JP2015039998A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気流通路3から車室内に供給する空気を加熱するための熱媒体循環回路23を備え、コントローラは、室外熱交換器7への着霜を推定する着霜推定手段を有し、外部電源から圧縮機2、若しくは、当該圧縮機2を駆動するために電力を供給するバッテリに給電されている状態において暖房モードを実行する際、着霜推定手段の推定に基づき、室外熱交換器7への着霜が予測される場合、熱媒体循環回路23による加熱を実行する。
【選択図】図1
Description
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、電磁弁20及び電磁弁24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。
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。
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21も閉じる。この室外膨張弁6と電磁弁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。
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、電磁弁20及び電磁弁24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。
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。
次に、車両(電気自動車)の走行中における前記暖房モード時の圧縮機2及び室外膨張弁6の制御と、当該暖房モードでの熱媒体循環回路23による補助加熱について説明する。
コントローラ32は下記式(I)から目標吹出温度TAOを算出する。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。
また、コントローラ32は、この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。
TGQhpNfst=f(Tam) ・・(III)
ここで、Tamは外気温度センサ33が検出する前述した外気温度、Teは吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度、Cpaは放熱器4に流入する空気の比熱[kj/kg・K]、ρは放熱器4に流入する空気の密度(比体積)[kg/m3]、Qairは放熱器4を通過する風量[m3/h](室内送風機27のブロワ電圧BLV等から推定)である。
TGQHTR=Qtgt−TGQhpNfst ・・(IV)
即ち、無着霜最大暖房能力予測値TGQhpNfstが要求暖房能力Qtgtより不足する分を、熱媒体循環回路23の目標暖房能力TGQHTRとする。
次に、図4、図5を参照しながら車両(電気自動車)のプラグイン中に前記暖房モードとされ、車室内をプレ空調(暖房)するときの熱媒体循環回路23と冷媒回路Rの制御について説明する。
コントローラ32はステップS3(前記ステップS13も同様)でその機能としての着霜推定手段により、室外熱交換器7への着霜状態を判定(推定)する。次に、室外熱交換器7の着霜状態の判定例を説明する。
=k1×Tam+k2×NC+k3×BLV+k4×VSP・・(V)
ここで、式(V)のパラメータであるTamは外気温度センサ33から得られる前記外気温度、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、予め実験により求めておく。
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開度SWでもよい。
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。
ステップS3(前記ステップS13も同様)で室外熱交換器7に着霜している場合、ステップS10(前記ステップS15も同様)に進んで除霜モードを実行する。コントローラ32はステップS10(ステップS15)の除霜モードでは、電磁弁24と電磁弁21を開き、電磁弁22及び電磁弁17を閉じる。そして、外部電源からの電力、或いは、外部電源で充電されているバッテリからの電力で圧縮機2を運転する除霜運転を行う。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(ホットガス)は、電磁弁24を経て冷媒配管13Hを通り、逆止弁45を経て冷媒配管13Iから室外熱交換器7に直接流入する状態となる。これにより、室外熱交換器7は加熱されるので、霜は融解除去される。
一方、ステップS3で差ΔTXOが着霜検知閾値ΔT1以下(ΔTXO≦ΔT1)で室外熱交換器7に着霜していないと判定された場合、コントローラ32はステップS4に進んで今度は室外熱交換器7に着霜すると予測されるか否か判断する。図5はステップS4における着霜予測のフローチャートの一例を示している。
Qhpr=Qtgt−QmaxHTR ・・(VI)
即ち、式(VI)は熱媒体循環回路最大暖房能力QmaxHTRが要求暖房能力Qtgtに対して不足する分を、放熱器4の目標暖房能力Qhprとする。
TGQHTR=Qtgt ・・(VII)
(7−4)室外熱交換器の着霜予測の他の例
この場合、コントローラ32は先ず図7のステップS20で、下記式(VIII)を用いて室外熱交換器7の無着霜時に、即ち、室外熱交換器7に霜が生じていないときに要求暖房能力Qtgtを実現するための室外熱交換器7の冷媒蒸発温度である無着霜時要求冷媒蒸発温度TXObaseQtgtを予測して算出する。
TXObaseQtgt=f(Tam、Qtgt) ・・(VIII)
ここで、Tamは外気温度センサ33が検出する前述した外気温度である。
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
17、20、21、22、24 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(ブロワファン)
28 エアミックスダンパ
30 循環ポンプ(循環手段)
32 コントローラ(制御手段)
35 熱媒体加熱電気ヒータ(電気ヒータ)
40 熱媒体−空気熱交換器
R 冷媒回路
Claims (10)
- 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放熱又は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補助加熱手段を備え、
前記制御手段は、前記室外熱交換器への着霜を推定する着霜推定手段を有し、外部電源から前記圧縮機、若しくは、当該圧縮機を駆動するために電力を供給するバッテリに給電されている状態において前記暖房モードを実行する際、前記着霜推定手段の推定に基づき、前記室外熱交換器への着霜が予測される場合、前記補助加熱手段による加熱を実行することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御手段は、前記補助加熱手段による暖房能力が要求暖房能力Qtgtに対して不足する場合、前記放熱器による暖房を実行することを特徴とする請求項1に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御手段は、前記要求暖房能力Qtgtと前記補助加熱手段が発生可能な最大暖房能力とを比較し、該最大暖房能力が前記要求暖房能力Qtgtより不足する分を前記放熱器の暖房により補完することを特徴とする請求項2に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御手段は、前記室外熱交換器における冷媒蒸発温度が外気温度より低く、且つ、それらの差が所定値以内となるように前記圧縮機を制御することを特徴とする請求項3に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御手段は、前記着霜状態推定手段の推定に基づき、前記室外熱交換器に着霜しないと予測される場合、前記補助加熱手段による暖房を行うこと無く、前記放熱器による暖房を実行することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
- 前記着霜推定手段は、前記室外熱交換器に着霜しない範囲で前記放熱器が発生可能な最大暖房能力の目標値である無着霜最大暖房能力予測値TGQhpNfstを算出し、
該無着霜最大暖房能力予測値TGQhpNfstが、要求暖房能力Qtgt又はそれに近い値より小さくなる場合、前記室外熱交換器に着霜すると予測することを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記着霜推定手段は、外気温度に基づき、若しくは、それに時刻、日射、降雨、位置、気象条件を加えて前記無着霜最大暖房能力予測値TGQhpNfstを算出することを特徴とする請求項6に記載の車両用空気調和装置。
- 前記着霜推定手段は、要求暖房能力Qtgtを実現するときの前記室外熱交換器の冷媒蒸発温度である無着霜時要求冷媒蒸発温度TXObaseQtgtを算出し、
該無着霜時要求冷媒蒸発温度TXObaseQtgtが、霜点Tfrost又はそれに近い温度より低くなる場合、前記室外熱交換器に着霜すると予測することを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記着霜推定手段は、外気温度と前記要求暖房能力Qtgtに基づき、前記無着霜時要求冷媒蒸発温度TXObaseQtgtを算出することを特徴とする請求項8に記載の車両用空気調和装置。
- 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熱媒体−空気熱交換器と、電気ヒータと、循環手段とを有し、前記電気ヒータにより加熱された熱媒体を前記循環手段により前記熱媒体−空気熱交換器に循環する熱媒体循環回路から前記補助加熱手段を構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項9のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
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