JP2017190075A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱器4の入口側に設けられた電磁弁30における騒音の発生を抑制し、耐久性を向上させる。【解決手段】室外膨張弁6を全閉とし、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開くことで、圧縮機2から吐出された冷媒をバイパス配管35により室外熱交換器7に流す第2の運転モードを実行する。コントローラは、電磁弁30を開き、電磁弁40を閉じて放熱器4に冷媒を流す第1の運転モードから第2の運転モードに移行した後、圧縮機2を停止するタイミングで電磁弁30を開く。【選択図】図1

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器と、車室内側に設けられて冷媒を放熱させる内部凝縮機と、車室内側に設けられて冷媒を吸熱させる蒸発器と、車室外側に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる外部凝縮機と、この外部凝縮機に流入する冷媒を膨張させる第1膨張バルブと、蒸発器に流入する冷媒を膨張させる第2膨張バルブと、内部凝縮機及び第1膨張バルブをバイパスする配管と、圧縮器から吐出された冷媒を内部凝縮機に流すか、この内部凝縮機と第1膨張バルブをバイパスして前記配管から外部凝縮機に直接流すかを切り換える第1バルブを備え、圧縮器から吐出された冷媒を第1バルブにより内部凝縮機に流して放熱させ、この放熱した冷媒を第1膨張バルブで減圧した後、外部凝縮機において吸熱させる暖房モードと、圧縮器から吐出された冷媒を第1バルブにより内部凝縮機において放熱させ、放熱した冷媒を第2膨張バルブで減圧した後、蒸発器において吸熱させる除湿モードと、圧縮器から吐出された冷媒を第1バルブにより内部凝縮機及び第1膨張バルブをバイパスして外部凝縮機に流して放熱させ、第2膨張バルブで減圧した後、蒸発器において吸熱させる冷房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)。
特開2013−23210号公報
上記のように、特許文献1では冷房モードに切り換わったときは内部凝縮機(本願での放熱器)には冷媒を流さない状況となる。即ち、第1バルブの内部凝縮器側の出口を閉じることになる。この状態では、冷媒は内部凝縮器(107)を含む第1バルブ(117)から第1膨張バルブ(119)までの閉回路内に閉じ込められることになるため、冷房モードに切り換わった直後の圧縮器の停止時に、圧縮器の吐出側の圧力よりも内部凝縮機側の圧力の方が高くなることがあった。
ここで、三方弁である第1バルブの代わりに、内部凝縮機(本願での放熱器)側の開閉弁(本願での第1の開閉弁)と外部凝縮機(本願での室外熱交換器)側の開閉弁(本願での第2の開閉弁)の二つの開閉弁で流路を切り換える場合、圧縮器(本願での圧縮機)の停止時にその吐出側の圧力よりも内部凝縮機側(放熱器側)の圧力の方が高くなると、内部凝縮機側の開閉弁(本願での第1の開閉弁)に逆圧がかかり、ハンチングを引き起こす場合がある。そして、開閉弁にハンチングが発生すると、当該開閉弁において騒音が生じると共に、その耐久性も低下すると云う問題があった。
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、放熱器の入口側に設けられた第1の開閉弁における騒音の発生を抑制し、当該開閉弁の耐久性を向上させることができる車両用空気調和装置を提供することを目的とする。
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、車室外に設けられた室外熱交換器と、放熱器を出て室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、圧縮機の吐出側と放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、この第1の開閉弁の上流側で分岐し、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、このバイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、制御装置を備え、この制御装置により、第1の開閉弁を開き、第2の開閉弁を閉じることで、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、この放熱器から出た冷媒を、室外膨張弁を経て室外熱交換器に流す第1の運転モードと、室外膨張弁を全閉とし、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開くことで、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管により室外熱交換器に流し、この室外熱交換器から出た冷媒を吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行するものであって、制御装置は、第1の運転モードから第2の運転モードに移行した後、圧縮機を停止するタイミングで第1の開閉弁を開くことを特徴とする。
請求項2の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において制御装置が第1の開閉弁を開く回数には制限が設けられていることを特徴とする。
請求項3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、車室外に設けられた室外熱交換器と、放熱器を出て室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、圧縮機の吐出側と放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、この第1の開閉弁の上流側で分岐し、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして前記圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、このバイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、制御装置を備え、この制御装置により、第1の開閉弁を開き、第2の開閉弁を閉じることで、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、この放熱器から出た冷媒を、室外膨張弁を経て室外熱交換器に流す第1の運転モードと、室外膨張弁を全閉とし、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開くことで、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管により室外熱交換器に流し、この室外熱交換器から出た冷媒を吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行するものであって、制御装置は、第1の運転モードから第2の運転モードに移行する際、第1の開閉弁の閉鎖、第2の開閉弁の開放、及び、室外膨張弁の全閉の各制御を行う前に圧縮機を停止し、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開き、室外膨張弁を全閉とした後、圧縮機を起動することを特徴とする。
請求項4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、車室外に設けられた室外熱交換器と、放熱器を出て室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、圧縮機の吐出側と放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、この第1の開閉弁の上流側で分岐し、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、このバイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、制御装置を備え、この制御装置により、第1の開閉弁を開き、第2の開閉弁を閉じることで、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、この放熱器から出た冷媒を、室外膨張弁を経て室外熱交換器に流す第1の運転モードと、室外膨張弁を全閉とし、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開くことで、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管により室外熱交換器に流し、この室外熱交換器から出た冷媒を吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行するものであって、制御装置は、第2の運転モードにおいて、第1の開閉弁の入口側と出口側の圧力差を監視し、この第1の開閉弁の出口側の圧力が入口側の圧力よりも高くなった場合、当該第1の開閉弁を開くことを特徴とする。
請求項5の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明におい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補助加熱装置を備え、第1の運転モードは、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室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器に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から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードのうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てであり、第2の運転モードは、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管から室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させると共に、補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管から室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードのうちの何れか、又は、それらの全てであることを特徴とする。
請求項6の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において第1の運転モードは、暖房モード、又は、除湿冷房モードであり、第2の運転モードは、除湿暖房モードであ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、車室外に設けられた室外熱交換器と、放熱器を出て室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、圧縮機の吐出側と放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、この第1の開閉弁の上流側で分岐し、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、このバイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、制御装置を備え、この制御装置により、第1の開閉弁を開き、第2の開閉弁を閉じることで、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、この放熱器から出た冷媒を、室外膨張弁を経て室外熱交換器に流す第1の運転モードと、室外膨張弁を全閉とし、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開くことで、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管により室外熱交換器に流し、この室外熱交換器から出た冷媒を吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、制御装置が、第1の運転モードから第2の運転モードに移行した後、圧縮機を停止するタイミングで第1の開閉弁を開くようにしたので、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開く第2の運転モードに移行した後、圧縮機の停止時に、第1の開閉弁に逆圧がかかる不都合を解消することが可能となる。これにより、第1の開閉弁でハンチングが起こって騒音が発生する不都合や、第1の開閉弁の耐久性が低下する問題を未然に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
その場合、請求項2の発明の如く制御装置が第1の開閉弁を開く回数に制限を設けるようにすれば、不必要な第1の開閉弁の開閉を未然に回避することができるようになる。
請求項3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、車室外に設けられた室外熱交換器と、放熱器を出て室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、圧縮機の吐出側と放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、この第1の開閉弁の上流側で分岐し、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして前記圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、このバイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、制御装置を備え、この制御装置により、第1の開閉弁を開き、第2の開閉弁を閉じることで、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、この放熱器から出た冷媒を、室外膨張弁を経て室外熱交換器に流す第1の運転モードと、室外膨張弁を全閉とし、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開くことで、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管により室外熱交換器に流し、この室外熱交換器から出た冷媒を吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、制御装置が、第1の運転モードから第2の運転モードに移行する際、第1の開閉弁の閉鎖、第2の開閉弁の開放、及び、室外膨張弁の全閉の各制御を行う前に圧縮機を停止し、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開き、室外膨張弁を全閉とした後、圧縮機を起動するようにしたので、第1の開閉弁を閉じ、室外膨張弁を全閉としたときには、圧縮機は停止しており、放熱器を含む第1の開閉弁から室外膨張弁までの間の回路内の圧力を低くすることができる。これにより、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開く第2の運転モードに移行した後、第1の開閉弁に逆圧がかかる不都合を解消、若しくは、抑制することが可能となり、第1の開閉弁でハンチングが起こって騒音が発生する不都合や、第1の開閉弁の耐久性が低下する問題を未然に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
請求項4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、車室外に設けられた室外熱交換器と、放熱器を出て室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、圧縮機の吐出側と放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、この第1の開閉弁の上流側で分岐し、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、このバイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、制御装置を備え、この制御装置により、第1の開閉弁を開き、第2の開閉弁を閉じることで、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器に流し、この放熱器から出た冷媒を、室外膨張弁を経て室外熱交換器に流す第1の運転モードと、室外膨張弁を全閉とし、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開くことで、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管により室外熱交換器に流し、この室外熱交換器から出た冷媒を吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、制御装置が、第2の運転モードにおいて、第1の開閉弁の入口側と出口側の圧力差を監視し、この第1の開閉弁の出口側の圧力が入口側の圧力よりも高くなった場合、当該第1の開閉弁を開くようにしたので、第1の開閉弁を閉じ、第2の開閉弁を開く第2の運転モードに移行した後に、第1の開閉弁に逆圧がかかる状況となった場合、それを迅速に解消することができるようになる。これにより、第1の開閉弁でハンチングが起こって騒音が発生する不都合や、第1の開閉弁の耐久性が低下する問題を抑制、若しくは、未然に解消することが可能となる。
ここで、請求項5の発明の如く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補助加熱装置を備え、第1の運転モードが、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室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器に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から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードのうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てであり、第2の運転モードが、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管から室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させると共に、補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管から室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードのうちの何れか、又は、それらの全てであるときに、請求項6の発明の如く第1の運転モードを暖房モード、又は、除湿冷房モードとし、第2の運転モードを除湿暖房モードとすれば、暖房モードや除湿冷房モードからの移行が多くなる除湿暖房モードでは、移行後に補助加熱装置を発熱させるため、放熱器内の冷媒の蒸発が促進されることになる。
それにより、除湿暖房モードに移行した後に、前記各発明の如く第1の開閉弁や室外膨張弁が開いている間に放熱器から冷媒が迅速に出ていくようになるので、第1の開閉弁にかかる逆圧のレベルを低下させることができるようになる。
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(暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード及び冷房モード)。 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1の車両用空気調和装置のMAX冷房モード(最大冷房モード)のときの構成図である。 暖房モードから除湿暖房モードに切り換えるときに図2のコントローラが実行する逆圧防止制御の一例を説明する各機器のタイミングチャートである(実施例1)。 暖房モードから除湿暖房モードに切り換えるときに図2のコントローラが実行する逆圧防止制御の他の例を説明する各機器のタイミングチャートである(実施例2)。 除湿冷房モードから除湿暖房モードに切り換えるときに図2のコントローラが実行する逆圧防止制御の一例を説明する各機器のタイミングチャートである(実施例2)。
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は本発明の一実施例の車両用空気調和装置1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モードを行い、更に、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、MAX冷房モード(最大冷房モード)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。また、上記暖房モード、除湿冷房モード、及び、冷房モードが本発明における第1の運転モード、除湿暖房モード、及び、MAX冷房モードが本発明における第2の運転モードである。
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、車室外に設けられて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、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。
そして、この冷媒回路Rには所定量の冷媒と潤滑用のオイルが充填されている。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の出口側の冷媒配管13Bは室内膨張弁8を介して吸熱器9の入口側に接続されている。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の一部を構成している。
また、過冷却部16と室内膨張弁8間の冷媒配管13Bは、吸熱器9の出口側の冷媒配管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は冷媒配管13Dに分岐しており、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。この冷媒配管13Cがアキュムレータ12に接続され、アキュムレータ12は圧縮機2の冷媒吸込側に接続されている。更に、放熱器4の出口側の冷媒配管13Eは室外膨張弁6を介して室外熱交換器7の入口側に接続されている。
また、圧縮機2の吐出側と放熱器4の入口側の間の冷媒配管13Gには後述する除湿暖房とMAX冷房時に閉じられる電磁弁30(本願での第1の開閉弁:リヒート用の電磁弁)が介設されている。この場合、冷媒配管13Gは電磁弁30の上流側でバイパス配管35に分岐しており、このバイパス配管35には除湿暖房とMAX冷房時に開放される電磁弁40(本願での第2の開閉弁:バイパス用の電磁弁)が設けられており、この電磁弁40を介して室外膨張弁6の下流側の冷媒配管13Eに連通接続されている。これらバイパス配管35、電磁弁30及び電磁弁40によりバイパス装置45が構成される。
このようなバイパス配管35、電磁弁30及び電磁弁40によりバイパス装置45を構成したことで、後述する如く圧縮機2から吐出された冷媒を室外熱交換器7に直接流入させる除湿暖房モードやMAX冷房モードと、圧縮機2から吐出された冷媒を放熱器4に流入させる暖房モードや除湿冷房モード、冷房モードとの切り換えを円滑に行うことができるようになる。
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)とに切り換える吸込切換ダンパ26が設けられている。更に、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装置としての補助ヒータである。実施例の補助ヒータ23は電気ヒータであるPTCヒータにて構成されており、空気流通路3の空気の流れに対して、放熱器4の空気上流側となる空気流通路3内に設けられている。そして、補助ヒータ23に通電されて発熱すると、吸熱器9を経て放熱器4に流入する空気流通路3内の空気が加熱される。即ち、この補助ヒータ23が所謂ヒータコアとなり、車室内の暖房を行い、或いは、それを補完する。
また、補助ヒータ23の空気上流側における空気流通路3内には、当該空気流通路3内に流入し、吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気(内気や外気)を補助ヒータ23及び放熱器4に通風する割合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、FOOT(フット)、VENT(ベント)、DEF(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はプロセッサを備えたコンピュータの一例であるマイクロコンピュータから構成された制御装置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(Tam)を検出する外気温度センサ33と、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(吐出圧力Pd)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の吸込冷媒温度を検出する吸込温度センサ55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:放熱器温度TH)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:放熱器圧力PCI)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:吸熱器温度Te)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:室外熱交換器温度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:室外熱交換器圧力PXO)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、補助ヒータ23の温度(補助ヒータ23で加熱された直後の空気の温度、又は、補助ヒータ23自体の温度:補助ヒータ温度Tptc)を検出する補助ヒータ温度センサ50の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、吹出口切換ダンパ31と、室外膨張弁6、室内膨張弁8と、補助ヒータ23、電磁弁30(リヒート用)、電磁弁17(冷房用)、電磁弁21(暖房用)、電磁弁40(バイパス用)の各電磁弁が接続されている。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は実施例では暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、及び、MAX冷房モード(最大冷房モード)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と制御の概略について説明する。
(1)暖房モード(第1の運転モード)
コントローラ32により(オートモード)或いは空調操作部53へのマニュアル操作(マニュアルモード)により暖房モードが選択されると、コントローラ32は暖房用の電磁弁21を開放し、冷房用の電磁弁17を閉じる。また、リヒート用の電磁弁30を開放し、バイパス用の電磁弁40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は図1に破線で示す如く、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全ての空気が補助ヒータ23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電磁弁30を経て冷媒配管13Gから放熱器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(補助ヒータ23が動作するときは当該補助ヒータ23及び放熱器4)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当該放熱器4を出た後、冷媒配管13Eを経て室外膨張弁6に至る。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。即ち、室外熱交換器7から出た冷媒は吸熱器9を経ること無くアキュムレータ12に流れる。そして、放熱器4(補助ヒータ23が動作するときは当該補助ヒータ23及び放熱器4)にて加熱された空気は吹出口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、後述する目標吹出温度TAOから算出される目標放熱器温度TCO(放熱器温度THの目標値)から目標放熱器圧力PCO(放熱器圧力PCIの目標値)を算出し、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の冷媒圧力(放熱器圧力PCI。冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御する。また、コントローラ32は、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TH)及び放熱器圧力センサ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。前記目標放熱器温度TCOは基本的にはTCO=TAOとされるが、制御上の所定の制限が設けられる。
また、コントローラ32はこの暖房モードにおいては、車室内空調に要求される暖房能力に対して放熱器4による暖房能力が不足する場合、その不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完するように補助ヒータ23の通電を制御する。それにより、快適な車室内暖房を実現し、且つ、室外熱交換器7の着霜も抑制する。このとき、補助ヒータ23は放熱器4の空気上流側に配置されているので、空気流通路3を流通する空気は放熱器4の前に補助ヒータ23に通風されることになる。
ここで、補助ヒータ23が放熱器4の空気下流側に配置されていると、実施例の如くPTCヒータで補助ヒータ23を構成した場合には、補助ヒータ23に流入する空気の温度が放熱器4によって上昇するため、PTCヒータの抵抗値が大きくなり、電流値も低くなって発熱量が低下してしまうが、放熱器4の空気上流側に補助ヒータ23を配置することで、実施例の如くPTCヒータから構成される補助ヒータ23の能力を十分に発揮させることができるようになる。
(2)除湿暖房モード(第2の運転モード)
次に、除湿暖房モードでは、コントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開放すると共に、室外膨張弁6の弁開度は全閉とする。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は図1に破線で示す如く、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全ての空気が補助ヒータ23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から冷媒配管13Gに吐出された高温高圧のガス冷媒は、放熱器4に向かうこと無くバイパス配管35に流入し、電磁弁40を経て室外膨張弁6の下流側の冷媒配管13Eに至るようになる。このとき、室外膨張弁6は全閉とされているので、冷媒は室外熱交換器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は冷却され、且つ、当該空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気流通路3内の空気は冷却され、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。
このとき、室外膨張弁6の弁開度は全閉とされているので、圧縮機2から吐出された冷媒が室外膨張弁6から放熱器4に逆流入する不都合を抑制若しくは防止することが可能となる。これにより、冷媒循環量の低下を抑制若しくは解消して空調能力を確保することができるようになる。更に、この除湿暖房モードにおいてコントローラ32は、補助ヒータ23に通電して発熱させる。これにより、吸熱器9にて冷却され、且つ、除湿された空気は補助ヒータ23を通過する過程で更に加熱され、温度が上昇するので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は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)とその目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、補助ヒータ温度センサ50が検出する補助ヒータ温度Tptcと前述した目標放熱器温度TCOに基づいて補助ヒータ23の通電(発熱)を制御することで、吸熱器9での空気の冷却と除湿を適切に行いながら、補助ヒータ23による加熱で吹出口29から車室内に吹き出される空気温度の低下を的確に防止する。
これにより、車室内に吹き出される空気を除湿しながら、その温度を適切な暖房温度に制御することが可能となり、車室内の快適且つ効率的な除湿暖房を実現することができるようになる。また、前述した如く除湿暖房モードではエアミックスダンパ28は空気流通路3内の全ての空気を補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とされるので、吸熱器9を経た空気を効率良く補助ヒータ23で加熱して省エネ性を向上させ、且つ、除湿暖房空調の制御性も向上させることができるようになる。
尚、補助ヒータ23は放熱器4の空気上流側に配置されているので、補助ヒータ23で加熱された空気は放熱器4を通過することになるが、この除湿暖房モードでは放熱器4に冷媒は流されないので、補助ヒータ23にて加熱された空気から放熱器4が吸熱してしまう不都合も解消される。即ち、放熱器4によって車室内に吹き出される空気の温度が低下してしまうことが抑制され、COPも向上することになる。
(3)除湿冷房モード(第1の運転モード)
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を閉じる。また、電磁弁30を開放し、電磁弁40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は図1に破線で示す如く、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全ての空気が補助ヒータ23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電磁弁30を経て冷媒配管13Gから放熱器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。この除湿冷房モードではコントローラ32は補助ヒータ23に通電しないので、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。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(吸熱器温度Te)に基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、前述した冷媒回路Rの高圧圧力に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御し、放熱器4の冷媒圧力(放熱器圧力PCI)を制御する。
(4)冷房モード(第1の運転モード)
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室外膨張弁6の弁開度を全開とする。尚、コントローラ32はエアミックスダンパ28を制御し、図1に実線で示す如く、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気が、補助ヒータ23及び放熱器4に通風される割合を調整する。また、コントローラ32は補助ヒータ23に通電しない。
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電磁弁30を経て冷媒配管13Gから放熱器4に流入すると共に、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。このとき室外膨張弁6は全開とされているので冷媒はそれを通過し、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は冷却される。また、空気中の水分は吸熱器9に凝結して付着する。
吸熱器9で蒸発した冷媒は内部熱交換器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、除湿された空気が吹出口29から車室内に吹き出されるので(一部は放熱器4を通過して熱交換する)、これにより車室内の冷房が行われることになる。また、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(吸熱器温度Te)とその目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機2の回転数を制御する。
(5)MAX冷房モード(最大冷房モード:第2の運転モード)
次に、最大冷房モードとしてのMAX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を閉じる。また、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開放すると共に、室外膨張弁6の弁開度は全閉とする。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は図3に示す如く補助ヒータ23及び放熱器4に空気流通路3内の空気が通風されない状態とする。但し、多少通風されても支障はない。また、コントローラ32は補助ヒータ23に通電しない。
これにより、圧縮機2から冷媒配管13Gに吐出された高温高圧のガス冷媒は、放熱器4に向かうこと無くバイパス配管35に流入し、電磁弁40を経て室外膨張弁6の下流側の冷媒配管13Eに至るようになる。このとき、室外膨張弁6は全閉とされているので、冷媒は室外熱交換器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は冷却される。また、空気中の水分は吸熱器9に凝結して付着するので、空気流通路3内の空気は除湿される。吸熱器9で蒸発した冷媒は内部熱交換器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。このとき、室外膨張弁6は全閉とされているので、同様に圧縮機2から吐出された冷媒が室外膨張弁6から放熱器4に逆流入する不都合を抑制若しくは防止することが可能となる。これにより、冷媒循環量の低下を抑制若しくは解消して空調能力を確保することができるようになる。
ここで、前述した冷房モードでは放熱器4に高温の冷媒が流れているため、放熱器4からHVACユニット10への直接の熱伝導が少なからず生じるが、このMAX冷房モードでは放熱器4に冷媒が流れないため、放熱器4からHVACユニット10に伝達される熱で吸熱器9からの空気流通路3内の空気が加熱されることも無くなる。そのため、車室内の強力な冷房が行われ、特に外気温度Tamが高いような環境下では、迅速に車室内を冷房して快適な車室内空調を実現することができるようになる。また、このMAX冷房モードにおいても、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(吸熱器温度Te)とその目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機2の回転数を制御する。
(6)運転モードの切換
空気流通路3内を流通される空気は上記各運転モードにおいて吸熱器9からの冷却や放熱器4(及び補助ヒータ23)からの加熱作用(エアミックスダンパ28で調整)を受けて吹出口29から車室内に吹き出される。コントローラ32は外気温度センサ33が検出する外気温度Tam、内気温度センサ37が検出する車室内の温度、前記ブロワ電圧、日射センサ51が検出する日射量等と、空調操作部53にて設定された車室内の目標車室内温度(設定温度)とに基づいて目標吹出温度TAOを算出し、各運転モードを切り換えて吹出口29から吹き出される空気の温度をこの目標吹出温度TAOに制御する。
この場合、コントローラ32は、外気温度Tam、車室内の湿度、目標吹出温度TAO、放熱器温度TH、目標放熱器温度TCO、吸熱器温度Te、目標吸熱器温度TEO、車室内の除湿要求の有無、等のパラメータに基づき、暖房モードから除湿暖房モード、除湿暖房モードから除湿冷房モード、除湿冷房モードから冷房モード、冷房モードからMAX冷房モード、このMAX冷房モードから冷房モード、冷房モードから除湿冷房モード、除湿冷房モードから除湿暖房モード、除湿暖房モードから暖房モードに運転モードを切り換える。また、暖房モードから除湿冷房モードや冷房モード、除湿冷房モードや冷房モードから暖房モードに切り換える場合もある。実施例では上記のように各運転モードの切り換えを行うことで、環境条件や除湿の要否に応じて的確に暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モードを切り換え、快適且つ効率的な車室内空調を実現する。
(7)暖房モードから除湿暖房モードへの切換時の突沸防止制御、冷媒掃気運転、及び、逆圧防止制御(その1)
次に、図4を参照しながら上記暖房モード(第1の運転モード)から除湿暖房モード(第2の運転モード)に切り換える際にコントローラ32が実行する突沸防止制御、冷媒掃気運転、及び、移行後の逆圧防止制御について説明する。
(7−1)突沸防止制御
ここで、圧縮機2が停止しているときのアキュムレータ12内では、圧縮機2から出て冷媒回路R内を流れて来た冷媒とオイルが流入し、そのうちの液体の部分がアキュムレータ12内に溜まり、比重の軽いオイルが液冷媒の上に層を作り、蓋をしたような状態となっている。特に、暖房モードでは、室外熱交換器7から出て電磁弁21を通り、アキュムレータ12に流入してその内部に溜まる液冷媒とオイルの量も多くなる。
このような状態で、暖房モードから除湿暖房モードに運転モードが切り換えられると、室外熱交換器7から出た冷媒が電磁弁17から室内膨張弁8の方向に流れるようになる。そして、圧縮機2はアキュムレータ12内の冷媒を吸引するため、アキュムレータ12内の圧力は急激に低下し、オイルより下の冷媒が一気に沸騰して気化し、上のオイルの層を激しく突き破る突沸が発生して圧縮機2へ過剰な液戻りや音(騒音)が発生する。
そこで、コントローラ32は暖房モードから除湿暖房モードに切り換える際、以下に説明する突沸防止制御を実行する。図4を参照しながら、車両用空気調和装置1の運転モードを、前述した暖房モード(第1の運転モード)から除湿暖房モード(第2の運転モード)に切り換える際にコントローラ32が実行する突沸防止制御の例について説明する。図4のタイミングチャートは、暖房モードから除湿暖房モードに移行する際の圧縮機2の回転数NCと、室外膨張弁6の弁開度と、電磁弁40(バイパス)、電磁弁30(リヒート)、電磁弁17(冷房)及び電磁弁21(暖房)の状態を示している。
コントローラ32は暖房モードから除湿暖房モードに移行する前に、所定期間、室外膨張弁6の弁開度を縮小して維持する。また、この所定期間、圧縮機2の回転数NCを作動範囲の下限よりも高く維持する。
室外膨張弁6の弁開度が縮小されることで、暖房モードから除湿暖房モードに移行する前に、圧縮機2から吐出された冷媒の多くは、放熱器4内及び当該放熱器4から室外膨張弁6までの間の冷媒配管13E内に堰き止められ(実際には電磁弁30から放熱器4までの間の配管13Gも含む)、放熱器4における冷媒の過冷却度SCは高くなる。従って、室外膨張弁6から室外熱交換器7、電磁弁21を経てアキュムレータ12内に流入する冷媒は制限されるようになる。
これにより、除湿暖房モードに移行する前に、アキュムレータ12内に貯留されている液冷媒の量が減少するので、後述する如く除湿暖房モードに移行し、アキュムレータ12内の圧力が低下したときに生じる突沸の衝撃が小さくなり、圧縮機2での液圧縮やアキュムレータ12内での騒音の発生が効果的に解消若しくは抑制されるようになる。それにより、車両用空気調和装置1の信頼性が向上され、搭乗者の快適性も効果的に改善されることになる。
この場合、コントローラ32は除湿暖房モードに移行する前の所定期間、圧縮機2の回転数NCを高く維持するので、迅速にアキュムレータ12内の冷媒を放熱器4内及び当該放熱器4から室外膨張弁6までの間の冷媒配管13E内に移動させることができ、除湿暖房モードの切り換えを迅速化することが可能となる。
(7−2)冷媒掃気運転
また、前述した如く除湿暖房モードでは、電磁弁30が閉じられ、室外膨張弁6も全閉とされて放熱器4に冷媒が流れない状態となるため、暖房モードから除湿暖房モードに切り換えた時点で放熱器4に残留している冷媒は内部に寝込んだ状態となり、循環冷媒量が減少してしまう。特に、上述した如き突沸防止制御を実行すると放熱器4内に残留する冷媒量は多くなる。
そこで、コントローラ32は、実施例では暖房モードから除湿暖房モードに切り換える際、冷媒掃気運転を実行する。この冷媒掃気運転は、上述した突沸防止制御が終了した後、実行される。即ち、コントローラ32は、上述した突沸防止制御の所定期間が経過した後、先ず、電磁弁21を閉じ、電磁弁17を開く(ここからが除湿暖房モードとする)。尚、この時点では電磁弁30と電磁弁40は切り換えない。
そして、コントローラ32は冷媒掃気運転を開始する。この冷媒掃気運転でコントローラ32は、室外膨張弁6の弁開度を所定時間だけ拡大(例えば全開)する。この状態は冷房モードと同様の状態である。また、実施例ではこの冷媒掃気運転の開始時点から圧縮機2の回転数NCを低く(例えば制御上の最低回転数)維持する。
これにより、放熱器4を含む電磁弁30から室外膨張弁6までの間に存在する冷媒を室外熱交換器7の方向に追い出す(掃気)。そして、所定期間が経過した後、冷媒掃気運転を終了し、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開き、室外膨張弁6を全閉に向けて閉じていく。この室外膨張弁6が全閉となった後、コントローラ32は圧縮機2の回転数制御を除湿暖房モードでの制御状態に移行する。このような冷媒掃気運転により、放熱器4等への冷媒の寝込みを防止し、冷媒回路R内の冷媒循環量を確保して空調性能の低下を防止する。
また、コントローラ32は冷媒掃気運転を実行した後、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開くと共に、冷媒掃気運転を開始してから室外膨張弁6を閉じるまで、圧縮機2の回転数NCを低く維持し、室外膨張弁6を閉じた後、圧縮機2の回転数を上昇させるので、電磁弁40を開く際の当該電磁弁40前後(上流側と下流側)の圧力差を小さくすることができるようになる。これにより、電磁弁40を開く際における騒音の発生が回避される。
ここで、実施例の如く除湿暖房モードでは、コントローラ32が当該除湿暖房モードに移行した後の所定期間、室外膨張弁6を開き、その弁開度を拡大する冷媒掃気運転を実行するので、室外熱交換器7内は高圧となり、アキュムレータ12内は低圧となる。しかしながら、この冷媒掃気運転中には電磁弁21を開くことは無いので、当該電磁弁21において騒音が発生することは無い。従って、実施例によれば電磁弁21における騒音の発生を回避しながら、アキュムレータ12内での突沸を防止若しくは抑制することができることになる。
(7−3)逆圧防止制御(その1)
また、除湿暖房モードでは前述した如く電磁弁30が閉じられ、室外膨張弁6も全閉となり、冷媒が放熱器4内等に閉じ込められた状態となるため、特に除湿暖房モードに移行した直後は、圧縮機2が停止した際、電磁弁30の上流側(圧縮機2の吐出側)の圧力が低くなると、電磁弁30の下流側(放熱器4側)の方が圧力が高くなることがある。このような逆圧状態となると、電磁弁30でハンチングが生じ、騒音が発生し、耐久性も低下する危険性がある。
そこで、この実施例ではコントローラ32は、除湿暖房モードに移行した後、圧縮機2を停止するタイミングで電磁弁30を開く逆圧防止制御を実行する。これにより、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開く除湿暖房モードに移行した後、圧縮機2の停止時に、電磁弁30に逆圧がかかる不都合を解消することが可能となり、電磁弁30でハンチングが起こって騒音が発生する不都合や、電磁弁30の耐久性が低下する問題を未然に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
但し、コントローラ32はこの電磁弁30を開く制御を、除湿暖房モードに移行した直後の、例えば2回目の圧縮機2の停止タイミングまでに制限する。これにより、不必要な電磁弁30の開閉を回避する(但し、1回、若しくは、3回以上でもよい)。
(8)暖房モードから除湿暖房モードへの切換時の差圧下げ制御、逆圧防止制御(その2)、及び、突沸防止制御
次に、図5を参照しながら前記暖房モード(第1の運転モード)から除湿暖房モード(第2の運転モード)に切り換える際にコントローラ32が実行する他の実施例の制御について説明する。この実施例では、コントローラ32は、暖房モードから除湿暖房モードに切り換える際、図5に示す如き差圧下げ制御、逆圧防止制御、及び、突沸防止制御を実行する。
(8−1)差圧下げ制御
ここで、暖房モードでは電磁弁40は閉じており、除湿暖房モードで電磁弁40は開放されるが、暖房モード中、電磁弁40の入口側の圧力は圧縮機2の吐出側の圧力であって高く、出口側の圧力は室外膨張弁6の出口側の低圧状態となっている。このような状態で、電磁弁40を開くと大きな騒音が発生するので、コントローラ32は暖房モードから除湿暖房モードに移行した後、先ず所定期間(T1)、差圧下げ制御を実行する。
図5を参照しながら、車両用空気調和装置1の運転モードを、暖房モード(第1の運転モード)から除湿暖房モード(第2の運転モード)に切り換える際にコントローラ32が実行する差圧下げ制御の例について説明する。図5のタイミングチャートは、暖房モードから除湿暖房モードに移行する際の圧縮機2の回転数NCと、室外膨張弁6の弁開度と、電磁弁40(バイパス)、電磁弁30(リヒート)、電磁弁17(冷房)、電磁弁21(暖房)、及び、補助ヒータ23の状態を示している。
コントローラ32は暖房モードでは室外膨張弁6をフィードフォワード+フィードバック制御しているが、この暖房モードから電磁弁17を開き、電磁弁21を閉じて除湿暖房モードに移行した後、電磁弁40の開放と電磁弁30の閉鎖を行う前に、所定期間(T1)、室外膨張弁6の弁開度を大きい所定値(実施例では全開)に拡大して維持する。また、この所定期間(T1)、圧縮機2の回転数NCを低い所定値に維持する。室外膨張弁6の弁開度が拡大されることで、電磁弁40の出口側の圧力は上がり、圧縮機2の回転数NCが下がることで電磁弁40の入口側の圧力は下がるので、電磁弁40の入口側と出口側の圧力差(差圧)は小さくなる。これにより、その後電磁弁40を開く際の騒音の発生は防止若しくは抑制される。
(8−2)逆圧防止制御(その2)
この所定期間(T1)の差圧下げ制御が終了した後、コントローラ32は逆圧防止制御に移行する。この逆圧防止制御ではコントローラ32は、電磁弁30を開き、電磁弁40を閉じ、室外膨張弁6の弁開度を全開とした状態で、所定期間(T2)、圧縮機2を停止する。これにより、放熱器圧力PCIは低下していく。
そして、この所定期間(T2)が経過した後、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開き、室外膨張弁6の弁開度を全閉に向けて閉じていき、最終的に全閉とする(ここまでが逆圧防止制御とする)。そして、その後に圧縮機2を起動する。このように、暖房モードから除湿暖房モードに移行する際、電磁弁30の閉鎖、電磁弁40の開放、及び、室外膨張弁6の全閉の各制御を行う前に圧縮機2を停止し、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開き、室外膨張弁6を全閉とした後、圧縮機2を起動するので、電磁弁30を閉じ、室外膨張弁6を全閉としたときには、圧縮機2は停止しており、放熱器4を含む電磁弁30から室外膨張弁6までの間の冷媒回路R内の圧力を低くすることができる。
これにより、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開く除湿暖房モードに移行した後、電磁弁30に逆圧がかかる不都合を解消、若しくは、抑制することが可能となり、電磁弁30でハンチングが起こって騒音が発生する不都合や、電磁弁30の耐久性が低下する問題を未然に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
また、除湿暖房モードでは、移行後に補助ヒータ23を発熱させるため、放熱器4内の冷媒の蒸発が促進されることになる。これにより、除湿暖房モードに移行した後に、電磁弁30を開き、室外膨張弁6が全開となっている間に放熱器4から冷媒が迅速に出ていくようになるので、電磁弁30にかかる逆圧のレベルを低下させることができるようになる。
(8−3)突沸防止制御
このような逆圧防止制御を実行した後、コントローラ32は突沸防止制御を実行する。この実施例の突沸防止制御では、コントローラ32は圧縮機2を起動した後、徐々にその回転数NCを上昇させていき、最終的に目標値に収束させ、除湿暖房モードの作動範囲での制御状態に移行する。このように、圧縮機2の回転数NCを急激に上げずに、徐々に上げることで、アキュムレータ12内の急激な圧力低下を防止し、その内部における突沸の発生を解消、若しくは、抑制する。
(9)除湿冷房モードから除湿暖房モードへの切換時の差圧下げ制御、及び、逆圧防止制御
次に、図6を参照しながら前記除湿冷房モード(第1の運転モード)から除湿暖房モード(第2の運転モード)に切り換える際にコントローラ32が実行する制御について説明する。この実施例では、コントローラ32は、除湿冷房モードから除湿暖房モードに切り換える際、図6に示す如き差圧下げ制御、及び、逆圧防止制御を実行する。
(9−1)差圧下げ制御
除湿冷房モードでも電磁弁40は閉じており、除湿暖房モードで電磁弁40は開放されるが、除湿冷房モード中、電磁弁40の入口側の圧力は圧縮機2の吐出側の圧力であって高く、出口側の圧力は開き気味であるが、室外膨張弁6の出口側の低い圧力状態となっている。このような状態で、電磁弁40を開くと同様に騒音が発生するので、コントローラ32は除湿冷房モードから除湿暖房モードに移行した後も、先ず所定期間(T3)、差圧下げ制御を実行する。
図6を参照しながら、車両用空気調和装置1の運転モードを、除湿冷房モード(第1の運転モード)から除湿暖房モード(第2の運転モード)に切り換える際にコントローラ32が実行する差圧下げ制御の例について説明する。図6のタイミングチャートは、除湿冷房モードから除湿暖房モードに移行する際の圧縮機2の回転数NCと、室外膨張弁6の弁開度と、電磁弁40(バイパス)、電磁弁30(リヒート)、及び、補助ヒータ23の状態を示している。
コントローラ32は除湿冷房モードから除湿暖房モードに移行した後、電磁弁40の開放と電磁弁30の閉鎖を行う前に、所定期間(T3)、室外膨張弁6の弁開度を大きい所定値(実施例では全開)に拡大して維持する。また、この所定期間(T3)、圧縮機2の回転数NCを低い所定値に維持する。室外膨張弁6の弁開度が拡大されることで、電磁弁40の出口側の圧力は上がり、圧縮機2の回転数NCが下がることで電磁弁40の入口側の圧力は下がるので、電磁弁40の入口側と出口側の圧力差(差圧)は小さくなる。これにより、その後電磁弁40を開く際の騒音の発生は防止若しくは抑制される。
(9−2)逆圧防止制御(その2)
この所定期間(T3)の差圧下げ制御が終了した後、コントローラ32は逆圧防止制御に移行する。この場合の逆圧防止制御ではコントローラ32は、電磁弁30を開き、電磁弁40を閉じ、室外膨張弁6の弁開度を全開とした状態で、所定期間(T4)、圧縮機2を停止する。これにより、放熱器圧力PCIは低下していく。
そして、この所定期間(T4)が経過した後、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開き、室外膨張弁6の弁開度を全閉に向けて閉じていき、最終的に全閉とする(ここまでが逆圧防止制御とする)。そして、その後に圧縮機2を起動し、除湿暖房モードの作動範囲での制御状態に移行する。このように、除湿冷房モードから除湿暖房モードに移行する際、電磁弁30の閉鎖、電磁弁40の開放、及び、室外膨張弁6の全閉の各制御を行う前に圧縮機2を停止し、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開き、室外膨張弁6を全閉とした後、圧縮機2を起動するので、電磁弁30を閉じ、室外膨張弁6を全閉としたときには、圧縮機2は停止しており、放熱器4を含む電磁弁30から室外膨張弁6までの間の冷媒回路R内の圧力を低くすることができる。
これにより、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開く除湿暖房モードに移行した後、電磁弁30に逆圧がかかる不都合を解消、若しくは、抑制することが可能となり、電磁弁30でハンチングが起こって騒音が発生する不都合や、電磁弁30の耐久性が低下する問題を未然に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
また、除湿暖房モードでは、移行後に補助ヒータ23を発熱させるため、放熱器4内の冷媒の蒸発が促進されることになる。これにより、除湿暖房モードに移行した後に、電磁弁30を開き、室外膨張弁6が全開となっている間に放熱器4から冷媒が迅速に出ていくようになるので、電磁弁30にかかる逆圧のレベルを低下させることができるようになる。
(10)除湿暖房モードでの逆圧防止制御(その3)
次に、除湿暖房モード(第2の運転モード)でコントローラ32が実行する逆圧防止制御の更に他の実施例について説明する。この場合、コントローラ32は除湿暖房モードにおいて、常時電磁弁30の入口側と出口側の圧力を監視する。尚、この実施例では電磁弁30の入口側の圧力を前述した吐出圧力センサ42が検出する吐出圧力Pdから判断し、電磁弁30の出口側の圧力を前述した放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力PCIから判断する。
そして、実施例では電磁弁30の出口側の圧力PCIが入口側の圧力Pdよりも高くなった場合(PCI>Pd)、コントローラ32は電磁弁30を開く。これにより、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開く除湿暖房モードに移行した後に、電磁弁30に逆圧がかかる状況となった場合、それを迅速に解消することができるようになり、電磁弁30でハンチングが起こって騒音が発生する不都合や、電磁弁30の耐久性が低下する問題を抑制、若しくは、未然に解消することが可能となる。ここで、コントローラ32は電磁弁30の出口側の圧力PCIが入口側の圧力Pd以下となれば電磁弁30を再び閉じる(PCI≦Pd)。
尚、上記実施例1では暖房モード(第1の運転モード)から除湿暖房モード(第2の運転モード)に移行する場合について説明したが、それに限らず、除湿冷房モード(第1の運転モード)から除湿暖房モード(第2の運転モード)に移行する場合にも有効である。
また、前記各実施例では第2の運転モードとして除湿暖房モードを採り上げて説明したが、それに限らず、MAX冷房モードへの移行の際に上記各実施例の各制御を行っても有効である。
更に、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、及び、MAX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に本発明を適用したが、それに限らず、請求項1〜請求項5の発明では、第1の運転モード(暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード)の少なくとも何れかと、第2の運転モード(除湿暖房モード、MAX冷房モード)の少なくとも何れかとを切り換えて実行する場合にも有効である。
但し、各実施例の如く第1の運転モードを暖房モード、又は、除湿冷房モードとし、第2の運転モードを除湿暖房モードとすれば、暖房モードや除湿冷房モードからの移行が多くなる除湿暖房モードでは、移行後に補助ヒータ23を発熱させるため、放熱器4内の冷媒の蒸発が促進されることになる。それにより、除湿暖房モードに移行した後に、電磁弁30や室外膨張弁6が開いている間に放熱器4から冷媒が迅速に出ていくようになるので、電磁弁30にかかる逆圧のレベルを低下させることができるようになる。
また、実施例で示した各運転モードの切換制御は、それに限られるものでは無く、車両用空気調和装置の能力や使用環境に応じて、外気温度Tam、車室内の湿度、目標吹出温度TAO、放熱器温度TH、目標放熱器温度TCO、吸熱器温度Te、目標吸熱器温度TEO、車室内の除湿要求の有無、等のパラメータの何れか、又は、それらの組み合わせ、それらの全てを採用して適切な条件を設定すると良い。
更に、補助加熱装置は、実施例で示した補助ヒータ23に限られるものでは無く、ヒータで加熱された熱媒体を循環させて空気流通路内の空気を加熱する熱媒体循環回路や、エンジンで加熱されたラジエター水を循環するヒータコア等を利用してもよい。また、上記各実施例で説明した冷媒回路Rの構成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
12 アキュムレータ
17 電磁弁
21 電磁弁
23 補助ヒータ(補助加熱装置)
27 室内送風機(ブロワファン)
28 エアミックスダンパ
30 電磁弁(第1の電磁弁)
40 電磁弁(第2の電磁弁)
32 コントローラ(制御装置)
35 バイパス配管
45 バイパス装置
R 冷媒回路

Claims (6)

  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た室外熱交換器と、
    前記放熱器を出て前記室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
    前記圧縮機の吐出側と前記放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、
    該第1の開閉弁の上流側で分岐し、前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、
    該バイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、
    制御装置を備え、
    該制御装置により、前記第1の開閉弁を開き、前記第2の開閉弁を閉じることで、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流し、該放熱器から出た冷媒を、前記室外膨張弁を経て前記室外熱交換器に流す第1の運転モードと、
    前記室外膨張弁を全閉とし、前記第1の開閉弁を閉じ、前記第2の開閉弁を開くことで、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管により前記室外熱交換器に流し、該室外熱交換器から出た冷媒を前記吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、
    前記制御装置は、前記第1の運転モードから前記第2の運転モードに移行した後、前記圧縮機を停止するタイミングで前記第1の開閉弁を開くことを特徴とする車両用空気調和装置。
  2. 前記制御装置が前記第1の開閉弁を開く回数には制限が設けられてい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。
  3. 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た室外熱交換器と、
    前記放熱器を出て前記室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
    前記圧縮機の吐出側と前記放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、
    該第1の開閉弁の上流側で分岐し、前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、
    該バイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、
    制御装置を備え、
    該制御装置により、前記第1の開閉弁を開き、前記第2の開閉弁を閉じることで、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流し、該放熱器から出た冷媒を、前記室外膨張弁を経て前記室外熱交換器に流す第1の運転モードと、
    前記室外膨張弁を全閉とし、前記第1の開閉弁を閉じ、前記第2の開閉弁を開くことで、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管により前記室外熱交換器に流し、該室外熱交換器から出た冷媒を前記吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、
    前記制御装置は、前記第1の運転モードから前記第2の運転モードに移行する際、前記第1の開閉弁の閉鎖、前記第2の開閉弁の開放、及び、前記室外膨張弁の全閉の各制御を行う前に前記圧縮機を停止し、前記第1の開閉弁を閉じ、前記第2の開閉弁を開き、前記室外膨張弁を全閉とした後、前記圧縮機を起動することを特徴とする車両用空気調和装置。
  4. 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た室外熱交換器と、
    前記放熱器を出て前記室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
    前記圧縮機の吐出側と前記放熱器の入口側の間に設けられた第1の開閉弁と、
    該第1の開閉弁の上流側で分岐し、前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に流すためのバイパス配管と、
    該バイパス配管に設けられた第2の開閉弁と、
    制御装置を備え、
    該制御装置により、前記第1の開閉弁を開き、前記第2の開閉弁を閉じることで、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器に流し、該放熱器から出た冷媒を、前記室外膨張弁を経て前記室外熱交換器に流す第1の運転モードと、
    前記室外膨張弁を全閉とし、前記第1の開閉弁を閉じ、前記第2の開閉弁を開くことで、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管により前記室外熱交換器に流し、該室外熱交換器から出た冷媒を前記吸熱器に流す第2の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、
    前記制御装置は、前記第2の運転モードにおいて、前記第1の開閉弁の入口側と出口側の圧力差を監視し、該第1の開閉弁の出口側の圧力が入口側の圧力よりも高くなった場合、当該第1の開閉弁を開くことを特徴とする車両用空気調和装置。
  5. 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装置を備え、
    前記第1の運転モードは、
    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前記室外膨張弁で減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードと、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードのうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てであり、
    前記第2の運転モードは、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管から前記室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させると共に、前記補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードと、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管から前記室外熱交換器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードのうちの何れか、又は、それらの全てであ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。
  6. 前記第1の運転モードは、前記暖房モード、又は、前記除湿冷房モードであり、前記第2の運転モードは、前記除湿暖房モードであることを特徴とする請求項5に記載の車両用空気調和装置。
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