JP2017137012A - 車両用空調装置、それを備える車両及び車両用空調装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、内部熱交換器を有する冷凍サイクルにおいて、熱負荷が高くないときであっても成績係数が高く、省動力に寄与できる車両用空調装置、それを備える車両及び車両用空調装置の制御方法を提供することである。【解決手段】本発明に係る車両用空調装置１００は、車両に搭載される車両用空調装置において、圧縮機２、凝縮器３、膨張装置４及び蒸発器５を配管６１〜６６で接続して冷媒を循環させる冷媒回路５０と、凝縮器３から膨張装置４に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部１１と蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部１２との間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器１０とを有する冷凍サイクル１ａと、車両の外気温度を検出する外気温度センサ４１と、凝縮器３で放熱される冷媒の放熱量を調節する放熱量調節装置７と、外気温度の値に基づいて放熱量調節装置７を制御する処理装置１５０と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、車両用空調装置、それを備える車両及び車両用空調装置の制御方法に関し、特に内部熱交換器及び凝縮器の放熱量調節装置を備えた車両用空調装置において、省動力に寄与する技術に関する。

冷凍サイクルの冷房能力及び成績係数ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上する構成として、例えば内部熱交換器（凝縮器から流出した相対的に温度の高い冷媒と、蒸発器から流出した相対的に温度の低い冷媒とを熱交換する装置）を冷凍サイクルに配置する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。なお、成績係数ＣＯＰは、蒸発器での吸熱量Ｑｅを、圧縮機の動力Ｌで除した値（Ｑｅ／Ｌ）として示され、数値が大きいほど効率がよい。

冷凍サイクルに内部熱交換器を配置することで、凝縮器から流出した冷媒のエントロピーが低減されて蒸発器の吸熱量Ｑｅが増え、蒸発器から流出した冷媒のエントロピーが増加されて圧縮機の動力Ｌが増える。このとき、通常、Ｑｅの増加割合がＬの増加割合よりも大きいため、成績係数（ＣＯＰ＝Ｑｅ／Ｌ）が増加し、効率が向上する。

特開２００８−１２２０３４号公報

しかしながら、冷凍サイクルに内部熱交換器を配置し、成績係数ＣＯＰを向上させたとしても、熱負荷が高くないとき（例えば、外気温度１０℃以下であるとき）は、成績係数を十分に向上することができなかった。これは、熱負荷（外気温度等）が高くないので凝縮器での熱交換（放熱）が促進され、内部熱交換器に流入する高圧冷媒の温度が低くなり、蒸発器から内部熱交換器に流入する気液混合状態の低圧冷媒と十分に熱交換することができず、液体を含む冷媒が圧縮機に吸入され（いわゆる液圧縮と呼ばれる現象が発生し）、又は液相の冷媒の割合が多くなり、その結果、圧縮機の動力Ｌが増大するためである。

なお、熱負荷が高くないときであっても、車両の窓の曇りを除去するために、冷凍サイクルと加熱用熱交換器との両方を作動させる除湿暖房モードで空調装置を運転する場合がある。すなわち、年間を通じての空調装置の使用状況を踏まえると、熱負荷が高くないときに対しても、冷凍サイクルの成績係数を向上することは強く求められるところである。

そこで、本発明の目的は、内部熱交換器を有する冷凍サイクルにおいて、熱負荷が高くないときであっても成績係数が高く、省動力に寄与できる車両用空調装置、それを備える車両及び車両用空調装置の制御方法を提供することである。

本発明に係る車両用空調装置は、車両に搭載される車両用空調装置において、圧縮機、凝縮器、膨張装置及び蒸発器を配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路と、前記凝縮器から前記膨張装置に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部との間で前記冷媒の熱交換を行う内部熱交換器とを有する冷凍サイクルと、前記車両の外気温度を検出する外気温度センサと、前記凝縮器で放熱される前記冷媒の放熱量を調節する放熱量調節装置と、前記外気温度の値に基づいて前記放熱量調節装置を制御する処理装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る車両用空調装置では、前記処理装置は、前記外気温度の値と、（ａ）高圧ラインにおける冷媒の圧力、（ｂ）前記車両の走行速度、（ｃ）前記車両の室内温度、（ｄ）前記蒸発器の温度若しくは該蒸発器を通過した空気の温度及び（ｅ）前記蒸発器へのブロアファンからの送風量の、（ａ）〜（ｅ）の中から選ばれる少なくとも一つと、に基づいて前記放熱量調節装置を制御することが好ましい。液体を含む冷媒が圧縮機に吸入されることをより確実に防止することができる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記放熱量調節装置は、前記冷凍サイクルよりも前方に配置され、開口度を最小開口度と最大開口度との間で調整可能なグリル開口部を有する車両用グリル装置を備え、前記処理装置は、前記グリル開口部の開口度を制御することが好ましい。凝縮器での放熱量を適切に調整することができる。その結果、熱負荷が高くないときであっても、圧縮機が液体状の冷媒を吸引することを防止し、成績係数をより高めることができる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記放熱量調節装置は、前記凝縮器を冷却する空気の流れを発生させる冷却ファンを備え、前記処理装置は、前記冷却ファンの送風量を制御することが好ましい。凝縮器での放熱量を適切に調整することができる。その結果、熱負荷が高くないときであっても、圧縮機が液体状の冷媒を吸引することを防止し、成績係数をより高めることができる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記処理装置は、前記冷却ファンの送風量を低下させる制御よりも、前記グリル開口部の開口度を減少させる制御を優先して行うことが好ましい。凝縮器の放熱量をより効率的に減少させることができる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記放熱量調節装置は、前記圧縮機と前記凝縮器との間で前記冷媒回路から分岐して前記凝縮器と前記内部熱交換器との間の前記冷媒回路に接続されるバイパス通路と、前記圧縮機から流出された前記冷媒のうち前記バイパス通路を通流する前記冷媒の比率を変更する冷媒分配装置とを備え、前記冷凍サイクルは、気体状の冷媒と液体状の冷媒とを分離するリキッドタンク又はアキュムレータを有し、前記処理装置は、前記冷媒分配装置を制御することが好ましい。凝縮器での放熱量を適切に調整することができる。その結果、熱負荷が高くないときであっても、圧縮機が液体状の冷媒を吸引することを防止し、成績係数をより高めることができる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記圧縮機は固定容量型であることが好ましい。固定容量型圧縮機が使用される場合、蒸発器の凍結を防止するために、圧縮機の断続運転が行われるときがあるところ、断続運転中であっても凝縮器での放熱量を適切に制御することができる。

本発明に係る車両用空調装置では、前記処理装置は、空調制御ユニットに搭載されるか、又はエンジンコントロールユニットに搭載されることが好ましい。設計自由度をより高めることができる。

本発明に係る車両は、本発明に係る車両用空調装置を搭載したことを特徴とする。

本発明に係る車両用空調装置の制御方法は、本発明に係る車両用空調装置の制御方法であって、前記車両用空調装置は前記冷凍サイクルの作動スイッチを備え、前記処理装置は、前記作動スイッチが作動されたことを認識し、前記外気温度と所定温度とを対比し、前記外気温度が前記所定温度よりも低いと判定したとき、前記凝縮器での放熱量を減少させることを特徴とする。

以上のように、本発明は、内部熱交換器を有する冷凍サイクルにおいて、熱負荷が高くないときであっても成績係数が高く、省動力に寄与できる車両用空調装置、それを備える車両及び車両用空調装置の制御方法を提供することができる。

本実施形態に係る車両用空調装置の第一例を示すシステム図である。 本実施形態に係る車両用空調装置の第二例を示すシステム図である。 実施例１及び比較例１における外気温度と成績係数との関係を示すグラフである。

以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。

本実施形態に係る車両用空調装置１００，２００は、図１及び図２に示すように、車両に搭載される車両用空調装置において、圧縮機２、凝縮器３、膨張装置４及び蒸発器５を配管６１〜６６で接続して冷媒を循環させる冷媒回路５０と、凝縮器３から膨張装置４に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部１１と蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部１２との間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器１０とを有する冷凍サイクル１ａ，１ｂと、車両の外気温度を検出する外気温度センサ４１と、凝縮器３で放熱される冷媒の放熱量を調節する放熱量調節装置７と、外気温度の値に基づいて放熱量調節装置７を制御する処理装置１５０と、を備える。

冷媒回路５０は、圧縮機２と凝縮器３と膨張装置４と蒸発器５とを配管６１〜６６で接続した閉回路であり、内部を冷媒が循環する。冷媒は、例えば、Ｒ１３４ａなどのフロン系物質、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、又は二酸化炭素である。冷媒回路５０は、内部を循環する冷媒がフロン系物質の場合、凝縮器３の内部、又は凝縮器３と内部熱交換器１０との間に、気体状の冷媒と液体状の冷媒とを分離するとともに、冷媒の一部を貯留するリキッドタンク（不図示）を備える。冷媒回路５０は、内部を循環する冷媒が二酸化炭素の場合、蒸発器５と圧縮機２との間に、冷媒の一部を貯留するアキュムレータ（不図示）を備える。

圧縮機２は、エンジン（図示せず）からの駆動力を受けて、又は電力によって駆動するモータ（図示せず）の駆動力を受けて、低温低圧の気化状態の冷媒を圧縮して、高温高圧の気化状態の冷媒にする。

圧縮機２は、例えば、固定容量型圧縮機、又は可変容量型圧縮機である。本実施形態では、圧縮機２は固定容量型であることが好ましい。

凝縮器３は、一般的に車両の先端部（前方）のエンジンルーム内でラジエータの前面に配置される。凝縮器３は、熱交換器であり、圧縮機２から吐出された高温高圧の気化状態の冷媒を、車両の走行若しくは冷却ファン３０の稼働のいずれか一方又は両方によってグリル開口部２１から導入される車両前方の外気によって冷却し、高温高圧の液化状態の冷媒にする。

膨張装置４は、凝縮器３で凝縮された冷媒を、絞り作用によって減圧・膨張させて、低温低圧の霧状の冷媒（気液混合状の冷媒）とするとともに、冷媒の流量の調整を行う。膨張装置４は、例えば、感温式膨張弁又は電子制御式膨張弁である。

蒸発器５は、熱交換器であり、膨張装置４で気液混合状となった冷媒を気化させ、そのときの蒸発熱によって蒸発器５を通過する送風空気を冷却除湿する。

内部熱交換器１０は、冷媒回路５０上に配置される。内部熱交換器１０は、凝縮器３から膨張装置４に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部１１と蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部１２とを有し、第１の熱交換部１１を流れる相対的に高温の冷媒と第２の熱交換部１２を流れる相対的に低温の冷媒との間で熱交換を行う。

配管６１は、圧縮機２の出口と凝縮器３の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６２は、凝縮器３の出口と第１の熱交換部１１の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６３は、第１の熱交換部１１の出口と膨張装置４の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６４は、膨張装置４の出口と蒸発器５の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６５は、蒸発器５の出口と第２の熱交換部１２の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６６は、第２の熱交換部１２の出口と圧縮機２の入口とを直接的又は間接的に接続する。

外気温度センサ４１は、外気温度（車両の周囲温度）を検出する装置である。外気温度の値から、圧縮機２が吸入する冷媒のおおよその過熱度を推定することができ、外気温度センサ４１は、過熱度推定装置ということもできる。

放熱量調節装置７は、例えば、凝縮器３を冷却する装置、又は凝縮器３を通流する冷媒の流量を変更する装置である。凝縮器３を冷却する装置は、例えば、図１及び図２に示すように、車両用グリル装置２０又は冷却ファン３０である。凝縮器３を通流する冷媒の流量を変更する装置は、図２に示すように、バイパス通路７０及び冷媒分配装置７１を備える機構である。

車両用グリル装置２０は、冷凍サイクル１ａ，１ｂよりも前方に配置され、開口度を最小開口度と最大開口度との間で調整可能なグリル開口部２１と、ルーバー２２と、モータ２３とを有する。グリル開口部２１は、フロントグリルなどの車両の前面部に設けられ、車両前方の外気をエンジンルーム内へ導入する導入口である。グリル開口部２１からエンジンルーム内に導入された外気は、凝縮器３を通過する。その結果、凝縮器３内の高温高圧の冷媒が冷却される。ルーバー２２は、グリル開口部２１の開口面積を変化させる開閉シャッタである。モータ２３は、ルーバー２２の各羽板を回動させる駆動装置である。

ルーバー２２の回動可能範囲において、ルーバー２２の方向が水平方向に最も近づいたとき、グリル開口部２１は最大開口面積となる。一方、ルーバー２２の回動可能範囲において、ルーバー２２の方向が垂直方向に最も近づいたとき、グリル開口部２１は最小開口面積となる。車両用グリル装置２０の開口度は、グリル開口部２１の最小開口面積を０％、グリル開口部２１の最大開口面積を１００％として、開口面積を百分率で示した値である。

車両用グリル装置２０は、モータ２３の駆動によって、開口度を最小開口度（０％）と最大開口度（１００％）との間で所定の開口度となるよう調整する。開口度が最小開口度となるとき、グリル開口部２１は全閉状態となるか、又はわずかに開いている状態であってもよい。

冷却ファン３０は、羽根車３１とモータ３２とを有する。冷却ファン３０は、モータ３２によって羽根車３１が回転され、凝縮器３を冷却する空気の流れを発生させる。モータ３２の回転数に応じて、凝縮器３に導入される空気量が変化する。冷却ファン３０は、凝縮器３専用のファンであるか、又は凝縮器３の風下側に近接して配置されるラジエータ（不図示）の冷却を兼ねるファンであってもよい。冷却ファン３０は、凝縮器３に対して車両の前方側に配置されるか、又は車両の後方側に配置されてもよい。また、冷却ファン３０の個数は、特に限定されず、１個であるか、又は２個以上であってもよい。

バイパス通路７０は、図２に示すように、圧縮機２と凝縮器３との間で冷媒回路５０から分岐して凝縮器３と内部熱交換器１０との間の冷媒回路５０に接続される通路であり、冷媒が凝縮器３を迂回して循環する冷媒経路を形成する。

冷媒分配装置７１は、圧縮機２から流出された冷媒のうちバイパス通路７０を通流する冷媒の比率を変更する装置であり、例えば、三方弁（図２に図示）、又は二方弁（不図示）である。冷媒分配装置７１が三方弁であるとき、三方弁は、冷媒回路５０とバイパス通路７０との分岐部Ｐ１に配置されることが好ましい。冷媒分配装置７１が二方弁であるとき、二方弁はバイパス通路７０に配置されることが好ましい。また、二方弁は、バイパス通路７０での配置に加えて、冷媒回路５０とバイパス通路７０との分岐部Ｐ１よりも凝縮器３側の配管６１に更に配置してもよい。

バイパス通路７０を設けるとき、冷凍サイクル１ｂは、リキッドタンク６又はアキュムレータ（不図示）を有することが好ましい。リキッドタンク６は、冷媒回路５０とバイパス通路７０との合流部Ｐ２と、膨張装置４との間に配置することが好ましい。例えば、リキッドタンク６は、図２に示すように、冷媒回路５０とバイパス通路７０との合流部Ｐ２よりも内部熱交換器１０側の配管６２に配置することが好ましい。圧縮機２から吐出した気体状の冷媒は、バイパス通路７０を通った後、凝縮器３を通流してきた液体状の冷媒と合流して、リキッドタンク６へ流入する。リキッドタンク６では、気体状の冷媒が分離され、液体状の冷媒だけが第１の熱交換部１１へ送られる。第１の熱交換部１１から流出した冷媒は、膨張装置４及び蒸発器５を経て第２の熱交換部１２を通り、再び圧縮機２に吸入される。リキッドタンク６の配置場所は配管６２に限定されず、例えば、リキッドタンク６は、第１熱交換部１１と膨張装置４との間の配管６３に配置してもよい。リキッドタンク６を配管６３に配置するとき、気液混合状態の冷媒が第１の熱交換部１１を通過する。気液混合状態の冷媒は液体状の冷媒よりも比体積が大きいため、第１の熱交換部１１の流路面積を大きくするなど第１の熱交換部１１の通路抵抗を軽減する工夫をすることが好ましい。アキュムレータ（不図示）は、蒸発器５と第２の熱交換部１２との間の配管６５又は第２の熱交換部１２と圧縮機２との間の配管６６に配置される。

本実施形態に係る車両用空調装置１００，２００は、放熱量調節装置７として、（１）車両用グリル装置２０、（２）冷却ファン３０、及び、（３）バイパス通路７０及び冷媒分配装置７１を備える機構、の（１）〜（３）の中から選ばれる少なくとも一種を有することが好ましい。本発明は、放熱量調節装置７の組合せに限定されず、例として、図１では、放熱量調節装置７が（１）車両用グリル装置２０及び（２）冷却ファン３０である形態、図２では、放熱量調節装置７が（１）車両用グリル装置２０、（２）冷却ファン３０及び、（３）バイパス通路７０及び冷媒分配装置７１を備える機構である形態を示したが、本発明はこれらの組合せに限定されない。

処理装置１５０は、外気温度の値に基づいて、圧縮機２が吸入する冷媒の過熱度が所定の過熱度よりも大きくなるように、放熱量調節装置７を制御する。圧縮機２が吸入する冷媒の過熱度は、外気温度の値からおおよそ推定することができる。ここで、圧縮機２が吸入する冷媒の過熱度が大きいほど、圧縮機２に液体を含む冷媒又は液相の冷媒が吸入される可能性が低くなる。一方、過熱度が所定値よりも小さい場合、圧縮機２に液体を含む冷媒又は液相の冷媒が吸入される場合がある。そこで、処理装置１５０は、過熱度が所定値よりも小さいとき、凝縮器３での放熱量を減少させるように、放熱量調節装置７の制御量を設定する。その結果、液体を含む冷媒が圧縮機２に吸入されることを防止することができる。

処理装置１５０は、外気温度の値に対する放熱量調節装置７の制御量が予め設定されたプロファイルに基づいて、放熱量調整装置７を制御するか、又は外気温度の値に基づいて、圧縮機２が吸入する冷媒の過熱度を推定し、推定された過熱度に基づいて放熱量調整装置７を制御してもよい。

また、処理装置１５０は、外気温度の値と、（ａ）高圧ラインにおける冷媒の圧力、（ｂ）車両の走行速度、（ｃ）車両の室内温度、（ｄ）蒸発器５の温度若しくは蒸発器５を通過した空気の温度及び（ｅ）蒸発器５へのブロアファンからの送風量の、（ａ）〜（ｅ）の中から選ばれる少なくとも一つと、に基づいて放熱量調節装置７を制御することが好ましい。外気温度の値に（ａ）〜（ｅ）の少なくとも一つを加味することで、圧縮機２が吸入する冷媒の過熱度をより精度良く推定することができ、液体を含む冷媒が圧縮機２に吸入されることをより確実に防止することができる。

（ａ）高圧ラインにおける冷媒の圧力は、冷凍サイクル１ａ、１ｂの高圧ラインに測定点を有する圧力センサ４２の検出値であり、圧縮機２による冷媒の吐出量と相関性が高い。圧力センサ４２は、凝縮器３の下流側の配管６２に測定点を有することが好ましい。高圧ラインは、圧縮機２から膨張装置４に至るラインである。

（ｂ）車両の走行速度は、車速センサ４３の検出値である。

（ｃ）車両の室内温度は、室温センサ４４の検出値である。

（ｄ）蒸発器５の温度又は蒸発器５を通過した空気の温度は、サーモセンサ４５の検出値であり、圧縮機２による冷媒の吐出量と相関性がある。サーモセンサ４５が蒸発器５の温度を検知する場合、サーモセンサ４５の測定点は、例えば、蒸発器５のうち最も温度が低くなる部位のフィンに取り付けられる。また、サーモセンサ４５が蒸発器５を通過した空気の温度を検知する場合、サーモセンサ４５の測定点は、例えば、蒸発器５のうち最も温度が低くなる部位の下流側の空間に、従来周知の構成で取り付けられる。

（ｅ）蒸発器５へのブロアファンからの送風量は、例えば、ブロアファン（不図示）を駆動するブロワモータの駆動電圧に所定の係数を乗じて算出した値である。

放熱量調節装置７の制御量が、外気温度の値に（ａ）〜（ｅ）の少なくとも一つを加味して判断される場合、外気温度だけに基づいて決定された放熱量調節装置７の制御量（以降、基本制御量という。）を、（ａ）〜（ｅ）の各値に応じて補正することが好ましい。例えば、（ａ）の圧力の値が所定値よりも低いとき、凝縮器３での放熱が過度に促進されているといえるから、圧縮機２直前の冷媒の過熱度が小さくなることが推定される。このため、基本制御量のままで放熱量調節装置７を制御し続けると、圧縮機２に吸入される冷媒に含まれる液体状の冷媒の割合が増え、冷凍効率の低下が懸念される。そこで、凝縮器３での過度な放熱を抑制するように、放熱量調節装置７の制御量を、基本制御量に対して凝縮器３での放熱量を減少させる方向へ補正する。（ｂ）の速度の値が所定値よりも速いとき、（ｃ）の温度の値が所定値よりも低いとき、（ｄ）の温度の値が所定値よりも低いとき、又は（ｅ）の送風量の値が所定値よりも少ないときも、（ａ）の圧力の値が所定値よりも低いときと同様に、圧縮機２直前の冷媒の過熱度が小さくなることが推定される。圧縮機に吸入される冷媒に含まれる液体状の冷媒の割合の増加が懸念されるので、放熱量調節装置７の制御量を、基本制御量に対して凝縮器３での放熱量を減少させる方向へ補正する。

処理装置１５０は、空調制御ユニットに搭載されるか、又はエンジンコントロールユニットに搭載されることが好ましい。車両の設計思想、メモリの容量又はコストなどの各種要因に対して柔軟に対応することができる。また、処理装置１５０のうち、車両用グリル装置２０を制御する装置、冷却ファン３０を制御する装置、及び冷媒分配装置７１を制御する装置を一つの装置とするか、又はそれぞれ別個の装置としてもよい。

次に、本実施形態に係る車両用空調装置の制御方法について説明する。

本実施形態に係る車両用空調装置の制御方法は、車両用空調装置１００，２００が冷凍サイクル１ａ，１ｂの作動スイッチ（不図示）を備え、処理装置１５０は、作動スイッチが作動されたことを認識し（ステップ１）、外気温度と所定温度とを対比し（ステップ２）、外気温度が所定温度よりも低いと判定したとき、凝縮器３での放熱量を減少させる（ステップ３）。

冷凍サイクル１ａ，１ｂの作動スイッチは、圧縮機２の起動させるためのスイッチであり、例えば、エアコンスイッチである。ステップ１において、作動スイッチが作動されたときは、例えば、乗員がエアコンスイッチを押したときである。なお、圧縮機２が固定容量型圧縮機である場合、蒸発器５の凍結を防止するために、圧縮機２の断続運転が自動的に行われる場合がある。断続運転において、圧縮機２が駆動されない時間帯は、圧縮機２が駆動されているときの判定結果が準用される。断続運転するごとに過度に放熱量制御装置７が制御されることが防止され、放熱量制御装置の耐用期間を延長することができる。

ステップ２において、所定温度は、例えば、５〜１５℃であることが好ましく、８〜１２℃であることがより好ましい。

ステップ２において、外気温度が所定温度よりも低いと判定されたとき、ステップ３が実行される。ステップ３では、処理装置１５０は、凝縮器３での放熱量が減少するように、放熱量調節装置７を制御する。これによって、第１の熱交換部１１に流入する高圧冷媒の温度が低くなりすぎることを防止することができる。その結果、第２の熱交換部１２を通流する低圧冷媒が、第１の熱交換部１１を通流する高圧冷媒との熱交換によって適切に加熱され、圧縮機２直前の冷媒の過熱度を大きくすることができる。その結果、液体を含む冷媒が圧縮機２に吸入されることを防止することができる。

ステップ３は、外気温度だけに基づいて決定された放熱量調節装置７の基本制御量を、（ａ）高圧ラインにおける冷媒の圧力、（ｂ）車両の走行速度、（ｃ）車両の室内温度、（ｄ）蒸発器の温度若しくは蒸発器を通過した空気の温度及び（ｅ）蒸発器へのブロアファンからの送風量の、（ａ）〜（ｅ）の中から選ばれる少なくとも一つを加味して補正するステップ４を更に有していてもよい。ステップ４が実行されるとき、処理装置１５０は、補正した制御量に基づいて放熱量調節装置７を制御する。

放熱量調節装置７が車両用グリル装置２０であるとき、処理装置１５０は、グリル開口部２１の開口度を制御する。ステップ３では、処理装置１５０は、開口度を減少させる。より好ましくは、開口度を最小開口度とする。開口度が小さいほど、凝縮器３を通過する空気量が少なくなるため、凝縮器３での放熱量が減少する。

放熱量調節装置７が冷却ファン３０であるとき、処理装置１５０は、冷却ファン３０の送風量を制御する。ステップ３では、処理装置１５０は、冷却ファン３０の送風量を低下させる。より好ましくは、冷却ファン３０の送風量を最小送風量とする。また、冷却ファン３０がラジエータの冷却を兼ねるとき、冷却ファン３０の送風量の制御は、ラジエータの冷却を優先して行われることが好ましい。ここで、冷却ファン３０の送風量は、冷却ファン３０が１個のときは、当該冷却ファンが形成する送風量であり、冷却ファン３０が２個以上であるときは、各冷却ファンが形成する送風量の合計である。送風量が少ないほど、凝縮器３を通過する空気量が少なくなるため、凝縮器３での放熱量が減少する。最小送風量は、冷却ファン３０が凝縮器専用であるとき又はラジエータの冷却を兼ねるときであってラジエータの冷却が不要であるときは０である。冷却ファン３０がラジエータの冷却を兼ねるときであってラジエータの冷却が必要であるとき、最小送風量は、ラジエータの冷却に必要な送風量である。

放熱量調節装置７がバイパス通路７０及び冷媒分配装置７１を備える機構であるとき、処理装置１５０は、冷媒分配装置７１を制御する。ステップ３では、処理装置１５０は、バイパス通路７０を通流する冷媒の比率を増加させる。バイパス通路７０を通流する冷媒の比率が多いほど、凝縮器３を通流する冷媒の流量が少なくなり、凝縮器３での放熱量が減少する。バイパス通路７０を通流する冷媒の比率は、特に限定されない。

車両用グリル装置２０、冷却ファン３０、及びバイパス通路７０及び冷媒分配装置７１を備える機構は、いずれも凝縮器３での放熱量を適切に調整することができる。その結果、熱負荷が高くないときであっても、圧縮機２が液体状の冷媒を吸引することを防止し、成績係数をより高めることができる。

ステップ３において、車両用空調装置１００，２００が放熱量調節装置７として車両用グリル装置２０及び冷却ファン３０を備えるとき、処理装置１５０は、冷却ファン３０の送風量を低下させる制御よりも、グリル開口部２１の開口度を減少させる制御を優先して行うことが好ましい。グリル開口部２１の開口度を減少させる又は閉塞させる方が、冷却ファンの送風量を低下させるよりも、凝縮器３での放熱量を減少させる効果が大きい。このため、凝縮器３での放熱量をより効率的に減少させることができる。

また、車両用空調装置１００，２００が放熱量調節装置７として車両用グリル装置２０及び冷却ファン３０を備えるとき、処理装置１５０は、グリル開口部２１の開口度を減少させる制御と冷却ファン３０の送風量を低下させる制御とを同時に行ってもよい。凝縮器３での放熱量をより効率的に減少させることができる。

ステップ２において、外気温度が所定温度以上であると判定されたとき、処理装置１５０は、凝縮器３での放熱量を判定時のまま保持させるか、又は凝縮器３での放熱量を増加させてもよい。

本実施形態に係る車両は、本実施形態に係る車両用空調装置１００，２００を搭載する。前記の通り、本実施形態に係る車両用空調装置１００は、凝縮器３での放熱量を適切に調節して、液体を含む冷媒が圧縮機２に吸入されることを防止することができる。その結果、本実施形態に係る車両は、熱負荷が小さいときであっても、冷凍サイクルの成績係数が高く、省動力に寄与することができる。

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す冷凍サイクル１ａにおいて、処理装置１５０が、外気温度の値に基づいて車両用グリル装置２０の開口度を制御した。具体的には、外気温度が１２℃を超えるとき、車両用グリル装置２０の開口度を最大開口度とした。また、外気温度が３℃以下であるとき、車両用グリル装置２０の開口度を最小開口度に変更した。なお、冷却ファン３０の送風量は、いずれの外気温度でも、最大送風量の３０％とした。

（比較例１）
図１に示す冷凍サイクル１ａにおいて、外気温度の値に関わらず、車両用グリル装置２０の開口度を最大開口度のまま、かつ、冷却ファン３０の送風量を最大送風量の３０％とした。

（実施例２）
図２に示す冷凍サイクル１ｂにおいて、処理装置１５０が、外気温度の値に基づいて冷媒分配装置７１を制御した。具体的には、外気温度が１２℃を超えるとき、冷媒の全量を凝縮器３へ通流させ、バイパス通路７０には冷媒を流さなかった。また、外気温度が３℃以下であるとき、圧縮機２と凝縮器３との間の配管６１を流れる冷媒の全流量（単位：ｋｇ／ｓ）に対するバイパス通路７０を通流する冷媒の流量（単位：ｋｇ／ｓ）の割合を３０％に変更した。

（比較例２）
図２に示す冷凍サイクル１ｂにおいて、処理装置１５０が、外気温度の値に関わらず、冷媒の全量を凝縮器３へ通流させ、バイパス通路７０には冷媒を流さなかった。

図３は、実施例１及び比較例１における外気温度と成績係数との関係を示すグラフである。図３中、実線９０１は実施例１、点線９０２は比較例１を示す。図３に示すように、外気温度が高くないとき（例えば、外気温度が１２℃以下であるとき）、実施例１（実線９０１）は、比較例１（点線９０２）よりもＣＯＰの落ち込みを抑制することができた。実施例２についても、実施例１と同様の作用効果が確認された。

なお、ここまで、成績係数（ＣＯＰ）の低下は、熱負荷が高くないときに、圧縮機２に吸入される冷媒に液相が含まれる割合が多くなって、圧縮機２の動力Ｌが増大することを前提に説明してきた。しかし、成績係数の低下は、熱負荷が極端に高いときも発生する。これは、熱負荷（外気温度等）が高く凝縮器３での熱交換（放熱）が不十分となり、内部熱交換器１０に流入する高圧冷媒の温度が高くなりすぎ、蒸発器５から内部熱交換器１０に流入する低温低圧冷媒との熱交換が過度に促進され、過熱度の大きな冷媒が圧縮機２に吸入され、その結果、圧縮機２の動力Ｌが過剰に増大するためである。このように、内部熱交換器１０を有する冷媒回路５０は、熱負荷が低すぎる場合だけでなく高すぎる場合にも成績係数が低下するため、熱負荷に対して最も成績効率の良い最高効率点（極大点）を有する。

しかしながら、本実施形態に係る車両用空調装置１００，２００は、熱負荷が低いときに凝縮器３の放熱量を減少させることによって、ＣＯＰの最高効率点（極大点）がより高熱負荷側（高外気温度側）で得られるように冷凍サイクル１ａ，１ｂを構成して（例えば、外気温度３５℃のときに成績係数が極大点となるように構成して）、最高効率点よりも低熱負荷側（低外気温度側）でのＣＯＰの落ち込みを抑制することで、幅広い熱負荷条件で高いＣＯＰを確保することができた。

１ａ，１ｂ 冷凍サイクル
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 膨張装置
５ 蒸発器
６ リキッドタンク
７ 放熱量調節装置
１０ 内部熱交換器
１１ 第１の熱交換部
１２ 第２の熱交換部
２０ 車両用グリル装置
２１ グリル開口部
２２ ルーバー
２３ モータ
３０ 冷却ファン
３１ 羽根車
３２ モータ
４１ 外気温度センサ
４２ 圧力センサ
４３ 車速センサ
４４ 室温センサ
４５ サーモセンサ
５０ 冷媒回路
６１〜６６ 配管
７０ バイパス通路
７１ 冷媒分配装置
１５０ 処理装置
１００，２００ 車両用空調装置

Claims (10)

1. 車両に搭載される車両用空調装置において、
   圧縮機、凝縮器、膨張装置及び蒸発器を配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路と、前記凝縮器から前記膨張装置に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部との間で前記冷媒の熱交換を行う内部熱交換器とを有する冷凍サイクルと、
   前記車両の外気温度を検出する外気温度センサと、
   前記凝縮器で放熱される前記冷媒の放熱量を調節する放熱量調節装置と、
   前記外気温度の値に基づいて前記放熱量調節装置を制御する処理装置と、を備えたことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記処理装置は、前記外気温度の値と、（ａ）高圧ラインにおける冷媒の圧力、（ｂ）前記車両の走行速度、（ｃ）前記車両の室内温度、（ｄ）前記蒸発器の温度若しくは該蒸発器を通過した空気の温度及び（ｅ）前記蒸発器へのブロアファンからの送風量の、（ａ）〜（ｅ）の中から選ばれる少なくとも一つと、に基づいて前記放熱量調節装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記放熱量調節装置は、前記冷凍サイクルよりも前方に配置され、開口度を最小開口度と最大開口度との間で調整可能なグリル開口部を有する車両用グリル装置を備え、
   前記処理装置は、前記グリル開口部の開口度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
4. 前記放熱量調節装置は、前記凝縮器を冷却する空気の流れを発生させる冷却ファンを備え、
   前記処理装置は、前記冷却ファンの送風量を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の車両用空調装置。
5. 前記処理装置は、前記冷却ファンの送風量を低下させる制御よりも、前記グリル開口部の開口度を減少させる制御を優先して行うことを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記放熱量調節装置は、前記圧縮機と前記凝縮器との間で前記冷媒回路から分岐して前記凝縮器と前記内部熱交換器との間の前記冷媒回路に接続されるバイパス通路と、前記圧縮機から流出された前記冷媒のうち前記バイパス通路を通流する前記冷媒の比率を変更する冷媒分配装置とを備え、
   前記冷凍サイクルは、気体状の冷媒と液体状の冷媒とを分離するリキッドタンク又はアキュムレータを有し、
   前記処理装置は、前記冷媒分配装置を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の車両用空調装置。
7. 前記圧縮機は固定容量型であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の車両用空調装置。
8. 前記処理装置は、空調制御ユニットに搭載されるか、又はエンジンコントロールユニットに搭載されることを特徴とする請求項１〜７に記載の車両用空調装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の車両用空調装置を搭載したことを特徴とする車両。
10. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の車両用空調装置の制御方法であって、
    前記車両用空調装置は前記冷凍サイクルの作動スイッチを備え、
    前記処理装置は、前記作動スイッチが作動されたことを認識し、前記外気温度と所定温度とを対比し、前記外気温度が前記所定温度よりも低いと判定したとき、前記凝縮器での放熱量を減少させることを特徴とする車両用空調装置の制御方法。

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