WO2023243367A1 - 車両用空調装置 - Google Patents

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WO2023243367A1
WO2023243367A1 PCT/JP2023/019678 JP2023019678W WO2023243367A1 WO 2023243367 A1 WO2023243367 A1 WO 2023243367A1 JP 2023019678 W JP2023019678 W JP 2023019678W WO 2023243367 A1 WO2023243367 A1 WO 2023243367A1
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WO
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heat
flow path
heat medium
heat exchanger
medium
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/019678
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English (en)
French (fr)
Inventor
宣伯 清水
Original Assignee
サンデン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by サンデン株式会社 filed Critical サンデン株式会社
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Classifications

    • 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
    • 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
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • 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
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner for a vehicle.
  • a vehicle air conditioner using a heat pump type refrigerant circuit includes a refrigerant circuit including a compressor, a condenser for heat radiation, an expansion mechanism, and an evaporator for heat absorption, and a heat medium that exchanges heat with the refrigerant in the condenser or evaporator.
  • a vehicle interior air conditioning unit is known which includes a heat medium circuit through which the heat medium circulates, and a heat exchanger inside which the heat medium circulates through the heat medium circuit.
  • the vehicle air conditioner is designed to both defrost the outdoor heat exchanger and heat the interior of the vehicle, that is, defrost the outdoor heat exchanger and heat the interior of the vehicle efficiently and sufficiently. The problem was that it was difficult.
  • the present invention aims to address such problems. That is, in a vehicle air conditioner equipped with a heat pump type refrigerant circuit, it is desirable to achieve both defrosting of an outdoor heat exchanger and heating of a vehicle interior, and to sufficiently perform both defrosting and heating without reducing air conditioning efficiency. These are the challenges of the present invention.
  • a vehicle air conditioner includes a refrigerant circuit, a plurality of channels through which a heat medium heated or cooled by the refrigerant circuit circulates, and a flow for switching the connection state of the plurality of channels.
  • a heat medium circuit having a path switching section; a control section that controls the refrigerant circuit and the heat medium circuit and controls the flow path switching section to control the flow of the heat medium to the flow path;
  • a vehicle air conditioner comprising: a plurality of flow paths, a high temperature heat medium flow path in which a heat medium heated by the refrigerant circuit circulates, and a low temperature heat medium flow path in which a heat medium cooled by the refrigerant circuit circulates.
  • a heat storage channel that includes a heat medium flow path, a plurality of heat storage sections that exchange heat with the heat medium and store heat from the heat medium, and an external heat exchanger that exchanges heat between the outside air and the heat medium.
  • control unit controls the flow path switching unit to cause the heat medium circulating in the high temperature heat medium flow path to pass through at least one of the plurality of heat storage units.
  • the heating medium is mixed with the heated heating medium at a predetermined ratio, and the mixed heating medium is flowed into the outdoor flow path.
  • the vehicle air conditioner of the present invention having such features, it is possible to defrost the outdoor heat exchanger and heat the vehicle interior at the same time, and to sufficiently perform both defrosting and heating without reducing air conditioning efficiency. be able to.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a vehicle air conditioner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a control section of a vehicle air conditioner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the flow of a heat medium when the outside air heat absorption heating/heat storage mode is executed in the vehicle air conditioner according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the flow of a heat medium when the heat storage endothermic heating/defrosting mode is executed in the vehicle air conditioner according to the embodiment of the present invention.
  • a heat medium circuit 10 is applied to, for example, a vehicle air conditioner 1 that is mounted on a vehicle and performs temperature control of in-vehicle equipment and air conditioning in a vehicle interior.
  • the vehicle air conditioner 1 has a refrigerant circuit R serving as a heat source, a heat medium circuit 10 that circulates a heat medium whose temperature is controlled by heat exchange with the refrigerant, and a temperature controlled by the heat medium circulating in the heat medium circuit 10. It includes a main air conditioning unit 80 and an individual air conditioning unit 90 that supply air into the vehicle interior.
  • the refrigerant circuit R is a closed circuit in which a compressor 11, a condenser 12, an expansion valve 13, an evaporator 14, and an accumulator 15 are sequentially connected through refrigerant piping, and circulates refrigerant.
  • the refrigerant circuit R may be a circuit including a receiver downstream of the condenser 12, for example.
  • the heat medium circuit 10 includes a plurality of flow paths (described later) through which a heat medium heated or cooled by the refrigerant circuit R circulates, a tank 50 (storage section), and a flow path switching section that switches the connection state of the plurality of flow paths. It is configured to include a first flow path switching section V1, a second flow path switching section V2, and a third flow path switching section V3.
  • the heat medium circuit 10 includes a high temperature heat medium flow path 20, a low temperature heat medium flow path 30, a heat storage flow path 40, an outdoor flow path 60, and an air conditioning flow path 70 as a plurality of flow paths.
  • a heat medium heated by the refrigerant circuit R circulates in the high temperature heat medium flow path 20.
  • the high-temperature heat medium flow path 20 includes a high-temperature heat exchanger 21 (heating section) that is integrated with the condenser 12 in the refrigerant circuit R and performs heat exchange between the heat medium and the refrigerant. While the heat medium pumped by the pump P1 passes through the high-temperature heat exchanger 21, the heat medium reaches a high temperature due to heat radiation of the refrigerant in the condenser 12 in the refrigerant circuit R, and circulates.
  • a heat medium cooled by the refrigerant circuit R circulates in the low-temperature heat medium flow path 30.
  • the low-temperature heat medium flow path 30 includes a low-temperature heat exchanger 31 (cooling section) that is integrated with the evaporator 14 in the refrigerant circuit R and performs heat exchange between the heat medium and the refrigerant. While passing through the low-temperature heat exchanger 31, the heat medium cools down to a low temperature due to heat absorption by the refrigerant in the evaporator 14 in the refrigerant circuit R, and circulates.
  • the heat storage channel 40 includes a plurality of heat storage sections that exchange heat with the heat medium and store heat of the heat medium.
  • the heat storage sections provided in the heat storage flow path 40 include a battery heat exchanger 41 that controls the temperature of the battery in an electric vehicle, a motor heat exchanger 42 that controls the temperature of the driving motor, and an inverter heat exchanger 42 that controls the temperature of the inverter.
  • the heat exchanger 43 and the heat exchanger 44 for a PCU that controls the temperature of the power control unit can be applied to heat exchangers installed in in-vehicle equipment that generate heat when driven. Thereby, the heat of the stored heat medium and the heat generated from each vehicle-mounted device can be used for air conditioning.
  • the heat medium is pumped by the third pump P3 and passes through a battery heat exchanger 41, a motor heat exchanger 42, an inverter heat exchanger 43, and a PCU heat exchanger 44.
  • the heat storage flow path 40 includes a first heat storage flow path 401 including a battery heat exchanger 41, and a second heat storage flow path 402 including a motor heat exchanger 42, an inverter heat exchanger 43, and a PCU heat exchanger 44. are connected via the second flow path switching section V2. Moreover, the first heat storage flow path 401 and the second heat storage flow path 402 can be made into mutually independent flow paths or connected flow paths by controlling the second flow path switching unit V2.
  • the outdoor flow path 60 includes an outdoor heat exchanger 45 that exchanges heat with the outside air.
  • the air conditioning flow path 70 includes a first main heat exchanger 81 and a second main heat exchanger 82 that are arranged in the main air conditioning unit 80 and perform heat exchange between the heat medium and the air blown into the vehicle interior, and an individual air conditioning unit 90.
  • the heat exchanger includes a first individual heat exchanger 91 and a second individual heat exchanger 92 which are arranged in the seat and perform heat exchange between the heat medium and the air blown to each sheet.
  • each flow path of the heat medium circuit 10 that is, the high temperature heat medium flow path 20, the low temperature heat medium flow path 30, the heat storage flow path 40, the outdoor flow path 60, and the air conditioning flow path 70. are connected via a first flow path switching section V1, a second flow path switching section V2, and a third flow path switching section V3 as flow path switching sections.
  • a control section 100 described later By controlling these first flow path switching section V1, second flow path switching section V2, and third flow path switching section V3 by a control section 100 described later, the connection state of each flow path is switched, and mutually independent It can be a channel or a partially connected channel.
  • the tank 50 is connected to the high temperature heat medium flow path 20 through an inlet 52 , to the heat storage flow path 40 through an inflow port 54 , and to the low temperature heat medium flow path 30 through an outlet 53 .
  • the high temperature heat medium flow path 20 is provided with a connection portion 28 connected to the inlet 52 on the heat medium upstream side of the first pump P1.
  • the heat storage channel 40 is provided with a connecting portion 48 connected to the inlet 54 on the downstream side of the heat medium of each heat exchanger for temperature control.
  • the low-temperature heat medium flow path 30 is provided with a connection portion 38 connected to the outlet 53 on the heat medium upstream side of the second pump P2.
  • the tank 50 is connected to the upstream side of the first pump P1 in the high temperature heat medium flow path 20 through an inlet 52, and is connected to the motor heat exchanger 42 in the heat storage flow path 40 through an inflow port 54. It is connected to the heat medium downstream side of the second pump P2 in the low-temperature heat medium flow path 30 through the outlet 53.
  • a relief valve 57 is provided near the inlet 52 on the path from the connection portion 28 to the inlet 52 of the tank 50.
  • a relief valve 58 is provided near the inlet 54 on the path from the connection part 48 to the inlet 54 of the tank 50.
  • heat medium circulating in the heat medium circuit 10 water without additives, water mixed with additives such as antifreeze agents and preservatives, or liquid heat medium such as oil may be used. can do.
  • the main air conditioning unit 80 includes a suction port 83 that sucks air (outside air or inside air) into the main air conditioning unit 80, a blower 87 that blows the air sucked from the suction port 83 into the air flow passage 84, and a
  • the first main heat exchanger 81 and the second main heat exchanger 82 through which the heat medium circulating in the heat medium circuit 10 is provided, and the air in the air flow passage 84 after passing through the first main heat exchanger 81 are An air mix damper 89 is provided to adjust the rate of ventilation to the second main heat exchanger 82.
  • the air introduced into the air flow passage 84 from the suction port 83 is ventilated to only the first main heat exchanger 81 or to both the first main heat exchanger 81 and the second main heat exchanger 82.
  • the air whose temperature is controlled by exchanging heat with the heat medium in the first main heat exchanger 81 and the second main heat exchanger 82 is blown into the vehicle interior.
  • the individual air conditioning unit 90 includes a first individual heat exchanger 91 and a second individual heat exchanger 92 through which the heat medium circulating in the air conditioning flow path 70 flows, and a first individual heat exchanger 91 and a second individual heat exchanger 92 in the individual air conditioning unit 90
  • a three-way valve 95 (flow rate adjustment section) that controls the inflow of the heat medium into the individual heat exchanger 92 and can adjust the flow rate, and it The air passing through one or both is blown into the vehicle interior.
  • the first individual heat exchanger 91 is provided in an air flow path 941 through which air introduced from the suction port 931 and blown by the blower 971 flows.
  • the second individual heat exchanger 92 is provided in an air flow path 942 through which air introduced from the suction port 932 and blown by the blower 972 flows.
  • each flow path of the heat medium circuit 10 that is, the high temperature heat medium flow path 20, the low temperature heat medium flow path 30, the heat storage flow path 40, the outdoor flow path 60, and the air conditioning flow path 70. are connected via a first flow path switching section V1, a second flow path switching section V2, and a third flow path switching section V3 as flow path switching sections.
  • a control section 100 described later By controlling these first flow path switching section V1, second flow path switching section V2, and third flow path switching section V3 by a control section 100 described later, the connection state of each flow path is switched, and mutually independent It can be a channel or a partially connected channel.
  • the high temperature heat medium flow path 20 and the low temperature heat medium flow path 30 of the heat medium circuit 10 are connected to either the heat storage flow path 40, the outdoor flow path 60, or the air conditioning flow path 70 depending on the purpose of air conditioning and the target air conditioning temperature.
  • the control section 100 controls the first flow path switching section V1, the second flow path switching section V2, and the three-way valves 85 and 95 so that the heat medium flows through the connected flow paths.
  • the heat medium whose temperature has been adjusted in one or both of the high temperature heat medium flow path 20 and the low temperature heat medium flow path 30 is transferred to the first flow path switching section V1, the second flow path switching section V2, and the three-way valves 85, 95. It flows into the connected heat exchanger among the first main heat exchanger 81, second main heat exchanger 82, first individual heat exchanger 91, or second individual heat exchanger 92 via Air conditioning is provided.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of a control unit 100 that controls the vehicle air conditioner 1. Note that in FIG. 2, illustrations and descriptions of configurations that are not directly related to the operation of the vehicle air conditioner 1 according to the present embodiment are omitted as appropriate.
  • the control unit 100 is connected via a vehicle communication bus to a vehicle controller (ECU) 200 that controls the entire vehicle, including drive control of the driving motor, inverter, and power control unit, and charge/discharge control of the battery, and transmits and receives information.
  • ECU vehicle controller
  • a microcomputer as an example of a computer including a processor can be applied to both the control unit 100 and the vehicle controller 200.
  • the control unit 100 includes a temperature sensor TC21 that detects the temperature of the heat medium that flows into the high-temperature heat exchanger 21 and is heated by the condenser 12; temperature sensor TC31 that detects the temperature of the heat medium flowing into the first main heat exchanger 81 and second main heat exchanger 82 of the main air conditioning unit 80; A temperature sensor TC90 detects the temperature of the heat medium flowing into the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92, and a battery temperature sensor TC41 detects the temperature of the battery (temperature of the battery itself, battery heat exchanger 92).
  • the motor temperature sensor TC42 detects the temperature of the motor (temperature of the motor itself, temperature of the heat medium flowing into or out of the motor heat exchanger 42).
  • an inverter temperature sensor TC43 that detects the temperature of the inverter (either the temperature of the inverter itself or the temperature of the heat medium flowing into or out of the inverter heat exchanger 43);
  • a PCU temperature sensor TC44 (temperature of either the PCU itself or the temperature of the heat medium flowing into or out of the PCU heat exchanger 44) that detects the temperature of the power control unit is connected.
  • the output of the control unit 100 includes the expansion valve 13, the first pump P1, the second pump P2, the third pump P3, the first flow path switching section V1, the second flow path switching section V2, and the third flow path switching section. V3, three-way valves 85, 95, blowers 87, 971, 972, and air mix damper 89 are connected.
  • the control unit 100 controls these based on the output of each sensor, the settings input at the air conditioning operation unit 300, and information from the vehicle controller 200.
  • the operation of the vehicle air conditioner 1 configured as described above will be explained.
  • Various operating modes can be executed, such as a temperature control mode including warm-up.
  • the refrigerant circuit R of the vehicle air conditioner 1 controls the heat radiation of the condenser 12 and the heat absorption of the evaporator 14 while appropriately controlling the rotation speed of the compressor 11 by the control unit 100.
  • the temperature of the air supplied to the vehicle interior is adjusted to the target temperature, and the interior of the vehicle is air-conditioned.
  • the refrigerant circulates as follows.
  • the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 11 radiates heat by exchanging heat with the heat medium passing through the high-temperature heat exchanger 21 in the condenser 12, liquefies and condenses, and becomes a high-pressure liquid refrigerant.
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out of the condenser 12 is depressurized and expanded by the expansion valve 13, becomes a low-pressure refrigerant, and flows into the evaporator 14.
  • the low-pressure refrigerant that has flowed into the evaporator 14 is evaporated by exchanging heat with the heat medium passing through the low-temperature heat exchanger 31 in the evaporator 14, becomes a gas refrigerant, flows out of the evaporator 14, and is passed through the accumulator 15. Return to compressor 11.
  • the operation modes for heating the vehicle interior include an outside air heat absorption heating/heat storage mode in which heat is stored in the heat storage section in addition to heating the vehicle interior, and a mode in which heating and outdoor heat exchanger 45 are performed. It is possible to execute a heat storage endothermic heating/defrosting mode that simultaneously performs defrosting. It is preferable to switch between these two modes as appropriate depending on the frosting state of the outdoor heat exchanger 45.
  • the outside air endothermic heating/thermal storage mode and the heat storage endothermic heating/defrosting mode will be described below.
  • the outside air endothermic heating and heat storage mode uses the outdoor heat exchanger 45 as a heat absorption source, and uses the battery heat exchanger 41, motor heat exchanger 42, inverter heat exchanger 43, and PCU. This is an operation mode in which heating is performed while storing heat generated in various on-vehicle devices by using each on-vehicle device heat exchanger such as the on-vehicle heat exchanger 44 as a heat storage section.
  • the heat medium that is heated by exchanging heat between the refrigerant passing through the condenser 12 and the heat medium passing through the high temperature heat exchanger 21 It is introduced into the first main heat exchanger 81 and second main heat exchanger 82 of the main air conditioning unit 80, and also into the first individual heat exchanger 91 and second individual heat exchanger 92 of the individual air conditioning unit 90.
  • the heat medium that is cooled by exchanging heat between the refrigerant passing through the evaporator 14 and the heat medium passing through the low-temperature heat exchanger 31 is transferred to the outdoor heat exchanger 45 as a heat absorption source. be introduced.
  • Figure 3 shows the flow of the heat medium in the outside air heat absorption heating/heat storage mode.
  • piping through which a high temperature heat medium circulates is shown by a solid black line
  • piping through which a low temperature heat medium circulates is shown by a dashed line
  • a solid gray line indicates piping in which a heat medium having a temperature between high and low temperatures circulates.
  • the control section 100 controls the first flow path switching section V1, the second flow path switching section V2, the third flow path switching section V3, and the three-way valves 85 and 95, so that heat is generated in the heat medium circuit 10 as follows. Circulate the media.
  • the control unit 100 connects the high temperature heat medium flow path 20 and the air conditioning flow path 70 and circulates the heat medium that has passed through the high temperature heat exchanger 21 and is heated to the high temperature heat medium flow path 20 and the air conditioning flow path 70. let That is, the heat medium heated by passing through the high-temperature heat exchanger 21 flows into the three-way valve 85 via the first flow path switching section V1. A portion of the heat medium that has flowed into the three-way valve 85 flows into the second main heat exchanger 82 , and the remainder flows toward the three-way valve 95 .
  • the heat medium flowing into the second main heat exchanger 82 exchanges heat with the air passing through the airflow passage 84 and then flows into the merging section 72.
  • the heat medium that has flowed into the three-way valve 95 is divided so that it flows to the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92, and air circulation is established in the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92.
  • the heat medium that has exited the first main heat exchanger 81 is repeatedly circulated back to the high temperature heat exchanger 21 by the first pump P1 via the first flow path switching section V1 and the third flow path switching section V3.
  • the control unit 100 connects the low temperature heat medium flow path 30 and the outdoor flow path 60, and transfers the heat medium that has passed through the low temperature heat exchanger 31 and been cooled to the low temperature heat medium flow path 30 and the outdoor flow path. 60 cycles.
  • the control unit 100 opens a grill shutter (not shown) provided on the outdoor heat exchanger 45. That is, the heat medium that has passed through the low-temperature heat exchanger 31 and has been cooled flows into the outdoor heat exchanger 45 via the first flow path switching section V1 and the second flow path switching section V2. After exchanging heat with the outside air introduced through the grille shutter in step 45, the air returns to the low-temperature heat exchanger 31 via the second flow path switching section V2 by the second pump P2, and the circulation is repeated.
  • the outdoor heat exchanger 45 can be used as a heat absorption source.
  • control unit 100 connects the first heat storage flow path 401 and the second heat storage flow path 402 in the heat storage flow path 40, circulates the heat medium by the third pump P3, and connects the heat storage flow path 40 to the battery heat exchanger 41 and the motor. heat exchanger 42, inverter heat exchanger 43, and PCU heat exchanger 44.
  • the vehicle air conditioner 1 can heat the vehicle interior and each seat.
  • a high-temperature heat medium can be passed through both the first main heat exchanger 81 and the second main heat exchanger 82, which are the two heat exchangers of the main air conditioning unit 80.
  • the air before passing through the second main heat exchanger 82 can be heated in advance in the first main heat exchanger 81.
  • the heat of the heat medium remaining after exchanging heat with air in the second main heat exchanger 82 and the heat of the heat medium remaining after exchanging heat with air in the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 are Since the heat of the remaining heat medium is used to heat the air in the first main heat exchanger 81, it is possible to improve the air conditioning capacity of the main air conditioning unit 80 and to improve the thermal efficiency of the entire system.
  • the heat medium can be caused to flow into only one or both of the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92. Furthermore, the amount of heat medium flowing into the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 can be adjusted by the three-way valve 95. Furthermore, the amount of air blown by the air blowers 971 and 972 can be adjusted. Thereby, the air passing through the air flow passages 941 and 942 can be adjusted to a desired temperature range.
  • the heat medium heated by the high-temperature heat exchanger 21 circulates through the high-temperature heat medium flow path 20 and the air conditioning flow path 70, the heat medium expands due to temperature rise, and the amount of heat medium is large relative to the circuit capacity. Then, the relief valve 57 becomes open, and the heat medium flows into the tank 50 from the inlet 52 via the connection portion 28 and is stored therein.
  • the heat medium In the flow path where the low-temperature heat medium flow path 30 and the outdoor flow path 60 are connected, when the temperature of the heat medium decreases and contracts, and the amount of heat medium decreases relative to the circuit capacity, the heat medium is stored in the tank 50.
  • the heat medium flows out from the outlet 53 and flows into the low temperature heat medium flow path 30 via the connection portion 38 .
  • Heat storage endothermic heating/defrosting mode In the heat storage endothermic heating/defrosting mode, the interior of the vehicle is heated using the battery heat exchanger 41, which is one of the plurality of heat storage units, as a heat absorption source. This is an operation mode in which heating and defrosting are performed simultaneously by defrosting the outdoor heat exchanger 45 while utilizing the heat stored in the heat exchanger for onboard equipment.
  • the heated heat medium is exchanged between the refrigerant passing through the condenser 12 and the heat medium passing through the high temperature heat exchanger 21 in the high temperature heat medium flow path 20.
  • the first main heat exchanger 81 of the main air conditioning unit 80 and the first individual heat exchanger 91 and second individual heat exchanger 92 of the individual air conditioning unit 90 are transferred to the battery heat exchanger as a heat absorption source. 41 will be introduced.
  • FIG. 4 shows the flow of the heat medium in the heat storage/endothermic heating/defrosting mode.
  • FIG. 4 regarding the flow of the heat medium, piping through which a high temperature heat medium circulates is shown by a solid black line, and piping through which a low temperature heat medium circulates is shown by a chain line. Further, piping through which a heat medium having a temperature between high and low temperatures circulates is shown by a two-dot chain line, and piping through which a heat medium does not circulate is shown by a broken line.
  • the control section 100 controls the first flow path switching section V1, the second flow path switching section V2, the third flow path switching section V3, and the three-way valves 85 and 95, so that heat is generated in the heat medium circuit 10 as follows. Circulate the media.
  • the control unit 100 connects the high temperature heat medium flow path 20 and the air conditioning flow path 70 and circulates the heat medium that has passed through the high temperature heat exchanger 21 and is heated to the high temperature heat medium flow path 20 and the air conditioning flow path 70. let In the heat storage endothermic heating/defrosting mode, the heat medium passed through the high temperature heat exchanger 21 and heated passes through the first flow path switching section V1 and the three-way valves 85 and 95, and then passes through the first individual heat exchanger 91 and the third 2 individual heat exchangers 92 .
  • the heat medium flowing into the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 is the air passing through the air flow passages 941 and 942 in the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92, respectively. They exchange heat, merge at the merging section 71, and flow into the first main heat exchanger 81 via the merging section 72 and the first flow path switching section V1.
  • the heat medium flowing into the first main heat exchanger 81 exchanges heat with the air passing through the air flow path 84, and passes through the first flow path switching section V1 and the third flow path switching section V3 to the first pump P1.
  • the cycle of returning to the high temperature heat exchanger 21 is repeated. Thereby, while the first main heat exchanger 81 heats the vehicle interior, the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 can heat each seat.
  • the control unit 100 connects the low temperature heat medium flow path 30 and the first heat storage flow path 401 of the heat storage flow paths 40, and transfers the heat medium that has passed through the low temperature heat exchanger 31 and been cooled to low temperature heat. It is circulated through the medium flow path 30 and the first heat storage flow path 401. That is, the heat medium that has passed through the low-temperature heat exchanger 31 and has been cooled is pressure-fed by the third pump P3 via the first flow path switching section V1 and the second flow path switching section V2, and is then transferred to the battery heat exchanger. 41, passes through the second flow path switching section V2, and returns to the low-temperature heat exchanger 31 by the second pump P2, repeating the circulation. By repeating the above circulation, the heat medium that has passed through the battery heat exchanger 41 flows into the low temperature heat medium flow path 30 and is guided to the low temperature heat exchanger 31, so the battery heat exchanger 41 can be used as a heat absorption source. can.
  • the control unit 100 also connects the outdoor flow path 60 and the second heat storage flow path 402 of the heat storage flow path 40, and connects the outdoor heat exchanger 45, the PCU heat exchanger 44, the inverter heat exchanger 43, and , the heat medium is circulated through the motor heat exchanger 42.
  • the flow path to which the outdoor flow path 60 and the second heat storage flow path 402 are connected has a temperature lower than that of the heat medium circulating in the flow path to which the high temperature heat medium flow path 20 and the air conditioning flow path 70 are connected.
  • a heat medium having a higher temperature than the heat medium circulating in the flow path where the low-temperature heat medium flow path 30 and the first heat storage flow path 401 are connected circulates.
  • the outdoor heat exchanger 45 can be defrosted using the heat stored in the motor heat exchanger 42, the inverter heat exchanger 43, and the PCU heat exchanger 44. Note that when the heat storage endothermic heating/defrosting mode is executed, the control unit 100 keeps the grill shutter provided in the outdoor heat exchanger 45 in a closed state.
  • the heat medium passes through the PCU heat exchanger 44, the inverter heat exchanger 43, and the motor heat exchanger 42.
  • the outdoor heat exchanger 45 is defrosted while the temperature of the heat medium is adjusted by recovering heat generated or stored in each device by passing through the heat medium in sequence.
  • sufficient defrosting may not be possible just by circulating through the second heat storage flow path 402.
  • the control unit 100 controls the third flow path switching unit V3 to transfer the heat medium circulating in the high temperature heat medium flow path 20 to the PCU heat exchanger 44 and the inverter in the second heat storage flow path 402.
  • the heat medium that has passed through the motor heat exchanger 43 and the motor heat exchanger 42 is mixed at a predetermined ratio.
  • the heat medium that has passed through the PCU heat exchanger 44 , the inverter heat exchanger 43 , and the motor heat exchanger 42 in the second heat storage flow path 402 is mixed with the heat medium in the high-temperature heat medium flow path 20 .
  • the amount of the heat medium mixed into the high temperature heat medium flow path 20 from the second heat storage flow path 402 is the same amount as the heat medium mixed from the high temperature heat medium flow path 20 into the second heat storage flow path 402. .
  • a predetermined amount of the heat medium circulating in the high-temperature heat medium flow path 20 and the heat medium circulating in the second heat storage flow path 402 are exchanged, and the temperature is increased while maintaining the amount of the heat medium circulating in the second heat storage flow path 402. to rise.
  • the outdoor heat exchanger 45 can be reliably defrosted.
  • the ECH 46 can be operated to supplementally heat the heat medium as needed.
  • the temperature of the heat medium decreases slightly due to the heat medium mixed from the second heat storage flow path 402, but it passes through the high-temperature heat exchanger 21 and is heated again. Further, the heat medium heated in the high temperature heat exchanger 21 is guided to the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 without passing through the second main heat exchanger 82 of the main air conditioning unit. , and then introduced into the first main heat exchanger 81. That is, in the vehicle interior, heating in the main air conditioning unit 80 is suppressed, and heating is mainly performed for each seat by the individual air conditioning unit 90, thereby suppressing the heating capacity of the entire vehicle interior while maintaining passenger comfort.
  • the relief valve 57 becomes open and the heat medium flows into the tank 50 from the inlet 52 via the connecting portion 28 and is stored therein.
  • the low-temperature heat medium flow path 30 and the first heat storage flow path 401 are connected, when the temperature of the heat medium decreases and contracts, and the amount of heat medium decreases relative to the circuit capacity, it is stored in the tank 50.
  • the heated heat medium flows out from the outlet 53 and flows into the low-temperature heat medium flow path 30 via the connection portion 38.
  • the relief valve 58 opens. In the open state, the heat medium flows into the tank 50 from the inlet 54 via the connection portion 48 and is stored therein.
  • the outdoor heat exchanger 45 when the outdoor heat exchanger 45 does not require defrosting, the outside air absorption heating/heat storage mode is executed to heat the vehicle interior, and the heat storage section Heat is stored in the battery heat exchanger 41, motor heat exchanger 42, inverter heat exchanger 43, and PCU heat exchanger 44.
  • frost forms on the outdoor heat exchanger 45
  • the heat storage endothermic heating/defrosting mode heating operation is performed using the heat storage section that is stored during the execution of the outside air heat absorption heating/heat storage mode as a heat absorption source.
  • defrost the outdoor heat exchanger defrost the outdoor heat exchanger.
  • the high temperature heat medium circulating in the high temperature heat medium flow path 20 is transferred to the PCU heat exchanger 44, the inverter heat exchanger 43, and the motor in the second heat storage flow path 402.
  • the heat medium that has passed through the heat exchanger 42 is mixed at a predetermined ratio. Thereby, the temperature is increased while maintaining the amount of heat medium circulating in the second heat storage flow path 402, so that the outdoor heat exchanger 45 can be reliably defrosted.
  • the same amount of the heat medium mixed from the high temperature heat medium flow path 20 to the second heat storage flow path 402 is mixed into the high temperature heat medium flow path 20 from the second heat storage flow path 402 .
  • the temperature of the circulating heat medium decreases slightly, but in the air conditioning flow path 70, the heat medium does not flow into the second main heat exchanger 82, and the heat medium does not flow into the first main heat exchanger. 81, heating in the main air conditioning unit 80 is suppressed by air conditioning the vehicle interior using the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92.
  • first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 are arranged on the upstream side of the first main heat exchanger 81 in the flow direction of the heat medium. Therefore, air conditioning for each sheet can be used preferentially. Heating capacity can be suppressed without impairing passenger comfort.
  • Vehicle air conditioner 10 Heat medium circuit 11: Compressor, 12: Condenser, 13: Expansion valve, 14: Evaporator, 15: Accumulator 20: High temperature heat medium flow path, 21: High temperature heat exchanger 28, 38, 48: Connection part 30: Low temperature heat medium flow path 31: Low temperature heat exchanger 40: Heat storage flow path 41: Heat exchanger for battery, 42: Heat exchanger for motor, 43: Heat exchanger for inverter 44: PCU heat exchanger, 45: outdoor heat exchanger 50: tank, 52: inlet, 53: outlet, 54: inlet 57, 58: relief valve 60: outdoor flow path, 70: air conditioning flow path 71, 72: Merging section 80: Main air conditioning unit, 81: First main heat exchanger, 82: Second main heat exchanger 83: Suction port, 84: Air flow path, 87: Blower 85, 95: Three-way valve 89: Air mix damper 90: Individual air conditioning unit, 91: First individual heat exchanger, 92: Second individual heat exchanger 100: Control

Abstract

【課題】室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行う。 【解決手段】冷媒回路と、冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、冷媒回路及び熱媒体回路を制御すると共に、流路切替部を制御して流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、を備えた車両用空調装置であって、高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、複数の蓄熱部のうち少なくとも１つの蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を外部熱交換器に流す、車両用空調装置を提供する。

Description

車両用空調装置
　本発明は、車両用の空調装置に関する。
　ヒートポンプ式の冷媒回路を用いた車両用空調装置として、圧縮機、放熱用の凝縮器、膨張機構、吸熱用の蒸発器を含む冷媒回路と、凝縮器又は蒸発器において冷媒と熱交換した熱媒体が循環する熱媒体回路と、熱媒体回路を循環する熱媒体が通過する熱交換器を内部に備える車室内空調ユニットとを備えたものが知られている。
　このような車両用空調装置において、暖房運転時に室外熱交換器に着霜が生じると暖房能力が低下するため、除霜を行う必要がある。この場合、通常、一時的に暖房運転を停止したり、出力を低下させたりして除霜運転を行い、必要に応じて補助ヒータ等の加熱手段を作動させて車室内の暖房を補っている（例えば、特許文献１）。
特開２０１８－１２８２４３号公報
　上述のように、除霜運転時には、暖房運転を一時的に停止させたり、出力を低下させたりする必要が生じ、車室内の暖房を十分に行うことができない。これを補うために補助ヒータ等の加熱手段を作動させる場合には、そのための電力を要することとなる。このように、車両用空調装置では、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させること、すなわち、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを共に効率よく十分に行うことが難しいという問題があった。
　本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、ヒートポンプ式冷媒回路を備えた車両用空調装置において、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うこと、などが本発明の課題である。
　このような課題を解決するために、本発明の一態様は、以下の構成を具備する。
　すなわち、本発明の一態様に係る車両用空調装置は、冷媒回路と、前記冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、前記冷媒回路及び前記熱媒体回路を制御すると共に、前記流路切替部を制御して前記流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、を備えた車両用空調装置であって、複数の前記流路は、前記冷媒回路により加熱された熱媒体が循環する高温熱媒体流路と、前記冷媒回路により冷却された熱媒体が循環する低温熱媒体流路と、熱媒体との熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含む蓄熱流路と、外気と熱媒体との熱交換を行う外部熱交換器を含む室外流路と、を含み、前記制御部は、前記流路切替部を制御して、前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、前記複数の蓄熱部のうち少なくとも１つの前記蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を前記室外流路に流す。
　このような特徴を備えた本発明の車両用空調装置によると、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うことができる。
本発明の実施形態に係る車両用空調装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置の制御部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置における外気吸熱暖房・蓄熱モード実行時の熱媒体の流れを示す説明図である。 本発明の実施形態に係る車両用空調装置における蓄熱吸熱暖房・除霜モード実行時の熱媒体の流れを示す説明図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
　図１に示すように、本発明の実施形態に係る熱媒体回路１０は、例えば、車両に搭載され、車載機器の温調や車室内の空調を行う車両用空調装置１に適用される。
　車両用空調装置１は、熱源となる冷媒回路Ｒと、冷媒との熱交換によって温度管理された熱媒体を循環させる熱媒体回路１０と、熱媒体回路１０を循環する熱媒体によって温度調節された空気を車室内に供給する主空調ユニット８０及び個別空調ユニット９０と、を備えている。
　図１に示す例では、冷媒回路Ｒは、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３、蒸発器１４及びアキュームレータ１５が順次冷媒配管で接続されて構成され、冷媒を循環させる閉回路である。この他、冷媒回路Ｒは、例えば、凝縮器１２の下流にレシーバを備えるような回路であってもよい。
　熱媒体回路１０は、冷媒回路Ｒにより加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路（後述）と、タンク５０（貯留部）、複数の流路の接続状態を切替える流路切替部としての第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２、及び第３流路切替部Ｖ３を含んで構成されている。
　熱媒体回路１０は、複数の流路として、高温熱媒体流路２０、低温熱媒体流路３０、蓄熱流路４０、室外流路６０及び空調流路７０を含んでいる。
　高温熱媒体流路２０は、冷媒回路Ｒによって加熱された熱媒体が循環する。より詳しくは、高温熱媒体流路２０は、冷媒回路Ｒにおける凝縮器１２と一体になって、熱媒体－冷媒の熱交換を行う高温熱交換器２１（加熱部）を備えており、第１ポンプＰ１によって圧送された熱媒体が、高温熱交換器２１を通過する間に冷媒回路Ｒにおける凝縮器１２での冷媒の放熱で高温になって循環する。
　低温熱媒体流路３０は、冷媒回路Ｒによって冷却された熱媒体が循環する。低温熱媒体流路３０は、冷媒回路Ｒにおける蒸発器１４と一体になって、熱媒体－冷媒の熱交換を行う低温熱交換器３１（冷却部）を備えており、第２ポンプＰ２によって圧送された熱媒体が、低温熱交換器３１を通過する間に冷媒回路Ｒにおける蒸発器１４での冷媒の吸熱で低温になって循環する。
　蓄熱流路４０は、熱媒体と熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含んでいる。蓄熱流路４０に設けられる蓄熱部として、電動車両におけるバッテリの温調を行うバッテリ用熱交換器４１、走行用モータの温調を行うモータ用熱交換器４２、インバータの温調を行うインバータ用熱交換器４３、及び、パワーコントロールユニットの温調を行うＰＣＵ用熱交換器４４等の駆動に伴って発熱を生じる車載機器に設けられる熱交換器を適用することができる。これにより、蓄熱した熱媒体の熱や、各車載機器から生じる熱を空調に利用することができる。蓄熱流路４０において熱媒体は第３ポンプＰ３によって圧送され、バッテリ用熱交換器４１、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３、及び、ＰＣＵ用熱交換器４４を通過する。
　蓄熱流路４０では、バッテリ用熱交換器４１を含む第１蓄熱流路４０１と、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３及びＰＣＵ用熱交換器４４を含む第２蓄熱流路４０２とが、第２流路切替部Ｖ２を介して接続されている。また、第１蓄熱流路４０１及び第２蓄熱流路４０２は、第２流路切替部Ｖ２を制御することで、互いに独立した流路又は接続した流路とすることができる。
　室外流路６０は、外気との熱交換を行う室外熱交換器４５を含んでいる。
　空調流路７０は、主空調ユニット８０に配備され熱媒体と車室内に送風される空気との熱交換を行う第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２と、個別空調ユニット９０に配備され熱媒体と各シート毎に送風される空気との熱交換を行う第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２とを含んでいる。
　このように、車両用空調装置１において、熱媒体回路１０の各流路、すなわち、高温熱媒体流路２０、低温熱媒体流路３０、蓄熱流路４０、室外流路６０及び空調流路７０が、流路切替部としての第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び第３流路切替部Ｖ３を介して接続されている。これらの第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び第３流路切替部Ｖ３を後述する制御部１００により制御することで、各流路の接続状態を切り替えて、互いに独立した流路又は一部が接続した流路とすることができる。
　タンク５０は、流入口５２を介して高温熱媒体流路２０に、流入口５４を介して蓄熱流路４０に、流出口５３を介して低温熱媒体流路３０にそれぞれ接続されている。
　高温熱媒体流路２０には、第１ポンプＰ１の熱媒体上流側に流入口５２に接続される接続部２８が設けられている。蓄熱流路４０には、各温調対象用熱交換器の熱媒体下流側に流入口５４に接続される接続部４８が設けられている。低温熱媒体流路３０には、第２ポンプＰ２の熱媒体上流側に流出口５３に接続される接続部３８が設けられている。
　すなわち、タンク５０は、図１に示すように、流入口５２によって高温熱媒体流路２０における第１ポンプＰ１の上流側と接続され、流入口５４によって蓄熱流路４０におけるモータ用熱交換器４２の熱媒体下流側と接続され、流出口５３によって低温熱媒体流路３０における第２ポンプＰ２の熱媒体上流側に接続される。
　また、接続部２８からタンク５０の流入口５２に至る経路において、流入口５２の近傍にリリーフ弁５７が設けられている。これにより、高温熱媒体流路２０を循環する熱媒体の温度の上昇により熱媒体が膨張し、高温熱媒体流路２０の回路容量に対して熱媒体量が大きくなった場合に、リリーフ弁５７が開状態となり、高温熱媒体流路２０から熱媒体が流入口５２を介してタンク５０に流入する。
　同様に、接続部４８からタンク５０の流入口５４に至る経路において、流入口５４の近傍にリリーフ弁５８が設けられている。これにより、蓄熱流路４０を循環する熱媒体の温度の上昇により熱媒体が膨張し、蓄熱流路４０の回路容量に対して熱媒体量が大きくなった場合に、リリーフ弁５８が開状態となり、蓄熱流路４０から熱媒体が流入口５４を介してタンク５０に流入する。
　一方、低温熱媒体流路３０を循環する熱媒体の温度が低下して熱媒体が収縮すると、タンク５０に貯留した熱媒体が流出口５３から流出し、接続部３８を介して低温熱媒体流路３０に流入する。
　なお、熱媒体回路１０を循環する熱媒体としては、添加剤が入っていない水或いは不凍性剤や防腐剤等の添加剤が混合された水、更には油等の液熱媒体などを採用することができる。
　主空調ユニット８０は、空気（外気又は内気）を主空調ユニット８０に吸い込む吸込口８３と、吸込口８３から吸い込まれた空気を空気流通路８４に送風する送風機８７と、空気流通路８４内に設けられ熱媒体回路１０を循環する熱媒体が流れる第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２と、第１主熱交換器８１を通過した後の空気流通路８４内の空気を第２主熱交換器８２に通風させる割合を調整するエアミックスダンパ８９を備えている。
　主空調ユニット８０では、吸込口８３から空気流通路８４に導入された空気を第１主熱交換器８１のみ、又は、第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２の双方に通風させ、第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２において熱媒体と熱交換することで温調された空気を車室内に送風する。
　個別空調ユニット９０は、空調流路７０を循環する熱媒体が流れる第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２と、個別空調ユニット９０における、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２への熱媒体の流入を制御すると共に流量調整が可能な三方弁９５（流量調整部）と、を備え、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２の何れか一方又は双方を通過する空気を車室内に送風する。
　第１個別熱交換器９１は、吸込口９３１から導入され、送風機９７１によって送風された空気が流通する空気流通路９４１に設けられている。同様に、第２個別熱交換器９２は、吸込口９３２から導入され送風機９７２によって送風された空気が流通する空気流通路９４２に設けられている。
　このように、車両用空調装置１において、熱媒体回路１０の各流路、すなわち、高温熱媒体流路２０、低温熱媒体流路３０、蓄熱流路４０、室外流路６０及び空調流路７０が、流路切替部としての第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び第３流路切替部Ｖ３を介して接続されている。これらの第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び第３流路切替部Ｖ３を後述する制御部１００により制御することで、各流路の接続状態を切り替えて、互いに独立した流路又は一部が接続した流路とすることができる。
　つまり、熱媒体回路１０の高温熱媒体流路２０及び低温熱媒体流路３０が、空調目的や目標空調温度に応じて蓄熱流路４０、室外流路６０及び空調流路７０のいずれかに接続され、接続された流路に熱媒体が流れるように、制御部１００により第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び三方弁８５，９５の制御が行われる。これにより、高温熱媒体流路２０又は低温熱媒体流路３０の一方又は両方において温調された熱媒体が、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２及び三方弁８５，９５を経由して第１主熱交換器８１、第２主熱交換器８２、第１個別熱交換器９１又は第２個別熱交換器９２のうち接続された熱交換器に流入し、車室内の空調が行われる。
　図２に、車両用空調装置１の制御を司る制御部１００の概略構成を示す。なお、図２において、本実施形態に係る車両用空調装置１による動作に直接関係しない構成については図示及び説明を適宜省略している。
　制御部１００は、走行用モータ、インバータ、パワーコントロールユニットの駆動制御やバッテリの充放電制御を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ（ＥＣＵ）２００に車両通信バスを介して接続され、情報の送受信を行う。制御部１００及び車両コントローラ２００には何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例としてのマイクロコンピュータを適用することができる。
　制御部１００には、次の各センサや機器が接続され、これらの各センサ等の出力が入力される。すなわち、制御部１００には、高温熱交換器２１に流入して凝縮器１２によって加熱された熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ２１、低温熱交換器３１に流入して蒸発器１４によって冷却された熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ３１、主空調ユニット８０の第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ８０、個別空調ユニット９０の第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサＴＣ９０、バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサＴＣ４１（バッテリ自体の温度、バッテリ用熱交換器４１に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度）、モータの温度を検出するモータ温度センサＴＣ４２（モータ自体の温度、モータ用熱交換器４２に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度）、インバータの温度を検出するインバータ温度センサＴＣ４３（インバータ自体の温度、インバータ用熱交換器４３に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度）、及び、パワーコントロールユニットの温度を検出するＰＣＵ温度センサＴＣ４４（ＰＣＵ自体の温度、ＰＣＵ用熱交換器４４に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度）、が接続されている。
　一方、制御部１００の出力には、膨張弁１３、１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２、第３ポンプＰ３、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２、第３流路切替部Ｖ３、三方弁８５，９５、送風機８７，９７１，９７２、及びエアミックスダンパ８９が接続されている。そして、制御部１００は各センサの出力と空調操作部３００にて入力された設定、車両コントローラ２００からの情報に基づいてこれらを制御する。
　以下、このように構成された車両用空調装置１による動作について説明する。本実施形態に係る車両用空調装置１では、例えば、主空調ユニット８０又は個別空調ユニット９０を用いた暖房モード、冷房モード及び除湿モード、室外熱交換器４５の除霜モード、車載機器の冷却又は暖機を含む温調モードなどの様々な動作モードを実行することができる。
　上記した各種動作モードの実行時において、車両用空調装置１の冷媒回路Ｒでは、制御部１００により圧縮機１１の回転数等を適宜制御しながら、凝縮器１２の放熱と蒸発器１４の吸熱を利用して車室内に供給される空気を目標温度に調整し、車室内の空調を行う。冷媒回路Ｒにおいて、冷媒は、次のように循環する。
　すなわち、圧縮機１１から吐出された高圧のガス冷媒は、凝縮器１２において高温熱交換器２１を通過する熱媒体と熱交換することにより放熱して液化凝縮し、高圧の液冷媒となる。凝縮器１２から流出した高圧液冷媒は、膨張弁１３によって減圧されて膨張し、低圧冷媒となり、蒸発器１４に流入する。蒸発器１４に流入した低圧冷媒は、蒸発器１４において低温熱交換器３１を通過する熱媒体と熱交換することにより蒸発し、ガス冷媒となって蒸発器１４を流出し、アキュームレータ１５を介して圧縮機１１へ戻る。
　本実施形態にかかる車両用空調装置では、車室内を暖房する動作モードとして、車室内の暖房と合わせて蓄熱部への蓄熱を行う外気吸熱暖房・蓄熱モードと、暖房と室外熱交換器４５の除霜を同時に行う蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを実行することができる。これら２つのモードは、室外熱交換器４５の着霜の状態に応じて適宜切り替えることが好ましい。以下、外気吸熱暖房・蓄熱モード及び蓄熱吸熱暖房・除霜モードについて説明する。
　（１）外気吸熱暖房・蓄熱モード
　外気吸熱暖房・蓄熱モードは、室外熱交換器４５を吸熱源として用い、バッテリ用熱交換器４１、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３及びＰＣＵ用熱交換器４４などの各車載機器用熱交換器を蓄熱部として用いることで、各種車載機器において生じた熱を蓄熱しながら、暖房を行う動作モードである。
　外気吸熱暖房・蓄熱モードの実行時は、高温熱媒体流路２０において、凝縮器１２を通過する冷媒と高温熱交換器２１を通過する熱媒体とを熱交換させて加熱された熱媒体を、主空調ユニット８０の第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２に導入させると共に、個別空調ユニット９０の第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に導入させる。また、低温熱媒体流路３０において、蒸発器１４を通過する冷媒と低温熱交換器３１を通過する熱媒体とを熱交換させて冷却された熱媒体を、吸熱源としての室外熱交換器４５に導入させる。
　外気吸熱暖房・蓄熱モードにおける熱媒体の流れを図３に示す。
　図３では、熱媒体の流れについて、高温の熱媒体が循環する配管を黒色の実線で示し、低温度の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示している。また、高温と低温の中間の温度の熱媒体が循環する配管を灰色の実線で示している。
　制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２、第３流路切替部Ｖ３、及び三方弁８５，９５を制御して、熱媒体回路１０において以下のように熱媒体を循環させる。
　制御部１００は、高温熱媒体流路２０と空調流路７０とを接続して、高温熱交換器２１を通過して加熱された熱媒体を高温熱媒体流路２０と空調流路７０に循環させる。
　すなわち、高温熱交換器２１を通過して加熱された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１を経由して三方弁８５に流入する。三方弁８５に流入した熱媒体は、一部が第２主熱交換器８２に流れ、残りが三方弁９５に向かって流れる。
　第２主熱交換器８２に流入した熱媒体は、空気流通路８４を通過する空気と熱交換した後に、合流部７２に流れる。三方弁９５に流入した熱媒体は、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に流れるように分流され、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２において空気流通路９４１，９４２を通過する空気とそれぞれ熱交換し、合流部７１において合流した後に、合流部７２に流れる。
　第２主熱交換器８２、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２をそれぞれ流れた熱媒体は、合流部７２において合流し、第１流路切替部Ｖ１を経由して第１主熱交換器８１に流入し、空気流通路８４を通過する空気と熱交換する。第１主熱交換器８１を出た熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第３流路切替部Ｖ３を経由して第１ポンプＰ１により高温熱交換器２１に戻る循環を繰り返す。
　一方、制御部１００は、低温熱媒体流路３０と室外流路６０とを接続して、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体を、低温熱媒体流路３０及び室外流路６０に循環させる。このとき、制御部１００により、室外熱交換器４５に設けられた不図示のグリルシャッタを開状態としておく。
　すなわち、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を経由して室外熱交換器４５に流入し、室外熱交換器４５においてグリルシャッタを介して導入された外気と熱交換した後に第２流路切替部Ｖ２を経由して、第２ポンプＰ２により低温熱交換器３１に戻る循環を繰り返す。
　上記循環を繰り返すことで、室外熱交換器４５を吸熱源として用いることができる。
　また、制御部１００は、蓄熱流路４０において、第１蓄熱流路４０１と第２蓄熱流路４０２とを接続して第３ポンプＰ３により熱媒体を循環させ、バッテリ用熱交換器４１、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３及びＰＣＵ用熱交換器４４に蓄熱する。
　このようにすることで、車両用空調装置１において、車室内の暖房及びシート毎の暖房を行うことができる。暖房モードの実行時に、主空調ユニット８０の２つの熱交換器である第１主熱交換器８１及び第２主熱交換器８２の双方に高温の熱媒体を流すことができる。特に、第２主熱交換器８２を通過した熱媒体と第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２を通過した熱媒体を合流させて第１主熱交換器８１に流すことで、第２主熱交換器８２を通過する前の空気を、予め、第１主熱交換器８１において加熱することができる。
　このように、第２主熱交換器８２において空気と熱交換をした後に残った熱媒体の熱と、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２において空気と熱交換をした後に残った熱媒体の熱とを第１主熱交換器８１における空気の加熱に利用するため、主空調ユニット８０の空調能力を向上させると共にシステム全体の熱効率を向上させることができる。
　なお、三方弁９５を制御することで、第１個別熱交換器９１又は第２個別熱交換器９２のいずれか一方のみ又は双方へ熱媒体を流入させることができる。また、三方弁９５によって第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２への熱媒体の流入量を調整することができる。さらに、送風機９７１，９７２よる送風量を調整することができる。これにより、空気流通路９４１，９４２を通過する空気をそれぞれ所望の温度帯に調整することができる。
　また、高温熱交換器２１によって加熱された熱媒体が高温熱媒体流路２０と空調流路７０を循環する過程において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁５７が開状態となり、熱媒体が接続部２８を経て流入口５２からタンク５０に流入して貯留される。
　低温熱媒体流路３０と室外流路６０とが接続された流路において、熱媒体の温度が低下して収縮することで回路容量に対して熱媒体量が少なくなると、タンク５０に貯留された熱媒体が流出口５３から流出し、接続部３８を経て低温熱媒体流路３０に流入する。
　（２）蓄熱吸熱暖房・除霜モード
　蓄熱吸熱暖房・除霜モードは、複数の蓄熱部のうちの１つであるバッテリ用熱交換器４１を吸熱源として車室内の暖房を行い、その他の各種車載機器用熱交換器に蓄熱された熱を利用しながら室外熱交換器４５の除霜を行うことにより、暖房と除霜を同時に実行する動作モードである。
　蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時は、高温熱媒体流路２０において、凝縮器１２を通過する冷媒と高温熱交換器２１を通過する熱媒体とを熱交換させて加熱された熱媒体を、主空調ユニット８０の第１主熱交換器８１と、個別空調ユニット９０の第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に導入させる。また、低温熱媒体流路３０において、蒸発器１４を通過する冷媒と低温熱交換器３１を通過する熱媒体とを熱交換させて冷却された熱媒体を、吸熱源としてのバッテリ用熱交換器４１に導入させる。さらに、ＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３、及びモータ用熱交換器４２を順に通過した熱媒体を室外熱交換器４５に導入させる。
　蓄熱吸熱暖房・除霜モードにおける熱媒体の流れを図４に示す。
　図４では、熱媒体の流れについて、高温の熱媒体が循環する配管を黒色の実線で示し、低温度の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示している。また、高温と低温の中間の温度の熱媒体が循環する配管を二点鎖線で示し、熱媒体が流通しない配管を破線で示している。
　制御部１００は、第１流路切替部Ｖ１、第２流路切替部Ｖ２、第３流路切替部Ｖ３、及び三方弁８５，９５を制御して、熱媒体回路１０において以下のように熱媒体を循環させる。
　制御部１００は、高温熱媒体流路２０と空調流路７０とを接続して、高温熱交換器２１を通過して加熱された熱媒体を高温熱媒体流路２０と空調流路７０に循環させる。
　蓄熱吸熱暖房・除霜モードでは、高温熱交換器２１を通過して加熱された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１、及び三方弁８５，９５を経て第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に流入する。
　第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２に流入した熱媒体は、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２において空気流通路９４１，９４２を通過する空気とそれぞれ熱交換し、合流部７１において合流し、合流部７２、第１流路切替部Ｖ１を経て、第１主熱交換器８１に流入する。第１主熱交換器８１に流入した熱媒体は、空気流通路８４を通過する空気と熱交換し、第１流路切替部Ｖ１及び第３流路切替部Ｖ３を経由して第１ポンプＰ１により高温熱交換器２１に戻る循環を繰り返す。これにより、第１主熱交換器８１により車室内を暖房しつつ、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２によりシート毎の暖房を行うことができる。
　一方、制御部１００は、低温熱媒体流路３０と蓄熱流路４０のうち第１蓄熱流路４０１とを接続して、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体を、低温熱媒体流路３０及び第１蓄熱流路４０１に循環させる。
　すなわち、低温熱交換器３１を通過して冷却された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を経由して第３ポンプＰ３により圧送されてバッテリ用熱交換器４１に流入し、第２流路切替部Ｖ２を経由して、第２ポンプＰ２により低温熱交換器３１に戻る循環を繰り返す。
　上記循環を繰り返すことで、バッテリ用熱交換器４１を通過した熱媒体を低温熱媒体流路３０に流して低温熱交換器３１に導くため、バッテリ用熱交換器４１を吸熱源として用いることができる。
　また、制御部１００は、室外流路６０と蓄熱流路４０の第２蓄熱流路４０２とを接続して、室外熱交換器４５、ＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３、及び、モータ用熱交換器４２に熱媒体を循環させる。これにより、室外流路６０と第２蓄熱流路４０２とが接続された流路には、高温熱媒体流路２０と空調流路７０とが接続された流路に循環する熱媒体よりも低温であり、かつ、低温熱媒体流路３０と第１蓄熱流路４０１とが接続された流路を循環する熱媒体よりも高温の熱媒体が循環することとなる。これにより、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３及びＰＣＵ用熱交換器４４に蓄熱された熱を利用して室外熱交換器４５の除霜を行うことができる。なお、蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時は、制御部１００により、室外熱交換器４５に設けられたグリルシャッタを閉状態としておく。
　上述のように、室外流路６０と第２蓄熱流路４０２とが接続された流路では、熱媒体がＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３、及びモータ用熱交換器４２を順に通過することで各機器において生じた熱又は蓄熱されていた熱を回収して熱媒体の温度を調整しながら室外熱交換器４５の除霜を行う。一方、外気温や室外熱交換器４５に対する着霜の程度によっては、第２蓄熱流路４０２を循環するのみでは、十分に除霜ができない場合もある。
　このような場合、制御部１００は、第３流路切替部Ｖ３を制御して、高温熱媒体流路２０を循環する熱媒体を、第２蓄熱流路４０２においてＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３、及びモータ用熱交換器４２を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる。併せて、第２蓄熱流路４０２においてＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３、及び、モータ用熱交換器４２を通過した熱媒体を、高温熱媒体流路２０の熱媒体に混合させる。このとき、第２蓄熱流路４０２から高温熱媒体流路２０に混合される熱媒体の量は、高温熱媒体流路２０から第２蓄熱流路４０２に混合された熱媒体と同量とする。
　つまり、高温熱媒体流路２０を循環する熱媒体と、第２蓄熱流路４０２を循環する熱媒体を所定量交換し、第２蓄熱流路４０２において循環する熱媒体の量を維持しながら温度を上昇させる。これにより、室外熱交換器４５の除霜を確実に行うことができる。また、必要に応じてＥＣＨ４６を作動させて熱媒体を補助的に加熱することもできる。
　一方、高温熱媒体流路２０では、第２蓄熱流路４０２から混合された熱媒体によって、熱媒体の温度がやや低下するものの、高温熱交換器２１を通過して再び加熱される。さらに、高温熱交換器２１において加熱された熱媒体は、主空調ユニットの第２主熱交換器８２を通過することなく、第１個別熱交換器９１および第２個別熱交換器９２に導かれ、その後第１主熱交換器８１に導入される。すなわち、車室内では、主空調ユニット８０における暖房を抑制し、主として、個別空調ユニット９０によるシート毎の暖房を行うことで、乗員の快適性を維持しながら車室内全体の暖房能力を抑制する。
　なお、高温熱交換器２１によって加熱された熱媒体が循環する過程において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁５７が開状態となり、熱媒体が接続部２８を経て流入口５２からタンク５０に流入して貯留される。
　低温熱媒体流路３０と第１蓄熱流路４０１とが接続された流路において、熱媒体の温度が低下して収縮することで回路容量に対して熱媒体量が少なくなると、タンク５０に貯留された熱媒体が流出口５３から流出し、接続部３８を経て低温熱媒体流路３０に流入する。
　蓄熱流路４０の第２蓄熱流路４０２と室外流路６０とが接続された流路において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁５８が開状態となり、熱媒体が接続部４８を経て流入口５４からタンク５０に流入して貯留される。
　以上説明したように、本発明の実施形態によれば、室外熱交換器４５の除霜を要しない場合に、外気吸熱暖房・蓄熱モードを実行して車室内の暖房を行うとともに、蓄熱部としてのバッテリ用熱交換器４１、モータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３、及び、ＰＣＵ用熱交換器４４に蓄熱する。そして、室外熱交換器４５に着霜が生じた場合に、蓄熱吸熱暖房・除霜モードに切り替えることで、外気吸熱暖房・蓄熱モードの実行時に蓄熱された蓄熱部を吸熱源として暖房運転を行うとともに、室外熱交換器の除霜を行う。
　このように、外気吸熱暖房・蓄熱モードと蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを、必要に応じて自動的に又はユーザによる操作に基づいて切り替えることで、暖房運転に用いられる吸熱源を確保することができるので、車室内の暖房を停止させることなく、室外熱交換器４５の除霜を行うことができる。
　蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時には、高温熱媒体流路２０を循環する高温の熱媒体を、第２蓄熱流路４０２においてＰＣＵ用熱交換器４４、インバータ用熱交換器４３、及び、モータ用熱交換器４２を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる。
　これにより、第２蓄熱流路４０２を循環する熱媒体の量を維持しながら温度を上昇させるので、室外熱交換器４５の除霜を確実に行うことができる。
　一方、同時に、第２蓄熱流路４０２から高温熱媒体流路２０に対して、高温熱媒体流路２０から第２蓄熱流路４０２に混合させた熱媒体と同量だけ混合させる。これにより、高温熱媒体流路２０では、循環する熱媒体の温度はやや低下するが、空調流路７０では、熱媒体を第２主熱交換器８２に流入させず、第１主熱交換器８１、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２によって車室内の空調を行うことで、主空調ユニット８０における暖房を抑制する。また、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２を第１主熱交換器８１よりも熱媒体の流通方向上流側に配置して、シート毎の空調を優先的に用いることで乗員の快適性を損なうことなく、暖房能力を抑制することができる。
　このように、外気吸熱暖房・蓄熱モードと蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを実行可能とし、これらの動作モードを必要に応じて適宜切り替えることで、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うことができる。
　以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
１：車両用空調装置
１０：熱媒体回路
１１：圧縮機、１２：凝縮器、１３：膨張弁、１４：蒸発器、１５：アキュームレータ
２０：高温熱媒体流路、２１：高温熱交換器
２８，３８，４８：接続部
３０：低温熱媒体流路
３１：低温熱交換器
４０：蓄熱流路
４１：バッテリ用熱交換器、４２：モータ用熱交換器、４３：インバータ用熱交換器
４４：ＰＣＵ用熱交換器、４５：室外熱交換器
５０：タンク、５２：流入口、５３：流出口、５４：流入口
５７，５８：リリーフ弁
６０：室外流路、７０：空調流路
７１，７２：合流部
８０：主空調ユニット、８１：第１主熱交換器、８２：第２主熱交換器
８３：吸込口、８４：空気流通路、８７：送風機
８５，９５：三方弁
８９：エアミックスダンパ
９０：個別空調ユニット、９１：第１個別熱交換器、９２：第２個別熱交換器
１００：制御部、２００：車両コントローラ、３００：空調操作部
９３１，９３２：吸込口、９４１，９４２：空気流通路、９７１，９７２：送風機
Ｒ：冷媒回路
Ｖ１：第１流路切替部、Ｖ２：第２流路切替部、Ｖ３：第３流路切替部

Claims (4)

  1. 　冷媒回路と、
    　前記冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、
    　前記冷媒回路及び前記熱媒体回路を制御すると共に、前記流路切替部を制御して前記流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、備えた車両用空調装置であって、
    　複数の前記流路は、
    　　前記冷媒回路により加熱された熱媒体が循環する高温熱媒体流路と、
    　　前記冷媒回路により冷却された熱媒体が循環する低温熱媒体流路と、
    　　熱媒体との熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含む蓄熱流路と、
    　　外気と熱媒体との熱交換を行う外部熱交換器を含む室外流路と、を含み、
    　前記制御部は、前記流路切替部を制御して、
    　前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、前記複数の蓄熱部のうち少なくとも１つの前記蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を前記室外流路に流す、車両用空調装置。
  2. 　前記制御部は、
    　前記蓄熱流路のうち第１蓄熱部を通過した熱媒体を前記低温熱媒体流路に流すことにより前記第１蓄熱部を吸熱源として車室内の暖房を行うと共に、前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を前記蓄熱流路のうち第２蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合させ、混合させた熱媒体を前記室外流路に流す、請求項１に記載の車両用空調装置。
  3. 　前記熱媒体回路は、
    　空調ユニットに配備され車室内に送風する空気と熱媒体との熱交換を行う複数の室内熱交換器を含む空調流路を含み、
    　前記制御部は、
    　前記高温熱媒体流路と前記空調流路とを接続し、複数の前記室内熱交換器の少なくとも１つを通過した熱媒体を、前記第２蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる、請求項２記載の車両用空調装置。
  4. 　前記空調流路は、
    　車室内空間に吹き出される空気と熱交換を行う第１室内熱交換器と、車室内の一部に吹き出される空気と熱交換を行う第２室内熱交換器とを含み、
    　前記制御部は、
    　前記高温熱媒体流路と前記空調流路とを接続し、前記第２室内熱交換器が前記第１室内熱交換器より上流側となるように熱媒体を流す、請求項３記載の車両用空調装置。
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