媒はその絞り孔74aにて減圧膨張させられ、第2弁体74は固定絞りとして機能する。そして、室内凝縮器12の冷媒出口122における冷媒の過冷却度は、その絞り孔74aの絞り開度に応じて定まる。
このように第2弁体74が作動することから、統合弁28の室外器前切替部28aは、その第2弁体74の作動に応じて、開放側切替状態と減圧側切替状態とに切り替えられる。その開放側切替状態とは、室外器前切替部28aが圧縮機11から室外熱交換器16へ冷媒を殆ど減圧せずに流す状態である。また、減圧側切替状態とは、室外器前切替部28aが圧縮機11から室内凝縮器12へ冷媒を流すと共に室内凝縮器12からの流出後に開放側切替状態の場合よりも減圧された冷媒を室外熱交換器16へ流す状態である。
そして、室外器前切替部28aは、第2弁体74が開放状態に切り替えられることによって開放側切替状態になる。その一方で、室外器前切替部28aは、第2弁体74が絞り状態に切り替えられることによって減圧側切替状態になる。
図2および図3に示すように、第1付勢部材78は、弁作動軸心方向DRaに常時圧縮されている圧縮コイルバネである。第1付勢部材78は、弁作動軸心方向DRaにおいて第1弁体72に対し第1弁座部701側とは反対側に配置されている。この配置により、第1付勢部材78は、第1弁体72を、その第1弁体72に対する弁作動軸心方向DRaの第1弁座部701側すなわち弁作動軸心方向DRaの一方へ付勢する。
第2付勢部材80は、弁作動軸心方向DRaに常時圧縮されている圧縮コイルバネである。第2付勢部材80は、弁作動軸心方向DRaにおいて第2弁体74に対し第3弁座部703側とは反対側に配置されている。この配置により、第2付勢部材80は、第2弁体74を、その第2弁体74に対する弁作動軸心方向DRaの第3弁座部703側すなわち弁作動軸心方向DRaの一方へ付勢する。
また、調整ネジ82は、弁作動軸心CLvまわりに回動するネジ部材であり、ボデー部70に対して螺合されている。調整ネジ82は、弁作動軸心方向DRaにおいて第2弁体74との間に第2付勢部材80を挟むように配置されている。すなわち、第2付勢部材80の一方端は第2弁体74に当接し、第2付勢部材80の他方端は調整ネジ82に当接している。従って、第2付勢部材80が第2弁体74を付勢する付勢力すなわち第2付勢部材80のバネ力は、ボデー部70に対する調整ネジ82のねじ込み量に応じて増減される。
弁作動部76は、アクチュエータ761と送りネジ機構762と作動軸部763とを有し、アクチュエータ761の駆動によって第1弁体72と第2弁体74とを弁作動軸心方向DRaに変位させる。
アクチュエータ761は、弁作動軸心CLvを回転軸心とする例えばステッピングモータ等の電動モータであり、ステータ761aとロータ761bとを有している。そのステータ761aは電磁コイルから成り、ボデー部70に対して固定されている。また、ロータ761bは永久磁石から成り、ステータ761aの径方向内側に配置され、ステータ761aに対して回転可能に設けられている。
送りネジ機構762は弁作動軸心CLvを回転軸心としてロータ761bの径方向内側に配置され、弁作動軸心CLvまわりのアクチュエータ761の回転を弁作動軸心方向DRaの変位に変換する。そのために、送りネジ機構762は雌ネジ部762aと雄ネジ部762bとを有している。
送りネジ機構762の雌ネジ部762aは、ロータ761bの内側に固定されているので、弁作動軸心CLvまわりにロータ761bと一体に回転する。要するに、送りネジ機構762は、アクチュエータ761によって弁作動軸心CLvまわりに回転駆動される。
送りネジ機構762の雄ネジ部762bは雌ネジ部762aに螺合されており、作動軸部763を介しボデー部70に対して回転不能とされている。そのため、雄ネジ部762bは、雌ネジ部762aがアクチュエータ761によって回転させられることにより弁作動軸心方向DRaへ移動する。
作動軸部763は送りネジ機構762に接続されており、弁作動軸心方向DRaにおける送りネジ機構762の変位を第1弁体72と第2弁体74とに伝達する。そのために、作動軸部763は、棒形状を成す第1ロッド763aおよび第2ロッド763bを含んで構成されている。すなわち、作動軸部763は、第1弁体72と第2弁体74との各々に連結されたロッド部である。
第1ロッド763aおよび第2ロッド763bは弁作動軸心CLvを中心軸心として、互いに弁作動軸心方向DRaに直列に並んで配置されている。第1ロッド763aは、弁作動軸心方向DRaにおいて送りネジ機構762の雄ネジ部762bと第1弁体72との間に配置されており、ボデー部70に対し軸方向移動可能で且つ相対回転不能となっている。そして、第1ロッド763aの一端は送りネジ機構762の雄ネジ部762bに固定され、第1ロッド763aの他端は第1弁体72に突き当てられている。
また、第2ロッド763bは、弁作動軸心方向DRaにおいて第1弁体72と第2弁体74との間に配置されている。そして、第2ロッド763bは、ボデー部70に形成された挿通孔70aに挿通されている。言い換えれば、その挿通孔70aには第2ロッド763bの一部が挿通されている。そのボデー部70の挿通孔70aは、弁作動軸心方向DRaに並んで形成された第2入口通路282と第2出口通路285との間を弁作動軸心方向DRaに貫通する貫通孔である。この挿通孔70aには、冷媒の流通を防止するシール部材84が設けられている。
また、第2ロッド763bの一端は第1弁体72に固定され、第2ロッド763bの他端は第2弁体74に突き当てられている。要するに、第2ロッド763bは、第1弁体72と第2弁体74との各々に連結されている。従って、統合弁28では、第2弁体74を含む室外器前切替部28aと第1弁体72を含む経路切替部28bとが、その第2ロッド763bを介して機械的に連動する。
このような第1ロッド763aおよび第2ロッド763bの配置から、作動軸部763は、送りネジ機構762が回転駆動されることによって、弁作動軸心方向DRaへ移動させられる。それと共に、作動軸部763は、第1付勢部材78の付勢力(すなわち、バネ力)と第2付勢部材80の付勢力(すなわち、バネ力)とに対抗する付勢対抗力を第1弁体72と第2弁体74とに作用させる。
そして、弁作動部76は、第1弁体72および第2弁体74を弁作動軸心方向DRaへ移動させることにより、第1弁体72を上記第1連通状態にすると共に第2弁体74を上記開放状態にする第1作動状態と、第1弁体72を上記第2連通状態にすると共に第2弁体74を上記絞り状態にする第2作動状態とに切り替わる。
すなわち、統合弁28では、弁作動部76が第1作動状態に切り替わることにより、経路切替部28bは非迂回状態になると共に室外器前切替部28aは開放側切替状態に切り替えられる。その一方で、弁作動部76が第2作動状態に切り替わることにより、経路切替部28bは迂回状態になると共に室外器前切替部28aは減圧側切替状態に切り替えられる。例えば、弁作動部76は、第1付勢部材78および第2付勢部材80の付勢力に対抗して弁作動軸心方向DRaの他方(図2参照)へ第1弁体72と第2弁体74とを移動させることで、上記第2作動状態から第1作動状態へ切り替わる。
図1に戻り、ヒートポンプ回路101における冷媒の流れについて説明する。このヒートポンプ回路101において統合弁28は、冷房モードの冷媒回路である第1冷媒回路と、暖房モードの冷媒回路である第2冷媒回路とを択一的に成立させる切替装置としての役割を果たす。
具体的に、その第1冷媒回路は、統合弁28の弁作動部76が図2のように第1作動状態に切り替わることによって成立する。そして、その第1冷媒回路では、図1の矢印FLcのように冷媒が循環する。すなわち、第1冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、室内凝縮器12、統合弁28の第3入口通路283、統合弁28の第2出口通路285、室外熱交換器16、気液分離器17、過冷却器19、温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291、蒸発器22、温度式膨張弁29の感温部292、統合弁28の第1入口通路281、統合弁28の第1出口通路284、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。このとき、統合弁28では第2入口通路282が塞がれているので(図2参照)、気液分離器17内の冷媒は気液分離器17の気相冷媒出口17bから流出できなくなっている。
また、上記第2冷媒回路は、統合弁28の弁作動部76が図3のように第2作動状態に切り替わることによって成立する。そして、その第2冷媒回路では、図1の矢印FLhのように冷媒が循環する。すなわち、第2冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、室内凝縮器12、統合弁28の第3入口通路283、統合弁28の第2出口通路285、室外熱交換器16、気液分離器17、統合弁28の第2入口通路282、統合弁28の第1出口通路284、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。このとき、統合弁28では第1入口通路281が塞がれているので(図3参照)、気液分離器17内の冷媒は気液分離器17の液相冷媒出口17cから流出できなくなっている。
図1に示す電子制御装置50は、不図示のCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピータで構成されている。また、電子制御装置50に接続されたセンサ等からの信号は、不図示の入力回路によってA/D変換された後にマイクロコンピュータに入力される。電子制御装置50は、種々の空調制御を実行する空調制御装置として機能し、その空調制御の1つとして、上記第1冷媒回路と第2冷媒回路とを切り替える冷媒回路切替制御を実行する。
図4は、その冷媒回路切替制御を実行するための制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置50は、例えば車両のイグニッションスイッチがオンにされると図4の制御処理を開始し、その図4の制御処理を周期的に繰り返し実行する。
図4に示すように、電子制御装置50は、まず、ステップS01にて、エアコンスイッチとしての不図示のA/Cボタンが乗員操作によってオン位置に切り替えられているか否かを判定する。そのエアコンスイッチは、オン位置またはオフ位置に切り替えられる操作ボタンであり、車室内において乗員操作され易い位置に設けられている。乗員は、蒸発器22で空調空気を冷却または除湿するエアコン運転を実行させる際にこのエアコンスイッチをオン位置にする。
ステップS01において、エアコンスイッチがオン位置に切り替えられていると判定した場合には、ステップS02へ進む。その一方で、エアコンスイッチがオン位置には切り替えられていないと判定した場合、例えばオフ位置に切り替えられていると判定した場合には、ステップS04へ進む。
ステップS02においては、不図示の外気温度センサから外気温度を示す温度検出信号を受け取り、その外気温度が0℃以上であるか否かを判定する。ステップS02において、外気温度が0℃以上であると判定した場合には、ステップS03へ進む。その一方で、外気温度が0℃未満であると判定した場合には、ステップS04へ進む。
ステップS03においては、統合弁28のアクチュエータ761を作動させ、弁作動部76を第1作動状態に切り替える。既に弁作動部76が第1作動状態であればそれを継続する。これにより、ヒートポンプ回路101において矢印FLc(図1参照)のように冷媒が循環する冷房用の第1冷媒回路を成立させる。そして、冷凍サイクル装置10は冷房モードになる。
また、電子制御装置50は、この第1冷媒回路を成立させることと共に、送風通路切替ドア33(図1参照)を、温風通路31aを塞ぐ第1ドア位置に位置決めする。これにより、室内空調ユニット30の温風通路31aへ送風空気が略流れなくなり、室内凝縮器12では冷媒と送風空気との熱交換が略停止する。
そのため、圧縮機11の吐出口112から吐出された高温高圧の気相冷媒は室内凝縮器12では放熱させられずに、統合弁28の室外器前切替部28aを通過して室外熱交換器16へ流入する。このとき、室外器前切替部28aの弁体としての第2弁体74は開放状態であるので冷媒は殆ど減圧されず、統合弁28の第2出口通路285(図2参照)から過熱状態のまま室外熱交換器16へ流入する。
その統合弁28の第2出口通路285から流出する冷媒の流出冷媒圧力に着目すると、統合弁28の室外器前切替部28aは、その室外器前切替部28aの開放側切替状態では、その流出冷媒圧力を、冷媒が室外熱交換器16にて外気よりも高温になる大きさにする。すなわち、室外器前切替部28aは開放側切替状態では、室外熱交換器16の冷媒入口161にて外気よりも高温になる圧力とされた冷媒を室外熱交換器16へ流入させる。従ってこの場合、室外熱交換器16は、外気と冷媒とを熱交換させることで冷媒を凝縮させる室外凝縮器として機能する。室外熱交換器16は、その熱交換後の冷媒を気液分離器17へ流出させる。
また、第1冷媒回路の成立時には、統合弁28の第1弁体72(図2参照)が第1連通状態とされていることにより、気液分離器17内の冷媒は気相冷媒出口17bからは流出せず液相冷媒出口17cから流出する。すなわち、気液分離器17は、主として液相冷媒を流出させるレシーバとして機能する。このような第1冷媒回路の成立時には、室内空調ユニット30は、例えば送風空気を蒸発器22で冷却する冷房運転を行うことができる。図4に示すステップS03の次はステップS01へ戻る。
図4のステップS04においては、乗員からの暖房運転の要求としての暖房要求があるか否かを、空調設定温度に基づいて判定する。その空調設定温度は、例えば、車室内の温度の目標値として乗員により任意に設定される。そして、空調設定温度が、例えば車室内温度センサによって検出される車室内の温度を上回っている場合に、電子制御装置50は暖房要求があると判定する。
ステップS04において、暖房要求があると判定した場合には、ステップS05へ進む。その一方で、暖房要求が無いと判定した場合には、図4の制御処理を終了し、再びステップS01から開始する。
ステップS05においては、統合弁28のアクチュエータ761を作動させ、弁作動部76を第2作動状態に切り替える。既に弁作動部76が第2作動状態であればそれを継続する。これにより、ヒートポンプ回路101において矢印FLh(図1参照)のように冷媒が循環する暖房用の第2冷媒回路を成立させる。これにより、冷凍サイクル装置10は暖房モードになる。
また、電子制御装置50は、この第2冷媒回路を成立させることと共に、送風通路切替ドア33(図1参照)を、温風通路31aを開放する第2ドア位置に位置決めする。これにより、図1に示す室内空調ユニット30の温風通路31aへ送風空気が流れ、室内凝縮器12では冷媒と送風空気との熱交換が行われ、室内凝縮器12内を流れる冷媒は凝縮し過冷却になって凝縮器12から流出する。
従って、上記のステップS03の説明とステップS05の説明とを対比すれば判るように、送風通路切替ドア33は、第1冷媒回路が成立させられている場合には、第2冷媒回路が成立させられている場合に比して冷媒から送風空気への放熱を抑える放熱量切替装置として機能する。そのため、室内凝縮器12は、冷凍サイクル装置10の冷房モードでは冷媒と送風空気との熱交換を行わない一方で暖房モードでは冷媒を熱交換により凝縮させる。
第2冷媒回路の成立時において、統合弁28の第2弁体74は絞り状態であるので、第3入口通路283に流入する冷媒は第2弁体74の絞り孔74a(図3参照)で減圧膨張させられ気液二相になる。そして、統合弁28は、その減圧膨張させた冷媒を第2出口通路285から室外熱交換器16へ流出させる。
その統合弁28の第2出口通路285から流出する冷媒の流出冷媒圧力に着目すると、統合弁28の室外器前切替部28aは、その室外器前切替部28aの減圧側切替状態では、その流出冷媒圧力を、冷媒が室外熱交換器16にて外気よりも低温になる大きさにする。すなわち、室外器前切替部28aは、減圧側切替状態では、室外熱交換器16の冷媒入口161にて外気よりも低温になる圧力にまで減圧された冷媒を室外熱交換器16へ流入させる。従ってこの場合、室外熱交換器16は、その流入した冷媒と外気とを熱交換させることで冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。すなわち、統合弁28において室外器前切替部28aが開放側切替状態または減圧側切替状態に切り替えられることに応じて、室外熱交換器16は室外凝縮器または室外蒸発器として選択的に機能する。室外熱交換器16は、熱交換後の冷媒を気液分離器17へ流出させる。
また、第2冷媒回路の成立時には、統合弁28の第1弁体72(図3参照)が第2連通状態とされていることにより、気液分離器17内の冷媒は液相冷媒出口17cからは流出せず気相冷媒出口17bから流出する。すなわち、気液分離器17は、主として気相冷媒を流出させるアキュムレータとして機能する。このような第2冷媒回路の成立時には、室内空調ユニット30は、例えば送風空気を室内凝縮器12で加熱する暖房運転を行うことができるようになる。このとき、蒸発器22には冷媒が循環しないので、送風空気は蒸発器22で熱交換することなく単に蒸発器22を通過するだけとなる。図4のステップS05の次はステップS01へ戻る。
図示は省略しているが、電子制御装置50は、図4の制御処理の実行中には、これと並行して複数の空調制御を実行する。その複数の空調制御とは例えば、室内空調ユニット30の送風機が送風する送風量を増減する送風機制御、圧縮機11の回転数を増減する圧縮機駆動制御、送風通路切替ドア33を回動させる送風通路切替ドア制御、および、ケーシング31の各開口孔に設けられた開閉ドアを開閉する吹出口モード制御等である。
また、上述した図4の各ステップでの処理は、それぞれの機能を実現する機能部を構成している。
上述したように、本実施形態によれば、室外器前切替部28aおよび経路切替部28bは、その室外器前切替部28aと経路切替部28bとが機械的に連動する統合弁28を構成している。そして、その統合弁28では、経路切替部28bが非迂回状態になると共に室外器前切替部28aは開放側切替状態に切り替えられる。その一方で、経路切替部28bが迂回状態になると共に室外器前切替部28aは減圧側切替状態に切り替えられる。従って、室外器前切替部28aと経路切替部28bとが別々の制御バルブとして構成されている場合と比較して、冷凍サイクル装置10において制御バルブの数を減らすことが可能である。例えば特許文献1の冷凍サイクル装置と比較して、制御バルブの数を減らすことが可能である。
また、本実施形態によれば、気液分離器17の気相冷媒出口17bは主として気相冷媒を迂回経路56へ流出させ、気液分離器17の液相冷媒出口17cは主として液相冷媒を蒸発器経由経路54へ流出させる。これにより、気液分離器17は、冷房用の第1冷媒回路の成立時には、主として液相冷媒を流出させるレシーバとして機能する一方で、暖房用の第2冷媒回路の成立時には、主として気相冷媒を流出させるアキュムレータとして機能する。従って、アキュムレータと受液部とである2つの気液分離器を有する特許文献1の冷凍サイクル装置と比較して、気液分離器の数を減らすことが可能である。その結果として例えば、冷凍サイクル装置10の搭載スペースを削減することが可能である。
また、本実施形態によれば、統合弁28の経路切替部28bは、迂回経路56を開閉すると共に蒸発器経由経路54も開閉する。従って、その迂回経路56および蒸発器経由経路54の一方を開閉する機能を統合弁28とは別個に設ける場合と比較して、冷凍サイクル装置10の搭載スペースを削減することが容易である。
また、本実施形態によれば、統合弁28は、経路切替部28bの弁体としての第1弁体72と、室外器前切替部28aの弁体としての第2弁体74と、その第1弁体72と第2弁体74との各々に連結された作動軸部763とを有している。そして、室外器前切替部28aおよび経路切替部28bは作動軸部763を介して機械的に連動する。従って、簡素な構成で室外器前切替部28aと経路切替部28bとを機械的に連動させることが可能である。
また、本実施形態によれば、第2弁体74には、その第2弁体74を貫通する絞り孔74aが形成されている。そして、室外器前切替部28aは、第2弁体74が第3弁座部703から離れることによって開放側切替状態になる。その一方で、室外器前切替部28aは、第2弁体74が第3弁座部703に当接すると共に第3入口通路283からの冷媒を絞り孔74aに通過させることによって減圧側切替状態になる。従って、室外器前切替部28aの開放側切替状態と減圧側切替状態との切替えが可能な統合弁28の構成を、絞り孔74aを設けるという簡素な構成で実現することができる。
また、本実施形態によれば、統合弁28の室外器前切替部28aは、開放側切替状態では、室外熱交換器16の冷媒入口161にて外気よりも高温になる圧力とされた冷媒を室外熱交換器16へ流入させる。その一方で、減圧側切替状態では、室外熱交換器16の冷媒入口161にて外気よりも低温になる圧力にまで減圧された冷媒を室外熱交換器16へ流入させる。従って、室外器前切替部28aの切替えに応じて、室外熱交換器16を室外蒸発器または室外凝縮器として機能させることが可能である。
また、本実施形態によれば、図1に示すヒートポンプ回路101において、統合弁28の第1入口通路281は蒸発器22に接続され、第2入口通路282は気液分離器17の気相冷媒出口17bに接続されている。また、第3入口通路283は室内凝縮器12の冷媒出口122に接続され、第1出口通路284は圧縮機11の吸入口111に接続され、第2出口通路285は室外熱交換器16に接続されている。従って、統合弁28の弁作動部76を図2に示す第1作動状態と図3に示す第2作動状態との間で切り替えることにより、冷房用の第1冷媒回路と暖房用の第2冷媒回路とを択一的に成立させることが可能である。
また、本実施形態によれば、第1冷媒回路と第2冷媒回路との何れの成立時においても、第2入口通路282内の冷媒と第2出口通路285内の冷媒との圧力差が常に小さくなっている。すなわち、統合弁28の第2入口通路282には、第1入口通路281に流入する冷媒の圧力と比較して第2出口通路285内の圧力に近い圧力を有する冷媒が流入する。従って、本実施形態ではボデー部70の挿通孔70aにシール部材84が設けられているが、このシール部材84を設けなくすることが可能である。なぜなら、第2入口通路282と第2出口通路285と間の冷媒圧力差が常に小さいことから、シール部材84が無くても、その第2入口通路282と第2出口通路285と間での冷媒流通は殆ど生じないからである。
また、本実施形態によれば、統合弁28において作動軸部763は、送りネジ機構762が回転駆動されることによって、弁作動軸心方向DRaへ移動させられる。それと共に、作動軸部763は、第1付勢部材78の付勢力と第2付勢部材80の付勢力とに対抗する付勢対抗力を第1弁体72と第2弁体74とに作用させる。従って、アクチュエータ761の非通電時においても弁作動軸心方向DRaにおける作動軸部763の位置を送りネジ機構762によって保持することが可能である。
更に、図2に示す第1弁体72の第1連通状態において第2入口通路282内の冷媒圧力は圧縮機11の吐出圧力に近い圧力になるが、作動軸部763の付勢対抗力は、第1弁体72に作用する第2入口通路282内の冷媒圧力に対向する向きになる。すなわち、第1弁体72の第1連通状態において、弁作動部76は、送りネジ機構762で第1弁体72を第2弁座部702に対し弁作動軸心方向DRaに押圧することにより、第2入口通路282を塞ぐ。
そのため、第1弁体72が第1連通状態になる冷房モード時には、圧縮機11の吐出圧力に近い圧力が第1弁体72に対し第2入口通路282を開放させる向きに作用するところ、弁作動部76は、送りネジ機構762によって、第2入口通路282を塞いだ第1弁体72の位置を保持することが可能である。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。後述の第3実施形態以降でも同様である。
図5は、本実施形態における車両用空調装置8の全体構成図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。図5に示すように、本実施形態では、過冷却器19および気液分離器17(図1参照)が設けられていない一方で、ヒートポンプ回路101は、アキュムレータ58を有している。また、ヒートポンプ回路101は、温度式膨張弁29に替えて、固定絞りとしての固定減圧弁59を有している。これらの点で、本実施形態は第1実施形態と異なっている。また、本実施形態では統合弁28の接続先も第1実施形態と異なっている。なお、本実施形態では第1実施形態と同様に車両用空調装置8は電子制御装置50を備えているが、図5では、電子制御装置50の図示が省略されている。このことは、後述の図7、8、10、12、13〜16でも同様である。
具体的には図5に示すように、アキュムレータ58は冷媒入口58aと冷媒出口58bとを有している。アキュムレータ58の冷媒入口58aには、蒸発器経由経路54の冷媒流れ下流側と迂回経路56の冷媒流れ下流側とがそれぞれ接続されている。また、アキュムレータ58の冷媒出口58bには、圧縮機11の吸入口111が接続されている。アキュムレータ58は、第1実施形態の気液分離器17と同様に冷媒の気液を分離する気液分離機能を有すると共に貯液器としての機能も有している。但し、アキュムレータ58は、その気液分離器17とは異なり、冷媒出口58bから主として気相冷媒を流出させる。
固定減圧弁59は、第1実施形態における温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291に相当する冷媒減圧部であるが、その蒸発器前減圧部291とは異なり絞り開度が可変ではなく固定されている。具体的に、固定減圧弁59は蒸発器経由経路54上に設けられ、固定減圧弁59には室外熱交換器16からの冷媒が流入する。そして、固定減圧弁59は、その冷媒を減圧してから蒸発器22の冷媒入口221へ流出させる。
図6は、本実施形態において統合弁28単体を示した断面図であって、統合弁28の内部構成を示した図である。図6において統合弁28は、冷房モード時の状態で図示されている。また、図6では統合弁28の内部構造の図示が簡素化されていると共に、送りネジ機構762、第1付勢部材78、第2付勢部材80、調整ネジ82、およびシール部材84(図2参照)の図示が省略されている。この図6のような図示の簡素化は、後述の図9および図11でも同様に為されている。
この図6および図5に示すように、本実施形態の統合弁28には、第1実施形態の第1入口通路281、第2入口通路282、および第1出口通路284(図2参照)に替えて、室外器連結通路286、減圧弁連結通路287、およびアキュムレータ連結通路288が設けられている。その室外器連結通路286は経路切替部28bの入口通路であり、減圧弁連結通路287およびアキュムレータ連結通路288はそれぞれ経路切替部28bの出口通路である。
統合弁28の室外器連結通路286は室外熱交換器16の冷媒出口162に接続されている。また、減圧弁連結通路287は固定減圧弁59を介して蒸発器22に接続されている。すなわち、減圧弁連結通路287は、蒸発器経由経路54の冷媒流れ上流側に接続されている。また、アキュムレータ連結通路28は迂回経路56を介してアキュムレータ58の冷媒入口58aに接続されている。
このように経路切替部28bの接続先が第1実施形態とは異なるので、経路切替部28bの弁体である第1弁体72の第1連通状態および第2連通状態の定義が第1実施形態と異なる。すなわち、本実施形態において第1弁体72の第1連通状態とは、室外器連結通路286を減圧弁連結通路287へ連通させる一方でアキュムレータ連結通路288を塞ぐ状態である。そして、第1弁体72の第2連通状態とは、室外器連結通路286をアキュムレータ連結通路288へ連通させる一方で減圧弁連結通路287を塞ぐ状態である。
作動軸部763は、第1実施形態と同様に2本のロッドを含んで構成されていてもよいが、本実施形態では1本のロッドで構成されている。従って、作動軸部763としてのロッドのうち、アクチュエータ761と第1弁体72との間の部位が第1実施形態の第1ロッド763a(図2参照)に対応し、第1弁体72と第2弁体74との間の部位が第1実施形態の第2ロッド763b(図2参照)に対応する。
このように構成された冷凍サイクル装置10でも、統合弁28は第1実施形態と同様に作動する。すなわち、図4のステップS03では、統合弁28のアクチュエータ761の作動により、その統合弁28の弁作動部76は第1作動状態に切り替えられる。そして、その弁作動部76の第1作動状態では、図6に示す第1弁体72は第1連通状態になり、第2弁体74は開放状態になる。図6は統合弁28の弁作動部76を第1作動状態で図示している。
これにより、ヒートポンプ回路101では第1冷媒回路が成立するので、図5の矢印FLcのように冷媒が循環する。すなわち、第1冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、室内凝縮器12、統合弁28の第3入口通路283、統合弁28の第2出口通路285、室外熱交換器16、統合弁28の室外器連結通路286、統合弁28の減圧弁連結通路287、固定減圧弁59、蒸発器22、アキュムレータ58、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
その一方で、図4のステップS05では、統合弁28のアクチュエータ761の作動により、その統合弁28の弁作動部76は第2作動状態に切り替えられる。そして、その弁作動部76の第2作動状態では、図6に示す第1弁体72は第2連通状態になり、第2弁体74は絞り状態になる。
これにより、ヒートポンプ回路101では第2冷媒回路が成立するので、図5の矢印FLhのように冷媒が循環する。すなわち、第2冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、室内凝縮器12、統合弁28の第3入口通路283、統合弁28の第2出口通路285、室外熱交換器16、統合弁28の室外器連結通路286、統合弁28のアキュムレータ連結通路288、アキュムレータ58、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図7は、本実施形態における車両用空調装置8の全体構成図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。図7に示すように、本実施形態では、過冷却器19(図1参照)が設けられていない一方で、ヒートポンプ回路101は内部熱交換器541を有している。この点で、本実施形態は第1実施形態と異なっている。なお、図7において気液分離器17および統合弁28の図示形状は図1との比較で異なるが、本実施形態の気液分離器17および統合弁28はそれぞれ第1実施形態のものと実質同じである。
具体的には、内部熱交換器541は周知の内部構造を有している。すなわち、内部熱交換器541は、気液分離器17の液相冷媒出口17cから温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291へ流れる上流側冷媒と、温度式膨張弁29の感温部292から統合弁28の第1入口通路281へ流れる下流側冷媒とを熱交換させる。それにより、内部熱交換器541は、上記の上流側冷媒を冷却すると共に下流側冷媒を加熱する。
本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。また、本実施形態によれば、内部熱交換器541が設けられているので、第1冷媒回路の成立時において、蒸発器22へ流入する冷媒の温度を引き下げることができると共に、圧縮機11に吸入される冷媒の温度を引き上げることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2実施形態と組み合わせることも可能である。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図8は、本実施形態における車両用空調装置8の全体構成図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。図8に示すように、本実施形態のヒートポンプ回路101は、第1開閉弁901、第2開閉弁902、第2蒸発器92、および第2温度式膨張弁93を備えている。この点で、本実施形態は第1実施形態と異なっている。また、統合弁28の構造が第1実施形態と異なっている。なお、本実施形態の車両用空調装置8が搭載される車両はハイブリッド車両であるので、走行用モータ用の電源であるバッテリ48が設けられている。また、本実施形態では蒸発器22を第1蒸発器22と呼び、温度式膨張弁29を第1温度式膨張弁29と呼ぶものとする。
第1開閉弁901と第2開閉弁902はそれぞれ、統合弁28とは機械的に連動していない別体の開閉弁である。
具体的に、第1開閉弁901は、第1温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291に対する冷媒流れ上流側すなわち蒸発器前減圧部291の冷媒入口に設けられている。従って、その蒸発器前減圧部291は、第1開閉弁901を介して過冷却器19の冷媒出口192に接続されている。
この第1開閉弁901は、電子制御装置50から出力される制御信号に従って蒸発器前減圧部291の冷媒入口を開閉する弁機構である。言い換えれば、第1開閉弁901は、蒸発器経由経路54を開閉する経路開閉部として機能する。
また、第1開閉弁901は、例えば第1温度式膨張弁29にボルト締結される等して第1温度式膨張弁29と一体的に構成されている。なお、第1開閉弁901は、蒸発器経由経路54を開閉できれば、蒸発器前減圧部291の冷媒入口以外の箇所に設けられていてもよい。
また、温度式膨張弁29の感温部292は、圧縮機11の吸入口111に接続されている。
第2温度式膨張弁93は、第1温度式膨張弁29と同じ構造の膨張弁であり、第1温度式膨張弁29と並列に配置されている。すなわち、第2温度式膨張弁93は、第1温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291と同じ構造の蒸発器前減圧部931と、第1温度式膨張弁29の感温部292と同じ構造の感温部932とを有している。そして、第2温度式膨張弁93の蒸発器前減圧部931には、過冷却器19の冷媒出口192から冷媒が流入し、第2温度式膨張弁93の感温部932から流出した冷媒は圧縮機11の吸入口111へと流れる。
第2蒸発器92は、第2蒸発器92内を流れる冷媒に吸熱させることでバッテリ48を冷却する冷却装置である。第2蒸発器92は、室内空調ユニット30に設けられた第1蒸発器22と同じ構造の蒸発器である。第2蒸発器92は、蒸発器前減圧部931からの冷媒が流入する冷媒入口921と、第2蒸発器92内で熱交換した後の冷媒を第2温度式膨張弁93の感温部932へ流出させる冷媒出口922とを有している。
第2開閉弁902は、第1開閉弁901と同じ構造の弁機構であり、電子制御装置50から出力される制御信号に従って、第2温度式膨張弁93および第2蒸発器92へ冷媒を循環させる冷媒経路を開閉する。第2開閉弁902は、第2温度式膨張弁93の蒸発器前減圧部931に対する冷媒流れ上流側すなわち蒸発器前減圧部931の冷媒入口に設けられている。例えば、第2開閉弁902は、第2温度式膨張弁93にボルト締結される等して第2温度式膨張弁93と一体的に構成されている。
図9は、本実施形態において統合弁28単体を示した断面図であって、統合弁28の内部構成を示した図である。図9において統合弁28は、冷房モード時の状態で図示されている。
この図9および図8に示すように、本実施形態の統合弁28には、第1入口通路281(図2参照)が設けられていない。そこで、本実施形態では、第2入口通路282を圧縮機前入口通路282と呼び、第3入口通路283を室外器前入口通路283と呼ぶものとする。
統合弁28の圧縮機前入口通路282は気液分離器17の気相冷媒出口17bに接続され、室外器前入口通路283は室内凝縮器12の冷媒出口122に接続されている。また、第1出口通路284は圧縮機11の吸入口111に接続され、第2出口通路285は室外熱交換器16の冷媒入口161に接続されている。
このように統合弁28には第1入口通路281(図2参照)が設けられていないので、経路切替部28bは、その経路切替部28bの弁体である第1弁体72が圧縮機前入口通路282と第1出口通路284との間を遮断した場合に、非迂回状態になる。その一方で、経路切替部28bは、第1弁体72が圧縮機前入口通路282と第1出口通路284との間を開放した場合に、迂回状態になる。
本実施形態の作動軸部763は、上述した第2実施形態と同様に1本のロッドで構成されている。また、弁作動軸心方向DRaにおいて第2弁体74は第1弁体72とアクチュエータ761との間に配置されている。従って、作動軸部763としてのロッドのうち、アクチュエータ761と第2弁体74との間の部位が第1実施形態の第1ロッド763a(図2参照)に対応し、第1弁体72と第2弁体74との間の部位が第1実施形態の第2ロッド763b(図2参照)に対応する。
このように構成された冷凍サイクル装置10でも、統合弁28は第1実施形態と同様に作動する。すなわち、図4のステップS03では、統合弁28のアクチュエータ761の作動により、その統合弁28の弁作動部76は第1作動状態に切り替えられる。そして、その弁作動部76の第1作動状態では、図9に示す第1弁体72は圧縮機前入口通路282と第1出口通路284との間を遮断し、第2弁体74は開放状態になる。それと共に、電子制御装置50は、第1開閉弁901によって蒸発器経由経路54を開放する。図9は統合弁28の弁作動部76を第1作動状態で図示している。
これにより、ヒートポンプ回路101では第1冷媒回路が成立するので、図8の矢印FLcのように冷媒が循環する。すなわち、第1冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、室内凝縮器12、統合弁28の室外器前入口通路283、統合弁28の第2出口通路285、室外熱交換器16、気液分離器17、過冷却器19、第1開閉弁901、温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291、第1蒸発器22、第1温度式膨張弁29の感温部292、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
この第1冷媒回路の成立時に、電子制御装置50は、冷凍サイクル装置10でバッテリ48を冷却する必要がある場合には第2開閉弁902を開き、それにより第2蒸発器92へも冷媒を循環させる。
その一方で、図4のステップS05では、統合弁28のアクチュエータ761の作動により、その統合弁28の弁作動部76は第2作動状態に切り替えられる。そして、その弁作動部76の第2作動状態では、図9に示す第1弁体72は圧縮機前入口通路282と第1出口通路284との間を開放し、第2弁体74は絞り状態になる。それと共に、電子制御装置50は、第1開閉弁901および第2開閉弁902を共に閉弁することによって蒸発器経由経路54を閉じる。
これにより、ヒートポンプ回路101では第2冷媒回路が成立するので、図8の矢印FLhのように冷媒が循環する。すなわち、第2冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、室内凝縮器12、統合弁28の室外器前入口通路283、統合弁28の第2出口通路285、室外熱交換器16、気液分離器17、統合弁28の圧縮機前入口通路282、第1出口通路284、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図10は、本実施形態における車両用空調装置8の全体構成図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。また、図11は、本実施形態において統合弁28単体を示した断面図であって、統合弁28の内部構成を示した図である。図11において統合弁28は、冷房モード時の状態で図示されている。
この図10および図11に示すように、本実施形態では、統合弁28が絞り孔74aを有しておらず、その替わりに、ヒートポンプ回路101は室外器前減圧部としての固定減圧弁61を備えている。すなわち、統合弁28は、冷媒を減圧する減圧機能を有さず、統合弁28の外部に設けられた固定減圧弁61がその減圧機能を有している。これらの点で、本実施形態は第1実施形態と異なっている。また、本実施形態では統合弁28の接続先も第1実施形態と異なっている。
具体的には図10に示すように、固定減圧弁61は、第1実施形態の絞り孔74a(図2参照)と同様の役割を果たすものである。すなわち、固定減圧弁61は固定絞りであり、室内凝縮器12の冷媒出口122から室外熱交換器16の冷媒入口161までの冷媒経路に設けられている。そして、固定減圧弁61は、その室内凝縮器12から流出し固定減圧弁61を通過する冷媒を減圧する。
図10および図11に示すように、本実施形態の統合弁28のボデー部70には、第1実施形態の入口通路281、282、283および出口通路284、285(図2参照)に替えて、第1〜第6ポート280a、280b、280c、280d、280e、280fが形成されている。
その第1〜第6ポートのうち、第1ポート280aは経路切替部28bの出口ポートであり、第2ポート280bおよび第3ポート280cはそれぞれ経路切替部28bの入口ポートである。また、第4ポート280dは室外器前切替部28aの入口ポートであり、第5ポート280eおよび第6ポート280fはそれぞれ室外器前切替部28aの出口ポートである。すなわち、室外器前切替部28aおよび経路切替部28bは何れも三方弁として構成され互いに連動する。
統合弁28の第1ポート280aは圧縮機11の吸入口111に接続されている。また、第2ポート280bは蒸発器経由経路54の冷媒流れ下流側に接続されている。すなわち、第2ポート280bは温度式膨張弁29の感温部292に接続されている。また、第3ポート280cは迂回経路56の冷媒流れ下流側に接続されている。すなわち、第3ポート280cは気液分離器17の気相冷媒出口17bに接続されている。
また、第4ポート280dは圧縮機11の吐出口112に接続されている。また、第5ポート280eは室内凝縮器12および固定減圧弁61を迂回して室外熱交換器16の冷媒入口161に接続されている。また、第6ポート280fは室内凝縮器12の冷媒入口121に接続されている。
図11に示す作動軸部763は、第1実施形態と同様に2本のロッドを含んで構成されていてもよいが、本実施形態では1本のロッドで構成されている。また、弁作動軸心方向DRaにおいて第2弁体74は第1弁体72とアクチュエータ761との間に配置されている。従って、作動軸部763としてのロッドのうち、アクチュエータ761と第2弁体74との間の部位が第1実施形態の第1ロッド763a(図2参照)に対応する。そして、そのロッドのうち、第1弁体72と第2弁体74との間の部位が第1実施形態の第2ロッド763b(図2参照)に対応する。
本実施形態の統合弁28でも第1実施形態と同様に、室外器前切替部28aおよび経路切替部28bは作動軸部763を介して機械的に連動して切り替わる。すなわち、経路切替部28bが非迂回状態になると共に室外器前切替部28aは開放側切替状態に切り替えられる。詳細には、経路切替部28bは、第1弁体72が第2ポート280bを第1ポート280aへ連通させ且つ第3ポート280cを閉じることによって非迂回状態になる。それと同時に、第2弁体74が第4ポート280dを第5ポート280eへ連通させ且つ第6ポート280fを閉じることによって、圧縮機11の吐出冷媒は固定減圧弁61を経ずに室外熱交換器16へ流入するので、室外器前切替部28aは開放側切替状態になる。図11では、このときの状態で統合弁28が図示されている。
その一方で、経路切替部28bが迂回状態になると共に室外器前切替部28aは減圧側切替状態に切り替えられる。詳細には、経路切替部28bは、第2ポート280bを閉じて且つ第3ポート280cを第1ポート280aへ連通させることによって迂回状態になる。それと同時に、第2弁体74が第5ポート280eを閉じて且つ第4ポート280dを第6ポート280fへ連通させることによって、圧縮機11の吐出冷媒は固定減圧弁61で減圧されてから室外熱交換器16へ流入するので、室外器前切替部28aは減圧側切替状態になる。すなわち、統合弁28の室外器前切替部28aは、固定減圧弁61への冷媒流れの断接によって、室外熱交換器16へ流入する冷媒の圧力が圧縮機11の吐出圧力に対して減圧されるか否かを切り替える。
このように構成された冷凍サイクル装置10でも、統合弁28は第1実施形態と同様に作動する。すなわち、図4のステップS03では、統合弁28のアクチュエータ761の作動により、経路切替部28bが非迂回状態になると共に室外器前切替部28aは開放側切替状態に切り替えられる。
これにより、ヒートポンプ回路101では第1冷媒回路が成立するので、図10の矢印FLcのように冷媒が循環する。すなわち、第1冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、統合弁28の第4ポート280d、統合弁28の第5ポート280e、室外熱交換器16、気液分離器17、過冷却器19、温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291、蒸発器22、温度式膨張弁29の感温部292、統合弁28の第2ポート280b、統合弁28の第1ポート280a、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
その一方で、図4のステップS05では、統合弁28のアクチュエータ761の作動により、経路切替部28bが迂回状態になると共に室外器前切替部28aは減圧側切替状態に切り替えられる。
これにより、ヒートポンプ回路101では第2冷媒回路が成立するので、図10の矢印FLhのように冷媒が循環する。すなわち、第2冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、統合弁28の第4ポート280d、統合弁28の第6ポート280f、室内凝縮器12、固定減圧弁61、室外熱交換器16、気液分離器17、統合弁28の第3ポート280c、統合弁28の第1ポート280a、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。また、本実施形態によれば、ヒートポンプ回路101は、室外熱交換器16から流出した冷媒を減圧する固定減圧弁61を統合弁28とは別個に備えているので、冷媒を減圧する減圧機能を統合弁28に持たせる必要がないというメリットがある。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第5実施形態と異なる点を主として説明する。
図12は、本実施形態における車両用空調装置8の全体構成図であって、第5実施形態の図10に相当する図である。図12に示すように、本実施形態では、第5実施形態の室内凝縮器12に替えて水冷コンデンサ62が設けられ、室内空調ユニット30の温風通路31aにはヒータコア64が設けられている。この点で、本実施形態は第5実施形態と異なっている。
水冷コンデンサ62は周知の水冷媒熱交換器であり、冷媒が流れる第1熱交換部621と、エンジン冷却水としての不凍液が流れる第2熱交換部622とを備えている。第1熱交換部621は、統合弁28の第6ポート280fと固定減圧弁61との間に設けられている。第2熱交換部622は、不凍液が流れる不凍液循環回路65に設けられている。
この不凍液循環回路65では、液体の熱交換媒体である不凍液が冷却水ポンプ66によって矢印Wenのように循環させられている。第2熱交換部622は、第2熱交換部622から流出した不凍液がヒータコア64を通ってからエンジン68へ戻るように、ヒータコア64と直列に配置されている。また、不凍液循環回路65は、エンジン68と車両のラジエータ69との間で不凍液を循環させるラジエータ回路69aと並列的に設けられている。エンジン68は車両の走行用駆動源である。
上記のように構成された水冷コンデンサ62は、第1熱交換部621内を流れる冷媒と第2熱交換部622内を流れる不凍液とを熱交換させ、それによりその冷媒の熱で不凍液を加熱すると共に、冷媒を冷却する。但し、上述した第5実施形態の室内凝縮器12と同様に、統合弁28の切り替わりによって、第1冷媒回路の成立時においては水冷コンデンサ62の第1熱交換部621に冷媒は流れず、第2冷媒回路の成立時において水冷コンデンサ62の第1熱交換部621に冷媒が流れる。
ヒータコア64は、室内空調ユニット30のケーシング31内において第5実施形態の室内凝縮器12と同じ位置に配置されている。すなわち、ヒータコア64は、温風通路31aに配置されている。ヒータコア64は、そのヒータコア64の内部を流れる不凍液と、温風通路31aにてヒータコア64を通過する送風空気とを熱交換し、それによりその送風空気を加熱する熱交換器である。従って、水冷コンデンサ62は、圧縮機11から吐出され第1熱交換部621に流入した冷媒が持つ熱を不凍液とヒータコア64とを介して間接的に送風空気へ放熱させる放熱器として機能する。
本実施形態では、前述の第5実施形態と共通の構成から奏される効果を第5実施形態と同様に得ることができる。なお、本実施形態の統合弁28、水冷コンデンサ62、および固定減圧弁61は、ボルト締結等によって一体構成とされていてもよい。また、本実施形態は第5実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第1〜4実施形態と組み合わせることも可能である。
(第7実施形態)
次に、第7実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第6実施形態と異なる点を主として説明する。
図13は、本実施形態における車両用空調装置8の全体構成図であって、第6実施形態の図12に相当する図である。図13に示すように、本実施形態では、ヒートポンプ回路101は、水冷媒熱交換器94、アキュムレータ58、および切替弁95を備えている。この点で、本実施形態は第6実施形態と異なっている。
水冷媒熱交換器94は、水冷コンデンサ62と同様の構造を備えた熱交換器であり、冷媒が流れる冷媒蒸発部941と、不凍液が流れる液冷却部942とを備えている。冷媒蒸発部941は、冷媒を蒸発させるエバポレータとして機能し、固定減圧弁61に対する冷媒流れ下流側で且つアキュムレータ58に対する冷媒流れ上流側に配置されている。液冷却部942は、不凍液が流れるバッテリ冷却回路481に設けられている。
このバッテリ冷却回路481では、例えば不凍液循環回路65を循環する不凍液と同じ不凍液が、循環ポンプ482によって矢印Wbtのように循環させられている。水冷媒熱交換器94の液冷却部942には循環ポンプ482が吐出した不凍液が流入する。バッテリ冷却回路481において、液冷却部942は、液冷却部942から流出した不凍液がバッテリ48内を通過してから循環ポンプ482へ戻るように、バッテリ48と直列に配置されている。
上記のように構成された水冷媒熱交換器94は、冷媒蒸発部941へ冷媒が流通させられた場合には、冷媒蒸発部941内を流れる冷媒と液冷却部942内を流れる不凍液とを熱交換させる。これにより、水冷媒熱交換器94は、その不凍液の熱で冷媒を蒸発気化させると共に、不凍液を冷却する。
アキュムレータ58は、ヒートポンプ回路101において水冷媒熱交換器94の冷媒蒸発部941と統合弁28の第3ポート280cとの間に配置されている。すなわち、アキュムレータ58には、水冷媒熱交換器94の冷媒蒸発部941で熱交換された後の冷媒が流入し、その流入した冷媒のうち主として気相冷媒を統合弁28の第3ポート280cへ流出させる。
切替弁95は、入口ポート95aと第1出口ポート95bと第2出口ポート95cとを有する電動の三方弁である。詳細に言えば、切替弁95は、電子制御装置50から出力される制御信号に従って、第1出口ポート95bと第2出口ポート95cとへ択一的に入口ポート95aを連通させる。それと共に、切替弁95は、その第1出口ポート95bと第2出口ポート95cとのうち入口ポート95aへ連通されない側の出口ポートを閉塞する。
具体的に切替弁95の入口ポート95aは固定減圧弁61の冷媒出口に接続され、第1出口ポート95bは室外熱交換器16の冷媒入口161に接続され、第2出口ポート95cは水冷媒熱交換器94の冷媒蒸発部941の冷媒入口に接続されている。
このように構成された冷凍サイクル装置10でも、統合弁28は第6実施形態と同様に作動する。すなわち、図4のステップS03では、ヒートポンプ回路101において統合弁28のアクチュエータ761の作動により第1冷媒回路が成立させられる。そして、その第1冷媒回路では冷媒は第6実施形態と同様に、図14にて実線で示された冷媒経路に沿って循環する。図14は、第1冷媒回路の成立時において冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図となっている。
具体的には図14の矢印FLcで示すように、第1冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、統合弁28の第4ポート280d、統合弁28の第5ポート280e、室外熱交換器16、気液分離器17、過冷却器19、温度式膨張弁29の蒸発器前減圧部291、蒸発器22、温度式膨張弁29の感温部292、統合弁28の第2ポート280b、統合弁28の第1ポート280a、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
その一方で、図4のステップS05では、ヒートポンプ回路101において統合弁28のアクチュエータ761の作動により第2冷媒回路が成立させられる。この第2冷媒回路を成立させる際には、切替弁95は、入口ポート95aを第1出口ポート95bへ連通させると共に第2出口ポート95cを閉塞する。
そして、その第2冷媒回路では冷媒は第6実施形態と同様に、図15にて実線で示された冷媒経路に沿って循環する。図15は、第2冷媒回路の成立時において冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図となっている。
具体的には図15の矢印FLhで示すように、第2冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、統合弁28の第4ポート280d、統合弁28の第6ポート280f、水冷コンデンサ62の第1熱交換部621、固定減圧弁61、切替弁95、室外熱交換器16、気液分離器17、統合弁28の第3ポート280c、統合弁28の第1ポート280a、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
また、図4のステップS05において、電子制御装置50は、冷凍サイクル装置10でバッテリ48を冷却する必要がある場合には、室外熱交換器16に替えて水冷媒熱交換器94の冷媒蒸発部941にて冷媒に吸熱させる。そのために、電子制御装置50は、統合弁28のバルブ位置を第2冷媒回路の成立時と同じにしたまま、切替弁95が第1出口ポート95bを閉塞すると共に入口ポート95aを第2出口ポート95cへ連通させるように、切替弁95を切り替える。これにより、図16にて実線で示された冷媒経路に沿って冷媒が循環する第3冷媒回路が成立させられる。図16は、第3冷媒回路の成立時において冷媒が流れる経路を実線で示す一方で冷媒が流れない経路を破線で示した図となっている。
具体的には図16の矢印FLhbで示すように、第3冷媒回路では、圧縮機11の吐出口112、統合弁28の第4ポート280d、統合弁28の第6ポート280f、水冷コンデンサ62の第1熱交換部621、固定減圧弁61、切替弁95、水冷媒熱交換器94の冷媒蒸発部941、アキュムレータ58、統合弁28の第3ポート280c、統合弁28の第1ポート280a、圧縮機11の吸入口111という順序で冷媒が流れる。
この第3冷媒回路で冷媒が循環することにより、バッテリ48の熱を利用して車室内への送風空気が加熱され、車室内の暖房が実現される。それと共にバッテリ48が冷却される。
本実施形態では、前述の第6実施形態と共通の構成から奏される効果を第6実施形態と同様に得ることができる。また、本実施形態は第6実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第1〜5実施形態と組み合わせることも可能である。
(他の実施形態)
(1)上述の第1実施形態において、第2弁体74が接離する第3弁座部703の通路連通孔703aは、第3入口通路283と第2出口通路285とのうち第2出口通路285に連通しているが、これは一例である。例えばこれとは逆に、その通路連通孔703aは、第2出口通路285ではなく第3入口通路283に連通していても差し支えない。要するに、第3弁座部703の通路連通孔703aは、第3入口通路283と第2出口通路285とのうちの一方である一方側通路に連通していればよい。
(2)上述の各実施形態において、ボデー部70の挿通孔70aにはシール部材84が設けられているが、そのシール部材84は必ずしも設けられている必要はない。
(3)上述の各実施形態において、統合弁28は、弁作動部76の一部としてアクチュエータ761を備えているが、これは一例である。例えば、統合弁28がアクチュエータ761を備えずに、作動軸部763が、統合弁28の外部に設けられたアクチュエータによって作動させられても差し支えない。
(4)上述の各実施形態において、室内空調ユニット30の送風通路切替ドア33は第1ドア位置と第2ドア位置との何れかに位置決めされるが、これは一例である。例えば、その送風通路切替ドア33は、その第1ドア位置と第2ドア位置との間の中間位置にも位置決めされるように回動制御されても差し支えない。
(5)上述の各実施形態において、圧縮機11は電動圧縮機であるが、これは一例である。その圧縮機11は、エンジンにベルトを介して接続されそのエンジンの動力で駆動されるベルト駆動圧縮機であっても差し支えない。
(6)上述の第6および第7実施形態において、エンジン68は、不凍液循環回路65を循環する不凍液を加熱する加熱用熱源として機能するが、その不凍液はエンジン68以外の他の加熱用熱源たとえば電気ヒータ等によって加熱されても差し支えない。或いは、ヒータコア64へ流れる不凍液はエンジン68や電気ヒータ等に加熱されず、水冷コンデンサ62にて加熱されるだけであっても差し支えない。
(7)上述の第2実施形態において、ヒートポンプ回路101はアキュムレータ58を有しているが、そのアキュムレータ58に替えて、室内凝縮器12から冷媒が流入すると共に統合弁28の第3入口通路283へ冷媒を流出させる所謂レシーバとしての気液分離器を有していても差し支えない。
(8)上述の第1、3〜7実施形態において、ヒートポンプ回路101は温度式膨張弁29を有しているが、その温度式膨張弁29に替えて、電動で弁開度が制御される電動膨張弁を有していても差し支えない。第4実施形態の第2温度式膨張弁93について同様である。
(9)上述の各実施形態において、図4のフローチャートに示す各ステップの処理はコンピュータプログラムによって実現されるものであるが、ハードロジックで構成されるものであっても差し支えない。
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

Claims (5)

  1. 冷凍サイクル装置であって、
    吸入口(111)と吐出口(112)とを有し、該吸入口から冷媒を吸入して圧縮し該圧縮した冷媒を前記吐出口から吐出する圧縮機(11)と、
    該圧縮機から流出した前記冷媒が流入し該冷媒が持つ熱を空調対象空間への送風空気へ放熱させる放熱器(12、62)と、
    前記圧縮機から流出した前記冷媒が流入し該冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
    前記圧縮機から前記室外熱交換器までの冷媒経路に設けられ、前記圧縮機から前記室外熱交換器へ前記冷媒を流す開放側切替状態と、前記圧縮機から前記放熱器へ前記冷媒を流すと共に前記放熱器からの流出後に前記開放側切替状態の場合よりも減圧された前記冷媒を前記室外熱交換器へ流す減圧側切替状態とに切り替えられる室外器前切替部(28a)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を減圧する蒸発器前減圧部(291、59)と、
    該蒸発器前減圧部から流出した前記冷媒と前記送風空気とを熱交換させて前記冷媒を蒸発させる蒸発器(22)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を前記蒸発器前減圧部および前記蒸発器を経由させて前記圧縮機の吸入口へ流す蒸発器経由経路(54)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を前記蒸発器前減圧部および前記蒸発器を迂回させて前記圧縮機の吸入口へ流す迂回経路(56)と、
    前記迂回経路を開閉し、前記蒸発器経由経路の開放時に前記迂回経路を閉じる非迂回状態になる一方で、前記蒸発器経由経路の閉塞時に前記迂回経路を開く迂回状態になる経路切替部(28b)とを備え、
    前記室外器前切替部および前記経路切替部は、該室外器前切替部と該経路切替部とが機械的に連動する連動弁(28)を構成し、
    該連動弁では、前記経路切替部が前記非迂回状態になると共に前記室外器前切替部は前記開放側切替状態に切り替えられ、前記経路切替部が前記迂回状態になると共に前記室外器前切替部は前記減圧側切替状態に切り替えられ
    前記連動弁は、前記経路切替部の弁体(72)と、第1弁座部(701)および第2弁座部(702)を有し前記弁体を収容するボデー部(70)とを有し、
    前記ボデー部には、前記圧縮機の吸入口に接続された前記経路切替部の出口通路(284)が形成され、
    前記弁体が弁作動軸心方向(DRa)へ移動させられることにより、前記経路切替部は前記非迂回状態と前記迂回状態とに切り替えられ、
    前記室外器前切替部と前記経路切替部とが機械的に連動することとは、前記室外器前切替部の前記開放側切替状態と前記減圧側切替状態との切り替わりと、前記弁体が前記弁作動軸心方向へ移動することとが機械的に連動することであり、
    前記第1弁座部は、前記弁作動軸心方向において前記第2弁座部に対し前記弁体を挟んで対向して配置され、
    前記第1弁座部はその内側に、前記蒸発器経由経路の冷媒流れ下流側に連通した通路連通孔(701a)を形成し、
    前記第2弁座部はその内側に、前記迂回経路の冷媒流れ下流側に連通した通路連通孔(702a)を形成し、
    前記経路切替部の前記非迂回状態では、前記弁体は、前記第1弁座部から離れることで該第1弁座部の通路連通孔を前記出口通路へ連通させ、且つ、前記第2弁座部へ押し付けられて当接することで前記第2弁座部の通路連通孔を塞ぎ、
    前記経路切替部の前記迂回状態では、前記弁体は、前記第2弁座部から離れることで該第2弁座部の通路連通孔を前記出口通路へ連通させ、且つ、前記第1弁座部へ押し付けられて当接することで前記第1弁座部の通路連通孔を塞ぐ冷凍サイクル装置。
  2. 前記室外熱交換器と前記蒸発器経由経路および前記迂回経路との間に介装され、該室外熱交換器から流出した前記冷媒を気相の冷媒と液相の冷媒とに分離し、前記気相の冷媒を前記迂回経路へ流出させる気相冷媒出口(17b)と前記液相の冷媒を前記蒸発器経由経路へ流出させる液相冷媒出口(17c)とを有する気液分離器(17)を備えている請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 冷凍サイクル装置であって、
    吸入口(111)と吐出口(112)とを有し、該吸入口から冷媒を吸入して圧縮し該圧縮した冷媒を前記吐出口から吐出する圧縮機(11)と、
    該圧縮機から流出した前記冷媒が流入し該冷媒が持つ熱を空調対象空間への送風空気へ放熱させる放熱器(12、62)と、
    前記圧縮機から流出した前記冷媒が流入し該冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
    前記圧縮機から前記室外熱交換器までの冷媒経路に設けられ、前記圧縮機から前記室外熱交換器へ前記冷媒を流す開放側切替状態と、前記圧縮機から前記放熱器へ前記冷媒を流すと共に前記放熱器からの流出後に前記開放側切替状態の場合よりも減圧された前記冷媒を前記室外熱交換器へ流す減圧側切替状態とに切り替えられる室外器前切替部(28a)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を減圧する蒸発器前減圧部(291、59)と、
    該蒸発器前減圧部から流出した前記冷媒と前記送風空気とを熱交換させて前記冷媒を蒸発させる蒸発器(22)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を前記蒸発器前減圧部および前記蒸発器を経由させて前記圧縮機の吸入口へ流す蒸発器経由経路(54)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を前記蒸発器前減圧部および前記蒸発器を迂回させて前記圧縮機の吸入口へ流す迂回経路(56)と、
    前記迂回経路を開閉し、前記蒸発器経由経路の開放時に前記迂回経路を閉じる非迂回状態になる一方で、前記蒸発器経由経路の閉塞時に前記迂回経路を開く迂回状態になる経路切替部(28b)と
    前記室外熱交換器と前記蒸発器経由経路および前記迂回経路との間に介装され、該室外熱交換器から流出した前記冷媒を気相の冷媒と液相の冷媒とに分離し、前記気相の冷媒を前記迂回経路へ流出させる気相冷媒出口(17b)と前記液相の冷媒を前記蒸発器経由経路へ流出させる液相冷媒出口(17c)とを有する気液分離器(17)と、
    前記放熱器から前記室外熱交換器までの冷媒経路に設けられ、前記放熱器から流出した前記冷媒を減圧する室外器前減圧部(61)とを備え、
    前記室外器前切替部および前記経路切替部は、該室外器前切替部と該経路切替部とが機械的に連動する連動弁(28)を構成し、
    該連動弁では、前記経路切替部が前記非迂回状態になると共に前記室外器前切替部は前記開放側切替状態に切り替えられ、前記経路切替部が前記迂回状態になると共に前記室外器前切替部は前記減圧側切替状態に切り替えられ
    前記連動弁は、前記経路切替部の弁体としての第1弁体(72)と、前記室外器前切替部の弁体としての第2弁体(74)と、前記第1弁体と前記第2弁体との各々に連結されたロッド部(763)と、前記第1弁体および前記第2弁体を収容するボデー部(70)とを有し、
    前記室外器前切替部および前記経路切替部は前記ロッド部を介して機械的に連動し、
    前記ボデー部には、前記圧縮機の吸入口に接続された第1ポート(280a)と、前記蒸発器経由経路の冷媒流れ下流側に接続された第2ポート(280b)と、前記迂回経路の冷媒流れ下流側に接続された第3ポート(280c)と、前記圧縮機の吐出口に接続された第4ポート(280d)と、前記放熱器および前記室外器前減圧部を迂回して前記室外熱交換器に接続された第5ポート(280e)と、前記放熱器に接続された第6ポート(280f)とが形成され、
    前記経路切替部は、前記第1弁体が前記第2ポートを前記第1ポートへ連通させ且つ前記第3ポートを閉じることによって前記非迂回状態になる一方で、前記第2ポートを閉じて且つ前記第3ポートを前記第1ポートへ連通させることによって前記迂回状態になり、
    前記室外器前切替部は、前記第2弁体が前記第4ポートを前記第5ポートへ連通させ且つ前記第6ポートを閉じることによって前記開放側切替状態になる一方で、前記第2弁体が前記第5ポートを閉じて且つ前記第4ポートを前記第6ポートへ連通させることによって前記減圧側切替状態になる冷凍サイクル装置。
  4. 冷凍サイクル装置であって、
    吸入口(111)と吐出口(112)とを有し、該吸入口から冷媒を吸入して圧縮し該圧縮した冷媒を前記吐出口から吐出する圧縮機(11)と、
    該圧縮機から流出した前記冷媒が流入し該冷媒が持つ熱を空調対象空間への送風空気へ放熱させる放熱器(12、62)と、
    前記圧縮機から流出した前記冷媒が流入し該冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
    前記圧縮機から前記室外熱交換器までの冷媒経路に設けられ、前記圧縮機から前記室外熱交換器へ前記冷媒を流す開放側切替状態と、前記圧縮機から前記放熱器へ前記冷媒を流すと共に前記放熱器からの流出後に前記開放側切替状態の場合よりも減圧された前記冷媒を前記室外熱交換器へ流す減圧側切替状態とに切り替えられる室外器前切替部(28a)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を減圧する蒸発器前減圧部(291、59)と、
    該蒸発器前減圧部から流出した前記冷媒と前記送風空気とを熱交換させて前記冷媒を蒸発させる蒸発器(22)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を前記蒸発器前減圧部および前記蒸発器を経由させて前記圧縮機の吸入口へ流す蒸発器経由経路(54)と、
    前記室外熱交換器から流出した前記冷媒を前記蒸発器前減圧部および前記蒸発器を迂回させて前記圧縮機の吸入口へ流す迂回経路(56)と、
    前記迂回経路を開閉し、前記迂回経路を閉じる非迂回状態と前記迂回経路を開く迂回状態とに切り替えられる経路切替部(28b)と、
    前記経路切替部が前記非迂回状態になる場合には前記蒸発器経由経路を開放する一方で、前記経路切替部が前記迂回状態になる場合には前記蒸発器経由経路を閉じる開閉弁(901)とを備え、
    前記室外器前切替部および前記経路切替部は、該室外器前切替部と該経路切替部とが機械的に連動する連動弁(28)を構成し、
    該連動弁では、前記経路切替部が前記非迂回状態になると共に前記室外器前切替部は前記開放側切替状態に切り替えられ、前記経路切替部が前記迂回状態になると共に前記室外器前切替部は前記減圧側切替状態に切り替えられる冷凍サイクル装置。
  5. 前記室外器前切替部は、
    前記開放側切替状態では、前記室外熱交換器の冷媒入口(161)にて前記外気よりも高温になる圧力とされた前記冷媒を前記室外熱交換器へ流入させ、
    前記減圧側切替状態では、前記室外熱交換器の冷媒入口にて前記外気よりも低温になる圧力にまで減圧された前記冷媒を前記室外熱交換器へ流入させる請求項1ないしのいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
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