JP2013178032A - 車両用ヒートポンプ式空調機及びその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷媒回路内に、圧縮機1,外部熱交換器3,膨張弁4,内部熱交換器5をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、暖房運転時に、温度低下前の冷媒を外部熱交換器3に供給して除霜する除霜運転を行なう除霜運転回路と、暖房運転と除霜運転とを切り替える切替手段20,21と、始動時に、除霜運転開始条件が成立すると暖房運転に入る前に除霜運転を実施し、外部熱交換器の冷媒出入口温度差が閾値未満になったら除霜運転から暖房運転に切り換える可能とする制御装置50とをそなえる。
【選択図】図1
Description
つまり、図9に示すように、この車両用空調機は、冷媒回路100と温水回路110とを備えている。冷媒回路100は、圧縮機101と、凝縮器(外部熱交換器、いわゆる、室外機)103と、膨張弁104と、蒸発器(内部熱交換器、いわゆる、室内機)105とをこの順で、冷媒回路100内に備えている。温水回路110は、リザーバタンク111と、温水ポンプ112と、温水PTCヒータ113と、ヒータコア114とをこの順で備えている。車室内には、蒸発器105及びヒータコア114の背面から送風する送風機121が室内機として装備される。
また、このような装置構成では、電気自動車に搭載された走行用の大容量のモータ/ジェネレータ(電動発電機、以下、単にモータという)130及び図示しないバッテリケース内のバッテリを冷却する冷却装置として、水冷式の冷却回路140が装備されている。この水冷式冷却回路140は、リザーバタンク141と、ラジエータ(放熱器)142と、ポンプ143とをこの順で備え、冷水ポンプ143とリザーバタンク141との間の冷却水流路に、モータ130及び図示しないバッテリケースが備えられる。
また、冷房時に用いる冷媒回路(冷凍サイクル)100と、暖房時に用いる温水回路(温水サイクル)110の2系統が、空調装置として必要になるのでコスト高となる。
ところで、ヒートポンプ式空調機は、冷房運転と暖房運転とを切り替えることができ、家庭用や業務用の建物用のエアコン(いわゆる、ヒートポンプエアコン)として広く普及している。
建物用の空調機では、このような着霜,氷結が蒸発器に発生したら、室内機の送風を停止して、暖房と逆サイクル運転(即ち、冷凍サイクル運転)をする除霜運転をすることによって、着氷,氷結した蒸発器(外部熱交換器)に高温の冷媒を流すことで解氷し、暖房を間欠的に実施(デフロスト運転)することで暖房運転を継続することを可能としている。
しかしながら、車両用空調機の場合、厳寒時の起動時において、車外側にある熱交換器に着霜が生じている可能性がある。ヒートポンプ式空調機の場合には、着霜が生じた場合には、除霜運転を実施して除霜することができる。この除霜時には、除霜運転から暖房運転に適切に切り換える必要がある。このため、除霜運転によって除霜が完了したことをどのように認識して、適切に除霜運転を制御するかが課題となる。
(3)前記車両は走行用モータ及び前記走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車である場合、前記走行用モータ及び前記バッテリの少なくともいずれかを冷却する冷却装置を有し、前記暖房運転時又は前記除霜運転時に、前記外部熱交換器に進入する前の低温冷媒を前記冷却装置に供給する第1供給路と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を前記外部熱交換器の上流に戻す第1戻り路とを有していることが好ましい。
図1は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の構成を示す図、図2〜図7は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の構成を示す図、図8は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法を説明する図である。各図を用いて順に説明する。なお、本実施形態にかかる車両は走行用モータ及び走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車であるものとする。
図1(a),(b)に示すように、このカーエアコンは、圧縮機1と、切替弁2と、外部熱交換器(室外機)3と、膨張弁4と、内部熱交換器(室内機)5とをこの順で、冷媒回路10内に備えている。圧縮機1にアキュムレータ6が付設され、圧縮機1の吐出圧が安定化されるようになっている。内部熱交換器5にはファン5aが付設されて室内機が構成され、車両の内部の空気(内気)又は外部の空気(外気)を内部熱交換器5に通過させて冷却又は加熱して車室内に送風するようになっている。また、外部熱交換器3には、外気を導入するためのファン7が付設されている。
通常、外気温が−10℃以下に下がると、外部熱交換器3に着霜があるものと推定でき、基準温度は例えば−10℃とすることができる。
エアコンECU50は、除霜運転中には、第1及び第2温度センサにより検出された冷媒入口温度T1と冷媒出口温度T2との差(T1−T2、出入口温度差)が予め設定された閾値T0未満になったら除霜運転から暖房運転に切り換え可能とする。この「切り換え可能」とは、「暖房指令があったら切り換えを許可する」という意味である。
さらに、本車両には、何れも図示しないが、走行用モータ及びバッテリを冷却する冷却装置を備えており、この冷却装置には、暖房運転時又は除霜運転時に、外部熱交換器3に進入する前の冷媒を冷却装置に供給する第1供給路22と、冷却装置の通過後の加温冷媒を外部熱交換器3の上流に戻す第1戻り路23とを有しても良い(図1(a)参照)。
また、外部熱交換器3は、図2に示すように、内部に冷媒が流通するチューブ31が曲折しながら通っており、チューブ31の周囲にはフィン32が設けられている。図2には、これらの詳細形状は図示しないが、冷媒は冷媒入口3Aからチューブ31に流入し、チューブ31内を流通する間にフィン32を介して外気との熱交換によって吸熱又は放熱して冷媒出口3Bから流出していく。
なお、チューブ31は、図3に示すように、断面が長円の扁平形状に形成され、フィン32はチューブ31の主要部(屈曲部を除いた部分)の扁平面の相互間に固設されている。また、本実施形態では、フィン32もチューブ31と同様に曲折しながらチューブ31の扁平面の間に介在し、チューブ31と接合する部分と、チューブ31の扁平面の相互間に介在する部分とに分けることができ、チューブ31の扁平面の相互間に介在する部分については、後述するように特徴的な構造が適用されている。
もちろん、チューブ31やフィン32の全体構造はこのような曲折構造に限るものではなく、後述する特徴的な構成を部分的に有していれば、全体構造はこの限りではない。
ここで、本外部熱交換器3の特徴的な点を説明する。
なお図3〜図7の例ではフィン32を傾斜させているが、これに限定せず、外部熱交換器3全体を後傾状態又は前傾状態に傾斜させることにより、フィン32を水平面に対して後傾斜又は前傾斜させてもよい。この場合、フィン32をチューブ31に対して傾斜させずにチューブ31の主要部の延在方向と直交する方向に向けて形成しても、外部熱交換器3全体を傾斜させることによってフィン32も傾斜することになる。
まず、冷房運転時には、図1(b)に示すように、エアコンECU50の制御により切替弁2が暖房運転時とは逆方向の流れを生成して、冷媒回路10内で、圧縮機1,外部熱交換器3,膨張弁4,内部熱交換器5の順で冷媒を循環させる。また、この時には、開閉弁20は開放され、開閉弁21は閉鎖され、除霜運転回路を構成するバイパス流路19には冷媒は流通しない。したがって、外部熱交換器3を利用して冷房運転が行なわれる。
これにより、圧縮機1で圧縮され高温,高圧になった冷媒は内部熱交換器5において熱を放出して冷却され凝縮される。この際、内部熱交換器5は凝縮器(コンデンサ)として機能する。凝縮された冷媒は膨張弁4において断熱膨張することにより冷却され、その後、外部熱交換器3において周囲の空気の熱を奪い、自身はその分だけ温度上昇して圧縮器1に進む。この際、外部熱交換器3は蒸発器(エバポレータ)として機能する。このような冷媒の循環(ヒートポンプサイクル)によって、内部熱交換器5の設置された室内が暖房される。
特に、本空調機では、車両の始動時には、図8のフローチャートに示すように除霜運転が実施される。なお、図8において、「F」は除霜運転時には「1」、その他の場合には「0」とする制御フラグである。図8のフローチャートは始動後所定周期で繰り返される。
また、本外部熱交換器3のフィン32は、表面(少なくとも上面)に、撥水性能を持つコート層が設けられているので、このコート層により、フィン32の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン32表面での着霜も生じ難く、フィン32表面での氷結も起こり難い。
なお、図5(b),図6(b)に示すように、折り曲げ片部33は各フィン32に複数(各変形例では2つ)設けてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態を適宜変更して実施することができる。
また、切替手段としての開閉弁20,21は単に全閉もしくは全開のみ行なうオンオフ制御でなく、開閉弁の中間開度を用いたPIC制御などを適用しても良い。
さらに、上記の実施形態では、熱交換器の正面視において、チューブ31を縦方向(鉛直方向)に、フィン32を横方向(水平方向)に配向しているが、本発明にかかるチューブ及びフィンの配向方向はこれに限定されるものではない。チューブが横方向(水平方向)、フィンが縦方向(鉛直方向)でも良い。
2 切替弁
3 外部熱交換器(室外機)
3A 冷媒入口
3B 冷媒出口
4 膨張弁
5 内部熱交換器(室内機)
5a ファン
6 アキュムレータ
7 ファン
10 冷媒回路
11〜17 冷媒回路の流路
19 バイパス流路(除霜運転回路)
20,21 切替手段としての開閉弁
22 第1供給路
23 第1戻り路
24 第2供給路
25 第2戻り路
31チューブ
32 フィン
32a〜32c フィン本体
33a〜33c 折り曲げ片部
34a〜34c 穴
41 第1温度センサ(第1冷媒温度検出手段)
42 第2温度センサ(第2冷媒温度検出手段)
50 制御装置としてのエアコンECU
Claims (6)
- 冷媒回路内に、圧縮機,外部熱交換器,膨張弁,内部熱交換器をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、
前記圧縮機,前記内部熱交換器,前記膨張弁,前記外部熱交換器の順に冷媒を流通させる暖房運転時に、温度低下前の冷媒を前記外部熱交換器に供給して除霜する除霜運転を行なう除霜運転回路と、
前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替手段と、
前記除霜運転時に前記外部熱交換器の冷媒入口温度を検出する第1冷媒温度検出手段と、
前記除霜運転時に前記外部熱交換器の冷媒出口温度を検出する第2冷媒温度検出手段と、
前記車両の始動時に、予め設定された除霜運転開始条件が成立すると前記暖房運転に入る前に前記除霜運転を実施し、前記第1及び第2冷媒温度検出手段により検出された前記冷媒入口温度と前記冷媒出口温度との差が予め設定された閾値未満になったら前記除霜運転から前記暖房運転に切り換え可能とする制御装置とを備える
ことを特徴とする、車両用ヒートポンプ式空調機。 - 外気温度を検出する外気温度検出手段をそなえ、
前記外気温度検出手段により前記暖房運転始動時に検出された或いは前記暖房運転始動前の直近に検出され記憶された前記外気温度が予め設定された基準温度以下であることを、前記除霜運転開始条件とする
ことを特徴とする、請求項1記載の車両用ヒートポンプ式空調機。 - 前記車両は走行用モータ及び前記走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車であって、
前記走行用モータ及び前記バッテリの少なくともいずれかを冷却する冷却装置を有し、
前記暖房運転時又は前記除霜運転時に、前記外部熱交換器に進入する前の低温冷媒を前記冷却装置に供給する第1供給路と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を前記外部熱交換器の上流に戻す第1戻り路とを有している
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の車両用ヒートポンプ式空調機。 - 前記車両は走行用モータ及び前記走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車であって、
前記走行用モータ及び前記バッテリの少なくともいずれかを冷却する冷却装置を有し、
冷房運転時に、前記内部熱交換器に進入する前の冷媒を前記冷却装置に供給する第2供給路と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を前記内部熱交換器の下流に戻す第2戻り路とを有している
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の車両用ヒートポンプ式空調機。 - 冷媒回路内に、圧縮機,外部熱交換器,膨張弁,内部熱交換器をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、
前記圧縮機,前記内部熱交換器,前記膨張弁,前記外部熱交換器の順に冷媒を流通させる暖房運転時に、温度低下前の冷媒を前記外部熱交換器に供給して除霜する除霜運転を行なう除霜運転回路と、
前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替手段と、
をそなえた、車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法であって、
前記車両の始動時に、予め設定された除霜運転開始条件が成立すると前記暖房運転に入る前に前記除霜運転を実施し、除霜運転時における前記外部熱交換器の冷媒入口温度冷媒出口温度との差が予め設定された閾値未満になったら前記除霜運転から前記暖房運転に切り換え可能とする
ことを特徴とする、車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法。 - 外気温度が予め設定された基準温度以下であることを、前記除霜運転開始条件とする
ことを特徴とする、請求項5記載の車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法。
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