JP7331214B1 - 空調装置および空調装置の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧縮機の動力低下および圧縮機のトルク増加を抑制する。
【解決手段】加熱部20を通過した冷媒をアキュムレータ30に導く循環流路と、加熱部20を通過させずに冷媒をアキュムレータ30に導くバイパス流路と、循環流路に配置される絞り弁40およびバイパス流路に配置される絞り弁50の開度を制御する制御部90と、を備え、制御部90は、圧縮機10が吸入する冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、アキュムレータ30に流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合がアキュムレータ30から流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなり、圧縮機10が吸入する冷媒の圧力が所定圧力よりも高い場合、流入冷媒中の液冷媒の割合が流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように絞り弁40および絞り弁50の開度を制御する車両用空調装置100を提供する。
【選択図】図3

Description

本開示は、空調装置および空調装置の制御方法に関する。
従来、ヒートポンプ式車両用空調装置において、室外熱交換器に霜がつかないようにするため、室外熱交換器を経由させずに、圧縮機から吐出された高温高圧のガスを室内熱交換器とアキュムレータと圧縮機との間で循環させるフロスト防止運転を実行することが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、室外熱交換器の後流側の圧力が所定値よりも低圧になったとき、室外熱交換器の熱交換能力が霜の付着により低下したと判断し、室外熱交換器を使用しない冷媒回路でヒートポンプ運転を行うことが開示されている。
特開2000-343934号公報
しかしながら、室外熱交換器を使用しない冷媒回路でヒートポンプ運転を行う場合に、アキュムレータから圧縮機に流入する冷媒の圧力が所望の圧力よりも低くなるほど冷媒の吸入密度が低くなり、圧縮機の動力が低下してしまう。また、アキュムレータから圧縮機に流入する冷媒の圧力が所望の圧力よりも高くなるほど冷媒の吸入密度が高くなり、圧縮機を所望の回転数で動作させるために必要なトルクが増加してしまう。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧縮機に流入する冷媒の圧力の低下による圧縮機の動力低下および圧縮機に流入する冷媒の圧力の上昇による圧縮機のトルク増加を抑制することが可能な空調装置および空調装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示は以下の手段を採用する。
本開示に係る空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒により加熱対象物を加熱する加熱部と、前記圧縮機が吸入する前記冷媒中の液分を分離するアキュムレータと、前記加熱部を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く循環流路と、前記加熱部を通過させずに前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記アキュムレータに導くバイパス流路と、前記循環流路に配置され、前記加熱部から流出した前記冷媒を減圧する第1絞り機構と、前記バイパス流路に配置され、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を減圧する第2絞り機構と、前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力を検知する検知部と、前記第1絞り機構の第1開度および前記第2絞り機構の第2開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検知部が検知する前記冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、前記第1絞り機構で減圧された前記冷媒および前記第2絞り機構で減圧された前記冷媒を含む前記アキュムレータに流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御し、前記検知部が検知する前記冷媒の圧力が前記所定圧力よりも高い場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御する。
本開示に係る空調装置の制御方法において、前記空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒により加熱対象物を加熱する加熱部と、前記圧縮機が吸入する前記冷媒中の液分を分離するアキュムレータと、前記加熱部を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く循環流路と、前記加熱部を通過させずに前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記アキュムレータに導くバイパス流路と、前記循環流路に配置され、前記加熱部から流出した前記冷媒を減圧する第1絞り機構と、前記バイパス流路に配置され、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を減圧する第2絞り機構と、を備え、前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力を検知する検知工程と、前記検知工程が検知する前記冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、前記第1絞り機構で減圧された前記冷媒および前記第2絞り機構で減圧された前記冷媒を含む前記アキュムレータに流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように前記第1絞り機構の第1開度および前記第2絞り機構の第2開度を制御する第1制御工程と、前記検知工程が検知する前記冷媒の圧力が前記所定圧力よりも高い場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御する第2制御工程と、を備える。
本開示によれば、圧縮機に流入する冷媒の圧力の低下による圧縮機の動力低下および圧縮機に流入する冷媒の圧力の上昇による圧縮機のトルク増加を抑制することが可能な空気調和機および空気調和機の制御方法を提供することができる。
本開示の一実施形態に係る車両用空調装置の冷媒回路図である。 車両用空調装置のヒートポンプ暖房運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 車両用空調装置のホットガス暖房運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 車両用空調装置のホットガス暖房運転時の動作を示すフローチャートである。 車両用空調装置のホットガス暖房運転時の動作を示すフローチャートである。 ホットガス暖房運転時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 車両用空調装置の除湿暖房運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 車両用空調装置の冷房運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
以下に、本開示の一実施形態に係るヒートポンプ式の車両用空調装置(空調装置)100について、図1を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態の車両用空調装置100は、圧縮機10と、加熱部20と、アキュムレータ30と、絞り弁(第1絞り機構)40と、絞り弁(第2絞り機構)50と、開閉弁(切換部)61と、開閉弁(切換部)62と、開閉弁63と、開閉弁(第1開閉弁)64と、開閉弁(第2開閉弁)65と、絞り弁(第3絞り機構)70と、室外熱交換器80と、室外ファン81と、車内熱交換器(蒸発器)85と、室内ブロワ86と、制御部90と、冷媒加熱ヒータ91と、圧力センサ92と、温度センサ93と、温度センサ94と、温度センサ95と、圧力センサ96と、を備える。
本実施形態の車両用空調装置100は、車内に設置される加熱部20により温風を生成し、あるいは車内に設置される車内熱交換器85により冷風を生成し、車内へ送風する装置である。車両用空調装置100は、ヒートポンプ暖房運転時には室外熱交換器80を蒸発器として動作させ、冷房運転時には室外熱交換器80を凝縮器として動作させる。また、車両用空調装置100は、外気温が所定温度(例えば、-20℃)以下である場合に、室外熱交換器80に冷媒を通過させずに圧縮機10の動力のみで暖房を行うホットガス暖房運転を行うことが可能である。本実施形態の車両用空調装置100で用いられる冷媒は、例えば、HFO-1234yfである。
圧縮機10は、アキュムレータ30から流入する冷媒を圧縮する装置である。圧縮機10は、例えば、モータ(図示略)を駆動して冷媒を圧縮する電力圧縮機である。圧縮機10は、冷媒配管L1から流入する冷媒を圧縮し、冷媒配管L2へ吐出する。冷媒配管L2へ吐出された冷媒は、冷媒配管L3および冷媒配管L4を介して加熱部20に導かれる。
加熱部20は、圧縮機10から吐出される高温高圧の冷媒により室内ブロワ86により送風される空気(加熱対象物)を加熱する装置である。加熱部20により加熱された空気は、車室内へ送風される。加熱部20において空気との熱交換をした冷媒は冷媒配管L5に配置される絞り弁40に導かれる。
アキュムレータ30は、圧縮機10が吸入する冷媒中の液分の少なくとも一部を分離する装置である。アキュムレータ30は、冷媒配管L1を介して、気相または気液2相の冷媒を圧縮機10に導く。
絞り弁40は、冷媒配管L5に配置され、加熱部20から流出した冷媒を減圧する機構である。絞り弁40の開度は、制御部90により制御される。絞り弁40で減圧された冷媒は、冷媒配管L5を流通する。
絞り弁50は、冷媒配管L3に連結される冷媒配管L6に配置され、圧縮機10から吐出される冷媒を減圧する機構である。絞り弁50の開度は、制御部90により制御される。絞り弁50で減圧された冷媒は、冷媒配管L6から冷媒配管L7を介してアキュムレータ30に導かれる。冷媒配管L7は、車内熱交換器85とアキュムレータ30を連結する配管である。
開閉弁61は、冷媒配管L8に配置され、冷媒配管L8に冷媒を流通させる開状態と冷媒配管L8に冷媒を流通させない閉状態とを切り換える装置である。冷媒配管L8は、冷媒配管L5と冷媒配管L9とを連結する配管である。冷媒配管L9は、冷媒配管L10と冷媒配管L7とを連結する配管である。冷媒配管L10は、室外熱交換器80と車内熱交換器85とを連結する配管である。
開閉弁62は、冷媒配管L6に配置され、冷媒配管L6に冷媒を流通させる開状態と冷媒配管L6に冷媒を流通させない閉状態とを切り換える装置である。
開閉弁63は、冷媒配管L11に配置され、冷媒配管L11に冷媒を流通させる開状態と冷媒配管L11に冷媒を流通させない閉状態とを切り換える装置である。
開閉弁64は、冷媒配管L5に配置され、冷媒配管L5の冷媒配管L8との連結部分よりも室外熱交換器80側に冷媒を流通させる開状態と、冷媒配管L5の冷媒配管L8との連結部分よりも室外熱交換器80側に冷媒を流通させない閉状態とを切り換える装置である。
開閉弁65は、冷媒配管L9に配置され、冷媒配管L9に冷媒を流通させる開状態と冷媒配管L9に冷媒を流通させない閉状態とを切り換える装置である。
絞り弁70は、冷媒配管L10に配置され、室外熱交換器80から導かれる冷媒を減圧する機構である。絞り弁70の開度は、制御部90により制御される。絞り弁70で減圧された冷媒は、冷媒配管L10から車内熱交換器85へ導かれる。
室外熱交換器80は、車外に設置され、外気と冷媒との間で熱交換を行う装置である。室外熱交換器80は、ヒートポンプ暖房運転時には蒸発器として動作し、冷媒を蒸発させて外気を冷却する。また、室外熱交換器80は、冷房運転時には凝縮器として動作し、冷媒を凝縮させて外気を加熱する。室外ファン81は、外気を室外熱交換器80へ送風して外気と冷媒との熱交換を促進させる装置である。
車内熱交換器(蒸発器)85は、室外熱交換器80を通過し、絞り弁70で減圧された冷媒を蒸発させることにより、空気を冷却または除湿する装置である。室内ブロワ86は、車内熱交換器85に向けて空気を送風することにより、車内熱交換器85で冷却または除湿された空気を、加熱部20を介して車室内へ導く。
制御部90は、車両用空調装置100の各部を制御する装置である。制御部90は、記憶部(図示略)に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、車両用空調装置100の各部を制御する各種の処理を実行する。
冷媒加熱ヒータ91は、冷媒配管L8の開閉弁61の下流側に配置され、アキュムレータ30に流入する冷媒を加熱する装置である。制御部90は、例えば、ホットガス暖房運転の開始時に、圧縮機10が吸入する冷媒の圧力を高めるために冷媒加熱ヒータ91を動作させて冷媒を加熱する。
圧力センサ92は、冷媒配管L1を流通する冷媒の圧力を検出するセンサである。温度センサ93は、冷媒配管L1を流通する冷媒の温度を検出するセンサである。温度センサ94は、冷媒配管L2を流通する冷媒の温度を検出するセンサである。温度センサ95は、加熱部20と絞り弁40との間の冷媒配管L5を流通する冷媒の温度を検出するセンサである。圧力センサ96は、加熱部20と絞り弁40との間の冷媒配管L5を流通する冷媒の圧力を検出するセンサである。
本実施形態では、冷媒配管L1に圧力センサ92と温度センサ93の双方を設けるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、冷媒配管L1に温度センサ93のみを設け、温度センサ93が検出する温度から冷媒配管L1を流通する冷媒の圧力を検出(推定)するようにしてもよい。
<ヒートポンプ暖房運転>
本実施形態に係る車両用空調装置100のヒートポンプ暖房運転時の動作について、図2を参照して説明する。図2は、車両用空調装置100のヒートポンプ暖房運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。ヒートポンプ暖房運転は、例えば、室外熱交換器80が設置される車外の温度が所定温度(例えば、-20℃)以下ではない場合に実行される。
図2に示す矢印は、冷媒の流通方向を示す。図2に示すように、ヒートポンプ暖房運転時に、冷媒は、圧縮機10,加熱部20,絞り弁40,室外熱交換器80,アキュムレータ30,圧縮機10の順に循環する。冷媒配管L1,L2,L3,L4,L5,L9,L7は、冷媒を循環させる循環流路を形成する。
ヒートポンプ暖房運転時に、室外熱交換器80は、蒸発器として動作し、冷媒を蒸発させて外気を冷却する。ヒートポンプ暖房運転時に、制御部90は、開閉弁64,65を開状態とし、開閉弁61,62,63を閉状態とする。
<ホットガス暖房運転>
本実施形態に係る車両用空調装置100のホットガス暖房運転時の動作について、図3を参照して説明する。図3は、車両用空調装置100のホットガス暖房運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。図3に示す矢印は、冷媒の流通方向を示す。ホットガス暖房運転は、例えば、室外熱交換器80が設置される車外の温度が所定温度(例えば、-20℃)以下である場合に実行される。
図3に示すように、ホットガス暖房運転時に、冷媒の一部は、圧縮機10,加熱部20,絞り弁40,アキュムレータ30,圧縮機10の順に循環する。冷媒配管L1,L2,L3,L4,L5,L8,L9,L7は、冷媒を循環させる循環流路を形成する。冷媒配管L5,L8,L9,L7は、加熱部20を通過した冷媒をアキュムレータ30に導く。
また、冷媒の他の一部は、冷媒配管L4,L5,L8,L9を流通せずに冷媒配管L3から冷媒配管L6を介して冷媒配管L7へ導かれる。冷媒配管L6は、加熱部20を通過させずに圧縮機10から吐出される冷媒をアキュムレータ30に導くバイパス流路である。
ホットガス暖房運転を行う場合、制御部90は、開閉弁64および開閉弁65を閉状態にし、冷媒配管L1,L2,L3,L4,L5,L8,L9,L7で形成する循環流路に冷媒を循環させる。そして、本実施形態の車両用空調装置100において、冷媒配管L1~L11からなる冷媒配管に封入される冷媒の封入量は、開閉弁64および開閉弁65を閉状態にした場合に加熱部20による空気の加熱が可能となるように設定されている。
ここで、図4から図6を参照して、車両用空調装置100のホットガス暖房運転時の動作について説明する。図4および図5は、車両用空調装置100のホットガス暖房運転時の動作を示すフローチャートである。図4および図5に示す各ステップは、制御部90により実行される。図6は、ホットガス暖房運転時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
ステップS101で、制御部90は、開閉弁61,63,64,65を閉状態とするよう制御する。
ステップS102で、制御部90は、圧力センサ92が検出する冷媒の圧力LPが閾値圧力を上回っているかどうかを判断し、YESであればステップS108へ処理を進め、NOであればステップS103に処理を進める。
ステップS103で、制御部90は、開閉弁62を開状態とするよう制御する。制御部90は、開閉弁62を開状態とし圧縮機10を動作させることにより、圧縮機10から吐出される冷媒の全量を、冷媒配管L6を介してアキュムレータ30に導くように循環させる。このように、制御部90は、車両用空調装置100を、圧縮機10から吐出される冷媒を加熱部20へ導かずに冷媒配管L6へ導く第1運転モードとする。
ステップS104で、制御部90は、絞り弁50の開度を調整するよう制御する。ステップS104が実行されるのは、ステップS102でNOと判断された場合であり、圧力センサ92が検出する冷媒の圧力LPが閾値圧力以下で加熱部20を用いたホットガス暖房運転ができない状態である。
そこで、ステップS104では、加熱部20を用いたホットガス暖房運転が実行できる状態にするために、絞り弁50の開度を調整して冷媒配管L6を介してアキュムレータ30に導かれる冷媒の循環量を調整する。制御部90は、圧力センサ92が検出する冷媒の圧力LPと閾値圧力との差が大きいほど絞り弁50の開度が大きくなるように、絞り弁50の開度を制御する。このようにすることで、加熱部20を用いたホットガス暖房運転が実行できる状態にするために要する起動時間を短縮することができる。
ステップS105で、制御部90は、圧力センサ92が検出する冷媒の圧力LPが閾値圧力を上回っているかどうかを判断し、YESであればステップS106へ処理を進め、NOであればステップS104の絞り弁50の開度の調整を再び実行する。
ステップS106で、制御部90は、ステップS107で開閉弁61を開状態とするのに先立って、絞り弁40の開度を調整する。絞り弁40の開度は、開閉弁61を開状態とした際に冷凍サイクルを循環する冷媒の圧力の低下を抑制するように調整される。
ステップS107で、制御部90は、開閉弁61を開状態とするよう制御する。開閉弁61を開状態とすることにより、圧縮機10から吐出される冷媒の一部が、圧縮機10,加熱部20,絞り弁40,アキュムレータ30,圧縮機10の順に循環する。
このように、制御部90は、車両用空調装置100を、圧縮機10から吐出される冷媒を加熱部20へ導かずに冷媒配管L6へ導く第1運転モードを、圧縮機10から吐出される冷媒を加熱部20および冷媒配管L6の双方へ導く第2運転モードに切り換える。開閉弁61は、第1運転モードと第2運転モードを切り換える切換部として機能する。制御部90は、圧縮機10が吸入する冷媒の圧力が閾値圧力を超えたことに応じて、第1運転モードを第2運転モードに切り換えるよう開閉弁61を制御する。
ステップS108で、制御部90は、開閉弁62を開状態とするよう制御する。ステップS109で、制御部90は、開閉弁61を開状態とするよう制御する。制御部90は、開閉弁62および開閉弁61を開状態とし圧縮機10を動作させることにより、圧縮機10から吐出される冷媒の一部が加熱部20に導かれ、圧縮機10から吐出される冷媒の他の一部が加熱部20を経由せずに冷媒配管L6からアキュムレータ30に導かれる状態とする。
ステップS110で、制御部90は、加熱部20へ冷媒を導くホットガス暖房運転を行うにあたって、加熱部20を通過した冷媒が液冷媒となるように、絞り弁40の開度を調整する。制御部90は、図6に示すb点の冷媒の温度とb’点の冷媒の温度の差分である過冷却度SCが所定の値となるように絞り弁40の開度を調整する。制御部90は、過冷却度SCを、温度センサ95が検出する温度と圧力センサ96が検出する圧力から算出する。
ステップS111で、制御部90は、図6に示す点a,b,cの比エンタルピha,hb,hcをそれぞれ算出する。点aの比エンタルピhaは、温度センサ94が検出する温度と、圧力センサ96が検出する圧力から算出される。点bの比エンタルピhbは、温度センサ95が検出する温度と、圧力センサ96が検出する圧力から算出される。点cの比エンタルピhcは、温度センサ93が検出する温度または圧力センサ92が検出する圧力のいずれかと、圧縮機10を駆動するモータの回転数から算出される。
ステップS112で、制御部90は、冷媒配管L6の冷媒循環量Gr1を算出する。冷媒循環量Gr1は、絞り弁50の開度と、点aの圧力HPと、点cの圧力LPと、温度センサ93が検出する温度から算出される。
ステップS113で、制御部90は、冷媒配管L5の冷媒循環量Gr2を算出する。冷媒循環量Gr2は、絞り弁40の開度と、点bの圧力HPと、点cの圧力LPと、温度センサ93が検出する温度から算出される。
ステップS114で、制御部90は、圧力センサ92が検出する冷媒の圧力LPが所定圧力を上回っているかどうかを判断し、YESであればステップS115へ処理を進め、NOであればステップS116に処理を進める。所定圧力は、前述した閾値圧力よりも高く、ホットガス暖房運転に適した圧力として予め定められたものである。
ステップS115で、制御部90は、(ha-hc)×Gr1>(hc-hb)×Gr2となるように絞り弁50の開度を増加させる。このようにすることで、絞り弁40で減圧された冷媒および絞り弁50で減圧された冷媒を含むアキュムレータ30に流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、アキュムレータ30から流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くすることができる。
図6において、絞り弁50の開度を増加させることにより、アキュムレータ30の出口側(圧縮機10の吸入側)に対応する点cを、点dよりも点eに近づけることができる。点dは絞り弁40の下流側に対応し、点eは絞り弁50の下流側に対応する。
そして、アキュムレータ30に流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合を、アキュムレータ30から流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くすることで、アキュムレータ30に貯留される液冷媒が減少する。これにより、冷凍サイクルを流通する冷媒の増加に伴って圧縮機10に流入する冷媒の圧力が増加し、圧縮機10の動力低下を抑制することができる。
ステップS116で、制御部90は、(ha-hc)×Gr1<(hc-hb)×Gr2となるように絞り弁50の開度を減少させる。このようにすることで、絞り弁40で減圧された冷媒および絞り弁50で減圧された冷媒を含むアキュムレータ30に流入する流入冷媒中の液冷媒の割合が、アキュムレータ30から流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くすることができる。図6において、絞り弁50の開度を減少させることにより、アキュムレータ30の出口側(圧縮機10の吸入側)に対応する点cを、点eよりも点dに近づけることができる。
そして、アキュムレータ30に流入する流入冷媒中の液冷媒の割合を、アキュムレータ30から流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くすることで、アキュムレータ30に貯留される液冷媒が増加してアキュムレータ30から流出する冷媒に含まれる液冷媒の割合が減少する。これにより、冷凍サイクルを流通する冷媒の減少に伴って圧縮機10に流入する冷媒の圧力が減少し、圧縮機10のトルク増加を抑制することができる。
ステップS117で、制御部90は、ホットガス暖房運転を終了する指示が入力されたかどうかを判断し、YESであれば本フローチャートの処理を終了させる。NOであればステップS110以降の処理を再び実行する。
以上で説明したホットガス暖房運転において、制御部90は、圧縮機10の動力を減少させる場合、アキュムレータ30に流入する流入冷媒中の液冷媒の割合が変化しないように絞り弁40の開度(第1開度)および絞り弁50の開度(第2開度)を制御する。また、制御部90は、圧縮機10の動力を増加させる場合、アキュムレータ30に流入する流入冷媒中の液冷媒の割合が変化しないように絞り弁40の開度(第1開度)および絞り弁50の開度(第2開度)を制御する。
<除湿暖房運転>
本実施形態に係る車両用空調装置100の除湿暖房運転時の動作について、図7を参照して説明する。図7は、車両用空調装置100の除湿暖房運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
図7に示す矢印は、冷媒の流通方向を示す。図7に示すように、除湿暖房運転時に、冷媒は、圧縮機10,加熱部20,絞り弁40,室外熱交換器80,車内熱交換器85,アキュムレータ30,圧縮機10の順に循環する。冷媒配管L1,L2,L3,L4,L5,L10,L7は、冷媒を循環させる循環流路を形成する。
除湿暖房運転時に、室外熱交換器80は、蒸発器として動作し、冷媒を蒸発させて外気を冷却する。除湿暖房運転時に、制御部90は、開閉弁64を開状態とし、開閉弁61,62,63,65を閉状態とする。制御部90は、室内ブロワ86を駆動させて車内熱交換器85で除湿された空気を加熱部20へ導くことにより、空気に含まれる水分を除湿しつつ加熱部20で空気を加熱して送風することができる。
<冷房運転>
本実施形態に係る車両用空調装置100の冷房運転時の動作について、図8を参照して説明する。図8は、車両用空調装置100の冷房運転時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。
図8に示す矢印は、冷媒の流通方向を示す。図8に示すように、冷房運転時に、冷媒は、圧縮機10,室外熱交換器80,車内熱交換器85,アキュムレータ30,圧縮機10の順に循環する。冷媒配管L1,L2,L11,L5,L10,L7は、冷媒を循環させる循環流路を形成する。
冷房運転時に、室外熱交換器80は、凝縮器として動作し、冷媒を凝縮させて外気を加熱する。冷房運転時に、制御部90は、開閉弁63,64を開状態とし、開閉弁61,62,65を閉状態とする。制御部90は、室内ブロワ86を駆動させて室外熱交換器80で冷却された空気を車室内に送風することができる。
以上で説明した本実施形態の車両用空調装置100が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、圧縮機10から吐出される高温高圧の冷媒の一部が加熱部20に供給され、加熱部20により空気(加熱対象物)が加熱される。加熱部20を通過した冷媒は絞り弁40により減圧され、冷媒配管L5,L8,L9,L7によりアキュムレータ30に導かれる。また、圧縮機10から吐出される高温高圧の冷媒の他の一部が冷媒配管L6(バイパス流路)に導かれ、絞り弁50により減圧される。絞り弁50で減圧された冷媒は、冷媒配管L7を流通する冷媒と合流し、アキュムレータ30に導かれる。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、圧縮機10が吸入する冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、アキュムレータに30流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、アキュムレータ30から流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように絞り弁40の開度および絞り弁50の開度が制御される。そのため、アキュムレータ30に貯留される液冷媒が減少する。これにより、循環流路(冷媒配管L5,L8,L9,L7)およびバイパス流路(冷媒配管L6)を流通する冷媒の増加に伴って圧縮機10に流入する冷媒の圧力が増加し、圧縮機10の動力低下を抑制することができる。
また、本実施形態の車両用空調装置100によれば、圧縮機10が吸入する冷媒の圧力が所定圧力よりも高い場合、アキュムレータ30に流入する流入冷媒中の液冷媒の割合が、アキュムレータ30から流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように絞り弁40の開度および絞り弁50の開度が制御される。そのため、アキュムレータ30に貯留される液冷媒が増加する。これにより、循環流路(冷媒配管L5,L8,L9,L7)およびバイパス流路(冷媒配管L6)を流通する冷媒の減少に伴って圧縮機10に流入する冷媒の圧力が減少し、圧縮機10のトルク増加を抑制することができる。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、圧縮機10の動力を利用して空気を加熱するホットガス暖房運転において、圧縮機10が吸入する冷媒の圧力が閾値圧力に到達するまでは圧縮機10から吐出される冷媒を循環流路へ導かずにバイパス流路へ導く第1運転モードとし、冷媒の圧力を閾値圧力に速やかに到達させることができる。また、圧縮機10が吸入する冷媒の圧力が閾値圧力を超えたことに応じて第2運転モードとし、加熱部20による空気の加熱を適切に行うことができる。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、圧縮機10の動力を減少または増加させる場合に、圧縮機の動力の減少に応じて圧縮機が吸入する冷媒の圧力が変動することを適切に抑制することができる。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、開閉弁64および開閉弁65を閉状態にして循環流路に冷媒を循環させる場合、冷媒流路に封入した冷媒の一部が冷媒配管L5の開閉弁64の下流側および冷媒配管L9を含む循環流路とは異なる他の冷媒流路に滞留する。また、開閉弁64および開閉弁65を閉状態にしていても、循環流路を流通する冷媒の一部が冷媒配管L5の開閉弁64の下流側および冷媒配管L9に流入し、循環流路を流通する冷媒が減少してしまう。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、開閉弁64および開閉弁65を閉状態にして循環流路に冷媒を循環させる場合に、加熱部20による空気の加熱が可能となるように、循環流路とバイパス流路と第1流路(冷媒配管L5の開閉弁64の下流側)と第2流路(冷媒配管L9)とを含む冷媒流路に封入される冷媒の封入量が設定されている。そのため、開閉弁64および開閉弁65を閉状態にして循環流路に冷媒を循環させる場合に、加熱部20により空気を適切に加熱することができる。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、アキュムレータ30に流入する冷媒加熱ヒータ91により冷媒を加熱することで、アキュムレータ30に流入する冷媒の比エンタルピを高めることができる。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、室内ブロワ86を駆動させて車内熱交換器85で除湿された空気を加熱部20へ導くことにより、空気に含まれる水分を除湿しつつ加熱部20で空気を加熱して送風することができる。
本実施形態の車両用空調装置100によれば、加熱部20を通過した冷媒が液冷媒となるように絞り弁40の開度が調整されるため、絞り弁40に気液二相冷媒が流入して冷媒流動音が増加することを適切に防止することができる。
以上説明した各実施形態に記載の空調装置および空調装置の制御方法は例えば以下のように把握される。
本開示の第1態様に係る空調装置(100)は、冷媒を圧縮する圧縮機(10)と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒により加熱対象物を加熱する加熱部(20)と、前記圧縮機が吸入する前記冷媒中の液分を分離するアキュムレータ(30)と、前記加熱部を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く循環流路(L5,L8,L9,L7)と、前記加熱部を通過させずに前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記アキュムレータに導くバイパス流路(L6)と、前記循環流路に配置され、前記加熱部から流出した前記冷媒を減圧する第1絞り機構(40)と、前記バイパス流路に配置され、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を減圧する第2絞り機構(50)と、前記第1絞り機構の第1開度および前記第2絞り機構の第2開度を制御する制御部(90)と、を備え、前記制御部は、前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、前記第1絞り機構で減圧された前記冷媒および前記第2絞り機構で減圧された前記冷媒を含む前記アキュムレータに流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御し、前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力が前記所定圧力よりも高い場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御する。
本開示の第1態様に係る空調装置によれば、圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒の一部が加熱部に供給され、加熱部により加熱対象物が加熱される。加熱部を通過した冷媒は第1絞り機構により減圧され、循環流路によりアキュムレータに導かれる。また、圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒の他の一部がバイパス流路に導かれ、第2絞り機構により減圧される。第2絞り機構で減圧された冷媒は、循環流路を流通する冷媒と合流し、アキュムレータに導かれる。
本開示の第1態様に係る空調装置によれば、圧縮機が吸入する冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、アキュムレータに流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、アキュムレータから流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように第1開度および第2開度が制御される。そのため、アキュムレータに貯留される液冷媒が減少する。これにより、循環流路およびバイパス流路を流通する冷媒の増加に伴って圧縮機に流入する冷媒の圧力が増加し、圧縮機の動力低下を抑制することができる。
また、本開示の第1態様に係る空調装置によれば、圧縮機が吸入する冷媒の圧力が所定圧力よりも高い場合、アキュムレータに流入する流入冷媒中の液冷媒の割合が、アキュムレータから流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように第1開度および第2開度が制御される。そのため、アキュムレータに貯留される液冷媒が増加する。これにより、循環流路およびバイパス流路を流通する冷媒の減少に伴って圧縮機に流入する冷媒の圧力が減少し、圧縮機のトルク増加を抑制することができる。
本開示の第2態様に係る空調装置は、第1態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記循環流路へ導かずに前記バイパス流路へ導く第1運転モードと、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記循環流路および前記バイパス流路の双方へ導く第2運転モードと、を切り換える切換部(61)を備え、前記制御部は、前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力が閾値圧力を超えたことに応じて、前記第1運転モードを前記第2運転モードに切り換えるよう前記切換部を制御する。
本開示の第2態様に係る空調装置によれば、圧縮機の動力を利用して加熱対象物を加熱するホットガス暖房運転において、圧縮機が吸入する冷媒の圧力が閾値圧力に到達するまでは圧縮機から吐出される冷媒を循環流路へ導かずにバイパス流路へ導く第1運転モードとし、冷媒の圧力を閾値圧力に速やかに到達させることができる。また、圧縮機が吸入する冷媒の圧力が閾値圧力を超えたことに応じて第2運転モードとし、加熱部による加熱対象物の加熱を適切に行うことができる。
本開示の第3態様に係る空調装置は、第1態様または第2態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記制御部は、前記圧縮機の動力を減少させる場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が変化しないように前記第1開度および前記第2開度を制御する。
本開示の第3態様に係る空調装置によれば、圧縮機の動力を減少させる場合に、圧縮機の動力の減少に応じて圧縮機が吸入する冷媒の圧力が変動することを適切に抑制することができる。
本開示の第4態様に係る空調装置は、第1態様または第2態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記制御部は、前記圧縮機の動力を増加させる場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が変化しないように前記第1開度および前記第2開度を制御する。
本開示の第4態様に係る空調装置によれば、圧縮機の動力を増加させる場合に、圧縮機の動力の増加に応じて圧縮機が吸入する冷媒の圧力が変動することを適切に抑制することができる。
本開示の第5態様に係る空調装置は、第1態様または第2態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、外気と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器(80)と、前記加熱部を通過した前記冷媒を前記熱交換器に導く第1流路(L5)と、前記熱交換器を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く第2流路(L9)と、前記第1流路に配置される第1開閉弁(64)と、前記第2流路に配置される第2開閉弁(65)と、を備え、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を閉状態にして前記循環流路に前記冷媒を循環させる場合に、前記加熱部による前記加熱対象物の加熱が可能となるように、前記循環流路と前記バイパス流路と前記第1流路と前記第2流路とを含む冷媒流路に封入される前記冷媒の封入量が設定されている。
本開示の第5態様に係る空調装置によれば、第1開閉弁および第2開閉弁を閉状態にして循環流路に前記冷媒を循環させる場合、冷媒流路に封入した冷媒の一部が第1流路および第2流路を含む循環流路とは異なる他の冷媒流路に滞留する。また、第1開閉弁および第2開閉弁を閉状態にしていても、循環流路を流通する冷媒の一部が第1流路および第2流路に流入し、循環流路を流通する冷媒が減少してしまう。
本開示の第5態様に係る空調装置によれば、第1開閉弁および第2開閉弁を閉状態にして循環流路に冷媒を循環させる場合に、加熱部による加熱対象物の加熱が可能となるように、循環流路とバイパス流路と第1流路と第2流路とを含む冷媒流路に封入される冷媒の封入量が設定されている。そのため、第1開閉弁および第2開閉弁を閉状態にして循環流路に冷媒を循環させる場合に、加熱部により加熱対象物を適切に加熱することができる。
本開示の第6態様に係る空調装置は、第1態様または第2態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記アキュムレータに流入する前記冷媒を加熱する冷媒加熱ヒータ(95)を備える。
本開示の第6態様に係る空調装置によれば、アキュムレータに流入する冷媒加熱ヒータにより冷媒を加熱することで、アキュムレータに流入する冷媒の圧力を高めることができる。
本開示の第7態様に係る空調装置は、第1態様または第2態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、外気と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器(80)と、前記熱交換器を通過した前記冷媒を蒸発させる蒸発器(85)と、前記蒸発器で除湿された空気を前記加熱部へ導くブロワ(86)と、前記加熱部を通過した前記冷媒を前記熱交換器に導く第1流路(L5)と、前記蒸発器を介して前記熱交換器を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く第2流路(L9)と、を備える。
本開示の第7態様に係る空調装置によれば、ブロワを駆動させて蒸発器で除湿された空気を加熱部へ導くことにより、空気に含まれる水分を除湿しつつ加熱部で空気を加熱して送風することができる。
本開示の第8態様に係る空調装置は、第1態様または第2態様において、更に以下の構成を備える。すなわち、前記制御部は、前記加熱部を通過した前記冷媒が液冷媒となるように前記第1絞り機構の開度を制御する。
本開示の第8態様に係る空調装置によれば、加熱部を通過した冷媒が液冷媒となるように第1絞り機構の開度が調整されるため、第1絞り機構に気液二相冷媒が流入して冷媒流動音が増加することを適切に防止することができる。
本開示の第9態様に係る空調装置の制御方法において、前記空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒により加熱対象物を加熱する加熱部と、前記圧縮機が吸入する前記冷媒中の液分を分離するアキュムレータと、前記加熱部を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く循環流路と、前記加熱部を通過させずに前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記アキュムレータに導くバイパス流路と、前記循環流路に配置され、前記加熱部から流出した前記冷媒を減圧する第1絞り機構と、前記バイパス流路に配置され、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を減圧する第2絞り機構と、を備え、前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、前記第1絞り機構で減圧された前記冷媒および前記第2絞り機構で減圧された前記冷媒を含む前記アキュムレータに流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように前記第1絞り機構の第1開度および前記第2絞り機構の第2開度を制御する第1制御工程と、前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力が前記所定圧力よりも高い場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御する第2制御工程と、を備える。
本開示の第9態様に係る空調装置の制御方法によれば、圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒の一部が加熱部に供給され、加熱部により加熱対象物が加熱される。加熱部を通過した冷媒は第1絞り機構により減圧され、循環流路によりアキュムレータに導かれる。また、圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒の他の一部がバイパス流路に導かれ、第2絞り機構により減圧される。第2絞り機構で減圧された冷媒は、循環流路を流通する冷媒と合流し、アキュムレータに導かれる。
本開示の第9態様に係る空調装置の制御方法によれば、圧縮機が吸入する冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、アキュムレータに流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、アキュムレータから流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように第1開度および第2開度が制御される。そのため、アキュムレータに貯留される液冷媒が減少してアキュムレータから流出する冷媒に含まれる液冷媒の割合が増加する。これにより、循環流路およびバイパス流路を流通する冷媒の増加に伴って圧縮機に流入する冷媒の圧力が増加し、圧縮機の動力低下を抑制することができる。
また、本開示の第9態様に係る空調装置の制御方法によれば、圧縮機が吸入する冷媒の圧力が所定圧力よりも高い場合、アキュムレータに流入する流入冷媒中の液冷媒の割合が、アキュムレータから流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように第1開度および第2開度が制御される。そのため、アキュムレータに貯留される液冷媒が増加してアキュムレータから流出する冷媒に含まれる液冷媒の割合が減少する。これにより、循環流路およびバイパス流路を流通する冷媒の減少に伴って圧縮機に流入する冷媒の圧力が減少し、圧縮機のトルク増加を抑制することができる。
10 圧縮機
20 加熱部
30 アキュムレータ
40 絞り弁(第1絞り機構)
50 絞り弁(第2絞り機構)
61,62,63 開閉弁
64 開閉弁(第1開閉弁)
65 開閉弁(第2開閉弁)
70 絞り弁
80 室外熱交換器
81 室外ファン
85 車内熱交換器(蒸発器)
86 室内ブロワ
90 制御部
91 冷媒加熱ヒータ
92,96 圧力センサ
93,94,95 温度センサ
100 車両用空調装置
Gr1,Gr2 冷媒循環量
L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9,L10,L11 冷媒配管

Claims (9)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機から吐出される前記冷媒により加熱対象物を加熱する加熱部と、
    前記圧縮機が吸入する前記冷媒中の液分を分離するアキュムレータと、
    前記加熱部を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く循環流路と、
    前記加熱部を通過させずに前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記アキュムレータに導くバイパス流路と、
    前記循環流路に配置され、前記加熱部から流出した前記冷媒を減圧する第1絞り機構と、
    前記バイパス流路に配置され、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を減圧する第2絞り機構と、
    前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力を検知する検知部と、
    前記第1絞り機構の第1開度および前記第2絞り機構の第2開度を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記検知部が検知する前記冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、前記第1絞り機構で減圧された前記冷媒および前記第2絞り機構で減圧された前記冷媒を含む前記アキュムレータに流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御し、
    前記検知部が検知する前記冷媒の圧力が前記所定圧力よりも高い場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御する空調装置。
  2. 前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記循環流路へ導かずに前記バイパス流路へ導く第1運転モードと、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記循環流路および前記バイパス流路の双方へ導く第2運転モードと、を切り換える切換部を備え、
    前記制御部は、前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力が閾値圧力を超えたことに応じて、前記第1運転モードを前記第2運転モードに切り換えるよう前記切換部を制御する請求項1に記載の空調装置。
  3. 前記制御部は、前記圧縮機の動力を減少させる場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が変化しないように前記第1開度および前記第2開度を制御する請求項1または請求項2に記載の空調装置。
  4. 前記制御部は、前記圧縮機の動力を増加させる場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が変化しないように前記第1開度および前記第2開度を制御する請求項1または請求項2に記載の空調装置。
  5. 外気と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、
    前記加熱部を通過した前記冷媒を前記熱交換器に導く第1流路と、
    前記熱交換器を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く第2流路と、
    前記第1流路に配置される第1開閉弁と、
    前記第2流路に配置される第2開閉弁と、を備え、
    前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を閉状態にして前記循環流路に前記冷媒を循環させる場合に、前記加熱部による前記加熱対象物の加熱が可能となるように、前記循環流路と前記バイパス流路と前記第1流路と前記第2流路とを含む冷媒流路に封入される前記冷媒の封入量が設定されている請求項1または請求項2に記載の空調装置。
  6. 前記アキュムレータに流入する前記冷媒を加熱する冷媒加熱ヒータを備える請求項1または請求項2に記載の空調装置。
  7. 外気と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、
    前記熱交換器を通過した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
    前記蒸発器で除湿された空気を前記加熱部へ導くブロワと、
    前記加熱部を通過した前記冷媒を前記熱交換器に導く第1流路と、
    前記蒸発器を介して前記熱交換器を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く第2流路と、を備える請求項1または請求項2に記載の空調装置。
  8. 前記制御部は、前記加熱部を通過した前記冷媒が液冷媒となるように前記第1絞り機構の開度を制御する請求項1または請求項2に記載の空調装置。
  9. 空調装置の制御方法であって、
    前記空調装置は、
    冷媒を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機から吐出される前記冷媒により加熱対象物を加熱する加熱部と、
    前記圧縮機が吸入する前記冷媒中の液分を分離するアキュムレータと、
    前記加熱部を通過した前記冷媒を前記アキュムレータに導く循環流路と、
    前記加熱部を通過させずに前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記アキュムレータに導くバイパス流路と、
    前記循環流路に配置され、前記加熱部から流出した前記冷媒を減圧する第1絞り機構と、
    前記バイパス流路に配置され、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を減圧する第2絞り機構と、を備え、
    前記圧縮機が吸入する前記冷媒の圧力を検知する検知工程と、
    前記検知工程が検知する前記冷媒の圧力が所定圧力よりも低い場合、前記第1絞り機構で減圧された前記冷媒および前記第2絞り機構で減圧された前記冷媒を含む前記アキュムレータに流入する流入冷媒中のガス冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中のガス冷媒の割合よりも多くなるように前記第1絞り機構の第1開度および前記第2絞り機構の第2開度を制御する第1制御工程と、
    前記検知工程が検知する前記冷媒の圧力が前記所定圧力よりも高い場合、前記流入冷媒中の液冷媒の割合が、前記アキュムレータから流出する流出冷媒中の液冷媒の割合よりも多くなるように前記第1開度および前記第2開度を制御する第2制御工程と、を備える空調装置の制御方法。
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