车辆用空调装置的制作方法

本发明涉及一种车辆用空调装置，具备通过电动式自动阀来切换制冷剂流路的制冷循环。

背景技术：

用于电动汽车的车辆用空调装置不能在制热中使用内燃发动机所产生的热，因此为了对空气进行加热，使用制冷循环的热交换器或电加热器。在专利文献1所记载的电动汽车用的车辆用空调装置具备制冷循环，该制冷循环具有将制冷剂吸入并且进行压缩而后将其排出的压缩机、使制冷剂与室外空气进行热交换的一个室外热交换器、使制冷剂与送向车室内的送风空气进行热交换的两个室内热交换器(空气冷却用热交换器和空气加热用热交换器)，并且，为了对空气进行加热而具有电气式ptc加热器。

在引用文献1的空调装置中，根据运行模式(制冷、制热等)来切换电动式的自动阀即由电磁阀构成的开闭阀和/或三通阀等方向切换阀，从而对制冷剂的流向进行切换。在引用文献1的空调装置中，各阀构成为在停止向开闭阀和方向切换阀供电时，实现与制冷模式对应的制冷剂的流动路径。由此，在使用频度高的制冷模式时，能够将车辆用空调装置整体的电能消耗抑制在较低水平。并且，在使用了制冷模式的环境温度高时(例如夏季)，通过不向电磁阀通电，能够防止电磁阀的异常升温和由此引发的故障。

然而，引用文献1的形式的车辆用空调装置的单位时间的电能消耗量最大的是在环境温度变低的冬季以制热模式运行时。在制热模式(尤其是制热模式的启动初始阶段)下，使用了在制冷模式中不使用的电气式ptc加热器，因此电能消耗量变大。此时，向电磁阀通电会增大供电系统(电池)的负担因而并不优选。并且，在电能消耗量大的冬季，向电磁阀通电会导致夏季与冬季的车辆行驶距离的差扩大，因而并不优选。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特许第5423181号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种能够抑制制热模式时的电能消耗的车辆用空调装置。

用于解决技术问题的技术方案

根据本发明的一个实施方式，提供一种车辆用空调装置，具备：制冷剂回路，其具有对制冷剂进行压缩的压缩机、使制冷剂与外气进行热交换的室外热交换器、以及使制冷剂与送向车室内的空气进行热交换的至少一个室内热交换器；多个电动式的自动阀，其设置于制冷剂回路，用于改变制冷剂回路内的制冷剂的流动路径从而切换车辆用空调装置的运行模式；制冷剂回路和多个自动阀构成为，在不向多个自动阀中的所有自动阀供电时能够形成用于制热模式的制冷剂的流动路径。

发明的效果

根据上述本发明的实施方式，在不向多个自动阀中的所有电磁阀供电时形成用于制热模式的制冷剂的流动路径，因此能够降低制热模式时空调装置整体的电能消耗。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的车辆用空调装置的制冷剂回路的图，是表示制热模式时的车辆用空调装置的动作的图。

图2是表示第一除湿制热模式(外气温度低)时的车辆用空调装置的动作的与图1同样的图。

图3是表示第二除湿制热模式(外气温度中)时的车辆用空调装置的动作的与图1同样的图。

图4是表示第三除湿制热模式(外气温度高)时的车辆用空调装置的动作的与图1同样的图。

图5是表示制冷模式时的车辆用空调装置的动作的与图1同样的图。

图6是表示变形实施方式的车辆用空调装置的制冷剂回路的图，是表示制冷模式时的车辆用空调装置的动作的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图5对本发明的车辆用空调装置的一个实施方式进行说明。车辆用空调装置优选在不具有内燃机而从行驶用电动机得到车辆行驶用的驱动力的电动汽车、或者从内燃机和行驶用电动机得到车辆行驶用的驱动力的混合动力车辆。

车辆用空调装置作为运行模式而具有用于对车室内进行制热的制热模式、对车室内进行除湿且制热的除湿制热模式、用于对车室内进行制冷的制冷模式。除湿制热模式能够分类为在外气温度较低时适用的第一除湿制热模式、在外气温度为中等程度时适用的第二除湿制热模式、以及在外气温度较高时适用的第三除湿制热模式。

车辆用空调装置具有空调装置壳体2。空调装置壳体2具有上游侧的送风机部分2a和下游侧的送风路部分2b。在送风机部分2a内设有叶轮4。叶轮4被电动旋转马达6驱动而旋转。由此，吸入送风机部分2a内的外气和/或内气向送风路部分2b吹出，在通过了送风路部分2b之后，向车室(未图示)内流出。

在送风路部分2b内设有冷却用室内热交换器8、加热用室内热交换器10、电加热器12(在本例中为ptc加热器)和空气混合风门14。流入送风路部分2b内的所有空气通过冷却用室内热交换器8。通过了冷却用室内热交换器8的空气分为通过加热用室内热交换器10和电加热器12而流向下游的第一气流和绕过加热用室内热交换器10和电加热器12而流向下流的第二气流。根据空气混合风门14的位置，来决定第一气流与第二气流的流量比率。

车辆用空调装置可以是双层流类型。

车辆用空调装置具备图1所示的制冷剂回路，包含规定量的润滑油的制冷剂(例如hfc-134a等氟利昂类制冷剂)在该制冷剂回路内循环。

在制冷剂回路，除了前述冷却用室内热交换器8和加热用室内热交换器10之外，还设有室外热交换器16、压缩机18、膨胀阀20,22、集液器24、止回阀26以及开闭阀28,30,32,34。

通常，室外热交换器16在发动机室内靠近车辆的前格栅的后方配置。

在采用图1～图5所示的结构的情况下，优选直接在室外热交换器16的上游侧设置的膨胀阀20为电子膨胀阀。这样的电子膨胀阀能够基于直接在室外热交换器16的下游侧设置的温度传感器(未图示)的检测值对该膨胀阀的开度进行调节，从而使制冷剂适当地在室外热交换器16蒸发。通过采用这样的电子膨胀阀，能够与温度传感器的检测值无关地实现膨胀阀20的大开度(实质上不作为膨胀阀发挥作用的程度的开度，该功能是通过温度膨胀阀无法实现的)。

在采用图1～图5所示的结构的情况下，直接处于冷却用室内热交换器8的上游侧的膨胀阀22可以采用电子膨胀阀和温度膨胀阀中的任一个，考虑要求性能和成本来决定采用哪一个即可。需要说明的是，温度膨胀阀的开度随着从直接处于冷却用室内热交换器8的下游侧的感温筒发送的气体的压力而变化。

压缩机18具有通过电能来驱动该压缩机的马达或者与马达机械连接。压缩机18可以被称作电动式压缩机。

开闭阀28,30,32,34由电动式的自动阀、具体地说电磁阀(螺线管阀)构成。通过切换这些开闭阀28,30,32,34来使制冷剂回路内中的制冷剂的流动路径改变，能够进行后述运行模式的切换。

集液器24对所流入的制冷剂进行气液分离，具有作为将剩余制冷剂储存在内部的气液分离器的作用。

电动旋转马达6、空气混合风门14(详细地说是空气混合风门14的未图示的执行机构)、压缩机18(详细地说是压缩机18的未图示的驱动马达)以及开闭阀28,30,32,34通过从制冷剂回路切换控制部50输送的控制电流而动作(可以基于从制冷剂回路切换控制部50输送的控制信号动作)。

接着，对车辆用空调装置的动作进行说明。图1～图5中的标记具有以下含义：

－在空白的热交换器中不流通制冷剂，在标注了浅色阴影的热交换器(8,10,16)中制冷剂以能够对通过该热交换器的空气进行加热的状态流通，在标注了深色阴影的热交换器中制冷剂以能够对通过该热交换器的空气进行冷却的状态流通；

－空白的电加热器12不通电，标注了阴影的电加热器12通电而正在发热；

－空白的开闭阀(28,30,32,34)打开，涂黑的开闭阀关闭；

－空白的膨胀阀(20,22)处于全开状态而不作为膨胀阀发挥作用，涂黑的膨胀阀缩小到所控制的开度(或规定的开度)；

－通过粗线描绘的管路内流通着制冷剂，通过细线描绘的管路内不流通制冷剂。

[制热模式]

在图1所示的制热模式下，由于开闭阀34关闭，因此在冷却用室内热交换器8中不流通制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过冷却用室内热交换器8时不被冷却地流向下游侧。处于图1所示的位置的空气混合风门14使通过了冷却用室内热交换器8的所有空气通过加热用室内热交换器10。

在加热用室内热交换器10中流通着被压缩机18压缩而成为高温高压的气体的制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过加热用室内热交换器10时与制冷剂热交换，由此对在送风路部分2b内中流动的空气进行加热。该被加热的空气在进一步被电加热器12加热后向车室内吹出。在电加热器12供给有设计范围最大或接近最大的电能。

通过加热用室内热交换器10中的热交换，制冷剂被冷却而成为高压中温的液体。从加热用室内热交换器10流出的制冷剂通过分支点36和打开的开闭阀28而流入膨胀阀20，在那里膨胀而成为低温低压的气/液混合体。接着，制冷剂在室外热交换器16中流通，此时与外气热交换。由此，制冷剂从外气吸热而蒸发(气化)，成为低温低压的气体。

制冷剂通过分支点38、打开的开闭阀32以及合流点42而流入集液器24。在集液器24中未气化的制冷剂被分离，处于气体状态的制冷剂再次流入压缩机18。

在本实施方式中，空调装置的运行模式的切换通过电动式的自动阀即由电磁阀构成的开闭阀28,30,32,34的开闭切换来改变制冷剂回路内的制冷剂的流动路径而进行。在这里，开闭阀28,32是常开(非通电时开)的电磁阀，开闭阀30,34是常闭(非通电时闭)的电磁阀。因此，在不向开闭阀28,30,32,34中的任一开闭阀供电(用于驱动阀的电能)时形成用于制热模式的制冷剂的流动路径。因此，在车载电池的负担变大的低温时，能够减小空调装置整体的电能消耗。

[第一除湿制热模式]

在图2所示的第一除湿制热模式(适用于外气温度低时)下，开闭阀34打开，因此在冷却用室内热交换器8中流通制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过冷却用室内热交换器8时被冷却而流向下游侧。通过该冷却，空气中的水分在冷却用室内热交换器8上凝结而被除去。虽然不向电加热器12通电，但也可以根据需要而通电。在通电的情况下，在电加热器12中供给有例如设计范围的中等程度的电能。

处于图2所示的位置的空气混合风门14使通过了冷却用室内热交换器8的空气的较多的量(例如70％左右)通过加热用室内热交换器10，使其余的绕过加热用室内热交换器10。

在加热用室内热交换器10中流通着被压缩机18压缩而成为高温高压的气体的制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过加热用室内热交换器10时与制冷剂进行热交换，由此对在送风路部分2b内流动的空气进行加热。该加热的空气在与绕过了加热用室内热交换器10的空气混合后，向车室内吹出。

通过加热用室内热交换器10中的热交换被冷却而成为高压中温的液体的制冷剂流入分支点36，在那里分支为两股制冷剂流。第一制冷剂流与图1所示的制热模式时同样地依次通过打开的开闭阀28、膨胀阀20、室外热交换器16、分支点38、打开的开闭阀32、合流点42以及集液器24而返回到压缩机18。该第一制冷剂流的制冷剂与制热模式时同样地在通过室外热交换器16时，从外气吸热而蒸发(气化)，成为低温低压的气体而流入压缩机18。

离开了分支点36的第二制冷剂流的制冷剂通过打开的开闭阀30、合流点40以及打开的开闭阀34而流入膨胀阀22，在那里膨胀而成为低温低压的气/液混合体。接着，制冷剂在冷却用室内热交换器8中流通，此时与在送风路部分2b内流通的空气进行热交换。由此，制冷剂从空气吸热而蒸发(气化)，成为低温低压的气体。接着制冷剂流入合流点42而在与第一制冷剂流的制冷剂合流后，通过集液器24而回到压缩机18。

[第二除湿制热模式]

在图3所示的第二除湿制热模式(适用于外气温度中时)下，与第一除湿制热模式相同，开闭阀34打开，因此在冷却用室内热交换器8中流通制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过冷却用室内热交换器8时被冷却而流向下游侧。通过该冷却，空气中的水分在冷却用室内热交换器8上凝结而被除去。虽然不向电加热器12通电，但可以根据需要而通电。在通电的情况下，在电加热器12中供给有例如设计范围的中等程度的电能。

处于图3所示的位置的空气混合风门14使通过了冷却用室内热交换器8的空气的一半左右的量(例如50％左右)通过加热用室内热交换器10，使其余的绕过加热用室内热交换器10。

在加热用室内热交换器10中流通着被压缩机18压缩而成为高温高压的气体的制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过加热用室内热交换器10时与制冷剂进行热交换，由此对在送风路部分2b内流动的空气进行加热。该加热的空气在与绕过了加热用室内热交换器10的空气混合后，向车室内吹出。

通过加热用室内热交换器10中的热交换被冷却而成为高压中温的液体的制冷剂通过分支点36、打开的开闭阀30、合流点40以及打开的开闭阀34而流入膨胀阀22，在那里膨胀而成为低温低压的气/液混合体。接着，制冷剂在冷却用室内热交换器8中流通，此时与在送风路部分2b内流动的空气进行热交换。由此，制冷剂从空气吸热而蒸发(气化)，成为低温低压的气体。接着制冷剂通过合流点42和集液器24而回到压缩机18。

在第二除湿制热模式下，开闭阀28关闭，因此在室外热交换器16中不流通制冷剂，在室外热交换器16中不进行热交换。并且，由于开闭阀28关闭，因此膨胀阀20的状态是任意的(在图3中成为全开状态)。

[第三除湿制热模式]

在图4所示的第三除湿制热模式(适用于外气温度高时)下，与第一和第二除湿制热模式相同，开闭阀34打开，因此在冷却用室内热交换器8中流通制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过冷却用室内热交换器8时被冷却而流向下游侧。通过该冷却，空气中的水分在冷却用室内热交换器8上凝结而被除去。虽然不向电加热器12通电，但也可以根据需要而通电。在通电的情况下，在电加热器12中供给有例如设计范围的最小或接近最小程度的电能。

处于图4所示的位置的空气混合风门14使通过了冷却用室内热交换器8的空气的较少的量(例如30％左右)通过加热用室内热交换器10，使其余的绕过加热用室内热交换器10。

在加热用室内热交换器10中流通着被压缩机18压缩而成为高温高压的气体的制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过加热用室内热交换器10时与制冷剂进行热交换，由此对在送风路部分2b内流动的空气进行加热。该加热的空气在与绕过了加热用室内热交换器10的空气混合后，向车室内吹出。

通过加热用室内热交换器10中的热交换被冷却而成为高压中温的液体的制冷剂流入分支点36，在那里分支为两股。第一制冷剂流通过打开的开闭阀28、开度调节为全开的膨胀阀20而通过室外热交换器16。此时，膨胀阀20处于全开状态，因此制冷剂以高压中温的液体的状态通过室外热交换器16。此时制冷剂与外气热交换而温度进一步降低。流出室外热交换器16的制冷剂通过分支点38和止回阀26而流入合流点40。流出分支点36的第二制冷剂流不通过室外热交换器16而流入合流点40，与第一制冷剂流合流。第二制冷剂流的制冷剂与第一制冷剂流的制冷剂相比温度更高。

由合流点40流出的制冷剂通过打开的开闭阀34而流入膨胀阀22，在那里膨胀而成为低温低压的气/液混合体。接着，制冷剂在冷却用室内热交换器8中流通，与此时在送风路部分2b内流动的空气进行热交换。由此，制冷剂从空气吸热而蒸发(气化)，成为低温低压的气体。接着，制冷剂通过合流点42和集液器24而回到压缩机18。

在第三除湿制热模式下开闭阀32关闭，在设有开闭阀32的管路中不流通制冷剂。其结果是，能够使在制冷剂回路中流通的所有制冷剂流入冷却用室内热交换器8而进行热交换，在外气的温度较高的状况下，能够可靠地对在送风路部分2b内流动的空气进行冷却。

[制冷模式]

在图5所示的制冷模式下，开闭阀34打开，因此在冷却用室内热交换器8中流通制冷剂。因此，在送风路部分2b内流动的空气在通过冷却用室内热交换器8时被冷却而流向下游侧。通过该冷却，空气中的水分在冷却用室内热交换器8上凝结而被除去。不向电加热器12通电。

处于图5所示的位置的空气混合风门14使在冷却用室内热交换器8中通过的所有空气绕过加热用室内热交换器10。因此，通过冷却用室内热交换器8而被冷却的空气直接吹入车室内。

在加热用室内热交换器10中流通着被压缩机18压缩而成为高温高压的气体的制冷剂，但如前所述，在加热用室内热交换器10几乎不进行热交换，因此制冷剂保持高温高压的气体的状态地从加热用室内热交换器10流出。

之后，制冷剂通过分支点36、打开的开闭阀28以及开度被调节为全开的膨胀阀20而通过室外热交换器16。此时，膨胀阀20处于全开状态，因此制冷剂在高压高温的液体的状态下通过室外热交换器16。此时制冷剂与外气发生热交换，由此使制冷剂的温度降低而成为中温高压的液体。流出室外热交换器16的制冷剂通过分支点38、止回阀26、合流点40、打开的开闭阀34而流入膨胀阀22，在那里膨胀而成为低温低压的气/液混合体。

接着，制冷剂在冷却用室内热交换器8中流通，与此时在送风路部分2b内中流动的空气进行热交换。由此，制冷剂从空气吸热而蒸发(气化)，成为低温低压的气体。接着制冷剂通过合流点42和集液器24而回到压缩机18。

在制冷模式下，开闭阀30,32关闭，在设有这些开闭阀30,32的管路中不流通制冷剂。尤其是通过开闭阀32的关闭，能够使在制冷剂回路中流通的所有制冷剂流向冷却用室内热交换器8而进行热交换，能够可靠地对在送风路部分2b内流动的空气进行冷却。

在上述实施方式中，分支点36与室外热交换器16之间通过单一的管路连接，在该管路中从上游侧依次设有开闭阀28和膨胀阀20，但不限于此，也可以使用图6所示的结构。

在图6所示的变形实施方式中，设有从将分支点36与室外热交换器16连接的管路60(也称为主管路60)在分支点61分支并且在合流点62与主管路60合流的旁通管路63。在主管路60的分支点61与合流点62之间，从上游侧依次设有开闭阀28和膨胀阀20，在旁通管路63设有开闭阀64。车辆用空调装置其他部分的结构与图1～图5相同，省略重复的说明。

在图6所示的变形实施方式中，在执行第三除湿制热模式和制冷模式时，关闭开闭阀28而打开开闭阀64，使制冷剂经由旁通管路63输送到室外热交换器16。在执行制热模式和第一除湿制热模式时，打开开闭阀28而关闭开闭阀64，经由主管路60的膨胀阀20将制冷剂输送到室外热交换器16。在执行第二除湿制热模式时，关闭开闭阀28和开闭阀64，制冷剂不在主管路60中流通。在图6中表示的是执行制冷模式的状态。

在图6所示的变形实施方式中，开闭阀28为常开、开闭阀64为常闭。这样，在不向任一开闭阀通电时，形成用于制热模式的制冷剂的流动路径。

在图6所示的变形实施方式中，膨胀阀20可以无法实现大开度(实质上不作为膨胀阀发挥作用的程度的开度)。并且，膨胀阀20可以是电子膨胀阀，也可以是温度膨胀阀。

在上述实施方式中，用于改变制冷剂回路内的制冷剂的流动路径的切换机构均为开闭阀(28,30,32,34)，但不限于此，切换机构可以包含三通阀、四通阀等方向切换阀。这样的方向切换阀也由电动式的自动阀即电磁阀构成，在非通电时，处于形成用于制热模式的制冷剂的流动路径的状态。

需要说明的是，作为其他变形实施方式(未图示)，可以将直接设置在室外热交换器16的上游侧的膨胀阀20作为具备开闭阀的功能的电子膨胀阀，在这种情况下，能够省略开闭阀28。这样，能够削减零件数量，使制冷剂回路的组装变得容易。具备开闭阀的功能的电子膨胀阀构成为能够将使向电子膨胀阀的通电(驱动电能的供给)停止后的电子膨胀阀的开度固定在即将停止通电之前的开度。因此，能够使电子膨胀阀在通电停止后处于全开状态、全闭状态或以一定的开度缩小的状态中的任一状态。上述功能能够通过从制冷剂回路切换控制部50向电子膨胀阀(20)输送控制电流(或控制信号)，将电子膨胀阀(20)的开度调节为通电停止后应该实现的开度，之后，通过使从制冷剂回路切换控制部50向电子膨胀阀(20)的控制电流(驱动电能)的供给停止或发送使向电子膨胀阀(20)的通电停止的控制信号来实现。需要说明的是，具有这样的功能的电子膨胀阀自身是公知的。

在采用上述电子膨胀阀作为膨胀阀20而省略开闭阀28的情况下，该电子膨胀阀(20)相当于为了进行空调装置的运行模式的切换而改变制冷剂回路内的制冷剂的流动路径的电动式自动阀。上述电子膨胀阀(20)能够不通电地实现缩小为一定的开度的状态，因此在该变形实施方式中，不需要为了改变制冷剂回路内的制冷剂的流动路径而向设置于制冷剂回路的所有电动式自动阀供电，就能够使空调装置以制热模式动作。

需要说明的是，在将电子膨胀阀(20)作为固定开度的节流阀使用时，难以像采用温度膨胀阀的情况下那样以高精度对室外热交换器16中的制冷剂的蒸发进行控制而在一定程度上发挥对流入室外热交换器16的制冷剂进行隔热膨胀的功能。

需要说明的是，在上述变形实施方式中，可以使电子膨胀阀(20)在第一除湿制热模式时作为自动开度控制的膨胀阀动作，在第二除湿制热模式时处于全闭状态(既不是通电也不是非通电)，在第三除湿制热模式时处于全开状态(既不是通电也不是非通电)，在制冷模式时处于全开状态(既不是通电也不是非通电)。

与上述情况相同，使直接处于冷却用室内热交换器8的上游侧的膨胀阀22作为具备开闭阀功能的电子膨胀阀，可以省略开闭阀34(该结构未图示)。在这种情况下，在制热模式时，使电子膨胀阀(22)处于非通电的全闭状态即可。在该情况下能够削减零件数量，使制冷剂回路的组装变得容易。