JP6418779B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の車室内を空調するヒートポンプ方式の空気調和装置、特にハイブリッド自動車や電気自動車に適用可能な車両用空気調和装置に関するものである。
近年の環境問題の顕在化から、ハイブリッド自動車や電気自動車が普及するに至っている。そして、このような車両に適用することができる空気調和装置として、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室内側に設けられて冷媒を放熱させる放熱器(凝縮器)と、車室内側に設けられて冷媒を吸熱させる吸熱器(蒸発器)と、車室外側に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる室外熱交換器を備え、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、この放熱器において放熱した冷媒を室外熱交換器において吸熱させる暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、放熱器において放熱した冷媒を吸熱器において吸熱させる除湿モードと、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させる冷房モードの各モードを切り換えて実行するものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
特許第3985384号公報
ここで、上記暖房モードにおいては、室外熱交換器が冷媒の蒸発器として機能する。そのため、車両の空気調和装置を起動して暖房モードを実行すると、外気の温度/湿度の条件によっては、室外熱交換器に外気中の水分が霜となって付着し、成長するようになる。暖房モードにおいて室外熱交換器に着霜した場合、霜は熱抵抗となり伝熱性を低下させ、且つ、熱交換器への空気の流れも低下させるため、外気との熱交換性能が著しく悪化し、外気中から吸熱することができなくなるため、所要の暖房能力が得られなくなる問題があった。
図26は係る室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXOと暖房能力の関係を示している。室外熱交換器の着霜が進行すると、吸熱性能の低下から冷媒蒸発温度TXOが低下するため、暖房能力も低下してしまう。これは、圧縮機の吸込冷媒温度Tsと暖房能力との関係においても同様である。一方で、図中に示すように、例えば、或る条件下において圧縮機回転数を8000rpmから5000rpmまで低下させることにより、室外熱交換器の吸熱能力を下げることができるため、冷媒蒸発温度TXOを上昇させることができることが分かる。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、所謂ヒートポンプ方式の車両用空気調和装置において、室外熱交換器への着霜の進行を遅延させることにより、着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、制御手段とを備え、この制御手段により少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行するものであって、制御手段は、無着霜時における室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseと、当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXOとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)に基づき、当該差ΔTXOが増大するに応じて上昇させる方向で、放熱器における冷媒の過冷却度の目標値である目標過冷却度TGSCを補正することを特徴とする。
請求項2の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、制御手段とを備え、この制御手段により少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行するものであって、制御手段は、起動初期には放熱器における冷媒の過冷却度の目標値である目標過冷却度TGSCを上昇させる方向で補正することを特徴とする
請求項1の発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、制御手段とを備え、この制御手段により少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、制御手段が、無着霜時における室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseと、当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXOとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)に基づき、当該差ΔTXOが増大するに応じて上昇させる方向で、放熱器における冷媒の過冷却度の目標値である目標過冷却度TGSCを補正する。
暖房モードにおいて室外熱交換器に着霜し始めると、室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXOが低下して無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するので、制御手段は、放熱器の目標過冷却度TGSCを上昇させる方向で補正することになる。放熱器の目標過冷却度TGSCが上昇すると、放熱器圧力(高圧側圧力)が上昇するので、圧縮機の回転数は低下し、室外熱交換器圧力(低圧側圧力)も上昇して室外熱交換器に着霜し難くなる。これにより、室外熱交換器への着霜の進行を遅延させ、着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
請求項2の発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、制御手段とを備え、この制御手段により少なくとも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、制御手段が、起動初期には放熱器における冷媒の過冷却度の目標値である目標過冷却度TGSCを上昇させる方向で補正する。
車両用空気調和装置の起動初期や暖房モードの起動初期には、圧縮機の回転数も高くなり易く、室外熱交換器に着霜し易い状況となるが、係る起動初期に放熱器の目標過冷却度TGSCを上昇させることで、前述同様に放熱器圧力(高圧側圧力)が上昇する。これにより、圧縮機の回転数も低下して室外熱交換器圧力(低圧側圧力)も上昇し、室外熱交換器に着霜し難くなるので、室外熱交換器への着霜の進行を遅延させ、着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる
本発明を適用した一実施形態の車両用空気調和装置の構成図である。 図1の車両用空気調和装置のコントローラの電気回路のブロック図である。 図2のコントローラの制御ブロック図である。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の一実施例を説明するためのΔTXOとTGSC補正値の関係を示す図である(実施例1)。 図4の場合の車両用空気調和装置の動作や圧力、温度の変化を示すタイミングチャートである。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の他の実施例を説明するためのΔTXOと室内送風機風量補正値の関係を示す図である(実施例2)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御のもう一つの他の実施例を説明するためのΔTXOと圧縮機回転数の制御上限値の関係を示す図である(実施例3)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するためのΔTXOと内気比率の関係を示す図である(実施例4)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するためのΔTXOと室外送風機風量(稼働率)の関係を示す図である(実施例5)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するための車両用空気調和装置の動作や圧力、温度の変化を示すタイミングチャートである(実施例6)。 図10の場合のコントローラの制御フローチャートの一例を示す図である。 図10の場合のコントローラの制御フローチャートの他の例を示す図である。 図10の場合のコントローラによるTGSCの設定例を示す図である。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するための放熱器圧力PCI(高圧側圧力)に対する室内送風機風量と圧縮機回転数の関係を示す図である(実施例7)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するための車両用空気調和装置の圧縮機吸込冷媒温度、又は、室外熱交換器冷媒蒸発温度TXOと、室内送風機風量の変化を示すタイミングチャートである(実施例8)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するための車両用空気調和装置の圧縮機吸込冷媒温度、又は、室外熱交換器冷媒蒸発温度TXOと、圧縮機回転数の変化を示すタイミングチャートである(実施例9)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するための車両用空気調和装置の圧縮機吸込冷媒温度、又は、室外熱交換器冷媒蒸発温度TXOと、圧縮機回転数の制御上限値の変化を示すタイミングチャートである(実施例10)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するための車両用空気調和装置の圧縮機冷媒吸込温度、又は、室外熱交換器冷媒蒸発温度TXOと、室外送風機風量(稼働率)の変化を示すタイミングチャートである(実施例11)。 図2のコントローラによる室外熱交換器への着霜遅延制御の更にもう一つの他の実施例を説明するための外気温度と熱媒体循環回路の動作の関係を示す図である(実施例12)。 本発明を適用した車両用空気調和装置の他の実施例の構成図である(実施例13)。 本発明を適用した車両用空気調和装置のもう一つの他の実施例の構成図である(実施例14)。 本発明を適用した車両用空気調和装置の更にもう一つの他の実施例の構成図である(実施例15)。 本発明を適用した車両用空気調和装置の更にもう一つの他の実施例の構成図である(実施例16)。 本発明を適用した車両用空気調和装置の更にもう一つの他の実施例の構成図である(実施例17)。 本発明を適用した車両用空気調和装置の更にもう一つの他の実施例の構成図である(実施例18)。 室外熱交換器冷媒蒸発温度TXOと暖房能力の関係を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
図1は本発明を適用した車両用空気調和装置1の一実施例の構成図を示している。本発明を適用する実施例の車両は、エンジン(内燃機関)が搭載されていない電気自動車(EV)であって、バッテリに充電された電力で走行用の電動モータを駆動して走行するものであり(何れも図示せず)、本発明の車両用空気調和装置1も、バッテリの電力で駆動されるものとする。即ち、実施例の車両用空気調和装置1は、エンジン廃熱による暖房ができない電気自動車において、冷媒回路を用いたヒートポンプ運転により暖房を行い、更に、除湿暖房や冷房除湿、冷房等の各運転モードを選択的に実行するものである。
尚、車両として電気自動車に限らず、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にも本発明は有効であり、更には、エンジンで走行する通常の自動車にも適用可能であることは云うまでもない。
実施例の車両用空気調和装置1は、電気自動車の車室内の空調(暖房、冷房、除湿、及び、換気)を行うものであり、冷媒を圧縮する電動式の圧縮機2と、車室内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が冷媒配管13Gを介して流入し、この冷媒を車室内に放熱させる放熱器4と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動弁から成る室外膨張弁6と、冷房時には放熱器として機能し、暖房時には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室外熱交換器7と、冷媒を減圧膨張させる電動弁から成る室内膨張弁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る吸熱器9と、吸熱器9における蒸発能力を調整する蒸発能力制御弁11と、アキュムレータ12等が冷媒配管13により順次接続され、冷媒回路Rが構成されている。
尚、室外熱交換器7には、室外送風機15が設けられている。この室外送風機15は、室外熱交換器7に外気を強制的に通風することにより、外気と冷媒とを熱交換させるものであり、これにより停車中(即ち、車速VSPが0km/h)にも室外熱交換器7に外気が通風されるよう構成されている。
また、室外熱交換器7は冷媒下流側にレシーバドライヤ部14と過冷却部16を順次有し、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは冷房時に開放される電磁弁(開閉弁)17を介してレシーバドライヤ部14に接続され、過冷却部16の出口が逆止弁18を介して室内膨張弁8に接続されている。尚、レシーバドライヤ部14及び過冷却部16は構造的に室外熱交換器7の一部を構成しており、逆止弁18は室内膨張弁8側が順方向とされている。
また、逆止弁18と室内膨張弁8間の冷媒配管13Bは、吸熱器9の出口側に位置する蒸発能力制御弁11を出た冷媒配管13Cと熱交換関係に設けられ、両者で内部熱交換器19を構成している。これにより、冷媒配管13Bを経て室内膨張弁8に流入する冷媒は、吸熱器9を出て蒸発能力制御弁11を経た低温の冷媒により冷却(過冷却)される構成とされている。
また、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは分岐しており、この分岐した冷媒配管13Dは、暖房時に開放される電磁弁(開閉弁)21を介して内部熱交換器19の下流側における冷媒配管13Cに連通接続されている。更に、放熱器4の出口側の冷媒配管13Eは室外膨張弁6の手前で分岐しており、この分岐した冷媒配管13Fは除湿時に開放される電磁弁(開閉弁)22を介して逆止弁18の下流側の冷媒配管13Bに連通接続されている。
また、室外膨張弁6には並列にバイパス配管13Jが接続されており、このバイパス配管13Jには、冷房モードにおいて開放され、室外膨張弁6をバイパスして冷媒を流すための電磁弁(開閉弁)20が介設されている。尚、これら室外膨張弁6及び電磁弁20と室外熱交換器7との間の配管は13Iとする。
また、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おり(図1では吸込口25で代表して示す)、この吸込口25には空気流通路3内に導入する空気を、車室内の空気である内気(内気循環モード)と、車室外の空気である外気(外気導入モード)とに切り換え、更には、それらの比率(内外気比率)を調整する吸込切換ダンパ26が設けられている。そして、この吸込切換ダンパ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(ブロワファン)27が設けられている。
また、図1において23は実施例の車両用空気調和装置1に設けられた補助加熱手段としての熱媒体循環回路を示している。この熱媒体循環回路23は循環手段を構成する循環ポンプ30と、熱媒体加熱電気ヒータ35と、空気流通路3の空気の流れに対して、放熱器4の空気下流側となる空気流通路3内に設けられた熱媒体−空気熱交換器40とを備え、これらが熱媒体配管23Aにより順次環状に接続されている。尚、この熱媒体循環回路23内で循環される熱媒体としては、例えば水、HFO−1234yfのような冷媒、クーラント等が採用される。
そして、循環ポンプ30が運転され、熱媒体加熱電気ヒータ35に通電されて発熱すると(熱媒体循環回路23が動作すると)、熱媒体加熱電気ヒータ35により加熱された熱媒体が熱媒体−空気熱交換器40に循環されるよう構成されている。即ち、この熱媒体循環回路23の熱媒体−空気熱交換器40が所謂ヒータコアとなり、車室内の暖房を補完する。係る熱媒体循環回路23を採用することで、搭乗者の電気的な安全性を向上することができるようになる。
また、放熱器4の空気上流側における空気流通路3内には、内気や外気の放熱器4への流通度合いを調整するエアミックスダンパ28が設けられている。更に、放熱器4の空気下流側における空気流通路3には、フット、ベント、デフの各吹出口(図1では代表して吹出口29で示す)が形成されており、この吹出口29には上記各吹出口から空気の吹き出しを切換制御する吹出口切換ダンパ31が設けられている。
次に、図2において32はマイクロコンピュータから構成された制御手段としてのコントローラ(ECU)であり、このコントローラ32の入力には車両の外気温度を検出する外気温度センサ33と、車両の外気湿度を検出する外気湿度センサ34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(内気)の温度を検出する内気温度センサ37と、車室内の空気の湿度を検出する内気湿度センサ38と、車室内の二酸化炭素濃度を検出する室内CO2濃度センサ39と、吹出口29から車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ41と、圧縮機2の吐出冷媒圧力を検出する吐出圧力センサ42と、圧縮機2の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ43と、圧縮機2の吸込冷媒圧力を検出する吸込圧力センサ44と、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsを検出する吸込温度センサ45と、放熱器4の温度(放熱器4を経た空気の温度、又は、放熱器4自体の温度)を検出する放熱器温度センサ46と、放熱器4の冷媒圧力(放熱器4内、又は、放熱器4を出た直後の冷媒の圧力)を検出する放熱器圧力センサ47と、吸熱器9の温度(吸熱器9を経た空気の温度、又は、吸熱器9自体の温度)を検出する吸熱器温度センサ48と、吸熱器9の冷媒圧力(吸熱器9内、又は、吸熱器9を出た直後の冷媒の圧力)を検出する吸熱器圧力センサ49と、車室内への日射量を検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ51と、車両の移動速度(車速)を検出するための車速センサ52と、設定温度や運転モードの切り換えを設定するための空調(エアコン)操作部53と、室外熱交換器7の温度(室外熱交換器7から出た直後の冷媒の温度、又は、室外熱交換器7自体の温度)、即ち、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOを検出する室外熱交換器温度センサ54と、室外熱交換器7の冷媒圧力(室外熱交換器7内、又は、室外熱交換器7から出た直後の冷媒の圧力)を検出する室外熱交換器圧力センサ56の各出力が接続されている。
また、コントローラ32の入力には更に、熱媒体循環回路23の熱媒体加熱電気ヒータ35の温度(熱媒体加熱電気ヒータ35で加熱された直後の熱媒体の温度、又は、熱媒体加熱電気ヒータ35に内蔵された図示しない電気ヒータ自体の温度)を検出する熱媒体加熱電気ヒータ温度センサ50と、熱媒体−空気熱交換器40の温度(熱媒体−空気熱交換器40を経た空気の温度、又は、熱媒体−空気熱交換器40自体の温度)を検出する熱媒体−空気熱交換器温度センサ55の各出力も接続されている。
一方、コントローラ32の出力には、前記圧縮機2と、室外送風機15と、室内送風機(ブロワファン)27と、吸込切換ダンパ26と、エアミックスダンパ28と、吹出口ダンパ31と、室外膨張弁6、室内膨張弁8と、各電磁弁22、17、21、20と、循環ポンプ30と、熱媒体加熱電気ヒータ35と、蒸発能力制御弁11が接続されている。そして、コントローラ32は各センサの出力と空調操作部53にて入力された設定に基づいてこれらを制御する。
以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置1の動作を説明する。コントローラ32は実施例では大きく分けて暖房モードと、除湿暖房モードと、内部サイクルモードと、除湿冷房モードと、冷房モードの各運転モードを切り換えて実行する。先ず、各運転モードにおける冷媒の流れについて説明する。
(1)暖房モード
コントローラ32により或いは空調操作部53へのマニュアル操作により暖房モードが選択されると、コントローラ32は電磁弁21を開放し、電磁弁17、電磁弁22及び電磁弁20を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び熱媒体−空気熱交換器40に通風される状態とする。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放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化する。
放熱器4内で液化した冷媒は放熱器4を出た後、冷媒配管13Eを経て室外膨張弁6に至る。尚、熱媒体循環回路23の動作及び作用については後述する。室外膨張弁6に流入した冷媒はそこで減圧された後、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、走行により、或いは、室外送風機15にて通風される外気中から熱を汲み上げる。即ち、冷媒回路Rがヒートポンプとなり、室外熱交換器7は冷媒の蒸発器として機能する。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び電磁弁21及び冷媒配管13Dを経て冷媒配管13Cからアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。放熱器4にて加熱された空気は熱媒体−空気熱交換器40を経て吹出口29から吹き出されるので、これにより車室内の暖房が行われることになる。
コントローラ32は放熱器圧力センサ47が検出する放熱器の冷媒圧力、即ち、放熱器圧力PCI(冷媒回路Rの高圧側圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器温度センサ46が検出する放熱器4の温度(放熱器温度TCI)及び放熱器圧力PCIに基づいて算出される冷媒の過冷却度に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御し、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度SCを制御する。
(2)除湿暖房モード
次に、除湿暖房モードでは、コントローラ32は上記暖房モードの状態において電磁弁22を開放する。これにより、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の一部が分流され、電磁弁22を経て冷媒配管13F及び13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至るようになる。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁11、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cにて冷媒配管13Dからの冷媒と合流した後、アキュムレータ12を経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて除湿された空気は放熱器4を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになる。コントローラ32は放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力PCIに基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御する。
(3)内部サイクルモード
次に、内部サイクルモードでは、コントローラ32は上記除湿暖房モードの状態において室外膨張弁6を全閉とする(全閉位置)と共に、電磁弁20、21も閉じる。この室外膨張弁6と電磁弁20、21が閉じられることにより、室外熱交換器7への冷媒の流入、及び、室外熱交換器7からの冷媒の流出は阻止されることになるので、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒は電磁弁22を経て冷媒配管13Fに全て流れるようになる。そして、冷媒配管13Fを流れる冷媒は冷媒配管13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁11、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを流れ、アキュムレータ12を経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて除湿された空気は放熱器4を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになるが、この内部サイクルモードでは室内側の空気流通路3内にある放熱器4(放熱)と吸熱器9(吸熱)の間で冷媒が循環されることになるので、外気からの熱の汲み上げは行われず、圧縮機2の消費動力分の暖房能力が発揮される。除湿作用を発揮する吸熱器9には冷媒の全量が流れるので、上記除湿暖房モードに比較すると除湿能力は高いが、暖房能力は低くなる。
コントローラ32は吸熱器9の温度、又は、前述した放熱器圧力PCIに基づいて圧縮機2の回転数を制御する。このとき、コントローラ32は吸熱器9の温度によるか放熱器圧力PCIによるか、何れかの演算から得られる圧縮機目標回転数の低い方を選択して圧縮機2を制御する。
(4)除湿冷房モード
次に、除湿冷房モードでは、コントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21、電磁弁22及び電磁弁20を閉じる。そして、圧縮機2、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び熱媒体−空気熱交換器40に通風される状態とする。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放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気が通風されるので、空気流通路3内の空気は放熱器4内の高温冷媒により加熱され、一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。
放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て室外膨張弁6に至り、開き気味で制御される室外膨張弁6を経て室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒はそこで走行により、或いは、室外送風機15にて通風される外気により空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aから電磁弁17を経てレシーバドライヤ部14、過冷却部16と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。
室外熱交換器7の過冷却部16を出た冷媒は逆止弁18を経て冷媒配管13Bに入り、内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁11、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを介し、アキュムレータ12に至り、そこを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却され、除湿された空気は放熱器4を通過する過程で再加熱(暖房時よりも放熱能力は低い)されるので、これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。コントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度に基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、前述した放熱器圧力PCIに基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御する。
(5)冷房モード
次に、冷房モードでは、コントローラ32は上記除湿冷房モードの状態において電磁弁20を開き(この場合、室外膨張弁6は全開(弁開度を制御上限)を含む何れの弁開度でもよい)、エアミックスダンパ28は放熱器4及び熱媒体−空気熱交換器40に空気が通風されない状態とする。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放熱器4に流入する。放熱器4には空気流通路3内の空気は通風されないので、ここは通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て電磁弁20及び室外膨張弁6に至る。
このとき電磁弁20は開放されているので冷媒は室外膨張弁6を迂回してバイパス配管13Jを通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15にて通風される外気により空冷され、凝縮液化する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aから電磁弁17を経てレシーバドライヤ部14、過冷却部16と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。
室外熱交換器7の過冷却部16を出た冷媒は逆止弁18を経て冷媒配管13Bに入り、内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至る。室内膨張弁8にて冷媒は減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出された空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は蒸発能力制御弁11、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを介し、アキュムレータ12に至り、そこを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却され、除湿された空気は放熱器4を通過すること無く吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。この冷房モードにおいては、コントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度に基づいて圧縮機2の回転数を制御する。
(6)暖房モードでの圧縮機及び室外膨張弁の制御ブロック
図3は前記暖房モードにおけるコントローラ32による圧縮機2と室外膨張弁6の制御ブロック図を示す。コントローラ32は目標吹出温度TAOを目標放熱器温度演算部57と目標放熱器過冷却度演算部58に入力させる。この目標吹出温度TAOは、吹出口29から車室内に吹き出される空気温度の目標値であり、下記式(I)からコントローラ32が算出する。
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(I)
ここで、Tsetは空調操作部53で設定された車室内の設定温度、Tinは内気温度センサ37が検出する車室内空気の温度、Kは係数、Tbalは設定温度Tsetや、日射センサ51が検出する日射量SUN、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamから算出されるバランス値である。そして、一般的に、この目標吹出温度TAOは外気温度Tamが低い程高く、外気温度Tamが上昇するに伴って低下する。
コントローラ32は、目標放熱器温度演算部57にて目標吹出温度TAOから目標放熱器温度TCOを算出し、次に、この目標放熱器温度TCOに基づき、目標放熱器圧力演算部61にて目標放熱器圧力PCOを算出する。そして、この目標放熱器圧力PCOと、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器4の圧力(放熱器圧力PCI)とに基づき、コントローラ32は圧縮機回転数演算部62にて圧縮機2の回転数Ncを算出し、この回転数Ncにて圧縮機2を運転する。即ち、コントローラ32は圧縮機2の回転数Ncにより放熱器圧力PCIを制御する。
また、コントローラ32は、目標放熱器過冷却度演算部58にて目標吹出温度TAOに基づき、放熱器4の目標過冷却度TGSCを算出する。一方、コントローラ32は、放熱器圧力PCIと放熱器温度センサ46が検出する放熱器4の温度(放熱器温度TCI)に基づき、放熱器過冷却度演算部63にて放熱器4における冷媒の過冷却度(放熱器過冷却度SC)を算出する。そして、この放熱器過冷却度SCと目標過冷却度TGSCに基づき、目標室外膨張弁開度演算部64にて室外膨張弁6の目標弁開度(目標室外膨張弁開度TGECCV)を算出する。そして、コントローラ32はこの目標室外膨張弁開度TGECVVに室外膨張弁6の弁開度を制御する。
コントローラ32の放熱器過冷却度演算部63は目標吹出温度TAOが高い程、目標過冷却度TGSCを上げる方向に演算を行うが、それに限らず、室内送風機27の風量が小さい程、目標過冷却度TGSCを下げ、更には、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOや車両用空気調和装置1の起動初期、暖房モードの起動初期に目標過冷却度TGSCを上昇させる。
(7)暖房モード及び当該暖房モードでの熱媒体循環回路(補助加熱手段)による補助加熱
また、コントローラ32は、暖房モードにおいて放熱器4による暖房能力が不足すると判断した場合、熱媒体加熱電気ヒータ35に通電して発熱させ、循環ポンプ30を運転することにより、熱媒体循環回路23による加熱を実行する。
熱媒体循環回路23の循環ポンプ30が運転され、熱媒体加熱電気ヒータ35に通電されると、前述したように熱媒体加熱電気ヒータ35により加熱された熱媒体(高温の熱媒体)が熱媒体−空気熱交換器40に循環されるので、空気流通路3の放熱器4を経た空気を加熱することになる。
(8)暖房モードでの室外熱交換器への着霜遅延制御
前述した暖房モードでは、室外熱交換器7が蒸発器として機能するため、室外熱交換器7には外気中の水分が霜となって付着するようになる。この霜が成長すると室外熱交換器7と通風される外気と冷媒との間の熱交換が著しく阻害されるため、空調性能(暖房能力)が悪化することになる。そこで、この実施例でコントローラ32は、室外熱交換器7への着霜状態を推定し、着霜し始めている(着霜進行)と判断した場合には、以下に説明する着霜遅延制御を実行する。
(8−1)室外熱交換器への着霜状態の推定
この実施例でコントローラ32は、室外熱交換器温度センサ54から得られる室外熱交換器7の現在の冷媒蒸発温度TXOと、外気が低湿環境で室外熱交換器7に着霜していない無着霜時における当該室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseとに基づき、室外熱交換器7の着霜状態を推定する。この場合のコントローラ32は、無着霜時における室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseを、次式(II)を用いて決定する。
TXObase=f(Tam、Nc、BLV、VSP)
=k1×Tam+k2×Nc+k3×BLV+k4×VSP・・(II)
ここで、式(II)のパラメータであるTamは外気温度センサ33から得られる外気温度、Ncは圧縮機2の回転数、BLVは室内送風機27のブロワ電圧、VSPは車速センサ52から得られる車速であり、k1〜k4は係数で、予め実験等により求めておく。
上記外気温度Tamは室外熱交換器7の吸込空気温度を示す指標であり、外気温度Tam(室外熱交換器7の吸込空気温度)が低くなる程、TXObaseは低くなる傾向となる。従って、係数k1は正の値となる。尚、室外熱交換器7の吸込空気温度を示す指標としては外気温度Tamに限られない。
また、上記圧縮機2の回転数Ncは冷媒回路R内の冷媒流量を示す指標であり、回転数Ncが高い程(冷媒流量が多い程)、TXObaseは低くなる傾向となる。従って、係数k2は負の値となる。
また、上記ブロワ電圧BLVは放熱器4の通過風量を示す指標であり、ブロワ電圧BLVが高い程(放熱器4の通過風量が大きい程)、TXObaseは低くなる傾向となる。従って、係数k3は負の値となる。尚、放熱器4の通過風量を示す指標としてはこれに限らず、室内送風機27のブロワ風量やエアミックスダンパ28の開度SWを用いてもよい。
また、上記車速VSPは室外熱交換器7の通過風速を示す指標であり、車速VSPが低い程(室外熱交換器7の通過風速が低い程)、TXObaseは低くなる傾向となる。従って、係数k4は正の値となる。尚、室外熱交換器7の通過風速を示す指標としてはこれに限らず、室外送風機15の電圧または風速でもよい。
(8−2)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その1)
次にコントローラ32の目標放熱器過冷却度演算部58は、式(II)に現在の各パラメータの値を代入することで得られる無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseと現在の冷媒蒸発温度TXOとに基づき、それらの差ΔTXO(ΔTXO=TXObase−TXO)を算出し、冷媒蒸発温度TXOが無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseより低下して、その差ΔTXOが増大するに応じて上昇させる方向で、前記目標過冷却度TGSCを補正する。
図4はこの場合の差ΔTXOと目標過冷却度TGSCの補正値との関係を示している。コントローラ32の目標放熱器過冷却度演算部58は、実施例では差ΔTXOが0から1に増大するまではTGSCの補正値を0とし、差ΔTXOが1から5まで増大するに応じてTGSCの補正値を所定の傾斜を有して0から15まで上昇させる。また、差ΔTXOが大きい値から4に減少するまではTGSCの補正値を15とし、差ΔTXOが4から0まで減少するに応じてTGSCの補正値を所定の傾斜を有して15から0まで低下させる。
暖房モードにおいて室外熱交換器7に着霜し始めると、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが低下して無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するので、コントローラ32は、図4に基づいて放熱器4の目標過冷却度TGSCを上昇させる方向で補正することになる。放熱器4の目標過冷却度TGSCが上昇すると、放熱器圧力PCI(高圧側圧力)が上昇するので、圧縮機2の回転数Ncは低下し、室外熱交換器7の圧力(低圧側圧力)も上昇して室外熱交換器7に着霜し難くなる。
この様子が図5に示されている。図中最上段の実線は目標放熱器圧力PCO、破線は放熱器圧力PCIである。上から二段目は圧縮機2の回転数Ncであり、実線は目標過冷却度TGSCの補正制御を行った場合を示し、破線は行わない場合を示す。また、最下段は差ΔTXOを示し、実線は目標過冷却度TGSCの補正制御を行った場合を示し、破線は行わない場合を示す。
この図の上から三段目の如く、目標過冷却度TGSCを上昇させる補正を行うことで、補正を行わない場合に比して圧縮機2の回転数Ncが低下する。図26に示すように、例えば、或る条件下において圧縮機2の回転数Ncが8000rpmから5000rpmまで低下すると、室外熱交換器7の吸熱能力が下がるため、冷媒蒸発温度TXOが上昇する。室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが上昇すると、差ΔTXOも低下する、即ち、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが無着霜時における当該室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseに近づく。これにより、室外熱交換器7への着霜を抑制し、着霜の進行を遅延させることができるようになり、室外熱交換器7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−3)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その2)
次に、図6はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の他の例を示している。この場合、コントローラ32は、無着霜時における室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseと、現在の当該室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOとに基づき、それらの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するに応じて減少させる方向で、前記室内送風機27の風量を補正する。
図6はこの場合の差ΔTXOと室内送風機電圧(室内送風機27の風量を示す値の一例)の補正値との関係を示している。コントローラ32は、実施例では差ΔTXOが0から1に増大するまでは室内送風機電圧の補正値を0とし、差ΔTXOが1から5に増大するに応じて室内送風機電圧の補正値を所定の傾斜を有して0から−2まで低下させる。また、差ΔTXOが大きい値から4に減少するまでは室内送風機電圧の補正値を−2とし、差ΔTXOが4から0まで減少するに応じて室内送風機電圧の補正値を所定の傾斜を有して−2から0まで上昇させる。
暖房モードにおいて室外熱交換器7に着霜し始めると、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが低下して無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するので、コントローラ32は、図6に基づいて室内送風機27の風量(実施例では室内送風機電圧)を減少させる方向で補正することになる。室内送風機27の風量が減少すると、必要とされる暖房能力が低下することになるので、圧縮機2の回転数Ncも低下し、室外熱交換器7における吸熱量も減少する。これにより、室外熱交換器7に着霜が生じる状況において、当該室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、室外熱交換器7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−4)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その3)
次に、図7はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御のもう一つの他の例を示している。この場合、コントローラ32の圧縮機回転数演算部62は、無着霜時における室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseと、現在の当該室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOとに基づき、それらの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するに応じて低下させる方向で、前記圧縮機2の回転数の制御上限値を補正する。
図7はこの場合の差ΔTXOと圧縮機回転数制御上限値との関係を示している。コントローラ32は、実施例では差ΔTXOが0から1に増大するまでは圧縮機2の回転数の制御上限値を8000rpmとし、差ΔTXOが1から5に増大するに応じて制御上限値を所定の傾斜を有して8000rpmから6000rpmまで低下させる。また、差ΔTXOが大きい値から4に減少するまでは制御上限値を6000rpmとし、差ΔTXOが4から0まで減少するに応じて制御上限値を所定の傾斜を有して6000rpmから8000rpmまで上昇させる。
暖房モードにおいて室外熱交換器7に着霜し始めると、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが低下して無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するので、コントローラ32は、図7に基づいて圧縮機2の回転数の制御上限値を低下させる方向で補正することになる。圧縮機2の回転数の制御上限値が低下すると、室外熱交換器7における吸熱量も減少することになるので、室外熱交換器7に着霜が生じる状況において、当該室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、室外熱交換器7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−5)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その4)
次に、図8はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を示している。この場合、コントローラ32は、無着霜時における室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseと、現在の当該室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOとに基づき、それらの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するに応じて上昇させる方向で、前記吸込切換ダンパ26より空気流通路3に導入される空気の内気比率を補正する。
図8はこの場合の差ΔTXOと内気比率との関係を示している。尚、図中RECが内気、FRESHは外気であり、内気比率100%:外気比率0%(縦軸下)から内気比率0%:外気比率100%(縦軸上)まで吸込切換ダンパ26により調整可能とされている。コントローラ32は、実施例では差ΔTXOが0から1に増大するまでは内気比率を25%とし、差ΔTXOが1から5に増大するに応じて内気比率を所定の傾斜を有して50%まで上昇させる。また、差ΔTXOが大きい値から4に減少するまでは内気比率を50%とし、差ΔTXOが4から0まで減少するに応じて内気比率を所定の傾斜を有して50%から25%まで低下させる。
暖房モードにおいて室外熱交換器7に着霜し始めると、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが低下して無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するので、コントローラ32は、図8に基づいて空気流通路3に導入される空気の内気比率を上昇させる方向で補正することになる。空気流通路3に導入される空気の内気比率が上昇すると、暖房負荷が低下し、それにより必要とされる暖房能力が低下することになるので、圧縮機2の回転数Ncも低下し、室外熱交換器7における吸熱量も減少する。これにより、室外熱交換器7に着霜が生じる状況において、当該室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、室外熱交換器7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−6)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その5)
次に、図9はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を示している。この場合、コントローラ32は、無着霜時における室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseと、現在の当該室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOとに基づき、それらの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するに応じて増加させる方向で、前記室外送風機15の風量を補正する。
図9はこの場合の差ΔTXOと室外送風機15の風量(稼働率)との関係を示している。コントローラ32は、実施例では差ΔTXOが0から1に増大するまでは室外送風機15の風量をLo(風量小)とし、差ΔTXOが1から5に増大するに応じて室外送風機15の風量を所定の傾斜を有してHI(風量大)まで上昇させる。また、差ΔTXOが大きい値から4に減少するまでは室外送風機15の風量をHIとし、差ΔTXOが4から0まで減少するに応じて風量を所定の傾斜を有してHIからLoまで低下させる。
暖房モードにおいて室外熱交換器7に着霜し始めると、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが低下して無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)が増大するので、コントローラ32は、図9に基づいて室外送風機15の風量を増加させる方向で補正することになる。室外送風機15の風量が増加すると、室外熱交換器7の作動圧力も上昇するため、室外熱交換器7に着霜し難くなる。これにより、室外熱交換器7に着霜が生じる状況において、当該室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、室外送風機7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−7)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その6)
次に、図10〜図13を参照してコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を説明する。この場合、コントローラ32は、車両用空気調和装置1の起動初期や、暖房モードの起動初期(ヒートアップ初期)において、放熱器4の目標過冷却度TGSCを上昇させる方向で補正する。
図11は係る着霜遅延制御に関するコントローラ32のフローチャートの一例を示している。コントローラ32は図11のステップS1で各センサが検出するデータを読み込み、次にステップS2で現在の運転モードを判定する。そして、ステップS3で現在の運転モードが暖房モードであるか否か判断し、暖房モードであるときはステップS4に進む。ステップS4では前記車室内の設定温度Tsetと車室内空気の温度Tinとを比較し、それらの差(Tset−Tin)が所定値Aより高いか否か判断する。
暖房モードの起動初期には車室内空気の温度Tinは車室内の設定温度Tsetより低くその差(Tset−Tin)はAより大きいので、コントローラ32はステップS4からステップS5に進み、目標過冷却度TGSCを上昇させる方向で補正する制御を実行する。この様子が図10に示されている。図中上から二段目の実線はTGSCを上昇させる補正制御を行ったときの目標放熱器圧力PCO、破線は補正制御を行わないときの目標放熱器圧力PCOである。最下段は圧縮機2の回転数Ncであり、実線は目標過冷却度TGSCの補正制御を行った場合を示し、破線は行わない場合を示す。
車両用空気調和装置1の起動初期や暖房モードの起動初期には、圧縮機2の回転数Ncも高くなり易く(破線)、室外熱交換器7に着霜し易い状況となるが、係る起動初期に図10の最上段の如く放熱器4の目標過冷却度TGSCを上昇させる補正を行うことで(実線)、放熱器圧力PCI(高圧側圧力)が上昇するので、補正を行わない場合(破線)に比して、起動初期における圧縮機2の回転数Ncも低下し、過剰な上昇が抑制される。これにより、室外熱交換器7の圧力(低圧側圧力)も上昇し、室外熱交換器7に着霜し難くなるので、室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
尚、図12は係る着霜遅延制御に関するコントローラ32のフローチャートの他の例を示しており、この場合にはステップS4で目標吹出温度TAOと所定値Bとを比較している。起動初期には車室内の空気温度も低く、目標吹出温度TAOも高くなって所定値Bより高くなるので、係る比較によってもステップS5における目標過冷却度TGSCの補正制御の実行の要否を判断することができる。
図13はこの様子を示している。この図において、コントローラ32の目標放熱器過冷却度演算部58は目標吹出温度TAOから目標過冷却度TGSCを決定しており、この場合は空気流通路3の風量が多いほどTGSCが高くなるように決定するものであるが、風量大の状況において、コントローラ32は目標吹出温度TAOが高い領域(図13にXで示す所定値B(例えば80)より高い領域)で、目標過冷却度TGSCを上昇させる。このように、目標吹出温度TAOによって起動初期か否かを判断し、目標過冷却度TGSCを補正するようにしても室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させることができる。
(8−8)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その7)
次に、図14はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を示している。この図において、破線で示すNc上限は前述した圧縮機2の回転数Ncの制御上限値である。実線で示すBLVは前述した室内送風機27のブロワ電圧であり、室内送風機27が空気流通路3に送給する風量となる。
この場合、コントローラ32は放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力PCI(高圧側圧力)に基づき、放熱器圧力PCIが所定値、実施例では1.4MPaに上昇するまでは、室内送風機27のブロワ電圧BLVを例えば4Vに維持し、圧縮機2の回転数Ncの制御上限値も例えば5000rpmに維持する。そして、放熱器圧力PCIが所定値(1.4MPa)を超えて例えば2.0MPaに上昇するに従い、コントローラ32は室内送風機27のブロワ電圧BLVを所定の傾斜を有して例えば12Vまで上昇させていき、圧縮機2の回転数Ncの制御上限値も同様に例えば8000rpmまで上昇させていく。
このように、この実施例でコントローラ32は、放熱器圧力PCI(高圧側圧力)が所定値(1.4MPa)に上昇するまで、室内送風機27の風量(BLV)を増加させずに4Vに維持し、且つ、圧縮機2の回転数Ncの制御上限値も低い値(5000rpm)に低下させて維持し、増加させない制御を行う。
室内送風機27の風量を増加させないことで、より早く放熱器圧力PCI(高圧側圧力)を上昇させることができ、それにより室外熱交換器7の圧力(低圧側圧力)も上昇させ、その温度TXOも上昇させて着霜の進行を遅延させることが可能となる。また、圧縮機2の回転数Ncの制御上限値を低下させることでも室外熱交換器7の圧力(低圧側圧力)の過度な低下を防止することができるので、室外熱交換器7に着霜が生じる状況においてこれらを合わせて実行することで、当該室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、室外熱交換器7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる
(8−9)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その8)
次に、図15はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を示している。この図において、上段に示すBLVは前述した室内送風機27のブロワ電圧であり、室内送風機27が空気流通路3に送給する風量となる。また、下段に示すTsは前述した吸込温度センサ45が検出する圧縮機2への吸込冷媒温度であり、TXOは前述した室外熱交換器温度センサ54が検出する室外熱交換器7の冷媒蒸発温度である。
この場合、コントローラ32は吸込温度センサ45が検出する吸込冷媒温度Ts、又は、室外熱交換器温度センサ54が検出する室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが所定の低い値(所定値)に低下した場合、室内送風機27のブロワ電圧BLVを図中実線で示すように低下させる(着霜遅延制御有り)。尚、破線は低下させない場合(着霜遅延制御無し)を示す。
ここで、暖房モードにおいて室外熱交換器7に着霜し始めると、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsや室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが低下する。そこで、この実施例の場合には、上述したようにコントローラ32は、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsが所定値に低下した場合、又は、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが所定値に低下した場合、室内送風機27のブロワ電圧BLVを低下させて空気流通路3に送給する風量を減少させる。
室内送風機27の風量が減少すると、前述同様に必要とされる暖房能力が低下することになるので、圧縮機2の回転数Ncも低下し、室外熱交換器7に流入する冷媒流量も減少するため、室外熱交換器7における吸熱量も減少する。また、室外熱交換器7から出た冷媒の温度である吸込冷媒温度Tsや室外熱交換器7での冷媒蒸発温度TXOも図中実線で示すように上昇していくことになる(着霜遅延制御有り。破線は着霜遅延制御無しの場合を示す)。これにより、係る室外熱交換器7に着霜が生じる状況において、当該室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、室外熱交換器7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−10)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その9)
次に、図16はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を示している。この図において、上段に示すNcは前述した圧縮機2の回転数である。また、下段に示すTsは前述した吸込温度センサ45が検出する圧縮機2への吸込冷媒温度であり、TXOは前述した室外熱交換器温度センサ54が検出する室外熱交換器7の冷媒蒸発温度である。
この場合、コントローラ32の圧縮機回転数演算部62は、吸込温度センサ45が検出する吸込冷媒温度Ts、又は、室外熱交換器温度センサ54が検出する室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOを所定の適正な値(低すぎない所定値)に維持するよう、圧縮機2の回転数Ncを制御する。即ち、例えば吸込冷媒温度Ts、又は、冷媒蒸発温度TXOが所定値以下に低下した場合、コントローラ32は圧縮機2の回転数Ncを低下させる。回転数Ncが低下することで、室外熱交換器7に流入する冷媒流量も減少するため、室外熱交換器7における吸熱量が減少する。
また、室外熱交換器7から出た冷媒の温度である吸込冷媒温度Tsや室外熱交換器7での冷媒蒸発温度TXOも図中実線で示すように上昇し(着霜遅延制御有り。破線は着霜遅延制御無しの場合を示す)、所定値に維持されることになる。このように、圧縮機2の回転数Ncを調整して圧縮機2の吸込冷媒温度Ts、又は、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOを所定値に維持することで、それらが低下して着霜し易くなる不都合を防止し、室外熱交換器7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−11)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その10)
次に、図17はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を示している。この図において、上段に実線で示すNcは前述した圧縮機2の回転数であり、破線はこの圧縮機2の回転数Ncの制御上限値である。また、下段に示すTsは前述した吸込温度センサ45が検出する圧縮機2への吸込冷媒温度であり、TXOは前述した室外熱交換器温度センサ54が検出する室外熱交換器7の冷媒蒸発温度である。
この場合、コントローラ32の圧縮機回転数演算部62は、吸込温度センサ45が検出する吸込冷媒温度Ts、又は、室外熱交換器温度センサ54が検出する室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが所定の低い値(所定値)に低下した場合、圧縮機2の回転数Ncの制御上限値を図中MAX1で示すように低下させる(着霜遅延制御有り)。尚、MAX2は低下させない場合(着霜遅延制御無し)を示す。
ここで、暖房モードにおいて室外熱交換器7に着霜し始めると、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsや室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが低下する。そこで、この実施例の場合には、上述したようにコントローラ32は、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsが所定値に低下した場合、又は、室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが所定値に低下した場合、圧縮機2の回転数Ncの制御上限値を低下させて圧縮機2の回転数Ncの上昇を抑制する。
圧縮機2の回転数Ncの制御上限値が低下すると、圧縮機2の回転数Ncが低く抑えられて室外熱交換器7における吸熱量も減少することになるので、前述同様に室外熱交換器7に着霜が生じる状況において、当該室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、室外熱交換器7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−12)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その11)
次に、図18はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を示している。この図において、上段に示すのは室外送風機15の風量(稼働率)である。また、下段に示すTsは前述した吸込温度センサ45が検出する圧縮機2への吸込冷媒温度であり、TXOは前述した室外熱交換器温度センサ54が検出する室外熱交換器7の冷媒蒸発温度である。
この場合、コントローラ32は吸込温度センサ45が検出する吸込冷媒温度Ts、又は、室外熱交換器温度センサ54が検出する室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが所定の低い値(所定値)に低下した場合、室外送風機15の風量を図中実線で示すように増加させる(着霜遅延制御有り)。尚、破線は増加させない場合(着霜遅延制御無し)を示す。
室外送風機15の風量が増加すると、室外熱交換器7の作動圧力も上昇するため、室外熱交換器7に着霜し難くなる。また、室外熱交換器7から出た冷媒の温度である吸込冷媒温度Tsや室外熱交換器7での冷媒蒸発温度TXOも図中実線で示すように上昇していくことになる(着霜遅延制御有り。破線は着霜遅延制御無しの場合を示す)。これにより、前述同様に室外熱交換器7に着霜が生じる状況において、当該室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、室外送風機7の着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
(8−13)室外熱交換器への着霜遅延制御の例(その12)
次に、図19はコントローラ32による室外熱交換器7への着霜遅延制御の更にもう一つの他の例を示している。この場合コントローラ32は、車両用空気調和装置1の起動初期や、暖房モードの起動初期において、外気温度センサ33が検出する外気温度Tamに応じて熱媒体循環回路23の熱媒体加熱電気ヒータ35の通電率を制御する。
即ち、この実施例でコントローラ32は、例えば外気温度Tamが0℃以上である場合には、熱媒体加熱電気ヒータ35の通電率を0とする。そして、外気温度Tamが0℃より低下して例えば−20℃になるに応じて熱媒体加熱電気ヒータ35の通電率を所定の傾斜を有して100%まで上昇させていく。
即ち、コントローラ32は起動初期において、外気温度Tamが低い場合は熱媒体循環回路23を動作させ、熱媒体加熱電気ヒータ35を発熱させて熱媒体−空気熱交換器40により空気流通路3内の空気を加熱すると共に、外気温度Tamが低い程、熱媒体加熱電気ヒータ35の発熱量を増加させて、熱媒体−空気熱交換器40による加熱量を増加させる。
外気温度Tamが低い状況での車両用空気調和装置1の起動初期や暖房モードの起動初期には、圧縮機2の回転数Ncも高くなり易く、室外熱交換器7に着霜し易い状況となるが、係る起動初期に熱媒体循環回路23を動作させることで、冷媒回路Rが負担する負荷が減少させ、圧縮機2の回転数Ncを低くすることが可能となる。これにより、室外熱交換器7圧力(低圧側圧力)も上昇し、その温度も上昇して室外熱交換器7に着霜し難くなるので、室外熱交換器7への着霜の進行を遅延させ、着霜による暖房能力の低下を解消、若しくは、抑制することが可能となる。
尚、上記各実施例では補助加熱手段として熱媒体循環回路23を採用したが、通常の電気ヒータ(例えば、PTCヒータ)73にて補助加熱手段を構成してもよい。その場合の図1に対応する構成例が図20である。この図20では図1の熱媒体循環回路23がこの場合の電気ヒータ73に置き換えられている。
その他の構成及び制御は基本的に同様であり、コントローラ32は熱媒体循環回路23の循環ポンプ30及び熱媒体加熱電気ヒータ35の代わりに、電気ヒータ73の通電を制御して、前述同様にその発熱によって放熱器4による暖房能力の補完を行うものであるので、詳細な説明は省略する。このように、車室内に供給する空気を電気ヒータ73で加熱するようにしても良く、係る構成によれば熱媒体循環回路23を用いる場合に比して構成が簡素化される利点がある。
次に、図21は本発明の車両用空気調和装置1のもう一つの他の構成図を示している。この実施例では、室外熱交換器7にレシーバドライヤ部14と過冷却部16が設けられておらず、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは電磁弁17と逆止弁18を介して冷媒配管13Bに接続されている。また、冷媒配管13Aから分岐した冷媒配管13Dは、同様に電磁弁21を介して内部熱交換器19の下流側における冷媒配管13Cに接続されている。
その他は、図1の例と同様である。このようにレシーバドライヤ部14と過冷却部16を有しない室外熱交換器7を採用した冷媒回路Rの車両用空気調和装置1においても本発明は有効である。
次に、図22は本発明の車両用空気調和装置1の更にもう一つの他の構成図を示している。尚、この実施例の冷媒回路Rは図21と同様である。但し、この場合、熱媒体循環回路23の熱媒体−空気熱交換器40は、空気流通路3の空気の流れに対して放熱器4の上流側であってエアミックスダンパ28の下流側に配置されている。他の構成は図21と同様である。
この場合には空気流通路3において熱媒体−空気熱交換器40が放熱器4の上流側に位置するため、熱媒体循環回路23の動作中、空気は熱媒体−空気熱交換器40で加熱された後、放熱器4に流入するようになる。このように熱媒体−空気熱交換器40を放熱器4の上流側に配置した車両用空気調和装置1においても本発明は有効であり、特にこの場合には熱媒体循環回路23内の熱媒体の温度が低いことによる問題は生じなくなる。これにより、放熱器4との協調暖房も容易となると共に、熱媒体を予め加熱しておく所謂予備運転が不要となるが、熱媒体−空気熱交換器40を経た空気が放熱器4に流入することになるため、放熱器4との温度差が小さくなり、熱交換効率が低下することが想定される。
一方、図1や図21のように熱媒体−空気熱交換器40を、空気流通路3の空気の流れに対して放熱器4の下流側に配置すれば、図22の如く熱媒体−空気熱交換器40を上流側に配置する場合に比して、熱媒体−空気熱交換器40で加熱された空気が放熱器4に流入することが無くなり、放熱器4の温度と空気の温度差を確保して、放熱器4における熱交換効率の低下を防止することができるようになる。
尚、同様に上記実施例(図22)の熱媒体循環回路23を通常の電気ヒータ(PTCヒータ)73に置き換えて補助加熱手段を構成してもよい。その場合の図22に対応する構成例が図23である。この図23では図22の熱媒体循環回路23がこの場合の電気ヒータ73に置き換えられている。
その他の構成及び制御は基本的に同様であり、コントローラ32は熱媒体循環回路23の循環ポンプ30及び熱媒体加熱電気ヒータ35の代わりに、電気ヒータ73の通電を制御して、前述同様にその発熱によって放熱器4による暖房能力の補完を行うものであるので、詳細な説明は省略する。このように、車室内に供給する空気を電気ヒータ73で加熱するようにしても良く、係る構成によれば同様に熱媒体循環回路23を用いる場合に比して構成が簡素化される利点がある。
また、同様に前記実施例(図21)の熱媒体循環回路23を通常の電気ヒータ(PTCヒータ)73に置き換えて補助加熱手段を構成してもよい。その場合の図21に対応する構成例が図24である。この図24では図21の熱媒体循環回路23がこの場合の電気ヒータ73に置き換えられている。
その他の構成及び制御は基本的に同様であり、コントローラ32は熱媒体循環回路23の循環ポンプ30及び熱媒体加熱電気ヒータ35の代わりに、電気ヒータ73の通電を制御して、前述同様にその発熱によって放熱器4による暖房能力の補完を行うものであるので、詳細な説明は省略する。このように、車室内に供給する空気を電気ヒータ73で加熱するようにしても良く、係る構成によれば同様に熱媒体循環回路23を用いる場合に比して構成が簡素化される利点がある。
次に、図25は本発明の車両用空気調和装置1の更にもう一つの他の構成図を示している。この実施例の冷媒回路R及び熱媒体循環回路23の配管構成は図1の場合と基本的に同様であるが、放熱器4は空気流通路3には設けられておらず、その外側に配置されている。その代わりに、この放熱器4にはこの場合の熱媒体−冷媒熱交換器74が熱交換関係に配設されている。
この熱媒体−冷媒熱交換器74は、熱媒体循環回路23の循環ポンプ30と熱媒体加熱電気ヒータ35の間の熱媒体配管23Aに接続されたもので、熱媒体循環回路23の熱媒体−空気熱交換器40は空気流通路3に設けられている。係る構成で、循環ポンプ30から吐出された熱媒体は放熱器4を流れる冷媒と熱交換し、当該冷媒により加熱され、次に、熱媒体加熱電気ヒータ35(通電されて発熱している場合)で加熱された後、熱媒体−空気熱交換器40で放熱することにより、空気流通路3から車室内に供給される空気を加熱する。
このような構成の車両用空気調和装置1においても、放熱器4による暖房能力が不足する場合に、熱媒体加熱電気ヒータ35に通電して熱媒体回路23A内を流れる熱媒体を加熱することにより、暖房補助を行うことが可能となると共に、前述したように電気ヒータを空気流通路3に配設する場合に比して、電気的により安全な車室内暖房を実現することができるようになる。
尚、各実施例では暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モードの各運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置1について本発明を適用したが、それに限らず、暖房モードのみ行うものにも本発明は有効である。
また、上記各実施例で説明した冷媒回路Rの構成や各数値はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。
1 車両用空気調和装置
2 圧縮機
3 空気流通路
4 放熱器
6 室外膨張弁
7 室外熱交換器
8 室内膨張弁
9 吸熱器
11 蒸発能力制御弁
15 室外送風機
17、20、21、22 電磁弁
23 熱媒体循環回路(補助加熱手段)
26 吸込切換ダンパ
27 室内送風機
28 エアミックスダンパ
32 コントローラ(制御手段)
35 熱媒体加熱電気ヒータ
40 熱媒体−空気熱交換器
73 電気ヒータ
R 冷媒回路

Claims (2)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
    冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
    冷媒を吸熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
    前記車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、
    制御手段とを備え、
    該制御手段により少なくとも、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、
    前記制御手段は、無着霜時における前記室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseと、当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXOとの差ΔTXO=(TXObase−TXO)に基づき、当該差ΔTXOが増大するに応じて上昇させる方向で、前記放熱器における冷媒の過冷却度の目標値である目標過冷却度TGSCを補正することを特徴とする車両用空気調和装置。
  2. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
    冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
    冷媒を吸熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
    前記車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、
    制御手段とを備え、
    該制御手段により少なくとも、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、
    前記制御手段は、起動初期には前記放熱器における冷媒の過冷却度の目標値である目標過冷却度TGSCを上昇させる方向で補正することを特徴とする車両用空気調和装置。
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