特許 6553931 車両用空調装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6553931

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】車両用空調装置

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/22 20060101AFI20190722BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20190722BHJP

   F25B 47/02 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   B60H1/22 651C

   F25B1/00 381D

   F25B47/02 520Z

   F25B47/02 570D

   F25B47/02 570M

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-88591(P2015-88591)

(22)【出願日】2015年4月23日

(65)【公開番号】特開2016-203822(P2016-203822A)

(43)【公開日】2016年12月8日

【審査請求日】2018年3月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】カルソニックカンセイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】中村 康次郎

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１８７９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０３３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０１６８０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｈ １／２２

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ４７／０２

(57)【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、
外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、
前記室外熱交換器に着霜が発生している場合に、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を前記室外熱交換器に導いて除霜運転を実行する除霜運転実行部と、
前記室外熱交換器に生じた着霜の度合として着霜度を推定する着霜度推定部と、
前記室外熱交換器の前記出口側冷媒温度と外気の温度との温度差を算出する温度差算出部と、
を備え、
前記除霜運転実行部は、車両停止時に、前記除霜運転を開始してから所定の除霜終了判定開始時間が経過した後に、前記室外熱交換器の出口側冷媒温度、前記圧縮機の吐出温度、吐出圧、及び吸入圧の少なくともいずれか一つが上昇した場合、若しくは所定値に達した場合に前記除霜運転を終了し、
前記除霜運転実行部は、前記着霜度推定部によって推定された前記着霜度に基づいて前記除霜終了判定開始時間を設定し、
前記着霜度推定部は、
前記温度差算出部によって算出された前記温度差が前記室外熱交換器に着霜が発生する着霜温度差以上になっている状態の経過時間を計測し、
所定の設定条件で暖房運転を続けた場合に、前記室外熱交換器の全体に着霜が発生すると予測される着霜予測時間を設定し、
前記着霜予測時間に対する前記経過時間の比率に基づいて、前記着霜度を推定する、
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、
前記着霜度推定部は、
前記経過時間毎に、前記着霜予測時間に対する前記経過時間の比率に基づいて前記着霜度を推定し、
前記経過時間毎に推定される前記着霜度を積算して積算値を算出する、
ことを特徴とする車両用空調装置。

【請求項3】

請求項２に記載の車両用空調装置であって、
前記着霜度推定部は、前記除霜運転実行部が前記除霜運転を終了したときに、算出した前記積算値をリセットする、
ことを特徴とする車両用空調装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の車両用空調装置であって、
前記着霜度推定部は、前記温度差算出部によって算出された前記温度差が大きいほど、前記着霜予測時間を短く設定する、
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、室外熱交換器に発生した着霜を取り除くために除霜運転を実行する電気自動車用空調装置が開示されている。特許文献１の電気自動車用空調装置では、除霜運転中に、設定温度以上の外気温が設定時間以上にわたって検出された場合、又は除霜運転時間が制限時間に達した場合に、当該除霜運転を終了する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−９４９４２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、除霜運転に必要な時間は、室外熱交換器に発生した着霜の程度により異なる。このため、外気温が高くて早期に除霜が完了したにも関わらず、設定時間まで必要以上に除霜運転を実行する懸念がある。また、制限時間に達するまで除霜運転を実行したにも関わらず、除霜が不十分となり室外熱交換器に着霜が残る懸念がある。

【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、着霜の程度に応じて除霜運転を実行することで、必要以上に除霜運転を行うことがなく、かつ、除霜が不十分となって室外熱交換器に着霜が残ることのない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】

除霜運転時において、室外熱交換器の着霜が取り除かれた後に、室外熱交換器の出口側冷媒温度、圧縮機の吐出温度、吐出圧、及び吸入圧が上昇することを、本発明者は見出した。

【0007】

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、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、室外熱交換器に着霜が発生している場合に、圧縮機によって圧縮された冷媒を室外熱交換器に導いて除霜運転を実行する除霜運転実行部と、室外熱交換器に生じた着霜の度合として着霜度を推定する着霜度推定部と、室外熱交換器の出口側冷媒温度と外気の温度との温度差を算出する温度差算出部と、を備える。除霜運転実行部は、車両停止時に、除霜運転を開始してから所定の除霜終了判定開始時間が経過した後に、室外熱交換器の出口側冷媒温度、圧縮機の吐出温度、吐出圧、及び吸入圧の少なくともいずれか一つが上昇した場合、若しくは所定値に達した場合に除霜運転を終了する。除霜運転実行部は、着霜度推定部によって推定された着霜度に基づいて除霜終了判定開始時間を設定する。着霜度推定部は、温度差算出部によって算出された温度差が室外熱交換器に着霜が発生する着霜温度差以上になっている状態の経過時間を計測し、所定の設定条件で暖房運転を続けた場合に、室外熱交換器の全体に着霜が発生すると予測される着霜予測時間を設定し、着霜予測時間に対する経過時間の比率に基づいて、着霜度を推定する。

【発明の効果】

【0008】

本発明では、除霜運転を停止するタイミングを一定時間経過後とせずに、除霜運転を開始してから所定の除霜終了判定開始時間が経過した後に、室外熱交換器の出口側冷媒温度、圧縮機の吐出温度、吐出圧、及び吸入圧の少なくともいずれか一つが上昇した時点、若しくは所定値に達した時点とするので、着霜の程度に応じた除霜運転稼働時間とすることができ、必要以上に除霜運転を行うことがなく、かつ、除霜が不十分となって室外熱交換器に着霜が残ることのない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】

【0009】

【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】本発明の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】本発明の実施形態に係るコントローラが実行する暖房運転時の累積着霜度算出制御のフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態に係るコントローラが実行する除霜運転制御のフローチャートである。

【図6】本発明の実施形態に係るコントローラが参照する着霜予測時間特性テーブルである。

【図7】除霜運転時の冷媒の流れを示す図である。

【図8】除霜運転時の室外熱交換器の出口側冷媒温度とコンプレッサの吐出温度との時間変化を示すグラフである。

【図9】除霜運転時のコンプレッサの吐出圧と吸入圧との時間変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

車両用空調装置１００は、冷凍サイクル１と、冷却水循環サイクル３と、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニット７と、エンジン冷却水循環サイクル８と、から構成される。

【0013】

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上に設けられ冷媒を気液分離するアキュムレータ１０と、冷媒を圧縮するコンプレッサ２０と、高圧となった冷媒の熱を放出する水冷媒熱交換器３０と、冷媒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。

【0014】

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。

【0015】

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、内部のモータの消費電力に応じて出力が変化する出力可変型の圧縮機である。気相冷媒は、コンプレッサ２０にて圧縮されることで温度が高くなる。

【0016】

水冷媒熱交換器３０は、内部を流れる冷却水を用いて、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。水冷媒熱交換器３０は、冷媒と冷却水との間で熱交換を行い、車室内空調に利用する空気を加熱するための熱源を確保する。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

冷媒流路６０には、水冷媒熱交換器３０と室外熱交換器４０との間に、第１膨張弁６１が配置される。

【0020】

第１膨張弁６１は、暖房運転時に水冷媒熱交換器３０から流れてくる冷媒を減圧膨張させる。第１膨張弁６１には、例えばオリフィスやキャピラリーチューブなどの固定絞りが用いられる。水冷媒熱交換器３０の上流のコンプレッサ２０によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、第１膨張弁６１の小さな孔を通過することによって減圧膨張して霧状の低温の冷媒となる。なお、第１膨張弁６１として弁の開度を調整可能な開度調整弁を用いてもよい。

【0021】

冷媒流路６０は、水冷媒熱交換器３０及び第１膨張弁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１バイパス流路６０ａを有する。第１バイパス流路６０ａ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。

【0022】

第１開閉弁６２は、暖房運転時には閉じられ、除霜運転時や冷房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、水冷媒熱交換器３０へと流れて水冷媒熱交換器３０内の冷却水と熱交換を行う。その後、冷媒は、第１膨張弁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、除霜運転時又は冷房運転時には、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圧のまま室外熱交換器４０へと流れる。

【0023】

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開閉弁６３と第２膨張弁６４とが直列に配置される。また、冷媒流路６０は、第２膨張弁６４とエバポレータ５０とをバイパスして室外熱交換器４０とアキュムレータ１０とを接続する第２バイパス流路６０ｂを有する。第２バイパス流路６０ｂには、開閉によって流れを切り替える第３開閉弁６５が設置される。

【0024】

第２開閉弁６３は、エバポレータ５０への冷媒の流れを切り替える弁である。第３開閉弁６５は、第２バイパス流路６０ｂへの冷媒の流れを切り替える弁である。暖房運転時や除霜運転時には、第２開閉弁６３が閉じられて第３開閉弁６５が開かれる。このため、室外熱交換器４０から流れてくる冷媒は、第２バイパス流路６０ｂを通過してそのままアキュムレータ１０へと流れる。他方で、冷房運転時には、第２開閉弁６３が開かれて第３開閉弁６５が閉じられる。このため、室外熱交換器４０から流れてくる冷媒は、第２膨張弁６４及びエバポレータ５０へと流れる。

【0025】

第２膨張弁６４は、冷房運転時に第２開閉弁６３から流れてくる冷媒を減圧膨張させてエバポレータ５０へと流す。第２膨張弁６４は、第１膨張弁６１と同様に、例えばオリフィスやキャピラリーチューブなどの固定絞りが用いられる。室外熱交換器４０で放熱した高圧の冷媒は、第２膨張弁６４中の小さな孔を通過することによって減圧膨張してさらに低温の霧状となる。なお、第２膨張弁６４として弁の開度を調整可能な開度調整弁を用いてもよい。

【0026】

冷却水循環サイクル３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。冷却水流路３４には、水冷媒熱交換器３０と、ウォータポンプ３１と、ヒータコア３２と、温水ヒータ３３と、が接続されている。

【0027】

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。

【0028】

温水ヒータ３３は、通過する冷却水を加熱する。冷却水は、水冷媒熱交換器３０で冷却水が冷媒から十分に吸熱できない場合に、温水ヒータ３３によって加熱される。

【0029】

ヒータコア３２は、加熱された冷却水の熱を用いて車室内に送風する空気を暖める。

【0030】

ＨＶＡＣユニット７には、車室内に送風する空気が導入される。ＨＶＡＣユニット７内には、エバポレータ５０とヒータコア３２とが配置される。車室内に送風する空気は、図示しないブロワによって送風されてエバポレータ５０やヒータコア３２を通過する際に、エバポレータ５０内を流れる冷媒やヒータコア３２内を流れる冷却水との間で熱交換を行う。ＨＶＡＣユニット７は、ヒータコア３２の上流側にエアミックスドア７０を備える。

【0031】

エアミックスドア７０は、開度が制御されることによって、ヒータコア３２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７０は、ヒータコア３２に空気が導かれるように開かれる。エアミックスドア７０が開かれることで、ブロワから送風される空気は、ヒータコア３２へと案内されて、ヒータコア３２内の冷却水との間で熱交換を行う。

【0032】

エンジン冷却水循環サイクル８は、エンジン冷却水が流れるエンジン冷却水流路８３を備える。エンジン冷却水流路８３には、エンジン８０と、エンジンウォータポンプ８１と、ラジエータ８２と、が接続されている。

【0033】

エンジン８０は、燃料を燃焼させて車両の駆動力を得る。エンジン８０は、内部で燃料が燃焼することによって熱が発生する。

【0034】

エンジンウォータポンプ８１は、エンジン冷却水流路８３のエンジン冷却水を循環させるポンプである。循環するエンジン冷却水は、エンジン８０を冷却する際に加熱される。

【0035】

ラジエータ８２は、室外熱交換器４０の車両後方側に配置され、エンジン冷却水の熱を外気に放出する。

【0036】

車両用空調装置１００には、室外熱交換器出口温センサ９１と、外気温センサ９２と、吐出温度センサ９３と、吐出圧センサ９４と、吸入圧センサ９５と、温水ヒータ出口温センサ９６と、吹出し温度センサ９７と、エバポレータ温度センサ９８と、日射センサ９９と、が設置されている。

【0037】

室外熱交換器出口温センサ９１は、室外熱交換器４０の出口付近の冷媒流路６０に設置され、室外熱交換器４０を通過した冷媒の温度（出口側冷媒温度Ｔｏ）を検出する。なお、室外熱交換器出口温センサ９１は、室外熱交換器４０の出口部に設置されてもよい。

【0038】

外気温センサ９２は、室外熱交換器４０に取り込まれる前の外気の温度（外気温Ｔａ）を検出する。

【0039】

吐出温度センサ９３及び吐出圧センサ９４は、コンプレッサ２０の吐出側の冷媒流路６０に設置される。吐出温度センサ９３は、コンプレッサ２０に圧縮された冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）を検出する。吐出圧センサ９４は、コンプレッサ２０に圧縮された冷媒の圧力（吐出圧Ｐｄ）を検出する。

【0040】

吸入圧センサ９５は、コンプレッサ２０の吸入側の冷媒流路６０に設置される。吸入圧センサ９５は、コンプレッサに吸入される冷媒の圧力（吸入圧Ｐｓ）を検出する。

【0041】

温水ヒータ出口温センサ９６は、温水ヒータ３３の出口部に設置され、温水ヒータ３３を通過した冷却水の温度を検出する。

【0042】

吹出し温度センサ９７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を検出する。

【0043】

エバポレータ温度センサ９８は、ＨＶＡＣユニット７のエバポレータ５０の空気流れ下流側に設置され、エバポレータ５０を通過した空気の温度を検出する。

【0044】

日射センサ９９は、車室内に設置され、車室内の日射状態を検出する。

【0045】

図２は、車両用空調装置１００のコントローラ９０の空調制御に関する電気回路のブロック図である。

【0046】

コントローラ９０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。

【0047】

図２に示すように、コントローラ９０には、各種センサ９２〜９９からの信号が入力される。コントローラ９０は、入力された信号に基づいて、コンプレッサ２０と、ウォータポンプ３１と、エンジンウォータポンプ８１と、温水ヒータ３３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９０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６３と、第３開閉弁６５と、の開閉制御を実行する。さらに、コントローラ９０は、エアミックスドア７０の開度制御を実行する。

【0048】

ここで、車両用空調装置１００が実行する空調制御について説明する。車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、図示しない車室内の空調操作スイッチからの信号などに基づいて車室内の冷房要求、暖房要求、又は除湿暖房要求を判定し、空調制御を実行する。

【0049】

例えば、車室内の暖房要求に応じて暖房運転を行う場合には、コントローラ９０は、図３に示すように第１開閉弁６２及び第２開閉弁６３を閉じて、第３開閉弁６５を開く。図３は、暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。図３に太実線で示すように、暖房運転時にコンプレッサ２０によって圧縮された冷媒は、水冷媒熱交換器３０、第１膨張弁６１、室外熱交換器４０、第３開閉弁６５、及びアキュムレータ１０を順番に通過してコンプレッサ２０へと戻る。

【0050】

暖房運転時には、冷媒は、コンプレッサ２０によって圧縮されてから、水冷媒熱交換器３０の冷却水との間で熱交換を行うことで冷やされる。水冷媒熱交換器３０の冷却水は、冷媒と熱交換を行うことで暖房熱源を確保する。その後、水冷媒熱交換器３０を通過した冷媒は、第１膨張弁６１で減圧膨張して低温の冷媒となって室外熱交換器４０へと流れる。低温の冷媒は、室外熱交換器４０に導入される外気から吸熱し蒸発する。室外熱交換器４０に導入される外気と低温の冷媒との間で正常に熱交換が行われると、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏは外気温Ｔａに近くなる。

【0051】

このとき、室外熱交換器４０周囲の外気中の水蒸気が、低温の冷媒によって露点温度以下まで冷やされることで、結露して室外熱交換器４０に付着する。低温の冷媒によって結露水が氷点下以下まで冷やされると、凍結して室外熱交換器４０に着霜が発生することがある。室外熱交換器４０に着霜が発生すると、着霜によって室外熱交換器４０内を流れる冷媒と外気との間で行われる熱交換が阻害されるので、車両用空調装置１００の暖房効率が低下するおそれがある。

【0052】

そこで、車両用空調装置１００のコントローラ９０は、室外熱交換器４０に着霜が発生した場合に以下の除霜運転制御を実行し、室外熱交換器４０の着霜を取り除くようにする。図４は、コントローラ９０が実行する暖房運転時の累積着霜度算出制御のフローチャートである。図５は、コントローラ９０が実行する車両停止時の除霜運転制御のフローチャートである。コントローラ９０は、暖房運転中に図４のフローチャートに沿って累積着霜度算出制御を実行し、車両が停止すると図５のフローチャートに沿って除霜運転制御を実行する。

【0053】

まず、図４を参照して、累積着霜度Ｓを算出してＲＡＭに記録するためにコントローラ９０が実行する累積着霜度算出制御について説明する。

【0054】

ステップＳ１０１では、コントローラ９０は、外気温Ｔａと室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏとの温度差ΔＴを算出する。外気温Ｔａは、外気温センサ９２からの信号に基づいて検出され、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏは、室外熱交換器出口温センサ９１からの信号に基づいて検出される。室外熱交換器４０に着霜が発生していない場合には、冷媒と外気との間で正常に熱交換が行われるので、温度差ΔＴは小さくなる。他方で、室外熱交換器４０に着霜が発生した場合には、冷媒と外気との間で正常に熱交換を行えず低温のまま冷媒が室外熱交換器４０の出口を通過することとなるので、温度差ΔＴは、室外熱交換器４０に着霜が発生し得る着霜温度差以上に大きくなる。このように、コントローラ９０は、車両用空調装置１００の温度差算出部として機能する。なお、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏが０℃よりも高い場合には、温度差ΔＴが着霜温度差以上に大きくなっても、室外熱交換器４０の表面に生じた結露水が凍結しないので、着霜は発生しない。

【0055】

ステップＳ１０２では、コントローラ９０は、温度差ΔＴと通過風速Ｖａとに基づいて着霜予測時間ｔｆを設定する。通過風速Ｖａは、室外熱交換器４０を通過する外気の速度であり、室外ファン４１の回転数と車速とに基づいて算出される。着霜予測時間ｔｆは、室外熱交換器４０の着霜が熱交換性に影響を及ぼす時間であり、具体的には、ある設定条件で暖房運転を続けた場合に、室外熱交換器４０の全体に着霜が発生すると予測される時間である。当該設定条件を変更せずに暖房運転を着霜予測時間ｔｆまで続けることで、累積着霜度Ｓが１になり、室外熱交換器４０の全体に着霜が発生して、冷媒と外気との間で熱交換が行えなくなる。

【0056】

着霜予測時間ｔｆは、例えば、図６に示す着霜予測時間特性テーブルを参照して設定される。図６は、温度差ΔＴに応じて変化する通過風速Ｖａと着霜予測時間ｔｆとの関係を示す。図６では、横軸が通過風速Ｖａであり、縦軸が着霜予測時間ｔｆである。図６に示すように、着霜予測時間ｔｆは、通過風速Ｖａが増大するほど水蒸気を含む外気が次々と室外熱交換器４０周囲に導入されるので短くなる。また、着霜予測時間ｔｆは、温度差ΔＴが大きくなるほど室外熱交換器４０の出口付近で外気がより冷やされるので短くなる。

【0057】

ここで、ある設定条件で暖房運転が実行されることで、温度差ΔＴが第１温度差ΔＴ１になり、通過風速Ｖａが第１通過風速Ｖ１になったとする。このとき、コントローラ９０は、図６に示す着霜予測時間特性テーブルを参照して第１温度差ΔＴ１と第１通過風速Ｖ１とに基づいて点Ａを特定し、着霜予測時間ｔｆが第１着霜予測時間ｔｆ１であると設定する。

【0058】

また、暖房運転の設定条件が変化して、温度差ΔＴが第１温度差ΔＴ１よりも大きな第２温度差ΔＴ２となり、通過風速Ｖａが第１通過風速Ｖ１より速い第２通過風速Ｖ２となったとする。このとき、コントローラ９０は、図６に示す着霜予測時間特性テーブルを参照して第２温度差ΔＴ２と第２通過風速Ｖ２とに基づいて点Ｂを特定し、着霜予測時間ｔｆが第１着霜予測時間ｔｆ１よりも短い第２着霜予測時間ｔｆ２であると設定する。

【0059】

上記のように、コントローラ９０は、着霜予測時間を推定した後に、図４の累積着霜度算出制御のフローチャートに戻ってステップＳ１０３の処理を実行する。

【0060】

ステップＳ１０３では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０に発生する着霜の度合として着霜度Ｆを推定する。始めに、コントローラ９０は、着霜度Ｆを推定するために、ＲＡＭに記録された経過時間ｔｎを呼び出す。経過時間ｔｎは、外気と低温の冷媒との温度差ΔＴが着霜温度差以上となる設定条件で暖房運転を実行した場合の暖房運転の連続時間である。経過時間ｔｎは、当該設定条件で暖房運転を開始した場合に０からカウントアップされ、ＲＡＭに記録される。また、経過時間ｔｎは、暖房運転が当該設定条件とは別の設定条件に変更された場合に再度０からカウントアップされる。

【0061】

次に、コントローラ９０は、着霜予測時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率に基づいて着霜度Ｆを推定する。着霜度Ｆは、経過時間ｔｎを着霜予測時間ｔｆで除算することで推定される（Ｆ＝ｔｎ／ｔｆ）。

【0062】

例えば、経過時間ｔｎが１分であり、ステップＳ１０２で設定された第１着霜予測時間ｔｆ１が５分である場合には、コントローラ９０は、着霜度Ｆが０．２であると推定する（Ｆ＝１／５＝０．２）。また、暖房運転条件が変更された場合には、コントローラ９０は、着霜度Ｆを更新する。例えば、経過時間ｔｎが２分であり、ステップＳ１０２で新たに設定された第２着霜予測時間ｔｆ２が４分である場合には、コントローラ９０は、着霜度Ｆが０．５であると推定する（Ｆ＝２／４＝０．５）。このように、コントローラ９０は、車両用空調装置１００の着霜度推定部として機能する。

【0063】

ステップＳ１０４では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０の着霜状態を判定するために累積着霜度Ｓを算出する。累積着霜度Ｓは、コントローラ９０が累積着霜度算出制御を実行する毎に更新される着霜度Ｆを積算することで算出される。累積着霜度Ｓは、ＲＡＭに記録された前回までの累積着霜度Ｓに、今回のステップＳ１０３で新たに推定された着霜度Ｆを加算することで算出される（Ｓ＝ΣＦ＝Ｓ＋Ｆ）。

【0064】

例えば、前回までの累積着霜度Ｓが０であり、今回新たに推定された着霜度Ｆが０．２である場合には、コントローラ９０は、累積着霜度Ｓが０．２であると算出する。また、暖房運転条件が変更された場合には、コントローラ９０は、当該暖房運転条件の変更後に更新された着霜度Ｆを用いて新たに累積着霜度Ｓを算出する。例えば、前回までの累積着霜度Ｓが０．２であり、今回新たに推定された着霜度Ｆが０．５である場合には、コントローラ９０は、新たに累積着霜度Ｓが０．７であると算出する。

【0065】

ステップＳ１０５では、コントローラ９０は、算出した累積着霜度ＳをＲＡＭに記録する。その後、コントローラ９０は、累積着霜度算出制御を終了する。

【0066】

次に、図５を参照して、累積着霜度Ｓを用いてコントローラ９０が実行する車両停止時の除霜運転制御について説明する。

【0067】

ステップＳ２０１では、コントローラ９０は、ＲＡＭに記録された累積着霜度Ｓを呼び出す。累積着霜度Ｓは、室外熱交換器４０に発生した着霜の状態を表す値である。

【0068】

ステップＳ２０２では、コントローラ９０は、ＲＡＭから呼び出した累積着霜度Ｓが０より大きいか否かを判定することによって、除霜運転を開始するか否かを判定する。例えば、累積着霜度Ｓが０である場合には、室外熱交換器４０は、着霜が全く発生していない状態である。他方で、累積着霜度Ｓが０より大きい場合には、室外熱交換器４０は、着霜が発生している状態である。特に、累積着霜度Ｓが１まで大きくなった場合には、室外熱交換器４０は、全体に着霜が発生した状態であり、室外熱交換器４０を流れる冷媒は、外気との間で熱交換を行えなくなる。コントローラ９０の処理は、累積着霜度Ｓが０である場合には除霜運転制御の実行を終了し、累積着霜度Ｓが０より大きい場合には除霜運転を開始するためにステップＳ２０３に進む。

【0069】

ステップＳ２０３では、コントローラ９０は、室外ファン４１を停止させる。車両停止時に室外ファン４１が停止することによって、室外熱交換器４０周囲の外気はそのまま滞留し、新たな外気が室外熱交換器４０に導入されなくなる。

【0070】

ステップＳ２０４では、コントローラ９０は、除霜終了判定開始時間ｔｅを設定する。除霜終了判定開始時間ｔｅは、除霜運転が実行されることによって室外熱交換器４０の着霜の大半が取り除かれた状態となる除霜運転の終了間際の時間であり、コントローラ９０が除霜運転の終了判定を開始する時間である。除霜終了判定開始時間ｔｅは、累積着霜度Ｓの大きさに応じて長くなるように設定される。

【0071】

ステップＳ２０５では、コントローラ９０は、除霜運転を開始する。また、コントローラ９０は、除霜運転の開始と同時に除霜運転の継続時間として除霜運転時間ｔｍの計測を開始する。

【0072】

コントローラ９０は、除霜運転を開始する際に、図３の暖房運転時には閉じられていた第１開閉弁６２を図７に示すように開く。図７は、除霜運転時の冷媒の流れを示す図である。図７に太実線で示すように、除霜運転時にコンプレッサ２０によって圧縮された冷媒は、第１開閉弁６２が開かれることで第１バイパス流路６０ａを通過する。

【0073】

ここで、図８及び図９を参照して、除霜運転時に冷媒が第１バイパス流路６０ａを通過することで、急激に値が変化し始める冷媒の温度と圧力とについて説明する。

【0074】

図８は、除霜運転時の室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏとコンプレッサ２０の吐出温度Ｔｄとの時間変化を示すグラフである。図８では、横軸が除霜運転時間ｔｍであり、縦軸が冷媒の温度である。

【0075】

図８の時刻ｔ０は、図５のステップＳ２０５の処理で除霜運転時間ｔｍの計測が開始された時間である。コントローラ９０は、時刻ｔ０において、図５のステップＳ２０３及びステップＳ２０５の処理によって、室外ファン４１を停止させるとともに冷媒の流れを切り替えている。時刻ｔ０の付近では、出口側冷媒温度Ｔｏ及び吐出温度Ｔｄは、除霜運転の開始に伴い流路が切り替えられて冷媒の流れが安定していないので、図８に示すように急激に値が変化している。除霜運転時間ｔｍが増加すると、出口側冷媒温度Ｔｏ及び吐出温度Ｔｄは、安定して徐々に上昇するようになる。

【0076】

図９は、除霜運転時のコンプレッサ２０の吐出圧Ｐｄと吸入圧Ｐｓとの時間変化を示すグラフである。図９では、横軸が除霜運転時間ｔｍであり、縦軸が冷媒の圧力である。

【0077】

図９の時刻ｔ０は、図５のステップＳ２０５の処理で除霜運転時間ｔｍの計測が開始された時間である。コントローラ９０は、時刻ｔ０において、室外ファン４１を停止させるとともに冷媒の流れを切り替えている。時刻ｔ０の付近では、吐出圧Ｐｄ及び吸入圧Ｐｓは、冷媒の流れが安定していないので、図９に示すように急激に値が変化している。除霜運転時間ｔｍが増加するにつれて、吐出圧Ｐｄ及び吸入圧Ｐｓは、安定して徐々に上昇するようになる。

【0078】

図５のステップＳ２０６では、コントローラ９０は、除霜運転時間ｔｍが除霜終了判定開始時間ｔｅ以上であるか否かを判定する。コントローラ９０は、除霜運転時間ｔｍが除霜終了判定開始時間ｔｅ以上である場合には、除霜運転の終了判定を行うために処理をステップＳ２０７へ進める。他方で、コントローラ９０は、除霜運転時間ｔｍが除霜終了判定開始時間ｔｅ未満である場合には、除霜運転を継続するためにステップＳ２０６の処理を繰り返す。

【0079】

ステップＳ２０７では、コントローラ９０は、除霜運転を終了するか否かを判定する。コントローラ９０は、除霜終了判定開始時間ｔｅの経過後、冷媒の温度又は圧力に基づいて、室外熱交換器４０に発生した着霜が全て取り除かれたか否かを判定する。具体的には、コントローラ９０は、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏ、コンプレッサ２０の吐出温度Ｔｄ、吐出圧Ｐｄ、及び吸入圧Ｐｓの少なくともいずれか一つが上昇しているか否かを判定する。コントローラ９０は、上記条件のいずれか一つが上昇している場合には、除霜運転を終了するために処理をステップＳ２０８へ進める。他方で、コントローラ９０は、上記条件のいずれも上昇していない場合には、除霜運転を継続するためにステップＳ２０７の処理を繰り返す。

【0080】

例えば、図８及び図９の時刻ｔｅ１では、コントローラ９０は、図５のステップＳ２０６の処理によって、除霜運転時間ｔｍが時刻ｔｅ１以上になったと判定して、ステップＳ２０７の処理に進み除霜運転の終了判定を開始する。時刻ｔｅ１は、ステップＳ２０４の処理で累積着霜度Ｓに基づいて除霜終了判定開始時間ｔｅとして設定された時間である。

【0081】

コンプレッサ２０によって圧縮され高温になった冷媒は、第１バイパス流路６０ａを通過して室外熱交換器４０へと流れて室外熱交換器４０に発生した着霜を溶かす。除霜運転が継続されて除霜運転時間ｔｍが時刻ｔ０から時刻ｔｅ１に近づくにつれて、室外熱交換器４０に発生した着霜は、コンプレッサ２０によって圧縮された高温の冷媒と熱交換を行うことで溶かされて徐々に少なくなる。

【0082】

室外熱交換器４０の着霜が全て取り除かれると、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒は、着霜に熱を奪われなくなる。また、除霜運転時には車両が停止しており、室外ファン４１も停止されているので、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒は、室外熱交換器４０に新たに導入される外気によって熱を奪われない。このため、除霜運転が正常に実行され、時刻ｔｅ１の経過後に室外熱交換器４０に発生した着霜が全て取り除かれた後には、図８に示すように出口側冷媒温度Ｔｏ及び吐出温度Ｔｄは、徐々に上昇する。また、時刻ｔｅ１の経過後、図９に示すように吐出圧Ｐｄ及び吸入圧Ｐｓは、冷媒の熱交換対象がなくなることで冷媒のエンタルピーが上昇してコンプレッサ２０前後の気相冷媒の過熱度が高くなるので、徐々に上昇するようになる。

【0083】

コントローラ９０は、時刻ｔｅ１の経過後に実行するステップＳ２０７の処理において、図８及び図９に示すように室外熱交換器の出口側冷媒温度Ｔｏ、コンプレッサ２０の吐出温度Ｔｄ、吐出温度、及び吸入圧Ｐｓの少なくともいずれか一つが時刻ｔｅ１時の値よりも上昇したと判定する。当該判定が成立することで、コントローラ９０は、除霜運転を終了するために処理をステップＳ２０８へ進める。

【0084】

なお、図５のステップＳ２０７の処理では、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏ、コンプレッサ２０の吐出温度Ｔｄ、吐出圧Ｐｄ、及び吸入圧Ｐｓの少なくともいずれか一つが上昇したか否かを判定した。当該判定に代えて、コントローラ９０は、出口側冷媒温度Ｔｏ、吐出温度Ｔｄ、吐出圧Ｐｄ、及び吸入圧Ｐｓの少なくともいずれか一つが所定値まで上昇したか否かを判定してもよい。この場合の所定値は、例えば室外熱交換器４０に発生した着霜が完全に溶けたときに到達する冷媒の温度又は圧力として予め定められた値である。

【0085】

ステップＳ２０８では、コントローラ９０は、除霜運転を終了する。コントローラ９０は、室外ファン４１の運転状態や第１開閉弁６２の開閉状態を除霜運転が開始される前の状態に戻す。

【0086】

また、コントローラ９０が除霜運転を実行することで、室外熱交換器４０の全体に発生していた着霜は取り除かれる。除霜運転が実行され室外熱交換器４０の着霜が取り除かれることで、コントローラ９０は、累積着霜度Ｓを０にリセットする。コントローラ９０は、除霜運転終了時に除霜運転時間ｔｍ及び除霜終了判定開始時間ｔｅも０にリセットする。なお、車両が停止した後にイグニッションがオフにされた場合には、コントローラ９０は、室外ファン４１を停止したままにしてもよい。コントローラ９０は、外気温Ｔａが十分に高い温度である場合や、冷房運転が所定の時間継続された場合などにも、室外熱交換器４０の着霜が取り除かれるので、累積着霜度Ｓを０にリセットしてもよい。

【0087】

上記した本発明の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。

【0088】

車両用空調装置１００は、冷媒を圧縮するコンプレッサ２０と、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器４０と、室外熱交換器４０に着霜が発生している場合に、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒を室外熱交換器４０に導いて除霜運転を実行する除霜運転実行部として機能するコントローラ９０と、を備える。除霜運転実行部としてのコントローラ９０は、車両停止時に、除霜運転を開始してから所定の除霜終了判定開始時間ｔｅが経過した後に、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏ、コンプレッサ２０の吐出温度Ｔｄ、吐出圧Ｐｄ、及び吸入圧Ｐｓの少なくともいずれか一つが上昇した場合、若しくは所定値に達した場合に除霜運転を終了する。

【0089】

車両用空調装置１００によれば、除霜運転実行部としてのコントローラ９０は、室外熱交換器４０に着霜が発生している場合に、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒を室外熱交換器４０に導いて除霜運転を実行する。コントローラ９０は、車両停止時に、除霜運転を開始してから所定の除霜終了判定開始時間ｔｅが経過した後に、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏ、コンプレッサ２０の吐出温度Ｔｄ、吐出圧Ｐｄ、及び吸入圧Ｐｓの少なくともいずれか一つが上昇した場合、若しくは所定値に達した場合に除霜運転を終了するので、着霜の程度に応じた必要な時間だけ除霜運転を実行することができる。したがって、必要以上に除霜運転を行うことがなく、かつ、除霜が不十分となって室外熱交換器４０に着霜の残ることのない車両用空調装置１００を提供することができる。

【0090】

なお、本実施形態では、除霜運転を開始してから所定の除霜終了判定開始時間ｔｅが経過した後に、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏ、コンプレッサ２０の吐出温度Ｔｄ、吐出圧Ｐｄ、及び吸入圧Ｐｓの少なくともいずれか一つが上昇した場合、若しくは所定値に達した場合に、室外熱交換器４０の着霜が完全に取り除かれたと推定したが、完全に取り除くことに限定されず、室外熱交換器４０がその機能を果たすために十分な表面積において着霜が取り除かれたと推定してもよい。つまり、室外熱交換器４０の一部に着霜が残っていたとしても、大部分が除霜されたと推定して、除霜運転を終了させてもよい。

【0091】

車両用空調装置１００は、室外熱交換器４０に外気を導入する室外ファン４１をさらに備える。室外ファン４１は、コントローラ９０が除霜運転を実行しているときには停止される。

【0092】

車両用空調装置１００によれば、除霜運転を実行しているときには車両が停止しており、かつ、室外ファン４１が停止されているので、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒は、室外熱交換器４０に新たに導入される外気に熱を奪われることを回避できる。このため、除霜運転を開始してから所定の除霜終了判定開始時間ｔｅを経過した後に、コントローラ９０は、室外熱交換器４０に発生した着霜が全て取り除かれたか否かを、冷媒と外気との熱交換の影響を除外しつつ判定することができる。また、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒は、外気とは熱交換を行わずに室外熱交換器４０の着霜とだけ熱交換を行うので、効率よく除霜運転を実行することができる。

【0093】

車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０に生じた着霜の度合として着霜度Ｆを推定する着霜度推定部としてさらに機能する。コントローラ９０は、推定した着霜度Ｆに基づいて除霜終了判定開始時間ｔｅを設定する。

【0094】

車両用空調装置１００によれば、室外熱交換器４０に生じた着霜の度合として着霜度Ｆが推定され、着霜度Ｆに基づいて除霜終了判定開始時間ｔｅが設定されるので、着霜の程度に応じて除霜運転の終了判定を開始する時間を調整することができる。

【0095】

車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏと外気の外気温Ｔａとの温度差ΔＴを算出する温度差算出部としてさらに機能する。コントローラ９０は、算出された温度差ΔＴが室外熱交換器４０に着霜が発生する着霜温度差以上になっている状態の経過時間ｔｎを計測し、室外熱交換器４０の着霜が熱交換性に影響を及ぼす着霜予測時間ｔｆを設定し、着霜予測時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率に基づいて、着霜度Ｆを推定する。また、車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、算出された温度差ΔＴが大きいほど、着霜予測時間ｔｆを短く設定する。

【0096】

車両用空調装置１００によれば、経過時間ｔｎは、温度差ΔＴが室外熱交換器４０に着霜が発生する着霜温度差以上になっている状態のときだけ計測されるので、着霜が発生しない状態のときを含むことがない。そして、着霜が熱交換性に影響を及ぼす着霜予測時間ｔｆが設定され、着霜予測時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率に基づいて着霜度Ｆがより正確に推定されるので、コントローラ９０は、信頼性の高い着霜度Ｆに基づいて除霜終了判定開始時間ｔｅを精度よく設定することができる。具体的には、温度差ΔＴが大きいときほど着霜が発生しやすい状態であることを加味して着霜予測時間ｔｆが短く設定されるので、コントローラ９０は、着霜度Ｆを高く推定することができる。

【0097】

車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、経過時間ｔｎ毎に、着霜予測時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率に基づいて着霜度Ｆを推定し、経過時間ｔｎ毎に推定される着霜度Ｆを積算して積算値である累積着霜度Ｓを算出する。

【0098】

車両用空調装置１００によれば、経過時間ｔｎ毎に推定される着霜度Ｆを積算して算出した累積着霜度Ｓに基づいて着霜判定を行うので、経過時間ｔｎ毎の着霜の進行状態を全て加味して着霜判定を行える。このため、経過時間ｔｎ毎に車両の走行場面の変化に応じて着霜予測時間ｔｆが都度変わっても、着霜がどの程度進行しているかを的確に判定して過不足なく除霜運転を実行することができる。

【0099】

車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、除霜運転を終了したときに、算出した累積着霜度Ｓをリセットする。

【0100】

車両用空調装置１００によれば、除霜運転が終了したときに累積着霜度Ｓがリセットされるので、改めて累積着霜度Ｓを算出できるようになる。このため、室外熱交換器４０に着霜が発生していない場合に、累積着霜度Ｓが０より大きいと誤判定されることがなく、精度よく除霜運転を実行できる。

【0101】

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。

【0102】

例えば、上記実施形態では室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｏを図５のステップＳ２０７の除霜運転終了条件の判定に用いたが、コンプレッサ２０の吐出温度Ｔｄ、吐出圧Ｐｄ、及び吸入圧の少なくともいずれか一つのみを判定に用いてもよい。このように、コンプレッサの吐出温度Ｔｄ、吐出圧Ｐｄ、及び吸入圧Ｐｓの少なくともいずれか一つのみを用いれば、着霜度推定を行わない場合に、室外熱交換器出口温センサ９１を設ける必要がなくなるのでコストダウンを図ることができる。

【0103】

また、除霜運転の実行中に、温水ヒータ３３を熱源として用いて暖房運転を適宜実行してもよい。温水ヒータ３３を用いて暖房運転を実行する場合には、コントローラ９０は、コンプレッサ２０によって圧縮された冷媒の温度が、温水ヒータ３３で加熱された冷却水の温度を超えないように、コンプレッサ２０の出力を制御する。このようにすることで、除霜運転の実行中も、車室内の暖房要求を満たすように暖房運転を実行することができる。

【0104】

さらに、車両が走行を開始して除霜運転が途中で中止された場合には、コントローラ９０は、除霜終了判定開始時間ｔｅに対する除霜運転時間ｔｍの比率に基づいて、除霜運転中止時の累積着霜度Ｓを新たに算出してもよい（Ｓ＝（１−ｔｍ／ｔｅ）×Ｓ）。例えば、除霜運転開始時の累積着霜度Ｓが０．７であり、除霜終了判定開始時間ｔｅが１０分であるとする。除霜運転の開始後、除霜運転時間ｔｍが５分に到達したときに除霜運転が中止されたとすると、コントローラ９０は、除霜運転時の累積着霜度Ｓが０．３５であると算出する（Ｓ＝（１−５／１０）×０．７＝０．３５）。このようにすることで、コントローラ９０は、算出し直した累積着霜度Ｓに基づいて、次回の車両停止時に着霜の程度に応じた時間だけ過不足なく適切に除霜運転を実行することができる。

【符号の説明】

【0105】

１００ 車両用空調装置
１ 冷凍サイクル
３ 冷却水循環サイクル
７ ＨＶＡＣユニット
８ エンジン冷却水循環サイクル
１０ アキュムレータ
２０ コンプレッサ（圧縮機）
３０ 水冷媒熱交換器
４０ 室外熱交換器
４１ 室外ファン
５０ エバポレータ
６０ 冷媒流路
６０ａ 第１バイパス流路
６１ 第１膨張弁
６２ 第１開閉弁
７０ エアミックスドア
８０ エンジン
９０ コントローラ（除霜運転実行部、着霜度推定部、温度差算出部）
９１ 室外熱交換器出口温センサ
９２ 外気温センサ
９３ 吐出温度センサ
９４ 吐出圧センサ
９５ 吸入圧センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】