车辆空调装置用热泵系统的制作方法

本发明涉及用于车辆的空调(空调装置)的热泵系统，尤其涉及能够防止从作为其构成部件的压缩机排出的制冷剂的温度(过热度)过度上升的热泵系统。

背景技术：

作为车辆的空调，已知有一种使用热泵系统的空调。

这样的热泵系统在制冷剂循环的回路上具备压缩机、车厢内热交换器、膨胀机构以及车厢外热交换器。在当吸入车外或者车内的空气并调整了温度后将空气向车厢内送出的风管内，沿空气的流动方向通常串联地配置有2个车厢内热交换器。

在制冷运转时，从压缩机排出的高温高压的制冷剂流入车厢外热交换器并散热(冷凝)后，经过膨胀机构流入(通常配置在风管内的上游侧的)第一车厢内热交换器并吸热(蒸发)，其后向压缩机回流。被吸入风管内的空气通过在第一车厢内热交换器被制冷剂吸热而被冷却，变成低温后向车厢内送出。

在制热运转时，从压缩机排出的高温高压的制冷剂流入(通常配置在风管内的下游侧的)第二车厢内热交换器并散热(冷凝)后，经过膨胀机构流入车厢外热交换器并吸热(蒸发)，其后向压缩机回流。被吸入风管内的空气通过在第二车厢内热交换器从制冷剂吸热而被加热，变成高温后向车厢内送出。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题

近年对于用于车辆的空调的热泵系统，从能量的有效利用的观点出发，提出一种将车辆的余热用作吸热源的方案。

这样的热泵系统通过用于冷却电池的冷却水吸收例如搭载于车辆的所述电池的余热。具体地说，在用于冷却电池的冷却水的循环回路上配置有冷却器(chiller)，从热泵系统的膨胀机构流出的制冷剂被导入该冷却器。由此，制冷剂从对电池进行冷却而变成高温的冷却水吸热而蒸发，另一方面，冷却水通过被制冷剂吸热而被冷却，变成低温后向电池回流。

在这样的热泵系统中，当制热运转时，在车厢外热交换器中无法从外部空气(车外的空气)吸热(或者优选的是不吸热)的条件下，在冷却器仅从电池的冷却水吸热。

但是，如果对电池进行冷却后流入冷却器的冷却水的温度变高，则向压缩机回流的热泵系统的制冷剂的温度(过热度)也变高。其结果，由于从压缩机排出的制冷剂的温度(过热度)变高，所以需要降低压缩机的转速或者使压缩机停止，以使从压缩机排出的制冷剂的温度不会超过上限温度，从而导致无法在所希望的条件下使空调继续运转。

本发明就是针对这种问题而做出的发明，本发明的目的在于提供一种在制热运转时能够防止从压缩机排出的制冷剂的温度(过热度)过度上升的车辆空调装置用热泵系统。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的车辆空调装置用热泵系统在制冷剂回路上具备压缩机以及室内热交换器，在从所述室内热交换器到所述压缩机的所述制冷剂回路上并联配置有第一分支流道以及第二分支流道，在所述第一分支流道上串联配置有能够调整开度的第一膨胀机构以及第一吸热用热交换器，在所述第二分支流道上串联配置有能够调整开度的第二膨胀机构以及第二吸热用热交换器，在制热运转期间，所述第一膨胀机构的开度设定成总是大于零，所述第二膨胀机构的开度仅当吸入所述压缩机的制冷剂或从所述压缩机排出的制冷剂的过热度变成上限值以上时、或者从所述压缩机排出的制冷剂的温度变成上限值以上时设定成大于零。

优选的是，所述第一吸热用热交换器吸收在所述车辆产生的余热，所述第二吸热用热交换器从外部空气吸热。

优选的是，所述第一吸热用热交换器通过电池的冷却水吸收搭载于所述车辆的所述电池产生的余热。

优选的是，所述制冷剂的过热度是利用配置在所述压缩机的入口侧或者出口侧的所述制冷剂回路上的制冷剂温度传感器以及制冷剂压力传感器计算出来的。

发明效果

按照本发明的热泵系统，在制热运转时能够防止从压缩机排出的制冷剂的温度(过热度)过度地上升。其结果，能够在所希望的条件下使空调继续运转而无需使压缩机的转速降低或者使压缩机停止。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的热泵系统的整体构成的概略说明图。

图2是表示在本发明实施方式的热泵系统的制热运转时从压缩机排出的气相制冷剂的过热度小于上限值情况下(通常运转状态)的制冷剂的流动的概略说明图。

图3是表示在本发明实施方式的热泵系统的制热运转时从压缩机排出的气相制冷剂的过热度或者温度为上限值以上情况下的制冷剂的流动的概略说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

图1是表示本发明实施方式的热泵系统的整体构成的概略说明图。

如图1所示，热泵系统hp包括配置在车辆的空调的风管ad内的第一室内热交换器hxc1以及第二室内热交换器hxc2。在风管ad内，第一室内热交换器hxc1配置于用箭头fa表示的空气的流动方向上，且比第二室内热交换器hxc2更靠上游侧。另外，在比第一室内热交换器hxc1更靠下游，风管ad分成2个通道，第二室内热交换器hxc2配置在其中一方的通道内。此外，空气混合门amd如图中用箭头所示可转动地安装在划分2个通道的分隔构件的上游端。

在制冷运转时，通过送风扇(省略图示)从车外或者车内吸入风管ad内的空气在通过第一室内热交换器hxc1时被冷却，变成低温后向车厢内送出。

另一方面，在制热运转时，同样地吸入风管ad内的空气在通过第二室内热交换器hxc2时被加热，变成高温后向车厢内送出。

另外，当在制热运转时进行空气的除湿的情况下，吸入风管ad内的空气在通过第一室内热交换器hxc1时被冷却、含有水分冷凝而被除去，其后，在通过第二室内热交换器hxc2时被加热，作为除湿后的高温的空气向车厢内送出。此时，通过了第一室内热交换器hxc1后的空气之中、通过第二室内热交换器hxc2的空气与绕过该第二室内热交换器hxc2的空气的比率利用空气混合门amd调整。

热泵系统hp还包括压缩机c、第一膨胀机构ex1及第二膨胀机构ex2、第一吸热用热交换器hxa1及第二吸热用热交换器hxa2、以及储液器a，这些设备以及上述的第一室内热交换器hxc1及第二室内热交换器hxc2配置在制冷剂回路rc上。

压缩机c具有对低压的气相制冷剂进行压缩并作为高温高压的过热状态的气相制冷剂排出的功能。另外，在压缩机c的出口侧的制冷剂回路rc上，配置有制冷剂温度传感器ts以及制冷剂压力传感器ps，这些传感器与电子控制装置ec电连接。

第一膨胀机构ex1以及第一吸热用热交换器hxa1、第二膨胀机构ex2以及第二吸热用热交换器hxa2分别串联配置在第一分支流道bc1、第二分支流道bc2上。而且，第一分支流道bc1与第二分支流道bc2在制冷剂回路rc上彼此并联配置在分支点pb与汇合点pm之间。

2个吸热用热交换器中的第一吸热用热交换器hxa1构成为制冷剂能够从用于冷却搭载于车辆的电池(省略图示)的冷却水吸热。因此，电池的冷却水所循环的冷却水回路wc与第一吸热用热交换器hxa1连接。由此，对电池进行冷却而变成高温的冷却水经过冷却水回路wc流入第一吸热用热交换器hxa1，被制冷剂吸热，由此被冷却，变成低温，再次经过冷却水回路wc向电池回流。因此，第一吸热用热交换器hxa1具有冷却电池的功能，也可以被称为冷却器。

另一方面，第二吸热用热交换器hxa2构成为制冷剂从外部空气(车外的空气)吸热。

另外，第一膨胀机构ex1以及第二膨胀机构ex2是其开度能够从零(全闭状态)到最大开度(全开状态)连续地调整的膨胀阀，例如可以是电子膨胀阀。第一膨胀机构ex1以及第二膨胀机构ex2分别与电子控制装置ec电连接，如后所述地，其开度由电子控制装置ec基于来自制冷剂温度传感器ts以及制冷剂压力传感器ps的输出信号控制。

电子控制装置ec在制热运转期间，基于由制冷剂压力传感器ps测量到的制冷剂的压力，计算出该压力下的制冷剂的饱和温度，通过与由制冷剂温度传感器ts测量到的制冷剂的温度的比较，计算出从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh。

而且，在计算出的过热度sh小于上限值shul的情况下，向第一膨胀机构ex1输出大于零的规定的开度信号，向第二膨胀机构ex2输出零开度(全闭状态)信号。

另一方面，在计算出的过热度sh为上限值shul以上的情况下，或者，在由制冷剂温度传感器ts测量到的制冷剂的温度(即，从压缩机c排出的制冷剂的温度td)为上限值tdul以上的情况下，向第一膨胀机构ex1输出大于零的规定的开度信号，并且向第二膨胀机构ex2也输出大于零的规定的开度信号。

换言之，在制热运转期间，第一膨胀机构ex1的开度设定成总是大于零，相对于此，仅在从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh变成上限值shul以上的情况下或者从压缩机c排出的气相制冷剂的温度td变成上限值tdul以上的情况下，第二膨胀机构ex2的开度设定成大于零。

由此，在从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh小于上限值shul的情况下，仅第一膨胀机构ex1打开，制冷剂仅在第一分支流道bc1中流动。另一方面，在从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh为上限值shul以上的情况下、或者在从压缩机c排出的气相制冷剂的温度td为上限值tdul以上的情况下，第一膨胀机构ex1以及第二膨胀机构ex2双方打开，制冷剂在第一分支流道bc1以及第二分支流道bc2双方中流动。另外，在成为了上限值shul以上后的过热度sh低于了上限值shul的情况下、或者在成为了上限值tdul以上后的温度td低于了上限值tdul的情况下，第二膨胀机构ex2关闭，制冷剂再次仅在第一分支流道bc1中流动。

以下对如上所示构成的热泵系统hp制热运转时的动作进行说明。

图2以及图3是表示制热运转时热泵系统hp的制冷剂的流动的概略说明图，图2表示通常运转状态(从压缩机排出的气相制冷剂的过热度小于上限值的情况)，图3表示从压缩机排出的气相制冷剂的过热度或者温度为上限值以上的情况。

从压缩机c排出的高温高压的过热状态的气相制冷剂流入第二室内热交换器hxc2，向在风管ad内流动的空气散热并冷凝，变成高压的液相制冷剂，此时，在风管ad内流动的空气通过从制冷剂吸热而被加热，变成高温后向车厢内送出。

从第二室内热交换器hxc2流出的制冷剂在制冷剂回路rc中流动并到达分支点pb。

其中，在热泵系统hp通常运转状态下亦即在从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh小于上限值shul的情况下，如上所述，仅第一分支流道bc1上的第一膨胀机构ex1打开，第二分支流道bc2上的第二膨胀机构ex2关闭。

因此，如图2所示，到达了分支点pb的制冷剂流入第一分支流道bc1，在通过第一膨胀机构ex1时等焓膨胀，变成湿蒸汽状态。

流出了第一膨胀机构ex1后的制冷剂流入第一吸热用热交换器hxa1(冷却器)，从在冷却水回路wc内流动的电池的冷却水吸热并蒸发，变成低压的气相制冷剂后流入储液器a。

在储液器a中，混入的液相制冷剂被除去，仅气相制冷剂向压缩机c回流。

另一方面，在热泵系统hp通常运转状态下，电池的温度逐渐上升，流入第一吸热用热交换器hxa1(冷却器)的冷却水的温度也逐渐上升。其结果，从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh也逐渐变大。

此时，电子控制装置ec通过向第一膨胀机构ex1输出更大的开度信号，使从第一膨胀机构ex1流出的制冷剂的温度降低，以抑制过热度sh的上升。但是，最终过热度sh会达到其上限值shul。

这样，如果从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh变成上限值shul以上、或者从压缩机c排出的气相制冷剂的温度td变成上限值tdul以上，则如上所述地，到此为止处于关闭的第二膨胀机构ex2打开，第一膨胀机构ex1以及第二膨胀机构ex2双方变成打开的状态。

因此，如图3所示，到达了分支点pb的制冷剂根据第一膨胀机构ex1以及第二膨胀机构ex2各自的开度，分开流入第一分支流道bc1与第二分支流道bc2。

流入各个分支流道的制冷剂在通过第一膨胀机构ex1以及第二膨胀机构ex2时分别等焓膨胀并变成湿蒸汽状态。

流出第一膨胀机构ex1的制冷剂流入第一吸热用热交换器hxa1(冷却器)，从在冷却水回路wc内流动的电池的冷却水吸热并蒸发，变成低压的气相制冷剂后流入储液器a。

同样地，流出第二膨胀机构ex2的制冷剂流入第二吸热用热交换器hxa2，从外部空气吸热并蒸发，变成低压的气相制冷剂后流入储液器a。

在储液器a中，混入的液相制冷剂被除去，仅气相制冷剂向压缩机c回流。

如上所述，在从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh达到了上限值shul、或者从压缩机c排出的气相制冷剂的温度td达到了上限值tdul时，由于第二吸热用热交换器hxa2仍处于低温的状态，所以从分支点pb流入第二分支流道bc2并通过第二吸热用热交换器hxa2后到达汇合点pm的制冷剂的温度，与从分支点pb流入第一分支流道bc1并通过已经变成高温度状态的第一吸热用热交换器hxa1后到达汇合点pm的制冷剂的温度相比较，是低温的。

这样，通过将从第一分支流道bc1(第一吸热用热交换器hxa1)流出的制冷剂与从温度比其低的第二分支流道bc2(第二吸热用热交换器hxa2)流出的制冷剂混合，能够使比汇合点pm更靠下游的制冷剂的温度降低，从而能够抑制从压缩机c排出的气相制冷剂的过热度sh或者温度td的上升，进而能够使其降低。

如以上说明的，按照本发明实施方式的热泵系统hp，在制热运转时，能够防止从压缩机c排出的制冷剂的温度(过热度sh)(超过上限值shul)过度地上升。其结果，能够在所希望的条件下使空调继续运转而无需使压缩机c的转速降低或者使压缩机c停止。

另外，以上对将制冷剂温度传感器ts以及制冷剂压力传感器ps配置在压缩机c的出口侧的制冷剂回路rc上的例子进行了说明，但是这些传感器也可以配置在压缩机c的入口侧的制冷剂回路rc上。

另外，以上对第一吸热用热交换器hxa1通过电池的冷却水吸收搭载于车辆的该电池的余热的方案进行了说明，但是第一吸热用热交换器hxa1也可以吸收在车辆产生的其它余热。

此外，以上对使用2个吸热用热交换器(从搭载于车辆的电池吸热的第一吸热用热交换器hxa1以及从外部空气吸热的第二吸热用热交换器hxa2)的例子进行了说明，但是也可以例如通过更进一步地设置吸收在车辆产生的其它余热的吸热用热交换器，使用3个以上的吸热用热交换器。

附图标记说明

bc1第一分支流道

bc2第二分支流道

c压缩机

ex1第一膨胀机构

ex2第二膨胀机构

hxa1第一吸热用热交换器

hxa2第二吸热用热交换器

hxc2第二室内热交换器(室内热交换器)

hp热泵系统

rc制冷剂回路