WO2023248713A1 - 車両用空調装置 - Google Patents

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WO2023248713A1
WO2023248713A1 PCT/JP2023/019686 JP2023019686W WO2023248713A1 WO 2023248713 A1 WO2023248713 A1 WO 2023248713A1 JP 2023019686 W JP2023019686 W JP 2023019686W WO 2023248713 A1 WO2023248713 A1 WO 2023248713A1
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WO
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Prior art keywords
heat medium
flow path
heat
heat exchanger
air
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/019686
Other languages
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
Publication of WO2023248713A1 publication Critical patent/WO2023248713A1/ja

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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

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle air conditioner.
  • vehicle air conditioners for electric vehicles including EVs (Electric Vehicles), HVs (Hybrid Vehicles), and PHVs (Plug-in Hybrid Vehicles) where engine waste heat cannot be used or whose use is limited have been configured as heat pumps.
  • a refrigerant circuit is used as a heat source.
  • the temperature of the air inside the vehicle is controlled via a heat medium such as water.
  • a heat medium circuit is used in which the heat medium that has become high temperature due to heat dissipation is passed through the heater of the air conditioner, and during cooling, the heat medium that has become low temperature due to heat absorption in the refrigerant circuit is passed through the cooler of the air conditioner (see the following patent). (See Reference 1).
  • the heat exchanger (cooler) on the windward side of the HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) unit is cooled by the heat absorbed by the refrigerant circuit.
  • Dehumidifying and heating is performed by flowing a high-temperature heat medium heated by the heat radiation of the refrigerant circuit to the heat exchanger (heater) on the lee side of the HVAC unit while flowing a low-temperature heat medium.
  • the present invention aims to deal with such circumstances.
  • a vehicle air conditioner that uses a refrigerant circuit as a heat source and controls the temperature of the air inside the vehicle via a heat medium flowing through a heat medium circuit, it is essential to be able to perform effective dehumidification and heating with low power consumption. This is a subject for invention.
  • a vehicle air conditioner includes a refrigerant circuit, a high-temperature heat medium flow path through which a high-temperature heat medium heated by heat radiation of the refrigerant circuit flows, and a low-temperature heat medium cooled by heat absorption of the refrigerant circuit.
  • a heat medium circuit having a low-temperature heat medium flow path through which a medium flows, and a first heat exchanger that is an air heat medium heat exchanger provided in the heat medium circuit are arranged on the upstream side of an air flow path that supplies the vehicle interior.
  • a vehicle air conditioner including an air conditioning unit in which a second heat exchanger, which is the air heat medium heat exchanger, is arranged downstream of the air flow path, wherein the heat medium circuit is connected to the low temperature heat medium flow path.
  • the low temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path is caused to flow through the first heat exchanger
  • the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path is caused to flow through the second heat exchanger
  • the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path It is equipped with a flow path switching means for flowing the heat storage flow path into the heat storage flow path.
  • the vehicle air conditioner of the present invention having such features, in a vehicle air conditioner that uses a refrigerant circuit as a heat source and controls the temperature of vehicle interior air via a heat medium flowing through a heat medium circuit, the vehicle air conditioner consumes less power. This enables effective dehumidification and heating.
  • 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 a first mode of dehumidification/heating operation is executed in the vehicle air conditioner according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the flow of a heat medium when a second mode of dehumidification/heating operation is executed in the vehicle air conditioner according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the flow of a heat medium when a third mode of dehumidification/heating operation is executed in the vehicle air conditioner according to the embodiment of the present invention.
  • a vehicle air conditioner 1 includes 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. It includes an air conditioning unit 80 and an individual air conditioning unit 90 that supply temperature-controlled air into the vehicle interior by exchanging heat with the heat medium circulating in the heat medium circuit 10.
  • 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 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 50, an air conditioning flow path 70, a tank 55, and a first flow path switching section as a flow path switching section. V1, a second flow path switching section V2, and a third flow path switching section V3.
  • 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 passing through the high-temperature heat exchanger 21, the heat medium becomes hot due to heat radiation of the refrigerant in the condenser 12 in the refrigerant circuit R and circulates.
  • a high-temperature heat exchanger 21 heating section
  • 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.
  • a low-temperature heat exchanger 31 cooling section
  • 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 50 includes an outdoor heat exchanger 45 that exchanges heat with outside air.
  • the air conditioning flow path 70 includes a first heat exchanger 81 and a second heat exchanger 82 that are arranged in the 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. It includes a first individual heat exchanger 91 and a second individual heat exchanger 92 that exchange heat between the heat medium and the air blown for 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 50, 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 55 is connected between the first channel switching section V1 and the third channel switching section V3 via the inlet 52, and between the third channel switching section V3 and the motor heat exchanger 42 via the inlet 54. and is connected between the second flow path switching section V2 and the second pump P2 via the outlet 53.
  • a connecting portion 28 connected to the inlet 52 is provided between the first flow path switching portion V1 and the third flow path switching portion V3.
  • a connecting portion 48 connected to the inlet 54 is provided between the third flow path switching portion V3 and the motor heat exchanger 42.
  • a connecting portion 38 connected to the outlet 53 is provided between the second flow path switching portion V2 and the second pump P2.
  • 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 55.
  • a relief valve 58 is provided near the inlet 54 on the path from the connection portion 48 to the inlet 54 of the tank 55 .
  • the relief valve 57 or the relief valve 58 is opened, and the heat medium flows into the tank 55 through the inlet 52 or the inlet 54 from the flow path through which the high-temperature heat medium circulates.
  • the capacity of the heat medium becomes smaller than the circuit capacity of the flow path through which the low-temperature heat medium circulates.
  • the heat medium stored in the tank 55 flows out from the outlet 53 and flows into the flow path through which the low-temperature heat medium circulates via the connection part 38.
  • 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 air conditioning unit 80 includes a suction port 83 that sucks air (outside air or inside air) into the 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 blower 87 that is provided within the air flow passage 84.
  • An air mix damper 89 is provided to adjust the ratio of ventilation to the air filter 82.
  • the air introduced into the air flow path 84 from the suction port 83 is ventilated through only the first heat exchanger 81 or both the first heat exchanger 81 and the second heat exchanger 82, and Air whose temperature is controlled by exchanging heat with the heat medium in the heat exchanger 81 and the second heat exchanger 82 is blown into the vehicle interior.
  • the individual air conditioning unit 90 has a first individual heat exchanger 91 and a second individual heat exchanger 92 through which the heat medium circulating in the heat medium circuit 10 flows, and a first individual heat exchanger 91 and a second individual heat exchanger 92.
  • a three-way valve 95 (flow rate adjustment section) that can control the inflow of the heat medium and adjust the flow rate, and passes through either or both of the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92. This air is blown into the vehicle interior.
  • the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 are introduced from separate and independent suction ports, and are provided in air flow passages through which air blown by the blower 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 50, 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 any of the heat storage flow path 40, the outdoor flow path 50, and the air conditioning flow path 70 depending on the air conditioning purpose and target air conditioning temperature.
  • 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 the heating medium flows through the connected flow paths. will be held.
  • 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 third flow path switching section V1.
  • 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 heat exchanger 81 and second heat exchanger 82 of the air conditioning unit 80; A temperature sensor TC90 detects the temperature of the heat medium flowing into the 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, temperature of the battery heat exchanger 41).
  • 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). , any one of the temperatures), an inverter temperature sensor TC43 that detects the temperature of the inverter (the temperature of the inverter itself, the temperature of the heat medium flowing into or out of the inverter heat exchanger 43), and the power A PCU temperature sensor TC44 (either the temperature of the PCU itself or the temperature of the heat medium flowing into or out of the PCU heat exchanger 44) is connected to detect the temperature of the control unit.
  • 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 V1.
  • section V3, three-way valves 85, 95, blower 87, 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 vehicle air conditioner 1 can operate in various modes, such as a heating mode, a cooling mode, and a dehumidification mode using the air conditioning unit 80 or the individual air conditioning unit 90, and a temperature control mode including cooling or warming up of in-vehicle equipment. Operation mode can be executed.
  • 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 air conditioner is used to adjust the air supplied to the vehicle interior to a target temperature or humidity and air condition the vehicle interior.
  • 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 vehicle air conditioner when heating the vehicle interior while dehumidifying it, it is possible to execute a plurality of types of dehumidifying and heating modes in which the connection state of each flow path in the heat medium circuit 10 is different from each other. .
  • These plurality of dehumidifying and heating modes are controlled by the control unit 100 according to the operating status of the vehicle air conditioner and the running status of the vehicle. By controlling the section V3 and the three-way valves 85 and 95, the connection state of each flow path of the heat medium circuit 10 is switched and executed.
  • FIGS. 3 to 5 piping in which a high-temperature heat medium circulates is shown as a solid black line, piping in which a low-temperature heat medium circulates is shown in a dashed line, and piping in which a medium-temperature heat medium circulates between high and low temperatures is shown in gray. It is shown by the solid line.
  • the first mode is the heat stored in the battery heat exchanger 41, motor heat exchanger 42, inverter heat exchanger 43, and PCU heat exchanger 44 of the heat storage flow path 40. Utilizing this, the second heat exchanger 82 heats the vehicle interior, the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 heat each seat, and the outdoor heat exchanger 45 serves as a heat absorption source. This is a dehumidification/heating mode in which the first heat exchanger 81 dehumidifies the interior of the vehicle.
  • the control unit 100 transfers the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path 20 to the second heat exchanger 82, the first individual heat exchanger 91, and the second individual heat exchanger 92 of the air conditioning flow path 70.
  • the first flow path switching unit V1 and the three-way valves 85 and 95 are controlled so that the low temperature heat medium flowing through the low temperature heat medium flow path 30 flows to the first heat exchanger 81 of the air conditioning flow path 70 so that the low temperature heat medium flows.
  • the control unit 100 transfers the low temperature heat medium flowing through the low temperature heat medium flow path 30 to the outdoor heat exchanger 45 of the outdoor flow path 50 so that the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path 20 flows into the heat storage flow path 40 .
  • the second flow path switching unit V2 is controlled so that the flow is as follows.
  • FIG. 3 shows the flow of the heat medium in the first mode.
  • the heat medium circulates as follows.
  • the heat medium heated by exchanging heat with the refrigerant passing through the condenser 12 in the high temperature heat exchanger 21 of the high temperature heat medium flow path 20 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 heat exchanger 82 , and the remainder flows toward the three-way valve 95 .
  • the heat medium flowing into the second heat exchanger 82 exchanges heat with the air passing through the air flow path 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 air exchanges heat with the air passing through the channels (not shown), and after merging at the merging section 71, flows to the merging section 72.
  • the heat medium that has merged at the merging section 72 flows into the heat storage channel 40 via the first channel switching section V1 and the second channel switching section V2.
  • the heat medium that has flowed into the heat storage flow path 40 is pumped by the third pump P3, flows to the battery heat exchanger 41, and passes through the second flow path switching section V2 to the PCU heat exchanger 44 and the inverter heat exchanger. It sequentially flows into the exchanger 43 and the motor heat exchanger 42, returns to the high temperature heat medium flow path 20 via the third flow path switching section V3, and is pumped to the high temperature heat exchanger 21 by the first pump P1. Repeat the cycle.
  • the heat medium that has been cooled by exchanging heat with the refrigerant passing through the evaporator 14 in the low temperature heat exchanger 31 of the low temperature heat medium flow path 30 is transferred to the air conditioning flow path 70 via the first flow path switching section V1.
  • the air flows through the first flow path switching section V1, the third flow path switching section V3, and the second flow path switching section V2. and flows into the outdoor flow path 50.
  • the heat medium that has flowed into the outdoor flow path 50 exchanges heat with the outside air in the process of passing through the outdoor heat exchanger 45, returns to the low temperature heat medium flow path 30 via the second flow path switching section V2, and is transferred to the second pump.
  • the circulation in which the heat is pumped to the low-temperature heat exchanger 31 by P2 is repeated.
  • the second heat exchanger 82, the first individual heat exchanger 91, and the second individual heat exchanger 92 heat the air supplied into the vehicle interior for heating.
  • the air supplied into the vehicle interior can be dehumidified by the first heat exchanger 81.
  • the first mode described above is mainly executed when a predetermined period of time has passed since the vehicle air conditioner 1 was started and the interior of the vehicle is in a stable state.
  • the first mode by circulating the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path 20 also in the heat storage flow path 40, the battery heat exchanger 41 and the PCU heat exchanger 44 included in the heat storage flow path 40 , the heat exchanger 43 for the inverter, and the heat exchanger 42 for the motor in order to utilize the heat generated or stored in each device and the heat stored in the heat medium itself flowing through the heat storage flow path. dehumidifying and heating the vehicle interior can be continued.
  • the power consumption by the vehicle air conditioner 1 can be suppressed by lowering the output of the compressor 11 (for example, by operating it intermittently, lowering the rotational speed, temporarily stopping its operation, etc.) .
  • lowering the output of the compressor 11 for example, by operating it intermittently, lowering the rotational speed, temporarily stopping its operation, etc.
  • the refrigerant circuit R as a heat source and controls the temperature of the air inside the vehicle via the heat medium flowing through the heat medium circuit
  • Second mode uses the heat stored in the motor heat exchanger 42, the inverter heat exchanger 43, and the PCU heat exchanger 44 of the heat storage flow path 40 to generate a second heat source.
  • the exchanger 82 heats the vehicle interior
  • the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 heat each seat
  • the first heat exchanger 81 uses the battery heat exchanger 41 as a heat absorption source. This is a dehumidifying heating mode that dehumidifies the interior of the vehicle.
  • the control unit 100 transfers the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path 20 to the second heat exchanger 82, the first individual heat exchanger 91, and the second individual heat exchanger 92 of the air conditioning flow path 70.
  • the first flow path switching unit V1 and the three-way valves 85 and 95 are controlled so that the low temperature heat medium flowing through the low temperature heat medium flow path 30 flows to the first heat exchanger 81 of the air conditioning flow path 70 so that the low temperature heat medium flows.
  • the control unit 100 transfers the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path 20 to the motor heat exchanger 42, the inverter heat exchanger 43, and the PCU heat exchanger 44 of the second heat storage flow path 402.
  • a second flow path switching unit so that the low temperature heat medium flowing in the low temperature heat medium flow path 30 flows to the battery heat exchanger 41 in the first heat storage flow path 401 so as to flow to the outdoor heat exchanger 45 in the outdoor flow path 50. Controls V2.
  • FIG. 4 shows the flow of the heat medium in the second mode.
  • the heat medium circulates as follows.
  • the heat medium heated by exchanging heat with the refrigerant passing through the condenser 12 in the high temperature heat exchanger 21 of the high temperature heat medium flow path 20 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 heat exchanger 82 , and the remainder flows toward the three-way valve 95 .
  • the heat medium flowing into the second heat exchanger 82 exchanges heat with the air passing through the air flow path 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 air exchanges heat with the air passing through the channels (not shown), and after merging at the merging section 71, flows to the merging section 72.
  • the heat medium that has merged in the merging section 72 flows into the outdoor flow path 50 via the first flow path switching section V1 and the second flow path switching section V2, and exchanges heat with the outside air in the outdoor heat exchanger 45 to become the second heat medium. It flows into the heat storage channel 40 via the channel switching section V2.
  • the heat medium that has flowed into the second heat storage flow path 402 of the heat storage flow path 40 sequentially flows into the PCU heat exchanger 44, the inverter heat exchanger 43, and the motor heat exchanger 42, and then passes through the third flow path switching section V3.
  • the heat medium returns to the high-temperature heat medium flow path 20 via , and repeats the circulation of being pumped to the high-temperature heat exchanger 21 by the first pump P1.
  • the heat medium that has been cooled by exchanging heat with the refrigerant passing through the evaporator 14 in the low temperature heat exchanger 31 of the low temperature heat medium flow path 30 is transferred to the air conditioning flow path 70 via the first flow path switching section V1.
  • the air flows into the first heat exchanger 81 and exchanges heat with the air passing through the air flow path 84.
  • the heat medium that has exited the first heat exchanger 81 passes through the first heat storage flow path of the heat storage flow path 40 via the first flow path switching section V1, the third flow path switching section V3, and the second flow path switching section V2.
  • the second heat exchanger 82, the first individual heat exchanger 91, and the second individual heat exchanger 92 heat the air supplied into the vehicle interior for heating.
  • the air supplied into the vehicle interior can be dehumidified by the first heat exchanger 81.
  • the second mode described above is mainly executed when a predetermined period of time has passed since the vehicle air conditioner 1 was started and the interior of the vehicle is in a stable state.
  • the second mode by circulating the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path 20 also in the second heat storage flow path 402 of the heat storage flow path 40, heat exchange for the PCU included in the second heat storage flow path 402 is performed.
  • the heat generated or stored in each device by passing through the heat exchanger 44, the inverter heat exchanger 43, and the motor heat exchanger 42 in order is stored in the heat medium itself flowing through the second heat storage flow path 402.
  • the generated heat can be used to continue dehumidifying and heating the vehicle interior. Note that the excess heat of the high-temperature heat medium can be radiated in the outdoor heat exchanger 45.
  • the second mode also reduces the output of the compressor 11 (for example, operates intermittently, lowers the rotational speed, temporarily stops operation, etc.) for use in the vehicle. Power consumption by the air conditioner 1 can be suppressed.
  • a vehicle air conditioner that uses the refrigerant circuit R as a heat source and controls the temperature of the air inside the vehicle via the heat medium flowing through the heat medium circuit, it is possible to perform effective dehumidification and heating with low power consumption. .
  • the heat medium heated in the high temperature heat exchanger 21 is circulated between the high temperature heat medium flow path 20 and the air conditioning flow path 70, and the second heat exchanger 82 is used to circulate the heat medium heated in the high temperature heat exchanger 21 into the vehicle interior.
  • the first individual heat exchanger 91 and the second individual heat exchanger 92 perform heating for each seat, and the first heat exchanger 81 dehumidifies the interior of the vehicle using the outdoor heat exchanger 45 as a heat absorption source. It is in dehumidification heating mode.
  • the battery heat exchanger 41 is warmed up by the waste heat of the motor heat exchanger 42, the inverter heat exchanger 43, and the PCU heat exchanger 44. do.
  • the control unit 100 transfers the high temperature heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path 20 to the second heat exchanger 82, the first individual heat exchanger 91, and the second individual heat exchanger 92 of the air conditioning flow path 70.
  • the first flow path switching unit V1 and the three-way valves 85 and 95 are controlled so that the low temperature heat medium flowing through the low temperature heat medium flow path 30 flows to the first heat exchanger 81 of the air conditioning flow path 70 so that the low temperature heat medium flows.
  • the control unit 100 controls the low temperature heat medium flowing through the low temperature heat medium flow path 30 to flow into the outdoor heat exchanger 45 of the outdoor flow path 50 and to circulate the heat medium within the heat storage flow path 40. Controls the 2-channel switching section V2.
  • FIG. 5 shows the flow of the heat medium in the third mode.
  • the heat medium circulates as follows.
  • the heat medium heated by exchanging heat with the refrigerant passing through the condenser 12 in the high temperature heat exchanger 21 of the high temperature heat medium flow path 20 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 heat exchanger 82 , and the remainder flows toward the three-way valve 95 .
  • the heat medium flowing into the second heat exchanger 82 exchanges heat with the air passing through the air flow path 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 air exchanges heat with the air passing through the channels (not shown), and after merging at the merging section 71, flows to the merging section 72.
  • the heat medium that has merged in the merging section 72 returns to the high temperature heat medium flow path 20 via the first flow path switching section V1 and the third flow path switching section V3, and is transferred to the high temperature heat exchanger 21 by the first pump P1. Repeat the cycle of pumping.
  • the heat medium that has been cooled by exchanging heat with the refrigerant passing through the evaporator 14 in the low temperature heat exchanger 31 of the low temperature heat medium flow path 30 is transferred to the air conditioning flow path 70 via the first flow path switching section V1.
  • the air flows into the first heat exchanger 81 and exchanges heat with the air passing through the air flow path 84.
  • the heat medium that has exited the first heat exchanger 81 flows into the outdoor heat exchanger 45 of the outdoor flow path 50 via the first flow path switching section V1 and the second flow path switching section V2, and then enters the outdoor heat exchanger 45 of the outdoor flow path 50. It returns to the low-temperature heat medium flow path 30 via the switching part V2, and repeats the circulation of being pumped to the low-temperature heat exchanger 31 by the second pump P2.
  • a heat medium circulates between the first heat storage flow path 401 and the second heat storage flow path 402. That is, the heat medium passes through the battery heat exchanger 41 by the third pump P3, and then passes through the second flow path switching section V2 to the PCU heat exchanger 44, the inverter heat exchanger 43, and the motor heat exchanger 44. The circulation is repeated by passing through the heat exchanger 42 in order and returning to the third pump P3 via the third flow path switching section V3 and the second flow path switching section V2.
  • the second heat exchanger 82, the first individual heat exchanger 91, and the second individual heat exchanger 92 heat the air supplied into the vehicle interior for heating.
  • the air supplied into the vehicle interior can be dehumidified by the first heat exchanger 81.
  • the battery can be warmed up in parallel with dehumidifying and heating the vehicle interior.
  • the above-mentioned third mode is mainly executed immediately after the vehicle air conditioner 1 is started and when there is a need to rapidly dehumidify and heat the vehicle interior.
  • the state of the high temperature heat medium flowing in the high temperature heat medium flow path 20 and the low temperature heat medium flowing in the low temperature heat medium flow path 30 It is assumed that the temperature is maintained to some extent.
  • the heat medium flowing through the high temperature heat medium flow path 20 is not sufficiently heated, and it takes time for the heat medium to reach a desired temperature.
  • the cooling of the heat medium flowing through the low-temperature heat medium flow path 30 is not sufficient, and it takes time for the heat medium to reach a desired temperature.
  • the amount of heat medium exchanging heat with the refrigerant in the high temperature heat exchanger 21 or the low temperature heat exchanger 31 can be reduced. , shortens the time it takes for the heat medium to reach the desired temperature, realizing rapid dehumidification and heating.
  • the vehicle air conditioner according to the present embodiment has a plurality of modes in which the circulation path of the heat medium is different from each other regarding the dehumidifying heating mode, and the vehicle air conditioner according to the operating status of the vehicle air conditioner and the driving condition of the vehicle. , perform dehumidification and heating while switching as appropriate.
  • the third mode is used when the interior temperature of the vehicle increases rapidly, while the first mode or the second mode is used when the interior of the vehicle is stable and there is no need to raise the interior temperature that high.
  • dehumidifying and heating is performed with as little power consumption as possible.
  • the vehicle air conditioner in a vehicle air conditioner that uses the refrigerant circuit R as a heat source and controls the temperature of the air inside the vehicle via the heat medium flowing through the heat medium circuit, the vehicle air conditioner consumes less power. Effective dehumidification and heating can be performed.
  • 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
  • 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 Heat exchanger for PCU
  • 45 outdoor heat exchanger
  • 50 outdoor flow path 55: tank
  • 70 air conditioning flow path
  • 80 air conditioning unit
  • 81 first heat exchanger
  • 82 second heat exchanger 85
  • 95 three-way valve
  • 90 Individual air conditioning unit
  • 91 First individual heat exchanger
  • 92 Second individual heat exchanger
  • R Refrigerant circuit
  • V1 First flow path switching section
  • V2 Second flow path switching section
  • V3 Third flow path switching Department

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Abstract

【課題】冷媒回路を熱源として、熱媒体回路を流れる熱媒体を介して車室内空気の温調を行う車両用空調装置において、少ない電力消費で効果的な除湿暖房を行えるようにする。 【解決手段】冷媒回路（Ｒ）と、冷媒回路の放熱で加熱された高温熱媒体を流す高温熱媒体流路（２０）と冷媒回路の吸熱で冷却された低温熱媒体を流す低温熱媒体流路（３０）を有する熱媒体回路（１０）と、熱媒体回路に設けられる空気熱媒体熱交換器である第１熱交換器（８１）を車室内に供給する空気流路の上流側に配置し、空気熱媒体熱交換器である第２熱交換器（８２）を空気流路の下流側に配置した空調ユニットを備える車両用空調装置（１）であって、熱媒体回路は、低温熱媒体流路を流れる低温熱媒体を第１熱交換器に流すと共に、高温熱媒体流路を流れる高温熱媒体を第２熱交換器に流し、且つ、高温熱媒体流路を流れる高温熱媒体を蓄熱流路（４０）に流す流路切替手段（Ｖ１，Ｖ２）を備えることを特徴とする車両用空調装置を提供する。

Description

車両用空調装置
　本発明は、車両用空調装置に関する。
　従来、エンジン廃熱が利用できない或いは利用が制限される電動車両（ＥＶ（Electric Vehicles）、ＨＶ（Hybrid Vehicles）、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicles）を含む）の車両用空調装置は、ヒートポンプを構成する冷媒回路を熱源として用いている。また、冷媒回路の冷媒と車室内の空気とを直接熱交換するのではなく、水などの熱媒体を介して車室内空気の温調を行うことがなされており、その際、暖房時には冷媒回路の放熱で高温になった熱媒体を空調装置の加熱器に流し、冷房時には冷媒回路の吸熱で低温になった熱媒体を空調装置の冷却器に流す熱媒体回路が用いられている（下記特許文献１参照）。
特開２０１５－１２３８２９号公報
　車両用の空調は、車室内空間の快適性を確保するだけでなく、ウインドシールドの曇りを晴らすなど、除湿機能による視認性確保が求められる。このため、車両用空調において、除湿暖房の機能は視認性確保を実現する上で重要な機能になる。
　前述した従来技術のように、冷媒回路と熱媒体回路を用いる空調装置では、ＨＶＡＣ（Heating, ventilation, and air conditioning）ユニットの風上側の熱交換器（冷却器）に冷媒回路の吸熱で冷却された低温熱媒体を流しながら、ＨＶＡＣユニットの風下側の熱交換器（加熱器）に冷媒回路の放熱で加熱された高温熱媒体を流すことで、除湿暖房を行うことになる。
　これによると、除湿暖房を行っている間は常時圧縮機を動作させる冷媒回路の作動が不可欠になるが、電動車両においては、空調装置の作動による電力消費が航続可能距離の減少に直結するので、室内温度をそれほど高くする必要が無い状況においては、できる限り少ない電力消費で除湿暖房を行うことが求められる。
　本発明は、このような事情に対処することを課題としている。すなわち、冷媒回路を熱源として、熱媒体回路を流れる熱媒体を介して車室内空気の温調を行う車両用空調装置において、少ない電力消費で効果的な除湿暖房を行えるようにすること、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、前記冷媒回路の放熱で加熱された高温熱媒体を流す高温熱媒体流路と前記冷媒回路の吸熱で冷却された低温熱媒体を流す低温熱媒体流路を有する熱媒体回路と、前記熱媒体回路に設けられる空気熱媒体熱交換器である第１熱交換器を車室内に供給する空気流路の上流側に配置し、前記空気熱媒体熱交換器である第２熱交換器を前記空気流路の下流側に配置した空調ユニットを備える車両用空調装置であって、前記熱媒体回路は、前記低温熱媒体流路を流れる低温熱媒体を前記第１熱交換器に流すと共に、前記高温熱媒体流路を流れる高温熱媒体を前記第２熱交換器に流し、且つ、前記高温熱媒体流路を流れる高温熱媒体を蓄熱流路に流す流路切り替え手段を備える。
　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、冷媒回路を熱源として、熱媒体回路を流れる熱媒体を介して車室内空気の温調を行う車両用空調装置において、少ない電力消費で効果的な除湿暖房を行えるようにすることができる。
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除湿暖房運転に係る第１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除湿暖房運転に係る第２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除湿暖房運転に係る第３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を循環する熱媒体と熱交換することにより温度調節された空気を車室内に供給する空調ユニット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、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５０、空調流路７０、タンク５５、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。
　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５０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、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熱交換器８１及び第２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５０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５５は、流入口５２を介して第１流路切替部Ｖ１と第３流路切替部Ｖ３との間に、流入口５４を介して第３流路切替部Ｖ３とモータ用熱交換器４２との間に、流出口５３を介して第２流路切替部Ｖ２と第２ポンプＰ２との間にそれぞれ接続されている。
　第１流路切替部Ｖ１と第３流路切替部Ｖ３との間には、流入口５２に接続される接続部２８が設けられている。第３流路切替部Ｖ３とモータ用熱交換器４２との間には、流入口５４に接続される接続部４８が設けられている。第２流路切替部Ｖ２と第２ポンプＰ２との間には、流出口５３に接続される接続部３８が設けられている。
　また、接続部２８からタンク５５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。同様に、接続部４８からタンク５５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、高温熱媒体が循環する流路において、高温熱媒体の温度の上昇により熱媒体が膨張し、高温熱媒体が循環する流路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又はリリーフ弁５８が開状態となり、高温熱媒体が循環する流路から熱媒体が流入口５２又は流入口５４を介してタンク５５に流入する。
　一方、低温熱媒体が循環する流路において、低温熱媒体の温度が低下して熱媒体が収縮すると、低温熱媒体が循環する流路の回路容量に対して熱媒体の容量が小さくなるので、タンク５５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が循環する流路に流入する。
　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。
　空調ユニット８０は、空気（外気又は内気）を空調ユニット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熱交換器８１及び第２熱交換器８２と、第１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。
　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熱交換器８１のみ、又は、第１熱交換器８１及び第２熱交換器８２の双方に通風させ、第１熱交換器８１及び第２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、熱媒体回路１０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、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及び第２個別熱交換器９２は、それぞれ別個独立の吸込口から導入され、送風機によって送風された空気が流通する空気流通路に設けられている。
　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５０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５０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、第３流路切替部Ｖ３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、第３流路切替部Ｖ３及び三方弁８５，９５を経由して第１熱交換器８１、第２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、空調ユニット８０の第１熱交換器８１及び第２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、第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、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、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又は湿度に調整し、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、車室内を除湿しながら暖房する場合において、熱媒体回路１０における各流路の接続状態が互いに異なる複数種類の除湿暖房モードをそれぞれ実行可能となっている。これらの複数の除湿暖房モードは、車両用空調装置の動作状況、車両の走行状況に応じ、制御部１００によって、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を制御することで、熱媒体回路１０の各流路の接続状態を切り替えて実行される。
　以下、複数の除湿暖房モードのうち、第１モード、第２モード、及び第３モードの３種類についてそれぞれ図３から図５を用いて説明する。各図において、高温の熱媒体が循環する配管を黒色の実線で示し、低温の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示し、高温と低温との間の中温の熱媒体が循環する配管を灰色の実線で示している。
　（１）第１モード
　第１モードは、蓄熱流路４０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に蓄熱された熱を利用して第２熱交換器８２によって車室内の暖房を、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２によってシート毎の暖房を行うと共に、室外熱交換器４５を吸熱源として第１熱交換器８１によって車室内の除湿を行う除湿暖房モードである。
　第１モードにおいて、制御部１００は、高温熱媒体流路２０を流れる高温熱媒体を、空調流路７０の第２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に流れるように、低温熱媒体流路３０を流れる低温熱媒体を空調流路７０の第１熱交換器８１に流れるように第１流路切替部Ｖ１及び三方弁８５，９５を制御する。
　また、制御部１００は、高温熱媒体流路２０を流れる高温熱媒体を蓄熱流路４０に流れるように、低温熱媒体流路３０を流れる低温熱媒体を室外流路５０の室外熱交換器４５に流れるように第２流路切替部Ｖ２を制御する。
　図３に第１モードにおける熱媒体の流れを示す。
　図３に示すように、第１モードの実行時において、熱媒体は以下のように循環する。
　高温熱媒体流路２０の高温熱交換器２１において凝縮器１２を通過する冷媒と熱交換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（不図示）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。
　合流部７２において合流した熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を経由して蓄熱流路４０に流入する。蓄熱流路４０に流入した熱媒体は、第３ポンプＰ３により圧送されてバッテリ用熱交換器４１に流れ、第２流路切替部Ｖ２を経由して、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に順次流入し、第３流路切替部Ｖ３を経由して、高温熱媒体流路２０に戻り、第１ポンプＰ１により高温熱交換器２１に圧送される循環を繰り返す。
　一方、低温熱媒体流路３０の低温熱交換器３１において蒸発器１４を通過する冷媒と熱交換して冷却された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１を経由して空調流路７０の第１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した後に、第１流路切替部Ｖ１、第３流路切替部Ｖ３及び第２流路切替部Ｖ２を経由して室外流路５０に流入する。室外流路５０に流入した熱媒体は、室外熱交換器４５を通過する過程において外気と熱交換し再び第２流路切替部Ｖ２を経由して低温熱媒体流路３０に戻り、第２ポンプＰ２により低温熱交換器３１に圧送される循環を繰り返す。
　このようにすることで、車両用空調装置１において、第２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によって車室内に供給される空気を加熱して暖房に用いることができるとともに、第１熱交換器８１によって車室内に供給される空気の除湿を行うことができる。
　上述した第１モードは、主に、車両用空調装置１が起動から所定時間経過して車室内が安定した状態である場合に実行される。第１モードのように、高温熱媒体流路２０を流れる高温熱媒体を蓄熱流路４０にも循環させることで、蓄熱流路４０に含まれるバッテリ用熱交換器４１、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と、蓄熱流路を流れる熱媒体自体に蓄熱された熱を利用して車室内の除湿暖房を継続することができる。
　このため、圧縮機１１の出力を低下させて（例えば、間欠的に作動させる、回転数を低下させる、一時的に作動を停止させる等）車両用空調装置１による消費電力を抑制することができる。つまり、冷媒回路Ｒを熱源として、熱媒体回路を流れる熱媒体を介して車室内空気の温調を行う車両用空調装置において、少ない電力消費で効果的な除湿暖房を行えるようにすることができる。
　（２）第２モード
　第２モードは、蓄熱流路４０のモータ用熱交換器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第２熱交換器８２によって車室内の暖房を、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２によってシート毎の暖房を行うと共に、バッテリ用熱交換器４１を吸熱源として第１熱交換器８１によって車室内の除湿を行う除湿暖房モードである。
　第２モードにおいて、制御部１００は、高温熱媒体流路２０を流れる高温熱媒体を、空調流路７０の第２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に流れるように、低温熱媒体流路３０を流れる低温熱媒体を空調流路７０の第１熱交換器８１に流れるように第１流路切替部Ｖ１及び三方弁８５，９５を制御する。また、制御部１００は、高温熱媒体流路２０を流れる高温熱媒体を、第２蓄熱流路４０２のモータ用熱交換器４２、インバータ用熱交換器４３、及び、ＰＣＵ用熱交換器４４と室外流路５０の室外熱交換器４５に流れるように、低温熱媒体流路３０を流れる低温熱媒体を第１蓄熱流路４０１のバッテリ用熱交換器４１に流れるように第２流路切替部Ｖ２を制御する。
　図４に第２モードにおける熱媒体の流れを示す。
　図４に示すように、第２モードの実行時において、熱媒体は以下のように循環する。
　高温熱媒体流路２０の高温熱交換器２１において凝縮器１２を通過する冷媒と熱交換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（不図示）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。
　合流部７２において合流した熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を経由して室外流路５０に流れ、室外熱交換器４５において外気と熱交換して第２流路切替部Ｖ２を経由して蓄熱流路４０に流入する。蓄熱流路４０の第２蓄熱流路４０２に流入した熱媒体は、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に順次流入し、第３流路切替部Ｖ３を経由して、高温熱媒体流路２０に戻り、第１ポンプＰ１により高温熱交換器２１に圧送される循環を繰り返す。
　一方、低温熱媒体流路３０の低温熱交換器３１において蒸発器１４を通過する冷媒と熱交換して冷却された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１を経由して空調流路７０の第１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熱交換器８１を出た熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１、第３流路切替部Ｖ３及び第２流路切替部Ｖ２を経由して蓄熱流路４０の第１蓄熱流路４０１に流入し、第３ポンプＰ３により圧送されてバッテリ用熱交換器４１に流れ、第２流路切替部Ｖ２を経由して低温熱媒体流路３０に戻り、第２ポンプＰ２により低温熱交換器３１に圧送される循環を繰り返す。
　このようにすることで、車両用空調装置１において、第２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によって車室内に供給される空気を加熱して暖房に用いることができるとともに、第１熱交換器８１によって車室内に供給される空気の除湿を行うことができる。
　上述した第２モードは、主に、車両用空調装置１が起動から所定時間経過して車室内が安定した状態である場合に実行される。第２モードのように、高温熱媒体流路２０を流れる高温熱媒体を蓄熱流路４０の第２蓄熱流路４０２にも循環させることで、第２蓄熱流路４０２に含まれる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と、第２蓄熱流路４０２を流れる熱媒体自体に蓄熱された熱を利用して車室内の除湿暖房を継続することができる。なお、高温熱媒体の余剰熱は室外熱交換器４５において放熱させることができる。
　このため、第２モードも、第１モードと同様に、圧縮機１１の出力を低下させて（例えば、間欠的に作動させる、回転数を低下させる、一時的に作動を停止させる等）車両用空調装置１による消費電力を抑制することができる。つまり、冷媒回路Ｒを熱源として、熱媒体回路を流れる熱媒体を介して車室内空気の温調を行う車両用空調装置において、少ない電力消費で効果的な除湿暖房を行えるようにすることができる。
　（３）第３モード
　第３モードは、高温熱交換器２１において加熱された熱媒体を高温熱媒体流路２０と空調流路７０との間で循環させて第２熱交換器８２によって車室内の暖房を、第１個別熱交換器９１及び第２個別熱交換器９２によってシート毎の暖房を行うと共に、室外熱交換器４５を吸熱源として第１熱交換器８１により車室内の除湿を行う除湿暖房モードである。また、蓄熱流路４０内で熱媒体を循環させて、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の廃熱によってバッテリ用熱交換器４１を暖機する。
　第３モードにおいて、制御部１００は、高温熱媒体流路２０を流れる高温熱媒体を、空調流路７０の第２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に流れるように、低温熱媒体流路３０を流れる低温熱媒体を空調流路７０の第１熱交換器８１に流れるように第１流路切替部Ｖ１及び三方弁８５，９５を制御する。また、制御部１００は、低温熱媒体流路３０を流れる低温熱媒体を室外流路５０の室外熱交換器４５に流れるように、かつ、蓄熱流路４０内を熱媒体が循環するように第２流路切替部Ｖ２を制御する。
　図５に第３モードにおける熱媒体の流れを示す。
　図５に示すように、第３モードの実行時において、熱媒体は以下のように循環する。
　高温熱媒体流路２０の高温熱交換器２１において凝縮器１２を通過する冷媒と熱交換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（不図示）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。
　合流部７２において合流した熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第３流路切替部Ｖ３を経由して、高温熱媒体流路２０に戻り、第１ポンプＰ１により高温熱交換器２１に圧送される循環を繰り返す。
　一方、低温熱媒体流路３０の低温熱交換器３１において蒸発器１４を通過する冷媒と熱交換して冷却された熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１を経由して空調流路７０の第１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熱交換器８１を出た熱媒体は、第１流路切替部Ｖ１及び第２流路切替部Ｖ２を経由して室外流路５０の室外熱交換器４５に流入し、第２流路切替部Ｖ２を経由して低温熱媒体流路３０に戻り、第２ポンプＰ２により低温熱交換器３１に圧送される循環を繰り返す。
　なお、蓄熱流路４０では、第１蓄熱流路４０１と第２蓄熱流路４０２との間で熱媒体が循環する。すなわち、熱媒体は、第３ポンプＰ３によって、バッテリ用熱交換器４１を通過し、第２流路切替部Ｖ２を経由して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を順に通過して、第３流路切替部Ｖ３及び第２流路切替部Ｖ２を経由して第３ポンプＰ３に戻る循環を繰り返す。
　このようにすることで、車両用空調装置１において、第２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によって車室内に供給される空気を加熱して暖房に用いることができるとともに、第１熱交換器８１によって車室内に供給される空気の除湿を行うことができる。また、車室内の除湿暖房と並行してバッテリの暖機を行うことができる。
　上述した第３モードは、主に、車両用空調装置１の起動直後であって、車室内を急速に除湿暖房する必要がある場合などに実行される。第１モード及び第２モードのように、車室内の状態がある程度安定している場合には、高温熱媒体流路２０を流れる高温熱媒体及び低温熱媒体流路３０を流れる低温熱媒体の状態もある程度安定した温度を維持していると推定される。しかしながら、車両用空調装置１の起動直後は、高温熱媒体流路２０を流れる熱媒体に対する加熱が十分とはいい難く、熱媒体が所望の温度に到達するまでに時間を要する。同様に低温熱媒体流路３０を流れる熱媒体に対する冷却が十分とはいい難く、熱媒体が所望の温度に到達するまでに時間を要する。
　このため、第３モードのように、熱媒体が循環する流路が短くなるようにすることで、高温熱交換器２１又は低温熱交換器３１において冷媒と熱交換する熱媒体量を少なくして、熱媒体が所望の温度に到達する時間を短縮させ、急速な除湿暖房を実現する。
　以上述べた如く、本実施形態にかかる車両用空調装置では、除湿暖房モードについて、熱媒体の循環経路が互いに異なる複数のモードを備え、車両用空調装置の動作状況、車両の走行状況に応じて、適宜切り替えながら除湿暖房を行う。これにより、車室内温度を急速に高くする場合には、第３モードを用いる一方、車室内が安定して、室内温度をそれほど高くする必要が無い状況においては、第１モード又は第２モードを用いて圧縮機１１の出力を低下させることでできる限り少ない電力消費で除湿暖房を行う。
　したがって、本実施形態にかかる車両用空調装置によれば、冷媒回路Ｒを熱源として、熱媒体回路を流れる熱媒体を介して車室内空気の温調を行う車両用空調装置において、少ない電力消費で効果的な除湿暖房を行うことができる。
　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、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：室外流路
５５：タンク、７０：空調流路
８０：空調ユニット、８１：第１熱交換器、８２：第２熱交換器
８５，９５：三方弁
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
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、
    　前記冷媒回路の放熱で加熱された高温熱媒体を流す高温熱媒体流路と前記冷媒回路の吸熱で冷却された低温熱媒体を流す低温熱媒体流路を有する熱媒体回路と、
    　前記熱媒体回路に設けられる空気熱媒体熱交換器である第１熱交換器を車室内に供給する空気流路の上流側に配置し、前記空気熱媒体熱交換器である第２熱交換器を前記空気流路の下流側に配置した空調ユニットを備える車両用空調装置であって、
    　前記熱媒体回路は、前記低温熱媒体流路を流れる低温熱媒体を前記第１熱交換器に流すと共に、前記高温熱媒体流路を流れる高温熱媒体を前記第２熱交換器に流し、且つ、前記高温熱媒体流路を流れる高温熱媒体を蓄熱流路に流す流路切替手段を備えることを特徴とする車両用空調装置。
  2. 　前記蓄熱流路は、車載発熱機器との熱交換を行うことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
  3. 　前記流路切替手段は、前記高温熱媒体流路を流れる熱媒体を乗員に対する個別空調を行う個別空調用熱交換器に流すことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
  4. 　前記流路切替手段は、流路切替弁と前記流路切替弁を制御する制御装置を備え、
    　前記制御装置は、前記蓄熱流路への切替時に、前記冷媒回路の出力を低下させることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
    　
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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