JP2018171984A - 車両用空調装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷房時と暖房時とで共通の冷媒を利用する、改善された車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置1Aは、冷媒を循環させる冷媒流路を備え、第1のヒートポンプサイクルを形成する第1の冷媒回路と、冷媒を循環させる冷媒流路を備え、第1のヒートポンプサイクルと異なる第2のヒートポンプサイクルを形成し、第1の冷媒回路と一部の冷媒流路を共用する第2の冷媒回路と、第2の冷媒回路から一部の冷媒流路を除いた部分に設けられ、冷媒の圧力を感知し、温度および圧力に応じて、第2の冷媒回路を循環する冷媒の流量を調整する第1の膨張弁16と、を備え、第1の膨張弁16は、一部の冷媒流路に設けられ、冷媒の温度を感知する感温部16Aを備え、冷媒が第1の冷媒回路を循環するときの冷媒の温度および圧力に応じて、第2の冷媒回路を循環する冷媒を遮断する。【選択図】図1
Description
本開示は、車両用空調装置に関する。
従来の車両用の暖房装置としては、高温になったエンジン冷却水を利用して車室内を暖房する温水式ヒータが多く採用されている。また、従来の車両用の冷房装置としては、車室内へ送られる空気をヒートポンプの低温冷媒により冷却するヒートポンプ式の冷房装置が一般に採用されている。
特許文献1には、既存の温水式ヒータを基本としつつ、ヒートポンプを利用して、温水式ヒータの冷却水を加熱する構成を付加することで、既存のものより暖房性能を向上することのできる車両用の空調装置が開示されている。
特許文献1の車両用の空調装置は、ヒートポンプの構成を暖房にのみ利用する構成であり、冷房時の動作については検討されていなかった。すなわち、特許文献1の暖房装置に冷房機能を付加する場合、ヒートポンプの構成を暖房用と冷房用とでどのように兼用させ、どのように切り換えて利用すればよいか検討されていなかった。
本開示の目的は、冷房時と暖房時とで共通の冷媒を利用する、改善された車両用空調装置を提供することである。
本開示の一態様に係る車両用空調装置は、冷媒を循環させる冷媒流路を備え、第1のヒートポンプサイクルを形成する第1の冷媒回路と、冷媒を循環させる冷媒流路を備え、第1のヒートポンプサイクルと異なる第2のヒートポンプサイクルを形成し、第1の冷媒回路と一部の冷媒流路を共用する第2の冷媒回路と、第2の冷媒回路から一部の冷媒流路を除いた部分に設けられ、冷媒の圧力を感知し、冷媒の温度および圧力に応じて、第2の冷媒回路を循環する冷媒の流量を調整する第1の膨張弁と、を備え、第1の膨張弁は、一部の冷媒流路に設けられ、温度を感知する感温部を備え、冷媒が第1の冷媒回路を循環するときの冷媒の温度および圧力に応じて、第2の冷媒回路を循環する冷媒を遮断する、構成を採る。
本開示によれば、冷房時と暖房時とで共通の冷媒を利用する、改善された車両用空調装置を提供することができる。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る車両用空調装置1Aの構成図である。図2は、第1の膨張弁16の説明図である。車両用空調装置1Aは、発熱部品としてのエンジン(内燃機関)を有する車両に搭載されて、車室内の空気調整を行う装置である。
図1は、第1の実施の形態に係る車両用空調装置1Aの構成図である。図2は、第1の膨張弁16の説明図である。車両用空調装置1Aは、発熱部品としてのエンジン(内燃機関)を有する車両に搭載されて、車室内の空気調整を行う装置である。
車両用空調装置1Aは、第1の水冷媒熱交換器11、第2の水冷媒熱交換器12、開閉弁13、第1の膨張弁16、コンプレッサ(圧縮機)38、エバポレータ48、第2の膨張弁37、室外コンデンサ39、および、逆止弁15を備える。車両用空調装置1Aは、さらに、これらの構成要素を接続する冷媒配管を備える。
車両用空調装置1Aは、さらに、エンジン冷却部40およびヒーターコア44を備える。車両用空調装置1Aは、さらに、これらの構成要素、第1の水冷媒熱交換器11、および、第2の水冷媒熱交換器12を接続する冷却液配管を備える。
第1の水冷媒熱交換器11(凝縮器)は、高温高圧の冷媒を流す通路と、冷却液を流す通路とを有し、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第1の水冷媒熱交換器11には、所定の運転モードのときに、コンプレッサ38から高温高圧の冷媒が送られて、高温高圧の冷媒から冷却液へ熱を放出させる。これにより、第1の水冷媒熱交換器11は、高温高圧の冷媒を凝縮させる。
第1の水冷媒熱交換器11の冷却液導入口は、冷却液配管を介してエンジン冷却部40の冷却液送出口に連通される。エンジン冷却部40の冷却液導入口は、冷却液配管を介してヒーターコア44に連通されている。第1の水冷媒熱交換器11の冷媒導入口は、冷媒配管を介してコンプレッサ38の冷媒送出口へ連通され、第1の水冷媒熱交換器11の冷媒送出口は、第1の膨張弁16に連通されている。
第2の水冷媒熱交換器12(蒸発器)は、低温低圧の冷媒を流す通路と、冷却液を流す通路とを有し、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第2の水冷媒熱交換器12には、所定の運転モードのときに、第1の膨張弁16から低温低圧の冷媒が導入されて、冷却液から低温低圧の冷媒へ熱を移動させる。これにより、第2の水冷媒熱交換器12は低温低圧の冷媒を気化させる。
第2の水冷媒熱交換器12の冷却液導入口は、冷却液配管を介してエンジン冷却部40の冷却液送出口に連通され、第2の水冷媒熱交換器12の冷却液送出口は、冷却液配管を介してエンジン冷却部40の冷却液導入口に連通されている。第2の水冷媒熱交換器12の冷媒導入口は、冷媒配管を介して第1の膨張弁16に連通され、冷媒送出口は、コンプレッサ38の冷媒導入口へ合流する冷媒配管に連通されている。
このように、冷却液流路に関して、車両用空調装置1Aの第1の水冷媒熱交換器11と第2の水冷媒熱交換器12とが、エンジン冷却部40に対して並列に連通することにより、直列に連通する場合と比較して、冷却液を圧送するためのポンプを小型化することができる。
開閉弁13は、例えば電気的な制御により、冷媒流路の開閉を調整する弁である。開閉弁13は、コンプレッサ38の冷媒送出口側における冷媒流路の分岐部Bと、室外コンデンサ39の冷媒導入口との間の冷媒流路を開閉する。
第1の膨張弁16は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して送出する。送出された低温低圧の冷媒は、第2の水冷媒熱交換器12に送出される。第1の膨張弁16は、感温部16A、接続部16B、および本体部(感圧調整部)16Cを備え、感温部16Aが感知した冷媒の温度と、本体部16Cが感知した圧力に応じて、送出する冷媒の流量を自動的に調整する機能を有する、感温部別体型の温度式膨張弁(TXV:thermal expansion valve)である。
感温部16Aは、冷媒の温度を感知する。一例において、感温部16Aは、コンプレッサ38の冷媒導入口の近傍において、冷媒配管の表面に取り付けられた感温筒である。感温筒には、熱伝導性の部材で形成された冷媒配管の壁を介して伝わる冷媒の温度に応じて膨張する媒体が充填される。他の一例において、感温部16Aは、コンプレッサ38の冷媒導入口の近傍において、冷媒配管の内部に取り付けられた感温筒である。
接続部16Bは、感温部16Aが感知した温度に応じて本体部16Cが動作することができるように、感温部16Aと本体部16Cとを接続する。一例において、接続部16Bは、感温部16Aに充填された媒体の一部を本体部16Cに移送するキャピラリチューブである。感温部16Aが感知した温度が高いほど、接続部16Bが移送する媒体の量が多くなる。
図2に示すように、本体部16Cは、媒体受容部16a、接続ロッド16b、付勢部16c、冷媒導入口16d、隘路部16e、冷媒送出口16f、および弁体16gを備える。本体部16Cは、感温部16Aが感知した温度と、弁体16gが感知した冷媒送出口16f(送出口側)の冷媒からの圧力に応じて、送出する冷媒の流量を自動的に調整する。
媒体受容部16aは、感温部16Aおよび接続部16Bと連通し、感温部16Aから接続部16Bを介して移送された媒体を受容する。媒体は、感温部16A、接続部16B、および媒体受容部16aの間で封止されている。受容された媒体の量が多いほど、媒体受容部16a内部の圧力が高くなる。
接続ロッド16bは、媒体受容部16aおよび弁体16gを接続する。接続ロッド16bの上端部は媒体受容部16aの内壁の一部を形成し、媒体受容部16a内部の圧力が、接続ロッド16bを、図2において下方に押し下げる力として接続ロッド16bに作用する。
付勢部16cは、弁体16gを図2において上方に付勢する。一例において、付勢部16cは、コイルバネである。
冷媒導入口16dは、第1の水冷媒熱交換器11から送出される高温高圧の冷媒を導入する。導入される冷媒の流れは、図2において矢印A1で示されている。
隘路部16eは、冷媒導入口16dおよび冷媒送出口16fを連通させ、冷媒導入口16dに導入された高温高圧の冷媒を断熱膨張する。断熱膨張された冷媒は、低温低圧の冷媒となって冷媒送出口16fに送出される。
冷媒送出口16fは、低温低圧の冷媒を送出する。送出された冷媒の流れは、図2において矢印A2で示されている。送出された冷媒は、第2の水冷熱交換器12に送出される。
弁体16gは、隘路部16eの開度を調節する。図2において、弁体16gには、付勢部16cから受ける力と、冷媒送出口16fの冷媒から受ける圧力とが、上向きの力として作用し、冷媒導入口16dの冷媒から受ける圧力と接続ロッド16bから受ける力とが下向きの力として作用する。下向きの力が上向きの力より小さい場合、弁体16gは、隘路部16eを閉塞する。下向きの力が上向きの力より大きくなるにつれて、弁体16gは図2において下方に押し下げられ、隘路部16eの開度が大きくなる。
再度、図1を参照する。コンプレッサ38は、エンジンの動力または電気により駆動して、導入した冷媒を高温高圧に圧縮して送出する。送出された高温高圧の冷媒は、第1の水冷媒熱交換器11または室外コンデンサ39に送出される。低圧の冷媒は、第2の水冷媒熱交換器12またはエバポレータ48から、合流管を介してコンプレッサ38へ導入される。
エバポレータ48は、低温低圧の冷媒と、空気との間で熱交換を行う機器である。エバポレータ48には、冷房運転時、除湿運転時、または温調運転時に低温低圧の冷媒が流され、車室内へ供給される吸気(車室内への送風)を冷却する。
第2の膨張弁37は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して送出する。送出された低温低圧の冷媒は、エバポレータ48に送出される。第2の膨張弁37は、エバポレータ48に近接して配置されている。第2の膨張弁37は、エバポレータ48から送出される冷媒の温度により、送出する冷媒量を自動的に調整する機能を有する温度式膨張弁(TXV)であってもよい。
図3に示されるように、第2の膨張弁37は、媒体封入部37a、接続ロッド37b、付勢部37c、冷媒導入口37d、隘路部37e、冷媒送出口37f、弁体37g、および冷媒流路37hを備える。これらの構成要素のうち、付勢部37c、隘路部37e、および弁体37gは、それぞれ、第1の膨張弁16が備える付勢部16c、隘路部16e、および弁体16gと略同様であるので、説明を省略する。
媒体封入部37aは、接続ロッド37bの上端部の温度に応じて膨張する媒体が充填され封止されている。接続ロッド37bの上端部の温度が高いほど、媒体封入部37a内部の圧力が高くなる。
接続ロッド37bは、媒体封入部37aおよび弁体37gを接続する。接続ロッド37bは、その一部が冷媒流路37h内に露出している。接続ロッド37bは、熱伝導性の部材で形成され、冷媒流路37hを流れる冷媒の温度を、接続ロッド37bの上端部を介して、媒体封入部37aに伝える。このように、接続ロッド37bは、冷媒流路37hを流れる冷媒の温度を感知する感温部として機能する。
接続ロッド37bの上端部は、媒体封入部37aの内壁の一部を形成する。媒体封入部37a内部の圧力が、接続ロッド37bを、図3において下方に押し下げる力として接続ロッド37bに作用する。
冷媒導入口37dは、室外コンデンサ39から送出される高圧の冷媒を導入する。導入される冷媒の流れは、図3において矢印A1で示されている。
冷媒送出口37fは、低温低圧の冷媒を送出する。送出された冷媒の流れは、図3において矢印A2で示されている。送出された冷媒は、エバポレータ48に送出される。
エバポレータ48から送出された低圧の冷媒は、冷媒流路37hを流れて、コンプレッサ38に導入される。冷媒流路37hを流れる冷媒の流れは、図3において矢印A3,A4で示されている。
再度、図1を参照する。室外コンデンサ39は、冷媒を流す通路と、空気を流す通路とを有し、例えばエンジンルーム内の車両の先頭付近に配置されて、冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外コンデンサ39には、冷房モードおよび除湿モードのときに、高温高圧の冷媒が流されて、冷媒から外気へ熱を排出させる。室外コンデンサ39には、例えば、ファンにより外気が吹き付けられる。室外コンデンサ39の冷媒の送出側にはリザーバタンク(図示せず)を設けてもよい。
逆止弁15は、コンプレッサ38とエバポレータ48との間の冷媒流路に設けられ、室外コンデンサ39およびエバポレータ48に冷媒が流れない運転モードのときに、冷媒の逆流を防ぐ弁である。ここで、開閉弁13が閉じられて、第2の水冷媒熱交換器12と第1の水冷媒熱交換器11とを通る冷媒回路に冷媒が流される運転モードを考察する。この運転モードでは、開閉弁13が閉じられていることで、室外コンデンサ39とエバポレータ48とを通る冷媒回路は遮断される。しかしながら、この場合でも、外気の温度が低いと、室外コンデンサ39およびエバポレータ48における冷媒圧力が低くなることがある。そして、この圧力低下があると、第2の水冷媒熱交換器12および第1の水冷媒熱交換器11の冷媒回路に流れている冷媒が、エバポレータ48側の冷媒回路へ逆流してしまう。この結果、第2の水冷媒熱交換器12と第1の水冷媒熱交換器11とを通る冷媒回路の冷媒量が最適な範囲から逸脱してしまい、このヒートポンプサイクルの効率が低下してしまう。しかしながら、逆止弁15があることで、このような不都合を回避することができる。
エンジン冷却部40は、エンジン(発熱部材)の周囲に冷却液を流すウォータジャケットと、ウォータジャケットに冷却液を流すポンプとを具備し、ウォータジャケットに流れる冷却液へエンジンから熱を放出させる。ポンプは、例えば、エンジンの動力により回転する。エンジン冷却部40には、エンジンの排熱の量が多くなった場合に、熱を外気に放出するラジエータが備わっていてもよい。エンジン冷却部40の冷却液の通路は、第1の水冷媒熱交換器11を通ってヒーターコア44と連通されている。
冷却液は、例えばLLC(Long Life Coolant)などの不凍液であり、熱を輸送するための液体である。
冷却液を移送する構成は、エンジン冷却部40のポンプのみとすることもできる。これにより、装置のコストの低減および装置の設置スペースの縮小を図ることができる。冷却液の移送能力を高めるために、冷却液配管の他の箇所にポンプを追加してもよい。
ヒーターコア44は、冷却液と空気との間で熱交換を行う機器である。ヒーターコア44には、加熱された冷却液が供給され、暖房運転時に車室内へ送出される吸気(車室内への送風)に熱を放出する。ヒーターコア44は、ドア44aの開度により通過する空気の量を調整可能になっている。ドア44aは、電気的な制御で開閉可能である。ドア44aは、ミックスドアとも呼ばれる。
ヒーターコア44と、エバポレータ48とは、車室内へ空気を供給するHVAC(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)70の吸気通路内に配置される。HVAC70には、吸気を流すファンF1が設けられている。
次に、第1の膨張弁16および第2の膨張弁37の動作特性について説明する。
図4は、第2の膨張弁37の動作特性を示すグラフである。図4に示されるグラフにおいて、横軸および縦軸は、それぞれ、接続ロッド37bの温度および冷媒流路37hの圧力であり、第2の膨張弁37の開放開始曲線がプロットされている。第2の膨張弁37の開放開始曲線を跨いで温度が上がるまたは圧力が下がると、弁体37gが隘路部37eを開き始める、即ち、第2の膨張弁37が開き始める。
逆に、第2の膨張弁37の開放開始曲線を跨いで温度が下がるまたは圧力が上がると、弁体37gが隘路部37eを閉じる、即ち、第2の膨張弁37が閉じる。即ち、図4に示されるグラフにおいて、第2の膨張弁37の開放開始曲線の上側(左側)においては、第2の膨張弁37は、閉じている。
換言すると、開放開始曲線は、与えられた圧力に対し、第2の膨張弁37が開く温度の下限値がプロットされた曲線である。
ここで、以下の説明においては、簡単のために、エバポレータ48の冷媒送出口からコンプレッサ38までにおける冷媒の圧力損失を無視して、コンプレッサ38に導入される冷媒の圧力が冷媒流路37hの圧力と等しいものとする。さらに、簡単のために、エバポレータ48の冷媒送出口からコンプレッサ38までにおける冷媒の温度変化を無視して、コンプレッサ38に導入される冷媒の温度が接続ロッド37bの温度と等しいものとする。必要に応じて、圧力損失および温度変化を考慮して、図4に示される関係を補正してもよい。
なお、接続ロッド37bの温度を、コンプレッサ38に導入される冷媒の温度に近づけるためには、第2の膨張弁37からコンプレッサ38までの冷媒配管の長さを、可能な限り短くするのが好ましい。
図4に示されるように、冷媒流路37hを流れる冷媒の飽和曲線(作動冷媒飽和曲線)の圧力値は、0℃以上の温度において、第2の膨張弁37の開放開始曲線の圧力値より大きい。このことは、コンプレッサ38に導入される冷媒が液化(飽和)する前に弁体37gが隘路部37eを閉じることを意味する。即ち、図4に示されるように第2の膨張弁37の開放開始曲線を設定することによって、コンプレッサ38に導入される冷媒が液化することを防ぐことができ、コンプレッサ38が液化した冷媒を導入して損傷することを防ぐことができる。
また、コンプレッサ38に導入される冷媒の状態を示す点がグラフにおいて第2の膨張弁37の開放開始曲線の右側(下側)にあるときは、第2の膨張弁37が開いているので、高圧の冷媒が室外コンデンサ39からエバポレータ48に送出される。したがって、コンプレッサ38に導入される冷媒は、その圧力が上がり、過熱度が下がる。このように、第2の膨張弁37は、コンプレッサ38に導入される冷媒の過熱度を調整する役割を担う。
一例において、第2の膨張弁37の動作特性は、それぞれ、接続ロッド37bの温度(冷媒の温度)が0℃および10℃のときに、第2の膨張弁37が開き始める圧力である、0℃セット値P1および10℃セット値P2によって設定される。
図5は、第1の膨張弁16および第2の膨張弁37の動作特性を示すグラフである。図5に示されるグラフにおいて、横軸および縦軸は、それぞれ、感温部16Aまたは接続ロッド37bの温度、および、冷媒送出口16fまたは冷媒流路37hの圧力であり、第1の膨張弁16および第2の膨張弁37の開放開始曲線がプロットされている。第2の膨張弁37の開放開始曲線と同様、第1の膨張弁16の開放開始曲線は、与えられた圧力に対し、第1の膨張弁16が開く温度の下限値がプロットされた曲線である。
なお、冷媒送出口16fおよび冷媒流路37hの圧力を同じ軸にとるためには、第2の膨張弁37からコンプレッサ38までの冷媒配管の長さに加えて、第1の膨張弁16からコンプレッサ38までの冷媒配管の長さも可能である限り短くするのが好ましい。
第1の膨張弁16の動作特性も、第2の膨張弁37の動作特性と同様に、それぞれ、感温部16Aの温度(冷媒の温度)が0℃および10℃のときに、弁体16gが隘路部16eを開き始める圧力である、0℃セット値P3および10℃セット値P4によって設定される。
第1の所定値以下の圧力の値に対して、第1の膨張弁16が開く温度の下限値は、第2の膨張弁37が開く温度の下限値より大きい。例えば、図5に示されるグラフのように、第1の膨張弁16の0℃セット値P3を、第2の膨張弁37の0℃セット値P1よりも低くする。こうすると、第1の膨張弁16が閉じているが、第2の膨張弁37が開いている領域Rが作成される。
第1の所定値は、例えば、後述の冷房モードにおける冷媒の圧力の最大値であり、例えば0.25MPaGである。こうすると、冷房モードにおいて、第1の膨張弁16が閉じているが、第2の膨張弁37が開いている領域Rが作成される。
第1の膨張弁16の開放開始曲線と第2の膨張弁37の開放開始曲線とは、同じ温度における傾きが異なる。例えば、同じ温度において、第1の膨張弁16の開放開始曲線の傾きは、第2の膨張弁37の開放開始曲線の傾きよりも小さい。例えば、第2の膨張弁37の開放開始曲線を、傾きを大きくして作動冷媒飽和曲線に近づけることにより、後述のヒートポンプ式暖房モードにおいて、コンプレッサ38の効率を改善することができる。なお、第1の膨張弁16または第2の膨張弁37の開放開始曲線の傾きを変化させるためには、感温部16Aまたは媒体封入部37aに充填される媒体の種類を変更すればよい。
第1の膨張弁16の0℃セット値P3は、冷媒の0℃における飽和圧力から0.140MPaGを減じた値に等しく、第1の膨張弁16の10℃セット値P4は、冷媒の10℃における飽和圧力から0.190MPaGを減じた値に等しい。また、一例において、第2の膨張弁37の0℃セット値P1は、冷媒の0℃における飽和圧力から0.010MPaGを減じた値に等しく、第2の膨張弁37の10℃セット値P2は、冷媒の10℃における飽和圧力から0.080MPaGを減じた値に等しい。
感温部16Aに充填される媒体および付勢部16cは、第1の膨張弁16が上記の性質を満たすように選択される。また、媒体封入部37aに充填される媒体および付勢部37cも、第2の膨張弁37が上記の性質を満たすように選択される。媒体は、例えば、R−404A、R−410A、R−134a、R−32、HFO−1234yf、またはそれらの混合物である。
次に、車両用空調装置1Aの動作について説明する。
車両用空調装置1Aは、温水式暖房モード、ヒートポンプ式暖房モード、温調モード、および、冷房モードなど、いくつかの動作モードに切り換えられて動作する。温水式暖房モードは、ヒートポンプを作動させずに車室内を暖房するモードである。ヒートポンプ式暖房モードは、ヒートポンプを作動させて車室内を暖房するモードである。冷房モードはヒートポンプの作用により車室内を冷房するモードである。温調モードは、低温冷媒による空気の冷却および除湿と、高温の冷却液による空気の加熱とを適宜組み合わせて、空気の温度および湿度の調整を行うモードである。以下では、ヒートポンプ式暖房モードおよび冷房モードを代表例として説明する。
[冷房モード]
図6は、第1の実施の形態に係る車両用空調装置1Aの冷房モードの説明図である。冷房モードでは、図6に示すように、開閉弁13が開けられる。また、ヒーターコア44のドア44aは、全閉される。
図6は、第1の実施の形態に係る車両用空調装置1Aの冷房モードの説明図である。冷房モードでは、図6に示すように、開閉弁13が開けられる。また、ヒーターコア44のドア44aは、全閉される。
冷房モードでは、さらに、コンプレッサ38が作動することで、冷媒は、室外コンデンサ39、第2の膨張弁37、エバポレータ48、第2の膨張弁37、および、コンプレッサ38を、この順で循環的に流れる。以下、冷媒をこの順に循環させる冷媒流路を、冷房冷媒回路(第1の冷媒回路)と呼ぶ。
コンプレッサ38により圧縮された高温高圧の冷媒は、室外コンデンサ39にて空気へ放熱して凝縮する。凝縮された冷媒は、第2の膨張弁37により膨張されて低温低圧の冷媒となり、エバポレータ48へ送られる。低温低圧の冷媒は、エバポレータ48にて、車室内へ送られる吸気を冷却して気化する。気化した低圧冷媒は、コンプレッサ38に導入されて圧縮される。このように、冷房冷媒回路も、低温部から高温部(エバポレータ48から室外コンデンサ39)に熱を運ぶヒートポンプサイクル(第1のヒートポンプサイクル)を形成する。
図5を参照して上述したように、冷房モードにおいて、第1の膨張弁16が閉じているが、第2の膨張弁37が開いている領域Rが作成されている。したがって、冷房モードにおいて、コンプレッサ38に導入される冷媒の温度および圧力が領域Rに留まる限り、第1の膨張弁16は閉じている。即ち、第1の膨張弁16が備える感温部16Aおよび本体部16Cが、冷房モードにおいて冷房冷媒回路を循環するときの冷媒の温度および圧力に応じて、本体部16Cが図7を参照して後述される暖房冷媒回路を循環する冷媒を遮断する。
本開示によれば、分岐部Bと第1の水冷媒熱交換器11の冷媒導入口との間の冷媒流路を開閉する開閉弁を別途設けなくても、冷房モードにおいて、図7を参照して後述される暖房冷媒回路を循環する冷媒を遮断することができる。したがって、開閉弁のコストを削減することができる。
なお、第1の膨張弁16が閉じている場合、分岐部Bと第1の膨張弁16との間に設けられた第1の水冷媒熱交換器11まで冷媒が到達することも考えられる。その場合であっても、第1の水冷媒熱交換器11によって冷媒が加熱されることにより、分岐部Bと第1の水冷媒熱交換器11との間において、冷媒の寝込みは発生しない。
なお、車両用空調装置1Aの動作開始時においては、外気温等によって冷媒の温度が高くなっている場合がある。また、運転状態の急変により、冷媒の温度が一時的に高くなる場合もある。これらの場合において、コンプレッサ38に導入される冷媒の温度および圧力が、例えば、図5に示される点P5のように、第1の膨張弁16の開放開始曲線の下側にあることがある。すると、第1の膨張弁16が開くので、車両用空調装置1Aが冷房モードにおいて動作している場合であっても、図7を参照して後述される暖房冷媒回路を冷媒が循環する。
そのような場合であっても、車両用空調装置1Aが冷房モードにおいて動作する間に、冷媒の温度が下がる。したがって、コンプレッサ38に導入される冷媒の温度および圧力が、例えば、図5に示される点P6のように、第1の膨張弁16の開放開始曲線の上側(左側)に変化し、第1の膨張弁16が閉じることにより、図7を参照して後述される暖房冷媒回路を循環する冷媒を遮断することができる。
一方、冷却液は、エンジン冷却部40、第1の水冷媒熱交換器11、およびヒーターコア44を流れるとともに、これと並列して、エンジン冷却部40および第2の水冷媒熱交換器12を流れる。冷却液は、第1の水冷媒熱交換器11、第2の水冷媒熱交換器12、およびヒーターコア44を通過する際、冷媒又は空気との間でほとんど熱交換されない。冷却液の放熱は、主に、エンジン冷却部40のラジエータで行われる。エンジンは非常に高温になるので、外気温が高くても、ラジエータによる放熱により適宜な冷却を行うことができる。ここで、冷却液を流す構成は、ラジエータ側に冷却液を多く流して、ヒーターコア44側の流れを低下させてもよい。
このような動作により、車室内の十分な冷房を行うことができる。
[ヒートポンプ式暖房モード]
図7は、第1の実施の形態に係る車両用空調装置1Aのヒートポンプ式暖房モードの説明図である。ヒートポンプ式暖房モードでは、図7に示すように、開閉弁13が閉じられる。また、ヒーターコア44のドア44aは開かれる(例えば、全開)。
図7は、第1の実施の形態に係る車両用空調装置1Aのヒートポンプ式暖房モードの説明図である。ヒートポンプ式暖房モードでは、図7に示すように、開閉弁13が閉じられる。また、ヒーターコア44のドア44aは開かれる(例えば、全開)。
ヒートポンプ式暖房モードでは、さらに、コンプレッサ38が作動することで、冷媒は、第1の水冷媒熱交換器11、第1の膨張弁16、第2の水冷媒熱交換器12、および、コンプレッサ38を、この順で循環的に流れる。以下、冷媒をこの順に循環させる冷媒流路を、暖房冷媒回路(第2の冷媒回路)と呼ぶ。
コンプレッサ38により圧縮された高温高圧の冷媒は、第1の水冷媒熱交換器11にて冷却液へ放熱して凝縮する。凝縮された冷媒は、第1の膨張弁16により膨張されて低温低圧の冷媒となり、第2の水冷媒熱交換器12に送られる。低温低圧の冷媒は、第2の水冷媒熱交換器12にて冷却液から吸熱して気化する。気化した低圧冷媒は、コンプレッサ38に導入されて圧縮される。このように、暖房冷媒回路は、低温部から高温部(第2の水冷媒熱交換器12から第1の水冷媒熱交換器11)に熱を運ぶヒートポンプサイクル(第2のヒートポンプサイクル)を形成する。
図6および図7に示されるように、暖房冷媒回路は、冷房冷媒回路と一部の冷媒流路を共用する。そして、感温部16Aは、共用される一部の冷媒流路に設けられる。したがって、ヒートポンプ式暖房モードにおいても、感温部16Aは、共用される一部の冷媒流路を流れる冷媒の温度を感知することができる。即ち、ヒートポンプ式暖房モードにおいても、コンプレッサ38に導入される冷媒の温度に応じて、第1の膨張弁16を動作させることができる。
冷却液は、エンジン冷却部40を通過した後、一部は、第1の水冷媒熱交換器11、ヒーターコア44、および、第2の水冷媒熱交換器12を、この順で循環的に流れる。
ここで、エンジン冷却部40でエンジンから熱を吸収した冷却液は、さらに第1の水冷媒熱交換器11で加熱されてヒーターコア44に送られる。高温になった冷却液は、ヒーターコア44で車室内へ送られる吸気を十分に加熱することができる。
ヒーターコア44を通過した冷却液は、外気より温度が高く、第2の水冷媒熱交換器12にて冷媒に放熱を行って冷媒を気化させることができる。第2の水冷媒熱交換器12にて冷却された冷却液は、エンジン冷却部40へ送られてエンジンを十分に冷却することができる。
このような動作により、車室内の十分な暖房を行うことができる。
(第2の実施の形態)
図8は、第2の実施の形態に係る車両用空調装置1Bの冷房モードの説明図である。図8においても、図2に示される構成要素と同一の構成要素については、同一の符号が付されている。
図8は、第2の実施の形態に係る車両用空調装置1Bの冷房モードの説明図である。図8においても、図2に示される構成要素と同一の構成要素については、同一の符号が付されている。
第2の実施の形態は、第1の水冷媒熱交換器11の冷却液導入口が冷却液配管を介してヒーターコア44に連通され、冷却液送出口が冷却液配管を介してエンジン冷却部40に連通されている点を除いて、第1の実施の形態と同様である。第2の実施の形態においては、冷却液は、エンジン冷却部40を通過した後、分岐せずに、第1の水冷媒熱交換器11、ヒーターコア44、および、第2の水冷媒熱交換器12を、この順で循環的に流れる。
一方、第2の実施の形態における暖房冷媒回路および冷房冷媒回路は、それぞれ、第1の実施の形態における暖房冷媒回路および冷房冷媒回路と構成が同様である。したがって、第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
本開示に係る車両用空調装置は、車両に適用されるのに好適である。
1A,1B 車両用空調装置
11 第1の水冷媒熱交換器
12 第2の水冷媒熱交換器
13 開閉弁
15 逆止弁
16 第1の膨張弁
16A 感温部
16B 接続部
16C 本体部
37 第2の膨張弁
38 コンプレッサ
39 室外コンデンサ
40 エンジン冷却部
44 ヒーターコア
44a ドア
48 エバポレータ
70 HVAC
F1 ファン
11 第1の水冷媒熱交換器
12 第2の水冷媒熱交換器
13 開閉弁
15 逆止弁
16 第1の膨張弁
16A 感温部
16B 接続部
16C 本体部
37 第2の膨張弁
38 コンプレッサ
39 室外コンデンサ
40 エンジン冷却部
44 ヒーターコア
44a ドア
48 エバポレータ
70 HVAC
F1 ファン
Claims (4)
- 冷媒を循環させる冷媒流路を備え、第1のヒートポンプサイクルを形成する第1の冷媒回路と、
前記冷媒を循環させる冷媒流路を備え、前記第1のヒートポンプサイクルと異なる第2のヒートポンプサイクルを形成し、前記第1の冷媒回路と一部の冷媒流路を共用する第2の冷媒回路と、
前記第2の冷媒回路から前記一部の冷媒流路を除いた部分に設けられ、前記冷媒の圧力を感知し、前記冷媒の温度および前記圧力に応じて、前記第2の冷媒回路を循環する前記冷媒の流量を調整する第1の膨張弁と、
を備え、
前記第1の膨張弁は、前記一部の冷媒流路に設けられ、前記温度を感知する感温部を備え、前記冷媒が前記第1の冷媒回路を循環するときの前記冷媒の温度および圧力に応じて、前記第2の冷媒回路を循環する前記冷媒を遮断する、
車両用空調装置。 - 前記一部の冷媒流路に設けられ、前記冷媒を圧縮するコンプレッサをさらに備え、
前記感温部は、前記コンプレッサが導入する冷媒の温度を感知する、
請求項1に記載の車両用空調装置。 - 前記第1の冷媒回路に設けられ、導入された前記冷媒を膨張させて送出する第2の膨張弁をさらに備え、
所定の値よりも小さい圧力の値に対して、前記第1の膨張弁が開く温度の下限値が、前記第2の膨張弁が開く温度の下限値よりも大きい、
請求項2に記載の車両用空調装置。 - 前記第1の膨張弁の0℃セット値は、前記第2の膨張弁の0℃セット値よりも小さく、かつ前記第1の膨張弁の10℃セット値は、前記第2の膨張弁の10℃セット値よりも小さい、
請求項3に記載の車両用空調装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017070754A JP2018171984A (ja) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | 車両用空調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2017070754A JP2018171984A (ja) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | 車両用空調装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2018171984A true JP2018171984A (ja) | 2018-11-08 |
Family
ID=64106555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017070754A Pending JP2018171984A (ja) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | 車両用空調装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018171984A (ja) |
-
2017
- 2017-03-31 JP JP2017070754A patent/JP2018171984A/ja active Pending
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