WO2011142244A1 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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WO2011142244A1
WO2011142244A1 PCT/JP2011/060086 JP2011060086W WO2011142244A1 WO 2011142244 A1 WO2011142244 A1 WO 2011142244A1 JP 2011060086 W JP2011060086 W JP 2011060086W WO 2011142244 A1 WO2011142244 A1 WO 2011142244A1
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air
heat exchanger
outdoor heat
temperature
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PCT/JP2011/060086
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French (fr)
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小笠原 武
畠山 淳
Original Assignee
カルソニックカンセイ株式会社
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    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle air conditioner that has a vapor compression refrigeration cycle and absorbs heat from air outside the passenger compartment to heat the passenger compartment.
  • the outdoor heat exchanger that exchanges heat with the air outside the vehicle compartment may freeze (ie, coated with ice).
  • the heat exchange performance is lowered, so that the desired heating operation cannot be maintained. Therefore, in the vehicle air conditioner disclosed in Patent Document 1, a hot gas bypass path that bypasses the indoor condenser is provided in the vapor compression refrigeration cycle, and the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor is supplied to the indoor condenser. And also to the outdoor heat exchanger via the hot gas bypass. Since the high-temperature refrigerant flows through the outdoor heat exchanger, freezing of the outdoor heat exchanger is eliminated. Further, the air supplied into the vehicle compartment is heated by the indoor condenser. Thus, even if the outdoor heat exchanger freezes, the freezing can be eliminated and the heating operation in the passenger compartment can be maintained.
  • the vehicle air conditioner disclosed in Patent Document 2 can perform a heating operation and a dehumidifying operation, and in the dehumidifying operation, the blowing temperature of the conditioned air is adjusted by controlling the rotation speed of the compressor.
  • a technique for maintaining the heating operation even when the outdoor heat exchanger freezes is not disclosed.
  • the refrigerant flows through the indoor condenser and the outdoor heat exchanger during the freezing operation of the outdoor heat exchanger, so that it is larger in order to increase the rotation speed of the compressor than during normal heating operation. Power is needed.
  • an electric vehicle that relies on a vehicle battery for the power of the compressor is not practical because the cruising distance is shortened.
  • an object of the present invention is to provide a vehicle air conditioner that can maintain heating operation without increasing the power of the compressor even when the outdoor heat exchanger freezes (is icing).
  • a feature of the present invention is to provide a vehicle air conditioner including the following vapor compression refrigeration cycle, a determination unit, and a controller.
  • the refrigeration cycle includes a compressor that compresses refrigerant, a refrigerant that is compressed by the compressor, and an indoor condenser that heats the air by exchanging heat between the refrigerant and air supplied to the passenger compartment.
  • An outdoor heat exchanger that performs heat exchange, and an indoor evaporator that cools the air by exchanging heat between the refrigerant and the air supplied to the vehicle interior.
  • the refrigeration cycle includes an outdoor heat absorption heating operation in which the refrigerant absorbs heat in the outdoor heat exchanger and heat is radiated to the refrigerant by the indoor condenser, and an internal air in which the refrigerant is absorbed by the indoor evaporator and radiated from the refrigerant by the indoor condenser.
  • An endothermic heating operation can be performed.
  • the determination unit determines whether or not the outdoor heat exchanger is frozen. When the determination unit determines that the outdoor heat exchanger is frozen, the controller switches from the outside air endothermic heating operation to the inside air endothermic heating operation.
  • the indoor operation is switched to the indoor heat absorption heating operation in which the refrigerant absorbs heat, and the heating operation is continued.
  • the heat exchanger that performs heat absorption only changes between the outside air endothermic heating operation and the inside air endothermic heating operation, and it is not necessary to increase the power of the compressor to continue the heating operation. For this reason, even when the outdoor heat exchanger freezes (is icing), the heating operation can be maintained without increasing the power of the compressor.
  • the refrigeration cycle includes a pressure regulator that can adjust the pressure of the refrigerant supplied to the outdoor heat exchanger, a first bypass passage that bypasses the outdoor heat exchanger, and a refrigerant that flows through the outdoor heat exchanger or a first bypass passage.
  • a first flow path switching unit that switches whether to flow into the indoor evaporator, a decompressor that reduces the pressure of the refrigerant supplied to the indoor evaporator, a second bypass path that bypasses the indoor evaporator, and a second bypass path that allows the refrigerant to flow through the indoor evaporator
  • a second flow path switching device for switching between the flow of the refrigerant and the refrigerant compressed by the compressor in the outdoor air endothermic heating operation sequentially flows through the indoor condenser, the pressure regulator, the outdoor heat exchanger, and the second bypass path.
  • a refrigerant path returning to the compressor is set, the pressure regulator depressurizes the refrigerant, and in the inside air endothermic heating operation, the refrigerant compressed by the compressor is converted into an indoor condenser, a first bypass path, a decompressor, Refrigerant path back to the compressor flows through the inner evaporator in order is set, pressure reducer preferably be decompressing the refrigerant.
  • the refrigeration cycle can further perform a cooling reheat operation in which the refrigerant is absorbed by the indoor evaporator and radiated to the refrigerant by both the indoor condenser and the outdoor heat exchanger.
  • the refrigerant is compressed by the compressor.
  • a refrigerant path is set in which the refrigerant flows in the order of the indoor condenser, the pressure regulator, the outdoor heat exchanger, the decompressor, and the indoor evaporator and returns to the compressor, and the pressure regulator does not depressurize the refrigerant.
  • the air conditioner further includes an outdoor heat exchanger passing air temperature detector that detects the temperature of the air that has passed through the outdoor heat exchanger, and a refrigerant temperature detector that detects the refrigerant temperature at the outlet of the outdoor heat exchanger.
  • the determination unit determines whether or not the outdoor heat exchanger is frozen based on the difference between the air temperature detected by the outdoor heat exchanger passing air temperature detector and the refrigerant temperature detected by the refrigerant temperature detector. It is preferable to do.
  • the air in the passenger compartment is supplied to the indoor evaporator and then supplied to the indoor condenser.
  • the air conditioner is blown out from a heater that heats the air supplied to the passenger compartment, a foot blowing temperature detector that detects an air temperature blown out from the foot blowing port, and a defroster blowing port and a vent blowing port.
  • a defroster / vent outlet temperature detector for detecting the air temperature, and the controller controls the heating amount of the heater based on the air temperature detected by the foot outlet temperature detector and the defroster / vent outlet temperature detector. It is preferable.
  • the air conditioner further includes an intake air temperature / humidity detector that detects the temperature and humidity of the air supplied to the indoor evaporator, and an outside air temperature detector that detects the outside air temperature. It is preferable to calculate the dew point temperature in the vehicle interior based on the detection results of the detector and the outside air temperature detector, and to control the dehumidification amount of the indoor evaporator based on the calculated dew point temperature.
  • the outdoor heat exchanger is provided with at least one each in a plurality of tubes, a pair of tanks provided at both ends of the plurality of tubes, a liquid reservoir tank for storing a refrigerant, and each tank.
  • a plurality of partition walls, and of the plurality of partition walls, the partition wall located on the most downstream side on the refrigerant flow path in the outdoor heat exchanger guides introduction of the refrigerant into the liquid storage tank. It is preferable that the refrigerant is configured to flow with a small flow resistance.
  • the vehicle air conditioner 1 includes a vapor compression refrigeration cycle 2.
  • the refrigeration cycle 2 includes a compressor 3 for compressing refrigerant, an indoor condenser 4, a solenoid valve (pressure regulator) 5, an outdoor heat exchanger 6, and a temperature expansion valve [thermostatic] for decompressing the refrigerant.
  • expansion valve ” (pressure reducer) 7, indoor evaporator 8, and accumulator 9.
  • the electromagnetic valve 5 is disposed downstream of the indoor condenser 4.
  • the outdoor heat exchanger 6 is disposed downstream of the electromagnetic valve 5.
  • the temperature type expansion valve 7 is disposed downstream of the outdoor heat exchanger 6.
  • the indoor evaporator 8 is disposed downstream of the temperature type expansion valve 7.
  • the accumulator 9 is disposed downstream of the indoor evaporator 8.
  • the compressor 3 is, for example, a vane type, and its drive or stop and its rotation speed are controlled by a command from the controller 30.
  • the indoor condenser 4 is disposed in the air conditioning case 21 downstream of the air conditioning air flow with respect to the indoor evaporator 8.
  • heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor 3 and the air passing through the air conditioning case 21 (air supplied to the vehicle interior).
  • the indoor condenser 4 heats the air by the heat dissipation action of the refrigerant.
  • the electromagnetic valve 5 has a throttling mechanism, and can flow the refrigerant to the outdoor heat exchanger 6 without depressurizing, or can depressurize the refrigerant and flow to the outdoor heat exchanger 6.
  • the solenoid valve 5 is controlled by the controller 30.
  • the outdoor heat exchanger 6 is disposed, for example, in the engine room. In the outdoor heat exchanger 6, heat exchange is performed between the refrigerant that has passed through the indoor condenser 4 and the air outside the vehicle compartment.
  • the outdoor heat exchanger 6 functions as a condenser during cooling reheat operation and dissipates heat from the refrigerant to the air, and functions as an evaporator during heat absorption heating operation and absorbs heat from the air to the refrigerant.
  • the internal configuration of the outdoor heat exchanger 6 will be described in detail later.
  • the temperature type expansion valve 7 has a temperature sensing cylinder (not shown) attached to the outlet side of the indoor evaporator 8.
  • the valve opening degree of the temperature type expansion valve 7 is automatically adjusted so that the superheating degree of the refrigerant on the outlet side of the indoor evaporator 8 is maintained at a predetermined value.
  • the indoor evaporator 8 is arranged in the air conditioning case 21 upstream of the conditioned air flow with respect to the indoor condenser 4. In the indoor evaporator 8, heat exchange is performed between the refrigerant decompressed by the temperature type expansion valve 7 and the air passing through the air conditioning case 21 (air supplied to the vehicle interior). The indoor evaporator 8 cools and dehumidifies air by the endothermic action of the refrigerant.
  • the accumulator 9 temporarily stores a part of the refrigerant sent from the indoor evaporator 8 as an excess refrigerant and sends only the gas refrigerant to the compressor 3.
  • the air conditioning case 21 is provided with an outside air introduction port 22 for introducing the outside air of the vehicle interior and an inside air introduction port 23 for introducing the air inside the vehicle interior.
  • the outside air introduction port 22 and the inside air introduction port 23 are opened and closed by an intake door 24.
  • the intake door 24 is controlled by the controller 30.
  • a blower 25 is provided in the air conditioning case 21.
  • the blower 25 sucks outside air or inside air into the air conditioning case 21 according to the position of the intake door 24.
  • an air mix door 27 disposed on the upstream side of the indoor condenser 4 and a heater 26 disposed on the downstream side of the indoor condenser 4 are provided.
  • the air mix door 27 adjusts the mixing ratio between the air that passes through the indoor condenser 4 and the heater 26 and the air that bypasses them.
  • the heater 26 is a heat source different from the refrigeration cycle 2 and is, for example, a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater. The amount of heat generated by the heater 26 is controlled by the controller 30.
  • a foot air outlet 28a, a defroster air outlet 28b, and a vent air outlet 28c are provided downstream of the heater 26 in the air conditioning case 21. Air-conditioned air is supplied into the passenger compartment from these outlets.
  • the heater 26 is arrange
  • the refrigeration cycle 2 includes a first bypass path 11, a first flow path switching valve (first flow path switch [first flowpath changeover unit]) 12, and a check valve 14.
  • the first bypass path 11 causes the refrigerant from the indoor condenser 4 to bypass the outdoor heat exchanger 6.
  • the first flow path switching valve 12 is provided at a connection point between the upstream end of the first bypass path 11 and the refrigerant pipe 10, and determines whether the refrigerant is passed through the outdoor heat exchanger 6 or the first bypass path 11. Switch.
  • the check valve 14 is disposed downstream of the outdoor heat exchanger 6 and upstream of the connection point between the downstream end of the first bypass passage 11 and the refrigerant pipe 10, and the refrigerant is heated outside during the indoor heat absorption heating operation. Backflow to the exchanger 6 is prevented.
  • the refrigeration cycle 2 has a second bypass 15 and a second flow path switching valve (second flow path switch) 16.
  • the second bypass 15 causes the refrigerant to bypass the indoor evaporator 8.
  • the second flow path switching valve 16 is provided at a connection location between the upstream end of the second bypass path 15 and the refrigerant pipe 10, and switches whether the refrigerant passes through the indoor evaporator 8 or the second bypass path 15.
  • the first flow path switching valve 12 and the second flow path switching valve 16 are controlled by the controller 30 to switch the refrigerant path.
  • the refrigerant compressed by the compressor 3 includes an indoor condenser 4, a solenoid valve 5, and outdoor heat exchange.
  • the refrigerant path is switched so as to return to the compressor 3 through the device 6 and the second bypass path 15 in order.
  • the electromagnetic valve 5 depressurizes the refrigerant, and the outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator.
  • the refrigerant compressed by the compressor 3 is the indoor condenser 4, the first bypass 11, the temperature expansion valve. 7 and the refrigerant path are switched so as to return to the compressor 3 through the indoor evaporator 8 in order.
  • the temperature expansion valve 7 decompresses the refrigerant, and the indoor evaporator 8 functions as an evaporator.
  • the refrigerant compressed by the compressor 3 includes an indoor condenser 4, an electromagnetic valve 5, an outdoor heat exchanger 6, and a temperature expansion valve. 7 and the refrigerant path are switched so as to return to the compressor 3 through the indoor evaporator 8 in order.
  • the solenoid valve 5 flows the refrigerant as it is without reducing the pressure, and the outdoor heat exchanger 6 functions as a condenser.
  • the air conditioner 1 includes an outdoor heat exchanger passage air temperature sensor (outdoor heat exchanger passage air temperature detector) S1, a refrigerant temperature sensor (refrigerant temperature detector) S2, an evaporator outlet air temperature sensor (evaporator outlet).
  • the outdoor heat exchanger passage air temperature sensor S ⁇ b> 1 detects the temperature of the air that has passed through the outdoor heat exchanger 6.
  • the refrigerant temperature sensor S2 detects the refrigerant temperature at the outlet of the outdoor heat exchanger 6.
  • the evaporator outlet air temperature sensor S ⁇ b> 3 detects the temperature of the air that has passed through the indoor evaporator 8.
  • the foot blowing temperature sensor S4 detects the temperature of air blown from the foot blowing outlet 28a.
  • the defroster / vent outlet temperature sensor S5 detects the temperature of air blown from the defroster outlet 28b and the vent outlet 28c.
  • the intake air temperature / humidity sensor S6 detects the temperature and humidity of the air introduced into the air conditioning case 21 (air supplied to the indoor evaporator 8 and the indoor condenser 4).
  • the outside air temperature sensor S7 detects the outside air temperature.
  • the room temperature sensor S8 detects the temperature in the vehicle interior.
  • the controller 30 is based on input data from the operation panel 31, detection data of various sensors S1 to S8, and the like, the compressor 3, the first flow path switching valve 12, the second flow path switching valve 16, the intake door 24, the blower. 25, heater 26, air mix door 27 and the like are controlled.
  • the controller 30 also functions as a determination unit that determines whether or not the outdoor heat exchanger 6 is frozen.
  • the controller 30 determines the difference between the air temperature passing through the outdoor heat exchanger 6 (detected by the outdoor heat exchanger passing air temperature sensor S1) and the refrigerant temperature at the outlet of the outdoor heat exchanger 6 (detected by the refrigerant temperature sensor S2). When it becomes more than a predetermined temperature difference (for example, 10 degreeC), it determines with the outdoor heat exchanger 6 freezing (icing).
  • a predetermined temperature difference for example, 10 degreeC
  • the operation panel 31 includes a heating switch SW1, a dehumidifying heating (dry-heating) switch SW2, a cooling switch SW3, a temperature setting knob [temperature control knob] 32, and the like.
  • a target temperature in the passenger compartment is set by the temperature setting knob 32.
  • the controller 30 executes the control shown in the flowchart of FIG. 6 based on the ON operation of the heating switch SW1, the dehumidifying heating switch SW2, or the cooling switch SW3. Details of the control will be described later. Further, the controller 30 controls the heating operation, the dehumidifying heating operation, or the cooling reheat operation so that the detected temperature of the indoor temperature sensor S8 becomes the target temperature.
  • the outdoor heat exchanger 6 includes a plurality of tubes 40 that are horizontally arranged at intervals in the vertical direction, radiating fins 41 that are disposed between adjacent tubes 40, and a plurality of tubes.
  • a pair of tanks 42, 43 disposed at both ends of 40 are provided.
  • the tank 42 has a refrigerant inlet 44 at its upper end and a refrigerant outlet 45 at its lower end.
  • the tank 43 is provided with a reservoir tank [reservoir tank] 46.
  • the inside of the tank 43 and the inside of the liquid reservoir tank 46 are communicated with each other by a communication pipe 47 provided near the bottom.
  • partition wall 48 and 49 Inside the tanks 42 and 43, one partition wall [partitions] 48 and 49 is provided.
  • the partition wall 48 in the tank 42 is provided at the same height as the communication pipe 47 and completely partitions the tank 42.
  • the partition wall 49 in the tank 43 is located downstream of the two partition walls 48 and 49 on the refrigerant flow path in the outdoor heat exchanger 6. Further, the partition wall 49 is provided at the same height as the communication pipe 47.
  • the partition wall 49 substantially partitions the inside of the tank 43, but does not partition the interior of the communication pipe 47. Therefore, the partition wall 49 guides the introduction of the liquid refrigerant into the liquid reservoir tank 46 when the outdoor heat exchanger 6 functions as a condenser, and has a small flow resistance when the outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator. Then, the vaporized refrigerant is caused to flow from the top to the bottom through the communication pipe 47 in the tank 43.
  • the controller 30 constantly checks whether any one of the heating switch SW1, the dehumidifying heating switch SW2, and the cooling switch SW3 is turned on (steps ST1 to ST3).
  • step ST4 When the cooling switch SW3 is turned on (YES in step ST1), the controller 30 executes a cooling reheat operation (step ST4).
  • the cooling reheat operation as shown in FIG. 4, the first flow path switching valve 12 is switched to allow the refrigerant to flow to the outdoor heat exchanger 6, and the second flow path switching valve 16 is configured to pass the refrigerant to the indoor evaporator 8. It is switched to flow.
  • the solenoid valve 5 is fully opened, and allows the refrigerant to pass therethrough without reducing the pressure.
  • the intake door 24 is set to the inside air introduction side or the inside air introduction side (inside air introduction in FIG. 4). However, in the cooling reheat operation, since cool air is supplied into the room, the inside air is normally circulated.
  • the refrigerant compressed by the compressor 3 includes the indoor condenser 4, the first flow path switching valve 12, the electromagnetic valve 5, the outdoor heat exchanger 6, the second flow path switching valve 16, and the temperature type expansion valve 7.
  • the refrigerant passes through the indoor evaporator 8 and the accumulator 9 in order.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor 3 radiates heat to the air by the indoor condenser 4 and the outdoor heat exchanger 6.
  • the refrigerant which has become a low temperature due to heat dissipation and has been reduced in pressure by the temperature type expansion valve 7, absorbs heat from the air by the indoor evaporator 8.
  • the air blown through the air conditioning case 21 is cooled by the indoor evaporator 8, and then part or all (depending on the position of the air mix door 27) is reheated by the indoor condenser 4. Thereby, the cold air of desired temperature is produced
  • step ST5 the controller 30 executes the inside air endothermic heating operation (step ST5).
  • the inside air endothermic heating operation as shown in FIG. 3, the first flow path switching valve 12 is switched so as to flow the refrigerant to the first bypass path 11, and the second flow path switching valve 16 is configured to pass the refrigerant to the indoor evaporator. 8 to switch to flow.
  • the intake door 24 is switched to the inside air introduction side.
  • the air mix door 27 is switched to a fully open position, for example.
  • the refrigerant compressed by the compressor 3 passes through the indoor condenser 4, the first bypass path 11, the second flow path switching valve 16, the temperature expansion valve 7, the indoor evaporator 8, and the accumulator 9 in order. Circulates through the refrigerant path through.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor 3 radiates heat to the air by the indoor condenser 4.
  • the refrigerant which has become a low temperature due to heat dissipation and has been reduced in pressure by the temperature type expansion valve 7, absorbs heat from the air by the indoor evaporator 8. Therefore, the air blown through the air conditioning case 21 is cooled by the indoor evaporator 8, and then all of the air is reheated by the indoor condenser 4. Thereby, the warm air of desired temperature is produced
  • the air is cooled to near 0 degrees, so that dehumidification is performed, and the dehumidified air [dry air] is supplied into the vehicle interior to remove window fogging.
  • the heater 26 is operated to generate hot air at a desired temperature.
  • the rotation speed of the compressor 3 is controlled based on the temperature detected by the evaporator outlet air temperature sensor S3 so that the temperature of the indoor evaporator 8 is not frozen (for example, 0 ° C. to 3 ° C.). Dehumidification performance is ensured.
  • the refrigeration cycle characteristics are determined by the indoor evaporator 8 and the indoor condenser 4, and therefore the amount of heating by the indoor condenser 4 is automatically determined when the rotation speed of the compressor 3 is determined based on the dehumidifying performance. Therefore, the temperature of the conditioned air can be controlled by operating the heater 26 to increase the heating amount and changing the position of the air mix door 27 to the closed side to decrease the heating amount.
  • step ST6 the controller 30 executes an outdoor air endothermic heating operation.
  • the outdoor air endothermic heating operation as shown in FIG. 2, the first flow path switching valve 12 is switched so as to flow the refrigerant to the outdoor heat exchanger 6, and the second flow path switching valve 16 is configured to supply the second refrigerant. It is switched to flow through the bypass 15.
  • the solenoid valve 5 is adjusted to a valve position for decompressing the refrigerant.
  • the intake door 24 is switched to the outside air introduction side.
  • the air mix door 27 is switched to a fully open position, for example.
  • the refrigerant compressed by the compressor 3 circulates through a refrigerant path that sequentially passes through the indoor condenser 4, the outdoor heat exchanger 6, the second flow path switching valve 16, the second bypass path 15, and the accumulator 9.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor 3 radiates heat to the air by the indoor condenser 4.
  • the refrigerant that has become low temperature due to heat dissipation and has been made low pressure by the electromagnetic valve 5 absorbs heat from the air by the outdoor heat exchanger 6. Therefore, the air passing through the air conditioning case 21 is heated by the indoor condenser 4 without being cooled by the indoor evaporator 8. Thereby, the warm air of desired temperature is produced
  • In the outdoor air endothermic heating operation since the air is not cooled by the indoor evaporator 8, a larger heating effect than in the inside air endothermic heating operation can be obtained.
  • step ST7 it is determined whether or not the outdoor heat exchanger 6 is frozen (iced) every predetermined time.
  • step ST7 If it is determined that the outdoor heat exchanger 6 is frozen (YES in step ST7), the outdoor air endothermic heating operation is switched to the inside air endothermic heating operation (step ST8). As a result, the refrigerant absorbs heat from the air passing through the indoor evaporator 8, not from outside air passing through the outdoor heat exchanger 6, and the heating operation is maintained.
  • step ST7 It is determined whether or not the outdoor heat exchanger 6 has been frozen every predetermined time (that is, whether or not the freezing has been eliminated) even during the inside-air endothermic heating operation when step ST7 is positive (step ST7).
  • step ST7 When it is determined that the freezing of the outdoor heat exchanger 6 has been resolved (NO in step ST7), the outdoor heat absorption heating operation, that is, the operation selected by the user is returned (step ST6).
  • the outdoor heat absorption heating operation that is, the operation selected by the user is returned (step ST6).
  • the outdoor heat absorption heating operation that is, the operation selected by the user is returned (step ST6).
  • there are various methods for returning to the outdoor air endothermic heating operation Can be considered. For example, the outside air endothermic heating operation may be performed immediately after step ST7 is denied, or the outside air endothermic heating operation may be performed after a predetermined time has elapsed after step ST7 is denied.
  • the indoor operation is switched to the indoor heat absorption heating operation in which the refrigerant absorbs heat in the indoor evaporator 8 and the heating operation is continued.
  • the outside air endothermic heating operation and the inside air endothermic heating operation only the heat exchanger that absorbs heat is changed, and it is not necessary to increase the power of the compressor 3 in order to continue the heating operation. Therefore, even when the outdoor heat exchanger 6 is frozen (icing), the heating operation can be maintained without increasing the power of the compressor 3.
  • the outdoor heat exchanger 6 since the heating operation can be maintained even if the outdoor heat exchanger 6 is frozen, the outdoor heat exchanger 6 has a special product (for example, a structure that is difficult to freeze or a structure in which condensation does not stay as much as possible). Etc.), and general-purpose products can be used.
  • the refrigeration cycle 2 of the present embodiment supplies the outdoor heat exchanger 6 to a normal refrigeration cycle including a compressor 3, an indoor condenser 4, an outdoor heat exchanger 6, a temperature expansion valve 7, and an indoor evaporator 8.
  • the solenoid valve (pressure regulator) 5 for adjusting the pressure of the refrigerant to be discharged, the first bypass passage 11 for bypassing the outdoor heat exchanger 6, and the refrigerant flow to the outdoor heat exchanger 6 or flow to the first bypass passage 11
  • a first flow path switching valve 12 that switches whether or not, a second bypass path 15 that bypasses the indoor evaporator 8, and a second flow path switching valve 16 that switches whether the refrigerant flows to the indoor evaporator 8 or the second bypass path 15. Is just added.
  • two types of heating operation (outside air endothermic heating operation, inside air endothermic heating operation) and 1 are performed with a relatively simple configuration and relatively simple switching of the refrigerant path.
  • Various types of cooling operation (cooling reheat operation) can be performed.
  • the controller (determination unit) 30 determines freezing based on the difference between the air temperature that has passed through the outdoor heat exchanger 6 and the refrigerant temperature at the outlet of the outdoor heat exchanger 6. For this reason, freezing of the outdoor heat exchanger 6 can be reliably determined by simple temperature comparison.
  • the air in the passenger compartment is introduced into the air conditioning case 21 (the indoor evaporator 8 and the indoor condenser 4) and circulated in the inside air, so that there is almost no heat loss in the passenger compartment and heating with high thermal efficiency can be performed. it can.
  • a heater 26 is provided in addition to the indoor condenser 4, and the heater 26 is controlled by the controller 30 based on the detected temperatures of the foot blowing temperature sensor S 4 and the defroster / vent blowing temperature sensor S 5. Therefore, even when a temperature difference is provided between the air temperatures of the foot outlet 28a and the vent outlet 28c (so-called bi-level mode), the heating amount of the heater 26 can be adjusted to supply desired conditioned air. .
  • the controller 30 regards the temperature detected by the outside air temperature detection sensor S7 as the window temperature, calculates the dew point temperature in the vehicle interior using the intake air temperature / humidity sensor S6 and the outside air temperature sensor S7, and sets the window based on the calculated outdoor temperature.
  • the indoor evaporator 8 may be controlled so as to limit the amount of dehumidification so that cloudiness does not occur. Thereby, the power of the compressor 3 can be operated low while preventing the occurrence of window fogging.
  • the dew point temperature is stored in the built-in memory of the controller 30 and is calculated from the temperature and relative humidity detected by the outside air temperature sensor S7.
  • the outdoor heat exchanger 6 has a plurality of tubes 40 and a pair of tanks 42 and 43 provided at both ends of the plurality of tubes 40.
  • each tank 42 and 43 one partition wall 48 and 49 is provided, respectively.
  • the partition wall 49 positioned downstream on the refrigerant flow path in the outdoor heat exchanger 6 guides the introduction of the refrigerant into the liquid reservoir tank 46 and allows the refrigerant to flow in a small amount. It is configured to flow with resistance.
  • the refrigerant that has flowed into the tank 42 from the refrigerant inlet 44 flows into the tubes 40 from above the tank 42 by the partition wall 48. It flows into the upper part of the tank 43.
  • the liquefied refrigerant flowing into the upper portion of the tank 43 is guided by the partition wall 49 and flows into the liquid storage tank 46 through the communication pipe 47.
  • the liquid refrigerant overflowed from the liquid storage tank 46 flows into the lower part of the tank 43 through the communication pipe 47, flows through the tube 40, and flows into the lower part of the tank 42.
  • the refrigerant flowing into the lower portion of the tank 42 flows out from the refrigerant outlet 45 and is sent to the temperature type expansion valve 7.
  • the refrigerant flowing into the tank 42 from the refrigerant inlet 44 flows through the tubes 40 from the upper part of the tank 42 through the partition wall 48. Then flows into the upper part of the tank 43.
  • the vaporized refrigerant flowing into the upper portion of the tank 43 bypasses the partition wall 49 and flows into the lower portion of the tank 43 via the communication pipe 47.
  • the gas refrigerant flowing into the lower part of the tank 43 flows through the tube 40 and flows into the lower part of the tank 42.
  • the refrigerant flowing into the lower portion of the tank 42 flows out from the refrigerant outlet 45.
  • the vaporized refrigerant bypasses the partition wall 49 in the tank 43, since the communication pipe 47 is not partitioned by the partition wall 49, the vaporized refrigerant flows with a small flow resistance. For this reason, the pressure loss of the refrigerant flowing in the outdoor heat exchanger 6 can be kept small, and the decrease in the heat absorption performance due to the decrease in the evaporation temperature of the refrigerant can be prevented.
  • the pressure regulator is configured by the electromagnetic valve 5 having a throttling function.
  • any pressure regulator may be used as long as it can selectively switch between a refrigerant passage open state and a refrigerant passage throttling state.
  • the pressure regulator may be composed of an orifice and a bypass passage with a valve arranged in parallel to the orifice.
  • the outdoor heat exchanger 6 in the outdoor air endothermic heating operation, the outdoor heat exchanger 6 is caused to function as an evaporator by closing the valve and allowing the refrigerant to pass through the orifice.
  • the outdoor heat exchanger 6 is caused to function as a condenser by opening the valve and allowing the refrigerant to pass through the bypass.
  • the partition walls 48 and 49 are respectively provided inside the pair of tanks 42 and 43 of the outdoor heat exchanger 6, but two or more partition walls may be provided in each tank.
  • the communication pipe 47 is disposed at the position of the partition wall located on the most downstream side on the refrigerant flow path in the outdoor heat exchanger 6.
  • the modified outdoor heat exchanger 6 ⁇ / b> A is formed such that the tank 43 ⁇ / b> A has a larger volume than the tank 43 of the above embodiment.
  • the lower portion of the tank 43A is configured to also serve as a liquid reservoir tank.
  • a filter 50 containing a desiccant is built in the tank 43A.
  • the outside of the filter 50 in the tank 43A is partitioned vertically by a partition wall 49A.
  • the partition wall 49 ⁇ / b> A is provided at the same height as the partition wall 48 in the tank 42.
  • the refrigerant that has flowed into the upper portion of the tank 43A flows only into the filter 50 and flows into the lower portion of the tank 43A.
  • the inner diameter of the partition wall 49A (that is, the outer diameter of the filter 50) is set to a size that allows the vaporized refrigerant to pass through with a small flow resistance.
  • the partition wall 49A guides the introduction of the liquid refrigerant into the filter 50 when the outdoor heat exchanger 6A functions as a condenser, and the gas refrigerant flows in a small flow when the outdoor heat exchanger 6A functions as an evaporator.
  • the tank 43A is caused to flow from top to bottom by resistance.
  • the outdoor heat exchanger 6A like the outdoor heat exchanger 6 described above, when the outdoor heat exchanger 6A functions as a condenser (cooling reheat operation), the liquefied refrigerant flowing into the upper portion of the tank 43A is not Then, it is guided by the partition wall 49A, passes through the filter 50, and flows into the lower part of the tank 43A (corresponding to a liquid reservoir tank).
  • the outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator (outside air heat absorption heating operation)
  • the vaporized refrigerant flows with a small flow resistance when the vaporized refrigerant passes through the partition wall 49A in the tank 43A. For this reason, the pressure loss of the refrigerant flowing in the outdoor heat exchanger 6A can be kept small, and the decrease in the heat absorption performance due to the decrease in the evaporation temperature of the refrigerant can be prevented.

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Abstract

 車両用空気調和装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルと、判定ユニットと、コントローラと、を備えている。冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し当該空気を加熱する室内コンデンサ、冷媒と車室外空気との間で熱交換する室外熱交換器、及び、冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換して当該空気を冷却する室内エバポレータを有している。また、冷凍サイクルは、室外熱交換器で冷媒に吸熱させ、かつ、室内コンデンサで冷媒に放熱させる外気吸熱暖房運転、及び、室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、かつ、室内コンデンサで冷媒から放熱させる内気吸熱暖房運転を行うことができる。判定ユニットは、室外熱交換器が凍結したか否かを判定する。コントローラは、室外熱交換器が凍結したと判定ユニットが判定した際に、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転に切り替える。上記空気調和装置によれば、室外熱交換器が凍結した場合でも、圧縮機の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる。

Description

車両用空気調和装置
 本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを有し、車室外の空気から吸熱して車室内の暖房を行う車両用空気調和装置に関する。
 例えば電気自動車では、駆動源からの熱を車室内の暖房にほとんど利用することができない。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用し、サイクル内を循環する冷媒で車室外の空気から吸熱し、その熱を車室内の暖房に利用する車両用空気調和装置が種々提案されている(下記特許文献1及び2参照)。
 しかし、車室外の空気と熱交換する室外熱交換器が凍結[frozen](着氷[coated with ice])する場合がある。室外熱交換器が凍結すると熱交換性能が低下するので、所望の暖房運転を維持できない。そのため、特許文献1に開示されている車両用空気調和装置では、蒸気圧縮式冷凍サイクルに室内コンデンサをバイパスするホットガスバイパス路を設けて、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を、室内コンデンサに流すと共にホットガスバイパス路を介して室外熱交換器にも流す。高温の冷媒が室外熱交換器を流れるので、室外熱交換器の凍結が解消される。また、室内コンデンサによって車室内に供給される空気が加熱される。このように、室外熱交換器が凍結しても、凍結を解消すると共に車室内の暖房運転を維持できる。
 また、特許文献2に開示されている車両用空気調和装置は暖房運転と除湿運転とを行うことができ、除湿運転では圧縮機の回転数制御によって空調風の吹き出し温度が調整される。しかし、室外熱交換器が凍結しても暖房運転を維持する技術は開示されていない。
日本国特開2000-203249号公報(特許第4341093号公報) 日本国特開平10-287125号公報(特許第3799732号公報)
 上述した従来の車両用空気調和装置では、室外熱交換器の凍結解消運転時に室内コンデンサと室外熱交換器に冷媒を流すので、通常の暖房運転時より圧縮機の回転数を上昇させために大きな動力が必要になる。しかし、圧縮機の動力を車両バッテリに依存する電気自動車では、航続距離が短くなるので実用的ではない。
 そこで、本発明の目的は、室外熱交換器が凍結(着氷)した場合でも、圧縮機の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる車両用空気調和装置を提供することにある。
 本発明の特徴は、下記の蒸気圧縮式冷凍サイクルと、判定ユニットと、コントローラと、を備えている車両用空気調和装置を提供する。冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し当該空気を加熱する室内コンデンサ、冷媒と車室外空気との間で熱交換する室外熱交換器、及び、冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換して当該空気を冷却する室内エバポレータを有している。また、冷凍サイクルは、室外熱交換器で冷媒に吸熱させ、かつ、室内コンデンサで冷媒に放熱させる外気吸熱暖房運転、及び、室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、かつ、室内コンデンサで冷媒から放熱させる内気吸熱暖房運転を行うことができる。判定ユニットは、室外熱交換器が凍結したか否かを判定する。コントローラは、室外熱交換器が凍結したと判定ユニットが判定した際に、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転に切り替える。
 上記特徴によれば、室外熱交換器がエバポレータとして機能する外気吸熱暖房運転時に室外熱交換器が凍結すると、室内エバポレータで冷媒に吸熱させる内気吸熱暖房運転に切り替えられて暖房運転が続行される。外気吸熱暖房運転と内気吸熱暖房運転とでは吸熱を行う熱交換器が変わるだけであり、暖房運転の続行に圧縮機の動力を増大させる必要がない。このため、室外熱交換器が凍結(着氷)した場合でも、圧縮機の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる。
 ここで、冷凍サイクルは、室外熱交換器に供給される冷媒の圧力を調整できる圧力調整器、室外熱交換器をバイパスする第1バイパス路、冷媒を室外熱交換器に流すか第1バイパス路に流すかを切り替える第1流路切替器、室内エバポレータに供給される冷媒の圧力を減圧する減圧器、室内エバポレータをバイパスする第2バイパス路、及び、冷媒を室内エバポレータに流すか第2バイパス路に流すかを切り替える第2流路切替器をさらに備え、外気吸熱暖房運転では、圧縮機で圧縮された冷媒が、室内コンデンサ、圧力調整器、室外熱交換器、第2バイパス路を順に流れて圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、圧力調整器が冷媒を減圧させ、内気吸熱暖房運転では、圧縮機で圧縮された冷媒が、室内コンデンサ、第1バイパス路、減圧器、室内エバポレータを順に流れて圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、減圧器が冷媒を減圧させることが好ましい。
 ここで、冷凍サイクルは、室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、室内コンデンサ及び室外熱交換器の双方で冷媒に放熱させる冷房リヒート運転をさらに行うことができ、冷房リヒート運転では、圧縮機で圧縮された冷媒が、室内コンデンサ、圧力調整器、室外熱交換器、減圧器、室内エバポレータを順に流れて圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、圧力調整器が冷媒を減圧させないことがさらに好ましい。
 また、空気調和装置が、室外熱交換器を通過した空気温度を検出する室外熱交換器通過空気温度検出器と、室外熱交換器の出口の冷媒温度を検出する冷媒温度検出器とをさらに備え、判定ユニットが、室外熱交換器通過空気温度検出器によって検出された空気温度と冷媒温度検出器によって検出された冷媒温度との差に基づいて、室外熱交換器が凍結したか否かを判定することが好ましい。
 また、内気吸熱暖房運転では、車室内の空気が、室内エバポレータに供給され、その後、室内コンデンサに供給されることが好ましい。
 また、空気調和装置が、車室内に供給される空気を加熱するヒータと、フット吹出口から吹き出される空気温度を検出するフット吹出温度検出器と、デフロスタ吹出口及びベント吹出口から吹き出される空気温度を検出するデフロスタ・ベント吹出温度検出器とをさらに備え、コントローラが、フット吹出温度検出器及びデフロスタ・ベント吹出温度検出器によって検出された空気温度に基づいて、ヒータの加熱量を制御することが好ましい。
 また、空気調和装置が、室内エバポレータに供給される空気の温度及び湿度を検出する吸入空気温湿度検出器と、外気温度を検出する外気温度検出器とをさらに備え、コントローラが、吸入空気温湿度検出器及び外気温度検出器の検出結果に基づいて車室内の露点温度を算出し、算出された露点温度に基づいて室内エバポレータの除湿量を制御することが好ましい。
 また、前記室外熱交換器が、複数のチューブ、前記複数のチューブの両端に設けられた一対のタンク、冷媒を貯留する液溜めタンク、及び、前記各タンク内にそれぞれ少なくとも一つずつ設けられた複数の仕切壁を有しており、前記複数の仕切壁のうち、前記室外熱交換器内の冷媒流れ経路上の最も下流に位置する仕切壁が、冷媒の前記液溜めタンクへの導入をガイドでき、且つ、冷媒を小さな流れ抵抗で流すよう構成されていることが好ましい。
車両用空気調和装置の一実施形態の構成図である。 上記空気調和装置の外気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す説明図である。 上記空気調和装置の内気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す説明図である。 上記空気調和装置の冷房リヒート運転時の冷媒経路を示す説明図である。 上記空気調和装置における室外熱交換器の構成図である。 上記空気調和装置の動作を示すフローチャートである。 上記室外熱交換器の変形例の構成図である。
 以下、車両用空気調和装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
 図1に示されるように、車両用空気調和装置1は、蒸気圧縮式冷凍サイクル2を備えている。冷凍サイクル2は、冷媒を圧縮する圧縮機3と、室内コンデンサ4と、電磁弁(圧力調整器[pressure regulator])5と、室外熱交換器6と、冷媒を減圧する温度式膨張弁[thermostatic expansion valve](減圧器[pressure reducer])7と、室内エバポレータ8と、アキュムレータ9とを備えている。冷凍サイクル2上で、電磁弁5は、室内コンデンサ4の下流に配置されている。室外熱交換器6は、電磁弁5の下流に配置されている。温度式膨張弁7は、室外熱交換器6の下流に配置されている。室内エバポレータ8は、温度式膨張弁7の下流に配置されている。アキュムレータ9は、室内エバポレータ8の下流に配置されている。これらのコンポーネントが、冷媒配管10によって接続されている。
 圧縮機3は、例えばベーン型であり、コントローラ30からの指令によって、その駆動又は停止やその回転数が制御される。
 室内コンデンサ4は、空調ケース21内で、室内エバポレータ8に対して空調風流れの下流に配置されている。室内コンデンサ4では、圧縮機3で圧縮された高温高圧の冷媒と空調ケース21内を通過する空気(車室内に供給される空気)との間で熱交換が行われる。室内コンデンサ4は、冷媒の放熱作用によって空気を加熱する。
 電磁弁5は、絞り機構を有しており、冷媒を減圧させずに室外熱交換器6に流したり、冷媒を減圧させて室外熱交換器6に流すことができる。電磁弁5は、コントローラ30によって制御される。
 室外熱交換器6は、例えばエンジンルーム内に配置されている。室外熱交換器6では、室内コンデンサ4を通過した冷媒と車室外の空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器6は、冷房リヒート運転時にはコンデンサとして機能して冷媒から空気に放熱させ、外気吸熱暖房運転時にはエバポレータとして機能して空気から冷媒に吸熱させる。室外熱交換器6の内部構成については、追って詳述する。
 温度式膨張弁7は、室内エバポレータ8の出口側に取り付けられた感温筒[feeler bulb](図示せず)を有している。温度式膨張弁7の弁開度は、室内エバポレータ8の出口側の冷媒の過熱度[superheating degree of refrigerant]が所定値に維持されるように自動調整される。
 室内エバポレータ8は、空調ケース21内で、室内コンデンサ4に対して空調風流れの上流に配置されている。室内エバポレータ8では、温度式膨張弁7で減圧された冷媒と空調ケース21内を通過する空気(車室内に供給される空気)との間で熱交換が行われる。室内エバポレータ8は、冷媒の吸熱作用によって空気を冷却、及び、除湿する。
 アキュムレータ9は、室内エバポレータ8から送られてきた冷媒の一部を余剰冷媒として一時的に溜めると共に、ガス冷媒のみを圧縮機3に送る。
 空調ケース21には、車室外空気を導入する外気導入口22と、車室内空気を導入する内気導入口23とが設けられている。外気導入口22と内気導入口23とは、インテークドア24によって開閉される。インテークドア24は、コントローラ30によって制御される。空調ケース21内には、送風機[blower]25が設けられている。送風機25は、インテークドア24の位置に応じて外気又は内気を空調ケース21内に吸引する。空調ケース21内には、室内コンデンサ4の上流側に配置されたエアミックスドア27と室内コンデンサ4の下流に配置されたヒータ26とが設けられている。エアミックスドア27は、室内コンデンサ4及びヒータ26を通過する送風とこれらをバイパスする送風との混合比を調整する。ヒータ26は、冷凍サイクル2とは別の熱源であり、例えば、PTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータである。ヒータ26は、コントローラ30によって発熱量が制御される。
 空調ケース21内のヒータ26の下流には、フット吹出口28a、デフロスタ吹出口28b、ベント吹出口28cが設けられている。これらの吹出口より空調風が車室内に供給される。なお、ヒータ26を通過した空気がフット吹出口28aよりもデフロスタ吹出口28b及びベント吹出口28cにより多く導かれるように、ヒータ26が配置されている。
 また、冷凍サイクル2は、第1バイパス路11と、第1流路切替弁(第1流路切替器[first flowpath changeover unit])12と、逆止弁14とを有している。第1バイパス路11は、室内コンデンサ4からの冷媒に室外熱交換器6をバイパスさせる。第1流路切替弁12は、第1バイパス路11の上流端と冷媒配管10との接続箇所に設けられており、冷媒を室外熱交換器6に通すか第1バイパス路11に通すかを切り替える。逆止弁14は、室外熱交換器6の下流で、かつ、第1バイパス路11の下流端と冷媒配管10との接続箇所より上流に配置されており、内気吸熱暖房運転時に冷媒が室外熱交換器6へと逆流するのを防止する。
 さらに、冷凍サイクル2は、第2バイパス路15と、第2流路切替弁(第2流路切替器)16とを有している。第2バイパス路15は、冷媒に室内エバポレータ8をバイパスさせる。第2流路切替弁16は、第2バイパス路15の上流端と冷媒配管10との接続箇所に設けられており、冷媒を室内エバポレータ8に通すか第2バイパス路15に通すかを切り替える。
 第1流路切替弁12及び第2流路切替弁16は、コントローラ30によって制御されて冷媒経路を切り替える。具体的には、外気吸熱暖房運転[outside-air heat-absorption heating operation]では、図2に示されるように、圧縮機3で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ4、電磁弁5、室外熱交換器6、及び、第2バイパス路15を順に通って圧縮機3に戻るように、冷媒経路が切り替えられる。電磁弁5は冷媒を減圧し、室外熱交換器6はエバポレータとして機能する。
 また、内気吸熱暖房運転[inside-air heat-absorption heating operation]では、図3に示されるように、圧縮機3で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ4、第1バイパス路11、温度式膨張弁7、及び、室内エバポレータ8を順に通って圧縮機3に戻るように、冷媒経路が切り替えられる。温度式膨張弁7は冷媒を減圧し、室内エバポレータ8はエバポレータとして機能する。
 また、冷房リヒート運転[re-heat cooling operation]では、図4に示されるように、圧縮機3で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ4、電磁弁5、室外熱交換器6、温度式膨張弁7、及び、室内エバポレータ8を順に通って圧縮機3に戻るように、冷媒経路が切り替えられる。電磁弁5は冷媒を減圧させずにそのまま流し、室外熱交換器6はコンデンサとして機能する。
 また、空気調和装置1は、室外熱交換器通過空気温度センサ(室外熱交換器通過空気温度検出器)S1と、冷媒温度センサ(冷媒温度検出器)S2と、エバポレータ出口空気温度センサ(エバポレータ出口空気温度検出器)S3と、フット吹出温度センサ(フット吹出温度検出器)S4と、デフロスタ・ベント吹出温度センサ(デフロスタ・ベント吹出温度検出器)S5と、吸入空気温湿度センサ(吸入空気温湿度検出器)S6と、外気温度センサ(外気温度検出器)S7と、室内温度センサ(室内温度検出器)S8とを有している。室外熱交換器通過空気温度センサS1は、室外熱交換器6を通過した空気温度を検出する。冷媒温度センサS2は、室外熱交換器6の出口の冷媒温度を検出する。エバポレータ出口空気温度センサS3は、室内エバポレータ8を通過した空気温度を検出する。フット吹出温度センサS4は、フット吹出口28aから吹き出す空気温度を検出する。デフロスタ・ベント吹出温度センサS5は、デフロスタ吹出口28b及びベント吹出口28cより吹き出す空気温度を検出する。吸入空気温湿度センサS6は、空調ケース21内に導入された空気(室内エバポレータ8や室内コンデンサ4に供給される空気)の温度と湿度を検出する。外気温度センサS7は、外気温度を検出する。室内温度センサS8は、車室内の温度を検出する。
 コントローラ30は、操作パネル31からの入力データや各種センサS1~S8の検出データ等に基づいて、圧縮機3、第1流路切替弁12、第2流路切替弁16、インテークドア24、送風機25、ヒータ26、エアミックスドア27等を制御する。また、コントローラ30は、室外熱交換器6が凍結しているか否かを判定する判定ユニット[determination unit]としても機能する。コントローラ30は、室外熱交換器6を通過した空気温度(室外熱交換器通過空気温度センサS1により検出)と室外熱交換器6の出口の冷媒温度(冷媒温度センサS2により検出)との差が所定温度差(例えば10℃)以上となった場合、室外熱交換器6が凍結(着氷)したと判定する。
 操作パネル31は、暖房[heating]スイッチSW1、除湿暖房[dry-heating]スイッチSW2、冷房[cooling]スイッチSW3、温度設定ノブ[temperature control knob]32等を有している。温度設定ノブ32によって、車室内の目標温度が設定される。コントローラ30は、暖房スイッチSW1、除湿暖房スイッチSW2、又は、冷房スイッチSW3のオン操作に基づいて、図6のフローチャートに示される制御を実行する。制御内容については、追って詳述する。また、コントローラ30は、室内温度センサS8の検出温度が目標温度になるように、暖房運転、除湿暖房運転、又は、冷房リヒート運転を制御する。
 次に、室外熱交換器6の構成を説明する。室外熱交換器6は、図5に示されるように、垂直方向に間隔をおいて水平配置された複数のチューブ40と、隣接するチューブ40の間に配置された放熱フィン41と、複数のチューブ40の両端に配置された一対のタンク42,43とを備えている。タンク42には、その上端部に冷媒入口44が設けられ、その下端部に冷媒出口45が設けられている。タンク43には液溜めタンク[reservoir tank]46が設けられている。タンク43の内部と液溜めタンク46の内部とは底部寄りに設けられた連通管47によって連通されている。
 タンク42,43の内部には、仕切壁[partitions]48,49がそれぞれ一つずつ設けられている。タンク42内の仕切壁48は、連通管47と同じ高さ位置に設けられており、タンク42内を完全に仕切っている。一方、タンク43内の仕切壁49は、二つ設けられた仕切壁48,49のうちで、室外熱交換器6内の冷媒流れ経路上の下流に位置している。また、仕切壁49は、連通管47と同じ高さ位置に設けられている。仕切壁49は、タンク43の内部をほぼ仕切ってはいるが、連通管47の内部は仕切っていない。従って、仕切壁49は、室外熱交換器6がコンデンサとして機能する際には液冷媒の液溜めタンク46への導入をガイドし、室外熱交換器6がエバポレータとして機能する際には小さな流れ抵抗で気化冷媒を連通管47を介してタンク43内を上から下に流す。
 次に、車両用空気調和装置1の動作を説明する。図6に示されるように、コントローラ30は、暖房スイッチSW1、除湿暖房スイッチSW2、及び、冷房スイッチSW3のいずれかがオンされたか否かを常時チェックする(ステップST1~ST3)。
 冷房スイッチSW3がオンされた場合(ステップST1でYES)、コントローラ30は、冷房リヒート運転を実行する(ステップST4)。冷房リヒート運転では、図4に示されるように、第1流路切替弁12は、冷媒を室外熱交換器6に流すように切り替えられ、第2流路切替弁16は、冷媒を室内エバポレータ8に流すように切り替えられる。電磁弁5は、全開とされて、冷媒を減圧することなく通過させる。インテークドア24は、内気導入側又は内気導入側に設定される(図4では内気導入)。ただし、冷房リヒート運転では冷風を室内に供給するので、通常は内気を循環させる。
 冷房リヒート運転では、圧縮機3で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ4、第1流路切替弁12、電磁弁5、室外熱交換器6、第2流路切替弁16、温度式膨張弁7、室内エバポレータ8、及び、アキュムレータ9を順に通る冷媒経路を循環する。圧縮機3で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ4及び室外熱交換器6で空気に放熱する。放熱によって低温となり、かつ、温度式膨張弁7で低圧とされた冷媒は、室内エバポレータ8で空気から吸熱する。従って、空調ケース21内を通る送風は、室内エバポレータ8で冷却され、その後、その一部若しくは全部(エアミックスドア27の位置による)が室内コンデンサ4で再加熱される。これにより、所望温度の冷風が生成される。
 一方、除湿暖房スイッチSW2がオンされた場合(ステップST3でYES)、コントローラ30は、内気吸熱暖房運転を実行する(ステップST5)。内気吸熱暖房運転では、図3に示されるように、第1流路切替弁12は、冷媒を第1バイパス路11に流すように切り替えられ、第2流路切替弁16は、冷媒を室内エバポレータ8に流れるように切り替えられる。インテークドア24は、内気導入側に切り替えられる。エアミックスドア27は、例えば、全開位置に切り替えられる。
 内気吸熱暖房運転では、圧縮機3で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ4、第1バイパス路11、第2流路切替弁16、温度式膨張弁7、室内エバポレータ8、及び、アキュムレータ9を順に通る冷媒経路を循環する。圧縮機3で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ4で空気に放熱する。放熱によって低温となり、かつ、温度式膨張弁7で低圧とされた冷媒は、室内エバポレータ8で空気から吸熱する。従って、空調ケース21内を通る送風は、室内エバポレータ8で冷却され、その後、その全部が室内コンデンサ4で再加熱される。これにより、所望温度の温風が生成される。
 室内エバポレータ8では、空気を0度近くまで冷却するので除湿が行われ、除湿された空気[dry air]が車室内に供給されて窓曇りが除去される。
 なお、室内コンデンサ4の加熱能力が小さい場合には、ヒータ26を作動させて所望温度の温風を生成する。
 また、内気吸熱暖房運転では、エバポレータ出口空気温度センサS3の検出温度に基づいて、室内エバポレータ8が凍結しない温度(例えば0℃~3℃)となるように圧縮機3の回転数が制御されて除湿性能が確保される。内気吸熱暖房運転では、室内エバポレータ8及び室内コンデンサ4によって冷凍サイクル特性が決定されるので、除湿性能に基づいて圧縮機3の回転数が決定されると室内コンデンサ4による加熱量が自ずと決まる。従って、加熱量を増加したい場合にはヒータ26を作動させ、加熱量を減少させたい場合にはエアミックスドア27の位置を閉じ側に変更することで、空調風の温度を制御できる。
 また、暖房スイッチSW1がオンされた場合(ステップST2でYES)、コントローラ30は、外気吸熱暖房運転を実行する(ステップST6)。外気吸熱暖房運転では、図2に示されるように、第1流路切替弁12は、冷媒を室外熱交換器6に流すように切り替えられ、第2流路切替弁16は、冷媒を第2バイパス路15に流すように切り替えられる。電磁弁5は、冷媒を減圧する弁位置に調整される。インテークドア24は、外気導入側に切り替えられる。エアミックスドア27は、例えば全開位置に切り替えられる。
 圧縮機3で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ4、室外熱交換器6、第2流路切替弁16、第2バイパス路15、アキュムレータ9を順に通る冷媒経路を循環する。圧縮機3で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ4で空気に放熱する。放熱によって低温となり、かつ、電磁弁5で低圧とされた冷媒は、室外熱交換器6で空気から吸熱する。従って、空調ケース21内を通る送風は、室内エバポレータ8によって冷却されずに、室内コンデンサ4で加熱される。これにより、所望温度の温風が生成される。外気吸熱暖房運転では、室内エバポレータ8によって空気が冷却されないので、内気吸熱暖房運転より大きな暖房効果が得られる。
 外気吸熱暖房運転では、湿気の少ない車室外の空気を空調ケース21内に導入(外気導入)するので、窓曇りが抑制される。
 外気吸熱暖房運転時には、所定時間毎に室外熱交換器6が凍結(着氷)しているか否かの判定が行われる(ステップST7)。
 室外熱交換器6が凍結したと判定された場合(ステップST7でYES)、外気吸熱暖房運転は内気吸熱暖房運転に切り替えられる(ステップST8)。これにより、冷媒は、室外熱交換器6を通過する外気からではなく、室内エバポレータ8を通過する空気から吸熱するようになり、暖房運転が維持される。
 ステップST7が肯定された際の内気吸熱暖房運転中でも、所定時間毎に室外熱交換器6の凍結が凍結しているか否か(すなわち、凍結が解消したか否か)の判定が行われる(ステップST7)。室外熱交換器6の凍結が解消したと判定された場合(ステップST7でNO)、外気吸熱暖房運転、すなわち、ユーザの選択した運転に戻される(ステップST6)。なお、室外熱交換器6の凍結が解消した(室外熱交換器6が凍結していない)と判定された場合(ステップST7でNO)に、いつ外気吸熱暖房運転に戻すかには種々の方法が考えられる。例えば、ステップST7が否定されたらすぐに外気吸熱暖房運転しても良いし、ステップST7が否定されてから所定時間経過後に外気吸熱暖房運転しても良い。
 以上説明したように、室外熱交換器6をエバポレータとして機能させる外気吸熱暖房運転時に室外熱交換器6が凍結すると室内エバポレータ8で冷媒に吸熱させる内気吸熱暖房運転に切り替えて暖房運転が続行される。外気吸熱暖房運転と内気吸熱暖房運転では吸熱が行われる熱交換器が変わるだけであり、暖房運転を続行するために圧縮機3の動力を増大させる必要がない。従って、室外熱交換器6が凍結(着氷)した場合でも、圧縮機3の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる。
 このように室外熱交換器6が凍結しても暖房運転を維持できるので、室外熱交換器6としては、特殊品(例えば、凍結し難い構造を持つものや、結露が極力留まらない構造を持つものなど)を使用する必要がなく、汎用品を使用することができる。
 本実施形態の冷凍サイクル2は、圧縮機3と室内コンデンサ4と室外熱交換器6と温度式膨張弁7と室内エバポレータ8を備えた通常の冷凍サイクルに対して、室外熱交換器6に供給される冷媒の圧力を調整する電磁弁(圧力調整器)5と、室外熱交換器6をバイパスする第1バイパス路11と、冷媒を室外熱交換器6に流すか第1バイパス路11に流すかを切り替える第1流路切替弁12と、室内エバポレータ8をバイパスする第2バイパス路15と、冷媒を室内エバポレータ8に流すか第2バイパス路15に流すかを切り替える第2流路切替弁16とを加えただけである。従って、本実施形態の冷凍サイクル2によれば、比較的簡単な構成で、かつ、比較的簡単な冷媒経路の切替えによって、2種類の暖房運転(外気吸熱暖房運転、内気吸熱暖房運転)と1種類の冷房運転(冷房リヒート運転)を行うことができる。
 コントローラ(判定ユニット)30は、室外熱交換器6を通過した空気温度と室外熱交換器6の出口の冷媒温度との差に基づいて凍結を判定する。このため、単純な温度比較によって室外熱交換器6の凍結を確実に判定できる。
 内気吸熱暖房運転では、車室内の空気を空調ケース21内(室内エバポレータ8及び室内コンデンサ4)に導入して内気循環させるので、車室内の熱損失がほとんどなく、熱効率の良い暖房を行うことができる。
 室内コンデンサ4に加えてヒータ26が設けられ、フット吹出温度センサS4及びデフロスタ・ベント吹出温度センサS5の検出温度に基づいてコントローラ30によってヒータ26が制御される。従って、フット吹出口28aとベント吹出口28cの空気温度に温度差を設ける場合(いわゆるバイレベルモード[bi-level mode])でも、ヒータ26の加熱量を調整して所望の空調風を供給できる。
 コントローラ30は、外気温度検出センサS7の検出温度を窓の温度とみなして吸入空気温湿度センサS6及び外気温度センサS7を用いて車室内の露点温度を算出し、算出した露天温度に基づいて窓曇りが発生しないように除湿量を制限すべく室内エバポレータ8を制御しても良い。これにより、窓曇りの発生を防止しつつ圧縮機3の動力を低く運転することができる。露点温度は、コントローラ30の内蔵メモリにそのデータマップが記憶され、外気温度センサS7によって検出された温度と相対湿度から算出される。
 室外熱交換器6は、複数のチューブ40と複数のチューブ40の両端に設けられた一対のタンク42,43とを有している。各タンク42,43内には仕切壁48,49がぞれぞれ一つずつ設けられている。二つの仕切壁48,49のうちで室外熱交換器6内の冷媒流れ経路上の下流に位置する仕切壁49は、冷媒の液溜めタンク46への導入をガイドし、かつ、冷媒を小さな流れ抵抗で流すよう構成されている。
 従って、室外熱交換器6がコンデンサとして機能する際(冷房リヒート運転)には、冷媒入口44からタンク42内に流入した冷媒は、仕切壁48よってタンク42の上部から各チューブ40内を流れてタンク43の上部に流入する。タンク43の上部に流入した液化冷媒は、仕切壁49でガイドされて連通管47を通って液溜めタンク46に流入する。液溜めタンク46からオーバーフローした液冷媒は、連通管47を通ってタンク43の下部に流入し、チューブ40内を流れてタンク42の下部に流入する。タンク42の下部に流入した冷媒は、冷媒出口45から流出して温度式膨張弁7へと送られる。
 一方、室外熱交換器6がエバポレータとして機能する際(外気吸熱暖房運転)には、冷媒入口44からタンク42内に流入した冷媒は、仕切壁48よってタンク42の上部から各チューブ40内を流れてタンク43の上部に流入する。タンク43の上部に流入した気化冷媒は、仕切壁49を迂回して連通管47を介してタンク43の下部に流入する。タンク43の下部に流入したガス冷媒は、チューブ40内を流れてタンク42の下部に流入する。タンク42の下部に流入した冷媒は、冷媒出口45より流出される。気化冷媒がタンク43内で仕切壁49を迂回する際には、連通管47が仕切壁49で仕切られていないので、気化冷媒は小さな流れ抵抗で流れる。このため、室外熱交換器6内を流れる冷媒の圧力損失を小さく抑えることができ、冷媒の蒸発温度低下に起因する吸熱性能の低下を防止できる。
 上記実施形態では、圧力調整器は、絞り機能を有する電磁弁5で構成されたが、冷媒通路の開放状態と冷媒通路の絞り状態とを選択的に切り替えできるものであれば良い。例えば、圧力調整器は、オリフィスと、オリフィスに並列配置されたバルブ付きのバイパス路とから構成されても良い。この場合、外気吸熱暖房運転では、バルブを閉じてオリフィスに冷媒を通過させて室外熱交換器6をエバポレータとして機能させる。一方、冷房リヒート運転では、バルブを開いてバイパス路に冷媒を通過させて室外熱交換器6をコンデンサとして機能させる。
 上記実施形態では、室外熱交換器6の一対のタンク42,43の内部にそれぞれ一つずつ仕切壁48,49が設けられたが、各タンクに仕切壁が二つ以上設けられても良い。この場合、複数の仕切壁のうちで、室外熱交換器6内の冷媒流れ経路上の最も下流に位置している仕切壁の位置に連通管47が配置される。
(室外熱交換器の変形例)
 次に、室外熱交換器の変形例について説明する。図7に示されるように、変形例としての室外熱交換器6Aは、上記実施形態のタンク43に比べて、タンク43Aが大きな容積を持つように形成されている。タンク43Aは、その下部が液溜めタンクを兼用するよう構成されている。タンク43Aの内部には、乾燥剤入りのフィルタ50が内蔵されている。タンク43A内のフィルタ50の外側は、仕切壁49Aによって上下に仕切られている。仕切壁49Aは、タンク42内の仕切壁48と同じ高さ位置に設けられている。
 タンク43Aの上部に流入した冷媒は、フィルタ50の内部のみを通ってタンク43Aの下部に流入する。仕切壁49Aの内径(すなわち、フィルタ50の外径)は、気化冷媒を小さな流れ抵抗で通す大きさに設定されている。仕切壁49Aは、室外熱交換器6Aがコンデンサとして機能する際には液冷媒のフィルタ50の内部への導入をガイドし、室外熱交換器6Aがエバポレータとして機能する際にはガス冷媒を小さな流れ抵抗でタンク43A内を上から下へ流す。
 従って、室外熱交換器6Aによっても、上述した室外熱交換器6と同様に、室外熱交換器6Aがコンデンサとして機能する際(冷房リヒート運転)には、タンク43Aの上部に流入した液化冷媒は、仕切壁49Aでガイドされてフィルタ50を通ってタンク43Aの下部(液溜めタンクに相当)に流入する。一方、室外熱交換器6がエバポレータとして機能する際(外気吸熱暖房運転)には、気化冷媒がタンク43A内で仕切壁49Aを通過する際には、気化冷媒は小さな流れ抵抗で流れる。このため、室外熱交換器6A内を流れる冷媒の圧力損失を小さく抑えることができ、冷媒の蒸発温度低下に起因する吸熱性能の低下を防止できる。
(暖房運転の切替時期の変形例)
 上記実施形態では、室外熱交換器6をエバポレータとして機能させる際(外気吸熱暖房運転)に室外熱交換器6が凍結すると、室内エバポレータ8による吸熱(内気吸熱暖房運転)に切り替えられた。しかし、窓曇りを解消したい場合や、降雨時の快適性向上のために除湿したい場合などにも、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転に切り替えられても良い。

Claims (8)

  1.  冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し当該空気を加熱する室内コンデンサ、冷媒と車室外空気との間で熱交換する室外熱交換器、及び、冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換して当該空気を冷却する室内エバポレータを有し、前記室外熱交換器で冷媒に吸熱させ、かつ、前記室内コンデンサで冷媒に放熱させる外気吸熱暖房運転、及び、前記室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、かつ、前記室内コンデンサで冷媒から放熱させる内気吸熱暖房運転を行うことができる蒸気圧縮式冷凍サイクルと、
     前記室外熱交換器が凍結したか否かを判定する判定ユニットと、
     前記室外熱交換器が凍結したと前記判定ユニットが判定した際に、前記外気吸熱暖房運転から前記内気吸熱暖房運転に切り替えるコントローラと、を備えた車両用空気調和装置。
  2.  請求項1記載の車両用空気調和装置であって、
     前記冷凍サイクルは、前記室外熱交換器に供給される冷媒の圧力を調整できる圧力調整器、前記室外熱交換器をバイパスする第1バイパス路、冷媒を前記室外熱交換器に流すか前記第1バイパス路に流すかを切り替える第1流路切替器、前記室内エバポレータに供給される冷媒の圧力を減圧する減圧器、前記室内エバポレータをバイパスする第2バイパス路、及び、冷媒を前記室内エバポレータに流すか前記第2バイパス路に流すかを切り替える第2流路切替器をさらに備え、
     前記外気吸熱暖房運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒が、前記室内コンデンサ、前記圧力調整器、前記室外熱交換器、前記第2バイパス路を順に流れて前記圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、前記圧力調整器が冷媒を減圧させ、
     前記内気吸熱暖房運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒が、前記室内コンデンサ、前記第1バイパス路、前記減圧器、前記室内エバポレータを順に流れて前記圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、前記減圧器が冷媒を減圧させる。
  3.  請求項2記載の車両用空気調和装置であって、
     前記冷凍サイクルは、前記室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、前記室内コンデンサ及び前記室外熱交換器の双方で冷媒に放熱させる冷房リヒート運転をさらに行うことができ、
     前記冷房リヒート運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒が、前記室内コンデンサ、前記圧力調整器、前記室外熱交換器、前記減圧器、前記室内エバポレータを順に流れて前記圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、前記圧力調整器が冷媒を減圧させない。
  4.  請求項1~3のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
     前記室外熱交換器を通過した空気温度を検出する室外熱交換器通過空気温度検出器と、前記室外熱交換器の出口の冷媒温度を検出する冷媒温度検出器とをさらに備え、
     前記判定ユニットは、前記室外熱交換器通過空気温度検出器によって検出された前記空気温度と前記冷媒温度検出器によって検出された前記冷媒温度との差に基づいて、前記室外熱交換器が凍結したか否かを判定する。
  5.  請求項1~4のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
     前記内気吸熱暖房運転では、車室内の空気が、前記室内エバポレータに供給され、その後、前記室内コンデンサに供給される。
  6.  請求項1~5のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
     車室内に供給される空気を加熱するヒータと、
     フット吹出口から吹き出される空気温度を検出するフット吹出温度検出器と、
     デフロスタ吹出口及びベント吹出口から吹き出される空気温度を検出するデフロスタ・ベント吹出温度検出器とをさらに備え、
     前記コントローラは、前記フット吹出温度検出器及び前記デフロスタ・ベント吹出温度検出器によって検出された前記空気温度に基づいて、前記ヒータの加熱量を制御する。
  7.  請求項1~6のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
     前記室内エバポレータに供給される空気の温度及び湿度を検出する吸入空気温湿度検出器と、
     外気温度を検出する外気温度検出器とをさらに備え、
     前記コントローラは、前記吸入空気温湿度検出器及び前記外気温度検出器の検出結果に基づいて車室内の露点温度を算出し、算出された前記露点温度に基づいて前記室内エバポレータの除湿量を制御する。
  8.  請求項1~7のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
     前記室外熱交換器は、複数のチューブ、前記複数のチューブの両端に設けられた一対のタンク、冷媒を貯留する液溜めタンク、及び、前記各タンク内にそれぞれ少なくとも一つずつ設けられた複数の仕切壁を有し、
     前記複数の仕切壁のうち、前記室外熱交換器内の冷媒流れ経路上の最も下流に位置する仕切壁は、冷媒の前記液溜めタンクへの導入をガイドでき、且つ、冷媒を小さな流れ抵抗で流すよう構成されている。
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