JPH10115448A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータにより電動モータにて駆動される
コンプレッサの回転数が制御される空調装置において、
電動モータの入力電流値を下げながら、冷房能力の低下
を抑制する。 【解決手段】 電動モータ１１の入力電流値Ｉｎが、所
定値Ｉｓｅｔ１より大きくなると、送風機３の送風量を
下げるように制御する。これにより、冷凍サイクル装置
の低圧圧力が下がり、コンプレッサの負荷トルクが小さ
くなる。この結果、入力電流値Ｉｎを下げながらも、コ
ンプレッサの回転数を下げることなく維持でき、冷凍サ
イクル装置の冷房能力の低下を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調装置であっ
て、電動モータによってコンプレッサを駆動するものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動モータによってコンプレッサ
を駆動するものが周知である。具体的には電動モータの
回転数をインバータによって制御することで、空調負荷
に応じてコンプレッサの回転数を制御している。そし
て、従来装置では例えば冷房負荷が大きく、電動モータ
の入力電流値が所定値より大きくなるのを防止するため
に、入力電流値が所定値より大きくなると、電動モータ
（コンプレッサ）の回転数を低下させることで、入力電
流値を下げるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置では冷房負荷が大きく、入力電流値が所定値より
大きくなるとコンプレッサの回転数を低くして入力電流
値を下げるように制御しているので、この際冷凍サイク
ルの冷房能力を急激に低下させるという問題がある。

【０００４】そこで、本発明は入力電流値を下げながら
も、冷房能力の低下を抑制することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】つまり、本発明者らは、
コンプレッサの回転数と入力電流値とは、コンプレッサ
トルク（負荷トルク）と相関があり、同じ入力電流値で
あれば、コンプレッサトルクが小さいほどコンプレッサ
の回転数が高くなることに着眼した。すなわち、入力電
流値が所定値より大きくなったとき、コンプレッサトル
クを小さくできれば、入力電流値を下げてもコンプレッ
サの回転数を維持できると考えた。コンプレッサトルク
Ｔは、以下の数式１にて表される。

【０００６】

【数１】Ｔ＝Ｃ・ｋ／（ｋ─１）・Ｐｓ・〔（Ｐｄ／Ｐ
ｓ）^(k-1)/k ─１〕Ｖｃ ここで、Ｐｓは低圧圧力、Ｐｄは高圧圧力、ｋは比熱
比、Ｃは定数である。そして、さらにこの数式１をグラ
フ化したものを図５に示す。図４を見て分かるように高
圧圧力が１５ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓより高いとき、つま
り、冷房負荷を大きくコンプレッサの回転数が高いとき
では、低圧圧力が低するほどコンプレッサトルクＴが小
さくなっている。

【０００７】この結果、インバータから電動モータへの
入力電流値が所定値より大きくなったとき低圧圧力を下
げれば、コンプレッサトルクＴを小さくできる。これに
より、本発明者は、入力電流値を下げても、コンプレッ
サの回転数を維持することができ、冷凍サイクルの冷房
能力の低下を抑制できるのでないかと考えた。そこで、
請求項１ないし５に記載した発明では、電動モータ（１
１）の入力電流値（Ｉｎ）を検出する入力電流値検出手
段（１２ｂ、Ｓ７１）と、入力電流値検出手段（１２
ｂ、Ｓ７１）が検出する入力電流値（Ｉｎ）が所定値
（Ｉｓｅｔ１）より大きいか否かを判定する電流値判定
手段（１５ａ、Ｓ７４）と、電流値判定手段（１５ａ、
Ｓ７４）によって前記入力電流値（Ｉｎ）が所定値（Ｉ
ｓｅｔ１）より大きいと判定されると、冷凍サイクル装
置（１００）の低圧圧力を所定時間低下させる圧力低下
手段（１５、１５ｂ、３ａ）とを有することを特徴とし
ている。

【０００８】これにより、コンプレッサの負荷トルクが
小さくなるので、入力電流値を小さくしても、コンプレ
ッサの回転数を維持でき、冷凍サイクル装置の冷房能力
の低下を抑制することができ、空調制御を良好に連続運
転可能となる。なお、ここでいう所定時間とは、入力電
流値が所定値より大きいと判定されたのち、入力電流値
が所定値より小さくなるまでを言う。

【０００９】また、特に請求項４記載の発明では、エバ
ポレータ（４）に向かって空気を送風する送風機（３）
と、送風機（３）の送風量を制御する送風制御手段（１
５、１５ｂ）とを有し、圧力低下手段は、送風制御手段
（１５、１５ｂ）にて構成されており、送風制御手段
（１５、１５ｂ）は、電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７
４）によって入力電流値（Ｉｎ）が所定値（Ｉｓｅｔ
１）より大きいと判定されると、送風機（３）の送風量
を小さくなるように制御することを特徴としている。

【００１０】これにより、低圧圧力を低下させること
で、若干ながらは冷凍サイクル装置の冷房能力が小さく
なるが、エバポレータへの送風量を小さくするので、空
調風の温度がほとんど上昇せず、乗員への不快感をも防
止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、本発明を車両用空調装置に適用
した例について説明する。本実施形態における車両用空
調装置は、車両の駆動源としてエンジン（内燃機関）も
しくは電動モータを使用するハイブリッド車に搭載され
たものである。

【００１２】車両用空調装置１は、車室内への空気通路
をなす空調ユニット２を有する。空調ユニット２には、
車室内に向かう空気流を発生する送風機３が設けられて
いる。この送風機３は、ファンモータ３ａとファン３ａ
とからなる周知のものである。送風機３の上流側におけ
る空調ユニット２には、車室内空気（以下、内気）を取
り入れるための内気導入口８、および車室外空気（以
下、外気）を取り入れるための外気導入口９が形成され
ている。これら内気導入口８と外気導入口９とは、内外
気切換ドア１０によって選択的に開閉可能となってい
る。なお、この内外気切換ドア１０は、駆動手段 とし
てサーボモータ２１にて駆動される。そして、内外気切
換ドア１０が、内気導入口８を閉じて、外気導入口９を
開口すると、内外気モードとして空調ユニット２内に外
気が取り入れる外気モードとなる。また、内外気切換ド
ア１０が、内気導入口８を開口し、外気導入口９を閉じ
ると、空調ユニット２内に内気が取り入れる内気モード
となる。

【００１３】送風機３の下流側における空調ユニット２
内には、通過する空気を冷却するエバポレータ４が収納
配置されている。エバポレータ４は、冷凍サイクル装置
１００の一構成部をなすものである。冷凍サイクル装置
１００は、冷媒を高温高圧に圧縮するコンプレッサ５
と、この高温高圧の冷媒を凝縮液化させるコンデンサ６
と、この凝縮液化された冷媒のうち、気相冷媒と液相冷
媒とを分離し、液相冷媒を貯留するレシーバー２３と、
この液相冷媒をを減圧する減圧手段７と、この減圧され
た冷媒を蒸発気化させる蒸発器である上記エバポレータ
４とから成る周知のものである。

【００１４】コンプレッサ４は、電動モータ１１によっ
て駆動されるようになっている。コンプレッサの回転数
は、冷房負荷に応じて電動モータ１１への入力をインバ
ータ１２によって連続的に可変することで制御され、こ
れにより、空調空間を空調するようになっている。つま
り、インバータ１２は、図１に示すようにモータ回転数
制御手段１２ａを構成している。また、インバータ１２
は、図１に示すように電動モータ１１への入力電流値を
リニアに検出する入力電流検出手段１２ｂをも構成して
いる。

【００１５】エバポレータ４の下流側における空調ユニ
ット２には、エバポレータ４を通過した空気を加熱する
加熱用熱交換器であるヒータコア１３が配置されてい
る。ヒータコア１３は、エンジン冷却水を熱源とするも
のである。エバポレータ４の空気下流側で、ヒータコア
１３の上流側には、エアミックスドア１４が設けられて
いる。エアミックスドア１４は、エバポレータ４を通過
した空気のうち、ヒータコア１３を通過させるものと、
ヒータコア１３をバイパスさせるものとの風量割合を調
整することで、空調風の温度を調整するものである。な
お、このエアミックスドア１４は、駆動手段として例え
ばサーボモータ（図示しない）にて駆動されるようにな
っている。

【００１６】そして、このような車両用空調装置１は、
制御装置１５にて空調制御されるようになっており、以
下この制御装置１５について説明する。制御装置１５
は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等の周知のコンピュータ手
段であって、各種空調情報に基づいて空調演算処理を行
うものである。また、制御装置１５は、車両に搭載され
たバッテリから電力が供給されるようになっている。

【００１７】制御装置１５は、入力端子として、空調空
間である車室内温度を検出する内気センサ１６、車室外
温度を検出する外気センサ１７と、車室内の空調操作パ
ネル（図示しない）に設けられ、車室内の設定温度を設
定する温度設定器１９、エンジン冷却水の温度を検出す
る水温センサ２０、およびエバポレータ４の直下流側
で、エバポレータを通過した空気の吹出温度を検出する
吹出温度センサ１８等が接続されている。また、制御装
置１５は、図１に示すようにインバータ１２から電動モ
ータ１１への入力電流値を読み込み可能となっている。

【００１８】一方、制御装置１５は、図１に示すように
出力端子として、ファンモータ３ａに接続されており、
モータ回転数制御手段１５ｂとして機能している。具体
的にはモータ回転数制御手段１５ｂは、可変抵抗よりな
る駆動回路である。さらに制御装置１５は、出力端子と
して、インバータ１２に接続されており、インバータ１
２から電動モータ１１への入力電流値を制御するように
なっている。

【００１９】次に上記制御装置１５の制御内容を図２お
よび図３に示すフローチャートに基づき説明する。な
お、このフローチャートは、図示しないキースイッチが
オンされることで実行されるようになっている。先ず、
ステップＳ１０では、空調情報読み込みとして内気セン
サ１６の検出値、外気センサ１７の検出値と、水温セン
サ２０の検出値、温度設定器１９の設定温度Ｔｓｅｔ、
および吹出温度センサ１８の検出温を読み込む。

【００２０】次にステップＳ２０では、上記ステップＳ
１０にて読み込まれた情報に基づいて、エバポレータ４
を通過した空気の吹出温度の目標吹出温度Ｔｅｏを算出
する。次にステップＳ３０では、上記ステップＳ２０に
て算出された目標吹出温度Ｔｅｏからコンプレッサ５の
目標回転数Ｎｃを算出する。なお、この目標回転数Ｎｃ
は、目標吹出温度Ｔｅｏが低くなるほど、高くなるよう
に算出される。また、インバータ１２は、この目標回転
数Ｎｃとなるように入力電流値を制御するようになって
いる。

【００２１】そして、ステップＳ４０では、上記内外気
モードを決定するものであり、具体的には上記ステップ
Ｓ２０にて算出された目標吹出温度Ｔｅｏが低いほど内
気モードとなるように設定される。ステップＳ５０で
は、上記エアミックスドア１４の開度を決定するもので
あって、上記目標吹出温度Ｔｅｏおよび水温センサ２０
の検出温に応じて開度が決定されうようになっえいる。
なお、目標吹出温度Ｔｅｏが、非常に低い場合は、エア
ミックスドア１４は、エバポレータ４を通過した空気が
全てヒータコア１３をバイパスさせる開度となる。

【００２２】さらにステップＳ６０では、送風機３の送
風量（ファンモータ３ｂの印加電圧Ｖｎ）を設定するも
のであって、この印加電圧は、上記目標吹出温度Ｔｅｏ
が低くなるほど大きくなるように設定される。次にステ
ップＳ７０では、本実施形態の要部であって、インバー
タ１２から電動モータ１１への入力電流値Ｉｎに応じて
冷凍サイクル装置１００の低圧圧力を制御するものであ
る。

【００２３】以下、これについて図３に基づいて説明す
る。先ず、ステップＳ７１では、電動モータ１１の入力
電流値Ｉｎを検出する。なお、同じ目標回転数Ｎｃであ
っても、コンプレッサ５の負荷トルクが大きいほど、入
力電流値Ｉｎは、大きくなる。そして、ステップＳ７２
では、ステップＳ７１にて検出された入力電流値Ｉｎ
が、所定値Ｉｓｅｔ２（本実施形態では１８Ａ）より大
きいか否かが判定される。つまり、インバータ１２に過
電流が流れることで、インバータ１２の破損を防止する
ものであり、この判定結果がＹＥＳの場合は、ステップ
Ｓ７３に進んで、入力電流値Ｉｎを０とし、コンプレッ
サ５を停止させる。また、ステップＳ７２での判定結果
がＮＯの場合は、ステップＳ７４に進む。

【００２４】ステップＳ７４では、さらにステップＳ７
１にて検出された入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１
（本実施形態では１６．５Ａ）より大きいか否かを判定
するものである。つまり、ステップＳ７４では、再度入
力電流値Ｉｎを所定値（ここでは１６．５Ａ）より大き
いか否かを判定することで、出来る限り入力電流値Ｉｎ
を１８Ａに近づけないよういしている。

【００２５】具体的には、入力電流値Ｉｎが１８Ａを越
えると、コンプレッサ５が停止するのであるが、この後
再度コンプレッサ５を起動する場合、コンプレッサ５の
負荷トルクが過大なため、再起動できない（再起動には
１８Ａ以上の入力電流値Ｉｎが必要）。この結果、一旦
コンプレッサ５が停止すると、空調装置の作動が維持で
きなく恐れがある。それ故、本実施形態では、１８Ａよ
り小さい１６．５Ａより大きくならないようにすること
で、過電流によるコンプレッサ５の停止を防止してい
る。

【００２６】そして、ステップＳ７４の判定結果がＹＥ
Ｓの場合は、送風機３の送風量は、上記ステップＳ６０
にて設定されたものとなり、このフローチャートを抜け
てリターンされる。また、ステップＳ７４の判定結果が
ＮＯの場合、つまり、入力電流値Ｉｎが１６．５Ａより
大きく、冷房負荷が大きいときにはステップＳ７５に進
む。

【００２７】ステップＳ７５では、この入力電流値Ｉｎ
を下げるとともに、冷凍サイクル装置１００の冷房能力
の低下を出来るかぎり抑制する。つまり、上記課題を解
決するための手段にて述べたように、本実施形態では入
力電流値ＩｎがＩｓｅｔ１より大きいときいは、冷凍サ
イクル装置１００の低圧圧力（コンプレッサ５の吸入圧
力）を下げることで、コンプレッサ５の負荷トルクを小
さくする。

【００２８】そこで、本実施形態では、ファンモータ３
ａの印加電圧Ｖｎを下げることで、冷凍サイクル装置１
００の低圧圧力を所定時間低下させるようにしてある。
そして、具体的には、ステップＳ７５では、入力電流値
Ｉｎと所定値Ｉｓｅｔ１との差（過電流分）が大きくな
るほど、印加電圧Ｖｎの低下電圧ΔＶを大きくなるよう
に設定する。

【００２９】ここで、上記低下電圧Ｖｎは、コンプレッ
サ５の回転数を、上記ステップＳ３０にて算出された目
標回転数Ｎｃとなるようにすると共に、この目標回転数
Ｎｃとするための入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１よ
り小さくなるように設定している。そして、ステップＳ
７６に進んで、ファンモータ３ａの最終的な印加電圧Ｖ
ｎを上記ステップＳ６０にて決定した印加電圧Ｖｎから
上記低下電圧ΔＶだけ減算したものとする。

【００３０】これにより、コンプレッサ５の負荷トルク
が小さくなるので、入力電流値を小さくしても、コンプ
レッサ５の回転数を維持でき、冷凍サイクル装置１００
の冷房能力の低下を抑制することができ、空調制御を良
好に連続運転可能となる。なお、ここで言う所定時間と
は、図３に示すようにステップＳ７４の判定結果がＮＯ
で、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より大きいと判
定されている間である。つまり、通常、入力電流値Ｉｎ
が一旦所定値Ｉｓｅｔ１より大きくなったとしても、車
室内の冷房を持続されているので、ステップＳ２０で算
出される目標吹出温度Ｔｅｏが大きくなり、ステップＳ
３０で算出される目標回転数Ｎｃが小さくなる。この結
果、入力電流値Ｉｎは次第に小さくなっていき、最終的
には所定値Ｉｓｅｔ１より小さくなる。

【００３１】また、本実施形態では、送風機３の送風量
を小さくすることで低圧圧力を低下させた。従って、入
力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１より大きくなり、低圧
圧力を低下させることで、若干ながら冷凍サイクル装置
１００の冷房能力が低くなるが、空調風の温度がほとん
ど上昇しないので、乗員への不快感をも防止できる。 （第２実施形態）本実施形態では、上記第１実施形態と
比して、冷凍サイクル装置１００の低圧圧力を低下させ
る手段が異なる。図４に本実施形態における車両用空調
装置１の全体構成図を示す。なお、上記第１実施形態と
同一の機能を有するものは、同一の符号を付ける。

【００３２】具体的には、図４に示すように冷凍サイク
ル装置１００において、エバポレータ４の下流側と、コ
ンプレッサ５の吸入側との間の冷媒配管に、低圧絞り弁
２５を設置する。そして、この低圧絞り弁２５は、図４
に示すように制御装置１５内に設けられた弁開度調整手
段１５によって電気的に弁開度が調整されるようになっ
ている。

【００３３】この弁開度調整手段１５は、入力電流値Ｉ
ｎが所定値Ｉｓｅｔ１より小さいときは、弁開度を全開
する作動位置とし、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１
より大きいときには、上記冷媒配管内の流路を絞るよう
に制御する。また、この低圧絞り弁２５は、入力電流値
Ｉｎと所定値Ｉｓｅｔ１との差（過電流分）が大きくな
るほど、流路を絞るようにする。

【００３４】（他の実施形態）冷凍サイクル装置１００
の低圧圧力を低下させる手段として、例えば内外気モー
ドを外気モードから内気モードに変更するようにしても
良い。つまり、例えば外気温が高い夏期において内外気
モードが外気モードであると、エバポレータ４には高温
の外気が通過することになり、エバポレータ４での加熱
度が大きくなり、低圧圧力は比較的高い。そして、この
状態から内気モードに変更すると、比較的低温（例えば
２５度）の内気がエバポレータ４を通過するので、エバ
ポレータ４での加熱度が小さくなり、低圧圧力を低下さ
せることができる。

【００３５】また、冷凍サイクル装置１００の低圧圧力
を低下させる手段として、次のような構成としても良
い。空調ユニット２内にエバポレータ４を２つ配置し、
これらエバポレータ４へ冷媒の供給量を可変するように
しても良い。例えば、全てのエバポレータに冷媒が供給
されている際に、入力電流値Ｉｎが所定値Ｉｓｅｔ１よ
り大きくなると、一つのエバポレータへの冷媒供給を停
止させるようにしても良い。

【００３６】さらに例えば、図１においてエバポレータ
４をバイパスするバイパス通路を設け、さらにこのバイ
パス通路を開閉するバイパスドアを設け、入力電流値Ｉ
ｎが所定値Ｉｓｅｔ１より大きくなると、バイパスドア
をエバポレータ４を通過する風量を小さくして、その分
バイパス通路に送風するようにしても良い。これによ
り、車室内に吹き出される空調風の風量を低下させずに
済む。

【００３７】また、以上に述べた各実施形態では、冷凍
サイクル装置１００は、冷房専用おものであったが、冷
媒の流れ方向を切り換えることで、上記エバポレータ４
にて冷媒凝縮液化させる凝縮機とし、この凝縮熱によっ
て空調ユニット２内の空気を加熱するようなヒートポン
プ式のものであっても良い。また、コンプレッサ５は、
固定容量タイプのものであっても、可変容量タイプのも
のであっても良い。

【００３８】また、本発明は、車両用空調装置に限ら
ず、例えば家庭用や業務用の空調装置にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における車両用空調装置
の全体構成図である。

【図２】上記実施形態における制御装置１５の制御内容
を示すフローチャートである。

【図３】上記実施形態における制御装置１５の制御内容
を示すフローチャートである。

【図４】本発明の第２実施形態における車両用空調装置
の全体構成図である。

【図５】本発明の解決原理を示すグラフ図である。

【符号の説明】 ３…送風機、４…エバポレータ、５…コンプレッサ、６
…コンデンサ ７…減圧手段、１１…電動モータ、１２…インバータ、
１５…制御装置 １００…冷凍サイクル装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも冷媒を高温高圧に圧縮するコ
   ンプレッサ（５）と、この高温高圧の冷媒を液化凝縮さ
   せるコンデンサ（６）と、この凝縮液化された冷媒を減
   圧する減圧手段（７）と、この減圧された冷媒を蒸発気
   化させるエバポレータ（４）とを有する冷凍サイクル装
   置（１００）を備え、 前記コンプレッサ（５）は、電動モータ（１１）によっ
   て駆動されるようになっており、 冷房負荷に応じて前記電動モータ（１１）への入力をイ
   ンバータ（１２）によって可変することでコンプレッサ
   （５）の回転数を制御し、空調空間を空調するように構
   成された空調装置であって、 前記電動モータ（１１）の入力電流値（Ｉｎ）を検出す
   る入力電流値検出手段（１２ｂ、Ｓ７１）と、 前記入力電流値検出手段（１２ｂ、Ｓ７１）が検出する
   入力電流値（Ｉｎ）が所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きい
   か否かを判定する電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）
   と、 前記電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）によって前記入
   力電流値（Ｉｎ）が所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きいと
   判定されると、 前記冷凍サイクル装置（１００）の低圧圧力を所定時間
   低下させる圧力低下手段（１５、１５ｂ、３ａ）とを有
   することを特徴とする空調装置。
2. 【請求項２】 前記入力電流値（Ｉｎ）が、前記所定値
   （Ｉｓｅｔ１）より大きい第１所定値（Ｉｓｅｔ２）よ
   り大きいか否かを判定する第１入力電流値判定手段（Ｓ
   ７２）を有し、 前記第１入力電流値判定手段（Ｓ７２）によって前記入
   力電流値（Ｉｎ）が第１所定値（Ｉｓｅｔ２）より大き
   いと判定されると、前記コンプレッサ（５）を停止させ
   るように構成されていることを特徴とする請求項１記載
   の空調装置。
3. 【請求項３】 前記空調空間の温度を検出する温度検出
   手段（１６）と、 前記空調空間の設定温度を設定する温度設定手段（１
   ９）と、 少なくとも前記温度検出手段（１９）が検出する温度
   と、前記温度設定手段（１９）によって設定された設定
   温度（Ｔｓｅｔ）とに基づいて、前記コンプレッサ
   （５）の目標回転数（Ｎｃ）を算出し、前記コンプレッ
   サ（５）の回転数が前記目標回転数（Ｎｃ）となるよう
   に前記インバータ（１２）を制御するコンプレッサ制御
   手段（１５）とを有することを特徴とする請求項１また
   は２記載の空調装置。
4. 【請求項４】 前記エバポレータ（４）に向かって空気
   を送風する送風機（３）と、 前記送風機（３）の送風量を制御する送風制御手段（１
   ５、１５ｂ）とを有し、 前記圧力低下手段は、前記送風制御手段（１５、１５
   ｂ）にて構成されており、 前記送風制御手段（１５、１５ｂ）は、 前記電流値判定手段（１５ａ、Ｓ７４）によって前記入
   力電流値（Ｉｎ）が所定値（Ｉｓｅｔ１）より大きいと
   判定されると、前記送風機（３）の送風量を小さくなる
   ように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項
   ３いずれか１つに記載の空調装置。