JP3968921B2 - 車両用冷房装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄冷ユニットに蓄えた冷熱を利用して、エンジン停止時に車室内を保冷する車両用冷房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、冷凍サイクルの冷媒蒸発器と並列に蓄冷ユニットを配置し、その蓄冷ユニットと冷媒蒸発器とでヒートパイプを構成する車両用冷房装置が公知である。
この車両用冷房装置は、例えば信号停車時にエンジンを一時的に停止するアイドルストップ機構を備えたバス車両等に適用され、エンジン停止時の保冷手段として用いられる。具体的には、冷凍サイクルの運転中（エンジン運転中）に蓄冷モードが選択されると、蓄冷ユニットに低温冷媒が流れて蓄冷ユニットの蓄冷材が凍結して蓄冷される。その後、信号停車等でエンジンが停止すると、放冷モードに切り換えられ、蓄冷材によって冷却された液冷媒が蓄冷ユニットから冷媒蒸発器へ流れ込み、車室内へ送風される空気を冷媒蒸発器で冷却して、車室内の保冷が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、エンジンを停止させる停車指令と同時にコンプレッサを停止するため、それまで実行していた冷房モードまたは蓄冷モードから即時に放冷モードへの切り換えが行われる。この場合、蓄冷ユニットと冷媒蒸発器とで構成されるヒートパイプ内に十分な液冷媒量を確保することが困難であり、放冷性能にばらつきが生じるため、安定した保冷性能が得られないという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、放冷性能のばらつきを抑制して、安定した保冷性能を確保できる車両用冷房装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
本発明では、停車指令が出力されてから、開閉弁を開いた状態で冷房モードを選択し、且つエンジン及び冷媒圧縮機を所定時間継続して運転した後、冷房モードから放冷モードに切り換えることを技術的手段とする。この構成によれば、停車指令が出力されてから放冷モードが実行されるまでの間（所定時間）、開閉弁を開いた状態で冷房モードが実行される。この場合、バイパス通路を通って蓄冷ユニット内に送り込まれた冷媒が蓄冷ユニットに蓄えられている冷熱によって凝縮液化し、蓄冷ユニット内に保持されるため、停車指令が出力されると同時に放冷モードへ移行する従来の場合と比較して、蓄冷ユニットと冷媒蒸発器とで構成されるヒートパイプ内に十分な液冷媒量を確保できる。
【０００５】
（請求項２の手段）
停車指令は、車速と変速ギヤのシフト位置に基づいて出力される。例えば、信号停車時にエンジンを一時的に停止するアイドルストップ機構を備えた車両では、赤信号等により停車した状態（車速＝０）で、変速ギヤをニュートラル位置にシフトした場合に停車指令を出力することができる。
【０００６】
（請求項３の手段）
停車指令は、イグニッションスイッチの操作位置に基づいて出力される。
例えば、アイドルストップ機構を備えていない一般車両の場合は、イグニッションスイッチをＯＮ位置からＡＣＣ位置（アクセサリ位置）へ切り換えた時に停車指令を出力することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の車両用冷房装置を図面に基づいて説明する。
図１は車両用冷房装置に用いられる冷凍サイクル図である。
本実施例の車両用冷房装置は、例えばバス車両に搭載されるもので、図１に示す冷凍サイクル１を備え、電子制御装置（以下ＥＣＵ２と呼ぶ／図２参照）により空調制御が行われる。
冷凍サイクル１は、冷媒圧縮機３、冷媒凝縮器４、冷房用膨張弁５、冷媒蒸発器６、蓄冷用膨張弁７、蓄冷ユニット８、第１電磁弁９、第２電磁弁１０、三方切換弁１１、第３電磁弁１２を備え、これらの各機器を冷媒配管１３で接続して構成されている。
【０００８】
また、冷媒配管１３は、第１電磁弁９、冷房用膨張弁５、及び冷媒蒸発器６を繋ぐ冷房用配管１３ａと、第２電磁弁１０、蓄冷用膨張弁７、及び蓄冷ユニット８を繋ぐ蓄冷用配管１３ｂと、第３電磁弁１２を備えるバイパス配管１３ｃとを有している。
冷房用配管１３ａと蓄冷用配管１３ｂは、冷媒凝縮器４の出口側と冷媒圧縮機３の入口側との間で並列に接続されている。
バイパス配管１３ｃは、一端が冷房用膨張弁５と冷媒蒸発器６との間で冷房用配管１３ａに接続され、他端が蓄冷用膨張弁７と蓄冷ユニット８との間で蓄冷用配管１３ｂに接続されている。
【０００９】
冷媒圧縮機３は、バス車両の走行用エンジン（図示しない）により駆動され、吸引したガス冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。
冷媒凝縮器４は、冷媒圧縮機３より吐出された高温高圧のガス冷媒をクーリングファン１４の送風を受けて凝縮液化させる。
冷房用膨張弁５は、冷房用配管１３ａを流れる冷媒（冷媒凝縮器４で液化された冷媒）を減圧膨張して冷媒蒸発器６へ吐出する。
冷媒蒸発器６は、内部を流れる冷媒（冷房用膨張弁５で減圧された低温低圧の冷媒）と送風ファン１５により車室内へ送風される空気とを熱交換する。
【００１０】
蓄冷用膨張弁７は、蓄冷用配管１３ｂを流れる冷媒（冷媒凝縮器４で液化された冷媒）を減圧膨張して蓄冷ユニット８へ吐出する。
蓄冷ユニット８は、蓄冷材（例えば蒸留水）を収容した蓄冷パック８ａを有し、この蓄冷パック８ａと蓄冷用配管１３ｂとを熱的に接触させて構成され、蓄冷用配管１３ｂを流れる低温冷媒によって蓄冷パック８ａに収容された蓄冷材を凍結させることにより、冷熱を蓄える（蓄冷する）ことができる。
但し、蓄冷ユニット８は、後述の放冷モードにおいて、冷媒蒸発器６との間でヒートパイプを構成するために、冷媒蒸発器６より上方に配置されている。
【００１１】
第１電磁弁９は、冷房用配管１３ａの冷房用膨張弁５より上流に設けられて、冷房用配管１３ａを開閉する。
第２電磁弁１０は、蓄冷用配管１３ｂの蓄冷用膨張弁７より上流に設けられて、蓄冷用配管１３ｂを開閉する。
三方切換弁１１は、冷房用配管１３ａの下流端が接続される第１ポート１１ａと、蓄冷用配管１３ｂの下流端が接続される第２ポート１１ｂと、冷媒圧縮機３の入口に繋がる冷媒配管１３の上流端が接続される第３ポート１１ｃとを有し、各ポートのうち何れか２つのポートを連通させる弁体（図示しない）を内蔵している。この弁体を移動させて連通する２つのポートを切り換えることにより、冷媒の流れを三方向（図１に矢印で示す）に切り換えることができる。
第３電磁弁１２は、バイパス配管１３ｃに設けられて、バイパス配管１３ｃを開閉する。
なお、第１電磁弁９、第２電磁弁１０、及び第３電磁弁１２は、通電状態（ＯＮ）で開弁し、非通電状態（ＯＦＦ）で閉弁する。
【００１２】
ＥＣＵ２は、図２に示すように、エアコンスイッチ１６がＯＮされた時に、車載バッテリ１７を電源として作動する。このＥＣＵ２は、設定温度Ｔset を設定する温度設定器１８、車室内温度Ｔｒを検知する室温サンサ１９、車両速度Ｖを検出する車速センサ２０、変速ギヤのシフト位置Ｓｔを検出するシフト位置センサ２１等から信号を読み込み、予めインプットされているプログラムに従って空調モードを決定し、その空調モードに応じて所定の空調制御を実行する。
空調モードは、▲１▼通常の冷房運転を行う冷房モード、▲２▼蓄冷ユニット８に蓄冷する蓄冷モード、▲３▼エンジンを停止した状態で車室内を保冷する放冷モードが設定されている。
【００１３】
次に、本実施例の作動を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓtep １０…車室内温度Ｔｒと設定温度Ｔset との比較により冷房モードか蓄冷モードを選択する。ここでは、車室内温度Ｔｒが設定温度Ｔset より低い時は蓄冷モードを選択し、車室内温度Ｔｒが設定温度Ｔset より高い時は冷房モードを選択する。
【００１４】
Ｓtep ２０…Ｓtep １０で冷房モードが選択された場合は、冷房モードに対応して各電磁弁９、１０、１２及び三方切換弁１１を制御する。
第２電磁弁１０と第３電磁弁１２を共に閉弁（ＯＦＦ）する。
第１電磁弁９を開弁（ＯＮ）する。
三方切換弁１１は第１ポート１１ａと第３ポート１１ｃとを連通する。
この冷房モードでは、冷媒凝縮器４で液化した冷媒が冷房用配管１３ａに流れ込み、冷房用膨張弁５で減圧されて冷媒蒸発器６に供給される。その結果、冷媒蒸発器６で冷却された空気が送風ファン１５により車室内へ送風されて車室内を冷房することができる。
【００１５】
Ｓtep ３０…Ｓtep １０で蓄冷モードが選択された場合は、蓄冷モードに対応して各電磁弁９、１０、１２及び三方切換弁１１を制御する。
第１電磁弁９と第３電磁弁１２を共に閉弁（ＯＦＦ）する。
第２電磁弁１０を開弁（ＯＮ）する。
三方切換弁１１は第２ポート１１ｂと第３ポート１１ｃとを連通する。
この蓄冷モードでは、冷媒凝縮器４で液化した冷媒が蓄冷用配管１３ｂに流れ込み、蓄冷用膨張弁７で減圧されて蓄冷ユニット８に供給される。その結果、蓄冷パック８ａに収容されている蓄冷材が蓄冷用配管１３ｂを流れる低温冷媒との熱交換により凍結して、冷熱を蓄えることができる。
【００１６】
Ｓtep ４０…停車指令の有無を判定する。この停車指令は、エンジンを停止させるための指令で、ＥＣＵ２に入力される車速信号と変速ギヤのシフト位置信号に基づいて判定される。具体的には、車速が０となり、且つ変速ギヤがニュートラル位置にシフトされた時に「停車指令有り」と判定する。従って、車速が０の場合でも、変速ギヤがニュートラル位置以外にシフトされていれば、「停車指令無し」と判定される。
このＳtep ４０で「停車指令無し」と判定された場合は、Ｓtep １０へ戻って、再度Ｓtep １０以下の処理を繰り返す。
【００１７】
Ｓtep ５０…Ｓtep ４０で「停車指令有り」と判定された場合は、以下に説明する遅延運転モードを実行する（本発明の遅延運転制御手段）。
この遅延運転モードでは、図４のタイムチャートに示すように、「停車指令有り」と判定された場合でも、直ちにエンジンを停止させる訳ではなく、エンジン及び冷媒圧縮機３を所定時間継続して運転する。また、冷凍サイクル１は、第３電磁弁１２をＯＮして、冷房モードが選択される。この遅延運転モードにより、冷房用膨張弁５で減圧された冷媒の一部がバイパス配管１３ｃを通って蓄冷ユニット８へ供給され、蓄冷ユニット８の蓄冷材と熱交換して凝縮液化し、蓄冷ユニット８内に保持される。
Ｓtep ６０…エンジン及び冷媒圧縮機３の遅延運転時間を判定する。つまり、予め設定されている所定の遅延運転時間（例えば１０秒）を経過したか否かを判定する。
【００１８】
Ｓtep ７０…エンジン及び冷媒圧縮機３の遅延運転時間が終了した場合は、以下に説明する放冷モードへ移行する（本発明の放冷モード実行手段）。
この放冷モードは、エンジンが停止した状態で、蓄冷ユニット８に蓄えられた冷熱を利用して車室内を保冷する保冷運転を実行するもので、下記のように各電磁弁９、１０、１２及び三方切換弁１１が制御される。
第１電磁弁９と第２電磁弁１０を共に閉弁（ＯＦＦ）する。
第３電磁弁１２を開弁（ＯＮ）する。
三方切換弁１１は第１ポート１１ａと第２ポート１１ｂとを連通する。
【００１９】
この放冷モードでは、蓄冷ユニット８と冷媒蒸発器６とを環状に繋ぐヒートパイプが構成され、冷媒蒸発器６で蒸発したガス冷媒は蓄冷ユニット８内へ流れ込み、蓄冷ユニット８内に保持されている液冷媒は冷媒蒸発器６へ流れ込むことができる。その結果、蓄冷ユニット８に蓄えられた冷熱が冷媒蒸発器６へ順次移動して、冷媒蒸発器６で周囲の空気に放冷され、冷却された空気が送風ファン１５により車室内に送風されて車室内を保冷することができる。
【００２０】
（本実施例の効果）
本実施例では、「停車指令有り」と判定された時に、直ちにエンジンを停止することなく、所定時間継続して運転させてから停止する遅延運転を行っている。このエンジン及び冷媒圧縮機３を遅延運転させている間に、蓄冷ユニット８に冷媒を流して蓄冷ユニット８内に液冷媒として保持させることにより、放冷モード時に蓄冷ユニット８と冷媒蒸発器６とで構成されるヒートパイプ内に十分な液冷媒量を確保できる。その結果、ヒートパイプによる冷媒蒸発器６での放冷性能を向上でき、安定した保冷性能を維持できる。
【００２１】
なお、冷媒圧縮機３の遅延運転時間が長くなる程、ヒートパイプ内に確保される液冷媒量が増加して放冷性能を向上できるが、冷媒圧縮機３の遅延運転時間とヒートパイプ内に占める液冷媒の容積割合との関係を測定すると、図５に示すように、少なくとも５秒以上の遅延運転時間を設定することで、安定した保冷性能を維持できることが分かる。
また、図６に示すように、冷媒圧縮機３の遅延運転時間と冷媒圧縮機３を停止してから２分後の吹出温度との関係を測定すると、冷媒圧縮機３の遅延運転時間が短くなる程、吹出温度のばらつきが増大し、遅延運転時間を全く設定しなかった場合は、ヒートパイプ内に確保される液冷媒量のばらつきにより、約２０℃近くの温度ばらつきが生じる。これに対し、冷媒圧縮機３の遅延運転時間が約８秒以上になると、略吹出温度のばらつきが殆どなくなり、安定した吹出温度を維持できる。
この図５及び図６に示す測定結果より、放冷モードでの吹出温度のばらつきを無くし、且つ安定した保冷性能を得るために、適切な冷媒圧縮機３の遅延運転時間を設定することができる。
【００２２】
（変形例）
上記の実施例では、車速が０となり、且つ変速ギヤがニュートラル位置にシフトされた時に「停車指令有り」と判定しているが、イグニッションスイッチの操作信号に基づいて判定しても良い。具体的には、イグニッションスイッチをＯＮ位置からＡＣＣ位置（アクセサリ位置）へ切り換えた時に「停車指令有り」と判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用冷房装置に用いられる冷凍サイクル図である。
【図２】ＥＣＵの入出力信号を示すブロック図である。
【図３】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】遅延運転モード時のタイムチャートである。
【図５】冷媒圧縮機の遅延運転時間とヒートパイプ内の液冷媒量の割合との関係を示すグラフである。
【図６】冷媒圧縮機の遅延運転時間と冷媒圧縮機停止２分後の吹出温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 冷凍サイクル
２ ＥＣＵ（遅延運転制御手段、放冷モード実行手段）
３ 冷媒圧縮機
６ 冷媒蒸発器
８ 蓄冷ユニット
１２ 第３電磁弁（開閉弁）
１３ｃ バイパス配管（バイパス通路）

Claims (3)

1. エンジンにより駆動される冷媒圧縮機を有し、この冷媒圧縮機の入口側に冷媒蒸発器と蓄冷ユニットとを並列に接続して、前記冷媒蒸発器の入口と蓄冷ユニットの入口とを連通するバイパス通路、及びこのバイパス通路を開閉する開閉弁を設け、冷房モード時には前記冷媒蒸発器に低温冷媒が流れ、蓄冷モード時には前記蓄冷ユニットに低温冷媒が流れ、放冷モード時には前記蓄冷ユニットと冷媒蒸発器とでヒートパイプを構成して前記蓄冷ユニットに蓄えられている冷熱が前記冷媒蒸発器へ移動するように設けられた冷凍サイクルと、
   エンジンを停止させるための停車指令が出力されてから、前記開閉弁を開いた状態で前記冷房モードを選択し、且つ前記エンジン及び冷媒圧縮機を所定時間継続して運転する遅延運転制御手段と、
   この遅延運転制御手段の終了後、前記冷房モードから前記放冷モードに切り換える放冷モード実行手段とを備えている車両用冷房装置。
2. 前記停車指令は、車速と変速ギヤのシフト位置に基づいて出力されることを特徴とする請求項１に記載した車両用冷房装置。
3. 前記停車指令は、イグニッションスイッチの操作位置に基づいて出力されることを特徴とする請求項１に記載した車両用冷房装置。

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