JP2021160711A - 車両用ヒートポンプ空調システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両用ヒートポンプ空調システムは、冷媒回路(RFCY)と、補助ヒータ(10、13)と、制御ユニット(20)とを有する。制御ユニットは、目標吹出温度(T)と実際の吹出温度(T´)との差(T−T´)と予め設定されている第1温度閾値(a)の大きさを比較する。制御ユニットは、第1膨張弁の開度及び第2膨張弁の開度を調節する。制御ユニットは、補助ヒータの出力パワーを調節する。制御ユニットは、ヒートポンプ空調の互いに異なる複数のモードを実行して、実際の吹出温度を目標吹出温度へと接近させ維持させる。
【選択図】図1
Description
この開示の目的は、比較的簡単な構成で、除湿暖房機能を実行する車両用ヒートポンプ空調システムを提供することにある。
この開示の追加的な目的は、エネルギを効率的に利用することにより、快適な空調を実行する車両用ヒートポンプ空調システムを提供することにある。エネルギを効率的に利用する特性は、以下の説明において、省エネ性とも呼ばれる。
この開示では、制御ユニットは、少なくともひとつのプロセッサ回路を備える。
図1は、この開示の第1実施形態に基づく車両用ヒートポンプ空調システムの構造概略図を示している。図1に示すように、本実施形態の車両用ヒートポンプ空調システムは冷媒回路RFCYを有している。冷媒回路RFCYは、順に連結された圧縮機1と、第1熱交換器2と、第1膨張弁3と、第2熱交換器4と、第2膨張弁5と、第3熱交換器6と、液体タンク7と、第2膨張弁5及び第3熱交換器6と並列に設置された二方弁8とを含む。冷媒回路RFCYは、直接的に、または、間接的に空調空気を少なくとも加熱し、空調空気を追加的に冷却する。また、車両用ヒートポンプ空調システムは、電気エネルギによって発熱する補助ヒータをさらに含む。補助ヒータは、直接的に、または、間接的に空調空気を加熱する。圧縮機1は電動圧縮機である。第1熱交換器2は、冷媒冷却水熱交換器である。第1熱交換器2は、本実施形態中では水冷コンデンサ2であり、エンジンルームに設けられている。第2熱交換器4及び第3熱交換器6は冷媒空気熱交換器である。第3熱交換器6は、室内蒸発器6として車内の空調ボックス内に位置している。第2熱交換器4は車外に位置している。第2熱交換器4は、以下の説明では室外熱交換器4と呼ばれる場合がある。第1膨張弁3及び第2膨張弁5は、電気信号により開度を制御可能な電子膨張弁(EXV)である。
図2に示されたフローチャートにおいて、後述する制御ユニット20は、起動された後に、第1モードまたは第3モードから運転を開始するように構成されている。制御ユニット20は、継続的な運転状態において、第1モードと第3モードとの間を双方向に切り換え可能に構成されている。制御ユニット20は、継続的な運転状態において、第1モードと第2モードとの間を双方向に切り換え可能に構成されている。制御ユニット20は、継続的な運転状態において、第2モードと第3モードとの間に第1モードを経由するように構成されている。
マイクロプロセッサ回路40は、電子的なコントローラである。制御ユニット20は、少なくともひとつのプロセッサ回路を備える。プロセッサ回路のひとつの例は、複数のインストラクションの集合体としてのプログラムを実行するプロセッサ回路である。プロセッサ回路は、いわゆるマイクロプロセッサであって、チップとして提供される。コントローラは、プログラム、および、データを記録する非一時的で実体的な記録媒体を備える。プロセッサ回路は、プログラムを実行することにより、この開示に係る装置の機能を提供する。プロセッサ回路の他のひとつの例は、複数の論理回路、または、アナログ回路を含むプロセッサ回路である。複数の論理回路、または、アナログ回路は、この開示に係る装置の機能を提供するように、実体的な複数の素子、および、それらの電気的な接続が構成されている。プロセッサ回路は、アクセラレータ、ゲートアレイ、FPGA(Field−programmable gate array)など多様な呼び名を有する。コントローラは、マイクロコントローラ、または、マイクロコンピュータとも呼ばれる。
図5は、この開示の第2実施形態に基づく車両用ヒートポンプ空調システムの構造概略図を示している。図5に示す第2実施形態は、図1に示す実施形態の簡単なシステムの変形である。図5に示す実施形態には水冷コンデンサ2は具備されていない。車両用ヒートポンプ空調システムは、水冷コンデンサ2に代えて、車内コンデンサ12を備える。この実施形態では、車内の空調ボックス内に位置する車内コンデンサ12を直接使用して車内の空気への放熱が実行される。室内コンデンサ12は冷媒空気熱交換器である。
4 室外熱交換器、 5 第2膨張弁(EXV)、 6 室内蒸発器、
7 液体タンク、 8 二方弁、 9 水ポンプ、
10 水ヒータ(補助ヒータ)、 11 冷却水空気熱交換器(H/C)、
12 室内コンデンサ、 13 エアヒータ(補助ヒータ)。
Claims (10)
- 圧縮機(1)と、第1熱交換器(2、12)と、第1膨張弁(3)と、第2熱交換器(4)と、第2膨張弁(5)と、第3熱交換器(6)と、液体タンク(7)と、前記第2膨張弁(5)及び第3熱交換器(6)と並列に設置された二方弁(8)とがこの順で連結されている直接的に、または、間接的に空気を加熱する冷媒回路(RFCY)と、
直接的に、または、間接的に空気を加熱する補助ヒータ(10、13)と、
前記第1膨張弁、前記第2膨張弁、および前記補助ヒータを含む複数の要素を制御する制御ユニット(20)とを有し、
前記制御ユニットは、
空調のための目標吹出温度(T)を設定し、
空調送風口部分の実際の吹出温度(T´)を取得し、
前記目標吹出温度(T)と前記実際の吹出温度(T´)との差(T−T´)と、予め設定されている第1温度閾値(a)の大きさを比較し、前記第1温度閾値(a)は正の値であり、
比較結果に基づいて前記第1膨張弁(3)の開度と前記第2膨張弁(5)の開度とを調節するとともに、前記補助ヒータ(10、13)を調節することにより、ヒートポンプ空調の異なるモードを実行して、前記実際の吹出温度(T´)を前記目標吹出温度(T)へと接近させ維持させるように構成されていることを特徴とする、
車両用ヒートポンプ空調システム。 - 冷却水回路(WTCY)をさらに含み、
前記補助ヒータ(10、13)は前記冷却水回路内に設置され、冷却水を加熱するために用いられており、
前記冷却水回路は、冷却水をポンプ輸送して循環させるための水ポンプ(9)と、
車内に導入された空気と熱交換するための第4熱交換器(11)とをさらに含み、
前記第1熱交換器(2)において前記冷媒回路と前記冷却水回路とが熱交換を実現することにより冷媒を通して冷却水を加熱/冷却しており、
前記第4熱交換器(11)内において加熱/冷却された冷却水が車内に導入された空気を加熱/冷却することを特徴とする、
請求項1に記載の車両用ヒートポンプ空調システム。 - 前記制御ユニットは、
前記目標吹出温度(T)と前記実際の吹出温度(T´)との差(T−T´)と予め設定されている第1温度閾値(a)の大きさを比較し、
比較結果に基づいて以下の異なるモードを実行し、
前記差が前記第1温度閾値未満の場合(T−T´<a)、第1モードを実行し、この時には前記補助ヒータ(10、13)は活性化されず、前記第1膨張弁(3)の開度及び前記第2膨張弁(5)の開度が調節され、
前記差が前記第1温度閾値以上の場合(T−T´≧a)、第3モードを実行し、この時には前記補助ヒータ(10、13)が活性化され、前記第1膨張弁(3)の開度及び前記第2膨張弁(5)の開度が調節されるように構成されていることを特徴とする、
請求項1または2に記載の車両用ヒートポンプ空調システム。 - 前記制御ユニットは、
前記差が前記第1温度閾値未満であって(T−T´<a)、前記第1モードを実行する状況において、さらに前記目標吹出温度(T)と前記実際の吹出温度(T´)の大きさを比較し、
前記目標吹出温度が前記実際の吹出温度をこえる場合(T>T´)、前記第1膨張弁(3)の開度を小さくし、前記第2膨張弁(5)の開度を大きくして、前記実際の吹出温度(T´)を前記目標吹出温度(T)へと接近させ維持させ、
前記目標吹出温度が前記実際の吹出温度以下の場合(T≦T´)、前記第1膨張弁(3)の開度を大きくし、前記第2膨張弁(5)の開度を小さくして、前記実際の吹出温度(T´)を前記目標吹出温度(T)へと接近させ維持させ、
前記差が前記第1温度閾値以上であって(T−T´≧a)、前記第3モードを実行する状況において、前記第1膨張弁(3)の開度を小さくし、前記第2膨張弁(5)の開度を大きくして、前記実際の吹出温度(T´)を前記目標吹出温度(T)へと接近させ維持させるように構成されていることを特徴とする、
請求項3に記載の車両用ヒートポンプ空調システム。 - 前記制御ユニットは、
前記第1モードを実行する状況において、前記第1膨張弁(3)と前記第2膨張弁(5)との開度モード(KPN)を継続的にリアルタイムで測定し、
測定された前記開度モード(KPN)と予め設定されている開度閾値(d)を比較し、
前記目標吹出温度(T)と前記実際の吹出温度(T´)との差(T−T´)と予め設定されている第2温度閾値(b)の大きさを比較し、前記第2温度閾値(b)は前記第1温度閾値(a)より小さい正の値であり、
比較結果に基づいてヒートポンプ空調のモードを切り換え、
前記開度モードが前記開度閾値以下であって(KPN≦d)、かつ前記差が前記第2温度閾値をこえる場合(T−T´>b)、第2モードに切り換え、この時、前記補助ヒータ(10、13)が活性化され、かつ前記第1膨張弁(3)の開度及び前記第2膨張弁(5)の開度が不変に保持されるように構成されていることを特徴とする、
請求項3に記載の車両用ヒートポンプ空調システム。 - 前記制御ユニットは、
前記第2モードを実行する状況において、前記補助ヒータ(10、13)のその時点の出力パワー(W)を継続的にリアルタイムで測定し、
測定された出力パワー(W)を予め設定されているパワー閾値(c)と比較し、
前記実際の吹出温度(T´)と前記目標吹出温度(T)との差(T´−T)と予め設定されている第2温度閾値(b)の大きさを比較し、
比較結果に基づいてヒートポンプ空調のモードを切り換え、
前記出力パワーが前記パワー閾値以下であって(W≦c)、かつ、前記差が前記第2温度閾値をこえる場合(T´−T>b)、前記第1モードに切り換えるように構成されていることを特徴とする、
請求項5に記載の車両用ヒートポンプ空調システム。 - 前記制御ユニットは、
前記第1モードを実行する状況において、前記空調送風口部分の前記実際の吹出温度(T´)を継続的にリアルタイムで測定し、
前記目標吹出温度(T)と前記実際の吹出温度(T´)との差(T−T´)と予め設定されている第1温度閾値(a)の大きさを比較し、
比較結果に基づいてヒートポンプ空調のモードを切り換え、
前記差が前記第1温度閾値以上の場合(T−T´≧a)、前記第3モードに切り換え、
前記第3モードを実行する状況において、前記空調送風口部分の前記実際の吹出温度(T´)を継続的にリアルタイムで測定し、
前記目標吹出温度(T)と前記実際の吹出温度(T´)との差(T−T´)と予め設定されている第1温度閾値(a)の大きさを比較し、
比較結果に基づいてヒートポンプ空調のモードを切り換え、
前記差が前記第1温度閾値未満の場合(T−T´<a)、前記第1モードに切り換えるように構成されていることを特徴とする、
請求項4に記載の車両用ヒートポンプ空調システム。 - 前記補助ヒータ(10、13)がPTC電熱器であることを特徴とする、
請求項1から請求項7のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ空調システム。 - 前記モードは第1モード、第2モード、および、第3モードであり、
前記第1モードは省エネモード、
前記第2モードは省エネ補助加熱モード、
前記第3モードは速熱優先モードであることを特徴とする、
請求項1から請求項8のいずれかに記載の車両用ヒートポンプ空調システム。 - 前記制御ユニットは、
前記第1モードと前記第3モードとの間を双方向に切り換え可能に構成され、
前記第1モードと前記第2モードとの間を双方向に切り換え可能に構成され、
前記第2モードと前記第3モードとの間に前記第1モードを経由するように構成されていることを特徴とする、
請求項9に記載の車両用ヒートポンプ空調システム。
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