JP4258217B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量型圧縮機や電動圧縮機のように吐出冷媒流量を外部からの制御信号により制御可能な構成になっている圧縮機を備える冷凍サイクル装置に関するもので、車両用空調装置に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置においては、冷凍サイクル装置の圧縮機を車両エンジンにより駆動しているので、固定容量型圧縮機の作動を電磁クラッチにより断続して圧縮機の能力を行っている。しかし、圧縮機作動の断続制御に伴ってショックや騒音が発生し、車両の走行フィーリングを悪化させる。
【０００３】
そこで、近年では、吐出容量を外部からの制御信号により制御可能な可変容量型圧縮機が採用されるようになっている。この可変容量型圧縮機では吐出容量を連続的にきめ細かく変化できるので、車両の走行フィーリングを改善できる。
【０００４】
この吐出容量の制御を具体的に述べると、冷凍サイクル装置に装備される蒸発器の実際の吹出温度Ｔｅと目標蒸発器温度ＴＥＯとの偏差を算出し、この偏差に基づいて圧縮機の容量制御電流を算出し、この容量制御電流を圧縮機の容量可変装置に出力して、圧縮機の吐出容量を制御している。これにより、蒸発器への冷媒流量を増減して蒸発器冷却能力を増減し、蒸発器吹出温度Ｔｅが目標蒸発器温度ＴＥＯ付近に維持されるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、春秋の中間期のように冷房熱負荷が低いときは蒸発器吸い込み空気温度が低くなる。しかも、目標蒸発器温度ＴＥＯは圧縮機駆動動力の節減のために冷房高負荷時よりも高めの温度に変更される。この結果、蒸発器の必要冷却能力が小さくなるので、圧縮機の吐出容量は小容量に制御され、蒸発器循環冷媒流量が小流量となる。
【０００６】
このような冷媒小流量時には、蒸発器の冷媒入口部と冷媒出口部間の冷媒流路における液冷媒の分布に不均一が起こりやすくなり、蒸発器吹出空気温度のバラツキが大きくなるという不具合を生じる。
【０００７】
なお、本発明者らの検討によると、圧縮機として可変容量型圧縮機の代わりに、回転数制御により吐出冷媒流量を制御可能な電動圧縮機を使用する冷凍サイクル装置においても、冷媒小流量時に蒸発器吹出空気温度のバラツキが大きくなるという不具合が同様に生じることを確認している。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、可変容量型圧縮機や電動圧縮機のように吐出冷媒流量を外部からの制御信号により制御可能な構成になっている圧縮機を備える冷凍サイクル装置において、冷媒小流量時における蒸発器吹出空気温度のバラツキを低減することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、吐出冷媒流量を外部からの制御信号により制御可能な構成になっている圧縮機（１１）と、
圧縮機（１１）の吐出側に接続され、圧縮機（１１）の吐出ガス冷媒を凝縮する凝縮器（１２）と、
凝縮器（１２）の出口側に接続され、凝縮器（１２）を通過した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し液相冷媒を貯留する受液器（１３）と、
受液器（１３）の出口側に接続され、受液器（１３）から流出する液相冷媒を減圧する減圧手段（１４）と、
減圧手段（１４）の出口側と圧縮機（１１）の吸入側との間に接続され、減圧手段（１４）により減圧された低圧冷媒を空気流れから吸熱して蒸発させる蒸発器（９）と、
蒸発器（９）の空気吹出側のうち、冷媒小流量時に蒸発器吹出空気温度が高温となる高温側領域に配置され、この高温側領域の蒸発器吹出空気温度を検出する第１蒸発器温度検出手段（４１ａ）と、
蒸発器（９）の空気吹出側のうち、冷媒小流量時に蒸発器吹出空気温度が低温となる低温側領域に配置され、この低温側領域の蒸発器吹出空気温度を検出する第２蒸発器温度検出手段（４１ｂ）と、
第１蒸発器温度検出手段（４１ａ）および第２蒸発器温度検出手段（４１ｂ）の検出信号が入力され、圧縮機（１１）の吐出冷媒流量を制御する制御手段（４０）とを備え、
蒸発器（９）は、減圧手段（１４）により減圧された低圧冷媒が流入する入口側冷媒流路部（９ｋ）と、入口側冷媒流路部（９ｋ）の下流側に直列接続され入口側冷媒流路部（９ｋ）を通過した低圧冷媒が流れる出口側冷媒流路部（９ｍ）とを有し、
入口側冷媒流路部（９ｋ）と出口側冷媒流路部（９ｍ）は、前記空気流れの前後に重合するように形成され、
第１蒸発器温度検出手段（４１ａ）および第２蒸発器温度検出手段（４１ｂ）により検出される蒸発器吹出空気温度のうち、高い方の蒸発器吹出空気温度と目標蒸発器吹出空気温度とに基づいて、圧縮機（１１）の吐出冷媒流量を制御することを特徴とする。
【００１０】
これによると、凝縮器（１２）の出口側に受液器（１３）を設置する冷凍サイクル装置における冷媒小流量時に、蒸発器冷媒流路における液冷媒の分布の不均一により蒸発器吹出空気温度のバラツキが発生しても、この温度バラツキの高温側領域と低温側領域の蒸発器吹出空気温度のうち、高温側領域の蒸発器吹出空気温度が目標蒸発器温度となるように圧縮機（１１）の吐出冷媒流量を制御することができる。
【００１１】
従って、凝縮器（１２）の出口側に受液器（１３）を設置する冷凍サイクル装置における冷媒小流量時に高温側領域の蒸発器吹出空気温度が低温側領域に比較して大きく上昇することを抑制して、蒸発器吹出空気温度のバラツキ増大による空調フィーリングの悪化を抑制できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１において、第１蒸発器温度検出手段（４１ａ）および第２蒸発器温度検出手段（４１ｂ）により検出される蒸発器吹出空気温度のうち、低い方の蒸発器吹出空気温度が所定のフロスト判定温度まで低下すると、圧縮機（１１）を吐出冷媒流量が略０となる状態に制御することを特徴とする。
【００１３】
これにより、蒸発器（９）のフロスト進行を確実に防止できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明のように、請求項１または２において、目標蒸発器吹出空気温度は、具体的には、少なくとも室内へ吹き出す空気の目標吹出温度と外気温に基づいて決定できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つにおいて、圧縮機（１１）は、具体的には、吐出容量を変更可能な可変容量型圧縮機で構成でき、吐出容量を変更することにより吐出冷媒流量を変更できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つにおいて、圧縮機（１１）として、具体的には、モータ（１１ｃ）により駆動される電動圧縮機を用いてもよく、モータ（１１ｃ）の回転数制御により吐出冷媒流量を変更することができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の全体構成の概要を示すもので、車両用空調装置は車室内最前部の計器盤（図示せず）の内側部に配設される空調ユニット１を備えている。この空調ユニット１はケース２を有し、このケース２内に車室内へ向かって空気が送風される空気通路を構成する。このケース２の空気通路の最上流部に内気導入口３および外気導入口４を有する内外気切替箱５を配置している。この内外気切替箱５内に、内外気切替手段としての内外気切替ドア６を回転自在に配置している。
【００１９】
この内外気切替ドア６はサーボモータ７によって駆動されるもので、内気導入口３より内気（車室内空気）を導入する内気導入モードと外気導入口４より外気（車室外空気）を導入する外気導入モードとを切り替える。
【００２０】
内外気切替箱５の下流側には車室内に向かう空気流を発生させる電動式の送風機８を配置している。この送風機８は、遠心式の送風ファン８ａをモータ８ｂにより駆動するようになっている。送風機８の下流側にはケース２内を流れる空気を冷却する蒸発器９を配置している。この蒸発器９は、送風機８の送風空気を冷却する冷房用熱交換器であって、冷凍サイクル１０を構成する要素の一つである。
【００２１】
なお、冷凍サイクル１０は、圧縮機１１の吐出側から、凝縮器１２、受液器１３および減圧手段をなす膨張弁１４を介して蒸発器９に冷媒が循環するように構成された周知のものである。
【００２２】
圧縮機１１は、電磁クラッチ１１ａ、ベルト等を介して車両エンジン（図示せず）の回転動力が伝達されることにより回転駆動される。また、この圧縮機１１は、本例では外部からの制御信号により吐出容量を連続的に可変する外部可変容量型圧縮機を用いている。
【００２３】
この外部可変容量型圧縮機１１は公知のものであり、例えば、斜板型圧縮機において吐出圧と吸入圧を利用して斜板室の圧力を制御する電磁式圧力制御装置を持つ容量可変装置１１ｂを備えている。この容量可変装置１１ｂにて斜板室の圧力を制御することにより斜板の傾斜角度を可変してピストンのストローク、すなわち圧縮機吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させることができる。
【００２４】
この容量可変装置１１ｂの電磁式圧力制御装置は、圧縮機１１の吐出圧と吸入圧を利用して制御圧力（斜板室圧力）を変化させるものであり、図２に示す制御電流Ｉｎにより電磁力が調節される電磁機構、およびこの電磁機構の電磁力と吸入圧との釣り合いによって変位する弁体を有し、この弁体により圧縮機１の吐出圧を斜板室内に導く通路の圧損を調節して、制御圧力を変化させるようになっている。
【００２５】
容量可変装置１１ｂの電磁式圧力制御装置への通電は後述の図４の空調制御装置４０の出力により制御され、例えば、容量可変装置１１ｂの制御電流Ｉｎを増大させると、圧縮機吐出容量が増大方向に変化するようになっている。つまり、容量可変装置１１ｂの制御電流Ｉｎは、直接的には冷凍サイクルの低圧圧力（吸入圧）Ｐｓの目標圧力を決めるものであり、制御電流Ｉｎの増加に反比例して低圧圧力Ｐｓの目標圧力が図２のように低下するので、制御電流Ｉｎの増加により圧縮機吐出容量が増大方向に変化する。
【００２６】
従って、制御電流Ｉｎの増減により圧縮機１１の吐出容量、ひいては吐出冷媒流量が増減して実際の低圧圧力Ｐｓを上下させて、蒸発器９の温度（蒸発器吹出温度）が所定の目標温度（低圧圧力Ｐｓの目標圧力に対応した温度）となるように蒸発器９の冷却能力を制御できる。ここで、制御電流Ｉｎは具体的にはデューティ制御により可変するが、制御電流Ｉｎの値をデューティ制御によらず直接連続的に増減してもよい。
【００２７】
冷凍サイクル１０においては、圧縮機１１により冷媒が高温高圧に圧縮され、この圧縮機１１から吐出された高圧ガス冷媒は凝縮器（放熱器）１２に導入され、この凝縮器１２にてガス冷媒は図示しない冷却ファンにより送風される外気と熱交換して放熱し凝縮する。凝縮器１２を通過した冷媒を受液器１３にて液相冷媒と気相冷媒とに分離するとともに、液相冷媒を受液器１３内に貯留する。
【００２８】
受液器１３からの高圧液冷媒を温度式膨張弁１４にて低圧の気液２相状態に減圧し、この減圧後の低圧冷媒を上記の蒸発器９において空調空気から吸熱して蒸発させるようになっている。温度式膨張弁１４は周知のごとく蒸発器９出口の冷媒過熱度が所定値に維持されるように弁開度を自動調節するものである。
【００２９】
蒸発器９において蒸発した後のガス冷媒は再度、圧縮機１１に吸入され、圧縮される。なお、冷凍サイクル１０のうち、圧縮機１１、凝縮器１２、受液器１３等の機器は、車両エンジンルーム（図示せず）内に配置されている。
【００３０】
一方、空調ユニット１において、蒸発器９の下流側にはケース２内を流れる空気を加熱するヒータコア１５を配置している。このヒータコア１５は車両エンジンの温水（エンジン冷却水）を熱源として、蒸発器９通過後の空気（冷風）を加熱する暖房用熱交換器であり、その側方にはヒータコア１５をバイパスして空気が流れるバイパス通路１６が形成してある。
【００３１】
蒸発器９とヒータコア１５との間にエアミックスドア１７を回転自在に配置してある。このエアミックスドア１７はサーボモータ１８により駆動されて、その回転位置（開度）が連続的に調節可能になっている。エアミックスドア１７の開度によりヒータコア１５を通る空気量（温風量）と、バイパス通路１６を通過してヒータコア１５をバイパスする空気量（冷風量）とを調節し、これにより、車室内に吹き出す空気の温度を調節するようになっている。
【００３２】
ケース２の空気通路の最下流部には、車両の前面窓ガラスＷに向けて空調風を吹き出すためのデフロスタ吹出口１９、乗員の顔部に向けて空調風を吹き出すためのフェイス吹出口２０、および乗員の足元部に向けて空調風を吹き出すためのフット吹出口２１の計３種類の吹出口が設けられている。
【００３３】
これら吹出口１９〜２１の上流部にはデフロスタドア２２、フェイスドア２３およびフットドア２４が回転自在に配置されている。これらのドア２２〜２４は、図示しないリンク機構を介して共通のサーボモータ２５によって駆動される。
【００３４】
次に、図３により本実施形態における蒸発器９の冷媒流路構成および蒸発器温度センサの具体的配置形態を説明する。蒸発器９はその左右の側面部の一方（図示左側）の上方部に冷媒出入口ジョイント９ａを一体に接合し、この冷媒出入口ジョイント９ａに、膨張弁１４にて減圧された低圧冷媒が流入する冷媒入口９ｂと蒸発器９にて蒸発したガス冷媒が圧縮機１１吸入側へ向かって流出する冷媒出口９ｃが設けてある。
【００３５】
蒸発器９は、多数の偏平チューブ９ｄ相互間にコルゲートフィン９ｆを一体に接合し、この偏平チューブ９ｄとコルゲートフィン９ｆとにより冷媒と送風空気との間で熱交換を行う熱交換コア部を構成している。この熱交換コア部の上下両端部に偏平チューブ９ｄ内の冷媒流路への冷媒分配あるいは偏平チューブ９ｄ内の冷媒流路からの冷媒集合を行うタンク部９ｇ〜９ｊを構成している。このタンク部９ｇ〜９ｊは図示の例では偏平チューブ９ｄと一体成形しているが、タンク部９ｇ〜９ｊを偏平チューブ９ｄと別体で成形し、タンク部９ｇ〜９ｊを偏平チューブ９ｄと一体に接合（ろう付け）してもよい。
【００３６】
タンク部９ｇ〜９ｊのうちタンク部９ｇ、９ｉは蒸発器９への空気流れ方向Ａの上流側に位置する風上側タンク部であり、これに対し、タンク部９ｈ、９ｊは蒸発器９への空気流れ方向Ａの下流側に位置する風下側タンク部である。
【００３７】
上側の両タンク部９ｇ、９ｈ相互間の冷媒流路、および下側の両タンク部９ｉ、９ｊ相互間の冷媒流路はそれぞれ空気流れ方向Ａの風上側と風下側とで仕切られている。これに伴って、偏平チューブ９ｄ内の冷媒流路も空気流れ方向Ａの風上側と風下側とで仕切られている。
【００３８】
このように偏平チューブ９ｄ内の冷媒流路および上下のタンク部９ｇ〜９ｊ内の冷媒流路を空気流れ方向Ａの前後で仕切ることにより、蒸発器９の風下側部位に、冷媒入口９ｂからの冷媒が流れる入口側冷媒流路部９ｋを形成し、蒸発器９の風上側部位に、入口側冷媒流路部９ｋからの冷媒が冷媒出口９ｃに向かって流れる出口側冷媒流路部９ｍを形成している。従って、冷媒入口９ｂからの冷媒が最初に蒸発器９の風下側に流れ、その後、蒸発器９の風上側に流れるという対向流型の前後Ｕターン流路を形成する。
【００３９】
冷媒入口９ｂからの冷媒は蒸発器９の左側面部流路９ｎを矢印ａのように通過（降下）して、入口側冷媒流路部９ｋの下側タンク９ｊに流入する。この下側タンク９ｊの左右方向の中央部には仕切り板９ｐが配置されているので、冷媒はその後、入口側冷媒流路部９ｋを矢印ｂ、ｃ、ｄのように蛇行状に流れて、入口側冷媒流路部９ｋの出口部（右側下端部）に到達する。
【００４０】
この右側下端部の冷媒は蒸発器９の右側面部流路９ｑを矢印ｅのように通過（上昇）して、出口側冷媒流路部９ｍの上側タンク９ｇの右側上端部に流入する。この上側タンク９ｇの左右方向の中央部には仕切り板９ｒが配置されているので、冷媒はその後、出口側冷媒流路部９ｍを矢印ｆ、ｇ、ｈのように蛇行状に流れて冷媒出口９ｃに到達する。
【００４１】
図３に示す本実施形態における蒸発器９の冷媒流路構成であると、風下側の入口側冷媒流路部９ｋでは蒸発器９の左側から右側へと冷媒が流れ、これに対し、風上側の出口側冷媒流路部９ｍでは蒸発器９の右側から左側へと逆方向に冷媒が流れる。そして、蒸発器９の左側部では入口側冷媒流路部９ｋと出口側冷媒流路部９ｍの冷媒流れ方向がともに矢印ｂ、ｈに示す上昇流となり、蒸発器９の右側部では入口側冷媒流路部９ｋと出口側冷媒流路部９ｍの冷媒流れ方向がともに矢印ｄ、ｆに示す下降流となる。
【００４２】
このように、風下側の入口側冷媒流路部９ｋと風上側の出口側冷媒流路部９ｍとで、冷媒流れ方向が左右逆転しているとともに、蒸発器９の空気流れ方向Ａの前後において重合する冷媒流路部分（矢印ｂ、ｈ部分および矢印ｄ、ｆ部分）では冷媒流れ方向が一致している。
【００４３】
これにより、蒸発器９の空気流れ方向Ａの前後において重合する冷媒流路部分では、液相冷媒の分布の偏りを相殺して、蒸発器９の吹出空気温度のバラツキを抑制している。
【００４４】
ところで、本発明者らの実験検討によると、圧縮機１１の吐出容量が大きくてサイクル内循環冷媒流量が大きい場合には、蒸発器９の上記した冷媒流路構成によって蒸発器９の吹出空気温度のバラツキを十分小さい範囲に低減できるが、外気温が低くなる春秋の中間期のように冷房熱負荷が小さい場合には、圧縮機１１の吐出容量が減少してサイクル内循環冷媒流量が減少する。
【００４５】
このように、サイクル内循環冷媒流量が所定値以下に減少する冷媒小流量時には、蒸発器９の入口側冷媒流路部９ｋを冷媒が左側から右側へと通過していくにつれて液相冷媒の蒸発が進行し、入口側冷媒流路部９ｋの出口部である右側下方部位に到達する以前に液相冷媒の蒸発がほぼ終了してしまう場合が生じる。
【００４６】
このように入口側冷媒流路部９ｋの出口部以前に液相冷媒の蒸発が終了すると、風上側の出口側冷媒流路部９ｍでは過熱ガス冷媒が通過するので、過熱ガス冷媒の顕熱分を送風空気から吸熱するだけとなる。このため、風上側の出口側冷媒流路部９ｍでは、液相冷媒の蒸発潜熱を送風空気から吸熱できないので、冷却性能が大きく低下する。
【００４７】
この結果、冷媒小流量時における蒸発器９の吹出空気温度は、入口側冷媒流路部９ｋの出口部に相当する右側下方部位▲１▼が最も高温の部位となり、入口側冷媒流路部９ｋの入口部に相当する左側下方部位▲２▼が最も低温の部位となる。
【００４８】
そこで、本実施形態では、蒸発器９の熱交換コア部の空気吹出側（風下側）において冷媒小流量時に高温側領域となる右側下方部位▲１▼に第１蒸発器温度センサ４１ａを配置し、この高温側領域▲１▼における蒸発器吹出空気温度Ｔｅ１を検出する。また、蒸発器９の熱交換コア部の空気吹出側（風下側）において冷媒小流量時に低温側領域となる左側下方部位▲２▼に第２蒸発器温度センサ４１ｂを配置し、この低温側領域▲２▼における蒸発器吹出空気温度Ｔｅ２を検出する。
【００４９】
次に、図４により本実施形態の電気制御部の概要を説明すると、空調制御装置４０はＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含んで構成される周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されるもので、ＲＯＭ内に空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。空調制御装置４０の入力側にはセンサ群４１からのセンサ検出信号、空調パネル４２からの操作信号が入力される。
【００５０】
センサ群４１には、上記した第１、第２蒸発器温度センサ４１ａ、４１ｂが備えられている。この両温度センサ４１ａ、４１ｂにより検出される蒸発器吹出空気温度Ｔｅ１、Ｔｅ２に応じて圧縮機１１の吐出容量を可変制御し、これにより、蒸発器９の冷却能力を制御するようになっている。この第１、第２蒸発器温度センサ４１ａ、４１ｂの他に、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、日射量Ｔｓ、温水温度Ｔｗ等を検出する各種のセンサ４１ｃ〜４１ｆ等が備えられている。
【００５１】
空調パネル４２は、車室内の運転席前方の計器盤（図示せず）付近に配置されるものであって、乗員により操作される以下の操作スイッチ４２ａ〜４２ｅを有する。温度設定スイッチ４２ａは車室内の設定温度Ｔｓｅｔの信号を出すものであり、内外気切替スイッチ４２ｂは内外気切替ドア６による内気モードと外気モードをマニュアル設定する信号を出すものである。
【００５２】
吹出モードスイッチ４２ｃは吹出モードとして周知のフェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフロスタモード、およびデフロスタモードをマニュアル設定するための信号を出すものである。風量切替スイッチ４２ｄは送風機８のオンオフおよび送風機８の風量切替をマニュアル設定するための信号を出すものであり、エアコンスイッチ４２ｅは電磁クラッチ１１ａの通電のオンオフ信号を出して圧縮機１１の作動を断続するものである。
【００５３】
空調制御装置４０の出力側には、圧縮機１１の電磁クラッチ１１ａ、容量可変装置１１ｂ、送風機８の駆動用モータ８ｂおよび各機器の電気駆動手段をなすサーボモータ７、１８、２５等が接続され、これらの機器の作動が空調制御装置４０の出力信号により制御される。
【００５４】
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。最初に、車両用空調置としての作動の概要を説明すると、空調パネル４２の風量切替スイッチ４２ｄを投入して送風機８を作動させることにより、空調ユニット１内の通風路に空気が送風される。
【００５５】
そして、空調パネル４２の圧縮機作動スイッチであるエアコンスイッチ４２ｅを投入すると、空調制御装置４０により電磁クラッチ１１ａに通電されて電磁クラッチ１１ａが接続状態となり、圧縮機１１が車両エンジンにより回転駆動される。また、空調制御装置４０により圧縮機１１の容量可変装置１１ｂの制御電流Ｉｎが後述の図５の制御フローチャートにより決定され、圧縮機１１が所定の吐出容量の状態にて作動する。これにより、冷凍サイクル１０において蒸発器９に冷媒が循環するので、送風空気を蒸発器９により冷却、除湿して、車室内へ空調風を吹き出すことができる。
【００５６】
次に、圧縮機１１の容量制御を図５により説明すると、図５は空調制御装置４０により実行される制御ルーチンであり、ステップＳ１００にてセンサ群４１の検出信号、空調パネル４２からの操作信号等を読み込む。次に、ステップ１１０にて空調ユニット１から車室内へ吹き出す空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動にかかわらず、車室内を設定温度Ｔｓｅｔに維持するために必要な車室内への吹出空気温度であって、ＴＡＯは周知のごとく温度設定スイッチ４２ａにより設定した設定温度Ｔｓｅｔ、およびセンサ４１ｃ〜４１ｅにより検出される外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、日射量Ｔｓに基づいて算出する。
【００５７】
次に、ステップＳ１２０にて蒸発器９の目標蒸発器温度ＴＥＯを算出する。この目標蒸発器温度ＴＥＯは蒸発器９の吹出空気の目標温度であり、上記ＴＡＯ、外気温Ｔａｍ等に基づいて次の数式１のごとく決定される。
【００５８】
【数１】
ＴＥＯ＝ＭＩＮ｛ｆ１（Ｔａｍ），ｆ２（ＴＡＯ）｝
すなわち、第１目標蒸発器温度ｆ１（Ｔａｍ）および第２目標蒸発器温度ｆ２（ＴＡＯ）のうち、低い方の温度が目標蒸発器温度ＴＥＯとして決定される。
【００５９】
ここで、第１目標蒸発器温度ｆ１（Ｔａｍ）は、図６（ａ）に示すように外気温Ｔａｍに応じて決定される。具体的には、外気温Ｔａｍが所定の第１中間温度Ｔ１（例えば、８℃付近）より上昇すると、第１目標蒸発器温度ｆ１（Ｔａｍ）を最低温度（例えば、３℃）から次第に上昇させ、外気温Ｔａｍが所定の第２中間温度Ｔ２（例えば、１７℃付近）まで上昇すると、第１目標蒸発器温度ｆ１（Ｔａｍ）が最高温度（例えば、１１℃）となる。これにより、中間温度域における圧縮機動力の低減を図ることができる。
【００６０】
なお、外気温Ｔａｍが第１中間温度Ｔ１より低い低外気温時に第１目標蒸発器温度ｆ１（Ｔａｍ）を最低温度（例えば、３℃）にしている理由は、低外気温時における窓ガラス防曇のための蒸発器除湿能力を確保するためである。
【００６１】
また、第２目標蒸発器温度ｆ２（ＴＡＯ）は図６（ｂ）に示すように目標吹出温度ＴＡＯの上昇に応じて上昇するように決定される。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯが第１所定温度Ｔ３（例えば、７℃付近）より上昇すると、第２目標蒸発器温度ｆ２（ＴＡＯ）を最低温度（例えば、３℃）から次第に上昇させ、目標吹出温度ＴＡＯが第２所定温度Ｔ４（例えば、２０℃付近）まで上昇すると、第２目標蒸発器温度ｆ２（ＴＡＯ）が最高温度（例えば、１１℃）となる。
【００６２】
なお、所定温度Ｔ３’、ｔ４’はそれぞれ第１、第２所定温度Ｔ３、Ｔ４より所定温度低い温度であり、制御のハンチング防止のためのヒステリシス幅を設定するためのものである。
【００６３】
次に、ステップＳ１３０にて高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１と低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２のいずれが高いか判定する。ここで、Ｔｅ１とＴｅ２の高低を判定するのは次の理由からである。すなわち、冷媒小流量時には、前述のように高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１が低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２よりも常に高くなる。しかし、冷媒大流量時には、蒸発器９の風下側の入口側冷媒流路部９ｋを通過した後に風上側の出口側冷媒流路部９ｍに流入する冷媒中にも液相冷媒が残存し、出口側冷媒流路部９ｍでも液相冷媒の蒸発が継続される。従って、冷媒大流量時にはＴｅ１の方がＴｅ２より低くなる場合が起こり得る。
【００６４】
そこで、ステップＳ１３０にてＴｅ１とＴｅ２の高低を判定するのである。この判定は、具体的には、図６（ｃ）に示すように、Ｔｅ１とＴｅ２の差（Ｔｅ１−Ｔｅ２）に対して容量制御のハンチング防止のヒステリシス幅を持つように設定してある。図６（ｃ）のヒステリシス幅Ａは例えば、１℃程度の値である。
【００６５】
冷媒小流量時には、高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１が低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２よりも高いので、テップＳ１４０に進む。冷媒大流量時において、低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２が高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１より高い状態が発生したときはステップＳ１５０に進む。
【００６６】
高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１が低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２より高いときはステップＳ１４０にて、高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１に基づく通常の圧縮機容量制御を行う。具体的には、圧縮機１１の容量可変装置１１ｂに出力する制御電流Ｉｎを高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１に基づいて算出し、この制御電流Ｉｎにより圧縮機１１の容量を可変制御する。
【００６７】
この制御電流Ｉｎは前述の図２に示すように圧縮機１１の容量可変装置１１ｂにおける電磁式圧力制御装置の目標低圧圧力を決定するものであって、制御電流Ｉｎは、第１蒸発器温度センサ４１ａにより検出される実際の高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１が上記目標蒸発器温度ＴＥＯとなるように決定される。
【００６８】
この制御電流値Ｉｎの具体的算出方法としては、まず、実際の蒸発器吹出温度Ｔｅ１と目標蒸発器温度ＴＥＯとの偏差Ｅｎ（Ｅｎ＝Ｔｅ１−ＴＥＯ）を算出し、この偏差Ｅｎに基づいて制御電流値Ｉｎを比例積分制御（ＰＩ制御）等によるフィードバック制御の手法にて算出すればよい。
【００６９】
また、ステップＳ１４０では、高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１に比較して低い温度である低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２に基いてフロスト防止容量制御を行う。ここで、フロスト防止容量制御とは、蒸発器９で発生する凝縮水がフロスト（凍結）することを防止するための容量制御である。
【００７０】
具体的には、図６（ｄ）に示すように、高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１および低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２のうち、低い方の温度（ステップＳ１４０では低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２）が所定のフロスト判定温度−Ｂ℃（例えば−４℃）まで低下すると、制御電流値Ｉｎを強制的に最小値にして、圧縮機容量を強制的に略０％容量に引き下げる。
【００７１】
これにより、冷凍サイクル１０内の冷媒循環がほとんど無くなり、蒸発器９での冷媒蒸発による冷却作用がほとんど無くなる。そのため、蒸発器９のフロストが広範囲にわたって進行することを防止して、フロストによる蒸発器９の冷却性能の低下を未然に防止できる。
【００７２】
なお、図６（ｄ）において通常の容量制御とは、上述したように実際の蒸発器吹出温度Ｔｅ１、またはＴｅ２が目標蒸発器温度ＴＥＯとなるように圧縮機容量を可変制御する制御のことを言う。
【００７３】
一方、冷媒大流量時において低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２が高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１より高い状態が発生したときはステップＳ１４０からステップＳ１５０に進み、低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２に基づく通常の圧縮機容量制御を行う。
【００７４】
具体的には、圧縮機１１の容量可変装置１１ｂに出力する制御電流Ｉｎを低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２に基づいて算出し、この制御電流Ｉｎにより圧縮機１１の容量を可変制御する。
【００７５】
また、ステップＳ１５０では、低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２に比較して低い温度である高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１に基いてフロスト防止容量制御を行う。このフロスト防止容量制御もステップＳ１４０における上述のフロスト防止容量制御（図６（ｄ）に示す制御）と同じであり、高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１が所定のフロスト判定温度−Ｂ℃（例えば−４℃）まで低下すると、制御電流値Ｉｎを強制的に最小値にして、圧縮機容量を強制的に略０％容量に引き下げる。
【００７６】
次に、第１実施形態による作用効果を説明する。外気温Ｔａｍの中間温度域（例えば、２０℃付近）では、冷房熱負荷が小さくなるので、車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯは夏期に比較して高めの温度となる。そのため、図６（ｂ）に示す目標吹出温度ＴＡＯに基づいて決定される第２目標蒸発器温度ｆ２（ＴＡＯ）も最高温度の１１℃付近となる。
【００７７】
そして、外気温Ｔａｍの中間温度域では図６（ａ）に示す特性に従って第１目標蒸発器温度ｆ１（Ｔａｍ）も最高温度の１１℃付近となる。これにより、目標蒸発器温度ＴＥＯが最高温度の１１℃付近となるので、外気温Ｔａｍの中間温度域では実際の蒸発器吹出温度Ｔｅ１、Ｔｅ２がこの最高温度の１１℃付近となるように圧縮機１１の容量制御が行われる。従って、圧縮機１１の容量が小容量側に移行するので、圧縮機１１の駆動動力を低減でき、省動力（エコノミー）制御を実行できる。
【００７８】
ところで、この省動力制御時には、圧縮機１１の容量が小容量側に移行してサイクル内循環冷媒流量が減少するので、前述の理由から蒸発器９の空気吹出側のうち入口側冷媒流路部９ｋの入口付近（図３の左側下方部付近）に低温側領域▲２▼が発生し、入口側冷媒流路部９ｋの出口付近（図３の右側下方部付近）に高温側領域▲１▼が発生する。
【００７９】
しかし、第１実施形態によると、高温側領域▲１▼と低温側領域▲２▼における蒸発器吹出温度Ｔｅ１、Ｔｅ２を比較して、高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１が低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２より高いときは、ステップＳ１４０にて高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１が目標蒸発器温度ＴＥＯとなるように、圧縮機１１の容量制御を行うから、高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１を確実に目標蒸発器温度ＴＥＯに制御できる。
【００８０】
従って、冷媒小流量時（省動力制御時）においても、蒸発器高温側領域▲１▼の吹出空気温度Ｔｅ１が蒸発器低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２より大幅に上昇するという不具合を解消できる。これにより、車室内吹出空気温度のバラツキを低減して、温度バラツキによる空調フィーリングの悪化を回避できる。
【００８１】
一方、蒸発器９のフロスト防止制御については、高温側領域▲１▼と低温側領域▲２▼における蒸発器吹出温度Ｔｅ１、Ｔｅ２を比較して、低い温度の方の蒸発器吹出温度が所定のフロスト判定温度−Ｂ℃（例えば、−４℃）まで低下すると、圧縮機１１の容量を強制的に略０％容量に引き下げるから、蒸発器９のフロストの進行を確実に防止できる。
【００８２】
なお、本第１実施形態において、フロスト判定温度を−４℃という氷点下の温度に設定しているのは、冬期の低外気温時に蒸発器９の除湿作用による窓ガラスの防曇性能を確保するためである。そして、冬期の低外気温時には、蒸発器９の熱負荷が小さいため、圧縮機容量が小さくなって、サイクル内循環冷媒流量が小さくなっているとともに、外気の絶対湿度が低くなって、凝縮水発生量が小さくなっているので、フロスト判定温度を氷点下の−４℃に設定しても、蒸発器９のフロスト防止の観点から支障はない。
【００８３】
（第２実施形態）
第１実施形態では、外部可変容量型圧縮機１１として、容量可変装置１１ｂの制御電流Ｉｎにより図２のように低圧圧力Ｐｓの目標圧力を設定して、低圧圧力Ｐｓがこの目標圧力に維持されるように吐出容量を増減させるもの（低圧圧力制御式）を用いているが、第２実施形態では、外部可変容量型圧縮機１１として、容量可変装置１１ｂの制御電流Ｉｎにより図７のように圧縮機吐出流量の目標流量Ｇｒｏを設定して、圧縮機吐出流量が目標吐出流量Ｇｒｏに維持されるように吐出容量を増減させるもの（吐出流量制御式）を用いる。
【００８４】
より具体的に説明すると、第２実施形態による吐出流量制御式の外部可変容量型圧縮機１１においては、その吐出側に絞り部を設けており、この絞り部前後に発生する差圧は吐出流量と比例関係にある。従って、この絞り部前後の差圧が目標差圧となるように吐出容量を増減させれば、圧縮機吐出流量が目標吐出流量Ｇｒｏに維持される。
【００８５】
そこで、容量可変装置１１ｂに、制御電流Ｉｎにより電磁力が決定される電磁機構を設け、この電磁機構により上記目標差圧に相当する電磁力を決定し、この目標差圧に相当する電磁力と絞り部前後の差圧による力との釣り合いにより弁開度を増減する弁機構を容量可変装置１１ｂに備える。
【００８６】
この弁機構の弁開度の増減により斜板室の圧力を制御することにより、斜板の傾斜角度を可変して圧縮機吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させることができる。このような吐出流量制御式の外部可変容量型圧縮機１１を用いても第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。なお、吐出流量制御式の外部可変容量型圧縮機１１は特開２００１−１０７８５４号公報等により公知である。
【００８７】
（第３実施形態）
第１、第２実施形態では、いずれも、圧縮機として吐出容量を変更可能な外部可変容量型圧縮機１１を用い、吐出容量の変更により吐出流量を変更する場合について説明したが、第３実施形態では図８に示すように圧縮機として電動圧縮機１１を用いている。この電動圧縮機１１は、モータ１１ｃとこのモータ１１ｃにより駆動される圧縮機構部１１ｄとを一体化したものである。モータ１１ｃは具体的には３相交流モータであり、また、圧縮機構部１１ｄは周知のスクロール式圧縮機構である。
【００８８】
モータ１１ｃに付与される３相交流電源の周波数をインバータ１１ｅにより可変制御することによりモータ回転数を制御し、モータ回転数の高低に応じて電動圧縮機１１の冷媒吐出流量を増減できる。インバータ１１ｅは空調用制御装置４０の制御出力により制御される。
【００８９】
第３実施形態によると、高温側領域▲１▼と低温側領域▲２▼における蒸発器吹出温度Ｔｅ１、Ｔｅ２を比較して、高い方の蒸発器吹出温度が目標蒸発器温度ＴＥＯとなるように、電動圧縮機１１の回転数（すなわち、電動圧縮機１１の冷媒吐出流量）を制御することにより、冷媒小流量時にも高温側領域▲１▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ１を確実に目標蒸発器温度ＴＥＯに制御できる。
【００９０】
従って、冷媒小流量時（省動力制御時）においても、蒸発器高温側領域▲１▼の吹出空気温度Ｔｅ１が蒸発器低温側領域▲２▼の蒸発器吹出温度Ｔｅ２より大幅に上昇するという不具合を解消できる。
【００９１】
また、高温側領域▲１▼と低温側領域▲２▼における蒸発器吹出温度Ｔｅ１、Ｔｅ２のうち、低い方の蒸発器吹出温度が所定のフロスト判定温度（例えば、−４℃）まで低下したときときは、モータ１１ｃへの電源供給を遮断して電動圧縮機１１を停止する。これにより、蒸発器９のフロスト進行を確実に防止できる。
【００９２】
このように、圧縮機として外部可変容量型圧縮機１１の代わりに電動圧縮機１１を用いても、第１、第２実施形態と同様の作用効果を発揮できる。
【００９３】
（他の実施形態）
なお、第１実施形態では、可変容量型圧縮機１１に電磁クラッチ１１ａを備えて、電磁クラッチ１１ａへの通電を断続して圧縮機１１の運転を断続するようにしているが、可変容量型圧縮機１１はその吐出容量を略０％付近まで減少させるものであるから、電磁クラッチ１１ａを廃止して、車両エンジンの運転時にはプーリ、ベルト等を介して常時、エンジンの回転動力が可変容量型圧縮機１１に伝達されるようにしてもよい。この場合は、空調パネル４２のエアコンスイッチ４２ｅがオフになっているときは可変容量型圧縮機１１の吐出容量を略０％付近の最小容量に維持して、可変容量型圧縮機１１を実質的な停止状態とする。
【００９４】
また、第１実施形態では、蒸発器９の空気吹出側において高温側領域▲１▼および低温側領域▲２▼にそれぞれ吹出空気温度Ｔｅ１、Ｔｅ２を検出する吹出温度センサ４１ａ、４１ｂを配置し、この吹出温度センサ４１ａ、４１ｂを第１、第２蒸発器温度検出手段として用いているが、第１、第２蒸発器温度検出手段として、空気吹出側のフィン表面温度等を検出する温度検出手段を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す車両用空調装置の概要システム構成図である。
【図２】第１実施形態に用いる可変容量型圧縮機の制御特性図である。
【図３】第１実施形態に用いる蒸発器の斜視図である。
【図４】第１実施形態における電気制御部の概略ブロック図である。
【図５】第１実施形態による可変容量型圧縮機の容量制御のフローチャートである。
【図６】図４のフローチャートの作動説明に供する各種制御特性図である。
【図７】第２実施形態による可変容量型圧縮機の制御特性図である。
【図８】第３実施形態による電動圧縮機の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１…空調ユニット、８…送風機、９…蒸発器、１０…冷凍サイクル、
１１…圧縮機、４０…空調用制御装置（制御手段）、
４１ａ…蒸発器高温側領域の温度センサ（第１蒸発器温度検出手段）、
４１ｂ…蒸発器低温側領域の温度センサ（第２蒸発器温度検出手段）。

Claims (5)

1. 吐出冷媒流量を外部からの制御信号により制御可能な構成になっている圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）の吐出側に接続され、前記圧縮機（１１）の吐出ガス冷媒を凝縮する凝縮器（１２）と、
   前記凝縮器（１２）の出口側に接続され、前記凝縮器（１２）を通過した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し液相冷媒を貯留する受液器（１３）と、
   前記受液器（１３）の出口側に接続され、前記受液器（１３）から流出する液相冷媒を減圧する減圧手段（１４）と、
   前記減圧手段（１４）の出口側と前記圧縮機（１１）の吸入側との間に接続され、前記減圧手段（１４）により減圧された低圧冷媒を空気流れから吸熱して蒸発させる蒸発器（９）と、
   前記蒸発器（９）の空気吹出側のうち、冷媒小流量時に蒸発器吹出空気温度が高温となる高温側領域に配置され、前記高温側領域の蒸発器吹出空気温度を検出する第１蒸発器温度検出手段（４１ａ）と、
   前記蒸発器（９）の空気吹出側のうち、冷媒小流量時に蒸発器吹出空気温度が低温となる低温側領域に配置され、前記低温側領域の蒸発器吹出空気温度を検出する第２蒸発器温度検出手段（４１ｂ）と、
   前記第１蒸発器温度検出手段（４１ａ）および前記第２蒸発器温度検出手段（４１ｂ）の検出信号が入力され、前記圧縮機（１１）の吐出冷媒流量を制御する制御手段（４０）とを備え、
   前記蒸発器（９）は、前記減圧手段（１４）により減圧された低圧冷媒が流入する入口側冷媒流路部（９ｋ）と、前記入口側冷媒流路部（９ｋ）の下流側に直列接続され前記入口側冷媒流路部（９ｋ）を通過した低圧冷媒が流れる出口側冷媒流路部（９ｍ）とを有し、
   前記入口側冷媒流路部（９ｋ）と前記出口側冷媒流路部（９ｍ）は、前記空気流れの前後に重合するように形成され、
   前記第１蒸発器温度検出手段（４１ａ）および前記第２蒸発器温度検出手段（４１ｂ）により検出される蒸発器吹出空気温度のうち、高い方の蒸発器吹出空気温度と目標蒸発器吹出空気温度とに基づいて、前記圧縮機（１１）の吐出冷媒流量を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記第１蒸発器温度検出手段（４１ａ）および前記第２蒸発器温度検出手段（４１ｂ）により検出される蒸発器吹出空気温度のうち、低い方の蒸発器吹出空気温度が所定のフロスト判定温度まで低下すると、前記圧縮機（１１）を前記吐出冷媒流量が略０となる状態に制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記蒸発器（９）を通過した空気が空調対象の室内へ吹き出すようになっており、
   前記目標蒸発器吹出空気温度は、少なくとも前記室内へ吹き出す空気の目標吹出温度と外気温に基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記圧縮機（１１）は、吐出容量を変更可能な可変容量型圧縮機であり、前記吐出容量を変更することにより前記吐出冷媒流量を変更するようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記圧縮機（１１）は、モータ（１１ｃ）により駆動される電動圧縮機であり、前記モータ（１１ｃ）の回転数制御により前記吐出冷媒流量を変更するようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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