JP7468237B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、
圧縮機から吐出された吐出冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される空気を加熱する加熱部(12、40、42)と、
加熱部から流出した冷媒を減圧させる暖房用膨張弁(14a)と、
暖房用膨張弁から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
室外熱交換器から流出した冷媒を減圧させる冷房用膨張弁(14b)と、
冷房用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、加熱部にて加熱される前の空気を冷却する室内蒸発器(18)と、
室外熱交換器から流出した冷媒を減圧させる吸熱用膨張弁(14c)と、
吸熱用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、吸熱対象物(80)から吸熱する吸熱部(19、50)と、
室外熱交換器で外気から吸熱せず吸熱部で吸熱対象物から吸熱する廃熱暖房モードの冷媒回路と、室外熱交換器で外気から吸熱するとともに吸熱部で吸熱対象物から吸熱する外気廃熱暖房モードの冷媒回路とに切り替える冷媒回路切替部(15a、15b)と、
外気廃熱暖房モードにおいて、外気温度Tamから、圧縮機に吸入される冷媒の温度(Ts)を減じた温度差である外気冷媒温度差が下限温度差(α2)以下であり、且つ吸熱対象物の温度(TWL2)が吸熱可能温度(TW1)以上である場合、廃熱暖房モードに切り替えるように冷媒回路切替部を制御する制御部(60)とを備える。
図1~図5を用いて、第1実施形態を説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置10は、電気自動車に搭載された車両用空調装置1に適用されている。電気自動車は、電動モータから走行用の駆動力を得る車両である。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。
TAO=Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×As+C…(F1)
なお、Tsetは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度である。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。Asは日射センサ63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。
TW1=MAX[Tam+β2,TWmin+β3]…(F2)
第2所定温度差β2は0~10℃程度(例えば5℃)である。第3所定温度差β3は0~10℃程度(例えば5℃)である。第2所定温度差β2および第3所定温度差β3の値は、低温側熱媒体を暖房の熱源として利用可能な温度差として実験的に得られた値である。
冷房モードの制御フローでは、圧縮機11の回転数が、目標蒸発器温度TEOと蒸発器温度センサ64f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。
SW={TAO-(Tefin+C2)}/{TWH-(Tefin+C2)}…(F3)
なお、TWHは、高温側熱媒体温度センサ66a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。
外気暖房モードの制御フローでは、圧縮機11の回転数が、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。
外気廃熱暖房モードの制御フローでは、外気暖房モードと同様に、圧縮機11の回転数と暖房用膨張弁14aの絞り開度とエアミックスドア34の開度SWとが決定される。
廃熱暖房モードの制御フローでは、外気暖房モードと同様に、圧縮機11の回転数とエアミックスドア34の開度SWとが決定される。廃熱暖房モードの制御フローでは、暖房用膨張弁14aを全閉状態とする。
着霜時廃熱暖房モードの制御フローでは、廃熱暖房モードと同様に吸熱用膨張弁14cの絞り開度とエアミックスドア34の開度SWとが決定される。着霜時廃熱暖房モードの制御フローでは、廃熱暖房モードと同様に暖房用膨張弁14aを全閉状態とする。
上記第1実施形態の冷凍サイクル装置10は、アキュムレータ21を備えるアキュムレータサイクルであるが、本実施形態の冷凍サイクル装置10は、図6に示すように、アキュムレータ21の代わりにレシーバ25を備えるレシーバサイクルである。
冷房モードの制御フローでは、上記第1実施形態の冷房モードと同様に、圧縮機11の回転数とエアミックスドア34の開度SWとが決定される。冷房モードの制御フローでは、吸熱用膨張弁14cを全閉状態とする。
外気暖房モードの制御フローでは、上記第1実施形態の外気暖房モードと同様に、圧縮機11の回転数とエアミックスドア34の開度SWとが決定される。
外気廃熱暖房モードの制御フローでは、本実施形態の外気暖房モードと同様に、圧縮機11の回転数と暖房用膨張弁14aの絞り開度とエアミックスドア34の開度SWとが決定される。
廃熱暖房モードの制御フローでは、上記第1実施形態の廃熱暖房モードと同様に、圧縮機11の回転数とエアミックスドア34の開度SWとが決定される。
着霜時廃熱暖房モードの制御フローでは、本実施形態の廃熱暖房モードと同様に吸熱用膨張弁14cの絞り開度とエアミックスドア34の開度SWとが決定され、暖房用膨張弁14aを全閉状態とする。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
12 水冷媒熱交換器(加熱部)
14a 暖房用膨張弁
14b 冷房用膨張弁
14c 吸熱用膨張弁
15a 除湿用開閉弁(冷媒回路切替部)
15b 暖房用開閉弁(冷媒回路切替部)
16 室外熱交換器
18 室内蒸発器
60 制御装置(制御部)
80 廃熱機器(吸熱対象物)
Claims (10)
- 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吐出冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される空気を加熱する加熱部(12、40、42)と、
前記加熱部から流出した冷媒を減圧させる暖房用膨張弁(14a)と、
前記暖房用膨張弁から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
前記室外熱交換器から流出した冷媒を減圧させる冷房用膨張弁(14b)と、
前記冷房用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、前記加熱部にて加熱される前の前記空気を冷却する室内蒸発器(18)と、
前記室外熱交換器から流出した冷媒を減圧させる吸熱用膨張弁(14c)と、
前記吸熱用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、吸熱対象物(80)から吸熱する吸熱部(19、50)と、
前記室外熱交換器で外気から吸熱せず前記吸熱部で前記吸熱対象物から吸熱する廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記室外熱交換器で外気から吸熱するとともに前記吸熱部で前記吸熱対象物から吸熱する外気廃熱暖房モードの冷媒回路とに切り替える冷媒回路切替部(15a、15b)と、
前記外気廃熱暖房モードにおいて、外気温度(Tam)から、前記圧縮機に吸入される冷媒の温度(Ts)を減じた温度差である外気冷媒温度差が下限温度差(α2)以下であり、且つ前記吸熱対象物の温度(TWL2)が吸熱可能温度(TW1)以上である場合、前記廃熱暖房モードに切り替えるように前記冷媒回路切替部を制御する制御部(60)とを備える冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒回路切替部は、前記廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記外気廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記室外熱交換器で外気から吸熱して前記吸熱部で前記吸熱対象物から吸熱しない外気暖房モードの冷媒回路に切り替え、
前記制御部は、前記外気暖房モードにおいて、前記外気冷媒温度差が吸熱可能温度差(α1)以上であり、且つ前記吸熱対象物の温度が前記吸熱可能温度以上である場合、前記外気廃熱暖房モードに切り替えるように前記冷媒回路切替部を制御する請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、前記廃熱暖房モードにおいて、前記外気冷媒温度差が吸熱可能温度差(α1)以上である場合、前記外気廃熱暖房モードに切り替えるように前記冷媒回路切替部を制御する請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記冷媒回路切替部は、前記廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記外気廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記室外熱交換器で外気から吸熱して前記吸熱部で前記吸熱対象物から吸熱しない外気暖房モードの冷媒回路に切り替え、
前記制御部は、前記廃熱暖房モードにおいて、前記吸熱対象物の温度が吸熱下限温度(TWmin)以下である場合、前記外気暖房モードに切り替えるように前記冷媒回路切替部を制御する請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒回路切替部は、前記廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記外気廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記室外熱交換器で外気から吸熱して前記吸熱部で前記吸熱対象物から吸熱しない外気暖房モードの冷媒回路に切り替え、
前記制御部は、前記外気廃熱暖房モードにおいて、前記外気冷媒温度差が下限温度差以下であり且つ前記吸熱対象物の温度が吸熱可能温度未満である場合、または前記吸熱対象物の温度が吸熱下限温度(TWmin)以下である場合、前記外気暖房モードに切り替えるように前記冷媒回路切替部を制御する請求項1ないし4のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒回路切替部は、前記室外熱交換器に着霜が生じた場合、前記廃熱暖房モードの冷媒回路に切り替え、
前記制御部は、前記室外熱交換器に着霜が生じて前記廃熱暖房モードの冷媒回路に切り替えられた場合、前記吸熱対象物の温度が吸熱下限温度(TWmin)を下回ることを抑制するように前記圧縮機の冷媒吐出能力を制御する請求項1ないし5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機に吸入される冷媒の気液を分離して液相の冷媒を貯える気液分離部(21)を備え、
前記冷媒回路切替部は、前記廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記外気廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記室外熱交換器で外気から吸熱して前記吸熱部で前記吸熱対象物から吸熱しない外気暖房モードの冷媒回路に切り替え、
前記制御部は、
前記外気暖房モードでは、前記加熱部から流出した冷媒の過冷却度(SC2)に基づいて前記暖房用膨張弁の開度を制御し、
前記廃熱暖房モードでは、前記加熱部から流出した冷媒の過冷却度(SC2)に基づいて前記吸熱用膨張弁の開度を制御し、
前記外気廃熱暖房モードでは、前記加熱部から流出した冷媒の過冷却度(SC2)に基づいて前記暖房用膨張弁および前記吸熱用膨張弁のうち一方の膨張弁の開度を制御し、前記暖房用膨張弁および前記吸熱用膨張弁のうち他方の膨張弁で減圧された冷媒の蒸発後の過熱度(SHC)に基づいて前記他方の膨張弁の開度を制御する請求項1ないし6のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記加熱部から流出した冷媒の気液を分離して液相の冷媒を貯える気液分離部(25)を備え、
前記冷媒回路切替部は、前記廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記外気廃熱暖房モードの冷媒回路と、前記室外熱交換器で外気から吸熱して前記吸熱部で前記吸熱対象物から吸熱しない外気暖房モードの冷媒回路に切り替え、
前記制御部は、
前記外気暖房モードでは、前記室外熱交換器から流出した冷媒の過熱度(SH1)に基づいて前記暖房用膨張弁の開度を制御し、
前記廃熱暖房モードでは、前記吸熱部から流出した冷媒の過熱度(SHC)に基づいて前記吸熱用膨張弁の開度を制御し、
前記外気廃熱暖房モードでは、前記室外熱交換器から流出した冷媒の過熱度(SH1)に基づいて前記暖房用膨張弁の開度を制御し、前記吸熱部から流出した冷媒の過熱度(SHC)に基づいて前記吸熱用膨張弁の開度を制御する請求項1ないし6のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、前記外気廃熱暖房モードでは、前記圧縮機に吸入される冷媒の温度が前記外気温度を超えないように前記吸熱用膨張弁の開度を制御する請求項1ないし8のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記制御部は、前記外気廃熱暖房モードでは、前記吸熱対象物の温度が吸熱下限温度(TWmin)以下になることを抑制するように前記吸熱用膨張弁の開度を制御する請求項1ないし9のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
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