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JP2020131846A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】吸熱器の凍結を防止しながら、目標とする吹出温度を達成することができる車両用空気調和装置を提供する。【解決手段】圧縮機2、放熱器4、室外膨張弁6、室外熱交換器7、室内膨張弁8、吸熱器9を備え、制御装置は、圧縮機2から吐出された冷媒を放熱器4にて放熱させ、放熱した当該冷媒を分流し、一方を室内膨張弁8により減圧した後、吸熱器9にて吸熱させ、他方を室外膨張弁6により減圧した後、室外熱交換器7にて吸熱させる除湿暖房モードを実行する。制御装置は、吸熱器9の温度が所定値より低くなった場合、室内膨張弁8を全閉とする。【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室外熱交換器におい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と室外熱交換器において吸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室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させる冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器及び室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させる除湿冷房モードとを切り換え可能としたものが開発されている。
この場合、室外熱交換器の入口には室外膨張弁を設けられ、前述した暖房モードや除湿暖房モードでは、この室外膨張弁により室外熱交換器に流入する冷媒を減圧していた。そして、除湿暖房モードでは放熱器を出た冷媒を分流し、一方を室内膨張弁で減圧して吸熱器に流入させることで吸熱器にて冷媒を吸熱させ、他方は室外膨張弁で減圧して室外熱交換器に流入させることで冷媒を吸熱させていた(例えば、特許文献1参照)。
特開2014−94673号公報
上記の如き除湿暖房モードにおいて、吸熱器の温度が著しく低下した場合、従来では圧縮機の回転数を低下させて吸熱器の凍結を防止していた。しかしながら、圧縮機の回転数を低下させると、高圧圧力が低下するため、放熱器での放熱が低下して目標とする吹出温度を達成することができなくなる。
他方、目標とする吹出温度を達成するために圧縮機の回転数を保つと、吸熱器が凍結してしまい、車室内に吹き出される空気の風量が低下してしまう問題が生じる。
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、除湿暖房モードにおいて、吸熱器の凍結を防止しながら、目標とする吹出温度を達成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。
本発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させて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、この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、吸熱器に流入する冷媒を減圧するための室内膨張弁と、制御装置を備え、この制御装置により少なくとも、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分流し、一方を室内膨張弁により減圧した後、吸熱器にて吸熱させ、他方を室外膨張弁により減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードを実行するものであって、制御装置は、吸熱器の温度が所定値より低くなった場合、室内膨張弁を全閉と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、上記発明において制御装置は、車室内に吹き出される空気の温度を把握することができる指標に基づいて圧縮機の回転数を制御す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制御装置は、吸熱器の温度の低下に伴い、室外膨張弁の弁開度を拡大すると共に、当該室外膨張弁が設定最大開度となり、且つ、吸熱器の温度が所定値より低くなった場合、室内膨張弁を全閉と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、上記発明において制御装置は、室外膨張弁が設定最大開度となった場合、室内膨張弁の弁開度を縮小させると共に、吸熱器の温度が所定値より低くなった場合、室内膨張弁を全閉とす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、上記各発明において制御装置は、室内膨張弁を全閉とした後、吸熱器の温度が所定値、又は、当該所定値より高い所定の値を超えた場合、室内膨張弁を所定の弁開度で開くことを特徴とする。
請求項6の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒を膨張弁及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁により減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードを実行すると共に、除湿暖房モードにおける室内膨張弁の弁開度の制御上の最大値は、除湿冷房モードにおける室内膨張弁の弁開度の制御上の最大値より小さく設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を放熱させて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、この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、吸熱器に流入する冷媒を減圧するための室内膨張弁と、制御装置を備え、この制御装置により少なくとも、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分流し、一方を室内膨張弁により減圧した後、吸熱器にて吸熱させ、他方を室外膨張弁により減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、制御装置が、吸熱器の温度が所定値より低くなった場合、室内膨張弁を全閉とするようにしたので、圧縮機の回転数を低下させること無く、吸熱器への冷媒の流入を停止して、当該吸熱器が凍結する不都合を回避することができる。
これにより、車室内に吹き出される風量が低下する不都合も解消されると共に、特に請求項2の発明の如く車室内に吹き出される空気の温度を把握することができる指標に基づいて圧縮機の回転数を制御する場合に、狙いの吹出温度を円滑に達成することができるようになる。
この場合、請求項3の発明の如く制御装置が、吸熱器の温度の低下に伴い、室外膨張弁の弁開度を拡大すると共に、当該室外膨張弁が設定最大開度となり、且つ、吸熱器の温度が所定値より低くなった場合、室内膨張弁を全閉とするようにすれば、室外膨張弁の制御で吸熱器への冷媒の流量を制御できるうちは室外膨張弁で吸熱器の温度の低下に対処し、室外膨張弁により吸熱器への冷媒の流量を減少させることが限界に達した場合に、室内膨張弁により吸熱器への冷媒の流入を停止することができるようになる。
特に、請求項4の発明の如く制御装置が、室外膨張弁が設定最大開度となった場合、室内膨張弁の弁開度を縮小させると共に、吸熱器の温度が所定値より低くなった場合、室内膨張弁を全閉とするようにすれば、室内膨張弁の弁開度を縮小させることで、吸熱器の温度が所定値より低くならなくなれば、室内膨張弁を全閉とする必要が無くなる。それにより、吸熱器の凍結を阻止しながら、車室内の除湿能力も維持することが可能となる。
また、請求項5の発明の如く制御装置が、室内膨張弁を全閉とした後、吸熱器の温度が所定値、又は、当該所定値より高い所定の値を超えた場合、室内膨張弁を所定の弁開度で開くようにすれば、室内膨張弁を全閉とした後、吸熱器の温度が上昇したことで、支障無く吸熱器への冷媒供給を再開し、車室内の除湿を開始することができるようになる。
ここで、請求項6の発明の如く制御装置が、圧縮機から吐出された冷媒を膨張弁及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁により減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードを実行する場合に、除湿暖房モードにおける室内膨張弁の弁開度の制御上の最大値を、除湿冷房モードにおける室内膨張弁の弁開度の制御上の最大値より小さく設定するようにすれば、除湿暖房モードでは吸熱器の温度低下を抑制しながら、室外膨張弁と室内膨張弁による二段の減圧作用が生じることになる除湿冷房モードでは、除湿暖房モードの場合よりも開き気味で室外膨張弁を制御することで、支障無く車室内の除湿冷房を実現す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。 図1の車両用空気調和装置の制御装置の電気回路のブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる暖房モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる除湿暖房モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる除湿冷房モード及び冷房モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる空調(優先)+バッテリ冷却モードとバッテリ冷却(優先)+空調モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによるバッテリ冷却(単独)モードを説明する車両用空気調和装置の構成図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラの圧縮機制御に関する制御ブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる除湿暖房モードでの室外膨張弁の制御を説明するブロック図である。 図2の制御装置のヒートポンプコントローラによる除湿暖房モードでの室内膨張弁の制御を説明するブロック図である。
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は本発明の一実施形態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、車両に搭載されているバッテリ55に充電された電力を走行用モータ(電動モータ。図示せず)に供給することで駆動し、走行するものであり、本発明の車両用空気調和装置1の後述する圧縮機2も、バッテリ55から供給される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Rを用いたヒートポンプ運転により暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モード、バッテリ冷却(優先)+空調モード、及び、バッテリ冷却(単独)モードの各運転モードを切り換えて実行することで車室内の空調やバッテリ55の温調を行うものである。
尚、車両としては電気自動車に限らず、エンジンと走行用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る。また、実施例の車両用空気調和装置1を適用する車両は外部の充電器(急速充電器や普通充電器)からバッテリ55に充電可能とされているものである。更に、前述したバッテリ55や走行用モータ、それを制御するインバータ等が車両に搭載された被温調対象となるが、以下の実施例ではバッテリ55を例に採り上げて説明する。
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、車室内の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(冷媒の熱を放出)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(電子膨張弁)から成る室外膨張弁6と、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房時には冷媒を吸熱(冷媒に熱を吸収)させる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(電子膨張弁)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(蒸発)させる蒸発器としての吸熱器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、室外膨張弁6は放熱器4から出て室外熱交換器7に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、全閉も可能とされている。また、室内膨張弁8も吸熱器9に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、全閉も可能とされている。
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の冷媒出口側の冷媒配管13Aは、吸熱器9に冷媒を流す際に開放される開閉弁としての電磁弁17(冷房用)が接続された冷媒配管13Bに接続され、この冷媒配管13Bは逆止弁18、室内膨張弁8を順次介して吸熱器9の冷媒入口側に接続されている。尚、逆止弁18は室内膨張弁8の方向が順方向とされている。
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開閉弁としての電磁弁21(暖房用)を介して吸熱器9の冷媒出口側の冷媒配管13Cに連通接続されている。そして、この冷媒配管13Cが逆止弁35を介してアキュムレータ12の入口側に接続され、アキュムレータ12の出口側は圧縮機2の冷媒吸込側の冷媒配管13Kに接続されている。尚、逆止弁35はアキュムレータ12の方法が順方向とされ、冷媒配管13Dはこの逆止弁35より冷媒上流側の冷媒配管13Cに接続されている。
更に、放熱器4の冷媒出口側の冷媒配管13Eにはストレーナ19が接続されており、更に、この冷媒配管13Eは室外膨張弁6の手前(冷媒上流側)で冷媒配管13Jと冷媒配管13Fに分岐し、分岐した一方の冷媒配管13Jが室外膨張弁6を介して室外熱交換器7の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管13Fは除湿時に開放される開閉弁としての電磁弁22(除湿用)を介し、逆止弁18の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bに連通接続されている。
これにより、冷媒配管13Fは室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18の直列回路に対して並列に接続されたかたちとなり、室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18をバイパスするバイパス回路となる。
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)と、車室外の空気である外気(外気導入)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、放熱器4の風下側(空気下流側)における空気流通路3内には、実施例ではPTCヒータ(電気ヒータ)から成る補助加熱装置としての補助ヒータ23が設けられ、放熱器4を経て車室内に供給される空気を加熱することが可能とされている。更に、放熱器4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)を放熱器4及び補助ヒータ23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。
更にまた、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の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。
更に、車両用空気調和装置1は、バッテリ55(被温調対象)に熱媒体を循環させて当該バッテリ55の温度を調整するための機器温度調整装置61を備えている。実施例の機器温度調整装置61は、バッテリ55に熱媒体を循環させるための循環装置としての循環ポンプ62と、被温調対象用熱交換器としての冷媒−熱媒体熱交換器64と、加熱装置としての熱媒体加熱ヒータ63を備え、それらとバッテリ55が熱媒体配管66にて環状に接続されている。
実施例の場合、循環ポンプ62の吐出側に熱媒体加熱ヒータ63の入口が接続され、この熱媒体加熱ヒータ63の出口に冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの入口が接続されている。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの出口がバッテリ55の入口に接続され、バッテリ55の出口が循環ポンプ62の吸込側に接続されている。
この機器温度調整装置61で使用される熱媒体としては、例えば水、HFO−1234yfのような冷媒、クーラント等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、実施例では水を熱媒体として採用している。また、熱媒体加熱ヒータ63はPTCヒータ等の電気ヒータから構成されている。更に、バッテリ55の周囲には例えば熱媒体が当該バッテリ55と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。
そして、循環ポンプ62が運転されると、循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体加熱ヒータ63に至り、当該熱媒体加熱ヒータ63が発熱されている場合にはそこで加熱された後、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに流入する。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体はバッテリ55に至り、熱媒体はそこでバッテリ55と熱交換する。そして、このバッテリ55と熱交換した熱媒体が循環ポンプ62に吸い込まれることで熱媒体配管66内を循環される。
一方、冷媒回路Rの冷媒配管13Fの電磁弁22の冷媒下流側には、分岐回路としての分岐配管67の一端が接続されている。この分岐配管67には実施例では電動弁(電子膨張弁)から構成された補助膨張弁68が設けられている。補助膨張弁68は冷媒−熱媒体熱交換器64の後述する冷媒流路64Bに流入する冷媒を減圧膨張させると共に、全閉も可能とされている。
そして、分岐配管67の他端は冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに接続されており、この冷媒流路64Bの出口には冷媒配管71の一端が接続され、冷媒配管71の他端は逆止弁35より冷媒下流側であって、アキュムレータ12より冷媒上流側の冷媒配管13Cに接続されている。そして、これら補助膨張弁68、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64B等も冷媒回路Rの一部を構成すると同時に、機器温度調整装置61の一部をも構成することになる。
補助膨張弁68が開いている場合、室外熱交換器7から出た冷媒(一部又は全ての冷媒)は分岐配管67に流入し、補助膨張弁68で減圧された後、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して、そこで蒸発する。冷媒は冷媒流路64Bを流れる過程で熱媒体流路64Aを流れる熱媒体から吸熱した後、冷媒配管71、冷媒配管13C、アキュムレータ12を経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれることになる。
次に、図2は実施例の車両用空気調和装置1の制御装置11のブロック図を示している。制御装置11は、何れも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空調コントローラ45及びヒートポンプコントローラ32から構成されており、これらがCAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)を構成する車両通信バス65に接続されている。また、圧縮機2と補助ヒータ23、循環ポンプ62と熱媒体加熱ヒータ63も車両通信バス65に接続され、これら空調コントローラ45、ヒートポンプコントローラ32、圧縮機2、補助ヒータ23、循環ポンプ62及び熱媒体加熱ヒータ63が車両通信バス65を介してデータの送受信を行うように構成されている。
更に、車両通信バス65には走行を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ72(ECU)と、バッテリ55の充放電の制御を司るバッテリコントローラ(BMS:Battery Management system)73と、GPSナビゲーション装置74が接続されている。車両コントローラ72やバッテリコントローラ73、GPSナビゲーション装置74も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ており、制御装置11を構成する空調コントローラ45とヒートポンプコントローラ32は、車両通信バス65を介してこれら車両コントローラ72やバッテリコントローラ73、GPSナビゲーション装置74と情報(データ)の送受信を行う構成とされている。
空調コントローラ45は、車両の車室内空調の制御を司る上位のコントローラであり、この空調コントローラ45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に吸い込まれて吸熱器9に流入する空気の温度を検出するHVAC吸込温度センサ36と、車室内の空気温度(内気温度Tin)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、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、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VSP)を検出するための車速センサ52の各出力と、車室内の設定温度や運転モードの切り換え等の車室内の空調設定操作や情報の表示を行うための空調操作部53が接続されている。尚、図中53Aはこの空調操作部53に設けられた表示出力装置としてのディスプレイである。
また、空調コントローラ45の出力には、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が接続され、それらは空調コントローラ45により制御される。
ヒートポンプコントローラ32は、主に冷媒回路Rの制御を司るコントローラであり、このヒートポンプコントローラ32の入力には、放熱器4の冷媒入口温度Tcxin(圧縮機2の吐出冷媒温度でもある)を検出する放熱器入口温度センサ43と、放熱器4の冷媒出口温度Tciを検出する放熱器出口温度センサ44と、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsを検出する吸込温度センサ46と、放熱器4の冷媒出口側の冷媒圧力(放熱器4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の冷媒温度:吸熱器温度Te)を検出する吸熱器温度センサ48と、室外熱交換器7の出口の冷媒温度(室外熱交換器7の冷媒蒸発温度: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49と、補助ヒータ23の温度を検出する補助ヒータ温度センサ50A(運転席側)及び50B(助手席側)の各出力が接続されている。
また、ヒートポンプコントローラ32の出力には、室外膨張弁6、電磁弁22(除湿用)、電磁弁17(冷房用)、電磁弁21(暖房用)、室内膨張弁8、及び、補助膨張弁68が接続され、それらはヒートポンプコントローラ32により制御される。尚、圧縮機2、補助ヒータ23、循環ポンプ62及び熱媒体加熱ヒータ63はそれぞれコントローラを内蔵しており、実施例では圧縮機2や補助ヒータ23、循環ポンプ62や熱媒体加熱ヒータ63のコントローラは車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32とデータの送受信を行い、このヒートポンプコントローラ32によって制御される。
尚、機器温度調整装置61を構成する循環ポンプ62や熱媒体加熱ヒータ63はバッテリコントローラ73により制御されるようにしてもよい。また、このバッテリコントローラ73には機器温度調整装置61の冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの入口側の熱媒体の温度(熱媒体温度Tw)を検出する熱媒体温度センサ76と、バッテリ55の温度(バッテリ55自体の温度:バッテリ温度Tcell)を検出するバッテリ温度センサ77の出力が接続されている。そして、実施例ではバッテリ55の残量(蓄電量)やバッテリ55の充電に関する情報(充電中であることの情報や充電完了時間、残充電時間等)、熱媒体温度Twやバッテリ温度Tcell、バッテリ55の発熱量(通電量等からバッテリコントローラ73が算出)等はバッテリコントローラ73から車両通信バス65を介して空調コントローラ45や車両コントローラ72に送信される。バッテリ55の充電時における充電完了時間や残充電時間に関する情報は、急速充電器等の外部の充電器から供給される情報である。また、車両コントローラ72からは走行用モータの出力Mpowerがヒートポンプコントローラ32や空調コントローラ45に送信される。
ヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45は車両通信バス65を介して相互にデータの送受信を行い、各センサの出力や空調操作部53にて入力された設定に基づき、各機器を制御するものであるが、この場合の実施例では外気温度センサ33、外気湿度センサ34、HVAC吸込温度センサ36、内気温度センサ37、内気湿度センサ38、室内CO2濃度センサ39、吹出温度センサ41、日射センサ51、車速センサ52、空気流通路3に流入して当該空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(空調コントローラ45が算出)、エアミックスダンパ28による風量割合SW(空調コントローラ45が算出)、室内送風機27の電圧(BLV)、前述したバッテリコントローラ73からの情報、GPSナビゲーション装置74からの情報、空調操作部53の出力は空調コントローラ45から車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32に送信され、ヒートポンプコントローラ32による制御に供される構成とされている。
また、ヒートポンプコントローラ32からも冷媒回路Rの制御に関するデータ(情報)が車両通信バス65を介して空調コントローラ45に送信される。尚、前述したエアミックスダンパ28による風量割合SWは、0≦SW≦1の範囲で空調コントローラ45が算出する。そして、SW=1のときはエアミックスダンパ28により、吸熱器9を経た空気の全てが放熱器4及び補助ヒータ23に通風されることになる。
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。この実施例では制御装置11(空調コントローラ45、ヒートポンプコントローラ32)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、空調(優先)+バッテリ冷却モードの各空調運転と、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードの各バッテリ冷却運転を切り換えて実行する。
このうち、暖房モードと、除湿暖房モードと、除湿冷房モードと、冷房モードと、空調(優先)+バッテリ冷却モードの各空調運転は、実施例ではバッテリ55を充電しておらず、車両のイグニッション(IGN)がONされ、空調操作部53の空調スイッチがONされている場合に実行されるものである。但し、リモート運転時(プレ空調等)にはイグニッションがOFFの場合にも実行される。また、バッテリ55を充電中でもバッテリ冷却要求が無く、空調スイッチがONされているときは実行される。
一方、バッテリ冷却(優先)+空調モードと、バッテリ冷却(単独)モードの各バッテリ冷却運転は、例えば急速充電器(外部電源)のプラグを接続し、バッテリ55に充電しているときに実行されるものである。但し、バッテリ冷却(単独)モードは、バッテリ55の充電中以外にも、空調スイッチがOFFで、バッテリ冷却要求があった場合(高外気温で走行時等)には実行される。
また、実施例ではヒートポンプコントローラ32は、イグニッションがONされているときや、イグニッションがOFFされていてもバッテリ55が充電中であるときは、機器温度調整装置61の循環ポンプ62を運転し、図3〜図7に破線で示す如く熱媒体配管66内に熱媒体を循環させるものとする。更に、実施例のヒートポンプコントローラ32は、機器温度調整装置61の熱媒体加熱ヒータ63を発熱させることでバッテリ55を加熱するバッテリ加熱モードも実行する。
(1)暖房モード
先ず、図3を参照しながら暖房モードについて説明する。尚、各機器の制御はヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45の協働により実行されるものであるが、以下の説明ではヒートポンプコントローラ32を制御主体とし、簡略化して説明する。図3には暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調コントローラ45の空調操作部53へのマニュアルの空調設定操作(マニュアルモード)により暖房モードが選択されると、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21を開き、電磁弁17、電磁弁22を閉じる。また、室外膨張弁6を開き、室内膨張弁8、及び、補助膨張弁68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は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
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内の高温冷媒と熱交換して加熱される。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。
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、13J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により通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。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及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、更にこの冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、冷媒配管13Kからガス冷媒が圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。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。
ヒートポンプコントローラ32は、車室内に吹き出される空気の目標温度(車室内に吹き出される空気の温度の目標値)である後述する目標吹出温度TAOから算出される目標ヒータ温度TCO(後述するヒータ温度Thpの目標値)から目標放熱器圧力PCO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を制御すると共に、放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒出口温度Tci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を制御する。
上記放熱器圧力Pciが本発明における車室内に吹き出される空気の温度を把握することができる指標であるが、吹出温度センサ41が検出する車室内への吹出温度をこの指標として採用してもよい。
また、ヒートポンプコントローラ32は、必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、低外気温時等にも車室内を支障無く暖房する。
(2)除湿暖房モード
次に、図4を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図4は除湿暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21、電磁弁22を開き、電磁弁17は閉じる。また、室外膨張弁6、室内膨張弁8を開き、補助膨張弁68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は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
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内の高温冷媒と熱交換して加熱される。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。
放熱器4内で液化した冷媒は放熱器4を出た後、冷媒配管13Eを経て一部は冷媒配管13Jに入り、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により通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、この冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。
一方、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の残りは分流され、この分流された冷媒が冷媒配管13Fに流入し、電磁弁22を経て冷媒配管13Bに至る。次に、冷媒は室内膨張弁8に至り、この室内膨張弁8にて減圧された後、吸熱器9に流入して蒸発する。このときに吸熱器9で生じる冷媒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、冷媒配管13Cに出て冷媒配管13Dからの冷媒(室外熱交換器7からの冷媒)と合流した後、アキュムレータ12を経て冷媒配管13Kから圧縮機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や補助ヒータ23(発熱している場合)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。
ヒートポンプコントローラ32は、実施例では目標ヒータ温度TCOから算出される目標放熱器圧力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、吸熱器温度Teに基づいて室外膨張弁6と室内膨張弁8の弁開度を制御するが、除湿暖房モードにおけるこれら室外膨張弁6及び室内膨張弁8の制御については後に詳述する。
また、ヒートポンプコントローラ32は、この除湿暖房モードにおいても必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、低外気温時等にも車室内を支障無く除湿暖房する。
(3)除湿冷房モード
次に、図5を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図5は除湿冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。除湿冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開き、電磁弁21、電磁弁22を閉じる。また、室外膨張弁6、及び、室内膨張弁8を開き、補助膨張弁68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は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
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内の高温冷媒と熱交換して加熱される。一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。
放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13E、13Jを経て室外膨張弁6に至り、暖房モードや除湿暖房モードよりも開き気味(大きい弁開度の領域)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により通風される外気によって空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aを経て冷媒配管13Bに入り、電磁弁17、逆止弁18を順次経て室内膨張弁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に凝結して付着し、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、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこを経て冷媒配管13Kから圧縮機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、除湿された空気は放熱器4や補助ヒータ23(発熱している場合)を通過する過程で再加熱(除湿暖房時よりも加熱能力は低い)されるので、これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。
ヒートポンプコントローラ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)と吸熱器9の目標温度(吸熱器温度Teの目標値)である目標吸熱器温度TEOに基づき、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOにするように圧縮機2の回転数NCを制御すると共に、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)と目標放熱器圧力PCO(放熱器圧力Pciの目標値)に基づき、放熱器圧力Pciを目標放熱器圧力PCOにするように室外膨張弁6の弁開度を制御することで放熱器4による必要なリヒート量(再加熱量)を得る。
また、ヒートポンプコントローラ32は、この除湿冷房モードにおいても必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(再加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、車室内の温度を下げ過ぎること無く、除湿冷房する。
(4)冷房モード
次に、冷房モードについて説明する。この冷房モードにおける冷媒の流れ方は図5と同様である。即ち、この冷房モードでもヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開き、電磁弁21、電磁弁22を閉じる。また、室外膨張弁6を全開とし、室内膨張弁8を開き、補助膨張弁68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は室内送風機27から吹き出された空気が放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、補助ヒータ23には通電されない。
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るものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒート(再加熱)のみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。冷媒は全開とされている室外膨張弁6をそのまま通過して室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aを経て冷媒配管13Bに入り、電磁弁17、逆止弁18を順次経て室内膨張弁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により、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9と熱交換する空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこから冷媒配管13K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にて冷却された空気は吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。この冷房モードにおいては、ヒートポンプコントローラ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。
(5)空調(優先)+バッテリ冷却モード
次に、図6を参照しながら空調(優先)+バッテリ冷却モードについて説明する。図6は空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開き、電磁弁21、及び、電磁弁22を閉じる。また、室外膨張弁を全開とし、室内膨張弁8、及び、補助膨張弁68を開く。
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及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、この運転モードでは補助ヒータ23には通電されない。また、熱媒体加熱ヒータ63にも通電されない。
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るものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒート(再加熱)のみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13J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により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aを経て冷媒配管13Bに入り、電磁弁17、逆止弁18を経た後に分流され、一方はそのまま冷媒配管13Bを流れて室内膨張弁8に至る。この室内膨張弁8に流入した冷媒はそこで減圧された後、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から吹き出されて吸熱器9と熱交換する空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこから冷媒配管13K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にて冷却された空気は吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。
他方、逆止弁18を経た冷媒の残りは分流され、分岐配管67に流入して補助膨張弁68に至る。ここで冷媒は減圧された後、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入し、そこで蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管71、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図6に実線矢印で示す)。
一方、循環ポンプ62が運転されているので、この循環ポンプ62から吐出された熱媒体が熱媒体加熱ヒータ64を通過して熱媒体配管66内を冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこで冷媒流路64B内で蒸発する冷媒と熱交換し、吸熱されて熱媒体は冷却される。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は、バッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は冷却されると共に、バッテリ55を冷却した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す(図6に破線矢印で示す)。
この空調(優先)+バッテリ冷却モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は室内膨張弁8を開いた状態に維持し、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。また、実施例では熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体の温度(熱媒体温度Tw:バッテリコントローラ73から送信される)に基づき、補助膨張弁68を開閉制御する。尚、熱媒体温度Twは、実施例における被温調対象であるバッテリ55の温度を示す指標として採用している(以下、同じ)。
この場合、ヒートポンプコントローラ32は、例えば熱媒体温度Twの目標値としての所定の目標熱媒体温度TWOの上下に所定の温度差を有して上限値TULと下限値TLLを設定する。そして、補助膨張弁68を閉じている状態からバッテリ55の発熱等により熱媒体温度Twが高くなり、上限値TULまで上昇した場合(上限値TULを上回った場合、又は、上限値TUL以上となった場合。以下、同じ)、補助膨張弁68を開く。これにより、冷媒は冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して蒸発し、熱媒体流路64Aを流れる熱媒体を冷却するので、この冷却された熱媒体によりバッテリ55は冷却される。
その後、熱媒体温度Twが下限値TLLまで低下した場合(下限値TLLを下回った場合、又は、下限値TLL以下となった場合。以下、同じ)、補助膨張弁68を開く。以後、このような補助膨張弁68の開閉を繰り返して、車室内の冷房を優先しながら、熱媒体温度Twを目標熱媒体温度TWOに制御し、バッテリ55の冷却を行う。
(6)空調運転の切り換え
ヒートポンプコントローラ32は下記式(I)から前述した目標吹出温度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の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。
そして、ヒートポンプコントローラ32は起動時には外気温度センサ33が検出する外気温度Tamと目標吹出温度TAOとに基づいて上記各空調運転のうちの何れかの空調運転を選択する。また、起動後は外気温度Tamや目標吹出温度TAO、熱媒体温度Twやバッテリ温度Tcell等の運転条件や環境条件、設定条件の変化、バッテリコントローラ73からのバッテリ冷却要求(モード移行要求)に応じ、前記各空調運転を選択して切り換えていく。
(7)バッテリ冷却(優先)+空調モード
次に、バッテリ55の充電中の動作について説明する。例えば急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているときに(これらの情報はバッテリコントローラ73から送信される)、車両のイグニッション(IGN)のON/OFFに拘わらず、バッテリ冷却要求があり、空調操作部53の空調スイッチがONされた場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モードを実行する。このバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方は、図6に示した空調(優先)+バッテリ冷却モードの場合と同様である。
但し、このバッテリ冷却(優先)+空調モードの場合、実施例ではヒートポンプコントローラ32は補助膨張弁68を開いた状態に維持し、熱媒体温度センサ76(バッテリコントローラ73から送信される)が検出する熱媒体温度Twに基づいて圧縮機2の回転数NCを制御する。また、実施例で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)に基づき、室内膨張弁8を開閉制御する。
この場合、ヒートポンプコントローラ32は、例えば吸熱器温度Teの目標値としての所定の目標吸熱器温度TEOの上下に所定の温度差を有して上限値TeULと下限値TeLLを設定する。そして、室内膨張弁8を全閉としている状態から吸熱器温度Teが高くなり、上限値TeULまで上昇した場合(上限値TeULを上回った場合、又は、上限値TeUL以上となった場合。以下、同じ)、室内膨張弁8を開く。これにより、冷媒は吸熱器9に流入して蒸発し、空気流通路3を流通する空気を冷却する。
その後、吸熱器温度Teが下限値TeLLまで低下した場合(下限値TeLLを下回った場合、又は、TeLL以下となった場合。以下、同じ)、室内膨張弁8を全閉とする。以後、このような室内膨張弁8の開閉を繰り返して、バッテリ55の冷却を優先しながら、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOに制御し、車室内の冷房を行う。
(8)バッテリ冷却(単独)モード
次に、イグニッションのON/OFFに拘わらず、空調操作部53の空調スイッチがOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているとき、バッテリ冷却要求があった場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(単独)モードを実行する。但し、バッテリ55の充電中以外にも、空調スイッチがOFFで、バッテリ冷却要求があった場合(高外気温で走行時等)には実行される。図7はこのバッテリ冷却(単独)モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。バッテリ冷却(単独)モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開き、電磁弁21、電磁弁22を閉じる。また、補助膨張弁68を開き、室内膨張弁8は全閉とする。
そして、圧縮機2、及び、室外送風機15を運転する。尚、室内送風機27は運転されず、補助ヒータ23にも通電されない。また、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63も通電されない。
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を経て冷媒配管13J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のまま室外熱交換器7に流入し、そこで室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aを経て冷媒配管13Bに入り、電磁弁17、逆止弁18を順次経た後、全てが分岐配管67に流入して補助膨張弁68に至る。ここで冷媒は減圧された後、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入し、そこで蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管71、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図7に実線矢印で示す)。
一方、循環ポンプ62が運転されているので、この循環ポンプ62から吐出された熱媒体が熱媒体加熱ヒータ63を通過して熱媒体配管66内を冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこで冷媒流路64B内で蒸発する冷媒により吸熱され、熱媒体は冷却されるようになる。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体はバッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は冷却されると共に、バッテリ55を冷却した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す(図7に破線矢印で示す)。
このバッテリ冷却(単独)モードにおいても、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twに基づいて圧縮機2の回転数NCを制御することにより、バッテリ55を冷却する。
(9)バッテリ加熱モード
また、空調運転を実行しているとき、或いは、バッテリ55を充電しているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ加熱モードを実行する。このバッテリ加熱モードでは、ヒートポンプコントローラ32は循環ポンプ62を運転し、熱媒体加熱ヒータ63に通電する。尚、補助膨張弁68は全閉とする。
これにより、循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管66内を熱媒体加熱ヒータ63に至る。このとき熱媒体加熱ヒータ63は発熱されているので、熱媒体は熱媒体加熱ヒータ63により加熱されて温度上昇した後、冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこを通過してバッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は加熱されると共に、バッテリ55を加熱した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す。
このバッテリ加熱モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twに基づいて熱媒体加熱ヒータ63の通電を制御することにより、熱媒体温度Twを所定の目標熱媒体温度TWOに調整し、バッテリ55を加熱する。
(10)暖房モード及び除湿暖房モードにおける圧縮機2の制御
また、ヒートポンプコントローラ32は、暖房モードと除湿暖房モードでは放熱器圧力Pciに基づき、図8の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出する。図8は放熱器圧力Pciに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部78は外気温度センサ33から得られる外気温度Tamと、室内送風機27のブロワ電圧BLVと、SW=(TAO−Te)/(Thp−Te)で得られるエアミックスダンパ28による風量割合SWと、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度SCの目標値である目標過冷却度TGSCと、ヒータ温度Thpの目標値である前述した目標ヒータ温度TCOと、放熱器4の圧力の目標値である目標放熱器圧力PCOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNChffを算出する。
尚、ヒータ温度Thpは放熱器4の風下側の空気温度(推定値)であり、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pciと放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒出口温度Tciから算出(推定)する。また、過冷却度SCは放熱器入口温度センサ43と放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒入口温度Tcxinと冷媒出口温度Tciから算出される。
前記目標放熱器圧力PCOは上記目標過冷却度TGSCと目標ヒータ温度TCOに基づいて目標値演算部79が算出する。更に、F/B(フィードバック)操作量演算部81はこの目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力Pciに基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNChfbを算出する。そして、F/F操作量演算部78が算出したF/F操作量TGNChffとF/B操作量演算部81が算出したF/B操作量TGNChfbは加算器82で加算され、TGNCh00としてリミット設定部83に入力される。
リミット設定部83では制御上の下限回転数ECNpdLimLoと上限回転数ECNpdLimHiのリミットが付けられてTGNCh0とされた後、圧縮機OFF制御部84を経て圧縮機目標回転数TGNChとして決定される。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この放熱器圧力Pciに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNChにより圧縮機2の運転(回転数NC)を制御する。
尚、圧縮機OFF制御部84は、圧縮機目標回転数TGNChが上述した下限回転数ECNpdLimLoとなり、放熱器圧力Pciが目標放熱器圧力PCOの上下に設定された所定の上限値PULと下限値PLLのうちの上限値PULまで上昇した状態(上限値PULを上回った状態、又は、上限値PUL以上となった状態。以下、同じ)が所定時間th1継続した場合、圧縮機2を停止させて圧縮機2をON−OFF制御するON−OFFモードに入る。
この圧縮機2のON−OFFモードでは、放熱器圧力Pciが下限値PLLまで低下した場合(下限値PLLを下回った場合、又は、下限値PLL以下となった場合。以下、同じ)、圧縮機2を起動して圧縮機目標回転数TGNChを下限回転数ECNpdLimLoとして運転し、その状態で放熱器圧力Pciが上限値PULまで上昇した場合は圧縮機2を再度停止させる。即ち、下限回転数ECNpdLimLoでの圧縮機2の運転(ON)と、停止(OFF)を繰り返す。そして、放熱器圧力Pciが下限値PULまで低下し、圧縮機2を起動した後、放熱器圧力Pciが下限値PULより高くならない状態が所定時間th2継続した場合、圧縮機2のON−OFFモードを終了し、通常モードに復帰するものである。
(11)除湿暖房モードにおける室外膨張弁6及び室内膨張弁8の制御
次に、図9及び図10を参照しながら、除湿暖房モードにおけるヒートポンプコントローラ32による室外膨張弁6と室内膨張弁8の制御の一例について説明する。ヒートポンプコントローラ32は、除湿暖房モードでは前述した如く目標ヒータ温度TCOから算出される目標放熱器圧力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を制御するが(図8)、室外膨張弁6については吸熱器温度Teに基づいて弁開度を制御し、室内膨張弁8については室外膨張弁6の弁開度と吸熱器温度Teに基づいて弁開度を制御する。
(11−1)除湿暖房モードにおける室外膨張弁6の制御
先ず、図9を参照しながら、ヒートポンプコントローラ32による除湿暖房モードの際の室外膨張弁6の制御の実施例について説明する。図9は除湿暖房モードにおける室外膨張弁6の弁開度の遷移を示している。ヒートポンプコントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器温度Teの変化に基づき、実施例では室外膨張弁6の弁開度を三段階で変化させる。先ず、室外膨張弁6が全閉の状態から吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEO−Aより低くなった場合、室外膨張弁6を開き、その弁開度を所定の弁開度1とする。尚、前記Aは所定の正の値である。また、弁開度1は後述する設定最大開度よりも小さい所定の開度である。
また、室外膨張弁6の弁開度を弁開度1とした状態で、吸熱器温度Teが更に低下して目標吸熱器温度TEO−Bより低くなった場合、室外膨張弁6の弁開度を設定最大開度とする。この設定最大開度とは除湿暖房モードで設定された室外膨張弁6の制御上の最大値である。また、前記BはA<Bの関係である。即ち、ヒートポンプコントローラ32は、吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOより低下するに伴って室外膨張弁6の弁開度を拡大していく。
室外膨張弁6の弁開度の拡大に伴い、室内膨張弁8に分流される冷媒量が減少するので、吸熱器9への冷媒の流入量は減少する。そして、室外膨張弁6の弁開度が設定最大開度の状態で、吸熱器温度Teが上昇し、目標吸熱器温度TEO+Cより高くなった場合、ヒートポンプコントローラ32は室外膨張弁6の弁開度を前述した弁開度1に縮小させる。尚、前記Cも所定の正の値である。
また、室外膨張弁6の弁開度を弁開度1とした状態で、吸熱器温度Teが更に上昇して目標吸熱器温度TEO+Dより高くなった場合、室外膨張弁6を全閉とする。尚、前記DはC<Dの関係である。即ち、ヒートポンプコントローラ32は、吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOより上昇するに伴って室外膨張弁6の弁開度を縮小していくので、室内膨張弁8に分流される冷媒量が増加し、吸熱器9への冷媒の流入量も増加することになる。
このようにして、ヒートポンプコントローラ32は、除湿暖房モードにおいては基本的には室外膨張弁6の弁開度を調整することで、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOの近傍に制御する。これを室外膨張弁6の通常制御と称する。
(11−2)除湿暖房モードにおける室内膨張弁8の制御
次に図10を参照しながら、ヒートポンプコントローラ32による除湿暖房モードの際の室内膨張弁8の制御の実施例について説明する。図10は除湿暖房モードにおける室内膨張弁8の弁開度の遷移を示している。ヒートポンプコントローラ32は、室外膨張弁6の弁開度が前述した設定最大開度ではない場合、通常制御ステートを実行し、室外膨張弁6の弁開度が設定最大開度となった場合、開閉制御ステートに移行する。
即ち、通常制御ステートでは、ヒートポンプコントローラ32は室内膨張弁8の弁開度を所定の弁開度2とする。この弁開度2は除湿暖房モードにおける室内膨張弁8の制御上の最大値(除湿暖房モードにおける室内膨張弁8の設定最大開度)である。尚、除湿暖房モードにおける室内膨張弁8の制御上の最大値は、前述した除湿冷房モードにおける室内膨張弁8の制御上の最大値よりも小さく設定されている。その理由は、除湿冷房モードでは室外膨張弁6と室内膨張弁8による二段の減圧作用が生じることになるからである。実施例のように室内膨張弁8の制御上の最大値を設定することで、除湿暖房モードでは吸熱器9の温度低下を抑制し、除湿冷房モードでは除湿暖房モードの場合よりも開き気味で室外膨張弁6を制御して、支障無く車室内の除湿冷房を実現することができるようになる。
この通常制御ステートにおいて、室外膨張弁6の弁開度が設定最大開度となった場合、ヒートポンプコントローラ32は開閉制御ステートに移行する。この開閉制御ステートに移行した場合、ヒートポンプコントローラ32は先ず室内膨張弁8の弁開度を所定の弁開度3に縮小させる。この弁開度3は前述した弁開度2よりも小さい所定の開度である。即ち、ヒートポンプコントローラ32は室外膨張弁6の弁開度でこれ以上吸熱器温度Teを制御することができなくなった場合(室外膨張弁6の弁開度をそれ以上拡大できないため)、開閉制御ステートに移行して室内膨張弁8の弁開度を弁開度3に縮小させる。尚、この開閉制御ステートではヒートポンプコントローラ32は室外膨張弁6を設定最大開度に固定する。
この開閉制御ステートでは、ヒートポンプコントローラ32は、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器温度Teの変化に基づき、室内膨張弁8を前述した弁開度3と全閉の間で切換制御する。即ち、室外膨張弁6が設定最大開度となり、室内膨張弁8の弁開度を弁開度3に縮小させても吸熱器温度Teが更に低下し、所定値t1より低くなった場合、ヒートポンプコントローラ32は室内膨張弁8を全閉とする。これにより、吸熱器9にはそれ以上冷媒は流入しなくなり、吸熱器温度Teの低下は阻止され、吸熱器9の凍結が防止される。尚、前述した所定値t1は氷点(零度)以上の所定の低い値である。
室内膨張弁8を全閉としたときに車室内に吹き出される空気の温度(吹出温度)が変化した場合には、ヒートポンプコントローラ32は前述した如き目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力Pciに基づく圧縮機2の回転数制御により係る吹出温度の変化に対応し、吹出温度を目標とする値に制御する。
そして、室内膨張弁8を全閉とした後、吸熱器温度Teが上昇して所定値t1より高いもう一つの所定値t2を超えた場合、ヒートポンプコントローラ32は室内膨張弁8を開き、その弁開度を前述した弁開度3(所定の弁開度)とする。尚、上記によらず、吸熱器温度Teが所定値t1を超えた場合に室内膨張弁8を開くようにしてもよい。これにより、吸熱器9に冷媒が流入するようになるので、車室内の除湿が再開されることになる。
尚、その後再度吸熱器温度Teが低下して所定値t1より低くなった場合には、ヒートポンプコントローラ32は再度室内膨張弁8を全閉とする。このような開閉制御ステートにおいて、所定の復帰条件が成立した場合、ヒートポンプコントローラ32は前述した通常制御ステートに復帰する。この復帰条件とは、例えば吸熱器温度Teが所定値t2より更に高い温度に上昇したこと、或いは、それに加えて所定時間が経過したこと等である。
以上詳述した如く制御装置11を構成するヒートポンプコントローラ32が、吸熱器温度Teが所定値t1より低くなった場合、室内膨張弁8を全閉とするようにしたので、圧縮機2の回転数NCを低下させること無く、吸熱器9への冷媒の流入を停止して、当該吸熱器9が凍結する不都合を回避することができる。
これにより、車室内に吹き出される風量が低下する不都合も解消されると共に、実施例の如く放熱器圧力Pci(車室内に吹き出される空気の温度を把握することができる指標)に基づいて圧縮機2の回転数NCを制御する場合に、狙いの吹出温度を円滑に達成することができるようになる。
この場合、実施例ではヒートポンプコントローラ32は吸熱器温度Teの低下に伴い、室外膨張弁6の弁開度を拡大すると共に、当該室外膨張弁6が設定最大開度となり、且つ、吸熱器温度Teが所定値t1より低くなった場合、室内膨張弁8を全閉とするようにしているので、室外膨張弁6の制御で吸熱器9への冷媒の流量を制御できるうちは室外膨張弁6で吸熱器温度Teの低下に対処し、室外膨張弁6により吸熱器9への冷媒の流量を減少させることが限界に達した場合に、室内膨張弁8により吸熱器9への冷媒の流入を停止することができるようになる。
特に、実施例ではヒートポンプコントローラ32は、室外膨張弁6が設定最大開度となった場合、室内膨張弁8の弁開度を弁開度2から弁開度3に縮小させると共に、吸熱器温度Teが所定値t1より低くなった場合、室内膨張弁8を全閉とするようにしているので、室内膨張弁8の弁開度を縮小させることで、吸熱器温度Teが所定値t1より低くならなくなれば、室内膨張弁8を全閉とする必要が無くなる。それにより、吸熱器9の凍結を阻止しながら、車室内の除湿能力も維持することが可能となる。
また、実施例ではヒートポンプコントローラ32が、室内膨張弁8を全閉とした後、吸熱器温度Teが所定値t1、又は、それより高い所定値t2を超えた場合、室内膨張弁8を所定の弁開度3で開くようにしているので、室内膨張弁8を全閉とした後、吸熱器温度Teが上昇したことで、支障無く吸熱器9への冷媒供給を再開し、車室内の除湿を開始することができるようになる。
尚、実施例で説明した冷媒回路Rの構成や数値、室外膨張弁6や室内膨張弁8の制御に関する移行(遷移)条件はそれら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。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、空調(優先)+バッテリ冷却モード等の各運転モードを有する車両用空気調和装置1で本発明を説明したが、それに限らず、例えば除湿暖房モードと除湿冷房モードを実行可能とされた車両用空気調和装置にも本発明は有効である。
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
7 室外熱交換器
8 室内膨張弁
9 吸熱器
11 制御装置
32 ヒートポンプコントローラ
45 空調コントローラ
R 冷媒回路

Claims (6)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    冷媒を放熱させて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、
    該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、
    前記吸熱器に流入する冷媒を減圧するための室内膨張弁と、
    制御装置を備え、
    該制御装置により少なくとも、
    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分流し、一方を前記室内膨張弁により減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させ、他方を前記室外膨張弁により減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、
    前記制御装置は、前記吸熱器の温度が所定値より低くなった場合、前記室内膨張弁を全閉とすることを特徴とする車両用空気調和装置。
  2. 前記制御装置は、前記車室内に吹き出される空気の温度を把握することができる指標に基づいて前記圧縮機の回転数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。
  3. 前記制御装置は、前記吸熱器の温度の低下に伴い、前記室外膨張弁の弁開度を拡大すると共に、当該室外膨張弁が設定最大開度となり、且つ、前記吸熱器の温度が前記所定値より低くなった場合、前記室内膨張弁を全閉と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。
  4. 前記制御装置は、前記室外膨張弁が設定最大開度となった場合、前記室内膨張弁の弁開度を縮小させると共に、前記吸熱器の温度が前記所定値より低くなった場合、前記室内膨張弁を全閉とすることを特徴とする請求項3に記載の車両用空気調和装置。
  5. 前記制御装置は、前記室内膨張弁を全閉とした後、前記吸熱器の温度が前記所定値、又は、当該所定値より高い所定の値を超えた場合、前記室内膨張弁を所定の弁開度で開く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. 前記制御装置は、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記膨張弁及び前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室内膨張弁により減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードを実行すると共に、
    前記除湿暖房モードにおける前記室内膨張弁の弁開度の制御上の最大値は、前記除湿冷房モードにおける前記室内膨張弁の弁開度の制御上の最大値より小さく設定されていることを特徴とする請求項1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。
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