JP6767841B2 - 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と、車室内側に設けられて冷媒を吸熱させる吸熱器と、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と、第1及び第2膨張弁を備え、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第1膨張弁で減圧した後、室外熱交換器において吸熱させる暖房運転と、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暖房運転や除湿冷房運転と、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、第2膨張弁で減圧した後、吸熱器において吸熱させる冷房運転を切り換えて実行するものが開発されている。
また、圧縮機の冷媒吸込側にはアキュムレータが設けられ、このアキュムレータに冷媒を一旦貯留することで気液を分離し、ガス冷媒を圧縮機に吸い込ませることによって圧縮機への液戻りを防止若しくは抑制するようにしていた(例えば、特許文献1参照)。
特開2012−228945号公報
ここで、車両用空気調和装置の冷媒回路からは時間の経過と共に冷媒が徐々に漏洩していくものであるが、従来では回路から殆どの冷媒が無くなってから圧縮機を保護停止する以外に無かった。また、サービスの際等に封入された冷媒の量が少なかった場合にも同様であった。
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、経年の冷媒漏洩等に伴う冷媒不足をできるだけ早い段階で判定し、圧縮機を保護す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、冷媒を放熱させる放熱器と、減圧装置と、冷媒を吸熱させる吸熱器を有する冷媒回路を備えて車室内を空調するものであって、圧縮機を制御する制御装置を備え、この制御装置は、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における圧縮機の回転数NCと吐出冷媒温度Tdとの関係を示す正常時データを保有しており、この正常時データから現在の回転数NCに基づいて正常時における吐出冷媒温度Tdの推定値である吐出冷媒温度推定値Tdstを算出し、この吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdとを比較することにより、冷媒回路の冷媒不足を判定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、上記発明において正常時データは、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における回転数NC及び圧縮機の吐出冷媒圧力Pdと、吐出冷媒温度Tdとの関係を示すデータであ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、上記各発明において正常時データは、吐出冷媒温度推定値Tdstを目的変数とし、回転数NC、及び、圧縮機の吐出冷媒圧力Pdを説明変数とする重回帰式であ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、上記各発明において制御装置は、冷媒回路の冷媒不足の疑いがあると判定した場合、圧縮機の能力を低下させることを特徴とする。
請求項5の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において制御装置は、圧縮機の能力を低下させた後、吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdの違いがより大きくなることを条件として冷媒回路の冷媒不足発生を確定す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、請求項1乃至請求項3の発明において制御装置は、冷媒回路の冷媒不足の疑いがあると判定した場合、圧縮機の回転数NCの使用帯域を絞り、その状態で再度吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdとを比較し、冷媒回路の冷媒不足発生を確定することを特徴とする。
請求項7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は、圧縮機の回転数NCの使用帯域を絞った状態では、吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdの違いがより小さいうちに冷媒回路の冷媒不足発生を確定することを特徴とする。
請求項8の発明の車両用空気調和装置は、請求項5乃至請求項7の発明において制御装置は、冷媒回路の冷媒不足発生を確定した場合、所定の報知動作を実行することを特徴とする。
請求項9の発明の車両用空気調和装置は、請求項5乃至請求項8の発明において制御装置は、冷媒回路の冷媒不足発生を確定した場合、圧縮機の回転数NCを低下させ、或いは、圧縮機を停止させることを特徴とする。
請求項10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、冷媒を放熱させる放熱器と、減圧装置と、冷媒を吸熱させる吸熱器を有する冷媒回路を備えて車室内を空調するものであって、圧縮機を制御する制御装置を備え、この制御装置は、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における圧縮機の回転数NCと吐出冷媒圧力Pdとの関係を示す正常時データを保有しており、この正常時データから現在の回転数NCに基づいて正常時における吐出冷媒圧力Pdの推定値である吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出し、この吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の吐出冷媒圧力Pdとを比較することにより、冷媒回路の冷媒不足を判定することを特徴とする。
請求項11の発明の車両用空気調和装置は、上記発明において正常時データは、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における回転数NC及び圧縮機の吐出冷媒温度Tdと、吐出冷媒圧力Pdとの関係を示すデータであることを特徴とする。
請求項12の発明の車両用空気調和装置は、請求項10又は請求項11の発明において正常時データは、吐出冷媒圧力推定値Pdstを目的変数とし、回転数NC、及び、圧縮機の吐出冷媒温度Tdを説明変数とする重回帰式であることを特徴とする。
冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させる放熱器と、減圧装置と、冷媒を吸熱させる吸熱器を有する冷媒回路を備えて車室内を空調する車両用空気調和装置において、例えば冷媒回路から徐々に冷媒が漏洩していった結果、冷媒回路内の冷媒の量が減少すると、圧縮機の吸込冷媒圧力Psが下がる。圧縮機の吸込冷媒圧力Psが下がると、圧縮機に吸い込まれる冷媒に過熱度SHがつくようになる。
圧縮機に吸い込まれる冷媒に過熱度SHがつくと、圧縮機の同じ回転数NC、及び、圧縮機の同じ吐出冷媒圧力Pdでも圧縮機の吐出冷媒温度Tdは高くなる方向に変化し、同じ回転数NC、及び、同じ吐出冷媒温度Tdでも吐出冷媒圧力Pdは下がる方向に変化する。このような関係は、圧縮機の同じ吸込冷媒温度Ts、及び、同じ吐出冷媒圧力Pd、吐出冷媒温度Tdの場合においても同様であるが、吸込冷媒温度Tsよりも回転数NCの方が依存度が大きい。
また、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている状態で、圧縮機の回転数NCが低いときの吐出冷媒温度Td、吐出冷媒圧力Pdと、冷媒が不足している状態で、圧縮機の回転数NCが高いときの吐出冷媒温度Td、吐出冷媒圧力Pdとは近い値となる場合があり、吸込冷媒温度Tsに基づく判断では冷媒漏洩に誤検知が生じ易い。
そこで、請求項1の発明では制御装置が、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における圧縮機の回転数NCと吐出冷媒温度Tdとの関係を示す正常時データを保有しており、この正常時データから現在の回転数NCに基づいて正常時における吐出冷媒温度Tdの推定値である吐出冷媒温度推定値Tdstを算出し、この吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdとを比較することにより、冷媒回路の冷媒不足を判定するようにしたので、冷媒回路から徐々に冷媒が漏洩していった場合や、サービスの際等に冷媒回路に封入された冷媒の量が少ない場合に、早期に且つ精度良く冷媒不足が発生していることを検知することが可能となる。
この場合、請求項2の発明の如く正常時データを、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における回転数NC及び圧縮機の吐出冷媒圧力Pdと、吐出冷媒温度Tdとの関係を示すデータとすることで、的確に吐出冷媒温度推定値Tdstを算出することができるようになる。
特に、請求項3の発明の如く正常時データを、吐出冷媒温度推定値Tdstを目的変数とし、回転数NC、及び、圧縮機の吐出冷媒圧力Pdを説明変数とする重回帰式として、現在の回転数NC、及び、吐出冷媒圧力Pdから重回帰式で吐出冷媒温度推定値Tdstを求めるようにすれば、一層的確に吐出冷媒温度推定値Tdstを算出することができるようになる。
そして、請求項4の発明の如く制御装置が、冷媒回路の冷媒不足の疑いがあると判定した場合、圧縮機の能力を低下させるようにすれば、圧縮機が故障する可能性のある領域に突入する以前に保護を行い、圧縮機に甚大な損害が生じる不都合を未然に回避しながら、使用者にも冷媒不足の疑いがあることを気づかせることが可能となる。
この場合、請求項5の発明の如く制御装置が、圧縮機の能力を低下させた後、吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdの違いがより大きくなることを条件として冷媒回路の冷媒不足発生を確定するようにすれば、二段階の判定によって、冷媒回路の冷媒不足の発生を精度良く検知することが可能となる。
また、請求項6の発明の如く制御装置が、冷媒回路の冷媒不足の疑いがあると判定した場合、圧縮機の回転数NCの使用帯域を絞るようにしても、圧縮機が故障する可能性のある領域に突入する以前に保護を行い、圧縮機に甚大な損害が生じる不都合を未然に回避しながら、使用者にも冷媒不足の疑いがあることを気づかせることが可能となる。
特に、圧縮機の回転数NCの使用帯域を絞った状態で再度吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdとを比較し、冷媒回路の冷媒不足発生を確定するようにし、更に、請求項7の発明の如く吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdの違いがより小さいうちに冷媒回路の冷媒不足発生を確定するようにすれば、二段階の判定により、冷媒回路の冷媒不足の発生を精度良く、且つ、迅速に検知することが可能となる。
そして、請求項8の発明の如く制御装置が、冷媒回路の冷媒不足発生を確定した場合、所定の報知動作を実行することにより、使用者に冷媒不足の発生を警告して迅速な対処を促すことができるようになる。
また、請求項9の発明の如く制御装置が、冷媒回路の冷媒不足発生を確定した場合、圧縮機の回転数NCを低下させ、或いは、圧縮機を停止させるようにすれば、冷媒回路の冷媒不足発生に伴って圧縮機に損傷を来す不都合を未然に回避し、圧縮機を保護することができるようになるものである。
また、請求項10の発明では制御装置が、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における圧縮機の回転数NCと吐出冷媒圧力Pdとの関係を示す正常時データを保有しており、この正常時データから現在の回転数NCに基づいて正常時における吐出冷媒圧力Pdの推定値である吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出し、この吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の吐出冷媒圧力Pdとを比較することにより、冷媒回路の冷媒不足を判定するようにしたので、同様に冷媒回路から徐々に冷媒が漏洩していった場合や、サービスの際等に冷媒回路に封入された冷媒の量が少ない場合に、早期に且つ精度良く冷媒不足が発生していることを検知することが可能となる。
この場合も、請求項11の発明の如く正常時データを、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における回転数NC及び圧縮機の吐出冷媒温度Tdと、吐出冷媒圧力Pdとの関係を示すデータとすることで、的確に吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出することができるようになる。
特に、請求項12の発明の如く正常時データを、吐出冷媒圧力推定値Pdstを目的変数とし、回転数NC、及び、圧縮機の吐出冷媒温度Tdを説明変数とする重回帰式として、現在の回転数NC、及び、吐出冷媒温度Tdから重回帰式で吐出冷媒圧力推定値Pdstを求めるようにすれば、同様に一層的確に吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出することができるようになる。
本発明を適用した一実施例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。実施例1)。 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。 図1の車両用空気調和装置のアキュムレータの概略断面図である。 図1の車両用空気調和装置のP−h線図である。 圧縮機の回転数NCを用いた重回帰推定推定値を示す図である。 圧縮機の吸込冷媒温度Tsを用いた重回帰推定推定値を示す図である。 本発明の他の実施例の車両用空気調和装置の構成図である(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、及び、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。
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減圧装置としての室外膨張弁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(吸熱器)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減圧装置としての室内膨張弁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、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、及び、MAX冷房モードで開放される冷房用の電磁弁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、暖房モードで開放される暖房用の電磁弁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、暖房モード、除湿冷房モード、及び、冷房モードで開放され、除湿暖房モードとMAX冷房モードで閉じられるリヒート用の電磁弁30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は、除湿暖房モード及びMAX冷房モードで開放され、暖房モード、除湿冷房モード、及び、冷房モードで閉じられるバイパス用の電磁弁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、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Td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Psを検出する吸込圧力センサ44と、アキュムレータ12から出て圧縮機2に吸い込まれる冷媒の温度である吸込冷媒温度Ts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(後述する暖房モードのときにアキュムレータ12に流入する冷媒の温度: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
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は電磁弁21(暖房用)を開放し、電磁弁17(冷房用)を閉じる。また、電磁弁30(リヒート用)を開放し、電磁弁40(バイパス用)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、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。
ここで、図4はこのアキュムレータ12の断面図を示している。アキュムレータ12は冷媒配管13Cを経て流入する液冷媒とガス冷媒とを分離するための所謂気液分離器であり、上下の所定寸法を有し、内部に所定容量を有するタンク57と、このタンク57内の上部に配置され、タンク57の側壁及び上壁から離間して設けられた邪魔板58と、タンク57の上壁から内部に進入し、邪魔板58を貫通して一旦タンク57内の底部まで降下した後に上昇し、上昇した先端が邪魔板58の下側で間隔を存して開口する出口配管61とから構成されている。
この出口配管61の最下部はタンク57の底壁直上に少許間隔を存して位置しており、この最下部には小孔から成るオイル戻し孔62が形成されている。また、出口配管61の上端はタンク57の上壁から出て圧縮機2の吸込側に接続されている。そして、冷媒配管13Cがタンク57の上壁から内部に進入し、邪魔板58の上側にて開口している。
室外熱交換器7で蒸発したガス冷媒及び未蒸発の液冷媒は、前述した如く冷媒配管13A、電磁弁21及び冷媒配管13Dを経て冷媒配管13Cから図4に矢印で示す如くアキュムレータ12のタンク57内に入る。タンク57内に流入した気液混合状態の冷媒は、先ず邪魔板58に衝突して外側に広がり、矢印で示す如く邪魔板58の外縁とタンク57の間を通ってタンク57内の下部に流下する。
液冷媒はこのタンク57内の下部に貯留され、ガス冷媒及びアキュムレータ12内で液冷媒が蒸発したガス冷媒は、矢印で示す如く出口配管61の先端と邪魔板58の間を経て出口配管61の先端の開口から当該出口配管61内に入り、流下した後、再び上昇してアキュムレータ12から出て行く。また、タンク57内には冷媒と共に冷媒回路R内を循環するオイル(圧縮機2の潤滑用)も貯留される。このオイル及び液冷媒の一部は、出口配管61の最下部に形成されたオイル戻し孔62から出口配管61内に入って上昇し、アキュムレータ12から出て行く。
アキュムレータ12から出た係る冷媒及びオイルのうちの液冷媒は、圧縮機2に至る過程で外部から吸熱し、蒸発するので、圧縮機2にはガス冷媒とオイルのみが吸い込まれるかたちとなる。前記吸込温度センサ55はこの冷媒の温度(吸込冷媒温度Ts)を検出している。
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。この場合、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NC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(放熱器温度THと放熱器圧力PCIから算出される)をその目標値である所定の目標過冷却度TGSCに制御する。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
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、前述した如く気液分離されて圧縮機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NC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
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、前述した如く気液分離されて圧縮機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(リヒート。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NC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
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、前述した如く気液分離された後、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NCを制御する。
(5)MAX冷房モード(最大冷房モード)
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NCを制御する。
(6)各運転モードの切換
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いて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)コントローラ32による冷媒不足の判定(その1)
次に、図5〜図7を参照しながらコントローラ32による冷媒回路Rの冷媒不足の判定制御について説明する。特に、通常の空気調和装置に比して振動の多い環境で使用される車両用空気調和装置1では、経年使用により冷媒回路Rから冷媒が徐々に漏洩していく問題がある。また、サービスの際に冷媒回路R内に封入された冷媒の量が不足している場合もある。冷媒回路R内の冷媒の量が減少し、不足すると、圧縮機2に甚大な損傷を来すため、早期に冷媒不足の発生を判定することが機器の保護上、極めて重要となる。
ここで、アキュムレータ12には圧縮機2に吸い込まれる冷媒が貯留されているが、例えば冷媒回路Rから徐々に冷媒が漏洩していった結果、冷媒回路R内の冷媒の量が減少した場合、或いは、サービス時等に封入された冷媒の量が少なかったことで冷媒回路R内の冷媒が不足すると、圧縮機2の吸込冷媒圧力Psが下がり、アキュムレータ12内の貯留冷媒の量も減少する。圧縮機2の吸込冷媒圧力Psが下がり、アキュムレータ12内の冷媒の量も減少すると、圧縮機2に吸い込まれる冷媒に過熱度SHがつくようになる。圧縮機2に吸い込まれる冷媒に過熱度SHがつくと、圧縮機2の同じ回転数NC、及び、同じ吐出冷媒圧力Pdでも吐出冷媒温度Tdは高くなる方向に変化し、同じ回転数NC、及び、同じ吐出冷媒温度Tdでも吐出冷媒圧力Pdは下がる方向に変化する。
このような関係は、圧縮機2の同じ吸込冷媒温度Ts、及び、同じ吐出冷媒圧力Pd、吐出冷媒温度Tdの場合においても同様であるが、吸込冷媒温度Tsよりも回転数NCの方が依存度が大きい。
また、冷媒回路Rに十分な量の冷媒が充填されている状態で、圧縮機2の回転数NCが低いときの吐出冷媒温度Td、吐出冷媒圧力Pdと、冷媒が不足している状態で、圧縮機2の回転数NCが高いときの吐出冷媒温度Td、吐出冷媒圧力Pdとは近い値となる場合があり、吸込冷媒温度Tsに基づく判断では冷媒漏洩に誤検知が生じ易くなる。
次に、図5を用いてこの様子を説明する。図5は例えば前述した暖房モードにおける冷媒回路RのP−h線図である。また、この図においてL1で示す実線は冷媒回路R内の冷媒量が十分ある状態で、圧縮機2の回転数NCが低い、例えば4000rpmである場合、L2で示す実線は冷媒回路R内の冷媒量が不足している状態で、圧縮機2の回転数NCが低い、上記4000rpmである場合である。
また、図5においてL3で示す破線は冷媒回路R内の冷媒量が十分ある状態で、圧縮機2の回転数NCが高い、例えば7000rpmである場合、L4で示す破線は冷媒回路R内の冷媒量が不足している状態で、圧縮機2の回転数NCが高い、上記7000rpmである場合である。また、L5は飽和蒸気線である。
この図からも明らかな如く、圧縮機2の吐出冷媒圧力Pdを一定としたとき、冷媒回路R内に冷媒の量が十分ある状態では、圧縮機2の回転数NCが低い(4000rpm)場合、圧縮機2の吐出冷媒温度Tdは約+90℃程となり(図5中に実線L1にTdst1で示す)、圧縮機2の回転数NCが高い(7000rpm)場合は、吐出冷媒温度Tdは約+105℃程まで上昇する(図5中の破線L3にTdst2で示す)。
一方、例えば冷媒回路Rから冷媒が徐々に漏洩してしまい、冷媒の量が不足してくると、アキュムレータ12内に貯留される液冷媒の量も減少するため、このアキュムレータ12から出て行く液冷媒も少なくなり、或いは、殆ど出て行かなくなる。そのため、周囲からの熱の影響で圧縮機2に吸い込まれる冷媒には過熱度SHがつき、回転数NCが低い(4000rpm)場合でも、圧縮機2の吐出冷媒温度Tdは実施例では+105℃付近まで上昇し(図5中の実線L2のTd1で示す)、回転数NCが高い(7000rpm)場合では、圧縮機2の吐出冷媒温度Tdは実施例では+110℃付近まで上昇する(図5中の破線L4のTd2で示す)。
即ち、吐出冷媒温度Tdが+105℃付近(図5中に円X1で示す)の場合には、圧縮機2の回転数NCが高い場合には冷媒回路R内の冷媒は十分あるが(Tdst2)、圧縮機2の回転数NCが低い場合には不足していることになり(Td1)、回転数NC抜きに判断すると誤検知が生じ易くなる。
そこで、この例ではコントローラ32に、冷媒回路Rに十分な量の冷媒が充填されている正常時における圧縮機2の回転数NCと吐出冷媒温度Tdとの関係を示す正常時データを保有させておき、この正常時データから現在の回転数NCに基づいて正常時における吐出冷媒温度Tdの推定値である吐出冷媒温度推定値Tdstを算出し(図5中に示したTdst1やTdst2)、コントローラ32がこの吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Td(図5中に示したTd1やTd2)とを比較することにより、冷媒回路Rの冷媒不足を判定するようにした。
(7−1)正常時データ
この正常時データは、実施例では上記吐出冷媒温度推定値Tdstを目的変数とし、回転数NC、及び、吐出冷媒圧力Pdを説明変数とする重回帰式とされている。この実施例の重回帰式を下記式(I)で与えられる。
Tdst=A*Pd+B*NC+C ・・・(I)
尚、A、Bは偏回帰係数、Cは定数である。コントローラ32は、現在の回転数NCと、現在の吐出冷媒圧力Pdを式(I)に代入することにより、正常時における吐出冷媒温度Tdの推定値である吐出冷媒温度推定値Tdstを算出する。
図6はこのように算出された吐出冷媒温度推定値Tdst(重回帰推定推定値)を縦軸とし、実際の吐出冷媒温度Td(吐出冷媒温度実績値)を横軸としたときの、両者の関係を示したものである。この図において重回帰推定推定値が斜めの直線上にあるときが誤差零の場合であり、算出された重回帰推定推定値は若干この斜めの直線からずれているものの、両者の誤差(重回帰誤差)は所定の許容値以内にあり、十分に使用可能なものと判断できる。
一方、図7は吐出冷媒温度推定値Tdstを目的変数とし、圧縮機2の吸込冷媒温度Ts、及び、吐出冷媒圧力Pdを説明変数とする同様の重回帰式で吐出冷媒温度推定値Tdst(重回帰推定推定値)を算出した場合の当該吐出冷媒温度推定値Tdstと実際の吐出冷媒温度Td(吐出冷媒温度実績値)との関係を同様に示したものである。この図からも明らかな如く吸込冷媒温度Tsで推定した場合(図7)には、回転数NCで推定した場合(図6)に比してバラツキがあることが分かる。
(7−2)冷媒不足の疑いの判定
コントローラ32は、上記の如く算出された吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdとを比較し、例えば、吐出冷媒温度推定値Tdst+α(例えば、10K等)よりも現在の吐出冷媒温度Tdの方が高い場合、即ち、(Tdst+α)<Tdの場合、冷媒回路Rの冷媒不足の疑いがあると判定する(冷媒不足疑いフラグをセット)。
(7−3)冷媒不足発生の確定(その1)
コントローラ32は、上記の如く冷媒回路Rの冷媒不足の疑いがあると判定した場合、実施例では圧縮機2の回転数NCの上限値を低下させることにより(例えば、通常の8000rpmから3000rpm等に低下させる)、圧縮機2の能力を低下させる。その状態で、再度吐出冷媒温度推定値Tdstを算出し、今度は、上記よりも更に差が大きい吐出冷媒温度推定値Tdst+β(例えば、15K等)よりも現在の吐出冷媒温度Tdの方が高いか否か判断する(α<β)。そして、(Tdst+β)<Tdの場合、コントローラ32は冷媒回路Rの冷媒不足発生を確定する。コントローラ32は冷媒不足発生を確定した場合、圧縮機2の回転数NCを例えば制御上の最低回転数に低下させ、或いは、停止させると共に、空調操作部53で冷媒不足の発生を表示し、使用者に報知する(報知動作)。それにより、圧縮機2を保護しながら、使用者に冷媒不足の発生を警告して迅速な対処を促す。尚、圧縮機2の能力を低下させた後、例えば所定時間以内に(Tdst+β)<Tdとならない場合、コントローラ32は冷媒不足の疑いを解除するものとする(冷媒不足疑いフラグをリセット)。
このように、冷媒回路Rに十分な量の冷媒が充填されている正常時における圧縮機2の回転数NCと吐出冷媒温度Tdとの関係を示す正常時データがコントローラ32に保有されており、この正常時データから現在の回転数NCに基づいてコントローラ32が正常時における吐出冷媒温度Tdの推定値である吐出冷媒温度推定値Tdstを算出し、この吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdとを比較することにより、冷媒回路Rの冷媒不足を判定するので、冷媒回路Rから徐々に冷媒が漏洩していった場合や、サービスの際等に冷媒回路Rに封入された冷媒の量が少ない場合に、早期に且つ精度良く冷媒不足が発生していることを検知することが可能となる。
この場合、正常時データを、吐出冷媒温度推定値Tdstを目的変数とし、回転数NC、及び、吐出冷媒圧力Pdを説明変数とする重回帰式として、現在の回転数NC、及び、吐出冷媒圧力Pdから重回帰式で吐出冷媒温度推定値Tdstを求めるようにしているので、的確に吐出冷媒温度推定値Tdstを算出することができるようになる。
また、コントローラ32は、冷媒回路Rの冷媒不足の疑いがあると判定した場合、圧縮機2の回転数NCの上限値を低くして圧縮機2の能力を低下させるので、圧縮機2が故障する可能性のある領域に突入する以前に保護を行い、圧縮機2に甚大な損害が生じる不都合を未然に回避しながら、使用者にも冷媒不足の疑いがあることを気づかせることが可能となる。
そして、コントローラ32は、圧縮機2の能力を低下させた後、吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdの違いがより大きくなることを条件として(差αを、差βに拡大)、冷媒回路Rの冷媒不足発生を確定するので、二段階の判定によって、冷媒回路Rの冷媒不足の発生を精度良く検知することが可能となる。
(7−4)冷媒不足発生の確定(その2)
ここで、コントローラ32による冷媒回路Rの冷媒不足発生の確定動作の他の例を説明する。この例の場合、コントローラ32は、冷媒回路Rの冷媒不足の疑いがあると判定した場合、圧縮機2の回転数NCの使用帯域を絞る。例えば、圧縮機2の回転数NCを更に低い一定の値(3000rpm等)とする。それにより、圧縮機2が故障する可能性のある領域に突入する以前に保護を行い、圧縮機2に甚大な損害が生じる不都合を未然に回避しながら、使用者にも冷媒不足の疑いがあることを気づかせることが可能となる。
次に、圧縮機2の回転数NCの使用帯域を絞った状態(実施例では回転数一定)で再度吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdとを比較し、冷媒回路Rの冷媒不足発生を確定する。この場合、コントローラ32は吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の吐出冷媒温度Tdの違いがより小さいうち(差が例えば5K等のγ:(Tdst+γ)<Td)に冷媒回路Rの冷媒不足発生を確定する(γ<α)。即ち、この場合にも二段階の判定を行うと共に、圧縮機2の回転数NCの使用帯域を絞り、且つ、差も小さく(γ)することで、冷媒回路Rの冷媒不足の発生を精度良く、且つ、迅速に高感度で検知することが可能となる。そして、同様に圧縮機2の回転数NCを例えば制御上の最低回転数に低下させ、或いは、停止させると共に、空調操作部53で冷媒不足の発生を表示し、使用者に報知する(報知動作)。
(8)コントローラ32による冷媒不足の判定(その2)
上記(7)の冷媒不足の判定(その1)では、圧縮機2の吐出冷媒温度Tdと正常時における吐出冷媒温度Tdの推定値である吐出冷媒温度推定値Tdstを比較して冷媒回路Rの冷媒不足を判定したが、それに限らず、図5中に一点鎖線L6、L7で示す如く、同じ吐出冷媒温度Tdであれば、吐出冷媒圧力Pdが低下(回転数NCが4000rpmの一点鎖線L6ではPdst1がPd1に低下、7000rpmの一点鎖線L7ではPdst2からPd2に低下)することから、この圧縮機2の吐出冷媒圧力Pdと正常時における吐出冷媒圧力推定値Pdstを比較して判定するようにしてもよい。即ち、同じ回転数NC、及び、同じ吐出冷媒温度Tdでも冷媒不足が発生すると、吐出冷媒圧力Pdは下がる方向に変化するからである。
そこで、この例の場合にはコントローラ32に、冷媒回路Rに十分な量の冷媒が充填されている正常時における圧縮機2の回転数NCと吐出冷媒圧力Pdとの関係を示す正常時データを保有させておき、この正常時データから現在の回転数NCに基づいて正常時における吐出冷媒圧力Pdの推定値である吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出し(図5中に示したPdst1やPdst2)、コントローラ32がこの吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の吐出冷媒圧力Pd(図5中に示したPd1やPd2)とを比較することにより、冷媒回路Rの冷媒不足を判定する。
(8−1)正常時データ
この場合の正常時データも、実施例では上記吐出冷媒圧力推定値Pdstを目的変数とし、回転数NC、及び、吐出冷媒温度Tdを説明変数とする重回帰式とされている。この実施例の重回帰式を下記式(II)で与えられる。
Pdst=D*Td+E*NC+F ・・・(II)
尚、D、Eは偏回帰係数、Fは定数である。コントローラ32は、現在の回転数NCと、現在の吐出冷媒温度Tdを式(II)に代入することにより、正常時における吐出冷媒圧力Pdの推定値である吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出する。
(8−2)冷媒不足の疑いの判定
コントローラ32は、上記の如く算出された吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の吐出冷媒圧力Pdとを比較し、例えば、吐出冷媒圧力推定値Pdst−αよりも現在の吐出冷媒圧力Pdの方が低い場合、即ち、(Pdst−α)>Pdの場合、冷媒回路Rの冷媒不足の疑いがあると判定する(冷媒不足疑いフラグをセット)。
(8−3)冷媒不足発生の確定(その1)
コントローラ32は、上記の如く冷媒回路Rの冷媒不足の疑いがあると判定した場合、例えば圧縮機2の回転数NCの上限値を低下させることにより(例えば、通常の8000rpmから3000rpm等に低下させる)、圧縮機2の能力を低下させる。その状態で、再度吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出し、今度は、上記よりも更に差が大きい(α<β)吐出冷媒圧力推定値Pdst−βよりも現在の吐出冷媒圧力Pdの方が低いか否か判断する。そして、(Pdst−β)>Pdの場合、コントローラ32は冷媒回路Rの冷媒不足発生を確定する。コントローラ32は冷媒不足発生を確定した場合、圧縮機2の回転数NCを例えば制御上の最低回転数に低下させ、或いは、停止させると共に、空調操作部53で冷媒不足の発生を表示し、使用者に報知する(報知動作)。それにより、圧縮機2を保護しながら、使用者に冷媒不足の発生を警告して迅速な対処を促す。尚、圧縮機2の能力を低下させた後、例えば所定時間以内に(Pdst−β)>Pdとならない場合、コントローラ32は冷媒不足の疑いを解除するものとする(冷媒不足疑いフラグをリセット)。
このように、冷媒回路Rに十分な量の冷媒が充填されている正常時における圧縮機2の回転数NCと吐出冷媒圧力Pdとの関係を示す正常時データがコントローラ32に保有されており、この正常時データから現在の回転数NCに基づいてコントローラ32が正常時における吐出冷媒圧力Pdの推定値である吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出し、この吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の吐出冷媒圧力Pdとを比較することにより、冷媒回路Rの冷媒不足を判定するので、同様に冷媒回路Rから徐々に冷媒が漏洩していった場合や、サービスの際等に冷媒回路Rに封入された冷媒の量が少ない場合に、早期に且つ精度良く冷媒不足が発生していることを検知することが可能となる。
この場合、正常時データを、吐出冷媒圧力推定値Pdstを目的変数とし、回転数NC、及び、吐出冷媒温度Tdを説明変数とする重回帰式として、現在の回転数NC、及び、吐出冷媒温度Tdから重回帰式で吐出冷媒圧力推定値Pdstを求めるようにしているので、的確に吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出することができるようになる。
また、コントローラ32は、冷媒回路Rの冷媒不足の疑いがあると判定した場合、圧縮機2の回転数NCの上限値を低くして圧縮機2の能力を低下させるので、圧縮機2が故障する可能性のある領域に突入する以前に保護を行い、圧縮機2に甚大な損害が生じる不都合を未然に回避しながら、使用者にも冷媒不足の疑いがあることを気づかせることが可能となる。
そして、コントローラ32は、圧縮機2の能力を低下させた後、吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の吐出冷媒圧力Pdの違いがより大きくなることを条件として(差αを、差βに拡大)、冷媒回路Rの冷媒不足発生を確定するので、同様に二段階の判定によって、冷媒回路Rの冷媒不足の発生を精度良く検知することが可能となる。
(8−4)冷媒不足発生の確定(その2)
この場合も同様にコントローラ32が、冷媒回路Rの冷媒不足の疑いがあると判定した場合、圧縮機2の回転数NCの使用帯域を絞るようにしてもよい。そして、圧縮機2の回転数NCの使用帯域を絞った状態(実施例では回転数一定)で再度吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の吐出冷媒圧力Pdとを比較し、冷媒回路Rの冷媒不足発生を確定してもよい。また、この場合もコントローラ32は吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の吐出冷媒圧力Pdの違いがより小さいうち(差γ:(Pdst−γ)>Pd)に冷媒回路Rの冷媒不足発生を確定する(γ<α)。即ち、この場合にも二段階の判定を行うと共に、圧縮機2の回転数NCの使用帯域を絞り、且つ、差も小さくすることで、冷媒回路Rの冷媒不足の発生を精度良く、且つ、迅速に高感度で検知することが可能となる。そして、同様に圧縮機2の回転数NCを例えば制御上の最低回転数に低下させ、或いは、停止させると共に、空調操作部53で冷媒不足の発生を表示し、使用者に報知する(報知動作)。
次に、図8は本発明を適用した他の実施例の車両用空気調和装置1の構成図を示している。尚、この図において図1又は図3と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものである。この実施例の場合、過冷却部16の出口は逆止弁82に接続され、この逆止弁82の出口が冷媒配管13Bに接続されている。尚、逆止弁82は冷媒配管13B(室内膨張弁8)側が順方向とされている。
また、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(以下、第2のバイパス配管と称する)83は電磁弁80(除湿用)と逆止弁81を介して逆止弁82の下流側の冷媒配管13Bに連通接続されている。尚、この逆止弁82は冷媒配管13B側が順方向とされている。そして、電磁弁80もコントローラ32の出力に接続されている。その他は、前述の実施例の図1又は図3と同様であるので説明を省略する。
以上の構成で、この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はこの実施例においても暖房モード、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。尚、暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モードが選択されたときの動作及び冷媒の流れは前述の実施例(実施例1)の場合と同様であるので説明を省略する。但し、この実施例(実施例2)ではこれら暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モードにおいては電磁弁80を閉じるものとする。
(9)図8の車両用空気調和装置1の除湿暖房モード
他方、除湿暖房モードが選択された場合、この実施例(実施例2)ではコントローラ32は電磁弁21(暖房用)を開放し、電磁弁17(冷房用)を閉じる。また、電磁弁30(除湿用)を開放し、電磁弁40(除湿用)を閉じる。更に、コントローラ32は電磁弁80(除湿用)を開放する。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、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。
また、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の一部は分流され、電磁弁80、逆止弁81を経て第2のバイパス配管83及び冷媒配管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、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は吐出圧力センサ42又は放熱器圧力センサ47が検出する冷媒回路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。
この実施例のような車両用空気調和装置1においても、コントローラ32が前述した(7)〜(8)の冷媒不足の疑い判定と冷媒不足発生の確定動作を実行することで、冷媒回路Rから徐々に冷媒が漏洩していった場合や、サービスの際等に冷媒回路Rに封入された冷媒の量が少ない場合に、早期に且つ精度良く冷媒不足が発生していることを検知することが可能となる。
尚、実施例では吐出冷媒温度推定値Tdstと吐出冷媒温度Tdや、吐出冷媒圧力推定値Pdtと吐出冷媒圧力Pdの差によって両者を比較したが、それに限らず、両者の比率で比較し、例えば、Tdst/Tdが小さくなった場合、或いは、Pdst/Pdが大きくなったことで冷媒回路Rの冷媒不足が発生したと判定するようにしてもよい。
また、実施例では正常時データを、吐出冷媒温度推定値Tdstを目的変数とし、回転数NC、及び、吐出冷媒圧力Pdを説明変数とする重回帰式、又は、吐出冷媒圧力推定値Pdstを目的変数とし、回転数NC、及び、吐出冷媒温度Tdを説明変数とする重回帰式としたが、それに限らず、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における回転数NC及び吐出冷媒圧力Pdと、吐出冷媒温度Tdとの関係を示す数式やマップのデータ、又は、冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における回転数NC及び吐出冷媒温度Tdと、吐出冷媒圧力Pdとの関係を示す数式やマップのデータであっても、吐出冷媒温度推定値Tdstや吐出冷媒圧力推定値Pdstを的確に算出可能である。但し、実施例の如く重回帰式を用いることで、より一層的確に吐出冷媒温度推定値Tdstや吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出することができるものである。
また、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、MAX冷房モードの各運転モードを切り換える例で本発明を説明したが、それに限らず、何れかの運転モードのみ、或いは、それらの組み合わせを実行する車両用空気調和装置にも本発明は有効である。
更に、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。
更にまた、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、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。
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(減圧装置)
7 室外熱交換器(放熱器、吸熱器)
8 室内膨張弁(減圧装置)
9 吸熱器
17、21、30、40 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
32 コントローラ(制御装置)
35 バイパス配管
44 吸込圧力センサ
54 室外熱交換器温度センサ
55 吸込温度センサ
R 冷媒回路

Claims (12)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させる放熱器と、減圧装置と、冷媒を吸熱させる吸熱器を有する冷媒回路を備え、車室内を空調する車両用空気調和装置において、
    前記圧縮機を制御する制御装置を備え、
    該制御装置は、前記冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における前記圧縮機の回転数NCと吐出冷媒温度Tdとの関係を示す正常時データを保有しており、
    該正常時データから現在の前記回転数NCに基づいて正常時における前記吐出冷媒温度Tdの推定値である吐出冷媒温度推定値Tdstを算出し、
    該吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の前記吐出冷媒温度Tdとを比較することにより、前記冷媒回路の冷媒不足を判定することを特徴とする車両用空気調和装置。
  2. 前記正常時データは、前記冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における前記回転数NC及び前記圧縮機の吐出冷媒圧力Pdと、前記吐出冷媒温度Tdとの関係を示すデータであ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. 前記正常時データは、前記吐出冷媒温度推定値Tdstを目的変数とし、前記回転数NC、及び、前記圧縮機の吐出冷媒圧力Pdを説明変数とする重回帰式であ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。
  4. 前記制御装置は、前記冷媒回路の冷媒不足の疑いがあると判定した場合、前記圧縮機の能力を低下させることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  5. 前記制御装置は、前記圧縮機の能力を低下させた後、前記吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の前記吐出冷媒温度Tdの違いがより大きくなることを条件として前記冷媒回路の冷媒不足発生を確定することを特徴とする請求項4に記載の車両用空気調和装置。
  6. 前記制御装置は、前記冷媒回路の冷媒不足の疑いがあると判定した場合、前記圧縮機の回転数NCの使用帯域を絞り、その状態で再度前記吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の前記吐出冷媒温度Tdとを比較し、前記冷媒回路の冷媒不足発生を確定することを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  7. 前記制御装置は、前記圧縮機の回転数NCの使用帯域を絞った状態では、前記吐出冷媒温度推定値Tdstと現在の前記吐出冷媒温度Tdの違いがより小さいうちに前記冷媒回路の冷媒不足発生を確定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。
  8. 前記制御装置は、前記冷媒回路の冷媒不足発生を確定した場合、所定の報知動作を実行することを特徴とする請求項5乃至請求項7のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  9. 前記制御装置は、前記冷媒回路の冷媒不足発生を確定した場合、前記圧縮機の回転数NCを低下させ、或いは、前記圧縮機を停止させることを特徴とする請求項5乃至請求項8のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  10. 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させる放熱器と、減圧装置と、冷媒を吸熱させる吸熱器を有する冷媒回路を備え、車室内を空調する車両用空気調和装置において、
    前記圧縮機を制御する制御装置を備え、
    該制御装置は、前記冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における前記圧縮機の回転数NCと吐出冷媒圧力Pdとの関係を示す正常時データを保有しており、
    該正常時データから現在の前記回転数NCに基づいて正常時における前記吐出冷媒圧力Pdの推定値である吐出冷媒圧力推定値Pdstを算出し、
    該吐出冷媒圧力推定値Pdstと現在の前記吐出冷媒圧力Pdとを比較することにより、前記冷媒回路の冷媒不足を判定することを特徴とする車両用空気調和装置。
  11. 前記正常時データは、前記冷媒回路に十分な量の冷媒が充填されている正常時における前記回転数NC及び前記圧縮機の吐出冷媒温度Tdと、前記吐出冷媒圧力Pdとの関係を示すデータであ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。
  12. 前記正常時データは、前記吐出冷媒圧力推定値Pdstを目的変数とし、前記回転数NC、及び、前記圧縮機の吐出冷媒温度Tdを説明変数とする重回帰式であることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の車両用空気調和装置。
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