WO2023042588A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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- F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
- F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
Definitions
- the present disclosure relates to a refrigeration cycle device.
- Patent Document 1 describes a refrigeration cycle device capable of switching between a cooling mode and a heating mode.
- a branching portion, a merging portion, and a switching valve are provided in order to enable switching between the cooling mode and the heating mode.
- a heat exchange target fluid is a fluid (for example, air or water) that exchanges heat with a refrigerant.
- the present disclosure aims to make it possible to adjust the degree of subcooling of the refrigerant and the pressure, temperature or flow rate of the refrigerant, or the temperature of the heat exchange target fluid with a simple configuration.
- a refrigeration cycle device includes a refrigerant valve and a controller.
- the refrigerant valve has a first connection port, a second connection port, a third connection port, and a valve body.
- the first connection port is connected to a first heat exchanger that heat-exchanges the refrigerant.
- the second connection port is connected to the inlet side of a gas-liquid separator that separates the gas-liquid refrigerant.
- a refrigerant passage through which a refrigerant flows is connected to the third connection port.
- the valve body switches the communication state of the first connection port, the second connection port, and the third connection port, and reduces the pressure of the refrigerant.
- the control unit switches between the first operation mode and the second operation mode.
- the first mode of operation after the refrigerant condenses in the first heat exchanger, it flows through the refrigerant valve into the gas-liquid separator.
- the second operation mode after the refrigerant flows through the first heat exchanger, it flows out from the third connection port via the refrigerant valve.
- the degree of supercooling of the refrigerant condensed in the first heat exchanger approaches the target degree of supercooling. Control the refrigerant valve so that the temperature approaches the target value.
- the adjustment of the degree of subcooling in the first operation mode and the adjustment of the pressure, temperature or flow rate of the refrigerant in the second operation mode can be realized with one refrigerant valve. Therefore, the degree of supercooling of the refrigerant and the pressure, temperature or flow rate of the refrigerant, or the temperature of the heat exchange target fluid can be adjusted with a simple configuration.
- a refrigeration cycle device includes a refrigerant valve and a controller.
- the refrigerant valve has a first connection port, a second connection port, a third connection port, and a valve body.
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- a refrigerant passage through which a refrigerant flows is connected to the third connection port.
- the valve body switches the communication state of the first connection port, the second connection port, and the third connection port, and reduces the pressure of the refrigerant.
- the control unit switches between the first operation mode and the second operation mode.
- the first mode of operation after the refrigerant condenses in the first heat exchanger, it flows through the refrigerant valve into the gas-liquid separator.
- the second operation mode the refrigerant that has flowed into the refrigerant valve through the third connection port flows into the first heat exchanger through the first connection port.
- the degree of supercooling of the refrigerant condensed in the first heat exchanger approaches the target degree of supercooling. Control the refrigerant valve so that the temperature approaches the target value.
- the adjustment of the degree of subcooling in the first operation mode and the adjustment of the pressure, temperature or flow rate of the refrigerant in the second operation mode can be realized with one refrigerant valve. Therefore, the degree of supercooling of the refrigerant and the pressure, temperature or flow rate of the refrigerant, or the temperature of the heat exchange target fluid can be adjusted with a simple configuration.
- FIG. 3 showing a state in which the second connection port is fully closed and the third connection port is fully open; It is a sectional view of the 1st three-way expansion valve of a 1st embodiment, and shows the state where the 2nd connection port is fully closed, and the 3rd connection port is made into the throttle opening. It is a sectional view of the 1st three-way expansion valve of a 1st embodiment, and shows the state where the 2nd connection port is restricted opening, and the 3rd connection port is fully closed. It is a block diagram showing an electric control part of the vehicle air conditioner of the first embodiment.
- FIG. 4 is a Mollier diagram showing changes in the state of the refrigerant in the heating mode of the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment; It is a Mollier diagram which shows the change of the state of a refrigerant
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the four-way expansion valve of the second embodiment, showing a state in which the first connection port and the third connection port 32c are communicated with each other with a small throttle opening, and the second connection port and the fourth connection port are closed; ing.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the four-way expansion valve of the second embodiment, showing a state in which the first connection port and the third connection port 32c are communicated with each other with a large throttle opening, and the second connection port and the fourth connection port are closed; ing.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the four-way expansion valve of the second embodiment, showing a state in which the first connection port and the third connection port 32c are communicated with each other with a large throttle opening, and the second connection port and the fourth connection port are closed; ing.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the four-way expansion valve of the second embodiment, in which the first connection port and the second connection port are communicated in a throttled state, and the third connection port and the fourth connection port are communicated in a fully open state; is shown. It is a whole block diagram of the refrigerating-cycle apparatus of 3rd Embodiment. It is a whole block diagram of the refrigerating-cycle apparatus of 4th Embodiment.
- FIG. 1 A first embodiment of a refrigeration cycle apparatus 10 according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
- FIG. A refrigeration cycle device 10 shown in FIG. 1 is applied to a vehicle air conditioner mounted on an electric vehicle.
- An electric vehicle is a vehicle that obtains driving force for running from an electric motor.
- the vehicle air conditioner of this embodiment air-conditions the interior of the vehicle, which is a space to be air-conditioned, in an electric vehicle.
- the refrigeration cycle device 10 cools or heats the air blown into the vehicle interior in the vehicle air conditioner. Therefore, the temperature adjustment object of the refrigerating cycle device 10 is air.
- the refrigeration cycle device 10 is configured to be able to switch refrigerant circuits in order to air-condition the interior of the vehicle.
- the refrigeration cycle device 10 employs an HFO-based refrigerant (specifically, R1234yf) as a refrigerant.
- the refrigeration cycle device 10 constitutes a vapor compression subcritical refrigeration cycle in which the pressure of the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 does not exceed the critical pressure of the refrigerant.
- Refrigerant oil (specifically, PAG oil) for lubricating the compressor 11 is mixed in the refrigerant. Some of the refrigerating machine oil circulates through the cycle together with the refrigerant.
- the compressor 11 sucks, compresses, and discharges the refrigerant in the refrigeration cycle device 10 .
- the compressor 11 is arranged in the drive unit room on the front side of the passenger compartment.
- the drive device chamber defines a space in which at least part of a drive device (for example, an electric motor) for outputting driving force for running is arranged.
- the compressor 11 is an electric compressor in which a fixed displacement type compression mechanism with a fixed displacement is rotationally driven by an electric motor. Compressor 11 has its rotation speed (that is, refrigerant discharge pressure and refrigerant flow rate) controlled by a control signal output from control device 50 .
- the refrigerant inlet side of the indoor condenser 12 is connected to the discharge port of the compressor 11 .
- the indoor condenser 12 is arranged inside the casing 41 of the indoor air conditioning unit 40, as shown in FIG.
- the indoor condenser 12 is a heat radiating section that exchanges heat between the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 and air to radiate heat from the high-pressure refrigerant.
- the indoor condenser 12 is a heating unit that heats air using the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 as a heat source.
- the indoor condenser 12 is the first heat exchanger.
- the refrigerant outlet of the indoor condenser 12 is connected to the first connection port 30a side of the first three-way expansion valve 30 .
- the first three-way expansion valve 30 is a refrigerant valve and has a first connection port 30a, a second connection port 30b and a third connection port 30c that communicate with each other.
- the inlet side of the receiver 15 is connected to the second connection port 30b of the first three-way expansion valve 30 .
- the refrigerant inlet side of the outdoor heat exchanger 18 is connected to the third connection port 30c of the first three-way expansion valve 30 via the high-pressure refrigerant passage 21c and the first three-way joint 13a.
- the high-pressure refrigerant passage 21c is a refrigerant passage through which high-pressure refrigerant flows.
- the first three-way expansion valve 30 is an opening/closing section that opens and closes the second connection port 30b and the third connection port 30c.
- the first three-way expansion valve 30 is a decompression unit that decompresses the refrigerant flowing in from the first connection port 30a and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing out downstream.
- the refrigeration cycle device 10 includes a first three-way joint 13a, a second three-way joint 13b, a third three-way joint 13c, and a fourth three-way joint 13d.
- a three-way joint one formed by joining a plurality of pipes or one formed by providing a plurality of refrigerant passages in a metal block or a resin block can be adopted.
- the first three-way joint 13a to the fourth three-way joint 13d use one of the three inflow ports as the inflow port, and when two of the three inflow ports are used as the outflow port, the flow of the refrigerant flowing in from one inflow port is controlled. It becomes a branching part. Two of the three inlets and outlets of the first three-way joint 13a to the fourth three-way joint 13d are used as inlets. It becomes a confluence part for merging.
- first three-way joint 13a, the second three-way joint 13b, and the third three-way joint 13c are connected so as to function as a confluence.
- fourth three-way joint 13d is connected so as to function as a branch.
- the third three-way joint 13c has an inlet-side passage 21a, which is a refrigerant passage extending from the second connection port 30b of the first three-way expansion valve 30 to the inlet of the receiver 15. connected to the side. Further, the outflow port of the third three-way joint 13c is connected to the inlet side of the receiver 15 in the inlet side passage 21a.
- the receiver 15 is a gas-liquid separation unit having a gas-liquid separation function. That is, the receiver 15 separates the gas-liquid refrigerant that has flowed out of the heat exchange section that functions as a condenser that condenses the refrigerant in the refrigeration cycle device 10 .
- the receiver 15 causes part of the separated liquid-phase refrigerant to flow downstream, and stores the remaining liquid-phase refrigerant as surplus refrigerant in the cycle.
- the outlet side of the receiver 15 is connected to the other inlet of the first three-way joint 13a via the heating expansion valve 16a.
- a fourth three-way joint 13d and a first check valve 17a are arranged in an outlet-side passage 21b, which is a refrigerant passage connecting the outlet of the receiver 15 and the other inlet of the first three-way joint 13a.
- the first check valve 17a allows the refrigerant to flow from the outlet side of the receiver 15 to the heating expansion valve 16a side, and prohibits the refrigerant to flow from the heating expansion valve 16a side to the outlet side of the receiver 15.
- the heating expansion valve 16a is a decompression unit that decompresses the refrigerant flowing out of the receiver 15 and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing out downstream.
- the heating expansion valve 16a is an electric variable throttle mechanism having a valve body configured to change the throttle opening and an electric actuator (specifically, a stepping motor) that displaces the valve body.
- the operation of the heating expansion valve 16 a is controlled by a control signal (specifically, a control pulse) output from the control device 50 .
- the heating expansion valve 16a has a full-open function that functions as a mere refrigerant passage without exhibiting a flow rate adjustment action or a refrigerant decompression action by fully opening the valve opening, and a refrigerant passage by fully closing the valve opening. It has a fully closed function to block the passage.
- the refrigeration cycle device 10 is provided with a cooling expansion valve 16b, as will be described later.
- the basic configuration of the cooling expansion valve 16b is the same as that of the heating expansion valve 16a.
- the heating expansion valve 16a and the like may be formed by combining a variable throttle mechanism that does not have a fully closed function and an open/close valve.
- the inflow port of the fourth three-way joint 13d is connected to the outlet side of the receiver 15 in the outlet side passage 21b.
- One outflow port of the fourth three-way joint 13d is connected to the inlet side of the first check valve 17a in the outlet side passage 21b.
- the other outflow port of the fourth three-way joint 13d is connected to the inflow port side of the cooling expansion valve 16b.
- the refrigerant inlet side of the outdoor heat exchanger 18 is connected to the outlet of the first three-way joint 13a.
- the outdoor heat exchanger 18 is a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing out from the outlet of the first three-way joint 13a and the outside air blown from the outside air fan 18A.
- the outdoor heat exchanger 18 is arranged on the front side in the driving device room. Therefore, when the vehicle is running, the outdoor heat exchanger 18 can be exposed to running wind.
- the outdoor heat exchanger 18 is a first heat exchanger or a second heat exchanger.
- a refrigerant outlet of the outdoor heat exchanger 18 is connected to the first connection port 31a of the second three-way expansion valve 31 .
- the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 is connected to the other inlet side of the third three-way joint 13c.
- One inlet side of the second three-way joint 13b is connected to the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 .
- the second three-way expansion valve 31 is a refrigerant valve.
- the second three-way expansion valve 31 is an opening/closing portion that opens and closes the second connection port 31b and the third connection port 31c.
- the second three-way expansion valve 31 is a decompression unit that decompresses the refrigerant flowing in from the first connection port 31a and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing out downstream.
- the second three-way expansion valve 31 opens and closes the suction side passage 21d, which is a refrigerant passage from one outlet of the third three-way joint 13c to one inlet of the second three-way joint 13b.
- the suction port side of the compressor 11 is connected to the outflow port of the second three-way joint 13b.
- the inlet side of the cooling expansion valve 16b is connected to the other outlet of the fourth three-way joint 13d arranged in the outlet-side passage 21b.
- the cooling expansion valve 16b is a decompression unit that decompresses the refrigerant flowing out of the receiver 15 and adjusts the flow rate of the refrigerant that flows downstream.
- the refrigerant inlet side of the indoor evaporator 19 is connected to the outlet of the cooling expansion valve 16b.
- the indoor evaporator 19 is arranged inside the casing 41 of the indoor air conditioning unit 40 .
- the indoor evaporator 19 is an evaporator that exchanges heat with the air blown from the indoor blower 42 to evaporate the low-pressure refrigerant decompressed by the cooling expansion valve 16b.
- the indoor evaporator 19 is an air cooling unit that cools the air by evaporating the low-pressure refrigerant and exerting an endothermic effect.
- the refrigerant outlet of the indoor evaporator 19 is connected to the other inlet of the second three-way joint 13b.
- the refrigerant circuit can be switched by opening and closing the refrigerant passage with the first three-way expansion valve 30 and the second three-way expansion valve 31.
- the first three-way expansion valve 30 constitutes a first refrigerant circuit switching section that guides the refrigerant flowing out of the indoor condenser 12 to one of the receiver 15 side and the outdoor heat exchanger 18 side.
- the second three-way expansion valve 31 constitutes a second refrigerant circuit switching unit that guides the refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 to one of the suction port side of the compressor 11 and the receiver 15 side.
- the indoor air-conditioning unit 40 is a unit for blowing out air whose temperature is appropriately adjusted to an appropriate location in the vehicle interior in the vehicle air-conditioning system.
- the interior air-conditioning unit 40 is arranged inside the instrument panel (that is, the instrument panel) at the forefront of the vehicle interior.
- the indoor air conditioning unit 40 has a casing 41 that forms an air passage for air.
- An indoor fan 42, an indoor evaporator 19, an indoor condenser 12, and the like are arranged in an air passage formed in the casing 41.
- the casing 41 is made of a resin (for example, polypropylene) having a certain degree of elasticity and excellent strength.
- An inside/outside air switching device 43 is arranged on the most upstream side of the air flow of the casing 41 .
- the inside/outside air switching device 43 switches and introduces inside air (vehicle interior air) and outside air (vehicle exterior air) into the casing 41 .
- the operation of the electric actuator for driving the inside/outside air switching device 43 is controlled by a control signal output from the control device 50 .
- An indoor fan 42 is arranged downstream of the inside/outside air switching device 43 in the air flow.
- the indoor air blower 42 blows the air sucked through the inside/outside air switching device 43 into the vehicle interior.
- the indoor blower 42 is an electric blower that drives a centrifugal multi-blade fan with an electric motor.
- the indoor fan 42 has its rotation speed (that is, air blowing capacity) controlled by a control voltage output from the control device 50 .
- the indoor evaporator 19 and the indoor condenser 12 are arranged in this order with respect to the air flow on the downstream side of the indoor blower 42 in the air flow. That is, the indoor evaporator 19 is arranged upstream of the indoor condenser 12 in the air flow.
- a cold air bypass passage 45 is formed in the casing 41 so that the air that has passed through the indoor evaporator 19 bypasses the indoor condenser 12 and flows downstream.
- An air mix door 44 is arranged on the air flow downstream side of the indoor evaporator 19 and on the air flow upstream side of the indoor condenser 12 .
- the air mix door 44 adjusts the ratio of the amount of air passing through the indoor condenser 12 and the amount of air passing through the cold air bypass passage 45 in the air after passing through the indoor evaporator 19 .
- the operation of the electric actuator for driving the air mix door is controlled by a control signal output from the control device 50 .
- a mixing space 46 in which the air heated by the indoor condenser 12 and the air not heated by the indoor condenser 12 that passes through the cold air bypass passage 45 are mixed. is provided. Furthermore, an opening hole (not shown) for blowing out the air (air-conditioned air) mixed in the mixing space 46 into the vehicle interior is arranged at the most downstream portion of the air flow of the casing 41 .
- the temperature of the conditioned air mixed in the mixing space 46 can be adjusted by adjusting the air volume ratio between the air volume that the air mix door 44 passes through the indoor condenser 12 and the air volume that passes through the cold air bypass passage 45. can be done. Then, the temperature of the air blown into the passenger compartment from each opening can be adjusted.
- a face opening hole, a foot opening hole, and a defroster opening hole are provided as opening holes.
- the face opening hole is an opening hole for blowing the conditioned air toward the upper body of the passenger in the passenger compartment.
- the foot opening hole is an opening hole for blowing the conditioned air toward the passenger's feet.
- the defroster opening hole is an opening hole for blowing the conditioned air toward the inner surface of the vehicle front window glass.
- a blowout mode switching door (not shown) is arranged on the upstream side of these opening holes.
- the blow-out mode switching door switches between openings for blowing conditioned air by opening and closing each opening.
- the operation of the electric actuator for driving the blowout mode switching door is controlled by a control signal output from the control device 50 .
- FIGS. A basic configuration of the second three-way expansion valve 31 is similar to that of the first three-way expansion valve 30 . Therefore, reference numerals corresponding to the components of the second three-way expansion valve 31 are added in parentheses in FIGS. 3 to 6, and illustration of the second three-way expansion valve 31 is omitted.
- the first three-way expansion valve 30 has a casing 301 in which a first connection port 30a, a second connection port 30b and a third connection port 30c are formed, and can change throttle opening degrees of the second connection port 30b and the third connection port 30c. and an electric actuator 303 (specifically, a stepping motor) for displacing the valve body.
- the operation of the first three-way expansion valve 30 is controlled by control signals (specifically, control pulses) output from the control device 50 .
- the first three-way expansion valve 30 has a fully open function that functions as a mere refrigerant passage without exhibiting a flow rate adjustment action or a refrigerant decompression action by fully opening the valve opening, and by fully closing the valve opening. It has a fully closed function to block the refrigerant passage.
- FIG. 4 shows a state in which the valve body 302 fully closes the second connection port 30b and fully opens the third connection port 30c.
- FIG. 5 shows a state in which the valve body 302 fully closes the second connection port 30b and sets the third connection port 30c to a throttle opening that exerts a refrigerant decompression action.
- FIG. 6 shows a state in which the valve body 302 sets the second connection port 30b to a throttle opening that exhibits a refrigerant decompression action and fully closes the third connection port 30c.
- the valve body 302 can adjust the throttle opening by adjusting the opening areas of the second connection port 30b and the third connection port 30c.
- the valve body 302 has a spherical shape, is accommodated in a spherical space formed in the casing 301, and is rotatable around the axis of the first connection port 30a.
- a coolant channel 302 a is formed in the valve body 302 .
- the refrigerant flow path 302a penetrates the interior of the valve body 302 and opens at two locations on the peripheral surface of the valve body 302 .
- One opening of the coolant channel 302a is always in communication with the first connection port 30a.
- the other opening of the coolant channel 302a communicates or disconnects with the second connection port 30b and the third connection port 30c depending on the rotational position of the valve body 302. As shown in FIG. That is, depending on the rotational position of the valve body 302, the state of communication between the refrigerant flow path 302a and the second connection port 30b and the third connection port 30c is switched.
- the portion of the peripheral surface of the valve body 302 where the coolant channel 302a is not open closes the second connection port 30b, and the coolant channel 302a of the peripheral surface of the valve body 302 is open.
- the portion connected to the third connection port 30c communicates with the maximum communication area.
- the portion of the peripheral surface of the valve body 302 where the coolant channel 302a is not open closes the second connection port 30b, and the coolant channel 302a of the peripheral surface of the valve body 302 is open.
- the part where it is connected partially communicates with the third connection port 30c.
- the portion of the peripheral surface of the valve body 302 where the coolant channel 302a is open partially communicates with the second connection port 30b, and the coolant channel 302a of the peripheral surface of the valve body 302 The portion where is not open blocks the third connection port 30c.
- the second three-way expansion valve 31 like the first three-way expansion valve 30, has a first connection port 31a, a second connection port 31b, and a third connection port 31c.
- the control device 50 is composed of a well-known microcomputer including CPU, ROM, RAM, etc. and its peripheral circuits.
- the control device 50 performs various calculations and processes based on the air conditioning control program stored in the ROM, and controls various control target devices 11, 16a, 16b, 30, 31, 42, 43, 44, etc. connected to the output side. controls the operation of
- Control sensors include an inside air temperature sensor 51a, an outside air temperature sensor 51b, a solar radiation sensor 51c, a high pressure sensor 51d, an air conditioning air temperature sensor 51e, an evaporator temperature sensor 51f, an evaporator pressure sensor 51g, an outdoor unit temperature sensor 51h, An outdoor unit pressure sensor 51i, a condenser temperature sensor 51j, and a condenser pressure sensor 51k are included.
- the inside air temperature sensor 51a is an inside air temperature detection unit that detects the inside air temperature Tr, which is the temperature inside the vehicle compartment.
- the outside air temperature sensor 51b is an outside air temperature detection unit that detects the outside air temperature Tam, which is the temperature outside the vehicle compartment.
- the solar radiation amount sensor 51c is a solar radiation amount detection unit that detects the solar radiation amount As irradiated into the vehicle interior.
- the high pressure sensor 51d is a high pressure detection unit that detects the high pressure Pd, which is the pressure of the high pressure refrigerant discharged from the compressor 11.
- the air-conditioning air temperature sensor 51e is an air-conditioning air temperature detection unit that detects the temperature TAV of air blown out from the mixing space 46 into the vehicle interior.
- the evaporator temperature sensor 51f is an evaporator temperature detection unit that detects the refrigerant evaporation temperature (evaporator temperature) Te in the indoor evaporator 19.
- the evaporator temperature sensor 51f of the present embodiment specifically detects the temperature of the outlet side refrigerant of the indoor evaporator 19 .
- the evaporator pressure sensor 51g is an evaporator pressure detection unit that detects the refrigerant evaporation pressure Pe in the indoor evaporator 19.
- the evaporator pressure sensor 51g of this embodiment specifically detects the pressure of the refrigerant on the outlet side of the indoor evaporator 19 .
- the outdoor unit temperature sensor 51h is an outdoor unit temperature detection unit that detects the outdoor unit refrigerant temperature T1, which is the temperature of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18.
- the outdoor unit temperature sensor 51h of the present embodiment specifically detects the temperature of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 .
- the outdoor unit pressure sensor 51i is an outdoor unit pressure detection unit that detects the outdoor unit refrigerant pressure P1, which is the pressure of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18.
- the outdoor unit pressure sensor 51i of the present embodiment specifically detects the pressure of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 .
- the condenser temperature sensor 51j is a condenser temperature detection unit that detects a condenser refrigerant temperature T2, which is the temperature of the refrigerant flowing through the indoor condenser 12.
- the condenser pressure sensor 51k is a condenser pressure detection unit that detects a condenser refrigerant pressure P2 that is the pressure of the refrigerant flowing through the indoor condenser 12 .
- the input side of the control device 50 is connected to an operation panel 52 arranged near the instrument panel in the front part of the passenger compartment. Operation signals from various operation switches provided on an operation panel 52 are input to the control device 50 .
- Various operation switches provided on the operation panel 52 include an auto switch, an air conditioner switch, an air volume setting switch, a temperature setting switch, and the like.
- the auto switch is an operation switch for setting or canceling automatic control operation of the refrigeration cycle device 10 .
- the air conditioner switch is an operation switch for requesting that the indoor evaporator 19 cool the air.
- the air volume setting switch is an operation switch for manually setting the air volume of the indoor fan 42 .
- the temperature setting switch is an operation switch for setting a target temperature Tset in the passenger compartment.
- control device 50 of the present embodiment is integrally configured with a control unit that controls various controlled devices connected to the output side thereof. Therefore, the configuration (that is, hardware and software) that controls the operation of each controlled device constitutes a control unit that controls the operation of each controlled device.
- the configuration for controlling the operation of the first three-way expansion valve 30 and the second three-way expansion valve 31, which are refrigerant circuit switching units, constitutes a refrigerant circuit control unit 50a.
- the refrigeration cycle device 10 is configured to be able to switch refrigerant circuits in order to air-condition the interior of the vehicle.
- a refrigerant circuit in a heating mode in order to air-condition the vehicle interior, a refrigerant circuit in a heating mode, a refrigerant circuit in a cooling mode, a refrigerant circuit in a parallel dehumidifying and heating mode, a refrigerant circuit in a series dehumidifying and heating mode, You can switch circuits.
- the heating mode is an operation mode in which heated air is blown into the vehicle interior.
- Cooling mode is an operation mode in which cooled air is blown into the vehicle interior.
- the parallel dehumidifying/heating mode and the serial dehumidifying/heating mode are operation modes in which cooled and dehumidified air is reheated and blown into the passenger compartment.
- the switching of these operation modes is performed by executing an air conditioning control program stored in the control device 50 in advance.
- the air conditioning control program is executed when the auto switch of the operation panel 52 is turned on.
- the air conditioning control program switches the operation mode based on detection signals from various control sensors and operation signals from the operation panel. The operation of each operation mode will be described below.
- the control device 50 puts the second connection port 30b of the first three-way expansion valve 30 into a throttled state that exerts a refrigerant pressure reducing action, and the third connection port 30c of the first three-way expansion valve 30. is fully closed, the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 is fully closed, and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is fully open. Further, the control device 50 puts the heating expansion valve 16a into a throttled state that exerts a refrigerant decompression expansion action (furthermore, the opening diameter is variable), and puts the cooling expansion valve 16b into a fully closed state.
- the control device 50 controls the operation of various controlled devices.
- the controller 50 controls the discharge capacity so that the high pressure Pd detected by the high pressure sensor 51d approaches the target high pressure PDO.
- the target high pressure PDO is determined by referring to a heating mode control map stored in advance in the controller 50 based on the target outlet temperature TAO.
- the target blowout temperature TAO is calculated using detection signals from various control sensors and operation signals from the operation panel.
- the controller 50 may control the discharge capacity so that the blown air temperature TAV detected by the air conditioning air temperature sensor 51e approaches the target blown air temperature TAO.
- the control device 50 controls the throttle opening so that the subcooling degree SC1 of the refrigerant on the outlet side of the indoor condenser 12 approaches the predetermined target subcooling degree KSC1.
- Degree of supercooling SC1 is calculated from condenser refrigerant temperature T2 detected by condenser temperature sensor 51j and condenser refrigerant pressure P2 detected by condenser pressure sensor 51k.
- the degree of subcooling SC1 may be estimated and calculated from the difference between the saturation temperature of the refrigerant obtained from the value of the high pressure Pd and the temperature of the air passing through the indoor condenser 12 .
- the control device 50 controls the throttle opening so that the degree of superheat SH1 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches a predetermined target degree of superheat KSH.
- the degree of superheat SH1 is calculated from the outdoor unit refrigerant temperature T1 detected by the outdoor unit temperature sensor 51h and the outdoor unit refrigerant pressure P1 detected by the outdoor unit pressure sensor 51i.
- the controller 50 controls the opening so that the blown air temperature TAV detected by the conditioned air temperature sensor 51e approaches the target blown temperature TAO.
- the opening degree of the air mix door 44 may be controlled so that the entire amount of air that has passed through the indoor evaporator 19 flows into the indoor condenser 12 .
- the compressor 11 when the compressor 11 operates, the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor condenser 12 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor condenser 12 radiates heat to the air that has passed through the indoor evaporator 19 and is condensed. This heats the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12 is decompressed by the first three-way expansion valve 30 and flows into the receiver 15 via the inlet side passage 21a.
- the throttle opening degree of the first three-way expansion valve 30 is controlled so that the supercooling degree SC1 of the refrigerant on the outlet side of the indoor condenser 12 approaches the target supercooling degree KSC1.
- FIG. 8 is a Mollier diagram showing changes in the refrigerant state in the heating mode.
- the heating mode the refrigerant flowing out of the indoor condenser 12 is decompressed by the first three-way expansion valve 30 , so the pressure of the refrigerant in the receiver 15 becomes lower than the pressure of the high-pressure refrigerant in the indoor condenser 12 .
- the pressure of the refrigerant in the receiver 15 is on the saturated liquid line with a slope.
- the refrigerant will have the degree of supercooling SC1.
- the refrigerant that has flowed into the receiver 15 is separated into gas and liquid at the receiver 15 .
- a part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the outlet side passage 21b and the heating expansion valve 16a.
- the remaining liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 is stored in the receiver 15 as surplus refrigerant.
- the refrigerant that has flowed into the heating expansion valve 16a is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the heating expansion valve 16a is controlled so that the degree of superheat SH1 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the target degree of superheat KSH.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the heating expansion valve 16a flows into the outdoor heat exchanger 18 via the first three-way joint 13a.
- the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 exchanges heat with the outside air blown from the outside air fan, absorbs heat from the outside air, and evaporates.
- the refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 is sucked into the compressor 11 via the second three-way expansion valve 31, the suction side passage 21d and the second three-way joint 13b and compressed again.
- the interior of the vehicle can be heated by blowing out the air heated by the indoor condenser 12 into the interior of the vehicle.
- (b) Cooling Mode In the cooling mode, the control device 50 fully closes the second connection port 30b of the first three-way expansion valve 30, fully opens the third connection port 30c of the first three-way expansion valve 30, and The second connection port 31b of the two-three-way expansion valve 31 is set in a throttled state for exerting a refrigerant decompression effect, and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is set in a fully open state. Further, the control device 50 brings the heating expansion valve 16a into the fully closed state and the cooling expansion valve 16b into the throttle state.
- the control device 50 controls the operation of various controlled devices. For example, the discharge capacity of the compressor 11 is controlled so that the evaporator temperature Te detected by the evaporator temperature sensor 51f approaches the target evaporator temperature TEO.
- the target evaporator temperature TEO is determined based on the target outlet temperature TAO with reference to a cooling mode control map stored in the controller 50 in advance.
- the target evaporator temperature TEO is determined to rise as the target blowout temperature TAO rises. Furthermore, the target evaporator temperature TEO is determined to a value within a range (specifically, 1° C. or higher) in which frost formation on the indoor evaporator 19 can be suppressed.
- control device 50 controls the throttle opening so that the degree of subcooling SC2 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the predetermined target degree of subcooling KSC2.
- the degree of supercooling SC2 is calculated from the outdoor unit refrigerant temperature T1 detected by the outdoor unit temperature sensor 51h and the outdoor unit refrigerant pressure P1 detected by the outdoor unit pressure sensor 51i.
- the control device 50 controls the throttle opening so that the degree of superheat SH2 of the refrigerant on the outlet side of the indoor evaporator 19 approaches the target degree of superheat KSH.
- the degree of superheat SH2 is calculated from the evaporator temperature Te and the refrigerant evaporation pressure Pe detected by the evaporator pressure sensor 51g.
- the opening degree of the air mix door 44 is controlled so that the entire amount of air that has passed through the indoor evaporator 19 flows into the cold air bypass passage 45 .
- the compressor 11 when the compressor 11 operates, the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor condenser 12 .
- the entire amount of air that has passed through the indoor evaporator 19 flows into the cold air bypass passage 45 . Therefore, the refrigerant that has flowed into the indoor condenser 12 flows out of the indoor condenser 12 without exchanging heat with air.
- the refrigerant flowing out of the indoor condenser 12 flows into the outdoor heat exchanger 18 via the first three-way expansion valve 30 and the first three-way joint 13a.
- the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 exchanges heat with the outside air blown from the outside air fan, releases heat to the outside air, and condenses.
- the refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 flows into the receiver 15 via the second three-way expansion valve 31, the third three-way joint 13c and the inlet side passage 21a.
- the throttle opening degree of the second three-way expansion valve 31 is controlled so that the supercooling degree SC2 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the target supercooling degree KSC2.
- the control of the degree of supercooling SC2 by the second three-way expansion valve 31 is the same as the control of the degree of supercooling SC1 by the first three-way expansion valve 30 in the heating mode described with reference to FIG. 8, so a description thereof will be omitted.
- the refrigerant that has flowed into the receiver 15 is separated into gas and liquid at the receiver 15 .
- Part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the cooling expansion valve 16b via the outlet side passage 21b and the fourth three-way joint 13d.
- the remaining liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 is stored in the receiver 15 as surplus refrigerant.
- the refrigerant that has flowed into the cooling expansion valve 16b is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the cooling expansion valve 16b is controlled so that the degree of superheat SH2 approaches the target degree of superheat KSH.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the cooling expansion valve 16 b flows into the indoor evaporator 19 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor evaporator 19 exchanges heat with the air blown from the indoor fan 42, absorbs heat from the air, and evaporates. This cools the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor evaporator 19 is sucked into the compressor 11 via the second three-way joint 13b and compressed again.
- the air cooled by the indoor evaporator 19 is blown into the vehicle interior, thereby cooling the vehicle interior.
- (c) Parallel Dehumidification and Heating Mode In the parallel dehumidification and heating mode, the controller 50 throttles the second connection port 30b of the first three-way expansion valve 30 and fully closes the third connection port 30c of the first three-way expansion valve 30. state, the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 is fully closed, and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is throttled. Further, the control device 50 places the heating expansion valve 16a in a throttled state for depressurizing the refrigerant, and places the cooling expansion valve 16b in a throttled state.
- the refrigerant discharged from the compressor 11 flows through the indoor condenser 12 and the receiver 15 in that order, as indicated by the solid line arrows in FIG. Furthermore, as indicated by the solid line arrow in FIG. 1, it circulates in the order of the receiver 15, the heating expansion valve 16a, the outdoor heat exchanger 18, and the suction port of the compressor 11, and as indicated by the dashed line arrow in FIG. It circulates through the receiver 15, the cooling expansion valve 16b, the indoor evaporator 19, and the suction port of the compressor 11 in this order.
- the refrigeration cycle device 10 in the parallel dehumidifying and heating mode is switched to a circuit in which the outdoor heat exchanger 18 and the indoor evaporator 19 are connected in parallel with respect to the flow of refrigerant flowing out from the receiver 15 .
- the control device 50 controls the operation of various controlled devices.
- the discharge capacity is controlled in the same manner as in the cooling mode.
- the controller 50 may control the discharge capacity so that the blown air temperature TAV detected by the air conditioning air temperature sensor 51e approaches the target blown air temperature TAO.
- the throttle opening is controlled so that the supercooling degree SC1 of the refrigerant on the outlet side of the indoor condenser 12 approaches the target supercooling degree KSC1.
- the throttle opening is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the controller 50 calculates a refrigerant pressure value that allows the outdoor heat exchanger 18 to obtain the required amount of heat exchange.
- the throttle opening of the second three-way expansion valve 31 may be controlled so that the outdoor unit refrigerant temperature T1 approaches the target temperature TO1.
- the throttle opening of the second three-way expansion valve 31 may be controlled so that the flow rate G1 of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target flow rate GO1.
- the heating expansion valve 16a controls the throttle opening so that the degree of superheat SH1 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the target degree of superheat KSH.
- the throttle opening is controlled so that the degree of superheat SH2 of the refrigerant on the outlet side of the indoor evaporator 19 approaches the target degree of superheat KSH.
- the controller 50 controls the opening so that the blown air temperature TAV detected by the conditioned air temperature sensor 51e approaches the target blown air temperature TAO.
- the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor condenser 12 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor condenser 12 radiates heat to the air that has passed through the indoor evaporator 19 and is condensed. This heats the air that has been cooled while passing through the indoor evaporator 19 .
- the refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12 is decompressed by the first three-way expansion valve 30 and flows into the receiver 15 via the inlet side passage 21a.
- the throttle opening degree of the first three-way expansion valve 30 is controlled so that the supercooling degree SC1 of the refrigerant on the outlet side of the indoor condenser 12 approaches the target supercooling degree KSC1. be done.
- the refrigerant that has flowed into the receiver 15 is separated into gas and liquid at the receiver 15 .
- Part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the heating expansion valve 16a through the outlet side passage 21b.
- Another part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the cooling expansion valve 16b via the outlet side passage 21b and the fourth three-way joint 13d.
- the remaining liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 is stored in the receiver 15 as surplus refrigerant.
- the refrigerant that has flowed from the receiver 15 into the heating expansion valve 16a is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the heating expansion valve 16a is controlled so that the outdoor unit refrigerant temperature T1 is lower than the outside air temperature Tam.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the heating expansion valve 16a flows into the outdoor heat exchanger 18 via the first three-way joint 13a.
- the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 exchanges heat with the outside air blown from the outside air fan, absorbs heat from the outside air, and evaporates.
- the refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 18 is decompressed by the second three-way expansion valve 31 and flows into the second three-way joint 13b via the suction side passage 21d.
- the throttle opening degree of the second three-way expansion valve 31 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the refrigerant that has flowed from the receiver 15 into the cooling expansion valve 16b is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the cooling expansion valve 16b is controlled so that the degree of superheat SH2 approaches the target degree of superheat KSH.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the cooling expansion valve 16 b flows into the indoor evaporator 19 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor evaporator 19 exchanges heat with the air blown from the indoor fan 42, absorbs heat from the air, and evaporates. This cools the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor evaporator 19 flows into the second three-way joint 13b.
- the flow of refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 18 and the flow of refrigerant flowing out of the indoor evaporator 19 join.
- the refrigerant that has flowed out of the second three-way joint 13b is sucked into the compressor 11 and compressed again.
- dehumidifying and heating the vehicle interior can be performed by reheating the air cooled and dehumidified by the indoor evaporator 19 with the indoor condenser 12 and blowing it into the vehicle interior.
- (d) Series Dehumidification and Heating Mode In the series dehumidification and heating mode, the control device 50 fully closes the second connection port 30b of the first three-way expansion valve 30, and closes the third connection port 30c of the first three-way expansion valve 30.
- the throttled state for depressurizing the refrigerant is set, the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 is throttled, and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is fully closed. Further, the control device 50 brings the heating expansion valve 16a into the fully closed state and the cooling expansion valve 16b into the throttle state.
- the control device 50 controls the operation of various controlled devices.
- the discharge capacity is controlled in the same manner as in the cooling mode.
- the controller 50 may control the discharge capacity so that the blown air temperature TAV detected by the air conditioning air temperature sensor 51e approaches the target blown air temperature TAO.
- the throttle opening of the first three-way expansion valve 30 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the controller 50 calculates a refrigerant pressure value that allows the outdoor heat exchanger 18 to obtain the required amount of heat exchange.
- the control device 50 calculates, as the target pressure PO1, a refrigerant pressure value that allows the amount of heat released between the indoor condenser 12 and the outdoor heat exchanger 18 to be appropriately distributed.
- the throttle opening of the first three-way expansion valve 30 may be controlled so that the outdoor unit refrigerant temperature T1 approaches the target temperature TO1.
- the throttle opening of the first three-way expansion valve 30 may be controlled so that the flow rate G1 of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target flow rate GO1.
- control device 50 controls the throttle opening so that the degree of subcooling SC2 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the predetermined target degree of subcooling KSC2.
- the degree of supercooling SC2 is calculated from the outdoor unit refrigerant temperature T1 detected by the outdoor unit temperature sensor 51h and the outdoor unit refrigerant pressure P1 detected by the outdoor unit pressure sensor 51i.
- the control device 50 controls the throttle opening so that the degree of superheat SH2 of the refrigerant on the outlet side of the indoor evaporator 19 approaches the target degree of superheat KSH.
- the degree of superheat SH2 is calculated from the evaporator temperature Te and the refrigerant evaporation pressure Pe detected by the evaporator pressure sensor 51g.
- the controller 50 controls the opening so that the blown air temperature TAV detected by the conditioned air temperature sensor 51e approaches the target blown temperature TAO.
- the opening degree of the air mix door 44 may be controlled so that the entire amount of air that has passed through the indoor evaporator 19 flows into the indoor condenser 12 .
- the compressor 11 when the compressor 11 operates, the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor condenser 12 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor condenser 12 radiates heat to the air that has passed through the indoor evaporator 19 and is condensed. This heats the air.
- the refrigerant flowing out of the indoor condenser 12 is decompressed by the first three-way expansion valve 30 and flows into the outdoor heat exchanger 18 via the first three-way joint 13a.
- the throttle opening degree of the first three-way expansion valve 30 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 exchanges heat with the outside air blown from the outside air fan, radiates heat to the outside air, and condenses.
- the refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 flows into the receiver 15 via the second three-way expansion valve 31, the third three-way joint 13c and the inlet side passage 21a.
- the throttle opening degree of the second three-way expansion valve 31 is adjusted so that the supercooling degree SC2 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the target supercooling degree KSC2, as shown in the Mollier diagram of FIG. controlled.
- the refrigerant that has flowed into the receiver 15 is separated into gas and liquid at the receiver 15 .
- Part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the cooling expansion valve 16b via the outlet side passage 21b and the fourth three-way joint 13d.
- the remaining liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 is stored in the receiver 15 as surplus refrigerant.
- the refrigerant that has flowed into the cooling expansion valve 16b is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the cooling expansion valve 16b is controlled so that the degree of superheat SH2 approaches the target degree of superheat KSH.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the cooling expansion valve 16 b flows into the indoor evaporator 19 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor evaporator 19 exchanges heat with the air blown from the indoor fan 42, absorbs heat from the air, and evaporates. This cools the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor evaporator 19 is sucked into the compressor 11 via the second three-way joint 13b and compressed again.
- dehumidifying and heating the vehicle interior can be performed by reheating the air cooled and dehumidified by the indoor evaporator 19 by the indoor condenser 12 and blowing it into the vehicle interior.
- the refrigeration cycle device 10 switches the refrigerant circuit according to each operation mode, thereby realizing comfortable air conditioning in the vehicle interior.
- the expansion valve is controlled so that the degree of supercooling approaches the target degree of supercooling.
- the relationship between the degree of supercooling and the refrigeration efficiency in the refrigeration cycle device 10 will be described.
- the degree of subcooling is small, the enthalpy difference of the evaporator cannot be large, so it is necessary to flow more refrigerant.
- the pressure loss of the evaporator increases, so the suction pressure of the compressor decreases and the density of the suctioned refrigerant decreases. Therefore, it is necessary to operate the compressor at a high rotation speed to maintain the flow rate of the refrigerant, so that the compression efficiency of the compressor deteriorates and the refrigerating efficiency deteriorates.
- the degree of supercooling is high, the ratio of the supercooled liquid in the condenser increases, so the area that can be used for condensing the refrigerant becomes narrower. Then, in order to secure the necessary heat dissipation performance, it is necessary to increase the temperature difference between the heat transfer side fluid and the refrigerant, so that the condensation pressure is balanced to increase. In this case, the higher the cycle high pressure, the higher the compression ratio in the compressor and the lower the compression efficiency.
- the degree of supercooling that maximizes the cooling efficiency is determined as the target degree of supercooling in each operation mode, and the expansion valve is controlled so that the degree of supercooling approaches the target degree of supercooling. Therefore, refrigeration efficiency can be enhanced as much as possible.
- the control device 50 controls the degree of subcooling of the refrigerant condensed in the indoor condenser 12 (in other words, the first heat exchanger) in the heating mode and the parallel dehumidification heating mode (in other words, the first operation mode).
- SC1 approaches the target subcooling degree KSC1
- the serial dehumidification heating mode in other words, the second operation mode
- the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target values PO1, TO1, GO1.
- the first three-way expansion valve 30 is controlled as follows.
- one expansion valve (specifically can be realized by the first three-way expansion valve 30). Therefore, it is possible to adjust the degree of supercooling SC1, the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 of the refrigerant with a simple configuration.
- the third connection port 30c of the first three-way expansion valve 30 is connected to the outdoor heat exchanger 18 (in other words, the second heat exchanger) via the high-pressure refrigerant passage 21c.
- the heat dissipation capacity of the outdoor heat exchanger 18 can be adjusted by adjusting the pressure P1, temperature T1, or flow rate G1 of the refrigerant with the first three-way expansion valve 30.
- control device 50 causes the supercooling degree SC2 of the refrigerant condensed in the outdoor heat exchanger 18 to approach the target supercooling degree KSC2 in the cooling mode and the series dehumidification heating mode, and in the parallel dehumidification heating mode, the outdoor heat exchange
- the second three-way expansion valve 31 is controlled so that the pressure P1, temperature T1 or flow rate G1 of the refrigerant flowing through the vessel 18 approaches target values PO1, TO1 and GO1.
- one expansion valve (specifically can be realized by the second three-way expansion valve 31). Therefore, the supercooling degree SC2, the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 of the refrigerant can be adjusted with a simple configuration.
- the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is connected to the compressor 11 via the suction side passage 21d.
- the heat absorption capacity of the outdoor heat exchanger 18 can be adjusted by adjusting the pressure P1, temperature T1, or flow rate G1 of the refrigerant with the second three-way expansion valve 31.
- a four-way expansion valve 32 is provided instead of the first three-way expansion valve 30 of the first embodiment.
- the four-way expansion valve 32 is a refrigerant valve and has a first connection port 32a, a second connection port 32b, a third connection port 32c and a fourth connection port 32d that communicate with each other.
- a refrigerant outlet of the indoor condenser 12 is connected to the first connection port 32 a of the four-way expansion valve 32 .
- the inlet side of the receiver 15 is connected to the second connection port 32b of the four-way expansion valve 32 .
- the first refrigerant inlet/outlet 18a side of the outdoor heat exchanger 18 is connected to the third connection port 32c of the four-way expansion valve 32 .
- One inlet side of the second three-way joint 13b is connected to the fourth connection port 32d of the four-way expansion valve 32 .
- the four-way expansion valve 32 is an opening/closing section that opens and closes the first connection port 32a, the second connection port 32b, the third connection port 32c, and the fourth connection port 32d.
- the four-way expansion valve 32 is a decompression unit that decompresses the refrigerant flowing in from the first connection port 32a or the third connection port 32c and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing out downstream.
- the second refrigerant inlet/outlet 18b side of the outdoor heat exchanger 18 is connected to the first connection port 31a of the second three-way expansion valve 31 .
- One outlet side of the fourth three-way joint 13d is connected to the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 .
- the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 is connected to the other inlet side of the third three-way joint 13c.
- the second three-way expansion valve 31 is an opening/closing part that opens and closes the second connection port 31b and the third connection port 31c.
- the second three-way expansion valve 31 is a decompression unit that decompresses the refrigerant that has flowed in from the upstream side and adjusts the flow rate of the refrigerant that flows out downstream.
- the refrigerant circuit can be switched by opening and closing the refrigerant passage with the four-way expansion valve 32 and the second three-way expansion valve 31.
- the four-way expansion valve 32 constitutes a first refrigerant circuit switching unit that guides the refrigerant flowing out of the indoor condenser 12 to one of the receiver 15 side and the outdoor heat exchanger 18 side.
- the four-way expansion valve 32 constitutes a second refrigerant circuit switching section that guides the refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 18 to the suction port of the compressor 11 .
- the four-way expansion valve 32 includes a casing 321 formed with a first connection port 32a, a second connection port 32b, a third connection port 32c and a fourth connection port 32d, a second connection port 32b, a A valve body 322 configured to be able to change the throttle opening degrees of the third connection port 32c and the fourth connection port 32d, a check valve 323 arranged in the second connection port 30b, and an electric actuator (specifically Specifically, it is an electric variable diaphragm mechanism having a stepping motor.
- the operation of the four-way expansion valve 32 is controlled by control signals (specifically, control pulses) output from the control device 50 .
- the four-way expansion valve 32 has a full-open function that functions as a mere refrigerant passage without exhibiting a flow rate adjustment action and a refrigerant decompression action by fully opening the valve opening, and a refrigerant passage by fully closing the valve opening. It has a fully closed function that blocks the
- the valve body 322 is formed with a first coolant channel 322a and a second coolant channel 322b.
- the first refrigerant flow path 322 a and the second refrigerant flow path 322 b respectively penetrate the interior of the valve body 322 and open at two locations on the peripheral surface of the valve body 322 .
- One opening of the coolant channel 322a is always in communication with the first connection port 32a.
- the first refrigerant flow path 322a and the second refrigerant flow path 322b are in communication with or out of communication with the first connection port 32a, the second connection port 32b, the third connection port 32c and the fourth connection port 32d depending on the rotational position of the valve element 322. It becomes communication. That is, depending on the rotational position of the valve body 322, communication between the first refrigerant flow path 322a and the second refrigerant flow path 322b and the first connection port 32a, the second connection port 32b, the third connection port 32c and the fourth connection port 32d state is switched.
- valve body 322 connects the first connection port 32a and the third connection port 32c and closes the second connection port 32b and the fourth connection port 32d.
- first coolant channel 322a communicates the first connection port 32a and the third connection port 32c.
- FIG. 12 shows a state in which the third connection port 32c has a large throttle amount (in other words, a state in which the third connection port 32c has a small throttle opening).
- FIG. 13 shows a state in which the amount of restriction of the third connection port 32c is small (in other words, a state in which the degree of restriction of the third connection port 32c is large).
- the second refrigerant flow path 322b communicates the second connection port 32b and the fourth connection port 32d, but the pressure on the side of the second connection port 32b is higher than the pressure on the side of the fourth connection port 32d. Therefore, the check valve 323 closes the second connection port 32b.
- FIG. 14 shows a state in which the valve body 322 communicates the first connection port 32a and the second connection port 32b in a throttled state, and communicates the third connection port 32c and the fourth connection port 32d in a fully open state. ing. Specifically, the first coolant channel 322a communicates the third connection port 32c and the fourth connection port 32d, and the second coolant channel 322b communicates the first connection port 32a and the second connection port 32b. . In the state of FIG. 14, the opening degree of the throttle can be adjusted by adjusting the communication area between the second refrigerant flow path 322b and the second connection port 32b and the fourth connection port 32d.
- the refrigeration cycle device 10 switches between a heating mode refrigerant circuit, a cooling mode refrigerant circuit, a parallel dehumidification heating mode, and a series dehumidification heating mode refrigerant circuit in order to air-condition the vehicle interior. be able to.
- These operation modes are switched by executing an air conditioning control program stored in the controller 50 in advance. The operation of each operation mode will be described below.
- the control device 50 connects the first connection port 32a and the second connection port 32b of the four-way expansion valve 32 in a throttled state, and connects the third connection port 32c of the four-way expansion valve 32 and the third connection port 32c.
- 4 connection port 32d is communicated in a fully open state
- the first connection port 31a and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 are communicated in a throttled state
- the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 is communicated.
- the cooling expansion valve 16b is fully closed.
- the control device 50 controls the operation of various controlled devices.
- the controller 50 controls the discharge capacity so that the high pressure Pd detected by the high pressure sensor 51d approaches the target high pressure PDO.
- the target high pressure PDO is determined by referring to a heating mode control map stored in advance in the controller 50 based on the target outlet temperature TAO.
- the target blowout temperature TAO is calculated using detection signals from various control sensors and operation signals from the operation panel.
- the controller 50 may control the discharge capacity so that the blown air temperature TAV detected by the air conditioning air temperature sensor 51e approaches the target blown air temperature TAO.
- the control device 50 controls the opening degree of the throttle so that the subcooling degree SC1 of the refrigerant on the outlet side of the indoor condenser 12 approaches the predetermined target subcooling degree KSC1.
- Degree of supercooling SC1 is calculated from condenser refrigerant temperature T2 detected by condenser temperature sensor 51j and condenser refrigerant pressure P2 detected by condenser pressure sensor 51k.
- the controller 50 controls the throttle opening so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the controller 50 calculates a refrigerant pressure value that allows the outdoor heat exchanger 18 to obtain the required amount of heat exchange.
- control device 50 may control the throttle opening so that the outdoor unit refrigerant temperature T1 approaches the target temperature TO1.
- the controller 50 may control the opening degree of the throttle so that the flow rate G1 of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target flow rate GO1.
- the controller 50 controls the opening so that the blown air temperature TAV detected by the conditioned air temperature sensor 51e approaches the target blown temperature TAO.
- the opening degree of the air mix door 44 may be controlled so that the entire amount of air that has passed through the indoor evaporator 19 flows into the indoor condenser 12 .
- the compressor 11 when the compressor 11 operates, the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor condenser 12 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor condenser 12 radiates heat to the air that has passed through the indoor evaporator 19 and is condensed. This heats the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12 is decompressed by the four-way expansion valve 32 and flows into the receiver 15 through the inlet side passage 21a.
- the throttle opening degree of the four-way expansion valve 32 is controlled so that the supercooling degree SC1 of the refrigerant on the outlet side of the indoor condenser 12 approaches the target supercooling degree KSC1.
- the control of the degree of supercooling SC1 by the four-way expansion valve 32 is the same as the control of the degree of supercooling SC1 by the first three-way expansion valve 30 in the heating mode of the first embodiment described with reference to FIG. 8, so description thereof will be omitted.
- the refrigerant that has flowed into the receiver 15 is separated into gas and liquid at the receiver 15 .
- Part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the second three-way expansion valve 31 via the fourth three-way joint 13d.
- the remaining liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 is stored in the receiver 15 as surplus refrigerant.
- the refrigerant that has flowed into the second three-way expansion valve 31 is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the second three-way expansion valve 31 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the second three-way expansion valve 31 flows into the outdoor heat exchanger 18 .
- the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 exchanges heat with the outside air blown from the outside air fan, absorbs heat from the outside air, and evaporates.
- the refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 is sucked into the compressor 11 via the four-way expansion valve 32, the suction side passage 21d and the second three-way joint 13b and compressed again.
- the interior of the vehicle can be heated by blowing out the air heated by the indoor condenser 12 into the interior of the vehicle.
- (b) Cooling Mode In the cooling mode, the controller 50 causes the first connection port 32a and the third connection port 32c of the four-way expansion valve 32 to communicate with each other in a fully open state, and the second connection port 32b of the four-way expansion valve 32 communicates with the third connection port 32b. 4 connection port 32d is fully closed, the first connection port 31a and the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 are connected in a throttled state, and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is closed. Fully closed. Further, the control device 50 puts the cooling expansion valve 16b into the throttle state.
- the second three-way expansion valve 31, the receiver 15, the cooling expansion valve 16b, the indoor evaporator 19, and the suction port of the compressor 11 are switched to a second circuit that circulates in this order.
- the control device 50 controls the operation of various controlled devices. For example, the discharge capacity of the compressor 11 is controlled so that the evaporator temperature Te detected by the evaporator temperature sensor 51f approaches the target evaporator temperature TEO.
- the target evaporator temperature TEO is determined based on the target outlet temperature TAO with reference to a cooling mode control map stored in the controller 50 in advance.
- the target evaporator temperature TEO is determined to rise as the target blowout temperature TAO rises. Furthermore, the target evaporator temperature TEO is determined to a value within a range (specifically, 1° C. or higher) in which frost formation on the indoor evaporator 19 can be suppressed.
- control device 50 controls the throttle opening so that the degree of subcooling SC2 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the predetermined target degree of subcooling KSC2.
- the degree of supercooling SC2 is calculated from the outdoor unit refrigerant temperature T1 detected by the outdoor unit temperature sensor 51h and the outdoor unit refrigerant pressure P1 detected by the outdoor unit pressure sensor 51i.
- the control device 50 controls the throttle opening so that the degree of superheat SH2 of the refrigerant on the outlet side of the indoor evaporator 19 approaches the target degree of superheat KSH.
- the degree of superheat SH2 is calculated from the evaporator temperature Te and the refrigerant evaporation pressure Pe detected by the evaporator pressure sensor 51g.
- the opening degree of the air mix door 44 is controlled so that the entire amount of air that has passed through the indoor evaporator 19 flows into the cold air bypass passage 45 .
- the compressor 11 when the compressor 11 operates, the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor condenser 12 .
- the entire amount of air that has passed through the indoor evaporator 19 flows into the cold air bypass passage 45 . Therefore, the refrigerant that has flowed into the indoor condenser 12 flows out of the indoor condenser 12 without exchanging heat with air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12 flows into the outdoor heat exchanger 18 via the four-way expansion valve 32 .
- the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 exchanges heat with the outside air blown from the outside air fan, releases heat to the outside air, and condenses.
- the refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 flows into the receiver 15 via the second three-way expansion valve 31, the third three-way joint 13c and the inlet side passage 21a.
- the throttle opening degree of the second three-way expansion valve 31 is controlled so that the supercooling degree SC2 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the target supercooling degree KSC2.
- the control of the degree of supercooling SC2 by the second three-way expansion valve 31 is the same as the control of the degree of supercooling SC2 by the second three-way expansion valve 31 in the cooling mode of the first embodiment, so a description thereof will be omitted.
- the refrigerant that has flowed into the receiver 15 is separated into gas and liquid at the receiver 15 .
- Part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the cooling expansion valve 16b via the outlet side passage 21b and the fourth three-way joint 13d.
- the remaining liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 is stored in the receiver 15 as surplus refrigerant.
- the refrigerant that has flowed into the cooling expansion valve 16b is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the cooling expansion valve 16b is controlled so that the degree of superheat SH2 approaches the target degree of superheat KSH.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the cooling expansion valve 16 b flows into the indoor evaporator 19 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor evaporator 19 exchanges heat with the air blown from the indoor fan 42, absorbs heat from the air, and evaporates. This cools the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor evaporator 19 is sucked into the compressor 11 via the second three-way joint 13b and compressed again.
- the air cooled by the indoor evaporator 19 is blown into the vehicle interior, thereby cooling the vehicle interior.
- the controller 50 connects the first connection port 32a and the second connection port 32b of the four-way expansion valve 32 in a throttled state, and the four-way expansion valve 32 is connected to the third connection.
- the port 32c and the fourth connection port 32d are communicated in a throttled state, the first connection port 31a and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 are communicated in a throttled state, and the third 2
- the connection port 31b is fully closed. Further, the cooling expansion valve 16b is throttled.
- the refrigerant discharged from the compressor 11 flows through the indoor condenser 12, the four-way expansion valve 32, and the receiver 15 in this order, as indicated by the solid line arrows in FIG.
- the receiver 15, the second three-way expansion valve 31, the outdoor heat exchanger 18, the four-way expansion valve 32, and the intake port of the compressor 11 are circulated in this order, and the dashed-dotted line in FIG.
- the air circulates through the receiver 15, the cooling expansion valve 16b, the indoor evaporator 19, and the suction port of the compressor 11 in this order.
- the refrigeration cycle device 10 in the parallel dehumidifying and heating mode is switched to a circuit in which the outdoor heat exchanger 18 and the indoor evaporator 19 are connected in parallel with respect to the flow of refrigerant flowing out from the receiver 15 .
- the control device 50 controls the operation of various controlled devices.
- the discharge capacity is controlled in the same manner as in the cooling mode.
- the controller 50 may control the discharge capacity so that the blown air temperature TAV detected by the air conditioning air temperature sensor 51e approaches the target blown air temperature TAO.
- the throttle opening is controlled in the same manner as in the heating mode.
- the throttle opening is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the controller 50 calculates a refrigerant pressure value that allows the outdoor heat exchanger 18 to obtain the required amount of heat exchange.
- the throttle opening of the second three-way expansion valve 31 may be controlled so that the outdoor unit refrigerant temperature T1 approaches the target temperature TO1.
- the throttle opening of the second three-way expansion valve 31 may be controlled so that the flow rate G1 of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target flow rate GO1.
- the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor condenser 12 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor condenser 12 radiates heat to the air that has passed through the indoor evaporator 19 and is condensed. This heats the air that has been cooled while passing through the indoor evaporator 19 .
- the refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12 is decompressed by the four-way expansion valve 32 and flows into the receiver 15 through the inlet side passage 21a.
- the throttle opening degree of the four-way expansion valve 32 is controlled so that the supercooling degree SC1 of the refrigerant on the outlet side of the indoor condenser 12 approaches the target supercooling degree KSC1.
- the control of the degree of supercooling SC1 by the four-way expansion valve 32 is the same as the control of the degree of supercooling SC1 by the first three-way expansion valve 30 in the heating mode of the first embodiment described with reference to FIG. 8, so description thereof will be omitted.
- the refrigerant that has flowed into the receiver 15 is separated into gas and liquid at the receiver 15 .
- Part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the second three-way expansion valve 31 via the fourth three-way joint 13d.
- Another part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the cooling expansion valve 16b via the fourth three-way joint 13d.
- the remaining liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 is stored in the receiver 15 as surplus refrigerant.
- the refrigerant that has flowed from the receiver 15 into the second three-way expansion valve 31 is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the second three-way expansion valve 31 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the second three-way expansion valve 31 flows into the outdoor heat exchanger 18 .
- the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 exchanges heat with the outside air blown from the outside air fan, absorbs heat from the outside air, and evaporates.
- the refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 is decompressed by the four-way expansion valve 32 and flows into the second three-way joint 13b.
- the refrigerant that has flowed from the receiver 15 to the cooling expansion valve 16b via the fourth three-way joint 13d is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the cooling expansion valve 16b is controlled so that the degree of superheat SH2 approaches the target degree of superheat KSH.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the cooling expansion valve 16 b flows into the indoor evaporator 19 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor evaporator 19 exchanges heat with the air blown from the indoor fan 42, absorbs heat from the air, and evaporates. This cools the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor evaporator 19 flows into the second three-way joint 13b.
- the flow of refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 18 and the flow of refrigerant flowing out of the indoor evaporator 19 join.
- the refrigerant that has flowed out of the second three-way joint 13b is sucked into the compressor 11 and compressed again.
- dehumidifying and heating the vehicle interior can be performed by reheating the air cooled and dehumidified by the indoor evaporator 19 with the indoor condenser 12 and blowing it into the vehicle interior.
- the control device 50 connects the first connection port 32a and the third connection port 32c of the four-way expansion valve 32 in a throttled state, and the four-way expansion valve 32 is connected to the second connection.
- the port 32b and the fourth connection port 32d are fully closed, the first connection port 31a and the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 are connected in a throttled state, and the third The connection port 31c is brought into a fully closed state.
- the control device 50 puts the cooling expansion valve 16b into the throttle state.
- the control device 50 controls the operation of various controlled devices.
- the discharge capacity is controlled in the same manner as in the cooling mode.
- the controller 50 may control the discharge capacity so that the blown air temperature TAV detected by the air conditioning air temperature sensor 51e approaches the target blown air temperature TAO.
- the throttle opening is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the controller 50 calculates a refrigerant pressure value that allows the outdoor heat exchanger 18 to obtain the required amount of heat exchange.
- the control device 50 calculates, as the target pressure PO1, a refrigerant pressure value that allows the amount of heat released between the indoor condenser 12 and the outdoor heat exchanger 18 to be appropriately distributed.
- control device 50 controls the throttle opening so that the degree of subcooling SC2 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the predetermined target degree of subcooling KSC2.
- the degree of supercooling SC2 is calculated from the outdoor unit refrigerant temperature T1 detected by the outdoor unit temperature sensor 51h and the outdoor unit refrigerant pressure P1 detected by the outdoor unit pressure sensor 51i.
- the control device 50 controls the throttle opening so that the degree of superheat SH2 of the refrigerant on the outlet side of the indoor evaporator 19 approaches the target degree of superheat KSH.
- the degree of superheat SH2 is calculated from the evaporator temperature Te and the refrigerant evaporation pressure Pe detected by the evaporator pressure sensor 51g.
- the controller 50 controls the opening so that the blown air temperature TAV detected by the conditioned air temperature sensor 51e approaches the target blown temperature TAO.
- the opening degree of the air mix door 44 may be controlled so that the entire amount of air that has passed through the indoor evaporator 19 flows into the indoor condenser 12 .
- the compressor 11 when the compressor 11 operates, the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor condenser 12 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor condenser 12 radiates heat to the air that has passed through the indoor evaporator 19 and is condensed. This heats the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor condenser 12 is decompressed by the four-way expansion valve 32 and flows into the outdoor heat exchanger 18 .
- the throttle opening degree of the four-way expansion valve 32 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the control of the outdoor unit refrigerant pressure P1 by the four-way expansion valve 32 is the same as the control of the outdoor unit refrigerant pressure P1 by the first three-way expansion valve 30 in the series dehumidification heating mode of the first embodiment described with reference to FIG. omitted.
- the refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 18 exchanges heat with the outside air blown from the outside air fan, radiates heat to the outside air, and condenses.
- the refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 18 flows into the receiver 15 via the second three-way expansion valve 31, the third three-way joint 13c and the inlet side passage 21a.
- the throttle opening degree of the second three-way expansion valve 31 is controlled so that the supercooling degree SC2 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the target supercooling degree KSC2.
- the control of the degree of supercooling SC2 by the second three-way expansion valve 31 is the same as the control of the degree of supercooling SC2 by the second three-way expansion valve 31 in the series dehumidifying heating mode of the first embodiment described with reference to FIG. omitted.
- the refrigerant that has flowed into the receiver 15 is separated into gas and liquid at the receiver 15 .
- Part of the liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 flows into the cooling expansion valve 16b via the fourth three-way joint 13d.
- the remaining liquid-phase refrigerant separated by the receiver 15 is stored in the receiver 15 as surplus refrigerant.
- the refrigerant that has flowed into the cooling expansion valve 16b is decompressed until it becomes a low-pressure refrigerant.
- the throttle opening degree of the cooling expansion valve 16b is controlled so that the degree of superheat SH2 approaches the target degree of superheat KSH.
- the low-pressure refrigerant decompressed by the cooling expansion valve 16 b flows into the indoor evaporator 19 .
- the refrigerant that has flowed into the indoor evaporator 19 exchanges heat with the air blown from the indoor fan 42, absorbs heat from the air, and evaporates. This cools the air.
- the refrigerant that has flowed out of the indoor evaporator 19 is sucked into the compressor 11 via the second three-way joint 13b and compressed again.
- dehumidifying and heating the vehicle interior can be performed by reheating the air cooled and dehumidified by the indoor evaporator 19 by the indoor condenser 12 and blowing it into the vehicle interior.
- the refrigeration cycle device 10 switches the refrigerant circuit according to each operation mode, thereby realizing comfortable air conditioning in the vehicle interior.
- the expansion valve is controlled so that the degree of supercooling approaches the target degree of supercooling, so the refrigeration efficiency can be increased as much as possible.
- the control device 50 causes the supercooling degree SC1 of the refrigerant condensed in the indoor condenser 12 to approach the target supercooling degree KSC1 in the heating mode and the parallel dehumidifying heating mode (in other words, the first operation mode).
- the parallel dehumidifying heating mode in other words, the second operation mode
- the four-way expansion valve 32 is controlled so that the pressure P1, temperature T1, or flow rate G1 of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target values PO1, TO1, GO1. do.
- one expansion valve (specifically can be realized by the four-way expansion valve 32). Therefore, the supercooling degree SC2, the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 of the refrigerant can be adjusted with a simple configuration.
- the third connection port 32c of the four-way expansion valve 32 is connected to the outdoor heat exchanger 18 via the high-pressure refrigerant passage 21c.
- the heat dissipation capacity of the outdoor heat exchanger 18 can be adjusted by adjusting the pressure P1, temperature T1, or flow rate G1 of the refrigerant with the four-way expansion valve 32.
- the control device 50 supercools the refrigerant condensed in the outdoor heat exchanger 18 (in other words, the first heat exchanger) in the cooling mode and the series dehumidifying and heating mode (in other words, the first operation mode).
- degree SC2 approaches the target subcooling degree KSC2, and in the heating mode and the parallel dehumidification heating mode (in other words, the second operation mode), the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18 reaches the target value.
- the second three-way expansion valve 31 is controlled so as to approach PO1, TO1 and GO1.
- one expansion valve ( Specifically, it can be realized by the second three-way expansion valve 31). Therefore, the supercooling degree SC2, the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 of the refrigerant can be adjusted with a simple configuration.
- the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is connected to the outlet side of the gas-liquid separator 15 via a refrigerant passage.
- the heat absorption capacity of the outdoor heat exchanger 18 can be adjusted by adjusting the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 of the refrigerant with the second three-way expansion valve 31 in the cooling mode and the serial dehumidification heating mode.
- the four-way expansion valve 32 of the second embodiment is replaced with a fifth three-way joint 13e, a first three-way expansion valve 34 and a first variable throttle 35, and , the second three-way joint 13b is replaced with a four-way joint 36.
- the refrigerant outlet side of the indoor condenser 12 is connected to the inlet of the fifth three-way joint 13e.
- the inlet side of the receiver 15 is connected via the first variable throttle 35 to one outflow port of the fifth three-way joint 13e.
- the first connection port 34a of the first three-way expansion valve 34 is connected to the other outflow port of the fifth three-way joint 13e.
- the first inlet side of the four-way joint 36 is connected to the second connection port 34 b of the first three-way expansion valve 34 .
- the first refrigerant inlet/outlet port 18a side of the outdoor heat exchanger 18 is connected to the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34 .
- the refrigerant outlet of the indoor evaporator 19 is connected to the second inlet of the four-way joint 36 .
- the suction port side of the compressor 11 is connected to the outflow port of the four-way joint 36 .
- the refrigerant outlet side of the chiller 20 is connected to the third inlet of the four-way joint 36 .
- the chiller 20 is an evaporator that evaporates the low-pressure refrigerant by exchanging heat between the low-pressure refrigerant decompressed by the chiller expansion valve 16c and the low-temperature side heat medium.
- the low-temperature heat medium absorbed by the chiller 20 is used for cooling the battery.
- One outlet of the sixth three-way joint 13f is connected to the refrigerant inlet of the chiller expansion valve 16c.
- the other outlet of the fourth three-way joint 13d is connected to the inlet of the sixth three-way joint 13f.
- the inlet side of the cooling expansion valve 16b is connected to the other outflow port of the sixth three-way joint 13f.
- the control device 50 In the heating mode, the control device 50 fully closes the first connection port 34a of the first three-way expansion valve 34, and fully opens the second connection port 34b and the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34 for communication. , the first connection port 31a and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 are connected in a throttled state, and the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 is fully closed. Further, the cooling expansion valve 16b is fully closed, and the first variable throttle 35 is throttled.
- the control device 50 In the cooling mode, the control device 50 fully opens the first connection port 34a and the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34 and fully closes the second connection port 34b of the first three-way expansion valve 34. state, the first connection port 31a and the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 are connected in a throttled state, and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is fully closed. Further, the control device 50 brings the cooling expansion valve 16b into the throttled state and brings the first variable throttle 35 into the fully closed state.
- the refrigerant discharged from the compressor 11 flows through the indoor condenser 12, the first three-way expansion valve 34, the outdoor heat Switched to a second circuit that circulates in the order of the exchanger 18, the second three-way expansion valve 31, the receiver 15, the cooling expansion valve 16b, the indoor evaporator 19, and the suction port of the compressor 11.
- the control device 50 fully closes the first connection port 34a of the first three-way expansion valve 34, and throttles the second connection port 34b and the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34.
- the first connection port 31a and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 are connected in a throttled state, and the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 is fully closed. Further, the cooling expansion valve 16b is throttled, and the first variable throttle 35 is throttled.
- the throttle opening of the first three-way expansion valve 34 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the throttle opening degree of the first three-way expansion valve 34 may be controlled so that the outdoor unit refrigerant temperature T1 approaches the target temperature TO1.
- the throttle opening degree of the first three-way expansion valve 34 may be controlled so that the flow rate G1 of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target flow rate GO1.
- the control device 50 causes the first connection port 34a and the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34 to communicate with each other in a throttled state, and the second connection port 34b of the first three-way expansion valve 34 to The first connection port 31a and the second connection port 31b of the second three-way expansion valve 31 are connected in a throttled state, and the third connection port 31c of the second three-way expansion valve 31 is fully closed. Further, the control device 50 brings the cooling expansion valve 16b into the throttled state and brings the first variable throttle 35 into the fully closed state.
- the throttle opening of the first three-way expansion valve 34 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the second refrigerant inlet/outlet 18b side of the outdoor heat exchanger 18 is connected to the inlet/outlet of the seventh three-way joint 13g.
- the first connection port 37a side of the second three-way expansion valve 37 is connected to the inlet of the seventh three-way joint 13g.
- the other inlet side of the third three-way joint 13c is connected to the outlet of the seventh three-way joint 13g via the second check valve 17b and the second variable throttle .
- the second connection port 37b of the second three-way expansion valve 37 is connected to one outlet side of the fourth three-way joint 13d.
- the refrigerant inlet side of the chiller 20 is connected to the third connection port 37c of the second three-way expansion valve 37 via the chiller expansion valve 16c.
- the control device 50 In the heating mode, the control device 50 fully closes the first connection port 34a of the first three-way expansion valve 34 and fully opens the second connection port 34b and the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34.
- the first connection port 37a and the second connection port 37b of the second three-way expansion valve 37 are communicated with each other in a throttled state. Further, the cooling expansion valve 16b is fully closed, the first variable throttle 35 is throttled, and the second variable throttle 38 is fully closed.
- the throttle opening degree of the second three-way expansion valve 37 is controlled so that the degree of superheat SH1 of the refrigerant on the outlet side of the outdoor heat exchanger 18 approaches the target degree of superheat KSH.
- the control device 50 In the cooling mode, the control device 50 fully opens the first connection port 34a and the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34 and fully closes the second connection port 34b of the first three-way expansion valve 34. state, and the first connection port 37a of the second three-way expansion valve 37 is fully closed. Further, the control device 50 brings the cooling expansion valve 16b into the throttled state, the first variable throttle 35 into the fully closed state, and the second variable throttle 38 into the throttled state.
- the refrigerant discharged from the compressor 11 flows through the indoor condenser 12, the first three-way expansion valve 34, the outdoor heat
- the second circuit is switched to circulate in the order of the exchanger 18, the second variable throttle 38, the receiver 15, the cooling expansion valve 16b, the indoor evaporator 19, and the suction port of the compressor 11.
- the control device 50 fully closes the first connection port 34a of the first three-way expansion valve 34, and throttles the second connection port 34b and the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34.
- the first connection port 37a and the second connection port 37b of the second three-way expansion valve 37 are connected in a throttled state. Further, the cooling expansion valve 16b is throttled, the first variable throttle 35 is throttled, and the second variable throttle 38 is fully closed.
- the throttle opening of the second three-way expansion valve 37 is controlled so that the outdoor unit refrigerant pressure P1 approaches the target pressure PO1.
- the control device 50 causes the first connection port 34a and the third connection port 34c of the first three-way expansion valve 34 to communicate with each other in a throttled state, and the second connection port 34b of the first three-way expansion valve 34 to A fully closed state is set, and the first connection port 37a of the second three-way expansion valve 37 is set to a fully closed state. Further, the control device 50 brings the cooling expansion valve 16b into the throttled state, the first variable throttle 35 into the fully closed state, and the second variable throttle 38 into the throttled state.
- the controller 50 controls the first three-way expansion valve so that the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target values PO1, TO1, and GO1 in the series dehumidifying and heating mode.
- the controller 50 may control the first three-way expansion valve 30 so that the blown air temperature TAV approaches the target blown air temperature TAO in the serial dehumidification heating mode.
- the controller 50 may control the first three-way expansion valve 30 so that the temperature TAV of the fluid to be heat-exchanged in the indoor condenser 12 approaches the target outlet temperature TAO in the series dehumidifying and heating mode.
- the adjustment of the degree of supercooling SC1 in the heating mode and the parallel dehumidifying heating mode and the adjustment of the blown air temperature TAV can be realized with one expansion valve (specifically, the first three-way expansion valve 30). Therefore, the supercooling degree SC1 of the refrigerant and the blown air temperature TAV can be adjusted with a simple configuration.
- the controller 50 controls the four-way expansion valve so that the pressure P1, the temperature T1, or the flow rate G1 of the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 18 approaches the target values PO1, TO1, and GO1 in the serial dehumidifying and heating mode.
- the controller 50 may control the four-way expansion valve 32 so that the blow-out air temperature TAV approaches the target blow-out temperature TAO in the series dehumidifying and heating mode.
- the controller 50 may control the four-way expansion valve 32 so that the temperature TAV of the fluid to be heat-exchanged in the indoor condenser 12 approaches the target outlet temperature TAO in the series dehumidification heating mode.
- the adjustment of the degree of subcooling SC1 in the heating mode and the parallel dehumidifying heating mode and the adjustment of the blown air temperature TAV in the series dehumidifying heating mode are performed by one expansion valve (specifically, the four-way expansion valve 32).
- the supercooling degree SC2 of the refrigerant and the blown air temperature TAV can be adjusted with a simple configuration.
- the indoor condenser 12 is employed as a heating unit that heats air using the high-pressure refrigerant as a heat source, but the present invention is not limited to this.
- the heating unit may be formed by adding a high-temperature-side heat medium circuit that circulates a high-temperature-side heat medium to the refrigeration cycle device 10 .
- a high temperature side water pump, a heat medium refrigerant heat exchanger, a heater core, etc. may be arranged in the high temperature side heat medium circuit.
- the heat medium-refrigerant heat exchanger is a heat radiating section that exchanges heat between the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 and the high-temperature side heat medium, and releases heat from the high-pressure refrigerant.
- the high temperature side water pump is an electric pump that pressure-feeds the high temperature side heat medium circulating in the high temperature side heat medium circuit to the heat medium refrigerant heat exchanger.
- the high-temperature side water pump has its rotational speed (that is, water pumping capacity) controlled by a control signal output from the control device 50 .
- the heater core is a heat exchange portion that heats the air by exchanging heat between the high-temperature side heat medium heated by the heat medium-refrigerant heat exchanger and the air.
- the controller 50 controls the temperature TW of the high-temperature side heat medium heated by the heat medium-refrigerant heat exchanger to approach the target temperature TWO in the serial dehumidifying and heating mode.
- a three-way expansion valve 30 may be controlled.
- the control device 50 may control the first three-way expansion valve 30 so that the temperature TW of the fluid to be heat-exchanged in the heat medium-refrigerant heat exchanger approaches the target temperature TWO in the series dehumidifying and heating mode.
- one expansion valve (specifically, the first three-way expansion valve 30) adjusts the degree of supercooling SC1 in the heating mode and the parallel dehumidifying heating mode and the temperature TW of the high temperature side heat medium. realizable. Therefore, the supercooling degree SC1 of the refrigerant and the temperature TW of the high temperature side heat medium can be adjusted with a simple configuration.
- the control device 50 may control the four-way expansion valve 32 so that the blown air temperature TAV approaches the target blown air temperature TAO in the series dehumidifying and heating mode.
- the control device 50 may control the four-way expansion valve 32 so that the temperature TW of the fluid to be heat-exchanged in the heat medium refrigerant heat exchanger approaches the target outlet temperature TWO in the serial dehumidifying and heating mode.
- the adjustment of the degree of supercooling SC1 in the heating mode and the parallel dehumidification heating mode and the adjustment of the temperature TW of the high temperature side heat medium can be realized with one expansion valve (specifically, the four-way expansion valve 32). . Therefore, the supercooling degree SC2 of the refrigerant and the temperature TW of the high temperature side heat medium can be adjusted with a simple configuration.
- R1234yf is used as the refrigerant
- the refrigerant is not limited to this.
- R134a, R600a, R410A, R404A, R32, R407C, etc. may be employed.
- a mixed refrigerant or the like in which a plurality of these refrigerants are mixed may be adopted.
- An internal heat exchanger may be added to the refrigeration cycle device 10.
- the internal heat exchanger exchanges heat between the high-pressure refrigerant flowing out of the receiver 15 and the low-pressure refrigerant drawn into the compressor 11 .
- the high-pressure refrigerant is cooled to reduce the enthalpy, and the low-pressure refrigerant is heated to increase the enthalpy.
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Abstract
第1熱交換器(12、18)が接続された第1接続口(30a、31a、32a)と、気液分離器(15)の入口側が接続された第2接続口(30b、31b、32b)と、冷媒通路が接続された第3接続口(30c、31c、32c)と、第1接続口、第2接続口および第3接続口の連通状態を切り替えるとともに冷媒を減圧させる弁体(302、312、322)とを有する冷媒弁(30、31、32)と、冷媒が第1熱交換器で凝縮した後、冷媒弁を介して気液分離器に流入する第1運転モードと、冷媒が第1熱交換器で凝縮した後、冷媒弁を介して第3接続口から流出する第2運転モードとを切り替え、第1運転モードでは第1熱交換器で凝縮された冷媒の過冷却度が目標過冷却度に近づき、第2運転モードでは冷媒の圧力、温度または流量が目標値に近づくように冷媒弁を制御する制御部(50)とを備える。
Description
本出願は、2021年9月17日に出願された日本特許出願2021-152216号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、冷凍サイクル装置に関する。
従来、特許文献1には、冷房モードを暖房モードとを切り替え可能な冷凍サイクル装置が記載されている。この従来技術では、冷房モードを暖房モードとを切り替え可能にするために、冷媒流れの分岐部、合流部、および切替弁が設けられている。
上記従来技術において、高効率な運転を行うためには凝縮器で凝縮された冷媒の過冷却度を適切に調整可能にする必要がある。また、熱交換器の熱交換能力を使用環境等に応じて適切に調整するためには、冷媒の圧力、温度もしくは流量、または熱交換対象流体の温度を適切に調整可能にする必要がある。熱交換対象流体とは、冷媒と熱交換される流体(例えば空気や水)のことである。
しかしながら、冷媒の過冷却度および冷媒の圧力、温度もしくは流量、または熱交換対象流体の温度を適切に調整しようとすると、複数の減圧弁の追加が必要となって構成が複雑化してしまう。
本開示は、上記点に鑑みて、簡素な構成にて冷媒の過冷却度および冷媒の圧力、温度もしくは流量、または熱交換対象流体の温度を調整可能にすることを目的とする。
本開示の第1の態様による冷凍サイクル装置は、冷媒弁と制御部とを備える。冷媒弁は、第1接続口と第2接続口と第3接続口と弁体とを有する。第1接続口は、冷媒を熱交換させる第1熱交換器が接続されている。第2接続口は、冷媒の気液を分離させる気液分離器の入口側が接続されている。第3接続口は、冷媒が流れる冷媒通路が接続されている。弁体は、第1接続口、第2接続口および第3接続口の連通状態を切り替えるとともに冷媒を減圧させる。
制御部は、第1運転モードと第2運転モードとを切り替える。第1運転モードでは、冷媒が第1熱交換器で凝縮した後、冷媒弁を介して気液分離器に流入する。第2運転モードでは、冷媒が第1熱交換器を流通した後、冷媒弁を介して第3接続口から流出する。
制御部は、第1運転モードでは第1熱交換器で凝縮された冷媒の過冷却度が目標過冷却度に近づき、第2運転モードでは冷媒の圧力、温度もしくは流量、または熱交換対象流体の温度が目標値に近づくように冷媒弁を制御する。
これによると、第1運転モードでの過冷却度の調整と、第2運転モードでの冷媒の圧力、温度または流量の調整とを、1つの冷媒弁で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度および冷媒の圧力、温度もしくは流量、または熱交換対象流体の温度を調整可能である。
本開示の第2の態様による冷凍サイクル装置は、冷媒弁と制御部とを備える。冷媒弁は、第1接続口と第2接続口と第3接続口と弁体とを有する。第1接続口は、冷媒を熱交換させる第1熱交換器が接続されている。第2接続口は、冷媒の気液を分離させる気液分離器の入口側が接続されている。第3接続口は、冷媒が流れる冷媒通路が接続されている。弁体は、第1接続口、第2接続口および第3接続口の連通状態を切り替えるとともに冷媒を減圧させる。
制御部は、第1運転モードと第2運転モードとを切り替える。第1運転モードでは、冷媒が第1熱交換器で凝縮した後、冷媒弁を介して気液分離器に流入する。第2運転モードでは、第3接続口から冷媒弁に流入した冷媒が、第1接続口を介して第1熱交換器に流入する。
制御部は、第1運転モードでは第1熱交換器で凝縮された冷媒の過冷却度が目標過冷却度に近づき、第2運転モードでは冷媒の圧力、温度もしくは流量、または熱交換対象流体の温度が目標値に近づくように冷媒弁を制御する。
これによると、第1運転モードでの過冷却度の調整と、第2運転モードでの冷媒の圧力、温度または流量の調整とを、1つの冷媒弁で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度および冷媒の圧力、温度もしくは流量、または熱交換対象流体の温度を調整可能である。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確となる。
第1実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。
第1実施形態の室内空調ユニットの模式的な構成図である。
第1実施形態の第1三方膨張弁の断面図である。
図3のIV-IV断面図であり、第2接続口を全閉にして第3接続口を全開にしている状態を示している。
第1実施形態の第1三方膨張弁の断面図であり、第2接続口を全閉にして第3接続口を絞り開度にしている状態を示している。
第1実施形態の第1三方膨張弁の断面図であり、第2接続口を絞り開度にして第3接続口を全閉にしている状態を示している。
第1実施形態の車両用空調装置の電気制御部を示すブロック図である。
第1実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モードにおける冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。
第1実施形態の冷凍サイクル装置の並列除湿暖房モードにおける冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。
第1実施形態の冷凍サイクル装置の直列除湿暖房モードにおける冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。
第2実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。
第2実施形態の四方膨張弁の断面図であり、第1接続口と第3接続口32cとを小さい絞り開度で連通させ、第2接続口および第4接続口を閉じている状態を示している。
第2実施形態の四方膨張弁の断面図であり、第1接続口と第3接続口32cとを大きい絞り開度で連通させ、第2接続口および第4接続口を閉じている状態を示している。
第2実施形態の四方膨張弁の断面図であり、第1接続口と第2接続口とを絞り状態で連通させ、第3接続口と第4接続口とを全開状態で連通させている状態を示している。
第3実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。
第4実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。
(第1実施形態)
図1~図3を用いて、本開示に係る冷凍サイクル装置10の第1実施形態を説明する。図1に示す冷凍サイクル装置10は、電気自動車に搭載された車両用空調装置に適用されている。電気自動車は、電動モータから走行用の駆動力を得る車両である。本実施形態の車両用空調装置は、電気自動車において、空調対象空間である車室内の空調を行う。
図1~図3を用いて、本開示に係る冷凍サイクル装置10の第1実施形態を説明する。図1に示す冷凍サイクル装置10は、電気自動車に搭載された車両用空調装置に適用されている。電気自動車は、電動モータから走行用の駆動力を得る車両である。本実施形態の車両用空調装置は、電気自動車において、空調対象空間である車室内の空調を行う。
冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置において、車室内へ送風される空気を冷却あるいは加熱する。従って、冷凍サイクル装置10の温度調整対象物は、空気である。また、冷凍サイクル装置10は、車室内の空調を行うために、冷媒回路を切替可能に構成されている。
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)を採用している。冷凍サイクル装置10は、圧縮機11から吐出された高圧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。冷媒には、圧縮機11を潤滑するための冷凍機油(具体的には、PAGオイル)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。
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。圧縮機11は、車室の前方側の駆動装置室内に配置されている。駆動装置室は、走行用の駆動力を出力するための駆動用装置(例えば、電動モータ)の少なくとも一部が配置される空間を形成している。
圧縮機11は、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機である。圧縮機11は、制御装置50から出力される制御信号によって、回転数(すなわち、冷媒吐出圧力および冷媒流量)が制御される。
圧縮機11の吐出口には、室内凝縮器12の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器12は、図2に示すように、室内空調ユニット40のケーシング41内に配置されている。室内凝縮器12は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒と、空気とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱部である。換言すると、室内凝縮器12は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒を熱源として空気を加熱する加熱部である。室内凝縮器12は第1熱交換器である。
室内凝縮器12の冷媒出口には第1三方膨張弁30の第1接続口30a側が接続されている。第1三方膨張弁30は冷媒弁であり、互いに連通する第1接続口30a、第2接続口30bおよび第3接続口30cを有している。第1三方膨張弁30の第2接続口30bには、レシーバ15の入口側が接続されている。第1三方膨張弁30の第3接続口30cには、高圧冷媒通路21cおよび第1三方継手13aを介して、室外熱交換器18の冷媒入口側が接続されている。高圧冷媒通路21cは、高圧冷媒が流れる冷媒通路である。
第1三方膨張弁30は、第2接続口30bおよび第3接続口30cを開閉する開閉部である。第1三方膨張弁30は、第1接続口30aから流入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減圧部である。
冷凍サイクル装置10は、第1三方継手13a、第2三方継手13b、第3三方継手13c、第4三方継手13dを備えている。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。
第1三方継手13a~第4三方継手13dは、3つの流入出口のうち1つが流入口として用いられ、2つが流出口として用いられた際には、1つの流入口から流入した冷媒の流れを分岐する分岐部となる。第1三方継手13a~第4三方継手13dは、3つの流入出口のうち2つが流入口として用いられ、1つが流出口として用いられた際には、2つの流入口から流入した冷媒の流れを合流させる合流部となる。
本実施形態では、第1三方継手13a、第2三方継手13bおよび第3三方継手13cが合流部として機能可能に接続されている。また、第4三方継手13dが分岐部として機能可能に接続されている。
第3三方継手13cは、第1三方膨張弁30の第2接続口30bからレシーバ15の入口へ至る冷媒通路である入口側通路21aにおいて、一方の流入口が第1三方膨張弁30の流出口側に接続されている。さらに、第3三方継手13cは、入口側通路21aにおいて、流出口がレシーバ15の入口側に接続されている。
レシーバ15は、気液分離機能を有する気液分離部である。すなわち、レシーバ15は、冷凍サイクル装置10において冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する熱交換部から流出した冷媒の気液を分離する。そして、レシーバ15は、分離された液相冷媒の一部を下流側に流出させ、残余の液相冷媒をサイクル内の余剰冷媒として蓄える。
第1三方継手13aの他方の流入口には、暖房用膨張弁16aを介して、レシーバ15の出口側が接続されている。レシーバ15の出口と第1三方継手13aの他方の流入口とを接続する冷媒通路である出口側通路21bには、第4三方継手13dおよび第1逆止弁17aが配置されている。
第1逆止弁17aは、レシーバ15の出口側から暖房用膨張弁16a側へ冷媒が流れることを許容し、暖房用膨張弁16a側からレシーバ15の出口側へ冷媒が流れることを禁止している。
暖房用膨張弁16aは、レシーバ15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減圧部である。
暖房用膨張弁16aは、絞り開度を変更可能に構成された弁体、および弁体を変位させる電動アクチュエータ(具体的には、ステッピングモータ)を有する電動式の可変絞り機構である。暖房用膨張弁16aの作動は、制御装置50から出力される制御信号(具体的には、制御パルス)によって制御される。
暖房用膨張弁16a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。
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16bを備えている。冷房用膨張弁16bの基本的構成は暖房用膨張弁16aと同様である。暖房用膨張弁16a等を、全閉機能を有していない可変絞り機構と開閉弁とを組み合わせて形成してもよい。
第4三方継手13dは、出口側通路21bにおいて、流入口がレシーバ15の出口側に接続されている。第4三方継手13dは、出口側通路21bにおいて、一方の流出口が第1逆止弁17aの入口側に接続されている。第4三方継手13dの他方の流出口には、冷房用膨張弁16bの流入口側が接続されている。
第1三方継手13aの流出口には、室外熱交換器18の冷媒入口側が接続されている。室外熱交換器18は、第1三方継手13aの流出口から流出した冷媒と、外気ファン18Aから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18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18に走行風を当てることができる。室外熱交換器18は、第1熱交換器または第2熱交換器である。
室外熱交換器18の冷媒出口には、第2三方膨張弁31の第1接続口31aが接続されている。第2三方膨張弁31の第2接続口31bには、第3三方継手13cの他方の流入口側が接続されている。第2三方膨張弁31の第3接続口31cには、第2三方継手13bの一方の流入口側が接続されている。
第2三方膨張弁31は冷媒弁である。第2三方膨張弁31は、第2接続口31bおよび第3接続口31cを開閉する開閉部である。第2三方膨張弁31は、第1接続口31aから流入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減圧部である。
第2三方膨張弁31は、第3三方継手13cの一方の流出口から第2三方継手13bの一方の流入口へ至る冷媒通路である吸入側通路21dを開閉する。第2三方継手13bの流出口には、圧縮機11の吸入口側が接続されている。
出口側通路21bに配置された第4三方継手13dの他方の流出口には、冷房用膨張弁16bの入口側が接続されている。
冷房用膨張弁16bは、レシーバ15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減圧部である。
冷房用膨張弁16bの出口には、室内蒸発器19の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器19は、室内空調ユニット40のケーシング41内に配置されている。室内蒸発器19は、冷房用膨張弁16bにて減圧された低圧冷媒を、室内送風機42から送風された空気と熱交換させて蒸発させる蒸発部である。室内蒸発器19は、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって空気を冷却する空気用冷却部である。室内蒸発器19の冷媒出口には、第2三方継手13bの他方の流入口が接続されている。
以上の説明から明らかなように、冷凍サイクル装置10では、第1三方膨張弁30、第2三方膨張弁31が冷媒通路を開閉することによって、冷媒回路を切り替えることができる。
第1三方膨張弁30は、室内凝縮器12から流出した冷媒を、レシーバ15側および室外熱交換器18側の一方へ導く第1冷媒回路切替部を構成している。第2三方膨張弁31は、室外熱交換器18から流出した冷媒を、圧縮機11の吸入口側およびレシーバ15側の一方へ導く第2冷媒回路切替部を構成している。
次に、図2を用いて、室内空調ユニット40について説明する。室内空調ユニット40は、車両用空調装置において、適切に温度調整された空気を車室内の適切な箇所へ吹き出すためのユニットである。室内空調ユニット40は、車室内最前部の計器盤(すなわち、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40は、空気の空気通路を形成するケーシング41を有している。ケーシング41内に形成された空気通路には、室内送風機42、室内蒸発器19、室内凝縮器12等が配置されている。ケーシング41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)にて形成されている。
ケーシング41の空気流れ最上流側には、内外気切替装置43が配置されている。内外気切替装置43は、ケーシング41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。内外気切替装置43の駆動用の電動アクチュエータの作動は、制御装置50から出力される制御信号によって制御される。
内外気切替装置43の空気流れ下流側には、室内送風機42が配置されている。室内送風機42は、内外気切替装置43を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する。室内送風機42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。室内送風機42は、制御装置50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。
室内送風機42の空気流れ下流側には、室内蒸発器19と室内凝縮器12が、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19は、室内凝縮器12よりも、空気流れ上流側に配置されている。ケーシング41内には、室内蒸発器19を通過した空気を、室内凝縮器12を迂回させて下流側へ流す冷風バイパス通路45が形成されている。
室内蒸発器19の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器12の空気流れ上流側には、エアミックスドア44が配置されている。エアミックスドア44は、室内蒸発器19を通過後の空気のうち、室内凝縮器12を通過させる風量と冷風バイパス通路45を通過させる風量との風量割合を調整する。エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータの作動は、制御装置50から出力される制御信号によって制御される。
室内凝縮器12の空気流れ下流側には、室内凝縮器12にて加熱された空気と冷風バイパス通路45を通過して室内凝縮器12にて加熱されていない空気とを混合させる混合空間46が設けられている。さらに、ケーシング41の空気流れ最下流部には、混合空間46にて混合された空気(空調風)を、車室内へ吹き出す図示しない開口穴が配置されている。
従って、エアミックスドア44が室内凝縮器12を通過させる風量と冷風バイパス通路45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46にて混合される空調風の温度を調整することができる。そして、各開口穴から車室内へ吹き出される空気の温度を調整することができる。
開口穴としては、フェイス開口穴、フット開口穴、及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。
これらの開口穴の上流側には、図示しない吹出モード切替ドアが配置されている。吹出モード切替ドアは、各開口穴を開閉することによって、空調風を吹き出す開口穴を切り替える。吹出モード切替ドア駆動用の電動アクチュエータの作動は、制御装置50から出力される制御信号によって制御される。
次に、図3~6を用いて、第1三方膨張弁30の概要について説明する。第2三方膨張弁31の基本的構成は、第1三方膨張弁30と同様である。したがって、図3~6の括弧内に第2三方膨張弁31の各構成に対応する符号を付して、第2三方膨張弁31の図示を省略する。
第1三方膨張弁30は、第1接続口30a、第2接続口30bおよび第3接続口30cが形成されたケーシング301、第2接続口30bおよび第3接続口30cの絞り開度を変更可能に構成された弁体302、ならびに弁体を変位させる電動アクチュエータ303(具体的には、ステッピングモータ)を有する電動式の可変絞り機構である。第1三方膨張弁30の作動は、制御装置50から出力される制御信号(具体的には、制御パルス)によって制御される。
第1三方膨張弁30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。
図4は、弁体302が第2接続口30bを全閉にして第3接続口30cを全開にしている状態を示している。図5は、弁体302が第2接続口30bを全閉にして第3接続口30cを、冷媒減圧作用を発揮する絞り開度にしている状態を示している。図6は、弁体302が第2接続口30bを、冷媒減圧作用を発揮する絞り開度にして第3接続口30cを全閉にしている状態を示している。弁体302が第2接続口30bおよび第3接続口30cの開口面積を調整することによって絞り開度を調整できる。
弁体302は球形状であり、ケーシング301に形成された球状空間に収容されており、第1接続口30aの軸周りに回転可能になっている。弁体302には、冷媒流路302aが形成されている。冷媒流路302aは弁体302の内部を貫通し、弁体302の周面の2ヶ所に開口している。冷媒流路302aの一方の開口部は第1接続口30aと常に連通している。冷媒流路302aの他方の開口部は、弁体302の回転位置によって第2接続口30bおよび第3接続口30cと連通したり非連通になったりする。すなわち、弁体302の回転位置によって、冷媒流路302aと第2接続口30bおよび第3接続口30cとの連通状態が切り替わる。
図4に示す状態では、弁体302の周面のうち冷媒流路302aが開口していない部位が第2接続口30bを閉塞し、弁体302の周面のうち冷媒流路302aが開口している部位が第3接続口30cと最大連通面積で連通している。
図5に示す状態では、弁体302の周面のうち冷媒流路302aが開口していない部位が第2接続口30bを閉塞し、弁体302の周面のうち冷媒流路302aが開口している部位が第3接続口30cと部分的に連通している。
図6に示す状態では、弁体302の周面のうち冷媒流路302aが開口している部位が第2接続口30bと部分的に連通し、弁体302の周面のうち冷媒流路302aが開口していない部位が第3接続口30cを閉塞している。
図3~6の括弧内の符号で示すように、第2三方膨張弁31は、第1三方膨張弁30と同様に、第1接続口31a、第2接続口31bおよび第3接続口31cが形成されたケーシング311、冷媒流路312aが形成されて第2接続口31bおよび第3接続口31cの絞り開度を変更可能に構成された弁体312、ならびに弁体312を変位させる電動アクチュエータ313(具体的には、ステッピングモータ)を有する電動式の可変絞り機構である。
次に、図7を用いて、車両用空調装置の電気制御部の概要について説明する。制御装置50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。制御装置50は、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、出力側に接続された各種制御対象機器11、16a、16b、30、31、42、43、44等の作動を制御する。
制御装置50の入力側には、図3に示すように、各種の制御用センサが接続されている。制御用センサとしては、内気温センサ51a、外気温センサ51b、日射量センサ51c、高圧圧力センサ51d、空調風温度センサ51e、蒸発器温度センサ51f、蒸発器圧力センサ51g、室外器温度センサ51h、室外器圧力センサ51i、凝縮器温度センサ51j、凝縮器圧力センサ51kが含まれる。
内気温センサ51aは、車室内の温度である内気温Trを検出する内気温検出部である。外気温センサ51bは、車室外の温度である外気温Tamを検出する外気温検出部である。日射量センサ51cは、車室内へ照射される日射量Asを検出する日射量検出部である。
高圧圧力センサ51dは、圧縮機11から吐出された高圧冷媒の圧力である高圧圧力Pdを検出する高圧圧力検出部である。空調風温度センサ51eは、混合空間46から車室内へ吹き出される吹出空気温度TAVを検出する空調風温度検出部である。
蒸発器温度センサ51fは、室内蒸発器19における冷媒蒸発温度(蒸発器温度)Te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51fは、具体的に、室内蒸発器19の出口側冷媒の温度を検出している。
蒸発器圧力センサ51gは、室内蒸発器19における冷媒蒸発圧力Peを検出する蒸発器圧力検出部である。本実施形態の蒸発器圧力センサ51gは、具体的に、室内蒸発器19の出口側冷媒の圧力を検出している。
室外器温度センサ51hは、室外熱交換器18を流通する冷媒の温度である室外器冷媒温度T1を検出する室外器温度検出部である。本実施形態の室外器温度センサ51hは、具体的に、室外熱交換器18の出口側冷媒の温度を検出している。
室外器圧力センサ51iは、室外熱交換器18を流通する冷媒の圧力である室外器冷媒圧力P1を検出する室外器圧力検出部である。本実施形態の室外器圧力センサ51iは、具体的に、室外熱交換器18の出口側冷媒の圧力を検出している。
凝縮器温度センサ51jは、室内凝縮器12を流通する冷媒の温度である凝縮器冷媒温度T2を検出する凝縮器温度検出部である。凝縮器圧力センサ51kは、室内凝縮器12を流通する冷媒の圧力である凝縮器冷媒圧力P2を検出する凝縮器圧力検出部である。
制御装置50の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル52が接続されている。制御装置50には、操作パネル52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52に設けられた各種操作スイッチとしては、オートスイッチ、エアコンスイッチ、風量設定スイッチ、温度設定スイッチ等がある。
オートスイッチは、冷凍サイクル装置10の自動制御運転を設定あるいは解除する操作スイッチである。エアコンスイッチは、室内蒸発器19で空気の冷却を行うことを要求する操作スイッチである。風量設定スイッチは、室内送風機42の風量をマニュアル設定する操作スイッチである。温度設定スイッチは、車室内の目標温度Tsetを設定する操作スイッチである。
また、本実施形態の制御装置50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。従って、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(すなわち、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50のうち、冷媒回路切替部である第1三方膨張弁30、第2三方膨張弁31の作動を制御する構成は、冷媒回路制御部50aを構成している。
次に、上記構成の本実施形態の車両用空調装置の作動について説明する。冷凍サイクル装置10は、車室内の空調を行うために、冷媒回路を切替可能に構成されている。
具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、車室内の空調を行うために、暖房モードの冷媒回路、冷房モードの冷媒回路、並列除湿暖房モードの冷媒回路、直列除湿暖房モードの冷媒回路を切り替えることができる。暖房モードは、加熱された空気を車室内へ吹き出す運転モードである。冷房モードは、冷却された空気を車室内へ吹き出す運転モードである。並列除湿暖房モードおよび直列除湿暖房モードは、冷却されて除湿された空気を再加熱して車室内へ吹き出す運転モードである。
これらの運転モードの切り替えは、予め制御装置50に記憶されている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、操作パネル52のオートスイッチが投入(ON)されると実行される。空調制御プログラムでは、各種制御用センサの検出信号および操作パネルの操作信号に基づいて、運転モードを切り替える。以下に各運転モードの作動について説明する。
(a)暖房モード
暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁30の第2接続口30bを、冷媒減圧作用を発揮する絞り状態とし、第1三方膨張弁30の第3接続口30cを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全開状態とする。さらに、制御装置50は、暖房用膨張弁16aを冷媒減圧膨張作用を発揮する(さらに、開口径が可変する)絞り状態として、冷房用膨張弁16bを全閉状態とする。
暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁30の第2接続口30bを、冷媒減圧作用を発揮する絞り状態とし、第1三方膨張弁30の第3接続口30cを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全開状態とする。さらに、制御装置50は、暖房用膨張弁16aを冷媒減圧膨張作用を発揮する(さらに、開口径が可変する)絞り状態として、冷房用膨張弁16bを全閉状態とする。
これにより、暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図1の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、レシーバ15、暖房用膨張弁16a、室外熱交換器18、圧縮機11の吸入口の順に循環する第1回路に切り替えられる。
この回路構成で、制御装置50は、各種制御対象機器の作動を制御する。例えば、圧縮機11については、制御装置50は、高圧圧力センサ51dによって検出された高圧圧力Pdが目標高圧PDOに近づくように吐出能力を制御する。目標高圧PDOは、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置50に記憶されている暖房モード用の制御マップを参照して決定される。目標吹出温度TAOは、各種制御用センサの検出信号および操作パネルの操作信号を用いて算定される。
圧縮機11については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように吐出能力を制御してもよい。
第1三方膨張弁30については、制御装置50は、室内凝縮器12の出口側冷媒の過冷却度SC1が、予め定めた目標過冷却度KSC1に近づくように絞り開度を制御する。過冷却度SC1は、凝縮器温度センサ51jによって検出された凝縮器冷媒温度T2および凝縮器圧力センサ51kによって検出された凝縮器冷媒圧力P2から算定される。このとき、高圧圧力Pdの値から求められる冷媒の飽和温度と室内凝縮器12を通過する送風空気の温度との差から過冷却度SC1を推定演算してもよい。
暖房用膨張弁16aについては、制御装置50は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過熱度SH1が、予め定めた目標過熱度KSHに近づくように絞り開度を制御する。過熱度SH1は、室外器温度センサ51hによって検出された室外器冷媒温度T1および室外器圧力センサ51iによって検出された室外器冷媒圧力P1から算定される。
エアミックスドア44については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように開度を制御する。暖房モードでは、室内蒸発器19を通過した空気の全風量を室内凝縮器12へ流入させるようにエアミックスドア44の開度を制御してもよい。
冷凍サイクル装置10では、圧縮機11が作動すると、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内蒸発器19を通過した空気に放熱して凝縮する。これにより、空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1三方膨張弁30で減圧され、入口側通路21aを介してレシーバ15へ流入する。この際、第1三方膨張弁30の絞り開度は、室内凝縮器12の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度KSC1に近づくように制御される。
ここで、第1三方膨張弁30による過冷却度SC1の制御について、図8を用いて説明する。図8は、暖房モードにおける冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。暖房モードでは、室内凝縮器12から流出した冷媒が第1三方膨張弁30によって減圧されるので、レシーバ15内の冷媒の圧力が室内凝縮器12における高圧冷媒の圧力よりも低くなる。モリエル線図において、レシーバ15内の冷媒の圧力は、傾きを有する飽和液線上にあるので、室内凝縮器12における高圧冷媒とレシーバ15内の冷媒との圧力差により、室内凝縮器12の出口側冷媒が過冷却度SC1を有することとなる。
レシーバ15へ流入した冷媒は、レシーバ15にて気液分離される。レシーバ15にて分離された一部の液相冷媒は、出口側通路21bおよび暖房用膨張弁16aへ流入する。レシーバ15にて分離された残余の液相冷媒は、余剰冷媒としてレシーバ15に蓄えられる。
暖房用膨張弁16aへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、暖房用膨張弁16aの絞り開度は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過熱度SH1が目標過熱度KSHに近づくように制御される。
暖房用膨張弁16aにて減圧された低圧冷媒は、第1三方継手13aを介して室外熱交換器18へ流入する。室外熱交換器18へ流入した冷媒は、外気ファンから送風された外気と熱交換し、外気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器18から流出した冷媒は、第2三方膨張弁31、吸入側通路21dおよび第2三方継手13bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
従って、暖房モードでは、室内凝縮器12にて加熱された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。
(b)冷房モード
冷房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁30の第2接続口30bを全閉状態とし、第1三方膨張弁30の第3接続口30cを全開状態とし、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを、冷媒減圧作用を発揮する絞り状態とし、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全開状態とする。さらに、制御装置50は、暖房用膨張弁16aを全閉状態として、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
冷房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁30の第2接続口30bを全閉状態とし、第1三方膨張弁30の第3接続口30cを全開状態とし、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを、冷媒減圧作用を発揮する絞り状態とし、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全開状態とする。さらに、制御装置50は、暖房用膨張弁16aを全閉状態として、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
これにより、冷房モードの冷凍サイクル装置10では、図1の破線矢印および一点鎖線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、室外熱交換器18、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する第2回路に切り替えられる。
この回路構成で、制御装置50は、各種制御対象機器の作動を制御する。例えば、圧縮機11については、蒸発器温度センサ51fによって検出された蒸発器温度Teが目標蒸発器温度TEOに近づくように吐出能力を制御する。目標蒸発器温度TEOは、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置50に記憶されている冷房モード用の制御マップを参照して決定される。
この制御マップでは、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。さらに、目標蒸発器温度TEOは、室内蒸発器19の着霜を抑制可能な範囲(具体的には、1℃以上)の値に決定される。
第2三方膨張弁31については、制御装置50は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過冷却度SC2が、予め定めた目標過冷却度KSC2に近づくように絞り開度を制御する。過冷却度SC2は、室外器温度センサ51hによって検出された室外器冷媒温度T1および室外器圧力センサ51iによって検出された室外器冷媒圧力P1から算定される。
冷房用膨張弁16bについては、制御装置50は、室内蒸発器19の出口側冷媒の過熱度SH2が、目標過熱度KSHに近づくように絞り開度を制御する。過熱度SH2は、蒸発器温度Teおよび蒸発器圧力センサ51gによって検出された冷媒蒸発圧力Peから算定される。エアミックスドア44については、室内蒸発器19を通過した空気の全風量を冷風バイパス通路45へ流入させるようにエアミックスドア44の開度を制御する。
冷凍サイクル装置10では、圧縮機11が作動すると、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。冷房モードでは、室内蒸発器19を通過した空気の全風量が冷風バイパス通路45へ流入する。このため、室内凝縮器12へ流入した冷媒は、空気と熱交換することなく室内凝縮器12から流出する。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1三方膨張弁30および第1三方継手13aを介して室外熱交換器18へ流入する。室外熱交換器18へ流入した冷媒は、外気ファンから送風された外気と熱交換し、外気へ放熱して凝縮する。
室外熱交換器18から流出した冷媒は、第2三方膨張弁31、第3三方継手13cおよび入口側通路21aを介してレシーバ15へ流入する。この際、第2三方膨張弁31の絞り開度は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過冷却度SC2が目標過冷却度KSC2に近づくように制御される。
第2三方膨張弁31による過冷却度SC2の制御については、図8で説明した暖房モードにおける第1三方膨張弁30による過冷却度SC1の制御と同様であるので説明を省略する。
レシーバ15へ流入した冷媒は、レシーバ15にて気液分離される。レシーバ15にて分離された一部の液相冷媒は、出口側通路21bおよび第4三方継手13dを介して冷房用膨張弁16bへ流入する。レシーバ15にて分離された残余の液相冷媒は、余剰冷媒としてレシーバ15に蓄えられる。
冷房用膨張弁16bへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、冷房用膨張弁16bの絞り開度は、過熱度SH2が目標過熱度KSHに近づくように制御される。
冷房用膨張弁16bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器19へ流入する。室内蒸発器19へ流入した冷媒は、室内送風機42から送風された空気と熱交換し、空気から吸熱して蒸発する。これにより、空気が冷却される。室内蒸発器19から流出した冷媒は、第2三方継手13bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
従って、冷房モードでは、室内蒸発器19にて冷却された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。
(c)並列除湿暖房モード
並列除湿暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁30の第2接続口30bを絞り状態とし、第1三方膨張弁30の第3接続口30cを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを絞り状態とする。さらに、制御装置50は、暖房用膨張弁16aを冷媒減圧作用を発揮する絞り状態として、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
並列除湿暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁30の第2接続口30bを絞り状態とし、第1三方膨張弁30の第3接続口30cを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを絞り状態とする。さらに、制御装置50は、暖房用膨張弁16aを冷媒減圧作用を発揮する絞り状態として、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
これにより、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図1の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、レシーバ15の順に流れる。さらに、図1の実線矢印に示すように、レシーバ15、暖房用膨張弁16a、室外熱交換器18、圧縮機11の吸入口の順に循環するとともに、図1の一点鎖線矢印に示すように、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する。
すなわち、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10は、レシーバ15から流出した冷媒の流れに対して、室外熱交換器18と室内蒸発器19が並列的に接続される回路に切り替えられる。
この回路構成で、制御装置50は、各種制御対象機器の作動を制御する。例えば、圧縮機11については、冷房モードと同様に吐出能力を制御する。圧縮機11については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように吐出能力を制御してもよい。第1三方膨張弁30については、暖房モードと同様に、室内凝縮器12の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度KSC1に近づくように絞り開度を制御する。
第2三方膨張弁31については、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように絞り開度を制御する。制御装置50は、目標圧力PO1として、室外熱交換器18で必要な熱交換量が得られるような冷媒圧力の値を算出する。
第2三方膨張弁31については、室外器冷媒温度T1が目標温度TO1に近づくように絞り開度を制御してもよい。第2三方膨張弁31については、室外熱交換器18を流通する冷媒の流量G1が目標流量GO1に近づくように絞り開度を制御してもよい。
暖房用膨張弁16aについては、暖房モードと同様に、室外熱交換器18の出口側冷媒の過熱度SH1が目標過熱度KSHに近づくように絞り開度を制御する。冷房用膨張弁16bについては、冷房モードと同様に、室内蒸発器19の出口側冷媒の過熱度SH2が目標過熱度KSHに近づくように絞り開度を制御する。エアミックスドア44については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように開度を制御する。
冷凍サイクル装置10では、圧縮機11が作動すると、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内蒸発器19を通過した空気に放熱して凝縮する。これにより、室内蒸発器19を通過する際に冷却された空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は第1三方膨張弁30で減圧され、入口側通路21aを介してレシーバ15へ流入する。この際、図9のモリエル線図に示すように、第1三方膨張弁30の絞り開度は、室内凝縮器12の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度KSC1に近づくように制御される。
レシーバ15へ流入した冷媒は、レシーバ15にて気液分離される。レシーバ15にて分離された一部の液相冷媒は、出口側通路21bを介して暖房用膨張弁16aへ流入する。レシーバ15にて分離された別の一部の液相冷媒は、出口側通路21bおよび第4三方継手13dを介して冷房用膨張弁16bへ流入する。レシーバ15にて分離された残余の液相冷媒は、余剰冷媒としてレシーバ15に蓄えられる。
レシーバ15から暖房用膨張弁16aへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、暖房用膨張弁16aの絞り開度は、室外器冷媒温度T1が外気温Tamよりも低くなるように制御される。
暖房用膨張弁16aにて減圧された低圧冷媒は、第1三方継手13aを介して室外熱交換器18へ流入する。室外熱交換器18へ流入した冷媒は、外気ファンから送風された外気と熱交換し、外気から吸熱して蒸発する。
室外熱交換器18から流出した冷媒は、第2三方膨張弁31で減圧され、吸入側通路21dを介して第2三方継手13bへ流入する。この際、図9のモリエル線図に示すように、第2三方膨張弁31の絞り開度は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように制御される。
レシーバ15から冷房用膨張弁16bへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、冷房用膨張弁16bの絞り開度は、過熱度SH2が目標過熱度KSHに近づくように制御される。
冷房用膨張弁16bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器19へ流入する。室内蒸発器19へ流入した冷媒は、室内送風機42から送風された空気と熱交換し、空気から吸熱して蒸発する。これにより、空気が冷却される。室内蒸発器19から流出した冷媒は第2三方継手13bへ流入する。
第2三方継手13bでは、室外熱交換器18から流出した冷媒の流れと室内蒸発器19から流出した冷媒の流れが合流する。第2三方継手13bから流出した冷媒は、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
従って、並列除湿暖房モードでは、室内蒸発器19にて冷却されて除湿された空気を室内凝縮器12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。
(d)直列除湿暖房モード
直列除湿暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁30の第2接続口30bを全閉状態とし、第1三方膨張弁30の第3接続口30cを、冷媒減圧作用を発揮する絞り状態とし、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを絞り状態とし、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、暖房用膨張弁16aを全閉状態として、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
直列除湿暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁30の第2接続口30bを全閉状態とし、第1三方膨張弁30の第3接続口30cを、冷媒減圧作用を発揮する絞り状態とし、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを絞り状態とし、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、暖房用膨張弁16aを全閉状態として、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
これにより、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図1の破線矢印および一点鎖線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1三方膨張弁30、室外熱交換器18、第2三方膨張弁31、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する。
この回路構成で、制御装置50は、各種制御対象機器の作動を制御する。例えば、圧縮機11については、冷房モードと同様に吐出能力を制御する。圧縮機11については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように吐出能力を制御してもよい。第1三方膨張弁30については、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように絞り開度を制御する。制御装置50は、目標圧力PO1として、室外熱交換器18で必要な熱交換量が得られるような冷媒圧力の値を算出する。換言すれば、制御装置50は、目標圧力PO1として、室内凝縮器12と室外熱交換器18とで放熱量が適切に分配されるような冷媒圧力の値を算出する。
第1三方膨張弁30については、室外器冷媒温度T1が目標温度TO1に近づくように絞り開度を制御してもよい。第1三方膨張弁30については、室外熱交換器18を流通する冷媒の流量G1が目標流量GO1に近づくように絞り開度を制御してもよい。
第2三方膨張弁31については、制御装置50は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過冷却度SC2が、予め定めた目標過冷却度KSC2に近づくように絞り開度を制御する。過冷却度SC2は、室外器温度センサ51hによって検出された室外器冷媒温度T1および室外器圧力センサ51iによって検出された室外器冷媒圧力P1から算定される。
冷房用膨張弁16bについては、制御装置50は、室内蒸発器19の出口側冷媒の過熱度SH2が、目標過熱度KSHに近づくように絞り開度を制御する。過熱度SH2は、蒸発器温度Teおよび蒸発器圧力センサ51gによって検出された冷媒蒸発圧力Peから算定される。
エアミックスドア44については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように開度を制御する。直列除湿暖房モードでは、室内蒸発器19を通過した空気の全風量を室内凝縮器12へ流入させるようにエアミックスドア44の開度を制御してもよい。
冷凍サイクル装置10では、圧縮機11が作動すると、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内蒸発器19を通過した空気に放熱して凝縮する。これにより、空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1三方膨張弁30で減圧され、第1三方継手13aを介して室外熱交換器18へ流入する。この際、図10のモリエル線図に示すように、第1三方膨張弁30の絞り開度は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように制御される。
室外熱交換器18へ流入した冷媒は、外気ファンから送風された外気と熱交換し、外気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器18から流出した冷媒は、第2三方膨張弁31、第3三方継手13cおよび入口側通路21aを介してレシーバ15へ流入する。
この際、第2三方膨張弁31の絞り開度は、図10のモリエル線図に示すように、室外熱交換器18の出口側冷媒の過冷却度SC2が目標過冷却度KSC2に近づくように制御される。
レシーバ15へ流入した冷媒は、レシーバ15にて気液分離される。レシーバ15にて分離された一部の液相冷媒は、出口側通路21bおよび第4三方継手13dを介して冷房用膨張弁16bへ流入する。レシーバ15にて分離された残余の液相冷媒は、余剰冷媒としてレシーバ15に蓄えられる。
冷房用膨張弁16bへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、冷房用膨張弁16bの絞り開度は、過熱度SH2が目標過熱度KSHに近づくように制御される。
冷房用膨張弁16bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器19へ流入する。室内蒸発器19へ流入した冷媒は、室内送風機42から送風された空気と熱交換し、空気から吸熱して蒸発する。これにより、空気が冷却される。室内蒸発器19から流出した冷媒は、第2三方継手13bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
従って、直列除湿暖房モードでは、室内蒸発器19にて冷却されて除湿された空気を室内凝縮器12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。
以上の如く、本実施形態の車両用空調装置では、冷凍サイクル装置10が各運転モードに応じて冷媒回路を切り替えることによって、車室内の快適な空調を実現することができる。
上述のように、本実施形態の各運転モードでは、過冷却度が目標過冷却度に近づくように膨張弁を制御する。ここで、冷凍サイクル装置10における過冷却度と冷凍効率との関係について説明する。
過冷却度が小さい場合、蒸発器のエンタルピ差が大きく取れないため、より多くの冷媒流量を流す必要がある。冷媒流量が多くなると蒸発器の圧損が増えるため、圧縮機の吸入圧力が低下して吸入冷媒の密度が下がる。そのため、圧縮機を高回転で作動させて冷媒流量を維持する必要が生じるため、圧縮機の圧縮効率が悪化して冷凍効率が悪化する。
過冷却度が大きい場合、凝縮器の中で過冷却液が占める割合が増えるため、冷媒の凝縮に使える領域が狭くなる。そうすると、必要放熱性能を確保するために、授熱側流体と冷媒の温度差を高く取る必然性から、凝縮圧力が上がるようにバランスする。この場合、サイクル高圧圧力が高くなるほど、圧縮機における圧縮比が高い状態となり、圧縮効率が低下していく。
したがって、過冷却度を大きく取ることによる圧縮機の圧縮比増大による冷凍効率低下事象と、過冷却度を大きく取ることで冷媒流量を下げられることによる圧縮機動力低減および圧縮効率の向上による冷凍効率向上事象を重ね合わせたとき、冷凍効率が最大となる過冷却度が存在することとなる。
本実施形態では、このような冷凍効率が最大となる過冷却度を各運転モードにおける目標過冷却度と定めて、過冷却度が目標過冷却度に近づくように膨張弁を制御する。そのため、冷凍効率を極力高めることができる。
本実施形態では、制御装置50は、暖房モードおよび並列除湿暖房モード(換言すれば第1運転モード)では室内凝縮器12(換言すれば第1熱交換器)で凝縮された冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度KSC1に近づき、直列除湿暖房モード(換言すれば第2運転モード)では室外熱交換器18を流通する圧力P1、温度T1または流量G1が目標値PO1、TO1、GO1に近づくように第1三方膨張弁30を制御する。
これによると、暖房モードおよび並列除湿暖房モードでの過冷却度SC1の調整と、直列除湿暖房モードでの冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1の調整とを、1つの膨張弁(具体的には第1三方膨張弁30)で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度SC1および圧力P1、温度T1または流量G1を調整可能である。
本実施形態では、第1三方膨張弁30の第3接続口30cは、室外熱交換器18(換言すれば第2熱交換器)と高圧冷媒通路21cを介して接続されている。
これによると、直列除湿暖房モードにおいて、第1三方膨張弁30で冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1を調整することによって、室外熱交換器18の放熱能力を調整できる。
本実施形態では、制御装置50は、冷房モードおよび直列除湿暖房モードでは室外熱交換器18で凝縮された冷媒の過冷却度SC2が目標過冷却度KSC2に近づき、並列除湿暖房モードでは室外熱交換器18を流通する冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1が目標値PO1、TO1、GO1に近づくように第2三方膨張弁31を制御する。
これによると、冷房モードおよび直列除湿暖房モードでの過冷却度SC2の調整と、並列除湿暖房モードでの冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1の調整とを、1つの膨張弁(具体的には第2三方膨張弁31)で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度SC2および圧力P1、温度T1または流量G1を調整可能である。
本実施形態では、第2三方膨張弁31の第3接続口31cは、圧縮機11と吸入側通路21dを介して接続されている。
これによると、並列除湿暖房モードにおいて、第2三方膨張弁31で冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1を調整することによって、室外熱交換器18の吸熱能力を調整できる。
(第2実施形態)
本実施形態では、図11に示すように、上記第1実施形態の第1三方膨張弁30の代わりに、四方膨張弁32を備えている。
本実施形態では、図11に示すように、上記第1実施形態の第1三方膨張弁30の代わりに、四方膨張弁32を備えている。
四方膨張弁32は冷媒弁であり、互いに連通する第1接続口32a、第2接続口32b、第3接続口32cおよび第4接続口32dを有している。四方膨張弁32の第1接続口32aには、室内凝縮器12の冷媒出口が接続されている。四方膨張弁32の第2接続口32bには、レシーバ15の入口側が接続されている。四方膨張弁32の第3接続口32cには、室外熱交換器18の第1冷媒入出口18a側が接続されている。四方膨張弁32の第4接続口32dには、第2三方継手13bの一方の流入口側が接続されている。
四方膨張弁32は、第1接続口32a、第2接続口32b、第3接続口32cおよび第4接続口32dを開閉する開閉部である。四方膨張弁32は、第1接続口32aまたは第3接続口32cから流入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減圧部である。
第2三方膨張弁31の第1接続口31aには、室外熱交換器18の第2冷媒入出口18b側が接続されている。第2三方膨張弁31の第3接続口31cには、第4三方継手13dの一方の流出口側が接続されている。第2三方膨張弁31の第2接続口31bには、第3三方継手13cの他方の流入口側が接続されている。
第2三方膨張弁31は、第2接続口31bおよび第3接続口31cを開閉する開閉部である。第2三方膨張弁31は、上流側から流入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減圧部である。
冷凍サイクル装置10では、四方膨張弁32、第2三方膨張弁31が冷媒通路を開閉することによって、冷媒回路を切り替えることができる。
四方膨張弁32は、室内凝縮器12から流出した冷媒を、レシーバ15側、室外熱交換器18側の一方へ導く第1冷媒回路切替部を構成している。四方膨張弁32は、室外熱交換器18から流出した冷媒を圧縮機11の吸入口へ導く第2冷媒回路切替部を構成している。
図12に示すように、四方膨張弁32は、第1接続口32a、第2接続口32b、第3接続口32cおよび第4接続口32dが形成されたケーシング321、第2接続口32b、第3接続口32cおよび第4接続口32dの絞り開度を変更可能に構成された弁体322、第2接続口30bに配置された逆止弁323、ならびに弁体322を変位させる電動アクチュエータ(具体的には、ステッピングモータ)を有する電動式の可変絞り機構である。四方膨張弁32の作動は、制御装置50から出力される制御信号(具体的には、制御パルス)によって制御される。
四方膨張弁32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。
弁体322には、第1冷媒流路322aおよび第2冷媒流路322bが形成されている。第1冷媒流路322aおよび第2冷媒流路322bはそれぞれ弁体322の内部を貫通し、弁体322の周面の2ヶ所に開口している。冷媒流路322aの一方の開口部は第1接続口32aと常に連通している。
第1冷媒流路322aおよび第2冷媒流路322bは、弁体322の回転位置によって第1接続口32a、第2接続口32b、第3接続口32cおよび第4接続口32dと連通したり非連通になったりする。すなわち、弁体322の回転位置によって、第1冷媒流路322aおよび第2冷媒流路322bと第1接続口32a、第2接続口32b、第3接続口32cおよび第4接続口32dとの連通状態が切り替わる。
図12~13は、弁体322が第1接続口32aと第3接続口32cとを連通させ、第2接続口32bおよび第4接続口32dを閉じている状態を示している。具体的には、第1冷媒流路322aが第1接続口32aと第3接続口32cとを連通させる。
図12は第3接続口32cの絞り量が多い状態(換言すれば、第3接続口32cの絞り開度が小さい状態)を示している。図13は第3接続口32cの絞り量が少ない状態(換言すれば、第3接続口32cの絞り開度が大きい状態)を示している。図13の状態では、第2冷媒流路322bが第2接続口32bと第4接続口32dとを連通させるが、第2接続口32b側の圧力が第4接続口32d側の圧力よりも高いので、逆止弁323によって第2接続口32bが閉じられる。
図14は、弁体322が第1接続口32aと第2接続口32bとを絞り状態で連通させ、第3接続口32cと第4接続口32dとを全開状態で連通させている状態を示している。具体的には、第1冷媒流路322aが第3接続口32cと第4接続口32dとを連通させ、第2冷媒流路322bは第1接続口32aと第2接続口32bとを連通させる。図14の状態において、第2冷媒流路322bと第2接続口32bおよび第4接続口32dとの連通面積を調整することによって絞り開度を調整できる。
次に、上記構成の本実施形態の車両用空調装置の作動について説明する。上記第1実施形態と同様に、冷凍サイクル装置10は、車室内の空調を行うために、暖房モードの冷媒回路、冷房モードの冷媒回路、並列除湿暖房モード、直列除湿暖房モードの冷媒回路を切り替えることができる。これらの運転モードの切り替えは、予め制御装置50に記憶されている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。以下に各運転モードの作動について説明する。
(a)暖房モード
暖房モードでは、制御装置50が、四方膨張弁32の第1接続口32aと第2接続口32bとを絞り状態で連通させ、四方膨張弁32の第3接続口32cと第4接続口32dとを全開状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第3接続口31cとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とする。さらに、冷房用膨張弁16bを全閉状態とする。
暖房モードでは、制御装置50が、四方膨張弁32の第1接続口32aと第2接続口32bとを絞り状態で連通させ、四方膨張弁32の第3接続口32cと第4接続口32dとを全開状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第3接続口31cとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とする。さらに、冷房用膨張弁16bを全閉状態とする。
これにより、暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図11の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、四方膨張弁32、レシーバ15、第2三方膨張弁31、室外熱交換器18、四方膨張弁32、圧縮機11の吸入口の順に循環する第1回路に切り替えられる。
この回路構成で、制御装置50は、各種制御対象機器の作動を制御する。例えば、圧縮機11については、制御装置50は、高圧圧力センサ51dによって検出された高圧圧力Pdが目標高圧PDOに近づくように吐出能力を制御する。目標高圧PDOは、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置50に記憶されている暖房モード用の制御マップを参照して決定される。目標吹出温度TAOは、各種制御用センサの検出信号および操作パネルの操作信号を用いて算定される。
圧縮機11については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように吐出能力を制御してもよい。
四方膨張弁32については、制御装置50は、室内凝縮器12の出口側冷媒の過冷却度SC1が、予め定めた目標過冷却度KSC1に近づくように絞り開度を制御する。過冷却度SC1は、凝縮器温度センサ51jによって検出された凝縮器冷媒温度T2および凝縮器圧力センサ51kによって検出された凝縮器冷媒圧力P2から算定される。
第2三方膨張弁31については、制御装置50は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように絞り開度を制御する。制御装置50は、目標圧力PO1として、室外熱交換器18で必要な熱交換量が得られるような冷媒圧力の値を算出する。
第2三方膨張弁31については、制御装置50は、室外器冷媒温度T1が目標温度TO1に近づくように絞り開度を制御してもよい。第2三方膨張弁31については、制御装置50は、室外熱交換器18を流通する冷媒の流量G1が目標流量GO1に近づくように絞り開度を制御してもよい。
エアミックスドア44については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように開度を制御する。暖房モードでは、室内蒸発器19を通過した空気の全風量を室内凝縮器12へ流入させるようにエアミックスドア44の開度を制御してもよい。
冷凍サイクル装置10では、圧縮機11が作動すると、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内蒸発器19を通過した空気に放熱して凝縮する。これにより、空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、四方膨張弁32で減圧され、入口側通路21aを介してレシーバ15へ流入する。この際、四方膨張弁32の絞り開度は、室内凝縮器12の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度KSC1に近づくように制御される。
四方膨張弁32による過冷却度SC1の制御については、図8で説明した第1実施形態の暖房モードにおける第1三方膨張弁30による過冷却度SC1の制御と同様であるので説明を省略する。
レシーバ15へ流入した冷媒は、レシーバ15にて気液分離される。レシーバ15にて分離された一部の液相冷媒は、第4三方継手13dを介して第2三方膨張弁31へ流入する。レシーバ15にて分離された残余の液相冷媒は、余剰冷媒としてレシーバ15に蓄えられる。
第2三方膨張弁31へ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、第2三方膨張弁31の絞り開度は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように制御される。
第2三方膨張弁31にて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器18へ流入する。室外熱交換器18へ流入した冷媒は、外気ファンから送風された外気と熱交換し、外気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器18から流出した冷媒は、四方膨張弁32、吸入側通路21dおよび第2三方継手13bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
従って、暖房モードでは、室内凝縮器12にて加熱された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。
(b)冷房モード
冷房モードでは、制御装置50が、四方膨張弁32の第1接続口32aと第3接続口32cとを全開状態で連通させ、四方膨張弁32の第2接続口32bと第4接続口32dとを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第2接続口31bとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
冷房モードでは、制御装置50が、四方膨張弁32の第1接続口32aと第3接続口32cとを全開状態で連通させ、四方膨張弁32の第2接続口32bと第4接続口32dとを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第2接続口31bとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
これにより、冷房モードの冷凍サイクル装置10では、図11の破線矢印および一点鎖線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、四方膨張弁32、室外熱交換器18、第2三方膨張弁31、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する第2回路に切り替えられる。
この回路構成で、制御装置50は、各種制御対象機器の作動を制御する。例えば、圧縮機11については、蒸発器温度センサ51fによって検出された蒸発器温度Teが目標蒸発器温度TEOに近づくように吐出能力を制御する。目標蒸発器温度TEOは、目標吹出温度TAOに基づいて、予め制御装置50に記憶されている冷房モード用の制御マップを参照して決定される。
この制御マップでは、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。さらに、目標蒸発器温度TEOは、室内蒸発器19の着霜を抑制可能な範囲(具体的には、1℃以上)の値に決定される。
第2三方膨張弁31については、制御装置50は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過冷却度SC2が、予め定めた目標過冷却度KSC2に近づくように絞り開度を制御する。過冷却度SC2は、室外器温度センサ51hによって検出された室外器冷媒温度T1および室外器圧力センサ51iによって検出された室外器冷媒圧力P1から算定される。
冷房用膨張弁16bについては、制御装置50は、室内蒸発器19の出口側冷媒の過熱度SH2が、目標過熱度KSHに近づくように絞り開度を制御する。過熱度SH2は、蒸発器温度Teおよび蒸発器圧力センサ51gによって検出された冷媒蒸発圧力Peから算定される。エアミックスドア44については、室内蒸発器19を通過した空気の全風量を冷風バイパス通路45へ流入させるようにエアミックスドア44の開度を制御する。
冷凍サイクル装置10では、圧縮機11が作動すると、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。冷房モードでは、室内蒸発器19を通過した空気の全風量が冷風バイパス通路45へ流入する。このため、室内凝縮器12へ流入した冷媒は、空気と熱交換することなく室内凝縮器12から流出する。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、四方膨張弁32を介して室外熱交換器18へ流入する。室外熱交換器18へ流入した冷媒は、外気ファンから送風された外気と熱交換し、外気へ放熱して凝縮する。
室外熱交換器18から流出した冷媒は、第2三方膨張弁31、第3三方継手13cおよび入口側通路21aを介してレシーバ15へ流入する。この際、第2三方膨張弁31の絞り開度は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過冷却度SC2が目標過冷却度KSC2に近づくように制御される。
第2三方膨張弁31による過冷却度SC2の制御については、第1実施形態の冷房モードにおける第2三方膨張弁31による過冷却度SC2の制御と同様であるので説明を省略する。
レシーバ15へ流入した冷媒は、レシーバ15にて気液分離される。レシーバ15にて分離された一部の液相冷媒は、出口側通路21bおよび第4三方継手13dを介して冷房用膨張弁16bへ流入する。レシーバ15にて分離された残余の液相冷媒は、余剰冷媒としてレシーバ15に蓄えられる。
冷房用膨張弁16bへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、冷房用膨張弁16bの絞り開度は、過熱度SH2が目標過熱度KSHに近づくように制御される。
冷房用膨張弁16bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器19へ流入する。室内蒸発器19へ流入した冷媒は、室内送風機42から送風された空気と熱交換し、空気から吸熱して蒸発する。これにより、空気が冷却される。室内蒸発器19から流出した冷媒は、第2三方継手13bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
従って、冷房モードでは、室内蒸発器19にて冷却された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。
(c)並列除湿暖房モード
並列除湿暖房モードでは、制御装置50が、四方膨張弁32の第1接続口32aと第2接続口32bとを絞り状態で連通させ、四方膨張弁32の第3接続口32cと第4接続口32dとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第3接続口31cとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とする。さらに、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
並列除湿暖房モードでは、制御装置50が、四方膨張弁32の第1接続口32aと第2接続口32bとを絞り状態で連通させ、四方膨張弁32の第3接続口32cと第4接続口32dとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第3接続口31cとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とする。さらに、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
これにより、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図11の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、四方膨張弁32、レシーバ15の順に流れる。さらに、図11の実線矢印に示すように、レシーバ15、第2三方膨張弁31、室外熱交換器18、四方膨張弁32、圧縮機11の吸入口の順に循環するとともに、図11の一点鎖線矢印に示すように、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する。
すなわち、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10は、レシーバ15から流出した冷媒の流れに対して、室外熱交換器18と室内蒸発器19が並列的に接続される回路に切り替えられる。
この回路構成で、制御装置50は、各種制御対象機器の作動を制御する。例えば、圧縮機11については、冷房モードと同様に吐出能力を制御する。圧縮機11については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように吐出能力を制御してもよい。四方膨張弁32については、暖房モードと同様に絞り開度を制御する。
第2三方膨張弁31については、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように絞り開度を制御する。制御装置50は、目標圧力PO1として、室外熱交換器18で必要な熱交換量が得られるような冷媒圧力の値を算出する。
第2三方膨張弁31については、室外器冷媒温度T1が目標温度TO1に近づくように絞り開度を制御してもよい。第2三方膨張弁31については、室外熱交換器18を流通する冷媒の流量G1が目標流量GO1に近づくように絞り開度を制御してもよい。
冷凍サイクル装置10では、圧縮機11が作動すると、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内蒸発器19を通過した空気に放熱して凝縮する。これにより、室内蒸発器19を通過する際に冷却された空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は四方膨張弁32で減圧され、入口側通路21aを介してレシーバ15へ流入する。この際、四方膨張弁32の絞り開度は、室内凝縮器12の出口側冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度KSC1に近づくように制御される。
四方膨張弁32による過冷却度SC1の制御については、図8で説明した第1実施形態の暖房モードにおける第1三方膨張弁30による過冷却度SC1の制御と同様であるので説明を省略する。
レシーバ15へ流入した冷媒は、レシーバ15にて気液分離される。レシーバ15にて分離された一部の液相冷媒は、第4三方継手13dを介して第2三方膨張弁31へ流入する。レシーバ15にて分離された別の一部の液相冷媒は、第4三方継手13dを介して冷房用膨張弁16bへ流入する。レシーバ15にて分離された残余の液相冷媒は、余剰冷媒としてレシーバ15に蓄えられる。
レシーバ15から第2三方膨張弁31へ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、第2三方膨張弁31の絞り開度は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように制御される。
第2三方膨張弁31にて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器18へ流入する。室外熱交換器18へ流入した冷媒は、外気ファンから送風された外気と熱交換し、外気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器18から流出した冷媒は、四方膨張弁32で減圧され、第2三方継手13bへ流入する。
レシーバ15から第4三方継手13dを介して冷房用膨張弁16bへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、冷房用膨張弁16bの絞り開度は、過熱度SH2が目標過熱度KSHに近づくように制御される。
冷房用膨張弁16bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器19へ流入する。室内蒸発器19へ流入した冷媒は、室内送風機42から送風された空気と熱交換し、空気から吸熱して蒸発する。これにより、空気が冷却される。室内蒸発器19から流出した冷媒は第2三方継手13bへ流入する。
第2三方継手13bでは、室外熱交換器18から流出した冷媒の流れと室内蒸発器19から流出した冷媒の流れが合流する。第2三方継手13bから流出した冷媒は、圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
従って、並列除湿暖房モードでは、室内蒸発器19にて冷却されて除湿された空気を室内凝縮器12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。
(d)直列除湿暖房モード
直列除湿暖房モードでは、制御装置50が、四方膨張弁32の第1接続口32aと第3接続口32cとを絞り状態で連通させ、四方膨張弁32の第2接続口32bと第4接続口32dとを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第2接続口31bとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
直列除湿暖房モードでは、制御装置50が、四方膨張弁32の第1接続口32aと第3接続口32cとを絞り状態で連通させ、四方膨張弁32の第2接続口32bと第4接続口32dとを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第2接続口31bとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、冷房用膨張弁16bを絞り状態とする。
これにより、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図11の破線矢印および一点鎖線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、四方膨張弁32、室外熱交換器18、第2三方膨張弁31、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する。
この回路構成で、制御装置50は、各種制御対象機器の作動を制御する。例えば、圧縮機11については、冷房モードと同様に吐出能力を制御する。圧縮機11については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように吐出能力を制御してもよい。四方膨張弁32については、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように絞り開度を制御する。制御装置50は、目標圧力PO1として、室外熱交換器18で必要な熱交換量が得られるような冷媒圧力の値を算出する。換言すれば、制御装置50は、目標圧力PO1として、室内凝縮器12と室外熱交換器18とで放熱量が適切に分配されるような冷媒圧力の値を算出する。
第2三方膨張弁31については、制御装置50は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過冷却度SC2が、予め定めた目標過冷却度KSC2に近づくように絞り開度を制御する。過冷却度SC2は、室外器温度センサ51hによって検出された室外器冷媒温度T1および室外器圧力センサ51iによって検出された室外器冷媒圧力P1から算定される。
冷房用膨張弁16bについては、制御装置50は、室内蒸発器19の出口側冷媒の過熱度SH2が、目標過熱度KSHに近づくように絞り開度を制御する。過熱度SH2は、蒸発器温度Teおよび蒸発器圧力センサ51gによって検出された冷媒蒸発圧力Peから算定される。
エアミックスドア44については、制御装置50は、空調風温度センサ51eによって検出された吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように開度を制御する。直列除湿暖房モードでは、室内蒸発器19を通過した空気の全風量を室内凝縮器12へ流入させるようにエアミックスドア44の開度を制御してもよい。
冷凍サイクル装置10では、圧縮機11が作動すると、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内蒸発器19を通過した空気に放熱して凝縮する。これにより、空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、四方膨張弁32で減圧され、室外熱交換器18へ流入する。この際、四方膨張弁32の絞り開度は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように制御される。
四方膨張弁32による室外器冷媒圧力P1の制御については、図10で説明した第1実施形態の直列除湿暖房モードにおける第1三方膨張弁30による室外器冷媒圧力P1の制御と同様であるので説明を省略する。
室外熱交換器18へ流入した冷媒は、外気ファンから送風された外気と熱交換し、外気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器18から流出した冷媒は、第2三方膨張弁31、第3三方継手13cおよび入口側通路21aを介してレシーバ15へ流入する。
この際、第2三方膨張弁31の絞り開度は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過冷却度SC2が目標過冷却度KSC2に近づくように制御される。
第2三方膨張弁31による過冷却度SC2の制御については、図10で説明した第1実施形態の直列除湿暖房モードにおける第2三方膨張弁31による過冷却度SC2の制御と同様であるので説明を省略する。
レシーバ15へ流入した冷媒は、レシーバ15にて気液分離される。レシーバ15にて分離された一部の液相冷媒は、第4三方継手13dを介して冷房用膨張弁16bへ流入する。レシーバ15にて分離された残余の液相冷媒は、余剰冷媒としてレシーバ15に蓄えられる。
冷房用膨張弁16bへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。この際、冷房用膨張弁16bの絞り開度は、過熱度SH2が目標過熱度KSHに近づくように制御される。
冷房用膨張弁16bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器19へ流入する。室内蒸発器19へ流入した冷媒は、室内送風機42から送風された空気と熱交換し、空気から吸熱して蒸発する。これにより、空気が冷却される。室内蒸発器19から流出した冷媒は、第2三方継手13bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される。
従って、直列除湿暖房モードでは、室内蒸発器19にて冷却されて除湿された空気を室内凝縮器12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。
以上の如く、本実施形態の車両用空調装置では、冷凍サイクル装置10が各運転モードに応じて冷媒回路を切り替えることによって、車室内の快適な空調を実現することができる。
本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、過冷却度が目標過冷却度に近づくように膨張弁を制御するので、冷凍効率を極力高めることができる。
本実施形態では、制御装置50は、暖房モードおよび並列除湿暖房モード(換言すれば第1運転モード)では室内凝縮器12で凝縮された冷媒の過冷却度SC1が目標過冷却度KSC1に近づき、直列除湿暖房モード(換言すれば第2運転モード)では室外熱交換器18を流通する冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1が目標値PO1、TO1、GO1に近づくように四方膨張弁32を制御する。
これによると、暖房モードおよび並列除湿暖房モードでの過冷却度SC1の調整と、直列除湿暖房モードでの冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1の調整とを、1つの膨張弁(具体的には四方膨張弁32)で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度SC2および圧力P1、温度T1または流量G1を調整可能である。
本実施形態では、四方膨張弁32の第3接続口32cは、室外熱交換器18と高圧冷媒通路21cを介して接続されている。
これによると、直列除湿暖房モードにおいて、四方膨張弁32で冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1を調整することによって、室外熱交換器18の放熱能力を調整できる。
本実施形態では、制御装置50は、冷房モードおよび直列除湿暖房モード(換言すれば第1運転モード)では室外熱交換器18(換言すれば第1熱交換器)で凝縮された冷媒の過冷却度SC2が目標過冷却度KSC2に近づき、暖房モードおよび並列除湿暖房モード(換言すれば第2運転モード)では、室外熱交換器18を流通する冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1が目標値PO1、TO1、GO1に近づくように第2三方膨張弁31を制御する。
これによると、冷房モードおよび直列除湿暖房モードでの過冷却度SC2の調整と、暖房モードおよび並列除湿暖房モードでの冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1の調整とを、1つの膨張弁(具体的には第2三方膨張弁31)で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度SC2および圧力P1、温度T1または流量G1を調整可能である。
本実施形態では、第2三方膨張弁31の第3接続口31cは、気液分離器15の出口側と冷媒通路を介して接続されている。これによると、冷房モードおよび直列除湿暖房モードにおいて、第2三方膨張弁31で冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1を調整することによって、室外熱交換器18の吸熱能力を調整できる。
(第3実施形態)
本実施形態では、図15に示すように、上記第2実施形態の四方膨張弁32が第5三方継手13e、第1三方膨張弁34および第1可変絞り35に置き換えられ、上記第2実施形態の第2三方継手13bが四方継手36に置き換えられている。
本実施形態では、図15に示すように、上記第2実施形態の四方膨張弁32が第5三方継手13e、第1三方膨張弁34および第1可変絞り35に置き換えられ、上記第2実施形態の第2三方継手13bが四方継手36に置き換えられている。
第5三方継手13eの流入口には、室内凝縮器12の冷媒出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、第1可変絞り35を介してレシーバ15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、第1三方膨張弁34の第1接続口34aが接続されている。
第1三方膨張弁34の第2接続口34bには四方継手36の第1流入口側が接続されている。第1三方膨張弁34の第3接続口34cには、室外熱交換器18の第1冷媒入出口18a側が接続されている。
本実施形態では、四方継手36の第2流入口には、室内蒸発器19の冷媒出口が接続されている。四方継手36の流出口には、圧縮機11の吸入口側が接続されている。
四方継手36の第3流入口には、チラー20の冷媒出口側が接続されている。チラー20は、チラー膨張弁16cにて減圧された低圧冷媒と低温側熱媒体とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させる蒸発部である。チラー20で吸熱された低温熱媒体はバッテリの冷却等に用いられる。
チラー膨張弁16cの冷媒入口には第6三方継手13fの一方の流出口が接続されている。第6三方継手13fの流入口には、第4三方継手13dの他方の流出口が接続されている。第6三方継手13fの他方の流出口には、冷房用膨張弁16bの入口側が接続されている。
暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁34の第1接続口34aを全閉状態とし、第1三方膨張弁34の第2接続口34bと第3接続口34cを全開状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第3接続口31cとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とする。さらに、冷房用膨張弁16bを全閉状態とし、第1可変絞り35を絞り状態とする。
これにより、暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図15の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1可変絞り35、レシーバ15、第2三方膨張弁31、室外熱交換器18、第1三方膨張弁34、圧縮機11の吸入口の順に循環する第1回路に切り替えられる。
冷房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁34の第1接続口34aと第3接続口34cとを全開状態で連通させ、第1三方膨張弁34の第2接続口34bを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第2接続口31bとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、冷房用膨張弁16bを絞り状態とし、第1可変絞り35を全閉状態とする。
これにより、冷房モードの冷凍サイクル装置10では、図15の破線矢印および一点鎖線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1三方膨張弁34、室外熱交換器18、第2三方膨張弁31、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する第2回路に切り替えられる。
並列除湿暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁34の第1接続口34aを全閉状態とし、第1三方膨張弁34の第2接続口34bと第3接続口34cとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第3接続口31cとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第2接続口31bを全閉状態とする。さらに、冷房用膨張弁16bを絞り状態とし、第1可変絞り35を絞り状態とする。
これにより、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図15の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1可変絞り35、レシーバ15の順に流れる。さらに、図15の実線矢印に示すように、レシーバ15、第2三方膨張弁31、室外熱交換器18、第1三方膨張弁34、圧縮機11の吸入口の順に循環するとともに、図15の破線矢印に示すように、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する。
この際、第1三方膨張弁34の絞り開度は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように制御される。第1三方膨張弁34の絞り開度は、室外器冷媒温度T1が目標温度TO1に近づくように制御されてもよい。第1三方膨張弁34の絞り開度は、室外熱交換器18を流通する冷媒の流量G1が目標流量GO1に近づくように制御されてもよい。
直列除湿暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁34の第1接続口34aと第3接続口34cとを絞り状態で連通させ、第1三方膨張弁34の第2接続口34bを全閉状態とし、第2三方膨張弁31の第1接続口31aと第2接続口31bとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁31の第3接続口31cを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、冷房用膨張弁16bを絞り状態とし、第1可変絞り35を全閉状態とする。
これにより、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図15の破線矢印および一点鎖線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1三方膨張弁34、室外熱交換器18、第2三方膨張弁31、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する第2回路に切り替えられる。
この際、第1三方膨張弁34の絞り開度は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように制御される。
本実施形態においても、上記第2実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、図16に示すように、上記第3実施形態の第2三方膨張弁31、第6三方継手13fおよびチラー膨張弁16cが、第2三方膨張弁37、第7三方継手13gおよび第2可変絞り38に置き換えられている。
本実施形態では、図16に示すように、上記第3実施形態の第2三方膨張弁31、第6三方継手13fおよびチラー膨張弁16cが、第2三方膨張弁37、第7三方継手13gおよび第2可変絞り38に置き換えられている。
第7三方継手13gの流入出口には、室外熱交換器18の第2冷媒入出口18b側が接続されている。第7三方継手13gの流入口には、第2三方膨張弁37の第1接続口37a側が接続されている。第7三方継手13gの流出口には、第2逆止弁17bおよび第2可変絞り38を介して、第3三方継手13cの他方の流入口側が接続されている。
第2三方膨張弁37の第2接続口37bには、第4三方継手13dの一方の流出口側が接続されている。第2三方膨張弁37の第3接続口37cには、チラー膨張弁16cを介して、チラー20の冷媒入口側が接続されている。
暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁34の第1接続口34aを全閉状態とし、第1三方膨張弁34の第2接続口34bと第3接続口34cとを全開状態で連通させ、第2三方膨張弁37の第1接続口37aと第2接続口37bとを絞り状態で連通させる。さらに、冷房用膨張弁16bを全閉状態とし、第1可変絞り35を絞り状態とし、第2可変絞り38を全閉状態とする。
これにより、暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図16の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1可変絞り35、レシーバ15、第2三方膨張弁37、室外熱交換器18、第1三方膨張弁34、圧縮機11の吸入口の順に循環する第1回路に切り替えられる。
この際、第2三方膨張弁37の絞り開度は、室外熱交換器18の出口側冷媒の過熱度SH1が目標過熱度KSHに近づくように制御される。
冷房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁34の第1接続口34aと第3接続口34cとを全開状態で連通させ、第1三方膨張弁34の第2接続口34bを全閉状態とし、第2三方膨張弁37の第1接続口37aを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、冷房用膨張弁16bを絞り状態とし、第1可変絞り35を全閉状態とし、第2可変絞り38を絞り状態とする。
これにより、冷房モードの冷凍サイクル装置10では、図16の破線矢印および一点鎖線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1三方膨張弁34、室外熱交換器18、第2可変絞り38、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する第2回路に切り替えられる。
並列除湿暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁34の第1接続口34aを全閉状態とし、第1三方膨張弁34の第2接続口34bと第3接続口34cとを絞り状態で連通させ、第2三方膨張弁37の第1接続口37aと第2接続口37bとを絞り状態で連通させる。さらに、冷房用膨張弁16bを絞り状態とし、第1可変絞り35を絞り状態とし、第2可変絞り38を全閉状態とする。
これにより、並列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図16の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1可変絞り35、レシーバ15の順に流れる。さらに、図16の実線矢印に示すように、レシーバ15、第2三方膨張弁37、室外熱交換器18、第1三方膨張弁34、圧縮機11の吸入口の順に循環するとともに、図6の破線矢印に示すように、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する。
この際、第2三方膨張弁37の絞り開度は、室外器冷媒圧力P1が目標圧力PO1に近づくように制御される。
直列除湿暖房モードでは、制御装置50が、第1三方膨張弁34の第1接続口34aと第3接続口34cとを絞り状態で連通させ、第1三方膨張弁34の第2接続口34bを全閉状態とし、第2三方膨張弁37の第1接続口37aを全閉状態とする。さらに、制御装置50は、冷房用膨張弁16bを絞り状態とし、第1可変絞り35を全閉状態とし、第2可変絞り38を絞り状態とする。
これにより、直列除湿暖房モードの冷凍サイクル装置10では、図16の破線矢印および一点鎖線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒が、室内凝縮器12、第1三方膨張弁34、室外熱交換器18、第2可変絞り38、レシーバ15、冷房用膨張弁16b、室内蒸発器19、圧縮機11の吸入口の順に循環する第2回路に切り替えられる。
本実施形態においても、上記第2実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示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。
上記第1実施形態では、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは室外熱交換器18を流通する圧力P1、温度T1または流量G1が目標値PO1、TO1、GO1に近づくように第1三方膨張弁30を制御するが、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように第1三方膨張弁30を制御してもよい。換言すれば、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは室内凝縮器12における熱交換対象流体の温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように第1三方膨張弁30を制御してもよい。
これによると、暖房モードおよび並列除湿暖房モードでの過冷却度SC1の調整と、吹出空気温度TAVの調整とを、1つの膨張弁(具体的には第1三方膨張弁30)で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度SC1および吹出空気温度TAVを調整可能である。
上記第2実施形態では、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは室外熱交換器18を流通する冷媒の圧力P1、温度T1または流量G1が目標値PO1、TO1、GO1に近づくように四方膨張弁32を制御するが、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように四方膨張弁32を制御してもよい。換言すれば、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは室内凝縮器12における熱交換対象流体の温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように四方膨張弁32を制御してもよい。
これによると、暖房モードおよび並列除湿暖房モードでの過冷却度SC1の調整と、直列除湿暖房モードでの吹出空気温度TAVの調整とを、1つの膨張弁(具体的には四方膨張弁32)で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度SC2および吹出空気温度TAVを調整可能である。
上述の実施形態では、高圧冷媒を熱源として空気を加熱する加熱部として室内凝縮器12を採用した例を説明したが、これに限定されない。例えば、冷凍サイクル装置10に対して、高温側熱媒体を循環させる高温側熱媒体回路を追加することによって、加熱部を形成してもよい。
より具体的には、高温側熱媒体回路には、高温側水ポンプ、熱媒体冷媒熱交換器、ヒータコア等を配置すればよい。
熱媒体冷媒熱交換器は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒と高温側熱媒体とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱部である。高温側水ポンプは、高温側熱媒体回路を循環する高温側熱媒体を熱媒体冷媒熱交換器へ圧送する電動ポンプである。高温側水ポンプは、制御装置50から出力される制御信号によって、回転数(すなわち、水圧送能力)が制御される。ヒータコアは、熱媒体冷媒熱交換器にて加熱された高温側熱媒体と空気とを熱交換させて、空気を加熱する熱交換部である。
この構成を上記第1実施形態に採用した場合、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは熱媒体冷媒熱交換器で加熱された高温側熱媒体の温度TWが目標温度TWOに近づくように第1三方膨張弁30を制御してもよい。換言すれば、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは熱媒体冷媒熱交換器における熱交換対象流体の温度TWが目標温度TWOに近づくように第1三方膨張弁30を制御してもよい。
これによると、暖房モードおよび並列除湿暖房モードでの過冷却度SC1の調整と、高温側熱媒体の温度TWの調整とを、1つの膨張弁(具体的には第1三方膨張弁30)で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度SC1および高温側熱媒体の温度TWを調整可能である。
この構成を上記第2実施形態に採用した場合、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは吹出空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように四方膨張弁32を制御してもよい。換言すれば、制御装置50は、直列除湿暖房モードでは熱媒体冷媒熱交換器における熱交換対象流体の温度TWが目標吹出温度TWOに近づくように四方膨張弁32を制御してもよい。
これによると、暖房モードおよび並列除湿暖房モードでの過冷却度SC1の調整と、高温側熱媒体の温度TWの調整とを、1つの膨張弁(具体的には四方膨張弁32)で実現できる。したがって、簡素な構成にて冷媒の過冷却度SC2および高温側熱媒体の温度TWを調整可能である。
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、これらのうち複数の冷媒を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。
冷凍サイクル装置10に対して、内部熱交換器を追加してもよい。内部熱交換器は、レシーバ15から流出した高圧冷媒と、圧縮機11へ吸入させる低圧冷媒とを熱交換させる。これにより、内部熱交換器では、高圧冷媒が冷却されてエンタルピを減少させ、低圧冷媒が加熱されてエンタルピを増加させることができる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (5)
- 冷媒を熱交換させる第1熱交換器(12、18)が接続された第1接続口(30a、31a、32a)と、前記冷媒の気液を分離させる気液分離器(15)の入口側が接続された第2接続口(30b、31b、32b)と、前記冷媒が流れる冷媒通路(21c、21d)が接続された第3接続口(30c、31c、32c)と、前記第1接続口、前記第2接続口および前記第3接続口の連通状態を切り替えるとともに前記冷媒を減圧させる弁体(302、312、322)とを有する冷媒弁(30、31、32)と、
前記冷媒が前記第1熱交換器で凝縮した後、前記冷媒弁を介して前記気液分離器に流入する第1運転モードと、前記冷媒が前記第1熱交換器を流通した後、前記冷媒弁を介して前記第3接続口から流出する第2運転モードとを切り替え、前記第1運転モードでは前記第1熱交換器で凝縮された前記冷媒の過冷却度(SC1、SC2)が目標過冷却度(KSC1、KSC2)に近づき、前記第2運転モードでは前記冷媒の圧力(P1)、温度(T1)もしくは流量(G1)、または熱交換対象流体の温度(TAV、TW)が目標値(PO1、TO1、GO1、TAO、TWO)に近づくように前記冷媒弁を制御する制御部(50)とを備える冷凍サイクル装置。 - 前記第3接続口(30c、32c)は、前記冷媒を熱交換させる第2熱交換器(18)と前記冷媒通路を介して接続されている請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第3接続口(31c)は、前記冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機(11)と前記冷媒通路を介して接続されている請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 冷媒を熱交換させる第1熱交換器(18)が接続された第1接続口(31a)と、前記冷媒の気液を分離させる気液分離器(15)の入口側が接続された第2接続口(31b)と、前記冷媒が流れる冷媒通路が接続された第3接続口(31c)と、前記第1接続口、前記第2接続口および前記第3接続口の連通状態を切り替えるとともに前記冷媒を減圧させる弁体(312)とを有する冷媒弁(31)と、
前記冷媒が前記第1熱交換器で凝縮した後、前記冷媒弁を介して前記気液分離器に流入する第1運転モードと、前記第3接続口から前記冷媒弁に流入した前記冷媒が、前記第1接続口を介して前記第1熱交換器に流入する第2運転モードとを切り替え、前記第1運転モードでは前記第1熱交換器で凝縮された前記冷媒の過冷却度(SC2)が目標過冷却度(KSC2)に近づき、前記第2運転モードでは前記冷媒の圧力(P1)、温度(T1)もしくは流量(G1)、または熱交換対象流体の温度(TAV、TW)が目標値(PO1、TO1、GO1、TAO、TWO)に近づくように前記冷媒弁を制御する制御部(50)とを備える冷凍サイクル装置。 - 前記第3接続口は、前記気液分離器の出口側と前記冷媒通路を介して接続されている請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
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