WO2020137236A1 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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WO2020137236A1
WO2020137236A1 PCT/JP2019/044846 JP2019044846W WO2020137236A1 WO 2020137236 A1 WO2020137236 A1 WO 2020137236A1 JP 2019044846 W JP2019044846 W JP 2019044846W WO 2020137236 A1 WO2020137236 A1 WO 2020137236A1
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heat
heat medium
refrigerant
air
vehicle
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PCT/JP2019/044846
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English (en)
French (fr)
Inventor
徹也 石関
めぐみ 重田
智規 原口
宣伯 清水
Original Assignee
サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/06—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with the heat-exchange conduits forming part of, or being attached to, the tank containing the body of fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle air conditioner applicable to a vehicle equipped with a device such as a battery that supplies electric power to a running electric motor, the temperature of which needs to be adjusted during use.
  • this type of vehicle air conditioner is provided with a refrigerant circuit having a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, and an expansion valve, and supplies the air that has exchanged heat with the refrigerant in the indoor heat exchanger into the vehicle interior.
  • a refrigerant circuit having a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, and an expansion valve, and supplies the air that has exchanged heat with the refrigerant in the indoor heat exchanger into the vehicle interior.
  • cooling, heating, dehumidification, etc. of the vehicle interior are performed (for example, refer to Patent Document 1).
  • the vehicle equipped with the vehicle air conditioner is equipped with a device such as a battery that supplies electric power to an electric motor as a drive source, the temperature of which needs to be adjusted when used, such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. There is something.
  • the components of the vehicle that require temperature adjustment are connected to the heat medium circuit, and the device that requires temperature adjustment is heated or cooled via the heat medium flowing through the heat medium circuit. There is something to do.
  • An object of the present invention is to provide an air conditioner for a vehicle that can reliably cool equipment that needs to be cooled and can secure a necessary amount of heat absorption in a refrigerant circuit during heating operation.
  • the vehicle air conditioner of the present invention includes a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, and a refrigerant circuit having an expansion valve, and supplies the vehicle interior in the indoor heat exchanger.
  • a vehicle air conditioner for exchanging heat between air and a refrigerant wherein a component device of a vehicle is connected, and a heat medium circuit for adjusting the temperature of the component device by a circulating heat medium is provided, and a refrigerant of a compressor in the refrigerant circuit.
  • the suction side is provided with an accumulator for inflowing a refrigerant to separate gas and liquid, and the accumulator has a heat exchange section for exchanging heat between the refrigerant flowing through the refrigerant circuit and the heat medium flowing through the heat medium circuit. ..
  • the refrigerant flowing through the refrigerant circuit in the heat exchanging unit absorbs heat and the heat medium flowing through the heat medium circuit radiates heat, so that the components connected to the heat medium circuit are cooled, and at the time of heating operation. It is possible to increase the amount of heat absorption in the refrigerant circuit.
  • the vehicle air conditioner of the present invention it is possible to cool the constituent devices connected to the heat medium circuit and increase the amount of heat absorbed in the refrigerant circuit during the heating operation, so that the cooling is required. It is possible to reliably cool the device and to secure a necessary amount of heat absorption in the refrigerant circuit during the heating operation.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle air conditioner showing an embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram of an accumulator. It is a schematic block diagram of the accumulator which shows another example.
  • the vehicle air conditioner 1 of the present invention is applied to a vehicle that can travel by the driving force of an electric motor, such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the vehicle has an electric motor for traveling and a battery B for traveling as a constituent device for supplying electric power to the electric motor.
  • the battery B emits heat when used. Further, the battery B is required to be used in a predetermined temperature zone in order to exhibit a predetermined performance. Therefore, the battery B may need to be cooled depending on the temperature of the outside air or the usage state.
  • the battery B is desirably used in the range of 10°C to 30°C, for example.
  • this vehicle air conditioner 1 absorbs heat released from an air conditioning unit 10 provided inside a vehicle compartment of a vehicle, a refrigerant circuit 20 provided inside and outside the vehicle compartment, and a battery B. And a heat medium circuit 30 for circulating the heat medium.
  • the air conditioning unit 10 has an air flow passage 11 for circulating the air supplied to the vehicle interior.
  • an outside air intake port 11a for allowing the air outside the vehicle compartment to flow into the air flow passage 11
  • an inside air intake port 11b for causing the air inside the vehicle compartment to flow into the air flow passage 11, Is provided.
  • a foot outlet (not shown) that blows the air flowing through the air flow passage 11 toward the feet of the passenger
  • a vent (not shown) that blows the air toward the upper body of the passenger.
  • An air outlet and a differential air outlet (not shown) that blows out toward the surface of the windshield of the vehicle on the vehicle interior side are provided.
  • an intake switching damper 13 that can open one of the outside air intake 11a and the inside air intake 11b and close the other is provided.
  • the intake port switching damper 13 includes an outside air supply mode in which the inside air intake port 11b is closed and the outside air intake port 11a is opened, an inside air circulation mode in which the outside air intake port 11a is closed and the inside air intake port 11b is opened, and an outside air intake port. It is possible to switch between the inside/outside air suction mode in which the outside air suction port 11a and the inside air suction port 11b are opened by locating between the inside air suction port 11b and the inside air suction port 11b.
  • An indoor blower 12 such as a sirocco fan for circulating air from one end side to the other end side of the air flow passage 11 is provided on one end side of the air flow passage 11.
  • a heat absorber 14 as an indoor heat exchanger for cooling and dehumidifying the air flowing through the air flow passage 11 is provided downstream of the indoor blower 12 in the air flow passage 11 in the air flow direction. Further, a radiator 15 as an indoor heat exchanger for heating the air flowing through the air flow passage 11 is provided on the downstream side of the heat absorber 14 in the air flow passage 11 in the air flow direction.
  • the radiator 15 is arranged on one side of the air flow passage 11 in the orthogonal direction, and a radiator bypass flow passage 11c that bypasses the radiator 15 is formed on the other side of the air flow passage 11 in the orthogonal direction.
  • An air mix damper 16 is provided between the heat absorber 14 and the radiator 15 in the air flow passage 11 to adjust the ratio of the air heated by the radiator 15 to the air passing through the heat absorber 14. ing.
  • the air mix damper 16 closes one of the radiator bypass flow passage 11c and the radiator 15 in the air flow direction and opens the other side of the radiator 15 and the radiator bypass flow passage 11c in the air flow direction upstream side.
  • both the radiator bypass passage 11c and the radiator 15 are opened to adjust the opening degree of the radiator 15 on the upstream side in the air flow direction.
  • the air mix damper 16 has an opening of 0% in a state where the upstream side of the radiator 15 in the air flow direction in the air flow passage 11 is closed and the radiator bypass flow passage 11c is opened, and the radiator 15 in the air flow passage 11 is opened.
  • the opening becomes 100% in a state where the upstream side of the air circulation direction is opened and the radiator bypass passage 11c is closed.
  • the refrigerant circuit 20 includes the heat absorber 14, the radiator 15, a compressor 21 for compressing the refrigerant, an outdoor heat exchanger 22 for exchanging heat between the refrigerant and the air outside the vehicle compartment, and a fully closed and fully open state.
  • First and second expansion valves 23a and 23b whose valve opening can be adjusted between them, first and second electromagnetic valves 24a and 24b for opening and closing the refrigerant passage, and a refrigerant circulation direction in the refrigerant passage
  • first and second check valves 25a and 25b for regulating the refrigerant, and an accumulator 26 for separating the gas refrigerant and the liquid refrigerant to prevent the liquid refrigerant from being sucked into the compressor 21.
  • These are connected by, for example, an aluminum tube or a copper tube.
  • R-134a or the like is used as the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 20.
  • a refrigerant flow passage 20a is formed on the refrigerant discharge side of the compressor 21 by connecting the refrigerant inflow side of the radiator 15.
  • a refrigerant flow passage 20b is formed by connecting the refrigerant inflow side of the outdoor heat exchanger 22 to the refrigerant outflow side of the radiator 15.
  • a first expansion valve 23a is provided in the refrigerant flow passage 20b.
  • a refrigerant flow passage 20c is formed by connecting the refrigerant inflow side of the heat absorber 14 to the refrigerant outflow side of the outdoor heat exchanger 22.
  • the refrigerant flow passage 20c is provided with a first check valve 25a and a second expansion valve 23b in order from the outdoor heat exchanger 22 side.
  • a refrigerant flow passage 20d is formed by connecting the refrigerant suction side of the compressor 21 to the refrigerant outflow side of the heat absorber 14.
  • the refrigerant flow passage 20d is provided with a second check valve 25b and an accumulator 26 in order from the heat absorber 14 side.
  • the outdoor heat exchanger 22 is bypassed between the radiator 15 and the first expansion valve 23a in the refrigerant flow passage 20b to connect the first check valve 25a and the second expansion valve 23b in the refrigerant flow passage 20c.
  • a refrigerant flow passage 20e is formed by connecting the two.
  • a first electromagnetic valve 24a is provided in the refrigerant flow passage 20e.
  • the refrigerant flow passage 20f By connecting the heat absorber 14 and the second check valve 25b in the refrigerant flow passage 20d between the outdoor heat exchanger 22 and the first check valve 25a in the refrigerant flow passage 20c, the refrigerant flow passage 20f is formed.
  • a second electromagnetic valve 24b is provided in the refrigerant flow passage 20f.
  • the outdoor heat exchanger 22 is a heat exchanger including fins and tubes, and is arranged in the front-rear direction of the vehicle, which is the direction of air flow outside the vehicle compartment such as the engine room.
  • An outdoor blower 22a is provided near the outdoor heat exchanger 22 for circulating air outside the vehicle in the front-rear direction when the vehicle is stopped.
  • the accumulator 26 includes a hollow pressure vessel 26a, a refrigerant inflow tube 26b for letting the refrigerant flow into the pressure vessel 26a, and a refrigerant outflow tube 26c for letting the refrigerant out of the pressure vessel 26a.
  • a partition plate 26d provided between the end of the refrigerant inflow pipe 26b and the end of the refrigerant outflow 26c in the pressure container 26a, a drying material 26e for adsorbing moisture in the pressure container 26a, and the pressure container 26a.
  • the heat exchange section 26f for exchanging heat between the internal refrigerant and the heat medium flowing through the heat medium circuit 30.
  • the refrigerant inflow pipe 26b linearly extends downward from the upper portion of the pressure vessel 26a, and the end opening faces downward.
  • the refrigerant outlet pipe 26c extends downward from the upper portion of the pressure vessel 26a, bends and extends upward on the lower side of the pressure vessel 26a, and the end opening faces upward.
  • a suction hole 26c1 for allowing refrigerating machine oil accumulated in the pressure vessel 26a to flow into the refrigerant outflow pipe 26c is formed in a bent portion located on the lower side of the refrigerant outflow pipe 26c.
  • the refrigerant flowing from the refrigerant inflow pipe 26b into the pressure vessel 26a contacts the partition plate 26d and then flows downward along the inner wall, and the gaseous refrigerant flows through the refrigerant outflow pipe 26c and flows out of the pressure vessel 26a.
  • the heat exchange section 26f is a heat medium flow passage formed along the outer peripheral surface of the pressure vessel 26a, and connects the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 20 and the heat medium flowing through the heat medium circuit 30 via the pressure vessel 26a. Heat exchange.
  • the heat medium circuit 30 includes an accumulator 26, a heat medium pump 31 for pumping the heat medium, a heat medium radiator 32 for radiating heat from the heat medium to the air outside the passenger compartment, and a first heat medium radiator 32. It has 1st and 2nd heat medium three-way valves 33a and 33b, and the battery B for vehicle running, and these are connected by the aluminum pipe or the copper pipe, for example.
  • an antifreezing liquid such as ethylene glycol is used as ethylene glycol.
  • a heat medium flow passage 30a is formed on the heat medium discharge side of the heat medium pump 31 by connecting the heat medium inlet of the first heat medium three-way valve 33a.
  • a heat medium flow passage 30b is formed by connecting the heat medium inflow side of the heat medium radiator 32 to one of the two heat medium outlets of the first heat medium three-way valve 33a.
  • a heat medium flow passage 30c is formed by connecting the heat medium inflow side of the battery B to the heat medium outflow side of the heat medium radiator 32.
  • a heat medium flow passage 30d is formed on the heat medium outflow side of the battery B by connecting the heat medium inflow port of the second heat medium three-way valve 33b.
  • the heat medium flow passage 30e is formed by connecting the heat medium inflow side of the heat exchange portion 26f of the accumulator 26 to one of the two heat medium outlets of the second heat medium three-way valve 33b.
  • a heat medium flow passage 30f is formed by connecting a heat medium suction side of a heat medium pump 31 to a heat medium outlet side of the heat exchange section 26f of the accumulator 26.
  • a heat medium flow passage 30g is formed by connecting the heat medium flow passage 30c to the other heat medium outlet of the first heat medium three-way valve 33a.
  • a heat medium flow passage 30h is formed by connecting the heat medium flow passage 30f to the other heat medium outlet of the second heat medium three-way valve 33b.
  • the first heat medium three-way valve 33a switches the connection destination of the heat medium flow passage 30a to the heat medium flow passage 30b side or the heat medium flow passage 30g side.
  • the second heat medium three-way valve 33b switches the connection destination of the heat medium flow passage 30d to the heat medium flow passage 30e side or the heat medium flow passage 30h side.
  • the temperature and humidity of the air in the vehicle compartment are adjusted using the air conditioning unit 10 and the refrigerant circuit 20.
  • the indoor blower 12 is driven and the opening degree of the air mix damper 16 is set to 0%.
  • the compressor 21 is driven with the first expansion valve 23a fully opened, the second expansion valve 23b a predetermined valve opening, the first electromagnetic valve 24a closed, and the second electromagnetic valve 24b closed.
  • the refrigerant discharged from the compressor 21 flows to the compressor 21 in the order of the radiator 15, the outdoor heat exchanger 22, and the heat absorber 14, as shown by the solid arrow in the refrigerant circuit 20 of FIG. Inhaled.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 20 does not radiate in the radiator 15 because the opening degree of the air mix damper 16 is 0%, but radiates in the outdoor heat exchanger 22 and absorbs in the heat absorber 14.
  • the air flowing through the air flow passage 11 is cooled by exchanging heat with the refrigerant that absorbs heat in the heat absorber 14, and is blown into the vehicle interior.
  • the opening degree of the air mix damper 16 of the air conditioning unit 10 is set to be greater than 0% in the refrigerant passage of the refrigerant circuit 20 during the cooling operation. To be set.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 20 radiates heat in the radiator 15 and the outdoor heat exchanger 22, and absorbs heat in the heat absorber 14.
  • the air flowing through the air flow passage 11 is dehumidified and cooled by exchanging heat with the refrigerant that absorbs heat in the heat absorber 14, and is heated to the target blowout temperature in the radiator 15 and blown into the vehicle interior.
  • the first expansion valve 23a has a predetermined valve opening smaller than fully opened.
  • the opening degree of the air mix damper 16 of the air conditioning unit 10 is set to an opening degree larger than 0%.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 20 radiates heat in the radiator 15 and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 22 and the heat absorber 14.
  • the air flowing through the air flow passage 11 of the air conditioning unit 10 is dehumidified and cooled by exchanging heat with the refrigerant that absorbs heat in the heat absorber 14, and is heated to the target blowing temperature in the radiator 15 and blown into the vehicle interior.
  • the indoor blower 12 is driven and the air mix damper 16 is set to an opening larger than 0%.
  • the refrigerant circuit 20 with the first expansion valve 23a having a predetermined valve opening smaller than fully open, the second expansion valve 23b fully closed, the first solenoid valve 24a closed, and the second solenoid valve 24b opened. , Drive the compressor 21.
  • the refrigerant discharged from the compressor 21 flows into the radiator 15 and the outdoor heat exchanger 22 in this order and is drawn into the compressor 21, as indicated by the dashed arrow in the refrigerant circuit 20 of FIG.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 20 radiates heat in the radiator 15 and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 22.
  • the air flowing through the air flow passage 11 of the air conditioning unit 10 is heated by exchanging heat with the refrigerant radiating in the radiator 15 without exchanging heat with the refrigerant in the heat absorber 14, and is blown into the vehicle interior.
  • the battery B may need to be cooled because heat is released from the battery B.
  • the vehicle air conditioner 1 when the outside air is at a low temperature during the heating operation, the amount of heat absorbed from the outdoor heat exchanger 22 may be insufficient and the heating capacity may be insufficient. Therefore, in the vehicle air conditioner 1, the heat released from the battery B is absorbed in the refrigerant circuit 20 while the temperature and humidity inside the vehicle compartment are adjusted using the air conditioning unit 10 and the refrigerant circuit 20. Exhaust heat absorption operation is performed.
  • the flow path of the first heat medium three-way valve 33a is communicated with the heat medium flow passage 30g side, and the flow path of the second heat medium three-way valve 33b is connected to the heat medium flow passage 30e side. And the heat medium pump 31 is driven.
  • the heat medium discharged from the heat medium pump 31 circulates in the order of the battery B and the heat exchange section 26f of the accumulator 26 as shown by the solid arrow in the heat medium circuit 30 of FIG. It The heat medium flowing through the heat medium circuit 30 is heated by the heat released from the battery B, and is cooled by exchanging heat with the refrigerant in the heat exchange section 26f of the accumulator 26.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 20 absorbs heat by exchanging heat with the heat medium in the heat exchange section 26f of the accumulator 26.
  • the battery B is cooled by the heat medium that has exchanged heat with the refrigerant via the accumulator 26.
  • the exhaust heat absorption operation is performed at the same time as the cooling operation in the state where the outside air is at a high temperature, the heat released from the battery B is absorbed in the refrigerant circuit 20, so that the cooling capacity may be insufficient. For this reason, in the vehicle air conditioner 1, the exhaust heat absorption operation is stopped, and the external air exhaust operation for exhausting the heat released from the battery B to the external air is performed.
  • the flow path of the first heat medium three-way valve 33a is communicated with the heat medium flow passage 30b side, and the flow path of the second heat medium three-way valve 33b is moved to the heat medium flow passage 30h side. The communication is established and the heat medium pump 31 is driven.
  • the heat medium discharged from the heat medium pump 31 flows through the heat medium radiator 32 and the battery B in this order and is sucked into the heat medium pump 31, as indicated by the dashed arrow in the heat medium circuit 30 of FIG.
  • the heat medium flowing through the heat medium circuit 30 is heated by the heat released from the battery B, and is cooled by exchanging heat with the outside air in the heat medium radiator 32.
  • the accumulator 26 has the heat exchange section 26f that exchanges heat between the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 20 and the heat medium flowing through the heat medium circuit 30. ing.
  • the heat exchange portion 26f has a heat medium passage formed along the outer peripheral portion of the accumulator 26.
  • the accumulator 26 for exchanging heat between the refrigerant and the heat medium can be formed, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the heat medium circuit 30 is provided with a heat medium radiator 32 for exchanging heat between the heat medium and the air outside the passenger compartment.
  • the battery B is shown as a component device of the vehicle that requires temperature adjustment, but the present invention is not limited to this.
  • the components of the vehicle that require temperature adjustment may be, for example, a power supply device such as a converter, electronic components, an electric motor, or the like.
  • an antifreeze liquid is used as the heat medium flowing through the heat medium circuit 30, but the heat medium is not limited to this. If heat can be exchanged with the refrigerant in the accumulator 26 and at the same time with air in the heat medium radiator 32, a fluid such as water or oil can be used as the heat medium.
  • the heat medium circuit 30 dedicated to cooling the battery B is shown, but the heat medium circuit 30 is not limited to this.
  • the heat medium circuit 30 may be connected to a heat medium heater composed of an electric heater for heating the heat medium to heat components such as the battery B.
  • the heat exchange section 26f has the heat medium flow passage formed along the outer peripheral portion of the accumulator 26, but the present invention is not limited to this.
  • the heat exchange section 26g may have a heat medium passage formed inside the pressure vessel 26a.
  • the refrigerant and the heat medium in the pressure vessel 26a can be directly heat-exchanged with each other, so that the heat exchange efficiency between the refrigerant and the heat medium can be improved.
  • SYMBOLS 1 Air conditioner for vehicles, 14... Heat absorber, 15... Radiator, 20... Refrigerant circuit, 21... Compressor, 22... Outdoor heat exchanger, 23a... 1st expansion valve, 23b... 2nd expansion valve, 26 ... accumulator, 26f, 26g... heat exchange part, 30... heat medium circuit, 32... heat medium radiator, B... battery.

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Abstract

【課題】冷却が必要な機器を確実に冷却するとともに、暖房運転時の冷媒回路における必要な吸熱量を確保することのできる車両用空気調和装置を提供する。 【解決手段】アキュムレータ２６は、冷媒回路を流通する冷媒と熱媒体回路を流通する熱媒体とを熱交換する熱交換部２６ｆを有している。これにより、熱媒体回路に接続されたバッテリを冷却するとともに、暖房運転時の冷媒回路における吸熱量を増加させることが可能となるので、冷却が必要なバッテリを確実に冷却することができるとともに、暖房運転時の冷媒回路における必要な吸熱量を確保することが可能となる。

Description

車両用空気調和装置
　本発明は、例えば、走行用の電動モータに電力を供給するバッテリ等、使用時に温度の調節が必要な機器を備えた車両に適用可能な車両用空気調和装置に関するものである。
　従来、この種の車両用空気調和装置では、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器及び膨張弁を有する冷媒回路を備え、室内熱交換器において冷媒と熱交換した空気を車室内に供給することによって車室内の冷房、暖房、除湿等を行っている（例えば、特許文献１参照）。
　また、前記車両用空気調和装置が搭載される車両としては、電気自動車やハイブリッド車等、駆動源としての電動モータに電力を供給するバッテリ等、使用時に温度の調節が必要な機器を備えているものがある。
　このため、前記車両では、温度の調節が必要な車両の構成機器を熱媒体回路に接続し、熱媒体回路を流通する熱媒体を介して温度の調節が必要な機器を加熱したり冷却したりするものがある。
特開２０１８－６３０５５号公報
　前記車両用空気調和装置では、冬期等の車室外の温度が低温となる環境下において車室内の暖房を行っている場合に、室外熱交換器において十分な吸熱量を得ることができず、暖房能力が不足するおそれがある。
　また、前記車両では、夏期等の車室外の温度が高温となる環境下において、温度の調節が必要な機器を十分に冷却することができず、機器の破損や故障の原因となる可能性がある。
　本発明の目的とするところは、冷却が必要な機器を確実に冷却するとともに、暖房運転時の冷媒回路における必要な吸熱量を確保することのできる車両用空気調和装置を提供することにある。
　本発明の車両用空気調和装置は、前記目的を達成するために、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器及び膨張弁を有する冷媒回路を備え、室内熱交換器において車室内に供給する空気と冷媒とを熱交換する車両用空気調和装置であって、車両の構成機器が接続され、流通する熱媒体によって構成機器の温度を調節する熱媒体回路を備え、冷媒回路における圧縮機の冷媒吸入側には、冷媒を流入させて気液分離させるアキュムレータが設けられ、アキュムレータは、冷媒回路を流通する冷媒と熱媒体回路を流通する熱媒体とを熱交換する熱交換部を有している。
　これにより、熱交換部において冷媒回路を流通する冷媒が吸熱すると共に熱媒体回路を流通する熱媒体が放熱することから、熱媒体回路に接続された構成機器が冷却されるとともに、暖房運転時の冷媒回路における吸熱量を増加させることが可能となる。
　本発明の車両用空気調和装置によれば、熱媒体回路に接続された構成機器を冷却するとともに、暖房運転時の冷媒回路における吸熱量を増加させることが可能となるので、冷却が必要な構成機器を確実に冷却することができるとともに、暖房運転時の冷媒回路における必要な吸熱量を確保することが可能となる。
本発明の一実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 アキュムレータの概略構成図である。 その他の例を示すアキュムレータの概略構成図である。
　図１及び図２は、本発明の一実施形態を示すものである。
　本発明の車両用空気調和装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド車等、電動モータの駆動力によって走行可能な車両に適用されるものである。
　車両は、走行用の電動モータと、電動モータに電力を供給するための構成機器としての走行用のバッテリＢと、を有している。バッテリＢは、使用によって熱を放出するものである。また、バッテリＢは、所定の性能を発揮するために、所定の温度帯での使用が要求される。このため、バッテリＢは、外気の温度や使用状態に応じて冷却する必要が生じる場合がある。バッテリＢは、例えば１０℃～３０℃の範囲での使用が望ましい。
　この車両用空気調和装置１は、図１に示すように、車両の車室内に設けられる空調ユニット１０と、車室内および車室外にわたって設けられる冷媒回路２０と、バッテリＢから放出された熱を吸収する熱媒体を流通させるための熱媒体回路３０と、を備えている。
　空調ユニット１０は、車室内に供給する空気を流通させるための空気流通路１１を有している。空気流通路１１の一端側には、車室外の空気を空気流通路１１に流入させるための外気吸入口１１ａと、車室内の空気を空気流通路１１に流入させるための内気吸入口１１ｂと、が設けられている。また、空気流通路１１の他端側には、空気流通路１１を流通した空気を、搭乗者の足元に向かって吹き出させる図示しないフット吹出口、搭乗者の上半身に向かって吹き出させる図示しないベント吹出口、及び、車両のフロントガラスの車室内側の面に向かって吹き出させる図示しないデフ吹出口、が設けられている。
　空気流通路１１の一端側には、外気吸入口１１ａ及び内気吸入口１１ｂの一方を開放して他方を閉鎖することが可能な吸入口切替ダンパ１３が設けられている。吸入口切替ダンパ１３は、内気吸入口１１ｂを閉鎖して外気吸入口１１ａを開放する外気供給モードと、外気吸入口１１ａを閉鎖して内気吸入口１１ｂを開放する内気循環モードと、外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとの間に位置させることで外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとをそれぞれ開放する内外気吸入モードと、を切り替えることが可能である。
　空気流通路１１内の一端側には、空気流通路１１の一端側から他端側に向かって空気を流通させるためのシロッコファン等の室内送風機１２が設けられている。
　空気流通路１１における室内送風機１２の空気流通方向下流側には、空気流通路１１を流通する空気を冷却及び除湿するための室内熱交換器としての吸熱器１４が設けられている。また、空気流通路１１における吸熱器１４の空気流通方向下流側には、空気流通路１１を流通する空気を加熱するための室内熱交換器としての放熱器１５が設けられている。
　放熱器１５は、空気流通路１１の直交方向一方側に配置され、空気流通路１１の直交方向他方側には、放熱器１５を迂回する放熱器バイパス流通路１１ｃが形成される。
　空気流通路１１における吸熱器１４と放熱器１５との間には、吸熱器１４を通過した空気のうち、放熱器１５によって加熱される空気の割合を調整するためのエアミックスダンパ１６が設けられている。エアミックスダンパ１６は、放熱器１５及び放熱器バイパス流通路１１ｃの空気流通方向上流側において、放熱器バイパス流通路１１ｃ及び放熱器１５の一方の空気流通方向上流側を閉鎖して他方を開放したり、放熱器バイパス流通路１１ｃ及び放熱器１５の両方を開放し、放熱器１５の空気流通方向上流側の開度を調整したりする。エアミックスダンパ１６は、空気流通路１１における放熱器１５の空気流通方向上流側を閉鎖して放熱器バイパス流通路１１ｃを開放した状態で開度が０％となり、空気流通路１１における放熱器１５の空気流通方向上流側を開放し、放熱器バイパス流通路１１ｃを閉鎖した状態で開度が１００％となる。
　冷媒回路２０は、前記吸熱器１４、前記放熱器１５、冷媒を圧縮するための圧縮機２１、冷媒と車室外の空気とを熱交換するための室外熱交換器２２、全閉と全開との間で弁開度の調整が可能な第１及び第２膨張弁２３ａ，２３ｂ、冷媒の流路を開閉するための第１及び第２電磁弁２４ａ，２４ｂ、冷媒の流路における冷媒の流通方向を規制するための第１及び第２逆止弁２５ａ，２５ｂ、気体の冷媒と液体の冷媒を分離して液体の冷媒が圧縮機２１に吸入されることを防止するためのアキュムレータ２６を有し、これらは例えばアルミニウム管や銅管によって接続されている。冷媒回路２０を流通する冷媒としては、例えば、Ｒ－１３４ａ等が用いられる。
　具体的に説明すると、圧縮機２１の冷媒吐出側には、放熱器１５の冷媒流入側を接続することにより、冷媒流通路２０ａが形成されている。放熱器１５の冷媒流出側には、室外熱交換器２２の冷媒流入側を接続することにより、冷媒流通路２０ｂが形成されている。冷媒流通路２０ｂには、第１膨張弁２３ａが設けられている。室外熱交換器２２の冷媒流出側には、吸熱器１４の冷媒流入側を接続することにより、冷媒流通路２０ｃが形成されている。冷媒流通路２０ｃには、室外熱交換器２２側から順に、第１逆止弁２５ａ、第２膨張弁２３ｂが設けられている。吸熱器１４の冷媒流出側には、圧縮機２１の冷媒吸入側を接続することにより、冷媒流通路２０ｄが形成されている。冷媒流通路２０ｄには、吸熱器１４側から順に、第２逆止弁２５ｂ、アキュムレータ２６が設けられている。また、冷媒流通路２０ｂにおける放熱器１５と第１膨張弁２３ａとの間には、室外熱交換器２２を迂回し、冷媒流通路２０ｃにおける第１逆止弁２５ａと第２膨張弁２３ｂとの間を接続することにより、冷媒流通路２０ｅが形成されている。冷媒流通路２０ｅには、第１電磁弁２４ａが設けられている。冷媒流通路２０ｃにおける室外熱交換器２２と第１逆止弁２５ａとの間には、冷媒流通路２０ｄにおける吸熱器１４と第２逆止弁２５ｂとの間を接続することにより、冷媒流通路２０ｆが形成されている。冷媒流通路２０ｆには、第２電磁弁２４ｂが設けられている。
　また、室外熱交換器２２は、フィンとチューブとからなる熱交換器であり、エンジンルーム等の車室外において空気の流通方向となる車両の前後方向に配置されている。室外熱交換器２２の近傍には、車両の停止時に車室外の空気を前後方向に流通させるための室外送風機２２ａが設けられている。
　アキュムレータ２６は、図２に示すように、中空の圧力容器２６ａと、冷媒を圧力容器２６ａ内に流入させる冷媒流入管２６ｂと、圧力容器２６ａ内から冷媒を流出させるための冷媒流出管２６ｃと、圧力容器２６ａ内における冷媒流入管２６ｂの端部と冷媒流出２６ｃの端部との間に設けられた仕切板２６ｄと、圧力容器２６ａ内の水分を吸着するための乾燥材２６ｅと、圧力容器２６ａ内の冷媒と熱媒体回路３０を流通する熱媒体とを熱交換するための熱交換部２６ｆと、を有している。冷媒流入管２６ｂは、圧力容器２６ａの上部から下方に直線状に延びており、端部開口が下方を臨んでいる。冷媒流出管２６ｃは、圧力容器２６ａの上部から下方に延びるとともに、圧力容器２６ａの下部側において屈曲して上方に延びており、端部開口が上方を臨んでいる。冷媒流出管２６ｃの下部側に位置する屈曲部分には、圧力容器２６ａ内に溜まった冷凍機油を冷媒流出管２６ｃ内に流入させるための吸入孔２６ｃ１が形成されている。冷媒流入管２６ｂから圧力容器２６ａ内に流入した冷媒は、仕切板２６ｄに接触した後、内壁に沿って下方に流通し、気体の冷媒が冷媒流出管２６ｃを流通して圧力容器２６ａから流出する。熱交換部２６ｆは、圧力容器２６ａの外周面に沿って形成された熱媒体流路であり、圧力容器２６ａを介して冷媒回路２０を流通する冷媒と熱媒体回路３０を流通する熱媒体とを熱交換させる。
　熱媒体回路３０は、図１に示すように、前記アキュムレータ２６、熱媒体を圧送するための熱媒体ポンプ３１、熱媒体から車室外の空気に熱を放出するための熱媒体放熱器３２、第１及び第２熱媒体三方弁３３ａ，３３ｂ、車両走行用のバッテリＢ、を有し、これらは例えばアルミニウム管や銅管によって接続されている。熱媒体回路３０を流通する熱媒体としては、例えば、エチレングリコール等の不凍液が用いられる。
　具体的に説明すると、熱媒体ポンプ３１の熱媒体吐出側には、第１熱媒体三方弁３３ａの熱媒体流入口を接続することにより、熱媒体流通路３０ａが形成されている。第１熱媒体三方弁３３ａの二つの熱媒体流出口のうちの一方には、熱媒体放熱器３２の熱媒体流入側を接続することにより、熱媒体流通路３０ｂが形成されている。熱媒体放熱器３２の熱媒体流出側には、バッテリＢの熱媒体流入側を接続することにより、熱媒体流通路３０ｃが形成されている。バッテリＢの熱媒体流出側には、第２熱媒体三方弁３３ｂの熱媒体流入口を接続することにより、熱媒体流通路３０ｄが形成されている。第２熱媒体三方弁３３ｂの二つの熱媒体流出口のうちの一方には、アキュムレータ２６の熱交換部２６ｆの熱媒体流入側を接続することにより、熱媒体流通路３０ｅが形成されている。アキュムレータ２６の熱交換部２６ｆの熱媒体流出側には、熱媒体ポンプ３１の熱媒体吸入側を接続することにより、熱媒体流通路３０ｆが形成されている。また、第１熱媒体三方弁３３ａの他方の熱媒体流出口には、熱媒体流通路３０ｃを接続することにより、熱媒体流通路３０ｇが形成されている。第２熱媒体三方弁３３ｂの他方の熱媒体流出口には、熱媒体流通路３０ｆを接続することにより、熱媒体流通路３０ｈが形成されている。第１熱媒体三方弁３３ａは、熱媒体流通路３０ａが連通する先を熱媒体流通路３０ｂ側または熱媒体流通路３０ｇ側に切り替える。第２熱媒体三方弁３３ｂは、熱媒体流通路３０ｄが連通する先を熱媒体流通路３０ｅ側または熱媒体流通路３０ｈ側に切り替える。
　以上のように構成された車両用空気調和装置１では、空調ユニット１０及び冷媒回路２０を用いて車室内の空気の温度及び湿度を調節する。
　例えば、車室内の温度を低下させる冷房運転では、空調ユニット１０において、室内送風機１２を駆動させるとともに、エアミックスダンパ１６の開度を０％に設定する。また、冷媒回路２０において、第１膨張弁２３ａを全開、第２膨張弁２３ｂを所定の弁開度、第１電磁弁２４ａを閉鎖、第２電磁弁２４ｂを閉鎖した状態で圧縮機２１を駆動させる。
　これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図１の冷媒回路２０における実線の矢印で示すように、放熱器１５、室外熱交換器２２、吸熱器１４の順に流通して圧縮機２１に吸入される。
　冷媒回路２０を流通する冷媒は、エアミックスダンパ１６の開度が０％であるため放熱器１５において放熱することなく、室外熱交換器２２において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。
　空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換することによって冷却されて車室内に吹き出される。
　また、例えば、車室内の温度及び湿度を低下させる除湿冷房運転では、冷房運転時における冷媒回路２０の冷媒の流路において、空調ユニット１０のエアミックスダンパ１６の開度を０％よりも大きい開度に設定する。
　これにより、冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５及び室外熱交換器２２において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。
　空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換することによって除湿されるとともに冷却され、放熱器１５において目標吹出温度まで加熱されて車室内に吹き出される。
　また、例えば、車室内の湿度を低下させるとともに温度を上昇させる除湿暖房運転では、冷房運転時の冷媒回路２０の冷媒の流路において、第１膨張弁２３ａを全開よりも小さい所定の弁開度とする。また、空調ユニット１０のエアミックスダンパ１６の開度を０％よりも大きい開度に設定する。
　これにより、冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、室外熱交換器２２及び吸熱器１４において吸熱する。
　空調ユニット１０の空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換することによって除湿されるとともに冷却され、放熱器１５において目標吹き出し温度まで加熱されて車室内に吹出される。
　また、例えば、車室内の温度を上昇させる暖房運転では、空調ユニット１０において、室内送風機１２を駆動させるとともに、エアミックスダンパ１６を０％よりも大きい開度に設定する。また、冷媒回路２０において、第１膨張弁２３ａを全開よりも小さい所定の弁開度、第２膨張弁２３ｂを全閉、第１電磁弁２４ａを閉鎖、第２電磁弁２４ｂを開放した状態で、圧縮機２１を駆動させる。
　これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図１の冷媒回路２０における破線の矢印で示すように、放熱器１５、室外熱交換器２２の順に流通して圧縮機２１に吸入される。
　冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、室外熱交換器２２において吸熱する。
　空調ユニット１０の空気流通路１１を流通する空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換することなく、放熱器１５において放熱する冷媒と熱交換することによって加熱されて車室内に吹き出される。
　また、車両の走行時等には、バッテリＢから熱が放出されることにより、バッテリＢの冷却が必要となる場合がある。また、車両用空気調和装置１では、暖房運転時において、外気が低温の場合に、室外熱交換器２２からの吸熱量が不足し、暖房能力が不足する場合がある。そこで、車両用空気調和装置１では、空調ユニット１０及び冷媒回路２０を用いて車室内の温度及び湿度を調節している状態において、バッテリＢから放出される熱を冷媒回路２０において吸収させるための排熱吸収運転を行う。
　排熱吸収運転では、熱媒体回路３０において、第１熱媒体三方弁３３ａの流路を熱媒体流通路３０ｇ側に連通させ、第２熱媒体三方弁３３ｂの流路を熱媒体流通路３０ｅ側に連通させ、熱媒体ポンプ３１を駆動させる。
　熱媒体ポンプ３１から吐出された熱媒体は、図１の熱媒体回路３０における実線の矢印で示すように、バッテリＢ、アキュムレータ２６の熱交換部２６ｆの順に流通して熱媒体ポンプ３１に吸入される。熱媒体回路３０を流通する熱媒体は、バッテリＢから放出された熱によって加熱され、アキュムレータ２６の熱交換部２６ｆにおいて冷媒と熱交換することによって冷却される。
　冷媒回路２０を流通する冷媒は、アキュムレータ２６の熱交換部２６ｆにおいて、熱媒体と熱交換することによって吸熱する。
　バッテリＢは、アキュムレータ２６を介して冷媒と熱交換した熱媒体によって冷却される。
　また、外気が高温の状態における冷房運転と同時に排熱吸収運転を行う場合には、バッテリＢから放出される熱を冷媒回路２０において吸収することによって、冷房能力が不足する状態が生じ得る。このため、車両用空気調和装置１では、排熱吸収運転を中止して、バッテリＢから放出される熱を外気に排出する外気排出運転を行う。
　外気排出運転では、熱媒体回路３０において、第１熱媒体三方弁３３ａの流路を熱媒体流通路３０ｂ側に連通させ、第２熱媒体三方弁３３ｂの流路を熱媒体流通路３０ｈ側に連通させ、熱媒体ポンプ３１を駆動させる。
　熱媒体ポンプ３１から吐出された熱媒体は、図１の熱媒体回路３０における破線の矢印に示すように、熱媒体放熱器３２、バッテリＢの順に流通して熱媒体ポンプ３１に吸入される。熱媒体回路３０を流通する熱媒体は、バッテリＢから放出された熱によって加熱され、熱媒体放熱器３２において外気と熱交換することによって冷却される。
　このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、アキュムレータ２６は、冷媒回路２０を流通する冷媒と熱媒体回路３０を流通する熱媒体とを熱交換する熱交換部２６ｆを有している。
　これにより、熱媒体回路３０に接続されたバッテリＢを冷却するとともに、暖房運転時の冷媒回路２０における吸熱量を増加させることが可能となるので、冷却が必要なバッテリＢを確実に冷却することができるとともに、暖房運転時の冷媒回路２０における必要な吸熱量を確保することが可能となる。
　また、熱交換部２６ｆは、アキュムレータ２６の外周部に沿って形成された熱媒体流路を有している。
　これにより、既存のアキュムレータの外側に熱媒体流路を形成することによって、冷媒と熱媒体とを熱交換させるアキュムレータ２６を形成可能となることから、製造コストの低減を図ることが可能となる。
　また、熱媒体回路３０には、熱媒体と車室外の空気とを熱交換させる熱媒体放熱器３２が設けられている。
　これにより、冷房運転時において冷房負荷が大きい場合に、冷媒回路２０におけるバッテリＢから放出された熱の吸収を中止し、車室外の空気に放出することが可能となるので、冷房運転時における運転効率を向上させることが可能となる。
　尚、前記実施形態では、温度の調節が必要な車両の構成機器としてバッテリＢを示したが、これに限られるものではない。温度の調節が必要な車両の構成機器としては、例えば、コンバータ等の電源装置や電子部品、電動モータ等であってもよい。
　また、前記実施形態では、熱媒体回路３０を流通する熱媒体として、不凍液を用いたものを示したが、これに限られるものではない。アキュムレータ２６において冷媒と熱交換可能であると同時に、熱媒体放熱器３２において空気と熱交換可能であれば、例えば、水や油等の流体を熱媒体として用いることも可能である。
　また、前記実施形態では、バッテリＢを冷却するための冷却専用の熱媒体回路３０を示したが、これに限られるものではない。熱媒体回路３０には、熱媒体を加熱するための電熱ヒータからなる熱媒体加熱ヒータを接続し、バッテリＢ等の構成機器を加熱するようにしてもよい。
　また、前記実施形態では、熱交換部２６ｆが、アキュムレータ２６の外周部に沿って形成された熱媒体流路を有するものを示したが、これに限られるものではない。例えば、図３に示すように、熱交換部２６ｇが、圧力容器２６ａの内部に形成された熱媒体流路を有するものであってもよい。この場合には、圧力容器２６ａ内の冷媒と熱媒体とを直に熱交換させることが可能となるので、冷媒と熱媒体との熱交換効率を向上させることが可能となる。
　１…車両用空気調和装置、１４…吸熱器、１５…放熱器、２０…冷媒回路、２１…圧縮機、２２…室外熱交換器、２３ａ…第１膨張弁、２３ｂ…第２膨張弁、２６…アキュムレータ、２６ｆ，２６ｇ…熱交換部、３０…熱媒体回路、３２…熱媒体放熱器、Ｂ…バッテリ。

Claims (4)

  1. 　圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器及び膨張弁を有する冷媒回路を備え、室内熱交換器において車室内に供給する空気と冷媒とを熱交換する車両用空気調和装置であって、
    　車両の構成機器が接続され、流通する熱媒体によって構成機器の温度を調節する熱媒体回路を備え、
    　冷媒回路における圧縮機の冷媒吸入側には、冷媒を流入させて気液分離させるアキュムレータが設けられ、
    　アキュムレータは、冷媒回路を流通する冷媒と熱媒体回路を流通する熱媒体とを熱交換する熱交換部を有している
    　車両用空気調和装置。
  2. 　熱交換部は、アキュムレータの外周部に沿って形成された熱媒体流路を有している
    　請求項１に記載の車両用空気調和装置。
  3. 　熱交換部は、アキュムレータの内部に形成された熱媒体流路を有している
    　請求項１に記載の車両用空気調和装置。
  4. 　熱媒体回路には、熱媒体と車室外の空気とを熱交換させる熱媒体放熱器が設けられている
    　請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
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