JP2018192937A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXOが無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseより低下したときの差ΔTXO=TXObase−TXOに基づき、室外熱交換器7への着霜の進行状態を判定する。差ΔTXOが所定の通常着霜判定条件を満たした場合、通常着霜フラグをセットし、この通常着霜フラグがセットされている場合、所定の除霜要求を行い、電源が断たれた場合にも通常着霜フラグの状態を保持し、暖房モードの実行は許可する。
【選択図】図1
Description
ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調操作部53へのマニュアルの空調設定操作(マニュアルモード)により暖房モードが選択されると、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁21(暖房用)を開放し、電磁弁17(冷房用)を閉じる。また、電磁弁30(リヒート用)を開放し、電磁弁40(バイパス用)を閉じる。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量を調整してもよい。
次に、除湿暖房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開放すると共に、室外膨張弁6の弁開度は全閉とする。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量の調整も行う。
次に、除湿冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を開放し、電磁弁40を閉じる。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量の調整も行う。
次に、冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ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。そして、圧縮機2を運転し、補助ヒータ23には通電しない。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の空気が、暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風される割合を調整する状態とする。
次に、最大冷房モードとしてのMAX冷房モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17を開放し、電磁弁21を閉じる。また、電磁弁30を閉じ、電磁弁40を開放すると共に、室外膨張弁6の弁開度は全閉とする。そして、圧縮機2を運転し、補助ヒータ23には通電しない。空調コントローラ20は、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から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の空気が、暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風される割合を調整する状態とする。
尚、実施例の制御装置11は後述する如く室外熱交換器7に過度の着霜が生じた場合などに、冷媒回路Rの圧縮機2と室外送風機15を停止し、補助ヒータ23に通電してこの補助ヒータ23のみで車室内を暖房する補助ヒータ単独モードを有している。この場合にも、ヒートポンプコントローラ32は補助ヒータ温度センサ50が検出する補助ヒータ温度Tptcと前述した目標ヒータ温度TCOに基づいて補助ヒータ23の通電(発熱)を制御する。
空調コントローラ20は、下記式(I)から前述した目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAOは、車室内に吹き出される空気の温度の目標値である。
TAO=(Tset−Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
・・(I)
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が検出する室内温度、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。
次に、図4を用いて前述した暖房モードにおける圧縮機2の制御について詳述する。図4は暖房モード用の圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを決定するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F(フィードフォワード)操作量演算部58は外気温度センサ33から得られる外気温度Tamと、室内送風機27のブロワ電圧BLVと、SW=(TAO−Te)/(TH−Te)で得られるエアミックスダンパ28による風量割合SWと、放熱器4の出口における過冷却度SCの目標値である目標過冷却度TGSCと、放熱器4の温度の目標値である前述した目標ヒータ温度TCO(空調コントローラ20から送信される)と、放熱器4の圧力の目標値である目標放熱器圧力PCOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNChffを演算する。
TH=(INTL×TH0+Tau×THz)/(Tau+INTL) ・・(II)
ここで、INTLは演算周期(定数)、Tauは一次遅れの時定数、TH0は一次遅れ演算前の定常状態における加熱温度THの定常値、THzは加熱温度THの前回値である。このように加熱温度THを推定することで、格別な温度センサを設ける必要がなくなる。
一方、図5は前記除湿暖房モード用の圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを決定するヒートポンプコントローラ32の制御ブロック図である。ヒートポンプコントローラ32のF/F操作量演算部63は外気温度Tamと、空気流通路3に流入した空気の体積風量Gaと、放熱器4の圧力(放熱器圧力PCI)の目標値である目標放熱器圧力PCOと、吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)の目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcffを演算する。
次に、図3を参照しながら空調コントローラ20によるエアミックスダンパ28の制御について説明する。図3においてGaは前述した空気流通路3に流入した空気の体積風量、Teは吸熱器温度、THは前述した加熱温度(放熱器4の風下側の空気の温度)である。
SW=(TAO−Te)/(TH−Te) ・・(III)
前述した如く暖房モードでは、室外熱交換器7では冷媒が蒸発し、外気から吸熱して低温となるため、室外熱交換器7には外気中の水分が霜となって付着する。この着霜が成長すると、室外熱交換器7とそれに通風される外気との間の熱交換が阻害されるため、圧縮機2の運転効率が低下する。また、過着霜となれば室外送風機15等の破損が発生する場合もある。そこで、ヒートポンプコントローラ32は以下の如く室外熱交換器7への着霜の進行状態を判定する。
次に、図7及び図8を用いてこの室外熱交換器7への着霜の進行状態の判定と、それに基づく圧縮機2等の制御の一例を説明する。この実施例では、ヒートポンプコントローラ32は室外熱交換器温度センサ54から得られる室外熱交換器7の現在の冷媒蒸発温度TXOと、外気が低湿環境で室外熱交換器7に着霜していない無着霜時における当該室外熱交換器7の冷媒蒸発温度TXObaseとに基づき、室外熱交換器7への着霜の進行状態を判定する。
=k1×Tam+k2×NC+k3×Ga*SW+k4×VSP+k5×PCI
・・(IV)
ここで、式(IV)のパラメータであるTamは外気温度センサ33から得られる外気温度、NCは圧縮機2の回転数、Ga*SWは放熱器4への風量、VSPは車速センサ52から得られる車速、PCIは放熱器圧力であり、k1〜k5は係数で、予め実験により求めておく。
また、圧縮機2の回転数NCは冷媒回路R内の冷媒流量(運転状況)を示す指標であり、回転数NCが高い程(冷媒流量が多い程)、TXObaseは低くなる傾向となる。従って、係数k2は負の値となる。
また、Ga*SWは放熱器4の通過風量(運転状況)を示す指標であり、Ga*SWが大きい程(放熱器4の通過風量が大きい程)、TXObaseは低くなる傾向となる。従って、係数k3は負の値となる。尚、放熱器4の通過風量を示す指標としてはこれに限らず、室内送風機27のブロワ電圧BLVでもよい。
また、車速VSPは室外熱交換器7の通過風速(運転状況)を示す指標であり、車速VSPが低い程(室外熱交換器7の通過風速が低い程)、TXObaseは低くなる傾向となる。従って、係数k4は正の値となる。尚、室外熱交換器7の通過風速を示す指標としてはこれに限らず、室外送風機15の電圧でもよい。
また、放熱器圧力PCIは放熱器4の冷媒圧力(運転状況)を示す指標であり、放熱器圧力PCIが高い程、TXObaseは低くなる傾向となる。従って、係数k5は負の値となる。
尚、この実施例の式(IV)のパラメータとして外気温度Tam、圧縮機2の回転数NC、放熱器4の通過風量Ga*SW、車速VSP、放熱器圧力PCIを用いているが、式(IV)のパラメータとしては、上記全てに限らず、それらのうちの何れか一つ、若しくは、それらの組み合わせでもよい。
次に、図9を用いて室外熱交換器7の着霜の進行状態の判定と圧縮機2等の制御の他の例を説明する。尚、ヒートポンプコントローラ32はこの例の場合も図7と同様の制御を行うが、図7中の差ΔTXOは後述する差ΔPXOに置き換えるものとする。そして、この実施例ではヒートポンプコントローラ32は室外熱交換器圧力センサ56から得られる室外熱交換器7の現在の冷媒蒸発圧力PXOと、外気が低湿環境で室外熱交換器7に着霜していない無着霜時における当該室外熱交換器7の冷媒蒸発圧力PXObaseとに基づき、室外熱交換器7への着霜の進行状態を判定する。この場合のヒートポンプコントローラ32は、無着霜時における室外熱交換器7の冷媒蒸発圧力PXObaseを、次式(V)を用いて演算することで推定する。
=k6×Tam+k7×NC+k8×Ga*SW+k9×VSP+k10×PCI
・・(V)
尚、式(V)の各パラメータは式(IV)と同様であるので説明を省略する。また、各係数k6〜k10も前述した各係数k1〜k5とそれぞれ同様の傾向(正負)となる。
他方、除湿暖房モードが選択された場合、この実施例ではヒートポンプコントローラ32は電磁弁21(暖房用)を開放し、電磁弁17(冷房用)を閉じる。また、電磁弁22(除湿用)を開放する。そして、圧縮機2を運転する。空調コントローラ20は各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は、基本的には室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の全て空気を暖房用熱交換通路3Aの補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とするが、風量の調整も行う。
また、内部サイクルモードでは、ヒートポンプコントローラ32は上記除湿暖房モードの状態において室外膨張弁6を全閉とする(全閉位置)と共に、電磁弁21を閉じる。この室外膨張弁6と電磁弁21が閉じられることにより、室外熱交換器7への冷媒の流入、及び、室外熱交換器7からの冷媒の流出は阻止されることになるので、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒は電磁弁22を経て第2のバイパス配管13Fに全て流れるようになる。そして、第2のバイパス配管13Fを流れる冷媒は冷媒配管13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至る。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。
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
10 HVACユニット
11 制御装置
20 空調コントローラ
23 補助ヒータ(補助加熱装置)
27 室内送風機(ブロワファン)
28 エアミックスダンパ
32 ヒートポンプコントローラ
33 外気温度センサ
53 空調操作部
54 室外熱交換器温度センサ
56 室外熱交換器圧力センサ
65 車両通信バス
75 バッテリ
R 冷媒回路
Claims (11)
- 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、
車室外に設けられて冷媒を吸熱させるための室外熱交換器と、
制御装置とを備え、
該制御装置により、少なくとも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て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、
前記制御装置は、前記室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXOが無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseより低下したときの前記室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXOと前記無着霜時における室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO=TXObase−TXOに基づき、又は、前記室外熱交換器の冷媒蒸発圧力PXOが無着霜時における当該室外熱交換器の冷媒蒸発圧力PXObaseより低下したときの前記室外熱交換器の冷媒蒸発圧力PXOと前記無着霜時における室外熱交換器の冷媒蒸発圧力PXObaseとの差ΔPXO=PXObase−PXOに基づき、該室外熱交換器への着霜の進行状態を判定すると共に、
前記差ΔTXO、又は、前記差ΔPXOが所定の通常着霜判定条件を満たした場合、通常着霜フラグをセットし、該通常着霜フラグがセットされている場合、所定の除霜要求を行い、電源が断たれた場合にも前記通常着霜フラグの状態を保持し、前記暖房モードの実行は許可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、前記除霜要求を行った場合、前記室外熱交換器の除霜可否を判断し、許可されている場合には、当該室外熱交換器の除霜を行い、前記通常着霜フラグをリセット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。
- 前記圧縮機は、車両に搭載されたバッテリにより駆動されると共に、
前記制御装置は、前記車室内の空調要求が無く、且つ、前記バッテリが充電中であるか当該バッテリの残量が所定値以上あることを条件として、前記室外熱交換器の除霜を許可す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、前記車室内の空調設定操作を行うための空調操作部が接続された空調コントローラと、前記圧縮機の運転を制御するヒートポンプコントローラとから構成され、前記空調コントローラと前記ヒートポンプコントローラは、車両通信バスを介して情報の送受信を行い、
前記ヒートポンプコントローラは、前記差ΔTXO、又は、前記差ΔPXOを算出し、当該差ΔTXO、又は、差ΔPXOが前記通常着霜判定条件を満たした場合、前記通常着霜フラグをセットし、前記空調コントローラに対して前記除霜要求を行い、前記空調コントローラから除霜許可が通知された場合、前記室外熱交換器の除霜を行い、前記通常着霜フラグをリセットすると共に、
前記空調コントローラは、前記ヒートポンプコントローラから前記除霜要求があった場合、前記室外熱交換器の除霜可否を判断し、許可する場合には、当該室外熱交換器の前記除霜許可を前記ヒートポンプコントローラに通知することを特徴とする請求項1乃至請求項3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、前記通常着霜判定条件よりも更に前記室外熱交換器への着霜が進行したことを判定するための所定の重度着霜判定条件を有し、
前記差ΔTXO、又は、前記差ΔPXOが前記重度着霜判定条件を満たした場合、重度着霜フラグをセットし、該重度着霜フラグがセットされている場合、前記除霜要求を行い、電源が断たれた場合にも前記重度着霜フラグの状態を保持すると共に、前記暖房モードにおける前記圧縮機の運転を禁止することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記空気流通路内に設けられた補助加熱装置を備え、
前記制御装置は、前記差ΔTXO、又は、前記差ΔPXOが前記重度着霜判定条件を満たしたことで前記圧縮機の運転を禁止した場合、前記補助加熱装置により前記車室内を暖房することを特徴とする請求項5に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記除霜要求を行った場合、前記室外熱交換器の除霜可否を判断し、許可されている場合には、当該室外熱交換器の除霜を行い、前記重度着霜フラグをリセットすることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の車両用空気調和装置。
- 前記圧縮機は、車両に搭載されたバッテリにより駆動されると共に、
前記制御装置は、前記車室内の空調要求が無く、且つ、前記バッテリが充電中であるか当該バッテリの残量が所定値以上あることを条件として、前記室外熱交換器の除霜を許可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、前記車室内の空調設定操作を行うための空調操作部が接続された空調コントローラと、前記圧縮機の運転を制御するヒートポンプコントローラとから構成され、前記空調コントローラと前記ヒートポンプコントローラは、車両通信バスを介して情報の送受信を行い、
前記ヒートポンプコントローラは、前記差ΔTXO、又は、前記差ΔPXOを算出し、当該差ΔTXO、又は、差ΔPXOが前記重度着霜判定条件を満たした場合、前記重度着霜フラグをセットし、前記空調コントローラに対して前記除霜要求を行い、前記空調コントローラから除霜許可が通知された場合、前記室外熱交換器の除霜を行い、前記重度着霜フラグをリセットすると共に、
前記空調コントローラは、前記ヒートポンプコントローラから前記除霜要求があった場合、前記室外熱交換器の除霜可否を判断し、許可する場合には、当該室外熱交換器の前記除霜許可を前記ヒートポンプコントローラに通知することを特徴とする請求項5乃至請求項8のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。 - 前記通常着霜判定条件は、前記差ΔTXO、又は、前記差ΔPXOが第1の閾値A1より大きい状態が第1の所定時間t1継続したことであると共に、
前記重度着霜判定条件は、前記差ΔTXO、又は、前記差ΔPXOが第2の閾値A2より大きい状態が第2の所定時間t2継続したことであり、
少なくとも前記第2の閾値A2が前記第1の閾値A1より大きいことを特徴とする請求項5乃至請求項9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、環境条件、及び/又は、運転状況を示す指標に基づいて前記無着霜時における室外熱交換器の冷媒蒸発温度TXObase、又は、前記無着霜時における室外熱交換器の冷媒蒸発圧力PXObaseを推定することを特徴とする請求項1乃至請求項10のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
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