JP2005178405A

JP2005178405A - 空調装置

Info

Publication number: JP2005178405A
Application number: JP2003417445A
Authority: JP
Inventors: Kenji Iijima; 健次飯島
Original assignee: Zexel Valeo Climate Control Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07
Also published as: EP1544556A1

Abstract

【課題】簡易な手段で蒸発器表面を凝縮水で濡れた状態に維持し、臭いの発生を抑えることが可能な空調装置を提供する。また、臭いが生じないぎりぎりの圧縮機稼動状態を形成することで、圧縮機の省動力を図る。
【解決手段】冷凍サイクルの蒸発器の温度を検出する温度検出手段と、冷凍サイクルの稼動を停止させて蒸発器の温度が安定したか否かを判定する手段とを有し、蒸発器の温度が安定したと判定された場合に、安定した温度以下となる温度を制御温度として決定し、この制御温度を基準として圧縮機を制御する。圧縮機が容量固定型のものであれば、制御温度を圧縮機を稼動させる閾値として圧縮機をオンオフ制御し、圧縮機が容量可変型のものであれば、制御温度を基準として蒸発器の温度が上下するように圧縮機の吐出容量を可変させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両等に用いられる空調装置にあって、空調ケース内に収容される蒸発器から発生する異臭を防止しつつ、圧縮機の省動力制御を可能にする装置に関する。

エアコンの省動力制御を行うためには、可変サーモ方式の圧縮機や可変容量型圧縮機を使用し、蒸発器の蒸発温度を高めて冷房能力を小さくすることが有効であるが、このような制御を行うと、蒸発器の表面に付いている凝縮水が蒸発し、蒸発器が乾き切る際に強い異臭が発生することが確認されている。

このような事態を防ぐために、凝縮水が蒸発しない限界温度で蒸発器を制御する必要があるが、従来においては、特許文献１に示されるように、蒸発器の吸い込み空気温度を検出する温度センサと、蒸発器の吸い込み空気湿度を検出する湿度センサとを設け、これら両センサにより検出された空気温度および空気湿度に基づき湿球温度を算出し、また、湿り空気線図に基づき蒸発器の吸い込み空気湿度および相対湿度から蒸発器の吸い込み空気の露点温度を算出し、蒸発器から臭いが発生する条件に該当する場合に、蒸発器の目標温度を蒸発器の吸い込み空気の湿球温度以下で、且つ、蒸発器の吸い込み空気の露点温度よりも高い温度に設定し、凝縮水が乾ききる前に蒸発器の温度を低下させ、蒸発器表面を凝縮水で濡れた状態に保持して臭いの発生を抑えるようにした構成が公知となっている。

特開２００２−１１４０２６号公報

しかしながら、現状においては、信頼性および耐久性に優れ、車両の搭載に絶え得る湿度センサは殆どなく、また、湿度センサを設けること自体、センサ類が増加することになるので、部品点数の増加や構成の複雑化を招く不都合がある。

そこで、この発明においては、簡易な手段で蒸発器表面を凝縮水で濡れた状態に維持し、臭いの発生を抑えることが可能な空調装置を提供することを主たる課題としている。また、臭いが生じないぎりぎりの圧縮機稼動状態を形成することで、エアコンの省動力化を図ることをも課題としている。

上記課題を達成するために、この発明に係る空調装置は、空気流路が形成された空調ケースと、前記空調ケースから被空調空間に供給される空気量を調節する送風機と、冷媒を圧縮する圧縮機、及び、前記空調ケース内に収容されて通過する空気を冷却する蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器の温度を検出する温度検出手段と、前記冷凍サイクルの稼動を停止させて前記蒸発器の温度が安定したか否かを判定する温度判定手段と、前記温度判定手段によって前記蒸発器の温度が安定したと判定された場合に、安定した温度以下となる温度を制御温度として決定する制御温度決定手段と、前記制御温度を基準として前記圧縮機を制御する制御手段とを有することを特徴としている（請求項１）。

一般的に、蒸発器の温度は、圧縮機を停止又はフルデストロークに設定して冷凍サイクルの稼動を停止させると、凝縮水が蒸発し始めるまでは徐々に上昇し、凝縮水が蒸発し始めると一定に保たれ、凝縮水が蒸発しきると再び上昇し始める。蒸発器から発生する臭いは、凝縮水が蒸発しきる時点において強く発生することが確認されているので、凝縮水が蒸発して蒸発器の温度が一定となることを検知し、その時の蒸発器の温度以下の温度を制御温度とすることで、蒸発器が乾ききることを回避することが可能となり、臭いの発生を抑えることが可能となる。

したがって、上述の構成を採用することで、冷凍サイクルの稼動停止後の蒸発器の温度変化を温度検出手段によって測定することで制御温度を決定することが可能となるので、温度検出手段のみを用いて蒸発器から発生する臭いを抑えることが可能となる。

ここで、圧縮機が容量固定型のものであれば、制御手段は、制御温度を圧縮機を稼動させる閾値として用いて圧縮機をオンオフ制御するものとし（請求項２）、また、圧縮機が容量可変型のものであれば、制御手段は、制御温度を基準として蒸発器の温度が上下するように前記圧縮機の吐出容量を可変させるものとしてもよい（請求項３）。

また、蒸発器の入口空気温度を検知又は推定する入口空気温度認識手段を設け、制御手段を、入口空気温度と制御温度とから露点温度を推定する露点温度推定手段と、前記露点温度と前記制御温度との差及び前記送風機の送風能力とに基づき、前記蒸発器が乾ききるまでの時間を推定する時間推定手段とを有して構成し、前記時間推定手段により推定された時間を考慮して前記圧縮機を制御するようにしてもよい（請求項４）。

このような構成によれば、時間推定手段により蒸発器が乾ききるまでの時間が推定され、この時間推定手段によって推定された時間を考慮して圧縮機が制御されるので、蒸発器から発生する臭いを抑えつつ、蒸発器が乾ききるぎりぎりまで圧縮機の動力を抑えることが可能となる。

また、上述の構成において、蒸発器の熱負荷に影響する条件が変化するか否かを判定する条件変化判定手段を備え、前記条件変化判定手段により前記蒸発器の熱負荷に影響する条件が変化すると判定された場合に、前記温度判定手段による判定、及び、前記制御温度決定手段による制御温度の決定をやり直し、やり直した前記制御温度を基準として前記圧縮機を制御するようにしてもよい（請求項５）。

このような構成によれば、蒸発器に対する熱負荷が変動する都度、制御温度が設定し直されるので、熱負荷が変動しても、蒸発器からの臭いを抑えつつ圧縮機の省動力を図ることが可能となる。

以上述べたように、請求項１乃至３に係る発明によれば、冷凍サイクルの稼動停止後の蒸発器の温度変化を温度検出手段によって測定することで制御温度を決定することが可能となるので、湿度センサを用いる必要がなく、簡易な構成で蒸発器の臭いの発生を抑えることが可能となる。

また、請求項４に係る発明によれば、蒸発器の入口空気温度を検知又は推定する入口空気温度認識手段を設け、入口空気温度と制御温度とから露点温度を推定し、露点温度と制御温度との差及び送風機の送風能力とに基づき蒸発器が乾ききるまでの時間を推定し、この推定された時間を考慮して圧縮機が制御されるので、蒸発器が乾ききるぎりぎりまで圧縮機の動力を抑えることが可能となり、臭いの発生を防止すると共にエアコンの省動力化を図ることが可能となる。

請求項５に係る発明によれば、蒸発器の熱負荷に影響する条件が変化すると判定された場合に、制御温度が新たに設定し直されるので、熱負荷の変動しても蒸発器から発生する臭いを抑えると共にエアコンの省動力化を図ることが可能となる。

以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１において、車両用空調装置１の概略構成図が示されている。この車両用空調装置１は、空気流路２が形成された空調ケース３の最上流側に図示しない外気導入口と内気導入口とを備えたインテーク切替装置を有し、外気導入口から導入される外気と内気導入口から導入される内気との導入割り合いがインテークドアによって調節されるようになっている。空調ケース３には、モータによって回転する送風機４が前記インテーク切替装置に臨むように設けられており、送風機４の回転によって導入された空気が、下流側に配された蒸発器５へ圧送されるようになっている。

蒸発器５の下流側には、図示しないヒータコアやヒータコアの通風量を調節するエアミックスドアが配置され、蒸発器及びヒータコアによって温調された空気を、空調ユニット１の最下流側に設けられた吹出口から車室へ供給する構成となっている。

前記蒸発器５は、エンジン６からの動力を受けて回転する圧縮機７と、この圧縮機７によって圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮液化する凝縮器８と、この凝縮器８によって凝縮液化された冷媒を減圧して低温低圧の気液混合冷媒にする膨張装置９と共に配管結合されて冷凍サイクル１０を構成しており、膨張装置９から送られる低温低圧の気液混合冷媒を空気流路２内を流れる空気と熱交換させて蒸発気化させている。

ここで、圧縮機７は、吐出量を可変させる機構を有しない固定容量型のもので、エンジン６からの動力が電磁クラッチ１１を介して駆動軸に伝達されるようになっており、この電磁クラッチ１１をコントロールユニット１２からの制御信号によってオンオフさせ、圧縮機７のオンオフ制御を可能にしている。

コントロールユニット１２は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート等を備えて構成されたそれ自体公知のもので、蒸発器５の入口側の空気温度を検出する入口側温度センサ１３からの信号、蒸発器５の出口側のフィン間などに挿入されて蒸発器５の出口側の温度を検出する出口側温度センサ１４からの信号などが入力され、メモリに与えられた所定のプログラムにしたがって各種入力信号を処理し、圧縮機７の電磁クラッチ１１をオンオフ制御している。

図２において、コントロールユニット１２による空調装置の制御動作例がフロチャートとして示され、以下、このフローチャートに基づいて制御動作例を説明する。ここで示す制御動作例は、説明の便宜上、蒸発器の温度制御に関連する処理のみが示され、その他の処理は割愛されている。

コントロールユニット１２は、空調装置を起動した後に、初期設定などの一連の初期処理を経てこの処理ルーチンを行うもので、ステップ５０において、車室内温度が目標温度にほぼ等しくなり、送風量が低下したり、図示しないエアミックスドアの制御が開始されるなど、空調制御が安定状態に至って省動力制御への移行条件が整ったか否かを判定する。

クールダウンなどのように送風量が大きく、エアミックスドアがフルクールに固定されるなどのような過渡期においては、省動力制御への移行条件が整っていないので、このルーチンの省動力制御を行わず、他の制御ルーチンへ移行する。

これに対し、ステップ５０において、省動力制御の移行条件が整っていると判定された場合には、電磁クラッチ１１をオフにして圧縮機７を停止させ、冷凍サイクル１０の稼動を停止させる（ステップ５２）。そして、この状態において入口側温度センサ１３及び出口側温度センサ１４からの信号を入力し、それぞれの温度をモニタリングする（ステップ５４）。

蒸発器５の出口側温度は、図３に示されるように、圧縮機７を停止させた時点（圧縮機の吐出能力が停止した時点）から徐々に上昇し、蒸発器５のフィンなどに付着した凝縮水が蒸発し始めると一定になる。この出口側温度が一定となる状態は、凝縮水が蒸発しきるまで継続し、凝縮水が蒸発しきって蒸発器５が乾ききると、再び出口側温度が上昇する。

このような温度変化が出口側温度センサ１４によってモニタリングされることとなり、ステップ５６においては、この出口側温度が安定したか否か、即ち、凝縮水が蒸発し始めて出口側温度が一定となるに至ったか否かを判定する。

この安定した出口側温度αは、蒸発器５の出口側での空気の湿球温度に相当するもので、蒸発器５の制御温度をこの出口側温度α以下に設定し（この例においては、αに設定し）、これを圧縮機を稼動させる閾値として用いて圧縮機７をオンオフ制御する。

具体的には、蒸発器５の入口側温度センサ１３によって検知された蒸発器５の入口側温度とステップ５８で決定された制御温度とに基づき、露点温度を推測し（ステップ６０）、この推測された露点温度と制御温度との差、および、送風機４による送風量とから蒸発器５が乾ききる時間を、予め記憶された例えば図４に示すマップデータに基づき推定する（ステップ６２）。そして、この蒸発器５が乾ききる推定時間ｔdry に基づき、圧縮機７を図５に示されるようにオンオフ制御する（ステップ６４）。即ち、圧縮機７をある条件が整った時点で停止させ、停止させる時間を、蒸発器５の出口側温度が一定となり、ステップ６２で求めた乾ききる時間以下の時間（ｔdry −β：以下、制御時間という）に設定し、この制御時間を経過した後に電磁クラッチ１１をオンにして圧縮機７を再び稼動させ、蒸発器５に冷媒を供給して温度を低下させる。

以上のようなオンオフ制御は、蒸発器５の熱負荷変動要因（例えば、インテークの吸い込みモード、送風量、入口空気温度など）が変動して蒸発器５の熱負荷が変動しない限り繰返し行われもので（ステップ６６）、蒸発器５の表面が乾ききることを回避するようにしている。これに対して、蒸発器５の入口側の熱負荷変動要因が変動して蒸発器の熱負荷が変動する場合には、以前の制御条件を維持したのでは、凝縮水が蒸発しきって臭いが発生したり、圧縮機７の省動力が十分に図れなくなる不都合が生じる。このため、ステップ６６において、蒸発器５の熱負荷変動要因があると判定された場合には、ステップ５０へ戻り、省動力制御が維持される限り最新の条件下での制御温度と制御時間を設定し直す。

したがって、以上の制御によれば、蒸発器５が乾燥しきる前に圧縮機７をオンにして冷凍サイクルを稼動させ、蒸発器表面を常時濡らした状態に維持することが可能となるので、蒸発器５から発生する臭いを抑えることが可能となる。また、圧縮機７のオフ時間を蒸発器５が乾燥しきる時間を睨んでぎりぎりの時間に調節することが可能となるので、圧縮機７の稼働率を必要最小限にすることが可能となり、エアコンの省動力化を図ることが可能となる。

図６に、この発明に係る他の構成例が示されている。この構成において圧縮機７は、クランク室圧を制御する制御弁７ａを有し、前記コントロールユニット１２で制御弁７ａに供給される制御信号を制御してクランク室圧を変化させ、吐出量を制御する外制式の可変容量型であり、エンジン６によってベルト駆動されるようになっている。尚、他の構成については、前記構成例と同様であるので、同一箇所に同一番号を付して説明を省略する。

このような可変容量型の圧縮機７を用いた構成において、コントロールユニット１２による制御動作例が図７に示されている。可変容量型の圧縮機７を用いた場合には、圧縮機は常時回転しているので、前記ステップ５２に代えてステップ１５２を設け、圧縮機７のピストンストロークをフルデストロークに設定して冷凍サイクル１０の稼動を停止させる。また、ステップ６４に代えてステップ１６４を設け、ステップ５８で決定された制御温度（例えば、αよりも小さい温度）を基準として、蒸発器の温度が上下するように圧縮機の吐出容量を可変させる。即ち、図８に示されるように、制御温度に対して、蒸発器５の出口側温度が上下するように圧縮機７の吐出容量を可変させ、蒸発器５の出口側温度が高くなる時間、即ち、圧縮機７の吐出容量をある条件が整った時点で小さくし、この吐出容量が小さくなる時間を、ステップ６２によって推定された蒸発器が乾ききる時間以下の時間（ｔdry −γ：以下、制御時間という）に設定し、この制御時間を経過した後に圧縮機７の吐出容量を大きくして蒸発器５への冷媒供給量を増大させ、蒸発器５の温度を低下させる。

したがって、このような制御によれば、蒸発器５が乾ききる前に圧縮機７の吐出量を増大させて蒸発器への冷媒供給量を増大し、蒸発器５を常時濡らした状態に維持することが可能になるので、蒸発器５から発生する臭いを抑えることが可能となる。また、圧縮機７の吐出容量を小さくする時間を蒸発器５が乾燥しきる時間を睨んでぎりぎりの時間に調節することが可能となるので、圧縮機７の過剰な吐出量を抑えることが可能となり、圧縮機７の省動力を図ることが可能となる。

尚、上述の構成においては、蒸発器７の入口側温度を入口側温度センサ１３によって直接検出したが、室温又は外気温から推定するようにしてもよい。また、いずれの構成においても、制御温度はα以下であればよく、制御時間も他の条件に応じて調整してもよい。

図１は、本発明にかかる空調装置を車両用空調装置に適用した例を示す構成図であり、圧縮機として固定容量型を用いた例を示す。図２は、図１のコントロールユニットによる制御動作例を示す図である。図３は、圧縮機の吐出能力が停止した後の蒸発器の出口側温度の時間的変化を示す線図である。図４は、露点温度と制御温度（湿球温度）との差と、蒸発器が乾くまでの時間との関係を送風量の大きさ毎に示した線図である。図５は、制御温度を圧縮機を稼動させる閾値として用いて固定容量型圧縮機をオンオフ制御した場合の蒸発器出口側温度の時間的変化を示す線図である。図６は、本発明にかかる空調装置を車両用空調装置に適用した例を示す構成図であり、圧縮機として可変容量型を用いた例を示す。図７は、図６のコントロールユニットによる制御動作例を示す図である。図８は、可変容量型圧縮機の吐出容量を変化させて制御温度を基準に蒸発器出口側温度を制御する場合の蒸発器出口側温度の時間的変化を示す線図である。

符号の説明

３空調ケース
４送風機
５蒸発器
７圧縮機
１０冷凍サイクル
１３入口側温度センサ
１４出口側温度センサ

Claims

空気流路が形成された空調ケースと、
前記空調ケースから被空調空間に供給される空気量を調節する送風機と、
冷媒を圧縮する圧縮機、及び、前記空調ケース内に収容されて通過する空気を冷却する蒸発器を有する冷凍サイクルと、
前記蒸発器の温度を検出する温度検出手段と、
前記冷凍サイクルの稼動を停止させて前記蒸発器の温度が安定したか否かを判定する温度判定手段と、
前記温度判定手段によって前記蒸発器の温度が安定したと判定された場合に、安定した温度以下となる温度を制御温度として決定する制御温度決定手段と、
前記制御温度を基準として前記圧縮機を制御する制御手段とを有することを特徴とする空調装置。
前記圧縮機は容量固定型のものであり、前記制御手段は、前記制御温度を前記圧縮機を稼動させる閾値として用いて前記圧縮機をオンオフ制御するものであることを特徴とする請求項１記載の空調装置。
前記圧縮機は容量可変型のものであり、前記制御手段は、前記制御温度を基準として前記蒸発器の温度が上下するように前記圧縮機の吐出容量を可変させるものであることを特徴とする請求項１記載の空調装置。
前記蒸発器の入口空気温度を検知又は推定する入口空気温度認識手段を備え、
前記制御手段は、
前記入口空気温度と前記制御温度とから露点温度を推定する露点温度推定手段と、
前記露点温度と前記制御温度との差及び前記送風機の送風能力とに基づき、前記蒸発器が乾ききるまでの時間を推定する時間推定手段とを有して構成し、
前記時間推定手段により推定された時間を考慮して前記圧縮機を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の空調装置。
前記蒸発器の熱負荷に影響する条件が変化するか否かを判定する条件変化判定手段を備え、
前記条件変化判定手段により前記蒸発器の熱負荷に影響する条件が変化すると判定された場合に、前記温度判定手段による判定、及び、前記制御温度決定手段による制御温度の決定をやり直し、やり直して得られた前記制御温度を基準として前記圧縮機を制御することを特徴とする請求項１又は４記載の空調装置。