JP2017154522A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気流通路3から車室内に供給する空気を加熱するための熱媒体循環回路23を備え、コントローラは、暖房モードにおいて、熱媒体循環回路23のみによる車室内の暖房に移行する際、圧縮機2を停止する以前に熱媒体循環回路23による暖房能力を増大させ、当該熱媒体循環回路23による暖房能力の増大に応じて放熱器4による暖房能力を低下させる移行時制御を実行する。
【選択図】図1
Description
コントローラ32により或いは空調操作部53へのマニュアル操作により暖房モードが選択されると、コントローラ32は電磁弁21を開放し、電磁弁17、電磁弁22を閉じる。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熱媒体−空気熱交換器40及び放熱器4に通風される状態とする。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内の空気は熱媒体−空気熱交換器40により加熱された後(熱媒体循環回路23が作動している場合)、放熱器4内の高温冷媒により加熱される。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。
次に、除湿暖房モードでは、コントローラ32は上記暖房モードの状態において電磁弁22を開放する。これにより、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の一部が分流され、電磁弁22を経て冷媒配管13F及び13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至るようになる。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に凝結して付着するので、空気は冷却され、且つ、除湿される。
次に、内部サイクルモードでは、コントローラ32は上記除湿暖房モードの状態において室外膨張弁6を閉じる(全閉)。即ち、この内部サイクルモードは除湿暖房モードにおける室外膨張弁6の制御で当該室外膨張弁6を全閉とした状態と云えるので、内部サイクルモードは除湿暖房モードの一部と捕らえることもできる。
次に、除湿冷房モードでは、コントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21、電磁弁22を閉じる。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熱媒体−空気熱交換器40及び放熱器4に通風される状態とする。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内の高温冷媒により加熱され(熱媒体循環回路23は停止)、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。
次に、冷房モードでは、コントローラ32は上記除湿冷房モードの状態において室外膨張弁6の弁開度を全開とする。コントローラ32はエアミックスダンパ28を制御し、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気が、熱媒体−空気熱交換器40及び放熱器4に通風される割合を調整する。
次に、図3〜図9を用いて前述した暖房モードにおけるコントローラ32の圧縮機2及び熱媒体循環回路23の制御について説明する。
コントローラ32は下記式(1)から目標吹出温度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温度の目標値である。
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・式(1)
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。コントローラ32はこの目標吹出温度TAOから目標放熱器温度TCOを算出する。
以下、図5、図6のフローチャートを参照しながら暖房モードにおけるコントローラ32の具体的な制御の一例について説明する。この実施例ではコントローラ32は、圧縮機2の回転数NCをその条件下での最大回転数として圧縮機2を運転し、放熱器4による暖房能力が不足する分を熱媒体循環回路23(熱媒体−空気熱交換器40)による加熱で補完する。即ち、コントローラ32は図5のステップS1で車両用空気調和装置1の冷媒回路Rから成るヒートポンプ(図5ではHPで示す)に故障が生じて故障判定されていないか否か判断し、故障(N)している場合にはステップS14でヒートポンプ(圧縮機2)を停止する。
Qmax=f(Tam、Ga、NCmax、Thtr−Te) ・・式(3)
Qtotal=(TCI−Te)×Cpa×実Ga×(SW/100)×γaTe
×1.16 ・・式(4)
Qhtr=(Thtr−Te)×Cpa×実Ga×(SW/100)×γaTe
×1.16 ・・式(5)
Qhp=(TCI−Thtr)×Cpa×実Ga×(SW/100)×γaTe
×1.16 ・・式(6)
ΔQmax=TGQ−Qmax ・・式(7)
ΔQtotal=TGQ−Qtotal ・・式(8)
実施例の協調制御は図6に示されている。コントローラ32は図6のフローチャートのステップS8で実能力による判定を行う。この実能力による判定とは、実施例では圧縮機2の回転数NCが最大回転数であること、冷媒回路Rの高圧圧力(放熱器圧力PCI)が安定していること、ΔQtotalが所定値以上であること、の全ての条件が成立した状態が所定時間(例えば、30秒など)経過しているか否かの判定であり、今は圧縮機2の起動直後であるものとすると、コントローラ32はステップS8で(N)としてステップS10に進み、今度はMAX能力による判定を行う。
TGQhtr=(Qaff+Qafb)/Φ ・・式(9)
尚、Φは熱媒体循環回路23(熱媒体加熱電気ヒータ35)の温度効率(ヒータ温度効率)である。
次に、図7はコントローラ32による暖房モードにおける協調制御のもう一つのフローチャートを示している。尚、この図において図6と同一符号で示すステップは同様の制御を行うものとする。この場合、ステップS5、ステップS9、ステップS11からはステップS7aに進み、次にステップS7bに進むことになる。
THO=(Qaff+Qafb)/(Cpa×実Ga×γaTe×1.16)+Te
・・式(10)
次に、図5のステップS4におけるHP停止判定について説明する。このHP停止判定では、以下に説明する三つの条件について判定が行われる。
室外熱交換器7の着霜が増大すると、冷媒回路Rの圧縮機2を運転しても外気からの吸熱(ヒートポンプ)ができなくなると共に、運転効率も著しく低下する。そこで、実施例では、
(イ)(TCO−TCI)≧所定値(所定の大きい値。例えば5deg)、且つ、ΔTXO≧所定値(所定の大きい値。例えば10deg)の状態が所定時間経過(例えば30sec)したこと、又は、
(ロ)ΔTXO≧所定値(上記(イ)より小さい値。例えば5deg)の状態が所定時間継続(上記(イ)より長い時間。例えば60min)したこと、の何れかの条件が成立したこと、で室外熱交換器7の着霜が進行していると判定する。
また、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsが低くなり、圧縮機2の回転数NCが低くなると圧縮機2の運転効率は低下し、信頼性も低下してくる。そこで、実施例では、
(ハ)Ts≦所定値(所定の低い値。例えば−25℃)、且つ、NC≦所定値(所定の低い値。例えば1000rpm)の状態が所定時間(例えば30sec)経過したこと、の条件が成立したことで圧縮機2の運転効率が低下していると判定する。
また、室外熱交換器7に着霜が成長すると外気との熱交換器効率が低下する関係上、外気からの吸熱量が低下するため、放熱器4が発生する暖房能力も低下する。また、外気温度が低くなったときには圧縮機2に吸い込まれる冷媒の密度が低下するため、この場合も放熱器4が発生する暖房能力は低下してくる。他方、前述した如く熱媒体循環回路23は係る放熱器4の暖房能力の低下分を補うかたちで運転されるため、放熱器4の暖房能力が低下してくると、やがて熱媒体循環回路23の暖房能力が放熱器4の暖房能力より大きくなる場合が発生する。
(ニ)熱媒体循環回路23の熱媒体加熱電気ヒータ35が通電されており、且つ、圧縮機2の回転数NC≦所定値(所定の低い値。例えば2000rpm)、且つ、(Qtotal−熱媒体循環回路23の消費電力)≦所定値(所定の低い値。例えば200W)又はTotalCOP<所定値(例えば1)であること、の条件が成立したことで放熱器4による吸熱が発生していると判定する。
尚、TotalCOP=(Qtotal−熱媒体循環回路23の消費電力)/圧縮機2の消費電力、である。
コントローラ32は、ステップS4で上記(イ)〜(ニ)のうちの何れかの条件が成立した場合、ヒートポンプ(圧縮機2)を停止すると判定する。ステップS4でヒートポンプ(圧縮機2)を停止する判定がなされると、コントローラ32はHP停止判定フラグfHPstpをセット「1」してステップS6に進み(Y、HP停止、fHPstp=1)、移行時制御を開始する。
ステップS6に進んだ段階ではHP停止フラグfHPstpPrsはリセット「0」されているので(N、HP停止処理中)、コントローラ32はステップS13に進んでHP停止処理演算を行う。このHP停止処理演算では、コントローラ32は先ず熱媒体循環回路23の要求能力TGQhtrをTGQとする(TGQhtr=TGQ)。また、HP停止判定フラグfHPstp=1、且つ、HP停止フラグfHPstpPrs=0であるので、図4における切換部63はF/F操作量演算部58に入力される要求能力TGQを、(TGQ−Qhtr)に置き換える。
また、コントローラ32は図5のステップS13でHP完全停止判定を行う。この場合のHP回転停止判定の条件は、実施例では、
(ホ)要求される放熱器4の暖房能力である要求能力TGQと熱媒体循環回路23が実際に発生する暖房能力であるHTR実能力Qhtrとの差(TGQ−Qhtr)≦所定値(所定の低い値。例えば300W)、
(ヘ)放熱器4が実際に発生する暖房能力であるHP実能力Qhp≦所定値(所定の低い値。例えば300W)、
(ト)圧縮機2の目標回転数TGNCh≦所定値(所定の低い値。例えば800rpm)、のうちの何れかの条件が成立したか否かであり、これら(ホ)〜(ト)のうちの何れかの条件が成立した場合、コントローラ32はHP停止フラグfHPstpPrsをセット「1」する。
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
17、20、21、22 電磁弁
23 熱媒体循環回路(補助加熱装置)
26 吸込切換ダンパ
27 室内送風機(ブロワファン)
28 エアミックスダンパ
30 循環ポンプ
32 コントローラ(制御装置)
35 熱媒体加熱電気ヒータ(電気ヒータ)
40 熱媒体−空気熱交換器(補助加熱装置)
R 冷媒回路
Claims (9)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、
冷媒を放熱させて前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、
前記車室外に設けられて冷媒を吸熱させる室外熱交換器と、
制御装置とを備え、
該制御装置により、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減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させることで前記車室内を暖房する暖房モードを実行する車両用空気調和装置において、
前記空気流通路から前記車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置を備え、
前記制御装置は、
前記暖房モードにおいて、前記補助加熱装置のみによる前記車室内の暖房に移行する際、前記圧縮機を停止する以前に前記補助加熱装置による暖房能力を増大させ、当該補助加熱装置による暖房能力の増大に応じて前記放熱器による暖房能力を低下させる移行時制御を実行することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記暖房モードにおいて、要求される前記放熱器の暖房能力である要求能力TGQを算出すると共に、
前記移行時制御では、前記補助加熱装置の要求能力TGQhtrを前記要求能力TGQと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。 - 前記制御装置は、前記補助加熱装置の要求能力TGQhtrを、徐々に前記要求能力TGQまで増大させることを特徴とする請求項2に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記暖房モードにおいて、前記車室内に吹き出される空気温度の目標値である目標吹出温度に基づいて高圧圧力の目標値を算出し、当該目標値と高圧圧力、及び、前記要求能力TGQに基づいて前記圧縮機の回転数を制御すると共に、
前記移行時制御では、前記補助加熱装置が実際に発生する暖房能力であるHTR実能力Qhtrを、前記要求能力TGQから差し引くことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記暖房モードにおいて、少なくとも前記要求能力TGQに基づくフィードフォワード演算により前記圧縮機の目標回転数のF/F操作量TGNChffを算出し、前記目標値と高圧圧力に基づくフィードバック演算により前記圧縮機の目標回転数のF/B操作量TGNChfbを算出し、これらF/F操作量TGNChffとF/B操作量TGNChfbを加算することで前記圧縮機の目標回転数TGNChを算出すると共に、
前記移行時制御では、前記要求能力TGQから前記HTR実能力Qhtrを差し引いた値(TGQ−Qhtr)に基づいて前記F/F操作量TGNChffを算出することを特徴とする請求項4に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記移行時制御において、前記補助加熱装置の熱容量に応じ、前記放熱器による暖房能力の低下を開始する以前に、前記補助加熱装置による暖房能力の増大を開始す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。
- 前記制御装置は、前記室外熱交換器への着霜が進行したこと、又は、前記圧縮機の運転効率が低下したこと、若しくは、前記放熱器による吸熱が発生したこと、のうちの何れかの条件が成立した場合、前記移行時制御を開始することを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記移行時制御において、要求される前記放熱器の暖房能力である要求能力TGQと前記補助加熱装置が実際に発生する暖房能力であるHTR実能力Qhtrとの差(TGQ−Qhtr)が所定値以下に低下したこと、又は、前記放熱器が実際に発生する暖房能力であるHP実能力Qhpが所定値以下に低下したこと、若しくは、前記圧縮機の目標回転数TGNChが所定値以下に低下したこと、のうちの何れかの条件が成立した場合、前記圧縮機を停止することを特徴とする請求項7に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記暖房モードにおいて、前記移行時制御を開始する条件が何れも成立していない場合、前記放熱器による暖房能力が不足する分を前記補助加熱装置による加熱で補完する協調制御を実行することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の車両用空気調和装置。
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