JPH10258737A - 車両用空調装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】車両用空調装置において、循環空気量の低減と
運転可能な外気温度範囲を拡大する。 【解決手段】換気に伴う排出空気を利用して新鮮気を冷
却する補助冷凍サイクル１０を設け、その冷房能力分だ
け新鮮空気と循環空気の混合空気を冷却する主冷凍サイ
クル２０の冷房能力を小さくすると共に、補助冷凍サイ
クル１０と主冷凍サイクル２０を高温用と低温用のそれ
ぞれに適合した冷凍サイクル特性に徹底し、車外空気温
度によって前記各冷凍サイクルを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、換気風を利用した
冷凍サイクルを有した車両用空調装置およびその制御方
法に係り、特に運転可能な温度領域が異なる複数の冷凍
サイクルを有した車両用空調装置にに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の空調装置は、室内機に循環させる
車内空気の一部を排気装置によって室内機の上流側から
排気して、同量の新鮮空気を給気装置によって排気流路
よりも下流側から循環空気に混合させた後、室内熱交換
器で冷却あるいは加熱して車内に送風していた。この種
の空調装置の例としては、特開平５ー６９８２４号が挙
げられる。

【０００３】車内の温度制御は、複数の冷凍サイクルの
圧縮機の運転台数を調整して、冷暖房能力と熱負荷を均
衡させるのが一般的であり、インバータにより圧縮機の
モータ回転数を変えて、能力を増減させる手段を複合さ
せてきめ細かい制御を行うこともあった。何れの場合
も、前記複数の冷凍サイクルの仕様は、総てほぼ同一
で、同じ冷凍サイクル特性で設計されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の空調装置は、車
体構造を通って車内に侵入する伝熱負荷、窓からの日差
しによる日射負荷、乗客から発生する人体熱負荷、蛍光
灯の発熱による機器負荷および車外から取り入れる新鮮
気の車内空気との温度差による換気負荷から成る総ての
熱負荷を室内機の循環空気に集めて、同じ冷凍サイクル
特性を持った複数の冷凍サイクルの室内熱交換器で冷却
あるいは加熱していた。しかし、車内の空気は温度調整
された空気であって、外気に比べて温度が低いため、熱
交換効率は外気を直接冷却するよりも悪く、最適なシス
テムとはなっていなかった。

【０００５】また、複数設置された冷凍サイクルにおい
ては、総て同じ冷凍サイクル特性であるため、外気温度
が異常に上昇して圧縮機の許容運転範囲を超えると、保
護装置が働いて、総ての圧縮機が停止するという問題が
あった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、新鮮気を直接冷
却する補助冷凍サイクルを設けて、該補助冷凍サイクル
に相当する能力分について、車内からの循環空気を冷却
する主冷凍サイクルの能力を減らす。新鮮気を冷却する
補助冷凍サイクルは、外気温度上昇に伴って熱交換熱量
も増加するため、高外気温時のみ運転することにして、
冷凍サイクル特性を熱交換させる空気の温度帯に適合さ
せた仕様とする。つまり、高外気温運転に適合したサイ
クル仕様とする。一方、主に循環空気を冷却する主冷凍
サイクルは、高外気温時には前記補助冷凍サイクルで蒸
発器に導入する新鮮気が予冷されることを前提に、低外
気温運転に適合したサイクル仕様とする。

【０００７】つまり、二つの異なった冷凍サイクルの運
転を外気温度の上昇による冷房負荷の増大とうまく組合
せて、空調装置として運転可能な外気温度領域を拡大し
たものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１か
ら図５に示す実施例により冷房の場合について詳細に説
明する。ここで、図１は空調装置の冷凍サイクル系統
図、図２は複数の冷凍サイクルの運転温度領域を示すグ
ラフ、図３は外気温度と圧縮機の吐出圧力の関係を表し
た冷凍サイクル特性を示すグラフ、図４は本発明の空調
装置における制御系の実施例を示した制御ブロック図、
図５は給排気装置と補助圧縮機のタイミングチャートで
ある。

【０００９】図１において、１は冷暖房の対象空間すな
わち空調空間を備えた車体である。１０は高温用冷凍サ
イクル特性を有した補助冷凍サイクル、２０は低温用冷
凍サイクル特性をゆうした主冷凍サイクルである。補助
冷凍サイクル１０は、給排気装置２、３で送風される空
気とそれぞれ熱交換する。蒸発器１１は車外から吸い込
まれる新鮮気と給気装置２の吐き出し側で熱交換し、凝
縮器１２は通常客室から排出される２５℃前後の空気
と、換気装置の吸い込み側で熱交換する。１３は圧縮
機、１４は膨張手段であり、前記補助冷凍サイクル１０
を構成するものである。

【００１０】前記主冷凍サイクル２０は、室内ファン２
１で送風される車内の循環空気および室外ファン２２で
送風される車外の空気と熱交換させる。蒸発器２３は客
室１から吸い込んだ循環空気と補助冷凍サイクルの蒸発
器１１を通過した新鮮空気とを混合させた空気を冷却
し、凝縮器２４は外気で空冷される。２５は圧縮機、２
６は膨張手段であり、前記主冷凍サイクル２０を構成す
るものである。

【００１１】外気温度に対する運転可能領域を補助冷凍
サイクル１０と主冷凍サイクル２０で異ならせているの
で、空調装置としての運転温度範囲は広い。例えば、図
２に示すように前記主冷凍サイクル２０は、１５℃から
３０℃までの外気温度範囲では単独運転を行い、３０℃
から５０℃までの外気温度範囲では補助冷凍サイクル１
０との混在運転とする。概略車外空気温度が１５℃から
３０℃までの範囲では、主冷凍サイクル２０だけで冷房
能力が足りるようにその能力を設定し、車外空気温度が
３０℃から５０℃までの範囲では主冷凍サイクル２０と
補助冷凍サイクル１０の運転で冷房を行うようにそれぞ
れの能力が設定されている。車外空気温度が３０℃より
低い場合は、冷房負荷が小さいので主冷凍サイクル２０
だけの運転で冷房能力は足りるため、補助冷凍サイクル
１０は運転する必要がない。車外空気温度が上昇して３
０℃を越えると、総ての冷凍サイクルが運転され、主冷
凍サイクル２０の圧縮機２５の駆動周波数を調整して車
内温度を設定温度に制御する。ここで、主冷凍サイクル
２０の単独運転と補助冷凍サイクル１０との混在運転の
境界を３０℃に設定したが、２５℃程度までなら下げる
ことも可能である。

【００１２】図３で直線Ａは主冷凍サイクル２０の圧力
特性で、圧縮機を６０Ｈｚで運転した場合の特性を示し
ている。直線Ｂは補助冷凍サイクル１０の圧力特性を示
す。車外空気温度４５℃以上で、直線Ａの破線部分で示
すように主冷凍サイクル２０を単独運転させた場合、該
圧縮機はその許容圧力範囲を超える。しかし、補助冷凍
サイクル１０を運転させることにより、予冷された新鮮
空気と客室からの循環空気との混合空気を冷却するの
で、主冷凍サイクルの圧力と温度（温度は図示せず）が
低下して、圧縮機の運転許容範囲に収まるようになる。
ここで、図３の圧力特性は、車内温度が３５℃の場合で
ある。

【００１３】本発明の一実施例の制御系を図４のブロッ
ク図を用いて説明する。制御部３０は、室温センサ３１
と外気温センサ３２によりそれぞれ車内外温度を検出し
て、設定部３３から入力した設定温度と比較演算して、
周波数可変回路３４とＯＮ／ＯＦＦ制御回路３５に指令
を出力する。圧縮機２５は運転周波数を逐次変化させて
能力制御され、補助圧縮機１３はＯＮ／ＯＦＦで運転制
御される。また、給気装置２と排気装置３はＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御回路３６、３７により運転制御される。図４の破
線で囲った部分が空調装置と給排気装置の運転を制御す
るコントローラ部である。

【００１４】車内温度の制御は車内温度を室温センサ３
１で検出して、設定温度に対する偏差の大きさにより順
次主冷凍サイクルの圧縮機２５の駆動周波数を増やして
いき、それでも冷房能力が不足する場合に補助圧縮機１
３の運転を開始するようにしておく。外気温度が３０℃
を超えて大きく上昇すれば、冷房負荷が増大して、主冷
凍サイクル２０の運転だけでは、車内温度を設定温度近
辺に保持できなくなって、温度偏差が大きくなるので補
助冷凍サイクル１０の運転が必然的に開始される。

【００１５】換気風を利用した補助冷凍サイクルは、図
５のタイミングチャートに示すように給排気装置が運転
中でないと補助圧縮機１３を運転できないように、制御
回路を構成するか、又は、制御系の制御ソフトが組まれ
ている。また、給排気装置を停止させる場合には、補助
圧縮機１３を先に停止させた状態で、該給排気装置を停
止させるように制御回路を構成するか、又は、制御系の
制御ソフトが組まれている。図５中のでタイマーＴ１
は、給排気装置が通電されて定格回転数まで上昇するま
でに要する時間であって、通常１０秒以上に設定されて
いる。また、タイマーＴ２は補助圧縮機１３が停止し
て、その高圧側圧力が１３ｋｇ／ｃｍ２（ゲージ圧）程
度まで降下するのに要する時間であって、通常２０秒以
上に設定されている。

【００１６】さらに、真夏日の炎天下にさらされた車両
で空調装置を起動する場合においては、車内外空気温度
ともかなり高くなっているので、総ての冷凍サイクルが
運転されることになるが、万一補助冷凍サイクル１０の
圧力が、車内温度が異常に高いことにより許容値を超え
て、圧縮機の保護スイッチが動作した場合は、車内温度
が３５℃以下に低下するまで主冷凍サイクル２０だけで
冷房運転を行うようにする。

【００１７】前記実施例によれば、広範囲な温度領域で
空調装置の運転が可能になり、外気温度の上昇による冷
房負荷の増大に伴って冷房能力を増加させることができ
る。また、車内の循環風量を低減できるため室内送風機
の容量を小さくでき、送風機の静音化と車内の通風ダク
トの小断面化が図れる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、異
なる冷凍サイクル特性を有した複数の冷凍サイクルを備
えた車両用空調装置において、車外および車内の空気温
度が大幅に変動した場合、特に車外空気温度が上昇した
時に補助冷凍サイクルを運転させることにより、主冷凍
サイクルの運転を継続させて、空調装置の運転可能な温
度範囲の拡大を図ることができる。新鮮空気と熱交換す
る冷凍サイクルを独立して制御することができるため、
効率の良い冷凍サイクルの制御が行えるため、循環空気
量を低減して、送風機および空調ダクトの小型化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空調装置の一実施例の冷凍サイク
ルを示した冷凍サイクル系統図である。

【図２】本発明による実施例の複数の冷凍サイクルの運
転温度領域を示すグラフである。

【図３】本発明による実施例の複数の冷凍サイクルのそ
れぞれの特性を示すグラフである。

【図４】本発明による一実施例の空調装置と給排気装置
の制御系を示すブロック図である。

【図５】本発明による一実施例の給排気装置と補助圧縮
機のタイミングチャートである。

【符号の説明】

２…給気装置、３…排気装置、１０…補助冷凍サイク
ル、２０…主冷凍サイクル、２１…室内ファン、２２…
室外ファン、１１,２３…蒸発器、１２,２４…凝縮器、
３１…室温センサ、３２…外気温センサ、４０…コント
ローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明丸 大祐 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の冷凍サイクルを有した車両用空調装
   置において、外気温度に対して低温用、高温用と複数の
   冷凍サイクルの運転可能温度領域を異ならせたことを特
   徴とする車両用空調装置。
2. 【請求項２】新鮮気を冷却する換気風を利用した補助冷
   凍サイクルと、主に車内の空気を冷却する主冷凍サイク
   ルから成る空調装置の車内温度制御方法において、主冷
   凍サイクルの運転順位を補助冷凍サイクルの運転より優
   先させて、冷房負荷の増大に応じて運転台数を順次増加
   させるようにしたことを特徴とする車両用空調装置の制
   御方法。
3. 【請求項３】請求項２に記載の車両用空調装置の制御方
   法において、外気温度を検出し、外気温度が３０℃以下
   で補助冷凍サイクルの運転を停止することを特徴とした
   車両用空調装置の制御方法。
4. 【請求項４】請求項２に記載の車両用空調装置の制御方
   法において、主冷凍サイクルの圧縮機の駆動周波数を車
   内温度と車外温度の検出結果に応じて決定するようにし
   たことを特徴とする車両用空調装置の制御方法。
5. 【請求項５】請求項２に記載の車両用空調装置の制御方
   法において、換気装置が運転状態の時に、前記補助冷凍
   サイクルの圧縮機を運転させることを特徴とした車両用
   空調装置の制御方法。
6. 【請求項６】請求項５に記載の車両用空調装置の制御方
   法において、換気装置の運転開始後に、前記補助冷凍サ
   イクルの圧縮機の運転を開始し、前記補助冷凍サイクル
   の圧縮機を停止させた後に、前記換気装置を停止するこ
   とを特徴とした車両用空調装置の制御方法。