JP2020097363A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被温調対象の冷却を可能とされたヒートポンプ方式の車両用空気調和装置において、運転モードの切換時に弁装置において発生する騒音(異音)を解消、若しくは、低減する。【解決手段】制御装置は、電磁弁35を閉じ、冷媒−熱媒体熱交換器64にて冷媒を吸熱させるバッテリ冷却(単独)モードと、電磁弁35を開き、吸熱器9と冷媒−熱媒体熱交換器64で冷媒を吸熱させるバッテリ冷却(優先)+空調モードを有し、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際、電磁弁35前後の圧力差を縮小させた後、開放する騒音改善制御を実行する。【選択図】図1
Description
本発明は、車両の車室内を空調するヒートポンプ方式の空気調和装置に関するものである。
近年の環境問題の顕在化から、車両に搭載されたバッテリから供給される電力で走行用モータを駆動する電気自動車やハイブリッド自動車等の車両が普及するに至っている。そして、このような車両に適用することができる空気調和装置として、圧縮機と、放熱器と、吸熱器と、室外熱交換器が接続された冷媒回路を備え、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、この放熱器において放熱した冷媒を室外熱交換器において吸熱させることで暖房し、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器において放熱させ、吸熱器(蒸発器)において蒸発させ、吸熱させることで冷房する等して車室内を空調するものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、例えばバッテリは充放電による自己発熱等で高温となった環境下で充放電を行うと劣化が進行し、やがては作動不良を起こして破損する危険性がある。そこで、冷媒回路にバッテリ用の熱交換器を別途設け、冷媒回路を循環する冷媒をこのバッテリ用の熱交換器で蒸発させてバッテリ用冷媒(熱媒体)から吸熱させ、この吸熱(冷却)された熱媒体をバッテリに循環させることで、バッテリを冷却することができるようにしたものも開発されている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。
上記のようにバッテリ(車両に搭載された被温調対象)を冷却するに当たっては、車室内に乗員が搭乗している場合には、吸熱器による車室内の空調とバッテリの冷却を同時に行う必要があるが、例えば充電中等の車室内に乗員が存在しない場合にはバッテリの冷却のみを行うことになる。一方、バッテリを冷却する必要が無い状況では、バッテリ用の熱交換器に冷媒を供給する必要は無いことになる。
そこで、例えば吸熱器やバッテリ用の熱交換器の手前に電磁弁を設け、車室内の空調とバッテリの冷却を同時に行う運転モードでは各電磁弁を開放し、バッテリの冷却のみを行う運転モードでは吸熱器手前の電磁弁(吸熱器用の弁装置)を閉じ、車室内の空調のみを行う運転モードではバッテリ用の熱交換器手前の電磁弁(被温調対象用の弁装置)を閉じることが考えられる。
その場合、例えばバッテリの冷却のみを行っている運転モードから車室内の空調とバッテリの冷却を同時に行う運転モードに切り換える際には、吸熱器手前の電磁弁(吸熱器用の弁装置)を開くことになるが、このとき吸熱器手前の電磁弁より上流側の冷媒の圧力は高く、下流側の冷媒の圧力は低くなっている。そのため、吸熱器手前の電磁弁前後の圧力差が大きく、当該電磁弁の開放時に吸熱器に急激に流れる冷媒によって比較的大きい騒音(異音)が発生する。特に、吸熱器手前の電磁弁は車室内に近い位置に設けられることになるため、乗員が感じる不快感は大きくなると云う問題があった。
この問題は車室内の空調のみを行っている運転モードから車室内の空調とバッテリの冷却を同時に行う運転モードに切り換える際にも同様である。即ち、係る運転モードの切換時にはバッテリ用の熱交換器手前の電磁弁(被温調対象用の弁装置)を開くことになるが、このとき当該熱交換器手前の電磁弁より上流側の冷媒の圧力は高く、下流側の冷媒の圧力は低くなっている。そのため、バッテリ用の熱交換器手前の電磁弁前後の圧力差が大きく、当該電磁弁の開放時にバッテリ用の熱交換器に急激に流れる冷媒によって比較的大きい騒音(異音)が発生する。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、被温調対象の冷却を可能とされたヒートポンプ方式の車両用空気調和装置において、運転モードの切換時に弁装置において発生する騒音(異音)を解消、若しくは、低減することを目的とする。
請求項1の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、吸熱器への冷媒の流通を制御する吸熱器用の弁装置と、制御装置を少なくとも備えて車室内を空調するものであって、制御装置は、弁装置を閉じ、被温調対象用熱交換器にて冷媒を吸熱させる被温調対象冷却(単独)モードと、弁装置を開き、吸熱器と被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、被温調対象冷却(単独)モードから協調モードに切り換える際、弁装置前後の圧力差を縮小させた後、当該弁装置を開放する騒音改善制御を実行することを特徴とする。
請求項2の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、被温調対象用熱交換器への冷媒の流通を制御する被温調対象用の弁装置と、制御装置を少なくとも備えて車室内を空調するものであって、制御装置は、弁装置を閉じ、吸熱器にて冷媒を吸熱させる空調(単独)モードと、弁装置を開き、吸熱器と被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、空調(単独)モードから協調モードに切り換える際、弁装置前後の圧力差を縮小させた後、当該弁装置を開放する騒音改善制御を実行することを特徴とする。
請求項3の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において制御装置は、騒音改善制御において、圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機を停止させた後、弁装置前後の圧力差が所定値以下に低下した場合、当該弁装置を開放することを特徴とする。
請求項4の発明の車両用空気調和装置は、請求項1又は請求項2の発明において制御装置は、騒音改善制御において、圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機を停止させた後、所定時間経過した場合、弁装置を開放することを特徴とする。
請求項5の発明の車両用空気調和装置は、上記各発明において弁装置は非通電状態で開くと共に、制御装置は、運転停止後、弁装置前後の圧力差が所定値以下に低下するまで、当該弁装置の通電を継続することを特徴とする。
請求項6の発明の車両用空気調和装置は、請求項1乃至請求項4の発明において弁装置は非通電状態で開くと共に、制御装置は、運転停止後、所定時間経過するまで弁装置の通電を継続することを特徴とする。
請求項7の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、吸熱器への冷媒の流通を制御する弁開度を調整可能な吸熱器用の弁装置と、制御装置を少なくとも備えて車室内を空調するものであって、制御装置は、弁装置を全閉とし、被温調対象用熱交換器にて冷媒を吸熱させる被温調対象冷却(単独)モードと、弁装置を開き、吸熱器と被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、被温調対象冷却(単独)モードから協調モードに切り換える際、弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させる騒音改善制御を実行することを特徴とする。
請求項8の発明の車両用空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、被温調対象用熱交換器への冷媒の流通を制御する弁開度を調整可能な被温調対象用の弁装置と、制御装置を少なくとも備えて車室内を空調するものであって、制御装置は、弁装置を全閉とし、吸熱器にて冷媒を吸熱させる空調(単独)モードと、弁装置を開き、吸熱器と被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、空調(単独)モードから協調モードに切り換える際、弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させる騒音改善制御を実行することを特徴とする。
請求項9の発明の車両用空気調和装置は、請求項7又は請求項8の発明において制御装置は、騒音改善制御において、圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機を停止させた後、弁装置前後の圧力差が所定値以上である場合、当該弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させることを特徴とする。
請求項10の発明の車両用空気調和装置は、請求項7又は請求項8の発明において制御装置は、騒音改善制御において、圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機を停止させた後、所定時間経過した場合、弁装置の弁開度を通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させることを特徴とする。
請求項11の発明の車両用空気調和装置は、請求項3、請求項5又は請求項9の発明において吸熱器と熱交換した空気を車室内に送給する室内送風機を備え、制御装置は、車速、オーディオ音量、室内送風機の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、車速が早い程、又は、オーディオ音量が大きい程、若しくは、室内送風機の風量が多い程、前記所定値を高くする方向で変更することを特徴とする。
請求項12の発明の車両用空気調和装置は、請求項4、請求項6又は請求項10の発明において吸熱器と熱交換した空気を車室内に送給する室内送風機を備え、制御装置は、車速、オーディオ音量、室内送風機の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、車速が早い程、又は、オーディオ音量が大きい程、若しくは、室内送風機の風量が多い程、前記所定時間を短くする方向で変更することを特徴とする。
請求項13の発明の車両用空気調和装置は、請求項3、請求項5、請求項9又は請求項11の発明において制御装置は、弁装置前後の温度を検出する温度センサを備え、弁装置前後の温度に基づいて、当該弁装置前後の圧力差を算出することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、吸熱器への冷媒の流通を制御する吸熱器用の弁装置と、制御装置を少なくとも備えて車室内を空調する車両用空気調和装置において、制御装置が、弁装置を閉じ、被温調対象用熱交換器にて冷媒を吸熱させる被温調対象冷却(単独)モードと、弁装置を開き、吸熱器と被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、被温調対象冷却(単独)モードから協調モードに切り換える際、弁装置前後の圧力差を縮小させた後、当該弁装置を開放する騒音改善制御を実行するようにしたので、被温調対象冷却(単独)モードから協調モードに切り換える際、吸熱器用の弁装置を開いたときに、吸熱器に向かって冷媒が急激に流れることを大幅に抑制若しくは解消することができる。これにより、被温調対象冷却(単独)モードから協調モードに切り換えるときに、吸熱器用の弁装置を開くことで生じる騒音(異音)を解消、若しくは、低減し、乗員の快適性を向上させることができるようになる。
また、請求項2の発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、被温調対象用熱交換器への冷媒の流通を制御する被温調対象用の弁装置と、制御装置を少なくとも備えて車室内を空調する車両用空気調和装置において、制御装置が、弁装置を閉じ、吸熱器にて冷媒を吸熱させる空調(単独)モードと、弁装置を開き、吸熱器と被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、空調(単独)モードから協調モードに切り換える際、弁装置前後の圧力差を縮小させた後、当該弁装置を開放する騒音改善制御を実行するようにしたので、空調(単独)モードから協調モードに切り換える際、被温調対象用の弁装置を開いたときに、被温調対象用熱交換器に向かって冷媒が急激に流れることを大幅に抑制若しくは解消することができる。これにより、空調(単独)モードから協調モードに切り換えるときに、被温調対象用の弁装置を開くことで生じる騒音(異音)を解消、若しくは、低減し、乗員の快適性を向上させることができるようになる。
この場合、請求項3の発明の如く制御装置が騒音改善制御において、圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機を停止させた後、弁装置前後の圧力差が所定値以下に低下した場合、当該弁装置を開放するようにすれば、弁装置の冷媒上流側の圧力を下げることで弁装置前後の圧力差を所定値以下に迅速に縮小させ、弁装置を開くことができるようになる。
他方、弁装置前後の圧力差を検出できない場合には、請求項4の発明の如く制御装置が騒音改善制御において、圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機を停止させた後、所定時間経過した場合、弁装置を開放するようにすれば、弁装置前後の圧力差が分からない場合にも、圧力差を十分に縮小させてから弁装置を開き、騒音の発生を効果的に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
また、弁装置が非通電状態で開くものである場合には、請求項5の発明の如く制御装置が、運転停止後も弁装置前後の圧力差が所定値以下に低下するまで、当該弁装置の通電を継続するようにすれば、運転停止時に弁装置が開いてしまい、騒音が発生する不都合も解消、若しくは、抑制することができるようになる。
これについても、弁装置前後の圧力差を検出できない場合には、請求項6の発明の如く制御装置が、運転停止後、所定時間経過するまで弁装置の通電を継続するようにすれば、弁装置前後の圧力差が分からない場合にも、圧力差を十分に縮小させて、運転停止時に騒音が発生する不都合を効果的に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
請求項7の発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、吸熱器への冷媒の流通を制御する弁開度を調整可能な吸熱器用の弁装置と、制御装置を少なくとも備えて車室内を空調する車両用空気調和装置において、制御装置が、弁装置を全閉とし、被温調対象用熱交換器にて冷媒を吸熱させる被温調対象冷却(単独)モードと、弁装置を開き、吸熱器と被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、被温調対象冷却(単独)モードから協調モードに切り換える際、弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させる騒音改善制御を実行するようにしたので、吸熱器用の弁装置が弁開度を調整可能なものである場合、被温調対象冷却(単独)モードから協調モードに切り換える際、吸熱器用の弁装置を全閉状態からその弁開度を拡大させて行くときに、吸熱器に向かって冷媒が急激に流れることを大幅に抑制若しくは解消することができる。これにより、被温調対象冷却(単独)モードから協調モードに切り換えるときに、吸熱器用の弁装置の弁開度を全閉から拡大させていくことで生じる騒音(異音)を解消、若しくは、低減し、乗員の快適性を向上させることができるようになる。
また、請求項8の発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、被温調対象用熱交換器への冷媒の流通を制御する弁開度を調整可能な被温調対象用の弁装置と、制御装置を少なくとも備えて車室内を空調する車両用空気調和装置において、制御装置が、弁装置を全閉とし、吸熱器にて冷媒を吸熱させる空調(単独)モードと、弁装置を開き、吸熱器と被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、空調(単独)モードから協調モードに切り換える際、弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させる騒音改善制御を実行するようにしたので、被温調対象用の弁装置が弁開度を調整可能なものである場合、空調(単独)モードから協調モードに切り換える際、被温調対象用の弁装置を全閉状態からその弁開度を拡大させて行くときに、被温調対象用熱交換器に向かって冷媒が急激に流れることを大幅に抑制若しくは解消することができる。これにより、空調(単独)モードから協調モードに切り換えるときに、被温調対象用の弁装置の弁開度を全閉から拡大させていくことで生じる騒音(異音)を解消、若しくは、低減し、乗員の快適性を向上させることができるようになる。
この場合、請求項9の発明の如く制御装置が騒音改善制御において、圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機を停止させた後、弁装置前後の圧力差が所定値以上である場合、当該弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させるようにすれば、弁装置の冷媒上流側の圧力を下げることで弁装置前後の圧力差を縮小させながら、圧力差が所定値以上である段階から弁装置を開き始めることができるようになる。そのときにも圧力差が所定値以上であるうちは、弁開度変更速度を遅くして開いて行くので、騒音の発生も効果的に解消、若しくは、抑制することができる。
他方、弁装置前後の圧力差を検出できない場合には、請求項10の発明の如く制御装置が騒音改善制御において、圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機を停止させた後、所定時間経過した場合、弁装置の弁開度を通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させるようにすれば、弁装置前後の圧力差が分からない場合にも、圧力差を十分に縮小させてから弁装置の弁開度を遅い速度で拡大させ、騒音の発生を効果的に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
ここで、車速が早い場合や、オーディオ音量が大きい場合、又は、室内送風機の風量が多い場合には、弁装置が開くことによる騒音は気になり難くなる。そこで、請求項11の発明の如く制御装置が、車速、オーディオ音量、室内送風機の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、車速が早い程、又は、オーディオ音量が大きい程、若しくは、室内送風機の風量が多い程、前記所定値を高くする方向で変更することで、弁装置を早期に開き、運転モードの切り換えを迅速に行うことができるようになる。
同様に請求項12の発明の如く制御装置が、車速、オーディオ音量、室内送風機の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、車速が早い程、又は、オーディオ音量が大きい程、若しくは、室内送風機の風量が多い程、前記所定時間を短くする方向で変更することでも弁装置を早期に開き、運転モードの切り換えを迅速に行うことができるようになる。
また、請求項13の発明の如く制御装置が、弁装置前後の温度を検出する温度センサを備え、弁装置前後の温度に基づいて、当該弁装置前後の圧力差を算出するようにすれば、弁装置前後の圧力を検出するセンサを設けること無く、圧力差を算出することができるようになり、コストの削減を図ることができるようになるものである。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態の車両用空気調和装置1の構成図を示している。本発明を適用する実施例の車両は、エンジン(内燃機関)が搭載されていない電気自動車(EV)であって、車両に搭載されているバッテリ55に充電された電力を走行用モータ(電動モータ。図示せず)に供給することで駆動し、走行するものであり、本発明の車両用空気調和装置1の後述する圧縮機2も、バッテリ55から供給される電力で駆動されるものとする。
即ち、実施例の車両用空気調和装置1は、エンジン廃熱による暖房ができない電気自動車において、冷媒回路Rを用いたヒートポンプ運転により暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、除霜モード、空調(優先)+バッテリ冷却モード、バッテリ冷却(優先)+空調モード、及び、バッテリ冷却(単独)モード等の各運転モードを切り換えて実行することで車室内の空調やバッテリ55の温調を行うものである。
このうち、バッテリ冷却(単独)モードが本発明における被温調対象冷却(単独)モードの実施例であり、冷房モードが本発明における空調(単独)モードの実施例である。また、バッテリ冷却(優先)+空調モードと、空調(優先)+バッテリ冷却モードが本発明における協調モードの実施例である。
尚、車両としては電気自動車に限らず、エンジンと走行用モータを供用する所謂ハイブリッド自動車にも本発明は有効である。また、実施例の車両用空気調和装置1を適用する車両は外部の充電器(急速充電器や通常の充電器)からバッテリ55に充電可能とされているものである。更に、前述したバッテリ55や走行用モータ、それを制御するインバータ等が本発明における車両に搭載された被温調対象となるが、以下の実施例ではバッテリ55を例に採り上げて説明する。
実施例の車両用空気調和装置1は、電気自動車の車室内の空調(暖房、冷房、除湿、及び、換気)を行うものであり、冷媒を圧縮する電動式の圧縮機2と、車室内の空気が通気循環されるHVACユニット10の空気流通路3内に設けられ、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒がマフラー5と冷媒配管13Gを介して流入し、この冷媒を車室内に放熱(冷媒の熱を放出)させる室内熱交換器としての放熱器4と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動弁(電子膨張弁)から成る室外膨張弁6と、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器として機能し、暖房時には冷媒を吸熱(冷媒に熱を吸収)させる蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせる室外熱交換器7と、冷媒を減圧膨張させる機械式膨張弁から成る室内膨張弁8と、空気流通路3内に設けられて冷房時及び除湿時に冷媒を蒸発させて車室内外から冷媒に吸熱(冷媒に熱を吸収)させる吸熱器9と、アキュムレータ12等が冷媒配管13により順次接続され、冷媒回路Rが構成されている。
そして、室外膨張弁6は放熱器4から出て室外熱交換器7に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、全閉も可能とされている。また、実施例では機械式膨張弁が使用された室内膨張弁8は、吸熱器9に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、吸熱器9における冷媒の過熱度を調整する。
尚、室外熱交換器7には、室外送風機15が設けられている。この室外送風機15は、室外熱交換器7に外気を強制的に通風することにより、外気と冷媒とを熱交換させるものであり、これにより停車中(即ち、車速が0km/h)にも室外熱交換器7に外気が通風されるよう構成されている。
また、室外熱交換器7は冷媒下流側にレシーバドライヤ部14と過冷却部16を順次有し、室外熱交換器7の冷媒出口側の冷媒配管13Aは、吸熱器9に冷媒を流す際に開放される開閉弁としての電磁弁17(冷房用)を介してレシーバドライヤ部14に接続され、過冷却部16の出口側の冷媒配管13Bは逆止弁18、室内膨張弁8、及び、吸熱器用の弁装置の実施例としての電磁弁35(キャビン用)を順次介して吸熱器9の冷媒入口側に接続されている。尚、電磁弁35は全開及び全閉を切り替え可能な弁である。また、レシーバドライヤ部14及び過冷却部16は構造的に室外熱交換器7の一部を構成している。また、逆止弁18は室内膨張弁8の方向が順方向とされている。
また、室外熱交換器7から出た冷媒配管13Aは冷媒配管13Dに分岐しており、この分岐した冷媒配管13Dは、暖房時に開放される開閉弁としての電磁弁21(暖房用)を介して吸熱器9の冷媒出口側の冷媒配管13Cに連通接続されている。そして、この冷媒配管13Cがアキュムレータ12の入口側に接続され、アキュムレータ12の出口側は圧縮機2の冷媒吸込側の冷媒配管13Kに接続されている。
更に、放熱器4の冷媒出口側の冷媒配管13Eにはストレーナ19が接続されており、更に、この冷媒配管13Eは室外膨張弁6の手前(冷媒上流側)で冷媒配管13Jと冷媒配管13Fに分岐し、分岐した一方の冷媒配管13Jが室外膨張弁6を介して室外熱交換器7の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管13Fは除湿時に開放される開閉弁としての電磁弁22(除湿用)を介し、逆止弁18の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bに連通接続されている。
これにより、冷媒配管13Fは室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18の直列回路に対して並列に接続されたかたちとなり、室外膨張弁6、室外熱交換器7及び逆止弁18をバイパスするバイパス回路となる。また、室外膨張弁6にはバイパス用の開閉弁としての電磁弁20が並列に接続されている。
また、吸熱器9の空気上流側における空気流通路3には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されており(図1では吸込口25で代表して示す)、この吸込口25には空気流通路3内に導入する空気を車室内の空気である内気(内気循環)と、車室外の空気である外気(外気導入)とに切り換える吸込切換ダンパ26が設けられている。更に、この吸込切換ダンパ26の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路3に送給するための室内送風機(ブロワファン)27が設けられている。
尚、実施例の吸込切換ダンパ26は、吸込口25の外気吸込口と内気吸込口を任意の比率で開閉することにより、空気流通路3の吸熱器9に流入する空気(外気と内気)のうちの内気の比率を0〜100%の間で調整することができるように構成されている(外気の比率も100%〜0%の間で調整可能)。
また、放熱器4の風下側(空気下流側)における空気流通路3内には、実施例ではPTCヒータ(電気ヒータ)から成る補助加熱装置としての補助ヒータ23が設けられ、放熱器4を経て車室内に供給される空気を加熱することが可能とされている。更に、放熱器4の空気上流側における空気流通路3内には、当該空気流通路3内に流入し、吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気(内気や外気)を放熱器4及び補助ヒータ23に通風する割合を調整するエアミックスダンパ28が設けられている。
更にまた、放熱器4の空気下流側における空気流通路3には、FOOT(フット)、VENT(ベント)、DEF(デフ)の各吹出口(図1では代表して吹出口29で示す)が形成されており、この吹出口29には上記各吹出口からの空気の吹き出しを切換制御する吹出口切換ダンパ31が設けられている。
更に、車両用空気調和装置1は、バッテリ55(被温調対象)に熱媒体を循環させて当該バッテリ55の温度を調整するための機器温度調整装置61を備えている。実施例の機器温度調整装置61は、バッテリ55に熱媒体を循環させるための循環装置としての循環ポンプ62と、被温調対象用熱交換器としての冷媒−熱媒体熱交換器64と、加熱装置としての熱媒体加熱ヒータ63を備え、それらとバッテリ55が熱媒体配管66にて環状に接続されている。
実施例の場合、循環ポンプ62の吐出側に冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの入口が接続され、この熱媒体流路64Aの出口は熱媒体加熱ヒータ63の入口に接続されている。この熱媒体加熱ヒータ63の出口がバッテリ55の入口に接続され、バッテリ55の出口が循環ポンプ62の吸込側に接続されている。
この機器温度調整装置61で使用される熱媒体としては、例えば水、HFO−1234yfのような冷媒、クーラント等の液体、空気等の気体が採用可能である。尚、実施例では水を熱媒体として採用している。また、熱媒体加熱ヒータ63はPTCヒータ等の電気ヒータから構成されている。更に、バッテリ55の周囲には例えば熱媒体が当該バッテリ55と熱交換関係で流通可能なジャケット構造が施されているものとする。
そして、循環ポンプ62が運転されると、循環ポンプ62から吐出された熱媒体は冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに流入する。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は熱媒体加熱ヒータ63に至り、当該熱媒体加熱ヒータ63が発熱されている場合にはそこで加熱された後、バッテリ55に至り、熱媒体はそこでバッテリ55と熱交換する。そして、このバッテリ55と熱交換した熱媒体が循環ポンプ62に吸い込まれることで熱媒体配管66内を循環される。
一方、冷媒回路Rの冷媒配管13Fと冷媒配管13Bとの接続部の冷媒下流側であって、室内膨張弁8の冷媒上流側に位置する冷媒配管13Bには、分岐回路としての分岐配管67の一端が接続されている。この分岐配管67には実施例では機械式の膨張弁から構成された補助膨張弁68と、被温調対象用の弁装置の実施例としての電磁弁(チラー用)69が順次設けられている。この電磁弁69は全開及び全閉を切り替え可能な弁である。補助膨張弁68は冷媒−熱媒体熱交換器64の後述する冷媒流路64Bに流入する冷媒を減圧膨張させると共に、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bにおける冷媒の過熱度を調整する。
そして、分岐配管67の他端は冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに接続されており、この冷媒流路64Bの出口には冷媒配管71の一端が接続され、冷媒配管71の他端は冷媒配管13Dとの合流点より冷媒上流側(アキュムレータ12の冷媒上流側)の冷媒配管13Cに接続されている。そして、これら補助膨張弁68や電磁弁69、冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64B等も冷媒回路Rの一部を構成すると同時に、機器温度調整装置61の一部をも構成することになる。
電磁弁69が開いている場合、室外熱交換器7から出た冷媒(一部又は全ての冷媒)は分岐配管67に流入し、補助膨張弁68で減圧された後、電磁弁69を経て冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して、そこで蒸発する。冷媒は冷媒流路64Bを流れる過程で熱媒体流路64Aを流れる熱媒体から吸熱した後、冷媒配管71、冷媒配管13C、アキュムレータ12を経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれることになる。
次に、図2は実施例の車両用空気調和装置1の制御装置11のブロック図を示している。制御装置11は、何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例であるマイクロコンピュータから構成された空調コントローラ45及びヒートポンプコントローラ32から構成されており、これらがCAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)を構成する車両通信バス65に接続されている。また、圧縮機2と補助ヒータ23、循環ポンプ62と熱媒体加熱ヒータ63も車両通信バス65に接続され、これら空調コントローラ45、ヒートポンプコントローラ32、圧縮機2、補助ヒータ23、循環ポンプ62及び熱媒体加熱ヒータ63が車両通信バス65を介してデータの送受信を行うように構成されている。
更に、車両通信バス65には走行を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ72(ECU)と、バッテリ55の充放電の制御を司るバッテリコントローラ(BMS:Battery Management system)73と、GPSナビゲーション装置74が接続されている。車両コントローラ72やバッテリコントローラ73、GPSナビゲーション装置74もプロセッサを備えたコンピュータの一例であるマイクロコンピュータから構成されており、制御装置11を構成する空調コントローラ45とヒートポンプコントローラ32は、車両通信バス65を介してこれら車両コントローラ72やバッテリコントローラ73、GPSナビゲーション装置74と情報(データ)の送受信を行う構成とされている。
空調コントローラ45は、車両の車室内空調の制御を司る上位のコントローラであり、この空調コントローラ45の入力には、車両の外気温度Tamを検出する外気温度センサ33と、外気湿度を検出する外気湿度センサ34と、吸込口25から空気流通路3に吸い込まれて吸熱器9に流入する空気の温度を検出するHVAC吸込温度センサ36と、車室内の空気(内気)温度を検出する内気温度センサ37と、車室内の空気の湿度を検出する内気湿度センサ38と、車室内の二酸化炭素濃度を検出する室内CO2濃度センサ39と、車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ41と、車室内への日射量を検出するための例えばフォトセンサ式の日射センサ51と、車両の移動速度(車速)を検出するための車速センサ52の各出力と、車室内の設定温度や運転モードの切り換え等の車室内の空調設定操作や情報の表示を行うための空調操作部53が接続されている。尚、図中53Aはこの空調操作部53に設けられた表示出力装置としてのディスプレイである。
また、空調コントローラ45の出力には、室外送風機15と、室内送風機(ブロワファン)27と、吸込切換ダンパ26と、エアミックスダンパ28と、吹出口切換ダンパ31が接続され、それらは空調コントローラ45により制御される。
ヒートポンプコントローラ32は、主に冷媒回路Rの制御を司るコントローラであり、このヒートポンプコントローラ32の入力には、放熱器4の冷媒入口温度Tcxin(圧縮機2の吐出冷媒温度でもある)を検出する放熱器入口温度センサ43と、放熱器4の冷媒出口温度Tciを検出する放熱器出口温度センサ44と、圧縮機2の吸込冷媒温度Tsを検出する吸込温度センサ46と、放熱器4の冷媒出口側の冷媒の圧力(放熱器4の圧力:放熱器圧力Pci)を検出する放熱器圧力センサ47と、吸熱器9の温度(吸熱器9自体の温度、又は、吸熱器9により冷却された直後の空気(冷却対象)の温度:以下、吸熱器温度Te)を検出する吸熱器温度センサ48と、室外熱交換器7の出口の冷媒温度(室外熱交換器7の冷媒蒸発温度:室外熱交換器温度TXO)を検出する室外熱交換器温度センサ49と、補助ヒータ23の温度を検出する補助ヒータ温度センサ50A(運転席側)及び50B(助手席側)の各出力が接続されている。
また、ヒートポンプコントローラ32の出力には、室外膨張弁6、電磁弁22(除湿用)、電磁弁17(冷房用)、電磁弁21(暖房用)、電磁弁20(バイパス用)、電磁弁35(キャビン用)及び電磁弁69(チラー用)の各電磁弁が接続され、それらはヒートポンプコントローラ32により制御される。尚、圧縮機2、補助ヒータ23、循環ポンプ62及び熱媒体加熱ヒータ63はそれぞれコントローラを内蔵しており、実施例では圧縮機2や補助ヒータ23、循環ポンプ62や熱媒体加熱ヒータ63のコントローラは車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32とデータの送受信を行い、このヒートポンプコントローラ32によって制御される。
尚、機器温度調整装置61を構成する循環ポンプ62や熱媒体加熱ヒータ63はバッテリコントローラ73により制御されるようにしてもよい。更に、このバッテリコントローラ73には機器温度調整装置61の冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aの出口側の熱媒体の温度(熱媒体温度Tw:被温調対象用熱交換器により冷却される対象の温度)を検出する熱媒体温度センサ76と、バッテリ55の温度(バッテリ55自体の温度:バッテリ温度Tcell)を検出するバッテリ温度センサ77の出力が接続されている。そして、実施例ではバッテリ55の残量(蓄電量)やバッテリ55の充電に関する情報(充電中であることの情報や充電完了時間、残充電時間等)、熱媒体温度Twやバッテリ温度Tcellは、バッテリコントローラ73から車両通信バス65を介して空調コントローラ45や車両コントローラ72に送信される。尚、バッテリ55の充電時における充電完了時間や残充電時間に関する情報は、急速充電器等の外部の充電器から供給される情報である。また、車両に搭載されたオーディオ機器の音量(オーディオ音量)に関する情報は、車両コントローラ72から車両通信バス65を介して空調コントローラ45に送信される。
ヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45は車両通信バス65を介して相互にデータの送受信を行い、各センサの出力や空調操作部53にて入力された設定に基づき、各機器を制御するものであるが、この場合の実施例では外気温度センサ33、外気湿度センサ34、HVAC吸込温度センサ36、内気温度センサ37、内気湿度センサ38、室内CO2濃度センサ39、吹出温度センサ41、日射センサ51、車速センサ52、空気流通路3に流入して当該空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(空調コントローラ45が算出)、エアミックスダンパ28による風量割合SW(空調コントローラ45が算出)、室内送風機27の電圧(BLV)、前述したバッテリコントローラ73からの情報、GPSナビゲーション装置74からの情報、前述したオーディオ音量に関する情報、空調操作部53の出力は空調コントローラ45から車両通信バス65を介してヒートポンプコントローラ32に送信され、ヒートポンプコントローラ32による制御に供される構成とされている。
また、ヒートポンプコントローラ32からも冷媒回路Rの制御に関するデータ(情報)が車両通信バス65を介して空調コントローラ45に送信される。尚、前述したエアミックスダンパ28による風量割合SWは、0≦SW≦1の範囲で空調コントローラ45が算出する。そして、SW=1のときはエアミックスダンパ28により、吸熱器9を経た空気の全てが放熱器4及び補助ヒータ23に通風されることになる。
以上の構成で、次に実施例の車両用空気調和装置1の動作を説明する。この実施例では制御装置11(空調コントローラ45、ヒートポンプコントローラ32)は、暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、及び、空調(優先)+バッテリ冷却モードの各空調運転と、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードの各バッテリ冷却運転と、除霜モードを切り換えて実行する。これらが図3に示されている。
このうち、暖房モードと、除湿暖房モードと、除湿冷房モードと、冷房モードと、空調(優先)+バッテリ冷却モードの各空調運転は、実施例ではバッテリ55を充電しておらず、車両のイグニッション(IGN)がONされ、空調操作部53の空調スイッチがONされている場合に実行されるものである。一方、バッテリ冷却(優先)+空調モードと、バッテリ冷却(単独)モードの各バッテリ冷却運転は、例えば急速充電器(外部電源)のプラグを接続し、バッテリ55に充電しているときに実行されるものである。
また、実施例ではヒートポンプコントローラ32は、イグニッションがONされているときや、イグニッションがOFFされていてもバッテリ55が充電中であるときは、機器温度調整装置61の循環ポンプ62を運転し、図4〜図10に破線で示す如く熱媒体配管66内に熱媒体を循環させるものとする。更に、図3には示していないが、実施例のヒートポンプコントローラ32は、機器温度調整装置61の熱媒体加熱ヒータ63を発熱させることでバッテリ55を加熱するバッテリ加熱モードも実行する。
(1)暖房モード
先ず、図4を参照しながら暖房モードについて説明する。尚、各機器の制御はヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45の協働により実行されるものであるが、以下の説明ではヒートポンプコントローラ32を制御主体とし、簡略化して説明する。図4には暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調コントローラ45の空調操作部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を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁22、電磁弁35、電磁弁69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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
先ず、図4を参照しながら暖房モードについて説明する。尚、各機器の制御はヒートポンプコントローラ32と空調コントローラ45の協働により実行されるものであるが、以下の説明ではヒートポンプコントローラ32を制御主体とし、簡略化して説明する。図4には暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。ヒートポンプコントローラ32により(オートモード)或いは空調コントローラ45の空調操作部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を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁22、電磁弁35、電磁弁69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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
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内の高温冷媒と熱交換して加熱される。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。
放熱器4内で液化した冷媒は当該放熱器4を出た後、冷媒配管13E、13Jを経て室外膨張弁6に至る。室外膨張弁6に流入した冷媒はそこで減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。即ち、冷媒回路Rがヒートポンプとなる。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、更にこの冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、冷媒配管13Kからガス冷媒が圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。放熱器4にて加熱された空気は吹出口29から吹き出されるので、これにより車室内の暖房が行われることになる。
ヒートポンプコントローラ32は、車室内に吹き出される空気の目標温度(車室内に吹き出される空気の温度の目標値)である後述する目標吹出温度TAOから算出される目標ヒータ温度TCO(放熱器4の目標温度)から目標放熱器圧力PCOを算出し、この目標放熱器圧力PCOと、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒出口温度Tci及び放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pciに基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御し、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度を制御する。
また、ヒートポンプコントローラ32は、必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、低外気温時等にも車室内を支障無く暖房する。
(2)除湿暖房モード
次に、図5を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図5は除湿暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。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21、電磁弁22、電磁弁35を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁69は閉じる。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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
次に、図5を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図5は除湿暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。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21、電磁弁22、電磁弁35を開き、電磁弁17、電磁弁20、電磁弁69は閉じる。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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
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内の高温冷媒と熱交換して加熱される。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。
放熱器4内で液化した冷媒は放熱器4を出た後、冷媒配管13Eを経て一部は冷媒配管13Jに入り、室外膨張弁6に至る。室外膨張弁6に流入した冷媒はそこで減圧された後、室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒は蒸発し、走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気中から熱を汲み上げる(吸熱)。そして、室外熱交換器7を出た低温の冷媒は冷媒配管13A及び冷媒配管13D、電磁弁21を経て冷媒配管13Cに至り、この冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。
一方、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の残りは分流され、この分流された冷媒が電磁弁22を経て冷媒配管13Fに流入し、冷媒配管13Bに至る。次に、冷媒は室内膨張弁8に至り、この室内膨張弁8にて減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときに吸熱器9で生じる冷媒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。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cに出て冷媒配管13Dからの冷媒(室外熱交換器7からの冷媒)と合流した後、アキュムレータ12を経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて除湿された空気は放熱器4や補助ヒータ23(発熱している場合)を通過する過程で再加熱されるので、これにより車室内の除湿暖房が行われることになる。
ヒートポンプコントローラ32は、実施例では目標ヒータ温度TCOから算出される目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)に基づいて圧縮機2の回転数を制御するか、又は、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)とその目標値である目標吸熱器温度TEOに基づいて圧縮機2の回転数を制御する。このとき、ヒートポンプコントローラ32は放熱器圧力Pciによるか吸熱器温度Teによるか、何れかの演算から得られる圧縮機目標回転数の低い方を選択して圧縮機2を制御する。また、吸熱器温度Teに基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御する。
また、ヒートポンプコントローラ32は、この除湿暖房モードにおいても必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、低外気温時等にも車室内を支障無く除湿暖房する。
(3)除湿冷房モード
次に、図6を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図6は除湿冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。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、及び、電磁弁35を開き、電磁弁20、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
次に、図6を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図6は除湿冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。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、及び、電磁弁35を開き、電磁弁20、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。
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内の高温冷媒と熱交換して加熱される。一方、放熱器4内の冷媒は空気に熱を奪われて冷却され、凝縮液化していく。
放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13E、13Jを経て室外膨張弁6に至り、暖房モードや除湿暖房モードよりも開き気味(大きい弁開度の領域)で制御される室外膨張弁6を経て室外熱交換器7に流入する。室外熱交換器7に流入した冷媒はそこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入り、逆止弁18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、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、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に凝結して付着し、空気は冷却され、且つ、除湿される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこを経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却され、除湿された空気は放熱器4や補助ヒータ23(発熱している場合)を通過する過程で再加熱(除湿暖房時よりも加熱能力は低い)されるので、これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。
ヒートポンプコントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)と吸熱器9の目標温度(吸熱器温度Teの目標値)である目標吸熱器温度TEOに基づき、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOにするように圧縮機2の回転数を制御すると共に、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pci(冷媒回路Rの高圧圧力)と目標放熱器圧力PCO(放熱器圧力Pciの目標値)に基づき、放熱器圧力Pciを目標放熱器圧力PCOにするように室外膨張弁6の弁開度を制御することで放熱器4による必要なリヒート量(再加熱量)を得る。
また、ヒートポンプコントローラ32は、この除湿冷房モードにおいても必要とされる暖房能力に対して放熱器4による暖房能力(再加熱能力)が不足する場合、この不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完する。これにより、車室内の温度を下げ過ぎること無く、除湿冷房する。
(4)冷房モード(空調(単独)モード)
次に、図7を参照しながら冷房モードについて説明する。図7は冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。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、電磁弁20、及び、電磁弁35を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、補助ヒータ23には通電されない。
次に、図7を参照しながら冷房モードについて説明する。図7は冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。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、電磁弁20、及び、電磁弁35を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁69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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、補助ヒータ23には通電されない。
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内の空気は通風されるものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒート(再加熱)のみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入り、逆止弁18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、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出されて吸熱器9と熱交換する空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこから冷媒配管13Kを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却された空気は吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。この冷房モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づいて圧縮機2の回転数を制御する。
(5)空調(優先)+バッテリ冷却モード(協調モード)
次に、図8を参照しながら本発明における協調モードとしての空調(優先)+バッテリ冷却モードについて説明する。図8は空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、電磁弁35、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、及び、電磁弁22を閉じる。
次に、図8を参照しながら本発明における協調モードとしての空調(優先)+バッテリ冷却モードについて説明する。図8は空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、電磁弁35、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、及び、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放熱器4及び補助ヒータ23に通風される割合を調整する状態とする。尚、この運転モードでは補助ヒータ23には通電されない。また、熱媒体加熱ヒータ63にも通電されない。
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内の空気は通風されるものの、その割合は小さくなるので(冷房時のリヒート(再加熱)のみのため)、ここは殆ど通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで走行により、或いは、室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入る。この冷媒配管13Bに流入した冷媒は、逆止弁18を経た後に分流され、一方はそのまま冷媒配管13Bを流れて室内膨張弁8に至る。この室内膨張弁8に流入した冷媒はそこで減圧された後、電磁弁35を経て吸熱器9に流入し、蒸発する。このときの吸熱作用で室内送風機27から吹き出されて吸熱器9と熱交換する空気は冷却される。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、冷媒配管13Cを経てアキュムレータ12に至り、そこから冷媒配管13Kを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。吸熱器9にて冷却された空気は吹出口29から車室内に吹き出されるので、これにより車室内の冷房が行われることになる。
他方、逆止弁18を経た冷媒の残りは分流され、分岐配管67に流入して補助膨張弁68に至る。ここで冷媒は減圧された後、電磁弁69を経て冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入し、そこで蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管71、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図8に実線矢印で示す)。
一方、循環ポンプ62が運転されているので、この循環ポンプ62から吐出された熱媒体が熱媒体配管66内を冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこで冷媒流路64B内で蒸発する冷媒と熱交換し、吸熱されて熱媒体は冷却される。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は、熱媒体加熱ヒータ63に至る。但し、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63は発熱されないので、熱媒体はそのまま通過してバッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は冷却されると共に、バッテリ55を冷却した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す(図8に破線矢印で示す)。
この空調(優先)+バッテリ冷却モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁35を開いた状態を維持し、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づいて後述する図12に示す如く圧縮機2の回転数を制御する。また、実施例では熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体の温度(熱媒体温度Tw:バッテリコントローラ73から送信される)に基づき、電磁弁69を以下の如く開閉制御する。
尚、吸熱器温度Teは、実施例における吸熱器9の温度又はそれにより冷却される対象(空気)の温度である。また、熱媒体温度Twは、実施例における冷媒−熱媒体熱交換器64(被温調対象用熱交換器)により冷却される対象(熱媒体)の温度として採用しているが、被温調対象であるバッテリ55の温度を示す指標でもある(以下、同じ)。
図13はこの空調(優先)+バッテリ冷却モードにおける電磁弁69の開閉制御のブロック図を示している。ヒートポンプコントローラ32の被温調対象用電磁弁制御部90には熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twと、当該熱媒体温度Twの目標値としての所定の目標熱媒体温度TWOが入力される。そして、被温調対象用電磁弁制御部90は、目標熱媒体温度TWOの上下に所定の温度差を有して上限値TwULと下限値TwLLを設定し、電磁弁69を閉じている状態からバッテリ55の発熱等により熱媒体温度Twが高くなり、上限値TwULまで上昇した場合、電磁弁69を開放する(電磁弁69開指示)。これにより、冷媒は冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入して蒸発し、熱媒体流路64Aを流れる熱媒体を冷却するので、この冷却された熱媒体によりバッテリ55は冷却される。
その後、熱媒体温度Twが下限値TwLLまで低下した場合、電磁弁69を閉じる(電磁弁69閉指示)。以後、このような電磁弁69の開閉を繰り返して、車室内の冷房を優先しながら、熱媒体温度Twを目標熱媒体温度TWOに制御し、バッテリ55の冷却を行う。
(6)空調運転の切り換え
ヒートポンプコントローラ32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、吹出口29から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。
ヒートポンプコントローラ32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、吹出口29から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。
そして、ヒートポンプコントローラ32は起動時には外気温度センサ33が検出する外気温度Tamと目標吹出温度TAOとに基づいて上記各空調運転のうちの何れかの空調運転を選択する。また、起動後は外気温度Tamや目標吹出温度TAO、熱媒体温度Tw等の運転条件や環境条件、設定条件の変化に応じ、前記各空調運転を選択して切り換えていく。例えば、冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モードへの移行は、バッテリコントローラ73からのバッテリ冷却要求が入力されたことに基づいて実行される。この場合、バッテリコントローラ73は例えば熱媒体温度Twやバッテリ温度Tcellが所定値以上に上昇した場合にバッテリ冷却要求を出力し、ヒートポンプコントローラ32や空調コントローラ45に送信するものである。
(7)バッテリ冷却(優先)+空調モード(協調モード)
次に、バッテリ55の充電中の動作について説明する。例えば急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているときに(これらの情報はバッテリコントローラ73から送信される)、車両のイグニッション(IGN)がONされ、空調操作部53の空調スイッチがONされた場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モードを実行する。このバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方は、図8に示した空調(優先)+バッテリ冷却モードの場合と同様である。
次に、バッテリ55の充電中の動作について説明する。例えば急速充電器(外部電源)の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているときに(これらの情報はバッテリコントローラ73から送信される)、車両のイグニッション(IGN)がONされ、空調操作部53の空調スイッチがONされた場合、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(優先)+空調モードを実行する。このバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方は、図8に示した空調(優先)+バッテリ冷却モードの場合と同様である。
但し、このバッテリ冷却(優先)+空調モードの場合、実施例ではヒートポンプコントローラ32は電磁弁69を開いた状態に維持し、熱媒体温度センサ76(バッテリコントローラ73から送信される)が検出する熱媒体温度Twに基づいて後述する図14に示す如く圧縮機2の回転数を制御する。また、実施例では吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度(吸熱器温度Te)に基づき、電磁弁35を以下の如く開閉制御する。
図15はこのバッテリ冷却(優先)+空調モードにおける電磁弁35の開閉制御のブロック図を示している。ヒートポンプコントローラ32の吸熱器用電磁弁制御部95には吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器温度Teと、当該吸熱器温度Teの目標値としての所定の目標吸熱器温度TEOが入力される。そして、吸熱器用電磁弁制御部95は、目標吸熱器温度TEOの上下に所定の温度差を有して上限値TeULと下限値TeLLを設定し、電磁弁35を閉じている状態から吸熱器温度Teが高くなり、上限値TeULまで上昇した場合、電磁弁35を開放する(電磁弁35開指示)。これにより、冷媒は吸熱器9に流入して蒸発し、空気流通路3を流通する空気を冷却する。
その後、吸熱器温度Teが下限値TeLLまで低下した場合、電磁弁35を閉じる(電磁弁35閉指示)。以後、このような電磁弁35の開閉を繰り返して、バッテリ55の冷却を優先しながら、吸熱器温度Teを目標吸熱器温度TEOに制御し、車室内の冷房を行う。
(8)バッテリ冷却(単独)モード(被温調対象冷却(単独)モード)
次に、車両のイグニッション(IGN)がOFFされ、空調操作部53の空調スイッチもOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(単独)モードを実行する。図9はこのバッテリ冷却(単独)モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。バッテリ冷却(単独)モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁35を閉じる。
次に、車両のイグニッション(IGN)がOFFされ、空調操作部53の空調スイッチもOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(単独)モードを実行する。図9はこのバッテリ冷却(単独)モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。バッテリ冷却(単独)モードでは、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁17、電磁弁20、及び、電磁弁69を開き、電磁弁21、電磁弁22、及び、電磁弁35を閉じる。
そして、圧縮機2、及び、室外送風機15を運転する。尚、室内送風機27は運転されず、補助ヒータ23にも通電されない。また、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63も通電されない。
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内の空気は通風されないので、ここは通過するのみとなり、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て冷媒配管13Jに至る。このとき、電磁弁20は開放されているので冷媒は電磁弁20を通過し、そのまま室外熱交換器7に流入し、そこで室外送風機15により通風される外気によって空冷され、凝縮液化する。
室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13A、電磁弁17、レシーバドライヤ部14、過冷却部16を経て冷媒配管13Bに入る。この冷媒配管13Bに流入した冷媒は、逆止弁18を経た後、全てが分岐配管67に流入して補助膨張弁68に至る。ここで冷媒は減圧された後、電磁弁69を経て冷媒−熱媒体熱交換器64の冷媒流路64Bに流入し、そこで蒸発する。このときに吸熱作用を発揮する。この冷媒流路64Bで蒸発した冷媒は、冷媒配管71、冷媒配管13C及びアキュムレータ12を順次経て冷媒配管13Kから圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す(図9に実線矢印で示す)。
一方、循環ポンプ62が運転されているので、この循環ポンプ62から吐出された熱媒体が熱媒体配管66内を冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこで冷媒流路64B内で蒸発する冷媒により吸熱され、熱媒体は冷却されるようになる。この冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aを出た熱媒体は、熱媒体加熱ヒータ63に至る。但し、この運転モードでは熱媒体加熱ヒータ63は発熱されないので、熱媒体はそのまま通過してバッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は冷却されると共に、バッテリ55を冷却した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す(図9に破線矢印で示す)。
このバッテリ冷却(単独)モードにおいても、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twに基づいて後述する如く圧縮機2の回転数を制御することにより、バッテリ55を冷却する。
(9)除霜モード
次に、図10を参照しながら室外熱交換器7の除霜モードについて説明する。図10は除霜モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。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。
次に、図10を参照しながら室外熱交換器7の除霜モードについて説明する。図10は除霜モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ方(実線矢印)を示している。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。
そこで、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49が検出する室外熱交換器温度TXO(室外熱交換器7における冷媒蒸発温度)と、室外熱交換器7の無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseとの差ΔTXO(=TXObase−TXO)を算出しており、室外熱交換器温度TXOが無着霜時における冷媒蒸発温度TXObaseより低下して、その差ΔTXOが所定値以上に拡大した状態が所定時間継続した場合、室外熱交換器7に着霜しているものと判定して所定の着霜フラグをセットする。
そして、この着霜フラグがセットされており、空調操作部53の空調スイッチがOFFされた状態で、急速充電器の充電用のプラグが接続され、バッテリ55が充電されるとき、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の除霜モードを実行する。
ヒートポンプコントローラ32はこの除霜モードでは、冷媒回路Rを前述した暖房モードの状態とした上で、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、当該圧縮機2から吐出された高温の冷媒を放熱器4、室外膨張弁6を経て室外熱交換器7に流入させ、当該室外熱交換器7の着霜を融解させる(図10)。そして、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49が検出する室外熱交換器温度TXOが所定の除霜終了温度(例えば、+3℃等)より高くなった場合、室外熱交換器7の除霜が完了したものとして除霜モードを終了する。
(10)バッテリ加熱モード
また、空調運転を実行しているとき、或いは、バッテリ55を充電しているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ加熱モードを実行する。このバッテリ加熱モードでは、ヒートポンプコントローラ32は循環ポンプ62を運転し、熱媒体加熱ヒータ63に通電する。尚、電磁弁69は閉じる。
また、空調運転を実行しているとき、或いは、バッテリ55を充電しているとき、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ加熱モードを実行する。このバッテリ加熱モードでは、ヒートポンプコントローラ32は循環ポンプ62を運転し、熱媒体加熱ヒータ63に通電する。尚、電磁弁69は閉じる。
これにより、循環ポンプ62から吐出された熱媒体は熱媒体配管66内を冷媒−熱媒体熱交換器64の熱媒体流路64Aに至り、そこを通過して熱媒体加熱ヒータ63に至る。このとき熱媒体加熱ヒータ63は発熱されているので、熱媒体は熱媒体加熱ヒータ63により加熱されて温度上昇した後、バッテリ55に至り、当該バッテリ55と熱交換する。これにより、バッテリ55は加熱されると共に、バッテリ55を加熱した後の熱媒体は、循環ポンプ62に吸い込まれる循環を繰り返す。
このバッテリ加熱モードにおいては、ヒートポンプコントローラ32は熱媒体温度センサ76が検出する熱媒体温度Twに基づいて熱媒体加熱ヒータ63の通電を制御することにより、熱媒体温度Twを所定の目標熱媒体温度TWOに調整し、バッテリ55を加熱する。
(11)ヒートポンプコントローラ32による圧縮機2の制御
また、ヒートポンプコントローラ32は、暖房モードでは放熱器圧力Pciに基づき、図11の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出し、除湿冷房モード、冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、吸熱器温度Teに基づき、図12の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出する。尚、除湿暖房モードでは圧縮機目標回転数TGNChと圧縮機目標回転数TGNCcのうちの低い方向を選択する。また、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードでは、熱媒体温度Twに基づき、図13の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出する。
また、ヒートポンプコントローラ32は、暖房モードでは放熱器圧力Pciに基づき、図11の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出し、除湿冷房モード、冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モードでは、吸熱器温度Teに基づき、図12の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出する。尚、除湿暖房モードでは圧縮機目標回転数TGNChと圧縮機目標回転数TGNCcのうちの低い方向を選択する。また、バッテリ冷却(優先)+空調モード、バッテリ冷却(単独)モードでは、熱媒体温度Twに基づき、図13の制御ブロック図により圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出する。
(11−1)放熱器圧力Pciに基づく圧縮機目標回転数TGNChの算出
先ず、図11を用いて放熱器圧力Pciに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図11は放熱器圧力Pciに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出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78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)/(Thp−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の出口における冷媒の過冷却度SCの目標値である目標過冷却度TGSCと、ヒータ温度Thpの目標値である前述した目標ヒータ温度TCO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を算出する。
先ず、図11を用いて放熱器圧力Pciに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図11は放熱器圧力Pciに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNChを算出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78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)/(Thp−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の出口における冷媒の過冷却度SCの目標値である目標過冷却度TGSCと、ヒータ温度Thpの目標値である前述した目標ヒータ温度TCO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を算出する。
尚、ヒータ温度Thpは放熱器4の風下側の空気温度(推定値)であり、放熱器圧力センサ47が検出する放熱器圧力Pciと放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒出口温度Tciから算出(推定)する。また、過冷却度SCは放熱器入口温度センサ43と放熱器出口温度センサ44が検出する放熱器4の冷媒入口温度Tcxinと冷媒出口温度Tciから算出される。
前記目標放熱器圧力PCOは上記目標過冷却度TGSCと目標ヒータ温度TCOに基づいて目標値演算部79が算出する。更に、F/B(フィードバック)操作量演算部81はこの目標放熱器圧力PCOと放熱器圧力Pciに基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNChfbを算出する。そして、F/F操作量演算部78が算出したF/F操作量TGNChffとF/B操作量演算部81が算出したF/B操作量TGNChfbは加算器82で加算され、TGNCh00としてリミット設定部83に入力される。
リミット設定部83では制御上の下限回転数ECNpdLimLoと上限回転数ECNpdLimHiのリミットが付けられてTGNCh0とされた後、圧縮機OFF制御部84を経て圧縮機目標回転数TGNChとして決定される。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この放熱器圧力Pciに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNChにより、放熱器圧力Pciが目標放熱器圧力PCOになるように圧縮機2の運転を制御する。
尚、圧縮機OFF制御部84は、圧縮機目標回転数TGNChが上述した下限回転数ECNpdLimLoとなり、放熱器圧力Pciが目標放熱器圧力PCOの上下に設定された所定の上限値PULと下限値PLLのうちの上限値PUL、又は、それより高い所定の強制停止値PSLまで上昇した状態が所定時間th1継続した場合、圧縮機2を停止させて圧縮機2をON−OFF制御するON−OFFモードに入る。
この圧縮機2のON−OFFモードでは、放熱器圧力Pciが下限値PLLまで低下した場合、圧縮機2を起動して圧縮機目標回転数TGNChを下限回転数ECNpdLimLoとして運転し、その状態で放熱器圧力Pciが上限値PULまで上昇した場合は圧縮機2を再度停止させる。即ち、下限回転数ECNpdLimLoでの圧縮機2の運転(ON)と、停止(OFF)を繰り返す。そして、放熱器圧力Pciが下限値PULまで低下し、圧縮機2を起動した後、放熱器圧力Pciが下限値PULより高くならない状態が所定時間th2継続した場合、圧縮機2のON−OFFモードを終了し、通常モードに復帰するものである。
(11−2)吸熱器温度Teに基づく圧縮機目標回転数TGNCcの算出
次に、図12を用いて吸熱器温度Teに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図12は吸熱器温度Teに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出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86は外気温度Tamと、空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(室内送風機27のブロワ電圧BLVでもよい)と、目標放熱器圧力PCOと、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を算出する。
次に、図12を用いて吸熱器温度Teに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図12は吸熱器温度Teに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCcを算出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86は外気温度Tamと、空気流通路3内を流通する空気の風量Ga(室内送風機27のブロワ電圧BLVでもよい)と、目標放熱器圧力PCOと、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を算出する。
また、F/B操作量演算部87は目標吸熱器温度TEOと吸熱器温度Teに基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNCcfbを算出する。そして、F/F操作量演算部86が算出したF/F操作量TGNCcffとF/B操作量演算部87が算出したF/B操作量TGNCcfbは加算器88で加算され、TGNCc00としてリミット設定部89に入力される。
リミット設定部89では制御上の下限回転数TGNCcLimLoと上限回転数TGNCcLimHiのリミットが付けられてTGNCc0とされた後、圧縮機OFF制御部91を経て圧縮機目標回転数TGNCcとして決定される。従って、加算器88で加算された値TGNCc00が上限回転数TGNCcLimHiと下限回転数TGNCcLimLo以内であり、後述するON−OFFモードにならなければ、この値TGNCc00が圧縮機目標回転数TGNCc(圧縮機2の回転数となる)。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この吸熱器温度Teに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNCcにより、吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOになるように圧縮機2の運転を制御する。
尚、圧縮機OFF制御部91は、圧縮機目標回転数TGNCcが上述した下限回転数TGNCcLimLoとなり、吸熱器温度Teが目標吸熱器温度TEOの上下に設定された上限値TeULと下限値TeLLのうちの下限値TeLL、又は、それより低い所定の強制停止値TeSLまで低下した状態が所定時間tc1継続した場合、圧縮機2を停止させて圧縮機2をON−OFF制御するON−OFFモードに入る。
この場合の圧縮機2のON−OFFモードでは、吸熱器温度Teが上限値TeULまで上昇した場合、圧縮機2を起動して圧縮機目標回転数TGNCcを下限回転数TGNCcLimLoとして運転し、その状態で吸熱器温度Teが下限値TeLLまで低下した場合は圧縮機2を再度停止させる。即ち、下限回転数TGNCcLimLoでの圧縮機2の運転(ON)と、停止(OFF)を繰り返す。そして、吸熱器温度Teが上限値TeULまで上昇し、圧縮機2を起動した後、吸熱器温度Teが上限値TeULより低くならない状態が所定時間tc2継続した場合、この場合の圧縮機2のON−OFFモードを終了し、通常モードに復帰するものである。
(11−3)熱媒体温度Twに基づく圧縮機目標回転数TGNCwの算出
次に、図14を用いて熱媒体温度Twに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図14は熱媒体温度Twに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出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92は外気温度Tamと、機器温度調整装置61内の熱媒体の流量Gw(循環ポンプ62の出力から算出される)と、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、バッテリ温度Tcell(バッテリコントローラ73から送信される)と、熱媒体温度Twの目標値である目標熱媒体温度TWOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcwffを算出する。
次に、図14を用いて熱媒体温度Twに基づく圧縮機2の制御について詳述する。図14は熱媒体温度Twに基づいて圧縮機2の目標回転数(圧縮機目標回転数)TGNCwを算出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92は外気温度Tamと、機器温度調整装置61内の熱媒体の流量Gw(循環ポンプ62の出力から算出される)と、バッテリ55の発熱量(バッテリコントローラ73から送信される)と、バッテリ温度Tcell(バッテリコントローラ73から送信される)と、熱媒体温度Twの目標値である目標熱媒体温度TWOに基づいて圧縮機目標回転数のF/F操作量TGNCcwffを算出する。
また、F/B操作量演算部93は目標熱媒体温度TWOと熱媒体温度Tw(バッテリコントローラ73から送信される)に基づくPID演算若しくはPI演算により圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNCwfbを算出する。そして、F/F操作量演算部92が算出したF/F操作量TGNCwffとF/B操作量演算部93が算出したF/B操作量TGNCwfbは加算器94で加算され、TGNCw00としてリミット設定部96に入力される。
リミット設定部96では制御上の下限回転数TGNCwLimLoと上限回転数TGNCwLimHiのリミットが付けられてTGNCw0とされた後、圧縮機OFF制御部97を経て圧縮機目標回転数TGNCwとして決定される。従って、加算器94で加算された値TGNCw00が上限回転数TGNCwLimHiと下限回転数TGNCwLimLo以内であり、後述するON−OFFモードにならなければ、この値TGNCw00が圧縮機目標回転数TGNCw(圧縮機2の回転数となる)。通常モードではヒートポンプコントローラ32は、この熱媒体温度Twに基づいて算出された圧縮機目標回転数TGNCwにより、熱媒体温度Twが目標熱媒体温度TWOになるように圧縮機2の運転を制御する。
尚、圧縮機OFF制御部97は、圧縮機目標回転数TGNCwが上述した下限回転数TGNCwLimLoとなり、熱媒体温度Twが目標熱媒体温度TWOの上下に設定された上限値TwULと下限値TwLLのうちの下限値TwLL、又は、それより低い強制停止値TwSLまで低下した状態が所定時間tw1継続した場合、圧縮機2を停止させて圧縮機2をON−OFF制御するON−OFFモードに入る。
この場合の圧縮機2のON−OFFモードでは、熱媒体温度Twが上限値TwULまで上昇した場合、圧縮機2を起動して圧縮機目標回転数TGNCwを下限回転数TGNCwLimLoとして運転し、その状態で熱媒体温度Twが下限値TwLLまで低下した場合は圧縮機2を再度停止させる。即ち、下限回転数TGNCwLimLoでの圧縮機2の運転(ON)と、停止(OFF)を繰り返す。そして、熱媒体温度Twが上限値TwULまで上昇し、圧縮機2を起動した後、熱媒体温度Twが上限値TwULより低くならない状態が所定時間tw2継続した場合、この場合の圧縮機2のON−OFFモードを終了し、通常モードに復帰するものである。
(12)ヒートポンプコントローラ32による騒音改善制御
ここで、前述したバッテリ冷却(単独)モードでは過冷却部16を出た冷媒が冷媒配管13Bに流れているが電磁弁35は閉じている。また、実施例では室内膨張弁8を吸熱器9の冷媒の過熱度を調整する機械式の膨張弁で構成しているため、室内膨張弁8は大きく開いている。そのため、電磁弁35より上流側の冷媒の圧力は高く、下流側の冷媒の圧力は低くなっている。この状態で電磁弁35を開き、バッテリ冷却(優先)+空調モードや空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換えた場合、電磁弁35前後の圧力差が大きく、電磁弁35の開放時に吸熱器9に急激に流れる冷媒によって比較的大きい騒音(異音)が発生する。特に、電磁弁35は車室内に近い位置に設けられることになるため、乗員が感じる不快感は大きくなる。
ここで、前述したバッテリ冷却(単独)モードでは過冷却部16を出た冷媒が冷媒配管13Bに流れているが電磁弁35は閉じている。また、実施例では室内膨張弁8を吸熱器9の冷媒の過熱度を調整する機械式の膨張弁で構成しているため、室内膨張弁8は大きく開いている。そのため、電磁弁35より上流側の冷媒の圧力は高く、下流側の冷媒の圧力は低くなっている。この状態で電磁弁35を開き、バッテリ冷却(優先)+空調モードや空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換えた場合、電磁弁35前後の圧力差が大きく、電磁弁35の開放時に吸熱器9に急激に流れる冷媒によって比較的大きい騒音(異音)が発生する。特に、電磁弁35は車室内に近い位置に設けられることになるため、乗員が感じる不快感は大きくなる。
これは冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モードやバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際にも同様である。即ち、係る冷房モードでは電磁弁69は閉じており、空調(優先)+バッテリ冷却モードやバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際には開くことになるが、このとき電磁弁69より上流側の冷媒の圧力は高く、下流側の冷媒の圧力は低くなっている。そのため、電磁弁69前後の圧力差が大きく、電磁弁69の開放時に冷媒−熱媒体熱交換器64に急激に流れる冷媒によって比較的大きい騒音(異音)が発生する。
そこで、ヒートポンプコントローラ32は、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モードや空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える際、及び、冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モードやバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際、以下に説明する騒音改善制御を実行する。
(12−1)騒音改善制御(その1)
先ず、図16を参照しながら、ヒートポンプコントローラ32が実行する騒音改善制御の一実施例を説明する。尚、以下の説明では電磁弁35を例にとって説明するが、電磁弁69の場合も同様である。図16中ΔPvは電磁弁35前後の圧力差であり、NCは圧縮機2の回転数である。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49が検出する室外熱交換器温度TXO(電磁弁35前の冷媒の温度)と吸込温度センサ46が検出する吸込冷媒温度Ts(電磁弁35後の冷媒の温度)から飽和圧力を計算し、電磁弁35前後の圧力差ΔPvを算出する。
先ず、図16を参照しながら、ヒートポンプコントローラ32が実行する騒音改善制御の一実施例を説明する。尚、以下の説明では電磁弁35を例にとって説明するが、電磁弁69の場合も同様である。図16中ΔPvは電磁弁35前後の圧力差であり、NCは圧縮機2の回転数である。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49が検出する室外熱交換器温度TXO(電磁弁35前の冷媒の温度)と吸込温度センサ46が検出する吸込冷媒温度Ts(電磁弁35後の冷媒の温度)から飽和圧力を計算し、電磁弁35前後の圧力差ΔPvを算出する。
そして、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モード及び空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える際、ヒートポンプコントローラ32は先ずバッテリ冷却(単独)モードにおいて圧縮機2を停止させる。尚、圧縮機2を停止させること以外にも、圧縮機2の回転数NCを所定回転数(所定の低い回転数)以下に低下させてもよい。このようにして図16中の時刻t1で圧縮機2が停止(又は、回転数NCが所定回転数以下に低下)すると、電磁弁35前後の圧力差ΔPvも縮小(低下)していく。そして、時刻t2で圧力差ΔPvが所定値Pvo(所定の低い値)以下に縮小(低下)した場合、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁35を開き、バッテリ冷却(優先)+空調モード又は空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える。
これにより、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モード及び空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える際、電磁弁35を開いたときに、吸熱器9に向かって冷媒が急激に流れることを大幅に抑制若しくは解消することができるようになり、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モードや空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換えるときに、電磁弁35を開くことで生じる騒音(異音)を解消、若しくは、低減し、乗員の快適性を向上させることができるようになる。
また、以上の制御は冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モード及びバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際も同様であり、冷房モードにおいて圧縮機2を停止又は回転数NCを所定回転数以下に低下させて電磁弁69前後の圧力差を縮小させ、圧力差が所定値以下に低下した場合、電磁弁69を開き、空調(優先)+バッテリ冷却モード又はバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える。
これにより、冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モードやバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際、電磁弁69を開いたときに、冷媒−熱媒体熱交換器64に向かって冷媒が急激に流れることを大幅に抑制若しくは解消することができるようになり、冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モードやバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換えるときに、電磁弁69を開くことで生じる騒音(異音)を解消、若しくは、低減し、乗員の快適性を向上させることができるようになる。
特に、実施例ではヒートポンプコントローラ32が上記騒音改善制御において、圧縮機2の回転数NCを所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機2を停止させた後、電磁弁35や電磁弁69前後の圧力差が所定値以下に低下した場合、それらを開放するようにしているので、電磁弁35や電磁弁69の冷媒上流側の圧力を下げることで電磁弁35や電磁弁69前後の圧力差を所定値以下に迅速に縮小させ、電磁弁35や電磁弁69を開くことができるようになる。
また、実施例ではヒートポンプコントローラ32が室外熱交換器温度センサ49が検出する室外熱交換器温度TXO(電磁弁35前の冷媒の温度)と吸込温度センサ46が検出する吸込冷媒温度Ts(電磁弁35後の冷媒の温度)から電磁弁35前後(電磁弁69の場合も同様である)の圧力差を算出するようにしているので、電磁弁35や電磁弁69前後の圧力を検出するセンサを設けること無く、圧力差を算出することができるようになり、コストの削減を図ることができるようになる。
(12−2)騒音改善制御(その2)
次に、図17を参照しながらヒートポンプコントローラ32が実行する騒音改善制御の他の実施例を説明する。尚、図17も電磁弁35を例にとって説明するが、電磁弁69の場合も同様である。前述の実施例では電磁弁35前後の圧力差に基づいて騒音改善制御を実行したが、電磁弁35前後の圧力差を検出するための室外熱交換器温度センサ49や吸込温度センサ46、その他の圧力センサが無い場合には圧力差を検出することができない。
次に、図17を参照しながらヒートポンプコントローラ32が実行する騒音改善制御の他の実施例を説明する。尚、図17も電磁弁35を例にとって説明するが、電磁弁69の場合も同様である。前述の実施例では電磁弁35前後の圧力差に基づいて騒音改善制御を実行したが、電磁弁35前後の圧力差を検出するための室外熱交換器温度センサ49や吸込温度センサ46、その他の圧力センサが無い場合には圧力差を検出することができない。
そこで、ヒートポンプコントローラ32はバッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モード及び空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える際(図17はバッテリ冷却(優先)+空調モードの場合を示す)、先ずバッテリ冷却(単独)モードにおいて圧縮機2を停止させる。この場合も、圧縮機2を停止させること以外に圧縮機2の回転数NCを所定回転数(所定の低い回転数)以下に低下させることでもよい。
このようにして図17中の時刻t3で圧縮機2が停止(又は、回転数NCが所定回転数以下に低下)すると、電磁弁35前後の圧力差も縮小(低下)していく。そして、圧縮機2を停止(又は、回転数NCを所定回転数以下に低下)させた後、所定時間tPvoが経過した場合、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁35を開き、バッテリ冷却(優先)+空調モード又は空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える。
図17中の破線(太線)は圧縮機2を停止させた後、直ぐに電磁弁35を開いた場合を示しているが、その場合には電磁弁35の圧力差が未だ大きいので、開いたときには騒音が発生する。しかしながら、この実施例のようにヒートポンプコントローラ32が騒音改善制御において、圧縮機2の回転数NCを所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機2を停止させた後、所定時間tPvoが経過した場合、電磁弁35を開放するようにすれば、電磁弁35前後の圧力差が分からない場合にも、圧力差を十分に縮小させてから電磁弁35を開き、騒音の発生を効果的に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
また、以上の制御は冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モード及びバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際も同様であり、冷房モードにおいて圧縮機2を停止又は回転数NCを所定回転数以下に低下させた後、所定時間経過した場合、電磁弁69を開き、空調(優先)+バッテリ冷却モード又はバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換えるものとする。
尚、上記騒音改善制御(その1)と(その2)は電磁弁35及び室内膨張弁8や、電磁弁69及び補助膨張弁68を、弁開度を調整可能な電動弁(電子膨張弁)にて構成した場合も同様である。その場合には、電動弁を全閉の状態から開き、弁開度を調整する状態にするときに実行するものとする。
(12−3)騒音改善制御(その3)
次に、電磁弁35や電磁弁69が非通電状態で開く所謂ノーマルオープンの電磁弁である場合に、ヒートポンプコントローラ32が実行する運転停止時の騒音改善制御について、図18を参照しながら説明する。尚、図18も電磁弁35を例にとって説明するが、電磁弁69の場合も同様である。電磁弁35がノーマルオープンの電磁弁である場合、例えばバッテリ冷却(単独)モードから車両用空気調和装置1の運転が停止される場合(車両用空気調和装置1の電源がOFFされる場合も含む)、電磁弁35の電源供給も絶たれるため、開いてしまう。従って、電磁弁35前後の圧力差が大きいまま運転を停止すると電磁弁35において騒音が発生する。
次に、電磁弁35や電磁弁69が非通電状態で開く所謂ノーマルオープンの電磁弁である場合に、ヒートポンプコントローラ32が実行する運転停止時の騒音改善制御について、図18を参照しながら説明する。尚、図18も電磁弁35を例にとって説明するが、電磁弁69の場合も同様である。電磁弁35がノーマルオープンの電磁弁である場合、例えばバッテリ冷却(単独)モードから車両用空気調和装置1の運転が停止される場合(車両用空気調和装置1の電源がOFFされる場合も含む)、電磁弁35の電源供給も絶たれるため、開いてしまう。従って、電磁弁35前後の圧力差が大きいまま運転を停止すると電磁弁35において騒音が発生する。
そこで、バッテリ冷却(単独)モードから運転を停止する際、ヒートポンプコントローラ32は圧縮機2を停止させた後も、電磁弁35への通電(電源供給)を継続する。このようにして図18中の時刻t4で圧縮機2が停止すると、電磁弁35前後の圧力差ΔPvも縮小(低下)していく。そして、時刻t5で圧力差ΔPvが所定値Pvo(所定の低い値)以下に縮小(低下)した場合、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁35の通電を停止(電源OFF)する。
このように、電磁弁35が非通電状態で開くものである場合には、ヒートポンプコントローラ32が、運転停止後も電磁弁35前後の圧力差ΔPvが所定値Pvo以下に低下するまで、電磁弁35の通電を継続することで、運転停止時に電磁弁35が開いてしまい、騒音が発生する不都合も解消、若しくは、抑制することができるようになる。
また、以上の制御は冷房モードから運転を停止する際も同様であり、冷房モードにおいて圧縮機2を停止させた後、電磁弁69前後の圧力差が所定値以下に低下するまで、電磁弁69の通電を継続するものとする。
(12−4)騒音改善制御(その4)
次に、電磁弁35や電磁弁69が非通電状態で開く所謂ノーマルオープンの電磁弁であって、電磁弁35や電磁弁69前後の圧力差を検出できない場合に、ヒートポンプコントローラ32が実行する運転停止時の騒音改善制御について、図19を参照しながら説明する。尚、図19も電磁弁35を例にとって説明するが、電磁弁69の場合も同様である。
次に、電磁弁35や電磁弁69が非通電状態で開く所謂ノーマルオープンの電磁弁であって、電磁弁35や電磁弁69前後の圧力差を検出できない場合に、ヒートポンプコントローラ32が実行する運転停止時の騒音改善制御について、図19を参照しながら説明する。尚、図19も電磁弁35を例にとって説明するが、電磁弁69の場合も同様である。
この場合にもバッテリ冷却(単独)モードから運転を停止する際、ヒートポンプコントローラ32は圧縮機2を停止させた後も、電磁弁35への通電(電源供給)を継続する。このようにして図19中の時刻t6で圧縮機2が停止すると、電磁弁35前後の圧力差ΔPvも縮小(低下)していく。そして、圧縮機2を停止してから所定時間tStopが経過した場合、ヒートポンプコントローラ32は電磁弁35の通電を停止(電源OFF)する。
このように、電磁弁35前後の圧力差を検出できない場合には、ヒートポンプコントローラ32が、運転停止後、所定時間tStopが経過するまで電磁弁35の通電を継続するようにすれば、電磁弁35前後の圧力差が分からない場合にも、圧力差を十分に縮小させて、運転停止時に騒音が発生する不都合を効果的に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
また、以上の制御は冷房モードから運転を停止する際も同様であり、冷房モードにおいて圧縮機2を停止させた後、所定時間経過するまで電磁弁69の通電を継続するものとする。
(12−5)騒音改善制御(その5)
次に、図20を参照しながら、前述した電磁弁35及び室内膨張弁8、電磁弁69及び補助膨張弁68を、弁開度を調整可能な電動弁(電子膨張弁)で構成した場合の騒音改善制御の一例について説明する。前述した如く電磁弁35と室内膨張弁8は一つの電動弁(吸熱器用の弁装置。以下、35Aとする)に置き換えることが可能であり、電磁弁69と補助膨張弁68も一つの電動弁(被温調対象用の弁装置。以下、69Aとする)に置き換えられる。その場合の騒音改善制御の一例について、以下に説明する。
次に、図20を参照しながら、前述した電磁弁35及び室内膨張弁8、電磁弁69及び補助膨張弁68を、弁開度を調整可能な電動弁(電子膨張弁)で構成した場合の騒音改善制御の一例について説明する。前述した如く電磁弁35と室内膨張弁8は一つの電動弁(吸熱器用の弁装置。以下、35Aとする)に置き換えることが可能であり、電磁弁69と補助膨張弁68も一つの電動弁(被温調対象用の弁装置。以下、69Aとする)に置き換えられる。その場合の騒音改善制御の一例について、以下に説明する。
その場合も、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モード及び空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える際(図20はバッテリ冷却(優先)+空調モードの場合を示す)、ヒートポンプコントローラ32は先ずバッテリ冷却(単独)モードにおいて圧縮機2を停止させる。尚、圧縮機2を停止させること以外にも、圧縮機2の回転数NCを所定回転数(所定の低い回転数)以下に低下させてもよい。このようにして図20中の時刻t7で圧縮機2が停止(又は、回転数NCが所定回転数以下に低下)すると、電動弁35A前後の圧力差ΔPvも縮小(低下)していく。
一方、ヒートポンプコントローラ32はこの実施例の場合、時刻t7で電動弁35Aを全閉状態から開き、バッテリ冷却(優先)+空調モード又は空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換えるが、圧力差ΔPvが所定値Pvo(所定の低い値)以上であるうちは、電動弁35Aの弁開度を、通常の制御状態における弁開度の変更速度よりも遅い速度で拡大させていく(図20中にX1で示す)。そして、時刻t8で圧力差ΔPvが所定値Pvoより低くなった後は、ヒートポンプコントローラ32は電動弁35Aの弁開度を通常の制御状態における弁開度の変更速度で拡大させるようにする(図20中にX2で示す)。また、時刻t8で圧縮機2も起動する(又は、回転数NCを上昇させる)。
これにより、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モード及び空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える際、電動弁35Aを全閉状態からその弁開度を拡大させて行くときに、吸熱器9に向かって冷媒が急激に流れることを大幅に抑制若しくは解消することができるようになり、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モード又は空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換えるときに、電動弁35Aの弁開度を全閉から拡大させていくことで生じる騒音(異音)を解消、若しくは、低減し、乗員の快適性を向上させることができるようになる。
また、実施例ではヒートポンプコントローラ32がこの場合の騒音改善制御において、圧縮機2の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、圧縮機2を停止させた後、電動弁35A前後の圧力差ΔPvが所定値Pvo以上である場合、電動弁35Aの弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させるようにしているので、電動弁35Aの冷媒上流側の圧力を下げることで電動弁35A前後の圧力差ΔPvを縮小させながら、圧力差ΔPvが所定値Pvo以上である段階から電動弁35Aを開き始めることができるようになる。そのときにも圧力差ΔPvが所定値Pvo以上であるうちは、弁開度変更速度を遅くして開いて行くので、騒音の発生も効果的に解消、若しくは、抑制することができる。
また、以上の制御は冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モード及びバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際も同様である。即ち、冷房モードにおいて圧縮機2を停止又は回転数NCを所定回転数以下に低下させながら、電動弁69Aを全閉状態から開いて空調(優先)+バッテリ冷却モード又はバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換えるが、電動弁69A前後の圧力差を所定値以上である場合には、通常の制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で電動弁69Aの弁開度を拡大させるものとする。
(12−6)騒音改善制御(その6)
次に、図21を参照しながら、電磁弁35及び室内膨張弁8、電磁弁69及び補助膨張弁68を、弁開度を調整可能な電動弁(電子膨張弁)で構成した場合の騒音改善制御の他の例について説明する。この場合も電磁弁35と室内膨張弁8を一つの電動弁(吸熱器用の弁装置。以下、35Aとする)に置き換え、電磁弁69と補助膨張弁68も一つの電動弁(被温調対象用の弁装置。以下、69Aとする)に置き換えるが、電動弁35Aや電動弁69A前後の圧力差を検出するための室外熱交換器温度センサ49や吸込温度センサ46、その他の圧力センサが無いものとする。
次に、図21を参照しながら、電磁弁35及び室内膨張弁8、電磁弁69及び補助膨張弁68を、弁開度を調整可能な電動弁(電子膨張弁)で構成した場合の騒音改善制御の他の例について説明する。この場合も電磁弁35と室内膨張弁8を一つの電動弁(吸熱器用の弁装置。以下、35Aとする)に置き換え、電磁弁69と補助膨張弁68も一つの電動弁(被温調対象用の弁装置。以下、69Aとする)に置き換えるが、電動弁35Aや電動弁69A前後の圧力差を検出するための室外熱交換器温度センサ49や吸込温度センサ46、その他の圧力センサが無いものとする。
その場合も、バッテリ冷却(単独)モードからバッテリ冷却(優先)+空調モード及び空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換える際(図21はバッテリ冷却(優先)+空調モードの場合を示す)、ヒートポンプコントローラ32は先ずバッテリ冷却(単独)モードにおいて圧縮機2を停止させる。尚、圧縮機2を停止させること以外にも、圧縮機2の回転数NCを所定回転数(所定の低い回転数)以下に低下させてもよい。このようにして図21中の時刻t9で圧縮機2が停止(又は、回転数NCが所定回転数以下に低下)すると、電動弁35A前後の圧力差も縮小(低下)していく。
そして、圧縮機2を停止、又は、回転数NCが所定回転数以下に低下させた後、所定時間tPvoが経過した場合、ヒートポンプコントローラ32は電動弁35Aを全閉状態から開き、バッテリ冷却(優先)+空調モード又は空調(優先)+バッテリ冷却モードに切り換えるが、電動弁35Aの弁開度を、通常の制御状態における弁開度の変更速度よりも遅い速度で拡大させていく(図21中にX1で示す)。
そして、電動弁35Aを開いてから更に所定時間tPvo1が経過した時刻t9で、ヒートポンプコントローラ32は電動弁35Aの弁開度を通常の制御状態における弁開度の変更速度で拡大させるように切り換える(図21中にX2で示す)。また、時刻t9で圧縮機2も起動する(又は、回転数NCを上昇させる)。
これにより、電動弁35A前後の圧力差が分からない場合にも、圧力差を十分に縮小させてから電動弁35Aの弁開度を遅い速度で拡大させ、騒音の発生を効果的に解消、若しくは、抑制することができるようになる。
また、以上の制御は冷房モードから空調(優先)+バッテリ冷却モード及びバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換える際も同様である。即ち、冷房モードにおいて圧縮機2を停止又は回転数NCを所定回転数以下に低下させ、所定時間tPvoが経過した後、電動弁69Aを全閉状態から開いて空調(優先)+バッテリ冷却モード又はバッテリ冷却(優先)+空調モードに切り換えるが、通常の制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で電動弁69Aの弁開度を拡大させる。その後は所定時間tPvo1が経過した時点で通常の弁開度変更速度で弁開度を拡大させるようにするものとする。
(12−7)車内音量を考慮した所定値Pvo及び所定時間tPvo、tStop、tPvo1の変更
ここで、車速が早い場合や、オーディオの音量が大きい場合、或いは、室内送風機27の風量が多い状況では、前述した電磁弁35や電磁弁69、電動弁35Aや電動弁69Aで生じる騒音(異音)も気になり難くなる。そこで、ヒートポンプコントローラ32は、車速、オーディオ音量、室内送風機の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、車速が早い程、又は、オーディオ音量が大きい程、若しくは、室内送風機27の風量が多い程、前述した所定値Pvoを高くする方向で変更する。
ここで、車速が早い場合や、オーディオの音量が大きい場合、或いは、室内送風機27の風量が多い状況では、前述した電磁弁35や電磁弁69、電動弁35Aや電動弁69Aで生じる騒音(異音)も気になり難くなる。そこで、ヒートポンプコントローラ32は、車速、オーディオ音量、室内送風機の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、車速が早い程、又は、オーディオ音量が大きい程、若しくは、室内送風機27の風量が多い程、前述した所定値Pvoを高くする方向で変更する。
同様の理由でヒートポンプコントローラ32は、車速、オーディオ音量、室内送風機27の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、車速が早い程、又は、オーディオ音量が大きい程、若しくは、室内送風機27の風量が多い程、前述した所定時間tPvo、tStop、tPvo1を短くする方向で変更する。
上記の場合、具体的には例えば車速やオーディオ音量、室内送風機27の風量がそれぞれの所定の閾値より早い、又は、大きい、若しくは、多い場合に所定値Pvoを一定の割合で高くし、所定時間tPvo、tStop、tPvo1を一定の割合で短くする。或いは、車速やオーディオ音量、室内送風機27の風量の変化に応じて連続的に変更する。これらにより、電磁弁35や電磁弁69、電動弁35Aや電動弁69Aを早期に開き、運転モードの切り換えを迅速に行うことができるようになる。
尚、実施例では熱媒体温度Twを冷媒−熱媒体熱交換器64(被温調対象用熱交換器)により冷却される対象(熱媒体)の温度として採用したが、バッテリ温度Tcellを冷媒−熱媒体熱交換器64(被温調対象用熱交換器)により冷却される対象の温度として採用してもよく、冷媒−熱媒体熱交換器64の温度(冷媒−熱媒体熱交換器64自体の温度、冷媒流路64Bを出た冷媒の温度等)を冷媒−熱媒体熱交換器64(被温調対象用熱交換器)の温度として採用してもよい。
また、実施例では熱媒体を循環させてバッテリ55の温調を行うようにしたが、それに限らず、冷媒とバッテリ55(被温調対象)を直接熱交換させる被温調対象用熱交換器を設けてもよい。その場合には、バッテリ温度Tcellが被温調対象用熱交換器により冷却される対象の温度となる。
また、実施例では車室内の冷房とバッテリ55の冷却を同時に行う空調(優先)+バッテリ冷却モードとバッテリ冷却(優先)+空調モードを協調モードとした車両用空気調和装置1で説明したが、バッテリ55の冷却は冷房中に限らず、他の空調運転、例えば前述した除湿暖房とバッテリ55の冷却を同時に行うようにしてもよい。その場合には、空調(単独)モードは除湿暖房モードとなり、協調モードでは除湿暖房で電磁弁69を開き、冷媒配管13Fを経て吸熱器9に向かう冷媒の一部を分岐配管67に流入させ、冷媒−熱媒体熱交換器64に流すことになる。
また、実施例で説明した冷媒回路Rの構成や数値はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。更に、実施例では暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モード等の各運転モードを有する車両用空気調和装置1で本発明を説明したが、それに限らず、例えば冷房モード、空調(優先)+バッテリ冷却モード、バッテリ冷却(優先)+空調モード、及び、バッテリ冷却(単独)モードを実行可能とされた車両用空気調和装置にも本発明は有効である。
1 車両用空気調和装置
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
11 制御装置
32 ヒートポンプコントローラ(制御装置の一部を構成)
35 電磁弁(吸熱器用の弁装置)
35A 電動弁(吸熱器用の弁装置)
45 空調コントローラ(制御装置の一部を構成)
46 吸込温度センサ
49 室外熱交換器温度センサ
55 バッテリ(被温調対象)
61 機器温度調整装置
64 冷媒−熱媒体熱交換器(被温調対象用熱交換器)
68 補助膨張弁
69 電磁弁(被温調対象用の弁装置)
69A 電動弁(被温調対象用の弁装置)
76 熱媒体温度センサ
R 冷媒回路
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
11 制御装置
32 ヒートポンプコントローラ(制御装置の一部を構成)
35 電磁弁(吸熱器用の弁装置)
35A 電動弁(吸熱器用の弁装置)
45 空調コントローラ(制御装置の一部を構成)
46 吸込温度センサ
49 室外熱交換器温度センサ
55 バッテリ(被温調対象)
61 機器温度調整装置
64 冷媒−熱媒体熱交換器(被温調対象用熱交換器)
68 補助膨張弁
69 電磁弁(被温調対象用の弁装置)
69A 電動弁(被温調対象用の弁装置)
76 熱媒体温度センサ
R 冷媒回路
Claims (13)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、
前記吸熱器への冷媒の流通を制御する吸熱器用の弁装置と、
制御装置を少なくとも備えて前記車室内を空調する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は、
前記弁装置を閉じ、前記被温調対象用熱交換器にて冷媒を吸熱させる被温調対象冷却(単独)モードと、
前記弁装置を開き、前記吸熱器と前記被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、
前記被温調対象冷却(単独)モードから前記協調モードに切り換える際、前記弁装置前後の圧力差を縮小させた後、当該弁装置を開放する騒音改善制御を実行することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、
前記被温調対象用熱交換器への冷媒の流通を制御する被温調対象用の弁装置と、
制御装置を少なくとも備えて前記車室内を空調する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は、
前記弁装置を閉じ、前記吸熱器にて冷媒を吸熱させる空調(単独)モードと、
前記弁装置を開き、前記吸熱器と前記被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、
前記空調(単独)モードから前記協調モードに切り換える際、前記弁装置前後の圧力差を縮小させた後、当該弁装置を開放する騒音改善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、前記騒音改善制御において、前記圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、前記圧縮機を停止させた後、前記弁装置前後の圧力差が所定値以下に低下した場合、当該弁装置を開放することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記騒音改善制御において、前記圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、前記圧縮機を停止させた後、所定時間経過した場合、前記弁装置を開放することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用空気調和装置。
- 前記弁装置は非通電状態で開くと共に、
前記制御装置は、運転停止後、前記弁装置前後の圧力差が所定値以下に低下するまで、当該弁装置の通電を継続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。 - 前記弁装置は非通電状態で開くと共に、
前記制御装置は、運転停止後、所定時間経過するまで前記弁装置の通電を継続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。 - 冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、
前記吸熱器への冷媒の流通を制御する弁開度を調整可能な吸熱器用の弁装置と、
制御装置を少なくとも備えて前記車室内を空調する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は、
前記弁装置を全閉とし、前記被温調対象用熱交換器にて冷媒を吸熱させる被温調対象冷却(単独)モードと、
前記弁装置を開き、前記吸熱器と前記被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、
前記被温調対象冷却(単独)モードから前記協調モードに切り換える際、前記弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させる騒音改善制御を実行することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機と、
冷媒を吸熱させて車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、
冷媒を吸熱させて車両に搭載された被温調対象を冷却するための被温調対象用熱交換器と、
前記被温調対象用熱交換器への冷媒の流通を制御する弁開度を調整可能な被温調対象用の弁装置と、
制御装置を少なくとも備えて前記車室内を空調する車両用空気調和装置において、
前記制御装置は、
前記弁装置を全閉とし、前記吸熱器にて冷媒を吸熱させる空調(単独)モードと、
前記弁装置を開き、前記吸熱器と前記被温調対象用熱交換器で冷媒を吸熱させる協調モードを有し、それらを切り換えて実行すると共に、
前記空調(単独)モードから前記協調モードに切り換える際、前記弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させる騒音改善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、前記騒音改善制御において、前記圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、前記圧縮機を停止させた後、前記弁装置前後の圧力差が所定値以上である場合、当該弁装置の弁開度を、通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させ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。
- 前記制御装置は、前記騒音改善制御において、前記圧縮機の回転数を所定回転数以下に低下させ、又は、前記圧縮機を停止させた後、所定時間経過した場合、前記弁装置の弁開度を通常制御状態における弁開度変更速度よりも遅い速度で拡大させ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。
- 前記吸熱器と熱交換した空気を前記車室内に送給する室内送風機を備え、
前記制御装置は、車速、オーディオ音量、前記室内送風機の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、前記車速が早い程、又は、前記オーディオ音量が大きい程、若しくは、前記室内送風機の風量が多い程、前記所定値を高くする方向で変更することを特徴とする請求項3、請求項5又は請求項9に記載の車両用空気調和装置。 - 前記吸熱器と熱交換した空気を前記車室内に送給する室内送風機を備え、
前記制御装置は、車速、オーディオ音量、前記室内送風機の風量のうちの何れか、又は、それらの組み合わせ、若しくは、それらの全てに基づき、前記車速が早い程、又は、前記オーディオ音量が大きい程、若しくは、前記室内送風機の風量が多い程、前記所定時間を短くする方向で変更することを特徴とする請求項4、請求項6又は請求項10に記載の車両用空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記弁装置前後の温度を検出する温度センサを備え、前記弁装置前後の温度に基づいて、当該弁装置前後の圧力差を算出することを特徴とする請求項3、請求項5、請求項9又は請求項11に記載の車両用空気調和装置。
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WO2022220525A1 (ko) * | 2021-04-12 | 2022-10-20 | 한온시스템 주식회사 | 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법 |
WO2023002993A1 (ja) * | 2021-07-21 | 2023-01-26 | サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 | 車両用空調装置 |
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