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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023183719
(43)【公開日】2023-12-28
(54)【発明の名称】車両用空調装置
(51)【国際特許分類】
   B60H 1/22 20060101AFI20231221BHJP
   F25B 1/00 20060101ALI20231221BHJP
   F25B 47/02 20060101ALI20231221BHJP
【FI】
B60H1/22 651C
B60H1/22 651A
F25B1/00 399Y
F25B47/02 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022097380
(22)【出願日】2022-06-16
(71)【出願人】
【識別番号】000001845
【氏名又は名称】サンデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000383
【氏名又は名称】弁理士法人エビス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】清水 宣伯
【テーマコード(参考)】
3L211
【Fターム(参考)】
3L211BA27
3L211DA26
3L211DA34
3L211DA35
3L211GA36
3L211GA37
(57)【要約】
【課題】室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行う。
【解決手段】冷媒回路と、冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、冷媒回路及び熱媒体回路を制御すると共に、流路切替部を制御して流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、を備えた車両用空調装置であって、高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、複数の蓄熱部のうち少なくとも1つの蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を外部熱交換器に流す、車両用空調装置を提供する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒回路と、
前記冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、
前記冷媒回路及び前記熱媒体回路を制御すると共に、前記流路切替部を制御して前記流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、備えた車両用空調装置であって、
複数の前記流路は、
前記冷媒回路により加熱された熱媒体が循環する高温熱媒体流路と、
前記冷媒回路により冷却された熱媒体が循環する低温熱媒体流路と、
熱媒体との熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含む蓄熱流路と、
外気と熱媒体との熱交換を行う外部熱交換器を含む室外流路と、を含み、
前記制御部は、前記流路切替部を制御して、
前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、前記複数の蓄熱部のうち少なくとも1つの前記蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を前記室外流路に流す、車両用空調装置。
【請求項2】
前記制御部は、
前記蓄熱流路のうち第1蓄熱部を通過した熱媒体を前記低温熱媒体流路に流すことにより前記第1蓄熱部を吸熱源として車室内の暖房を行うと共に、前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を前記蓄熱流路のうち第2蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合させ、混合させた熱媒体を前記室外流路に流す、請求項1に記載の車両用空調装置。
【請求項3】
前記熱媒体回路は、
空調ユニットに配備され車室内に送風する空気と熱媒体との熱交換を行う複数の室内熱交換器を含む空調流路を含み、
前記制御部は、
前記高温熱媒体流路と前記空調流路とを接続し、複数の前記室内熱交換器の少なくとも1つを通過した熱媒体を、前記第2蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる、請求項2記載の車両用空調装置。
【請求項4】
前記空調流路は、
車室内空間に吹き出される空気と熱交換を行う第1室内熱交換器と、車室内の一部に吹き出される空気と熱交換を行う第2室内熱交換器とを含み、
前記制御部は、
前記高温熱媒体流路と前記空調流路とを接続し、前記第2室内熱交換器が前記第1室内熱交換器より上流側となるように熱媒体を流す、請求項3記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用の空調装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ヒートポンプ式の冷媒回路を用いた車両用空調装置として、圧縮機、放熱用の凝縮器、膨張機構、吸熱用の蒸発器を含む冷媒回路と、凝縮器又は蒸発器において冷媒と熱交換した熱媒体が循環する熱媒体回路と、熱媒体回路を循環する熱媒体が通過する熱交換器を内部に備える車室内空調ユニットとを備えたものが知られている。
【0003】
このような車両用空調装置において、暖房運転時に室外熱交換器に着霜が生じると暖房能力が低下するため、除霜を行う必要がある。この場合、通常、一時的に暖房運転を停止したり、出力を低下させたりして除霜運転を行い、必要に応じて補助ヒータ等の加熱手段を作動させて車室内の暖房を補っている(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2018-128243号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のように、除霜運転時には、暖房運転を一時的に停止させたり、出力を低下させたりする必要が生じ、車室内の暖房を十分に行うことができない。これを補うために補助ヒータ等の加熱手段を作動させる場合には、そのための電力を要することとなる。このように、車両用空調装置では、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させること、すなわち、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを共に効率よく十分に行うことが難しいという問題があった。
【0006】
本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、ヒートポンプ式冷媒回路を備えた車両用空調装置において、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うこと、などが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
このような課題を解決するために、本発明の一態様は、以下の構成を具備する。
すなわち、本発明の一態様に係る車両用空調装置は、冷媒回路と、前記冷媒回路により加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路と、複数の前記流路の接続状態を切替える流路切替部と、を有する熱媒体回路と、前記冷媒回路及び前記熱媒体回路を制御すると共に、前記流路切替部を制御して前記流路への熱媒体の流れを制御する制御部と、を備えた車両用空調装置であって、複数の前記流路は、前記冷媒回路により加熱された熱媒体が循環する高温熱媒体流路と、前記冷媒回路により冷却された熱媒体が循環する低温熱媒体流路と、熱媒体との熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含む蓄熱流路と、外気と熱媒体との熱交換を行う外部熱交換器を含む室外流路と、を含み、前記制御部は、前記流路切替部を制御して、前記高温熱媒体流路を循環する熱媒体を、前記複数の蓄熱部のうち少なくとも1つの前記蓄熱部を通過した熱媒体に所定の割合で混合し、混合した熱媒体を前記室外流路に流す。
【発明の効果】
【0008】
このような特徴を備えた本発明の車両用空調装置によると、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の実施形態に係る車両用空調装置の概略構成を示す説明図である。
図2】本発明の実施形態に係る車両用空調装置の制御部の概略構成を示すブロック図である。
図3】本発明の実施形態に係る車両用空調装置における外気吸熱暖房・蓄熱モード実行時の熱媒体の流れを示す説明図である。
図4】本発明の実施形態に係る車両用空調装置における蓄熱吸熱暖房・除霜モード実行時の熱媒体の流れを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
【0011】
図1に示すように、本発明の実施形態に係る熱媒体回路10は、例えば、車両に搭載され、車載機器の温調や車室内の空調を行う車両用空調装置1に適用される。
車両用空調装置1は、熱源となる冷媒回路Rと、冷媒との熱交換によって温度管理された熱媒体を循環させる熱媒体回路10と、熱媒体回路10を循環する熱媒体によって温度調節された空気を車室内に供給する主空調ユニット80及び個別空調ユニット90と、を備えている。
【0012】
図1に示す例では、冷媒回路Rは、圧縮機11、凝縮器12、膨張弁13、蒸発器14及びアキュームレータ15が順次冷媒配管で接続されて構成され、冷媒を循環させる閉回路である。この他、冷媒回路Rは、例えば、凝縮器12の下流にレシーバを備えるような回路であってもよい。
【0013】
熱媒体回路10は、冷媒回路Rにより加熱又は冷却される熱媒体が循環する複数の流路(後述)と、タンク50(貯留部)、複数の流路の接続状態を切替える流路切替部としての第1流路切替部V1、第2流路切替部V2、及び第3流路切替部V3を含んで構成されている。
熱媒体回路10は、複数の流路として、高温熱媒体流路20、低温熱媒体流路30、蓄熱流路40、室外流路60及び空調流路70を含んでいる。
【0014】
高温熱媒体流路20は、冷媒回路Rによって加熱された熱媒体が循環する。より詳しくは、高温熱媒体流路20は、冷媒回路Rにおける凝縮器12と一体になって、熱媒体-冷媒の熱交換を行う高温熱交換器21(加熱部)を備えており、第1ポンプP1によって圧送された熱媒体が、高温熱交換器21を通過する間に冷媒回路Rにおける凝縮器12での冷媒の放熱で高温になって循環する。
【0015】
低温熱媒体流路30は、冷媒回路Rによって冷却された熱媒体が循環する。低温熱媒体流路30は、冷媒回路Rにおける蒸発器14と一体になって、熱媒体-冷媒の熱交換を行う低温熱交換器31(冷却部)を備えており、第2ポンプP2によって圧送された熱媒体が、低温熱交換器31を通過する間に冷媒回路Rにおける蒸発器14での冷媒の吸熱で低温になって循環する。
【0016】
蓄熱流路40は、熱媒体と熱交換を行うと共に熱媒体の熱を蓄熱する複数の蓄熱部を含んでいる。蓄熱流路40に設けられる蓄熱部として、電動車両におけるバッテリの温調を行うバッテリ用熱交換器41、走行用モータの温調を行うモータ用熱交換器42、インバータの温調を行うインバータ用熱交換器43、及び、パワーコントロールユニットの温調を行うPCU用熱交換器44等の駆動に伴って発熱を生じる車載機器に設けられる熱交換器を適用することができる。これにより、蓄熱した熱媒体の熱や、各車載機器から生じる熱を空調に利用することができる。蓄熱流路40において熱媒体は第3ポンプP3によって圧送され、バッテリ用熱交換器41、モータ用熱交換器42、インバータ用熱交換器43、及び、PCU用熱交換器44を通過する。
【0017】
蓄熱流路40では、バッテリ用熱交換器41を含む第1蓄熱流路401と、モータ用熱交換器42、インバータ用熱交換器43及びPCU用熱交換器44を含む第2蓄熱流路402とが、第2流路切替部V2を介して接続されている。また、第1蓄熱流路401及び第2蓄熱流路402は、第2流路切替部V2を制御することで、互いに独立した流路又は接続した流路とすることができる。
【0018】
室外流路60は、外気との熱交換を行う室外熱交換器45を含んでいる。
空調流路70は、主空調ユニット80に配備され熱媒体と車室内に送風される空気との熱交換を行う第1主熱交換器81及び第2主熱交換器82と、個別空調ユニット90に配備され熱媒体と各シート毎に送風される空気との熱交換を行う第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92とを含んでいる。
【0019】
このように、車両用空調装置1において、熱媒体回路10の各流路、すなわち、高温熱媒体流路20、低温熱媒体流路30、蓄熱流路40、室外流路60及び空調流路70が、流路切替部としての第1流路切替部V1、第2流路切替部V2及び第3流路切替部V3を介して接続されている。これらの第1流路切替部V1、第2流路切替部V2及び第3流路切替部V3を後述する制御部100により制御することで、各流路の接続状態を切り替えて、互いに独立した流路又は一部が接続した流路とすることができる。
【0020】
タンク50は、流入口52を介して高温熱媒体流路20に、流入口54を介して蓄熱流路40に、流出口53を介して低温熱媒体流路30にそれぞれ接続されている。
高温熱媒体流路20には、第1ポンプP1の熱媒体上流側に流入口52に接続される接続部28が設けられている。蓄熱流路40には、各温調対象用熱交換器の熱媒体下流側に流入口54に接続される接続部48が設けられている。低温熱媒体流路30には、第2ポンプP2の熱媒体上流側に流出口53に接続される接続部38が設けられている。
【0021】
すなわち、タンク50は、図1に示すように、流入口52によって高温熱媒体流路20における第1ポンプP1の上流側と接続され、流入口54によって蓄熱流路40におけるモータ用熱交換器42の熱媒体下流側と接続され、流出口53によって低温熱媒体流路30における第2ポンプP2の熱媒体上流側に接続される。
【0022】
また、接続部28からタンク50の流入口52に至る経路において、流入口52の近傍にリリーフ弁57が設けられている。これにより、高温熱媒体流路20を循環する熱媒体の温度の上昇により熱媒体が膨張し、高温熱媒体流路20の回路容量に対して熱媒体量が大きくなった場合に、リリーフ弁57が開状態となり、高温熱媒体流路20から熱媒体が流入口52を介してタンク50に流入する。
【0023】
同様に、接続部48からタンク50の流入口54に至る経路において、流入口54の近傍にリリーフ弁58が設けられている。これにより、蓄熱流路40を循環する熱媒体の温度の上昇により熱媒体が膨張し、蓄熱流路40の回路容量に対して熱媒体量が大きくなった場合に、リリーフ弁58が開状態となり、蓄熱流路40から熱媒体が流入口54を介してタンク50に流入する。
【0024】
一方、低温熱媒体流路30を循環する熱媒体の温度が低下して熱媒体が収縮すると、タンク50に貯留した熱媒体が流出口53から流出し、接続部38を介して低温熱媒体流路30に流入する。
【0025】
なお、熱媒体回路10を循環する熱媒体としては、添加剤が入っていない水或いは不凍性剤や防腐剤等の添加剤が混合された水、更には油等の液熱媒体などを採用することができる。
【0026】
主空調ユニット80は、空気(外気又は内気)を主空調ユニット80に吸い込む吸込口83と、吸込口83から吸い込まれた空気を空気流通路84に送風する送風機87と、空気流通路84内に設けられ熱媒体回路10を循環する熱媒体が流れる第1主熱交換器81及び第2主熱交換器82と、第1主熱交換器81を通過した後の空気流通路84内の空気を第2主熱交換器82に通風させる割合を調整するエアミックスダンパ89を備えている。
【0027】
主空調ユニット80では、吸込口83から空気流通路84に導入された空気を第1主熱交換器81のみ、又は、第1主熱交換器81及び第2主熱交換器82の双方に通風させ、第1主熱交換器81及び第2主熱交換器82において熱媒体と熱交換することで温調された空気を車室内に送風する。
【0028】
個別空調ユニット90は、空調流路70を循環する熱媒体が流れる第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92と、個別空調ユニット90における、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92への熱媒体の流入を制御すると共に流量調整が可能な三方弁95(流量調整部)と、を備え、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92の何れか一方又は双方を通過する空気を車室内に送風する。
【0029】
第1個別熱交換器91は、吸込口931から導入され、送風機971によって送風された空気が流通する空気流通路941に設けられている。同様に、第2個別熱交換器92は、吸込口932から導入され送風機972によって送風された空気が流通する空気流通路942に設けられている。
【0030】
このように、車両用空調装置1において、熱媒体回路10の各流路、すなわち、高温熱媒体流路20、低温熱媒体流路30、蓄熱流路40、室外流路60及び空調流路70が、流路切替部としての第1流路切替部V1、第2流路切替部V2及び第3流路切替部V3を介して接続されている。これらの第1流路切替部V1、第2流路切替部V2及び第3流路切替部V3を後述する制御部100により制御することで、各流路の接続状態を切り替えて、互いに独立した流路又は一部が接続した流路とすることができる。
【0031】
つまり、熱媒体回路10の高温熱媒体流路20及び低温熱媒体流路30が、空調目的や目標空調温度に応じて蓄熱流路40、室外流路60及び空調流路70のいずれかに接続され、接続された流路に熱媒体が流れるように、制御部100により第1流路切替部V1、第2流路切替部V2及び三方弁85,95の制御が行われる。これにより、高温熱媒体流路20又は低温熱媒体流路30の一方又は両方において温調された熱媒体が、第1流路切替部V1、第2流路切替部V2及び三方弁85,95を経由して第1主熱交換器81、第2主熱交換器82、第1個別熱交換器91又は第2個別熱交換器92のうち接続された熱交換器に流入し、車室内の空調が行われる。
【0032】
図2に、車両用空調装置1の制御を司る制御部100の概略構成を示す。なお、図2において、本実施形態に係る車両用空調装置1による動作に直接関係しない構成については図示及び説明を適宜省略している。
【0033】
制御部100は、走行用モータ、インバータ、パワーコントロールユニットの駆動制御やバッテリの充放電制御を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ(ECU)200に車両通信バスを介して接続され、情報の送受信を行う。制御部100及び車両コントローラ200には何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例としてのマイクロコンピュータを適用することができる。
【0034】
制御部100には、次の各センサや機器が接続され、これらの各センサ等の出力が入力される。すなわち、制御部100には、高温熱交換器21に流入して凝縮器12によって加熱された熱媒体の温度を検出する温度センサTC21、低温熱交換器31に流入して蒸発器14によって冷却された熱媒体の温度を検出する温度センサTC31、主空調ユニット80の第1主熱交換器81及び第2主熱交換器82に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサTC80、個別空調ユニット90の第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサTC90、バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサTC41(バッテリ自体の温度、バッテリ用熱交換器41に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度)、モータの温度を検出するモータ温度センサTC42(モータ自体の温度、モータ用熱交換器42に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度)、インバータの温度を検出するインバータ温度センサTC43(インバータ自体の温度、インバータ用熱交換器43に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度)、及び、パワーコントロールユニットの温度を検出するPCU温度センサTC44(PCU自体の温度、PCU用熱交換器44に流入又は流出する熱媒体の温度のうち、いずれかの温度)、が接続されている。
【0035】
一方、制御部100の出力には、膨張弁13、1ポンプP1、第2ポンプP2、第3ポンプP3、第1流路切替部V1、第2流路切替部V2、第3流路切替部V3、三方弁85,95、送風機87,971,972、及びエアミックスダンパ89が接続されている。そして、制御部100は各センサの出力と空調操作部300にて入力された設定、車両コントローラ200からの情報に基づいてこれらを制御する。
【0036】
以下、このように構成された車両用空調装置1による動作について説明する。本実施形態に係る車両用空調装置1では、例えば、主空調ユニット80又は個別空調ユニット90を用いた暖房モード、冷房モード及び除湿モード、室外熱交換器45の除霜モード、車載機器の冷却又は暖機を含む温調モードなどの様々な動作モードを実行することができる。
【0037】
上記した各種動作モードの実行時において、車両用空調装置1の冷媒回路Rでは、制御部100により圧縮機11の回転数等を適宜制御しながら、凝縮器12の放熱と蒸発器14の吸熱を利用して車室内に供給される空気を目標温度に調整し、車室内の空調を行う。冷媒回路Rにおいて、冷媒は、次のように循環する。
【0038】
すなわち、圧縮機11から吐出された高圧のガス冷媒は、凝縮器12において高温熱交換器21を通過する熱媒体と熱交換することにより放熱して液化凝縮し、高圧の液冷媒となる。凝縮器12から流出した高圧液冷媒は、膨張弁13によって減圧されて膨張し、低圧冷媒となり、蒸発器14に流入する。蒸発器14に流入した低圧冷媒は、蒸発器14において低温熱交換器31を通過する熱媒体と熱交換することにより蒸発し、ガス冷媒となって蒸発器14を流出し、アキュームレータ15を介して圧縮機11へ戻る。
【0039】
本実施形態にかかる車両用空調装置では、車室内を暖房する動作モードとして、車室内の暖房と合わせて蓄熱部への蓄熱を行う外気吸熱暖房・蓄熱モードと、暖房と室外熱交換器45の除霜を同時に行う蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを実行することができる。これら2つのモードは、室外熱交換器45の着霜の状態に応じて適宜切り替えることが好ましい。以下、外気吸熱暖房・蓄熱モード及び蓄熱吸熱暖房・除霜モードについて説明する。
【0040】
(1)外気吸熱暖房・蓄熱モード
外気吸熱暖房・蓄熱モードは、室外熱交換器45を吸熱源として用い、バッテリ用熱交換器41、モータ用熱交換器42、インバータ用熱交換器43及びPCU用熱交換器44などの各車載機器用熱交換器を蓄熱部として用いることで、各種車載機器において生じた熱を蓄熱しながら、暖房を行う動作モードである。
【0041】
外気吸熱暖房・蓄熱モードの実行時は、高温熱媒体流路20において、凝縮器12を通過する冷媒と高温熱交換器21を通過する熱媒体とを熱交換させて加熱された熱媒体を、主空調ユニット80の第1主熱交換器81及び第2主熱交換器82に導入させると共に、個別空調ユニット90の第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92に導入させる。また、低温熱媒体流路30において、蒸発器14を通過する冷媒と低温熱交換器31を通過する熱媒体とを熱交換させて冷却された熱媒体を、吸熱源としての室外熱交換器45に導入させる。
外気吸熱暖房・蓄熱モードにおける熱媒体の流れを図3に示す。
【0042】
図3では、熱媒体の流れについて、高温の熱媒体が循環する配管を黒色の実線で示し、低温度の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示している。また、高温と低温の中間の温度の熱媒体が循環する配管を灰色の実線で示している。
制御部100は、第1流路切替部V1、第2流路切替部V2、第3流路切替部V3、及び三方弁85,95を制御して、熱媒体回路10において以下のように熱媒体を循環させる。
【0043】
制御部100は、高温熱媒体流路20と空調流路70とを接続して、高温熱交換器21を通過して加熱された熱媒体を高温熱媒体流路20と空調流路70に循環させる。
すなわち、高温熱交換器21を通過して加熱された熱媒体は、第1流路切替部V1を経由して三方弁85に流入する。三方弁85に流入した熱媒体は、一部が第2主熱交換器82に流れ、残りが三方弁95に向かって流れる。
【0044】
第2主熱交換器82に流入した熱媒体は、空気流通路84を通過する空気と熱交換した後に、合流部72に流れる。三方弁95に流入した熱媒体は、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92に流れるように分流され、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92において空気流通路941,942を通過する空気とそれぞれ熱交換し、合流部71において合流した後に、合流部72に流れる。
【0045】
第2主熱交換器82、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92をそれぞれ流れた熱媒体は、合流部72において合流し、第1流路切替部V1を経由して第1主熱交換器81に流入し、空気流通路84を通過する空気と熱交換する。第1主熱交換器81を出た熱媒体は、第1流路切替部V1及び第3流路切替部V3を経由して第1ポンプP1により高温熱交換器21に戻る循環を繰り返す。
【0046】
一方、制御部100は、低温熱媒体流路30と室外流路60とを接続して、低温熱交換器31を通過して冷却された熱媒体を、低温熱媒体流路30及び室外流路60に循環させる。このとき、制御部100により、室外熱交換器45に設けられた不図示のグリルシャッタを開状態としておく。
すなわち、低温熱交換器31を通過して冷却された熱媒体は、第1流路切替部V1及び第2流路切替部V2を経由して室外熱交換器45に流入し、室外熱交換器45においてグリルシャッタを介して導入された外気と熱交換した後に第2流路切替部V2を経由して、第2ポンプP2により低温熱交換器31に戻る循環を繰り返す。
上記循環を繰り返すことで、室外熱交換器45を吸熱源として用いることができる。
【0047】
また、制御部100は、蓄熱流路40において、第1蓄熱流路401と第2蓄熱流路402とを接続して第3ポンプP3により熱媒体を循環させ、バッテリ用熱交換器41、モータ用熱交換器42、インバータ用熱交換器43及びPCU用熱交換器44に蓄熱する。
【0048】
このようにすることで、車両用空調装置1において、車室内の暖房及びシート毎の暖房を行うことができる。暖房モードの実行時に、主空調ユニット80の2つの熱交換器である第1主熱交換器81及び第2主熱交換器82の双方に高温の熱媒体を流すことができる。特に、第2主熱交換器82を通過した熱媒体と第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92を通過した熱媒体を合流させて第1主熱交換器81に流すことで、第2主熱交換器82を通過する前の空気を、予め、第1主熱交換器81において加熱することができる。
【0049】
このように、第2主熱交換器82において空気と熱交換をした後に残った熱媒体の熱と、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92において空気と熱交換をした後に残った熱媒体の熱とを第1主熱交換器81における空気の加熱に利用するため、主空調ユニット80の空調能力を向上させると共にシステム全体の熱効率を向上させることができる。
【0050】
なお、三方弁95を制御することで、第1個別熱交換器91又は第2個別熱交換器92のいずれか一方のみ又は双方へ熱媒体を流入させることができる。また、三方弁95によって第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92への熱媒体の流入量を調整することができる。さらに、送風機971,972よる送風量を調整することができる。これにより、空気流通路941,942を通過する空気をそれぞれ所望の温度帯に調整することができる。
【0051】
また、高温熱交換器21によって加熱された熱媒体が高温熱媒体流路20と空調流路70を循環する過程において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁57が開状態となり、熱媒体が接続部28を経て流入口52からタンク50に流入して貯留される。
【0052】
低温熱媒体流路30と室外流路60とが接続された流路において、熱媒体の温度が低下して収縮することで回路容量に対して熱媒体量が少なくなると、タンク50に貯留された熱媒体が流出口53から流出し、接続部38を経て低温熱媒体流路30に流入する。
【0053】
(2)蓄熱吸熱暖房・除霜モード
蓄熱吸熱暖房・除霜モードは、複数の蓄熱部のうちの1つであるバッテリ用熱交換器41を吸熱源として車室内の暖房を行い、その他の各種車載機器用熱交換器に蓄熱された熱を利用しながら室外熱交換器45の除霜を行うことにより、暖房と除霜を同時に実行する動作モードである。
【0054】
蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時は、高温熱媒体流路20において、凝縮器12を通過する冷媒と高温熱交換器21を通過する熱媒体とを熱交換させて加熱された熱媒体を、主空調ユニット80の第1主熱交換器81と、個別空調ユニット90の第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92に導入させる。また、低温熱媒体流路30において、蒸発器14を通過する冷媒と低温熱交換器31を通過する熱媒体とを熱交換させて冷却された熱媒体を、吸熱源としてのバッテリ用熱交換器41に導入させる。さらに、PCU用熱交換器44、インバータ用熱交換器43、及びモータ用熱交換器42を順に通過した熱媒体を室外熱交換器45に導入させる。
蓄熱吸熱暖房・除霜モードにおける熱媒体の流れを図4に示す。
【0055】
図4では、熱媒体の流れについて、高温の熱媒体が循環する配管を黒色の実線で示し、低温度の熱媒体が循環する配管を一点鎖線で示している。また、高温と低温の中間の温度の熱媒体が循環する配管を二点鎖線で示し、熱媒体が流通しない配管を破線で示している。
制御部100は、第1流路切替部V1、第2流路切替部V2、第3流路切替部V3、及び三方弁85,95を制御して、熱媒体回路10において以下のように熱媒体を循環させる。
【0056】
制御部100は、高温熱媒体流路20と空調流路70とを接続して、高温熱交換器21を通過して加熱された熱媒体を高温熱媒体流路20と空調流路70に循環させる。
蓄熱吸熱暖房・除霜モードでは、高温熱交換器21を通過して加熱された熱媒体は、第1流路切替部V1、及び三方弁85,95を経て第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92に流入する。
【0057】
第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92に流入した熱媒体は、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92において空気流通路941,942を通過する空気とそれぞれ熱交換し、合流部71において合流し、合流部72、第1流路切替部V1を経て、第1主熱交換器81に流入する。第1主熱交換器81に流入した熱媒体は、空気流通路84を通過する空気と熱交換し、第1流路切替部V1及び第3流路切替部V3を経由して第1ポンプP1により高温熱交換器21に戻る循環を繰り返す。これにより、第1主熱交換器81により車室内を暖房しつつ、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92によりシート毎の暖房を行うことができる。
【0058】
一方、制御部100は、低温熱媒体流路30と蓄熱流路40のうち第1蓄熱流路401とを接続して、低温熱交換器31を通過して冷却された熱媒体を、低温熱媒体流路30及び第1蓄熱流路401に循環させる。
すなわち、低温熱交換器31を通過して冷却された熱媒体は、第1流路切替部V1及び第2流路切替部V2を経由して第3ポンプP3により圧送されてバッテリ用熱交換器41に流入し、第2流路切替部V2を経由して、第2ポンプP2により低温熱交換器31に戻る循環を繰り返す。
上記循環を繰り返すことで、バッテリ用熱交換器41を通過した熱媒体を低温熱媒体流路30に流して低温熱交換器31に導くため、バッテリ用熱交換器41を吸熱源として用いることができる。
【0059】
また、制御部100は、室外流路60と蓄熱流路40の第2蓄熱流路402とを接続して、室外熱交換器45、PCU用熱交換器44、インバータ用熱交換器43、及び、モータ用熱交換器42に熱媒体を循環させる。これにより、室外流路60と第2蓄熱流路402とが接続された流路には、高温熱媒体流路20と空調流路70とが接続された流路に循環する熱媒体よりも低温であり、かつ、低温熱媒体流路30と第1蓄熱流路401とが接続された流路を循環する熱媒体よりも高温の熱媒体が循環することとなる。これにより、モータ用熱交換器42、インバータ用熱交換器43及びPCU用熱交換器44に蓄熱された熱を利用して室外熱交換器45の除霜を行うことができる。なお、蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時は、制御部100により、室外熱交換器45に設けられたグリルシャッタを閉状態としておく。
【0060】
上述のように、室外流路60と第2蓄熱流路402とが接続された流路では、熱媒体がPCU用熱交換器44、インバータ用熱交換器43、及びモータ用熱交換器42を順に通過することで各機器において生じた熱又は蓄熱されていた熱を回収して熱媒体の温度を調整しながら室外熱交換器45の除霜を行う。一方、外気温や室外熱交換器45に対する着霜の程度によっては、第2蓄熱流路402を循環するのみでは、十分に除霜ができない場合もある。
【0061】
このような場合、制御部100は、第3流路切替部V3を制御して、高温熱媒体流路20を循環する熱媒体を、第2蓄熱流路402においてPCU用熱交換器44、インバータ用熱交換器43、及びモータ用熱交換器42を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる。併せて、第2蓄熱流路402においてPCU用熱交換器44、インバータ用熱交換器43、及び、モータ用熱交換器42を通過した熱媒体を、高温熱媒体流路20の熱媒体に混合させる。このとき、第2蓄熱流路402から高温熱媒体流路20に混合される熱媒体の量は、高温熱媒体流路20から第2蓄熱流路402に混合された熱媒体と同量とする。
【0062】
つまり、高温熱媒体流路20を循環する熱媒体と、第2蓄熱流路402を循環する熱媒体を所定量交換し、第2蓄熱流路402において循環する熱媒体の量を維持しながら温度を上昇させる。これにより、室外熱交換器45の除霜を確実に行うことができる。また、必要に応じてECH46を作動させて熱媒体を補助的に加熱することもできる。
【0063】
一方、高温熱媒体流路20では、第2蓄熱流路402から混合された熱媒体によって、熱媒体の温度がやや低下するものの、高温熱交換器21を通過して再び加熱される。さらに、高温熱交換器21において加熱された熱媒体は、主空調ユニットの第2主熱交換器82を通過することなく、第1個別熱交換器91および第2個別熱交換器92に導かれ、その後第1主熱交換器81に導入される。すなわち、車室内では、主空調ユニット80における暖房を抑制し、主として、個別空調ユニット90によるシート毎の暖房を行うことで、乗員の快適性を維持しながら車室内全体の暖房能力を抑制する。
【0064】
なお、高温熱交換器21によって加熱された熱媒体が循環する過程において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁57が開状態となり、熱媒体が接続部28を経て流入口52からタンク50に流入して貯留される。
【0065】
低温熱媒体流路30と第1蓄熱流路401とが接続された流路において、熱媒体の温度が低下して収縮することで回路容量に対して熱媒体量が少なくなると、タンク50に貯留された熱媒体が流出口53から流出し、接続部38を経て低温熱媒体流路30に流入する。
【0066】
蓄熱流路40の第2蓄熱流路402と室外流路60とが接続された流路において、熱媒体が温度上昇により膨張し、回路容量に対して熱媒体量が多くなると、リリーフ弁58が開状態となり、熱媒体が接続部48を経て流入口54からタンク50に流入して貯留される。
【0067】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、室外熱交換器45の除霜を要しない場合に、外気吸熱暖房・蓄熱モードを実行して車室内の暖房を行うとともに、蓄熱部としてのバッテリ用熱交換器41、モータ用熱交換器42、インバータ用熱交換器43、及び、PCU用熱交換器44に蓄熱する。そして、室外熱交換器45に着霜が生じた場合に、蓄熱吸熱暖房・除霜モードに切り替えることで、外気吸熱暖房・蓄熱モードの実行時に蓄熱された蓄熱部を吸熱源として暖房運転を行うとともに、室外熱交換器の除霜を行う。
【0068】
このように、外気吸熱暖房・蓄熱モードと蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを、必要に応じて自動的に又はユーザによる操作に基づいて切り替えることで、暖房運転に用いられる吸熱源を確保することができるので、車室内の暖房を停止させることなく、室外熱交換器45の除霜を行うことができる。
【0069】
蓄熱吸熱暖房・除霜モードの実行時には、高温熱媒体流路20を循環する高温の熱媒体を、第2蓄熱流路402においてPCU用熱交換器44、インバータ用熱交換器43、及び、モータ用熱交換器42を通過した熱媒体に所定の割合で混合させる。
これにより、第2蓄熱流路402を循環する熱媒体の量を維持しながら温度を上昇させるので、室外熱交換器45の除霜を確実に行うことができる。
【0070】
一方、同時に、第2蓄熱流路402から高温熱媒体流路20に対して、高温熱媒体流路20から第2蓄熱流路402に混合させた熱媒体と同量だけ混合させる。これにより、高温熱媒体流路20では、循環する熱媒体の温度はやや低下するが、空調流路70では、熱媒体を第2主熱交換器82に流入させず、第1主熱交換器81、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92によって車室内の空調を行うことで、主空調ユニット80における暖房を抑制する。また、第1個別熱交換器91及び第2個別熱交換器92を第1主熱交換器81よりも熱媒体の流通方向上流側に配置して、シート毎の空調を優先的に用いることで乗員の快適性を損なうことなく、暖房能力を抑制することができる。
【0071】
このように、外気吸熱暖房・蓄熱モードと蓄熱吸熱暖房・除霜モードとを実行可能とし、これらの動作モードを必要に応じて適宜切り替えることで、室外熱交換器の除霜と車室内の暖房とを両立させ、空調効率を低下させずに除霜及び暖房を共に十分に行うことができる。
【0072】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【0073】
1:車両用空調装置
10:熱媒体回路
11:圧縮機、12:凝縮器、13:膨張弁、14:蒸発器、15:アキュームレータ
20:高温熱媒体流路、21:高温熱交換器
28,38,48:接続部
30:低温熱媒体流路
31:低温熱交換器
40:蓄熱流路
41:バッテリ用熱交換器、42:モータ用熱交換器、43:インバータ用熱交換器
44:PCU用熱交換器、45:室外熱交換器
50:タンク、52:流入口、53:流出口、54:流入口
57,58:リリーフ弁
60:室外流路、70:空調流路
71,72:合流部
80:主空調ユニット、81:第1主熱交換器、82:第2主熱交換器
83:吸込口、84:空気流通路、87:送風機
85,95:三方弁
89:エアミックスダンパ
90:個別空調ユニット、91:第1個別熱交換器、92:第2個別熱交換器
100:制御部、200:車両コントローラ、300:空調操作部
931,932:吸込口、941,942:空気流通路、971,972:送風機
R:冷媒回路
V1:第1流路切替部、V2:第2流路切替部、V3:第3流路切替部
図1
図2
図3
図4