特許 7610443 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】

(24)【登録日】2024-12-24

(45)【発行日】2025-01-08

(54)【発明の名称】車両用空調装置

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/32 20060101AFI20241225BHJP

   B60H 1/22 20060101ALI20241225BHJP

   F25B 47/02 20060101ALI20241225BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20241225BHJP

【ＦＩ】

B60H1/32 624F

B60H1/32 624H

B60H1/32 624E

B60H1/22 671

B60H1/22 651C

B60H1/22 651A

B60H1/32 624C

B60H1/32 624J

B60H1/22 611C

F25B47/02 570K

F25B47/02 570Z

F25B47/02 570D

F25B1/00 399Y

F25B47/02 570C

F25B47/02 520A

F25B47/02 570A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021050514

(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公開番号】P2022148723

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2024-03-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000001845

【氏名又は名称】サンデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】弁理士法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】重田 めぐみ

(72)【発明者】

【氏名】宮腰 竜

(72)【発明者】

【氏名】岡本 佳之

【審査官】佐藤 正浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２６４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０４３４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｈ １／３２

Ｂ６０Ｈ １／２２

Ｆ２５Ｂ ４７／０２

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒と外気との間で熱交換を行わせる室外熱交換器、及び、吸熱対象から吸熱する吸熱用熱交換器を含む冷媒回路と、前記冷媒回路を制御する制御装置と、を備えた車両用空調装置において、
前記制御装置は、
前記圧縮機で圧縮させた前記冷媒により前記室外熱交換器を除霜するホットガス除霜モードと、
前記吸熱対象において吸熱させると共に前記圧縮機で圧縮させた前記冷媒により前記室外熱交換器を除霜する吸熱除霜モードと、を含む複数の除霜モードを選択的に実行可能であり、
前記ホットガス除霜モードを優先的に選択するホットガス除霜優先条件が設定されている車両用空調装置。

【請求項2】

前記ホットガス除霜優先条件は外気温度によって設定され、
前記外気温度が前記ホットガス除霜優先条件を満たす場合に、前記ホットガス除霜モードが優先的に選択され、前記外気温度が前記ホットガス除霜優先条件を満たさない場合に、前記吸熱除霜モードが選択される請求項１記載の車両用空調装置。

【請求項3】

前記ホットガス除霜優先条件は、前記室外熱交換器の開口面積、及び、前記圧縮機の容量の少なくとも一方に基づいて定められた外気温度である請求項１又は請求項２記載の車両用空調装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記ホットガス除霜モードの実行中に、前記冷媒の温度が閾値Ｔｒｔ１よりも低い状態が所定時間ＴＰ１継続した場合に、前記吸熱除霜モードに切り替えて実行する請求項１から請求項３のいずれか１項記載の車両用空調装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記ホットガス除霜モードの実行中に、前記冷媒の圧力が閾値Ｐｒｔ１よりも低い状態が所定時間ＴＰ１継続した場合に、前記吸熱除霜モードに切り替えて実行する請求項１から請求項３のいずれか１項記載の車両用空調装置。

【請求項6】

前記吸熱除霜モードは、前記吸熱用熱交換器が熱媒体回路を循環する熱媒体と前記冷媒との間で熱交換を行わせる冷媒－熱媒体熱交換器であるチラー除霜モードを含む請求項１から請求項５の何れか１項記載の車両用空調装置。

【請求項7】

前記制御装置は、前記チラー除霜モードの実行中に、前記熱媒体の温度が所定温度Ｔｗｔ１よりも低い場合には、前記熱媒体回路に設けられ前記熱媒体を加熱する補助熱源を動作させる請求項６記載の車両用空調装置。

【請求項8】

前記吸熱除霜モードは、前記吸熱用熱交換器が、車室内に供給される空気から前記冷媒に吸熱させる吸熱器である冷房サイクル除霜モードを含む請求項１から請求項７の何れか１項記載の車両用空調装置。

【請求項9】

前記制御装置は、前記冷房サイクル除霜モードの実行中に、前記車室内の温度が所定温度Ｔｉｎｔ１よりも低い場合には、前記車室内に流入する空気を加熱する補助熱源を動作させる請求項８記載の車両用空調装置。

【請求項10】

前記制御装置は、前記冷媒の温度が予め定めた閾値Ｔｒｔ２以上の状態、または、前記冷媒の圧力が予め定めた閾値Ｐｒｔ２以上の状態が所定時間ＴＰ２継続した場合に前記除霜モードの実行を終了させる請求項１から請求項９の何れか１項記載の車両用空調装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両に適用される車両用空調装置であって、特に、室外熱交換器の除霜を行う車両用空調装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両に適用される空気調和装置では、圧縮機、室内熱交換器（冷房時は蒸発器、暖房時は凝縮器）、室外熱交換器（冷房時は凝縮器、暖房時は蒸発器）、及び膨張弁が接続された冷媒回路を備え、室内熱交換器において冷媒と熱交換した空気を車室内に供給して車室内の空調を行っている。

【0003】

このような車両用空調装置では、暖房運転中に室外熱交換器が吸熱器として機能するため、外気温度が低い場合には、室外熱交換器の表面で凝縮水が凍結して着霜が生じる場合がある。着霜が生じると、熱伝達率が低下して吸熱不足となり車室内の暖房を十分に行うことができないことから、除霜運転を行う必要がある。
そこで、例えば、室外熱交換器に着霜が生じた場合に、圧縮機から吐出した冷媒を室内熱交換器に流した後に、室外熱交換器に循環させる強除霜運転モードと、室外熱交換器をバイパスさせる弱除霜運転モードとを切替えることで、状況に応じて適切な能力の除霜運転を行う車両用空調装置が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１９６０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した特許文献１の車両用空調装置では、強除霜運転モードによる除霜運転時において、外気温度が極端に低い場合には、配管における熱ロスや室外熱交換間の放熱量が大きく、除霜に必要な熱量が圧縮機による熱量だけでは足りず、十分かつムラなく除霜を行うことができないおそれがある。一方、弱除霜運転モードは、外気温が比較的高い（０℃よりも高い）ときの暖房中に室外熱交換器が着霜した場合に室外熱交換器の霜を溶かすために選択される運転モードであり、室外熱交換器に冷媒を循環させないため、室外熱交換器に対して積極的に除霜を行うものではなく、除霜にムラが生じるおそれがある。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、車両の状況に応じて確実かつムラのない除霜を行うこと、などを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一形態は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒と外気との間で熱交換を行わせる室外熱交換器、及び、吸熱対象から吸熱する吸熱用熱交換器を含む冷媒回路と、前記冷媒回路を制御する制御装置と、を備えた車両用空調装置において、前記制御装置は、前記圧縮機で圧縮させた前記冷媒により前記室外熱交換器を除霜するホットガス除霜モードと、前記吸熱対象において吸熱させると共に前記圧縮機で圧縮させた前記冷媒により前記室外熱交換器を除霜する吸熱除霜モードと、を含む複数の除霜モードを選択的に実行可能であり、前記ホットガス除霜モードを優先的に選択するホットガス除霜優先条件が設定されている車両用空調装置を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、車両の状況に応じて確実かつムラのない除霜を行うことができる。

【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冷媒回路の概略構成を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る車両用空調装置の制御装置としてのヒートポンプＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、ホットガス除霜モードによって室外熱交換器の除霜を行う場合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車両用空調装置において、チラー除霜モードによって室外熱交換器の除霜を行う場合の冷媒の流れを示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、冷房サイクル除霜モードによって室外熱交換器の除霜を行う場合の冷媒の流れを示す図である。

【図6】圧縮の容量と室外熱交換器の開口面積と外気温度（閾値）との関係を示す表である。

【図7】外気温度と除霜指標Ｐとの関係を表すグラフを示す。

【図8】本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、除霜モードの選択・切替処理の流れを示し、吸熱除霜としてチラー除霜が選択される場合のフローチャートである。

【図9】本発明の実施形態に係る車両用空調装置において、除霜モードの選択・切替処理の流れを示し、吸熱除霜として冷房サイクル除霜が選択される場合のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

【0011】

図１に、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１の概略構成を示す。車両用空調装置１は、例えば、エンジン（内燃機関）が搭載されていない電気自動車（ＥＶ）やエンジンと走行用の電動モータを供用する所謂ハイブリッド自動車などの車両に適用することができる。このような車両は、バッテリ（例えば、リチウム電池）が搭載され、外部電源からバッテリに充電された電力を、走行用のモータを含むモータユニットに供給することで駆動し、走行する。車両用空調装置１も、バッテリから供給される電力によって駆動する。

【0012】

本実施形態に係る車両用空調装置１は、冷媒回路Ｒを備え、冷媒回路Ｒを用いたヒートポンプ運転を行うことにより車室内の空調（暖房、冷房、除湿、及び除霜）を行う。また、冷媒回路Ｒに接続される熱媒体回路を用いてバッテリやモータ等の電装機器に対する冷却や暖機を行う。なお、以下の説明において、冷媒とは、ヒートポンプ（圧縮・凝縮・膨張・蒸発）における状態変化を伴う冷媒回路の循環媒体であり、熱媒体とは、このような状態変化を伴わずに熱の吸収と放熱を行う媒体である。

【0013】

冷媒回路Ｒは、冷媒を圧縮する電動式の圧縮機２と、車室内の空気が通気循環されるＨＶＡＣユニット１０の空気流通路３内に設けられ、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒を放熱させて車室内に供給する空気を加熱する室内熱交換器としての室内コンデンサ（放熱器）４と、暖房時に冷媒を減圧膨張させる室外膨張弁６と、冷房時には冷媒を放熱させる放熱器（凝縮器）として機能し、暖房時には冷媒を吸熱（冷媒に熱を吸収）させる蒸発器として機能すべく冷媒と外気との間で熱交換を行わせる室外熱交換器７と、冷媒を減圧膨張させる室内膨張弁８と、空気流通路３内に設けられて冷房時及び除湿時に車室内外から冷媒に吸熱させて車室内に供給する空気を冷却する室内熱交換器としての吸熱器９（吸熱用熱交換器）と、アキュムレータ１２等が冷媒配管１３Ａ～１３Ｈにより接続されて構成されている。

【0014】

室外膨張弁６及び室内膨張弁８は、いずれも図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに加えられるパルス数によって全閉から全開までの間で開度が適宜制御される。室外膨張弁６は、室内コンデンサ４から流出し室外熱交換器７に流入する冷媒を減圧膨張させる。また、室外膨張弁６は、室外熱交換器７を用いた暖房運転時に、室内コンデンサ４の冷媒出口における過冷却の達成度合いの指標となるＳＣ（サブクール）値が予め定めた目標値となるように、後述するヒートポンプＥＣＵ１１により開度が制御される（ＳＣ制御）。室内膨張弁８は、吸熱器９に流入する冷媒を減圧膨張させると共に、吸熱器９における冷媒の過熱度を調整する。

【0015】

室外熱交換器７には、室外送風機（図示せず）が設けられている。室外送風機は、室外熱交換器７に外気を強制的に通風することにより、外気と冷媒とを熱交換させ、停車中にも室外熱交換器７に外気が通風されるようになっている。

【0016】

室外熱交換器７には、冷媒下流側にレシーバドライヤ部１４及び過冷却部１６が設けられている。室外熱交換器７の冷媒出口側とレシーバドライヤ部１４とは、冷媒配管１３Ａ及び冷媒配管１３Ａから分岐した冷媒配管１３Ｂを介して接続されている。冷媒配管１３Ｂには、吸熱器９に冷媒を流す際に開放される開閉弁としての電磁弁１７（冷房用）が設けられている。

【0017】

過冷却部１６の出口側と吸熱器９の冷媒入口側とは冷媒配管１３Ｃを介して接続されている。冷媒配管１３Ｃには、室外熱交換器７側から順に、逆止弁１８、室内膨張弁８、及び、室内熱交換器用弁装置（開閉弁）としての電磁弁３２が設けられている。逆止弁１８は、吸熱器９に向かう方向が順方向となるように冷媒配管１３Ｃに設けられる。

【0018】

また、室外熱交換器７から出た冷媒配管１３Ａには、暖房時に開放される開閉弁としての電磁弁２１（暖房用）、アキュムレータ１２、圧縮機２が順次接続されている。
冷媒配管１３Ａは、電磁弁２１の出口側とアキュムレータ１２の入口側との間で冷媒配管１３Ｄに分岐し、冷媒配管１３Ｄは吸熱器９の冷媒出口側に連通接続されている。

【0019】

圧縮機２の冷媒出口と室内コンデンサ４の冷媒入口とは、冷媒配管１３Ｅにより接続されている。室内コンデンサ４の冷媒出口には冷媒配管１３Ｆの一端が接続され、冷媒配管１３Ｆの他端側は室外膨張弁６の手前（冷媒上流側）で冷媒配管１３Ｇと冷媒配管１３Ｈに分岐している。

【0020】

分岐した一方の冷媒配管１３Ｈが室外膨張弁６を介して室外熱交換器７の冷媒入口側に接続されている。また、分岐した他方の冷媒配管１３Ｇは、冷媒配管１３Ｃの逆止弁１８と室内膨張弁８との間に接続されている。冷媒配管１３Ｇの冷媒配管１３Ｃとの接続点より冷媒上流側には、電磁弁２２が設けられている。

【0021】

これにより、冷媒配管１３Ｇは室外膨張弁６、室外熱交換器７及び逆止弁１８の直列回路に対して並列に接続され、室外膨張弁６、室外熱交換器７及び逆止弁１８をバイパスする回路となる。

【0022】

吸熱器９の空気上流側における空気流通路３には、外気吸込口と内気吸込口の各吸込口が形成されている（図１では吸込口２５として代表して示す）。吸込口２５には吸込切換ダンパ２６が設けられている。吸込切換ダンパ２６により、車室内の空気である内気（内気循環）と、車室外の空気である外気（外気導入）とを適宜切り換えて吸込口２５から空気流通路３内に導入する。吸込切換ダンパ２６の空気下流側には、導入した内気や外気を空気流通路３に送給するための室内送風機（ブロワファン）２７が設けられている。

【0023】

図１において補助ヒータ２３は、補助加熱装置として機能する。補助ヒータ２３は、例えば、ＰＴＣヒータ（電気ヒータ）から構成されており、空気流通路３の空気の流れに対して、室内コンデンサ４の空気下流側となる空気流通路３内に設けられている。補助ヒータ２３が通電されて発熱することにより車室内の暖房を補完する。

【0024】

室内コンデンサ４の空気上流側における空気流通路３内には、空気流通路３内に流入し、吸熱器９を通過した後の空気流通路３内の空気（内気や外気）を室内コンデンサ４及び補助ヒータ２３に通風する割合を調整するエアミックスダンパ２８が設けられている。

【0025】

なお、補助暖房手段として、例えば、圧縮機廃熱によって加熱した温水を空気流通路３に配置したヒータコアに循環させることにより、送風空気を加熱する形態とすることもできる。

【0026】

冷媒回路Ｒには、冷媒－熱媒体熱交換器６４（吸熱用熱交換器）が接続されている。冷媒－熱媒体熱交換器６４は、冷媒流路６４Ａと熱媒体流路６４Ｂとを備え、冷媒回路Ｒの一部を構成すると同時に、例えば、機器温度調整回路（図示せず）等の熱媒体回路６１の一部を構成する。

【0027】

具体的には、冷媒－熱媒体熱交換器６４は冷媒回路Ｒに以下のように接続される。
冷媒回路Ｒにおいて、冷媒配管１３Ｃに設けられた逆止弁１８の下流側であって、室内膨張弁８の冷媒上流側には、分岐回路としての冷媒配管７２の一端が接続されている。冷媒配管７２にはチラー膨張弁７３及び開閉弁としての電磁弁７４が設けられている。

【0028】

チラー膨張弁７３は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁であり、パルスモータに加えられるパルス数によって全閉から全開までの間で開度が適宜制御される。チラー膨張弁７３は、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ａに流入する冷媒を減圧膨張させると共に、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ａにおける冷媒の過熱度を調整する。

【0029】

冷媒－熱媒体熱交換器６４において、冷媒流路６４Ａの入口には冷媒配管７２の他端が接続され、冷媒流路６４Ａの出口には冷媒配管７５の一端が接続されている。冷媒配管７５の他端は冷媒配管１３Ｄの吸熱器９より冷媒上流側に接続されている。このように、これらのチラー膨張弁７３や電磁弁７４、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ａ等も冷媒回路Ｒの一部を構成すると同時に、熱媒体回路６１の一部を構成する。

【0030】

チラー膨張弁７３が開いている場合、冷媒回路Ｒを循環して冷媒配管１３Ｇや室外熱交換器７から流出した冷媒の一部又は全部が冷媒配管７２に流入し、チラー膨張弁７３で減圧された後、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路に流入して蒸発する。熱媒体流路６４Ｂには、熱媒体が流入する。例えば、熱媒体回路６１が機器温度調整回路である場合には、例えばバッテリやモータユニット等の被温調対象を循環する熱媒体が熱媒体流路６４Ｂに流入する。

【0031】

冷媒は、冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ａを流れる過程で熱媒体流路６４Ｂを流れる熱媒体から吸熱する。これにより、例えば、熱媒体回路６１が機器温度調整回路である場合に、バッテリやモータユニット等の被温調対象に循環する熱媒体と冷媒回路Ｒを循環する冷媒との間で熱交換を行い、バッテリやモータユニットの温度を調整する。熱媒体としては、例えば水、ＨＦＯ－１２３４ｙｆのような冷媒、クーラント等の液体、空気等の気体が採用可能である。

【0032】

図２に、車両用空調装置１の制御装置としてのヒートポンプＥＣＵ１１の概略構成を示す。ヒートポンプＥＣＵ１１は、走行を含む車両全般の制御を司る車両コントローラ３５とＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ(Local Interconnect Network)等の車載ネットワークにより相互に通信可能に接続され、情報の送受信を行う。ヒートポンプＥＣＵ１１及び車両コントローラ３５には何れもプロセッサを備えたコンピュータの一例としてのマイクロコンピュータを適用することができる。

【0033】

ヒートポンプＥＣＵ１１には、以下の各センサや検出器が接続され、これらの各センサや検出器等の出力が入力される。
具体的には、ヒートポンプＥＣＵ１１には、車両の外気温度Ｔａｍを検出する外気温度センサ３３、吸込口２５から空気流通路３に吸い込まれる空気の温度を検出するＨＶＡＣ吸込温度センサ３６、車室内の空気の温度（内気温度内気Ｔｉｎ）を検出する内気温度センサ３７、吹出口２９から車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサ４１、圧縮機２の吐出冷媒圧力（吐出圧力Ｐｄ）を検出する吐出圧力センサ４２、圧縮機２の吐出冷媒温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ４３、圧縮機２の吸込冷媒温度Ｔｓを検出する吸込温度センサ４４、室内コンデンサ４の温度（室内コンデンサ４を経た冷媒の温度又は室内コンデンサ４自体の温度：室内コンデンサ温度ＴＣＩ）を検出する室内コンデンサ温度センサ４６、室内コンデンサ４の圧力（室内コンデンサ４を出た直後の冷媒圧力：室内コンデンサ出口圧力Ｐｃｉ）を検出する室内コンデンサ圧力センサ４７と、吸熱器９の温度（吸熱器９を経た空気の温度、又は、吸熱器９自体の温度：吸熱器温度Ｔｅ）を検出する吸熱器温度センサ４８と、吸熱器９の冷媒圧力（吸熱器９内、又は、吸熱器９を出た直後の冷媒の圧力）を検出する吸熱器圧力センサ４９と、設定温度や空調運転の切り換えを設定するための空調操作部５３と、室外熱交換器７の温度（本実施形態においては室外熱交換器７から吐出直後の吐出冷媒温度ＴＸＯ）を検出する室外熱交換器温度センサ５４と、室外熱交換器７の冷媒圧力（本実施形態においては室外熱交換器７から吐出直後の吐出冷媒圧力ＰＸＯ）を検出する室外熱交換器圧力センサ５６と、が接続されている。

【0034】

上記のほか、ヒートポンプＥＣＵ１１には、冷媒－熱媒体熱交換器６４の熱媒体流路を出て熱媒体回路を循環する熱媒体の温度Ｔｗ（以下、「チラー水温」という）を検出する熱媒体温度センサ７９が接続されている。

【0035】

一方、ヒートポンプＥＣＵ１１の出力には、圧縮機２と、室外送風機（図示せず）と、室内送風機（ブロワファン）２７と、吸込切換ダンパ２６と、エアミックスダンパ２８と、室外膨張弁６と、室内膨張弁８と、電磁弁１７,２１,２２,３５,７４の各電磁弁と、補助ヒータ２３、チラー膨張弁７３、が接続されている。ヒートポンプＥＣＵ１１は各センサの出力と空調操作部５３にて入力された設定、車両コントローラ３５からの情報に基づいてこれらを制御する。

【0036】

このように構成された車両用空調装置１において、暖房運転を行うと、室外熱交換器７では冷媒が蒸発し、外気から吸熱して室外熱交換器７が低温となるため、室外熱交換器７の表面に外気中の水分が霜となって付着する。このため、室外熱交換器７に対して除霜を行う必要があり、この際、車両用空調装置１では、車両の状況に応じて複数の除霜運転モードを適宜選択または切替えて実行することにより室外熱交換器７の除霜を行う。

【0037】

具体的には、本実施形態における車両用空調装置１では、いわゆるホットガスによる除霜を行うホットガス除霜モードと、冷媒回路Ｒを循環する冷媒に対して、冷媒－熱媒体熱交換器６４または吸熱器９において吸熱し室外熱交換器７において放熱を行う吸熱除霜モードとを適宜選択して実行する。

【0038】

ホットガス除霜モードは、除霜ムラが少なく、制御が容易であるが、冷媒の温度調節を圧縮機２のみに依存しているため除霜能力が小さく、外気温が極端に低温の場合には、確実に除霜できない場合がある。

【0039】

一方、吸熱除霜モードは、冷媒－熱媒体熱交換器６４または吸熱器９によって冷媒への吸熱を行い、併せて圧縮機２によって圧縮することで冷媒を高温高圧にする。また、補助熱源を用いることができるため、除霜能力が高く、外気温が極端に低温でも用いることができる。

【0040】

このため、本実施形態に係る車両用空調装置１では、車両の状況（室外熱交換器のサイズ、圧縮機の容量、外気温等）に応じて予め設定した条件（詳細は後述）に基づいて、ホットガス除霜モードまたは吸熱除霜モードを選択したり、切替えたりすることにより、確実かつムラのない除霜を行うことができる。

【0041】

（ホットガス除霜モード）
図３に、ホットガス除霜モードによって室外熱交換器７の除霜を行う場合の冷媒回路Ｒにおける冷媒の流れを示す。
ヒートポンプＥＣＵ１１は、ホットガス除霜モードでは、冷媒回路Ｒを暖房運転の状態としたまま、室外膨張弁６の弁開度を全開とし、圧縮機２を運転し、圧縮機２から吐出した高温高圧の冷媒を室内コンデンサ４に流入させる。ここで、ホットガス除霜モードでは冷媒の熱を除霜に用いるため、冷媒は、室内コンデンサ４においてほとんど凝縮されずに通過するのみとなる。室内コンデンサ４を出た冷媒は冷媒配管１３Ｆを経て冷媒配管１３Ｈに至り、室外膨張弁６を経て室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した高温高圧の冷媒は、室外熱交換器７において放熱し着霜を融解する。室外熱交換器７では、冷媒の顕熱及び潜熱によって除霜が行われる。したがって、ホットガス除霜モードでは、室外熱交換器７をムラなく除霜することができる。なお、除霜中は、室外送風機を停止させ、グリルシャッターが設けられている場合には閉じる。

【0042】

（吸熱除霜モード）
吸熱除霜モードには、例えば、冷媒－熱媒体熱交換器６４を吸熱器として機能させるチラー除霜モード及び吸熱器９を用いる冷房サイクル除霜がある。以下、チラー除霜モード及び冷房サイクル除霜モードについて説明する。

【0043】

（１）チラー除霜
図４に、チラー除霜モードによって室外熱交換器７の除霜を行う場合の冷媒回路Ｒにおける冷媒の流れを示す。
ヒートポンプＥＣＵ１１は、チラー除霜モードでは、電磁弁１７を開放し、室外熱交換器７から流出した冷媒をレシーバドライヤ部１４、過冷却部１６及び逆止弁１８を経て、冷媒配管７２に流入させる。また、ヒートポンプＥＣＵ１１は、チラー膨張弁７３及び電磁弁７４を開放し、冷媒を冷媒－熱媒体熱交換器６４の冷媒流路６４Ａに流入させる。冷媒は、冷媒流路６４Ａにおいて熱媒体回路６１を循環した熱媒体から吸熱する。

【0044】

ヒートポンプＥＣＵ１１は、室内膨張弁８又は電磁弁３２の少なくとも何れか一方を閉塞することで、吸熱後の冷媒を冷媒配管７５を介して冷媒配管１３Ｄ,１３Ａに流入させ、室外膨張弁６の弁開度を全開として圧縮機２を運転し、冷媒を圧縮機２に流入させる。そして、圧縮機２で圧縮されて吐出した高温高圧の冷媒を室内コンデンサ４、室外膨張弁６を経て室外熱交換器７に流入させる。室外熱交換器７に流入した高温高圧の冷媒は、室外熱交換器７において放熱し着霜を融解する。室外熱交換器７では、冷媒の潜熱によって除霜が行われる。なお、除霜中は、室外送風機を停止させ、グリルシャッターが設けられている場合には閉じる。

【0045】

チラー除霜モードでは、除霜の能力が圧縮機２の能力だけでなく、冷媒－熱媒体熱交換器６４における冷媒の吸熱の程度にも依存する。ところで、例えば、熱媒体回路６１に設けられる補助熱源としての水加熱ヒータ（ＥＣＨ）を適宜作動させ、熱媒体回路６１を循環する熱媒体の温度を上昇させることができる。したがって、水加熱ヒータを補助的に用いて冷媒－熱媒体熱交換器６４における熱媒体から冷媒への吸熱量を補完することにより、チラー除霜モードにおける除霜能力を補うことができる。

【0046】

（２）冷房サイクル除霜
図５に、冷房サイクル除霜モードによって室外熱交換器７の除霜を行う場合の冷媒回路Ｒにおける冷媒の流れを示す。
ヒートポンプＥＣＵ１１は、冷房サイクル除霜モードでは、電磁弁１７を開放し、室外熱交換器７から流出した冷媒をレシーバドライヤ部１４、過冷却部１６及び逆止弁１８を経て、冷媒配管７２に流入させる。また、ヒートポンプＥＣＵ１１は、室内膨張弁８及び電磁弁３２を開放して冷媒を吸熱器９に流入させ、吸熱器９において蒸発・吸熱させる。このとき、室内送風機２７を運転し、吹き出された空気が吸熱器９に通風されるように作動させる。ヒートポンプＥＣＵ１１は、吸熱器９において蒸発・吸熱した冷媒を、冷媒配管１３Ｄ,１３Ａに流入させ、室外膨張弁６の弁開度を全開として圧縮機２を運転し、冷媒を圧縮機２に流入させる。そして、圧縮機２で圧縮されて吐出した高温高圧の冷媒を、室内コンデンサ４、室外膨張弁６を経て室外熱交換器７に流入させる。室外熱交換器７に流入した高温の冷媒は、室外熱交換器７において放熱し着霜を融解する。室外熱交換器７では、冷媒の潜熱によって除霜が行われる。なお、除霜中は、室外送風機を停止させ、グリルシャッターが設けられている場合には閉じる。

【0047】

冷房サイクル除霜モードでは、除霜の能力が圧縮機２の能力だけでなく、吸熱器９における冷媒の吸熱の程度にも依存する。したがって、補助熱源として空気加熱ヒータ（ＰＴＣ）等の補助ヒータ２３を適宜作動させ、車室内の暖房を補完することで吸熱器９における冷媒への吸熱量も補完することができ、冷房サイクル除霜モードにおける除霜の能力を補うことができる。

【0048】

（除霜モードの選択または切替の条件の設定について）
上述の通り、除霜モードの選択及び切替えは、予め設定した条件に基づいて行われる。本実施形態において、ヒートポンプＥＣＵ１１には、除霜を行っていない状態から除霜の必要が生じた場合に除霜を行う際の除霜モードを選択する条件や、ホットガス除霜モードから吸熱除霜モードへの切替条件の他、吸熱除霜モードにおいて補助熱源を動作させる動作条件、除霜を終了させる除霜終了条件などが予め設定されている。

【0049】

（１）ホットガス除霜モードまたは吸熱除霜モードの選択
上述の通り、ホットガス除霜モードは、制御が容易でムラのない除霜が可能なことから、ホットガス除霜モードによって除霜が可能な状況の場合には、できる限りホットガス除霜モードによる除霜を行うことが好ましい。しかしながら、外気温度が極低温である場合や、車両の状況によってホットガス除霜モードによる除霜が困難である場合には、ヒートポンプＥＣＵ１１が吸熱除霜モードを選択する。
そこで、車両用空調装置１では、ヒートポンプＥＣＵ１１において、除霜を行っていない状態から除霜の必要が生じた場合にホットガス除霜モードを優先的に選択する条件として、ホットガス除霜優先条件を設定している。

【0050】

ホットガス除霜優先条件は、例えば、外気温度によって、すなわち、外気温度に対する閾値として設定することができる。この場合、ヒートポンプＥＣＵ１１では、外気温度がホットガス除霜優先条件を満たす場合にホットガス除霜モードを優先的に選択し、外気温度がホットガス除霜優先条件を満たさない場合に吸熱除霜モードを選択する。

【0051】

図６に圧縮の容量と室外熱交換器の開口面積と外気温度（閾値）との関係を示す。また、図７に、外気温度Ｔａｍと除霜指標Ｐとの関係を表すグラフを示す。ここで、除霜指標Ｐは、室外熱交換器の開口面積／圧縮機の容量、または、室外熱交換器の開口面積／圧縮機の最大発熱量（最大電力）を示す。

【0052】

図６に示すように、圧縮機の容量（容積）または圧縮機の最大発熱量（最大電力）が大きいほど除霜能力が高く、室外熱交換器の開口面積が小さいほど除霜が容易である。また、図７における除霜指標Ｐは、値が大きくなるほど、圧縮機の発熱量に対して室外熱交換器の開口面積が大きいことを示すので、除霜に要する放熱量が多くなる。したがって、図７に示すように、除霜指標Ｐが大きくなるほどホットガス除霜モードよりも吸熱除霜モードが適していると想定される外気温度Ｔａｍが高くなる。

【0053】

このように、圧縮機の容量と室外熱交換器の開口面積との関係から、例えば、図６に示すようにホットガス除霜モードを優先的に選択するホットガス除霜優先条件として、外気温度に対する閾値Ｔｘを設定する。ヒートポンプＥＣＵ１１では、外気温度Ｔａｍが、閾値Ｔｘよりも高い場合にホットガス除霜モードを優先的に選択し、外気温度Ｔａｍが閾値Ｔｘよりも低い場合に吸熱除霜モードを選択する。なお、ヒートポンプＥＣＵ１１は、外気温度センサ３３によって検出された外気温度Ｔａｍを取得して、ホットガス除霜優先条件として定められた閾値Ｔｘと比較する。

【0054】

このとき、閾値Ｔｘに対してヒステリシス（α１，α２）を設け、以下のようにホットガス除霜優先条件を定めることが好ましい。
すなわち、
外気温度Ｔａｍ ≧ 閾値Ｔｘ＋α１
である場合に、ホットガス除霜モードを選択し、
外気温度Ｔａｍ ≦ 閾値Ｔｘ－α２
である場合に、吸熱除霜モードを選択する。

【0055】

（２）ホットガス除霜モードから吸熱除霜モードへの切替
また、ホットガス除霜モードによって除霜を行っている際に、車両の状況に応じて吸熱除霜モードに切り替える場合には、除霜モード切替条件として、例えば、冷媒の温度に対する閾値Ｔｒｔ１または冷媒の圧力に対する閾値Ｐｒｔ１を設定する。
ヒートポンプＥＣＵ１１は、ホットガス除霜モードによって除霜を開始しても、冷媒の温度または圧力が、予め設定した閾値（温度の閾値Ｔｒｔ１、圧力Ｐｒｔ１）より低い場合や、ほとんど変化がない等の状態が所定時間ＴＰ１継続した場合に、ホットガス除霜モードから吸熱除霜モードに切り替える。

【0056】

冷媒の温度は、例えば、圧縮機２の吸込冷媒温度Ｔｓ、圧縮機２の吐出冷媒温度Ｔｄ、室外熱交換器７から吐出直後の吐出冷媒温度ＴＸＯなどを検出して用いる。冷媒の圧力は、例えば、圧縮機２の吸入冷媒圧力Ｐｓ、圧縮機２の吐出冷媒圧力Ｐｄ、室外熱交換器７から吐出直後の吐出冷媒圧力ＰＸＯなどを検出して用いる。

【0057】

（３）吸熱除霜モードによる除霜実行時の補助熱源の動作
また、ヒートポンプＥＣＵ１１には、吸熱除霜モードによる除霜実行時に、補助熱源を動作させるかを定める動作条件及び補助熱源の動作を停止させる動作停止条件が設定されている。

【0058】

チラー除霜モードにおいて、チラー水温（熱媒体の温度）Ｔｗが動作条件として設定された温度Ｔｗｔ１よりも低い場合に、補助熱源としての水加熱ヒータ（ＥＣＨ）を動作させる。また、チラー水温Ｔｗが動作停止条件として設定された温度Ｔｗｔ２よりも高くなった場合には、水加熱ヒータの動作を停止させても良い。

【0059】

冷房サイクル除霜モードにおいて、車室内の温度Ｔｉｎが動作条件として設定された温度Ｔｉｎ１よりも低い場合に、補助熱源としての補助ヒータ２３を動作させる。また、車室内の温度Ｔｉｎが動作停止条件として設定された温度Ｔｉｎ２よりも高くなった場合には補助ヒータ２３の動作を停止させても良い。

【0060】

（４）除霜終了
本実施形態においては、また、除霜を終了させる際の除霜終了条件として、冷媒の温度に対する閾値Ｔｒｔ２または冷媒の圧力に対する閾値Ｐｒｔ２を設定する。ヒートポンプＥＣＵ１１では、冷媒の温度または圧力が、予め設定した閾値（温度の閾値Ｔｒｔ２、圧力Ｐｒｔ２）より高い状態が所定時間ＴＰ２が経過した場合に除霜モードの実行を終了させる。

【0061】

（除霜モード選択・切替処理）
以下、図８及び図９のフローチャートを参照して、本実施形態に係る車両用空調装置における除霜モード選択・切替処理について説明する。以下の説明では、（１）ホットガス除霜モードとチラー除霜モードとを適用する例（図８）と、（２）ホットガス除霜モードと冷房サイクル除霜モードとを適用する例（図９）の、２つの例について説明する。

【0062】

（１）ホットガス除霜モードとチラー除霜モードを用いる場合
ヒートポンプＥＣＵ１１は、自動的にまたは空調操作部５３に対するマニュアル操作により除霜運転が選択されると、除霜要求ありとして（ステップＳ１１）、外気温度センサ３３によって検出された外気温度Ｔａｍを取得する。ヒートポンプＥＣＵ１１は、外気温度Ｔａｍと予め設定された外気温度に対する閾値Ｔｘとを比較する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、ヒートポンプＥＣＵ１１は、外気温度Ｔａｍが閾値Ｔｘ以上の場合には、ホットガス除霜モードを選択する（ステップＳ１３）。なお、外気温度Ｔａｍが閾値Ｔｘ未満の場合には吸熱除霜モードとしてチラー除霜モードを選択する（ステップＳ１５）。

【0063】

ヒートポンプＥＣＵ１１は、ステップＳ１３のホットガス除霜モードによって室外熱交換器７の除霜を開始してから、冷媒の温度（Ｔｓ、Ｔｄ、ＴＸＯの何れか）を吸込温度センサ４４、吐出温度センサ４３、及び室外熱交換器温度センサ５４の何れかから取得し、冷媒の温度が予め定めた温度の閾値Ｔｒｔ１より低い状態が所定時間継続した場合に（ステップＳ１４のＹＥＳ）、ホットガス除霜モードから吸熱除霜モードに切替える（ステップＳ１５）。冷媒の温度が予め定めた温度の閾値Ｔｒｔ１より低い状態が所定時間継続しない場合には、除霜モードの切り替えをせずにステップＳ１９に進む。なお、ステップＳ１４において、ヒートポンプＥＣＵ１１は、冷媒の温度に代えて冷媒の圧力を監視してもよい。この場合には、ヒートポンプＥＣＵ１１は、吐出圧力センサ４２や室外熱交換器圧力センサ５６などから冷媒の圧力（Ｐｓ、Ｐｄ、ＰＸＯの何れか）を取得し、冷媒の圧力が予め定めた圧力の閾値Ｐｒｔ１よりも低い状態が所定時間継続した場合に（ステップＳ１４のＹＥＳ）、ホットガス除霜モードから吸熱除霜モードに切替える（ステップＳ１５）。冷媒の圧力が予め定めた圧力の閾値Ｐｒｔ１よりも低い状態が所定時間継続しない場合には、除霜モードの切り替えをせずにステップＳ１９に進む（ステップＳ１４のＮＯ）。

【0064】

ステップＳ１２において外気温度Ｔａｍが閾値Ｔｘ未満の場合、及び、ステップＳ１４において冷媒の温度が閾値Ｔｒｔ１よりも低い、または、冷媒の圧力が閾値Ｐｒｔ１よりも低いことにより吸熱除霜モードが選択された場合に、吸熱除霜モードとしてチラー除霜モードにより除霜を行う（ステップＳ１５）。

【0065】

ヒートポンプＥＣＵ１１は、チラー除霜モードによる除霜中に、チラー水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔ１よりも高いかを監視する（ステップＳ１６）。チラー水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔ１よりも高い場合には水加熱ヒータを動作させず（ステップＳ１７）、チラー水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔ１よりも低い場合には水加熱ヒータを動作させて（ステップＳ１８）チラー除霜モードを継続する。
なお、水加熱ヒータを動作させた後に、チラー水温Ｔｗが上昇して所定温度Ｔｗｔ２よりも高くなった場合には、水加熱ヒータの動作を停止させても良い。

【0066】

ヒートポンプＥＣＵ１１は、冷媒温度Ｔｒが予め定めた温度の閾値Ｔｒｔ２よりも高い状態、または、冷媒圧力が予め定めた圧力の閾値Ｐｒｔ２よりも高い状態が所定時間ＴＰ２継続するまで除霜を継続する（ステップＳ１９、ステップＳ２０）。ヒートポンプＥＣＵ１１は、冷媒温度Ｔｒが予め定めた温度の閾値Ｔｒｔ２よりも高い状態、または、冷媒圧力が予め定めた圧力の閾値Ｐｒｔ２よりも高い状態が所定時間継続した場合に、除霜を終了する（ステップＳ２１）。

【0067】

（２）ホットガス除霜モードと冷房サイクル除霜モードを用いる場合
ヒートポンプＥＣＵ１１は、自動的にまたは空調操作部５３に対するマニュアル操作により除霜運転が選択されると、除霜要求ありとして（ステップＳ３１）、外気温度センサ３３によって検出された外気温度Ｔａｍを取得する。ヒートポンプＥＣＵ１１は、外気温度Ｔａｍと予め設定された外気温度に対する閾値Ｔｘとを比較する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２において、ヒートポンプＥＣＵ１１は、外気温度Ｔａｍが閾値Ｔｘ以上の場合には、ホットガス除霜モードを選択する（ステップＳ３３）。なお、外気温度Ｔａｍが閾値Ｔｘ未満の場合には吸熱除霜モードとして冷房サイクル除霜モードを選択する（ステップＳ３５）。

【0068】

ヒートポンプＥＣＵ１１は、ステップＳ３３のホットガス除霜モードによって室外熱交換器７の除霜を開始してから、冷媒の温度（Ｔｓ、Ｔｄ、ＴＸＯの何れか）を吸込温度センサ４４、吐出温度センサ４３、及び室外熱交換器温度センサ５４の何れかから取得し、冷媒の温度が予め定めた温度の閾値Ｔｒｔ１より低い状態が所定時間継続した場合に（ステップＳ３４のＹＥＳ）、ホットガス除霜モードから吸熱除霜モードに切替える（ステップＳ３５）。冷媒の温度が予め定めた温度の閾値Ｔｒｔ１より低い状態が所定時間継続しない場合には、除霜モードを切り替えずにステップＳ３９に進む（ステップＳ３４のＮＯ）。なお、ヒートポンプＥＣＵ１１は、ステップＳ３４では、冷媒の温度に代えて、冷媒の圧力を監視してもよい。この場合、ヒートポンプＥＣＵ１１は、吐出圧力センサ４２や室外熱交換器圧力センサ５６などから冷媒の圧力（Ｐｓ、Ｐｄ、ＰＸＯの何れか）を取得し、冷媒の圧力が予め定めた圧力の閾値Ｐｒｔ１よりも低い状態が所定時間継続した場合に（ステップＳ３４のＹＥＳ）、ホットガス除霜モードから吸熱除霜モードに切替える（ステップＳ３５）。冷媒の圧力が予め定めた圧力の閾値Ｐｒｔ１よりも低い状態が所定時間継続しない場合には、除霜モードを切り替えずにステップＳ３９に進む（ステップＳ３４のＮＯ）。

【0069】

ステップＳ３２において外気温度Ｔａｍが閾値Ｔｘ未満の場合、及び、ステップＳ３４において冷媒の温度が閾値Ｔｒｔ１よりも低い、または、冷媒の圧力が閾値Ｐｒｔ１よりも低いことにより吸熱除霜モードが選択された場合に、吸熱除霜モードとして冷房サイクル除霜モードにより除霜を行う（ステップＳ３５）。

【0070】

ヒートポンプＥＣＵ１１は、冷房サイクル除霜モードによる除霜中に、車室内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎｔ１よりも高いかを監視する（ステップＳ３６）。車室内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎｔ１よりも高い場合には補助ヒータ２３を動作させず（ステップＳ３７）、車室内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎｔ１よりも低い場合には補助ヒータ２３を動作させて（ステップＳ３８）冷房サイクル除霜モードを継続する。
なお、補助ヒータ２３を動作させた後に、車室内温度Ｔｉｎが上昇して所定温度Ｔｉｎｔ２よりも高くなった場合には、補助ヒータ２３の動作を停止させても良い。

【0071】

ヒートポンプＥＣＵ１１は、冷媒温度Ｔｒが予め定めた温度の閾値Ｔｒｔ２よりも高い状態、または、冷媒圧力が予め定めた圧力の閾値Ｐｒｔ２よりも高い状態が所定時間継続するまで除霜を継続する（ステップＳ３９、ステップＳ４０）。ヒートポンプＥＣＵ１１は、冷媒温度Ｔｒが予め定めた温度の閾値Ｔｒｔ２よりも高い状態、または、冷媒圧力が予め定めた圧力の閾値Ｐｒｔ２よりも高い状態が所定時間継続した場合に、除霜を終了する（ステップＳ４１）。

【0072】

以上説明してきたように、本実施形態に係る車両用空調装置１によれば、ヒートポンプＥＣＵ１１は、ホットガス除霜モードと吸熱除霜モード（チラー除霜モードまたは冷房サイクル除霜モード）を含む複数の除霜モードを実行可能である。そして、予め定められたホットガス除霜優先条件に従って、簡易な制御でムラのない除霜を実現できるホットガス除霜モードを優先的に実行しながら、ホットガス除霜モードで除霜が困難な場合に吸熱除霜モードを実行する。これにより、状況によらず確実かつムラのない除霜を行うことができる。

【0073】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0074】

１：車両用空調装置，２：圧縮機，３：空気流通路，４：室内コンデンサ、６：室外膨張弁，７：室外熱交換器，８：室内膨張弁，９：吸熱器，１１：ヒートポンプＥＣＵ（制御装置），６４：冷媒－熱媒体熱交換器，７３：チラー膨張弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】