JP2017007623A - 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、コントローラは暖房モードにおいて、圧縮機2を最大回転数とし、放熱器4による暖房能力が不足する分を熱媒体循環回路23の熱媒体−空気熱交換器40による加熱で補完する省エネ優先モードと、圧縮機2の回転数を制限し、放熱器4による暖房能力が不足する分を熱媒体循環回路23の熱媒体−空気熱交換器40による加熱で補完する快適優先モードを有する。
【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熱媒体−空気熱交換器40及び放熱器4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内の空気は熱媒体−空気熱交換器40により加熱された後(熱媒体循環回路23が作動している場合)、放熱器4内の高温冷媒により加熱される。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を閉じる(全閉)。即ち、この内部サイクルモードは除湿暖房モードにおける室外膨張弁6の制御で当該室外膨張弁6を全閉とした状態と云えるので、内部サイクルモードは除湿暖房モードの一部と捕らえることもできる。
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熱媒体−空気熱交換器40及び放熱器4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(熱媒体循環回路40は停止)、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室外膨張弁6を全開(弁開度を制御上限)とし、エアミックスダンパ28は放熱器4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を経て室外膨張弁6に至る。
次に、図3〜図7を用いて前述した暖房モードにおけるコントローラ32の圧縮機2及び熱媒体循環回路23の制御について説明する。
コントローラ32は下記式(1)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))
・・式(1)
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。
先ず、コントローラ32は搭乗者が空調操作部53を操作して省エネ優先モードを選択した場合、又は、車両のバッテリ残量が所定値未満に低下した場合、後述する省エネ優先モードを実行する。そして、搭乗者により省エネ優先モードが選択されておらず、バッテリ残量が所定値以上である場合は、後述する快適優先モードを実行する。
以下、図4及び図5を参照しながら上述したコントローラ32の省エネ優先モードについて説明する。コントローラ32は省エネ優先モードでは、圧縮機2の回転数NCをその条件下での最大回転数として圧縮機2を運転し、放熱器4による暖房能力が不足する分を熱媒体循環回路23(熱媒体−空気熱交換器40)による加熱で補完する。即ち、コントローラ32は図4のステップS1で車両用空気調和装置1の冷媒回路Rから成るヒートポンプ(図4ではHPで示す)に故障が生じて故障判定されていないか否か判断し、故障(N)している場合にはステップS5でヒートポンプ(圧縮機2)を停止する。
Qmax=f(Tam、Ga、NCmax、Thtr−Te) ・・式(3)
Qtotal=(TCI−Te)×Cpa×実Ga×(SW/100)×γaTe
×1.16 ・・式(4)
ΔQmax=TGQ−Qmax ・・式(5)
ΔQtotal=TGQ−Qtotal ・・式(6)
図3にはこれら各能力と差の関係が示されている。
TGQhtr=(Qaff+Qafb)/Φ ・・式(7)
尚、Φは熱媒体循環回路23(熱媒体加熱電気ヒータ35)の温度効率(ヒータ温度効率)である。
次に、図6はコントローラ32による暖房モードにおける省エネ優先モードのもう一つのフローチャートを示している。尚、この図において図4と同一符号で示すステップは同様の制御を行うものとする。この場合、ステップS5、ステップS9、ステップS11からはステップS7aに進み、次にステップS7bに進むことになる。
THO=(Qaff+Qafb)/(Cpa×実Ga×γaTe×1.16)+Te
・・式(8)
次に、図7及び図8を参照しながら前述したコントローラ32の快適優先モードについて説明する。暖房モードにおいて、搭乗者により省エネ優先モードが選択されておらず、且つ、バッテリ残量が所定値以上である場合は、コントローラ32は前述したように快適優先モードを実行する。
この快適優先モードでは、コントローラ32は圧縮機2の回転数NCを制限し、制限された回転数NCで放熱器4による暖房能力が不足する分を、熱媒体循環回路23(熱媒体−空気熱交換器40)による加熱で補完する。先ず、図7を用いてこの快適優先モードにおける圧縮機2の回転数NCの制限動作について説明する。
TGNCcomf=MIN(TGNCcomfVSP、TGNCcomfBLV、
TGNCcomfΔTXO) ・・式(9)
このうち、ブロワ電圧BLVは室内送風機(ブロワファン)27の電圧であり、空気流通路3を流通する空気の風量を示す指標となる。また、着霜判定値ΔTXOは無着霜時における室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseと現在の冷媒蒸発温度TXOとの差(ΔTXO=TXObase−TXO)であり、室外熱交換器7の着霜度合い(着霜率)を示している。
TGNC=MIN(TGNCcomf、TGNChp) ・・式(10)
上記TGNChpは、前述した目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力PCIとに基づいて算出された圧縮機2の回転数Ncの目標値である高圧算出回転数である。即ち、コントローラ32は、快適優先モードでは前述した上限回転数TGNCcomfと高圧算出回転数TGNChpのうちの小さい方の値を圧縮機2の目標回転数TGNCとして決定し、圧縮機2の回転数NCを制御する。
次に、コントローラ32は図8のステップS13で車両用空気調和装置1の冷媒回路Rから成るヒートポンプ(図8でもHPで示す)に故障が生じて故障判定されていないか否か判断し、故障(N)している場合にはステップS17でヒートポンプ(圧縮機2)を停止する。ステップS13で故障判定されておらず、正常の場合(Y)はステップS14に進み、車両用空気調和装置1の運転モードは現在暖房モードか否か判断し、暖房モード以外(N)の場合は他の運転モードに移行し、暖房モード(Y)であればステップS15に進む。
Qhp=(TCI−Thtr)×Cpa×実Ga×(SW/100)×γaTe
×1.16 ・・式(11)
ΔQhp=TGQ−Qhp ・・式(12)
図3にはこれら各能力と差の関係が示されている。
TGQhtr=Qahtr/Φ ・・式(13)
即ち、ステップS20ではQahtr=ΔQhpであるので、コントローラ32はステップS19で熱媒体循環回路23の要求能力TGQhtrをΔQhp/Φとし、この要求能力TGQhtrに基づいて熱媒体加熱電気ヒータ35の通電を制御する。
尚、例えばそのときに許容される圧縮機2の最大回転数でも高圧圧力(放熱器圧力PCI)が目標放熱器圧力PCOより所定値以上低い場合や、吸込圧力センサ44が検出する圧縮機2の吸込冷媒圧力Ps(吸込冷媒温度から推定しても良い)による圧縮機2の低圧保護によって圧縮機2の回転数NCが下げられ、放熱器圧力PCIが目標放熱器圧力PCOより低いときは、熱媒体循環回路23の要求能力TGQhtrを増加させるようにフィードバック(F/B)制御を行ってもよい。それにより、熱媒体−空気熱交換器40による加熱が増大するので、実施例のように放熱器4が空気流の下流側に位置するときは、放熱器圧力PCIを上げ、目標放熱器圧力PCOに近づけることができるようになる。
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
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(ブロワファン)
28 エアミックスダンパ
30 循環ポンプ
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(補助加熱手段)
R 冷媒回路
Claims (11)
- 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、
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、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ことで前記車室内を暖房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、
前記圧縮機を最大回転数とし、前記放熱器による暖房能力が不足する分を前記補助加熱手段による加熱で補完する省エネ優先モードと、
前記圧縮機の回転数を制限し、前記放熱器による暖房能力が不足する分を前記補助加熱手段による加熱で補完する快適優先モードを有することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記圧縮機及び補助加熱手段は車両のバッテリより給電されると共に、
前記制御手段は、前記バッテリ残量が所定値以上である場合、前記快適優先モードを実行可能と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省エネ優先モードにおいて、
要求される前記放熱器の暖房能力である要求能力TGQと、
前記放熱器の最大暖房能力の推定値であるHP最大能力推定値Qmaxと、
前記放熱器と前記補助加熱手段が実際に発生する全体の暖房能力である全体能力Qtotalと、
前記要求能力TGQと前記HP最大能力推定値Qmaxとの差ΔQmax=TGQ−Qmaxと、
前記要求能力TGQと前記全体能力Qtotalとの差ΔQtotal=TGQ−Qtotalを算出し、
前記補助加熱手段の要求能力TGQhtrを、ΔQmax+ΔQtotalから求めて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請求項1又は請求項2に記載の車両用空気調和装置。 - 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、
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、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ことで前記車室内を暖房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、
要求される前記放熱器の暖房能力である要求能力TGQと、
前記放熱器の最大暖房能力の推定値であるHP最大能力推定値Qmaxと、
前記放熱器と前記補助加熱手段が実際に発生する全体の暖房能力である全体能力Qtotalと、
前記要求能力TGQと前記HP最大能力推定値Qmaxとの差ΔQmax=TGQ−Qmaxと、
前記要求能力TGQと前記全体能力Qtotalとの差ΔQtotal=TGQ−Qtotalを算出し、
前記補助加熱手段の要求能力TGQhtrを、前記ΔQmax+前記ΔQtotalから求めて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、
前記要求能力TGQと前記全体能力Qtotalとの差ΔQtotalが所定値未満の場合、前記補助加熱手段の要求能力TGQhtrを、前記ΔQmaxから求めて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請求項3又は請求項4に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御手段は、
車室内に吹き出される空気温度の目標値である目標吹出温度に基づいて高圧圧力の目標値を算出すると共に、高圧圧力が前記目標値となるように前記補助加熱手段の要求能力TGQhtrを増加させることを特徴とする請求項3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。 - 前記制御手段は、
前記圧縮機を停止する場合、前記補助加熱手段の要求能力TGQhtrを、前記要求能力TGQから求めて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請求項3乃至請求項6のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御手段は前記快適優先モードにおいて、
要求される前記放熱器の暖房能力である要求能力TGQと、
前記放熱器が実際に発生する暖房能力であるHP実能力Qhpと、
前記要求能力TGQと前記HP実能力Qhpとの差ΔQhp=TGQ−Qhpを算出し、
前記補助加熱手段の要求能力TGQhtrを、前記ΔQhpから求めて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請求項1又は請求項2に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御手段は、
前記圧縮機を停止する場合、前記補助加熱手段の要求能力TGQhtrを、前記要求能力TGQから求めて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請求項8に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御手段は前記快適優先モードにおいて、
車室内に吹き出される空気温度の目標値である目標吹出温度に基づいて高圧圧力の目標値を算出し、高圧圧力が前記目標値となるように前記圧縮機の高圧算出回転数TGNChpを算出すると共に、
該高圧算出回転数TGNChpと、前記快適優先モードにおける前記圧縮機の所定の上限回転数TGNCcomfのうちの小さい方の値を前記圧縮機の目標回転数TGNCとして当該圧縮機の運転を制御することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項8又は請求項9に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御手段は、
車速と、前記空気流通路を流通する空気の風量を示す指標と、前記室外熱交換器の着霜度合いに基づいて前記上限回転数TGNCcomfを変更することを特徴とする請求項10に記載の車両用空気調和装置。
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