JP-2026077094-A - 車両の空調システム

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Abstract

【課題】ヒートポンプ方式の冷媒回路を用いた車両において、熱エネルギーの損失を抑制しつつ低コストで車室内の空調を行うことができる車両の空調システムを提供する。【解決手段】車両の空調システム１は、ヒートポンプ方式の冷媒回路を用いて車室内の空調を行う車両の空調システムであって、冷媒回路５００に設けられ、冷媒回路５００を循環する冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器５０１と、冷媒回路５０１に設けられ、室外熱交換器５０１を通った冷媒を圧縮するコンプレッサ５０３と、冷媒回路５００に設けられ、コンプレッサ５０３を通った冷媒から放熱させるコンデンサ１０２と、コンデンサ１０２から放熱された熱を利用して暖房された車室内の空気を、室外熱交換器５０１に向けて排気する排気ダクト３００と、を備える。【選択図】図２

Inventors

圷俊裕

Assignees

ダイムラートラックエージー

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20241025

Claims (1)

ヒートポンプ方式の冷媒回路を用いて車室内の空調を行う車両の空調システムであって、前記冷媒回路に設けられ、前記冷媒回路を循環する冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器と、前記冷媒回路に設けられ、前記室外熱交換器を通った前記冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記冷媒回路に設けられ、前記コンプレッサを通った前記冷媒から放熱させるコンデンサと、前記コンデンサから放熱された熱を利用して暖房された前記車室内の空気を、前記室外熱交換器に向けて排気する排気ダクトと、を備える車両の空調システム。

Description

本発明は、車両の空調システムに関する。エンジン自動車の空調システムは，エンジンの排熱を利用することにより車室内の空調を行っている。これに対し、エンジンを搭載していない電気自動車の空調システムは、ヒートポンプ方式の冷媒回路を用いて車室内の空調を行うことが一般的である。例えば、特許文献１には、車両の空調機が暖房モードで動作する場合、冷媒が圧縮機によって高温高圧に圧縮された後、順に四方弁及び冷媒管を介して室内熱交換器に送られ、この高温高圧な冷媒が室内熱交換器における熱交換によって液化され、液化された冷媒が冷媒管を介して膨張弁に送られ、膨張弁により急激に膨張されて低温低圧にされ、この低温冷媒が室外熱交換器に送られて熱交換によって気化され、気体状の冷媒が四方弁を介して圧縮機に戻されることが記載されている。特開２０２１－７０３９５号公報本発明に係る車両の空調システムの一実施形態を適用したトラックの概略側面図である。本発明に係る車両の空調システムの一実施形態を示す全体構成図である。次に、図１及び図２を適宜参照しつつ、本発明に係る車両の空調システムの一実施形態について説明する。図１及び図２に示す空調システム１は、本発明に係る車両の空調システムの一実施形態であり、電気自動車であるトラック１０００の車室内から車室外（車室付近）にかけて設けられている。空調システム１は、図２に示すように、室内暖房用の第１冷媒回路１００と、室内冷暖房用の室内ファン２００と、室内換気用の排気ダクト３００と、室内冷暖房用の室外ファン４００と、室内冷暖房用の第２冷媒回路５００と、バッテリＢの温度調整用の第３冷媒回路６００と、を備えている。バッテリＢは、トラック１０００の走行用の電力を蓄えるためのものである。第１冷媒回路１００は、第１冷媒を循環させてヒータコア１０４を加熱するためのヒータ回路である。第１冷媒回路１００は、第１ポンプ１０１と、コンデンサ１０２と、ヒータ１０３と、ヒータコア１０４と、がそれぞれ第１冷媒の通過する流路を介して接続されている。第１冷媒は、液体の冷媒であり、例えば水やグリコール等である。第１ポンプ１０１は、第１冷媒を第１冷媒回路１００で循環させるための電動ポンプである。コンデンサ１０２は、第１冷媒と後述する第２冷媒とを熱交換させることにより第１冷媒に吸熱させる凝縮器であり、高温化した第２冷媒により第１冷媒を加熱する。ヒータ１０３は、第１冷媒を必要に応じて加熱するためのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータである。ヒータコア１０４は、コンデンサ１０２又はヒータ１０３により加熱された第１冷媒と室内空気（トラック１０００の車室内の空気）とを熱交換させる室内熱交換器である。図１に示すように、ヒータコア１０４は、トラック１０００のキャブ前部におけるインナーパネル内に形成された空調用ダクトＤ内に設けられている。室内ファン２００も、図１に示すように、トラック１０００のキャブ前部におけるインナーパネル内に設けられた空調用ダクトＤ内に設けられており、図１及び図２に示すように、車室内に外気を吸引することにより車室内の換気を行うために使用される。なお、図１では省略しているが空調用ダクトＤ内にはエバポレータ５０５も設けられている。排気ダクト３００は、図１及び図２に示すように、トラック１０００の車室内外を連通する空気流路を構成しており、トラック１０００の車室内の空気を車室外の室外熱交換器５０１に向けて排出するためのものである。排気ダクト３００の一端は、トラック１０００の車室内に接続されており、排気ダクト３００の他端は、トラック１０００の車室外における室外熱交換器５０１の付近に位置している。室外ファン４００は、排気ダクト３００からの排気を外気と共に吸引することにより、この排気と外気との混合空気を室外熱交換器５０１に供給するためのものである。第２冷媒回路５００は、第２冷媒が循環して第１冷媒と第３冷媒（詳細は後述する）との間で熱交換が可能なヒートポンプ回路である。第２冷媒回路５００は、室内暖房時に用いる第１ルートＲ１、室内冷房時に用いる第２ルートＲ２、バッテリＢの冷却時に用いる第３ルートＲ３の流路を有している。第２冷媒は、例えば二酸化炭素やHFO-1234yf等である。第２冷媒回路５００は、第１ルートＲ１に、室外熱交換器５０１と、アキュムレータ５０２と、コンプレッサ５０３と、コンデンサ１０２と、暖房用膨張弁５０４と、を備えている。室外熱交換器５０１は、第２冷媒と、排気ダクト３００からの排気及び外気の混合空気とを熱交換させる熱交換器である。この混合空気は、例えば、室外ファン４００による吸引、トラック１０００の走行による気流、トラック１０００の車室内の空気圧、などにより室外熱交換器５０１に供給される。そして、室外熱交換器５０１は、室内暖房時には混合空気から第２冷媒に吸熱し、室内冷房時には第２冷媒から外気に放熱を行う。アキュムレータ５０２は、第２冷媒の気液分離を行う気液分離装置である。コンプレッサ５０３は、第２冷媒を圧縮して高圧及び高温化させる圧縮機である。コンデンサ１０２は、第２冷媒と第１冷媒とを熱交換させることにより第２冷媒を放熱させる。暖房用膨張弁５０４は、高圧の第２冷媒を低圧及び低温化させるバルブである。また第２冷媒回路５００は、第２ルートＲ２にエバポレータ５０５を備え、第３ルートＲ３にチラー５０６を備えている。第２ルートＲ２及び第３ルートＲ３は、いずれも室外熱交換器５０１とアキュムレータ５０２との間に接続されている。第２冷媒回路５００には、各ルートの流路を切り替えるための第１切替バルブ５０７、冷房用膨張弁５０８、チラー用膨張弁５０９、が設けられている。各切替バルブは、図示しないがトラック１０００に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit）と電気的に接続されており、当該ＥＣＵにより開閉制御される。詳しくは、第１切替バルブ５０７は室外熱交換器５０１とアキュムレータ５０２との間に設けられており、冷房用膨張弁５０８は室外熱交換器５０１とエバポレータ５０５との間に設けられており、チラー用膨張弁５０９は室外熱交換器５０１とチラー５０６との間に設けられている。暖房時には、第１切替バルブ５０７が開放され、冷房用膨張弁５０８及びチラー用膨張弁５０９が閉じられることで、第１ルートＲ１に第２冷媒が循環する。冷房時には第１切替バルブ５０７が閉じられ、冷房用膨張弁５０８が開放されることで第１ルートＲ１に加えて第２ルートＲ２に第２冷媒が循環し、エバポレータ５０５にて室内空気が冷却される。チラー５０６を使用する場合は、第１切替バルブ５０７が閉じられ、チラー用膨張弁５０９が開放されることで第１ルートＲ１に加えて第３ルートＲ３に第２冷媒が循環し、チラー５０６にて第２冷媒と第３冷媒回路６００の第３冷媒との熱交換が行われる。第３冷媒回路６００は、第３冷媒を循環させてバッテリＢの温度を調整（冷却及び暖機）するためのバッテリ冷却回路である。第３冷媒回路６００は、第３ポンプ６０１と、チラー５０６と、図示はしないがヒータと、がそれぞれ第３冷媒の通過する流路を介して接続されている。第３冷媒は、液体の冷媒であり、例えば水やグリコール等である。第３ポンプ６０１は、第３冷媒を第３冷媒回路６００で循環させるための電動ポンプである。チラー５０６は、第３冷媒と第２冷媒との熱交換を行うための熱交換器であり、主に低温な第２冷媒により第３冷媒を冷却する際に用いられる。なお、第３冷媒回路６００における第３冷媒は、バッテリＢを加熱する必要があるときには、第３冷媒回路６００の図示しないヒータにより加熱されることがある。次に、空調システム１の暖房時の動作について説明する。冷房時については、既知の動作であるため、説明を省略する。まず、第２冷媒回路５００において、第１ルートＲ１を第２冷媒が循環する。具体的には、第２冷媒は、室外熱交換器５０１にて外気から吸熱し、アキュムレータ５０２で気液分離された後、コンプレッサ５０３により圧縮されることで高圧及び高温化し、コンデンサ１０２により第１冷媒回路１００の第１冷媒を加熱する。コンデンサ１０２を経た第２冷媒は、暖房用膨張弁５０４により急激に膨張することで低圧及び低温化して再び室外熱交換器５０１にて吸熱を行う。そして、第１冷媒回路１００において、コンデンサ１０２にて加熱された第１冷媒がヒータコア１０４にて室内空気を温めて室内の暖房を行う。さらに、室内ファン２００、トラック１０００の走行による気流などにより外気を車室内に吸引することで、車室内の内気を排気ダクト３００の一端側から排気ダクト３００の内部に供給し、この内気を排気ダクト３００の他端側から室外熱交換器５０１に向けて排気する。そして、排気ダクト３００の他端側からの排気と外気とを含む混合空気は、室外ファン４００による吸引、トラック１０００の走行による気流、トラック１０００の車室内の空気圧などにより室外熱交換器５０１に供給される。これ以降、第２冷媒回路５００を循環する第２冷媒は、室外熱交換器５０１において、この混合空気から吸熱する。このような本実施形態の空調システム１によれば、暖房された車室内の空気を室外熱交換器５０１に向けて排気する排気ダクト３００を備えるため、車室内の換気を行うときには、暖房された車室内の空気を室外熱交換器５０１に向けて排気することができる。これにより、室外熱交換器５０１付近の空気を昇温させ、室外熱交換器５０１における第２冷媒の吸熱効率（熱交換効率）を上昇させることができる。このため、外気温が低温であっても、室外熱交換器５０１における第２冷媒の吸熱効率（熱交換効率）を高く維持することができる。このように、暖房された車室内の空気に含まれる熱エネルギーを有効に利用することにより、車両の暖房を行うときにＰＴＣヒータ等の加熱手段を利用しなければならない状況の発生を抑制することができる。したがって、ヒートポンプ方式の冷媒回路を用いた車両（トラック１０００）において、熱エネルギーの損失を抑制しつつ低コストで車室内の空調を行うことができる車両の空調システム１を提供することができる。以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は本実施形態に限定されるものではない。例えば、図２に示す空調システム１は、ヒートポンプ方式の冷媒回路を用いて車室内の空調を行う車両であれば適用可能であり、エンジン自動車、電気自動車及びハイブリッド自動車のいずれにも適用することができ、普通自動車、中型自動車及び大型自動車のいずれにも適用することができる。また、本実施形態においては空調システム１が第１冷媒回路１００を備え、第１冷媒回路１００を介してコンデンサ１０２から放熱された熱を利用して暖房しているが、本発明においては、第１冷媒回路１００の設置を省略し、コンデンサ１０２を空調用ダクトＤ内に配置してヒータコア（本実施形態のヒータコア１０４に相当）として利用してもよい。