(57)【要約】【課題】低外気温時に圧縮機の回転速度のハンチングを防止することが可能なヒートポンプサイクル装置を提供すること。【解決手段】ステップ１１５で吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上であると判断した場合には、ステップ１４５及びステップ１５０の判断により、通常運転もしくは速度制限運転を行なう。減速運転を行なう吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃未満である状態から、吸入冷媒温度Ｔｓが−２０℃以上となる状態を経由することなく、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上となった場合には、ステップ１５５で速度減速運転を行なう。速度制限運転では圧縮機の許容最大回転速度を通常運転を行なうときよりも低い所定速度とする。それ以外の経緯で、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上である場合には、ステップ１６０で通常運転を行なう。【選択図】図４
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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機（１１）と、
前記圧縮機から吐出された冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて前記加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（１２、３７）と、
前記加熱用熱交換器から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（１３）と、
前記減圧装置で減圧された冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる室外熱交換器（１６）と、
前記圧縮機の回転速度を制御する制御装置（４０）と、を備え、
前記制御装置は、
前記室外熱交換器から流出し前記圧縮機に吸入される冷媒の温度である吸入冷媒温度（Ｔｓ）が第１所定温度以上である場合には、前記加熱対象流体の目標加熱温度（ＴＡＯ）に基づいて決定した目標回転速度（ＩＶＯ）で前記圧縮機を運転する通常運転を行なう通常運転部（１６０）と、
前記第１所定温度未満の温度域の一部または全部において前記目標加熱温度に基づいて決定される前記目標回転速度に係わらず、前記吸入冷媒温度が前記第１所定温度に低下したときの前記目標回転速度よりも前記圧縮機の回転速度を減速する減速運転を行う減速運転部（１３５）と、
前記減速運転を経由した後に、前記吸入冷媒温度が前記第１所定温度以上に上昇した場合には、前記吸入冷媒温度が前記第１所定温度よりも高い第２所定温度となるまでは、前記圧縮機の許容最大回転速度を前記通常運転を行なうときよりも低い所定速度として回転速度を制限する速度制限運転を行ない、前記速度制限運転を行なっているときに前記吸入冷媒温度が前記第２所定温度以上に上昇した場合に、前記通常運転に復帰することを許容する速度制限運転部（１５５）とを備えることを特徴とするヒートポンプサイクル装置。
【請求項２】
前記制御装置は、さらに、
前記第１所定温度未満の温度域のうち、前記減速運転を行なうときよりも前記吸入冷媒温度が高い温度域で、前記圧縮機の回転速度の上昇を禁止する増速禁止運転を行う増速禁止運転部（１２５）を備え、
前記速度制限運転部は、
前記減速運転の後に前記増速禁止運転を行なっているときに、前記吸入冷媒温度が前記第１所定温度以上に上昇した場合には、前記速度制限運転を行ない、
前記減速運転を行うことなく前記増速禁止運転を行なっているときに、前記吸入冷媒温度が前記第１所定温度以上に上昇した場合には、前記速度制限運転を行なわないことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項３】
前記減速運転部は、前記第１所定温度未満の温度域のうち、前記吸入冷媒温度が最も高温の温度域で前記減速運転を行ない、
前記速度制限運転部は、
前記減速運転を行なっているときに、前記吸入冷媒温度が前記第１所定温度以上に上昇した場合には、前記速度制限運転を行なうことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記速度制限運転における前記所定速度を、前記吸入冷媒温度が上昇するにしたがって高くなるように設定していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記速度制限運転における前記所定速度を、前記吸入冷媒温度が上昇するにしたがって漸次高くなるように設定していることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項６】
前記加熱対象流体は、車両の室内に吹き出される空調空気であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル装置。
【請求項７】
前記加熱対象流体は、車両の室内に吹き出される空調空気と熱交換して前記空調空気を加熱する熱媒流体であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外気から吸熱した熱量により加熱対象流体を加熱するヒートポンプサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば、下記特許文献１に開示されたヒートポンプサイクル装置がある。このヒートポンプサイクル装置では、外気温が極低温となった場合には、ヒートポンプサイクルを構成する機器の保護を目的として、圧縮機の目標回転速度を低減補正して回転速度を低く抑える抑制運転が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４０２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のヒートポンプサイクル装置において圧縮機の吸入冷媒温度に応じて圧縮機を運転すると、例えば低外気温時に、圧縮機の回転速度が下降と上昇とを交互に繰り返すハンチング現象を発生するという問題がある。このハンチング現象は、吸入冷媒温度が所定温度未満に下降した場合に圧縮機が通常運転から抑制運転へ移行し、吸入冷媒温度が所定温度以上に上昇した場合に圧縮機が抑制運転から通常運転へ移行することにより発生する。圧縮機が上記ハンチング現象を発生すると、圧縮機から不快な音が発生し易いという不具合を生じる。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、低外気温時に圧縮機の回転速度のハンチングを防止することが可能なヒートポンプサイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機から吐出された冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（１２、３７）と、加熱用熱交換器から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（１３）と、減圧装置で減圧された冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる室外熱交換器（１６）と、圧縮機の回転速度を制御する制御装置（４０）と、を備え、制御装置は、室外熱交換器から流出し圧縮機に吸入される冷媒の温度である吸入冷媒温度（Ｔｓ）が第１所定温度以上である場合には、加熱対象流体の目標加熱温度（ＴＡＯ）に基づいて決定した目標回転速度（ＩＶＯ）で圧縮機を運転する通常運転を行なう通常運転部（１６０）と、第１所定温度未満の温度域の一部または全部において目標加熱温度に基づいて決定される目標回転速度に係らず、吸入冷媒温度が第１所定温度に低下したときの目標回転速度よりも圧縮機の回転速度を減速する減速運転を行う減速運転部（１３５）と、減速運転を経由した後に、吸入冷媒温度が第１所定温度以上に上昇した場合には、吸入冷媒温度が第１所定温度よりも高い第２所定温度となるまでは、圧縮機の許容最大回転速度を通常運転を行なうときよりも低い所定速度として回転速度を制限する速度制限運転を行ない、速度制限運転を行なっているときに吸入冷媒温度が第２所定温度以上に上昇した場合に、通常運転に復帰することを許容する速度制限運転部（１５５）とを備えることを特徴としている。
【０００７】
これによると、圧縮機が減速運転を行った後に、吸入冷媒温度が第１所定温度以上となっても、吸入冷媒温度が第１所定温度よりも高い第２所定温度となるまでは、速度制限運転により許容最大回転速度が所定速度に制限される。この所定速度は、通常運転を行なう際の許容最大回転数よりも低く設定されている。そのため、速度抑制運転が解除され通常運転に復帰する際に、減速運転により低下した圧縮機の回転速度が、速度制限運転によって吸入冷媒温度が第２所定温度となるまで上昇が制限され、速やかに目標回転速度に戻ることが抑止される。したがって、減速運転の後に、吸入冷媒温度が再び第１所定温度以上となっても、急に通常運転に復帰されることがない。このため、回転速度の急激な変動が抑制される。また、減速運転の後の速度制限運転において吸入冷媒温度が第１所定温度未満となっても、回転速度の変動が抑制される。このようにして、低外気温時に圧縮機の回転速度のハンチングを防止することができる。ここで、「減速運転を経由した後」とは、減速運転を行なっている期間中、および、減速運転を行なった後に当該減速運転から継続して減速運転でも通常運転でもない運転を行なっている期間中、を含んでいる。
【０００８】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態におけるヒートポンプサイクル装置を備える車両用空調装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態の車両用空調装置の電気制御部のブロック図である。
【図３】第１の実施形態の空調制御装置が実行する空調制御動作を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の空調制御装置が実行する暖房運転時の圧縮機制御動作を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態の空調制御装置が圧縮機を速度制限運転する際の許容最大回転速度を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の車両用空調装置を示す模式図であり、冷房運転時の状態を示している。
【図７】第１の実施形態の車両用空調装置を示す模式図であり、除湿暖房運転時の状態を示している。
【図８】第１の実施形態の車両用空調装置を示す模式図であり、暖房運転時の状態を示している。
【図９】第１の実施形態の冷媒温度変化と圧縮機の回転速度変化の一例を示すタイムチャートである。
【図１０】比較例の冷媒温度変化と圧縮機の回転速度変化の一例を示すタイムチャートである。
【図１１】第２の実施形態の空調制御装置が実行する暖房運転時の圧縮機制御動作を示すフローチャートである。
【図１２】第３の実施形態のヒートポンプサイクル装置を備える車両用空調装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明を適用した第１の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。本実施形態では、ヒートポンプサイクル装置であるヒートポンプサイクル１０を車両用空調装置１に適用している。ヒートポンプサイクル１０は蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。このヒートポンプサイクル１０は、車両用空調装置１において、空調対象空間である車両の室内へ送風される送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。従って、本実施形態の加熱対象流体は車両室内へ吹き出される空調空気である。
【００１２】
本実施形態の車両用空調装置１は、例えば、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車に適用されている。この電気自動車では、車両停止時に外部電源から供給される電力を蓄電手段であるバッテリに充電し、車両走行時にバッテリに蓄えられた電力を走行用電動モータへ供給して走行する。
【００１３】
図１および図２に示すように、車両用空調装置１は、ヒートポンプサイクル１０、室内空調ユニット３０、および、空調制御装置４０等を備えている。室内空調ユニット３０は、ヒートポンプサイクル１０によって得られる温熱や冷熱を用いて温度調節された送風空気を車室内へ吹き出す。制御装置である空調制御装置４０は、車両用空調装置１の各種電気式の構成機器の作動を制御する。
【００１４】
ヒートポンプサイクル１０は、例えば３つの空調運転モードの冷媒回路に切り替え可能に構成されている。１つは、送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房運転モードの冷媒回路である。他の１つは送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房運転モードの冷媒回路である。他の１つは、送風空気を冷却した後に加熱して車室内を除湿暖房する除湿暖房運転モードの冷媒回路である。また、ヒートポンプサイクル１０は、暖房運転モード時にヒートポンプサイクル１０にて冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器１６に着霜が生じた際に、これを除霜する除霜運転モードの冷媒回路も設定可能となっている。
【００１５】
ヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、室内凝縮器１２、室外熱交換器１６、室内蒸発器２０、暖房用固定絞り１３、冷房用固定絞り１８、開閉弁１５、および、三方弁１７等を備えている。圧縮機１１は、冷媒を圧縮して吐出する。室内凝縮器１２および室内蒸発器２０は、送風空気を加熱あるいは冷却する室内熱交換器である。暖房用固定絞り１３および冷房用固定絞り１８は、冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。開閉弁１５および三方弁１７は、冷媒流路を切り替える冷媒回路切替手段である。
【００１６】
ヒートポンプサイクル１０では、例えば、冷媒としてＨＦＣ系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。冷媒には、例えばＲ１３４ａを用いることができる。また、冷媒として、ＨＦＯ系冷媒等を採用してもよい。冷媒には、例えばＲ１２３４ｙｆを用いることができる。冷媒には圧縮機１１の摺動部を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環する。
【００１７】
圧縮機１１は、例えば、車室外となる車両ボンネット内に配置されている。圧縮機１１は、ヒートポンプサイクル１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。圧縮機１１は、例えば吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構１１ａを電動モータ１１ｂにて駆動する電動圧縮機として構成されている。圧縮機構１１ａとしては、例えば、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。
【００１８】
電動モータ１１ｂは、図示を省略したインバータから出力される交流電圧によって、その作動が制御される交流モータである。電動モータ１１ｂは、交流モータの回転速度、すなわち、単位時間当たりの回転数が制御される。圧縮機１１のインバータは、空調制御装置４０から出力される制御信号に応じた周波数の交流電圧を出力する。そして、この周波数制御によって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。従って、電動モータ１１ｂは、圧縮機１１の吐出能力変更手段を構成している。
【００１９】
圧縮機１１の吐出口側には、室内凝縮器１２の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、室内空調ユニット３０において車室内へ送風される送風空気の空気通路を形成するケーシング３１内に配置されている。室内凝縮器１２は、その内部を流通する冷媒と送風空気とを熱交換させることで送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。
【００２０】
室内凝縮器１２の冷媒出口側には、暖房用固定絞り１３を介して室外熱交換器１６の冷媒入口側が接続されている。この暖房用固定絞り１３は、暖房運転モード時および除湿暖房運転モード時に室内凝縮器１２から流出した冷媒を減圧させる減圧手段であって、オリフィス、キャピラリチューブ等を採用できる。また、本実施形態では、室内凝縮器１２から流出した冷媒を、暖房用固定絞り１３を迂回させて室外熱交換器１６の冷媒入口側へ導くバイパス通路１４が設けられている。このバイパス通路１４には、バイパス通路１４を開閉する電磁弁からなる開閉弁１５が配置されている。減圧手段は、暖房モード時に冷媒を減圧させる機能を発揮できれば、固定絞りに限定されるものではない。暖房用固定絞り１３および開閉弁１５の組み合わせに替えて、全開機能付き電気式膨張弁等の可変絞り機構を採用してもよい。
【００２１】
開閉弁１５は、運転モードに応じて冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段を構成するもので、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される電磁弁である。開閉弁１５は、冷房運転モード時および除霜運転モード時に開き、暖房運転モード時および除湿暖房運転モード時に閉じる。
【００２２】
開閉弁１５が開いた状態で冷媒がバイパス通路１４を通過する際に生じる圧力損失は、開閉弁１５が閉じた状態で冷媒が暖房用固定絞り１３を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。従って、開閉弁１５が開いた状態では、室内凝縮器１２から流出した冷媒のほぼ全流量がバイパス通路１４を介して室外熱交換器１６側へ流れる。
【００２３】
室外熱交換器１６は、例えば、車両ボンネット内に配置されて、内部を流通する室内凝縮器１２下流側の冷媒と送風ファン１６ａにより送風された車室外空気である外気とを熱交換させるものである。送風ファン１６ａは、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数が制御され送風能力が調節される電動式送風機である。
【００２４】
室外熱交換器１６の冷媒出口側には、三方弁１７が接続されている。この三方弁１７は、開閉弁１５とともに上述した各運転モードにおける冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段を構成している。三方弁１７は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される電気式の三方弁である。
【００２５】
三方弁１７は、冷房運転モード時および除湿暖房運転モード時には、室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１８とを接続する冷媒回路に切り替える。一方、三方弁１７は、暖房運転モード時および除霜運転モード時には、室外熱交換器１６の冷媒出口側と圧縮機１１の吸入口側に配置されたアキュムレータ１９の冷媒入口側とを接続する冷媒回路に切り替える。
【００２６】
冷房用固定絞り１８の基本的構成は暖房用固定絞り１３と同様である。冷房用固定絞り１８の冷媒出口側には、室内蒸発器２０の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器２０は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内のうち、室内凝縮器１２の送風空気流れ上流側に配置されている。室内蒸発器２０は、その内部を流通する冷媒と送風空気とを熱交換させて送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。
【００２７】
室内蒸発器２０の冷媒出口側には、アキュムレータ１９の入口側が接続されている。アキュムレータ１９は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。さらに、アキュムレータ１９の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。
【００２８】
次に、室内空調ユニット３０について説明する。室内空調ユニット３０は、例えば、車室内最前部の計器盤の内側に配置されている。室内空調ユニット３０は、その外殻を形成するケーシング３１内に送風機３２、室内蒸発器２０、室内凝縮器１２、エアミックスドア３４等を収容して構成されている。
【００２９】
ケーシング３１は、車室内に吹き出される空調空気の空気通路を形成するものである。ケーシング３１は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた、例えばポリプロピレン樹脂にて成形されている。ケーシング３１内の空気流れ最上流側には、ケーシング３１内へ車室内空気である内気と車室外空気である外気とを切替導入する内外気切替手段としての内外気切替装置３３が配置されている。
【００３０】
内外気切替装置３３は、ケーシング３１内へ内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータ５１によって駆動され、この電動アクチュエータ５１は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００３１】
内外気切替装置３３の空気流れ下流側には、内外気切替装置３３を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風機３２が配置されている。この送風機３２は、遠心多翼ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。送風機３２は、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数が制御され送風能力が調節される。
【００３２】
送風機３２の空気流れ下流側には、室内蒸発器２０および室内凝縮器１２が、送風空気の流れに対して、室内蒸発器２０、室内凝縮器１２の順に配置されている。換言すると、室内蒸発器２０は室内凝縮器１２よりも空気流れ上流側に配置されている。
【００３３】
室内蒸発器２０の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器１２の空気流れ上流側には、エアミックスドア３４が配置されている。エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０を通過した空気のうち、室内凝縮器１２を通過する風量と室内凝縮器１２をバイパスする風量との風量割合を調整する。エアミックスドア３４は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータ５２によって駆動される。この電動アクチュエータ５２は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。室内凝縮器１２の空気流れ下流側には、室内凝縮器１２にて冷媒と熱交換して加熱された温風と室内凝縮器１２をバイパスした冷風とを混合させる混合空間３５が設けられている。
【００３４】
ケーシング３１の空気流れ最下流部には、室内凝縮器１２を通過した送風空気あるいは室内凝縮器１２を迂回した送風空気を、空調対象空間である車室内へ吹き出すための、図示を省略した開口が設けられている。この開口としては、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口部、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口部、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口部が設けられている。これらの開口部の空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたセンターフェイス吹出口、サイドフェイス吹出口等からなるフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口に接続されている。
【００３５】
従って、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間３５にて混合される空調風の温度が調整されて、各吹出口から車室内へ吹き出される空調風の温度が調整される。エアミックスドア３４は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。
【００３６】
本実施形態の室内空調ユニット３０では、室内凝縮器１２の空気流れ下流側に、空調制御装置４０からの出力制御信号によって発熱して送風空気を加熱するＰＴＣヒータからなる電気ヒータ３６を配置している。この電気ヒータ３６は、送風空気を補助的に加熱する補助加熱手段である。電気ヒータ３６は、送風空気の全流量を室内凝縮器１２へ流入させる最大暖房位置にエアミックスドア３４を変位させても、車室内へ吹き出される空調空気の温度を充分に上昇させることができない場合に、電力を供給される。
【００３７】
また、デフロスタ開口部、フェイス開口部およびフット開口部の空気流れ上流側には、それぞれ、デフロスタドア、フェイスドア、フットドアが配置されている。デフロスタドアは、デフロスタ開口部の開口面積を調整する。フェイスドアは、フェイス開口部の開口面積を調整する。フットドアは、フット開口部の開口面積を調整する。
【００３８】
フェイスドア、デフロスタドアおよびフットドアは、吹出口モードを切替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータ５３に連結されて連動して回転操作される。なお、この吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータ５３も、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００３９】
また、吹出口モード切替手段によって切り替えられる吹出口モードとしては、フェイスモード、バイレベルモード、フットモード、およびフットデフロスタモードがある。フェイスモードは、センターフェイス吹出口等から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出す。バイレベルモードは、センターフェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出す。フットモードは、フット吹出口を全開するとともにデフロスタ吹出口を小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出す。フットデフロスタモードは、フット吹出口及びデフロスタ吹出口を同程度開口して、フット吹出口及びデフロスタ吹出口の双方から空気を吹き出す。
【００４０】
さらに、乗員が操作パネル５０に設けられた吹出モード切替スイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタ吹出口を全開してデフロスタ吹出口からフロント窓ガラス内面に空気を吹き出すデフロスタモードとすることもできる。
【００４１】
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。図２に示す空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された機器の作動を制御する。出力側に接続された機器としては、送風機３２、圧縮機１１、送風ファン１６ａ、開閉弁１５、三方弁１７、内外気切替ドア用の電動アクチュエータ５１、エアミックスドア用の電動アクチュエータ５２、吹出モードドア用の電動アクチュエータ５３等が挙げられる。
【００４２】
また、空調制御装置４０の入力側には、各センサからの検出信号が入力される。このセンサとしては、内気温センサ４１、外気温センサ４２、日射センサ４３、吐出温度センサ４４、吐出圧力センサ４５、蒸発器温度センサ４６、流出温度センサ４７、および、吹出温度センサ４８等が挙げられる。
【００４３】
内気温センサ４１は、車室内温度Ｔｒを検出する。外気温センサ４２は、外気温度Ｔａｍを検出する。日射センサ４３は、車室内の日射量Ｔｓｒを検出する。吐出温度センサ４４は、圧縮機１１の吐出冷媒温度Ｔｄを検出する。吐出圧力センサ４５は、サイクルの高圧側冷媒圧力である圧縮機１１の吐出側冷媒圧力Ｐｄを検出する。蒸発器温度センサ４６は、室内蒸発器２０から吹き出される空気温度として蒸発器温度ＴＥを検出する。吹出温度センサ４８は、室内凝縮器１２および電気ヒータ３６を通過直後の車室内へ吹き出される空気温度を検出する。
【００４４】
本実施形態では、図１に示すように、吐出温度センサ４４は、圧縮機１１の冷媒流れ下流側かつ室内凝縮器１２の冷媒流れ上流側に配置されている。吐出圧力センサ４５は、室内凝縮器１２の冷媒流れ下流側かつ暖房用固定絞り１３の冷媒流れ上流側に配置されている。また、蒸発器温度センサ４６には、例えば、室内蒸発器２０のアウタフィンに取り付けられたフィン温度センサを用いることができる。
【００４５】
流出温度センサ４７は、室外熱交換器１６の出口における冷媒温度を検出する。室外熱交換器１６の出口における冷媒温度は、暖房運転モード時においては、室外熱交換器１６から流出して圧縮機１１に吸入される冷媒の温度である吸入冷媒温度Ｔｓを検出する。この吸入冷媒温度Ｔｓは、本実施形態では、室外熱交換器出口冷媒温度と言うことができる。
【００４６】
空調制御装置４０は、上記したセンサ以外の他のセンサからの信号も入力するものであってもよい。他のセンサとしては、吸入圧力センサ、湿度センサ、窓ガラス近傍温度センサ、窓ガラス表面温度センサ等が挙げられる。吸入圧力センサは、サイクルの低圧側冷媒圧力である圧縮機１１の吸入側冷媒圧力Ｐｓを検出する。湿度センサは、車室内の窓ガラス近傍の車室内空気の相対湿度を検出する。窓ガラス近傍温度センサは、窓ガラス近傍の車室内空気の温度を検出する。窓ガラス表面温度センサは、窓ガラス表面温度を検出する。
【００４７】
空調制御装置４０の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル５０に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。各種空調操作スイッチとしては、車両用空調装置１の作動スイッチ、圧縮機１１の作動、停止を選択する圧縮機の作動スイッチ、運転モードの切替スイッチが挙げられる。また、吹出口モードの切替スイッチ、送風機３２の風量設定スイッチ、車室内温度設定スイッチ、ヒートポンプサイクルの省動力化を優先させる指令を出力するエコノミースイッチ等も挙げられる。
【００４８】
次に、本実施形態の車両用空調装置１の作動を説明する。空調制御装置４０は、空調熱負荷に基づいて各種機器の制御目標値、例えば、送風機３２の送風量、吸込口モード、吹出口モード、エアミックスドア３４の開度、ヒートポンプサイクル１０の運転モード等を決定する。そして、その決定内容に応じた制御信号を各種機器に対して出力することで、各種機器が作動する。
【００４９】
図３に示すように、空調制御装置４０は、空調制御を行なうときには、まず、ステップ６０で、空調制御に用いられる車両環境状態の信号、すなわち上述のセンサ群の検出信号や、操作パネル５０の操作信号を読み込んでステップ６５へ進む。
【００５０】
ステップ６５では、車室内で吹き出す空調空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。目標吹出温度ＴＡＯは、空調熱負荷、すなわち、車室内設定温度と、車室内温度等の車両環境条件とに基づいて算出され、例えば、下記数式１により算出される。
（数式１）
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓｒ×Ｔｓｒ＋Ｃ
ここで、Ｔｓｅｔは車室内温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Ｔｒは内気温センサ４１によって検出された車室内温度、Ｔａｍは外気温センサ４２によって検出された外気温度、Ｔｓｒは日射センサ４３によって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓｒは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。
【００５１】
ステップ６５で目標吹出温度ＴＡＯを算出したら、ステップ７０へ進み、ヒートポンプサイクル１０の運転モードを決定する。ステップ７０では、目標吹出温度ＴＡＯ、内外気導入口からの吸気温度、窓ガラス近傍の車室内空気の温度および相対湿度、窓ガラス表面温度等に基づいて、ヒートポンプサイクル１０の空調運転モードを決定する。ステップ７０では、冷房運転モード、除湿暖房運転モード、暖房運転モードのいずれか１つに決定する。
【００５２】
なお、除湿暖房運転を行なわず、運転モードとして、冷房運転モード、および、暖房運転モードのいずれかを選択するものであってもよい。これによれば、車両環境状態を検出するセンサ等を一部省略し、制御プログラムを簡素化することができる。
【００５３】
ステップ７０で運転モードを決定したら、ステップ７５へ進み、ステップ７０で決定した運転モードが暖房運転モードであるか否かを判定する。このとき、暖房運転モードであれば、ステップ８０へ進む。一方、冷房運転モードもしくは除湿暖房運転モードであれば、ＮＯと判定して、ステップ８５へ進み、ステップ７０で決定した運転モードが冷房モードか否かを判定する。このとき、決定した運転モードが冷房モードであれば、ステップ９０へ進む。一方、決定した運転モードが除湿暖房モードであれば、ステップ９５へ進む。
【００５４】
ステップ８０では、各アクチュエータ等に対して、暖房運転を実行するための制御信号を出力する。具体的には、開閉弁１５に対して、閉じるように制御信号を出力する。また、三方弁１７に対して、室外熱交換器１６の冷媒出口側とアキュムレータ１９の冷媒入口側とを接続し、冷房用固定絞り１８側を閉じるように制御信号を出力する。また、エアミックスドア用の電動アクチュエータ５２に対して、室内凝縮器１２側の通路を全開とするための制御信号を出力する。また、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、圧縮機１１の回転数、エアミックスドア３４の開度、送風機３２の送風量、送風ファン１６ａの送風量等の各種機器の制御目標値を決定して出力する。
【００５５】
ステップ８０が実行されると、車両用空調装置１は、図８に示すような暖房運転モードが設定される。エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０を通過後の送風空気の全風量を室内凝縮器１２へ流入させる暖房位置に配置することができる。
【００５６】
暖房運転モードでは、図８中の矢印で示すように冷媒を循環させる冷媒回路が構成される。ヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１、室内凝縮器１２、暖房用固定絞り１３、室外熱交換器１６、アキュムレータ１９、圧縮機１１の順に冷媒が循環する回路が構成される。暖房用固定絞り１３は、本実施形態における減圧装置に相当する。
【００５７】
圧縮機１１にて圧縮された冷媒は、室内凝縮器１２にて送風機３２から送風された送風空気に放熱する。これにより、室内凝縮器１２を通過する送風空気が加熱され、車室内の暖房が実現される。また、室内凝縮器１２から流出した冷媒は、暖房用固定絞り１３にて減圧されて室外熱交換器１６へ流入する。
【００５８】
室外熱交換器１６へ流入した冷媒は、送風ファン１６ａから送風された車室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁１７を介してアキュムレータ１９へ流入する。アキュムレータ１９にて気液分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。
【００５９】
暖房運転では、室内凝縮器１２を、冷媒から放熱させる放熱器として機能させ、室外熱交換器１６を、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させるヒートポンプサイクルが構成される。
【００６０】
ステップ９０では、各アクチュエータ等に対して、冷房運転を実行するための制御信号を出力する。具体的には、開閉弁１５に対して、開くように制御信号を出力する。また、三方弁１７に対して、室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１８の冷媒入口側とを接続し、アキュムレータ１９側を閉じるように制御信号を出力する。また、エアミックスドア用の電動アクチュエータ５２に対して、室内凝縮器１２をバイパスする側の通路を全開とするための制御信号を出力する。また、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、圧縮機１１の回転数、エアミックスドア３４の開度、送風機３２の送風量、送風ファン１６ａの送風量等の各種機器の制御目標値を決定して出力する。
【００６１】
ステップ９０が実行されると、車両用空調装置１は、図６に示すような冷房運転モードが設定される。エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０を通過後の送風空気の全風量を、室内凝縮器１２を迂回させる冷房位置に配置することができる。
【００６２】
冷房運転モードでは、図６中の矢印で示すように冷媒を循環させる冷媒回路が構成される。ヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１、室内凝縮器１２、室外熱交換器１６、冷房用固定絞り１８、室内蒸発器２０、アキュムレータ１９、圧縮機１１の順に冷媒が循環する回路が構成される。
【００６３】
圧縮機１１にて圧縮された高圧高温冷媒が、室内凝縮器１２を流通する。このとき、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２側の通路を閉塞しているので、室内凝縮器１２では冷媒と送風空気との熱交換は行われない。室内凝縮器１２から流出した冷媒は、バイパス通路１４を介して室外熱交換器１６へ流入し、室外熱交換器１６にて送風ファン１６ａから送風された外気と熱交換して放熱する。
【００６４】
室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁１７を介して冷房用固定絞り１８へ流入し、冷房用固定絞り１８にて減圧膨張される。冷房用固定絞り１８にて減圧された低圧冷媒は室内蒸発器２０へ流入し、送風機３２から送風された送風空気から吸熱して蒸発する。この冷媒の吸熱作用により、室内蒸発器２０を通過する送風空気が冷却され、車室内の冷房が実現される。室内蒸発器２０から流出した冷媒は、アキュムレータ１９へ流入する。アキュムレータ１９にて気液分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。
【００６５】
冷房運転では、室外熱交換器１６を放熱器として機能させ、室内蒸発器２０を蒸発器として機能させるヒートポンプサイクルが構成される。
【００６６】
冷房運転モード時には、エアミックスドア３４の開度を調整して、室内蒸発器２０にて冷却された送風空気の一部を室内凝縮器１２で加熱することで、吹出口から車室内へ吹き出される送風空気の温度を調整することができる。このように、室内蒸発器２０にて冷却された送風空気の一部が室内凝縮器１２で加熱されることによって、送風空気温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づくように調整され、好適な車室内の冷房が実現される。このときには、室内凝縮器１２および室外熱交換器１６を放熱器として機能させ、室内蒸発器２０を蒸発器として機能させるヒートポンプサイクルが構成される。
【００６７】
ステップ９５では、各アクチュエータ等に対して、除湿暖房運転を実行するための制御信号を出力する。具体的には、開閉弁１５に対して、閉じるように制御信号を出力する。また、三方弁１７に対して、室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１８の冷媒入口側とを接続し、アキュムレータ１９側を閉じるように制御信号を出力する。また、エアミックスドア用の電動アクチュエータ５２に対して、室内凝縮器１２側の通路を全開とするための制御信号を出力する。また、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、圧縮機１１の回転数、エアミックスドア３４の開度、送風機３２の送風量、送風ファン１６ａの送風量等の各種機器の制御目標値を決定して出力する。
【００６８】
ステップ９５が実行されると、車両用空調装置１は、図７に示すような除湿暖房運転モードが設定される。エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０を通過後の送風空気の全風量を室内凝縮器１２へ流入させる暖房位置に配置することができる。
【００６９】
除湿暖房運転モードでは、図７中の矢印で示すように冷媒を循環させる冷媒回路が構成される。ヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１、室内凝縮器１２、暖房用固定絞り１３、室外熱交換器１６、冷房用固定絞り１８、室内蒸発器２０、アキュムレータ１９、圧縮機１１の順に冷媒が循環する回路が構成される。
【００７０】
圧縮機１１にて圧縮された冷媒は、室内凝縮器１２にて送風機３２から送風された送風空気に放熱する。これにより、室内凝縮器１２を通過する送風空気が加熱される。また、室内凝縮器１２から流出した冷媒は、暖房用固定絞り１３にて減圧されて室外熱交換器１６へ流入する。
【００７１】
室外熱交換器１６へ流入した冷媒は、送風ファン１６ａから送風された車室外空気と熱交換する。室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁１７を介して冷房用固定絞り１８へ流入し、冷房用固定絞り１８にて減圧膨張される。冷房用固定絞り１８にて減圧された低圧冷媒は室内蒸発器２０へ流入し、送風機３２から送風された送風空気から吸熱して蒸発する。この冷媒の吸熱作用により、室内蒸発器２０を通過する送風空気が冷却される。
【００７２】
室内蒸発器２０で冷却されて送風空気が除湿され、除湿された後の送風空気が室内凝縮器１２で加熱されることにより、車室内の除湿暖房が実現される。室内蒸発器２０から流出した冷媒は、アキュムレータ１９へ流入する。アキュムレータ１９にて気液分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。
【００７３】
除湿暖房運転では、室内凝縮器１２を放熱器として機能させ、室内蒸発器２０を蒸発器として機能させるヒートポンプサイクルが構成される。このとき、室外熱交換器１６は、外気温度に応じて、放熱器、蒸発器、もしくは、単なる冷媒通路のいずれかとして機能する。
【００７４】
除湿暖房運転モード時には、エアミックスドア３４の開度を調整して、室内蒸発器２０にて冷却された送風空気の一部を、室内凝縮器１２を迂回させることで、吹出口から車室内へ吹き出される送風空気の温度を調整することができる。このように、室内蒸発器２０にて冷却された送風空気の一部が室内凝縮器１２をバイパスされることによって、送風空気温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づくように調整され、好適な車室内の除湿暖房が実現される。
【００７５】
なお、暖房用絞りおよび冷房用絞りとして可変絞りを用いた場合には、空調制御装置４０は、目標吹出温度ＴＡＯに応じて、暖房用絞り、冷房用絞りの開度を制御して、車室内へ吹き出す空気の温度調節を行なうことができる。このとき、エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０を通過後の送風空気の全風量を室内凝縮器１２へ流入させる暖房位置に配置できる。
【００７６】
次に、空調制御装置４０が、図３に示すステップ８０を実行して暖房運転を行なうときの圧縮機１１の制御動作について説明する。
【００７７】
図４に示すように、空調制御装置４０は、まず、ステップ１００で目標吹出温度ＴＡＯを取得する。ステップ１００では、図３のステップ６５で算出した目標吹出温度ＴＡＯを採用する。ステップ１００で目標吹出温度ＴＡＯを取得したら、ステップ１０５へ進み、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて圧縮機１１の目標回転速度ＩＶＯを算出する。
【００７８】
ステップ１０５を実行したら、ステップ１１０において、流出温度センサ４７からの信号に基づいて、吸入冷媒温度Ｔｓを取得する。ステップ１１０を実行したら、ステップ１１５へ進み、ステップ１１０で取得した吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上であるか否か判断する。ステップ１１５において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上であると判断した場合には、ステップ１４５へ進む。一方、ステップ１１５において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃未満であると判断した場合には、ステップ１２０へ進む。
【００７９】
ステップ１２０では、吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃以上であるか否か判断する。ステップ１２０において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃以上であると判断した場合には、ステップ１２５へ進む。ステップ１２５では、圧縮機１１の回転速度の上昇を禁止する増速禁止運転を実行する。増速禁止運転では、現時点の目標回転速度ＩＶＯが先回の制御信号出力時点の圧縮機１１の回転速度を上回っていたとしても、目標回転速度ＩＶＯを採用せずに、先回の制御信号出力時点の圧縮機１１の回転速度を採用する。ステップ１２５を実行したら、ステップ１００へリターンする。
【００８０】
一方、ステップ１２０において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃未満であると判断した場合には、ステップ１３０へ進む。ステップ１３０では、吸入冷媒温度Ｔｓが−３５℃以上であるか否か判断する。ステップ１３０において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３５℃以上であると判断した場合には、ステップ１３５へ進む。
【００８１】
ステップ１３５では、圧縮機１１の回転速度を減速する減速運転を実行する。減速運転では、現時点の目標回転速度ＩＶＯに係らず、先回の制御信号出力時点の圧縮機１１の回転速度から所定回転速度だけ減速した回転速度を採用する。ステップ１３５を実行したら、ステップ１００へリターンする。
【００８２】
ステップ１３０において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３５℃未満であると判断した場合には、ステップ１４０へ進む。ステップ１４０では、圧縮機１１の停止制御を行なう。ステップ１４０を実行したら、ステップ１００へリターンする。
【００８３】
ステップ１１５において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上であると判断しステップ１４５へ進むと、ステップ１４５では、吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃未満の履歴があるか否か判断する。ステップ１４５では、吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃未満となった状態を経由して吸入冷媒温度Ｔｓが上昇し、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上となっているか否かを判断する。
【００８４】
ステップ１４５において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃未満となった履歴があると判断した場合には、ステップ１５０へ進む。ステップ１５０では、吸入冷媒温度Ｔｓが−２０℃以上であるか否か判断する。ステップ１５０において、吸入冷媒温度Ｔｓが−２０℃未満であると判断した場合には、ステップ１５５へ進む。ステップ１５５では、圧縮機１１の許容最大回転速度を所定速度に制限する速度制限運転を実行する。
【００８５】
ステップ１５０において、吸入冷媒温度Ｔｓが−２０℃以上であると判断した場合には、ステップ１６０へ進む。ステップ１４５において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃未満となった履歴がないと判断した場合にも、ステップ１６０へ進む。ステップ１６０では、圧縮機１１の回転速度がステップ１０５で算出した目標回転速度ＩＶＯとなるように圧縮機１１を通常運転する。ステップ１６０を実行するときに、実回転速度と目標回転速度とが大きく乖離しているときは、ステップ１６０を実行する度に、所定回転速度ずつ変速され、複数回のステップ１６０の実行により実回転速度を目標回転速度に一致させる。
【００８６】
ステップ１４５、および、ステップ１５０の判断により、吸入冷媒温度Ｔｓが−３４℃未満である状態から、吸入冷媒温度Ｔｓが−２０℃以上となる状態を経由することなく、現時点の吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上である場合には、速度制限運転が行われる。それ以外の経緯で、現時点の吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上である場合には、通常運転が行われる。
【００８７】
すなわち、一旦減速運転を実行した後に、吸入冷媒温度Ｔｓが上昇して−３２℃以上となり、かつ、減速運転を行なってから現時点までに吸入冷媒温度Ｔｓが一度も−２０℃以上となっていない場合には、通常運転を行なわずに速度制限運転が行われる。
【００８８】
ステップ１５５の速度制限運転では、圧縮機１１の許容最大回転速度は、例えば、図５に示す所定速度に制限される。本例では、速度制限運転の温度範囲において、温度範囲内の所定温度で許容最大回転速度の設定パターンを切り替えている。図５に示すように、速度制限運転の許容最大回転速度は、−３２℃〜−２５℃の間では例えば一定値のＲｍとすることができる。また、−２５℃〜−２０℃の間では、吸入冷媒温度Ｔｓの上昇に伴って、Ｒｍから通常運転時の許容最大回転速度へ漸次上昇する所定速度とすることができる。Ｒｍは、例えば毎分３０００回転の回転速度であり、通常運転時の許容最大回転速度は、例えば毎分７０００回転の回転速度である。
【００８９】
この実施形態では、ステップ１６０により、通常運転を行なう通常運転部が提供される。通常運転は、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上である場合に、加熱対象流体の目標加熱温度ＴＡＯに基づいて決定した目標回転速度ＩＶＯで圧縮機１１を運転する。吸入冷媒温度Ｔｓは、室外熱交換器１６から流出し圧縮機１１に吸入される冷媒の温度である。
【００９０】
ステップ１３５により、減速運転を行う減速運転部が提供される。減速運転は、第１所定温度未満の温度域の一部または全部において目標加熱温度ＴＡＯに基づいて決定される目標回転速度ＩＶＯに係らず、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度に低下したときの目標回転速度よりも圧縮機１１の回転速度を減速する。
【００９１】
ステップ１５５により、速度制限運転部が提供される。速度制限運転部は、速度制限運転を行なう。速度制限運転は、減速運転を経由した後に、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上に上昇した場合には、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度よりも高い第２所定温度となるまでは、圧縮機１１の回転速度を通常制御による回転速度より低く制限する。例えば、圧縮機１１の許容最大回転速度を通常運転を行なうときよりも低い所定速度とする。さらに、速度制限運転部は、速度制限運転を行なっているときに吸入冷媒温度Ｔｓが第２所定温度以上に上昇した場合に、通常運転に復帰することを許容する。
【００９２】
制御装置４０は、増速禁止運転部を備える。ステップ１２５により、増速禁止運転部が提供される。増速禁止運転部は、第１所定温度未満の温度域のうち、減速運転を行なうときよりも吸入冷媒温度Ｔｓが高い温度域で、圧縮機１１の回転速度の上昇を禁止する増速禁止運転を行う。この場合、速度制限運転部は、減速運転の後に増速禁止運転を行なっているときに、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上に上昇した場合には、速度制限運転を行なうように構成される。さらに、速度制限運転部は、減速運転を行うことなく増速禁止運転を行なっているときに、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上に上昇した場合には、速度制限運転を行なわないように構成される。
【００９３】
上述の構成および暖房運転時の作動によれば、以下に述べる効果を得ることができる。
【００９４】
空調制御装置４０は、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上である場合には、室内凝縮器１２の加熱用対象流体である空調空気の目標加熱温度である目標吹出温度ＴＡＯに基づいて決定した目標回転速度ＩＶＯで圧縮機１１を運転する通常運転を行なう。
【００９５】
また、通常運転を行なっているときに吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃未満に低下した場合には、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて決定される目標回転速度ＩＶＯに係らず、減速運転を含む、圧縮機１１の回転速度を抑制する速度抑制運転を行なう。本実施形態の速度抑制運転は、増速禁止運転、減速運転、および圧縮機停止からなる。なお、減速運転は、吸入冷媒温度が−３２℃に到達したときの目標回転速度ＩＶＯよりも圧縮機１１の回転速度を減速する運転となる。ここで、−３２℃が本実施形態における第１所定温度に相当する。第１所定温度は、通常運転と速度抑制運転との間で運転制御を切り替える際の閾値である。
【００９６】
さらに、減速運転を経由して速度抑制運転を行なっているときに、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上に上昇した場合には、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度よりも高い−２０℃となるまでは、速度制限運転を行なう。速度制限運転は、圧縮機１１の許容最大回転速度を通常運転を行なうときよりも低い所定速度として回転速度を制限する運転である。そして、速度制限運転を行なっているときに吸入冷媒温度Ｔｓが−２０℃以上に上昇した場合に、圧縮機１１を通常運転に復帰させる。ここで、−２０℃が本実施形態における第１所定温度よりも高い第２所定温度に相当する。
【００９７】
これによると、圧縮機１１が減速運転を経由して速度抑制運転を行なっているときに、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上となっても、吸入冷媒温度Ｔｓが第２所定温度となるまでは、速度制限運転により許容最大回転速度が所定速度に制限される。この所定速度は、通常運転を行なう際の許容最大回転数よりも低く設定されている。
【００９８】
そのため、速度抑制運転が解除され通常運転に復帰する際に、減速運転により低下した圧縮機１１の回転速度が、速度制限運転によって吸入冷媒温度Ｔｓが第２所定温度となるまで上昇が制限され、速やかに目標回転速度ＩＶＯに戻ることが抑止される。
【００９９】
減速運転を経由した速度抑制運転から、速度制限運転を行なわずに通常運転に復帰することがない。したがって、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上となった途端に通常運転となって、その直後に通常運転から速度抑制運転に戻ることがない。また、速度抑制運転から速度制限運転を介して通常運転に復帰して、吸入冷媒温度Ｔｓが第２所定温度以上となった途端に、通常運転から速度抑制運転に戻ることがない。このようにして、低外気温時に圧縮機１１の回転速度のハンチングを防止することができる。ここで、減速運転を経由して速度抑制運転を行なっているときとは、減速運転を行なっているとき、および、減速運転を行なった後に減速運転から継続して増速禁止運転を行なっているときを含んでいる。
【０１００】
なお、圧縮機１１の速度抑制運転は、ヒートポンプサイクル１０を構成する機器等の保護を目的として行われる。速度抑制運転により、吸入冷媒温度Ｔｓが低下により室外熱交換器１６と圧縮機１１との間の冷媒流通経路においてシール性が低下する等の不具合を抑止することができる。また、吐出冷媒温度Ｔｄの上昇によりサイクルを構成する機器等がダメージを受けることを抑制することができる。
【０１０１】
また、上記した速度抑制運転は、第１所定温度未満の温度域のうち、減速運転を行なうときよりも吸入冷媒温度Ｔｓが高い温度域で、圧縮機１１の回転速度の上昇を禁止する増速禁止運転を含んでいる。そして、空調制御装置４０は、吸入冷媒温度Ｔｓの上昇に伴い減速運転から移行して増速禁止運転を行なっているときに、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上に上昇した場合には、速度制限運転を行なう。速度制限運転は、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度よりも高い第２所定温度となるまで行われる。
【０１０２】
これによると、圧縮機１１が減速運転を行なった後に当該減速運転から継続して増速禁止運転を行なっているときに、吸入冷媒温度が第１所定温度以上となっても、速度制限運転が行われる。したがって、増速運転が解除され通常運転に復帰する際に、減速運転により低下した圧縮機の回転速度が、吸入冷媒温度Ｔｓが第２所定温度となるまで上昇が制限され、速やかに目標回転速度ＩＶＯに戻ることが抑止される。このようにして、速度抑制運転が増速禁止運転および減速運転を含むものであっても、低外気温時に圧縮機１１の回転速度のハンチングを防止することができる。
【０１０３】
また、空調制御装置４０は、速度制限運転における許容最大回転速度となる所定速度を、吸入冷媒温度Ｔｓが上昇するにしたがって高くなるように設定している。これによると、吸入冷媒温度Ｔｓが第２所定温度以上となって速度制限運転が解除されたときに、圧縮機１１の回転速度が大きく上昇することを抑制することができる。したがって、圧縮機１１の回転速度の急激な変化を抑制することができる。
【０１０４】
また、空調制御装置４０は、速度制限運転における許容最大回転速度となる所定速度を、吸入冷媒温度Ｔｓが上昇するにしたがって漸次高くなるように設定している。これによると、速度制限運転を行なっているときに吸入冷媒温度Ｔｓが上昇した際に、圧縮機１１の回転速度の急激な変化を抑制することができる。
【０１０５】
また、本実施形態の加熱対象流体は、車両の室内に吹き出される空調空気である。これによると、室内凝縮器１２で空調空気を加熱する暖房運転を行なう際に、外気が低温であっても圧縮機１１の回転速度のハンチングを防止することができる。車両用空調装置１の圧縮機１１がハンチング現象を発生すると、これに伴い発生する音が車室内の乗員等に伝わり易く、乗員が不快を感じる場合がある。本実施形態によれば、乗員が不快を感じることを抑制することができる。
【０１０６】
本実施形態の車両用空調装置１によれば、極低外気温時に、例えば、図９に示すように圧縮機１１が作動する。図９の上段に示すように、吸入冷媒温度Ｔｓが徐々に低下し−３２℃を下回ると、図９下段に示すように、圧縮機１１は通常運転から増速禁止運転へ移行する。吸入冷媒温度Ｔｓが更に低下し−３４℃を下回ると、圧縮機１１は減速運転へ移行する。減速運転が行われているときには、図４のステップ１３５を実行する度に所定回転速度ずつ減速が行われ、図示するように圧縮機１１の回転速度が徐々に低下していく。
【０１０７】
減速運転を行なうことで、図示するように吸入冷媒温度Ｔｓは下降から上昇に転じ、吸入冷媒温度Ｔｓが上昇し−３４℃を上回ると、圧縮機１１は増速禁止運転へ移行する。吸入冷媒温度Ｔｓが更に上昇し−３２℃を上回ると、圧縮機１１は速度制限運転へ移行する。速度制限運転では、通常運転よりも低い所定速度の許容最大回転速度が設定されている。速度制限運転では、設定された許容最大回転速度以下の範囲で、目標回転速度ＩＶＯに近づくように回転速度が制御される。速度制限運転が行われているときには、図４のステップ１５５を実行する度に、所定回転速度ずつ増速が行われる。ただし、増速は許容最大回転速度以下の範囲内で行われる。したがって、通常運転よりも低く設定された許容最大回転速度で頭打ちされて、図示するように圧縮機１１の回転速度は緩やかに上昇していく。
【０１０８】
比較例によれば、例えば、図１０に示すように圧縮機１１が作動する。比較例は、空調制御装置が、図４に示すフローに対してステップ１４５、ステップ１５０、ステップ１５５を有しないフローに従って暖房運転時の圧縮機制御を行なう例である。図１０に示すように、比較例は、増速禁止運転および減速運転からなる速度抑制運転から通常運転へ復帰する際に速度制限運転を行なわない。したがって、速度抑制運転から通常運転へ復帰する度に、圧縮機１１の回転速度が目標回転速度ＩＶＯへ速やかに近づこうとするため、回転速度にハンチング現象が発生してしまう。本実施形態によれば、比較例のような圧縮機１１の回転速度のハンチングを防止することができる。
【０１０９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図１１に基づいて説明する。
【０１１０】
第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、圧縮機の増速禁止運転を行なわない点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１の実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第２の実施形態において説明しない他の構成は、第１の実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。
【０１１１】
本実施形態のヒートポンプサイクルを備える車両用空調装置は、例えば、第１の実施形態と同様の構成である。
【０１１２】
図１１に示すように、本実施形態の空調制御装置は、ステップ１１５において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上であると判断した場合には、ステップ１４６へ進む。一方、ステップ１１５において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃未満であると判断した場合には、ステップ１３０へ進む。
【０１１３】
ステップ１１５において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上であると判断しステップ１４６へ進むと、ステップ１４６では、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃未満の履歴があるか否か判断する。ステップ１４６では、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃未満となった状態を経由して吸入冷媒温度Ｔｓが上昇し、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上となっているか否かを判断する。
【０１１４】
ステップ１４６において、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃未満となった履歴があると判断した場合には、ステップ１５０へ進む。
【０１１５】
ステップ１４６、および、ステップ１５０の判断により、吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃未満である状態から、吸入冷媒温度Ｔｓが−２０℃以上となる状態を経由することなく、現時点の吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上である場合には、速度制限運転が行われる。それ以外の経緯で、現時点の吸入冷媒温度Ｔｓが−３２℃以上である場合には、通常運転が行われる。すなわち、一旦減速運転を実行した後に、吸入冷媒温度Ｔｓが上昇して−３２℃以上となり、かつ、減速運転を行なってから現時点までに吸入冷媒温度Ｔｓが一度も−２０℃以上となっていない場合には、通常運転を行なわずに速度制限運転が行われる。この実施形態の減速運転部は、第１所定温度未満の温度域のうち、吸入冷媒温度Ｔｓが最も高温の温度域で減速運転を行なうように構成されている。この場合、速度制限運転部は、減速運転を行なっているときに、吸入冷媒温度が第１所定温度以上に上昇した場合には、速度制限運転を行なうように構成されている。
【０１１６】
本実施形態によれば、圧縮機１１の速度抑制運転は、第１所定温度未満である−３２℃未満の温度域のうち、吸入冷媒温度Ｔｓが最も高温の温度域で減速運転を行なうものである。そして、空調制御装置４０は、減速運転を行なっているときに、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上に上昇した場合には、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度よりも高い第２所定温度である−２０℃となるまでは、速度制限運転を行なう。
【０１１７】
これによると、圧縮機１１が減速運転を行なっているときに、吸入冷媒温度Ｔｓが第１所定温度以上となった場合に、速度制限運転が行われる。したがって、減速運転が解除され通常運転に復帰する際に、減速運転により低下した圧縮機１１の回転速度が、吸入冷媒温度Ｔｓが第２所定温度となるまで上昇が制限され、速やかに目標回転速度ＩＶＯに戻ることが抑止される。このようにして、速度抑制運転が、第１所定温度未満の温度域のうち最も高温の温度域で減速運転を行なうものであっても、低外気温時に圧縮機１１の回転速度のハンチングを防止することができる。
【０１１８】
このように、第１の実施形態に対し、空調制御装置４０が行なう速度抑制運転が増速禁止運転モードを有していない場合であっても、低外気温時に圧縮機１１の回転速度のハンチングを防止することができる。
【０１１９】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図１２に基づいて説明する。
【０１２０】
第３の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、加熱対象流体が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。第１の実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、第３の実施形態において説明しない他の構成は、第１の実施形態と同様であり、また同様の作用効果を奏するものである。
【０１２１】
図１２に示すように、本実施形態の車両用空調装置３０１は、ヒートポンプサイクル１０の冷媒と熱媒流体との熱交換を行なう冷媒−熱媒流体熱交換器として熱交換器３７を有している。熱交換器３７は、例えば、冷媒と熱媒流体とを対向流として冷媒と熱媒流体との熱交換を行なうことができる。熱交換器３７は、本実施形態における加熱用熱交換器である。また、第１の実施形態における室内凝縮器１２の配設位置に、室内凝縮器１２に替えてヒータコア３１２を設けている。
【０１２２】
熱交換器３７の冷媒通路部は、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路において圧縮機１１と暖房用固定絞り１３との間に介設されている。すなわち、圧縮機１１の吐出口側には、熱交換器３７の冷媒通路部の冷媒入口側が接続されている。また、熱交換器３７の冷媒通路部の冷媒出口側には、暖房用固定絞り１３を介して室外熱交換器１６の冷媒入口側が接続されている。
【０１２３】
熱交換器３７の熱媒流体通路部とヒータコア３１２とは、熱媒流体通路３８で接続され、図示を省略した循環手段により熱交換器３７とヒータコア３１２との間で熱媒流体を循環可能となっている。熱交換器３７の熱媒流体通路部の熱媒流体出口側には、ヒータコア３１２の熱媒流体入口側が接続されている。また、ヒータコア３１２の熱媒流体出口側には、熱交換器３７の熱媒流体通路部の熱媒流体入口側が接続されている。
【０１２４】
熱媒流体は、例えば液相の流体とすることができる。熱媒流体が相変化しない場合には、ヒータコア３１２は熱媒流体の顕熱を空調空気へ放熱する熱交換器として機能する。車両用空調装置３０１を搭載する車両が、例えば内燃機関からなるエンジンを搭載している場合には、熱媒流体には、例えばエンジン冷却水を用いることも可能である。
【０１２５】
本実施形態では、暖房運転時には、ヒートポンプサイクル１０の加熱用熱交換器である熱交換器３７で熱媒流体を加熱し、加熱された熱媒流体と送風空気とを熱交換して加熱された空気を車室内へ吹き出す。
【０１２６】
本実施形態の加熱対象流体は、車両の室内に吹き出される空調空気と熱交換して空調空気を加熱する熱媒流体である。これによると、熱交換器３７で熱媒流体を加熱し、加熱された熱媒流体で空調空気を加熱して暖房運転を行なう際に、外気が低温であっても圧縮機１１の回転速度のハンチングを防止することができる。
【０１２７】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【０１２８】
上記各実施形態では、空調制御装置４０は、流出温度センサ４７が検出する室外熱交換器１６の出口における冷媒温度を吸入冷媒温度Ｔｓとして取得し、吸入冷媒温度Ｔｓに応じて圧縮機１１の制御を行なっていたが、これに限定されるものではない。吸入冷媒温度Ｔｓは、暖房運転時に室外熱交換器１６から流出して圧縮機１１に吸入される冷媒の温度であればよい。また、空調制御装置は、吸入冷媒温度Ｔｓの関連物理量に応じて圧縮機１１の回転速度を制御するものであってもよい。吸入冷媒温度Ｔｓの関連物理量としては、例えば、吸入冷媒圧力、吐出冷媒温度等が挙げられる。
【０１２９】
また、上記各実施形態では、ステップ１１５、１２０、１３０、１４５、１４６、１５０で用いる判定温度や、図５に示す速度制限運転の許容最大回転速度の切替温度に、具体的な温度値を例示していたが、これに限定されるものではない。他の温度値であってもかまわない。また、第１所定温度、第２所定温度を含む判定温度は、所定の温度範囲で設定されるものであってもよい。
【０１３０】
また、上記各実施形態では、圧縮機１１の速度制限運転を行なう際の許容最大回転速度を、図５に例示していたが、これに限定されるものではない。例えば、速度制限運転を行なう吸入冷媒温度Ｔｓの温度域の全域で、吸入冷媒温度Ｔｓが高くなるにしたがって漸次許容最大回転数を大きくするものであってもよい。また、例えば、吸入冷媒温度Ｔｓが高くなるにしたがって段階的に許容最大回転数を大きくするものであってもよい。
【０１３１】
また、上記各実施形態では、空調制御装置４０は、空調運転の運転モードを、冷房運転を含む複数のモードで切り替え可能であったが、これに限定されるものではない。例えば、暖房運転のみを行なうものであっても、本発明を適用することができる。
【０１３２】
また、上記各実施形態では、本発明を適用したヒートポンプサイクル装置を車両用空調装置に用いた場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、定置式の空調装置のヒートポンプサイクル装置であっても、本発明を適用することができる。また、例えば、給湯装置のヒートポンプサイクル装置であっても、本発明を適用して有効である。給湯装置の場合には、ヒートポンプサイクル装置が外気から吸熱した熱量で加熱される水が、加熱対象流体に相当する。
【符号の説明】
【０１３３】
１、３０１  車両用空調装置
１０  ヒートポンプサイクル（ヒートポンプサイクル装置）
１１  圧縮機
１２  室内凝縮器（加熱用熱交換器）
１３  暖房用固定絞り（減圧装置）
１６  室外熱交換器
３７  熱交換器（加熱用熱交換器）
４０  空調制御装置（制御装置）
ＩＶＯ  目標回転速度
ＴＡＯ  目標吹出温度（目標加熱温度）
Ｔｓ  吸入冷媒温度
【図１】
2016008792.tif 000003
【図２】
2016008792.tif 000004
【図３】
2016008792.tif 000005
【図４】
2016008792.tif 000006
【図５】
2016008792.tif 000007
【図６】
2016008792.tif 000008
【図７】
2016008792.tif 000009
【図８】
2016008792.tif 000010
【図９】
2016008792.tif 000011
【図１０】
2016008792.tif 000012
【図１１】
2016008792.tif 000013
【図１２】
2016008792.tif 000014