JP2013139991A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数および占有スペースを増加させることなく確実に室外熱交換器に付着した霜を取り除くことのできる車両用空気調和装置を提供する。
【解決手段】暖房運転中に、室外熱交換器２２の着霜が生じる環境条件であると判定した場合に、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側の最大開度とし、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側の最大開度とした後に第１電磁弁２６ａを閉鎖するホットガス除霜運転を行っている。これにより、室外熱交換器２２内を高温高圧の状態として室外熱交換器２２における放熱量を増加させることができるので、室外熱交換器２２に付着した霜を確実に除去することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、電気自動車に適用可能な車両用空気調和装置に関するものである。

従来、この種の車両用空気調和装置では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室内に設けられた室内熱交換器と、車室外に設けられた室外熱交換器と、を備えたものが知られている。この車両用空気調和装置では、圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器に流入させて放熱させ、室内熱交換器を流通した冷媒を膨張手段を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器から流出した冷媒を圧縮機に吸入させることによって暖房運転を行っている。

前記車両用空気調和装置では、車室外の温度が低い環境下（例えば、摂氏０度以下等）において暖房運転を行うと、室外熱交換器に着霜が生じることがある。暖房運転においては、室外熱交換器に着霜が生じると、室外熱交換器における吸熱量が不足して暖房能力が低下する。このため、暖房運転時には、室外熱交換器に付着した霜を取り除くために除霜運転が必要となる場合がある。

除霜運転は、圧縮機から吐出された高温の冷媒を室外熱交換器に流入させることで、室外熱交換器に付着している霜を融解させるものである。しかし、車両の走行中に除霜運転を行う場合には、室外熱交換器に付着した霜に低温の空気が当たり続けるため、霜が融解し難くなり、室外熱交換器に付着した霜を除去することが困難である。

そこで、前記車両用空気調和装置では、室外熱交換器の外側に可動ルーバを設け、除霜運転時に可動ルーバによって走行風が室外熱交換器に直接当たらないようにして、室外熱交換器に付着した霜を効率的に除去するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−５５２９６号公報

前記可動ルーバを備えた車両用空気調和装置では、可動ルーバや可動ルーバを駆動させるための電動モータ等、部品点数が多くなるため製造コストが高くなり、さらに、エンジンルーム内を占有するスペースが大きくなるため小型の車両に対する前記空気調和装置の設置が困難である。

本発明の目的とするところは、部品点数および占有スペースを増加させることなく確実に室外熱交換器に付着した霜を取り除くことのできる車両用空気調和装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を吸熱させる吸熱器と、冷媒を放熱または吸熱させる室外熱交換器と、圧縮機が吐出した冷媒を放熱器に流入させて放熱させ、放熱器を流通した冷媒の少なくとも一部を膨張弁を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器を流通した冷媒をアキュムレータに流入させ、アキュムレータから流出する冷媒を圧縮機に吸入させる暖房用冷媒回路と、膨張弁の弁開度を調整する弁開度調整機構と、室外熱交換器の冷媒流出側とアキュムレータの冷媒流入側との間の冷媒流路を開閉する開閉弁と、室外熱交換器に着霜が生じる条件を満たすか否かを判定する着霜判定手段と、暖房運転中に、着霜判定手段によって室外熱交換器の着霜が生じる条件であると判定した場合に、弁開度調整機構によって膨張弁の弁開度を暖房運転中の膨張弁の弁開度よりも大きくし、膨張弁の弁開度を大きくした後に開閉弁を閉鎖するホットガス除霜手段と、を備えている。

これにより、膨張弁の弁開度を暖房運転中の膨張弁の弁開度よりも大きくすることによってアキュムレータに冷媒が液体の状態で貯留され、膨張弁の弁開度を大きくした後に開閉弁を閉鎖することによってアキュムレータに貯留された液体の冷媒が気化して室外熱交換器に流入することから、室外熱交換器内が高温高圧の状態となって室外熱交換器における放熱量を増加させることが可能となる。

本発明によれば、室外熱交換器内を高温高圧の状態として室外熱交換器における放熱量を増加させることができるので、室外熱交換器に付着した霜を確実に除去することが可能となる。

本発明の第１実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 第１制御弁のステッピングモータの回転位置と弁開度との関係を示すグラフである。 冷房運転および除湿冷房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 第１除湿暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 第２除湿暖房運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 ホットガス除霜運転のタイミングチャートである。 逆サイクル除霜運転のタイミングチャートである。 除霜運転制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 逆サイクル除霜運転を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。

図１乃至図９は、本発明の第１実施形態を示すものである。

本発明の車両用空気調和装置は、図１に示すように、車室内に設けられた空調ユニット１０と、車室内および車室外に亘って構成された冷媒回路２０と、を備えている。

空調ユニット１０は、車室内に供給する空気を流通させるための空気流通路１１を有している。空気流通路１１の一端側には、車室外の空気を空気流通路１１に流入させるための外気吸入口１１ａと、車室内の空気を空気流通路１１に流入させるための内気吸入口１１ｂと、が設けられている。また、空気流通路１１の他端側には、空気流通路１１を流通する空気を車室内の搭乗者の足元に向かって吹き出させるフット吹出口１１ｃと、空気流通路１１を流通する空気を車室内の搭乗者の上半身に向かって吹き出させるベント吹出口１１ｄと、空気流通路１１を流通する空気を車両のフロントガラスの車室内側の面に向かって吹き出させるデフ吹出口１１ｅと、が設けられている。

空気流通路１１内の一端側には、空気流通路１１の一端側から他端側に向かって空気を流通させるためのシロッコファン等の室内送風機１２が設けられている。

空気流通路１１の一端側には、外気吸入口１１ａ及び内気吸入口１１ｂの一方を開放して他方を閉鎖することが可能な吸入口切換えダンパ１３が設けられている。吸入口切換えダンパ１３によって内気吸入口１１ｂが閉鎖されて外気吸入口１１ａが開放されると、外気吸入口１１ａから空気が空気流通路１１に流入する外気供給モードとなる。また、吸入口切換えダンパ１３によって外気吸入口１１ａが閉鎖されて内気吸入口１１ｂが開放されると、内気吸入口１１ｂから空気が空気流通路１１に流入する内気循環モードとなる。さらに、吸入口切換えダンパ１３が外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとの間に位置し、外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂがそれぞれ開放されると、吸入口切換えダンパ１３による外気吸入口１１ａ及び内気吸入口１１ｂのそれぞれの開口率に応じた割合で、外気吸入口１１ａと内気吸入口１１ｂとから空気が空気流通路１１に流入する内外気吸入モードとなる。

空気流通路１１の他端側のフット吹出口１１ｃ、ベント吹出口１１ｄ及びデフ吹出口１１ｅのそれぞれには、各吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅを開閉するための吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられている。この吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、図示しないリンク機構によって連動するように構成されている。ここで、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃが開放されてベント吹出口１１ｄが閉鎖され、デフ吹出口１１ｅが僅かに開放されると、空気流通路１１を流通する空気の大部分がフット吹出口１１ｃから吹き出されると共に残りの空気がデフ吹出口１１ｅから吹き出されるフットモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅが閉鎖されてベント吹出口１１ｄが開放されると、空気流通路１１を流通する空気の全てがベント吹出口１１ｄから吹き出されるベントモードとなる。さらに、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄが開放されてデフ吹出口１１ｅが閉鎖されると、空気流通路１１を流通する空気がフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄから吹き出されるバイレベルモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってフット吹出口１１ｃ及びベント吹出口１１ｄが閉鎖されてデフ吹出口１１ｅが開放されると、空気流通路１１を流通する空気がデフ吹出口１１ｅから吹き出されるデフモードとなる。また、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによってベント吹出口１１ｄが閉鎖されてフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅが開放されると、空気流通路１１を流通する空気がフット吹出口１１ｃ及びデフ吹出口１１ｅから吹き出されるデフフットモードとなる。尚、空気流通路１１、フット吹出口１１ｃ、ベント吹出口１１ｄ、後述する吸熱器及び放熱器は、バイレベルモードにおいて、フット吹出口１１ｃから吹き出される空気の温度がベント吹出口１１ｄから吹き出される空気の温度よりも高温となる温度差を生じさせるような、互いの位置関係および構造となっている。

室内送風機１２の空気流通方向下流側の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気を冷却及び除湿するための吸熱器１４が設けられている。また、吸熱器１４の空気流通方向下流側の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気を加熱するための放熱器１５が設けられている。吸熱器１４及び放熱器１５は、それぞれ内部を流通する冷媒と空気流通路１１を流通する空気とを熱交換させるためのフィンとチューブ等からなる熱交換器である。

吸熱器１４と放熱器１５との間の空気流通路１１には、空気流通路１１を流通する空気の放熱器１５によって加熱される割合を調整するためのエアミックスダンパ１６が設けられている。エアミックスダンパ１６は、空気流通路１１の放熱器１５の上流側を閉鎖する方向に移動させることによって、放熱器１５において熱交換する空気の割合が減少し、空気流通路１１の放熱器１５以外の部分側に移動させることによって、放熱器１５において熱交換する空気の割合が増加する。エアミックスダンパ１６は、空気流通路１１の放熱器１５の上流側を閉鎖して放熱器１５以外の部分を開放した状態で開度が０％となり、空気流通路１１の放熱器１５の上流側を開放し、放熱器１５以外の部分を閉鎖した状態で開度が１００％となる。

冷媒回路２０は、前記吸熱器１４、前記放熱器１５、冷媒を圧縮するための圧縮機２１、冷媒と車室外の空気とを熱交換するための室外熱交換器２２、放熱器１５および室外熱交換器２２の少なくとも放熱器１５から流出する冷媒と吸熱器１４から流出する冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器２３、暖房運転および第１除湿暖房運転時に室外熱交換器２２に流入する冷媒を減圧するための膨張手段と除湿冷房運転時に放熱器１５における冷媒の凝縮圧力を制御するための凝縮圧力調整手段とを有し、膨張手段側または凝縮圧力調整手段側に冷媒流路を切換え可能な第１制御弁２４、吸熱器１４における冷媒の蒸発圧力を調整するための第２制御弁２５、開閉弁としての第１電磁弁２６ａ、第２電磁弁２６ｂ、第３電磁弁２６ｃ、第１〜第２逆止弁２７ａ，２７ｂ、膨張弁２８、気体の冷媒と液体の冷媒を分離して液体の冷媒が圧縮機２１に吸入されることを防止するためのアキュムレータ２９を有し、これらは銅管やアルミニウム管によって接続されている。

具体的には、圧縮機２１の冷媒吐出側に放熱器１５の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ａが設けられている。また、放熱器１５の冷媒流出側には、第１制御弁２４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｂが設けられている。第１制御弁２４の膨張手段側の冷媒流出側には、室外熱交換器２２の一端側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｃが設けられている。冷媒流通路２０ｃには、第１逆止弁２７ａが設けられている。また、第１制御弁２４の凝縮圧力調整手段側の冷媒流出側には、室外熱交換器２２の他端側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｄが設けられている。室外熱交換器２２の他端側には、冷媒流通路２０ｄと並列に、圧縮機２１の冷媒吸入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｅが設けられている。冷媒流通路２０ｅには、冷媒流通方向の上流側から順に、第１電磁弁２６ａ、アキュムレータ２９が設けられている。冷媒流通路２０ｂには、内部熱交換器２３の高圧冷媒流入側が接続されることによって冷媒流通路２０ｆが設けられている。冷媒流通路２７ｆには、第２電磁弁２６ｂが設けられている。内部熱交換器２３の高圧冷媒流出側には、吸熱器１４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｇが設けられている。冷媒流通路２０ｇには、膨張弁２８が設けられている。吸熱器１４の冷媒流出側には、内部熱交換器２３の低圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｈが設けられている。冷媒流通路２０ｈには、第２制御弁２５が設けられている。内部熱交換器２３の低圧冷媒流出側には、冷媒流通路２０ｅの第１電磁弁２６ａとアキュムレータ２９との間が接続されることによって、冷媒流通路２０ｉが設けられている。室外熱交換器２２の一端側には、冷媒流通路２０ｃと並列に、冷媒流通路２０ｆの第２電磁弁２６ｂの冷媒流通方向の下流側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｊが設けられている。冷媒流通路２０ｊには、冷媒流通方向の上流側から順に、第３電磁弁２６ｃ、第２逆止弁２７ｂが設けられている。

圧縮機２１及び室外熱交換器２２は、車室外のエンジンルーム内に配置されている。圧縮機２１は、電動モータによって駆動され、インバータ制御によって回転数の調整が可能である。

室外熱交換器２２は、内部を流通する冷媒と車室外の空気とを熱交換させるためのフィンとチューブ等からなる熱交換器である。室外熱交換器２２は、吸熱器として機能する場合に冷媒流路の一端側から冷媒が流入し、放熱器として機能する場合に冷媒流路の他端側から冷媒が流入する。室外熱交換器２２の冷媒流路の一端側には、放熱器として機能する場合に液体の冷媒を貯留可能な気液分離部２２ａと、気液分離部２２ａから流出する液体の冷媒を過冷却の状態とするための過冷却部２２ｂと、が設けられている。また、室外熱交換器２２には、車両の停止時に車室外の空気と冷媒とを熱交換させるための室外送風機２２ｃが設けられている。

第１制御弁２４は、冷媒流路を膨張手段側または凝縮圧力調整手段側に切換えるとともに、それぞれの冷媒流路の開度を調整するための弁開度調整機構としてのステッピングモータを有している。第１制御弁２４は、ステッピングモータを駆動することにより、図２に示すように、冷媒流路および各冷媒流路の開度が切換えられる。

膨張弁２８は、吸熱器１４から流出する冷媒の温度に応じて弁開度を調整可能な温度膨張弁である。温度膨張弁としては、例えば、吸熱器から流出する冷媒が流通する流出冷媒流路と、流出冷媒流路を流通する温度を検出する感温棒と、弁体を移動させるためのダイヤフラムと、を一体に形成したボックス型の温度膨張弁が用いられる。

さらに、車両用空気調和装置は、図１に示すように、車室内の温度および湿度を設定された温度および設定された湿度とする制御を行うためのコントローラ３０を備えている。

コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有している。コントローラ３０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。

コントローラ３０の出力側には、室内送風機１２、圧縮機２１、第１制御弁２４および第１電磁弁２６ａ、第３電磁弁２６ｃが接続されている。また、コントローラ３０の入力側には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出するための圧力センサ３１が接続されている。

以上のように構成された車両用空気調和装置では、冷房運転、除湿冷房運転、暖房運転、第１除湿暖房運転、第２除湿暖房運転が行われる。以下、それぞれの運転について説明する。

冷房運転及び除湿冷房運転において、冷媒回路２０では、第１制御弁２４の冷媒流路を凝縮圧力調整手段側に設定し、第３電磁弁２６ｃを開放するとともに、第１および第２電磁弁２６ａ，２６ｂを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図３に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ，２０ｄ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｊ，２０ｆ、内部熱交換器２３の高圧側、冷媒流通路２０ｇ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｈ、内部熱交換器２３の低圧側、冷媒流通路２０ｉ，２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、冷房運転において、室外熱交換器２２において放熱して吸熱器１４において吸熱する。除湿冷房運転として図３の一点鎖線に示すようにエアミックスダンパ１６が開放されると、冷媒回路２０を流通する冷媒は放熱器１５においても放熱する。また、室外熱交換器２２を流通する冷媒は、気液分離部２２ａおよび過冷却部２２ｂを流通することで、過冷却の状態となって冷媒流通路２０ｊに流入する。

このとき、冷房運転中の空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却され、車室内の温度を目標設定温度Ｔｓｅｔとするために吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから吹き出すべき空気の温度である目標吹出温度ＴＡＯとなって車室内に吹き出される。

目標吹出温度ＴＡＯは、車室外の温度Ｔａｍ、車室内の温度Ｔｒ、日射量Ｔｓ等の環境条件を検出し、検出された環境条件と目標設定温度Ｔｓｅｔに基づいて算出されるものである。

また、除湿冷房運転中の空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において吸熱する冷媒と熱交換して冷却されることによって除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、放熱器１５おいて放熱する冷媒と熱交換して加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

暖房運転において、冷媒回路２０では、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側に設定し、第１電磁弁２６ａを開放するとともに、第２および第３電磁弁２６ｂ，２６ｃを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図４に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ、２０ｃ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、室外熱交換器２２において吸熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換することなく、放熱器１５において冷媒と熱交換して加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

第１除湿暖房運転において、冷媒回路２０では、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側に設定し、第１および第２電磁弁２６ａ，２６ｂを開放するとともに、第３電磁弁２６ｃを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図５に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂを順に流通する。冷媒流通路２０ｂを流通する冷媒の一部は、冷媒流通路２０ｃ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。また、冷媒流通路２０ｂを流通するその他の冷媒は、冷媒流通路２０ｆ、内部熱交換器２３の高圧側、冷媒流通路２０ｇ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｈ、内部熱交換器２３の低圧側、冷媒流通路２０ｉ，２０ｅ、の順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、吸熱器１４及び室外熱交換器２２において吸熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却されることにより除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、一部の空気が放熱器１５において冷媒と熱交換することによって加熱され、目標吹出温度ＴＡＯの空気となって車室内に吹き出される。

第２除湿暖房運転において、冷媒回路２０では、第１制御弁２４の冷媒流路を閉鎖し、第２電磁弁２６ｂを開放するとともに、第１および第３電磁弁２６ａ，２６ｃを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図６に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ，２０ｆ、内部熱交換器２３の高圧側、冷媒流通路２０ｇ、吸熱器１４、冷媒流通路２０ｈ、内部熱交換器２３の低圧側、冷媒流通路２０ｉ，２０ｅの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、吸熱器１４において吸熱する。

このとき、空調ユニット１０において、室内送風機１２を運転することによって流通する空気流通路１１の空気は、前記第１除湿暖房運転と同様に、吸熱器１４において冷媒と熱交換して冷却されることにより除湿される。吸熱器１４において除湿された空気は、一部の空気が放熱器１５において冷媒と熱交換することによって加熱され、目標吹出温度ＴＡＯとなって車室内に吹き出される。

オートエアコンスイッチがオンの状態に設定されている場合には、コントローラ３０は、冷房運転、除湿冷房運転、暖房運転、第１除湿暖房運転、第２除湿暖房運転を、車室外の温度Ｔａｍ、車室内の温度Ｔｒ、車室外の湿度、車室内の湿度Ｔｈ、日射量Ｔｓ等の環境条件に基づいて切換える。

また、コントローラ３０は、吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅのモードを、吹出口切換えダンパ１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによって切換える。コントローラ３０は、エアミックスダンパ１６の開度を、吹出口１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから吹出される空気の温度が目標吹出温度ＴＡＯとなるように調整する。

また、コントローラ３０は、各運転において、フットモード、ベントモード、バイレベルモードの切り替えを、目標吹出温度ＴＡＯに応じて行う。具体的には、コントローラ３０は、目標吹出温度ＴＡＯが例えば４０℃以上など、高温となる場合にフットモードに設定する。また、コントローラ３０は、目標吹出温度ＴＡＯが例えば２５℃未満など、低温となる場合にベントモードに設定する。さらに、コントローラ３０は、目標吹出温度ＴＡＯが、フットモードが設定される目標吹出温度ＴＡＯとベントモードが設定される目標吹出温度ＴＡＯとの間の温度の場合にバイレベルモードに設定する。

また、暖房運転中において、車室外の空気の温度が低くなると（例えば摂氏０度以下等）、室外熱交換器２２に着霜が生じる場合がある。この場合、車両用空気調和装置では、室外熱交換器２２に付着した霜を除去するための除霜運転を行う。除霜運転は、圧縮機２１から吐出された冷媒を第１制御弁２４の膨張手段側において減圧することなく室外熱交換器２２に流入させることによって室外熱交換器２２に付着した霜を融解させるホットガス除霜運転と、冷媒回路２０を冷房運転に切換えることによって室外熱交換器２２に付着した霜を融解させる逆サイクル除霜運転と、の２種類の方法の一方によって行う。

ホットガス除霜運転は、暖房運転が行われている状態において、図７のタイミングチャートに示すように、室内送風機１２、圧縮機２１、第１制御弁２４および第１電磁弁２６ａの運転を切換えることによって行われる。

具体的には、まず、圧縮機２１の回転数を所定回転数（例えば、４０００ｒｐｍ）に固定するとともに、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側の最大開度に固定し、室内送風機１２を停止する。次に、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側の最大開度に固定してから所定時間経過後（例えば、２０秒後）に、第１電磁弁２６ａを閉鎖する。最後に、第１電磁弁２６ａを閉鎖してから所定時間経過後（例えば、１０秒後）に、第１電磁弁２６ａを開放するとともに、圧縮機２１の回転数の固定状態、室内送風機１２の停止状態、第１制御弁２４の冷媒流路の膨張手段側の最大開度の固定状態、を解除してホットガス除霜運転を終了する。

前記ホットガス除霜運転において、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図４の暖房運転と同じ流路を流通する。冷媒回路２０を流通する冷媒は、第１制御弁２４によって減圧されないため、室外熱交換器２２においても放熱して液化し、液化した冷媒はアキュムレータ２９に貯留される。これにより、冷媒回路２０では、冷媒の流量が減少するため、室外熱交換器２２における冷媒の圧力が低くなる。

室外熱交換器２２における冷媒の圧力が低く、アキュムレータ２９に液体の冷媒が貯留されている状態において第１電磁弁２６ａを閉鎖すると、圧縮機２１と第１電磁弁２６ａとの間の冷媒流通路２０ｅが低圧となり、アキュムレータ２９に貯留された液体の冷媒が気化して圧縮機２１から吐出される。このとき、冷媒回路２０では、第１電磁弁２６ａが閉鎖されているため冷媒が循環することはなく、圧縮機２１から吐出された冷媒は、冷媒流通路２０ｃから室外熱交換器２２内に送り込まれて、室外熱交換器２２内が高温高圧となる。これにより、室外熱交換器２２に付着した霜は、室外熱交換器２２から放出される熱によって融解される。

ここで、また、第１電磁弁２６ａを閉鎖する時間は、圧縮機２１の故障等の不具合の発生を防止するため、少なくともアキュムレータ２９内の冷媒が流出して圧縮機２１の冷媒吸入側の圧力が負圧とならない時間を設定する。

また、逆サイクル除霜運転は、暖房運転が行われている状態において、図８のタイミングチャートに示すように、室内送風機１２、圧縮機２１、第１制御弁２４および第１電磁弁２６ａ、第３電磁弁２６ｃの運転を切換えることによって行われる。

具体的には、まず、圧縮機２１の運転を停止するとともに、第１制御弁２４の冷媒流路を閉鎖し、室内送風機１２を停止する。次に、第１制御弁２４の冷媒流路を凝縮圧力調整手段側を所定開度に固定するとともに、第１電磁弁２６ａを閉鎖して第３電磁弁２６ｃを開放する。また、第１制御弁２４、第１電磁弁２６ａおよび第３電磁弁２６ｃの操作後、所定時間経過後（例えば、５秒後）に、圧縮機２１を所定回転数（例えば、４０００ｒｐｍ）に固定して運転する。圧縮機２１を所定回転数で運転開始した後、所定時間経過後（例えば、４５秒後）に、圧縮機２１を停止する。圧縮機２１の停止後に、第１制御弁２４の冷媒流路の固定状態、第１電磁弁２６ａの閉鎖状態、第３電磁弁２６ｃの開放状態、を解除して、室内送風機１２の運転を開始して逆サイクル除霜運転を終了する。

前記逆サイクル除霜運転において、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図３の冷房運転および除湿冷房運転と同様に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、室外熱交換器２２において放熱して吸熱器１４において吸熱する。これにより、室外熱交換器２２に付着した冷媒は、室外熱交換器２２に流入して室外熱交換器２２から放出される熱によって融解される。また、逆サイクル除霜運転においては、ホットガス除霜運転と反対側の冷媒流通路２０ｄから冷媒が室外熱交換器２２に流入することから、ホットガス除霜運転によって霜が残りやすい室外熱交換器２２の冷媒流通路２０ｄ側の霜を積極的に融解させることが可能である。

ここで、第１制御弁２４の冷媒流路を切換える動作中には、圧縮機２１の運転を停止する。また、逆サイクル除霜運転は、室外熱交換器２２に付着した霜を全て融解させることが可能な時間を運転時間として設定する。

コントローラ３０は、室外熱交換器２２に着霜が生じる環境条件であるか否かを判定し、着霜が生じる環境条件であると判定した場合にホットガス除霜運転と逆サイクル除霜運転のいずれかによる除霜運転を行う除霜運転制御処理を行う。このときのコントローラ３０の動作を図９のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１においてＣＰＵは、室外熱交換器２２に着霜が生じる環境条件であるか否かを判定する。着霜が生じる環境条件であると判定した場合にはステップＳ２に処理を移し、着霜が生じる環境条件であると判定しなかった場合には除霜運転制御処理を終了する。
室外熱交換器２２に着霜が生じるか否かの判定は、車室外の空気の温度条件を検出することによって判定する。

（ステップＳ２）
ステップＳ１において室外熱交換器２２に着霜が生じる環境条件であると判定した場合に、ステップＳ２においてＣＰＵは、前回の除霜運転から所定時間（例えば、５分）経過したか否かを判定する。所定時間経過したと判定した場合にはステップＳ３に処理を移し、所定時間経過したと判定しなかった場合には除霜運転制御処理を終了する。

（ステップＳ３）
ステップＳ２において前回の除霜運転から所定時間経過したと判定した場合に、ステップＳ３においてＣＰＵは、前回の除霜運転までにホットガス除霜運転を４回連続で行ったか否かを判定する。４回連続で行っていると判定した場合にはステップＳ４に処理を移し、４回連続して行っていると判定しなかった場合にはステップＳ５に処理を移す。

（ステップＳ４）
ステップＳ３においてホットガス除霜運転を４回連続で行ったと判定した場合に、ステップＳ４においてＣＰＵは、逆サイクル除霜運転を実行して除霜運転制御処理を終了する。
逆サイクル除霜運転では、ホットガス除霜運転が圧縮機２１の冷媒吸入側の圧力が負圧となる前に終了するように設定されているのに対して、室外熱交換器２２に付着した霜を完全に融解させることが可能である。

（ステップＳ５）
ステップＳ４おいてホットガス除霜運転を４回連続で行ったと判定しなかった場合に、ステップＳ５においてＣＰＵは、ホットガス除霜運転を実行して除霜運転制御処理を終了する。
ホットガス除霜運転では、逆サイクル除霜運転の運転時間が第１制御弁２４の流路の切換えを含めて長時間必要となるのに対して、室外熱交換器２２に付着した霜を短時間で効率的に融解させることが可能である。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、暖房運転中に、室外熱交換器２２の着霜が生じる環境条件であると判定した場合に、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側の最大開度とし、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側の最大開度とした後に第１電磁弁２６ａを閉鎖するホットガス除霜運転を行っている。これにより、室外熱交換器２２内を高温高圧の状態として室外熱交換器２２における放熱量を増加させることができるので、室外熱交換器２２に付着した霜を確実に除去することが可能となる。

また、ホットガス除霜手段において第１制御弁２４の開度の切換えおよび第１電磁弁２６ａの開閉の切換えの際に、圧縮機２１の回転数を所定回転数以上に設定している。これにより、第１制御弁２４の冷媒流路を膨張手段側の最大開度とした時にアキュムレータ２９に効率的に液体の冷媒を貯留可能となり、第１電磁弁２６ａを閉鎖した時にアキュムレータ２９に貯留された冷媒を確実に室外熱交換器２２に流入させることが可能となる。

また、ホットガス除霜運転において第１制御弁２４の開度の切換えおよび第１電磁弁２６ａの開閉の切換えの際に、室内送風機１２の運転を停止している。これにより、ホットガス除霜運転中の放熱器１５における冷媒の放熱を規制することができるので、高温の冷媒を室外熱交換器２２に流入させることが可能となる。

また、暖房運転中に、室外熱交換器２２に着霜が生じる環境条件であると判定するとともに、前回までの過去の除霜運転が４回連続してホットガス除霜運転の場合に、逆サイクル除霜運転を行うようにしている。これにより、ホットガス除霜運転によって室外熱交換器２２に付着した霜が完全に融解せずに残った場合でも、逆サイクル除霜運転によって室外熱交換器２２に付着した霜を完全に融解させることが可能となる。

図１０および図１１は、本発明の第２実施形態を示すものである。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

この車両用空気調和装置の冷媒回路２０は、図１０に示すように、第１実施形態における第１制御弁２４の代わりに、冷媒流入口および冷媒流出口がそれぞれ１つずつ設けられ、減圧領域と凝縮圧力調整領域のそれぞれの範囲で弁開度を調整可能な第３制御弁３２を備えている。

具体的には、圧縮機２１の冷媒吐出側に放熱器１５の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ａが設けられている。また、放熱器１５の冷媒流出側には、第３制御弁３４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｂが設けられている。第３制御弁３４の冷媒流出側には、室外熱交換器２２の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｃが設けられている。また、室外熱交換器２２の冷媒流出側には、圧縮機２１の冷媒吸入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｄが設けられている。冷媒流通路２０ｄには、冷媒流通方向の上流側から順に、第１電磁弁２６ａ、アキュムレータ２９が設けられている。冷媒流通路２０ｂには、内部熱交換器２３の高圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｅが設けられている。冷媒流通路２０ｅには、冷媒流通方向の上流側から順に、第２電磁弁２６ｂ、第１逆止弁２７ａが設けられている。内部熱交換器２３の高圧冷媒流出側には、吸熱器１４の冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｆが設けられている。冷媒流通路２０ｆには、膨張弁２８が設けられている。吸熱器１４の冷媒流出側には、内部熱交換器２３の低圧冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｇが設けられている。冷媒流通路２０ｇには、第２制御弁２５が設けられている。内部熱交換器２３の低圧冷媒流出側には、冷媒流通路２０ｄの第１電磁弁２６ａとアキュムレータ２９との間が接続されることによって、冷媒流通路２０ｈが設けられている。室外熱交換器２２の冷媒流出側には、冷媒流通路２０ｄと並列に、気液分離部２２ａの冷媒流入側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｉが設けられている。冷媒流通路２０ｉには、第３電磁弁２６ｃが設けられている。気液分離部２２ａの冷媒流出側には、過冷却部２２ｂを介して冷媒流通路２０ｅの第１逆止弁２７ａの冷媒流通方向下流側が接続されることによって、冷媒流通路２０ｊが設けられている。冷媒流通路２０ｊには、第２逆止弁２７ｂが設けられている。

以上のように構成された車両用空気調和装置の暖房運転において、冷媒回路２０では、第３制御弁３２の冷媒流路を膨張手段側に設定し、第１電磁弁２６ａを開放するとともに、第２〜第３電磁弁２６ｂ，２６ｃを閉鎖し、圧縮機２１を運転する。
これにより、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図１０に示すように、冷媒流通路２０ａ、放熱器１５、冷媒流通路２０ｂ、２０ｃ、室外熱交換器２２、冷媒流通路２０ｄの順に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、放熱器１５において放熱し、室外熱交換器２２において吸熱する。

除霜運転は、圧縮機２１から吐出された冷媒を第３制御弁３２の膨張手段側において減圧することなく室外熱交換器２２に流入させることによって室外熱交換器２２に付着した霜を融解させるホットガス除霜運転と、冷媒回路２０を冷房運転に切換えることによって室外熱交換器２２に付着した霜を融解させる逆サイクル除霜運転と、の２種類の方法の一方によって行う。

ホットガス除霜運転は、暖房運転が行われている状態において、前記第１実施形態と同様に、室内送風機１２、圧縮機２１、第３制御弁３２および第１電磁弁２６ａの運転を切換えることによって行われる。

具体的には、まず、圧縮機２１の回転数を所定回転数（例えば、４０００ｒｐｍ）に固定するとともに、第３制御弁３２の冷媒流路を膨張手段側の最大開度に固定し、室内送風機１２を停止する。次に、第３制御弁３２の冷媒流路を膨張手段側の最大開度に固定してから所定時間経過後（例えば、２０秒後）に、第１電磁弁２６ａを閉鎖する。最後に、第１電磁弁２６ａを閉鎖してから所定時間経過後（例えば、１０秒後）に、第１電磁弁２６ａを開放するとともに、圧縮機２１の回転数の固定状態、室内送風機１２の停止状態、第３制御弁３２の冷媒流路の膨張手段側の最大開度の固定状態、を解除してホットガス除霜運転を終了する。

前記ホットガス除霜運転において、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図１０の暖房運転と同じ流路を流通する。冷媒回路２０を流通する冷媒は、第３制御弁３２によって減圧されないため、室外熱交換器２２において放熱することで液化し、液化した冷媒はアキュムレータ２９に貯留される。これにより、冷媒回路２０では、冷媒の流量が減少するため、室外熱交換器２２における冷媒の圧力が低くなる。

室外熱交換器２２における冷媒の圧力が低く、アキュムレータ２９に液体の冷媒が貯留されている状態において第１電磁弁２６ａを閉鎖すると、圧縮機２１と第１電磁弁２６ａとの間の冷媒流通路２０ｅが低圧となり、アキュムレータ２９に貯留された液体の冷媒が気化して圧縮機２１から吐出される。このとき、冷媒回路２０では、第１電磁弁２６ａが閉鎖されているため冷媒が循環することはなく、圧縮機２１から吐出された冷媒は、冷媒流通路２０ｃから室外熱交換器２２内に送り込まれて、室外熱交換器２２内が高温高圧となる。これにより、室外熱交換器２２に付着した霜は、室外熱交換器２２から放出される熱によって融解される。

ここで、また、第１電磁弁２６ａを閉鎖する時間は、圧縮機２１の故障等の不具合の発生を防止するため、少なくともアキュムレータ２９内の冷媒が流出して圧縮機２１の冷媒吸入側の圧力が負圧とならない時間を設定する。

また、逆サイクル除霜運転は、暖房運転が行われている状態において、第１実施形態と同様に、室内送風機１２、圧縮機２１、第３制御弁３２および第１電磁弁２６ａ、第３電磁弁２６ｃの運転を切換えることによって行われる。

具体的には、まず、圧縮機２１の運転を停止するとともに、第３制御弁３２の冷媒流路を閉鎖し、室内送風機１２を停止する。次に、第３制御弁３２の冷媒流路を凝縮圧力調整手段側の所定開度に固定するとともに、第１電磁弁２６ａを閉鎖して第３電磁弁２６ｃを開放する。また、第３制御弁３２、第１電磁弁２６ａおよび第３電磁弁２６ｃの操作後、所定時間経過後（例えば、５秒後）に、圧縮機２１を所定回転数（例えば、４０００ｒｐｍ）に固定して運転する。圧縮機２１を所定回転数で運転開始した後、所定時間経過後（例えば、４５秒後）に、圧縮機２１を停止する。圧縮機２１の停止後に、第３制御弁３２の冷媒流路の固定状態、第１電磁弁２６ａの閉鎖状態、第３電磁弁２６ｃの開放状態、を解除して、室内送風機１２の運転を開始して逆サイクル除霜運転を終了する。

前記逆サイクル除霜運転において、圧縮機２１から吐出された冷媒は、図１１に示すように、冷房運転および除湿冷房運転と同様に流通して圧縮機２１に吸入される。冷媒回路２０を流通する冷媒は、室外熱交換器２２において放熱して吸熱器１４において吸熱する。これにより、室外熱交換器２２に付着した冷媒は、室外熱交換器２２に流入して室外熱交換器２２から放出される熱によって融解される。

ここで、第３制御弁３２の冷媒流路を切換える動作中には、圧縮機２１の運転を停止する。また、逆サイクル除霜運転は、室外熱交換器２２に付着した霜を全て融解させることが可能な時間を運転時間として設定する。

このように、本実施形態の車両用空気調和装置によれば、前記実施形態と同様に、室外熱交換器２２内を高温高圧の状態として室外熱交換器２２における放熱量を増加させることができるので、室外熱交換器２２に付着した霜を確実に除去することが可能となる。

尚、前記実施形態では、室外熱交換器２２に着霜が生じる環境条件として、車室外の空気の温度が所定温度以下となる場合を一例として示したがこれに限られるものではない。その他の例として、車室外の温度が所定温度以下で車室外の湿度が所定湿度以上の場合を検出して着霜が生じると判定するようにしてもよい。また、車室外の温度が所定温度以下で室外熱交換器２２における冷媒の蒸発温度が所定温度以下の場合を検出して着霜が生じると判定するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、ホットガス除霜運転の際に、圧縮機２１の回転数を所定回転数に固定するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、圧縮機２１の運転を停止させなければ、圧縮機２１の回転数が変化したとしてもホットガス除霜運転が可能である。

また、前記実施形態では、暖房運転および第１除湿暖房運転時に室外熱交換器２２に流入する冷媒を減圧するための膨張手段と除湿冷房運転時に放熱器１５における冷媒の凝縮圧力を制御するための凝縮圧力調整手段とを有する第１制御弁２４を示したが、これに限られるものではない。例えば、冷媒回路２０に、第１制御弁２４の代わりに開度が可変の膨張手段と凝縮圧力調整手段とを別々に構成するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、ホットガス除霜運転の際に、室内送風機１２を停止するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。ホットガス除霜運転の際に室内送風機１２を運転した場合には、圧縮機２１から吐出された冷媒が放熱器１５において放熱するため、車室内に温風を供給することが可能となる。

また、前記実施形態では、ホットガス除霜運転の際に、第１電磁弁２６ａを閉鎖する時間として、アキュムレータ２９内の冷媒が流出して圧縮機２１の冷媒吸入側の圧力が負圧とならない時間を設定するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。圧縮機２１の冷媒吸入側の圧力が負圧となることを許容可能であれば、例えば、ホットガス除霜運転における第１電磁弁２６ａの閉鎖中に、圧縮機２１の吸入側の圧力を検出し、検出圧力が所定圧力以下となった場合に第１電磁弁２６ａを開放するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、過去の除霜運転が４回連続してホットガス除霜運転の場合に、逆サイクル除霜運転を行うようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、過去の除霜運転が３回以下や５回以上連続してホットガス除霜運転の場合に、逆サイクル除霜運転を行うようにしてもよい。また、ホットガス除霜運転と異なる環境条件で逆サイクル除霜運転を行うようにしてもよい。

また、前記実施形態では、ホットガス除霜運転において、第１電磁弁２６ａおよび第４電磁弁２６ｄの開閉の切換えの際に、室内送風機１２を停止するようにしたものを示したがこれに限られるものではない。室内送風機１２を停止させることなく、室内送風機１２の送風量を、暖房運転時の送風量よりも低下させるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、ホットガス除霜運転および逆サイクル除霜運転において、タイミングチャートに示すように、圧縮機２１の回転数を急激に変化させるようにしたものを示したがこれに限られるものではなく、圧縮機２１の回転数を漸次変化させるようにしてもよい。

１０…空調ユニット、１４…吸熱器、１５…放熱器、２０…冷媒回路、２１…圧縮機、２２…室外熱交換器、２４…第１制御弁、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…第１〜第３電磁弁、２９…アキュムレータ、３２…第３制御弁。

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
   冷媒を放熱させる放熱器と、
   冷媒を吸熱させる吸熱器と、
   冷媒を放熱または吸熱させる室外熱交換器と、
   圧縮機が吐出した冷媒を放熱器に流入させて放熱させ、放熱器を流通した冷媒の少なくとも一部を膨張弁を介して室外熱交換器に流入させて吸熱させ、室外熱交換器を流通した冷媒をアキュムレータに流入させ、アキュムレータから流出する冷媒を圧縮機に吸入させる暖房用冷媒回路と、
   膨張弁の弁開度を調整する弁開度調整機構と、
   室外熱交換器の冷媒流出側とアキュムレータの冷媒流入側との間の冷媒流路を開閉する開閉弁と、
   室外熱交換器に着霜が生じる条件を満たすか否かを判定する着霜判定手段と、
   暖房運転中に、着霜判定手段によって室外熱交換器の着霜が生じる条件であると判定した場合に、弁開度調整機構によって膨張弁の弁開度を暖房運転中の膨張弁の弁開度よりも大きくし、膨張弁の弁開度を大きくした後に開閉弁を閉鎖するホットガス除霜手段と、を備えた
   ことを特徴とする車両用空気調和装置。
2. ホットガス除霜手段による膨張弁の開度の切換えおよび開閉弁の開閉の切換えの際に、圧縮機の回転数を所定回転数以上とする圧縮機制御手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装置。
3. 放熱器および吸熱器の一方または両方において冷媒と熱交換する空気を流通させる送風機と、
   ホットガス除霜手段による膨張弁の開度の切換えおよび開閉弁の開閉の切換えの際に、送風機の送風量を、暖房用冷媒回路に冷媒を流通させる運転時の送風機の送風量よりも低下させる送風機制御手段と、を備えた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空気調和装置。
4. 圧縮機が吐出した冷媒を室外熱交換器に流入させて放熱させ、室外熱交換器を流通した冷媒を膨張手段を介して吸熱器に流入させて吸熱させ、吸熱器を流通した冷媒を圧縮機に吸入させる逆サイクル回路と、
   暖房運転中に、着霜判定手段によって室外熱交換器に着霜が生じる条件であると判定するとともに、所定の条件を満たす場合に、逆サイクル回路に冷媒を流通させる運転を行う逆サイクル除霜手段と、を備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用空気調和装置。

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