JP2014034371A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着霜有無を正確に判定できる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】熱交換媒体を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサから吐出された熱交換媒体と車室内に導入される空調空気との熱交換を行う室内熱交換器と、室内熱交換器から吐出された熱交換媒体と室外の空気との熱交換を行う室外熱交換器と、を備えた車両用空調装置であって、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器の出口温度Ｔｏｕｔとの温度差Ｔｎを算出するとともに（Ｓ１０）、温度差Ｔｎの平均値Ａｘ，Ａｙを算出し（Ｓ１４）、平均値の変化量Ａｙ−Ａｘが第１所定値ｄＡ１以上の場合に（Ｓ１８）、室外熱交換器に付着した霜を溶かす除霜運転を実施する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用空調装置に関するものである。

電気自動車では、車室内の暖房にエンジンの冷却水を利用することができないため、ヒートポンプサイクルを利用した車両用空調装置が採用されている。
この車両用空調装置では、暖房運転中に熱交換媒体が室外熱交換器で吸熱するので、外気温度が非常に低い場合には、室外熱交換器の表面に着霜が生じる場合がある。着霜が生じると、熱伝達率が低下して吸熱不足になるので、車室内の暖房が不十分になるという問題がある。
そこで、外気温度センサで検出した外気温度と、室外器温度センサで検出した室外熱交換器の温度との温度差に基づいて、着霜状態を判定し、除霜制御を開始するヒートポンプ式空調装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２８３６１１号公報

一般に、着霜により室外熱交換器が吸熱不足になると、前記温度差が大きくなる。
しかしながら、外気温度や室外熱交換器の温度が急激に（一時的または局所的に）変化した場合でも前記温度差が大きくなるので、従来の空調装置では着霜有無が正確に判定できないという問題がある。

なお、室外熱交換器の性能低下による前記温度差の増加は、着霜だけでなく外気温度の低下や車速の低下（風通りの悪化）でも発生する。そのため、着霜有無を正確に判定するには外気温度や車速なども考慮する必要があり、前記温度差だけでは着霜有無を正確に判定できないという問題がある。着霜有無を正確に判定するには、除霜制御を開始する前記温度差の閾値を外気温度や車速ごとに持ち換える必要があり、車両ごとに膨大なテストデータが必要になる。

そこで本発明は、着霜有無を正確に判定できる車両用空調装置の提供を課題とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、熱交換媒体を圧縮するコンプレッサ（例えば、実施形態でのコンプレッサ２１）と、前記コンプレッサから吐出された前記熱交換媒体と車室内に導入される空調空気との熱交換を行う室内熱交換器（例えば、実施形態での室内コンデンサ１６）と、前記室内熱交換器から吐出された前記熱交換媒体と室外の空気との熱交換を行う室外熱交換器（例えば、実施形態での室外熱交換器２４）と、を備えた車両用空調装置（例えば、実施形態での車両用空調装置１０）であって、室外の空気の温度（例えば、実施形態での外気温度Ｔａｍ）と前記室外熱交換器の温度（例えば、実施形態での出口温度Ｔｏｕｔ）との温度差（例えば、実施形態での温度差Ｔｎ）の平均値（例えば、実施形態での平均値Ａｘ，Ａｙ）を算出し、前記平均値の変化量（例えば、実施形態での変化量Ａｙ−Ａｘ）が第１所定値（例えば、実施形態での第１所定値ｄＡ１）以上の場合に、前記室外熱交換器に付着した霜を溶かす除霜運転を実施することを特徴とする。

この構成によれば、前記温度差の平均値を算出するので、外気温度や室外熱交換器の温度が急激に変化した場合に着霜したと誤判断するのを防止することができる。なお、室外熱交換器の性能低下による前記温度差の増加は、着霜だけでなく外気温度の低下や車速の低下でも発生する。ただし、外気温度の低下や車速の低下の場合には前記温度差の増加率が限定的であるのに対して、着霜の場合には（着霜が進行するので）前記温度差の増加率が大きくなる。そこで、前記温度差の平均値の変化量が第１所定値以上の場合に、室外熱交換器に着霜したと判断することで、着霜有無を正確に判断することができる。

（２）（１）に記載の車両用空調装置であって、前記車両で消費されるバッテリー残量が所定残量未満と判断された場合には、前記平均値の変化量が前記第１所定値よりも大きい第２所定値（例えば、実施形態での第２所定値ｄＡ２）以上の場合に、前記除霜運転を実施してもよい。

この構成によれば、除霜頻度が低くなるので、電力消費量を抑制してバッテリー残量を節約することができる。また、除霜頻度が低くなると車室内に冷風を供給する機会が少なくなるので、乗員の快適性を確保することができる。
なお、バッテリー残量が所定残量未満の場合には、バッテリー充電のため短時間後に車両の運転を停止することが予想される。除霜頻度を低くすると着霜状態のまま車両用空調装置を使用することになるが、短時間であればその悪影響を最小限に留めることができる。しかも、車両の運転停止後には車室内に乗員がいなくなるので、長時間の除霜運転により念入りに除霜を行っても、乗員の快適性を阻害することがない。

本発明によれば、前記温度差の平均値を算出するので、外気温度や室外熱交換器の温度が急激に変化した場合に着霜したと誤判断するのを防止することができる。また、前記温度差の平均値の変化量が第１所定値以上の場合に、室外熱交換器に着霜したと判断することで、着霜有無を正確に判断することができる。

実施形態に係る車両用空調装置の構成図である。 （Ａ）は車両用空調装置の暖房モード運転の状態を示す図であり、（Ｂ）は冷房モード運転の状態を示す図である。 車両用空調装置の除湿暖房モード運転の状態を示す図である。 車両用空調装置の除霜運転の状態を示す図であり、（Ａ）はホットガス運転の状態であり、（Ｂ）は除霜用冷房運転の状態である。 第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法の第１フローチャートである。 第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法の第２フローチャートである。 第１実施形態における除霜開始判断の説明図である。 除霜運転のタイミングチャートである。 第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法の第１フローチャートである。 第２実施形態における除霜開始判断の説明図である。 第３実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法の第１フローチャートである。 第３実施形態における除霜開始判断の説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用空調装置について添付図面を参照しながら説明する。

（車両用空調装置）
本実施形態による車両用空調装置１０は、例えば車両駆動源としての内燃機関を具備していない電動車両などに搭載され、ヒートポンプサイクルにより除湿暖房モード運転を実行可能な空調装置であって、図１に示すように、通風ダクト１１の上流側に設けられた空気導入口１１ａから下流側に設けられた空気吹出口１１ｂに向かい、順次、導入口開閉ドア１２と、送風機１３と、エバポレータ１４と、ダンパー１５と、室内コンデンサ１６と、を備えて構成されている。
さらに、車両用空調装置１０は、エバポレータ１４および室内コンデンサ１６を備えるヒートポンプサイクル１７と、制御装置１８と、エバポレータセンサ１９と、を備えて構成されている。

通風ダクト１１の空気導入口１１ａは、内気（車室内空気）および外気（車室外空気）を車両用空調装置１０の内部に導入可能に設けられている。
通風ダクト１１の空気吹出口１１ｂは、車両用空調装置１０の内部から車室内へ空調空気を送風可能に設けられている。

導入口開閉ドア１２は、例えば制御装置１８の制御により開閉制御され、通風ダクト１１内部への内気（車室内空気）および外気（車室外空気）の導入量を変更可能に設けられている。

送風機１３は、例えば制御装置１８の制御により印加される駆動電圧に応じて駆動し、空気導入口１１ａから導入された空気（内気および外気）を通風ダクト１１の上流側から下流側の空気吹出口１１ｂに向かい、つまりエバポレータ１４および室内コンデンサ１６に向けて送風する。

エバポレータ（室内熱交換器）１４は、内部に流入した低圧の熱交換媒体と車室内雰囲気との熱交換を行ない、例えば、熱交換媒体が蒸発する際の吸熱によって、通風ダクト１１内のエバポレータ１４を通過する空気を冷却する。

ダンパー１５は、例えば制御装置１８の制御により駆動するモータ（図示略）によって回動可能とされ、送風機１３の送風によってエバポレータ１４を通過した空気の風量のうち、室内コンデンサ１６に導入される風量と、室内コンデンサ１６を迂回して車室内へ排出される風量との風量割合を、開度（例えば、室内コンデンサ１６に向かう通風経路に対する開度）によって調整する。

室内コンデンサ１６は、内部に流入した高温かつ高圧の熱交換媒体によって放熱可能であって、例えば、通風ダクト１１内の室内コンデンサ１６に導入される空気を加熱する。

ヒートポンプサイクル１７は、例えば、コンプレッサ２１と、室内コンデンサ１６と、暖房用膨張弁２２と、冷房用電磁弁２３と、室外熱交換器２４と、三方弁２５と、気液分離器２６と、冷房用膨張弁２７と、除湿用電磁弁２８と、を備えて構成されている。

コンプレッサ２１は、例えば制御装置１８の制御により駆動するモータ（図示略）の駆動力によって駆動し、気液分離器２６から気相の熱交換媒体を吸入し、この熱交換媒体を圧縮して、高温かつ高圧の熱交換媒体を室内コンデンサ１６に吐出する。

室内コンデンサ１６は、第１流路３１によって室外熱交換器２４に接続されており、この第１流路３１の室内コンデンサ１６と室外熱交換器２４との間には、暖房用膨張弁２２と、冷房用電磁弁２３とが並列に配置されている。

暖房用膨張弁２２は、いわゆる絞り弁であって、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体を膨張させ、低温かつ低圧で気液２相の噴霧状の熱交換媒体を室外熱交換器２４に吐出する。

冷房用電磁弁２３は、室内コンデンサ１６と室外熱交換器２４との間において室内コンデンサ１６側の第１分岐管３２ａおよび室外熱交換器２４側の第２分岐管３２ｂを介して暖房用膨張弁２２を迂回する迂回流路３２に設けられ、例えば制御装置１８により開閉制御される。
例えば、冷房用電磁弁２３は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には閉状態とされ、冷房モード運転の実行時には開状態とされる。

これにより、例えば、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は暖房用膨張弁２２を通過して低温かつ低圧の状態で室外熱交換器２４に流入する。
一方、冷房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は冷房用電磁弁２３を通過して高温の状態で室外熱交換器２４に流入する。

室外熱交換器２４は、例えば室外側のコンデンサであって、内部に流入した熱交換媒体と車室外雰囲気との熱交換を行なう。また室外熱交換器２４の温度を計測する温度センサが設けられている。具体的には、室外熱交換器２４の出口から流出した熱交換媒体の温度を計測する出口温度センサ２４Ｔが、室外熱交換器２４の下流側に設けられている。なお室外熱交換器２４の温度を計測する温度センサとして、室外熱交換器２４の表面温度を計測する温度センサを設けてもよい。

例えば、室外熱交換器２４は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、内部に流入する低温かつ低圧の熱交換媒体によって車室外雰囲気から吸熱可能であって、例えば、車室外雰囲気からの吸熱によって熱交換媒体を昇温する。
一方、冷房モード運転の実行時には、内部に流入する高温の熱交換媒体によって車室外雰囲気へと放熱可能であって、例えば車室外雰囲気への放熱およびコンデンサーファン２４ａの送風によって熱交換媒体を冷却する。

三方弁２５は、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を気液分離器２６または冷房用膨張弁２７に切り換えて吐出するように、室外熱交換器２４と、気液分離器２６側の合流管３３と、冷房用膨張弁２７側の第３分岐管３４とに接続され、例えば制御装置１８により切換制御される。

例えば、三方弁２５は、暖房モード運転または除湿暖房モード運転の実行時には、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を気液分離器２６側の合流管３３の流入口（図示略）に吐出する。
一方、冷房モード運転の実行時には、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体を冷房用膨張弁２７側の第３分岐管３４に吐出する。

気液分離器２６は、合流管３３の流出口（図示略）とコンプレッサ２１の吸入口（図示略）との間に接続され、合流管３３の流出口から流出した熱交換媒体の気液を分離し、気相の熱交換媒体をコンプレッサ２１に吸入させる。

冷房用膨張弁２７は、いわゆる絞り弁であって、第３分岐管３４とエバポレータ１４の流入口（図示略）との間に接続され、例えば制御装置１８によって制御される弁開度に応じて、第３分岐管３４から流出した熱交換媒体を膨張させ、低温かつ低圧で気液２相の噴霧状の熱交換媒体をエバポレータ１４に吐出する。

エバポレータ１４は、冷房用膨張弁２７と合流管３３との間に接続され、第３分岐管３４に接続された流入口（図示略）と、合流管３３の流入口（図示略）に接続された流出口（図示略）とを備えている。

除湿用電磁弁２８は、第１流路３１の室内コンデンサ１６と第１分岐管３２ａとの間に設けられた第４分岐管３５によって第１流路３１から分岐して第３分岐管３４に接続される第２流路３６に設けられ、例えば制御装置１８により開閉制御される。
例えば、除湿用電磁弁２８は、暖房モード運転または冷房モード運転の実行時には閉状態とされ、除湿暖房モード運転の実行時には開状態とされる。

これにより、例えば、暖房モード運転または冷房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は、第４分岐管３５を通過し第１流路３１のみを流通して室外熱交換器２４に向かう。
一方、除湿暖房モード運転の実行時には、室内コンデンサ１６から排出された熱交換媒体は第４分岐管３５において第１流路３１と第２流路３６とに分岐し、一方は第１流路３１を流通して室外熱交換器２４に向かい、他方は第２流路３６を流通して除湿用電磁弁２８と第３分岐管３４とを通過して冷房用膨張弁２７に向かう。

制御装置１８は、例えば、適宜のスイッチ（図示略）などを介して操作者により入力された指令信号と、エバポレータセンサ１９から出力された検出結果の信号となどに基づき、車両用空調装置１０の運転を制御し、暖房モード運転と冷房モード運転と除湿暖房モード運転との切り換えを制御する。

エバポレータセンサ１９は、例えば、通風ダクト１１内のエバポレータ１４の下流側の位置に配置され、エバポレータ１４を通過した空気の温度を検出し、検出結果の信号を制御装置１８に出力する。

本実施の形態による車両用空調装置１０は上記構成を備えており、次に、車両用空調装置１０の動作について説明する。

（暖房モード運転）
先ず、車両用空調装置１０の暖房モード運転時においては、例えば図２（Ａ）に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気を室内コンデンサ１６に導入するように開状態とされ、冷房用電磁弁２３および除湿用電磁弁２８は閉状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を合流管３３の流入口に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６における放熱によって通風ダクト１１内の空気を加熱する。
そして、熱交換媒体は、暖房用膨張弁２２によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、室外熱交換器２４において車室外雰囲気から吸熱して気液２相（気相リッチ）の噴霧状で三方弁２５と合流管３３とを通過して気液分離器２６に流入する。
そして、熱交換媒体は、気液分離器２６において気液分離され、気相の熱交換媒体はコンプレッサ２１に吸入される。

（冷房モード運転）
また、車両用空調装置１０の冷房モード運転時においては、例えば図２（Ｂ）に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気が室内コンデンサ１６を迂回するように閉状態とされ、冷房用電磁弁２３は開状態かつ除湿用電磁弁２８は閉状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を第３分岐管３４に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６と冷房用電磁弁２３とを通過して、室外熱交換器２４において車室外雰囲気へと放熱して、三方弁２５と第３分岐管３４とを通過して冷房用膨張弁２７に流入する。
そして、熱交換媒体は、冷房用膨張弁２７によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、エバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を冷却する。
そして、気液２相（気相リッチ）の熱交換媒体は、合流管３３を通過して気液分離器２６に流入し、気液分離器２６において気液分離され、気相の熱交換媒体はコンプレッサ２１に吸入される。

（除湿暖房モード運転）
また、車両用空調装置１０の除湿暖房モード運転時においては、例えば図３に示すように、ダンパー１５はエバポレータ１４を通過した空気を室内コンデンサ１６に導入するように開状態とされ、冷房用電磁弁２３は閉状態かつ除湿用電磁弁２８は開状態とされ、三方弁２５は室外熱交換器２４を合流管３３の流入口に接続する。

これにより、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の熱交換媒体は、室内コンデンサ１６における放熱によって通風ダクト１１内の空気（つまりエバポレータ１４を通過した空気）を加熱する。
そして、熱交換媒体は、第４分岐管３５において第１流路３１と第２流路３６とに分岐し、一方は第１流路３１を流通して室外熱交換器２４に向かい、他方は第２流路３６を流通して除湿用電磁弁２８と第３分岐管３４とを通過して冷房用膨張弁２７に向かう。

すなわち、一方の熱交換媒体は、第４分岐管３５から暖房用膨張弁２２に流入し、暖房用膨張弁２２によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、室外熱交換器２４において車室外雰囲気から吸熱して気液２相（気相リッチ）の噴霧状で三方弁２５と合流管３３とを通過して気液分離器２６に流入する。

また、他方の熱交換媒体は、第４分岐管３５から冷房用膨張弁２７に流入し、冷房用膨張弁２７によって膨張させられて気液２相（液相リッチ）の噴霧状とされ、次に、エバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を露点まで冷却することで除湿して、気液２相（気相リッチ）の状態で合流管３３を通過して気液分離器２６に流入する。

（除霜運転）
上述した車両用空調装置の暖房モード運転時には、室外熱交換器２４において外気から吸熱するので、室外熱交換器２４に着霜が生じる場合がある。着霜が生じると、室外熱交換器２４の熱伝達率が低下して吸熱不足になるので、車室内の暖房が不十分になる。そこで、暖房モード運転中に室外熱交換器２４に着霜したと判断したとき、除霜運転を行う。実施形態の除霜運転では、除霜用冷房運転とホットガス運転とを切り換えて実施する。
図４は車両用空調装置の除霜運転の状態を示す図であり、（Ａ）はホットガス運転の状態であり、（Ｂ）は除霜用冷房運転の状態である。

（ホットガス運転）
図４（Ａ）に示すホットガス運転は、図２（Ａ）に示す暖房モード運転に類似するが、以下の点で異なっている。暖房モード運転では、暖房用膨張弁２２を小口径で開弁し、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体を膨張させて室外熱交換器２４に流入させ、室外熱交換器２４で吸熱させる。これに対してホットガス運転では、暖房用膨張弁２２を大口径で開弁し、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体（ホットガス）をそのまま室外熱交換器２４に流入させ、室外熱交換器２４で放熱させる。

コンプレッサ２１が熱交換媒体を圧縮する際に、コンプレッサ２１自体が発熱し、その熱が熱交換媒体に伝達されて熱交換媒体の温度が上昇する。温度上昇した熱交換媒体（ホットガス）は、室内コンデンサ１６に流入して放熱し、通風ダクト１１内の空気を加熱する。これにより、車室内に温風が供給される。

室内コンデンサ１６から流出した熱交換媒体は、暖房用膨張弁２２を通過して室外熱交換器２４に流入する。ホットガス運転では、暖房用膨張弁２２を大口径で開弁しているので、熱交換媒体が暖房用膨張弁２２で膨張せず、そのまま室外熱交換器２４に流入する。この熱交換媒体は室外熱交換器２４で吸熱せずに放熱するので、室外熱交換器２４の除霜を行うことができる。
室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体は、気液分離器２６を通過してコンプレッサ２１に戻り、循環する。

（除霜用冷房運転）
図４（Ｂ）に示す除霜用冷房運転は、図２（Ｂ）に示す冷房モード運転とほとんど同じである。いずれの運転も、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体が、室外熱交換器２４に流入して放熱し、さらにエバポレータ１４に流入して吸熱する。このように除霜用冷房運転では、熱交換媒体が室外熱交換器２４で放熱するので、室外熱交換器２４の除霜を行うことができる。

除霜用冷房運転と冷房モード運転とは以下の点で異なっている。冷房モード運転では、通風ダクト１１に導入されエバポレータ１４を通過した空気が室内コンデンサ１６を迂回するように、ダンパー１５を閉状態としている。これに対して除霜用冷房運転では、エバポレータ１４を通過した空気が室内コンデンサ１６を通過するように、ダンパー１５を開状態としている。

除霜用冷房運転では、冷房モード運転と同様にエバポレータ１４における吸熱によって通風ダクト１１内の空気を冷却するので、暖房モード運転時に比べて車室内に供給される空気の温度が低下することになる。一方、コンプレッサ２１で圧縮され室内コンデンサ１６に流入した熱交換媒体は、室内コンデンサ１６を通過する空気に対して放熱する。そこで本実施形態の除霜用冷房運転では、エバポレータ１４を通過した空気が室内コンデンサ１６を通過するように、ダンパー１５を開状態としている。これにより、車室内に供給される空気の温度低下が抑制されるので、乗員の不快感を軽減することができる。

（車両用空調装置の除霜運転方法、第１実施形態）
第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法について説明する。
図５は第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法の第１フローチャートであり、図６は第２フローチャートである。車両用空調装置の除霜運転方法は、図５に示すように、暖房モード運転の状態からスタートし（Ｓ５）、除霜開始判断（Ｓ１１０）を実施する。さらに図６に示すように、除霜運転（Ｓ２０）および除霜終了判断（Ｓ３０）を実施する。

（除霜開始判断）
図５に示すように、室外熱交換器２４に着霜したか否か（除霜が必要か否か）の除霜開始判断を行う（Ｓ１１０）。まず温度差計測回数ｎの初期値を１に設定し（Ｓ４）、外気温度と室外熱交換器の温度との温度差Ｔｎの計測を開始する。具体的には、外気温度センサ（不図示）により外気温度Ｔａｍを測定し、制御装置１８に出力する（Ｓ６）。また出口温度センサ２４Ｔにより室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔを測定し、制御装置１８に出力する（Ｓ８）。次に制御装置１８は、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの温度差Ｔｎを算出する（Ｓ１０）。

暖房モード運転では、室外熱交換器２４で吸熱が行われる。ここで、室外熱交換器２４に着霜した場合には、室外熱交換器２４の熱伝達率が低下するので、熱交換媒体が外気から十分に吸熱できなくなる。この場合には、室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔが外気温度Ｔａｍの付近まで上昇せず、両者間の温度差Ｔｎが大きくなる。そのため、温度差Ｔｎが大きいほど、室外熱交換器２４に着霜した可能性が高くなる。

次に、温度差計測回数ｎの初期値を１に設定してから所定時間ｔが経過したか判断する（Ｓ１２）。Ｓ１２の判断がＮｏの場合は、Ｓ１３で温度差計測回数ｎに１を加算して、Ｓ６以下で温度差の計測を継続する。一方、Ｓ１２の判断がＹｅｓの場合はＳ１４に進み、所定時間ｔの間に計測した温度差Ｔｎの平均値Ａｙを算出する。
このように温度差Ｔｎの平均値Ａｙを算出することにより、外気温度Ｔａｍや室外熱交換器の出口温度Ｔｏｕｔが急激に（一時的または局所的に）変化した場合に着霜したと誤判断するのを防止することができる。

次に、今回算出した温度差平均値Ａｙと前回算出した温度差平均値Ａｘとの差分が、第１所定値ｄＡ１以上か判断する（Ｓ１８）。なお、今回初めて温度差平均値Ａｙを算出した場合には、Ｓ１８の判断をＮｏとする。Ｓ１８の判断がＮｏの場合は、Ｓ１９に進んで今回算出した温度差平均値Ａｙを前回算出した温度差平均値Ａｘに代入し、Ｓ４以下を繰り返す。一方、Ｓ１８の判断がＹｅｓの場合は、室外熱交換器２４に着霜したと判断して、除霜運転を開始する。

室外熱交換器２４の性能低下による温度差Ｔｎの増加は、着霜だけでなく外気温度の低下や車速の低下（風通りの悪化）でも発生する。そのため、温度差Ｔｎ（および温度差平均値Ａｙ）だけで着霜有無を正確に判定するのは困難である。ただし、外気温度の低下や車速の低下の場合には温度差Ｔｎの増加率が限定的であるのに対して、着霜の場合には（着霜の進行とともに）温度差Ｔｎの増加率が大きくなる。そこで、今回算出した温度差平均値Ａｙと前回算出した温度差平均値Ａｘとの差分の大きさ（温度差平均値の増加率、変化量）を評価することにより、着霜有無を正確に判断することができる。なお、着霜判断の閾値となる第１所定値ｄＡ１は予め実験等で求めておく。

図７は、第１実施形態における除霜開始判断の説明図である。図７のグラフは横軸が時間であり縦軸が温度差である。図７の例では、時刻ｔ１〜ｔ２の温度差平均値Ａ２と時刻ｔ０〜ｔ１の温度差平均値Ａ１との差分は第１所定値ｄＡ１より小さいが、時刻ｔ２〜ｔ３の温度差平均値Ａ３と時刻ｔ１〜ｔ２の温度差平均値Ａ２との差分が第１所定値ｄＡ１より大きくなっている。そこで、時刻ｔ３において室外熱交換器２４に着霜したと判断し、時刻ｔ３〜ｔ１０で除霜運転を行っている。なお、除霜運転後の温度差平均値Ａ１１は除霜運転前の温度差平均値Ａ３より小さくなっている。

（除霜運転）
次に図６に示すように、室外熱交換器２４に付着した霜を溶かす除霜運転を行う（Ｓ２０）。除霜運転は、最初にホットガス運転を実施し（Ｓ２１）、次に除霜用冷房運転を実施し（Ｓ２２）、次に再びホットガス運転を実施する（Ｓ２４）。

最初に、ホットガス運転を実施する（Ｓ２１）。
図８は除霜運転のタイミングチャートである。除霜開始判断が成立した時点で、暖房用膨張弁２２の開度を小口径から大口径に増加させる。これにより、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体が、暖房用膨張弁２２で膨張されずに室外熱交換器２４に流入する。その結果、熱交換媒体が室外熱交換器２４で放熱するので、ホットガス運転による除霜が開始される。最初のホットガス運転は所定時間だけ行う。
なお、冷房用電磁弁２３を閉弁し暖房用膨張弁２２のみを大口径に開弁してホットガス運転を行うことで、コンプレッサ２１により熱交換媒体が適度に圧縮されるので、ホットガスを効率的に生成することができる。

次に、除霜用冷房運転を実施する（Ｓ２２）。具体的には図８に示すように、暖房用膨張弁２２の開度を大口径に維持する。またホットガス運転の所定時間が経過する直前に、冷房用膨張弁２７の開度を閉状態から開状態へと増加させる作業を開始する。次に、冷房用膨張弁２７の開度増加中に、冷房用電磁弁２３を閉状態から開状態に切り換える。また、三方弁２５の流出口を暖房側（合流管３３側）から冷房側（第３分岐管３４側）に切り換える。これにより、コンプレッサ２１で圧縮された熱交換媒体が、暖房用膨張弁２２で膨張されずに室外熱交換器２４に流入する。その結果、熱交換媒体が室外熱交換器２４で放熱するので、除霜用冷房運転が開始される。除霜用冷房運転は所定時間だけ行う。

なお、冷房用電磁弁２３または三方弁２５の切り換えと同時に、冷房用膨張弁２７の開度増加を開始してもよい。ただし、冷房用電磁弁２３および三方弁２５を切り換える前に、冷房用膨張弁２７の開度増加を開始することで、冷房用膨張弁２７の開度増加に時間がかかる場合でも、除霜用冷房運転を迅速に開始することができる。

次に、２回目のホットガス運転を実施する（Ｓ２４）。具体的には図８に示すように、除霜用冷房運転の所定時間が経過する直前に、冷房用膨張弁２７の開度を開状態から閉状態へと減少させる作業を開始する。次に、冷房用膨張弁２７の開度減少中に、冷房用電磁弁２３を開状態から閉状態に切り換える。また、三方弁２５の流出口を冷房側（第３分岐管３４側）から暖房側（合流管３３側）に切り換える。これにより、室外熱交換器２４から流出した熱交換媒体が、エバポレータ１４を回避してコンプレッサ２１に流入し、ホットガス運転が開始される。２回目のホットガス運転は、後述する除霜終了判断が成立するまで行う。

このように、ホットガス運転と除霜用冷房運転とを切り換えて除霜運転を行うことで、除霜運転を冷房運転のみで行う場合と比べて、車室内に冷風が供給されるのを抑制することができる。また吸熱した上で放熱する除霜用冷房運転では、吸熱しないで放熱するホットガス運転に比べて、放熱量が大きくなる。そのため、除霜運転をホットガス運転のみで行う場合と比べて、短時間で効率よく室外熱交換器の除霜を行うことができる。また、最初のホットガス運転によって、車室内に供給する空気の温度を下げることなく除霜を準備することができる。これにより霜の一部が解けるため、次の除霜用冷房運転の時間を短縮することが可能になり、車室内に冷風を供給する時間を短縮することができる。そして、２回目のホットガス運転を経て暖房モード運転に復帰するため、除霜運転から暖房モード運転への移行をスムーズに行うことができる。

なお本実施形態の除霜運転は、最初にホットガス運転を実施し、次に除霜用冷房運転を実施し、次に再びホットガス運転を実施して、暖房モード運転に復帰する構成としたが、除霜運転の内容はこれに限られない。例えば、最初に除霜用冷房運転を実施し、次にホットガス運転を実施して、暖房モード運転に復帰してもよいし、最初にホットガス運転を実施し、次に除霜用冷房運転を実施して、暖房モード運転に復帰してもよい。

（除霜終了判断）
次に図６に示すように、室外熱交換器２４に付着した霜が除去されたか否かの除霜終了判断を行う（Ｓ３０）。具体的には、除霜開始判断と同様に、外気温度センサ（不図示）により外気温度Ｔａｍを測定し、制御装置１８に出力する（Ｓ３２）。また出口温度センサ２４Ｔにより室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔを測定し、制御装置１８に出力する（Ｓ３４）。制御装置１８は、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの差分の絶対値が、所定温度より小さいか判断する（Ｓ３６）。Ｓ３６の判断がＮｏの場合には、除霜が終了していないと判断し、Ｓ２４に戻ってホットガス運転を継続する。

室外熱交換器２４の霜が解けた場合には、室外熱交換器２４の熱伝達率が向上して、外気からの吸熱が十分に行われる。そのため、室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔが外気温度Ｔａｍに接近し、両者間の温度差が小さくなる。そこで、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの差分の絶対値が所定温度より小さい場合（Ｓ３６の判断がＹｅｓの場合）には、室外熱交換器２４の除霜が終了したと判断する。この場合には、図８に示すように、暖房用膨張弁２２の開度を大口径から小口径に減少させ、ホットガス運転を終了する。

なお本実施形態の除霜終了判断では、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの温度差を評価したが、除霜終了判断の方法はこれに限られない。例えば、上述した除霜開始判断と同様に、温度差の平均値を評価してもよいし、温度差平均値の減少率を評価してもよい。
以上により、第１実施形態における車両用空調装置の除霜運転が終了し、暖房モード運転に復帰する。

以上に詳述したように、実施形態における車両用空調装置では、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器２４の出口温度Ｔｏｕｔとの温度差Ｔｎを算出するとともに、所定時間ｔにおける温度差Ｔｎの平均値Ａｘ，Ａｙを算出し、平均値の変化量Ａｙ−Ａｘが第１所定値ｄＡ１以上の場合に、室外熱交換器２４に着霜したと判断して、室外熱交換器２４に付着した霜を溶かす除霜運転を実施する構成とした。

この構成によれば、温度差Ｔｎの平均値Ａｘ，Ａｙを算出するので、外気温度Ｔａｍや室外熱交換器の出口温度Ｔｏｕｔが急激に変化した場合や、温度センサの時定数差等によって、着霜したと誤判断するのを防止することができる。なお、室外熱交換器２４の性能低下による温度差Ｔｎの増加は、着霜だけでなく外気温度の低下や車速の低下でも発生する。ただし、外気温度の低下や車速の低下の場合には温度差Ｔｎの増加率が限定的であるのに対して、着霜の場合には（着霜の進行とともに）温度差Ｔｎの増加率が大きくなる。そこで、温度差平均値の変化量Ａｙ−Ａｘが第１所定値ｄＡ１以上の場合に、室外熱交換器２４に着霜したと判断することで、着霜有無を正確に判断することができる。

上述したように、室外熱交換器の性能低下による温度差Ｔｎの増加は、着霜だけでなく外気温度の低下や車速の低下でも発生する。そのため、温度差Ｔｎだけで着霜有無を正確に判定するには、着霜有無を判断する温度差の閾値を外気温度や車速ごとに持ち換える必要があり、車両ごとに膨大なテストデータが必要になる。
これに対して本実施形態では、温度差平均値の変化量Ａｙ−Ａｘが第１所定値ｄＡ１以上の場合に着霜していることを確認するテストデータがあれば足りるので、着霜有無を正確に判定するためのテストデータを大幅に削減することができる。

（車両用空調装置の除霜運転方法、第２実施形態）
図９は第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法の第１フローチャートである。第１実施形態では、除霜開始判断の閾値として第１所定値ｄＡ１のみを使用したが、第２実施形態では、バッテリー残量（以下、ＳＯＣと言う。）が所定残量未満の場合に、除霜開始判断の閾値を第２所定値ｄＡ２に持ち換える点で、第１実施形態とは異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。

図９に示すように除霜開始判断を行う（Ｓ１２０）。なおＳ１４における温度差平均値Ａｙの算出までは、第１実施形態と同様に行う。次に第２実施形態では、ＳＯＣが所定残量以上か判断する（Ｓ１５）。Ｓ１５の判断がＹｅｓの場合にはＳ１８に進み、第１実施形態と同様に第１所定値ｄＡ１を閾値として除霜開始判断を行う。一方、Ｓ１５の判断がＮｏの場合にはＳ１６に進む。Ｓ１６では、今回算出した温度差平均値Ａｙと前回算出した温度差平均値Ａｘとの差分Ａｙ−Ａｘが、第２所定値ｄＡ２以上か判断する。第２所定値ｄＡ２は、第１所定値ｄＡ１より大きい値である。なお、今回初めて温度差平均値Ａｙを算出した場合には、Ｓ１８の判断をＮｏとする。Ｓ１８の判断がＮｏの場合は、Ｓ１９に進んで今回算出した温度差平均値Ａｙを前回算出した温度差平均値Ａｘに代入し、Ｓ４以下を繰り返す。一方、Ｓ１８の判断がＹｅｓの場合は、除霜運転を開始する。

図１０は、第２実施形態における除霜開始判断の説明図である。図１０における２つのグラフの横軸はいずれも時間であるが、図１０（ａ）のグラフの縦軸は温度差であり、図１０（ｂ）のグラフの縦軸はＳＯＣである。図１０（ｂ）に示すように、時刻ｔｐ以前はＳＯＣが所定残量以上になっている（Ｓ１５の判断がＹｅｓ）。そこで図１０（ａ）に示すように、時刻ｔｐ以前は、温度差平均値の差分と第１所定値ｄＡ１とを比較する（Ｓ１８）。図１０の例では、時刻ｔ２（＜ｔｐ）において、温度差平均値の差分Ａ２−Ａ１が第１所定値ｄＡ１より大きいことから、除霜運転を開始している。

一方、図１０（ｂ）の時刻ｔｐ以後は、ＳＯＣが所定残量未満になっている（Ｓ１５の判断がＮｏ）。そこで図１０（ａ）に示すように、時刻ｔｐ以後は、温度差平均値の差分と第２所定値ｄＡ２とを比較する（Ｓ１６）。第２所定値ｄＡ２は、第１所定値ｄＡ１より大きな値である。図１０の例では、時刻ｔ１６（＞ｔｐ）においてイグニッションスイッチがオフされ車両が運転を停止しているが、時刻ｔｐからｔ１６の間は温度差平均値の差分が第２所定値ｄＡ２を上回っていないので、除霜運転を開始していない。一方、図１０（ｂ）に示すように、車両が運転を停止してからバッテリーが充電されてＳＯＣが上昇している。そして図１０（ａ）に示すように、車両が運転を停止してから除霜運転が開始されている。

除霜運転を行うと車室内に冷風が供給されるため、除霜運転後の暖房モード運転の電力消費量が多くなる。第２実施形態では、ＳＯＣが所定残量未満の場合には温度差平均値の差分が第２所定値ｄＡ２（＞ｄＡ１）以上の場合に除霜運転を開始するので、ＳＯＣが所定残量以上の場合に比べて除霜頻度が低くなる。その結果、電力消費量を抑制してＳＯＣを節約することができる。

除霜運転を行うと車室内に冷風が供給されるため、除霜運転は短時間または低頻度で実施することが望ましい。温度差平均値の差分が第１所定値ｄＡ１（＜ｄＡ２）以上の場合に除霜運転を開始すれば、着霜初期段階で除霜を行うことになり、除霜運転を短時間で終了することができる。一方、温度差平均値の差分が第２所定値ｄＡ２（＞ｄＡ１）以上の場合に除霜運転を開始すれば、除霜頻度が低くなるので、車室内に冷風を供給する機会が少なくなる。したがって、後者の場合でも乗員の快適性を確保することができる。

なお、ＳＯＣが所定残量未満の場合には、バッテリー充電のため短時間後に車両の運転を停止することが予想される。除霜頻度を低くすると着霜状態のまま車両用空調装置を運転することになるが、短時間であればその悪影響を最小限に留めることができる。しかも、車両の運転停止後には車室内に乗員がいなくなるので、長時間の除霜運転により念入りに除霜を行っても、乗員の快適性を阻害することがない。
なおＳ１５の所定残量は、着霜状態のまま車両用空調装置を運転することによる悪影響が許容できる時間内に、ＳＯＣが下限値付近まで低下してバッテリー充電のため車両が運転停止することになる残量に設定することが望ましい。この所定残量は予め実験等で求めておく。

図９に示す除霜開始判断（Ｓ１２０）の後は、図６に示す第１実施形態と同様に除霜運転（Ｓ２０）および除霜終了判断（Ｓ３０）を行う。
以上により、第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転が終了し、暖房モード運転に復帰する。

以上に詳述したように、第２実施形態における車両用空調装置では、ＳＯＣが所定残量未満と判断された場合には、平均値の変化量Ａｙ−Ａｘが第１所定値ｄＡ１よりも大きい第２所定値ｄＡ２以上の場合に、除霜運転を実施する構成とした。
この構成によれば、除霜頻度が低くなるので、電力消費量を抑制してＳＯＣを節約することができる。また、除霜頻度が低くなると車室内に冷風を供給する機会が少なくなるので、乗員の快適性を確保することができる。

（車両用空調装置の除霜運転方法、第３実施形態）
図１１は第２実施形態における車両用空調装置の除霜運転方法の第１フローチャートである。第１実施形態では、所定時間ごとに温度差の平均値を算出し、平均値の変化量を評価したが、第３実施形態では、温度差の移動平均値を算出し、移動平均値と規準平均値との差分を評価する点で、第１実施形態とは異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。

図１１に示すように除霜開始判断を行う（Ｓ１３０）。なおＳ１０における温度差Ｔｎの算出までは、第１実施形態と同様に行う。次に第３実施形態では、温度差Ｔｎの平均値の算出が初回であるか判断する（Ｓ４０）。Ｓ４０の判断がＹｅｓの場合はＳ４２に進み、所定時間ｔａが経過したか判断する。Ｓ４２の判断がＮｏの場合は、Ｓ４３で温度差計測回数ｎに１を加算して、Ｓ６以下で温度差の計測を継続する。一方、Ｓ４２の判断がＹｅｓの場合はＳ４４に進み、所定時間ｔａの間に計測した温度差Ｔｎの平均値Ａｘを、初回の平均値として算出する。この平均値Ａｘは、次述する移動平均値Ａｙとの差分を算出する基準平均値となる。その後、Ｓ４３で温度差計測回数ｎに１を加算して、Ｓ６以下で温度差の計測を継続する。

一方、Ｓ４０の判断がＮｏの場合はＳ５０に進み、温度差Ｔｎの移動平均値Ａｙを算出する。移動平均値Ａｙは、直近の所定時間ｔｂの間に計測した温度差Ｔｎの平均値である。この所定時間ｔｂは、上述した所定時間ｔａと同じでもよいし異なってもよい。
次に、今回算出した移動平均値Ａｙと基準平均値Ａｘとの差分が、第１所定値ｄＡ１以上か判断する（Ｓ５２）。この第１所定値ｄＡ１は、第１実施形態の第１所定値ｄＡ１と同じでもよいし異なってもよい。Ｓ５２の判断がＮｏの場合はＳ５４に進み、基準平均値Ａｘを算出（更新）してから所定時間ｔｃが経過したか判断する。この所定時間ｔｃは、上述した所定時間ｔａと同じでもよいし異なってもよい。Ｓ５４の判断がＮｏの場合は、Ｓ４３で温度差計測回数ｎに１を加算し、Ｓ６以下で温度差を計測し、Ｓ５０で新たな移動平均値Ａｙを算出する。

一方、Ｓ５４の判断がＹｅｓの場合はＳ５６に進み、今回算出した移動平均値Ａｙを基準平均値Ａｘに代入することで、基準平均値Ａｘを更新する。その後、Ｓ４３で温度差計測回数ｎに１を加算し、Ｓ６以下で温度差を計測し、Ｓ５０で新たな移動平均値Ａｙを算出し、Ｓ５２で新たな移動平均値Ａｙと更新された基準平均値Ａｘとの差分を評価する。
そして、Ｓ５２の判断がＹｅｓの場合は除霜運転を開始する。すなわち、図１１に示す除霜開始判断（Ｓ１３０）を終了し、図６に示す第１実施形態と同様に除霜運転（Ｓ２０）および除霜終了判断（Ｓ３０）を行う。以上により、第３実施形態における車両用空調装置の除霜運転が終了し、暖房モード運転に復帰する。

図１２は、第３実施形態における除霜開始判断の説明図である。図１２のグラフは横軸が時間であり、縦軸が温度差である。除霜開始判断の開始から所定時間ｔａが経過した時刻ｔ１で、所定時間ｔａの間に計測した温度差Ｔｎの平均値ＭＡ１を算出する。図１２のグラフでは温度差が単調増加しているので、所定時間ｔａの略中間時刻の温度差が平均値ＭＡ１となっている。この平均値ＭＡ１が初回の基準平均値となる。
時刻ｔ１の後、直近の所定時間ｔｂの間に計測した温度差Ｔｎの移動平均値ＭＡ２を連続して算出する。そして、移動平均値ＭＡ２と基準平均値ＭＡ１との差分を算出し、第１所定値ｄＡ１と比較する。

図１２では、初回の基準平均値ＭＡ１を算出した時刻ｔ１から所定時間ｔｃが経過しても、移動平均値ＭＡ２と基準平均値ＭＡ１との差分が第１所定値ｄＡ１より小さくなっている。この場合には、所定時間ｔｃが経過した時刻ｔ２での移動平均値ＭＡ２を新たな基準平均値とすることで、基準平均値を更新する。基準平均値を更新してから所定時間ｔｃが経過するまでは、移動平均値ＭＡ３と更新後の基準平均値ＭＡ２との差分を算出し、第１所定値ｄＡ１と比較する。
そして図１２では、時刻ｔ３から所定時間ｔｃが経過する前に、時刻ｔ４´で算出した移動平均値ＭＡ４´と基準平均値ＭＡ３との差分が、第１所定値ｄＡ１より大きくなっている。そこで、この時刻ｔ４´から除霜運転を開始している。

以上に詳述したように、第３実施形態における車両用空調装置では、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器の出口温度Ｔｏｕｔとの温度差Ｔｎの移動平均値Ａｙを算出し、移動平均値Ａｙと基準平均値Ａｘとの差分Ａｙ−Ａｘが第１所定値ｄＡ１以上の場合に、室外熱交換器に着霜したと判断し、除霜運転を実施する構成とした。
ヒートポンプサイクルを利用した車両用空調装置では、室外熱交換器に着霜し始めると、吸熱量を確保するため室外熱交換器の表面温度を下げようとするので、ますます着霜が進行する。これにより、外気温度Ｔａｍと室外熱交換器の出口温度Ｔｏｕｔとの温度差Ｔｎの増加率が大きくなる。そこで、移動平均値Ａｙと基準平均値Ａｘとの差分Ａｙ−Ａｘが第１所定値ｄＡ１以上の場合に、室外熱交換器に着霜したと判断することで、着霜有無を正確に判断することができる。しかも、移動平均値Ａｙを用いて逐次着霜有無を判断するので、除霜を迅速に開始することができる。

また第３実施形態では、所定時間ｔｃごとに算出した移動平均値を基準平均値として、基準平均値を更新する構成とした。これにより、所定時間ｔｃにおける温度差の増加率を評価できるので、着霜有無を正確に判断することができる。

なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態の構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、第３実施形態では移動平均値と基準平均値との差分を評価したが、今回算出した移動平均値と直前に算出した移動平均値との差分を評価してもよい。

Ａｘ，Ａｙ…平均値 ｄＡ１…第１所定値 ｄＡ２…第２所定値 Ｔａｍ…外気温度 Ｔｏｕｔ…出口温度 Ｔｎ…温度差 ｔ…所定時間 １０…車両用空調装置 １４…エバポレータ（室内熱交換器） ２１…コンプレッサ ２４…室外熱交換器

Claims (2)

1. 熱交換媒体を圧縮するコンプレッサと、前記コンプレッサから吐出された前記熱交換媒体と車室内に導入される空調空気との熱交換を行う室内熱交換器と、前記室内熱交換器から吐出された前記熱交換媒体と室外の空気との熱交換を行う室外熱交換器と、を備えた車両用空調装置であって、
   室外の空気の温度と前記室外熱交換器の温度との温度差の平均値を算出し、前記平均値の変化量が第１所定値以上の場合に、前記室外熱交換器に付着した霜を溶かす除霜運転を実施す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であって、
   前記車両で消費されるバッテリー残量が所定残量未満と判断された場合には、前記平均値の変化量が前記第１所定値よりも大きい第２所定値以上の場合に、前記除霜運転を実施することを特徴とする車両用空調装置。

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