JP2021133725A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部熱交換器に付着した霜を簡単な構造で早期に除去できるようにする。【解決手段】圧縮機６０からの冷媒が、暖房用熱交換器４７、全開を取り得る開度可変式の膨張弁６４〜６６、外部熱交換器３０を通過される。外部熱交換器３０を通過した冷媒は、冷房用膨張弁７３と熱交換器４５、電池２１の冷却用となる膨張弁８３と熱交換器８１を通過することが可能とされる。外部熱交換器３０の前方には、走行風の導入状態を変更するグリルシャッター３２が配設される。外部熱交換器３０に霜が発生したときに、外気温度が所定温度（例えば０℃〜３℃）以上の高温時であれば、グリルシャッター３２が開かれる一方、外気温度が所定温度未満のときはグリルシャッター３２が閉じられる（走行風を有効に利用した効果的な霜の除去）。【選択図】 図４

Description

本発明は、車両用空調装置に関するものである。

車両において、少なくとも車室内の暖房を行うための空調装置として、ヒートポンプ式のものを用いる場合がある。特に、発熱源としてのエンジン（内燃機関）を有しないで、車両の駆動をモータのみによって行う電気自動車にあっては、ヒートポンプ式の空調装置によって暖房が行われる。

ヒートポンプ式の空調装置にあっては、少なくとも冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒が通過されて空調エアとの間で熱交換される暖房用熱交換器と、暖房用熱交換器を通過した冷媒と外気との間で熱交換させる外部熱交換器と、が設けられる。

特許文献１には、車両駆動用のモータへ給電するための大容量の電池が搭載された電気自動車において、車室内空調用の冷媒と、電池冷却用の冷媒とを別途独立して設けたものが開示されている。

特開２０１９−１３０９８０号公報

ところで、ヒートポンプ式の空調装置によって暖房を行う場合、冷たくされた冷媒が外部熱交換器を通過する際に外気から吸熱することから、外部熱交換器は相当に冷たいものとなって霜が発生しやすくなる。

外部熱交換器に霜が付着すると、冷媒と外気との間での熱交換が十分に行われなくなって、暖房機能が低下されてしまうことになる。このため、外部熱交換器に付着した霜を除去する必要があるが、霜の除去は極力すみやかに行うことが要求される。

外部熱交換器に付着した霜を早期に除去するために、霜を溶解させるための電気ヒータを別途設けることが考えられる。しかしながら、この場合は、外部熱交換器部分の構造が複雑になるばかりでなく、相当のコストアップになってしまう。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、外部熱交換器に付着した霜を簡単な構造で早期に除去できるようにした車両用空調装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては、霜除去に関して、外部熱交換器への走行風の導入量を変更するためのグリルシャッターを有効に利用するようにしてある。具体的には、本発明にあっては請求項１に記載のような解決手法を採択してある。すなわち、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が通過され、車室内暖房用となる暖房用熱交換器と、
前記暖房用熱交換器を通過した後の冷媒が通過されると共に走行風が導入可能とされ、外気と冷媒との間で熱交換させるための外部熱交換器と、
前記外部熱交換器への走行風の導入状態を変更する開閉式のグリルシャッターと、
前記外部熱交換器に霜が発生したことを検出する霜検出センサと、
外気温度を検出する外気温度センサと、
制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記霜検出センサにより霜の発生が検出されたときに、前記外気温度センサにより検出される外気温度が所定温度以上のときは前記グリルシャッターを開状態とする一方、外気温度が該所定温度未満のときは該グリルシャッターを閉状態とする制御を行う、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、外部熱交換器に霜が発生したときは、外気温度が所定温度よりも高い高温のときは、グリルシャッターを開くことにより高温の走行風を積極的に外部熱交換器に導入させて、霜の除去を早期に行うことができる。また、外気温度が上記所定温度未満となる低温時には、冷たい走行風が外部熱交換器に導入されるのを規制して、走行風に起因する霜増大を防止あるいは抑制して、その分霜を早期に除去することができる。このように、既存のグリルシャッターを有効に利用することにより、霜の除去を簡単な構造でもって早期に行うことができる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記所定温度が、０℃とされている、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、前記所定温度を氷点温度となる０℃とすることにより、グリルシャッターの開閉条件を霜除去のために極めて好ましい設定とすることができる。

前記制御ユニットは、前記霜検出センサにより霜が発生されることに起因して前記グリルシャッターを閉状態としたときに、該グリルシャッターの閉状態を所定期間維持させる制御を行う、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、霜除去を完全に行う上で好ましいものとなり、またグリルシャッターが頻繁に開閉されてしまう事態を回避する上でも好ましいものとなる。

前記暖房用熱交換器と前記外部熱交換器との間の冷媒経路に配設され、暖房時に作動されて冷媒を膨張させる暖房用膨張弁をさらに備え、
前記霜検出センサにより霜の発生が検出されたときは、冷媒の膨張が行われないように前記暖房用膨張弁の作動が停止される、
ようにしてある（請求項４対応）。この場合、霜除去の際には、暖房用膨張弁の作動を停止させて、外部熱交換器に導入される冷媒の温度を十分に高温として、霜除去を効果的に行う上で好ましいものとなる。

車両駆動用のモータへの電力供給源となる電池と、
前記電池を冷却する際に前記外部熱交換器を通過された後の冷媒が供給され、該電池の冷却用となる電池用膨張弁および電池用熱交換器と、
前記暖房用熱交換器と前記外部熱交換器との間の冷媒経路に配設され、暖房時に作動されて冷媒を膨張させる暖房用膨張弁と、
をさらに備え、
前記暖房用膨張弁は、前記霜検出センサにより霜の発生が検出されたときおよび電池冷却時には、冷媒の膨張が行われないようにその作動が停止される、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、電気自動車において好適なものが提供される。また、空調用の冷媒を有効に利用して、高温になりやすい電池の冷却を行うことができる。特に、除霜を行う際に電池冷却が要求されたときは、電池から放熱される熱を、冷媒を介して除霜のための熱として有効利用することができる。

車室内の冷房を行う際に前記外部熱交換器を通過した後の冷媒が供給され、車室内冷房用となる冷房用膨張弁および冷房用熱交換器をさらに備え、
前記暖房用膨張弁は、冷房時には冷媒の膨張が行われないようにその作動が停止される、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、室内冷房を合わせて行うことができる。

前記制御ユニットは、車速に基づいて設定された基本条件に基づいて、前記グリルシャッターを開閉制御するようにされ、
前記制御ユニットは、前記霜検出センサにより霜の発生が検出されたときには、前記基本条件に優先して、前記外気温度センサにより検出される外気温度に応じて該グリルシャッターの開閉制御を行う、
ようにしてある（請求項８対応）。この場合、通常は、車速に基づいて設定された基本条件に基づいてグリルシャッターの開閉制御を行いつつ、除霜の際には基本条件に優先して外気温度に応じてグリルシャッターを開閉することにより、グリルシャッターを除霜のために有効利用することができる。

本発明によれば、外部熱交換器に付着した霜を、グリルシャッターの開閉を利用するという簡単な構造で早期に除去できる。

本発明が適用された車両の一例を示す簡略平面図。 空調用の冷媒と電池冷却用の冷媒とを共用した場合における冷媒の循環系統例を示すもので、暖房時での冷媒の流れを矢印で示す。 図２の循環系統例において、冷房時での冷媒の流れを矢印で示す。 図２の循環系統例において、除霜時での冷媒の流れを矢印で示す。 図２の循環系統例において、電池冷却時での冷媒の流れを矢印で示す。 図２の循環系統例において、冷房と電池冷却とを同時に行うときの冷媒の流れを矢印で示す。 図２の循環系統例において、暖房と電池冷却とを同時に行うときの冷媒の流れを矢印で示す。 本発明の制御系統例を示す図。 本発明の制御例を示すフローチャート。 空調用の冷媒と電池冷却用の冷媒とを別個独立して設けた場合における冷媒の循環系統例を示すもので、電池冷却時での各冷媒の流れを矢印で示す。

図１は、本発明が適用された車両Ｖの一例を示すものである。車両Ｖは、後述するように電気自動車とされている。図中、１は左右の前輪、２は左右の後輪である。なお、図１中、左方が車両前方を示す。

車両Ｖは、前輪１の直後方において、左右方向に延びるダッシュパネル３を有する。このダッシュパネル３によって、前側のモータ収納室（エンジンルームに相当）４と、後側の車室５とが区画されている。車室５内には、運転席６、助手席７、後席８が配設されている。９は、ステアリングハンドルである。

車室５内には、ダッシュパネル３の直後方に位置させて、左右方向に延びるインストルメントパネル１０が配設されている。このインストルメントパネル１０内には、後述する空調ユニット２０が配設されている。また、車室５の床面下方には、大容量の電池（バッテリ）２１が配設されている。実施形態では、電池２１は、フロアパネルの車幅方向中央部に形成されたトンネル部内に収納されているが、電池２１の配設位置は特に問わないものである。

モータ収納室４内には、モータ２２が配設されている。モータ２２の駆動力は、トランスアクスル２３、左右一対のドライブシャフト２４を介して、左右の前輪１に伝達される。車両Ｖは、実施形態では、前輪１が駆動輪とされ、後輪２が従動輪とされたＦＦ車とされている。

モータ２２には、インバータ２５が取付けられている。このインバータ２５を介して、電池２１とモータ２２との間での電力の授受が行われる。すなわち、電池２１からモータ２２へ給電することにより、走行駆動される。また、減速時には、モータ２２が発電機として機能されて、電池２１の充電が行われる（回生）。なお、車両Ｖは、後輪駆動車あるいは４輪駆動車であってもよく、また駆動用モータの数は２以上であってもよく、さらにインホイール式のモータを用いたものであってもよい。

モータ収納室２前部には、外部熱交換器３０が配設されている。この外部熱交換器３０は、後述するように、その内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行うものである。外部熱交換器３０は、走行風を受けて、外気と冷媒との間での熱交換が効率よく行うことが可能となっている。また、外部熱交換器３０の直後方には、クーリングファン３１が配設されている。このクーリングファン３１を作動させることにより、車両Ｖの停止時にあっても、外気を外部熱交換器３０へ導入することが可能となっている。

外部熱交換器３０の直前方には、開閉可能なグリルシャッター３２が配設されている。このグリルシャッター３２が開作動されたときには、走行風が外部熱交換器３０に導入可能とされる。また、グリルシャッター３２が閉作動されたときは、走行風の外部熱交換器３０への導入が規制される。

グリルシャッター３２は、基本的には、車両Ｖの空力特性を改善するものである。すなわち、グリルシャッター３２を閉じたときに、車両Ｖの空気抵抗が低減される。実施形態では、基本的に、車速が所定車速（例えば６０ｋｍ／ｈ）以上のときにグリルシャッター３２が閉とされ、車速が上記所定車速未満のときはグリルシャッター３２が開とされる（車両Ｖの停止時も開状態とされる）。

グリルシャッター３２の開閉は、上述のように、車速に応じた基本条件に基づいて行われる。ただし、後述するように、外部熱交換器に付着した霜を除去する等の際には、上記基本条件に優先してグリルシャッター３２の開閉が行われる。

車両Ｖは、発熱源としてのエンジン（内燃機関）を有しないものである。このため、空調ユニット２０は、電池２１の電力を利用して空調を行うものとなっている。空調ユニット２０による空調は、後述するようにヒートポンプ式とされている。

電池２１は、充放電によって熱を発生するものである、電池２１の保護のために、電池２１の温度が上限温度（例えば６０℃）を超えないように適宜冷却する必要がある。このため、電池２１の温度が、上記上限温度よりも低い温度に設定された所定温度（例えば５０℃）以上になると、電池２１を冷却するようにしてある。そして、電池２１の冷却を、後述するように、空調ユニット２０に使用される冷媒（熱媒体）を利用して行うようになっている（冷媒が、空調用と電池２１の冷却用とで兼用）。

次に、空調と電池２１の冷却を行うために設定される冷媒の循環系統例について、図２を参照しつつ説明する。なお、冷媒としては、例えば、Ｒ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒や、Ｒ１２３４ｙｆ等のＨＦＯ系冷媒、さらには二酸化炭素等を用いることができる。

まず、空調ユニット２０について説明する。空調ユニット２０は、空調通路４１を有する。空調通路４１の入口には、切替ダンパ４２が設けられて、外気導入と内気循環とが切替可能とされている。空調通路４１内には、切替ダンパ４２の近くにおいて、ブロア４３が配設されている。ブロア４３は、モータ４４によって駆動される。なお、後述する各種電気機器類は、全て電池２１からの給電を受けて作動（駆動）される。

空調通路４１内は、ブロア４３の下流側において、冷房用の熱交換器４５が配設されている。空調通路４１のうち熱交換器４５の下流側部分が、分岐板４６によって２つの分岐通路４３Ａと４３Ｂとに分岐されている。一方の分岐通路４３Ａには、上流側において暖房用の熱交換器４７が配設されると共に、下流側において電気式のヒータ（例えばＰＴＣヒータ）４８が配設されている。ヒータ４７は、通電されることによって加熱される。

各分岐通路４３Ａと４３Ｂの上流側端には、エアミックスダンパ４９が配設されている。このエアミックスダンパ４９によって、分岐通路４３Ａを流れるエア量と分岐通路４３Ｂを流れるエア量との割合が変更される（割合は０〜１００％の範囲で変更）。

各分岐通路４３Ａと４３Ｂの下流側は、エアミックス室５０に連なっている。このエアミックス室内の空調エアが、インストルメントパネル１０等に設けた吹き出し口から車室内へと供給される。

図２中、６０は圧縮機、６１はアキュムレータ（気液分離器）である。圧縮機６０は、アキュムレータ６１内の冷媒を吸引して圧縮するもので、電池２１からの給電によって駆動される電気式とされている。

圧縮機６０で圧縮されて高温、高圧となった冷媒は、配管６２を介して、暖房用の熱交換器４７へ供給される。熱交換器４７を通過した冷媒は、配管６３を介して、前述した外部熱交換器３０へ供給される。配管６３の途中には、膨張弁として機能されるオリフィス６４が配設されている。また、配管６３には、オリフィス６４をバイパスするバイパス配管６５が設けられて、このバイパス配管６５に電磁式の開閉弁６６が接続されている。オリフィス６４とバイパス配管６５と開閉弁６６とが、全開をとり得るようにされた開度可変式の膨張弁を構成している。このオリフィス６４とバイパス配管６５と開閉弁６６との機能を、１つの弁装置として構成することもできる。

外部熱交換器３０を通過した冷媒は、配管６７を介して、電磁式の切換弁６８へと流れる。切換弁６８には、２つの配管６９、７０が接続されている。切換弁６８は、配管６７を、配管６９と７０のいずれか一方に選択的に接続するものである。

一方の配管６９を流れる冷媒は、戻り用配管となる配管７１を介して、アキュムレータ６１へと流れる。他方の配管７０を流れる冷媒は、冷房用の熱交換器４５に供給される。この熱交換器４５を通過した冷媒は、配管７２および前述の配管７１を介して、アキュムレータ６１へと流れる。

上記他方の配管７０には、熱交換器４５の近傍において、電磁式とされた開度可変式の膨張弁７３が接続されている。膨張弁７３は、完全に閉じた閉状態と、冷媒を膨張させるためにわずかに開かれる開状態との間で切換可能とされている。また、膨張弁７３は、冷媒の膨張作用が得られる範囲で開度を変更可能とすることもできる。

上記他方の配管７０には、切換弁６８と膨張弁７３との間の位置から、バイパス用の配管８０が導出されている。この配管８０を流れる冷媒は、電池２１を冷却するための熱交換器８１に供給される。この熱交換器８１を通過した冷媒は、配管８２および前述の配管７１を介して、アキュムレータ６１へと流れる。なお、熱交換器８１は、電池２１と一体化された電池パックとして車体に配設されている。

上記配管８０には、電磁式とされた開度可変式の膨張弁８３が接続されている。膨張弁８３は、完全に閉じた閉状態と、冷媒を膨張させるためにわずかに開かれる開状態との間で切換可能とされている。また、膨張弁８３は、冷媒の膨張作用が得られる範囲で開度を変更可能とすることもできる。

前述した開閉弁６６、切換弁６８、膨張弁７３、８３の作動状態を適宜切換えることにより、冷媒の循環経路が切換えられる。以下に、暖房時、冷房時、除霜時、電池冷却時、冷房＋電池冷却時、暖房＋電池冷却時に場合分けして、冷媒の循環経路について説明する。

（１）暖房時には、開閉弁６６が閉、切換弁６８が配管６９を選択した状態とされる。また、エアミックスダンパ４９は、空調エアが暖房用の熱交換器４７を多く流れる位置に設定される。なお、各膨張弁７３、８３は閉とされるが、配管７０、８０に冷媒が流れないため、各膨張弁７３、８３の開閉状態は特に問わないものである。

暖房時では、冷媒は、図２中矢印で示すように流れる。すなわち、圧縮機６０によって圧縮されることにより高温、高圧になった冷媒が、熱交換器４７を通過することにより、空調エアが加温される。暖房不足になるときは、電気式のヒーター４８を作動させればよい。

熱交換器４７を通過した冷媒は、オリフィス６４を通過することにより減圧されると共に温度低下される。減圧かつ低温化された冷媒は、外部熱交換器３０を通過する際に外気と熱交換されて、加温される（冷媒の吸熱）。加温された冷媒は、配管６７、６９、７１を経て、アキュムレータ６１へ戻される。この暖房時には、外部熱交換器３０が相当に冷たくなるので、霜が発生されやすいものである。

（２）冷房時には、開閉弁６６が開、切換弁６８が配管７０を選択、膨張弁７３が開、膨張弁８３が閉とされる。また、エアミックスダンパ４９は、空調エアが暖房用の熱交換器４７を少なく流れる位置に設定される。

冷房時では、冷媒は、図３中矢印で示すように流れる。すなわち、圧縮機６０によって圧縮された冷媒が、熱交換器４７を通過するが、熱交換器４７を流れる空調エアが少量（流量０の場合もあり）であって、空調エアの加温は殆ど行われない。熱交換器４７を通過した冷媒は、オリフィス６４をバイパスして、外部熱交換器３０へと流れる。この外部熱交換器３０によって、冷媒が外気によって冷却される（冷媒からの熱放出）。

外部熱交換器３０を通過した冷媒は、切換弁６８から配管７０を経て膨張弁７３を通過する。この膨張弁７３によって、冷媒が減圧かつ低温化される。低温になった冷媒が、冷房用の熱交換器４５を流れることにより、空調エアが冷却される。熱交換器４５を通過した冷媒は、配管７２、７１を経て、アキュムレータ６１へ戻される。

（３）除霜時は、外部熱交換器３０に付着した霜を除去するときである。除霜時での冷媒の流れは図４に示されるが、開状態とされた開閉弁６６を冷媒が通過する点を除いて、図２に示す暖房時と同じである。冷媒は、オリフィス６４をバイパスすることから、外部熱交換器３０に導入される冷媒の温度が、暖房時に比して相当に高温となり、これにより外部熱交換器３０の除霜が行われる。また、除霜が極力早期に行うために、後述するように、グリルシャッター３２が、車速に応じて設定された基本条件に優先して開閉される。

除霜の開始は、外部熱交換器３０に霜が発生したことを検出したときに開始される。この霜の検出を行うセンサとしては、例えば、霜を直接的に検出するセンサを用いることもできるが、冷媒の温度を検出するセンサによって行うこともできる。すなわち、例えば、暖房サイクルでの運転が継続されていることにより、外部熱交換器３０に導入される直前の冷媒の温度が例えば−２０℃以下となったときに、外部熱交換器３０に霜が発生していると判定することができる。このように、霜発生の検出センサとしては、直接的に霜を検出する他、推定によって検出するものであってもよい。

（４）電池冷却時には、開閉弁６６が開、切換弁６８が配管７０を選択、膨張弁７３が閉、膨張弁８３が開とされる。電池冷却は、電池温度が所定温度（例えば５０℃）以上のときに実行される。

電池冷却時では、冷媒は図５中矢印で示すように流れる。すなわち、圧縮機６０からの冷媒は、熱交換器４７、開閉弁６６、外部熱交換器３０、切換弁６８、配管７０、８０、膨張弁８３を通過する。この膨張弁８３によって、冷媒が減圧かつ低温化される。低温になった冷媒が、電池冷却用の熱交換器８１を流れることにより、電池２１が冷却される。熱交換器８１を通過した冷媒は、配管８２、７１を経て、アキュムレータ６１へ戻される。

（５）冷房かつ電池冷却時では、開閉弁６６が開、切換弁６８が配管７０を選択、膨張弁７３および８３がそれぞれ開とされる。

冷房でかつ電池冷却時では、冷媒は図６中矢印で示すように流れる。すなわち、圧縮機６０からの冷媒は、熱交換器４７、開閉弁６６、外部熱交換器３０、切換弁６８、配管７０へと流れる。配管７０を流れた冷媒は、膨張弁７３を通過すると共に、配管８０を経て膨張弁８３をも通過する。膨張弁７３によって、冷媒が減圧かつ低温化される。低温になった冷媒が、冷房用の熱交換器４５を流れることにより、空調エアが冷却される。また同時に、膨張弁８３によって、冷媒が減圧かつ低温化される。低温になった冷媒が、電池冷却用の熱交換器８１を流れることにより、電池２１が冷却される。なお、膨張弁７３、８３の開度を調整することにより、熱交換器４５を流れる冷媒の流量と熱交換器８１を流れる冷媒の流量との割合を変更することができる。また、膨張弁７３を流れる冷媒量と膨張弁８３を流れる冷媒量との割合を変更する弁装置を別途設けることもできる。

（６）暖房かつ電池冷却時では、図２の暖房状態から、切換弁６８を配管７０を選択する状態に変更される。また、膨張弁８３が開とされる一方、膨張弁７３は閉とされる。これにより、膨張弁８３を通過することにより低温化された冷媒が熱交換器８１を通過して、電池２１が冷却される。

暖房かつ電池冷却時では、冷媒の流れは図７矢印で示すようになる。すなわち、図２に示す暖房時に比して、外部熱交換器３０を通過した後の冷媒が、膨張弁８３から電池冷却用の熱交換器８１を流れる態様とされる。

前述した冷媒循環経路について、各種センサＳ１〜Ｓ１４が設けられている。センサＳ１は、配管６２に設けられて、圧縮機６０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。センサＳ２は、配管６３に設けられて、冷媒の圧力を検出する圧力センサである（高圧センサ）。センサＳ３は、グリルシャッター３２付近に設けられて、外気の温度を検出する温度センサである。センサＳ４は、配管６７に設けられて、外部熱交換器３０を通過した直後の冷媒の温度を検出する温度センサである。センサＳ５は、配管６７に設けられて、外部熱交換器３０を通過した直後の冷媒の圧力を検出する圧力センサである（低圧センサ）。

センサＳ６は、電池２１に設けられて、電池２１の温度を検出する温度センサである。センサＳ７は、配管８２に設けられて、熱交換器８１を通過した直後の冷媒の温度を検出する温度センサである。センサＳ８は、配管８２に設けられて、電池冷却用の熱交換器８１を通過した直後の冷媒の圧力を検出する圧力センサである。

センサＳ９は、冷房用の熱交換器４５に設けられて、熱交換器４５の温度を検出する温度センサである。センサＳ１０は、配管７２に設けられて、熱交換器４５を通過した直後の冷媒の温度を検出する温度センサである。センサＳ１１は、電気式のヒータ４８の直下流側に設けられて、ヒータ４８を通過した直後の空調エアの温度を検出する温度センサである。

図８は、電池冷却を含む空調制御を行うための制御系統例を示す。図中Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成された制御ユニットである。制御ユニットＵは、制御手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭやインターフェイスを備えている。

上記制御ユニットＵには、前述した各種センサＳ１〜Ｓ１１の他、センサＳ１２〜 Ｓ１５からの信号が入力される。センサＳ１２は、車室内の温度を検出する温度センサである。センサＳ１３は、車室内の湿度を検出する湿度センサである。センサＳ１４は、車室内に設けられて日射量を検出する日射量センサである。Ｓ１５は、車速を検出する車速センサである。

制御ユニットＵには、さらに、乗員によって操作される空調操作器Ｓ１６からの信号が入力される。空調操作器Ｓ１６は、従来と同様に構成されているが、例えば、空調のＯＮ、ＯＦＦスイッチ、温度設定スイッチ、風量変更スイッチ、吹き出し口変更スイッチ、自動モードと手動モードとのいずれかを選択するスイッチ等々を有している。

制御ユニットＵは、電池冷却と空調制御のために、図８に示す前述した各種機器類を制御する他、吹き出し口を選択するための吹き出し口切換ダンパ５０を制御する。

制御ユニットＵは、上記空調操作器Ｓ１６での操作に応じて、暖房、冷房等の空調制御を適宜行う。なお、空調制御そのものは、一般的な空調制御の場合と変わりがないので、これ以上の説明は省略する。

制御ユニットＵは、外部熱交換器３０へ付着した霜の除去を行う除霜サイクルを実行する際に、グリルシャッター３２の開閉制御を利用して、霜の成長抑制や霜の早期除去を行うための制御を行う。制御ユニットＵによる制御例について、図９に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。また、図９のフローチャートの開始は、除霜サイクル開始条件が満足したときとされている。実施形態では、除霜サイクルが開始条件を、外部熱交換器３０に導入される直前の冷媒の温度が所定温度（実施形態では−２０℃）以下のときとしてある。なお、図２〜図７では、外部熱交換器３０に導入される直前の冷媒の温度を検出する温度センサは図示を略してある。

まず、図９のＱ１において、温度センサＳ３で検出された外気温度と、温度センサＳ６で検出された電池温度とが読み込まれる。この後、Ｑ２において、Ｑ１で読み込まれた外気温度が所定の閾値（氷点温度となる０℃あるいはそれ以上の高い温度となる例えば３℃）以上であるか否かが判別される。上記Ｑ２の判別でＮＯのときは、Ｑ３へ移行して、外気温度が低いときの制御が実行される。

上記Ｑ３においては、まず、電池２１の温度が閾値（実施形態では５０℃）以上であるか否かが判別される。このＱ３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４において、グリルシャッター３２を閉状態とすると共に、電池冷却サイクルが実行される（除霜サイクルの実行ともなる）。すなわち、図４に示すように、冷媒がオリフィス６４をバイパスされると共に、冷媒が電池用膨張弁８３、電池用熱交換器８１を流れる態様とされる。グリルシャッター３２が閉じられることにより、冷たい走行風が外部熱交換器３０に供給されることが防止あるいは抑制されて、冷たい走行風による霜増大が抑制される。また、電池用熱交換器８１が電池２１からの高熱を受熱することにより冷媒が加温される（電池２１の排熱を冷媒加温用として有効利用）。このＱ４での処理によって、霜が早期に除去される。

上記Ｑ４の後は、Ｑ５において、除霜サイクルを終了する終了条件が成立したか否かが判別される。この終了条件は、例えば、除霜サイクルの実行時間が継続して所定時間（例えば８〜１０秒）以上であること、温度センサＳ４で検出される冷媒の温度（外部熱交換器３０を通過した直後の冷媒の温度）が所定温度（例えば０℃）以上になったこと、の少なくとも一方あるいは両方を満足したときとして設定することができる。

上記Ｑ５の判別でＮＯのときは、Ｑ１に戻る。また、Ｑ５の判別でＹＥＳのときは、除霜のための制御が終了される（除霜サイクルの直前に行われていた暖房サイクルに戻る）。

前記Ｑ３の判別でＮＯのときは、Ｑ６において、グリルシャッター３２が閉じられると共に、除霜サイクル（図４の状態）が実行される。Ｑ６の処理によって、除霜が早期に行われる。Ｑ６の後は、Ｑ５に移行される。

前記Ｑ２の判別でＹＥＳのときは、外気温度が高くて、走行風を利用して除霜できる状況のときである。このときは、まず、Ｑ７において、温度センサＳ６で検出される電池２１の温度が閾値（実施形態では５０℃）以上であるか否かが判別される。

上記Ｑ７の判別でＹＥＳのときは、Ｑ８において、グリルシャッター３２が開（全開）状態とされると共に、電池冷却サイクルが実行される（除霜サイクルの実行ともなる）。このＱ８は、Ｑ４に対応しているが、グリルシャッター３２が開かれることにより、高温の外気によって霜がより効果的に除去される。Ｑ８の後は、Ｑ５に移行される。

上記Ｑ７の判別でＮＯのときは、Ｑ９において、グリルシャッター３２が開かれると共に、除霜サイクルが実行される。Ｑ９は、Ｑ６に対応しているが、グリルシャッター３２が開かれることにより、高温の外気によって霜がより効果的に除去される。Ｑ９の後は、Ｑ５に移行される。

なお、前記Ｑ４、Ｑ６ではクーリングファン３１を停止させる一方、Ｑ８、Ｑ９ではクーリングファン３１を作動させるのが好ましい。

図１０は、空調用の冷媒と電池冷却用の冷媒とを別個独立して設けた場合の循環系統例を示す。以下、図１０について説明するが、矢印で示す冷媒の流れは、電池冷却時のときを示す。

まず、電池冷却用の循環回路９１が別途設けられる。この循環経路９１には、電動式のポンプ９２、放熱器として機能される熱交換器９３、受熱器として機能される熱交換器９４が接続されている。ポンプ９２で圧送される冷媒は、順次、熱交換器９３、熱交換器９４へと流れて、ポンプ９２へ戻る。

受熱器としての熱交換器は、電池２１と一体化されて、電池２１からの受熱用とされている。放熱器としての熱交換器９３は、空調用の循環経路に設けられた受熱器としての熱交換器８１を介して、空調用の冷媒へ放熱する。このように、電池２１で発生された熱は、熱交換器９４から電池冷却用の冷媒を介して、熱交換器８１によって空調用の冷媒に対して放熱されることになる。ポンプ９２の回転数を増大させるほど、電池２１の熱を空調用の冷媒へとすみやかに排熱させることができる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。冷房かつ電池冷却を行う場合に、冷房用の熱交換器４５と電池用熱交換器８１との冷却割合を変更可能とすることもできる。例えば、膨張弁７３と８３との開度割合を変更したり、別途流量調整弁を設けることもできる（例えば配管７０と配管８０との合流部（分岐部）に、分配割合変更の調整弁を設ける等）。

冷房用の膨張弁７３および熱交換器４５を有しないものであってもよい（空調装置が室内冷房機能を有しない）。例えば、緯度の高い地域では、冷房を必要とされないことが多いことから、地域に応じて冷房機能の有無を選択することができる。

グリルシャッター３２は、全閉状態と全開状態との２種類に限らず、例えば車速に応じて段階以上の段階的に開度を変化させてもよく、また連続可変式に開度を変化させるようにしてもよい。圧縮機６０、９２は、電池２１からの給電を受ける電動モータによって駆動される場合に限らず、走行用の駆動源の動力の一部を用いて駆動されるものであってもよい。

除霜のためにグリルシャッター３２を閉じたときは、所定期間経過するまでは、継続して閉状態を維持させるのが、除霜を完全に行う上で、またグリルシャッター３２の頻繁な開閉を会費するために好ましいものである。

曇り止めを行う場合は、冷媒の流れは基本的には暖房の場合と同じであり、湿度が高い場合は、冷媒がさらに冷房用熱交換器４５を通過するようにすればよい（除湿）。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、エンジンを有しない電気自動車用の空調装置として好適である。

Ｖ：車両
２０：空調ユニット
２１：電池
２２：モータ
３０：外部熱交換器
３１：クーリングファン
３２：グリルシャッター
４０空調ユニット
４３：ブロア
４５：熱交換器（冷房用）
４７：熱交換器（暖房用）
６０：圧縮機
６４：オリフィス（膨張弁）
６５：バイパス配管
６６：開閉弁
６８：切換弁
７３：膨張弁（冷房用）
８１：熱交換器（電池冷却用）
８３：膨張弁（電池冷却用）

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出された冷媒が通過され、車室内暖房用となる暖房用熱交換器と、
   前記暖房用熱交換器を通過した後の冷媒が通過されると共に走行風が導入可能とされ、外気と冷媒との間で熱交換させるための外部熱交換器と、
   前記外部熱交換器への走行風の導入状態を変更する開閉式のグリルシャッターと、
   前記外部熱交換器に霜が発生したことを検出する霜検出センサと、
   外気温度を検出する外気温度センサと、
   制御ユニットと、
   を備え、
   前記制御ユニットは、前記霜検出センサにより霜の発生が検出されたときに、前記外気温度センサにより検出される外気温度が所定温度以上のときは前記グリルシャッターを開状態とする一方、外気温度が該所定温度未満のときは該グリルシャッターを閉状態とする制御を行う、
   ことを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１において、
   前記所定温度が、０℃とされている、ことを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記制御ユニットは、前記霜検出センサにより霜が発生されることに起因して前記グリルシャッターを閉状態としたときに、該グリルシャッターの閉状態を所定期間維持させる制御を行う、ことを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記暖房用熱交換器と前記外部熱交換器との間の冷媒経路に配設され、暖房時に作動されて冷媒を膨張させる暖房用膨張弁をさらに備え、
   前記霜検出センサにより霜の発生が検出されたときは、冷媒の膨張が行われないように前記暖房用膨張弁の作動が停止される、
   ことを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   車両駆動用のモータへの電力供給源となる電池と、
   前記電池を冷却する際に前記外部熱交換器を通過された後の冷媒が供給され、該電池の冷却用となる電池用膨張弁および電池用熱交換器と、
   前記暖房用熱交換器と前記外部熱交換器との間の冷媒経路に配設され、暖房時に作動されて冷媒を膨張させる暖房用膨張弁と、
   をさらに備え、
   前記暖房用膨張弁は、前記霜検出センサにより霜の発生が検出されたときおよび電池冷却時には、冷媒の膨張が行われないようにその作動が停止される、
   ことを特徴とする車両用空調装置。
6. 請求項５において、
   車室内の冷房を行う際に前記外部熱交換器を通過した後の冷媒が供給され、車室内冷房用となる冷房用膨張弁および冷房用熱交換器をさらに備え、
   前記暖房用膨張弁は、冷房時には冷媒の膨張が行われないようにその作動が停止される、
   ことを特徴とする車両用空調装置。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記制御ユニットは、車速に基づいて設定された基本条件に基づいて、前記グリルシャッターを開閉制御するようにされ、
   前記制御ユニットは、前記霜検出センサにより霜の発生が検出されたときには、前記基本条件に優先して、前記外気温度センサにより検出される外気温度に応じて該グリルシャッターの開閉制御を行う、
   ことを特徴とする車両用空調装置。

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