JP3598657B2 - Vehicle air conditioner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばエンジン冷却水を有しない電気自動車や空冷式内燃機関搭載車等の車室内の空調に利用される車両用空気調和装置に関するもので、特に燃焼式ヒータにより加熱された温水をダクト内の温水式加熱器に循環供給して暖房用熱源とする車両用空気調和装置に係わる。
【0002】
【先行の技術】
従来より、例えばエンジン冷却水からの排熱を利用して車室内の暖房ができない電気自動車には、車室内へ空気を送るためのダクト内に冷凍サイクルに組み込まれた室内熱交換器を配設し、冷房サイクル時は室内熱交換器を冷媒蒸発器として働かせ、暖房サイクル時には室内熱交換器を冷媒凝縮器として運転するように弁等により冷凍サイクル内の冷媒の流れ方向を切り替えるようにした空気調和装置が搭載されている。
【0003】
ところが、従来の電気自動車用空気調和装置においては、ダクト内の室内熱交換器を冷媒凝縮器として運転するヒートポンプ暖房(暖房サイクル)時に外気温が0℃以下に低下すると車室内の暖房能力が極端に低下してしまい、特に寒冷地(外気温が−10℃〜−30℃以下に低下する地域)ではそのようなヒートポンプ暖房では車室内の暖房能力が著しく不足するという問題が生じている。
【0004】
そこで、寒冷地ではヒートポンプ暖房では車室内の暖房能力が不足するため、寒冷地仕様の暖房用熱源としての燃焼式ヒータ、ダクト内に配設された温水式加熱器、および燃焼式ヒータで加熱された温水を温水式加熱器に循環させるポンプを利用して電気自動車の車室内を燃焼ヒータ温水暖房することが考えられる。そして、暖房運転時に、外気温が所定の温度(例えば4.4℃)より上昇している場合にはヒートポンプ暖房を行い、外気温が所定の温度(例えば4.4℃)以下に低下している場合には燃焼ヒータ温水暖房を行うことが環境対策上望まれる。
【0005】
なお、従来よりバス車両等の大型車両の暖房用熱源として使用されている燃焼式ヒータは、HIGH運転の時に4000kcal/hで、LOW運転の時に2000kcal/hである。また、ブロワの外気取入風量は、Hi風量(最大風量)時に300m3 /hで、Me風量(中風量)時に200m3 /hで、Lo風量(最小風量)時に120m3 /hである。
【0006】
ここで、図20のグラフからも確認できるように、暖房熱負荷はブロワの外気取入風量によって異なり、Lo風量では100%外気導入にしても外気温Tamが約1℃以上4.4℃以下の時は、燃焼式ヒータの最低暖房能力Qmin(=LOW運転:例えば2000kcal/h)であっても暖房過多となり、車室内の温度が設定温度よりも過上昇して乗員が不快感を覚える。
【0007】
このように車室内の暖房状態が暖房過多となり、燃焼式ヒータの運転を停止してヒートポンプ暖房を行うようにすると、車室内の暖房能力が著しく不足して、車室内の温度が設定温度よりも大きく下降してしまう。このため、再度燃焼式ヒータを運転させる必要が生じるが、燃焼式ヒータは再着火に時間がかかり立ち上がりが悪い。また、燃焼式ヒータは、再着火時に排気ガスを多く排出するので、燃焼ヒータ温水暖房中に燃焼式ヒータをオン、オフすることは回避することが望ましい。
【0008】
そこで、燃焼ヒータ温水暖房中に燃焼式ヒータをオン、オフすることなく、車室内の暖房能力が暖房過多となることを防止する方法として、本願発明者等は、特願平6−183293号にて燃焼式ヒータの温水サイクル途中に余剰熱量を放熱するラジエータを接続した技術(第1先行技術)や、特願平6−323436号にて燃焼ヒータ温水暖房からヒートポンプ暖房に切り替える技術(第2先行技術)を提案した。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第1先行技術においては、燃焼式ヒータの代わりにヒートポンプを作動させることにより冷媒圧縮機の消費電力が非常に大きく、車載電源の電力を大きく消耗するという問題が生じてしまう。なお、車載電源は電気自動車の走行用モータへも電力を供給しているので、電気自動車の走行距離の低下を招くという問題も生じてしまう。
【0010】
また、第2先行技術においては、ラジエータが無い場合には行えない。さらに、温水サイクルに新たにラジエータを設けると、ラジエータとこのラジエータ内の温水に冷却風を送風するための電動式冷却ファンとラジエータを接続する放熱流路が必要となるので、部品点数が増加することにより製品コストを増加させるという問題が生じてしまう。
【0011】
【発明の目的】
この発明の目的は、冷媒圧縮機の消費電力を抑えながらも、燃焼式ヒータの運転を停止することなく、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えることが可能な車両用空気調和装置を提供することにある。また、ラジエータや電動式冷却ファンを使用することなく、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えることが可能な車両用空気調和装置を提供することにある。さらに、車載電源の電力の消耗を抑えて車両の走行距離の低下を抑えることが可能な車両用空気調和装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、燃焼式ヒータの燃焼熱により温水サイクルを循環する温水が加熱される。この燃焼式ヒータの燃焼熱により加熱された温水は、ポンプによりダクト内の温水式加熱器に送られる。そして、温水式加熱器に流入した温水は、送風機の作用によりダクト内を流れる空気と熱交換して空気を加熱する。そして、温水式加熱器にて温水により加熱された空気は、送風機の作用により車室内へ吹き出される。これにより、車室内が充分な暖房能力にて暖房される。
【0013】
ここで、上記のような燃焼式ヒータの運転により温水式加熱器に循環する温水を燃焼式ヒータで加熱して車室内を暖房する燃焼ヒータ温水暖房時に、暖房過多判定手段によって暖房状態検出手段で検出された車室内の暖房状態が暖房過多であるか否かが判定される。そして、車室内の暖房状態が暖房過多であると判定された場合には、暖房運転制御手段により冷凍サイクルが冷房サイクルで運転される。これにより、ダクト内の室内熱交換器が冷えることにより、燃焼式ヒータの暖房能力、すなわち、温水式加熱器の放熱量が減るため、燃焼式ヒータの運転を継続しても車室内の暖房状態の暖房過多が抑えられる。また、冷凍サイクルの冷房サイクルによる運転時には、外気温が例えば0℃近くであると、凝縮温度が低いため、冷媒圧縮機の消費電力が極めて低い値となる。
【0014】
したがって、燃焼式ヒータの運転を停止することなく、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えることができるので、車室内の暖房能力が不足したり、燃焼式ヒータから大量の排気ガスが排出されたりすることはない。すなわち、暖房感の低下や環境への悪影響を抑えることができる。また、ラジエータや電動式冷却ファンを使用することなく、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えることができるため、部品点数を軽減することができるので、製品コストを低減することができる。
さらに、例えば冷媒圧縮機の電力を供給する車載電源が電気自動車の走行用モータへの電力を供給するものである場合には、冷媒圧縮機の消費電力を抑えることにより、車載電源の電力の消耗が抑えられるので、車両の走行距離の低下を抑えることが可能となる。
【0015】
そして、上記のような燃焼式ヒータの運転により温水式加熱器に循環する温水を燃焼式ヒータで加熱して車室内を暖房する燃焼ヒータ温水暖房時に、暖房過多判定手段によって暖房状態検出手段で検出された車室内の暖房状態が暖房過多であると判定された場合には、暖房運転制御手段により冷凍サイクルが冷房サイクルで運転されると共に、内外気調整手段を制御することにより車室外空気の取入量よりも車室空気の取入量の方が多くなる。
【0016】
したがって、ダクトの温風吹出口から吹き出された温風の一部が温風吹出口の近傍の内気取入口より再度ダクト内に流入する。これにより、冷媒凝縮器として運転されている室内熱交換器の入口空気温度が高くなるが、室内熱交換器で冷媒との熱交換により冷却されるので、温水式加熱器の放熱による車室内の暖房能力が打ち消される。すなわち、温水式加熱器と室内熱交換器との間で温風の一部をショートサーキットさせることにより、燃焼式ヒータの運転を継続しても車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えることができる。
【0017】
請求項2に記載の発明によれば、冷媒圧縮機が冷媒を圧縮して冷媒を吐出する。そして、冷媒凝縮器に流入した冷媒は、温水サイクルを循環する温水と熱交換して凝縮熱により温水を加熱する。この冷媒の凝縮熱により加熱された温水は、ポンプによりダクト内の温水式加熱器に送られる。そして、温水式加熱器に流入した温水は、送風機の作用によりダクト内を流れる空気と熱交換して空気を加熱する。そして、温水式加熱器にて温水により加熱された空気は、送風機の作用により車室内へ吹き出される。これにより、冷媒圧縮機の運転により温水式加熱器に循環する温水を冷媒凝縮器で加熱して車室内を暖房するヒートポンプ温水暖房を行うことができる。
【0018】
請求項3に記載の発明によれば、燃焼式ヒータの運転により温水式加熱器に循環する温水を燃焼式ヒータで加熱して車室内を暖房する燃焼ヒータ温水暖房時に、暖房過多判定手段によって暖房状態検出手段で検出された車室内の暖房状態が暖房過多であるか否かが判定される。そして、車室内の暖房状態が暖房過多であると判定された場合には、暖房運転制御手段により冷凍サイクルが冷房サイクルで運転される。これにより、ダクト内の室内熱交換器が冷えることにより、燃焼式ヒータの暖房能力、すなわち、温水式加熱器の放熱量が減るため、燃焼式ヒータの運転を継続しても車室内の暖房状態の暖房過多が抑えられる。また、冷凍サイクルの冷房サイクルによる運転時には、外気温が例えば0℃近くであると、凝縮温度が低いため、冷媒圧縮機の消費電力が極めて低い値となる。
したがって、燃焼式ヒータの運転を停止することなく、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えることができるので、車室内の暖房能力が不足したり、燃焼式ヒータから大量の排気ガスが排出されたりすることはない。すなわち、暖房感の低下や環境への悪影響を抑えることができる。また、ラジエータや電動式冷却ファンを使用することなく、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えることができるため、部品点数を軽減することができるので、製品コストを低減することができる。
さらに、例えば冷媒圧縮機の電力を供給する車載電源が電気自動車の走行用モータへの電力を供給するものである場合には、冷媒圧縮機の消費電力を抑えることにより、車載電源の電力の消耗が抑えられるので、車両の走行距離の低下を抑えることが可能となる。
そして、冷凍サイクルを冷房サイクルで運転する時に、乗員が吹出温度設定手段を操作することにより車室内へ吹き出す空気の吹出温度が設定される。次に、目標吹出温度決定手段によって、吹出温度設定手段で設定された設定吹出温度に基づいて目標吹出温度が決定される。次に、目標温水温度決定手段によって、目標吹出温度決定手段で決定した目標吹出温度に基づいて目標温水温度が決定される。次に、目標回転速度決定手段によって、目標温水温度決定手段で決定した目標温水温度と温水温度検出手段で検出した温水温度との温度偏差に基づいて冷媒圧縮機の目標回転速度が決定される。
【0019】
そして、その目標回転速度に基づいて冷媒圧縮機の回転速度が制御されることにより、室外熱交換器での冷媒と熱媒体との熱交換性能、および室内熱交換器での冷媒とダクト内の空気との熱交換性能が制御される。これにより、室内熱交換器で冷却され、温水式加熱器で加熱されてダクトから吹き出される空気の吹出温度が、吹出温度設定手段で設定した乗員の希望にあった温度に近似することになるので、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えながらも、快適な暖房感が得られる。
【0020】
請求項4に記載の発明によれば、許容温度上昇幅を加えて温度偏差を算出し、その温度偏差に基づいて冷媒圧縮機の回転速度、すなわち、冷凍サイクルの冷房能力を制御することにより、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えながらも、より快適な暖房感が得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の車両用空気調和装置を電気自動車用空気調和装置に適用した実施例に基づいて説明する。
【0022】
〔第1実施例の構成〕
図1ないし図11はこの発明の第1実施例を示したもので、図1は電気自動車用空気調和装置を示した図で、図2はダクトに付設された空調機器を示した図である。
【0023】
この電気自動車用空気調和装置1は、所謂電気自動車用マニュアルエアコンまたは電気自動車用オートエアコンとして利用されるものである。電気自動車用空気調和装置1は、車室内へ空気を送るためのダクト2、このダクト2内において空気流を発生させるブロワ3、冷媒が循環する冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)4、温水が循環する温水サイクル5、および車載電源(バッテリ)6の電力により作動し各空調機器をコントロールする電子制御装置(以下ECUと呼ぶ)100等から構成されている。
【0024】
ダクト2は、電気自動車の車室内の前方側に配設されている。そのダクト2の最も風上側は、内外気切替箱を構成する部分で、車室内の空気(以下内気と言う)を取り入れる内気取入口としての内気吸込口7、および車室外の空気(以下外気と言う)を取り入れる外気取入口としての外気吸込口8を有している。
【0025】
さらに、内気吸込口7および外気吸込口8の内側には、内外気切替ダンパ9が回動自在に取り付けられている。内外気切替ダンパ9は、本発明の内外気調整手段であって、サーボモータ等のアクチュエータ(図示せず)により駆動される。この内外気切替ダンパ9は、吸込口モードを選択的に切り替えるものである。ここで、この実施例の吸込口モードは、内気吸込口7を全開し、外気吸込口8を全閉する内気循環モード、外気吸込口8を全開し、内気吸込口7を全閉する外気導入モード、および内気吸込口7、外気吸込口8をそれぞれ半開する半内外気導入モード等である。なお、内外気切替ダンパ9は、内気吸込口7および外気吸込口8を開口したダクト2の風上側部分(所謂内外気切替箱)と共に内外気切替手段を構成する。
【0026】
また、ダクト2の風下側、つまり室内ユニット10側には、電気自動車のフロント窓ガラスの内面に向かって主に温風を吹き出すデフ吹出口11、乗員の上半身に向かって主に冷風を吹き出すセンタフェイス吹出口12、乗員の側方に向かって主に冷風を吹き出すサイドフェイス吹出口13、および乗員の足元に向かって主に温風を吹き出すフット吹出口14が設けられている。フット吹出口14は、本発明の温風吹出口であって、内気吸込口7の近傍で開口している。
【0027】
さらに、それぞれの吹出口の内側にはモード切替ダンパ15〜18が回動自在に取り付けられている。それらのモード切替ダンパ15〜18は、サーボモータ等のアクチュエータ(図示せず)によりそれぞれ駆動される。モード切替ダンパ15〜18は、各吹出口を選択的に開閉することによって、吹出口モードを切り替える。この実施例の吹出口モードは、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフモード、デフロスタモードである。
【0028】
フェイスモードは、センタフェイス吹出口12およびサイドフェイス吹出口13を開口させる吹出モードである。バイレベルモードは、センタフェイス吹出口12、サイドフェイス吹出口13およびフット吹出口14を開口させる吹出モードである。フットモードは、フット吹出口14を開口させる吹出モードである。フットデフモードは、デフ吹出口11およびフット吹出口14を開口させる吹出モードである。デフロスタモードは、デフ吹出口11を開口させる吹出モードである。
【0029】
ブロワ3は、本発明の送風機であって、ダクト2の風上側を構成するスクロールケーシング内に設置されている。このブロワ3は、ブロワモータ19によって回転速度が制御されるもので、内気吸込口7または外気吸込口8のいずれか開かれた吸込口から車室内空気(以下内気と略す)または車室外空気(以下外気と略す)を吸引して車室内へ送風する。なお、ブロワ3は、スクロールケーシング、ブロワモータ19と共に遠心式送風機を構成する。
【0030】
冷凍サイクル4は、所謂アキュームレータサイクルであって、冷媒圧縮機20、冷媒水熱交換器21、第1減圧手段22、室外熱交換器23、第2減圧手段24、冷媒蒸発器25、アキュームレータ26、冷媒流路切替弁27、28およびこれらを接続する冷媒配管等から構成されている。
【0031】
冷媒圧縮機20は、本発明の電動式の冷媒圧縮機であって、吸入口より内部に吸入したガス冷媒を圧縮して高温、高圧のガス冷媒を吐出口より吐出する圧縮部と、この圧縮部を駆動する駆動部としての電動モータ(図示せず)とからなる。この冷媒圧縮機20は、ECU100の出力信号に基づいて冷媒圧縮機20の回転速度を制御する回転速度制御手段としてのエアコン用インバータ30を備えている。
【0032】
そして、電動モータは、エアコン用インバータ30によって車載電源6から印加される電力が連続的あるいは段階的に可変制御される電動式のアクチュエータ(電動式の駆動手段)である。したがって、冷媒圧縮機20は、印加電力の変化による電動モータの回転速度の変化によって、冷媒吐出容量を変化させて冷凍サイクル4内を循環する冷媒の流量を調節することにより冷媒水熱交換器21の加熱能力や冷媒蒸発器25の冷房能力を制御する。
【0033】
冷媒水熱交換器21は、本発明の水冷式の冷媒凝縮器であって、冷媒圧縮機20の吐出口より吐出された高温、高圧のガス冷媒と温水サイクル5内を循環する温水とを熱交換させて冷媒を凝縮させ、温水を加熱する熱交換器である。この冷媒水熱交換器21は、アルミニウム合金等の金属製で、内側に温水通路34、外側に複数の冷媒通路35が形成されている。
第1減圧手段22は、キャピラリチューブ、オリフィス、膨張弁等よりなり、ヒートポンプ温水暖房モード時に内部を冷媒が流れる。この第1減圧手段22は、内部を流れる冷媒を減圧して気液二相状態の冷媒にする。
【0034】
室外熱交換器23は、車室外、例えば電気自動車の走行風を受け易い場所に設置されている。この室外熱交換器23は、ヒートポンプ温水暖房モード時に第1減圧手段22で減圧された低温、低圧の気液二相状態の冷媒と電動ファン40により吹き付けられる外気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる冷媒蒸発器として働く。また、室外熱交換器23は、冷房モード時に冷媒水熱交換器21より流入した高圧の冷媒と電動ファン40により吹き付けられる外気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる空冷式の冷媒凝縮器として働く。
第2減圧手段24は、キャピラリチューブ、オリフィス、膨張弁等よりなり、冷房モード時に内部を冷媒が流れる。この第2減圧手段24は、内部を流れる冷媒を減圧して気液二相状態の冷媒にする。
【0035】
冷媒蒸発器25は、本発明の室内熱交換器であって、ダクト2の中間部を構成するクーリングユニットケース内に設置されている。この冷媒蒸発器25は、冷房モード時に第2減圧手段24で減圧された低温、低圧の気液二相状態の冷媒とブロワ3の作用により通過する空気とを熱交換させて空気を冷却すると共に冷媒を蒸発させる。
【0036】
アキュームレータ26は、内部に流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離してガス冷媒のみ冷媒圧縮機20に供給する気液分離器として働く。なお、気液分離器として、レシーバを使用しても良い。このレシーバの設置場所は、冷媒水熱交換器21と第1減圧手段22との間に接続し、室外熱交換器23と第2減圧手段24との間に接続するようにすると良い。
【0037】
冷媒流路切替弁27、28は、冷凍サイクル4内の冷媒の流れ方向を切り替える電磁式の冷媒流路切替手段(電磁弁)であって、第1、第2減圧手段22、24より冷媒を迂回させるバイパス管路41、42にそれぞれ設けられている。冷媒流路切替弁27、28は、通電されると開弁し、通電が停止されると閉弁する。
【0038】
温水サイクル5は、前述の冷媒水熱交換器21、ウォータポンプ51、温水ヒータコア52、排熱冷却器53、温水流路切替弁54、55、燃焼式ヒータ56およびこれらを接続する温水配管等から構成されている。この実施例では、温水として不凍液(例えばエチレングリコール水溶液)を利用している。ウォータポンプ51は、温水に循環流を発生させる循環流発生手段である。
【0039】
温水ヒータコア52は、本発明の温水式加熱器であって、ダクト2内において冷媒蒸発器25より風下側に設置され、すなわち、ダクト2の吹出口切替箱を構成するヒータユニットケース内に設置されている。この温水ヒータコア52は、高温に加熱された温水とダクト2内を流れる空気とを熱交換させて空気を加熱する。
【0040】
この温水ヒータコア52の空気の入口部および出口部には、温水ヒータコア52を通過する空気量と温水ヒータコア52を迂回する空気量とを調節して車室内へ吹き出す吹出空気の温度を調整するためのエアミックスダンパ57、58が回動自在に取り付けられている。それらのエアミックスダンパ57、58は、ステッピングモータやサーボモータ等のアクチュエータ(図示せず)によりそれぞれ駆動される。
【0041】
排熱冷却器53は、電気自動車の走行用モータMの外周部に温水が流れ込むウォータジャケット(図示せず)や、走行用モータMの回転速度を制御する走行用インバータIに組み込まれるトランジスタ等の発熱体を固定する熱伝導性に優れる板材の外周に温水が流れ込む温水室(図示せず)を備えている。この排熱冷却器53は、電気自動車の走行時に走行用モータMや走行用インバータIの作動に伴って発生する排熱を回収して温水を加熱すると共に、発熱体の過熱を防止する。
【0042】
温水流路切替弁54、55は、温水サイクル5内の温水の流れ方向を切り替える電磁式の温水流路切替手段であって、冷媒水熱交換器21の下流側で分岐する分岐流路61、および燃焼式ヒータ56を迂回するバイパス流路62にそれぞれ設けられている。温水流路切替弁54、55は、通電されると開弁し、通電が停止されると閉弁する。
【0043】
図3は燃焼式ヒータ56の一例を示した図である。燃焼式ヒータ56は、電気自動車の車室外に搭載され、箱体状のヒータケース68、このヒータケース68内に設けられた燃焼筒69、この燃焼筒69内へ燃料を送る燃料パイプ70、始動時に燃料に着火するグロープラグ71、燃焼空気を送風する燃焼ファン72を回転駆動する電動モータ73等から構成されている。この燃焼式ヒータ56は、ガソリン、灯油、軽油等の燃料を燃焼筒69中で燃焼させ、その熱量を温水に与えるものである。
【0044】
ヒータケース68の下方には、燃焼空気を吸入する吸入管74、および燃焼排気を排出する排気管75が形成されている。また、ヒータケース68と燃焼筒69との間には、温水が通過する温水通路76が形成されている。さらに、ヒータケース68は、温水通路76へ温水が流入する流入ポート78、および温水通路76から温水を流出する流出ポート79を有している。燃料パイプ70には、図1に示したように、燃料タンク80内の燃料を燃料ポンプ81の作用により圧送することにより燃料が供給される。
【0045】
燃焼式ヒータ56の流入ポート78は、分岐流路61に接続されている。また、燃焼式ヒータ56の流出ポート79は、温水ヒータコア52の上流側でバイパス流路62に合流する合流流路63に接続されている。なお、燃焼式ヒータ56は、2段階切替型の燃焼式ヒータであって、燃料ポンプ81から圧送される燃料量が多いときに燃焼量が大きくなり温水に与える熱量も大きくなり(HIGH運転)、燃料量が少ないときに燃焼量が小さくなり温水に与える熱量も小さくなる(LOW運転)。
【0046】
図4は電気自動車用空気調和装置のECUを示した図である。ECU100は、本発明の暖房運転制御手段であって、中央演算処理装置(以下CPUと言う)101、ROM102、RAM103、A/D変換器104、インターフェイス105、106等を持ち、それ自体は周知のものである。なお、CPU101は、車室内の暖房状態が暖房過多であるか否かを判定する暖房過多判定手段を有する。また、ECU100は、走行用インバータIにも接続するジャンクションボックスJを介して車載電源6より電力が供給されて作動する。
【0047】
ECU100は、内気温センサ111、外気温センサ112、日射センサ113、冷媒圧力センサ114、エバ後温度センサ115、水温センサ116、117、吹出温センサ118および操作パネル200より入力される入力信号と予めインプットされた制御プログラムに基づいて、各空調機器を制御する。すなわち、ECU100は、各センサの検出値(検出信号)および操作パネル200の操作値(操作信号)などの入力信号と予めインプットされた制御プログラムに基づいて、内外気切替ダンパ9、モード切替ダンパ15〜18、ブロワ3のブロワモータ19、冷媒圧縮機20のエアコン用インバータ30、冷媒流路切替弁27、28、電動ファン40、燃焼式ヒータ56、ウォータポンプ51、エアミックスダンパ57、58および燃料ポンプ81の運転状態を制御する。
【0048】
この実施例のECU100は、上記空調機器を制御することによって、運転モードを、冷房モード、除湿モード、ヒートポンプ温水暖房モード、および燃焼ヒータ温水暖房モードを選択的に切り替える。冷房モードは、吸込口モードが主に内気循環モードで、冷媒圧縮機20を運転し、冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転することにより、ダクト2内を流れる空気を冷媒蒸発器25で冷却して車室内を冷房する運転モードである。除湿モードは、冷媒圧縮機20を運転し、冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転することにより、ダクト2内を流れる空気を冷媒蒸発器25で除湿して車室内を除湿する運転モードである。
【0049】
ヒートポンプ温水暖房モードは、吸込口モードが主に外気導入モードで、冷媒圧縮機20を運転し、冷凍サイクル4を暖房サイクルで運転することにより、温水ヒータコア52に循環する温水を冷媒水熱交換器23で加熱して車室内を暖房する運転モードである。燃焼ヒータ温水暖房モードは、吸込口モードが主に外気導入モードで、燃焼式ヒータ56を運転することにより、温水ヒータコア52に循環する温水を燃焼式ヒータ56で加熱して車室内を暖房する運転モードである。
【0050】
なお、この実施例の燃焼ヒータ温水暖房モードには、冷媒圧縮機20を運転し、冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転する運転モードもある。また、燃焼ヒータ温水暖房モードには、さらに吸込口モードを内気循環モードに切り替えて運転する運転モードもある。
【0051】
内気温センサ111は、本発明の暖房状態検出手段であって、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、車室内の温度(内気温)を検出し、この検出値を内気温信号としてECU100へ出力する内気温検出手段である。外気温センサ112は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、車室外の温度(外気温)を検出し、この検出値を外気温信号としてECU100へ出力する外気温検出手段である。
【0052】
日射センサ113は、車室内への日射量を検出し、この検出値を日射量信号としてECU100へ出力する日射量検出手段である。冷媒圧力センサ114は、冷媒圧縮機20の吐出圧力である冷凍サイクル4の高圧圧力(凝縮圧力)を検出し、この検出値を冷媒圧力信号(高圧信号)としてECU100へ出力する冷媒圧力検出手段、高圧圧力検出手段である。
【0053】
エバ後温度センサ115は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、冷媒蒸発器25の空気出口温度を検出し、この検出値をエバ後温度信号としてECU100へ出力するエバ後温度検出手段、温水ヒータコア(温水式加熱器)52の吸込温度検出手段である。水温センサ116は、本発明の暖房状態検出手段であって、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、燃焼式ヒータ56の下流側の合流流路63に設置され、燃焼式ヒータ56の出口水温(温水温度)を検出し、この検出値を温水温度信号としてECU100へ出力する温水温度検出手段、燃焼式ヒータ出口水温検出手段である。
【0054】
水温センサ117は、本発明の暖房状態検出手段であって、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、温水ヒータコア52の出口に設置され、温水ヒータコア52の出口水温(温水温度)を検出し、この検出値を温水温度信号としてECU100へ出力する温水温度検出手段、加熱器出口水温検出手段である。吹出温センサ118は、本発明の暖房状態検出手段であって、例えばサーミスタ等の感温素子よりなり、ダクト2のフット吹出口14より車室内へ吹き出す空気の吹出温度を検出し、この検出値を吹出温度信号としてECU100へ出力する吹出温度検出手段である。
【0055】
ここで、ECU100による燃焼式ヒータ56の制御の一例を説明する。ECU100は、LOW運転のまま温水の水温が上限設定温度より高い過熱温度(例えば85℃)以上に上昇すると、図示しない運転灯等の報知手段を点滅させ、燃料ポンプ81の駆動を停止し、ファン72のみ駆動して掃気(ポストパージ)を開始する。このとき、ウォータポンプ51を運転して温水通路76に温水を循環させる。そして、所定時間(例えば120秒間)経過後に掃気を終了して燃焼式ヒータ56の全ての機器を自動停止する。また、水温センサ116が上限設定温度より低い下限設定温度(例えば70℃)以下に低下すると、再び燃焼式ヒータ56の運転を再開する。
【0056】
図5は操作パネルの一例を示した図である。操作パネル200には、吹出方向を切り替える吹出口モード切替スイッチ群201、電気自動車の車室内へ吹き出す空気の吹出温度を調整する温度調整レバー202、内外気を切り替える内外気切替スイッチ203、吹出風量を手動により切り替えるブロワスイッチ204、吹出風量を自動的に切り替えるブロワオートスイッチ205および空調モードを切り替える空調モード切替スイッチ群206が配置されている。
【0057】
吹出口モード切替スイッチ群201は、モード切替ダンパ15〜18を開閉制御することによって、乗員の頭胸部に送風するためのフェイスモード、乗員の頭胸部と足元の双方に送風するためのバイレベルモード、乗員の足元に送風するためのフットモード、乗員の足元と窓ガラスの双方に送風するためのフットデフモード、窓ガラスに送風するためのデフモードに各々切り替えるものであり、複数のスイッチ211〜215から構成されている。
【0058】
温度調整レバー202は、設定位置に応じて各空調モードにおける冷媒圧縮機20の回転速度の設定、またはエアミックスダンパ57、58の開度設定を行う吹出温度設定手段、温度設定手段、暖房状態設定手段である。温度調整レバー202は、ストローク量に応じた複数の設定ゾーンに分割され、選択された空調モードと設定ゾーンに応じて冷媒圧縮機20を駆動するエアコン用インバータ30の周波数を設定し回転速度制御が行われる。
【0059】
内外気切替スイッチ203は、内外気切替ダンパ9を開閉制御することによって内気吸込口7から内気を導入する内気循環モード、外気吸込口8から外気を導入する外気導入モードに切り替えるものである。空調モード切替スイッチ群206は、電気自動車用空気調和装置(マニュアルエアコンの場合)1の運転停止、冷房モード、ヒートポンプ温水暖房モード、燃焼ヒータ温水暖房モードおよび除湿モードに切り替えるものであり、停止スイッチ261、冷房スイッチ262、ヒートポンプ温水暖房スイッチ263、燃焼ヒータ温水暖房スイッチ264、除湿スイッチ265から構成されている。
【0060】
図6は操作パネルの他の例を示した図である。この操作パネル200は、オートエアコンの操作パネルであって、温度調整レバー207や各センサからの入力信号に基づいて冷房モード、ヒートポンプ温水暖房モード、燃焼ヒータ温水暖房モードおよび除湿モードを自動的に切り替える。208は電気自動車用空気調和装置(オートエアコンの場合)1のエアコン・オン・オフスイッチ(A/C・ON−OFFスイッチ)である。温度調整レバー207は、設定位置に応じて各空調モードにおける冷媒圧縮機20の回転速度の設定、またはエアミックスダンパ57、58の開度設定を行う吹出温度設定手段、温度設定手段、暖房状態設定手段である。
【0061】
〔第1実施例の吹出温度制御方法〕
次に、この実施例のECU100の暖房運転時の吹出温度制御を図7ないし図10のフローチャートおよび図11の特性図に基づいて説明する。ここで、図7ないし図10はECU100の暖房運転時の吹出温度制御の一例を示したフローチャートである。
【0062】
先ず、図7のフローチャートに示したように、内気温センサ111で検出した内気温Tr、水温センサ116で検出した燃焼式ヒータ56の出口水温TWa、温度調整レバー202、207で設定した設定吹出温度Tsetおよび操作パネル200等の各入力信号を読み込む(ステップS1)。
【0063】
次に、燃焼ヒータ温水暖房モードの指示がされているか否かを判定する。例えば燃焼ヒータ温水暖房スイッチ264がオンされているか否かを判定する。あるいは、外気温センサ112で検出した外気温Tamが所定の外気温(例えば4.4℃)以下に低下しているか否かを判定する(ステップS2)。
【0064】
このステップS2の判定結果がNoの場合には、ヒートポンプ温水暖房モードの指示がされているか否かを判定する。例えばヒートポンプ温水暖房スイッチ263がオンされているか否かを判定する。あるいは、外気温センサ112で検出した外気温Tamが所定の外気温(例えば4.4℃)より上昇し、例えば20℃以下に低下しているか否かを判定する(ステップS3)。このステップS3の判定結果がNoの場合には、リターンする。
【0065】
また、ステップS3の判定結果がYesの場合には、ヒートポンプ温水暖房モード(冷凍サイクル4を暖房サイクル)で運転する。すなわち、冷媒圧縮機20の電動モータをオン、冷媒流路切替弁27を閉弁(オフ)、冷媒流路切替弁28を開弁(オン)、電動ファン40をオン、ウォータポンプ51を運転し、燃焼式ヒータ56の運転を停止する(ステップS4)。次に、ヒートポンプ温水暖房モード時の吹出温度制御を行う(ステップS5)。その後にリターンする。
【0066】
また、ステップS2の判定結果がYesの場合には、図8のフローチャートに示したように、操作パネル200に設けられた温度調整レバー202、207の操作位置から設定吹出温度Tsetを読み込む(吹出温度設定手段)。さらに、各種温度センサから検出値を読み込む(ステップS6)。ここでは、ブロワ3の風量V(m3 /h)、エバ後温度センサ(吸込温度センサ)115で検出した吸込温度TE、水温センサ116で検出した燃焼式ヒータ56の出口水温(温水温度)TWa、水温センサ117で検出した温水ヒータコア52の出口水温(温水温度)TWbなど、後の演算に必要な検出値(物理量)を読み込む。なお、ブロワ3の風量Vは、ECU100からブロワモータ19への出力値を使って演算により求めることができる。
【0067】
次に、目標吹出温度TAOを周知の方法で決定する(目標吹出温度決定手段:ステップS7)。目標吹出温度TAOは、マニュアルエアコンでは温度調整レバー202の操作位置によって求めることができ、オートエアコンでは温度調整レバー207の操作位置、内気温センサ111で検出した内気温Tr、外気温センサ112で検出した外気温Tamを使って演算により求めることができる。
【0068】
次に、温水ヒータコア52を通過する空気の風量Vから温度効率φ(V)を決定する(温度効率決定手段:ステップS8)。ここでは、ブロワ3の運転状態によって求めたブロワ3の風量Vと温度効率φとの特性図(図11参照)に基づいて温度効率φを算出する。
【0069】
次に、目標温水温度TWOを後述の方法で決定する(目標温水温度決定手段:ステップS9)。すなわち、エバ後温度センサ115で検出した吸込温度TE、ステップS7で決定した目標吹出温度TAO、およびステップS8で決定した温度効率φから目標温水温度TWOを下記の数1の式に基づいて算出する。
【数1】
TWO=(TAO−TE)/φ+TE
【0070】
次に、内気循環モードがセットされているか否かを判定する(ステップS10)。このステップS10の判定結果がYesの場合には、ステップS12の制御を行う。
また、ステップS10の判定結果がNoの場合には、内外気切替ダンパ9が内気吸込口7を全閉し、外気吸込口8を全開する外気導入モードとなるようにサーボモータ等のアクチュエータを制御する(ステップS11)。その後にステップS12の制御を行う。
【0071】
次に、水温センサ116で検出した燃焼式ヒータ56の出口水温TWaが目標温水温度TWO以上に上昇しているか否かを判定する(ステップS12)。このステップS12の判定結果がNoの場合には、燃料ポンプ81の駆動周波数を大きくして燃料の供給量を増大させることにより燃焼式ヒータ56をHIGH運転(4000kcal/h)し、ウォータポンプ51を運転し、冷凍サイクル4の運転を停止する(ステップS13)。その後にステップS15の制御を行う。
【0072】
また、ステップS12の判定結果がYesの場合には、燃料ポンプ81の駆動周波数を小さくして燃料の供給量を減少させることにより燃焼式ヒータ56をLOW運転(例えば2000kcal/h)し、ウォータポンプ51を運転し、冷凍サイクル4の運転を停止する(ステップS14)。その後にステップS15の制御を行う。
【0073】
次に、図9のフローチャートに示したように、車室内の暖房状態が暖房過多であるか否かを判定する(暖房過多判定手段:ステップS15)。この暖房過多判定制御の第1制御例として、下記の数2の式のように、水温センサ116で検出した燃焼式ヒータ56の出口水温TWaが過熱温度(例えば85℃)TWmax以上に上昇しているか否かを判定する(ステップS16)。
【数2】
TWa≧TWmax
【0074】
また、その暖房過多判定制御の第2制御例として、下記の数3の式のように、水温センサ117で検出した温水ヒータコア52の出口水温TWbが目標温水温度TWOより高温であるか否かを判定する(ステップS17)。
【数3】
TWb≧TWO+α
ここで、αは例えば5度〜10度である。
【0075】
さらに、その暖房過多判定制御の第3制御例として、下記の数4の式のように、吹出温センサ118で検出した吹出温度TFOOTが温度調整レバー202、207で設定した設定吹出温度Tsetより高温であるか否かを判定する(ステップS18)。
【数4】
TFOOT≧Tset+β
ここで、βは例えば5度〜10度である。
【0076】
そして、その暖房過多判定制御の第4制御例として、下記の数5の式のように、内気温センサ111で検出した内気温Trが温度調整レバー202、207で設定した設定室内温度Trsより高温であるか否かを判定する(ステップS19)。
【数5】
Tr≧Trs+γ
ここで、γは例えば5度〜10度である。
ステップS15の判定結果がNoの場合、すなわち、ステップS16〜S19の判定結果が全てNoの場合には、内気循環モードフラグをクリアする(ステップS20)。その後にリターンする。
【0077】
また、ステップS15の判定結果がYesの場合、すなわち、ステップS16〜S19のいずれかの判定結果がYesの場合には、燃焼式ヒータ56のLOW運転を継続したまま冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転する。すなわち、冷媒圧縮機20の電動モータをオン、冷媒流路切替弁27を開弁(オン)、冷媒流路切替弁28を閉弁(オフ)、電動ファン40をオンする(ステップS21)。
【0078】
次に、冷媒蒸発器25の出口空気温度(エバ後温度センサ115で検出した吸込温度TE)が非凍結温度(例えば1℃〜4℃)TESに達するまで周知の方法により冷媒圧縮機20の回転速度制御を行う(ステップS22)。
次に、冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転してから予め決められた設定時間(例えば60秒間〜120秒間)settが経過しているか否かを判定する(時間経過判定手段:ステップS23)。このステップS23の判定結果がNoの場合には、リターンする。
【0079】
また、ステップS23の判定結果がYesの場合には、図10のフローチャートに示したように、車室内の暖房状態が暖房過多であるか否かを判定する(暖房過多判定手段:ステップS24)。この暖房過多判定制御の第1制御例として、上記の数2の式のように、水温センサ116で検出した燃焼式ヒータ56の出口水温TWaが過熱温度(例えば85℃)TWmax以上に上昇しているか否かを判定する(ステップS25)。
【0080】
その第2制御例として、上記の数3の式のように、水温センサ117で検出した温水ヒータコア52の出口水温TWbが目標温水温度TWOより高温であるか否かを判定する(ステップS26)。その第3制御例として、上記の数4の式のように、吹出温センサ118で検出した吹出温度TFOOTが温度調整レバー202、207で設定した設定吹出温度Tsetより高温であるか否かを判定する(ステップS27)。その第4制御例として、上記の数5の式のように、内気温センサ111で検出した内気温Trが温度調整レバー202、207で設定した設定室内温度Trsより高温であるか否かを判定する(ステップS28)。
【0081】
ステップS24の判定結果がNoの場合、すなわち、ステップS25〜S28の判定結果が全てNoの場合には、リターンする。
また、ステップS24の判定結果がYesの場合、すなわち、ステップS25〜S28のいずれかの判定結果がYesの場合には、内外気切替ダンパ9が内気吸込口7を全開し、外気吸込口8を全閉する内気循環モードとなるようにサーボモータ等のアクチュエータを制御する(ステップS29)。
【0082】
次に、内気循環モードフラグをセットする(ステップS30)。次に、冷媒蒸発器25の出口空気温度(エバ後温度センサ115で検出した吸込温度TE)が非凍結温度(例えば1℃〜4℃)TESに達するまで周知の方法により冷媒圧縮機20の回転速度制御を行う(ステップS31)。その後にリターンする。
【0083】
〔第1実施例の作用〕
次に、この実施例の電気自動車用空気調和装置1の作動を図1ないし図6に基づいて簡単に説明する。
【0084】
(冷房モード)
外気温が例えば25℃よりも高い夏期等は冷房を行う。この冷房モード時には冷媒流路切替弁27が開弁され、冷媒流路切替弁28が閉弁され、冷凍サイクル4が冷房サイクルで運転される。したがって、冷媒圧縮機20の吐出口より吐出された高温、高圧のガス冷媒は、冷媒水熱交換器21の冷媒通路35→バイパス管路41→室外熱交換器23→第2減圧手段24→冷媒蒸発器25→アキュームレータ26を通って冷媒圧縮機20の吸入口に吸入される。
【0085】
一方、ブロワ3の作用によって内気吸込口7または外気吸込口8よりダクト2内に吸い込まれた空気は、冷媒蒸発器25にて冷媒の蒸発熱により冷却されて冷風となる。この冷風は、主にセンタフェイス吹出口12およびサイドフェイス吹出口13より車室内へ吹き出されることにより、電気自動車の車室内が冷房される。
【0086】
そして、車室内へ吹き出す吹出空気の温度調節は、温度調節レバー202、207の設定位置に応じたエアミックスダンパ57、58の開度調節により行うことができる。このときの温水サイクル5では、温水流路切替弁54が閉弁され、温水流路切替弁55が開弁され、ウォータポンプ51の吐出ポートより吐出された温水が冷媒水熱交換器21の温水通路34→バイパス流路62→温水ヒータコア52→排熱冷却器53を通ってウォータポンプ51の吸引ポートに吸引されるように流れる。しかし、電気自動車の重要課題である省電力消費の観点から、エアミックスダンパ57、58を全閉して全空気を温水ヒータコア52よりバイパスさせて、エアコン用インバータ30による冷媒圧縮機20の回転速度制御を行うようにして、車室内へ吹き出す吹出空気の温度を調節した方が良い。
【0087】
(除湿モード)
除湿モード時には、冷房モードと同様にして冷媒流路切替弁27が開弁され、冷媒流路切替弁28が閉弁され、冷凍サイクル4が冷房サイクルで運転される。これにより、ブロワ3の作用により冷媒蒸発器25に吹き付けられた空気は、空気中の水分が凝縮され冷媒蒸発器25のフィン等に付着することにより除湿される。なお、除湿された空気を再加熱したい場合は、エアミックスダンパ57、58を作動させてその空気の一部または全部を温水ヒータコア52に導き、温水と熱交換させれば良い。このとき、温水の加熱方法は、そのときの外気温条件により熱源である冷媒水熱交換器21、燃焼式ヒータ56等を使い分ければ良い。
【0088】
(ヒートポンプ温水暖房モード)
外気温が例えば4.4℃よりも高い冬期等はヒートポンプ温水暖房を行う。このヒートポンプ温水暖房モード時には冷媒流路切替弁27が閉弁され、冷媒流路切替弁28が開弁され、冷凍サイクル4が暖房サイクルで運転される。また、吸込口モードは外気導入モード、吹出口モードはフットモードが主に選択される。したがって、冷媒圧縮機20の吐出口より吐出された高温、高圧のガス冷媒は、冷媒水熱交換器21の冷媒通路35→第1減圧手段22→室外熱交換器23→バイパス管路42→アキュームレータ26を通って冷媒圧縮機20の吸入口に吸入される。
【0089】
一方、温水サイクル5では、温水流路切替弁54が閉弁され、温水流路切替弁55が開弁される。したがって、ウォータポンプ51の吐出ポートより吐出された温水は、冷媒水熱交換器21の温水通路34→バイパス流路62→温水ヒータコア52→排熱冷却器53を通ってウォータポンプ51の吸引ポートに吸引される。このため、冷媒水熱交換器21で冷媒より吸熱した温水が温水ヒータコア52に循環供給される。
【0090】
なお、例えば外気吸込口8よりダクト2内に吸い込まれた外気は、温水ヒータコア52で高温の温水と熱交換して温風となる。この温風は、主にフット吹出口14より車室内へ吹き出されることにより車室内が暖房される。このとき、温水サイクル5の途中に接続されている排熱冷却器53にて走行用モータMや走行用インバータIからの排熱もヒートポンプ温水暖房用の補助熱源として有効活用することもできる。
【0091】
そして、車室内へ吹き出す吹出空気の温度調節は、冷房モードと同様にして、温度調整レバー202の設定位置に応じたエアミックスダンパ57、58の開度調節により行うことができるが、エアミックスダンパ57、58を全開にして全空気を温水ヒータコア52を通過させてエアコン用インバータ30による冷媒圧縮機20の回転速度制御を行うようにして、車室内へ吹き出す吹出空気の温度を調節した方が良い。また、冷媒水熱交換器21の冷媒の凝縮熱のみでは充分な熱量が得られない場合は、温水ヒータコア52に直列に電気ヒータを接続して、その電気ヒータを通電することにより温水を補助加熱するようにしても良い。
【0092】
(外気温が0℃より低い時の燃焼ヒータ温水暖房モード)
仕向地により外気温が非常に低く(例えば−10℃〜−30℃以下の寒冷地)冷媒水熱交換器21では充分な熱量が得られない場合がある。このような場合には、冷媒圧縮機20を駆動せず、温水流路切替弁55を閉弁し、温水流路切替弁54を開弁して、燃焼式ヒータ56により暖房に必要な熱量を温水に与えるようにする。また、吸込口モードは外気導入モード、吹出口モードはフットモードに設定される。
【0093】
ここで、燃焼式ヒータ56の作動を図1および図3に基づいて簡単に説明する。燃料ポンプ81の作用で送られてきた燃料は、燃焼筒69へ入る前に霧化され、始動時にはグロープラグ71で燃料を着火し、運転時には燃焼ファン72の作用により送られてきた燃焼空気と混合して燃焼する。燃焼排気は温水通路76内を流れる温水とより完全に熱交換するように燃焼筒69内を経て排気管75より排出される。この燃焼排気はほぼ完全燃焼するのでかなりクリーンなガスである。
【0094】
一方、温水は、流入ポート78より温水通路76内に入り燃焼筒69の周りを巡って加熱された後に流出ポート79より流出して合流流路63を通って温水ヒータコア52へ供給される。これにより、外気温が非常に低く、ヒートポンプ温水暖房が行えない地域においても、かなり高温の温水が温水ヒータコア52に循環することになるので、充分な熱量で車室内を暖房することができる。
【0095】
(外気温が0℃以上4.4℃以下の時の燃焼ヒータ温水暖房モード)
外気温が0℃以上4.4℃以下の時にはヒートポンプ温水暖房では充分な暖房能力が得られないため、燃焼ヒータ温水暖房モードで暖房運転を行う。このような時には、燃焼式ヒータ56を最低暖房能力Qmin(=LOW運転:例えば2000kcal/h)で運転しても能力余りとなって車室内の温度(内気温)が異常に上がり過ぎる暖房過多となる。なお、このように燃焼式ヒータ56の能力が余っている暖房状態では乗員は暖まり過ぎを防止するためにブロワ3の風量を最も弱いレベル(Lo風量:例えば120m3 /h)で使用していることが多い。ブロワ3の風量を自動調整するオートエアコンでも同様である。
【0096】
しかし、能力切替が2段階しかできない燃焼式ヒータ56は、一定の暖房能力を出力しているため、燃焼式ヒータ56の出口水温は60℃〜80℃と高くなり、この状態で継続しても暖房能力は変わらない。このとき、冷媒蒸発器25の周囲の空気の温度は、仮に外気温が0℃であっても温水ヒータコア52からの熱伝導で5℃〜10℃に上昇している。
【0097】
以上のように燃焼ヒータ温水暖房モード時に車室内の暖房状態が暖房過多となった場合、例えば燃焼式ヒータ56の出口水温TWaが過熱温度(例えば85℃)TWmax以上に上昇した場合、温水ヒータコア52の出口水温TWbが目標温水温度TWOより高温となった場合、吹出温度TFOOTが設定吹出温度Tsetより高温となった場合、あるいは内気温Trが設定室内温度Trsより高温となった場合には、燃焼式ヒータ56を最低暖房能力で運転した状態を継続し、さらに冷媒圧縮機20を駆動し冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転する。そして、冷媒蒸発器25の出口空気温度(エバ後温度センサ115で検出した吸込温度TE)が非凍結温度(例えば1℃〜4℃)TESに達するまで冷媒圧縮機20の回転速度制御をしながら冷房運転する。
【0098】
上記のように、燃焼式ヒータ56のLOW運転と冷凍サイクル4の冷房サイクル運転とを同時運転すると、冷媒蒸発器25の表面温度が低下し、温水ヒータコア52からの熱伝導分も含めて500kcal/h〜700kcal/h分を冷却することができる。このような冷凍サイクル4の冷房サイクルによる運転は、外気温が0℃と低いため、室外熱交換器23での凝縮温度が5℃〜10℃と低い。
【0099】
この結果、冷媒圧縮機20を駆動する電動モータやエアコン用インバータ30の消費電力は0.1kW〜0.4kWと極めて低い値となる。因に、冷凍サイクル4を暖房サイクルで運転するヒートポンプ温水暖房モード時の冷媒圧縮機20を駆動する電動モータやエアコン用インバータ30の消費電力は冷媒水熱交換器21での凝縮温度が47.8℃と高く2.0kWである。
したがって、燃焼ヒータ温水暖房の暖房能力が2000kcal/hから1300kcal/h〜1500kcal/hに落ちることになり、車室内の暖房過多を抑えることができる。
【0100】
上記のように冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転しても、未だ燃焼式ヒータ56が能力余りの場合には、内外気切替ダンパ9を駆動して外気導入モードから内気循環モードに吸込口モードを切り替える。すると、ダクト2のフット吹出口14から吹き出された高温の温風は、内気循環モードで且つブロワ3の風量がLo風量(弱風)であるため、ショートサーキットし易くなって、そのまま内気吸込口7に吸い込まれていく温風量が多くなる。
【0101】
この結果、冷媒蒸発器25の入口空気温度が高くなるので、冷媒蒸発器25の出口空気温度(エバ後温度センサ115で検出した吸込温度TE)が非凍結温度(例えば1℃〜4℃)TESに達するまで冷媒圧縮機20の回転速度制御をしながら冷房運転することにより暖房能力が打ち消される。したがって、温水ヒータコア52と冷媒蒸発器25との間で空気をショートサーキットさせることにより、温水ヒータコア52の放熱熱量を冷媒蒸発器25の吸熱熱量として奪うことによって、燃焼ヒータ温水暖房の暖房能力を2000kcal/hから800kcal/h〜1200kcal/hまで下がる。これにより、車室内の暖房過多を抑えることができる。
【0102】
〔第1実施例の効果〕
以上のように、電気自動車用空気調和装置1は、冷媒水熱交換器21にて冷媒の凝縮熱により加熱された温水を温水ヒータコア52内に流入させてダクト2内を流れる空気を加熱するようにしているので、室内熱交換器を冷媒凝縮器として働かせて車室内の暖房を行うようにした従来のヒートポンプ暖房では暖房能力が不足していた地域(例えば外気温が0℃以下に低下する地域)においても、充分な暖房能力を得ることができる。また、温水ヒータコア52や吹出口切替機構を備えた既成のヒータユニットを利用できるため、エアコンユニット(室内ユニット10)を新設する必要がなくなるので、コストを低減することができる。
【0103】
また、燃焼式ヒータ56の燃焼熱により加熱された温水を温水ヒータコア52内に流入させてダクト2内を流れる空気を加熱するようにしているので、室内熱交換器を凝縮器として働かせて車室内の暖房を行うようにした従来のヒートポンプ暖房では暖房能力が不足していた寒冷地(例えば外気温が−10℃以下に低下する地域)においても、充分な暖房能力を得ることができる。また、温水サイクル5を備えた電気自動車用空気調和装置1に燃焼式ヒータ56を組み合わせるだけで、燃焼式ヒータ56の追加組付を行うことができるので、コストを低減することができる。
【0104】
さらに、排熱冷却器53にて走行用モータMや走行用インバータI等の車載電気機器の排熱を温水に与えて、この排熱により加熱された温水を温水ヒータコア52内に流入させてダクト2内を流れる空気を加熱するようにしているため、車載電気機器の排熱を車室内の暖房に有効に活用することができるので、車載電源6のエネルギーを有効に利用することができる。
【0105】
〔第1実施例の主要な作用および効果〕
次に、図2および図12に基づいてこの実施例の主要な作用および効果を詳細に説明する。ここで、図12はダクト2の各部の空気温度を示したグラフである。図12中、Xは吸込口モードが外気導入モードで、燃焼ヒータ温水暖房単独の空気温度を表す。また、Yは吸込口モードが外気導入モードで、燃焼ヒータ温水暖房と冷凍サイクル4の冷房サイクル運転(クーラ運転)とを併用した場合の空気温度を表す。さらに、Zは吸込口モードが内気循環モードで、燃焼ヒータ温水暖房と冷凍サイクル4の冷房サイクル運転(クーラ運転)とを併用した場合の空気温度を表す。
【0106】
1)Xのモード
通常の燃焼式ヒータ56のLOW運転(2000kcal/h)、ブロワ3の風量がLo風量(120m3 /h)による燃焼ヒータ温水暖房であって、外気温(約0℃)を吸い込んで(A点)、ダクト2のスクロールケーシング内からブロワ3の中で暖められ(B点:約5℃)、さらに冷媒蒸発器25でCからDまで約5℃暖められる。これは、前述したように温水ヒータコア52が60℃〜80℃と高温であるため、ダクト2を伝わって冷媒蒸発器25が暖められるため、その冷媒蒸発器25を通過する空気もCからDまで暖められるからである。
【0107】
このように冷媒蒸発器25を通過する際に暖められた空気がさらに温水ヒータコア52を通過する際に本来の空気加熱が行われて、EからFまで温度が約40℃も上昇してF、Gの温度(=約50℃)で、フット吹出口14から車室内へ吹き出される。
【0108】
2)Yのモード
燃焼式ヒータ56のLOW運転(2000kcal/h)、ブロワ3の風量がLo風量(120m3 /h)による燃焼ヒータ温水暖房に冷凍サイクル4の冷房サイクルでの運転を併用した運転であって、Xモード同様に外気温(約0℃)を吸い込んで、A〜Bに到達するが、CからDの間で冷媒蒸発器25の作用により0℃まで冷却される。なお、0℃以下に空気を冷却しようとすると、冷媒蒸発器25の表面に付着した水滴が凍ったり、霜が着いたりして冷媒蒸発器25の通風を妨げるので0℃まで冷却すようにしている。
【0109】
このように冷媒蒸発器25を通過する際に0℃まで冷却された空気は、温水ヒータコア52を通過する際に加熱されて、EからFまで温度が約40℃上昇してF、Gの温度(=約40℃)で、フット吹出口14から車室内へ吹き出される。この場合には、Xの場合より車室内への吹出温度が10℃程度低くなる。この分だけ燃焼式ヒータ56の能力余りを打ち消したことになる。これでも、未だ燃焼式ヒータ56の暖房能力が余剰となっていて車室内への吹出温度(F、G)が高い場合には、Zモードのように吸込口モードを外気導入モードから内気循環モードに切り替える。
【0110】
Z)Yのモード
この場合には、通風系の抵抗が減少するので、XモードおよびYモードに対してダクト2内の風量は20%〜30%だけ増加する。そして、この増加した分以上の空気(全体の30%〜40%)は、フット吹出口14(G点)から吹き出された後に、フット吹出口14と内気吸込口7とが近いため、空気流れが車室内を循環しないでフット吹出口14から内気吸込口7に向かってショートサーキットする。
【0111】
この分と内気循環モードとなっているため、内気吸込口7から吸い込まれる空気の温度(H点)はXモードおよびYモードよりも上昇し、冷媒蒸発器25で冷却する量(CからD)はXモードおよびYモードよりも大きくなる。このように大きく冷やされた空気が温水ヒータコア52で加熱されてF、Gの温度となり、フット吹出口14から吹き出される。
【0112】
このZモードがXモードおよびYモードよりも吹出温度(G)が低くなるのは、前述したショートサーキットの空気熱量が冷媒蒸発器25に奪われて、その分だけ燃焼式ヒータ56の暖房熱量を冷凍サイクル4に伝えたことになる。したがって、Zモードの場合に温水ヒータコア52の出口水温はXモードおよびYモードよりも低くなり、それに従って吹出温度F、Gも低くなる。
【0113】
このように温水ヒータコア52から空気に伝えた熱量(放熱量)の20%〜50%を空気をショートサーキットさせ、車室内の暖房に使うことなく、冷媒蒸発器25に吸熱させて、冷媒圧縮機20で冷媒を移動させてることによりラジエータを新たに設けなくても室外熱交換器23を通じて車室外の空気に放熱することができる。このときの冷媒圧縮機20を駆動する電動モータやエアコン用インバータ30の消費電力は、前述したように、外気温が0℃で凝縮温度が5℃〜10℃と極めて低いため、0.1kW〜0.4kWとなる。すなわち、0.1kW〜0.4kWの消費電力で0.5kW〜1.2kWの冷却能力を発生させ、燃焼式ヒータ56の暖房能力を0.5kW〜1.2kWも打ち消すことができる。
【0114】
これは、車室内の暖房状態が暖房過多となることを防止するために、車室内の暖房方法を燃焼ヒータ温水暖房からヒートポンプ温水暖房に切り替えて行った時に、暖房能力が1.5kW〜3.0kW必要なのに対して消費電力が0.75kW〜2.0kWも必要なことと比較すると格段に低い消費電力となる。これにより、冷媒圧縮機20の電源である車載電源6の電力消耗を著しく抑えることができるので、その車載電源6を走行用モータMの電源としても使用する電気自動車の走行距離が長くなる。したがって、電気自動車に電力を使わないで車室内の暖房を行うことが可能な燃焼式ヒータ56を搭載した効果を低下させないという利点が生じる。
【0115】
したがって、燃焼ヒータ温水暖房モード時に車室内の暖房状態が暖房過多となった場合でも、燃焼式ヒータ56の運転を停止することなく、車室内の暖房状態を快適な暖房状態にすることができるので、ヒートポンプ暖房のように車室内の暖房能力が不足したり、燃焼式ヒータ56のオン、オフによる大量の排気ガスが排出されたりすることはない。すなわち、暖房フィーリングの低下や環境への悪影響を抑えることができる。
【0116】
また、燃焼式ヒータ56の暖房能力を冷媒蒸発器25で吸熱して冷凍サイクル4の室外熱交換器23で車室外の空気に捨てることができるため、ラジエータや電動式冷却ファンを使用する必要はない。このため、部品点数を軽減することができるので、電気自動車用空気調和装置1の製品コストを低減することができる。この結果、安価な電気自動車用空気調和装置1を搭載した電気自動車の価格を低下させることができる。
【0117】
〔第2実施例〕
図13はこの発明の第2実施例を示したもので、電気自動車用空気調和装置を示した図である。この実施例の冷凍サイクル4は、第1減圧手段22を迂回するバイパス管路43、第2減圧手段24および冷媒蒸発器25を迂回するバイパス管路44、室外熱交換器23とバイパス管路43、44とを直列接続した冷媒出入口流路45、および室外熱交換器23と第1、第2減圧手段22、24とを直列接続する冷媒出入口流路46等を備えている。
バイパス管路43には、冷房サイクル(冷房モードおよび除湿モード)時に開弁する冷媒流路切替弁(電磁弁)27が設けられ、バイパス管路44には、暖房サイクル(ヒートポンプ温水暖房モード)時に開弁する冷媒流路切替弁(電磁弁)28が設けられている。
【0118】
この実施例においては、冷房サイクル時は冷媒出入口流路45→室外熱交換器23→冷媒出入口流路46のように冷媒が流れ、暖房サイクル時は冷媒出入口流路46→室外熱交換器23→冷媒出入口流路45のように流れるように第1、第2減圧手段22、24、冷媒流路切替弁27、28およびバイパス管路43、44を接続している。
【0119】
これにより、室外熱交換器23のガス側は冷媒出入口流路45側となり、室外熱交換器23の液側は冷媒出入口流路46側となる。すなわち、室外熱交換器23を冷媒凝縮器として運転する冷房サイクル時と冷媒蒸発器として運転する暖房サイクル時とで冷媒の流れ方向を逆向きにすることができる。したがって、ガス側から液側へ行くに従って室外熱交換器23の冷媒通路の通路断面積を大から小にすることができるので、冷媒の流れの圧力損失と室外熱交換器23の熱交換性能とを矛盾なく設計することができる。
【0120】
〔第3実施例〕
図14はこの発明の第3実施例を示したもので、電気自動車用空気調和装置を示した図である。この実施例では、冷媒水熱交換器21と燃焼式ヒータ56とを並列接続した温水サイクル5である。冷媒水熱交換器21の温水通路34はバイパス流路62に連通している。燃焼式ヒータ56の流入ポート78は、ウォータポンプ51の下流側でバイパス流路62より分岐する分岐流路61に接続されている。また、燃焼式ヒータ56の流出ポート79は、温水ヒータコア52の上流側でバイパス流路62に合流する合流流路63に接続されている。
【0121】
〔第4実施例の構成〕
図15ないし図19はこの発明の第4実施例を示したもので、図15は電気自動車用空気調和装置を示した図である。
【0122】
この実施例の燃焼式ヒータ56は、流入ポート78が温水配管(温水流路)61aを介してウォータポンプ51の出口に接続され、流出ポートが温水配管(温水流路)63aを介して冷媒水熱交換器21の温水通路34の入口に接続されている。なお、この実施例では、第1実施例の温水流路切替弁54、55およびバイパス流路62を廃止することにより、温水サイクル5を構成する構成部品の部品点数を低減している。また、冷凍サイクル4は第2実施例と同一の構成のものである。
【0123】
図16は電気自動車用空気調和装置のECUを示した図である。ECU100は、本発明の暖房運転制御手段であって、第1実施例と同一の構成のものである。このECU100には、暖房状態検出手段としての内気温センサ111、外気温センサ112、日射センサ113、冷媒圧力センサ114、吸込温度検出手段としてのエバ後温度センサ115、温水温度検出手段としての水温センサ116、117、吹出温度検出手段としての吹出温センサ118および操作パネル200が電気的に接続されている。なお、エバ後温度センサ115は、温水ヒータコア52に吸い込まれる空気の吸込温度を検出する。
【0124】
また、操作パネル200には、図5および図6に示したように、吹出温度設定手段としての温度調整レバー202、207、風量設定手段としてのブロワスイッチ204、ブロワオートスイッチ205が設置されている。なお、ECU100は、ブロワ3の端子電圧、すなわち、ブロワ3のブロワモータ19に印加するブロワ電圧(ブロワ風量)を検出する風量検出手段を有している。
【0125】
〔第4実施例の吹出温度制御方法〕
次に、この実施例のECU100の吹出温度制御を図17および図18のフローチャートおよび図11の特性図に基づいて説明する。ここで、図17および図18はECU100の吹出温度制御の一例を示したフローチャートである。
【0126】
先ず、図17のフローチャートに示すように、内気温センサ111で検出した内気温Tr、外気温センサ112で検出した外気温Tam、エバ後温度センサ115で検出した吸込温度Tin、水温センサ116で検出した温水温度TW、温度調整レバー202、207で設定した設定吹出温度Tsetおよび操作パネル200等の各入力信号を読み込む(暖房状態検出手段、温水温度検出手段、吹出温度設定手段:ステップS41)。
【0127】
なお、この実施例では、温水温度TWとして燃焼式ヒータ56の出口水温を用いているが、温水温度TWとして、温水ヒータコア52の入口温度、出口温度、表面温度、吹出温度、冷媒水熱交換器21の温水通路34の入口温度、出口温度、冷媒水熱交換器21の冷媒通路35の出口温度(冷媒温度)、冷媒圧力等のように、温水サイクル5を循環する温水の温度に関連する温度であればどの検出値を用いても良い。
【0128】
次に、目標吹出温度TAOを周知の方法で算出する(目標吹出温度決定手段:ステップS42)。目標吹出温度TAOは、マニュアルエアコンでは温度調整レバー202の操作位置によって求めることができ、オートエアコンでは温度調整レバー207の操作位置、内気温センサ111で検出した内気温Tr、外気温センサ112で検出した外気温Tamを使って演算により求めることができる。
【0129】
次に、ブロワ3のブロワモータ19に印加している端子電圧を読み込み(ステップS43)、その端子電圧からブロワ風量Vを算出する(風量検出手段:ステップS44)。次に、ブロワ風量V、すなわち、温水ヒータコア52を通過する空気の風量Vから温度効率φ(V)を算出する(温度効率決定手段:ステップS45)。ここでは、ブロワ3の風量Vと温度効率φとの特性図(図11参照)に基づいて温度効率φを算出する。
【0130】
次に、目標温水温度TWOを後述の方法で算出する(目標温水温度決定手段:ステップS46)。すなわち、エバ後温度センサ115で検出した吸込温度Tin、ステップS42で決定した目標吹出温度TAO、およびステップS45で決定した温度効率φから目標温水温度TWOを下記の数6の式に基づいて算出する。
【数6】
TWO=(TAO−Tin)/φ+Tin
【0131】
次に、燃焼ヒータ温水暖房モードの指示がされているか否かを判定する。例えば燃焼ヒータ温水暖房スイッチ264がオンされているか否かを判定する。あるいは、外気温センサ112で検出した外気温Tamが所定の外気温(例えば4.4℃)以下に低下しているか否かを判定する(ステップS47)。
【0132】
このステップS47の判定結果がNoの場合には、ヒートポンプ温水暖房モードの指示がされているか否かを判定する。例えばヒートポンプ温水暖房スイッチ263がオンされているか否かを判定する。あるいは、外気温センサ112で検出した外気温Tamが所定の外気温(例えば4.4℃)より上昇し、例えば20℃以下に低下しているか否かを判定する(ステップS48)。このステップS48の判定結果がNoの場合には、リターンする。
【0133】
また、ステップS48の判定結果がYesの場合には、ヒートポンプ温水暖房モード(冷凍サイクル4を暖房サイクル)で運転する。すなわち、冷媒圧縮機20の電動モータをオン、冷媒流路切替弁27を閉弁(オフ)、冷媒流路切替弁28を開弁(オン)、電動ファン40をオン、ウォータポンプ51を運転し、燃焼式ヒータ56の運転を停止する(ステップS49)。
【0134】
次に、ヒートポンプ温水暖房モード時の吹出温度制御を行う。具体的には、冷凍サイクル4の冷媒圧縮機20の目標回転速度を下記の数7の式(温度偏差En)に基づいて算出し(目標回転速度決定手段)、その目標回転速度に基づいて冷媒圧縮機20の回転速度を制御する(暖房能力制御手段、圧縮機制御手段:ステップS50)。その後にリターンする。
【数7】
En=TWO−TW
【0135】
また、ステップS47の判定結果がYesの場合には、図18のフローチャートに示したように、ウォータポンプ51および燃焼式ヒータ56を運転して、燃焼ヒータ温水暖房モード時の吹出温度制御を行う。具体的には、燃焼式ヒータ56の目標燃焼能力を下記の数8の式(温度偏差En)に基づいて算出し(燃焼能力決定手段)、その目標燃焼能力に基づいて燃焼式ヒータ56の燃焼能力を制御する(暖房能力制御手段:ステップS51)。
【数8】
En=TWO−TW
【0136】
次に、水温センサ116で検出した温水温度TWが目標温水温度TWOより高温であるか否かを判定する(ステップS52)。このステップS52の判定結果がNoの場合には、ステップS41の処理に移行する。
また、ステップS52の判定結果がYesの場合には、燃焼式ヒータ56を最低能力で運転する。具体的には、燃料ポンプ81の駆動周波数を小さくして燃料の供給量を減少させることにより燃焼式ヒータ56をLOW運転(例えば2000kcal/h)する(暖房能力制御手段:ステップS53)。
【0137】
次に、水温センサ116で検出した温水温度TWが目標温水温度TWOと許容温度上昇幅α(例えば4℃〜5℃)との和以上に高温である(下記の数9の式を満足する)か否かを判定する(ステップS54)。このステップS54の判定結果がNoの場合には、ステップS41の処理に移行する。
【数9】
TW≧TWO+α
【0138】
また、ステップS54の判定結果がYesの場合には、燃焼式ヒータ56のLOW運転を継続したまま冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転する。すなわち、冷媒圧縮機20の電動モータをオン、冷媒流路切替弁27を開弁(オン)、冷媒流路切替弁28を閉弁(オフ)、電動ファン40をオンする(ステップS55)。
【0139】
次に、冷凍サイクル4の冷媒圧縮機20の目標回転速度を下記の数10の式(温度偏差En)に基づいて算出し(目標回転速度決定手段)、その目標回転速度に基づいて冷媒圧縮機20の回転速度を制御する(暖房能力制御手段:圧縮機制御手段:ステップS56)。その後にリターンする。
【数10】
En=TWO−(TW+α)
【0140】
ここで、TWOは数11の式に置き換えられ、TWは数12の式に置き換えられるので、温度偏差Enは数13の式および数14の式に置き換えることができる。
【数11】
TWO=(TAO−Tin)/φ+Tin
【数12】
TW =(TA −Tin)/φ+Tin
ここで、TAは吹出温度(吹出温センサ118で検出する吹出温と同値)である。
【数13】
En={(TAO−Tin)/φ+Tin}−{(TA −Tin)/φ+Tin}
【数14】
En=(TAO−TA)/φ+α
【0141】
すなわち、この実施例では、車室内の暖房状態が暖房過多となっている場合に、先ず燃焼式ヒータ56を最低能力(LOW運転)に設定した後に、冷凍サイクル4を目標温水温度TWOと実際の水温(温水温度)TWとの温度偏差En(=TWO−TW)によって冷凍サイクル4の冷房能力、すなわち、冷媒圧縮機20の回転速度を制御することにより、良好な目標温水温度TWOを得るようにしている。これによって、温水ヒータコア52に吸い込まれる空気の吸込温度を下げることにより、温水ヒータコア52の放熱量が大きくても、ダクト2より吹き出される空気の吹出温度TAを下げることができるので、吹出温度TAを目標吹出温度TAOに近づけることができる。したがって、冷媒圧縮機20の消費電力を抑えながらも、燃焼式ヒータ56の運転を停止することなく、車室内の暖房状態が暖房過多となることを抑えることができる。
【0142】
ここで、この実施例では、温度偏差En(=TWO−TW)によって冷凍サイクル4の冷房能力を制御する際に、能力に多少の許容温度上昇幅α(例えば5℃)を加えて冷媒圧縮機20の回転速度をファジー制御しているが、これは許容温度上昇幅αが0℃であると、燃焼式ヒータ56が最低能力となる前に(燃焼式ヒータ56の暖房能力を下げることができるのに)冷房サイクルの運転が開始されることによる暖房効率の低下を防止するためである。なお、許容温度上昇幅αは4℃以上あれば良く、5℃が望ましい。
【0143】
次に、図19はこの実施例を実際に使用したときの試験データである。図19には、目標温水温度TWO、温水温度TW、冷媒圧縮機20の回転速度Ncompを記している。そして、図19の時刻Aで燃焼式ヒータ56をONし、図19の時刻Bで内気温(室温)が上昇してきたため、目標温水温度TWOを下げている。そして、図19の時刻Cでは、燃焼式ヒータ56は最低能力(LOW運転)になってこれよりも能力を下げられないため、温水温度TWが目標温水温度TWOを大きく上回っている。このとき、車室内の暖房状態は暖房過多となる。そこで、図19の時刻Dで、冷媒圧縮機20をONし冷凍サイクル4を冷房サイクルで運転してその冷凍サイクル4の冷房能力により燃焼式ヒータ56の暖房能力を打ち消す。このとき、。En=(TWO+3)−TWに基づいて冷媒圧縮機20の回転速度を制御すると、TW−TWO≒3℃に維持される。
【0144】
〔変形例〕
寒冷地仕様の暖房用熱源である燃焼式ヒータ等に環境問題の見地から使用上の制約(例えば外気温が規定値以下に低下しないと燃焼式ヒータを使用してはいけないという制約)がある場合でも第1、第3、第6実施例のエアコンシステムでは、温水の流路を温水流路切替弁54、55にて切り替えることにより燃焼式ヒータ56を使用しない温水流路を形成することができ、上記制約に対応することができる。
【0145】
この実施例では、本発明を電気自動車用空気調和装置に適用したが、本発明を空冷式エンジンや水冷式エンジンを搭載した車両用空気調和装置に適用しても良い。なお、温水としては純水や、各種金属の防食のための防食添加剤を添加した水溶液、ロングライフクーラント等を利用しても良い。
【0146】
この実施例では、冷媒流路切替手段として冷媒流路切替弁27、28を設けたが、冷媒流路切替手段として三方弁や四方弁を設けても良い。この実施例では、温水流路切替手段として温水流路切替弁54、55を設けたが、温水流路切替手段として三方弁や四方弁を設けても良い。
【0147】
また、温水の循環量をウォータポンプ51や流量調整弁等で調整することにより、車室内へ吹き出す空気の吹出温度を制御しても良い。
この実施例では、排熱冷却器53を温水ヒータコア52とウォータポンプ51とを接続する温水配管に接続したが、冷媒水熱交換器21と温水ヒータコア52とを接続する温水配管に接続しても良い。また、排熱冷却器53にて排熱を回収する車載電気機器として冷媒圧縮機20、エアコン用インバータ30、電動ファン40等を用いても良い。
【0148】
この実施例では、本発明を電気自動車用空気調和装置に適用したが、本発明を内燃機関(ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン)を搭載した自動車や電車等の車両用空気調和装置に適用しても良い。
この実施例では、室内熱交換器に冷房サイクル時にのみ冷媒蒸発器として運転される冷媒蒸発器25を用いたが、室内熱交換器に冷房サイクル時に冷媒蒸発器として運転され、暖房サイクル時に冷媒凝縮器として運転される室内熱交換器を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】電気自動車用空気調和装置の全体構造を示した構成図である(第1実施例)。
【図2】ダクト内の空調機器を示した構成図である(第1実施例)。
【図3】燃焼式ヒータの一例を示した断面図である(第1実施例)。
【図4】ECUを示したブロック図である(第1実施例)。
【図5】操作パネルの一例を示した正面図である(第1実施例)。
【図6】操作パネルの他の例を示した正面図である(第1実施例)。
【図7】ECUの作動を示したフローチャートである(第1実施例)。
【図8】ECUの作動を示したフローチャートである(第1実施例)。
【図9】ECUの作動を示したフローチャートである(第1実施例)。
【図10】ECUの作動を示したフローチャートである(第1実施例)。
【図11】ブロワの風量と温度効率との関係を示した特性図である(第1実施例)。
【図12】ダクトの各部の空気温度を示したグラフである(第1実施例)。
【図13】電気自動車用空気調和装置の全体構造を示した構成図である(第2実施例)。
【図14】電気自動車用空気調和装置の全体構造を示した構成図である(第3実施例)。
【図15】電気自動車用空気調和装置の全体構造を示した構成図である(第4実施例)。
【図16】ECUを示したブロック図である(第4実施例)。
【図17】ECUの作動を示したフローチャートである(第4実施例)。
【図18】ECUの作動を示したフローチャートである(第4実施例)。
【図19】目標温水温度、温水温度および冷媒圧縮機の回転速度を示したタイムチャートである(第4実施例)。
【図20】暖房熱負荷と外気温との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
I 走行用インバータ
M 走行用モータ
1 電気自動車用空気調和装置
2 ダクト
3 ブロワ(送風機)
4 冷凍サイクル
5 温水サイクル
7 内気吸込口(内気取入口)
8 外気吸込口(外気取入口)
9 内外気切替ダンパ(内外気調整手段)
20 冷媒圧縮機
21 冷媒水熱交換器(水冷式の冷媒凝縮器)
23 室外熱交換器
25 冷媒蒸発器(室内熱交換器)
30 エアコン用インバータ(回転速度制御手段)
51 ウォータポンプ(循環流発生手段)
52 温水ヒータコア(温水式加熱器)
56 燃焼式ヒータ
100 ECU(暖房運転制御手段)
101 CPU(暖房過多判定手段)
116 水温センサ(暖房状態検出手段、温水温度検出手段)
117 水温センサ(暖房状態検出手段、温水温度検出手段)
202 温度調整レバー(吹出温度設定手段)
207 温度調整レバー(吹出温度設定手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, for an electric vehicle that cannot heat the passenger compartment by using exhaust heat from engine cooling water, an indoor heat exchanger incorporated in a refrigeration cycle is disposed in a duct for sending air into the passenger compartment. In the cooling cycle, the indoor heat exchanger acts as a refrigerant evaporator, and in the heating cycle, the air flows in such a manner that the flow direction of the refrigerant in the refrigeration cycle is switched by a valve or the like so that the indoor heat exchanger operates as a refrigerant condenser. A harmony device is installed.
[0003]
However, in a conventional air conditioner for an electric vehicle, when the outside air temperature drops to 0 ° C. or less during heat pump heating (heating cycle) in which an indoor heat exchanger in a duct is operated as a refrigerant condenser, the heating capacity of the vehicle interior is extremely high. In particular, in a cold region (a region where the outside air temperature falls below −10 ° C. to −30 ° C.), such a heat pump heating causes a problem that the heating capacity in the vehicle compartment is significantly insufficient.
[0004]
Therefore, in a cold region, the heat capacity of the vehicle interior is insufficient with heat pump heating, so that the heater is heated by a combustion heater as a heat source for heating in a cold region, a hot water heater disposed in a duct, and a combustion heater. It is conceivable to use a pump that circulates hot water to a hot water heater to heat the interior of an electric vehicle using a combustion heater. Then, during the heating operation, if the outside air temperature is higher than a predetermined temperature (for example, 4.4 ° C.), heat pump heating is performed, and the outside air temperature is reduced to a predetermined temperature (for example, 4.4 ° C.) or less. If it is, it is desired to perform combustion heater hot water heating in terms of environmental measures.
[0005]
The combustion type heater conventionally used as a heating heat source for a large vehicle such as a bus vehicle is 4000 kcal / h during a HIGH operation and 2000 kcal / h during a LOW operation. In addition, the outside air intake air volume of the blower is 300 m at Hi air volume (maximum air volume).3/ H, 200m at Me air volume (medium air volume)3/ H, 120m at Lo air volume (minimum air volume)3/ H.
[0006]
Here, as can be confirmed from the graph of FIG. 20, the heating heat load varies depending on the outside air intake air volume of the blower. When the Lo air volume is 100% outside air, the outside air temperature Tam is about 1 ° C. or more and 4.4 ° C. or less. In this case, even if the minimum heating capacity Qmin (= LOW operation: for example, 2000 kcal / h) of the combustion type heater is overheated, the temperature in the vehicle interior rises more than the set temperature, and the occupant feels discomfort.
[0007]
As described above, when the heating state of the vehicle interior is excessively heated and the operation of the combustion heater is stopped to perform the heat pump heating, the heating capacity of the vehicle interior is significantly insufficient, and the temperature of the vehicle interior becomes lower than the set temperature. It descends greatly. For this reason, it is necessary to operate the combustion type heater again, but the combustion type heater takes a long time to re-ignite and has a poor startup. Further, since the combustion type heater emits a large amount of exhaust gas at the time of re-ignition, it is desirable to avoid turning on and off the combustion type heater during hot water heating of the combustion heater.
[0008]
Therefore, as a method for preventing the heating capacity in the vehicle compartment from being excessively heated without turning on / off the combustion type heater during hot water heating of the combustion heater, the present inventors have disclosed in Japanese Patent Application No. 6-183293. (A first prior art) connecting a radiator for radiating excess heat during the hot water cycle of a combustion heater (first prior art), and a technology for switching from the hot water heating to the heat pump heating in the Japanese Patent Application No. 6-323436 (second prior art). Technology).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first prior art, when the heat pump is operated instead of the combustion type heater, the power consumption of the refrigerant compressor is extremely large, and a problem occurs that the power of the vehicle-mounted power supply is greatly consumed. In addition, since the vehicle-mounted power supply also supplies power to the traveling motor of the electric vehicle, there is a problem that the traveling distance of the electric vehicle is reduced.
[0010]
Further, in the second prior art, it cannot be performed without a radiator. Further, when a radiator is newly provided in the hot water cycle, a radiator and a heat radiation flow path for connecting the radiator with an electric cooling fan for blowing cooling air to the hot water in the radiator are required, so that the number of parts increases. This causes a problem of increasing the product cost.
[0011]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicle air conditioner capable of suppressing overheating of a vehicle interior heating state without stopping operation of a combustion type heater while suppressing power consumption of a refrigerant compressor. Is to provide. Another object of the present invention is to provide an air conditioner for a vehicle that can suppress an excessive heating of a vehicle cabin without using a radiator or an electric cooling fan. It is still another object of the present invention to provide an air conditioner for a vehicle that can suppress consumption of electric power of a vehicle-mounted power supply and suppress a decrease in a traveling distance of the vehicle.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the invention, the hot water circulating in the hot water cycle is heated by the combustion heat of the combustion type heater. Hot water heated by the combustion heat of the combustion heater is sent to a hot water heater in the duct by a pump. The hot water flowing into the hot water heater exchanges heat with the air flowing in the duct by the action of the blower to heat the air. The air heated by the hot water in the hot water heater is blown into the vehicle interior by the action of the blower. Thereby, the vehicle interior is heated with sufficient heating capacity.
[0013]
Here, the operation of the combustion heater as described above heats the hot water circulating through the hot water heater with the combustion heater to heat the vehicle interior. It is determined whether the detected heating state in the vehicle interior is excessive heating. Then, when it is determined that the heating state in the vehicle interior is excessive heating, the refrigeration cycle is operated in the cooling cycle by the heating operation control means. As a result, since the indoor heat exchanger in the duct cools, the heating capacity of the combustion heater, that is, the amount of heat radiated by the hot water heater is reduced, so that the heating state of the vehicle compartment is maintained even when the operation of the combustion heater is continued. Overheating is suppressed. Further, during the operation of the refrigeration cycle in the cooling cycle, if the outside air temperature is, for example, near 0 ° C., the condensing temperature is low, so that the power consumption of the refrigerant compressor is extremely low.
[0014]
Therefore, without stopping the operation of the combustion type heater, it is possible to suppress the heating state of the vehicle interior from being excessively heated, so that the heating capacity in the vehicle interior becomes insufficient or a large amount of exhaust gas is generated from the combustion type heater. It is not discharged. That is, it is possible to suppress a decrease in the feeling of heating and an adverse effect on the environment. In addition, since the heating state in the vehicle compartment can be suppressed from being excessively heated without using a radiator or an electric cooling fan, the number of parts can be reduced, and the product cost can be reduced. .
Further, for example, when the vehicle-mounted power supply that supplies the power of the refrigerant compressor supplies power to the traveling motor of the electric vehicle, the power consumption of the vehicle-mounted power supply is reduced by suppressing the power consumption of the refrigerant compressor. Can be reduced, so it is possible to suppress a decrease in the mileage of the vehicleTonaYou.
[0015]
AndDuring operation of the combustion type heater as described above, the hot water circulating in the hot water type heater is heated by the combustion type heater to heat the interior of the vehicle. If it is determined that the heating state in the cabin is excessively heated, the refrigeration cycle is operated in the cooling cycle by the heating operation control means and the inside and outside air adjusting means is controlled to take in the air outside the cabin. The intake volume of the cabin air is larger than the volume.
[0016]
Therefore, a part of the hot air blown out from the hot air outlet of the duct flows into the duct again from the inside air inlet near the hot air outlet. As a result, the inlet air temperature of the indoor heat exchanger operating as a refrigerant condenser increases, but is cooled by heat exchange with the refrigerant in the indoor heat exchanger. Heating capacity is negated. That is, by short-circuiting a portion of the hot air between the hot water heater and the indoor heat exchanger, the heating state in the passenger compartment is prevented from being excessively heated even when the operation of the combustion heater is continued. be able to.
[0017]
Claim2According to the invention described in (1), the refrigerant compressor compresses the refrigerant and discharges the refrigerant. The refrigerant flowing into the refrigerant condenser exchanges heat with the hot water circulating in the hot water cycle to heat the hot water by the heat of condensation. The hot water heated by the condensation heat of the refrigerant is sent to a hot water heater in a duct by a pump. The hot water flowing into the hot water heater exchanges heat with the air flowing in the duct by the action of the blower to heat the air. The air heated by the hot water in the hot water heater is blown into the vehicle interior by the action of the blower. This makes it possible to perform heat pump hot water heating for heating the vehicle interior by heating the hot water circulating through the hot water heater by the operation of the refrigerant compressor with the refrigerant condenser.
[0018]
Claim3According to the invention described in the above,The operation of the combustion heater heats the hot water circulating through the hot water heater with the combustion heater to heat the interior of the vehicle. It is determined whether the state is overheating. Then, when it is determined that the heating state in the vehicle interior is excessive heating, the refrigeration cycle is operated in the cooling cycle by the heating operation control means. As a result, since the indoor heat exchanger in the duct cools, the heating capacity of the combustion heater, that is, the amount of heat radiated by the hot water heater is reduced, so that the heating state of the vehicle compartment is maintained even when the operation of the combustion heater is continued. Overheating is suppressed. Further, during the operation of the refrigeration cycle in the cooling cycle, if the outside air temperature is, for example, near 0 ° C., the condensing temperature is low, so that the power consumption of the refrigerant compressor is extremely low.
Therefore, without stopping the operation of the combustion type heater, it is possible to suppress the heating state of the vehicle interior from being excessively heated, so that the heating capacity in the vehicle interior becomes insufficient or a large amount of exhaust gas is generated from the combustion type heater. It is not discharged. That is, it is possible to suppress a decrease in the feeling of heating and an adverse effect on the environment. In addition, since the heating state in the vehicle compartment can be suppressed from being excessively heated without using a radiator or an electric cooling fan, the number of parts can be reduced, and the product cost can be reduced. .
Further, for example, when the vehicle-mounted power supply that supplies the power of the refrigerant compressor supplies power to the traveling motor of the electric vehicle, the power consumption of the vehicle-mounted power supply is reduced by suppressing the power consumption of the refrigerant compressor. Is suppressed, it is possible to suppress a decrease in the traveling distance of the vehicle.
AndWhen operating a refrigeration cycle with a cooling cycle,CrewBy operating the blowout temperature setting means, the blowout temperature of the air blown into the vehicle compartment is set. Next, the target blow temperature is determined by the target blow temperature determining means based on the set blow temperature set by the blow temperature setting means. Next, the target hot water temperature is determined by the target hot water temperature determining means based on the target blowout temperature determined by the target blowout temperature determining means. Next, the target rotational speed of the refrigerant compressor is determined by the target rotational speed determining means based on the temperature difference between the target hot water temperature determined by the target hot water temperature determining means and the hot water temperature detected by the hot water temperature detecting means.
[0019]
And, by controlling the rotation speed of the refrigerant compressor based on the target rotation speed, heat exchange performance between the refrigerant and the heat medium in the outdoor heat exchanger, and between the refrigerant and the duct in the indoor heat exchanger. The heat exchange performance with air is controlled. Thereby, the temperature of the air that is cooled by the indoor heat exchanger, heated by the hot water heater, and blown out from the duct is close to the temperature desired by the occupant set by the blowout temperature setting means. Therefore, a comfortable heating feeling can be obtained while suppressing the heating state of the vehicle interior from being overheated.
[0020]
Claim4According to the invention described in the above, the temperature deviation is calculated by adding the allowable temperature rise width, and the rotation speed of the refrigerant compressor based on the temperature deviation, that is, by controlling the cooling capacity of the refrigeration cycle, A more comfortable heating feeling can be obtained while suppressing the heating state from being overheated.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment in which the vehicle air conditioner of the present invention is applied to an electric vehicle air conditioner will be described.
[0022]
[Configuration of First Embodiment]
1 to 11 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a view showing an air conditioner for an electric vehicle, and FIG. 2 is a view showing an air conditioner attached to a duct. .
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
Furthermore, inside / outside
[0026]
On the leeward side of the
[0027]
Further,
[0028]
The face mode is an outlet mode in which the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
The electric motor is an electric actuator (electric driving means) in which the power applied from the vehicle-mounted
[0033]
The refrigerant
The
[0034]
The
The second decompression means 24 includes a capillary tube, an orifice, an expansion valve, and the like, and the refrigerant flows inside in the cooling mode. The second decompression means 24 decompresses the refrigerant flowing inside to make the refrigerant in a gas-liquid two-phase state.
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
The refrigerant flow
[0038]
The
[0039]
The hot
[0040]
The air inlet and outlet of the hot
[0041]
The
[0042]
The hot water flow
[0043]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the
[0044]
Below the
[0045]
The
[0046]
FIG. 4 is a diagram showing an ECU of the air conditioner for an electric vehicle. The
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
In the heat pump hot water heating mode, the suction mode is mainly the outside air introduction mode, the
[0050]
In the combustion heater hot water heating mode of this embodiment, there is also an operation mode in which the
[0051]
The inside
[0052]
The
[0053]
The
[0054]
The
[0055]
Here, an example of control of the
[0056]
FIG. 5 shows an example of the operation panel. The
[0057]
The outlet mode
[0058]
The
[0059]
The inside / outside
[0060]
FIG. 6 is a diagram showing another example of the operation panel. The
[0061]
[Method of Controlling Outlet Temperature of First Embodiment]
Next, the blow-out temperature control during the heating operation of the
[0062]
First, as shown in the flowchart of FIG. 7, the internal air temperature Tr detected by the internal
[0063]
Next, it is determined whether or not the combustion heater hot water heating mode is instructed. For example, it is determined whether or not the combustion heater hot water heating switch 264 is turned on. Alternatively, it is determined whether or not the outside temperature Tam detected by the
[0064]
If the determination result in step S2 is No, it is determined whether or not the heat pump hot water heating mode is instructed. For example, it is determined whether the heat pump hot
[0065]
If the determination result in step S3 is Yes, the operation is performed in the heat pump hot water heating mode (the
[0066]
If the determination result of step S2 is Yes, as shown in the flowchart of FIG. 8, the set outlet temperature Tset is read from the operating position of the temperature adjusting levers 202 and 207 provided on the operation panel 200 (the outlet temperature Tset). Setting means). Further, detection values are read from various temperature sensors (step S6). Here, the air volume V (m3/ H), the suction temperature TE detected by the post-evaporation temperature sensor (suction temperature sensor) 115, the outlet water temperature (hot water temperature) TWa of the
[0067]
Next, the target outlet temperature TAO is determined by a known method (target outlet temperature determining means: step S7). The target outlet temperature TAO can be obtained by the operation position of the
[0068]
Next, the temperature efficiency φ (V) is determined from the air volume V of the air passing through the hot water heater core 52 (temperature efficiency determining means: step S8). Here, the temperature efficiency φ is calculated based on a characteristic diagram (see FIG. 11) of the air volume V of the
[0069]
Next, the target hot water temperature TWO is determined by a method described later (target hot water temperature determining means: step S9). That is, the target hot water temperature TWO is calculated from the suction temperature TE detected by the
(Equation 1)
TWO = (TAO-TE) / φ + TE
[0070]
Next, it is determined whether or not the inside air circulation mode is set (step S10). If the determination result of step S10 is Yes, control of step S12 is performed.
If the determination result in step S10 is No, the actuator such as a servomotor is controlled so that the inside / outside
[0071]
Next, it is determined whether or not the outlet water temperature TWa of the
[0072]
If the result of the determination in step S12 is Yes, the
[0073]
Next, as shown in the flowchart of FIG. 9, it is determined whether or not the heating state of the vehicle interior is excessively heated (excessive heating determining means: step S15). As a first control example of the overheating determination control, the outlet water temperature TWa of the
(Equation 2)
TWa ≧ TWmax
[0074]
Further, as a second control example of the overheating determination control, it is determined whether or not the outlet water temperature TWb of the hot
(Equation 3)
TWb ≧ TWO + α
Here, α is, for example, 5 degrees to 10 degrees.
[0075]
Further, as a third control example of the overheating determination control, the blowing temperature TFOOT detected by the blowing
(Equation 4)
TFOOT ≧ Tset + β
Here, β is, for example, 5 degrees to 10 degrees.
[0076]
Then, as a fourth control example of the overheating determination control, the internal temperature Tr detected by the internal
(Equation 5)
Tr ≧ Trs + γ
Here, γ is, for example, 5 degrees to 10 degrees.
If the determination result of step S15 is No, that is, if the determination results of steps S16 to S19 are all No, the internal air circulation mode flag is cleared (step S20). Then return.
[0077]
When the determination result of step S15 is Yes, that is, when any of the determination results of steps S16 to S19 is Yes, the
[0078]
Next, until the outlet air temperature of the refrigerant evaporator 25 (the suction temperature TE detected by the post-evaporation temperature sensor 115) reaches the non-freezing temperature (for example, 1 ° C. to 4 ° C.) TES, the rotation of the
Next, it is determined whether or not a predetermined set time (for example, 60 seconds to 120 seconds) has elapsed since the
[0079]
If the result of the determination in step S23 is Yes, as shown in the flowchart of FIG. 10, it is determined whether or not the heating state of the vehicle interior is overheating (overheating determining means: step S24). As a first control example of the overheating determination control, as shown in the
[0080]
As a second control example, it is determined whether or not the outlet water temperature TWb of the hot
[0081]
If the determination result in step S24 is No, that is, if all the determination results in steps S25 to S28 are No, the process returns.
When the determination result of step S24 is Yes, that is, when the determination result of any of steps S25 to S28 is Yes, the inside / outside
[0082]
Next, an inside air circulation mode flag is set (step S30). Next, until the outlet air temperature of the refrigerant evaporator 25 (the suction temperature TE detected by the post-evaporation temperature sensor 115) reaches the non-freezing temperature (for example, 1 ° C. to 4 ° C.) TES, the rotation of the
[0083]
[Operation of the first embodiment]
Next, the operation of the
[0084]
(Cooling mode)
Cooling is performed in summer or the like when the outside air temperature is higher than 25 ° C., for example. In the cooling mode, the refrigerant
[0085]
On the other hand, the air sucked into the
[0086]
The temperature of the blown air blown into the vehicle compartment can be adjusted by adjusting the openings of the
[0087]
(Dehumidification mode)
In the dehumidification mode, the refrigerant
[0088]
(Heat pump hot water heating mode)
In the winter season when the outside air temperature is higher than 4.4 ° C., for example, heat pump hot water heating is performed. In the heat pump hot water heating mode, the refrigerant
[0089]
On the other hand, in the
[0090]
Note that, for example, the outside air sucked into the
[0091]
The temperature of the air blown out into the vehicle compartment can be adjusted by adjusting the opening of the
[0092]
(Combustion heater hot water heating mode when the outside air temperature is lower than 0 ° C)
Depending on the destination, the outside air temperature is extremely low (for example, a cold region having a temperature of −10 ° C. to −30 ° C. or less). In such a case, the
[0093]
Here, the operation of the
[0094]
On the other hand, the hot water enters the
[0095]
(Combustion heater hot water heating mode when the outside air temperature is 0 ° C or higher and 4.4 ° C or lower)
When the outside air temperature is 0 ° C. or more and 4.4 ° C. or less, the heating operation is performed in the combustion heater hot water heating mode because the heat pump hot water heating cannot provide sufficient heating capacity. In such a case, even if the
[0096]
However, since the
[0097]
As described above, when the heating state of the vehicle interior is excessively heated in the combustion heater hot water heating mode, for example, when the outlet water temperature TWa of the
[0098]
As described above, when the LOW operation of the
[0099]
As a result, the power consumption of the electric motor for driving the
Therefore, the heating capacity of the combustion heater hot water heating drops from 2000 kcal / h to 1300 kcal / h to 1500 kcal / h, and it is possible to suppress overheating of the vehicle interior.
[0100]
Even if the
[0101]
As a result, the inlet air temperature of the
[0102]
[Effect of the first embodiment]
As described above, the electric
[0103]
Further, since the hot water heated by the combustion heat of the
[0104]
Further, the
[0105]
[Main actions and effects of the first embodiment]
Next, main functions and effects of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. Here, FIG. 12 is a graph showing the air temperature of each part of the
[0106]
1) X mode
When the normal
[0107]
The air heated as described above when passing through the
[0108]
2) Y mode
The LOW operation (2000 kcal / h) of the
[0109]
The air cooled to 0 ° C. when passing through the
[0110]
Z) Y mode
In this case, since the resistance of the ventilation system decreases, the air volume in the
[0111]
Because of this and the inside air circulation mode, the temperature (point H) of the air sucked from the inside
[0112]
The reason why the blowing temperature (G) is lower in the Z mode than in the X mode and the Y mode is that the air heat of the short circuit is taken by the
[0113]
In this way, 20% to 50% of the amount of heat (the amount of heat radiation) transmitted from the hot
[0114]
This is because, in order to prevent the heating state in the vehicle compartment from being overheated, when the heating method in the vehicle compartment is switched from the combustion heater hot water heating to the heat pump hot water heating, the heating capacity is 1.5 kW to 3. Compared to the requirement of 0 kW, the power consumption is also significantly lower than that of 0.75 kW to 2.0 kW. As a result, the power consumption of the vehicle-mounted
[0115]
Therefore, even if the heating state of the vehicle interior becomes excessive during the combustion heater hot water heating mode, the heating state of the vehicle interior can be changed to a comfortable heating state without stopping the operation of the
[0116]
Further, since the heating capacity of the
[0117]
[Second embodiment]
FIG. 13 shows a second embodiment of the present invention and is a view showing an air conditioner for an electric vehicle. The
The
[0118]
In this embodiment, during the cooling cycle, the refrigerant flows in the order of the refrigerant inlet /
[0119]
Thus, the gas side of the
[0120]
[Third embodiment]
FIG. 14 shows a third embodiment of the present invention and is a view showing an air conditioner for an electric vehicle. In this embodiment, the
[0121]
[Configuration of Fourth Embodiment]
15 to 19 show a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 15 shows an air conditioner for an electric vehicle.
[0122]
In the
[0123]
FIG. 16 is a diagram showing an ECU of the air conditioner for an electric vehicle. The
[0124]
Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the
[0125]
[Method of Controlling Outlet Temperature of Fourth Embodiment]
Next, the blowout temperature control of the
[0126]
First, as shown in the flowchart of FIG. 17, the inside air temperature Tr detected by the inside
[0127]
In this embodiment, the outlet water temperature of the
[0128]
Next, the target outlet temperature TAO is calculated by a known method (target outlet temperature determining means: step S42). The target outlet temperature TAO can be obtained by the operation position of the
[0129]
Next, the terminal voltage applied to the
[0130]
Next, the target hot water temperature TWO is calculated by a method described later (target hot water temperature determining means: step S46). That is, the target hot water temperature TWO is calculated from the suction temperature Tin detected by the
(Equation 6)
TWO = (TAO−Tin) / φ + Tin
[0131]
Next, it is determined whether or not the combustion heater hot water heating mode is instructed. For example, it is determined whether or not the combustion heater hot water heating switch 264 is turned on. Alternatively, it is determined whether or not the outside temperature Tam detected by the
[0132]
If the determination result in step S47 is No, it is determined whether or not the heat pump hot water heating mode is instructed. For example, it is determined whether the heat pump hot
[0133]
If the determination result of step S48 is Yes, the operation is performed in the heat pump hot water heating mode (the
[0134]
Next, blow-out temperature control in the heat pump hot water heating mode is performed. Specifically, the target rotation speed of the
(Equation 7)
En = TWO-TW
[0135]
If the determination result of step S47 is Yes, as shown in the flowchart of FIG. 18, the
(Equation 8)
En = TWO-TW
[0136]
Next, it is determined whether or not the hot water temperature TW detected by the
When the result of the determination in step S52 is Yes, the
[0137]
Next, the hot water temperature TW detected by the
(Equation 9)
TW ≧ TWO + α
[0138]
If the determination result in step S54 is Yes, the
[0139]
Next, a target rotation speed of the
(Equation 10)
En = TWO- (TW + α)
[0140]
Here, since TWO is replaced by the equation of
[Equation 11]
TWO = (TAO−Tin) / φ + Tin
(Equation 12)
TW = (TA−Tin) / φ + Tin
Here, TA is the outlet temperature (the same value as the outlet temperature detected by the outlet temperature sensor 118).
(Equation 13)
En = {(TAO−Tin) / φ + Tin} − {(TA−Tin) / φ + Tin}
[Equation 14]
En = (TAO−TA) / φ + α
[0141]
That is, in this embodiment, when the heating state of the vehicle interior is excessively heated, the
[0142]
Here, in this embodiment, when the cooling capacity of the
[0143]
Next, FIG. 19 shows test data when this embodiment is actually used. FIG. 19 shows the target hot water temperature TWO, the hot water temperature TW, and the rotation speed Ncomp of the
[0144]
(Modification)
When there is a restriction on the use of a combustion heater, etc., which is a heat source for heating in cold regions, from the viewpoint of environmental problems (for example, a restriction that the combustion heater must not be used unless the outside air temperature falls below a specified value). However, in the air conditioning systems of the first, third, and sixth embodiments, the hot water flow path without using the
[0145]
In this embodiment, the present invention is applied to an air conditioner for an electric vehicle. However, the present invention may be applied to an air conditioner for a vehicle equipped with an air-cooled engine or a water-cooled engine. In addition, you may utilize pure water, the aqueous solution which added the anticorrosion additive for anticorrosion of various metals, a long life coolant, etc. as warm water.
[0146]
In this embodiment, the refrigerant
[0147]
Also, the temperature of the air blown into the vehicle compartment may be controlled by adjusting the circulation amount of the hot water with the
In this embodiment, the
[0148]
In this embodiment, the present invention is applied to an air conditioner for an electric vehicle, but the present invention may be applied to an air conditioner for a vehicle such as an automobile or a train equipped with an internal combustion engine (gasoline engine, diesel engine). .
In this embodiment, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an overall structure of an air conditioner for an electric vehicle (first embodiment).
FIG. 2 is a configuration diagram showing an air conditioner in a duct (first embodiment).
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a combustion type heater (first embodiment).
FIG. 4 is a block diagram showing an ECU (first embodiment).
FIG. 5 is a front view showing an example of an operation panel (first embodiment).
FIG. 6 is a front view showing another example of the operation panel (first embodiment).
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the ECU (first embodiment).
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the ECU (first embodiment).
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the ECU (first embodiment).
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the ECU (first embodiment).
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a relationship between a blower air volume and temperature efficiency (first embodiment).
FIG. 12 is a graph showing the air temperature of each part of the duct (first embodiment).
FIG. 13 is a configuration diagram showing the entire structure of an air conditioner for an electric vehicle (second embodiment).
FIG. 14 is a configuration diagram showing an overall structure of an air conditioner for an electric vehicle (third embodiment).
FIG. 15 is a configuration diagram showing an overall structure of an air conditioner for an electric vehicle (fourth embodiment).
FIG. 16 is a block diagram showing an ECU (fourth embodiment).
FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the ECU (fourth embodiment).
FIG. 18 is a flowchart showing the operation of the ECU (fourth embodiment).
FIG. 19 is a time chart showing a target hot water temperature, a hot water temperature, and a rotation speed of a refrigerant compressor (fourth embodiment).
FIG. 20 is a graph showing a relationship between a heating heat load and an outside air temperature.
[Explanation of symbols]
I Traveling inverter
M Traveling motor
1 Air conditioner for electric vehicles
2 duct
3 blower (blower)
4 Refrigeration cycle
5 warm water cycle
7 Inside air inlet (inside air intake)
8 Outside air inlet (outside air intake)
9 Inside / outside air switching damper (inside / outside air adjustment means)
20 Refrigerant compressor
21 Refrigerant water heat exchanger (water-cooled refrigerant condenser)
23 outdoor heat exchanger
25 Refrigerant evaporator (indoor heat exchanger)
30 Air conditioner inverter (rotation speed control means)
51 Water pump (circulation flow generating means)
52 Hot water heater core (Hot water heater)
56 Combustion heater
100 ECU (heating operation control means)
101 CPU (excessive heating determination means)
116 water temperature sensor (heating state detecting means, hot water temperature detecting means)
117 water temperature sensor (heating state detecting means, hot water temperature detecting means)
202 Temperature adjustment lever (outlet temperature setting means)
207 Temperature adjustment lever (outlet temperature setting means)
Claims (4)
(b)このダクト内において車室内へ送風する送風機と、
(c)冷媒を圧縮して吐出する電動式の冷媒圧縮機、前記ダクト内に配設され、冷媒と空気とを熱交換させる室内熱交換器、および前記ダクト外に配設され、冷媒と熱媒体とを熱交換させる室外熱交換器を有し、
前記室内熱交換器を冷媒蒸発器として運転する冷房サイクルと前記室外熱交換器を冷媒蒸発器として運転する暖房サイクルとを切り替え可能な冷凍サイクルと、
(d)前記ダクト内に設置され、前記ダクト内を流れる空気を温水により加熱する温水式加熱器、この温水式加熱器に直列に接続され、燃料の燃焼熱により温水を加熱する燃焼式ヒータ、およびこの燃焼式ヒータで加熱された温水を前記温水式加熱器に循環させる循環流発生手段を有する温水サイクルと、
(e)車室内の暖房状態を検出する暖房状態検出手段、および車室内の暖房状態が暖房過多であるか否かを判定する暖房過多判定手段を有し、
前記燃焼式ヒータの運転時に、前記暖房過多判定手段によって前記暖房状態検出手段で検出された車室内の暖房状態が暖房過多であると判定された場合、前記冷凍サイクルを冷房サイクルで運転する暖房運転制御手段と
を備えた車両用空気調和装置において、
前記ダクトは、車室内空気を取り入れる内気取入口、車室外空気を取り入れる外気取入口、前記内気取入口の近傍に設けられ、温風を吹き出す温風吹出口、および前記内気取入口より取り入れる車室内空気の取入量と前記外気取入口より取り入れる車室外空気の取入量とを調整する内外気調整手段を備え、
前記暖房運転制御手段は、前記燃焼式ヒータの運転時に、前記暖房過多判定手段によって前記暖房状態検出手段で検出された車室内の暖房状態が暖房過多であると判定された場合、前記内外気調整手段を制御して車室外空気の取入量よりも車室内空気の取入量の方を多くすることを特徴とする車両用空気調和装置。(A) a duct for sending air into the passenger compartment;
(B) a blower for blowing air into the vehicle interior in the duct;
(C) an electric refrigerant compressor that compresses and discharges the refrigerant, an indoor heat exchanger that is provided in the duct and exchanges heat between the refrigerant and air, and an indoor heat exchanger that is disposed outside the duct and outputs the refrigerant and heat. Having an outdoor heat exchanger for exchanging heat with the medium,
A refrigeration cycle capable of switching between a cooling cycle in which the indoor heat exchanger operates as a refrigerant evaporator and a heating cycle in which the outdoor heat exchanger operates as a refrigerant evaporator,
(D) a hot water heater installed in the duct and heating the air flowing through the duct with hot water, a combustion heater connected in series to the hot water heater and heating the hot water by combustion heat of fuel; And a hot water cycle having circulating flow generating means for circulating hot water heated by the combustion heater to the hot water heater,
(E) heating state detection means for detecting the heating state of the vehicle interior, and excessive heating determination means for determining whether the heating state of the vehicle interior is overheating,
A heating operation for operating the refrigeration cycle in a cooling cycle when the overheating determination means determines that the heating state in the vehicle compartment detected by the heating state detection means is excessive heating during the operation of the combustion heater. Control means and a vehicle air conditioner,
The duct is provided with an inside air intake for taking in the vehicle interior air, an outside air intake for taking in the outside air of the vehicle interior, a hot air outlet for blowing hot air, and a vehicle interior air taken in from the inside air intake. Internal and external air adjusting means for adjusting the intake amount of the outside air intake and the intake amount of the outside air taken in from the outside air intake,
The heating operation control unit is configured to control the inside and outside air adjustment when the overheating determination unit determines that the heating state in the vehicle cabin detected by the overheating determination unit is overheating during the operation of the combustion heater. An air conditioner for a vehicle , characterized in that the means for controlling the means makes the intake amount of the vehicle interior air larger than the intake amount of the vehicle exterior air .
前記冷凍サイクルは、前記冷媒圧縮機より吐出された冷媒と前記温水サイクル内を循環する温水とを熱交換させて冷媒を凝縮させる水冷式の冷媒凝縮器を有し、この冷媒凝縮器は、前記温水式加熱器に直列に接続されていることを特徴とする車両用空気調和装置。The vehicle air conditioner according to claim 1,
The refrigeration cycle has a water-cooled refrigerant condenser that condenses the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant discharged from the refrigerant compressor and hot water circulating in the hot water cycle, and the refrigerant condenser includes: An air conditioner for a vehicle, which is connected in series to a hot water heater .
(b)このダクト内において車室内へ送風する送風機と、
(c)冷媒を圧縮して吐出する電動式の冷媒圧縮機、前記ダクト内に配設され、冷媒と空気とを熱交換させる室内熱交換器、および前記ダクト外に配設され、冷媒と熱媒体とを熱交換させる室外熱交換器を有し、
前記室内熱交換器を冷媒蒸発器として運転する冷房サイクルと前記室外熱交換器を冷媒蒸発器として運転する暖房サイクルとを切り替え可能な冷凍サイクルと、
(d)前記ダクト内に設置され、前記ダクト内を流れる空気を温水により加熱する温水式加熱器、この温水式加熱器に直列に接続され、燃料の燃焼熱により温水を加熱する燃焼式ヒータ、およびこの燃焼式ヒータで加熱された温水を前記温水式加熱器に循環させる循環流発生手段を有する温水サイクルと、
(e)車室内の暖房状態を検出する暖房状態検出手段、および車室内の暖房状態が暖房過多であるか否かを判定する暖房過多判定手段を有し、
前記燃焼式ヒータの運転時に、前記暖房過多判定手段によって前記暖房状態検出手段で検出された車室内の暖房状態が暖房過多であると判定された場合、前記冷凍サイクルを冷房サイクルで運転する暖房運転制御手段と
を備えた車両用空気調和装置において、
前記暖房運転制御手段は、車室内に吹き出す空気の吹出温度を所望の温度に設定する吹出温度設定手段、
この吹出温度設定手段で設定された設定吹出温度に基づいて、目標吹出温度を決定する目標吹出温度決定手段、
この目標吹出温度決定手段で決定した目標吹出温度に基づいて、目標温水温度を決定する目標温水温度決定手段、
前記温水サイクル内を循環する温水の温度を検出する温水温度検出手段、
および前記目標温水温度決定手段で決定した目標温水温度と前記温水温度検出手段で検出した温水温度との温度偏差に基づいて、前記冷凍サイクルを冷房サイクルで運転する時の目標回転速度を決定する目標回転速度決定手段
を有し、
前記目標回転速度決定手段で決定した目標回転速度に基づいて、前記冷媒圧縮機の回転速度を制御することを特徴とする車両用空気調和装置。 (A) a duct for sending air into the passenger compartment;
(B) a blower for blowing air into the vehicle interior in the duct;
(C) an electric refrigerant compressor that compresses and discharges the refrigerant, an indoor heat exchanger that is provided in the duct and exchanges heat between the refrigerant and air, and an indoor heat exchanger that is disposed outside the duct and outputs the refrigerant and heat. Having an outdoor heat exchanger for exchanging heat with the medium,
A refrigeration cycle capable of switching between a cooling cycle in which the indoor heat exchanger operates as a refrigerant evaporator and a heating cycle in which the outdoor heat exchanger operates as a refrigerant evaporator,
(D) a hot water heater installed in the duct and heating the air flowing through the duct with hot water, a combustion heater connected in series to the hot water heater and heating the hot water by combustion heat of fuel; And a hot water cycle having circulating flow generating means for circulating hot water heated by the combustion heater to the hot water heater,
(E) heating state detection means for detecting the heating state of the vehicle interior, and excessive heating determination means for determining whether the heating state of the vehicle interior is overheating,
A heating operation for operating the refrigeration cycle in a cooling cycle when the overheating determination means determines that the heating state in the vehicle compartment detected by the heating state detection means is excessive heating during the operation of the combustion heater. Control means and
In a vehicle air conditioner equipped with
The heating operation control means, a blowout temperature setting means for setting the blowout temperature of the air blown into the vehicle interior to a desired temperature,
A target outlet temperature determining unit that determines a target outlet temperature based on the set outlet temperature set by the outlet temperature setting unit;
A target hot water temperature determining means for determining a target hot water temperature based on the target blow temperature determined by the target blow temperature determining means;
Hot water temperature detection means for detecting the temperature of the hot water circulating in the hot water cycle,
And a target for determining a target rotation speed when the refrigeration cycle is operated in a cooling cycle, based on a temperature difference between the target hot water temperature determined by the target hot water temperature determining means and the hot water temperature detected by the hot water temperature detecting means. Having rotation speed determining means,
An air conditioner for a vehicle, wherein the rotation speed of the refrigerant compressor is controlled based on the target rotation speed determined by the target rotation speed determination means.
前記目標回転速度決定手段では、温度偏差をEn、
前記目標温水温度決定手段で決定した目標温水温度をTWO、
前記温水温度検出手段で検出した温水温度をTW、
および許容温度上昇幅をαとしたとき、
En=TWO−TW+α
の関係を満足するように温度偏差を算出することを特徴とする車両用空気調和装置。The vehicle air conditioner according to claim 3 ,
The target rotation speed determining means determines the temperature deviation as En,
The target hot water temperature determined by the target hot water temperature determining means is TWO,
The hot water temperature detected by the hot water temperature detecting means is TW,
And the allowable temperature rise is α,
En = TWO−TW + α
An air conditioner for a vehicle, wherein a temperature deviation is calculated so as to satisfy the following relationship.
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