JP2014118105A - 車両用ヒートポンプ装置、車両用空調システムおよび着霜防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液を二次冷媒として用いる場合に、冷却液と空気との間で熱交換を行う熱交換器における温度制御に対する追従性を向上させる車両用ヒートポンプ装置、車両用空調システムおよび着霜防止方法を提供すること。
【解決手段】この車両用ヒートポンプ装置は、冷却液と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷却液にて車両の空調を行う車両用ヒートポンプ装置であって、電動モータを有し、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、前記冷却液を輸送するウォータポンプと、前記電動モータおよび前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、車室内へ送られる空気から前記冷却液に熱を放出させる熱交換器の出口温度が所定の第１閾値未満となった場合、前記ウォータポンプの回転数を減少させる制御を行う構成を採る。
【選択図】図９

Description

本発明は、車両用ヒートポンプ装置、車両用空調システムおよび着霜防止方法に関する。

一般に、空調装置では、暖かい空気が急速に冷却されると、空気中の水分が凝固して着霜が生じることがある。着霜が継続すると、熱交換器一帯が霜で覆われ、空調性能が大幅に劣化してしまうため、着霜を抑制する技術が特許文献１等に開示されている。

特許文献１には、蒸発器を構成するフィンに着霜が検知された場合、冷却能力不足を起こさない範囲で蒸発温度を上昇させるように、圧縮機の回転数を調整することにより、霜の成長を遅らせる技術が開示されている。

一方で、電気で走行する自動車では、空調装置の冷媒を圧縮する圧縮機として電動圧縮機が採用される。電動圧縮機は、圧縮機構を動かす電動モータと、電動モータを駆動する駆動回路（例えばインバータ回路）とを備える。このような車両用空調装置においても、特許文献１に開示の技術を適用することにより、電動圧縮機の電動モータ回転数を低減して、着霜を抑制することができる。

特開２０１２−０５２７５８号公報

車両用空調装置には、ヒートポンプサイクルによって加熱および冷却される一次冷媒と、この一次冷媒と熱交換を行う二次冷媒として冷却液を用い、冷却液と空気との間で熱交換を行うものがある。このような空調装置に上述した特許文献１に開示の技術を適用した場合、電動圧縮機の電動モータ回転数を低減してから熱容量の大きい冷却液の温度が上昇するまで時間がかかる。このため、電動モータ回転数を変更してから、冷却液と空気との間で熱交換を行う熱交換器の温度が実際に上昇するまで時間がかってしまう。例えば、この熱交換器が着霜しないような低い電動モータ回転数に設定しても、追従性の悪さから熱交換器における実際の温度が目標温度から大きく下がり、着霜に至ることも考えられる。

本発明の目的は、冷却液を二次冷媒として用いる場合に、冷却液と空気との間で熱交換を行う熱交換器における温度制御に対する追従性を向上させる車両用ヒートポンプ装置、車両用空調システムおよび着霜防止方法を提供することである。

本発明の車両用ヒートポンプ装置は、冷却液と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷却液にて車両の空調を行う車両用ヒートポンプ装置であって、電動モータを有し、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、前記冷却液を輸送するウォータポンプと、前記電動モータおよび前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、車室内へ送られる空気から前記冷却液に熱を放出させる熱交換器の出口温度が所定の第１閾値未満となった場合、前記ウォータポンプの回転数を減少させる制御を行う構成を採る。

本発明の車両用空調システムは、冷却液と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷却液にて車両の空調を行う車両用ヒートポンプ装置を備える車両用空調システムであって、電動モータを有し、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、前記冷却液を輸送するウォータポンプと、前記電動モータおよび前記ウォータポンプの駆動を制御するエアコン制御装置と、を具備し、前記エアコン制御装置は、車室内へ送られる空気から前記冷却液に熱を放出させる熱交換器の出口温度が所定の第１閾値未満となった場合、前記ウォータポンプの回転数を減少させる制御を行う構成を採る。

本発明の着霜防止方法は、冷却液と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷却液にて車両の空調を行う車両用ヒートポンプ装置における着霜防止方法であって、制御部は、前記車室内へ送られる空気から前記冷却液に熱を放出させる熱交換器の出口温度が所定の第１閾値未満となった場合、前記冷却液を輸送するウォータポンプの回転数を減少させる制御を行うようにした。

本発明によれば、冷却液を二次冷媒として用いる場合に、冷却液と空気との間で熱交換を行う熱交換器における温度制御に対する追従性を向上させることができる。

実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置を示す斜視図 実施の形態の車両用ヒートポンプ装置を示す一部破断図 実施の形態の車両用ヒートポンプ装置の冷媒および冷却液の流れについて説明する図 車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図 車両用ヒートポンプ装置を用いた車両温度調整システムについて説明する図 車両用ヒートポンプ装置のコンプレッサ筐体側の構成を示す一部破断の斜視図 車両用ヒートポンプ装置のコンプレッサ筐体側の構成を示す断面図 図７のＤ−Ｄ線断面図 実施の形態のインバータ周辺の構成を示すブロック図 実施の形態の車両用ヒートポンプ装置における制御部の処理手順を示すフロー図 クーラコア出口温度、電動圧縮機回転数、および、低温側ウォータポンプ回転数の時間変化の一例を示す図 ウォータポンプ回転数とクーラコア出口温度との関係の一例を示す図 ウォータポンプ回転数とクーラコア出口温度との関係の他の一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。

＜車両用ヒートポンプ装置の構成＞
まず、本発明の実施の形態における各構成について、図１および図２を用いて説明する。図１および図２は、本実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置の構成を示す図である。

車両用ヒートポンプ装置１は、車両に搭載される装置であり、低温側水冷媒熱交換器１１０と、高温側水冷媒熱交換器１１１と、冷媒を圧縮し吐出する電動圧縮機１１２と、コンプレッサ筐体１０９等を備える。ここで、車両とは、例えば、電気自動車である。電気自動車とは、例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、またはＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する車両である。

車両用ヒートポンプ装置１は、その内部にヒートポンプサイクルを有し、ヒートポンプの冷媒と低温側の冷却液（第２の冷却液に相当）および高温側の冷却液（第１の冷却液に相当）との間で熱交換を行う。低温側の冷却液と高温側の冷却液とは、車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される。

冷媒は、例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）など、電気自動車に要求される極低温の環境下でもヒートポンプサイクルの効率を向上できる一方、作動圧力が高くなるものが採用される。

冷却液は、例えば、エチレングリコール水溶液などの液体である。冷却液は、不凍液であれば良く、エチレングリコール水溶液以外にプロピレングリコール水溶液を用いることも可能である。

高温側の冷却液は、高温側導入管１０４を介してコンプレッサ筐体１０９の外部から導入される（図１の矢印Ｂ）。この導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて加熱され、高温側導出管１０５から導出される（図１の矢印Ｂ）。冷却液は、高温側ウォータポンプ１０１が備える電動モータの駆動力にて輸送される。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、高温高圧の冷媒が流れる通路と高温側の冷却液が流れる通路とを備え、これら通路の間で熱を移動させるように構成されている。

低温側の冷却液は、低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入される（図１の矢印Ａ）。導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却され、低温側導出管１０７から導出される（図１の矢印Ａ）。冷却液は、低温側ウォータポンプ１０２が備える電動モータの駆動力にて輸送される。

低温側水冷媒熱交換器１１０は、低温低圧の冷媒が流れる通路と低温側の冷却液が流れる通路とを備え、これらの通路の間で熱を移動させるように構成されている。

電動圧縮機１１２は、電動モータ１１２ａと圧縮機構１１２ｂとにより構成される。圧縮機構１１２ｂは、電動モータ１１２ａが発生する駆動力により冷媒を圧縮して吐出する機構である。圧縮機構１１２ｂは、例えば、スクロール型を用いることができる。電動モータ１１２ａは、インバータ（駆動回路に相当）１１３により電気的に駆動される。インバータ１１３は電力用半導体（例えばＩＧＢＴ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を有しており、給電部１０３から給電される直流電力を３相交流電力に変換して電動モータ１１２ａへ供給する。電力用半導体は、パワー半導体、パワー素子とも呼ばれる。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、電動圧縮機１１２の冷媒の入口の上流にアキュムレータ１０８を備える。アキュムレータ１０８は、冷媒を気体と液体に分離させることで、電動圧縮機１１２へ気体の冷媒のみを供給する役割をなす。電動圧縮機１１２の破壊を防止するためである。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、低温側水冷媒熱交換器１１０の冷媒の入口の上流に膨張弁１１４を備える。膨張弁１１４は、熱量を変化させずに高圧の冷媒を膨張させて低圧にすることで、冷媒を低温にして低温側水冷媒熱交換器１１０へ送る。

また、車両用ヒートポンプ装置１は、車両用ヒートポンプ装置１の外部から電源供給を受けるための給電部１０３を備える。給電部１０３は、コンプレッサ筐体１０９の外壁に備える。給電部１０３へ供給された電気エネルギーは、電動圧縮機１１２、高温側ウォータポンプ１０１、および、低温側ウォータポンプ１０２のそれぞれが備える電動モータの駆動に用いられる。

＜車両用ヒートポンプ装置の動作＞
次に、図３を用いて車両用ヒートポンプ装置１の冷媒と冷却液の流れについて説明する。

始めに、冷媒の流れを説明する。図３の矢印Ｃは冷媒の流れる方向を示している。冷媒は、電動圧縮機１１２、高温側水冷媒熱交換器１１１、膨張弁１１４、低温側水冷媒熱交換器１１０を、この順で流れる。この冷媒の流れにより、ヒートポンプサイクルが構成される。

電動圧縮機１１２で圧縮された高温高圧の冷媒は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて熱を放出して液体となる。液体となった冷媒は、膨張弁１１４にて急激に膨張され、低温低圧の冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒はアキュムレータ１０８を通過して電動圧縮機１１２にて再度、圧縮される。

続いて、冷却液の流れを説明する。高温側導入管１０４を介してコンプレッサ筐体１０９の外部から導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温の冷媒と熱交換を行って加熱される。加熱された冷却液は、高温側導出管１０５から導出される。

低温側導入管１０６を介して車両用ヒートポンプ装置１の外部から導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器１１０にて低温の冷媒と熱交換を行って冷却され、低温側導出管１０７から導出される。

このように、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、装置内だけで冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを実現している。さらに、高温側水冷媒熱交換器１１１および低温側水冷媒熱交換器１１０は、空気ではなく液体（冷却液）と冷媒との間で熱交換を行う。この構成により、車両用ヒートポンプ装置１は、冷却液を介して車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所から熱を吸収し、車両用ヒートポンプ装置１から離れた箇所へ熱を放出することができる。

＜車両温度調整システム＞
次に、図４および図５を用いて、車両用ヒートポンプ装置１を用いた車両温度調整システムについて説明する。図４は車両温度調整システムの暖房運転時の説明図、図５は車両温度調整システムの冷房運転時の説明図である。

高温側導出管１０５から導出した加熱された冷却液、および、低温側導出管１０７から導出した冷却された冷却液は車両用空調装置２へ導入され、冷房もしくは暖房に用いられる。車両用空調装置２は、ファイアウォール７の車室側に配置され、車室内の空調を行う装置である。車両用ヒートポンプ装置１は、ファイアウォール７の車室外の側に配置される。

車両用空調装置２は、冷房用空気水熱交換器（以下、「クーラコア」という）２００、暖房用空気水熱交換器２０１、ブロワファン２０２、切換ドア２０３、および、クーラコア温度センサ２０４を備える。

クーラコア２００は、ブロワファン２０２により送風された空気と、低温側導出管１０７から導出した冷却された冷却液との間で熱交換を行い、空気を冷却するものである。冷却された空気は車室内へ導かれ、車室内の冷房に用いられる。クーラコア２００には、クーラコア温度センサ２０４が設けられ、クーラコア温度センサ２０４は、クーラコア２００の出口温度を検出する。

クーラコア２００にて加熱された冷却液は、低温側導入管１０６を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。

暖房用空気水熱交換器２０１は、ブロワファン２０２により送風された空気と、高温側導出管１０５から導出した加熱された冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱するものである。加熱された空気は車室内へ導かれ、車室内の暖房に用いられる。

暖房用空気水熱交換器２０１にて冷却された冷却液は、高温側導入管１０４を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置１へ導入される。なお、第１のラジエータ５は、冷房時の冷却液の放熱に用いられる。

車両用ヒートポンプ装置１が導出する冷却液は、発熱体３の冷却に用いることも可能である。ここで、発熱体３とは、例えば、電気自動車に用いられる走行用モータ、走行用モータを駆動するためのインバータ、走行用モータへ電気エネルギーを供給するための蓄電池、車両外部から蓄電池を充電するための充電器、蓄電池の電圧変換を行うためのＤＣ−ＤＣ変換器などの、発熱部材である。これら発熱部材は電気自動車の走行中等に冷却を必要とする。

発熱体３から放出される熱は、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、車両用ヒートポンプ装置１にて冷却される。この加熱された冷却液は、第２のラジエータ６で放熱させることで、冷却することもできる。

車両用空調装置２を車室内の暖房に用いる場合は、発熱体３から放出された熱を、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管１０６へ導かれ、低温側水冷媒熱交換器１１０にて冷却される。

この際、冷媒に回収（吸熱）された熱を、高温側水冷媒熱交換器１１１にて高温側の冷却液に回収（吸熱）させ、この冷却液を高温側導出管１０５から導出させ、暖房用空気水熱交換器２０１に導くことで、車室内の空気の加熱に利用する事も可能である。

車両温度調整システムでは、図４と図５とに示すように、複数の三方弁Ｔによる冷却液の経路の切り替え、ならびに、切換ドア２０３による車室内へ向かう空気の経路の切り替えにより、車室内の暖房および冷房等の切り替えを行うことができる。

＜高温側水冷媒熱交換器の詳細＞
次に、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１におけるコンプレッサ筐体１０９側の構成を詳細に説明する。

図６は、車両用ヒートポンプ装置のコンプレッサ筐体側の構成を示す一部破断の斜視図である。図７は、車両用ヒートポンプ装置のコンプレッサ筐体側の構成を示す断面図である。図８は、図７のＤ−Ｄ線断面図である。

高温側水冷媒熱交換器１１１および電動圧縮機１１２は、コンプレッサ筐体１０９に収められて一体化されている。コンプレッサ筐体１０９は、密閉性を有し、冷却液および冷媒の各導入口および各導出口を除いて、高温側水冷媒熱交換器１１１と電動圧縮機１１２とを内部に閉じ込める。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、図６〜図８に示すように、冷媒が流れる通路１１１ａと、冷却液が流れる通路１１１ｂとを備えている。

冷却液の通路１１１ｂは、例えば、電動圧縮機１１２の周囲に沿って二次元方向（図６のＸ−Ｒ方向）に広がる空間により構成され、通路１１１ｂの一端および他端に冷却液の導入口１１１ｂｉｎと導出口１１１ｂｏｕｔとが設けられている。導出口１１１ｂｏｕｔは、高温側ウォータポンプ１０１に通じている。また、通路１１１ｂの一部は、コンプレッサ筐体１０９の壁体により構成されている。

冷媒の通路１１１ａは、例えば、複数の直線状且つ筒状の配管により構成され、冷却液の通路１１１ｂを横切るように通路１１１ｂを囲う空間内に配置されている。図８に示すように、複数の通路１１１ａは、電動圧縮機１１２の周方向（図６のＲ方向）に分散して配置されている。各通路１１１ａの一端は、図７に示すように、電動圧縮機１１２の冷媒導出口につながる冷媒室１１１ｃに通じ、各通路１１１ａの他端は、膨張弁１１４につながる冷媒室１１１ｄに通じている。冷媒室１１１ｃ、１１１ｄの一部は、コンプレッサ筐体１０９の壁体により構成されている。

高温側水冷媒熱交換器１１１は、図６〜図８に示すように、電動圧縮機１１２（電動モータ１１２ａおよび圧縮機構１１２ｂ）の周囲を囲うように配置され、電動圧縮機１１２と高温側水冷媒熱交換器１１１とは熱的に結合している。

冷媒は、導入口１４２（図７を参照）を介して、低温側水冷媒熱交換器１１０から電動圧縮機１１２へ導入される。また、冷媒は、導出口１４１（図７を参照）を介して、高温側水冷媒熱交換器１１１から膨張弁１１４へ導出される。

＜インバータ周辺の機能ブロック＞
次に、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１のインバータ１１３周辺における機能ブロックについて説明する。

図９は、車両用ヒートポンプ装置のインバータ周辺の構成を示すブロック図である。なお、図９では、車両用ヒートポンプ装置１と共に、クーラコア２００の出口温度を検出するクーラコア温度センサ２０４、電力を充放電する蓄電池３０１、および、エアコンを制御するエアコン制御装置３０２も記載する。

図９より、車両用ヒートポンプ装置１は、電動圧縮機１１２、インバータ１１３、高温側ウォータポンプ１０１及び低温側ウォータポンプ１０２を含む。

電動圧縮機１１２は、電動モータ１１２ａおよび圧縮機構１１２ｂを含む。電動圧縮機１１２は、インバータ１１３の制御により冷媒を圧縮する。

インバータ１１３は、制御部（クーラコア着霜防止制御部）１３１、駆動部１３２およびパワー素子１３３を含む。インバータ１１３は、電動モータ１１２ａに対して駆動制御を行う。

高温側ウォータポンプ１０１は、インバータ１１３における制御部１３１の制御により、高温側の冷却液を輸送し、低温側ウォータポンプ１０２は、インバータ１１３における制御部１３１の制御により、低温側の冷却液を輸送する。

インバータ１１３において、制御部１３１は、エアコンの駆動開始を指示する駆動ＯＮのエアコン制御信号がエアコン制御装置３０２から出力された場合には、駆動部１３２に対して電動モータ１１２ａの駆動を開始する制御を行う。また、制御部１３１は、エアコンの駆動停止を指示する駆動ＯＦＦのエアコン制御信号がエアコン制御装置３０２から出力された場合には、駆動部１３２に対して電動モータ１１２ａの駆動を停止する制御を行う。電動モータ１１２ａの駆動の開始または停止は、制御部１３１がパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号を生成して駆動部１３２へ出力することによって行われる。

また、制御部１３１は、冷房運転中にクーラコア温度センサ２０４からクーラコア出口温度Ｔｃｃを取得する。制御部１３１は、取得したクーラコア出口温度Ｔｃｃに基づいて、電動圧縮機１１２の電動モータ回転数（以下、単に「電動圧縮機回転数」という）および低温側ウォータポンプ１０２の回転数（以下、単に「ウォータポンプ回転数」という）を制御する。なお、制御部１３１の詳細な処理手順については後述する。

駆動部１３２は、ＰＷＭ信号を用いた上記制御に従ってパワー素子１３３を駆動する。すなわち、駆動部１３２は、制御部１３１から出力されたＰＷＭ信号に従って、パワー素子１３３を通電または遮断する制御を行う。

パワー素子１３３は、駆動部１３２の制御に従って、蓄電池３０１から供給される直流電力を通電または遮断する。これにより、パワー素子１３３は、蓄電池３０１から供給される直流電力を交流電力に変換して電動モータ１１２ａに供給し、電動モータ１１２ａを駆動する。

電動モータ１１２ａは、パワー素子１３３から供給される交流電力によって回転し、圧縮機構１１２ｂを駆動させる。

圧縮機構１１２ｂは、電動モータ１１２ａにより駆動されて冷媒を圧縮する。

＜制御部における処理手順の詳細＞
次に、実施の形態１の車両用ヒートポンプ装置１における制御部１３１の処理手順を詳細に説明する。

図１０は、車両用ヒートポンプ装置における制御部の処理手順を示すフロー図である。図１０において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）４０１では、制御部１３１は、エアコン制御装置３０２から冷房運転ＯＮのエアコン制御信号を取得したか否かを判定し、このエアコン制御信号を取得した場合には、ＳＴ４０２に移行し、このエアコン制御信号を取得していない場合には、ＳＴ４０１に戻る。

ＳＴ４０２では、制御によってクーラコア出口温度Ｔｃｃを収束させる目標温度であるクーラコア目標出口温度Ｔｇ（目標温度に相当）、クーラコア出口温度Ｔｃｃをクーラコア目標出口温度Ｔｇに収束させるために用いる温度閾値であるクーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１、Ｔｔｈ２（ただし、Ｔｔｈ２＜Ｔｇ＜Ｔｔｈ１）、および、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐをそれぞれ設定する。なお、ここでは、ウォータポンプ回転数ＮｗｐをＮｗｐ１に設定する。

ＳＴ４０３では、制御部１３１は、クーラコア温度センサ２０４からクーラコア出口温度Ｔｃｃを取得し、ＳＴ４０４では、クーラコア目標出口温度Ｔｇからクーラコア出口温度Ｔｃｃを減算してΔＴを算出し、ＳＴ４０５では、ΔＴに基づいて、電動圧縮機回転数Ｎｃｍｐを決定し、決定した回転数にて電動圧縮機１１２を制御する。

ＳＴ４０６では、制御部１３１は、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１以上であるか否かを判定し、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１以上である（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ４０７に移行し、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１未満である（ＮＯ）場合には、ＳＴ４０８に移行する。ＳＴ４０７では、制御部１３１は、ウォータポンプ回転数ＮｗｐをＮｗｐ１に維持決定する。

ＳＴ４０８では、制御部１３１は、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア目標出口温度Ｔｇより大きく、かつ、クーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１未満であるか否かを判定し、この条件を満たす（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ４０９に移行し、この条件を満たさない（ＮＯ）場合には、ＳＴ４１０に移行する。ＳＴ４０９では、制御部１３１は、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐを次式（１）に従って算出し、算出した回転数にて低温側ウォータポンプ１０２を制御する。
Ｎｗｐ＝（Ｎｗｐ１−Ｎｗｐ２）／（Ｔｔｈ１−Ｔｇ）＊Ｔｃｃ＋Ｎｗｐ２＋（Ｎｗｐ２−Ｎｗｐ１）／（Ｔｔｈ１−Ｔｇ）＊Ｔｇ …（１）

ここで、Ｎｗｐ２は、Ｎｗｐ１より低いウォータポンプ回転数を示す。また、式（１）では、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐとクーラコア出口温度Ｔｃｃとが正比例の関係を示す一次方程式によってＮｗｐを算出している。

ＳＴ４１０では、制御部１３１は、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア目標出口温度Ｔｇ以下、かつ、クーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ２以上であるか否かを判定し、この条件を満たす（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ４１１に移行し、この条件を満たさない（ＮＯ）場合には、ＳＴ４１２に移行する。

ＳＴ４１１では、制御部１３１は、ウォータポンプ回転数ＮｗｐをＮｗｐ２に決定し、決定した回転数Ｎｗｐ２にて低温側ウォータポンプ１０２を制御する。また、ＳＴ４１２では、制御部１３１は、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐを０に決定し、低温側ウォータポンプ１０２の駆動を停止させる。

ＳＴ４１３では、制御部１３１は、エアコン制御装置３０２から冷房運転ＯＦＦのエアコン制御信号を取得したか否かを判定し、このエアコン制御信号を取得した場合には、処理を終了し、このエアコン制御信号を取得していない場合には、ＳＴ４０３に戻る。

このように、クーラコア出口温度Ｔｃｃに基づいて、電動圧縮機回転数Ｎｃｍｐに加え、クーラコア出口温度Ｔｃｃと関連付けた回転数にてウォータポンプ回転数Ｎｗｐを制御する。この結果、例えば、クーラコア出口温度Ｔｃｃが低く、着霜の可能性が高い場合に、冷却液の流量を抑制し、クーラコア２００における熱交換量を低減することにより、クーラコア出口温度Ｔｃｃを短時間で上昇させることができ、着霜の可能性を低減することができる。

＜クーラコア出口温度、電動圧縮機回転数およびウォータポンプ回転数の時間変化＞
図１１は、クーラコア出口温度Ｔｃｃ、電動圧縮機回転数Ｎｃｍｐ、および、低温側ウォータポンプ回転数Ｎｗｐの時間変化の一例を示す図である。図１１において、クーラコア出口温度Ｔｃｃと電動圧縮機回転数Ｎｃｍｐにおける太い実線で示すグラフはウォータポンプ回転数Ｎｗｐを減少させた場合を示し、太い点線で示すグラフはウォータポンプ回転数Ｎｗｐを減少させない場合を示す。

ここで、時刻０〜ｔ１では、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１より大きいので、ウォータポンプ回転数ＮｗｐがＮｗｐ１にて制御される。

また、時刻ｔ１〜ｔ２では、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア目標出口温度Ｔｇより大きく、かつ、クーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１未満であるので、式（１）によって求められるウォータポンプ回転数Ｎｗｐにて制御される。

また、時刻ｔ２〜ｔ３では、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア目標出口温度Ｔｇ以下、かつ、クーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ２以上であるので、ウォータポンプ回転数ＮｗｐがＮｗｐ２にて制御される。

また、時刻ｔ３〜ｔ４では、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア目標出口温度Ｔｇより大きく、かつ、クーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１未満なので、式（１）によって求められるウォータポンプ回転数Ｎｗｐにて制御される。

さらに、時刻ｔ４以降では、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア目標出口温度Ｔｇとなるので、ウォータポンプ回転数ＮｗｐがＮｗｐ２にて制御される。

＜ウォータポンプ回転数とクーラコア出口温度との関係＞
図１２は、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐとクーラコア出口温度Ｔｃｃとの関係の一例を示す図である。図１２において、縦軸は、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐを示し、横軸は、クーラコア出口温度Ｔｃｃを示す。図１２から分かるように、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１以上の場合には、ウォータポンプ回転数ＮｗｐはＮｗｐ１にする。

また、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア目標出口温度Ｔｇより大きく、クーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１より小さい場合には、式（１）によって求められるウォータポンプ回転数Ｎｗｐにする。これにより、着霜の可能性を低減することができる。なお、式（１）は、図１２のグラフにおける傾き（正比例の関係）を示す方程式である。

また、クーラコア出口温度閾値Ｔｃｃがクーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ２以上、かつ、クーラコア目標出口温度Ｔｇ以下の場合には、ウォータポンプ回転数ＮｗｐはＮｗｐ２にする。これにより、着霜の可能性はあるものの、空調性能を維持することができる。

さらに、クーラコア出口温度Ｔｃｃがクーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ２未満の場合には、着霜する可能性が高いので、ウォータポンプ回転数を０にし、低温側ウォータポンプ１０２の駆動を停止する。

＜実施の形態の効果＞
このように、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１では、制御部１３１がクーラコア温度センサ２０４からクーラコア出口温度Ｔｃｃを取得し、取得したクーラコア出口温度Ｔｃｃに基づいて、クーラコア出口温度Ｔｃｃと関連付けたウォータポンプ回転数Ｎｗｐにて制御する。これにより、冷却液を二次冷媒として用いる場合においても、クーラコア２００の温度制御に対する追従性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、車両温度調整システムの冷房運転時における動作を中心に説明した。しかし、本発明は、車両温度調整システムの除湿暖房運転時にも適用できる。ここで、除湿暖房運転とは、外気をクーラコア２００で除湿してから暖房用空気水熱交換器２０１で暖め、車室内の暖房に用いる運転のことである。

なお、本実施の形態では、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐとクーラコア出口温度Ｔｃｃとの関係として図１２に示す例を挙げて説明した。しかし、図１３に示すような関係を用いてもよい。図１３では、ウォータポンプ回転数ＮｗｐのＮｗｐ１からＮｗｐ２への変化をクーラコア出口温度ＴｃｃのＴｔｈ１からＴｇ’（Ｔｇ’＞Ｔｇ）に対応させるようにしてもよい。すなわち、この設定では、クーラコア出口温度閾値Ｔｔｈ１未満においてクーラコア出口温度Ｔｃｃが低いほど、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐを急速に減少させることになる。これにより、図１２に示した設定よりも早く着霜を防止することができる。

また、図１２及び図１３において、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐとクーラコア出口温度Ｔｃｃとが正比例の関係を示す領域を示しているが、この領域は正比例の関係に限らず、正の相関関係を有していればよい。

また、本実施の形態では、クーラコア温度センサ２０４がクーラコア出口温度Ｔｃｃを検出する方法を例にとって説明した。しかし、クーラコア出口温度Ｔｃｃを検出する方法はこれに限るものでもなく、クーラコア温度センサ２０４以外の他のセンサの測定値から推定によって求めてもよい。

また、本実施の形態では、制御部１３１が、クーラコア出口温度判定、電動圧縮機回転数Ｎｃｍｐの制御、および、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐの制御を行うものとして説明した。しかし、本発明はこれらの処理をエアコン制御装置３０２が行ってもよい。

また、本実施の形態では、車両用ヒートポンプ装置１を一体化した場合を例に説明した。しかし、本発明は、車両用ヒートポンプ装置１を一体化せず、各構成部材をそれぞれ離間して配置してもよい。

本発明にかかる車両用ヒートポンプ装置、車両用空調システムおよび着霜防止方法は、車両内の各部の温度を調整するシステム等に用いるのに好適である。

１ 車両用ヒートポンプ装置
１０１ 高温側ウォータポンプ
１０２ 低温側ウォータポンプ
１０３ 給電部
１０４ 高温側導入管
１０５ 高温側導出管
１０６ 低温側導入管
１０７ 低温側導出管
１０８ アキュムレータ
１０９ コンプレッサ筐体
１１０ 低温側水冷媒熱交換器
１１１ 高温側水冷媒熱交換器
１１１ａ 冷媒の通路
１１１ｂ 冷却液の通路
１１２ 電動圧縮機
１１２ａ 電動モータ
１１２ｂ 圧縮機構
１１３ インバータ
１１４ 膨張弁
２ 車両用空調装置
２００ 冷房用空気水熱交換器
２０１ 暖房用空気水熱交換器
２０２ ブロワファン
２０３ 切替ドア
２０４ クーラコア温度センサ
３ 発熱体
５ 第１のラジエータ
６ 第２のラジエータ
７ ファイアウォール
１３１ 制御部
１３２ 駆動部
１３３ パワー素子
３０１ 蓄電池
３０２ エアコン制御装置

Claims (10)

1. 冷却液と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷却液にて車両の空調を行う車両用ヒートポンプ装置であって、
   電動モータを有し、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、
   前記冷却液を輸送するウォータポンプと、
   前記電動モータおよび前記ウォータポンプの駆動を制御する制御部と、
   を具備し、
   前記制御部は、車室内へ送られる空気から前記冷却液に熱を放出させる熱交換器の出口温度が所定の第１閾値未満となった場合、前記ウォータポンプの回転数を減少させる制御を行う、
   車両用ヒートポンプ装置。
2. 前記制御部は、冷房運転時、または、除湿暖房運転時に、前記ウォータポンプの回転数を減少させる制御を行う、
   請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
3. 前記電動圧縮機が吐出した前記冷媒を膨張させる膨張弁と、
   前記膨張弁を通過した前記冷媒で前記冷却液を冷却する低温側水冷媒熱交換器と、
   をさらに具備する、
   請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
4. 前記制御部は、前記熱交換器の出口温度と目標温度との差分に基づいて、前記電動モータの回転数を制御する、
   請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
5. 前記制御部は、前記熱交換器の出口温度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記第１閾値より低い値の目標温度より大きい場合、前記熱交換器の出口温度と正の相関関係を有する回転数に前記ウォータポンプを制御する、
   請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
6. 前記制御部は、前記熱交換器の出口温度が目標温度以下であり、かつ、前記目標温度より低い値の所定の第２閾値以上の場合、前記熱交換器の出口温度と正の相関関係を有する回転数のうち、最も低い回転数に前記ウォータポンプを制御する、
   請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
7. 前記制御部は、前記熱交換器の出口温度が目標温度より低い値の所定の第２閾値未満の場合、前記ウォータポンプの回転数を０に制御する、
   請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
8. 前記熱交換器の出口温度を検出する温度センサを具備する、
   請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
9. 冷却液と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷却液にて車両の空調を行う車両用ヒートポンプ装置を備える車両用空調システムであって、
   電動モータを有し、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機と、
   前記冷却液を輸送するウォータポンプと、
   前記電動モータおよび前記ウォータポンプの駆動を制御するエアコン制御装置と、
   を具備し、
   前記エアコン制御装置は、車室内へ送られる空気から前記冷却液に熱を放出させる熱交換器の出口温度が所定の第１閾値未満となった場合、前記ウォータポンプの回転数を減少させる制御を行う、
   車両用空調システム。
10. 冷却液と冷媒との間で熱交換を行い、前記冷却液にて車両の空調を行う車両用ヒートポンプ装置における着霜防止方法であって、
    制御部は、
    前記車室内へ送られる空気から前記冷却液に熱を放出させる熱交換器の出口温度が所定の第１閾値未満となった場合、前記冷却液を輸送するウォータポンプの回転数を減少させる制御を行う、
    着霜防止方法。
    

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