JP6458079B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電器の電力でモータを駆動して推進力を得る輸送機器に設けられ、暖房運転と除霜運転とを行うことができる空調装置に関する。

特許文献１は、電動モータを駆動源とする車両に設けられ、暖房運転に起因して室外熱交換器に付着した霜を除去するいわゆる除霜運転を行う空調装置を開示する。除霜運転は、コンプレッサによって圧縮された高温かつ高圧の冷媒を室外熱交換器に導入することにより行われる。この空調装置は、車両の駐車中に除霜運転を開始し、室外熱交換器の出口温度が除霜運転の停止条件である規定温度以上になるまで除霜運転を継続する。

特開２０１６−０４９９１４号公報

特許文献１の空調装置において、除霜運転の停止条件である規定温度を適切に設定することは難しい。例えば、規定温度を低く設定すると、除霜運転時間が短くなるため消費電力量を抑制することができるものの、室外熱交換器に付着した霜を十分に除去することができない可能性がある。この場合は、室外熱交換器の吸熱能力の回復が不十分となる。一方、規定温度を高く設定すると、室外熱交換器に付着した霜を確実に除去することはできるものの、除霜運転時間が長くなる。バッテリ（蓄電器）の電力で除霜運転を行っている場合は、バッテリの残容量が減り、除霜運転後の車両の航続距離が短くなる。

つまり、特許文献１の空調装置では、除霜運転を行う前に、除霜運転により消費される電力量が考慮されていない。このため、室外熱交換器の出口温度が規定温度以上になるまで除霜運転が継続された結果、除霜運転で消費された電力量が大きくなり、バッテリの残容量が想定以上に少なくなる虞がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、室外熱交換器に着霜が発生した場合に除霜運転を適切に行い車両の航続距離を長くすることができる空調装置を提供することを目的とする。

本発明は、
蓄電器の電力でモータを駆動して推進力を得る輸送機器に設けられ、
冷媒を圧縮する電動式のコンプレッサと、
前記コンプレッサから吐出された冷媒の熱を放熱する室内コンデンサと、
前記室内コンデンサを通過した前記冷媒を減圧する減圧器と、
前記室内コンデンサを通過した前記冷媒、または、前記減圧器で減圧された前記冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器と、
前記冷媒を用いた空調制御を行う制御器と、を備える空調装置であって、
前記制御器は、
暖房運転時には、前記室内コンデンサを通過した冷媒を、前記減圧器で減圧させた後に前記室外熱交換器に導入して外気との間で熱交換させ、
除霜運転時には、前記コンプレッサによって圧縮された高温かつ高圧の冷媒を、前記室外熱交換器に導入して前記室外熱交換器に付着した霜を除去し、
前記除霜運転に必要な電力量に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定する
ことを特徴とする。

上記構成によれば、除霜運転に必要な電力量に基づいて除霜運転を行うか否かを決定するため、除霜運転を行って航続距離を長くするか、除霜運転を行わずに航続距離を長くするかを判定することができるようになる。その結果、蓄電器の状態に応じて除霜運転を適切に行い車両の航続距離を長くすることができる。

本発明において、
前記制御器は、
前記電力量に基づいて前記除霜運転後の前記蓄電器の残容量を算出し、前記残容量に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定するようにしてもよい。

上記構成によれば、除霜運転後の蓄電器の残容量に基づいて除霜運転を行うか否かを決定する。閾値が設定されていれば、蓄電器の残容量が閾値よりも多いか少ないかを判断することにより除霜運転を実行すべきか否かを決定することができるため、蓄電器の状態に応じて除霜運転を適切に行い車両の航続距離を長くすることができる。

本発明において、
前記制御器は、
前記輸送機器が単位走行距離あたりに要する電力量に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定するようにしてもよい。

上記構成によれば、除霜運転に必要な電力量の計算を、輸送機器が単位時間あたりに要する電力量（電費）に基づいて行うことができるため、除霜運転終了後の輸送機器の航続可能距離を予測することができる。

本発明において、
前記制御器は、
前記室外熱交換器に付着した前記霜に関するパラメータに基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定するようにしてもよい。

上記構成によれば、前記室外熱交換器に付着した前記霜に関するパラメータに基づいて電力量の計算を行うことができ、除霜運転に必要な電力量をより正確に求めることができる。更に、除霜運転終了後の航続可能距離を正確に予測することができる。

本発明において、
前記制御器は、
前記輸送機器の外部温度に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定するようにしてもよい。

上記構成によれば、外部温度を考慮することにより、除霜運転終了後の航続可能距離を正確に予測することができる。

本発明において、
前記制御器は、
前記蓄電器の出力可能電力量に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定するようにしてもよい。

蓄電器が入出力可能な電力量は、蓄電器の劣化状態、温度等によって異なる。上記構成によれば、蓄電器の劣化状態を考慮することにより、除霜運転終了後の航続可能距離を正確に予測することができる。

本発明において、
前記制御器は、除霜運転を、輸送機器の電気システムがオフ状態のときに行うようにしてもよい。

電気システムがオン状態のときはユーザからの暖房要求が発生することがある。上記構成によれば、電気システムがオン状態のときに除霜運転を行わないことで空調商品性の悪化を防止することができる。また、暖房中に除霜運転が行われると、着霜状態が変化することがある。上記構成によれば、着霜量が増加しない電気システムがオフ状態のときに除霜運転を行うため、正確に除霜に必要な電力量を求めることができる。

本発明において、
前記制御器は、
前記輸送機器の外部から送信される信号に基づいて遠隔空調制御を行うことが可能であり、
前記遠隔空調制御を行っていないときに前記除霜運転を行うようにしてもよい。

遠隔空調による要求として暖房要求される場合がある。除霜運転と暖房運転と同時に行うことはできない。上記構成によれば、暖房要求があるときには暖房運転を優先し、除霜運転を行わないため、空調商品性の悪化を防止することができる。

本発明は、
蓄電器の電力でモータを駆動して推進力を得る輸送機器に設けられ、
冷媒を圧縮する電動式のコンプレッサと、
前記コンプレッサから吐出された冷媒の熱を放熱する室内コンデンサと、
前記室内コンデンサを通過した前記冷媒を減圧する減圧器と、
前記室内コンデンサを通過した前記冷媒、または、前記減圧器で減圧された前記冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器と、
前記冷媒を用いた空調制御を行う制御器と、を備える空調装置であって、
前記制御器は、
暖房運転時には、前記室内コンデンサを通過した冷媒を、前記減圧器で減圧させた後に前記室外熱交換器に導入して外気との間で熱交換させ、
除霜運転時には、前記コンプレッサによって圧縮された高温かつ高圧の冷媒を、前記室外熱交換器に導入して前記室外熱交換器に付着した霜を除去し、
前記除霜運転を行う前に、前記除霜運転に必要な電力量を推定する
ことを特徴とする。

上記構成によれば、除霜運転を行う前に除霜運転に必要な電力量を推定するため、除霜運転後の航続距離が延びるか否かを判断することができる。

本発明によれば、除霜運転に必要な電力量に基づいて除霜運転を行うか否かを決定するため、蓄電器の残容量が極端に減ることを抑制することができるようになる。その結果、蓄電器の状態に応じて除霜運転を適切に行うことができる。

図１は本実施形態に係る空調装置を有する空調システムの構成図である。 図２は暖房運転を行う空調装置の動作説明に供する図である。 図３は冷房運転を行う空調装置の動作説明に供する図である。 図４は除霜運転を行う空調装置の動作説明に供する図である。 図５は除霜運転時に制御器が行う処理フローである。 図６は除霜運転時に制御器が行う処理フローである。

以下、本発明に係る空調装置を有する空調システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［１ 空調システム１０の構成］
図１に示されるように、空調システム１０は、空調装置１６を備える輸送機器１２と、輸送機器１２のユーザに携行される携帯端末装置１４と、を備えている。輸送機器１２は、例えば蓄電器２０の電力でモータ１８を駆動して推進力を得る電動車両（外部から給電が可能な電気自動車やハイブリッド自動車等）である。以下で説明する実施形態では、輸送機器１２として電動車両（以下、車両１２という。）を想定して説明する。携帯端末装置１４は、インターネット等を介して車両１２とデータ通信が可能であるスマートフォンやタブレット端末等であってもよいし、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信を利用して車両１２とデータ通信が可能である通信装置であってもよい。携帯端末装置１４は、ユーザが行う入力操作に応じて空調装置１６の操作信号を出力する。

［２ 車両１２の構成］
車両１２は、空調装置１６と、モータ１８と、蓄電器２０と、を備える。モータ１８は、発電機として機能することも可能である。蓄電器２０は、モータ１８等の車載の電気機器に電力を供給し、モータ１８または外部に設けられる充電装置（不図示）から供給される電力により充電される。

［３ 空調装置１６の構成］
空調装置１６は、空調ユニット３０と、冷媒が循環可能なヒートポンプサイクル６０と、冷媒を用いた空調制御を行う制御器９０と、ユーザが行う操作に応じて車両１２が備える電気システムのオン／オフを切り替えるための信号を出力する主スイッチ９２（イグニッションスイッチ、パワースイッチ等）と、ユーザが行う操作に応じて空調の操作信号を出力する操作装置９４と、携帯端末装置１４とデータ通信を行う通信装置９６と、センサ群（冷媒温度センサ１０２、ＳＯＣセンサ１０４、充電センサ１０６）と、を主に備える。電気システムがオフ状態とは、車両１２が備える主要な電気機器への電力の供給が遮断される状態の他に、ユーザが車両１２を走行させない状況を制御器９０が判別できる程度に関連する電気機器には電力が供給される状態のこともいう。本実施形態においては、主スイッチ９２からオフ信号が出力されて電気システムがオフ状態となっても、空調装置１６と蓄電器２０との電気的接続状態が維持され、空調装置１６は後述する除霜運転を行うことが可能である。

［３−Ａ 空調ユニット３０］
空調ユニット３０は、空調空気が流通するダクト３２と、このダクト３２内に収容されるブロア３４、エバポレータ３６、エアミックスドア３８、室内コンデンサ４０、ＰＴＣヒータ４２と、を備える。

ダクト３２は、空気取込口４４ａ、４４ｂおよび空気吹き出し口４６ａ、４６ｂを有する。そして、上述したブロア３４、エバポレータ３６、エアミックスドア３８、および、室内コンデンサ４０は、ダクト３２における空調空気の流通方向の上流側（空気取込口４４ａ、４４ｂ側）から下流側（空気吹き出し口４６ａ、４６ｂ側）に向けてこの順で配置される。

空気取込口４４ａ、４４ｂは、それぞれ内気を取り込む内気取込口と外気を取り込む外気取込口を構成する。空気取込口４４ａ、４４ｂは、内気ドア４８と外気ドア５０によってそれぞれ開閉される。例えば、制御器９０による制御により内気ドア４８と外気ドア５０の開度が調整されることで、ダクト３２内に流入する内気と外気の流量割合が調整される。

空気吹き出し口４６ａ、４６ｂは、それぞれＶＥＮＴ吹き出し口とＤＥＦ吹き出し口を構成する。各空気吹き出し口４６ａ、４６ｂは、ＶＥＮＴドア５２とフットドア５４によりそれぞれ開閉可能とされる。例えば、制御器９０による制御によりＶＥＮＴドア５２とフットドア５４の開閉が切り替えられることで、各空気吹き出し口４６ａ、４６ｂから吹き出される空気割合が調整される。

ブロア３４は、例えば、制御器９０による制御により印加される駆動電圧に応じて駆動され、空気取込口４４ａ、４４ｂからダクト３２内に取り込まれた空調空気（内気および外気の少なくとも一方）を下流側、つまりエバポレータ３６および室内コンデンサ４０に向けて送出する。

エバポレータ３６は、内部に流入する低圧の冷媒と車室内雰囲気（ダクト３２内）との熱交換を行い、例えば、冷媒が蒸発する際の吸熱によって、エバポレータ３６を通過する空調空気を冷却する。

室内コンデンサ４０は、内部に流入する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４０を通過する空調空気を加熱する。ＰＴＣヒータ４２は、電流の供給により発熱するＰＴＣ素子を備え、室内コンデンサ４０の補助用ヒータとして機能する。

エアミックスドア３８は、例えば、制御器９０による制御によって回動操作される。エアミックスドア３８は、ダクト３２内のエバポレータ３６の下流から室内コンデンサ４０に向かう通風経路を開放する加熱位置と、室内コンデンサ４０を迂回する通風経路を開放する冷却位置との間で回動する。これにより、エバポレータ３６を通過した空調空気のうち、室内コンデンサ４０に導入される風量と、室内コンデンサ４０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。

［３−Ｂ ヒートポンプサイクル６０］
ヒートポンプサイクル６０は、例えば、上述したエバポレータ３６および室内コンデンサ４０と、冷媒を圧縮するコンプレッサ６２と、膨張弁６４（減圧器）と、電磁弁６６と、室外熱交換器６８と、三方弁７０と、気液分離器７２と、冷房用膨張弁７４と、を備え、これら各構成部材が冷媒流路８０で接続される。

コンプレッサ６２は、気液分離器７２と室内コンデンサ４０との間の冷媒流路８０に接続される。コンプレッサ６２は、例えば、制御器９０により制御されるモータ（不図示）によって駆動され、気液分離器７２から気相の冷媒（冷媒ガス）を吸入するとともに、この冷媒を圧縮し、高温かつ高圧の冷媒として上述した室内コンデンサ４０に吐出する。室内コンデンサ４０の下流側の冷媒流路８０には、膨張弁６４と電磁弁６６とが並列に配置される。

膨張弁６４は、いわゆる絞り弁であって、室内コンデンサ４０から吐出される冷媒を減圧して膨張させた後、外気温よりも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６８に吐出する。なお、上記特許文献１で示されるように、膨張弁６４の口径が調整可能であってもよい。この場合、除霜運転時には、膨張弁６４の口径が暖房運転時よりも大口径に切り替えられる。膨張弁６４の開口部の口径を広げることにより、通過する冷媒が膨張弁６４によって大きく減圧されなくなる。

電磁弁６６は、冷媒流路８０のうちの迂回流路８２に接続される。迂回流路８２は、膨張弁６４の上流側の第１分岐部８２ａから分岐し、膨張弁６４の下流側の第２分岐部８２ｂに合流する。電磁弁６６は、制御器９０により開閉制御される。なお、電磁弁６６は、暖房運転の実行時には閉状態とされ、冷房運転や除霜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４０から排出される冷媒は、膨張弁６４で大きく減圧されて外気温よりも低温かつ低圧の状態となり、室外熱交換器６８に流入する。また、冷房運転および除霜運転の実行時には、室内コンデンサ４０から排出される冷媒は、電磁弁６６を通過して高温の状態のまま室外熱交換器６８に流入する。

室外熱交換器６８は、車室外、例えばフロントグリルの後方に配置され、内部に流入する冷媒と車室外雰囲気との間で熱交換を行う。暖房運転時に室外熱交換器６８の内部には外気温よりも低温かつ低圧の冷媒が流入する。このとき室外熱交換器６８は車室外雰囲気から吸熱して内部の冷媒を昇温する。除霜運転時に室外熱交換器６８の内部には外気温よりも高温の冷媒が流入する。このとき室外熱交換器６８は外表面に付着した霜を除去（解凍）する。冷房運転の実行時に室外熱交換器６８の内部には高温の冷媒が流入する。このとき室外熱交換器６８は車室外雰囲気に放熱して内部の冷媒を冷却する。室外熱交換器６８の正面にコンデンサファン６８ａが設けられ、コンデンサファン６８ａの送風によって冷媒が冷却されてもよい。

三方弁７０は、室外熱交換器６８から流出した冷媒を気液分離器７２または冷房用膨張弁７４に切り替えて吐出する。具体的に、三方弁７０は、室外熱交換器６８と、気液分離器７２側に配置された合流部８４と、冷房用膨張弁７４と、に接続され、例えば、制御器９０によって制御されて冷媒の流通方向を切り替える。三方弁７０は、暖房運転や除霜運転の実行時には、室外熱交換器６８から流出した冷媒を気液分離器７２側の合流部８４に向けて吐出する。また、三方弁７０は、冷房運転の実行時には、三方弁７０は、室外熱交換器６８から流出した冷媒を冷房用膨張弁７４に向けて吐出する。

気液分離器７２は、冷媒流路８０中の合流部８４とコンプレッサ６２との間の冷媒流路８０に接続される。気液分離器７２は、合流部８４から流出した冷媒の気液を分離し、気相の冷媒（冷媒ガス）をコンプレッサ６２に吸入させる。

冷房用膨張弁７４は、いわゆる絞り弁であって、三方弁７０とエバポレータ３６の流入口との間の冷媒流路８０に接続される。例えば、冷房用膨張弁７４は、制御器９０によって弁開度が制御され、三方弁７０から流出した冷媒を、弁開度に応じて減圧して膨張させた後に低温かつ低圧で気液２相（気相リッチ）の噴霧状にしてエバポレータ３６に吐出する。

エバポレータ３６は、冷房用膨張弁７４と合流部８４（気液分離器７２）との間の冷媒流路８０に接続される。

［３−Ｃ 制御器９０］
制御器９０はＥＣＵであり、ＣＰＵ等のプロセッサ９０ａが記憶装置９０ｂに格納されるプログラムを読み出し実行することで各種制御を行う。具体的に、制御器９０は、車室内に設けられる操作装置９４または携帯端末装置１４から出力される操作信号に基づいて空調ユニット３０およびヒートポンプサイクル６０の各動作部に電気信号を送信して制御する。制御器９０は、空調装置１６の運転を、暖房運転モード、冷房運転モード、送風運転モード、除霜運転モード等に切り替え制御することが可能とされている。更に、制御器９０は、所定条件が満たされた時点で除霜運転を開始する。制御器９０は、冷媒温度センサ１０２と、ＳＯＣセンサ１０４と、充電センサ１０６と、から各種の検出信号を入力する。

なお、記憶装置９０ｂは、各種のプログラムや各種閾値の他に、実測やシミュレーション等の結果に基づいて作成される各種マップＭ１、Ｍ２や演算式等の情報を記憶する。

［３−Ｄ 操作装置９４］
操作装置９４は、ユーザが空調装置１６を起動、停止させる際、および、空調の設定（運転モード、温度）を変更する際に操作する装置である。操作装置９４は、ユーザの操作に応じて制御器９０に対して操作信号を出力する。

［３−Ｅ センサ群］
冷媒温度センサ１０２は、室外熱交換器６８の冷媒流出路の出口に設けられ、室外熱交換器６８から流出する冷媒の温度（冷媒出口温度ＴＸＯ）を検出する。ＳＯＣセンサ１０４は、蓄電器２０のＳＯＣを検出する。充電センサ１０６は、蓄電器２０と外部の充電装置との間の電力供給路に設けられ、蓄電器２０が充電されているか否かを検出する。

［４ 各運転モード時の空調装置１６の動作］
制御器９０は、操作装置９４から出力される操作信号に応じて空調装置１６を暖房運転モード、冷房運転モード、送風運転モードで動作させる。また、制御器９０は、所定条件が成立したときに空調装置１６を除霜運転モードで動作させる。以下で暖房運転モード、冷房運転モード、除霜運転モードの空調装置１６の動作を説明する。

［４−Ａ 暖房運転モード］
図２を用いて暖房運転を行う空調装置１６の動作について説明する。なお、図２で示される冷媒流路８０および迂回流路８２に示される線のうち、実線の矢線は冷媒が流れている流路とその方向を示し、破線は冷媒が流れていない流路を示す。

空調装置１６によって暖房運転を行う場合には、エアミックスドア３８は室内コンデンサ４０に向かう通風経路を開放する加熱位置とされる。電磁弁６６は閉状態とされる。三方弁７０は室外熱交換器６８と合流部８４とを接続する状態とされる。なお、空調ユニット３０は、図２の例では、フットドア５４が開状態とされ、ＶＥＮＴドア５２が閉状態とされているが、これらの開閉はユーザの操作によって任意に変更することができる。

この場合、ヒートポンプサイクル６０において、コンプレッサ６２から吐出された高温かつ高圧の冷媒は、室内コンデンサ４０において放熱することによって空調ユニット３０のダクト３２内の空調空気を加熱する。

図２に示す暖房運転では、膨張弁６４が開弁され、電磁弁６６が閉弁される。このため、室内コンデンサ４０において放熱した冷媒は膨張弁６４を通過する。冷媒は、膨張弁６４によって膨張させられて（減圧されて）液相リッチの噴霧状とされ、その後、室外熱交換器６８において車室外雰囲気から吸熱して気相リッチの噴霧状となる。室外熱交換器６８を通過した冷媒は、三方弁７０と合流部８４とを通過して気液分離器７２に流入する。そして、気液分離器７２に流入した冷媒は、気相と液相とに分離され、気相の冷媒がコンプレッサ６２に吸入される。

このようにヒートポンプサイクル６０の冷媒流路８０内を冷媒が流れる状況で、空調ユニット３０のブロア３４が駆動されると、ダクト３２内を空調空気が流れる。その空調空気は、エバポレータ３６を通過した後に室内コンデンサ４０を通過する。そして、空調空気は、室内コンデンサ４０を通過する際に室内コンデンサ４０を通過する冷媒との間で熱交換され、空気吹き出し口４６ｂを通って車室内に暖房として供給される。

［４−Ｂ 冷房運転モード］
図３を用いて冷房運転を行う空調装置１６の動作について説明する。なお、図３で示される冷媒流路８０および迂回流路８２に示される線のうち、実線の矢線は冷媒が流れている流路とその方向を示し、破線は冷媒が流れていない流路を示す。

空調装置１６によって冷房運転を行う場合には、エアミックスドア３８は、エバポレータ３６を通過した空調空気が室内コンデンサ４０を迂回するように冷却位置とされる。電磁弁６６は開状態（膨張弁６４が閉状態）とされる。三方弁７０は室外熱交換器６８と冷房用膨張弁７４とを接続する状態とされる。なお、空調ユニット３０は、図３の例では、フットドア５４が閉状態とされ、ＶＥＮＴドア５２が開状態とされているが、これらの開閉はユーザの操作によって任意に変更することができる。

この場合、ヒートポンプサイクル６０において、コンプレッサ６２から吐出された高温かつ高圧の冷媒は、室内コンデンサ４０と電磁弁６６を通過して、室外熱交換器６８において車室外雰囲気へと放熱した後、冷房用膨張弁７４に流入する。このとき、冷媒は、冷房用膨張弁７４によって膨張させられて液相リッチの噴霧状とされ、次に、エバポレータ３６における吸熱によって空調ユニット３０のダクト３２内の空調空気を冷却する。

エバポレータ３６を通過した気相リッチの冷媒は、合流部８４を通過して気液分離器７２に流入し、気液分離器７２において気液分離された後、気相の冷媒がコンプレッサ６２に吸入される。

このようにヒートポンプサイクル６０の冷媒流路８０を冷媒が流れる状況で、空調ユニット３０のブロア３４が駆動されると、ダクト３２内を空調空気が流れ、その空調空気は、エバポレータ３６を通過する際にエバポレータ３６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４０を迂回した後、空気吹き出し口４６ａを通って車室内に冷房として供給される。

［４−Ｃ 除霜運転モード］
図４を用いて除霜運転を行う空調装置１６の動作について説明する。なお、図４で示される冷媒流路８０および迂回流路８２に示される線のうち、実線の矢線は冷媒が流れている流路とその方向を示し、破線は冷媒が流れていない流路を示す。

空調装置１６によって除霜運転を行う場合には、エアミックスドア３８が室内コンデンサ４０に向かう通風経路を閉じる位置とされる。電磁弁６６は開状態とされる。三方弁７０は室外熱交換器６８と合流部８４とを接続する状態とされる。なお、空調ユニット３０は、図４の例では、フットドア５４およびＶＥＮＴドア５２が閉状態とされている。

図４に示す除霜運転では、膨張弁６４が閉弁され、電磁弁６６が開弁される。このため、コンプレッサ６２で圧縮された冷媒（ホットガス）はそのまま室外熱交換器６８に流入するという点で、上述した暖房運転と異なっている。

具体的には、コンプレッサ６２から吐出された高温かつ高圧の冷媒は、室内コンデンサ４０を通過する。このとき、エアミックスドア３８が室内コンデンサ４０に向かう通風経路を閉じているため、暖房運転時と比較して冷媒の放熱量は少ない。そして、室内コンデンサ４０を通過した冷媒は、電磁弁６６を通過して室外熱交換器６８に流入する。これにより、冷媒は室外熱交換器６８で放熱するため、室外熱交換器６８を昇温して除霜を行うことができる。なお、室外熱交換器６８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６２に戻る。

［５ 徐霜運転における処理動作］
［５−Ａ 除霜運転を行うか否かの基本的な考え方］
一般に、室外熱交換器６８に着霜が発生すると、室外熱交換器６８を通過する冷媒は外気から吸熱しにくくなり、室内コンデンサ４０に供給される冷媒の温度が低くなるため、室内コンデンサ４０の放熱量は低下する。この場合、室内コンデンサ４０の放熱量の不足分をＰＴＣヒータ４２で補う必要がある。ＰＴＣヒータ４２を動作させると、ヒートポンプサイクル６０の消費電力にＰＴＣヒータ４２の消費電力が加わるため、空調装置１６全体の消費電力が大きくなる。つまり、室外熱交換器６８に着霜したまま空調装置１６の暖房運転が行われると、空調電費が悪化する。空調電費が不良な状態（着霜あり）で走行する場合、空調電費が良好な状態（着霜なし）で走行する場合と比較して、車両１２の走行に使用できる電力、例えばモータ１８等で使用できる電力が少なくなり、車両１２の航続距離が短くなる。言い換えると、室外熱交換器６８の除霜を行うと、車両１２の走行に使用できる電力を多くすることができ、車両１２の航続距離を長くすることができる。

但し、蓄電器２０のＳＯＣが低いときに室外熱交換器６８の除霜が行われると、蓄電器２０のＳＯＣが使用範囲の下限値に近づき、場合によっては下限値を下回ることもあり得る。このような場合、結果として、車両１２の走行に使用できる電力が少なくなり、車両１２の航続距離が短くなる。言い換えると、室外熱交換器６８の除霜を行わない方が、結果として、車両１２の走行に使用できる電力を多くすることができ、車両１２の航続距離を長くすることができる。

本発明は、室外熱交換器６８に着霜が発生した場合に、車両１２の航続距離をできるだけ長くするという観点で除霜を行うか否かを判定するものである。具体的には、着霜状態から除霜に必要な電力量（以下、除霜電力量という。）を推定し、その電力量から蓄電器２０に必要な下限ＳＯＣ（以下、除霜下限ＳＯＣという。）を推定する。そして、その時点で検出されるＳＯＣが除霜下限ＳＯＣを上回る場合には除霜運転を行い、除霜下限ＳＯＣ以下である場合には除霜運転を行わないことで、航続距離を長くするものである。以下で、具体的な処理フローを説明する。

［５−Ｂ 除霜運転の処理フロー］
図５、図６を用いて制御器９０が空調装置１６の運転モードを除霜運転モードに切り替える際に行う処理の一実施例について説明する。以下の実施例では次のような場面が想定される。例えば、ユーザは車両１２に乗車して目的地、例えばスーパーマーケットに向かう。この際、空調装置１６は暖房運転モードで動作しており、室外熱交換器６８に着霜が発生する。スーパーマーケットには充電ステーションが併設されており、ユーザは充電ステーションに駐車して蓄電器２０の充電を行う。ユーザはスーパーマーケットで買い物を済ませ、再び車両１２に乗車して次の目的地に向かう。車両１２が充電ステーションに駐車している間に、制御器９０は必要に応じて除霜運転を実施する。

以下で説明する処理は、電気システムがオン状態にされたときに開始される。上記場面では、ユーザが車両１２に乗車して主スイッチ９２を操作し、主スイッチ９２からオン信号が出力されたときに以下の処理が開始される。ステップＳ１〜ステップＳ６の処理は、車両１２の電気システムがオン状態であるときに実施される。上記場面では、車両１２がスーパーマーケットに向かって走行しているときにステップＳ１〜ステップＳ６の処理が実施される。ステップＳ７〜ステップＳ１４の処理は車両１２の電気システムがオフ状態であるときに実施される。上記場面では、車両１２が充電ステーションで駐車している間にステップＳ７〜ステップＳ１４の処理が実施される。本実施形態では、車両１２の駐車時（電気システムオフ状態）に蓄電器２０のＳＯＣが除霜下限ＳＯＣを上回っている場合（充電によりＳＯＣが除霜下限ＳＯＣを上回る場合も含む）に、遠隔空調が行われていないことを条件に、除霜運転が実施される（ステップＳ１０）。なお、以下で説明する処理の主体は制御器９０である。

ステップＳ１において、空調装置１６が使用されているか否かが判定される。空調装置１６が使用されている場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、処理はステップＳ２に移行する。一方、空調装置１６が使用されていない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ステップＳ１の処理が繰り返し行われる。

ステップＳ１からステップＳ２に移行した場合、室外熱交換器６８の着霜状態が検出される。本実施形態では、着霜状態を示すパラメータとして着霜率が用いられる。着霜率は、その時点で実際に室外熱交換器６８から流出する冷媒の温度ＴＸＯと、着霜率０％のときに室外熱交換器６８から流出する冷媒の温度ＴＸＯ＿ｂａｓｅと、の差ΔＴＸＯにより推定される。記憶装置９０ｂには差ΔＴＸＯと着霜率との対応関係を示すマップＭ１が記憶されており、制御器９０のプロセッサ９０ａは差ΔＴＸＯに対応する着霜率を記憶装置９０ｂから読み出す。マップＭ１は予め行われる実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。冷媒の温度ＴＸＯは、冷媒温度センサ１０２の検出値に基づいて取得される。冷媒の温度ＴＸＯ＿ｂａｓｅは、所定の温度変化要因の計測値をパラメータとする演算により推定される。温度変化要因の計測値としては、例えば、外気温（外部温度）、車両１２の車速、コンプレッサ６２の回転数、ブロア３４の電圧等を、用いることができる。各温度変化要因の計測値は、指令値または図示しないセンサの検出値に基づいて取得される。そして、処理はステップＳ３に移行する。

ステップＳ３において、着霜の有無が判定される。空調装置１６が暖房運転モードで運転されていると室外熱交換器６８に着霜が発生している可能性がある。本実施形態ではステップＳ２で推定される着霜率が記憶装置９０ｂに記憶される所定値を上回るか否かで着霜の有無を判定する。着霜率が所定値を上回る場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ４に移行する。一方、着霜率が所定値以下である場合（ステップＳ３：ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻る。

ステップＳ４において、室外熱交換器６８の除霜に必要な電力量が算出される。着霜率と除霜電力量は相関する。記憶装置９０ｂには着霜率と除霜電力量との対応関係を示すマップＭ２が記憶されており、制御器９０のプロセッサ９０ａは着霜率に対応する除霜電力量を記憶装置９０ｂから読み出す。マップＭ２は予め行われる実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。そして、処理はステップＳ５に移行する。

ステップＳ５において、除霜下限ＳＯＣが算出される。本実施形態において、制御器９０は、除霜運転を開始するか否かを蓄電器２０のＳＯＣ（以下、ＢＡＴＴ−ＳＯＣともいう。）に基づいて決定する（後述するステップＳ９）。除霜下限ＳＯＣは、ステップＳ４で取得される除霜電力量をパラメータとするマップＭ３に基づいて算出される。

マップＭ３は予め行われる実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。この実験またはシミュレーションは除霜電力量、各着霜率になるまでの経過時間、空調電費、走行電費、蓄電器２０の状態の指標等をパラメータとするものであり、最終的に除霜電力量に対応する除霜下限ＳＯＣを求めるものである。空調電費というのは、空調装置１６の電費のことであり、単位走行距離あたりに要する空調電力量、すなわち走行距離に対する空調電力量により算出される。走行電費というのは、空調電費を除く電費のことであり、単位走行距離あたりに要する空調電力量以外の電力量、すなわち（蓄電器２０の全消費電力量−空調電力量）／走行距離により算出される。蓄電器２０の状態の指標というのは、例えば蓄電器２０の劣化度（ＢＯＬ、ＥＯＬ）や温度のことである。経年劣化が進むと蓄電器２０の内部抵抗が大きくなり出力可能電力量が低下する。蓄電器２０の状態の指標は、出力可能電力量（内部抵抗）で表すことが可能である。これらのパラメータを適宜変えて除霜すると航続距離が延びるＳＯＣの下限値を推定し、マップＭ３とする。マップＭ３は除霜電力量を入力値とし、除霜下限ＳＯＣを出力値とする。

ステップＳ６において、車両１２の電気システムがオフ状態にされたか否かが判定される。例えば、ユーザは車両１２から降車する場合に主スイッチ９２を操作して電気システムをオフ状態にする。制御器９０が主スイッチ９２から出力されるオフ信号を検出する場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、処理はステップＳ７に移行する。なお、ステップＳ７に移行する場合は、空調装置１６の駆動に必要な電気システムはオン状態を維持する。一方、制御器９０が主スイッチ９２から出力されるオフ信号を検出しない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻る。

ステップＳ６からステップＳ７に移行した場合、電気システムのオン／オフ状態の情報と、蓄電器２０の充電状態の情報と、空調装置１６の故障有無の情報と、に基づいて除霜運転を開始する状態であるか否かが判定される。制御器９０は、充電センサ１０６から出力される検出信号に基づいて蓄電器２０が充電中であるか否かを判定する。また、制御器９０は、ステップＳ１〜ステップＳ６の最中に、空調装置１６の各動作部の駆動電流値を監視しており、異常電流値が発生している動作部に異常が発生したものと判定して記憶する。電気システムがオフ状態（主スイッチ９２からオン信号が出力されない状態）であるかまたは蓄電器２０が充電中であり、かつ、空調装置１６の各動作部に故障が発生していない場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、処理はステップＳ８に移行する。一方、電気システムがオフ状態でなくかつ蓄電器２０が充電中でないか、または、空調装置１６のいずれかの各動作部に故障が発生している場合（ステップＳ７：ＮＯ）、処理はステップＳ１４に移行する。

ステップＳ７からステップＳ８に移行した場合、遠隔空調が非実施であるか否かが判定される。ユーザは、車両１２の電気システムがオフ状態であるときに、車両１２の外部から携帯端末装置１４を用いて空調装置１６を操作して車室の空気調節をすることが可能である。これを遠隔空調という。遠隔空調が実施されると、メインの電気システムはオフ状態のまま、空調装置１６が動作する。遠隔空調が実施されていない場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、処理はステップＳ９に移行する。一方、遠隔空調が実施されている場合（ステップＳ８：ＮＯ）、処理はステップＳ７に戻る。

ステップＳ８からステップＳ９に移行した場合、ＢＡＴＴ−ＳＯＣとステップＳ５で決定した除霜下限ＳＯＣとの比較が行われる。制御器９０は、ＳＯＣセンサ１０４から出力される検出信号に基づいてＢＡＴＴ−ＳＯＣを判定する。電気システムがオフ状態にされる前の消費電力量が少ない場合、または、電気システムがオフ状態にされた後に蓄電器２０が十分に充電される場合、ＢＡＴＴ−ＳＯＣは大きい。ＢＡＴＴ−ＳＯＣが除霜下限ＳＯＣよりも大きい場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１０に移行する。一方、ＢＡＴＴ−ＳＯＣが除霜下限ＳＯＣ以下である場合（ステップＳ９：ＮＯ）、処理はステップＳ７に戻る。

ステップＳ９からステップＳ１０に移行した場合、除霜運転が実施される。制御器９０は運転モードを除霜運転モードにして、空調ユニット３０およびヒートポンプサイクル６０の各動作部を動作させる。そして、処理はステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１において、電気システムのオン／オフ状態の情報と、空調装置１６の故障有無の情報と、に基づいて除霜運転を継続する状態であるか否かが判定される。電気システムがオフ状態であり、かつ、空調装置１６の各動作部に故障が発生していない場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１２に移行する。一方、電気システムがオフ状態でないか、または、空調装置１６のいずれかの各動作部に故障が発生している場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、処理はステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１１からステップＳ１２に移行した場合、ステップＳ８と同様に遠隔空調が非実施であるか否かが判定される。遠隔空調が実施されていない場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１３に移行する。一方、遠隔空調が実施されている場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、処理はステップＳ７に戻る。

ステップＳ１２からステップＳ１３に移行した場合、除霜が完了したか否かが判定される。ここでは、着霜率、除霜で消費した電力量、除霜で消費した時間、のうちの少なくとも１つの判定材料が使用されてもよいし、複数の判定材料がＯＲ条件で使用されてもよい。例えば、着霜率を判定材料とする場合、制御器９０は、着霜率が所定値以下となったときに除霜が完了したものと判定する。着霜率はステップＳ２と同じ方法で推定可能である。ここで使用される所定値は、ステップＳ３で使用される所定値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、除霜で消費した電力量を判定材料とする場合、制御器９０は、除霜開始から消費した電力量がステップＳ４で算出される除霜電力量を上回ったときに除霜が完了したものと判定する。除霜で消費した電力量はＳＯＣセンサ１０４で検出可能である。例えば、除霜で消費した時間を判定材料とする場合、制御器９０は、除霜開始からの経過時間が所定時間を上回ったときに除霜が完了したものと判定する。除霜で消費した時間は制御器９０に設けられるタイマ（不図示）により計測可能である。除霜が完了したと判定される場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１４に移行する。一方、除霜が完了していないと判定される場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、処理はステップＳ１０に戻り、除霜運転が継続される。

ステップＳ７、ステップＳ１１、ステップＳ１３のいずれかからステップＳ１４に移行した場合、除霜運転を終了する。制御器９０は、空調ユニット３０およびヒートポンプサイクル６０の各動作部を停止させる。

［６ 本実施形態のまとめ］
本実施形態の空調装置１６は、蓄電器２０の電力でモータ１８を駆動して推進力を得る輸送機器１２（車両１２）に設けられ、冷媒を圧縮する電動式のコンプレッサ６２と、コンプレッサ６２から吐出された冷媒の熱を放熱する室内コンデンサ４０と、室内コンデンサ４０を通過した冷媒を減圧する膨張弁６４（減圧器）と、室内コンデンサ４０を通過した冷媒、または、膨張弁６４で減圧された冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器６８と、冷媒を用いた空調制御を行う制御器９０（制御器）と、を備える。制御器９０は、暖房運転時には、室内コンデンサ４０を通過した冷媒を、膨張弁６４で減圧させた後に室外熱交換器６８に導入して外気との間で熱交換させる。また、制御器９０は、除霜運転時には、コンプレッサ６２によって圧縮された高温かつ高圧の冷媒を、室外熱交換器６８に導入して室外熱交換器６８に付着した霜を除去する。更に、制御器９０は、除霜電力量（除霜運転に必要な電力量）に基づいて除霜運転を行うか否かを決定する（図６のステップＳ９）。

上記構成によれば、除霜電力量（除霜運転に必要な電力量）に基づいて除霜運転を行うか否かを決定するため、除霜運転を行って航続距離を長くするか、除霜運転を行わずに航続距離を長くするかを判定することができるようになる。その結果、蓄電器２０の状態に応じて除霜運転を適切に行い車両１２の航続距離を長くすることができる。

また、制御器９０は、除霜電力量に基づいて除霜運転後の蓄電器２０の残容量（除霜下限ＳＯＣ）を算出し、残容量に基づいて除霜運転を行うか否かを決定する（図６のステップＳ１０）。

上記構成によれば、除霜運転後の蓄電器２０の残容量に基づいて除霜運転を行うか否かを決定する。閾値が設定されていれば、蓄電器２０の残容量が閾値よりも多いか少ないかを判断することにより除霜運転を実行すべきか否かを決定することができるため、蓄電器２０の状態に応じて除霜運転を適切に行い車両１２の航続距離を長くすることができる。

また、制御器９０は、輸送機器１２が単位走行距離あたりに要する電力量である電費に基づいて除霜運転を行うか否かを決定する。

上記構成によれば、除霜電力量の計算を、輸送機器１２が単位時間あたりに要する電力量（電費）に基づいて行うことができるため、除霜運転終了後の輸送機器１２の航続可能距離を予測することができる。

また、制御器９０は、室外熱交換器６８に付着した霜に関するパラメータである着霜率に基づいて除霜運転を行うか否かを決定する。

上記構成によれば、室外熱交換器６８に付着した霜に関するパラメータである着霜率に基づいて除霜電力量の計算を行うことができ、除霜電力量をより正確に求めることができる。更に、除霜運転終了後の航続可能距離を正確に予測することができる。

また、制御器９０は、輸送機器１２の外部温度に基づいて除霜運転を行うか否かを決定することができる。

上記構成によれば、外部温度を考慮することにより、除霜運転終了後の航続可能距離を正確に予測することができる。

また、制御器９０は、蓄電器２０の出力可能電力量に基づいて除霜運転を行うか否かを決定することができる。

蓄電器２０が入出力可能な電力量は、蓄電器２０の劣化状態、温度等によって異なる。上記構成によれば、蓄電器２０の劣化状態を考慮することにより、除霜運転終了後の航続可能距離を正確に予測することができる。

また、制御器９０は、除霜運転を、輸送機器１２の電気システムがオフ状態のときに行う（図５のステップＳ６：ＹＥＳ、図６のステップＳ７：ＹＥＳ、ステップＳ１１：ＹＥＳ）。

電気システムがオン状態のときはユーザからの暖房要求が発生することがある。上記構成によれば、電気システムがオン状態のときに除霜運転を行わないことで空調商品性の悪化を防止することができる。また、暖房中に除霜運転が行われると、着霜状態が変化することがある。上記構成によれば、着霜量が増加しない電気システムがオフ状態のときに除霜運転を行うため、正確に除霜電力量を求めることができる。

また、制御器９０は、輸送機器１２の外部から送信される信号に基づいて遠隔空調制御を行うことが可能であり、遠隔空調制御を行っていないときに除霜運転を行う（ステップＳ８：ＹＥＳ、ステップＳ１２：ＹＥＳ）。

遠隔空調による要求として暖房要求される場合がある。除霜運転と暖房運転と同時に行うことはできない。上記構成によれば、暖房要求があるときには暖房運転を優先し、除霜運転を行わないため、空調商品性の悪化を防止することができる。

本実施形態の空調装置１６は、蓄電器２０の電力でモータ１８を駆動して推進力を得る輸送機器１２に設けられ、冷媒を圧縮する電動式のコンプレッサ６２と、コンプレッサ６２から吐出された冷媒の熱を放熱する室内コンデンサ４０と、室内コンデンサ４０を通過した冷媒を減圧する膨張弁６４（減圧器）と、室内コンデンサ４０を通過した冷媒、または、膨張弁６４で減圧された冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器６８と、冷媒を用いた空調制御を行う制御器９０（制御器）と、を備える。制御器９０は、暖房運転時には、室内コンデンサ４０を通過した冷媒を、膨張弁６４で減圧させた後に室外熱交換器６８に導入して外気との間で熱交換させる。また、制御器９０は、除霜運転時には、コンプレッサ６２によって圧縮された高温かつ高圧の冷媒を、室外熱交換器６８に導入して室外熱交換器６８に付着した霜を除去する。更に、制御器９０は、除霜運転を行う前に、除霜電力量（除霜運転に必要な電力量）を推定する（図５のステップＳ４）。

上記構成によれば、除霜運転を行う前に除霜電力量を推定するため、除霜運転後の航続距離が延びるか否かを判断することができる。

上記構成によれば、蓄電器２０のＳＯＣが除霜下限ＳＯＣを上回る場合に、除霜運転を行うことにより、車両１２の航続距離が、除霜運転を行わない場合よりも長くなる。また、蓄電器２０のＳＯＣが除霜下限ＳＯＣ以下である場合に、除霜運転を行わないことにより、車両１２の航続距離が、除霜運転を行う場合よりも長くなる。

なお、本発明に係る空調装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

例えば、ナビゲーション装置等に記憶される目的地等、車両１２がこれから走行する距離をパラメータとして除霜下限ＳＯＣを推定するようにしてもよい。

１２…輸送機器（車両） １６…空調装置
１８…モータ ２０…蓄電器
６２…コンプレッサ ６４…膨張弁（減圧器）
９０…制御器

Claims (7)

1. 蓄電器の電力でモータを駆動して推進力を得る輸送機器に設けられ、
   冷媒を圧縮する電動式のコンプレッサと、
   前記コンプレッサから吐出された冷媒の熱を放熱する室内コンデンサと、
   前記室内コンデンサを通過した前記冷媒を減圧する減圧器と、
   前記室内コンデンサを通過した前記冷媒、または、前記減圧器で減圧された前記冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器と、
   前記冷媒を用いた空調制御を行う制御器と、を備える空調装置であって、
   前記制御器は、
   暖房運転時には、前記室内コンデンサを通過した冷媒を、前記減圧器で減圧させた後に前記室外熱交換器に導入して外気との間で熱交換させ、
   除霜運転時には、前記コンプレッサによって圧縮された高温かつ高圧の冷媒を、前記室外熱交換器に導入して前記室外熱交換器に付着した霜を除去し、
   前記除霜運転に必要な電力量と前記輸送機器が単位走行距離あたりに要する電力量に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定する
   ことを特徴とする空調装置。
2. 請求項１に記載の空調装置において、
   前記制御器は、
   前記電力量に基づいて前記除霜運転後の前記蓄電器の残容量を算出し、前記残容量に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定する
   ことを特徴とする空調装置。
3. 請求項１または２に記載の空調装置において、
   前記制御器は、
   前記室外熱交換器に付着した前記霜に関するパラメータに基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定する
   ことを特徴とする空調装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調装置において、
   前記制御器は、
   前記輸送機器の外部温度に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定する
   ことを特徴とする空調装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調装置において、
   前記制御器は、
   前記蓄電器の出力可能電力量に基づいて前記除霜運転を行うか否かを決定する
   ことを特徴とする空調装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の空調装置において、
   前記制御器は、除霜運転を、輸送機器の電気システムがオフ状態のときに行う
   ことを特徴とする空調装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の空調装置において、
   前記制御器は、
   前記輸送機器の外部から送信される信号に基づいて遠隔空調制御を行うことが可能であり、
   前記遠隔空調制御を行っていないときに前記除霜運転を行う
   ことを特徴とする空調装置。

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