JP2012011929A - 車両用液体循環システム - Google Patents
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Abstract
【課題】冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑えて省エネルギー性向上を図ることができる車両用液体循環システムを提供する。
【解決手段】車両用液体循環システム1Aは、冷媒回路2と、ポンプ31、冷媒水熱交換器22、座席シート61に設置した熱伝導により在席者へ伝熱する熱伝導パネル32、乗降用ドア62に設置した輻射により在席者へ伝熱する輻射パネル33からなる水回路と、制御装置4を備える。暖房運転起動時、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が人体温度付近未満の場合、第1流量弁34を閉、かつ第2流量弁を開として温水を循環させ、熱伝導パネル32への送水を遮断する。
【選択図】図1
【解決手段】車両用液体循環システム1Aは、冷媒回路2と、ポンプ31、冷媒水熱交換器22、座席シート61に設置した熱伝導により在席者へ伝熱する熱伝導パネル32、乗降用ドア62に設置した輻射により在席者へ伝熱する輻射パネル33からなる水回路と、制御装置4を備える。暖房運転起動時、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が人体温度付近未満の場合、第1流量弁34を閉、かつ第2流量弁を開として温水を循環させ、熱伝導パネル32への送水を遮断する。
【選択図】図1
Description
本発明は、エンジン冷却水を有しない電気自動車や空冷式内燃機関搭載車等の車室内の冷暖房に利用される車両用液体循環システムに関するものである。
従来より、電気自動車のようなエンジン冷却水からの排熱を利用して車室内の暖房ができない車両用の空気調和装置として、空気から熱を汲み上げるヒートポンプ技術を用いたものがある。
この技術は、圧縮機、冷媒水熱交換器、蒸発器を有する冷凍サイクルと、温水を循環させるポンプ、ダクト内に設置され、流入した温水によりダクト内を流れる空気を加熱する温水式加熱器を有する温水サイクルとを備えることにより、エンジン排熱を用いずに、ヒートポンプ技術により車室内の暖房を行うものである。例えば、特許文献1には、図7に示すような車両用空気調和装置100が開示されている。
この車両用空気調和装置100は、冷媒を循環させる冷媒回路110と、温水を循環させる水回路120とを備えている。冷媒回路110は、圧縮機111、冷媒水熱交換器112、減圧手段113、および蒸発器114が配管により環状に接続されており、一方、水回路120は、ポンプ121、冷媒水熱交換器112、ダクト130内に設置された温水ヒータコア123が配管により環状に接続されている。
冷媒回路110における冷媒水熱交換器112にて高温高圧冷媒の凝縮熱によって加熱された温水が、ポンプ121によりダクト130内の温水ヒータコア123に搬送され、温水ヒータコア123では、送風機140の作用によりダクト130内を流れる空気と熱交換して空気を加熱する。その加熱された空気は、送風機140の作用により車室内へ吹き出され、車室内が暖房される。
このように空気熱源のヒートポンプ技術を用いることにより、エンジン排熱を使用せずに、車室内の暖房が可能になる車両用空気調和装置を提供することができる。
しかしながら、前記従来の構成では、車室内での快適性と機器のエネルギー効率の観点で以下のような問題が生じる。つまり、前記従来の構成による暖房方式は、温水ヒータコア123内の温水と、ダクト130内を流れる空気とが熱交換することにより空気を加熱し、その空気を車室内に吹き出して車室内空間の暖房運転を行うという、いわゆる対流熱伝達を利用した暖房方式である。
一般的に、冷風感を与えないための吹き出し空気温度は最低約40℃以上とされており、この吹き出し温度を確保するためには水温を約50℃以上とする必要がある。ヒートポンプ熱源による対流熱伝達式暖房では、例えば、冬季の低外気温条件での暖房運転開始時、まず冷媒回路110側の凝縮圧力が上昇して、水回路120側にて温水ヒータコア123へ流入する水温が徐々に上昇する。そして、水温が略50℃以上となった後に送風機を通常運転し、その後、車室内の空気温度が上昇して在席者の温熱感が上昇する。つまり、暖房運転開始後、車室内の在席者が快適と感じるまでに長い時間を必要とし、暖房起動時の快適性が低いという問題があった。
また、前記従来の構成では、水温を約50℃以上にするため冷媒回路110の凝縮圧力を高くする必要があり、圧縮比が上昇してエネルギー効率の悪い状態で運転することとなり、省エネルギー性面でも問題があった。
さらに、前記従来の構成の冷媒回路110において、冷媒を逆方向に流動させることにより、冷房運転が可能になるが、この場合も暖房運転と同様、運転開始時後に車室内の在席者が快適と感じるまでに長い時間を必要とし、冷房起動時の快適性が低いという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑み、冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができる車両用液体循環システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の車両用液体循環システムは、水回路において、冷媒水熱交換器と直列に接続された第1熱交換手段、第1熱交換手段と並列に接続された第2熱交換手段を備え、第1熱交換手段は座席シートに設置され、熱伝導により伝熱するとともに、第2熱交換手段は車室内に面した乗降用ドア、天井、床のいずれかに設置され、輻射により伝熱するものである。
これによって、第1熱交換手段における熱が、座席シートを介して在席者に直接的に熱伝導するので、暖房運転開始時は水温が上昇(冷房運転時は水温が低下)すればすぐに温熱感を得ることができる。また、第1熱交換手段および第2熱交換手段は、熱伝導や輻射を利用するので、従来の対流熱伝達を利用した熱交換手段よりも比較的低い水温の温水(冷房運転時は比較的高い水温の冷水)で在席者に同等の温熱感を与えることが可能であるため、冷媒回路の凝縮圧力を低下(冷房運転時は蒸発圧力を上昇)せしめることができる。
本発明の車両用液体循環システムは、冷暖房運転開始時の快適性を向上し、かつ冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができる。
第1の発明は、圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張手段、冷媒空気熱交換器が接続された冷媒回路と、冷媒水熱交換器で熱交換された水を循環させる循環手段、冷媒水熱交換器と直列に接続された第1熱交換手段、第1熱交換手段と並列に接続された第2熱交換手段を有する水回路と、制御手段とを備え、第1熱交換手段は座席シートに設置され、熱伝導により伝熱するとともに、第2熱交換手段は車室内に面した乗降用ドア、天井、床のいずれかに設置され、輻射により伝熱することにより、第1熱交換手段における熱が座席シートを介して在席者に直接的に熱伝導するので、暖房運転開始時は水温が上昇(冷房運転時は水温が低下)すればすぐに温熱感(冷温感)を得ることができ、快適性が向上する。また、第1熱交換手段および第2熱交換手段は、熱伝導や輻射を利用するので、従来の対流熱伝達を利用した熱交換手段よりも比較的低い水温の温水(冷房運転時は比較的高い水温の冷水)で在席者に同等の温熱感(冷温感)を与えることが可能であるため、冷媒回路の凝縮圧力を低下(冷房運転時は蒸発圧力を上昇)せしめることができ、エネルギー効率が向上する。
第2の発明は、特に、第1の発明において、第1熱交換手段を流れる水流量を調整する第1流量調整手段、第2熱交換手段を流れる水流量を調整する第2流量調整手段を配設したことにより、第1熱交換手段、第2熱交換手段への水流量を個別に調整することができる。したがって、車両用液体循環システムの起動時・安定時等の冷暖房負荷の違い、車室内在席者数の違い、車室内在席者の快適感覚の違い等に応じた冷暖房運転が可能になり、在席者の快適性の向上とエネルギー効率の向上が可能となる。
第3の発明は、特に、第2の発明において、暖房運転時に、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第1所定温度未満の場合に、第1流量調整手段により第1熱交換手段に水が流れることを防止することにより、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、在席者が温熱感を得ることができる第1所定温度に上昇するまでの間は、第1熱交換手段に送水せずに、在席者と直接的に接触していないため在席者への温度影響の比較的小さい第2熱交換手段に水を循環させることができる。したがって、暖房開始時における第1熱交換手段から在席者への熱伝導による冷温感を抑制することができ、快適性が向上する。
第4の発明は、特に、第2または第3の発明において、暖房運転時に、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第1所定温度以上で、かつ、第2所定温度以下の場合に、第1流量調整手段により第1熱交換手段に水を流入させることにより、在席者が適正な温熱感を得ることができる水温の範囲で第1熱交換手段に送水するこができる。したがって、座席シート等を介した熱伝導により比較的低い水温の温水で在席者を局所的に暖めることができ、快適性と省エネルギー性が向上する。
第5の発明は、特に、第2〜4のいずれか1つの発明において、暖房運転時に、車室内の空気温度が、第3所定温度超の場合に、第2流量調整手段により第2熱交換手段に水が流れることを防止することにより、車室内の温度が過度に上昇した場合に第2熱交換手段への送水を停止することができる。よって、無駄なエネルギー使用を抑制しながら在席者に不快感を与えることを防止できるので、快適性と省エネルギー性が向上する。
第6の発明は、特に、第2〜5のいずれか1つの発明において、冷房運転時に、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第4所定温度超の場合に、第1流量調整手段により第1熱交換手段に水が流れることを防止することにより、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、在席者が冷温感を得ることができる第4所定温度に低下するまでの間は、第1熱交換手段に送水せずに、在席者と直接的に接触していないため在席者への温度影響の比較的小さい第2熱交換手段に水を循環させることができる。したがって、冷房開始時における第1熱交換手段から在席者への熱伝導による温熱感を抑制することができ、快適性が向上する。
第7の発明は、特に、第2〜6のいずれか1つの発明において、冷房運転時に、冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第4所定温度以下で、かつ、第5所定温度以上の場合に、第1流量調整手段により第1熱交換手段に水を流入させることにより、在席者が適正な冷温感を得ることができる水温の範囲で第1熱交換手段に送水するこができる。したがって、座席シート等を介した熱伝導により比較的高い水温の冷水で在席者を局所的に冷却することができ、快適性と省エネルギー性が向上する。
第8の発明は、特に、第2〜7のいずれか1つの発明において、冷房運転時に、車室内の空気温度が、第6所定温度未満の場合に、第2流量調整手段により第2熱交換手段に水が流れることを防止することにより、車室内の温度が過度に低下した場合に第2熱交換手段への送水を停止することができる。よって、無駄なエネルギー使用を抑制しながら在席者に不快感を与えることを防止できるので、快適性と省エネルギー性が向上する。
第9の発明は、特に、第3〜8のいずれか1つの発明の第2所定温度、第3所定温度、第5所定温度、第6所定温度のうち少なくとも1つは、搭乗者により任意に設定されることにより、車室内在席者の快適感覚の違いに応じた冷暖房運転が可能になり、さらに快適性が向上する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における車両用液体循環システムの概略構成図を示すものである。
図1は、本発明の第1の実施の形態における車両用液体循環システムの概略構成図を示すものである。
図1において、車両用液体循環システム1Aは、冷媒を循環させる冷媒回路2と、冷媒回路2が熱源となって生成される温水を循環させる水回路3と、制御装置4とを備えている。
冷媒回路2は、冷媒を圧縮する圧縮機21、冷媒と水とを熱交換させる冷媒水熱交換器22、高圧冷媒を膨張させる膨張手段である膨張弁23、および冷媒空気熱交換器24が配管により接続されて構成されている。本実施の形態では、冷媒回路2には、暖房運転から冷房運転、あるいは暖房運転から除霜運転へ切り換えるための四方弁25が設けられている。
また、冷媒としては、例えば、R410A等の擬似共沸混合冷媒、R407C等の非共沸混合冷媒、またはフロン冷媒系または自然冷媒系の単一冷媒等を用いることができる。
一方、水回路3は、温水を循環させる循環手段であるポンプ31、冷媒と水とを熱交換させる冷媒水熱交換器22、温水の熱を熱伝導により車室内の在席者に伝熱する第1熱交換手段である熱伝導パネル32、温水の熱を輻射により車室内の在席者に伝熱する第2熱交換手段である輻射パネル33、熱伝導パネル32への水流量を調整する第1流量調整手段である第1流量弁34、輻射パネル33への水流量を調整する第2流量調整手段である第2流量弁35が配管により接続されて構成されている。
熱伝導パネル32は冷媒水熱交換器22の下流側に直列に接続されており、輻射パネル33は、熱伝導パネル32に対して並列に接続されている。熱伝導パネル32と輻射パネル33とに水を分岐する配管分岐部と熱伝導パネル32の間には第1流量弁34が、配管分岐部と輻射パネル33の間には第2流量弁35がそれぞれ配置されている。配管分岐部、第1流量弁34、第2流量弁35はそれぞれ、車室6外に設けられている。
また、熱伝導パネル32は、図2のように座席シート61内部の搭乗者が車室6内で常時接触する場所に配置し、輻射パネル33は、図3のように乗降用ドア62内面や車室6内の天井内面のように在席者から比較的近い場所に配置しており、在席者に効率よく伝熱できるものである。
なお、水回路3に使用する水としては、例えば、市水等のほか、不凍液、ブライン等を用いることができる。
水回路3の冷媒水熱交換器22出口と配管分岐部の間には、冷媒水熱交換器22から流出する水の温度(出水温度)Twを検出する第1温度センサ51が設けられている。また、車室6内には、車室6内の空気温度(室内温度)Taを検出する第2温度センサ52が設けられている。
制御手段である制御装置4には、車室6内に温度設定部4aが設けられている。温度設定部4aにより、搭乗者は、暖房運転時における目標水温Tw2および車室6内の目標空気温度Ta1、冷房運転時における目標水温Tw4および車室6内の目標空気温度Ta2が設定可能になっている。制御装置4は、第1温度センサ51、第2温度センサ52、第1流量弁34、第2流量弁35と信号線で接続されている。制御装置4は、温度設定部4aで設定される温度設定値や第1温度センサ51、第2温度センサ52が検出した検出値に基づいて、第1流量弁34、第2流量弁35の開度を制御する。
以上のように構成された車両用液体循環システムは、四方弁25を切り換えることで、熱伝導パネル32および輻射パネル33へ温水を搬送する暖房運転と、熱伝導パネル32および輻射パネル33へ冷水を搬送する冷房運転を行うことができる。以下、暖房運転における冷媒および循環水の状態変化を説明する。
本実施形態の車両用液体循環システム1Aでは、冷媒回路2の加熱運転により生成された温水を、水回路3における熱伝導パネル32および輻射パネル33へ搬送して車室6内の暖房に利用する暖房運転の動作を示している。図1では、暖房運転時の冷媒の流れ方向を実線矢印、水の流れ方向を破線矢印で示している。
まず、冷媒回路2において、圧縮機21から吐出された高圧冷媒は、四方弁25により冷媒水熱交換器22に流入する方向に切り換えられ、冷媒水熱交換器22に流入し、凝縮器として作用する冷媒水熱交換器22を通過する水に放熱する。冷媒水熱交換器22から流出した高圧冷媒は、膨張弁23によって減圧されて膨張し低圧冷媒となり、冷媒空気熱交換器24に流入する。蒸発器として作用する冷媒空気熱交換器24に流入した低圧冷媒は、ここで空気から吸熱して圧縮機21に流入する。
一方、水回路3において、ポンプ31から吐出された水は、冷媒水熱交換器22の水側流路にて、冷媒水熱交換器22の冷媒側流路を通過する高温高圧の冷媒と熱交換して加熱され温水となる。冷媒水熱交換器22から流出した温水は、配管分岐部にて熱伝導パネル32側と輻射パネル33側に分流される。分流された温水は、それぞれ第1流量弁34と第2流量弁35で流量調整された後、熱伝導パネル32と輻射パネル33で放熱する。そして、放熱により温度低下した温水は合流し、ポンプ31に戻る。
次に、暖房運転時の制御装置4の制御を、図4に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。
まず、制御装置4は、冷媒回路2による加熱運転を開始する(ステップS1)。次に、暖房運転開始直後は水温が低いことが考えられるので、第1流量弁34を全閉し、第2流量弁35を開く(ステップS2)。その後、ポンプ31を運転する(ステップS3)。
そして、第1温度センサ51で出水温度Twを検出するとともに、第2温度センサ52で室内温度Taを検出する(ステップS4)。その後、制御装置4は、出水温度Twと、熱伝導パネル32の使用開始温度として予め設定された第1所定温度Tw1との大小関係を比較判定する(ステップS5)。
ステップS5において、出水温度Tw<第1所定温度Tw1の場合、水温が十分上昇していないためステップS4に戻り、ステップS2の第1流量弁34全閉、第2流量弁開の状態を維持して、熱伝導パネル32への温水流入を遮断し、冷水が流れることによる在席者の冷温感を防止する。
一方、ステップS5において、出水温度Tw≧第1所定温度Tw1の場合、在席者に十分な温熱感と快適性を与えることができる水温であるので、第1流量弁34を開き(ステップS6)、熱伝導パネル32による暖房運転を行う。
その後、出水温度Twと、温度設定部4aで設定された第2所定温度である目標水温Tw2との大小関係を比較判定する(ステップS7)。ここで、第1所定温度Tw1は目標水温Tw2より低い温度に設定されていることが望ましい。
ステップS7において、出水温度Tw≦目標水温Tw2の場合、水温が適温であるので、熱伝導パネル32による暖房運転を継続し、ステップ9に移行する。
一方、ステップS7において、出水温度Tw>目標水温Tw2の場合、水温が過度に上昇しているので、第1流量弁34を全閉にして(ステップS8)、熱伝導パネル32への温水流入を遮断し、高温水が流れることによる在席者の不快感を防止する。
次に、制御装置4は、室内温度Taと、温度設定部4aで設定された第3所定温度である目標空気温度Ta1との大小関係を比較判定する(ステップS9)。
ステップS9において、室内温度Ta≦目標空気温度Ta1の場合、車室内の空気温度が十分上昇していないか、目標温度付近であるため、第2流量弁35を開にして(ステップS10)、輻射パネル33による暖房を継続する。
一方、ステップS9において、室内温度Ta>目標空気温度Ta1の場合、車室内の空気温度が過度に上昇しているので、第2流量弁35を全閉にして(ステップS11)、輻射パネル33への温水流入を遮断し、在席者の不快感を防止する。
そして、第1流量弁34と第2流量弁35の両方が全閉しているか否かを判定する(ステップS12)。
ステップ12において、第1流量弁34と第2流量弁35の少なくとも1つが開状態の場合、暖房負荷が十分にあり運転を継続する必要があると判断し、ステップ4へ戻る。
一方、ステップ12において、第1流量弁34と第2流量弁35の両方が全閉の場合、暖房負荷が小さくなり運転を継続する必要がないと判断し、冷媒回路2の圧縮機21などの運転およびポンプ31の運転を停止する(ステップ13)。
以上のように、本実施の形態においては、水回路3において、熱伝導により伝熱する熱伝導パネル32と、熱伝導パネル32に対して並列に接続され輻射により伝熱する輻射パネル33とを接続し、熱伝導パネル32と輻射パネル33へのそれぞれの水流量を調整する第1流量弁34と第2流量弁35とを配設するとともに、熱伝導パネル32は、座席シート61に、輻射パネル33は乗降用ドア62に設置することにより、熱伝導パネル32における熱が座席シートを介して在席者に直接的に熱伝導するので、暖房運転開始時は、送風によるドラフト感もなく、水温が上昇すればすぐに温熱感を得ることができ、快適性が向上する。
また、熱伝導パネル32および輻射パネル33は、熱伝導や輻射を利用し、在席者の近傍から伝熱するので、従来の対流熱伝達を利用した熱交換手段よりも比較的低い水温の温水で、在席者に同等の温熱感を与えることが可能であるため、冷媒回路2の凝縮圧力を低下せしめることができ、エネルギー効率が向上する。
また、本実施の形態では、冷媒水熱交換器22から流出する水の温度Twが、第1所定温度Tw1未満の場合、第1流量弁34を閉とし、かつ、第2流量弁35を開とすることにより、冷媒水熱交換器22から流出する水の温度Twが、在席者が温熱感を得ることができる第1所定温度Tw1に上昇するまでの間は、熱伝導パネル32に送水せずに、在席者と直接的に接触していないため在席者への温度影響の比較的小さい輻射パネル33に水を循環させることができる。したがって、暖房開始時における熱伝導パネル32から在席者への熱伝導による冷温感を抑制することができ、快適性が向上する。
また、本実施の形態では、在席者が温熱感を得ることができる第1所定温度Tw1に上昇するまでの間でも、第2流量弁35を開とすることにより、輻射パネル33への送水することができる。つまり、在席者に冷熱感を与えるために熱伝導パネル32を使用できない場合でも、輻射パネル33を使用することで、短時間に在席者に温熱感を与えることができ、快適性と省エネルギー性が向上する。
また、本実施の形態では、冷媒水熱交換器22から流出する水の温度Twが、第1所定温度Tw1以上で、かつ、目標水温Tw2以下の場合、第1流量弁34を開とすることにより、在席者が適正な温熱感を得ることができる水温の範囲で、熱伝導パネル32に送水するこができる。したがって、座席シート61を介した熱伝導により比較的低い水温の温水で在席者を局所的に暖めることができ、快適性と省エネルギー性が向上する。
また、本実施の形態では、車室6内の空気温度Taが、目標空気温度Ta1を超えた場合に、第2流量弁35を閉とすることにより、車室6内の温度が過度に上昇した場合に、輻射パネル33への送水を停止することができる。よって、無駄なエネルギー使用を抑制しながら在席者に不快感を与えることを防止できるので、快適性と省エネルギー性が向上する。
また、本実施の形態では、目標水温Tw2および目標空気温度Ta1が、温度設定部4aにおいて、搭乗者が任意に設定できることにより、車室6内在席者の快適感覚の違いに応じた暖房運転が可能になり、さらに快適性が向上する。
(実施の形態2)
図5は、本発明の第2の実施の形態における冷房運転を行う車両用液体循環システムを示すものである。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一構成であり、同一符号を付して、その説明を省略する。
図5は、本発明の第2の実施の形態における冷房運転を行う車両用液体循環システムを示すものである。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一構成であり、同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態では、冷媒回路2において冷却運転を行うこと、および水回路3における第1流量弁34、第2流量弁35の制御方法について第1の実施の形態と異なる。
以下、冷房運転における冷媒および循環水の状態変化を説明する。
本実施の形態の車両用液体循環システム1Aでは、冷媒回路2の冷却運転により生成された冷水を、水回路3における熱伝導パネル32および輻射パネル33へ搬送して車室内の冷房に利用する冷房運転の動作を示している。図5では、冷房運転時の冷媒の流れ方向を実線矢印、水の流れ方向を破線矢印で示している。
まず、冷媒回路2において、圧縮機21から吐出された高圧冷媒は、四方弁25により冷媒空気熱交換器24に流入する方向に切り換えられ、凝縮器として作用する冷媒空気熱交換器24において、空気側を流動する空気と熱交換して液化凝縮する。冷媒空気熱交換器24から流出した高圧冷媒は、膨張弁23によって減圧されて膨張した後に低温低圧となり、冷媒水熱交換器22に流入する。蒸発器として作用する冷媒水熱交換器22に流入した低温低圧の冷媒は、冷媒水熱交換器22の冷媒側流路において、冷媒水熱交換器22の水側流路を通過する水と熱交換し吸熱して圧縮機21に流入する。
一方、水回路3において、ポンプ31から吐出された水は、冷媒水熱交換器22の冷媒側流路を通過する低温低圧の冷媒と熱交換して冷却され冷水となる。冷媒水熱交換器22の水側流路から流出した冷水は、配管分岐部にて熱伝導パネル32側と輻射パネル側に分流される。分流された冷水は、それぞれ第1流量弁34と第2流量弁35で流量調整された後、熱伝導パネルと輻射パネルで吸熱する。そして、吸熱により温度上昇した水は合流し、ポンプ31に戻る。
次に、冷房運転時の制御装置4の制御を、図6に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。
まず、制御装置4は、冷媒回路2による冷却運転を開始する(ステップS21)。次に、冷房運転開始直後は水温が高いことが考えられるので、第1流量弁34を全閉し、第2流量弁35を開く(ステップS22)。その後、ポンプ31を運転する(ステップS23)。
そして、第1温度センサ51で出水温度Twを検出するとともに、第2温度センサ52で室内温度Taを検出する(ステップS24)。その後、制御装置4は、出水温度Twと、熱伝導パネル32の使用開始温度として予め設定された第4所定温度Tw3との大小関係を比較判定する(ステップS25)。
ステップS25において、出水温度Tw>第4所定温度Tw3の場合、水温が十分低下していないためステップS24に戻り、ステップS22の第1流量弁34全閉、第2流量弁35開の状態を維持して、熱伝導パネル32への温水流入を遮断し、温水が流れることによる在席者の温熱感を防止する。
一方、ステップS25において、出水温度Tw≦第4所定温度Tw3の場合、在席者に十分な冷温感と快適性を与えることができる水温であるので、第1流量弁34を開き(ステップS26)、熱伝導パネル32による冷房運転を行う。
その後、出水温度Twと、温度設定部4aで設定された第5所定温度である目標水温Tw4との大小関係を比較判定する(ステップS27)。ここで、第1所定温度Tw1は目標水温Tw4より高い温度に設定されていることが望ましい。
ステップS27において、出水温度Tw≧目標水温Tw4の場合、水温が適温であるので、熱伝導パネル32による冷房運転を継続し、ステップ29に移行する。
一方、ステップS27において、出水温度Tw<目標水温Tw4の場合、水温が過度に低下しているので、第1流量弁34を全閉にして(ステップS28)、熱伝導パネル32への冷水流入を遮断し、低温の冷水が流れることによる在席者の不快感を防止する。
次に、制御装置4は、室内温度Taと、温度設定部4aで設定された第6所定温度である目標空気温度Ta2との大小関係を比較判定する(ステップS29)。
ステップS29において、室内温度Ta≧目標空気温度Ta2の場合、車室内の空気温度が十分低下していないか、目標温度付近であるため、第2流量弁35を開にして(ステップS30)、輻射パネル33による冷房を継続する。
一方、ステップS29において、室内温度Ta<目標空気温度Ta2の場合、車室内の空気温度が過度に低下しているので、第2流量弁35を全閉にして(ステップS31)、輻射パネル33への冷水流入を遮断し、在席者の不快感を防止する。
そして、第1流量弁34と第2流量弁35の両方が全閉しているか否かを判定する(ステップS32)。
ステップ32において、第1流量弁34と第2流量弁35の少なくとも1つが開状態の場合、冷房負荷が十分にあり運転を継続する必要があると判断し、ステップ24へ戻る。
一方、ステップ32において、第1流量弁34と第2流量弁35の両方が全閉の場合、冷房負荷が小さくなり運転を継続する必要がないと判断し、冷媒回路2の圧縮機21などの運転およびポンプ31の運転を停止する(ステップ33)。
以上のように、本実施の形態においては、水回路3において、熱伝導により伝熱する熱伝導パネル32と、熱伝導パネル32に対して並列に接続され輻射により伝熱する輻射パネル33とを接続し、熱伝導パネル32と輻射パネル33へのそれぞれの水流量を調整する第1流量弁34と第2流量弁35とを配設するとともに、熱伝導パネル32は、座席シート61に、輻射パネル33は乗降用ドア62に設置することにより、熱伝導パネル32における熱が座席シートを介して在席者に直接的に熱伝導するので、冷房運転開始時は、水温が低下すればすぐに冷温感を得ることができ、快適性が向上する。
また、熱伝導パネル32および輻射パネル33は、熱伝導や輻射を利用し、在席者の近傍から伝熱するので、従来の対流熱伝達を利用した熱交換手段よりも比較的高い水温の冷水で、在席者に同等の冷温感を与えることが可能であるため、冷媒回路2の蒸発圧力を上昇せしめることができ、エネルギー効率が向上する。
また、本実施の形態では、冷媒水熱交換器22から流出する水の温度Twが、第4所定温度Tw3超の場合、第1流量弁34を閉とし、かつ、第2流量弁35を開とすることにより、冷媒水熱交換器22から流出する水の温度Twが、在席者が冷温感を得ることができる第4所定温度Tw3に低下するまでの間は、熱伝導パネル32に送水せずに、在席者と直接的に接触していないため在席者への温度影響の比較的小さい輻射パネル33に水を循環させることができる。したがって、冷房開始時における熱伝導パネル32から在席者への熱伝導による温熱感を抑制することができ、快適性が向上する。
また、本実施の形態では、在席者が冷熱感を得ることができる第4所定温度Tw3に上昇するまでの間でも、第2流量弁35を開とすることにより、輻射パネル33への送水することができる。つまり、在席者に温熱感を与えるために熱伝導パネル32を使用できない場合でも、輻射パネル33を使用することで、短時間に在席者に冷熱感を与えることができ、快適性と省エネルギー性が向上する。
また、本実施の形態では、冷媒水熱交換器22から流出する水の温度Twが、第4所定温度Tw3以下で、かつ、目標水温Tw4以上の場合、第1流量弁34を開とすることにより、在席者が適正な冷温感を得ることができる水温の範囲で、熱伝導パネル32に送水するこができる。したがって、座席シート61を介した熱伝導により比較的高い水温の冷水で、在席者を局所的に冷却することができ、快適性と省エネルギー性が向上する。
また、本実施の形態では、車室6内の空気温度Taが、目標空気温度Ta2未満の場合に、第2流量弁35を閉とすることにより、車室6内の温度が過度に低下した場合に、輻射パネル33への送水を停止することができる。よって、無駄なエネルギー使用を抑制しながら在席者に不快感を与えることを防止できるので、快適性と省エネルギー性が向上する。
また、本実施の形態では、目標水温Tw4および目標空気温度Ta2が、温度設定部4aにおいて、搭乗者が任意に設定できることにより、車室6内在席者の快適感覚の違いに応じた冷房運転が可能になり、さらに快適性が向上する。
なお、以上の実施の形態において、図1、および図5では、各放熱器への水流量を調整するための流量調整手段として、第1流量弁34、第2流量弁35のように、開閉弁としているが、開度調整可能な弁を使用したり、開閉時間を制御するようにしてもよい。
以上のように、本発明にかかる車両用液体循環システムは、冷暖房に要するエネルギーを低く抑える、いわゆる省エネルギー性の向上を図ることができるので、水を冷却・加熱し、その水を冷房・暖房に利用する車両用冷暖房装置に特に有用である。
1A 車両用液体循環システム
2 冷媒回路
3 水回路
4 制御装置(制御手段)
4a 温度設定部
6 車室
21 圧縮機
22 冷媒水熱交換器
23 膨張弁(膨張手段)
24 冷媒空気熱交換器
25 四方弁
31 ポンプ(循環手段)
32 熱伝導パネル(第1熱交換手段)
33 輻射パネル(第2熱交換手段)
34 第1流量弁(第1流量調整手段)
35 第2流量弁(第2流量調整手段)
51 第1温度センサ
52 第2温度センサ
61 座席シート
62 乗降用ドア
2 冷媒回路
3 水回路
4 制御装置(制御手段)
4a 温度設定部
6 車室
21 圧縮機
22 冷媒水熱交換器
23 膨張弁(膨張手段)
24 冷媒空気熱交換器
25 四方弁
31 ポンプ(循環手段)
32 熱伝導パネル(第1熱交換手段)
33 輻射パネル(第2熱交換手段)
34 第1流量弁(第1流量調整手段)
35 第2流量弁(第2流量調整手段)
51 第1温度センサ
52 第2温度センサ
61 座席シート
62 乗降用ドア
Claims (9)
- 圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張手段、冷媒空気熱交換器が接続された冷媒回路と、前記冷媒水熱交換器で熱交換された水を循環させる循環手段、前記冷媒水熱交換器と直列に接続された第1熱交換手段、前記第1熱交換手段と並列に接続された第2熱交換手段を有する水回路と、制御手段とを備え、前記第1熱交換手段は座席シートに設置され、熱伝導により伝熱するとともに、前記第2熱交換手段は車室内に面した乗降用ドア、天井、床のいずれかに設置され、輻射により伝熱することを特徴とする車両用液体循環システム。
- 前記第1熱交換手段を流れる水流量を調整する第1流量調整手段、前記第2熱交換手段を流れる水流量を調整する第2流量調整手段を配設したことを特徴とする請求項1に記載の車両用液体循環システム。
- 暖房運転において、前記冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第1所定温度未満の場合に、前記第1流量調整手段により前記第1熱交換手段に水が流れることを防止することを特徴とする請求項2に記載の車両用液体循環システム。
- 暖房運転において、前記冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、前記第1所定温度以上で、かつ、第2所定温度以下の場合に、前記第1流量調整手段により前記第1熱交換手段に水を流入させることを特徴とする請求項2または3に記載の車両用液体循環システム。
- 暖房運転において、車室内の空気温度が、第3所定温度超の場合に、前記第2流量調整手段により前記第2熱交換手段に水が流れることを防止することを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の車両用液体循環システム。
- 冷房運転において、前記冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、第4所定温度超の場合に、前記第1流量調整手段により前記第1熱交換手段に水が流れることを防止することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の車両用液体循環システム。
- 冷房運転において、前記冷媒水熱交換器から流出する水の温度が、前記第4所定温度以下で、かつ、第5所定温度以上の場合、前記第1流量調整手段により前記第1熱交換手段に水を流入させることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の車両用液体循環システム。
- 冷房運転において、車室内の空気温度が、第6所定温度未満の場合、前記第2流量調整手段により前記第2熱交換手段に水が流れることを防止することを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の車両用液体循環システム。
- 前記第2所定温度、前記第3所定温度、前記第5所定温度、前記第6所定温度のうち少なくとも1つは、搭乗者により任意に設定されることを特徴とする請求項3〜8のいずれか1項に記載の車両用液体循環システム。
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-
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- 2010-07-02 JP JP2010151763A patent/JP2012011929A/ja not_active Withdrawn
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