CN105473356B - 车辆用空调装置 - Google Patents

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Abstract

在热泵型的车辆用空调装置中，通过防止或者抑制在插入状态下预先对车厢内进行制热时室外热交换器发生结霜的情况，从而能够在行驶过程中实现舒适的车厢内制热，并延长行驶距离。具有注入回路(40)，该注入回路(40)用于对离开散热器(4)的制冷剂进行分流以使其返回压缩机(2)的压缩途中，控制器具有用于推定室外热交换器(7)是否结霜的结霜推定单元，在从外部电源对压缩机(2)、或者对为了驱动该压缩机(2)而进行供电的电池进行供电的状态下，在执行制热模式时，在预测为室外热交换器(7)发生结霜的情况下，利用注入回路(40)对压缩机(2)进行气体注入。

Description

车辆用空调装置
技术领域
本发明涉及对车辆的车厢内进行空气调节的所谓热泵型空调装置，尤其涉及可适用于能够从外部电源进行供电的混合动力汽车、电动汽车的空调装置。
背景技术
由于近年来环境问题突显，因此混合动力汽车、电动汽车已广泛普及。于是，作为可适用于上述车辆的空调装置，研发了以下空调装置，该空调装置包括：压缩并喷出制冷剂的压缩机、设置于车厢内侧使制冷剂散热的散热器(冷凝器)、设置于车厢内侧使制冷剂吸热的吸热器(蒸发器)、设置于车厢外侧使制冷剂散热或吸热的室外热交换器，该空调装置能够切换进行下述模式，即：制热模式，该制热模式是指在散热器中使从压缩机喷出的制冷剂散热，并在室外热交换器中使在该散热器中进行了散热后的制冷剂吸热；除湿模式，该除湿模式是指在散热器中使从压缩机喷出的制冷剂散热，并在吸热器中使在散热器中进行了散热后的制冷剂吸热；以及制冷模式，该制冷模式是指在室外热交换器中使从压缩机喷出的制冷剂散热，并在吸热器中使其吸热(例如，参照专利文献1)。
另外，电动汽车或部分的混合动力汽车被构成为，通过与设置于自家住宅或供电设备(供电点)的外部电源(充电器)相连接，能够对电池进行充电(所谓的插入)。若通过所述插入来进行电池充电，则尤其能够寄希望于改善混合动力汽车的燃油效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3985384号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，若在行驶中驱动压缩机，则会消耗电池的电力。因而，若在与外部电源相连接的状态(插入状态)下，在行驶之前预先对车厢内进行制热(预空气调节)，则能够延长之后的行驶距离。
然而，在上述制热模式下，室外热交换器起到制冷剂的蒸发器的作用。因此，在插入状态下，若利用外部电源直接运转压缩机、或者经由电池来运转压缩机以执行制热模式，则根据室外空气的温度/湿度的条件，会使室外空气中的水分结霜，且附着并生长于室外热交换器。当在制热模式下在室外热交换器上发生结霜时，由于霜成为绝热材料，所以与室外空气之间的热交换性能明显变差，难以从室外空气中吸热，导致无法得到所希望的制热能力。
若在所述状态下开始行驶，则行驶过程中用于制热的压缩机运转时间会变长，导致电力消耗增大。另外，为了对制热能力进行补足而不得不使用辅助的电热器，所以无论如何都会发生电力消耗增大，且行驶距离缩短的问题。
本发明正是为了解决上述的现有技术问题而完成的，其目的在于，在所谓热泵型空调装置中，通过在插入状态下预先对车厢内进行制热时防止或抑制室外热交换器上发生结霜，从而实现行驶过程中舒适的车厢内制热，并且延长行驶距离。
用于解决问题的技术方案
本发明的车辆用空调装置具有：压缩机，用于压缩制冷剂；空气流通路，使供给车厢内的空气流通；散热器，使制冷剂散热并对从空气流通路供给至车厢内的空气进行加热；吸热器，使制冷剂吸热并对从空气流通路供给至车厢内的空气进行冷却；室外热交换器，设置于车厢外且使制冷剂散热或吸热；以及控制单元，该车辆用空调装置，至少利用该控制单元来执行制热模式，在该制热模式中，利用散热器使从压缩机喷出的制冷剂散热，在对散热后的该制冷剂进行减压之后，利用室外热交换器来吸热，其特征在于，具有注入回路，该注入回路用于对离开散热器的制冷剂进行分流以使其返回压缩机的压缩途中，控制单元具有用于推定室外热交换器是否发生结霜的结霜推定单元，在从外部电源对压缩机、或者对为了驱动该压缩机而进行供电的电池进行供电的状态下，在执行制热模式时，在根据结霜推定单元的推定而预测为室外热交换器发生结霜的情况下，使注入回路进行动作，并执行使制冷剂返回压缩机的压缩途中的气体注入。
本发明第二方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在上述发明的基础上，控制单元在预测为室外热交换器发生结霜的情况下，将压缩机的转速抑制成规定值以下，并且使利用注入回路所进行的气体注入量增大。
本发明第三方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在上述发明的基础上，控制单元在预测为室外热交换器发生了结霜的情况下，使散热器中制冷剂的过冷却度上升，并且/或者使空气流通路内的通风量减少。
本发明第四方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在各个发明的基础上，控制单元在预测为室外热交换器发生结霜的情况下，使室外热交换器的通风量减少。
本发明第五方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在各个发明的基础上，控制单元根据结霜状态推定单元的推定而预测为室外热交换器未发生结霜的情况下，对所要求的散热器的制热能力即要求制热能力Qtgt、与散热器能够产生的制热能力Qmaxhp进行比较，在该制热能力Qmaxhp小于要求制热能力Qtgt的情况下，执行注入回路所进行的气体注入。
本发明第六方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在各个发明的基础上，结霜推定单元计算出在室外热交换器不发生结霜的范围内散热器能够产生的最大制热能力的目标值、即未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst，在该未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst小于所要求的散热器的制热能力即要求制热能力Qtgt或者小于接近该要求制热能力Qtgt的值的情况下，预测为室外热交换器发生结霜。
本发明第七方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在上述发明的基础上，结霜推定单元根据室外温度，或者除了室外温度以外还基于时刻、日照、降雨、位置、气象条件，来计算出未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst。
本发明第八方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在第一方面至第五方面的发明的基础上，结霜推定单元计算出在实现所要求的散热器的制热能力即要求制热能力Qtgt时、室外热交换器的制冷剂蒸发温度即未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt，在该未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt低于霜点Tfrost或者小于接近该霜点Tfrost的温度的情况下，预测为室外热交换器发生结霜。
本发明第九方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在上述发明的基础上，结霜推定单元根据室外气体温度和要求制热能力Qtgt，来计算出未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt。
本发明第十方面的车辆用空调装置中，其特征在于，在各个发明的基础上，注入回路具有减压单元，以及使被该减压单元减压后的制冷剂与从压缩机喷出且流入散热器之前的制冷剂、或者离开该散热器的制冷剂进行热交换的热交换器。
发明效果
根据本发明，由于具有：压缩机，用于压缩制冷剂；空气流通路，使供给车厢内的空气流通；散热器，使制冷剂散热并对从空气流通路供给至车厢内的空气进行加热；吸热器，使制冷剂吸热并对从空气流通路供给至车厢内的空气进行冷却；室外热交换器，设置于车厢外且使制冷剂吸热或散热；以及控制单元，该车辆用空调装置中，至少利用该控制单元来执行制热模式，在该制热模式中，利用散热器使从压缩机喷出的制冷剂散热，在对散热后的该制冷剂进行减压之后，利用室外热交换器来吸热，具有注入回路，该注入回路用于对离开散热器的制冷剂进行分流以使其返回压缩机的压缩途中，控制单元具有用于推定室外热交换器是否发生结霜的结霜推定单元，在从外部电源对压缩机、或者对为了驱动该压缩机而进行供电的电池进行供电的状态下，在执行制热模式时，在根据结霜推定单元的推定而预测为室外热交换器发生结霜的情况下，使注入回路动作，并执行使制冷剂返回压缩机的压缩途中的气体注入，因此，在所谓的插入状态下预先对车厢内进行制热(预空气调节)时，利用注入回路在压缩机的压缩途中来进行气体注入，能够抑制室外热交换器上的吸热，从而能够防止或者抑制该室外热交换器发生结霜，并且利用气体注入来增大压缩机的喷出制冷剂量从而确保散热器所实现的车厢内的制热能力，能够减轻之后行驶中的负载。
由此，能够使开始行驶后的车厢内维持为舒适的温度，能够延长电动汽车或混合动力汽车的行驶距离。
另外，根据第二方面的发明，在本发明的基础上，控制单元在预测为室外热交换器发生结霜的情况下，将压缩机的转速抑制在规定值以下，并且使利用注入回路所实现的气体注入量增大，因此，能够确实地抑制室外热交换器中的吸热量，并有效地防止或者抑制结霜。
在此情况下，如第三方面的发明那样的控制单元在预测为室外热交换器发生结霜的情况下，使散热器中制冷剂的过冷却度上升，并且/或者使空气流通路内的通风量减少，从而能够推进高压侧的压力上升。由此，在压缩机的转速下降的状态中能够确保散热器的制热能力。
另外，如第四方面的发明那样的控制单元在预测为室外热交换器发生了结霜的情况下，若使室外热交换器的通风量减少，则能够抑制室外热交换器的室外气体量，能够进一步有效地防止或者抑制因室外气体中的水分凝结而导致室外热交换器发生结霜的情况。
另外，如第五方面的发明那样的控制单元在基于结霜推定单元的推定而预测为室外热交换器未发生结霜的情况下，对所要求的散热器的制热能力即要求制热能力Qtgt与散热器能产生的制热能力Qmaxhp进行比较，在该制热能力Qmaxhp小于要求制热能力Qtgt的情况下，通过执行利用注入回路的气体注入，从而能够适当地控制对压缩机的气体注入，如第十方面所述的那样，能够抑制在使从压缩机喷出且流入散热器之前的制冷剂与注入回路的制冷剂进行热交换并使其蒸发时的效率的降低。
另外，如第六方面的发明那样的结霜推定单元计算出在室外热交换器不结霜的范围内散热器能够产生的最大制热能力的目标值、即未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst，在该未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst小于要求要求制热能力Qtgt或小于接近该要求制热能力Qtgt的值的情况下，通过预测为室外热交换器发生结霜，从而即使在无法检测出室外热交换器发生结霜的所谓霜点的情况下，也能够有效地防止或者抑制插入状态下室外热交换器发生结霜的情况。
在此情况下，如第七方面的发明那样的结霜推定单元基于室外气体温度，或者在室外气体温度的基础上附加时刻、日照、降雨、位置、气象条件，来计算出未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst，从而能够准确地推定室外热交换器未发生结霜的未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst，即，其结果是能够准确地推定霜点，能够进一步有效地防止或者抑制插入状态中室外热交换器发生结霜的情况。
另一方面，如第八方面的发明那样的结霜推定单元计算出实现要求制热能力Qtgt时室外热交换器的制冷剂蒸发温度、即未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt，在该未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt低于霜点Tfrost或者低于接近该霜点Tfrost的温度的情况下，通过预测为室外热交换器发生结霜，从而能够基于室外热交换器发生结霜的霜点，有效地防止或者抑制插入状态下室外热交换器发生结霜的情况。
在此情况下，如第九方面的发明那样的结霜推定单元根据室外气体温度和要求制热能力Qtgt，计算出未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt，因此，能够准确地推定在室外热交换器未结霜时用于实现要求制热能力Qtgt的未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt，从而能够进一步有效地防止或者抑制插入状态下室外热交换器发生结霜的情况。
另外，若由减压单元、以及热交换器来构成如第十方面的发明那样的注入回路，则在热交换器中能够使返回压缩机的压缩途中的制冷剂蒸发，上述热交换器使被上述减压单元减压后的制冷剂与从压缩机喷出且流入散热器之前的制冷剂、或者离开该散热器的制冷剂进行热交换。尤其在此情况下，由于与压缩机喷出且流入散热器之前的制冷剂进行热交换，因此，能够利用更高温的制冷剂来使返回至压缩机的压缩途中的制冷剂蒸发，能够充分地确保气体注入量，能够力图增大压缩机的喷出制冷剂量。
附图说明
图1是适用本发明的一个实施方式的车辆用空调装置的结构图。
图2是图1的车辆用空调装置的控制器的电路框图。
图3是图1的车辆用空调装置的p-h曲线图。
图4是图2的控制器的控制框图。
图5是对利用图2的控制器来确定目标吹出温度进行说明的图。
图6是对图2的控制器的动作进行说明的流程图。
图7是在无法检测霜点时、图2的控制器的结霜预测的流程图。
图8是表示图1的室外热交换器上不结霜时散热器的不结霜最大制热能力预测值与室外温度之间的关系的图。
图9是在能够检测霜点时、图2的控制器的结霜预测的流程图。
图10是本发明的其它实施方式的车辆用空调装置的结构图。
图11是本发明的另一个实施方式的车辆用空调装置的结构图。
图12是本发明的再另一个实施方式的车辆用空调装置的结构图。
图13是本发明的又另一个实施方式的车辆用空调装置的结构图。
图14是本发明的又另一个实施方式的车辆用空调装置的结构图。
图15是本发明的又另一个实施方式的车辆用空调装置的结构图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[实施方式1]
图1示出了本发明一个实施方式的车辆用空调装置1的结构图。适用本发明的实施方式的车辆是未搭载引擎(内燃机构)的电动汽车(EV)，是利用从外部电源对电池进行充电(插入)而得到的电力来驱动用于行驶的电动机的车辆(均未图示)，本发明的车辆用空调装置1也设为是由电池的电力来进行驱动的装置。即，实施方式的车辆用空调装置1是如下装置：在无法利用引擎余热来进行制热的电动汽车中，利用使用了制冷剂回路的热泵运转来进行制热，进一步地有选择地执行除湿制热或制冷除湿、制冷等的各种运转模式。
而且，作为车辆并不仅限于上述电动汽车，即使是可共用引擎和行驶用的电动机的所谓混合动力汽车，或者只要是能够进行从外部电源对电池进行充电的所谓插入的车辆，本发明均是有效的。
实施方式的车辆用空调装置1是对电动汽车的车厢内的空气进行调节(制热、制冷、除湿以及换气)的装置，利用制冷配管13依次连接如下装置来构成制冷剂回路R：电动式的压缩机2，该压缩机2压缩制冷剂；散热器4，该散热器4设置于对车厢内空气进行通气和循环的HVAC单元10的空气流通路3内，且在车厢内使从压缩机2喷出的高温高压的制冷剂进行散热；室外膨胀阀6，该室外膨胀阀6由在制热时使制冷剂减压并膨胀的电动阀构成；室外热交换器7，该室外热交换器7在制冷时起到散热器的作用，在制热时起到蒸发器的作用，且在制冷剂与室外空气之间进行热交换；室内膨胀阀8，该室内膨胀阀8由使制冷剂减压并膨胀的电动阀构成；吸热器9，该吸热器9设置于空气流通路3内且在制冷时和除湿时使制冷剂从车厢外吸热；蒸发能力控制阀11，该蒸发能力控制阀11对吸热器9中的蒸发能力进行调整；以及存储器(accumulator)12等。另外，在室外热交换器7中，设置有用于使室外空气与制冷剂进行热交换的室外送风机15。
室外热交换器7在制冷剂下游侧依次具有接收干燥器部14和过冷却部16，从室外热交换器7连接出的制冷剂配管13A经由在制冷时被打开的电磁阀(开关阀)17而连接至接收干燥器部14，过冷却部16的出口经由止回阀18而连接至室内膨胀阀8。另外，接收干燥器部14及过冷却部16在结构上构成为室外热交换器7的一部分，止回阀18相对于室内膨胀阀8一侧位于顺时针方向上。
将止回阀18与室内膨胀阀8之间的制冷剂配管13B设置成与从位于吸热器9的出口侧的蒸发能力控制阀11连接出的制冷剂配管13C进行热交换，且由该制冷剂配管13B和该制冷剂配管13C这两者构成内部热交换器19。由此，成为如下结构：经由制冷剂配管13B而流入室内膨胀阀8的制冷剂被离开吸热器9而经由蒸发能力控制阀11的低温的制冷剂冷却(过冷却)。
另外，从室外热交换器7连接出的制冷剂配管13A进行分支，分支出去的制冷剂配管13D经由在制热时被打开的电磁阀(开关阀)21被连通且连接至位于内部热交换器19下游侧的制冷剂配管13C。进一步地，散热器4出口侧的制冷剂配管13E在室外膨胀阀6之前进行分支，分支出去的制冷剂配管13F经由在除湿时被打开的电磁阀(开关阀)22被连通并连接至位于止回阀18下游侧的制冷剂配管13B。
旁路配管13I并联地连接至室外膨胀阀6，该旁路配管13J在制冷模式下被打开，且设置有用于将室外膨胀阀6旁路且使制冷剂流过的电磁阀(开关阀)20。而且，压缩机2喷出侧的制冷剂配管13G进行分支，分支出去的制冷剂配管13H在对室外热交换器7进行除霜的除霜模式下时被打开，经由用于使从压缩机2喷出的高温制冷剂(热气)直接流入室外热交换器7的电磁阀(开关阀)23以及止回阀24，连通并连接至室外膨胀阀6及旁路配管13J的并联回路与室外热交换器7之间的制冷剂配管13I。该电磁阀23构成除霜单元。另外，止回阀24构成为相对于制冷剂配管13I为顺时针方向。
另外，离开散热器4之后(分支成制冷剂配管13F、13I)的制冷剂配管13E立刻进行分支，该分支后的制冷剂配管13K经过由注入控制用的电动阀构成的注入膨胀阀30连通并连接至压缩机2的压缩途中。而且，将该注入膨胀阀30的出口侧与压缩机2之间的制冷剂配管13K、与位于压缩机2的喷出侧的制冷剂配管13G设置成热交换关系，由该制冷剂配管13K和该制冷剂配管13G这两者构成喷出侧热交换器(本发明的热交换器)35。另外，在实施方式中虽然在压缩机2的喷出侧与散热器4的入口侧之间构成喷出侧热交换器35，但是也可在散热器4的出口侧设置热交换器。
由这些制冷剂配管13K、注入膨胀阀30、以及喷出侧热交换器35来构成注入回路40。该注入回路40是用于对离开散热器4的制冷剂的一部分进行分流以使其返回压缩机2的压缩途中(气体注入)的回路，注入膨胀阀30在对流入制冷剂配管13K的制冷剂进行减压之后，使其流入喷出侧热交换35。具有如下结构：流入喷出侧热交换器35的制冷剂从压缩机2喷出至制冷剂配管13G，与流入散热器4之前的制冷剂进行热交换，并从流过制冷剂配管13G的制冷剂中吸热以进行蒸发。通过用喷出侧热交换器35使被分流至制冷剂配管13K的制冷剂蒸发，从而能够对压缩机2进行气体注入。
另外，在吸热器9的空气上游侧的空气流通路3中形成有外部气体吸入口和内部气体吸入口这样的各种吸入口(图1中以吸入口25作为代表来表示)，在该吸入口25中设置有吸入切换节气闸(damper)26，该吸入切换节气闸26将导入空气流通路3内的空气切换成车厢内的空气即内部气体(内部气体循环模式)或者车厢外的空气即外部气体(外部气体导入模式)。而且，在该吸入切换节气闸26的空气下游侧设置有室内送风机(blower fan：鼓风扇)27，该室内送风机27用于将被导入的内部气体或外部气体发送至空气流通路3。
在散热器4的空气上游侧的空气流通路3内设置有空气混合节气闸28，该空气混合节气闸28对内部气体或外部气体流入散热器4的流通程度进行调整。而且，在散热器4的空气下游侧的空气流通路3中形成有底脚、通风口、分岔口的各个吹出口(图1中以吹出口29作为代表来表示)，在该吹出口29上设置有吹出切换节气闸31，该吹出切换节气闸31对从上述各个吹出口吹出的空气进行切换控制。
接着，在图2中，32是作为由微机构成的控制单元的控制器(EUC)，该控制器32的输入与如下各个传感器的输出相连接：检测车辆的室外温度的室外温度传感器33；检测出室外湿度的室外湿度传感器34；对从吸入口25吸入至空气流通路3中的空气的温度进行检测的HVAC吸入温度传感器36；检测出车厢内的空气(室内气体)的温度的室内气体温度传感器37；检测出车厢内的空气的湿度的室内气体湿度传感器38；检测出车厢内的二氧化碳浓度的室内二氧化碳浓度传感器39；对从吹出口29吹入车厢内的空气的温度进行检测的吹出温度传感器41；检测出压缩机2的喷出制冷剂压力的喷出压力传感器42；检测出压缩机2的喷出制冷剂温度的喷出温度传感器43；检测出压缩机2的吸入制冷剂压力的吸入压力传感器44；检测出散热器4的温度(离开散热器4之后的制冷剂的温度、或者散热器4本身的温度、或者被散热器4加热后的空气的温度)的散热器温度传感器46；检测出散热器4的制冷剂压力(散热器4内、或者离开散热器4之后的制冷剂的压力)的散热器压力传感器47；检测出吸热器9的温度(离开吸热器9之后的制冷剂的温度、或者吸热器9本身的温度、或者被吸热器9冷却后的空气的温度)的吸热器温度传感器48；检测出吸热器9的制冷剂压力(吸热器9内、或者离开吸热器9之后的制冷剂的压力)的吸热器压力传感器49；用于检测照射至车厢内的日照量的、例如为光传感器式的日照传感器51；用于检测出车辆的移动速度(车速)的车速传感器52；用于对设定温度、运转模式的切换进行设定的空调(air‐conditioning)操作部53；检测室外热交换器7的温度(离开室外热交换器7之后的制冷剂的温度、或者室外热交换器7本身的温度)的室外热交换器温度传感器54；以及检测出室外热交换器7的制冷剂压力(室外热交换器7内、或者离开室外热交换器7之后的制冷剂的压力)的室外热交换器压力传感器56。
另外，控制器32的输入还连接有如下传感器的各个输出：对流入注入回路40的制冷剂配管13K且经由喷出侧热交换器35而返回压缩机2的压缩途中的注入制冷剂的压力进行检测的注入压力传感器50；以及检测该注入制冷剂的温度的注入温度传感器55。
另一方面，控制器32的输出连接有：所述压缩机2，室外送风机15，室内送风机(blower fan：鼓风扇)27，吸入切换节气闸26，空气混合节气闸28，吹出切换节气闸31，室外膨胀阀6，室内膨胀阀8，各个电磁阀23、22、17、21、20，注入膨胀阀30，以及蒸发能力控制阀11。另外，控制器32根据各个传感器的输出和由空调操作部53所输入的设定来对它们进行控制。
在上述结构中，下面对实施方式的车辆用空调装置1的动作进行说明。在本实施方式中大致分成制热模式、除湿模式、内部循环模式、除湿制冷模式、制冷模式的各个运转模式，控制器32对各个运转模式进行切换且执行。首先，对各个运转模式中的制冷剂的流动进行说明。
(1)制热模式下制冷剂的流动
若利用控制器32或根据对空调操作部53的手动操作来选择制热模式，则控制器32打开电磁阀21，并关闭电磁阀17、电磁阀22及电磁阀20和电磁阀23。使压缩机2以及各个送风机15、27运转，空气混合节气闸28成为使从室内送风机27吹出的空气与散热器4通风的状态。由此，在从压缩机2喷出的高温高压的气体制冷剂在经由喷出侧热交换器35之后，流入散热器4。由于使空气流通路3内的空气与散热器4通风，所以空气流通路3内的空气被散热器4内的高温制冷剂加热，另一方面，散热器4内的制冷剂夺取空气中的热量以对其进行冷却，并使其冷凝液化。
在散热器4内被液化后的制冷剂在离开散热器4之后，一部分被分流至注入回路40的制冷剂配管13K，主要部分经由制冷剂配管13E到达室外膨胀阀6。另外，注入回路40的功能作用将在后面阐述。流入室外膨胀阀6的制冷剂在室外膨胀阀6中被减压，然后流入室外热交换器7。流入室外热交换器7的制冷剂蒸发，通过行驶或者被室外送风机15通风的室外空气中吸取热量(热泵)。进而，反复进行如下循环：离开室外热交换器7的低温的制冷剂经由制冷剂配管13D和电磁阀21，从制冷剂配管13C进入存储器12，在此处进行了气液分离，然后气体制冷剂被吸入压缩机2。被散热器4加热后的空气从吹出口29被吹出，由此能够对车厢内进行制热。
在本实施方式中，控制器32根据散热器压力传感器47(或者喷出压力传感器42)检测出的制冷剂回路R的高压压力来控制压缩机2的转速，并且根据后述的目标吹出温度、散热器温度传感器46检测出的散热器4的温度、散热器压力传感器47检测出的散热器4的制冷剂压力来控制室外膨胀阀6的阀开度，控制散热器4出口的制冷剂的过冷却度。
(2)除湿制热模式下制冷剂的流动
接着，在除湿制热模式下，控制器32在上述制热模式的状态下放开电磁阀22。由此，经由散热器4流过制冷剂配管13E的冷凝制冷剂的一部分被分流，经由电磁阀22、制冷剂配管13F和13B，再经由内部热交换器19，到达室内膨胀阀8。由室内膨胀阀8对制冷剂进行减压之后，制冷剂流入吸热器9并进行蒸发。因此时的吸热作用而使从室内送风机27吹出到空气中的水分凝结并附着于吸热器9，因此，空气被冷却且被除湿。
反复如下循环：在吸热器9内蒸发的制冷剂经由蒸发能力控制阀11、内部热交换器19，并通过制冷剂配管13C与来自制冷剂配管13D的制冷剂汇合，然后，经由存储器12被吸入压缩机2中。被吸热器9除湿后的空气在通过散热器4的过程中被再次加热，由此能够对车厢内进行除湿制热。
控制器32根据喷出压力传感器42或散热器压力传感器47检测出的制冷剂回路R的高压电压来控制压缩机2的转速，并且根据吸热器温度传感器48检测出的吸热器9的温度来控制室外膨胀阀6的阀开度。另外，在该除湿制热模式下，由于无法利用注入回路40来进行气体注入，因此注入膨胀阀30为全闭状态(全闭位置)。
(3)内部循环模式下制冷剂的流动
接着，在内部循环模式下，控制器32在上述除湿制热模式的状态下使室外膨胀阀6成为全闭(全闭位置)，且将电磁压21也关闭。通过关闭该室外膨胀阀6和电磁阀21，能够阻止制冷剂流入室外热交换器7，并且阻止制冷剂从室外热交换器7流出，因此，经由散热器4流过制冷剂配管13E的冷凝制冷剂会经由电磁阀22全部流入至制冷剂配管13F。然后，流过制冷剂配管13F的制冷剂通过制冷剂配管13B，经由内部热交换器19而到达室内膨胀阀8。由室内膨胀阀8对制冷剂进行减压之后，制冷剂流入吸热器9并进行蒸发。因此时的吸热作用而使从室内送风机27吹出到空气中的水分凝结并附着于吸热器9，因此，空气被冷却且被除湿。
反复如下循环：在吸热器9内蒸发的制冷剂经由蒸发能力控制阀11、内部热交换器19而流过制冷剂配管13C，并经由存储器12被吸入压缩机2中。被吸热器9除湿后的空气在通过散热器4的过程中被再次加热，由此能够对车厢内进行除湿制热，但是在该内部循环模式下制冷剂在位于室内侧的空气流通路3内的散热器4(散热)和吸热器9(吸热)之间进行循环，因此不会吸取来自外部气体的热量，能够按照压缩机2的消耗功率的量来发挥制热能力。在发挥除湿作用的吸热器9中流过所有的制冷剂，因此，虽然相比于上述除湿制热模式，其除湿能力较高，但是制热能力却变低。
控制器32根据吸热器9的温度、或者上述的制冷电路R的高压压力来控制压缩机2的转速。此时，控制器32根据吸热器9的温度或者高压压力，选择由某一运算得到的压缩机目标转速中较低的一个，从而控制压缩机2。另外，在该内部循环模式下，由于无法利用注入回路40来进行气体注入，因此注入膨胀阀30为全闭状态(全闭位置)。
(4)除湿制冷模式下制冷剂的流动
接着，在除湿制冷模式下，控制器32打开电磁阀17，且关闭电磁阀21、电磁阀22、电磁阀20以及电磁阀23。使压缩机2以及各个送风机15、27运转，空气混合节气闸28成为使从室内送风机27吹出的空气与散热器4通风的状态。由此，在从压缩机2喷出的高温高压的气体制冷剂在经由喷出侧热交换器35流入散热器4。由于使空气流通路3内的空气与散热器4通风，所以空气流通路3内的空气被散热器4内的高温制冷剂加热，另一方面，散热器4内的制冷剂夺取空气中的热量以对其进行冷却，并使其冷凝液化。
离开散热器4的制冷剂经由制冷剂配管13E到达室外膨胀阀6，经由以微打开的方式控制的室外膨胀阀6而流入室外热交换器7。流入室外热交换器7的制冷剂通过行驶或者被室外送风机15通风的室外空气冷却并发生冷凝。离开室外热交换器7的制冷剂从制冷剂配管13A经由电磁阀17，依次流入接收干燥器部14、过冷却部16。此处制冷剂被过冷却。
离开室外热交换器7的过冷却部16的制冷剂经由止回阀18而进入制冷剂配管13B，并经由内部热交换器19而到达室内膨胀阀8。由室内膨胀阀8对制冷剂进行减压之后，制冷剂流入吸热器9并进行蒸发。因此时的吸热作用而使从室内送风机27吹出到空气中的水分凝结并附着于吸热器9，因此，空气被冷却且被除湿。
反复如下循环：在吸热器9内蒸发的制冷剂经由蒸发能力控制阀11、内部热交换器19而流过制冷剂配管13C，到达存储器12，经由该存储器12被吸入压缩机2中。被吸热器9冷却并除湿后的空气在通过散热器4的过程中被再次加热(相比于制热时散热能力较低)，由此能够对车厢内进行除湿制冷。
控制器32根据吸热器温度传感器48检测出的吸热器9的温度来控制压缩机2的转速，并且根据所述制冷剂回路R的高压压力来控制室外膨胀阀6的阀开度，从而控制散热器4的制冷剂压力(散热器压力Pci)。另外，在该除湿制冷模式下，由于无法利用注入回路40来进行气体注入，因此注入膨胀阀30为全闭状态(全闭位置)。
(5)制冷模式下制冷剂的流动
接着，在制冷模式下，控制器32在上述除湿制冷模式的状态下打开电磁阀20(在此情况下，室外膨胀阀6可设为包括全开(阀开度设为控制上限)在内的任一种阀开度)，空气混合节气闸28设为使空气不与散热器4进行通风的状态。由此，从压缩机2喷出的高温高压的气体制冷剂经由喷出侧热交换器35流入散热器4。由于空气流通路3内的空气不与散热器4进行通风，所以此处可视为仅通过，离开散热器4的制冷剂经由制冷剂配管13E到达电磁阀20及室外膨胀阀6。
此时由于电磁阀20被打开，所以制冷剂在室外膨胀阀6中迂回并通过旁路配管13J，然后直接流入室外热交换器7，此处通过行驶或者被室外送风机15通风的室外空气来进行冷却并发生冷凝液化。离开室外热交换器7的制冷剂从制冷剂配管13A经由电磁阀17，依次流入接收干燥器部14、过冷却部16。此处，制冷剂被冷却。
离开室外热交换器7的过冷却部16的制冷剂经由止回阀18而进入制冷剂配管13B，并经由内部热交换器19而到达室内膨胀阀8。由室内膨胀阀8对制冷剂进行减压之后，制冷剂流入吸热器9并进行蒸发。因此时的吸热作用而使从室内送风机27吹出到空气中的水分凝结并附着于吸热器9，因此，空气被冷却。
反复如下循环：在吸热器9内蒸发的制冷剂经由蒸发能力控制阀11、内部热交换器19而流过制冷剂配管13C，到达存储器12，经由该存储器12被吸入压缩机2中。被吸热器9冷却且除湿后的空气不会通过散热器4，而是从吹出口29被吹入车厢内，因此，能够对车厢内进行制冷。在该制冷模式下，控制器32根据吸热器温度传感器48检测出的吸热器9的温度来控制压缩机2的转速。另外，即使在该制冷模式下，无法利用注入回路40来进行气体注入，因此注入膨胀阀30为全闭状态(全闭位置)。
(6)制热模式下的气体注入
接着，对所述制热模式下的气体注入进行说明。图3示出了制热模式下本发明的车辆用空调装置1的P-h曲线图。离开散热器4进入制冷剂配管13E、然后被分流而流入注入回路40的制冷剂配管13K中的制冷剂在被注入膨胀阀30而进行减压之后，进入喷出侧热交换器35，在该喷出侧热交换器35中与压缩机2的喷出制冷剂(从压缩机2喷出而流入散热器4之前的制冷剂)进行热交换，并吸热发生蒸发。然后，发生蒸发的气体制冷剂在后续的返回压缩机2的压缩途中，与从存储器12被吸入并被压缩的制冷剂一起被进一步压缩，之后，再次从压缩机2被喷出至制冷剂配管13G。
在图3中，用35示出的线是通过注入回路40而返回压缩机2的制冷剂。通过使制冷剂从注入回路40返回压缩机2的压缩途中，能够增大从压缩机2喷出的制冷剂的量，因此，能够提高散热器4中的制热能力，但是若液体制冷剂返回压缩机2，则会引起液态压缩，从而导致从注入回路40返回压缩机2的制冷剂必须是气体。
因此，控制器32监视从注入压力传感器50及注入温度传感器55分别检测出的喷出侧热交换器35之后的制冷剂的压力和温度起、到压缩机2的压缩途中的制冷剂的过热度，通过与喷出制冷剂进行热交换来控制注入膨胀阀30的阀开度以实现规定的过热度，但是在本实施方式的喷出侧热交换器35中，使从压缩机2喷出并流入散热器4之前的极高温的制冷剂与流过注入回路40的制冷剂进行热交换，因此能够实现较大的热交换量。因而，即使增大注入膨胀阀30的阀开度以增大注入量，制冷剂在喷出侧热交换器35中也能够充分地蒸发，能够得到所需的过热度。
由此，相比于以往那样使散热器之后的制冷剂与注入制冷剂进行热交换的情况，能够充分地确保向压缩机2的气体注入量，能够力图增大压缩机2的喷出制冷剂量以提高制热能力。
(7)车辆行驶中在制热模式下的压缩机、室外膨胀阀以及注入膨胀阀的控制
接着，说明车辆(电动汽车)在行驶中在所述制热模式时压缩机2及室外膨胀阀6的控制、以及在该制热模式下的注入回路40的注入膨胀阀30(气体注入)的控制。
图4示出了所述制热模式下利用控制器32对压缩机2、室外膨胀阀6和注入膨胀阀30进行控制的控制框图。控制器32向目标散热器温度运算部57、目标散热器过冷却度运算部58和目标注入制冷剂过热度运算部59输入目标吹出温度TAO。该目标吹出温度TAO是从吹出口29吹出至车厢内的空气温度的目标值，控制器32根据下式(I)来计算。
TAO＝(Tset－Tin)×K+Tbal(f(Tset、SUN、Tam))
··(I)
此处，Tset是指由空调操作部53所设定的车厢内的设定温度，Tin是指室内气体温度传感器37检测出的车厢内空气的温度，K是系数，Tbal是指根据设定温度Tset、日照传感器51检测出的日照量SUN、室外温度传感器33检测出的室外温度Tam而计算出的平衡值。另外，一般如图5所示那样，室外气体温度Tam越低，则该目标吹出温度TAO越高，该目标吹出温度TAO随着室外温度Tam的上升而下降。
用控制器32的目标散热器温度运算部57根据目标吹出温度TAO来计算出目标散热器温度TCO，接着，根据该目标散热器温度TCO，控制器32用目标散热器压力运算部61来计算出目标散热器压力PCO。然后，根据该目标散热器压力PCO、散热器压力传感器47检测出的散热器4的压力(散热器压力)Pci，控制器32用压缩机转速运算部62来计算出压缩机2的转速Nc，并用该转速Nc来使压缩机2运转。即，控制器32利用压缩机2的转速Nc来控制散热器4的压力Pci。
另外，控制器32由目标散热器过冷却度运算部58基于目标吹出温度TAO来计算出散热器4的目标散热器过冷却度TGSC。另一方面，控制器32根据散热器压力Pci和散热器温度传感器46检测出的散热器4的温度(散热器温度Tci)，由散热器过冷却度运算部63计算出散热器4中制冷剂的过冷却度(散热器过冷却度SC)。然而，根据该散热器过冷却度SC和目标散热器过冷却度TGSC，由目标室外膨胀阀开度运算部64计算出室外膨胀阀6的目标阀开度(目标室外膨胀阀开度TGECCV)。接着，控制器32将室外膨胀阀6的阀开度控制成该目标室外膨胀阀开度TGECCV。
控制器32的散热器过冷却度运算部63在目标吹出温度TAO越高则目标散热器过冷却度TGSC越上升的方向上进行运算，但是并不仅限于此，也可以根据后述的要求制热能力Qtgt与制热能力Qmaxhp之差(能力差)，散热器压力Pci、目标散热器压力PCO与散热器压力Pci之差(压力差)来进行计算。在此情况下，能力差越小、压力差越小、室内送风机27的风量越小、或者散热器压力Pci越小，则控制器32越是使目标散热器过冷却度TGSC下降。
而且，控制器32由目标注入制冷剂过热度运算部59基于目标吹出温度TAO，计算出从注入回路40返回压缩机2的压缩途中的注入制冷剂的过热度的目标值(目标注入制冷剂过热度TGSH)。另一方面，控制器32根据注入压力传感器50检测出的注入制冷剂的压力(注入制冷剂压力Pinj)和注入温度传感器55检测出的注入制冷剂的温度(注入制冷剂温度Tinj)，由注入制冷剂过热度运算部66计算出注入制冷剂的过热度INJSH。
然后，根据该注入制冷剂过热度INJSH和目标注入制冷剂过热度TGSH，由目标注入膨胀阀开度运算部67计算出注入膨胀阀30的目标阀开度(目标注入膨胀阀开度TGINJCV)。控制器32将注入膨胀阀30的阀开度控制成该目标注入膨胀阀开度TGINJCV。
目标注入制冷剂过热度运算部59例如基于目标吹出温度TAO的升高而使目标注入制冷剂过热度TGSH变低(具有滞后)。使目标注入制冷剂过热度TGSH变低是指扩张注入膨胀阀30的阀开度以增大注入量。即，控制器32在目标吹出温度TAO越高的情况下，利用注入膨胀阀30增加返回压缩机2的注入量，增加压缩机2的喷出制冷剂量以提高制热能力。
另外，控制器32利用式(Ⅱ)、式(Ⅲ)计算出以下值：即，所要求的散热器4的制热能力即要求制热能力Qtgt；以及在制冷剂不流入注入回路40时即不进行气体注入时，散热器4所能产生的最大的制热能力即制热能力Qmaxhp(即、制热能力的极限值、推定值)。
Qtgt＝(TCO－Te)×Cpa×ρ×Qair··(II)
Qmaxhp＝f(Tam、Nc、BLV、VSP、Te)··(III)
此处，Te是指吸热器温度传感器48检测出的吸热器9的温度，Cpa是指流入散热器4的空气的比热[kj/kg·K]，ρ是指流入散热器4的空气的密度(体积比)[kg/m3]，Qair是指通过散热器4的风量[m3/h](根据室内送风机27的鼓风机电压BLV等来推定)，VSP是指由车速传感器52得到的车速。
另外，在式(Ⅱ)中，对于TCO、Te，可以取而代之或者在其基础上，采用流入散热器4的空气的温度或者从散热器4流出的空气的温度。式(Ⅲ)的压缩机2的转速Nc是表示制冷剂流量的指标的一个示例，鼓风机电压BLV是表示空气流通路3内的风量的指标的一个示例，制热能力Qmaxhp基于上述函数而计算出。Qmaxhp可基于上述函数，与散热器4的出口制冷剂压力、散热器4的出口制冷剂温度、散热器4的入口制冷剂压力、以及散热器4的入口制冷剂温度之中的任一个或者组合来进行计算。
接着，控制器32在要求制热能力Qtgt为制热能力Qmaxhp以下的情况下，进行无注入的控制。在此情况下，控制器32将注入膨胀阀30设为全闭(全闭位置)以使制冷剂不会流入注入回路40。另一方面，在要求制热能力Qtgt超过制热能力Qmaxhp的情况下、即散热器4所实现的制热能力Qmaxhp相对于要求制热能力Qtgt为不足的情况下，进行有注入的控制，从而执行气体注入。在此情况下，控制器32将注入膨胀阀30的阀开度打开成规定的值，从而对压缩机2进行气体注入。即，控制器32如上所述那样将注入膨胀阀30的阀开度控制成目标注入膨胀阀开度TGINJCV。
(8)插入状态中的预空气调节(制热模式)
接着，参照图6、图7对车辆(电动汽车)的插入状态中被设为所述制热模式、且对车厢内进行预空气调节(制热)时的热制冷剂循环回路和制冷回路R的控制进行说明。
控制器32构成为使车辆与外部电源相连接，且在对电池进行充电的插入状态中也能够执行制热模式。在此情况下，控制器32在图6的步骤S1中，当前车辆处于插入状态中、且判断是否有来自使用者的制热要求(开始制热模式的输入操作)，首先在非插入状态中或者没有制热要求的情况下，从步骤S1前进至步骤S12，判断室外热交换器7上是否结霜，在未结霜的情况下，在步骤S13中停止车辆用空调装置1的运转。另外，在室外热交换器7上结霜的情况下，前进至步骤S14，转移至除霜模式以执行室外热交换器7的除霜运转。另外，对于该步骤S12中的室外热交换器7的结霜判定和步骤S14中的除霜模式将在后面阐述。
另一方面，在当前车辆处于插入状态中、且具有来自使用者的制热要求的情况下，控制器32从步骤S1前进至步骤S2，从各个传感器读取数据，在步骤S3中与上述步骤S12同样地判断室外热交换器7上是否结霜。自车辆被插入之前处于行驶时，在制热模式的情况下室外空气中的水分结霜而附着于室外热交换器7。若该霜成长，则室外热交换器7与被通风的室外空气之间的热交换器会明显受到阻碍，空气调节性能会恶化。
(8－1)室外热交换器的结霜判定
控制器32在步骤S3(上述步骤S12也同样)中，通过作为其功能的结霜推定单元，判定(推定)室外热交换器7上的结霜状态。接着，说明室外热交换器7的结霜状态的判定示例。
控制器32根据以下数据来判定室外热交换器7的结霜状态，上述数据是指：从室外热交换器压力传感器56得到的室外热交换器7的当前的制冷剂蒸发温度TXO；以及室外气体处于低温潮湿环境下未在室外热交换器7上结霜的无结霜时，该室外热交换器7的制冷剂蒸发温度TXObase。在此情况下，控制器32利用下式(Ⅳ)来确定无结霜时室外热交换器7的制冷剂蒸发温度TXObase。
TXObase＝f(Tam、NC、BLV、VSP)
＝k1×Tam+k2×NC+k3×BLV+k4×VSP··(IV)
此处，式(Ⅳ)的参数即Tam是指由室外气体温度传感器33得到的上述室外气体温度，NC是指压缩机2的转速，BLV是指室内送风机27的鼓风机电压，VSP是指由车速传感器52得到的车速，k1～k4是系数，预先通过实验来求得。
上述室外气体温度Tam是指表示室外热交换器7的吸入空气温度的指标，具有室外气体温度Tam(室外热交换器7的吸入空气温度)越低则TXObase越低的倾向。因此，系数k1为正值。另外，作为表示室外热交换器7的吸入空气温度的指标，并不仅限于室外气体温度Tam。
另外，上述压缩机2的转速NC是表示制冷剂回路R内的制冷剂流量的指标，具有转速NC越高(制冷剂流量越多)则TXObase越低的倾向。因此，系数k2为负值。
另外，上述鼓风机电压BLV是表示散热器4的通过风量的指标，具有鼓风机电压BLV越高(散热器4的通过风量越大)则TXObase越低的倾向。因此，系数k3为负值。另外，作为表示散热器4的通过风量的指标，不仅局限于此，也可以是室内送风机27的鼓风机风量、空气混合节气阀28开度SW。
另外，上述车速VSP是表示室外热交换器7的通过风速的指标，具有车速VSP越低(室外热交换器7的通过风速越低)则TXObase越低的倾向。因此，系数k4为正值。
另外，由于插入状态中车速VSP为0，在此情况下，作为表示室外热交换器7的通过风速的指标，代替地使用室外送风机15的室外风扇电压FANVout。另外，在本实施方式中，作为式(Ⅳ)的参数，使用室外气体温度Tam、压缩机2的转速NC、室内送风机27的鼓风机电压BLV、以及车速VSP，然而也可在此基础上追加车辆用空调装置1的负载来作为参数。作为表示该负载的指标，考虑目标吹出温度TAO、压缩机2的转速NC、室内送风机27的鼓风机风量、散热器4的入口空气温度、散热器4的散热器温度Tci，具有负载越大则TXObase越低的倾向。而且，也可将车辆随着时间的推移而发生的劣化(运转年数或运转次数)追加为参数。另外，作为式(Ⅳ)的参数，不仅限于上述所有的参数，也可以是它们中的任一个或者组合。
接着，控制器32计算出将当前的各个参数的值带入式(Ⅳ)而得到的未结霜时的制冷剂蒸发温度TXObase与当前的制冷剂蒸发温度TXO之差ΔTXO(ΔTXO＝TXObase－TXO)，制冷剂蒸发温度TXO下降得低于未结霜时制冷剂蒸发温度TXObase，该差ΔTXO大于规定的结霜检测阈值ΔT1的状态(ΔTXO＞ΔT1)例如持续了规定的结霜状态推定时间，在此情况下，判定为室外热交换器7上发生结霜。
(8－2)室外热交换器的除霜模式
在步骤S3(上述步骤S12也同样)中室外热交换器7上发生结霜的情况下，前进至步骤S6(上述步骤S14也同样)，执行除霜模式。控制器32在步骤S6(步骤S14)的除霜模式下，打开电磁阀23和电磁阀21，闭合电磁阀22和电磁阀17。利用来自外部电源的电力或者来自由外部电源充电后的电池的电力，进行使压缩机2运转的除霜运转。由此成为如下状态：从压缩机2喷出的高温高压的气体制冷剂(热气体)经由电磁阀23并通过制冷剂配管13H，经由止回阀24从制冷剂配管13I直接流入室外热交换器7。由此，由于室外热交换器7被加热，霜被熔融并被除去。
离开室外热交换器7的制冷剂从制冷剂配管13A经由电磁阀21进入制冷剂配管13D，再经由制冷剂配管13B被吸入压缩机2。然后，在除霜模式开始之后经过了规定时间的情况下，控制器32结束除霜模式并返回步骤S1，恢复成制热模式。
(8－3)室外热交换器的结霜预测
另一方面，当在步骤S3中判定为差ΔTXO在结霜检测阈值ΔT1以下(ΔXO≤ΔT1)且室外热交换器7上未结霜的情况下，控制器32前进至步骤S4，这次判断是否预测在室外热交换器7发生结霜。图7示出了步骤S4中结霜预测的流程图的示例。
控制器32首先在图7的步骤S16中，利用下述式(Ⅴ)预测并计算出在室外热交换器7不结霜的范围内散热器4能够产生的最大的制热能力的目标值，即预测并计算出以下值：在车辆当前所处环境下，进行用散热器4使制冷剂散热、且用室外热交换器7使制冷剂蒸发的热泵运转，在此情况下，作为使室外热交换器7不结霜而散热器4能够产生的最大的制热能力的目标值的未结霜最大制热能力预测值TGhpNfst。
TGQhpNfst＝f(Tam)··(V)
此处，Tam是指室外气体温度传感器33检测出的上述室外气体温度。另外，在式(Ⅴ)中在室外气体温度Tam的基础上，也可以参照时刻、日照传感器51检测出的日照量、降雨、位置、气象等的各种环境条件，外部信息，对未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst进行校正。
图8示出了未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst与室外气体温度之间的关系(未结霜最大制热能力预测值的变化倾向)。散热器4能够产生的制热能力Qmaxhp与室外气体温度Tam的上升成正比地增大。而且，将使室外热交换器7不结霜的室外气体温度设为+5℃左右，则若保持+5℃以下的温度以最大的制热能力Qmaxhp来进行运转，则室外热交换器7上会结霜，因此，如图8中虚线所示的那样，未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst具有随着室外温度的降低而以大于最大制热能力Qmaxhp的角度减小的倾向。
控制器32在步骤S16中利用上述式(V)计算出未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst之后，利用上述的(Ⅱ)计算出要求制热能力Qtgt，在步骤S17中判断未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst是否小于要求制热能力Qtgt-α1(TGQhpNfst＜(Qtgt－α1))。该α1是指相对于结霜而具有余量的值，Qtgt－α1成为小于且接近要求制热能力Qtgt的值。另外，在无需余量的情况下，也可以α1＝0，在步骤S17中以TGQhpNfst＜Qtgt的方式来进行判断。
另外，在本实施方式中，在未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst小于接近要求制热能力的值(Qtgt－α1)的情况下，若前进至步骤S18以利用压缩机2的运转来用散热器4进行制热，则预测为室外热交换器7发生结霜。在TGQhpNfst≥(Qtgt－α1)的情况下，前进至步骤S19，且预测为未结霜。
返回图6，控制器32在步骤S18中预测为发生结霜的情况下，从步骤S4前进至步骤S5，将压缩机2的转速抑制为规定值B以下，将室外送风机15的电压设为规定值C以下以使流入室外热交换器7的通风量减少，使目标散热器过冷却度TGSC上升到规定值D以上，将室内送风机27的鼓风机电压BLV设为规定值E以下以使空气流通路3内的通风量减少。
通过降低压缩机2的转速，从而减少在室外热交换器7中循环的制冷剂量。利用室外送风机15来降低通风量，从而减小与室外气体之间的热交换量。由此，能够抑制室外热交换器7中制冷剂的吸热量。由此，能够防止或者抑制室外热交换器7发生结霜。另外，因目标散热器过冷却度TGSC的上升导致散热器4中制冷剂的过冷却度上升，通过减小空气流通路3内流入散热器4内的通风量，能够提高制冷剂回路R的高压侧压力。由此，能够力图维持散热器4中的制热能力。另外，在本实施方式中，虽然在步骤S5中执行了将室外送风机15的电压设为规定值C以下，使目标散热器过冷却度TGSC上升至规定值D以上，以及将室内送风机27的鼓风机电压BLV设为规定值E以下所有这些步骤，但是也可以执行它们中的任一个或者它们的组合。
而且，将注入膨胀阀30的目标阀开度(目标注入膨胀阀开度TGINJCV)作为控制上限，从而将供给至压缩机2的压缩途中的气体注入量设为最大。由此，来自压缩机2的喷出制冷剂量增大，散热器4中的制热能力提高。另外，对于该控制上限，根据从注入回路40返回压缩机2的压缩途中的注入制冷剂不会发生液体回流(liquid back)的最小过热度的目标值(目标注入制冷剂过热度TGSH)来计算。
另外，在由图7的步骤S19预测为未结霜的情况下，控制器32从图6的步骤S4前进至步骤S7，用上述式(Ⅱ)再次计算出要求制热能力Qtgt，在步骤S8中用上述式(Ⅲ)计算出制热能力Qmaxhp。接着，控制器32在步骤S9中比较要求制热能力Qtgt和制热能力Qmaxhp，例如在寒冷时期等时制热能力Qmaxhp相对于要求制热能力Qtgt为不足的情况下(Qtgt＞Qmaxhp)，前进至步骤S10，利用注入回路40来向压缩机2的压缩途中执行气体注入(HP+注入运转)。由此，使压缩机2的喷出制冷剂量增大，并提高了制热能力。
相对地，在步骤S9中在制热能力Qmaxhp满足(充足)要求制热能力Qtgt的情况下(Qtgt≤Qmaxhp)，控制器32前进至步骤S11，使利用注入回路40而向压缩机2的压缩途中进行的注入停止，执行通常的热泵运转(HP常规运转)。
如上所述，对于控制器32，在从外部电源对压缩机2供电、或者对为了驱动该压缩机2而供电的电池进行供电的插入状态下执行制热模式时，在预测为室外热交换器7发生结霜的情况下，使注入回路40动作，且执行使制冷剂返回压缩机2的压缩途中的气体注入，因此，当在所谓的插入状态下预先对车厢内进行制热(预空气调节)时，利用注入回路40在压缩机2的压缩途中进行气体注入，从而抑制室外热交换器7上的吸热以防止或者抑制该室外热交换器7发生结霜，并且利用气体注入来增大压缩机2的喷出制冷剂量，确保利用散热器4对车厢内的制热能力，能够减轻之后行驶中的负载。
由此，能够使开始行驶后的车厢内维持为舒适的温度，能够延长电动汽车或混合动力汽车的行驶距离。
另外，控制器32在预测为室外热交换器7发生结霜的情况下，将压缩机2的转速抑制在规定值B以下，并且使利用注入回路40所实现的气体注入量增大，因此，能够确实地抑制室外热交换器7中的吸热量，并有效地防止或者抑制结霜。
另外，控制器32在预测为室外热交换器7发生结霜的情况下，使散热器4中的制冷剂的过冷却度SC上升，进一步的减小空气流通路3内的通风量，因此，能够促进高压侧的压力上升。由此，在压缩机2的转速下降的状态中能够确保散热器4的制热能力。
另外，控制器32在预测为室外热交换器7发生结霜的情况下，由于使利用室外送风机15向室外热交换器7的通风量减少，因此，能够抑制流入室外热交换器7的室外气体量，能够进一步防止或者抑制因室外气体中的水分发生凝结而导致室外热交换器7发生结霜的情况。
另外，控制器32在预测为室外热交换器7未发生结霜的情况下，对所要求的散热器4的制热能力即要求制热能力Qtgt、与散热器4能产生的制热能力Qmaxhp进行比较，在该制热能力Qmaxhp小于要求制热能力Qtgt的情况下，通过执行利用注入回路40的气体注入，从而能够适当地抑制对压缩机2的气体注入，如本实施方式所示那样，能够抑制在使从压缩机2喷出且流入散热器4之前的制冷剂、与注入回路40的制冷剂在喷出侧热交换器35处进行热交换，并使其蒸发时的效率的降低。
另外，控制器32计算出在室外热交换器7不结霜的范围内散热器4能够产生的最大制热能力的目标值、即未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst，在该未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst小于要求要求制热能力Qtgt或小于接近该要求制热能力Qtgt的值的情况下，通过预测为室外热交换器7发生结霜，从而即使在无法检测出室外热交换器7发生结霜的所谓霜点的情况下，也能够有效地防止或者抑制插入状态下室外热交换器7发生结霜的情况。
在此情况下，控制器32基于室外气体温度Tam，或者在室外气体温度Tam的基础上附加时刻、日照、降雨、位置、气象条件，来计算出未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst，从而能够准确地推定室外热交换器7未发生结霜的未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst，即，其结果是能够准确地推定霜点，能够进一步有效地防止或者抑制插入状态中室外热交换器7发生结霜的情况。
另外，在本实施方式中，利用注入膨胀阀30、以及使被该注入膨胀阀30减压后的制冷剂与从压缩机2喷出且流入散热器4之前的制冷剂进行热交换的喷出侧热交换器35，来构成注入回路40，因而在喷出侧热交换器35，能够使返回压缩机2的压缩途中的制冷剂蒸发。尤其在此情况下，由于与压缩机2喷出且流入散热器4之前的制冷剂进行热交换，因此，能够利用更高温的制冷剂来进一步使返回至压缩机2的压缩途中的制冷剂蒸发，能够充分地确保气体注入量，能够力图增大压缩机2的喷出制冷剂量。
[实施方式2]
接着，图9示出了图7所示的图6的步骤S4中结霜预测的其它实施方式的流程图。其它控制与图1～图8相同。
(8－4)室外热交换器的结霜预测的其它示例
在此情况下，控制器32首先在图9的步骤S20中，利用下述式(Ⅵ)预测并计算出在室外热交换器7未结霜时、即室外热交换器7上未发生结霜时为了实现要求制热能力Qtgt的室外热交换器7的制冷剂蒸发温度，即未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt。
TXObaseQtgt＝f(Tam、Qtgt)··(VI)
此处，Tam是指室外气体温度传感器33检测出的上述室外气体温度。
另外，在本实施方式中，控制器32根据室外温度传感器33检测出的车辆的室外温度Tam，以及室外气体湿度传感器34检测出的车辆的室外气体湿度，计算出室外热交换器7发生结霜时该室外热交换器7周围的室外气体的温度(室外气体中的水蒸汽气压等于冰的饱和水蒸汽气压时的温度)即霜点Tfrost。该霜点Tfrost的计算方法为公知方法，因而省略说明。
然后，在步骤S21中判断未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt是否小于霜点Tfrost+α2(TXObaseQtgt＜(Tfrost+α2)。该α2是指相对于结霜而具有余量的值，Qtgt+α2成为高于且接近霜点Tfrost的值。另外，在无需余量的情况下，也可以α2＝0，在步骤S21中以TXObaseQtgt＜Tfrost的方式来进行判断。
另外，在本实施方式中，在未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt小于接近霜点(Tfrost+α2)的情况下，若前进至步骤S22以利用压缩机2的运转来用散热器4进行制热，则预测为室外热交换器7发生结霜。在TXObaseQtgt≥(Tfrost+α2)的情况下，前进至步骤S23，且预测为未结霜。
如上所述，控制器32计算出实现要求制热能力Qtgt时室外热交换器的制冷剂蒸发温度、即未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt，在该未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt低于霜点Tfrost或者接近该霜点Tfrost的温度的情况下，通过预测为室外热交换器7发生结霜，从而能够基于室外热交换器7发生结霜的霜点Tfrost，有效地防止或者抑制插入状态下室外热交换器7发生结霜的情况。
在此情况下，控制器32根据室外气体温度Tam和要求制热能力Qtgt，计算出未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt，因此，能够准确地推定在室外热交换器7未结霜时用于实现要求制热能力Qtgt的未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt，从而能够进一步有效地防止或者抑制插入状态下室外热交换器7发生结霜的情况。
(9)注入回路的其它实施方式
接着，利用图10至图15来说明本发明的车辆用空调装置1的其它结构。
[实施方式3]
(9－1)注入回路的其它示例1
即，图10示出了本发明的车辆用空调装置1的其它结构图。在该实施方式中，注入回路40在图1的结构的基础上，在该注入回路40中，在注入膨胀阀30与喷出侧热交换器35之间还具有散热器出口侧热交换器45。该散热器出口侧热交换器45使被注入膨胀阀30减压后的制冷剂、与离开散热器4流过制冷剂配管13E且向着室外膨胀阀6的制冷剂进行热交换。然后，离开该散热器出口侧热交换器45的制冷剂(注入制冷剂)会流入喷出侧热交换器35。
如上所述，除了喷出侧热交换器35以外还在注入回路40设置有散热器出口侧热交换器45，由此即使与离开散热器4的制冷剂进行热交换，也能够使返回压缩机2的压缩途中的注入制冷剂蒸发。由此，还能够抑制为了进行气体注入而导致流入散热器4的制冷剂的热函(enthalpy)发生不必要的下降。
[实施方式4]
(9－2)注入回路的其它示例2
接着，图11示出了本发明的车辆用空调装置1的另一个其它结构图。在本实施方式中，注入回路40除了图10的结构以外，在该注入回路40的散热器出口侧热交换器45的出口侧、即散热器出口侧热交换器45与喷出侧热交换器35之间，还具有由电动阀构成的另一个注入膨胀阀70(减压单元)。而且，控制器32在此情况下，根据散热器出口侧热交换器45的出口处的制冷剂过热度来控制注入膨胀阀30的阀开度，根据喷出侧热交换器35的出口侧的制冷剂过热度来控制注入膨胀阀70的阀开度。
基于这样的结构，在图10的示例的基础上，能够精度较高地控制各个热交换器45、35中制冷剂的蒸发，从而能够准确地抑制流入散热器4的制冷剂的热函下降的情况。
[实施方式5]
(9－3)注入回路的其它示例3
接着，图12示出了本发明的车辆用空调装置1的再一个结构图。在该实施方式中，注入回路40在图10的结构的基础上，在该注入回路40中的注入膨胀阀45的出口侧还具有三通阀71和旁路配管72(它们来构成流通控制单元)。该三通阀71的一个出口连接至喷出侧热交换器35，另一个出口连接至旁路配管72，该旁路配管72与喷出侧热交换器35并列地连接至制冷剂配管13K，并对喷出侧热交换器35进行旁路。
而且，利用控制器32对三通阀71进行控制。在对压缩机2进行气体注入的情况下，控制器32进行控制，从而通常情况下利用三通阀71使离开散热器出口侧热交换器45的制冷剂流入旁路配管72，在例如上述的散热器4的制热能力Qhp相对于要求制热能力Qtgt不足的情况下，利用三通阀71使离开散热器出口侧热交换器45的制冷剂流入喷出侧热交换器35。
如上所述，在气体注入中，利用三通阀71和旁路配管72来控制流入喷出侧热交换器35的制冷剂，从而能够仅在制热能力不足的情况下利用与喷出侧热交换器35之间的热交换，能够正确地解除为了进行气体注入而导致流入散热器4的制冷剂的热函下降的情况，能够力图提高制热能力并改善运转效率。
[实施方式6]
(9－4)注入回路的其它示例4
接着，图13示出了本发明的车辆用空调装置1的再一个结构图。在上述图11的结构中，散热器出口侧热交换器45与喷出侧热交换器35串联地连接在注入回路40，但在本实施方式中，在注入回路40中，散热器出口侧热交换器45与喷出侧热交换器35并联连接，利用注入膨胀阀30和70来对分别流入散热器出口侧热交换器45和喷出侧热交换器35的注入制冷剂进行减压。
而且，利用各个热交换器45、35的出口侧的制冷剂过热度来独立地控制各个注入膨胀阀30和70的阀开度，进一步独立地使各个膨胀阀30、70处于全闭位置，由此如图12所示，能够根据能力的过剩或不足来精度较高地独立调整各个热交换器45、35的制冷剂的流入和流量，能够更为有效地提高制热能力并改善运转效率。
[实施方式7]
(9－5)注入回路的其它示例5
接着，图14示出了本发明的车辆用空调装置1的再一个结构图。在本实施方式的情况下，如上述图12所示那样，注入回路40中未设置喷出侧热交换器35。在本示例中，注入回路40在图12的结构中，代替喷出侧热交换器35而具有水－制冷剂热交换器75。而且，在本实施方式中，车辆用空调装置1中设置有水循环回路78。
该水循环回路78具有构成加热单元的电热器73，构成循环单元的泵74，设置于室外热交换器7的空气流入侧的水－空气热交换器76。另外，注入回路40的水－制冷剂热交换器75与图12的情况相同，连接至三通阀71的下游侧，该旁路配管72对该水－制冷剂热交换器75进行旁路。另外，77是指设置于水－制冷剂热交换器75的制冷剂出口处的止回阀。
构成为如下结构：流过水循环回路78的水流过该水－制冷剂热交换器75中，与注入制冷剂进行热交换。另外，上述电热器73、泵75也由控制器32来控制。控制器32使电热器73发热，并对水循环回路78内的水进行加热。被加热后的水(温水)利用泵74被输送至水－制冷剂热交换器75，从而对注入制冷剂进行加热以使其蒸发。
离开水－制冷剂热交换器75的水接着流入水－空气热交换器76，并在室外气体中散热。由于室外热交换器7吸取了该散热，所以在有利于提高制热能力的同时，还能够抑制因该散热而导致室外热交换器7发生结霜。
[实施方式8]
(9－6)注入回路的其它示例6
另外，上述水－空气热交换器76如图15所示那样，也可设置在散热器4的空气下游侧的空气流通路3内。若设置于空气流通路3内，则水－空气热交换器76成为所谓的暖气风箱(heater core)，能够对车厢内的制热进行补足。
另外，在本实施方式中，成为室外热交换器7的结霜推定单元的控制器32根据霜点Tfrost、和室外热交换器7的制冷剂蒸发温度TXO，来进行室外热交换器7发生结霜的判定(图6的步骤S4)，但是并不仅限于此，也可以根据室外热交换器7的制冷剂蒸发温度TXO(或者制冷剂蒸发压力PXO)、和未结霜时该室外热交换器7的制冷剂蒸发温度TXObase(或者制冷剂蒸发压力PXObase)，且按照与Tfrost和TXO情况时相同的顺序来进行推定，或者也可以对例如散热器4实际的制热能力即实际制热能力、与室外热交换器7未结霜时散热器4的制热能力即未结霜时制热能力进行比较，对此若实际制热能力较低，从而能够推定室外热交换器7发生结霜。
另外，本发明适用于本实施方式中的切换并执行制热模式、除湿制热模式、除湿制冷模式、制冷模式的各个运转模式的车辆用空调装置1，但并不仅限于此，本发明对于仅有制热模式的情况也是有效的。
而且，上述各个实施方式中所说明的制冷剂回路R的结构、各种数值并不非用于限定，只要在不脱离本发明主旨的范围能够进行变更。
标号说明
1 车辆用空调装置
2 压缩机
3 空气流通路
4 散热器
6 室外膨胀阀
7 室外热交换器
8 室内膨胀阀
9 吸热器
11 蒸发能力控制阀
17、20、21、22 电磁阀
23 电磁阀(除霜单元)
26 吸入切换节气闸
27 室内送风机(鼓风机)
28 空气混合节气阀
30、70 注入膨胀阀(膨胀阀)
32 控制器(控制单元)
35 喷出侧热交换器(热交换器)
40 注入回路
45 散热器出口侧热交换器
75 水－制冷剂热交换器
76 水－空气热交换器
78 水循环回路
R 制冷剂回路

Claims (10)

1.一种车辆用空调装置，其特征在于，具有：
压缩机，用于压缩制冷剂；
空气流通路，使供给车厢内的空气流通；
散热器，使制冷剂散热并对从所述空气流通路供给至所述车厢内的空气进行加热；
吸热器，使制冷剂吸热并对从所述空气流通路供给至所述车厢内的空气进行冷却；
室外热交换器，设置于所述车厢外且使制冷剂吸热；以及
控制单元，
在该车辆用空调装置中，至少利用该控制单元来执行制热模式，在该制热模式中，利用所述散热器使从所述压缩机喷出的制冷剂散热，在对散热后的该制冷剂进行减压之后，利用所述室外热交换器来吸热，
具有注入回路，该注入回路用于对离开所述散热器的制冷剂进行分流以使其返回所述压缩机的压缩途中，
所述控制单元具有用于推定所述室外热交换器是否发生结霜的结霜推定单元，
所述结霜推定单元计算出在所述室外热交换器不发生结霜的范围内所述散热器能够产生的最大制热能力的目标值、即未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst，
在该未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst小于所要求的所述散热器的制热能力即要求制热能力Qtgt或者小于(Qtgt－α1)的情况下，预测为所述室外热交换器发生结霜，所述(Qtgt－α1)为在比该要求制热能力Qtgt要小的方向上具有规定余量的值，
在从外部电源对所述压缩机、或者对为了驱动该压缩机而进行供电的电池进行供电的状态下，在执行所述制热模式时，在根据所述结霜推定单元的推定而预测为所述室外热交换器发生结霜的情况下，使所述注入回路动作，并执行使制冷剂返回所述压缩机的压缩途中的气体注入。
2.如权利要求1所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述控制单元在预测为所述室外热交换器发生结霜的情况下，将所述压缩机的转速抑制成规定值以下，并且使利用所述注入回路所进行的气体注入量增大。
3.如权利要求2所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述控制单元在预测为所述室外热交换器发生结霜的情况下，使所述散热器中制冷剂的过冷却度上升，并且/或者使所述空气流通路内的通风量减少。
4.如权利要求1至3中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述控制单元在预测为所述室外热交换器发生结霜时，使所述室外热交换器的通风量减少。
5.如权利要求1至3中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述控制单元根据所述结霜状态推定单元的推定而预测为所述室外热交换器不发生结霜的情况下，对所要求的所述散热器的制热能力即要求制热能力Qtgt、与所述散热器能够产生的制热能力Qmaxhp进行比较，在该制热能力Qmaxhp小于所述要求制热能力Qtgt的情况下，执行所述注入回路所进行的气体注入。
6.如权利要求4所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述控制单元根据所述结霜状态推定单元的推定而预测为所述室外热交换器不发生结霜的情况下，对所要求的所述散热器的制热能力即要求制热能力Qtgt、与所述散热器能够产生的制热能力Qmaxhp进行比较，在该制热能力Qmaxhp小于所述要求制热能力Qtgt的情况下，执行所述注入回路所进行的气体注入。
7.如权利要求1至3中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述结霜推定单元根据室外温度，或者除了室外温度以外还基于时刻、日照、降雨、位置、气象条件，来计算出所述未结霜最大制热能力预测值TGQhpNfst。
8.如权利要求1至3中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述结霜推定单元计算出在实现所要求的所述散热器的制热能力即要求制热能力Qtgt时、所述室外热交换器的制冷剂蒸发温度即未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt，
在该未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt低于霜点Tfrost或者小于(Tfrost+α2)情况下，预测为所述室外热交换器发生结霜,所述(Tfrost+α2)为在高于该霜点Tfrost的方向上具有规定余量的值。
9.如权利要求8所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述结霜推定单元根据室外气体温度和所述要求制热能力Qtgt来计算出所述未结霜时要求制冷剂蒸发温度TXObaseQtgt。
10.如权利要求1至3中任一项所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述注入回路具有减压单元以及热交换器，该热交换器使被该减压单元减压后的制冷剂，与从所述压缩机喷出且流入所述散热器之前的制冷剂、或者离开该散热器的制冷剂进行热交换。
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