JP2013178032A - 車両用ヒートポンプ式空調機及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ回路のみで冷房及び暖房を実施できるように車両用空調機を構成したものにおいて、車外に配置される外部熱交換器への着霜の有無を簡便な手法で適切に判定して、始動時に除霜完了後に暖房運転を開始することができるようにする。
【解決手段】冷媒回路内に、圧縮機１，外部熱交換器３，膨張弁４，内部熱交換器５をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、暖房運転時に、温度低下前の冷媒を外部熱交換器３に供給して除霜する除霜運転を行なう除霜運転回路と、暖房運転と除霜運転とを切り替える切替手段２０，２１と、始動時に、除霜運転開始条件が成立すると暖房運転に入る前に除霜運転を実施し、外部熱交換器の冷媒出入口温度差が閾値未満になったら除霜運転から暖房運転に切り換える可能とする制御装置５０とをそなえる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車に搭載するのに好適な車両用ヒートポンプ式空調機及びその運転方法に関するものである。

例えば、ガソリンエンジン，ディーゼルエンジン，ガスエンジンなどの原動機を備えない電気自動車の車両用空調機として、図９に示すようなものが実用化されている。
つまり、図９に示すように、この車両用空調機は、冷媒回路１００と温水回路１１０とを備えている。冷媒回路１００は、圧縮機１０１と、凝縮器（外部熱交換器、いわゆる、室外機）１０３と、膨張弁１０４と、蒸発器（内部熱交換器、いわゆる、室内機）１０５とをこの順で、冷媒回路１００内に備えている。温水回路１１０は、リザーバタンク１１１と、温水ポンプ１１２と、温水ＰＴＣヒータ１１３と、ヒータコア１１４とをこの順で備えている。車室内には、蒸発器１０５及びヒータコア１１４の背面から送風する送風機１２１が室内機として装備される。

冷房運転時には、温水回路１１０の作動を停止して、圧縮機１０１を作動させて、冷媒回路１００内で、圧縮機１０１，凝縮器（室外機）１０３，膨張弁１０４，蒸発器（室内機）１０５の順で冷媒を循環させる。これにより、圧縮機１０１で圧縮され高温，高圧になった冷媒は凝縮器１０３において熱を放出して冷却され凝縮される。凝縮された冷媒は膨張弁１０４において断熱膨張することにより冷却され、その後、蒸発器１０５において送風機１２１から送風される空気の熱を奪い冷却して、自身はその分だけ温度上昇して再び圧縮器１０１に進む。このような冷媒の循環（冷凍サイクル）によって、車室内が冷房される。

暖房運転時には、冷媒回路１００を停止して、温水ポンプ１１２を作動させて、温水回路１１０内で、リザーバタンク１１１，温水ポンプ１１２，温水ＰＴＣヒータ１１３，ヒータコア１１４の順で水を循環させる。これにより、温水ＰＴＣヒータ１１３において水が温められてヒータコア１１４に送られて、ヒータコア１１４において送風機１２１から送風される空気を加温し、自身はその分だけ温度低下して再びリザーバタンク１１１に進む。このような温水の循環によって、車室内が暖房される。

なお、このように暖房時の熱源として温水ＰＴＣヒータ１１３を使用するのは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの原動機を備えない電気自動車の場合、エンジンの排熱を利用できないためであり、この代わりに温水ＰＴＣヒータを使用しているのである。
また、このような装置構成では、電気自動車に搭載された走行用の大容量のモータ／ジェネレータ（電動発電機、以下、単にモータという）１３０及び図示しないバッテリケース内のバッテリを冷却する冷却装置として、水冷式の冷却回路１４０が装備されている。この水冷式冷却回路１４０は、リザーバタンク１４１と、ラジエータ（放熱器）１４２と、ポンプ１４３とをこの順で備え、冷水ポンプ１４３とリザーバタンク１４１との間の冷却水流路に、モータ１３０及び図示しないバッテリケースが備えられる。

ラジエータ１４２は冷媒回路１００の凝縮器１０３と共に、冷却ファン１５０によって外気を利用して冷却される。これにより、ラジエータ１４２で放熱されて冷やされた冷却水はモータ１３０やバッテリケースに送られて、モータ１３０やバッテリケース内のバッテリを冷却する。この冷却時の熱交換によって加熱された冷却水は、再びラジエータ１４２に進んで冷やされる。

しかし、温水ＰＴＣヒータ１１３は電力を利用する電気ヒータであるため、電気自動車の場合、この温水ＰＴＣヒータ１１３の電力消費分だけバッテリの充電電力量が低下する。このため、暖房運転を行うと車両の航続距離が低下することが課題となる。
また、冷房時に用いる冷媒回路（冷凍サイクル）１００と、暖房時に用いる温水回路（温水サイクル）１１０の２系統が、空調装置として必要になるのでコスト高となる。

また、モータやバッテリを水冷式で冷却しており、冷却対象のバッテリ（特に、リチウムイオン電池）は水に対する潜在的な発熱リスクを持つので、水を使用しない代替冷却方法が望ましい。
ところで、ヒートポンプ式空調機は、冷房運転と暖房運転とを切り替えることができ、家庭用や業務用の建物用のエアコン（いわゆる、ヒートポンプエアコン）として広く普及している。

ただし、外気温度が極端に低下（例えば、−１０℃以下）すると、外部熱交換器である蒸発器に霜が付着して、次第に氷結（フロスト）が進むと、暖房能力が低下するだけでなく、着霜量が多いと継続運転が不可能となる。
建物用の空調機では、このような着霜，氷結が蒸発器に発生したら、室内機の送風を停止して、暖房と逆サイクル運転（即ち、冷凍サイクル運転）をする除霜運転をすることによって、着氷，氷結した蒸発器（外部熱交換器）に高温の冷媒を流すことで解氷し、暖房を間欠的に実施（デフロスト運転）することで暖房運転を継続することを可能としている。

例えば特許文献１には、車両用空調機に関するものではないが、水回路を流れる水を加熱する通常運転と、この通常運転の逆サイクルとなる除霜運転とを、循環する冷媒を用いて行なう、ヒートポンプ装置が記載されている。このヒートポンプ装置の室外機は、除霜運転時に、圧縮器から吐出された冷媒の一部を、バイパスさせる回路を備え、制御装置が、このバイパス回路の設けられた弁を水熱交換器の水入口及び水出口の各水温度に基づいて開閉制御して、除霜運転時にこの弁が開の場合、水熱交換器の冷媒入口及び冷媒出口の各冷媒温度に基づいてバイパス回路の第３膨張弁の開度を調整する。これにより、水熱交換器を用いて高効率で除霜運転を実施できるとしている。

国際公開第２０１１／０９２８０２号

ところで、特許文献１には車両用空調機に適用することは記載されていないが、車両用空調機においても、ヒートポンプ式空調機を適用して、冷凍サイクルを用いて、冷媒が流れる方向を逆として、ヒートポンプサイクルを構成することで、１系統の回路のみで空調装置を実現することができる。
しかしながら、車両用空調機の場合、厳寒時の起動時において、車外側にある熱交換器に着霜が生じている可能性がある。ヒートポンプ式空調機の場合には、着霜が生じた場合には、除霜運転を実施して除霜することができる。この除霜時には、除霜運転から暖房運転に適切に切り換える必要がある。このため、除霜運転によって除霜が完了したことをどのように認識して、適切に除霜運転を制御するかが課題となる。

本発明は、かかる課題に鑑み創案されたもので、車両用空調機にヒートポンプ式空調機を適用して、ヒートポンプ回路のみで冷房及び暖房を実施できるようにしたものにおいて、車外に配置される外部熱交換器への着霜の有無を簡便な手法で適切に判定して、特に、始動時に着霜状態での暖房運転を回避して除霜完了後に支障なく暖房運転を開始することができるようにした、車両用ヒートポンプ式空調機及びその制御方法を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の車両用ヒートポンプ式空調機は、冷媒回路内に、圧縮機，外部熱交換器，膨張弁，内部熱交換器をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、前記圧縮機，前記内部熱交換器，前記膨張弁，前記外部熱交換器の順に冷媒を流通させる暖房運転時に、温度低下前の冷媒を前記外部熱交換器に供給して除霜する除霜運転を行なう除霜運転回路と、前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替手段と、前記除霜運転時に前記外部熱交換器の冷媒入口温度を検出する第１冷媒温度検出手段と、前記除霜運転時に前記外部熱交換器の冷媒出口温度を検出する第２冷媒温度検出手段と、前記車両の始動時に、予め設定された除霜運転開始条件が成立すると前記暖房運転に入る前に前記除霜運転を実施し、前記第１及び第２冷媒温度検出手段により検出された前記冷媒入口温度と前記冷媒出口温度との差が予め設定された閾値未満になったら前記除霜運転から前記暖房運転に切り換え可能とする制御装置とを備えることを特徴としている。

（２）この場合、外気温度を検出する外気温度検出手段をそなえ、前記外気温度検出手段により前記暖房運転始動時に検出された或いは前記暖房運転始動前の直近に検出され記憶された前記外気温度が予め設定された基準温度以下であることを、前記除霜運転開始条件とすることが好ましい。
（３）前記車両は走行用モータ及び前記走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車である場合、前記走行用モータ及び前記バッテリの少なくともいずれかを冷却する冷却装置を有し、前記暖房運転時又は前記除霜運転時に、前記外部熱交換器に進入する前の低温冷媒を前記冷却装置に供給する第１供給路と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を前記外部熱交換器の上流に戻す第１戻り路とを有していることが好ましい。

（４）前記車両は走行用モータ及び前記走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車である場合、前記走行用モータ及び前記バッテリの少なくともいずれかを冷却する冷却装置を有し、冷房運転時に、前記内部熱交換器に進入する前の冷媒を前記冷却装置に供給する第２供給路と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を前記内部熱交換器の下流に戻す第２戻り路とを有していることが好ましい。

（５）本発明の車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法は、冷媒回路内に、圧縮機，外部熱交換器，膨張弁，内部熱交換器をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、前記圧縮機，前記内部熱交換器，前記膨張弁，前記外部熱交換器の順に冷媒を流通させる暖房運転時に、温度低下前の冷媒を前記外部熱交換器に供給して除霜する除霜運転を行なう除霜運転回路と、前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替手段と、をそなえた、車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法であって、前記車両の始動時に、予め設定された除霜運転開始条件が成立すると前記暖房運転に入る前に前記除霜運転を実施し、除霜運転時における前記外部熱交換器の冷媒入口温度冷媒出口温度との差が予め設定された閾値未満になったら前記除霜運転から前記暖房運転に切り換え可能とすることを特徴としている。

（６）この場合も、外気温度が予め設定された基準温度以下であることを、前記除霜運転開始条件とすることが好ましい。

本発明の車両用ヒートポンプ式空調機によれば、車両用空調機にヒートポンプ式空調機を適用して、温水回路なしに冷凍サイクルのみで冷房運転及び暖房運転を実施できるようになる。また、始動時に、車外に配置される外部熱交換器への着霜があれば、除霜運転を行うことによって外部熱交換器に着霜した状態からの暖房運転の始動を回避することができる。また、外部熱交換器の出入口温度差から簡便な手法で適切に除霜完了条件を判定して、暖房運転を適切に開始することができる。したがって、電気自動車に適用すれば、外部熱交換器への着霜対策を施した車両用ヒートポンプ式空調機を低コストで実現することができる。

本発明の一実施形態にかかる電気自動車の車両用ヒートポンプ式空調機の構成図であって、（ａ）は暖房運転時の状態を示し、（ｂ）は冷房運転時の状態を示す。 本発明の一実施形態にかかる電気自動車の車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の構成を示す正面図である。 本発明の一実施形態にかかる電気自動車の車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の要部構成の第１例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電気自動車の車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の要部構成の第２例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電気自動車の車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の要部構成の第１例とその変形例を示す断面図であり、（ａ）は第１例を示し、（ｂ）はその変形例を示す。 本発明の一実施形態にかかる電気自動車の車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の要部構成の第３例とその変形例を示す断面図であり、（ａ）は第３例を示し、（ｂ）はその変形例を示す。 本発明の一実施形態にかかる電気自動車の車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の要部構成の第４例とその変形例を示す断面図であり、（ａ）は第４例を示し、（ｂ）はその変形例を示す。 本発明の一実施形態にかかる電気自動車の車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法を説明するフローチャートである。 背景技術にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の構成図である。

以下、図面により本発明の実施の形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機を説明する。
図１は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の構成を示す図、図２〜図７は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の構成を示す図、図８は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法を説明する図である。各図を用いて順に説明する。なお、本実施形態にかかる車両は走行用モータ及び走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車であるものとする。

まず、本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機（以下、カーエアコンともいう）を説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、このカーエアコンは、圧縮機１と、切替弁２と、外部熱交換器（室外機）３と、膨張弁４と、内部熱交換器（室内機）５とをこの順で、冷媒回路１０内に備えている。圧縮機１にアキュムレータ６が付設され、圧縮機１の吐出圧が安定化されるようになっている。内部熱交換器５にはファン５ａが付設されて室内機が構成され、車両の内部の空気（内気）又は外部の空気（外気）を内部熱交換器５に通過させて冷却又は加熱して車室内に送風するようになっている。また、外部熱交換器３には、外気を導入するためのファン７が付設されている。

また、カーエアコンの各部を自動制御するために、制御装置としてエアコンＥＣＵ（Electric Control Unit，電子制御装置〕５０が装備されている。エアコンＥＣＵ５０は、マイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスである。エアコンＥＣＵ５０は、例えば、エアコンの自動運転時には、設定温度、内気温度（車室内の気温）及び外気温度の各センサ検出値に基づいて、切替弁２について自動で制御する。また、エアコン操作スイッチの指令情報に基づいても各部を制御する。

冷媒回路１０は、圧縮機１と切替弁２との間の流路１１と、切替弁２と外部熱交換器３との間の流路１２と、外部熱交換器３と膨張弁４との間の流路１３と、膨張弁４と内部熱交換器５との間の流路１４と、内部熱交換器５と圧縮機１との間の流路１５と、切替弁２とアキュムレータ６との間の流路１６と、アキュムレータ６と圧縮機１との間の流路１７と、を備えて構成される。

また、内部熱交換器５と圧縮機１との間の流路１５と、膨張弁４と外部熱交換器３との間の流路１３とを連絡し、膨張弁４及び内部熱交換器５を迂回するように、除霜運転回路を構成するバイパス流路１９が介装されている。流路１５の内部熱交換器５側には開閉弁２０が、バイパス流路１９側には開閉弁２１が、それぞれ設けられている。なお、除霜運転のためには、圧縮機１の直下流から外部熱交換器３に送る冷媒は、比較的高温であるので大流量の冷媒を要さない。したがって、バイパス流路１９には、冷媒回路１０の他の流路１１〜１７に較べて比較的細い菅を適用でき、軽量化及び低コスト化に寄与する。

暖房運転時に、開閉弁２０を閉鎖し開閉弁２１を開放すると、圧縮機１１で圧縮され高温，高圧になった冷媒の一部がバイパス流路１９を経て外部熱交換器３に流入し、外部熱交換器３を加熱して除霜できる除霜運転となる。また、暖房運転時や冷房運転時には、開閉弁２０を開放し開閉弁２１を閉鎖する。これらの切り換え制御には、エアコンＥＣＵ５０が外気温や外部熱交換器３の入口冷媒温度と出口冷媒温度との差に基づいて実施する。

つまり、エアコンＥＣＵ５０は、車両の始動後、図示しない外気温センサ（外気温度検出手段）によってこの時点で検出された外気温、或いは、始動前の直近の所定時間に検出された外気温の履歴或いは平均値に基づいた外気温が、予め設定された基準温度以下である場合に、除霜運転開始条件が成立したとして、除霜運転を開始する。
通常、外気温が−１０℃以下に下がると、外部熱交換器３に着霜があるものと推定でき、基準温度は例えば−１０℃とすることができる。

また、外部熱交換器３の冷媒入口３Ａにこの冷媒入口３Ａを通過する冷媒の温度（冷媒入口温度）を検出する第１温度センサ（第１冷媒温度検出手段）４１が設けられ、部熱交換器３の冷媒で口３Ｂにこの冷媒出口３Ｂを通過する冷媒の温度（冷媒出口温度）を検出する第２温度センサ（第２冷媒温度検出手段）４２が設けられている。
エアコンＥＣＵ５０は、除霜運転中には、第１及び第２温度センサにより検出された冷媒入口温度Ｔ_１と冷媒出口温度Ｔ_２との差（Ｔ_１−Ｔ_２、出入口温度差）が予め設定された閾値Ｔ_０未満になったら除霜運転から暖房運転に切り換え可能とする。この「切り換え可能」とは、「暖房指令があったら切り換えを許可する」という意味である。

除霜運転中には、冷媒が除霜のために熱を奪われるため、冷媒入口温度Ｔ_１よりも冷媒出口温度Ｔ_２の方が温度低下するが、除霜が進むにしたがって、この温度低下は小さくなるので、出入口温度差（Ｔ_１−Ｔ_２）は小さくなり、試験等によって閾値Ｔ_０を適切に設定すれば、除霜が完了した状態を推定することができる。
さらに、本車両には、何れも図示しないが、走行用モータ及びバッテリを冷却する冷却装置を備えており、この冷却装置には、暖房運転時又は除霜運転時に、外部熱交換器３に進入する前の冷媒を冷却装置に供給する第１供給路２２と、冷却装置の通過後の加温冷媒を外部熱交換器３の上流に戻す第１戻り路２３とを有しても良い（図１（ａ）参照）。

また、本車両には、さらに、上記冷却装置には、冷房運転時に、内部熱交換器５に進入する前の低温冷媒を前記冷却装置に供給する第２供給路２４と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を内部熱交換器５の下流に戻す第２戻り路２５とを有しても良い（図１（ｂ）参照）。
また、外部熱交換器３は、図２に示すように、内部に冷媒が流通するチューブ３１が曲折しながら通っており、チューブ３１の周囲にはフィン３２が設けられている。図２には、これらの詳細形状は図示しないが、冷媒は冷媒入口３Ａからチューブ３１に流入し、チューブ３１内を流通する間にフィン３２を介して外気との熱交換によって吸熱又は放熱して冷媒出口３Ｂから流出していく。

本実施形態では、外部熱交換器３の正面視において、チューブ３１の主要部（屈曲部を除いた部分）は縦方向（鉛直方向）に、各フィン３２は横方向（水平方向）に延在しているが、熱交換器の態様としてはチューブ３１の主要部（屈曲部を除いた部分）は横方向（水平方向）に、各フィン３２は縦方向（鉛直方向）に延在するものもあり、これについては後述する。

また、図２では、チューブ３１を模式的に記載しており、もっと密な本数に曲折していても良く、もっと粗く曲折していても良い。
なお、チューブ３１は、図３に示すように、断面が長円の扁平形状に形成され、フィン３２はチューブ３１の主要部（屈曲部を除いた部分）の扁平面の相互間に固設されている。また、本実施形態では、フィン３２もチューブ３１と同様に曲折しながらチューブ３１の扁平面の間に介在し、チューブ３１と接合する部分と、チューブ３１の扁平面の相互間に介在する部分とに分けることができ、チューブ３１の扁平面の相互間に介在する部分については、後述するように特徴的な構造が適用されている。
もちろん、チューブ３１やフィン３２の全体構造はこのような曲折構造に限るものではなく、後述する特徴的な構成を部分的に有していれば、全体構造はこの限りではない。
ここで、本外部熱交換器３の特徴的な点を説明する。

図３に示すように、本外部熱交換器３のフィン３２は、何れも表面（少なくとも上面）に、撥水性能を持つコート層が設けられている。このコート層として、例えばテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂の溶射による加工が考えられる。このコート層により、フィン３２の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン３２表面での着霜も生じ難く、フィン３２表面での氷結も起こり難い。

なお、このコート層は、フィン３２の全面及びチューブ３１の全面に加工することが外部熱交換器３全体への水が付着防止に有効であるが、フィン３２及びチューブ３１の各面のうち、最も水が付着し易い一つの面のみにコート層を加工するだけでも有効である。最も水が付着し易い面とは、一般的には鉛直上方を向いた面（傾斜して上方を向いた面を含む）となるが、走行方向を向いた面（傾斜して走行方向を向いた面を含む）も水が付着し易い面といえる。

そして、各フィン３２は、正面視においては図２に示すように横方向（水平方向）に延在しているが、側面視においては図３，図５に示すように、熱交換をする外気（フレッシュエア）の流れ（水平方向とする）に対して傾斜して設けられている。図３，図５に示す第１例及び図４に示す第２例では、外気の流れ方向下流側を上昇させるように外気に向かって前傾斜させているが、図６に示す第３例や、図７に示す第４例のように、外気の流れ方向下流側を下降させるように外気に向かって後傾斜させてもよい。このような傾斜によって、フィン３２の表面に水が付着しても速やかに滴下するので、その分だけフィン３２表面での着霜も生じ難く、フィン３２表面での氷結も起こり難い。

また、ここでは、各フィン３２は、傾斜するフィン本体３２ａ〜３２ｃに、切り込みが入れられて、折り曲げ片部３３ａ〜３３ｃが折り曲げ形成されている。フィン本体３２ａ〜３２ｃには、この折り曲げ片部３３ａ〜３３ｃの形成によって、穴３４ａ〜３４ｃが形成されている。折り曲げ片部３３ａ〜３３ｃは、進入する外気との接触面積を増大させながら、穴３４ａ〜３４ｃによってフィン３２表面にある水滴等も速やかに滴下され、この点からも、フィン３２表面での着霜も生じ難く、フィン３２表面での氷結も起こり難い。

折り曲げ片部３３ａ〜３３ｃは、図３，図５に示す第１例や図６に示す第３例のように、フィン３２の両側のチューブ３１相互間を結ぶ方向に折り目を形成し、折り曲げ片部３３ａ，３３ｃの先端が上下するように折り曲げたり、図４に示す第２例や図７に示す第４例のように、フィン３２の傾斜方向に沿って折り目を形成し、折り曲げ片部３３ｂの先端が上下するように折り曲げたり、いくつものバリエーションが考えられる。

フィン３２の前傾斜や後傾斜、折り曲げ片部３３ａ〜３３ｃの形態によって、水滴等の滴下性能も異なるが、この点は後述する。
なお図３〜図７の例ではフィン３２を傾斜させているが、これに限定せず、外部熱交換器３全体を後傾状態又は前傾状態に傾斜させることにより、フィン３２を水平面に対して後傾斜又は前傾斜させてもよい。この場合、フィン３２をチューブ３１に対して傾斜させずにチューブ３１の主要部の延在方向と直交する方向に向けて形成しても、外部熱交換器３全体を傾斜させることによってフィン３２も傾斜することになる。

本発明の一実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機は、上述のように構成されているので、以下のように冷房運転や暖房運転が実施される。
まず、冷房運転時には、図１（ｂ）に示すように、エアコンＥＣＵ５０の制御により切替弁２が暖房運転時とは逆方向の流れを生成して、冷媒回路１０内で、圧縮機１，外部熱交換器３，膨張弁４，内部熱交換器５の順で冷媒を循環させる。また、この時には、開閉弁２０は開放され、開閉弁２１は閉鎖され、除霜運転回路を構成するバイパス流路１９には冷媒は流通しない。したがって、外部熱交換器３を利用して冷房運転が行なわれる。

これにより、圧縮機１で圧縮され高温，高圧になった冷媒は外部熱交換器３において走行風等による外気によって熱を放出して冷却され凝縮される。この際、外部熱交換器３は凝縮器（コンデンサ）として機能する。凝縮された冷媒は膨張弁４において断熱膨張することにより冷却され、その後、内部熱交換器５において周囲の空気の熱を奪い、自身はその分だけ温度上昇して圧縮器１に進む。この際、内部熱交換器５は蒸発器（エバポレータ）として機能する。このような冷媒の循環（冷凍サイクル）によって、内部熱交換器５の設置された車室内が冷房される。

一方、暖房運転時には、図１（ａ）に示すように、エアコンＥＣＵ５０の制御により切替弁２が冷房運転時とは逆方向の流れを生成して、冷媒回路１０内で、圧縮機１，内部熱交換器５，膨張弁４，外部熱交換器３の順で冷媒を循環させる。
これにより、圧縮機１で圧縮され高温，高圧になった冷媒は内部熱交換器５において熱を放出して冷却され凝縮される。この際、内部熱交換器５は凝縮器（コンデンサ）として機能する。凝縮された冷媒は膨張弁４において断熱膨張することにより冷却され、その後、外部熱交換器３において周囲の空気の熱を奪い、自身はその分だけ温度上昇して圧縮器１に進む。この際、外部熱交換器３は蒸発器（エバポレータ）として機能する。このような冷媒の循環（ヒートポンプサイクル）によって、内部熱交換器５の設置された室内が暖房される。

また、この時に、外部熱交換器３で着霜した或いは着霜の可能性の高い場合は、開閉弁２０を閉鎖し開閉弁２１を開放して除霜運転回路を構成するバイパス流路１９に冷媒を流通させ、除霜運転をする。
特に、本空調機では、車両の始動時には、図８のフローチャートに示すように除霜運転が実施される。なお、図８において、「Ｆ」は除霜運転時には「１」、その他の場合には「０」とする制御フラグである。図８のフローチャートは始動後所定周期で繰り返される。

図８に示すように、まず、制御フラグＦが０であるか否かを判定し（ステップＳ１０）、制御フラグＦが０であれば、図示しない外気温センサ（外気温度検出手段）によってこの時点で検出された外気温、或いは、始動前の直近の所定時間に検出された外気温の履歴或いは平均値に基づいた外気温が、予め設定された基準温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。

ここで、外気温が基準温度以下であれば、着霜が生じていると判断して除霜運転開始条件が成立し、除霜運転を実施する（ステップＳ３０）。そして、制御フラグＦを１にセットする（ステップＳ４０）。一方、外気温が基準温度よりも高ければ、着霜が生じていないとして除霜運転開始条件は成立せず、暖房指令があれば暖房運転を実施する（ステップＳ５０）。そして、制御フラグＦを０にセットする（ステップＳ６０）。

除霜運転を実施すると、次周期では、ステップＳ１０からステップＳ７０に進み、冷媒入口温度Ｔ_１と冷媒出口温度Ｔ_２との差（｜Ｔ_１−Ｔ_２｜、出入口温度差）が予め設定された閾値Ｔ_０未満であるか判定して、出入口温度差（｜Ｔ_１−Ｔ_２｜）閾値Ｔ_０未満になったら除霜運転から暖房運転に切り換える（ステップＳ５０）。そして、制御フラグＦを０にセットする（ステップＳ６０）。

したがって、本車両用ヒートポンプ式空調機によれば、車両用空調機にヒートポンプ式空調機を適用して、ヒートポンプ回路のみで冷房及び暖房を実施できるようになる。この反面、外部熱交換器３への着霜があると暖房運転に支障を来たし、特に、寒冷地の極低温時には、車両の始動時に外部熱交換器３に着霜が生じやすくなる。この点、始動時に、車外に配置される外部熱交換器３への着霜があるかどうかを外気温から適正に判断し、除霜運転を行なうことによって始動時に着霜した状態での暖房運転の開始を回避することができる。また、外部熱交換器３の出入口温度差から簡便な手法で適切に除霜完了を判定して、暖房運転を開始することができる。

さらに、走行用モータ及びバッテリを冷却する冷却装置には、暖房運転時又は除霜運転時には、第１供給路２２及び第１戻り路２３を利用して、また、冷房運転時に、第２供給路２４及び第２戻り路２５を利用して、密封性の高い冷媒を供給して、走行用モータ及びバッテリを冷却することができる。このため、バッテリとして一般的なリチウムイオン電池を用いた車両において、水を使用することによる潜在的な発熱リスクを回避することができる。

暖房運転時又は除霜運転時には、走行用モータ及びバッテリを冷却すると同時に、温度上昇させたい冷媒の温度を上昇させることができ効果的である。
また、本外部熱交換器３のフィン３２は、表面（少なくとも上面）に、撥水性能を持つコート層が設けられているので、このコート層により、フィン３２の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン３２表面での着霜も生じ難く、フィン３２表面での氷結も起こり難い。

また、各フィン３２は、走行風やファン７によって形成される外気の流れ方向に向かって後傾斜或いは前傾斜しているので、フィン３２の表面に水が付着し難く、また、付着した水滴もフィン３２の後縁又は前縁から速やかに滴下しやすい。このような傾斜によって、フィン３２の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン３２表面での着霜も生じ難く、フィン３２表面での氷結も起こり難い。図３，図５に示すように、熱交換をする外気（フレッシュエア）の流れ（水平方向とする）に対して傾斜して設けられている。図３，図５に示す第１例や図４に示す第２例では、外気の流れ方向下流側を上昇させるように外気に向かって前傾斜させているが、図６に示す第３例や、図７に示す第４例のように、外気の流れ方向下流側を下降させるように外気に向かって後傾斜させてもよい。このような傾斜によって、進入する外気が直接当たる面積を増大させるため熱交換性能が向上し、フィン３２の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン３２の表面での着霜も生じ難く、フィン３２表面での氷結も起こり難い。

また、傾斜するフィン本体３２ａ〜３２ｃに、折り曲げ片部３３ａ〜３３ｃが折り曲げ形成され、穴３４ａ〜３４ｃが形成されているので、折り曲げ片部３３ａ〜３３ｃは、進入する外気との接触面積を増大させるため熱交換性能が向上し、穴３４ａ〜３４ｃによってフィン３２表面に乗った水滴等も速やかに滴下され、この点からも、フィン３２の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン３２表面での着霜も生じ難く、フィン３２表面での氷結も起こり難い。

図５〜図７に、走行風を白抜きの矢印で示し、フィン３２の上に乗った水滴を白丸で示し、その動きを矢印で示しているが、走行風を利用して、水滴を除去する点では、フィン３２も折り曲げ片部３３も、走行風（外気）に向かって後傾斜している方が、水滴を速やかに除去でき、しかも、走行風に直接あたる面積も増大するので、効果的である。この点からは、図６に示す第３例が最も効果的といえる。
なお、図５（ｂ），図６（ｂ）に示すように、折り曲げ片部３３は各フィン３２に複数（各変形例では２つ）設けてもよい。

〔その他〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる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で、上記実施形態を適宜変更して実施することができる。

例えば上記の実施形態では室外機入口および出口に設置した温度センサ、図示しない外気温度センサを用いて除霜運転開始条件の判定を行っているが、制御ロジックを密に行なうために、バイパス流路などに温度センサを追加しても良く、これを制御ロジックの判定条件に用いても良い。
また、切替手段としての開閉弁２０，２１は単に全閉もしくは全開のみ行なうオンオフ制御でなく、開閉弁の中間開度を用いたＰＩＣ制御などを適用しても良い。

また、チューブもしくはフィンは、折り曲げ片部や穴がなくても良く、傾斜も必須ではない。折り曲げ片部も実施形態のように平板でなくても良い。
さらに、上記の実施形態では、熱交換器の正面視において、チューブ３１を縦方向（鉛直方向）に、フィン３２を横方向（水平方向）に配向しているが、本発明にかかるチューブ及びフィンの配向方向はこれに限定されるものではない。チューブが横方向（水平方向）、フィンが縦方向（鉛直方向）でも良い。

この場合、チューブの主要部（屈曲部以外）の扁平面を走行風に対して前傾斜又は後傾斜させることが好ましい。また、外部熱交換器全体を後傾状態又は前傾状態に傾斜させることにより、チューブの扁平面を水平面に対して後傾斜又は前傾斜させてもよい。この場合、チューブの主要部の扁平面をフィンに対して傾斜させずにフィンの延在方向と直交する方向に向けて形成しても、外部熱交換器全体を傾斜させることによってチューブの扁平面も傾斜することになる。

また、実施形態では、水滴の付着を防止するため、撥水性能を持つコート層を、フィンの少なくとも１面（特に上向き面）に設けているが、チューブの少なくとも１面（特に上向き面）に設けても良い。特に、チューブが横方向（水平方向）に延在している場合には、チューブの扁平面の上向き面等への水滴の付着を防止するために有効になる。

１ 圧縮機
２ 切替弁
３ 外部熱交換器（室外機）
３Ａ 冷媒入口
３Ｂ 冷媒出口
４ 膨張弁
５ 内部熱交換器（室内機）
５ａ ファン
６ アキュムレータ
７ ファン
１０ 冷媒回路
１１〜１７ 冷媒回路の流路
１９ バイパス流路（除霜運転回路）
２０，２１ 切替手段としての開閉弁
２２ 第１供給路
２３ 第１戻り路
２４ 第２供給路
２５ 第２戻り路
３１チューブ
３２ フィン
３２ａ〜３２ｃ フィン本体
３３ａ〜３３ｃ 折り曲げ片部
３４ａ〜３４ｃ 穴
４１ 第１温度センサ（第１冷媒温度検出手段）
４２ 第２温度センサ（第２冷媒温度検出手段）
５０ 制御装置としてのエアコンＥＣＵ

Claims (6)

1. 冷媒回路内に、圧縮機，外部熱交換器，膨張弁，内部熱交換器をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、
   前記圧縮機，前記内部熱交換器，前記膨張弁，前記外部熱交換器の順に冷媒を流通させる暖房運転時に、温度低下前の冷媒を前記外部熱交換器に供給して除霜する除霜運転を行なう除霜運転回路と、
   前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替手段と、
   前記除霜運転時に前記外部熱交換器の冷媒入口温度を検出する第１冷媒温度検出手段と、
   前記除霜運転時に前記外部熱交換器の冷媒出口温度を検出する第２冷媒温度検出手段と、
   前記車両の始動時に、予め設定された除霜運転開始条件が成立すると前記暖房運転に入る前に前記除霜運転を実施し、前記第１及び第２冷媒温度検出手段により検出された前記冷媒入口温度と前記冷媒出口温度との差が予め設定された閾値未満になったら前記除霜運転から前記暖房運転に切り換え可能とする制御装置とを備える
   ことを特徴とする、車両用ヒートポンプ式空調機。
2. 外気温度を検出する外気温度検出手段をそなえ、
   前記外気温度検出手段により前記暖房運転始動時に検出された或いは前記暖房運転始動前の直近に検出され記憶された前記外気温度が予め設定された基準温度以下であることを、前記除霜運転開始条件とする
   ことを特徴とする、請求項１記載の車両用ヒートポンプ式空調機。
3. 前記車両は走行用モータ及び前記走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車であって、
   前記走行用モータ及び前記バッテリの少なくともいずれかを冷却する冷却装置を有し、
   前記暖房運転時又は前記除霜運転時に、前記外部熱交換器に進入する前の低温冷媒を前記冷却装置に供給する第１供給路と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を前記外部熱交換器の上流に戻す第１戻り路とを有している
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の車両用ヒートポンプ式空調機。
4. 前記車両は走行用モータ及び前記走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車であって、
   前記走行用モータ及び前記バッテリの少なくともいずれかを冷却する冷却装置を有し、
   冷房運転時に、前記内部熱交換器に進入する前の冷媒を前記冷却装置に供給する第２供給路と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を前記内部熱交換器の下流に戻す第２戻り路とを有している
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用ヒートポンプ式空調機。
5. 冷媒回路内に、圧縮機，外部熱交換器，膨張弁，内部熱交換器をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、
   前記圧縮機，前記内部熱交換器，前記膨張弁，前記外部熱交換器の順に冷媒を流通させる暖房運転時に、温度低下前の冷媒を前記外部熱交換器に供給して除霜する除霜運転を行なう除霜運転回路と、
   前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替手段と、
   をそなえた、車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法であって、
   前記車両の始動時に、予め設定された除霜運転開始条件が成立すると前記暖房運転に入る前に前記除霜運転を実施し、除霜運転時における前記外部熱交換器の冷媒入口温度冷媒出口温度との差が予め設定された閾値未満になったら前記除霜運転から前記暖房運転に切り換え可能とする
   ことを特徴とする、車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法。
6. 外気温度が予め設定された基準温度以下であることを、前記除霜運転開始条件とする
   ことを特徴とする、請求項５記載の車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法。

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