JP2004217037A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の冷却水温が低い場合であっても室内の暖房を行なうことが可能な空気調和装置を提供すること。
【解決手段】コンプレッサ９から吐出される冷媒をホットガスヒータ回路２２に循環して室内を暖房するときには、冷却水温度センサ３８の検出温度に基づく風量レベルに、エバ後温度センサ３７の検出温度に基づく風量レベルを加算して通風ダクト２内の送風量を制御する。したがって、エバポレータ８が送風される空気を加熱することができるときには、温水ヒータ３に循環するエンジンＥの冷却水温が低い場合であっても暖房することが可能である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内を暖房する空気調和装置に関し、特に冷媒圧縮機より吐出された高温冷媒を熱交換器に導いて、その熱交換器にて空気を加熱する空気調和装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、下記特許文献１に開示された空気調和装置がある。この空気調和装置は、室内に空気を送るためのダクト内に、送風機と、この送風機により送風される空気を冷媒圧縮機より吐出されて減圧装置を経て流入した冷媒と熱交換させて加熱できる第１加熱用熱交換器と、第１加熱用熱交換器より流出した空気を内燃機関を冷却した冷却水と熱交換させて加熱できる第２加熱用熱交換器とを備えている。
【０００３】
そして、室内を暖房するときに、冷却水温が低く第２加熱用熱交換器が第１加熱用熱交換器で加熱された空気を冷却してしまう場合には、換言すれば加熱する能力（暖房能力）がない場合には、第１加熱用熱交換器で加熱された空気を第２加熱用熱交換器をバイパスさせて室内に送るようになっている。
【０００４】
一方、例えば、所謂オートエアコンと呼ばれる空気調和装置では、送風機の送風量がオートモードに設定されているときには、空気を加熱する加熱用熱交換器に流入する冷却水温に基づいて送風機が作動制御されるものが知られている。例えば図６に示すように、送風機風量レベル（具体的には送風機への印加電圧レベル）を制御し、冷却水温が所定温度以下では送風機を停止するようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−４２９３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された空気調和装置の送風機の送風量を、後者の従来技術のように制御すると、第１加熱用熱交換器により空気の加熱が可能であっても、冷却水温が低いときには送風機が停止するため、室内が暖房できない場合があるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであって、内燃機関の冷却水温が低い場合であっても室内の暖房を行なうことが可能な空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
室内に空気を送るためのダクト（２）と、
ダクト（２）内に設けられた送風機（Ｂ）と、
ダクト（２）内に設けられ、送風機（Ｂ）により送風される空気を、冷媒圧縮機（９）より吐出されて減圧装置（２９）を経て流入した冷媒と熱交換させて加熱する第１加熱用熱交換器（８）と、
ダクト（２）内に第１加熱用熱交換器（８）と直列に設けられ、送風機（Ｂ）により送風される空気を、内燃機関（Ｅ）を冷却した冷却水と熱交換させて加熱する第２加熱用熱交換器（３）とを備える空気調和装置において、
室内を暖房するときに、第１加熱用熱交換器（８）により空気の加熱ができる場合には、第２加熱用熱交換器（３）に流入する冷却水の温度に係わらず、送風機（Ｂ）が送風を行なうように制御する制御手段（１０）を備えることを特徴としている。
【０００９】
これによると、第１加熱用熱交換器（８）による空気の加熱が可能であれば、内燃機関（Ｅ）の冷却水温が低い場合であっても、送風機（Ｂ）による送風を行ない室内を暖房することが可能である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明のように、制御手段（１０）は、室内を暖房するときに、第１加熱用熱交換器（８）により空気の加熱ができる場合には、第１加熱用熱交換器（８）を通過した直後の空気の温度に基づいて送風機（Ｂ）の風量を制御することにより、内燃機関（Ｅ）の冷却水温が低い場合であっても室内を暖房することが可能である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、
ダクト（２）内に設けられ、送風機（Ｂ）により送風される空気を、第２加熱用熱交換器（３）を通過する空気と、第２加熱用熱交換器（３）をバイパスする空気とに配分する配分手段（５）を備え、
制御手段（１０）は、第２加熱用熱交換器（３）に流入する冷却水の温度が所定値以上の場合には、空気が全量前記第２加熱用熱交換器（３）を通過するように配分手段（５）を作動制御することを特徴としている。
【００１２】
これによると、第１加熱用熱交換器（８）が空気を前記所定温度以上に加熱できない場合であっても、第２加熱用熱交換器（３）に空気を全量通過させて、室内を良好に暖房することが可能である。
【００１３】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
図１ないし図５は本発明の一実施形態を示したもので、図１は車両用空気調和装置の全体概略構成を示す模式図であり、図２は車両用空気調和装置の制御系を示すブロック図である。
【００１６】
本実施形態の車両用空気調和装置は、暖房用主熱源であるエンジン（内燃機関）Ｅを搭載する自動車の車室内を空調する空調ユニット（エアコンユニット）１における各空調手段（アクチュエータ）を、空調制御装置（以下エアコンＥＣＵと言う）１０によって制御するように構成された車両用エアコン装置である。
【００１７】
空調ユニット１は、車室内に空調空気を導く空気通路１１を成す空調ダクト（本発明のダクトに相当する）２を備えている。この空調ダクト２の最も空気上流側には、外気吸込口、内気吸込口および内外気切替ドア（いずれも図示せず）が設けられ、これらよりも空気下流側には遠心式送風機（本発明の送風機に相当する）Ｂが設けられている。また、空調ダクト２の最も空気下流側には、デフロスタ吹出口、フェイス吹出口およびフット吹出口等の吹出口１２および吹出モード切替ドア（図示せず）が設けられている。
【００１８】
次に、吹出口１２よりも空気上流側には、後記するエバポレータ８を通過した空気を再加熱する温水ヒータ３が設けられている。この温水ヒータ３は、本発明の第２加熱用熱交換器に相当するもので、エンジンＥにより駆動されるウォータポンプ（図示せず）により冷却水の循環流が発生する冷却水循環回路４の途中に設置されている。そして、温水ヒータ３は、冷却水循環回路４に設置された温水弁１３が開弁すると内部にエンジンＥの排熱を吸収した冷却水が還流し、この冷却水を暖房用熱源として空気を再加熱する、すなわち、空気加熱作用を行う下流側熱交換器（主暖房装置）である。
【００１９】
この温水ヒータ３の空気上流側および空気下流側には、２つのエアミックスドア（以下Ａ／Ｍドアと言う）５が回動自在に取り付けられている。これらのＡ／Ｍドア５は、サーボモータ（図示せず）によって駆動されるもので、停止位置によって温水ヒータ３を通過する空気量と温水ヒータ３をバイパスする空気量とを調節する空気の配分手段である。
【００２０】
なお、２つのＡ／Ｍドア５は、最大冷房運転時にはエバポレータ８からの空気の全てを温水ヒータ３から迂回させるＭＡＸ・ＣＯＯＬ位置（最大冷房位置）に設定され、最大暖房運転時にはエバポレータ８からの空気の全てを温水ヒータ３に通すＭＡＸ・ＨＯＴ位置（最大暖房位置）に設定される。ここで、これらのエンジンＥ、温水ヒータ３、冷却水循環回路４、２つのＡ／Ｍドア５および温水弁１３によって温水式暖房装置（主暖房装置）６が構成される。
【００２１】
次に、遠心式送風機Ｂと温水ヒータ３との間には、自動車に搭載された冷凍サイクル７の一構成部品を成すエバポレータ（冷媒蒸発器）８が空調ダクト２内の空気通路１１の全面を塞ぐように配されている。上記の冷凍サイクル７は、第１冷媒循環回路（以下冷凍サイクル回路と言う）２１と、第２冷媒循環回路（以下ホットガスヒータ回路と言う）２２と、冷凍サイクル回路２１とホットガスヒータ回路２２とを切り替える第１、第２電磁弁２３、２４とを備えている。
【００２２】
冷凍サイクル回路２１は、コンプレッサ９より吐出された高温、高圧のガス冷媒を、第１電磁弁２３→コンデンサ（冷媒凝縮器）２５→レシーバ（気液分離器）２６→膨張弁（減圧手段）２７→エバポレータ８→アキュームレータ（気液分離器）２８およびコンプレッサ（冷媒圧縮機）９の順に循環させる冷媒回路である。また、ホットガスヒータ回路２２は、コンプレッサ９より吐出された高温、高圧のガス冷媒（ホットガス）を、第２電磁弁２４→減圧装置２９→エバポレータ８→アキュームレータ２８およびコンプレッサ９の順に循環させる冷媒回路である。
【００２３】
冷凍サイクル７は、第１電磁弁２３が開弁し、第２電磁弁２４が閉弁すると、冷凍サイクル回路２１中に冷媒が還流する。また、冷凍サイクル７は、第１電磁弁２３が閉弁し、第２電磁弁２４が開弁すると、ホットガスヒータ回路２２中に冷媒が還流する。なお、第１、第２電磁弁２３、２４により循環回路切替手段を構成する。
【００２４】
エバポレータ８は、冷凍サイクル回路２１中を冷媒が流れる時に、膨張弁２７より流入する低温の気液二相冷媒を蒸発させて通過する空気を冷却する冷却用熱交換器として働く。また、エバポレータ８は、ホットガスヒータ回路２２中を冷媒が流れる時に、減圧装置２９より流入する高温の気液二相冷媒を凝縮させて通過する空気を加熱する第１加熱用熱交換器（補助暖房装置、補助熱源システムのホットガスヒータ）として働く。ここで、膨張弁２７は、冷媒を断熱膨張させるだけでなく、エバポレータ８の出口の冷媒過熱度に応じて冷媒の循環量を調節するもので、冷媒過熱度を検出するための感温筒２７ａが接続されている。
【００２５】
コンプレッサ９は、本発明の冷媒圧縮機に相当するもので、自動車のエンジンＥの回転動力が伝達されると、吸入した冷媒を圧縮し吐出する。このコンプレッサ９には、エンジンＥからコンプレッサ９への回転動力の伝達を断続する電磁クラッチ２０が連結されている。この電磁クラッチ２０が通電（ＯＮ）されると、エンジンＥの回転動力がコンプレッサ９に伝達されて、エバポレータ８による空気冷却作用または空気加熱作用が行われる。また、電磁クラッチ２０の通電が停止（ＯＦＦ）されると、エンジンＥとコンプレッサ９が遮断されて、エバポレータ８による空気冷却作用または空気加熱作用が停止される。
【００２６】
次に、エアコンＥＣＵ１０を図１および図２に基づいて説明する。空調ユニット１における各空調手段を制御するエアコンＥＣＵ（本発明の制御手段に相当する）１０には、車室内前面に設けられたエアコン操作パネル（図示せず）上の各スイッチからの各スイッチ信号が入力される。
【００２７】
なお、エアコン操作パネル上には、車室内の温度を所望の温度に設定する温度設定スイッチ（温度設定手段）３１、冷凍サイクル７の冷凍サイクル回路２１運転の起動または停止を指令するエアコンスイッチ３２、冷凍サイクル７のホットガスヒータ回路２２運転の起動または停止を指令するホットガススイッチ３２１、および遠心式送風機Ｂのオン、オフを指令するブロワスイッチ３３等が設置されている。
【００２８】
また、エアコンＥＣＵ１０の内部には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータが設けられ、各センサからの各センサ信号が図示しない入力回路によってＡ／Ｄ変換された後に、マイクロコンピュータへ入力されるように構成されている。なお、エアコンＥＣＵは、自動車のエンジンＥの始動および停止を司るイグニッションスイッチ（キースイッチ）が投入（ＩＧ・ＯＮ）されたときに、自動車に搭載された車載電源であるバッテリ（図示せず）から直流電源が供給されると制御処理を開始するように構成されている。
【００２９】
そして、エアコンＥＣＵには、車室内の空気温度（以下内気温度と言う）を検出する内気温度センサ（内気温度検出手段）３４と、車室外の空気温度（以下外気温度と言う）を検出する外気温度センサ（外気温度検出手段）３５と、車室内に入射する日射量を検出する日射センサ（日射量検出手段）３６と、エバポレータ８を通過した直後の空気温度（以下エバ後温度と言う）を検出するエバ後温度センサ（エバ後温度検出手段）３７と、温水ヒータ３に流入する冷却水温度を検出する冷却水温度センサ（冷却水温度検出手段）３８とからの各センサ信号が入力される。なお、上記の各スイッチや各センサは、自動車の車室内を空調するのに必要な空調環境因子を検出するものである。
【００３０】
上記のうちエバ後温度センサ３７は、空気通路１１のうちエバポレータ８の直空気下流側部位に設けられて、この部位における空気温度を検出するサーミスタである。このエバ後温度センサ３７は、暖房運転時にはエバポレータ８による実際の暖房能力（空気加熱度合）を検出する第１暖房能力（空気加熱度合）検出手段を構成する。また、冷却水温度センサ３８は、サーミスタが利用され、温水ヒータ３による実際の暖房能力（空気加熱度合）を検出する第２暖房能力（空気加熱度合）検出手段を構成する。
【００３１】
次に、本実施形態のエアコンＥＣＵ１０による空気調和装置の運転制御を図１ないし図５に基づいて簡単に説明する。ここで、図３はエアコンＥＣＵ１０による空気調和装置の概略運転制御動作を示すフローチャートである。
【００３２】
イグニッションスイッチが投入（ＩＧ・ＯＮ）されてエアコンＥＣＵ１０に直流電源が供給されると、図３のルーチンが起動される。まず、エアコンＥＣＵ１０は、ステップＳ１００にて各センサ３４〜３８および各スイッチ３１、３２、３２１、３３等からの信号を読み込む。
【００３３】
次に、ステップＳ１１０にてエアコンスイッチ３２がＯＮ状態か否か判定し、エアコンスイッチ３２がＯＮ状態のとき（冷房モードの運転信号が出ているとき）にはステップＳ１２０に進み、外気温度センサ３５が検出する外気温ＴＡＭが０℃以上か否か判定する。外気温ＴＡＭが０℃未満のときは冷房運転の必要がないので、後述のステップＳ２００側に進む。
【００３４】
外気温ＴＡＭが０℃以上のときはステップＳ１３０に進み、冷凍サイクル７を冷房モード状態に設定する。すなわち、電磁クラッチ２０を通電（ＯＮ）してコンプレッサ９を駆動状態とし、第１電磁弁２３を開弁するとともに、第２電磁弁２４を閉弁して、冷凍サイクル回路２１にて冷凍サイクル７を運転する。
【００３５】
次に、ステップＳ１４０に進み、エアコンＥＣＵ１０は、従来の空気調和装置と同様に、図６に示す冷却水温に対応する風量レベルＦ（１）となるように送風機Ｂを作動制御する。そして、ステップＳ１００にリターンする。
【００３６】
一方、ステップＳ１１０にてエアコンスイッチ３２がＯＦＦであると判定されたとき、もしくはステップＳ１２０にて外気温ＴＡＭが０℃未満であると判定されたときはステップＳ２００に進み、ホットガススイッチ３２１がＯＮであるか否か判定する。
【００３７】
ホットガススイッチ３２１がＯＮ状態のとき（ホットガス暖房モードの運転信号が出ているとき）には、ステップＳ２１０に進み、外気温度センサ３５が検出する外気温ＴＡＭが１０℃以下か否か判定する。外気温がＴＡＭが１０℃以下のときは、ステップＳ２２０にて冷却水温度センサ３８が検出するエンジンＥの冷却水温ＴＷが８０°Ｃ以下であるか否か判定する。
【００３８】
外気温ＴＡＭおよび冷却水温ＴＷがともに上述の所定値以下のときはホットガスヒータによる暖房モードを必要とするときであるので、次に、ステップＳ２３０にて、電磁クラッチ２０を通電（ＯＮ）してコンプレッサ９を駆動状態とし、第１電磁弁２３を閉弁するとともに、第２電磁弁２４を開弁して、ホットガスヒータ回路２２にて冷凍サイクル７を運転する。
【００３９】
次に、ステップＳ２４０に進み、エアコンＥＣＵ１０は、図４に示すように、冷却水温度センサ３８が検出する冷却水温ＴＷに基づいて、Ａ／Ｍドア５の開度を調節する。冷却水温ＴＷが２５℃に上昇したらＡ／Ｍドア５をＭＡＸ・ＨＯＴ位置に設定し、冷却水温ＴＷが２０℃に下降したらＡ／Ｍドア５をＭＡＸ・ＣＯＯＬ位置に設定する。
【００４０】
本実施形態では、コンプレッサ９等を保護するため内圧に上限を設定しており、これにより、エバポレータ８を通過した直後の空気の温度（エバ後温度）の上限は２５℃となっている。したがって、上述のようにＡ／Ｍドア５を制御することで、室内に２５℃以上の空気を吹き出して暖房を行う場合であっても、良好に暖房を行うことができる。
【００４１】
ステップＳ２４０を実行したら、次に、ステップＳ２５０に進み、送風機Ｂを作動制御する。そして、その後ステップＳ１００にリターンする。
【００４２】
ステップＳ２５０では、送風機Ｂの送風量が、従来の空気調和装置と同様な冷却水温ＴＷに基づく風量レベルＦ（１）（前述と同様図６参照）に、図５に示す風量レベルＦ（ｘ）を加算した風量レベルＦ（２）となるように、送風機Ｂが作動制御される。
【００４３】
図５に示すように、風量レベルＦ（ｘ）は、エバ後温度センサ３７が検出するエバ後温度ＴＥに基づく風量レベルである。本例では、Ｆ（ｘ）はエバ後温度ＴＥが−１０℃以上のときには正値となるように設定されているので、冷却水温ＴＷが４２℃（下降時は３７℃）より低い場合であっても、エバ後温度ＴＥが−１０℃以上であれば送風機Ｂによる送風が行われる。
【００４４】
ステップＳ２００にてホットガススイッチ３２１がＯＦＦであると判定されたとき、もしくはステップＳ２１０にて外気温ＴＡＭが１０℃より高いと判定されたとき、もしくはステップＳ２２０にて冷却水温ＴＷが８０℃より高いと判定されたときには、ステップＳ３００に進む。ステップＳ３００では、ステップＳ１４０と同様に、図６に示す冷却水温に対応する風量レベルＦ（１）となるように送風機Ｂを作動制御する。
【００４５】
なお、ステップＳ３００では、コンプレッサ９が駆動状態にある場合には、電磁クラッチ２０への通電を停止（ＯＦＦ）してコンプレッサ９を停止する。そして、ステップＳ１００にリターンする。
【００４６】
上述の構成および作動によれば、エアコンＥＣＵ１０は、ホットガスヒータ回路２２に冷媒を循環して室内を暖房するときには、冷却水温度センサ３８が検出する冷却水温ＴＷだけでなく、エバ後温度センサ３７が検出するエバ後温度ＴＥに基づいて送風機Ｂの送風量を制御する。
【００４７】
したがって、エバポレータ８が送風される空気を加熱することができるときには、エンジンＥの冷却水温ＴＷが低い場合（十分上昇する前）であっても室内を暖房することができる。エンジンＥ始動時等には、冷却水温の上昇を待つまでもなく、早期より最適な風量当たりの加熱能力（所謂ストーブ比）を得ることが可能である。このようにして、所謂ホットガスヒータを有効利用して室内の暖房を行なうことができる。
【００４８】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、本発明を自動車等の車両用空気調和装置に適用したが、本発明を航空機、船舶または鉄道車両等の空気調和装置に適用してもよい。また、本発明を工場、店舗または住宅等の空気調和装置に適用してもよい。
【００４９】
また、上記一実施形態では、冷凍サイクル７の冷凍サイクル回路２１とホットガスヒータ回路２２との切り替えを、エアコンスイッチ３２やホットガススイッチ３２１の操作状況に応じて行なうものであったが、これに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、オートエアコン装置であれば、目標吹出温度（ＴＡＯ）が高温側のときに、冷凍サイクル７を冷凍サイクル回路２１からホットガスヒータ回路２２に切り替えるものであってもよい。また、マニュアルエアコン装置であれば、温度コントロールレバーをＭＡＸ・ＨＯＴ位置に操作した場合に、冷凍サイクル回路２１からホットガスヒータ回路２２に切り替えるものであってもよい。
【００５１】
また、上記一実施形態における−１０℃、０℃、１０℃、２０℃、８０℃等の実数値は例示であって、空気調和装置の諸特性に応じて適宜設定し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における車両用空気調和装置の全体概略構成を示す模式図である。
【図２】車両用空気調和装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】空調制御装置１０による空気調和装置の概略運転制御動作を示すフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ２４０におけるエアミックスドア制御動作を説明するグラフである。
【図５】図３のステップＳ２５０風量アップ制御における風量レベルアップ分Ｆ（ｘ）を説明するグラフである。
【図６】従来の空気調和装置の風量制御の風量レベルを説明するグラフである。
【符号の説明】
１ 空調ユニット（エアコンユニット）
２ 空調ダクト（ダクト）
３ 温水ヒータ（第２加熱用熱交換器）
５ エアミックスドア（Ａ／Ｍドア、配分手段）
７ 冷凍サイクル
８ エバポレータ（第１加熱用熱交換器、冷媒蒸発器）
９ コンプレッサ（冷媒圧縮機）
１０ 空調制御装置（エアコンＥＣＵ、制御手段）
２１ 第１冷媒循環回路（冷凍サイクル回路）
２２ 第２冷媒循環回路（ホットガスヒータ回路）
２９ 減圧装置
Ｂ 遠心式送風機（送風機）
Ｅ エンジン（内燃機関）

Claims (3)

1. 室内に空気を送るためのダクト（２）と、
   前記ダクト（２）内に設けられた送風機（Ｂ）と、
   前記ダクト（２）内に設けられ、前記送風機（Ｂ）により送風される空気を、冷媒圧縮機（９）より吐出されて減圧装置（２９）を経て流入した冷媒と熱交換させて加熱する第１加熱用熱交換器（８）と、
   前記ダクト（２）内に前記第１加熱用熱交換器（８）と直列に設けられ、前記送風機（Ｂ）により送風される空気を、内燃機関（Ｅ）を冷却した冷却水と熱交換させて加熱する第２加熱用熱交換器（３）とを備える空気調和装置において、
   前記室内を暖房するときに、前記第１加熱用熱交換器（８）により前記空気の加熱ができる場合には、前記第２加熱用熱交換器（３）に流入する前記冷却水の温度に係わらず、前記送風機（Ｂ）が送風を行なうように制御する制御手段（１０）を具備することを特徴とする空気調和装置。
2. 前記制御手段（１０）は、前記室内を暖房するときに、前記第１加熱用熱交換器（８）により前記空気の加熱ができる場合には、前記第１加熱用熱交換器（８）を通過した直後の前記空気の温度に基づいて、前記送風機（Ｂ）の風量を制御することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記ダクト（２）内に設けられ、前記送風機（Ｂ）により送風される空気を、前記第２加熱用熱交換器（３）を通過する空気と、前記第２加熱用熱交換器（３）をバイパスする空気とに配分する配分手段（５）を備え、
   前記制御手段（１０）は、前記第２加熱用熱交換器（３）に流入する前記冷却水の温度が所定値以上の場合には、前記空気が全量前記第２加熱用熱交換器（３）を通過するように前記配分手段（５）を作動制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。

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