JP2018103720A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室外熱交換器の着霜状態と循環冷媒流量の不足を検出するのに用いるセンサの数を減らす。
【解決手段】空調装置１は、第２開閉弁３０とコンプレッサ２１との間に設けられ冷媒の温度を検出する室外熱交換器出口温センサ１２と、室外熱交換器２３の外気の温度を検出する外気温センサ１６と、エバポレータ２５を通過した空気の温度を検出するエバポレータ温度センサ１３と、暖房運転時における外気温センサ１６の検出温度とエバポレータ温度センサ１３の検出温度との差が着霜温度差以上になっている状態の経過時間に基づいて着霜が発生したと判定する着霜判定部１８と、マップから導出される暖房運転時の室外熱交換器２３の出口の冷媒温度又は冷房運転時のエバポレータ２５の出口の冷媒温度と室外熱交換器出口温センサ１２の検出温度との差に基づいて、循環の冷媒量が不足していることを判定する循環冷媒量判定部１９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調装置に関するものである。

特許文献１には、室外熱交換器の出口における冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ，室外熱交換器の空気入口側に配置される外気温度センサ，圧縮機の出口における冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサ，圧縮機における冷媒の温度を検出する圧縮機温度センサ，等を備えるヒートポンプ式空調装置が開示されている。

特開２００１−０２７４５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の空調装置では、複数の温度センサや圧力センサが用いられて、各種センサが検出した温度及び圧力に基づき、室外熱交換器の着霜状態やサイクル内循環冷媒流量の不足を検出している。

本発明は、室外熱交換器の着霜状態と循環冷媒流量の不足を検出するのに用いるセンサの数を減らすことを目的とする。

本発明のある態様によれば、空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、空調に用いられる空気の熱を冷媒に吸収させることで冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機にて圧縮された冷媒の熱を用いて空調に用いられる空気を加熱する加熱器と、冷房運転時に前記加熱器をバイパスするように冷媒の流路を切り換える第１開閉弁と、暖房運転時に前記蒸発器をバイパスするように冷媒の流路を切り換える第２開閉弁と、前記第２開閉弁と前記圧縮機との間における冷房運転時と暖房運転時とに共に冷媒が流れる位置に設けられて冷媒の温度を検出する冷媒温度検出器と、前記室外熱交換器に取り込まれる前の外気の温度を検出する外気温度検出器と、前記蒸発器を通過した空気の温度を検出する蒸発器温度検出器と、暖房運転時における前記外気温度検出器の検出温度と前記冷媒温度検出器の検出温度との差が前記室外熱交換器に着霜の発生し得る着霜温度差以上になっている状態の経過時間に基づいて、前記室外熱交換器に着霜が発生したと判定する着霜判定部と、予め作成しておいたマップから導出される暖房運転時の前記室外熱交換器の出口の冷媒温度又は冷房運転時の前記蒸発器の出口の冷媒温度と前記冷媒温度検出器の検出温度との差に基づいて、循環冷媒量が不足していることを判定する循環冷媒量判定部と、を備える。

上記態様では、第２開閉弁と圧縮機との間における冷房運転時と暖房運転時とに共に冷媒が流れる位置に設けられて冷媒の温度を検出する冷媒温度検出器を用いることで、室外熱交換器の着霜状態と循環冷媒流量の不足とを検出することができる。そのため、循環冷媒流量の不足を検出するために冷媒の圧力を検出する圧力センサを設ける必要がない。したがって、室外熱交換器の着霜状態と循環冷媒流量の不足を検出するのに用いるセンサの数を減らすことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る空調装置の構成図である。 図２は、空調装置の制御ブロック図である。 図３は、冷房運転時における空調装置の冷媒の流れを説明する図である。 図４は、暖房運転時における空調装置の冷媒の流れを説明する図である。 図５は、着霜判定における着霜温度差の補正について説明する図である。 図６は、室外熱交換器から冷媒温度検出器までの距離に応じた冷媒温度の低下分を用いた着霜判定のフローチャートである。 図７は、外気の温度に応じた冷媒温度の低下分を用いた着霜判定のフローチャートである。 図８は、冷媒流路内の冷媒流量に応じた冷媒温度の低下分を用いた着霜判定のフローチャートである。 図９は、過熱度について説明するためのモリエル線図である。 図１０は、暖房時の過熱度を求める際に用いるΔＴｈと風量との相関を説明するマップである。 図１１は、冷房時の過熱度を求める際に用いるΔＴｃと風量との相関を説明するマップである。 図１２は、過少冷媒判定のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る空調装置１について説明する。

まず、図１及び図２を参照して、空調装置１の全体構成について説明する。

空調装置１は、冷媒が循環する冷凍サイクル２と、温水が循環する高水温サイクル４と、車室内の空調に利用する空気が通過するＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニット５と、弁の動作などを制御するコントローラ１０と、を備える。空調装置１は、冷暖房可能なヒートポンプシステムである。空調装置１は、車両（図示省略）に搭載されて車室（図示省略）内の空調を行う。例えば、冷媒にはＨＦＯ−１２３４ｙｆが用いられ、温水には不凍液が用いられる。

冷凍サイクル２は、圧縮機としてのコンプレッサ２１と、加熱器としての水冷コンデンサ２２と、室外熱交換器２３と、リキッドタンク２４と、蒸発器としてのエバポレータ２５と、アキュムレータ２６と、これらを冷媒が循環可能となるように接続する冷媒流路２０と、を備える。

コンプレッサ２１は、ガス状冷媒を吸入し圧縮する。これにより、ガス状冷媒は高温高圧になる。

水冷コンデンサ２２は、暖房時に、コンプレッサ２１を通過した後の冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。水冷コンデンサ２２は、コンプレッサ２１によって高温高圧となった冷媒と高水温サイクル４を循環する温水との間で熱交換を行い、冷媒の熱を温水に伝達する。水冷コンデンサ２２は、高水温サイクル４を循環する温水を介して、空調に用いられる空気を加熱する。

室外熱交換器２３は、例えば車両のエンジンルーム（電気自動車においてはモータルーム）内に配置され、冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外熱交換器２３は、冷房時には凝縮器として機能し、暖房時には蒸発器として機能する。室外熱交換器２３には、車両の走行や室外ファン３２の回転によって、外気が導入される。

リキッドタンク２４は、冷房時に、室外熱交換器２３を通過して凝縮した冷媒を一時的に溜めると共に、冷媒をガス状（気相）冷媒と液状（液相）冷媒とに気液分離する。リキッドタンク２４からは、分離した液状冷媒のみが第２膨張弁２８へと流れる。

エバポレータ２５は、ＨＶＡＣユニット５内に配置され、冷房時に、エバポレータ２５を通過して空調に用いられる空気の熱を冷媒に吸収させることで、冷媒を蒸発させる。エバポレータ２５によって蒸発した冷媒は、第２膨張弁２８を通ってアキュムレータ２６へ流れる。

アキュムレータ２６は、冷媒流路２０を流れる冷媒を一時的に溜めると共に、ガス状冷媒と液状冷媒とに気液分離する。アキュムレータ２６からは、分離したガス状冷媒のみがコンプレッサ２１へと流れる。

冷媒流路２０には、冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁２７と、第２膨張弁２８と、が配けられる。また、冷媒流路２０には、開閉によって冷媒の流れを切り換える第１開閉弁２９と、第２開閉弁３０と、が配置される。

第１膨張弁２７は、水冷コンデンサ２２と室外熱交換器２３との間に配置され、水冷コンデンサ２２で凝縮した冷媒を減圧膨張させる。第１膨張弁２７には、例えば、固定絞りや可変絞りが用いられる。固定絞りには、例えば、オリフィスやキャピラリーチューブを用いることができ、予め使用頻度の高い特定の運転条件に対応するように絞り量が設定される。また、可変絞りには、例えば、段階的に又は無段階的に開度を調節できる電磁弁を用いることができる。

第２膨張弁２８は、リキッドタンク２４とエバポレータ２５との間に配置され、リキッドタンク２４から導かれた液状冷媒を減圧膨張させる。第２膨張弁２８には、エバポレータ２５を通過した冷媒の温度に応じて開度が調節される温度式膨張弁が用いられる。

第１開閉弁２９は、冷房時に開かれ、暖房時に閉じられる。第１開閉弁２９が開かれると、コンプレッサ２１によって圧縮された冷媒は、水冷コンデンサ２２及び第１膨張弁２７をバイパスして、室外熱交換器２３へ直接流入する。一方、第１開閉弁２９が閉じられると、コンプレッサ２１によって圧縮された冷媒は、水冷コンデンサ２２及び第１膨張弁２７を通過して室外熱交換器２３へ流入する。

第２開閉弁３０は、暖房時に開かれ、冷房時に閉じられる。第２開閉弁３０が開かれると、室外熱交換器２３で蒸発した冷媒は、リキッドタンク２４，第２膨張弁２８，及びエバポレータ２５をバイパスして、アキュムレータ２６に直接流入する。一方、第２開閉弁３０が閉じられると、室外熱交換器２３で蒸発した冷媒は、リキッドタンク２４，第２膨張弁２８，及びエバポレータ２５を通過して、アキュムレータ２６に流入する。

高水温サイクル４は、ウォータポンプ４１と、ヒータコア４２と、補助加熱器４３と、水冷コンデンサ２２と、これらを温水が循環可能となるように接続する温水流路４０と、を備える。

ウォータポンプ４１は、温水流路４０内の温水を循環させる。

ヒータコア４２は、ＨＶＡＣユニット５内に配置され、暖房時に、ヒータコア４２を通過する空気に温水の熱を吸収させることで、空気を加熱する。

補助加熱器４３は、内部にヒータ（図示省略）を有し、通過する温水を加熱する。ヒータには、例えば、シーズヒータやＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータが用いられる。

ＨＶＡＣユニット５は、空調に利用する空気を冷却又は加熱する。ＨＶＡＣユニット５は、空気を送風するブロワ５２と、ヒータコア４２を通過する空気の量を調整するエアミックスドア５３と、これらを空調に利用する空気が通過可能となるように囲うケース５１と、を備える。ＨＶＡＣユニット５内には、ヒータコア４２とエバポレータ２５とが配置される。ブロワ５２から送風された空気は、ヒータコア４２及びエバポレータ２５内を流れる冷媒との間で熱交換を行う。

ブロワ５２は、ＨＶＡＣユニット５内に空気を送風する送風機である。

エアミックスドア５３は、ＨＶＡＣユニット５内に配置されたヒータコア４２のブロワ５２側に設置される。エアミックスドア５３は、暖房時にヒータコア４２側を開き、冷房時にヒータコア４２側を閉じる。エアミックスドア５３の開度によって、空気とヒータコア４２内の温水との間の熱交換量が調節される。

空調装置１には、吐出圧センサ１１と、冷媒温度検出器としての室外熱交換器出口温センサ１２と、蒸発器温度検出器としてのエバポレータ温度センサ１３と、一対の水温センサ１４，１５と、外気温度検出器としての外気温センサ１６と、が設置されている。

吐出圧センサ１１は、コンプレッサ２１の吐出側の冷媒流路２０に設置され、コンプレッサ２１にて圧縮されたガス状冷媒の圧力を検出する。

室外熱交換器出口温センサ１２は、第２開閉弁３０とコンプレッサ２１との間における冷房運転時と暖房運転時とに共に冷媒が流れる位置に設けられて冷媒流路２０内の冷媒の温度を検出する。

エバポレータ温度センサ１３は、ＨＶＡＣユニット５のエバポレータ２５の空気流れ下流側に設置され、エバポレータ２５を通過した空気の温度を検出する。なお、エバポレータ温度センサ１３は、エバポレータ２５に直接設置されてもよい。

水温センサ１４は、補助加熱器４３の入口付近の温水流路４０に設置され、補助加熱器４３に導かれる温水の温度を検出する。

水温センサ１５は、補助加熱器４３の出口付近の温水流路４０に設置され、補助加熱器４３を通過してヒータコア４２に導かれる温水の温度を検出する。

外気温センサ１６は、室外熱交換器２３に取り込まれる前の外気の温度を検出する。

コントローラ１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等によって構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵによって読み出すことで、空調装置１に各種機能を発揮させる。

図２に示すように、コントローラ１０には、吐出圧センサ１１と、室外熱交換器出口温センサ１２と、エバポレータ温度センサ１３と、水温センサ１４，１５と、外気温センサ１６と、からの信号が入力される。なお、コントローラ１０には、図示しない他のセンサからの信号が入力されてもよい。

コントローラ１０は、入力された信号に基づいて、冷凍サイクル２の制御を実行する。すなわち、コントローラ１０は、図１に破線で示すように、コンプレッサ２１の出力を設定すると共に、第１開閉弁２９及び第２開閉弁３０の開閉制御を実行する。また、コントローラ１０は、図示しない出力信号を送信することで、高水温サイクル４やＨＶＡＣユニット５の制御を実行する。

また、コントローラ１０は、着霜判定部１８と、循環冷媒量判定部１９と、を有する。

着霜判定部１８は、外気の温度が低い暖房運転時に機能する。着霜判定部１８は、外気温センサ１６の検出温度Ｔａ［℃］と室外熱交換器出口温センサ１２の検出温度Ｔｘ［℃］とを比較する。着霜判定部１８は、ＴａとＴｘとの温度差が室外熱交換器２３に着霜の発生し得る着霜温度差ΔＴｄ［℃］以上になっていることを判定する。着霜判定部１８は、ＴａとＴｘとの温度差が着霜温度差ΔＴｄ以上になっている状態の経過時間に基づいて、室外熱交換器２３に着霜が発生したと判定する。着霜の判定については、図５から図８を参照して、後で詳細に説明する。

循環冷媒量判定部１９は、予め作成しておいたマップ（図９及び図１０参照）から導出される暖房運転時の室外熱交換器２３の出口の冷媒飽和温度Ｔｅ［℃］又は冷房運転時のエバポレータ２５の出口の冷媒飽和温度Ｔｅ［℃］と、室外熱交換器出口温センサ１２の検出温度Ｔｘと、を比較する。循環冷媒量判定部１９は、ＴｅとＴｘとの差に基づいて、循環冷媒量が不足していることを判定する。循環冷媒量の不足の判定については、図９から図１２を参照して、後で詳細に説明する。

次に、図３及び図４を参照して、空調装置１の各空調運転モードについて説明する。

＜冷房モード＞
図３に示す冷房モードでは、冷媒流路２０の冷媒が、太実線で示すように循環する。

コントローラ１０は、第２開閉弁３０を閉じた状態にすると共に、第１開閉弁２９を開いた状態にする。これにより、コンプレッサ２１で圧縮されて高温高圧になった冷媒は、第１開閉弁２９を通ってそのまま室外熱交換器２３へと流れる。

室外熱交換器２３へ流れた冷媒は、室外熱交換器２３に導入される外気と熱交換を行い冷却された後、リキッドタンク２４を通って気液分離される。リキッドタンク２４の下流側に接続される第２膨張弁２８には、リキッドタンク２４にて気液分離された冷媒のうち液状冷媒が流通する。

その後、液状冷媒は、第２膨張弁２８で減圧膨張してエバポレータ２５へ流通し、エバポレータ２５を通過する際に空調に利用する空気の熱を吸収することで蒸発する。エバポレータ２５にて蒸発したガス状冷媒は、アキュムレータ２６を介して再びコンプレッサ２１へと流れる。

エバポレータ２５にて冷媒によって冷却された空気は、ＨＶＡＣユニット５の下流に流されて冷房風として用いられる。

なお、エバポレータ２５で空気を冷却することによって空気中の水蒸気を凝縮させ取り除いた後、ヒータコア４２で再加熱することによって、除湿風を得ることもできる（除湿モード）。

＜暖房モード＞
図４に示す暖房モードでは、いわゆる外気吸熱ヒートポンプ運転が実行され、冷媒流路２０の冷媒と温水流路４０の温水とが、太実線で示すようにそれぞれ循環する。

コントローラ１０は、第１開閉弁２９を閉じた状態にすると共に、第２開閉弁３０を開いた状態にする。これにより、コンプレッサ２１で圧縮され高温になった冷媒は、水冷コンデンサ２２へと流れる。

水冷コンデンサ２２へ流れた冷媒は、水冷コンデンサ２２の内部で温水を加熱することにより熱を奪われて低温になった後、第１膨張弁２７を通って減圧膨張することで更に低温となって、室外熱交換器２３へと流れる。室外熱交換器２３へ流れた冷媒は、室外熱交換器２３に導入される外気との間で熱交換を行い加熱された後、そのまま第２開閉弁３０を通って、アキュムレータ２６へと流れて気液分離される。そして、アキュムレータ２６で気液分離された冷媒のうちガス状冷媒が、再びコンプレッサ２１へと流れる。

一方、水冷コンデンサ２２で冷媒によって加熱された温水は、循環してヒータコア４２に流れ、ヒータコア４２の周囲の空気を加熱する。加熱された空気は、ＨＶＡＣユニット５の下流側に流されることで、暖房風として用いられる。

なお、水冷コンデンサ２２で冷媒が十分に温水を加熱できない場合には、外気吸熱ヒートポンプ運転と併用して又は独立して補助加熱器４３を運転させることによって温水を加熱してもよい。

以下、図５から図８を参照して、着霜判定について説明する。

暖房運転を行う場合には、外気よりも低温の冷媒が室外熱交換器２３内を流れる。室外熱交換器２３周囲の外気中の水蒸気が、極低温の冷媒によって露点温度以下まで冷やされると、結露して室外熱交換器２３に付着する。極低温の冷媒によって結露水が氷点下以下まで冷やされると、凍結して室外熱交換器２３に着霜が発生するおそれがある。室外熱交換器２３に着霜が発生すると、室外熱交換器２３内を流れる冷媒と外気との間で行われる熱交換が阻害されて、ヒータコア４２における加熱効率や再加熱効率、即ち空調装置１の暖房効率が低下するおそれがある。

そこで、空調装置１では、着霜判定として室外熱交換器２３に着霜が発生しているか否かを判定する。着霜判定では、例えば、室外熱交換器２３の出口における冷媒の温度と外気温とがかい離している場合に、室外熱交換器２３にて冷媒と外気とが熱交換を十分に行えず、着霜が発生していると判定される。

まず、図５及び図６を参照して、室外熱交換器２３から室外熱交換器出口温センサ１２までの距離に応じた冷媒温度の低下分に基づく着霜温度差ΔＴｄの補正について説明する。

図５では、着霜温度差ΔＴｄの補正を理解しやすいように、室外熱交換器２３とコンプレッサ２１との間を直線状に示している。図５に示すように、室外熱交換器２３の出口をＣ点とし、コンプレッサ２１の入口をＳ点とし、室外熱交換器出口温センサ１２が設けられる位置をＸ点とする。

Ｃ点における冷媒の温度をＴｃ［℃］とし、Ｓ点における冷媒の温度をＴｓ［℃］とし、Ｘ点における冷媒の温度をＴｘ［℃］とする。また、外気温センサ１６が検出した外気の温度をＴａ［℃］とし、着霜温度差をΔＴｄ［℃］とする。

一般に、室外熱交換器２３の出口の冷媒温度を検出する場合には、二点鎖線で示すように、Ｃ点に室外熱交換器出口温センサ１２を配置する。これに対して、空調装置１では、Ｃ点から距離Ｘだけ離れたＸ点に室外熱交換器出口温センサ１２を配置する。そのため、配管の圧損に応じた着霜温度差ΔＴｄの補正を行う。

Ｃ点からＳ点までの距離はＳ［ｍｍ］である。Ｃ点からＳ点までの間に、配管の圧損によって冷媒の圧力が低下する。それに伴い、冷媒の温度もＴｃからΔＴｓ［℃］だけ低下してＴｓになる。

また、Ｃ点からＸ点までの距離はＸ［ｍｍ］である。Ｃ点からＸ点までの間に、配管の圧損によって冷媒の圧力が低下する。それに伴い、冷媒の温度もＴｃからΔＴｘ［℃］だけ低下してＴｘになる。

ここで、距離Ｓと距離Ｘとは、空調装置１における室外熱交換器２３とコンプレッサ２１と室外熱交換器出口温センサ１２との配置によって決定される。ここでは、例として、距離Ｓを３００［ｍｍ］、距離Ｘを２００［ｍｍ］とする。

冷媒の圧力（冷媒の温度）がＣ点からＳ点まで均等に降下しているとすると、ＴｃとＴｘとの差であるΔＴｘは、ΔＴｘ＝ΔＴｓ×（２００／３００）によって求められる。例えば、Ｔｃが３．０［℃］であり、Ｔｓが１．０［℃］であった場合には、ΔＴｘ＝（３．０−１．０）×（２００／３００）≒１．３３［℃］である。このΔＴｘを用いることで、室外熱交換器２３から室外熱交換器出口温センサ１２までの距離に応じた冷媒温度の低下分に基づいて着霜温度差ΔＴｄを補正することができる。

仮に、Ｃ点に室外熱交換器出口温センサ１２を配置した場合には、ＴａとＴｃとの実際の温度差は、Ｔａ−Ｔｃによって求められる。着霜判定部１８は、実際の温度差が着霜温度差より大きくなっている状態が所定の経過時間だけ継続した場合に、室外熱交換器２３に着霜が発生したと判定する。例えば、着霜温度差ΔＴｄを１０［℃］とすると、Ｔａ−Ｔｃ≧１０の状態である。なお、経過時間は、ＴａとＴｃとの温度差が大きいほど短い時間に設定される。

これに対して、Ｘ点に室外熱交換器出口温センサ１２を配置した場合には、ＴａとＴｘとの実際の温度差は、Ｔａ−Ｔｘによって求められる。着霜判定部１８は、実際の温度差が補正後の着霜温度差より大きくなっている状態が所定の経過時間だけ継続した場合に、室外熱交換器２３に着霜が発生したと判定する。例えば、着霜温度差ΔＴｄを１０［℃］とすると、Ｔａ−Ｔｘ≧１０＋ΔＴｘの状態である。

図６のステップＳ１０１では、外気温センサ１６が検出した温度Ｔａと室外熱交換器出口温センサ１２が検出した温度Ｔｘとの実際の温度差（Ｔａ−Ｔｘ）が、補正後の着霜温度差（ΔＴｄ＋ΔＴｘ）以上であるか否かを判定する。ステップＳ１０１にて、実際の温度差が補正後の着霜温度差よりも大きくなっていると判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。一方、Ｓ１０１にて、実際の温度差が補正後の着霜温度差より小さいと判定された場合には、着霜が発生していないので、リターンする。

ステップＳ１０２では、実際の温度差が補正後の着霜温度差以上となった時間が所定の時間経過したか否かを判定する。ステップＳ１０２にて、所定の時間経過したと判定された場合には、着霜が発生しているので、ステップＳ１０３に移行してコンプレッサ２１の運転を停止させる。一方、ステップＳ１０２にて、所定の時間経過していないと判定された場合には、着霜が発生していないので、リターンする。

これにより、室外熱交換器出口温センサ１２が第２開閉弁３０とコンプレッサ２１との間のどの位置に設けられていても、配管の圧損による冷媒温度の低下分が補正されるので、着霜の検出精度を向上させることができる。

次に、外気の温度Ｔａに応じた冷媒温度の低下分を用いた着霜温度差ΔＴｄの補正について説明する。

まず、コンプレッサ２１の出力を一定（例えば最高回転数の５０％）にした状態で暖房運転を行い、着霜が発生しやすい外気温の範囲内でＴｃとＴｓとを予め測定しておく。

ここで、着霜が発生しやすい外気温の範囲は、−１［℃］から５［℃］程度である。この外気温の範囲内で、例えば、外気温が５［℃］の場合と、外気温が２［℃］の場合と、外気温が−１［℃］の場合と、のように、複数の外気温の場合についてＴｃ及びＴｓの測定を行っておく。

外気温が５［℃］のときに、Ｔｃが４．０［℃］、Ｔｓが２．０［℃］となったとする。この場合、ΔＴｓは、４．０−２．０＝２．０［℃］である。外気温が２［℃］のときに、Ｔｃが１．０［℃］、Ｔｓが−１．５［℃］となったとする。この場合、ΔＴｓは、１．０−（−１．５）＝２．５［℃］である。外気温が−１［℃］のときに、Ｔｃが−２．０［℃］であり、Ｔｓが−４．３［℃］となったとする。この場合、ΔＴｓは、−２．０−（−４．３）＝２．３［℃］である。各外気温におけるΔＴｓの平均値をΔＴｓａとすると、ΔＴｓａ＝（２．０＋２．５＋２．３）／３≒２．３［℃］である。

外気温による冷媒の温度変化に応じたＸ点における冷媒温度の低下分であるΔＴｘａ［℃］は、ΔＴｘａ＝ΔＴｓａ×（Ｘ／Ｓ）によって求められる。よって、ΔＴｘａ＝２．３×（２００／３００）≒１．５３となる。このΔＴｘａを用いることで、外気の温度Ｔａに応じた冷媒温度の低下分を用いて着霜温度差ΔＴｄを補正することができる。

この場合、着霜判定部１８は、ＴａとＴｘとの実際の温度差が補正後の着霜温度差より大きくなっている状態が所定の経過時間だけ継続した場合に、室外熱交換器２３に着霜が発生したと判定する。例えば、着霜温度差ΔＴｄを１０［℃］とすると、Ｔａ−Ｔｘ≧１０＋ΔＴｘａの状態である。

図７のステップＳ２０１では、外気温センサ１６が検出した温度Ｔａと室外熱交換器出口温センサ１２が検出した温度Ｔｘとの実際の温度差（Ｔａ−Ｔｘ）が、補正後の着霜温度差（ΔＴｄ＋ΔＴｘａ）以上であるか否かを判定する。ステップＳ２０１にて、実際の温度差が補正後の着霜温度差よりも大きくなっていると判定された場合には、ステップＳ２０２へ移行する。一方、Ｓ２０１にて、実際の温度差が補正後の着霜温度差より小さいと判定された場合には、着霜が発生していないので、リターンする。

ステップＳ２０２では、実際の温度差が補正後の着霜温度差以上となった時間が所定の時間経過したか否かを判定する。ステップＳ２０２にて、所定の時間経過したと判定された場合には、着霜が発生しているので、ステップＳ２０３に移行してコンプレッサ２１の運転を停止させる。一方、ステップＳ２０２にて、所定の時間経過していないと判定された場合には、着霜が発生していないので、リターンする。

これにより、外気の温度の影響を加味して着霜温度差ΔＴｄが補正されるので、着霜の検出精度を更に向上させることができる。

次に、冷媒流路２０内の冷媒流量に応じた冷媒温度の低下分を用いた着霜温度差ΔＴｄの補正について説明する。

冷媒流路２０内の冷媒流量が多い場合には、配管の圧損が大きくなる。冷媒流路２０内の冷媒流量は、コンプレッサ２１の回転数Ｎ［％］と相関するため、コンプレッサ２１の回転数Ｎで代用する。

コンプレッサ２１の最大回転数をＮｍａｘ［％］とし、コンプレッサ２１の最小回転数をＮｍｉｎ［％］とする。例えば、Ｎｍａｘは１００％で、Ｎｍｉｎは１０％である。この回転数の範囲内で、例えば、外気温が５［℃］の場合と、外気温が２［℃］の場合と、外気温が−１［℃］の場合と、において、ＮｍａｘとＮｍｉｎの場合についてＴｃ及びＴｓの測定を行っておく。そして、それぞれの外気温におけるＮｍａｘとＮｍｉｎとの差の平均値ΔＴｎ［℃］を求める。

外気温が５［℃］かつＮｍａｘのときに、Ｔｃが４．０［℃］、Ｔｓが０．０［℃］となり、外気温が５［℃］かつＮｍｉｎのときに、Ｔｃが４．０［℃］、Ｔｓが２．０［℃］となったとする。この場合、ΔＴｓの差は、２．０−０．０＝２．０［℃］である。外気温が２［℃］かつＮｍａｘのときに、Ｔｃが１．０［℃］、Ｔｓが−４．０［℃］となり、外気温が２［℃］かつＮｍｉｎのときに、Ｔｃが１．０［℃］、Ｔｓが−１．５［℃］となったとする。この場合、ΔＴｓの差は、−１．５−（−４．０）＝２．５［℃］である。外気温が−１［℃］かつＮｍａｘのときに、Ｔｃが−１．０［℃］であり、Ｔｓが−３．５［℃］となり、外気温が−１［℃］かつＮｍｉｎのときに、Ｔｃが−１．０［℃］であり、Ｔｓが−２．０［℃］となったとする。この場合、ΔＴｓの差は、−２．０−（−３．５）＝１．５［℃］である。よって、ΔＴｓの差の平均値ΔＴｎは、ΔＴｎ＝（２．０＋２．５＋１．５）／３＝２．０［℃］である。

外気温による冷媒の温度変化に応じたＸ点における冷媒温度の低下分であるΔＴｘａを加味した式に、更に上記平均値ΔＴｎを加味すると、補正後の着霜温度差は、ΔＴｄ＋ΔＴｘａ＋ΔＴｎ×（Ｎ−５０）／１００によって求められる。これにより、コンプレッサ２１の回転数が５０［％］の場合を基準として、それよりも回転数が高い場合には着霜温度差が大きくなり、回転数が低い場合には着霜温度差が小さくなる。

着霜判定部１８は、ＴａとＴｘとの実際の温度差が補正後の着霜温度差より大きくなっている状態が所定の経過時間だけ継続した場合に、室外熱交換器２３に着霜が発生したと判定する。例えば、着霜温度差を１０［℃］とすると、Ｔａ−Ｔｃ≧１０＋ΔＴｘａ＋ΔＴｎ×（Ｎ−５０）／１００の状態である。

図８に示すステップＳ３０１では、外気温センサ１６が検出した温度Ｔａと室外熱交換器出口温センサ１２が検出した温度Ｔｘとの実際の温度差（Ｔａ−Ｔｘ）が、補正後の着霜温度差（ΔＴｄ＋ΔＴｘａ＋ΔＴｎ×（Ｎ−５０）／１００）以上であるか否かを判定する。ステップＳ３０１にて、実際の温度差が補正後の着霜温度差よりも大きくなっていると判定された場合には、ステップＳ３０２へ移行する。一方、Ｓ３０１にて、実際の温度差が補正後の着霜温度差より小さいと判定された場合には、着霜が発生していないので、リターンする。

ステップＳ３０２では、実際の温度差が補正後の着霜温度差以上となった時間が所定の時間経過したか否かを判定する。ステップＳ３０２にて、所定の時間経過したと判定された場合には、着霜が発生しているので、ステップＳ３０３に移行してコンプレッサ２１の運転を停止させる。一方、ステップＳ３０２にて、所定の時間経過していないと判定された場合には、着霜が発生していないので、リターンする。

これにより、冷媒流路２０内を循環する冷媒の流量を加味して着霜温度差ΔＴｄが補正されるので、着霜の検出精度を更に向上させることができる。

次に、図９から図１１を参照して、循環冷媒量判定部による冷媒流路２０内の冷媒流量の不足の判定について説明する。

暖房運転時に、ＨＶＡＣユニット５内に送風される空気の温度が低い場合には、冷媒が循環しないエバポレータ２５内に液化した冷媒が溜まり、その分だけ冷媒流路２０内を循環する冷媒流量が不足することがある。また、冷房運転時に、高水温サイクル４の温水流路４０を循環する温水の温度が低い場合には、冷媒が循環しない水冷コンデンサ２２内に液化した冷媒が溜まり、その分だけ冷媒流路２０内を循環する冷媒流量が不足することがある。このような場合には、コンプレッサ２１の負荷が高くなるおそれがあるので、コンプレッサ２１の運転を停止させる。

図９に示すように、空調装置１では、室外熱交換器２３の出口の冷媒温度（冷媒飽和温度）Ｔｅ［℃］と室外熱交換器出口温センサ１２が検出した冷媒温度Ｔｘ［℃］との差が、吸入過熱度（吸入ＳＨ）である。一般に、冷媒流路２０内を循環する冷媒の量が不足すると、吸入ＳＨが大きくなることが知られている。そこで、冷房の場合にはエバポレータ温度センサ１３が検出した温度Ｔｉｎｔ［℃］と冷媒飽和温度Ｔｅとの差、暖房の場合には外気温センサ１６が検出した外気温Ｔａｍｂ［℃］と冷媒飽和温度Ｔｅとの差について予め台上試験を行い、近似式を取得しておく。そして、吸入ＳＨが所定の数値（閾値ＳＨｔ）よりも大きくなった場合に、冷媒流量が不足している（過少冷媒）と判定する。

台上試験は、外気温の変化及び回転数の変化による影響は無視できる程度に小さいものとして、例えば、暖房時には外気温０［℃］、冷房時には外気温３５［℃］の各１点について、コンプレッサ２１の回転数を５０［％］に設定して行う。そして、風量ｘ［ｍ³／ｍｉｎ］が１．０［ｍ³／ｍｉｎ］の場合，２．０［ｍ³／ｍｉｎ］の場合，及び３．０［ｍ³／ｍｉｎ］の各々の場合についてΔＴｈ及びΔＴｃを測定する。なお、台上試験を行う際には、室外熱交換器２３の冷媒出口とエバポレータ２５の冷媒出口とに、それぞれ冷媒温度センサ（図示省略）及び冷媒圧力センサ（図示省略）を取り付けておく。

ここで、ΔＴｈは、Ｔａｍｂを冷媒飽和温度Ｔｅに換算する際の差であり、ΔＴｃは、Ｔｉｎｔを冷媒飽和温度Ｔｅに換算する際の差である。

図１０及び図１１に示すように、暖房時の台上試験によって、ΔＴｈ＝ａｘ²＋ｂｘ＋ｃの近似式が得られ、冷房時の台上試験によって、ΔＴｃ＝ｄｘ²＋ｅｘ＋ｆの近似式が得られた。

この近似式を用いると、暖房時の吸入ＳＨであるＳＨ＿ｈは、ＳＨ＿ｈ＝Ｔｘ−｛Ｔａｍｂ−（ａｘ²＋ｂｘ＋ｃ）｝によって求められ、冷房時の吸入ＳＨであるＳＨ＿ｃは、ＳＨ＿ｃ＝Ｔｘ−｛Ｔｉｎｔ−（ｄｘ²＋ｅｘ＋ｆ）｝によって求められる（ａ〜ｆは定数）。これらの式のうち、Ｔｘ，Ｔａｍｂ，Ｔｉｎｔは、室外熱交換器出口温センサ１２，外気温センサ１６，エバポレータ温度センサ１３によって各々検出される。よって、風量ｘが分かれば、ＳＨ＿ｃ及びＳＨ＿ｈが求められる。

暖房運転時に室外熱交換器２３を通過する空気の風量ｘは、車両の速度から求められ、冷房運転時にエバポレータ２５を通過する空気の風量ｘは、ブロワ５２の回転数から求められる。よって、エバポレータ２５の出口に冷媒圧力を検出するセンサを設けなくても、吸入ＳＨを求めることができる。

なお、図９に示すように、飽和蒸気線よりも外の場合には、等温線が大きく下に折れ曲がっているため、配管の圧損から吸入ＳＨが受ける影響は小さい。よって、室外熱交換器出口温センサ１２が第２開閉弁３０とコンプレッサ２１との間のどの位置に設けられても、吸入ＳＨへの影響は小さい。よって、室外熱交換器出口温センサ１２の取付位置に応じて吸入ＳＨを補正する必要はない。

図１２のステップＳ４０１では、吸入ＳＨが、ＳＨｔ以上であるか否かを判定する。ステップＳ４０１にて、吸入ＳＨがＳＨｔ以上であると判定された場合には、ステップＳ４０２へ移行する。一方、Ｓ４０１にて、吸入ＳＨがＳＨｔより小さいと判定された場合には、冷媒の循環量は不足していないので、リターンする。

ステップＳ４０２では、冷媒の循環量が不足しているので、コンプレッサ２１の運転を停止させる。そして、ステップＳ４０３では、空調装置の運転モードを冷房運転と暖房運転との間で切り換える。これにより、冷媒が循環しないためにエバポレータ２５や水冷コンデンサ２２に溜まった液状冷媒を、冷媒流路２０内に循環させることができる。

以上より、空調装置１では、第２開閉弁３０とコンプレッサ２１との間に設けられて冷媒の温度を検出する室外熱交換器出口温センサ１２を用いることで、室外熱交換器２３の着霜状態と循環冷媒流量の不足とを検出することができる。そのため、循環冷媒流量の不足を検出するために冷媒の圧力を検出する圧力センサを設ける必要がない。したがって、室外熱交換器２３の着霜状態と循環冷媒流量の不足を検出するのに用いるセンサの数を減らすことができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

空調装置１は、冷媒を圧縮するコンプレッサ２１と、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器２３と、空調に用いられる空気の熱を冷媒に吸収させることで冷媒を蒸発させるエバポレータ２５と、コンプレッサ２１にて圧縮された冷媒の熱を用いて空調に用いられる空気を加熱する水冷コンデンサ２２と、冷房運転時に水冷コンデンサ２２をバイパスするように冷媒の流路を切り換える第１開閉弁２９と、暖房運転時にエバポレータ２５をバイパスするように冷媒の流路を切り換える第２開閉弁３０と、第２開閉弁３０とコンプレッサ２１との間における冷房運転時と暖房運転時とに共に冷媒が流れる位置に設けられて冷媒の温度を検出する室外熱交換器出口温センサ１２と、室外熱交換器２３に取り込まれる前の外気の温度を検出する外気温センサ１６と、エバポレータ２５を通過した空気の温度を検出するエバポレータ温度センサ１３と、暖房運転時における外気温センサ１６の検出温度と室外熱交換器出口温センサ１２の検出温度との差が室外熱交換器２３に着霜の発生し得る着霜温度差ΔＴｄ以上になっている状態の経過時間に基づいて、室外熱交換器２３に着霜が発生したと判定する着霜判定部１８と、予め作成しておいたマップから導出される暖房運転時の室外熱交換器２３の出口の冷媒温度又は冷房運転時のエバポレータ２５の出口の冷媒温度と室外熱交換器出口温センサ１２の検出温度との差に基づいて、循環冷媒量が不足していることを判定する循環冷媒量判定部１９と、を備える。

このように、空調装置１では、第２開閉弁３０とコンプレッサ２１との間における冷房運転時と暖房運転時とに共に冷媒が流れる位置に設けられて冷媒の温度を検出する室外熱交換器出口温センサ１２を用いる。これにより、室外熱交換器２３の着霜状態と循環冷媒流量の不足とを検出することができる。そのため、循環冷媒流量の不足を検出するために冷媒の圧力を検出する圧力センサを設ける必要がない。したがって、室外熱交換器２３の着霜状態と循環冷媒流量の不足を検出するのに用いるセンサの数を減らすことができる。

また、着霜判定部１８は、室外熱交換器２３から室外熱交換器出口温センサ１２までの距離に応じた冷媒温度の低下分に基づいて着霜温度差ΔＴｄを補正して、室外熱交換器２３に着霜が発生したことを判定する。

これにより、室外熱交換器出口温センサ１２が第２開閉弁３０とコンプレッサ２１との間のどの位置に設けられていても、配管の圧損による冷媒温度の低下分が補正されるので、着霜の検出精度を向上させることができる。

また、着霜判定部１８は、外気温センサ１６が検出した外気の温度に応じた冷媒温度の低下分を用いて着霜温度差ΔＴｄを補正して、室外熱交換器２３に着霜が発生したことを判定する。

これにより、外気の温度の影響を加味して着霜温度差ΔＴｄが補正されるので、着霜の検出精度を更に向上させることができる。

また、着霜判定部１８は、冷媒の流量に応じた冷媒温度の低下分に基づいて着霜温度差ΔＴｄを補正して、室外熱交換器２３に着霜が発生したことを判定する。

これにより、冷媒流路２０内を循環する冷媒の流量を加味して着霜温度差ΔＴｄが補正されるので、着霜の検出精度を更に向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態は、リキッドタンク２４とアキュムレータ２６とを共通化して単一の気液分離器（図示省略）に設けた場合にも適用可能である。この場合、室外熱交換器出口温センサ１２は、共通化された気液分離器の冷媒出口と、コンプレッサ２１の入口と、の間に設けられる。

１ 空調装置
１０ コントローラ
１１ 吐出圧センサ
１２ 室外熱交換器出口温センサ（冷媒温度検出器）
１３ エバポレータ温度センサ（蒸発器温度検出器）
１４ 水温センサ
１５ 水温センサ
１６ 外気温センサ（外気温度検出器）
１８ 着霜判定部
１９ 循環冷媒量判定部
２０ 冷媒流路
２１ コンプレッサ（圧縮機）
２２ 水冷コンデンサ（加熱器）
２３ 室外熱交換器
２４ リキッドタンク
２５ エバポレータ（蒸発器）
２６ アキュムレータ
２７ 第１膨張弁
２８ 第２膨張弁
２９ 第１開閉弁
３０ 第２開閉弁

Claims (4)

1. 空調装置であって、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、
   空調に用いられる空気の熱を冷媒に吸収させることで冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記圧縮機にて圧縮された冷媒の熱を用いて空調に用いられる空気を加熱する加熱器と、
   冷房運転時に前記加熱器をバイパスするように冷媒の流路を切り換える第１開閉弁と、
   暖房運転時に前記蒸発器をバイパスするように冷媒の流路を切り換える第２開閉弁と、
   前記第２開閉弁と前記圧縮機との間における冷房運転時と暖房運転時とに共に冷媒が流れる位置に設けられて冷媒の温度を検出する冷媒温度検出器と、
   前記室外熱交換器に取り込まれる前の外気の温度を検出する外気温度検出器と、
   前記蒸発器を通過した空気の温度を検出する蒸発器温度検出器と、
   暖房運転時における前記外気温度検出器の検出温度と前記冷媒温度検出器の検出温度との差が前記室外熱交換器に着霜の発生し得る着霜温度差以上になっている状態の経過時間に基づいて、前記室外熱交換器に着霜が発生したと判定する着霜判定部と、
   予め作成しておいたマップから導出される暖房運転時の前記室外熱交換器の出口の冷媒温度又は冷房運転時の前記蒸発器の出口の冷媒温度と前記冷媒温度検出器の検出温度との差に基づいて、循環冷媒量が不足していることを判定する循環冷媒量判定部と、を備える、
   ことを特徴とする空調装置。
2. 請求項１に記載の空調装置であって、
   前記着霜判定部は、前記室外熱交換器から前記冷媒温度検出器までの距離に応じた冷媒温度の低下分に基づいて前記着霜温度差を補正して、前記室外熱交換器に着霜が発生したことを判定する、
   ことを特徴とする空調装置。
3. 請求項２に記載の空調装置であって、
   前記着霜判定部は、前記外気温度検出器が検出した外気の温度に応じた冷媒温度の低下分を用いて前記着霜温度差を補正して、前記室外熱交換器に着霜が発生したことを判定する、
   ことを特徴とする空調装置。
4. 請求項２又は３に記載の空調装置であって、
   前記着霜判定部は、冷媒の流量に応じた冷媒温度の低下分に基づいて前記着霜温度差を補正して、前記室外熱交換器に着霜が発生したことを判定する、
   ことを特徴とする空調装置。

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