(57)【要約】【課題】外気温度が低い際の暖房性能を向上させる。【解決手段】車両用空調装置１は、サブガスクーラー６の出口における冷媒の温度Ｔ２を検出する温度センサ１１と、冷媒の温度上昇に応じて膨張弁の開度が大きくなる一本の制御線を記憶し、この一本の制御線に従って膨張弁の開度を制御するＡＣアンプ２０を備える。そして、ＡＣアンプ２０は、暖房運転時、温度センサ１１により検出された冷媒の温度低下に応じて膨張弁９の開度を小さくする。これにより、サブガスクーラー６の冷媒出口側における圧力が高くなるので、外気温度が低い際の暖房性能を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮器（２）と、圧縮器（２）から吐出された冷媒と車室内空気流路を流れる空気との間で熱交換を行う放熱器（６）と、放熱器（６）から流出した冷媒を膨張させる膨張弁（９）と、膨張弁（９）によって膨張された冷媒と車室内空気流路を流れる空気との間で熱交換を行う蒸発器（７）とを備え、超臨界サイクルを利用した車両用空調装置であって、
前記放熱器（６）の出口における冷媒の温度（Ｔ２）を検出する温度センサ（１１）と、
冷媒の温度上昇に応じて膨張弁の開度が大きくなる一本の制御線を記憶し、当該一本の制御線に従って膨張弁の開度を制御する制御部（２０）を備え、
前記制御部（２０）は、暖房運転時、前記温度センサ（１１）により検出された冷媒の温度低下に応じて前記膨張弁（９）の開度を小さくすること
を特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調装置において、
前記制御部（２０）は、暖房運転時、前記温度センサ（１１）により検出された温度（Ｔ２）を下記数式に代入して温度値（Ｔ２）を補正した後、前記一本の制御線を参照して補正された温度値（Ｔ２）に対応する膨張弁の開度を読み出し、読み出した開度に膨張弁（９）を制御することを特徴とする車両用空調装置。
【数１】
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【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置において、
前記圧縮器（２）に流入する冷媒を加熱するための内部熱交換器（３）を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮器（２）と、圧縮器（２）から吐出された冷媒と車室内空気流路を流れる空気との間で熱交換を行う放熱器（６）と、放熱器（６）から流出した冷媒を膨張させる膨張弁（９）と、膨張弁（９）によって膨張された冷媒と車室内空気流路を流れる空気との間で熱交換を行う蒸発器（７）とを備え、超臨界サイクルを利用した車両用空調装置の制御方法であって、
前記放熱器（６）の出口における冷媒の温度（Ｔ２）を検出する検出ステップと、
冷媒の温度上昇に応じて膨張弁の開度が大きくなる一本の制御線を記憶し、当該一本の制御線に従って膨張弁の開度を制御する制御ステップを有し、
前記制御ステップは、暖房運転時、検出された冷媒の温度低下に応じて前記膨張弁（９）の開度を小さくするステップを含むこと
を特徴とする車両用空調装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界サイクルを利用した車両用空調装置及びその制御方法に関し、より詳しくは、外気温度が低い際の暖房性能を向上させるための技術に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いる超臨界サイクルが知られているが、この超臨界サイクルを車両用空調装置に適用した場合には、放熱器の出口冷媒圧力を高くする必要があるために、エンジン負荷が大きくなる。このような背景から、超臨界サイクルを利用した車両用空調装置では、放熱器の出口冷媒圧力が出口冷媒温度に対して所定の関係になるように膨張弁の開度を調整することにより、最大効率が得られるような制御を行っている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特許２９３１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来までの車両用空調装置は、例えば図７に示すような、出口冷媒温度（Ｔ１，Ｔ２）の低下に応じて出口冷媒圧力（Ｐｄ）が減少する制御線に従って膨張弁の開度を制御する構成となっているために、低外気温度・暖房運転の際には、検出温度が低いことから、制御線に基づいて暖房性能が得られていると判断し、出口冷媒圧力（Ｐｄ）を小さくしてしまう（＝膨張弁の開度を大きくしてしまう）ことによって、低効率運転に陥り、本来の暖房性能が発揮できないことがあった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外気温度が低い際の暖房性能を向上させることが可能な車両用空調装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮器（２）と、圧縮器（２）から吐出された冷媒と車室内空気流路を流れる空気との間で熱交換を行う放熱器（６）と、放熱器（６）から流出した冷媒を膨張させる膨張弁（９）と、膨張弁（９）によって膨張された冷媒と車室内空気流路を流れる空気との間で熱交換を行う蒸発器（７）とを備え、超臨界サイクルを利用した車両用空調装置であって、放熱器（６）の出口における冷媒の温度（Ｔ２）を検出する温度センサ（１１）と、冷媒の温度上昇に応じて膨張弁の開度が大きくなる一本の制御線を記憶し、一本の制御線に従って膨張弁の開度を制御する制御部（２０）を備え、制御部（２０）は、暖房運転時、温度センサ（１１）により検出された冷媒の温度低下に応じて膨張弁（９）の開度を小さくする。
【０００６】
また、請求項２に記載の本発明に係る車両用空調装置は、請求項１に記載の車両用空調装置において、制御部（２０）は、暖房運転時、温度センサ（１１）により検出された温度（Ｔ２）を下記数式に代入して温度値（Ｔ２）を補正した後、一本の制御線を参照して補正された温度値（Ｔ２）に対応する膨張弁の開度を読み出し、読み出した開度に膨張弁（９）を制御する。
【数２】
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【０００７】
また、請求項３に記載の本発明に係る車両用空調装置は、請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置において、圧縮器（２）に流入する冷媒を加熱するための内部熱交換器（３）を備える。
【０００８】
さらに、請求項４に記載の本発明に係る車両用空調装置の制御方法は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮器（２）と、圧縮器（２）から吐出された冷媒と車室内空気流路を流れる空気との間で熱交換を行う放熱器（６）と、放熱器（６）から流出した冷媒を膨張させる膨張弁（９）と、膨張弁（９）によって膨張された冷媒と車室内空気流路を流れる空気との間で熱交換を行う蒸発器（７）とを備え、超臨界サイクルを利用した車両用空調装置の制御方法であって、放熱器（６）の出口における冷媒の温度（Ｔ２）を検出する検出ステップと、冷媒の温度上昇に応じて膨張弁の開度が大きくなる一本の制御線を記憶し、一本の制御線に従って膨張弁の開度を制御する制御ステップを有し、制御ステップは、暖房運転時、検出された冷媒の温度低下に応じて膨張弁（９）の開度を小さくするステップを含む。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の本発明に係る車両用空調装置によれば、制御部（２０）が、暖房運転時、冷媒の温度低下に応じて膨張弁（９）の開度を小さくするので、放熱器（６）の冷媒出口側における圧力が高くなり、外気温度が低い際の暖房性能を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の本発明に係る車両用空調装置によれば、制御部（２０）が、冷媒の温度低下に応じて膨張弁（９）の開度を小さくように、温度センサ（１１）により検出された冷媒の温度に補正を加えるので、放熱器（６）の冷媒出口側における圧力が高くなり、外気温度が低い際の暖房性能を向上させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の本発明に係る車両用空調装置によれば、圧縮器（２）に流入する冷媒を加熱するための内部熱交換器（３）を備えるので、超臨界サイクルの能力増大要件に対する応答速度を改善することができる。
【００１２】
請求項４に記載の本発明に係る車両用空調装置の制御方法によれば、暖房運転時、冷媒の温度低下に応じて膨張弁（９）の開度を小さくするので、放熱器（６）の冷媒出口側における圧力が高くなり、外気温度が低い際の暖房性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態となる車両用空調装置の構成及び動作について詳しく説明する。
【００１４】
〔車両用空調装置の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態となる車両用空調装置の構成について説明する。
【００１５】
本発明の一実施形態となる車両用空調装置１は、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いる超臨界サイクルを利用した車両用空調装置であり、図１に示すように、ＣＯ２冷媒を圧縮するためのコンプレッサ２と、コンプレッサ２に流入するＣＯ２冷媒を加熱するための室内熱交換器３と、ＣＯ２冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒のみをコンプレッサ２に流入させるためのアキュームレーター４と、室内空気流路Ｐ１を流れる空気を冷房時に冷却・除湿するためのエバポレータ５と、室内空気流路Ｐ１を流れる空気を加熱するためのサブガスクーラー６と、ＣＯ２冷媒と外気との間で熱交換するための室外熱交換器７と、エバポレータ５に流入するＣＯ２冷媒を膨張させるための膨張弁８と、後述するヒートポンプ暖房運転時に室外熱交換器７に流入するＣＯ２冷媒を膨張させるための膨張弁９とを備える。なお、上記コンプレッサ２，室内熱交換器３，エバポレータ５，サブガスクーラー６，及び膨張弁８は、本発明に係る圧縮器，内部熱交換器，蒸発器，放熱器，及び膨張弁として機能する。また、上記室内熱交換器３は、超臨界サイクルの能力増大要件に対する応答速度を改善するためのものであり、必ずしも設ける必要はない。
【００１６】
また、この車両用空調装置１は、冷房運転時に室外熱交換器７の出口冷媒温度（Ｔ１）を検出するための温度センサ１０と、暖房運転時にサブガスクーラー６の出口冷媒温度（Ｔ２）を検出するための温度センサ１１と、室内空気流路Ｐ１を流れる空気の流路を制御するためのエアミックスドア１２と、後述する除湿暖房運転時にＣＯ２冷媒が室外熱交換器７を通過しないように迂回させるためのバイパス管１３と、室外熱交換器７又はバイパス管１３のいずれかにＣＯ２冷媒が流れるようにＣＯ２冷媒の流路を切り替えるための三方弁１４及び電磁弁１５とを備える。
【００１７】
さらに、この車両用空調装置１は、ヒートポンプ運転時に冷媒がアキュームレーター４から室外熱交換器７方向に逆流することを防止するための逆止弁１６と、バイパス管１３を流れるＣＯ２冷媒の逆流を防止るための逆止弁１７と、冷房運転時にＣＯ２冷媒が室内熱交換器３から室外熱交換器７方向に逆流することを防止するための逆止弁１８と、ヒートポンプ運転時に冷媒が室外熱交換器７から室内熱交換器３方向に逆流することを防止するための逆止弁１９とを備える。
【００１８】
また、この車両用空調装置１では、ＡＣアンプ２０が、出口冷媒温度（Ｔ１，Ｔ２）の低下に応じて出口冷媒圧力（Ｐｄ）が減少する一本の制御線（図７参照）を記憶し、この制御線に従って、車両用空調装置１の動作を制御するように構成されている。なお、このＡＣアンプ２０は、本発明に係る制御部として機能する。
【００１９】
このような構成を有する車両用空調装置１では、ＡＣアンプ２０が、温度センサ１１，１２の検出値に従って膨張弁８，９の開度を制御することにより、以下に示すヒートポンプ暖房運転、除湿暖房運転、及び冷房運転を実行する。以下、図２〜図４を参照して、冷房運転、ヒートポンプ暖房運転、及び除湿暖房運転を実行する際の車両空調装置１の動作について説明する。
【００２０】
〔冷房運転〕
始めに、図２を参照して、冷房運転時の車両用空調装置１の動作について説明する。
【００２１】
冷房運転時においては、始めに、室内空気流路Ｐ１を流れる空気がサブガスクーラー６に接触しないようにエアミックスドア１２を切り換えた後、コンプレッサ２が、ＣＯ２冷媒を高温高圧に圧縮し、サブガスクーラー６及び三方弁１４を介してＣＯ２冷媒を室外熱交換器７に流入させる。室外熱交換器７は、外気とＣＯ２冷媒との間で熱交換を行うことによりＣＯ２冷媒を冷却し、冷却されたＣＯ２冷媒を内部熱交換器３に流入させる。内部熱交換器３は、対向して流れるＣＯ２冷媒に放熱する。
【００２２】
そして、内部熱交換器３内で放熱されたＣＯ２冷媒は、膨張弁８によって低温低圧に膨張された後にエバポレータ５に流入され、室内空気流路Ｐ１を流れる空気を冷却する。なお、膨張弁８の開度は、ＡＣアンプ２０が、温度センサ１０によって室外熱交換器７の出口冷媒温度（Ｔ１）を検出し、検出された出口冷媒温度（Ｔ１）に対応する制御線の出口冷媒圧力（Ｐｄ）を算出することにより、決定される。その後、エバポレータ５から流出したＣＯ２冷媒は、アキュームレーター４を介して内部熱交換器３に送られ、内部熱交換器３内において対向して流れるＣＯ２冷媒によって加熱された後にコンプレッサ２に戻る。
【００２３】
〔ヒートポンプ暖房運転〕
次に、図３を参照して、ヒートポンプ暖房運転時の車両用空調装置１の動作について説明する。
【００２４】
ヒートポンプ暖房運転時においては、始めに、室内空気流路Ｐ１を流れる空気がサブガスクーラー６に接触するようにエアミックスドア１２を切り換えた後、コンプレッサ２が、ＣＯ２冷媒を高温高圧に圧縮し、ＣＯ２冷媒をサブガスクーラー６に流入させる。サブガスクーラー６は、室内空気流路Ｐ１を流れる空気とＣＯ２冷媒との間で熱交換を行うことにより、室内空気流路Ｐ１を流れる空気を加熱する。サブガスクーラー６において冷却されたＣＯ２冷媒は、バイパス管１３を介して内部熱交換器３に送られ、内部熱交換器３内において対向して流れるＣＯ２冷媒に放熱する。
【００２５】
そして、内部熱交換器３内で放熱されたＣＯ２冷媒は、膨張弁９によって膨張された後に室外熱交換器７に流入され、室外熱交換器７において外気と熱交換することにより加熱（吸熱）される。なお、膨張弁９の開度は、ＡＣアンプ２０が、温度センサ１１によってサブガスクーラー６の出口冷媒温度（Ｔ２）を検出し、検出された出口冷媒温度（Ｔ２）に対応する制御線の出口冷媒圧力（Ｐｄ）を算出することにより、決定される。その後、室外熱交換器７から流出したＣＯ２冷媒は、三方弁１４，逆止弁１６，及びアキュームレーター４を介して内部熱交換器３に送られ、内部熱交換器３内において対向して流れるＣＯ２冷媒によって加熱された後にコンプレッサ２に戻る。
【００２６】
〔除湿暖房運転〕
次に、図４を参照して、除湿暖房運転時の車両用空調装置１の動作について説明する。
【００２７】
除湿暖房運転時においては、始めに、室内空気流路Ｐ１を流れる空気がサブガスクーラー６に接触するようにエアミックスドア１２を切り換えた後、コンプレッサ２が、ＣＯ２冷媒を高温高圧に圧縮し、ＣＯ２冷媒をサブガスクーラー６に流入させる。サブガスクーラー６は、室内空気流路Ｐ１を流れる空気とＣＯ２冷媒との間で熱交換を行うことにより、室内空気流路Ｐ１を流れる空気を加熱する。サブガスクーラー６において冷却されたＣＯ２冷媒は、バイパス管１３を介して内部熱交換器３に送られ、内部熱交換器３内において対向して流れるＣＯ２冷媒に放熱する。
【００２８】
そして、内部熱交換器３内で放熱されたＣＯ２冷媒は、膨張弁８によって膨張された後にエバポレータ５に流入され、エバポレータ５内において気化することにより室内空気流路Ｐ１を流れる空気を除湿する。なお、上記膨張弁制御処理の詳細については、図５に示すフローチャートを参照して後述する。その後、エバポレータ５から流出したＣＯ２冷媒は、アキュームレーター４を介して内部熱交換器３に送られ、内部熱交換器３内において対向して流れるＣＯ２冷媒によって加熱された後にコンプレッサ２に戻る。
【００２９】
〔除湿暖房運転時の膨張弁制御〕
上記車両用空調装置１では、低温・除湿暖房運転時における暖房性能を向上させるために、ＡＣアンプ２０が、以下に示す膨張弁制御処理を実行することにより、サブガスクーラー６の出口冷媒温度Ｔ２の低下に応じて膨張弁８の開度を小さくする。
【００３０】
以下、図５に示すフローチャートを参照して、除湿暖房運転時における膨張弁制御処理について説明する。
【００３１】
図５に示すフローチャートは、除湿暖房運転が指示されるのに応じて開始となり、この膨張弁制御処理はステップＳ１の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ１の処理では、ＡＣアンプ２０が、温度センサ１１の検出値を参照して、サブガスクーラー６の出口冷媒温度Ｔ２を検出する。これにより、このステップＳ１の処理は完了し、この膨張弁制御処理はステップＳ１の処理からステップＳ２の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ２の処理では、ＡＣアンプ２０が、以下に示す数式に検出した出口冷媒温度Ｔ２を代入することにより、出口冷媒温度Ｔ２の補正値を算出する。これにより、このステップＳ２の処理は完了し、この膨張弁制御処理はステップＳ２の処理からステップＳ３の処理に進む。
【数３】
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【００３４】
ステップＳ３の処理では、ＡＣアンプ２０が、制御線を参照して出口冷媒温度Ｔ２の補正値に対応する膨張弁圧力を抽出する。すなわち、上記ステップＳ２及びステップＳ３の処理において、ＡＣアンプ２０は、記憶している一本の制御線を図６（ａ）に示す状態から図６（ｂ）に示す状態に変換し、この変換された制御線を参照して膨張弁圧力を抽出する。これにより、このステップＳ３の処理は完了し、この膨張弁制御処理はステップＳ３の処理からステップＳ４の処理に進む。
【００３５】
ステップＳ４の処理では、ＡＣアンプ２０が、ステップＳ３の処理により抽出された膨張弁圧力になるように膨張弁の開度を制御する。これにより、このステップＳ４の処理は完了し、一連の膨張弁制御処理は終了する。
【００３６】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる車両用空調装置１によれば、ＡＣアンプ２０が、暖房運転時、サブガスクーラー６の出口冷媒温度Ｔ２の低下に応じて膨張弁９の開度を小さくするので、サブガスクーラー６の冷媒出口側における圧力が高くなり、外気温度が低い際の暖房性能を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明の実施形態となる車両用空調装置１によれば、ＡＣアンプ２０が、温度センサ（１１）により検出された冷媒の温度に補正を加え、サブガスクーラー６の出口冷媒温度Ｔ２の低下に応じて膨張弁９の開度を小さくするので、図７に示すように、従来までの車両用空調装置と比較して、外気温度が低い際の暖房性能を向上させることができる。
【００３８】
また、本発明の実施形態となる車両用空調装置１は、コンプレッサ２に流入する冷媒を加熱する内部熱交換器３を備えるので、超臨界サイクルの能力増大要件に対する応答速度を改善することができる。
【００３９】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面によって本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを最後に付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態となる車両用空調装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す車両用空調装置が冷房運転を行う際の冷媒サイクル図である。
【図３】図１に示す車両用空調装置がヒートポンプ暖房運転を行う際の冷媒サイクル図である。
【図４】図１に示す車両用空調装置が除湿暖房運転を行う際の冷媒サイクル図である。
【図５】除湿暖房運転を行う際の膨張弁制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図６】図５に示す膨張弁制御処理を説明するための図である。
【図７】本発明に係る車両用空調装置と従来までの車両用空調装置の暖房性能を示す図である。
【図８】従来までの車両用空調装置において用いられている制御線を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
２：コンプレッサ
３：内部熱交換器
４：アキュームレーター
５：エバポレータ
６：サブガスクーラー
７：ガスクーラー（室外熱交換器）
８：膨張弁（冷房・除湿暖房用）
９：膨張弁（ヒートポンプ暖房用）
１０，１１：温度センサ
２０：ＡＣアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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