JP2014088155A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 充電を行わなくても効率的に除霜運転することができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】 車両用空調装置は、熱媒体を圧縮する圧縮手段と、前記熱媒体を減圧させる減圧手段と、熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、熱媒体を用いた車室内の空調を制御する制御手段と、を備えた電動車両の空調装置であって、制御手段は、熱交換器のうち室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器に着霜が生じているか否かを判定する着霜判定手段を有し、着霜判定手段により着霜が生じていると判定された場合、車両が停止し空調装置がオフとなった後、再度車両が走行状態となり空調装置がオンとなった際に、前記圧縮手段からの圧縮された熱媒体を前記室外熱交換器を通過させることで前記室外熱交換器と室外空気との間で熱交換して放熱して除霜運転を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は車両用空調装置に関する。

従来、車両用空調装置としては、コンプレッサと室内コンデンサと室外コンデンサと室内エバポレータと減圧手段とを有するヒートポンプシステム（蒸気圧縮式冷凍サイクル）が知られている。電気自動車では、エンジン車とは違い、駆動源からの熱を暖房に利用することができないため、このようなヒートポンプシステムが採用されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の車両用ヒートポンプシステムでは、冷房運転時には、コンプレッサから吐出された熱媒体が室外交換器で放熱し、この熱媒体が室内エバポレータで蒸発することでエバポレータを通過する風が冷却される。他方で、暖房運転時には、コンプレッサから吐出された熱媒体が室内コンデンサで放熱して、この放熱により室内コンデンサを通過する風が暖められる。

このようなヒートポンプシステムにおいては暖房運転時に室外コンデンサに着霜することがある。この場合に、運転途中で除霜運転を行うと、その間空調を使うことができず、乗員が不便を感じることがあるので、充電中に除霜運転を行う。

特許第３３７９１５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、充電を行う場合には除霜運転を行って除霜することができるが、充電を行わないと除霜運転を行うことができない。即ち、効率的に除霜ができず、霜がいつまでも残ってしまう事態も考えられる。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、充電を行わなくても効率的に除霜運転することができる車両用空調装置を提供しようとするものである。

本発明の車両用空調装置は、熱媒体を圧縮する圧縮手段と、前記熱媒体を減圧させる減圧手段と、前記熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱媒体を用いた車室内の空調を制御する制御手段と、を備えた電動車両の空調装置であって、前記制御手段は、前記熱交換器のうち室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器に着霜が生じているか否かを判定する着霜判定手段を有し、前記着霜判定手段により着霜が生じていると判定された場合、車両が停止し空調装置がオフとなった後、再度車両が走行状態となり空調装置がオンとなった際に、前記圧縮手段からの圧縮された熱媒体を前記室外熱交換器に通過させることで前記室外熱交換器と室外空気との間で熱交換して放熱する除霜運転を行うことを特徴とする。熱交換器のうち室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器に着霜したことを検出すると、車両が停止し空調装置がオフとなった後、再度車両が走行状態となり空調装置がオンとなった際に除霜運転を行うことで、充電を行わなくても除霜運転を行うことができる。かつ、走行開始直後に除霜運転を行うことで、すぐに暖房性能を回復することが可能であり、効率的である。なお、車両の停止とは、車両の一時停止等を含まず、車両の運転状態の停止（例えば駐車等）を意味する。

前記制御手段は、再度車両が走行状態となり空調装置が再度オンになった際に冷房運転が行われているかどうかを判定し、前記冷房運転時には前記除霜運転を行わないことが好ましい。冷房運転時には除霜を行うことができるからである。

前記制御手段は、再度車両が走行状態となり空調装置が再度オンになった際、暖房運転命令が乗員により入力されると即時に前記除霜運転を行うことが好ましい。暖房運転開始よりも先に除霜運転を行うことで、効率的に暖房運転を行うことができるからである。

前記室外熱交換器を通過する熱媒体の温度を検出する温度検出手段を備え、前記除霜運転中に前記温度検出手段により検出される温度が所定値よりも大きくなった場合に前記除霜運転を停止することが好ましい。室外熱交換器を通過する熱媒体の温度が所定値よりも大きくなると、除霜が完了したと判定できるからである。

本発明の好ましい実施形態としては、前記除霜運転は、開始後所定時間経過すると停止することが挙げられる。

本発明の車両用空調装置によれば、充電を行わなくても、着霜している場合には次回運転時に必ず除霜することができ、効率的であるという優れた効果を奏し得る。

本実施形態の車両用空調装置にかかるヒートポンプシステムの模式図。 本実施形態の空調パネルを説明するための模式図。 本実施形態の車両用空調装置の冷房時のヒートポンプシステムの駆動を説明するための模式図。 本実施形態の車両用空調装置の暖房時のヒートポンプシステムの駆動を説明するための模式図。 本実施形態の車両用空調装置の除霜時のヒートポンプシステムの駆動を説明するための模式図。 本実施形態の車両用空調装置における着霜反転を説明するためのフローチャート。 本実施形態の車両用空調装置における除霜制御を説明するためのフローチャート。

はじめに、本実施形態の車両用空調装置にかかるヒートポンプシステムについて図１を用いて説明する。

車両用空調装置Ｉは、ヒートポンプシステム１を有する。ヒートポンプシステム１は、電動コンプレッサ（圧縮手段）１１、室内コンデンサ（熱交換器）１２、室外コンデンサ（熱交換器）１３、エバポレータ（熱交換器）１４、アキュムレータ１５、第１膨張弁（減圧手段）２１、第２膨張弁（減圧手段）２２を備え、これらはそれぞれ熱媒体の流路を構成する配管１６によって接続されている。詳しくは後述するが、ヒートポンプシステム１は、電動コンプレッサ１１、室内コンデンサ１２、室外コンデンサ１３、第２膨張弁２２、アキュムレータ１５がこの順で配管１６により接続されて構成された冷房経路を備える。また、ヒートポンプシステム１は、電動コンプレッサ１１、室内コンデンサ１２、第１膨張弁２１、室外コンデンサ１３、アキュムレータ１５がこの順で配管１６により接続されて構成された暖房経路を備える。

また、車両用空調装置Ｉは、ヒートポンプシステム１を駆動するための制御部（制御手段）１０を備えている。

制御部１０は、室外コンデンサ１３を通過する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ（温度検出手段）３１と、車体に設けられた室外温度を検出する室外温度センサ（温度検出手段）３２とを備える。

駆動用二次電池から電力供給を受ける電動コンプレッサ１１は、乗員により空調の作動指示が入力されると、制御部１０により駆動を開始し、熱媒体を圧縮して高温高圧状態とする。

室内コンデンサ１２は、熱媒体と車室内の空気との間で熱交換を行う。室内コンデンサ１２は、空調用ハウジング１７内に設けられている。空調用ハウジング１７内には、図示しないブロアファンと、上述したエバポレータ１４、エアミックスダンパ１８、ＰＴＣヒーター１９が設けられている。室内コンデンサ１２は、空調用ハウジング１７内において、エバポレータ１４の下流側に設けられている。また、エアミックスダンパ１８は、エバポレータ１４と室内コンデンサ１２との間に設けられて、暖房時と冷房時とで開閉状態が異なるように構成されている。ＰＴＣヒーター１９は、室内コンデンサ１２よりも下流側に設けられている。室内コンデンサ１２を通過した熱媒体は、配管１６を介して室外コンデンサ１３に送出される。

室内コンデンサ１２と室外コンデンサ１３との間の配管１６には、第１膨張弁２１と、この第１膨張弁２１に対して並列に設けられた二方電磁弁２３が設けられている。二方電磁弁２３は制御部１０によりその開閉が制御される。二方電磁弁２３がオン状態となった場合には熱媒体は第１膨張弁２１側を流れ、二方電磁弁２３がオフ状態となった場合には熱媒体は二方電磁弁２３側を流れる。

室外コンデンサ１３は、熱媒体と車室外の空気との間で熱交換を行う。室外コンデンサ１３の下流側には三方電磁弁２４が設けてあり、冷暖房時に三方電磁弁２４を切り換えることで熱媒体の通過する流路を変更することができる。即ち、室外コンデンサ１３を通過した熱媒体は、詳細は後述するように配管１６ａを介して冷房時にはエバポレータ１４に送出し、暖房時には配管１６ｂを介してアキュムレータ１５に送出される。本実施形態においては、三方電磁弁２４の切換作動は制御部１０により制御される。即ち、制御部１０により三方電磁弁２４がオン状態であると制御されると熱媒体は配管１６ａを流れ、三方電磁弁２４がオフ状態であると制御されると熱媒体は配管１６ｂを流れる。

三方電磁弁２４とエバポレータ１４との間には、第２膨張弁２２が設けられている。第２膨張弁２２は、減圧手段として機能し、熱媒体を膨張させ減圧させることで熱媒体温度を低下させる。

エバポレータ１４は、熱媒体と車室内の空気との間で熱交換を行い、車室内へ送る空気を冷却する。

アキュムレータ１５は、熱媒体のリザーバとして機能する。

また、制御部１０は、図２に示す空調パネルＰから乗員からの空調指示を取得する。空調パネルＰは、例えば車両のインストルメントパネルに設けられている。図２に示す空調パネルは、図中左から、モードダイヤル４１、ブロアファンダイヤル４２、温度調節ダイヤル４３が設けられており、乗員がこれらのダイヤルを設定して空調指示を出す。

モードダイヤル４１は、乗員が吹き出しモードを選択するためのものである。吹き出しモードとしては、例えば乗員がフロントガラスの結露を防止するためにデフロスターを作動させるデフロスターモード４１ａや、フットダクトのみから空調風を送るフットモード４１ｂ等があり、乗員が各モードにダイヤルを合わせることで吹き出しモードを選択できる。

中央のブロアファンダイヤル４２は、乗員がブロアファンからの送風量を設定するためのものである。ブロアファンダイヤル４２のＡＵＴＯを選択すると送風量は自動的に設定されるオートモードとなる（送付手段の吹き出し量が自動設定されたモードである）。オートモードであるＡＵＴＯ以外は、乗員が送風量を０から最大まで指定してダイヤルを合わせることで送風量を指定することができる。また、ブロアファンダイヤル４２の内側には、Ａ／Ｃ（エアーコンディショナー）スイッチ４４が設けられている。Ａ／Ｃスイッチ４４は、Ａ／Ｃのオンオフスイッチであり、押圧されるとＡ／Ｃが作動する。

温度調節ダイヤル４３は、乗員が車室内に送風される空調風の温度を設定するためのものである。この温度調節ダイヤル４３がＨ側を示すと温風が設定され（暖房設定となる）、温度調節ダイヤルがＣ側を示すと冷風が設定される（冷房設定となる）。また、温度調節ダイヤル４３の内側には、マックススイッチ４５が設けられている。乗員がマックススイッチ４５を押圧すると、マックススイッチ４５がオン状態であるとして空調は最大性能を発揮するマックスモード（車両の冷房又は暖房機能を最大に設定したモード）となるように設定される。

制御部１０は、これらの空調パネルＰの各ダイヤルによる乗員からの空調指示に従って上記のヒートポンプシステム１を作動させる。例えば、乗員により温度調節ダイヤル４３が冷房側に設定されると共にＡ／Ｃスイッチ４４が押圧されると、制御部１０は、冷房指示が入力されたとしてヒートポンプシステム１で冷房動作を作動させる。また、温度調節ダイヤル４３が暖房側に設定されると、制御部１０は暖房指示が入力されたとしてヒートポンプシステム１で暖房動作を作動させる。

冷房時におけるヒートポンプシステムの作動について図３を用いて説明する。

乗員により温度調節ダイヤル４３が冷房側に設定されると、冷房指示が制御部１０に入力される。制御部１０が、二方電磁弁２３がオフ、三方電磁弁２４がオン状態となるようにそれぞれ制御を行うとともに、電動コンプレッサ１１を作動させる。

電動コンプレッサ１１から、圧縮され、高温高圧になった熱媒体が配管１６を通って室内コンデンサ１２に入力される。室内コンデンサ１２は冷房時には作動しないので、熱媒体は室内コンデンサ１２を単に通過する。なお、エアミックスダンパ１８は冷房時には室内コンデンサ１２に対向するように開閉状態が設定される。

室内コンデンサ１２を通過した熱媒体は、二方電磁弁２３がオフ状態となっていることから二方電磁弁２３側を流れ、室外コンデンサ１３に入力される。室外コンデンサ１３に入力された熱媒体は、室外コンデンサ１３で室外空気と熱交換することで放熱し、熱媒体温度がやや下がる。

次に、室外コンデンサ１３からの熱媒体は三方電磁弁２４がオン状態であることから、第２膨張弁２２に入力されて熱媒体は減圧される。減圧された熱媒体は、温度も低下する。

第２膨張弁２２からの熱媒体はエバポレータ１４に入力される。エバポレータ１４で熱媒体は室内空気と熱交換し、室内空気から吸熱して室内空気を冷却する。この冷却された室内空気が冷風として車室内に供給される。

エバポレータ１４から出力された熱媒体はアキュムレータ１５に入力され、その後電動コンプレッサ１１に入力されて再度圧縮され、上記と同様に熱媒体は流路を流通する。

次いで、暖房時のヒートポンプシステムの作動を図４を用いて説明する。

乗員により温度調節ダイヤル４３が暖房側に設定され暖房指示が制御部１０に入力されると、制御部１０が、二方電磁弁２３がオン、三方電磁弁２４がオフとなるようにそれぞれ制御を行うとともに、電動コンプレッサ１１を作動させる。

電動コンプレッサ１１から、圧縮され、高温高圧になった熱媒体が配管１６を通って室内コンデンサ１２に入力される。室内コンデンサ１２は暖房時には作動して、熱媒体は室内コンデンサ１２において車室内の空気との間で熱交換を行い、放熱される。放熱された空気は、さらにＰＴＣヒーター１９を通過することでより加熱され、この加熱された室内空気が温風として車室内に供給される。なお、この場合には、エアミックスダンパ１８は室内コンデンサ１２に対向しないように開閉状態が設定される。

室内コンデンサ１２を通過した熱媒体は、二方電磁弁２３がオン状態となっていることから第１膨張弁２１側を流れ、減圧され温度も低下する。この減圧された熱媒体は、室外コンデンサ１３に入力される。室外コンデンサ１３に流入した熱媒体は、室外コンデンサ１３で室外空気と熱交換することで吸熱し、熱媒体温度がやや上がる。

次に、室外コンデンサ１３からの熱媒体は三方電磁弁２４がオフ状態であることから、アキュムレータ１５に流入し、その後電動コンプレッサ１１に流入して再度圧縮され、上記と同様に熱媒体は流路を流通する。

暖房運転を行うと、外気温との関係で室外コンデンサ１３に着霜することが考えられる。本実施形態の空調装置は、室外コンデンサ１３の着霜を除去するための除霜運転モードを有する。

除霜運転について図５を用いて説明する。

除霜運転時には、三方電磁弁２４及び二方電磁弁２３は両方オフ状態となる。電動コンプレッサ１１から吐出された圧縮された熱媒体が室内コンデンサ１２を通過する。そして、熱媒体は高圧縮、高温状態のままオフ状態の二方電磁弁２３を通過して室外コンデンサ１３を通過する。そして、この室外コンデンサ１３において熱交換し、室外コンデンサ１３で放熱を行うことで、室外コンデンサ１３に付着した霜を除去することができる。そして、放熱を行い温度が下がった熱媒体がオフ状態の三方電磁弁２４を通過してアキュムレータ１５に入力され、再度電動コンプレッサ１１に入力される。このようにして室外コンデンサ１３の着霜を除去することができる。

以下、詳細に制御部１０による除霜制御について説明する。

車両運転中に暖房運転指令が制御部１０に入力されると、制御部１０の図示しない着霜判定部（着霜判定手段）は、着霜判定を行う。室外コンデンサ１３を通過する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ３１から熱媒体温度を取得すると共に、車体に設けられた室外温度を検出する室外温度センサ３２から室外温度を取得する。そして、制御部１０の着霜判定部は、熱媒体温度が所定値以下であり、かつ、熱媒体温度と室外温度との差が所定値以上であると共に、暖房運転が行われている場合（即ち暖房指示が制御部１０に入力されている場合）には、室外コンデンサ１３が着霜していると判定する。制御部１０は、車両が停止し空調装置がオフ状態となって一度制御を終了してもこの判定を記録しておく。

そして、制御部１０は、車両が停止し空調装置がオフ状態とされ、その後再度車両が走行状態となり空調装置をオン状態とすると、起動する。乗員がこの状態で暖房運転命令を制御部１０に入力すると、制御部１０は、着霜について記録があれば、吹き出しモードがデフロスターモードではなく及びブロアファンがＡＵＴＯとなっているかどうかを判定し、これらの条件を満たしている場合に除霜運転を行う。

除霜運転中、制御部１０は熱媒体温度センサ３１から室外コンデンサ１３を通過する熱媒体の温度を取得して、この室外コンデンサ１３の温度が所定以上、即ち霜が除去されたか否かを判定する。また、制御部１０は除霜運転の開始と共にタイマーをセットし、所定時間（例えば１０分）この除霜制御を行う。この所定時間は通常の霜であれば除去することができる程度の時間が設定されている。そして、制御部１０は室外コンデンサ１３を通過する熱媒体の温度が所定値以上となるか、または所定時間が経過するかどうかを判定し、どちらかの条件が満たされた場合に除霜運転を停止させる。そして通常制御、即ち通常の暖房運転が開始される。

このように、本実施形態では、充電を行わなくても除霜運転を行うことができる。かつ、走行開始直後に除霜運転を行うことで、すぐに暖房性能を回復することが可能であり、効率的である。また、吹き出しモードがデフロスターモードで有る場合、ブロアファンがオートモードではない場合には、乗員の設定を優先することで、乗員の要求を満たすことができる。

このような制御部１０による制御について、図６、７を用いて説明する。

図６に示すように、ステップＳ１で通常の暖房運転のための制御を制御部は行う。ステップＳ２で制御部の着霜判定部は上述した着霜判定を定期的に行い、着霜したと判定したらステップＳ３へ進む。着霜したと判定するまで、制御部はステップＳ１へ戻り、着霜判定を繰り返す。ステップＳ３で、制御部は着霜フラグをオンとする。

その後、車両が停止し空調装置がオフとなった後に再度車両が走行状態となり空調装置がオン状態とされると制御部は起動して、図７に示す制御を開始する。ステップＳ１１で車両が走行を開始し、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２で暖房運転を開始すると、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３で、制御部が着霜フラグがオンであるかどうかを判定する。着霜フラグがオフである場合には、処理は終了する。着霜フラグがオンである場合には、ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、制御部１０は、吹き出しモードがデフロスターモード及びブロアファンがＡＵＴＯとなっているかどうかを判定する。吹き出しモードがデフロスターモードでなく、かつ、ブロアファンがＡＵＴＯに設定されている場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１５へ進む。吹き出しモードがデフロスターモードであり、又はブロアファンがＡＵＴＯに設定されていない場合（ＮＯ）、ステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１５では、制御部は除霜運転を行い、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、制御部は、除霜運転開始から所定時間が経過しているか、または霜が除去されているかどうかを判定する。どちらかの条件を満たしている場合には、ステップＳ１７へ進む。なお、除霜運転終了時に着霜が残っている場合には着霜フラグはオンのままとするが、完全に除霜した場合には着霜フラグをオフとする。どちらの条件も満たしていない場合には、ステップＳ１５へ戻って除霜運転を行う。

ステップＳ１７では、制御部は除霜運転を停止する。これにより、ステップＳ１８では、制御部は通常の制御、即ち通常の暖房運転を行う。なお、通常の暖房運転を行う際に一度着霜フラグはオフとなり、暖房時には再度着霜判定を行う。その後、車両が停止し空調装置がオフとなることで制御部は制御を中止する。

このように、本実施形態では、充電を行わなくても除霜運転を行うことができ、効率的に除霜をすることができる。かつ、走行開始直後に除霜運転を行うことで、すぐに暖房性能を回復することが可能であり、効率的である。また、吹き出しモードがデフロスターモードである場合、ブロアファンがＡＵＴＯに設定されていない場合には、乗員の設定を優先することで、乗員の要求を満たすことができる。

本実施形態では、制御部１０は車両が停止し空調装置がオフ状態となった後、再度車両が走行状態となり空調装置がオン状態となった直後の暖房運転の開始と共に除霜運転を開始したが、これに限定されない。制御部１０は、再度車両が走行状態となり空調装置がオン状態となった直後にすぐに除霜運転を開始してもよい。また、制御部１０が再度車両が走行状態となり空調装置がオン状態となった直後、冷房運転が行われているかどうかを判定し、冷房運転が行われていない場合には除霜運転を開始するように構成してもよい。冷房運転時には、室外コンデンサの着霜は除去されるからである。

本実施形態では、制御部１０は充電時に除霜運転を行っていないが、例えば、普通充電時にも除霜運転を行い、除霜しきれなかったら再度着霜フラグをオンのままとし、車両が走行状態となり空調装置がオン状態となった直後に再度除霜運転を行い、完全に除霜することができるように構成してもよい。この場合であっても走行開始直後に再度除霜運転を行うことで、すぐに暖房性能を回復することが可能であり、効率的である。

本実施形態では、電気自動車を例として説明したが、これに限定されない。プラグインハイブリッド車等の電動車両であってもよい。

本発明の車両用空調装置は、効率的に除霜運転をすることができる。従って、車輌製造分野において利用可能である。

１ ヒートポンプシステム
１０ 制御部
１１ 電動コンプレッサ
１２ 室内コンデンサ
１３ 室外コンデンサ
１４ エバポレータ
１５ アキュムレータ
１６ 配管
１７ 空調用ハウジング
１８ エアミックスダンパ
１９ ヒーター
２１ 第１膨張弁
２２ 第２膨張弁
２３ 二方電磁弁
２４ 三方電磁弁
Ｉ 車両用空調装置

Claims (5)

1. 熱媒体を圧縮する圧縮手段と、
   前記熱媒体を減圧させる減圧手段と、
   前記熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
   前記熱媒体を用いた車室内の空調を制御する制御手段と、を備えた電動車両の空調装置であって、
   前記制御手段は、
   前記熱交換器のうち室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器に着霜が生じているか否かを判定する着霜判定手段を有し、
   前記着霜判定手段により着霜が生じていると判定された場合、車両が停止し空調装置がオフとなった後、再度車両が走行状態となり空調装置がオンとなった際に、前記圧縮手段からの圧縮された熱媒体を前記室外熱交換器に通過させることで前記室外熱交換器と室外空気との間で熱交換して放熱する除霜運転を行うことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記制御手段は、再度車両が走行状態となり空調装置が再度オンになった際に冷房運転が行われているかどうかを判定し、前記冷房運転時には前記除霜運転を行わないことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記制御手段は、再度車両が走行状態となり空調装置が再度オンになった際、暖房運転命令が乗員により入力されると即時に前記除霜運転を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
4. 前記室外熱交換器を通過する熱媒体の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記除霜運転中に前記温度検出手段により検出される温度が所定値よりも大きくなった場合に前記除霜運転を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
5. 前記除霜運転は、開始後所定時間経過すると停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用空調装置。

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