JP2012237499A - 蓄熱除霜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜のための余分な動力を不要とし、ヒートポンプサイクルの本来の機能を損なうことなく、短時間で効果的な除霜を可能とする蓄熱除霜装置を提供する。
【解決手段】蓄熱除霜装置において、吸熱用熱交換器１２５を、放熱用熱交換器１１３に対して熱交換用空気の流れ方向の下流側に並ぶように配設し、流路切替え手段１１５によって、冷却媒体がバイパス流路１１４を流れるようにすることで、走行用モータ、および機器１１２の少なくとも一方から発生する熱を冷却媒体に蓄熱すると共に、暖房運転時における除霜を行う際に、流路切替え手段１１５によって、蓄熱された冷却媒体が放熱用熱交換器１１３を流れるようにして、空気供給手段１２５ａを作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行用の駆動源として走行用モータを備える車両に搭載されるヒートポンプサイクルの吸熱用熱交換器の除霜を行うものに適用して好適な蓄熱除霜装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、ヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）の吸熱用の熱交換器（蒸発器）の表面に発生する霜を融解させる（除霜する）ために、ホットガス除霜運転を行うようにした冷凍装置が知られている。特許文献１の冷凍装置では、圧縮機の吐出側から凝縮器および膨張弁をバイパスして、蒸発器の流入側に接続される除霜用バイパス回路が設けられている。ホットガス除霜運転を行う際には、蒸発器における冷却空気供給用の冷凍ファンを停止させ、更に、圧縮機から吐出される高温の冷媒を除霜用バイパス回路に流すと共に減圧させ、蒸発器に直接的に流入させるようにしている。これにより。蒸発器内に高温の冷媒を流すことができるので、本来は吸熱器として機能する蒸発器を放熱器として機能させて、蒸発器における除霜を可能としている。

特開２００７−２１８５３７号公報

しかしながら、上記のような除霜運転を行うものにおいては、蒸発器における低温低圧冷媒の圧力が上昇するに従って、冷媒の温度上昇が得られていくことになるので、除霜に必要とされる熱量を確保するまでに時間がかかる。また、ホットガス除霜運転時には、冷凍ファンが停止されると共に、蒸発器は放熱器として機能するため、この間においてヒートポンプサイクルは本来の機能を発揮させることができない。そして、圧縮機を作動させることによってホットガス除霜運転を可能とするので、除霜のために圧縮機の動力を消費することになる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、除霜のための余分な動力を不要とし、ヒートポンプサイクルの本来の機能を損なうことなく、短時間で効果的な除霜を可能とする蓄熱除霜装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、走行用モータを走行用の駆動源とする車両に搭載される蓄熱除霜装置であって、
走行用モータ、および走行用モータに関連する機器（１１２）の少なくとも一方を冷却するための冷却媒体が循環する循環流路（１１０ａ）と、
循環流路（１１０ａ）の途中に設けられて、冷却媒体の熱を放出する放熱用熱交換器（１１３）と、
放熱用熱交換器（１１３）に対して冷却媒体の流れをバイパスさせるバイパス流路（１１４）と、
冷却媒体の流れを放熱用熱交換器（１１３）、あるいはバイパス流路（１１４）のいずれか一方へ切替える流路切替え手段（１１５）と、
放熱用熱交換器（１１３）に熱交換用の空気を供給する空気供給手段（１２５ａ）と、
空調用のヒートポンプサイクル（１２０）に設けられて、暖房運転時に吸熱機能を発揮すると共に、放熱用熱交換器（１１３）に対して熱交換用空気の流れ方向の下流側に並ぶように配設された吸熱用熱交換器（１２５）と、
流路切替え手段（１１５）によって、冷却媒体がバイパス流路（１１４）を流れるようにすることで、走行用モータ、および機器（１１２）の少なくとも一方から発生する熱を冷却媒体に蓄熱すると共に、暖房運転時における吸熱用熱交換器（１２５）の除霜を行う際に、流路切替え手段（１１５）によって、蓄熱された冷却媒体が放熱用熱交換器（１１３）を流れるようにして、空気供給手段（１２５ａ）を作動させる制御手段（１４０）と、を備えることを特徴としている。

この発明によれば、制御手段（１４０）は、走行用モータ、および機器（１１２）の少なくとも一方から発生する熱を循環流路（１１０ａ）における冷却媒体に蓄熱することで、吸熱用熱交換器（１２５）における除霜のための熱を準備することができる。

そして、制御手段（１４０）は、除霜を行う際に、流路切替え手段（１１５）によって、蓄熱された冷却媒体が放熱用熱交換器（１１３）を流れるようにして、空気供給手段（１２５ａ）を作動させるようにしているので、冷却媒体の熱は、放熱用熱交換器（１１３）から熱交換用空気に伝達され、熱交換用空気の温度を上昇させることができる。更に、この温度上昇した熱交換用空気を下流側となる吸熱用熱交換器（１２５）に流入させることができるので、吸熱用熱交換器（１２５）における除霜が可能となる。

このとき、予め冷却媒体に蓄熱した熱を、熱交換用空気を介して吸熱用熱交換器（１２５）に与えることができるので、即効性のある除霜が可能となる。また、従来技術においては、ホットガス除霜運転時に、冷凍ファンを停止させると共に、ヒートポンプサイクル（１２０）内の圧縮機を作動させる必要があった。しかしながら、本発明では、除霜時に空気供給手段（１２５ａ）が作動され、吸熱用熱交換器（１２５）は暖房運転時と同様に吸熱機能を維持することができるので、ヒートポンプサイクル（１２０）においては、本来の暖房運転状態を維持したままで除霜することが可能となる。そして、除霜のために圧縮機を作動させることがなく、圧縮機の余分な動力を必要としない。

よって、除霜のための余分な動力を不要とし、ヒートポンプサイクル（１２０）の本来の機能を損なうことなく、短時間で効果的な除霜を可能とする蓄熱除霜装置（１００）を提供することができる。

請求項２に記載の発明では、放熱用熱交換器（１１３）と吸熱用熱交換器（１２５）との間における熱交換用空気の温度を検出する空気温度検出手段（１１３ａ）を備え、
制御手段（１４０）は、除霜を行う際に、空気温度検出手段（１１３ａ）によって検出される熱交換用空気の温度が、除霜に必要とされる所定の空気温度以上となるように、空気供給手段（１２５ａ）の送風量を制御することを特徴としている。

この発明によれば、制御手段（１４０）は、除霜を行う際に、吸熱用熱交換器（１２５）に流入する熱交換用空気の温度を、除霜に必要とされる所定の空気温度以上に維持することができるので、確実な除霜が可能となる。

請求項３に記載の発明では、機器（１１２）は、走行用モータの作動を制御するインバータ（１１２）、あるいは走行用モータに電力を供給するバッテリ（１１７）を含むことを特徴としている。

この発明によれば、走行モータ、あるいは機器（１１２）としてのインバータ（１１２）、バッテリ（１１７）等の廃熱を無駄なく利用して、吸熱用熱交換器（１２５）の除霜を行うことが可能となる。逆に、走行用モータ、あるいはインバータ（１１２）、バッテリ（１１７）等は、冷却媒体によって冷却されて高温状態が解消されるので、発熱に伴う耐久性の低下を防止することができる。

請求項４に記載の発明では、放熱用熱交換器（１１３）、および吸熱用熱交換器（１２５）には、車両の走行時に走行風が流入するようになっており、
制御手段（１４０）は、車両が停車されて走行用モータに電力を供給するバッテリ（１１７）への充電が実施されるときに、バッテリ（１１７）から発生する熱を冷却媒体に蓄熱し、その熱を用いて除霜を行うことを特徴としている。

車両走行時においては、走行風が放熱用熱交換器（１１３）、更には吸熱用熱交換器（１２５）に流入し、熱交換用空気に加えられる形となるので、放熱用熱交換器（１１３）と吸熱用熱交換器（１２５）とを通過する空気量が増加する。よって、冷却媒体に蓄熱された熱を放熱用熱交換器（１１３）から放出しても、通過する空気量が大きい分、熱交換用空気の温度を大きく上昇させることができない。つまり、冷却媒体に蓄熱された熱は、ほとんど走行風に吸熱される形となってしまうので、除霜効果が低下してしまう。

請求項４に記載の発明によれば、停車中に除霜することで、上記のような走行風の影響を受けずに除霜することが可能となる。バッテリ（１１７）への充電が行われているときは、バッテリ（１１７）からの発熱を伴うため、その熱を蓄熱することが可能であり、吸熱用熱交換器（１２５）の除霜に活用することができる。

請求項５に記載の発明では、バイパス流路（１１４）を流れる冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出手段（１１６）を備え、
制御手段（１４０）は、冷却媒体温度検出手段（１１６）によって検出される冷却媒体の温度に基づいて、除霜を行うことを特徴としている。

この発明によれば、制御手段（１４０）は、冷却媒体の温度を見ることで、冷却媒体への蓄熱度合いを容易に把握することができるので、蓄熱を用いた除霜を行うタイミングを的確に決定することができる。

請求項６に記載の発明では、制御手段（１４０）は、冷却媒体の温度が予め定めた所定の冷却媒体温度以上となると、除霜を行うことを特徴としている。

この発明によれば、走行モータや機器（１１２）に対する適切な冷却タイミングを考慮した除霜が可能となる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における蓄熱除霜装置の全体構成を示す構成図である。 冷房運転時の作動状態を示す作動説明図である。 暖房運転時の作動状態を示す作動説明図である。 熱交換用空気の温度変化を示す説明図である。 第２実施形態における蓄熱除霜装置の全体構成を示す構成図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態における蓄熱除霜装置１００について、図１〜図４を用いて説明する。図１は蓄熱除霜装置１００の全体構成を示す模式図、図２は冷房運転時の作動状態を示す作動説明図、図３は暖房運転時の作動状態を示す作動説明図、図４は熱交換用空気の温度変化を示す説明図である。

図１に示すように、蓄熱除霜装置１００は、例えば走行用モータを走行用駆動源として備える電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、あるいはプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等に搭載される装置であり、ＥＶ機器（インバータ１１２）の冷却を行うと共に、ヒートポンプサイクル１２０による暖房運転中の室外熱交換器１２５における除霜運転を可能としている。蓄熱除霜装置１００は、主に、冷却回路１１０、ヒートポンプサイクル１２０の室外熱交換器１２５、および制御装置１４０を備えている。尚、ヒートポンプユニット１２０を構成する室内放熱器１２２、および蒸発器１２７によって、車両室内の空調（冷房運転、暖房運転）を行うユニットが、室内ユニット１３０として設けられている。

冷却回路１１０は、走行用モータの作動を制御するインバータ１１２を冷却する回路であり、冷却水が循環する循環流路１１０ａに、ポンプ１１１、インバータ１１２、ラジエータ１１３、および温度センサ１１３ａが設けられて形成されている。また、循環流路１１０ａには、ラジエータ１１３をバイパスするバイパス流路１１４が設けられて、このバイパス流路１１４には、流路切替えバルブ１１５、および温度センサ１１６が設けられている。

ポンプ１１１は、図示しない電動モータによって駆動されて、循環流路１１０ａにおけるラジエータ１１３、あるいはバイパス流路１１４に冷却媒体としての冷却水を循環させる電動式の流体機械であり、その作動は制御装置１４０によって制御されるようになっている。

インバータ１１２は、走行用モータの作動を制御するモータ制御部であり、ポンプ１１１の下流側に配設されている。インバータ１１２は、本発明における走行用モータに関連するＥＶ用の機器に対応する。インバータ１１２は、作動時において走行用モータを制御する際に発熱を伴う熱源となっている。インバータ１１２の内部の所定領域は、冷却水の流通が可能となっており、流通する冷却水によって、インバータ１１２の作動時の温度が予め定めた制御温度以下に調節（冷却）されるようになっている。

ラジエータ１１３は、インバータ１１１の内部を流通して温度上昇した冷却水を冷却する放熱用熱交換器であり、例えば、エンジンルーム内の前方のグリルの後方に配設されている。ラジエータ１１３には、後述する室外熱交換器１２５に装着された送風ファン１２５ａによって熱交換用空気が供給されるようになっており、ラジエータ１１３は、熱交換用空気によって、冷却水を冷却するようになっている。よって、ラジエータ１１３における熱交換においては、熱交換用空気は冷却水から吸熱することになるので、吸熱分の温度上昇を伴うことになる。

温度センサ１１３ａは、熱交換用空気の温度を検出する空気温度検出手段であり、ラジエータ１１３と後述する室外熱交換器１２５との間に配設されて、ラジエータ１１３を通過して室外熱交換器１２５に流入する熱交換用空気の温度を検出するようになっている。温度センサ１１３ａによって検出された温度信号は、制御装置１４０に出力されるようになっている。

バイパス流路１１４は、循環流路１１０ａにおいて、ラジエータ１１３をバイパスする流路となっている。バイパス流路１１４は、ラジエータ１１３の冷却水入口側で循環流路１１０ａから分岐して、ラジエータ１１３の冷却水出口側で循環流路１１０ａに合流するように形成されている。

流路切替えバルブ１１５は、冷却回路１１０における冷却水の流路をラジエータ１１３側、あるいはバイパス流路１１４側に切替える流路切替え手段であり、循環流路１１０ａからバイパス流路１１４が分岐する分岐点に設けられている。流路切替えバルブ１１５は、内部に設けられたバルブによって、ラジエータ１１３側を開きバイパス流路１１４側を閉じることで冷却水がラジエータ１１３を流通する場合と、バイパス流路１１４側を開きラジエータ１１３側を閉じることで冷却水がバイパス流路１１４を流通する場合とに切替えることができるようになっている。流路切替えバルブ１１５の内部バルブの開閉は、制御装置１４０によって制御されるようになっている。

温度センサ１１６は、バイパス流路１１４を流通する冷却水の温度を検出する冷却媒体温度検出手段であり、温度センサ１１６によって検出された温度信号は、制御装置１４０に出力されるようになっている。

次に、ヒートポンプサイクル１２０は、車室内の暖房あるいは冷房を行うための熱サイクルであり、圧縮機１２１、室内放熱器１２２、暖房絞り１２３、電磁弁１２４、室外熱交換器１２５、およびアキュムレータ１２９に加えて、三方弁１２６から分岐する分岐流路１２８ａに設けられた冷房絞り１２７および蒸発器１２８等を備えている。

上記ヒートポンプサイクル１２０を構成する各機器１２１〜１２９のうち、室内放熱器１２２、および蒸発器１２８は、後述する室内ユニット１３０の構成部品として車室内（インストルメントパネル内）に配設され、他の機器（１２１、１２３〜１２７、１２９）は車両の走行用モータの収容されるエンジンルーム内に配設されている。

圧縮機１２１は、図示しない電動モータによって駆動されて、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する電動式の流体機械であり、作動回転数によって冷媒の吐出量を調節可能としている。圧縮機１１１は、制御装置１４０によってその作動および冷媒吐出量が制御されるようになっている。

室内放熱器１２２は、内部に冷媒流路が形成された放熱用の熱交換器であり、空調ケース１３１内の空調用空気流れの下流側に配設されている。室内放熱器１２２内の冷媒流路には、圧縮機１１１から吐出された高温高圧の冷媒が流れ、室内放熱器１２２は、空調ケース１３１内を流通して、室内放熱器１２２自身を通過する空調用空気に放熱して、空調用空気を加熱するようになっている。

暖房絞り１２３は、所定開度の絞りを備え、室内放熱器１２２から流出される冷媒を減圧する減圧手段である。そして、ヒートポンプサイクル１２０の冷媒流路には、暖房絞り１２３をバイパスするように分岐された分岐流路１２４ａが設けられている。

電磁弁１２４は、分岐流路１２４ａを開閉する開閉手段であり、その開閉動作は制御装置１４０によって制御されるようになっている。電磁弁１２３は、暖房運転時には閉じられて、室内放熱器１２２から流出される冷媒は、暖房絞り１２３を流通して、減圧されて室外熱交換器１２５に流入するようになっている。また、電磁弁１２３は、冷房運転時には開かれて、室内放熱器１２２から流出される冷媒は、電磁弁１２３側（分岐流路１２４ａ側）を流通して、減圧を受けずに室外熱交換器１２５に流入するようになっている。

室外熱交換器１２５は、暖房絞り１２３、あるいは電磁弁１２４から流出される冷媒と、外部の熱交換用空気との間で熱交換する熱交換器である。室外熱交換器１２５は、エンジンルーム内において、ラジエータ１１３に対して熱交換用空気流れ方向の下流側に並ぶように配設されている。車両走行時においては、グリルからラジエータ１１３、および室外熱交換器１２５に、走行風が流入する。

暖房運転時に暖房絞り１２３から冷媒が流出される場合であると、冷媒は低温低圧に減圧されているので、室外熱交換器１２５は熱交換用空気から吸熱する吸熱用熱交換器として機能する。また、冷房運転時に電磁弁１２４から冷媒が流出される場合であると、冷媒は減圧されずに高温高圧のままであるので、室外熱交換器１２５は熱交換用空気によって冷媒を冷却する冷却用熱交換器として機能する。

室外熱交換器１２５の車両後方側には、ラジエータ１１３および室外熱交換器１２５に熱交換用空気を供給する送風ファン１２５ａが設けられている。送風ファン１２５ａは、ラジエータ１１３および室外熱交換器１２５に対して熱交換用空気を車両の前方側から後方側に供給する吸い込み式の空気供給手段となっている。よって、熱交換用空気は、車両の前方側から後方側に向けて、ラジエータ１１３、室外熱交換器１２５の順に流れるようになっている。送風ファン１２５ａは、制御装置１４０によってファンの回転数が増減されることで、熱交換用空気の送風量が調節されるようになっている。送風ファン１２５ａの作動および送風量の調節は、制御装置１４０によって制御されるようになっている。

尚、送風ファン１２５ａは、ラジエータ１１３の車両前方側に設けられて、ラジエータ１１３および室外熱交換器１２５に対して熱交換用空気を車両の前方側から後方側に供給する押し込み式の空気供給手段としても良い。

室外熱交換器１２５の流出側には、アキュムレータ１２７に繋がる本来のヒートポンプサイクル１２０の流路１２０ａから分岐して再びアキュムレータ１２７に繋がる分岐流路１２８ａが設けられている。

三方弁１２６は、流路１２０ａから分岐流路１２８ａが分岐する分岐点に設けられた流路切替え手段である。三方弁１２６は、内部に設けられたバルブによって、流路１２０ａ側を開き、分岐流路１２８ａ側を閉じることで冷媒が流路１２０ａを流通する場合と、分岐流路１２８ａ側を開き、流路１２０ａ側を閉じることで冷媒が分岐流路１２８ａを流通する場合とに切替えることができるようになっている。三方弁１２６の内部バルブの開閉は、制御装置１４０によって制御されるようになっている。

冷媒絞り１２７は、分岐流路１２８ａの途中に設けられた減圧手段であり、所定開度の絞りを備え、三方弁１２６によって冷媒流れが分岐流路１２８ａ側に切替えられた場合に、室外熱交換器１２５から流出される冷媒を減圧するようになっている。

蒸発器１２８は、分岐流路１２８において冷媒絞り１２７の下流側に設けられた熱交換器であり、冷媒絞り１２７で減圧された冷媒と空調ケース１３０内を流通する空調用空気との間で熱交換して、空調用空気を冷却するようになっている。蒸発器１２８は、空調ケース１３１内で流路全体を横断するように配設されている。蒸発器１２８は、空調ケース１３０内で室内放熱器１２２よりも空調用空気流れの上流側に配設されている。

アキュムレータ１１７は、気液分離手段であり、流路１２０ａを介して室外熱交換器１２５から流出された冷媒、あるいは室外熱交換器１２５から分岐流路１２８ａを通り蒸発器１２８から流出された冷媒を受け入れ、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒および底部付近の少量の液冷媒（オイルが溶け込んでいる）を圧縮機１２１へ吸入させるようになっている。

室内ユニット１３０は、空調用空気の温度を、乗員が設定する設定温度に調節して車室内に吹出すユニットであり、空調ケース１３１内に送風機１３２、蒸発器１２８、室内放熱器１２２、およびエアミックスドア１３４等が設けられて形成されている。

送風機１３２は、車室内あるいは車室外から空調用空気を空調用ケース１３０内に取り入れて、最下流側となる各種吹出し口から車室内へ吹出す送風手段である。送風機１３２の作動回転数、即ち送風量は、制御装置１４０によって制御されるようになっている。送風機１３２の空調用空気流れ下流側には、上記で説明した蒸発器１２８、および室内放熱器１２２が配設されている。また、室内放熱器１２２と空調ケース１３１との間には、空調用空気が室内放熱器１２２をバイパスして流通可能となるバイパス流路１３３が形成されている。

エアミックスドア１３４は、室内放熱器１２２、およびバイパス流路１３３を通過する空調用空気量を調節する調節手段である。エアミックスドア１３４は、室内放熱器１２２の空調用空気流通部、あるいはバイパス流路１３３を開閉する回動式のドアである。エアミックスドア１３４の開度に応じて、室内放熱器１２２を流通する加熱空気と、蒸発器１２８で冷却されてバイパス流路１２４を流通する冷却空気との流量割合が調節されて、室内放熱器１２２の下流側の空調用空気温度が調節されるようになっている。エアミックスドア１３４の開度は、制御装置１４０によって制御されるようになっている。

室内ユニット１３０において室内放熱器１２２の下流側は車室内の複数の吹出し口へ接続されており、上記エアミックスドア１３４によって温度調節された空調空気は、選択された吹出し口から車室内に吹出されるようになっている。

制御装置１４０は、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成される制御手段である。制御装置１４０は、予め設定されたプログラムに従って、温度センサ１１３ａ、温度センサ１１６、図示しない外気温センサからの各種温度信号、および図示しない操作パネルで乗員が設定する設定温度信号等に対する演算処理を行う。更に、制御装置１４０は演算結果に基づいて、ポンプ１１１の作動制御、流路切替えバルブ１１５の内部バルブの開閉制御、圧縮機１２１の作動および吐出量制御、電磁弁１２４の開閉制御、送風ファン１２５ａの作動および送風量制御、三方弁１２６の内部バルブの開閉制御、送風機１３２の作動制御、エアミックスドア１３４の開度制御等を行うことで、以下説明する冷却運転、冷房運転、暖房運転、および暖房運転時の除霜運転を行う。

次に、上記構成に基づく作動について、図２〜図４を加えて説明する。

１．冷却回路における冷却運転
制御装置１４０は、冷却回路１１０において、流路切替えバルブ１１５によってバイパス流路１１４側を開き、ラジエータ１１３側を閉じ、ポンプ１１１を作動させる。すると、冷却回路１１０内の冷却水は、ポンプ１１１、インバータ１１２、流路切替えバルブ１１５、バイパス流路１１４、ポンプ１１１の順に循環する。インバータ１１２の作動に伴って発生する熱は、冷却水に放熱され、インバータ１１２は冷却される。

そして、冷却水は、インバータ１１２から吸熱して温度上昇していくので、温度センサ１１６によって検出される冷却水温度が、予め定めた所定の冷却水温度（所定の冷却媒体温度であり、例えば６５℃）以上となると、制御装置１４０は、流路切替えバルブ１１５によってラジエータ１１３側を開き、バイパス流路１１４側を閉じ、送風ファン１２５ａを作動させる。すると、冷却水は、冷却回路１１０においてラジエータ１１３を流通して循環し、冷却水はラジエータ１１３によって冷却される。冷却水温度が所定の冷却水温度を下回ると、制御装置１４０は、再び路切替えバルブ１１５によってバイパス流路１１４側を開きラジエータ１１３側を閉じる。この繰り返しによって、インバータ１１２は、予め定めた制御温度以下に調節（冷却）される。

２．ヒートポンプサイクルおよび室内ユニットの運転
２−１．冷房運転
制御装置１４０は、図２に示すように、ヒートポンプサイクル１２０において、電磁弁１２４を開き、三方弁１２６によって分岐流路１２８ａ側を開き、流路１２０ａ側を閉じ、圧縮機１２１、および送風ファン１２５ａを作動させる。また、制御装置１４０は、室内ユニット１３０において、送風機１３１を作動させ、エアミックスドア１３４によって室内放熱器１２２を閉じるように（図２中の破線のように）開度を調節する。

ヒートポンプサイクル１２０においては、図２中の矢印で示すように、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、室内放熱器１２２、電磁弁１２４、室外熱交換器１２５、三方弁１２６、分岐流路１２８ａ、冷房絞り１２７、蒸発器１２８、アキュムレータ１２９、圧縮機１２１の順に循環する。

室内放熱器１２２はエアミックスドア１３４によって閉じられており、室内ユニット１３０内の空調用空気は室内放熱器１２２を通過しないため、冷媒は室内放熱器１２２において空調用空気にほとんど放熱することなく、高温高圧のまま室内放熱器１２２を通過する形となる。また、電磁弁１２４が開かれているので、室内放熱器１２２から流出された高温高圧の冷媒は、電磁弁１２４において減圧されることなく、室外熱交換器１２５内に流入して、室外熱交換器１２５によって熱交換用空気に放熱し冷却されることになる。

更に、冷却されて室外熱交換器１２５から流出される冷媒は、冷媒絞り１２７によって低温低圧に減圧されて、蒸発器１２８に流入される。蒸発器１２８においては、室内ユニット１３０の空調用空気は、冷媒によって冷却され、冷却空気となってバイパス流路１３３を通り、吹出し口から車室内に吹出される。制御装置１４０は、吹出される空調用空気の温度が乗員の設定する設定温度となるように、圧縮機１１１の吐出量、エアミックスドア１３３の開度等を制御する。

２−２．暖房運転
制御装置１４０は、図３に示すように、ヒートポンプサイクル１２０において、電磁弁１２４を閉じ、三方弁１２６によって流路１２０ａ側を開き、分岐流路１２８ａ側を閉じ、圧縮機１２１、および送風ファン１２５ａを作動させる。また、制御装置１４０は、室内ユニット１３０において、送風機１３１を作動させ、エアミックスドア１３４によってバイパス流路１３３を閉じるように（図３中の実線のように）開度を調節する。

ヒートポンプサイクル１２０においては、図３中の矢印で示すように、圧縮機１２１から吐出された冷媒は、室内放熱器１２２、暖房絞り１２３、室外熱交換器１２５、三方弁１２６、流路１２０ａ、アキュムレータ１２９、圧縮機１２１の順に循環する。

室内放熱器１２２はエアミックスドア１３４によって開かれており、室内ユニット１３０内の空調用空気は室内放熱器１２２を通過するため、空調用空気は室内放熱器１２２内を流通する高温高圧の冷媒によって加熱され、加熱空気となって吹出し口から車室内に吹出される。制御装置１４０は、吹出される空調用空気の温度が乗員の設定する設定温度となるように、圧縮機１１１の吐出量、エアミックスドア１３３の開度等を制御する。

尚、室内放熱器１２２から流出される冷媒は、暖房絞り１２３によって低温低圧に減圧されて、室外熱交換器１２５内に流入して、熱交換用空気から吸熱する。熱交換用空気から吸熱した冷媒は、再び圧縮機１２１から室内放熱器１２２に吐出され、吸熱分が空調用空気に放熱されることになる。また、暖房運転においては、蒸発器１２８には冷媒は流れないため、空調用空気は熱交換されることなく単に蒸発器１２８を通過するのみとなっている。

２−３．除霜運転
上記暖房運転中においては、室外熱交換器１２５は熱交換用空気から冷媒に吸熱するので、熱交換用空気は熱交換により温度低下する。冬場のように外気温度が低く、熱交換によって熱交換用空気の温度が空気中に含まれる水蒸気の露点温度を下回ると、水蒸気は凝縮水となり、更に熱交換用空気の温度が低下して０℃以下となると、凝縮水は凍結して霜となって室外熱交換器１２５の表面に付着してしまう。室外熱交換器１２５の表面に霜が付着すると、室外熱交換器１２５の通気抵抗が上昇すると共に、熱抵抗が増加するので、室外熱交換器１２５の熱交換性能が低下してしまい、ひいては、室内放熱器１２２の加熱性能が低下してしまう。除霜運転は、この霜を融解させて除去するための運転として設定されている。

除霜運転にあたって、まず、制御装置１４０は、冷却回路１１０において、流路切替えバルブ１１５によってバイパス流路１１４側を開き、ラジエータ１１３側を閉じ、ポンプ１１１を作動させる。すると、冷却回路１１０内の冷却水はバイパス流路１１４側を通過して循環し、ラジエータ１１３による放熱を受けない形となる。よって、インバータ１１２から発生する熱は、冷却水に充分蓄熱されていくことになる（図３中の蓄熱矢印）。

そして、制御装置１４０は、暖房運転中に除霜を行う際に、流路切替えバルブ１１５によってラジエータ１１３側を開き、バイパス流路１１４側を閉じ、更に、送風ファン１２５ａを作動状態とする。すると、冷却回路１１０内の冷却水は、ラジエータ１１３を通過して循環し、冷却水に蓄熱された熱は、ラジエータ１１３において送風ファン１２５ａによって供給される熱交換用空気に放出される（図３中の除霜矢印）。図４に示すように、例えばラジエータ１１３に流入する前の熱交換用空気の温度をＴ１とすると、ラジエータ１１３を通過した後の熱交換用空気の温度（温度センサ１１３ａの検出温度）は、蓄熱した冷却水によって加熱されＴ２に上昇する。

このとき、制御装置１４０は、熱交換用空気の温度Ｔ２が、室外熱交換器１２５の除霜に必要とされる所定の空気温度以上となるように、送風ファン１２５ａの送風量を制御する。霜を融解させるための熱交換用空気の温度Ｔ２としては、０℃以上であることが必要であるため、所定の空気温度としては、ここでは０℃と設定している。

冷却水から放出される熱量は、熱交換用空気の風量と、（温度Ｔ２−温度Ｔ１）との積に比例する。よって、制御装置１４０は、例えば熱交換用空気温度Ｔ２が、所定の空気温度よりも低い場合は、送風ファン１２５ａの風量を低下させることで、熱交換用空気の温度Ｔ２を所定の空気温度以上に確保する。

そして、温度Ｔ２に加熱された熱交換用空気が室外熱交換器１２５に流入することになり、室外熱交換器１２５の除霜が可能となる。このとき、ヒートポンプサイクル１２０においては、暖房運転時の作動条件がそのまま維持される。

以上のように、本実施形態では、除霜運転において、除霜を行う前段階で、流路切替えバルブ１１５によって、冷却水がバイパス流路１１４を流れるようにすることで、インバータ１１２から発生する熱を冷却水に蓄熱するようにしている。これにより、室外熱交換器１２５における除霜のための熱を準備することができる。

そして、除霜を行うときには、流路切替えバルブ１１５によって、蓄熱された冷却水がラジエータ１１３を流れるようにして、送風ファン１２５ａを作動させるようにしている。これにより、冷却水の熱は、ラジエータ１１３から熱交換用空気に伝達され、熱交換用空気の温度を上昇させることができる。更に、この温度上昇した熱交換用空気を下流側となる室外熱交換器１２５に流入させることができるので、室外熱交換器１２５における除霜が可能となる。

このとき、予め冷却水に蓄熱した熱を、熱交換用空気を介して室外熱交換器１２５に与えることができるので、即効性のある除霜が可能となる。また、従来技術においては、ホットガス除霜運転時に、冷凍ファンを停止させると共に、ヒートポンプサイクル内の圧縮機を作動させる必要があった。しかしながら、本実施形態では、除霜時に送風ファン１２５ａが作動され、室外熱交換器１２５は暖房運転時と同様に吸熱機能を維持することができるので、ヒートポンプサイクル１２０においては、本来の暖房運転状態を維持したままで除霜することが可能となる。そして、除霜のために圧縮機１２１を作動させることがなく、圧縮機１２１の余分な動力を必要としない。

よって、除霜のための余分な動力を不要とし、ヒートポンプサイクル１２０の本来の機能を損なうことなく、短時間で効果的な除霜を可能とする蓄熱除霜装置１００を提供することができる。

また、制御装置１４０は、除霜を行う際に、温度センサ１１３ａによって検出される熱交換用空気の温度が、除霜に必要とされる所定の空気温度（ここでは０℃）以上となるように、送風ファン１２５ａの送風量を制御するようにしている。

これにより、制御装置１４０は、除霜を行う際に、室外熱交換器１２５に流入する熱交換用空気の温度Ｔ２を、除霜に必要とされる所定の空気温度以上に維持することができるので、確実な除霜が可能となる。

また、冷却回路１１０における冷却水に蓄熱するために、熱源として走行用モータの作動を制御するインバータ１１２から発生する熱を使用している。

これにより、インバータ１１２の廃熱を無駄なく利用して、室外熱交換器１２５の除霜を行うことが可能となる。逆に、インバータ１１２は、冷却水によって冷却されて高温状態が解消されるので、発熱に伴う耐久性の低下を防止することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の蓄熱除霜装置１００Ａを図５に示す。蓄熱除霜装置１００Ａは、上記第１実施形態に対して、車両が停車されてバッテリ１１７への充電が実施されるときに、蓄熱および除霜を行うようにしたものとしている。

バッテリ１１７は、図示しない走行用モータに電力を供給する蓄電池であり、インバータ１１２と同様に走行用モータに関連するＥＶ用の機器の１つとなっている。バッテリ１１７は、充電時に発熱を伴う熱源となっている。バッテリ１１７は、冷却回路１１０のポンプ１１１の下流側に配設されて、冷却水によって冷却されるようになっている。

第２実施形態では、車両が停車して、バッテリ１１７への充電が実施されるときに、上記第１実施形態と同様に、制御装置１４０は、流路切替えバルブ１１５によってバイパス流路１１４側を開き、ラジエータ１１３側を閉じ、ポンプ１１１を作動させる。すると、冷却回路１１０内の冷却水はバイパス流路１１４側を通過して循環し、ラジエータ１１３による放熱を受けない形となる。よって、バッテリ１１７から発生する熱は、冷却水に充分蓄熱されていくことになる。

そして、制御装置１４０は、除霜を行う際に、流路切替えバルブ１１５によってラジエータ１１３側を開き、バイパス流路１１４側を閉じ、更に、送風ファン１２５ａを作動状態とすることで、上記第１実施形態と同様に除霜運転が行われるようにしている。

車両走行時においては、走行風がラジエータ１１３、更には室外熱交換器１２５に流入し、熱交換用空気に加えられる形となるので、ラジエータ１１３と室外熱交換器１２５とを通過する空気量が増加する。よって、冷却水に蓄熱された熱をラジエータ１１３から放出しても、通過する空気量が大きい分、熱交換用空気の温度を大きく上昇させることができない。つまり、冷却水に蓄熱された熱は、ほとんど走行風に吸熱される形となってしまうので、除霜効果が低下してしまう。

しかしながら、本実施形態によれば、停車中に除霜することで、上記のような走行風の影響を受けずに除霜することが可能となる。バッテリ１１７への充電が行われているときは、バッテリ１１７からの発熱を伴うため、その熱を蓄熱することが可能であり、室外熱交換器１２５の除霜に活用することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の蓄熱除霜装置は、上記第１実施形態の蓄熱除霜装置１００に対して、除霜を行うタイミングを温度センサ１１６によって検出される冷却水の温度に基づいて決定するようにしたものである。

具体的には、制御装置１４０は、温度センサ１１６によって検出される冷却水の温度が予め定めた所定の冷却水温度（所定の冷却媒体温度であり、例えば６５℃）以上となると、除霜運転を行うようにしている。所定の冷却水温度は、例えば、インバータ１１２の温度制御において、冷却水の流れをバイパス流路１１４側からラジエータ１１３側に切替える際の温度と等しい。即ち、ここでは、実質的に、インバータ１１２の冷却のために流路切替えバルブ１１５によって、冷却水の流れがバイパス流路１１４側からラジエータ１１３側に切替えられたときが、除霜運転の開始となる。除霜運転の具体的な要領は、上記第１実施形態と同様である。

これにより、制御装置１４０は、冷却水の温度を見ることで、冷却水への蓄熱度合いを容易に把握することができるので、蓄熱を用いた除霜を行うタイミングを的確に決定することができる。併せて、インバータ１１２に対する適切な冷却タイミングを考慮した除霜が可能となる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、除霜のために使用する熱源として、インバータ１１２、およびバッテリ１１７を例にして挙げたが、これに限らず、走行用モータを熱源としても良い。更に、熱源としては、走行用モータ、インバータ１１２、およびバッテリ１１７の少なくとも１を含む組み合わせとしても良い。

また、除霜運転を実施するタイミングは、着霜が発生するのに要する時間と、除霜に必要な蓄熱量を確保するための時間との関係を予め把握しておき、確実に除霜可能な蓄熱のための時間が経過したときに、除霜運転を実施するようにしても良い。

また、第２実施形態で車両の停車中で、バッテリ１１７への充電を実施しているときに、除霜を行うことを説明したが、これに代えて、例えば、車両の走行中に信号待ち等で停車するたびに、除霜運転を実施するようにしても良い。

１００、１００Ａ 蓄熱除霜装置
１１０ａ 循環回路
１１２ インバータ（機器）
１１３ ラジエータ（放熱用熱交換器）
１１３ａ 温度センサ（空気温度検出手段）
１１４ バイパス流路
１１５ 流路切替えバルブ（流路切替え手段）
１１６ 温度センサ（冷却媒体温度検出手段）
１１７ バッテリ（機器）
１２０ ヒートポンプサイクル
１２５ 室外熱交換器（吸熱用熱交換器）
１２５ａ 送風ファン（空気供給手段）
１４０ 制御装置（制御手段）

Claims (6)

1. 走行用モータを走行用の駆動源とする車両に搭載される蓄熱除霜装置であって、
   前記走行用モータ、および前記走行用モータに関連する機器（１１２）の少なくとも一方を冷却するための冷却媒体が循環する循環流路（１１０ａ）と、
   前記循環流路（１１０ａ）の途中に設けられて、前記冷却媒体の熱を放出する放熱用熱交換器（１１３）と、
   前記放熱用熱交換器（１１３）に対して前記冷却媒体の流れをバイパスさせるバイパス流路（１１４）と、
   前記冷却媒体の流れを前記放熱用熱交換器（１１３）、あるいは前記バイパス流路（１１４）のいずれか一方へ切替える流路切替え手段（１１５）と、
   前記放熱用熱交換器（１１３）に熱交換用の空気を供給する空気供給手段（１２５ａ）と、
   空調用のヒートポンプサイクル（１２０）に設けられて、暖房運転時に吸熱機能を発揮すると共に、前記放熱用熱交換器（１１３）に対して前記熱交換用空気の流れ方向の下流側に並ぶように配設された吸熱用熱交換器（１２５）と、
   前記流路切替え手段（１１５）によって、前記冷却媒体が前記バイパス流路（１１４）を流れるようにすることで、前記走行用モータ、および前記機器（１１２）の少なくとも一方から発生する熱を前記冷却媒体に蓄熱すると共に、前記暖房運転時における前記吸熱用熱交換器（１１２５）の除霜を行う際に、前記流路切替え手段（１１５）によって、前記蓄熱された冷却媒体が前記放熱用熱交換器（１１３）を流れるようにして、前記空気供給手段（１２５ａ）を作動させる制御手段（１４０）と、を備えることを特徴とする蓄熱除霜装置。
2. 前記放熱用熱交換器（１１３）と前記吸熱用熱交換器（１２５）との間における前記熱交換用空気の温度を検出する空気温度検出手段（１１３ａ）を備え、
   前記制御手段（１４０）は、前記除霜を行う際に、前記空気温度検出手段（１１３ａ）によって検出される前記熱交換用空気の温度が、除霜に必要とされる所定の空気温度以上となるように、前記空気供給手段（１２５ａ）の送風量を制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱除霜装置。
3. 前記機器（１１２）は、前記走行用モータの作動を制御するインバータ（１１２）、あるいは前記走行用モータに電力を供給するバッテリ（１１７）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱除霜装置。
4. 前記放熱用熱交換器（１１３）、および前記吸熱用熱交換器（１２５）には、前記車両の走行時に走行風が流入するようになっており、
   前記制御手段（１４０）は、前記車両が停車されて前記走行用モータに電力を供給するバッテリ（１１７）への充電が実施されるときに、前記バッテリ（１１７）から発生する熱を前記冷媒に蓄熱し、その熱を用いて前記除霜を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の蓄熱除霜装置。
5. 前記バイパス流路（１１４）を流れる前記冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出手段（１１６）を備え、
   前記制御手段（１４０）は、前記冷却媒体温度検出手段（１１６）によって検出される前記冷却媒体の温度に基づいて、前記除霜を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の蓄熱除霜装置。
6. 前記制御手段（１４０）は、前記冷却媒体の温度が予め定めた所定の冷却媒体温度以上となると、前記除霜を行うことを特徴とする請求項５のいずれか１つに記載の蓄熱除霜装置。

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