JP6459714B2 - 制御装置及び車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蒸発器を備える冷凍サイクル装置について、蒸発器のフロストを検出可能な制御装置及び車両用空調装置に関する。

従来、蒸発器のフロスト（着霜ともいう）を検出する技術として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１には、圧縮機、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換器等を環状に接続して構成される冷凍サイクルにおいて、四方切換弁によって冷媒を流す向きを変更することで、暖房運転時と冷房運転時とに切り替えることが開示されている。

特許文献１の装置は、冷媒が室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換器を順に流れる暖房サイクル運転時に、室内側熱交換器に装着した温度センサの検出温度に基づいて、室外側熱交換器が霜付き前状態であることを検出する。具体的には、温度センサの検出温度が所定値以下になったときに、室外側熱交換器を含む室外の冷媒通路が霜付き前状態であると判定する。霜付き前状態であると判定すると、暖房運転から冷房運転に切り換え、かつ室内熱交換器への送風を停止することで、室外熱交換器にホットガスを流して、室外側熱交換器を含む室外の冷媒通路における霜付き前状態を改善することができる。

特開平７−２３９１６２号公報

特許文献１は、１個の蒸発器について霜付き前状態を検出する技術を開示するものであるため、この開示技術を複数の蒸発器を有する冷凍サイクル装置にそのまま適用することはできない。例えば、複数の蒸発器を有する冷凍サイクル装置の場合には、室内側熱交換器に装着した温度センサの検出値を用いて霜付き前状態を判定したとしても、どの蒸発器が霜付き前状態であるのかを特定することはできない。

複数のうちどの蒸発器が霜付き前状態であるかを特定するためには、各蒸発器の温度を検出する方法があるが、この方法の場合、各蒸発器の温度を検出する温度センサを設ける必要があり、サーミスタ等の温度検出手段の部品点数が増加するという問題がある。

本発明は前述の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の蒸発器についてフロストの検出に用いる温度検出手段の個数を低減することが可能な制御装置及び車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、複数の蒸発器（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）を有する冷凍サイクル装置（２，１０２）において、蒸発器のフロスト状態またはフロスト前状態を検出する制御装置に係る発明であって、複数の蒸発器のうち予め定める代表蒸発器（２４Ａ）の温度または代表蒸発器の温度に関連する温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段（３０，３１，３２）と、代表蒸発器の温度が代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように代表蒸発器の温度を制御する温度低下制御を実行する温度低下手段（４）と、温度低下手段によって複数の蒸発器の中で代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、温度検出手段によって検出されたフロスト判定用温度がフロスト閾温度以下である場合に、複数の蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であると決定するフロスト判定手段（４０）と、を備え、
温度低下手段は、検出されたフロスト判定用温度が第１の閾温度以下である場合に、温度低下制御を実行し、さらにフロスト判定手段は、温度低下手段によって複数の蒸発器の中で代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、検出されたフロスト判定用温度が第１の閾温度よりも低温である第２の閾温度以下である場合に、複数の蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であると決定することを特徴とする。

この発明によれば、複数の蒸発器のうちの代表蒸発器について温度が低くなるように制御する温度低下手段を備えることにより、複数の蒸発器の中で代表蒸発器が最も温度が低い状態に制御されるため、代表蒸発器を最もフロストしやすい状態にすることができる。このように代表蒸発器の温度を設定した状態で、フロスト判定手段は、代表蒸発器について検出されたフロスト判定用温度がフロスト閾温度以下である場合に、フロスト状態またはフロスト前状態であると決定する。これにより、最もフロスト状態に近い代表蒸発器について、フロスト状態またはフロスト前状態であるか否かの判定を実施するため、冷凍サイクル装置に含まれる複数の蒸発器のいずれかがフロストする場合を事前に予測することができる。したがって、この発明によれば、複数の蒸発器についてフロストを検出する場合に検出用の温度検出手段の個数を低減することができる制御装置を提供できる。
開示された発明のひとつは、複数の蒸発器（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）を有する冷凍サイクル装置（２、１０２）において、蒸発器のフロスト状態またはフロスト前状態を検出する制御装置に係る発明であって、複数の蒸発器のうち予め定める代表蒸発器（２４Ａ）の温度または代表蒸発器の温度に関連する温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段（３０，３１，３２）と、代表蒸発器の温度が代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように代表蒸発器の温度を制御する温度低下制御を実行する温度低下手段（Ｓ３０、Ｓ３０Ａ）と、温度低下手段によって複数の蒸発器の中で代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、温度検出手段によって検出されたフロスト判定用温度がフロスト閾温度以下である場合に、複数の蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であると決定するフロスト判定手段（４０、Ｓ４０、Ｓ４１）と、を備え、
温度低下手段は、フロスト判定用温度が第１の閾温度を下回る場合に、温度低下制御を実行し、温度低下手段は、フロスト判定用温度が第１の閾温度を上回る場合に、温度低下制御を解除し、さらにフロスト判定手段は、温度低下手段によって複数の蒸発器の中で代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、検出されたフロスト判定用温度が第１の閾温度よりも低温である第２の閾温度以下である場合に、除霜運転を行うことを特徴とする。
開示された発明のひとつは、複数の蒸発器（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）を有する冷凍サイクル装置（２、１０２）において、蒸発器のフロスト状態またはフロスト前状態を検出する制御装置に係る発明であって、複数の蒸発器のうち予め定める代表蒸発器（２４Ａ）の温度または代表蒸発器の温度に関連する温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段（３０，３１，３２）と、代表蒸発器の温度が代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように代表蒸発器の温度を制御する温度低下制御を実行する温度低下手段（Ｓ３０）と、フロスト判定用温度に基づいて、温度低下手段によって複数の蒸発器の中で代表蒸発器の温度を最も低い温度に制御するか否かを決定する温度低下判定手段（Ｓ１０）と、を備えることを特徴とする。

第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示した構成図である。 第１実施形態において制御装置が実行するフロスト判定制御の処理を示すフローチャートである。 第１実施形態において、送風機に関する異常有無判定の処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示した構成図である。 第２実施形態において制御装置が実行するフロスト判定制御の処理を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態について図１〜図３にしたがって説明する。第１実施形態の制御装置４は、複数の蒸発器を備える冷凍サイクル装置２について、蒸発器のフロスト状態またはフロスト前状態を検出するものである。第１実施形態の冷凍サイクル装置２は、例えば、空調装置に適用される冷媒サイクルの一つであるが、その他の用途に用いられる他の装置にも適用可能である。例えば、冷凍サイクル装置２は、給湯装置、冷凍装置にも適用可能である。

図１に示すように、冷凍サイクル装置２は、冷媒回路を流れる冷媒の状態変化を利用することにより、車室内に送風される空気を複数の蒸発器で冷却する。車両用空調装置１は、冷凍サイクル装置２を備え、空調運転や除霜運転を行うことができる。車両用空調装置１は、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等の自動車に搭載することができる。除霜運転は、所定の除霜運転条件が成立した場合に、蒸発器に熱を与えて付着した霜をとかしたり、霜の発生を予防したりする運転である。

冷凍サイクル装置２は、圧縮機２０、凝縮器２１、受液器２２、複数の減圧装置、及び複数の蒸発器を備えており、これらを配管により環状に接続することにより冷媒サイクルが形成されている。複数の蒸発器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄは、並列に接続されており、それぞれ空調ケース３の内部の空気通路に設置されている。以下、蒸発器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄを蒸発器２４Ａ〜２４Ｄと記載することもある。この空気通路は、空調ケース３に設けられる、デフロスタ開口部、フェイス開口部、フット開口部等に連通し、各開口部に接続される吹出しダクトを介して車室内に通じている。空調ケース３は、例えば、車室内前方のインストルメントパネルの裏側に設けられる。

各蒸発器２４Ａ〜２４Ｄは、空調ケース３の内部において仕切り壁等で区切られた複数の通路のそれぞれに設けられる。各蒸発器において冷却された空気は、集合して所定の場所に提供されてもよいし、別々の場所に提供されて、個別の空間や対象物を冷却するように構成されてもよい。また、圧縮機２０、凝縮器２１及び受液器２２は、車室よりも車両前方に位置する車室外のエンジンルーム内に搭載されている。

各蒸発器２４Ａ〜２４Ｄは、空気通路全体を横断するように配置されており、各空気通路に送風される空気の全部が通過するようになっている。各蒸発器２４Ａ〜２４Ｄは、冷房運転時において内部を流れる冷媒の吸熱作用によって空気通路を流通する送風空気を冷却する冷却用熱交換器として機能する。複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄより空気通路の下流側には、暖房用機器として機能するヒータコアと、エアミックスドアとが設けられている。エアミックスドアは、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄによって冷却された空気をヒータコアに通風させる風量と通風させない風量との割合を調整し、空調風の温度を制御する。

圧縮機２０は、例えば、車両のエンジンにより電磁クラッチを介して駆動されるものでもよいし、電力により駆動されるモータとモータにより駆動される圧縮機構部とを有する電動圧縮機であってもよい。例えば、車両がエンジンを有しない電気自動車等である場合は、圧縮機２０としては電動圧縮機が用いられる。圧縮機２０は、複数の蒸発器から流出した冷媒を吸入し、高温高圧に圧縮して吐出する。

凝縮器２１は、圧縮機２０から吐出された気相冷媒を内部に取り込み、ファンにより送風される外気と熱交換して液化凝縮させる。受液器２２は、凝縮器２１と複数の減圧装置との間に設けられ、凝縮器２１を通過した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、液相冷媒を内部に滞留する。受液器２２は、凝縮器２１と別体の容器であるが、凝縮器２１と一体に構成される容器としてもよい。

複数の減圧装置２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄは、並列に接続されている。減圧装置２３Ａは、配管を介して蒸発器２４Ａに接続され、受液器２２から流出した液相冷媒を低温低圧に膨張させて蒸発器２４Ａに供給する。減圧装置２３Ｂは、配管を介して蒸発器２４Ｂに接続され、受液器２２から流出した液相冷媒を低温低圧に膨張させて蒸発器２４Ｂに供給する。減圧装置２３Ｃは、配管を介して蒸発器２４Ｃに接続され、受液器２２から流出した液相冷媒を低温低圧に膨張させて蒸発器２４Ｃに供給する。減圧装置２３Ｄは、配管を介して蒸発器２４Ｄに接続され、受液器２２から流出した液相冷媒を低温低圧に膨張させて蒸発器２４Ｄに供給する。

各減圧装置２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄは、冷媒が通過する通路開度が固定である固定式の絞り部で構成されてもよい。例えば、各減圧装置は、固定絞り等の固定式膨張弁（例えばキャピラリチューブ）、前後で一定の差圧が生じる差圧式膨張弁等で構成してもよい。また、各減圧装置２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄは、各蒸発器の出口の冷媒過熱度を所定値に維持するように弁開度を自動調整する温度式膨張弁で構成されてもよい。

受液器２２の出口側から延びる冷媒通路は、減圧装置２３Ａ、減圧装置２３Ｂ、減圧装置２３Ｃ、減圧装置２３Ｄのそれぞれの入口側に接続される、第１分岐通路、第２分岐通路、第３分岐通路、第４分岐通路に分岐する。第１分岐通路、第２分岐通路、第３分岐通路及び第４分岐通路は、蒸発器２４Ａの出口側、蒸発器２４Ｂの出口側、蒸発器２４Ｃの出口側、蒸発器２４Ｄの出口側で、１つの通路に集合されて圧縮機２０の吸入部に接続される。

蒸発器２４Ａは、車室内空気または車室外空気を熱交換部に送風する送風機２５Ａを空気通路の上流側に備える。蒸発器２４Ｂは、車室内空気または車室外空気を熱交換部に送風する送風機２５Ｂを空気通路の上流側に備える。蒸発器２４Ｃは、車室内空気または車室外空気を熱交換部に送風する送風機２５Ｃを空気通路の上流側に備える。蒸発器２４Ｄは、車室内空気または車室外空気を熱交換部に送風する送風機２５Ｄを空気通路の上流側に備える。

送風機２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、それぞれのモータの回転速度が制御されることで送風量が制御される。以下、送風機２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄを送風機２５Ａ〜２５Ｄと記載することもある。各送風機２５Ａ〜２５Ｄは、各インバータにより周波数が調整された交流電圧が印加されて、各モータの回転速度が制御される。各インバータは、車載バッテリから直流電源の供給を受け、制御装置４によって制御される。このように制御装置４は、送風機２５Ａ〜２５Ｄについて、個別に送風量を制御することができる。

また、制御装置４は、送風機２５Ａ〜２５Ｄのそれぞれについて電流値、電圧値、回転数を検出可能に構成されている。冷凍サイクル装置２は、各送風機２５Ａ〜２５Ｄについて、電流値を検出する電流検出手段を有し、また電圧値を検出する電圧検出手段を有する。例えば、各送風機２５Ａ〜２５Ｄは、電流検出手段の一例である、磁電変換素子であるホール素子を備える。制御装置４は、ホール素子を利用して、入力電流によって発生した磁界を検出し電圧に変換することにより、各送風機２５Ａ〜２５Ｄの電流値を検出することができる。例えば、制御装置４は、電圧検出手段の一例である非接触交流電圧センサを利用して、電線に印加されている電圧を測定することにより、各送風機２５Ａ〜２５Ｄの電圧値を検出することができる。また、制御装置４は、送風機２５Ａ〜２５Ｄのそれぞれの回転数を電気信号として検出する素子からの入力信号に基づき、各送風機の回転数を定期的に検出することができる。

蒸発器２４Ａには、蒸発器２４Ａの温度を検出する蒸発器センサ３０が設けられている。制御装置４は、蒸発器センサ３０が検出する電圧等の電気信号が入力されることにより、蒸発器２４Ａの表面温度を検出する。蒸発器センサ３０は、例えば、蒸発器２４Ａの冷媒管、フィン、タンク等に設置されてこれらの部位の温度に関する電気信号を検出する。

蒸発器２４Ａは、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄのうち、予め定める代表蒸発器である。代表蒸発器とは、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄについてフロスト状態（着霜状態）またはフロスト前状態（着霜前状態）であるか否かを制御装置４が判定するために用いるフロスト判定用温度を測定する対象となる蒸発器である。したがって、蒸発器センサ３０によって検出される蒸発器２４Ａの温度が、フロスト判定制御においてフロスト判定用温度として使用される。この実施形態では、代表蒸発器を蒸発器２４Ａに設定している。また、代表蒸発器は、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄのうち、任意の蒸発器に設定することができる。このように、蒸発器センサ３０は、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄのうち予め定める代表蒸発器の温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段である。

後述するフロスト判定制御の判定処理において用いられるフロスト判定用温度は、代表蒸発器の温度または代表蒸発器の温度に関連する温度である。このため、フロスト判定用温度には、代表蒸発器よりも送風下流側における空気温度や、代表蒸発器を流出した後の冷媒温度または冷媒管温度を採用することができる。したがって、フロスト判定用温度を検出する温度検出手段には、蒸発器２４Ａよりも送風下流側における空気温度を検出する蒸発器後センサ３１、蒸発器２４Ａを流出した後の冷媒温度または冷媒管温度を検出する蒸発器出口温度センサ３２を採用してもよい。

制御装置４は、蒸発器後センサ３１や蒸発器出口温度センサ３２が検出する電圧等の電気信号が入力されることにより、蒸発器２４Ａの温度に関連する温度を検出する。すなわち、フロスト判定用温度としては、蒸発器センサ３０、蒸発器後センサ３１、蒸発器出口温度センサ３２のいずれの温度検出手段で検出された温度でもフロスト判定制御の判定処理において採用することができる。

制御装置４は、車室内の空調運転、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄの着霜をとかす除霜運転を制御する電子式制御装置である。制御装置４は、運転状態に応じて、冷凍サイクル装置２を構成する各部品、例えば圧縮機２０の作動、送風機２５Ａ〜２５Ｄの作動、内外気設定ドアの作動及びエアミックスドアの作動等を制御する。制御装置４は、マイクロコンピュータ、入力回路、出力回路、フロスト判定手段等で構成されている。フロスト判定手段は、例えば、制御装置４に含まれる演算プログラムの一部に相当する。また、フロスト判定手段は、マイクロコンピュータの内部に含まれる判定用回路であってもよい。フロスト判定回路４０は、フロスト判定用温度を用いて複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄについてフロスト状態またはフロスト前状態であるか否かを判定するフロスト判定手段を構成する。

入力回路には、車室内前方に設けられた空調コントロールパネル５上の各種スイッチからの信号、外気温度センサ、冷媒温度センサ、吐出圧センサ、蒸発器後センサ３１及び内気温度センサ等の信号が入力される。マイクロコンピュータは、ＲＯＭ（読み込み専用記憶装置）、ＲＡＭ（読み込み書き込み可能記憶装置）等のメモリ及びＣＰＵ（中央演算装置）等から構成されており、制御対象である各部品の適切な作動状態を演算するための各種プログラムを有している。マイクロコンピュータは、入力回路に入力された各種信号と各種プログラムとによって演算を行い、演算結果を出力回路に出力する。出力回路は、インバータ、送風機２５Ａ〜２５Ｄの各モータ、内外気設定ドアのサーボモータ、エアミックスドアのサーボモータ等の各種アクチュエータに演算結果に基づいた出力信号を送る。制御装置４は、目標吹出し温度に適合した空調風を提供する空調制御を実施する。

次に、制御装置４が実行するフロスト判定制御について図２にしたがって説明する。図２は、制御装置４が実行するフロスト判定制御の処理を示すフローチャートである。空調運転スイッチがオン状態であって、ＩＧスイッチがオンされたり、車両始動のためのスタートスイッチがオンされたりすると、図２に示す制御フローが開始される。つまり、圧縮機２０の運転が開始されて冷凍サイクル装置２を冷媒が循環し、各蒸発器において空気の冷却が行われる。

制御装置４のフロスト判定回路４０は、ステップ１０で、蒸発器センサ３０等により検出される代表蒸発器の温度または関連温度、すなわちフロスト判定用温度が第１の判定値以下であるか否かを判定する。フロスト判定用温度には、蒸発器後センサ３１や蒸発器出口温度センサ３２によって検出される温度を採用してもよい。この第１の判定値は、予め定める第１の閾温度であり、代表蒸発器がフロスト前であることを検知可能な温度またはこれよりも高い温度に設定される。例えば、第１の判定値は、代表蒸発器がフロストする温度よりも明らかに高い５℃に設定することができる。フロスト判定回路４０が、フロスト判定用温度が第１の判定値よりも高いと判定すると、代表蒸発器を含むすべての蒸発器はフロストする状態ではないと判断してステップ２０に進む。制御装置４は、ステップ２０で代表蒸発器と他の蒸発器２４Ｂ〜２４Ｄとに対する各送風量が同値となるように各送風機２５Ａ〜２５Ｄを制御する。

このステップ２０で実行される送風量制御は、通常の空調運転における各送風機２５Ａ〜２５Ｄに対する送風量の制御と同じである。すなわち、制御装置４は、ステップ２０で、目標吹出し温度に適合する空調風を提供する通常の空調運転と同様の処理を実行する。このステップ２０を実行すると、再びステップ１０に戻り、ステップ１０の判定処理を繰り返す。

フロスト判定回路４０が、フロスト判定用温度が第１の判定値以下であると判定すると、ステップ３０に進む。制御装置４は、ステップ３０で代表蒸発器、すなわち蒸発器２４Ａへの送風量を他の蒸発器２４Ｂ〜２４Ｄへの各送風量よりも低減するように制御する。この処理により、代表蒸発器において冷媒と熱交換する空気量が減少するので、空気から冷媒へ移動する吸熱量が低下する。これにより、代表蒸発器について、他の蒸発器よりも温度上昇しにくい状態にすることができる。したがって、代表蒸発器は、他の蒸発器よりも温度が低くなり、フロストしやすい状態になる。ステップ３０の処理は、代表蒸発器の温度が他の蒸発器２４Ｂ〜２４Ｄの温度よりも低くなるように代表蒸発器の温度を制御する温度低下手段に相当する。

フロスト判定回路４０は、次のステップ４０で、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄのうち最も低温に制御される代表蒸発器についてフロスト判定用温度が第２の判定値以下であるか否かを判定する。この第２の判定値は、第１の判定値よりも低温に設定された第２の閾温度（フロスト閾温度ともいう）であり、代表蒸発器がフロスト前であることを検知可能な温度に設定される。例えば、第２の判定値は、代表蒸発器がフロストする温度よりも少し高い２℃に設定することができる。第１の判定値は第１の閾温度であり、第２の判定値は第１の閾温度よりも低温である第２の閾温度である。

フロスト判定回路４０が、フロスト判定用温度が第２の判定値よりも高いと判定すると、代表蒸発器はまだフロスト直前状態ではないと判断してステップ５０に進み、代表蒸発器のフロスト判定用温度が第１の判定値以下であるか否かを判定する。ステップ５０で、代表蒸発器のフロスト判定用温度が第１の判定値より高いと判定すると、代表蒸発器を含むすべての蒸発器はフロストする状態ではないと判断して前述のステップ２０の処理を実行する。ステップ５０で、代表蒸発器のフロスト判定用温度が第１の判定値以下であると判定すると、ステップ４０に戻り、代表蒸発器のフロスト判定用温度が第２の判定値以下であるか否かを判定する。

フロスト判定回路４０が、ステップ４０でフロスト判定用温度が第２の判定値以下であると判定すると、代表蒸発器がフロスト直前状態またはフロスト状態であると判断して、制御装置４はステップ４１で圧縮機２０の運転を停止する。この処理はすべての蒸発器に対する除霜運転であり、冷凍サイクル装置２において冷媒の循環が中断するため、各蒸発器の温度が上昇するようになる。ステップ４０からステップ４１へと続く処理は、すべての蒸発器についてフロスト前状態またはフロスト状態であると決定するフロスト判定手段を構成し、除霜運転を実施する処理に相当する。また、ステップ３０でのフロスト検出のための、代表蒸発器における送風量低減の処理以外は、冷凍サイクル装置２に含まれるすべての蒸発器について冷房能力を同等にする空調制御を実施できる。

ステップ４１の除霜運転が開始すると、冷媒の流動が停止するため、すべての蒸発器２４Ａ〜２４Ｄが温度上昇するようになる。次のステップ４２では、ステップ４１の除霜運転継続中において、先のステップ１０やステップ５０と同様に代表蒸発器のフロスト判定用温度が第１の判定値以下であるか否かを判定する。ステップ４２は、代表蒸発器のフロスト判定用温度が第１の判定値より高くなるまで繰り返される。ステップ４２で、代表蒸発器のフロスト判定用温度が第１の判定値より高いと判定すると、制御装置４は、ステップ４３で圧縮機２０の運転を開始し、ステップ１０に戻り、前述した以降の処理を実行していく。このステップ４３での圧縮機２０の運転再開は、最も低温に制御した代表蒸発器についてフロストの心配がないことが判明したため、すべての蒸発器２４Ａ〜２４Ｄについてフロストの懸念はないと判断したからである。

以上のように制御装置４は、車室内の空調制御において、代表蒸発器について第１の温度条件が成立した場合に代表温度の温度を低下させる処理を実行し、さらに温度低下した代表蒸発器について第２の温度条件が成立した場合にフロスト状態であると決定する。

次に、制御装置４が実行する送風機の異常有無判定について図３にしたがって説明する。図３は、制御装置４が実行する、送風機２５Ａ〜２５Ｄに関する異常有無判定の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、前述のフロスト判定制御に係るフローチャートが開始すると、開始される。つまり、空調制御が行われていると、送風機２５Ａ〜２５Ｄに関する異常有無判定の処理も行われる。また、図３に示す異常有無判定の処理は、空調運転が停止すると終了する。

制御装置４は、ステップ１００で、各送風機２５Ａ〜２５Ｄについて、電流値、電圧値、回転数のいずれかが異常値であるか否かを判定する。このステップ１００は、このような検出値が異常値であると判定されるまで繰り返し行われる。検出値が異常である状態とは、例えば、送風機の回転数が制御値と異なる場合、電流値や電圧値が正常な値に対して乖離している場合、あるいは信号が取得不能な場合等である。

制御装置４は、検出値が異常であると判定すると、送風機が故障したと判断して、ステップ１１０で圧縮機２０の運転を停止する処理を実行する。送風機が停止することにより、送風が行われない蒸発器において、冷媒と空気との熱交換量が大きく減少するので、空気から冷媒へ移動する吸熱量が大きく低下する。これにより、その蒸発器は、正常に送風が行われている他の蒸発器よりも温度が低くなり、フロストしやすい状態になる。したがって、図３に示す送風機の異常有無判定の処理は、図２に示すフロスト判定制御とは別の処理によって、送風機の故障に伴う着霜状態を未然に検出することを可能にする。

さらに制御装置４は、ステップ１２０で、異常状態であることを空調コントロールパネル５に表示したり、警報音や音声によって通報したりしてユーザーに対して報知する処理を実行し、このフローチャートを終了する。

第１実施形態がもたらす作用効果について以下に述べる。制御装置４は、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄを有する冷凍サイクル装置２において、蒸発器のフロスト状態またはフロスト前状態を検出する。制御装置４は、複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄのうち代表蒸発器（例えば蒸発器２４Ａ）の温度または代表蒸発器の温度に関連する温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段を備える。制御装置４は、代表蒸発器の温度が代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように代表蒸発器の温度を制御する温度低下手段を備える。制御装置４は、温度低下手段によって代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、フロスト判定用温度がフロスト閾温度以下である場合に、複数の蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であると決定するフロスト判定手段を備える。

この制御によれば、代表蒸発器について、その温度が低くなるように制御する温度低下手段を備えることにより、すべての蒸発器２４Ａ〜２４Ｄの中で代表蒸発器が最も温度が低い状態に制御される。このため、代表蒸発器を最もフロストしやすい状態にすることができる。このように代表蒸発器の温度を最も低温に設定した状態で、フロスト判定手段は、代表蒸発器について検出されたフロスト判定用温度がフロスト閾温度以下である場合に、フロスト状態またはフロスト前状態であると決定する。これにより、最もフロスト状態に近い代表蒸発器について、フロスト状態またはフロスト前状態であるか否かの判定を実施するので、冷凍サイクル装置２に含まれる蒸発器のいずれかがフロストすることを事前に予測可能になる。したがって、冷凍サイクル装置２に含まれる複数の蒸発器についてフロストを検出する場合に、検出用の温度検出手段の個数を低減することができる。これにより、フロスト状態検出のための温度検出手段に係るコストを低減することができる。

また、温度低下手段は、検出されたフロスト判定用温度が第１の閾温度以下である場合に、代表蒸発器の温度が代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように代表蒸発器の温度を制御する（ステップ１０、ステップ３０）。

さらにフロスト判定手段は、温度低下手段によって、代表蒸発器の温度が複数の蒸発器の中で最も低い温度に制御された状態で、検出されたフロスト判定用温度が第１の閾温度よりも低温である第２の閾温度以下であるか否かを判定する（ステップ４０）。フロスト判定手段は、フロスト判定用温度が第１の閾温度よりも低温である第２の閾温度以下である場合に、複数の蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であると決定する。

この制御によれば、代表蒸発器に係るフロスト判定用温度について二段階の閾温度を用いることにより、フロストしやすい状態にするための判定処理と、フロスト状態またはフロスト前状態であるか否かを判定する処理と、の二段階の判定を容易にできる。これにより、少なくとも、代表蒸発器に係るフロスト判定用温度を検出する温度検出手段を備えていれば、冷凍サイクル装置２に含まれるすべての蒸発器について、フロスト状態を検出可能な安価な制御装置４を提供することができる。

また、温度低下手段は、代表蒸発器に対して提供される送風量を、代表蒸発器を除く他の蒸発器に対して提供される送風量よりも低下させる（ステップ３０）。このように代表蒸発器への送風量を他よりも低下させる処理を行うことにより、代表蒸発器の温度を代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように制御でき、すべての蒸発器についてフロスト状態を検出可能な状況を容易な制御で作り出すことができる。

車両用空調装置１は、制御装置４と、車室内に対して送風する空気を冷却する熱交換器として並列接続された複数の蒸発器２４Ａ〜２４Ｄを有する冷凍サイクル装置２と、予め定める代表蒸発器に係るフロスト判定用温度を検出する温度検出手段と、を備える。この車両用空調装置１によれば、冷凍サイクル装置２が有するすべての蒸発器２４Ａ〜２４Ｄの中で代表蒸発器が最も温度が低い状態に制御されるので、代表蒸発器を最もフロストしやすい状態にすることができる。このように代表蒸発器の温度を最も低温に設定した状態で、フロスト判定手段は、代表蒸発器に係るフロスト判定用温度がフロスト閾温度以下である場合に、フロスト状態またはフロスト前状態であると決定する。最もフロスト状態に近い代表蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であるか否かの判定を実施するため、冷凍サイクル装置２に含まれる蒸発器のいずれかがフロストすることを事前に予測できる車両用空調装置１を提供できる。したがって、フロスト検出のための温度検出手段の個数を低減することができるので、温度検出手段に係るコストを低減できる車両用空調装置１を提供できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について図４及び図５を参照して説明する。第２実施形態において、第１実施形態に係る図面と同一符号を付した構成部品、処理ステップ、及び説明しない構成は、第１実施形態と同様であり、同様の作用効果を奏するものである。第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明する。

図４に図示するように、車両用空調装置１０１が備える冷凍サイクル装置１０２は、へ列接続された複数の減圧装置１２３Ａ，１２３Ｂ，１２３Ｃ，１２３Ｄを有する。以下、減圧装置１２３Ａ，１２３Ｂ，１２３Ｃ，１２３Ｄを減圧装置１２３Ａ〜１２３Ｄと記載することもある。減圧装置１２３Ａ〜１２３Ｄは、それぞれ第１実施形態の減圧装置２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄに対応する関係にあるが、制御装置４によって開度が自在に制御可能に構成される開度調整自在な膨張弁である点で第１実施形態とは相違する。したがって、制御装置４は、各減圧装置の開度を個別に制御することができるので、各蒸発器への冷媒流量を制御することができる。

次に第２実施形態のフロスト判定制御について図５を参照して説明する。以下に、第１実施形態とは異なる内容についてのみ説明する。

図５に図示するように、フロスト判定回路４０は、ステップ１０で、フロスト判定用温度が第１の判定値よりも高いと判定すると、代表蒸発器を含むすべての蒸発器はフロストする状態ではないと判断してステップ２０Ａに進む。制御装置４は、ステップ２０Ａで代表蒸発器と他の蒸発器２４Ｂ〜２４Ｄとに対する冷媒流量が同値となるように、各減圧装置１２３Ａ〜１２３Ｄの開度を同値に制御する。

このステップ２０Ａで実行される冷媒流量制御は、通常の空調運転における各減圧装置１２３Ａ〜１２３Ｄに対する冷媒流量の制御と同じである。すなわち、制御装置４は、ステップ２０Ａで、目標吹出し温度に適合する空調風を提供する通常の空調運転と同様の処理を実行する。このステップ２０Ａを実行すると、再びステップ１０に戻り、ステップ１０の判定処理を繰り返す。

フロスト判定回路４０が、フロスト判定用温度が第１の判定値以下であると判定すると、ステップ３０Ａに進む。制御装置４は、ステップ３０Ａで代表蒸発器、すなわち蒸発器２４Ａへの冷媒流量を他の蒸発器２４Ｂ〜２４Ｄへの各冷媒流量よりも多くするように制御する。この処理により、代表蒸発器を流通する冷媒流量が増加するので、代表蒸発器について、他の蒸発器よりも温度上昇しにくい状態にすることができる。この処理によって、代表蒸発器は他の蒸発器よりも温度が低くなり、フロストしやすい状態になる。ステップ３０Ａの処理は、代表蒸発器の温度が他の蒸発器２４Ｂ〜２４Ｄの温度よりも低くなるように代表蒸発器の温度を制御する温度低下手段に相当する。

以上のように、第２実施形態のフロスト判定制御は、代表蒸発器に流通させる冷媒流量を他の蒸発器に流通させる冷媒流量よりも多くなるように制御することにより、代表蒸発器を最もフロストしやすい状態にするものである。

第２実施形態がもたらす作用効果について以下に述べる。温度低下手段は、代表蒸発器に対して提供される冷媒流量を、代表蒸発器を除く他の蒸発器に対して提供される冷媒流量よりも多くする（ステップ３０Ａ）。このように代表蒸発器への冷媒流量を他よりも低下させる処理を行うことにより、代表蒸発器の温度を代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように制御でき、すべての蒸発器についてフロスト状態を検出可能な状況を容易な制御で作り出すことができる。

また、温度低下手段は、代表蒸発器に提供する冷媒の圧力を調整する減圧装置２３Ａの開度を、他の蒸発器のそれぞれに提供する冷媒の圧力を調整するためにそれぞれ設けられた減圧装置２３Ｂ〜２３Ｄの開度よりも大きくなるように制御する。代表蒸発器に接続される減圧装置の開度を他よりも大きくする処理を行うことで、代表蒸発器への冷媒流量を他の蒸発器の温度への冷媒流量よりも多くするように制御でき、すべての蒸発器についてフロスト状態を検出可能な状況を簡単な開度制御で作り出せる。

（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

開示された制御装置や車両用空調装置に適用可能な冷凍サイクル装置は、前述の実施形態で説明した構成の冷凍サイクル装置２，１０２に限定されない。適用可能な冷凍サイクル装置は、複数の蒸発器を有し冷媒が循環する閉じられた回路を構成するものであればよく、回路に備えられる空調の機能部品やその位置は前述の冷凍サイクル装置２，１０２に限定されるものではない。

開示された冷凍サイクル装置が備える複数の蒸発器は、前述する個数（４個）に限定されない。複数の蒸発器は、２個以上であればよい。

前述の実施形態において、圧縮機２０を電動圧縮機で構成する場合は、圧縮機２０は、インバータにより周波数が調整された交流電圧が印加されてそのモータの回転速度が制御される。インバータは車載バッテリから直流電源の供給を受け、制御装置４によって制御される。

また、圧縮機２０は、蓄電池の電力を使用して駆動する形式であればよく、例えば、吐出容量を変化させる容量制御機構である容量制御弁を備え、容量制御弁に送られる駆動信号によって容量を可変する圧縮機でもよい。この場合には、容量制御弁は電磁駆動式の弁であり、例えば、デューディ制御により冷媒の供給通路を繰り返して開閉することができる開閉弁である。例えば容量制御弁は、制御装置４により容量制御信号としてＯＮ−ＯＦＦの二値からなるデューティ信号形式の電流が供給されることにより、その開弁時間が制御される。そして、制御装置４からの容量制御信号により、容量制御弁が作動し、圧縮機２０のケース内の制御圧力Ｐｃが変化する。この制御圧力Ｐｃが変化すると、ピストン等のストロークが変化して圧縮機の容量が変化することになる。

デューティ信号は、短時間毎にＯＮ、ＯＦＦを繰り返すパルス状波形の電流信号である。信号のＯＮ、ＯＦＦは、容量制御弁の開弁、閉弁に対応する。圧縮機２０の容量は、容量制御弁の開弁させたときは減少し、閉弁させたときは増加する。つまり容量を小さくする必要があるときは開弁時間を長くする信号を送り、制御圧力Ｐｃを上昇させ、容量を大きくする必要があるときは開弁時間を短くする信号を送り、Ｐｃを低下させる。このようにパルス信号のデューティ比を変化させることにより、圧縮機２０の容量を無段階に変化させて自由に制御することが可能である。

２，１０２…冷凍サイクル装置
４…制御装置（温度低下手段）
２４Ａ…蒸発器（代表蒸発器）
２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ…蒸発器（他の蒸発器）
３０…蒸発器センサ（温度検出手段）
３１…蒸発器後センサ（温度検出手段）
３２…蒸発器出口温度センサ（温度検出手段）
４０…判定回路（フロスト判定手段）

Claims (9)

1. 複数の蒸発器（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）を有する冷凍サイクル装置（２、１０２）において、前記蒸発器のフロスト状態またはフロスト前状態を検出する制御装置であって、
   前記複数の蒸発器のうち予め定める代表蒸発器（２４Ａ）の温度または前記代表蒸発器の温度に関連する温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段（３０，３１，３２）と、
   前記代表蒸発器の温度が前記代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように前記代表蒸発器の温度を制御する温度低下制御を実行する温度低下手段（４）と、
   前記温度低下手段によって前記複数の蒸発器の中で前記代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、前記温度検出手段によって検出された前記フロスト判定用温度がフロスト閾温度以下である場合に、前記複数の蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であると決定するフロスト判定手段（４０）と、
   を備え、
   前記温度低下手段は、前記検出された前記フロスト判定用温度が第１の閾温度以下である場合に、前記温度低下制御を実行し、
   さらに前記フロスト判定手段は、前記温度低下手段によって前記複数の蒸発器の中で前記代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、前記検出された前記フロスト判定用温度が前記第１の閾温度よりも低温である第２の閾温度以下である場合に、前記複数の蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であると決定することを特徴とする制御装置。
2. 前記温度低下手段は、前記温度低下制御を実行するために、前記代表蒸発器に対して提供される送風量を、前記他の蒸発器に対して提供される送風量よりも低下させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記温度低下手段は、前記温度低下制御を実行するために、前記代表蒸発器に対して提供される冷媒流量を、前記他の蒸発器に対して提供される冷媒流量よりも多くすることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記温度低下手段は、前記代表蒸発器に対して提供される冷媒流量を、前記他の蒸発器に対して提供される冷媒流量よりも多くするために、前記代表蒸発器に提供する冷媒の圧力を調整する減圧装置（２４Ａ）の開度を、前記他の蒸発器のそれぞれに提供する冷媒の圧力を調整するためにそれぞれ設けられた減圧装置（２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）の開度よりも大きくなるように制御することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の制御装置（４）と、
   車室内に対して送風する空気を冷却する熱交換器として並列接続された複数の蒸発器（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）を有する冷凍サイクル装置（２）と、
   前記複数の蒸発器のうち予め定める代表蒸発器の温度または前記代表蒸発器の温度に関連する温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段（３０，３１，３２）と、
   を備えることを特徴とする車両用空調装置。
6. 複数の蒸発器（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）を有する冷凍サイクル装置（２、１０２）において、前記蒸発器のフロスト状態またはフロスト前状態を検出する制御装置であって、
   前記複数の蒸発器のうち予め定める代表蒸発器（２４Ａ）の温度または前記代表蒸発器の温度に関連する温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段（３０，３１，３２）と、
   前記代表蒸発器の温度が前記代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように前記代表蒸発器の温度を制御する温度低下制御を実行する温度低下手段（Ｓ３０、Ｓ３０Ａ）と、
   前記温度低下手段によって前記複数の蒸発器の中で前記代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、前記温度検出手段によって検出された前記フロスト判定用温度がフロスト閾温度以下である場合に、前記複数の蒸発器についてフロスト状態またはフロスト前状態であると決定するフロスト判定手段（４０、Ｓ４０、Ｓ４１）と、
   を備え、
   前記温度低下手段は、前記フロスト判定用温度が第１の閾温度を下回る場合に、前記温度低下制御を実行し、
   前記温度低下手段は、前記フロスト判定用温度が第１の閾温度を上回る場合に、前記温度低下制御を解除し、
   さらに前記フロスト判定手段は、前記温度低下手段によって前記複数の蒸発器の中で前記代表蒸発器の温度が最も低い温度に制御された状態で、前記検出された前記フロスト判定用温度が前記第１の閾温度よりも低温である第２の閾温度以下である場合に、除霜運転を行うことを特徴とする制御装置。
7. 前記温度低下手段は、前記フロスト判定用温度が第１の閾温度を上回る場合に、前記温度低下制御を実行しないことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
8. 前記温度低下手段による前記温度低下制御中に前記フロスト判定用温度が第１の閾温度を上回った場合に、前記温度低下制御を解除する温度低下解除手段（Ｓ２０、Ｓ２０Ａ、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ５０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
9. 複数の蒸発器（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）を有する冷凍サイクル装置（２、１０２）において、前記蒸発器のフロスト状態またはフロスト前状態を検出する制御装置であって、
   前記複数の蒸発器のうち予め定める代表蒸発器（２４Ａ）の温度または前記代表蒸発器の温度に関連する温度であるフロスト判定用温度を検出する温度検出手段（３０，３１，３２）と、
   前記代表蒸発器の温度が前記代表蒸発器を除く他の蒸発器の温度よりも低くなるように前記代表蒸発器の温度を制御する温度低下制御を実行する温度低下手段（Ｓ３０）と、
   前記フロスト判定用温度に基づいて、前記温度低下手段によって前記複数の蒸発器の中で前記代表蒸発器の温度を最も低い温度に制御するか否かを決定する温度低下判定手段（Ｓ１０）と、
   を備えることを特徴とする制御装置。

Images