(57)【要約】【課題】固定絞りを採用しても、ＣＯＰが悪化せずに、暖房運転能力や冷媒運転能力の効率の低下を抑制できる車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置１００は、コンプレッサ２０と、ヒータコア３０と、第１固定絞り６１と、第１固定絞り６１と並列に接続される第１補助固定絞り６３と、開状態の場合に第１補助固定絞り６３へ冷媒を流通させる第２開閉弁６４と、第１固定絞り６１がチョークしたか否かを判定するチョーク判定手段として機能するコントローラ８０と、を備える。コントローラ８０は、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたと判定した場合に、第２開閉弁６４を開状態にする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した冷媒を減圧膨張させる固定絞りと、
前記固定絞りと並列に接続される補助固定絞りと、
開状態の場合に前記補助固定絞りへ冷媒を流通させる開閉弁と、
前記固定絞りを通過する冷媒がチョークしたか否かを判定するチョーク判定手段と、を備え、
前記開閉弁は、前記固定絞りを通過する冷媒がチョークしたと前記チョーク判定手段が判定した場合に、開状態になる、
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であって、
前記凝縮器で凝縮した冷媒が二相状態か液相状態かを判定する冷媒状態判定手段をさらに備え、
前記チョーク判定手段は、前記凝縮器で凝縮した冷媒が液相状態であると前記冷媒状態判定手段が判定した場合に、前記固定絞りを通過する冷媒がチョークしたか否かを判定する、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【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であって、
前記チョーク判定手段は、前記圧縮機の回転数の変化量に対する吸入圧の変化量が所定閾値よりも大きい場合に、前記固定絞りを通過する冷媒がチョークしたと判定する、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用空調装置であって、
前記チョーク判定手段は、前記凝縮器で凝縮した冷媒が液相状態であると前記冷媒状態判定手段が判定した後の前記圧縮機の回転数の変化量に対する吸入圧の変化量が所定閾値よりも大きい場合に、前記固定絞りを通過する冷媒がチョークしたと判定する、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用空調装置であって、
前記凝縮器で凝縮した冷媒が二相状態であると前記冷媒状態判定手段が判定した場合に前記凝縮器の放熱量を増大させる放熱増大制御を行う放熱制御手段をさらに備え、
前記チョーク判定手段は、前記放熱制御手段が前記放熱増大制御を行った後に、チョーク判定を行う、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の蒸発器毎に絞り装置を備えるマルチエバポレータ冷蔵庫が開示されている。特許文献１のマルチエバポレータ冷蔵庫では、絞り装置に固定絞りが採用されており、例えば、固定絞りにはキャピラリ（キャピラリーチューブ）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０５９５８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、特許文献１のマルチエバポレータ冷蔵庫では、冷媒の流入状態や固定絞り通過後の圧力（背圧）によっては、固定絞りを通過する冷媒の流れが超音速の臨界流となるチョークが発生して、冷媒が固定絞りを通過しにくくなる。チョークが発生すると、コンプレッサの回転数を増加させても冷媒の流量が増加しなくなるので、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：成績係数）が悪化して、冷房運転能力や暖房運転能力の効率が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するために発明されたもので、固定絞りを採用しても、ＣＯＰが悪化せずに、暖房運転能力や冷房運転能力の効率の低下を抑制できる車両用空調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】
本発明のある態様に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮器で凝縮した冷媒を減圧膨張させる固定絞りと、固定絞りと並列に接続される補助固定絞りと、開状態の場合に補助固定絞りへ冷媒を流通させる開閉弁と、固定絞りを通過する冷媒がチョークしたか否かを判定するチョーク判定手段と、を備える。開閉弁は、固定絞りを通過する冷媒がチョークしたとチョーク判定手段が判定した場合に開状態になる。
【発明の効果】
【０００７】
このような態様によれば、固定絞りを通過する冷媒がチョークしたと判定されると、開閉弁が開状態になって、固定絞りと並列に接続された補助固定絞りへ冷媒を流通させる。よって、固定絞りを通過する冷媒がチョークしても、冷媒の流量を確保することができる。その結果、固定絞りを採用しても、ＣＯＰが悪化せずに、暖房運転能力や冷房運転能力の効率の低下を抑制できる車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用空調装置の構成図である。
【図２】実施形態に係るコントローラの空調制御に関する電気回路のブロック図である。
【図３】暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。
【図４】冷房運転時の冷媒の流れを示す図である。
【図５】実施形態に係るコントローラが実行する暖房能力制御のフローチャートである。
【図６】暖房運転時に、ヒータコアで凝縮した後、第１固定絞りを通過する前の冷媒が二相状態又は液相状態であるときの、冷媒の流量特性を示すグラフである。
【図７】第１固定絞りを通過する前の冷媒の相状態の違いによる圧縮機周波数と吸入圧との関係を示すグラフである。
【図８】第１固定絞りを通過する前の冷媒のチョーク有無による圧縮機周波数と吸入圧との関係を示すグラフである。
【図９】暖房運転時に、第２開閉弁を開状態にしたときの冷媒の流れを示す図である。
【図１０】冷房運転時に、第３開閉弁を開状態にしたときの冷媒の流れを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の変形例に係る車両用空調装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施形態に係る車両用空調装置１００の構成図である。
【００１１】
車両用空調装置１００は、冷凍サイクル１と、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニット７と、から構成される。冷凍サイクル１は、冷媒の流れる冷媒流路６０と、冷媒流路６０上に設けられるアキュムレータ１０と、冷媒を圧縮するコンプレッサ２０、冷媒の熱を放出するヒータコア３０と、冷気と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器４０と、冷媒に周囲の空気の熱を吸収させるエバポレータ５０と、を備える。冷媒には、例えばＨＦＣ−１３４ａが用いられる。
【００１２】
アキュムレータ１０は、冷媒流路６０を流れる冷媒を、気相冷媒と液相冷媒とに気液分離する。アキュムレータ１０からは、分離した気相冷媒のみがコンプレッサ２０へと流される。
【００１３】
コンプレッサ２０は、アキュムレータ１０を通過した後の冷媒を吸入し圧縮する。コンプレッサ２０は、内部のモータの周波数設定に応じて回転数が変化する回転数可変型の圧縮機である。コンプレッサ２０は、外気温が低温（例えば、−５℃）のときに暖房運転を行う場合や、外気温が高温（例えば４０℃）のときに冷房運転を行う場合には、回転数を増やすために内部のモータの周波数が高く設定される。以下、コンプレッサ２０のモータに設定される周波数を、圧縮機周波数ｆｃと称する。気相冷媒は、コンプレッサ２０にて圧縮されることで高温高圧になる。
【００１４】
ヒータコア３０は、コンプレッサ２０を通過した後の冷媒を凝縮させる凝縮器である。ヒータコア３０は、コンプレッサ２０によって高温高圧になった冷媒の熱を用いて車室内空調に利用する空気を加熱する。
【００１５】
室外熱交換器４０は、冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器である。室外熱交換器４０には、車両の走行や室外ファン４１の回転によって、外気が導入される。室外ファン４１は、内部のモータの周波数設定に応じて回転数が変化する。以下、室外ファン４１のモータに設定される周波数を、室外ファン周波数ｆｆと称する。
【００１６】
エバポレータ５０は、室外熱交換器４０を通過した後の冷媒を蒸発させる蒸発器である。エバポレータ５０は、車室内空調に利用する空気の熱を冷媒に吸収させて、空気を冷却する。エバポレータ５０によって蒸発した冷媒は、アキュムレータ１０へ流れる。
【００１７】
ＨＶＡＣユニット７内にはエバポレータ５０とヒータコア３０とが配置される。ＨＶＡＣユニット７は、車室内に送風する空気の導入口付近に設置されるブロワ７０と、ヒータコア３０の上流側に設置されるエアミックスドア７１と、を備える。
【００１８】
ブロワ７０は、車室内に送風する空気とエバポレータ５０内を流れる冷媒やヒータコア３０内を流れる冷却水との間で熱交換を行わせるために、ＨＶＡＣユニット７内に空気を送風する。
【００１９】
エアミックスドア７１は、開度が制御されることによって、ヒータコア３０を通過する空気の量を調整する。例えば、暖房運転時には、エアミックスドア７１は、ヒータコア３０に空気が導かれるように開かれる。エアミックスドア７１が開かれることで、ブロワ７０から送風される空気は、ヒータコア３０へと案内されて、ヒータコア３０内の冷媒との間で熱交換を行う。他方で、冷房運転時には、エアミックスドア７１は、ヒータコア３０に空気を導かないように閉じられる。エアミックスドア７１が閉じられることで、ブロワ７０から送風される空気は、ヒータコア３０をバイパスして、ヒータコア３０内の冷媒との間で熱交換を行わずに車室内へと送風される。
【００２０】
冷媒流路６０には、ヒータコア３０と室外熱交換器４０との間に第１固定絞り６１が配置される。また、冷媒流路６０には、室外熱交換器４０とエバポレータ５０との間に、第２固定絞り６６及び三方弁６５が直列に配置される。
【００２１】
第１固定絞り６１は、暖房運転時にヒータコア３０で凝縮した冷媒を減圧膨張させる。第１固定絞り６１は、予め使用頻度の高い特定の運転条件に対応するように絞り量が設定される。第１固定絞り６１には、例えばオリフィスやキャピラリーチューブが用いられる。図３に太実線で示すように、ヒータコア３０から流れてくる高温高圧の冷媒は、第１固定絞り６１を通過することによって減圧膨張して霧状の低温低圧の冷媒となる。図３は、暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。
【００２２】
第２固定絞り６６は、冷房運転時に室外熱交換器４０で凝縮した冷媒を減圧膨張させる。第２固定絞り６６は、第１固定絞り６１と同様に、予め使用頻度の高い特定の運転条件に対応するように絞り量が設定される。第２固定絞り６６には、例えばオリフィスやキャピラリーチューブが用いられる。図４に太実線で示すように、室外熱交換器４０から流れてくる低温高圧の冷媒は、第２固定絞り６６を通過することによって減圧膨張して霧状のさらに低温の冷媒となる。図４は、冷房運転時の冷媒の流れを示す図である。
【００２３】
三方弁６５には、第２固定絞り６６及びエバポレータ５０をバイパスして室外熱交換器４０からアキュムレータ１０へと冷媒を直接流すための第１バイパス流路６０ａが接続される。三方弁６５は、冷媒流路６０を第２固定絞り６６側、又は第１バイパス流路６０ａ側に切り替える。暖房運転時には、図３に太実線で示すように、三方弁６５が冷媒流路６０を第１バイパス流路６０ａ側に切り替えることで、室外熱交換器４０から流れてくる冷媒は、第１バイパス流路６０ａを介してアキュムレータ１０へと流れる。他方で、冷房運転時には、図４に太実線で示すように、三方弁６５が冷媒流路６０を第２固定絞り６６側に切り替えることで、室外熱交換器４０から流れてくる冷媒は、第２固定絞り６６へと流れる。
【００２４】
冷媒流路６０は、第２バイパス流路６０ｂと、第３バイパス流路６０ｃと、第４バイパス流路６０ｄと、を有する。
【００２５】
第２バイパス流路６０ｂは、第１固定絞り６１をバイパスしてコンプレッサ２０と室外熱交換器４０とを接続する。第２バイパス流路６０ｂには、開閉によって冷媒の流れを切り替える第１開閉弁６２が設置される。第１開閉弁６２は、暖房運転時には閉じられ、冷房運転時又は除霜運転時には開かれる。暖房運転時には、第１開閉弁６２が閉じられることで、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒は、ヒータコア３０へと流れて車室内空調に利用する空気と熱交換を行う。その後、冷媒は、第１固定絞り６１を通過して減圧膨張して室外熱交換器４０へと流れる。他方で、冷房運転時又は除霜運転時には、第１開閉弁６２が開かれることで、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒は、第１開閉弁６２を通過して減圧膨張せずに高温高圧のまま室外熱交換器４０へと流れる。
【００２６】
第３バイパス流路６０ｃは、第２バイパス流路６０ｂと並列に接続される。第３バイパス流路６０ｃには、第１固定絞り６１と並列に接続される第１補助固定絞り６３と、開状態の場合に第１補助固定絞り６３へ冷媒を流通させる第２開閉弁６４と、が設置される。
【００２７】
第１補助固定絞り６３は、コンプレッサ２０の回転数が高くなる低温下での暖房運転時に、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたときに補助的に用いられる。第１補助固定絞り６３は、ヒータコア３０から流れてくる冷媒を減圧膨張させる。第１補助固定絞り６３には、例えば第１固定絞り６１と同じ固定絞りが用いられる。
【００２８】
第２開閉弁６４は、第３バイパス流路６０ｃにおける第１補助固定絞り６３の上流に設置され、開閉によって第１補助固定絞り６３への冷媒の流れを切り替える。第２開閉弁６４は、通常の暖房運転時や冷房運転時等には閉じられている。第２開閉弁６４は、コンプレッサ２０の回転数が高くなる低温下での暖房運転時に、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたと判定された場合に、開かれる。
【００２９】
第４バイパス流路６０ｄは、第２固定絞り６６をバイパスして三方弁６５とエバポレータ５０とを接続する。第４バイパス流路６０ｄには、第２固定絞り６６と並列に接続される第２補助固定絞り６７と、開状態の場合に第２補助固定絞り６７へ冷媒を流通させる第３開閉弁６８と、が設置される。
【００３０】
第２補助固定絞り６７は、コンプレッサ２０の回転数が高くなる高温下での冷房運転時に、第２固定絞り６６を通過する冷媒がチョークしたときに補助的に用いられる。第２補助固定絞り６４は、室外熱交換器４０から三方弁６５を介して流れてくる冷媒を減圧膨張させる。第２補助固定絞り６７には、例えば第２固定絞り６６と同じ固定絞りが用いられる。
【００３１】
第３開閉弁６８は、第４バイパス流路６０ｄにおける第２補助固定絞り６７の上流に設置され、開閉によって第２補助固定絞り６７への冷媒の流れを切り替える。第３開閉弁６８は、通常の暖房運転時や冷房運転時等には閉じられている。第３開閉弁６８は、コンプレッサ２０の回転数が高くなる高温下での冷房運転時に、第２固定絞り６６がチョークしたと判定された場合に、開かれる。
【００３２】
車両用空調装置１００には、吸入圧センサ９１と、外気温センサ９２と、吹出し温度センサ９３と、が設置されている。
【００３３】
吸入圧センサ９１は、冷媒流路６０のアキュムレータ１０とコンプレッサ２０との間で、コンプレッサ２０に吸入される前の気相冷媒の吸入圧Ｐｓを検出する。
【００３４】
外気温センサ９２は、室外熱交換器４０より車両前方に設置され、外気温Ｔａを検出する。
【００３５】
吹出し温度センサ９３は、ＨＶＡＣユニット７の出口付近に設置され、車室内に送風される空気の吹出し温度Ｔｐｖを検出する。
【００３６】
図２は、車両用空調装置１００のコントローラ８０の空調制御に関する電気回路のブロック図である。コントローラ８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵによって読み出すことで、車両用空調装置１００に各種機能を発揮させる。
【００３７】
図２に示すように、コントローラ８０には、吸入圧センサ９１と、外気温センサ９２と、吹出し温度センサ９３と、からの信号が入力される。コントローラ８０は、入力された信号に基づいて、コンプレッサ２０と、ブロワ７０と、室外ファン４１と、の出力をそれぞれ設定する。また、コントローラ８０は、入力された信号に基づいて、第１開閉弁６２と、第２開閉弁６４と、第３開閉弁６８と、の開閉制御を実行し、三方弁６５で冷媒の流れの切り替えを行う。さらに、コントローラ８０は、エアミックスドア７１の開度制御を実行する。
【００３８】
次に、車両用空調装置１００のコントローラ８０が実行する暖房能力制御について、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３９】
ステップＳ１０１では、コントローラ８０は、暖房運転時の目標吹出し温度Ｘｍを算出する。目標吹出し温度Ｘｍは、ＨＶＡＣユニット７の出口を通過して車室内に吹き出す空気の目標温度である。目標吹出し温度Ｘｍは、外気温Ｔａと、吹出し温度Ｔｐｖと、暖房要求の度合と、に基づいて設定される。例えば、車両の走行状態が変化して外気温Ｔａが低下した場合には、コントローラ８０は、ステップＳ１０１において目標吹出し温度Ｘｍをこれまで設定していた温度より高めの温度に設定する。暖房要求の度合は、車室内の温度が暖房運転の設定温度からかい離しているほど、高くなる。なお、暖房要求の度合は、窓曇りの除去要求や車室内の暖房風量の増大要求や日射量の変化等を考慮して求めてもよい。
【００４０】
ステップＳ１０２では、コントローラ８０は、コンプレッサ２０の圧縮機周波数ｆｃ及びブロワ７０のブロワ周波数ｆｂを設定する。圧縮機周波数ｆｃ及びブロワ周波数ｆｂには、目標吹出し温度Ｘｍに対応する予め決められた値が設定される。例えば、目標吹出し温度Ｘｍが高めの温度に設定されている場合には、コントローラ８０は、高めに設定された目標吹出し温度Ｘｍに対応するように、圧縮機周波数ｆｃ及びブロワ周波数ｆｂを増大させる。
【００４１】
コントローラ８０が圧縮機周波数ｆｃを増大させると、コンプレッサ２０の回転数が増大し、より多くの冷媒がコンプレッサ２０に吸入されるので、コンプレッサ２０の吸入圧Ｐｓは減少する。冷媒は、回転数の増大したコンプレッサ２０によってより圧縮されることで流量が増大するとともに高温高圧になる。
【００４２】
また、コントローラ８０がブロワ周波数ｆｂを増大させると、ブロワ７０の回転数が増大するので、ＨＶＡＣユニット７内の空気の送風量は増える。このため、コンプレッサ２０によって圧縮された高温高圧の冷媒の熱がヒータコア３０の周囲の空気に伝わりやすくなるので、車室内には、より暖かい空気が送風される。
【００４３】
しかしながら、圧縮機周波数ｆｃ及びブロワ周波数ｆｂを増大させても、車室内に暖かい空気が送風されない場合がある。第１固定絞り６１を通過する冷媒が、気相冷媒と液相冷媒とが混在した状態、すなわち二相状態になることで冷媒の流量が減少すると、冷媒と外気又は車室内に送風する空気との間における熱交換効率が低下する。このため、ヒータコア３０は、車室内に送風する空気を十分に暖められなくなる。
【００４４】
図６は、暖房運転時に、ヒータコア３０で凝縮した後、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒が二相状態又は液相状態であるときの、冷媒の流量特性を示すグラフである。図６の縦軸は単位時間あたりの冷媒の流量［ｋｇ／ｈ］を示したものであり、横軸は冷媒の状態を示したものである。冷媒の流量は、二相状態のときには乾き度Ｘによって表され、液相状態のときには過冷却度ＳＣ［℃］によって表される。
【００４５】
乾き度Ｘは、二相状態のときの冷媒の総量に対する気相冷媒の重量の比率である。例えば、２０％ガス化していれば、乾き度Ｘは０．２となる。乾き度Ｘが大きくなるほど冷媒の密度が低くなるので、冷媒の流量は減少する。
【００４６】
過冷却度ＳＣは、液相状態の冷媒と飽和液温度との温度差を表したものである。例えば、飽和液温度よりも２℃低くなるように過冷却された液相状態の冷媒であれば、過冷却度ＳＣは２℃となる。なお、二相状態と液相状態の境界である飽和液の状態のときの冷媒は、乾き度Ｘも過冷却度ＳＣも０である。
【００４７】
図６に示すように、二相状態のときの冷媒は、乾き度Ｘが大きくなるほど冷媒の密度が低くなるので流量が少なくなる。このため、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒が二相状態であるときには、冷媒の流量が不足して車室内に暖かい空気を送風できなくなる。
【００４８】
他方で、液相状態のときの冷媒は、過冷却度ＳＣが高くなるほど冷媒の密度が高くなるので流量が多くなる。このため、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒が液相状態であるときには、密度の高い液相冷媒のみが第１固定絞り６１を通過するので、冷媒の流量が不足せずに、車室内に暖かい空気を送風できる。したがって、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒は、常に液相状態であることが望ましい。そこで、コントローラ８０は、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒が二相状態であるか否かを判定するために、図５のステップＳ１０３の処理を実行する。
【００４９】
ステップＳ１０３では、コントローラ８０は、冷媒が二相状態であるか否かを判定する冷媒状態判定制御を実行する。コントローラ８０が実行する冷媒状態判定制御について、図７を参照して具体的に説明する。
【００５０】
図７は、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒の相状態の違いによる圧縮機周波数ｆｃと吸入圧Ｐｓとの関係を示すグラフである。図７の縦軸は、コンプレッサ２０が冷媒を吸入する吸入圧Ｐｓ［Ｐａ］であり、横軸は、コンプレッサ２０の圧縮機周波数ｆｃ［Ｈｚ］である。
【００５１】
ここで、コントローラ８０は、ステップＳ１０２の処理で、圧縮機周波数ｆｃをｆｃ１からｆｃ２まで周波数変化量Δｆｃだけ増大させたとする。
【００５２】
圧縮機周波数ｆｃの増大に伴い、吸入圧Ｐｓは、冷媒の相状態に応じて、吸入圧変化量ΔＰｓだけ減少する。例えば、図７に示すように、冷媒が液相状態である場合には、吸入圧は、ｐ１からｐ２まで吸入圧変化量ΔＰｓｌだけ減少する。他方で、冷媒が二相状態である場合には、吸入圧Ｐｓは、ｐ１からｐ３まで吸入圧変化量ΔＰｓｔだけ減少する。また、冷媒が飽和液の状態である場合には、吸入圧Ｐｓは、ｐ１からｐ４まで吸入圧変化量ΔＰｓｓだけ減少する。
【００５３】
冷媒が二相状態であるときの吸入圧変化量ΔＰｓｔは、飽和液の状態の吸入圧変化量ΔＰｓｓと比べて大きな値となる。他方で、冷媒が液相状態であるときの吸入圧変化量ΔＰｓｌは、飽和液の状態の吸入圧変化量ΔＰｓｓと比べて小さな値となる（ΔＰｓｔ＞ΔＰｓｓ＞ΔＰｓｌ）。
【００５４】
コントローラ８０は、圧縮機周波数ｆｃの増大に対して、吸入圧Ｐｓがどの程度減少したかを検出し、冷媒が二相状態であるか否かを判定する。具体的には、コントローラ８０は、周波数変化量Δｆｃに対する吸入圧変化量ΔＰｓの傾きを算出する。コントローラ８０は、当該傾きの絶対値をとって吸入圧勾配Ｇｐｆを求める（Ｇｐｆ＝｜ΔＰｓ／Δｆｃ｜）。コントローラ８０は、吸入圧勾配Ｇｐｆが所定の勾配閾値Ｇｔｈより大きいか否かを判定する。勾配閾値Ｇｔｈには、図７に一点鎖線で示すように、冷媒が飽和液の状態である場合の周波数変化量Δｆｃに対する吸入圧変化量ΔＰｓｓの傾きを算出して（ΔＰｓｓ／Δｆｃ）、当該傾きの絶対値をとった値が用いられる（Ｇｔｈ＝｜ΔＰｓｓ／Δｆｃ｜）。勾配閾値Ｇｔｈは、周波数変化量Δｆｃ毎に勾配閾値特性テーブル（図示せず）としてＲＯＭに予め記録されており、コントローラ８０が勾配閾値特性テーブルを参照することによって呼び出される。
【００５５】
コントローラ８０は、吸入圧勾配Ｇｐｆが、勾配閾値Ｇｔｈよりも大きい場合には、冷媒が二相状態であると判定して、図５のフローチャートの処理をステップＳ１０４に進める。他方で、コントローラ８０は、吸入圧勾配Ｇｐｆが勾配閾値Ｇｔｈ以下である場合には、冷媒が二相状態ではなく液相状態であると判定して、処理をステップＳ１０５へ進める。
【００５６】
なお、勾配閾値Ｇｔｈは、吸入圧Ｐｓの検出誤差等を考慮して設定されてもよい。例えば、勾配閾値Ｇｔｈは、飽和液よりも計測下限値ＳＣｍｉｎ分だけ過冷却した液相状態のときの周波数変化量Δｆｃに対する吸入圧変化量ΔＰｓｌの傾きから算出してもよい。計測下限値ＳＣｍｉｎは、冷媒が液相状態であると確実に判定できる計測上の過冷却度ＳＣの下限値であり、例えば１℃に設定される。
【００５７】
ステップＳ１０４では、コントローラ８０は、ブロワ７０のブロワ周波数ｆｂを増大させる。ブロワ周波数ｆｂが大きくなることでブロワ７０の送風量が増大するので、ヒータコア３０を通過する冷媒は、周囲の空気に熱をより多く奪われて凝縮する。このため、ヒータコア３０で凝縮された後、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒は、一時的に大きな過冷却度ＳＣの液相状態となる。大きな過冷却度ＳＣの液相状態のときの冷媒では、図６に示すように、冷媒の流量が増加する。このときの過冷却度ＳＣは、例えば１０℃である。その後、コントローラ８０による処理は、ステップＳ１０３に戻り、冷媒が二相状態であるか否かの判定が再度実行される。このように、コントローラ８０は、ステップＳ１０４の処理において放熱増大制御を実行する放熱制御手段として機能する。
【００５８】
コントローラ８０は、ステップＳ１０３の処理によって第１固定絞り６１を通過する冷媒が二相状態ではなく液相状態になっていると判定すると、ステップＳ１０５に処理を進める。
【００５９】
ステップＳ１０５では、コントローラ８０は、図８に示すように、圧縮機周波数ｆｃ２を一時的に周波数変化量Δｆｃ’だけ増大させてｆｃ２’とし、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたか否かを判定する。図８は、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒のチョーク有無による圧縮機周波数ｆｃと吸入圧Ｐｓとの関係を示すグラフである。図８の縦軸は、コンプレッサ２０が冷媒を吸入する吸入圧Ｐｓ［Ｐａ］であり、横軸は、コンプレッサ２０の圧縮機周波数ｆｃ［Ｈｚ］である。
【００６０】
暖房運転時に冷媒がチョークしていない場合には、吸入圧Ｐｓは、図８に実線で示すように、圧縮機周波数ｆｃが大きくなるにつれて、徐々に減少する。また、圧縮周波数ｆｃがある値、例えばｆｃ２である場合において、吸入圧Ｐｓは、外気温が５℃のときよりも０℃のときの方が低くなり、外気温が０℃のときよりも−５℃のときの方が低くなる。このように、吸入圧Ｐｓは、外気温が低下するほど低くなる。
【００６１】
ここで、外気温が−５℃のときに、圧縮機周波数ｆｃをｆｃ２から周波数変化量Δｆｃ’だけ一時的に増大させてｆｃ２’とした場合において、圧縮機周波数ｆｃｃで第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークした場合について説明する。
【００６２】
圧縮機周波数ｆｃｃのときに冷媒がチョークした場合には、圧縮機周波数ｆｃを大きくしても、コンプレッサ２０に流れ込む冷媒の流量は、増大しなくなる。一方で、コンプレッサ２０の圧縮機周波数ｆｃが大きくなるほど回転数が増大して強く冷媒を吸入するので、吸入圧Ｐｓは、圧縮機周波数ｆｃをｆｃｃからｆｃ２’まで大きくするにつれて、図８に一点鎖線で示すように、急激に減少する。このため、周波数変化量Δｆｃ’だけ圧縮機周波数ｆｃを一時的に増大させた場合において、吸入圧Ｐｓは、ｐ２から吸入圧変化量ΔＰｓｌ２だけ大きく減少してｐ２２となる。
【００６３】
他方で、冷媒がチョークしていない場合には、圧縮機周波数ｆｃが大きくなるにつれて、コンプレッサ２０に流れ込む冷媒の流量も増大する。このため、吸入圧Ｐｓは、ｐ２から吸入圧変化量ΔＰｓｌ１だけ減少してｐ２１となる。
【００６４】
このように、冷媒がチョークした場合の吸入圧変化量ΔＰｓｌ２は、チョークしていない場合の吸入圧変化量ΔＰｓｌ１と比べて大きな値となる（ΔＰｓｌ２＞ΔＰｓｌ１）。
【００６５】
コントローラ８０は、冷媒が液相状態のときに圧縮機周波数ｆｃを一時的に周波数変化量Δｆｃ’だけ増大させて、吸入圧Ｐｓがどの程度減少したかを検出し、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたか否かを判定する。具体的には、コントローラ８０は、周波数変化量Δｆｃ’に対する吸入圧変化量ΔＰｓ’の傾きを算出する。コントローラ８０は、当該傾きの絶対値をとって吸入圧勾配Ｇｐｆ’を求める（Ｇｐｆ’＝｜ΔＰｓ’／Δｆｃ’｜）。吸入圧勾配Ｇｐｆ’は、コンプレッサ２０の圧縮機周波数ｆｃの周波数変化量Δｆｃ’に対する吸入圧Ｐｓの吸入圧変化量ΔＰｓ’になる。コントローラ８０は、吸入圧勾配Ｇｐｆ’が所定の勾配閾値Ｇｔｈ’より大きいか否かを判定する。勾配閾値Ｇｔｈ’には、チョークしていない場合の吸入圧変化量ΔＰｓｌ１が用いられる。勾配閾値Ｇｔｈ’は、外気温Ｔａ毎に勾配閾値特性テーブル（図示せず）としてＲＯＭに予め記録されており、コントローラ８０が勾配閾値特性テーブルを参照することによって呼び出される。なお、勾配閾値Ｇｔｈ’は、吸入圧Ｐｓや外気温Ｔａの検出誤差等を考慮して、チョークしていない場合の吸入圧変化量ΔＰｓｌ１よりも大きな値に設定されてもよい。
【００６６】
コントローラ８０は、吸入圧勾配Ｇｐｆ’が勾配閾値Ｇｔｈ’よりも大きい場合には、冷媒がチョークしたと判定して、図５のフローチャートの処理をステップＳ１０６に進める。他方で、コントローラ８０は、吸入圧勾配Ｇｐｆ’が勾配閾値Ｇｔｈ’以下である場合には、冷媒がチョークしていないと判定して、処理をステップＳ１０７に進める。このように、ステップＳ１０５の処理では、コントローラ８０は、第１固定絞り６１がチョークしたか否かを判定するチョーク判定手段として機能する。
【００６７】
ステップＳ１０６では、コントローラ８０は、第２開閉弁６４を開放して開状態にする。第２開閉弁６４が開状態となることで、図９に太実線で示すように、第１補助固定絞り６３に冷媒が流通する。図９は、暖房運転時に、第２開閉弁６４を開状態にしたときの冷媒の流れを示す図である。冷媒がチョークした第１固定絞り６１だけでなく、第１補助固定絞り６３にも冷媒が流通することによって、コンプレッサ２０に流れ込む冷媒の流量が増加する。このため、吸入圧Ｐｓは、ｐ２２から上昇する。
【００６８】
ステップＳ１０７では、コントローラ８０は、吹出し温度Ｔｐｖが目標吹出し温度Ｘｍ以上であるか否かを判定する。
【００６９】
吹出し温度Ｔｐｖが目標吹出し温度Ｘｍ以上である場合には、コントローラ８０は、車室内を暖めるのに十分な暖房能力が得られていると判定して、暖房能力制御の実行を終了する。また、この際、ステップＳ１０４の処理で放熱増大制御が実行されている場合には、コントローラ８０は、放熱増大制御を中止して、一時的に上昇したブロワ７０のブロワ周波数ｆｂをステップＳ１０２で設定した値に戻す。
【００７０】
他方で、吹出し温度Ｔｐｖが目標吹出し温度Ｘｍ未満である場合には、コントローラ８０は、車室内を暖めるのに十分な暖房能力が得られていないと判定して暖房能力をより増大させるためにステップＳ１０２の処理に戻って圧縮機周波数ｆｃとブロワ周波数ｆｂとを再設定する。
【００７１】
上記した第１実施形態に係る車両用空調装置１００によれば、以下の効果を得ることができる。
【００７２】
車両用空調装置１００は、冷媒を圧縮するコンプレッサ２０と、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒を凝縮させるヒータコア３０と、ヒータコア３０で凝縮した冷媒を減圧膨張させる第１固定絞り６１と、第１固定絞り６１と並列に接続される第１補助固定絞り６３と、開状態の場合に第１補助固定絞り６３へ冷媒を流通させる第２開閉弁６４と、第１固定絞り６１がチョークしたか否かを判定するチョーク判定手段として機能するコントローラ８０と、を備える。コントローラ８０は、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたと判定した場合に、第２開閉弁６４を開状態にする。
【００７３】
車両用空調装置１００によれば、コントローラ８０は、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたと判定すると、第２開閉弁６４を開状態にして、第１固定絞り６１と平行に接続された第１補助固定絞り６３に冷媒を流通させる。このため、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしても、圧縮機周波数ｆｃを増大させて冷媒の流量を確保することができる。その結果、第１固定絞り６１を採用しても、車両用空調装置１００のＣＯＰが悪化せずに、暖房運転能力の効率の低下を抑制することができる。
【００７４】
車両用空調装置１００では、コントローラ８０は、ヒータコア３０で凝縮した冷媒が二相状態か液相状態かを判定する冷媒状態判定手段としてさらに機能する。コントローラ８０は、ヒータコア３０で凝縮した冷媒が液相状態であると判定した場合に、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたか否かを判定する。
【００７５】
車両用空調装置１００によれば、コントローラ８０は、ヒータコア３０で凝縮した冷媒の相状態を判定し、液相状態であるときに第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたか否かを判定するので、冷媒の流量の減少が、二相状態によるものかチョークしたことによるものかを精度よく識別することができる。
【００７６】
車両用空調装置１００では、コントローラ８０は、コンプレッサ２０の圧縮機周波数ｆｃの周波数変化量Δｆｃ’に対する吸入圧Ｐｓの吸入圧変化量ΔＰｓである吸入圧勾配Ｇｐｆ’が、所定の勾配閾値Ｇｔｈ’よりも大きい場合に、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたと判定する。
【００７７】
車両用空調装置１００によれば、コントローラ８０は、吸入圧勾配Ｇｐｆ’が勾配閾値Ｇｔｈ’よりも大きい場合に第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたと判定するので、冷媒のチョークによって大きな値になる吸入圧変化量ΔＰｓを監視して吸入圧勾配Ｇｐｆ’を求めることで、チョーク判定を簡単に行うことができる。
【００７８】
車両用空調装置１００では、コントローラ８０は、ヒータコア３０で凝縮した冷媒が液相状態であると判定した後のコンプレッサ２０の圧縮機周波数ｆｃの周波数変化量Δｆｃ’に対する吸入圧Ｐｓの吸入圧変化量ΔＰｓである吸入圧勾配Ｇｐｆ’が、所定の勾配閾値Ｇｔｈ’よりも大きい場合に、第１固定絞り６１を通過する冷媒がチョークしたと判定する。
【００７９】
車両用空調装置１００によれば、液相状態であると判定した後の吸入圧勾配Ｇｐｆ’が勾配閾値Ｇｔｈ’よりも大きい場合に冷媒がチョークしたか否かを判定するので、冷媒が二相状態のときの吸入圧勾配Ｇｐｆと切り分けることができ、チョーク判定を精度よく行うことができる。
【００８０】
車両用空調装置１００では、コントローラ８０は、ヒータコア３０で凝縮した冷媒が二相状態であると判定した場合に、ヒータコア３０の放熱量を増大させる放熱増大制御を行う放熱制御手段としてさらに機能する。コントローラ８０は、放熱増大制御を行った後に、チョーク判定を行う。
【００８１】
車両用空調装置１００によれば、冷媒が二相状態であると判定された場合には、先に放熱増大制御を実行して冷媒を液相状態にしてから、チョーク判定を行うので、冷媒が液相状態であると判定された後の吸入圧勾配Ｇｐｆ’と、二相状態のときの吸入圧勾配Ｇｐｆと、を切り分けることができ、チョーク判定を精度よく行うことができる。
【００８２】
以上の実施形態では、暖房運転を行う場合について説明した。以下、冷房運転を行う場合について説明する。
【００８３】
冷房運転時の車両用空調装置１００のコントローラ８０は、入力された信号に基づいてコンプレッサ２０の圧縮機周波数ｆｃと、ブロワ７０のブロワ周波数ｆｂ等を設定するとともに、室外ファン４１の室外ファン周波数ｆｆをさらに設定する。
【００８４】
冷房運転時には、コントローラ８０は、図４に太実線で示すように、第１開閉弁６２を開状態にして、三方弁６５を第２固定絞り６６及びエバポレータ５０側に開く。冷房運転時には、室外熱交換器４０は、凝縮器として機能する。
【００８５】
コントローラ８０は、図５のステップＳ１０１からＳ１０７と同様の処理を行い、第２固定絞り６６を通過する冷媒が液相状態であると判定した後に、チョーク判定を行う。なお、コントローラ８０は、ステップＳ１０２の処理とともに、目標吹出し温度Ｘｍに対応する予め決められた値に室外ファン４１の室外ファン周波数ｆｆを設定してもよい。また、コントローラ８０は、ステップＳ１０４の処理で、ブロワ周波数ｆｂを増大させる代わりに室外ファン周波数ｆｆを増大させることができる。室外ファン周波数ｆｆが大きくなることで、室外熱交換器４０を通過する外気の流量が増大するので、冷媒の熱が外気によって奪われ易くなる。このため、室外熱交換器４０で凝縮した後、第２固定絞り６６を通過する前の冷媒は、一時的に大きな過冷却度ＳＣの液相状態となる。
【００８６】
ここで、第２固定絞り６６を通過する液相状態の冷媒がチョークしたとステップＳ１０５で判定された場合に、コントローラ８０は、ステップＳ１０６の処理で第２開閉弁６４を開放する代わりに、第３開閉弁６８を開放する。第３開閉弁６８が開状態にされることで、図１０に太実線で示すように、第２補助固定絞り６７に冷媒が流通する。図１０は、冷房運転時に、第３開閉弁６８を開状態にしたときの冷媒の流れを示す図である。
【００８７】
車両用空調装置１００によれば、第２固定絞り６６を通過する冷媒がチョークした場合でも、第３開閉弁６９を通って冷媒が流れることとなるので、冷房運転時にも上記実施形態の効果と同様の効果が得られる。その結果、第２固定絞り６６を採用しても、車両用空調装置１００のＣＯＰが悪化せずに、冷房運転能力の効率の低下を抑制することができる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００８９】
例えば、図１１に示すような、冷却水流路３４等を備える車両用空調装置２００にも適用することができる。図１１は、上記実施形態の変形例に係る車両用空調装置２００の構成図である。なお、以下の実施形態では、上記実施形態と同じ機能を果たす構成には同一の符号を用い、重複する記載を適宜省略して説明する。
【００９０】
車両用空調装置２００は、冷却水の流れる冷却水流路３４を備える。冷却水には、例えば不凍液が用いられる。
【００９１】
冷却水流路３４には、ヒータコア３０と、ウォータポンプ３１と、温水ヒータ３２と、水冷媒熱交換器３３と、が接続されている。
【００９２】
ウォータポンプ３１は、冷却水流路３４内の冷却水を送液して循環させる。ウォータポンプ３１は、内部のモータの周波数設定に応じて回転数が変化して、冷却水の送液量を調整する。以下、ウォータポンプ３１のモータに設定される周波数を、ウォータポンプ周波数ｆｗと称する。
【００９３】
温水ヒータ３２は、通過する冷却水を加熱して暖める。
【００９４】
水冷媒熱交換器３３は、コンプレッサ２０によって圧縮された後の冷媒と冷却水流路３４の冷却水との間で熱交換を行う。
【００９５】
車両用空調装置２００では、コンプレッサ２０によって圧縮され高温になった冷媒は、水冷媒熱交換器３３で冷却水に吸熱される。水冷媒熱交換器３３で冷媒と熱交換し暖まった冷却水は、温水ヒータ３２及びウォータポンプ３１を通過して、ヒータコア３０へと流れる。ヒータコア３０は、冷却水が冷媒から吸収した熱を利用して車室内空調に利用する空気を加熱する。なお、水冷媒熱交換器３３で冷却水が冷媒から十分に吸熱できない場合には、冷却水は、温水ヒータ３２によって暖められる。
【００９６】
車両用空調装置２００のコントローラ８０は、図５のステップＳ１０１からＳ１０７と同様の処理を行い、暖房運転時には第１固定絞り６１を通過する冷媒が液相状態であると判定した後に、チョーク判定を行う。なお、コントローラ８０は、ステップＳ１０２の処理とともに、目標吹出し温度Ｘｍに対応する予め決められた値にウォータポンプ３１のウォータポンプ周波数ｆｗを設定してもよい。また、コントローラ８０は、ステップＳ１０４の処理で、ブロワ周波数ｆｂを増大させる代わりにウォータポンプ周波数ｆｗを増大させることができる。ウォータポンプ周波数ｆｗが大きくなることで、ヒータコア３０や水冷媒熱交換器３３を通過する冷却水の流量が増大するので、冷媒の熱がヒータコア３０の周囲の空気によって間接的に奪われやすくなる。このため、暖房運転時に水冷媒熱交換器３３で凝縮した後、第１固定絞り６１を通過する前の冷媒は、一時的に大きな過冷却度ＳＣを持った液相状態となる。
【００９７】
車両用空調装置２００によれば、上記実施形態による車両用空調装置１００の効果と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
また、上記実施形態では、コントローラ８０は、コンプレッサ２０の回転数の変化量を圧縮機周波数ｆｃの周波数変化量Δｆｃから算出したが、コンプレッサ２０の回転数やコンプレッサ２０に供給される供給電圧から算出してもよい。同様にコントローラ８０は、ブロワ７０、室外ファン４１、又はウォータポンプ３１の回転数の変化量を、ブロワ７０、室外ファン４１、又はウォータポンプ３１の回転数等から算出してもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１００、２００  車両用空調装置
１      冷凍サイクル
７      ＨＶＡＣユニット
１０    アキュムレータ
２０    コンプレッサ（圧縮機）
３０    ヒータコア（凝縮器）
３２    温水ヒータ
３３    水冷媒熱交換器
４０    室外熱交換器（暖房運転時に蒸発器、冷房運転時に凝縮器）
４１    室外ファン
５０    エバポレータ（蒸発器）
６０    冷媒流路
６１    第１固定絞り（固定絞り）
６２    第１開閉弁
６３    第１補助固定絞り（補助固定絞り）
６４    第２開閉弁（開閉弁）
６５    三方弁
６６    第２固定絞り（固定絞り）
６７    第２補助固定絞り（補助固定絞り）
６８    第３開閉弁（開閉弁）
７０    ブロワ
８０    コントローラ（チョーク判定手段、冷媒状態判定手段、放熱制御手段）
９１    吸入圧センサ
９２    外気温センサ
９３    吹出し温度センサ
【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】
2016211799.tif 000009
【図８】
2016211799.tif 000010
【図９】
2016211799.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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