JP2012176658A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水冷媒熱交換器22において加熱された水回路30を流通する水の温度を推定するとともに、水回路30を流通する水の推定温度である推定水温度TWhpに基づいて暖房運転時または除湿暖房運転時に不足する熱量を算出し、算出された不足熱量TG_Qhtrに基づいて水加熱ヒータ32を制御している。
【選択図】図3
Description
ステップS1においてCPUは、目標吹出温度TAOを算出し、ステップS2に処理を移す。
目標吹出温度TAOは、車室外の温度Tam、車室内の温度Tr、日射量Ts等の環境条件を、外気温度センサ41、内気温度センサ42、日射センサ44等によって検出し、検出された環境条件と設定温度Tsetに基づいて算出される。
ステップS2においてCPUは、吹出口11c,11d,11eから吹出される空気の温度を目標吹出温度TAOとする加熱量を得るために必要な放熱器15に流入させる水の温度である目標水温度TG_TWを算出し、ステップS3に処理を移す。
目標水温度TG_TWは、ステップS1において算出された目標吹出温度TAOと、吸熱器14において冷却された後の空気の温度Te(暖房運転の場合には、空気流通路11に流入する空気の温度Ti)と、空気と水との温度効率Φwと、に基づいて算出される(TG_TW=(TAO−Te)/Φw+Te)。
ステップS3においてCPUは、水冷媒熱交換器22において放熱した後の冷媒の温度Tcoを算出し、ステップS4に処理を移す。
温度Tcoは、冷媒回路20の高圧側の圧力Pdと、水冷媒熱交換器22における水と冷媒との温度効率Φkと、に基づいて算出される(Tco=FuncTco(Pd,Φk)、FuncTco:温度Tcoを算出するための関数)。
ステップS4においてCPUは、水冷媒熱交換器22において加熱された後の水回路30の水の推定温度である推定水温度TWhpを算出し、ステップS5に処理を移す。
推定水温度TWhpは、水冷媒熱交換器22において放熱した後の冷媒の温度Tcoと、水回路30を流通する水の流量Gwを考慮した温度効率と、に基づいて算出される(TWhp=GSw(Tco×Φ(Gw))、GSw:水回路を流通する水の温度の応答遅れを考慮して推定水温度Whpを算出する関数)。
ステップS5においてCPUは、圧縮機21の吸入側の推定圧力Psを算出し、ステップS6に処理を移す。
圧縮機21の吸入側の推定圧力Psは、車室外の温度Tamと、圧縮機21の回転数Ncと、冷媒回路20の高圧側の圧力Pdと、に基づいて算出される(Ps=FuncPs(Tam,Nc,Pd)、FuncPs:推定圧力Psを算出するための関数)。
ステップS6においてCPUは、ステップS4において得られた推定水温度TWhp及びステップS5において得られた推定圧力Psに基づいて水回路30を流通する水の加熱量を制御する加熱量制御処理を行い、水温制御処理を終了する。この加熱量制御処理については、図9を用いて後述する。
ステップS11においてCPUは、圧縮機21の吸入側の推定圧力Psが所定圧力P1以上か否かを判定する。推定圧力Psが所定圧力P1以上と判定した場合にはステップS15に処理を移し、推定圧力Psが所定圧力P1より低いと判定した場合にはステップS12に処理を移す。
ここで、所定圧力P1は、圧縮機21の破損を防止するため、例えば、標準気圧である1013.25hPaに設定する。
ステップS11において推定圧力Psが所定圧力P1より低い場合に、ステップS12においてCPUは、推定圧力Psが少なくとも所定圧力P1以上となるように圧縮機21の回転数Ncを制御し、ステップS13に処理を移す。
ステップS13においてCPUは、圧縮機21の回転数Ncが所定回転数N1以下か否かを判定する。回転数Ncが所定回転数N1以下と判定した場合にはステップS14に処理を移し、回転数Ncが所定回転数N1より高いと判定した場合にはステップS15に処理を移す。
ステップS13において回転数Ncが所定回転数N1以下と判定した場合に、ステップS14においてCPUは、圧縮機21の駆動を停止し、ステップS15に処理を移す。
ステップS11において推定圧力Psが所定圧力P1以上と判定した場合、ステップS13において回転数Ncが所定回転数N1より高いと判定した場合、または、ステップS14において圧縮機21の駆動を停止した場合に、ステップS15においてCPUは、水加熱ヒータ32の運転を制御する水加熱ヒータ制御処理を行い、加熱量制御処理を終了する。この水加熱ヒータ制御処理については、図10を用いて説明する。
ステップS21においてCPUは、目標水温度TG_TWから推定水温度TWhpを減じた数値(TG_TW−TWhp)が所定値T1以上か否かを判定する。数値(TG_TW−TWhp)が所定値T1以上の場合にはステップS22に処理を移し、数値(TG_TW−TWhp)が所定値T1より小さい場合にはステップS25に処理を移す。
ステップS21において数値TG_TW−TWhpが所定値T1以上の場合に、ステップS22においてCPUは、水加熱ヒータ32が水回路30の水に加えるべき熱量である目標発生熱量TG_Qhtrを算出し、ステップS23に処理を移す。
目標発生熱量TG_Qhtrは、目標水温度TG_TW、推定水温度TWhp、水の比熱Cpw、水の密度ρw、水加熱ヒータ32を流通する水の流量Gwに基づいて算出される比例制御(P制御)の出力値である(TG_Qhtr=P_GAIN×(TG_TW−TWhp)×Cpw×ρw×Gw、P_GAIN:比例ゲインとしての定数)。水の流量Gは、ポンプ31の駆動電流値から推定可能である。
ステップS23においてCPUは、水加熱ヒータ32において目標発生熱量TG_Qhtrに相当する電力である目標電力TG_Whtrを算出し、ステップS24に処理を移す。
目標電力TG_Whtrは、ステップS22において算出された目標発生熱量TG_Qhtrと、水加熱ヒータ32の発熱効率EFF_htrに基づいて算出される(TG_Whtr=TG_Qhtr×(1/EFF_htr))。
ステップS24においてCPUは、ステップS23において算出された目標電力TG_Whtrの電力で水加熱ヒータ32を運転し、水加熱ヒータ制御処理を終了する。
ステップS21において数値(TG_TW−TWhp)が所定値T1より小さい場合に、ステップS25においてCPUは、水加熱ヒータ32の運転を停止して水加熱ヒータ制御処理を終了する。
ステップS31においてCPUは、第1除湿暖房運転または第2除湿暖房運転中であるか否かを判定する。第1除湿暖房運転または第2除湿暖房運転中であると判定された場合にはステップS32に処理を移し、第1除湿暖房運転または第2除湿暖房運転中でないと判定された場合にはステップS36に処理を移す。
ステップS31において第1除湿暖房運転または第2除湿暖房運転中であると判定した場合に、ステップS32においてCPUは、車室内の温度Tr及び車室内の湿度Rhに基づいて必要な除湿量を算出し、ステップS33に処理を移す。
ステップS33においてCPUは、第1除湿暖房運転または第2除湿暖房運転における除湿能力を算出し、ステップS34に処理を移す。
ステップS34においてCPUは、ステップS33において算出された除湿能力が、ステップS32において必要な除湿量以上か否かを判定する。除湿能力が必要な除湿量以上と判定した場合にはステップS36に処理を移し、除湿能力が必要な除湿量以上でないと判定した場合にはステップS35に処理を移す。
ステップS34において除湿能力が必要な除湿量以上でないと判定した場合に、ステップS35においてCPUは、第1除湿暖房運転または第2除湿暖房運転の運転状態を、除湿冷房運転に切り替え、ステップS36に処理を移す。
ステップS31において第1除湿暖房運転または第2除湿暖房運転中でないと判定された場合、または、ステップS35において運転状態を除湿冷房運転に切り替えた場合に、ステップS36においてCPUは、前述した図9に示す加熱量制御処理を行い、運転切換え制御処理を終了する。
ステップS41においてCPUは、外気温度センサ41によって検出された外気温度Tamおよび外気湿度センサ52によって検出された外気湿度Rhamに基づいて外気露点温度Tdewを算出する。
ステップS42においてCPUは、外気露点温度Tdewよりも冷媒温度センサ47によって検出された室外熱交換器23から流出する冷媒の温度Thexが低いか否かを判定する。外気露点温度Tdewよりも冷媒の温度Thexが低いと判定した場合にはステップS43に処理を移し、外気露点温度Tdewよりも冷媒の温度Thexが低いと判定しなかった場合には着霜運転制御処理を終了する。
ステップS42において外気露点温度Tdewが冷媒の温度Thexよりも低いと判定した場合に、ステップS43においてCPUは、前述の除霜運転を所定時間実行して除霜運転制御処理を終了する。
ステップS51においてCPUは、運転状態が除霜運転であるか否かを判定する。運転状態が除霜運転であると判定された場合にはステップS52に処理を移し、除霜運転でないと判定された場合にはステップS58に処理を移す。
ステップS51において運転状態が除霜運転の場合に、ステップS52においてCPUは、運転状態が除霜運転に切り換わってからの経過時間が所定時間以内か否かを判定する。除霜運転に切り換わってからの経過時間が所定時間以内の場合にはステップS53に処理を移し、除霜運転に切り換わってからの経過時間が所定時間よりも経過している場合にはステップS55に処理を移す。
ステップS52において除霜運転に切り換わってからの経過時間が所定時間以内の場合に、ステップS53においてCPUは、除霜運転に切り換わる直前の水冷媒熱交換器22の放熱量Qhp_htrを、RAMに記憶させ、ステップS54に処理を移す(RAMに記憶された放熱量をQhp_htr_memとする)。
ステップS54においてCPUは、除霜運転に切り換わる直前の水加熱ヒータ32の目標発生熱量TG_Qhtrを、RAMに記憶させ、ステップS55に処理を移す(RAMに記憶された放熱量をTG_Qhtr_memとする)。
ステップS52において除霜運転に切り換わってからの時間が所定時間よりも経過している場合、または、S54において水加熱ヒータ32の目標発生熱量TG_QhtrをRAMに記憶させた場合に、ステップS55においてCPUは、水冷媒熱交換器22の低下した放熱量Qhp_decを算出し、ステップS56に処理を移す。
低下した放熱量Qhp_decは、ステップS43において記憶された除霜運転に切り換わる直前の水冷媒熱交換器22の放熱量Qhp_htr_memから現在の水冷媒熱交換器22の放熱量Qhp_htrを減じることによって算出される(Qhp_dec=Qhp_htr_mem−Qhp_htr)。
ステップS56においてCPUは、水加熱ヒータ32の目標電力TG_Whtrを算出し、ステップS57に処理を移す。
目標電力TG_Whtrは、ステップS43においてRAMに記憶された放熱量Qhp_htr_memと、ステップS45において算出された低下した放熱量Qhp_decと水加熱ヒータの発熱効率EFF_htrに基づいて算出される(TG_Whtr=(TG_Qhtr_mem−Qhp_dec)×(1/EFF_htr))。
ステップS57においてCPUは、ステップS56において算出された目標電力TG_Whtrの電力で水加熱ヒータ32を運転し、放熱量補償制御処理を終了する。
ステップS51において運転状態が除霜運転でないと判定された場合、ステップS58においてCPUは、前述した図9に示す加熱量制御処理を行い、放熱量補償制御処理を終了する。
ステップS61においてCPUは、圧縮機21の吸入側の推定圧力Psが所定圧力P1以上か否かを判定する。推定圧力Psが所定圧力P1以上と判定した場合にはステップS63に処理を移し、推定圧力Psが所定圧力P1より低いと判定した場合にはステップS62に処理を移す。
ここで、所定圧力P1は、前記実施形態と同様に、圧縮機21の破損を防止するため、例えば、標準気圧である1013.25hPaに設定する。
ステップS61において推定圧力Psが所定圧力P1より低いと判定した場合に、ステップS62においてCPUは、推定圧力Psが所定圧力P2(P2<P1)より低くならない範囲内で圧縮機21の回転数Ncを制御し、ステップS63に処理を移す。
ステップS61において推定圧力Psが所定圧力P1以上の場合、または、ステップS62において圧縮機21の回転数Ncを制御した場合に、ステップS63においてCPUは、前記第1実施形態の加熱量制御処理と同様に、水加熱ヒータ制御処理を行い、加熱量制御処理を終了する。
ステップS71においてCPUは、車室外の温度Tamに基づいて圧縮機21の吸入側の推定圧力Psが所定圧力P2となるように圧縮機21の回転数LIM_Ncを算出し、ステップS72に処理を移す。
ステップS72においてCPUは、圧縮機21の回転数LIM_Ncが所定回転数N2よりも高回転か否かを判定する。回転数LIM_Ncが所定回転数N2よりも高回転の場合にはステップS73に処理を移し、回転数LIM_Ncが所定回転数N2以下の場合にはステップS74に処理を移す。
ステップS72において回転数LIM_Ncが所定回転数N2よりも高回転の場合に、ステップS73においてCPUは、回転数LIM_Ncとなるように圧縮機21を制御し、ステップS75に処理を移す。
ステップS72において回転数LIM_Ncが所定回転数N2以下の場合に、ステップS74においてCPUは、圧縮機21の運転を停止し、ステップS75に処理を移す。
ステップS73において圧縮機21の回転数を制御した場合、または、ステップS74において圧縮機21の運転を停止した場合に、ステップS75においてCPUは、前記第1実施形態の加熱量制御処理と同様に、水加熱ヒータ制御処理を行い、加熱量制御処理を終了する。
ステップS81においてCPUは、車室外の温度Tamに基づいて圧縮機21の吸入側の推定圧力Psが所定圧力P3となるように圧縮機21の回転数LIM_Ncを算出し、ステップS82に処理を移す。
ステップS82においてCPUは、回転数LIM_Ncとなるように圧縮機21を制御し、ステップS83に処理を移す。
ステップS83においてCPUは、前記第1実施形態の加熱量制御処理と同様に、水加熱ヒータ制御処理を行い、加熱量制御処理を終了する。
ステップS91においてCPUは、水加熱ヒータ32が水回路30の水に加えるべき熱量である目標発生熱量TG_Qhtrを算出し、ステップS92に処理を移す。
目標発生熱量TG_Qhtrは、目標水温度TG_TW、推定水温度TWhp、水の比熱Cpw、水の密度ρw、水加熱ヒータ32を流通する水の流量Gwに基づいて算出される比例積分制御(PI制御)の出力値である(TG_Qhtr=(P_GAIN×(TG_TW−TWhp)+I_GAIN×(TG_TW−TWhp)+I_Qhtrz)×Cpw×ρw×Gw、P_GAIN:比例ゲインとしての定数、I_GAIN:積分ゲインとしての定数、I_Qhtrz:I_Qhtrの前回値、I_Qhtr=I_GAIN×(TG_TW−TWhp)+I_Qhtrz)。
ステップS92においてCPUは、水加熱ヒータ32において目標負荷熱量TG_Qhtrに相当する電力である目標電力TG_Whtrを算出し、ステップS93に処理を移す。
目標電力TG_Whtrは、ステップS91において算出された目標発生熱量TG_Qhtrと、水加熱ヒータ32の発熱効率EFF_htrに基づいて算出される(TG_Whtr=TG_Qhtr×(1/EFF_htr))。
ステップS93においてCPUは、ステップS92において算出された目標電力TG_Whtrの電力で水加熱ヒータ32を運転し、水加熱ヒータ制御処理を終了する。
ステップS101においてCPUは、目標水温度TG_TWから推定水温度TWhpを減じた数値(TG_TW−TWhp)が所定値T2よりも小さいか否かを判定する。数値(TG_TW−TWhp)が所定値T2よりも小さい場合にはステップS102に処理を移し、数値(TG_TW−TWhp)が所定値T2以上の場合にはステップS103に処理を移す。
(ステップS102)
ステップS101において数値(TG_TW−TWhp)が所定値T2よりも小さい場合に、ステップS102においてCPUは、水加熱ヒータ32が水回路30の水に加えるべき熱量である目標発生熱量TG_Qhtrを算出し、ステップS103に処理を移す。
目標負荷熱量TG_Qhtrは、目標水温度TG_TW、推定水温度TWhp、水の比熱Cpw、水の密度ρw、水加熱ヒータ32を流通する水の流量Gwに基づいて算出される比例積分制御(PI制御)の出力値である(TG_Qhtr=(P_GAIN×(TG_TW−TWhp)+I_GAIN×(TG_TW−TWhp)+I_Qhtrz)×Cpw×ρw×Gw、P_GAIN:比例ゲインとしての定数、I_GAIN:積分ゲインとしての定数、I_Qhtrz:I_Qhtrの前回値、I_Qhtr=I_GAIN×(TG_TW−TWhp)+I_Qhtrz)。
ステップS101において数値(TG_TW−TWhp)が所定値T2以上の場合に、ステップS103においてCPUは、目標発生熱量TG_Qhtrを最大加熱量Q_maxに設定する。
ステップS102おいて目標発生熱量TG_Qhtrが算出された場合、または、ステップS103において目標発生熱量TG_Qhtrが決定された場合に、ステップS94においてCPUは、水加熱ヒータ32において目標負荷熱量TG_Qhtrに相当する電力である目標電力TG_Whtrを算出し、ステップS105に処理を移す。
目標電力TG_Whtrは、ステップS81において算出された目標負荷熱量TG_Qhtrと、水加熱ヒータ32の発熱効率EFF_htrに基づいて算出される(TG_Whtr=TG_Qhtr×(1/EFF_htr))。
ステップS105においてCPUは、ステップS104において算出された目標電力TG_Whtrの電力で水加熱ヒータ32を運転し、水加熱ヒータ制御処理を終了する。
Claims (10)
- 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
冷媒を放熱させて熱媒体を加熱する熱媒体加熱用放熱器と、
冷媒を吸熱させて車室内側に吹出す空気を冷却する空気冷却用吸熱器と、
車室外側に設けられ、車室外の空気と熱交換することによって冷媒を放熱または吸熱させる室外熱交換器と、
熱媒体加熱用放熱器において加熱された熱媒体が流通する熱媒体回路と、
熱媒体回路を流通する熱媒体を放熱させて車室内側に吹出す空気を加熱する空気加熱用放熱器と、
熱媒体回路を流通する熱媒体を電力によって加熱可能な熱媒体加熱ヒータと、を備え、
圧縮機が吐出した冷媒を熱媒体加熱用放熱器において放熱させ、熱媒体加熱用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ことにより暖房運転を行い、
圧縮機から吐出した冷媒を熱媒体加熱用放熱器において放熱させ、熱媒体加熱用放熱器において放熱した冷媒を空気冷却用吸熱器及び室外熱交換器において吸熱させることにより除湿暖房運転を行い、
熱媒体加熱ヒータによって熱媒体回路を流通する熱媒体を加熱可能な車両用空気調和装置において、
熱媒体加熱用放熱器において加熱された熱媒体回路を流通する熱媒体の温度を推定する熱媒体温度推定手段と、
熱媒体温度推定手段の推定結果に基づいて、暖房運転時または除湿暖房運転時に不足する熱量を算出する不足熱量算出手段と、
不足熱量算出手段によって算出された不足熱量に基づいて熱媒体加熱ヒータを制御する熱媒体加熱ヒータ制御手段と、を備えた
ことを特徴とする車両用空気調和装置。 - 車室外の温度を検出する室外温度センサと、
圧縮機の冷媒吐出側の圧力を検出する高圧側圧力センサと、
室外温度センサの検出温度、高圧側圧力センサ及び圧縮機の回転数に基づいて圧縮機の冷媒吸入側の圧力の推定値を算出する吸入圧力推定手段と、
吸入圧力推定手段によって算出された推定圧力が少なくとも所定圧力以上となるように圧縮機の運転を制御する圧縮機運転制御手段を備えた
ことを特徴とすする請求項1記載の車両用空気調和装置。 - 圧縮機の回転数が所定値以下となる場合に圧縮機の運転を停止する圧縮機停止手段を備えた
ことを特徴とする請求項2記載の車両用空気調和装置。 - 車室外の温度を検出する室外温度センサと、
圧縮機の冷媒吐出側の圧力を検出する高圧側圧力センサと、
室外温度センサの検出温度、高圧側圧力センサ及び圧縮機の回転数に基づいて圧縮機の冷媒吸入側の圧力の推定値を算出する吸入圧力推定手段と、
吸入圧力推定手段によって算出された推定圧力が所定圧力となる圧縮機の回転数を算出する回転数算出手段と、
回転数算出手段によって算出された回転数となるように圧縮機の運転を制御する圧縮機運転制御手段と、を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の車両用空気調和装置。 - 回転数算出手段によって算出された回転数が所定の回転数以下の場合に圧縮機の運転を停止する圧縮機停止手段を備えた
ことを特徴とする請求項4記載の車両用空気調和装置。 - 熱媒体回路を流通する熱媒体の目標温度を算出する目標熱媒体温度算出手段と、
熱媒体加熱ヒータの運転が停止している状態において、熱媒体回路を流通する熱媒体の温度が、目標熱媒体温度算出手段によって算出された目標温度から所定温度減じた温度以下となったときに熱媒体加熱ヒータの運転を開始し、熱媒体加熱ヒータが運転している状態において、熱媒体回路を流通する熱媒体の温度が、目標熱媒体温度算出手段によって算出された目標温度から所定温度減じた温度よりも高い温度となったときに熱媒体加熱ヒータの運転を停止する熱媒体加熱ヒータ制御手段と、を備えた
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の車両用空気調和装置。 - 熱媒体加熱ヒータ制御手段は、熱媒体回路を流通する熱媒体の温度と、目標熱媒体温度算出手段によって算出された目標熱媒体温度と、の温度差が所定の温度差よりも大きい場合に、熱媒体加熱ヒータを最大加熱量で運転する
ことを特徴とする請求項6記載の車両用空気調和装置。 - 車室内の温度及び湿度に基づいて必要な除湿量を算出する必要除湿量算出手段と、
除湿暖房運転時における可能な除湿量を算出する除湿能力算出手段と、
除湿暖房運転時に、除湿能力算出手段により算出された除湿能力が必要除湿量算出手段により算出された必要除湿量よりも小さい場合に、圧縮機から吐出した冷媒を熱媒体加熱用放熱器及び室外熱交換器において放熱させ、熱媒体加熱用放熱器及び室外熱交換器において放熱した冷媒を空気冷却用吸熱器において吸熱させる除湿冷房運転に切換える運転切換え手段と、
運転切換え手段によって除湿暖房運転から除湿冷房運転に切換えることによって不足する空気加熱量放熱器からの放熱量を熱媒体加熱ヒータによって補う加熱量補償手段と、を備えた
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項記載の車両用空気調和装置。 - 圧縮機から吐出した冷媒の一部を熱媒体加熱用放熱器において放熱させ、熱媒体熱交換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とともに、圧縮機から吐出したその他の冷媒を室外熱交換器において放熱させる除霜運転時に、熱媒体加熱ヒータを運転することによって熱媒体回路を流通する熱媒体を加熱して暖房を行う除霜暖房手段を備えた
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載の車両用空気調和装置。 - 車室外の空気の露点温度を算出する室外露点温度算出手段と、
室外熱交換器における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度センサと、
室外露点温度算出手段によって算出された露点温度よりも蒸発温度センサの検出温度が低い場合に除霜暖房運転を行う除霜暖房運転制御手段と、を備えた
ことを特徴とする請求項9記載の車両用空気調和装置。
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