JPH0948234A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 室内への吹出空気温度の急変を起こすことな
く、蒸発器のフロストを防止する。 【構成】 車室内へ吹き出す空気の目標吹出温度ＴＡＯ
をステップ１３０で算出し、このＴＡＯが、室内熱交換
器（蒸発器）がフロストし始める温度よりも若干高めの
温度として設定された設定温度Ｃ以上か否かをステップ
１７０で判定する。そしてこの判定結果がＹＥＳであれ
ば、室内熱交換器を通過後の空気温度ＴeがＴＡＯとな
るように制御し、反対にＮＯであれば、上記Ｔe が設定
温度Ｃとなるように制御する。これによって、ＴＡＯに
関係なく圧縮機は常に運転状態となり、しかも設定温度
Ｃ以下となることはないので、車室内への吹出空気温度
の急変は起こらず、かつ室内熱交換器のフロストも防止
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調ダクト内に冷凍サ
イクルの蒸発器を備え、この蒸発器によって冷却した空
気を室内に吹き出し、さらに蒸発器の表面に凝縮水が凍
結（フロスト）するのを防止できる空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような空調装置の従来技術とし
て、例えば特開平２−２３１２２０号公報に開示された
車両用空調装置がある。これは、空調ダクト内の蒸発器
に温度センサを設け、この温度センサの検出値に基づい
て圧縮機の回転数を制御することによって、空調ダクト
を介して車室内に吹き出される空気温度を制御してい
る。

【０００３】そしてさらに、前記温度センサの検出値
が、蒸発器がフロストし始める温度として予め設定され
た設定温度よりも低くなったら、圧縮機の運転を停止し
て、蒸発器のフロストを防止するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来技術で
は、前記温度センサの検出値が前記設定温度よりも低く
なったら圧縮機の運転を停止してしまうので、そのとき
の外気温度が高かったり、あるいは日射量が多かったり
すると、圧縮機の運転を停止したときに吹出空気温度が
急激に上がってしまい、車室内乗員に不快感を与えてし
まうといった問題があった。

【０００５】そこで本発明は上記問題に鑑み、圧縮機の
回転数を制御して蒸発器の温度を制御することによっ
て、室内への吹出空気温度を制御する空調装置におい
て、室内への吹出空気温度の急激な変動を起こすことな
く、蒸発器のフロストを防止できるようにすることを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項１記載の発明では、送風手段（３）で
発生した空気を室内に導く空調ダクト（２）と、圧縮機
（１０）、凝縮器（６２、１１）、および減圧手段（１
２）とともに冷凍サイクル（４）を構成するとともに、
前記空調ダクト（２）内に設けられた蒸発器（１４）
と、前記圧縮機（１０）の回転数を調節する回転数調節
手段（１９）とを備え、この回転数調節手段（１９）に
よって調節される前記圧縮機（１０）の回転数を制御す
ることによって、室内への吹出空気温度を制御するよう
に構成された空調装置において、前記蒸発器（１４）の
温度を検出する蒸発器温度検出手段（４５）と、室内へ
吹き出す空気の目標吹出温度（ＴＡＯ）を算出する目標
吹出温度算出手段（ステップ１３０）と、前記目標吹出
温度（ＴＡＯ）と、前記蒸発器（１４）の表面に凝縮水
が凍結し始める温度よりも若干高めの温度として予め設
定された設定温度（Ｃ）との大小関係を判定する判定手
段（ステップ１７０）と、この判定手段（ステップ１７
０）によって、前記目標吹出温度（ＴＡＯ）が前記設定
温度（Ｃ）よりも高いと判定されたときに、前記蒸発器
温度検出手段（４５）が検出する蒸発器温度（Ｔe ）が
前記目標吹出温度（ＴＡＯ）となるように、前記回転数
調節手段（１９）を制御する第１回転数制御手段（ステ
ップ１８０〜２００）と、前記判定手段（ステップ１７
０）によって、前記目標吹出温度（ＴＡＯ）が前記設定
温度（Ｃ）よりも低いと判定されたときに、前記蒸発器
温度検出手段（４５）が検出する蒸発器温度（Ｔe ）が
前記設定温度（Ｃ）となるように、前記回転数調節手段
（１９）を制御する第２回転数制御手段（ステップ２１
０〜２３０）とを備えた空調装置を特徴とする。

【０００７】また請求項２記載の発明では、請求項１記
載の空調装置において、前記目標吹出温度（ＴＡＯ）に
基づいて、室内への目標送風量（Ｖ0 ）を決定する目標
送風量決定手段（ステップ１５０）と、前記送風手段
（３）で発生する送風量が前記目標送風量（Ｖ0 ）とな
るように、前記送風手段（３）を制御する送風制御手段
（ステップ１６０）とを備えたことを特徴とする。

【０００８】また請求項３記載の発明では、請求項１ま
たは２記載の空調装置において、前記蒸発器温度検出手
段（４５）は、前記蒸発器（１４）を通過した直後の空
気温度を検出する蒸発器通過後空気温度検出手段（４
５）で構成されたことを特徴とする。また請求項４記載
の発明では、請求項１ないし３いずれか１つ記載の空調
装置において、前記圧縮機（１０）は電動モータ（３
２）によって回転駆動され、前記回転数調節手段（１
９）は、前記電動モータ（３２）への供給電力の周波数
を可変するインバータ（１９）で構成されたことを特徴
とする。

【０００９】なお、上記括弧内の符号は、後述する実施
例の具体的手段との対応を示すものである。

【００１０】

【発明の作用効果】請求項１ないし４記載の発明では、
目標吹出温度が上記設定温度よりも高いときは、蒸発器
温度検出手段が検出する温度がこの目標吹出温度となる
ように、圧縮機の回転数が制御される。従って、もちろ
ん蒸発器の表面に凝縮水は凍結（フロスト）しないし、
室内への吹出空気温度はこの目標吹出温度に応じた温度
に制御される。また、目標吹出温度が上記設定温度より
も低いときは、蒸発器温度検出手段が検出する温度がこ
の設定温度となるように、圧縮機の回転数が制御され
る。従って、もちろんこのときも蒸発器はフロストしな
い。

【００１１】このように本発明では、目標吹出温度に関
係無く圧縮機が常に運転状態となり、かつ蒸発器温度が
上記設定温度よりも低くなることがないので、蒸発器の
フロストを防止できるとともに、上記従来技術のように
吹出空気温度が急激に変動するといった問題もなくすこ
とができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明を車両（具体的には電気自動
車）に用いられる空調装置に適用した一実施例について
図１ないし図４を用いて説明する。まず図１を用いて本
実施例の全体構成について説明する。空調装置１は、車
室内に送風空気を導く空調ダクト２と、この空調ダクト
２内に空気流を発生して車室内へ圧送する送風手段３
と、アキュムレータ式冷凍サイクル４と、温水回路５
と、エアコン制御装置６とを備える。

【００１３】上記空調ダクト２の空気上流側には、車室
内空気を吸入する内気吸入口６、外気を吸入する外気吸
入口８、およびこれらを選択的に開閉する内外気切換ド
ア９が設けられている。そしてこの内外気切換ドア９の
下流側部位に上記送風手段３が配設されている。また空
調ダクト２内のうち、上記送風手段３の下流側部位に、
上記冷凍サイクル４の一部をなす室内熱交換器１４が配
設されている。また空調ダクト２内のうち、上記室内熱
交換器１４の下流側部位には、上記温水回路５の一部を
なすヒータコア６１が配設されている。またこのヒータ
コア６１には、このヒータコア６１内を流れる空気量を
調節するエアミックスドア６４が設けられている。な
お、このエアミックスドア６４は、後述する冷房運転時
にはヒータコア６１を全閉し、後述する暖房運転時には
後述する目標吹出温度ＴＡＯに応じてヒータコア６１を
開く。

【００１４】また空調ダクト２の空気下流側端部には、
車両の窓ガラスに向かって空調空気を吹き出すデフロス
タ吹出口２ａと、乗員の上半身に向かって空調空気を吹
き出すフェイス吹出口２ｂと、乗員の足元に向かって空
調空気を吹き出すフット吹出口２ｃとが形成されてい
る。これらの吹出口２ａ〜２ｃは、図示しない吹出口切
換ドアによって選択的に開閉される。

【００１５】ところで上記冷凍サイクル４は、圧縮機１
０、室外熱交換器１１、冷房用減圧手段１２、暖房用減
圧手段１３、上記室内熱交換器１４、アキュムレータ１
６、および冷媒−温水熱交換器６２がそれぞれ冷媒配管
３１によって接続された周知のものである。このうち圧
縮機１０は、冷媒を吸入、圧縮、吐出するもので、この
圧縮機１０を回転駆動する電動モータ３２（図２参照）
が内蔵されている。この電動モータ３２は、車両走行用
バッテリー３３（図２参照）からの電力を受けて駆動さ
れるもので、インバータ１９によって可変制御される周
波数に応じて回転速度が決定される。従って、圧縮機１
０の冷媒吐出容量は電動モータ３２の回転速度に応じて
変化する。

【００１６】室外熱交換器１１は、空調ダクト２の外部
（車室外）に配設され、室外ファン２０からの送風を受
けて外気と冷媒とを熱交換させる熱交換器である。この
室外熱交換器１１は、後述する冷房運転時には凝縮器と
して機能し、後述する暖房運転時には蒸発器として機能
する。冷房用減圧手段１２は、冷房運転時に室外熱交換
器１１からの高温高圧冷媒を減圧膨張させるもので、具
体的にはキャピラリーチューブで構成されている。

【００１７】暖房用減圧手段１３は、暖房運転時に冷媒
−温水熱交換器６２からの高温高圧冷媒を減圧膨張させ
るもので、具体的にはキャピラリーチューブで構成され
ている。室内熱交換器１４は、空調ダクト２の内部に配
設され、送風手段３からの送風されてきた空気と冷媒と
を熱交換させる熱交換器である。この室内熱交換器１４
は、冷房運転時には蒸発器として機能し、暖房運転時に
は冷媒は流れない。

【００１８】アキュムレータ１６は、冷凍サイクル４内
の過剰冷媒を一時蓄えるとともに、圧縮機１０が液冷媒
を吸入しないように気冷媒のみを送り出すものである。
冷媒−温水熱交換器６２は、空調ダクト２の外部（車室
外）に配設され、圧縮機１０からの高温高圧冷媒と温水
回路５中の温水とを熱交換させる熱交換器である。この
冷媒−温水熱交換器６２は、冷房運転時、暖房運転時と
もに凝縮器として機能する。

【００１９】また上記冷凍サイクル４には、室外熱交換
器１１からの冷媒を、冷房用減圧手段１２をバイパスし
てアキュムレータ１６に導くバイパス通路２５と、冷媒
−温水熱交換器６２からの冷媒を、暖房用減圧手段１３
をバイパスして室外熱交換器１１に導くバイパス通路２
６が設けられ、それぞれのバイパス通路の途中には電磁
弁２７、２８が設けられている。

【００２０】また温水回路５は、上記ヒータコア６１、
冷媒−温水熱交換器６２の他に、燃焼式ヒータ６６がそ
れぞれ温水配管６３によって接続されたものである。こ
のうち上記冷媒−温水熱交換器６２は、冷凍サイクル４
における凝縮熱と、温水配管６３内を流れる温水とを熱
交換させて、温水を加熱する熱交換器である。

【００２１】また燃焼式ヒータ６６は、燃焼タンク６７
内の燃料を燃焼することによって温水を加熱するもので
ある。そして、この燃焼式ヒータ６６による温水加熱量
と上記冷媒−温水熱交換器６２による温水加熱量は、温
水弁６８、６９によって調節される。次に制御装置６に
ついて説明する。

【００２２】制御装置６は、図示しないインターフェイ
ス、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える周知のマイクロ
コンピュータを内蔵するものであり、図２に示すよう
に、エアコン操作パネル４１の各設定器からの信号、車
室内温度を検出する内気温センサ４２からの信号、外気
温を検出する外気温センサ４３からの信号、車室内に照
射される日射量を検出する日射センサ４４からの信号、
室内熱交換器１４を通過した直後の空調ダクト２内の空
気温度を検出するセンサ４５（以下、蒸発器後センサと
いう）からの信号、および室内熱交換器１４を通過する
直前の空調ダクト２内の空気温度を検出するセンサ４６
（以下、蒸発器前センサという）が入力される。

【００２３】そして制御装置６は、これらの信号が入力
されたら、後述する所定の制御処理を行い、その結果に
基づいて、インバータ１９、送風手段３、電磁弁２７、
２８、温水弁６８、６９、およびその他のアクチュエー
タを制御する。次に、上記冷房運転時および暖房運転時
の冷媒の流れを説明する。 （冷房運転時）このときには電磁弁２７を開けて電磁弁
２８を閉じる。その結果、圧縮機１０が吐出した高温高
圧冷媒は、冷媒−温水熱交換器６２→電磁弁２７→室外
熱交換器１１→冷房用減圧手段１２→室内熱交換器１４
→アキュムレータ１６→圧縮機１０の順で流れる。これ
によって室内熱交換器１４が蒸発器として機能し、空調
ダクト２内の空気はこの室内熱交換器１４によって冷却
される。

【００２４】（暖房運転時）このときには電磁弁２７を
閉じて電磁弁２８を開ける。その結果、圧縮機１０が吐
出した高温高圧冷媒は、冷媒−温水熱交換器６２→暖房
用減圧手段１３→室外熱交換器１１→電磁弁２８→アキ
ュムレータ１６→圧縮機１０の順で流れる。このとき、
冷媒−温水熱交換器６２の凝縮熱によって加熱された温
水がヒータコア６１内を流れ、空調ダクト２内の空気は
このヒータコア６１によって加熱される。

【００２５】次に、上記エアコン制御装置６のマイクロ
コンピュータにおける制御処理について、図３のフロー
チャートを用いて説明する。まず、ステップ１００にて
空調装置の自動制御処理を開始すると、ステップ１１０
にて初期化処理を行う。そして次にステップ１２０に
て、エアコン操作パネル４１の温度設定器で設定された
車室内の設定温度Ｔset と、各センサ４２〜４６の値
（車室内温度Ｔr ，外気温度Ｔam，日射量Ｔs 、蒸発器
後温度Ｔe 、蒸発器前温度Ｔin）を読み込む。

【００２６】そして次のステップ１３０にて、上記ステ
ップ１２０で読み込んだ各値を、ＲＯＭに記憶された下
記数式１に代入することによって、車室内へ吹き出す空
気の目標吹出温度（以下ＴＡＯという）を算出する。

【００２７】

【数１】ＴＡＯ＝Ｋset ×Ｔset −Ｋr ×Ｔr −Ｋam×
Ｔam−Ｋs ×Ｔs ＋Ｃ ここでＫset 、Ｋr 、Ｋam、およびＫs はそれぞれゲイ
ンであり、Ｃは補正用定数である。次にステップ１４０
にて、上記ステップ１３０で算出した目標吹出温度ＴＡ
Ｏと上記ステップ１２０で検出した蒸発器前温度Ｔinの
関係が、ＲＯＭに記憶された下記数式２を満たすか否か
を判定することによって、冷房運転か否かを判定する。

【００２８】

【数２】ＴＡＯ−Ｔin＜α ここでαは所定の定数であり、予めＲＯＭ５３に記憶さ
れている。このステップ１４０にてＮＯと判定されてい
る間は先のステップに進まず、このステップ１４０の処
理を繰り返す。そしてＹＥＳと判定されたら、次のステ
ップ１５０にて、予めＲＯＭに記憶された図４のマップ
から、目標吹出温度ＴＡＯに対応する目標送風量Ｖ0 を
サーチすることによって、目標送風量Ｖ0 を決定する。
そして次のステップ１６０にて、実際の車室内への送風
量がこの目標送風量となるように、送風手段３を制御す
る。

【００２９】そして次のステップ１７０にて、上記ステ
ップ１３０で算出した目標吹出温度ＴＡＯが、予め設定
された設定温度Ｃ以上か否かを判定し、ＹＥＳと判定さ
れたらステップ１８０〜２００の処理を行い、ＮＯと判
定されたらステップ２１０〜２３０の処理を行う。ここ
でこの設定温度Ｃは、室内熱交換器１４がフロストし始
める温度よりも若干高めの温度（例えば２℃）として設
定されている。

【００３０】先ずステップ１７０でＹＥＳと判定された
ときは、次のステップ１８０〜２００にて、室内熱交換
器１４を通過した直後の空気の温度Ｔe が目標吹出温度
ＴＡＯとなるように、インバータ１９を制御して圧縮機
１０の回転数を制御する。具体的には、先ずステップ１
８０にて、上記蒸発器後温度Ｔe が目標吹出温度ＴＡＯ
以上か否かを判定することによって、室内熱交換器１４
の温度を低くするべきか高くするべきかを判定する。

【００３１】ここでＹＥＳと判定されたときは室内熱交
換器１４の温度を低くするべきで、ＮＯと判定されたと
きは逆に高くするべきということなので、ステップ１９
０、２００にて、ＴＡＯ−Ｔe およびＴe の変化率に基
づいて、Ｔe ＝ＴＡＯとなるようにインバータ１９を制
御して、圧縮機１０の回転数を維持または上昇または下
降させる。その後、ステップ１２０の処理に戻る。

【００３２】一方、上記ステップ１７０でＮＯと判定さ
れたときには、上記ステップ１８０〜２００と同じ処理
を行うと室内熱交換器１４がフロストしてしまうので、
この場合にはステップ２１０〜２３０にて、室内熱交換
器１４を通過した直後の空気の温度Ｔe が設定温度Ｃと
なるように、インバータ１９を制御して圧縮機１０の回
転数を制御する。

【００３３】具体的には、先ずステップ２１０にて、蒸
発器後温度Ｔe が上記設定温度Ｃ以上か否かを判定する
ことによって、室内熱交換器１４の温度を低くするべき
か高くするべきかを判定する。ここでＹＥＳと判定され
たときは室内熱交換器１４の温度を低くするべきで、Ｎ
Ｏと判定されたときは逆に高くするべきということなの
で、ステップ２２０、２３０にて、ＴＡＯ−Ｔe および
Ｔe の変化率に基づいて、Ｔe ＝ＴＡＯとなるようにイ
ンバータ１９を制御して、圧縮機１０の回転数を維持ま
たは上昇または下降させる。その後、ステップ１２０の
処理に戻る。

【００３４】なお、上記各ステップはそれぞれの機能を
実現する手段を構成する。以上説明したように本実施例
では、先ず目標吹出温度ＴＡＯが設定温度Ｃ以上か否か
を判定し、設定温度Ｃ以上であるときには、室内熱交換
器１４を通過した直後の空気温度がこの目標吹出温度Ｔ
ＡＯとなるように制御しているので、車室内への吹出空
気温度もこの目標吹出温度ＴＡＯとなり、車室内乗員に
快適な温度の風を吹き出すことができる。

【００３５】また、目標吹出温度ＴＡＯが上記設定温度
以下のときには、圧縮機１０を運転させたままとし、室
内熱交換器１４の温度が上記設定温度Ｃとなるように制
御しているので、室内熱交換器１４でのフロスト発生を
防止できる。またこのとき、上記のように圧縮機１０が
運転したままであるので、上記従来技術のように吹出空
気温度が急激に変動するといった問題もなくなる。

【００３６】（変形例）上記実施例では、請求項１記載
の発明でいう蒸発器温度検出手段を、室内熱交換器１４
を通過した直後の空気温度を検出する蒸発器後センサ４
５で構成したが、室内熱交換器１４自体の温度（例えば
フィンの温度）を検出する手段にて構成しても良いし、
室内熱交換器１４から出た直後の冷媒温度を検出する手
段で構成しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例の全体構成図である。

【図２】上記実施例の制御系のブロック図である。

【図３】上記実施例の制御フローチャートである。

【図４】目標吹出温度ＴＡＯと目標送風量Ｖ0 との関係
を示すマップである。

【符号の説明】

１…空調装置、２…空調ダクト、３…送風手段、４…冷
凍サイクル、６…制御装置、１０…圧縮機、１１…室外
熱交換器（凝縮器）、１２…冷房用減圧手段（減圧手
段）、１４…室内熱交換器（蒸発器）、１９…インバー
タ（回転数調節手段）、４５…蒸発器後センサ（蒸発器
温度検出手段）、６２…冷媒−温水熱交換器（凝縮
器）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送風手段で発生した空気を室内に導く空
   調ダクトと、 圧縮機、凝縮器、および減圧手段とともに冷凍サイクル
   を構成するとともに、前記空調ダクト内に設けられた蒸
   発器と、 前記圧縮機の回転数を調節する回転数調節手段とを備
   え、 この回転数調節手段によって調節される前記圧縮機の回
   転数を制御することによって、室内への吹出空気温度を
   制御するように構成された空調装置において、 前記蒸発器の温度を検出する蒸発器温度検出手段と、 室内へ吹き出す空気の目標吹出温度を算出する目標吹出
   温度算出手段と、 前記目標吹出温度と、前記蒸発器の表面に凝縮水が凍結
   し始める温度よりも若干高めの温度として予め設定され
   た設定温度との大小関係を判定する判定手段と、 この判定手段によって、前記目標吹出温度が前記設定温
   度よりも高いと判定されたときに、前記蒸発器温度検出
   手段が検出する蒸発器温度が前記目標吹出温度となるよ
   うに、前記回転数調節手段を制御する第１回転数制御手
   段と、 前記判定手段によって、前記目標吹出温度が前記設定温
   度よりも低いと判定されたときに、前記蒸発器温度検出
   手段が検出する蒸発器温度が前記設定温度となるよう
   に、前記回転数調節手段を制御する第２回転数制御手段
   とを備えたことを特徴とする空調装置。
2. 【請求項２】 前記目標吹出温度に基づいて、室内への
   目標送風量を決定する目標送風量決定手段と、 前記送風手段で発生する送風量が前記目標送風量となる
   ように、前記送風手段を制御する送風制御手段とを備え
   たことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
3. 【請求項３】 前記蒸発器温度検出手段は、 前記蒸発器を通過した直後の空気温度を検出する蒸発器
   通過後空気温度検出手段で構成されたことを特徴とする
   請求項１または２記載の空調装置。
4. 【請求項４】 前記圧縮機は電動モータによって回転駆
   動され、 前記回転数調節手段は、前記電動モータへの供給電力の
   周波数を可変するインバータで構成されたことを特徴と
   する請求項１ないし３いずれか１つ記載の空調装置。