JP2013241094A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で効率よく除霜を行うことが可能な車両用空調装置１０を提供する。
【解決手段】熱交換媒体を圧縮するコンプレッサ２１と、熱交換媒体が流入して室外と熱交換を行う室外熱交換器２４と、熱交換媒体が流入して室内と熱交換を行うエバポレータ１４と、を備えた車両用空調装置１０であって、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体を、エバポレータ１４に流入させて吸熱させ、室外熱交換器２４に流入させて放熱させる除霜用冷房運転（Ｂ）と、コンプレッサ２１で圧縮された前記熱交換媒体を、エバポレータ１４で吸熱させることなく、室外熱交換器２４に流入させて放熱させるホットガス運転（Ａ）と、を実施可能であり、室外熱交換器２４の除霜を行う除霜運転では、除霜用冷房運転（Ｂ）とホットガス運転（Ａ）とを切り換えて実施する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用空調装置に関するものである。

電気自動車では、車室内の暖房にエンジンの冷却水を利用することができないため、ヒートポンプサイクルを利用した車両用空調装置が採用されている（例えば、特許文献１および２参照）。この車両用空調装置は、コンプレッサに加えて、暖房用膨張弁および室外熱交換器、並びに、冷房用膨張弁および室内熱交換器を備えている。暖房運転では、コンプレッサで圧縮された熱交換媒体が、暖房用膨張弁で膨張して室外熱交換器に流入する。これにより、熱交換媒体が室外熱交換器で吸熱し、さらに室内熱交換器で放熱して車室内を暖房する。冷房運転では、コンプレッサで圧縮された熱交換媒体が、冷房用膨張弁で膨張して室内熱交換器に流入する。これにより、熱交換媒体が室内熱交換器で吸熱して車室内を冷房し、さらに室内熱交換器で放熱する。

この車両用空調装置では、暖房運転中に熱交換媒体が室外熱交換器で吸熱するので、外気温度が非常に低い場合には、室外熱交換器の表面に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になるので、車室内の暖房が不十分になるという問題がある。
なお、冷房運転では室外熱交換器で放熱するので、暖房運転から冷房運転に切り換えて室外熱交換器の除霜運転を行うことが考えられる。しかしながら、このような冷房運転を伴う除霜運転では、車室内に冷風が供給されて乗員に不快感を与えることになる。

そこで特許文献１および２発明では、ホットガスを用いて室外熱交換器の除霜運転を行っている。この除霜運転では、コンプレッサで圧縮された熱交換媒体（ホットガス）が、膨張弁をバイパスして室外熱交換器に流入する。この熱交換媒体は、室外熱交換器で吸熱せずに放熱するので、室外熱交換器の除霜を行うことができる。また、室内熱交換器でも吸熱しないので、車室内に冷風が供給されることもない。

特開平５−３１００３４号公報 特開２０００−３４３９３４号公報

しかしながら、ホットガスを用いた除霜運転では、コンプレッサ自体の発熱を熱交換媒体に伝達してホットガスが生成されるので、コンプレッサの消費電力が大きくなるとともに、霜が解け始めるまでに時間がかかるという問題がある。
そこで本発明は、短時間で効率よく除霜を行うことが可能な車両用空調装置の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、熱交換媒体を圧縮するコンプレッサ（例えば、実施形態でのコンプレッサ２１）と、前記熱交換媒体が流入して室外と熱交換を行う室外熱交換器（例えば、実施形態での室外熱交換器２４）と、前記熱交換媒体が流入して室内と熱交換を行う室内熱交換器（例えば、実施形態でのエバポレータ１４）と、を備えた車両用空調装置（例えば、実施形態での車両用空調装置１０）であって、前記コンプレッサで圧縮された前記熱交換媒体を、前記室内熱交換器に流入させて吸熱させ、前記室外熱交換器に流入させて放熱させる冷房運転と、前記コンプレッサで圧縮された前記熱交換媒体を、前記室内熱交換器で吸熱させることなく、前記室外熱交換器に流入させて放熱させるホットガス運転と、を実施可能であり、前記室外熱交換器の除霜を行う除霜運転では、前記冷房運転と前記ホットガス運転とを切り換えて実施することを特徴とする。

本発明によれば、室内熱交換器で吸熱する冷房運転と、室内熱交換器で吸熱しないホットガス運転とを、切り換えて除霜運転を行うので、冷房運転のみで除霜運転を行う場合と比べて、車室内に冷風が供給されるのを抑制することができる。また吸熱した上で放熱する冷房運転では、吸熱しないで放熱するホットガス運転に比べて、放熱量が大きくなる。そのため、ホットガス運転のみで除霜運転を行う場合と比べて、短時間で効率よく室外熱交換器の除霜を行うことができる。

実施形態に係る車両用空調装置の構成図である。 （Ａ）は車両用空調装置の暖房モード運転の状態を示す図であり、（Ｂ）は冷房モード運転の状態を示す図である。 車両用空調装置の除湿暖房モード運転の状態を示す図である。 車両用空調装置の除霜運転の状態を示す図であり、（Ａ）はホットガス運転の状態であり、（Ｂ）は除霜用冷房運転の状態である。 第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法のフローチャートである。 第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法のタイミングチャートである。 第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法のフローチャートである。 第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法のタイミングチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用空調装置について添付図面を参照しながら説明する。

（車両用空調装置）
本実施形態による車両用空調装置１０は、例えば車両駆動源としての内燃機関を具備していない電動車両などに搭載され、ヒートポンプサイクルにより除湿暖房モード運転を実行可能な空調装置であって、図１に示すように、通風ダクト１１の上流側に設けられた空気導入口１１ａから下流側に設けられた空気吹出口１１ｂに向かい、順次、導入口開閉ドア１２と、送風機１３と、エバポレータ１４と、ダンパー１５と、室内コンデンサ１６と、を備えて構成されている。
さらに、車両用空調装置１０は、エバポレータ１４および室内コンデンサ１６を備えるヒートポンプサイクル１７と、制御装置１８と、エバポレータセンサ１９と、を備えて構成されている。

通風ダクト１１の空気導入口１１ａは、内気（車室内空気）および外気（車室外空気）を車両用空調装置１０の内部に導入可能に設けられている。
通風ダクト１１の空気吹出口１１ｂは、車両用空調装置１０の内部から車室内へ空気を送風可能に設けられている。

導入口開閉ドア１２は、例えば制御装置１８の制御により開閉制御され、通風ダクト１１内部への内気（車室内空気）および外気（車室外空気）の導入量を変更可能に設けられている。

送風機１３は、例えば制御装置１８の制御により印加される駆動電圧に応じて駆動し、空気導入口１１ａから導入された空気（内気および外気）を通風ダクト１１の上流側から下流側の空気吹出口１１ｂに向かい、つまりエバポレータ１４および室内コンデンサ１６に向けて送風する。

エバポレータ（室内熱交換器）１４は、内部に流入した低圧の熱交換媒体と車室内雰囲気との熱交換を行ない、例えば、熱交換媒体が蒸発する際の吸熱によって、通風ダクト１１内のエバポレータ１４を通過する空気を冷却する。

ダンパー１５は、例えば制御装置１８の制御により駆動するモータ（図示略）によって回動可能とされ、送風機１３の送風によってエバポレータ１４を通過した空気の風量のうち、室内コンデンサ１６に導入される風量と、室内コンデンサ１６を迂回して車室内へ排出される風量との風量割合を、開度（例えば、室内コンデンサ１６に向かう通風経路に対する開度）によって調整する。

室内コンデンサ１６は、内部に流入した高温かつ高圧の熱交換媒体によって放熱可能であって、例えば、通風ダクト１１内の室内コンデンサ１６に導入される空気を加熱する。

ヒートポンプサイクル１７は、例えば、コンプレッサ２１と、室内コンデンサ１６と、暖房用膨張弁２２と、冷房用電磁弁２３と、室外熱交換器２４と、三方弁２５と、気液分離器２６と、冷房用膨張弁２７と、除湿用電磁弁２８と、を備えて構成されている。

コンプレッサ２１は、例えば制御装置１８の制御により駆動するモータ（図示略）の駆動力によって駆動し、気液分離器２６から気相の熱交換媒体を吸入し、この熱交換媒体を圧縮して、高温かつ高圧の熱交換媒体を室内コンデンサ１６に吐出する。

室内コンデンサ１６は、第１流路３１によって室外熱交換器２４に接続されており、この第１流路３１の室内コンデンサ１６と室外熱交換器２４との間には、暖房用膨張弁２２と、冷房用電磁弁２３とが並列に配置されている。

暖房用膨張弁２２は、いわゆる絞り弁であって、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体を膨張させ、低温かつ低圧で気液２相の噴霧状の熱交換媒体を室外熱交換器２４に吐出する。

冷房用電磁弁２３は、室内コンデンサ１６と室外熱交換器２４との間において室内コンデンサ１６側の第１分岐管３２ａおよび室外熱交換器２４側の第２分岐管３２ｂを介して暖房用膨張弁２２を迂回する迂回流路３２に設けられ、例えば制御装置１８により開閉制御される。
例えば、冷房用電磁弁２３は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には閉状態とされ、冷房モード運転の実行時には開状態とされる。

これにより、例えば、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は暖房用膨張弁２２を通過して低温かつ低圧の状態で室外熱交換器２４に流入する。
一方、冷房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は冷房用電磁弁２３を通過して高温の状態で室外熱交換器２４に流入する。

室外熱交換器２４は、例えば室外側のコンデンサであって、内部に流入した熱交換媒体と車室外雰囲気との熱交換を行なう。また室外熱交換器２４の下流側には、室外熱交換器２４の出口から流出した熱交換媒体の温度を計測する出口温度センサ２４Ｔが設けられている。

例えば、室外熱交換器２４は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、内部に流入する低温かつ低圧の熱交換媒体によって車室外雰囲気から吸熱可能であって、例えば、車室外雰囲気からの吸熱によって熱交換媒体を昇温する。
一方、冷房モード運転の実行時には、内部に流入する高温の熱交換媒体によって車室外雰囲気へと放熱可能であって、例えば車室外雰囲気への放熱およびコンデンサーファン２４ａの送風によって熱交換媒体を冷却する。

三方弁２５は、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を気液分離器２６または冷房用膨張弁２７に切り換えて吐出するように、室外熱交換器２４と、気液分離器２６側の合流管３３と、冷房用膨張弁２７側の第３分岐管３４とに接続され、例えば制御装置１８により切換制御される。

例えば、三方弁２５は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を気液分離器２６側の合流管３３の流入口（図示略）に吐出する。
一方、冷房モード運転の実行時には、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を冷房用膨張弁２７側の第３分岐管３４に吐出する。

気液分離器２６は、合流管３３の流出口（図示略）とコンプレッサ２１の吸入口（図示略）との間に接続され、合流管３３の流出口から流出した熱交換媒体の気液を分離し、気相の熱交換媒体をコンプレッサ２１に吸入させる。

冷房用膨張弁２７は、いわゆる絞り弁であって、第３分岐管３４とエバポレータ１４の流入口（図示略）との間に接続され、例えば制御装置１８によって制御される弁開度に応じて、第３分岐管３４から流出した熱交換媒体を膨張させ、低温かつ低圧で気液２相の噴霧状の熱交換媒体をエバポレータ１４に吐出する。

エバポレータ１４は、冷房用膨張弁２７と合流管３３との間に接続され、第３分岐管３４に接続された流入口（図示略）と、合流管３３の流入口（図示略）に接続された流出口（図示略）とを備えている。

除湿用電磁弁２８は、第１流路３１の室内コンデンサ１６と第１分岐管３２ａとの間に設けられた第４分岐管３５によって第１流路３１から分岐して第３分岐管３４に接続される第２流路３６に設けられ、例えば制御装置１８により開閉制御される。
例えば、除湿用電磁弁２８は、暖房モード運転または冷房モード運転の実行時には閉状態とされ、除湿暖房モード運転の実行時には開状態とされる。

これにより、例えば、暖房モード運転または冷房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は、第４分岐管３５を通過し第１流路３１のみを流通して室外熱交換器２４に向かう。
一方、除湿暖房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は第４分岐管３５において第１流路３１と第２流路３６とに分岐し、一方は第１流路３１を流通して室外熱交換器２４に向かい、他方は第２流路３６を流通して除湿用電磁弁２８と第３分岐管３４とを通過して冷房用膨張弁２７に向かう。

制御装置１８は、例えば、適宜のスイッチ（図示略）などを介して操作者により入力された指令信号と、エバポレータセンサ１９から出力された検出結果の信号となどに基づき、車両用空調装置１０の運転を制御し、暖房モード運転と冷房モード運転と除湿暖房モード運転との切り換えを制御する。

エバポレータセンサ１９は、例えば、通風ダクト１１内のエバポレータ１４の下流側の位置に配置され、エバポレータ１４を通過した空気の温度を検出し、検出結果の信号を制御装置１８に出力する。

本実施の形態による車両用空調装置１０は上記構成を備えており、次に、車両用空調装置１０の動作について説明する。

（暖房モード運転）
先ず、車両用空調装置１０の暖房モード運転時においては、例えば図２（Ａ）に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気を室内コンデンサ１６に導入するように開状態とされ、冷房用電磁弁２３および除湿用電磁弁２８は閉状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を合流管３３の流入口に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６における放熱によって通風ダクト１１内の空気を加熱する。
そして、熱交換媒体は、暖房用膨張弁２２によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、室外熱交換器２４において車室外雰囲気から吸熱して気液２相（気相リッチ）の噴霧状で三方弁２５と合流管３３とを通過して気液分離器２６に流入する。
そして、熱交換媒体は、気液分離器２６において気液分離され、気相の熱交換媒体はコンプレッサ２１に吸入される。

（冷房モード運転）
また、車両用空調装置１０の冷房モード運転時においては、例えば図２（Ｂ）に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気が室内コンデンサ１６を迂回するように閉状態とされ、冷房用電磁弁２３は開状態かつ除湿用電磁弁２８は閉状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を第３分岐管３４に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６と冷房用電磁弁２３とを通過して、室外熱交換器２４において車室外雰囲気へと放熱して、三方弁２５とを第３分岐管３４とを通過して冷房用膨張弁２７に流入する。
そして、熱交換媒体は、冷房用膨張弁２７によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、エバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を冷却する。
そして、気液２相（気相リッチ）の熱交換媒体は、合流管３３を通過して気液分離器２６に流入し、気液分離器２６において気液分離され、気相の熱交換媒体はコンプレッサ２１に吸入される。

（除湿暖房モード運転）
また、車両用空調装置１０の除湿暖房モード運転時においては、例えば図３に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気を室内コンデンサ１６に導入するように開状態とされ、冷房用電磁弁２３は閉状態かつ除湿用電磁弁２８は開状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を合流管３３の流入口に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６における放熱によって通風ダクト１１内の空気（つまりエバポレータ１４を通過した空気）を加熱する。
そして、熱交換媒体は、第４分岐管３５において第１流路３１と第２流路３６とに分岐し、一方は第１流路３１を流通して室外熱交換器２４に向かい、他方は第２流路３６を流通して除湿用電磁弁２８と第３分岐管３４とを通過して冷房用膨張弁２７に向かう。

すなわち、一方の熱交換媒体は、第４分岐管３５から暖房用膨張弁２２に流入し、暖房用膨張弁２２によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、室外熱交換器２４において車室外雰囲気から吸熱して気液２相（気相リッチ）の噴霧状で三方弁２５と合流管３３とを通過して気液分離器２６に流入する。

また、他方の熱交換媒体は、第４分岐管３５から冷房用膨張弁２７に流入し、冷房用膨張弁２７によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、エバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を露点まで冷却することで除湿して、気液２相（気相リッチ）の状態で合流管３３を通過して気液分離器２６に流入する。

（除霜運転）
上述した車両用空調装置の暖房モード運転時には、室外熱交換器２４において外気から吸熱するので、室外熱交換器２４に着霜が生じる場合がある。着霜が生じると、室外熱交換器２４の熱伝達率が低下して吸熱不足になるので、車室内の暖房が不十分になる。そこで、暖房モード運転中に室外熱交換器２４に着霜したと判断したとき、除霜運転を行う。実施形態の除霜運転では、除霜用冷房運転とホットガス運転とを切り換えて実施する。

図４は車両用空調装置の除霜運転の状態を示す図であり、（Ａ）はホットガス運転の状態であり、（Ｂ）は除霜用冷房運転の状態である。
図４（Ａ）に示すホットガス運転は、図２（Ａ）に示す暖房モード運転に類似するが、以下の点で異なっている。暖房モード運転では、暖房用膨張弁２２を小口径で開弁し、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体を膨張させて室外熱交換器２４に流入させ、室外熱交換器２４で吸熱させる。これに対してホットガス運転では、暖房用膨張弁２２を大口径で開弁し、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体（ホットガス）をそのまま室外熱交換器２４に流入させ、室外熱交換器２４で放熱させる。

コンプレッサ２１が熱交換媒体を圧縮する際に、コンプレッサ２１自体が発熱し、その熱が熱交換媒体に伝達されて熱交換媒体の温度が上昇する。温度上昇した熱交換媒体（ホットガス）は、室内コンデンサ１６に流入して放熱し、通風ダクト１１内の空気を加熱する。これにより、車室内に温風が供給される。

室内コンデンサ１６から流出した熱交換媒体は、暖房用膨張弁２２を通過して室外熱交換器２４に流入する。ホットガス運転では、暖房用膨張弁２２を大口径で開弁しているので、熱交換媒体が暖房用膨張弁２２で膨張せず、そのまま室外熱交換器２４に流入する。この熱交換媒体は室外熱交換器２４で吸熱せずに放熱するので、室外熱交換器２４の除霜を行うことができる。
室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体は、気液分離器２６を通過してコンプレッサ２１に戻り、循環する。

図４（Ｂ）に示す除霜用冷房運転は、図２（Ｂ）に示す冷房モード運転とほとんど同じである。いずれの運転も、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体が、室外熱交換器２４に流入して放熱し、さらにエバポレータ１４に流入して吸熱する。このように除霜用冷房運転では、熱交換媒体が室外熱交換器２４で放熱するので、室外熱交換器２４の除霜を行うことができる。

除霜用冷房運転と冷房モード運転とは、以下の点で異なっている。冷房モード運転では、通風ダクト１１に導入されエバポレータ１４を通過した空気が室内コンデンサ１６を迂回するように、ダンパー１５を閉状態としている。これに対して除霜用冷房運転では、エバポレータ１４を通過した空気が室内コンデンサ１６を通過するように、ダンパー１５を開状態としている。

除霜用冷房運転では、冷房モード運転と同様にエバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を冷却するので、暖房モード運転時に比べて車室内に供給される空気の温度が低下することになる。一方、コンプレッサ２１で圧縮され室内コンデンサ１６に流入した熱交換媒体は、室内コンデンサ１６を通過する空気に対して放熱する。そこで本実施形態の除霜用冷房運転では、エバポレータ１４を通過した空気が室内コンデンサ１６を通過するように、ダンパー１５を開状態としている。これにより、車室内に供給される空気の温度低下が抑制されるので、乗員の不快感を軽減することができる。

（車両用空調装置の除霜運転方法、第１実施形態）
図５は第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法のフローチャートであり、図６はタイミングチャートである。第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法は、制御装置１８が最初に除霜用冷房運転を実施し、次にホットガス運転を実施する。

実施形態における除霜運転方法は、暖房モード運転の状態からスタートする（Ｓ５）。次に、室外熱交換器２４に着霜したか否か（除霜が必要か否か）の除霜判断を行う（Ｓ１０）。具体的には、外気温度センサ（不図示）により外気温度Ｔａｍを測定し、制御装置１８に出力する（Ｓ１２）。また出口温度センサ２４Ｔにより室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔを測定し、制御装置１８に出力する（Ｓ１４）。制御装置１８は、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの差分の絶対値が、第１所定温度より大きいか判断する（Ｓ１６）。

暖房モード運転では、室外熱交換器２４で吸熱が行われる。ここで、室外熱交換器２４に着霜した場合には、室外熱交換器２４の熱伝達率が低下するので、熱交換媒体が外気から十分に吸熱できなくなる。この場合には、室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔが外気温度Ｔａｍの付近まで上昇せず、両者間の温度差が大きくなる。そこで、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの差分の絶対値が第１所定温度より大きい場合（Ｓ１６の判断がＹｅｓの場合）には、室外熱交換器２４に着霜したと判断する。一方で、Ｓ１６の判断がＮｏの場合には、室外熱交換器２４に着霜していないと判断し、除霜が不要のため処理を終了する。なお暖房モード運転中は、図５のフローチャートを繰り返し実施する。

Ｓ１６の判断がＹｅｓの場合は、除霜運転を実施する（Ｓ２０）。第１実施形態では、最初に除霜用冷房運転を実施する（Ｓ２２）。具体的には、図６に示すように、除霜判断が成立した場合（Ｓ１６の判断がＹｅｓの場合）に、暖房用膨張弁２２の開度を小口径から大口径へと増加させる作業を開始する。また、冷房用膨張弁２７の開度を閉状態から開状態へと増加させる作業を開始する。次に、暖房用膨張弁２２および冷房用膨張弁２７の開度増加中に、冷房用電磁弁２３を閉状態から開状態に切り換える。また、三方弁２５の流出口を暖房側（合流管３３側）から冷房側（第３分岐管３４側）に切り換える。これにより、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体が、暖房用膨張弁２２で膨張されずに室外熱交換器２４に流入する。その結果、熱交換媒体が室外熱交換器２４で放熱するので、除霜用冷房運転が開始される。なお、冷房用電磁弁２３および三方弁２５を切り換える前に、暖房用膨張弁２２および冷房用膨張弁２７の開度増加を開始することで、両者の開度増加に時間がかかる場合でも、除湿用冷房運転を迅速に開始することができる。なお、除霜用冷房運転は所定時間だけ行う。

次に、ホットガス運転を実施する（Ｓ２４）。具体的には、図６に示すように、除霜用冷房運転の所定時間が経過する直前に、冷房用膨張弁２７の開度を開状態から閉状態へと減少させる作業を開始する。次に、冷房用膨張弁２７の開度減少中に、冷房用電磁弁２３を開状態から閉状態に切り換える。また、三方弁２５の流出口を冷房側（第３分岐管３４側）から暖房側（合流管３３側）に切り換える。これにより、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体が、エバポレータ１４を回避してコンプレッサ２１に流入し、ホットガス運転が開始される。なお、冷房用電磁弁２３を閉弁し暖房用膨張弁２２のみを大口径に開弁してホットガス運転を行うことで、コンプレッサ２１により熱交換媒体が適度に圧縮されるので、ホットガスを効率的に生成することができる。

次に、除霜終了判断を行う（Ｓ３０）。具体的には、除霜判断と同様に、外気温度センサ（不図示）により外気温度Ｔａｍを測定し、制御装置１８に出力する（Ｓ３２）。また出口温度センサ２４Ｔにより室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔを測定し、制御装置１８に出力する（Ｓ３４）。制御装置１８は、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの差分の絶対値が、第２所定温度より小さいか判断する（Ｓ３６）。なお、除霜終了判断の第２所定温度を、除霜判断の第１所定温度より小さい値に設定することで、除霜運転が短時間で断続的に実施されるのを防止することができる。Ｓ３６の判断がＮｏの場合には、除霜が終了していないと判断し、Ｓ２４に戻ってホットガス運転を継続する。

室外熱交換器２４の霜が解けた場合には、室外熱交換器２４の熱伝達率が向上して、熱交換媒体から外気への放熱が十分に行われる。そのため、室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔが外気温度Ｔａｍに接近し、両者間の温度差が小さくなる。そこで、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの差分の絶対値が第２所定温度より小さい場合（Ｓ３６の判断がＹｅｓの場合）には、室外熱交換器２４の除霜が終了したと判断する。この場合には、図６に示すように、暖房用膨張弁２２の開度を大口径から小口径に減少させ、ホットガス運転を終了する。
以上により、第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転が終了し、暖房モード運転に復帰する。

以上に詳述したように、実施形態における車両用空調装置の除霜運転では、エバポレータ１４で吸熱する除霜用冷房運転と、エバポレータ１４で吸熱しないホットガス運転とを、切り換えて実施する構成とした。
これにより、除霜運転を冷房運転のみで行う場合と比べて、車室内に冷風が供給されるのを抑制することができる。また吸熱した上で放熱する除霜用冷房運転では、吸熱しないで放熱するホットガス運転に比べて、放熱量が大きくなる。そのため、除霜運転をホットガス運転のみで行う場合と比べて、短時間で効率よく室外熱交換器の除霜を行うことができる。

ところで暖房モード運転では、暖房用膨張弁２２で熱交換媒体を膨張させるので、熱交換媒体は気液２相となり、気液分離器２６において液相の熱交換媒体を分離している。一方のホットガス運転では、暖房用膨張弁２２で熱交換媒体を膨張させないので、気相状態のまま熱交換媒体を流通させる。ここで、暖房モード運転からホットガス運転に切り換えた直後には、気液分離器２６に液相の熱交換媒体が滞留しているので、液相の熱交換媒体が気化するまで、一時的に気相の熱交換媒体の流通量が少ない状態になる。この状態では、コンプレッサ２１により熱交換媒体を適度に圧縮してホットガスを生成することが困難である。そのため、除霜運転をホットガス運転のみで行う場合には、霜が解け始めるまでに時間がかかり、コンプレッサの消費電力が増大するという問題がある。

これに対して、第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転では、最初に除霜用冷房運転を実施し、次にホットガス運転を実施する構成とした。
この構成によれば、最初の除霜用冷房運転によって早期に霜を解かし始めることができる。これにより、除霜運転をホットガス運転のみで行う場合と比べて、除霜運転時間が短縮され、コンプレッサの消費電力を抑制することができる。なお除霜用冷房運転では車室内に冷風が供給されるが、乗員が寒さを感じる前にホットガス運転に切り換えて除霜を継続するので、除霜運転に伴う乗員の不快感を緩和することができる。

（車両用空調装置の除霜運転方法、第２実施形態）
図７は第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法のフローチャートであり、図８はタイミングチャートである。第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法は、制御装置１８が最初にホットガス運転を実施し、次に除霜用冷房運転を実施し、次に再びホットガス運転を実施する。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。

第１実施形態と同様に、暖房モード運転の状態からスタートし（Ｓ５）、室外熱交換器２４に着霜したか否か（除霜が必要か否か）の除霜判断を行う（Ｓ１０）。
Ｓ１０において除霜が必要と判断された場合には、除霜運転を実施する（Ｓ２０）。第２実施形態では、最初にホットガス運転を実施する（Ｓ２１）。具体的には、図８に示すように、除霜判断が成立した場合（Ｓ１６の判断がＹｅｓの場合）に、暖房用膨張弁２２の開度を小口径から大口径に増加させる。これにより、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体が、暖房用膨張弁２２で膨張されずに室外熱交換器２４に流入する。その結果、熱交換媒体が室外熱交換器２４で放熱するので、ホットガス運転による除霜が開始される。なお、最初のホットガス運転は所定時間だけ行う。

次に、除霜用冷房運転を実施する（Ｓ２２）。具体的には、図８に示すように、暖房用膨張弁２２の開度を大口径に維持する。またホットガス運転の所定時間が経過する直前に、冷房用膨張弁２７の開度を閉状態から開状態へと増加させる作業を開始する。他の構成は第１実施形態と同様である。除霜用冷房運転も所定時間だけ行う。

次に、２回目のホットガス運転を実施する（Ｓ２４）。その構成は第１実施形態と同様である。
次に、除霜終了判断を行う（Ｓ３０）。その構成は第１実施形態と同様である。
以上により、第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転が終了する。

このように、第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転では、最初にホットガス運転を実施し、次に除霜用冷房運転を実施し、次に再びホットガス運転を実施する構成とした。
この構成によれば、最初のホットガス運転によって、車室内に供給する空気の温度を下げることなく除霜を準備することができる。これにより霜の一部が解けるため、次の除霜用冷房運転の時間を短縮することが可能になり、車室内に冷風を供給する時間を短縮することができる。そして、２回目のホットガス運転を経て暖房モード運転に復帰するため、除霜運転から暖房モード運転への移行をスムーズに行うことができる。

なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態の構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、第１実施形態の除霜運転では最初に除霜用冷房運転を実施し次にホットガス運転を実施して暖房モード運転に復帰したが、最初にホットガス運転を実施し次に除霜用冷房運転を実施して暖房モード運転に復帰してもよい。

また、各実施形態では室外熱交換器の出口温度と外気温度とを比較して除霜判断および除霜終了判断を行ったが、他の方法で除霜判断または除霜終了判断を行ってもよい。また上記方法で除霜終了判断（最後のホットガス運転の終了判断）を行う代わりに、最後のホットガス運転を所定時間だけ行うようにしてもよい。この場合には、除霜運転の全体を所定時間だけ行うことになる。その除霜運転時間は、除霜運転の開始を判断したときの室外熱交換器の出口温度と外気温度との差分に応じて決定すればよい。

また、各実施形態では冷房用電磁弁２３または三方弁２５を切り換える前に暖房用膨張弁２２または冷房用膨張弁２７の開度変更を開始したが、冷房用電磁弁２３または三方弁２５の切り換えと同時に暖房用膨張弁２２または冷房用膨張弁２７の開度変更を開始してもよい。

また、車両用空調装置に対して通常運転モードと省エネルギー運転モードとを切り換えるボタン（ＥＣＯＮボタン）を設ける場合がある。この場合には運転モード毎に、除霜運転におけるホットガス運転と除霜用冷房運転との運転時間比率を異なる設定とすればよい。例えば、通常運転モードで乗員の快適性を優先させたいときには、ホットガス運転が主体となるように運転時間比率を設定し、省エネルギー運転モードで消費電力を抑制したいときには、除霜用冷房運転が主体となるように運転時間比率を設定すればよい。

１０…車両用空調装置 １４…エバポレータ（室内熱交換器） ２１…コンプレッサ ２４…室外熱交換器

Claims (1)

1. 熱交換媒体を圧縮するコンプレッサと、
   前記熱交換媒体が流入して室外と熱交換を行う室外熱交換器と、
   前記熱交換媒体が流入して室内と熱交換を行う室内熱交換器と、を備えた車両用空調装置であって、
   前記コンプレッサで圧縮された前記熱交換媒体を、前記室内熱交換器に流入させて吸熱させ、前記室外熱交換器に流入させて放熱させる冷房運転と、
   前記コンプレッサで圧縮された前記熱交換媒体を、前記室内熱交換器で吸熱させることなく、前記室外熱交換器に流入させて放熱させるホットガス運転と、を実施可能であり、
   前記室外熱交換器の除霜を行う除霜運転では、前記冷房運転と前記ホットガス運転とを切り換えて実施することを特徴とする車両用空調装置。

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