車両用空調装置
【課題】暖房運転時における高効率運転を実現することができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】ＨＶＡＣユニット(2)と、ヒートポンプサイクル(4)と、許容冷媒流量推定手段で検出された許容冷媒流量に基づいて冷媒温度が外気温度未満、且つ、冷媒流量が許容冷媒流量以下となる冷媒流量範囲を設定する冷媒流量範囲設定手段と、入口冷媒状態検出手段(62)で検出された入口冷媒状態値が外気冷媒状態検出手段(58)で検出された外気冷媒状態値以上となるときには、冷媒流量範囲設定手段で設定された冷媒流量範囲内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段(63)とを備える。
【解決手段】ＨＶＡＣユニット(2)と、ヒートポンプサイクル(4)と、許容冷媒流量推定手段で検出された許容冷媒流量に基づいて冷媒温度が外気温度未満、且つ、冷媒流量が許容冷媒流量以下となる冷媒流量範囲を設定する冷媒流量範囲設定手段と、入口冷媒状態検出手段(62)で検出された入口冷媒状態値が外気冷媒状態検出手段(58)で検出された外気冷媒状態値以上となるときには、冷媒流量範囲設定手段で設定された冷媒流量範囲内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段(63)とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用空調装置に関し、例えば電気自動車用のヒートポンプサイクルを備えた車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両用空調装置には、例えば電気自動車用のヒートポンプサイクルを備えた空調装置があり、ヒートポンプサイクルの切り換えによって冷暖房運転、除湿運転を行うものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
当該ヒートポンプサイクルには、冷媒配管に、第１膨張弁、第１熱交換器、圧縮機、第２熱交換器、第２膨張弁、及び冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器が順次に介挿されるとともに、暖房運転時に第１膨張弁及び第１熱交換器をバイパスする第１バイパス路、冷房運転時に第２膨張弁をバイパスする第２バイパス路とが冷媒流路に接続された構成が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３２１９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ヒートポンプサイクルでは、室外熱交換器は冷房運転時には冷媒から外気に放熱させる凝縮器として使用され、暖房運転時には外気から冷媒に吸熱させる蒸発器として使用される。しかし、室外熱交換器を凝縮器として使用する場合と蒸発器として使用する場合とでは、室外熱交換器内における冷媒の状態が異なるため、室外熱交換器の入口側と出口側との冷媒圧力損失が大きく異なることとなる。
【０００５】
具体的には、空調装置の冷房性能を確保するために、室外熱交換器の凝縮器としての機能を優先すると、暖房運転時には、蒸発器として機能する室外熱交換器における圧力損失が大きくなり、空調装置の効率が著しく低下するとの問題が生じる。
そこで、暖房運転時の室外熱交換器における蒸発器の機能補助のために、上記従来技術に記載のような電気ヒータを別途に設けている。
【０００６】
しかしながら、電気自動車に電気ヒータを設けると、車両の消費電力が大きくなり、車両の航続距離が短くなるおそれがある。
また、冬季の暖房運転時における外気温度は０℃以下となることも珍しくないが、外気から吸熱するためには室外熱交換器内の冷媒温度を外気温度未満まで低下させる必要があり、このような場合には車室内における熱負荷が大きくなるため、暖房運転時には多くの熱量が必要となり、ヒートポンプサイクルにおいて循環させる冷媒流量を増大させる必要がある。
【０００７】
更に、外気温度が低い場合には、特に冷媒としてフロン系冷媒を使用すると、外気温度における冷媒の飽和蒸気圧が大気圧や負圧相当まで低下するおそれがある。冷媒圧力が大気圧や負圧になると、ヒートポンプサイクルの冷媒配管内に外部の空気、水分、埃等が侵入するおそれがあるため、一般には大気圧よりも大きい冷媒圧力で装置を運転する。
しかしながら、暖房運転時にヒートポンプサイクルにおいて循環させる冷媒流量を増大しながら、室外熱交換器の出口側における出口冷媒圧力を大気圧よりも大きくなるようにヒートポンプサイクルを制御して運転すると、室外熱交換器の入口側の入口冷媒圧力に対応する飽和温度が外気温度よりも高くなり、室外熱交換器の入口側では冷媒から外気へ対する放熱が発生し、冷媒循環量の増大も相俟って、蒸発器としての室外熱交換器の効率が著しく低下するとの問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、暖房運転時における高効率運転を実現することができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１記載の車両用空調装置は、空気流路中に配設されている熱交換器により温調された空気を車室内に吹き出すＨＶＡＣユニットと、冷媒流路に、圧縮機、熱交換器、膨張弁、及び冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器が順次介挿されたヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段と、室外熱交換器の入口側における入口冷媒状態値を検出する入口冷媒状態検出手段と、外気温度検出手段で検出された外気温度に基づいて外気における外気冷媒状態値を検出する外気冷媒状態検出手段と、外気温度検出手段で検出された外気温度における室外熱交換器での許容圧力損失を推定する許容圧力損失推定手段と、許容圧力損失推定手段で推定した許容圧力損失に基づいて室外熱交換器を流れる許容冷媒流量を推定する許容冷媒流量推定手段と、外気温度検出手段で検出された外気温度、許容冷媒流量推定手段で検出された許容冷媒流量に基づいて冷媒温度が外気温度未満、且つ、冷媒流量が許容冷媒流量以下となる冷媒流量範囲を設定する冷媒流量範囲設定手段と、入口冷媒状態検出手段で検出された入口冷媒状態値が外気冷媒状態検出手段で検出された外気冷媒状態値以上となるときには、冷媒流量範囲設定手段で設定された冷媒流量範囲内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、入口冷媒状態検出手段は、入口冷媒状態値として室外熱交換器の入口側における入口冷媒温度を検出し、外気冷媒状態検出手段は、外気冷媒状態値として外気温度検出手段で検出された外気温度を検出し、冷媒流量制御手段は、入口冷媒温度が外気温度以上となるときには、冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、入口冷媒状態検出手段は、入口冷媒状態値として室外熱交換器の入口側における入口冷媒圧力を検出し、外気冷媒状態検出手段は、外気冷媒状態値として外気温度検出手段で検出された外気温度における冷媒の飽和蒸気圧力を検出し、冷媒流量制御手段は、入口冷媒圧力が飽和蒸気圧力以上となるときには、冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、圧縮機の吸入側における吸入冷媒温度及び吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒状態検出手段と、吸入冷媒状態検出手段で検出された吸入冷媒温度及び吸入冷媒圧力に基づいて圧縮機の吸入側における吸入冷媒密度を推定する吸入冷媒密度推定手段と、圧縮機の回転数を検出する回転数検出手段と、吸入冷媒状態検出手段で検出された吸入冷媒密度、回転数検出手段で検出された回転数に基づいて冷媒流路を循環する冷媒流量を推定する冷媒流量推定手段と、冷媒流量推定手段で推定された冷媒流量に基づいて室外熱交換器における冷媒圧力損失を推定する冷媒圧力損失推定手段と、外気温度検出手段で検出された外気温度、冷媒流量推定手段で推定された冷媒流量に基づいて室外熱交換器の出口側における出口冷媒圧力を検出する出口冷媒圧力検出手段と、入口冷媒状態検出手段は、冷媒圧力損失推定手段で推定された冷媒圧力損失と出口冷媒圧力検出手段で検出された出口冷媒圧力との和を推定された入口冷媒圧力として検出することを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の発明は、圧縮機の吸入側における吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒圧力検出手段を備え、冷媒流量制御手段は、吸入冷媒圧力検出手段で検出された吸入冷媒圧力が大気圧より大となるように冷媒流量を制御することを特徴としている。
請求項６記載の発明は、冷媒流量制御手段は、膨張弁の開度を制御することにより冷媒流量を制御する膨張弁開度制御を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項７記載の発明は、冷媒流量制御手段は、圧縮機の吐出容量を制御することにより冷媒流量を制御する圧縮機吐出容量制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の車両用空調装置によれば、室外熱交換器の入口冷媒状態値が外気冷媒状態検出手段で検出された外気冷媒状態値以上となるときには、冷媒流量範囲設定手段で設定された冷媒流量範囲内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段を備える。これにより、車両用空調装置の暖房運転時において、常に冷媒温度が外気温度未満、且つ、冷媒流量が許容冷媒流量以下となる冷媒流量範囲内でヒートポンプサイクルを運転することが可能となるため、暖房運転時であっても室外熱交換器における圧力損失を小さくすることができ、暖房運転時における車両用空調装置の高効率運転を実現することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、具体的には、冷媒流量制御手段は、入口冷媒温度が外気温度以上となるときには、冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御する。
請求項３記載の発明によれば、具体的には、入口冷媒圧力が飽和蒸気圧力以上となるときには、冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御する。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、入口冷媒状態検出手段は、冷媒圧力損失推定手段で推定された冷媒圧力損失と出口冷媒圧力検出手段で検出された出口冷媒圧力との和を推定された入口冷媒圧力として検出することにより、入口冷媒状態を検出するためのセンサを設けなくとも、冷媒流量制御手段による冷媒流量制御の要否を判定することができるため、より一層簡単な構成で車両用空調装置の高効率運転を実現することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、冷媒流量制御手段は、吸入冷媒圧力検出手段で検出された吸入冷媒圧力が大気圧より大となるように冷媒流量を制御することにより、ヒートポンプサイクルの負圧運転を防止することができるため、ヒートポンプサイクルの冷媒流路内への空気、水分、埃等の侵入を確実に防止することができ、車両用空調装置の高効率運転を確実に実現することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、具体的には、冷媒流量制御手段は、膨張弁の開度を制御することにより冷媒流量を制御する膨張弁開度制御を行う。
請求項７記載の発明によれば、具体的には、冷媒流量制御手段は、圧縮機の吐出容量を制御することにより冷媒流量を制御する圧縮機吐出容量制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の暖房運転時における状態を示した構成図である。
【図２】図１の車両用空調装置の冷房運転時における状態を示した構成図である。
【図３】図１の制御ユニットにおいて実行される冷媒流量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】外気温度と室外熱交換器における許容圧力損失との関係を示した図である。
【図５】室外熱交換器における許容冷媒流量と許容圧力損失との関係を示した図である。
【図６】室外熱交換器における冷媒流量と入口冷媒温度との関係を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置の暖房運転時における状態を示した構成図である。
【図８】図７の車両用空調装置の冷房運転時における状態を示した構成図である。
【図９】図８の制御ユニットにおいて実行される冷媒流量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[第１実施形態]
以下に本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置１について図１〜図６を参照して説明する。
図１は車両用空調装置１の暖房運転時における状態を示した構成図であり、図２は車両用空調装置１の冷房運転時における状態を示した構成図である。
車両用空調装置１は、例えば電気自動車の車室内に配設され、車室内空気（内気）または車外空気（外気）を取り込んで温調し、それを車室内に吹き出すＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２と、車室外に配設され、フロン系冷媒を介してＨＶＡＣユニット２との熱交換を行うヒートポンプサイクル４と、車室外に配設され、車両駆動用の電気モータ６を冷却する冷却回路８とから構成されている。
【００２２】
ＨＶＡＣユニット２は、空気流路１０を形成するハウジング１２と、空気流路１０の上流側に形成され、ハウジング１２内に内気を取り込む内気取り込み口１４、及びハウジング１２内に外気を取り込む外気取り込み口１６、各取り込み口１４，１６を開閉して切り換える内外気切換ダンパ１８と、空気流路１０の上流側に接続され、取り込んだ内気または外気を送風するブロア２０と、空気流路１０における送風方向に順次配設された第１熱交換器２２、エアミックスダンパ２４、及び第２熱交換器（熱交換器）２６と、空気流路１０の下流側に形成され、第１熱交換器２２、エアミックスダンパ２４、及び第２熱交換器２６により温調された空気を車室内に吹き出すデフ吹き出し口２８、フェース吹き出し口３０、及びフット吹き出し口３２と、各吹き出し口２８，３０，３２をそれぞれ開閉するデフダンパ３４、フェースダンパ３６、及びフットダンパ３８と、を備えている。
【００２３】
ヒートポンプサイクル４は、フロン系冷媒である例えばＲ１２３４ｙｆが循環する冷媒配管（冷媒流路）４０に、冷媒を断熱膨張させる第１膨張弁４２、ＨＶＡＣユニット２に設けられている上記第１熱交換器２２、冷媒を圧縮する電動圧縮機（圧縮機）４４、ＨＶＡＣユニット２に設けられている上記第２熱交換器２６、冷媒を断熱膨張させる第２膨張弁（膨張弁）４６、及び、車室外に配置され、車両前面からの車両の走行風を受けて冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器４８が順次介挿された閉サイクルの冷媒回路によって構成されている。冷媒配管４０には、暖房運転時には第１膨張弁４２及び第１熱交換器２２をバイパスする第１バイパス配管５０と、冷房運転時には第２膨張弁４６をバイパスする第２バイパス配管５２とが接続されている。第１バイパス配管５０、第２バイパス配管５２にはそれぞれ第１電磁弁５４、第２電磁弁５６が介挿されている。
【００２４】
車室外には、外気温度を検出する外気温度センサ（外気温度検出手段、外気冷媒状態検出手段）５８が設けられ、室外熱交換器４８の入口側の冷媒配管４０には、室外熱交換器４８の入口冷媒温度（入口冷媒状態値）を検出する入口冷媒温度センサ（入口冷媒状態検出手段）６０が設けられ、圧縮機４４の吸入側の冷媒配管４０には、圧縮機４４の吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒圧力センサ（吸入冷媒圧力検出手段）６２が設けられている。そして、上記各電磁弁５４，５６、各膨張弁４２，４６、各センサ５８，６０，６２、及び圧縮機４４は制御ユニット（冷媒流量制御手段）６３に電気的に接続されている。
【００２５】
一方、冷却水回路８は、冷却水が循環する冷却水配管６４にモータ６を冷却するラジエータ６６が介挿された閉サイクル回路によって構成され、ラジエータ６６に送風するためのファン６８を備えている。
以下に上記の構成を有する車両用空調装置１の動作について説明する。
【００２６】
（通常の暖房運転時）
図１に示す暖房運転時には、第１電磁弁５４は開弁されて第１膨張弁４２及び第１熱交換器２２はバイパスされ、第２電磁弁５６は閉弁され、冷媒は冷媒配管４０を図１の実線矢印で示されるように循環し、ヒートポンプサイクル４をヒートポンプ運転される。一方、ＨＶＡＣユニット２では、第１熱交換器２２がバイパスされていることによりここでは冷媒と空気との熱交換は行われないが、エアミックスダンパ２４が開放されていることにより、空気流路１０では矢印で示されるように第２熱交換器２６に空気が流入し、第２熱交換器２６では冷媒と空気との熱交換が行われる。
【００２７】
ヒートポンプサイクル４では、先ず圧縮機４４で圧縮された高温高圧のガス冷媒が第２熱交換器２６に流入し、各取り込み口１４，１６から空気流路１０に取り込まれた空気との熱交換により冷却されて凝縮液化される。このとき、第２熱交換器２６において加熱された空気は各吹き出し口２８，３０，３２から吹き出され、車室内の暖房に供される。
【００２８】
第２熱交換器２６で凝縮された冷媒は、第２膨張弁４６で断熱膨張、減圧された後、気液二相冷媒となって室外熱交換器４８に流入する。この気液二相冷媒は、室外熱交換器４８において、ファン６８により送風される外気、または／及び、車両が受ける走行風による外気から吸熱して蒸発ガス化された後、第１電磁弁５４を経て圧縮機４４に吸入され、再び圧縮される。
【００２９】
（冷房運転時）
図２に示す冷房運転時には、第１電磁弁５４は閉弁され、第２電磁弁５６は開弁されて第２膨張弁４６はバイパスされ、冷媒は冷媒配管４０を図２の実線矢印で示されるように循環する。一方、ＨＶＡＣユニット２では、エアミックスダンパ２４が閉鎖されていることにより、空気流路１０では矢印で示されるように第２熱交換器２６に空気の流入が阻止され、第２熱交換器２６を流れる冷媒と空気流路１０を流れる空気との熱交換は行われない。また、第１電磁弁５４は閉弁されていることにより、空気流路１０では矢印で示されるように第１熱交換器２２に空気が流入し、第１熱交換器２２を流れる冷媒と空気流路１０を流れる空気との熱交換が行われる。
【００３０】
ヒートポンプサイクル４では、先ず圧縮機４４で圧縮された高温高圧のガス冷媒が第２熱交換器２６に流入するが、エアミックスダンパ２４の閉鎖により空気との熱交換は行われず、そのまま第２電磁弁５６を通過するだけで室外熱交換器４８に流入する。この高温高圧のガス冷媒は、外気に放熱し、第１膨張弁４２に流入して断熱膨張、減圧された後、第１熱交換器２２に流入する。第１熱交換器２２に流入した冷媒は各取り込み口１４，１６から空気流路１０に取り込まれた空気との熱交換により加熱されて蒸発ガス化される。このとき、第１熱交換器２２において冷却された空気は各吹き出し口２８，３０，３２から吹き出され、車室内の冷房に供される。そして、第１熱交換器２２を経た冷媒は圧縮機４４に吸入され、再び圧縮される。
【００３１】
（外気温度が０℃以下の暖房運転時）
この場合には、所定の冷媒流量制御範囲Ａ内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御（冷媒流量制御手段）を行う。
以下、図３のフローチャートを参照して、制御ユニット６３において実行される上記冷媒流量制御の制御ルーチンについて説明する。
先ず、本制御が開始されるとＳ１（Ｓはステップを表し、以下同様とする。）に移行し、Ｓ１では、各センサ５８，６０，６２のセンサ値の読み込みを行い、Ｓ２に移行する。
【００３２】
Ｓ２では、入口冷媒温度センサ６０で検出された入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度センサで検出された外気温度Ｔｏ以上であるか否かを判定し、判定結果が（Ｎｏ）で入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度センサで検出された外気温度Ｔｏ以上でないと判定された場合にはＳ１に戻って上記通常の暖房運転を行う。一方、判定結果が（Ｙｅｓ）で入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度センサで検出された外気温度Ｔｏ以上であると判定された場合にはＳ３に移行する。
【００３３】
Ｓ３では、吸入冷媒圧力センサ６２で検出された吸入冷媒圧力Ｐｃｓが大気圧よりも大きくなるように目標吸入冷媒圧力Ｐｃｓｔを０ＭＰａＧよりも大きく設定して圧縮機４４を制御し、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、第２膨張弁４６の開度を制御する膨張弁開度制御、或いは／及び、圧縮機４４の吐出容量を制御する圧縮機吐出容量制御を行い、吸入冷媒圧力Ｐｃｓ＞０ＭＰａＧで、且つ冷媒流量Ｆが所定の冷媒流量範囲Ａで制御されるように冷媒流量を制御した後、再びＳ１に戻り、以下所定の周期でＳ１〜Ｓ４のステップを繰り返し実行する。
【００３４】
ここで、冷媒流量範囲Ａは制御ユニット６３に格納された図４〜図６に基づくマップを参照して決定される。図４は、外気温度センサ５８で検出された外気温度Ｔｏと室外熱交換器４８における許容圧力損失ΔＰｅａとの関係を示し、図５は、室外熱交換器４８における許容冷媒流量Ｆｅａと許容圧力損失ΔＰｅａとの関係を示し、図６は、室外熱交換器４８における冷媒流量Ｆと入口冷媒温度Ｔｅｉとの関係を示している。
【００３５】
先ず、図４では、外気温度センサ５８で検出された外気温度Ｔｏにおける室外熱交換器４８での許容圧力損失ΔＰｅａを推定する（許容圧力損失推定手段）。次に、図５では、図４で推定した許容圧力損失ΔＰｅａに基づいて室外熱交換器４８を流れる冷媒の許容冷媒流量Ｆｅａを推定する（許容冷媒流量推定手段）。次に、図６では、外気温度センサ５８で検出された外気温度Ｔｏと、図５で推定された許容冷媒流量Ｆｅａに基づいて入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度Ｔｏ未満、且つ、冷媒流量Ｆが許容冷媒流量Ｆｅａ以下となる冷媒流量範囲Ａを設定する（冷媒流量範囲設定手段）。そして、このように設定された冷媒流量範囲Ａ内において上記冷媒流量制御が行われる。
【００３６】
以上のように本実施形態では、上記冷媒流量制御を行うことにより、凝縮器として機能するように設計された熱交換器であっても、車両用空調装置の暖房運転時において、入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度Ｔｏ未満、且つ、冷媒流量Ｆが許容冷媒流量Ｆｅａ以下となる冷媒流量範囲Ａ内でヒートポンプサイクル４を運転することが可能となるため、暖房運転時であっても室外熱交換器４８における圧力損失ΔＰｅを小さくすることができ、暖房運転時における車両用空調装置１の高効率運転を実現することができる。
【００３７】
また、上記冷媒流量制御では、Ｓ４において、吸入冷媒圧力センサ６２で検出された吸入冷媒圧力Ｐｃｓが大気圧よりも大きくなるように目標吸入冷媒圧力Ｐｃｓｔを０ＭＰａＧよりも大きく設定して圧縮機４４を制御することにより、ヒートポンプサイクル４の負圧運転を防止することができるため、ヒートポンプサイクル４の冷媒配管４０内への空気、水分、埃等の侵入を確実に防止することができ、車両用空調装置１の高効率運転を確実に実現することができる。
【００３８】
[第２実施形態]
以下に本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置７０について図７〜図９を参照して説明する。
図７は車両用空調装置７０の暖房運転時における構成を示した図であり、図８は車両用空調装置７０の冷房運転時における構成を示した図である。
【００３９】
車両用空調装置７０は、第１実施形態の入口冷媒温度センサ６０を備えておらず、また、第１実施形態の吸入冷媒圧力センサ６２は圧縮機４４の吸入側における冷媒圧力及び冷媒温度を検出可能な吸入冷媒温度圧力センサ（吸入冷媒状態検出手段）７２に変更され、更に、圧縮機４４の回転数Ｎｃを検出する回転数センサ（回転数検出手段）７４を備えている。その他の第１実施形態と同様の構成については同符号を付して説明を省略する。
【００４０】
（外気温度が０℃以下の暖房運転時）
この場合には、第１実施形態の場合と同様に冷媒流量制御範囲Ａ内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御（冷媒流量制御手段）を行う。
以下、図９のフローチャートを参照して、制御ユニット６３において実行される第２実施形態の冷媒流量制御の制御ルーチンについて説明する。
先ず、本制御が開始されるとＳ１１に移行し、Ｓ１１では、各センサ５８，７２のセンサ値の読み込みを行い、Ｓ１２に移行する。
【００４１】
Ｓ１２では、吸入冷媒温度圧力センサ７２で検出された吸入冷媒温度Ｔｃｓ及び吸入冷媒圧力Ｐｃｓに基づいて圧縮機４４の吸入側における吸入冷媒密度Ｄｃｓを演算により算出した後（吸入冷媒密度推定手段）、Ｓ１３に移行する。
Ｓ１３では、回転数センサ７４で圧縮機４４の回転数Ｎｃを計測した後、Ｓ１４に移行する。
【００４２】
Ｓ１４では、Ｓ１２で算出された吸入冷媒密度Ｄｃｓ、Ｓ１３で計測された回転数Ｎｃに基づいて冷媒配管を循環する冷媒流量Ｆを演算により算出した後（冷媒流量推定手段）、Ｓ１５に移行する。
Ｓ１５では、図５に基づくマップを参照し、Ｓ１４で推定された冷媒流量Ｆに基づいて室外熱交換器４８における冷媒圧力損失ΔＰｅを推定した後（冷媒圧力損失推定手段）、Ｓ１６に移行する。
【００４３】
Ｓ１６では、図６に基づくマップを参照し、Ｓ１１で読み込まれた外気温度Ｔｏ、Ｓ１４で推定された冷媒流量Ｆ、室外熱交換器４８の出口側における出口冷媒圧力Ｐｅｅは吸入冷媒圧力センサ７２で検出した圧力値と同値とみなし（出口冷媒圧力検出手段）、更に、Ｓ１５で推定された冷媒圧力損失ΔＰｅｅと吸入冷媒圧力センサ７２で検知した圧力値との和を入口冷媒圧力Ｐｅｉとして推定する（入口冷媒状態検出手段）。
【００４４】
そして、Ｓ１２で読み込まれた外気温度Ｔｏにおける冷媒の冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏを演算により算出し、入口冷媒圧力Ｐｅｉが冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏ以上であるか否かを判定し、判定結果が（Ｎｏ）で入口冷媒圧力Ｐｅｉが冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏ以上でないと判定された場合にはＳ１１に戻り、判定結果が（Ｙｅｓ）で入口冷媒圧力Ｐｅｉが冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏ以上であると判定された場合にはＳ１７に移行する。
【００４５】
Ｓ１７では、吸入冷媒圧力センサ６２で検出された吸入冷媒圧力Ｐｃｓが大気圧よりも大きくなるように目標吸入冷媒圧力Ｐｃｓｔを０ＭＰａＧよりも大きく設定し、Ｓ１８に移行する。
Ｓ１８では、第２膨張弁４６の開度を制御する膨張弁開度制御、或いは／及び、圧縮機４４の吐出容量を制御する圧縮機吐出容量制御を行い、吸入冷媒圧力Ｐｃｓ＞０ＭＰａＧで、且つ冷媒流量Ｆが図６の冷媒流量範囲Ａで制御されるように冷媒流量を制御した後、再びＳ１１に戻り、以下所定の周期でＳ１１〜Ｓ１８のステップを繰り返し実行する。
【００４６】
以上のように本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、凝縮器として機能するように設計された熱交換器であっても、上記冷媒流量制御を行うことにより暖房運転時であっても室外熱交換器４８における圧力損失ΔＰｅを小さくすることができ、また、ヒートポンプサイクル４の冷媒配管４０内への空気、水分、埃等の侵入を確実に防止することができ、暖房運転時における車両用空調装置１の高効率運転を実現することができる。
【００４７】
特に本実施形態の場合には、Ｓ１５で推定された冷媒圧力損失ΔＰｅとＳ１６で推定された出口冷媒圧力Ｐｅｅとの和を入口冷媒圧力Ｐｅｉとして推定し、入口冷媒圧力Ｐｅｉが冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏ以上であると判定された場合に上記冷媒流量制御を実施することにより、入口冷媒圧力Ｐｅｉを検出するためのセンサを設けなくとも、冷媒流量制御の要否を判定することができるため、より一層簡単な構成で車両用空調装置１の高効率運転を実現することができる。
【００４８】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、図４〜図６の関係図は室外熱交換器４８の仕様によって勾配が変化するものであり、これらの図に限定されない。
また、本発明は電気自動車に適用するのが最も好適であるが、エンジンの廃熱がさほど多くない、ハイブリッド自動車やディーゼルエンジンを搭載してディーゼル車にも好適である。
【符号の説明】
【００４９】
１，７０ 車両用空調装置
２ ＨＶＡＣユニット
４ ヒートポンプサイクル
１０ 空気流路
２６ 第２熱交換器（熱交換器）
４０ 冷媒配管（冷媒流路）
４４ 電動圧縮機（圧縮機）
４６ 第２膨張弁（膨張弁）
４８ 室外熱交換器
５８ 外気温度センサ（外気温度検出手段、外気冷媒状態検出手段）
６０ 入口冷媒温度センサ（入口冷媒状態検出手段）
６２ 吸入冷媒圧力センサ（吸入冷媒圧力検出手段）
６３ 制御ユニット（冷媒流量制御手段）
７２ 吸入冷媒温度圧力センサ（吸入冷媒状態検出手段）
７４ 回転数センサ（回転数検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用空調装置に関し、例えば電気自動車用のヒートポンプサイクルを備えた車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両用空調装置には、例えば電気自動車用のヒートポンプサイクルを備えた空調装置があり、ヒートポンプサイクルの切り換えによって冷暖房運転、除湿運転を行うものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
当該ヒートポンプサイクルには、冷媒配管に、第１膨張弁、第１熱交換器、圧縮機、第２熱交換器、第２膨張弁、及び冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器が順次に介挿されるとともに、暖房運転時に第１膨張弁及び第１熱交換器をバイパスする第１バイパス路、冷房運転時に第２膨張弁をバイパスする第２バイパス路とが冷媒流路に接続された構成が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３２１９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ヒートポンプサイクルでは、室外熱交換器は冷房運転時には冷媒から外気に放熱させる凝縮器として使用され、暖房運転時には外気から冷媒に吸熱させる蒸発器として使用される。しかし、室外熱交換器を凝縮器として使用する場合と蒸発器として使用する場合とでは、室外熱交換器内における冷媒の状態が異なるため、室外熱交換器の入口側と出口側との冷媒圧力損失が大きく異なることとなる。
【０００５】
具体的には、空調装置の冷房性能を確保するために、室外熱交換器の凝縮器としての機能を優先すると、暖房運転時には、蒸発器として機能する室外熱交換器における圧力損失が大きくなり、空調装置の効率が著しく低下するとの問題が生じる。
そこで、暖房運転時の室外熱交換器における蒸発器の機能補助のために、上記従来技術に記載のような電気ヒータを別途に設けている。
【０００６】
しかしながら、電気自動車に電気ヒータを設けると、車両の消費電力が大きくなり、車両の航続距離が短くなるおそれがある。
また、冬季の暖房運転時における外気温度は０℃以下となることも珍しくないが、外気から吸熱するためには室外熱交換器内の冷媒温度を外気温度未満まで低下させる必要があり、このような場合には車室内における熱負荷が大きくなるため、暖房運転時には多くの熱量が必要となり、ヒートポンプサイクルにおいて循環させる冷媒流量を増大させる必要がある。
【０００７】
更に、外気温度が低い場合には、特に冷媒としてフロン系冷媒を使用すると、外気温度における冷媒の飽和蒸気圧が大気圧や負圧相当まで低下するおそれがある。冷媒圧力が大気圧や負圧になると、ヒートポンプサイクルの冷媒配管内に外部の空気、水分、埃等が侵入するおそれがあるため、一般には大気圧よりも大きい冷媒圧力で装置を運転する。
しかしながら、暖房運転時にヒートポンプサイクルにおいて循環させる冷媒流量を増大しながら、室外熱交換器の出口側における出口冷媒圧力を大気圧よりも大きくなるようにヒートポンプサイクルを制御して運転すると、室外熱交換器の入口側の入口冷媒圧力に対応する飽和温度が外気温度よりも高くなり、室外熱交換器の入口側では冷媒から外気へ対する放熱が発生し、冷媒循環量の増大も相俟って、蒸発器としての室外熱交換器の効率が著しく低下するとの問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、暖房運転時における高効率運転を実現することができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１記載の車両用空調装置は、空気流路中に配設されている熱交換器により温調された空気を車室内に吹き出すＨＶＡＣユニットと、冷媒流路に、圧縮機、熱交換器、膨張弁、及び冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器が順次介挿されたヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段と、室外熱交換器の入口側における入口冷媒状態値を検出する入口冷媒状態検出手段と、外気温度検出手段で検出された外気温度に基づいて外気における外気冷媒状態値を検出する外気冷媒状態検出手段と、外気温度検出手段で検出された外気温度における室外熱交換器での許容圧力損失を推定する許容圧力損失推定手段と、許容圧力損失推定手段で推定した許容圧力損失に基づいて室外熱交換器を流れる許容冷媒流量を推定する許容冷媒流量推定手段と、外気温度検出手段で検出された外気温度、許容冷媒流量推定手段で検出された許容冷媒流量に基づいて冷媒温度が外気温度未満、且つ、冷媒流量が許容冷媒流量以下となる冷媒流量範囲を設定する冷媒流量範囲設定手段と、入口冷媒状態検出手段で検出された入口冷媒状態値が外気冷媒状態検出手段で検出された外気冷媒状態値以上となるときには、冷媒流量範囲設定手段で設定された冷媒流量範囲内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、入口冷媒状態検出手段は、入口冷媒状態値として室外熱交換器の入口側における入口冷媒温度を検出し、外気冷媒状態検出手段は、外気冷媒状態値として外気温度検出手段で検出された外気温度を検出し、冷媒流量制御手段は、入口冷媒温度が外気温度以上となるときには、冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、入口冷媒状態検出手段は、入口冷媒状態値として室外熱交換器の入口側における入口冷媒圧力を検出し、外気冷媒状態検出手段は、外気冷媒状態値として外気温度検出手段で検出された外気温度における冷媒の飽和蒸気圧力を検出し、冷媒流量制御手段は、入口冷媒圧力が飽和蒸気圧力以上となるときには、冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、圧縮機の吸入側における吸入冷媒温度及び吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒状態検出手段と、吸入冷媒状態検出手段で検出された吸入冷媒温度及び吸入冷媒圧力に基づいて圧縮機の吸入側における吸入冷媒密度を推定する吸入冷媒密度推定手段と、圧縮機の回転数を検出する回転数検出手段と、吸入冷媒状態検出手段で検出された吸入冷媒密度、回転数検出手段で検出された回転数に基づいて冷媒流路を循環する冷媒流量を推定する冷媒流量推定手段と、冷媒流量推定手段で推定された冷媒流量に基づいて室外熱交換器における冷媒圧力損失を推定する冷媒圧力損失推定手段と、外気温度検出手段で検出された外気温度、冷媒流量推定手段で推定された冷媒流量に基づいて室外熱交換器の出口側における出口冷媒圧力を検出する出口冷媒圧力検出手段と、入口冷媒状態検出手段は、冷媒圧力損失推定手段で推定された冷媒圧力損失と出口冷媒圧力検出手段で検出された出口冷媒圧力との和を推定された入口冷媒圧力として検出することを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の発明は、圧縮機の吸入側における吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒圧力検出手段を備え、冷媒流量制御手段は、吸入冷媒圧力検出手段で検出された吸入冷媒圧力が大気圧より大となるように冷媒流量を制御することを特徴としている。
請求項６記載の発明は、冷媒流量制御手段は、膨張弁の開度を制御することにより冷媒流量を制御する膨張弁開度制御を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項７記載の発明は、冷媒流量制御手段は、圧縮機の吐出容量を制御することにより冷媒流量を制御する圧縮機吐出容量制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の車両用空調装置によれば、室外熱交換器の入口冷媒状態値が外気冷媒状態検出手段で検出された外気冷媒状態値以上となるときには、冷媒流量範囲設定手段で設定された冷媒流量範囲内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段を備える。これにより、車両用空調装置の暖房運転時において、常に冷媒温度が外気温度未満、且つ、冷媒流量が許容冷媒流量以下となる冷媒流量範囲内でヒートポンプサイクルを運転することが可能となるため、暖房運転時であっても室外熱交換器における圧力損失を小さくすることができ、暖房運転時における車両用空調装置の高効率運転を実現することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、具体的には、冷媒流量制御手段は、入口冷媒温度が外気温度以上となるときには、冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御する。
請求項３記載の発明によれば、具体的には、入口冷媒圧力が飽和蒸気圧力以上となるときには、冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御する。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、入口冷媒状態検出手段は、冷媒圧力損失推定手段で推定された冷媒圧力損失と出口冷媒圧力検出手段で検出された出口冷媒圧力との和を推定された入口冷媒圧力として検出することにより、入口冷媒状態を検出するためのセンサを設けなくとも、冷媒流量制御手段による冷媒流量制御の要否を判定することができるため、より一層簡単な構成で車両用空調装置の高効率運転を実現することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、冷媒流量制御手段は、吸入冷媒圧力検出手段で検出された吸入冷媒圧力が大気圧より大となるように冷媒流量を制御することにより、ヒートポンプサイクルの負圧運転を防止することができるため、ヒートポンプサイクルの冷媒流路内への空気、水分、埃等の侵入を確実に防止することができ、車両用空調装置の高効率運転を確実に実現することができる。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、具体的には、冷媒流量制御手段は、膨張弁の開度を制御することにより冷媒流量を制御する膨張弁開度制御を行う。
請求項７記載の発明によれば、具体的には、冷媒流量制御手段は、圧縮機の吐出容量を制御することにより冷媒流量を制御する圧縮機吐出容量制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の暖房運転時における状態を示した構成図である。
【図２】図１の車両用空調装置の冷房運転時における状態を示した構成図である。
【図３】図１の制御ユニットにおいて実行される冷媒流量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】外気温度と室外熱交換器における許容圧力損失との関係を示した図である。
【図５】室外熱交換器における許容冷媒流量と許容圧力損失との関係を示した図である。
【図６】室外熱交換器における冷媒流量と入口冷媒温度との関係を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置の暖房運転時における状態を示した構成図である。
【図８】図７の車両用空調装置の冷房運転時における状態を示した構成図である。
【図９】図８の制御ユニットにおいて実行される冷媒流量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[第１実施形態]
以下に本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置１について図１〜図６を参照して説明する。
図１は車両用空調装置１の暖房運転時における状態を示した構成図であり、図２は車両用空調装置１の冷房運転時における状態を示した構成図である。
車両用空調装置１は、例えば電気自動車の車室内に配設され、車室内空気（内気）または車外空気（外気）を取り込んで温調し、それを車室内に吹き出すＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２と、車室外に配設され、フロン系冷媒を介してＨＶＡＣユニット２との熱交換を行うヒートポンプサイクル４と、車室外に配設され、車両駆動用の電気モータ６を冷却する冷却回路８とから構成されている。
【００２２】
ＨＶＡＣユニット２は、空気流路１０を形成するハウジング１２と、空気流路１０の上流側に形成され、ハウジング１２内に内気を取り込む内気取り込み口１４、及びハウジング１２内に外気を取り込む外気取り込み口１６、各取り込み口１４，１６を開閉して切り換える内外気切換ダンパ１８と、空気流路１０の上流側に接続され、取り込んだ内気または外気を送風するブロア２０と、空気流路１０における送風方向に順次配設された第１熱交換器２２、エアミックスダンパ２４、及び第２熱交換器（熱交換器）２６と、空気流路１０の下流側に形成され、第１熱交換器２２、エアミックスダンパ２４、及び第２熱交換器２６により温調された空気を車室内に吹き出すデフ吹き出し口２８、フェース吹き出し口３０、及びフット吹き出し口３２と、各吹き出し口２８，３０，３２をそれぞれ開閉するデフダンパ３４、フェースダンパ３６、及びフットダンパ３８と、を備えている。
【００２３】
ヒートポンプサイクル４は、フロン系冷媒である例えばＲ１２３４ｙｆが循環する冷媒配管（冷媒流路）４０に、冷媒を断熱膨張させる第１膨張弁４２、ＨＶＡＣユニット２に設けられている上記第１熱交換器２２、冷媒を圧縮する電動圧縮機（圧縮機）４４、ＨＶＡＣユニット２に設けられている上記第２熱交換器２６、冷媒を断熱膨張させる第２膨張弁（膨張弁）４６、及び、車室外に配置され、車両前面からの車両の走行風を受けて冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器４８が順次介挿された閉サイクルの冷媒回路によって構成されている。冷媒配管４０には、暖房運転時には第１膨張弁４２及び第１熱交換器２２をバイパスする第１バイパス配管５０と、冷房運転時には第２膨張弁４６をバイパスする第２バイパス配管５２とが接続されている。第１バイパス配管５０、第２バイパス配管５２にはそれぞれ第１電磁弁５４、第２電磁弁５６が介挿されている。
【００２４】
車室外には、外気温度を検出する外気温度センサ（外気温度検出手段、外気冷媒状態検出手段）５８が設けられ、室外熱交換器４８の入口側の冷媒配管４０には、室外熱交換器４８の入口冷媒温度（入口冷媒状態値）を検出する入口冷媒温度センサ（入口冷媒状態検出手段）６０が設けられ、圧縮機４４の吸入側の冷媒配管４０には、圧縮機４４の吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒圧力センサ（吸入冷媒圧力検出手段）６２が設けられている。そして、上記各電磁弁５４，５６、各膨張弁４２，４６、各センサ５８，６０，６２、及び圧縮機４４は制御ユニット（冷媒流量制御手段）６３に電気的に接続されている。
【００２５】
一方、冷却水回路８は、冷却水が循環する冷却水配管６４にモータ６を冷却するラジエータ６６が介挿された閉サイクル回路によって構成され、ラジエータ６６に送風するためのファン６８を備えている。
以下に上記の構成を有する車両用空調装置１の動作について説明する。
【００２６】
（通常の暖房運転時）
図１に示す暖房運転時には、第１電磁弁５４は開弁されて第１膨張弁４２及び第１熱交換器２２はバイパスされ、第２電磁弁５６は閉弁され、冷媒は冷媒配管４０を図１の実線矢印で示されるように循環し、ヒートポンプサイクル４をヒートポンプ運転される。一方、ＨＶＡＣユニット２では、第１熱交換器２２がバイパスされていることによりここでは冷媒と空気との熱交換は行われないが、エアミックスダンパ２４が開放されていることにより、空気流路１０では矢印で示されるように第２熱交換器２６に空気が流入し、第２熱交換器２６では冷媒と空気との熱交換が行われる。
【００２７】
ヒートポンプサイクル４では、先ず圧縮機４４で圧縮された高温高圧のガス冷媒が第２熱交換器２６に流入し、各取り込み口１４，１６から空気流路１０に取り込まれた空気との熱交換により冷却されて凝縮液化される。このとき、第２熱交換器２６において加熱された空気は各吹き出し口２８，３０，３２から吹き出され、車室内の暖房に供される。
【００２８】
第２熱交換器２６で凝縮された冷媒は、第２膨張弁４６で断熱膨張、減圧された後、気液二相冷媒となって室外熱交換器４８に流入する。この気液二相冷媒は、室外熱交換器４８において、ファン６８により送風される外気、または／及び、車両が受ける走行風による外気から吸熱して蒸発ガス化された後、第１電磁弁５４を経て圧縮機４４に吸入され、再び圧縮される。
【００２９】
（冷房運転時）
図２に示す冷房運転時には、第１電磁弁５４は閉弁され、第２電磁弁５６は開弁されて第２膨張弁４６はバイパスされ、冷媒は冷媒配管４０を図２の実線矢印で示されるように循環する。一方、ＨＶＡＣユニット２では、エアミックスダンパ２４が閉鎖されていることにより、空気流路１０では矢印で示されるように第２熱交換器２６に空気の流入が阻止され、第２熱交換器２６を流れる冷媒と空気流路１０を流れる空気との熱交換は行われない。また、第１電磁弁５４は閉弁されていることにより、空気流路１０では矢印で示されるように第１熱交換器２２に空気が流入し、第１熱交換器２２を流れる冷媒と空気流路１０を流れる空気との熱交換が行われる。
【００３０】
ヒートポンプサイクル４では、先ず圧縮機４４で圧縮された高温高圧のガス冷媒が第２熱交換器２６に流入するが、エアミックスダンパ２４の閉鎖により空気との熱交換は行われず、そのまま第２電磁弁５６を通過するだけで室外熱交換器４８に流入する。この高温高圧のガス冷媒は、外気に放熱し、第１膨張弁４２に流入して断熱膨張、減圧された後、第１熱交換器２２に流入する。第１熱交換器２２に流入した冷媒は各取り込み口１４，１６から空気流路１０に取り込まれた空気との熱交換により加熱されて蒸発ガス化される。このとき、第１熱交換器２２において冷却された空気は各吹き出し口２８，３０，３２から吹き出され、車室内の冷房に供される。そして、第１熱交換器２２を経た冷媒は圧縮機４４に吸入され、再び圧縮される。
【００３１】
（外気温度が０℃以下の暖房運転時）
この場合には、所定の冷媒流量制御範囲Ａ内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御（冷媒流量制御手段）を行う。
以下、図３のフローチャートを参照して、制御ユニット６３において実行される上記冷媒流量制御の制御ルーチンについて説明する。
先ず、本制御が開始されるとＳ１（Ｓはステップを表し、以下同様とする。）に移行し、Ｓ１では、各センサ５８，６０，６２のセンサ値の読み込みを行い、Ｓ２に移行する。
【００３２】
Ｓ２では、入口冷媒温度センサ６０で検出された入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度センサで検出された外気温度Ｔｏ以上であるか否かを判定し、判定結果が（Ｎｏ）で入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度センサで検出された外気温度Ｔｏ以上でないと判定された場合にはＳ１に戻って上記通常の暖房運転を行う。一方、判定結果が（Ｙｅｓ）で入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度センサで検出された外気温度Ｔｏ以上であると判定された場合にはＳ３に移行する。
【００３３】
Ｓ３では、吸入冷媒圧力センサ６２で検出された吸入冷媒圧力Ｐｃｓが大気圧よりも大きくなるように目標吸入冷媒圧力Ｐｃｓｔを０ＭＰａＧよりも大きく設定して圧縮機４４を制御し、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、第２膨張弁４６の開度を制御する膨張弁開度制御、或いは／及び、圧縮機４４の吐出容量を制御する圧縮機吐出容量制御を行い、吸入冷媒圧力Ｐｃｓ＞０ＭＰａＧで、且つ冷媒流量Ｆが所定の冷媒流量範囲Ａで制御されるように冷媒流量を制御した後、再びＳ１に戻り、以下所定の周期でＳ１〜Ｓ４のステップを繰り返し実行する。
【００３４】
ここで、冷媒流量範囲Ａは制御ユニット６３に格納された図４〜図６に基づくマップを参照して決定される。図４は、外気温度センサ５８で検出された外気温度Ｔｏと室外熱交換器４８における許容圧力損失ΔＰｅａとの関係を示し、図５は、室外熱交換器４８における許容冷媒流量Ｆｅａと許容圧力損失ΔＰｅａとの関係を示し、図６は、室外熱交換器４８における冷媒流量Ｆと入口冷媒温度Ｔｅｉとの関係を示している。
【００３５】
先ず、図４では、外気温度センサ５８で検出された外気温度Ｔｏにおける室外熱交換器４８での許容圧力損失ΔＰｅａを推定する（許容圧力損失推定手段）。次に、図５では、図４で推定した許容圧力損失ΔＰｅａに基づいて室外熱交換器４８を流れる冷媒の許容冷媒流量Ｆｅａを推定する（許容冷媒流量推定手段）。次に、図６では、外気温度センサ５８で検出された外気温度Ｔｏと、図５で推定された許容冷媒流量Ｆｅａに基づいて入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度Ｔｏ未満、且つ、冷媒流量Ｆが許容冷媒流量Ｆｅａ以下となる冷媒流量範囲Ａを設定する（冷媒流量範囲設定手段）。そして、このように設定された冷媒流量範囲Ａ内において上記冷媒流量制御が行われる。
【００３６】
以上のように本実施形態では、上記冷媒流量制御を行うことにより、凝縮器として機能するように設計された熱交換器であっても、車両用空調装置の暖房運転時において、入口冷媒温度Ｔｅｉが外気温度Ｔｏ未満、且つ、冷媒流量Ｆが許容冷媒流量Ｆｅａ以下となる冷媒流量範囲Ａ内でヒートポンプサイクル４を運転することが可能となるため、暖房運転時であっても室外熱交換器４８における圧力損失ΔＰｅを小さくすることができ、暖房運転時における車両用空調装置１の高効率運転を実現することができる。
【００３７】
また、上記冷媒流量制御では、Ｓ４において、吸入冷媒圧力センサ６２で検出された吸入冷媒圧力Ｐｃｓが大気圧よりも大きくなるように目標吸入冷媒圧力Ｐｃｓｔを０ＭＰａＧよりも大きく設定して圧縮機４４を制御することにより、ヒートポンプサイクル４の負圧運転を防止することができるため、ヒートポンプサイクル４の冷媒配管４０内への空気、水分、埃等の侵入を確実に防止することができ、車両用空調装置１の高効率運転を確実に実現することができる。
【００３８】
[第２実施形態]
以下に本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置７０について図７〜図９を参照して説明する。
図７は車両用空調装置７０の暖房運転時における構成を示した図であり、図８は車両用空調装置７０の冷房運転時における構成を示した図である。
【００３９】
車両用空調装置７０は、第１実施形態の入口冷媒温度センサ６０を備えておらず、また、第１実施形態の吸入冷媒圧力センサ６２は圧縮機４４の吸入側における冷媒圧力及び冷媒温度を検出可能な吸入冷媒温度圧力センサ（吸入冷媒状態検出手段）７２に変更され、更に、圧縮機４４の回転数Ｎｃを検出する回転数センサ（回転数検出手段）７４を備えている。その他の第１実施形態と同様の構成については同符号を付して説明を省略する。
【００４０】
（外気温度が０℃以下の暖房運転時）
この場合には、第１実施形態の場合と同様に冷媒流量制御範囲Ａ内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御（冷媒流量制御手段）を行う。
以下、図９のフローチャートを参照して、制御ユニット６３において実行される第２実施形態の冷媒流量制御の制御ルーチンについて説明する。
先ず、本制御が開始されるとＳ１１に移行し、Ｓ１１では、各センサ５８，７２のセンサ値の読み込みを行い、Ｓ１２に移行する。
【００４１】
Ｓ１２では、吸入冷媒温度圧力センサ７２で検出された吸入冷媒温度Ｔｃｓ及び吸入冷媒圧力Ｐｃｓに基づいて圧縮機４４の吸入側における吸入冷媒密度Ｄｃｓを演算により算出した後（吸入冷媒密度推定手段）、Ｓ１３に移行する。
Ｓ１３では、回転数センサ７４で圧縮機４４の回転数Ｎｃを計測した後、Ｓ１４に移行する。
【００４２】
Ｓ１４では、Ｓ１２で算出された吸入冷媒密度Ｄｃｓ、Ｓ１３で計測された回転数Ｎｃに基づいて冷媒配管を循環する冷媒流量Ｆを演算により算出した後（冷媒流量推定手段）、Ｓ１５に移行する。
Ｓ１５では、図５に基づくマップを参照し、Ｓ１４で推定された冷媒流量Ｆに基づいて室外熱交換器４８における冷媒圧力損失ΔＰｅを推定した後（冷媒圧力損失推定手段）、Ｓ１６に移行する。
【００４３】
Ｓ１６では、図６に基づくマップを参照し、Ｓ１１で読み込まれた外気温度Ｔｏ、Ｓ１４で推定された冷媒流量Ｆ、室外熱交換器４８の出口側における出口冷媒圧力Ｐｅｅは吸入冷媒圧力センサ７２で検出した圧力値と同値とみなし（出口冷媒圧力検出手段）、更に、Ｓ１５で推定された冷媒圧力損失ΔＰｅｅと吸入冷媒圧力センサ７２で検知した圧力値との和を入口冷媒圧力Ｐｅｉとして推定する（入口冷媒状態検出手段）。
【００４４】
そして、Ｓ１２で読み込まれた外気温度Ｔｏにおける冷媒の冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏを演算により算出し、入口冷媒圧力Ｐｅｉが冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏ以上であるか否かを判定し、判定結果が（Ｎｏ）で入口冷媒圧力Ｐｅｉが冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏ以上でないと判定された場合にはＳ１１に戻り、判定結果が（Ｙｅｓ）で入口冷媒圧力Ｐｅｉが冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏ以上であると判定された場合にはＳ１７に移行する。
【００４５】
Ｓ１７では、吸入冷媒圧力センサ６２で検出された吸入冷媒圧力Ｐｃｓが大気圧よりも大きくなるように目標吸入冷媒圧力Ｐｃｓｔを０ＭＰａＧよりも大きく設定し、Ｓ１８に移行する。
Ｓ１８では、第２膨張弁４６の開度を制御する膨張弁開度制御、或いは／及び、圧縮機４４の吐出容量を制御する圧縮機吐出容量制御を行い、吸入冷媒圧力Ｐｃｓ＞０ＭＰａＧで、且つ冷媒流量Ｆが図６の冷媒流量範囲Ａで制御されるように冷媒流量を制御した後、再びＳ１１に戻り、以下所定の周期でＳ１１〜Ｓ１８のステップを繰り返し実行する。
【００４６】
以上のように本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、凝縮器として機能するように設計された熱交換器であっても、上記冷媒流量制御を行うことにより暖房運転時であっても室外熱交換器４８における圧力損失ΔＰｅを小さくすることができ、また、ヒートポンプサイクル４の冷媒配管４０内への空気、水分、埃等の侵入を確実に防止することができ、暖房運転時における車両用空調装置１の高効率運転を実現することができる。
【００４７】
特に本実施形態の場合には、Ｓ１５で推定された冷媒圧力損失ΔＰｅとＳ１６で推定された出口冷媒圧力Ｐｅｅとの和を入口冷媒圧力Ｐｅｉとして推定し、入口冷媒圧力Ｐｅｉが冷媒飽和蒸気圧力Ｐｏ以上であると判定された場合に上記冷媒流量制御を実施することにより、入口冷媒圧力Ｐｅｉを検出するためのセンサを設けなくとも、冷媒流量制御の要否を判定することができるため、より一層簡単な構成で車両用空調装置１の高効率運転を実現することができる。
【００４８】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、図４〜図６の関係図は室外熱交換器４８の仕様によって勾配が変化するものであり、これらの図に限定されない。
また、本発明は電気自動車に適用するのが最も好適であるが、エンジンの廃熱がさほど多くない、ハイブリッド自動車やディーゼルエンジンを搭載してディーゼル車にも好適である。
【符号の説明】
【００４９】
１，７０ 車両用空調装置
２ ＨＶＡＣユニット
４ ヒートポンプサイクル
１０ 空気流路
２６ 第２熱交換器（熱交換器）
４０ 冷媒配管（冷媒流路）
４４ 電動圧縮機（圧縮機）
４６ 第２膨張弁（膨張弁）
４８ 室外熱交換器
５８ 外気温度センサ（外気温度検出手段、外気冷媒状態検出手段）
６０ 入口冷媒温度センサ（入口冷媒状態検出手段）
６２ 吸入冷媒圧力センサ（吸入冷媒圧力検出手段）
６３ 制御ユニット（冷媒流量制御手段）
７２ 吸入冷媒温度圧力センサ（吸入冷媒状態検出手段）
７４ 回転数センサ（回転数検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流路中に配設されている熱交換器により温調された空気を車室内に吹き出すＨＶＡＣユニットと、
冷媒流路に、圧縮機、前記熱交換器、膨張弁、及び冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器が順次介挿されたヒートポンプサイクルと、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記室外熱交換器の入口側における入口冷媒状態値を検出する入口冷媒状態検出手段と、
前記外気温度検出手段で検出された外気温度に基づいて外気における外気冷媒状態値を検出する外気冷媒状態検出手段と、
前記外気温度検出手段で検出された外気温度における前記室外熱交換器での許容圧力損失を推定する許容圧力損失推定手段と、
前記許容圧力損失推定手段で推定した許容圧力損失に基づいて前記室外熱交換器を流れる許容冷媒流量を推定する許容冷媒流量推定手段と、
前記外気温度検出手段で検出された外気温度、前記許容冷媒流量推定手段で検出された許容冷媒流量に基づいて冷媒温度が前記外気温度未満、且つ、冷媒流量が前記許容冷媒流量以下となる冷媒流量範囲を設定する冷媒流量範囲設定手段と、
前記入口冷媒状態検出手段で検出された入口冷媒状態値が前記外気冷媒状態検出手段で検出された外気冷媒状態値以上となるときには、前記冷媒流量範囲設定手段で設定された冷媒流量範囲内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段と
を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記入口冷媒状態検出手段は、前記入口冷媒状態値として前記室外熱交換器の入口側における入口冷媒温度を検出し、
前記外気冷媒状態検出手段は、前記外気冷媒状態値として前記外気温度検出手段で検出された外気温度を検出し、
前記冷媒流量制御手段は、前記入口冷媒温度が前記外気温度以上となるときには、前記冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記入口冷媒状態検出手段は、前記入口冷媒状態値として前記室外熱交換器の入口側における入口冷媒圧力を検出し、
前記外気冷媒状態検出手段は、前記外気冷媒状態値として前記外気温度検出手段で検出された外気温度における冷媒の飽和蒸気圧力を検出し、
前記冷媒流量制御手段は、前記入口冷媒圧力が前記飽和蒸気圧力以上となるときには、前記冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記圧縮機の吸入側における吸入冷媒温度及び吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒状態検出手段と、
前記吸入冷媒状態検出手段で検出された吸入冷媒温度及び吸入冷媒圧力に基づいて前記圧縮機の吸入側における吸入冷媒密度を推定する吸入冷媒密度推定手段と、
前記圧縮機の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記吸入冷媒状態検出手段で検出された吸入冷媒密度、前記回転数検出手段で検出された回転数に基づいて前記冷媒流路を循環する冷媒流量を推定する冷媒流量推定手段と、
前記冷媒流量推定手段で推定された冷媒流量に基づいて前記室外熱交換器における冷媒圧力損失を推定する冷媒圧力損失推定手段と、
前記外気温度検出手段で検出された外気温度、前記冷媒流量推定手段で推定された冷媒流量に基づいて前記室外熱交換器の出口側における出口冷媒圧力を検出する出口冷媒圧力検出手段とを備え、
前記入口冷媒状態検出手段は、前記冷媒圧力損失推定手段で推定された冷媒圧力損失と前記出口冷媒圧力検出手段で検出された出口冷媒圧力との和を推定された前記入口冷媒圧力として検出することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記圧縮機の吸入側における吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒圧力検出手段を備え、
前記冷媒流量制御手段は、前記吸入冷媒圧力検出手段で検出された吸入冷媒圧力が大気圧より大となるように冷媒流量を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記冷媒流量制御手段は、前記膨張弁の開度を制御することにより冷媒流量を制御する膨張弁開度制御を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記冷媒流量制御手段は、前記圧縮機の吐出容量を制御することにより冷媒流量を制御する圧縮機吐出容量制御を行うことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の車両用空調装置。
【請求項１】
空気流路中に配設されている熱交換器により温調された空気を車室内に吹き出すＨＶＡＣユニットと、
冷媒流路に、圧縮機、前記熱交換器、膨張弁、及び冷媒と外気とを熱交換する室外熱交換器が順次介挿されたヒートポンプサイクルと、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記室外熱交換器の入口側における入口冷媒状態値を検出する入口冷媒状態検出手段と、
前記外気温度検出手段で検出された外気温度に基づいて外気における外気冷媒状態値を検出する外気冷媒状態検出手段と、
前記外気温度検出手段で検出された外気温度における前記室外熱交換器での許容圧力損失を推定する許容圧力損失推定手段と、
前記許容圧力損失推定手段で推定した許容圧力損失に基づいて前記室外熱交換器を流れる許容冷媒流量を推定する許容冷媒流量推定手段と、
前記外気温度検出手段で検出された外気温度、前記許容冷媒流量推定手段で検出された許容冷媒流量に基づいて冷媒温度が前記外気温度未満、且つ、冷媒流量が前記許容冷媒流量以下となる冷媒流量範囲を設定する冷媒流量範囲設定手段と、
前記入口冷媒状態検出手段で検出された入口冷媒状態値が前記外気冷媒状態検出手段で検出された外気冷媒状態値以上となるときには、前記冷媒流量範囲設定手段で設定された冷媒流量範囲内で冷媒流量を制御する冷媒流量制御手段と
を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記入口冷媒状態検出手段は、前記入口冷媒状態値として前記室外熱交換器の入口側における入口冷媒温度を検出し、
前記外気冷媒状態検出手段は、前記外気冷媒状態値として前記外気温度検出手段で検出された外気温度を検出し、
前記冷媒流量制御手段は、前記入口冷媒温度が前記外気温度以上となるときには、前記冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記入口冷媒状態検出手段は、前記入口冷媒状態値として前記室外熱交換器の入口側における入口冷媒圧力を検出し、
前記外気冷媒状態検出手段は、前記外気冷媒状態値として前記外気温度検出手段で検出された外気温度における冷媒の飽和蒸気圧力を検出し、
前記冷媒流量制御手段は、前記入口冷媒圧力が前記飽和蒸気圧力以上となるときには、前記冷媒流量制御範囲内で冷媒流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記圧縮機の吸入側における吸入冷媒温度及び吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒状態検出手段と、
前記吸入冷媒状態検出手段で検出された吸入冷媒温度及び吸入冷媒圧力に基づいて前記圧縮機の吸入側における吸入冷媒密度を推定する吸入冷媒密度推定手段と、
前記圧縮機の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記吸入冷媒状態検出手段で検出された吸入冷媒密度、前記回転数検出手段で検出された回転数に基づいて前記冷媒流路を循環する冷媒流量を推定する冷媒流量推定手段と、
前記冷媒流量推定手段で推定された冷媒流量に基づいて前記室外熱交換器における冷媒圧力損失を推定する冷媒圧力損失推定手段と、
前記外気温度検出手段で検出された外気温度、前記冷媒流量推定手段で推定された冷媒流量に基づいて前記室外熱交換器の出口側における出口冷媒圧力を検出する出口冷媒圧力検出手段とを備え、
前記入口冷媒状態検出手段は、前記冷媒圧力損失推定手段で推定された冷媒圧力損失と前記出口冷媒圧力検出手段で検出された出口冷媒圧力との和を推定された前記入口冷媒圧力として検出することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記圧縮機の吸入側における吸入冷媒圧力を検出する吸入冷媒圧力検出手段を備え、
前記冷媒流量制御手段は、前記吸入冷媒圧力検出手段で検出された吸入冷媒圧力が大気圧より大となるように冷媒流量を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記冷媒流量制御手段は、前記膨張弁の開度を制御することにより冷媒流量を制御する膨張弁開度制御を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記冷媒流量制御手段は、前記圧縮機の吐出容量を制御することにより冷媒流量を制御する圧縮機吐出容量制御を行うことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４８６００（Ｐ２０１２−１４８６００Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７００３（Ｐ２０１１−７００３）
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
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