WO2018043060A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
冷凍サイクル装置は、圧縮機(11)、加熱用熱交換器(12)、第1減圧装置(15a)、室外熱交換器(16)、第2減圧装置(15b)、冷却用熱交換器(18)、内気率調整部(33)、および制御装置(40)を備える。第1減圧装置は、冷媒を減圧させる。室外熱交換器は、冷却用熱交換器は、第2減圧装置にて減圧された冷媒と加熱用熱交換器を通過する前の空気とを熱交換させる。蒸発圧力調整弁は、冷却用熱交換器における冷媒蒸発圧力(Pe)を調整する。内気率調整部は、冷却用熱交換器にて熱交換される空気に占める空調対象空間内の空気の割合である内気率を変化させる。制御装置は、内気率調整部の作動を制御する。蒸発圧力調整弁は、内部を流通する冷媒流量の増加に伴って、冷媒蒸発圧力を上昇させる。制御装置は、第1モード時に、冷却用熱交換器における冷媒蒸発温度(Te)の下降に伴って、内気率を上昇させる。
Description
本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2016年9月2日に出願された日本特許出願2016-172115号を基にしている。
本開示は、蒸発圧力調整弁を備え、冷媒回路を切り替え可能に構成された冷凍サイクル装置に関する。
従来、車両用空調装置に適用可能な冷凍サイクル装置として、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置が知られている。
特許文献1に記載された冷凍サイクル装置は、車室内へ送風される空気を加熱する暖房モードの冷媒回路、冷却して除湿された空気を再加熱する除湿暖房モードの冷媒回路、及び空気を冷却する冷房モードの冷媒回路を切り替え可能に構成されている。
より具体的には、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置において、除湿暖房モード時に切り替えられる冷媒回路は、冷媒を蒸発させて空気を冷却する冷却用熱交換器である室内蒸発器と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器とを並列的に接続して構成されている。
そして、この冷媒回路では、室内蒸発器にて空気を冷却し、更に、室外熱交換器にて外気から吸熱した熱を、過熱用熱交換器である室内凝縮器にて空気に放熱することができる。即ち、特許文献1の冷凍サイクル装置は、この冷媒回路に切り替えることで、車室内の除湿暖房を実現している。
更に、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置では、蒸発圧力調整弁が、冷媒の流れ方向における室内蒸発器の下流に配置されている。蒸発圧力調整弁は、室外熱交換器における冷媒蒸発圧力によらず、室内蒸発器における冷媒蒸発圧力を予め定めた所定圧力以上となるように調整する。これにより、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置では、この蒸発圧力調整弁の機能により、除湿暖房モード時の室内蒸発器に着霜が生じてしまうことを抑制しようとしている。
この特許文献1に記載された冷凍サイクル装置においては、除湿暖房モード時における空気の加熱能力は、冷媒が室内凝縮器にて放熱する熱量によって定義できる。更に、この加熱能力は、圧縮機の圧縮仕事量に相当する熱量、室外熱交換器にて冷媒が外気から吸熱した外気からの吸熱量、及び室内蒸発器にて冷媒が空気から吸熱した空気側吸熱量の合算値となる。
従って、圧縮機の圧縮仕事量、外気からの吸熱量及び空気側吸熱量を調整することによって、除湿暖房モード時における空気の加熱能力を調整することができる。しかし、除湿暖房モード時の加熱能力を増加させる為に、圧縮機の冷媒吐出能力を増加させることは、圧縮機の消費動力の低減の観点から望ましくない。
又、除湿暖房モードにおける加熱能力を調整する為に、外気からの吸熱量を調整することも考えられる。外気からの吸熱量は、室外熱交換器における冷媒蒸発温度と外気温との差で決定される。
しかしながら、室外熱交換器における冷媒蒸発温度を調整したとしても、外気温が変化してしまう場合がある為、外気からの吸熱量を所望の吸熱量に調整することができないことが想定される。即ち、除湿暖房モードにおける加熱能力を所望の状態に調整できない場合がある。
更に、除湿暖房モードにおける加熱能力を調整する為に、空気側吸熱量を調整する場合が考えられる。この場合、室内蒸発器における冷媒蒸発温度は、蒸発圧力調整弁の調圧特性によって決まってしまう。この為、空気側吸熱量を調整することによって除湿暖房モードにおける加熱能力を調整する場合においても、所望の状態に調整できない場合が生じてしまう。即ち、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置では、除湿暖房モード時における空気の加熱能力を調整することは困難であった。
本開示は、蒸発圧力調整弁を備える冷凍サイクル装置において、冷却して除湿された空気を再加熱する運転モード時の加熱能力を調整可能とすることを目的とする。
本開示の第1態様に係る冷凍サイクル装置は、空調装置に適用される。該冷凍サイクル装置は、圧縮機、加熱用熱交換器、第1減圧装置、室外熱交換器、第2減圧装置、冷却用熱交換器、蒸発圧力調整弁、内気率調整部、および制御装置を備える。
圧縮機は、冷媒を圧縮して吐出する。加熱用熱交換器は圧縮機から吐出された冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される空気を加熱する。第1減圧装置は、冷媒を減圧させる。室外熱交換器は、第1減圧装置にて減圧された冷媒と外気とを熱交換させる。第2減圧装置は、冷媒を減圧させる。冷却用熱交換器は、第2減圧装置にて減圧された冷媒と加熱用熱交換器を通過する前の空気とを熱交換させる。蒸発圧力調整弁は、冷却用熱交換器における冷媒蒸発圧力を調整する。内気率調整部は、冷却用熱交換器にて熱交換される空気に占める空調対象空間内の空気の割合である内気率を変化させる。制御装置は、内気率調整部の作動を制御する。蒸発圧力調整弁は、内部を流通する冷媒流量の増加に伴って、冷媒蒸発圧力を上昇させる。冷却して除湿された空気を再加熱して空調対象空間へ吹き出す第1モード時には、加熱用熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐させ、分岐された一方の冷媒を第1減圧装置、室外熱交換器、圧縮機の順に流すと共に、分岐された他方の冷媒を第2減圧装置、冷却用熱交換器、蒸発圧力調整弁、圧縮機の順に流す冷媒回路となっている。制御装置は、第1モード時に、冷却用熱交換器における冷媒蒸発温度の下降に伴って、内気率を上昇させる。
この冷凍サイクル装置によれば、冷却して除湿された空気を再加熱して空調対象空間へ吹き出す第1モード時に、冷却用熱交換器における冷媒蒸発温度の下降に伴って、内気率を上昇させることができる。即ち、第1モード時における冷却用熱交換器の除湿能力に余裕がある場合には、内気率を上昇させることで、冷却用熱交換器に対する除湿負荷を増大させることができる。
ここで、第1モードにおける加熱能力は、圧縮機における圧縮仕事量に相当する熱量、室外熱交換器にて冷媒が外気から吸熱する外気からの吸熱量、及び冷却用熱交換器にて冷媒が空気から吸熱した空気側吸熱量の総和に相当する。加熱能力とは、即ち、加熱用熱交換器における放熱量である。
従って、この冷凍サイクル装置によれば、冷媒蒸発温度の下降に伴って、内気率を上昇させることで、冷却用熱交換器に対する除湿負荷を増大させて、空気側吸熱量を増大させることができる。つまり、第1モード時において、圧縮機における圧縮仕事量および室外熱交換器の外気からの吸熱量が一定であれば、空気側吸熱量の増大に伴って、第1モード時における加熱能力を向上させることができる。
即ち、この冷凍サイクル装置は、圧縮機の圧縮仕事量に対する第1モード時の加熱能力に関する効率を向上させることができる。換言すると、一定の加熱能力を発揮させる際に必要な圧縮機の圧縮仕事量を抑制することができる。
又、第1モード時において、制御装置によって、冷却用熱交換器における冷媒蒸発温度の下降に伴って内気率を上昇させることは、冷媒蒸発温度の上昇に伴って内気率を下降させることも意味している。
これによれば、冷凍サイクル装置は、冷媒蒸発温度の上昇に伴って内気率を下降させることで、冷却用熱交換器に対する除湿負荷を減少させて、空気側吸熱量を低減させることができる。つまり、第1モード時において、圧縮機における圧縮仕事量、室外熱交換器の外気からの吸熱量が一定であれば、空気側吸熱量の低減に伴って、第1モード時における加熱能力を調整することができる。
即ち、この冷凍サイクル装置によれば、空気側吸熱量を低減させることによって、第1モード時の加熱能力による空気の温度調整範囲を、低温側に拡大することができる。この結果、蒸発圧力調整弁を備える冷凍サイクル装置において、冷却して除湿された空気を再加熱する運転モード時の加熱用熱交換器による加熱能力を調整可能とすることができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第1実施形態に係る車両用空調装置の全体構成図である。
第1実施形態に係る蒸発圧力調整弁の軸方向断面図である。
第1実施形態に係る車両用空調装置の制御系を示すブロック図である。
第1実施形態の車両用空調装置の制御処理を示すフローチャートである。
第1実施形態に係る車両用空調装置の制御処理の内、運転モードを決定するサブルーチンのフローチャートである。
第1実施形態に係る車両用空調装置の制御処理の内、除湿暖房モード時に実行されるサブルーチンのフローチャートである。
第1実施形態の各運転モードにおける各種空調制御機器の作動状態を示す図表である。
第1実施形態に係る蒸発圧力調整弁の調圧特性に関する説明図である。
第2実施形態に係る車両用空調装置の制御処理の内、除湿暖房モード時に実行されるサブルーチンのフローチャートである。
第2実施形態に係る除湿暖房モード時における室内への吹出空気の温度調整可能範囲に関する説明図である。
第3実施形態に係る車両用空調装置の制御処理の内、除湿暖房モード時に実行されるサブルーチンのフローチャートである。
第3実施形態における第2膨張弁の開度に関する判定処理を示す説明図である。
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本開示に係る冷凍サイクル装置を、車室内空間を適切な温度に調整するために用いられる車両用空調装置に適用した実施形態(第1実施形態)に基づいて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本開示に係る冷凍サイクル装置を、車室内空間を適切な温度に調整するために用いられる車両用空調装置に適用した実施形態(第1実施形態)に基づいて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
第1実施形態において、冷凍サイクル装置10は、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車に搭載される車両用空調装置1に適用されている。この冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置1において、空調対象空間である車室内へ送風される空気を冷却或いは加熱する。従って、第1実施形態における熱交換対象流体は、車室内へ送風される空気である。
更に、冷凍サイクル装置10は、暖房モードの冷媒回路、除湿暖房モードの冷媒回路、及び冷房モードの冷媒回路を切り替え可能に構成されている。ここで、車両用空調装置1において、暖房モードは、空気を加熱して車室内へ吹き出す運転モードである。除湿暖房モード(第1モード)は、冷却されて除湿された空気を再加熱して車室内へ吹き出す運転モードである。そして、冷房モード(第2モード)は、空気を冷却して車室内へ吹き出す運転モードである。
尚、図1では、暖房モードの冷媒回路における冷媒の流れを黒塗り矢印で示し、除湿暖房モードの冷媒回路における冷媒の流れを斜線ハッチング付き矢印で示している。又、冷房モードの冷媒回路における冷媒の流れについては、白抜き矢印で示している。
この冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、高圧側冷媒圧力Pdが冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、冷媒としてHFO系冷媒(例えば、R1234yf)等を採用してもよい。更に、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
図1に示すように、冷凍サイクル装置10は、圧縮機11、第1膨張弁15a、第2膨張弁15b、室外熱交換器16、逆止弁17、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁19、アキュムレータ20、第1開閉弁21、第2開閉弁22、室内空調ユニット30を有している。
圧縮機11は、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。圧縮機11は、車両ボンネット内に配置されている。圧縮機11は、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて駆動する電動圧縮機として構成されている。この圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。
圧縮機11を構成する電動モータは、後述する空調制御装置40から出力される制御信号によって、その作動(回転数)が制御される。この電動モータとしては、交流モータ、直流モータの何れの形式を採用してもよい。そして、空調制御装置40が電動モータの回転数を制御することによって、圧縮機構の冷媒吐出能力が変更される。従って、電動モータが圧縮機構の吐出能力変更部を構成している。
圧縮機11の吐出口には、室内凝縮器12の冷媒入口が接続されている。室内凝縮器12は、暖房モード時及び除湿暖房モード時に、加熱用熱交換器として機能する。即ち、室内凝縮器12は、暖房モード時及び除湿暖房モード時に、圧縮機11から吐出された高温高圧の吐出冷媒と後述する室内蒸発器18を通過した空気とを熱交換させて空気を加熱する。室内凝縮器12は、後述する室内空調ユニット30のケーシング31内に配置されている。
室内凝縮器12の冷媒出口には、第1三方継手13aの1つの流入出口が接続されている。第1三方継手13aのような三方継手は、冷凍サイクル装置10において、分岐部あるいは合流部としての機能を果たす。
例えば、除湿暖房モード時の第1三方継手13aでは、3つの流入出口のうち1つが流入口として用いられ、残りの2つが流出口として用いられる。従って、除湿暖房モード時の第1三方継手13aは、1つの流入口から流入した冷媒の流れを分岐して2つの流出口から流出させる分岐部としての機能を果たす。これらの三方継手は、複数の配管を接合して形成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて形成してもよい。
更に、冷凍サイクル装置10では、後述するように、第2三方継手13b、第3三方継手13c、および第4三方継手13dを備えている。第2三方継手13b、第3三方継手13c、および第4三方継手13dの基本的構成は、第1三方継手13aと同様である。例えば、除湿暖房モード時の第4三方継手13dでは、3つの流入出口のうち2つが流入口として用いられ、残りの1つが流出口として用いられる。従って、除湿暖房モード時の第4三方継手13dは、2つの流入口から流入した冷媒を合流させて1つの流出口から流出させる合流部としての機能を果たす。
そして、第1三方継手13aの別の流入出口には、第1冷媒通路14aが接続されている。第1冷媒通路14aは、室内凝縮器12から流出した冷媒を、室外熱交換器16の冷媒入口へ導く。
又、第1三方継手13aのさらに別の流入出口には、第2冷媒通路14bが接続されている。第2冷媒通路14bは、室内凝縮器12から流出した冷媒を、後述する第3冷媒通路14cに配置された第2膨張弁15bの入口へ導く。具体的には、第2冷媒通路14bは、室内凝縮器12から流出した冷媒を、第3三方継手13cの1つの流入出口へ導く。
第1冷媒通路14aには、第1膨張弁15aが配置されている。第1膨張弁15aは、暖房モード時及び除湿暖房モード時に、室内凝縮器12から流出した冷媒を減圧させる。第1膨張弁15aは、本開示における第1減圧装置として機能する。そして、第1膨張弁15aは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有する可変絞り機構である。
更に、第1膨張弁15aは、絞り開度を全開にすることによって、冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能付きの可変絞り機構として構成されている。第1膨張弁15aは、空調制御装置40から出力される制御信号(換言すれば、制御パルス)によって、その作動が制御される。
第1膨張弁15aの出口には、室外熱交換器16の冷媒入口が接続されている。室外熱交換器16は、第1膨張弁15aから流出した冷媒と図示しない送風ファンから送風された車室外の空気(外気)とを熱交換させる。室外熱交換器16は、車両ボンネット内の車両前方側に配置されている。送風ファンは、空調制御装置40から出力される制御電圧によって回転数(換言すれば、送風能力)が制御される電動送風機である。送風能力とは、即ち、送風ファンが送風する空気の量である。
室外熱交換器16の冷媒出口には、第2三方継手13bの1つの流入出口が接続されている。第2三方継手13bの別の流入出口には、第3冷媒通路14cが接続されている。第3冷媒通路14cは、室外熱交換器16から流出した冷媒を、室内蒸発器18の冷媒入口へ導く。
又、第2三方継手13bのさらに別の流入出口には、第4冷媒通路14dが接続されている。第4冷媒通路14dは、室外熱交換器16から流出した冷媒を、後述するアキュムレータ20の入口へ導く。具体的には、第4冷媒通路14dは、室外熱交換器16から流出した冷媒を、第4三方継手13dの1つの流入出口へ導く。
第3冷媒通路14cには、逆止弁17、第3三方継手13c、並びに、第2膨張弁15bが、冷媒流れに対してこの順に配置されている。逆止弁17は、冷媒が第2三方継手13b側から室内蒸発器18側へ流れることのみを許容する。第3三方継手13cには、前述した第2冷媒通路14bが接続されている。
第2膨張弁15bは、室外熱交換器16から流出して室内蒸発器18へ流入する冷媒を減圧させる。第2膨張弁15bは、本開示における第2減圧装置として機能する。第2膨張弁15bの基本的構成は、第1膨張弁15aと同様である。更に、本実施形態の第2膨張弁15bは、絞り開度を全閉した際に当該冷媒通路を閉塞する全閉機能付きの可変絞り機構で構成されている。
従って、第1実施形態に係る冷凍サイクル装置10では、第2膨張弁15bを全閉として第3冷媒通路14cを閉じることによって、冷媒回路を切り替えることができる。換言すると、第2膨張弁15bは、冷媒減圧装置としての機能を果たすとともに、サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替装置としての機能を兼ね備えている。
室内蒸発器18は、冷房モード時及び除湿暖房モード時に、冷却用熱交換器として機能する。即ち、室内蒸発器18は、冷房モード時及び除湿暖房モード時に、第2膨張弁15bから流出した冷媒と室内凝縮器12通過前の空気とを熱交換させる。室内蒸発器18では、第2膨張弁15bにて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって空気を冷却する。室内蒸発器18は、室内空調ユニット30のケーシング31内のうち、空気の流れ方向における室内凝縮器12の上流に配置されている。
室内蒸発器18の冷媒出口には、蒸発圧力調整弁19の流入口91aが接続されている。蒸発圧力調整弁19は、室内蒸発器18の着霜(フロスト)を抑制するために、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力(即ち、低圧側冷媒圧力Pe)を着霜抑制圧力APe以上に調整する。換言すると、蒸発圧力調整弁19は、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teを着霜抑制温度ATe以上に調整する。
第1実施形態では、冷媒としてR134aを採用し、着霜抑制温度ATeを0℃よりも僅かに高い値に設定している。従って、着霜抑制圧力APeは、R134aの0℃における飽和圧力である0.293MPaよりも僅かに高い値に設定されている。
ここで、蒸発圧力調整弁19の詳細な構成について、図2を用いて説明する。図2に示すように、蒸発圧力調整弁19は、ボデー91、筒状弁体部92、ベローズ93、スプリング94等を有する機械的機構で構成されている。
ボデー91は、複数の金属製或いは樹脂製の部材を組み合わせることによって筒状に形成されている。ボデー91は、蒸発圧力調整弁19の外殻を形成する。ボデー91の内部には、筒状弁体部92、ベローズ93、スプリング94等が収容される冷媒通路が形成されている。
筒状に形成されたボデー91の軸方向における一端部には、室内蒸発器18の冷媒出口に接続される流入口91aが形成されている。ボデー91の軸方向における他端部には、後述するアキュムレータ20の入口に接続される流出口91bが形成されている。更に、冷媒の流れ方向におけるボデー91の流入口91aの下流には、シリンダ部91cが形成されている。
シリンダ部91cは、内部に円柱状の空間を形成する部位である。シリンダ部91c内に形成される円柱状の空間には、筒状弁体部92の円筒状部92aが軸方向に摺動可能に嵌め込まれている。つまり、筒状弁体部92の円筒状部92aの外径寸法とシリンダ部91cの内径寸法は、隙間バメの寸法関係となっている。
筒状弁体部92は、有底円筒状(即ち、カップ状)の金属部材で形成されている。筒状弁体部92の軸方向における他端部、即ち、流出口91bに面する端部に配置される底面には、軸方向に垂直に広がる鍔部92bが設けられている。鍔部92bは、冷媒の流れ方向におけるシリンダ部91cの下流端部に当接して筒状弁体部92の変位を規制する部位である。
更に、筒状弁体部92の円筒状部92aの側面には、複数の連通穴92cが形成されている。各連通穴92cは、円筒状部92aの側面における内周側と外周側とを連通させている。
筒状弁体部92が軸方向における一端側へ変位し、鍔部92bがシリンダ部91cの下流端部に当接した状態では、これらの連通穴92cは、シリンダの内周壁面によって閉塞される。従って、鍔部92bがシリンダ部91cの下流端部に当接した状態では、流入口91aと流出口91bとの連通が遮断される。
鍔部92bがシリンダ部91cの下流端部に当接した状態から、筒状弁体部92が軸方向における他端側へ変位すると、筒状弁体部92の円筒状部92aに形成された連通穴92cがシリンダ部91cから露出する。これにより、流入口91aと流出口91bが連通する。そして、筒状弁体部92の軸方向における他端側への変位量Lが増加するに伴って、連通穴92cのシリンダ部91cから露出する部位の面積が増加する。
つまり、蒸発圧力調整弁19におけるシリンダ部91c及び筒状弁体部92は、いわゆるスライド弁を構成している。そして、筒状弁体部92を軸方向に変位させることによって、蒸発圧力調整弁19内の冷媒通路面積を変化させている。更に、ボデー91の軸方向に垂直な方向から見た時に、各連通穴92cは、略矩形状に形成されている。従って、蒸発圧力調整弁19内の冷媒通路面積は、変位量Lの増加に比例して増加する。
ベローズ93は、筒状弁体部92の変位方向に伸縮自在に形成された金属製の中空筒状部材である。ベローズ93は、筒状弁体部92に対して蒸発圧力調整弁19内の冷媒通路面積を縮小させる側、即ち、流入口91aに向かって荷重をかけている。ベローズ93は、冷媒の流れ方向において筒状弁体部92の下流に配置されている。そして、軸方向におけるベローズ93の一端部は、筒状弁体部92のうち鍔部92bを有する他端部に連結されている。一方、軸方向におけるベローズ93の他端部は、介在部材を介してボデー91に固定されている。
スプリング94は,ベローズ93の内部空間内に配置されている。スプリング94は、筒状弁体部92の変位方向に伸縮するコイルバネである。スプリング94は、ベローズ93と同様に、筒状弁体部92に対して蒸発圧力調整弁19内の冷媒通路面積を縮小させる側への荷重をかけている。ベローズ93及びスプリング94が、筒状弁体部92に作用させる荷重は、調整ネジ94aによって調整することができる。
従って、筒状弁体部92は、流入口91aに流入する冷媒の圧力による荷重、流出口91bから流出する冷媒の圧力による荷重、更に、ベローズ93及びスプリング94による荷重を受ける。流入口91aに流入する冷媒の圧力とは、即ち、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力である。流出口91bから流出する冷媒の圧力とは、即ち圧縮機11の吸入側冷媒圧力であって、換言すればアキュムレータ20内の冷媒圧力である。
そして、これらの荷重が釣り合う位置に筒状弁体部92が変位することによって、蒸発圧力調整弁19内の冷媒通路面積、すなわち、連通穴92cの開口面積が調整される。
より具体的には、筒状弁体部92が受ける荷重の釣り合いは、以下数式F1で表すことができる。
P1×A1+P2×A2=K×L+P2×A1+F0…(F1)
ここで、P1は流入口91aに流入する冷媒の圧力であり、P2は流出口91bから流出する冷媒の圧力、A1は筒状弁体部92の受圧面積、A2はベローズ93の受圧面積、Kはベローズ93及びスプリング94の合計バネ定数、Lは筒状弁体部92の変位量、F0は調整ネジ94aによって調整されたベローズ93及びスプリング94の初期荷重である。
ここで、P1は流入口91aに流入する冷媒の圧力であり、P2は流出口91bから流出する冷媒の圧力、A1は筒状弁体部92の受圧面積、A2はベローズ93の受圧面積、Kはベローズ93及びスプリング94の合計バネ定数、Lは筒状弁体部92の変位量、F0は調整ネジ94aによって調整されたベローズ93及びスプリング94の初期荷重である。
さらに、この蒸発圧力調整弁19では、受圧面積A1が受圧面積A2と略同一(A1≒A2)に設定されているので、数式F1は、以下数式F2の如く変形することができる。
P1=K/A1×L+F0/A1…(F2)
この数式F2によれば、流入口91aに流入する冷媒の圧力P1は、変位量Lの増加に伴って増加することが判る。また、前述の如く、変位量Lの増加に伴って蒸発圧力調整弁19内の冷媒通路面積が増加し、蒸発圧力調整弁19を流通する冷媒流量も増加する。
この数式F2によれば、流入口91aに流入する冷媒の圧力P1は、変位量Lの増加に伴って増加することが判る。また、前述の如く、変位量Lの増加に伴って蒸発圧力調整弁19内の冷媒通路面積が増加し、蒸発圧力調整弁19を流通する冷媒流量も増加する。
従って、蒸発圧力調整弁19は、蒸発圧力調整弁19を流通する冷媒流量の増加に伴って、流入口91aに流入する冷媒の圧力P1を上昇させる調圧特性を有している。換言すれば、蒸発圧力調整弁19は、室内蒸発器18を流通する冷媒流量の増加に伴って、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力を上昇させる調圧特性を有している。蒸発圧力調整弁19を流通する冷媒流量とは、即ち、室内蒸発器18を流通する冷媒流量である更に、第1実施形態では、冷房モード時の室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力(即ち、低圧側冷媒圧力Pe)が着霜抑制圧力APe以上となるように、蒸発圧力調整弁19の調圧特性を設定している。
尚、この車両用空調装置1において、除湿暖房モード時に蒸発圧力調整弁19を流通する冷媒流量Ge、即ち、室内蒸発器18を流通する冷媒流量は、質量流量として予め定めた標準流量SGeよりも多くなるように決定される。そして、蒸発圧力調整弁19では、冷媒流量Geが基準流量KGeになっている際には、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力を、制御目標値として標準蒸発圧力SPeとなるように調整する。さらに、標準蒸発圧力SPeとなっている際の室内蒸発器18における冷媒蒸発温度(以下、標準蒸発温度STeという)は、室内蒸発器18に着霜を生じさせない温度(例えば、1℃)に設定されている。
図1に示すように、蒸発圧力調整弁19の出口には、第4三方継手13dが接続されている。又、前述したように、第4三方継手13dにおける他の流入出口には、第4冷媒通路14dが接続されている。そして、第4三方継手13dのさらに別の流入出口には、アキュムレータ20の入口が接続されている。
アキュムレータ20は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。アキュムレータ20の気相冷媒出口には、圧縮機11の吸入口が接続されている。従って、アキュムレータ20は、圧縮機11に液相冷媒が吸入されることを抑制し、圧縮機11における液圧縮を防止する。
又、第2三方継手13bと第4三方継手13dとを接続する第4冷媒通路14dには、第1開閉弁21が配置されている。第1開閉弁21は、電磁弁によって構成されている。そして、第1開閉弁21は、第4冷媒通路14dを開閉することによって冷媒回路を切り替える冷媒回路切替装置として機能する。第1開閉弁21は、空調制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
同様に、第1三方継手13aと第3三方継手13cとを接続する第2冷媒通路14bには、第2開閉弁22が配置されている。第2開閉弁22は、第1開閉弁21と同様に、電磁弁によって構成されている。第2開閉弁22は、第2冷媒通路14bを開閉することによって冷媒回路を切り替える冷媒回路切替装置として機能する。
次に、図1に示す室内空調ユニット30について説明する。室内空調ユニット30は、冷凍サイクル装置10によって温度調整された空気を車室内へ吹き出す。室内空調ユニット30は、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されている。室内空調ユニット30は、その外殻を形成するケーシング31内に送風機32、室内蒸発器18、室内凝縮器12等を収容することによって構成されている。
ケーシング31は、車室内に送風される空気の空気通路を形成する。ケーシング31は、或る程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。
空気の流れ方向におけるケーシング31内の最上流部には、内外気切替装置33が配置されている。内外気切替装置33は、ケーシング31内へ内気(車室内の空気)と外気(車室外の空気)とを切替導入する。
具体的には、内外気切替装置33は、ケーシング31内へ内気を導入させる内気導入口及び外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させることができる。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動される。この電動アクチュエータは、空調制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。即ち、内外気切替装置33は、本開示における内気率調整部として機能する。
ここで、内気率とは、室内蒸発器18にて熱交換される空気に占める車室内空気の割合を意味する。具体的には、内気率は、内外気切替装置33を介して車室内へ送風される空気の総量(即ち、内気と外気の総和)に対して、内気導入口を介して導入された内気が占める割合を示す。
そして、空気の流れ方向における内外気切替装置33の下流には、送風機32が配置されている。この送風機32は、内外気切替装置33を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する。送風機32は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機である。送風機32における遠心多翼ファンの回転数(送風量)は、空調制御装置40から出力される制御電圧によって制御される。
空気の流れ方向における送風機32の下流には、室内蒸発器18及び室内凝縮器12が、空気流れに対して、この順に配置されている。換言すると、室内蒸発器18は、空気の流れ方向において室内凝縮器12の上流に配置されている。
又、ケーシング31内には、冷風バイパス通路35が形成されている。冷風バイパス通路35は、室内蒸発器18を通過した空気を、室内凝縮器12を迂回させて下流側へ流す為の通路である。
空気の流れ方向における室内蒸発器18の下流であって、且つ、空気の流れ方向における室内凝縮器12の上流には、エアミックスドア34が配置されている。エアミックスドア34は、室内蒸発器18通過後の空気のうち室内凝縮器12を通過させる風量割合を調整する際に用いられる。
又、空気の流れ方向における室内凝縮器12の下流には、混合空間が設けられている。この混合空間では、室内凝縮器12にて加熱された空気と、冷風バイパス通路35を通過して室内凝縮器12にて加熱されていない空気とが混合される。更に、ケーシング31の空気流れ最下流部には、複数の開口穴が配置されている。混合空間にて混合された空気(空調風)は、これらの開口穴を介して、空調対象空間である車室内へ吹き出される。
これらの開口穴としては、具体的に、フェイス開口穴、フット開口穴、デフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。フェイス開口穴は、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出す為の開口穴である。フット開口穴は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出す為の開口穴である。デフロスタ開口穴は、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出す為の開口穴である。
更に、フェイス開口穴、フット開口穴及びデフロスタ開口穴の空気の流れ方向における下流端は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口及びデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)に接続されている。
従って、エアミックスドア34が、室内凝縮器12を通過させる風量と冷風バイパス通路35を通過させる風量との風量割合を調整することによって、混合空間にて混合される空調風の温度が調整されて、各吹出口から車室内へ吹き出される空調風の温度が調整される。
つまり、エアミックスドア34は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整部としての機能を果たす。エアミックスドア34は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータによって駆動される。この電動アクチュエータは、空調制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
また、フェイス開口穴、フット開口穴、及びデフロスタ開口穴の空気の流れ方向における上流には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替ドアを構成する。フェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、それぞれリンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。この電動アクチュエータも、空調制御装置40から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
吹出口モード切替ドアによって切り替えられる吹出口モードとしては、具体的に、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード等がある。
フェイスモードは、フェイス吹出口を全開にしてフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出す吹出口モードである。バイレベルモードは、フェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出す吹出口モードである。フットモードは、フット吹出口を全開にしてフット吹出口から車室内乗員の足元に向けて空気を吹き出す吹出口モードである。
更に、乗員が、操作パネル60に設けられた吹出モード切替スイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタモードとすることもできる。デフロスタモードは、デフロスタ吹出口を全開してデフロスタ吹出口から車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出す吹出口モードである。
次に、車両用空調装置1の制御系について、図3を参照しつつ説明する。車両用空調装置1は、冷凍サイクル装置10の構成機器や室内空調ユニット30を制御する為の空調制御装置40を有している。
空調制御装置40は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。そして、空調制御装置40は、そのROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行うことで、出力側に接続された圧縮機11、第1膨張弁15a、第2膨張弁15b、第1開閉弁21、第2開閉弁22、送風機32、内外気切替装置33等の空調制御機器の作動を制御する。
又、空調制御装置40の入力側には、空調制御用のセンサ群の検出信号が入力される。図3に示すように、空調制御用のセンサ群には、内気温センサ51、外気温センサ52、日射センサ53、吐出温度センサ54、高圧側圧力センサ55、蒸発器温度センサ56、低圧側圧力センサ57、空気温度センサ58等が含まれる。
内気温センサ51は、車室内温度(内気温)Trを検出する内気温検出部である。外気温センサ52は、車室外温度(外気温)Tamを検出する外気温検出部である。日射センサ53は、車室内へ照射される日射量Asを検出する日射量検出部である。吐出温度センサ54は、圧縮機11吐出冷媒の吐出冷媒温度Tdを検出する吐出温度検出部である。
高圧側圧力センサ55は、室内凝縮器12の出口における冷媒圧力(高圧側冷媒圧力)Pdを検出する高圧側圧力検出部である。高圧側冷媒圧力Pdは、暖房モードでは、圧縮機11の吐出口から第1膨張弁15aの入口へ至る範囲の冷媒圧力となる。又、除湿暖房モードでは、高圧側冷媒圧力Pdは、圧縮機11の吐出口から第1膨張弁15aの入口及び第2膨張弁15bの入口へ至る範囲の冷媒圧力となる。又、冷房モードでは、高圧側冷媒圧力Pdは、圧縮機11の吐出口から第2膨張弁15bの入口へ至る範囲の冷媒圧力となる。
蒸発器温度センサ56は、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Te(蒸発器温度)を検出する蒸発器温度検出部である。蒸発器温度センサ56は、室内蒸発器18の熱交換フィン温度を検出している。ここで、蒸発器温度センサ56として、室内蒸発器18のその他の部位の温度を検出する温度検出部を採用してもよい。又、蒸発器温度センサ56として、室内蒸発器18を流通する冷媒自体の温度を直接検出する温度検出部を採用してもよい。
低圧側圧力センサ57は、室内蒸発器18の出口における冷媒圧力(低圧側冷媒圧力)Peを検出する低圧側圧力検出部である。低圧側冷媒圧力Peは、冷房モード及び除湿暖房モードでは、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力に相当する値となる。空気温度センサ58は、混合空間から車室内へ送風される空気温度TAVを検出する空気温度検出部である。
更に、空調制御装置40の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル60が接続されている。従って、空調制御装置40には、操作パネル60に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。
操作パネル60に設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、オートスイッチ、冷房スイッチ(A/Cスイッチ)、風量設定スイッチ、温度設定スイッチ、吹出モード切替スイッチ等が含まれる。
オートスイッチは、車両用空調装置1の自動制御運転を設定或いは解除する為の入力部である。冷房スイッチは、車室内の冷房を行うことを要求する為の入力部である。風量設定スイッチは、送風機32の風量をマニュアル設定する為の入力部である。温度設定スイッチは、車室内の目標温度である車室内設定温度Tsetを設定する為の入力部である。吹出モード切替スイッチは、吹出モードをマニュアル設定する為の入力部である。
尚、空調制御装置40は、その出力側に接続された各種空調制御機器を制御する制御部(換言すると、制御装置)が一体に構成されたものであるが、それぞれの空調制御機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの空調制御機器の作動を制御する制御部を構成している。
例えば、空調制御装置40のうち、圧縮機11の作動を制御する構成が吐出能力制御部40aを構成している。そして、空調制御装置40のうち、冷媒回路切替装置である第1開閉弁21、第2開閉弁22等の作動を制御する構成が冷媒回路制御部40bを構成している。
又、空調制御装置40のうち、第1減圧装置である第1膨張弁15a及び第2減圧装置である第2膨張弁15bの作動を制御する構成が減圧装置制御部40cを構成している。更に、空調制御装置40のうち、内気率調整部である内外気切替装置33における内外気切替ドア用の電動アクチュエータの作動を制御する構成が、内気率制御部40dを構成している。もちろん、吐出能力制御部40a、冷媒回路制御部40b、減圧装置制御部40c、内気率制御部40d等を空調制御装置40に対して別体の制御部で構成してもよい。
次に、第1実施形態に係る車両用空調装置1の作動について、図4、図5、図6、図7を用いて説明する。上述したように、車両用空調装置1では、暖房モード、除湿暖房モード、及び冷房モードの運転を切り替えることができる。そして、これらの各運転モードの切り替えは、予め空調制御装置40に記憶された空調制御プログラムが実行されることによって行われる。
図4は、この空調制御プログラムのメインルーチンとしての制御処理を示すフローチャートである。このメインルーチンの制御処理は、操作パネル60のオートスイッチが投入(ON)された際に実行される。尚、図4、図5、図6に示すフローチャートの各制御処理は、空調制御装置40が有する各種の機能実現部を構成している。
先ず、図4に示すように、S1では、車両用空調装置1におけるイニシャライズが行われる。具体的には、空調制御装置40の記憶回路によって構成されるフラグ、タイマ等の初期化、および上述した各種電動アクチュエータを構成するステッピングモータの初期位置合わせ等が、イニシャライズとして行われる。
尚、S1のイニシャライズでは、フラグや演算値のうち、前回の車両用空調装置の停止時や車両システム終了時に記憶された値が読み出されるものもある。
次に、S2では、空調制御用のセンサ群等からの検出信号及び操作パネル60からの操作信号等を読み込む。
続くS3では、S2にて読み込まれた検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度TAOを算出する。
具体的には、目標吹出温度TAOは、以下数式F3によって算出される。
TAO=Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×As+C…(F3)
なお、Tsetは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Trは内気温センサ51によって検出された車室内温度(内気温)、Tamは外気温センサ52によって検出された外気温、Asは日射センサ53によって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
なお、Tsetは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Trは内気温センサ51によって検出された車室内温度(内気温)、Tamは外気温センサ52によって検出された外気温、Asは日射センサ53によって検出された日射量である。Kset、Kr、Kam、Ksは制御ゲインであり、Cは補正用の定数である。
次に、S4では、運転モードの決定がなされる。より詳細には、S4では、図5に示すサブルーチンが実行される。先ず、S41では、操作パネル60の冷房スイッチが投入されているか否かが判定される。S41にて冷房スイッチが投入されている(ONになっている)と判定された際には、S42へ進む。
一方、S41にて冷房スイッチが投入されていない(OFFになっている)と判定された際には、S45へ進み、運転モードが暖房モードに決定されて、S5へ移行する。
S42では、目標吹出温度TAOから外気温Tamを減算した値(TAO-Tam)が予め定めた基準冷房温度α(本実施形態では、α=0)より低くなっているか否かが判定される。
S42にて、(TAO-Tam)<αとなっている場合には、S43へ進み、運転モードが冷房モードに決定されて、S5へ移行する。一方、S42にて、(TAO-Tam)<αとなっていない場合には、S44へ進み、運転モードが除湿暖房モードに決定されて、S5へ移行する。
図4のS5では、S4で決定された運転モードに応じて、各種制御対象機器の作動状態が決定される。より具体的には、S5では、図7の図表に示すように、第1開閉弁21、第2開閉弁22の開閉状態、エアミックスドア34の開度、第1膨張弁15a、第2膨張弁15bの作動状態等が決定される。
更に、S5では、図7の図表には記載していないものの、圧縮機11の冷媒吐出能力(即ち、圧縮機11の回転数)、送風機32の送風能力(即ち、送風機32回転数)、内外気切替装置33の作動状態、吹出口モード切替ドアの作動状態(即ち、吹出口モード)等も決定される。
そして、S6では、S5にて決定された各種空調制御機器の作動状態が得られるように、空調制御装置40から各種空調制御機器に対して、制御信号或いは制御電圧が出力される。続くS7では、制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとS2へ戻る。
この車両用空調装置1では、上記の如く、運転モードが決定されて、各運転モードでの運転を実行する。以下に各運転モードにおける作動を説明する。
(a)暖房モード
暖房モードでは、図7の図表に示すように、空調制御装置40が、第1開閉弁21を開き、第2開閉弁22を閉じる。又、第1膨張弁15aについては、減圧作用を発揮する絞り状態とし、第2膨張弁15bについては全閉状態とする。
暖房モードでは、図7の図表に示すように、空調制御装置40が、第1開閉弁21を開き、第2開閉弁22を閉じる。又、第1膨張弁15aについては、減圧作用を発揮する絞り状態とし、第2膨張弁15bについては全閉状態とする。
これにより、暖房モードでは、図1の黒塗り矢印に示すように、圧縮機11、室内凝縮器12、第1膨張弁15a、室外熱交換器16、(第1開閉弁21、)アキュムレータ20、圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
更に、この冷媒回路の構成で、上述のS5にて説明したように、空調制御装置40が、暖房モード時における各種空調制御機器の作動状態(各種空調制御機器へ出力する制御信号)を決定する。
例えば、圧縮機11の電動モータへ出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置40に記憶された制御マップを参照して、室内凝縮器12における目標凝縮圧力PCOを決定する。この制御マップでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、目標凝縮圧力PCOが上昇するように決定する。
そして、目標凝縮圧力PCOと高圧側圧力センサ55によって検出された高圧側冷媒圧力Pdとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて高圧側冷媒圧力Pdが目標凝縮圧力PCOに近づくように、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号が決定される。
又、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、エアミックスドア34が冷風バイパス通路35を全閉とし、室内蒸発器18通過後の空気の全流量が室内凝縮器12側の空気通路を通過するように決定される。
又、第1膨張弁15aへ出力される制御信号については、第1膨張弁15aへ流入する冷媒の過冷却度が、目標過冷却度に近づくように決定される。目標過冷却度は、サイクルの成績係数(COP)が極大値となるように決定された値である。
又、送風機32の電動モータへ出力される制御電圧については、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置40に記憶された制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、目標吹出温度TAOの極低温域(最大冷房域)及び極高温域(最大暖房域)で、送風量を最大風量とする。
更に、目標吹出温度TAOが極低温域から中間温度域へ向かって上昇するに伴って、送風量を減少させ、目標吹出温度TAOが極高温域から中間温度域へ向かって低下するに伴って、送風量を減少させる。そして、目標吹出温度TAOが中間温度域となっている際には、送風量を最小風量とする。
又、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置40に記憶された制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、基本的に外気を導入する外気モードに決定される。そして、目標吹出温度TAOが極高温域となって高い暖房性能を得たい場合には、内気を導入する内気モードに決定される。
又、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置40に記憶された制御マップを参照して決定される。この制御マップでは、目標吹出温度TAOが高温域から低温域へと下降するに伴って、吹出口モードをフットモード、バイレベルモード、フェイスモードの順で切り替える。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12に流入する。室内凝縮器12に流入した冷媒は、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を開いているので、送風機32から送風されて室内蒸発器18を通過した空気と熱交換して放熱する。これにより、空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第2開閉弁22が閉じているので、第1三方継手13aから第1冷媒通路14a側へ流出し、第1膨張弁15aにて低圧冷媒となるまで減圧される。そして、第1膨張弁15aにて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する。
室外熱交換器16から流出した冷媒は、第1開閉弁21が開き、第2膨張弁15bが全閉状態となっているので、第2三方継手13bから第4冷媒通路14d側へ流出し、第4三方継手13dを介してアキュムレータ20へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ20にて分離された気相冷媒が圧縮機11の吸入側から吸入されて再び圧縮機11にて圧縮される。
以上の如く、暖房モードでは、室内凝縮器12にて加熱された空気を車室内へ吹き出すことができる為、車室内の暖房を行うことができる。
(b)除湿暖房モード
除湿暖房モードでは、図7の図表に示すように、空調制御装置40が、第1開閉弁21を開き、第2開閉弁22を開き、第1膨張弁15aを絞り状態とし、第2膨張弁15bを絞り状態とする。
除湿暖房モードでは、図7の図表に示すように、空調制御装置40が、第1開閉弁21を開き、第2開閉弁22を開き、第1膨張弁15aを絞り状態とし、第2膨張弁15bを絞り状態とする。
これにより、除湿暖房モードでは、図1の網掛けハッチング付き矢印に示すように、圧縮機11、室内凝縮器12、第1膨張弁15a、室外熱交換器16、(第1開閉弁21、)アキュムレータ20、圧縮機11の順に冷媒を循環させると共に、圧縮機11、室内凝縮器12、(第2開閉弁22、)第2膨張弁15b、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁19、アキュムレータ20、圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
つまり、除湿暖房モードでは、室内凝縮器12から流出した冷媒の流れを第1三方継手13aにて分岐し、分岐された一方の冷媒を第1膨張弁15a、室外熱交換器16、圧縮機11の順に流すと共に、分岐された他方の冷媒を第2膨張弁15b、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁19、圧縮機11の順に流す冷媒回路に切り替えられる。
更に、この冷媒回路の構成で、上述のS5にて説明したように、空調制御装置40が、除湿暖房モード時における各種空調制御機器の作動状態を決定する。
例えば、圧縮機11の電動モータへ出力される制御信号については、暖房モードと同様に決定される。エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、暖房モードと同様に、エアミックスドア34が冷風バイパス通路35を全閉とし、室内蒸発器18通過後の空気の全流量が室内凝縮器12側の空気通路を通過するように決定される。
又、第1膨張弁15aへ出力される制御信号については、暖房モードと同様に、第1膨張弁15aへ流入する冷媒の過冷却度が、サイクルの成績係数(COP)が略最大値となるように定められた目標過冷却度に近づくように決定される。
一方、第2膨張弁15bへ出力される制御信号については、室内蒸発器18を流通する冷媒流量が適切な流量となるように決定される。具体的には、室内蒸発器18の出口における冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度(例えば、5℃)となるように、第2膨張弁15bの絞り開度が調整される。
又、送風機32の電動モータへ出力される制御電圧については、暖房モードと同様に決定される。吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号についても、暖房モードと同様に決定される。
そして、内外気切替装置33の内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、初期状態としては外気導入(即ち、内気率最小)を示す制御信号に決定される。その後、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号は、図6に示すサブルーチンを実行することによって、蒸発器温度センサ56によって検出された室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teや目標吹出温度TAOに基づいて適宜決定される。
図6に示すように、先ず、S61では、蒸発器温度センサ56によって検出された冷媒蒸発温度Teが予め定めた基準蒸発温度KTeよりも低くなっているか否かを判定する。基準蒸発温度KTeは、例えば、室内蒸発器18に着霜を生じさせない温度(例えば、1℃)に設定されている。
S61にて、冷媒蒸発温度Teが基準蒸発温度KTeよりも低くなっていると判定された場合には、S62へ進み、内気率上昇制御が実行される。
冷媒蒸発温度Teが基準蒸発温度KTeよりも低くなっている場合、室内蒸発器18は、現時点において能力的な余裕を残した状態で空気の除湿を行っているといえる。この為、現在の除湿能力を維持したままで、内外気切替装置33における内気率を上げ、室内蒸発器18における吸熱量を高めることが可能である。
具体的には、S62の内気率上昇制御では、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号は、蒸発器温度センサ56によって検出された冷媒蒸発温度Teが低い程、高い内気率となるように決定される。
一方、S61にて、冷媒蒸発温度Teが基準蒸発温度KTe以上となっていると判定された場合には、S63へ進み、通常制御が実行される。S63の通常制御では、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号は、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置40に記憶された制御マップを参照して決定される。
このように決定された各種空調制御機器の作動状態で作動すると、除湿暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12に流入した冷媒は、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を開いているので、暖房モードと同様に、送風機32から送風されて室内蒸発器18を通過した空気と熱交換して放熱する。これにより、空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒の流れは、第2開閉弁22が開いているので、第1三方継手13aにて分岐される。第1三方継手13aにて分岐された一方の冷媒は、第1冷媒通路14a側へ流出し、第1膨張弁15aにて低圧冷媒となるまで減圧される。第1膨張弁15aにて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する。
一方、第1三方継手13aにて分岐された他方の冷媒は、第2冷媒通路14b側へ流出する。第2冷媒通路14b側へ流出した冷媒は、逆止弁17の作用によって、室外熱交換器16側へ流出することはなく、第2開閉弁22および第3三方継手13cを介して第2膨張弁15bへ流入する。
第2膨張弁15bへ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧される。そして、第2膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器18へ流入し、送風機32から送風された空気から吸熱して蒸発する。これにより、空気が冷却される。室内蒸発器18から流出した冷媒は、蒸発圧力調整弁19にて減圧されて、室外熱交換器16から流出した冷媒と同等の圧力となる。
蒸発圧力調整弁19から流出した冷媒は、第4三方継手13dへ流入して、室外熱交換器16から流出した冷媒と合流する。第4三方継手13dにて合流した冷媒は、アキュムレータ20へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ20にて分離された気相冷媒が圧縮機11の吸入側から吸入されて再び圧縮機11にて圧縮される。
以上の如く、除湿暖房モードでは、室内蒸発器18にて冷却されて除湿された空気を、室内凝縮器12にて再加熱して車室内へ吹き出すことによって、車室内の除湿暖房を行うことができる。
そして、第1実施形態における除湿暖房モードでは、S62の内気率上昇制御を実行させることで、室内蒸発器18における吸熱量を、冷媒蒸発温度Teに応じて増大させることができる。即ち、第1実施形態に係る車両用空調装置1は、除湿暖房モードにおける加熱能力を、室内蒸発器18における吸熱量の増大に伴って向上させることができる。
例えば、第1実施形態に係る車両用空調装置1によれば、圧縮機11による圧縮仕事量が一定であっても、内気率上昇制御を行うことで除湿暖房モードにおける加熱能力を向上させることができる。即ち、圧縮機11による圧縮仕事量に対する除湿暖房モードにおける加熱効率を高めることができる。
又、換言すると、所定の加熱能力を発揮させる為に必要な圧縮機11による圧縮仕事量を、内気率上昇制御を行うことで低減することができる為、圧縮機11の動力を低減することができ、サイクルの成績係数(COP)の向上を図ることができる。
(c)冷房モード
冷房モードでは、図7の図表に示すように、空調制御装置40は、第1開閉弁21及び第2開閉弁22を閉じる。又、空調制御装置40は、第1膨張弁15aを全開状態とし、第2膨張弁15bを絞り状態とする。
冷房モードでは、図7の図表に示すように、空調制御装置40は、第1開閉弁21及び第2開閉弁22を閉じる。又、空調制御装置40は、第1膨張弁15aを全開状態とし、第2膨張弁15bを絞り状態とする。
これにより、冷房モードでは、図1の白抜き矢印に示すように、圧縮機11、室内凝縮器12、(第1膨張弁15a、)室外熱交換器16、(逆止弁17、)第2膨張弁15b、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁19、アキュムレータ20、圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
さらに、この冷媒回路の構成で、上述のS5にて説明したように、空調制御装置40が、冷房モード時における各種空調制御機器の作動状態を決定する。
例えば、圧縮機11の電動モータへ出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置40に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器18における目標蒸発温度TEOを決定する。この制御マップでは、目標吹出温度TAOの低下に伴って、目標蒸発温度TEOを低下させるように決定する。更に、目標蒸発温度TEOには、室内蒸発器18の着霜を抑制するために下限値(例えば、2℃)が設けられている。
そして、目標蒸発温度TEOと蒸発器温度センサ56によって検出された冷媒蒸発温度Teとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて冷媒蒸発温度Teが目標蒸発温度TEOに近づくように、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号が決定される。
又、エアミックスドア34の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、エアミックスドア34が冷風バイパス通路35を全開とし、室内蒸発器18通過後の空気の全流量が冷風バイパス通路35を通過するように決定される。冷房モードでは、空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくようにエアミックスドア34の開度を制御してもよい。
又、第2膨張弁15bへ出力される制御信号については、第2膨張弁15bへ流入する冷媒の過冷却度が、目標過冷却度に近づくように決定される。目標過冷却度は、サイクルの成績係数(COP)が極大値となるように決定された値である。
また、送風機32の電動モータへ出力される制御電圧については、暖房モード及び除湿暖房モードと同様に決定される。内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、暖房モードと同様に決定される。吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号については、暖房モードおよび除湿暖房モードと同様に決定される。
従って、冷房モード時の冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12に流入する。この際、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を全閉としているので、室内凝縮器12に流入した冷媒は、殆ど空気と熱交換することなく、室内凝縮器12から流出する。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第2開閉弁22が閉じているので、第1三方継手13aから第1冷媒通路14a側へ流出し、第1膨張弁15aに流入する。この際、第1膨張弁15aが全開状態となっているので、室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁15aにて減圧されることなく、室外熱交換器16に流入する。
室外熱交換器16に流入した冷媒は、室外熱交換器16にて送風ファンから送風された外気へ放熱する。室外熱交換器16から流出した冷媒は、第1開閉弁21が閉じているので、第2三方継手13bを介して第3冷媒通路14c側へ流入し、第2膨張弁15bにて低圧冷媒となるまで減圧される。
第2膨張弁15bにて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器18へ流入し、送風機32から送風された空気から吸熱して蒸発する。これにより、空気が冷却される。室内蒸発器18から流出した冷媒は、蒸発圧力調整弁19を介してアキュムレータ20へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ20にて分離された気相冷媒が圧縮機11の吸入側から吸入されて再び圧縮機11にて圧縮される。
以上の如く、冷房モードでは、室内蒸発器18にて冷却された空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の冷房を行うことができる。
従って、本実施形態の車両用空調装置1によれば、暖房モード、除湿暖房モード、及び冷房モードの運転を切り替えることによって、車室内の適切な空調を実現することができる。
ここで、第1実施形態のように冷媒回路を切り替え可能な冷凍サイクル装置では、一般的に、運転モード毎にサイクルを循環する適正な循環冷媒流量が異なる。更に、冷凍サイクル装置10では、除湿暖房モード時に室内蒸発器18と室外熱交換器16が冷媒流れに対して並列的に接続されるので、冷房モード時に室内蒸発器18を流通する冷媒流量が、除湿暖房モード時に室内蒸発器18を流通する冷媒流量よりも多くなる。
これに加えて、本実施形態の蒸発圧力調整弁19は、蒸発圧力調整弁19を流通する冷媒流量(即ち、室内蒸発器18を流通する冷媒流量Ge)の増加に伴って、室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力(即ち、低圧側冷媒圧力Pe)を上昇させる調圧特性を有している。
より詳細には、本実施形態の蒸発圧力調整弁19の調圧特性は、図8の太実線および太破線に示すように設定されている。
つまり、図8の太実線に示すように、冷房モード時の冷媒流量Geの範囲内では、冷房モードの最小冷媒流量となっても低圧側冷媒圧力Peが着霜抑制圧力APe(具体的には、0.293MPaよりも僅かに高い値)以上となるように設定されている。これにより、蒸発圧力調整弁19は、冷房モードの最小冷媒流量時であっても、冷媒蒸発温度Teを目標蒸発温度TEOの最低値(具体的には、2℃)となるように調整することができる。
その一方で、第1実施形態に係る蒸発圧力調整弁19の調圧特性では、室内蒸発器18を流通する冷媒流量が冷房モード時よりも低下する除湿暖房モード時に、図8の太破線に示すように、室内蒸発器18の低圧側冷媒圧力Peが着霜抑制圧力APeを下回り、室内蒸発器18に着霜が生じてしまうおそれがある。即ち、図6におけるS61において、冷媒蒸発温度Teが基準蒸発温度KTeよりも低くなっていると判定された場合、室内蒸発器18に着霜が生じる恐れがある。
これに対して、第1実施形態に係る冷凍サイクル装置10では、除湿暖房モード時に、冷媒蒸発温度Teが基準蒸発温度KTeよりも低くなっていると判定された場合には、S62の内気率上昇制御が行われる。
この内気率上昇制御では、内外気切替装置33の制御によって、冷媒蒸発温度Teの下降に伴って内気率を上昇させることで、室内蒸発器18における除湿負荷を高め、室内蒸発器18における導入空気からの吸熱量を増大させている。この結果、室内蒸発器18を流通する冷媒流量Geが増大する為、蒸発圧力調整弁19の調圧特性に従って、室内蒸発器18における低圧側冷媒圧力Pe及び冷媒蒸発温度Teが上昇する。
従って、除湿暖房モード時に内気率上昇制御を行うことで、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teを、室内蒸発器18に着霜を生じさせない温度に維持することができ、室内蒸発器18における着霜の発生を抑制することができる。又、内気率上昇制御を行うことで、室内蒸発器18を流通する冷媒流量Geを増大させることができる為、冷媒に含まれる冷凍機油によるオイル寝込みを抑制することができる。
更に、この車両用空調装置1によれば、冷房モードの最大冷媒流量時に、冷媒蒸発温度Teを目標蒸発温度TEOの最低値(具体的には、2℃)に調整することができる。従って、冷媒蒸発温度Teを目標蒸発温度TEOとなるまで低下させるために、圧縮機11の冷媒吐出能力が不必要に増大する制御干渉を招いてしまうことがない。
その結果、圧縮機11の消費動力が不必要に増大してしまうことや、室内蒸発器18における空気の冷却能力が不足してしまうことを抑制できる。
以上説明したように、第1実施形態に係る車両用空調装置1によれば、除湿暖房モード時に、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teが基準蒸発温度KTeよりも低くなっていると判定された場合には、S62の内気率上昇制御が行われ、冷媒蒸発温度Teの下降に伴って内気率を上昇させる為、室内蒸発器18における吸熱量を高め、除湿暖房モードにおける加熱能力を向上させることができる。
即ち、この車両用空調装置1は、除湿暖房モードにおいて、圧縮機11による所定の圧縮仕事量で発揮可能な加熱能力(即ち、室内凝縮器12における放熱量)を向上させることができる。又、換言すると、車両用空調装置1は、除湿暖房モードにおける所定の加熱能力を発揮させる為に必要な圧縮機11の圧縮仕事量を抑制することができる為、省エネルギー化に貢献することができる。
又、第1実施形態に係る車両用空調装置1によれば、冷房モードの冷媒回路に切り替えて冷房運転することができる。冷房モード、除湿暖房モードでサイクルを循環する適正な循環冷媒流量の差に起因して除湿暖房モードで生じる不具合を、内気率上昇制御を行うことで抑制することができる。内気率上昇制御で抑制可能な不具合としては、例えば、室内蒸発器18の着霜、オイル寝込みや、制御干渉等を挙げることができる。
(第2実施形態)
続いて、上述した第1実施形態とは異なる第2実施形態について、図面を参照しつつ説明する。第2実施形態に係る車両用空調装置1は、基本的に第1実施形態と同様の構成である。第2実施形態においては、除湿暖房モードで実行されるサブルーチンによる制御内容が上述した第1実施形態と相違する。
続いて、上述した第1実施形態とは異なる第2実施形態について、図面を参照しつつ説明する。第2実施形態に係る車両用空調装置1は、基本的に第1実施形態と同様の構成である。第2実施形態においては、除湿暖房モードで実行されるサブルーチンによる制御内容が上述した第1実施形態と相違する。
従って、以下の説明において、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
第2実施形態に係る除湿暖房モードにおいても、第1実施形態と同様に、圧縮機11、室内凝縮器12、第1膨張弁15a、室外熱交換器16、(第1開閉弁21、)アキュムレータ20、圧縮機11の順に冷媒を循環させると共に、圧縮機11、室内凝縮器12、(第2開閉弁22、)第2膨張弁15b、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁19、アキュムレータ20、圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
そして、第2実施形態に係る除湿暖房モードでは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号は、図9に示すサブルーチンを実行することによって、蒸発器温度センサ56によって検出された室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teや目標吹出温度TAOに基づいて適宜決定される。
図9に示すように、先ず、S71では、蒸発器温度センサ56によって検出された冷媒蒸発温度Teが予め定めた第1基準蒸発温度KTe1よりも低くなっているか否かを判定する。第1基準蒸発温度KTe1は、例えば、室内蒸発器18に着霜を生じさせない温度(例えば、1℃)に設定されている。
S71にて、冷媒蒸発温度Teが第1基準蒸発温度KTe1よりも低くなっていると判定された場合には、S72へ進み、内気率上昇制御が実行される。一方、S71にて、冷媒蒸発温度Teが第1基準蒸発温度KTe1以上となっていると判定された場合には、S73に移行する。
S72における内気率上昇制御では、上述した第1実施形態における内気率上昇制御と同様の処理が行われる。即ち、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号が、蒸発器温度センサ56によって検出された冷媒蒸発温度Teが低い程、高い内気率となるように決定される。
従って、第2実施形態に係る車両用空調装置1においても、第1実施形態と同様に、内気率上昇制御を実行することで、室内蒸発器18における吸熱量を高め、除湿暖房モードにおける加熱能力を向上させることができる。
又、第2実施形態に係る車両用空調装置1は、内気率上昇制御を実行することで、冷房モード、除湿暖房モードでサイクルを循環する適正な循環冷媒流量の差に起因して除湿暖房モードで生じる不具合(即ち、室内蒸発器18の着霜、オイル寝込み等)を抑制することができる。
S73においては、蒸発器温度センサ56によって検出された冷媒蒸発温度Teが第2基準蒸発温度KTe2よりも高くなっているか否かを判定する。第2基準蒸発温度KTe2は、第1基準蒸発温度KTe1よりも高い温度を示している。第2基準蒸発温度KTe2は、除湿暖房モード時における室内蒸発器18が最も除湿能力を発揮している場合の冷媒蒸発温度Teよりもやや低い温度を示している。
S73において、冷媒蒸発温度Teは第2基準蒸発温度KTe2よりも高くなっている場合には、S74に進み、内気率下降制御が実行される。一方、冷媒蒸発温度Teが第2基準蒸発温度KTe2以下になっていると判定された場合には、S75に移行する。
S74の内気率下降制御では、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号は、蒸発器温度センサ56によって検出された冷媒蒸発温度Teが高い程、低い内気率となるように決定される。
そして、S75においては、通常制御が実行される。即ち、この通常制御は、冷媒蒸発温度Teが第1基準蒸発温度KTe1から第2基準蒸発温度KTe2の範囲内である場合に実行される。
具体的に、このS75の通常制御では、第1実施形態と同様の処理が行われる。即ち、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号は、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置40に記憶された制御マップを参照して決定される。
ここで、第2実施形態における内気率下降制御の効果について、図10を参照しつつ説明する。上述したように、第2実施形態に係る車両用空調装置1においても、除湿暖房モードでは、室外熱交換器16と室内蒸発器18とを並列に接続した冷媒流路が構成されている。
この為、室外熱交換器16における冷媒圧力と、室内蒸発器18における冷媒圧力が等しくなってしまい、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度と、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teが一致してしまう。
これにより、除湿暖房モードにおける室内蒸発器18による除湿能力を維持したままで、室外熱交換器16における吸熱量を変化させて、車室内に吹出される空気の温度を調整しようとしても、室外熱交換器16における外気からの吸熱量を適切に調整することできない。つまり、この場合には、除湿暖房モードにおける室内への空気の温度調整範囲は、図10にクロスハッチングで示す範囲に制限されてしまう。
特に、室内への空気の温度を低下させようとした場合、室内への吹出空気の温度を低下させるためには、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度を上昇させ、室外熱交換器16における冷媒の吸熱量を減少させればよい。
しかしながら、室外熱交換器16及び室内蒸発器18が冷媒流れに対して並列に接続されている為、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度を上昇させてしまうと、室内蒸発器18の冷媒蒸発温度Teも上昇してしまう。この為、除湿暖房モードにおける空気の温度を、図10にクロスハッチングで示す範囲よりも低温側に調整することは困難であった。
この点、S74の内気率下降制御では、内外気切替装置33における内気率が下げられる為、室内蒸発器18に対する除湿負荷が低下し、室内蒸発器18による吸熱量も低減することになる。
上述したように、除湿暖房モードにおける加熱能力(即ち、室内凝縮器12における放熱量)は、圧縮機11における圧縮仕事量に相当する熱量、室外熱交換器16にて冷媒が外気から吸熱する外気からの吸熱量、及び室内蒸発器18にて冷媒が空気から吸熱した空気側吸熱量の総和に相当する。
従って、第2実施形態に係る車両用空調装置1によれば、S74の内気率下降制御を実行することで、室内蒸発器18における吸熱量を低下させて、除湿暖房モードにおける加熱能力を低下させることができる。これにより、この車両用空調装置1は、除湿暖房モードにおける空気の温度調整範囲を、図10にクロスハッチングで示す範囲に加えて、水平ハッチングで示す範囲に拡張することができ、空気の温度をより低温に調整することができる。
以上説明したように、第2実施形態に係る車両用空調装置1によれば、除湿暖房モード時に、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teが第1基準蒸発温度KTe1よりも低くなっていると判定された場合には、S72の内気率上昇制御が行われ、冷媒蒸発温度Teの下降に伴って内気率を上昇させる為、室内蒸発器18における吸熱量を高め、除湿暖房モードにおける加熱能力を向上させることができる。
即ち、この車両用空調装置1は、除湿暖房モードにおいて、圧縮機11による所定の圧縮仕事量で発揮可能な加熱能力(即ち、室内凝縮器12における放熱量)を向上させることができる。又、冷房モード、除湿暖房モードでサイクルを循環する適正な循環冷媒流量の差に起因して除湿暖房モードで生じる不具合を、内気率上昇制御を行うことで抑制することができる。
更に、第2実施形態に係る車両用空調装置1によれば、除湿暖房モード時に、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teが第2基準蒸発温度KTe2よりも高くなっていると判定された場合には、S74の内気率下降制御が行われ、冷媒蒸発温度Teの上昇に伴って内気率を下降させる。
これにより、室内蒸発器18における吸熱量を低下させて、除湿暖房モードにおける加熱能力を低下させることができる為、この車両用空調装置1は、除湿暖房モードにおける空気の温度調整範囲を低温側に拡張することができる。
(第3実施形態)
次に、上述した各実施形態とは異なる第3実施形態について、図面を参照しつつ説明する。第3実施形態に係る車両用空調装置1は、基本的に上述した実施形態と同様の構成である。第3実施形態においては、除湿暖房モードで実行されるサブルーチンによる制御内容が上述した実施形態と相違する。
次に、上述した各実施形態とは異なる第3実施形態について、図面を参照しつつ説明する。第3実施形態に係る車両用空調装置1は、基本的に上述した実施形態と同様の構成である。第3実施形態においては、除湿暖房モードで実行されるサブルーチンによる制御内容が上述した実施形態と相違する。
従って、以下の説明において、上述した実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
第3実施形態に係る除湿暖房モードにおいても、上述した実施形態と同様に、圧縮機11、室内凝縮器12、第1膨張弁15a、室外熱交換器16、(第1開閉弁21、)アキュムレータ20、圧縮機11の順に冷媒を循環させると共に、圧縮機11、室内凝縮器12、(第2開閉弁22、)第2膨張弁15b、室内蒸発器18、蒸発圧力調整弁19、アキュムレータ20、圧縮機11の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
そして、第3実施形態に係る除湿暖房モードでは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号は、図11に示すサブルーチンを実行することによって決定される。第3実施形態においては、上述した実施形態と異なり、第2膨張弁15bの開度Ae2や、目標吹出温度TAOに基づいて適宜決定される。
上述したように、第3実施形態における第2膨張弁15bも、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有している。従って、空調制御装置40は、第2膨張弁15bの電動アクチュエータに入力した制御信号のパルス数によって、第2膨張弁15bの開度Ae2を検出することができる。
又、第3実施形態に係る車両用空調装置1の除湿暖房モードにおいて、第2膨張弁15bには、図12に示すように、所定の最小開度から最大開度までの開度範囲が定められている。
除湿暖房モードにおいて、第2膨張弁15bの開度Ae2が最小開度に近づいて行くほど、第2膨張弁15b及び室内蒸発器18を流通する冷媒流量Geが小さくなる。つまり、図12に示すように、第2膨張弁15bの開度Ae2が小さくなるほど、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teは低下していく。このことは、室内蒸発器18における除湿能力に対して、現時点における除湿負荷が小さく能力的に余裕があることを示している。
一方、第2膨張弁15bの開度Ae2が最大開度に近づいて行くほど、第2膨張弁15b及び室内蒸発器18を流通する冷媒流量Geが大きくなる。即ち、第2膨張弁15bの開度Ae2が大きくなるほど、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teも上昇していく。つまり、この場合には、室内蒸発器18における除湿能力に対して、現時点における除湿負荷が同等若しくはやや大きく、除湿能力に余裕がない状態を示す。
つまり、図12に示すように、第2膨張弁15bの開度Ae2と、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teとの間に一定の関係性があるため、第2膨張弁15bの開度Ae2をもって、内気率上昇制御の実行に関する可否を判断することが可能である。
図11に示すように、先ず、S81では、第2膨張弁15bの電動アクチュエータに入力した制御信号に基づいて、第2膨張弁15bの開度Ae2が予め定めた基準開度KAeよりも小さくなっているか否かを判定する。基準開度KAeは、例えば、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teが基準蒸発温度KTeとなる場合の第2膨張弁15bの開度に設定されている。
S81にて、第2膨張弁15bの開度Ae2が基準開度KAeよりも小さくなっていると判定された場合には、S82へ進み、内気率上昇制御が実行される。一方、S81にて、第2膨張弁15bの開度Ae2が基準開度KAe以上となっていると判定された場合には、S83に移行する。
S82における内気率上昇制御では、上述した内気率上昇制御と同様の処理が行われる。即ち、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号が、検出された第2膨張弁15bの開度Ae2が小さい程、高い内気率となるように決定される。
図12に示すように、第2膨張弁15bの開度Ae2によって、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teを特定することもできる為、第2膨張弁15bの開度Ae2に従って内気率を決定しても、第1実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
このように、第3実施形態に係る車両用空調装置1においても、上述した実施形態と同様に、内気率上昇制御を実行することで、室内蒸発器18における吸熱量を高め、除湿暖房モードにおける加熱能力を向上させることができる。
又、第3実施形態に係る車両用空調装置1も、内気率上昇制御を実行することで、冷房モード、除湿暖房モードでサイクルを循環する適正な循環冷媒流量の差に起因して除湿暖房モードで生じる不具合を抑制することができる。該不具合とは、即ち、室内蒸発器18の着霜やオイル寝込み等である。
一方、S83では、第1実施形態と同様に、通常制御が実行される。具体的には、内外気切替ドア用の電動アクチュエータへ出力される制御信号は、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置40に記憶された制御マップを参照して決定される。
以上説明したように、第3実施形態に係る車両用空調装置1によれば、除湿暖房モード時に、第2膨張弁15bの開度Ae2が基準開度KAeよりも小さくなっていると判定された場合には、S82の内気率上昇制御が行われ、第2膨張弁15bの開度Ae2の下降に伴って内気率を上昇させる為、室内蒸発器18における吸熱量を高め、除湿暖房モードにおける加熱能力を向上させることができる。第2膨張弁15bの開度Ae2の下降とは、即ち、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teの下降である。
第3実施形態においては、第2膨張弁15bの開度Ae2をセンサ等で検出することなく、内気率上昇制御に係る実行の可否を決定することができ、簡易な構成で除湿暖房モードにおける加熱能力を向上させることができる。
又、この車両用空調装置1は、除湿暖房モードにおいて、圧縮機11による所定の圧縮仕事量で発揮可能な加熱能力、即ち、室内凝縮器12における放熱量を向上させることができる。又、冷房モード、除湿暖房モードでサイクルを循環する適正な循環冷媒流量の差に起因して除湿暖房モードで生じる不具合を、内気率上昇制御を行うことで抑制することができる。
(他の実施形態)
以上、実施形態に基づき本開示を説明したが、本開示は上述した実施形態に何ら限定されるものではない。即ち、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。例えば、上述した各実施形態を適宜組み合わせても良い。
以上、実施形態に基づき本開示を説明したが、本開示は上述した実施形態に何ら限定されるものではない。即ち、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。例えば、上述した各実施形態を適宜組み合わせても良い。
又、上述した実施形態を、例えば、以下のように種々変形することも可能である。
(1)上述の実施形態では、本開示の冷凍サイクル装置10を、電気自動車に搭載される車両用空調装置1に適用した例を説明したが、本開示の適用はこれに限定されない。例えば、車両走行用の駆動力を内燃機関(エンジン)から得る通常の車両に搭載される車両用空調装置に適用してもよいし、走行用の駆動力を走行用電動モータおよび内燃機関の双方から得るハイブリッド車両に搭載される車両用空調装置に適用してもよい。
又、内燃機関を有する車両に適用される車両用空調装置1では、空気の補助加熱装置として、内燃機関の冷却水を熱源として空気を加熱するヒータコアを設けてもよい。更に、本開示の冷凍サイクル装置10は、車両用に限定されることなく、据え置き型の空調装置等に適用してもよい。
又、上述の実施形態では、加熱用熱交換器である室内凝縮器12にて、圧縮機11から吐出された吐出冷媒と空気とを熱交換させ、吐出冷媒を熱源として直接的に空気を加熱する例を説明したが、加熱用熱交換器における空気の加熱態様はこれに限定されない。
例えば、熱媒体を循環させる熱媒体循環回路を設け、この熱媒体循環回路に、吐出冷媒と熱媒体とを熱交換させる水-冷媒熱交換器、及び水-冷媒熱交換器にて加熱された熱媒体と空気とを熱交換させて空気を加熱する加熱用熱交換器を配置する。そして、加熱用熱交換器にて、吐出冷媒を熱源として熱媒体を介して間接的に空気を加熱するようにしてもよい。
(2)上述の各実施形態では、暖房モード、除湿暖房モード、および冷房モードの冷媒回路に切替可能な冷凍サイクル装置10について説明したが、少なくとも上述の実施形態の除湿暖房モードと冷房モードとを切り替え可能な冷凍サイクル装置であれば、各実施形態で説明した効果を得ることができる。
また、上述の各実施形態で説明した冷凍サイクル装置10において、第1開閉弁21、第2開閉弁22を閉じて冷房モードと同様に室外熱交換器16および室内蒸発器18を直接的に接続する冷媒回路に切り替え、さらに、目標吹出温度TAOに応じて、第1膨張弁15aおよび第2膨張弁15bの絞り開度を変更することによって、車室内の除湿暖房を行う補助除湿暖房モード(即ち、直列除湿暖房モード)の運転を行うようにしてもよい。
具体的には、補助除湿暖房モードでは、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、第1膨張弁15aの絞り開度を減少させると共に、第2膨張弁15bの絞り開度を増加させる。これにより、室外熱交換器16を放熱器として機能させる状態から蒸発器として機能させる状態へ切り替えて、室内凝縮器12における空気の加熱能力を変化させてもよい。
(3)又、上述した実施形態においては、除湿暖房モードにおける内気率制御に際し、室内蒸発器18の冷媒蒸発温度Teに着目していたが、この態様に限定されるものではない。室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力を用いて、除湿暖房モードにおける内気率制御を行っても良い。室内蒸発器18における冷媒蒸発圧力は、冷媒蒸発温度Teに対応する為、実質的に同じ意味となるからである。
(4)又、内気率上昇制御においては、冷媒蒸発温度Teが下降する程に内気率を高く設定することができれば、冷媒蒸発温度Teが下降するごとに、内気率を連続的に上昇させても良い。又、冷媒蒸発温度Teを複数の数値範囲に階級分けし、階級ごとに一の内気率を対応付けた制御マップを用いて、内気率上昇制御を行っても良い。この場合、室内蒸発器18の冷媒蒸発温度Teが属する範囲に対応付けられた内気率に調整される。更に、内気率下降制御においても同様である。
(5)そして、上述した第1実施形態では、室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teが基準蒸発温度KTeより低い場合に、冷媒蒸発温度Teの下降に伴い内気率を上昇させていたが、この態様に限定されるものではない。
室内蒸発器18における冷媒蒸発温度Teが所定温度よりも高い場合に、冷媒蒸発温度Teの上昇に伴い内気率を下降させる内気率下降制御を行い、所定温度以下の場合に通常制御を行うように構成してもよい。所定温度として、例えば、第2実施形態における第2基準蒸発温度KTe2を用いても良い。
このように構成した場合、車両用空調装置1は、除湿暖房モードにおける送風温度の温度調整範囲を、低温側に拡張することができる。
(6)上述の各実施形態では、空調制御プログラムを実行することによって、各運転モードを切り替えた例を説明したが、各運転モードの切り替えはこれに限定されない。例えば、操作パネルに各運転モードを設定する運転モード設定スイッチを設け、当該運転モード設定スイッチの操作信号に応じて、暖房モードと冷房モードおよび除湿暖房モードを切り替えるようにしてもよい。
Claims (5)
- 空調装置に適用される冷凍サイクル装置であって、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を熱源として、空調対象空間へ送風される空気を加熱する加熱用熱交換器(12)と、
冷媒を減圧させる第1減圧装置(15a)と、
前記第1減圧装置にて減圧された冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
冷媒を減圧させる第2減圧装置(15b)と、
前記第2減圧装置にて減圧された冷媒と前記加熱用熱交換器を通過する前の前記空気とを熱交換させる冷却用熱交換器(18)と、
前記冷却用熱交換器における冷媒蒸発圧力(Pe)を調整する蒸発圧力調整弁(19)と、
前記冷却用熱交換器にて熱交換される前記空気に占める前記空調対象空間内の空気の割合である内気率を変化させる内気率調整部(33)と、
前記内気率調整部の作動を制御する制御装置(40)と、を備え、
前記蒸発圧力調整弁は、内部を流通する冷媒流量の増加に伴って、前記冷媒蒸発圧力(Pe)を上昇させ、
冷却して除湿された前記空気を再加熱して前記空調対象空間へ吹き出す第1モード時には、前記加熱用熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐させ、分岐された一方の冷媒を前記第1減圧装置、前記室外熱交換器、前記圧縮機の順に流すと共に、分岐された他方の冷媒を前記第2減圧装置、前記冷却用熱交換器、前記蒸発圧力調整弁、前記圧縮機の順に流す冷媒回路となっており、
前記制御装置(40)は、前記第1モード時に、前記冷却用熱交換器における冷媒蒸発温度(Te)の下降に伴って、前記内気率を上昇させる冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置(40)は、前記第1モード時において、前記冷却用熱交換器における前記冷媒蒸発温度(Te)が所定の基準蒸発温度(KTe)よりも低い場合に、前記冷媒蒸発温度の下降に伴って、前記内気率を上昇させる請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記制御装置(40)は、前記第1モード時において、
前記冷却用熱交換器における前記冷媒蒸発温度(Te)が、所定の第1基準蒸発温度(Kte1)よりも低い場合には、前記冷媒蒸発温度の下降に伴って、前記内気率を上昇させ、
前記冷却用熱交換器における前記冷媒蒸発温度(Te)が、前記第1基準蒸発温度よりも高い第2基準蒸発温度(KTe2)よりも高い場合には、前記冷媒蒸発温度の上昇に伴って、前記内気率を下降させる請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1モードと異なるモードであって、冷却された前記空気を前記空調対象空間へ吹き出す第2モードに切り替え可能に構成され、
前記第2モード時には、前記加熱用熱交換器、前記第1減圧装置、前記室外熱交換器、前記第2減圧装置、前記冷却用熱交換器、前記蒸発圧力調整弁、前記圧縮機の順に流す冷媒回路になっている請求項1ないし3の何れか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1減圧装置及び前記第2減圧装置の少なくとも一方は、電動アクチュエータで作動する弁であり、
前記制御装置(40)は、前記電動アクチュエータで作動する弁の開度を用いて、前記内気率調整部を制御して、前記冷媒蒸発温度の下降に伴って前記内気率を上昇させる請求項1ないし4の何れか1つに記載の冷凍サイクル装置。
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