WO2014112183A1 - 冷媒循環装置、車両用空調装置、冷媒循環装置の制御方法、およびプログラム - Google Patents

冷媒循環装置、車両用空調装置、冷媒循環装置の制御方法、およびプログラム Download PDF

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知広 前田
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigerant circulation device, a vehicle air conditioner, a control method for the refrigerant circulation device, and a program.
  • JP 5-65018A discloses an air conditioner that brings a temperature close to a desired temperature.
  • the flow path The temperature difference between the cooling water before and after switching may become large. If the valve device is controlled under the same conditions as when the cooling water temperature difference is small when the cooling water temperature difference is large, a large amount of cooling water with a large temperature difference will flow into the heater core. The amount of change in the temperature of the heater core is larger than when the difference is small, and the temperature of the air blown out from the air conditioner may hunt.
  • the present invention was invented to solve such problems, and aims to suppress the hunting of the temperature of the air blown from the air conditioner.
  • a refrigerant circulation device includes a first flow path through which a refrigerant circulates, a second flow path through which the refrigerant circulates, and a flow path that connects or blocks the first flow path and the second flow path.
  • a switching unit a first temperature detection unit that detects the temperature of the refrigerant flowing through the first flow path, a second temperature detection unit that detects the temperature of the refrigerant flowing through the second flow path, and the refrigerant flowing through the first flow path
  • a temperature difference calculating unit for calculating a temperature difference between the temperature and the temperature of the refrigerant flowing through the second flow path, and a flow for setting a predetermined period, a communication time and a blocking time between the first flow path and the second flow path in the predetermined period
  • a refrigerant circulation device comprising: a channel switching time setting unit; and a control unit that controls the channel switching unit based on the communication time and the cutoff time set by the channel switching time setting unit, wherein the channel switching time setting unit is The larger the temperature difference, the shorter the predetermined period.
  • a control method for a refrigerant circulation device wherein the first flow path through which the refrigerant circulates, the second flow path through which the refrigerant circulates, and the first flow path and the second flow path are communicated.
  • a refrigerant circulation device control method for controlling a refrigerant circulation device including a flow path switching unit for blocking, wherein the temperature of the refrigerant flowing in the first flow path is detected and the temperature of the refrigerant flowing in the second flow path is detected.
  • the temperature difference between the temperature of the refrigerant flowing through the first flow path and the temperature of the refrigerant flowing through the second flow path is calculated, and the communication time and blocking time between the first flow path and the second flow path in a predetermined cycle As the temperature difference is larger, the predetermined cycle is shortened, and the flow path switching unit is controlled based on the communication time and the cutoff time.
  • a program includes a first flow path through which a refrigerant circulates, a second flow path through which the refrigerant circulates, and a flow path that connects or blocks the first flow path and the second flow path.
  • a refrigerant circulation device comprising a switching unit, a program for controlling switching of the flow path switching unit by a computer, wherein the computer detects a temperature of the refrigerant flowing through the first flow path, A second temperature detection procedure for detecting the temperature of the refrigerant flowing through the second flow path, and a temperature difference calculation procedure for calculating a temperature difference between the temperature of the refrigerant flowing through the first flow path and the temperature of the refrigerant flowing through the second flow path.
  • the predetermined period, the communication time and the cutoff time between the first flow path and the second flow path in the predetermined period are set, and based on the cycle change procedure for shortening the predetermined period and the communication time and the cutoff time as the temperature difference increases.
  • a refrigerant circulation device includes a first flow path and a second flow path through which a refrigerant circulates, a connection passage that communicates the first flow path and the second flow path, and a refrigerant in the connection passage. And a first temperature sensor provided in the first flow path, and a second temperature sensor provided in the second flow path. It is possible to repeat circulation and blocking at a predetermined cycle. The larger the temperature difference between the temperature of the refrigerant flowing through the first flow path and the temperature of the refrigerant flowing through the second flow path, the shorter the predetermined period.
  • the larger the temperature difference between the temperature of the refrigerant flowing through the first flow path and the temperature of the refrigerant flowing through the second flow path the shorter the predetermined period, so that a large amount of refrigerant having a large temperature difference is first. Inflow to the flow path can be suppressed, and hunting of the temperature of the refrigerant flowing through the first flow path can be suppressed.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an air conditioner for an electric vehicle according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating the air conditioning control according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a map showing the relationship between the deviation and the basic period.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the target blowing temperature, the temperature of the second cooling water at the radiator outlet, the temperature of the second cooling water flowing into the heater core, the communication time ratio, and the shutoff time ratio.
  • FIG. 5 is a system configuration diagram of an air conditioner for an electric vehicle according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating air conditioning control according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a map showing the relationship between the maximum flow rate and the correction period.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an air conditioner 1 for an electric vehicle.
  • the air conditioner 1 includes a refrigerant cycle 2 in which refrigerant circulates, a low water temperature cycle 3 in which first cooling water circulates, a high water temperature cycle 4 in which second cooling water (refrigerant) circulates, and a controller 5.
  • the first cooling water and the second cooling water are composed of, for example, an antifreeze liquid.
  • the refrigerant cycle 2 includes a compressor 10, a condenser 11, an evaporator 12, a refrigerant-water heat exchanger 13, a first electromagnetic valve 14, a first expansion valve 15, a second electromagnetic valve 16, and a second expansion. And a valve 17.
  • the compressor 10 pressurizes the refrigerant into a high-temperature and high-pressure gas.
  • the compressor 10 is driven by power supplied from a battery 20 described later.
  • the condenser 11 exchanges heat between the refrigerant pressurized by the compressor 10 and the second cooling water circulating in the high water temperature cycle 4 to cool the refrigerant and heat the second cooling water. Thereby, the refrigerant is liquefied.
  • the evaporator 12 evaporates the refrigerant cooled by the condenser 11. When the refrigerant evaporates, the air outside the evaporator 12 is cooled. The refrigerant turned into gas by the evaporator 12 is pressurized again by the compressor 10. The air cooled by the evaporator 12 is used for in-vehicle air conditioning during cooling (dehumidification).
  • the first expansion valve 15 is a temperature type expansion valve, has a temperature-sensitive cylinder portion (not shown) on the outlet side of the evaporator 12, and opens according to superheat (refrigerant superheat degree) on the outlet side of the evaporator 12. The degree is adjusted, and the refrigerant is injected into the evaporator 12 according to the opening degree.
  • the first solenoid valve 14 opens and closes based on a signal from the controller 5.
  • the refrigerant-water heat exchanger 13 evaporates the refrigerant cooled by the condenser 11 by the heat of the first cooling water.
  • the first cooling water flows inside the refrigerant-water heat exchanger 13, and the first cooling water is cooled when the refrigerant evaporates.
  • the refrigerant turned into gas by the refrigerant-water heat exchanger 13 is pressurized again by the compressor 10.
  • the second expansion valve 17 is a temperature type expansion valve, and has a temperature-sensitive cylinder portion (not shown) on the outlet side of the refrigerant-water heat exchanger 13, and a supermarket on the outlet side of the refrigerant-water heat exchanger 13.
  • the opening degree is adjusted according to the heat, and the refrigerant is injected into the refrigerant-water heat exchanger 13 according to the opening degree.
  • the second solenoid valve 16 opens and closes based on a signal from the controller 5.
  • the second electromagnetic valve 16, the second expansion valve 17 and the refrigerant-water heat exchanger 13 are arranged in parallel with the first electromagnetic valve 14, the first expansion valve 15 and the evaporator 12.
  • the low water temperature cycle 3 includes a battery 20, a refrigerant-water heat exchanger 13, and a first water pump 21.
  • the first water pump 21 circulates the first cooling water in the order of the battery 20 and the refrigerant-water heat exchanger 13.
  • the discharge amount of the first water pump 21 is determined based on a signal from the controller 5.
  • the first water pump 21 may be capable of switching the flow rate by a plurality of stages, and the flow rate of the first cooling water may be increased as the number of stages is increased.
  • the battery 20 is a secondary battery that supplies electric power to the motor 38 of the electric vehicle, and generates heat when charging and discharging.
  • the battery 20 is cooled by the first cooling water circulated by the first water pump 21.
  • the first cooling water whose temperature is increased by cooling the battery 20 flows through the refrigerant-water heat exchanger 13 and is absorbed by the refrigerant-water heat exchanger 13 when the refrigerant evaporates, and the temperature is lowered. .
  • the high water temperature cycle 4 includes a first cycle 7, a second cycle 8, a connection passage 32, and a three-way valve 30.
  • the first cycle 7 and the second cycle 8 are connected by a connection passage 32, and the first cycle 7 and the second cycle 8 are communicated or blocked by switching the three-way valve 30.
  • the first cycle 7 includes a capacitor 11, a main heater 33, a heater core 34, a second water pump 35, and a first flow path 36.
  • the first flow path 36 is formed so that the second cooling water flows in the order of the second water pump 35, the condenser 11, the main heater 33, and the heater core 34.
  • the main heater 33 generates heat by the electric power supplied from the battery 20 and warms the second cooling water.
  • the heater core 34 exchanges heat with the refrigerant by the condenser 11, and then exchanges heat between the second cooling water heated by the main heater 33 and having a high temperature and the air around the heater core 34. Warm up.
  • the air heated by the heater core 34 is used for in-vehicle air conditioning during heating.
  • the air mix door 42 prevents the air from hitting the heater core 34 and prevents the air from being warmed.
  • a bypass passage may be provided so as to bypass the heater core 34.
  • the second water pump 35 is driven by electric power supplied from the battery 20 and has a constant rotation speed and a constant flow rate when driven.
  • the second water pump 35 circulates the second cooling water in the order of the condenser 11, the main heater 33, and the heater core 34 when the first cycle 7 and the second cycle 8 are blocked by the three-way valve 30.
  • the second water pump 35 causes the second cooling water to flow into the radiator 37 and cools the second cooling water.
  • the second cycle 8 includes a radiator 37, a motor 38, an inverter 39, a third water pump 40, and a second flow path 41.
  • the second flow path 41 is formed so that the second cooling water flows in the order of the third water pump 40, the inverter 39, the motor 38, and the radiator 37.
  • the radiator 37 exchanges heat between the air flowing outside and the second cooling water to cool the second cooling water.
  • the inverter 39 mutually converts DC power and AC power, and controls power supplied from the battery 20 to the motor 38 or power supplied from the motor 38 to the battery 20.
  • the inverter 39 is cooled by the second cooling water.
  • the motor 38 is a three-phase AC motor, and functions as an electric motor by the electric power supplied from the battery 20, and functions as a generator when the vehicle is decelerated.
  • the motor 38 is cooled by the second cooling water.
  • the third water pump 40 is driven by electric power supplied from the battery 20, and has a constant rotation speed and a constant flow rate when driven.
  • the third water pump 40 circulates the second cooling water in the order of the inverter 39, the motor 38, and the radiator 37.
  • the third water pump 40 causes the second cooling water to flow into the heater core 34 when the three-way valve 30 communicates the first cycle 7 and the second cycle 8.
  • the three-way valve 30 switches the flow path based on the basic cycle, the communication time, and the cutoff time, and communicates or blocks the first cycle 7 and the second cycle 8.
  • the controller 5 includes a main storage device such as a CPU and a RAM, and a computer-readable storage medium storing a program. Each function of the controller 5 is exhibited by the CPU reading and executing the program stored in the storage medium.
  • the computer-readable storage medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
  • the controller 5 controls the three-way valve 30 based on a signal from the first temperature sensor 50 for detecting the outside air temperature and a signal from the second temperature sensor 51 for detecting the temperature of the refrigerant flowing into the heater core 34. To do.
  • the first temperature sensor 50 is provided between the front grille and the radiator 37.
  • the second temperature sensor 51 is provided between the main heater 33 and the heater core 34.
  • step S100 the controller 5 detects the outside air temperature based on the signal from the first temperature sensor 50, and estimates the temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37 from the outside air temperature.
  • step S101 the controller 5 detects the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 based on the signal from the second temperature sensor 51.
  • step S102 the controller 5 calculates a deviation between the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 and the temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37.
  • step S103 the controller 5 calculates a basic period (predetermined period) from the map of FIG. 3 based on the deviation.
  • FIG. 3 is a map showing the relationship between the deviation and the basic period.
  • the basic period becomes shorter when the deviation becomes larger, and becomes the lower limit value when it becomes larger than a certain predetermined deviation.
  • the lower limit value is set based on the operation guarantee of the three-way valve 30.
  • the basic cycle refers to the blocking operation (blocking between the first flow path 36 and the second flow path 41) and the communication operation (communication between the first flow path 36 and the second flow path 41) in the three-way valve 30. ).
  • step S104 the controller 5 determines the communication time ratio from the map of FIG. 4 based on the temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37, the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34, and the target blowing temperature of the air conditioner 1. And the cut-off time ratio are calculated.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship among the target blowing temperature, the temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37, the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34, the communication time ratio, and the shutoff time ratio. . As the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 is higher than the target blowing temperature and the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 approaches the target blowing temperature, the communication time ratio becomes smaller and the shut-off time ratio.
  • the cutoff time ratio is zero, and the target blowing temperature is equal to or higher than the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34.
  • the communication time ratio is zero.
  • step S105 the controller 5 calculates the communication time and the cut-off time based on the basic cycle, the communication time ratio, and the cut-off time ratio.
  • the controller 5 distributes the basic period according to the communication time ratio and the cutoff time ratio, and calculates the communication time and the cutoff time.
  • the communication time ratio increases with respect to a certain basic period, the communication time becomes longer.
  • the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 is higher than the target blowing temperature, and the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 becomes the target blowing temperature. The closer it is, the shorter the communication time and the longer the blocking time.
  • the controller 5 calculates the basic period based on the deviation, and calculates the communication time and the cutoff time in the calculated basic period.
  • step S106 the controller 5 switches the three-way valve 30 based on the basic cycle, the communication time, and the cutoff time.
  • the basic cycle the first cycle 7 and the second cycle 8 communicate with each other during the communication time, and the second cooling water cooled by the radiator 37 flows into the heater core 34, and then the three-way valve 30 performs the first cycle.
  • the first cycle 7 and the second cycle 8 are cut off during the cut-off time.
  • the basic cycle is shortened as the deviation between the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 and the temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37 increases. Thereby, when the 2nd cooling water cooled by the radiator 37 flows in into the heater core 34, it suppresses that the 2nd cooling water cooled by the radiator 37 flows into the heater core 34 in large quantities, and target blowing temperature On the other hand, it is possible to suppress the hunting of the air blowing temperature heated by the heater core 34. Further, the basic cycle is lengthened as the deviation between the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 and the temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37 is smaller. Thereby, the frequency
  • the communication time becomes shorter and the shut-off time becomes longer.
  • the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34 approaches the target blowing temperature, it is cooled by the radiator 37 and is heated by the heater core 34 by reducing the flow rate of the second cooling water flowing into the heater core 34.
  • the air blowing temperature can be brought close to the target blowing temperature.
  • a temperature sensor that is conventionally provided is used without newly providing a temperature sensor. The temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37 can be detected.
  • the temperature of the heater core 34 can be accurately detected.
  • FIG. 5 is a system configuration diagram of the air conditioner 1 for an electric vehicle according to the second embodiment. Here, it demonstrates centering on a different location from 1st Embodiment.
  • the air conditioner 1 of the second embodiment includes a flow sensor 52.
  • the flow sensor 52 is provided at a location where the flow rate of the second cooling water flowing into the heater core 34 can be detected when the first cycle 7 and the second cycle 8 are communicated by the three-way valve 30. Specifically, the flow sensor 52 is provided between the main heater 33 and the capacitor 11.
  • the controller 5 controls the three-way valve 30 based on a signal from the first temperature sensor 50, a signal from the second temperature sensor 51, and a signal from the flow sensor 52.
  • the third water pump 40 can change the rotation speed according to the load of the motor 38 and the like, and can change the flow rate of the second cooling water.
  • step S200 to step S203 Since the control from step S200 to step S203 is the same as the control from step S100 to step S103 of the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • step S204 the controller 5 calculates a correction cycle from the map of FIG. 7 based on the stored maximum flow rate.
  • the maximum flow rate is the maximum flow rate when the first cycle 7 and the second cycle 8 are communicated by the three-way valve 30 during the previous control.
  • FIG. 7 is a map showing the relationship between the maximum flow rate and the correction cycle. The correction cycle becomes longer as the maximum flow rate increases.
  • step S205 the controller 5 subtracts the correction cycle from the basic cycle to calculate the final cycle (predetermined cycle).
  • the final cycle becomes shorter as the correction cycle is longer, that is, as the maximum flow rate is higher.
  • step S206 the controller 5 determines the communication time ratio and the cutoff time ratio from the map of FIG. 4 based on the temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37, the temperature of the second cooling water flowing into the heater core 34, and the target blowing temperature. And calculate.
  • step S207 the controller 5 calculates the communication time and the cut-off time based on the final cycle, the communication time ratio, and the cut-off time ratio.
  • step S208 the controller 5 switches the three-way valve 30 based on the final cycle, the communication time, and the cutoff time.
  • step S ⁇ b> 209 the controller 5 determines the flow rate of the second cooling water flowing into the heater core 34 based on the signal from the flow sensor 52 when the first cycle 7 and the second cycle 8 are communicated by the three-way valve 30. Detect and store the maximum flow rate. The stored maximum flow rate is used for the next control. When the maximum flow rate is newly calculated, the stored maximum flow rate is deleted.
  • the final cycle is shortened as the maximum flow rate of the second cooling water flowing into the heater core 34 increases.
  • the flow rate of the second cooling water cooled by the radiator 37 during the final cycle and flowing into the heater core 34 can be reduced, and the air blowing temperature is prevented from hunting with respect to the target blowing temperature.
  • Can do In particular, it is possible to suppress the air blowing temperature from decreasing with respect to the target blowing temperature.
  • the correction cycle is calculated using the maximum flow rate when the first cycle 7 and the second cycle 8 are communicated by the three-way valve 30 during the previous control, but the flow rate of the third water pump 40 is calculated. May be estimated from the load of the motor 38, the maximum flow rate when the first cycle 7 and the second cycle 8 are communicated by the three-way valve 30, and the correction cycle may be calculated.
  • the flow rate of the third water pump 40 is variable, but the flow rate of the second water pump 35 may be variable, or the flow rate of the second water pump 35 and the flow rate of the third water pump 40 may be variable. .
  • the correction cycle is calculated based on the maximum flow rate, but the average flow rate may be calculated, and the correction cycle may be calculated based on the average flow rate.
  • the flow rate of the second cooling water may be different for each vehicle type, but the basic cycle of the basic air conditioner for electric vehicles is set and the flow rate of the second cooling water is different from the basic air conditioner Moreover, the correction period may be set for each air conditioner by the method of the second embodiment, and the final period corresponding to the air conditioner may be set.
  • the air conditioner 1 for an electric vehicle has been described, but it may be used for an air conditioner for a hybrid vehicle.
  • the three-way valve 30 has been described. However, instead of one three-way valve 30, two control valves are used, and the two control valves are controlled, whereby the first cycle 7 and the second cycle 8 May be communicated or blocked.
  • the temperature of the second cooling water at the outlet of the radiator 37 is estimated from the outside air temperature, but the second cooling water at the outlet of the radiator 37 may be detected by a temperature sensor.
  • the refrigerant cycle 2, the low water temperature cycle 3, and the high water temperature cycle 4 are controlled by one controller 5, but may be controlled by different controllers.
  • the low water temperature cycle 3 is not limited to the first cooling water, and any liquid or gaseous refrigerant may be used.
  • the high water temperature cycle 4 is not limited to the second cooling water, and a liquid or gaseous refrigerant may be used.

Abstract

 冷媒が循環する第1流路と、冷媒が循環する第2流路と、第1流路と第2流路とを連通、または遮断する流路切替部とを備える冷媒循環装置であって、所定周期、所定周期における第1流路と第2流路との連通時間および遮断時間を設定し、連通時間および遮断時間に基づいて流路切替部を制御し、第1流路を流れる冷媒の温度と第2流路を流れる冷媒の温度との温度差が大きいほど、所定周期を短くする。

Description

冷媒循環装置、車両用空調装置、冷媒循環装置の制御方法、およびプログラム
 本発明は冷媒循環装置、車両用空調装置、冷媒循環装置の制御方法、およびプログラムに関するものである。
 エンジンを冷却した冷却水を用いてヒーターコアで空気を加熱する場合に、弁装置を或るデューティー比でオン・オフさせることでヒーターコアに流れる冷却水の流路を切り替え、ヒーターコアの温度を所望の温度付近とする空調装置がJP5-65018Aに開示されている。
 上記の技術では、弁装置がオンの場合には、冷却水がエンジンを通り加熱されてヒーターコアに流入し、弁装置がオフの場合には、冷却水がエンジンを通らず、エンジンによって加熱されずにヒーターコアに流入するように流路を切り替えている。
 このような空調装置では、弁装置によって、冷却水がエンジンを通らずにヒーターコアに流入している状態から、エンジンによって加熱された冷却水がヒーターコアに流入する状態へ切り替える場合に、流路切り替え前後における冷却水の温度差が大きくなることがある。冷却水の温度差が大きい場合に、冷却水の温度差が小さい場合と同じ条件で弁装置を制御すると、温度差が大きい冷却水が大量にヒーターコアに流入することになり、冷却水の温度差が小さい場合よりもヒーターコアの温度の変化量が大きくなり、空調装置から吹き出される空気の温度がハンチングするおそれがある。
 本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、空調装置から吹き出される空気の温度がハンチングすることを抑制することを目的とする。
 本発明のある態様に係る冷媒循環装置は、冷媒が循環する第1流路と、冷媒が循環する第2流路と、第1流路と第2流路とを連通、または遮断する流路切替部と、第1流路を流れる冷媒の温度を検出する第1温度検出部と、第2流路を流れる冷媒の温度を検出する第2温度検出部と、第1流路を流れる冷媒の温度と第2流路を流れる冷媒の温度との温度差を算出する温度差算出部と、所定周期、所定周期における第1流路と第2流路との連通時間および遮断時間を設定する流路切替時間設定部と、流路切替時間設定部によって設定した連通時間および遮断時間に基づいて流路切替部を制御する制御部とを備える冷媒循環装置であって、流路切替時間設定部は、温度差が大きいほど、所定周期を短くする。
 本発明の別の態様に係る冷媒循環装置の制御方法は、冷媒が循環する第1流路と、冷媒が循環する第2流路と、第1流路と第2流路とを連通、または遮断する流路切替部とを備える冷媒循環装置を制御する冷媒循環装置の制御方法であって、第1流路を流れる冷媒の温度を検出し、第2流路を流れる冷媒の温度を検出し、第1流路を流れる冷媒の温度と第2流路を流れる冷媒の温度との温度差を算出し、所定周期、所定周期における第1流路と第2流路との連通時間および遮断時間を設定し、温度差が大きいほど、所定周期を短くし、連通時間および遮断時間に基づいて流路切替部を制御する。
 本発明のさらに別の態様に係るプログラムは、冷媒が循環する第1流路と、冷媒が循環する第2流路と、第1流路と第2流路とを連通、または遮断する流路切替部とを備える冷媒循環装置において、流路切替部の切り替えをコンピュータで制御するためのプログラムであって、コンピュータに、第1流路を流れる冷媒の温度を検出する第1温度検出手順と、第2流路を流れる冷媒の温度を検出する第2温度検出手順と、第1流路を流れる冷媒の温度と第2流路を流れる冷媒の温度との温度差を算出する温度差算出手順と、所定周期、所定周期における第1流路と第2流路との連通時間および遮断時間を設定し、温度差が大きいほど、所定周期を短くする周期変更手順と、連通時間および遮断時間に基づいて流路切替部を制御する制御手順とを実行させる。
 本発明のさらに別の態様に係る冷媒循環装置は、冷媒が循環する第1流路及び第2流路と、第1流路と第2流路とを連通する接続通路と、接続通路における冷媒の流通を遮断可能な弁装置と、第1流路に設けられた第1温度センサと、第2流路に設けられた第2温度センサと、を備え、弁装置は、接続通路における冷媒の流通と遮断を所定周期で繰り返し行うことが可能であり、第1流路を流れる冷媒の温度と第2流路を流れる冷媒の温度との温度差が大きいほど、所定周期が短い。
 これら態様によると、第1流路を流れる冷媒の温度と第2流路を流れる冷媒の温度との温度差が大きいほど、所定周期を短くすることで、温度差が大きい冷媒が大量に第1流路へ流入することを抑制し、第1流路を流れる冷媒の温度がハンチングすることを抑制することができる。
図1は第1実施形態における電動車両の空調装置のシステム構成図である。 図2は第1実施形態の空調制御を説明するフローチャートである。 図3は偏差と基本周期との関係を示すマップである。 図4は目標吹き出し温度と、ラジエータ出口の第2冷却水の温度、ヒーターコアに流入する第2冷却水の温度と、連通時間比率と、遮断時間比率との関係を示す図である。 図5は第2実施形態における電動車両の空調装置のシステム構成図である。 図6は第2実施形態の空調制御を説明するフローチャートである。 図7は最大流量と補正周期との関係を示すマップである。
 以下において、本発明の第1実施形態における空調装置1について図を参照しながら説明する。図1は電動車両の空調装置1のシステム構成図である。
 空調装置1は、冷媒が循環する冷媒サイクル2と、第1冷却水が循環する低水温サイクル3と、第2冷却水(冷媒)が循環する高水温サイクル4と、コントローラ5とから構成される。第1冷却水、及び第2冷却水は、例えば不凍液で構成される。
 冷媒サイクル2は、コンプレッサ10と、コンデンサ11と、エバポレータ12と、冷媒-水熱交換器13と、第1電磁弁14と、第1膨張弁15と、第2電磁弁16と、第2膨張弁17とから構成される。
 コンプレッサ10は、冷媒を加圧し、高温、高圧の気体にする。コンプレッサ10は、後述するバッテリ20から電力が供給されて駆動する。
 コンデンサ11は、コンプレッサ10によって加圧された冷媒と高水温サイクル4を循環する第2冷却水との間で熱交換を行い、冷媒を冷却し、第2冷却水を加熱する。これにより、冷媒は液化する。
 エバポレータ12は、コンデンサ11によって冷却された冷媒を蒸発させる。冷媒が蒸発する時にエバポレータ12の外部の空気が冷却される。エバポレータ12によって気体となった冷媒はコンプレッサ10によって再び加圧される。エバポレータ12によって冷却された空気は、冷房(除湿)時の車内空調に使用される。
 第1膨張弁15は、温度式膨張弁であり、エバポレータ12の出口側に感温筒部(図示せず)を有し、エバポレータ12の出口側のスーパーヒート(冷媒過熱度)に応じて開度が調整され、開度に応じて冷媒をエバポレータ12内に噴射する。
 第1電磁弁14は、コントローラ5からの信号に基づいて開閉する。
 冷媒-水熱交換器13は、コンデンサ11によって冷却された冷媒を第1冷却水の熱によって蒸発させる。冷媒-水熱交換器13の内部を第1冷却水が流れており、冷媒が蒸発する時に第1冷却水が冷却される。冷媒-水熱交換器13によって気体となった冷媒はコンプレッサ10によって再び加圧される。
 第2膨張弁17は、温度式膨張弁であり、冷媒-水熱交換器13の出口側に感温筒部(図示せず)を有し、冷媒-水熱交換器13の出口側のスーパーヒートに応じて開度が調整され、開度に応じて冷媒を冷媒-水熱交換器13内に噴射する。
 第2電磁弁16は、コントローラ5からの信号に基づいて開閉する。
 第2電磁弁16、第2膨張弁17及び冷媒-水熱交換器13は、第1電磁弁14、第1膨張弁15及びエバポレータ12に対して並列に配置されている。
 低水温サイクル3は、バッテリ20と、冷媒-水熱交換器13と、第1ウォーターポンプ21と、から構成される。
 第1ウォーターポンプ21は、第1冷却水をバッテリ20、冷媒-水熱交換器13の順に循環させる。第1ウォーターポンプ21は、コントローラ5からの信号に基づいて吐出量が決定される。なお、第1ウォーターポンプ21を、複数段による流量切り替え可能とし、段数が大きくなるほど第1冷却水の流量が多くなるようにしてもよい。
 バッテリ20は、電動車両のモータ38などに電力を供給する二次電池であり、充放電する際に熱が発生する。バッテリ20は、第1ウォーターポンプ21によって循環する第1冷却水によって冷却される。
 バッテリ20を冷却して温度が高くなった第1冷却水は、冷媒-水熱交換器13の内部を流れ、冷媒-水熱交換器13によって冷媒が蒸発する際に吸熱され、温度が低くなる。
 高水温サイクル4は、第1サイクル7と、第2サイクル8と、接続通路32と、三方弁30とによって構成される。第1サイクル7と第2サイクル8とは、接続通路32によって接続しており、三方弁30を切り替えることで、第1サイクル7と第2サイクル8とは、連通し、または遮断される。
 第1サイクル7は、コンデンサ11と、メインヒーター33と、ヒーターコア34と、第2ウォーターポンプ35と、第1流路36とから構成される。
 第1流路36は、第2冷却水が第2ウォーターポンプ35、コンデンサ11、メインヒーター33、ヒーターコア34の順に流れるように形成されている。
 メインヒーター33は、バッテリ20から供給される電力によって発熱し、第2冷却水を温める。
 ヒーターコア34は、コンデンサ11によって冷媒と熱交換を行い、その後、メインヒーター33により加熱されて温度が高くなった第2冷却水とヒーターコア34周囲の空気との間で熱交換を行い、空気を温める。ヒーターコア34によって温められた空気は、暖房時の車内空調に使用される。暖房がOFFとなっている場合には、エアミックスドア42によってヒーターコア34に空気が当たることを防ぎ、空気が温められることを防止する。なお、ヒーターコア34をバイパスするようにバイパス通路を設けてもよい。
 第2ウォーターポンプ35は、バッテリ20から供給される電力によって駆動し、駆動時には回転速度が一定であり、流量が一定となるポンプである。第2ウォーターポンプ35は、三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とが遮断されている場合には、第2冷却水を、コンデンサ11、メインヒーター33、ヒーターコア34の順に循環させる。また、第2ウォーターポンプ35は、三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とが連通した場合には、第2冷却水をラジエータ37に流入させて、第2冷却水を冷却する。
 第2サイクル8は、ラジエータ37と、モータ38と、インバータ39と、第3ウォーターポンプ40と、第2流路41とから構成される。
 第2流路41は、第2冷却水が第3ウォーターポンプ40、インバータ39、モータ38、ラジエータ37の順に流れるように形成されている。
 ラジエータ37は、外部を流れる空気と第2冷却水との間で熱交換を行い、第2冷却水を冷却する。
 インバータ39は、直流電力と交流電力とを相互に変換し、バッテリ20からモータ38に供給される電力、またはモータ38からバッテリ20に供給される電力を制御する。インバータ39は、第2冷却水によって冷却される。
 モータ38は、三相交流モータであり、バッテリ20から供給される電力によって電動機として機能し、車両の減速時などには発電機として機能する。モータ38は、第2冷却水によって冷却される。
 第3ウォーターポンプ40は、バッテリ20から供給される電力によって駆動し、駆動時には回転速度が一定であり、流量が一定となるポンプである。第3ウォーターポンプ40は、三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とが遮断されている場合には、第2冷却水を、インバータ39、モータ38、ラジエータ37の順に循環させる。また、第3ウォーターポンプ40は、三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とを連通している場合には、第2冷却水をヒーターコア34に流入させる。
 三方弁30は、基本周期、連通時間、遮断時間に基づいて流路を切り替え、第1サイクル7と第2サイクル8とを連通し、または遮断する。
 コントローラ5は、CPU、RAM等の主記憶装置、プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体から構成されている。そして、CPUが記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込んで実行することで、コントローラ5の各機能が発揮される。コンピュータ読取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。
 コントローラ5は、外気温を検出するための第1温度センサ50からの信号、ヒーターコア34に流入する冷媒の温度を検出するための第2温度センサ51からの信号に基づいて三方弁30を制御する。
 第1温度センサ50は、フロントグリルとラジエータ37との間に設けられる。第2温度センサ51は、メインヒーター33とヒーターコア34との間に設けられる。
 次に、第1実施形態における空調制御について図2のフローチャートを用いて説明する。
 ステップS100では、コントローラ5は、第1温度センサ50からの信号に基づいて外気温を検出し、外気温からラジエータ37出口の第2冷却水の温度を推定する。
 ステップS101では、コントローラ5は、第2温度センサ51からの信号に基づいてヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度を検出する。
 ステップS102では、コントローラ5は、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度と、ラジエータ37出口の第2冷却水の温度との偏差を算出する。
 ステップS103では、コントローラ5は、偏差に基づいて図3のマップから基本周期(所定周期)を算出する。図3は偏差と基本周期との関係を示すマップである。基本周期は偏差が大きくなると短くなり、或る所定の偏差よりも大きくなると下限値となる。下限値は、三方弁30の動作保証に基づいて設定される。なお、この基本周期とは、三方弁30における遮断動作(第1流路36と第2流路41の間の遮断)と連通動作(第1流路36と第2流路41の間の連通)を繰り返すときの周期である。
 ステップS104では、コントローラ5は、ラジエータ37出口の第2冷却水の温度、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度、空調装置1の目標吹き出し温度に基づいて図4のマップから連通時間比率と遮断時間比率とを算出する。図4は、目標吹き出し温度と、ラジエータ37出口の第2冷却水の温度、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度と、連通時間比率と、遮断時間比率との関係を示す図である。ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度が目標吹き出し温度よりも高く、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度が目標吹き出し温度に近付く程、連通時間比率が小さくなり、遮断時間比率が大きくなる。なお、目標吹き出し温度がラジエータ37出口の第2冷却水の温度以下である場合には、遮断時間比率はゼロとなり、目標吹き出し温度がヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度以上である場合には、連通時間比率はゼロとなる。
 ステップS105では、コントローラ5は、基本周期と連通時間比率と遮断時間比率とに基づいて連通時間と遮断時間とを算出する。コントローラ5は、連通時間比率、および遮断時間比率に応じて基本周期を振り分けて連通時間と遮断時間とを算出する。或る連通時間比率及び遮断時間比率に対して基本周期が長くなると、連通時間および遮断時間がそれぞれ長くなる。また、或る基本周期に対して連通時間比率が大きくなると連通時間が長くなる。具体的には、或る基本周期に対して、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度が目標吹き出し温度よりも高く、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度が目標吹き出し温度に近付く程、連通時間が短くなり、遮断時間が長くなる。
 このように、コントローラ5は、偏差に基づいて基本周期を算出し、算出した基本周期における連通時間および遮断時間を算出する。
 ステップS106では、コントローラ5は、基本周期と、連通時間と、遮断時間とに基づいて三方弁30を切り替える。これにより、基本周期において、連通時間の間、第1サイクル7と第2サイクル8とが連通してラジエータ37によって冷却された第2冷却水がヒーターコア34に流入した後に、三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とが遮断時間の間、遮断される。
 本発明の第1実施形態の効果について説明する。
 ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度と、ラジエータ37出口の第2冷却水の温度との偏差が大きいほど、基本周期を短くする。これにより、ラジエータ37によって冷却された第2冷却水がヒーターコア34に流入する場合に、ラジエータ37によって冷却された第2冷却水が大量にヒーターコア34に流入することを抑制し、目標吹き出し温度に対してヒーターコア34によって温められた空気の吹き出し温度がハンチングすることを抑制することができる。また、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度と、ラジエータ37出口の第2冷却水の温度との偏差が小さいほど、基本周期を長くする。これにより、三方弁30の切り替え回数を少なくし、三方弁30の耐久性を向上することができる。
 ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度が目標吹き出し温度よりも高く、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度が目標吹き出し温度に近付くほど、連通時間が短くなり、遮断時間が長くなる。ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度が目標吹き出し温度に近付くと、ラジエータ37によって冷却され、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の流量を少なくすることで、ヒーターコア34によって温められた空気の吹き出し温度を目標吹き出し温度に近付けることができる。
 外気温を検出可能な第1温度センサ50からの信号に基づいてラジエータ37出口の第2冷却水の温度を推定することで、新たに温度センサを設けず、従来備わっている温度センサを用いてラジエータ37出口の第2冷却水の温度を検出することができる。
 第2温度センサ51を用いてヒーターコア34に流入する直前の第2冷却水の温度を検出することで、ヒーターコア34の温度を正確に検出することができる。
 次に本発明の第2実施形態について図5を用いて説明する。
 図5は、第2実施形態の電動車両の空調装置1のシステム構成図である。ここでは、第1実施形態と異なる箇所を中心に説明する。
 第2実施形態の空調装置1は、流量センサ52を備える。流量センサ52は、三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とが連通した場合にヒーターコア34に流入する第2冷却水の流量を検出可能となる箇所に設けられる。具体的には、流量センサ52は、メインヒーター33とコンデンサ11との間に設けられる。
 コントローラ5は、第1温度センサ50からの信号、第2温度センサ51からの信号、および流量センサ52からの信号に基づいて三方弁30を制御する。
 第3ウォーターポンプ40は、モータ38の負荷などに応じて回転速度を変更することができ、第2冷却水の流量を変更することができる。
 次に、第2実施形態における空調制御について図6のフローチャートを用いて説明する。
 ステップS200からステップS203までの制御は、第1実施形態のステップS100からステップS103までの制御と同じなので、ここでの説明は省略する。
 ステップS204では、コントローラ5は、記憶している最大流量に基づいて図7のマップから補正周期を算出する。最大流量は、前回の制御時において三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とを連通した場合の最大流量である。図7は、最大流量と補正周期との関係を示すマップである。補正周期は、最大流量が多いほど、長くなる。
 ステップS205では、コントローラ5は、基本周期から補正周期を減算し、最終周期(所定周期)を算出する。最終周期は、補正周期が長い程、つまり最大流量が多いほど短くなる。第1サイクル7と第2サイクル8とが連通し、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の流量が多い場合には、ラジエータ37によって冷却された温度の低い第2冷却水がヒーターコア34に到達するまでの時間が短くなる。そのため、ヒーターコア34の温度変化が大きくなる。従って、最大流量が多い場合には、最終周期を短くする。
 ステップS206では、コントローラ5は、ラジエータ37出口の第2冷却水の温度、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の温度、目標吹き出し温度に基づいて図4のマップから連通時間比率と遮断時間比率とを算出する。
 ステップS207では、コントローラ5は、最終周期と連通時間比率と遮断時間比率とに基づいて連通時間と遮断時間とを算出する。
 ステップS208では、コントローラ5は、最終周期と、連通時間と、遮断時間とに基づいて三方弁30を切り替える。
 ステップS209では、コントローラ5は、三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とを連通した場合に、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の流量を流量センサ52からの信号に基づいて検出し、最大流量を記憶する。記憶した最大流量は、次回の制御時に使用される。なお、新たに最大流量が算出されると、記憶していた最大流量は削除される。
 次に第2実施形態の効果について説明する。
 第1サイクル7と第2サイクル8とを連通した場合に、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の最大流量が多いほど、最終周期を短くする。これにより、最終周期中にラジエータ37によって冷却され、ヒーターコア34に流入する第2冷却水の流量を少なくすることができ、目標吹き出し温度に対して空気の吹き出し温度がハンチングすることを抑制することができる。特に、空気の吹き出し温度が目標吹き出し温度に対して下がることを抑制することができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
 第2実施形態では、前回の制御時において三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とを連通した場合の最大流量を使用して補正周期を算出したが、第3ウォーターポンプ40の流量をモータ38の負荷などから推定し、三方弁30によって第1サイクル7と第2サイクル8とを連通する場合の最大流量を推定し、補正周期を算出してもよい。
 第2実施形態では、第3ウォーターポンプ40の流量を可変としたが、第2ウォーターポンプ35の流量を可変、または第2ウォーターポンプ35の流量および第3ウォーターポンプ40の流量を可変としてもよい。
 第2実施形態では、最大流量に基づいて補正周期を算出したが、平均流量を算出し、平均流量に基づいて補正周期を算出してもよい。
 車両の車種毎に第2冷却水の流量が異なる場合があるが、基本的な電動車両用の空調装置の基本周期を設定し、第2冷却水の流量が基本的な空調装置とは異なる場合に、第2実施形態の方法により、空調装置毎に補正周期を設定し、空調装置に応じた最終周期を設定してもよい。
 上記実施形態では、電動車両の空調装置1について説明したが、ハイブリッド車両の空調装置に使用してもよい。
 上記実施形態では、三方弁30を用いて説明したが、1つの三方弁30の代わりに2つの制御弁を用い、2つの制御弁を制御することで、第1サイクル7と第2サイクル8とを連通、または遮断してもよい。
 上記実施形態では、外気温からラジエータ37出口の第2冷却水の温度を推定したが、ラジエータ37出口の第2冷却水を温度センサによって検出してもよい。
 上記実施形態では1つのコントローラ5によって、冷媒サイクル2、低水温サイクル3、および高水温サイクル4を制御したが異なるコントローラによって制御してもよい。
 低水温サイクル3において第1冷却水に限られず、液体、気体いずれの冷媒を用いてもよい。また、高水温サイクル4において第2冷却水に限られず、液体、気体の冷媒を用いてもよい。
 本願は2013年1月18日に日本国特許庁に出願された特願2013-7787に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (9)

  1.  冷媒が循環する第1流路と、
     冷媒が循環する第2流路と、
     前記第1流路と前記第2流路とを連通、または遮断する流路切替手段と、
     前記第1流路を流れる前記冷媒の温度を検出する第1温度検出手段と、
     前記第2流路を流れる前記冷媒の温度を検出する第2温度検出手段と、
     前記第1流路を流れる前記冷媒の温度と前記第2流路を流れる前記冷媒の温度との温度差を算出する温度差算出手段と、
     所定周期、前記所定周期における前記第1流路と前記第2流路との連通時間および遮断時間を設定する流路切替時間設定手段と、
     前記流路切替時間設定手段によって設定した前記連通時間および前記遮断時間に基づいて前記流路切替手段を制御する制御手段とを備える冷媒循環装置であって、
     前記流路切替時間設定手段は、前記温度差が大きいほど、前記所定周期を短くする冷媒循環装置。
  2.  請求項1に記載の冷媒循環装置であって、
     前記流路切替時間設定手段は、前記第1流路を流れる前記冷媒の温度が目標温度よりも高く、前記第1流路を流れる前記冷媒の温度が前記目標温度に近付くほど、前記連通時間を短くし、前記遮断時間を長くする冷媒循環装置。
  3.  請求項1または2に記載の冷媒循環装置であって、
     前記第1流路と前記第2流路とを連通した場合に前記第1流路を流れる前記冷媒の流量を検出する流量検出手段を備え、
     前記流路切替時間設定手段は、前記流量検出手段によって検出した前記流量が多いほど、前記所定周期を短くする冷媒循環装置。
  4.  請求項1から3のいずれか一つの冷媒循環装置を備えた車両用空調装置であって、
     前記第1流路を流れる前記冷媒と熱交換を行い、前記冷媒を加熱する凝縮器を有する冷凍サイクルを備え、
     前記冷媒循環装置は、前記凝縮器によって加熱された前記冷媒によって空気を加熱するヒーターコアを備える車両用空調装置。
  5.  請求項4に記載の車両用空調装置であって、
     前記第1温度検出手段は、前記ヒーターコアに流入する前記冷媒の温度を検出する車両用空調装置。
  6.  請求項4または5に記載の車両用空調装置であって、
     前記第2流路において前記冷媒を外気によって冷却する冷却手段を備え、
     前記第2温度検出手段は、外気温を検出し、前記外気温に基づいて前記第2流路の前記冷媒の温度を検出する車両用空調装置。
  7.  冷媒が循環する第1流路と、
     冷媒が循環する第2流路と、
     前記第1流路と前記第2流路とを連通、または遮断する流路切替手段とを備える冷媒循環装置を制御する冷媒循環装置の制御方法であって、
     前記第1流路を流れる前記冷媒の温度を検出し、
     前記第2流路を流れる前記冷媒の温度を検出し、
     前記第1流路を流れる前記冷媒の温度と前記第2流路を流れる前記冷媒の温度との温度差を算出し、
     所定周期、前記所定周期における前記第1流路と前記第2流路との連通時間および遮断時間を設定し、前記温度差が大きいほど、前記所定周期を短くし、
     前記連通時間および前記遮断時間に基づいて前記流路切替手段を制御する冷媒循環装置の制御方法。
  8.  冷媒が循環する第1流路と、
     冷媒が循環する第2流路と、
     前記第1流路と前記第2流路とを連通、または遮断する流路切替手段とを備える冷媒循環装置において、前記流路切替手段の切り替えをコンピュータで制御するためのプログラムであって、
     前記コンピュータに、
     前記第1流路を流れる前記冷媒の温度を検出する第1温度検出手順と、
     前記第2流路を流れる前記冷媒の温度を検出する第2温度検出手順と、
     前記第1流路を流れる前記冷媒の温度と前記第2流路を流れる前記冷媒の温度との温度差を算出する温度差算出手順と、
     所定周期、前記所定周期における前記第1流路と前記第2流路との連通時間および遮断時間を設定し、前記温度差が大きいほど、前記所定周期を短くする周期変更手順と、
     前記連通時間および前記遮断時間に基づいて前記流路切替手段を制御する制御手順とを実行させるプログラム。
  9.  冷媒が循環する第1流路及び第2流路と、
     前記第1流路と前記第2流路とを連通する接続通路と、
     前記接続通路における前記冷媒の流通を遮断可能な弁装置と、
     前記第1流路に設けられた第1温度センサと、
     前記第2流路に設けられた第2温度センサと、を備え、
     前記弁装置は、前記接続通路における前記冷媒の流通と遮断を所定周期で繰り返し行うことが可能であり、
     前記第1流路を流れる前記冷媒の温度と前記第2流路を流れる前記冷媒の温度との温度差が大きいほど、前記所定周期が短い冷媒循環装置。
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