JP6666747B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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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、特にハイブリッド自動車や電気自動車に適用可能な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、ハイブリッド自動車や電気自動車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、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室内側に設けられて冷媒を放熱させる放熱器と、車室内側に設けられて冷媒を吸熱させる吸熱器と、車室外側に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる室外熱交換器と、室外熱交換器に流入する冷媒を減圧させる室外膨張弁を備え、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暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器において放熱させ、放熱器において放熱した冷媒を吸熱器のみ、又は、この吸熱器と室外熱交換器において吸熱させる除湿暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器及び室外熱交換器において放熱させ、吸熱器において吸熱させる除湿冷房モードと、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、吸熱器において吸熱させる冷房モードとを切り換えて実行するものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1の場合、室外膨張弁と室外熱交換器の直列回路をバイパスする除湿用の回路(特許文献1の冷媒配管13F)が設けられており、除湿暖房モードでは放熱器を経た冷媒が室外膨張弁と除湿用の回路に分流され、吸熱器と室外熱交換器で吸熱させる。そして、この除湿暖房モードでは放熱器の圧力(高圧圧力)に基づいて圧縮機を制御することで放熱器による加熱を調整し、吸熱器の温度に基づいて室外膨張弁の弁開度を制御することで吸熱器で吸熱する冷媒量を調整していた。
一方、上記の如く室外膨張弁と室外熱交換器をバイパスする除湿用の回路では無く、上記放熱器に相当する内部凝縮機と上記室外膨張弁に相当する第1膨張バルブをバイパスする配管を設けたものも開発されている(例えば、特許文献2参照)。
その場合は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮器と、車室内側に設けられて冷媒を放熱させる内部凝縮機と、車室内側に設けられて冷媒を吸熱させる蒸発器と、車室外側に設けられて冷媒を放熱又は吸熱させる外部凝縮機と、この外部凝縮機に流入する冷媒を膨張させる第1膨張バルブと、蒸発器に流入する冷媒を膨張させる第2膨張バルブと、内部凝縮機及び第1膨張バルブをバイパスする配管と、圧縮器から吐出された冷媒を内部凝縮機に流すか、それをバイパスする配管に流すかを切り換える第1バルブ(流路切換装置)が設けられ、この第1バルブにより圧縮器から吐出された冷媒を内部凝縮機において放熱させ、この放熱した冷媒を外部凝縮機において吸熱させる暖房モードと、圧縮器から吐出された冷媒を内部凝縮機において放熱させ、放熱した冷媒を蒸発器において吸熱させる除湿モードと、第1バルブを切り換えて圧縮器から吐出された冷媒を内部凝縮機では無く前記バイパスする配管から外部凝縮機に流して放熱させ、蒸発器において吸熱させる冷房モードを切り換えて実行していた。
特開2014−94671号公報 特開2013−23210号公報
上記特許文献2のような車両用空気調和装置において、第1バルブ(流路切換装置)が故障した場合、選択された運転モードを実現できなくなり、空調運転そのものが停止してしまうことになる。例えば、第1バルブが冷媒を内部凝縮機に流せなくなった場合は暖房モードと除湿モードを実行することができなくなると共に、バイパスする配管に流せなくなった場合には冷房モードを実行することができなくなり、何れの場合にも車室内空調そのものが停止してしまうと云う問題があった。
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、放熱器と室外膨張弁をバイパスするバイパス配管と流路切換装置を備えたものにおいて、この流路切換装置が故障した場合にも必要最低限の車室内空調を確保することができる車両用空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明の車両用空気調和装置は、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、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管に流すか、放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、制御装置とを備え、この制御装置により、複数の運転モードを切り換えて実行するものであって、制御装置は、運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを有すると共に、この暖房モードにおいて、圧縮機の回転数が所定値以上であり、且つ、室外膨張弁の弁開度が制御下限値となっている状態で、放熱器の圧力がその目標値より低く、それらの差が所定値以上となり、且つ、放熱器における冷媒の過冷却度が所定値以下となった場合、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、圧縮機を停止して補助加熱装置を発熱させ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、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管に流すか、放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、制御装置とを備え、この制御装置により、複数の運転モードを切り換えて実行するものであって、制御装置は、運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを有すると共に、この暖房モードにおいて、圧縮機の回転数が、当該回転数を制御するためのフィードフォワード値より高く、それらの差が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続している場合、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、圧縮機を停止して補助加熱装置を発熱させ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、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有し、これら除湿冷房モード又は冷房モードが選択された状態で、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、放熱器への冷媒の流入を阻止し、室外膨張弁を全閉とすると共に、補助加熱装置を発熱させ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、上記発明において制御装置は除湿冷房モード又は冷房モードにおいて、放熱器の温度が、除湿冷房モードでの当該放熱器における放熱で実現できる最高の放熱器温度として予め求められた最高放熱器温度データより低い場合、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定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、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、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管に流すか、放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、制御装置とを備え、この制御装置により、複数の運転モードを切り換えて実行するものであって、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有し、これら除湿冷房モード又は冷房モードにおいて、放熱器の温度が、除湿冷房モードでの当該放熱器における放熱で実現できる最高の放熱器温度として予め求められた最高放熱器温度データより低い場合、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、放熱器への冷媒の流入を阻止し、室外膨張弁を全閉とすると共に、補助加熱装置を発熱させ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上記各発明において、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有し、これら除湿冷房モード又は冷房モードが選択された状態で、流路切換装置により放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、室外膨張弁を全閉とし、バイパス配管に冷媒を流して室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、補助加熱装置を発熱させ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、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管に流すか、放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、制御装置とを備え、この制御装置により、複数の運転モードを切り換えて実行するものであって、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させると共に、補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有し、この除湿暖房モードにおいて、圧縮機を起動後、その吐出圧力が所定の保護停止値以上に上昇した場合、若しくは、圧縮機の吐出圧力と放熱器の圧力との差の絶対値が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続した場合、流路切換装置によりバイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定し、又は、流路切換装置により放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、補助加熱装置を発熱させ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上記各発明において、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させると共に、補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有し、この除湿暖房モードが選択された状態で、流路切換装置によりバイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、補助加熱装置を発熱させ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上記各発明において、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させると共に、補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有し、この除湿暖房モードが選択された状態で、流路切換装置により放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、補助加熱装置を発熱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1乃至請求項6の発明において、室外膨張弁及び室外熱交換器をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を減圧した後、吸熱器に流入させるための第2のバイパス配管を備え、制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒を流路制御装置により放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器に流入させ、且つ、第2のバイパス配管により、放熱器から出た冷媒を減圧した後、吸熱器に流入させることで室外熱交換器及び吸熱器にて吸熱させる除湿暖房モードを有し、この除湿暖房モードが選択された状態で、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、放熱器への冷媒の流入を阻止し、室外膨張弁を全閉として冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、補助加熱装置を発熱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1乃至請求項6、請求項10の発明において、室外膨張弁及び室外熱交換器をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を減圧した後、吸熱器に流入させるための第2のバイパス配管を備え、制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒を流路制御装置により放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器に流入させ、且つ、第2のバイパス配管により、放熱器から出た冷媒を減圧した後、吸熱器に流入させることで室外熱交換器及び吸熱器にて吸熱させる除湿暖房モードを有し、この除湿暖房モードが選択された状態で、流路切換装置により放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、バイパス回路に冷媒を流し、室外膨張弁を全閉として冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、補助加熱装置を発熱させ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上記各発明において、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードを有し、この最大冷房モードが選択された状態で、流路切換装置によりバイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態と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上記各発明において、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードを有し、この最大冷房モードが選択された状態で、流路切換装置により放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすることを特徴とする。
請求項14の発明の車両用空気調和装置は、請求項2乃至請求項14の発明において、制御装置は暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード又は除湿暖房モードで、圧縮機を起動後、その吐出圧力が所定の保護停止値以上に上昇した場合、若しくは、圧縮機の吐出圧力と放熱器の圧力との差の絶対値が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続した場合、流路切換装置により放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定することを特徴とする。
請求項15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、流路切換装置の故障が発生した場合、所定の報知動作を実行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、車室内に供給する空気が流通する空気流通路と、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管に流すか、放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、制御装置とを備え、この制御装置により、複数の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、制御装置が、運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを有すると共に、この暖房モードにおいて、圧縮機の回転数が所定値以上であり、且つ、室外膨張弁の弁開度が制御下限値となっている状態で、放熱器の圧力がその目標値より低く、それらの差が所定値以上となり、且つ、放熱器における冷媒の過冷却度が所定値以下となった場合、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、圧縮機を停止して補助加熱装置を発熱させるようにしたので、バイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなった場合に、放熱器からの放熱に代えて補助加熱装置からの発熱により、車室内に吹き出される空気を加熱して、車室内の暖房を継続することができるようになる。これにより、暖房モードで得られる必要最低限の車室内空調を確保し、フェールセーフによる信頼性の向上を図ることができるようになる。
この場合、制御装置は暖房モードにおいて、圧縮機の回転数が所定値以上であり、且つ、室外膨張弁の弁開度が制御下限値となっている状態で、放熱器の圧力がその目標値より低く、それらの差が所定値以上となり、且つ、放熱器における冷媒の過冷却度が所定値以下となった場合、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定するようにしたので、係る流路切換装置の故障を的確に検知して、円滑にフェールセーフを実現することができるようになる。
一方、請求項2の発明によれば、制御装置が暖房モードにおいて、圧縮機の回転数が、当該回転数を制御するためのフィードフォワード値より高く、それらの差が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続している場合、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定するようにしたので、係る流路切換装置の故障を的確に検知して、円滑にフェールセーフを実現することができるようになる。
また、請求項3や請求項5の発明の如く制御装置が運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有するとき、これら除湿冷房モード又は冷房モードが選択された状態で、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、放熱器への冷媒の流入を阻止し、室外膨張弁を全閉とすると共に、補助加熱装置を発熱させることで、流路切換装置の故障でバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなった場合に、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に直接流入させて放熱させ、吸熱器で吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、補助加熱装置を発熱させて再加熱することで、車室内の除湿冷房や冷房を継続することができるようになる。
この場合、請求項4や請求項5の発明の如く制御装置が除湿冷房モード又は冷房モードにおいて、放熱器の温度が、除湿冷房モードでの当該放熱器における放熱で実現できる最高の放熱器温度として予め求められた最高放熱器温度データより低い場合、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定するようにすれば、係る流路切換装置の故障を的確に検知して、円滑にフェールセーフを実現することができるようになる。
また、請求項6の発明の如く制御装置が運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有するとき、これら除湿冷房モード又は冷房モードが選択された状態で、流路切換装置により放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、室外膨張弁を全閉とし、バイパス配管に冷媒を流して室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、補助加熱装置を発熱させることで、流路切換装置の故障で放熱器に冷媒を流せなくなった場合に、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に直接流入させて放熱させ、吸熱器で吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、補助加熱装置を発熱させて再加熱することで、車室内の除湿冷房や冷房を継続することができるようになる。
また、請求項7の発明によれば、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、冷媒を放熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための放熱器と、冷媒を吸熱させて空気流通路から車室内に供給する空気を冷却するための吸熱器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、放熱器及び室外膨張弁をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、圧縮機から吐出された冷媒をバイパス配管に流すか、放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、空気流通路から車室内に供給する空気を加熱するための補助加熱装置と、制御装置とを備え、この制御装置により、複数の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、制御装置は運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させると共に、補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有し、この除湿暖房モードにおいて、圧縮機を起動後、その吐出圧力が所定の保護停止値以上に上昇した場合、若しくは、圧縮機の吐出圧力と放熱器の圧力との差の絶対値が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続した場合、流路切換装置によりバイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定し、又は、流路切換装置により放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、補助加熱装置を発熱させるようにしたので、流路切換装置の故障でバイパス配管に冷媒を流せなくなった場合に、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、更に補助加熱装置を発熱させることで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。これにより、除湿暖房モードで得られる必要最低限の車室内空調を確保し、フェールセーフによる信頼性の向上を図ることができるようになる。
この場合、制御装置は除湿暖房モード又は最大冷房モードにおいて、圧縮機を起動後、その吐出圧力が所定の保護停止値以上に上昇した場合、若しくは、圧縮機の吐出圧力と放熱器の圧力との差の絶対値が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続した場合、流路切換装置によりバイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定し、又は、流路切換装置により放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定するようにしたので、係る流路切換装置の故障を的確に検知して、円滑にフェールセーフを実現することができるようになる。
また、請求項8の発明の如く制御装置が運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させると共に、補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有するとき、この除湿暖房モードが選択された状態で、流路切換装置によりバイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、補助加熱装置を発熱させることで、流路切換装置の故障でバイパス配管に冷媒を流せなくなった場合に、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、更に補助加熱装置を発熱させることで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。
また、請求項9の発明の如く制御装置が運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させると共に、補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有するとき、この除湿暖房モードが選択された状態で、流路切換装置により放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、補助加熱装置を発熱させることで、流路切換装置の故障で放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなった場合に、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とし、更に補助加熱装置を発熱させることで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。
一方、請求項10の発明の如く、室外膨張弁及び室外熱交換器をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を減圧した後、吸熱器に流入させるための第2のバイパス配管が設けられ、制御装置が、圧縮機から吐出された冷媒を流路制御装置により放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器に流入させ、且つ、第2のバイパス配管により、放熱器から出た冷媒を減圧した後、吸熱器に流入させることで室外熱交換器及び吸熱器にて吸熱させる除湿暖房モードを有するとき、この除湿暖房モードが選択された状態で、流路切換装置によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、放熱器への冷媒の流入を阻止し、室外膨張弁を全閉として冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、補助加熱装置を発熱させることで、流路切換装置の故障によりバイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなった場合に、放熱器への冷媒の流入を阻止し、室外膨張弁を全閉として冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、補助加熱装置を発熱させることで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。
また、請求項11の発明の如く、室外膨張弁及び室外熱交換器をバイパスして、圧縮機から吐出された冷媒を減圧した後、吸熱器に流入させるための第2のバイパス配管が設けられ、制御装置が、圧縮機から吐出された冷媒を流路制御装置により放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を室外膨張弁で減圧した後、室外熱交換器に流入させ、且つ、第2のバイパス配管により、放熱器から出た冷媒を減圧した後、吸熱器に流入させることで室外熱交換器及び吸熱器にて吸熱させる除湿暖房モードを有するとき、この除湿暖房モードが選択された状態で、流路切換装置により放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、バイパス回路に冷媒を流し、室外膨張弁を全閉として冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、補助加熱装置を発熱させることで、流路切換装置の故障により放熱器に冷媒を流せなくなった場合に、バイパス回路に冷媒を流し、室外膨張弁を全閉として冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、補助加熱装置を発熱させることで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。
また、請求項12の発明の如く制御装置が運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードを有するとき、この最大冷房モードが選択された状態で、流路切換装置によりバイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすることで、流路切換装置の故障でバイパス配管に冷媒を流せなくなった場合に、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、車室内の冷房を継続する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運転モードとして、圧縮機から吐出された冷媒を流路切換装置により放熱器に流すこと無く、バイパス配管に流すことで室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードを有するとき、この最大冷房モードが選択された状態で、流路切換装置により放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、バイパス配管への冷媒の流入を阻止し、冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させる状態とすることで、流路切換装置の故障で放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなった場合に、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器から室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器にて吸熱させることで、車室内に吹き出される空気を冷却し、車室内の冷房を継続することができるようになる
また、請求項14の発明の如く制御装置が暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード又は除湿暖房モードで、圧縮機を起動後、その吐出圧力が所定の保護停止値以上に上昇した場合、若しくは、圧縮機の吐出圧力と放熱器の圧力との差の絶対値が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続した場合、流路切換装置により放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定するようにすれば、係る流路切換装置の故障を的確に検知して、円滑にフェールセーフを実現することができるようになる。
そして、上記の如き流路切換装置の故障が発生した場合に、請求項15の発明の如く制御装置が所定の報知動作を実行するようにすれば、使用者に流路切換装置の故障発生を警告して迅速な対処を促すことができるようになるものである。
本発明を適用した一実施形態の車両用空気調和装置の構成図である(実施例1。暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード及び冷房モード)。 図1の車両用空気調和装置のコントローラの電気回路のブロック図である。 図1の車両用空気調和装置のMAX冷房モード(最大冷房モード)のときの構成図である。 図2のコントローラの暖房モードにおける圧縮機制御に関する制御ブロック図である。 図2のコントローラによる電磁弁30及び電磁弁40(流路切換装置)の故障判定とフェールセーフ動作を説明するフローチャートである。 図2のコントローラが保有する最高放熱器温度データ(放熱器温度MAP)を示す図である。 図1と図12の車両用空気調和装置の電磁弁40が開故障したときのコントローラによる故障判定方法とフェールセーフ動作を説明する図である。 図1と図12の車両用空気調和装置の電磁弁40が閉故障したときのコントローラによる故障判定方法とフェールセーフ動作を説明する図である。 図1と図12の車両用空気調和装置の電磁弁30が開故障したときのコントローラによる故障判定方法とフェールセーフ動作を説明する図である。 図1と図12の車両用空気調和装置の電磁弁30が閉故障したときのコントローラによる故障判定方法とフェールセーフ動作を説明する図である。 図1の車両用空気調和装置の電磁弁30と電磁弁40の双方が故障したときのコントローラによる故障判定方法とフェールセーフ動作を説明する図である。 本発明を適用した他の実施形態の車両用空気調和装置の構成図である(実施例2)。
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は本発明の一実施例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、バッテリに充電された電力で走行用の電動モータを駆動して走行するものであり(何れも図示せず)、本発明の車両用空気調和装置1も、バッテリの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、冷媒回路を用いたヒートポンプ運転により暖房モードを行い、更に、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、MAX冷房モード(最大冷房モード)の各運転モードを選択的に実行するものである。
尚、車両として電気自動車に限らず、エンジンと走行用の電動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り、更には、エンジンで走行する通常の自動車にも適用可能であることは云うまでもない。
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冷媒配管13Gを介して流入し、この冷媒を車室内に放熱させる放熱器4と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる電動弁から成る室外膨張弁6と、車室外に設けられて冷房時には放熱器として機能し、暖房時には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電動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車室内外から冷媒に吸熱させる吸熱器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、この冷媒回路Rには所定量の冷媒と潤滑用のオイルが充填されている。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から出た冷媒配管13Aは冷房時に開放される電磁弁17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は室内膨張弁8介して吸熱器9の入口側に接続されている。尚、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、過冷却部16と室内膨張弁8間の冷媒配管13Bは、吸熱器9の出口側の冷媒配管13Cと熱交換関係に設けられ、両者で内部熱交換器19を構成している。これにより、冷媒配管13Bを経て室内膨張弁8に流入する冷媒は、吸熱器9を出た低温の冷媒により冷却(過冷却)される構成とされている。
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電磁弁21を介して内部熱交換器19の下流側における冷媒配管13Cに連通接続されている。この冷媒配管13Cがアキュムレータ12に接続され、アキュムレータ12は圧縮機2の冷媒吸込側に接続されている。更に、放熱器4の出口側の冷媒配管13Eは室外膨張弁6を介して室外熱交換器7の入口側に接続されている。
また、圧縮機2の吐出側と放熱器4の入口側の間の冷媒配管13Gには後述する除湿暖房とMAX冷房時に閉じられる電磁弁30(流路切換装置を構成する)が介設されている。この場合、冷媒配管13Gは電磁弁30の上流側でバイパス配管35に分岐しており、このバイパス配管35は除湿暖房とMAX冷房時に開放される電磁弁40(これも流路切換装置を構成する)を介して室外膨張弁6の下流側の冷媒配管13Eに連通接続されている。これらバイパス配管35、電磁弁30及び電磁弁40により本発明におけるバイパス装置45が構成される。
このようなバイパス配管35、電磁弁30及び電磁弁40によりバイパス装置45を構成したことで、後述する如く圧縮機2から吐出された冷媒を室外熱交換器7に直接流入させる除湿暖房モードやMAX冷房モードと、圧縮機2から吐出された冷媒を放熱器4に流入させる暖房モードや除湿冷房モード、冷房モードとの切り換えを円滑に行うことができるようになる。
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(内気循環モード)と、車室外の空気である外気(外気導入モード)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。
また、図1において23は実施例の車両用空気調和装置1に設けられた補助加熱装置としての補助ヒータである。実施例の補助ヒータ23は電気ヒータであるPTCヒータにて構成されており、空気流通路3の空気の流れに対して、放熱器4の空気上流側となる空気流通路3内に設けられている。そして、補助ヒータ23に通電されて発熱すると、吸熱器9を経て放熱器4に流入する空気流通路3内の空気が加熱される。即ち、この補助ヒータ23が所謂ヒータコアとなり、車室内の暖房を行い、或いは、それを補完する。
また、補助ヒータ23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)を補助ヒータ23及び放熱器4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、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。
次に、図2において32は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制御装置としてのコントローラ(ECU)であり、このコントローラ32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)の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、吹出口29から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、圧縮機2の吐出冷媒圧力(吐出圧力Pd)を検出する吐出圧力センサ42と、圧縮機2の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ43と、圧縮機2の吸込冷媒圧力を検出する吸込圧力センサ44と、圧縮機2の吸込冷媒温度を検出する吸込温度センサ55と、放熱器4の温度(放熱器4を経た空気の温度、又は、放熱器4自体の温度:放熱器温度TH)を検出する放熱器温度センサ46と、放熱器4の冷媒圧力(放熱器4内、又は、放熱器4を出た直後の冷媒の圧力: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を経た空気の温度、又は、吸熱器9自体の温度:吸熱器温度Te)を検出する吸熱器温度センサ48と、吸熱器9の冷媒圧力(吸熱器9内、又は、吸熱器9を出た直後の冷媒の圧力)を検出する吸熱器圧力センサ49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と、設定温度や運転モードの切り換えを設定するための空調(エアコン)操作部53と、室外熱交換器7の温度(室外熱交換器7から出た直後の冷媒の温度、又は、室外熱交換器7自体の温度: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54と、室外熱交換器7の冷媒圧力(室外熱交換器7内、又は、室外熱交換器7から出た直後の冷媒の圧力:室外熱交換器圧力PXO)を検出する室外熱交換器圧力センサ56の各出力が接続されている。また、コントローラ32の入力には更に、補助ヒータ23の温度(補助ヒータ23で加熱された直後の空気の温度、又は、補助ヒータ23自体の温度:補助ヒータ温度Tptc)を検出する補助ヒータ温度センサ50の出力も接続されている。
一方、コントローラ32の出力には、前記圧縮機2と、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と、室外膨張弁6、室内膨張弁8と、補助ヒータ23、電磁弁30(除湿用)、電磁弁17(冷房用)、電磁弁21(暖房用)、電磁弁40(これも除湿用)の各電磁弁が接続されている。そして、コントローラ32は各センサの出力と空調操作部53にて入力された設定に基づいてこれらを制御する。
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。コントローラ32は実施例では暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モード(最大冷房モード)の各運転モードを切り換えて実行する。先ず、各運転モードにおける冷媒の流れと制御の概略について説明する。
(1)暖房モード
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、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(除湿用)を開放し、電磁弁40(除湿用)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は図1に破線で示す如く、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内の全ての空気が補助ヒータ23及び放熱器4に通風される状態とする。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電磁弁30を経て冷媒配管13Gから放熱器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(補助ヒータ23が動作するときは当該補助ヒータ23及び放熱器4)により加熱され、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にて通風される外気中から熱を汲み上げる。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及び電磁弁21及び冷媒配管13Dを経て冷媒配管13Cからアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。放熱器4(補助ヒータ23が動作するときは当該補助ヒータ23及び放熱器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。
コントローラ32は、後述する目標吹出温度TAOから算出される目標放熱器温度TCO(放熱器温度THの目標値)から目標放熱器圧力PCO(放熱器圧力PCIの目標値)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4の冷媒圧力(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。また、コントローラ32は、放熱器温度センサ46が検出する放熱器4の温度(放熱器温度TH)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SCを制御する。前記目標放熱器温度TCOは基本的にはTCO=TAOとされるが、制御上の所定の制限が設けられる。
また、コントローラ32はこの暖房モードにおいては、車室内空調に要求される暖房能力に対して放熱器4による暖房能力が不足する場合、その不足する分を補助ヒータ23の発熱で補完するように補助ヒータ23の通電を制御する。それにより、快適な車室内暖房を実現し、且つ、室外熱交換器7の着霜も抑制する。このとき、補助ヒータ23は放熱器4の空気上流側に配置されているので、空気流通路3を流通する空気は放熱器4の前に補助ヒータ23に通風されることになる。
ここで、補助ヒータ23が放熱器4の空気下流側に配置されていると、実施例の如くPTCヒータで補助ヒータ23を構成した場合には、補助ヒータ23に流入する空気の温度が放熱器4によって上昇するため、PTCヒータの抵抗値が大きくなり、電流値も低くなって発熱量が低下してしまうが、放熱器4の空気上流側に補助ヒータ23を配置することで、実施例の如くPTCヒータから構成される補助ヒータ23の能力を十分に発揮させることができるようになる。
(2)除湿暖房モード
次に、除湿暖房モードでは、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、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は図1に破線で示す如く、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内の全ての空気が補助ヒータ23及び放熱器4に通風される状態とする。
これにより、圧縮機2から冷媒配管13Gに吐出された高温高圧のガス冷媒は、放熱器4に向かうこと無くバイパス配管35に流入し、電磁弁40を経て室外膨張弁6の下流側の冷媒配管13Eに至るようになる。このとき、室外膨張弁6は全閉とされているので、冷媒は室外熱交換器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にて通風される外気により空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aから電磁弁17を経てレシーバドライヤ部14、過冷却部16と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。
室外熱交換器7の過冷却部16を出た冷媒は冷媒配管13Bに入り、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は冷却され、且つ、当該空気中の水分が吸熱器9に凝結して付着するので、空気流通路3内の空気は冷却され、且つ、除湿される。吸熱器9で蒸発した冷媒は内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを介し、アキュムレータ12に至り、そこを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。
このとき、室外膨張弁6の弁開度は全閉とされているので、圧縮機2から吐出された冷媒が室外膨張弁6から放熱器4に逆流入する不都合を抑制若しくは防止することが可能となる。これにより、冷媒循環量の低下を抑制若しくは解消して空調能力を確保することができるようになる。更に、この除湿暖房モードにおいてコントローラ32は、補助ヒータ23に通電して発熱させる。これにより、吸熱器9にて冷却され、且つ、除湿された空気は補助ヒータ23を通過する過程で更に加熱され、温度が上昇するので車室内の除湿暖房が行われることになる。
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と共に、補助ヒータ温度センサ50が検出する補助ヒータ温度Tptcと前述した目標放熱器温度TCOに基づいて補助ヒータ23の通電(発熱)を制御することで、吸熱器9での空気の冷却と除湿を適切に行いながら、補助ヒータ23による加熱で吹出口29から車室内に吹き出される空気温度の低下を的確に防止する。
これにより、車室内に吹き出される空気を除湿しながら、その温度を適切な暖房温度に制御することが可能となり、車室内の快適且つ効率的な除湿暖房を実現することができるようになる。また、前述した如く除湿暖房モードではエアミックスダンパ28は空気流通路3内の全ての空気を補助ヒータ23及び放熱器4に通風する状態とされるので、吸熱器9を経た空気を効率良く補助ヒータ23で加熱して省エネ性を向上させ、且つ、除湿暖房空調の制御性も向上させることができるようになる。
尚、補助ヒータ23は放熱器4の空気上流側に配置されているので、補助ヒータ23で加熱された空気は放熱器4を通過することになるが、この除湿暖房モードでは放熱器4に冷媒は流されないので、補助ヒータ23にて加熱された空気から放熱器4が吸熱してしまう不都合も解消される。即ち、放熱器4によって車室内に吹き出される空気の温度が低下してしまうことが抑制され、COPも向上することになる。
(3)除湿冷房モード
次に、除湿冷房モードでは、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、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は図1に破線で示す如く、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内の全ての空気が補助ヒータ23及び放熱器4に通風される状態とする。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電磁弁30を経て冷媒配管13Gから放熱器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内の高温冷媒により加熱され、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を経て室外膨張弁6に至り、開き気味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にて通風される外気により空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aから電磁弁17を経てレシーバドライヤ部14、過冷却部16と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。
室外熱交換器7の過冷却部16を出た冷媒は冷媒配管13Bに入り、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。
吸熱器9で蒸発した冷媒は内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを介し、アキュムレータ12に至り、そこを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。この除湿冷房モードではコントローラ32は補助ヒータ23に通電しないので、吸熱器9にて冷却され、除湿された空気は放熱器4を通過する過程で再加熱(暖房時よりも放熱能力は低い)される。これにより車室内の除湿冷房が行われることになる。
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と共に、前述した冷媒回路Rの高圧圧力に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御し、放熱器4の冷媒圧力(放熱器圧力PCI)を制御する。
(4)冷房モード
次に、冷房モードでは、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。尚、コントローラ32はエアミックスダンパ28を制御し、図1に実線で示す如く、室内送風機27から吹き出されて吸熱器9を通過した後の空気流通路3内の空気が、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。また、コントローラ32は補助ヒータ23に通電しない。
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電磁弁30を経て冷媒配管13Gから放熱器4に流入すると共に、放熱器4を出た冷媒は冷媒配管13Eを経て室外膨張弁6に至る。このとき室外膨張弁6は全開とされているので冷媒はそれを通過し、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にて通風される外気により空冷され、凝縮液化する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aから電磁弁17を経てレシーバドライヤ部14、過冷却部16と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。
室外熱交換器7の過冷却部16を出た冷媒は冷媒配管13Bに入り、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は冷却される。また、空気中の水分は吸熱器9に凝結して付着する。
吸熱器9で蒸発した冷媒は内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを介し、アキュムレータ12に至り、そこを経て圧縮機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、除湿された空気が吹出口29から車室内に吹き出されるので(一部は放熱器4を通過して熱交換する)、これにより車室内の冷房が行われることになる。また、この冷房モードにおいては、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。
(5)MAX冷房モード(最大冷房モード)
次に、最大冷房モードとしてのMAX冷房モードでは、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、及び、各送風機15、27を運転し、エアミックスダンパ28は図3に示す如く補助ヒータ23及び放熱器4に空気流通路3内の空気が通風されない状態とする。但し、多少通風されても支障はない。また、コントローラ32は補助ヒータ23に通電しない。
これにより、圧縮機2から冷媒配管13Gに吐出された高温高圧のガス冷媒は、放熱器4に向かうこと無くバイパス配管35に流入し、電磁弁40を経て室外膨張弁6の下流側の冷媒配管13Eに至るようになる。このとき、室外膨張弁6は全閉とされているので、冷媒は室外熱交換器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にて通風される外気により空冷され、凝縮する。室外熱交換器7を出た冷媒は冷媒配管13Aから電磁弁17を経てレシーバドライヤ部14、過冷却部16と順次流入する。ここで冷媒は過冷却される。
室外熱交換器7の過冷却部16を出た冷媒は冷媒配管13Bに入り、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は冷却される。また、空気中の水分は吸熱器9に凝結して付着するので、空気流通路3内の空気は除湿される。吸熱器9で蒸発した冷媒は内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cを介し、アキュムレータ12に至り、そこを経て圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。このとき、室外膨張弁6は全閉とされているので、同様に圧縮機2から吐出された冷媒が室外膨張弁6から放熱器4に逆流入する不都合を抑制若しくは防止することが可能となる。これにより、冷媒循環量の低下を抑制若しくは解消して空調能力を確保することができるようになる。
ここで、前述した冷房モードでは放熱器4に高温の冷媒が流れているため、放熱器4からHVACユニット10への直接の熱伝導が少なからず生じるが、このMAX冷房モードでは放熱器4に冷媒が流れないため、放熱器4からHVACユニット10に伝達される熱で吸熱器9からの空気流通路3内の空気が加熱されることも無くなる。そのため、車室内の強力な冷房が行われ、特に外気温度Tamが高いような環境下では、迅速に車室内を冷房して快適な車室内空調を実現することができるようになる。また、このMAX冷房モードにおいても、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。
(6)運転モードの切換
空気流通路3内を流通される空気は上記各運転モードにおいて吸熱器9からの冷却や放熱器4(及び補助ヒータ23)からの加熱作用(エアミックスダンパ28で調整)を受けて吹出口29から車室内に吹き出される。コントローラ32は外気温度センサ33が検出する外気温度Tam、内気温度センサ37が検出する車室内の温度、前記ブロワ電圧、日射センサ51が検出する日射量等と、空調操作部53にて設定された車室内の目標車室内温度(設定温度)とに基づいて目標吹出温度TAOを算出し、各運転モードを切り換えて吹出口29から吹き出される空気の温度をこの目標吹出温度TAOに制御する。
この場合、コントローラ32は、外気温度Tam、車室内の湿度、目標吹出温度TAO、放熱器温度TH、目標放熱器温度TCO、吸熱器温度Te、目標吸熱器温度TEO、車室内の除湿要求の有無、等のパラメータに基づいて各運転モードの切り換えを行うことで、環境条件や除湿の要否に応じて的確に暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モードを切り換え、快適且つ効率的な車室内空調を実現する。
(7)コントローラ32による暖房モードでの圧縮機2の制御
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を決定するコントローラ32の制御ブロック図である。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のエアミックスダンパ開度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放熱器温度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を演算する。
尚、TAOは吹出口29からの空気温度の目標値である目標吹出温度、THは放熱器温度センサ46から得られる放熱器4の温度(放熱器温度)、Teは吸熱器温度センサ48から得られる吸熱器9の温度(吸熱器温度)であり、エアミックスダンパ開度SWは0≦SW≦1の範囲で変化し、0で補助ヒータ23及び放熱器4へ通風をしないエアミックス全閉状態、1で空気流通路3内の全ての空気を保持ヒータ23及び放熱器4に通風するエアミックス全開状態となる。
前記目標放熱器圧力PCOは上記目標過冷却度TGSCと目標放熱器温度TCOに基づいて目標値演算部59が演算する。更に、F/B(フィードバック)操作量演算部60はこの目標放熱器圧力PCOと放熱器4の冷媒圧力である放熱器圧力PCIに基づいて圧縮機目標回転数のF/B操作量TGNChfbを演算する。そして、F/F操作量演算部58が演算したF/F操作量TGNCnffとF/B操作量演算部60が演算したTGNChfbは加算器61で加算され、リミット設定部62で制御上限値と制御下限値のリミットが付けられた後、圧縮機目標回転数TGNChとして決定される。前記暖房モードにおいては、コントローラ32はこの圧縮機目標回転数TGNChに基づいて圧縮機2の回転数を制御する。
(8)コントローラ32による電磁弁30及び40の故障時のフェールセーフ動作
実施例では前述した如くコントローラ32により(オートモード)或いは空調操作部53へのマニュアル操作(マニュアルモード)により何れかの運転モードが選択され、切り換えて実行されるものであるが、暖房モード、除湿冷房モード及び冷房モードでは電磁弁30は開放され、電磁弁40は閉じられ、除湿暖房モード及びMAX冷房モードでは電磁弁30は閉じられ、電磁弁40が開放されるので、暖房モード、除湿冷房モード及び冷房モードにおいて、電磁弁40が開いたままとなる故障(以下、開故障という)が発生した場合、バイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなり、放熱器4に流れる冷媒量が減少して放熱が不足するようになる。また、電磁弁30が閉じたままとなる故障(以下、閉故障という)が発生した場合には、放熱器4に冷媒を流せなくなるため、暖房モード、除湿冷房モード及び冷房モードそのものを実行できなくなる。
また、除湿暖房モード及びMAX冷房モードにおいて、電磁弁30に開故障が発生した場合、バイパス配管35に流れる冷媒量が減少すると共に、電磁弁40に閉故障が発生した場合には、バイパス配管35に冷媒を流せなくなるため、除湿暖房モード及びMAX冷房モードそのものを実行できなくなり、何れの場合にもそのままでは車室内空調そのものが停止しなければならなくなる。そこで、コントローラ32は電磁弁30及び電磁弁40(何れも本発明における流路切換装置)が故障した場合、当該故障状態でも運転可能であり、現在選択されている運転モードによる車室内空調、若しくは、それと略同等の車室内空調を実現可能な運転状態として空調運転を継続するフェールセーフ動作を実行する。
以下、図5〜図11を参照してコントローラ32による電磁弁30及び電磁弁40の故障判定と、これら電磁弁30及び電磁弁40が故障した際のフェールセーフ動作について説明する。図5はコントローラ32による電磁弁30及び電磁弁40の故障判定とフェールセーフ動作を説明するフローチャートである。
(8−1)電磁弁40の故障判定処理
図5のステップS1で、コントローラ32は先ず電磁弁40故障フラグfNGVBPがリセット(「0」)されているか否か判断し、リセットされている場合にはステップS2に進み、電磁弁40の故障判定処理を実行する。このステップS2におけるコントローラ32による電磁弁40の故障判定処理は以下の判定条件(i)〜(iv)に基づいて行われる。即ち、
(i).暖房モードが選択されているとき、圧縮機2の回転数NCが所定値(例えば、3000rpm)以上であり、且つ、室外膨張弁6の弁開度が制御下限値となっている状態で、放熱器圧力PCIが目標放熱器圧力PCOより低く、それらの差(PCO−PCI)が所定値(例えば、0.2MPaG)以上となり{(PCO−PCI)≧所定値(0.2MPaG)}、且つ、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度SCが所定値(例えば、10deg)以下となった場合{SC≦所定値(10deg)}、電磁弁40が開故障して、当該電磁弁40によりバイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定する。電磁弁40が開故障すると、放熱器4への冷媒量が減少するので、目標放熱器温度PCOを実現できなくなり、過冷却度SCも付かなくなるからである。
(ii).暖房モードが選択されているとき、圧縮機2の回転数NCが、図5で説明したF/F操作量TGNChff(フィードフォワード値)より高く、それらの差(NC−TGNChff)が所定値(例えば、2000rpm)以上となっている状態{(NC−TGNChff)≧所定値(2000rpm)}が所定時間(例えば、60秒)以上継続している場合、電磁弁40が開故障して、当該電磁弁40によりバイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定する。尚、電磁弁40が開故障すると、放熱器4への冷媒量が減少するので、コントローラ32は圧縮機2の回転数NCを上昇させるようになる。ここで、F/F操作量TGNChffはそのときの条件でのあるべき回転数を意味しており、係る(フィードフォワード値)と現在の回転数NCを比較することで、早期に電磁弁40の開故障を判定できるようになる。
(iii).除湿冷房モード又は冷房モードが選択されているとき、放熱器温度THが、実施例では除湿冷房モードでの当該放熱器4における放熱で実現できる最高の放熱器温度THとして予め求められた最高放熱器温度データ(放熱器温度MAP)−α(例えば、10deg)より低い場合(TH<放熱器温度MAP−α)、電磁弁40が開故障して、当該電磁弁40によりバイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定する。
この最高放熱器温度データ(放熱器温度MAP)は図6に示される。これは冷媒回路Rが除湿冷房モードの冷媒の流れの場合に、放熱器4における放熱で実現できる最高の放熱器温度THmaxを予め実験により求めたデータであり、コントローラ32に保有されている。図6の横軸Ga×SWのうちのGaは空気流通路3に流入した空気の体積風量であり、室内送風機27のブロワ電圧BLVの目標値、又は、現在のブロワ電圧BLVから算出される。SWは前述したエアミックスダンパ28の開度であり、SW=(TAO−Te)/(TH−Te)で得られる。従って、Ga×SWは放熱器4に通風される空気の風量を意味する。また、縦軸は外気温度Tamである。
そして、図中30℃で示す線は放熱器4における放熱で実現できる最高の放熱器温度THmaxが30℃の線であり、放熱器4の風量Ga×SWと外気温度Tam毎に計測された点を結んだものである。図中40℃、50℃、60℃、70℃で示す線も同様であり、それぞれ放熱器4における放熱で実現できる最高の放熱器温度THmaxが40℃、50℃、60℃、70℃の線である。今、放熱器4の風量がGa×SWがGa1であり、外気温度TamがTam1であるとき、放熱器4の放熱で実現できる最高の放熱器温度THmaxはTH1として抽出される。図6中に示した例ではTH1が50℃の線上にあるのでTHmaxは50℃となる。TH1が40℃と50℃の線の間に来る場合(図6にTH2で示す)は、THmaxは40℃と50℃の間の例えば45℃程になる。
コントローラ32は、電磁弁40の故障判定時に算出される放熱器4の風量(Ga×SW)とそのときの外気温度Tamに基づき、図6の最高放熱器温度データを参照してその時の最高の放熱器温度THmaxを抽出する。次に、その時の放熱器温度THがこの最高の放熱器温度THmax−αより低い場合(TH<THmax−α)、電磁弁40が開故障しているものと判定する。尚、このαは零であっても良い。電磁弁40が開故障すると、放熱器4への冷媒量が減少するので、放熱器温度THmaxを実現できなくなるからである。
(iv).除湿暖房モード又はMAX冷房モードにおいて、圧縮機2を起動後、その吐出圧力Pdが所定の保護停止値(例えば、2.5MPaG)以上に上昇した場合(Pd≧2.5MPaG)、若しくは、圧縮機2の吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差(Pd−PCI)の絶対値が所定値(例えば、0.5MPaG)以上となっている状態が所定時間(例えば、10秒)以上継続した場合、電磁弁40が閉故障して、当該電磁弁40によりバイパス配管35に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定する。電磁弁40が閉故障すると、電磁弁30が閉じていることから圧縮機2の吐出圧力Pdは異常に高くなる。また、放熱器圧力PCIとの差も拡大するからである。
コントローラ32は、次にステップS3で上記各判定条件(i)〜(iv)に基づき、電磁弁40が開故障、若しくは、閉故障判定されていないか否か判断し、何れの故障判定もされていないときはステップS4で電磁弁40故障フラグfNGVBPをリセット(「0」)する。一方、何れかの故障判定が成されているときはステップS5で電磁弁40故障フラグfNGVBPをセット(「1」)すると共に、空調操作部53で係る故障発生を表示し、使用者に報知する(報知動作)。尚、電磁弁40故障フラグfNGVBPがセットされた場合、コントローラ32は故障が解消されるまでセットしたままとする。
(8−2)電磁弁30の故障判定処理
次に、コントローラ32は図5のステップS6に進み、電磁弁30故障フラグfNGVCONDがリセット(「0」)されているか否か判断し、リセットされている場合にはステップS7に進み、電磁弁30の故障判定処理を実行する。このステップS7におけるコントローラ32による電磁弁30の故障判定処理は以下の判定条件(v)、(vi)に基づいて行われる。即ち、
(v).除湿暖房モード又はMAX冷房モードにおいて、圧縮機2の吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差(Pd−PCI)の絶対値が所定値(例えば、0.5MPaG)以上となっている状態が所定時間(例えば、10秒)以上継続した場合、電磁弁30が開故障して、当該電磁弁30により放熱器4への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定する。電磁弁30が開故障すると、電磁弁40も開いていることから圧縮機2の吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差が拡大するからである。
(vi).暖房モード、除湿冷房モード又は冷房モードにおいて、圧縮機2を起動後、その吐出圧力Pdが所定の保護停止値(例えば、2.5MPaG)以上に上昇した場合(Pd≧2.5MPaG)、若しくは、圧縮機2の吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差(Pd−PCI)の絶対値が所定値(例えば、0.5MPaG)以上となっている状態が所定時間(例えば、10秒)以上継続した場合、電磁弁30が閉故障して、当該電磁弁30により放熱器4に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定する。電磁弁30が閉故障すると、電磁弁40が閉じていることから圧縮機2の吐出圧力Pdは異常に高くなる。また、放熱器圧力PCIとの差も拡大するからである。
コントローラ32は、次にステップS8で上記各判定条件(v)、(vi)に基づき、電磁弁30が開故障、若しくは、閉故障判定されていないか否か判断し、何れの故障判定もされていないときはステップS9で電磁弁30故障フラグfNGVCONDをリセット(「0」)する。一方、何れかの故障判定が成されているときはステップS11で電磁弁30故障フラグfNGVCONDをセット(「1」)すると共に、空調操作部53で係る故障発生を表示し、使用者に報知する(報知動作)。尚、電磁弁30故障フラグfNGVCONDがセットされた場合、コントローラ32は故障が解消されるまでセットしたままとする。
(8−3)電磁弁30と電磁弁40の両方が故障している否かの故障判定処理
尚、図5のステップS2では、電磁弁30が開故障又は閉故障して電磁弁30故障フラグfNGVCONDがセット(「1」)されている状態で電磁弁40の故障判定を行う場合もある。また、ステップS7では、電磁弁40が開故障又は閉故障して電磁弁40故障フラグfNGVBPがセット(「1」)されている状態で電磁弁30の故障判定を行う場合もある。それらの場合、コントローラ32はステップS2又はステップS7において、電磁弁30と電磁弁40の両方が故障しているか否かの故障判定処理を実行する。その場合の電磁弁30と電磁弁40の両方が故障しているか否かの故障判定処理は以下の判定条件(vii)〜(x)に基づいて行われる。即ち、
(vii).圧縮機2の吐出圧力Pdが所定の保護停止値(例えば、2.5MPaG)以上に上昇した場合(Pd≧2.5MPaG)、若しくは、圧縮機2の起動後、その吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差(Pd−PCI)の絶対値が所定値(例えば、0.5MPaG)以上となった場合、電磁弁30と電磁弁40の両方が閉故障して、電磁弁30により放熱器4に冷媒を流せず、且つ、電磁弁40によりバイパス配管35にも冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定する。電磁弁30と電磁弁40の両方が閉故障すると、冷媒回路Rが閉塞され、圧縮機2の吐出圧力Pdは異常に高くなる。また、放熱器圧力PCIとの差も拡大するからである。
(viii).室外膨張弁6の弁開度を制御下限値まで閉じても、高圧側圧力(放熱器圧力PCI)が低く、且つ、放熱器4の出口における冷媒の過冷却度SCが付かない(小さい)場合、電磁弁30と電磁弁40の両方が開故障して、電磁弁30により放熱器4への冷媒の流入を阻止できず、且つ、電磁弁40によりバイパス配管35への冷媒の流入も阻止できなくなる故障が発生したものと判定する。電磁弁30と電磁弁40の両方が開故障すると、放熱器4への冷媒量が減少するので、室外膨張弁6を制御下限値まで下げても高圧側圧力が低くなり、過冷却度SCも付かなくなるからである。
(ix).除湿暖房モード、若しくは、MAX冷房モードにおいて、圧縮機2の起動後、その吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差(Pd−PCI)の絶対値が所定値より低い場合、電磁弁30が開故障し、電磁弁40が閉故障して、電磁弁30により放熱器4への冷媒の流入を阻止できず、且つ、電磁弁40によりバイパス配管35に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定する。電磁弁30が開故障し、電磁弁40が閉故障すると、バイパス配管35により放熱器4をバイパスする回路(除湿暖房モード、MAX冷房モード)とすることができなくなり、圧縮機2の吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差が無くなるからである。
(x).暖房モード、若しくは、除湿冷房モードにおいて、圧縮機2の起動後、その吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差(Pd−PCI)の絶対値が所定値(例えば、0.5MPaG)以上となった場合、電磁弁30が閉故障し、電磁弁40が開故障して、電磁弁30により放熱器4に冷媒を流せず、且つ、電磁弁40によりバイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定する。電磁弁30が閉故障し、電磁弁40が開故障すると、放熱器4に冷媒を流す回路(暖房モード、除湿冷房モード)とすることができなくなり、圧縮機2の吐出圧力Pdと放熱器圧力PCIとの差が拡大するからである。
コントローラ32は、電磁弁30故障フラグfNGVCONDがセット(「1」)されている状態で、ステップS2で上記各判定条件(vii)〜(x)に基づき、電磁弁40が開故障、若しくは閉故障したものと判定した場合もステップS5で電磁弁40故障フラグfNGVBPをセット(「1」)する。また、電磁弁40故障フラグfNGVBPがセット(「1」)されている状態で、ステップS7で上記各判定条件(vii)〜(x)に基づき、電磁弁30が開故障、若しくは閉故障したものと判定した場合もステップS11で電磁弁30故障フラグfNGVCONDをセット(「1」)する。また、空調操作部53で係る故障発生を表示し、使用者に報知する(報知動作)。同様に、電磁弁30故障フラグfNGVCONDと電磁弁40故障フラグfNGVBPの両方がセットされた場合もコントローラ32は各故障が解消されるまでセットしたままとする。
(8−4)電磁弁40の故障時のフェールセーフ動作
次に、電磁弁40が故障した場合にコントローラ32が実行するフェールセーフ動作について説明する。前述したステップS2で電磁弁40が開故障、又は、閉故障していると判定され、ステップS5で電磁弁40故障フラグfNGVBPがセットされると、コントローラ32はステップS1からステップS12に進み、電磁弁30故障フラグfNGVCONDがリセットされているか否か判定し、電磁弁30に故障は無く、リセットされていればステップS13に進み、電磁弁40の故障時のフェールセーフ動作を実行した後、ステップS7に進む。
(8−4−1)電磁弁40の開故障時のフェールセーフ動作
図7は、前記判定条件(i)〜(iii)に基づいて電磁弁40が開故障しているものと判定した場合のステップS13におけるコントローラ32のフェールセーフ動作(FSA)を示している。尚、電磁弁40の開故障の場合には、除湿暖房モード及びMAX冷房モードでのフェールセーフ動作は不要である。
また、下記に説明する各フェールセーフ動作は、何れも電磁弁40(後に説明する電磁弁30の場合も同様)が故障した状態でも運転可能であり、且つ、そのときに選択されている運転モードによる車室内空調を、それに代えて実現可能、若しくは、それと略同等の車室内空調を、それに代えて実現可能な運転状態であり、コントローラ32は各フェールセーフ動作を実行することで、車室内の空調運転を継続する。
(FSA1):暖房モードが選択された状態で電磁弁40が開故障した場合、放熱器4への冷媒の流入量が減少し、暖房能力が低下するため、コントローラ32は圧縮機2を停止し、補助ヒータ23を発熱させて車室内に吹き出される空気を加熱する。これにより、暖房モードが選択されているときに、電磁弁40の開故障によってバイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなった場合にも、放熱器4からの放熱に代えて補助ヒータ23からの発熱により車室内に吹き出される空気を加熱して、車室内の暖房を継続することができるようになる。
(FSA2):除湿冷房モード又は冷房モードが選択された状態で電磁弁40が開故障した場合、放熱器4への冷媒の流入量が減少し、再加熱(リヒート)能力が低下するため、コントローラ32は電磁弁30を閉じて放熱器4への冷媒の流入を阻止し、室外膨張弁6の弁開度を全閉とすると共に、補助ヒータ23を発熱させて車室内に吹き出される空気を再加熱する。また、冷房モードでもエアミックスダンパ(AMD)28は図1の破線の状態として全ての空気が補助ヒータ23に通風されるようにする。これにより、除湿冷房モード又は冷房モードが選択されているときに、電磁弁40の開故障によってバイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなった場合にも、圧縮機2から吐出された冷媒を室外熱交換器7に直接流入させて放熱させ、吸熱器9で吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、補助ヒータ23を発熱させて再加熱することで、車室内の除湿冷房や冷房を継続することができるようになる。
(8−4−2)電磁弁40の閉故障時のフェールセーフ動作
図8は、前記判定条件(iv)に基づいて電磁弁40が閉故障しているものと判定した場合のステップS13におけるコントローラ32のフェールセーフ動作(FSA)を示している。尚、電磁弁40の閉故障の場合には、暖房モード、除湿冷房モード及び冷房モードでのフェールセーフ動作は不要である。
(FSA3):除湿暖房モードが選択された状態で電磁弁40が閉故障した場合、電磁弁30も閉じているため、冷媒回路Rが閉塞され、高圧圧力が上昇してしまうため、コントローラ32は電磁弁30を開いて冷媒を放熱器4から室外熱交換器7に流し、室外膨張弁6は放熱器圧力PCI(高圧)に基づいて制御することで、放熱器4及び室外熱交換器7にて冷媒を放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁8で減圧した後、吸熱器9にて吸熱させる状態とし、補助ヒータ23を発熱させて車室内に吹き出される空気を加熱する。これにより、除湿暖房モードが選択されているときに、電磁弁40が閉故障してバイパス配管35に冷媒を流せなくなった場合にも、圧縮機2から吐出された冷媒を放熱器4から室外熱交換器7に流して当該放熱器4及び室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器9にて吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、補助ヒータ23を発熱させて再加熱することで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。
(FSA4):MAX冷房モードが選択された状態で電磁弁40が閉故障した場合も、電磁弁30が閉じているため、冷媒回路Rが閉塞され、高圧圧力が上昇してしまうため、コントローラ32は電磁弁30を開いて冷媒を放熱器4から室外熱交換器7に流し、室外膨張弁6の弁開度は全開とし、エアミックスダンパ28は図3の如く補助ヒータ23及び放熱器4に空気流通路3内の空気が通風されない状態とすることで、室外熱交換器7にて冷媒を放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁8で減圧した後、吸熱器9にて吸熱させる冷房モードの状態とし、車室内に吹き出される空気を冷却する。これにより、MAX冷房モードが選択されているときに、電磁弁40が閉故障してバイパス配管35に冷媒を流せなくなった場合にも、圧縮機2から吐出された冷媒を放熱器4から室外熱交換器7に流して当該室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器9にて吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、車室内の冷房を継続することができるようになる。
(8−5)電磁弁30の故障時のフェールセーフ動作
次に、電磁弁30が故障した場合にコントローラ32が実行するフェールセーフ動作について説明する。前述したステップS1で電磁弁40故障フラグfNGVBPがリセットされている状態で、ステップS7で電磁弁30が開故障、又は、閉故障していると判定され、ステップS11で電磁弁30故障フラグfNGVCONDがセットされると、コントローラ32はステップS6からステップS10に進み、電磁弁30の故障時のフェールセーフ動作を実行する。
(8−5−1)電磁弁30の開故障時のフェールセーフ動作
図9は、前記判定条件(v)に基づいて電磁弁30が開故障しているものと判定した場合のステップS10におけるコントローラ32のフェールセーフ動作(FSA)を示している。尚、電磁弁30の開故障の場合には、暖房モード、除湿冷房モード及び冷房モードでのフェールセーフ動作は不要である。
(FSA5):除湿暖房モードが選択された状態で電磁弁30が開故障した場合、放熱器4に冷媒が流入して寝込み、冷媒回路Rを循環する冷媒及びオイルが不足するようになるため、コントローラ32は、室外膨張弁6を放熱器温度THで制御し、冷媒を放熱器4から室外熱交換器7に流して当該放熱器4及び室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁8で減圧した後、吸熱器9にて吸熱させる状態とし、補助ヒータ23を発熱させる。これにより、除湿暖房モードが選択されているときに、電磁弁30の開故障により放熱器4への冷媒の流入を阻止できなくなった場合にも、圧縮機2から吐出された冷媒を放熱器4から室外熱交換器7に流して当該放熱器4及び室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器9にて吸熱させて車室内に吹き出される空気を冷却し、補助ヒータ23を発熱させて再加熱することで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。尚、このとき、電磁弁40は開いていても閉じていても良い。但し、開いていればバイパス配管35にも冷媒が流れるため、放熱器4に流れる冷媒量が減少して放熱器4での吸熱の影響を小さくできるメリットがある。
(FSA6):MAX冷房モードが選択された状態で電磁弁30が開故障した場合も、放熱器4に冷媒が流入して寝込み、冷媒回路Rを循環する冷媒及びオイルが不足するようになるため、コントローラ32は、室外膨張弁6の弁開度を全開とし、エアミックスダンパ28は図3の状態とし、冷媒を放熱器4から室外熱交換器7に流して室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁8で減圧した後、吸熱器9にて吸熱させる冷房モードの状態とする。これにより、MAX冷房モードが選択されているときに、電磁弁30の開故障により放熱器4への冷媒の流入を阻止できなくなった場合にも、圧縮機2から吐出された冷媒を放熱器4から室外熱交換器7に流して当該室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、吸熱器9にて吸熱させて車室内に吹き出される空気を冷却することで、車室内の冷房を継続することができるようになる。尚、このときも電磁弁40は開いていても閉じていても良い。但し、開いていればバイパス配管35にも冷媒が流れるため、放熱器4に流れる冷媒量が減少して放熱器4での吸熱の影響を小さくできるメリットがある。
(8−5−2)電磁弁30の閉故障時のフェールセーフ動作
図10は、前記判定条件(vi)に基づいて電磁弁30が閉故障しているものと判定した場合のステップS10におけるコントローラ32のフェールセーフ動作(FSA)を示している。尚、電磁弁30の閉故障の場合には、除湿暖房モード及びMAX冷房モードでのフェールセーフ動作は不要である。
(FSA7):暖房モードが選択された状態で電磁弁30が閉故障した場合、電磁弁40も閉じているため、冷媒回路Rが閉塞され、高圧圧力が上昇してしまうため、コントローラ32は圧縮機2を停止し、補助ヒータ23を発熱させて車室内に吹き出される空気を加熱する。これにより、暖房モードが選択されているときに、電磁弁30の閉故障によって放熱器4に冷媒を流せなくなった場合にも、放熱器4からの放熱に代えて補助ヒータ23からの発熱により車室内に吹き出される空気を加熱して、車室内の暖房を継続することができるようになる。
(FSA8):除湿冷房モードが選択された状態で電磁弁30が閉故障した場合も、電磁弁40が閉じているため、冷媒回路Rが閉塞され、高圧圧力が上昇してしまうため、コントローラ32は室外膨張弁6を全閉とし、電磁弁40を開き、バイパス配管35に冷媒を流して室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁8で減圧した後、吸熱器9にて吸熱させるMAX冷房モードの状態とすると共に、補助ヒータ23を発熱させて車室内に吹き出される空気を加熱する。これにより、除湿冷房モードが選択されているときに、電磁弁30の閉故障によって放熱器4に冷媒が流せなくなった場合にも、圧縮機2から吐出された冷媒を室外熱交換器7に直接流入させて放熱させ、吸熱器9で吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、補助ヒータ23を発熱させて再加熱することで、車室内の除湿冷房を継続することができるようになる。
(FSA9):冷房モードが選択された状態で電磁弁30が閉故障した場合も、電磁弁40が閉じているため、冷媒回路Rが閉塞され、高圧圧力が上昇してしまうため、コントローラ32は室外膨張弁6を全閉とし、電磁弁40を開き、バイパス配管35に冷媒を流して室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁8で減圧した後、吸熱器9にて吸熱させるMAX冷房モードの状態とすると共に、補助ヒータ23を発熱させて車室内に吹き出される空気を再加熱する。また、エアミックスダンパ28は図3の状態とし、補助ヒータ23による再加熱はその出力で調整する。これにより、冷房モードが選択されているときに、電磁弁30の閉故障によって放熱器4に冷媒が流せなくなった場合にも、圧縮機2から吐出された冷媒を室外熱交換器7に直接流入させて放熱させ、吸熱器9で吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、補助ヒータ23を発熱させて再加熱(調整)することで、車室内の冷房を継続することができるようになる。
(8−6)電磁弁30と電磁弁40の両方が故障したときのフェールセーフ動作
次に、電磁弁30と電磁弁40の両方が故障した場合にコントローラ32が実行するフェールセーフ動作について説明する。前述したステップS1で電磁弁40故障フラグfNGVBPがセットされており、ステップS12で電磁弁30故障フラグfNGVCONDもセットされてい場合、コントローラ32はステップS12からステップS14に進み、電磁弁30と電磁弁40の両方が故障したときのフェールセーフ動作を実行する。
(8−6−1)電磁弁30と電磁弁40の両方が閉故障したときのフェールセーフ動作
図11の最上段は、前記判定条件(vii)に基づいて電磁弁30と電磁弁40の両方が閉故障しているものと判定した場合のステップS14におけるコントローラ32のフェールセーフ動作(FSA)を示している。
(FSA10):電磁弁30及び電磁弁40が閉故障したときは、冷媒回路Rが閉塞されてしまうため、ヒートポンプ運転は不可能となり、コントローラ32は圧縮機2を停止する。そして、コントローラ32は車室内を暖房する必要がある場合(暖房要求がある場合)は、補助ヒータ23に通電して発熱させ、車室内に吹き出される空気を加熱して暖房する。即ち、暖房モード以外は実行できなくなる。
(8−6−2)電磁弁30と電磁弁40の両方が開故障したときのフェールセーフ動作
図11の上から二段目は、前記判定条件(viii)に基づいて電磁弁30と電磁弁40の両方が開故障しているものと判定した場合のステップS14におけるコントローラ32のフェールセーフ動作(FSA)を示している。
(FSA11):電磁弁30及び電磁弁40が開故障したとき、前述した如く冷房モードと除湿冷房モードが選択されているときは運転可能である。しかしながら、放熱器4への冷媒流量が減少して暖房能力が低下するため、暖房モードが選択されているときは運転不可能となり、その場合はコントローラ32は圧縮機2を停止し、補助ヒータ23に通電して発熱させ、車室内に吹き出される空気を加熱して暖房する。また、MAX冷房モードが選択されているときは前述同様に冷房モードで代用し、除湿暖房モードが選択されているときは前述同様に除湿冷房モードとして補助ヒータ23を発熱させる。
(8−6−3)電磁弁30が開故障、電磁弁40が閉故障したときのフェールセーフ動作
図11の上から三段目は、前記判定条件(ix)に基づいて電磁弁30が開故障しており、電磁弁40が閉故障しているものと判定した場合のステップS14におけるコントローラ32のフェールセーフ動作(FSA)を示している。
(FSA12):電磁弁30が開故障し、電磁弁40が閉故障したとき、前述した如く暖房モード、冷房モード及び除湿冷房モードが選択されているときは運転可能である。しかしながら、放熱器4をバイパスする回路は不可能となるので、MAX冷房モードが選択されているときは前述同様に冷房モードで代用し、除湿暖房モードが選択されているときも前述同様に除湿冷房モードとして補助ヒータ23を発熱させる。
(8−6−4)電磁弁30が閉故障、電磁弁40が開故障したときのフェールセーフ動作
図11の最下段は、前記判定条件(x)に基づいて電磁弁30が閉故障しており、電磁弁40が開故障しているものと判定した場合のステップS14におけるコントローラ32のフェールセーフ動作(FSA)を示している。
(FSA13):電磁弁30が閉故障し、電磁弁40が開故障したとき、前述した如くMAX冷房モード及び除湿暖房モードが選択されているときは運転可能である。しかしながら、放熱器4に冷媒を流す運転は不可能となるので、暖房モードが選択されているときは前述同様に圧縮機2を停止して補助ヒータ23を発熱させ、冷房モード又は除湿冷房モードが選択されているときは前述同様にMAX冷房モードとして補助ヒータ23を発熱させることになる。
以上の如く、本発明では電磁弁30や電磁弁40が故障した場合、コントローラ32は係る故障状態でも運転可能であり、且つ、選択された運転モードによる車室内空調を実現可能な、若しくは、それと略同等の車室内空調を実現可能な運転状態として車室内の空調運転を継続するので、電磁弁30や電磁弁40が故障した場合にも、選択された運転モードで得られる必要最低限の車室内空調を確保し、フェールセーフによる信頼性の向上を図ることができるようになる。
また、コントローラ32は電磁弁30や電磁弁40が故障した場合に、空調操作部53にて係る故障を使用者に報知するので、使用者に電磁弁30や電磁弁40に故障が発生したことを警告して、迅速な対処を促すことができるようになる。
次に、図12は本発明を適用した他の実施例の車両用空気調和装置1の構成図を示している。尚、この図において図1又は図3と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものである。この実施例の場合、過冷却部16の出口は逆止弁82に接続され、この逆止弁82の出口が冷媒配管13Bに接続されている。尚、逆止弁82は冷媒配管13B(室内膨張弁8)側が順方向とされている。
また、放熱器4の出口側の冷媒配管13Eは室外膨張弁6の手前で分岐しており、この分岐した冷媒配管(以下、第2のバイパス配管と称する)83は電磁弁80(除湿用)と逆止弁81を介して逆止弁82の下流側の冷媒配管13Bに連通接続されている。尚、この逆止弁82は冷媒配管13B側が順方向とされている。そして、電磁弁80もコントローラ32の出力に接続されている。その他は、前述の実施例の図1又は図3と同様であるので説明を省略する。
以上の構成で、この実施例の車両用空気調和装置1の動作を説明する。コントローラ32はこの実施例においても暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モード(最大冷房モード)の各運転モードを切り換えて実行する。尚、暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モードが選択されたときの動作及び冷媒の流れは前述の実施例(実施例1)の場合と同様であるので説明を省略する。但し、この実施例(実施例2)ではこれら暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モードにおいては電磁弁80を閉じるものとする。
(9)図12の車両用空気調和装置1の除湿暖房モード
他方、除湿暖房モードが選択された場合、この実施例(実施例2)ではコントローラ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(除湿用)を開放し、電磁弁40(除湿用)を閉じる。更に、コントローラ32は電磁弁80(除湿用)を開放する。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から吹き出されて吸熱器9を経た空気流通路3内の空気が補助ヒータ23及び放熱器4に通風される状態とする。
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電磁弁30を経て冷媒配管13Gから放熱器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内の高温冷媒により加熱され、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にて通風される外気中から熱を汲み上げる。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、電磁弁21及び冷媒配管13Dを経て冷媒配管13Cからアキュムレータ12に入り、そこで気液分離された後、ガス冷媒が圧縮機2に吸い込まれる循環を繰り返す。
また、放熱器4を経て冷媒配管13Eを流れる凝縮冷媒の一部は分流され、電磁弁80、逆止弁81を経て第2のバイパス配管83及び冷媒配管13Bより内部熱交換器19を経て室内膨張弁8に至るようになる。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。
吸熱器9で蒸発した冷媒は、内部熱交換器19を経て冷媒配管13Cにて冷媒配管13Dからの冷媒と合流した後、アキュムレータ12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にて除湿された空気は放熱器4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。
コントローラ32は吐出圧力センサ42又は放熱器圧力センサ47が検出する冷媒回路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、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器9の温度に基づいて室外膨張弁6の弁開度を制御する。
(10)図12の車両用空気調和装置1のコントローラ32による電磁弁30及び40の故障時のフェールセーフ動作
この実施例の場合の暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード及びMAX冷房モードにおいても、電磁弁30及び電磁弁40が故障した場合には、コントローラ32は前述した実施例(実施例1)と同様のフェールセーフ動作を実行するが、除湿暖房モードでは電磁弁30が開放され、電磁弁40が閉じられることになるので、前述の実施例(実施例1)の場合とは異なるフェールセーフ動作となる。即ち、この場合の除湿暖房モードにおいて、電磁弁40が開故障した場合、バイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなり、放熱器4に流れる冷媒量が減少して放熱が不足し、除湿能力も制御困難となる。また、電磁弁30が閉故障した場合には、放熱器4に冷媒を流せなくなるため、冷媒回路Rが閉塞し、除湿暖房モードそのものを実行できなくなるため、何れの場合にもそのままでは車室内空調そのものが停止しなければならなくなる。
そこで、コントローラ32は電磁弁30及び電磁弁40(何れも本発明における流路切換装置)が故障した場合、当該故障状態でも運転可能であり、現在選択されている除湿暖房モードによる車室内空調、若しくは、それと略同等の車室内空調を実現可能な運転状態として空調運転を継続するフェールセーフ動作を実行する。以下、図7及び図10のそれぞれの上から三段目を参照しながらコントローラ32による電磁弁30及び電磁弁40の故障判定と、これら電磁弁30及び電磁弁40が故障した際のフェールセーフ動作について説明する。
(10−1)電磁弁40の開故障判定とその場合のフェールセーフ動作
コントローラ32は除湿暖房モードにおいて、電磁弁40を開/閉しても放熱器圧力PCI及び放熱器温度THが変化しない場合、電磁弁40が開故障しているものと判定する(図7の上から三段目)。
(FSA14):除湿暖房モードが選択された状態で電磁弁40が開故障した場合、バイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなるため、放熱器4での暖房能力が低下し、除湿能力も制御困難となる。そこで、コントローラ32は電磁弁30と電磁弁80を閉じ、室外膨張弁6も全閉としてバイパス配管35を経た冷媒を室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁8で減圧した後、吸熱器9にて吸熱させるMAX冷房モードの状態とすると共に、補助ヒータ23を発熱させて車室内に吹き出される空気を再加熱する。
これにより、除湿暖房モードが選択されているときに、電磁弁40の開故障によってバイパス配管35への冷媒の流入を阻止できなくなった場合にも、放熱器4への冷媒の流入を阻止し、室外膨張弁6を全閉として、圧縮機2から吐出された冷媒を室外熱交換器7に直接流入させて放熱させ、吸熱器9で吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、補助ヒータ23を発熱させて再加熱することで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。
(10−2)電磁弁30の閉故障判定とその場合のフェールセーフ動作
コントローラ32は除湿暖房モードにおいて、前述した判定条件(vi)に基づき、当該条件が成立する場合、電磁弁30が閉故障しているものと判定する(図10の上から三段目)。
(FSA15):除湿暖房モードが選択された状態で電磁弁30が閉故障した場合、放熱器4に冷媒を流せなくなるため、冷媒回路Rが閉塞して高圧圧力が上昇する。そこで、コントローラ32は電磁弁40を開放し、室外膨張弁6を全閉としてバイパス配管35を経た冷媒を室外熱交換器7にて放熱させ、放熱した当該冷媒を室内膨張弁8で減圧した後、吸熱器9にて吸熱させるMAX冷房モードの状態とすると共に、補助ヒータ23を発熱させて車室内に吹き出される空気を再加熱する。
これにより、除湿暖房モードが選択されているときに、電磁弁30の閉故障によって放熱器4に冷媒を流せなくなった場合にも、電磁弁40を開いてバイパス配管35に冷媒を流し、室外膨張弁6を全閉として、圧縮機2から吐出された冷媒を室外熱交換器7に直接流入させて放熱させ、吸熱器9で吸熱させることで車室内に吹き出される空気を冷却し、補助ヒータ23を発熱させて再加熱することで、車室内の除湿暖房を継続することができるようになる。
以上の如くこの実施例でも、電磁弁30や電磁弁40が故障した場合、コントローラ32は係る故障状態でも運転可能であり、且つ、選択された運転モードによる車室内空調を実現可能な、若しくは、それと略同等の車室内空調を実現可能な運転状態として車室内の空調運転を継続するので、電磁弁30や電磁弁40が故障した場合にも、選択された運転モードで得られる必要最低限の車室内空調を確保し、フェールセーフによる信頼性の向上を図ることができるようになる。
尚、この場合もコントローラ32は電磁弁30や電磁弁40の故障時には、空調操作部53にて係る故障を使用者に報知するものとする。また、実施例で示した各運転モードの切換制御は、それに限られるものでは無く、車両用空気調和装置の能力や使用環境に応じて、外気温度Tam、車室内の湿度、目標吹出温度TAO、放熱器温度TH、目標放熱器温度TCO、吸熱器温度Te、目標吸熱器温度TEO、車室内の除湿要求の有無、等のパラメータの何れか、又は、それらの組み合わせ、それらの全てを採用して適切な条件を設定すると良い。
また、補助加熱装置は実施例で示した補助ヒータ23に限られるものでは無く、ヒータで加熱された熱媒体を循環させて空気流通路内の空気を加熱する熱媒体循環回路や、エンジンで加熱されたラジエター水を循環するヒータコア等を利用してもよい。更に、本発明における流路切換装置は、実施例で示した電磁弁30及び電磁弁40に限らず、バイパス配管35の分岐部に設けられた一つの三方弁で構成し、圧縮機2から吐出された冷媒を放熱器4に流す状態とバイパス配管35に流す状態とに切り換えるようにしてもよい。即ち、上記各実施例で説明した冷媒回路Rの構成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。
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
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
30、40 電磁弁(流路切換装置)
31 吹出口切換ダンパ
32 コントローラ(制御装置)
35 バイパス配管
45 バイパス装置
83 第2のバイパス配管
R 冷媒回路

Claims (15)

  1. 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、
    冷媒を吸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冷却するための吸熱器と、
    前記車室外に設けられた室外熱交換器と、
    前記室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
    前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管に流すか、前記放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、
    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補助加熱装置と、
    制御装置とを備え、
    該制御装置により、複数の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、
    前記制御装置は
    前記運転モードとして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室外膨張弁で減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを有すると共に、
    該暖房モードにおいて、前記圧縮機の回転数が所定値以上であり、且つ、前記室外膨張弁の弁開度が制御下限値となっている状態で、前記放熱器の圧力がその目標値より低く、それらの差が所定値以上となり、且つ、前記放熱器における冷媒の過冷却度が所定値以下となった場合、前記流路切換装置により前記バイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、前記圧縮機を停止して前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする車両用空気調和装置。
  2. 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、
    冷媒を吸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冷却するための吸熱器と、
    前記車室外に設けられた室外熱交換器と、
    前記室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
    前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管に流すか、前記放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、
    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補助加熱装置と、
    制御装置とを備え、
    該制御装置により、複数の運転モードを切り換えて実行する車両用空気調和装置において、
    前記制御装置は、
    前記運転モードとして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室外膨張弁で減圧した後、前記室外熱交換器にて吸熱させる暖房モードを有すると共に、
    該暖房モードにおいて、前記圧縮機の回転数が、当該回転数を制御するためのフィードフォワード値より高く、それらの差が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続している場合、前記流路切換装置により前記バイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、前記圧縮機を停止して前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする車両用空気調和装置。
  3. 前記制御装置は前記運転モードとして、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有し、
    これら除湿冷房モード又は冷房モードが選択された状態で、前記流路切換装置により前記バイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、前記放熱器への冷媒の流入を阻止し、前記室外膨張弁を全閉とすると共に、前記補助加熱装置を発熱させ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。
  4. 前記制御装置は前記除湿冷房モード又は冷房モードにおいて、前記放熱器の温度が、前記除湿冷房モードでの当該放熱器における放熱で実現できる最高の放熱器温度として予め求められた最高放熱器温度データより低い場合、前記流路切換装置により前記バイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定することを特徴とする請求項3に記載の車両用空気調和装置。
  5. 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、
    冷媒を吸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冷却するための吸熱器と、
    前記車室外に設けられた室外熱交換器と、
    前記室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
    前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管に流すか、前記放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、
    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補助加熱装置と、
    制御装置とを備え、
    該制御装置により、複数の運転モードを切り換えて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運転モードとして、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有し、
    これら除湿冷房モード又は冷房モードにおいて、前記放熱器の温度が、前記除湿冷房モードでの当該放熱器における放熱で実現できる最高の放熱器温度として予め求められた最高放熱器温度データより低い場合、前記流路切換装置により前記バイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、前記放熱器への冷媒の流入を阻止し、前記室外膨張弁を全閉とすると共に、前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする車両用空気調和装置。
  6. 前記制御装置は前記運転モードとして、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる除湿冷房モードと、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる冷房モードを有し、
    これら除湿冷房モード又は冷房モードが選択された状態で、前記流路切換装置により前記放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、前記室外膨張弁を全閉とし、前記バイパス配管に冷媒を流して前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  7. 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、
    冷媒を吸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冷却するための吸熱器と、
    前記車室外に設けられた室外熱交換器と、
    前記室外熱交換器に流入する冷媒を減圧するための室外膨張弁と、
    前記放熱器及び前記室外膨張弁をバイパスして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に直接流入させるためのバイパス配管と、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス配管に流すか、前記放熱器に流すかを切り換えるための流路切換装置と、
    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補助加熱装置と、
    制御装置とを備え、
    該制御装置により、複数の運転モードを切り換えて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運転モードとして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器に流すこと無く、前記バイパス配管に流すことで前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させると共に、前記補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有し、
    該除湿暖房モードにおいて、前記圧縮機を起動後、その吐出圧力が所定の保護停止値以上に上昇した場合、若しくは、前記圧縮機の吐出圧力と前記放熱器の圧力との差の絶対値が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続した場合、前記流路切換装置により前記バイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定し、又は、前記流路切換装置により前記放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生したものと判定し、冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる状態とし、前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする車両用空気調和装置。
  8. 前記制御装置は前記運転モードとして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器に流すこと無く、前記バイパス配管に流すことで前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させると共に、前記補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有し、
    該除湿暖房モードが選択された状態で、前記流路切換装置により前記バイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる状態とし、前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする請求項1乃至請求項7のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  9. 前記制御装置は前記運転モードとして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器に流すこと無く、前記バイパス配管に流すことで前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させると共に、前記補助加熱装置を発熱させる除湿暖房モードを有し、
    該除湿暖房モードが選択された状態で、前記流路切換装置により前記放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該放熱器及び室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる状態とし、前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする請求項1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。
  10. 前記室外膨張弁及び前記室外熱交換器をバイパスして、前記圧縮機から吐出された冷媒を減圧した後、前記吸熱器に流入させるための第2のバイパス配管を備え、
    前記制御装置は、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路制御装置により前記放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室外膨張弁で減圧した後、前記室外熱交換器に流入させ、且つ、前記第2のバイパス配管により、前記放熱器から出た冷媒を減圧した後、前記吸熱器に流入させることで前記室外熱交換器及び前記吸熱器にて吸熱させる除湿暖房モードを有し、
    該除湿暖房モードが選択された状態で、前記流路切換装置により前記バイパス配管への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、前記放熱器への冷媒の流入を阻止し、前記室外膨張弁を全閉として冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、
    前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  11. 前記室外膨張弁及び前記室外熱交換器をバイパスして、前記圧縮機から吐出された冷媒を減圧した後、前記吸熱器に流入させるための第2のバイパス配管を備え、
    前記制御装置は、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路制御装置により前記放熱器に流して放熱させ、放熱した当該冷媒を前記室外膨張弁で減圧した後、前記室外熱交換器に流入させ、且つ、前記第2のバイパス配管により、前記放熱器から出た冷媒を減圧した後、前記吸熱器に流入させることで前記室外熱交換器及び前記吸熱器にて吸熱させる除湿暖房モードを有し、
    該除湿暖房モードが選択された状態で、前記流路切換装置により前記放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、前記バイパス回路に冷媒を流し、前記室外膨張弁を全閉として冷媒を前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる状態とすると共に、
    前記補助加熱装置を発熱させることを特徴とする請求項1乃至請求項6、請求項10のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  12. 前記制御装置は前記運転モードとして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器に流すこと無く、前記バイパス配管に流すことで前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードを有し、
    該最大冷房モードが選択された状態で、前記流路切換装置により前記バイパス配管に冷媒を流せなくなる故障が発生した場合、冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる状態とすることを特徴とする請求項1乃至請求項11のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  13. 前記制御装置は前記運転モードとして、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記流路切換装置により前記放熱器に流すこと無く、前記バイパス配管に流すことで前記室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる最大冷房モードを有し、
    該最大冷房モードが選択された状態で、前記流路切換装置により前記放熱器への冷媒の流入を阻止できなくなる故障が発生した場合、冷媒を前記放熱器から前記室外熱交換器に流して当該室外熱交換器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器にて吸熱させる状態とすることを特徴とする請求項1乃至請求項12のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  14. 前記制御装置は前記暖房モード、前記除湿冷房モード、前記冷房モード又は前記除湿暖房モードにおいて、前記圧縮機を起動後、その吐出圧力が所定の保護停止値以上に上昇した場合、若しくは、前記圧縮機の吐出圧力と前記放熱器の圧力との差の絶対値が所定値以上となっている状態が所定時間以上継続した場合、前記流路切換装置により前記放熱器に冷媒を流せなくなる故障が発生したものと判定することを特徴とする請求項1乃至請求項13のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
  15. 前記制御装置は、前記流路切換装置の故障が発生した場合、所定の報知動作を実行することを特徴とする請求項1乃至請求項14のうちの何れかに記載の車両用空気調和装置。
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