JP7243694B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
本開示は、空調装置に適用される冷凍サイクル装置に関する。
空調装置に適用される冷凍サイクル装置として、特許文献1に記載された技術が知られている。特許文献1では、暖房、直列除湿暖房、並列除湿暖房にて、室外熱交換器にて吸熱した外気の熱を汲み上げて、送風空気を加熱する際に利用している。これにより、送風空気の温度を高温から低温に至る幅広い範囲で連続的に調整できるようにしている。特許文献1の技術は、暖房用の熱源が不足しやすい車両用の空調装置に適用した際に、車室内の快適な暖房を実現することができるという点で有効である。
ここで、電気自動車には、走行用の電動モータ等に電力を供給する二次電池(即ち、バッテリ)が搭載されている。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。このため、バッテリの温度は、バッテリの性能を充分に発揮可能な適切な温度範囲内に維持されている必要があり、車室内の快適な空調との両立を図ることが望まれている。
本開示は、上記点に鑑み、バッテリの劣化を抑制すると共に、車室内の快適な暖房を実現可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る冷凍サイクル装置は、空調装置に適用される冷凍サイクル装置である。そして、冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル(10a)と、室外熱交換器(16、16a、16b)と、冷却要否判定部(60f)と、判定基準設定部(60g)と、冷却制御部(60h)と、を有している。
冷凍サイクルは、圧縮機(11)と、加熱部(40、12a)と、冷却部(50、52a、55~57)と、を備える。圧縮機は冷媒を圧縮して吐出する。加熱部は、圧縮機から吐出された冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される送風空気を加熱する。冷却部は、冷媒を蒸発させてバッテリ(80)を冷却する。
そして、室外熱交換器(16、16a、16b)は、冷媒又は冷媒と熱の授受が行われる熱媒体の何れかと、外気とを熱交換させる。冷却要否判定部(60f)は、バッテリの温度に相関を有する物理量(TB)が予め定められた基準物理量(KTB、KTB1、KTB2)以上であるか否かによって、バッテリの冷却を実行するか否かを判定する。
又、判定基準設定部(60g)は、室外熱交換器が吸熱器として機能する場合と、室外熱交換器が放熱器として機能する場合に応じて、冷却要否判定部における基準物理量を設定する。冷却制御部(60h)は、冷却要否判定部によって、バッテリの冷却を実行すると判定された場合には、冷却部によるバッテリの冷却を実行する。
更に、判定基準設定部は、室外熱交換器が吸熱器として機能する場合、室外熱交換器が放熱器として機能する場合に設定される第1基準物理量(KTB1)よりも小さな第2基準物理量(KTB2)を設定する。
これによれば、室外熱交換器が吸熱器として機能する場合には、バッテリの温度に相関を有する物理量が第2基準物理量以上である場合に、冷却部によるバッテリの冷却が行われる。この為、室外熱交換器が放熱器として機能する場合よりもバッテリの温度に相関を有する物理量が小さい状態で、冷却部によるバッテリの冷却が行われる為、バッテリの温度をできるだけ低く保ち、バッテリの劣化を抑制することができる。
又、室外熱交換器が吸熱器として機能する場合、加熱部にて送風空気を加熱する為の熱源として、室外熱交換器にて外気から吸熱した熱に加えて、冷却部におけるバッテリの冷却によって吸熱した熱を利用することができる。従って、室外熱交換器が吸熱器として機能する場合に、加熱部による送風空気の加熱に関する効率を高めると共に、空調対象空間の快適性を向上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)
図1~図10を用いて、本開示の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本開示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。
図1~図10を用いて、本開示の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本開示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、低温になると入出力に制限がかかり、高温になると出力が低下しやすい。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(本実施形態では、15℃以上、かつ、55℃以下)に維持されている必要がある。
又、この種のバッテリは、バッテリの温度が高温になるほど、バッテリを構成するセルの劣化が進行しやすい。換言すると、バッテリの温度を或る程度低い温度に維持することで、バッテリの劣化の進行を抑制することができる。
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冷熱によってバッテリ80を冷却することができるようになっている。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10における送風空気とは異なる冷却対象物は、バッテリ80である。
車両用空調装置1は、図1の全体構成図に示すように、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、低温側熱媒体回路50等を備えている。
冷凍サイクル装置10は、車室内の空調を行うために、車室内へ送風される送風空気を冷却する機能、および高温側熱媒体回路40を循環する高温側熱媒体に対して熱の授受を行い、高温側熱媒体を加熱する機能を果たす。さらに、冷凍サイクル装置10は、バッテリ80を冷却するために、低温側熱媒体回路50を循環する低温側熱媒体との間で熱の授受を行い、低温側熱媒体を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為に、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。冷凍サイクル装置10は、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。さらに、冷凍サイクル装置10は、空調用の各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の冷却を行わない運転モードとを切り替えることができる。
また、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。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いる。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。
図1に示すように、冷凍サイクル装置10における冷凍サイクル10aには、圧縮機11、水冷媒熱交換器12、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14c、室外熱交換器16、室内蒸発器18、チラー19等が接続されている。
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。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。
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。そして、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の冷媒通路の出口には、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。
さらに、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。これらの第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冷媒通路を開閉する電磁弁である。さらに、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および暖房用開閉弁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および暖房用開閉弁15bは、サイクルの冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部である。除湿用開閉弁15aおよび暖房用開閉弁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ともに、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。
さらに、冷凍サイクル装置10は、後述するように、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁14cを備えている。冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁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および冷却用膨張弁14cは、全開機能および全閉機能をそれぞれ有している。全開機能は、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させる。全閉機能は、弁開度を全閉にすることで冷媒通路を閉塞させる機能である。そして、この全開機能および全閉機能によって、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁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、本実施形態の暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁14cは、冷媒回路切替部としての機能も兼ね備えている。暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁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。このため、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。
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。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。
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。
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。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。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、室外熱交換器16から流出した冷媒を減圧させるとともに、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、室外熱交換器16から流出した冷媒を減圧させるとともに、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、低温側熱媒体回路50を循環する低温側熱媒体を流通させる水通路とを有している。そして、チラー19は、冷媒通路を流通する低圧冷媒と、水通路を流通する低温側熱媒体とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発部である。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(本実施形態では、1℃)以上に維持している。さらに、本実施形態の蒸発圧力調整弁20は、合流部である第6三方継手13fよりも冷媒流れ下流側に配置されている。このため、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、本実施形態の第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である。
そして、室内蒸発器18およびチラー19は、冷媒流れに対して互いに並列的に接続されている。さらに、バイパス通路22aは、水冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒を、分岐部の上流側へ導いている。暖房用通路22bは、室外熱交換器16から流出した冷媒を、圧縮機11の吸入口側へ導いている。
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、高温側熱媒体ポンプ41が、ヒータコア42へ流入する高温側熱媒体の流量を調整することで、ヒータコア42における高温側熱媒体の送風空気への放熱量(即ち、ヒータコア42における送風空気の加熱量)を調整できる。
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、低温側熱媒体回路50について説明する。低温側熱媒体回路50は、低温側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路である。低温側熱媒体としては、高温側熱媒体と同様の流体を採用することができる。低温側熱媒体回路50には、チラー19の水通路、低温側熱媒体ポンプ51、冷却用熱交換部52等が配置されている。
低温側熱媒体ポンプ51は、低温側熱媒体をチラー19の水通路の入口側へ圧送する水ポンプである。低温側熱媒体ポンプ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、冷却用熱交換部52の入口側が接続されている。冷却用熱交換部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製の複数の熱媒体流路を有している。そして、冷却用熱交換部52は、熱媒体流路を流通する低温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を冷却する熱交換部である。冷却用熱交換部52の出口には、低温側熱媒体ポンプ51の吸入口側が接続されている。
このような冷却用熱交換部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することによって形成すればよい。又、冷却用熱交換部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。
従って、低温側熱媒体回路50では、低温側熱媒体ポンプ51が、冷却用熱交換部52へ流入する低温側熱媒体の流量を調整することによって、冷却用熱交換部52における低温側熱媒体がバッテリ80から奪う吸熱量を調整することができる。つまり、本実施形態では、チラー19および低温側熱媒体回路50の各構成機器によって、冷却用膨張弁14cから流出した冷媒を蒸発させて、バッテリ80を冷却する冷却部が構成されている。
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の内部に送風機32、室内蒸発器18、ヒータコア42等を収容している。
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、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。
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。
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。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。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、およ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、およ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、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、フェイスドア、フットドア、およびデフロスタドア(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。フットドアは、フット開口穴の開口面積を調整する。デフロスタドアは、デフロスタ開口穴の開口面積を調整する。
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。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吹出口モードである。
さらに、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、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。制御装置60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、制御装置60は、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、各種制御対象機器の作動を制御する。
制御装置60の出力側には、各種制御対象機器が接続されている。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、低温側熱媒体ポンプ51等が含まれる。
また、制御装置60の入力側には、図2のブロック図に示すように、各種センサ群が接続されている。そして、制御装置60には、これらのセンサ群の検出信号が入力される。センサ群には、内気温センサ61、外気温センサ62、日射センサ63、第1冷媒温度センサ64a~第5冷媒温度センサ64e、蒸発器温度センサ64f、第1冷媒圧力センサ65a、第2冷媒圧力センサ65bが含まれている。更に、センサ群には、高温側熱媒体温度センサ66a、第1低温側熱媒体温度センサ67a、第2低温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。
蒸発器温度センサ64f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。本実施形態の蒸発器温度センサ64fでは、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。
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。
高温側熱媒体温度センサ66aは、水冷媒熱交換器12の水通路から流出した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。
第1低温側熱媒体温度センサ67aは、チラー19の水通路から流出した低温側熱媒体の温度である第1低温側熱媒体温度TWL1を検出する第1低温側熱媒体温度検出部である。第2低温側熱媒体温度センサ67bは、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体の温度である第2低温側熱媒体温度TWL2を検出する第2低温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。本実施形態のバッテリ温度センサ68は、複数の温度センサを有し、バッテリ80の複数の箇所の温度を検出している。このため、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。さらに、バッテリ温度TBとしては、複数の温度センサの検出値の平均値を採用している。
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。
さらに、制御装置60の入力側には、図2に示すように、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル70が接続されている。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に設けられた各種操作スイッチとしては、具体的に、オートスイッチ、エアコンスイッチ、風量設定スイッチ、温度設定スイッチ、吹出モード切替スイッチ等がある。オートスイッチは、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際に操作される。エアコンスイッチは、室内蒸発器18で送風空気の冷却を行うことを要求する際に操作される。風量設定スイッチは、送風機32の風量をマニュアル設定する際に操作される。温度設定スイッチは、車室内の目標温度Tsetを設定する際に操作される。吹出モード切替スイッチは、吹出モードをマニュアル設定する際に操作される。
なお、本実施形態の制御装置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。制御装置60において、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。また、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁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および暖房用開閉弁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。
さらに、高温側熱媒体ポンプ41の高温側熱媒体の圧送能力を制御する構成は、高温側熱媒体ポンプ制御部60dを構成している。低温側熱媒体ポンプ51の低温側熱媒体の圧送能力を制御する構成は、低温側熱媒体ポンプ制御部60eを構成している。
制御装置60の内、運転モードを決定する際にバッテリ80の冷却の要否を判定する構成は、冷却要否判定部60fを構成している。そして、制御装置60の内、運転モードを構成する空調モードに応じて、冷却要否判定部60fで用いる基準冷却温度KTBを設定する構成は、判定基準設定部60gを構成している。
又、制御装置60の内、冷却要否判定部60fにより、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合に、冷凍サイクル装置10を用いたバッテリ80の冷却を実行する構成は、冷却制御部60hを構成している。
次に、上記構成における本実施形態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。
この為、冷凍サイクル装置10の運転モードは、車室内の空調に関する空調モードと、バッテリ80の温度調整の有無に関する冷却モードの組み合わせにより構成される。具体的に、本実施形態に係る冷凍サイクル装置10では、冷媒回路を切り替えて、以下の11種類の運転モードでの運転を行うことができる。
(1)冷房モード:冷房モードは、バッテリ80の冷却を行うことなく、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)直列除湿暖房モード:直列除湿暖房モードは、バッテリ80の冷却を行うことなく、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)並列除湿暖房モード:並列除湿暖房モードは、バッテリ80の冷却を行うことなく、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)暖房モード:暖房モードは、バッテリ80の冷却を行うことなく、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)冷房冷却モード:冷房冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、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。
(6)直列除湿暖房冷却モード:直列除湿暖房冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、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。
(7)並列除湿暖房冷却モード:並列除湿暖房冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うと共に、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運転モードである。
(8)暖房冷却モード:暖房冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、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。
(9)暖房直列冷却モード:暖房直列冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、送風空気を暖房冷却モードよりも高い加熱能力で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。
(10)暖房並列冷却モード:暖房並列冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、送風空気を暖房直列冷却モードよりも高い加熱能力で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。
(11)冷却モード: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。
これらの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。空調制御プログラムは、乗員の操作によって操作パネル70のオートスイッチが投入(ON)されて、車室内の自動制御が設定された際に実行される。図3~図10を用いて、空調制御プログラムについて説明する。また、図3等のフローチャートに示す各制御ステップは、制御装置60が有する機能実現部である。
まず、図3のステップS10では、上述したセンサ群の検出信号、および操作パネル70の操作信号を読み込む。続くステップS20では、ステップS10にて読み込んだ検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ送風される送風空気の目標温度である目標吹出温度TAOを決定する。従って、ステップS20は、目標吹出温度決定部である。
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)
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である。Trは内気センサによって検出された車室内温度である。Tamは外気センサによって検出された車室外温度である。Ts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。
TAO=Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×Ts+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である。Trは内気センサによって検出された車室内温度である。Tamは外気センサによって検出された車室外温度である。Ts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。
次に、ステップS30では、ステップS10で読み込んだ各種信号や、ステップS20で決定した目標吹出温度TAOに従って、冷凍サイクル装置10の空調モードが決定される。冷凍サイクル装置10の空調モードは、5種類に分類されており、冷房、直列除湿暖房、並列除湿暖房、暖房、その他の各モードを含んでいる。
空調モードが冷房である場合、少なくとも、車室内に送風される送風空気を室内蒸発器18で冷却して供給することで、車室内の冷房が行われる。この場合の冷凍サイクル装置10では、少なくとも、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の順に冷媒が流れる。
つまり、空調モードが冷房である場合は、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が吸熱器として機能する冷媒回路が構成される。
空調モードが直列除湿暖房である場合、少なくとも、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、水冷媒熱交換器12及び高温側熱媒体回路40で再加熱して車室内へ供給することで、車室内の除湿暖房が行われる。
この場合の冷凍サイクル装置10では、少なくとも、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の順に冷媒が流れる。
つまり、空調モードが直列除湿暖房である場合は、水冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、室内蒸発器18が吸熱器として機能する冷媒回路が構成される。そして、この場合における室外熱交換器16は、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度と、外気温Tamの関係に応じて、放熱器として機能する場合と、吸熱器として機能する場合を有している。
そして、空調モードが並列除湿暖房である場合、少なくとも、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、高温側熱媒体回路40にて直列除湿暖房の場合よりも高い加熱能力で再加熱して車室内へ供給することで、車室内の除湿暖房が行われる。
この場合の冷凍サイクル装置10では、少なくとも、2つの冷媒の循環回路が構成される。先ず、この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。同時に、冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、空調モードが並列除湿暖房である場合は、水冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、冷媒の流れに関して並列に接続された室外熱交換器16及び室内蒸発器18が吸熱器として機能する冷媒回路が構成される。
又、空調モードが暖房である場合には、少なくとも、車室内に送風される送風空気を、高温側熱媒体回路40にて加熱して車室内へ供給することで、車室内の暖房が行われる。
この場合の冷凍サイクル装置10においては、少なくとも、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の順に冷媒が流れる。
つまり、空調モードが暖房である場合は、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が吸熱器として機能する冷媒回路が構成される。
尚、空調モードがその他である場合とは、送風空気に対する冷凍サイクル装置10を利用した温度調整が不要な場合を意味する。従って、空調モードがその他である場合には、車室内空調を行わない場合や、冷凍サイクル装置10を用いた温度調整を行うことなく、車室内に送風空気を供給する場合が含まれている。
ステップS30では、図5に示す制御処理を実行することによって、上述した5種類の空調モードから、今回の運転モードを構成する一の空調モードを決定する。
先ず、ステップS301では、エアコンスイッチがON(投入)されているか否かが判定される。エアコンスイッチがONされていることは、乗員が車室内の冷房あるいは除湿を要求していることを意味している。換言すると、エアコンスイッチがONされていることは、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することが要求されていることを意味する。
ステップS301にて、エアコンスイッチがONされていると判定された場合は、ステップS302へ進む。ステップS301にて、エアコンスイッチがONされていないと判定された場合は、ステップS308へ進む。
ステップS302では、外気温Tamが予め定めた基準外気温KA(本実施形態では、0℃)以上であるか否かが判定される。基準外気温KAは、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することが、空調対象空間の冷房あるいは除湿を行うために有効となるように設定されている。
より詳細には、本実施形態では、室内蒸発器18の着霜を抑制するために、蒸発圧力調整弁20によって室内蒸発器18における冷媒蒸発温度を着霜抑制温度(本実施形態では、1℃)以上に維持している。このため、室内蒸発器18では、送風空気を着霜抑制温度より低い温度に冷却することができない。
つまり、室内蒸発器18へ流入する送風空気の温度が着霜抑制温度の温度よりも低くなっている際には、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することは有効ではない。そこで、基準外気温KAを着霜抑制温度より低い値に設定し、外気温Tamが基準外気温KAより低くなっている際には、室内蒸発器18にて送風空気を冷却しないようにしている。
ステップS302において、外気温Tamが基準外気温KA以上であると判定された場合は、ステップS303へ進む。ステップS302にて、外気温Tamが基準外気温KA以上ではないと判定された場合は、ステップS308へ進む。
ステップS303では、目標吹出温度TAOが冷房用基準温度α1以下であるか否かが判定される。冷房用基準温度α1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。本実施形態では、図6に示すように、外気温Tamの低下に伴って、冷房用基準温度α1が低い値となるように決定される。
ステップS303にて、目標吹出温度TAOが冷房用基準温度α1以下であると判定された場合は、ステップS304へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードを構成する空調モードを冷房に決定する。空調モードを冷房に決定した後、図3のステップS40に進む。一方、ステップS303にて、目標吹出温度TAOが冷房用基準温度α1以下ではないと判定された場合は、ステップS305へ進む。
ステップS305では、目標吹出温度TAOが除湿用基準温度β1以下であるか否かが判定される。除湿用基準温度β1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。
本実施形態では、図6に示すように、冷房用基準温度α1と同様に、外気温Tamの低下に伴って、除湿用基準温度β1が低い値となるように決定される。さらに、除湿用基準温度β1は、冷房用基準温度α1よりも高い値に決定される。
ステップS305にて、目標吹出温度TAOが除湿用基準温度β1以下であると判定された場合は、ステップS306へ進み、冷凍サイクル装置10における空調モードを直列除湿暖房に決定する。空調モードを直列除湿暖房に決定した後、図3のステップS40に進む。
一方、ステップS305にて、目標吹出温度TAOが除湿用基準温度β1以下ではないと判定された場合は、ステップS307へ進み、冷凍サイクル装置10おける空調モードを並列除湿暖房に決定する。空調モードを並列除湿暖房に決定した後、図3のステップS40に進む。
続いて、ステップS301或いはステップS302からステップS308へ進んだ場合について説明する。ステップS301或いはステップS302からステップS308へ進んだ場合は、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することが有効ではないと判定された場合である。
この為、ステップS308では、目標吹出温度TAOが暖房用基準温度γ以上であるか否かが判定される。暖房用基準温度γ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。本実施形態では、図7に示すように、外気温Tamの低下に伴って、暖房用基準温度γが低い値となるように決定される。暖房用基準温度γは、ヒータコア42にて送風空気を加熱することが、空調対象空間の暖房を行うために有効となるように設定されている。
ステップS308にて、目標吹出温度TAOが暖房用基準温度γ以上であると判定された場合は、ヒータコア42にて送風空気を加熱する必要がある場合であり、ステップS309へ進み、冷凍サイクル装置10の空調モードを暖房に決定する。空調モードを暖房モードに決定した後、図3のステップS40に進む。
一方、ステップS308にて、目標吹出温度TAOが暖房用基準温度γ以上ではないと判定された場合は、ヒータコア42にて送風空気を加熱する必要がない場合である。この場合、ステップS310へ進んで、冷凍サイクル装置10の空調モードをその他に決定する。その他は、送風空気の温度調整を行う必要がないモードであり、冷却モードや送風モードを含んでいる。ステップS310にて、空調モードをその他に決定した後、図3のステップS40に進む。
ステップS40においては、バッテリ80の冷却を行うか否かを判定する際の判定基準である基準冷却温度KTBが設定される。本実施形態においては、バッテリ80の冷却を行うか否かを判定する際に、バッテリ温度TBと基準冷却温度KTBとが比較される。そして、バッテリ温度TBが基準冷却温度KTB以上である場合に、バッテリ80の冷却を実行する旨の判定がなされる。
先ず、バッテリ80の冷却に関する判定基準としての基準冷却温度KTBについて、図8を参照して説明する。本実施形態の基準冷却温度KTBは、バッテリ80の温度であるバッテリ温度TBに関して定められており、第1基準冷却温度KTB1と、第2基準冷却温度KTB2の2種類を有している。
上述したように、バッテリ80には、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(本実施形態では、15℃以上、かつ、55℃以下)が定められている。
この温度範囲の上限温度TBU(例えば、55℃)をバッテリ温度TBが超えた場合には、バッテリ80の出力が低下してしまう。又、温度範囲の下限温度TBLをバッテリ温度TBが下回った場合には、バッテリ80の入出力が制限されてしまう。
その為、バッテリ80の入出力に対する影響を鑑みた場合、バッテリ80の冷却の可否は、少なくとも、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内になるように判定される必要がある。つまり、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内にある場合、バッテリ80の入出力条件を満たしていると換言することができる。
又、バッテリ80の劣化傾向には、バッテリ温度TBが高いほど、バッテリ80の劣化が進行しやすいという特徴がある。そして、バッテリ80の劣化が進行してしまうと、バッテリ80の充放電容量の低下等、バッテリ80の性能に対して長期的な影響を及ぼす。図8に示すように、バッテリ80の劣化の進行を抑制する上では、バッテリ温度TBをできるだけ低くしておくことが有効である。
本実施形態の第1基準冷却温度KTB1は、バッテリ温度TBに対するバッテリ80の入出力特性に基づく条件に従って定められている。具体的には、第1基準冷却温度KTB1は、冷凍サイクル装置10による冷却によって、バッテリ温度TBを適切な温度範囲内にしておく為に、上限温度TBUよりもやや低い温度(例えば、40℃)に定められている。第1基準冷却温度KTB1は、第1基準物理量に相当する。
つまり、冷凍サイクル装置10は、バッテリ温度TBが第1基準冷却温度KTB1以上となった時点でバッテリ80の冷却を開始することで、上限温度TBUよりもバッテリ温度TBが低い状態を維持することができる。つまり、冷凍サイクル装置10は、第1基準冷却温度KTB1を用いて、バッテリ80の冷却の要否を判定することで、バッテリ80の入出力を適切な状態に保つことができる。
そして、第2基準冷却温度KTB2は、バッテリ温度TBに対するバッテリ80の入出力特性に基づく条件と、バッテリ温度TBに対するバッテリ80の劣化の傾向に基づく条件を何れも満たすように定められている。具体的には、第2基準冷却温度KTB2は、バッテリ温度TBを適切な温度範囲内において、できるだけ低い温度にしておく為に、下限温度TBLよりもやや高い温度(例えば、15℃)に定められている。第2基準冷却温度KTB2は、第2基準物理量に相当する。
つまり、図8に示すように、第2基準冷却温度KTB2は、第1基準冷却温度KTB1よりも低い温度に定められている。この為、第2基準冷却温度KTB2を用いて、バッテリ80の冷却の要否を判定する場合、第1基準冷却温度KTB1を用いた場合よりも、早い段階(即ち、バッテリ温度TBが低い状態)で、バッテリ80の冷却が行われる。
つまり、冷凍サイクル装置10は、バッテリ温度TBが第2基準冷却温度KTB2以上となった時点でバッテリ80の冷却を開始することで、バッテリ温度TBが適切な温度範囲内である状態を維持して、バッテリ80の入出力を適切な状態に保つことができる。更に、適切な温度範囲において、バッテリ温度TBができるだけ低い温度になるように、バッテリ80の冷却が為される為、バッテリ80の劣化の進行を抑えることができる。
次に、ステップS40における具体的な処理内容について、図9を参照して説明する。ステップS40では、ステップS30で決定された空調モードの種類(即ち、冷凍サイクル装置10における冷媒回路の構成)に応じて、第1基準冷却温度KTB1、第2基準冷却温度KTB2の何れかを設定する。
具体的には、ステップS40では、制御装置60は、先ず、ステップS30にて定められた空調モードに係る冷媒回路が、室外熱交換器16が放熱器として機能する冷媒回路であるか、吸熱器として機能する冷媒回路であるかを特定する。
室外熱交換器16が放熱器として機能する冷媒回路である場合には、制御装置60は、バッテリ80の冷却の要否を判定する為の基準冷却温度KTBとして、第1基準冷却温度KTB1を設定する。一方、室外熱交換器16は吸熱器として機能する冷媒回路である場合には、制御装置60は、基準冷却温度KTBとして、第2基準冷却温度KTB2を設定する。
上述したように、空調モードが冷房である場合、冷凍サイクル装置10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が吸熱器として機能する冷媒回路が構成される。従って、図9に示すように、制御装置60は、バッテリ80の冷却の要否を決定する際の基準冷却温度KTBとして、第1基準冷却温度KTB1を設定する。
そして、空調モードが直列除湿暖房である場合、水冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、室内蒸発器18が吸熱器として機能する冷媒回路が構成される。そして、直列除湿暖房の場合における室外熱交換器16は、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度と、外気温Tamの関係に応じて、放熱器として機能する場合と、吸熱器として機能する場合を有している。
この為、空調モードが直列除湿暖房である場合、制御装置60は、外気温センサ62及び第3冷媒温度センサ64cの検出結果に基づいて、室外熱交換器16が放熱器として機能するか、吸熱器として機能するかを特定する。
空調モードが直列除湿暖房であり、室外熱交換器16が放熱器として機能する場合、制御装置60は、基準冷却温度KTBとして、第1基準冷却温度KTB1を設定する。そして、空調モードが直列除湿暖房であり、室外熱交換器16が吸熱器として機能する場合、制御装置60は、基準冷却温度KTBとして、第2基準冷却温度KTB2を設定する。
又、空調モードが並列除湿暖房である場合には、水冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、冷媒の流れに関して並列に接続された室外熱交換器16及び室内蒸発器18が吸熱器として機能する冷媒回路が構成される。従って、制御装置60は、基準冷却温度KTBとして、第2基準冷却温度KTB2を設定する。
そして、空調モードが暖房である場合、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が吸熱器として機能する冷媒回路が構成される。これにより、制御装置60は、基準冷却温度KTBとして、第2基準冷却温度KTB2を設定する。
更に、空調モードがその他(例えば、冷却モードや送風モード)である場合には、室外熱交換器16は吸熱器として機能していない。従って、制御装置60は、基準冷却温度KTBとして、第1基準冷却温度KTB1を設定する。
図9に示すように、空調モードに応じた基準冷却温度KTBを設定した後、ステップS40の処理を終了して、図3のステップS50に進む。ステップS40の処理を実行する制御装置60は、判定基準設定部60gに相当する。
尚、本実施形態では、バッテリ80の温度に相関を有する物理量として、バッテリ温度TBを用いているが、これに限定されるものではない。バッテリ80の温度に相関を強い相関を有する物理量であれば、例えば、低温側熱媒体回路50における低温側熱媒体の温度等に適宜変更することができる。
そして、本実施形態では、基準物理量として、基準冷却温度KTBを採用していたが、この態様に限定されるものではない。バッテリ80の温度に相関を有する物理量の種類に応じて、基準物理量の種類も適宜変更される。
再び、図3を参照して、ステップS40以後の処理について説明する。ステップS40にて、空調モードに対応する基準冷却温度KTBを設定した後、ステップS50では、ステップS30で決定された空調モードが冷房であるか否かが判定される。ステップS50にて、空調モードが冷房であると判定された場合、ステップS60へ進む。一方、ステップS50にて、空調モードが冷房ではないと判定された場合、ステップS90へ進む。
ステップS60では、空調モードが冷房である場合において、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。具体的には、本実施形態では、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が、ステップS40にて定められた基準冷却温度KTBより低くなっている際に、バッテリ80の冷却は必要でないと判定する。
ここで、ステップS30において、冷房モードに対する基準冷却温度KTBは、第1基準冷却温度KTB1(本実施形態では、40℃)に設定されている。従って、ステップS60では、バッテリ温度TBが第1基準冷却温度KTB1以上となっている際に、バッテリ80の冷却が必要であると判定する。従って、ステップS60を実行する制御装置60は、冷却要否判定部60fに相当する。
ステップS60にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS80へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(1)冷房モードが選択される。
ステップS80の冷房モードにおける動作について説明する。尚、以下の説明にて各運転モードで参照される制御マップは、予め運転モード毎に制御装置60に記憶されたものである。各運転モードの対応する制御マップ同士は、互いに同等の場合もあるし、互いに異なる場合もある。
冷房モードでは、制御装置60は、先ず、目標蒸発器温度TEOを決定する。目標蒸発器温度TEO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。本実施形態の制御マップでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、目標蒸発器温度TEOが上昇するように決定される。
そして、制御装置60は、冷房モードを実現する為に、各制御対象機器の制御状態を決定する。例えば、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOは、目標蒸発器温度TEOと蒸発器温度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の絞り開度の増減量ΔEVCは、目標過冷却度SCO1と室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1との偏差に基づいて、フィードバック制御手法により決定される。この時、増減量ΔEVCは、室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度SCO1に近づくように決定される。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を冷房モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを全開状態とし、冷房用膨張弁14bを冷媒減圧作用を発揮する絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを全閉状態とする。更に、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。更に、制御装置60は、冷房モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
この結果、冷房モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、冷房モードの冷凍サイクル装置10では、水冷媒熱交換器12及び室外熱交換器16が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能する。そして、冷房用膨張弁14bが冷媒を減圧させる減圧部として機能し、室内蒸発器18が吸熱器として機能する。
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ともに、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、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すことによって、車室内の冷房を行うことができる。
一方、ステップS60にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS70へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(5)冷房冷却モードが選択される。
ステップS70の冷房冷却モードでは、制御装置60は、冷房モードと同様に、目標蒸発器温度TEO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、冷房用膨張弁14bの絞り開度の増減量ΔEVC、エアミックスドア34の開度SWを決定する。又、制御装置60は、チラー19の冷媒通路の出口側冷媒の目標過熱度SHCOを決定し、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVBを決定する。
冷房冷却モードでは、増減量ΔEVBは、目標過熱度SHCOとチラー19から流出した冷媒の過熱度SHCとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、チラー19から流出した冷媒の過熱度SHCが目標過熱度SHCOに近づくように決定される。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を冷房冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、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を絞り状態とする。更に、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを閉じると共に、暖房用開閉弁15bを閉じる。そして、制御装置60は、冷房冷却モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号或いは制御電圧を出力し、ステップS10へ戻る。
この結果、冷房冷却モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。同時に、冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、冷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及び室外熱交換器16が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、室内蒸発器18が吸熱器として機能する。そして、冷房用膨張弁14bおよび室内蒸発器18に対して並列的に接続された冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、チラー19が吸熱器として機能する。
これによれば、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することができるとともに、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。さらに、チラー19にて低圧側熱媒体を冷却することができる。
従って、冷房冷却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にて再加熱することができる。即ち、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によって、車室内の冷房を行うことができる。
更に、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部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。従って、ステップS70を実行する制御装置60は、冷却制御部60hに相当する。
そして、ステップS90では、ステップS30で決定された空調モードが直列除湿暖房モードであるか否かが判定される。ステップS90にて、空調モードが直列除湿暖房モードであると判定された場合、ステップS100へ進む。一方、ステップS90にて、空調モードが直列除湿暖房モードではないと判定された場合、ステップS130へ進む。
ステップS100では、空調モードが直列除湿暖房モードである場合において、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。具体的に、ステップS100では、バッテリ温度TBがステップS30にて直列除湿暖房モードに対応付けて決定された基準冷却温度KTB以上となっている際に、バッテリ80の冷却が必要であると判定する。即ち、ステップS100を実行する制御装置60は、冷却要否判定部60fに相当する。
ステップS100にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS120へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(2)直列除湿暖房モードが選択される。
ステップS120の直列除湿暖房モードでは、制御装置60は、冷房モードと同様に、目標蒸発器温度TEO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、エアミックスドア34の開度SWを決定する。
又、制御装置60は、ヒータコア42にて送風空気を加熱できるように、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOを決定する。目標高温側熱媒体温度TWHOは、目標吹出温度TAOおよびヒータコア42の効率に基づいて、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が上昇するように決定される。
更に、制御装置60は、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1を決定する。開度パターンKPN1は、暖房用膨張弁14aの絞り開度および冷房用膨張弁14bの絞り開度の組合せを決定するためのパラメータである。具体的には、直列除湿暖房モードでは、目標吹出温度TAOが上昇するに伴って、開度パターンKPN1が大きくなる。そして、開度パターンKPN1が大きくなるに伴って、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。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を直列除湿暖房モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを全閉状態とする。又、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。更に、制御装置60は、直列除湿暖房モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
この結果、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、直列除湿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が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能する。そして、暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bが減圧部として機能し、室内蒸発器18が吸熱器として機能する。
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。一方、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が吸熱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ともに、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、直列除湿暖房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によって、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よりも高い場合は、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN1を大きくすることで、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よりも低い場合は、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN1を大きくすることで、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る。
つまり、直列除湿暖房モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN1を大きくすることで、水冷媒熱交換器12における冷媒の高温側熱媒体への放熱量を増加させることができる。従って、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。
一方、ステップS100にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS110へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(6)直列除湿暖房冷却モードが選択される。
ステップS110の直列除湿暖房冷却モードでは、制御装置60は、直列除湿暖房モードと同様に、目標蒸発器温度TEO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1、エアミックスドア34の開度SWを決定する。又、制御装置60は、冷房冷却モードと同様に、目標過熱度SHCO、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVB、目標低温側熱媒体温度TWLOを決定する。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を直列除湿暖房冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cを絞り状態とする。更に、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを閉じると共に、暖房用開閉弁15bを閉じる。又、制御装置60は、直列除湿暖房冷却モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号或いは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
この結果、直列除湿暖房冷却モードでは、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。同時に、冷媒は、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の順に流れて循環する。
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が放熱器として機能し、室内蒸発器18およびチラー19が吸熱器として機能する。更に、暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bが減圧部として機能すると共に、冷房用膨張弁14bおよび室内蒸発器18に対して並列的に接続された冷却用膨張弁14cが減圧部として機能する。
そして、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が吸熱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ともに、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。更に、チラー19にて低圧側熱媒体を冷却することができる。
従って、直列除湿暖房冷却モードの冷凍サイクル装置10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によって、車室内の除湿暖房を行うことができる。この際、開度パターンKPN1を大きくすることにより、直列除湿暖房モードと同様に、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、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部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。従って、ステップS110を実行する制御装置60は、冷却制御部60hに相当する。
ステップS130では、ステップS30で決定された空調モードが並列除湿暖房モードであるか否かが判定される。ステップS130にて、空調モードが並列除湿暖房モードであると判定された場合、ステップS140へ進む。一方、ステップS130にて、空調モードが並列除湿暖房モードではないと判定された場合、図4のステップS170へ進む。
ステップS140では、空調モードが並列除湿暖房モードである場合において、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。具体的に、ステップS140では、バッテリ温度TBがステップS30にて並列除湿暖房モードに対応付けて決定された第2基準冷却温度KTB2以上となっている際に、バッテリ80の冷却が必要であると判定する。即ち、ステップS140を実行する制御装置60は、冷却要否判定部60fに相当する。
ステップS140にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS160へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(3)並列除湿暖房モードが選択される。
ステップS160の並列除湿暖房モードでは、制御装置60は、直列除湿暖房モードと同様に、目標高温側熱媒体温度TWHOを決定する。又、制御装置60は、並列除湿暖房モードにおける圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。並列除湿暖房モードでは、増減量ΔIVOは、目標高温側熱媒体温度TWHOと高温側熱媒体温度TWHとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、高温側熱媒体温度TWHが目標高温側熱媒体温度TWHOに近づくように決定される。
そして、制御装置60は、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1を決定する。並列除湿暖房モードでは、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。
並列除湿暖房モードでは、開度パターンKPN1が大きくなるに伴って、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。従って、開度パターンKPN1が大きくなると、室内蒸発器18へ流入する冷媒流量が増加し、室内蒸発器18の出口側冷媒の過熱度SHEが低下する。更に、制御装置60は、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を並列除湿暖房モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14a及び冷房用膨張弁14bを絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを全閉状態とする。又、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを開き、暖房用開閉弁15bを開く。更に、制御装置60は、並列除湿暖房モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力し、ステップS10へ戻る。
この結果、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。同時に、冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、並列除湿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が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能し、室外熱交換器16が吸熱器として機能する。又、暖房用膨張弁14aおよび室外熱交換器16に対して並列的に接続された冷房用膨張弁14bが減圧部として機能し、室内蒸発器18が吸熱器として機能する。
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ともに、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、並列除湿暖房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によって、車室内の除湿暖房を行うことができる。
更に、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、並列除湿暖房モードでは、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、並列除湿暖房モードでは、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。
一方、ステップS140にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS150へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(7)並列除湿暖房冷却モードが選択される。
ステップS150の並列除湿暖房冷却モードでは、制御装置60は、並列除湿暖房モードと同様に、各種制御対象機器の制御状態を決定する。これにより、目標高温側熱媒体温度TWHO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、目標過熱度SHEO、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1、エアミックスドア34の開度SWが決定される。又、制御装置60は、冷房冷却モードと同様に、目標過熱度SHCO、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVB、目標低温側熱媒体温度TWLOを決定する。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を並列除湿暖房冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cを、それぞれ絞り状態とする。又、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを開き、暖房用開閉弁15bを開く。更に、制御装置60は、並列除湿暖房冷却モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
これにより、並列除湿暖房冷却モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。同時に、冷媒は、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の順に流れて循環する。更に、この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。
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が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能し、室外熱交換器16が吸熱器として機能する。又、暖房用膨張弁14aおよび室外熱交換器16に対して並列的に接続された冷房用膨張弁14bが減圧部として機能し、室内蒸発器18が吸熱器として機能する。更に、暖房用膨張弁14aおよび室外熱交換器16に対して並列的に接続された冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、チラー19が吸熱器として機能する。
これによれば、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。更に、チラー19にて低圧側熱媒体を冷却することができる。
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によって、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、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部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。即ち、ステップS150を実行する制御装置60は、冷却制御部60hに相当する。
続いて、図4を参照して、ステップS170以後の処理について説明する。ステップS170においては、ステップS30で決定された空調モードが暖房モードであるか否かが判定される。ステップS170にて、空調モードが暖房モードであると判定された場合、ステップS180へ進む。一方、ステップS170にて、空調モードが暖房モードではないと判定された場合、ステップS260へ進む。
ステップS180では、空調モードが暖房モードである場合において、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。具体的に、ステップS180では、バッテリ温度TBがステップS30にて決定された第2基準冷却温度KTB2以上となっている際に、バッテリ80の冷却が必要であると判定する。即ち、ステップS180を実行する制御装置60は、冷却要否判定部60fに相当する。
ステップS180にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS190へ進む。ステップS170にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS200へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(4)暖房モードが選択される。
ステップS200の暖房モードでは、制御装置60は、並列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。
そして、制御装置60は、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SCO2を決定する。目標過冷却度SCO2は、室内蒸発器18へ流入する送風空気の吸込温度あるいは外気温Tamに基づいて、サイクルの成績係数(COP)が極大値に近づくように決定される。
又、制御装置60は、暖房用膨張弁14aの絞り開度の増減量ΔEVHを決定する。増減量ΔEVHは、目標過冷却度SCO2と水冷媒熱交換器12から流出した冷媒の過冷却度SC2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から流出した冷媒の過冷却度SC2が目標過冷却度SCO2に近づくように決定される。制御装置60は、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を暖房モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14b及び冷却用膨張弁14cを全閉状態とする。又、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを開く。更に、制御装置60は、暖房モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
この結果、暖房モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、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が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能する。そして、室外熱交換器16が吸熱器として機能する。
これによれば、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、暖房モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて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。
ここで、ステップS180にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定されてステップS190へ進んだ場合は、車室内の暖房とバッテリ80の冷却との双方を行う必要がある。この為、冷凍サイクル装置10では、水冷媒熱交換器12にて冷媒が高温側熱媒体へ放熱する放熱量と、チラー19にて冷媒が低温側熱媒体から吸熱する吸熱量とを適切に調整する必要がある。
そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、車室内の暖房とバッテリ80の冷却との双方を行う必要がある場合には、図4のステップS190~ステップS240に示すように、3つの運転モードを切り替える。つまり、(8)暖房冷却モード、(9)暖房直列冷却モード、(10)暖房並列冷却モードが、車室内環境及びバッテリ80の状況に応じて適宜切り替えられる。
先ず、ステップS190では、目標吹出温度TAOが低温側冷却基準温度α2以下であるか否かが判定される。低温側冷却基準温度α2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。
本実施形態では、図10に示すように、外気温Tamの低下に伴って、低温側冷却基準温度α2が低い値となるように決定される。更に、同一の外気温Tamでは、低温側冷却基準温度α2は、冷房用基準温度α1よりも高い値に決定される。
ステップS190にて、目標吹出温度TAOが低温側冷却基準温度α2以下ではないと判定された場合は、ステップS220へ進む。ステップS190にて、目標吹出温度TAOが低温側冷却基準温度α2以下であると判定された場合は、ステップS210へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(8)暖房冷却モードが選択される。
ステップS210の暖房冷却モードでは、制御装置60は、冷却用熱交換部52にてバッテリ80を冷却できるように、冷房冷却モードと同様に、低温側熱媒体の目標低温側熱媒体温度TWLOを決定する。そして、制御装置60は、室外熱交換器16から流出した冷媒の目標過冷却度SCO1を決定する。
又、制御装置60は、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。暖房冷却モードでは、増減量ΔIVOは、目標低温側熱媒体温度TWLOと第1低温側熱媒体温度TWL1との偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOに近づくように決定される。
更に、制御装置60は、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVBを決定する。増減量ΔEVBは、目標過冷却度SCO1と室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1との偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度SCO1に近づくように決定される。過冷却度SC1は、冷房モードと同様に算出される。又、制御装置60は、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を暖房冷却モードの冷媒回路に切り替える為に、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を絞り状態とする。又、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。更に、制御装置60は、暖房冷却モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(8)暖房冷却モードが選択される。
冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(8)暖房冷却モードが選択される。
これにより、暖房冷却モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、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及び室外熱交換器16が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能する。又、冷却用膨張弁14cが冷媒を減圧させる減圧部として機能し、チラー19が蒸発器として機能する。
これによれば、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とともに、チラー19にて低温側熱媒体を冷却することができる。
従って、暖房冷却モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて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。更に、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部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。従って、ステップS210を実行する制御装置60は、冷却制御部60hに相当する。
ステップS220では、目標吹出温度TAOが高温側冷却基準温度β2以下であるか否かが判定される。高温側冷却基準温度β2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。
本実施形態では、図10に示すように、低温側冷却基準温度α2と同様に、外気温Tamの低下に伴って、高温側冷却基準温度β2が低い値となるように決定される。更に、高温側冷却基準温度β2は、低温側冷却基準温度α2よりも高い値に決定される。又、同一の外気温Tamでは、高温側冷却基準温度β2は、除湿用基準温度β1よりも高い値に決定される。
ステップS220にて、目標吹出温度TAOが高温側冷却基準温度β2以下であると判定された場合は、ステップS230へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(9)暖房直列冷却モードが選択される。
ステップS230の暖房直列冷却モードでは、制御装置60は、暖房冷却モードと同様に、目標低温側熱媒体温度TWLO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。又、制御装置60は、直列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOを決定する。更に、制御装置60は、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。
そして、制御装置60は、開度パターンKPN2の変化量ΔKPN2を決定する。開度パターンKPN2は、暖房用膨張弁14aの絞り開度および冷却用膨張弁14cの絞り開度の組合せを決定するためのパラメータである。具体的には、暖房直列冷却モードでは、目標吹出温度TAOが上昇するに伴って、開度パターンKPN2が大きくなる。そして、開度パターンKPN2が大きくなるに伴って、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。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を暖房直列冷却モードの冷媒回路に切り替える為に、暖房用膨張弁14a及び冷却用膨張弁14cをそれぞれ絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを全閉状態とする。又、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。更に、制御装置60は、暖房直列冷却モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
これにより、暖房直列冷却モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、暖房直列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が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14a及び冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、チラー19が吸熱器として機能する。
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が吸熱器として機能するサイクルが構成される。
これによれば、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とともに、チラー19にて、低温側熱媒体を冷却することができる。
従って、暖房直列冷却モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて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。更に、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部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。即ち、ステップS230を実行する制御装置60は、冷却制御部60hに相当する。
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の上昇に伴って開度パターンKPN2を大きくすることで、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の上昇に伴って開度パターンKPN2を大きくすることで、室外熱交換器16における冷媒の温和温度が低下し外気温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る。
つまり、暖房直列冷却モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN2を大きくすることで、水冷媒熱交換器12における冷媒の高温側熱媒体への放熱量を増加させることができる。従って、暖房直列冷却モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴ってヒータコア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。
その結果、暖房直列冷却モードでは、暖房冷却モードよりも高い加熱能力で送風空気を加熱することができる。換言すると、暖房冷却モードは、暖房直列冷却モードよりも低い加熱能力で送風空気を加熱する運転モードである。
一方、ステップS220にて、目標吹出温度TAOが高温側冷却基準温度β2以下ではないと判定された場合は、ステップS240へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(10)暖房並列冷却モードが選択される。
ステップS240の暖房並列冷却モードにおいては、制御装置60は、直列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOを決定する。又、制御装置60は、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。更に、制御装置60は、冷房冷却モードと同様に、低温側熱媒体の目標低温側熱媒体温度TWLOを決定する。
そして、制御装置60は、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。暖房並列冷却モードでは、増減量ΔIVOは、目標高温側熱媒体温度TWHOと高温側熱媒体温度TWHとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、高温側熱媒体温度TWHが目標高温側熱媒体温度TWHOに近づくように決定される。制御装置60は、チラー19の冷媒通路の出口側冷媒の目標過熱度SHCOを決定する。
又、制御装置60は、開度パターンKPN2の変化量ΔKPN2を決定する。暖房並列冷却モードでは、目標過熱度SHCOとチラー19の冷媒通路の出口側冷媒の過熱度SHC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SHCが目標過熱度SHCOに近づくように決定される。
暖房並列冷却モードでは、開度パターンKPN2が大きくなるに伴って、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。従って、開度パターンKPN2が増加すると大きくなると、チラー19の冷媒通路へ流入する冷媒流量が増加し、チラー19の冷媒通路の出口側冷媒の過熱度SHCが低下する。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を暖房並列冷却モードの冷媒回路に切り替える為に、暖房用膨張弁14a及び冷却用膨張弁14cをそれぞれ絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを全閉状態とする。又、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを開き、暖房用開閉弁15bを開く。更に、制御装置60は、暖房並列冷却モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
これにより、暖房並列冷却モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。同時に、冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、暖房並列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が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能し、室外熱交換器16が蒸発器として機能する。更に、暖房用膨張弁14a及び室外熱交換器16に対して並列的に接続された冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、チラー19が蒸発器として機能する。
これによれば、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とともに、チラー19にて低温側熱媒体を冷却することができる。
従って、暖房並列冷却モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて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。更に、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部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。即ち、ステップS240を実行する制御装置60は、冷却制御部60hに相当する。
更に、暖房並列冷却モードの冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16とチラー19が冷媒流れに対して並列的に接続され、チラー19の冷媒通路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、チラー19の冷媒通路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、暖房並列冷却モードでは、暖房直列冷却モードよりも、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、暖房並列冷却モードでは、暖房直列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。
続いて、ステップS170からステップS250へ進んだ場合について説明する。ステップS170からステップS250へ進む場合は、ステップS30において空調モードとして、その他のモードが決定された場合であり、冷凍サイクル装置10にて送風空気の温度調整を行う必要がない場合である。
そこで、ステップS250では、冷凍サイクル装置10にて送風空気の温度調整を行う必要がない場合において、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。具体的に、ステップS250では、バッテリ温度TBがステップS30にて決定された基準冷却温度KTB以上となっている際に、バッテリ80の冷却が必要であると判定する。
ステップS250にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS260へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、(11)冷却モードが選択される。
ステップS260の冷却モードでは、制御装置60は、暖房冷却モードと同様に、各種制御対象機器の制御状態を決定する。これにより、目標低温側熱媒体温度TWLO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、目標過冷却度SCO1、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVB、エアミックスドア34の開度SWが決定される。
そして、制御装置60は、冷凍サイクル装置10を冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、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を絞り状態とする。又、制御装置60は、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。更に、制御装置60は、冷却モードに関して定められた制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
これにより、冷却モードの冷凍サイクル装置10では、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。この場合の冷媒は、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の順に流れて循環する。
つまり、冷却モードの冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、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、低温側熱媒体を冷却することができる。従って、冷却モードの車両用空調装置1では、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部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。従って、ステップS260を実行する制御装置60は、冷却制御部60hに相当する。
一方、ステップS250にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS270へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして、送風モードが選択される。
送風モードは、圧縮機11を停止させて、風量設定スイッチによって設定された設定信号に応じて送風機32を作動させる運転モードである。送風モードでの運転を終了した場合、ステップ10に戻る。尚、ステップS250にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、車室内の空調および電池の冷却のための冷凍サイクル装置10を作動させる必要がない場合である。
本実施形態の空調制御プログラムでは、以上の如く、冷凍サイクル装置10の運転モードの切り替えを行う。更に、この空調制御プログラムでは、加熱部を構成する高温側熱媒体回路40の高温側熱媒体ポンプ41、並びに、冷却部を構成する低温側熱媒体回路50の低温側熱媒体ポンプ51等の作動も制御している。
具体的には、制御装置60は、上述した冷凍サイクル装置10の運転モードによらず、予め定めた各運転モードの基準圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41の作動を制御する。
従って、高温側熱媒体回路40では、水冷媒熱交換器12の水通路にて、高温側熱媒体が加熱されると、加熱された高温側熱媒体がヒータコア42へ圧送される。ヒータコア42へ流入した高温側熱媒体は、送風空気と熱交換する。これにより、送風空気が加熱される。ヒータコア42から流出した高温側熱媒体は、高温側熱媒体ポンプ41に吸入され、水冷媒熱交換器12へ圧送される。
又、制御装置60は、上述した冷凍サイクル装置10の運転モードによらず、予め定めた各運転モードの基準圧送能力を発揮するように、低温側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。
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、室外熱交換器16が吸熱器として機能する冷媒回路である場合、バッテリ80の冷却の要否を判定する基準冷却温度KTBとして、第2基準冷却温度KTB2が設定される。第2基準冷却温度KTB2は、室外熱交換器16が放熱器として機能する場合に設定される第1基準冷却温度KTB1よりも低い温度に定められている。
この為、冷凍サイクル装置10は、室外熱交換器16が吸熱器として機能する冷媒回路である場合、室外熱交換器16が放熱器として機能する冷媒回路である場合よりもバッテリ80の温度が低い状態で、バッテリ80の冷却を開始することができる。
この結果、冷凍サイクル装置10は、室外熱交換器16が吸熱器として機能する冷媒回路である場合、より多くの場面でバッテリ80を冷却することができ、バッテリ温度TBを温度範囲内で低く保つことができる。つまり、冷凍サイクル装置10は、この場合におけるバッテリ80の劣化の進行を抑制することができる。
又、室外熱交換器16が吸熱器として機能する冷媒回路は、室外熱交換器16にて外気から吸熱した熱を用いて送風空気を加熱する場合に構成される。具体的には、空調モードが暖房、並列除湿暖房、或る条件を満たした直列除湿暖房の何れかの場合である。
従って、室外熱交換器16が吸熱器として機能する冷媒回路が構成されている場合において、バッテリ80の冷却を実行することで、送風空気を加熱する為の熱源として、外気に加えて、バッテリ80に生じた熱を利用することができる。
即ち、冷凍サイクル装置10によれば、室外熱交換器16が吸熱器として機能する冷媒回路である場合には、送風空気の加熱に際して、外気から吸熱した熱に加えて、バッテリ80の冷却に伴い吸熱した熱を利用することで、効率よく快適な空調を実現できる。
そして、図9に示すように、第2基準冷却温度KTB2は、バッテリ80の入出力特性から定まる適切な温度範囲内で、下限温度TBLよりも高く、第1基準冷却温度KTB1よりも低い温度になるように定められている。つまり、第2基準冷却温度KTB2は、バッテリ80の適切な温度範囲内において、できるだけ低い温度になるように定められている。又、バッテリ80における劣化の傾向は、バッテリ温度TBが高いほど進行しやすい。つまり、バッテリ温度TBを低くしておくほど、バッテリ80の劣化の進行を抑制できる。
従って、第2基準冷却温度KTB2を、バッテリ80の入出力特性から定まる適切な温度範囲内で、できるだけ低い温度になるように定めることで、バッテリ80の入出力制限を回避すると共に、バッテリ80の劣化を抑制することができる。
一方、第1基準冷却温度KTB1は、バッテリ80の入出力特性から定まる適切な温度範囲の上限温度TBUよりもやや低く、第2基準冷却温度KTB2よりも高い温度に定められている。これにより、冷凍サイクル装置10は、室外熱交換器16が放熱器として機能する冷媒回路である場合においても、バッテリ80の入出力制限を回避した態様で、バッテリ80の冷却を行うことができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図11に示すように、低温側熱媒体回路50を廃止した例を説明する。尚、図11では、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。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図11に示すように、低温側熱媒体回路50を廃止した例を説明する。尚、図11では、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。
より具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、冷却用膨張弁14cの出口に、冷却用熱交換部52aの入口側が接続されている。冷却用熱交換部52aは、冷媒通路を流通する冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによってバッテリ80を冷却する、いわゆる直冷式の冷却器である。従って、本実施形態では、冷却用熱交換部52aによって、冷却部が構成されている。
冷却用熱交換部52aでは、バッテリ80の全域を均等に冷却できるように、互いに並列的に接続された複数の冷媒流路を有するものが採用されていることが望ましい。冷却用熱交換部52a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。
また、本実施形態の制御装置60の入力側には、冷却用熱交換部入口温度センサ64gが接続されている。冷却用熱交換部入口温度センサ64gは、冷却用熱交換部52の冷媒通路へ流入する冷媒の温度を検出する冷却用熱交換部入口温度検出部である。
さらに、本実施形態の第5冷媒温度センサ64eは、冷却用熱交換部52の冷媒通路から流出した冷媒の温度T5を検出する。本実施形態の第2冷媒圧力センサ65bは、冷却用熱交換部52aの冷媒通路から流出した冷媒の圧力P2を検出する。
また、本実施形態の制御装置60では、冷却用膨張弁14cを絞り状態とする運転モード時であって、冷却用熱交換部入口温度センサ64gによって検出された温度T7が基準入口側温度以下となっている際に、冷却用膨張弁14cを閉じる。これにより、バッテリ80が不必要に冷却されてバッテリ80の出力が低下してしまうことを抑制している。
その他の冷凍サイクル装置10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。これによれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置10においても、バッテリ80の温度を適切に調整しつつ、送風空気の温度を幅広い範囲で連続的に調整することができる。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図12に示すように、低温側熱媒体回路50を廃止して、電池用蒸発器55、電池用送風機56、バッテリケース57を追加した例を説明する。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図12に示すように、低温側熱媒体回路50を廃止して、電池用蒸発器55、電池用送風機56、バッテリケース57を追加した例を説明する。
より具体的には、電池用蒸発器55は、冷却用膨張弁14cにて減圧された冷媒と電池用送風機56から送風された冷却用送風空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させ、冷媒に吸熱作用を発揮させることによって冷却用送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。電池用蒸発器55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。
電池用送風機56は、電池用蒸発器55にて冷却された冷却用送風空気をバッテリ80へ向けて送風するものである。電池用送風機56は、制御装置60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。
バッテリケース57は、内部に電池用蒸発器55、電池用送風機56およびバッテリ80を収容するとともに、電池用送風機56から送風された冷却用送風空気をバッテリ80へ導く空気通路を形成するものである。この空気通路は、バッテリ80に吹き付けられた冷却用送風空気を電池用送風機56の吸い込み側へ導く循環通路となっていてもよい。
従って、本実施形態では、電池用送風機56が、電池用蒸発器55にて冷却された冷却用送風空気を、バッテリ80に吹き付けることによって、バッテリ80が冷却される。つまり、本実施形態では、電池用蒸発器55、電池用送風機56、バッテリケース57によって冷却部が構成されている。
又、本実施形態の制御装置60の入力側には、電池用蒸発器温度センサ64hが接続されている。電池用蒸発器温度センサ64hは、電池用蒸発器55における冷媒蒸発温度(電池用蒸発器温度)T7を検出する電池用蒸発器温度検出部である。本実施形態の電池用蒸発器温度センサ64hでは、具体的に、電池用蒸発器55の熱交換フィン温度を検出している。
又、本実施形態の制御装置60では、運転モードによらず、予め定めた各運転モード毎の基準送風能力を発揮するように、電池用送風機56の作動を制御する。
更に、本実施形態では、冷却用膨張弁14cを絞り状態とする運転モード時であって、電池用蒸発器温度センサ64hによって検出された温度T8が基準電池用蒸発器温度以下となっている際に、冷却用膨張弁14cを閉じる。これにより、バッテリ80が不必要に冷却されてバッテリ80の出力が低下してしまうことを抑制している。
その他の冷凍サイクル装置10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。これによれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図13に示すように、高温側熱媒体回路40を廃止して、室内凝縮器12aを採用した例を説明する。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図13に示すように、高温側熱媒体回路40を廃止して、室内凝縮器12aを採用した例を説明する。
より具体的には、室内凝縮器12aは、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒と送風空気とを熱交換させて、冷媒を凝縮させるとともに送風空気を加熱する加熱部である。室内凝縮器12aは、第1実施形態で説明したヒータコア42と同様に室内空調ユニット30の空調ケース31内に配置されている。
その他の冷凍サイクル装置10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。これによれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第5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、低温側熱媒体回路50における構成機器及び各構成機器の接続態様を変更した例について説明する。
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、低温側熱媒体回路50における構成機器及び各構成機器の接続態様を変更した例について説明する。
第5実施形態に係る低温側熱媒体回路50には、チラー19の熱媒体通路、低温側熱媒体ポンプ51、冷却用熱交換部52、三方弁53、機器用三方弁53a、低温側ラジエータ54、車載機器58、機器用熱媒体ポンプ59等が配置されている。
低温側熱媒体ポンプ51は、低温側熱媒体を冷却用熱交換部52の入口側へ圧送する水ポンプである。機器用熱媒体ポンプ59は、低温側熱媒体を車載機器58における熱媒体通路の入口側へ圧送する水ポンプである。機器用熱媒体ポンプ59の基本的構成は、上述した第1実施形態の低温側熱媒体ポンプ51と同様である。
車載機器58は、作動に伴って廃熱を発生する発熱機器であり、例えば、インバータ、モータジェネレータ、ADAS制御装置等により構成される。インバータ、モータジェネレータは、車両の走行負荷(例えば走行速度)が高くなると発熱量が多くなるという特性を有している。車載機器58は冷却対象機器の一例に相当する。車載機器58における熱媒体流路の出口側には、機器用三方弁53aの流入口側が接続されている。
冷却用熱交換部52は、複数の電池セル81に接触するように配置された金属製の複数の熱媒体流路を有している。即ち、冷却用熱交換部52は、熱媒体流路を流通する低温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を冷却する熱交換部である。冷却用熱交換部52の出口には、三方弁53の流入口側が接続されている。
尚、冷却用熱交換部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。
チラー19の熱媒体通路の出口には、三方弁53の一方の流出口側及び機器用三方弁53aの一方の流出口側が接続されている。三方弁53及び機器用三方弁53a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。三方弁53及び機器用三方弁53aは、制御装置60から出力される制御信号によって制御される。
三方弁53の一方の流出口には、低温側熱媒体ポンプ51の吸入口側が接続され、三方弁53の他方の流出口には、チラー19の熱媒体通路の入口側が接続されている。低温側熱媒体ポンプ51の吐出口には、冷却用熱交換部52の入口側が接続されている。
機器用三方弁53aの一方の流出口には、低温側ラジエータ54の熱媒体入口側が接続され、機器用三方弁53aの他方の流出口には、チラー19の熱媒体通路の入口側が接続されている。
低温側ラジエータ54は、低温側熱媒体回路50を循環する低温側熱媒体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て、低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。
低温側ラジエータ54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、低温側ラジエータ54に走行風を当てることができる。低温側ラジエータ54は、空気の流れにおいて、室外熱交換器16と直列に配置されている。尚、低温側ラジエータ54は、空気の流れにおいて、室外熱交換器16と並列に配置されていてもよい。低温側ラジエータ54は、室外熱交換器16等と一体的に形成されていてもよい。
低温側ラジエータ54の熱媒体出口には、機器用熱媒体ポンプ59の吸入口側およびチラー19の熱媒体通路の入口側が接続されている。機器用熱媒体ポンプ59の吐出口には、車載機器58の熱媒体通路の入口側が接続されている。
低温側熱媒体回路50では、低温側熱媒体ポンプ51、機器用熱媒体ポンプ59、三方弁53および第2三方弁53bが、チラー19、冷却用熱交換部52、低温側ラジエータ54、車載機器58へ流入する低温側熱媒体の流量を調整する。これにより、低温側熱媒体回路50では、冷却用熱交換部52における低温側熱媒体がバッテリ80から奪う吸熱量、および低温側熱媒体が車載機器58から奪う吸熱量が調整される。チラー19及び低温側熱媒体回路50の各構成機器は、冷却用膨張弁14cから流出した冷媒を蒸発させて、バッテリ80および車載機器58を冷却する冷却部である。
そして、第5実施形態に係る制御装置60には、上述したセンサ群に加えて、第3低温側熱媒体温度センサ67cと、機器温度センサ68aが接続されている。第3低温側熱媒体温度センサ67cは、車載機器58における熱媒体流路の入口側に配置されており、車載機器58の熱媒体流路へ流入する低温側熱媒体の温度である第3低温側熱媒体温度TWL3を検出する第3低温側熱媒体温度検出部である。
機器温度センサ68aは、車載機器58の温度を検出する機器温度検出部である。本実施形態の機器温度センサ68aは、バッテリ温度センサ68と同様に、複数の温度センサを有し、車載機器58における複数の箇所の温度を検出している。このため、制御装置60では、車載機器58を構成する各機器(例えば、インバータ、モータジェネレータ等)の温度を検出すると共に、各機器の温度差を検出することもできる。さらに、車載機器58の温度として、複数の温度センサの検出値の平均値を採用することもできる。
ここで、低温側熱媒体回路50に配置される車載機器58の状態と、第3低温側熱媒体温度TWL3との関係について、図15を参照して説明する。第3低温側熱媒体温度TWL3は、車載機器58の熱媒体流路における入口側から流入する低温側熱媒体の温度を示し、第3低温側熱媒体温度センサ67cで検出される。つまり、第3低温側熱媒体温度TWL3は、機器温度センサ68aで検出される車載機器58の温度と強い相関を有している。
上述したように、車載機器58は、例えば、インバータ、モータジェネレータ、ADAS制御装置等により構成されている為、これらの各構成機器を正常に作動させることができる適切な温度範囲(例えば、5℃以上、かつ、60℃以下)が定められている。これにより、図15に示すように、車載機器58の状態と、第3低温側熱媒体温度TWL3との関係を表すことができる。
第3低温側熱媒体温度TWL3が車載機器58に係る適切な温度範囲(以下、正常温度範囲という)の上限を越えている場合、車載機器58が熱によって暴走する虞があり、車載機器58が正常に動作しないことが考えられる。換言すると、第3低温側熱媒体温度TWL3が正常温度範囲の上限を越えている場合、車載機器58を通過した低温側熱媒体から放熱させて、車載機器58の熱を強制的に放熱させることが必要な状態である。
一方、第3低温側熱媒体温度TWL3が車載機器58の正常温度範囲の下限よりも低い場合、車載機器58の各構成機器が円滑に動作せず、十分な機能を発揮しないと考えられる。換言すると、第3低温側熱媒体温度TWL3が正常温度範囲の下限を下回っている場合、車載機器58を正常に動作させる為に、車載機器58の暖機が必要な状態である。
図14に示すように、第5実施形態に係る車両用空調装置1では、低温側熱媒体回路50に、バッテリ80の温度を調整する為の冷却用熱交換部52と、車載機器58の熱媒体流路が配置されている。この為、第5実施形態では、低温側熱媒体回路50における低温側熱媒体の回路構成によって、バッテリ80の温度調整と、車載機器58の温度調整を両立させる必要がある。
この為、第5実施形態に係る低温側熱媒体回路50では、低温側熱媒体の循環態様として、第1循環態様と、第2循環態様を有している。第1循環態様では、制御装置60は、低温側熱媒体ポンプ51及び機器用熱媒体ポンプ59を、それぞれに定められた圧送能力で動作させる。又、制御装置60は、三方弁53及び機器用三方弁53aの動作を制御することで、低温側熱媒体回路50にて2つの独立した熱媒体循環径路に切り替える。
これにより、第1循環態様では、低温側熱媒体は、低温側熱媒体ポンプ51、冷却用熱交換部52、三方弁53、チラー19の熱媒体流路、低温側熱媒体ポンプ51の順に流れて循環する。同時に、低温側熱媒体は、機器用熱媒体ポンプ59、車載機器58の熱媒体流路、機器用三方弁53a、低温側ラジエータ54、機器用熱媒体ポンプ59の順に流れて循環する。
従って、第1循環態様によれば、チラー19の熱媒体流路及び冷却用熱交換部52を流通する低温側熱媒体の循環径路が構成される為、チラー19で冷却される低温側熱媒体を介して、バッテリ80から吸熱することができる。又、第1循環態様では、車載機器58の熱媒体流路及び低温側ラジエータ54を流通する低温側熱媒体の循環径路が独立して構成される為、車載機器58の温度調整と、バッテリ80の温度調整を独立して行うことができる。例えば、低温側ラジエータ54における放熱量を調整することで、バッテリ80の冷却と並行して、車載機器58の排熱を低温側熱媒体に蓄熱しておくこともできる。
一方、第2循環態様では、制御装置60は、低温側熱媒体ポンプ51及び機器用熱媒体ポンプ59を、それぞれに定められた圧送能力で動作させる。又、制御装置60は、三方弁53及び機器用三方弁53aの動作を制御することで、チラー19の熱媒体流路に対する低温側熱媒体の流れに対して、冷却用熱交換部52側と、車載機器58側を並列に接続した熱媒体循環径路に切り替える。
これにより、第2循環態様では、低温側熱媒体は、低温側熱媒体ポンプ51、冷却用熱交換部52、三方弁53、チラー19の熱媒体流路、低温側熱媒体ポンプ51の順に流れて循環する。同時に、低温側熱媒体は、機器用熱媒体ポンプ59、車載機器58の熱媒体流路、機器用三方弁53a、チラー19の熱媒体流路、機器用熱媒体ポンプ59の順に流れて循環する。
従って、第2循環態様によれば、チラー19の熱媒体流路を流通する低温側熱媒体を、冷却用熱交換部52及び車載機器58に対して並列に流して循環させることができる為、冷凍サイクル装置10を用いてバッテリ80及び車載機器58から吸熱できる。
そして、第5実施形態に係る冷凍サイクル装置10は、上述した実施形態と同様に、(1)冷房モード~(11)冷却モードの11種類の運転モードでの運転を行うことができる。第5実施形態では、バッテリ80の冷却を行う運転モードの際に、低温側熱媒体回路50を、第1循環態様又は第2循環態様に切り替えることができる。これにより、車両用空調装置1は、バッテリ80からの吸熱と、バッテリ80及び車載機器58からの吸熱とで吸熱態様を切り替えることができる。
尚、バッテリ80の冷却を行う運転モードとは、(5)冷房冷却モード、(6)直列除湿暖房冷却モード、(7)並列除湿暖房冷却モード、(8)暖房冷却モード、(9)暖房直列冷却モード、(10)暖房並列冷却モード、(11)冷却モードを含む。
バッテリ80の冷却を行う運転モードにおいて、バッテリ温度TBが上限温度TBUと下限温度TBLの間で、且つ、第3低温側熱媒体温度TWL3が正常温度範囲内にある場合、低温側熱媒体回路50は、第1循環態様又は第2循環態様に切り替えられる。このように構成することで、第5実施形態に係る車両用空調装置1は、冷凍サイクル10aを用いたバッテリ80の冷却を、車載機器58の冷却よりも優先して実行できる。つまり、第5実施形態に係る冷凍サイクル装置10は、車載機器58よりもバッテリ80の保護を優先した温度管理を行うことができる。
又、第5実施形態に係る低温側熱媒体回路50には、低温側ラジエータ54が配置されている為、低温側熱媒体の有する熱を外気に放熱させることも可能である。例えば、第2低温側熱媒体温度TWL2が外気温Tam以上である場合、制御装置60は、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体を低温側ラジエータ54へ流入させるように三方弁53及び機器用三方弁53aを制御する。第2低温側熱媒体温度TWL2が外気温Tam以上となっていない場合、制御装置60は、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体を低温側熱媒体ポンプ51の吸入口へ吸入させるように三方弁53の作動を制御する。
第2低温側熱媒体温度TWL2が外気温Tam以上となっている場合には、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体は、低温側ラジエータ54へ流入して外気に放熱する。これにより、低温側熱媒体は外気温Tamと同等となるまで冷却される。
その他の冷凍サイクル装置10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。これによれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第6実施形態)
本実施形態では、図16に示すように、第1実施形態における冷凍サイクル10a、高温側熱媒体回路40、低温側熱媒体回路50の構成を変更した例について説明する。第5実施形態に係る冷凍サイクル装置10は、圧縮機11、水冷媒熱交換器12、第1膨張弁14d、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁20、第2膨張弁14eおよびチラー19を備える蒸気圧縮式冷凍機である。第2膨張弁14eおよびチラー19は、冷媒流れにおいて、第1膨張弁14d、室内蒸発器18および蒸発圧力調整弁20に対して並列に配置されている。
本実施形態では、図16に示すように、第1実施形態における冷凍サイクル10a、高温側熱媒体回路40、低温側熱媒体回路50の構成を変更した例について説明する。第5実施形態に係る冷凍サイクル装置10は、圧縮機11、水冷媒熱交換器12、第1膨張弁14d、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁20、第2膨張弁14eおよびチラー19を備える蒸気圧縮式冷凍機である。第2膨張弁14eおよびチラー19は、冷媒流れにおいて、第1膨張弁14d、室内蒸発器18および蒸発圧力調整弁20に対して並列に配置されている。
冷凍サイクル装置10には、第1冷媒循環回路と第2冷媒循環回路が形成される。第1冷媒循環回路では、冷媒が圧縮機11、水冷媒熱交換器12、第1膨張弁14d、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁20、圧縮機11の順に循環する。第2冷媒循環回路では、冷媒が圧縮機11、水冷媒熱交換器12、第2膨張弁14e、チラー19の順に循環する。
圧縮機11は電動圧縮機であり、冷凍サイクル装置10の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。圧縮機11の電動モータは、制御装置60によって制御される。圧縮機11は、ベルトによって駆動される可変容量圧縮機であってもよい。
水冷媒熱交換器12は、圧縮機11から吐出された高圧側冷媒と高温側熱媒体回路40の熱媒体とを熱交換させる高圧側熱交換器である。水冷媒熱交換器12は、凝縮部12b、レシーバ12cおよび過冷却部12dを有している。
凝縮部12bは、圧縮機11から吐出された高圧冷媒と高温側熱媒体回路40の熱媒体とを熱交換させることによって高圧冷媒を凝縮させる。レシーバ12cは、水冷媒熱交換器12から流出した高圧冷媒の気液を分離して、分離された液相冷媒を下流側へ流出させるとともに、サイクルの余剰冷媒を貯える気液分離部である。過冷却部12dは、レシーバ12cから流出した液相冷媒と高温側熱媒体回路40の熱媒体とを熱交換させて液相冷媒を過冷却する。
第1膨張弁14dは、レシーバ12cから流出した液相冷媒を減圧膨張させる第1減圧部である。第1膨張弁14dは、機械式の温度式膨張弁である。機械式膨張弁は、感温部を有し、ダイヤフラム等の機械的機構によって弁体を駆動する温度式膨張弁である。
室内蒸発器18は、第1膨張弁14dから流出した冷媒と車室内へ送風される空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器である。室内蒸発器18では、冷媒が車室内へ送風される空気から吸熱する。
蒸発圧力調整弁20は、室内蒸発器18の出口側における冷媒の圧力を所定値に維持する圧力調整部である。蒸発圧力調整弁20は、機械式の可変絞り機構で構成されている。具体的には、蒸発圧力調整弁20は、室内蒸発器18の出口側における冷媒の圧力が所定値を下回ると冷媒通路の通路面積(すなわち絞り開度)を減少させる。室内蒸発器18の出口側における冷媒の圧力が所定値を超えると、蒸発圧力調整弁20は、冷媒通路の通路面積(すなわち絞り開度)を増加させる。蒸発圧力調整弁20で圧力調整された気相冷媒は圧縮機11に吸入されて圧縮される。
第2膨張弁14eは、水冷媒熱交換器12から流出した液相冷媒を減圧膨張させる第2減圧部であり、電気式膨張弁で構成されている。第2膨張弁14eは冷媒流路を全閉可能になっている。第2膨張弁14eは、室内蒸発器18およびチラー19のうち室内蒸発器18に冷媒が流れる状態と、室内蒸発器18およびチラー19の両方に冷媒が流れる状態とを切り替える冷媒流れ切替部である。第2膨張弁14e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。
尚、第2膨張弁14eは機械式の温度膨張弁であってもよい。第2膨張弁14eが機械式の温度膨張弁である場合、第2膨張弁14e側の冷媒流路を開閉する開閉弁が、第2膨張弁14eとは別個に設けられている必要がある。
チラー19は、第2膨張弁14eから流出した冷媒と低温側熱媒体回路50の低温側熱媒体とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器である。チラー19では、冷媒が低温側熱媒体回路50の低温側熱媒体から吸熱する。チラー19で蒸発した気相冷媒は圧縮機11に吸入されて圧縮される。
第6実施形態に係る高温側熱媒体回路40には、水冷媒熱交換器12、高温側熱媒体ポンプ41、ヒータコア42、第1室外熱交換器16a、高温側リザーブタンク44、暖房側開閉弁45および放熱側開閉弁46が配置されている。
高温側熱媒体ポンプ41は、熱媒体を吸入して吐出する電動式の熱媒体ポンプである。ヒータコア42は、高温側熱媒体回路40の高温側熱媒体と車室内へ送風される空気とを熱交換させて車室内へ送風される空気を加熱する空気加熱器である。ヒータコア42では、高温側熱媒体が車室内へ送風される空気に放熱する。
第1室外熱交換器16aは、高温側熱媒体回路40の熱媒体と外気とを熱交換させる室外熱交換器であり、室外熱交換器の一例に相当する。高温側熱媒体の温度が外気温よりも高い場合、第1室外熱交換器16aは、高温側熱媒体から外気に放熱させる放熱器として機能する。
高温側リザーブタンク44は、余剰の高温側熱媒体を貯留する熱媒体貯留部である。高温側リザーブタンク44に余剰の高温側熱媒体を貯留しておくことによって、各流路を循環する熱媒体の液量の低下を抑制することができる。
高温側リザーブタンク44は、密閉式リザーブタンクまたは大気開放式リザーブタンクである。密閉式リザーブタンクは、蓄えている熱媒体の液面における圧力を所定圧力にするリザーブタンクである。大気開放式リザーブタンクは、蓄えている熱媒体の液面における圧力を大気圧にするリザーブタンクである。
第5実施形態に係る高温側熱媒体回路40において、水冷媒熱交換器12、高温側熱媒体ポンプ41および高温側リザーブタンク44は、凝縮器流路40aに配置されている。凝縮器流路40aの両端部には、暖房用流路40bと、放熱用流路40cが接続されている。凝縮器流路40aは、暖房用流路40bを流れる高温側熱媒体と、放熱用流路40cを流れる高温側熱媒体が共通して流れる流路である。
図16に示すように、暖房用流路40bには、ヒータコア42および暖房側開閉弁45が配置されている。暖房用流路40bは、車室内に送風される送風空気を加熱する為に、高温側熱媒体が流れる流路である。
暖房側開閉弁45は、暖房用流路40bを開閉する電磁弁であり、暖房用流路40bと放熱用流路40cとの分岐部である高温側分岐部40dと、ヒータコア42との間に配置されている。暖房側開閉弁45は、ヒータコア42に流入する高温側熱媒体回路40の熱媒体の流量を調整する。暖房側開閉弁45の作動は、制御装置60によって制御される。
そして、放熱用流路40cには、第1室外熱交換器16aおよび放熱側開閉弁46が配置されている。放熱用流路40cは、高温側熱媒体回路40において、ヒータコア42に対して高温側熱媒体が並列に流れる流路であり、高温側熱媒体の有する熱を外気に放熱させる為の流路である。放熱側開閉弁46は、放熱用流路40cを開閉する電磁弁である。放熱側開閉弁46の作動は、制御装置60によって制御される。
放熱側開閉弁46は、凝縮器流路40aの端部に形成された高温側分岐部40dと、第1室外熱交換器16aとの間に配置されている。放熱側開閉弁46は、高温側熱媒体回路40において、高温側分岐部40dと第1室外熱交換器16aとの間に配置されており、第1室外熱交換器16aに流入する高温側熱媒体の流量を調整する。暖房側開閉弁45および放熱側開閉弁46は、ヒータコア42を流れる高温側熱媒体と第1室外熱交換器16aを流れる高温側熱媒体との流量比を調整する。
図16に示すように、第6実施形態に係る低温側熱媒体回路50には、低温側熱媒体ポンプ51、チラー19、第2室外熱交換器16b、バッテリ80、充電器82および低温側リザーブタンク55aが配置されている。
低温側熱媒体ポンプ51は、低温側熱媒体を吸入して吐出する電動式の熱媒体ポンプである。そして、第2室外熱交換器16bは、低温側熱媒体回路50の低温側熱媒体と外気とを熱交換させる室外熱交換器であり、室外熱交換器の一例に相当する。低温側熱媒体の温度が外気温よりも低い場合、第2室外熱交換器16bは、外気から低温側熱媒体に吸熱させる吸熱器として機能する。
第1室外熱交換器16aおよび第2室外熱交換器16bは、外気の流れ方向において、この順番に直列に配置されている。第1室外熱交換器16aおよび第2室外熱交換器16bには、図示しない外気ファンによって外気が送風される。外気ファンは、第1室外熱交換器16aおよび第2室外熱交換器16bへ向けて外気を送風する外気送風部であり、ファンを電動モータにて駆動する電動送風機によって構成されている。外気ファンの作動は、制御装置60によって制御される。
第1室外熱交換器16a、第2室外熱交換器16b及び外気ファンは、車両の最前部に配置されている。従って、車両の走行時には第1室外熱交換器16aおよび第2室外熱交換器16bに走行風を当てることができるようになっている。
第2室外熱交換器16bの流出口側には、低温側リザーブタンク55aが配置されている。低温側リザーブタンク55aは、余剰の低温側熱媒体を貯留する熱媒体貯留部である。低温側リザーブタンク55aに余剰熱媒体を貯留しておくことによって、各流路を循環する低温側熱媒体の液量の低下を抑制することができる。低温側リザーブタンク55aとして、高温側リザーブタンク44と同様に、密閉式リザーブタンクや大気開放式リザーブタンクを採用することができる。
低温側熱媒体回路50において、チラー19における熱媒体流路の出口側と、第2室外熱交換器16bの流入口側との間には、三方弁53が配置されている。第6実施形態に係る三方弁53の流入口には、チラー19における熱媒体流路の出口側が接続されている。三方弁53における一方の流出口には、第2室外熱交換器16bの流入口側が接続されている。そして、三方弁53における他方の流出口には、冷却用熱交換部52の流入口側が接続されている。
従って、三方弁53は、冷却用熱交換部52側へ流れる低温側熱媒体の流量と、第2室外熱交換器16b側へ流れる低温側熱媒体の流量との流量比を調整する流量調整部として機能する。又、三方弁53は、1つの流入口から流入した低温側熱媒体の流出先を、2つの流出口の何れか1つから選択することができる。即ち、三方弁53は、第2室外熱交換器16bに熱媒体が流れる状態と流れない状態とを切り替える切替部として機能する。三方弁53の作動は、制御装置60によって制御される。
そして、第6実施形態に係る冷却用熱交換部52は、上述した実施形態と同様に構成されており、熱媒体流路を流通する低温側熱媒体と、バッテリ80とを熱交換させて、バッテリ80を冷却する。冷却用熱交換部52における熱媒体流路の出口側には、充電器82が接続されている。充電器82は、バッテリ80に電力を充電するための機器である。バッテリ80および充電器82は、作動に伴って発生する廃熱を低温側熱媒体回路50の熱媒体に放熱する。換言すれば、バッテリ80および充電器82は、低温側熱媒体回路50の熱媒体に熱を供給する。
次に、上記構成における作動を説明する。制御装置60は、操作パネル70のエアコンスイッチが乗員によってオンされている場合、室内蒸発器18の吸込空気温度TEinおよび目標吹出温度TAO等と制御マップとに基づいて運転モードを切り替える。
第6実施形態に係る冷凍サイクル装置10の運転モードは、第1実施形態と同様に、車室内の空調に関する空調モードと、バッテリ80の温度調整の有無に関する冷却モードの組み合わせにより構成される。具体的に、本実施形態に係る冷凍サイクル装置10では、冷媒回路を切り替えて、以下の7種類の運転モードでの運転を行うことができる。
(A)冷房モード:冷房モードは、バッテリ80等の冷却を行うことなく、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。
(B)除湿暖房モード:除湿暖房モードは、バッテリ80等の冷却を行うことなく、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。
(C)暖房モード:暖房モードは、バッテリ80等の冷却を行うことなく、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。
(D)冷房冷却モード:冷房冷却モードは、バッテリ80等の冷却を行うとともに、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。
(E)除湿暖房冷却モード:除湿暖房冷却モードは、バッテリ80等の冷却を行うとともに、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。
(F)暖房冷却モード:暖房冷却モードは、バッテリ80等の冷却を行うとともに、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。
(G)冷却モード: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。
第6実施形態では、これらの7種類の運転モードを決定する際に、バッテリ80の冷却に関する判定基準としての基準冷却温度KTBとして、第1基準冷却温度KTB1と、第2基準冷却温度KTB2の何れかが設定される。具体的には、空調運転モード等に基づいて、第1室外熱交換器16aが放熱器として機能する場合と、第2室外熱交換器16bが吸熱器として機能する場合を特定して、第1基準冷却温度KTB1と、第2基準冷却温度KTB2の何れか一方に設定する。
具体例を挙げて説明すると、空調運転モードが冷房モードの場合、冷凍サイクル装置10において、冷媒は、圧縮機11、水冷媒熱交換器12、第1膨張弁14d、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁20、圧縮機11の順に流れて循環する。
そして、高温側熱媒体回路40では、高温側熱媒体は、高温側熱媒体ポンプ41、水冷媒熱交換器12、放熱側開閉弁46、第1室外熱交換器16a、高温側リザーブタンク44、高温側熱媒体ポンプ41の順に流れて循環する。
この為、冷房モードでは、送風空気から吸熱した熱を冷凍サイクル10aで汲み上げ、高温側熱媒体を介して、第1室外熱交換器16aにて外気へ放熱する動作が行われる。このように、第1室外熱交換器16aにて外気への放熱が行われる場合、制御装置60は、基準冷却温度KTBとして、第1基準冷却温度KTB1を設定する。冷房モードのように、車室内へ供給される空気の吹出温度が低い場合、基準冷却温度KTBとして、第1基準冷却温度KTB1が設定される。
次に、空調運転モードが暖房モードである場合、冷凍サイクル装置10において、冷媒は、圧縮機11、水冷媒熱交換器12、第2膨張弁14e、チラー19、圧縮機11の順に流れて循環する。
又、高温側熱媒体回路40では、高温側熱媒体は、高温側熱媒体ポンプ41、水冷媒熱交換器12、暖房側開閉弁45、ヒータコア42、高温側リザーブタンク44、高温側熱媒体ポンプ41の順に流れて循環する。そして、低温側熱媒体回路50では、低温側熱媒体は、低温側熱媒体ポンプ51、チラー19、三方弁53、第2室外熱交換器16b、低温側リザーブタンク55a、低温側熱媒体ポンプ51の順に流れて循環する。
これにより、暖房モードである場合、第2室外熱交換器16bにて外気から吸熱した熱を冷凍サイクル10aで汲み上げて、ヒータコア42にて送風空気を加熱する為の暖房熱源として利用する動作が行われる。第2室外熱交換器16bにて外気からの吸熱が行われる為、制御装置60は、基準冷却温度KTBとして、第2基準冷却温度KTB2を設定する。暖房モードのように、車室内へ供給される空気の吹出温度が高い場合、基準冷却温度KTBとして、第2基準冷却温度KTB2が設定される。
その他の冷凍サイクル装置10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。これによれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置10においても、バッテリ80の温度を適切に調整しつつ、送風空気の温度を幅広い範囲で連続的に調整することができる。
(他の実施形態)
本開示は上述した実施形態に限定されることなく、本開示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。
本開示は上述した実施形態に限定されることなく、本開示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。
(a)上述の実施形態では、複数の運転モードに切り替え可能な冷凍サイクル装置10について説明したが、冷凍サイクル装置10の構成は、上述した実施形態に限定されるものではない。つまり、冷凍サイクル装置10として、圧縮機11、加熱部、室外熱交換器16、冷却部を有し、室外熱交換器16が放熱器として機能する回路構成と、室外熱交換器16が吸熱器として機能する回路構成を切り替えることができれば、種々の態様に変更できる。
冷凍サイクル装置10における運転モードの切り替えについても、上述した実施形態に限定されない。空調モードを決定する際の各基準温度についても、適宜変更することができる。例えば、上述の実施形態では、高温側冷却基準温度β2が除湿用基準温度β1よりも高い値に決定される例を説明したが、高温側冷却基準温度β2と除湿用基準温度β1が同等となっていてもよい。更に、低温側冷却基準温度α2が冷房用基準温度α1よりも高い値に決定される例を説明したが、低温側冷却基準温度α2と冷房用基準温度α1が同等となっていてもよい。
又、各運転モードの詳細制御は、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、ステップS270で説明した送風モードを、圧縮機11に加えて送風機32も停止させる停止モードとしてもよい。
(b)冷凍サイクル装置の構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。上述した効果を発揮できるように、複数のサイクル構成機器の一体化等を行ってもよい。例えば、第2三方継手13bと第5三方継手13eとを一体化させた四方継手構造のものを採用してもよい。また、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁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。
また、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。または、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。さらに、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。
(c)加熱部の構成は、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、第1実施形態で説明した高温側熱媒体回路40に対して、第5実施形態に係る低温側熱媒体回路50の三方弁53および低温側ラジエータ54と同様の三方弁および高温側ラジエータを追加し、余剰の熱を外気に放熱させるようにしてもよい。更に、ハイブリッド車両のように内燃機関(エンジン)を備える車両では、高温側熱媒体回路40にエンジン冷却水を循環させるようにしてもよい。又、水冷媒熱交換器12及び高温側熱媒体回路40を含む加熱部に替えて、第4実施形態で説明した室内凝縮器12aを加熱部として採用してもよい。
(d)上述の各実施形態では、本開示における冷凍サイクル装置10を車両用空調装置1に適用したが、冷凍サイクル装置10の適用はこれに限定されない。例えば、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冷却機能付きの空調装置等に適用してもよい。
10 冷凍サイクル装置
10a 冷凍サイクル
16 室外熱交換器
15a 除湿用開閉弁
15b 暖房用開閉弁
40 高温側熱媒体回路
50 低温側熱媒体回路
60 制御装置
80 バッテリ
10a 冷凍サイクル
16 室外熱交換器
15a 除湿用開閉弁
15b 暖房用開閉弁
40 高温側熱媒体回路
50 低温側熱媒体回路
60 制御装置
80 バッテリ
Claims (7)
- 空調装置に適用される冷凍サイクル装置であって、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される送風空気を加熱する加熱部(40、12a)と、前記冷媒を蒸発させてバッテリ(80)を冷却する冷却部(50、52a、55~57)と、を備える冷凍サイクル(10a)と、
前記冷媒又は前記冷媒と熱の授受が行われる熱媒体の何れかと、外気とを熱交換させる室外熱交換器(16、16a、16b)と、
前記バッテリの温度に相関を有する物理量(TB)が予め定められた基準物理量(KTB、KTB1、KTB2)以上であるか否かによって、前記バッテリの冷却を実行するか否かを判定する冷却要否判定部(60f)と、
前記室外熱交換器が吸熱器として機能する場合と、前記室外熱交換器が放熱器として機能する場合に応じて、前記冷却要否判定部における前記基準物理量を設定する判定基準設定部(60g)と、
前記冷却要否判定部によって、前記バッテリの冷却を実行する判定された場合には、前記冷却部による前記バッテリの冷却を実行する冷却制御部(60h)と、を有し、
前記判定基準設定部は、前記室外熱交換器が吸熱器として機能する場合、前記室外熱交換器が放熱器として機能する場合に設定される第1基準物理量(KTB1)よりも小さな第2基準物理量(KTB2)を設定する冷凍サイクル装置。 - 前記冷凍サイクルの冷媒回路を、前記室外熱交換器が放熱器として機能する冷媒回路と、前記室外熱交換器が吸熱器として機能する冷媒回路と、に少なくとも切り替えることができる回路切替部(15a、15b)を有し、
前記判定基準設定部は、前記回路切替部によって、前記室外熱交換器(16)が放熱器として機能する冷媒回路に切り替えられる場合には、前記第1基準物理量を設定し、前記回路切替部によって、前記室外熱交換器が吸熱器として機能する冷媒回路に切り替えられる場合には、前記第2基準物理量を設定する請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記加熱部は、前記室外熱交換器として、前記圧縮機から吐出された前記冷媒との熱交換によって加熱された熱媒体と、外気とを熱交換させる第1室外熱交換器(16a)を有し、
前記冷却部は、前記室外熱交換器として、前記冷媒の蒸発によって冷却された熱媒体と、外気とを熱交換させる第2室外熱交換器(16b)を有しており、
前記判定基準設定部は、前記第1室外熱交換器が放熱器として機能する場合、前記第1基準物理量を設定し、前記第2室外熱交換器が吸熱器として機能する場合、前記第2基準物理量を設定する請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2基準物理量(KTB2)は、前記バッテリの温度に対する前記バッテリの入出力特性に基づく条件と、前記バッテリの温度に対する前記バッテリの劣化傾向に基づく条件の何れも満たすように定められている請求項1ないし3の何れか1つに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第2基準物理量(KTB2)は、前記バッテリの入出力条件により定められた前記バッテリの温度範囲において、前記温度範囲の下限温度(TBL)よりも高い温度に相関を有し、且つ、前記第1基準物理量(KTB1)よりも低く定められている請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第1基準物理量(KTB1)は、前記バッテリの温度に対する前記バッテリの入出力特性に基づく条件に従って定められている請求項1ないし5の何れか1つに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第1基準物理量(KTB1)は、前記バッテリの入出力条件により定められた前記バッテリの温度範囲の上限温度(TBU)よりも低い温度に相関を有し、且つ、前記第2基準物理量(KTB2)よりも高く定められている請求項6に記載の冷凍サイクル装置。
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