(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調ダクト内に設けられ、車室内に吐出する空気と作動流体との間で熱交換する室内熱交換器と、空調ダクト外に設けられ、車両駆動力をエネルギー源とする能力調整可能なヒータ及び該ヒータの能力調整手段を備えたヒータシステムと、該ヒータシステムと前記室内熱交換器との間に設けられ、前記室内熱交換器と中間熱交換器との間にチラーを循環させ、中間熱交換器内で循環されるチラーと前記ヒータとの間で熱交換を行うようにしたチラー回路とを有する車両用空調装置において、前記チラー回路は、中間熱交換器、蓄熱槽、室内熱交換器、中間熱交換器の順にチラーが循環する回路と、蓄熱槽をバイパスする回路を有するとともに、蓄熱槽を流れるチラーと蓄熱槽をバイパスするチラーの流量比率を調節可能な流量調整弁を有し、かつ、車室内を目標温度に制御するために必要な室内熱交換器温度としての室内熱交換器入口チラー温度目標値を算出する手段と、前記流量調整弁の調節量を算出する手段を備えた制御手段を有し、さらに、前記制御手段は、車両のアクセルが作動オンのとき、前記ヒータの能力を低減し、前記流量調整弁を調節することにより室内熱交換器入口チラー温度をその目標値になるように制御し、アクセルが作動オフのとき、前記ヒータの能力調節により、中間熱交換器出口チラー温度Ｔ１が室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔよりも高い設定値Ｔｍａｘとなるように制御することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
アクセルが作動オンのとき、室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔが蓄熱槽出口チラー温度Ｔ２と同等かそれよりも高い場合には、前記ヒータの能力調節により、中間熱交換器出口チラー温度Ｔ１が室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔとなるように制御する、請求項１の車両用空調装置。
【請求項３】
アクセルが作動オフのとき、中間熱交換器出口チラー温度の設定値Ｔｍａｘが蓄熱槽出口チラー温度Ｔ２と同等かそれよりも高い場合には、前記ヒータの能力調節により、中間熱交換器出口チラー温度Ｔ１が室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔとなるように制御する、請求項１の車両用空調装置。
【請求項４】
ヒータが空調要求とは別に停止または容量を低減される場合、前記流量調整弁を調節することにより、室内熱交換器入口チラー温度をその目標値になるように制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記流量調整弁の調節によりチラーが前記蓄熱槽へ流入または蓄熱槽から流出する場合、流入または流出しない場合に比べて、室内熱交換器または中間熱交換器を通過する循環チラー流量を低減させる、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記ヒータが電気ヒータまたは摩擦ヒータからなる、請求項１〜５のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記チラー回路が車両駆動装置の冷却回路に接続されている、請求項１〜６のいずれかに記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関し、詳しくは、車両の制動エネルギーを熱エネルギーとして備蓄、回生し省動力化を達成できるようにした、とくに空調制御に空調ダクト外のヒータを使用するようにした車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オットー機関、ディーゼル機関等の内燃機関を有する車両、電動車両、および両者のハイブリッド車両における車両用空調装置の省動力化が検討され始めている。すなわち、自動車は、エンジンのアクセルオン、オフにより頻繁に加減速を繰り返しているが、制動エネルギーは、ブレーキディスクやドラムからの放熱、エンジンブレーキによる回転数上昇（燃料消費）等により、略１００％損失エネルギーとして廃棄されている。自動車の低燃費化は進んできているものの、車両用空調装置、とくに車両用冷房装置との関連において、さらに低燃費化すること、つまり、車両用冷房装置や車両用暖房装置の省エネルギー化の検討が今後要求される可能性が高い。このような観点から、先に本出願人により、制動力を熱エネルギーとして備蓄、回生し、それを暖房用エネルギーとして有効利用することにより、車両用空調装置の省動力化を進めるようにした提案がなされている（特開平１１−１１５４７４号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、先に提案した特開平１１−１１５４７４号公報においては、室内熱交換器としての凝縮器に溜まる冷媒や、該凝縮器自体の熱容量を利用して制動エネルギーの備蓄、回生を行うようにしていたので、備蓄、回生される冷媒の熱容量に限界があり、この冷媒の熱容量だけでは省動力効果に限界が生じるという問題が残されている。
【０００４】
また、制動エネルギーの備蓄、回生の繰り返しに伴う凝縮器の出口空気温度の変動を抑えるために、室内熱交換器の下流側に設けたエアミックスダンパをコントロールするようにしているが、凝縮器の出口空気温度の検知精度の向上が難しいため、つまり、その平均温度を捉えにくいため、エアミックス後の空気温度変動を抑えることが難しいという問題も残されている。
【０００５】
そこで本発明の課題は、車両の制動エネルギーの備蓄、回生により空調装置に消費される動力の低減を目指す車両用空調装置において、制動エネルギーを備蓄、回生できるエネルギー容量を大きくすることができ、それによって省動力効果を高めることにある。
【０００６】
また、本発明の課題は、制動エネルギーの備蓄、回生に用いる熱媒体を熱量制御の容易な流体とするとともに、その循環回路を備蓄、回生が容易な回路構成とし、とくに備蓄、回生の繰り返しに伴う車両用空調装置からの吹き出し空気温度の変動を抑制することにある。
【０００７】
さらに、本発明の課題は、ヒータを用いる本発明に係る車両用空調装置において、ヒータの稼働が制限を受けたり停止され、必要な暖房能力が得られにくくなる場合にも、十分に大きな備蓄、回生エネルギー量を確保することにより、適切に備蓄したエネルギーを放出でき、それによって必要な空調能力を確保できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、空調ダクト内に設けられ、車室内に吐出する空気と作動流体との間で熱交換する室内熱交換器と、空調ダクト外に設けられ、車両駆動力をエネルギー源とする能力調整可能なヒータ及び該ヒータの能力調整手段を備えたヒータシステムと、該ヒータシステムと前記室内熱交換器との間に設けられ、前記室内熱交換器と中間熱交換器との間にチラーを循環させ、中間熱交換器内で循環されるチラーと前記ヒータとの間で熱交換を行うようにしたチラー回路とを有する車両用空調装置において、前記チラー回路は、中間熱交換器、蓄熱槽、室内熱交換器、中間熱交換器の順にチラーが循環する回路と、蓄熱槽をバイパスする回路を有するとともに、蓄熱槽を流れるチラーと蓄熱槽をバイパスするチラーの流量比率を調節可能な流量調整弁を有し、かつ、車室内を目標温度に制御するために必要な室内熱交換器温度としての室内熱交換器入口チラー温度目標値を算出する手段と、前記流量調整弁の調節量を算出する手段を備えた制御手段を有し、さらに、前記制御手段は、車両のアクセルが作動オンのとき、前記ヒータの能力を低減し、前記流量調整弁を調節することにより室内熱交換器入口チラー温度をその目標値になるように制御し、アクセルが作動オフのとき、前記ヒータの能力調節により、中間熱交換器出口チラー温度Ｔ１が室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔよりも高い設定値Ｔｍａｘとなるように制御することを特徴とするものからなる。すなわち、蓄熱槽を備えたチラー回路を介して、流量調整弁の調節により、蓄熱槽への制動エネルギーとしてのヒータエネルギーの備蓄、蓄熱槽からの備蓄エネルギーの回生をコントロールし、省動力効果が得られるようにする。蓄熱槽を利用するので、備蓄、回生できるエネルギー容量を大きくすることができ、大きな省動力効果が得られる。
【０００９】
そしてこの車両用空調装置においては、熱エネルギーの備蓄、回生を効率よく行うとともに、チラー回路を介して変動を抑制した状態で精度良く室内熱交換器入口チラー温度を目標値に制御し、それによって、空調装置からの吹き出し温度、ひいては車室内を目標温度に精度良く維持するために、上記の如く、上記制御手段は、車両のアクセルが作動オンのとき、前記ヒータの能力を低減し、前記流量調整弁を調節することにより室内熱交換器入口チラー温度をその目標値になるように制御し、アクセルが作動オフのとき、前記ヒータの能力調節により、中間熱交換器出口チラー温度Ｔ１が室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔよりも高い設定値Ｔｍａｘとなるように制御する。
【００１１】
この制御においては、アクセルが作動オンのとき、室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔが蓄熱槽出口チラー温度Ｔ２と同等かそれよりも高い場合には、前記ヒータの能力調節により、中間熱交換器出口チラー温度Ｔ１が室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔとなるように制御することが好ましい。また、アクセルが作動オフのとき、中間熱交換器出口チラー温度の設定値Ｔｍａｘが蓄熱槽出口チラー温度Ｔ２と同等かそれよりも高い場合には、前記ヒータの能力調節により、中間熱交換器出口チラー温度Ｔ１が室内熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔとなるように制御することが好ましい。
【００１２】
このような構成の車両用空調装置においては、ヒータが空調要求とは別に停止または容量を低減される場合、前記流量調整弁を調節することにより、室内熱交換器入口チラー温度をその目標値になるように制御することが好ましい。
【００１３】
また、前記流量調整弁の調節によりチラーが前記蓄熱槽へ流入または蓄熱槽から流出する場合、流入または流出しない場合に比べて、室内熱交換器または中間熱交換器を通過する循環チラー流量を低減させることが好ましい。
【００１４】
前記ヒータとしては、電気ヒータを使用できるが、電気ヒータの他、摩擦ヒータを使用することも可能である。
【００１５】
前記チラー回路は、車両駆動装置の冷却回路、たとえば、エンジンの冷却水回路に接続することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の回路構成を示しており、図２はその制御ブロック図を示している。
【００１７】
図１において、１は車両用空調装置全体を示しており、空調ダクト２内に、エンジン冷却水３を使用する室内熱交換器４が設けられている。外気導入口５と内気導入口６との吸気割合が切替ダンパ７によってコントロールされ、送風機用モータ８によって回転駆動される送風機９によって吸入、圧送される。室内熱交換器４は、暖房用放熱器として機能する。
【００１８】
室内熱交換器４の直下流には、室内熱交換器出口空気温度センサ１０が設けられている。また、室内熱交換器４の直下流には、室内熱交換器４を通過する空気とバイパスする空気との混合割合をコントロールするエアミックスダンパ１１が設けられており、エアミックスダンパ１１はエアミックスダンパコントローラ１２によって開度制御される。
【００１９】
空調ダクト２の下流側には、車室内へと連通可能な吹出口１３、１４、１５が開口されており、各吹出口１３、１４、１５は、ダンパ１６、１７、１８により開度調節されるようになっている。
【００２０】
室内熱交換器４には、空調ダクト２外に設けられたヒータシステム１９に設けられた電気ヒータ２０からの熱エネルギーを蓄える蓄熱槽２１を備えたチラー回路２２が接続されている。チラーは熱エネルギー移動媒体を構成し、チラー回路２２は、ヒータ２０と室内熱交換器４との間の熱エネルギー移動媒体循環回路を構成している。チラーとしては、本実施態様では、室内熱交換器４に使用される温水と同種の温水が用いられる。
【００２１】
チラー回路２２は、循環されるチラーと、ヒータシステム１９のヒータ２０との間で、中間熱交換器２３を介して熱交換し、熱交換されたチラーを流体ポンプ２４により室内熱交換器４に循環させる。チラー回路２２の室内熱交換器４の入口側には、チラーの入口温度Ｔ3 を検知する温度センサ２５が設けられており、中間熱交換器２３の出口側には出口チラー温度Ｔ1 を検知する温度センサ２６が設けられている。チラー回路２２は、中間熱交換器２３の出口側と室内熱交換器４の入口側との間で流量調整弁ＳＶ１、ＳＶ２を介して分岐されており、分岐部に十分な容量を有する蓄熱槽２１が設けられている。この蓄熱槽２１の出口側にも、出口チラー温度Ｔ2 を検知する温度センサ２７が設けられている。
【００２２】
ヒータシステム１９には、上記中間熱交換器２３中に設けられたヒータ２０とともに、それをコントロールする電気ヒータコントローラ２８が設けられており、車両のバッテリ２９により、電気ヒータコントローラ２８で制御されて、ヒータ２０が加熱される。
【００２３】
このような空調装置１を制御するメインコントローラ３０からは、送風機電圧コントローラ（ブロワコントローラ）３１を介して送風機モータ８に電圧制御信号ＢＬＶが送られ、エアミックスダンパコントローラ１２にエアミックスダンパ１１の開度制御信号ＡＭＤが、流体ポンプ２４用の流体ポンプコントローラ３２に流体ポンプ駆動制御信号ＰＯＶが、流量調整弁ＳＶ１、ＳＶ２用の流量調整弁コントローラ３３に該弁ＳＶ１、ＳＶ２の開度制御信号ＳＶ０が、電気ヒータコントローラ２８にヒータ容量制御信号Ｃｈが、それぞれ送られる。
【００２４】
メインコントローラ３０には、室内熱交換器出口空気温度信号Ｔｅ、中間熱交換器出口チラー温度信号Ｔ1 、蓄熱槽出口チラー温度信号Ｔ2 、室内熱交換器入口チラー温度信号Ｔ3 、室内温度設定器３４で設定された目標室内温度Ｔｓｅｔ、アクセル開度信号ＡＣＣ、室内温度信号Ｔｒ、外気温度信号Ｔａｍ、日射量信号Ｒｓｕｎがそれぞれ入力される。
【００２５】
上記のように構成された車両用空調装置１においては、図２のブロック図に示すように制御される。メインコントローラ３０において、目標吹出し温度の演算が次式に基づいて行われる。
Ｔｏｃ＝ｋ（Ｔｒ−Ｔｓｅｔ）＋ｆ（Ｔａｍ，Ｒｓｕｎ，Ｔｓｅｔ）
【００２６】
また、送風機電圧出力演算が、
ＢＬＶ＝ｆ（Ｔｏｃ）
で行われ、エアミックスダンパ開度演算が
ＡＭＤ＝ｆ（Ｔｏｃ，Ｔｅ，ＴＷ）
で行われる。ＴＷはエンジン冷却水の室内熱交換器入口水温で固定値とする。
【００２７】
また、中間熱交換器入口チラー温度目標値Ｔｔが、
Ｔｔ＝ｆ（Ｔｏｃ，ＰＯＶ，ＢＬＶ）
によって演算される。
【００２８】
そして、ヒータ容量制御信号Ｃｈ、流量制御弁開度信号ＳＶ０、流体ポンプ入力電圧ＰＯＶが、通常の場合、制動エネルギー回生の場合、蓄熱の場合、電気ヒータオフ回生の場合に応じて、それぞれ図２に示すように、演算、制御される。
【００２９】
すなわち、アクセルのオン、オフ、電気ヒータオフの場合に応じて制御形態をまとめると、表１のようになる。
【００３０】
【表１】
0004468562.tif 000002
【００３１】
すなわち、
ａ．駆動動力を必要とする時、すなわちアクセルオンの場合：
＜回生＞
蓄熱槽に貯められた熱エネルギーを暖房能力として取り出す代わりに、電気ヒータ容量を強制的に最小とし省動力化を図る。この際、流量制御弁の制御により、室内熱交換器入口チラー温度が目標温度Ｔｔになるように制御する。また、蓄熱槽の熱エネルギーを最大限室内熱交換器にて熱交換させる為に、流体ポンプ入力電圧をＬｏとして、チラーの循環流量を低下させる。
【００３２】
＜通常＞
蓄熱槽の温度が前記チラー目標温度よりも低くなった場合は、流量調整弁をＳＶ１側全開とし、電気ヒータ容量制御により、チラー目標温度Ｔｔを達成する。
なお、チラー目標温度は、乗員が希望する室内温度となる為のチラー温度であり、目標室内温度、日射量、外気温度、車内温度から求められる目標吹出し温度と、ポンプ電圧、ブロワ電圧を参考に求められる。
【００３３】
ｂ．駆動力を必要としない時、即ちアクセルオフの場合：
＜蓄熱＞
制動力（＝車両の慣性エネルギー）を利用し蓄熱槽に熱エネルギーを蓄える。この際、電気ヒータは、中間熱交換器出口チラー温度が上限値Ｔｍａｘとなるように容量調節にて制御し、得られる最高温度の（熱エネルギーポテンシャル）チラーを蓄熱槽に供給する。また、流量制御弁により、室内熱交換器入口チラー温度が目標温度になるように制御する。なお、電気ヒータの熱エネルギーを最大限室内熱交換器にて取り出す為に、流体ポンプ入力電圧を低い設定値＝Ｌｏとして、チラーの循環流量を低下させる。
【００３４】
＜通常＞
蓄熱槽の温度が上限値Ｔｍａｘより高くなった場合は、蓄熱完了と判断し、流量調整弁をＳＶ１側全開とし、電気ヒータ容量制御により、チラー目標温度を達成する。
【００３５】
ｃ．電気ヒータの停止、または、車両駆動側要請により電気ヒータが停止または制限を受けている場合：
＜ヒータ回生＞
ヒータの暖房能力を期待できないので、蓄熱槽に蓄えられている熱エネルギーを回生する。この際、流量制御弁の制御により、室内熱交換器入口チラー温度が目標温度になるように制御する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用空調装置によれば、
（１）制動力を備蓄、回生できるエネルギー容量を大きくし、省動力効果を高めることができる。
（２）制動力を備蓄する熱媒体を、流量制御容易な流体とし、備蓄と回生の繰り返しに伴う、空調装置から車室内への吹出空気温度の変動を緩和できる。
（３）ヒータの稼働が停止または制限がかかり、必要な暖房能力が得られないおそれが生じた場合に、備蓄したエネルギーを放出して必要な空調能力を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】図１の車両用空調装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１  車両用空調装置
２  空調ダクト
３  エンジン冷却水
４  室内熱交換器
５  外気導入口
６  内気導入口
７  切替ダンパ
８  送風機用モータ
９  送風機
１０  室内熱交換器出口空気温度センサ
１１  エアミックスダンパ
１２  エアミックスダンパコントローラ
１３、１４、１５  吹出口
１６、１７、１８  ダンパ
１９  ヒータシステム
２０  電気ヒータ
２１  蓄熱槽
２２  チラー回路
２３  中間熱交換器
２４  流体ポンプ
２５  室内熱交換器入口チラー温度センサ
２６  中間熱交換器出口チラー温度センサ
２７  蓄熱槽出口チラー温度センサ
２８  電気ヒータコントローラ
２９  バッテリ
３０  メインコントローラ
３１  送風機電圧コントローラ
３２  流体ポンプコントローラ
３３  流量調整弁コントローラ
３４  室内温度設定器
ＳＶ１、ＳＶ２  流量調整弁
【図１】
0004468562.tif 000003
【図２】
0004468562.tif 000004