JP2006076430A

JP2006076430A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2006076430A
Application number: JP2004262401A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kito; 和雄鬼頭
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】ホットガスサイクルを実施する車両用空調装置において、追い越し加速時等のホットガスサイクルの起動時において異音を伝搬することを防止する。
【解決手段】ホットガスサイクルで作動可能な車両用空調装置は、冷媒を圧縮する可変容量式のコンプレッサと、前記コンプレッサにより圧縮された冷媒と外部空気との間で熱交換するエバポレータと、前記コンプレッサの容量制御を行う制御装置とを具備する。車両の追い越し加速時等における前記ホットガスサイクルの停止後の再起動において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、先ず３０％容量において約１０秒間運転し、その後約１８０秒の時間間隔で徐々に容量を最大容量まで上昇させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調装置に係り、より特別には、ホットガスサイクルで作動する車両用空調装置に関する。

従来の一般的な自動車（あるいは車両）用空調装置は、冷房用として圧縮機により圧縮された冷媒の断熱膨張による冷却を利用して冷房を行う冷房用ユニットと、暖房用としてエンジンの冷却後の冷却水を利用して暖房する暖房用ユニットから構成されるものが一般的である。この場合暖房用熱源として車両自体の動力源であるエンジンの冷却水熱を利用することから、エネルギーの有効利用であると共に設備の有効利用でもある。一方、圧縮機で断熱圧縮された冷媒をそのまま暖房用熱源として利用するホットガス（ＨＧ）サイクルが近年提案されてきた。このホットガスサイクルにおいては、暖房時においても従来冷房用のみであった冷房ユニットをホットガスサイクルで運転することにより、暖房用の温水ヒータの補助、空調空気の予熱等が可能であり、より効率的な設備使用が可能になる。

また、車両用空調装置に関して、迅速な暖房を実施可能なものについて提案されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

ホットガスサイクルにおいては、冷媒はコンプレッサで圧縮されて高温ガスとなり、エバポレータに直接供給されて、ここで空調用空気と熱交換して空調用空気を暖める一方で、冷媒の一部は冷却されて液体となる。従ってエバポレータ内の冷媒は気相と液相の二相状態になる。エバポレータにおいて熱交換した後の冷媒はＨＧタンク等を介してコンプレッサに戻る。

一方、エバポレータ内に気液二相状態で存在する冷媒は、エバポレータの構造上、気体冷媒がコンプレッサに戻る際、液体を含んで戻ると様々な問題を生じる。特に、可変容量式（仕様）コンプレッサの場合、液体冷媒が還流したことを検知すると、容量を０方向に減少するような制御となっているので問題がある。この可変仕様のコンプレッサの問題について以下説明する。

従来例の一般的なエバポレータ３０について図３と図４に示しており、図３は正面図であり、図４はＡ矢視からの平面図である。本例のエバポレータ３０は、例えばフィンアンドチューブタイプであり、空調用空気（外気）が最初に通過する第１の部分と、第１の部分を通過した空調用空気が通過する第２の部分とを具備する。第１の部分はより高温の冷媒が流れており、第２の部分を流れる冷媒は、第１の部分で既に外気と熱交換した後のものであるため温度が下がる。エバポレータ３０は、冷媒入口３１と、冷媒出口３２と、第１の上部タンク３４と、第２の上部タンク３５と、第１の下部タンク３６と、第２の下部タンク３７と、第１のコア部３９と、第２のコア部４０とを具備する。第１のコア部３９と第２のコア部４０は仕切られており、冷媒は冷媒入口３１から第１のコア部３９へ先ず流れ込んで、第２のコア部４０へ直接的に流れ込まないように構成されている。

エバポレータ３０において、冷媒は先ず冷媒入口３１から、第１の上部タンク３４、第１のコア部３９、第１の下部タンク３６、第２の下部タンク３７、第２のコア部４０、第２の上部タンク３５へと、この順で流れ、その後冷媒出口３２から流出する。図５に、車両運転時におけるエバポレータ３０内の冷媒の二相状態を図解的に説明する。図５（Ａ）において、車両は定常状態（安定状態）で運転されており、エバポレータ３０内も安定状態にあり、気体冷媒は第１の下部タンク３６から第２の下部タンク３７へ液体冷媒を巻き込まずに流れる。この状態で車両が、例えば追い越し加速等の急加速を行うと、車両の空調装置への動力を低下させ動力を走行動力に使用するように車両は制御されるので、カット信号がＯＮとなり、ホットガスサイクルはオフ（コンプレッサをデューティ０にする）となり、エバポレータ３０内は図５（Ｂ）の状態に変化する。図５（Ｂ）の状態においては、冷媒の流れは実質的に停止するので、液体冷媒は液面が水平になるように移動し、第１の下部タンク３６の液体冷媒面は図５（Ｂ）に示すように上昇する。

この際の空調装置の制御を図６に示す。負荷（Ｄｕｔｙ）１００％でホットガスサイクル運転していた空調装置は、車両の追い越し加速制御に入ることより、ホットガスサイクルのカット信号がオン（ＯＮ）される。これによりコンプレッサの圧力はＰＲＥまで一旦低下し、空調を行うためコンプレッサはホットガスサイクル負荷１００％の運転に戻される。図６のグラフはコンプレッサのホットガスサイクルが停止後１００％に戻る様子を示している。この時エバポレータ３０内は、図５（Ｂ）から図５（Ｃ）の状態に変化する。即ち、気体冷媒が第１の下部タンク３６から第２の下部タンク３７へ流れる。しかしこの際、気体冷媒は第１と第２の下部タンク３６，３７に溜まっている液体冷媒を巻き込むので、コンプレッサには液体冷媒を多く含んだ冷媒が吸引される。可変仕様のコンプレッサは前述した如く、冷媒に液体が含まれていることを検知すると、容量０の方向に制御される。この結果、エバポレータ３０内の状態は、図５（Ｃ）の状態から図５（Ｂ）の状態へ変化する。この状態の変化、即ち図５（Ｂ）と図５（Ｃ）の状態が繰り返される。

このように従来のホットガスサイクルの起動(OFF→ON)時は、図６に示すとおり、一定の割合で容量を上げていく。その為、図５に示すとおり、ホットガスサイクル稼動途中でのOFFからON(起動)時において、（i）エバポレータの液冷媒がガス通路を防ぎ→（ii）ガスが通り抜けると液冷媒がコンプレッサへ流れる。→（iii）コンプレッサへ液冷媒が流れると容量を絞る(OFFとなる)。この（i）（ii）（iii）の状態を繰り返す為、異音となって車室内へ異音として伝搬する。この様な異音の伝搬は搭乗者に不快感を与える原因となる。この様なホットガスサイクルを行う車両用空調装置における問題を解決するニーズが存在する。
特開２００１−１３８７３０号

本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、ホットガスサイクルにおけるハンチングという点に着目し、制御においてホットガスサイクルを安定的に始動させる為に一定の時間低容量でコンプレッサを作動させた後、一定の時間をかけて所要の容量へ戻すことにより、上記異音伝搬の問題を解決する空調装置を提供することを目的とする。
本発明のその他の目的は、ホットガスサイクルを実施する車両用空調装置において、ホットガスサイクル作動時、特にはホットガスサイクルの起動時において異音を発生・伝搬することのない空調装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために、ホットガスサイクルで作動可能な車両用空調装置は、冷媒を圧縮する可変容量式のコンプレッサと、前記コンプレッサにより圧縮された冷媒と外部空気との間で熱交換するエバポレータと、前記コンプレッサの制御を行う制御装置とを具備する。車両の追い越し加速時等における前記ホットガスサイクルの停止後の再起動において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、先ず低容量において所定時間運転し、その後前もって決められた時間間隔で徐々に容量を所定の必要容量まで上昇させることを特徴とする。

この様に構成することにより、可変コンプレッサ仕様のホットガスサイクルにおいて、ホットガスサイクル起動時に所定の時間だけ低容量でコンプレッサを運転し、その後一定の時間をかけて所定の容量まで上げていくことにより、冷媒のハンチング現象を防止し、それにより、冷媒のハンチング現象により生じる異音の車室内への伝搬を防止する。

本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記低容量とは実質的に３０％容量であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
本形態によれば、コンプレッサの制御における低容量を具体化して本発明をより具体化する。

本発明の請求項３の形態では、上記請求項１又は２のいずれかの形態において、前記所定の必要容量とは実質的に最大容量であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の空調装置。
本形態によれば、コンプレッサの制御における所定の必要容量を具体化して本発明をより具体化する。

本発明の請求項４の形態では、上記請求項１から３の形態のいずれか一項において、前記ホットガスサイクルの停止後の再起動において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、先ず低容量において１０秒間以上運転し、その後１８０秒以上の時間間隔で徐々に容量を所定の必要容量まで上昇させることが好ましく、更には先ず低容量において実質的に１０秒間運転し、その後実質的に１８０秒の時間間隔で徐々に容量を所定の必要容量まで上昇させることがより好ましいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の空調装置。
本形態によれば、本発明のコンプレッサの制御をより具体化する。

本発明の請求項５の形態では、冷媒を圧縮する可変容量式のコンプレッサと、前記コンプレッサにより圧縮された冷媒と外部空気との間で熱交換するエバポレータと、前記コンプレッサの制御を行う制御装置とを具備する、ホットガスサイクルで作動可能な車両用空調装置の制御方法が開示されている。この制御方法は、前記ホットガスサイクルを起動する工程と、車両の追い越し加速時等の車両運転中において、前記ホットガスサイクルを停止する停止工程と、その後、前記ホットガスサイクルを再起動する再起動工程とを具備しており、前記再起動工程において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、先ず低容量において所定時間運転する手順と、その後前もって決められた時間間隔で徐々に容量を所定の必要容量まで上昇させる手順とを具備することを特徴とする。

この様に構成する制御方法により、可変コンプレッサ仕様のホットガスサイクルにおいて、ホットガスサイクル起動時に所定の時間だけ低容量でコンプレッサを運転し、その後一定の時間をかけて所定の容量まで上げていくことにより、冷媒のハンチング現象を防止し、それにより冷媒のハンチング現象により生じる異音の車室内への伝搬を防止する。

本発明の請求項６の形態では上記請求項５の形態において、前記再起動工程において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、先ず約３０％容量において１０秒間以上運転する手順と、その後１８０秒以上の時間間隔で徐々に容量を最大容量まで上昇させる手順とを具備することが好ましい。更には、先ず約３０％容量において実質的に１０秒間運転する手順と、その後実質的に１８０秒の時間間隔で徐々に容量を最大容量まで上昇させる手順とを具備することがより好ましい。
本形態によれば、本発明のコンプレッサの制御をより具体化する好適な形態を開示する。

本発明の請求項７の形態では、ホットガスサイクルで作動可能な車両用空調装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記コンプレッサにより圧縮された冷媒と外部空気との間で熱交換するエバポレータとを具備する。前記エバポレータはその下端部に冷媒出口を具備することを特徴とする。

この様に構成することにより、エバポレータの冷媒出口を下部タンクに設けることにより、冷媒が下部タンクに溜まることをなくして冷媒のハンチング現象を防止し、それにより異音の発生を抑止して異音の車室内への伝搬を防止出来る。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の空調装置を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る空調装置の制御の様子を図解的に示す。車両用空調装置がホットガスサイクルで作動している場合において、例えば、車両運転中に追い越し加速運転（制御）があった場合に、一旦ホットガスサイクルをオフして、エンジン動力を加速運転に投入し、その後ホットガスサイクルを再開する制御が行われる。空調装置のホットガスサイクル運転において、この様な一旦ホットガスサイクルをオフしてエンジン動力を加速運転に投入し、その後ホットガスサイクルを再開する制御は少なくない。

この様な場合、従来においては前述の如く、ホットガスサイクル運転が安定するまでに、エバポレータの構造的な特性から、液体冷媒を含んだ冷媒がコンプレッサに吸引される状態が発生し、可変容量式コンプレッサにおいて脈動的な運転が発生し、その際異音が発生して車両に伝搬し、搭乗者に不快感を与えてしまう可能性がある。本実施の形態においては、ホットガスサイクル運転の制御を工夫して、従来において発生した異音が生じないホットガスサイクル運転が可能な空調装置を提供する。

本実施の形態における制御の様子を図１に示す。空調装置用の可変容量式コンプレッサ制御において、ホットガスサイクル（ＨＧ）作動禁止信号（加速カット等）が出た場合にコンプレッサの制御が実施される。例として、車両の追い越し加速時等による加速カットによりホットガスサイクルが一時停止した場合には、加速中はホットガスサイクルを停止する。その後、作動許可信号により、再びホットガスサイクルを始動させる場合に、コンプレッサはデューティ（ＤＵＴＹ）３０％にて１０sec維持し、その後１８０sec時間をかけて最大容量まであげる。この様な制御の様子を図１のグラフに示す。このように、デューティ約３０％で短期間運転した後に、徐々に可変容量式コンプレッサの容量を上昇することにより、エバポレータにおいて、図５（Ｂ）の状態と図５（Ｃ）の状態を繰り返す脈動的運転を生じることなく、図５（Ａ）の安定状態を形成することが可能になる。

上記の説明において、ホットガスサイクルを始動させる場合は、先ず、コンプレッサのデューティ（ＤＵＴＹ）約３０％にて維持する時間は１０sec以上が好ましい。また、その後時間をかけて最大容量まであげる時間は１２０sec以上であることが必要であり、１８０sec以上であることが好ましい。ホットガスサイクルのこの様な過渡的な工程が短いほど好ましいという観点からは、それぞれの時間が上記の如く、１０secと１８０secであることがより好ましいと言える。

図２により本発明の第２の実施の形態の空調装置のエバポレータを説明する。図２を参照すると、図３から５に示される従来例の要素部分と同じ又は同様である図２の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。
図２（Ａ）には図５と同様の従来例のエバポレータ３０を示す。エバポレータ３０において冷媒入口、出口とも、図３（Ａ）に示すようにエバポレータ３０の上部に設けられる。図２（Ｂ）に本第２の実施の形態のエバポレータ２０を示す。エバポレータ２０において冷媒出口２２は、エバポレータ２０の下部、即ち第２の下部タンク３７に設けられている。この様に構成することにより、第１と第２の下部タンク３６，３７に液体冷媒が溜まることがなくなるので、脈動的運転による異音の発生が生じない。従って、第１の実施の形態のようなホットガスサイクルの制御を実施する必要ない。上記以外の構成については、図３と４に示す従来例と同様であるので、説明は省略する。本実施の形態においてコンプレッサは、可変容量式でなく、固定容量式であっても良い。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の第１の実施の形態の空調装置により以下の効果が期待できる。
・可変コンプレッサ仕様のホットガスサイクルにおいて、ホットガスサイクル起動時に所定の時間だけ低容量でコンプレッサを運転し、その後一定の時間をかけて所定の容量まで上げていくことにより、冷媒のハンチング現象を防止する。
・上記作用が奏することにより、冷媒のハンチング現象により生じる異音の車室内への伝搬を防止出来る。

本発明の第２の実施の形態の空調装置により以下の効果が期待できる。
・エバポレータの冷媒出口を下部タンクに設けることにより、液冷媒が下部タンクに溜まることをなくして冷媒のハンチング現象を防止し、それにより異音の発生を抑止して異音の車室内への伝搬を防止出来る。

上記の説明において、本発明の空調装置のエバポレータは２式の熱交換部であるコア部を有するタイプとして記載されたが、該エバポレータがこれ以外の、例えば４式等のコア部により構成される熱交換器であっても良い。
また、上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態において、エバポレータはフィンアンドチューブタイプとして説明されているが、本発明はこれに限定されず、本発明を適用可能なそれ以外のタイプの熱交換器であっても良い。
また、本発明の空調装置には、上記以外の既知の必要な制御が組み込まれても良く、また必要なセンサ等の必要な構成要素が本発明の空調装置に組み込まれても良い。

上記の実施の形態は本発明の例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図１は、本発明の第１の実施の形態の車両用空調装置のホットガスサイクルにおけるコンプレッサの制御を説明するグラフである。図２は、本発明の第２の実施の形態の空調装置のエバポレータの図解的側面図であり、特徴的構成（Ｂ）を従来例（Ａ）との比較で示す。図３は従来例の一般的なエバポレータの正面図である。図４は図３におけるＡ矢視からの平面図である。図５は、従来例の空調装置のホットガスサイクルの過渡状態におけるエバポレータ内の冷媒の二相状態を図解的に説明しており、図５（Ａ）は定常状態であり、図５（Ｂ）は液体冷媒の液面が下がった状態であり、図５（Ｃ）は液体冷媒の液面が上昇した状態である。図６は、従来例の空調装置のホットガスサイクルにおけるコンプレッサの制御を説明するグラフである。

符号の説明

２０エバポレータ
２２冷媒出口
３１冷媒入口
３４第１の上部タンク
３５第２の上部タンク
３６第１の下部タンク
３７第２の下部タンク
３９第１のコア部
４０第２のコア部

Claims

ホットガスサイクルで作動可能な車両用空調装置において、この空調装置は、
冷媒を圧縮する可変容量式のコンプレッサと、
前記コンプレッサにより圧縮された冷媒と外部空気との間で熱交換するエバポレータと、
前記コンプレッサの制御を行う制御装置と、
を具備しており、
車両の追い越し加速時等における前記ホットガスサイクルの停止後の再起動において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、先ず低容量において所定時間運転し、その後前もって決められた時間間隔で徐々に容量を所定の必要容量まで上昇させることを特徴とする空調装置。
前記低容量とは実質的に３０％容量であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
前記所定の必要容量とは実質的に最大容量であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の空調装置。
前記ホットガスサイクルの停止後の再起動において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、先ず低容量において１０秒間以上運転し、その後１８０秒以上の時間間隔で徐々に容量を所定の必要容量まで上昇させることが好ましく、更には先ず低容量において実質的に１０秒間運転し、その後実質的に１８０秒の時間間隔で徐々に容量を所定の必要容量まで上昇させることがより好ましいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の空調装置。
冷媒を圧縮する可変容量式のコンプレッサと、
前記コンプレッサにより圧縮された冷媒と外部空気との間で熱交換するエバポレータと、
前記コンプレッサの制御を行う制御装置と、
を具備していて且つホットガスサイクルで作動可能な車両用空調装置の制御方法において、この制御方法は、
前記ホットガスサイクルを起動する工程と、
車両の追い越し加速時等の車両運転中において、前記ホットガスサイクルを停止する停止工程と、
その後、前記ホットガスサイクルを再起動する再起動工程と、
を具備しており、
前記再起動工程において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、
先ず低容量において所定時間運転する手順と、
その後前もって決められた時間間隔で徐々に容量を所定の必要容量まで上昇させる手順と、
を具備することを特徴とする車両用空調装置の制御方法。
前記再起動工程において、前記制御装置は前記コンプレッサの容量制御において、
先ず実質的に３０％容量において１０秒間以上運転する手順と、その後１８０秒以上の時間間隔で徐々に容量を最大容量まで上昇させる手順と、を具備することが好ましく、
先ず実質的に３０％容量において実質的に１０秒間運転する手順と、その後実質的に１８０秒の時間間隔で徐々に容量を最大容量まで上昇させる手順と、を具備することがより好ましい、
ことを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
ホットガスサイクルで作動可能な車両用空調装置において、この空調装置は、
冷媒を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサにより圧縮された冷媒と外部空気との間で熱交換するエバポレータと、
を具備しており、
前記エバポレータはその下端部に冷媒出口を具備することを特徴とする空調装置。