JP2012051401A - 空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液圧縮の発生を抑制、回避することのできる空調制御装置を提供する。
【解決手段】空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａと、冷凍回路の電動圧縮機の温度を検出する温度検出手段Ｂを有し、空調装置を起動した時に温度検出手段Ａと温度検出手段Ｂの温度差（前記温度検出手段Ａ−前記温度検出手段Ｂ）Ｔｄに基づいて電動圧縮機の始動回転数を決定する構成としてあり、電動圧縮機内の冷媒の状態に応じて当該電動圧縮機を適切な回転数で駆動することができ、冷媒状態に応じて液圧縮の発生を防止しつつ、速やかに空調することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は空調制御装置に関し、特に車両用空調装置の空調制御装置に関するものである。

従来、この種の冷凍回路に設けられる圧縮機は、通常運転ではガス冷媒を吸入、圧縮し、吐出するが、長時間放置後、または低温下での圧縮機停止時に外気温度や車両室内温度、圧縮機温度などの関係によっては冷媒がガス状態ではなく液冷媒状態で圧縮機内に溜まることがある。液冷媒が溜まったままの状態で空調装置を始動すれば圧縮機はそのまま始動し液圧縮を起こすことは従来からよく知られている。

液圧縮を起こした際には圧縮負荷が大変大きくなり圧縮部内の摺動部が摩耗して耐久性が低下したり、液圧縮時の音が大きくなり乗員に不快感を与えたりすることもある。

かかる事情から、空調装置の始動時に起動信号を出力する手段と出力された信号に基づいて、電動圧縮機のモータの回転子を回転させることなくモータの巻き線を発熱させて、液冷媒を加熱蒸発することで液圧縮を回避することを特徴とする電動圧縮機が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−１６２５７２号公報

しかしながら、前記従来の構成では空調装置の始動時に常に液冷媒が圧縮機に溜まっているわけではないのに電動圧縮機を一定時間止めているので、不必要な場合にも、電動圧縮機が止まり速やかに空調室内が空調されず、快適性が悪化するという課題を有していた。

上記課題を解決するために、本発明に係る空調制御装置は、空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａと、冷凍回路の電動圧縮機の温度を検出する温度検出手段Ｂを有し、空調装置を起動した時に温度検出手段Ａと温度検出手段Ｂの温度差（前記温度検出手段Ａ−前記温度検出手段Ｂ）Ｔｄに基づいて電動圧縮機の始動回転数を決定することを特徴とするものである。

これによって、電動圧縮機内に液冷媒があっても当該電動圧縮機を適切な回転数で駆動することができ、冷媒状態に応じて液圧縮の発生を防止しつつ、速やかに空調することができる。

本発明の空調制御装置は、始動時に電動圧縮機に液冷媒が溜まっている場合には低回転で始動して液圧縮の圧縮負荷を軽減して電動圧縮機の信頼性を向上し、また液圧縮時の不快な圧縮音を小さくして電動圧縮機を運転することができる。また、始動時に液冷媒が溜まっていない場合は空調制御部から指示された目標回転数で始動するので速やかに空調することが出来る。

本発明の実施の形態１における空調制御装置を適用した場合の概略空調システム図 本発明の実施の形態１における電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１における空調制御フローチャート 本発明の実施の形態１における空調制御特性図 本発明の実施の形態１における空調制御タイムチャート 本発明の実施の形態２における空調制御装置を適用した場合の概略空調システム図 本発明の実施の形態３における空調制御装置を適用した場合の概略空調システム図 本発明の実施の形態４における電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態５における電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態６における電動圧縮機及び空調制御装置の概略構成図

第１の発明に係る空調制御装置は、空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａと、冷凍回路の電動圧縮機の温度を検出する温度検出手段Ｂを有し、空調装置を起動した時に温度検出手段Ａと温度検出手段Ｂの温度差（前記温度検出手段Ａ−前記温度検出手段Ｂ）Ｔｄに基づいて電動圧縮機の始動回転数を決定する構成としてあり、電動圧縮機内の冷媒の状態に応じて当該電動圧縮機を適切な回転数で駆動することができ、冷媒状態に応じて液圧縮の発生を防止しつつ、速やかに空調することができる。

第２の発明にかかる空調制御装置は、温度差Ｔｄがゼロ以下の場合は空調制御部から指示される目標回転数Ｎｔで電動圧縮機を始動し、温度差Ｔｄが所定値以上であれば空調制御部から指示される目標回転数Ｎｔより低い始動回転数Ｎｓで始動し、温度差Ｔｄがゼロから所定値の間にある時は、その間の略比例回転数で始動するように電動圧縮機の回転数を制御する構成としてある。

これによって、温度差Ｔｄがゼロ以下の場合は電動圧縮機に液冷媒が溜まっていないので、空調制御部から指示された目標回転数Ｎｔで始動することにより、液圧縮の発生を防止しつつ、速やかに空調することができる。

また、温度差Ｔｄが所定値以上である場合は電動圧縮機に多量の液冷媒が溜まっている状態なので、空調制御部から指示された目標回転数Ｎｔより低い始動回転数Ｎｓで始動するので、液圧縮の負荷を軽減することができる。

さらに温度差Ｔｄがゼロから所定値の間にある時は、電動圧縮機に若干液冷媒が溜まっている状態であるが、その間の略比例回転数で始動するように電動圧縮機の回転数を制御するので、液圧縮の負荷を軽減しつつ、速やかに空調することもできるものである。

第３の発明にかかる空調制御装置は、電動圧縮機の始動回転数Ｎｓを所定時間維持し、その後徐々に空調制御部から指示される目標回転数Ｎｔへ増速する構成としてあり、液圧縮の負荷を軽減しつつ、目標回転数Ｎｔに増速するので速やかに快適な空調を行うことができる。

第４の発明にかかる空調制御装置は、空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａを冷凍回路の蒸発器の周辺温度検出手段とし、空調装置の蒸発器に装備されている凍結防止センサで兼用する構成としてあり、冷凍回路には凍結防止センサが通常装備されているので、
別に温度検出手段Ａをつける必要がなくコストアップを防止することができる。

第５の発明にかかる空調制御装置、空調装置が車両用空調装置であって、空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａを車両用空調装置に装備されている内気センサで兼用する構成としたものであり、室内の温度をより正確に検出することができるので、液圧縮を確実に防止することができ、また別に温度検出手段Ａをつける必要がなくコストアップとはならない。

第６の発明にかかる空調制御装置は、温度検出手段Ｂを電動圧縮機の外壁に設け、電動圧縮機に装備されている吐出温度センサで兼用した構成としたものであり、電動圧縮機に別途専用の温度検出センサを付ける必要がなく、コストアップを招くことなく実現することができる。

第７の発明にかかる空調制御装置は、圧縮部とこれを駆動するモータ部及びモータ部を駆動するインバータ一を有し、前記インバータを圧縮部に吸引される冷凍回路からの冷媒で冷却される位置に設けて構成するとともに、インバータは当該インバータの温度を検出する温度センサを具備し、前記インバータの温度を検出するインバータ温度センサで温度検出手段Ｂを兼用した構成としてあり、電動圧縮機内部に溜まっている液冷媒近傍の温度をインバータ温度センサが検出するので、より液冷媒の温度に近くなるので液圧縮を確実に防止することができる。また、別途専用に電動圧縮機内部の温度を検出するセンサを付ける必要がなく、コストアップを招くことなく実現することができる。

第８の発明にかかる空調制御装置は、空調装置を制御する空調制御部を有し、この空調制御部の始動信号と温度検出手段Ａの温度信号を前記空調制御部の通信線を介してインバータに入力し、前記インバータ単独で始動時の回転数を演算し指示することが出来る電動圧縮機を搭載した構成としてあり、空調制御部から独立して、液圧縮を防止する制御機能を電動圧縮機自体が持つので、他の色々な空調装置に搭載されても、確実に液圧縮を防止し電動圧縮機を保護できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の空調制御装置の実施の形態１について図１〜図５を用いて説明する。空調制御装置は、車両（自動車）用の冷凍回路に適用されるものである。この空調制御装置は、図１に示すように、制御部１とこの制御部１を有する空調制御部１０と電動圧縮機１００及び空調室内の温度検出手段Ａと電動圧縮機１００の温度検出手段Ｂ（図２参照）とから成る。

電動圧縮機１００で圧縮された高温高圧のガス冷媒は配管を通って凝縮器２で凝縮されて液冷媒となり、膨張弁３で減圧されて低温低圧となった冷媒は蒸発器４で空調室内の空気と熱交換されて蒸発し電動圧縮機１００へ戻る。蒸発器４で室内の空気を冷却することで快適な空調を得ることが出来る。

電動圧縮機１００は、図２に示すように、コンプケース１０１、リアカバー１０２、インバータケース１０３によって密閉容器として形成される。コンプケース１０１内にモータ部Ｘ及び圧縮部Ｙが収容され、インバータケース１０３内にインバータ１０４が収容されたものである。

モータ部Ｘは交流３相モータであり、ロータ１０５とステータ１０６で構成されている
。ロータ１０５の回転軸１０７はスライドブッシュ１０８とベアリング１０９を介して圧縮部Ｙを構成する可動スクロール１１０に接続されている。そしてモータ部Ｘはインバータ１０４から出力される電力（電流）を受けて駆動する。

圧縮部Ｙは上記モータ部Ｘの駆動によって作動し、コンプケース１０１に開けられた吸入ポート１１１から冷凍回路中の低温低圧のガス冷媒を吸い込み、吸入通路１１２を通って固定スクロール１１３と可動スクロール１１０とで構成される圧縮室１１４でガス冷媒を圧縮して高温高圧ガス冷媒にする。高温高圧ガス冷媒は吐出弁１１５を押し上げて吐出され、高圧通路１１６を通ってコンプケース１０１内の高圧空間に流入しリアカバー１０２に設けられている吐出ポート１１７から冷凍回路中へ吐き出される。

インバータ１０４は、周知の直流−交流変換装置であり、図示しないバッテリからの直流電流を交流電流に変換すると共に、内部に設けられたスイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦによってモータ部Ｘへの出力電流を可変する。スイッチング素子の入力側はバッテリおよび空調制御部１０に接続され、出力側はモータ部Ｘに接続されている。そして、インバータケース１０３は冷媒が吸入される吸入通路１１２に面して固定され、当該インバータケース１０３に取り付けた前記インバータ１０４はこの吸入通路１１２を通過する冷媒によって冷却されるように構成してある。

通常、空調制御装置は、空調装置起動信号や冷房のための環境条件信号等が入力され、これらの信号に基づいて電動圧縮機の目標回転数Ｎｔを決定してインバータ１０４の出力電流を調整し、モータ部Ｘの回転数を制御するものである。

夏場に車両を炎天下駐車している場合、車室内は日射が当たって暑くなり、一方、電動圧縮機は車両のエンジンルームに搭載されているので日陰にあるため車室内より温度が低い状態で長時間放置されている。冷媒は温度の低い電動圧縮機内に凝縮し液冷媒となって満液状態となっている。また、車室内温度が高くなっているので、早く車室内を冷やすため電動圧縮機の目標回転数Ｎｔは高くなる。

通常の電動圧縮機の制御では高い目標回転数Ｎｔで始動するので液圧縮を起こし、圧縮部内の摺動部が摩耗したり、液圧縮時の音が大きくなり乗員に不快感を与えたりする事もある。

本発明の空調制御装置は電動圧縮機１００を始動する場合に、空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａと電動圧縮機１００の温度を検出する温度検出手段Ｂの温度差（温度検出手段Ａ−温度検出手段Ｂ）Ｔｄに基づいて、電動圧縮機１００の始動回転数を決定するようにしたものである。

この温度差Ｔｄによる始動時の空調制御の一例を図３、図４に基づいて説明する。

まず図３中のステップＳ１００で空調装置起動信号があるか否かを判定し、空調装置起動信号があればステップＳ２００で温度差Ｔｄを演算し、その温度差Ｔｄがゼロ以下の場合はステップＳ３０１で空調制御部１０から指示される目標回転数Ｎｔ（６０００ｒｐｍ）で電動圧縮機１００を始動し、温度差Ｔｄが所定値Ｔｓ（２０℃）以上であればステップＳ３０２で空調制御部１０から指示される目標回転数Ｎｔ（６０００ｒｐｍ）より低い始動回転数Ｎｓ（２０００ｒｐｍ）で電動圧縮機１００を始動し、温度差Ｔｄがゼロから所定値Ｔｓ（２０℃）の間にある時は、ステップＳ３０３で指示するようにその間の略比例回転数で始動するように電動圧縮機１００の回転数を制御するものである。

以上の制御によって、温度差Ｔｄがゼロ以下の場合は電動圧縮機１００に液冷媒が溜ま
っていないので、空調制御部１０から指示された目標回転数Ｎｔ（６０００ｒｐｍ）で始動することにより、液圧縮の発生を防止しつつ、速やかに空調することができる。

また、温度差Ｔｄが所定値Ｔｓ（２０℃）以上である場合は電動圧縮機１００に多量の液冷媒が溜まっている状態なので、空調制御部１０から指示された目標回転数Ｎｔ（６０００ｒｐｍ）より低い始動回転数Ｎｓ（２０００ｒｐｍ）で始動するので、液圧縮の負荷を軽減することができる。

さらに温度差Ｔｄがゼロから所定値Ｔｓ（２０℃）の間にある時は、電動圧縮機１００に若干液冷媒が溜まっている状態であるが、その間の略比例回転数で始動するように電動圧縮機１００の回転数を制御するので、液圧縮の負荷を軽減することができつつ、速やかに空調することもできるものである。

また、本発明の空調制御装置は電動圧縮機１００の始動回転数Ｎｓを所定時間維持し、その後徐々に空調制御装置から指示される目標回転数Ｎｔへ増速するように制御したものである。

図５で一例を説明する。例えば温度差Ｔｄが０℃以下である場合には５秒間で始動回転の２０００ｒｐｍまで上げて、５秒間２０００ｒｐｍを維持し、その後５秒間で制御装置１０から指示された目標回転数Ｎｔの６０００ｒｐｍへ上げる制御を行う。

これによって、始動時の液圧縮中はゆっくり回転を上げる事で液圧縮の負荷を軽減し、その後始動回転Ｎｓ（２０００ｒｐｍ）で５秒間維持する事で、通常のガス圧縮状態に安定するので、圧縮部内の摺動部の潤滑状態も安定し信頼性を向上することができる。その後目標回転数Ｎｔ（６０００ｒｐｍ）に増速するので、速やかに快適な空調を行うことができる。

（実施の形態２）
次に図６は本発明の実施の形態２の空調制御装置を適用した場合の概略空調システム図である。

空調制御装置は、図６に示すように空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａを冷凍回路の蒸発器４の周辺温度検出手段とし、蒸発器４に装備されている凍結防止センサ５で兼用する構成としてある。

これによって、冷凍回路には凍結防止センサ５が通常付いているので、別途専用に温度検出手段Ａをつける必要がなくコストアップとはならない。

（実施の形態３）
また図７は本発明の実施の形態３の空調制御装置を適用した場合の概略空調システム図である。

この実施の形態では、空調制御装置は車両用空調装置に適用され、図７に示すように空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａを車両用空調装置に装備されている内気センサ６で兼用する構成としてある。

これによって、空調室内の温度を凍結防止センサ５より正確に検出することができるので、液圧縮を確実に防止することができ、また別途専用に温度検出手段Ａをつける必要がなくコストアップとはならない。

（実施の形態４）
次に図８は本発明の実施の形態４における電動圧縮機の断面図である。

図８に示すように温度検出手段Ｂを電動圧縮機１００の外壁に設けたものである。

通常電動圧縮機の吐出温度が信頼性を損ねる温度まで上昇しないように吐出温度センサ７をコンプケース１０１の外壁に装着しているが、これを電動圧縮機１００の温度検出手段Ｂと兼用するようにしたものである。

これによって、別途専用に温度センサをつける必要が無くコストアップとはならない。

（実施の形態５）
また、図９は本発明の実施の形態５における電動圧縮機の断面図である。

この実施の形態における電動圧縮機１００は図９に示すようにインバータ１０４に当該インバータ１０４の温度を検出する温度センサ８を備えており、温度検出手段Ｂをこのインバータ１０４の温度を検出するインバータ温度センサ８で兼用した構成としてある。

これによって、電動圧縮機１００内部に溜まっている液冷媒近傍の温度をインバータ温度センサ８が検出するので、より液冷媒の温度を正確に検出できて液圧縮を確実に防止することができるとともに、インバータ１０４の温度が異常上昇した際には電動圧縮機を停止させて安全性を確保できる。また、別途専用に電動圧縮機内部の温度を検出する温度センサを付ける必要がなくコストアップとはならない。

（実施の形態６）
図１０は本発明の実施の形態６の電動圧縮機及び空調制御装置の概略構成図である。

空調制御部１０と電動圧縮機１００とは、空調制御部１０から電力（電流）を供給する電力線９及び空調制御部１０と電動圧縮機１００間で回転数信号や温度信号を通信する通信線９ａで接続し、電動圧縮機１００のインバータ１０４に制御部１を組み込んだ構成としてある。すなわち、空調制御部１０からの空調制御装置の始動信号と温度検出手段Ａの温度信号を空調制御部１０からの通信線９ａを介して制御部１を含むインバータ１０４に入力し、インバータ１０４単独で始動時の電動圧縮機１００の回転数を演算し指示することが出来るインバータ回路にしたものである。

これによって、空調制御装置から独立して、液圧縮を防止する制御機能を電動圧縮機１００自体に持足すことができ、他の色々な空調装置に搭載されても、確実に液圧縮を防止し電動圧縮機１００の信頼性を向上することができる。

なお、上記各実施の形態１〜５において、その制御部１は空調制御部１０内に組み込んである場合で説明したが、制御部１と空調制御部１０は別々に構成したものであっても良いものである。

本発明の空調制御装置は、冷媒状態に応じて液圧縮の発生を防止しつつ、速やかに空調することができ、特に車両用空調装置に好適である。

１ 制御装置
Ａ 空調室内の温度検出手段
Ｂ 電動圧縮機の温度検出手段
５ 凍結防止センサ
６ 内気センサ
７ 吐出温度センサ
８ インバータ温度センサ
９ 電力線
９ａ 通信線
１０ 空調制御部
１００ 電動圧縮機
Ｘ モータ部
Ｙ 圧縮部

Claims (8)

1. 空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａと、冷凍回路の電動圧縮機の温度を検出する温度検出手段Ｂを有し、空調装置を起動した時に温度検出手段Ａと温度検出手段Ｂの温度差（前記温度検出手段Ａ−前記温度検出手段Ｂ）Ｔｄに基づいて電動圧縮機の始動回転数Ｎｓを決定する制御部を備えた空調制御装置。
2. 温度差Ｔｄがゼロ以下の場合は目標回転数Ｎｔで電動圧縮機を始動し、前記温度差Ｔｄが所定値以上であれば目標回転数Ｎｔより低い始動回転数Ｎｓで始動し、前記温度差Ｔｄがゼロから所定値の間にある時は、その間の略比例回転数で始動するように電動圧縮機の回転数を制御する請求項１に記載の空調制御装置。
3. 始動回転数Ｎｓを所定時間維持し、その後徐々に目標回転数Ｎｔへ増速することを特徴とする請求項１または２に記載の空調制御装置。
4. 空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａを冷凍回路の蒸発器の周辺温度検出手段とし、空調装置の蒸発器に装備されている凍結防止センサで兼用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調制御装置。
5. 空調装置は車両用空調装置であって、空調室内の温度を検出する温度検出手段Ａを車両の空調装置に装備されている内気センサで兼用したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調制御装置。
6. 温度検出手段Ｂは電動圧縮機の外壁に設け、前記電動圧縮機に装備されている吐出温度センサで兼用したことを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の空調制御装置。
7. 電動圧縮機は圧縮部とこれを駆動するモータ部及びモータ部を駆動するインバータ一を有し、前記インバータを圧縮部に吸引される冷凍回路からの冷媒で冷却される位置に設けて構成するとともに、インバータは当該インバータの温度を検出する温度センサを具備し、前記インバータの温度を検出するインバータ温度センサで温度検出手段Ｂを兼用したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の空調制御装置。
8. 空調装置を制御する空調制御部を有し、この空調制御部の始動信号と温度検出手段Ａの温度信号を前記空調制御部の通信線を介してインバータに入力し、前記インバータ単独で始動時の回転数を演算し指示することが出来る電動圧縮機を搭載した請求項１〜７のいずれか１項に記載の空調制御装置。