JP3198623B2

JP3198623B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP3198623B2
Application number: JP15342792A
Authority: JP
Inventors: 邦夫入谷; 晃伊佐治; 隆久鈴木; 桂太本多
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JPH05338433A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、室内へ空気を送るダク
ト内の熱交換器が冷媒凝縮器として機能可能な空気調和
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動モータによって冷媒圧縮機を駆動す
る空気調和装置の一例として、電気自動車に搭載される
空気調和装置を用いて説明する。電気自動車は、内燃機
関を用いた自動車のような高温、高容量の排熱源を有さ
ない。このため、電気自動車に用いられる空気調和装置
は、室内の暖房を行うために、ダクト内に配置した熱交
換器を冷媒凝縮器として機能させる技術が提案されてい
る。また、電気自動車に使用される冷媒圧縮機は、電動
モータによって駆動される。この電動モータの回転速度
を、インバータによって制御し、冷媒圧縮機の無駄な動
力を抑えて、車載バッテリの電力消費を抑える技術が提
案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空気調和装置は、手動
により、あるいは自動的に風量を可変する機能を備え
る。そして、従来の空気調和装置では、ダクト内の熱交
換器が冷媒凝縮器として機能している場合に、図８の実
線Ａ1 に示すように、送風機の風量が大風量（Hi）から
小風量（Lo）へ切り替えられると、送風機の通電電圧が
切り替わり、送風機の風量が急速に低下する。すると、
冷凍サイクルの高圧側の圧力が実線Ｂ１に示すように急
上昇する。冷凍サイクルの高圧側の圧力が上昇して設定
圧力（例えば２５ｋｇ／ｃｍ²）を越えるか、あるいは
電動モータの入力電流値が設定電流値（例えば１２Ａ）
を越えると、実線Ｃ1 に示すように、インバータが電動
モータの回転速度を低下させ、冷媒圧縮機の冷媒吐出容
量を低下させる。しかるに、高圧圧力の上昇が急激であ
るため、インバータにより冷媒圧縮機の回転速度が低下
しても、高圧圧力の上昇に冷媒吐出容量の低下制御が追
従できない。この結果、冷媒圧縮機の負荷が急激に増大
し、電動モータの入力電流が実線Ｄ1 に示すように急上
昇する。すると、インバータの出力電流が保護限界値に
達し、インバータがトリップする場合が生じる。つま
り、インバータがトリップして、冷凍サイクルが停止す
る不具合が生じる。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、送風機の風量を大風量から小風量
へ切り替えても、インバータのトリップを生じない空気
調和装置の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の空気調和装置
は、室内への空気通路をなすダクトと、このダクトを介
して室内へ空気を送る送風機と、前記ダクトの内部に配
置され、室内へ送られる空気と冷媒との熱交換を行う熱
交換器、および冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う冷媒圧縮
機を備え、前記熱交換器が冷媒凝縮器として機能可能な
冷凍サイクルと、前記冷媒圧縮機を駆動する電動モータ
と、この電動モータの回転速度を制御するインバータ
と、前記熱交換器が冷媒凝縮器として機能し、かつ前記
送風機の風量が大風量から小風量へ切り替えられる指示
が与えられた際に、前記送風機の風量を中間風量へ下げ
た後、徐々に小風量まで下げる低下風量制御手段とを備
える技術的手段を採用した。

【０００６】

【発明の作用】ダクト内の熱交換器が冷媒凝縮器として
機能する際、冷凍サイクルの高圧側の圧力は、送風機の
風量の影響を受ける。ここで、送風機の送風量が大きい
時に、送風機の風量を小風量にする指示が与えられる
と、低下風量制御手段が送風機の風量を一端中間風量に
下げる。この時、送風機の風量の低下によって、冷凍サ
イクルの高圧側の圧力が上昇する。しかるに、送風機の
風量の低下量が小さいため、冷媒圧縮機の駆動負荷の急
激な増加が抑えられ、インバータはトリップしない。そ
して、制御装置によって中間風量に下げられた送風機の
風量は、その後、徐々に小風量へ下げられる。このよう
に、徐々に送風機の風量を下げることにより、高圧圧力
の上昇が抑えられ、インバータのトリップの発生が防が
れる。

【０００７】

【発明の効果】本発明の空気調和装置は、上記の作用で
示したように、ダクト内の熱交換器が冷媒凝縮器として
機能する際に、送風機の送風量を大風量から小風量へ切
り替える指示が与えられても、冷凍サイクルの高圧側の
圧力の上昇が抑えられるため、インバータがトリップす
る不具合が防がれる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の空気調和装置を、図に示す一
実施例に基づき説明する。〔実施例の構成〕図１ないし図５は本発明の実施例を示
すもので、図２は空気調和装置の冷媒回路図、図３は空
気調和装置のダクトの概略図である。空気調和装置１
は、車室内に向けて空気を送る空気通路をなすダクト２
を備える。このダクト２は、車室内に配置され、ダクト
２の一端には、内外気切替手段３を備えた送風機４が接
続されている。内外気切替手段３は、車室内と連通して
車室内の空気（内気）を導入する内気導入口５と、車室
外と連通して車室外の空気（外気）を導入する外気導入
口６とを備える。そして、内外気切替手段３は、内外気
切替ダンパ７を備え、この内外気切替ダンパ７により、
ダクト２内に導かれる空気を内気と外気とで切り替える
ことができる。送風機４は、ファンケース８、ファン
９、モータ１０からなり、モータ１０は通電を受けると
ファン９を回転し、内気または外気をダクト２を介して
室内へ送る。

【０００９】ダクト２の他端には、ダクト２内を通過し
た空気を車室内の各部に向けて吹き出す吹出口が形成さ
れている。この吹出口は、乗員の頭胸部に向けて主に冷
風を吹き出すベンチレーション吹出口１１と、乗員の足
元に向けて主に温風を吹き出すフット吹出口１２と、窓
ガラスに向けて主に温風を吹き出すデフロスタ吹出口１
３とからなる。そして、ダクト２内には、各吹出口へ通
じる空気通路に、各吹出口への空気流を制御するベンチ
レーションダンパ１４、フットダンパ１５、およびデフ
ロスタダンパ１６が設けられている。

【００１０】また、ダクト２内には、冷媒と空気との熱
交換を行う冷凍サイクル１７の上流側熱交換器１８が配
設されている。上流側熱交換器１８は、冷媒蒸発器の機
能しか果たさないもので、ダクト２内の空気が全量通過
するように設けられている。この上流側熱交換器１８の
下流には、図２に示すように、車両駆動用モータ（図示
しない）やバッテリ（図示しない）の排熱、あるいは蓄
熱剤（図示しない）を利用した温水ヒータ１９が配設さ
れている。この温水ヒータ１９は、上流ヒータバイパス
２０が設けられている。ダクト２内には、ダクト２内を
通過する空気が、温水ヒータ１９か上流ヒータバイパス
２０の一方を通過するように切り替える上流ヒータ切替
ダンパ２１が設けられている。なお、この上流ヒータ切
替ダンパ２１は、冷凍サイクル１７が冷房モードを行う
際に、ダクト２内を通過する空気を上流ヒータバイパス
２０を通し、他のモードでは温水ヒータ１９を通すよう
に切り替えられる。温水ヒータ１９の下流には、冷媒と
空気との熱交換を行う冷凍サイクル１７の下流側熱交換
器２２が配設されている。この下流側熱交換器２２は、
冷媒凝縮器の機能しか果たさないもので、温水ヒータ１
９と同様、図２に示すように、下流側熱交換器２２をバ
イパスする下流ヒータバイパス２３が設けられている。
ダクト２内には、ダクト２内を通過する空気が、下流側
熱交換器２２か下流ヒータバイパス２３の一方を通過す
るように切り替える下流ヒータ切替ダンパ２４が設けら
れている。なお、この下流ヒータ切替ダンパ２４は、上
流ヒータ切替ダンパ２１同様、冷凍サイクル１７が冷房
モードを行う際に、ダクト２内を通過する空気を下流ヒ
ータバイパス２３を通し、他のモードでは下流側熱交換
器２２を通すように切り替えられる。この下流側熱交換
器２２の下流には、図３に示すように、補助ヒータ２５
が設けられている。この補助ヒータ２５は、ＰＴＣヒー
タなどの電気ヒータで、通電を受けると発熱してダクト
２内を流れる空気を加熱する。

【００１１】本実施例に示す冷凍サイクル１７は、アキ
ュムレータサイクルで、上述の上流側熱交換器１８およ
び下流側熱交換器２２の他に、室外熱交換器２６、冷媒
圧縮機２７、第１減圧装置２８、第２減圧装置２９、ア
キュムレータ３０、および冷媒の流れ方向を切り替える
流路切替手段を備える。室外熱交換器２６は、ダクト２
の外部において車室外の空気と冷媒との熱交換を行うも
ので、冷媒と熱交換する空気を強制的に室外熱交換器２
６へ送る室外ファン３１、および室外熱交換器２６へ流
入する空気を遮断するシャッタ３２を備える。冷媒圧縮
機２７は、冷媒の吸入、圧縮、吐出を行うもので、電動
モータ３３により駆動される。この冷媒圧縮機２７は、
電動モータ３３と一体的に密封ケース３４内に配置され
る。電動モータ３３は、インバータ３５によって回転速
度が可変するもので、電動モータ３３の回転速度の変化
によって、冷媒圧縮機２７の冷媒吐出容量が変化する。
なお、本実施例の空気調和装置１は、冷媒圧縮機２７の
回転速度の変化による容量変化により、吹き出し温度の
制御を行うものである。第１減圧装置２８は、上流側熱
交換器１８へ流入する冷媒を減圧膨張する固定絞りのキ
ャピラリチューブで、第２減圧装置２９は室外熱交換器
２６へ流入する冷媒を減圧膨張する温度作動式の膨張弁
である。アキュムレータ３０は、冷凍サイクル１７内の
過剰冷媒を蓄えるとともに、冷媒圧縮機２７に気相冷媒
を送り、液冷媒が冷媒圧縮機２７に吸い込まれるのを防
ぐように設けられている。

【００１２】冷媒の流路切替手段は、冷房運転時、暖房
運転時、除湿運転時および除霜運転時とで、冷媒の流れ
方向を切り替える。具体的には、冷房運転時と他の運転
時とで、冷媒圧縮機２７の吐出方向を切り替える四方弁
３６、暖房運転時に第１減圧装置２８と上流側熱交換器
１８をバイパスさせる第１電磁開閉弁３７、除湿運転時
に第１減圧装置２８をバイパスさせる第２電磁開閉弁３
８、除霜運転時に第２第２減圧装置２９をバイパスさせ
る第３電磁開閉弁３９を備えてなる。なお、図中の符号
４０は、冷媒の流れ方向を規制する逆止弁である。そし
て、流路切替手段は、冷房運転時、暖房運転時、除湿運
転時および除霜運転時に応じて、次のように冷媒の流れ
を切り替える。冷房運転時は、冷媒圧縮機２７の吐出し
た冷媒を、四方弁３６→室外熱交換器２６→第１減圧装
置２８→上流側熱交換器１８→アキュムレータ３０→冷
媒圧縮機２７の順に流す（図中矢印Ｃ参照）。暖房運転
時は、冷媒圧縮機２７の吐出した冷媒を、四方弁３６→
下流側熱交換器２２→第２減圧装置２９→室外熱交換器
２６→第１電磁開閉弁３７→アキュムレータ３０→冷媒
圧縮機２７の順に流す（図中矢印Ｈ参照）。除湿運転時
は、冷媒圧縮機２７の吐出した冷媒を、四方弁３６→下
流側熱交換器２２→第２減圧装置２９→室外熱交換器２
６→第２電磁開閉弁３８→上流側熱交換器１８→アキュ
ムレータ３０→冷媒圧縮機２７の順に流す（図中矢印Ｄ
参照）。除霜運転時は、冷媒圧縮機２７の吐出した冷媒
を、四方弁３６→下流側熱交換器２２→第３電磁開閉弁
３９→室外熱交換器２６（この時、室外ファン３１はOF
F 、シャッタ３２は閉鎖）→第１減圧装置２８→上流側
熱交換器１８→アキュムレータ３０→冷媒圧縮機２７の
順に流す（図中矢印Ｆ参照）。

【００１３】上述の送風機４、補助ヒータ２５、室外フ
ァン３１、電動モータ３３、四方弁３６、第１電磁開閉
弁３７、第２電磁開閉弁３８、第３電磁開閉弁３９、各
ダンパやシャッタ３２等を駆動するアクチュエータ（図
示しない）などの電気部品は、制御装置４１によって通
電制御される。制御装置４１は、使用者によって手動操
作される操作パネル４２（図４参照）の指示に従って各
電気部品の通電制御を行うもので、操作パネル４２は、
室内の操作性の良い位置に設置される。操作パネル４２
は、各吹き出しモードの設定を行う吹き出しモード切替
スイッチ４３、送風機４の送風量を可変する指示を与え
る風量切替スイッチ４４、電力消費を抑える節電スイッ
チ４５、内外気の設定を行う内外気設定スイッチ４６、
各空調モードの設定および停止を指示する空調モード設
定スイッチ４７、暖房運転時に室外熱交換器２６の除霜
運転を指示する除霜スイッチ４８、温度調節レバー４９
を備える。なお、温度調節レバー４９は、設定位置に応
じて各空調モードにおける冷媒圧縮機２７の回転速度の
設定を行って、空調能力の設定を行うものである。

【００１４】制御装置４１には、回転速度低下手段の機
能と、低下風量制御手段の機能とが設けられている。回
転速度低下手段は、冷凍サイクル１７の高圧側の圧力上
昇、あるいはインバータ３５の入力電流値の上昇に応じ
て電動モータ３３の回転速度を低下させるものである。
具体的には、高圧側の圧力が設定圧力（例えば２５kg/c
m²）以上の時に、インバータ３５が電動モータ３３の回
転速度を低下させ、冷媒圧縮機２７の回転速度を低下さ
せるものである。あるいは、インバータ３５の入力電流
値が、設定電流値（例えば１２Ａ）以上の時に、インバ
ータ３５が電動モータ３３の回転速度を低下させ、冷媒
圧縮機２７の回転速度を低下させるものである。このた
め、制御装置４１は、冷凍サイクルの高圧側の圧力を検
出する圧力検出センサ５０を備えるとともに、インバー
タ３５の入力電流を監視する。

【００１５】低下風量制御手段は、下流側熱交換器２２
が冷媒凝縮器として機能し、かつ風量切替スイッチ４４
によって送風機４の風量が大風量（Hi）から小風量（L
o）へ切り替えられた際に、送風機４の風量を中間風量
へ一旦下げ、その後、徐々に小風量（Lo）まで下げる。
具体的には、下流側熱交換器２２が冷媒凝縮器として機
能し、かつ風量切替スイッチ４４によって送風機４の風
量が大風量（Hi）から小風量（Lo）へ切り替えられる
と、まずインバータ３５がトリップしない中間風量が得
られるように送風機の通電電圧を設定する。その後、冷
凍サイクル１７の高圧側の圧力の上昇速度が、設定上昇
速度（例えば０．２〜０．４kg/cm²sec ）となるよう
に、送風機４の通電電圧を低下させて風量を徐々に低下
させ、小風量（Lo）にする。

【００１６】制御装置４１に設けられた低下風量制御手
段の機能を、図５のフローチャートを用いて説明する。
冷凍サイクル１７の運転が開始されると（スタート）、
暖房運転や、除湿運転など、下流側熱交換器２２が冷媒
凝縮器として機能しているか否かの判断を行う（ステッ
プＳ1 ）。この判断結果がNOの場合は、ステップＳ1 へ
戻り、YES の場合は、風量切替スイッチ４４によって送
風機４の風量が大風量（Hi）から小風量（Lo）へ切り替
えられたか否かの判断を行う（ステップＳ2 ）。この判
断結果がNOの場合は、ステップＳ1 へ戻る。ステップＳ
2 の判断結果がYES の場合は、中間風量が得られるよう
に送風機４の通電電圧を中間電圧にする（ステップＳ3
）。続いて、冷凍サイクル１７の高圧側の圧力の上昇
速度が、設定上昇速度（例えば０．２〜０．４kg/cm²se
c ）より高いか否かの判断を行う（ステップＳ4 ）。こ
の判断結果がNOの場合は、ステップＳ4 へ戻り、YES の
場合は送風機４の通電電圧を所定電圧下げる（ステップ
Ｓ5 ）。次に、送風機４の風量が小風量（Lo）に達した
か否かの判断を行う（ステップＳ6 ）。この判断結果が
NOの場合はステップＳ4 へ戻り、YES の場合はリターン
する。

【００１７】〔実施例の作動〕次に、本発明にかかる実施例の作動を、図１のタイムチ
ャートを用いて簡単に説明する。乗員による操作パネル
４２の操作によって、暖房運転あるいは除湿運転が行わ
れ、送風機４の風量が大風量に設定されている場合、時
間ｔ１で使用者が風量切替スイッチ４４を操作し、送風
機４の風量を大風量（Hi）から小風量（Lo）へ切り替え
ると、実線Ａに示すように、制御装置４１が送風機の通
電電圧を中間電圧にし、風量を中間風量に切り替える。
すると、冷凍サイクル１７の高圧側の圧力が実線Ｂに示
すように緩やかに上昇する。続いて、送風機４の風量
は、高圧圧力の上昇速度が設定上昇速度となるように低
下し、最後に小風量（Lo）にされる。この結果、高圧圧
力の上昇、およびインバータ３５の入力電流の上昇が、
実線Ｂ、Ｄに示すように少ない。なお、高圧圧力および
インバータ３５の入力電流の上昇量が小さく、設定圧力
および設定電流値に達しないため、電動モータ３３の回
転速度を低下させる制御は、実線Ｃに示すように行われ
ない。

【００１８】〔実施例の効果〕本実施例では、上記の作用で示したように、ダクト２内
の下流側熱交換器２２が冷媒凝縮器として機能する際
に、送風機４の送風量を大風量（Hi）から小風量（Lo）
へ切り替えても、冷凍サイクル１７の高圧圧力の上昇、
およびインバータ３５の入力電流の上昇が抑えられる。
このため、電動モータ３３の回転速度を制御するインバ
ータ３５がトリップする不具合が防止でき、冷凍サイク
ル１７を安定して作動させることができる。また、本実
施例の空気調和装置１は、ダクト２内に配された上流側
熱交換器１８および下流側熱交換器２２が、常に冷媒蒸
発器および冷媒凝縮器の機能に固定されているため、各
運転モードが切り替わっても、ダクト２内の熱交換器が
冷媒蒸発器から冷媒凝縮器へ切り替わることがない。こ
のため、モード切り替え時に、冷媒蒸発器のドレン水が
蒸発して窓ガラスが曇るという不具合を発生しない。

【００１９】〔第２実施例〕図６は制御装置（第１実施
例参照）の低下風量制御手段の機能を示す第２実施例の
フローチャートである。本実施例は、上記第１実施例の
ステップＳ4 の判断内容を変更したもので、本実施例の
ステップＳ4 では、インバータ（第１実施例参照）の入
力電流の上昇速度が、設定上昇速度（例えば０．２〜
０．５Ａ／sec ）より高いか否かの判断を行う。そして
この判断結果がNOの場合は、ステップＳ4 へ戻り、YES
の場合はステップＳ5 へ進む。

【００２０】〔第３実施例〕図７は制御装置（第１実施
例参照）の低下風量制御手段の機能を示す第２実施例の
フローチャートである。本実施例も上記第１実施例のス
テップＳ4 の判断内容を変更したもので、本実施例のス
テップＳ4 では、インバータ（第１実施例参照）の出力
電流値の上昇速度が、設定上昇速度（例えば０．５〜
０．７Ａ／sec ）より高いか否かの判断を行う。そして
この判断結果がNOの場合は、ステップＳ4 へ戻り、YES
の場合はステップＳ5 へ進む。

【００２１】〔変形例〕なお、本実施例では、高圧圧力
の上昇速度により、送風機の風量下降速度を制御した例
を示したが、第２実施例や第３実施例で示したように、
インバータの入力電流や出力電流（電動モータの入力電
流）を検出し、その電流値の上昇速度により送風機の風
量下降速度を制御しても良い。また、インバータの入力
電流や出力電流（電動モータの入力電流）の電流値が予
め設定された電流値に達したら所定時間風量の低下を中
止し、次に設定された電流値に達したら再び所定時間風
量の低下を中止し、この動作を繰り返して徐々に風量を
低下しても良い。さらに、大風量から小風量に切り替わ
った際、中間風量に設定した後、予め設定された速度で
風量を低下させても良い。本実施例では、送風機の風量
を手動によって操作する例を示したが、自動的に風量を
制御装置が設定する空気調和装置に適用しても良い。温
度の調節を手動操作によって行う例を示したが、目標の
室温が得られるオートエアコンに本発明を適用しても良
い。実施例に記載した数値は、理解補助のために用いた
もので、本発明は実施例中の数値に限定されるものでは
なく、種々変更可能なものである。自動車用空気調和装
置に適用した例を示したが、家庭用、工業用など他の空
気調和装置に本発明を適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の作動を示すタイムチャートである（第
１実施例）。

【図２】空気調和装置の冷媒回路図である（第１実施
例）。

【図３】空気調和装置のダクトの概略構成図である（第
１実施例）。

【図４】操作パネルの正面図である（第１実施例）。

【図５】低下風量制御手段の機能を示すフローチャート
である（第１実施例）。

【図６】低下風量制御手段の機能を示すフローチャート
である（第２実施例）。

【図７】低下風量制御手段の機能を示すフローチャート
である（第３実施例）。

【図８】従来技術の作動を示すタイムチャートである
（従来技術）。

【符号の説明】

１空気調和装置２ダクト４送風機１７冷凍サイクル２２下流側熱交換器２７冷媒圧縮機３３電動モータ３５インバータ４１制御装置（低下風量制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本多桂太愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開平１−179856（ＪＰ，Ａ) 特開平４−151318（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−79735（ＪＰ，Ｕ) 実開昭54−165352（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−69935（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−137940（ＪＰ，Ｕ) 実公昭48−18610（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 11/04 B60H 1/22 611 B60H 1/32 626 F25B 1/00 381 F25B 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 (a) 室内への空気通路をなすダクトと、 (b) このダクトを介して室内へ空気を送る送風機と、 (c) 前記ダクトの内部に配置され、室内へ送られる空気
と冷媒との熱交換を行う熱交換器、および冷媒の吸入、
圧縮、吐出を行う冷媒圧縮機を備え、前記熱交換器が冷
媒凝縮器として機能可能な冷凍サイクルと、 (d) 前記冷媒圧縮機を駆動する電動モータと、 (e) この電動モータの回転速度を制御するインバータ
と、 (f) 前記熱交換器が冷媒凝縮器として機能し、かつ前記
送風機の風量が大風量から小風量へ切り替えられる指示
が与えられた際に、前記送風機の風量を中間風量へ下げ
た後、徐々に小風量まで下げる低下風量制御手段とを備
える空気調和装置。