(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも１つの補助熱消費分岐部を有する自動車空調ユニットにおいて、霜付きを防止して、冷却性能を高める。【解決手段】自動車用空調ユニットであって、この空調ユニットは、圧縮機１０と凝縮器１２と蒸発器２０とを有する主要消費分岐部を備える冷却回路を有し、この空調ユニットは、前記主要消費分岐部に並列に接続されており、コールドアキュムレータ３０およびその蒸発器２８を有する少なくとも１つの補助消費分岐部を有し、さらに、空調ユニットは、前記各蒸発器の前方に配置された、１つのストップバルブ１６を有する。コールドアキュムレータをチャージする作動フェーズの後、特定の作動パラメータに応じて決まる所定の開放時間に限り、主要消費分岐部のストップバルブを定期的に開放する。実質的な作動パラメータは、主要消費分岐部の蒸発器における空気入口温度および空気質量流量である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と凝縮器と蒸発器とを有する主要消費分岐部を備え、更に前記主要消費分岐部に並列に接続されており、コールドアキュムレータおよびその蒸発器を有する少なくとも１つの補助消費分岐部を更に備え、前記各蒸発器の前方には、１つのストップバルブが配置されている、自動車用空調ユニットの作動方法であって、
前記コールドアキュムレータをチャージする作動フェーズにおいて、所定の開放時間（ＤＯＰ）に限り、前記主要消費分岐部の前記ストップバルブ（１６）を定期的に開放し、前記開放時間を、特定の作動パラメータに応じて決めることを特徴とする、自動車用空調ユニットを作動させるための方法。
【請求項２】
前記主要消費分岐部の蒸発器（２０）における空気入口温度および空気質量流量を考慮して、前記所定の開放時間（ＤOP）を決定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定の開放時間（ＤOP）は、次の式
【数１】
2010013092.tif 000004
に従うよう、前記空気入口温度Ｔeinおよび前記空気質量流量Ｑafを関数とすることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ａ）前記主要消費分岐部の蒸発器（２０）における空気出口温度が、３℃〜１０℃のレンジ内の上限温度を超えた場合に、前記補助消費分岐部のストップバルブ（２４）を閉じ、かつ前記主要消費分岐部のストップバルブ（１６）を開放することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
ｂ）
ｂ１）前記主要消費分岐部の前記蒸発器（２０）における前記空気出口温度が、０℃〜６℃のレンジ内の下限温度を下まわる場合、または
ｂ２）前記主要消費分岐部の前記ストップバルブ（１６）の開放時間が、所定の開放時間を超えた場合のいずれかにおいて、
前記補助消費分岐部のストップバルブ（２４）を開放し、かつ前記主要消費分岐部のストップバルブ（１６）を閉じることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記補助消費分岐部のストップバルブ（２４）を、永続的に開放することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記主要消費分岐部の前記ストップバルブ（１６）を交番的に開閉しながら、前記コールドアキュムレータのチャージフェーズ中に、前記補助消費分岐部の前記ストップバルブ（２４）を開放したままにすることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記主要消費分岐部の前記ストップバルブ（１６）を開放する前に、前記圧縮機（１０）を５〜１０秒停止させることを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記補助消費分岐部のストップバルブ（２４）を、交番的に開閉することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記主要消費分岐部のストップバルブ（１６）の開閉状態とは無関係に、前記補助消費分岐部のストップバルブ（２４）を開閉することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記主要消費分岐部の蒸発器（２０）の熱負荷を検討して、前記所定の開放時間を決定することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記空気の入口温度の上昇、および前記空気質量流量の増加と共に前記所定の開放時間がより長くなるよう、開放時間を数秒から数十秒までの範囲とすることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
可変容積流量の圧縮機を使用する結果、前記蒸発器の圧力を、約２バールに制限することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを有する主要消費分岐部を備え、前記主要消費分岐部に並列に接続されており、かつコールドアキュムレータおよびその蒸発器を有する少なくとも１つの補助消費分岐部を備え、前記各蒸発器の前方には、１つのストップバルブが配置されている自動車用空調ユニットの作動方法に関する。かかる空調ユニットは、従来、暖房、換気、および空調ユニットの一部となっている。このユニットは、技術文献では、同義語であるＨＶＡＣ（暖房、換気および空調）と称されることが多い。
【背景技術】
【０００２】
自動車の停止中でも、コールドアキュムレータを有する空調システムにより、空調ユニットを作動させることが可能となっている。特に業務用車両、例えばトラックまたはバス、およびリクリエーション車両では、停止している間も、空調を行わなければならない。しかし、コールドアキュムレータは、従来の自動車では、暖房および空調システムの相補的装置として有効である。その理由は、このシステムは、ピーク冷却性能が必要とされる時間に利用可能な冷却容量を高めるからである。このシステムには、より小型の圧縮機を装備することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
コールドアキュムレータを有する空調ユニットが作動する間、ある問題が生じる。コールドアキュムレータは、同じ冷却回路からの主要熱消費分岐部と並列に作動する自らの熱消費分岐部を必要とする。公知のシステムでは、２つのスイッチング状態しか認識しない。
【０００４】
第１のスイッチング状態では、コールドアキュムレータの消費分岐部へのストップバルブしか開放せず、主要消費分岐部へのストップバルブは閉じる。チャージ（熱伝達媒体の供給）とも略称されるこのスイッチング状態では、コールドアキュムレータに対し、冷却回路からのチャージが行われる。この第１スイッチング状態の基準は、主要消費分岐部内の蒸発器の出口における空気温度が、１℃〜５℃の範囲内にある最低限度値より低下することである。これよりも低い温度では、蒸発器に霜が付着する危険性があるからである。そのため、主要消費分岐部をブロックし、コールドアキュムレータをチャージするのに、利用可能な冷却容量が使用される。
【０００５】
冷却状態とも簡単に呼ぶこともできる第２スイッチング状態では、コールドアキュムレータの消費分岐部へのストップバルブが閉じられ、主要消費分岐部のストップバルブが開放される。この第２スイッチング状態の基準は、主要消費分岐部内の蒸発器の出口が、４℃〜１０℃の最大限度値を越えることである。これよりも高い温度では、かび臭さが生じる可能性があり、かつ冷却容量は低下する。
【０００６】
２つのチャージスイッチング状態と、冷却スイッチング状態とを切り換えるための特定の温度値は、望ましい冷却容量を保証し、主要消費分岐部内で、より高い冷却性能が必要とされるときに、かび臭さが生じるのを防止するが、コールドアキュムレータを１００％チャージすることはできない。コールドアキュムレータを１００％チャージするためには、冷却状態からチャージ状態まで変えるための温度限度を、例えば７℃〜１０℃まで高くしなければならない。同時に、チャージ状態から冷却状態まで変えるための温度限度を、約９℃〜１２℃まで高めなければならない。しかし、これによって、主要消費分岐部の蒸発器における温度が高くなり、これに対応して、冷却容量が低下することになる。
【０００７】
別の問題は、チャージスイッチング状態の変更中に主要消費分岐部の蒸発器における蒸発プロセスの終了が遅延することである。このとき、蒸発器は、液体冷却剤によって満たされている。冷却回路からの吸引効果は、ある時間続くので、液体冷却剤は更に蒸発することになる。チャージスイッチング状態では、蒸発器の温度は、−１８℃または−２０℃にまで低下する。このプロセスにおいて、霜が付着する危険性が高まる。
【０００８】
このような状況を解消するために、１℃〜５℃の真に好ましい低温時に、冷却状態からチャージ状態へ切り替えを実行することは不可能である。しかし、このことは冷却性能を低下させるだけでなく、蒸発器における空気流を横断する温度分布も不均一となり、霜の形成を防止するための信頼できる温度検出がより困難となる。これらの問題は、特に、より低い冷却性能から中間レンジの冷却性能時に生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の方法は、これらの問題を解消すると同時に、コールドアキュムレータに１００％チャージできるようにするものである。本発明による、上記の方法は、前記コールドアキュムレータをチャージする作動フェーズにおいて、所定の開放時間に限り、前記主要消費分岐部の前記ストップバルブを定期的に開放し、前記開放時間を、特定の作動パラメータに応じて決めることを特徴としている。
【００１０】
特に、本発明の方法の好ましい実施形態では、ａ）前記主要消費分岐部の前記蒸発器における前記空気出口温度が、３℃〜１０℃の範囲内の上限温度を超える場合に、前記補助消費分岐部の前記ストップバルブを閉じ、前記主要消費分岐部の前記ストップバルブを開放する。更に、ｂ）、ｂ１）前記主要消費分岐部の前記蒸発器における前記空気出口温度が０℃〜６℃、好ましくは３°Ｃのレンジ内の下限温度を下まわる場合、またはｂ２）前記主要消費分岐部の前記ストップバルブの開放時間が所定の開放時間を超えた場合のいずれかにおいて、前記補助消費分岐部の前記ストップバルブを開放し、前記主要消費分岐部の前記ストップバルブを閉じるように、ストップバルブを制御することが好ましい。
【００１１】
従って、本発明の方法により、主要消費分岐部の蒸発器における、より低い空気温度での冷却モードと並列に、コールドアキュムレータを交番的にチャージすることが可能となる。同時に、空気温度の差、および時間的な温度変動を回避できる。主要消費分岐部のストップバルブの開放時間を制限することにより、前記主要消費分岐部の蒸発器内に、適当な量の液体冷却剤が累積するにすぎない。その結果、主要消費分岐部内のストップバルブを閉じた後でも、蒸発器における空気温度は低下しない。この理由から、このストップバルブを閉じるための基準として、３℃の、より低い制限温度を選択することが可能である。
【００１２】
このように温度制限値を低くした別の結果として、５℃〜７℃というより低い中間レンジの出口温度に達することができる。このことにより、蒸発器の出口における温度の一様性も改善される。更に別の実質的な利点は、蒸発器も時間制御された状態でスイッチングするので、霜の形成を防止するための温度を決定する、局部的に測定された最低ポイントが不要となることである。このような時間制限は、サイクル時間を短縮し、その結果、出口における空気温度の時間変動は減少する。
【００１３】
特別な実施形態によれば、コールドアキュムレータを完全にはチャージせず、主要消費分岐部の蒸発器における空気出口温度が、約４℃〜１０℃のレンジ内の最大限度値を超えないという条件が満たされ限り、コールドアキュムレータの補助熱消費分岐部までのストップバルブは、永続的に開放状態のままである。
【００１４】
この実施形態の変形例では、前記主要消費分岐部の前記ストップバルブの開閉状態とは無関係に、前記補助消費分岐部の前記ストップバルブを開閉し、従って、交番的に開閉する。このタイプの作動では、冷却容量を低下させることなく、コールドアキュムレータをできるだけ完全にチャージする際に、必要な冷却負荷および圧縮機の速度に応じて有利となる。
【００１５】
より長い永続的なチャージの後で、主要消費分岐部における蒸発器の霜の付着を防止するよう、この主要消費分岐部へのストップバルブを開放する前に約５〜３０秒、圧縮機を完全にシャットオフしなければならないことがある。この時間中、コールドアキュムレータをチャージするのに必要な極めて低い温度は、限界でない値まで上昇する。
【００１６】
主要消費分岐部へのストップバルブの限られた開放時間を、記憶テーブルから推定したり、計算したり、または決定したりすることができる。この決定に際しては、特に次の値が関係する。
・冷却消費分岐部の蒸発器における空気質量流量。
・空気の入口温度。
【００１７】
モニタすることが好ましい他の値として、
・モータまたは圧縮機の速度。
・消費回路および冷却回路における異なる圧力および温度を挙げることができる。
【００１８】
推奨される開放時間は、前記空気の入口温度の上昇、および前記空気質量流量の増加と共に、前記所定の開放時間が、より長くなるよう、数秒から数十秒までの範囲とする。
【００１９】
以下、添付図面を参照し、本発明に係わる方法について、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】コールドアキュムレータを有する空調ユニットの基本構成を示す。
【図２】対応する蒸発器における空気質量流量を関数とする、空気クーラー／ヒーターを有する消費分岐部までのストップバルブの開放時間を示すグラフである。
【図３】消費分岐部までのストップバルブの開閉状態の時間に対するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に略示したコールドアキュムレータを有する空調ユニットは、業務用車両のためのＨＶＡＣユニットの１つの構成部品となっている。冷却回路内には、圧縮機１０と、凝縮器１２と、冷却剤アキュムレータ１４と、ストップバルブ１６と、静止熱低下ノズル１８と、蒸発器２０とが設けられており、吸引ライン２２により、冷却剤は蒸発器２０から圧縮機１０へ再び戻される。運転室の空調するべき空気が、蒸発器２０を通過するように流れる。従って、この空気は、主要消費分岐部の一構成要素となっている。
【００２２】
別のストップバルブ２４により、主要消費分岐部に対して補助消費分岐部が並列に接続されている。この補助消費分岐部は、圧力低下ノズル２６と蒸発器２８とを含んでいる。蒸発器２８は、補助空調回路内の熱伝達媒体のための流路３２と熱的に接続されているので、ヒーターを形成するコールドアキュムレータ３０の１つの構成部品となっている。この補助空調回路は、ヒーター３４と、補償リザーバー３６と、循環ポンプ３８とを含み、この補助空調回路は、例えば業務用車両の休養室に割り当てられている。
【００２３】
本発明の方法により、ストップバルブ１６および２４の制御が実行される。この制御の特徴は、特に主要消費分岐部のストップバルブ１６に対する開放時間が制限されていることである。従って、それぞれのストップバルブは、限られた時間の間しか開放されない。これによって、蒸発器２０が過度に多い液体冷却剤を収集することを防止でき、−２０℃にも達し得る補助消費分岐部のうちの蒸発器２８が低温となることにより、ストップバルブ１６が既に閉じている場合に、蒸発器２０に霜が付く。
【００２４】
ストップバルブ１６の開放時間の最適長さは、異なる複数のファクターに応じて決まる。最も重要なファクターは、空気の入口温度、および冷却回路のうちの蒸発器２０における空気質量流量である。図２は、一例（必ずしも完全に特徴的であるとは言えない）として、２２℃〜４０℃までの周辺温度レンジ内での３つの異なる空気質量流量に対する最適値を示す。ストップバルブ１６の所定の開放時間は、流量が１８０ｋｇ／ｈの場合、３〜１２秒の範囲内であり、流量が２４０ｋｇ／ｈの場合、４〜１６秒であり、流量が４００ｋｇ／ｈの場合、８〜２６秒の範囲内にある。この時間は、温度が高まるにつれ、更に流量が高まるにつれ、長くなる傾向にある。
【００２５】
本発明の特に有利な実施形態では、開放時間ＤOPは、次のようにして決定される。
【数１】
2010013092.tif 000003
【００２６】
ここで、Ｔeinは、空気の入口温度であり、Ｑafは、空気の質量流量である。
【００２７】
最適開放時間を決定するための別のパラメータは、圧縮機の速度または容量だけでなく、システム内で測定される異なる温度および／または圧力でもある。
【００２８】
図３に示すように、ストップバルブ２４（図３ｂ）を閉じるときに、ストップバルブ１６（図３ａ）を開放し、この逆に、ストップバルブ２４を開放するときに、ストップバルブ１６を閉じることが基本である。
【００２９】
しかし、ストップバルブ１６の状態と独立して、ストップバルブ２４を制御することも可能である。十分な冷却容量がある場合、コールドアキュムレータが３０％から１００％までチャージされるまで、ストップバルブを開放状態のままにすることもできる。このことは、図３ｃ内の連続線によって明瞭となっている。これとは異なり、主要消費分岐部内の冷却条件が、例えば劇的に急激に増加する場合、図３ｃ内の点線で示すように、ストップバルブ２４を一時的に閉じることもできる。
【００３０】
本発明の方法によれば、ユニットのスイッチング状態は、コールドアキュムレータのチャージング状態を考慮するだけでなく、従来、行われていた業務用車両の場合の運転室内での、主要熱消費部品の十分な空調を保証し、更に冷却回路の蒸発器の霜付きも防止するよう、適切な温度も考慮している。しかし、従来の方法と比較し、蒸発器の空気放出時の温度レベルをかなり低下させることが可能となっている。
【００３１】
このように、コールドアキュムレータが３０％〜１００％チャージされる場合に、補助消費分岐部のストップバルブ２４を閉じる。コールドアキュムレータをチャージしている状態での作動時には、主要消費分岐部の蒸発器１４における空気出口温度が、約３℃〜１０℃、好ましくは５℃のレンジ内の最大限界温度を超える場合、主要消費分岐部のストップバルブ１６を開放する。この状況では、主要消費分岐部内で冷却が必要である。次の２つのいずれかの場合に、補助消費分岐部のストップバルブ２４を開放し、主要消費分岐部のストップバルブ１６を閉じる。
【００３２】
・主要消費分岐部の蒸発器１４における空気出口温度が、約０℃〜６℃、好ましくは１℃〜５℃、より好ましくは３℃のレンジ内の最低限度の温度を下回る場合。または  ・主要消費分岐部のストップバルブ１６の所定の開放時間を超えた場合。
【００３３】
双方の状況では、コールドアキュムレータ３０をチャージするために、全冷却容量を使用することができる。
【００３４】
ストップバルブ２４の永続的または交番的な開放状態に関連し、ストップバルブ１６を開放する前に、５〜３０秒の間、圧縮機１０を不作動にすることが望ましい。この時間中、コールドアキュムレータをチャージするのに必要な−２０℃までの極めて低い温度は、蒸発器２０への着氷がないことを保証するために、クリティカルでない値まで高めることができる。
【００３５】
排除量可変圧縮機を使用する場合、上記方法に従って、ストップバルブの制御を実行する。すなわち、圧縮機の容量を制御するだけでは、冷却回路内の蒸発器２０の凍結を防止することはできず、０℃〜４℃の温度レベルは、コールドアキュムレータをチャージするには過度に高いので、蒸発器２０における空気排出温度に基づく制御は不適当である。排除量可変圧縮機を使用する際の別の対策は、最大圧縮速度および低空気入口温度の場合に、吸引圧力が過度に低くなるのを防止するよう、蒸発器の最低圧力を約２バールに制限することである。
【符号の説明】
【００３６】
１０      圧縮機
１２      凝縮器
１４      アキュムレータ
１６      ストップバルブ
１８      ノズル
２０      蒸発器
２４      ストップバルブ
２６      圧力低下バルブ
２８      蒸発器
３０      コールドアキュムレータ
３４      ヒーター
３６      リザーバー
３８      ポンプ
【図１】
2010013092.tif 000005
【図２】
2010013092.tif 000006
【図３】
2010013092.tif 000007
【外国語明細書】
2010013092000001.pdf