JP2015229370A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
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及び電磁弁20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20、21も閉じる。この室外膨張弁6と電磁弁20、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及び電磁弁20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、前記暖房モードにおける圧縮機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の熱媒体−空気熱交換器40による加熱を実行する。
Qhpmax=kQhpest1×Ga+kQhpest2×Tam+kQhpest3×Ncmax+kQhpest4 ・・(III)
Qhp=kQhpest1×Ga+kQhpest2×Tam+kQhpest3×Nc+kQhpest4 ・・(IV)
TGQhtr0=TGQ−Qhpmax ・・(V)
TGQhtrh=Qhpmax−Qhp ・・(VI)
TGQhtr=TGQthr0+TGQhtrh ・・(VII)
この式(VII)の右辺は式(V)の右辺と式(VI)の右辺の和であるので、要求暖房能力TGQhtrは、放熱器4の要求暖房能力TGQと放熱器4の実暖房能力Qhpとの差(TGQ−Qhp)ということになる。この放熱器4の要求暖房能力TGQと実暖房能力Qhpとの差(TGQ−Qhp)は、放熱器4の要求暖房能力TGQに対して実暖房能力Qhpが不足する分であり、コントローラ32これを補完する暖房能力として、先ず熱媒体循環回路23の要求暖房能力TGQhtrを算出する。
=k5×Tam+k6×Nc+k7×BLV+k8×VSP・・(VIII)
ここで、式(VIII)のパラメータであるTamは前述同様に外気温度センサ33から得られる外気温度、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、k5〜k8は係数で、予め実験により求めておく。
Qhph=KΔQ×Qhp ・・(IX)
Qhpmaxh=KΔQ×Qhpmax ・・(X)
ΔQhp=Qhp−Qhph ・・(XI)
ΔQhpmax=Qhpmax−Qhpmaxh ・・(XII)
尚、THoutは放熱器4を通過した後の空気温度(℃)、THinは放熱器4を通過する前の空気温度、即ち、放熱器4の吸込空気温度(℃)である。これらの差(THout−THin)は、放熱器4を通過することで生じた空気の温度上昇であり、これに比熱Caと風量Gaを乗算することでも、放熱器4の実暖房能力Qhpを算出することができる。
ここで、室外熱交換器7の着霜が増大すると、冷媒回路Rの圧縮機2を運転しても外気からの吸熱(ヒートポンプ)ができなくなると共に、運転効率も著しく低下する。そこで、コントローラ32は前述した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(ΔTXO=TXObase−TXO)に基づいて室外熱交換器7の着霜率を算出し、この着霜率が所定値以上となった場合に冷媒回路Rの圧縮機2を停止する。
次に、図5は係る圧縮機2の停止制御の他の例を示している。上記実施例(6−3)では差TXOで室外熱交換器7の着霜率を算出するようにしたが、それに限らず、前述した放熱器4の最大暖房能力Qhpmaxの低下量ΔQhpmax、或いは、実暖房能力Qhpの低下量ΔQhpに基づいて室外熱交換器7の着霜率を算出し、この着霜率が所定値以上となった場合に冷媒回路Rの圧縮機2を停止するようにしてもよい。
尚、上記各実施例では差ΔTXOや放熱器4の最大暖房能力Qhpmaxの低下量ΔQhpmax、実暖房能力Qhpの低下量ΔQhpから室外熱交換器7の着霜率を推定して圧縮機2を停止するようにしたが、それに限らず、放熱器4の最大暖房能力Qhpmaxの低下量ΔQhpmax、実暖房能力Qhpの低下量ΔQhpから室外熱交換器7の着霜度合いを直接判断し、各低下量ΔQhpmax、又は、ΔQhpが所定値以上となった場合に、室外熱交換器7の着霜が進行してしまったものと判断して、圧縮機2を停止するようにしてもよい。
次に、図6は本発明の車両用空気調和装置1の他の構成図を示している。この実施例では、室外熱交換器7にレシーバドライヤ部14と過冷却部16が設けられておらず、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは電磁弁17と逆止弁18を介して冷媒配管13Bに接続されている。また、冷媒配管13Aから分岐した冷媒配管13Dは、同様に電磁弁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に接続されている。
次に、図7は本発明の車両用空気調和装置1のもう一つの他の構成図を示している。この場合、図6の熱媒体循環回路23が電気ヒータ73に置換されている。前述した熱媒体循環回路23の場合には、熱媒体加熱電気ヒータ35を空気流通路3の外の車室外に設けられるため、電気的な安全性が確保されるが、構成が複雑化する。
次に、図8は本発明の車両用空気調和装置1のもう一つの他の構成図を示している。尚、この実施例の冷媒回路Rは図6と同様である。但し、この場合、熱媒体循環回路23の熱媒体−空気熱交換器40は、空気流通路3の空気の流れに対して放熱器4の上流側であってエアミックスダンパ28の下流側に配置されている。他の構成は図6と同様である。
次に、図9は本発明の車両用空気調和装置1のもう一つの他の構成図を示している。この場合、図8の熱媒体循環回路23が電気ヒータ73に置換されている。このような電気ヒータ73を採用した冷媒回路Rの車両用空気調和装置1においても本発明は有効である。
次に、図10は本発明の車両用空気調和装置1の更にもう一つの他の構成図を示している。この実施例の冷媒回路R及び熱媒体循環回路23(補助加熱手段)の配管構成は図1の場合と基本的に同様であるが、放熱器4は空気流通路3には設けられておらず、その外側に配置されている。その代わりに、この放熱器4にはこの場合の熱媒体−冷媒熱交換器74が熱交換関係に配設されている。
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 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(補助加熱手段)
70、74 熱媒体−冷媒熱交換器
73 電気ヒータ(補助加熱手段)
R 冷媒回路
Claims (12)
- 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、
要求される前記放熱器の暖房能力である要求暖房能力TGQと、当該放熱器が実際に発生する実暖房能力Qhpに基づき、前記要求暖房能力TGQに対して前記実暖房能力Qhpが不足する分を補完するための前記補助加熱手段の要求暖房能力TGQhtrを算出すると共に、
前記室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXOと、無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXOに基づいて前記室外熱交換器の着霜による前記実暖房能力Qhpの低下量ΔQhpを算出し、
前記補助加熱手段の要求暖房能力TGQhtrに前記低下量ΔQhpを加え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、前記差ΔTXOに基づいて前記室外熱交換器の着霜率を算出し、該着霜率が所定値以上となった場合、前記圧縮機を停止すると共に、前記要求暖房能力TGQにより前記補助加熱手段を制御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、前記実暖房能力の低下量ΔQhpに基づいて前記室外熱交換器の着霜率を算出し、該着霜率が所定値以上となった場合、前記圧縮機を停止すると共に、前記要求暖房能力TGQにより前記補助加熱手段を制御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、前記放熱器が発生可能な最大暖房能力Qhpmaxを算出し、前記差ΔTXOに基づいて前記室外熱交換器の着霜による前記最大暖房能力Qhpmaxの低下量ΔQhpmaxを算出すると共に、
該最大暖房能力の低下量ΔQhpmaxに基づいて前記室外熱交換器の着霜率を算出し、該着霜率が所定値以上となった場合、前記圧縮機を停止すると共に、前記要求暖房能力TGQにより前記補助加熱手段を制御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、前記放熱器が発生可能な最大暖房能力Qhpmaxを算出すると共に、前記差ΔTXOに基づいて前記室外熱交換器の着霜による前記最大暖房能力Qhpmaxの低下量ΔQhpmaxを算出し、
該低下量ΔQhpmaxが所定値以上となった場合、前記圧縮機を停止し、前記要求暖房能力TGQにより前記補助加熱手段を制御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、前記実暖房能力の低下量ΔQhpが所定値以上となった場合、前記圧縮機を停止し、前記要求暖房能力TGQにより前記補助加熱手段を制御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、前記放熱器を通過する空気の風量Gaと、外気温度Tamと、前記圧縮機の上限回転数Ncmaxに基づいて前記最大暖房能力Qhpmaxを算出すると共に、
前記風量Gaと、前記外気温度Tamと、前記圧縮機の実回転数Ncに基づいて前記実暖房能力Qhpを算出することを特徴とする請求項1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、前記放熱器を通過した後の空気温度THoutと当該放熱器の吸込空気温度THinとの差(THout−THin)と、前記放熱器に流入する空気の比熱Caと、前記放熱器を通過する空気の風量Gaに基づいて前記実暖房能力Qhpを算出することを特徴とする請求項1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。
- 前記補助加熱手段が、前記放熱器と共に前記空気流通路の空気の流れに対して当該放熱器の上流側に配置される場合、前記制御手段は、前記放熱器の吸込空気温度THinを加味して前記最大暖房能力Qhpmax及び前記実暖房能力Qhpを算出することを特徴とする請求項7に記載の車両用空気調和装置。
- 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を備え、前記熱媒体−空気熱交換器により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。
- 電気ヒータにより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。
- 前記空気流通路外に前記放熱器を設けると共に、
該放熱器と熱交換する熱媒体−冷媒熱交換器と、前記空気流通路に設けられた熱媒体−空気熱交換器と、電気ヒータと、循環手段とを有し、前記熱媒体−冷媒熱交換器、及び/又は、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させ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8のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
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