JP2019219121A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】過剰な冷却能力や加熱能力が発揮されてしまうことなく、空調対象空間へ送風される送風空気、および冷却対象物を充分に冷却可能な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】車室内の暖房を行う暖房モード時には、空調対象空間へ送風される送風空気を加熱する加熱部を構成する水−冷媒熱交換器12にて、圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる通常の蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成する冷媒回路に切り替える。また、車室内の冷房を行うとともに、冷却対象物であるバッテリ80の冷却を行う冷房+冷却モード時には、送風空気を冷却する室内蒸発器18およびバッテリ80の冷却部を構成するチラー19を並列的に接続して双方で冷媒を蒸発させるガスインジェクションサイクルを構成する冷媒回路に切り替える。さらに、下流側分岐部である第5三方継手15eにて、過冷却液相冷媒の流れを分岐して、室内蒸発器18側およびチラー19側へ流出させる。【選択図】図1
Description
本発明は、空調装置に適用される冷凍サイクル装置に関する。
従来、特許文献1に、電気自動車に搭載された車両用空調装置に適用されて、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気の温度を調整する冷凍サイクル装置が開示されている。この特許文献1の冷凍サイクル装置では、冷媒回路を切り替えることによって、送風空気の加熱あるいは冷却を行っている。
より詳細には、特許文献1の冷凍サイクル装置では、送風空気を加熱して車室内へ吹き出す暖房モード時に、いわゆるガスインジェクションサイクルを構成する冷媒回路に切り替える。この種のガスインジェクションサイクルでは、圧縮機にて昇圧過程の冷媒にサイクル内で生成された中間圧冷媒を合流させることによって圧縮機の圧縮効率を向上させて、サイクルの成績係数(COP)を向上させることができる。
つまり、特許文献1の冷凍サイクル装置では、放熱器として機能する室内凝縮器における冷媒凝縮圧力と蒸発器として機能する室外熱交換器における冷媒蒸発圧力との圧力差が拡大しやすい暖房モード時に、ガスインジェクションサイクルを構成する冷媒回路に切り替える。これにより、COPを向上させて、室内凝縮器にて発揮される送風空気の加熱能力を向上させようとしている。
ところで、電気自動車には、走行用の電動モータ等に電力を供給する二次電池(すなわち、バッテリ)が搭載されている。この種のバッテリは、低温になると出力が低下しやすく、高温になると劣化が進行しやすい。このため、バッテリの温度は、バッテリの性能を充分に発揮可能な適切な温度範囲内に維持されている必要がある。そこで、特許文献1の冷凍サイクル装置を用いて、バッテリの温度を調整することが考えられる。
ところが、本発明者等の検討によれば、特許文献1の冷凍サイクル装置の室内蒸発器にて発揮される冷却能力によって、送風空気とともにバッテリを冷却しようとしても、送風空気およびバッテリの双方を充分に冷却できないことがあった。これは、特許文献1の冷凍サイクル装置が、送風空気の冷却に必要な冷却能力に加えて、バッテリの冷却に必要な冷却能力を発揮できる仕様になっていないからである。
これに対して、送風空気およびバッテリの双方を充分に冷却できるように、特許文献1の冷凍サイクル装置の仕様を変更すると、別の運転モード時に過剰な冷却能力や加熱能力が発揮されてしまい、サイクルを効率的に作動させることができなくなってしまう。さらに、送風空気およびバッテリの双方を適切に冷却するためには、冷凍サイクル装置の発揮する冷却能力を、双方の冷却のために適切に分配しなければならない。
本発明は、上記点に鑑み、過剰な冷却能力や加熱能力が発揮されてしまうことなく、空調対象空間へ送風される送風空気、および冷却対象物を充分に冷却可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、空調対象空間へ送風される送風空気、および冷却対象物を適切に冷却可能な冷凍サイクル装置を提供することを別の目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、吸入口(11a)から吸入した低圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出口(11c)から吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧吸入口(11b)を有する圧縮機(11)と、圧縮機から吐出された高圧冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される送風空気を加熱する加熱部(40)と、加熱部から流出した冷媒を減圧させる暖房用膨張弁(14a)と、暖房用膨張弁から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、室外熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐する上流側分岐部(13g)と、上流側分岐部にて分岐された一方の冷媒を中間圧吸入口側へ導く中間圧通路(22c)と、中間圧通路を流通する冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧膨張弁(14d、141)と、中間圧膨張弁にて減圧された中間圧冷媒を流通させる中間温側通路(23a)および上流側分岐部にて分岐された他方の冷媒を流通させる高温側通路(23b)とを有し、中間温側通路を流通する中間圧冷媒と高温側通路を流通する冷媒とを熱交換させる内部熱交換器(23)と、高温側通路から流出した冷媒の流れを分岐する下流側分岐部(13e)と、下流側分岐部にて分岐された一方の冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる冷房用膨張弁(14b)と、冷房用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、送風空気を冷却する室内蒸発器(18)と、下流側分岐部にて分岐された他方の冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる冷却用膨張弁(14c)と、冷却用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、冷却対象物(80)を冷却する冷却部(50、52a)と、室内蒸発器から流出した冷媒の流れと冷却部から流出した冷媒の流れとを合流させて、圧縮機の吸入口側へ流出させる合流部(13f)と、室外熱交換器から流出した冷媒を圧縮機の吸入口側へ導く暖房用通路(22b)と、冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部(15a〜15e)と、を備え、
冷媒回路切替部は、
送風空気を加熱部にて加熱する暖房モードでは、圧縮機の吐出口→加熱部→暖房用膨張弁→室外熱交換器→暖房用通路→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替え、
送風空気を室内蒸発器にて冷却するとともに、冷却対象物を冷却部にて冷却する冷房+冷却モードでは、圧縮機の吐出口→暖房用膨張弁→室外熱交換器→上流側分岐部→中間圧膨張弁→中間温側通路→圧縮機の中間圧吸入口の順に冷媒を循環させ、さらに、上流側分岐部→高温側通路→下流側分岐部→冷房用膨張弁→室内蒸発器→合流部→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させるとともに、上流側分岐部→高温側通路→下流側分岐部→冷却用膨張弁→冷却部→合流部→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替える冷凍サイクル装置である。
冷媒回路切替部は、
送風空気を加熱部にて加熱する暖房モードでは、圧縮機の吐出口→加熱部→暖房用膨張弁→室外熱交換器→暖房用通路→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替え、
送風空気を室内蒸発器にて冷却するとともに、冷却対象物を冷却部にて冷却する冷房+冷却モードでは、圧縮機の吐出口→暖房用膨張弁→室外熱交換器→上流側分岐部→中間圧膨張弁→中間温側通路→圧縮機の中間圧吸入口の順に冷媒を循環させ、さらに、上流側分岐部→高温側通路→下流側分岐部→冷房用膨張弁→室内蒸発器→合流部→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させるとともに、上流側分岐部→高温側通路→下流側分岐部→冷却用膨張弁→冷却部→合流部→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替える冷凍サイクル装置である。
これによれば、暖房モードでは、通常の蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。そして、加熱部(40)にて加熱された送風空気を空調対象空間へ吹き出すことによって、空調対象空間の暖房を行うことができる。
また、冷房+冷却モードでは、室内蒸発器(18)および冷却部(50、52a)が冷媒流れに対して並列的に接続されたガスインジェクションサイクルが構成される。そして、室内蒸発器(18)にて冷却された送風空気を空調対象空間へ吹き出すことによって、空調対象空間の冷房を行うことができる。さらに、冷却部(50、52a)にて冷却対象物(80)を冷却することができる。
つまり、冷房+冷却モードのように、送風空気と冷却対象物との双方を冷却するために冷凍サイクル装置の熱負荷が高くなる運転モード時に、ガスインジェクションサイクルを構成し、暖房モードのように、冷房+冷却モードよりも冷凍サイクル装置の熱負荷が低くなる運転モード時に通常の冷凍サイクルを構成することができる。
従って、冷房+冷却モード時に送風空気および冷却対象物(80)の双方を充分に冷却可能な仕様としても、暖房モード時に過剰な加熱能力が発揮されてしまうことがなく、暖房モード時にも効率的に作動させることができる。
すなわち、請求項1に記載の発明によれば、暖房モード時に、過剰な加熱能力や冷却能力が発揮されてしまうことなく、送風空気および冷却対象物(80)を充分に冷却可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
また、請求項2に記載の発明は、吸入口(11a)から吸入した低圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出口(11c)から吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧吸入口(11b)を有する圧縮機(11)と、圧縮機から吐出された冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、室外熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐する上流側分岐部(13g)と、上流側分岐部にて分岐された一方の冷媒を中間圧吸入口側へ導く中間圧通路(22c)と、中間圧通路を流通する冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧膨張弁(14d、141)と、中間圧膨張弁にて減圧された中間圧冷媒を流通させる中間温側通路(23a)および上流側分岐部にて分岐された他方の冷媒を流通させる高温側通路(23b)とを有し、中間温側通路を流通する中間圧冷媒と高温側通路を流通する冷媒とを熱交換させる内部熱交換器(23)と、高温側通路から流出した冷媒の流れを分岐する下流側分岐部(13e)と、下流側分岐部にて分岐された一方の冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる冷房用膨張弁(14b)と、冷房用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、送風空気を冷却する室内蒸発器(18)と、下流側分岐部にて分岐された他方の冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる冷却用膨張弁(14c)と、冷却用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、冷却対象物を冷却する冷却部(50、52a)と、室内蒸発器から流出した冷媒の流れと冷却部から流出した冷媒の流れとを合流させて、圧縮機の吸入口側へ流出させる合流部(13f)と、冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部(15a〜15e)と、冷房用膨張弁(14b)および冷却用膨張弁(14c)の少なくとも一方の作動を制御する膨張弁制御部(60b)と、を備え、
冷媒回路切替部は、送風空気を室内蒸発器にて冷却するとともに、冷却対象物を冷却部にて冷却する冷房+冷却モードでは、圧縮機の吐出口→暖房用膨張弁→室外熱交換器→上流側分岐部→中間圧膨張弁→中間温側通路→圧縮機の中間圧吸入口の順に冷媒を循環させ、さらに、上流側分岐部→高温側通路→下流側分岐部→冷房用膨張弁→室内蒸発器→合流部→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させるとともに、上流側分岐部→高温側通路→下流側分岐部→冷却用膨張弁→冷却部→合流部→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えるものであり、
膨張弁制御部は、冷房+冷却モードでは、下流側分岐部へ流入する冷媒が過冷却度を有する高圧冷媒となるように、冷房用膨張弁(14b)および冷却用膨張弁(14c)の少なくとも一方の作動を制御する冷凍サイクル装置である。
冷媒回路切替部は、送風空気を室内蒸発器にて冷却するとともに、冷却対象物を冷却部にて冷却する冷房+冷却モードでは、圧縮機の吐出口→暖房用膨張弁→室外熱交換器→上流側分岐部→中間圧膨張弁→中間温側通路→圧縮機の中間圧吸入口の順に冷媒を循環させ、さらに、上流側分岐部→高温側通路→下流側分岐部→冷房用膨張弁→室内蒸発器→合流部→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させるとともに、上流側分岐部→高温側通路→下流側分岐部→冷却用膨張弁→冷却部→合流部→圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えるものであり、
膨張弁制御部は、冷房+冷却モードでは、下流側分岐部へ流入する冷媒が過冷却度を有する高圧冷媒となるように、冷房用膨張弁(14b)および冷却用膨張弁(14c)の少なくとも一方の作動を制御する冷凍サイクル装置である。
これによれば、冷房+冷却モードでは、室内蒸発器(18)および冷却部(50、52a)が冷媒流れに対して並列的に接続されたガスインジェクションサイクルが構成される。そして、室内蒸発器(18)にて冷却された送風空気を空調対象空間へ吹き出すことによって、空調対象空間の冷房を行うことができる。さらに、冷却部(50、52a)にて冷却対象物(80)を冷却することができる。
また、膨張弁制御部(60b)が、下流側分岐部(13e)へ流入する冷媒が過冷却度を有する高圧冷媒となるように、冷房用膨張弁(14b)および冷却用膨張弁(14c)の少なくとも一方の作動を制御する。これにより、下流側分岐部(13e)では、液相冷媒の流れを分岐することができる。
従って、下流側分岐部(13e)にて気液二相冷媒の流れを分岐する場合に対して、冷房用膨張弁(14b)を介して室内蒸発器(18)へ流入する冷媒流量(質量流量)と冷却用膨張弁(14c)を介して冷却部(50、52a)へ流入する冷媒流量(質量流量)との流量比を精度良く調整することができる。
すなわち、請求項2に記載の発明によれば、冷房+冷却モード時に、送風空気および冷却対象物(80)を適切に冷却可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
(第1実施形態)
図1〜図25を用いて、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置10を、電動モータから走行用の駆動力を得る電気自動車に搭載された車両用空調装置1に適用している。この車両用空調装置1は、空調対象空間である車室内の空調を行うだけでなく、バッテリ80の温度を調整する機能を有している。このため、車両用空調装置1は、バッテリ温度調整機能付きの空調装置と呼ぶこともできる。
図1〜図25を用いて、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置10を、電動モータから走行用の駆動力を得る電気自動車に搭載された車両用空調装置1に適用している。この車両用空調装置1は、空調対象空間である車室内の空調を行うだけでなく、バッテリ80の温度を調整する機能を有している。このため、車両用空調装置1は、バッテリ温度調整機能付きの空調装置と呼ぶこともできる。
バッテリ80は、電動モータ等の車載機器へ供給される電力を蓄える二次電池である。本実施形態のバッテリ80は、リチウムイオン電池である。バッテリ80は、複数の電池セル81を積層配置し、これらの電池セル81を電気的に直列あるいは並列に接続することによって形成された、いわゆる組電池である。
この種のバッテリは、低温になると出力が低下しやすく、高温になると劣化が進行しやすい。このため、バッテリの温度は、バッテリの充放電容量を充分に活用することができる適切な温度範囲内(本実施形態では、15℃以上、かつ、55℃以下)に維持されている必要がある。
そこで、車両用空調装置1では、冷凍サイクル装置10によって生成された冷熱によってバッテリ80を冷却することができるようになっている。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10における送風空気とは異なる冷却対象物は、バッテリ80である。
車両用空調装置1は、図1の全体構成図に示すように、冷凍サイクル装置10、室内空調ユニット30、高温側熱媒体回路40、低温側熱媒体回路50等を備えている。
冷凍サイクル装置10は、車室内の空調を行うために、車室内へ送風される送風空気を冷却する機能、および高温側熱媒体回路40を循環する高温側熱媒体を加熱する機能を果たす。さらに、冷凍サイクル装置10は、バッテリ80を冷却するために、低温側熱媒体回路50を循環する低温側熱媒体を冷却する機能を果たす。
冷凍サイクル装置10は、車室内の空調を行うために、様々な運転モード用の冷媒回路を切替可能に構成されている。例えば、冷房モードの冷媒回路、除湿暖房モードの冷媒回路、暖房モードの冷媒回路等を切替可能に構成されている。さらに、冷凍サイクル装置10は、空調用の各運転モードにおいて、バッテリ80を冷却する運転モードとバッテリ80の冷却を行わない運転モードとを切り替えることができる。
また、冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、R1234yf)を採用しており、圧縮機11から吐出された吐出冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されている。冷凍機油の一部は、冷媒とともにサイクルを循環している。
冷凍サイクル装置10の構成機器のうち、圧縮機11は、冷凍サイクル装置10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出する二段昇圧式の電動圧縮機である。圧縮機11は、その外殻を形成するハウジングの内部に、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との2つの圧縮機構、および双方の圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成されたものである。圧縮機11は、後述する制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
圧縮機11には、吸入口11a、中間圧吸入口11b、吐出口11cが設けられている。吸入口11aは、ハウジングの外部から低段側圧縮機構へ低圧冷媒を吸入するための吸入口である。吐出口11cは、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒をハウジングの外部へ吐出させる吐出口である。
中間圧吸入口11bは、ハウジングの外部から中間圧冷媒を流入させて、低圧から高圧へ圧縮過程の冷媒に合流させるための中間圧冷媒用の吸入口である。つまり、中間圧吸入口11bは、ハウジングの内部で低段側圧縮機構の吐出口側および高段側圧縮機構の吸入口側に接続されている。
圧縮機11の吐出口11cには、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路の入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器12は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒を流通させる冷媒通路と、高温側熱媒体回路40を循環する高温側熱媒体を流通させる水通路とを有している。そして、水−冷媒熱交換器12は、冷媒通路を流通する高圧冷媒と、水通路を流通する高温側熱媒体とを熱交換させて、高温側熱媒体を加熱する加熱用の熱交換器である。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路の出口には、互いに連通する3つの流入出口を有する第1三方継手13aの流入口側が接続されている。このような三方継手としては、複数の配管を接合して形成されたものや、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けることによって形成されたものを採用することができる。
さらに、冷凍サイクル装置10は、後述するように、第2〜第7三方継手13b〜13gを備えている。これらの第2〜第7三方継手13b〜13gの基本的構成は、第1三方継手13aと同様である。
第1三方継手13aの一方の流出口には、暖房用膨張弁14aの入口側が接続されている。第1三方継手13aの他方の流出口には、バイパス通路22aを介して、第2三方継手13bの一方の流入口側が接続されている。バイパス通路22aには、除湿用開閉弁15aが配置されている。
除湿用開閉弁15aは、第1三方継手13aの他方の流出口側と第2三方継手13bの一方の流入口側とを接続する冷媒通路を開閉する電磁弁である。さらに、冷凍サイクル装置10は、後述するように、暖房用開閉弁15bを備えている。暖房用開閉弁15bの基本的構成は、除湿用開閉弁15aと同様である。
除湿用開閉弁15aおよび暖房用開閉弁15bは、冷媒通路を開閉することで、各運転モードの冷媒回路を切り替えることができる。従って、除湿用開閉弁15aおよび暖房用開閉弁15bは、サイクルの冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部である。除湿用開閉弁15aおよび暖房用開閉弁15bは、制御装置60から出力される制御電圧によって、その作動が制御される。
暖房用膨張弁14aは、少なくとも車室内の暖房を行う運転モード時に、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した高圧冷媒を減圧させるとともに、下流側へ流出させる冷媒の流量(質量流量)を調整する暖房用減圧部である。暖房用膨張弁14aは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の開度を変化させる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。
さらに、冷凍サイクル装置10は、後述するように、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14c、および中間圧膨張弁14dを備えている。冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14c、および中間圧膨張弁14dの基本的構成は、暖房用膨張弁14aと同様である。
暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14c、および中間圧膨張弁14dは、弁開度を全開にすることで流量調整作用および冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能、および弁開度を全閉にすることで冷媒通路を閉塞する全閉機能を有している。
そして、この全開機能および全閉機能によって、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14c、および中間圧膨張弁14dは、各運転モードの冷媒回路を切り替えることができる。
従って、本実施形態の暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14c、および中間圧膨張弁14dは、冷媒回路切替部としての機能も兼ね備えている。暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁14cは、制御装置60から出力される制御信号(制御パルス)によって、その作動が制御される。
暖房用膨張弁14aの出口には、室外熱交換器16の冷媒入口側が接続されている。室外熱交換器16は、暖房用膨張弁14aから流出した冷媒と図示しない冷却ファンにより送風された外気とを熱交換させる熱交換器である。室外熱交換器16は、駆動装置室内の前方側に配置されている。このため、車両走行時には、室外熱交換器16に走行風を当てることができる。
室外熱交換器16の冷媒出口には、第3三方継手13cの流入口側が接続されている。第3三方継手13cの一方の流出口には、暖房用通路22bを介して、第4三方継手13dの一方の流入口側が接続されている。暖房用通路22bには、この冷媒通路を開閉する暖房用開閉弁15bが配置されている。
第3三方継手13cの他方の流出口には、逆止弁17を介して、第7三方継手13gの流入口側が接続されている。逆止弁17は、第3三方継手13c側から第7三方継手13g側へ冷媒が流れることを許容し、第7三方継手13g側から第3三方継手13c側へ冷媒が流れることを禁止する機能を果たす。
第7三方継手13gの一方の流出口には、中間圧通路22cを介して、圧縮機11の中間圧吸入口11b側が接続されている。中間圧通路22cには、中間圧膨張弁14dおよび内部熱交換器23の中間温側通路23aが配置されている。第7三方継手13gの他方の流出口には、内部熱交換器23の高温側通路23bの入口側が接続されている。
中間圧膨張弁14dは、少なくとも車室内の冷房とバッテリ80の冷却との双方を行う冷房+冷却モード時に、第7三方継手13gにて分岐された一方の冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させるとともに、圧縮機11の中間圧吸入口11bから吸入される冷媒の流量(質量流量)を調整する中間圧減圧部である。
内部熱交換器23は、中間圧膨張弁14dにて減圧された中間圧冷媒を流通させる中間温側通路23aと、第7三方継手13gにて分岐された他方の冷媒を流通させる高温側通路23bとを有している。そして、内部熱交換器23は、中間温側通路23aを流通する中間圧冷媒と、高温側通路23bを流通する冷媒とを熱交換させる熱交換器である。
内部熱交換器23bでは、中間温側通路23aを流通する中間圧冷媒が加熱されて、エンタルピを増加させる。また、高温側通路23bを流通する冷媒が冷却されて、エンタルピを減少させる。
内部熱交換器23の高温側通路23bの出口には、第2三方継手13bの他方の流入口側が接続されている。第2三方継手13bの流出口には、第5三方継手13eの流入口側が接続されている。第5三方継手13eの一方の流出口には、冷房用膨張弁14bの入口側が接続されている。第5三方継手13eの他方の流出口には、冷却用膨張弁14cの入口側が接続されている。
冷房用膨張弁14bは、少なくとも車室内の冷房を行う運転モード時に、室外熱交換器16から流出した冷媒を減圧させるとともに、下流側へ流出させる冷媒の流量を調整する冷房用減圧部である。
冷房用膨張弁14bの出口には、室内蒸発器18の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器18は、後述する室内空調ユニット30の空調ケース31内に配置されている。室内蒸発器18は、冷房用膨張弁14bにて減圧された低圧冷媒と送風機32から送風された送風空気とを熱交換させて低圧冷媒を蒸発させ、低圧冷媒に吸熱作用を発揮させることによって送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。室内蒸発器18の冷媒出口には、第6三方継手13fの一方の流入口側が接続されている。
冷却用膨張弁14cは、少なくともバッテリ80の冷却を行う運転モード時に、室外熱交換器16から流出した冷媒を減圧させるとともに、下流側へ流出させる冷媒の流量を調整する冷却用減圧部である。
冷却用膨張弁14cの出口には、チラー19の冷媒通路の入口側が接続されている。チラー19は、冷却用膨張弁14cにて減圧された低圧冷媒を流通させる冷媒通路と、低温側熱媒体回路50を循環する低温側熱媒体を流通させる水通路とを有している。そして、チラー19は、冷媒通路を流通する低圧冷媒と、水通路を流通する低温側熱媒体とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発部である。チラー19の冷媒通路の出口には、第6三方継手13fの他方の流入口側が接続されている。
第6三方継手13fの流出口には、蒸発圧力調整弁20の入口側が接続されている。蒸発圧力調整弁20は、室内蒸発器18の着霜を抑制するために、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力を、予め定めた基準圧力以上に維持する機能を果たす。蒸発圧力調整弁20は、室内蒸発器18の出口側冷媒の圧力の上昇に伴って、弁開度を増加させる機械式の可変絞り機構で構成されている。
これにより、蒸発圧力調整弁20は、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度を、室内蒸発器18の着霜を抑制可能な着霜抑制温度(本実施形態では、1℃)以上に維持している。さらに、本実施形態の蒸発圧力調整弁20は、合流部である第6三方継手13fよりも冷媒流れ下流側に配置されている。このため、蒸発圧力調整弁20は、チラー19における冷媒蒸発温度についても、着霜抑制温度以上に維持している。
蒸発圧力調整弁20の出口には、第4三方継手13dの他方の流入口側が接続されている。第4三方継手13dの流出口には、アキュムレータ21の入口側が接続されている。アキュムレータ21は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰液相冷媒を蓄える気液分離器である。アキュムレータ21の気相冷媒出口には、圧縮機11の吸入口11a側が接続されている。
以上の説明から明らかなように、本実施形態の第7三方継手13gは、室外熱交換器16から流出した冷媒の流れを分岐する上流側分岐部として機能する。
また、第5三方継手13eは、内部熱交換器23の高温側通路23bから流出した冷媒の流れを分岐する下流側分岐部として機能する。また、第6三方継手13fは、室内蒸発器18から流出した冷媒の流れとチラー19から流出した冷媒の流れとを合流させて、圧縮機11の吸入側へ流出させる合流部である。そして、室内蒸発器18およびチラー19は、冷媒流れに対して互いに並列的に接続されている。
また、バイパス通路22aは、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒を、内部熱交換器23の高温側通路23bの下流側であって、第5三方継手13eの上流側へ導いている。つまり、バイパス通路22aの出口部は、内部熱交換器23の高温側通路23bの出口部から下流側分岐部である第5三方継手13eの流入口へ至る冷媒流路に接続されている。
また、暖房用通路22bは、第7三方継手13gよりも上流側(すなわち、内部熱交換器23の高温側通路23bの上流側)の冷媒を、圧縮機11の吸入口11a側へ導いている。つまり、暖房用通路22bの入口部は、室外熱交換器16の冷媒出口から上流側分岐部である第7三方継手13gの流入口へ至る冷媒流路に接続されている。
次に、高温側熱媒体回路40について説明する。高温側熱媒体回路40は、高温側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路である。高温側熱媒体としては、エチレングリコール、ジメチルポリシロキサン、あるいはナノ流体等を含む溶液、不凍液等を採用することができる。高温側熱媒体回路40には、水−冷媒熱交換器12の水通路、高温側熱媒体ポンプ41、ヒータコア42等が配置されている。
高温側熱媒体ポンプ41は、高温側熱媒体を水−冷媒熱交換器12の水通路の入口側へ圧送する水ポンプである。高温側熱媒体ポンプ41は、制御装置60から出力される制御電圧によって、回転数(すなわち、圧送能力)が制御される電動ポンプである。
水−冷媒熱交換器12の水通路の出口には、ヒータコア42の熱媒体入口側が接続されている。ヒータコア42は、水−冷媒熱交換器12にて加熱された高温側熱媒体と室内蒸発器18を通過した送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する熱交換器である。ヒータコア42は、室内空調ユニット30の空調ケース31内に配置されている。ヒータコア42の熱媒体出口には、高温側熱媒体ポンプ41の吸入口側が接続されている。
従って、高温側熱媒体回路40では、高温側熱媒体ポンプ41が、ヒータコア42へ流入する高温側熱媒体の流量を調整することによって、ヒータコア42における高温側熱媒体の送風空気への放熱量、すなわち、ヒータコア42における送風空気の加熱量を調整することができる。
つまり、本実施形態では、水−冷媒熱交換器12および高温側熱媒体回路40の各構成機器によって、圧縮機11から吐出された冷媒を熱源として、送風空気を加熱する加熱部が構成されている。
次に、低温側熱媒体回路50について説明する。低温側熱媒体回路50は、低温側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路である。低温側熱媒体としては、高温側熱媒体と同様の流体を採用することができる。低温側熱媒体回路50には、チラー19の水通路、低温側熱媒体ポンプ51、冷却用熱交換部52、三方弁53、低温側ラジエータ54等が配置されている。
低温側熱媒体ポンプ51は、低温側熱媒体をチラー19の水通路の入口側へ圧送する水ポンプである。低温側熱媒体ポンプ51の基本的構成は、高温側熱媒体ポンプ41と同様である。
チラー19の水通路の出口には、冷却用熱交換部52の入口側が接続されている。冷却用熱交換部52は、バッテリ80を形成する複数の電池セル81に接触するように配置された金属製の複数の熱媒体流路を有している。そして、熱媒体流路を流通する低温側熱媒体と電池セル81とを熱交換させることによって、バッテリ80を冷却する熱交換部である。
このような冷却用熱交換部52は、積層配置された電池セル81同士の間に熱媒体流路を配置することによって形成すればよい。また、冷却用熱交換部52は、バッテリ80に一体的に形成されていてもよい。例えば、積層配置された電池セル81を収容する専用ケースに熱媒体流路を設けることによって、バッテリ80に一体的に形成されていてもよい。
冷却用熱交換部52の出口には、三方弁53の流入口側が接続されている。三方弁53は、1つの流入口と、2つの流出口とを有し、2つの流出口の通路面積比を連続的に調整可能な電気式の三方流量調整弁である。三方弁53は、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
三方弁53の一方の流出口には、低温側ラジエータ54の熱媒体入口側が接続されている。三方弁53の他方の流出口には、低温側熱媒体ポンプ51の吸入口側が接続されている。従って、三方弁53は、低温側熱媒体回路50において、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体のうち、低温側ラジエータ54へ流入させる低温側熱媒体の流量を連続的に調整する機能を果たしている。
低温側ラジエータ54は、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体と図示しない外気ファンにより送風された外気とを熱交換させて、低温側熱媒体の有する熱を外気に放熱させる熱交換器である。
低温側ラジエータ54は、駆動装置室内の前方側に配置されている。このため、車両走行時には、低温側ラジエータ54に走行風を当てることができる。従って、低温側ラジエータ54は、室外熱交換器16等と一体的に形成されていてもよい。低温側ラジエータ54の熱媒体出口には、低温側熱媒体ポンプ51の吸入口側が接続されている
従って、低温側熱媒体回路50では、低温側熱媒体ポンプ51が、冷却用熱交換部52へ流入する低温側熱媒体の流量を調整することによって、冷却用熱交換部52における低温側熱媒体がバッテリ80から奪う吸熱量を調整することができる。つまり、本実施形態では、チラー19および低温側熱媒体回路50の各構成機器によって、冷却用膨張弁14cから流出した冷媒を蒸発させて、バッテリ80を冷却する冷却部が構成されている。
従って、低温側熱媒体回路50では、低温側熱媒体ポンプ51が、冷却用熱交換部52へ流入する低温側熱媒体の流量を調整することによって、冷却用熱交換部52における低温側熱媒体がバッテリ80から奪う吸熱量を調整することができる。つまり、本実施形態では、チラー19および低温側熱媒体回路50の各構成機器によって、冷却用膨張弁14cから流出した冷媒を蒸発させて、バッテリ80を冷却する冷却部が構成されている。
次に、室内空調ユニット30について説明する。室内空調ユニット30は、冷凍サイクル装置10によって温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すためのものである。室内空調ユニット30は、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されている。
室内空調ユニット30は、図1に示すように、その外殻を形成する空調ケース31内に形成された空気通路内に送風機32、室内蒸発器18、ヒータコア42等を収容したものである。
空調ケース31は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成している。空調ケース31は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。
空調ケース31の送風空気流れ最上流側には、内外気切替装置33が配置されている。内外気切替装置33は、空調ケース31内へ内気(車室内空気)と外気(車室外空気)とを切替導入するものである。
内外気切替装置33は、空調ケース31内へ内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の導入風量と外気の導入風量との導入割合を変化させるものである。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動される。この電動アクチュエータは、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
内外気切替装置33の送風空気流れ下流側には、送風機32が配置されている。送風機32は、内外気切替装置33を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風するものである。送風機32は、遠心多翼ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。送風機32は、制御装置60から出力される制御電圧によって、回転数(すなわち、送風能力)が制御される。
送風機32の送風空気流れ下流側には、室内蒸発器18、ヒータコア42が、送風空気流れに対して、この順に配置されている。つまり、室内蒸発器18は、ヒータコア42よりも、送風空気流れ上流側に配置されている。
空調ケース31内には、室内蒸発器18通過後の送風空気を、ヒータコア42を迂回して流す冷風バイパス通路35が設けられている。空調ケース31内の室内蒸発器18の送風空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア42の送風空気流れ上流側には、エアミックスドア34が配置されている。
エアミックスドア34は、室内蒸発器18通過後の送風空気のうち、ヒータコア42側を通過する送風空気の風量と冷風バイパス通路35を通過させる送風空気の風量との風量割合を調整する風量割合調整部である。エアミックスドア34は、エアミックスドア用の電動アクチュエータによって駆動される。この電動アクチュエータは、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
空調ケース31内のヒータコア42および冷風バイパス通路35の送風空気流れ下流側には、混合空間が配置されている。混合空間は、ヒータコア42にて加熱された送風空気と冷風バイパス通路35を通過して加熱されていない送風空気とを混合させる空間である。
さらに、空調ケース31の送風空気流れ下流部には、混合空間にて混合された送風空気(すなわち、空調風)を、空調対象空間である車室内へ吹き出すための開口穴が配置されている。
この開口穴としては、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。フェイス開口穴は、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。フット開口穴は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。デフロスタ開口穴は、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。
これらのフェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)に接続されている。
従って、エアミックスドア34が、ヒータコア42を通過させる風量と冷風バイパス通路35を通過させる風量との風量割合を調整することによって、混合空間にて混合される空調風の温度が調整される。そして、各吹出口から車室内へ吹き出される送風空気(空調風)の温度が調整される。
また、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ上流側には、それぞれ、フェイスドア、フットドア、およびデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。フェイスドアは、フェイス開口穴の開口面積を調整するものである。フットドアは、フット開口穴の開口面積を調整するものである。デフロスタドアは、フロスタ開口穴の開口面積を調整するものである。
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替装置を構成するものである。これらのドアは、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。この電動アクチュエータも、制御装置60から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
吹出口モード切替装置によって切り替えられる吹出口モードとしては、具体的に、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード等がある。
フェイスモードは、フェイス吹出口を全開としてフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出す吹出口モードである。バイレベルモードは、フェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出す吹出口モードである。フットモードは、フット吹出口を全開とするとともにデフロスタ吹出口を小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出す吹出口モードである。
さらに、乗員が操作パネル70に設けられた吹出モード切替スイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタモードに切り替えることもできる。デフロスタモードは、デフロスタ吹出口を全開としてデフロスタ吹出口からフロント窓ガラス内面に空気を吹き出す吹出口モードである。
次に、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。制御装置60は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。そして、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された各種制御対象機器11、14a〜14d、15a、15b、32、41、51、53等の作動を制御する。
また、制御装置60の入力側には、図2のブロック図に示すように、内気温センサ61、外気温センサ62、日射センサ63、第1〜第5冷媒温度センサ64a〜64e、蒸発器温度センサ64f、中間圧温度センサ64g、第1、第2冷媒圧力センサ65a、65b、中間圧圧力センサ65c、高温側熱媒体温度センサ66a、第1、第2低温側熱媒体温度センサ67a、67b、バッテリ温度センサ68、空調風温度センサ69等が接続されている。そして、制御装置60には、これらのセンサ群の検出信号が入力される。
内気温センサ61は、車室内温度(内気温)Trを検出する内気温検出部である。外気温センサ62は、車室外温度(外気温)Tamを検出する外気温検出部である。日射センサ63は、車室内へ照射される日射量Tsを検出する日射量検出部である。
第1冷媒温度センサ64aは、圧縮機11から吐出された冷媒の温度T1を検出する吐出冷媒温度検出部である。第2冷媒温度センサ64bは、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の温度T2を検出する第2冷媒温度検出部である。第3冷媒温度センサ64cは、室外熱交換器16から流出した冷媒の温度T3を検出する第3冷媒温度検出部である。
第4冷媒温度センサ64dは、室内蒸発器18から流出した冷媒の温度T4を検出する第4冷媒温度検出部である。第5冷媒温度センサ64eは、チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の温度T5を検出する第5冷媒温度検出部である。
蒸発器温度センサ64fは、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度(蒸発器温度)Tefinを検出する蒸発器温度検出部である。本実施形態の蒸発器温度センサ64fでは、具体的に、室内蒸発器18の熱交換フィン温度を検出している。
中間圧温度センサ64gは、内部熱交換器23の中間温側通路23aから流出した冷媒の中間圧温度T8を検出する中間圧温度検出部である。
第1冷媒圧力センサ65aは、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の圧力P1を検出する第1冷媒圧力検出部である。第2冷媒圧力センサ65bは、チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の圧力P2を検出する第2冷媒圧力検出部である。中間圧圧力センサ65cは、内部熱交換器23の中間温側通路23aから流出した冷媒の中間圧冷媒圧力P3を検出する中間圧圧力検出部である。
高温側熱媒体温度センサ66aは、水−冷媒熱交換器12の水通路から流出した高温側熱媒体の温度である高温側熱媒体温度TWHを検出する高温側熱媒体温度検出部である。
第1低温側熱媒体温度センサ67aは、チラー19の水通路から流出した低温側熱媒体の温度である第1低温側熱媒体温度TWL1を検出する第1低温側熱媒体温度検出部である。第2低温側熱媒体温度センサ67bは、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体の温度である第2低温側熱媒体温度TWL2を検出する第2低温側熱媒体温度検出部である。
バッテリ温度センサ68は、バッテリ温度TB(すなわち、バッテリ80の温度)を検出するバッテリ温度検出部である。本実施形態のバッテリ温度センサ68は、複数の温度センサを有し、バッテリ80の複数の箇所の温度を検出している。このため、制御装置60では、バッテリ80の各部の温度差を検出することもできる。さらに、バッテリ温度TBとしては、複数の温度センサの検出値の平均値を採用している。
空調風温度センサ69は、混合空間から車室内へ送風される送風空気温度TAVを検出する空調風温度検出部である。
さらに、制御装置60の入力側には、図2に示すように、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル70が接続され、この操作パネル70に設けられた各種操作スイッチからの操作信号が入力される。
操作パネル70に設けられた各種操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置の自動制御運転を設定あるいは解除するオートスイッチ、室内蒸発器18で送風空気の冷却を行うことを要求するエアコンスイッチ、送風機32の風量をマニュアル設定する風量設定スイッチ、車室内の目標温度Tsetを設定する温度設定スイッチ、吹出モードをマニュアル設定する吹出モード切替スイッチ等がある。
なお、本実施形態の制御装置60は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御部が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部を構成している。
例えば、制御装置60のうち、圧縮機11の冷媒吐出能力(具体的には、圧縮機11の回転数)を制御する構成は、圧縮機制御部60aを構成している。また、暖房用膨張弁14a、冷房用膨張弁14b、冷却用膨張弁14cおよび中間圧膨張弁14dの作動を制御する構成は、膨張弁制御部60bを構成している。除湿用開閉弁15aおよび暖房用開閉弁15bの作動を制御する構成は、冷媒回路切替制御部60cを構成している。
さらに、高温側熱媒体ポンプ41の高温側熱媒体の圧送能力を制御する構成は、高温側熱媒体ポンプ制御部60dを構成している。低温側熱媒体ポンプ51の低温側熱媒体の圧送能力を制御する構成は、低温側熱媒体ポンプ制御部60eを構成している。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。前述の如く、本実施形態の車両用空調装置1は、車室内の空調を行うだけでなく、バッテリ80の温度を調整する機能を有している。このため、冷凍サイクル装置10では、冷媒回路を切り替えて、以下の11種類の運転モードでの運転を行うことができる。
(1)冷房モード:冷房モードは、バッテリ80の冷却を行うことなく、送風空気を冷却して車室内へ吹き出すことによって車室内の冷房を行う運転モードである。
(2)直列除湿暖房モード:直列除湿暖房モードは、バッテリ80の冷却を行うことなく、冷却されて除湿された送風空気を再加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の除湿暖房を行う運転モードである。
(3)並列除湿暖房モード:並列除湿暖房モードは、バッテリ80の冷却を行うことなく、冷却されて除湿された送風空気を直列除湿暖房モードよりも高い加熱能力で再加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の除湿暖房を行う運転モードである。
(4)暖房モード:暖房モードは、バッテリ80の冷却を行うことなく、送風空気を加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行う運転モードである。
(5)冷房+冷却モード:冷房+冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、送風空気を冷却して車室内へ吹き出すことによって車室内の冷房を行う運転モードである。
(6)直列除湿暖房+冷却モード:直列除湿暖房+冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、冷却されて除湿された送風空気を再加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の除湿暖房を行う運転モードである。
(7)並列除湿暖房+冷却モード:並列除湿暖房+冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、冷却されて除湿された送風空気を直列除湿暖房+冷却モードよりも高い加熱能力で再加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の除湿暖房を行う運転モードである。
(8)暖房+冷却モード:暖房+冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、送風空気を加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行う運転モードである。
(9)暖房+直列冷却モード:暖房+直列冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、送風空気を暖房+冷却モードよりも高い加熱能力で加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行う運転モードである。
(10)暖房+並列冷却モード:暖房+並列冷却モードは、バッテリ80の冷却を行うとともに、送風空気を暖房+直列冷却モードよりも高い加熱能力で加熱して車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行う運転モードである。
(11)冷却モード:車室内の空調を行うことなく、バッテリ80の冷却を行う運転モードである。
これらの運転モードの切り替えは、空調制御プログラムが実行されることによって行われる。空調制御プログラムは、乗員の操作によって操作パネル70のオートスイッチが投入(ON)されて、車室内の自動制御が設定された際に実行される。図3〜図25を用いて、空調制御プログラムについて説明する。また、図3等のフローチャートに示す各制御ステップは、制御装置60が有する機能実現部である。
まず、図3のステップS10では、上述したセンサ群の検出信号、および操作パネル70の操作信号を読み込む。続くステップS20では、ステップS10にて読み込んだ検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ送風される送風空気の目標温度である目標吹出温度TAOを決定する。従って、ステップS20は、目標吹出温度決定部である。
具体的には、目標吹出温度TAOは、以下数式F1によって算出される。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×Ts+C…(F1)
なお、Tsetは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度である。Trは内気センサによって検出された車室内温度である。Tamは外気センサによって検出された車室外温度である。Tsは日射センサによって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×Ts+C…(F1)
なお、Tsetは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度である。Trは内気センサによって検出された車室内温度である。Tamは外気センサによって検出された車室外温度である。Tsは日射センサによって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
次に、ステップS30では、エアコンスイッチがON(投入)されているか否かが判定される。エアコンスイッチがONされていることは、乗員が車室内の冷房あるいは除湿を要求していることを意味している。換言すると、エアコンスイッチがONされていることは、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することが要求されていることを意味している。
ステップS30にて、エアコンスイッチがONされていると判定された場合は、ステップS40へ進む。ステップS30にて、エアコンスイッチがONされていないと判定された場合は、ステップS160へ進む。
ステップS40では、外気温Tamが予め定めた基準外気温KA(本実施形態では、0℃)以上であるか否かが判定される。基準外気温KAは、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することが、空調対象空間の冷房あるいは除湿を行うために有効となるように設定されている。
より詳細には、本実施形態では、室内蒸発器18の着霜を抑制するために、蒸発圧力調整弁20によって室内蒸発器18における冷媒蒸発温度を着霜抑制温度(本実施形態では、1℃)以上に維持している。このため、室内蒸発器18では、送風空気を着霜抑制温度より低い温度に冷却することができない。
つまり、室内蒸発器18へ流入する送風空気の温度が着霜抑制温度の温度よりも低くなっている際には、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することは有効ではない。そこで、基準外気温KAを着霜抑制温度より低い値に設定し、外気温Tamが基準外気温KAより低くなっている際には、室内蒸発器18にて送風空気を冷却しないようにしている。
ステップS40にて、外気温Tamが基準外気温KA以上であると判定された場合は、ステップS50へ進む。ステップS40にて、外気温Tamが基準外気温KA以上ではないと判定された場合は、ステップS160へ進む。
ステップS50では、目標吹出温度TAOが冷房用基準温度α1以下であるか否かが判定される。冷房用基準温度α1は、外気温Tamに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。本実施形態では、図5に示すように、外気温Tamの低下に伴って、冷房用基準温度α1が低い値となるように決定される。
ステップS50にて、目標吹出温度TAOが冷房用基準温度α1以下であると判定された場合は、ステップS60へ進む。ステップS50にて、目標吹出温度TAOが冷房用基準温度α1以下ではないと判定された場合は、ステップS90へ進む。
ステップS60では、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。具体的には、本実施形態では、バッテリ温度センサ68によって検出されたバッテリ温度TBが予め定めた基準冷却温度KTB(本実施形態では、35℃)以上となっている際に、バッテリ80の冷却が必要であると判定する。また、バッテリ温度TBが基準冷却温度KTBより低くなっている際に、バッテリ80の冷却は必要でないと判定する。
ステップS60にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS70へ進み、運転モードとして(5)冷房+冷却モードが選択される。ステップS60にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS80へ進み、運転モードとして(1)冷房モードが選択される。
ステップS90では、目標吹出温度TAOが除湿用基準温度β1以下であるか否かが判定される。除湿用基準温度β1は、外気温Tamに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。
本実施形態では、図5に示すように、冷房用基準温度α1と同様に、外気温Tamの低下に伴って、除湿用基準温度β1が低い値となるように決定される。さらに、除湿用基準温度β1は、冷房用基準温度α1よりも高い値に決定される。
ステップS90にて、目標吹出温度TAOが除湿用基準温度β1以下であると判定された場合は、ステップS100へ進む。ステップS90にて、目標吹出温度TAOが除湿用基準温度β1以下ではないと判定された場合は、ステップS130へ進む。
ステップS100では、ステップS60と同様に、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。
ステップS100にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS110へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして(6)直列除湿暖房+冷却モードが選択される。ステップS100にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS120へ進み、運転モードとして(2)直列除湿暖房モードが選択される。
ステップS130では、ステップS60と同様に、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。
ステップS130にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS140へ進み、冷凍サイクル装置10の運転モードとして(7)並列除湿暖房+冷却モードが選択される。ステップS100にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS150へ進み、運転モードとして(3)並列除湿暖房モードが選択される。
続いて、ステップS30あるいはステップS40からステップS160へ進んだ場合について説明する。ステップS30あるいはステップS40からステップS160へ進んだ場合は、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することが有効ではないと判定された場合である。ステップS160では、図4に示すように、目標吹出温度TAOが暖房用基準温度γ以上であるか否かが判定される。
暖房用基準温度γは、外気温Tamに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。本実施形態では、図6に示すように、外気温Tamの低下に伴って、暖房用基準温度γが低い値となるように決定される。暖房用基準温度γは、ヒータコア42にて送風空気を加熱することが、空調対象空間の暖房を行うために有効となるように設定されている。
ステップS160にて、目標吹出温度TAOが暖房用基準温度γ以上であると判定された場合は、ヒータコア42にて送風空気を加熱する必要がある場合であり、ステップS170へ進む。ステップS160にて、目標吹出温度TAOが暖房用基準温度γ以上ではないと判定された場合は、ヒータコア42にて送風空気を加熱する必要がない場合であり、ステップS240へ進む。
ステップS170では、ステップS60と同様に、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。
ステップS170にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS180へ進む。ステップS170にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS230へ進み、運転モードとして(4)暖房モードが選択される。
ここで、ステップS170にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定されてステップS180へ進んだ場合は、車室内の暖房とバッテリ80の冷却との双方を行う必要がある。このため、冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12にて冷媒が高温側熱媒体へ放熱する放熱量と、チラー19にて冷媒が低温側熱媒体から吸熱する吸熱量とを適切に調整する必要がある。
そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、車室内の暖房とバッテリ80の冷却との双方を行う必要がある場合には、図4のステップS180〜S220に示すように、(8)暖房+冷却モード、(9)暖房+直列冷却モード、(10)暖房+並列冷却モードの3つの運転モードを切り替える。
まず、ステップS180では、目標吹出温度TAOが低温側冷却基準温度α2以下であるか否かが判定される。低温側冷却基準温度α2は、外気温Tamに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。
本実施形態では、図7に示すように、外気温Tamの低下に伴って、低温側冷却基準温度α2が低い値となるように決定される。さらに、同一の外気温Tamでは、低温側冷却基準温度α2は、冷房用基準温度α1よりも高い値に決定される。
ステップS180にて、目標吹出温度TAOが低温側冷却基準温度α2以下であると判定された場合は、ステップS190へ進み、運転モードとして(8)暖房+冷却モードが選択される。ステップS180にて、目標吹出温度TAOが低温側冷却基準温度α2以下ではないと判定された場合は、ステップS200へ進む。
ステップS200では、目標吹出温度TAOが高温側冷却基準温度β2以下であるか否かが判定される。高温側冷却基準温度β2は、外気温Tamに基づいて、予め制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。
本実施形態では、図7に示すように、低温側冷却基準温度α2と同様に、外気温Tamの低下に伴って、高温側冷却基準温度β2が低い値となるように決定される。さらに、高温側冷却基準温度β2は、低温側冷却基準温度α2よりも高い値に決定される。また、同一の外気温Tamでは、高温側冷却基準温度β2は、除湿用基準温度β1よりも高い値に決定される。
ステップS200にて、目標吹出温度TAOが高温側冷却基準温度β2以下であると判定された場合は、ステップS210へ進み、運転モードとして(9)暖房+直列冷却モードが選択される。ステップS200にて、目標吹出温度TAOが高温側冷却基準温度β2以下ではないと判定された場合は、ステップS220へ進み、運転モードとして(10)暖房+並列冷却モードが選択される。
続いて、ステップS160からステップS240へ進んだ場合について説明する。ステップS160からステップS240へ進んだ場合は、ヒータコア42にて送風空気を加熱する必要がない場合である。そこで、ステップS240では、ステップS60と同様に、バッテリ80の冷却が必要であるか否かが判定される。
ステップS240にて、バッテリ80の冷却が必要であると判定された場合は、ステップS250へ進み、運転モードとして(11)冷却モードが選択される。ステップS200にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、ステップS260へ進み、運転モードとして送風モードが選択されて、ステップS10へ戻る。
送風モードは、圧縮機11を停止させて、風量設定スイッチによって設定された設定信号に応じて送風機32を作動させる運転モードである。なお、ステップS240にて、バッテリ80の冷却が必要でないと判定された場合は、車室内の空調および電池の冷却のための冷凍サイクル装置10を作動させる必要がない場合である。
本実施形態の空調制御プログラムでは、以上の如く、冷凍サイクル装置10の運転モードの切り替えを行う。さらに、この空調制御プログラムでは、冷凍サイクル装置10の各構成機器の作動のみならず、加熱部を構成する高温側熱媒体回路40の高温側熱媒体ポンプ41、並びに、冷却部を構成する低温側熱媒体回路50の低温側熱媒体ポンプ51および三方弁53の作動も制御している。
具体的には、制御装置60は、上述した冷凍サイクル装置10の運転モードによらず、予め定めた各運転モード毎の基準圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ41の作動を制御する。
従って、高温側熱媒体回路40では、水−冷媒熱交換器12の水通路にて、高温側熱媒体が加熱されると、加熱された高温側熱媒体がヒータコア42へ圧送される。ヒータコア42へ流入した高温側熱媒体は、送風空気と熱交換する。これにより、送風空気が加熱される。ヒータコア42から流出した高温側熱媒体は、高温側熱媒体ポンプ41に吸入されて、水−冷媒熱交換器12へ圧送される。
また、制御装置60は、上述した冷凍サイクル装置10の運転モードによらず、予め定めた各運転モード毎の基準圧送能力を発揮するように、低温側熱媒体ポンプ51の作動を制御する。
さらに、制御装置60は、第2低温側熱媒体温度センサ67bによって検出された第2低温側熱媒体温度TWL2が外気温Tam以上となっている場合には、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体を低温側ラジエータ54へ流入させるように三方弁53の作動を制御する。
第2低温側熱媒体温度TWL2が外気温Tam以上となっていない場合には、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体を低温側熱媒体ポンプ51の吸入口へ吸入させるように三方弁53の作動を制御する。
従って、低温側熱媒体回路50では、チラー19の水通路にて、低温側熱媒体が冷却されると、冷却された低温側熱媒体が冷却用熱交換部52へ圧送される。冷却用熱交換部52へ流入した低温側熱媒体は、バッテリ80から吸熱する。これにより、バッテリ80が冷却される。冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体は三方弁53へ流入する。
この際、第2低温側熱媒体温度TWL2が外気温Tam以上となっている場合には、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体は、低温側ラジエータ54へ流入して外気に放熱する。これにより、低温側熱媒体は外気温Tamと同等となるまで冷却される。低温側ラジエータ54から流出した低温側熱媒体は、低温側熱媒体ポンプ51に吸入されて、チラー19へ圧送される。
一方、第2低温側熱媒体温度TWL2が外気温Tamより低くなっている場合には、冷却用熱交換部52から流出した低温側熱媒体は、低温側熱媒体ポンプ51に吸入されて、チラー19へ圧送される。このため、低温側熱媒体ポンプ51に吸入される低温側熱媒体の温度は、外気温Tam以下となる。
以下に、各運転モードにおける車両用空調装置1の詳細作動について説明する。以下の説明の各運転モードで参照される制御マップは、予め各運転モード毎に制御装置60に記憶されたものである。各運転モードの対応する制御マップ同士は、互いに同等の場合もあるし、互いに異なる場合もある。
(1)冷房モード
冷房モードでは、制御装置60が、図8に示す冷房モードの制御フローを実行する。まず、ステップS600では、目標蒸発器温度TEOを決定する。目標蒸発器温度TEOは、目標吹出温度TAOに基づいて、制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。本実施形態の制御マップでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、目標蒸発器温度TEOが上昇するように決定される。
冷房モードでは、制御装置60が、図8に示す冷房モードの制御フローを実行する。まず、ステップS600では、目標蒸発器温度TEOを決定する。目標蒸発器温度TEOは、目標吹出温度TAOに基づいて、制御装置60に記憶された制御マップを参照して決定される。本実施形態の制御マップでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、目標蒸発器温度TEOが上昇するように決定される。
ステップS610では、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。増減量ΔIVOは、目標蒸発器温度TEOと蒸発器温度センサ64fによって検出された蒸発器温度Tefinとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、蒸発器温度Tefinが目標蒸発器温度TEOに近づくように決定される。
ステップS620では、室外熱交換器16から流出した冷媒の目標過冷却度SCO1を決定する。目標過冷却度SCO1は、例えば、外気温Tamに基づいて、制御マップを参照して決定される。本実施形態の制御マップでは、サイクルの成績係数(COP)が極大値に近づくように、目標過冷却度SCO1を決定する。
ステップS630では、冷房用膨張弁14bの絞り開度の増減量ΔEVCを決定する。増減量ΔEVCは、目標過冷却度SCO1と室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1との偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度SCO1に近づくように決定される。
室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1は、第3冷媒温度センサ64cによって検出された温度T3および第1冷媒圧力センサ65aによって検出された圧力P1に基づいて算出される。
ステップS640では、内部熱交換器23の中間温側通路23aの出口側冷媒の目標過熱度SHIOを決定する。目標過熱度SHIOとしては、予め定めた定数(本実施形態では、10℃)を採用することができる。
ステップS650では、中間圧膨張弁14dの絞り開度の増減量ΔEVIを決定する。増減量ΔEVIは、目標過熱度SHIOと内部熱交換器23の中間温側通路23aの出口側冷媒の過熱度SHIとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、内部熱交換器23の中間温側通路23aの出口側冷媒の過熱度SHIが目標過熱度SHIOに近づくように決定される。
内部熱交換器23の中間温側通路23aの出口側冷媒の過熱度SHIは、中間圧温度センサ64gによって検出された中間圧温度T8、および中間圧圧力センサ65cによって検出された中間圧冷媒圧力P3に基づいて算出される。
ステップS660では、以下数式F2を用いて、エアミックスドア34の開度SWを算定する。
SW={TAO−(Tefin+C2)}/{TWH−(Tefin+C2)}
…(F2)
なお、TWHは、高温側熱媒体温度センサ66aによって検出された高温側熱媒体温度である。C2は制御用の定数である。
SW={TAO−(Tefin+C2)}/{TWH−(Tefin+C2)}
…(F2)
なお、TWHは、高温側熱媒体温度センサ66aによって検出された高温側熱媒体温度である。C2は制御用の定数である。
ステップS670では、冷凍サイクル装置10を冷房モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを全開状態とし、冷房用膨張弁14bを冷媒減圧作用を発揮する絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを全閉状態とし、中間圧膨張弁14dを絞り状態とし、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。さらに、ステップS610、S630、S650、S660で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、冷房モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→第7三方継手13g→中間圧膨張弁14d→内部熱交換器23の中間温側通路23a→圧縮機11の中間圧吸入口11bの順に冷媒を循環させ、さらに、第7三方継手13g→内部熱交換器23の高温側通路23b→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11a順に冷媒を循環させるガスインジェクションサイクルが構成される。
より詳細には、制御装置60が圧縮機11を作動させると、図9のモリエル線図に示すように、圧縮機11の吐出口11cから吐出された高圧冷媒(図9のa9点)が、冷媒に水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入する。水−冷媒熱交換器12の冷媒通路へ流入した高温高圧冷媒は、水通路を流通する高温側熱媒体と熱交換して放熱する(図9のa9点→b9点)。これにより、高温側熱媒体が加熱される。
水−冷媒熱交換器12にて加熱された高温側熱媒体は、ヒータコア42へ圧送される。ヒータコア42では、エアミックスドア34の開度に応じて室内蒸発器18にて冷却された送風空気が加熱される。これにより、車室内へ送風される送風空気の温度が目標吹出温度TAOに近づく。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒は、全開状態となっている暖房用膨張弁14aを介して、室外熱交換器16へ流入する。室外熱交換器16へ流入した冷媒は、外気と熱交換して放熱する(図9のb9点→c9点)。室外熱交換器16から流出した冷媒の流れは上流側分岐部である第7三方継手13gにて分岐される。
第7三方継手13gにて分岐された一方の冷媒は、中間圧通路22cへ流入し、中間圧膨張弁14dにて中間圧冷媒となるまで減圧されて温度低下する(図9のc9点→d9点)。この際、中間圧膨張弁14dの絞り開度は、内部熱交換器23の中間温側通路23aの出口側冷媒(図9のe9点)の過熱度SHIが目標過熱度SHIOに近づくように調整される。
中間圧膨張弁14dにて減圧された中間圧冷媒は、内部熱交換器23の中間温側通路23aへ流入する。内部熱交換器23の中間温側通路23aへ流入した中間圧冷媒は、内部熱交換器23の高温側通路23bを流通する冷媒と熱交換してエンタルピを増加させる(図9のd9点→e9点)。
内部熱交換器23の中間温側通路23aから流出した冷媒は、圧縮機11の中間圧吸入口11bから吸入される。圧縮機11の中間圧吸入口11bから吸入された冷媒(図9のe9点)は、圧縮機11の低段側圧縮機構にて昇圧された冷媒(図9のi9点)と合流して(図9のj9点)、圧縮機11の高段側圧縮機構へ吸入される。
また、第7三方継手13gにて分岐された他方の冷媒は、内部熱交換器23の高温側通路23bへ流入する。内部熱交換器23の高温側通路23bへ流入した冷媒は、内部熱交換器23の中間温側通路23aを流通する冷媒と熱交換してエンタルピを減少させる(図9のc9点→f9点)。
内部熱交換器23の高温側通路23bから流出した冷媒は、冷却用膨張弁14cが全閉状態となっているので、冷房用膨張弁14bへ流入して低圧冷媒となるまで減圧される(図9のf9点→g9点)。この際、冷房用膨張弁14bの絞り開度は、室外熱交換器16の出口側冷媒(図9のc9点)の過冷却度SC1が目標過冷却度SCO1に近づくように調整される。
冷房用膨張弁14bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器18へ流入する。室内蒸発器18へ流入した低圧冷媒は、送風機32によって送風された空気から吸熱して蒸発する(図9のg9点→h9点)。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器18から流出した冷媒は、蒸発圧力調整弁20を介して、アキュムレータ21へ流入する。
アキュムレータ21では冷媒の気液が分離される。アキュムレータ21にて分離された気相冷媒は、圧縮機11の吸入口11aから吸入されて、低段側圧縮機構にて昇圧される(図9のh9点→i9点)。
これによれば、室内蒸発器18にて、送風空気を冷却することができるとともに、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。
従って、冷房モードの車両用空調装置1では、エアミックスドア34の開度調整によって、室内蒸発器18にて冷却された送風空気の一部をヒータコア42にて再加熱し、目標吹出温度TAOに近づくように温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の冷房を行うことができる。
さらに、冷房モードの冷凍サイクル装置10では、ガスインジェクションサイクルが構成されるので、内部熱交換器23の作用によって、室内蒸発器18の出口側冷媒のエンタルピから室内蒸発器18の入口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差を拡大することができる。その結果、通常の蒸気圧縮式の冷凍サイクルよりも、送風空気の冷却能力を向上させることができる。
(2)直列除湿暖房モード
直列除湿暖房モードでは、制御装置60が、図10に示す直列除湿暖房モードの制御フローを実行する。まず、ステップS700では、冷房モードと同様に、目標蒸発器温度TEOを決定する。ステップS710では、冷房モードと同様に、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。
直列除湿暖房モードでは、制御装置60が、図10に示す直列除湿暖房モードの制御フローを実行する。まず、ステップS700では、冷房モードと同様に、目標蒸発器温度TEOを決定する。ステップS710では、冷房モードと同様に、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。
ステップS720では、ヒータコア42にて送風空気を加熱できるように、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOを決定する。目標高温側熱媒体温度TWHOは、目標吹出温度TAOおよびヒータコア42の効率に基づいて、制御マップを参照して決定される。本実施形態の制御マップでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、目標高温側熱媒体温度TWHOが上昇するように決定される。
ステップS730では、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1を決定する。開度パターンKPN1は、暖房用膨張弁14aの絞り開度および冷房用膨張弁14bの絞り開度の組合せを決定するためのパラメータである。
具体的には、直列除湿暖房モードでは、図11に示すように、目標吹出温度TAOが上昇するに伴って、開度パターンKPN1が大きくなる。そして、開度パターンKPN1が大きくなるに伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度が小さくなり、冷房用膨張弁14bの絞り開度が大きくなる。
ステップS740では、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。ここで、直列除湿暖房モードでは、冷房モードよりも目標吹出温度TAOが高くなるので、エアミックスドア34の開度SWが100%に近づく。このため、直列除湿暖房モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気のほぼ全流量がヒータコア42を通過するように、エアミックスドア34の開度が決定される。
ステップS750では、冷凍サイクル装置10を直列除湿暖房モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを全閉状態とし、中間圧膨張弁14dを全閉状態とし、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。さらに、ステップS710、S730、S740で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→逆止弁17→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aおよび冷房用膨張弁14bが減圧部として機能し、室内蒸発器18が蒸発器として機能する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
さらに、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも高くなっている際には、室外熱交換器16が放熱器として機能するサイクルが構成される。室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも低くなっている際には、室外熱交換器16が蒸発器として機能するサイクルが構成される。
ここで、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、中間圧膨張弁14dが全閉状態となっている。従って、圧縮機11の中間圧吸入口11bから冷媒が吸入されることはない。この場合は、圧縮機11は、吸入口11aから吸入した冷媒を圧縮して吐出口11cから吐出する単段式の圧縮機として機能する。
さらに、室外熱交換器16から流出して内部熱交換器23の高温側通路23bを流通する冷媒が、中間温側通路23aを流通する冷媒と熱交換してしまうことはない。従って、高温側通路23bは、単なる冷媒通路して機能する。このことは、中間圧膨張弁14dが全閉状態となる他の運転モードにおいても同様である。
これによれば、室内蒸発器18にて、送風空気を冷却することができるとともに、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。従って、直列除湿暖房モードの車両用空調装置1では、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、ヒータコア42にて再加熱して車室内へ吹き出すことによって、車室内の除湿暖房を行うことができる。
さらに、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも高くなっている際には、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN1を大きくすることによって、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が低下して外気温Tamとの差が縮小する。これにより、室外熱交換器16における冷媒の放熱量を減少させて、水−冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができる。
また、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも低くなっている際には、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN1を大きくすることによって、室外熱交換器16における冷媒の温和温度が低下して外気温Tamとの温度差が拡大する。これにより、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を増加させて、水−冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができる。
つまり、直列除湿暖房モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN1を大きくすることによって、水−冷媒熱交換器12における冷媒の高温側熱媒体への放熱量を増加させることができる。従って、直列除湿暖房モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴ってヒータコア42における送風空気の加熱能力を向上させることができる。
(3)並列除湿暖房モード
並列除湿暖房モードでは、制御装置60が、図12に示す並列除湿暖房モードの制御フローを実行する。まず、ステップS800では、ヒータコア42にて送風空気を加熱できるように、直列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOが決定される。
並列除湿暖房モードでは、制御装置60が、図12に示す並列除湿暖房モードの制御フローを実行する。まず、ステップS800では、ヒータコア42にて送風空気を加熱できるように、直列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOが決定される。
ステップS810では、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。並列除湿暖房モードでは、増減量ΔIVOは、目標高温側熱媒体温度TWHOと高温側熱媒体温度TWHとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、高温側熱媒体温度TWHが目標高温側熱媒体温度TWHOに近づくように決定される。
ステップS820では、室内蒸発器18の出口側冷媒の目標過熱度SHEOを決定する。目標過熱度SHEOとしては、予め定めた定数(本実施形態では、5℃)を採用することができる。
ステップS830では、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1を決定する。並列除湿暖房モードでは、目標過熱度SHEOと室内蒸発器18の出口側冷媒の過熱度SHEとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、過熱度SHEが目標過熱度SHEOに近づくように決定される。
室内蒸発器18の出口側冷媒の過熱度SHEは、第4冷媒温度センサ64dによって検出された温度T4および蒸発器温度Tefinに基づいて算出される。
また、並列除湿暖房モードでは、図13に示すように、開度パターンKPN1が大きくなるに伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度が小さくなり、冷房用膨張弁14bの絞り開度が大きくなる。従って、開度パターンKPN1が大きくなると、室内蒸発器18へ流入する冷媒流量が増加し、室内蒸発器18の出口側冷媒の過熱度SHEが低下する。
ステップS840では、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。ここで、並列除湿暖房モードでは、冷房モードよりも目標吹出温度TAOが高くなるので、直列除湿暖房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWが100%に近づく。このため、並列除湿暖房モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気のほぼ全流量がヒータコア42を通過するように、エアミックスドア34の開度が決定される。
ステップS850では、冷凍サイクル装置10を並列除湿暖房モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを全閉状態とし、中間圧膨張弁14dを全閉状態とし、除湿用開閉弁15aを開き、暖房用開閉弁15bを開く。さらに、ステップS810、S830、S840で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→暖房用通路22b→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環するとともに、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能し、室外熱交換器16が蒸発器として機能するとともに、暖房用膨張弁14aおよび室外熱交換器16に対して並列的に接続された冷房用膨張弁14bが減圧部として機能し、室内蒸発器18が蒸発器として機能する冷凍サイクルが構成される。
これによれば、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することができるとともに、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。従って、並列除湿暖房モードの車両用空調装置1では、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、ヒータコア42にて再加熱して車室内へ吹き出すことによって、車室内の除湿暖房を行うことができる。
さらに、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16と室内蒸発器18が冷媒流れに対して並列的に接続され、室内蒸発器18の下流側に蒸発圧力調整弁20が配置されている。これにより、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度を、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度よりも低下させることができる。
従って、並列除湿暖房モードでは、直列除湿暖房モードよりも、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を増加させることができ、水−冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができる。その結果、並列除湿暖房モードでは、直列除湿暖房モードよりも高い加熱能力で送風空気を再加熱することができる。
(4)暖房モード
暖房モードでは、制御装置60が、図14に示す暖房モードの制御フローを実行する。まず、ステップS900では、並列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOが決定される。ステップS910では、並列除湿暖房モードと同様に、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。
暖房モードでは、制御装置60が、図14に示す暖房モードの制御フローを実行する。まず、ステップS900では、並列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOが決定される。ステップS910では、並列除湿暖房モードと同様に、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。
ステップS920では、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の目標過冷却度SCO2を決定する。目標過冷却度SCO2は、室内蒸発器18へ流入する送風空気の吸込温度あるいは外気温Tamに基づいて、制御マップを参照して決定される。本実施形態の制御マップでは、サイクルの成績係数(COP)が極大値に近づくように、目標過冷却度SCO2を決定する。
ステップS930では、暖房用膨張弁14aの絞り開度の増減量ΔEVHを決定する。増減量ΔEVHは、目標過冷却度SCO2と水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度SC2との偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度SC2が目標過冷却度SCO2に近づくように決定される。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度SC2は、第2冷媒温度センサ64bによって検出された温度T2および第1冷媒圧力センサ65aによって検出された圧力P1に基づいて算出される。
ステップS940では、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。ここで、暖房モードでは、冷房モードよりも目標吹出温度TAOが高くなるので、エアミックスドア34の開度SWが100%に近づく。このため、暖房モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気のほぼ全流量がヒータコア42を通過するように、エアミックスドア34の開度が決定される。
ステップS950では、冷凍サイクル装置10を暖房モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを全閉状態とし、冷却用膨張弁14cを全閉状態とし、中間圧膨張弁14dを全閉状態とし、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを開く。さらに、ステップS910、S930、S940で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、暖房モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→暖房用通路22b→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、暖房モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能し、室外熱交換器16が蒸発器として機能する冷凍サイクルが構成される。
これによれば、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。従って、暖房モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の暖房を行うことができる。
(5)冷房+冷却モード
冷房+冷却モードでは、制御装置60が、図15に示す冷房+冷却モードでの制御フローを実行する。まず、ステップS1100〜S1160では、冷房モードのステップS600〜660と同様に、目標蒸発器温度TEO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、冷房用膨張弁14bの絞り開度の増減量ΔEVC、中間圧膨張弁14dの絞り開度の増減量ΔEVI、エアミックスドア34の開度SWを決定する。
冷房+冷却モードでは、制御装置60が、図15に示す冷房+冷却モードでの制御フローを実行する。まず、ステップS1100〜S1160では、冷房モードのステップS600〜660と同様に、目標蒸発器温度TEO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、冷房用膨張弁14bの絞り開度の増減量ΔEVC、中間圧膨張弁14dの絞り開度の増減量ΔEVI、エアミックスドア34の開度SWを決定する。
次に、ステップS1170では、チラー19の冷媒通路の出口側冷媒の目標過熱度SHCOを決定する。目標過熱度SHCOとしては、予め定めた定数(本実施形態では、5℃)を採用することができる。
ステップS1180では、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVBを決定する。冷房+冷却モードでは、増減量ΔEVBは、目標過熱度SHCOとチラー19の冷媒通路から流出した冷媒の過熱度SHCとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の過熱度SHCが目標過熱度SHCOに近づくように決定される。
チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の過熱度SHCは、第5冷媒温度センサ64eによって検出された温度T5および第2冷媒圧力センサ65bによって検出された圧力P2に基づいて算出される。
ステップS1190では、チラー19の水通路から流出した低温側熱媒体の目標低温側熱媒体温度TWLOが決定される。目標低温側熱媒体温度TWLOは、バッテリ80の発熱量および外気温Tamに基づいて、制御マップを参照して決定される。本実施形態の制御マップでは、バッテリ80の発熱量の増加および外気温Tamの上昇に伴って、目標低温側熱媒体温度TWLOが低下するように決定される。
ステップS1200では、第1低温側熱媒体温度センサ67aによって検出された第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっているか否かが判定される。
ステップS1200にて、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっていると判定された場合は、ステップS1220へ進み、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっていると判定されなかった場合には、ステップS1210へ進む。ステップS1210では、冷却用膨張弁14cを全閉状態として、ステップS1220へ進む。
ステップS1220では、冷凍サイクル装置10を冷房+冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを全開状態とし、冷房用膨張弁14bを絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを絞り状態とし、中間圧膨張弁14dを絞り状態とし、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。
さらに、ステップS1110、S1130、S1150、S1160、S1180、S1210で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、冷房+冷却モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→第7三方継手13g→中間圧膨張弁14d→内部熱交換器23の中間温側通路23a→圧縮機11の中間圧吸入口11bの順に冷媒を循環させ、さらに、第7三方継手13g→内部熱交換器23の高温側通路23b→第5三方継手13e→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→第6三方継手13f→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒を循環させるとともに、第7三方継手13g→内部熱交換器23の高温側通路23b→第5三方継手13e→冷却用膨張弁14c→チラー19→第6三方継手13f→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒を循環させるガスインジェクションサイクルが構成される。
より詳細には、制御装置60が圧縮機11を作動させると、図16のモリエル線図に示すように、冷媒の状態が変化する。なお、図16では、冷房モードで説明した図9のモリエル線図に対してサイクル構成上同等の箇所の冷媒の状態を、図9と同一の符号(アルファベット)で示し、添字(数字)のみを図番に合わせて変更している。このことは、以下のモリエル線図においても同様である。
すなわち、圧縮機11の吐出口11cから吐出された高圧冷媒(図16のa16点)は、冷房モードと同様に、水−冷媒熱交換器12および室外熱交換器16にて放熱して、第7三方継手13gにて分岐される(図16のa16点→b16点→c16点)。
第7三方継手13gにて分岐された一方の冷媒は、中間圧膨張弁14dにて減圧され、内部熱交換器23の中間温側通路23aを流通する際に、エンタルピを増加させる(図16のc16点→d16点→e16点)。そして、圧縮機11の中間圧吸入口11bから吸入されて、圧縮機11の低段側圧縮機構にて昇圧された冷媒(図16のi16点)と合流する(図16のj16点)。
第7三方継手13gにて分岐された他方の冷媒は、内部熱交換器23の高温側通路23bを流通する際にエンタルピを減少させる(図16のc16点→f16点)。内部熱交換器23の高温側通路23bから流出した冷媒の流れは、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁14cの双方が絞り状態となっているので、下流側分岐部である第5三方継手13eにて分岐される。
第5三方継手13eにて分岐された一方の冷媒は、冷房モードと同様に、冷房用膨張弁14bにて減圧されて、室内蒸発器18を流通する際に送風空気から吸熱して蒸発する(図16のf16点→g16点→h16点)。これにより、送風空気が冷却される。
第5三方継手13eにて分岐された他方の冷媒は、冷却用膨張弁14cへ流入して低圧冷媒となるまで減圧される(図16のf16点→k16点)。この際、冷却用膨張弁14cの絞り開度は、チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の過熱度SHCが目標過熱度SHCOに近づくように調整される。
冷却用膨張弁14cにて減圧された低圧冷媒は、チラー19の冷媒通路へ流入する。チラー19の冷媒通路へ流入した低圧冷媒は、水通路を流通する低温側熱媒体から吸熱して蒸発する(図16のk16点→m16点)。これにより、低温側熱媒体が冷却される。そして、チラー19にて冷却された低温側熱媒体が、冷却用熱交換部52へ圧送されて、バッテリ80が冷却される。
チラー19の冷媒通路から流出した冷媒の流れは、合流部である第6三方継手13fにて、室内蒸発器18から流出した冷媒の流れと合流する(図16のh16点→n16点、m16点→n16点)。第6三方継手13fから流出した冷媒は、アキュムレータ21へ流入する。アキュムレータ21にて分離された気相冷媒は、圧縮機11の吸入口11aから吸入されて、低段側圧縮機構にて昇圧される(図16のn16点→i16点)。
これによれば、室内蒸発器18にて、送風空気を冷却することができるとともに、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。さらに、チラー19にて低圧側熱媒体を冷却することができる。
従って、冷房+冷却モードの車両用空調装置1では、エアミックスドア34の開度調整によって、室内蒸発器18にて冷却された送風空気の一部をヒータコア42にて再加熱し、目標吹出温度TAOに近づくように温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の冷房を行うことができる。
さらに、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80の冷却を行うことができる。
さらに、冷房+冷却モードの冷凍サイクル装置10では、ガスインジェクションサイクルが構成されるので、内部熱交換器23の作用によって、室内蒸発器18の出口側冷媒のエンタルピから室内蒸発器18の入口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差を拡大することができる。その結果、通常の蒸気圧縮式の冷凍サイクルよりも、送風空気の冷却能力を向上させることができる。
同様に、チラー19の冷媒通路の出口側冷媒のエンタルピからチラー19の冷媒通路の入口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差を拡大することができる。その結果、通常の蒸気圧縮式の冷凍サイクルよりも、低温側熱媒体の冷却能力を向上させることができる。
なお、図16のモリエル線図では、図示の明確化のため、室内蒸発器18から流出した冷媒の圧力(図16のh16点)とチラー19の冷媒通路から流出した冷媒の圧力(図16のm16点)とを僅かに異なる圧力としているが、これらの冷媒の圧力は同等となる。また、第5三方継手15eにて分岐され、冷房用膨張弁14bにて減圧された冷媒(図16のg16点)と冷却用膨張弁14cにて減圧された冷媒(図16のk16点)のエンタルピも同等となる。
(6)直列除湿暖房+冷却モード
直列除湿暖房+冷却モードでは、制御装置60が、図17に示す直列除湿暖房+冷却モードでの制御フローを実行する。まず、ステップS1300〜S1340では、直列除湿暖房モードのステップS700〜S740と同様に、目標蒸発器温度TEO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1、エアミックスドア34の開度SWを決定する。
直列除湿暖房+冷却モードでは、制御装置60が、図17に示す直列除湿暖房+冷却モードでの制御フローを実行する。まず、ステップS1300〜S1340では、直列除湿暖房モードのステップS700〜S740と同様に、目標蒸発器温度TEO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1、エアミックスドア34の開度SWを決定する。
続くステップS1350〜S1370では、冷房+冷却モードのステップS1170〜S1190と同様に、目標過熱度SHCO、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVB、目標低温側熱媒体温度TWLOを決定する。
次に、ステップS1380では、冷房+冷却モードと同様に、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっていると判定された場合は、ステップS1400へ進み、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっていると判定されなかった場合には、ステップS1390へ進む。ステップS1390では、冷却用膨張弁14cを全閉状態として、ステップS1400へ進む。
ステップS1400では、冷凍サイクル装置10を直列除湿暖房+冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを絞り状態とし、中間圧膨張弁14dを全閉状態とし、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。
さらに、ステップS1310、S1330、S1340、S1360、S1390で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、直列除湿暖房+冷却モードでは、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→逆止弁17→第5三方継手13e→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環するとともに、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→逆止弁17→第5三方継手13e→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、直列除湿暖房+冷却モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12が放熱器として機能し、室内蒸発器18およびチラー19が蒸発器として機能する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能し、さらに、冷房用膨張弁14bが減圧部として機能し、室内蒸発器18が蒸発器として機能するとともに、冷房用膨張弁14bおよび室内蒸発器18に対して並列的に接続された冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、チラー19が蒸発器として機能する冷凍サイクルが構成される。
さらに、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも高くなっている際には、室外熱交換器16が放熱器として機能するサイクルが構成される。室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも低くなっている際には、室外熱交換器16が蒸発器として機能するサイクルが構成される。
これによれば、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することができるとともに、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。さらに、チラー19にて低圧側熱媒体を冷却することができる。
従って、直列除湿暖房+冷却モードの冷凍サイクル装置10では、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、ヒータコア42にて再加熱して車室内へ吹き出すことによって、車室内の除湿暖房を行うことができる。この際、開度パターンKPN1を大きくすることにより、直列除湿暖房モードと同様に、ヒータコア42における送風空気の加熱能力を向上させることができる。
さらに、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80の冷却を行うことができる。
(7)並列除湿暖房+冷却モード
並列除湿暖房+冷却モードでは、制御装置60が、図18に示す並列除湿暖房+冷却モードでの制御フローを実行する。まず、ステップS1500〜S1540では、並列除湿暖房モードのステップS800〜S840と同様に、目標高温側熱媒体温度TWHO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、目標過熱度SHEO、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1、エアミックスドア34の開度SWを決定する。
並列除湿暖房+冷却モードでは、制御装置60が、図18に示す並列除湿暖房+冷却モードでの制御フローを実行する。まず、ステップS1500〜S1540では、並列除湿暖房モードのステップS800〜S840と同様に、目標高温側熱媒体温度TWHO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、目標過熱度SHEO、開度パターンKPN1の変化量ΔKPN1、エアミックスドア34の開度SWを決定する。
続くステップS1550〜S1570では、冷房+冷却モードのステップS1170〜S1190と同様に、目標過熱度SHCO、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVB、目標低温側熱媒体温度TWLOを決定する。
次に、ステップS1580では、冷房+冷却モードと同様に、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっていると判定された場合は、ステップS1600へ進み、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっていると判定されなかった場合には、ステップS1590へ進む。ステップS1590では、冷却用膨張弁14cを全閉状態として、ステップS1600へ進む。
ステップS1600では、冷凍サイクル装置10を並列除湿暖房+冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを絞り状態とし、冷却用膨張弁14cを絞り状態とし、中間圧膨張弁14dを全閉状態とし、除湿用開閉弁15aを開き、暖房用開閉弁15bを開く。
さらに、ステップS1510、S1530、S1540、S1560、S1590で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、並列除湿暖房+冷却モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→暖房用通路22b→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環するとともに、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷房用膨張弁14b→室内蒸発器18→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環し、さらに、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、並列除湿暖房+冷却モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能し、室外熱交換器16が蒸発器として機能するとともに、暖房用膨張弁14aおよび室外熱交換器16に対して並列的に接続された冷房用膨張弁14bが減圧部として機能し、室内蒸発器18が蒸発器として機能し、さらに、暖房用膨張弁14aおよび室外熱交換器16に対して並列的に接続された冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、チラー19が蒸発器として機能する冷凍サイクルが構成される。
これによれば、室内蒸発器18にて送風空気を冷却することができるとともに、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。さらに、チラー19にて低圧側熱媒体を冷却することができる。
従って、並列除湿暖房+冷却モードの車両用空調装置1では、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された送風空気を、ヒータコア42にて再加熱して車室内へ吹き出すことによって、車室内の除湿暖房を行うことができる。この際、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度を室内蒸発器18における冷媒蒸発温度よりも低下させることで、直列除湿暖房+冷却モードよりも高い加熱能力で送風空気を再加熱することができる。
さらに、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80の冷却を行うことができる。
(8)暖房+冷却モード
暖房+冷却モードでは、制御装置60が、図19に示す暖房+冷却モードの制御フローを実行する。まず、ステップS300では、冷却用熱交換部52にてバッテリ80を冷却できるように、冷房+冷却モードと同様に、低温側熱媒体の目標低温側熱媒体温度TWLOが決定される。
暖房+冷却モードでは、制御装置60が、図19に示す暖房+冷却モードの制御フローを実行する。まず、ステップS300では、冷却用熱交換部52にてバッテリ80を冷却できるように、冷房+冷却モードと同様に、低温側熱媒体の目標低温側熱媒体温度TWLOが決定される。
ステップS310では、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。暖房+冷却モードでは、増減量ΔIVOは、目標低温側熱媒体温度TWLOと第1低温側熱媒体温度TWL1との偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOに近づくように決定される。
ステップS320では、室外熱交換器16から流出した冷媒の目標過冷却度SCO1を決定する。暖房+冷却モードの目標過冷却度SCO1は、外気温Tamに基づいて、制御マップを参照して決定される。本実施形態の制御マップでは、サイクルの成績係数(COP)が極大値に近づくように、目標過冷却度SCO1を決定する。
ステップS330では、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVBを決定する。増減量ΔEVBは、目標過冷却度SCO1と室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1との偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、室外熱交換器16の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度SCO1に近づくように決定される。過冷却度SC1は、冷房モードと同様に算出される。
ステップS340では、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。
ステップS350では、冷凍サイクル装置10を暖房+冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを全開状態とし、冷房用膨張弁14bを全閉状態とし、冷却用膨張弁14cを絞り状態とし、中間圧膨張弁14dを全閉状態とし、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。さらに、ステップS310、S330、S340で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、暖房+冷却モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、暖房+冷却モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12および室外熱交換器16が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、冷却用膨張弁14cが冷媒を減圧させる減圧部として機能し、チラー19が蒸発器として機能する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
これによれば、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができるとともに、チラー19にて低温側熱媒体を冷却することができる。
従って、暖房+冷却モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の暖房を行うことができる。さらに、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80の冷却を行うことができる。
(9)暖房+直列冷却モード
暖房+直列冷却モードでは、制御装置60が、図20に示す暖房+直列冷却モードの制御フローを実行する。まず、ステップS400では、暖房+冷却モードと同様に、目標低温側熱媒体温度TWLOを決定する。ステップS410では、暖房+冷却モードと同様に、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。ステップS420では、直列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOを決定する。
暖房+直列冷却モードでは、制御装置60が、図20に示す暖房+直列冷却モードの制御フローを実行する。まず、ステップS400では、暖房+冷却モードと同様に、目標低温側熱媒体温度TWLOを決定する。ステップS410では、暖房+冷却モードと同様に、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。ステップS420では、直列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOを決定する。
ステップS430では、開度パターンKPN2の変化量ΔKPN2を決定する。開度パターンKPN2は、暖房用膨張弁14aの絞り開度および冷却用膨張弁14cの絞り開度の組合せを決定するためのパラメータである。
具体的には、暖房+直列冷却モードでは、図21に示すように、目標吹出温度TAOが上昇するに伴って、開度パターンKPN2が大きくなる。そして、開度パターンKPN2が大きくなるに伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度が小さくなり、冷却用膨張弁14cの絞り開度が大きくなる。
ステップS440では、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。
ステップS450では、冷凍サイクル装置10を暖房+直列冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを全閉状態とし、冷却用膨張弁14cを絞り状態とし、中間圧膨張弁14dを全閉状態とし、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。さらに、ステップS310、S330、S340で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、暖房+直列冷却モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→逆止弁17→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、暖房+直列冷却モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aおよび冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、チラー19が蒸発器として機能する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
さらに、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも高くなっている際には、室外熱交換器16が放熱器として機能するサイクルが構成される。室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも低くなっている際には、室外熱交換器16が蒸発器として機能するサイクルが構成される。
これによれば、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができるとともに、チラー19にて、低温側熱媒体を冷却することができる。
従って、暖房+直列冷却モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の暖房を行うことができる。さらに、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80の冷却を行うことができる。
さらに、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも高くなっている際には、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN2を大きくすることによって、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が低下して外気温Tamとの差が縮小する。これにより、室外熱交換器16における冷媒の放熱量を減少させて、水−冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができる。
また、室外熱交換器16における冷媒の飽和温度が、外気温Tamよりも低くなっている際には、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN2を大きくすることによって、室外熱交換器16における冷媒の温和温度が低下して外気温Tamとの温度差が拡大する。これにより、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を増加させて、水−冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができる。
つまり、暖房+直列冷却モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って開度パターンKPN2を大きくすることによって、水−冷媒熱交換器12における冷媒の高温側熱媒体への放熱量を増加させることができる。従って、暖房+直列冷却モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴ってヒータコア42における送風空気の加熱能力を向上させることができる。
その結果、暖房+直列冷却モードでは、暖房+冷却モードよりも高い加熱能力で送風空気を加熱することができる。換言すると、暖房+冷却モードは、暖房+直列冷却モードよりも低い加熱能力で送風空気を加熱する運転モードである。
(10)暖房+並列冷却モード
暖房+並列冷却モードでは、制御装置60が、図22に示す暖房+並列冷却モードの制御フローを実行する。まず、ステップS500では、ヒータコア42にて送風空気を加熱できるように、直列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOが決定される。
暖房+並列冷却モードでは、制御装置60が、図22に示す暖房+並列冷却モードの制御フローを実行する。まず、ステップS500では、ヒータコア42にて送風空気を加熱できるように、直列除湿暖房モードと同様に、高温側熱媒体の目標高温側熱媒体温度TWHOが決定される。
ステップS510では、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVOを決定する。暖房+並列冷却モードでは、増減量ΔIVOは、並列除湿暖房モードと同様に、目標高温側熱媒体温度TWHOと高温側熱媒体温度TWHとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、高温側熱媒体温度TWHが目標高温側熱媒体温度TWHOに近づくように決定される。
ステップS520では、チラー19の冷媒通路の出口側冷媒の目標過熱度SHCOを決定する。目標過熱度SHCOとしては、予め定めた定数(本実施形態では、5℃)を採用することができる。
ステップS530では、開度パターンKPN2の変化量ΔKPN2を決定する。暖房+並列冷却モードでは、目標過熱度SHCOとチラー19の冷媒通路の出口側冷媒の過熱度SHCとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法により、過熱度SHCが目標過熱度SHCOに近づくように決定される。
また、暖房+並列冷却モードでは、図23に示すように、開度パターンKPN2が大きくなるに伴って、暖房用膨張弁14aの絞り開度が小さくなり、冷却用膨張弁14cの絞り開度が大きくなる。従って、開度パターンKPN2が増加すると、チラー19の冷媒通路へ流入する冷媒流量が増加し、チラー19の冷媒通路の出口側冷媒の過熱度SHCが低下する。
ステップS540では、冷房モードと同様に、エアミックスドア34の開度SWを算定する。ステップS550では、冷房+冷却モードと同様に、低温側熱媒体の目標低温側熱媒体温度TWLOが決定される。
ステップS560では、第1低温側熱媒体温度センサ67aによって検出された第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっているか否かが判定される。
ステップS560にて、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっていると判定された場合は、ステップS580へ進み、第1低温側熱媒体温度TWL1が目標低温側熱媒体温度TWLOよりも高くなっていると判定されなかった場合には、ステップS570へ進む。ステップS570では、冷却用膨張弁14cを全閉状態として、ステップS580へ進む。
ステップS580では、冷凍サイクル装置10を暖房+並列冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを絞り状態とし、冷房用膨張弁14bを全閉状態とし、冷却用膨張弁14cを絞り状態とし、中間圧膨張弁14dを全閉状態とし、除湿用開閉弁15aを開き、暖房用開閉弁15bを開く。さらに、ステップS510、S530、S540、S570で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、暖房+並列冷却モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→室外熱交換器16→暖房用通路22b→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環するとともに、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→バイパス通路22a→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、暖房+並列冷却モードの冷凍サイクル装置10では、水−冷媒熱交換器12が圧縮機11から吐出された冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房用膨張弁14aが減圧部として機能し、室外熱交換器16が蒸発器として機能するとともに、暖房用膨張弁14aおよび室外熱交換器16に対して並列的に接続された冷却用膨張弁14cが減圧部として機能し、チラー19が蒸発器として機能する冷凍サイクルが構成される。
これによれば、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができるとともに、チラー19にて低温側熱媒体を冷却することができる。
従って、暖房+並列冷却モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の暖房を行うことができる。さらに、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80の冷却を行うことができる。
さらに、暖房+並列冷却モードの冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16とチラー19が冷媒流れに対して並列的に接続され、チラー19の冷媒通路の下流側に蒸発圧力調整弁20が配置されている。これにより、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度を、チラー19の冷媒通路における冷媒蒸発温度よりも低下させることができる。
従って、暖房+並列冷却モードでは、暖房+直列冷却モードよりも、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を増加させることができ、水−冷媒熱交換器12における冷媒の放熱量を増加させることができる。その結果、暖房+並列冷却モードでは、暖房+直列冷却モードよりも高い加熱能力で送風空気を再加熱することができる。
(11)冷却モード
冷却モードでは、制御装置60が、図24に示す冷却モードの制御フローを実行する。まず、ステップS1000〜S1030では、暖房+冷却モードのステップS300〜S330と同様に、低温側熱媒体の目標低温側熱媒体温度TWLO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、目標過冷却度SCO1、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVBの開度SWを決定する。
冷却モードでは、制御装置60が、図24に示す冷却モードの制御フローを実行する。まず、ステップS1000〜S1030では、暖房+冷却モードのステップS300〜S330と同様に、低温側熱媒体の目標低温側熱媒体温度TWLO、圧縮機11の回転数の増減量ΔIVO、目標過冷却度SCO1、冷却用膨張弁14cの絞り開度の増減量ΔEVBの開度SWを決定する。
ステップS1040〜S1060では、冷房モードのステップS640〜S660と同様に、目標過熱度SHIO、中間圧膨張弁14dの絞り開度の増減量ΔEVI、エアミックスドア34の開度SWを決定する。
ここで、冷却モードでは、目標吹出温度TAOが暖房用基準温度γより低くなるので、エアミックスドア34の開度SWが0%に近づく。このため、冷却モードでは、室内蒸発器18通過後の送風空気のほぼ全流量が冷風バイパス通路35を通過するように、エアミックスドア34の開度が決定される。
ステップS1070では、冷凍サイクル装置10を冷却モードの冷媒回路に切り替えるために、暖房用膨張弁14aを全開状態とし、冷房用膨張弁14bを全閉状態とし、冷却用膨張弁14cを絞り状態とし、中間圧膨張弁14dを絞り状態とし、除湿用開閉弁15aを閉じ、暖房用開閉弁15bを閉じる。さらに、ステップS1010、S1030、S1050、S1060で決定された制御状態が得られるように、各制御対象機器に対して制御信号あるいは制御電圧を出力して、ステップS10へ戻る。
従って、冷却モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12(→暖房用膨張弁14a)→室外熱交換器16→逆止弁17→第7三方継手13g→中間圧膨張弁14d→内部熱交換器23の中間温側通路23a→圧縮機11の中間圧吸入口11bの順に冷媒を循環させ、さらに、第7三方継手13g→内部熱交換器23の高温側通路23b→冷却用膨張弁14c→チラー19→蒸発圧力調整弁20→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒を循環させるガスインジェクションサイクルが構成される。
より詳細には、制御装置60が圧縮機11を作動させると、図25のモリエル線図に示すように、冷媒の状態が変化する。
すなわち、圧縮機11の吐出口11cから吐出された高圧冷媒(図25のa25点)は、冷房モードと同様に、水−冷媒熱交換器12および室外熱交換器16にて放熱して、第7三方継手13gにて分岐される(図25のa25点→b25点→c25点)。
第7三方継手13gにて分岐された一方の冷媒は、冷房モードと同様に、圧縮機11の中間圧吸入口11bから吸入される(図25のc25点→d25点→e25点)。第7三方継手13gにて分岐された他方の冷媒は、冷房モードと同様に、内部熱交換器23の高温側通路23bを流通する際に、エンタルピを減少させる(図25のc25点→f25点)。
内部熱交換器23の高温側通路23bから流出した冷媒は、冷房用膨張弁14bが全閉状態となっているので、冷却用膨張弁14cへ流入する。冷却用膨張弁14cへ流入した冷媒は、冷房+冷却モードと同様に、圧縮機11の吸入口11aから吸入される(図25のf25点→k25点→m25点)。
これによれば、チラー19にて、低温側熱媒体を冷却することができる。従って、冷却モードの車両用空調装置1では、チラー19にて冷却された低温側熱媒体を冷却用熱交換部52へ流入させることによって、バッテリ80の冷却を行うことができる。
さらに、冷却モードの冷凍サイクル装置10では、ガスインジェクションサイクルが構成されるので、内部熱交換器23の作用によって、チラー19の冷媒通路の出口側冷媒のエンタルピからチラー19の冷媒通路の入口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差を拡大することができる。その結果、通常の蒸気圧縮式の冷凍サイクルよりも、低温側熱媒体の冷却能力を向上させることができる。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、各種運転モードを切り替えることができる。これにより、車両用空調装置1では、バッテリ80の温度を適切に調整しつつ、車室内の快適な空調を実現することができる。
例えば、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、(1)冷房モード→(2)直列除湿暖房モード→(3)並列除湿暖房モードの順に冷媒回路を切り替えることによって、送風空気の温度調整能力を順次変化させることができる。従って、送風空気の温度を高温から低温に至る幅広い範囲で調整することができる。
同様に、(8)暖房+冷却モード→(9)暖房+直列冷却モード→(10)暖房+並列冷却モードの順に冷媒回路を切り替えることによって、バッテリ80の冷却を行いながら、送風空気の温度調整能力を順次変化させることができる。従って、送風空気の温度を高温から低温に至る幅広い範囲で調整することができる。
ところで、本実施形態のように、車室内の空調のみならず、バッテリ80の冷却にも用いられる冷凍サイクル装置10では、送風空気および低温側熱媒体の双方を適切に冷却する必要がある。このため、冷凍サイクル装置10では、上述の運転モードのうち(5)冷房+冷却モードにおけるサイクルの熱負荷が(4)暖房モードにおける熱負荷よりも高くなる。
これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、(5)冷房+冷却モード時にガスインジェクションサイクルを構成し、(4)暖房モード時に通常の冷凍サイクルを構成している。従って、(5)冷房+冷却モード時に送風空気およびバッテリ80の双方を充分に冷却できる。さらに、(4)暖房モード時に、送風空気の過剰な加熱能力が発揮されてしまうことがなく、冷凍サイクル装置10を効率的に作動させることができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、図15のステップS1120に示されるように、冷房+冷却モード時に、室外熱交換器16から流出した冷媒(図16のc16点)が過冷却度を有する冷媒となるように冷房用膨張弁14bの絞り開度が制御される。このため、内部熱交換器23の高温側通路23bから流出した冷媒(図16のf16点)も過冷却度を有する冷媒となる。
換言すると、冷房+冷却モード時に、下流側分岐部である第5三方継手13eへ流入する冷媒が過冷却度を有する冷媒となる。これにより、第5三方継手13eでは、液相冷媒の流れを分岐することができる。
従って、第5三方継手13eにて気液二相冷媒の流れを分岐する場合に対して、冷房用膨張弁14bを介して室内蒸発器18へ流入する冷媒流量(質量流量)と冷却用膨張弁14cを介してチラー19へ流入する冷媒流量(質量流量)との流量比を精度良く調整することができる。その結果、冷房+冷却モード時に、送風空気と低温側熱媒体を適切に冷却することができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、蒸発圧力調整弁20が第6三方継手13fの冷媒流れ下流側に配置されている。従って、(5)冷房+冷却モード時に、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度およびチラー19における冷媒蒸発温度を、同等かつ着霜抑制温度以上に維持することができる。
これによれば、制御装置60が、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁14cの作動を制御して、室内蒸発器18へ流入させる冷媒流量とチラー19へ流入させる冷媒流量との流量比を調整することで、室内蒸発器18にて発揮される冷却能力とチラー19にて発揮される冷却能力の能力比を容易に調整することができる。その結果、冷房+冷却モード時に、より一層、送風空気および低温側熱媒体を適切に冷却することができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、暖房用通路22bの入口部が第7三方継手13gよりも冷媒流れ上流側に接続されている。
これによれば、例えば、(4)暖房モード時のように、室外熱交換器16から流出した冷媒を圧縮機11の吸入口11a側(より具体的には、アキュムレータ21の入口側)へ導く運転モード時に、室外熱交換器16から流出した冷媒を、内部熱交換器23の高温側通路23bを通過させなくてもよい。従って、冷媒がサイクル内を循環する際の圧力損失を低減させて、サイクルのCOPを向上させることができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、バイパス通路22aの出口部が内部熱交換器23の高温側通路23bの下流側に接続されている。
これによれば、例えば、(3)並列除湿暖房モード時のように、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒を第5三方継手13eの流入口側へ導く運転モード時に、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒を、内部熱交換器23の高温側通路23bを通過させなくてもよい。従って、冷媒がサイクル内を循環する際の圧力損失を低減させて、サイクルのCOPを向上させることができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、(1)冷房モード時にガスインジェクションサイクルを構成している。これによれば、(1)冷房モード時に冷凍サイクル装置10による送風空気の冷却能力を向上させることができる。従って、例えば、年間に亘って外気温が比較的高い地域を仕向地とする車両に適用して有効である。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、(11)冷却モード時にガスインジェクションサイクルを構成している。これによれば、(11)冷却モード時に冷凍サイクル装置10による低温側熱媒体の冷却能力を向上させることができる。従って、例えば、バッテリ80の自己発熱量が増大する急速充電が可能な車両に適用して有効である。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図26に示すように、低温側熱媒体回路50を廃止した例を説明する。なお、図26では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図26に示すように、低温側熱媒体回路50を廃止した例を説明する。なお、図26では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。
より具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、冷却用膨張弁14cの出口に、冷却用熱交換部52aの入口側が接続されている。冷却用熱交換部52aは、冷媒通路を流通する冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによってバッテリ80を冷却する、いわゆる直冷式の冷却器である。従って、本実施形態では、冷却用熱交換部52aによって、冷却部が構成されている。
冷却用熱交換部52aでは、バッテリ80の全域を均等に冷却できるように、互いに並列的に接続された複数の冷媒流路を有するものが採用されていることが望ましい。冷却用熱交換部52aの出口には、第6三方継手13fの他方の流入口側が接続されている。
また、本実施形態の制御装置60の入力側には、冷却用熱交換部入口温度センサ64hが接続されている。冷却用熱交換部入口温度センサ64hは、冷却用熱交換部52の冷媒通路へ流入する冷媒の温度を検出する冷却用熱交換部入口温度検出部である。
さらに、本実施形態の第5冷媒温度センサ64eは、冷却用熱交換部52の冷媒通路から流出した冷媒の温度T5を検出する。本実施形態の第2冷媒圧力センサ65bは、冷却用熱交換部52aの冷媒通路から流出した冷媒の圧力P2を検出する。
また、本実施形態の制御装置60では、バッテリ80の冷却が必要となる運転モード時に、すなわち冷却用膨張弁14cを絞り状態とする運転モード時であって、冷却用熱交換部入口温度センサ64hによって検出された温度T7が基準入口側温度以下となっている際に、冷却用膨張弁14cを閉じる。これにより、バッテリ80が不必要に冷却されてバッテリ80の出力が低下してしまうことを抑制している。
その他の冷凍サイクル装置10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。これによれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置10においても、いずれの運転モード時にも過剰な冷却能力や加熱能力が発揮されてしまうことなく、送風空気およびバッテリ80を充分かつ適切に冷却することができる。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図27に示すように、中間圧膨張弁として温度式膨張弁141を採用し、さらに、中間圧通路22cに中間圧開閉弁15cを配置した例を説明する。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図27に示すように、中間圧膨張弁として温度式膨張弁141を採用し、さらに、中間圧通路22cに中間圧開閉弁15cを配置した例を説明する。
温度式膨張弁141は、第7三方継手13gにて分岐された一方の冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させるとともに、中間圧通路22cを流通する冷媒流量を調整するものである。温度式膨張弁141は、内部熱交換器23の中間温側通路23aの出口側冷媒の過熱度SHIが、予め定めた目標過熱度SHIO(本実施形態では、10℃)に近づくように冷媒流量を調整する機械的機構で構成されている。
より具体的には、温度式膨張弁141は、内部熱交換器23の中間温側通路23aから流出した冷媒の温度および圧力に応じて変形する変形部材(具体的には、ダイヤフラム)を有する感温部と、変形部材の変形に応じて変位して絞り開度を変化させる弁体部とを備えている。さらに、本実施形態では、中間圧温度センサ64gおよび中間圧圧力センサ65cも廃止されている。
中間圧開閉弁15cは、温度式膨張弁141の冷媒流れ上流側に配置されて、中間圧通路22cを開閉する電磁弁である。中間圧開閉弁15cの基本的構成は、第1実施形態で説明した除湿用開閉弁15aおよび暖房用開閉弁15bと同様である。従って、中間圧開閉弁15cは、冷媒回路切替部である。その他の冷凍サイクル装置10の構成は、第1実施形態と同様である。
また、本実施形態の制御装置60は、(1)冷房モード、(5)冷房+冷却モード、および(11)冷却モード時に、中間圧開閉弁15cを開き、その他の運転モード時に、中間圧開閉弁15cを閉じる。その他の冷凍サイクル装置10の作動は、第1実施形態と同様である。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10においても、(1)冷房モード、(5)冷房+冷却モード、および(11)冷却モード時に、ガスインジェクションサイクルを構成することができる。さらに、温度式膨張弁141が、内部熱交換器23の中間温側通路23aの出口側冷媒の過熱度SHIが目標過熱度SHIOに近づくように絞り開度を変化させる。その結果、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、機械的機構で構成された温度式膨張弁141を採用しているので、複雑な制御を必要とすることなく、内部熱交換器23の中間温側通路23aを流通させる冷媒流量を適切に調整することができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図28に示すように、暖房用気液分離器24、暖房用固定絞り25等を追加した例を説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置10では、暖房モードにも二段減圧式のガスインジェクションサイクルを構成することができる。
本実施形態では、第1実施形態に対して、図28に示すように、暖房用気液分離器24、暖房用固定絞り25等を追加した例を説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置10では、暖房モードにも二段減圧式のガスインジェクションサイクルを構成することができる。
本実施形態では、暖房用膨張弁14aの出口に、暖房用気液分離器24の冷媒流入口が接続されている。暖房用気液分離器24は、内部へ流入した冷媒の流れを旋回させることで生じる遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式(いわゆる、サイクロンセパレータ方式)のものを採用している。
暖房用気液分離器24の内容積は、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても、実質的に余剰冷媒を溜めることができない程度の比較的小さな容積になっている。このため、暖房用気液分離器24の気相冷媒出口から気相冷媒を流出させることができない場合には、液相冷媒出口から気相冷媒が流出することもある。つまり、液相冷媒出口から気液混相状態の冷媒が流出することもある。
暖房用気液分離器24の気相冷媒出口には、気相通路22dを介して、圧縮機11の中間圧ポート11b側に接続されている。より具体的には、本実施形態の気相通路22dは、暖房用気液分離器24の気相冷媒出口と、中間圧通路22cの内部熱交換器23の中間温側通路23aの冷媒流れ下流側の部位とを接続している。気相通路22dには、気相通路22dを開閉する気相通路開閉弁15dが配置されている。
暖房用気液分離器24の液相冷媒出口には、液相通路22eを介して、室外熱交換器16の冷媒入口側が接続されている。液相通路22eには、暖房用固定絞り25が配置されている。暖房用固定絞り25は、暖房用気液分離器24の液相冷媒出口から流出した冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる減圧部である。暖房用固定絞り25としては、絞り開度が固定されたノズル、オリフィス、キャピラリチューブ等を採用することができる。
さらに、暖房用気液分離器24の液相冷媒出口には、暖房用気液分離器24にて分離された液相冷媒を暖房用固定絞り25を迂回させて室外熱交換器16の冷媒入口側へ導く固定絞り迂回通路22fが接続されている。この固定絞り迂回通路22fには、固定絞り迂回通路22fを開閉する迂回通路開閉弁15eが配置されている。
ここで、冷媒が迂回通路開閉弁15eを通過する際に生じる圧力損失は、冷媒が暖房用固定絞り25を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。従って、迂回通路開閉弁15eが開いた際には、暖房用気液分離器24から流出した液相冷媒は、殆ど暖房用固定絞り25を通過することなく、固定絞り迂回通路22fを介して室外熱交換器16へ流入する。
気相通路開閉弁15dおよび迂回通路開閉弁15eの基本的構成は、第1実施形態で説明した除湿用開閉弁15aおよび暖房用開閉弁15bと同様である。従って、気相通路開閉弁15dおよび迂回通路開閉弁15eは、冷媒回路切替部である。その他の冷凍サイクル装置10の構成は、第1実施形態と同様である。
また、本実施形態の制御装置60は、(4)暖房モード時に、気相通路開閉弁15dを開くとともに、迂回通路開閉弁15eを閉じる。さらに、その他の運転モード時に、気相通路開閉弁15dを閉じるとともに、迂回通路開閉弁15eを開く。
従って、暖房モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口11c→水−冷媒熱交換器12→暖房用膨張弁14a→暖房用気液分離器24→気相通路22d→圧縮機11の中間圧吸入口11bの順に冷媒を循環させ、さらに、暖房用気液分離器24→暖房用固定絞り25→室外熱交換器16→暖房用通路22b→アキュムレータ21→圧縮機11の吸入口11aの順に冷媒を循環させるガスインジェクションサイクルが構成される。
より詳細には、4)暖房モードでは、(1)冷房モード、(5)冷房+冷却モード、(11)冷却モードに対して、蒸発器として機能する熱交換器(具体的には、室外熱交換器16)へ流入する冷媒を、暖房用膨張弁14aおよび暖房用固定絞り25の2つの減圧部にて減圧する2段減圧式のガスインジェクションサイクルが構成される。
そして、制御装置60が圧縮機11を作動させると、図29のモリエル線図に示すように、冷媒の状態が変化する。すなわち、圧縮機11の吐出口11cから吐出された高圧冷媒(図29のa29点)は、水−冷媒熱交換器12にて放熱する(図29のa29点→b29点)。これにより、高温側熱媒体が加熱される。
水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒は、暖房用膨張弁14aにて中間圧冷媒となるまで減圧される(図29のb29点→be29点)。この際、暖房用膨張弁14aの絞り開度は、第1実施形態の(4)暖房モードと同様に、水−冷媒熱交換器12の冷媒通路から流出した冷媒の過冷却度(図29のb29点)が目標過冷却度SCO2に近づくように調整される。
暖房用膨張弁14aにて減圧された中間圧冷媒は、暖房用気液分離器24にて気液分離される。
暖房用気液分離器24にて分離された気相冷媒(図29のbg29点)は、気相通路開閉弁15dが開いているので、気相通路22dを介して圧縮機11の中間圧吸入口11bへ吸入される。中間圧吸入口11bから吸入された冷媒は、圧縮機11の低段側圧縮機構にて昇圧された冷媒(図29のi29点)と合流して(図9のj29点)、圧縮機11の高段側圧縮機構へ吸入される。
暖房用気液分離器24にて分離された液相冷媒(図29のbl29点)は、迂回通路開閉弁15eが閉じているので、暖房用固定絞り25にて低圧冷媒となるまで減圧されて(図29のbl29点→ble29点)、室外熱交換器16へ流入する。室外熱交換器16へ流入した冷媒は、外気から吸熱して蒸発する(図29のble29→n29点)。
室外熱交換器16から流出した冷媒は、暖房用開閉弁15bが開いているので、暖房用通路22bを介してアキュムレータ21へ流入する。アキュムレータ21では冷媒の気液が分離される。アキュムレータ21にて分離された気相冷媒は、圧縮機11の吸入口11aから吸入されて、低段側圧縮機構にて昇圧される(図29のn29点→i29点)。
これによれば、水−冷媒熱交換器12にて、高温側熱媒体を加熱することができる。従って、暖房モードの車両用空調装置1では、ヒータコア42にて加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の暖房を行うことができる。その他の冷凍サイクル装置10の作動は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、暖房モード時にもガスインジェクションサイクルが構成されるので、室外熱交換器16の出口側冷媒のエンタルピから室外熱交換器16の入口側冷媒のエンタルピを減算したエンタルピ差を拡大することができる。その結果、暖房モード時に、通常の蒸気圧縮式の冷凍サイクルよりも、送風空気の加熱能力を向上させることができる。
これに加えて、暖房モードは外気温が低下する際に実行される運転モードであるから、水−冷媒熱交換器12における冷媒凝縮圧力と室外熱交換器16における冷媒蒸発圧力との圧力差(すなわち、サイクルの高低圧差)が拡大しやすい。従って、暖房モード時にガスインジェクションサイクルを構成することで、圧縮機11の圧縮効率を向上させて、高いCOP向上効果を得ることができる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。例えば、第2、第4実施形態で説明した冷凍サイクル装置10の中間圧膨張弁14dに代えて、第3実施形態で説明した温度式膨張弁141および中間圧開閉弁15cを採用してもよい。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。例えば、第2、第4実施形態で説明した冷凍サイクル装置10の中間圧膨張弁14dに代えて、第3実施形態で説明した温度式膨張弁141および中間圧開閉弁15cを採用してもよい。
(a)上述の実施形態では、(1)冷房モード、(5)冷房+冷却モード、(11)冷却モードで、ガスインジェクションサイクルを構成する冷媒回路に切り替える例を説明したが、これに限定されない。
つまり、少なくとも冷凍サイクル装置10の熱負荷が最も高くなり得る運転モード(上述の実施形態では、(5)冷房+冷却モード)時に、ガスインジェクションサイクルを構成する冷媒回路に切り替えるようにすればよい。従って、(1)冷房モードおよび(11)冷却モードで、中間圧膨張弁14dを全閉状態として、通常の蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成してもよい。
また、上述の実施形態では、複数の運転モードに切替可能な冷凍サイクル装置10について説明したが、冷凍サイクル装置10の運転モードの切り替えはこれに限定されない。つまり、いずれの運転モード時にも過剰な冷却能力や加熱能力が発揮されてしまうことなく、送風空気およびバッテリ80を充分かつ適切に冷却することができれば、上述した実施形態で説明した全ての運転モードに切替可能であることは必須ではない。
また、各運転モードの詳細制御は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。例えば、ステップS260で説明した送風モードを、圧縮機11のみならず送風機32を停止させる停止モードとしてもよい。
(b)冷凍サイクル装置の構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
例えば、上述の実施形態では、圧縮機11として、2つの圧縮機構を1つのハウジング内に収容した二段昇圧式の電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機の形式はこれに限定されない。中間圧ポート11bから中間圧のサイクル用冷媒を流入させて、低圧から高圧へ圧縮される過程のサイクル用冷媒に合流させることが可能であれば、ハウジングの内部に、1つの固定容量型の圧縮機構、および1つの圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機であってもよい。
この他にも、2つの圧縮機を直列に接続して、低段側に配置される低段側圧縮機の吸入口を吸入口11aとし、高段側に配置される高段側圧縮機の吐出口を吐出口11cとする。さらに、低段側圧縮機の吐出口と高段側圧縮機との吸入口とを接続する接続部に中間圧吸入口bを設ける。このように、低段側圧縮機と高段側圧縮機との2つの圧縮機を用いて、1つの二段昇圧式の圧縮機を構成してもよい。
上述した効果を発揮できるように、複数のサイクル構成機器の一体化等を行ってもよい。例えば、第2三方継手13bと第5三方継手13eとを一体化させた四方継手構造のものを採用してもよい。また、冷房用膨張弁14bおよび冷却用膨張弁14cとして、全閉機能を有しない電気式膨張弁と開閉弁とを直接的に接続したものを採用してもよい。
また、上述の実施形態では、冷媒としてR1234yfを採用した例を説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、R134a、R600a、R410A、R404A、R32、R407C、等を採用してもよい。または、これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。さらに、冷媒として二酸化炭素を採用して、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成してもよい。
(c)加熱部の構成は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。例えば、第1実施形態で説明した高温側熱媒体回路40に対して、低温側熱媒体回路50の三方弁53および低温側ラジエータ54と同様の三方弁および高温側ラジエータを追加し、余剰の熱を外気に放熱させるようにしてもよい。さらに、ハイブリッド車両のように内燃機関(エンジン)を備える車両では、高温側熱媒体回路40にエンジン冷却水を循環させるようにしてもよい。
また、高温側熱媒体回路40を廃止して、加熱部として室内凝縮器を採用してもよい。室内凝縮器は、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒と送風空気とを熱交換させて、冷媒を凝縮させるとともに送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。
(d)冷却部の構成は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。例えば、冷却部として、第1実施形態で説明した低温側熱媒体回路50のチラー19を凝縮部とし、冷却用熱交換部52を蒸発部として機能させるサーモサイフォンを採用してもよい。これによれば、低温側熱媒体ポンプ51を廃止することができる。
サーモサイフォンは、冷媒を蒸発させる蒸発部と冷媒を凝縮させる凝縮部とを有し、蒸発部と凝縮部とを閉ループ状に(すなわち、環状に)接続することによって構成されている。そして、蒸発部における冷媒の温度と凝縮部における冷媒の温度との温度差によって回路内の冷媒に比重差を生じさせ、重力の作用によって冷媒を自然循環させて、冷媒とともに熱を輸送する熱輸送回路である。
例えば、冷却用膨張弁14cにて減圧された冷媒と冷却用送風空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる電池用蒸発器と、電池用蒸発器へ向けて冷却用送風空気を送風する電池用送風機とを備え、電池用蒸発器にて冷却された冷却用送風空気を吹き付けることによってバッテリ80を冷却する空気冷却式の冷却部を採用してもよい。
また、上述の実施形態では、冷却部にて冷却される冷却対象物がバッテリ80である例を説明したが、冷却対象物はこれに限定されない。直流電流と交流電流とを変換するインバータ、バッテリ80に電力を充電する充電器、電力を供給されることによって走行用の駆動力を出力するとともに、減速時等には回生電力を発生させるモータジェネレータのように作動時に発熱を伴う電気機器であってもよい。
(e)上述の各実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置10を車両用空調装置1に適用したが、冷凍サイクル装置10の適用はこれに限定されない。例えば、コンピューターサーバーの温度を適切に調整しつつ、室内の空調を行うサーバー冷却機能付きの空調装置等に適用してもよい。
(f)上述の各実施形態では、(1)冷房モード、(5)冷房+冷却モード、(11)冷却モードのように、送風空気を加熱しない運転モードであっても、圧縮機11から吐出された冷媒を加熱部(具体的には、水−冷媒熱交換器12)へ流入させる例を説明したが、各運転モードにおける冷媒回路はこれに限定されない。
例えば、図30に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒を暖房用膨張弁14aの入口側へ導く加熱部バイパス通路22g、および圧縮機11から吐出された冷媒を水−冷媒熱交換器12(すなわち、加熱部)へ導く冷媒回路と加熱部バイパス通路22gへ流入させる冷媒回路とを切り替える加熱部切替弁26を備えていてもよい。
そして、必要吹出温度と蒸発器温度Tefinとを比較して、送風空気を加熱する必要がない場合には、加熱部切替弁26が、圧縮機11から吐出された冷媒を、加熱部へ流入させることなく、加熱部バイパス通路22gへ流入させるように冷媒回路を切り替えてもよい。
また、目標吹出温度TAOと空調風温度センサ69によって検出された送風空気温度TAVとを比較して、送風空気を加熱する必要がない場合には、加熱部切替弁26が、圧縮機11から吐出された冷媒を加熱部バイパス通路22gへ流入させるように冷媒回路を切り替えてもよい。
また、送風空気を加熱する必要のない運転モード時には、加熱部切替弁26が、圧縮機11から吐出された冷媒を加熱部バイパス通路22gへ流入させるように冷媒回路に切り替え、送風空気を加熱する必要のある運転モード時には、加熱部切替弁26が、圧縮機11から吐出された冷媒を加熱部へ流入させるように冷媒回路に切り替えてもよい。
11…圧縮機、11a…吸入口、11b…中間圧吸入口、11c…吐出口、
13g…上流側分岐部、13e…下流側分岐部、13f…合流部、
14a…暖房用膨張弁、14b…冷房用膨張弁、14c…冷却用膨張弁、
14d…中間圧膨張弁、141…温度式膨張弁(中間圧膨張弁)、
15a…除湿用開閉弁、15b…暖房用開閉弁(冷媒回路切替部)、
16…室外熱交換器、18…室内蒸発器、
22a…バイパス通路、22b…暖房用通路、22c…中間圧通路、
23…内部熱交換器、23a…中間温側通路、23b…高温側通路、
40…高温側熱媒体回路(加熱部)、
50…低温側熱媒体回路(冷却部)、52a…冷却用熱交換部(冷却部)、
80…バッテリ(冷却対象物)
13g…上流側分岐部、13e…下流側分岐部、13f…合流部、
14a…暖房用膨張弁、14b…冷房用膨張弁、14c…冷却用膨張弁、
14d…中間圧膨張弁、141…温度式膨張弁(中間圧膨張弁)、
15a…除湿用開閉弁、15b…暖房用開閉弁(冷媒回路切替部)、
16…室外熱交換器、18…室内蒸発器、
22a…バイパス通路、22b…暖房用通路、22c…中間圧通路、
23…内部熱交換器、23a…中間温側通路、23b…高温側通路、
40…高温側熱媒体回路(加熱部)、
50…低温側熱媒体回路(冷却部)、52a…冷却用熱交換部(冷却部)、
80…バッテリ(冷却対象物)
Claims (6)
- 吸入口(11a)から吸入した低圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出口(11c)から吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧吸入口(11b)を有する圧縮機(11)と、
前記圧縮機から吐出された高圧冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される送風空気を加熱する加熱部(40)と、
前記加熱部から流出した冷媒を減圧させる暖房用膨張弁(14a)と、
前記暖房用膨張弁から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
前記室外熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐する上流側分岐部(13g)と、
前記上流側分岐部にて分岐された一方の冷媒を前記中間圧吸入口側へ導く中間圧通路(22c)と、
前記中間圧通路を流通する冷媒を前記中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧膨張弁(14d、141)と、
前記中間圧膨張弁にて減圧された前記中間圧冷媒を流通させる中間温側通路(23a)および前記上流側分岐部にて分岐された他方の冷媒を流通させる高温側通路(23b)とを有し、前記中間温側通路を流通する前記中間圧冷媒と前記高温側通路を流通する冷媒とを熱交換させる内部熱交換器(23)と、
前記高温側通路から流出した冷媒の流れを分岐する下流側分岐部(13e)と、
前記下流側分岐部にて分岐された一方の冷媒を前記低圧冷媒となるまで減圧させる冷房用膨張弁(14b)と、
前記冷房用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、前記送風空気を冷却する室内蒸発器(18)と、
前記下流側分岐部にて分岐された他方の冷媒を前記低圧冷媒となるまで減圧させる冷却用膨張弁(14c)と、
前記冷却用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、冷却対象物(80)を冷却する冷却部(50、52a)と、
前記室内蒸発器から流出した冷媒の流れと前記冷却部から流出した冷媒の流れとを合流させて、前記圧縮機の吸入口側へ流出させる合流部(13f)と、
前記室外熱交換器から流出した冷媒を前記圧縮機の吸入口側へ導く暖房用通路(22b)と、
冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部(15a〜15e)と、を備え、
前記冷媒回路切替部は、
前記送風空気を前記加熱部にて加熱する暖房モードでは、前記圧縮機の前記吐出口→前記加熱部→前記暖房用膨張弁→前記室外熱交換器→前記暖房用通路→前記圧縮機の前記吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替え、
前記送風空気を前記室内蒸発器にて冷却するとともに、前記冷却対象物を前記冷却部にて冷却する冷房+冷却モードでは、前記圧縮機の前記吐出口→前記暖房用膨張弁→前記室外熱交換器→前記上流側分岐部→前記中間圧膨張弁→前記中間温側通路→前記圧縮機の前記中間圧吸入口の順に冷媒を循環させ、さらに、前記上流側分岐部→前記高温側通路→前記下流側分岐部→前記冷房用膨張弁→前記室内蒸発器→前記合流部→前記圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させるとともに、前記上流側分岐部→前記高温側通路→前記下流側分岐部→前記冷却用膨張弁→前記冷却部→前記合流部→前記圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えるものである冷凍サイクル装置。 - 吸入口(11a)から吸入した低圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮して吐出口(11c)から吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧吸入口(11b)を有する圧縮機(11)と、
前記圧縮機から吐出された冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
前記室外熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐する上流側分岐部(13g)と、
前記上流側分岐部にて分岐された一方の冷媒を前記中間圧吸入口側へ導く中間圧通路(22c)と、
前記中間圧通路を流通する冷媒を前記中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧膨張弁(14d、141)と、
前記中間圧膨張弁にて減圧された前記中間圧冷媒を流通させる中間温側通路(23a)および前記上流側分岐部にて分岐された他方の冷媒を流通させる高温側通路(23b)とを有し、前記中間温側通路を流通する前記中間圧冷媒と前記高温側通路を流通する冷媒とを熱交換させる内部熱交換器(23)と、
前記高温側通路から流出した冷媒の流れを分岐する下流側分岐部(13e)と、
前記下流側分岐部にて分岐された一方の冷媒を前記低圧冷媒となるまで減圧させる冷房用膨張弁(14b)と、
前記冷房用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、前記送風空気を冷却する室内蒸発器(18)と、
前記下流側分岐部にて分岐された他方の冷媒を前記低圧冷媒となるまで減圧させる冷却用膨張弁(14c)と、
前記冷却用膨張弁から流出した冷媒を蒸発させて、冷却対象物を冷却する冷却部(50、52a)と、
前記室内蒸発器から流出した冷媒の流れと前記冷却部から流出した冷媒の流れとを合流させて、前記圧縮機の吸入口側へ流出させる合流部(13f)と、
冷媒回路を切り替える冷媒回路切替部(15a〜15e)と、
前記冷房用膨張弁(14b)および前記冷却用膨張弁(14c)の少なくとも一方の作動を制御する膨張弁制御部(60b)と、を備え、
前記冷媒回路切替部は、前記送風空気を前記室内蒸発器にて冷却するとともに、前記冷却対象物を前記冷却部にて冷却する冷房+冷却モードでは、前記圧縮機の前記吐出口→前記暖房用膨張弁→前記室外熱交換器→前記上流側分岐部→前記中間圧膨張弁→前記中間温側通路→前記圧縮機の前記中間圧吸入口の順に冷媒を循環させ、さらに、前記上流側分岐部→前記高温側通路→前記下流側分岐部→前記冷房用膨張弁→前記室内蒸発器→前記合流部→前記圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させるとともに、前記上流側分岐部→前記高温側通路→前記下流側分岐部→前記冷却用膨張弁→前記冷却部→前記合流部→前記圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えるものであり、
前記膨張弁制御部は、前記冷房+冷却モードでは、前記下流側分岐部へ流入する冷媒が過冷却度を有する高圧冷媒となるように、前記冷房用膨張弁(14b)および前記冷却用膨張弁(14c)の少なくとも一方の作動を制御するものである冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機から吐出された高圧冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される送風空気を加熱する加熱部(40)と、
前記加熱部から流出した冷媒を減圧させて前記室外熱交換器の冷媒入口側へ流出させる暖房用膨張弁(14a)と、
前記室外熱交換器から流出した冷媒を前記圧縮機の吸入口側へ導く暖房用通路(22b)と、を備え、
前記冷媒回路切替部は、前記送風空気を前記加熱部にて加熱する暖房モードでは、前記圧縮機の前記吐出口→前記加熱部→前記暖房用膨張弁→前記室外熱交換器→前記暖房用通路→前記圧縮機の前記吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替える請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記暖房用通路の入口部は、前記上流側分岐部よりも冷媒流れ上流側に接続されている請求項1または3に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記冷媒回路切替部は、前記送風空気を前記室内蒸発器にて冷却する冷房モードでは、前記圧縮機の前記吐出口→前記暖房用膨張弁→前記室外熱交換器→前記上流側分岐部→前記中間圧膨張弁→前記中間温側通路→前記圧縮機の前記中間圧吸入口の順に冷媒を循環させ、さらに、前記上流側分岐部→前記高温側通路→前記冷房用膨張弁→前記室内蒸発器→前記圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えるものであり、
前記冷房モードでは、前記暖房用膨張弁が全開となっている請求項1ないし4のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒回路切替部は、前記冷却対象物を前記冷却部にて冷却する冷却モードでは、前記圧縮機の前記吐出口→前記暖房用膨張弁→前記室外熱交換器→前記上流側分岐部→前記中間圧膨張弁→前記中間温側通路→前記圧縮機の前記中間圧吸入口の順に冷媒を循環させ、さらに、前記上流側分岐部→前記高温側通路→前記冷却用膨張弁→前記冷却部→前記圧縮機の吸入口の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えるものであり、
前記冷却モードでは、前記暖房用膨張弁が全開となっている請求項1ないし5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
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