JP2019100647A - 着霜量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着霜量を推定できる着霜量推定装置を提供する。【解決手段】着霜量推定装置は、熱交換器の表面に設置される熱流束センサと、前記熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部Ｓ４、Ｓ５とを備える。熱流束センサは、熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を検出する。推定部Ｓ４、Ｓ５は、基準値ｑｒ１と熱流束センサが検出した熱流束ｑとの差である熱流束の変化量Δｑと、熱流束の変化量Δｑと着霜量との関係とに基づいて、着霜量を推定する。【選択図】図５

Description

本発明は、空気と熱媒体とを熱交換させる熱交換器の表面の着霜量を推定する着霜量推定装置に関するものである。

特許文献１には、外気温度および熱交換器の出口側冷媒温度に基づいて、熱交換器の表面に所定量の着霜が生じている着霜状態を推定する技術が開示されている。

特開２０１７−３５９０１号公報

上記の従来技術は、所定量の着霜が生じている着霜状態になっているか否かを推定するものであり、着霜量を推定するものではない。

本発明は上記点に鑑みて、着霜量を推定できる着霜量推定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
熱媒体と空気とを熱交換させる熱交換器（２０）の表面の着霜量を推定する着霜量推定装置は、
熱交換器の表面に設置される熱流束センサ（４２）と、
熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ４−１、Ｓ５−１）とを備え、
熱流束センサは、熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を検出し、
推定部は、基準値と熱流束センサが検出した熱流束に相当する値との差と、差と着霜量との関係とに基づいて、着霜量を推定する。

基準値に対する熱流束に相当する値の差と着霜量との間には相関関係がある。このため、この相関関係を利用して、基準値と熱流束センサが検出した熱流束に相当する値との差から着霜量を推定することができる。

また、請求項４に記載の発明では、
熱媒体と空気とを熱交換させる熱交換器（２０）の表面の着霜量を推定する着霜量推定装置は、
熱交換器の表面に設置される熱流束センサ（４２）と、
熱交換器の空気入口側の空気温度と熱交換器の表面温度との差で、熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を除した値である熱伝達率を算出する算出部（Ｓ２４、Ｓ２４−１）と、
熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部（Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２５−１、Ｓ２６−１）とを備え、
熱流束センサは、熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を検出し、
算出部は、熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を用いて熱伝達率を算出し、
推定部は、基準値と算出部が算出した算出値との差と、差と着霜量との関係とに基づいて、熱交換器の表面の着霜量を推定する。

基準値に対する熱伝達率の差と着霜量との間には相関関係がある。このため、この相関関係を利用して、基準値と熱伝達率の算出値との差から着霜量を推定することができる。基準値と熱伝達率の算出値との差から着霜量を推定することで、基準値と熱流束との差から着霜量を推定する場合よりも、着霜量を高精度に推定することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、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る。

第１実施形態における車両用空調装置の全体構成を示す図である。 図１中の室外熱交換器の一部を示す図である。 図２中の熱流束センサの平面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 第１実施形態における着霜量推定処理の流れを示す図である。 着霜量Ａｆと熱流束の変化量Δｑとの関係を示す図表である。 第２実施形態における基準値設定処理の流れを示す図である。 第２実施形態における着霜量推定処理の流れを示す図である。 第３実施形態における車両用空調装置の全体構成を示す図である。 第３実施形態における着霜量推定処理の流れを示す図である。 着霜量Ａｆと熱伝達率の変化量Δｈとの関係を示す図表である。 第４実施形態における基準値設定処理の流れを示す図である。 第４実施形態における着霜量推定処理の流れを示す図である。 他の実施形態における室外熱交換器の一部を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本実施形態の車両用空調装置１０に、本発明の着霜量推定装置が適用されている。図１に示すように、本実施形態の車両用空調装置１０は、冷凍サイクル（すなわち、ヒートポンプサイクル）を構成する冷媒回路１２を備える。

冷媒回路１２は、圧縮機１４、室内凝縮器１６、暖房用膨張弁１８、室外熱交換器２０、冷房用膨張弁２２、室内蒸発器２４、アキュムレータ２６および切替弁２８を有している。これらの各機器１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８が冷媒配管で接続されることで、冷媒が循環する冷媒回路１２が形成されている。

圧縮機１４は、冷媒を圧縮して吐出する。室内凝縮器１６は、冷媒と車室内に向かう送風空気とを熱交換させる熱交換器である。室内凝縮器１６は、圧縮機１４から吐出された冷媒を放熱させて凝縮させる。室内凝縮器１６は、車室内に向かう空気を加熱する。暖房用膨張弁１８は、暖房運転時に圧縮機１４から吐出された冷媒を減圧膨張させる。室外熱交換器２０は、冷媒と車室外の空気（すなわち、外気）とを熱交換させる熱交換器である。冷凍サイクルの冷媒が、熱交換器で空気と熱交換する熱媒体に対応する。室外熱交換器２０は、車室外に設置される。冷房用膨張弁２２は、冷房運転時に室外熱交換器２０から流出した冷媒を減圧膨張させる。室内蒸発器２４は、冷媒と車室内に向かう空気とを熱交換させる熱交換器である。室内蒸発器２４は、冷媒を吸熱させて蒸発させる。室内蒸発器２４は、車室内に向かう空気を冷却する。アキュムレータ２６は、冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する気液分離器である。切替弁２８は、室外熱交換器２０から流出した冷媒を、冷房用膨張弁２２および室内蒸発器２４を迂回させて、アキュムレータ２６に導く冷媒流路を開閉する。

車両用空調装置１０は、室外送風機２１を備える。室外送風機２１は、室外熱交換器２０に設けられている。室外送風機２１は、外気が室外熱交換器２０を通過する空気流れを形成する。

車両用空調装置１０は、空調ケース３０と、室内送風機３２と、エアミックスドア３４とを備える。空調ケース３０は、車室内に設置される。空調ケース３０の内部に、室内送風機３２と、室内蒸発器２４と、室内凝縮器１６と、エアミックスドア３４とが収容される。室内送風機３２は、車室内に向かう空気流れを形成する。エアミックスドア３４は、室内凝縮器１６を通過する空気流れの流量と、室内凝縮器１６を迂回して流れる空気流れの流量とを調節する。

車両用空調装置１０は、制御装置４０を備える。制御装置４０は、冷凍サイクルの運転として、冷房運転、暖房運転、除霜運転を切り替えて行う。制御装置４０は、冷凍サイクルの各運転に応じて、車両用空調装置１０を構成する各機器１４、１８、２１、２２、２８、３２、３４の作動を制御する。

冷房運転では、制御装置４０は、切替弁２８を閉じる。エアミックスドア３４の位置を、室内凝縮器１６を通過する空気流れの流量が０またはそれに近くなる位置とする。この状態で、制御装置４０は、圧縮機１４、室外送風機２１、室内送風機３２等を作動させる。制御装置４０は、暖房用膨張弁１８を減圧作用が生じない状態とする。これにより、冷房運転時では、圧縮機１４→室内凝縮器１６→室外熱交換器２０→冷房用膨張弁２２→室内蒸発器２４→アキュムレータ２６→圧縮機１４の順に冷媒が流れる冷媒回路が形成される。室内蒸発器２４で車室内に向かう空気が冷却される。

暖房運転では、制御装置４０は、切替弁２８を開く。エアミックスドア３４の位置を、車室内に向かう空気が室内凝縮器１６を通過する位置とする。この状態で、制御装置４０は、圧縮機１４、室外送風機２１、室内送風機３２等を作動させる。制御装置４０は、暖房用膨張弁１８を減圧作用が生じる状態とする。これにより、暖房運転時では、圧縮機１４→室内凝縮器１６→暖房用膨張弁１８→室外熱交換器２０→切替弁２８→アキュムレータ２６→圧縮機１４の順に冷媒が流れる冷媒回路が形成される。室内凝縮器１６で車室内に向かう空気が加熱される。

車両用空調装置１０は、熱流束センサ４２と、表面温度センサ４４とを備える。熱流束センサ４２は、室外熱交換器２０と空気との間の熱流れの熱流束を検出する。熱流束センサ４２は、制御装置４０に向けてセンサ信号を出力する。表面温度センサ４４は、室外熱交換器２０の表面温度を検出する。表面温度センサ４４は、制御装置４０に向けてセンサ信号を出力する。

図２に示すように、室外熱交換器２０は、第１ヘッダタンク２０２と、第２ヘッダタンク２０４と、複数のチューブ２０６と、複数のフィン２０８とを有している。第１ヘッダタンク２０２と、第２ヘッダタンク２０４と、複数のチューブ２０６と、複数のフィン２０８とは、ろう付けによって接合されている。

複数のチューブ２０６のそれぞれの外形は、扁平な形状である。複数のチューブ２０６のそれぞれの内部には、冷媒流路である図示しないマイクロチャネルが形成されている。

第１ヘッダタンク２０２は、複数のチューブ２０６の一端側に接続されている。第２ヘッダタンク２０４は、複数のチューブ２０６の他端側に接続されている。第１ヘッダタンク２０２に流入した冷媒は、複数のチューブ２０６へ分配される。複数のチューブ２０６を通過した冷媒は、第２ヘッダタンク２０４に流入して集合する。

複数のフィン２０８のそれぞれは、複数のチューブ２０６のうち隣り合うチューブ２０６の間に配置されている。複数のフィン２０８のそれぞれは、複数のチューブ２０６のそれぞれの表面に接合されている。複数のフィン２０８のそれぞれは、空気側の伝熱面積を拡大する部材である。複数のフィン２０８のそれぞれは、冷媒と空気との間の熱交換を促進させる。複数のフィン２０８のそれぞれは、コルゲートフィンである。

熱流束センサ４２は、複数のフィン２０８のうちの１つのフィン２０８の表面に設けられる。表面温度センサ４４は、複数のチューブ２０６のうちの１つのチューブ２０６の表面に設けられる。

次に、熱流束センサ４２について説明する。図３、４に示すように、熱流束センサ４２では、絶縁基材１００、第１保護部材１１０、第２保護部材１２０が一体化されている。この一体化されたものの内部で、複数の第１熱電部材１３０のそれぞれと、複数の第２熱電部材１４０のそれぞれとが、電気的に接続されている。図３では、図４中の第１保護部材１１０が省略されている。

絶縁基材１００、第１保護部材１１０および第２保護部材１２０は、フィルム状であって、熱可塑性樹脂等の可撓性を有する樹脂材料で構成されている。絶縁基材１００には、その厚さ方向に貫通する複数の第１ビアホール１０１と複数の第２ビアホール１０２とが形成されている。複数の第１ビアホール１０１のそれぞれに、複数の第１熱電部材１３０のそれぞれが配置されている。複数の第２ビアホール１０２のそれぞれに、複数の第２熱電部材１４０のそれぞれが配置されている。複数の第１熱電部材１３０のそれぞれと、複数の第２熱電部材１４０のそれぞれとは、互いに異なる金属や半導体等の熱電材料で構成されている。

絶縁基材１００は、第１面１００ａとその反対側の第２面１００ｂとを有する。第１面１００ａに複数の第１導体パターン１１１が配置されている。複数の第１導体パターン１１１のそれぞれは、隣り合う第１熱電部材１３０と第２熱電部材１４０とを電気的に接続している。第２面１００ｂに複数の第２導体パターン１２１が配置されている。複数の第２導体パターン１２１のそれぞれは、隣り合う第１熱電部材１３０と第２熱電部材１４０とを電気的に接続している。複数の第１導体パターン１１１および複数の第２導体パターン１２１によって、複数の第１熱電部材１３０のそれぞれと、複数の第２熱電部材１４０のそれぞれとが、交互に直列に接続されている。

熱流れが熱流束センサ４２をその厚さ方向に通過すると、複数の第１熱電部材１３０および複数の第２熱電部材１４０における第１導体パターン１１１側と第２導体パターン１２１側との間に温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって複数の第１熱電部材１３０および複数の第２熱電部材１４０に熱起電力が発生する。熱流束センサ４２は、この熱起電力（例えば、電圧）をセンサ信号として出力する。このように、熱流束センサ４２は、熱流束センサ４２を通過する熱流束に応じたセンサ信号を出力する。

暖房運転が行われる時期では、外気の温度が低い。このため、条件によっては、室外熱交換器２０の表面に着霜が生じる。そこで、制御装置４０は、室外熱交換器２０の表面の着霜量を推定する着霜量推定処理を行う。着霜量は、霜の厚みまたは重量である。霜の重量は、霜の厚みと霜の密度と着霜が生じる表面の面積とから算出が可能である。また、制御装置４０は、着霜量推定処理で推定された着霜量と閾値とを比較し、着霜量が閾値を超えた場合に、冷凍サイクルの運転を通常運転から除霜運転に切り替える運転切替制御を行う。

ここで、図５を用いて、着霜量推定処理について説明する。図５は、制御装置４０が実行する着霜量推定処理の流れを示している。制御装置４０は、冷凍サイクルの運転中に、図５に示す一連の流れを繰り返し実行する。図５に示す各ステップは、制御装置４０が有する各種機能を実現する機能部に対応する。他の図のステップにおいても同様である。

ステップＳ１で、制御装置４０は、室外熱交換器２０の表面温度Ｔｓｕｒを読み込む。すなわち、制御装置４０は、表面温度センサ４４から出力されたセンサ信号を読み込む。制御装置４０は、このセンサ信号から表面温度Ｔｓｕｒを算出する。このように、本実施形態では、表面温度Ｔｓｕｒとして、表面温度センサ４４が検出した温度が用いられる。

続いて、ステップＳ２で、制御装置４０は、表面温度Ｔｓｕｒが０℃以下であるか否かを判定する。室外熱交換器２０の表面への着霜は、表面温度Ｔｓｕｒが０℃以下の場合に発生する。表面温度Ｔｓｕｒが０℃以下の場合が、熱交換器の表面温度が熱交換器の表面に着霜が生じる温度である場合に対応する。そのため、表面温度Ｔｓｕｒが０℃以下の場合、制御装置４０は着霜量の推定を行う。表面温度Ｔｓｕｒが０℃より高い場合、制御装置４０は着霜量の推定を行わない。そこで、表面温度Ｔｓｕｒが０℃以下の場合、制御装置４０はＹＥＳ判定して、ステップＳ３に進む。表面温度Ｔｓｕｒが０℃より高い場合、制御装置はＮＯ判定して、図５に示す一連の流れを終了する。

ステップＳ３で、制御装置４０は、熱流束センサ４２が検出した熱流束ｑを読み込む。すなわち、制御装置４０は、熱流束センサ４２から出力されたセンサ信号を読み込む。制御装置４０は、このセンサ信号から熱流束ｑを算出する。本実施形態では、ステップＳ３で読み込んだ熱流束ｑが、熱流束センサが検出した熱流束に相当する値に対応する。

続いて、ステップＳ４で、制御装置４０は、熱流束の基準値ｑ_ｒ１とステップＳ３で読み込んだ熱流束ｑとを用いて、熱流束の変化量Δｑを算出する。熱流束の変化量Δｑは、基準値ｑ_ｒ１に対する熱流束ｑの差Δｑである。差Δｑは、基準値ｑ_ｒ１から熱流束ｑを引いた値である。基準値ｑ_ｒ１は、制御装置４０の記憶部に記憶されている。本実施形態では、基準値ｑ_ｒ１は、予め設定された熱流束の値である。基準値ｑ_ｒ１は、室外熱交換器２０の表面に着霜が生じていない無着霜のときの室外熱交換器２０と空気との間の熱流れの熱流束に対応させて設定される。基準値ｑ_ｒ１としては、無着霜のときに実際に計測した計測値または計算によって求められた値が用いられる。

続いて、ステップＳ５で、制御装置４０は、ステップＳ４で算出した熱流束の変化量Δｑから着霜量を推定する。

室外熱交換器２０の表面の着霜量が多いほど、室外熱交換器２０の表面と空気との間の熱抵抗が増大する。また、室外熱交換器２０の表面の着霜量が多くなるほど、フィン２０８の間の空気流路が狭くなる。空気流路が狭くなると、通風抵抗が増加し、空気流量が少なくなる。このため、着霜量の増加に伴って、室外熱交換器２０の熱交換性能が非線形に低下し、室外熱交換器２０の表面と空気との間の熱流束が減少する。

したがって、図６に示すように、着霜量Ａｆと熱流束の変化量Δｑとの間には相関関係がある。そこで、制御装置４０は、この相関関係を利用して、ステップＳ４で算出した差Δｑから着霜量を推定する。すなわち、制御装置４０は、ステップＳ４で算出した熱流束の変化量Δｑと、熱流束の変化量Δｑと着霜量との関係とに基づいて、着霜量を推定する。例えば、ステップＳ４で算出した熱流束の変化量ΔｑがΔｑ１のとき、制御装置４０は、図６のグラフを表す関係式にΔｑ１を代入して、着霜量Ａｆ１を算出する。これにより、図５に示す一連のフローが終了する。なお、推定された着霜量は、制御装置４０の記憶部に記憶され、運転切替制御に用いられる。本実施形態では、ステップＳ４、Ｓ５が、熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部を構成している。熱流束センサ４２と、制御装置４０のうちステップＳ４、Ｓ５を実行する部分とが、着霜量推定装置を構成している。

本実施形態では、ステップＳ４、Ｓ５の説明の通り、制御装置４０は、着霜により低下した熱流束の変化量Δｑと、熱流束の変化量Δｑと着霜量Ａｆとの関係とに基づいて、着霜量Ａｆを推定する。このため、高精度に着霜量を推定することができる。よって、高精度に推定された着霜量が運転切替制御に用いられることで、適切なタイミングで、除霜運転に切り替えることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、制御装置４０が実行する着霜量推定処理において、熱流束の変化量Δｑの算出の際に用いる基準値が第１実施形態と異なる。車両用空調装置１０の他の構成は、第１実施形態と同じである。

本実施形態では、制御装置４０は、図７に示す基準値設定処理を行う。基準値設定処理は、着霜量推定処理で用いる基準値を設定する。基準値設定処理は、冷凍サイクルが起動される毎に、１回ずつ実行される。

図７に示すように、ステップＳ１１で、制御装置４０は、冷凍サイクルの起動後から所定時間経過したか否かを判定する。所定時間経過していない場合、制御装置４０は、ＮＯ判定して、再び、ステップＳ１１を行う。所定時間経過している場合、制御装置４０は、ＹＥＳ判定して、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２で、ステップＳ３と同様に、制御装置４０は、熱流束センサ４２が検出した熱流束ｑを読み込む。

続いて、ステップＳ１３で、制御装置４０は、ステップＳ１２で読み込んだ熱流束ｑを基準値ｑ_ｒ２（すなわち、ｑ_ｒ２＝ｑ）として、制御装置４０の記憶部に記憶する。このようにして、基準値ｑ_ｒ２が設定される。本実施形態では、ステップＳ１２で読み込んだ熱流束ｑが、冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過後に熱流束センサが検出した熱流束に相当する値に対応する。

制御装置４０は、基準値設定処理で設定された基準値を用いて、図８に示す着霜量推定処理を行う。制御装置４０は、冷凍サイクルの運転中に、図８に示す一連の流れを繰り返し実行する。図８のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、図５のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３と同じである。

図８のステップＳ３の後、ステップＳ４−１で、制御装置４０は、図７の基準値設定処理で設定した基準値ｑ_ｒ２とステップＳ３で読み込んだ熱流束ｑとを用いて、熱流束の変化量Δｑを算出する。熱流束の変化量Δｑは、基準値ｑ_ｒ２に対する熱流束ｑの差Δｑである。

続いて、ステップＳ５−１で、制御装置４０は、ステップＳ４−１で算出した熱流束の変化量Δｑから着霜量を推定する。着霜量の推定方法は、第１実施形態のステップＳ５と同じである。これにより、図８に示す一連のフローが終了する。本実施形態では、ステップＳ４−１、Ｓ５−１が、熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部を構成している。

このように、本実施形態では、制御装置４０は、基準値設定処理によって、冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過して定常状態になったときの熱流束を基準値として設定する。冷凍サイクル（すなわち、ヒートポンプサイクル）の運転初期においては、着霜が進んでいない。このため、運転初期の定常状態になったときの熱流束を、無着霜時の熱流束とみなすことができる。

そして、制御装置４０は、基準値設定処理で設定した基準値ｑ_ｒ２と、基準値設定処理よりも後のある時間に検出した熱流束ｑとの差である熱流束の変化量Δｑを算出する。第１実施形態と同様に、この算出した熱流束の変化量Δｑから着霜量を推定する。このため、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、着霜量を高精度に推定することができる。

第１実施形態では、熱流束の変化量Δｑの算出で用いる基準値ｑ_ｒ１を設定するために、無着霜時の熱流束を人が予め求めておく必要がある。これに対して、本実施形態では、制御装置４０が、基準値設定処理によって基準値ｑ_ｒ２を設定する。このため、本実施形態によれば、無着霜時の熱流束を人が予め求めておく必要がないという効果が得られる。

（第３実施形態）
図９に示すように、本実施形態では、第１実施形態に対して空気温度センサ４６が追加されている。また、本実施形態では、第１実施形態と異なり、図１０に示すように、制御装置４０は、熱伝達率の変化量から着霜量を推測する。車両用空調装置１０の他の構成は、第１実施形態と同じである。

図９に示すように、空気温度センサ４６は、室外熱交換器２０の空気入口側に設けられる。空気温度センサ４６は、室外熱交換器２０の空気入口側の空気温度を検出する。すなわち、空気温度センサ４６は、室外熱交換器２０で熱交換される前の空気の温度を検出する。空気温度センサ４６は、制御装置４０の入力側に接続されている。

制御装置４０は、冷凍サイクルの運転中に、図１０に示す一連の流れを繰り返し実行する。図１０のステップＳ２１、Ｓ２２は、図５のステップＳ１、Ｓ２と同じである。

ステップＳ２３で、制御装置４０は、熱流束ｑと、空気温度Ｔａｉｒとを読み込む。熱流束ｑの読み込みは、図５のステップＳ３と同じである。空気温度Ｔａｉｒの読み込みでは、制御装置４０は、空気温度センサ４６から出力されたセンサ信号を読み込む。制御装置４０は、このセンサ信号から空気温度Ｔａｉｒを算出する。

続いて、ステップＳ２４で、制御装置４０は、ステップＳ２１で読み込んだ表面温度Ｔｓｕｒと、ステップＳ２３で読み込んだ熱流束ｑおよび空気温度Ｔａｉｒとを用いて、熱伝達率ｈを算出する。熱伝達率ｈは、室外熱交換器２０の空気入口側の空気温度Ｔａｉｒと室外熱交換器２０の表面温度Ｔｓｕｒとの差で、室外熱交換器２０と空気との間の熱流れの熱流束ｑを除した値である（すなわち、ｈ＝ｑ／（Ｔａｉｒ−Ｔｓｕｒ））。換言すると、熱伝達率ｈは、単位温度差あたりの熱流束ｑである。

続いて、ステップＳ２５で、制御装置４０は、熱伝達率の基準値ｈ_ｒ１とステップＳ２４で算出した熱伝達率ｈとを用いて、熱伝達率の変化量Δｈを算出する。熱伝達率の変化量Δｈは、熱伝達率の基準値ｈ_ｒ１とステップＳ２４で算出した熱伝達率ｈとの差である（すなわち、Δｈ＝ｈ_ｒ１−ｈ）。熱伝達率の基準値ｈ_ｒ１は、無着霜のときの熱伝達率として予め設定された値である。例えば、無着霜のときに実際に計測した熱流束と、代表的な空気温度および表面温度とによって算出された熱伝達率が、熱伝達率の基準値ｈ_ｒ１として、制御装置４０の記憶部に記憶されている。

続いて、ステップＳ２６で、制御装置４０は、ステップＳ２５で算出した熱伝達率の変化量Δｈから着霜量を推定する。図１１に示すように、着霜量Ａｆと熱伝達率の変化量Δｈとの間には、相関関係がある。そこで、制御装置４０は、この相関関係を利用して、熱伝達率の変化量Δｈから着霜量を推定する。例えば、ステップＳ２５で算出した熱伝達率の変化量ΔｈがΔｈ１のとき、制御装置４０は、図１１のグラフを表す関係式にΔｈ１を代入して、着霜量Ａｆ２を算出する。これにより、図１０に示す一連のフローが終了する。本実施形態では、ステップＳ２４が、熱伝達率を算出する算出部を構成している。ステップＳ２５、Ｓ２６が、熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部を構成している。熱流束センサ４２と、制御装置４０のうちステップＳ２４、Ｓ２５、Ｓ２６を実行する部分とが、着霜量推定装置を構成している。

本実施形態では、ステップＳ２４、Ｓ２５、Ｓ２６の説明の通り、制御装置４０は、熱伝達率の変化量Δｈと、熱伝達率の変化量Δｈと着霜量Ａｆとの関係とに基づいて、着霜量Ａｆを推定する。制御装置４０は、熱流束ｑだけでなく、空気温度を考慮して着霜量を推定している。このため、より高精度に着霜量を推定することができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、制御装置４０が実行する着霜量推定処理において、熱伝達率の変化量Δｈの算出の際に用いる基準値が第３実施形態と異なる。車両用空調装置１０の他の構成は、第３実施形態と同じである。

本実施形態では、制御装置４０は、図１２に示す基準値設定処理を行う。基準値設定処理は、着霜量推定処理で用いる基準値を設定する。基準値設定処理は、冷凍サイクルが起動される毎に、１回ずつ実行される。

図１２に示すように、ステップＳ３１で、制御装置４０は、冷凍サイクルの起動後から所定時間経過したか否かを判定する。この所定時間は、冷凍サイクルの運転初期の定常状態になる時間として設定される。所定時間経過していない場合、制御装置４０は、ＮＯ判定して、再び、ステップＳ３１を行う。所定時間経過している場合、制御装置４０は、ＹＥＳ判定して、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２で、制御装置４０は、熱流束ｑと、空気温度Ｔａｉｒと、表面温度Ｔｓｕｒとを読み込む。熱流束ｑと空気温度Ｔａｉｒとのそれぞれの読み込みは、ステップＳ２３と同じである。表面温度Ｔｓｕｒの読み込みは、ステップＳ２１と同じである。

続いて、ステップＳ３３で、制御装置４０は、ステップＳ３３で読み込んだ熱流束ｑ、空気温度Ｔａｉｒおよび表面温度Ｔｓｕｒを用いて、熱伝達率ｈを算出する。この熱伝達率ｈの算出方法は、ステップＳ２４と同じである。

続いて、ステップＳ３４で、制御装置４０は、ステップＳ３３で算出した熱伝達率ｈを基準値ｈ_ｒ２（すなわち、ｈ_ｒ２＝ｈ）として、制御装置４０の記憶部に記憶する。このようにして、基準値ｈ_ｒ２が設定される。

制御装置４０は、基準値設定処理で設定された基準値を用いて、図１３に示す着霜量推定処理を行う。制御装置４０は、冷凍サイクルの運転中に、図１３に示す一連の流れを繰り返し実行する。図１３のステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４は、図１０のステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４と同じである。

図１３のステップＳ２４の後、ステップＳ２５−１で、制御装置４０は、図１２の基準値設定処理で設定した熱伝達率の基準値ｈ_ｒ２とステップＳ２４で算出した熱伝達率ｈとを用いて、熱伝達率の変化量Δｈを算出する。熱伝達率の変化量Δｈは、熱伝達率の基準値ｈ_ｒ２とステップＳ２４で算出した熱伝達率ｈとの差である（すなわち、Δｈ＝ｈ_ｒ２−ｈ）。

続いて、ステップＳ２６−１で、制御装置４０は、ステップＳ２５−１で算出した熱伝達率の変化量Δｈから着霜量を推定する。着霜量の推定方法は、第３実施形態のステップＳ２６と同じである。これにより、図１３に示す一連のフローが終了する。本実施形態では、ステップＳ２４が、熱伝達率を算出する算出部および第１算出部を構成している。ステップＳ２５−１、Ｓ２６−１が、熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部を構成している。ステップＳ３３が、冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過後に熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を用いて、熱伝達率を算出する第２算出部を構成している。熱流束センサ４２と、制御装置４０のうちステップＳ２４、Ｓ２５−１、Ｓ２６−１、Ｓ３３を実行する部分とが、着霜量推定装置を構成している。

このように、本実施形態では、制御装置４０は、基準値設定処理によって、冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過して定常状態になったときの熱伝達率を基準値として設定する。冷凍サイクルの運転初期においては、着霜が進んでいない。このため、運転初期の定常状態になったときの熱伝達率を、無着霜時の熱伝達率とみなすことができる。

そして、制御装置４０は、基準値設定処理で設定した基準値ｈ_ｒ２と、基準値設定処理よりも後のある時間に検出した熱伝達率ｈとの差である熱伝達率の変化量Δｈを算出する。この算出した熱伝達率の変化量Δｈから着霜量を推定する。このため、本実施形態においても、第３実施形態と同様に、着霜量を高精度に推定することができる。

また、第３実施形態では、熱伝達率の変化量Δｈの算出で用いる基準値ｈ_ｒ１を設定するために、無着霜時の熱伝達率を人が予め求めておく必要がある。これに対して、本実施形態では、制御装置４０が、基準値設定処理によって基準値ｈ_ｒ２を設定する。このため、本実施形態によれば、無着霜時の熱伝達率を人が予め求めておく必要がないという効果が得られる。

（他の実施形態）

（１）上記各実施形態では、室外熱交換器２０として、図２に示すタイプの熱交換器が用いられていた。しかしながら、室外熱交換器２０として、図１４に示すプレートフィンタイプの熱交換器が用いられてもよい。

図１４に示す室外熱交換器２０は、チューブ２１０と、複数のフィン２１２とを有している。チューブ２１０は、内部に冷媒流路を形成している。チューブ２１０は、銅製である。複数のフィン２１２のそれぞれは、プレート状である。複数のフィン２１２は、アルミニウム製である。複数のフィン２１２のそれぞれをチューブ２１０が貫通するように配置されている。

第１−第４実施形態では、熱流束センサ４２は、複数のフィン２１２のうちの１つのフィン２１２の表面に設けられる。表面温度センサ４４は、チューブ２１０の表面に設けられる。第３、第４実施形態では、空気温度センサ４６は、室外熱交換器２０の空気入口側に設けられる。

（２）第１、第２実施形態では、着霜量推定処理において、熱流束センサ４２のセンサ信号から算出した熱流束ｑが用いられていた。しかしながら、熱流束センサ４２から出力されたセンサ信号の値としての電圧値が用いられてもよい。電圧値は、熱流束センサ４２が検出した熱流束に相当する値である。熱流束センサ４２が検出した熱流束に相当する値とは、熱流束センサ４２が検出した熱流束に関連のある物理量の値を意味する。基準値に対する電圧値の差と着霜量との間においても相関関係がある。このため、この相関関係を利用して、基準値と電圧値との差から着霜量を推定することができる。

この場合、第１実施形態と同様に、制御装置４０は、無着霜時の熱流束に対応させて予め設定された電圧値を、基準値として用いることができる。または、第２実施形態と同様に、制御装置４０は、冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過後に熱流束センサ４２が検出した熱流束に相当する電圧値を、基準値として用いることができる。

同様に、第３、第４実施形態では、着霜量推定処理において、熱流束センサ４２のセンサ信号から算出した熱流束ｑを用いて、熱伝達率ｈが算出されていた。しかしながら、熱流束センサ４２から出力されたセンサ信号の値としての電圧値から、直接、熱伝達率ｈが算出されてもよい。この場合、第４実施形態と同様に、制御装置４０は、冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過後に熱流束センサ４２が検出した熱流束に相当する電圧値を用いて算出した熱伝達率を、基準値として用いることができる。

（３）上記各実施形態では、着霜量推定処理において、室外熱交換器２０の表面温度Ｔｓｕｒとして、室外熱交換器２０の表面に設置される表面温度センサ４４が検出した温度が用いられていた。しかしながら、室外熱交換器２０の表面温度Ｔｓｕｒとして、室外熱交換器２０に設けられる冷媒温度センサが検出した温度が用いられてもよい。冷媒温度センサは、室外熱交換器２０の内部を流れる冷媒の温度を検出する。また、室外熱交換器２０の表面温度Ｔｓｕｒとして、室外熱交換器２０の空気出口側に設けられた出口側空気温度センサが検出した温度が用いられてもよい。出口側空気温度センサは、室外熱交換器２０から流出した空気の温度を検出する。

（４）上記各実施形態では、車両用空調装置１０に、本発明の着霜量推定装置が適用されていた。しかしながら、家庭用空調装置またはヒートポンプ給湯機等に、本発明の着霜量推定装置が適用されてもよい。

（５）上記各実施形態では、着霜量推定処理および基準値設定処理を、制御装置４０が実行していた。しかしながら、着霜量推定処理および基準値設定処理の少なくとも一部を、制御装置４０とは別の制御装置が実行してもよい。

（６）本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、着霜量推定装置は、熱流束センサと、着霜量を推定する推定部とを備える。熱流束センサは、熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を検出する。推定部は、基準値と熱流束センサが検出した熱流束に相当する値との差と、差と着霜量との関係とに基づいて、着霜量を推定する。

また、第２の観点によれば、推定部は、熱交換器の表面に着霜が生じていないときの熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束に対応させて予め設定された値を、基準値として用いる。第１の観点の基準値として、このような値を用いることができる。

また、第３の観点によれば、熱交換器は、冷凍サイクルの一部を構成している。推定部は、冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過後に熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を、基準値として用いる。第１の観点の基準値として、このような値を用いることができる。

第３の観点の所定時間は、冷凍サイクルの運転状態が運転初期の定常状態となるように設定される。運転初期においては、着霜が進んでいない。このため、所定時間経過後に熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を、無着霜時の熱流束に対応した値とみなすことができる。所定時間経過後に熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を基準値として用いることで、基準値を人が予め求めておく必要がないという効果が得られる。

また、第４の観点によれば、着霜量推定装置は、熱流束センサと、熱伝達率を算出する算出部と、着霜量を推定する推定部とを備える。熱流束センサは、熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を検出する。算出部は、熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を用いて熱伝達率を算出する。推定部は、基準値と算出部が算出した算出値との差と、差と着霜量との関係とに基づいて、熱交換器の表面の着霜量を推定する。

また、第５の観点によれば、推定部は、熱交換器の表面に着霜が生じていないときの熱伝達率として予め設定された値を、基準値として用いる。第４の観点の基準値として、このような値を用いることができる。

また、第６の観点によれば、熱交換器は、冷凍サイクルの一部を構成している。算出部は第１算出部である。着霜量推定装置は、冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過後に熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を用いて、熱伝達率を算出する第２算出部を備える。推定部は、第２算出部が算出した熱伝達率を、基準値として用いる。第４の観点の基準値として、このような値を用いることができる。

所定時間は、冷凍サイクルの運転状態が運転初期の定常状態となるように設定される。運転初期においては、着霜が進んでいない。このため、第２算出部が算出した熱伝達率を、無着霜時の熱伝達率とみなすことができる。第２算出部が算出した熱伝達率を基準値として用いることで、基準値を人が予め求めておく必要がないという効果が得られる。

また、第７の観点によれば、推定部は、熱交換器の表面温度が熱交換器の表面に着霜が生じる温度である場合に、着霜量を推定する。熱交換器の表面温度が熱交換器の表面に着霜が生じる温度である場合に、熱交換器の表面に着霜が生じる。このため、第７の観点の構成を採用することが好ましい。

２０ 室外熱交換器
４０ 制御装置
４２ 熱流束センサ

Claims (7)

1. 熱媒体と空気とを熱交換させる熱交換器（２０）の表面の着霜量を推定する着霜量推定装置であって、
   前記熱交換器の表面に設置される熱流束センサ（４２）と、
   前記熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ４−１、Ｓ５−１）とを備え、
   前記熱流束センサは、前記熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を検出し、
   前記推定部は、基準値と前記熱流束センサが検出した熱流束に相当する値との差と、前記差と着霜量との関係とに基づいて、着霜量を推定する着霜量推定装置。
2. 前記推定部（Ｓ４、Ｓ５）は、前記熱交換器の表面に着霜が生じていないときの前記熱交換器と前記空気との間の熱流れの熱流束に対応させて予め設定された値を、前記基準値として用いる請求項１に記載の着霜量推定装置。
3. 前記熱交換器は、冷凍サイクルの一部を構成しており、
   前記推定部（Ｓ４−１、Ｓ５−１）は、前記冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過後に前記熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を、前記基準値として用いる請求項１に記載の着霜量推定装置。
4. 熱媒体と空気とを熱交換させる熱交換器（２０）の表面の着霜量を推定する着霜量推定装置であって、
   前記熱交換器の表面に設置される熱流束センサ（４２）と、
   前記熱交換器の空気入口側の空気温度と前記熱交換器の表面温度との差で、前記熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を除した値である熱伝達率を算出する算出部（Ｓ２４、Ｓ２４−１）と、
   前記熱交換器の表面の着霜量を推定する推定部（Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２５−１、Ｓ２６−１）とを備え、
   前記熱流束センサは、前記熱交換器と空気との間の熱流れの熱流束を検出し、
   前記算出部は、前記熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を用いて前記熱伝達率を算出し、
   前記推定部は、基準値と前記算出部が算出した算出値との差と、前記差と着霜量との関係とに基づいて、前記熱交換器の表面の着霜量を推定する着霜量推定装置。
5. 前記推定部（Ｓ２５、Ｓ２６）は、前記熱交換器の表面に着霜が生じていないときの前記熱伝達率として予め設定された値を、前記基準値として用いる請求項４に記載の着霜量推定装置。
6. 前記熱交換器は、冷凍サイクルの一部を構成しており、
   前記算出部は第１算出部（Ｓ２４）であり、
   前記着霜量推定装置は、前記冷凍サイクルの運転開始から所定時間経過後に前記熱流束センサが検出した熱流束に相当する値を用いて、前記熱伝達率を算出する第２算出部（Ｓ３３）を備え、
   前記推定部（Ｓ２５−１、Ｓ２６−１）は、前記第２算出部が算出した前記熱伝達率を、前記基準値として用いる請求項４に記載の着霜量推定装置。
7. 前記推定部は、前記熱交換器の表面温度が前記熱交換器の表面に着霜が生じる温度である場合に、着霜量を推定する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の着霜量推定装置。

Images