JP2015155277A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内気導入量を増加させることなく、暖房性能及び除霜性能の両立を図ることができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】コンプレッサ２１から吐出される冷媒により放熱する室内コンデンサ５５と、室内コンデンサ５５から吐出される冷媒と車室外雰囲気との間で熱交換を行う室外熱交換器２４と、室外熱交換器２４から吐出される冷媒を膨張させて吸熱させるエバポレータ５３と、を備えた車両用空調装置１０において、エバポレータ５３及び室内コンデンサ５５が空調空気の流通方向に沿って収容されるとともに、車室内に向けて空調空気を流通させるメインダクト６１と、メインダクト６１から分岐するとともに、室内コンデンサ５５を通過した空調空気をエバポレータ５３よりも上流側に戻す循環ダクト６２と、を備え、室外熱交換器２４の除霜を行う除霜運転では、コンプレッサ２１から吐出される冷媒を、室外熱交換器２４で放熱することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用空調装置に関するものである。

電気自動車等、車両駆動源としてエンジンを具備していない車両においては、暖房時にエンジンの冷却水を利用することができないことから、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。この種の車両用空調装置では、コンプレッサから吐出される冷媒の流れを切り替えることで、冷房運転と暖房運転とを切り替えている。

具体的に、暖房運転では、コンプレッサから吐出される冷媒は、室内熱交換器において放熱され、その後暖房用膨張弁で膨張させられた後、室外熱交換器において吸熱して、再びコンプレッサに吸入される。そして、空調空気は、室内熱交換器を通過することで加熱され、暖房として車室内に供給される。
一方、冷房運転では、コンプレッサで吐出される冷媒は、室外熱交換器において放熱され、その後冷房用膨張弁で膨張させられた後、室内熱交換器において吸熱して、再びコンプレッサに吸入される。そして、空調空気は、室内熱交換器を通過することで冷却され、冷房として車室内に供給される。

ところで、上述した車両用空調装置では、暖房運転において、冷媒が室外熱交換器で車室外雰囲気から吸熱するため、室外熱交換器に霜が付着するおそれがある。室外熱交換器に霜が付着すると、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ことがある。

そこで、従来から種々の除霜方法が検討されている。
第一の除霜方法として、室外熱交換器に霜が付着している場合に、一時的に冷房運転に切り替え、室外熱交換器で冷媒を放熱させることで、室外熱交換器に付着した霜を除霜するような構成が知られている。
しかしながら、上述した第一の除霜方法では、除霜時に空調空気を車室内に供給する場合には、室内熱交換器で冷却された空調空気が供給されることになるので、車室内が寒くなり、乗員に不快感を与えることになる。これに対して、除霜時において、車室内への空調空気の供給を停止することも考えられるが、この場合には室内熱交換器での熱交換効率が低下して、室外熱交換器での除霜性能が低下するという問題がある。

また、第二の除霜方法として、コンプレッサから吐出される冷媒ガスを、室外熱交換器に供給して、除霜する方法も知られている（いわゆる、ホットガス運転）。
しかしながら、上述した第二の除霜方法では、暖房性能を維持させるために、室内熱交換器側への流量を増加させると（室外熱交換器側への流量を低下させると）、除霜性能が低下するため、室内熱交換器側への流量を一時的に低下させたり、停止させたりして、暖房性能を低下させる必要がある。

そこで、下記特許文献１には、第二の除霜方法において、外気導入量を減少させる一方で、内気導入量を増加させる構成が開示されている。この構成によれば、除霜時における室内温度の低下を抑制するとともに、除霜性能を向上させるとされている。

特開平５−７７６３６号公報

しかしながら、内気は、人体等が放出した水蒸気等を含み、比較的高湿となっているため、上述した特許文献１の構成のように、室内熱交換器での放熱を減らすために、内気導入量を増加させることで、窓が曇る等のおそれがある。

そこで、本発明は、上述した事情に考慮してなされたもので、内気導入量を増加させることなく、暖房性能及び除霜性能の両立を図ることができる車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、コンプレッサ（例えば、実施形態におけるコンプレッサ２１）から吐出される冷媒により放熱する室内コンデンサ（例えば、実施形態における室内コンデンサ５５）と、前記室内コンデンサから吐出される冷媒と車室外雰囲気との間で熱交換を行う室外熱交換器（例えば、実施形態における室外熱交換器２４）と、前記室外熱交換器から吐出される冷媒を膨張させて吸熱させるエバポレータ（例えば、実施形態におけるエバポレータ５３）と、を備えた車両用空調装置において、前記エバポレータ及び前記室内コンデンサが空調空気の流通方向に沿って収容されるとともに、車室内に向けて空調空気を流通させるメインダクト（例えば、実施形態におけるメインダクト６１）と、前記メインダクトから分岐するとともに、前記室内コンデンサを通過した空調空気を前記室内コンデンサよりも上流側に戻す循環ダクト（例えば、実施形態における循環ダクト６２）と、を備え、前記室外熱交換器の除霜を行う除霜運転では、前記コンプレッサから吐出される冷媒を、前記室外熱交換器で放熱することを特徴とする。

請求項２に記載した発明では、前記循環ダクトには、前記メインダクトとの連通及び遮断を切り替える循環ドア（例えば、実施形態における循環ドア７３）が配設されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明では、前記循環ドアは、前記除霜運転時に開位置となり、前記メインダクトと前記循環ダクトとを連通させることを特徴とする。

請求項４に記載した発明では、前記循環ドアは、前記除霜運転の開始前に開位置となり、前記メインダクトと前記循環ダクトとを連通させることを特徴とする。

請求項５に記載した発明では、前記循環ドアは、前記除霜運転が終了してから所定時間経過後に閉位置となり、前記メインダクトと前記循環ダクトとの連通を遮断することを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、循環ダクトを流通した循環空調空気は、室内コンデンサで一旦加熱されているため、余熱を持った状態で、メインダクト内に戻される。したがって、メインダクト内を流通する循環空調空気と空調空気との合流空調空気は、メインダクト内に新たに流入する空調空気（外気）のみに比べて高温となるため、外気のみの除霜運転に比べて、高温の空調空気を車室内に供給することができる。また、室内コンデンサでの冷媒の放熱量を抑制できるので、空調空気のみの除霜運転に比べて、高温の冷媒を室外熱交換器に供給できる。
その結果、内気導入量を増加させることなく、暖房性能及び除霜性能の両立を図ることができる。
しかも、従来のように内気を取り込むこともないので、車室内での窓の曇り等も抑制できる。

請求項２に記載した発明によれば、メインダクトと循環ダクトとの連通及び遮断を切り替える循環ドアが配設されているため、循環ダクト内への空調空気の流入を調整することができる。

請求項３に記載した発明によれば、除霜運転時において、循環ドアを開位置とすることで、除霜運転以外の場合（暖房運転や冷房運転）に、循環ダクト内に循環空調空気を流通させる必要がなく、例えばブロワから送出される空調空気を直接車室内に供給することができる。これにより、ブロワの出力増加を抑え、省エネルギー化を図ることができる。

請求項４に記載した発明によれば、除霜運転の開始前に循環ドアを開位置とすることで、循環ダクト内を暖めた状態で、除霜運転を開始することができる。これにより、除霜運転の開始に伴う暖房性能の低下を抑制するとともに、除霜運転の開始直後における除霜性能の向上を図ることができる。

請求項５に記載した発明によれば、除霜運転の終了から所定時間経過後に循環ドアを閉位置とすることで、除霜運転の終了直後に循環ドアを閉位置として外気のみの取り込みに切り替える場合に比べて、車室内に供給される空調空気の温度低下を抑制できる。すなわち、除霜運転の終了後において、車室内に供給される空調空気の吹き出し温度を素早く立ち上げることができ、乗員に与える不快感を抑制できる。

車両用空調装置の構成図である。 車両用空調装置の動作を説明する説明図であって、（Ａ）は暖房運転を示す図であり、（Ｂ）は冷房運転を示す図である。 車両用空調装置の除霜運転の動作を説明する説明図であって、（Ａ）はホットガス運転を示す図であり、（Ｂ）は逆転除霜運転を示す図である。 車両用空調装置による除霜方法を説明するためのフローチャートである。 車両用空調装置による除霜方法（ホットガス運転時）を説明するためのタイミングチャートである。 車両用空調装置による除霜方法（逆転除霜運転時）を説明するためのタイミングチャートである。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［車両用空調装置］
図１は車両用空調装置の構成図である。
図１に示すように、本実施形態の車両用空調装置１０は、例えば車両駆動源としてのエンジン（内燃機関）を具備していない電気自動車等に搭載されている。具体的に、車両用空調装置１０は、空調ユニット１１と、冷媒が循環可能なヒートポンプサイクル１２と、制御装置１３と、を主に備えている。

空調ユニット１１は、空調空気が流通するダクト５１と、このダクト５１内に収容されたブロワ５２、エバポレータ５３、エアミックスドア５４、及び室内コンデンサ５５と、を備えている。
ダクト５１は、空気取込口５６ａ，５６ｂ及び空気吹き出し口５７ａ，５７ｂを有するメインダクト６１と、メインダクト６１内の空調空気を循環させる循環ダクト６２と、を備えている。そして、上述したブロワ５２、エバポレータ５３、エアミックスドア５４、及び室内コンデンサ５５は、メインダクト６１における空調空気の流通方向の上流側（空気取込口５６ａ，５６ｂ側）から下流側（空気吹き出し口５７ａ，５７ｂ側）に向けてこの順で配置されている。

空気取込口５６ａ，５６ｂは、内気を取り込む内気取込口５６ａ、及び外気を取り込む外気取込口５６ｂを備えている。内気取込口５６ａと外気取込口５６ｂは、内外気ドア５８により開閉可能とされ、例えば制御装置１３の制御により内外気ドア５８の開度が調整されることで、メインダクト６１内に流入する内気及び外気の流量割合が調整される。
空気吹き出し口５７ａ，５７ｂは、ＶＥＮＴ吹き出し口５７ａ、及びＦＯＯＴ吹き出し口５７ｂを備えている。これら吹き出し口５７ａ，５７ｂは、ＶＥＮＴドア６３及びＤＥＦドア６４によりそれぞれ開閉可能とされ、例えば制御装置１３の制御によりドア６３，６４の開閉が切り替えられることで、各吹き出し口５７ａ，５７ｂから吹き出される空気割合が調整される。

ブロワ５２は、例えば制御装置１３の制御により印加される駆動電圧に応じて駆動し、空気取込口５６ａ，５６ｂからメインダクト６１内に取り込まれた空調空気（内気及び外気の少なくとも一方）を下流側、つまりエバポレータ５３及び室内コンデンサ５５に向けて送出する。

エバポレータ５３は、内部に流入した低圧の冷媒と車室内雰囲気（メインダクト６１内）との熱交換を行ない、例えば、冷媒が蒸発する際の吸熱によって、エバポレータ５３を通過する空調空気を冷却する。なお、エバポレータ５３には、メインダクト６１内の温度（メイン温度Ｔｍ）を検出するためのエバポレータセンサ５３Ｔが配設されている。

室内コンデンサ５５は、内部に流入した高温かつ高圧の冷媒によって放熱可能であって、例えば、室内コンデンサ５５を通過する空調空気を加熱する。

エアミックスドア５４は、例えば制御装置１３の制御により駆動する駆動手段（不図示）によって回動可能とされている。具体的に、エアミックスドア５４は、メインダクト６１内のうち、室内コンデンサ５５に向かう通風経路を開放する加熱位置（図２（Ａ）参照）と、室内コンデンサ５５を迂回する通風経路を開放する冷却位置（図２（Ｂ）参照）と、の間で回動する。これにより、エバポレータ５３を通過した空調空気のうち、室内コンデンサ５５に導入される風量と、室内コンデンサ５５を迂回して車室内へ排出される風量と、の風量割合が調整される。

ヒートポンプサイクル１２は、例えば、上述したエバポレータ５３及び室内コンデンサ５５と、コンプレッサ２１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、を備え、これら各構成部材が冷媒流路３１を介して接続されている。

コンプレッサ２１は、気液分離器２６と室内コンデンサ５５との間に接続されている。コンプレッサ２１は、例えば制御装置１３の制御により駆動する駆動手段の駆動力によって駆動され、気液分離器２６から気相の冷媒を吸入するとともに、この冷媒を圧縮した後、高温かつ高圧の冷媒として上述した室内コンデンサ５５に吐出する。

上述した室内コンデンサ５５の下流側には、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５５から吐出された冷媒を、膨張させた後、低温かつ低圧で気液２相（液相リッチ）の噴霧状の冷媒として室外熱交換器２４に吐出する。
冷房用電磁弁２３は、冷媒流路３１上において、暖房用膨張弁２２の両側に設けられた第１分岐部３２ａ及び第２分岐部３２ｂ間を接続するとともに、暖房用膨張弁２２を迂回する迂回流路３２上に設けられ、例えば制御装置１３により開閉制御される。なお、冷房用電磁弁２３は、暖房運転の実行時には閉状態とされ、冷房運転の実行時には開状態とされる。

これにより、例えば、暖房運転の実行時には、室内コンデンサ５５から排出された冷媒は暖房用膨張弁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、冷房運転の実行時には、室内コンデンサ５５から排出された冷媒は冷房用電磁弁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、内部に流入した冷媒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冷媒の温度（冷媒出口温度Ｔｏｕｔ）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、暖房運転の実行時には、内部に流入する低温かつ低圧の冷媒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冷媒を昇温する。
一方、冷房運転の実行時には、内部に流入する高温の冷媒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及びコンデンサーファン２４ａの送風によって冷媒を冷却する。

三方弁２５は、室外熱交換器２４から流出した冷媒を気液分離器２６または冷房用膨張弁２７に切り換えて吐出する。具体的に、三方弁２５は、室外熱交換器２４と、気液分離器２６側に配置された合流部３３と、冷房用膨張弁２７と、に接続され、例えば制御装置１３により冷媒の流通方向が切換制御される。

例えば、三方弁２５は、暖房運転の実行時には、室外熱交換器２４から流出した冷媒を気液分離器２６側の合流部３３に向けて吐出する。
一方、冷房運転の実行時には、室外熱交換器２４から流出した冷媒を冷房用膨張弁２７に向けて吐出する。

気液分離器２６は、合流部３３とコンプレッサ２１との間に接続され、合流部３３から流出した冷媒の気液を分離し、気相の冷媒をコンプレッサ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、三方弁２５とエバポレータ５３の図示しない流入口との間に接続され、例えば制御装置１３によって制御される弁開度に応じて三方弁２５から流出した冷媒を、膨張させた後、低温かつ低圧で気液２相（気相リッチ）の噴霧状の冷媒としてエバポレータ５３に吐出する。

上述したエバポレータ５３は、冷房用膨張弁２７と合流部３３（気液分離器２６）との間に接続されている。

制御装置１３は、例えば、車室内に配設された図示しないスイッチ等を介して操作者により入力された指令信号等に基づいて車両用空調装置１０の運転を制御する。そして、制御装置１３は、車両用空調装置１０を暖房運転や冷房運転、除霜運転に切り替え制御する。

ここで、上述した循環ダクト６２は、メインダクト６１のうち、ＦＯＯＴドア６４よりも下流側（ＦＯＯＴ吹き出し口５７ｂ）に形成された流入口７１と、エバポレータ５３よりも上流側に形成された流出口７２と、を接続している。循環ダクト６２は、室内コンデンサ５５を通過した後、流入口７１を通して循環ダクト６２内に流入する空調空気を、流出口７２を通して、メインダクト６１内のエバポレータ５３よりも上流側に戻すようになっている。なお、循環ダクト６２内には、循環ダクト６２内を流通する循環空調空気の温度（循環温度Ｔｊ）を検出するための温度センサ６２Ｔが配設されている。

また、循環ダクト６２の流出口７２は、循環ドア７３により開閉可能とされ、例えば制御装置１３の制御により開閉が切り替えられることで、メインダクト６１と循環ダクト６２との連通及び遮断が切り替えられる。

［車両用空調装置の動作方法］
次に、上述した車両用空調装置１０の動作について説明する。図２は、車両用空調装置１０の動作を説明するための説明図であって、（Ａ）は暖房運転、（Ｂ）は冷房運転を示している。なお、図中において、鎖線は冷媒の高圧状態、実線は冷媒の低圧状態を示している。
（暖房運転）
始めに、車両用空調装置１０を暖房運転で運転させる場合について説明する。
図２（Ａ）に示すように、暖房運転時において、エアミックスドア５４は室内コンデンサ５５に向かう通風経路を開放する加熱位置とされ、冷房用電磁弁２３は閉状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４と合流部３３とを接続する。

この場合、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒は、室内コンデンサ５５における放熱によってメインダクト６１内の空調空気を加熱する。
そして、冷媒は、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、その後、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）の噴霧状となる。室外熱交換器２４を通過した冷媒は、三方弁２５と合流部３３とを通過して気液分離器２６に流入する。
そして、冷媒は、気液分離器２６において気液分離され、気相の冷媒がコンプレッサに吸入される。

次に、暖房運転における空調空気の流れを説明する。図示の例において、空気吹き出し口５７ａ，５７ｂを開閉するドア６３，６４のうち、ＦＯＯＴドア６４は開状態とされ、ＶＥＮＴドア６３は閉状態とされている。また、循環ドア７３は、閉状態とされ、メインダクト６１と循環ダクト６２との連通が遮断されている。なお、暖房運転において、メインダクト６１内に取り入れる空調空気は、内気であっても外気であっても構わない。

この状態でブロワ５２を駆動させると、空気取込口５６ａ，５６ｂを通してメインダクト６１内に空調空気が流入する。メインダクト６１内に流入した空調空気は、エバポレータ５３を通過した後、室内コンデンサ５５を通過する。そして、空調空気は、室内コンデンサ５５を通過する際に室内コンデンサ５５との間で熱交換された後、ＦＯＯＴ吹き出し口５７ｂを通って車室内に暖房として供給される。

（冷房運転）
次に、車両用空調装置１０を冷房運転で運転させる場合について説明する。
図２（Ｂ）に示すように、冷房運転時において、エアミックスドア５４はエバポレータ５３を通過した空調空気が室内コンデンサ５５を迂回するよう冷却位置とされ、冷房用電磁弁２３は開状態（暖房用膨張弁２２は閉状態）とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４と冷房用膨張弁２７とを接続する。

この場合、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒は、室内コンデンサ５５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された後、冷房用膨張弁２７に流入する。その後、冷媒は、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５３における吸熱によってメインダクト６１内の空調空気を冷却する。
そして、エバポレータ５３を通過した気液２相（気相リッチ）の冷媒は、合流部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た後、気相の冷媒がコンプレッサ２１に吸入される。

次に、上述した冷房運転における空調空気の流れを説明する。図示の例において、空気吹き出し口５７ａ，５７ｂを開閉するドア６３，６４のうち、ＦＯＯＴドア６４は閉状態とされ、ＶＥＮＴドア６３は開状態とされている。また、循環ドア７３は、閉状態とされ、メインダクト６１と循環ダクト６２との連通が遮断されている。なお、冷房運転において、メインダクト６１内に取り入れる空調空気は、内気であっても外気であっても構わない。
この状態で、ブロワ５２を駆動させると、空気取込口５６ａ，５６ｂを通してメインダクト６１内に空調空気が流入する。メインダクト６１内に流通した空調空気は、エバポレータ５３を通過する際にエバポレータ５３との間で熱交換される。その後、空調空気は、室内コンデンサ５５を迂回した後、ＶＥＮＴ吹き出し口５７ａを通って車室内に冷房として供給される。

（除霜運転）
次に、除霜運転について説明する。図３は、車両用空調装置１０の除霜運転を説明するための説明図であって、（Ａ）はホットガス運転、（Ｂ）は逆転除霜運転を示している。
本実施形態の除霜運転では、いわゆるホットガス運転と、逆転除霜運転と、の少なくとも一方を行うことができる。

（ホットガス運転）
図３（Ａ）に示すホットガス運転では、暖房用膨張弁２２を大口径（ホットガス位置）で開弁して、コンプレッサ２１で圧縮された冷媒（ホットガス）をそのまま室外熱交換器２４に流入させる点で、上述した暖房運転と異なっている。

具体的に、コンプレッサ２１で圧縮された高温かつ高圧の冷媒は、室内コンデンサ５５における放熱によってメインダクト６１内の空調空気を加熱する。室内コンデンサ５５から流出した冷媒は、暖房用膨張弁２２を通過して室外熱交換器２４に流入する。このとき、暖房用膨張弁２２は大口径で開弁しているので、冷媒は暖房用膨張弁２２で膨張せず、高圧かつ高温のまま室外熱交換器２４に流入する。これにより、冷媒は室外熱交換器２４で放熱されるため、室外熱交換器２４の除霜を行うことができる。なお、室外熱交換器２４を通過した冷媒は、上述した暖房運転と同様の流通経路を経てコンプレッサ２１に戻る。

次に、上述したホットガス運転における空調空気の流れを説明する。図示の例において、ＦＯＯＴドア６４は開状態とされ、ＶＥＮＴドア６３は閉状態とされている。また、循環ドア７３は、開位置とされ、メインダクト６１と循環ダクト６２とが連通している。さらに、内気取込口５６ａは、内外気ドア５８により閉塞され、メインダクト６１内に取り込まれる空調空気は外気のみに設定されている。

この状態でブロワ５２を駆動させると、外気取込口５６ｂを通してメインダクト６１内に空調空気が流入する。メインダクト６１内に流入した空調空気は、エバポレータ５３、及び室内コンデンサ５５を通過するとともに、室内コンデンサ５５において加熱される。

室内コンデンサ５５で加熱された空調空気のうち、一部の空調空気は、上述した暖房運転と同様にＦＯＯＴ吹き出し口５７ｂを通って車室内に供給される。一方、室内コンデンサ５５で加熱された空調空気のうち、残りの空調空気（循環空調空気）は、流入口７１を通して循環ダクト６２内に流入する。循環ダクト６２内に流入した循環空調空気は、流出口７２を通して、メインダクト６１のエバポレータ５３よりも上流側に戻される。その後、メインダクト６１内に戻された循環空調空気は、外気取込口５６ｂを通してメインダクト６１内に新たに流入した空調空気（外気）と合流して、再びダクト５１内を流通する。

ここで、循環空調空気は、室内コンデンサ５５で一旦加熱されているため、余熱を持った状態で、メインダクト６１内に戻される。したがって、メインダクト６１内を流通する循環空調空気と空調空気との合流空調空気は、メインダクト６１内に新たに流入する外気のみに比べて高温となる。そのため、外気のみのホットガス運転に比べて、高温の空気を車室内に供給することができる。また、室内コンデンサ５５での冷媒の放熱量を抑制できるので、空調空気のみのホットガス運転に比べて、高温の冷媒を室外熱交換器２４に供給できる。
その結果、内気導入量を増加させることなく、暖房性能及び除霜性能の両立を図ることができる。

（逆転除霜運転）
図３（Ｂ）に示す逆転除霜運転では、エアミックスドア５４を加熱位置にする点で、上述した冷房運転と異なっている。
具体的に、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒は、室内コンデンサ５５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される。そして、冷媒が室外熱交換器２４で放熱される際に、室外熱交換器２４の除霜が行われる。その後、冷媒は、冷房用膨張弁２７によって膨張させられた後、エバポレータ５３における吸熱によってメインダクト６１内の空調空気を冷却する。なお、エバポレータ５３を通過した冷媒は、上述した冷房運転と同様の流通経路を経てコンプレッサ２１に戻る。

上述した逆転除霜運転における空調空気の流れは、上述したホットガス運転における空調空気の流れと同様である。すなわち、メインダクト６１内を流通する空調空気のうち、一部はＦＯＯＴ吹き出し口５７ｂを通って車室内に供給され、残りの空調空気は循環空気となって循環ダクト６２内を流通する。その後、循環空調空気は、外気取込口５６ｂを通してメインダクト６１内に新たに流入した空調空気（外気）と合流して、再びダクト５１内を流通する。

このとき、逆転除霜運転において、合流空調空気は、冷房運転と同様にエバポレータ５３を通過する際に一旦冷却されるが、その後室内コンデンサ５５を通過することで再び加熱された状態で、車室内や循環ダクト６２内に供給されることになる。これにより、冷房運転に比べて車室内に供給される空調空気の温度低下を抑制して、乗員の不快感を軽減できる。

特に、本実施形態では、メインダクト６１内を流通する合流空調空気は、メインダクト６１内に新たに流入する外気のみに比べて高温となるため、外気のみの逆転除霜運転に比べて、高温の空気を車室内に供給することができる。また、エバポレータ５３での冷媒の吸熱量を増加するとともに、室内コンデンサ５５での冷媒の放熱量を抑制できるので、空調空気のみの逆転除霜運転に比べて、高温の冷媒を室外熱交換器２４に供給できる。
その結果、内気導入量を増加させることなく、暖房性能及び除霜性能の両立を図ることができる。

［車両用空調装置の除霜方法］
次に、車両用空調装置１０の除霜方法について説明する。図４は車両用空調装置１０の除霜方法を説明するためのフローチャートである。また、図５、図６は車両用空調装置１０の除霜方法を説明するためのタイミングチャートであって、図５はホットガス運転時、図６は逆転除霜運転時を示している。なお、以下のルーチンは主に制御装置１３によって実行される。

図４〜図６に示すように、まず暖房運転（ステップＳ１）の状態から、ステップＳ２において室外熱交換器２４に着霜したか否か（除霜が必要か否か）の除霜開始判断を行う。
具体的に、除霜開始判断は、上述した出口温度センサ２４Ｔにより検出される冷媒出口温度Ｔｏｕｔと、図示しない外気温度センサにより検出された外気温度Ｔａｍと、の温度差ΔＴが所定値以上であるか否かに基づいて、制御装置１３により判断する。すなわち、室外熱交換器２４に着霜している場合には、室外熱交換器２４の熱伝達率が低下するので、冷媒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の冷媒出口温度Ｔｏｕｔが外気温度Ｔａｍ付近まで上昇せず、両者間の温度差ΔＴが大きくなる。そのため、温度差ΔＴが大きいほど、室外熱交換器２４に着霜した可能性が高くなる。

ステップＳ２の判断結果が「ＹＥＳ」の場合（温度差ΔＴが所定値以上の場合）、制御装置１３は室外熱交換器２４に着霜しているおそれがあると判断して、ステップＳ３に進む。
一方、ステップＳ２の判断結果が「ＮＯ」の場合（温度差ΔＴが所定値未満の場合）、制御装置１３は室外熱交換器２４での着霜のおそれがないと判断する。なお、この場合には、ステップＳ２のルーチンを繰り返す。

ステップＳ３において、循環ドア７３を開位置とする。これにより、メインダクト６１と循環ダクト６２とが流出口７２を通して連通する。

続いて、ステップＳ４において、循環ドア７３を開位置とした状態で、循環ダクト６２内を流通する循環空調空気の循環温度Ｔｊが所定値以上であるか否かを制御装置１３により判断する。すなわち、上述したステップＳ３において、循環ドア７３を開位置とした直後は、循環ダクト６２内の循環空調空気が十分に暖まっておらず、循環空調空気の循環温度Ｔｊはメインダクト６１内のメイン温度Ｔｍに比べて低い。
この場合、循環ドア７３を開位置としたと同時に、合流空調空気を車室内に供給すると、暖房性能を確保できず、乗員に不快感を与えるおそれがあるとともに、エバポレータ５３での冷媒の吸熱量を十分に確保できず、除霜性能を確保できないおそれがある。そのため、本実施形態では、循環ドア７３を開位置とした状態で、上述した暖房運転を継続する、いわゆる予備運転を第１所定時間行い、除霜運転前に循環空調空気を十分に暖める。

ステップＳ４の判断結果が「ＹＥＳ」の場合（循環温度Ｔｊが所定値以上の場合）は、第１所定時間が経過して循環空調空気が十分に暖まったと判断する。この場合には、予備運転を終了して、ステップＳ５に進む。
一方、ステップＳ４の判断結果が「ＮＯ」の場合（循環温度Ｔｊが所定値未満の場合）には、循環空調空気が十分に暖まっていないおそれがあると判断する。この場合には、予備運転を継続して、ステップＳ４のルーチンを繰り返す。

次に、ステップＳ５において、車両用空調装置１０の運転モードを予備運転（暖房運転）から除霜運転に切り替える。ステップＳ５では、上述したホットガス運転及び逆転除霜運転のうち、少なくとも何れか一方を行うことで、室外熱交換器２４の除霜を行う。

続いて、ステップＳ６において、除霜終了判断を行う。具体的に、除霜終了判断は、出口温度センサ２４Ｔにより検出される冷媒出口温度Ｔｏｕｔと、図示しない外気温度センサにより検出された外気温度Ｔａｍと、の温度差ΔＴが所定値未満であるか否かに基づいて、制御装置１３により判断する。すなわち、室外熱交換器２４が除霜された場合には、室外熱交換器２４の熱伝達率が向上するので、冷媒が外気から十分に吸熱される。この場合には、室外熱交換器２４の冷媒出口温度Ｔｏｕｔが外気温度Ｔａｍ付近まで上昇して、両者間の温度差ΔＴが小さくなる。

ステップＳ６の判断結果が「ＹＥＳ」の場合（温度差ΔＴが所定値未満の場合）、制御装置１３は室外熱交換器２４の除霜が完了したと判断して、ステップＳ７に進む。
一方、ステップＳ６の判断結果が「ＮＯ」の場合（温度差ΔＴが所定値以上の場合）、制御装置１３は室外熱交換器２４で未だ着霜しているおそれがあると判断する。なお、この場合には、除霜運転を継続して、ステップＳ６のルーチンを繰り返す。

次に、ステップＳ７において、車両用空調装置１０の運転モードを除霜運転から暖房運転に切り替える。すなわち、除霜運転（特に、逆転除霜運転）時に室内コンデンサ５５を通過する合流空調空気は、暖房運転時に室内コンデンサ５５を通過する空調空気に比べて温度が少なからず低くなる。この場合、除霜運転の終了直後に、循環ドア７３を閉位置とし、外気のみを取り込むと、暖房運転の開始直後において、暖房運転にも関わらず、車室内に供給される空調空気の温度が低くなり、乗員に不快感を与えるおそれがある。そこで、本実施形態では、循環ドア７３を開位置とした状態で、暖房運転に切り替える、いわゆる暖気運転を第２所定時間行い、メインダクト６１内の空調空気を十分に暖める。

そして、ステップＳ８において、暖気運転の終了判断を行う。具体的には、メインダクト６１内を流通する空調空気のメイン温度Ｔｍが所定値以上であるか否かに基づいて、制御装置１３により判断する。

ステップＳ８の判断結果が「ＹＥＳ」の場合（メイン温度Ｔｍが所定値以上の場合）には、第２所定時間が経過して空調空気が十分に暖まったと判断する。この場合には、暖気運転を終了して、ステップＳ９に進む。
一方、ステップＳ８の判断結果が「ＮＯ」の場合（メイン温度Ｔｍが所定値未満の場合）には、空調空気が十分に暖まっていないおそれがあると判断する。この場合には、暖気運転を継続して、ステップＳ８のルーチンを繰り返す。

最後に、ステップＳ９において、循環ドア７３を閉位置とする。
以上により、車両用空調装置１０による除霜が終了して、通常の暖房運転が再開される。

このように、本実施形態では、メインダクト６１及び循環ダクト６２を備え、除霜運転において、コンプレッサ２１から吐出される冷媒を、室外熱交換器２４で放熱する構成とした。
この構成によれば、循環ダクト６２を流通した循環空調空気は、室内コンデンサ５５で一旦加熱されているため、余熱を持った状態で、メインダクト６１内に戻される。したがって、メインダクト６１内を流通する循環空調空気と空調空気との合流空調空気は、メインダクト６１内に新たに流入する外気のみに比べて高温となるため、外気のみの除霜運転に比べて、高温の空調空気を車室内に供給することができる。また、室内コンデンサ５５での冷媒の放熱量を抑制できるので、外気のみの除霜運転に比べて、高温の冷媒を室外熱交換器２４に供給できる。
その結果、内気導入量を増加させることなく、暖房性能及び除霜性能の両立を図ることができる。
しかも、従来のように内気を取り込むこともないので、車室内での窓の曇り等も抑制できる。

また、循環ダクト６２には、メインダクト６１との連通及び遮断を切り替える循環ドア７３が配設されているため、循環ダクト６２内への空調空気の流入を調整することができる。
特に、除霜運転時において、循環ドア７３を開位置とすることで、除霜運転以外の場合（暖房運転や冷房運転）に、循環ダクト６２内に循環空調空気を流通させる必要がなく、ブロワ５２から送出される空調空気を直接車室内に供給することができる。これにより、ブロワ５２の出力増加を抑え、省エネルギー化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、除霜運転の開始前に循環ドア７３を開位置とすることで、循環ダクト６２内を暖めた状態で、除霜運転を開始することができる。これにより、除霜運転の開始に伴う暖房性能の低下を抑制するとともに、除霜運転の開始直後における除霜性能の向上を図ることができる。
また、本実施形態では、除霜運転の終了から第２所定時間経過後に循環ドア７３を閉位置とすることで、除霜運転の終了直後に循環ドア７３を閉位置として外気のみの取り込みに切り替える場合に比べて、車室内に供給される空調空気の温度低下を抑制できる。すなわち、除霜運転の終了後において、車室内に供給される空調空気の吹き出し温度を素早く立ち上げることができ、乗員に与える不快感を抑制できる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各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、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、エンジンを具備していない車両として、電気自動車を例にして説明したが、これに限らず、燃料電池自動車に本発明の車両用空調装置１０を採用しても構わない。また、エンジンを具備する車両に本発明の車両用空調装置１０を採用しても構わない。なお、エンジンを具備する車両に本発明の車両用空調装置１０を採用した場合には、エンジンの冷却水が循環可能なヒータコアをメインダクト６１内に設ける構成としても構わない。

さらに、上述した各種判断のルーチン（循環ドア７３の開閉タイミングや、除霜運転の開始終了判断）は、適宜変更が可能である。
また、上述した実施形態では、循環ダクト６２の流入口７１を、ＦＯＯＴドア６４よりも下流側に形成し、流出口７２をエバポレータ５３よりも上流側に形成した場合について説明したが、これに限らず、適宜設計変更が可能である。

さらに、上述した実施形態では、予備運転の終了判断を循環温度Ｔｊで行ったり、暖気運転の終了判断をメイン温度Ｔｍで行ったりした場合について説明したが、これに限らず、予備運転や暖気運転の経過時間等で判断しても構わない。
また、上述した実施形態では、循環ダクト６２の開閉のみを切り替える場合について説明したが、これに限らず、循環ドア７３の開度を調整して、循環ダクト６２内を流通する循環空調空気の流量を調整しても構わない。
また、上述した実施形態では、循環ダクト６２内に流入した空調空気を、メインダクト６１内のエバポレータ５３よりも上流側に戻す構成について説明したが、少なくとも室内コンデンサ５５よりも上流側に戻す構成であれば構わない。

１０…車両用空調装置
２１…コンプレッサ
２４…室外熱交換器
５３…エバポレータ
５５…室内コンデンサ
６２…循環ダクト
７３…循環ドア

Claims (5)

1. コンプレッサから吐出される冷媒により放熱する室内コンデンサと、
   前記室内コンデンサから吐出される冷媒と車室外雰囲気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、
   前記室外熱交換器から吐出される冷媒を膨張させて吸熱させるエバポレータと、を備えた車両用空調装置において、
   前記エバポレータ及び前記室内コンデンサが空調空気の流通方向に沿って収容されるとともに、車室内に向けて空調空気を流通させるメインダクトと、
   前記メインダクトから分岐するとともに、前記室内コンデンサを通過した空調空気を前記室内コンデンサよりも上流側に戻す循環ダクトと、を備え、
   前記室外熱交換器の除霜を行う除霜運転では、前記コンプレッサから吐出される冷媒を、前記室外熱交換器で放熱することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記循環ダクトには、前記メインダクトとの連通及び遮断を切り替える循環ドアが配設されていることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記循環ドアは、前記除霜運転時に開位置となり、前記メインダクトと前記循環ダクトとを連通させることを特徴とする請求項２記載の車両用空調装置。
4. 前記循環ドアは、前記除霜運転の開始前に開位置となり、前記メインダクトと前記循環ダクトとを連通させることを特徴とする請求項２または請求項３記載の車両用空調装置。
5. 前記循環ドアは、前記除霜運転が終了してから所定時間経過後に閉位置となり、前記メインダクトと前記循環ダクトとの連通を遮断することを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の車両用空調装置。

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