JP7816992B2 - Vehicle air conditioning system - Google Patents
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Description
本発明は、車両に適用されるヒートポンプ式の車両用空調装置であって、特に、複数の運転モードを備えた車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a heat pump-type vehicle air conditioning system for use in a vehicle, and in particular to a vehicle air conditioning system with multiple operating modes.
近年、車両に搭載されたバッテリから供給される電力によって走行用モータを駆動するハイブリッド自動車や電気自動車等の車両が普及している。このような車両に搭載される車両用空調装置として、圧縮機、空気流通路内に設けられて冷媒を放熱させる放熱器(凝縮器)、空気流通路内に設けられて冷媒を吸熱させる吸熱器(蒸発器)、及び、車室外に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる室外熱交換器が接続された冷媒回路を備え、空気流通路内の空気を放熱器又は吸熱器において冷媒と熱交換させて車室内に供給することで車室内の暖房や冷房を行うものが知られている。 In recent years, hybrid and electric vehicles, which use electric motors to drive their traction motors, have become increasingly common. A known type of vehicle air conditioning system for such vehicles includes a refrigerant circuit connected to a compressor, a radiator (condenser) located in the air flow passage that radiates heat from the refrigerant, a heat absorber (evaporator) located in the air flow passage that absorbs heat from the refrigerant, and an exterior heat exchanger located outside the passenger compartment that radiates or absorbs heat from the refrigerant. The air in the air flow passage exchanges heat with the refrigerant in the radiator or heat absorber, and the air is then supplied to the passenger compartment to heat or cool the passenger compartment.
このような車両用空調装置では、吸熱器及び放熱器において空気流通路内を通過する空気の冷却又は加熱と併せて、空気流通路内のエアミックスダンパにより放熱器に通風される空気の風量を調整することで、車室内へ供給される空気の吹出温度が目標吹出温度となるように制御している(例えば、特許文献1)。 In such vehicle air conditioning systems, the heat absorber and radiator cool or heat the air passing through the air flow passage, and an air mix damper in the air flow passage adjusts the volume of air blown to the radiator, thereby controlling the outlet temperature of the air supplied to the passenger compartment to a target outlet temperature (see, for example, Patent Document 1).
エアミックスダンパは、放熱器に通風される空気の風量割合SWに基づいて制御される。風量割合SWは、放熱器の出口空気温度の推定値を用いて算出され、この推定値は、予め定めた推定式を用いて算出される。特許文献1の車両用空調装置では、運転モード毎に異なる推定式を用い、運転モード毎に適切な推定値を算出している。 The air mix damper is controlled based on the air flow rate SW of the air ventilated into the radiator. The air flow rate SW is calculated using an estimated value of the radiator outlet air temperature, which is calculated using a predetermined estimation formula. The vehicle air conditioning system in Patent Document 1 uses a different estimation formula for each operating mode to calculate an appropriate estimate for each operating mode.
ところで、車両用空調装置を搭載した車両が、外気温度が極端に低い環境(極低温環境)下で走行する場合には、室外熱交換器において冷媒が外気から吸熱することができないため、室外熱交換器に冷媒を通過させないホットガス回路を用いたホットガス暖房モードによって車室内を暖房することが考えられる。 However, when a vehicle equipped with a vehicle air conditioning system is driven in an environment where the outside air temperature is extremely low (cryogenic environment), the refrigerant cannot absorb heat from the outside air in the exterior heat exchanger, so it is possible to heat the vehicle interior using a hot gas heating mode that uses a hot gas circuit that does not allow refrigerant to pass through the exterior heat exchanger.
ホットガス暖房モードでは、冷媒回路における冷媒の状態変化が通常の運転モードとは異なるため、放熱器の出口空気温度の推定値(推定温度)と実際の出口空気温度との乖離が大きくなる。この場合、実際の出口空気温度と乖離した推定温度から算出された風量割合SWに基づいてエアミックスダンパを制御することとなり、車室内へ供給される空気の吹出温度を正確に制御することができず、快適な空調を実現することができない。 In hot gas heating mode, the state of the refrigerant in the refrigerant circuit changes differently than in normal operating mode, resulting in a large deviation between the estimated value (estimated temperature) of the radiator outlet air temperature and the actual outlet air temperature. In this case, the air mix damper is controlled based on the airflow ratio SW calculated from the estimated temperature that deviates from the actual outlet air temperature, making it impossible to accurately control the outlet temperature of the air supplied to the passenger compartment and achieving comfortable air conditioning.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ホットガス回路を用いた暖房運転時においても、放熱器の出口空気温度を正確に推定して車室内に吹出される空気の温度制御を正確に行い、快適な空調を実現することなどを課題としている。 The present invention was made in light of these circumstances, and aims to accurately estimate the outlet air temperature of the radiator and accurately control the temperature of the air blown into the vehicle cabin, even during heating operation using a hot gas circuit, thereby achieving comfortable air conditioning.
本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒の熱により車室内に供給する空気を加熱する放熱器、及び、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器を含む冷媒回路と、前記冷媒回路を制御する制御装置を備え、前記冷媒回路は、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記室外熱交換器を迂回させ、前記放熱器を経て前記圧縮機の吸入側に流入させるホットガス回路を有し、前記制御装置は、前記ホットガス回路に冷媒を流通させて、前記圧縮機で圧縮した冷媒の熱により前記車室内を暖房するホットガス暖房モードを実行可能であり、前記ホットガス暖房モードにおいて、前記放熱器の出口冷媒圧力から算出された飽和温度と、前記放熱器の入口側過熱度又は出口側過熱度とに基づいて得られる補正値を用いて前記放熱器の出口空気温度の推定値を算出する、車両用空調装置を提供する。 The present invention provides a vehicle air conditioning system comprising: a refrigerant circuit including a compressor that compresses refrigerant, a radiator that uses heat from the refrigerant to heat air supplied to the vehicle cabin, and an exterior heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and outside air; and a control device that controls the refrigerant circuit. The refrigerant circuit has a hot gas circuit that causes refrigerant discharged from the compressor to bypass the exterior heat exchanger and flow into the suction side of the compressor via the radiator. The control device is capable of operating a hot gas heating mode in which refrigerant is circulated through the hot gas circuit to heat the vehicle cabin using the heat of the refrigerant compressed by the compressor. In the hot gas heating mode, the control device calculates an estimated value of the radiator outlet air temperature using a correction value obtained based on the saturation temperature calculated from the radiator outlet refrigerant pressure and the radiator inlet side superheat degree or the radiator outlet side superheat degree.
本発明によれば、ホットガス回路を用いた暖房運転時においても、放熱器の出口空気温度を正確に推定して車室内に吹出される空気の温度制御を正確に行い、快適な空調を実現することができる。 According to the present invention, even during heating operation using a hot gas circuit, the outlet air temperature of the radiator can be accurately estimated, allowing for accurate temperature control of the air blown into the vehicle cabin, thereby achieving comfortable air conditioning.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の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。 The following describes in detail the embodiments of the present invention with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals indicate parts with the same functions, and duplicate descriptions within each drawing will be omitted where appropriate.
図1は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置1の概略構成を示す。車両用空調装置1は、例えば、エンジン(内燃機関)が搭載されていない電気自動車(EV)やエンジンと走行用の電動モータを供用する所謂ハイブリッド自動車などの車両に適用することができる。このような車両は、バッテリ55(例えば、リチウム電池)が搭載され、外部電源からバッテリ55に充電された電力を、走行用モータ(電動モータ)を含むモータユニット(不図示)に供給することで駆動し、走行する。車両用空調装置1も、バッテリ55から給電されて駆動される。 Figure 1 shows the schematic configuration of a vehicle air conditioner 1 according to an embodiment of the present invention. The vehicle air conditioner 1 can be applied to vehicles such as electric vehicles (EVs) that do not have an engine (internal combustion engine) or so-called hybrid vehicles that use both an engine and an electric motor for driving. Such vehicles are equipped with a battery 55 (e.g., a lithium battery) and are powered by supplying power charged in the battery 55 from an external power source to a motor unit (not shown) that includes a driving motor (electric motor). The vehicle air conditioner 1 is also powered by the battery 55.
車両用空調装置1は、ヒートポンプ運転を行うための冷媒回路Rと、温調対象としてバッテリ55の温度を調整する熱媒体回路60とを備えている。熱媒体回路60は、冷媒回路Rに対して後述する温調対象熱交換器64を介して熱交換可能に接続される。車両用空調装置1は、冷媒回路Rを用いたヒートポンプ運転により暖房運転や冷房運転等の空調運転を含む各種運転モードを選択的に実行することで、車室内の空調及びバッテリ55の温度調整を行う。 The vehicle air conditioner 1 includes a refrigerant circuit R for heat pump operation and a heat medium circuit 60 for adjusting the temperature of the battery 55 as a temperature adjustment target. The heat medium circuit 60 is connected to the refrigerant circuit R so that heat can be exchanged via a temperature adjustment target heat exchanger 64, which will be described later. The vehicle air conditioner 1 performs air conditioning within the vehicle cabin and adjusts the temperature of the battery 55 by selectively executing various operating modes, including air conditioning operations such as heating operation and cooling operation, through heat pump operation using the refrigerant circuit R.
なお、熱媒体回路60は、温調対象として、バッテリ55以外にも、例えば、モータユニットや、車両に搭載されて発熱するその他の機器の温度調整を行うことができる。 In addition to the battery 55, the heat medium circuit 60 can also regulate the temperature of other devices, such as a motor unit or other heat-generating equipment mounted on the vehicle.
冷媒回路Rは、冷媒を圧縮する圧縮機2と、車室内の空気が通気循環されるHVACユニット10の空気流通路3内に設けられ、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱する放熱器である室内熱交換器4と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる室外膨張弁6と、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器(凝縮器)として機能し、暖房時には冷媒を吸熱させる蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせるための室外熱交換器7と、冷媒を減圧膨張させる室内膨張弁8と、空気流通路3内に設けられて冷房時及び除湿時に車室内外から冷媒に吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器9と、アキュムレータ12等が冷媒配管13A~13Kにより接続されて構成されている。 The refrigerant circuit R is composed of a compressor 2 that compresses the refrigerant, an indoor heat exchanger 4 that is located in the air flow passage 3 of the HVAC unit 10 through which air from the vehicle cabin is circulated and ventilated. The indoor heat exchanger 4 is a radiator that dissipates heat from the high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the compressor 2 to heat the air supplied to the vehicle cabin, an outdoor expansion valve 6 that reduces the pressure and expands the refrigerant during heating, an outdoor heat exchanger 7 that exchanges heat between the refrigerant and outside air and functions as a radiator (condenser) that dissipates heat from the refrigerant during cooling and as an evaporator that absorbs heat from the refrigerant during heating, an indoor expansion valve 8 that reduces the pressure and expands the refrigerant, a heat absorber 9 that is located in the air flow passage 3 and that cools the air supplied to the vehicle cabin by having the refrigerant absorb heat from inside and outside the vehicle during cooling and dehumidification, and an accumulator 12, all of which are connected by refrigerant piping 13A-13K.
室外膨張弁6及び室内膨張弁8は、いずれも図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに加えられるパルス数によって全閉から全開までの間で開度が適宜制御される室外膨張弁6は、室外熱交換器7を用いた暖房運転時や除霜運転時に、室内熱交換器4から流出し室外熱交換器7に流入する冷媒を減圧膨張させる室内膨張弁8は、吸熱器9に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、吸熱器9における冷媒の吸熱量、つまり通過空気の冷却能力を調整する。 The outdoor expansion valve 6 and indoor expansion valve 8 are both electronic expansion valves driven by pulse motors (not shown). The opening degree is appropriately controlled between fully closed and fully open depending on the number of pulses applied to the pulse motor. The outdoor expansion valve 6 reduces the pressure and expands the refrigerant that flows out of the indoor heat exchanger 4 and into the outdoor heat exchanger 7 during heating operation or defrosting operation using the outdoor heat exchanger 7. The indoor expansion valve 8 reduces the pressure and expands the refrigerant that flows into the heat absorber 9, and adjusts the amount of heat absorbed by the refrigerant in the heat absorber 9, i.e., the cooling capacity of the passing air.
室外熱交換器7の冷媒出口と吸熱器9の冷媒入口とは冷媒配管13Aにより接続されている。冷媒配管13Aには、室外熱交換器7側から順に、逆止弁18と室内膨張弁8とが設けられている。逆止弁18は、吸熱器9に向かう方向が順方向となるように冷媒配管13Aに設けられる。冷媒配管13Aは、逆止弁18よりも室外熱交換器7側の位置で冷媒配管13Bに分岐すると共に、逆止弁18と室内膨張弁8との間で冷媒配管13Iに分岐している。 The refrigerant outlet of the outdoor heat exchanger 7 and the refrigerant inlet of the heat absorber 9 are connected by refrigerant piping 13A. Refrigerant piping 13A is provided with a check valve 18 and an indoor expansion valve 8, in that order from the outdoor heat exchanger 7 side. The check valve 18 is provided on refrigerant piping 13A so that the direction toward the heat absorber 9 is the forward direction. Refrigerant piping 13A branches into refrigerant piping 13B at a position closer to the outdoor heat exchanger 7 than the check valve 18, and also branches into refrigerant piping 13I between the check valve 18 and the indoor expansion valve 8.
冷媒配管13Aから分岐した冷媒配管13Bは、アキュムレータ12の冷媒入口に接続されている。冷媒配管13Bには、室外熱交換器7側から順に、暖房時に開放される電磁弁21及び逆止弁20が設けられている。逆止弁20は、アキュムレータ12に向かう方向が順方向となるように接続されている。冷媒配管13Bの電磁弁21と逆止弁20との間は冷媒配管13Cに分岐している。冷媒配管13Bから分岐した冷媒配管13Cは、吸熱器9の冷媒出口に接続されている。アキュムレータ12の冷媒出口と圧縮機2とは、冷媒配管13Dにより接続されている。 Refrigerant pipe 13B, which branches off from refrigerant pipe 13A, is connected to the refrigerant inlet of accumulator 12. Refrigerant pipe 13B is provided with, in order from the outdoor heat exchanger 7 side, a solenoid valve 21 that opens during heating and a check valve 20. Check valve 20 is connected so that the direction toward accumulator 12 is the forward direction. Refrigerant pipe 13B branches off to refrigerant pipe 13C between solenoid valve 21 and check valve 20. Refrigerant pipe 13C, which branches off from refrigerant pipe 13B, is connected to the refrigerant outlet of heat absorber 9. The refrigerant outlet of accumulator 12 is connected to compressor 2 by refrigerant pipe 13D.
圧縮機2の冷媒出口と室内熱交換器4の冷媒入口とは、冷媒配管13Eにより接続されている。室内熱交換器4の冷媒出口には冷媒配管13Fの一端が接続され、冷媒配管13Fの他端側は室外膨張弁6の手前(冷媒上流側)で冷媒配管13Gと冷媒配管13Hに分岐している。分岐した一方の冷媒配管13Gが室外膨張弁6を介して室外熱交換器7の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管13Hは、冷媒配管13Aの逆止弁18と室内膨張弁8との間に接続されている。冷媒配管13Hの冷媒配管13Aとの接続点より冷媒上流側には、電磁弁22が設けられている。電磁弁22は電子膨張弁であってもよい。 The refrigerant outlet of the compressor 2 and the refrigerant inlet of the indoor heat exchanger 4 are connected by refrigerant piping 13E. One end of refrigerant piping 13F is connected to the refrigerant outlet of the indoor heat exchanger 4, and the other end of refrigerant piping 13F branches into refrigerant piping 13G and refrigerant piping 13H just before the outdoor expansion valve 6 (upstream of the refrigerant). One of the branched refrigerant piping 13G is connected to the refrigerant inlet side of the outdoor heat exchanger 7 via the outdoor expansion valve 6. The other branched refrigerant piping 13H is connected between the check valve 18 of refrigerant piping 13A and the indoor expansion valve 8. A solenoid valve 22 is provided upstream of the connection point of refrigerant piping 13H with refrigerant piping 13A. The solenoid valve 22 may be an electronic expansion valve.
また、冷媒配管13Aから分岐した冷媒配管13Iは、温調対象熱交換器64の冷媒流路64Aに接続され、冷媒配管13Iには、チラー膨張弁72が設けられている。チラー膨張弁72は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに加えられるパルス数によって全閉から全開までの間で開度が適宜制御される。チラー膨張弁72は温調対象熱交換器64の冷媒流路64Aに流入する冷媒を減圧膨張させる。温調対象熱交換器64の冷媒流路64Aの出口には冷媒配管13Jの一端が接続されている。冷媒配管13Jの他端は、冷媒配管13Bのアキュムレータ12入口近傍に接続されている。 Furthermore, refrigerant pipe 13I, branching off from refrigerant pipe 13A, is connected to refrigerant flow path 64A of the heat exchanger 64 to be temperature controlled, and is provided with a chiller expansion valve 72. Chiller expansion valve 72 is an electronic expansion valve driven by a pulse motor (not shown), and its opening is appropriately controlled between fully closed and fully open depending on the number of pulses applied to the pulse motor. Chiller expansion valve 72 decompresses and expands the refrigerant flowing into refrigerant flow path 64A of the heat exchanger 64 to be temperature controlled. One end of refrigerant pipe 13J is connected to the outlet of refrigerant flow path 64A of the heat exchanger 64 to be temperature controlled. The other end of refrigerant pipe 13J is connected to refrigerant pipe 13B near the inlet of accumulator 12.
これにより、冷媒配管13Hは室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18の直列回路に対して並列に接続され、室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18をバイパスする。そして、冷媒配管13Hと冷媒配管13Iとにより、圧縮機2から吐出した冷媒を室内熱交換器4に流し、室外熱交換器7を迂回させて、温調対象熱交換器64とを経て圧縮機2の吸入側に流入させるホットガス回路を構成する。冷媒配管13Hに設けられた電磁弁22の開閉に応じて冷媒配管13Gに冷媒を流入させるか否か、つまりホットガス回路を用いるか否かを選択できるようになっている。 As a result, refrigerant pipe 13H is connected in parallel to the series circuit of outdoor expansion valve 6, outdoor heat exchanger 7, and check valve 18, bypassing outdoor expansion valve 6, outdoor heat exchanger 7, and check valve 18. Refrigerant pipe 13H and refrigerant pipe 13I form a hot gas circuit that allows refrigerant discharged from compressor 2 to flow to indoor heat exchanger 4, bypassing outdoor heat exchanger 7, and passing through temperature-controlled heat exchanger 64 before flowing into the suction side of compressor 2. Whether or not refrigerant is allowed to flow into refrigerant pipe 13G, i.e., whether or not to use the hot gas circuit, can be selected depending on the opening and closing of solenoid valve 22 provided on refrigerant pipe 13H.
また、圧縮機2の冷媒出口とアキュムレータ12の冷媒吸入側とは冷媒配管13Kにより接続されている。冷媒配管13Kには、電子膨張弁24が設けられ、電子膨張弁24を開状態とすることにより、圧縮機2から吐出した冷媒を再び圧縮機2に吸入させるバイパス回路を構成することができる。 The refrigerant outlet of compressor 2 and the refrigerant suction side of accumulator 12 are connected by refrigerant piping 13K. An electronic expansion valve 24 is provided in refrigerant piping 13K, and by opening electronic expansion valve 24, a bypass circuit can be formed in which refrigerant discharged from compressor 2 is sucked back into compressor 2.
吸熱器9の空気上流側における空気流通路3には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されている(図1では吸込口25で代表して示す)。吸込口25には吸込切換ダンパ26が設けられている。吸込切換ダンパ26により、車室内の空気である内気と、車室外の空気である外気とを適宜切り換えて吸込口25から空気流通路3内に導入する。吸込切換ダンパ26の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路3に送給するための室内送風機27が設けられている。 On the air flow passage 3 upstream of the heat absorber 9, an outside air inlet and an inside air inlet are formed (represented by inlet 25 in Figure 1). An inlet switching damper 26 is provided at inlet 25. The inlet switching damper 26 appropriately switches between inside air (air inside the vehicle cabin) and outside air (air outside the vehicle cabin) and introduces the air into the air flow passage 3 through inlet 25. An indoor blower 27 is provided downstream of the inlet switching damper 26 to send the introduced inside air or outside air to the air flow passage 3.
室内熱交換器4の空気上流側における空気流通路3内には、空気流通路3内に流入し、吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気(内気や外気)を室内熱交換器4及び補助ヒータ23に通風する割合を調整するエアミックスダンパ28が設けられている。 An air mix damper 28 is provided in the air flow passage 3 on the air upstream side of the indoor heat exchanger 4. This adjusts the proportion of air (indoor air and outdoor air) in the air flow passage 3 that flows into the air flow passage 3 and passes through the heat absorber 9 before being ventilated to the indoor heat exchanger 4 and auxiliary heater 23.
なお、補助暖房手段として、例えば、圧縮機廃熱によって加熱した温水を空気流通路3に配置したヒータコアに循環させることにより、送風空気を加熱する形態とすることもできる。 As an auxiliary heating means, for example, hot water heated by compressor waste heat can be circulated through a heater core arranged in the air flow passage 3 to heat the blown air.
熱媒体回路60は、熱媒体回路60に熱媒体を循環させてバッテリ55に熱媒体を流すためのポンプ61と、温調対象熱交換器64を備え、温調対象であるバッテリ55に熱媒体を通過させてバッテリ55の温度を調整する。 The heat medium circuit 60 includes a pump 61 for circulating the heat medium through the heat medium circuit 60 and flowing the heat medium to the battery 55, and a temperature-controlled heat exchanger 64, which passes the heat medium through the battery 55, which is the temperature-controlled target, to adjust the temperature of the battery 55.
熱媒体回路60は、温調対象熱交換器64において冷媒回路Rを循環する冷媒と熱媒体とが熱交換するように設けられている。すなわち、熱媒体回路60では、熱媒体が温調対象熱交換器64の熱媒体流路64Bを通過し、温調対象熱交換器64の冷媒流路64Aを通過する冷媒と熱交換する。冷媒と熱交換することで温調された熱媒体が、ポンプ61によって熱媒体回路60を循環することでバッテリ55を通過し、バッテリ55の温度調整を行う。
このように、温調対象熱交換器64は、冷媒回路Rの一部を構成すると同時に、熱媒体回路60の一部をも構成する。
The heat medium circuit 60 is provided so that the heat medium exchanges heat with the refrigerant circulating in the refrigerant circuit R in the temperature-controlled heat exchanger 64. That is, in the heat medium circuit 60, the heat medium passes through a heat medium flow path 64B of the temperature-controlled heat exchanger 64 and exchanges heat with the refrigerant passing through a refrigerant flow path 64A of the temperature-controlled heat exchanger 64. The heat medium, whose temperature has been controlled by heat exchange with the refrigerant, is circulated through the heat medium circuit 60 by a pump 61, and passes through the battery 55, thereby controlling the temperature of the battery 55.
In this way, the temperature-controlled heat exchanger 64 constitutes a part of the refrigerant circuit R and also constitutes a part of the heat medium circuit 60 .
熱媒体回路60で使用される熱媒体としては、例えば、水、HFO-1234yfのような冷媒、水に不凍液等を加えたクーラント液等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、本実施形態ではクーラント液を熱媒体として採用している。また、バッテリ55の周囲には例えば、熱媒体が当該バッテリ55と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。 The heat medium used in the heat medium circuit 60 can be, for example, water, a refrigerant such as HFO-1234yf, a liquid such as a coolant liquid made by adding antifreeze to water, or a gas such as air. In this embodiment, a coolant liquid is used as the heat medium. Also, the battery 55 is surrounded by a jacket structure that allows the heat medium to flow in a heat exchange relationship with the battery 55.
図2に、車両用空調装置1の制御を司る制御装置100の概略構成を示す。制御装置100は、車両用空調装置1が車両に搭載された際に、モータユニットの駆動制御やバッテリ55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35とCAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)等の車載ネットワークにより相互に通信可能に接続され、情報の送受信を行う。 Figure 2 shows the schematic configuration of the control device 100 that controls the vehicle air conditioner 1. When the vehicle air conditioner 1 is installed in a vehicle, the control device 100 is connected to the vehicle controller 35, which controls the overall vehicle, including drive control of the motor unit and charge/discharge control of the battery 55, via an in-vehicle network such as a Controller Area Network (CAN) or a Local Interconnect Network (LIN), so that they can communicate with each other and send and receive information.
制御装置100及び車両コントローラ35には、例えば、CPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)等のプロセッサや電気回路、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等の記憶素子を備えたコンピュータを適用することができる。 The control device 100 and vehicle controller 35 can be implemented, for example, as a computer equipped with a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processing Unit), electrical circuits, and storage elements such as RAM (Random Access Memory) or ROM (Read Only Memory).
制御装置100には、以下の各センサや検出器が接続され、これらの各センサや検出器等の出力が入力される。なお、以下の説明において、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省略する。 The following sensors and detectors are connected to the control device 100, and the outputs of these sensors and detectors are input. Note that in the following description, illustrations and descriptions of components not directly related to the operation of the vehicle air conditioner 1 according to this embodiment will be omitted.
具体的には、制御装置100には、車両の外気温度Tamを検出する外気温度センサ33と、吸込口25から空気流通路3に吸い込まれる空気の温度を検出するHVAC吸込温度センサ36と、車室内の空気温度(内気温度Tin)を検出する内気温度センサ37と、吹出口29から車室内に吹出される空気の温度を検出する吹出温度センサ41と、室内熱交換器4の入口冷媒温度Tcxinを検出する室内熱交換器入口温度センサ43と、圧縮機2の吸込冷媒温度TS及び吸込冷媒圧力PSを検出する吸込温度・圧力センサ46と、室内熱交換器4の出口冷媒温度Tciを検出する室内熱交換器温度センサ44と、室内熱交換器4の出口冷媒圧力Pciを検出する室内熱交換器圧力センサ47と、設定温度や空調運転の切換えを設定するための空調操作部53と、が接続されている。 Specifically, the control device 100 is connected to an outside air temperature sensor 33 that detects the vehicle's outside air temperature Tam, an HVAC intake temperature sensor 36 that detects the temperature of air drawn into the air flow passage 3 from the intake port 25, an inside air temperature sensor 37 that detects the air temperature inside the vehicle cabin (inside air temperature Tin), an outlet temperature sensor 41 that detects the temperature of air blown into the vehicle cabin from the outlet 29, an indoor heat exchanger inlet temperature sensor 43 that detects the inlet refrigerant temperature Tcxin of the indoor heat exchanger 4, an intake temperature/pressure sensor 46 that detects the intake refrigerant temperature TS and intake refrigerant pressure PS of the compressor 2, an indoor heat exchanger temperature sensor 44 that detects the outlet refrigerant temperature Tci of the indoor heat exchanger 4, an indoor heat exchanger pressure sensor 47 that detects the outlet refrigerant pressure Pci of the indoor heat exchanger 4, and an air conditioning operation unit 53 for setting the set temperature and switching between air conditioning modes.
上記のほか、制御装置100には、バッテリ55の温度を検出するバッテリ温度センサ76や、温調対象熱交換器64の熱媒体流路を出てバッテリ55に入る熱媒体の温度Tw(チラー水温)を検出する熱媒体温度センサ79が接続されている。バッテリ55の温度を把握するには、バッテリ温度センサ76又は熱媒体温度センサ79の何れかを適宜用いることができる。 In addition to the above, the control device 100 is connected to a battery temperature sensor 76 that detects the temperature of the battery 55, and a heat medium temperature sensor 79 that detects the temperature Tw (chiller water temperature) of the heat medium that leaves the heat medium flow path of the temperature-controlled heat exchanger 64 and enters the battery 55. To determine the temperature of the battery 55, either the battery temperature sensor 76 or the heat medium temperature sensor 79 can be used as appropriate.
一方、制御装置100の出力には、圧縮機2、室内送風機27、吸込切換ダンパ26、エアミックスダンパ28、室外膨張弁6、室内膨張弁8、電磁弁21,22、電子膨張弁24、ポンプ61、及びチラー膨張弁72が接続されている。制御装置100は各センサの出力と空調操作部53にて入力された設定及び車両コントローラ35からの情報に基づいてこれらを制御する。 Meanwhile, the output of the control device 100 is connected to the compressor 2, indoor blower 27, suction switching damper 26, air mix damper 28, outdoor expansion valve 6, indoor expansion valve 8, solenoid valves 21 and 22, electronic expansion valve 24, pump 61, and chiller expansion valve 72. The control device 100 controls these based on the output of each sensor, settings input via the air conditioning operation unit 53, and information from the vehicle controller 35.
このように構成された車両用空調装置1では、車両用空調装置1が搭載された車両が走行する環境や車両の状態に応じて、複数の運転モードから最適な運転モードを選択して実行することができる。例えば、車両が、所定温度未満の極低温環境下で走行する場合には、室外熱交換器7において外気から吸熱を行うことができないため、ホットガス回路を利用して車室内の暖房を行うホットガス暖房モードを実行する。 With the vehicle air conditioner 1 configured in this way, the optimal operating mode can be selected from multiple operating modes depending on the environment in which the vehicle equipped with the vehicle air conditioner 1 is traveling and the vehicle's condition. For example, when the vehicle is traveling in an extremely low-temperature environment below a predetermined temperature, the exterior heat exchanger 7 cannot absorb heat from the outside air, so the hot gas heating mode is executed, which uses the hot gas circuit to heat the vehicle cabin.
また、極低温環境下においては、バッテリ55を加熱する必要が生じるため、ホットガス回路を利用したバッテリ加熱モードや、暖房とバッテリの加熱とを同時に行うホットガスモードを実行する。この他、室外熱交換器7において外気から吸熱が可能な場合に車室内の暖房を行う外気吸熱暖房モードや、バッテリ55の冷却を行うバッテリ冷却モード、吸熱器9において冷却された空気により車室内の冷房を行う冷房モード等の各種の運転モードを実行することができる。 In addition, in extremely low-temperature environments, it becomes necessary to heat the battery 55, so the system can operate in a battery heating mode that uses a hot gas circuit, or a hot gas mode that simultaneously heats the room and the battery. In addition, various other operating modes can be operated, such as an outdoor air heat absorption heating mode that heats the vehicle interior when the outdoor heat exchanger 7 can absorb heat from the outside air, a battery cooling mode that cools the battery 55, and a cooling mode that cools the vehicle interior using air cooled by the heat absorber 9.
以下、本実施形態においては、ホットガス回路を利用した各運転モード(すなわち、本実施形態では、暖房モード、バッテリ加熱モード、及び、ホットガスモードの3つの運転モード)の実行時の車両用空調装置1の動作について説明する。 In the present embodiment, the operation of the vehicle air conditioner 1 when each operating mode using the hot gas circuit (i.e., in this embodiment, three operating modes: heating mode, battery heating mode, and hot gas mode) is performed will be described below.
図3は、ホットガス回路を利用した各運転モードの実行時における冷媒回路Rの冷媒の流れを示している。図3において、冷媒が流れている冷媒配管を太線で示している。ホットガス回路を利用したホットガス暖房モード、バッテリ加熱モード、及び、ホットガスモードは圧縮機2の回転数、冷媒回路Rを循環する冷媒量、熱媒体回路60を循環する熱媒体量、及び、HVACユニット10を通過する送風流量等について互いに異なる場合があるものの、冷媒回路Rにおける冷媒が循環または通過する流路は同一となる。 Figure 3 shows the flow of refrigerant in the refrigerant circuit R when each operating mode using the hot gas circuit is being performed. In Figure 3, the refrigerant piping through which the refrigerant flows is indicated by a thick line. The hot gas heating mode, battery heating mode, and hot gas mode, which use the hot gas circuit, may differ from one another in terms of the rotation speed of the compressor 2, the amount of refrigerant circulating through the refrigerant circuit R, the amount of heat medium circulating through the heat medium circuit 60, and the flow rate of air passing through the HVAC unit 10, but the flow paths through which the refrigerant circulates or passes in the refrigerant circuit R are the same.
制御装置100により(オートモード)、又は、空調操作部53へのマニュアル操作(マニュアルモード)により暖房運転が選択され、車両が極低温環境下を走行している場合に、制御装置100はホットガス回路を利用した暖房運転を開始する。制御装置100は、室外膨張弁6、室内膨張弁8及び電磁弁21を閉じ、電磁弁22、チラー膨張弁72を開くと共に、電子膨張弁24を開く。これにより、ホットガス回路、及び、バイパス回路が構成され、冷媒が循環可能となる。 When heating operation is selected by the control device 100 (auto mode) or by manual operation of the air conditioning operation unit 53 (manual mode) and the vehicle is traveling in an extremely low-temperature environment, the control device 100 starts heating operation using the hot gas circuit. The control device 100 closes the outdoor expansion valve 6, the indoor expansion valve 8, and the solenoid valve 21, opens the solenoid valve 22 and the chiller expansion valve 72, and opens the electronic expansion valve 24. This forms a hot gas circuit and a bypass circuit, allowing the refrigerant to circulate.
この状態で、圧縮機2の運転を開始すると、圧縮機2から吐出された冷媒は、一部がホットガス回路を循環し、残りがバイパス回路を循環する。すなわち、圧縮機2から吐出された冷媒の一部は、室内熱交換器4を通過し、電磁弁22及びチラー膨張弁72を経て、温調対象熱交換器64を通過し、アキュムレータ12を経て圧縮機2へ戻る。一方、圧縮機2から吐出された冷媒の残りは、電子膨張弁24及びアキュムレータ12を経て圧縮機2へ戻る。
以下、各運転モード間において異なる点、及び、各運転モードの冷媒回路Rを循環する冷媒の状態について説明する。
When the compressor 2 starts operating in this state, part of the refrigerant discharged from the compressor 2 circulates through the hot gas circuit, and the rest circulates through the bypass circuit. That is, part of the refrigerant discharged from the compressor 2 passes through the indoor heat exchanger 4, the solenoid valve 22 and the chiller expansion valve 72, the temperature-controlled heat exchanger 64, and returns to the compressor 2 via the accumulator 12. On the other hand, the rest of the refrigerant discharged from the compressor 2 returns to the compressor 2 via the electronic expansion valve 24 and the accumulator 12.
Below, differences between the operation modes and the state of the refrigerant circulating through the refrigerant circuit R in each operation mode will be described.
(1)ホットガス暖房モード
ホットガス暖房モードにおいて、制御装置100は、室内送風機27を運転し、エアミックスダンパ28が室内送風機27から吹出された空気が室内熱交換器4に通風される割合を調整する状態とする。また、ポンプ61を動作させず、熱媒体回路60に熱媒体を循環させない。つまり、冷媒は、温調対象熱交換器64の通過時に熱媒体との熱交換を行わない。
(1) Hot Gas Heating Mode In the hot gas heating mode, the control device 100 operates the indoor blower 27 and sets the air mix damper 28 to a state in which the proportion of air blown from the indoor blower 27 that is ventilated through the indoor heat exchanger 4 is adjusted. The control device 100 also does not operate the pump 61 and does not circulate the heat medium through the heat medium circuit 60. In other words, the refrigerant does not exchange heat with the heat medium when passing through the temperature-controlled heat exchanger 64.
図4に、ホットガス暖房モードにおける冷媒の状態変化を表したモリエル線図を示す。
圧縮機2から吐出して室内熱交換器4に流入した高温高圧のガス冷媒は、空気流通路3内の空気と熱交換することで、空気流通路3内の空気が冷媒によって加熱され、加熱された空気が吹出口29から車室内へ吹出されて暖房が行われる。室内熱交換器4で熱交換した冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮する。
FIG. 4 shows a Mollier diagram illustrating the state change of the refrigerant in the hot gas heating mode.
The high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 2 and flowing into the indoor heat exchanger 4 exchanges heat with the air in the air flow passage 3, whereby the air in the air flow passage 3 is heated by the refrigerant, and the heated air is blown into the vehicle interior through the air outlet 29 to provide heating. The refrigerant that has exchanged heat in the indoor heat exchanger 4 loses heat to the air, is cooled, and condenses.
凝縮した冷媒は室内熱交換器4を出た後、冷媒配管13F、13H、13A、13Iを通過してチラー膨張弁72を経て温調対象熱交換器64を通過する。冷媒は、チラー膨張弁72において膨張して低温低圧となり、温調対象熱交換器64において熱媒体との熱交換を行わずに通過し、冷媒配管13J、13Bを経てアキュムレータ12に流入する。 After leaving the indoor heat exchanger 4, the condensed refrigerant passes through refrigerant pipes 13F, 13H, 13A, and 13I, passes through the chiller expansion valve 72, and then passes through the temperature-controlled heat exchanger 64. The refrigerant expands in the chiller expansion valve 72 to a low temperature and low pressure, passes through the temperature-controlled heat exchanger 64 without exchanging heat with the heat medium, and flows into the accumulator 12 through refrigerant pipes 13J and 13B.
一方、圧縮機2から吐出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管13Kを経て電子膨張弁24で膨張されて再びアキュムレータ12に流入する。すなわち、アキュムレータ12には、室内熱交換器4で液化した冷媒と、圧縮機2で圧縮された後に電子膨張弁24で膨張された冷媒とが流入することとなる。アキュムレータ12に流入した冷媒は、気液分離された後、ガス冷媒として冷媒配管13Dを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。
(2)バッテリ加熱モード
バッテリ加熱モードにおいて、制御装置100は、室内送風機27を運転させず、室内熱交換器4において冷媒と空気との熱交換が行われない状態とする。つまり、冷媒は、室内熱交換器4を通過するのみとなる。また、ポンプ61を動作させ、熱媒体回路60に熱媒体を循環させて温調対象熱交換器64において冷媒と熱媒体との熱交換が行われる状態とする。
On the other hand, the high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 2 passes through the refrigerant pipe 13K, is expanded by the electronic expansion valve 24, and flows again into the accumulator 12. That is, the refrigerant liquefied in the indoor heat exchanger 4 and the refrigerant compressed by the compressor 2 and then expanded by the electronic expansion valve 24 flow into the accumulator 12. The refrigerant that has flowed into the accumulator 12 is separated into gas and liquid, and then is sucked into the compressor 2 as gas refrigerant through the refrigerant pipe 13D, repeating this circulation.
(2) Battery Heating Mode In the battery heating mode, the control device 100 does not operate the indoor blower 27, and does not perform heat exchange between the refrigerant and the air in the indoor heat exchanger 4. In other words, the refrigerant only passes through the indoor heat exchanger 4. In addition, the pump 61 is operated to circulate the heat medium in the heat medium circuit 60, and performs heat exchange between the refrigerant and the heat medium in the temperature-controlled heat exchanger 64.
図5に、バッテリ加熱モードにおける冷媒の状態変化を表したモリエル線図を示す。
圧縮機2から吐出して室内熱交換器4に流入した高温高圧のガス冷媒は、空気流通路3内の空気と熱交換せずに通過し、冷媒は室内熱交換器4を出た後、高温高圧のガス冷媒の状態で冷媒配管13F、13H、13A、13Iを通過してチラー膨張弁72を経て温調対象熱交換器64を通過する。冷媒は、温調対象熱交換器64において熱媒体と熱交換することで、熱媒体回路60を循環する熱媒体が冷媒によって加熱され、加熱された熱媒体によりバッテリ55が加熱される。温調対象熱交換器64で熱交換した冷媒は熱媒体に熱を奪われて冷却されて凝縮し、冷媒配管13J、13Bを経てアキュムレータ12に流入する。
FIG. 5 shows a Mollier diagram illustrating the state change of the refrigerant in the battery heating mode.
The high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 2 and flowing into the indoor heat exchanger 4 passes through without exchanging heat with the air in the air flow passage 3. After leaving the indoor heat exchanger 4, the refrigerant passes through refrigerant pipes 13F, 13H, 13A, and 13I in the state of a high-temperature, high-pressure gas refrigerant, passes through the chiller expansion valve 72, and then passes through the temperature-controlled heat exchanger 64. The refrigerant exchanges heat with a heat medium in the temperature-controlled heat exchanger 64, whereby the heat medium circulating through the heat medium circuit 60 is heated by the refrigerant, and the heated heat medium heats the battery 55. The refrigerant that has exchanged heat in the temperature-controlled heat exchanger 64 loses heat to the heat medium, is cooled, and condenses, and flows into the accumulator 12 through refrigerant pipes 13J and 13B.
一方、圧縮機2から吐出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管13Kを経て電子膨張弁24で膨張されて再びアキュムレータ12に流入する。すなわち、アキュムレータ12には、温調対象熱交換器64で液化した冷媒と、圧縮機2で圧縮された後に電子膨張弁24で膨張された冷媒とが流入することとなる。アキュムレータ12に流入した冷媒は、気液分離された後、ガス冷媒として冷媒配管13Dを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。 Meanwhile, the high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from compressor 2 travels through refrigerant piping 13K, expands in electronic expansion valve 24, and flows back into accumulator 12. That is, the accumulator 12 receives both refrigerant liquefied in the temperature-controlled heat exchanger 64 and refrigerant compressed in compressor 2 and then expanded in electronic expansion valve 24. The refrigerant that flows into accumulator 12 is separated into gas and liquid, and then repeatedly circulated as gas refrigerant, passing through refrigerant piping 13D and being drawn into compressor 2.
(3)ホットガスモード(ホットガス暖房及びバッテリ加熱を同時に実施する運転モード)
ホットガスモードにおいて、制御装置100は、室内送風機27を運転し、エアミックスダンパ28が室内送風機27から吹出された空気が室内熱交換器4に通風される割合を調整する状態とする。また、ポンプ61を動作させて熱媒体回路60に熱媒体を循環させ、温調対象熱交換器64において冷媒と熱媒体との熱交換が行われる状態とする。
(3) Hot gas mode (operating mode in which hot gas heating and battery heating are performed simultaneously)
In the hot gas mode, the control device 100 operates the indoor blower 27, and the air mix damper 28 adjusts the proportion of air blown from the indoor blower 27 that is ventilated through the indoor heat exchanger 4. The control device 100 also operates the pump 61 to circulate the heat medium through the heat medium circuit 60, and heat exchange between the refrigerant and the heat medium occurs in the temperature-controlled heat exchanger 64.
ホットガスモードにおける冷媒の状態変化を表したモリエル線図は、図4のホットガス暖房モードにおける冷媒の状態変化を表したモリエル線図と同様となるので、図示を省略する。
圧縮機2から吐出して室内熱交換器4に流入した高温高圧のガス冷媒は、空気流通路3内の空気と熱交換することで、空気流通路3内の空気が冷媒によって加熱され、加熱された空気が吹出口29から車室内へ吹出されて暖房が行われる。室内熱交換器4で熱交換した冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮する。
A Mollier diagram showing the change in state of the refrigerant in the hot gas mode is similar to the Mollier diagram showing the change in state of the refrigerant in the hot gas heating mode in FIG. 4, and therefore is not shown in the figure.
The high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 2 and flowing into the indoor heat exchanger 4 exchanges heat with the air in the air flow passage 3, whereby the air in the air flow passage 3 is heated by the refrigerant, and the heated air is blown into the vehicle interior through the air outlet 29 to provide heating. The refrigerant that has exchanged heat in the indoor heat exchanger 4 loses heat to the air, is cooled, and condenses.
凝縮した冷媒は室内熱交換器4を出た後、冷媒配管13F、13H、13A、13Iを通過してチラー膨張弁72を経て温調対象熱交換器64を通過する。冷媒は、温調対象熱交換器64において熱媒体と熱交換することで、熱媒体回路60を循環する熱媒体が冷媒によって加熱され、加熱された熱媒体によりバッテリ55が加熱される。温調対象熱交換器64で熱交換した冷媒は熱媒体に熱を奪われて冷却されて凝縮し、冷媒配管13J、13Bを経てアキュムレータ12に流入する。 After leaving the indoor heat exchanger 4, the condensed refrigerant passes through refrigerant pipes 13F, 13H, 13A, and 13I, passes through the chiller expansion valve 72, and then passes through the temperature-controlled heat exchanger 64. The refrigerant exchanges heat with the heat medium in the temperature-controlled heat exchanger 64, heating the heat medium circulating through the heat medium circuit 60, and the heated heat medium heats the battery 55. The refrigerant that has exchanged heat in the temperature-controlled heat exchanger 64 loses heat to the heat medium, is cooled, and condenses, and flows into the accumulator 12 via refrigerant pipes 13J and 13B.
一方、圧縮機2から吐出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管13Kを経て電子膨張弁24で膨張されて再びアキュムレータ12に流入する。すなわち、アキュムレータ12には、室内熱交換器4及び温調対象熱交換器64で液化した冷媒と、圧縮機2で圧縮された後に電子膨張弁24で膨張された冷媒とが流入することとなる。アキュムレータ12に流入した冷媒は、気液分離された後、ガス冷媒として冷媒配管13Dを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。 Meanwhile, the high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from compressor 2 travels through refrigerant piping 13K, expands in electronic expansion valve 24, and flows back into accumulator 12. That is, the accumulator 12 receives refrigerant liquefied in the indoor heat exchanger 4 and the temperature-controlled heat exchanger 64, and refrigerant compressed in compressor 2 and then expanded in electronic expansion valve 24. The refrigerant that flows into accumulator 12 is separated into gas and liquid, and then repeatedly circulated as gas refrigerant, being drawn into compressor 2 via refrigerant piping 13D.
なお、上述のホットガス回路を利用した各運転モードでは、バイパス回路を併用する例について説明したが、必ずしもバイパス回路を利用する必要はなく、ホットガス回路のみを利用して各運転モードを実行しても良い。バイパス回路を利用する場合は、圧縮機2で圧縮されて高温高圧となった冷媒を、バイパス回路を経て再び圧縮機2へ戻すため、圧縮機2での動力の上乗せを行うことができる。このため、バイパス回路を利用しない場合に比してより早期に車室内へ所望の温度の空気を供給することができ、より早期に熱媒体回路60の熱媒体を所望の温度まで加熱することができるという利点がある。 In addition, while examples have been described in which the bypass circuit is also used in each of the operating modes using the hot gas circuit described above, it is not necessary to use the bypass circuit, and each operating mode may be performed using only the hot gas circuit. When the bypass circuit is used, the refrigerant compressed by the compressor 2 to a high temperature and pressure is returned to the compressor 2 via the bypass circuit, allowing for additional power to be added to the compressor 2. This has the advantage that air at the desired temperature can be supplied to the passenger compartment more quickly than when the bypass circuit is not used, and the heat medium in the heat medium circuit 60 can be heated to the desired temperature more quickly.
(車室内に吹出される空気の温度制御について)
制御装置100は、上述したホットガス暖房モード及びホットガスモードの実行時に、エアミックスダンパ28によって室内熱交換器4に通風される空気の風量を調整すると共に、圧縮機2を制御して室内熱交換器4における加熱を制御する。これにより、制御装置100は、吹出口29から車室内に吹出される空気が目標吹出温度TAOとなるように制御している。
(Regarding temperature control of air blown into the vehicle cabin)
When the hot gas heating mode and hot gas mode are executed, the control device 100 adjusts the volume of air passed through the indoor heat exchanger 4 by the air mix damper 28, and controls the compressor 2 to control heating in the indoor heat exchanger 4. In this way, the control device 100 controls the temperature of the air blown into the vehicle compartment from the air outlet 29 to be the target blown air temperature TAO.
ここで、制御装置100は、エアミックスダンパ28を風量割合SWに基づいて開閉制御する。 Here, the control device 100 controls the opening and closing of the air mix damper 28 based on the air volume ratio SW.
風量割合SWは、以下の数式(1)によって算出される。
SW=(TAO-Te)/(Theat-Te) ・・・(1)
ここで、TAOは吹出口29から車室内に吹出される空気の目標吹出温度、Teは吸熱器9の出口空気温度、Theatは室内熱交換器4の出口空気温度の推定値(以下、「推定加熱温度」という)である。
The air volume ratio SW is calculated by the following formula (1).
SW=(TAO-Te)/(Theat-Te)...(1)
Here, TAO is the target outlet temperature of the air blown into the vehicle cabin from the air outlet 29, Te is the outlet air temperature of the heat absorber 9, and Theat is the estimated value of the outlet air temperature of the indoor heat exchanger 4 (hereinafter referred to as the "estimated heating temperature").
推定加熱温度Theatは、以下の数式(2)によって算出することができる。
Theat =(INTL_TH * Theat0+Tau_TH * Theatz)/(Tau_TH+INTL_TH)・・・(2)
ここで、INTL_THは演算周期(定数)、Tau_THは一次遅れの時定数
Theat0は一次遅れ演算前の推定加熱温度Theat、Theatzは推定加熱温度Theatの前回値である。
The estimated heating temperature Theat can be calculated by the following equation (2).
Theat = (INTL_TH * Theat0+Tau_TH * Theatz)/(Tau_TH+INTL_TH)...(2)
Here, INTL_TH is the calculation period (constant), Tau_TH is the time constant of the first-order lag, TheaT0 is the estimated heating temperature TheaT before the first-order lag calculation, and TheaTz is the previous value of the estimated heating temperature TheaT.
推定加熱温度Theatを算出する際に、運転モードよって時定数Tau_TH及び定常値Theat0を変更することにより、上述した数式(2)を運転モードによって異なる数式とし、推定加熱温度Theatを算出、推定する。 When calculating the estimated heating temperature Theat, the time constant Tau_TH and steady-state value Theat0 are changed depending on the operating mode, and the above-mentioned formula (2) is made to differ depending on the operating mode, thereby calculating and estimating the estimated heating temperature Theat.
特に、ホットガス回路を用いた暖房運転を行うホットガス暖房モード及びホットガスモードにおいては、図4に示したモリエル線図に示すように、冷媒に過熱度がつく。そこで、制御装置100は、ホットガス暖房モード及びホットガスモードにおいて、室内熱交換器4の出口冷媒圧力Pciから算出された飽和温度と、室内熱交換器4の入口側過熱度又は出口側過熱度に基づいて得られる補正値を用いて推定加熱温度Theatを算出する。 In particular, in the hot gas heating mode and hot gas mode, which perform heating operation using a hot gas circuit, the refrigerant becomes superheated, as shown in the Mollier diagram in Figure 4. Therefore, in the hot gas heating mode and hot gas mode, the control device 100 calculates the estimated heating temperature Theat using the saturation temperature calculated from the outlet refrigerant pressure Pci of the indoor heat exchanger 4 and a correction value obtained based on the inlet side superheat or outlet side superheat of the indoor heat exchanger 4.
具体的には、数式(1)における定常値Theat0を以下の数式(3)のように変更し、変更した定常値Theat0を補正値として数式(1)に用いることで、推定加熱温度Theatを算出する。
Theat0=THsatu+TH_HOS+TH_OFFSET …(3)
ここで、THsatuは、室内熱交換器4の出口冷媒圧力Pciから算出される飽和温度であり、飽和温度曲線テーブルを参照して算出することができる。図6に、冷媒の圧力と飽和温度との関係を示す飽和温度曲線テーブルを示す。
Specifically, the steady-state value Theat0 in equation (1) is changed as shown in equation (3) below, and the estimated heating temperature Theat is calculated by using the changed steady-state value Theat0 in equation (1) as a correction value.
Theat0=THsatu+TH_HOS+TH_OFFSET…(3)
Here, THsaturation temperature is calculated from the outlet refrigerant pressure Pci of the indoor heat exchanger 4, and can be calculated by referring to a saturation temperature curve table. Fig. 6 shows the saturation temperature curve table indicating the relationship between the refrigerant pressure and the saturation temperature.
TH_HOSは、室内熱交換器4の入口側過熱度SHcxin又は出口側過熱度SHcxoutに基づいて得られる値であり、TH_OFFSETはオフセット値である。TH_HOSは、室内熱交換器4の入口側過熱度SHcxinと出口側過熱度SHcxoutとの和、又は、入口側過熱度SHcxinとすることができる。 TH_HOS is a value obtained based on the inlet superheat degree SHcxin or outlet superheat degree SHcxout of the indoor heat exchanger 4, and TH_OFFSET is an offset value. TH_HOS can be the sum of the inlet superheat degree SHcxin and outlet superheat degree SHcxout of the indoor heat exchanger 4, or the inlet superheat degree SHcxin.
入口側過熱度SHcxinは、室内熱交換器4の入口冷媒温度Tcxinから飽和温度THsatuを減ずることで得られる。出口側過熱度SHcxoutは、室内熱交換器4の出口冷媒温度Tciから飽和温度THsatuを減ずることで得られる。 The inlet superheat degree SHcxin is obtained by subtracting the saturation temperature THsat from the inlet refrigerant temperature Tcxin of the indoor heat exchanger 4. The outlet superheat degree SHcxout is obtained by subtracting the saturation temperature THsat from the outlet refrigerant temperature Tci of the indoor heat exchanger 4.
また、制御装置100は、室内熱交換器4の出口冷媒圧力Pciから算出された飽和温度と、室内熱交換器4の入口側過熱度又は出口側過熱度に基づいて得られる補正値に代えて、室内熱交換器4の入口冷媒温度基づいて得られる補正値を用いて室内熱交換器4の出口空気温度の推定値を算出してもよい。つまり、上記した数式(1)における定常値Theat0を室内熱交換器4の入口冷媒温度Tcxinとオフセット値との和に変更し、変更した定常値Theat0を補正値として数式(1)に用いることで、推定加熱温度Theatを算出することもできる。 In addition, the control device 100 may calculate an estimated value of the outlet air temperature of the indoor heat exchanger 4 using a correction value obtained based on the inlet refrigerant temperature of the indoor heat exchanger 4, instead of the saturation temperature calculated from the outlet refrigerant pressure Pci of the indoor heat exchanger 4 and a correction value obtained based on the inlet superheat degree or outlet superheat degree of the indoor heat exchanger 4. In other words, the estimated heating temperature Theat0 can be calculated by changing the steady-state value Theat0 in the above formula (1) to the sum of the inlet refrigerant temperature Tcxin of the indoor heat exchanger 4 and the offset value, and using the changed steady-state value Theat0 as a correction value in formula (1).
以上説明してきたように、本実施形態に係る車両用空調装置1によれば、制御装置100が、出口空気温度の推定値である推定加熱温度Theatの算出に際して、冷媒の過熱度に基づく補正値を利用する。これにより、ホットガス回路を利用した暖房時の冷媒の状態変化に起因して生じる実際の室内熱交換器4の出口空気温度との乖離を抑制し、正確に室内熱交換器4の出口空気温度を推定することができる。したがって、推定精度の高い推定加熱温度Theatを用いて風量割合SWを算出することができるので、車室内に吹出される空気の温度制御を正確に行い、快適な空調を実現することができる。
したがって、
As described above, in the vehicle air conditioning system 1 according to this embodiment, the control device 100 uses a correction value based on the degree of superheat of the refrigerant when calculating the estimated heating temperature Theat, which is an estimate of the outlet air temperature. This reduces deviation from the actual outlet air temperature of the indoor heat exchanger 4 that occurs due to changes in the state of the refrigerant during heating using the hot gas circuit, and allows for accurate estimation of the outlet air temperature of the indoor heat exchanger 4. Therefore, the air volume ratio SW can be calculated using the estimated heating temperature Theat, which has high estimation accuracy, allowing for accurate temperature control of the air blown into the vehicle cabin and comfortable air conditioning.
therefore,
なお、図1に示す本実施形態に係る車両用空調装置1において実行可能な他の運転モードの参考例として、以下、外気吸熱暖房モード及びバッテリ冷却モードについて説明する。
(外気吸熱暖房モード)
図7は、外気吸熱暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ(太線)を示している。また、図8は、外気吸熱暖房モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。
制御装置100が外気吸熱暖房モードを実行する場合、室外膨張弁6及び電磁弁21を開放し、電磁弁22及び室内膨張弁8、電子膨張弁24、チラー膨張弁72を全閉とする。圧縮機2及び室内送風機27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹出された空気が室内熱交換器4に通風される割合を調整する状態とする。
As reference examples of other operation modes that can be performed in the vehicle air conditioner 1 according to this embodiment shown in FIG. 1, an outside air heat absorption heating mode and a battery cooling mode will be described below.
(Outside air heat absorption heating mode)
Fig. 7 shows the flow (thick line) of refrigerant in the refrigerant circuit R in the outdoor air heat absorption heating mode. Fig. 8 is a Mollier diagram showing the state change of the refrigerant in the outdoor air heat absorption heating mode.
When the control device 100 executes the outdoor air heat absorption heating mode, it opens the outdoor expansion valve 6 and the solenoid valve 21, and fully closes the solenoid valve 22, the indoor expansion valve 8, the electronic expansion valve 24, and the chiller expansion valve 72. It operates the compressor 2 and the indoor blower 27, and sets the air mix damper 28 to a state in which it adjusts the proportion of air blown out from the indoor blower 27 that is ventilated to the indoor heat exchanger 4.
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器4に流入する。室内熱交換器4において空気流通路3内の空気と高温高圧の冷媒とが熱交換し、すなわち、空気流通路3内の空気が冷媒によって加熱され、加熱された空気が吹出口29から車室内へ吹出されることで暖房が行われる。 As a result, the high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 2 flows into the indoor heat exchanger 4. In the indoor heat exchanger 4, heat is exchanged between the air in the air flow passage 3 and the high-temperature, high-pressure refrigerant. In other words, the air in the air flow passage 3 is heated by the refrigerant, and the heated air is blown out from the air outlet 29 into the vehicle cabin, thereby heating the vehicle.
一方、室内熱交換器4を通過する冷媒は空気流通路3を通過する空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。液化した冷媒は室内熱交換器4を出た後、冷媒配管13F、13Gを経て、室外膨張弁6に至る。冷媒は、室外膨張弁6で減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は蒸発し、車両の走行により流入する外気、或いは、室外送風機(図示せず)にて通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。即ち、冷媒回路Rがヒートポンプとなる。 Meanwhile, the refrigerant passing through the indoor heat exchanger 4 is cooled and condensed as heat is absorbed by the air passing through the air flow passage 3. After leaving the indoor heat exchanger 4, the liquefied refrigerant passes through refrigerant pipes 13F and 13G and reaches the outdoor expansion valve 6. The refrigerant is depressurized by the outdoor expansion valve 6 before flowing into the outdoor heat exchanger 7. The refrigerant that flows into the outdoor heat exchanger 7 evaporates and draws heat (absorbs heat) from outside air that flows in as the vehicle moves or from outside air ventilated by an outdoor fan (not shown). In other words, the refrigerant circuit R functions as a heat pump.
そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A、13B、電磁弁21、及び逆止弁20を経てアキュムレータ12に流入し、アキュムレータ12で気液分離された後、ガス冷媒が冷媒配管13Dを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。 The low-temperature refrigerant leaving the outdoor heat exchanger 7 flows through refrigerant pipes 13A and 13B, solenoid valve 21, and check valve 20 into accumulator 12. After gas and liquid separation in accumulator 12, the gas refrigerant passes through refrigerant pipe 13D and is drawn into compressor 2, repeating this cycle.
(バッテリ冷却モード)
図9は、バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れを示している。図9において、冷媒が流れる冷媒配管を太線で示している。また、バッテリ冷却モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図は、図8に示す外気吸熱暖房モードにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図と同一であるので図示を省略する。
制御装置100がバッテリ冷却モードを実行する場合、室外膨張弁6及びチラー膨張弁72を開放し、電磁弁21、電磁弁22及び室内膨張弁8、電子膨張弁24を全閉とする。そして、室内送風機27を運転させずに圧縮機2を運転する。
(Battery cooling mode)
Figure 9 shows the flow of refrigerant in the refrigerant circuit R in the battery cooling mode. In Figure 9, the refrigerant piping through which the refrigerant flows is indicated by a thick line. The Mollier diagram showing the change in state of the refrigerant in the battery cooling mode is the same as the Mollier diagram showing the change in state of the refrigerant in the outside air heat absorption heating mode shown in Figure 8, so it is not shown in the figure.
When the control device 100 executes the battery cooling mode, it opens the outdoor expansion valve 6 and the chiller expansion valve 72, and fully closes the solenoid valves 21 and 22, the indoor expansion valve 8, and the electronic expansion valve 24. Then, it operates the compressor 2 without operating the indoor blower 27.
これにより、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒は室内熱交換器4に流入するものの、通過するのみとなり、室内熱交換器4を出た冷媒は冷媒配管13F、13Gを経て、室外膨張弁6に至る。冷媒は、室外膨張弁6で減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は車両の走行により流入する外気、或いは、不図示の室外送風機にて通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。 As a result, the high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the compressor 2 flows into the indoor heat exchanger 4, but only passes through it. The refrigerant that leaves the indoor heat exchanger 4 passes through refrigerant pipes 13F and 13G and reaches the outdoor expansion valve 6. After being decompressed by the outdoor expansion valve 6, the refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 7. The refrigerant that flows into the outdoor heat exchanger 7 is air-cooled by outside air that flows in as the vehicle is moving, or by outside air blown in by an outdoor fan (not shown), and condenses and liquefies.
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、逆止弁18、及びチラー膨張弁72を経て温調対象熱交換器64に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用により熱媒体回路60を循環する熱媒体が冷却される。 The refrigerant leaving the outdoor heat exchanger 7 flows through the refrigerant pipe 13A, check valve 18, and chiller expansion valve 72 into the temperature-controlled heat exchanger 64, where it evaporates. The heat absorption effect at this time cools the heat medium circulating through the heat medium circuit 60.
温調対象熱交換器64で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Jを経てアキュムレータ12に至り、冷媒配管13Dを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。温調対象熱交換器64にて冷却された熱媒体は、ポンプ61によってバッテリ55に圧送され、バッテリ55を冷却する。 The refrigerant evaporated in the temperature-controlled heat exchanger 64 travels through refrigerant pipe 13J to the accumulator 12, and then travels through refrigerant pipe 13D to be sucked into the compressor 2, repeating this cycle. The heat medium cooled in the temperature-controlled heat exchanger 64 is pumped by the pump 61 to the battery 55, where it cools the battery 55.
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。 The above describes in detail embodiments of the present invention with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to these embodiments, and design changes that do not deviate from the gist of the present invention are also included in the present invention.
1:車両用空調装置、2:圧縮機、3:空気流通路、4:室内熱交換器、6:室外膨張弁、7:室外熱交換器、8:室内膨張弁、9:吸熱器、10:HVACユニット、12:アキュムレータ、13A~13K:冷媒配管、18,20:逆止弁、21,22:電磁弁、24:電子膨張弁、25:吸込口、26:吸込切換ダンパ、27:室内送風機、28:エアミックスダンパ、29:吹出口、55:バッテリ、60:熱媒体回路、61:ポンプ、64:温調対象熱交換器、64A:冷媒流路、64B:熱媒体流路、72:チラー膨張弁、100:制御装置 1: Vehicle air conditioning system, 2: Compressor, 3: Air flow passage, 4: Indoor heat exchanger, 6: Outdoor expansion valve, 7: Outdoor heat exchanger, 8: Indoor expansion valve, 9: Heat absorber, 10: HVAC unit, 12: Accumulator, 13A-13K: Refrigerant piping, 18, 20: Check valve, 21, 22: Solenoid valve, 24: Electronic expansion valve, 25: Intake port, 26: Intake switching damper, 27: Indoor blower, 28: Air mix damper, 29: Air outlet, 55: Battery, 60: Heat transfer medium circuit, 61: Pump, 64: Temperature-controlled heat exchanger, 64A: Refrigerant flow path, 64B: Heat transfer medium flow path, 72: Chiller expansion valve, 100: Control device
Claims (8)
前記冷媒回路を制御する制御装置を備え、
前記冷媒回路は、前記圧縮機から吐出した冷媒を前記放熱器へ導き、前記室外熱交換器を迂回させ、前記放熱器から前記圧縮機の吸入側に流入させるホットガス回路を有し、
前記制御装置は、
前記ホットガス回路に冷媒を流通させて、前記圧縮機で圧縮した冷媒の熱により前記車室内を暖房するホットガス暖房モードを実行可能であり、
前記ホットガス暖房モードにおいて、前記放熱器の出口冷媒圧力から算出された飽和温度と、前記放熱器の入口側過熱度又は出口側過熱度とに基づいて得られる補正値を用いて前記放熱器の出口空気温度の推定値を算出する、車両用空調装置。 a refrigerant circuit including a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that heats air to be supplied into the vehicle interior using heat from the refrigerant, and an exterior heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and outside air;
a control device for controlling the refrigerant circuit;
the refrigerant circuit includes a hot gas circuit that guides the refrigerant discharged from the compressor to the radiator , bypasses the outdoor heat exchanger, and flows from the radiator into the suction side of the compressor;
The control device
a hot gas heating mode can be executed in which a refrigerant is circulated through the hot gas circuit to heat the vehicle interior using heat of the refrigerant compressed by the compressor;
In the hot gas heating mode, the vehicle air conditioning system calculates an estimated value of the outlet air temperature of the radiator using a saturation temperature calculated from the outlet refrigerant pressure of the radiator and a correction value obtained based on the inlet side superheat degree or the outlet side superheat degree of the radiator.
前記冷媒回路を制御する制御装置を備え、
前記冷媒回路は、前記圧縮機から吐出した冷媒を前記放熱器へ導き、前記室外熱交換器を迂回させ、前記放熱器から前記圧縮機の吸入側に流入させるホットガス回路を有し、
前記制御装置は、
前記ホットガス回路に冷媒を流通させて、前記圧縮機で圧縮した冷媒の熱により前記車室内を暖房するホットガス暖房モードを実行可能であり、
前記ホットガス暖房モードにおいて、前記放熱器の入口冷媒温度に基づいて得られる補正値を用いて前記放熱器の出口空気温度の推定値を算出する、車両用空調装置。 a refrigerant circuit including a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that heats air to be supplied into the vehicle interior using heat from the refrigerant, and an exterior heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and outside air;
a control device for controlling the refrigerant circuit;
the refrigerant circuit includes a hot gas circuit that guides the refrigerant discharged from the compressor to the radiator , bypasses the outdoor heat exchanger, and flows from the radiator into the suction side of the compressor;
The control device
a hot gas heating mode can be executed in which a refrigerant is circulated through the hot gas circuit to heat the vehicle interior using heat from the refrigerant compressed by the compressor;
In the hot gas heating mode, an estimated value of the outlet air temperature of the radiator is calculated using a correction value obtained based on the inlet refrigerant temperature of the radiator.
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