CN111788081B - 车辆用空调装置 - Google Patents

Abstract

车辆用空调装置具备：供能够切换与车辆发动机(10)的连接状态的温水回路(11)的温水流通的加热器(114)；对温水进行加热的辅助热源(120)；以及通过在加热器流通的温水的热量进行空调用空气的加热控制的控制部(130)。在从车辆发动机流出的温水的温度(TWE)比在加热器流通的温水的目标温度(TWO)低时，在存在能够从在加热器流通的温水向空调用空气散热的散热温度差的情况下，控制部使车辆发动机与温水回路成为连接状态，并且使辅助热源进行工作，在存在在加热器流通的温水从空调用空气吸热的吸热温度差的情况下，控制部使车辆发动机与温水回路成为非连接状态，并且使辅助热源进行工作。

Description

车辆用空调装置

相关申请的相互参照

本发明以2018年7月24日提交的日本申请号2018-138619号为基础，将其记载内容援引于此。

技术领域

本发明涉及一种可以对空调对象空间制热的车辆用空调装置。

背景技术

作为以往的车辆用空调装置，例如专利文献1所记载的已被大众所知。在专利文献1的车辆用空调装置中，在空调壳体内设置有：将发动机的冷却水(温水)作为热源的加热器芯、将热泵循环的制冷剂作为热源的室内冷凝器。并且，在加热器芯温度Tca≥目标吹出温度TAO+ΔT时，进行使用加热器芯的制热(温水制热)，在加热器芯温度Tca<目标吹出温度TAO+ΔT时，从温水制热切换到使用热泵的热泵制热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-189997号公报

然而，即使在加热器芯温度Tca<目标吹出温度TAO+ΔT的情况下，只要从加热器芯流出的温水的温度比向加热器芯流入的温水的温度低(存在温度差)，则温水对空调用空气进行加热。因此，在上述那样的温度条件下进行从温水制热到热泵制热的切换时，发动机的温水的热量并没有被充分地活用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效地活用发动机的热量，从而进行制热运转的车辆用空调装置。

在本发明的一实施方式中，车辆用空调装置具备：加热器，该加热器供能够切换与车辆发动机的连接状态的温水回路的温水流通；辅助热源，该辅助热源对温水进行加热；以及控制部，该控制部通过在加热器流通的温水的热量对空调用空气进行加热控制。在从车辆发动机流出的温水的温度比在加热器流通的温水的目标温度低时，在存在能够从在加热器流通的温水向空调用空气散热的散热温度差的情况下，控制部使车辆发动机与温水回路成为连接状态，并且使辅助热源工作，在存在在加热器流通的温水从空调用空气吸热的吸热温度差的情况下，控制部使车辆发动机与温水回路成为非连接状态，并且使辅助热源工作。由此，即使从车辆发动机流出的温水的温度比在加热器流通的温水的目标温度低，在存在可以从在加热器流通的温水向空调用空气散热的散热温度差的情况下，使车辆发动机与温水回路成为连接状态，并使辅助热源进行工作。因此，能够有效地活用车辆发动机的温水的热量，从而进行空调用空气的加热(制热运转)。

此外，在存在在加热器流通的温水从空调用空气吸热的吸热温度差的情况下，有不能对空调用空气进行加热的情况。因此，使车辆发动机与温水回路成为非连接状态，并使辅助热源进行工作，从而排除空调用空气温度降低的事态，从而可以通过辅助热源进行适当的空调用空气的加热。

附图说明

图1是表示车辆用空调装置的整体结构的说明图。

图2是表示在发动机流出温度比目标温度高的情况下的工作状态的说明图。

图3是表示在发动机流出温度比目标温度低的情况下的控制内容的流程图。

图4是表示在发动机流出温度比目标温度低且发动机流出温度比加热器流出温度高的情况下的工作状态的说明图。

图5是表示在发动机流出温度比目标温度低且加热器流出温度比发动机流出温度高的情况下的工作状态的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对多个实施方式进行说明。在各实施方式中有对与先行的实施方式中已说明的事项对应地部分标注相同的参照符号并省略重复的说明的情况。在仅对各实施方式中结构的一部分进行说明的情况下，能够将已说明的其他的实施方式应用于结构的其他部分。不仅可以将各实施方式中已明示能够进行具体组合的部分彼此进行组合，只要组合没有特别地发生障碍，即使没有明示也可以将实施方式之间进行部分地组合。

(第一实施方式)

使用图1至图5对第一实施方式进行说明。第一实施方式的车辆用空调装置100例如应用于混合动力车辆。

混合动力车辆具备：发动机10，该发动机10是使汽油等液体燃料爆发燃烧而产生动力的行驶用内燃机；以及未图示的行驶辅助用电动发电机，该行驶辅助用电动发动机具备行驶辅助用电动机功能以及发电机功能。发动机10对应于车辆发动机。混合动力车辆能够将发动机10以及电动发动机中至少一方作为行驶用驱动源而行驶。

在发动机10设置有发动机温水回路11。发动机温水回路11对应于温水回路。发动机温水回路11是环状的流路并且在流路的中途连接有发动机10以及后述的配置于空调单元110内的加热器114。在发动机温水回路11中的发动机10的温水流入侧安装有水泵12，使温水在发动机温水回路11内(发动机10与加热器114)进行循环。另外，在发动机温水回路11中的发动机10的温水流出侧设置有对从发动机10流出的温水的温度(以下称为发动机流出温度)TWE进行检测的水温传感器13。

另外，在发动机温水回路11设置有连接水泵12与加热器114之间以及水温传感器13与加热器114之间的旁通流路14。在旁通流路14的中途设置有水泵14a，且在旁通流路14的一端侧(发动机10的温水流入侧)设置有三通阀14b。并且，在发动机温水回路11中的水温传感器13与旁通流路14(连接部)之间设置有对流路进行开闭的电磁阀15。

水泵12、14a、三通阀14b以及电磁阀15由后述的控制部130进行控制。另外，通过水温传感器13检测出的水温信号(发动机流出温度TWE)输出至后述的控制部130。

此外，在发动机10设置有散热器回路16，通过由恒温箱16c进行流路的开闭切换，而形成通过水泵12从发动机10流出的温水在散热器16a侧流通的情况及在旁通流路16b流通的情况，发动机10被适当地冷却。

车辆用空调装置100具备空调单元110、热泵循环120以及控制部130等。空调单元110及控制部130配设于车室内(仪表板的内侧等)，另外，热泵循环120主要配设于车辆的发动机室内。然而，构成热泵循环120的蒸发器124被组入车内的空调单元110内。

空调单元110具有空调壳体111、内外气切换部112、蒸发器124、空气混合门113、加热器114以及PTC加热器115等。

空调壳体111形成供空调用空气进行流通的流路，是在空调用空气的最上游侧连接有内外气切换部112，并且在流路内部收容有蒸发器124、空气混合门113、加热器114以及PTC加热器115等的壳体。此外，在空调壳体111的最下游侧设置有各种吹出口(面部吹出口、脚部吹出口以及除霜吹出口等)，并且被空气调节后的空气向车室内吹出。

内外气切换部112是如下那样的部位：其具有切换门112a及送风机112b，通过切换门112a的转动选择外气或内气作为空调用空气，并且通过送风机112b将已选择的空气导入空调壳体111内。切换门112a的转动及送风机112b的工作由控制部130进行控制。

蒸发器124配置为横穿内外气切换部112之后的流路(通风路)的整体，从送风机112b吹出的空调用空气全部通过该蒸发器124。蒸发器124是如下那样的冷却用热交换器：在热泵循环120运转时，通过在内部流动的制冷剂的吸热作用对空调用空气进行除湿和冷却。

空气混合门113是如下那样的门：通过促动器等使其门主体位置进行变化(转动)，从而调整相对于空调壳体111内被分为两部分而成的通路即温风侧通路及冷风侧通路的开度，进而调节空调用空气的温度。空气混合门113的工作由控制部130进行控制。

空气混合门113的温风侧通路的开度是温风侧通路的横截方向的开口被开放的比例，可以在从0％到100％的范围内进行调整。另外，空气混合门113的冷风侧通路的开度是冷风侧通路的横截方向的开口被开放的比例，可以与温风侧通路的开度0％～100％对应地在从100％到0％的范围内进行调整。

加热器114空调壳体111内配置于空气混合门113的下游侧的温风侧通路。在加热器114的内部流通有发动机温水回路11的温水，加热器114是利用该温水的热量对空调用空气进行加热的加热用交换器。

在加热器114的温水的流入侧设置有对流入加热器114的温水的温度(以下，称为加热器流入温度TWHin)进行检测的入口水温传感器114a。另外，在加热器114的温水的流出侧设置有对从加热器114流出的温水的温度(以下，称为加热器流出温度TWHout)进行检测的出口水温传感器114b。出口水温传感器114b对应于温度传感器。由各传感器114a、114b检测出的水温信号(加热器流入温度TWHin、加热器流出温度TWHout)被输出到控制部130。

PTC(positive temperature coefficient)加热器115至少其传热部分仅位于温风侧通路，相比加热器114进一步配置于空调用空气的下游侧。PTC加热器115是如下那样的加热构件：具有通电发热元件部，在制冷运转、制热运转时，对在温风侧通路流动的空调用空气进行辅助加热。PTC加热器115的工作由控制部130进行控制。

热泵循环120作为通过利用在循环内流动的制冷剂(例如，R134a、CO2等)的状态变化来进行制冷运转以及制热运转的热循环而发挥作用，并且具有通过后述的水制冷剂热交换器122对发动机温水回路11的温水进行加热的功能。热泵循环120对应于辅助热源。

热泵循环120具备循环流路120a、分支流路120b、电动压缩机121、水制冷剂热交换器122、室外热交换器123、蒸发器124、储液器125、各种温度传感器126a～126e、压力传感器127a、电气式膨胀阀128a、128b、止回阀129a、电磁阀129b以及压力调整阀129c等。

循环流路120a形成供制冷剂流通的环状的流路，在该循环流路120a依次连接有电动压缩机121、水制冷剂热交换器122、室外热交换器123、蒸发器124以及储液器125。另外，分支流路120b从室外热交换器123与蒸发器124之间分支，并且是连接于储液器125的制冷剂流入侧的流路。

电动压缩机121通过内置的电动机驱动，是将制冷剂压缩成高温高压并排出的流体设备。电动压缩机121通过控制部130来控制转速，从而使制冷剂排出量成为可变。

水制冷剂热交换器122是如下那样的热交换器：配置于电动压缩机121的下游侧，通过从电动压缩机121排出的制冷剂的热量对发动机温水回路11的温水进行加热。在水制冷剂热交换器122的内部设置有制冷剂流路和温水流路，在制冷剂流路流通有制冷剂，另外，在温水回路流通有温水，制冷剂的热量移动至温水。水制冷剂热交换器122的温水流路配置于发动机温水回路11中的旁通流路14的下游侧与加热器114的温水流入侧之间。

室外热交换器123是如下那样的热交换器：配置于水制冷剂热交换器122的下游侧且例如发动机室内的前方，并且在外气与制冷剂之间进行热交换。室外热交换器123从室外风扇强制接收送风，在后述的制冷运转时作为冷凝器发挥功能，在制热运转时作为蒸发器发挥功能。

蒸发器124是如下那样的冷却用热交换器：配置于室外热交换器123的下游侧，如上所述，在热泵循环120运转时(制冷运转时)，通过在内部流动的制冷剂的吸热作用对空调用空气进行除湿和冷却。

储液器125配置于蒸发器124的下游侧，暂时储存热泵循环120内的过剩制冷剂，并且对从蒸发器124或电磁阀129b流出的制冷剂进行气液分离，使分离出的气相制冷剂吸入到电动压缩机121。

温度传感器126a、126b、126c、126d、126e是如下那样的传感器：配置于图1中的热泵循环120的各部位，并且对各部位的制冷剂的温度进行检测。由各温度传感器126a～126e检测出的温度信号被输出到控制部130。

压力传感器127a是对从电动压缩机121排出的制冷剂的压力进行检测的传感器。由压力传感器127a检测出的压力信号被输出到控制部130。

电气式膨胀阀128a是如下那样的阀：配置于水制冷剂热交换器122与室外热交换器123之间，并且对循环流路120a的开度进行调整，该阀开度由控制部130控制。电气式膨胀阀128a在制冷运转时开度被调整为全开(与循环流路120a相同)，另外，在制热运转时作为被调整为规定的节流开度，使制冷剂减压膨胀的膨胀阀发挥功能，。

电气式膨胀阀128b是如下那样的阀：配置于室外热交换器123与蒸发器124之间，并且对循环流路120a的开度进行调整，该阀开度由控制部130进行控制。电气式膨胀阀128b在制冷运转时作为被调整为规定的节流开度，使制冷剂减压膨胀的膨胀阀发挥功能，另外，在制热运转时，开度被调整为全闭。

止回阀129a是如下那样的阀：配置于室外热交换器123与电气式膨胀阀128b之间，并且将制冷剂的流通方向限制为从室外热交换器123侧朝向蒸发器124侧。

电磁阀129b是如下那样的阀：配置于分支流路120b的中途，并且对分支流路120b进行开闭，该阀的开闭由控制部130进行控制。

压力调整阀129c是如下那样的阀：配置于蒸发器124的下游侧，并且对蒸发器124的下游侧(流出侧)制冷剂的压力进行调整，该压力调整所涉及的工作由控制部130进行控制。

控制部130是对车室内的空调运转进行控制(空调用空气的加热控制)的控制构件，其具备输入电路、输出电路以及微型电子计算机。输入电路进行来自设置于车室内前面的操作面板上的各种开关的信号、来自检测内气温度的内气传感器、检测外气温度的外气传感器、检测日射量的日射传感器、各种水温传感器13、114a、114b、各种温度传感器126a～126e以及压力传感器127a等的传感器信号等的输入。

另外，输出电路向水泵12、14a、三通阀14b、电磁阀15、内外气切换部112、空气混合门113、PTC加热器115、电动压缩机121、电气式膨胀阀128a、128b、电磁阀129b以及压力调整阀129c等发送输出信号。

另外，微型电子计算机由ROM(读取专用存储装置)、RAM(可读取写入存储装置)等存储器以及CPU(中央运算装置)等构成，保有有基于从操作面板等发送的运转命令的演算所使用的各种程序。

车辆用空调装置100的结构如以上所述，接着，对基于上述结构的车辆用空调装置100的工作进行说明。

1.制冷运转时(图1)

在热泵循环120中，通过控制部130，电磁阀129b被关闭，并且电气式膨胀阀128a成为全开状态，另外，电气式膨胀阀128b被调整为规定的节流开度。在制冷运转时，电动压缩机121进行工作，制冷剂以如下顺序进行循环：电动压缩机121→水制冷剂热交换器122→电气式膨胀阀128a(无节流)→室外热交换器123→止回阀129a→电气式膨胀阀128b(有节流)→蒸发器124→压力调整阀129c→储液器125→电动压缩机121。

在电动压缩机121被压缩成高温高压的制冷剂的热量在水制冷剂热交换器122被放出至温水，另外，在室外热交换器123被放出至外气。并且，制冷剂在电气式膨胀阀128b被减压成低温低压，在蒸发器124从空调用空气吸热，因此对空调用空气进行冷却并到达储液器125。

在发动机温水回路11中，通过控制部130，三通阀14b被切换为与旁通流路侧连接，并且关闭电磁阀15，从而发动机10与发动机温水回路11成为非连接的状态(分离状态)。并且，水泵14a进行工作，从而形成为温水在旁通流路14与加热器114之间进行循环的发动机非接触状态。

此时，成为发动机10的排热无法传达至发动机温水回路11的温水的状态。另一方面，在水制冷剂热交换器122中，制冷剂的热量转移至温水。并且，空气混合门113被控制为使配置有加热器114的温风通路侧的开度控制为0％(图1中的虚线)，阻止从加热器114向空调用空气的实质散热。

2.制热运转时

2-1 TWO<TWE时(图2)

在制热运转时，在热泵循环120中，通过控制部130，电磁阀129b被打开，并且电气式膨胀阀128b成为全闭状态，另外，电气式膨胀阀128a被调整为规定的节流开度。

在制热运转时，在发动机流出温度TWE比在加热器114流通的温水的目标温度TWO(预定的目标温度)高的情况下，能够充分利用温水的热量在加热器114中散热(制热)，并且发动机温水回路11被切换为与发动机10连接的状态。

即，在发动机温水回路11中，通过控制部130，三通阀14b被切换为与发动机10侧连接，并且打开电磁阀15，从而发动机10成为与发动机温水回路11连接的状态。并且，水泵12进行工作，从而温水在发动机10与加热器114之间进行循环。此外，由于不需要通过热泵循环120中的制冷剂的热量对温水进行加热，所以热泵循环120被停止。

空气混合门113被控制为使配置有加热器114的温风通路侧的开度处于100％侧(图2中的实线)。并且，温水的热量从加热器114放出到空调用空气，因此空调用空气被加热，从而执行制热运转。

2-2 TWO＞TWE时(图3至图5)

2-2-1 TWE-TWHout＞0的情况(图3、图4)

控制部130根据图3所示的控制流程图执行制热运转。即，在步骤S100中，判定(发动机流出温度TWE-加热器流出温度TWHout)是否＞0。当在步骤S100判定为肯定时，即使是在加热器114中发动机流出温度TWE低于目标温度TWO的条件，流入侧与流出侧也存在可以对空调用空气散热的温度差(散热温度差)，通过该温度差能够认为有对空调用空气进行加热的余地。

因此，控制部130转移至步骤S110，如图4所示，发动机温水回路11中的发动机10的连接状态继续上述2-1已说明的“发动机连接状态”，按照上述2-1已说明的电磁阀129b、电气式膨胀阀128a、128b的设定条件使热泵循环120进行工作。

此时，从发动机10流出的温水在水制冷剂热交换器122被加热，并且通过温水的热量从加热器114被放出至空调用空气，因此空调用空气被加热，从而执行制热运转。通过将发动机10的排热附加至温水，从而发动机10的排热被有效地使用于制热。

2-2-2 TWE-TWHout≤0的情况(图3、图5)

另一方面，当控制部130在图3所示的控制流程图的步骤S100判定为(发动机流出温度TWE-加热器流出温度TWHout)≤0时，即使是在加热器114中发动机流出温度TWE低于目标温度TWO的条件，在流入侧与流出侧也存在从空调用空气吸热的温度差(吸热温度差)，因此在该条件下，存在不能够将发动机10的排热使用于制热的情况。

因此，控制部130转移至步骤S120，如图5所示，将热泵循环120的设定条件设为与上述(发动机流出温度TWE-加热器流出温度TWHout)＞0的情况为同样而使工作继续，并且将发动机温水回路11中的发动机10的连接状态切换至上述1已说明的“发动机非连接状态”。

此时，发动机温水回路11中的温水以不在发动机10流通的方式循环，在水制冷剂热交换器122被加热，温水的热量从加热器114放出至空调用空气，因此空调用空气被加热，从而执行制热运转。温水去除了发动机10的影响，并且使用通过水制冷剂热交换器122被加热的温水的热量。

如以上那样，在本实施方式中，即使从发动机10流出的温水的温度(发动机流出温度TWE)比在加热器114流通的温水的温度(目标温度TWO)低，在存在能够从在加热器114流通的温水向空调用空气散热的散热温度差的情况(2-2-1的情况)下，使发动机10与发动机温水回路11成为连接状态，并且使热泵循环120进行工作。因此，能够有效地活用发动机10的温水的热量，从而进行空调用空气的加热(制热运转)。

此外，在存在在加热器114流通的温水从空调用空气吸热的吸热温度差的情况(2-2-2的情况)下，有不能对空调用空气进行加热的情况。因此，使发动机10与发动机温水回路11成为非连接状态，通过使热泵循环120工作而排除空调用空气的温度降低的事态，从而可以通过热泵循环120进行适当的空调用空气的加热。

(第二实施方式)

在上述的第一实施方式中，为了检测加热器流出温度TWHout使用了出口水温传感器114b，但是在本实施方式中，根据由入口水温传感器114a得到的加热器流入温度TWHin、加热器114中的水侧热量(Qw)及空气侧热量(Qa)来推定加热器流出温度TWHout，从而不需要出口水温传感器114b。以下，对加热器流出温度TWHout的推定的考虑(推定式)进行说明。

在加热器114中的空气侧热量(空气侧能力)为Qa的情况下，能够表示为下式：

(公式1)

Qa＝ΔT·Va·η·ρa·κa

此外，ΔT为加热器流入温度TWHin-加热器吸入空气温度、Va为送风机112b的风量、η为温度效率、ρa为空气密度、κa为空气比热。

另外，在加热器114中的水侧热量(水侧能力)为Qw的情况下，能够表示为下式：

(公式2)

Qw＝Qa·A

此外，A为补正系数。

另外，加热器114中的水侧热量(水侧能力)Qw能够表示为下式：

(公式3)

Qw＝(TWHin-TWHout)·Vw·ρw·κw

此外，Vw为温水流量、ρw为水密度、κw为水比热。

因此，通过公式1至3能够表示为下式：

(公式4)

TWHout＝TWHin-Qw/Vw·ρw·κw

＝TWHin-(ΔT·Va·η·ρa·κa)·A/(Vw·ρw·κw)

在上述的公式4中，ΔT的加热器吸入空气温度可以根据温度传感器126d的检测温度

进行推定。Va可以根据送风机112b的风量特性进行推定。η、ρa、κa、A可以设定为定值，或者可以根据与温度对应的特征表等进行推定。另外，Vw可以根据水泵12、14a的流量特性进行推定。ρw、κw可以设定为定值，或者可以根据与温度对应的特征表等进行推定。

因此，尽管不使用出口水温传感器114b，但是也可以对加热器流出温度TWHout进行推定。

(其他实施方式)

在上述的各实施方式中，对使用热泵循环120作为用于加热温水的辅助热源进行了说明，但是并不限定于此，例如也可以作为电气式的加热器等。

另外，散热温度差与吸热温度差是根据发动机流出温度TWE与加热器流出温度TWHout的差来判定的，但是也可以根据加热器114内的温水温度与空调用空气的温度的差来判定。

另外，为了例如保持除湿效果，也可以使用制冷运转时的工作模式作为制热运转时的热泵循环120的工作模式。

另外，对车辆用空调装置100搭载于混合动力车辆的情况进行了说明，但是并不限定于此。

Claims (4)

1.一种车辆用空调装置，具备：

加热器(114)，该加热器供能够切换与车辆发动机(10)的连接状态的温水回路(11)的温水流通；

辅助热源(120)，该辅助热源对所述温水进行加热；以及

控制部(130)，该控制部通过在所述加热器流通的所述温水的热量对空调用空气进行加热控制，所述车辆用空调装置的特征在于，

在从所述车辆发动机流出的所述温水的温度(TWE)比在所述加热器流通的所述温水的目标温度(TWO)低时，

在存在能够从在所述加热器流通的所述温水向所述空调用空气散热的散热温度差的情况下，所述控制部使所述车辆发动机与所述温水回路成为连接状态，并且使所述辅助热源工作，

在存在在所述加热器流通的所述温水从所述空调用空气吸热的吸热温度差的情况下，所述控制部使所述车辆发动机与所述温水回路成为非连接状态，并且使所述辅助热源工作。

2.根据权利要求1所述的车辆用空调装置，其特征在于，

所述控制部根据从所述车辆发动机流出的所述温水的温度(TWE)与从所述加热器流出的所述温水的温度(TWHout)的差来判定所述散热温度差及所述吸热温度差。

3.根据权利要求2所述的车辆用空调装置，其特征在于，

具备温度传感器(114b)，该温度传感器对从所述加热器流出的所述温水的温度(TWHout)进行检测。

4.根据权利要求2所述的车辆用空调装置，其特征在于，

所述控制部根据流入所述加热器的所述温水的温度(TWHin)与所述加热器中的水侧热量(Qw)及空气侧热量(Qa)来推定从所述加热器流出的所述温水的温度(TWHout)。