JPH1134640A - 車両用空調装置 - Google Patents
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Abstract
して暖房を可能とし、一方、夏期には車載発熱部品の冷
却を十分可能とする。 【解決手段】 冷凍サイクル20の圧縮機21吐出側
に、圧縮機吐出ガス冷媒により冷却水を加熱する水冷媒
熱交換器31を設け、サイクル中間圧力の冷媒により車
載発熱部品25aを冷却する冷却器25を設ける。空調
ダクト2には蒸発器23および温水ヒータコア43を設
置する。冷却水回路40には水冷媒熱交換器31と温水
ヒータコア43の他に、エンジン41とラジエータ42
と電動ポンプ44とを備える。車載発熱部品25aの冷
却熱を圧縮機21で汲み上げた後、冷却水に放熱するこ
とができ、高外気温時でも、発熱部品を十分冷却でき
る。
Description
V)、ハイブリッド車(HV)用として好適な車両用空
調装置に関するもので、特に、車載発熱部品の冷却とそ
の冷却熱(廃熱)の有効利用に関する。
て、冬期に車載発熱部品の冷却熱を有効利用して暖房を
行うシステムが提案されている。例えば、特開平8−2
58548号公報には車載発熱部品の冷却熱をヒートポ
ンプの吸熱源として用いて、暖房に利用する空調装置が
示されている。また、特開平8−197937号公報に
は車載発熱部品の冷却熱で暖められた冷却水をヒートポ
ンプにてさらに加熱して暖房を行う空調装置が示されて
いる。
装置では、いずれも、夏期には車載発熱部品の冷却を冷
却水で行い、この冷却水をラジエータに循環し、ラジエ
ータにて冷却水の熱を外気に放熱しているため、外気温
度が40℃を越えるような夏期高温時には冷却水温度が
65℃程度に上昇するため、車載発熱部品の冷却を十分
に行うことができないという問題がある。
発熱部品の冷却熱を有効利用して暖房を可能とし、一
方、夏期には車載発熱部品の冷却を十分可能にする車両
用空調装置を提供することを目的とする。
に、請求項1に記載の発明では、冷凍サイクルの圧縮機
(21)吐出側に、圧縮機吐出ガス冷媒と冷却水との間
で熱交換を行って、この冷却水を加熱する水冷媒熱交換
器(31)を設けるとともに、サイクル高圧側の液冷媒
を高圧側の減圧手段(24)で中間圧力まで減圧し、こ
の中間圧力の冷媒が流入する冷却器(25)を設け、こ
の冷却器(25)において中間圧力の冷媒が車両搭載の
発熱部品(25a)から吸熱して蒸発することにより、
発熱部品(25a)の冷却を行い、空調空気通路(2)
には、サイクル低圧側の冷媒を空気から吸熱して蒸発さ
せ、空気を冷却する蒸発器(23)を設置し、空調空気
通路(2)において、蒸発器(23)の空気下流側に、
空気を冷却水と熱交換して加熱する温水ヒータコア(4
3)を設置し、さらに、この温水ヒータコア(43)に
冷却水を循環する冷却水回路(40)に、車両の駆動力
を直接または間接的に得るためのエンジン(41)と、
冷却水を外気との間で熱交換して冷却するラジエータ
(42)と、冷却水を冷却水回路(40)に循環させる
ポンプ(44)と、水冷媒熱交換器(31)とを備える
ことを特徴としている。
中間圧力冷媒で車載発熱部品(25a)を冷却するとと
もに、冷凍サイクルの圧縮機吐出冷媒と冷却水とを熱交
換する水冷媒熱交換器(31)を用いることにより、車
載発熱部品(25a)の冷却熱を圧縮機(21)で汲み
上げた後、冷却水に放熱することができる。従って、夏
期の高外気温時であっても、中間圧力冷媒で十分に車載
発熱部品(25a)を冷却することができる。
を、凝縮器(22)だけでなく、水冷媒熱交換器(3
1)を通してラジエータ(42)でも放熱することがで
きるため、サイクル全体としての放熱能力を向上でき
る。そのため、高圧の上昇を抑制して圧縮機(21)の
消費動力(消費電力)を低減できる。さらに、冬期暖房
時には車両搭載の発熱部品(25a)の廃熱を利用して
水冷媒熱交換器(31)を通して冷却水を加熱し、この
冷却水を用いて効果的に暖房を行うことが可能となる。
従って、エンジン廃熱がない場合でも暖房が可能とな
る。
記載の発明に対して、ガスインジェクション機能を持つ
冷凍サイクルを構成しているから、ガスインジェクショ
ン機能による圧縮機(21)での圧縮比の低下による圧
縮動力の低減、水冷媒熱交換器(31)への冷媒循環量
増大による暖房能力増大等の効果を発揮できる。また、
請求項3記載の発明では、車載発熱部品(25a)の冷
却器(25)の下流側に、中間圧力の冷媒を外気と熱交
換して凝縮させる補助凝縮器(29)およびこの補助凝
縮器(29)をバイパスするバイパス通路(30a)を
配置し、このバイパス通路(30a)に開閉弁(30)
を配置し、中間圧力の冷媒の温度に相当する物理量を検
出する検出手段(69)と、外気温度を検出する検出手
段(66)とを備え、中間圧力の冷媒の温度が外気温度
より低い場合は、開閉弁(30)を開いて、中間圧力の
冷媒を前記補助凝縮器(29)をバイパスして流すこと
を特徴としている。
て、中間圧力の冷媒が外気から吸熱してサイクル効率を
悪化させるという不具合を確実に防止でき、一方、中間
圧力の冷媒を補助凝縮器(29)にて冷却、凝縮できる
条件のときは、補助凝縮器(29)による冷媒凝縮作用
によりサイクル能力を増大できる。また、請求項4記載
の発明では、少なくとも冷房運転時には、ラジエータ
(42)で冷却された冷却水が水冷媒熱交換器(31)
に流入するようにしたことを特徴としている。
された低温の冷却水にて水冷媒熱交換器(31)におけ
る吐出ガス冷媒を効率よく冷却できる。また、請求項5
記載の発明では、少なくとも暖房運転時には水冷媒熱交
換器(31)で加熱された冷却水が温水ヒータコア(4
3)に流入するようにしたことを特徴としている。
加熱された冷却水が冷却水回路(40)の他の箇所で放
熱することなく、直ちに温水ヒータコア(43)に流入
するから、効果的に暖房能力を向上できる。また、請求
項6記載の発明では、ラジエータ(42)をバイパスし
て冷却水を流すバイパス通路(48)と、このバイパス
通路(48)を開閉する開閉弁(46)と、冷却水回路
(40)の冷却水温度を検出する検出手段(65)とを
備え、暖房運転時に冷却水温度が所定値より低い場合
は、開閉弁(46)を開いて、ラジエータ(42)をバ
イパスして冷却水を流すことを特徴としている。
ラジエータ(42)における冷却水の放熱を防止して、
暖房能力を確保できる。また、請求項7記載の発明で
は、ラジエータ(42)を通過する冷却水流量とラジエ
ータ(42)をバイパスする冷却水流量の比率を冷却水
温度に応じて制御する流量制御弁(45)を備えること
を特徴としている。
にてラジエータ(42)への冷却水通過流量の比率を制
御することにより、冷房、暖房の運転条件の変化に対応
した、適切な冷却水温度を設定できる。なお、上記各手
段および特許請求の範囲に記載の各手段に付した括弧内
の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応
関係を示すものである。
について説明する。図1は本発明の一実施形態による車
両用空調装置の全体システム構成を示す。図1は、車両
走行駆動源としてエンジン(内燃機関)41と、モータ
(図示せず)の両方を具備するハイブリッド車(HV)
に本発明を適用した場合を示している。車両用空調ユニ
ット1は、車両の車室内前部の計器盤下部に設置される
ものであって、その空調ダクト2は、車室内に空調空気
を導く空調用通路を構成している。
入する吸入口4、5が設けられている。内気吸入口4と
外気吸入口5は内外気切替ドア6により切替開閉され
る。この内外気切替ドア6はサーボモータ54により開
閉制御される。上記吸入口4、5に隣接して、空調ダク
ト2内に空気を送風する送風機3が設置されており、こ
の送風機3はモータ3aとこのモータ3aにより駆動さ
れる遠心ファン3bとにより構成されている。一方、空
調ダクト2の他端側には車室内へ通ずる複数の吹出口
7、8、9が形成されている。これらの吹出口7、8、
9は吹出モード切替ドア10、11、12によりそれぞ
れ切替開閉され、フェイス、バイレベル、フット、デフ
ロスタ等の吹出モードが設定される。
調ダクト2内には冷凍サイクル20の蒸発器23が設け
られている。この蒸発器23は、冷凍サイクルの低圧冷
媒が空気から吸熱して、空気を冷却するものである。さ
らに、蒸発器23より空気下流側には冷却水回路40の
温水ヒータコア43が設けられており、この温水ヒータ
コア43は冷却水(温水)を熱源として空気を加熱する
ものである。
ス路43aが形成され、また、温水ヒータコア43の空
気入口部にはエアミックスドア13が回動自在に配設さ
れている。このエアミックスドア13は、温水ヒータコ
ア43を通過する空気(温風)の流れと、バイパス路4
3aを通過して温水ヒータコア43をバイパスする空気
(冷風)の流れとを調整する。このエアミックスドア1
3はサーボモータ55により開度(回動量)が制御され
る。
明する。冷凍サイクルは前記蒸発器23の他に、以下の
機器により構成されている。すなわち、圧縮機21はモ
ータ(図示せず)により駆動される電動式であり、圧縮
機21の吐出側には水冷媒熱交換器31が設けられてい
る。この水冷媒熱交換器31には、圧縮機21の吐出ガ
ス冷媒が流れる冷媒流路31aと後述の冷却水回路40
の冷却水が流れる冷却水通路31bが設けられ、冷媒流
路31aの圧縮機吐出ガス冷媒と、冷却水通路31bの
冷却水との間で熱交換を行うようになっている。
器22が設けられ、ここで、ガス冷媒は外気と熱交換を
行って冷却され、凝縮する。この凝縮器22には並列に
バイパス通路32aが設けられ、このバイパス通路32
aを電磁弁32により開閉する。この凝縮器22とバイ
パス通路32aの並列回路の下流側には第1電気膨張弁
(第1減圧手段、高圧側減圧手段)24が設けられ、こ
の第1電気膨張弁24により高圧冷媒を第1中間圧力ま
で減圧する。第1電気膨張弁24は第1中間圧力が目標
圧力となるように弁開度(絞り量)が電気的に制御され
る。
却器25が設けられ、この冷却器25は第1中間圧力冷
媒にて車両搭載の発熱部品25aを冷却する。ここで、
車両搭載の発熱部品25aとしては、例えばHV、EV
車両の走行用モータおよびその回転数制御用インバータ
の半導体スイッチ素子(パワートランジスタ)、車載バ
ッテリ等である。
けられ、この補助凝縮器29は、第1中間圧冷媒と外気
との間で熱交換を行うことにより、第1中間圧冷媒を凝
縮する。この補助凝縮器29にもバイパス通路30aが
並列に設けられ、このバイパス通路30aを電磁弁30
にて開閉する。この補助凝縮器29と電磁弁30の並列
回路の下流側に第2電気膨張弁(第2減圧手段)26が
設けられ、この第2電気膨張弁26は第1中間圧力冷媒
をさらに第2中間圧力まで減圧する。この第2電気膨張
弁26は第2中間圧力が目標圧力となるように弁開度
(絞り量)が電気的に制御される。
27が設けられ、この気液分離器27は第2中間圧力の
冷媒の気液分離を行うと共に液冷媒を溜める機能を果た
す。この気液分離器27で気液分離された液冷媒は、温
度式膨張弁(第3減圧手段、低圧側減圧手段)28によ
り低圧圧力まで減圧される。この温度式膨張弁28は蒸
発器23の出口冷媒(圧縮機吸入冷媒)の温度を感知す
る感温筒28aを有し,蒸発器出口冷媒の過熱度が所定
値に維持されるように弁開度(冷媒流量)を調整する。
を吸入ポート21cから吸入し中間圧力まで圧縮する低
段側圧縮部21a(図2のモリエル線図参照)と、中間
圧力まで圧縮されたガス冷媒とガスインジェクションポ
ート21dから流入するガス冷媒の混合ガスを吐出圧力
まで圧縮し吐出ポート21eから吐出する高段側圧縮部
21bとからなるガスインジェクション型圧縮機で、例
えば、スクロール圧縮機からなる。
ータ52により交流電圧が印加され、このインバータ5
2により交流電圧の周波数を調整することによってモー
タ回転速度を連続的に変化させるようになっている。こ
のインバータ52には車載バッテリ53からの直流電圧
が印加される。一方、冷却水回路40には、直接および
間接的に車両の駆動源となるエンジン(内燃機関)41
の冷却部41aが設けられている。ここで、エンジン4
1はその動力を直接、機械的に取り出して車両の走行駆
動源として利用する場合の他に、エンジン41を発電機
駆動専用として用いる場合もある。この場合は発電機の
発電出力にて走行用モータの駆動および車載バッテリ5
3への充電を行って、車両の走行を行う。
時も車載バッテリ53を電源として駆動可能な電動ウォ
ータポンプ44、冷却水を外気と熱交換して冷却するラ
ジエータ42、前記した水冷媒熱交換器31の冷却水流
路31b、および前記温水ヒータコア43がエンジン4
1と直列に配置されて、冷却水の循環する閉回路を構成
する。電動ウォータポンプ44は、エンジン41からラ
ジエータ42に向かう方向(矢印方向)に冷却水を圧送
する。
1の冷却水流路31bをバイパスする第1バイパス通路
47を設けるとともに、ラジエータ42と流量制御弁4
5をバイパスする第2バイパス通路48が設けられてい
る。流量制御弁45はラジエータ42の入口部と第1バ
イパス通路47の入口部との分岐点に設けられている。
この流量制御弁45は三方弁タイプのもので、ラジエー
タ42で放熱をする冷却水量とラジエータ42をバイパ
スする冷却水量の比率を連続的(リニア)に可変制御可
能なものである。このため、流量制御弁45は弁開度を
電気的に調整可能に構成されている。一方、第2バイパ
ス通路48には通路を開閉する電磁弁46が設けられて
いる。
46等の電気機器を通電制御するために空調制御装置5
1が備えられており、この空調用制御装置51はマイク
ロコンピュータとその周辺回路にて構成される電子制御
装置である。空調用制御装置51は、上記弁類の他に、
インバータ52、内外気ドア用サーボモータ54、エア
ミックスドア用サーボモータ55、電動ウォータポンプ
44、送風機3、外気送風ファン22a、29a、42
a等の通電制御も行う。
から入力信号が加えられる。すなわち、圧縮機吐出ガス
冷媒の温度を検出する吐出温度センサ61、蒸発器23
の吹出直後の空気温度を検出する蒸発器後温度センサ6
2、水冷媒熱交換器31の冷却水入口温度を検出する水
冷媒入口温度センサ63、温水ヒータコア43の入口水
温を検出するヒータコア入口水温センサ64、エンジン
冷却部41aの出口水温を検出するエンジン水温センサ
65、外気温度を検出する外気温センサ66、車室内の
空気温度を検出する内気温度センサ67、発熱部品25
aの冷却温度を検出する冷却温度センサ68、発熱部品
冷却器25の冷媒温度を検出する中間圧冷媒温度センサ
69、および空調コントロールパネル56の温度制御レ
バー56a等の各種レバー、スイッチからの空調操作信
号が空調用制御装置51に入力される。
図3は空調用制御装置51による制御ルーチンを示すも
ので、空調コントロールパネル56の空調作動スイッチ
(図示せず)の投入により制御ルーチンが起動し、ステ
ップ100において、空調装置が冷房運転にあるか暖房
運転にあるかを判定する。この判定は、例えば、空調コ
ントロールパネル56の温度制御レバー56aの操作位
置が低温側(冷房側)にあるか、高温側(暖房側)にあ
るかによって行う。
れると、ステップ101に進み、冷凍サイクル20の電
磁弁32および冷却水回路40の電磁弁46を閉弁す
る。冷房運転時において、エンジン41が通常の負荷条
件で作動している時には、ラジエータ42の放熱性能に
より水冷媒熱交換器31に流入する冷却水温度が概略6
0°C付近であり、一方、圧縮機21から吐出されるガ
ス冷媒温度は通常80°C付近である。
却水温度が冷媒温度より低くくなっているので、圧縮機
21から吐出された高温高圧のガス冷媒は水冷媒熱交換
器31で冷却水に放熱を行い、冷却される。その結果、
圧縮機吐出ガス冷媒の一部は水冷媒熱交換器31の冷媒
通路31aにて凝縮する。ここで、冷房時には上述のご
とくステップ101にて、冷凍サイクルの電磁弁32が
閉じているため、水冷媒熱交換器31の冷媒通路31a
を出た冷媒は凝縮器22で外気と熱交換を行い、冷却さ
れ、凝縮する。
膨張弁24で第1中間圧力まで減圧され、気液二相状態
となる。そして、この気液二相冷媒は冷却器25に流入
して車両搭載の発熱部品25aを冷却する。すなわち、
冷却器25において、気液二相冷媒中の液冷媒は車両搭
載の発熱部品25aから吸熱して蒸発するとともに発熱
部品25aを冷却する。
れる発熱部品25aの冷却温度が所定値(例えば外気温
度+5℃)となるよう、発熱部品25aの発熱量に応じ
て第1中間圧力冷媒温度が第1電気膨張弁24により制
御される。つまり、発熱部品25aの発熱量が大きいと
きは冷却量を増やす必要があるため、第1電気膨張弁2
4の開度を小さくして(絞り量を大きくして)第1中間
圧力(冷媒温度)を低くする。
きは冷却量は少なくてよいため、第1電気膨張弁24の
開度を大きくして(絞り量を小さくして)第1中間圧力
(冷媒温度)を高くする。これにより、車両搭載の発熱
部品25aの発熱量、外気温度が変化しても、常に必要
な量だけ発熱部品25aを適切に冷却することができ
る。
れた冷媒温度が外気温度より高い場合には、図3のステ
ップ102の判定がYESとなり、ステップ103に進
み電磁弁30を閉じる。従って、発熱部品冷却器25か
ら出た冷媒は、補助凝縮器29に流入し、外気と熱交換
を行い再び冷却され、凝縮する。これに反し、第1中間
圧力の冷媒温度が外気温度より低い場合には、ステップ
102からステップ104に進み、電磁弁30を開く。
そのため、第1中間圧力冷媒はバイパス通路30aを通
過して補助凝縮器29をバイパスし、第2電気膨張弁2
6に流入する。このように、第1中間圧力の冷媒温度が
外気温度より低い場合には第1中間圧力冷媒がバイパス
通路30を通過して補助凝縮器29をバイパスすること
により、第1中間圧力冷媒が外気から吸熱するという不
具合を未然に防止できる。
力冷媒は第2中間圧力まで減圧された後、気液分離器2
7に流入する。気液分離器27で二相冷媒はガスと液に
分離されガス冷媒はガスインジェクション配管21fを
通り、ガスインジェクションポート21dより圧縮機2
1の圧縮過程の途中に吸入される。一方、気液分離器2
7内の液冷媒は温度式膨張弁28で低圧圧力まで減圧さ
れ蒸発器23に流入する。なお、温度式膨張弁28では
蒸発器23の出口で冷媒が完全に蒸発するよう冷媒流量
を制御している。
送風される空気は蒸発器23で冷媒と熱交換を行って冷
却され、車室内の冷房を行う。ここで、冷媒は蒸発器2
3で蒸発してガス化し、そのガス冷媒は、吸入ポート2
1cより圧縮機21に吸入されて、圧縮される。図2の
モリエル線図は、上記した冷凍サイクルの各機器におけ
る冷媒の状態を示している。
動を図4に基づいて説明すると、図4の横軸はエンジン
水温センサ65により検出されるエンジン冷却部41a
の出口水温をとり、縦軸は流量制御弁45により制御さ
れるラジエータ通過流量の比率(ラジエータ通過流量/
流量制御弁45への全流量)である。この図4の制御特
性(マップ)は、予め設定され、空調用制御装置51の
マイクロコンピュータのROMに記憶されているもので
あって、冷房時にはラジエータバイパス通路48の電磁
弁46が閉じているので、流量制御弁45によりラジエ
ータ通過流量を制御できる。
図4の制御特性に従ってエンジン冷却部41aの出口水
温に対応したラジエータ通過流量の比率を決定し、この
ラジエータ通過流量比率となるように流量制御弁45を
作動制御(弁体開度の連続的制御あるいは弁体開閉のデ
ューティ比制御等)する。そして、冷房時にエンジン4
1が停止している場合は、図4の特性図から冷却水のラ
ジエータ通過流量の比率=1となるように、流量制御弁
45がバイパス通路47を全閉し、ラジエータ42への
入口流路を全開する状態に操作される。従って、電動ウ
ォータポンプ44から出た冷却水は、流量制御弁45を
通過して、その全流量がラジエータ42に流入する。
42で外気と熱交換して冷却される。この冷却されて低
温となった冷却水は水冷媒熱交換器31の冷却水通路3
1bに流入し、冷凍サイクルの圧縮機吐出ガスと熱交換
を行い、吐出ガスの冷却を行う。水冷媒熱交換器31で
加熱された冷却水は温水ヒータコア43、エンジン冷却
部41aを通り電動ウォータポンプ44に戻る。冷房時
にはエアミックスドア13が温水ヒータコア43の空気
入口部を閉じているため、温水ヒータコア43と空気と
の熱交換は行われない。
46が閉じているため、電動ウォータポンプ44から出
た冷却水は流量制御弁45に流入する。そして、この冷
却水は、流量制御弁45によって図4に示すようにエン
ジン水温に応じた比率でラジエータ42を通る冷却水と
ラジエータ42をバイパスする冷却水に分流される。ラ
ジエータ42を通る冷却水は、ラジエータ42で冷却さ
れた後、水冷媒熱交換器31に流入し、冷凍サイクルの
吐出ガス冷媒と熱交換を行い、吐出ガス冷媒の冷却を行
う。
通路47を通過した冷却水は、水冷媒熱交換器31の出
口でラジエータ42を通った冷却水と合流し、ヒータコ
ア43、エンジン冷却部41aを通り電動ウォータポン
プ44に戻る。この時も、エアミックスドア13がヒー
タコア43の空気入口部を閉じているため、ヒータコア
43で冷却水と空気との熱交換は行われない。
れた空気は蒸発器23により冷却され、ヒータコア43
を通過しないで車室内に吹き出されるため、車室内の冷
房を行うことができる。この時、第1中間圧力冷媒で冷
却される車両搭載の発熱部品25aの冷却温度が、外気
温度、発熱量の変化にかかわらず、常に最適に制御され
ているので、夏期の高外気温時にも発熱部品25aを十
分冷却でき、発熱部品25aの冷却不足を招くことはな
い。
常の凝縮器22だけでなく、水冷媒熱交換器31を介し
て冷却水に熱を伝え、ラジエータ42を使って外気に放
熱することが可能となるから、発熱部品25aの冷却を
行い、サイクルの熱負荷が増えても高圧の上昇を抑制で
き、消費電力の増加を防止できる。なお、所望の吹出温
度による除湿運転を行うときは、エアミックスドア13
を所定角度開いて、ヒータコア43に所定割合の空気
(冷風)を通過させることにより、蒸発器23で冷却、
除湿された冷風の一部を再加熱して、所望温度の冷風を
得ることができる。
ン41が長時間停止している場合、またはエンジン41
が作動していても発熱量が小さい場合は冷却水温度が低
い。従って、この場合はエンジン41から流出した冷却
水そのままでは冷却水温度が低すぎて暖房能力の不足が
生じる。そこで、このような場合には冷凍サイクルを運
転して冷却水を加熱し暖房を行う。
21を作動させ、圧縮機21から吐出された吐出ガス冷
媒と冷却水とを水冷媒熱交換器31で熱交換させる。こ
れにより、吐出ガス冷媒を冷却すると同時に冷却水を加
熱することができる。ここで、暖房時には、図3のステ
ップ100からステップ106に進み、冷凍サイクル2
0の電磁弁32および電磁弁30をともに開弁する。
31から出た冷媒は、バイパス通路32aを通過して凝
縮器22をバイパスする。従って、圧縮機吐出ガス冷媒
からの放熱はすべて水冷媒熱交換器31で行われ、この
水冷媒熱交換器31にて圧縮機吐出ガス冷媒が冷却さ
れ、凝縮する。その後、冷媒は冷房時と同様に第1電気
膨張弁24にて第1中間圧力まで減圧され、この第1中
間圧力に減圧された冷媒により車両搭載の発熱部品25
aの冷却を行う。
いるため、バイパス通路30aを通過して第2電気膨張
弁26にて第2中間圧力まで減圧される。この第2中間
圧力の冷媒が気液分離器27で気液分離され、液冷媒は
温度式膨張弁28により低圧まで減圧され、この低圧冷
媒は蒸発器23を通り、ここで空調ダクト2内の空調空
気から吸熱して蒸発する。蒸発後のガス冷媒は吸入ポー
ト21cから圧縮機21に吸入される。また、気液分離
器27内のガス冷媒はインジェクション通路21fを通
りインジェクションポート21dから圧縮機21に吸入
される。
から送り出され、図1の冷却水回路40内を循環するの
であるが、その場合、図3のステップ107にてエンジ
ン冷却部出口温度センサ65の検出値が所定値(例えば
60℃)より低いと判定されると、ステップ108に進
み、電磁弁46を開く。従って、電動ウォータポンプ4
4からの温水はバイパス通路48を通り、ラジエータ4
2をバイパスして水冷媒熱交換器31に流入する。水冷
媒熱交換器31内で冷凍サイクルの吐出ガス冷媒と冷却
水とが熱交換を行い、ガス冷媒を冷却、凝縮するととも
に冷却水は加熱される。
直ちにヒータコア43に流入する。ここで、暖房時には
エアミックスドア13がバイパス通路43aを閉じて、
ヒータコア43の空気入口部を開いているため、送風機
3から送られた空気はすべてヒータコア43を通り、冷
却水と熱交換を行って加熱され温風となり、車室内に吹
き出され暖房を行う。ヒータコア43で放熱して低温と
なった冷却水は、エンジン冷却部41aを通り電動ウォ
ータポンプ44に再び戻る。
一時的に停止していても、冷却水温度が高い場合は、ス
テップ107の判定がYESとなり、ステップ108に
て電磁弁46を閉じる。従って、ステップ108に進
み、流量制御弁45の制御(ラジエータ通過流量の制
御)を行う。暖房時のエンジン停止時には、図4の制御
マップから冷却水のラジエータ通過流量の比率が0とな
るように、流量制御弁45がバイパス通路47を全開
し、ラジエータ42への入口流路を全閉する状態に操作
される。従って、電動ウォータポンプ44から出た冷却
水の全流量が、流量制御弁45からバイパス通路47を
通過して直接、水冷媒熱交換器31の出口側に流れる。
および水冷媒熱交換器31での吸熱を行うことなく、ヒ
ータコア43に直接流入し、ここで、空気と熱交換を行
い、車室内を暖房する。その後、冷却水はエンジン冷却
部41aを通り電動ウォータポンプ44に戻る。暖房時
の熱収支について考察すると、冷凍サイクル20は、蒸
発器23で送風機3から送られた空気から吸熱するとと
もに、車両搭載の発熱部品25aの冷却により吸熱を行
う。そして、これらの吸熱分に圧縮機21による圧縮仕
事分を加えて、水冷媒熱交換器31にて冷却水に放熱を
行う。冷却水は、水冷媒熱交換器31で加熱された分と
エンジン廃熱がある場合はエンジン廃熱を加えて、ヒー
タコア43で空気に放熱を行う。
発器23で冷却された以上に車両搭載の発熱部品25a
の廃熱と圧縮仕事分が加えられ加熱されるため、吸い込
んだ空気温度以上に加熱されることとなり、車室内の暖
房を行うことができる。これにより、エンジン41が長
時間停止している場合またはエンジン41が作動してい
るが発熱量が小さい場合でも、車両搭載の発熱部品25
aの冷却熱を有効利用して暖房能力を向上できる。
エンジン発熱量が大きく、冷却水温度が高く、通常のガ
ソリンエンジン車と同様にエンジン廃熱により暖房を行
うことができる場合は、エンジン冷却部41aで加熱さ
れた冷却水を、電動ウォータポンプ44により送り出す
とともに、流量制御弁45によりエンジン水温に応じた
比率でラジエータ42を通る冷却水とバイパス通路47
を通る冷却水とに分流する。
タ42で冷却された後に水冷媒熱交換器31に流入し、
冷凍サイクルの吐出ガス冷媒と熱交換を行い加熱され
る。また、バイパス通路47を通過してラジエータ42
をバイパスした冷却水は、冷却されることなく高温のま
ま、水冷媒熱交換器31の出口側でラジエータ42を通
過した冷却水と合流し、ヒータコア43に入る。
コア43の空気入口部を開いて、バイパス通路43aを
閉じるため、送風機3から送られた空気はヒータコア4
3を通過するときに、冷却水と熱交換して加熱され、車
室内に吹き出され、暖房を行う。ヒータコア43で放熱
して低温となった冷却水は、エンジン冷却部41aに戻
る。
と同様に作動し、車両搭載発熱部品25aの冷却を行
う。これにより、エンジン廃熱が十分にある場合はエン
ジン廃熱により暖房が行われ、車両搭載の発熱部品25
aの冷却も冷凍サイクルにより同時に行われる。以上説
明したように、車両搭載の発熱部品25aの冷却は冷凍
サイクルの中間圧冷媒により行われるため、外気温度が
40℃を越えるような夏期高温時でも外気温度によらず
常に必要な発熱部品冷却量を確保できる。
冷却水とを熱交換することにより、冷房時の冷凍サイク
ルの放熱を、凝縮器22だけでなく、水冷媒熱交換器3
1を通してラジエータ42でも放熱することができる。
そのため、サイクル全体としての放熱能力を向上できる
のて、高圧の上昇を抑制して圧縮機21の消費電力を低
減できる。
5aの廃熱を利用して水冷媒熱交換器を通して暖房を行
うことが可能となり、エンジン廃熱がない場合でも暖房
が可能となる。
る。
ャートである。
用を示す制御特性図である。
8、9…吹出口、21…圧縮機、22…凝縮器、23…
蒸発器、24…第1電気膨張弁(高圧側減圧手段)、2
5…冷却器、25a…発熱部品、27…気液分離器、2
8…温度式膨張弁(低圧側減圧手段)、29…補助凝縮
器、31…水冷媒熱交換器、41…エンジン、42…ラ
ジエータ、43…温水ヒータコア。
Claims (7)
- 【請求項1】 一端側に空気の吸入口(4、5)を有
し、他端側に車室内への吹出口(7、8、9)を有する
空調空気通路(2)と、 この空調空気通路(2)に設置され、この空調空気通路
(2)を通して空気を前記吸入口(4、5)側から前記
吹出口(7、8、9)側へ送風する送風機(3)と、 冷凍サイクル低圧側の冷媒を吸入、圧縮して吐出する圧
縮機(21)と、 この圧縮機(21)から吐出されたガス冷媒と冷却水と
の間で熱交換を行って、この冷却水を加熱する水冷媒熱
交換器(31)と、 この水冷媒熱交換器(31)を通過した冷媒を外気との
間で熱交換して、凝縮する凝縮器(22)と、 前記水冷媒熱交換器(31)および前記凝縮器(22)
の少なくとも一方で凝縮した高圧の液冷媒を中間圧力ま
で減圧する高圧側の減圧手段(24)と、 前記中間圧力の冷媒を車両搭載の発熱部品(25a)か
ら吸熱して蒸発させ、この発熱部品(25a)を冷却す
るように構成された冷却器(25)と、 この冷却器(25)通過後の中間圧力の冷媒を低圧に減
圧する低圧側の減圧手段(28)と、 前記空調空気通路(2)に設置され、前記低圧の冷媒を
前記空気から吸熱して蒸発させ、前記空気を冷却する蒸
発器(23)と、 前記空調空気通路(2)において、前記蒸発器(23)
の空気下流側に設置され、前記空気を前記冷却水と熱交
換して加熱する温水ヒータコア(43)とを備え、 さらに、この温水ヒータコア(43)に前記冷却水を循
環する冷却水回路(40)に、車両の駆動力を直接また
は間接的に得るためのエンジン(41)と、前記冷却水
を外気との間で熱交換して冷却するラジエータ(42)
と、前記冷却水を前記冷却水回路(40)に循環させる
ポンプ(44)と、前記水冷媒熱交換器(31)とを備
えることを特徴とする車両用空調装置。 - 【請求項2】 一端側に空気の吸入口(4、5)を有
し、他端側に車室内への吹出口(7、8、9)を有する
空調空気通路(2)と、 この空調空気通路(2)に設置され、この空調空気通路
(2)を通して空気を前記吸入口(4、5)側から前記
吹出口(7、8、9)側へ送風する送風機(3)と、 冷凍サイクル低圧側の冷媒を吸入ポート(21c)から
吸入し中間圧力まで圧縮する低段側圧縮部(21a)
と、前記中間圧力まで圧縮されたガス冷媒とガスインジ
ェクションポート(21d)から流入するガス冷媒との
混合ガスを吐出圧力まで圧縮して吐出ポート(21e)
から吐出する高段側圧縮部(21b)とを有する圧縮機
(21)と、 この圧縮機(21)から吐出されたガス冷媒と冷却水と
の間で熱交換を行って、冷却水を加熱する水冷媒熱交換
器(31)と、 この水冷媒熱交換器(31)を通過した冷媒と外気との
間で熱交換を行って、冷媒を凝縮する凝縮器(22)
と、 前記水冷媒熱交換器(31)および前記凝縮器(22)
の少なくとも一方で凝縮した高圧の液冷媒を中間圧力ま
で減圧する高圧側の減圧手段(24)と、 前記中間圧力の冷媒を車両搭載の発熱部品(25a)か
ら吸熱して蒸発させ、この発熱部品(25a)を冷却す
るように構成された冷却器(25)と、 この冷却器(25)の下流側に設けられ、前記中間圧力
の冷媒の気液を分離する気液分離器(27)と、 この気液分離器(27)で分離された液冷媒を減圧する
低圧側の減圧手段(28)と、 前記空調空気通路(2)に設置され、前記低圧の冷媒を
前記空気から吸熱して蒸発させ、前記空気を冷却する蒸
発器(23)と、 前記気液分離器(27)で分離されたガス冷媒を前記ガ
スインジェクションポート(21d)に導くガスインジ
ェクション通路(21f)と、 前記空調空気通路(2)において、前記蒸発器(23)
の空気下流側に設置され、前記空気を前記冷却水と熱交
換して加熱する温水ヒータコア(43)とを備え、 さらに、この温水ヒータコア(43)に前記冷却水を循
環する冷却水回路(40)に、車両の駆動力を直接また
は間接的に得るためのエンジン(41)と、前記冷却水
を外気と熱交換して冷却するラジエータ(42)と、前
記冷却水を前記冷却水回路(40)に循環させるポンプ
(44)と、前記水冷媒熱交換器(31)とを備えるこ
とを特徴とする車両用空調装置。 - 【請求項3】 前記冷却器(25)の下流側に配置さ
れ、前記中間圧力の冷媒を外気と熱交換して凝縮させる
補助凝縮器(29)と、 この補助凝縮器(29)をバイパスするバイパス通路
(30a)と、 このバイパス通路(30a)を開閉する開閉弁(30)
と、 前記中間圧力の冷媒の温度に相当する物理量を検出する
検出手段(69)と、 外気温度を検出する検出手段(66)とを備え、 前記中間圧力の冷媒の温度が外気温度より低い場合は、
前記開閉弁(30)を開いて、前記中間圧力の冷媒を前
記補助凝縮器(29)をバイパスして流すことを特徴と
する請求項1または2に記載の車両用空調装置。 - 【請求項4】 少なくとも冷房運転時には、前記ラジエ
ータ(42)で冷却された冷却水が前記水冷媒熱交換器
(31)に流入するようにしたことを特徴とする請求項
1ないし3のいずれか1つに記載の車両用空調装置。 - 【請求項5】 少なくとも暖房運転時には前記水冷媒熱
交換器(31)で加熱された冷却水が前記温水ヒータコ
ア(43)に流入するようにしたことを特徴とする請求
項1ないし4のいずれか1つに記載の車両用空調装置。 - 【請求項6】 前記ラジエータ(42)をバイパスして
冷却水を流すバイパス通路(48)と、このバイパス通
路(48)を開閉する開閉弁(46)と、前記冷却水回
路(40)の冷却水温度を検出する検出手段(65)と
を備え、 暖房運転時に前記冷却水温度が所定値より低い場合は、
前記開閉弁(46)を開いて、前記ラジエータ(42)
をバイパスして前記冷却水を流すことを特徴とする請求
項1ないし5のいずれか1つに記載の車両用空調装置。 - 【請求項7】 前記ラジエータ(42)を通過する冷却
水流量と前記ラジエータ(42)をバイパスする冷却水
流量の比率を冷却水温度に応じて制御する流量制御弁
(45)を備えることを特徴とする請求項1ないし5の
いずれか1つに記載の車両用空調装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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