以下、実施形態について図に基づいて説明する。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。
本発明の実施形態について図1~図6に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る車両用空調装置1の概略構成図である。
本実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置10を、電動モータから走行用の駆動力を得る電気自動車に搭載された車両用空調装置1に適用している。この車両用空調装置1は、空調対象空間である車室内の空調を行うだけでなく、バッテリ80の温度を調整する機能を有している。このため、車両用空調装置1は、バッテリ温度調整機能付きの空調装置と呼ぶこともできる。
バッテリ80は、電動モータ等の車載機器へ供給される電力を蓄える二次電池である。本実施形態のバッテリ80は、リチウムイオン電池である。バッテリ80は、複数の電池セル81を積層配置し、これらの電池セル81を電気的に直列あるいは並列に接続することによって形成された、いわゆる組電池である。
この種のバッテリは、低温になると出力が低下しやすく、高温になると劣化が進行しやすい。この為、バッテリの温度は、バッテリの充放電容量を充分に活用することができる適切な温度範囲内(例えば、10℃以上、かつ、50℃以下)に維持されている必要がある。
そこで、車両用空調装置1では、冷凍サイクル装置10によって生成された温熱や冷熱によってバッテリ80の温度を適切な温度範囲内に調整することができるようになっている。従って、本実施形態に係る冷凍サイクル装置10における温度調整対象物は、バッテリ80である。
更に、車両用空調装置1は、乗員が車両に乗車している際に実行される通常の空調に加えて、乗員が車両に乗り込む前に車室内の空調を開始するプレ空調を実行可能に構成されている。
図1に示すように、当該車両用空調装置1は、冷凍サイクル装置10、室内空調ユニット30、高温側熱媒体回路40、電池側熱媒体回路50等を備えている。
先ず、本実施形態に係る冷凍サイクル装置10の概略構成について説明する。
冷凍サイクル装置10は、車室内の空調を行う為に、車室内へ送風される送風空気を加熱又は冷却する機能を果たす。更に、冷凍サイクル装置10は、バッテリ80の温度を調整する為に、電池側熱媒体回路50を循環する電池側熱媒体を加熱又は冷却する機能を果たす。
冷凍サイクル装置10は、車室内の空調を行うために、様々な運転モード用の冷媒回路を切替可能に構成されている。例えば、冷房モードの冷媒回路、除湿暖房モードの冷媒回路、暖房モードの冷媒回路等を切替可能に構成されている。
更に、冷凍サイクル装置10は、空調用の運転モードにおいて、バッテリ80を冷却する運転モードと、バッテリ80を加熱して暖機する運転モードと、バッテリ80の温度調整を積極的に行わない運転モードとを切り替えることができる。
又、冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、R1234yf)を採用しており、圧縮機11から吐出された吐出冷媒の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。更に、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いる。冷凍機油の一部は、冷媒と共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、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ある。圧縮機11は、車室の前方に配置されて電動モータ等が収容される駆動装置室内に配置されている。圧縮機11は、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回転駆動する電動圧縮機である。圧縮機11は、後述する制御装置60から出力される制御信号によって、回転数(すなわち、冷媒吐出能力)が制御される。
そして、圧縮機11の吐出口には、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路の入口側が接続されている。水-冷媒熱交換器12は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒を流通させる冷媒通路と、高温側熱媒体回路40を循環する高温側熱媒体を流通させる水通路とを有している。水-冷媒熱交換器12は、冷媒通路を流通する高圧冷媒と、水通路を流通する高温側熱媒体とを熱交換させて、高温側熱媒体を加熱する加熱用の熱交換器である。
水-冷媒熱交換器12の出口側には、互いに連通する3つの流入出口を有する第1三方継手13aの流入口側が接続されている。このような三方継手としては、複数の配管を接合して形成されたものや、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けることによって形成されたものを採用することができる。
更に、冷凍サイクル装置10は、後述するように、第2三方継手13b~第6三方継手13fを備えている。第2三方継手13b~第6三方継手13f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の一方の流出口には、暖房用膨張弁14aの入口側が接続されている。第1三方継手13aの他方の流出口には、バイパス通路22aを介して、第2三方継手13bの一方の流入口側が接続されている。バイパス通路22aには、除湿用開閉弁15aが配置されている。
除湿用開閉弁15aは、第1三方継手13aの他方の流出口側と第2三方継手13bの一方の流入口側とを接続するバイパス通路22aに配置されている。除湿用開閉弁15aは電磁弁であり、バイパス通路22aの冷媒通路を開閉する。除湿用開閉弁15aは第1開閉弁の一例である。
尚、除湿用開閉弁15aは、バイパス通路22aの冷媒通路を開閉できれば、他の手段を用いて代替させることも可能である。例えば、第1三方継手13aの位置に三方弁を配置して、機能を代替させても良い。
更に、冷凍サイクル装置10は、後述するように、暖房用開閉弁15bを備えている。暖房用開閉弁15bの基本的構成は、除湿用開閉弁15aと同様である。除湿用開閉弁15a及び暖房用開閉弁15bは、冷媒通路を開閉することで、各運転モードの冷媒回路を切り替えることができる。
従って、除湿用開閉弁15a及び暖房用開閉弁15bは、サイクルの冷媒回路を切り替える冷媒回路切替装置を構成する。除湿用開閉弁15a及び暖房用開閉弁15bは、制御装置60から出力される制御電圧によって、その作動が制御される。
暖房用膨張弁14aは、少なくとも車室内の暖房を行う運転モード時に、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した高圧冷媒を減圧させると共に、下流側へ流出させる冷媒の流量(質量流量)を調整する暖房用減圧部である。暖房用膨張弁14aは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の開度を変化させる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。
更に、冷凍サイクル装置10は、後述するように、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cを備えている。冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cの基本的構成は、暖房用膨張弁14aと同様である。
暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cは、弁開度を全開にすることで流量調整作用および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、及び弁開度を全閉にすることで冷媒通路を閉塞する全閉機能を有している。
この全開機能及び全閉機能によって、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cは、各運転モードの冷媒回路を切り替えることができる。従って、本実施形態に係る暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cは、冷媒回路切替装置としての機能も兼ね備えている。
そして、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cは、制御装置60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。
暖房用膨張弁14aの出口には、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、暖房用膨張弁14aから流出した冷媒と図示しない冷却ファンにより送風された外気とを熱交換させる熱交換器である。
室外熱交換器16は、駆動装置室内の前方側に配置されている。この為、車両走行時には、室外熱交換器16に走行風を当てることができる。又、室外熱交換器16は、その内部を流れる冷媒と、走行風等として導入される外気とを熱交換させる。ここで、室外熱交換器16を通過する外気については、その流れを完全に遮断することができない構成となっている。
室外熱交換器16の冷媒出口には、第3三方継手13cの流入口側が接続されている。第3三方継手13cの一方の流出口には、暖房用通路22bを介して、第4三方継手13dの一方の流入口側が接続されている。
そして、暖房用通路22bには、この冷媒通路を開閉する暖房用開閉弁15bが配置されている。暖房用開閉弁15bは電磁弁により構成されている。暖房用開閉弁15bは第2開閉弁の一例である。
尚、暖房用開閉弁15bは、暖房用通路22bの冷媒通路を開閉できれば、他の手段を用いて代替させることも可能である。例えば、第3三方継手13cの位置に三方弁を配置して、機能を代替させても良い。
第3三方継手13cの他方の流出口には、第2三方継手13bの他方の流入口側が接続されている。第3三方継手13cの他方の流出口側と第2三方継手13bの他方の流入口側とを接続する冷媒通路には、逆止弁17が配置されている。逆止弁17は、第3三方継手13c側から第2三方継手13b側へ冷媒が流れることを許容し、第2三方継手13b側から第3三方継手13c側へ冷媒が流れることを禁止する機能を果たす。
第2三方継手13bの流出口には、第5三方継手13eの流入口側が接続されている。当該第5三方継手13eの一方の流出口には、冷房用膨張弁14bの入口側が接続されている。そして、第5三方継手13eの他方の流出口には、冷却用膨張弁14cの入口側が接続されている。
冷房用膨張弁14bは、少なくとも車室内の冷房を行う運転モード時に、第2三方継手13bを通過した冷媒を減圧させると共に、下流側へ流出させる冷媒の流量を調整する冷房用減圧部である。
冷房用膨張弁14bの出口には、室内蒸発器18の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器18は、後述する室内空調ユニット30の空調ケース31内に配置されている。室内蒸発器18は、冷房用膨張弁14bにて減圧された低圧冷媒と送風機32から送風された送風空気とを熱交換させて低圧冷媒を蒸発させ、低圧冷媒に吸熱作用を発揮させることによって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は蒸発器として機能する。室内蒸発器18の冷媒出口には、第6三方継手13fの一方の流入口側が接続されている。
冷却用膨張弁14cは、少なくともバッテリ80の冷却を行う運転モード時に、第2三方継手13bを通過した冷媒を減圧させると共に、下流側へ流出させる冷媒の流量を調整する冷却用減圧部である。
冷却用膨張弁14cの出口には、チラー19の冷媒通路の入口側が接続されている。チラー19は、冷却用膨張弁14cにて減圧された低圧冷媒を流通させる冷媒通路と、後述する電池側熱媒体回路50を循環する電池側熱媒体を流通させる水通路を有している。
そして、チラー19は、冷媒通路を流通する冷媒と、水通路を流通する電池側熱媒体とを熱交換させて、電池側熱媒体の温度を調整する温度調整用熱交換部である。従って、当該チラー19は、温調用熱交換部に相当する。チラー19の冷媒通路の出口には、第6三方継手13fの他方の流入口側が接続されている。
第6三方継手13fの流出口には、蒸発圧力調整弁20の入口側が接続されている。蒸発圧力調整弁20は、室内蒸発器18の着霜を抑制するために、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力を、予め定めた基準圧力以上に維持する機能を果たす。蒸発圧力調整弁20は、室内蒸発器18の出口側冷媒の圧力の上昇に伴って、弁開度を増加させる機械式の可変絞り機構で構成されている。
これにより、蒸発圧力調整弁20は、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度を、室内蒸発器18の着霜を抑制可能な着霜抑制温度(例えば、1℃)以上に維持している。更に、当該蒸発圧力調整弁20は、合流部である第6三方継手13fよりも下流側に配置されている。この為、蒸発圧力調整弁20は、チラー19における冷媒蒸発温度についても、着霜抑制温度以上に維持している。
蒸発圧力調整弁20の出口には、第4三方継手13dの他方の流入口側が接続されている。第4三方継手13dの流出口には、アキュムレータ21の入口側が接続されている。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、サイクル内の余剰液相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。
以上の説明から明らかなように、第5三方継手13eは、室外熱交換器16から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部として機能する。また、第6三方継手13fは、室内蒸発器18から流出した冷媒の流れとチラー19から流出した冷媒の流れとを合流させて、圧縮機11の吸入側へ流出させる合流部として機能する。
そして、室内蒸発器18及びチラー19は、冷媒流れに対して互いに並列的に接続されている。更に、暖房用通路22bは、室外熱交換器16から流出した冷媒を、室内蒸発器18及びチラー19を迂回して、圧縮機11の吸入口側へ導いており、暖房用通路として機能している。そして、暖房用開閉弁15bは、暖房用通路22bの冷媒流路を開閉する為の開閉弁として機能している。
次に、高温側熱媒体回路40について説明する。高温側熱媒体回路40は、高温側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路である。高温側熱媒体としては、エチレングリコール、ジメチルポリシロキサン、あるいはナノ流体等を含む溶液、不凍液等を採用することができる。高温側熱媒体回路40には、水-冷媒熱交換器12の水通路、高温側熱媒体ポンプ41、ヒータコア42等が配置されている。
高温側熱媒体ポンプ41は、高温側熱媒体を水-冷媒熱交換器12の水通路の入口側へ圧送する水ポンプである。高温側熱媒体ポンプ41は、制御装置60から出力される制御電圧によって、回転数(すなわち、圧送能力)が制御される電動ポンプである。
水-冷媒熱交換器12の水通路の出口には、ヒータコア42の熱媒体入口側が接続されている。ヒータコア42は、水-冷媒熱交換器12にて加熱された高温側熱媒体と室内蒸発器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熱交換器である。ヒータコア42は、室内空調ユニット30の空調ケース31内に配置されている。
ヒータコア42の熱媒体出口には、高温側三方弁43の流入口側が接続されている。高温側三方弁43は、1つの流入口と、2つの流出口とを有し、2つの流出口の通路面積比を連続的に調整可能な電気式の三方流量調整弁である。高温側三方弁43は、制御装置60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。
高温側三方弁43の一方の流出口には、高温側ラジエータ44の熱媒体入口側が接続されている。高温側三方弁43の他方の流出口には、高温側熱媒体ポンプ41の吸入口側が接続されている。従って、高温側三方弁43は、ヒータコア42から流出した高温側熱媒体のうち、高温側ラジエータ44へ流入させる流量と高温側ラジエータ44を迂回させて高温側熱媒体ポンプ41へ吸入させる流量との流量比を調整する機能を果たす。
高温側ラジエータ44は、ヒータコア42から流出した高温側熱媒体と図示しない外気ファンにより送風された外気とを熱交換させて、高温側熱媒体の有する熱を外気に放熱させる熱交換器である。
高温側ラジエータ44は、駆動装置室内の前方側に配置されている。このため、車両走行時には、高温側ラジエータ44に走行風を当てることができる。高温側ラジエータ44の熱媒体出口には、高温側熱媒体ポンプ41の吸入口側が接続されている。
従って、高温側熱媒体回路40では、制御装置60が高温側熱媒体ポンプ41を作動させることにより、水-冷媒熱交換器12にて圧縮機11から吐出された冷媒と高温側熱媒体とを熱交換させて、高温側熱媒体を加熱することができる。さらに、ヒータコア42では、水-冷媒熱交換器12にて加熱された高温側熱媒体と送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱することができる。
つまり、本実施形態では、水-冷媒熱交換器12および高温側熱媒体回路40の各構成機器によって、圧縮機11から吐出された冷媒を熱源として、送風空気を加熱する加熱部が構成されている。
次に、電池側熱媒体回路50について説明する。電池側熱媒体回路50は、電池側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路である。電池側熱媒体としては、高温側熱媒体と同様の流体を採用することができる。電池側熱媒体回路50には、チラー19の水通路、電池側熱媒体ポンプ51、熱交換部52等が配置されている。
電池側熱媒体ポンプ51は、チラー19における水通路の入口側へ電池側熱媒体を圧送する水ポンプである。電池側熱媒体ポンプ51の基本的構成は、高温側熱媒体ポンプ41と同様である。
チラー19の水通路の出口には、熱交換部52の入口側が接続されている。熱交換部52は、バッテリ80を形成する複数の電池セル81に接触するように配置された金属プレートによって形成された複数の熱媒体流路を有している。そして、熱媒体流路を流通する電池側熱媒体と電池セル81とを熱交換させることによって、バッテリ80の温度を調整する熱交換部である。
このような熱交換部52は、積層配置された電池セル81同士の間に熱媒体流路を配置したものを採用すればよい。また、熱交換部52は、バッテリ80に一体的に形成されていてもよい。例えば、積層配置された電池セル81を収容する専用ケースに熱媒体流路を設けることによって、バッテリ80に一体的に形成されていてもよい。熱交換部52の出口には、電池側熱媒体ポンプ51の吸入口側が接続されている。
従って、電池側熱媒体回路50では、制御装置60が電池側熱媒体ポンプ51を作動させることにより、チラー19にて冷却用膨張弁14cから流出した冷媒と電池側熱媒体とを熱交換させて、電池側熱媒体の温度を調整できる。更に、熱交換部52では、温度調整された電池側熱媒体とバッテリ80とを熱交換させて、バッテリ80の温度調整を行うことができる。
つまり、本実施形態では、チラー19および電池側熱媒体回路50の各構成機器によって、冷却用膨張弁14cから流出した冷媒によってバッテリ80の温度を調整する温度調整部が構成されている。又、電池側熱媒体は、温度調整側熱媒体であり、電池側熱媒体回路50は、温度調整側熱媒体を循環させる温度調整側熱媒体回路である。
続いて、室内空調ユニット30の構成について説明する。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ある。室内空調ユニット30は、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。
室内空調ユニット30は、図1に示すように、その外殻を形成する空調ケース31内に形成された空気通路内に送風機32、室内蒸発器18、ヒータコア42等を収容したものである。
空調ケース31は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成している。空調ケース31は、或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。
空調ケース31の送風空気流れ最上流側には、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、空調ケース31内へ内気(車室内空気)と外気(車室外空気)とを切替導入するものである。
内外気切替装置33は、空調ケース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、内気の導入風量と外気の導入風量との導入割合を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る。この電動アクチュエータは、制御装置60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、送風機32が配置されている。送風機32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ものである。送風機32は、遠心多翼ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。送風機32は、制御装置60から出力される制御電圧によって、回転数(即ち、送風能力)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42が、送風空気流れに対して、この順に配置されている。つまり、室内蒸発器18は、ヒータコア42よりも、送風空気流れ上流側に配置されている。
空調ケース31内には、室内蒸発器18通過後の送風空気を、ヒータコア42を迂回して流す冷風バイパス通路35が設けられている。空調ケース31内の室内蒸発器18の送風空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア42の送風空気流れ上流側には、エアミックスドア34が配置されている。
エアミックスドア34は、室内蒸発器18通過後の送風空気のうち、ヒータコア42側を通過する送風空気の風量と冷風バイパス通路35を通過させる送風空気の風量との風量割合を調整する風量割合調整部である。エアミックスドア34は、エアミックスドア用の電動アクチュエータによって駆動される。この電動アクチュエータは、制御装置60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。
空調ケース31内のヒータコア42及び冷風バイパス通路35の送風空気流れ下流側には、混合空間が配置されている。混合空間は、ヒータコア42にて加熱された送風空気と冷風バイパス通路35を通過して加熱されていない送風空気とを混合させる空間である。
さらに、空調ケース31の送風空気流れ下流部には、混合空間にて混合された送風空気(即ち、空調風)を、空調対象空間である車室内へ吹き出すための開口穴が配置されている。
この開口穴としては、フェイス開口穴、フット開口穴、及びデフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。フェイス開口穴は、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。フット開口穴は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。デフロスタ開口穴は、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。
これらのフェイス開口穴、フット開口穴、及びデフロスタ開口穴は、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、フット吹出口及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34が、ヒータコア42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る。そして、各吹出口から車室内へ吹き出される送風空気(空調風)の温度が調整される。
また、フェイス開口穴、フット開口穴、及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、フェイスドア、フットドア、及びデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。フェイスドアは、フェイス開口穴の開口面積を調整するものである。フットドアは、フット開口穴の開口面積を調整するものである。デフロスタドアは、フロスタ開口穴の開口面積を調整するものである。
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装置を構成するものである。これらのドアは、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。この電動アクチュエータも、制御装置60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。
吹出口モード切替装置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、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード等がある。
フェイスモードは、フェイス吹出口を全開と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吹出口モードである。バイレベルモードは、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吹出口モードである。フットモードは、フット吹出口を全開とすると共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吹出口モードである。
更に、乗員が操作パネル70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、デフロスタモードに切り替えることもできる。デフロスタモードは、デフロスタ吹出口を全開としてデフロスタ吹出口からフロント窓ガラス内面に空気を吹き出す吹出口モードである。
次に、当該車両用空調装置1の制御系について、図2を参照しつつ説明する。当該車両用空調装置1は、その構成機器の作動を制御する為の制御装置60を有している。当該制御装置60は、CPU、ROM、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。
当該制御装置60は、ROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。当該各種制御対象機器には、圧縮機11、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14c、除湿用開閉弁15a、暖房用開閉弁15b、送風機32、高温側熱媒体ポンプ41、高温側三方弁43、電池側熱媒体ポンプ51等が含まれている。
そして、制御装置60の入力側には、各種センサが接続されており、各種センサの検出信号が入力される。図2に示すように、各種センサには、内気温センサ61、外気温センサ62、日射センサ63、第1冷媒圧力センサ65a~第5冷媒温度センサ64e、第1冷媒圧力センサ65a、第2冷媒圧力センサ65b、蒸発器温度センサ66、高温側熱媒体温度センサ67a、電池側熱媒体温度センサ67b、バッテリ温度センサ68、空調風温度センサ69等が含まれている。
内気温センサ61は、車室内温度(内気温)Trを検出する内気温検出部である。外気温センサ62は、車室外温度(外気温)Tamを検出する外気温検出部である。日射センサ63は、車室内へ照射される日射量Tsを検出する日射量検出部である。
第1冷媒温度センサ64aは、圧縮機11から吐出された吐出冷媒の温度T1を検出する吐出冷媒温度検出部である。第2冷媒温度センサ64bは、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の温度T2を検出する第2冷媒温度検出部である。第3冷媒温度センサ64cは、室外熱交換器16から流出した冷媒の温度T3を検出する第3冷媒温度検出部である。
第4冷媒温度センサ64dは、室内蒸発器18から流出した冷媒の温度T4を検出する第4冷媒温度検出部である。第5冷媒温度センサ64eは、チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の温度T5を検出する第5冷媒温度検出部である。
第1冷媒圧力センサ65aは、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の圧力P1を検出する第1冷媒圧力検出部である。第2冷媒圧力センサ65bは、チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の圧力P2を検出する第2冷媒圧力検出部である。
蒸発器温度センサ66は、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検出部である。蒸発器温度センサ66は、具体的に、室内蒸発器18の熱交換フィン温度を検出している。
高温側熱媒体温度センサ67aは、水-冷媒熱交換器12の水通路から流出してヒータコア42へ流入する高温側熱媒体の温度である高温側熱媒体温度TWHを検出する高温側熱媒体温度検出部である。
電池側熱媒体温度センサ67bは、チラー19の水通路から流出して熱交換部52へ流入する電池側熱媒体の温度である電池側熱媒体温度TWCを検出する電池側熱媒体温度検出部である。
バッテリ温度センサ68は、バッテリ温度TB(即ち、バッテリ80の温度)を検出するバッテリ温度検出部である。当該バッテリ温度センサ68は、複数の検出部を有して構成され、バッテリ80の複数の箇所の温度を検出している。この為、制御装置60では、バッテリ80の各部の温度差を検出することもできる。更に、バッテリ温度TBとして、複数の検出部による検出値の平均値が採用される。
空調風温度センサ69は、混合空間から車室内へ送風される送風空気温度TAVを検出する空調風温度検出部である。
更に、制御装置60の入力側には、図2に示すように、操作パネル70が接続されている。当該操作パネル70は、車室内前部の計器盤付近に配置されており、各種操作スイッチを有している。従って、制御装置60には、操作パネル70に設けられた各種操作スイッチからの操作信号が入力される。
操作パネル70の各種操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置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、室内蒸発器18で送風空気の冷却を行うことを要求するエアコンスイッチ、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。
尚、本実施形態に係る制御装置60は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御部が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象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、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部を構成している。
例えば、制御装置60のうち、圧縮機11の冷媒吐出能力(具体的には、圧縮機11の回転数)を制御する構成は、圧縮機制御部60aを構成している。又、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cの作動を制御する構成は、膨張弁制御部60bを構成している。除湿用開閉弁15a及び暖房用開閉弁15bの作動を制御する構成は、冷媒回路切替制御部60cを構成している。
更に、高温側熱媒体回路40の高温側熱媒体ポンプ41、高温側三方弁43の作動を制御する構成は、水-冷媒熱交換器12及び高温側熱媒体回路40における吐出冷媒の放熱量を制御する放熱量制御部60dを構成している。
そして、電池側熱媒体回路50における電池側熱媒体ポンプ51の電池側熱媒体の圧送能力を制御する構成は、電池側熱媒体温度制御部60eを構成している。
続いて、上述のように構成された車両用空調装置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は、車室内の空調を行う機能に加えて、バッテリ80の温度を調整する機能を有している。この為、当該車両用空調装置1では、冷媒回路を切り替えて、以下の12種類の運転モードでの運転を行うことができる。
(1)単独冷房モード:単独冷房モードは、バッテリ80の温度調整を行うことなく、送風空気を冷却して車室内へ吹き出すことによって車室内の冷房を行う運転モードである。
(2)単独直列除湿暖房モード:単独直列除湿暖房モードは、バッテリ80の温度調整を行うことなく、冷却されて除湿された送風空気を再加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の除湿暖房を行う運転モードである。
(3)単独並列除湿暖房モード:単独並列除湿暖房モードは、バッテリ80の温度調整を行うことなく、冷却されて除湿された送風空気を直列除湿暖房モードよりも高い加熱能力で再加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の除湿暖房を行う運転モードである。
(4)単独暖房モード:単独暖房モードは、バッテリ80の温度調整を行うことなく、送風空気を加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行う運転モードである。
(5)単独暖機モード:単独暖機モードは、車室内の空調を行うことなく、バッテリ80の暖機を行う運転モードである。単独暖機モードは対象物暖機モードの一例である。
(6)暖房暖機モード:暖房暖機モードは、送風空気を加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行うと共に、バッテリ80の暖機を行う運転モードである。暖房暖機モードは対象物暖機モードの一例である。
(7)単独冷却モード:単独冷却モードは、車室内の空調を行うことなく、バッテリ80の冷却を行う運転モードである。
(8)冷房冷却モード:冷房冷却モードは、送風空気を冷却して車室内へ吹き出すことによって車室内の冷房を行うと共に、バッテリ80の冷却を行う運転モードである。
(9)直列除湿暖房冷却モード:直列除湿暖房冷却モードは、冷却されて除湿された送風空気を再加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の除湿暖房を行うと共に、バッテリ80の冷却を行う運転モードである。
(10)並列除湿暖房冷却モード:並列除湿暖房冷却モードは、冷却されて除湿された送風空気を直列除湿暖房冷却モードよりも高い加熱能力で再加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の除湿暖房を行うと共に、バッテリ80の冷却を行う運転モードである。
(11)第1暖房冷却モード:第1暖房冷却モードは、送風空気を加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行うと共に、バッテリ80の冷却を行う運転モードの一態様である。第1暖房冷却モードでは、室外熱交換器16を放熱器又は蒸発器として機能させることで、車室内の暖房とバッテリ80の冷却に関する能力バランスを調整することができる。
(12)第2暖房冷却モード:第2暖房冷却モードは、送風空気を加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行うと共に、バッテリ80の冷却を行う運転モードの一態様である。第2暖房冷却モードでは、室外熱交換器16における外気との熱交換の影響を排除して、車室内の暖房とバッテリ80の冷却を行うことができる。
当該車両用空調装置1における各運転モードの切り替えは、制御装置60に予め記憶された制御プログラムが実行されることによって行われる。この制御プログラムでは、所定の制御周期毎に上述したセンサ群の検出信号、および操作パネル70の操作信号が読み込まれる。そして、読み込まれた検出信号および操作信号を用いて、車室内へ送風される送風空気の目標吹出温度TAOを決定する。
具体的には、目標吹出温度TAOは、以下数式F1によって算出される。
TAO=Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×Ts+C…(F1)
尚、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である。Trは内気温センサ61によって検出された車室内温度である。Tamは外気温センサ62によって検出された車室外温度である。Tsは日射センサ63で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。
更に、制御プログラムでは、目標吹出温度TAO、バッテリ温度センサ68によって検出されたバッテリ温度TB、および操作パネル70の操作信号等に基づいて、上述した11種類の運転モードから、車両用空調装置1の状況に応じた一つの運転モードを決定して切り替える。
具体的には、操作パネル70のエアコンスイッチが投入された状態で、目標吹出温度TAOが予め定められた冷房用基準温度以下である場合は、運転モードの空調態様は、冷房運転に決定される。
この場合に、バッテリ温度TBが予め定めた基準上限温度KTBH(本実施形態では、40℃)以上になると、運転モードは冷房冷却モードに切り替えられる。又、バッテリ温度TBが予め定めた基準下限温度KTBL(本実施形態では、20℃)以上で、且つ、基準上限温度KTBH未満である場合(即ち、適切な温度範囲内である場合)には、運転モードは単独冷房モードに切り替えられる。
又、操作パネル70のエアコンスイッチが投入された状態で、目標吹出温度TAOが冷房用基準温度より高く、かつ、予め定められた除湿用基準温度以下である場合には、運転モードの空調態様は、直列除湿暖房運転に決定される。
この場合に、バッテリ温度TBが基準上限温度KTBH以上になると、運転モードは直列除湿暖房冷却モードに切り替えられる。又、バッテリ温度TBが基準下限温度KTBL以上で、且つ、基準上限温度KTBH未満である場合には、運転モードは単独直列除湿暖房モードに切り替えられる。
そして、操作パネル70のエアコンスイッチが投入された状態で、目標吹出温度TAOが冷房用基準温度及び除湿用基準温度よりも高い場合は、運転モードの空調態様は、並列除湿暖房運転に決定される。
この場合に、バッテリ温度TBが基準上限温度KTBH以上になると、運転モードは並列除湿暖房冷却モードに切り替えられる。又、バッテリ温度TBが基準下限温度KTBL以上で、且つ、基準上限温度KTBH未満である場合には、運転モードは単独並列除湿暖房モードに切り替えられる。
エアコンスイッチが投入されていない状態、又は、外気温Tamが予め定められた基準外気温以下である状態において、目標吹出温度TAOが予め定められた暖房用基準温度以上である場合には、運転モードの空調態様は暖房運転に決定される。
この場合に、バッテリ温度TBが基準上限温度KTBH以上である場合には、運転モードは、第1暖房冷却モード、第2暖房冷却モードの何れかに切り替えられる。そして、バッテリ温度TBが基準下限温度KTBL以下である場合には、運転モードは暖房暖機モードに切り替えられる。又、バッテリ温度TBが基準下限温度KTBL以上で、且つ、基準上限温度KTBH未満である場合には、運転モードは単独暖房モードに切り替えられる。
又、オートスイッチの操作によって自動空調運転が解除されている際等のように、車室内の空調を行わない場合には、バッテリ80の温度調整が実行される。つまり、この状況において、バッテリ温度TBが基準上限温度KTBH以上になると、運転モードは単独冷却モードに切り替えられる。又、バッテリ温度TBが基準下限温度KTBL以下である場合には、運転モードは単独暖機モードに切り替えられる。
ここで、バッテリ80の温度は、車室内の空調を行うか否かによらず、車両システムが起動している際には、常時適切な温度範囲内に維持されていることが望ましい。
この為、車両システムが起動している際には、冷凍サイクル装置10は、バッテリ80の温度調整を行うことのできる運転モード(本実施形態においては、冷房冷却モード、除湿暖房冷却モード、暖房暖機モード、第1暖房冷却モード、第2暖房冷却モード、単独冷却モード、単独暖機モード)で作動していることが望ましい。
そこで、本実施形態の制御プログラムでは、予め定めた運転条件が成立した際に、単独冷却モードおよび単独暖機モードの運転に切り替えるようにしている。
次に、当該車両用空調装置1の各運転モードにおける冷凍サイクル装置10の詳細作動について、詳細に説明する。
(1)単独冷房モード
単独冷房モードでは、暖房用膨張弁14aを全開状態とし、冷却用膨張弁14cを全閉状態とする。そして、冷房用膨張弁14bについては、単独冷房モードにて定められた絞り状態とする。又、除湿用開閉弁15aを閉状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
そして、単独冷房モードにおいては、制御装置60は、予め定めた単独冷房モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41の作動を制御し、電池側熱媒体ポンプ51を停止させる。又、制御装置60は、ヒータコア42から流出した高温側熱媒体が高温側ラジエータ44へ流入するように高温側三方弁43の作動を制御する。
従って、単独冷房モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60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、単独冷房モードにおける圧縮機11の冷媒吐出能力(即ち、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。先ず、目標蒸発器温度TEOが、目標吹出温度TAOに基づいて予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。
圧縮機11に出力される制御信号は、目標蒸発器温度TEOと蒸発器温度センサ66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により、蒸発器温度Tefinが目標蒸発器温度TEOに近づくように決定される。
又、冷房用膨張弁14bへ出力される制御信号については、冷房用膨張弁14bへ流入する冷媒の過冷却度が、COPを最大値とするように予め定められた目標過冷却度に近づくように決定される。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、エアミックスドア34の開度が以下数式F2を用いて決定される開度SWとなるように制御する。
SW={TAO-(Tefin+C2)}/{TWH-(Tefin+C2)}…(F2)
なお、TWHは、高温側熱媒体温度センサ67aによって検出された高温側熱媒体温度である。C2は、制御用の定数である。エアミックスドア34の開度は、SWが大きくなるに伴って、ヒータコア42側の通路の通路面積が増加する。一方、SWが小さくなるに伴って、冷風バイパス通路35側の通路面積が増加する。
この結果、単独冷房モードでは、水-冷媒熱交換器12及び室外熱交換器16が放熱器として機能し、室内蒸発器18が蒸発器として機能する。つまり、室内蒸発器18にて、送風空気を冷却することができると共に、水-冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。
従って、単独冷房モードの車両用空調装置1では、エアミックスドア34の開度調整によって、室内蒸発器18にて冷却された送風空気の一部をヒータコア42にて再加熱し、目標吹出温度TAOに近づくように温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すことで、車室内の冷房を行うことができる。
この時、チラー19における冷媒と電池側熱媒体との熱交換は行われていない為、電池側熱媒体によるバッテリ80の温度調整は行われていない。つまり、単独冷房モードの車両用空調装置1は、バッテリ80の温度調整を行うことなく、車室内の冷房を行うことができる。
(2)単独直列除湿暖房モード
単独直列除湿暖房モードでは、暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bを、それぞれについて単独直列除湿暖房モードで定められた絞り開度に調整し、冷却用膨張弁14cを全閉状態とする。そして、除湿用開閉弁15aを閉状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
そして、単独直列除湿暖房モードにおいては、制御装置60は、予め定めた単独直列除湿暖房モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41の作動を制御し、電池側熱媒体ポンプ51を停止させる。又、制御装置60は、ヒータコア42から流出した高温側熱媒体が高温側ラジエータ44へ流入するように高温側三方弁43の作動を制御する。
従って、単独直列除湿暖房モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→逆止弁17→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60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。
単独直列除湿暖房モードでは、目標蒸発器温度TEOの決定や、圧縮機11に対する制御信号の決定については、上述した単独冷房モードと同様に実行される。
単独直列除湿暖房モードにおける暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bの絞り開度については、目標吹出温度TAOに基づいて、制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。具体的には、目標吹出温度TAOが上昇するに伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度が小さくなり、冷房用膨張弁14bの絞り開度が大きくなるように決定される。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、単独冷房モードと同様に制御される。単独冷房モードよりも目標吹出温度TAOが高くなるので、エアミックスドア34の開度SWは100%に近づく。この為、単独直列除湿暖房モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気の流量における大部分がヒータコア42を通過するように、エアミックスドア34の開度が決定される。
この結果、単独直列除湿暖房モードでは、水-冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、室内蒸発器18が蒸発器として機能する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
更に、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも高くなっている際には、室外熱交換器16が放熱器として機能するサイクルが構成される。室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも低くなっている際には、室外熱交換器16が蒸発器として機能するサイクルが構成される。
これによれば、室内蒸発器18にて、送風空気を冷却することができると共に、水-冷媒熱交換器12及びヒータコア42を介して、冷却されて除湿された送風空気を再加熱することができる。従って、単独直列除湿暖房モードの車両用空調装置1では、車室内の除湿暖房を行うことができる。
更に、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも高くなっている際には、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度を小さくすると共に、冷房用膨張弁14bの絞り開度を大きくする為、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が低下して外気温Tamとの差が縮小する。
これにより、室外熱交換器16における冷媒の放熱量を減少させて、水-冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができ、ヒータコア42による送風空気の加熱能力を向上させることができる。
又、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも低くなっている際には、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度を小さくすると共に、冷房用膨張弁14bの絞り開度を大きくする為、室外熱交換器16における冷媒の温和温度が低下して外気温Tamとの温度差が拡大する。
これにより、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を増加させて、水-冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができ、ヒータコア42による送風空気の加熱能力を向上させることができる。
つまり、単独直列除湿暖房モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度を小さくすると共に、冷房用膨張弁14bの絞り開度を大きくすることによって、水-冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができる。従って、単独直列除湿暖房モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、水-冷媒熱交換器12及び高温側熱媒体回路40による送風空気の加熱能力を向上させることができる。
(3)単独並列除湿暖房モード
単独並列除湿暖房モードでは、暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bを、それぞれについて単独並列除湿暖房モードで定められた絞り開度に調整し、冷却用膨張弁14cを全閉状態とする。そして、除湿用開閉弁15aを開状態とし、暖房用開閉弁15bを開状態とする。
そして、単独並列除湿暖房モードにおいて、制御装置60は、予め定めた単独並列除湿暖房モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41の作動を制御し、電池側熱媒体ポンプ51を停止させる。又、制御装置60は、ヒータコア42から流出した高温側熱媒体が高温側ラジエータ44へ流入するように高温側三方弁43の作動を制御する。
従って、単独並列除湿暖房モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→暖房用通路22b→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環すると共に、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60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、単独並列除湿暖房モードにおける暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bの絞り開度については、以下のように決定される。先ず、室内蒸発器18の出口側冷媒の目標過熱度SHEOが決定される。目標過熱度SHEOとしては、予め定めた定数(例えば、5℃)を採用することができる。
暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bの絞り開度は、目標過熱度SHEOと室内蒸発器18の出口側冷媒の過熱度SHEとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、過熱度SHEが目標過熱度SHEOに近づくように決定される。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、単独冷房モードと同様に制御される。単独冷房モードよりも目標吹出温度TAOが高くなるので、エアミックスドア34の開度SWは単独直列除湿暖房モードと同様に100%に近づく。この為、単独並列除湿暖房モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気の流量における大部分がヒータコア42を通過するように、エアミックスドア34の開度が決定される。
この結果、単独並列除湿暖房モードでは、水-冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、冷媒流れに対して並列的に接続された室外熱交換器16及び室内蒸発器18が蒸発器として機能する冷凍サイクルが構成される。
これによれば、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することができると共に、水-冷媒熱交換器12及びヒータコア42を介して、冷却されて除湿された送風空気を再加熱することができる。従って、単独並列除湿暖房モードの車両用空調装置1では、車室内の除湿暖房を行うことができる。
更に、単独並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16と室内蒸発器18が冷媒流れに対して並列的に接続され、室内蒸発器18の下流側に蒸発圧力調整弁20が配置されている。これにより、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。
従って、単独並列除湿暖房モードでは、単独直列除湿暖房モードよりも、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、水-冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができる。その結果、単独並列除湿暖房モードでは、単独直列除湿暖房モードよりも高い加熱能力で送風空気を再加熱することができる。
(4)単独暖房モード
単独暖房モードでは、暖房用膨張弁14aを、単独暖房モードで定められた絞り開度に調整し、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cを全閉状態とする。そして、除湿用開閉弁15aを閉状態とし、暖房用開閉弁15bを開状態とする。
そして、単独暖房モードにおいて、制御装置60は、予め定めた単独暖房モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41の作動を制御し、電池側熱媒体ポンプ51を停止させる。又、制御装置60は、ヒータコア42から流出した高温側熱媒体が高温側熱媒体ポンプ41の吸入口側へ流出するように、高温側三方弁43の作動を制御する。
従って、単独暖房モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→暖房用通路22b→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
このサイクル構成で、制御装置60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、暖房モードにおける暖房用膨張弁14aの絞り開度については、以下のように決定される。先ず、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の目標過冷却度SCOを決定する。目標過冷却度SCOは、室内蒸発器18へ流入する送風空気の吸込温度或いは外気温Tamに基づいて、制御マップを参照して決定される。当該制御マップでは、サイクルの成績係数(COP)が極大値に近づくように、目標過冷却度SCOが決定される。
暖房用膨張弁14aの絞り開度は、目標過冷却度SCOと水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度SCとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度SCが目標過冷却度SCOに近づくように決定される。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、単独冷房モードと同様に制御される。単独冷房モードよりも目標吹出温度TAOが高くなるので、エアミックスドア34の開度SWは100%に近づく。この為、単独暖房モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気の流量における大部分がヒータコア42を通過するように、エアミックスドア34の開度が決定される。
つまり、単独暖房モードの冷凍サイクル装置10では、水-冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、室外熱交換器16が蒸発器として機能する冷凍サイクルが構成される。この結果、水-冷媒熱交換器12及びヒータコア42にて、送風空気を加熱することができるので、加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の暖房を行うことができる。
(5)単独暖機モード
単独暖機モードでは、暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bを全閉状態とし、冷却用膨張弁14cを、単独暖機モードで定められた絞り開度に調整する。そして、除湿用開閉弁15aを開状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
そして、単独暖機モードにおいて、制御装置60は、予め定めた単独暖機モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、電池側熱媒体ポンプ51の作動を制御し、高温側熱媒体ポンプ41を停止させる。
従って、単独暖機モードでは、圧縮機11(→水-冷媒熱交換器12)→バイパス通路22a→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
この回路構成で、制御装置60は、各制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、圧縮機11については、電池側熱媒体温度TWCが目標電池側熱媒体温度TWCOに近づくように、回転数を制御する。
目標電池側熱媒体温度TWCOは、バッテリ温度TBに基づいて、予め制御装置60に記憶されている単独暖機モード用の制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、バッテリ温度TBの上昇に伴って、目標電池側熱媒体温度TWCOを低下させるように決定する。又、単独暖機モードでは、目標電池側熱媒体温度TWCOが、チラー19の水通路へ流入する電池側熱媒体の温度よりも高くなるように決定される。エアミックスドア用のアクチュエータの開度SWについては、当該開度SWが0%となるように制御される。
従って、単独暖機モードの冷凍サイクル装置10では、図3のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。即ち、図3のa1点→a2点に示すように、圧縮機11に吸入された冷媒は、高温高圧に圧縮された状態で吐出される。
圧縮機11から吐出された高圧の吐出冷媒は、水-冷媒熱交換器12に流入する。ここで、単独暖機モードでは高温側熱媒体ポンプ41の作動が停止している為、水-冷媒熱交換器12に流入した冷媒は、ほとんど高温側熱媒体に放熱することなく、バイパス通路22a側へ流出する。従って、水-冷媒熱交換器12から流出する冷媒は、高温高圧のホットガスの状態で、バイパス通路22aを通過して、冷却用膨張弁14cに至る。
図3のa2点→a3点に示すように、冷却用膨張弁14cに流入すると、過熱状態の冷媒は低圧冷媒となるまで減圧される。冷却用膨張弁14cにて減圧された冷媒は、過熱状態のまま、チラー19へ流入する。
この時、電池側熱媒体回路50では、電池側熱媒体ポンプ51が予め定められた熱媒体圧送能力を発揮している。この為、図3のa3点→a1点に示すように、過熱状態の冷媒の熱は、チラー19にて電池側熱媒体に放熱される。これにより、電池側熱媒体は、過熱状態の冷媒を熱源として加熱される。
そして、電池側熱媒体回路50において、チラー19で加熱された電池側熱媒体は、電池側熱媒体ポンプ51の作動によって熱交換部52に流入して、バッテリ80と熱交換する。これにより、バッテリ80が加熱されることになり、バッテリ80の暖機を行うことができる。熱交換部52から流出した電池側熱媒体は、電池側熱媒体ポンプ51へ吸入されて、再びチラー19の水通路へ圧送される。
チラー19から流出した冷媒は、第6三方継手13f、蒸発圧力調整弁20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は、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。
このように単独暖機モードの冷凍サイクル装置10では、チラー19が放熱器として機能する冷凍サイクルが構成される。そして、単独暖機モードでは、チラー19にて、電池側熱媒体を加熱することができ、電池側熱媒体を介して、バッテリ80を暖機することができる。
又、当該単独暖機モードでは、高温側熱媒体ポンプ41を停止しているので、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入した冷媒は、殆ど放熱することなく水-冷媒熱交換器12から流出する。従って、ヒータコア42にて送風空気が加熱されてしまうことはない。
つまり、単独暖機モードの車両用空調装置1では、車室内の空調を行うことなく、チラー19にて加熱された電池側熱媒体を熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80を加熱して暖機することができる。
(6)暖房暖機モード
暖房暖機モードでは、暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bを全閉状態とし、冷却用膨張弁14cを、暖房暖機モードで定められた絞り開度に調整する。そして、除湿用開閉弁15aを開状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
そして、暖房暖機モードにおいて、制御装置60は、予め定めた暖房暖機モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41及び電池側熱媒体ポンプ51の作動をそれぞれ制御する。この時、高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力は、単独暖房モードにおける高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力よりも低く定められる。又、制御装置60は、ヒータコア42から流出した高温側熱媒体が高温側熱媒体ポンプ41の吸入口側へ流出するように、高温側三方弁43の作動を制御する。
従って、暖房暖機モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
この回路構成で、制御装置60は、各制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、圧縮機11については、高温側熱媒体温度TWHが目標高温側熱媒体温度TWHOに近づくように、回転数を制御する。
目標高温側熱媒体温度TWHOは、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、車室内へ送風される送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づくように、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、目標高温側熱媒体温度TWHOを上昇させるように決定する。
冷却用膨張弁14cの絞り開度は、電池側熱媒体温度TWCが目標電池側熱媒体温度TWCOに近づくように制御される。この場合の目標電池側熱媒体温度TWCOは、バッテリ温度TBに基づいて、予め制御装置60に記憶されている暖房暖機モード用の制御マップを参照して決定される。又、当該目標電池側熱媒体温度TWCOはチラー19の水通路へ流入する電池側熱媒体の温度よりも高くなるように決定される。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、単独冷房モードと同様に制御する。ここで、暖房暖機モードでは、目標吹出温度TAOが比較的高くなるため、エアミックスドア34の開度SWは100%に近づく。この為、暖房暖機モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気の凡そ全流量がヒータコア42を通過するように、エアミックスドア34が変位する。
尚、高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力は、上述したように、単独暖房モードの場合よりも低く制御される。これを実現する為の制御態様については、種々の態様を採用することができる。例えば、高温側熱媒体ポンプ41の回転数を単独暖房モードの場合よりも低くしても良いし、高温側熱媒体ポンプ41の作動と停止を周期的に繰り返すように制御してもよい。
従って、暖房暖機モードの冷凍サイクル装置10では、図4のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。即ち、図4のb1点→b2点に示すように、圧縮機11に吸入された冷媒は、高温高圧に圧縮された状態で吐出される。
圧縮機11から吐出された高圧の吐出冷媒は、水-冷媒熱交換器12に流入する。ここで、暖房暖機モードでは高温側熱媒体ポンプ41が予め定められた熱媒体圧送能力で高温側熱媒体を圧送している。従って、図4のb2点→b3点に示すように、水-冷媒熱交換器12に流入した冷媒の熱は、高温側熱媒体回路40を循環する高温側熱媒体に放熱される。当該暖房暖機モードでは、チラー19においても冷媒が放熱するので、単独暖機モードよりも、水-冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量が減少する。
そして、高温側熱媒体回路40において、水-冷媒熱交換器12で加熱された高温側熱媒体は、高温側熱媒体ポンプ41の作動によってヒータコア42に流入して、室内空調ユニット30内部を流れる送風空気と熱交換する。これにより、車室内へ送風される送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。
つまり、当該車両用空調装置1は、ヒータコア42で加熱された送風空気を、空調対象空間である車室に供給することができるので、車室内の暖房を実現することができる。ヒータコア42から高温側熱媒体は、高温側熱媒体ポンプ41へ吸入されて、再び水-冷媒熱交換器12の水通路へ圧送される。
水-冷媒熱交換器12から流出すると、冷媒は、高温高圧のホットガスの状態で、バイパス通路22aを通過して、冷却用膨張弁14cに至る。図4のb3点→b4点に示すように、冷却用膨張弁14cに流入すると、過熱状態の冷媒は低圧冷媒となるまで減圧される。冷却用膨張弁14cで減圧された冷媒は、過熱状態のまま、チラー19へ流入する。
この時、電池側熱媒体回路50では、電池側熱媒体ポンプ51が予め定められた熱媒体圧送能力を発揮している。この為、図4のb4点→b1点に示すように、過熱状態の冷媒の熱は、チラー19にて電池側熱媒体に放熱される。これにより、電池側熱媒体は、過熱状態の冷媒を熱源として加熱される。
そして、電池側熱媒体回路50において、チラー19で加熱された電池側熱媒体は、電池側熱媒体ポンプ51の作動によって熱交換部52に流入して、バッテリ80と熱交換する。これにより、バッテリ80が加熱されてバッテリ80の暖機を行うことができる。熱交換部52から流出した電池側熱媒体は、電池側熱媒体ポンプ51へ吸入されて、再びチラー19の水通路へ圧送される。
チラー19から流出した冷媒は、第6三方継手13f、蒸発圧力調整弁20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は、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。
このように暖房暖機モードの冷凍サイクル装置10では、水-冷媒熱交換器12及びチラー19が放熱器として機能する冷凍サイクルが構成される。従って、暖房暖機モードの冷凍サイクル装置10では、水-冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。又、チラー19にて、電池側熱媒体を加熱することができる。
この結果、暖房暖機モードの車両用空調装置1では、圧縮機11からの吐出冷媒を熱源とて用いて、高温側熱媒体を介して、送風空気を加熱することができ、車室内の暖房を行うことができる。更に、チラー19にて加熱された電池側熱媒体を熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80を加熱してバッテリ80の暖機を行うことができる。
(7)単独冷却モード
冷却モードでは、暖房用膨張弁14aを全開状態とし、冷房用膨張弁14bを全閉状態とし、冷却用膨張弁14cを単独冷却モードにて定められた絞り開度に調整する。又、除湿用開閉弁15aを閉状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
又、制御装置60は、高温側熱媒体ポンプ41の作動を停止して、加熱部を構成する冷媒熱交換器12及びヒータコア42における放熱量が最も低い状態にする。そして、制御装置60は、予め定めた単独冷却モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、電池側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。
従って、単独冷却モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11(→水-冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
この回路構成で、制御装置60は、各制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、圧縮機11については、電池側熱媒体温度TWCが目標電池側熱媒体温度TWCOに近づくように、回転数を制御する。
目標電池側熱媒体温度TWCOは、バッテリ温度TBに基づいて、予め制御装置60に記憶されている単独冷却モード用の制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、バッテリ温度TBの上昇に伴って、目標電池側熱媒体温度TWCOを低下させるように決定する。また、単独冷却モードでは、目標電池側熱媒体温度TWCOが、チラー19の水通路へ流入する電池側熱媒体の温度よりも低くなるように決定される。
又、冷却用膨張弁14cについては、室外熱交換器16から流出した冷媒の過冷却度SCが目標過冷却度SCOに近づくように、絞り開度を制御する。目標過冷却度SCOは、外気温Tamに基づいて、予め制御装置60に記憶された単独冷却モード用の制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、サイクルのCOPが極大値に近づくように、目標過冷却度SCOを決定する。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、開度SWが0%となるように制御される。即ち、冷風バイパス通路35を全開とし、ヒータコア42側の空気通路を全閉とするように制御する。
この為、単独冷却モードの冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16を放熱器として機能させ、チラー19を蒸発器として機能させる冷凍サイクルが構成される。従って、ヒータコア42や室内蒸発器18にて送風空気の温度調整を行うことなく、チラー19にて、電池側熱媒体を冷却することができる。
単独冷却モードでは、エアミックスドア34がヒータコア42側の空気通路を全閉としている。この為、水-冷媒熱交換器12にて加熱された高温側熱媒体は、ヒータコア42にて送風空気に殆ど放熱することはない。又、高温側熱媒体ポンプ41の作動を停止している為、高温側熱媒体が高温側熱媒体回路40を循環することはない。つまり、単独冷却モードでは、ヒータコア42にて送風空気が加熱されてしまうことはない。
その結果、単独冷却モードの車両用空調装置1では、車室内の空調を行うことなく、チラー19にて冷却された電池側熱媒体を電池側熱媒体回路50の熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80を冷却することができる。
(8)冷房冷却モード
冷房冷却モードでは、暖房用膨張弁14aを全開状態とし、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cを、冷房冷却モードにて定められた絞り開度にそれぞれ調整する。そして、除湿用開閉弁15aを閉状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
又、制御装置60は、高温側熱媒体ポンプ41の作動を停止して、加熱部を構成する冷媒熱交換器12及びヒータコア42における放熱量が最も低い状態にする。そして、制御装置60は、予め定めた冷房冷却モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、電池側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。
これにより、冷房冷却モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環すると共に、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、冷房冷却モードの冷凍サイクル装置10では、冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18の順に冷媒が流れる経路、並びに、冷却用膨張弁14c→チラー19の順に冷媒が流れる経路が、冷媒流れに対して並列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。
この回路構成で、制御装置60は、各制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、圧縮機11については、蒸発器温度センサ66によって検出された蒸発器温度Tefinが目標蒸発器温度TEOに近づくように、回転数(即ち、冷媒吐出能力)を制御する。
目標蒸発器温度TEOは、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、目標吹出温度TAOの低下に伴って、目標蒸発器温度TEOが低下するように決定する。
又、冷房用膨張弁14bについては、室外熱交換器16の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度SCが目標過冷却度SCOに近づくように、絞り開度を制御する。
この過冷却度SCは、第3冷媒温度センサ64cによって検出された温度T3および第1冷媒圧力センサ65aによって検出された圧力P1から算定される。目標過冷却度SCOは、外気温Tamに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、サイクルの成績係数(COP)が極大値に近づくように、目標過冷却度SCOを決定する。
また、冷却用膨張弁14cについては、チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の過熱度SHCが目標過熱度SHCOに近づくように、冷却用膨張弁14cの絞り開度を制御する。
過熱度SHCは、第3冷媒温度センサ64cによって検出された温度T3及び第2冷媒圧力センサ65bによって検出された圧力P2から算定される。目標過熱度SHCOは、予め定めた定数(本実施形態では、5℃)を採用することができる。
目標電池側熱媒体温度TWCOは、バッテリ温度TBに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、バッテリ温度TBの上昇に伴って、目標電池側熱媒体温度TWCOを低下させるように決定する。この際、冷房冷却モードでは、目標電池側熱媒体温度TWCOが、チラー19の水通路へ流入する電池側熱媒体の温度よりも低くなるように決定される。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、開度SWが0%となるように制御する。即ち、冷風バイパス通路35を全開とし、ヒータコア42側の空気通路を全閉とするように制御する。
つまり、冷房冷却モードでは、室外熱交換器16が放熱器として機能し、室内蒸発器18及びチラー19が蒸発器として機能する。
これによれば、冷房冷却モードの車両用空調装置1では、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することができる。つまり、目標吹出温度TAOに近づくように温度調整された送風空気を車室内へ吹き出して、車室内の冷房を行うことができる。
又、冷房冷却モードの車両用空調装置1では、チラー19にて電池側熱媒体を冷却することができるので、冷却された電池側熱媒体を熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80の冷却を行うことができる。
(9)直列除湿暖房冷却モード
直列除湿暖房冷却モードでは、暖房用膨張弁14aを全開状態として、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cを、それぞれに関して直列除湿暖房冷却モードにて定められた絞り開度に調整する。そして、除湿用開閉弁15aを閉状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
又、制御装置60は、予め定めた直列除湿暖房冷却モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41及び電池側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。ここで、高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力は、単独暖房モードにおける高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力よりも低くなるように制御される。
即ち、加熱部を構成する冷媒熱交換器12及びヒータコア42における放熱量は、単独暖房モードよりも低い状態に制御される。尚、高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力を低くする制御態様としては、高温側熱媒体ポンプ41の回転数を下げても良いし、間欠的に作動させるように制御させても良い。
従って、直列除湿暖房冷却モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環すると共に、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、直列除湿暖房冷却モードの冷凍サイクル装置10では、水-冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16の順に冷媒が流れた後において、冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18の順に冷媒が流れる経路と、冷却用膨張弁14c→チラー19の順に冷媒が流れる経路が、冷媒流れに対して並列的に接続される。
直列除湿暖房冷却モードでは、水-冷媒熱交換器12及び室外熱交換器16が放熱器として機能し、室内蒸発器18及びチラー19が蒸発器として機能する。
この回路構成で、制御装置60は、冷房冷却モードと同様に、各種各制御対象機器の作動を適宜制御する。エアミックスドア34の開度SWについては、単独直列除湿暖房モードと同様に決定される。
そして、直列除湿暖房冷却モードでは、高温側熱媒体ポンプ41を作動させて、高温側熱媒体回路40にて高温側熱媒体を循環させている為、水-冷媒熱交換器12にて吐出冷媒の熱が高温側熱媒体に放熱される。
エアミックスドア34の開度SWを制御することで、室内蒸発器18にて冷却された送風空気が高温側熱媒体回路40のヒータコア42を通過する為、ヒータコア42にて、送風空気を高温側熱媒体の熱で加熱することができる。
従って、直列除湿暖房冷却モードの車両用空調装置1では、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、ヒータコア42にて再加熱して車室内へ吹き出すことで、車室内の除湿暖房を行うことができる。この際、単独直列除湿暖房モードと同様に、暖房用膨張弁14aと冷房用膨張弁14bの絞り開度を制御することで、ヒータコア42における送風空気の加熱能力を向上させることができる。
更に、直列除湿暖房冷却モードの車両用空調装置1は、除湿暖房を行いつつ、チラー19にて電池側熱媒体を冷却することができる為、冷却された電池側熱媒体を熱交換部52へ流入させることで、バッテリ80の冷却を行うことができる。
(10)並列除湿暖房冷却モード
並列除湿暖房冷却モードでは、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cを、それぞれに関して並列除湿暖房冷却モードにて定められた絞り開度に調整する。そして、除湿用開閉弁15aを開状態とし、暖房用開閉弁15bを開状態とする。
又、制御装置60は、予め定めた並列除湿暖房冷却モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41及び電池側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。
ここで、高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力は、並列除湿暖房モードにおいて、単独暖房モードにおける高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力よりも低くなるように制御される。即ち、加熱部を構成する冷媒熱交換器12及びヒータコア42における放熱量は、単独暖房モードよりも低い状態に制御される。
従って、並列除湿暖房冷却モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→暖房用通路22b→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環すると共に、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環し、更に、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、並列除湿暖房冷却モードの冷凍サイクル装置10では、水-冷媒熱交換器12から冷媒が流れた後において、暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16の順に冷媒が流れる経路、冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18の順に冷媒が流れる経路、及び、冷却用膨張弁14c→チラー19の順に冷媒が流れる経路が冷媒流れに対し並列的に接続される。
並列除湿暖房冷却モードでは、水-冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、冷媒流れに対して並列的に接続された室外熱交換器16、室内蒸発器18及びチラー19が蒸発器として機能する。
この回路構成で、制御装置60は、冷房冷却モードと同様に、各種各制御対象機器の作動を適宜制御する。エアミックスドア34の開度SWについては、単独並列除湿暖房モードと同様に決定される。
そして、並列除湿暖房冷却モードでは、高温側熱媒体ポンプ41を作動させて、高温側熱媒体回路40にて高温側熱媒体を循環させると共に、エアミックスドア34の開度SWを制御することで、室内蒸発器18にて冷却された送風空気が高温側熱媒体回路40のヒータコア42を通過させている。
従って、並列除湿暖房冷却モードの車両用空調装置1では、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、ヒータコア42にて再加熱して車室内へ吹き出すことで、車室内の除湿暖房を行うことができる。
この際、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で、直列除湿暖房冷却モードよりも高い加熱能力で送風空気を再加熱することができる。
更に、並列除湿暖房冷却モードの車両用空調装置1は、チラー19にて冷却された電池側熱媒体を熱交換部52へ流入させることで、バッテリ80の冷却を行うことができる。
(11)第1暖房冷却モード
第1暖房冷却モードでは、暖房用膨張弁14a及び冷却用膨張弁14cを、それぞれに関して第1暖房冷却モードにて定められた絞り開度に調整し、冷房用膨張弁14bを全閉状態にする。そして、除湿用開閉弁15aを閉状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
又、制御装置60は、予め定めた第1暖房冷却モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41及び電池側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。ここで、高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力は、単独暖房モードにおける高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力と同等になるように制御される。
従って、第1暖房冷却モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→逆止弁17→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
この回路構成で、制御装置60は、各制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、圧縮機11については、高温側熱媒体温度TWHが目標高温側熱媒体温度TWHOに近づくように、回転数を制御する。
目標高温側熱媒体温度TWHOは、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、車室内へ送風される送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づくように、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、目標高温側熱媒体温度TWHOを上昇させるように決定する。
暖房用膨張弁14aの絞り開度EX1及び冷却用膨張弁14cの絞り開度EX2については、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度SCが目標過冷却度SCOに近づくように制御される。
そして、暖房用膨張弁14a及び冷却用膨張弁14cの絞り開度は、目標吹出温度TAOが上昇するに伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度が小さくなり、冷却用膨張弁14cの絞り開度が大きくなるように定められる。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、単独冷房モードと同様に制御される。ここで、第1暖房冷却モードでは、目標吹出温度TAOが比較的高くなるため、エアミックスドア34の開度SWは100%に近づく。この為、第1暖房冷却モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気の凡そ全流量がヒータコア42を通過するように、エアミックスドア34が変位する。
つまり、第1暖房冷却モードでは、水-冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、チラー19が蒸発器として機能する。これによれば、チラー19にて、電池側熱媒体を介してバッテリ80を冷却することができると共に、水-冷媒熱交換器12及びヒータコア42を介して、送風空気を加熱することができる。従って、第1暖房冷却モードの車両用空調装置1では、車室内の暖房とバッテリ80の冷却を並行して行うことができる。
この第1暖房冷却モードにおいては、室外熱交換器16を放熱器として機能させ、車室内の暖房とバッテリ80の冷却の内、バッテリ80の冷却を重点的に行う冷却優先モードと、室外熱交換器16を吸熱器として機能させ、車室内の暖房とバッテリ80の冷却に関して、車室内の暖房を重点的に行う暖房優先モードとを実行することができる。
この第1暖房冷却モードにおける冷却優先モードと暖房優先モードは、暖房用膨張弁14aの絞り開度EX1と冷却用膨張弁14cの絞り開度EX2を制御し、冷却用膨張弁14cの絞り開度EX2に対する暖房用膨張弁14aの絞り開度EX1の開度比EX1/EX2を調整することによって切り替えられる。
冷却優先モードの場合、制御装置60は、暖房用膨張弁14aの絞り開度EX1を大きくし、冷却用膨張弁14cの絞り開度EX2を小さくする。つまり、開度比EX1/EX2は大きくなるように調整される。これにより、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が外気温Tamよりも高くなる為、室外熱交換器16は、外気に対して放熱器として機能する。
従って、第1暖房冷却モードにおける冷却優先モードの冷凍サイクル装置10では、図5に示すモリエル線図のように冷媒の状態が変化する。即ち、図5のc1点→c2点に示すように、圧縮機11に吸入された冷媒は、高温高圧に圧縮された状態で吐出される。
圧縮機11から吐出された高圧の吐出冷媒は、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路に流入する。ここで、第1暖房冷却モードでは高温側熱媒体ポンプ41が作動している為、図5のc2点→c3点に示すように、吐出冷媒は、水-冷媒熱交換器12の水通路を流れる高温側熱媒体と熱交換して放熱する。これにより、水-冷媒熱交換器12の水通路を流通する高温側熱媒体が加熱される。
高温側熱媒体回路40では、水-冷媒熱交換器12の水通路で加熱された高温側熱媒体が、ヒータコア42にて、送風空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内へ送風される送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。ヒータコア42から流出した高温側熱媒体は、高温側三方弁43を介して高温側熱媒体ポンプ41へ吸入されて、再び水-冷媒熱交換器12の水通路へ圧送される。
水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒は、バイパス通路22aに流入することなく暖房用膨張弁14aに到達し、図5のc3点→c4点に示すように減圧される。第1暖房冷却モードの冷却優先モードでは、暖房用膨張弁14aにて減圧された冷媒の飽和温度が外気温Tamよりも高くなる。従って、図5のc4点→c5点に示すように、暖房用膨張弁14aにて減圧された冷媒は、室外熱交換器16にて外気と熱交換して放熱する。
そして、室外熱交換器16から流出した冷媒は、冷房用膨張弁14bが全閉状態である為、冷却用膨張弁14cに流入する。図5のc5点→c6点に示すように、冷媒は冷却用膨張弁14cにて減圧される。
冷却用膨張弁14cから流出した冷媒は、チラー19の冷媒通路に流入する。チラー19の冷媒通路を通過する冷媒は、図5のc6点→c1点に示すように、チラー19の水通路を流通する電池側熱媒体と熱交換して蒸発する。これにより、チラー19の水通路を流通する電池側熱媒体が冷却される。ここで、電池側熱媒体回路50においては、電池側熱媒体ポンプ51が作動している為、熱交換部52にて、電池側熱媒体とバッテリ80が熱交換してバッテリ80が冷却される。
チラー19の冷媒通路から流出した冷媒は、第6三方継手13f及び蒸発圧力調整弁20を介して、アキュムレータ21に流入する。アキュムレータ21にて分離された気相冷媒は、図5のc1点に示すように、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
以上の如く、第1暖房冷却モードにおける冷却優先モードの冷凍サイクル装置10においては、水-冷媒熱交換器12及び室外熱交換器16を放熱器として機能させ、チラー19を蒸発器として機能させる冷凍サイクルが構成される。つまり、室外熱交換器16においても、冷媒が放熱するので、暖房優先モードよりも、水-冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量が減少する。換言すると、車室内の暖房と比較してバッテリ80の冷却を重点的に行うことができる。
一方、第1暖房冷却モードにおける暖房優先モードの場合、制御装置60は、暖房用膨張弁14aの絞り開度EX1を小さくし、冷却用膨張弁14cの絞り開度EX2を大きくする。つまり、開度比EX1/EX2は小さくなるように調整される。これにより、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が外気温Tamよりも低くなる為、室外熱交換器16は、外気に対して吸熱器として機能する。
従って、第1暖房冷却モードにおける暖房優先モードの冷凍サイクル装置10では、図6に示すモリエル線図のように冷媒の状態が変化する。即ち、図6のd1点→d2点に示すように、圧縮機11に吸入された冷媒は、高温高圧に圧縮された状態で吐出される。
圧縮機11から吐出された高圧の吐出冷媒は、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路に流入する。ここで、第1暖房冷却モードでは高温側熱媒体ポンプ41が作動している為、図6のd2点→d3点に示すように、吐出冷媒は、水-冷媒熱交換器12の水通路を流れる高温側熱媒体と熱交換して放熱する。これにより、水-冷媒熱交換器12の水通路を流通する高温側熱媒体が加熱される。
高温側熱媒体回路40では、第1暖房冷却モードにおける冷却優先モードと同様に、ヒータコア42にて、送風空気が加熱される。これにより、車室内へ送風される送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。
水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒は、バイパス通路22aに流入することなく暖房用膨張弁14aに到達し、図6のd3点→d4点に示すように減圧される。第1暖房冷却モードの暖房優先モードでは、暖房用膨張弁14aにて減圧された冷媒の飽和温度が外気温Tamよりも低くなる。従って、図6のd4点→d5点に示すように、暖房用膨張弁14aにて減圧された冷媒は、室外熱交換器16にて外気と熱交換して、外気から吸熱する。
そして、室外熱交換器16から流出した冷媒は、冷房用膨張弁14bが全閉状態である為、冷却用膨張弁14cに流入する。図6のd5点→d6点に示すように、冷媒は冷却用膨張弁14cにて減圧される。
冷却用膨張弁14cから流出した冷媒は、チラー19の冷媒通路に流入する。チラー19の冷媒通路を通過する冷媒は、図6のd6点→d1点に示すように、チラー19の水通路を流通する電池側熱媒体と熱交換して蒸発する。これにより、チラー19の水通路を流通する電池側熱媒体が冷却される。ここで、電池側熱媒体回路50においては、電池側熱媒体ポンプ51が作動している為、熱交換部52にて、電池側熱媒体とバッテリ80が熱交換してバッテリ80が冷却される。
チラー19の冷媒通路から流出した冷媒は、第6三方継手13f及び蒸発圧力調整弁20を介して、アキュムレータ21に流入する。アキュムレータ21にて分離された気相冷媒は、図6のd1点に示すように、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
以上の如く、第1暖房冷却モードにおける暖房優先モードの冷凍サイクル装置10においては、水-冷媒熱交換器12を放熱器として機能させ、室外熱交換器16及びチラー19を吸熱器として機能させることができる。
この結果、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を増加させて、水-冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができ、ヒータコア42による送風空気の加熱能力を向上させることができる。即ち、第1暖房冷却モードにおける暖房優先モードによれば、バッテリ80の冷却と比較して車室内の暖房を重点的に行うことができる。
(12)第2暖房冷却モード
第2暖房冷却モードでは、冷却用膨張弁14cを第2暖房冷却モードにて定められた絞り開度に調整し、暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bを全閉状態にする。除湿用開閉弁15aを開状態とし、暖房用開閉弁15bを閉状態とする。
又、制御装置60は、予め定めた第2暖房冷却モード用の熱媒体圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41及び電池側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。ここで、高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力は、単独暖房モードにおける高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力と同等になるように制御される。
従って、第2暖房冷却モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
この回路構成で、制御装置60は、各制御対象機器の作動を適宜制御する。例えば、圧縮機11については、高温側熱媒体温度TWHが目標高温側熱媒体温度TWHOに近づくように、回転数を制御する。
目標高温側熱媒体温度TWHOは、第1暖房冷却モードと同様に、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。冷却用膨張弁14cの絞り開度は、水-冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度SCが目標過冷却度SCOに近づくように制御される。
又、エアミックスドア用のアクチュエータについては、単独冷房モードと同様に制御される。ここで、第2暖房冷却モードでは、目標吹出温度TAOが比較的高くなるため、エアミックスドア34の開度SWは100%に近づく。
つまり、第2暖房冷却モードでは、水-冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、チラー19が蒸発器として機能する。これによれば、チラー19にて、電池側熱媒体を介してバッテリ80を冷却することができると共に、水-冷媒熱交換器12及びヒータコア42を介して、送風空気を加熱することができる。従って、第2暖房冷却モードの車両用空調装置1では、車室内の暖房とバッテリ80の冷却を並行して行うことができる。
ここで、当該車両用空調装置1において、室外熱交換器16は、駆動装置室内の前方側に配置されており、駆動装置室の外部から導入される走行風等の外気と、その内部を流れる冷媒とを熱交換させる。
駆動装置室には多くの隙間が存在している為、室外熱交換器16を通過する外気の量を制御することは難しく、走行風が導入されるフロントグリルから室外熱交換器16との間に、シャッター装置を配置したとしても、室外熱交換器16を通過する外気の量を精度よく制御することは難しい。又、室外熱交換器16にて内部を流れる冷媒と熱交換する外気は、車両を取り巻く天候等の外的要因にて変化するものである。
つまり、当該車両用空調装置1において、室外熱交換器16を冷媒が通過するサイクル構成を採用した場合、室外熱交換器16における外気との熱交換が、車室内の空調やバッテリ80の冷却に影響を及ぼす可能性がある。
この点、第2暖房冷却モードの車両用空調装置1においては、水-冷媒熱交換器12から流出した冷媒を、バイパス通路22aを介して、冷却用膨張弁14cへ導くことで、暖房用膨張弁14a及び室外熱交換器16を迂回させている。この構成によれば、室外熱交換器16における外気との熱交換の影響を抑制することができ、車室内の暖房と、バッテリ80の冷却を高い精度で制御することができる。
ここで、本実施形態に係る車両用空調装置1においては、運転モードの切替に伴う要求熱量の増大に対応する為に、高温側熱媒体や電池側熱媒体の温度を予め制御している。この制御を行うことで、運転モードの切替に伴う熱量の不足を緩和して、車室内空調やバッテリ80の温度調整に対する影響を抑制している。
この制御に関する一例として、単独暖房モードから暖房暖機モードへ切り替える際の制御について説明する。ここで、当該車両用空調装置1の運転モードに単独暖房モードが採用される状況としては、極低外気温時に乗員が乗車した状態でバッテリ80の急速充電を行う場合が考えられる。
バッテリ80の急速充電中はバッテリ80の自己発熱量が多くなる為、低外気温時であってもバッテリ80の暖機を行う必要がない。ところが、急速充電の完了後に車両を走行させる際には、バッテリ80の暖機が必要となる。
そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、車室内の暖房が要求された状態でバッテリ80の急速充電が開始された際に、単独暖房モードでの運転を行う。その後、急速充電が完了した際に、単独暖房モードから暖房暖機モードへ切り替える。
バッテリ80の蓄電残量が予め定めた基準蓄電残量よりも多くなった際(即ち、急速充電の完了直前)に、目標高温側熱媒体温度TWHOを上昇させる。即ち、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、車室内の暖房が要求された状態でバッテリ80の急速充電が開始された際に、予め定めた暖房切替条件が成立したと判定する。
そして、暖房切替条件が成立した際には、単独暖房モードから暖房暖機モードへ切り替える前に、目標高温側熱媒体温度TWHOを上昇させて、高温側熱媒体の温度を上昇させるようになっている。
単独暖房モードから暖房暖機モードに切り替えられる場合、車室内の暖房を行っている運転状況から、車室内の暖房に加えて、バッテリ80の暖機を行うことになる為、暖房暖機モードにて車室内の暖房を行う為の熱量が不足する虞がある。
当該車両用空調装置1によれば、暖房切替条件が成立した際には、高温側熱媒体の温度を上昇させておくことで、高温側熱媒体回路40に蓄熱しておくことができ、暖房暖機モードに係るバッテリ80の暖機が車室内の暖房に及ぼす影響(即ち、暖房時における吹出空気の温度変動)を抑制できる。
次に、単独暖機モードから暖房暖機モードへ切り替える際の制御について説明する。上述したように、本実施形態の冷凍サイクル装置10は、プレ空調を行うことができる。
プレ空調は、乗員が操作パネル70やリモコン端末によって、制御装置60に、車室内の目標温度Tset、プレ空調開始時刻等を記憶させることによって実行される。プレ空調開始時刻は、乗員が乗車する時刻が近づいており、比較的近い将来に車両を走行させる可能性が高い時刻である。
そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、プレ空調が設定されている状況で、プレ空調開始時刻よりも予め定めた時間だけ前(例えば、10分前)の時刻において、バッテリ温度TBが基準下限温度KTBL以下となっている場合、単独暖機モードでの運転を行う。その後、プレ空調開始時刻になったら、当該車両用空調装置1の運転モードは、単独暖機モードから暖房暖機モードへ切り替えられる。
ここで、単独暖機モードから暖房暖機モードへ切り替える前(例えば、1分前)に、目標電池側熱媒体温度TWCOを上昇させる。即ち、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、プレ空調が設定されて単独暖機モードでの運転が実行された際に、予め定めた暖機切替条件が成立したと判定する。
そして、暖機切替条件が成立した際には、単独暖機モードから暖房暖機モードへ切り替える前に、目標電池側熱媒体温度TWCOを上昇させて、電池側熱媒体の温度を上昇させるようになっている。
単独暖機モードから暖房暖機モードに切り替えられる場合、バッテリ80の暖機を行っている運転状況から、バッテリ80の暖機に加えて、車室内のプレ空調を行うことになる為、暖房暖機モードにてバッテリ80の暖機を行う為の熱量が不足する虞がある。
当該車両用空調装置1によれば、暖機切替条件が成立した際には、電池側熱媒体の温度を上昇させておくことで、電池側熱媒体回路50に蓄熱しておくことができ、暖房暖機モードに係るプレ空調の開始がバッテリ80の暖機に及ぼす影響を抑制できる。
以上説明したように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置10によれば、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14c、除湿用開閉弁15a、暖房用開閉弁15bの作動を制御することで、冷凍サイクル装置10の冷媒回路を切り替えて、(1)単独冷房モード~(12)第2暖房冷却モードの12種類の運転モードを実現することができる。
当該冷凍サイクル装置10は、運転モードを冷房冷却モードにすることで、室外熱交換器16を放熱器として機能させると共に、室内蒸発器18と、温調用熱交換部としてのチラー19を吸熱器として機能させることができる。この結果、当該冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置1において、車室内の冷房と、温度調整対象物であるバッテリ80の冷却を両立させることができる。
又、当該冷凍サイクル装置10は、運転モードを切り替えることで、圧縮機11から吐出された吐出冷媒を、バイパス通路22aを介してチラー19へ導くことができる。これにより、当該冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置1において、吐出冷媒の有する熱を熱源として、バッテリ80の暖機を行うことができる。
そして、当該冷凍サイクル装置10は、これらの運転モードを切り替えることで、車室内の快適性の向上を図ると共に、バッテリ80を適切な温度範囲内に調整することができる。
図1に示すように、当該冷凍サイクル装置10には、水-冷媒熱交換器12を含む加熱部としての高温側熱媒体回路40、暖房用膨張弁14a、暖房用開閉弁15b、暖房用通路22bが配置されている。この為、当該冷凍サイクル装置10は、高温側熱媒体回路40のヒータコア42にて、吐出冷媒の熱を熱源として送風空気を加熱することができ、車両用空調装置1における車室内の暖房を実現することができる。
又、単独暖機モードでは、高温側熱媒体回路40の高温側熱媒体ポンプ41の作動を停止させることで、水-冷媒熱交換器12における吐出冷媒の放熱量を最も低い状態とし、吐出冷媒の有する熱をできるだけ多く、チラー19に供給することができる。この結果、当該冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置1において、バッテリ80の暖機を迅速に行うことができる。
そして、暖房暖機モードでは、高温側熱媒体回路40における高温側熱媒体ポンプ41の熱媒体圧送能力を単独暖房モードより低く調整することで、水-冷媒熱交換器12における吐出冷媒の放熱量を単独暖房モードよりも低くすることができる。
これにより、当該冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置1において、高温側熱媒体回路40における送風空気の加熱と、電池側熱媒体回路50におけるバッテリ80の加熱を吐出冷媒の有する熱を用いて実現することができ、車室内の暖房とバッテリ80の暖機を両立させることができる。
又、第1暖房冷却モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→逆止弁17→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環するサイクルが構成される。
従って、第1暖房冷却モードでは、冷凍サイクル装置10は、水-冷媒熱交換器12を放熱器として機能させ、チラー19を吸熱器として機能させることができる。この結果、当該冷凍サイクル装置10は、高温側熱媒体回路40における送風空気の加熱と、電池側熱媒体回路50におけるバッテリ80の冷却を両立させることができる。
そして、第1暖房冷却モードにおいては、冷却用膨張弁14cの絞り開度EX2に対する暖房用膨張弁14aの絞り開度EX1の開度比EX1/EX2を調整することで、室外熱交換器16を放熱器又は吸熱器の何れかとして機能させることができる。
第1暖房冷却モードにて、室外熱交換器16を放熱器として機能させる冷却優先モードでは、水-冷媒熱交換器12及び室外熱交換器16が放熱器、チラー19が吸熱器として機能することになる為、車室内の暖房と比較してバッテリ80の冷却を重点的に行うことができる。
又、第1暖房冷却モードにおいて、室外熱交換器16を吸熱器として機能させる暖房優先モードでは、冷媒熱交換器12が放熱器、室外熱交換器16及びチラー19が吸熱器として機能することになる為、バッテリ80の冷却と比較して車室内の暖房を重点的に行うことができる。
このように、第1暖房冷却モードでは、冷凍サイクル装置10は、室外熱交換器16の機能を切り替えて、冷却優先モードと暖房優先モードの何れかに変更することで、車両の状況に応じた適切な態様で、車室内の暖房とバッテリ80の冷却を両立させることができる。
そして、第2暖房優先モードでは、圧縮機11→水-冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
即ち、第2暖房冷却モードでは、水-冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、チラー19が吸熱器として機能する。これによれば、チラー19にて、電池側熱媒体を介してバッテリ80を冷却することができると共に、水-冷媒熱交換器12及びヒータコア42を介して、送風空気を加熱することができる。
この第2暖房優先モードでは、水-冷媒熱交換器12から流出した冷媒がバイパス通路22aを通過して、冷却用膨張弁14cに流入する回路構成となっている為、室外熱交換器16を迂回している。これにより、冷凍サイクル装置10は、室外熱交換器16における外気との熱交換の影響を抑制することができ、車室内の暖房とバッテリ80の冷却を精度よく両立させることができる。
そして、当該冷凍サイクル装置10では、暖房切替条件が成立した際には、単独暖房モードから暖房暖機モードへ切り替える前に、高温側熱媒体の温度を上昇させる。これによれば、暖房暖機モードへ切り替える前に高温側熱媒体回路40を循環する高温側熱媒体の温度を上昇させ、高温側熱媒体回路40に蓄熱しておくことができる。
これによれば、単独暖房モードから暖房暖機モードへ切り替えた際に、高温側熱媒体回路40に蓄えられた熱を利用して、送風空気の加熱能力の低下を抑制しつつ、バッテリ80の暖機を実行することができる。
又、当該冷凍サイクル装置10では、暖機切替条件が成立した際には、単独暖機モードから暖房暖機モードへ切り替える前に、電池側熱媒体の温度を上昇させる。これにより、暖房暖機モードへ切り替える前に電池側熱媒体回路50を循環する電池側熱媒体の温度を上昇させ、電池側熱媒体回路50に蓄熱しておくことができる。
これによれば、単独暖機モードから暖房暖機モードへ切り替えた際に、電池側熱媒体回路50に蓄えられた熱を利用して、バッテリ80の加熱能力の低下を抑制しつつ、速やかに送風空気を加熱することができる。
つまり、単独暖機モードから暖房温調モードへ切り替えた際に、冷凍サイクル装置10の加熱能力が送風空気を加熱するために利用されてしまっても、電池側熱媒体回路50に蓄熱された熱を利用してバッテリ80を暖機することができる。
(他の実施形態)
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではない。即ち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。例えば、上述した各実施形態を適宜組み合わせても良い。又、上述した実施形態を、例えば、以下のように種々変形することも可能である。
(1)上述した実施形態においては、本発明に係る冷凍サイクル装置10を電気自動車に搭載された車両用空調装置1に適用し、温度調整対象物がバッテリ80である例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。
例えば、エンジン及び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に搭載される車両用空調装置に適用してもよい。さらに、温度調整対象物は、バッテリ80に限定されず、インバータやモータジェネレータ等の車載機器であってもよい。又、本発明の適用は車両用に限定されることなく、コンピューターサーバーの温度を適切に調整しつつ、室内の空調行うサーバー温度調整機能付きの空調装置等に適用してもよい。
(2)上述した実施形態では、複数の運転モードに切替可能な冷凍サイクル装置10について説明したが、運転モードの切り替えは上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
少なくとも、冷房冷却モードおよび単独暖機モードの運転が実行可能であれば、冷房による車室内の快適性の向上と、温度調整対象物の適切な温度調整の実現との両立を図るという効果を得ることができる。
又、暖房暖機モードと、第1暖房冷却モード又は第2暖房冷却モードが実行可能であれば、温度調整対象物の適切な温度調整の実現と、暖房による車室内の快適性の向上との両立を図るという効果を得ることができる。
そして、各運転モードの切り替えは、上述の各実施形態に開示された態様に限定されない。例えば、操作パネル70に切替用スイッチを設け、乗員の操作によって各運転モードを切り替えるようにしてもよい。
(3)冷凍サイクル装置10の構成は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。例えば、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14cとして、全閉機能を有しない電気式膨張弁と開閉弁とを直接的に接続したものを採用してもよい。そして、複数のサイクル構成機器の一体化を行ってもよい。
又、上述の実施形態では、暖房用膨張弁14a~冷却用膨張弁14cとして、電気式の可変絞り機構を採用した例を説明したが、これに限定されない。他の構成機器と組み合わせることを前提として、固定絞り、或いは、温度式膨張弁を採用してもよい。
温度式膨張弁としては、冷媒通路から流通する冷媒の温度および圧力に応じて変形する変形部材(具体的には、ダイヤフラム)を有する感温部と、変形部材の変形に応じて変位して絞り開度を変化させる弁体部とを備える機械的機構を採用することができる。
又、上述の実施形態では、冷媒としてR1234yfを採用した例を説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、R134a、R600a、R410A、R404A、R32、R407C等を採用してもよい。又は、これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。更に、冷媒として二酸化炭素を採用して、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成してもよい。
又、冷凍サイクル装置10の制御態様は、上述の各実施形態に開示されたものに限定されない。例えば、エアミックスドア用のアクチュエータについては、空調風温度センサ69によって検出された送風空気温度TAVが、目標吹出温度TAOに近づくように作動を制御してもよい。
(4)上述の実施形態では、水-冷媒熱交換器12及び高温側熱媒体回路40の各構成機器によって構成された加熱部を採用したが、加熱部はこれに限定されない。例えば、圧縮機11から吐出された高圧冷媒と送風空気とを直接的に熱交換させる室内凝縮器を採用し、室内凝縮器をヒータコア42と同様に空調ケース31内に配置してもよい。
更に、冷凍サイクル装置10が、ハイブリッド車両に搭載される車両用空調装置に適用されている場合等には、エンジン冷却水を高温側熱媒体回路40へ流入させて循環させるようにしてもよい。これによれば、ヒータコア42にてエンジンの廃熱を熱源として送風空気を加熱することができる。
又、上述の実施形態では、チラー19および電池側熱媒体回路50の各構成機器によって構成された温度調整部を採用したが、温度調整部はこれに限定されない。温度調整部として、冷却用膨張弁14cから流出した冷媒とバッテリ80とを直接的に熱交換させる温度調整用の熱交換部を採用してもよい。
更に、温度調整部として、冷却用膨張弁14cから流出した冷媒と温度調整用送風空気とを熱交換させる熱交換器、及び当該熱交換器にて温度調整された温度調整用送風空気をバッテリ80に吹き付ける温度調整用送風機を採用してもよい。
又、上述した実施形態で説明した高温側熱媒体回路40と、電池側熱媒体回路50について、開閉弁等を介して互いに接続し、高温側熱媒体、及び電池側熱媒体を混合可能としてもよい。
(5)上述の実施形態においては、バイパス通路22aの一端側は、水-冷媒熱交換器12の流出口側から暖房用膨張弁14aの入口までの間の冷媒流路に接続され、バイパス通路22aの他端側は、逆止弁17の出口側から第5三方継手13eまでの冷媒流路に接続されていたが、この態様に限定されるものではない。
当該バイパス通路22aは、圧縮機11から吐出された吐出冷媒を、室外熱交換器16を迂回して、第5三方継手13eの上流側へ導くことができれば、種々の構成を採用することができる。例えば、バイパス通路22aの一端側を、圧縮機11の吐出口から水-冷媒熱交換器12の冷媒通路の入口までの冷媒通路に接続してもよい。
同様に、暖房用通路22bの接続態様についても、上述した実施形態の態様に限定されるものではない。暖房用通路22bは、室外熱交換器16から流出した冷媒を、室内蒸発器18及びチラー19を迂回して、圧縮機11の吸入口側へ導くことができれば、種々の接続態様を採用することができる。