WO2011142244A1

WO2011142244A1 - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: WO2011142244A1
Application number: PCT/JP2011/060086
Authority: WO
Inventors: 小笠原　武; 畠山　淳
Original assignee: カルソニックカンセイ株式会社
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2011-11-17
Also published as: JP5468982B2; EP2570282A1; EP2570282A4; JP2011240725A; EP2570282B1; US20130055743A1; EP2570282A9

Abstract

　車両用空気調和装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルと、判定ユニットと、コントローラと、を備えている。冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し当該空気を加熱する室内コンデンサ、冷媒と車室外空気との間で熱交換する室外熱交換器、及び、冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換して当該空気を冷却する室内エバポレータを有している。また、冷凍サイクルは、室外熱交換器で冷媒に吸熱させ、かつ、室内コンデンサで冷媒に放熱させる外気吸熱暖房運転、及び、室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、かつ、室内コンデンサで冷媒から放熱させる内気吸熱暖房運転を行うことができる。判定ユニットは、室外熱交換器が凍結したか否かを判定する。コントローラは、室外熱交換器が凍結したと判定ユニットが判定した際に、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転に切り替える。上記空気調和装置によれば、室外熱交換器が凍結した場合でも、圧縮機の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる。

Description

車両用空気調和装置

　本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを有し、車室外の空気から吸熱して車室内の暖房を行う車両用空気調和装置に関する。

　例えば電気自動車では、駆動源からの熱を車室内の暖房にほとんど利用することができない。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用し、サイクル内を循環する冷媒で車室外の空気から吸熱し、その熱を車室内の暖房に利用する車両用空気調和装置が種々提案されている（下記特許文献１及び２参照）。

　しかし、車室外の空気と熱交換する室外熱交換器が凍結[frozen]（着氷[coated with ice]）する場合がある。室外熱交換器が凍結すると熱交換性能が低下するので、所望の暖房運転を維持できない。そのため、特許文献１に開示されている車両用空気調和装置では、蒸気圧縮式冷凍サイクルに室内コンデンサをバイパスするホットガスバイパス路を設けて、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を、室内コンデンサに流すと共にホットガスバイパス路を介して室外熱交換器にも流す。高温の冷媒が室外熱交換器を流れるので、室外熱交換器の凍結が解消される。また、室内コンデンサによって車室内に供給される空気が加熱される。このように、室外熱交換器が凍結しても、凍結を解消すると共に車室内の暖房運転を維持できる。

　また、特許文献２に開示されている車両用空気調和装置は暖房運転と除湿運転とを行うことができ、除湿運転では圧縮機の回転数制御によって空調風の吹き出し温度が調整される。しかし、室外熱交換器が凍結しても暖房運転を維持する技術は開示されていない。

日本国特開２０００－２０３２４９号公報（特許第４３４１０９３号公報）日本国特開平１０－２８７１２５号公報（特許第３７９９７３２号公報）

　上述した従来の車両用空気調和装置では、室外熱交換器の凍結解消運転時に室内コンデンサと室外熱交換器に冷媒を流すので、通常の暖房運転時より圧縮機の回転数を上昇させために大きな動力が必要になる。しかし、圧縮機の動力を車両バッテリに依存する電気自動車では、航続距離が短くなるので実用的ではない。

　そこで、本発明の目的は、室外熱交換器が凍結（着氷）した場合でも、圧縮機の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる車両用空気調和装置を提供することにある。

　本発明の特徴は、下記の蒸気圧縮式冷凍サイクルと、判定ユニットと、コントローラと、を備えている車両用空気調和装置を提供する。冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し当該空気を加熱する室内コンデンサ、冷媒と車室外空気との間で熱交換する室外熱交換器、及び、冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換して当該空気を冷却する室内エバポレータを有している。また、冷凍サイクルは、室外熱交換器で冷媒に吸熱させ、かつ、室内コンデンサで冷媒に放熱させる外気吸熱暖房運転、及び、室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、かつ、室内コンデンサで冷媒から放熱させる内気吸熱暖房運転を行うことができる。判定ユニットは、室外熱交換器が凍結したか否かを判定する。コントローラは、室外熱交換器が凍結したと判定ユニットが判定した際に、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転に切り替える。

　上記特徴によれば、室外熱交換器がエバポレータとして機能する外気吸熱暖房運転時に室外熱交換器が凍結すると、室内エバポレータで冷媒に吸熱させる内気吸熱暖房運転に切り替えられて暖房運転が続行される。外気吸熱暖房運転と内気吸熱暖房運転とでは吸熱を行う熱交換器が変わるだけであり、暖房運転の続行に圧縮機の動力を増大させる必要がない。このため、室外熱交換器が凍結（着氷）した場合でも、圧縮機の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる。

　ここで、冷凍サイクルは、室外熱交換器に供給される冷媒の圧力を調整できる圧力調整器、室外熱交換器をバイパスする第１バイパス路、冷媒を室外熱交換器に流すか第１バイパス路に流すかを切り替える第１流路切替器、室内エバポレータに供給される冷媒の圧力を減圧する減圧器、室内エバポレータをバイパスする第２バイパス路、及び、冷媒を室内エバポレータに流すか第２バイパス路に流すかを切り替える第２流路切替器をさらに備え、外気吸熱暖房運転では、圧縮機で圧縮された冷媒が、室内コンデンサ、圧力調整器、室外熱交換器、第２バイパス路を順に流れて圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、圧力調整器が冷媒を減圧させ、内気吸熱暖房運転では、圧縮機で圧縮された冷媒が、室内コンデンサ、第１バイパス路、減圧器、室内エバポレータを順に流れて圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、減圧器が冷媒を減圧させることが好ましい。

　ここで、冷凍サイクルは、室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、室内コンデンサ及び室外熱交換器の双方で冷媒に放熱させる冷房リヒート運転をさらに行うことができ、冷房リヒート運転では、圧縮機で圧縮された冷媒が、室内コンデンサ、圧力調整器、室外熱交換器、減圧器、室内エバポレータを順に流れて圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、圧力調整器が冷媒を減圧させないことがさらに好ましい。

　また、空気調和装置が、室外熱交換器を通過した空気温度を検出する室外熱交換器通過空気温度検出器と、室外熱交換器の出口の冷媒温度を検出する冷媒温度検出器とをさらに備え、判定ユニットが、室外熱交換器通過空気温度検出器によって検出された空気温度と冷媒温度検出器によって検出された冷媒温度との差に基づいて、室外熱交換器が凍結したか否かを判定することが好ましい。

　また、内気吸熱暖房運転では、車室内の空気が、室内エバポレータに供給され、その後、室内コンデンサに供給されることが好ましい。

　また、空気調和装置が、車室内に供給される空気を加熱するヒータと、フット吹出口から吹き出される空気温度を検出するフット吹出温度検出器と、デフロスタ吹出口及びベント吹出口から吹き出される空気温度を検出するデフロスタ・ベント吹出温度検出器とをさらに備え、コントローラが、フット吹出温度検出器及びデフロスタ・ベント吹出温度検出器によって検出された空気温度に基づいて、ヒータの加熱量を制御することが好ましい。

　また、空気調和装置が、室内エバポレータに供給される空気の温度及び湿度を検出する吸入空気温湿度検出器と、外気温度を検出する外気温度検出器とをさらに備え、コントローラが、吸入空気温湿度検出器及び外気温度検出器の検出結果に基づいて車室内の露点温度を算出し、算出された露点温度に基づいて室内エバポレータの除湿量を制御することが好ましい。

　また、前記室外熱交換器が、複数のチューブ、前記複数のチューブの両端に設けられた一対のタンク、冷媒を貯留する液溜めタンク、及び、前記各タンク内にそれぞれ少なくとも一つずつ設けられた複数の仕切壁を有しており、前記複数の仕切壁のうち、前記室外熱交換器内の冷媒流れ経路上の最も下流に位置する仕切壁が、冷媒の前記液溜めタンクへの導入をガイドでき、且つ、冷媒を小さな流れ抵抗で流すよう構成されていることが好ましい。

車両用空気調和装置の一実施形態の構成図である。上記空気調和装置の外気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す説明図である。上記空気調和装置の内気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す説明図である。上記空気調和装置の冷房リヒート運転時の冷媒経路を示す説明図である。上記空気調和装置における室外熱交換器の構成図である。上記空気調和装置の動作を示すフローチャートである。上記室外熱交換器の変形例の構成図である。

　以下、車両用空気調和装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。

　図１に示されるように、車両用空気調和装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル２を備えている。冷凍サイクル２は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、室内コンデンサ４と、電磁弁（圧力調整器[pressure regulator]）５と、室外熱交換器６と、冷媒を減圧する温度式膨張弁[thermostatic expansion valve]（減圧器[pressure reducer]）７と、室内エバポレータ８と、アキュムレータ９とを備えている。冷凍サイクル２上で、電磁弁５は、室内コンデンサ４の下流に配置されている。室外熱交換器６は、電磁弁５の下流に配置されている。温度式膨張弁７は、室外熱交換器６の下流に配置されている。室内エバポレータ８は、温度式膨張弁７の下流に配置されている。アキュムレータ９は、室内エバポレータ８の下流に配置されている。これらのコンポーネントが、冷媒配管１０によって接続されている。

　圧縮機３は、例えばベーン型であり、コントローラ３０からの指令によって、その駆動又は停止やその回転数が制御される。

　室内コンデンサ４は、空調ケース２１内で、室内エバポレータ８に対して空調風流れの下流に配置されている。室内コンデンサ４では、圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒と空調ケース２１内を通過する空気（車室内に供給される空気）との間で熱交換が行われる。室内コンデンサ４は、冷媒の放熱作用によって空気を加熱する。

　電磁弁５は、絞り機構を有しており、冷媒を減圧させずに室外熱交換器６に流したり、冷媒を減圧させて室外熱交換器６に流すことができる。電磁弁５は、コントローラ３０によって制御される。

　室外熱交換器６は、例えばエンジンルーム内に配置されている。室外熱交換器６では、室内コンデンサ４を通過した冷媒と車室外の空気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器６は、冷房リヒート運転時にはコンデンサとして機能して冷媒から空気に放熱させ、外気吸熱暖房運転時にはエバポレータとして機能して空気から冷媒に吸熱させる。室外熱交換器６の内部構成については、追って詳述する。

　温度式膨張弁７は、室内エバポレータ８の出口側に取り付けられた感温筒[feeler bulb]（図示せず）を有している。温度式膨張弁７の弁開度は、室内エバポレータ８の出口側の冷媒の過熱度[superheating degree of refrigerant]が所定値に維持されるように自動調整される。

　室内エバポレータ８は、空調ケース２１内で、室内コンデンサ４に対して空調風流れの上流に配置されている。室内エバポレータ８では、温度式膨張弁７で減圧された冷媒と空調ケース２１内を通過する空気（車室内に供給される空気）との間で熱交換が行われる。室内エバポレータ８は、冷媒の吸熱作用によって空気を冷却、及び、除湿する。

　アキュムレータ９は、室内エバポレータ８から送られてきた冷媒の一部を余剰冷媒として一時的に溜めると共に、ガス冷媒のみを圧縮機３に送る。

　空調ケース２１には、車室外空気を導入する外気導入口２２と、車室内空気を導入する内気導入口２３とが設けられている。外気導入口２２と内気導入口２３とは、インテークドア２４によって開閉される。インテークドア２４は、コントローラ３０によって制御される。空調ケース２１内には、送風機[blower]２５が設けられている。送風機２５は、インテークドア２４の位置に応じて外気又は内気を空調ケース２１内に吸引する。空調ケース２１内には、室内コンデンサ４の上流側に配置されたエアミックスドア２７と室内コンデンサ４の下流に配置されたヒータ２６とが設けられている。エアミックスドア２７は、室内コンデンサ４及びヒータ２６を通過する送風とこれらをバイパスする送風との混合比を調整する。ヒータ２６は、冷凍サイクル２とは別の熱源であり、例えば、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)ヒータである。ヒータ２６は、コントローラ３０によって発熱量が制御される。

　空調ケース２１内のヒータ２６の下流には、フット吹出口２８ａ、デフロスタ吹出口２８ｂ、ベント吹出口２８ｃが設けられている。これらの吹出口より空調風が車室内に供給される。なお、ヒータ２６を通過した空気がフット吹出口２８ａよりもデフロスタ吹出口２８ｂ及びベント吹出口２８ｃにより多く導かれるように、ヒータ２６が配置されている。

　また、冷凍サイクル２は、第１バイパス路１１と、第１流路切替弁（第１流路切替器[first flowpath changeover unit]）１２と、逆止弁１４とを有している。第１バイパス路１１は、室内コンデンサ４からの冷媒に室外熱交換器６をバイパスさせる。第１流路切替弁１２は、第１バイパス路１１の上流端と冷媒配管１０との接続箇所に設けられており、冷媒を室外熱交換器６に通すか第１バイパス路１１に通すかを切り替える。逆止弁１４は、室外熱交換器６の下流で、かつ、第１バイパス路１１の下流端と冷媒配管１０との接続箇所より上流に配置されており、内気吸熱暖房運転時に冷媒が室外熱交換器６へと逆流するのを防止する。

　さらに、冷凍サイクル２は、第２バイパス路１５と、第２流路切替弁（第２流路切替器）１６とを有している。第２バイパス路１５は、冷媒に室内エバポレータ８をバイパスさせる。第２流路切替弁１６は、第２バイパス路１５の上流端と冷媒配管１０との接続箇所に設けられており、冷媒を室内エバポレータ８に通すか第２バイパス路１５に通すかを切り替える。

　第１流路切替弁１２及び第２流路切替弁１６は、コントローラ３０によって制御されて冷媒経路を切り替える。具体的には、外気吸熱暖房運転[outside-air heat-absorption heating operation]では、図２に示されるように、圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、電磁弁５、室外熱交換器６、及び、第２バイパス路１５を順に通って圧縮機３に戻るように、冷媒経路が切り替えられる。電磁弁５は冷媒を減圧し、室外熱交換器６はエバポレータとして機能する。

　また、内気吸熱暖房運転[inside-air heat-absorption heating operation]では、図３に示されるように、圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、第１バイパス路１１、温度式膨張弁７、及び、室内エバポレータ８を順に通って圧縮機３に戻るように、冷媒経路が切り替えられる。温度式膨張弁７は冷媒を減圧し、室内エバポレータ８はエバポレータとして機能する。

　また、冷房リヒート運転[re-heat cooling operation]では、図４に示されるように、圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、電磁弁５、室外熱交換器６、温度式膨張弁７、及び、室内エバポレータ８を順に通って圧縮機３に戻るように、冷媒経路が切り替えられる。電磁弁５は冷媒を減圧させずにそのまま流し、室外熱交換器６はコンデンサとして機能する。

　また、空気調和装置１は、室外熱交換器通過空気温度センサ（室外熱交換器通過空気温度検出器）Ｓ１と、冷媒温度センサ（冷媒温度検出器）Ｓ２と、エバポレータ出口空気温度センサ（エバポレータ出口空気温度検出器）Ｓ３と、フット吹出温度センサ（フット吹出温度検出器）Ｓ４と、デフロスタ・ベント吹出温度センサ（デフロスタ・ベント吹出温度検出器）Ｓ５と、吸入空気温湿度センサ（吸入空気温湿度検出器）Ｓ６と、外気温度センサ（外気温度検出器）Ｓ７と、室内温度センサ（室内温度検出器）Ｓ８とを有している。室外熱交換器通過空気温度センサＳ１は、室外熱交換器６を通過した空気温度を検出する。冷媒温度センサＳ２は、室外熱交換器６の出口の冷媒温度を検出する。エバポレータ出口空気温度センサＳ３は、室内エバポレータ８を通過した空気温度を検出する。フット吹出温度センサＳ４は、フット吹出口２８ａから吹き出す空気温度を検出する。デフロスタ・ベント吹出温度センサＳ５は、デフロスタ吹出口２８ｂ及びベント吹出口２８ｃより吹き出す空気温度を検出する。吸入空気温湿度センサＳ６は、空調ケース２１内に導入された空気（室内エバポレータ８や室内コンデンサ４に供給される空気）の温度と湿度を検出する。外気温度センサＳ７は、外気温度を検出する。室内温度センサＳ８は、車室内の温度を検出する。

　コントローラ３０は、操作パネル３１からの入力データや各種センサＳ１～Ｓ８の検出データ等に基づいて、圧縮機３、第１流路切替弁１２、第２流路切替弁１６、インテークドア２４、送風機２５、ヒータ２６、エアミックスドア２７等を制御する。また、コントローラ３０は、室外熱交換器６が凍結しているか否かを判定する判定ユニット[determination unit]としても機能する。コントローラ３０は、室外熱交換器６を通過した空気温度（室外熱交換器通過空気温度センサＳ１により検出）と室外熱交換器６の出口の冷媒温度（冷媒温度センサＳ２により検出）との差が所定温度差（例えば１０℃）以上となった場合、室外熱交換器６が凍結（着氷）したと判定する。

　操作パネル３１は、暖房[heating]スイッチＳＷ１、除湿暖房[dry-heating]スイッチＳＷ２、冷房[cooling]スイッチＳＷ３、温度設定ノブ[temperature control knob]３２等を有している。温度設定ノブ３２によって、車室内の目標温度が設定される。コントローラ３０は、暖房スイッチＳＷ１、除湿暖房スイッチＳＷ２、又は、冷房スイッチＳＷ３のオン操作に基づいて、図６のフローチャートに示される制御を実行する。制御内容については、追って詳述する。また、コントローラ３０は、室内温度センサＳ８の検出温度が目標温度になるように、暖房運転、除湿暖房運転、又は、冷房リヒート運転を制御する。

　次に、室外熱交換器６の構成を説明する。室外熱交換器６は、図５に示されるように、垂直方向に間隔をおいて水平配置された複数のチューブ４０と、隣接するチューブ４０の間に配置された放熱フィン４１と、複数のチューブ４０の両端に配置された一対のタンク４２，４３とを備えている。タンク４２には、その上端部に冷媒入口４４が設けられ、その下端部に冷媒出口４５が設けられている。タンク４３には液溜めタンク[reservoir tank]４６が設けられている。タンク４３の内部と液溜めタンク４６の内部とは底部寄りに設けられた連通管４７によって連通されている。

　タンク４２，４３の内部には、仕切壁[partitions]４８，４９がそれぞれ一つずつ設けられている。タンク４２内の仕切壁４８は、連通管４７と同じ高さ位置に設けられており、タンク４２内を完全に仕切っている。一方、タンク４３内の仕切壁４９は、二つ設けられた仕切壁４８，４９のうちで、室外熱交換器６内の冷媒流れ経路上の下流に位置している。また、仕切壁４９は、連通管４７と同じ高さ位置に設けられている。仕切壁４９は、タンク４３の内部をほぼ仕切ってはいるが、連通管４７の内部は仕切っていない。従って、仕切壁４９は、室外熱交換器６がコンデンサとして機能する際には液冷媒の液溜めタンク４６への導入をガイドし、室外熱交換器６がエバポレータとして機能する際には小さな流れ抵抗で気化冷媒を連通管４７を介してタンク４３内を上から下に流す。

　次に、車両用空気調和装置１の動作を説明する。図６に示されるように、コントローラ３０は、暖房スイッチＳＷ１、除湿暖房スイッチＳＷ２、及び、冷房スイッチＳＷ３のいずれかがオンされたか否かを常時チェックする（ステップＳＴ１～ＳＴ３）。

　冷房スイッチＳＷ３がオンされた場合（ステップＳＴ１でＹＥＳ）、コントローラ３０は、冷房リヒート運転を実行する（ステップＳＴ４）。冷房リヒート運転では、図４に示されるように、第１流路切替弁１２は、冷媒を室外熱交換器６に流すように切り替えられ、第２流路切替弁１６は、冷媒を室内エバポレータ８に流すように切り替えられる。電磁弁５は、全開とされて、冷媒を減圧することなく通過させる。インテークドア２４は、内気導入側又は内気導入側に設定される（図４では内気導入）。ただし、冷房リヒート運転では冷風を室内に供給するので、通常は内気を循環させる。

　冷房リヒート運転では、圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、第１流路切替弁１２、電磁弁５、室外熱交換器６、第２流路切替弁１６、温度式膨張弁７、室内エバポレータ８、及び、アキュムレータ９を順に通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４及び室外熱交換器６で空気に放熱する。放熱によって低温となり、かつ、温度式膨張弁７で低圧とされた冷媒は、室内エバポレータ８で空気から吸熱する。従って、空調ケース２１内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却され、その後、その一部若しくは全部（エアミックスドア２７の位置による）が室内コンデンサ４で再加熱される。これにより、所望温度の冷風が生成される。

　一方、除湿暖房スイッチＳＷ２がオンされた場合（ステップＳＴ３でＹＥＳ）、コントローラ３０は、内気吸熱暖房運転を実行する（ステップＳＴ５）。内気吸熱暖房運転では、図３に示されるように、第１流路切替弁１２は、冷媒を第１バイパス路１１に流すように切り替えられ、第２流路切替弁１６は、冷媒を室内エバポレータ８に流れるように切り替えられる。インテークドア２４は、内気導入側に切り替えられる。エアミックスドア２７は、例えば、全開位置に切り替えられる。

　内気吸熱暖房運転では、圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、第１バイパス路１１、第２流路切替弁１６、温度式膨張弁７、室内エバポレータ８、及び、アキュムレータ９を順に通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４で空気に放熱する。放熱によって低温となり、かつ、温度式膨張弁７で低圧とされた冷媒は、室内エバポレータ８で空気から吸熱する。従って、空調ケース２１内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却され、その後、その全部が室内コンデンサ４で再加熱される。これにより、所望温度の温風が生成される。

　室内エバポレータ８では、空気を０度近くまで冷却するので除湿が行われ、除湿された空気[dry air]が車室内に供給されて窓曇りが除去される。

　なお、室内コンデンサ４の加熱能力が小さい場合には、ヒータ２６を作動させて所望温度の温風を生成する。

　また、内気吸熱暖房運転では、エバポレータ出口空気温度センサＳ３の検出温度に基づいて、室内エバポレータ８が凍結しない温度（例えば０℃～３℃）となるように圧縮機３の回転数が制御されて除湿性能が確保される。内気吸熱暖房運転では、室内エバポレータ８及び室内コンデンサ４によって冷凍サイクル特性が決定されるので、除湿性能に基づいて圧縮機３の回転数が決定されると室内コンデンサ４による加熱量が自ずと決まる。従って、加熱量を増加したい場合にはヒータ２６を作動させ、加熱量を減少させたい場合にはエアミックスドア２７の位置を閉じ側に変更することで、空調風の温度を制御できる。

　また、暖房スイッチＳＷ１がオンされた場合（ステップＳＴ２でＹＥＳ）、コントローラ３０は、外気吸熱暖房運転を実行する（ステップＳＴ６）。外気吸熱暖房運転では、図２に示されるように、第１流路切替弁１２は、冷媒を室外熱交換器６に流すように切り替えられ、第２流路切替弁１６は、冷媒を第２バイパス路１５に流すように切り替えられる。電磁弁５は、冷媒を減圧する弁位置に調整される。インテークドア２４は、外気導入側に切り替えられる。エアミックスドア２７は、例えば全開位置に切り替えられる。

　圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、室外熱交換器６、第２流路切替弁１６、第２バイパス路１５、アキュムレータ９を順に通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４で空気に放熱する。放熱によって低温となり、かつ、電磁弁５で低圧とされた冷媒は、室外熱交換器６で空気から吸熱する。従って、空調ケース２１内を通る送風は、室内エバポレータ８によって冷却されずに、室内コンデンサ４で加熱される。これにより、所望温度の温風が生成される。外気吸熱暖房運転では、室内エバポレータ８によって空気が冷却されないので、内気吸熱暖房運転より大きな暖房効果が得られる。

　外気吸熱暖房運転では、湿気の少ない車室外の空気を空調ケース２１内に導入（外気導入）するので、窓曇りが抑制される。

　外気吸熱暖房運転時には、所定時間毎に室外熱交換器６が凍結（着氷）しているか否かの判定が行われる（ステップＳＴ７）。

　室外熱交換器６が凍結したと判定された場合（ステップＳＴ７でＹＥＳ）、外気吸熱暖房運転は内気吸熱暖房運転に切り替えられる（ステップＳＴ８）。これにより、冷媒は、室外熱交換器６を通過する外気からではなく、室内エバポレータ８を通過する空気から吸熱するようになり、暖房運転が維持される。

　ステップＳＴ７が肯定された際の内気吸熱暖房運転中でも、所定時間毎に室外熱交換器６の凍結が凍結しているか否か（すなわち、凍結が解消したか否か）の判定が行われる（ステップＳＴ７）。室外熱交換器６の凍結が解消したと判定された場合（ステップＳＴ７でＮＯ）、外気吸熱暖房運転、すなわち、ユーザの選択した運転に戻される（ステップＳＴ６）。なお、室外熱交換器６の凍結が解消した（室外熱交換器６が凍結していない）と判定された場合（ステップＳＴ７でＮＯ）に、いつ外気吸熱暖房運転に戻すかには種々の方法が考えられる。例えば、ステップＳＴ７が否定されたらすぐに外気吸熱暖房運転しても良いし、ステップＳＴ７が否定されてから所定時間経過後に外気吸熱暖房運転しても良い。

　以上説明したように、室外熱交換器６をエバポレータとして機能させる外気吸熱暖房運転時に室外熱交換器６が凍結すると室内エバポレータ８で冷媒に吸熱させる内気吸熱暖房運転に切り替えて暖房運転が続行される。外気吸熱暖房運転と内気吸熱暖房運転では吸熱が行われる熱交換器が変わるだけであり、暖房運転を続行するために圧縮機３の動力を増大させる必要がない。従って、室外熱交換器６が凍結（着氷）した場合でも、圧縮機３の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる。

　このように室外熱交換器６が凍結しても暖房運転を維持できるので、室外熱交換器６としては、特殊品（例えば、凍結し難い構造を持つものや、結露が極力留まらない構造を持つものなど）を使用する必要がなく、汎用品を使用することができる。

　本実施形態の冷凍サイクル２は、圧縮機３と室内コンデンサ４と室外熱交換器６と温度式膨張弁７と室内エバポレータ８を備えた通常の冷凍サイクルに対して、室外熱交換器６に供給される冷媒の圧力を調整する電磁弁（圧力調整器）５と、室外熱交換器６をバイパスする第１バイパス路１１と、冷媒を室外熱交換器６に流すか第１バイパス路１１に流すかを切り替える第１流路切替弁１２と、室内エバポレータ８をバイパスする第２バイパス路１５と、冷媒を室内エバポレータ８に流すか第２バイパス路１５に流すかを切り替える第２流路切替弁１６とを加えただけである。従って、本実施形態の冷凍サイクル２によれば、比較的簡単な構成で、かつ、比較的簡単な冷媒経路の切替えによって、２種類の暖房運転（外気吸熱暖房運転、内気吸熱暖房運転）と１種類の冷房運転（冷房リヒート運転）を行うことができる。

　コントローラ（判定ユニット）３０は、室外熱交換器６を通過した空気温度と室外熱交換器６の出口の冷媒温度との差に基づいて凍結を判定する。このため、単純な温度比較によって室外熱交換器６の凍結を確実に判定できる。

　内気吸熱暖房運転では、車室内の空気を空調ケース２１内（室内エバポレータ８及び室内コンデンサ４）に導入して内気循環させるので、車室内の熱損失がほとんどなく、熱効率の良い暖房を行うことができる。

　室内コンデンサ４に加えてヒータ２６が設けられ、フット吹出温度センサＳ４及びデフロスタ・ベント吹出温度センサＳ５の検出温度に基づいてコントローラ３０によってヒータ２６が制御される。従って、フット吹出口２８ａとベント吹出口２８ｃの空気温度に温度差を設ける場合（いわゆるバイレベルモード[bi-level mode]）でも、ヒータ２６の加熱量を調整して所望の空調風を供給できる。

　コントローラ３０は、外気温度検出センサＳ７の検出温度を窓の温度とみなして吸入空気温湿度センサＳ６及び外気温度センサＳ７を用いて車室内の露点温度を算出し、算出した露天温度に基づいて窓曇りが発生しないように除湿量を制限すべく室内エバポレータ８を制御しても良い。これにより、窓曇りの発生を防止しつつ圧縮機３の動力を低く運転することができる。露点温度は、コントローラ３０の内蔵メモリにそのデータマップが記憶され、外気温度センサＳ７によって検出された温度と相対湿度から算出される。

　室外熱交換器６は、複数のチューブ４０と複数のチューブ４０の両端に設けられた一対のタンク４２，４３とを有している。各タンク４２，４３内には仕切壁４８，４９がぞれぞれ一つずつ設けられている。二つの仕切壁４８，４９のうちで室外熱交換器６内の冷媒流れ経路上の下流に位置する仕切壁４９は、冷媒の液溜めタンク４６への導入をガイドし、かつ、冷媒を小さな流れ抵抗で流すよう構成されている。

　従って、室外熱交換器６がコンデンサとして機能する際（冷房リヒート運転）には、冷媒入口４４からタンク４２内に流入した冷媒は、仕切壁４８よってタンク４２の上部から各チューブ４０内を流れてタンク４３の上部に流入する。タンク４３の上部に流入した液化冷媒は、仕切壁４９でガイドされて連通管４７を通って液溜めタンク４６に流入する。液溜めタンク４６からオーバーフローした液冷媒は、連通管４７を通ってタンク４３の下部に流入し、チューブ４０内を流れてタンク４２の下部に流入する。タンク４２の下部に流入した冷媒は、冷媒出口４５から流出して温度式膨張弁７へと送られる。

　一方、室外熱交換器６がエバポレータとして機能する際（外気吸熱暖房運転）には、冷媒入口４４からタンク４２内に流入した冷媒は、仕切壁４８よってタンク４２の上部から各チューブ４０内を流れてタンク４３の上部に流入する。タンク４３の上部に流入した気化冷媒は、仕切壁４９を迂回して連通管４７を介してタンク４３の下部に流入する。タンク４３の下部に流入したガス冷媒は、チューブ４０内を流れてタンク４２の下部に流入する。タンク４２の下部に流入した冷媒は、冷媒出口４５より流出される。気化冷媒がタンク４３内で仕切壁４９を迂回する際には、連通管４７が仕切壁４９で仕切られていないので、気化冷媒は小さな流れ抵抗で流れる。このため、室外熱交換器６内を流れる冷媒の圧力損失を小さく抑えることができ、冷媒の蒸発温度低下に起因する吸熱性能の低下を防止できる。

　上記実施形態では、圧力調整器は、絞り機能を有する電磁弁５で構成されたが、冷媒通路の開放状態と冷媒通路の絞り状態とを選択的に切り替えできるものであれば良い。例えば、圧力調整器は、オリフィスと、オリフィスに並列配置されたバルブ付きのバイパス路とから構成されても良い。この場合、外気吸熱暖房運転では、バルブを閉じてオリフィスに冷媒を通過させて室外熱交換器６をエバポレータとして機能させる。一方、冷房リヒート運転では、バルブを開いてバイパス路に冷媒を通過させて室外熱交換器６をコンデンサとして機能させる。

　上記実施形態では、室外熱交換器６の一対のタンク４２，４３の内部にそれぞれ一つずつ仕切壁４８，４９が設けられたが、各タンクに仕切壁が二つ以上設けられても良い。この場合、複数の仕切壁のうちで、室外熱交換器６内の冷媒流れ経路上の最も下流に位置している仕切壁の位置に連通管４７が配置される。

（室外熱交換器の変形例）
　次に、室外熱交換器の変形例について説明する。図７に示されるように、変形例としての室外熱交換器６Ａは、上記実施形態のタンク４３に比べて、タンク４３Ａが大きな容積を持つように形成されている。タンク４３Ａは、その下部が液溜めタンクを兼用するよう構成されている。タンク４３Ａの内部には、乾燥剤入りのフィルタ５０が内蔵されている。タンク４３Ａ内のフィルタ５０の外側は、仕切壁４９Ａによって上下に仕切られている。仕切壁４９Ａは、タンク４２内の仕切壁４８と同じ高さ位置に設けられている。

　タンク４３Ａの上部に流入した冷媒は、フィルタ５０の内部のみを通ってタンク４３Ａの下部に流入する。仕切壁４９Ａの内径（すなわち、フィルタ５０の外径）は、気化冷媒を小さな流れ抵抗で通す大きさに設定されている。仕切壁４９Ａは、室外熱交換器６Ａがコンデンサとして機能する際には液冷媒のフィルタ５０の内部への導入をガイドし、室外熱交換器６Ａがエバポレータとして機能する際にはガス冷媒を小さな流れ抵抗でタンク４３Ａ内を上から下へ流す。

　従って、室外熱交換器６Ａによっても、上述した室外熱交換器６と同様に、室外熱交換器６Ａがコンデンサとして機能する際（冷房リヒート運転）には、タンク４３Ａの上部に流入した液化冷媒は、仕切壁４９Ａでガイドされてフィルタ５０を通ってタンク４３Ａの下部（液溜めタンクに相当）に流入する。一方、室外熱交換器６がエバポレータとして機能する際（外気吸熱暖房運転）には、気化冷媒がタンク４３Ａ内で仕切壁４９Ａを通過する際には、気化冷媒は小さな流れ抵抗で流れる。このため、室外熱交換器６Ａ内を流れる冷媒の圧力損失を小さく抑えることができ、冷媒の蒸発温度低下に起因する吸熱性能の低下を防止できる。

（暖房運転の切替時期の変形例）
　上記実施形態では、室外熱交換器６をエバポレータとして機能させる際（外気吸熱暖房運転）に室外熱交換器６が凍結すると、室内エバポレータ８による吸熱（内気吸熱暖房運転）に切り替えられた。しかし、窓曇りを解消したい場合や、降雨時の快適性向上のために除湿したい場合などにも、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転に切り替えられても良い。

Claims

　冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し当該空気を加熱する室内コンデンサ、冷媒と車室外空気との間で熱交換する室外熱交換器、及び、冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換して当該空気を冷却する室内エバポレータを有し、前記室外熱交換器で冷媒に吸熱させ、かつ、前記室内コンデンサで冷媒に放熱させる外気吸熱暖房運転、及び、前記室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、かつ、前記室内コンデンサで冷媒から放熱させる内気吸熱暖房運転を行うことができる蒸気圧縮式冷凍サイクルと、
　前記室外熱交換器が凍結したか否かを判定する判定ユニットと、
　前記室外熱交換器が凍結したと前記判定ユニットが判定した際に、前記外気吸熱暖房運転から前記内気吸熱暖房運転に切り替えるコントローラと、を備えた車両用空気調和装置。
　請求項１記載の車両用空気調和装置であって、
　前記冷凍サイクルは、前記室外熱交換器に供給される冷媒の圧力を調整できる圧力調整器、前記室外熱交換器をバイパスする第１バイパス路、冷媒を前記室外熱交換器に流すか前記第１バイパス路に流すかを切り替える第１流路切替器、前記室内エバポレータに供給される冷媒の圧力を減圧する減圧器、前記室内エバポレータをバイパスする第２バイパス路、及び、冷媒を前記室内エバポレータに流すか前記第２バイパス路に流すかを切り替える第２流路切替器をさらに備え、
　前記外気吸熱暖房運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒が、前記室内コンデンサ、前記圧力調整器、前記室外熱交換器、前記第２バイパス路を順に流れて前記圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、前記圧力調整器が冷媒を減圧させ、
　前記内気吸熱暖房運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒が、前記室内コンデンサ、前記第１バイパス路、前記減圧器、前記室内エバポレータを順に流れて前記圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、前記減圧器が冷媒を減圧させる。
　請求項２記載の車両用空気調和装置であって、
　前記冷凍サイクルは、前記室内エバポレータで冷媒に吸熱させ、前記室内コンデンサ及び前記室外熱交換器の双方で冷媒に放熱させる冷房リヒート運転をさらに行うことができ、
　前記冷房リヒート運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒が、前記室内コンデンサ、前記圧力調整器、前記室外熱交換器、前記減圧器、前記室内エバポレータを順に流れて前記圧縮機に戻る冷媒経路が設定され、前記圧力調整器が冷媒を減圧させない。
　請求項１～３のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
　前記室外熱交換器を通過した空気温度を検出する室外熱交換器通過空気温度検出器と、前記室外熱交換器の出口の冷媒温度を検出する冷媒温度検出器とをさらに備え、
　前記判定ユニットは、前記室外熱交換器通過空気温度検出器によって検出された前記空気温度と前記冷媒温度検出器によって検出された前記冷媒温度との差に基づいて、前記室外熱交換器が凍結したか否かを判定する。
　請求項１～４のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
　前記内気吸熱暖房運転では、車室内の空気が、前記室内エバポレータに供給され、その後、前記室内コンデンサに供給される。
　請求項１～５のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
　車室内に供給される空気を加熱するヒータと、
　フット吹出口から吹き出される空気温度を検出するフット吹出温度検出器と、
　デフロスタ吹出口及びベント吹出口から吹き出される空気温度を検出するデフロスタ・ベント吹出温度検出器とをさらに備え、
　前記コントローラは、前記フット吹出温度検出器及び前記デフロスタ・ベント吹出温度検出器によって検出された前記空気温度に基づいて、前記ヒータの加熱量を制御する。
　請求項１～６のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
　前記室内エバポレータに供給される空気の温度及び湿度を検出する吸入空気温湿度検出器と、
　外気温度を検出する外気温度検出器とをさらに備え、
　前記コントローラは、前記吸入空気温湿度検出器及び前記外気温度検出器の検出結果に基づいて車室内の露点温度を算出し、算出された前記露点温度に基づいて前記室内エバポレータの除湿量を制御する。
　請求項１～７のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
　前記室外熱交換器は、複数のチューブ、前記複数のチューブの両端に設けられた一対のタンク、冷媒を貯留する液溜めタンク、及び、前記各タンク内にそれぞれ少なくとも一つずつ設けられた複数の仕切壁を有し、
　前記複数の仕切壁のうち、前記室外熱交換器内の冷媒流れ経路上の最も下流に位置する仕切壁は、冷媒の前記液溜めタンクへの導入をガイドでき、且つ、冷媒を小さな流れ抵抗で流すよう構成されている。