JP6708099B2 - Refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器に着霜が生じた際に熱交換器の除霜を行う冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle device that defrosts a heat exchanger when frost is formed on the heat exchanger.
従来、特許文献1には、暖房モードと除霜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。 BACKGROUND ART Conventionally, Patent Literature 1 describes a refrigeration cycle device capable of switching between a heating mode and a defrosting mode.
暖房モードでは、圧縮機→凝縮器→第1絞り弁→室外熱交換器→アキュムレータ→圧縮機の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成され、凝縮器を放熱器として機能させ、室外熱交換器を蒸発器として機能させる。これにより、室外熱交換器にて冷媒が外気から吸熱し、凝縮器にて冷媒が車室内へ送風される空気に放熱するので、車室内を暖房できる。 In the heating mode, a refrigeration cycle in which the refrigerant circulates in the order of compressor → condenser → first throttle valve → outdoor heat exchanger → accumulator → compressor is configured, and the condenser functions as a radiator, and the outdoor heat exchanger is Make it function as an evaporator. As a result, the refrigerant absorbs heat from the outside air in the outdoor heat exchanger and radiates the refrigerant to the air blown into the passenger compartment in the condenser, so that the passenger compartment can be heated.
除霜モードでは、圧縮機→凝縮器→第1絞り弁→室外熱交換器→アキュムレータ→圧縮機と暖房モードと同じ順に冷媒が循環するが、凝縮器では熱交換が行われない、あるいはガス冷媒が吸熱するホットガスサイクルが構成される。圧縮機にて圧縮された低圧高温冷媒は、室外熱交換器へ流入して放熱する。これにより、室外熱交換器が加熱されて室外熱交換器の除霜が実現される。 In the defrosting mode, the compressor circulates in the same order as the compressor → condenser → first throttle valve → outdoor heat exchanger → accumulator → compressor and heating mode, but heat is not exchanged in the condenser or gas refrigerant. A hot gas cycle that absorbs heat is constructed. The low-pressure high-temperature refrigerant compressed by the compressor flows into the outdoor heat exchanger and radiates heat. As a result, the outdoor heat exchanger is heated and the outdoor heat exchanger is defrosted.
上記従来技術によると、暖房モードでは、サイクルにおいて冷媒が気相になる領域と液相になる領域がある。換言すれば、暖房モードでは、サイクルにおいて冷媒が相変化する。 According to the above-mentioned conventional technique, in the heating mode, there are a region where the refrigerant is in a vapor phase and a region where it is in a liquid phase in the cycle. In other words, in the heating mode, the phase of the refrigerant changes in the cycle.
一方、除霜モードでは、暖房モードとは異なり、サイクルの全領域で冷媒が気相になる。そのため、暖房モードから除霜モードへ切り替えた際にサイクルの全領域で冷媒が気相になるまでに時間がかかってしまう。 On the other hand, in the defrosting mode, unlike the heating mode, the refrigerant is in the vapor phase in the entire region of the cycle. Therefore, when the heating mode is switched to the defrosting mode, it takes time for the refrigerant to be in the vapor phase in all regions of the cycle.
また、上記従来技術のホットガスサイクルでは、室外熱交換器に流入する冷媒の圧力を高めるのが困難であるので、室外熱交換器に流入する冷媒の温度および密度を高めて除霜能力を高めることが困難である。 Further, in the above-mentioned conventional hot gas cycle, since it is difficult to increase the pressure of the refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger, the temperature and density of the refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger are increased to enhance the defrosting capacity. Is difficult.
したがって、上記従来技術では、除霜を早期に終了させることが困難であるという問題がある。 Therefore, the above-mentioned conventional technique has a problem that it is difficult to finish defrosting early.
本発明は上記点に鑑みて、除霜を早期に終了させることのできる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a refrigeration cycle apparatus capable of ending defrosting at an early stage.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の冷凍サイクル装置では、
冷媒を吸入して吐出する圧縮機(11)と、
圧縮機(11)から吐出された冷媒から熱媒体に放熱させる第1熱媒体冷媒熱交換器(12)と、
第1熱媒体冷媒熱交換器(12)から流出した冷媒を減圧させる第1減圧部(13)と、
第1減圧部(13)から流出した冷媒と外気とを熱交換させる外気冷媒熱交換器(14)と、
外気冷媒熱交換器(14)から流出した冷媒を減圧させる第2減圧部(15)と、
第2減圧部(15)から流出した冷媒に熱媒体から吸熱させる第2熱媒体冷媒熱交換器(16)と、
第1熱媒体冷媒熱交換器(12)および第2熱媒体冷媒熱交換器(16)に対して熱媒体が互いに独立して循環する状態と、第1熱媒体冷媒熱交換器(12)と第2熱媒体冷媒熱交換器(16)との間で熱媒体が循環する状態とを切り替える切替部(38、39)と、
外気冷媒熱交換器(14)において冷媒が吸熱するように第1減圧部(13)および第2減圧部(15)が作動するとともに、第1熱媒体冷媒熱交換器(12)および第2熱媒体冷媒熱交換器(16)に対して熱媒体が互いに独立して循環するように切替部(38、39)が作動する第1モードと、外気冷媒熱交換器(14)において冷媒が放熱するように第1減圧部(13)および第2減圧部(15)が作動するとともに、第1熱媒体冷媒熱交換器(12)と第2熱媒体冷媒熱交換器(16)との間で熱媒体が循環するように切替部(38、39)が作動する第2モードとを切り替える制御部(40)とを備える。
In order to achieve the above object, the refrigeration cycle apparatus according to claim 1,
A compressor (11) for drawing in and discharging the refrigerant,
A first heat medium refrigerant heat exchanger (12) for radiating heat from the refrigerant discharged from the compressor (11) to the heat medium,
A first decompression unit (13) for decompressing the refrigerant flowing out of the first heat medium refrigerant heat exchanger (12);
An outside air refrigerant heat exchanger (14) for exchanging heat between the refrigerant flowing out of the first pressure reducing section (13) and the outside air;
A second pressure reducing section (15) for reducing the pressure of the refrigerant flowing out of the outside air refrigerant heat exchanger (14);
A second heat medium refrigerant heat exchanger (16) for causing the refrigerant flowing out of the second pressure reducing section (15) to absorb heat from the heat medium,
A state in which the heat medium circulates independently to the first heat medium refrigerant heat exchanger (12) and the second heat medium refrigerant heat exchanger (16), and a first heat medium refrigerant heat exchanger (12) A switching unit (38, 39) for switching between a state in which the heat medium circulates with the second heat medium refrigerant heat exchanger (16);
The first decompression section (13) and the second decompression section (15) operate so that the refrigerant absorbs heat in the outside air refrigerant heat exchanger (14), and the first heat medium refrigerant heat exchanger (12) and the second heat The refrigerant radiates heat in the outside air refrigerant heat exchanger (14) and the first mode in which the switching units (38, 39) operate so that the heat medium circulates independently to the medium refrigerant heat exchanger (16). As described above, the first pressure reducing section (13) and the second pressure reducing section (15) are operated, and heat is exchanged between the first heat medium refrigerant heat exchanger (12) and the second heat medium refrigerant heat exchanger (16). And a control unit (40) for switching between a second mode in which the switching units (38, 39) operate so that the medium circulates.
これによると、第2モードでは、外気冷媒熱交換器(14)に高温冷媒が流入するので、外気冷媒熱交換器(14)を除霜できる。また、第1モードのみならず第2モードにおいても冷媒が相変化するので、第2モードで外気冷媒熱交換器(14)の除霜を早期に開始できる。 According to this, in the second mode, since the high temperature refrigerant flows into the outside air refrigerant heat exchanger (14), the outside air refrigerant heat exchanger (14) can be defrosted. Moreover, since the refrigerant changes phase not only in the first mode but also in the second mode, defrosting of the outside air refrigerant heat exchanger (14) can be started early in the second mode.
さらに、第1熱媒体冷媒熱交換器(12)で冷媒から熱媒体に放熱させ、その熱媒体の熱を第2熱媒体冷媒熱交換器(16)で冷媒に吸熱させるので、従来のホットガスサイクルと比較して、外気冷媒熱交換器(14)に流入する冷媒の圧力を高くすることができる。したがって、外気冷媒熱交換器(14)に流入する冷媒の温度および密度を高くして外気冷媒熱交換器(14)の除霜を早期に終了させることができる。 Further, the first heat medium/refrigerant heat exchanger (12) radiates heat from the refrigerant to the heat medium, and the heat of the heat medium is absorbed by the refrigerant in the second heat medium/refrigerant heat exchanger (16). The pressure of the refrigerant flowing into the outside air refrigerant heat exchanger (14) can be increased as compared with the cycle. Therefore, the temperature and density of the refrigerant flowing into the outside air refrigerant heat exchanger (14) can be increased, and the defrosting of the outside air refrigerant heat exchanger (14) can be ended early.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 It should be noted that the reference numerals in parentheses for each means described in this column and in the claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
以下、実施形態について図に基づいて説明する。図1に示す冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置に適用されている。車両用空調装置は、車室内空間を適切な温度に調整する空調装置である。本実施形態では、冷凍サイクル装置10を、エンジン(換言すれば内燃機関)および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド自動車に搭載されている。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The
本実施形態のハイブリッド自動車は、車両停車時に外部電源(換言すれば商用電源)から供給された電力を、車両に搭載された電池(換言すれば車載バッテリ)に充電可能なプラグインハイブリッド自動車として構成されている。電池としては、例えばリチウムイオン電池を用いることができる。 The hybrid vehicle according to the present embodiment is configured as a plug-in hybrid vehicle in which electric power supplied from an external power source (in other words, commercial power source) when the vehicle is stopped can be charged into a battery (in other words, in-vehicle battery) mounted in the vehicle. Has been done. As the battery, for example, a lithium ion battery can be used.
エンジンから出力される駆動力は、車両走行用として用いられるのみならず、発電機を作動させるためにも用いられる。そして、発電機にて発電された電力および外部電源から供給された電力を電池に蓄わえることができ、電池に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、冷凍サイクル装置10を構成する電動式構成機器をはじめとする各種車載機器に供給される。
The driving force output from the engine is used not only for running the vehicle but also for operating the generator. Then, the electric power generated by the generator and the electric power supplied from the external power source can be stored in the battery, and the electric power stored in the battery constitutes the
冷凍サイクル装置10は、圧縮機11、凝縮器12、第1膨張弁13、室外熱交換器14、第2膨張弁15および蒸発器16を備える蒸気圧縮式冷凍機である。本実施形態の冷凍サイクル装置10では、冷媒としてフロン系冷媒を用いており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。
The
圧縮機11、凝縮器12、第1膨張弁13、室外熱交換器14、第2膨張弁15および蒸発器16は、冷媒の流れにおいて互いに直列に配置されている。
The
圧縮機11は、電池から供給される電力によって駆動される電動圧縮機であり、冷凍サイクル装置10の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。圧縮機11は、ベルトによって駆動される可変容量圧縮機であってもよい。
The
凝縮器12は、圧縮機11から吐出された高圧側冷媒と高温冷却水回路20の冷却水とを熱交換させることによって高圧側冷媒を凝縮させる第1熱媒体冷媒熱交換器である。
The
高温冷却水回路20の冷却水は、熱媒体としての流体である。高温冷却水回路20の冷却水は高温熱媒体である。本実施形態では、高温冷却水回路20の冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。
The cooling water of the high temperature
第1膨張弁13は、凝縮器12から流出した液相冷媒を減圧膨張させる第1減圧部である。第1膨張弁13は、電気式の可変絞り機構であり、弁体と電動アクチュエータとを有している。弁体は、冷媒通路の通路開度(換言すれば絞り開度)を変更可能に構成されている。電動アクチュエータは、弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータを有している。
The
第1膨張弁13は、絞り開度を全開した際に冷媒通路を全開する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。つまり、第1膨張弁13は、冷媒通路を全開にすることで冷媒の減圧作用を発揮させないようにすることができる。第1膨張弁13の作動は、図2に示す制御装置40から出力される制御信号によって制御される。
The
室外熱交換器14は、第1膨張弁13から流出した冷媒と外気とを熱交換させる外気冷媒熱交換器である。室外熱交換器14には、室外送風機17によって外気が送風される。
The
室外送風機17は、室外熱交換器14へ向けて外気を送風する外気送風部である。室外送風機17は、ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。室外熱交換器14および室外送風機17は、車両の最前部に配置されている。従って、車両の走行時には室外熱交換器14に走行風を当てることができるようになっている。
The
室外熱交換器14を流通する冷媒の温度が外気の温度よりも低い場合、室外熱交換器14は、外気の熱を冷媒に吸熱させる吸熱器として機能する。室外熱交換器14を流通する冷媒の温度が外気の温度よりも高い場合、室外熱交換器14は、冷媒の熱を外気に放熱させる放熱器として機能する。
When the temperature of the refrigerant flowing through the
第2膨張弁15は、室外熱交換器14から流出した液相冷媒を減圧膨張させる第2減圧部である。第2膨張弁15は、電気式の可変絞り機構であり、弁体と電動アクチュエータとを有している。弁体は、冷媒通路の通路開度(換言すれば絞り開度)を変更可能に構成されている。電動アクチュエータは、弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータを有している。
The
第2膨張弁15は、絞り開度を全開した際に冷媒通路を全開する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。つまり、第2膨張弁15は、冷媒通路を全開にすることで冷媒の減圧作用を発揮させないようにすることができる。第2膨張弁15は、制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
The
第1膨張弁13および第2膨張弁15の絞り開度が変更されることによって、図1に示す冷房モードと図3に示す暖房モードと図4に示す除霜モードとが切り替えられる。第1膨張弁13および第2膨張弁15は、冷房モードと暖房モードと除霜モードとを切り替える運転モード切替部である。
By changing the throttle openings of the
冷房モードおよび除霜モードは、室外熱交換器14が冷媒から外気に放熱させる放熱モードである。暖房モードは、室外熱交換器14が外気から冷媒に吸熱させる吸熱モードである。暖房モードは第1モードであり、除霜モードは第2モードである。
The cooling mode and the defrosting mode are heat radiation modes in which the
蒸発器16は、第2膨張弁15を流出した低圧冷媒と低温冷却水回路30の冷却水とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる第2熱媒体冷媒熱交換器である。蒸発器16で蒸発した気相冷媒は圧縮機11に吸入されて圧縮される。
The
低温冷却水回路30の冷却水は、熱媒体としての流体である。低温冷却水回路30の冷却水は低温熱媒体である。本実施形態では、低温冷却水回路30の冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。
The cooling water of the low temperature cooling
室外熱交換器14は、熱交換部141、貯液部142および過冷却部143を有している。室外熱交換器14の熱交換部141は、第1膨張弁13から流出した冷媒と外気とを熱交換させる。室外熱交換器14の貯液部142は、室外熱交換器14の熱交換部141から流出した冷媒の気液を分離するとともに冷媒の余剰分を貯える冷媒貯留部である。室外熱交換器14の過冷却部143は、室外熱交換器14の貯液部142から流出した液相冷媒と外気とを熱交換させて液相冷媒を過冷却する。
The
高温冷却水回路20には、凝縮器12、高温側ポンプ21、ヒータコア22および高電圧ヒータ23が配置されている。低温冷却水回路30には、蒸発器16、低温側ポンプ31、クーラコア32および廃熱機器33が配置されている。
A
高温側ポンプ21および低温側ポンプ31は、冷却水を吸入して吐出する熱媒体ポンプである。高温側ポンプ21および低温側ポンプ31は電動式のポンプである。高温側ポンプ21は、高温冷却水回路20を循環する冷却水の流量を調整する高温側流量調整部である。低温側ポンプ31は、低温冷却水回路30を循環する冷却水の流量を調整する低温側流量調整部である。
The high
ヒータコア22は、高温冷却水回路20の冷却水と車室内へ送風される空気とを熱交換させて車室内へ送風される空気を加熱する高温側熱媒体熱交換器である。ヒータコア22では、冷却水が車室内へ送風される空気に放熱する。
The
高電圧ヒータ23は、高圧電力が供給されることによって発熱して高温冷却水回路20の冷却水を加熱する加熱器である。
The high-
凝縮器12、高温側ポンプ21、ヒータコア22および高電圧ヒータ23は、高温冷却水回路20の冷却水流れにおいて互いに直列に配置されている。
The
高温冷却水回路20は、凝縮器バイパス流路24とバイパス三方弁25とを有している。ヒータコアバイパス流路24は、高温冷却水回路20の冷却水が凝縮器12をバイパスして流れる冷却水流路である。バイパス三方弁25は、凝縮器12側の冷却水流路と凝縮器バイパス流路24とを切替開閉する電磁弁である。バイパス三方弁25の作動は、制御装置40によって制御される。
The high temperature cooling
クーラコア32は、低温冷却水回路30の冷却水と車室内へ送風される空気とを熱交換させて車室内へ送風される空気を冷却する低温側熱媒体熱交換器である。クーラコア32では、冷却水が車室内へ送風される空気から吸熱する。
The
廃熱機器33は、作動に伴って発生する廃熱を低温冷却水回路30の冷却水に放熱する車載機器である。廃熱機器33は、低温冷却水回路30の冷却水に熱を供給する熱供給部である。例えば、廃熱機器33は電池、インバータ、走行用電動モータ等である。インバータは、電池から供給された直流電力を交流電力に変換して走行用電動モータに出力する電力変換部である。
The
蒸発器16および低温側ポンプ31は、低温冷却水回路30の冷却水流れにおいて互いに直列に配置されている。クーラコア32および廃熱機器33は、低温冷却水回路30の冷却水流れにおいて互いに並列に配置されている。
The
低温冷却水回路30は、クーラコア側開閉弁34と廃熱機器側開閉弁35とを有している。クーラコア側開閉弁34は、クーラコア32側の冷却水流路を開閉する電磁弁である。廃熱機器側開閉弁35は、廃熱機器33側の冷却水流路を開閉する電磁弁である。クーラコア側開閉弁34および廃熱機器側開閉弁35の作動は、制御装置40によって制御される。
The low-temperature
クーラコア側開閉弁34および廃熱機器側開閉弁35は、低温冷却水回路30の冷却水がクーラコア32を流れる状態とクーラコア32をバイパスして流れる状態とを切り替えるクーラコア用切替部である。クーラコア側開閉弁34および廃熱機器側開閉弁35は、低温冷却水回路30の冷却水が廃熱機器33を流れる状態と廃熱機器33をバイパスして流れる状態とを切り替える廃熱機器用切替部である。
The cooler core side opening/closing
高温冷却水回路20および低温冷却水回路30には、第1接続流路36および第2接続流路37が接続されている。第1接続流路36は、高温冷却水回路20のうち凝縮器12の冷却水出口側の部位と、低温冷却水回路30のうち低温側ポンプ31の冷却水吸入側の部位とを連通させている。第2接続流路37は、低温冷却水回路30のうちクーラコア32および廃熱機器33の冷却水出口側の部位と、高温冷却水回路20のうち凝縮器12の冷却水入口側の部位とを連通させている。
A first
第1接続流路36と低温冷却水回路30との接続部には、第1接続三方弁38が配置されている。第1接続三方弁38は、クーラコア32および廃熱機器33の冷却水出口側の冷却水流路と第1接続流路36とを切替開閉する電磁弁である。第1接続三方弁38の作動は、制御装置40によって制御される。
A first connecting three-
第2接続流路37と高温冷却水回路20との接続部には、第2接続三方弁39が配置されている。第2接続三方弁39は、高温側ポンプ21の冷却水吐出側の冷却水流路と第2接続流路37とを切替開閉する電磁弁である。第2接続三方弁39の作動は、制御装置40によって制御される。
A second connection three-
クーラコア32およびヒータコア22は、図示しない室内空調ユニットのケーシング(以下、空調ケーシングと言う。)に収容されている。室内空調ユニットは、車室内前部の図示しない計器盤の内側に配置されている。空調ケーシングは、空気通路を形成する空気通路形成部材である。
The
ヒータコア22は、空調ケーシング内の空気通路において、クーラコア32の空気流れ下流側に配置されている。 空調ケーシングには、図示しない内外気切替箱と図示しない室内送風機とが配置されている。内外気切替箱は、空調ケーシング内の空気通路に内気と外気とを切替導入する内外気切替部である。室内送風機は、内外気切替箱を通して空調ケーシング内の空気通路に導入された内気および外気を吸入して送風する。
The
空調ケーシング内の空気通路においてクーラコア32とヒータコア22との間には、図示しないエアミックスドアが配置されている。エアミックスドアは、クーラコア32を通過した冷風のうちヒータコア22に流入する冷風とヒータコア22をバイパスして流れる冷風との風量割合を調整する。
An air mix door (not shown) is arranged between the
エアミックスドアは、空調ケーシングに対して回転可能に支持された回転軸と、回転軸に結合されたドア基板部とを有する回転式ドアである。エアミックスドアの開度位置を調整することによって、空調ケーシングから車室内に吹き出される空調風の温度を所望温度に調整できる。 The air mix door is a revolving door having a rotating shaft rotatably supported with respect to the air conditioning casing and a door substrate portion connected to the rotating shaft. By adjusting the opening position of the air mix door, the temperature of the conditioned air blown from the air conditioning casing into the passenger compartment can be adjusted to a desired temperature.
エアミックスドアの回転軸は、サーボモータによって駆動される。サーボモータの作動は、制御装置40によって制御される。
The rotary shaft of the air mix door is driven by a servo motor. The operation of the servomotor is controlled by the
エアミックスドアは、空気流れと略直交する方向にスライド移動するスライドドアであってもよい。スライドドアは、剛体で形成された板状のドアであってもよいし。可撓性を有するフィルム材で形成されたフィルムドアであってもよい。 The air mix door may be a slide door that slides in a direction substantially orthogonal to the air flow. The sliding door may be a plate-shaped door formed of a rigid body. It may be a film door formed of a flexible film material.
図2に示す制御装置40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40は、ROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。制御装置40の出力側には各種制御対象機器が接続されている。制御装置40は、各種制御対象機器の作動を制御する制御部である。
The
制御装置40によって制御される制御対象機器は、圧縮機11、第1膨張弁13、第2膨張弁15、室外送風機17、高温側ポンプ21、高電圧ヒータ23、バイパス三方弁25、低温側ポンプ31、クーラコア側開閉弁34、廃熱機器側開閉弁35、第1接続三方弁38および第2接続三方弁39等である。
The control target equipment controlled by the
制御装置40のうち圧縮機11の電動モータを制御するソフトウェアおよびハードウェアは、冷媒吐出能力制御部である。制御装置40のうち第1膨張弁13を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、第1絞り制御部である。制御装置40のうち第2膨張弁15を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、第2絞り制御部である。
The software and hardware that control the electric motor of the
制御装置40のうち室外送風機17を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、外気送風能力制御部である。制御装置40のうち高温側ポンプ21を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、高温熱媒体流量制御部である。制御装置40のうち低温側ポンプ31を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、低温熱媒体流量制御部である。
The software and hardware that control the
制御装置40のうち高電圧ヒータ23を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、ヒータ制御部である。制御装置40のうちバイパス三方弁25を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、バイパス三方弁制御部である。
The software and hardware that control the high-
制御装置40のうちクーラコア側開閉弁34を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、クーラコア側開閉弁制御部である。制御装置40のうち廃熱機器側開閉弁35を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、廃熱機器側開閉弁制御部である。
The software and hardware for controlling the cooler core side opening/closing
制御装置40のうち第1接続三方弁38および第2接続三方弁39を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、接続三方弁制御部である。
The software and hardware that control the first connection three-
制御装置40の入力側には、内気温度センサ41、外気温度センサ42、日射量センサ43、室外熱交換器温度センサ44、蒸発器温度センサ45、ヒータコア温度センサ46、冷媒圧力センサ47、高温冷却水温度センサ48、低温冷却水温度センサ49等の種々の制御用センサ群が接続されている。
On the input side of the
内気温度センサ41は車室内温度Trを検出する。外気温度センサ42は外気温Tamを検出する。日射量センサ43は車室内の日射量Tsを検出する。
The inside
室外熱交換器温度センサ44は、室外熱交換器14の温度を検出する温度検出部である。室外熱交換器温度センサ44は、例えば、室外熱交換器14の熱交換フィンの温度を検出するフィンサーミスタや、室外熱交換器14を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ、室外熱交換器14から流出した外気の温度を検出する空気温度センサ等である。
The outdoor heat exchanger temperature sensor 44 is a temperature detection unit that detects the temperature of the
蒸発器温度センサ45は、蒸発器16の温度を検出する温度検出部である。蒸発器温度センサ45は、例えば、蒸発器16の熱交換フィンの温度を検出するフィンサーミスタや、蒸発器16を流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ等である。
The
ヒータコア温度センサ46は、ヒータコア22の温度を検出する温度検出部である。ヒータコア温度センサ46は、例えば、ヒータコア22の熱交換フィンの温度を検出するフィンサーミスタや、ヒータコア22を流れる冷却水の温度を検出する冷媒温度センサ、ヒータコア22から流出した空気の温度を検出する空気温度センサ等である。
The heater
冷媒圧力センサ47は、圧縮機11から吐出された冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出部である。冷媒圧力センサ47の代わりに冷媒温度センサが制御装置40の入力側に接続されていてもよい。冷媒温度センサは、圧縮機11から吐出された冷媒の温度を検出する冷媒圧力検出部である。制御装置40は、冷媒の温度に基づいて冷媒の圧力を推定してもよい。
The
高温冷却水温度センサ48は、高温冷却水回路20の冷却水の温度を検出する温度検出部である。例えば、高温冷却水温度センサ48は、凝縮器12の冷却水の温度を検出する。
The high temperature cooling
低温冷却水温度センサ49は、低温冷却水回路30の冷却水の温度を検出する温度検出部である。例えば、低温冷却水温度センサ49は、蒸発器16の冷却水の温度を検出する。
The low temperature cooling
制御装置40の入力側には、図示しない各種操作スイッチが接続されている。各種操作スイッチは操作パネル50に設けられており、乗員によって操作される。操作パネル50は車室内前部の計器盤付近に配置されている。制御装置40には、各種操作スイッチからの操作信号が入力される。
Various operation switches (not shown) are connected to the input side of the
各種操作スイッチは、エアコンスイッチ、温度設定スイッチ等である。エアコンスイッチは、室内空調ユニットにて空気の冷却を行うか否かを設定する。温度設定スイッチは、車室内の設定温度を設定する。 The various operation switches are an air conditioner switch, a temperature setting switch, and the like. The air conditioner switch sets whether to cool the air in the indoor air conditioning unit. The temperature setting switch sets the set temperature in the vehicle compartment.
次に、上記構成における作動を説明する。制御装置40は、目標吹出温度TAO等に基づいて運転モードを、図1に示す冷房モードおよび図3に示す暖房モードのいずれかに切り替える。
Next, the operation of the above configuration will be described. The
目標吹出温度TAOは、車室内へ吹き出す吹出空気の目標温度である。制御装置40は、目標吹出温度TAOを以下の数式に基づいて算出する。
The target outlet temperature TAO is the target temperature of the outlet air blown into the vehicle interior. The
TAO=Kset×Tset−Kr×Tr−Kam×Tam−Ks×Ts+C
この数式において、Tsetは操作パネル50の温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Trは内気温度センサ41によって検出された内気温、Tamは外気温度センサ42によって検出された外気温、Tsは日射量センサ43によって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
TAO=Kset*Tset-Kr*Tr-Kam*Tam-Ks*Ts+C
In this mathematical expression, Tset is the vehicle interior temperature set by the temperature setting switch of the
制御装置40は、暖房モードにおいて、室外熱交換器14に着霜する可能性があると判定した場合、図4に示す除霜モードに切り替える。例えば、制御装置40は、暖房モードにおいて、外気温度から低温冷却水回路30の冷却水の温度を減じた温度差に基づいて、室外熱交換器14に着霜する可能性があると判定する。
When it is determined that the
次に、冷房モード、暖房モードおよび除霜モードにおける作動について説明する。 Next, operations in the cooling mode, the heating mode and the defrosting mode will be described.
(冷房モード)
図1に示す冷房モードでは、制御装置40が、第1膨張弁13を全開状態とし、第2膨張弁15を絞り状態とする。
(Cooling mode)
In the cooling mode shown in FIG. 1, the
制御装置40は、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置40に接続された各種制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
The
第2膨張弁15へ出力される制御信号については、圧縮機11へ流入する冷媒の過熱度が、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)を最大値に近づくように予め定められた目標過熱度に近づくように決定される。
Regarding the control signal output to the
図示しないエアミックスドアのサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドアがヒータコア22の空気通路を閉塞し、クーラコア32を通過した送風空気の全流量がヒータコア22の空気通路を迂回して流れるように決定される。
Regarding the control signal output to the servo motor of the air mix door (not shown), the air mix door closes the air passage of the
冷房モードでは、圧縮機11および低温側ポンプ31を作動させ、高温側ポンプ21を停止させる。
In the cooling mode, the
冷房モードでは、クーラコア側開閉弁34は、クーラコア32側の冷却水流路を開ける。これにより、クーラコア32に低温冷却水回路30の冷却水が循環してクーラコア32で空気が冷却される。
In the cooling mode, the cooler core side opening/closing
冷房モードでは、廃熱機器側開閉弁35は、廃熱機器33を冷却する必要がある場合、廃熱機器33側の冷却水流路を開ける。これにより、廃熱機器33に低温冷却水回路30の冷却水が循環して廃熱機器33が冷却される。
In the cooling mode, the waste heat device side opening/closing
冷房モードでは、第1接続三方弁38は第1接続流路36を閉じ、第2接続三方弁39は第2接続流路37を閉じる。これにより、低温冷却水回路30の冷却水が凝縮器12に循環しない。
In the cooling mode, the first connection three-
冷房モード時の冷凍サイクル装置10では、サイクルを循環する冷媒の状態については、以下のように変化する。
In the
すなわち、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が凝縮器12に流入する。この際、凝縮器12に冷却水が循環しないので、凝縮器12に流入した冷媒は、冷却水と殆ど熱交換しない。
That is, the high-pressure refrigerant discharged from the
凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁13に流入する。この際、第1膨張弁13が冷媒通路を全開状態としているので、凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁13にて減圧されることなく、室外熱交換器14に流入する。
The refrigerant flowing out of the
室外熱交換器14に流入した冷媒は外気へ放熱する。これにより、室外熱交換器14で冷媒が冷却されて凝縮する。
The refrigerant flowing into the
室外熱交換器14から流出した冷媒は、第2膨張弁15へ流入して、第2膨張弁15にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。第2膨張弁15にて減圧された低圧冷媒は、蒸発器16に流入し、低温冷却水回路30の冷却水から吸熱して蒸発する。これにより、低温冷却水回路30の冷却水が冷却される。
The refrigerant flowing out of the
そして、蒸発器16から流出した冷媒は、圧縮機11の吸入側へと流れて再び圧縮機11にて圧縮される。
Then, the refrigerant flowing out of the
以上の如く、冷房モードでは、蒸発器16にて低圧冷媒に低温冷却水回路30の冷却水から吸熱させ、クーラコア32にて低温冷却水回路30の冷却水に空気から吸熱させて、冷却された空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の冷房を実現することができる。
As described above, in the cooling mode, the
(暖房モード)
図3に示す暖房モードでは、制御装置40は、第1膨張弁13を絞り状態とし、第2膨張弁15を全開状態とする。
(Heating mode)
In the heating mode shown in FIG. 3, the
制御装置40は、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置40に接続された各種制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
The
第1膨張弁13へ出力される制御信号については、第1膨張弁13へ流入する冷媒の過熱度が、予め定められた目標過熱度に近づくように決定される。目標過熱度は、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)を最大値に近づけるように定められている。
The control signal output to the
図示しないエアミックスドアのサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドアがヒータコア22の空気通路を全開し、クーラコア32を通過した送風空気の全流量がヒータコア22の空気通路を通過するように決定される。
Regarding the control signal output to the servo motor of the air mix door (not shown), the air mix door fully opens the air passage of the
暖房モードでは、圧縮機11、室外送風機17、高温側ポンプ21、低温側ポンプ31を作動させる。
In the heating mode, the
暖房モードでは、バイパス三方弁25は凝縮器バイパス流路24を閉じる。これにより、凝縮器12に高温冷却水回路20の冷却水が循環する。
In the heating mode, the bypass three-
暖房モードでは、クーラコア側開閉弁34は、クーラコア32側の冷却水流路を閉じる。これにより、クーラコア32に低温冷却水回路30の冷却水が循環しない。暖房モードでは、廃熱機器側開閉弁35は、廃熱機器33側の冷却水流路を開ける。これにより、廃熱機器33に低温冷却水回路30の冷却水が循環する。
In the heating mode, the cooler core side opening/closing
暖房モードでは、第1接続三方弁38は第1接続流路36を閉じ、第2接続三方弁39は第2接続流路37を閉じる。これにより、高温冷却水回路20および低温冷却水回路30において、互いに独立して冷却水が循環する。
In the heating mode, the first connection three-
暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については、次のように変化する。すなわち、圧縮機11から吐出された高圧冷媒は、凝縮器12へ流入して、高温冷却水回路20の冷却水と熱交換して放熱する。これにより、高温冷却水回路20の冷却水が加熱される。
In the heating mode, the state of the refrigerant circulating in the cycle changes as follows. That is, the high-pressure refrigerant discharged from the
凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁13に流入し、低圧冷媒となるまで減圧される。そして、第1膨張弁13にて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器14に流入して、室外送風機17から送風された外気から吸熱して蒸発する。
The refrigerant flowing out of the
室外熱交換器14から流出した冷媒は、第2膨張弁15へ流入する。この際、第2膨張弁15を全開状態としているので、室外熱交換器14から流出した冷媒は、第2膨張弁15にて減圧されることなく、蒸発器16に流入する。
The refrigerant flowing out of the
蒸発器16に流入した低圧冷媒は、低温冷却水回路30の冷却水と熱交換して吸熱する。これにより、低温冷却水回路30の冷却水が冷却される。そして、蒸発器16から流出した冷媒は、圧縮機11の吸入側へと流れて再び圧縮機11にて圧縮される。
The low-pressure refrigerant flowing into the
以上の如く、暖房モードでは、圧縮機11から吐出された高圧冷媒の有する熱を凝縮器12にて高温冷却水回路20の冷却水に放熱させ、高温冷却水回路20の冷却水が有する熱をヒータコア22にて空気に放熱させ、ヒータコア22で加熱された空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。
As described above, in the heating mode, the heat of the high-pressure refrigerant discharged from the
低温冷却水回路30の冷却水が廃熱機器33を循環するので、廃熱機器33の廃熱を低温冷却水回路30の冷却水に吸熱させ、蒸発器16にて低温冷却水回路30の冷却水から低圧冷媒に吸熱させることができる。したがって、廃熱機器33の廃熱を車室内の暖房に利用できる。
Since the cooling water of the low temperature cooling
(除霜モード)
図4に示す除霜モードでは、制御装置40が、第1膨張弁13を全開状態とし、第2膨張弁15を絞り状態とする。
(Defrost mode)
In the defrosting mode shown in FIG. 4, the
制御装置40は、目標吹出温度TAO、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置40に接続された各種制御機器の作動状態(各種制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
The
図示しないエアミックスドアのサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドアがヒータコア22の空気通路を全開し、クーラコア32を通過した送風空気の全流量がヒータコア22の空気通路を通過するように決定される。
Regarding the control signal output to the servo motor of the air mix door (not shown), the air mix door fully opens the air passage of the
除霜モードでは、圧縮機11、高温側ポンプ21、低温側ポンプ31を作動させ、室外送風機17を停止させる。
In the defrosting mode, the
除霜モードでは、バイパス三方弁25は、凝縮器12側の冷却水流路を閉じて凝縮器バイパス流路24を開ける。これにより、凝縮器12に高温冷却水回路20の冷却水が循環しない。
In the defrosting mode, the bypass three-
除霜モードでは、クーラコア側開閉弁34は、クーラコア32側の冷却水流路を閉じる。これにより、クーラコア32に低温冷却水回路30の冷却水が循環しない。
In the defrosting mode, the cooler core side opening/closing
除霜モードでは、廃熱機器側開閉弁35は、廃熱機器33側の冷却水流路を開ける。これにより、廃熱機器33に低温冷却水回路30の冷却水が循環する。
In the defrosting mode, the waste heat device side opening/closing
除霜モードでは、第1接続三方弁38は、廃熱機器33側の冷却水流路を閉じて第1接続流路36を開け、第2接続三方弁39は、高温側ポンプ21側の冷却水流路を閉じて第2接続流路37を開ける。これにより、凝縮器12に低温冷却水回路30の冷却水が循環する。
In the defrosting mode, the first connection three-
除霜モード時の冷凍サイクル装置10では、サイクルを循環する冷媒の状態については、以下のように変化する。
In the
すなわち、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が凝縮器12に流入する。この際、凝縮器12に低温冷却水回路30の冷却水が循環しているので、凝縮器12に流入した冷媒は、低温冷却水回路30の冷却水と熱交換して放熱する。これにより、低温冷却水回路30の冷却水が加熱される。
That is, the high-pressure refrigerant discharged from the
凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁13に流入する。この際、第1膨張弁13が冷媒通路を全開状態としているので、凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁13にて減圧されることなく、室外熱交換器14に流入する。
The refrigerant flowing out of the
この際、室外送風機17が停止しているので、室外熱交換器14に流入した冷媒は、外気へ殆ど放熱することなく、室外熱交換器14の表面に付着した霜を融かす。
At this time, since the
室外熱交換器14から流出した冷媒は、第2膨張弁15へ流入して、第2膨張弁15にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。第2膨張弁15にて減圧された低圧冷媒は、蒸発器16に流入し、低温冷却水回路30の冷却水から吸熱して蒸発する。これにより、低温冷却水回路30の冷却水が冷却される。
The refrigerant flowing out of the
そして、蒸発器16から流出した冷媒は、圧縮機11の吸入側へと流れて再び圧縮機11にて圧縮される。
Then, the refrigerant flowing out of the
以上の如く、除霜モードでは、室外熱交換器14の表面に付着した霜を融かすことができる。
As described above, in the defrosting mode, the frost attached to the surface of the
除霜モードでは、低温冷却水回路30の冷却水が廃熱機器33を循環するので、廃熱機器33の廃熱を、低温冷却水回路30の冷却水を介して、蒸発器16の低圧冷媒に吸熱させることができる。
In the defrosting mode, the cooling water of the low-temperature
低温冷却水回路30の冷却水が凝縮器12を循環するので、凝縮器12の高圧冷媒の熱を、低温冷却水回路30の冷却水を介して、蒸発器16の低圧冷媒に吸熱させることができる。
Since the cooling water in the low-temperature
高温冷却水回路20の冷却水がヒータコア22および高電圧ヒータ23を循環するので、高電圧ヒータ23の熱を高温冷却水回路20の冷却水に放熱させ、ヒータコア22にて高温冷却水回路20の冷却水が有する熱を空気に放熱させて、加熱された空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。
Since the cooling water of the high temperature cooling
このように、本実施形態の車両用空調装置1では、第1膨張弁13および第2膨張弁15の絞り開度を変化させることによって、車室内の適切な冷房、暖房および除霜を実行することができ、ひいては車室内の快適な空調を実現することができる。
As described above, in the vehicle air conditioner 1 of the present embodiment, by appropriately changing the throttle openings of the
なお、暖房モードにおいて、クーラコア側開閉弁34がクーラコア32側の冷却水流路を開けることによって、クーラコア32に低温冷却水回路30の冷却水が循環してクーラコア32で空気を冷却するので、除湿暖房を行うことができる。
In the heating mode, the cooler core side opening/closing
制御装置40は、除霜モードにおいて、図5のフローチャートに示す制御処理を実行する。まず、ステップS100では、圧縮機11から吐出された冷媒の圧力が目標圧力Ptに達したか否か、または凝縮器12を流れる冷却水の温度が目標冷却水温度Ttに達したか否かを判定する。目標冷媒圧力Ptは、ある程度の幅を持った圧力範囲である。目標冷却水温度Ttは、ある程度の幅を持った温度範囲である。
The
圧縮機11から吐出された冷媒の温度に基づいて、圧縮機11から吐出された冷媒が目標圧力Ptに達したか否かを判定してもよい。
It may be determined whether or not the refrigerant discharged from the
ステップS100にて目標冷媒圧力Ptまたは目標冷却水温度Ttに達したと判定した場合、ステップS110へ進み、除霜モードに切り替えてからの経過時間が下限時間を超過したか否かを判定する。 When it is determined that the target refrigerant pressure Pt or the target cooling water temperature Tt is reached in step S100, the process proceeds to step S110, and it is determined whether the elapsed time after switching to the defrost mode exceeds the lower limit time.
ステップS110にて除霜モードに切り替えてからの経過時間が下限時間を超過したと判定した場合、ステップS120へ進み、暖房モードに移行する。 When it is determined in step S110 that the elapsed time after switching to the defrost mode exceeds the lower limit time, the process proceeds to step S120, and the heating mode is entered.
一方、ステップS110にて除霜モードに切り替えてからの経過時間が下限時間を超過しないと判定した場合、ステップS100へ戻る。 On the other hand, when it is determined in step S110 that the elapsed time after switching to the defrost mode does not exceed the lower limit time, the process returns to step S100.
一方、ステップS100にて目標冷媒圧力Ptまたは目標冷却水温度Ttに達していないと判定した場合、ステップS130へ進み、除霜モードに切り替えてからの経過時間が上限時間を超過したか否かを判定する。 On the other hand, when it is determined in step S100 that the target refrigerant pressure Pt or the target cooling water temperature Tt has not been reached, the process proceeds to step S130, and it is determined whether the elapsed time after switching to the defrost mode exceeds the upper limit time. judge.
ステップS130にて除霜モードに切り替えてからの経過時間が上限時間を超過したと判定した場合、ステップS120へ進み、暖房モードに移行する。 When it is determined in step S130 that the elapsed time after switching to the defrost mode exceeds the upper limit time, the process proceeds to step S120, and the heating mode is entered.
一方、ステップS130にて除霜モードに切り替えてからの経過時間が上限時間を超過しないと判定した場合、ステップS100へ戻る。 On the other hand, when it is determined in step S130 that the elapsed time after switching to the defrosting mode does not exceed the upper limit time, the process returns to step S100.
これにより、過渡状態において、圧縮機11から吐出された冷媒の圧力が一時的に変動して目標圧力Ptに達した場合に除霜モードが終了してしまうことを回避できる。
This can prevent the defrosting mode from ending when the pressure of the refrigerant discharged from the
また、除霜モードを実行する時間が最長でも上限時間までに制限されるので、例えば不具合によって冷媒の圧力を検出できなくなった場合にフェイルセーフ機能を持たせることができる。 Further, since the time for executing the defrosting mode is limited to the upper limit time even at the longest, a fail-safe function can be provided when the pressure of the refrigerant cannot be detected due to a malfunction, for example.
本実施形態では、制御装置40は暖房モードと除霜モードとを切り替える。暖房モードでは、室外熱交換器14において冷媒が吸熱するように第1膨張弁13および第2膨張弁15が作動するとともに、凝縮器12および蒸発器16に対して冷却水が互いに独立して循環するように第1接続三方弁38および第2接続三方弁39が作動する。除霜モードでは、室外熱交換器14において冷媒が放熱するように第1膨張弁13および第2膨張弁15が作動するとともに、凝縮器12と蒸発器16との間で冷却水が循環するように第1接続三方弁38および第2接続三方弁39が作動する。
In the present embodiment, the
これによると、除霜モードでは、室外熱交換器14に高温冷媒が流入するので、室外熱交換器14を除霜できる。また、暖房モードのみならず除霜モードにおいても冷媒が相変化するので、除霜モードで室外熱交換器14の除霜を早期に開始できる。
According to this, in the defrosting mode, since the high-temperature refrigerant flows into the
さらに、凝縮器12で冷媒から冷却水に放熱させ、その冷却水の熱を蒸発器16で冷媒に吸熱させるので、従来のホットガスサイクルと比較して、室外熱交換器14に流入する冷媒の圧力を高くすることができる。したがって、室外熱交換器14に流入する冷媒の温度および密度を高くして室外熱交換器14の除霜を早期に終了させることができる。
Further, the
本実施形態では、廃熱機器33は、除霜モード時に凝縮器12と蒸発器16との間で循環する冷却水に熱を供給する。
In the present embodiment, the
これによると、除霜モード時において、廃熱機器33から供給された熱を、蒸発器16で冷媒が蒸発するための熱として利用できるので、蒸発器16で冷媒が蒸発するための熱が不足することを抑制できる。
According to this, in the defrosting mode, the heat supplied from the
本実施形態では、制御装置40は、暖房モード時にヒータコア22とヒータ23と凝縮器12との間で冷却水が循環するように第1接続三方弁38および第2接続三方弁39を作動させる。制御装置40は、除霜モード時に凝縮器12に対して独立してヒータコア22とヒータ23との間で冷却水が循環するように第1接続三方弁38および第2接続三方弁39を作動させる。
In the present embodiment, the
これにより、除霜モードでは、室外熱交換器14を除霜しつつ車室内を暖房することができる。
Accordingly, in the defrosting mode, the vehicle interior can be heated while defrosting the
本実施形態では、制御装置40は、除霜モード時に室外送風機17から室外熱交換器14への送風を停止させる。これにより、室外熱交換器14の冷媒の熱が外気に放熱されることを抑制できるので、室外熱交換器14を効率良く除霜できる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、制御装置40は、暖房モード時において外気の温度から蒸発器16の冷却水の温度を減じた温度差が閾値よりも大きくなった場合、除霜モードに切り替える。これにより、室外熱交換器14の除霜の必要性を適切に判断して除霜モードに切り替えることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、制御装置40は、暖房モード時および除霜モード時に、蒸発器16で冷却された冷却水がクーラコア32をバイパスして流れるようにクーラコア側開閉弁34および廃熱機器側開閉弁35を作動させる。
In the present embodiment, the
これによると、暖房モード時および除霜モードでは、冷却水の熱がクーラコア32を介して空気に放熱されることを抑制できる。そのため、暖房モードでは、クーラコア32で冷却された空気がヒータコア22に流入して暖房効率が低下することを抑制でき、除霜モードでは、室外熱交換器14を効率良く除霜できる。
According to this, in the heating mode and the defrosting mode, the heat of the cooling water can be suppressed from being radiated to the air via the
例えば、制御装置40は、除霜モード時に、圧縮機11から吐出された冷媒の圧力が目標圧力まで上昇する、または凝縮器12と蒸発器16との間で循環する冷却水の温度が目標温度まで上昇するように圧縮機11を作動させる。
For example, in the defrosting mode, the
これにより、除霜モードにおいて、冷凍サイクルの性能や効率よりも、室外熱交換器14の除霜効率を優先させることができるので、室外熱交換器14の除霜を一層早期に除霜できる。
Accordingly, in the defrosting mode, the defrosting efficiency of the
本実施形態では、図5のステップS100〜S120で説明したように、制御装置40は、除霜モード時に、圧縮機11から吐出された冷媒の圧力が目標圧力まで上昇し、または凝縮器12と蒸発器16との間で循環する冷却水の温度が目標温度まで上昇し、且つ除霜モードに切り替えてから経過した時間が下限時間を上回った場合、暖房モードに切り替える。
In the present embodiment, as described in steps S100 to S120 of FIG. 5, in the defrosting mode, the
これにより、除霜モードにおいて、室外熱交換器14の除霜が完了したことを適切に判断して暖房モードに切り替えることができるとともに、暖房モードと除霜モードとの切り替えにおいて制御ハンチングが起こることを抑制できる。
As a result, in the defrost mode, it is possible to appropriately determine that the defrosting of the
本実施形態では、図5のステップS130で説明したように、制御装置40は、除霜モード時において、除霜モードに切り替えてから経過した時間が上限時間に到達した場合、暖房モードに切り替える。
In the present embodiment, as described in step S130 of FIG. 5, in the defrost mode, the
これにより、冷媒の圧力や冷却水の温度が過剰に上昇することに対するフェイルセーフ機能を有することができる。 As a result, it is possible to have a fail-safe function against an excessive rise in the pressure of the refrigerant and the temperature of the cooling water.
制御装置40は、除霜モードにおいて、凝縮器12および蒸発器16に対して冷却水が互いに独立して循環するように第1接続三方弁38および第2接続三方弁39を作動させた後に、暖房モードに切り替わるように第1接続三方弁38および第2接続三方弁39を作動させるのが好ましい。
In the defrosting mode, the
例えば、制御装置40は、除霜モードにおいて、凝縮器12と蒸発器16との間を循環する冷却水の温度が所定温度まで上昇したら凝縮器12および蒸発器16に対して冷却水が互いに独立して循環するように第1接続三方弁38および第2接続三方弁39を作動させる。
For example, when the temperature of the cooling water circulating between the
これによると、除霜モードから暖房モードに切り替える際に、蒸発器16に不要なエネルギーが伝達されることを回避できる。除霜モードの最後の段階では、蒸発器16に蓄積された熱を室外熱交換器14の除霜に使用できるからである。蒸発器16に不要なエネルギーが伝達されることを回避できるので、圧縮機11の消費動力を低減できる。
According to this, when switching from the defrost mode to the heating mode, it is possible to prevent unnecessary energy from being transmitted to the
制御装置40は、除霜モードから暖房モードに切り替わるように第1接続三方弁38および第2接続三方弁39を作動させた後に、室外送風機17を起動するのが好ましい。
It is preferable that the
例えば、制御装置40は、除霜モードから暖房モードに切り替わった後、室外熱交換器14の温度が外気温度を下回ってから室外熱交換器14を起動する。
For example, the
これによると、除霜モードから暖房モードに切り替えた直後における外気への熱損失を回避できる。除霜モードから暖房モードに切り替えた直後では、室外熱交換器14の温度が外気の温度よりも高くなっているからである。
According to this, it is possible to avoid heat loss to the outside air immediately after switching from the defrosting mode to the heating mode. This is because the temperature of the
制御装置40は、暖房モードから除霜モードに切り替わった場合、ヒータ23を作動させ、除霜モードから暖房モードに切り替わり且つヒータコア22を循環する冷却水の温度が所定温度以上である場合、ヒータ23を停止させるのが好ましい。
The
これによると、暖房モードにおいてヒータ23が無駄に電力を消費することを抑制できる。例えば、制御装置40は、除霜モードから暖房モードに切り替える前に、ヒータ23の出力を徐々に低下させるようにしてもよい。
According to this, it is possible to prevent the
(他の実施形態)
上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
The above embodiment can be variously modified as follows, for example.
(1)上記実施形態では、第1膨張弁13および第2膨張弁15の絞り開度が変更されることによって、暖房モードと除霜モードとが切り替えられるが、第1膨張弁13および第2膨張弁15に対して冷媒の流路を切り替えることによって暖房モードと除霜モードとが切り替えられるようにしてもよい。
(1) In the above-described embodiment, the heating mode and the defrosting mode are switched by changing the throttle openings of the
例えば、冷媒が第1膨張弁13をバイパスして流れる冷媒流路と、冷媒が第2膨張弁15をバイパスして流れる冷媒流路と、両冷媒流路を開閉する開閉弁とを備え、暖房モードでは冷媒が第1膨張弁13を流れるとともに第2膨張弁15をバイパスして流れ、除霜モードでは冷媒が第1膨張弁13をバイパスして流れるとともに第2膨張弁15を流れるようにしてもよい。
For example, a refrigerant flow path in which the refrigerant flows by-passing the
(2)上記実施形態では、熱媒体として冷却水を用いているが、油などの各種媒体を熱媒体として用いてもよい。 (2) In the above embodiment, cooling water is used as the heat medium, but various media such as oil may be used as the heat medium.
熱媒体として、ナノ流体を用いてもよい。ナノ流体とは、粒子径がナノメートルオーダーのナノ粒子が混入された流体のことである。ナノ粒子を熱媒体に混入させることで、エチレングリコールを用いた冷却水のように凝固点を低下させて不凍液にする作用効果に加えて、次のような作用効果を得ることができる。 A nanofluid may be used as the heat medium. The nanofluid is a fluid in which nanoparticles having a particle size of nanometer order are mixed. By mixing the nanoparticles in the heat medium, the following action and effect can be obtained in addition to the action and effect of lowering the freezing point to make the antifreeze like cooling water using ethylene glycol.
すなわち、特定の温度帯での熱伝導率を向上させる作用効果、熱媒体の熱容量を増加させる作用効果、金属配管の防食効果やゴム配管の劣化を防止する作用効果、および極低温での熱媒体の流動性を高める作用効果を得ることができる。 That is, the effect of improving the thermal conductivity in a specific temperature range, the effect of increasing the heat capacity of the heat medium, the effect of preventing the corrosion of metal pipes and the deterioration of rubber pipes, and the heat medium at cryogenic temperature It is possible to obtain the effect of increasing the fluidity of
このような作用効果は、ナノ粒子の粒子構成、粒子形状、配合比率、付加物質によって様々に変化する。 Such action and effect are variously changed depending on the particle composition of the nanoparticles, the particle shape, the compounding ratio, and the additional substance.
これによると、熱伝導率を向上させることができるので、エチレングリコールを用いた冷却水と比較して少ない量の熱媒体であっても同等の冷却効率を得ることが可能になる。 According to this, since the thermal conductivity can be improved, it is possible to obtain the same cooling efficiency even with a smaller amount of the heat medium as compared with the cooling water using ethylene glycol.
また、熱媒体の熱容量を増加させることができるので、熱媒体自体の顕熱による蓄冷熱量を増加させることができる。 Moreover, since the heat capacity of the heat medium can be increased, the amount of cold heat accumulated by the sensible heat of the heat medium itself can be increased.
蓄冷熱量を増加させることにより、圧縮機11を作動させない状態であっても、ある程度の時間は蓄冷熱を利用した機器の冷却、加熱の温調が実施できるため、車両用熱管理装置の省動力化が可能になる。
By increasing the amount of cold storage heat, even if the
ナノ粒子のアスペクト比は50以上であるのが好ましい。十分な熱伝導率を得ることができるからである。なお、アスペクト比は、ナノ粒子の縦×横の比率を表す形状指標である。 The nanoparticles preferably have an aspect ratio of 50 or more. This is because a sufficient thermal conductivity can be obtained. The aspect ratio is a shape index that represents the ratio of the vertical and horizontal directions of the nanoparticles.
ナノ粒子としては、Au、Ag、CuおよびCのいずれかを含むものを用いることができる。具体的には、ナノ粒子の構成原子として、Auナノ粒子、Agナノワイヤー、CNT、グラフェン、グラファイトコアシェル型ナノ粒子、およびAuナノ粒子含有CNTなどを用いることができる。 As the nanoparticles, particles containing any of Au, Ag, Cu and C can be used. Specifically, Au nanoparticles, Ag nanowires, CNTs, graphene, graphite core-shell nanoparticles, Au nanoparticle-containing CNTs, and the like can be used as the constituent atoms of the nanoparticles.
CNTはカーボンナノチューブである。グラファイトコアシェル型ナノ粒子は、上記原子を囲むようにカーボンナノチューブ等の構造体があるような粒子体である。 CNT are carbon nanotubes. The graphite core-shell type nanoparticles are particles having a structure such as a carbon nanotube surrounding the above atoms.
(3)上記実施形態の冷凍サイクル装置10では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を用いてもよい。
(3) In the
また、上記実施形態の冷凍サイクル10は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているが、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。
Further, the
11 圧縮機
12 凝縮器(第1熱媒体冷媒熱交換器)
13 第1膨張弁(第1減圧部)
14 室外熱交換器(外気冷媒熱交換器)
15 第2膨張弁(第2減圧部)
16 蒸発器(第2熱媒体冷媒熱交換器)
22 ヒータコア
23 HVヒータ(ヒータ)
38 第1接続三方弁(切替部)
39 第2接続三方弁(切替部)
40 制御装置(制御部)
11
13 1st expansion valve (1st decompression section)
14 Outdoor heat exchanger (outside air refrigerant heat exchanger)
15 Second expansion valve (second decompression section)
16 Evaporator (second heat medium refrigerant heat exchanger)
22
38 First connection three-way valve (switching part)
39 Second connection three-way valve (switching part)
40 Control device (control unit)
Claims (12)
前記圧縮機から吐出された前記冷媒から熱媒体に放熱させる第1熱媒体冷媒熱交換器(12)と、
前記第1熱媒体冷媒熱交換器から流出した前記冷媒を減圧させる第1減圧部(13)と、
前記第1減圧部から流出した前記冷媒と外気とを熱交換させる外気冷媒熱交換器(14)と、
前記外気冷媒熱交換器から流出した前記冷媒を減圧させる第2減圧部(15)と、
前記第2減圧部から流出した前記冷媒に前記熱媒体から吸熱させる第2熱媒体冷媒熱交換器(16)と、
前記第1熱媒体冷媒熱交換器および前記第2熱媒体冷媒熱交換器に対して前記熱媒体が互いに独立して循環する状態と、前記第1熱媒体冷媒熱交換器と前記第2熱媒体冷媒熱交換器との間で前記熱媒体が循環する状態とを切り替える切替部(38、39)と、
前記外気冷媒熱交換器において前記冷媒が吸熱するように前記第1減圧部および前記第2減圧部が作動するとともに、前記第1熱媒体冷媒熱交換器および前記第2熱媒体冷媒熱交換器に対して前記熱媒体が互いに独立して循環するように前記切替部が作動する第1モードと、前記外気冷媒熱交換器において前記冷媒が放熱するように前記第1減圧部および前記第2減圧部が作動するとともに、前記第1熱媒体冷媒熱交換器と前記第2熱媒体冷媒熱交換器との間で前記熱媒体が循環するように前記切替部が作動する第2モードとを切り替える制御部(40)とを備える冷凍サイクル装置。 A compressor (11) for drawing in and discharging the refrigerant;
A first heat medium refrigerant heat exchanger (12) for radiating heat to the heat medium from the refrigerant discharged from the compressor;
A first pressure reducing section (13) for reducing the pressure of the refrigerant flowing out of the first heat medium refrigerant heat exchanger;
An outside air refrigerant heat exchanger (14) for exchanging heat between the refrigerant flowing out from the first pressure reducing section and the outside air;
A second pressure reducing section (15) for reducing the pressure of the refrigerant flowing out of the outside air refrigerant heat exchanger;
A second heat medium refrigerant heat exchanger (16) for causing the refrigerant flowing out of the second pressure reducing section to absorb heat from the heat medium;
A state in which the heat medium circulates independently of each other with respect to the first heat medium refrigerant heat exchanger and the second heat medium refrigerant heat exchanger, and the first heat medium refrigerant heat exchanger and the second heat medium A switching unit (38, 39) for switching between a state in which the heat medium circulates with the refrigerant heat exchanger,
The first decompression unit and the second decompression unit operate so that the refrigerant absorbs heat in the outside air refrigerant heat exchanger, and the first heat medium refrigerant heat exchanger and the second heat medium refrigerant heat exchanger are provided. On the other hand, a first mode in which the switching unit operates so that the heat medium circulates independently of each other, and the first decompression unit and the second decompression unit so that the refrigerant radiates heat in the outside air refrigerant heat exchanger. And a second mode in which the switching section operates so that the heat medium circulates between the first heat medium refrigerant heat exchanger and the second heat medium refrigerant heat exchanger. (40) A refrigeration cycle apparatus comprising:
電力が供給されることによって発熱して前記熱媒体を加熱するヒータ(23)と備え、
前記切替部は、前記ヒータコアと前記ヒータと前記第1熱媒体冷媒熱交換器との間で前記熱媒体が循環する状態と、前記第1熱媒体冷媒熱交換器に対して独立して前記ヒータコアと前記ヒータとの間で前記熱媒体が循環する状態とを切り替えるようになっており、
前記制御部は、
前記第1モード時に前記ヒータコアと前記ヒータと前記第1熱媒体冷媒熱交換器との間で前記熱媒体が循環するように前記切替部を作動させ、
前記第2モード時に前記第1熱媒体冷媒熱交換器に対して独立して前記ヒータコアと前記ヒータとの間で前記熱媒体が循環するように前記切替部を作動させる請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。 A heater core (22) for heating the air by exchanging heat between the air blown into the passenger compartment and the heat medium;
A heater (23) that heats the heat medium by generating heat when electric power is supplied;
The switching unit includes a state in which the heat medium circulates between the heater core, the heater, and the first heat medium/refrigerant heat exchanger, and the heater core independently of the first heat medium/refrigerant heat exchanger. And a state in which the heat medium circulates between the heater and the heater,
The control unit is
Activating the switching unit so that the heat medium circulates between the heater core, the heater, and the first heat medium refrigerant heat exchanger in the first mode,
The switching unit is operated so as to circulate the heat medium between the heater core and the heater independently of the first heat medium refrigerant heat exchanger in the second mode. Refrigeration cycle equipment.
前記制御部は、前記第2モード時に前記外気送風部から前記外気冷媒熱交換器への送風を停止させる請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 An outside air blower (17) for blowing the outside air to the outside air refrigerant heat exchanger,
The said control part is a refrigerating cycle apparatus as described in any one of Claim 1 thru|or 3 which stops the ventilation from the said external air ventilation part to the said external air refrigerant heat exchanger in the said 2nd mode.
前記第2熱媒体冷媒熱交換器で冷却された前記熱媒体が前記クーラコアを流れる状態と、前記第2熱媒体冷媒熱交換器で冷却された前記熱媒体が前記クーラコアをバイパスして流れる状態とを切り替えるクーラコア用切替部(34、35)とを備え、
前記制御部は、前記第1モード時および前記第2モード時に、前記第2熱媒体冷媒熱交換器で冷却された前記熱媒体が前記クーラコアをバイパスして流れるように前記クーラコア用切替部を作動させる請求項1ないし5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 A cooler core (32) for allowing the heat medium cooled by the second heat medium refrigerant heat exchanger to absorb heat from the air;
A state in which the heat medium cooled by the second heat medium/refrigerant heat exchanger flows through the cooler core, and a state in which the heat medium cooled by the second heat medium/refrigerant heat exchanger bypasses the cooler core. And a cooler core switching unit (34, 35) for switching between
In the first mode and the second mode, the control unit operates the cooler core switching unit so that the heat medium cooled by the second heat medium refrigerant heat exchanger flows by bypassing the cooler core. The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 5.
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