JP6204111B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

車両用空調装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6204111B2
JP6204111B2 JP2013166122A JP2013166122A JP6204111B2 JP 6204111 B2 JP6204111 B2 JP 6204111B2 JP 2013166122 A JP2013166122 A JP 2013166122A JP 2013166122 A JP2013166122 A JP 2013166122A JP 6204111 B2 JP6204111 B2 JP 6204111B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
operation mode
vehicle
vehicle interior
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013166122A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015033930A (ja
Inventor
濱本　浩
浩 濱本
康平 深渡瀬
康平 深渡瀬
慶彦 大竹
慶彦 大竹
晃 小森
晃 小森
昂 松元
昂 松元
憲浩 宮村
憲浩 宮村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Japan Climate Systems Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Japan Climate Systems Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Japan Climate Systems Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2013166122A priority Critical patent/JP6204111B2/ja
Priority to EP14835322.0A priority patent/EP3031641B1/en
Priority to PCT/JP2014/004110 priority patent/WO2015019612A1/ja
Priority to CN201480044118.2A priority patent/CN105452027B/zh
Publication of JP2015033930A publication Critical patent/JP2015033930A/ja
Priority to US15/018,119 priority patent/US10018401B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6204111B2 publication Critical patent/JP6204111B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00321—Heat exchangers for air-conditioning devices
    • B60H1/00328—Heat exchangers for air-conditioning devices of the liquid-air type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00735—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models
    • B60H1/00785—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models by the detection of humidity or frost
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/321—Control means therefor for preventing the freezing of a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/39—Dispositions with two or more expansion means arranged in series, i.e. multi-stage expansion, on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F25B47/022—Defrosting cycles hot gas defrosting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/002—Defroster control
    • F25D21/004—Control mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/02—Detecting the presence of frost or condensate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/06—Removing frost
    • F25D21/12—Removing frost by hot-fluid circulating system separate from the refrigerant system
    • F25D21/125—Removing frost by hot-fluid circulating system separate from the refrigerant system the hot fluid being ambient air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00961—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising means for defrosting outside heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/023—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units
    • F25B2313/0232—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units with bypasses
    • F25B2313/02322—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units with bypasses during defrosting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2347/00—Details for preventing or removing deposits or corrosion
    • F25B2347/02—Details of defrosting cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2347/00—Details for preventing or removing deposits or corrosion
    • F25B2347/02—Details of defrosting cycles
    • F25B2347/023—Set point defrosting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0409—Refrigeration circuit bypassing means for the evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0411—Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Description

本発明は、車両に搭載される車両用空調装置に関し、特にヒートポンプ装置を備えたものに関する。
従来から、車両用空調装置の暖房熱源として内燃機関の廃熱が利用されているが、近年、内燃機関を搭載しない電気自動車や、内燃機関を搭載していてもその運転時間が短いプラグインハイブリッド自動車等が普及してきており、これら車両においていかにして快適な空調を実現するかが課題となっている。
特許文献１には、車両用空調装置として、電動コンプレッサを備えたヒートポンプ装置が開示されている。このヒートポンプ装置は、電動コンプレッサの他に、車室外に配設される車室外熱交換器と、膨張弁と、車室内において空調用空気の流れ方向上流側に配設される上流側車室内熱交換器と、車室内において空調用空気の流れ方向下流側に配設される下流側車室内熱交換器とを備えており、これら機器を冷媒配管によって接続して構成されている。
暖房時には、電動コンプレッサから吐出された高温高圧の冷媒が上流側車室内熱交換器及び下流側車室内熱交換器を流れるように冷媒流路が設定されている。これにより、空調用空気は２段階に加熱されることになる。
特開２００４−１８２１０９号公報
上記特許文献１では、暖房時に空調用空気を上流側車室内熱交換器及び下流側車室内熱交換器により２段階に加熱することができるので、高い暖房能力が得られるという利点がある。
ところで、ヒートポンプ装置の暖房運転時には、車室外熱交換器に霜が付着（着霜）することがあり、着霜した場合には乗員の快適性を低下させないように、かつ、できるだけ早期に除霜する必要がある。
しかしながら、特許文献１では、暖房運転から除霜運転に移行する際の運転モード切替に関する具体的な構成の開示はない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、暖房運転時には複数の車室内熱交換器を使用して空調用空気を加熱可能にする場合に、車室外熱交換器が着霜したときには早期に、かつ、確実に除霜できるようにして乗員の快適性を向上させることにある。
上記目的を達成するために、本発明では、第１車室内熱交換器及び第２車室内熱交換器によって暖房運転を行っている場合に着霜が検出されると、一方の車室内熱交換器による暖房とした後、除霜運転を行うようにした。
第１の発明は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に配設される第１車室内熱交換器と、車室内において該第１車室内熱交換器の空気流れ上流側に配設される第２車室内熱交換器と、膨張弁と、車室外に配設される車室外熱交換器とを順に冷媒配管により環状に接続してなるヒートポンプ装置と、
上記第１及び第２車室内熱交換器を収容するとともに、該第１及び第２車室内熱交換器に空調用空気を送風する送風機を有し、調和空気を生成して車室に供給するように構成された車室内空調ユニットと、
上記車室外熱交換器の着霜状態を検出する着霜状態検出手段と、
上記ヒートポンプ装置及び上記車室内空調ユニットを制御する空調制御装置とを備えた車両用空調装置であって、
上記ヒートポンプ装置は、上記空調制御装置により、上記圧縮機から吐出した冷媒を上記第１車室内熱交換器及び上記第２車室内熱交換器に流し、上記膨張弁により膨張させて上記車室外熱交換器に流す第１暖房運転モードと、上記圧縮機から吐出した冷媒を上記第１車室内熱交換器に流し、上記第２車室内熱交換器をバイパスした後、上記膨張弁により膨張させて上記車室外熱交換器に流す第２暖房運転モードと、上記圧縮機から吐出した冷媒を上記第１車室内熱交換器に流し、上記第２車室内熱交換器をバイパスした後、上記膨張弁により膨張させることなく、上記車室外熱交換器に流す除霜運転モードとを含む複数の運転モードに切り替えられ、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードが上記第１暖房運転モードにあるときに、上記着霜状態検出手段により上記車室外熱交換器が着霜していると検出された場合には、上記ヒートポンプ装置の運転モードを、上記第２暖房運転モードに切り替えた後、上記除霜運転モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、第１暖房運転モードでは圧縮機から吐出した冷媒を第１車室内熱交換器及び第２車室内熱交換器に流すので、高い暖房能力が得られる。車室外熱交換器が着霜した場合には、第２暖房運転モードとして第１車室内熱交換器に冷媒を流す。これにより、第２暖房運転モードは、第１暖房運転モード時に比べて、放熱器となる熱交換器の伝熱面積が減少した分だけ、圧縮機の吐出圧力が上昇し、吐出温度が高まる。一般的に圧縮機は金属部材で構成されているために、吐出温度が高まると、熱容量の大きい圧縮機自体が蓄熱される。それ故、除霜運転時は圧縮機に蓄熱された熱量及び第１暖房運転時よりも高まった吐出温度の相乗効果により、車室外熱交換器に温度の高い冷媒を供給でき、車室外熱交換器を早期に、かつ、確実に除霜することが可能になる。
第２の発明は、第１の発明において、
上記空調制御装置は、上記着霜状態検出手段により上記車室外熱交換器の着霜量が第１の着霜量であると検出したときには上記ヒートポンプ装置の運転モードを、上記第２暖房運転モードに切り替え、その後、上記着霜状態検出手段により上記車室外熱交換器の着霜量が第１の着霜量よりも多い第２の着霜量であると検出したときには上記ヒートポンプ装置の運転モードを、上記除霜運転モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、着霜量が比較的少ないうちに第２暖房運転モードに切り替えて冷媒の温度を上昇させ、その後、着霜量が増えてから除霜運転モードに切り替えるようにすることで、車室外熱交換器を早期に、かつ、確実に除霜することが可能になる。
第３の発明は、第１または２の発明において、
上記膨張弁は、上記車室外熱交換器の冷媒入り口側に配設されて上記空調制御装置により制御され、
上記空調制御装置は、上記膨張弁を開方向に制御することにより、上記ヒートポンプ装置の運転モードを上記第２暖房運転モードから上記除霜運転モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、膨張弁の開方向への制御によって暖房運転モードから除霜運転モードに切り替えることが可能なので、配管経路を変更する場合に比べて熱ロスが少なく、高温冷媒を車室外熱交換器に確実に流して車室外熱交換器を確実に除霜することが可能になる。
第１の発明によれば、第１車室内熱交換器及び第２車室内熱交換器による第１暖房運転モード時に着霜が検出された場合に、第１車室内熱交換器に冷媒を流す第２暖房運転モードとした後、除霜運転モードに切り替えるようにしたので、車室外熱交換器を早期に、かつ、確実に除霜することができる。
第２の発明によれば、着霜量に応じて運転モードを切り替えるようにしたので、車室外熱交換器をより一層確実に除霜することができる。
第３の発明によれば、膨張弁を開方向に制御することによって第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替えるようにしたので、熱ロスを少なくして車室外熱交換器を確実に除霜することができる。
実施形態に係る車両用空調装置の概略構成図である。 車両用空調装置のブロック図である。 冷房運転モードにある場合の図１相当図である。 冷房運転モードにあるヒートポンプ装置のモリエル線図である。 第１暖房運転モードにある場合の図１相当図である。 第１暖房運転モードにあるヒートポンプ装置のモリエル線図である。 第２暖房運転モードにある場合の図１相当図である。 第２暖房運転モードにあるヒートポンプ装置のモリエル線図である。 除霜運転モードにある場合の図１相当図である。 暖房運転サブルーチン制御を示すフローチャートである。 第３暖房運転モードにある場合の図１相当図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１の概略構成図である。車両用空調装置１が搭載された車両は、走行用バッテリ（図示せず）及び走行用モーター（図示せず）を備えた電気自動車である。
車両用空調装置１は、ヒートポンプ装置２０と、車室内空調ユニット２１と、ヒートポンプ装置２０及び車室内空調ユニット２１を制御する空調制御装置２２（図２に示す）とを備えている。
ヒートポンプ装置２０は、冷媒を圧縮する電動コンプレッサ３０と、車室内に配設される下流側車室内熱交換器（第１車室内熱交換器）３１と、車室内において下流側車室内熱交換器３１の空気流れ方向上流側に配設される上流側車室内熱交換器（第２車室内熱交換器）３２と、車室外に配設される車室外熱交換器３３と、アキュムレータ３４と、これら機器３０〜３４を接続する第１〜第４主冷媒配管４０〜４３と、第１〜第３分岐冷媒配管４４〜４６とを備えている。
電動コンプレッサ３０は、従来から周知の車載用のものであり、電動モーターによって駆動される。電動コンプレッサ３０の回転数を変更することによって単位時間当たりの吐出量を変化させることができる。電動コンプレッサ３０は、空調制御装置２２に接続されてＯＮ及びＯＦＦの切り替えと、回転数が制御されるようになっている。電動コンプレッサ３０には、走行用バッテリから電力が供給される。
車室外熱交換器３３は、車両の前部に設けられたモータルーム（エンジン駆動車両におけるエンジンルームに相当）において該モータルームの前端近傍に配設され、走行風が当たるようになっている。
図１に示すように、車両には第１及び第２クーリングファン３７ａ、３８ａが設けられている。第１及び第２クーリングファン３７ａ、３８ａは、それぞれ第１及び第２ファンモーター３７ｂ、３８ｂによって駆動され、車室外熱交換器３３に空気を送風するように構成されている。第１及び第２ファンモーター３７ｂ、３８ｂは、空調制御装置２２に接続されてＯＮ及びＯＦＦの切り替えと、回転数が制御されるようになっている。第１及び第２ファンモーター３７ｂ、３８ｂにも走行用バッテリから電力が供給される。尚、第１及び第２ファンモーター３７ｂ、３８ｂは、例えば走行用インバータ等を冷却するためのラジエータに空気を送風することもできるものであり、空調の要求時以外にも作動させることが可能である。
アキュムレータ３４は、第４主冷媒配管４３の中途部において電動コンプレッサ３０の吸入口近傍に配設されている。
一方、第１主冷媒配管４０は、電動コンプレッサ３０の吐出口と下流側車室内熱交換器３１の冷媒流入口とを接続するものである。また、第２主冷媒配管４１は、下流側車室内熱交換器３１の冷媒流出口と車室外熱交換器３３の冷媒流入口とを接続するものである。第３主冷媒配管４２は、車室外熱交換器３３の冷媒流出口と上流側車室内熱交換器３２の冷媒流入口とを接続するものである。第４主冷媒配管４３は、上流側車室内熱交換器３２の冷媒流出口と電動コンプレッサ３０の吸入口とを接続するものである。
また、第１分岐冷媒配管４４は、第２主冷媒配管４１から分岐しており、第３主冷媒配管４２に接続されている。第２分岐冷媒配管４５は、第２主冷媒配管４１から分岐しており、第４主冷媒配管４３に接続されている。第３分岐冷媒配管４６は、第３主冷媒配管４２から分岐しており、第４主冷媒配管４３に接続されている。
また、ヒートポンプ装置２０は、第１流路切替弁５０、第２流路切替弁５１、第１膨張弁５２、第２膨張弁５３、第１逆止弁５４及び第２逆止弁５５を備えている。
第１流路切替弁５０及び第２流路切替弁５１は電動タイプの三方弁で構成されており、空調制御装置２２によって制御される。第１流路切替弁５０は、第２主冷媒配管４１の中途部に設けられており、第１分岐冷媒配管４４が接続されている。第２流路切替弁５１は、第４主冷媒配管４３の中途部に設けられており、第３分岐冷媒配管４６が接続されている。
第１膨張弁５２及び第２膨張弁５３は、空調制御装置２２によって制御される電動タイプのものであり、開方向及び閉方向に制御される。第１膨張弁５２及び第２膨張弁５３の開度は、通常、空調負荷の状態に応じて設定されるが、空調負荷に関わらず、任意の開度に設定することもできるようになっている。
第１膨張弁５２は、第３主冷媒配管４２の第１分岐冷媒配管４４との接続部位よりも上流側車室内熱交換器３２側、即ち、上流側車室内熱交換器３２の冷媒入口側の冷媒配管に配設されている。一方、第２膨張弁５３は、第２主冷媒配管４１に配設されている。
第１逆止弁５４は、第３主冷媒配管４２に配設されており、第３主冷媒配管４２の車室外熱交換器３３側から上流側車室内熱交換器３２側へ向けての冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを阻止するように構成されている。
第２逆止弁５５は、第２分岐冷媒配管４５に配設されており、第２分岐冷媒配管４５の第４主冷媒配管４３側から第２主冷媒配管４１側へ向けての冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを阻止するように構成されている。
また、車室内空調ユニット２１は、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２を収容するケーシング６０と、エアミックスドア（温度調節ドア）６２と、エアミックスドア６２を駆動するエアミックスドアアクチュエータ６３と、吹出モード切替ドア６４と、送風機６５と、ＰＴＣヒータ（電気式ヒータ）６７とを備えている。
送風機６５は、車室内の空気（内気）と車室外の空気（外気）との一方を選択してケーシング６０内に空調用空気として送風するためのものである。送風機６５は、シロッコファン６５ａと、シロッコファン６５ａを回転駆動する送風モーター６５ｂとを備えている。送風モーター６５ｂは、空調制御装置２２に接続されてＯＮ及びＯＦＦの切り替えと、回転数が制御されるようになっている。送風モーター６５ｂにも走行用バッテリから電力が供給される。
送風機６５には、内気を導入するための内気導入口６５ｃと、外気を導入するための外気導入口６５ｄとが形成されている。送風機６５の内部には、内気導入口６５ｃと外気導入口６５ｄとの一方を開いて他方を閉じる内外気切替ドア６５ｅが設けられている。さらに、送風機６５には、内外気切替ドア６５ｅを駆動する内外気切替ドアアクチュエータ６１が設けられている。この内外気切替ドアアクチュエータ６１は、空調制御装置２２により制御される。送風機６５の空気導入モードは、内気導入口６５ｃを全開にして外気導入口６５ｄを全閉にする内気導入モードと、内気導入口６５ｃを全閉にして外気導入口６５ｄを全開にする外気導入モードとに切り替えられるようになっている。内気導入モードと外気導入モードとの切り替えは、乗員によるスイッチ操作で行うことができるようになっているが、所定の条件下では、空調制御装置２２が自動的に切り替えることができるようになっている。
ケーシング６０は、車室内においてインストルメントパネル（図示せず）の内部に配設されている。ケーシング６０には、デフロスタ吹出口６０ａ、ベント吹出口６０ｂ及びヒート吹出口６０ｃが形成されている。デフロスタ吹出口６０ａは、車室のフロントウインド内面に空調風を供給するためのものである。ベント吹出口６０ｂは、車室の乗員の主に上半身に空調風を供給するためのものである。ヒート吹出口６０ｃは、車室の乗員の足下に空調風を供給するためのものである。
これら吹出口６０ａ〜６０ｃはそれぞれ吹出モード切替ドア６４によって開閉される。吹出モード切替ドア６４は、図示しないが、空調制御装置２２に接続されたアクチュエータによって動作するようになっている。
吹出モードとしては、例えば、デフロスタ吹出口６０ａに空調風を流すデフロスタ吹出モード、ベント吹出口６０ｂに空調風を流すベント吹出モード、ヒート吹出口６０ｃに空調風を流すヒート吹出モード、デフロスタ吹出口６０ａ及びヒート吹出口６０ｃに空調風を流すデフ／ヒートモード、ベント吹出口６０ｂ及びヒート吹出口６０ｃに空調風を流すバイレベルモード等である。
ケーシング６０内に導入された空調用空気は、全量が上流側車室内熱交換器３２を通過するようになっている。
エアミックスドア６２は、ケーシング６０内において、上流側車室内熱交換器３２と下流側車室内熱交換器３１との間に収容されている。エアミックスドア６２は、上流側車室内熱交換器３２を通過した空気のうち、下流側車室内熱交換器３１を通過する空気量を変更することによって、上流側車室内熱交換器３２を通過した空気と、下流側車室内熱交換器３１を通過した空気との混合割合を決定して空調風の温度調節を行うためのものである。
ＰＴＣヒータ６７は、ケーシング６０内において下流側車室内熱交換器３１の空気流れ方向下流側に配設されており、ケーシング６０内を流れる空調用空気を加熱するためのものである。ＰＴＣヒータ６７は、空調制御装置２２により制御され、ＯＮ、ＯＦＦの切替及び加熱量の変更が可能となっている。ＰＴＣヒータ６７には走行用バッテリから電力が供給されるようになっている。
車両用空調装置１は、吐出冷媒温度センサ６８と、吐出冷媒圧力センサ６９と、外気温度センサ７０と、車室外熱交換器温度センサ７１と、車室内熱交換器温度センサ７３と、内気温度センサ７５と、車室外冷媒温度センサ８３とを備えている。これらセンサは空調制御装置２２に接続されている。
吐出冷媒温度センサ６８及び吐出冷媒圧力センサ６９は、電動コンプレッサ３０の吐出冷媒の状態を検出する冷媒状態検出手段であり、電動コンプレッサ３０の吐出口近傍に設けられている。吐出冷媒温度センサ６８は、電動コンプレッサ３０から吐出された冷媒の温度を検出する温度センサである。吐出冷媒圧力センサ６９は、電動コンプレッサ３０から吐出された冷媒の圧力を検出する圧力センサである。
外気温度センサ７０は、車室外熱交換器３３よりも空気流れ方向上流側に配設されており、車室外熱交換器３３に流入する前の外部空気の温度（外気温度）を検出するためのものである。一方、車室外熱交換器温度センサ７１は、車室外熱交換器３３の空気流れ方向下流側の面に配設されており、車室外熱交換器３３の表面温度を検出するためのものである。
車室内熱交換器温度センサ７３は、上流側車室内熱交換器３２の空気流れ方向下流側に配設されており、上流側車室内熱交換器３２の表面温度を検出するためのものである。
内気温度センサ７５は、車室内の温度（内気温度）を検出するためのものであり、車室内の所定箇所に配設されている。内気温度センサ７５は、従来から周知のものなので、詳細な説明は省略する。
車室外冷媒温度センサ８３は、車室外熱交換器３３の冷媒入口に設けられており、車室外熱交換器３３の冷媒入口における冷媒温度を検出するためのものである。
また、図示しないが、車両用空調装置１には、日射量を検出するセンサ等も設けられている。
空調制御装置２２は、例えば、乗員による設定温度や外気温、車室内温度、日射量等の複数の情報に基づいてヒートポンプ装置２０等を制御するものであり、周知の中央演算装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。また、空調の負荷に応じて電動コンプレッサ３０や第１及び第２ファンモーター３７ｂ、３８ｂも制御する。
空調制御装置２２は、通常のオートエアコン制御と同様にメインルーチンにおいて、ヒートポンプ装置２０の運転モードの切り替え、送風機６５の風量、エアミックスドア６２の開度、吹出モードの切り替え、電動コンプレッサ３０、送風モーター６５ｂの制御を行い、例えば、ファンモーター３７ｂ、３８ｂは、基本的には電動コンプレッサ３０の作動中には作動するが、電動コンプレッサ３０が停止状態であっても、走行用インバーター等の冷却が必要な場合には作動するようになっている。
ヒートポンプ装置２０の運転モードは、冷房運転モード、第１暖房運転モード、第２暖房運転モード、除霜運転モードがある。
図３に示す冷房運転モードは、例えば外気温度が２５℃よりも高い場合に選択される運転モードである。冷房運転モードでは、下流側車室内熱交換器３１を放熱器とし、上流側車室内熱交換器３２を吸熱器とし、車室外熱交換器３３を放熱器として作用させる。
すなわち、第１流路切替弁５０は、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒を上流側車室内熱交換器３２の流入口に流入しないように、第２膨張弁５３側へ流すように流路を切り替える。また、第２流路切替弁５１は、上流側車室内熱交換器３２から流出した冷媒をアキュムレータ３４に流入させるように流路を切り替える。第１膨張弁５２は膨張状態にし、第２膨張弁５３は非膨張状態にする。
この状態で電動コンプレッサ３０を作動させると、電動コンプレッサ３０から吐出された高圧冷媒が第１主冷媒配管４０を流れて下流側車室内熱交換器３１に流入し、下流側車室内熱交換器３１を循環する。下流側車室内熱交換器３１を循環した冷媒は、第２主冷媒配管４１を通って膨張することなく、車室外熱交換器３３に流入する。車室外熱交換器３３に流入した冷媒は放熱して第３主冷媒配管４２を通って第１膨張弁５２を通過することで膨張し、上流側車室内熱交換器３２に流入する。上流側車室内熱交換器３２に流入した冷媒は、上流側車室内熱交換器３２を循環して空調用空気から吸熱する。上流側車室内熱交換器３２を循環した冷媒は、第４主冷媒配管４３を通ってアキュムレータ３４を経て電動コンプレッサ３０に吸入される。
冷房運転モードにおける冷媒の相変化と圧力の関係は、図４に示すようになる。すなわち、下流側車室内熱交換器３１及び車室外熱交換器３３で放熱した後、膨張してから上流側車室内熱交換器３２で吸熱する。
また、図５に示す第１暖房運転モードは、例えば外気温度が０℃よりも低い場合（極低外気時）に選択される運転モードである。第１暖房運転モードでは、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２を放熱器とし、車室外熱交換器３３を吸熱器として作用させる。
すなわち、第１流路切替弁５０は、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒を上流側車室内熱交換器３２の流入口に流入させるように流路を切り替える。また、第２流路切替弁５１は、車室外熱交換器３３から流出した冷媒をアキュムレータ３４に流入させるように流路を切り替える。第１膨張弁５２は非膨張状態にし、第２膨張弁５３は膨張状態にする。
この状態で電動コンプレッサ３０を作動させると、電動コンプレッサ３０から吐出された高圧冷媒が第１主冷媒配管４０を流れて下流側車室内熱交換器３１に流入し、下流側車室内熱交換器３１を循環する。下流側車室内熱交換器３１を循環した冷媒は、第２主冷媒配管４１から第１分岐冷媒配管４４を流れて上流側車室内熱交換器３２に流入し、上流側車室内熱交換器３２を循環する。つまり、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２に高温状態の冷媒が流入するので、空調用空気は、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２の両方によって加熱されることになり、よって、高い暖房能力が得られる。
上流側車室内熱交換器３２を循環した冷媒は、第４主冷媒配管４３から第２分岐冷媒配管４５を通って第２主冷媒配管４１に流入する。第２主冷媒配管４１に流入した冷媒は、第２膨張弁５３を通過することで膨張し、車室外熱交換器３３に流入する。車室外熱交換器３３に流入した冷媒は、外部空気から吸熱して第３主冷媒配管４２、第３分岐冷媒配管４６を順に通ってアキュムレータ３４を経て電動コンプレッサ３０に吸入される。
第１暖房運転モードにおける冷媒の相変化と圧力の関係は、図６に示すようになる。すなわち、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２で放熱した後、膨張してから車室外熱交換器３３で吸熱し、電動コンプレッサ３０に吸入される。
また、図７に示す第２暖房運転モードは、例えば外気温度が０℃以上の場合に選択される運転モードである。低暖房運転モードでは、下流側車室内熱交換器３１を放熱器とし、車室外熱交換器３３を吸熱器として作用させる。上流側車室内熱交換器３２には冷媒を流さないようにする。
すなわち、第１流路切替弁５０は、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒を車室外熱交換器３３の流入口に流入させるように流路を切り替える。また、第２流路切替弁５１は、車室外熱交換器３３から流出した冷媒をアキュムレータ３４に流入させるように流路を切り替える。第２膨張弁５３は膨張状態にする。
この状態で電動コンプレッサ３０を作動させると、電動コンプレッサ３０から吐出された高圧冷媒が第１主冷媒配管４０を流れて下流側車室内熱交換器３１に流入し、下流側車室内熱交換器３１を循環する。下流側車室内熱交換器３１を循環した冷媒は、第２主冷媒配管４１に流れ、第２膨張弁５３を通過した後、車室外熱交換器３３に流入し、車室外熱交換器３３を循環する。つまり、上流側車室内熱交換器３２には高温状態の冷媒が流入しないので、空調用空気は、下流側車室内熱交換器３１のみで加熱されることになり、よって、第１暖房運転モードに比べて低い暖房能力となる。
車室外熱交換器３３を循環した冷媒は、第３主冷媒配管４２、第３分岐冷媒配管４６を順に通ってアキュムレータ３４を経て電動コンプレッサ３０に吸入される。
第２暖房運転モードにおける冷媒の相変化と圧力の関係は、図８に示すようになる。すなわち、下流側車室内熱交換器３１で放熱した後、膨張してから車室外熱交換器３３で吸熱する。
図９に示す除霜運転モードは、暖房中に車室外熱交換器３３が着霜した場合に、車室外熱交換器３３の霜を溶かすために選択される運転モードである。除霜運転モードでは、下流側車室内熱交換器３１及び車室外熱交換器３３を放熱器として作用させる。また、上流側車室内熱交換器３２には冷媒を流さない。
すなわち、第１流路切替弁５０は、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒を上流側車室内熱交換器３２の流入口に流入しないように、第２膨張弁５３側へ流すように流路を切り替える。また、第２流路切替弁５１は、車室外熱交換器３３から流出した冷媒をアキュムレータ３４に流入させるように流路を切り替える。第２膨張弁５３は非膨張状態にする。
この状態で電動コンプレッサ３０を作動させると、電動コンプレッサ３０から吐出された冷媒が、下流側車室内熱交換器３１を循環した後、第２主冷媒配管４１を通って膨張することなく、車室外熱交換器３３に流入する。車室外熱交換器３３に流入した冷媒は放熱して霜を溶かす。その後、第３主冷媒配管４２、第３分岐冷媒配管４６を順に通ってアキュムレータ３４を経て電動コンプレッサ３０に吸入される。
図２に示すように、空調制御装置２２は、車室外熱交換器３３に霜が付着しているか否か、及び霜が付着している場合にその着霜量を検出する着霜検出部（着霜検出手段）２２ａを有している。着霜検出部２２ａは、外気温度センサ７０で検出された外気温度（ＴＧ）から、車室外熱交換器温度センサ７１で検出された車室外熱交換器３３の表面温度を差し引いて、その値が例えば２０（℃）よりも大きな値である場合には、着霜を検出したとする。すなわち、車室外熱交換器３３に霜が付着していると、車室外熱交換器３３において冷媒が吸熱できず、冷媒温度が上昇しないことを利用して着霜検出を行っている。従って、上記の２０という値は、車室外熱交換器３３が着霜しているか否かを判断できる値であればよく、他の値であってもよい。また、霜の付着を直接検出するようにしてもよい。また、着霜量の検出は、外気温度センサ７０で検出された外気温度（ＴＧ）と車室外熱交換器温度センサ７１で検出された温度との差で検出でき、両者の差が大きいほど、着霜量が多いとする。
この実施形態では、着霜検出部２２ａによって車室外熱交換器３３の着霜量が第１の所定量以上であるか否か、及び第１の所定量よりも大きい第２の所定量以上であるか否かを検出することができるようになっている。第１の所定量とは、車室外熱交換器３３による吸熱が行いにくくなる量に設定しており、また、第２の所定量とは、車室外熱交換器３３の吸熱がほとんど不可能な状態で暖房を行うことができないような量に設定している。
車室内空調ユニット２１から吹き出す空気の目標吹出温度は、乗員の設定温度や外気温等に基づいて空調制御装置２２で演算される温度である。
次に、空調制御装置２２による制御手順を説明する。メインルーチンでは、図示しないが、外気温度センサ７０で検出された外気温度（ＴＧ）が例えば０℃よりも低い場合には、ヒートポンプ装置２０を暖房運転モードに切り替える。また、吹出空気の温度が目標温度となるように、エアミックスドア６２を動作させる。暖房運転モードは、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードが含まれる。
外気温度（ＴＧ）が０℃以上２５℃以下である場合には、除湿を行いながら暖房が行えるようにする。また、外気温度（ＴＧ）が２５℃よりも高い場合には、ヒートポンプ装置２０を冷房運転モードに切り替える。
メインルーチンで暖房運転モードが選択された場合には、図１０に示す暖房運転サブルーチン制御を行う。暖房運転サブルーチン制御では、はじめにステップＳＡ１でヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モードとする。その後、ステップＳＡ２に進み、第１着霜判定を行う。第１着霜判定は、着霜検出部２２ａによって検出した車室外熱交換器３３の着霜量が第１の所定量以上であるか否かを判定する。ステップＳＡ２においてＮＯと判定された場合には、車室外熱交換器３３の着霜量が０か、問題とならない程度の少ない状態であるので、ステップＳＡ１に進み、第１暖房運転モードで運転を継続して高効率暖房を行う。
ステップＳＡ２においてＹＥＳと判定されて車室外熱交換器３３の着霜量が多い場合には、ステップＳＡ３に進み、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モードから第２暖房運転モードに切り替える。そして、ステップＳＡ４に進み、電動コンプレッサ３０から吐出される冷媒の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。ステップＳＡ４における所定温度とは、暖房時に最終的に車室内に吹き出す吹出空気の温度に乗員が違和感をほとんど感じない程度の温度である。ステップＳＡ４でＮＯと判定されて吐出温度の温度が所定温度よりも低い場合には、ステップＳＡ５に進み、電動コンプレッサ３０から吐出される冷媒の単位時間あたりの吐出量を増大させて、吐出温度を上昇させる。そして、ステップＳＡ６に進み、ステップＳＡ４と同様な判定を行う。ステップＳＡ６でＮＯと判定された場合には、吐出温度が未だ所定温度に達しないので、乗員が違和感を感じることがある。この場合には、ステップＳＡ７に進み、送風機６５による送風量を低下させる。これにより、車室内に供給される低温の吹出空気の量を少なくして乗員が違和感を感じにくくする。その後、ステップＳＡ８に進み、ステップＳＡ４と同様な判定を行う。ステップＳＡ８でＮＯと判定された場合には、吐出温度が未だ所定温度に達しないので、ステップＳＡ５に進み、電動コンプレッサ３０から吐出される冷媒の単位時間あたりの吐出量を更に増大させる。
一方、ステップＳＡ４、ＳＡ６、ＳＡ８でＹＥＳと判定されて吐出温度が所定温度以上である場合には、ステップＳＡ９に進み、今度は、車室内空調ユニット２１から車室内に吹き出す吹出空気の温度が必要温度以上であるか否かを判定する。ステップＳＡ９における必要温度とは、例えば車室内の暖房を行うのに必要な目標温度である。ステップＳＡ９でＮＯと判定されて吹出空気の温度が必要温度よりも低い場合には、ステップＳＡ１０に進み、ＰＴＣヒータ６７を作動させて空調用空気を加熱する。
ステップＳＡ９でＹＥＳと判定されて吹出空気の温度が必要温度以上である場合及びステップＳＡ１０に進んでＰＴＣヒータ６７を作動させた場合には、ステップＳＡ１１に進み第２着霜判定を行う。ステップＳＡ１１では、着霜検出部２２ａによって検出した車室外熱交換器３３の着霜量が第２の所定量以上であるか否かを判定する。
ステップＳＡ１１においてＮＯと判定された場合には、車室外熱交換器３３の着霜量がそれほど多くなく、ある程度の吸熱を期待できる状態であるので、ステップＳＡ３に進み、第２暖房運転モードで運転を継続する。
ステップＳＡ１１においてＹＥＳと判定されて車室外熱交換器３３の着霜量が多く、吸熱が困難な場合には、ステップＳＡ１２に進み、ヒートポンプ装置２０の運転モードを除霜運転モードとする。
除霜運転モードとした後に進むステップＳＡ１３では、車室外熱交換器３３の除霜が完了したか否かを判定する。着霜検出部２２ａによって検出した車室外熱交換器３３の着霜量が０の場合か、問題とならない程度に少ない場合には、ステップＳＡ１３でＹＥＳと判定する。一方、着霜検出部２２ａによって検出した車室外熱交換器３３の着霜量が多く、吸熱が困難な場合には、除霜運転モードを継続する。
ステップＳＡ１３でＹＥＳと判定された場合には、ステップＳＡ１４に進み、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードに切り替える。その後、ステップＳＡ１５に進み、電動コンプレッサ３０から吐出される冷媒圧力が所定圧力以上、またはその冷媒温度が所定温度以上であるか否かを判定する。ステップＳＡ１５でＹＥＳと判定されて冷媒圧力が所定圧力以上、またはその冷媒温度が所定温度以上である場合には、ステップＳＡ１に進み、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モードに切り替える。一方、ステップＳＡ１５でＮＯと判定されて冷媒圧力が所定圧力よりも低く、かつ、冷媒温度が所定温度よりも低い場合には、ステップＳＡ１４に進み、第２暖房運転モードを継続する。
以上が暖房運転サブルーチンである。このサブルーチンは、暖房運転が行われている間、除霜運転が行われている間に実行され、それ以外の運転モードでは別のサブルーチンによる制御が行われる。
したがって、本実施形態にかかる車両用空調装置１によれば、上流側車室内熱交換器３２及び下流側車室内熱交換器３１による第１暖房運転モード時に着霜が検出された場合に、下流側車室内熱交換器３１に冷媒を流す第２暖房運転モードとした後、除霜運転モードに切り替えるようにしている。第２暖房運転モードでは第１暖房運転モード時に比べて電動コンプレッサ３０から吐出する冷媒の温度が上昇し、しかも、電動コンプレッサ３０自体の温度が上昇して電動コンプレッサ３０に蓄熱作用が得られる。これにより、高温の冷媒を車室外熱交換器３３に流すことができるので、車室外熱交換器３３を早期に、かつ、確実に除霜することができる。
また、図１０のフローチャートのステップＳＡ１で第１暖房運転モードとした後、ステップＳＡ２で車室外熱交換器３３の着霜量が第１の着霜量であると検出したときにはステップＳＡ３でヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードに切り替える。その後、ステップＳＡ１１で車室外熱交換器３３の着霜量が第１の着霜量よりも多い第２の着霜量であると検出したときにはステップＳＡ１２でヒートポンプ装置２０の運転モードを除霜運転モードに切り替える。これにより、着霜量に応じて運転モードを切り替えることができ、車室外熱交換器３３をより一層確実に除霜することができる。
また、図１０のフローチャートのステップＳＡ６、ＳＡ８において電動コンプレッサ３０からの吐出冷媒の温度が所定以上となったときにヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える。これにより、車室外熱交換器を確実に除霜することができる。尚、ステップＳＡ６、ＳＡ８において電動コンプレッサ３０からの吐出冷媒の圧力が所定以上となったときにヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替えるように構成してもよい。
また、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際には、第２膨張弁５３を開方向に制御することによって切り替えることができる。これにより、冷媒が流通する配管を切り替えずに済むので、熱ロスを少なくして車室外熱交換器３３を確実に除霜することができる。
また、車室外熱交換器３３の着霜状態を検出する着霜状態検出手段としては、車室外熱交換器３３の冷媒入口における冷媒温度を検出するセンサを設け、このセンサから出力あれる冷媒温度に基づいて着霜を検出するように構成してもよい。これにより、車室外熱交換器３３の着霜状態を正確に検出することができ、適切なタイミングで除霜運転を行うことができる。
また、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モードから第２暖房運転モードに切り替えた後、図１０のフローチャートのステップＳＡ５において電動コンプレッサ３０の単位時間あたりの冷媒吐出量を、運転モードの切り替え前に比べて増加させるようにしている。これにより、車室内への吹出空気温度の低下を抑制して乗員の快適性を維持しつつ、吐出冷媒の圧力及び温度を上昇させて除霜モード時に車室外熱交換器３３を確実に除霜することができる。
また、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モードから第２暖房運転モードに切り替えた後、図１０のフローチャートのステップＳＡ７において送風機６５の送風量を、運転モードの切り替え前に比べて低下させるようにしている。これにより、吹出温度の低下を抑制して乗員の快適性を維持しつつ、吐出冷媒の圧力及び温度を上昇させて車室外熱交換器３３を確実に除霜することができる。
また、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モードから第２暖房運転モードに切り替えた後、図１０のフローチャートのステップＳＡ９において要求される吹出空気温度に満たないと判定された場合にはステップＳＡ１０でＰＴＣヒータ６７を作動させるようにしている。これにより、乗員の快適性を向上させることができる。
また、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替えた後、即ち、図１０のフローチャートのステップＳＡ１２の後、かつ、ステップＳＡ１３の前に、電動コンプレッサ３０の冷媒吐出量を運転モードの切り替え前に比べて増加させる制御を行うようにしてもよい。これにより、車室外熱交換器３３の除霜を早期に行うことができる。
また、この実施形態では、除霜運転モードによる除霜が終了した後、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードに切り替えるようにしているが、これに限らず、除霜運転モードによる除霜が終了した後、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モードに切り替えるようにしてもよい。これにより、高効率な暖房運転を行うことが可能になる。
また、この実施形態では、除霜運転モードによる除霜が終了した後、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードに切り替えた後、第１暖房運転モードに切り替えるようにしている。これにより、吹出温度を素早く高めて、第１暖房運転モードに早期に切り替えて高効率な暖房運転を行うことができる。
また、図１０のフローチャートのステップＳＡ１５で冷媒の圧力状態を判定し、この判定結果に基づいてヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードから第１暖房運転モードに切り替えるようにしている。これにより、第２暖房運転モードから第１暖房運転モードに切り替えるタイミングを適切なタイミングにすることができる。
また、図１０のフローチャートのステップＳＡ１５の代わりに、吹出空気温度を検出し、この吹出空気温度が所定温度以上であれば、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードから第１暖房運転モードに切り替える一方、吹出空気温度が所定温度よりも低ければ、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードのままとするようにしてもよい。ここで所定温度とは、目標温度近傍の温度とすることができる。
また、図１０のフローチャートのステップＳＡ１４においてヒートポンプ装置２０の運転モードを第２暖房運転モードへ切り替えた後、所定時間経過したら第１暖房運転モードに切り替えるようにしてもよい。この場合、ステップＳＡ１５を省略することができ、代わりに、第２暖房運転モードへの切替時点から計時を開始するタイマを用い、このタイマを使用して経過時間を把握し、吹出空気温度が十分に高まったと推定される時間が経過したら、第１暖房運転モードに切り替える。これにより、第１暖房運転モードに切り替えるタイミングを適切なタイミングにすることができる。
また、上記実施形態では、第１暖房運転モードの後に第２暖房運転モードに切り替えるようにしているが、第２暖房運転モードの代わりに、図１１に示す第３暖房運転モードに切り替え、その後、除霜運転モードに切り替えるようにしてもよい。第３暖房運転モードでは、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モードと同じにし、車室内空調ユニット２１は、同図に示すように、下流側車室内熱交換器３１を通過する空調用空気の量が減少するようにエアミックスドア６２を回動させる。エアミックスドア６２の回動角度としては、下流側車室内熱交換器３１を通過する空調用空気の量が略０となるようにするのが好ましい。略０とは、空調用空気が下流側車室内熱交換器３１を一切通過しない場合を含むのはもちろん、下流側車室内熱交換器３１を通過する空調用空気の量が０となるようにエアミックスドア６２を回動させていても、ケーシング６０とエアミックスドア６２との間に形成されてしまう若干の隙間等から漏れる少量の空調用空気が下流側車室内熱交換器３１を通過する場合も含むものとする。
第３暖房運転モードでは、第２暖房運転モードと同様に、エアミックスドア６２の開度調整により、放熱器となる熱交換器の伝熱面積を意図的に減少させ、電動コンプレッサ３０への蓄熱を行うことが可能になる。このとき、エアミックスドア６２の開度を変更するだけであって、ヒートポンプ装置２０の配管の切り替えは生じないため、切り替えに伴う配管からの熱ロスが生じず、簡易に、かつ、効率よくモード切り替えが可能である。また、第３暖房運転モード中に上流側車室内熱交換器３２に電動コンプレッサ３０から吐出した高温の冷媒が供給されることで、上流側車室内熱交換器３２自体に蓄熱され、除霜運転時にその蓄熱された熱を車室外熱交換器３３に供給することが可能になる。
第１暖房運転モードの後に第３暖房運転モードに切り替えると、下流側車室内熱交換器３１を通過する空調用空気の量が減少するので、下流側車室内熱交換器３１の放熱量が減少する。従って、第３暖房運転モードでは第１暖房運転モード時に比べて電動コンプレッサ３０から吐出する冷媒の温度が上昇し、しかも、電動コンプレッサ３０自体の温度が上昇して電動コンプレッサ３０に蓄熱作用が得られる。これにより、除霜運転モード時に高温の冷媒を車室外熱交換器３３に流すことができるので、車室外熱交換器３３を早期に、かつ、確実に除霜することができる。
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載することができる。
１ 車両用空調装置
２０ ヒートポンプ装置
２１ 車室内空調ユニット
２２ 空調制御装置
２２ａ 着霜検出部（着霜検出手段）
３０ 電動コンプレッサ（圧縮機）
３１ 下流側車室内熱交換器（第１車室内熱交換器）
３２ 上流側車室内熱交換器（第２車室内熱交換器）
３３ 車室外熱交換器
４０〜４３ 第１〜第４主冷媒配管（冷媒配管）
４４〜４６ 第１〜第３分岐冷媒配管（冷媒配管）
５２ 第１減圧弁
５３ 第２減圧弁
６２ エアミックスドア
６５ 送風機
６７ ＰＴＣヒータ（電気式ヒータ）

Claims (3)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、車室内に配設される第１車室内熱交換器と、車室内において該第１車室内熱交換器の空気流れ上流側に配設される第２車室内熱交換器と、膨張弁と、車室外に配設される車室外熱交換器とを順に冷媒配管により環状に接続してなるヒートポンプ装置と、
    上記第１及び第２車室内熱交換器を収容するとともに、該第１及び第２車室内熱交換器に空調用空気を送風する送風機を有し、調和空気を生成して車室に供給するように構成された車室内空調ユニットと、
    上記車室外熱交換器の着霜状態を検出する着霜状態検出手段と、
    上記ヒートポンプ装置及び上記車室内空調ユニットを制御する空調制御装置とを備えた車両用空調装置であって、
    上記ヒートポンプ装置は、上記空調制御装置により、上記圧縮機から吐出した冷媒を上記第１車室内熱交換器及び上記第２車室内熱交換器に流し、上記膨張弁により膨張させて上記車室外熱交換器に流す第１暖房運転モードと、上記圧縮機から吐出した冷媒を上記第１車室内熱交換器に流し、上記第２車室内熱交換器をバイパスした後、上記膨張弁により膨張させて上記車室外熱交換器に流す第２暖房運転モードと、上記圧縮機から吐出した冷媒を上記第１車室内熱交換器に流し、上記第２車室内熱交換器をバイパスした後、上記膨張弁により膨張させることなく、上記車室外熱交換器に流す除霜運転モードとを含む複数の運転モードに切り替えられ、
    上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードが上記第１暖房運転モードにあるときに、上記着霜状態検出手段により上記車室外熱交換器が着霜していると検出された場合には、上記ヒートポンプ装置の運転モードを、上記第２暖房運転モードに切り替えた後、上記除霜運転モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
  2. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
    上記空調制御装置は、上記着霜状態検出手段により上記車室外熱交換器の着霜量が第１の着霜量であると検出したときには上記ヒートポンプ装置の運転モードを、上記第２暖房運転モードに切り替え、その後、上記着霜状態検出手段により上記車室外熱交換器の着霜量が第１の着霜量よりも多い第２の着霜量であると検出したときには上記ヒートポンプ装置の運転モードを、上記除霜運転モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
  3. 請求項１または２に記載の車両用空調装置において、
    上記膨張弁は、上記車室外熱交換器の冷媒入り口側に配設されて上記空調制御装置により制御され、
    上記空調制御装置は、上記膨張弁を開方向に制御することにより、上記ヒートポンプ装置の運転モードを上記第２暖房運転モードから上記除霜運転モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
JP2013166122A 2013-08-09 2013-08-09 車両用空調装置 Expired - Fee Related JP6204111B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013166122A JP6204111B2 (ja) 2013-08-09 2013-08-09 車両用空調装置
EP14835322.0A EP3031641B1 (en) 2013-08-09 2014-08-06 Vehicle air-conditioning device
PCT/JP2014/004110 WO2015019612A1 (ja) 2013-08-09 2014-08-06 車両用空調装置
CN201480044118.2A CN105452027B (zh) 2013-08-09 2014-08-06 车辆用空调装置
US15/018,119 US10018401B2 (en) 2013-08-09 2016-02-08 Vehicle heat pump with defrosting mode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013166122A JP6204111B2 (ja) 2013-08-09 2013-08-09 車両用空調装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015033930A JP2015033930A (ja) 2015-02-19
JP6204111B2 true JP6204111B2 (ja) 2017-09-27

Family

ID=52460967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013166122A Expired - Fee Related JP6204111B2 (ja) 2013-08-09 2013-08-09 車両用空調装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10018401B2 (ja)
EP (1) EP3031641B1 (ja)
JP (1) JP6204111B2 (ja)
CN (1) CN105452027B (ja)
WO (1) WO2015019612A1 (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6277888B2 (ja) * 2014-06-27 2018-02-14 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
EP3109572B1 (en) * 2015-06-22 2019-05-01 Lg Electronics Inc. Refrigerator
KR102552118B1 (ko) * 2016-07-22 2023-07-10 한온시스템 주식회사 차량용 공조 시스템 및 그 제어방법
JP6683076B2 (ja) * 2016-09-02 2020-04-15 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
JP2018091536A (ja) * 2016-12-01 2018-06-14 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
CN111201410B (zh) * 2017-10-12 2021-09-24 三菱电机株式会社 空气调节装置
US20190170600A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Johnson Controls Technology Company Systems and methods for detecting refrigerant leaks in heating, ventilating, and air conditioning (hvac) systems
US10955175B2 (en) 2017-12-04 2021-03-23 Lennox Industries Inc. Heating, ventilation, air-conditioning, and refrigeration system
CN109398027A (zh) * 2018-10-17 2019-03-01 江西新电汽车空调系统有限公司 板式直接式全功能车用热泵空调系统
US11686491B2 (en) * 2019-02-20 2023-06-27 Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP Systems for refrigerant leak detection and management
CN109737635B (zh) * 2019-02-25 2024-04-16 东风汽车集团有限公司 一种电动汽车热泵空调系统
FR3095263B1 (fr) * 2019-04-17 2021-04-30 Valeo Systemes Thermiques Procédé de contrôle d’un dispositif de gestion thermique d’un véhicule automobile
FR3097623A1 (fr) * 2019-06-19 2020-12-25 Valeo Systemes Thermiques Procédé de contrôle d’un circuit de conditionnement thermique d’un flux d’air
CN114771202B (zh) * 2022-04-29 2024-05-03 重庆金康赛力斯新能源汽车设计院有限公司 车辆用空调的控制方法、车辆用空调及车辆

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS643478A (en) * 1987-06-25 1989-01-09 Toshiba Corp Air conditioner
JPH04278153A (ja) * 1991-03-06 1992-10-02 Toshiba Corp 冷暖房装置
JP3416897B2 (ja) * 1995-05-31 2003-06-16 東芝キヤリア株式会社 空気調和機
JPH09142139A (ja) * 1995-09-22 1997-06-03 Denso Corp 車両用空調装置
JP3354378B2 (ja) * 1996-03-06 2002-12-09 カルソニックカンセイ株式会社 冷暖房装置
US6237357B1 (en) * 1999-06-07 2001-05-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Vehicular air conditioner using heat pump
JP3985394B2 (ja) * 1999-07-30 2007-10-03 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
DE10213339A1 (de) * 2002-03-26 2003-10-16 Gea Happel Klimatechnik Wärmepumpe zum gleichzeitigen Kühlen und Heizen
JP3986422B2 (ja) * 2002-12-04 2007-10-03 三菱重工業株式会社 車両用空調装置
JP2004217087A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Calsonic Kansei Corp 車両用空調装置
JP2010111222A (ja) * 2008-11-05 2010-05-20 Denso Corp 車両用空調装置
JP5442291B2 (ja) * 2009-03-30 2014-03-12 株式会社日本クライメイトシステムズ 車両用空調装置
JP2011005982A (ja) * 2009-06-26 2011-01-13 Denso Corp 車両用空調装置
JP5126173B2 (ja) * 2009-07-13 2013-01-23 株式会社デンソー 車両用空調装置
JP2012233676A (ja) * 2011-04-21 2012-11-29 Denso Corp ヒートポンプサイクル
FR2978534B1 (fr) * 2011-07-27 2016-12-30 Valeo Systemes Thermiques Installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation à organe de commande amélioré
US9902235B2 (en) * 2011-09-06 2018-02-27 Valeo Japan Co., Ltd. Vehicle air-conditioning apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US10018401B2 (en) 2018-07-10
EP3031641A4 (en) 2017-08-09
CN105452027B (zh) 2017-07-21
EP3031641A1 (en) 2016-06-15
WO2015019612A1 (ja) 2015-02-12
US20160153697A1 (en) 2016-06-02
JP2015033930A (ja) 2015-02-19
EP3031641B1 (en) 2018-10-10
CN105452027A (zh) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6204111B2 (ja) 車両用空調装置
JP6068229B2 (ja) 車両用空調装置
EP2962878B1 (en) Vehicle air conditioner
WO2013094144A1 (ja) 車両用空調装置
JP6204110B2 (ja) 車両用空調装置
JP2011005982A (ja) 車両用空調装置
JPH05229333A (ja) 車両用ヒートポンプ式冷暖房装置
JP6209391B2 (ja) 車両用空調装置
JP5563904B2 (ja) 車両用空調装置
JP6383854B2 (ja) 車両用空調装置
JP6126429B2 (ja) 車両用空調装置
JP6009391B2 (ja) 車両用空調装置
JP5912052B2 (ja) 車両用空調装置
JP5494595B2 (ja) 車両用空調装置
JP2015063169A (ja) 車両用空調装置
JP2013177038A5 (ja)
JP5472412B2 (ja) 車両用空調装置
JP3301265B2 (ja) 車両用ヒートポンプ式冷暖房装置
JP5904882B2 (ja) 車両用空調装置
JP6004981B2 (ja) 車両用空調装置
JP6513403B2 (ja) 車両の制御装置
JP6520664B2 (ja) 車両用空調装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170530

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170728

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170822

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170831

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6204111

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees