JP7036489B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Description
先ず、図1を参照しながら暖房モードについて説明する。図1には暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ(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3を参照しながら除湿暖房モードについて説明する。図3は除湿暖房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ(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、及び、電磁弁22を開き、電磁弁17、電磁弁20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4を参照しながら除湿冷房モードについて説明する。図4は除湿冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ(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を開き、電磁弁20、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。
次に、図5を参照しながら冷房モードについて説明する。図5は冷房モードにおける冷媒回路Rの冷媒の流れ(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、及び、電磁弁20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、この冷房モードでは補助ヒータ23には通電されない。
次に、室外熱交換器7の除霜モードについて説明する。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は以下の如く室外熱交換器7の除霜モードを実行する。
尚、実施例のヒートポンプコントローラ32は室外熱交換器7に過着霜が生じた場合などに、冷媒回路Rの圧縮機2と室外送風機15を停止し、補助ヒータ23に通電してこの補助ヒータ23のみで車室内を暖房する補助ヒータ単独モードを有している。この場合のヒートポンプコントローラ32による補助ヒータ23の制御は、放熱器4が実際に発生する暖房能力であるHP暖房能力実測値Qhp(後述)が零となる暖房モードでの補助ヒータ23の制御と同一となるので、本発明ではこの補助ヒータ単独モードも、暖房モードの一部に含める(HP暖房能力実測値Qhpが零である暖房モード)。
次に、図6を参照しながらヒートポンプコントローラ32による各目標温度(目標値)や能力の算出について説明する。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(吹出口29から車室内に吹き出される空気の目標温度)を算出する。
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。
TCO=f(TAO) ・・(II)
THO=f(TAO) ・・(III)
尚、上記各式(II)、(III)中のfは制御上の制限やオフセット等を意味しているが、式(III)中のfは式(ii)中のfとは異なるものである。
Thp=f(PCI、TCIout) ・・(IV)
尚、PCIは前述した放熱器出口圧力センサ47が検出する放熱器圧力、TCIoutは放熱器出口温度センサ46Bが検出する放熱器出口温度である。
TGQ=f((THO-Te)、Ga、係数) ・・(V)
Qmax=f(Tam、Ga、NC) ・・(VI)
Qhp=f((Thp-Te)、Ga、係数) ・・(VII)
尚、THOは目標補助ヒータ温度、Teは吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器温度、Gaは空気流通路3内を流通する空気の風量(m3/s)、Tamは外気温度センサ33が検出する外気温度、NCは圧縮機2の回転数、Thpはヒータ温度である。
ΔQmax=TGQ-Qmax ・・(VIII)
ΔQhp=TGQ-Qhp ・・(IX)
ヒートポンプコントローラ32は、起動時には空調コントローラ20から車両通信バス65を介して送信される外気温度Tam(外気温度センサ33が検出する)と目標吹出温度TAOとに基づいて上記暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、冷房モード、及び、補助ヒータ単独モードのうちの何れかの運転モードを選択すると共に、各運転モードを車両通信バス65を介して空調コントローラ20に送信する。また、起動後は外気温度Tam、目標吹出温度TAO、ヒータ温度Thp(放熱器4の風下側の空気温度)、目標ヒータ温度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、補助ヒータ単独モードを切り換えて車室内に吹き出される空気の温度を目標吹出温度TAOに制御し、快適且つ効率的な車室内空調を実現する。
次に、図7~図11を参照しながら、前述した暖房モード、除湿暖房モード、除湿冷房モード、及び、補助ヒータ単独モードにおいてヒートポンプコントローラ32が実行する補助ヒータ23の制御(実施例ではPTCヒータの通電制御)について説明する。実施例のヒートポンプコントローラ32は、補助ヒータ23の制御を行うための第1の制御モードと第2の制御モードの二つの制御モードを有しており、後述する如くこれら第1及び第2の制御モードを選択的に実行する。
先ず、図7はヒートポンプコントローラ32(制御装置11)による補助ヒータ23の第1の制御モードに関する機能ブロック図を示している。ヒートポンプコントローラ32の減算器66には、補助ヒータ温度センサ50が検出する補助ヒータ温度Theatと、前述した式(III)で算出された目標補助ヒータ温度THOが入力され、補助ヒータ温度Theatと目標補助ヒータ温度THOとの差ΔTheat(ΔTheat=THO-Theat)が算出される。
次に、図8はヒートポンプコントローラ32(制御装置11)による補助ヒータ23の第2の制御モードに関する機能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TGQ演算部69には、前述した式(III)で算出された目標補助ヒータ温度THOと、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)と、吸熱器温度センサ48が検出する吸熱器温度Teが入力される。そして、TGQ演算部69はこれらの値から前述した式(V)を用いて目標暖房能力TGQを算出する。
次に、図9のフローチャートを用いて制御装置11のヒートポンプコントローラ32が実行するこれら第1の制御モードと第2の制御モードの切換制御について説明する。ヒートポンプコントローラ32は、図9のステップS1で補助ヒータ温度センサ50が搭載されていないか否か判断する。図2の実施例の如く補助ヒータ温度センサ50が設けられている場合、ヒートポンプコントローラ32はステップS1からステップS6に進み、補助ヒータ温度センサ50が故障する異常が発生しているか否か判断する。
Theatex=TGQhtr/(Cpa×Ga×SW×γaThp×1.16)+Te
・・(X)
Theatex=Qheat/(Cpa×Ga×SW×γaThp×1.16)+Te
・・(XI)
尚、Cpaは空気の定圧比熱[kJ/m3・K]、Gaは空気流通路3を流通する空気の風量(m3/s)、SWはエアミックスダンパ28の開度、γaThpは空気比重、1.16は単位を合わせるための係数、Teは吸熱器温度である。また、Qheatは補助ヒータ23で消費される実際の電力である。ヒートポンプコントローラ32は、補助ヒータ23からこの実電力Qheatに関する情報が得られる場合は上記式(XI)を使用し、得られない場合は式(X)を使用して補助ヒータ温度Theatの期待値Thtrexを算出する。
次に、図10と図11を参照しながら、ヒートポンプコントローラ32による補助ヒータ23の実際の制御例について説明する。但し、以下に説明する例では図2の如く補助ヒータ温度センサ50が設けられており、故障による異常も発生していないものとする。また、各図中TGNCは圧縮機2の目標回転数であり、圧縮機2の回転数NCはこの目標回転数TGNCで制御されるものとする。
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
17、20、21、22 電磁弁
23 補助ヒータ(補助加熱装置)
26 吸込切換ダンパ
27 室内送風機(ブロワファン)
28 エアミックスダンパ
31 吹出口切換ダンパ
32 ヒートポンプコントローラ(制御装置)
45 空調コントローラ(制御装置)
50 補助ヒータ温度センサ(温度センサ)
R 冷媒回路
Claims (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、
前記車室外に設けられた室外熱交換器と、
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、
該制御装置が少なくとも、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、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、
前記補助加熱装置の温度Theatと、その目標値である目標補助ヒータ温度THOとの差ΔTheatを算出し、前記補助加熱装置の目標暖房能力TGQhtrを前記差ΔTheatから求めて前記補助加熱装置による加熱を実行する第1の制御モードと、
必要とされる暖房能力である目標暖房能力TGQと、前記放熱器が実際に発生する暖房能力であるHP暖房能力実測値Qhpと、前記目標暖房能力TGQと前記HP暖房能力実測値Qhpとの差ΔQhpを算出し、前記補助加熱装置の目標暖房能力TGQhtrを前記差ΔQhpから求めて前記補助加熱装置による加熱を実行する第2の制御モードを有し、
前記補助加熱装置の温度Theatを検出する温度センサが設けられている場合、前記第1の制御モードを実行し、前記温度センサが設けられていない場合には、前記第2の制御モード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、前記補助加熱装置の温度Theatを検出する温度センサが設けられており、当該温度センサが正常な場合、前記第1の制御モードを実行し、前記温度センサに異常が発生した場合には、前記第2の制御モードを実行することを特徴とする請求項1に記載の車両用空気調和装置。
- 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、
前記車室外に設けられた室外熱交換器と、
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、
該補助加熱装置の温度Theatを検出する温度センサと、
制御装置とを備え、
該制御装置が少なくとも、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、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、
前記補助加熱装置の温度Theatと、その目標値である目標補助ヒータ温度THOとの差ΔTheatを算出し、前記補助加熱装置の目標暖房能力TGQhtrを前記差ΔTheatから求めて前記補助加熱装置による加熱を実行する第1の制御モードと、
必要とされる暖房能力である目標暖房能力TGQと、前記放熱器が実際に発生する暖房能力であるHP暖房能力実測値Qhpと、前記目標暖房能力TGQと前記HP暖房能力実測値Qhpとの差ΔQhpを算出し、前記補助加熱装置の目標暖房能力TGQhtrを前記差ΔQhpから求めて前記補助加熱装置による加熱を実行する第2の制御モードを有し、
前記温度センサが正常な場合、前記第1の制御モードを実行し、前記温度センサに異常が発生した場合には、前記第2の制御モード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、前記補助加熱装置の目標暖房能力TGQhtr、又は、実電力Qheatから算出される当該補助加熱装置の温度の期待値Theatexと、前記温度センサが検出する前記補助加熱装置の温度Theatとの差が所定値以上である場合、前記温度センサに異常が発生していると判断することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の車両用空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記補助加熱装置に流入する空気の温度より、前記温度センサが検出する前記補助加熱装置の温度Theatが低い場合、前記温度センサに異常が発生していると判断することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の車両用空気調和装置。
- 前記補助加熱装置の温度Theatは、当該補助加熱装置の風下側の空気温度であり、前記温度センサは、前記補助加熱装置の風下側の空気温度を検出する位置に設けられてい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。
- 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を備え、
前記制御装置は、
前記暖房モードと、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器にて放熱させ、放熱した当該冷媒を減圧した後、前記吸熱器と前記室外熱交換器にて吸熱させる除湿暖房モードと、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記放熱器及び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の各運転モードを有し、これら運転モードを切り換えて実行すると共に、
前記除湿暖房モード及び前記除湿冷房モードにおいても、前記補助加熱装置による加熱を実行す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。
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