JP4042203B2

JP4042203B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP4042203B2
Application number: JP10994998A
Authority: JP
Inventors: 静男土屋; 勝也草野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2018-04-20
Also published as: JPH11301256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルのコンデンサにて空気を加熱して空調空間を暖房する空調装置において、特に冷凍サイクルの高圧圧力（冷媒温度）を制御することで、暖房能力を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のように高圧圧力を制御して暖房能力を制御するものとして、特開平７−１９５４号公報に記載されている電気自動車用空調装置がある。この従来装置では、先ず、各種空調情報（例えば、内気温、外気温、車室内の設定温度）に基づいて、空調風の目標吹出温度を算出する。その後、この目標吹出温度が得られるように高圧圧力の目標高圧を算出し、実際の高圧圧力が上記目標高圧となるように圧縮機の回転数を制御している。
【０００３】
また、上記従来装置には記載されていないが、このような冷凍サイクルでは、高圧が所定圧力（異常高圧値）以上となると、冷凍サイクル装置の保護を目的に冷凍サイクル（圧縮機）を停止させる保護制御を採用することが周知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来装置において、外気温が冬場のように０℃以下（以下、これを低温と呼ぶ）といった条件でなく、例えば比較的外気温が高温の１５℃といったときに、乗員が設定温度を大きく上げた場合、以下の問題が発生する。
つまり、設定温度を上げると、目標高圧圧力が非常に高い値に算出されるのであるが、外気温が高温のときに設定温度を大きくあげると、外気温が低温の場合よりも高圧圧力の圧力上昇速度が非常に速い。このため、外気温が低温の場合は、実際の高圧圧力が目標高圧圧力より高くなってオーバーシュートし、高圧圧力が異常高圧値となって、冷凍サイクル（圧縮機）が停止するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、高圧圧力がオーバーシュートして圧縮機が停止することを未然に防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、目標高圧圧力（Ｐｃ）に前記所定圧力より低い上限値（Ｐｃｍａｘ）を予め設定し、この上限値（Ｐｃｍａｘ）は外気温が高くなるほど低い値に設定されていること特徴としている。
これにより、目標高圧圧力の上限値は、所定圧力より低い値に設定されているため、オーバーシュートして実際の高圧圧力が目標高圧圧力より大きくなったしても、この高圧圧力が上記所定圧力に到達しにくくなり、冷凍サイクルの停止を未然に防止できる。そして、上述の圧力上昇速度は外気温が高くなるほど高くなり、実際の高圧圧力がオーバーシュートして上記所定圧力に近づきやすい。このため、本発明では、外気温が高くなる程、上限値を低い値に設定しているため、外気温に応じて冷凍サイクルの停止を未然に防止できる。
【０００７】
ところで、上記従来装置では、冷媒圧縮機が上記所定圧力により停止するに至らない場合でも、暖房性能確保に必要な高圧圧力を越えた域での運転が続くため、必要以上に圧縮機回転数が高くなり、消費電力および騒音を増加させるという問題があった。これに対して、請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明の作用効果に加えて、目標高圧圧力に上限値が設けられるため、圧縮機回転数が必要以上に高くならず、消費電力および騒音を低減することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本例は、本発明の空調装置を電気自動車用空調装置に適用した例である。図１に自動車用空調装置の全体構成図を示す。
本空調装置は、車室内への空気流路をなす空調ダクト２、このダクト２内に空気を導入して車室内へ送る送風機３、アキュムレータ式冷凍サイクル４、およびエアコン制御装置５を備える。
【０００９】
送付器３は、ブロアケース３ａ、遠心式ファン３Ｂ、ブロアモータ３ｃよりなり、このブロワモータ３ｃへの印加電圧は、モータ駆動回路６を介してエアコン制御装置５からの制御信号に基づいて制御される。ブロワケース３ａには、車室内空気（内気）を導入する内気導入口７、８と、車室外空気（外気）を導入する外気導入口９とが形成されるとともに、内気導入口７と外気導入口９との開口割合を調節する内外気切替ダンパ１０が設けられている。なお、内気導入口８は、常時開口している。
【００１０】
ダクト２の空気下流側には、車両のフロントガラスの内面に向かって空調空気を送風するデフロスタ吹出口１１、乗員の上半身に向かって空調空気を送風するフェイス吹出口１２、乗員の下半身に向かって空調空気を送風するフット吹出口１３が開口形成されている。なお、各吹出口１１〜１３は、吹出口モードに応じて作動する吹出口切替ダンパ（図示しない）によって選択的に開閉される。
【００１１】
冷凍サイクル４は、冷媒を高温高圧に圧縮する冷媒圧縮機１４、室外熱交換器１５、冷房用熱交換器１８、暖房用熱交換器１９、アキュムレータ２０、四方弁２１を備える。冷媒圧縮機１４は、内蔵された電動モータ１００により駆動されるもので、四方弁２１、アキュムレータ２０とともにコンプレッサユニット２２を構成する。電動モータ１００は、インバータ２３を介して車両搭載のバッテリ１０１から電力が供給されて駆動する。そして、電動モータ１００は、インバータ２３によって可変制御される周波数に応じて回転速度が決定制御される。従って、冷媒圧縮機１４の冷媒吐出量、冷媒圧力（高圧圧力）は、電動モータ１００の回転数に応じて変化する。
【００１２】
室外熱交換器１５は、ダクト２の外部（車室外）に配されて、外気と冷媒との熱交換を行うもので、室外ファン２４の送風を受けて、空調運転が暖房運転時には冷媒蒸発器として機能し、冷房運転時には冷媒凝縮器として機能する。冷房用減圧装置１６は、冷房運転時に冷房用熱交換器１８へ供給される冷媒を減圧膨張させるもので、固定絞りであるキャピラリーチューブが使用される。暖房用減圧装置１７は、暖房運転時に室外熱交換器１５へ供給される冷媒を減圧膨張させるもので、冷房用減圧装置１６と同様にキャピラリーチューブが使用される。
【００１３】
冷房用熱交換器１８は、冷房運転時に冷媒蒸発器として機能するもので、ダクト２内に配されて、冷房用減圧装置１６で減圧膨張された低温低圧の冷媒と空気との熱交換を行うことにより、冷房用熱交換器１８を通過する空気を冷却する。暖房用熱交換器１９は暖房運転時に冷媒凝縮器として機能するもので、ダクト２内で冷房用熱交換器１８の空気下流側に配されて、冷媒圧縮機１４で圧縮された高温高圧の冷媒と空気との熱交換を行うことにより、暖房用熱交換器１９を通過する空気を加熱する。
【００１４】
アキュムレータ２０は、冷凍サイクル４内の過剰冷媒を一時蓄えるとともに、気相冷媒のみを送りだして、冷媒圧縮機１４に液冷媒が吸い込まれるのを防止する。
四方弁２１は、電磁弁２５、２６、および逆止弁２７、２８と協動して、冷媒を流れを切り換えて、上記冷房運転、上記暖房運転、および後述の除湿運転を実現するためのものである。以下、これら冷房運転、暖房運転、除湿運転の冷媒の流れ方について説明する。
【００１５】
冷房運転時は、冷媒圧縮機１４より吐出された冷媒が、四方弁２１→逆止弁２７→室外熱交換器１５→冷房用減圧装置１６→冷房用熱交換器１８→アキュムレータ２０→冷媒圧縮機１４の順に流れるように、四方弁２１、電磁弁２５、２６を切り換える（この冷房運転時の冷媒流れを図１中矢印Ｃで示す）。
暖房運転時は、冷媒圧縮機１４より吐出された冷媒が、四方弁２１→暖房用熱交換器１９→暖房用減圧装置１７→逆止弁２８→室外熱交換器１５→電磁弁２５→アキュムレータ２０→冷媒圧縮機１４の順に流れるように、四方弁２１、電磁弁２５、２６を切り換える（この冷房運転時の冷媒流れを図１中矢印Ｃで示す）。
【００１６】
除湿運転時は、冷媒圧縮機１４より吐出された冷媒が、四方弁２１→暖房用熱交換器１９→電磁弁２６→逆止弁２８→室外熱交換器１５→冷房用減圧装置１６→冷房用熱交換器１８→アキュムレータ２０→冷媒圧縮機１４の順に流れるように、四方弁２１、電磁弁２５、２６を切り換える（この除湿運転時の冷媒流れを図１中矢印Ｄで示す）。
【００１７】
エアコン制御装置５（図２参照）は、マイクロコンピュータ（図示しない）を内蔵し、エアコン操作パネル２９から出力される操作信号、および後述の各センサ（検出手段）からの空調環境（車室内）に影響を与える空調情報（検出信号）に基づいて、送風機３、インバータ２３、室外ファン２４、四方弁２１、電磁弁２５、２６、内外気切替ダンパを駆動するアクチュエータ（図示しない）等の電気部品を制御する。
【００１８】
センサは、車室内温度Ｔｒを検出する内気センサ３０、外気温Ｔａｍを検出する外気センサ３１、日射量Ｔｓを検出する日射センサ３２、暖房用熱交換器１９の吸込空気温度Ｔｉｎを検出する入口温度センサ３３、暖房用熱交換器１９よりも冷媒上流側の冷媒圧力（上記高圧圧力、冷媒圧縮機１４の吐出圧力）Ｐｃを検出する冷媒圧力センサ３４等を備える。なお、入口温度センサ３３は、冷媒圧縮機１４と暖房用熱交換器１９とを連結する冷媒配管３５に取り付けられている。
【００１９】
次に、本発明の特徴事項である暖房運転時における冷媒圧縮機１４の回転数制御（エアコン制御装置５で行われる）を、図３のフローチャートにて説明する。
先ず、ステップＳ１００では、各センサからの出力を読み込む。次にステップＳ１１０ではエアコン操作パネル２９で設定された車室内の設定温度ＴｓｅｔおよびステップＳ１００で読み込まれた車室内温度Ｔｒ、外気温Ｔａｍ、日射量Ｔｓを基に、以下の数式１より空調風の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。
【００２０】
【数１】
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ・Ｔｓｅｔ−Ｋｒ・Ｔｒ−Ｋａｍ・Ｔａｍ−Ｋｓ・Ｔｓ＋Ｃ
但し、Ｋｓｅｔは温度設定ゲイン、Ｋｒは内気温度ゲイン、Ｋａｍは外気温度ゲイン、Ｃは補正定数である。
次にステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で算出した目標吹出温度ＴＡＯと暖房用熱交換器１９の吸込空気温度Ｔｉｎを基に、以下の数式２より目標吹出温度ＴＡＯが得るための飽和冷媒温度Ｔｃを算出する。
【００２１】
【数２】
Ｔｃ＝（ＴＡＯ−Ｔｉｎ）／φ（Ｖ）＋Ｔｉｎ
なお、φ（Ｖ）は送風機３による空調空気の風量Ｖとによって異なる温度効率で、この温度効率φ（Ｖ）と風量Ｖとの関係を示すデータ（図４参照）は、予め上記マイクロコンピュータに記憶されている。
【００２２】
次にステップＳ１３０では、飽和冷媒温度Ｔｃと飽和圧力Ｔｃ（暖房用熱交換器１９の凝縮圧力）とには図５に示す相関関係があるため、この相関関係に基づいて、ステップＳ１２０で求めた飽和冷媒温度Ｔｃに対応する飽和圧力Ｐｃ（目標高圧圧力）を算出する。なお、図５に示すデータは、予めマイクロコンピュータに記憶されている。この飽和圧力Ｐｃは、冷媒圧縮機１４から暖房用熱交換器１９までの圧力損失が小さいことから、ほぼ冷媒圧縮機１４の吐出圧力（冷媒圧力センサ３４で検出する冷媒圧力Ｐｃ）と見なすことができる。
【００２３】
次にステップＳ１４０では、上記飽和圧力Ｐｃが上限圧力（上限値）Ｐｃｍａｘより高いか否かを判定する。ここで、この上限圧力Ｐｃｍａｘは、上記マイクロコンピュータ内に予め設定記憶されている。そして、図６に示すように上限圧力Ｐｃｍａｘは、上記外気温Ｔａｍが高くなるほど、低い値に設定されるようになっている。具体的には、本例では外気温が−５℃以下のときには、上限圧力Ｐｃｍａｘは２２ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ一定で、外気温が−５℃より高く２０℃までは、外気温が高くなるほど、上限圧力Ｐｃｍａｘは低い値に設定される。また、外気温が２０℃より高い場合は、上限圧力Ｐｃｍａｘは１７ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ一定に設定される。
【００２４】
また、本例では、このような飽和圧力Ｐｃが所定限界圧力（所定圧力）ＰＬとなると、冷凍サイクル４が破損する可能性があるため冷媒圧縮機１４の作動を自動的に停止するようにしている。そして、図６には、上記所定限界圧力ＰＬ（圧縮機停止圧力）が乗せて示されており、この所定限界圧力ＰＬは、この図から分かるように上記上限圧力Ｐｃｍａｘより高い値に設定されている。
【００２５】
そして、ステップＳ１４０での判定結果がＹＥＳ、つまり飽和圧力Ｐｃが上限圧力Ｐｃｍａｘ以上であるときはステップＳ１５０に進んで、飽和圧力Ｐｃに上限圧力Ｐｃｍａｘをセットし、ステップＳ１６０に進む。一方、ステップＳ１４０での判定結果がＮＯの場合は、飽和圧力ＰｃをステップＳ１２０で算出した値として、そのままステップＳ１６０に進む。
【００２６】
ステップＳ１６０では、上記ステップＳ１３０もしくはステップＳ１５０で決定されら飽和圧力Ｐｃとなるようにインバータ２３を通じて電動モータ１００の回転数を制御する。
次に上記ステップＳ１３０〜ステップＳ１５０の流れを具体的な作動にて説明する。
【００２７】
外気温がそれほど低く無く、例えば外気温が１５℃であった場合、乗員によって空調装置（冷凍サイクル４）が起動されて、上記設定温度（Ｔｓｅｔ）が大きく設定（例えば最高温３２℃）されたとする。すると、この場合は、ステップＳでは非常に大きな飽和圧力Ｐｃ（例えば２５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）が算出されたとする。一方、図６のマップから上限圧力Ｐｃｍａｘが決定され、例えば２１ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇであったとする。
【００２８】
そして、この場合、ステップＳ１４０ではＹＥＳと判定されて、ステップＳ１５０に進み、飽和圧力Ｐｃが、それ自身より低い値の上限圧力Ｐｃｍａｘに設定しなおされる。そして、これに加え、この上限圧力Ｐｃｍａｘは、図６に示すように上記所定限界圧力ＰＬより低い値に設定されているため、オーバーシュートして実際の高圧圧力（センサ３４の検出値）が飽和圧力Ｐｃより大きくなったしても、この高圧圧力が上記所定限界圧力ＰＬに到達しにくくなり、冷凍サイクル４の停止を未然に防止できる。
【００２９】
そして、上述の圧力上昇速度は外気温が高くなるほど高くなり、実際の高圧圧力（センサ３４の検出値）がオーバーシュートして上記所定限界圧力ＰＬに近づきやすい。そこで、本例では、外気温が高くなる程、上限圧力Ｐｃｍａｘを低い値に設定しているため、外気温に応じて冷凍サイクル４の停止を未然に防止できる。
【００３０】
また、上記従来装置では、冷媒圧縮機１４が上記所定限界圧力ＰＬにより停止するに至らない場合でも、暖房性能確保に必要な高圧圧力を越えた域での運転が続くため、必要以上に圧縮機回転数が高くなり、消費電力および騒音を増加させるという問題があった。これに対して、本例ではこのような場合において、飽和圧力Ｐｃが小さく設定しなおされるため、圧縮機回転数が必要以上に高くならず、消費電力および騒音を低減することができる。
【００３１】
なお、本発明は、電気自動車用空調装置に限らず、走行用エンジンで圧縮機をする車両用空調装置にも適用できるし、家庭用、業務用の空調装置にも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における空調装置の全体構成図である。
【図２】上記実施形態における空調装置の制御系の構成図である。
【図３】上記実施形態における制御装置の制御内容を表すフローチャートである。
【図４】上記実施形態における風量と温度効率との関係を表す図である。
【図５】上記実施形態における飽和温度と目標圧力との関係を表す図である。
【図６】上記実施形態における外気温度と上限圧力との関係を表す図である。
【符号の説明】
２空調ダクト
４冷凍サイクル
５エアコン制御装置、
１４冷媒圧縮機
１９暖房用熱交換器。

Claims

少なくとも冷媒を高温高圧に圧縮する冷媒圧縮機（１４）、およびこの冷媒圧縮機（１４）からの高温高圧の冷媒と空調空気とを熱交換し、この空調空気を加熱する暖房用熱交換器（１９）を有する冷凍サイクル（４）と、
空調環境に影響を与える空調情報に基づいて、前記空調空気の目標吹出温度（ＴＡＯ）を算出する目標温度算出手段（Ｓ１１０）と、
前記目標吹出温度（ＴＡＯ）に基づいて前記冷凍サイクル（４）の目標高圧圧力（Ｐｃ）を算出する目標圧力算出手段（Ｓ１３０）と、
前記冷凍サイクル（４）の高圧圧力が前記目標高圧圧力（Ｐｃ）となるように前記冷媒圧縮機（１４）の回転数を制御する回転数制御手段（Ｓ１６０）とを備え、
前記冷凍サイクル（４）の高圧圧力が所定圧力（ＰＬ）より高くなると、この冷凍サイクル（４）保護のために前記冷媒圧縮機（１４）の作動を停止するようになっている空調装置であって、
前記目標高圧圧力（Ｐｃ）に前記所定圧力より低い上限値（Ｐｃｍａｘ）を予め設定し、この上限値（Ｐｃｍａｘ）は外気温が高くなるほど低い値に設定されており、前記目標圧力算出手段（Ｓ１３０）により算出された前記目標高圧圧力（Ｐｃ）が前記上限値（Ｐｃｍａｘ）以上であるときは前記目標高圧圧力（Ｐｃ）に前記上限値（Ｐｃｍａｘ）をセットし、前記回転数制御手段（Ｓ１６０）で前記上限値（Ｐｃｍａｘ）になるように前記冷媒圧縮機（１４）の回転数を制御させる手段（Ｓ１４０、Ｓ１５０）を備えることを特徴とする空調装置。
車室内への空気流路をなす空調ダクト（２）と、
少なくとも車両に搭載されたバッテリ（１０１）からの電力にて駆動されて冷媒を高温高圧に圧縮する冷媒圧縮機（１４）、および前記空調ダクト（２）内に配置され、前記冷媒圧縮機（１４）からの高温高圧の冷媒と空調空気とを熱交換し、この空調空気を加熱する暖房用熱交換器を有する冷凍サイクル（４）と、
車室内の空調環境に影響を与える空調情報に基づいて、前記空調空気の目標吹出温度（ＴＡＯ）を算出する目標温度算出手段（Ｓ１１０）と、
前記目標吹出温度（ＴＡＯ）に基づいて前記冷凍サイクル（４）の目標高圧圧力（Ｐｃ）を算出する目標圧力算出手段（Ｓ１３０）と、
前記冷凍サイクル（４）の高圧圧力が前記目標高圧圧力（Ｐｃ）となるように前記冷媒圧縮機（１４）の回転数を制御する回転数制御手段（Ｓ１６０）とを備え、
前記冷凍サイクル（４）の高圧圧力が所定圧力（ＰＬ）より高くなると、この冷凍サイクル（４）保護のために前記圧縮機（１４）の作動を停止するようになっている車両用空調装置であって、
前記目標高圧圧力（Ｐｃ）に前記所定圧力より低い上限値（Ｐｃｍａｘ）を予め設定し、この上限値（Ｐｃｍａｘ）は外気温が高くなるほど低い値に設定されており、前記目標圧力算出手段（Ｓ１３０）により算出された前記目標高圧圧力（Ｐｃ）が前記上限値（Ｐｃｍａｘ）以上であるときは前記目標高圧圧力（Ｐｃ）に前記上限値（Ｐｃｍａｘ）をセットし、前記回転数制御手段（Ｓ１６０）で前記上限値（Ｐｃｍａｘ）になるように前記冷媒圧縮機（１４）の回転数を制御させる手段（Ｓ１４０、Ｓ１５０）を備えることを特徴とする車両用空調装置。