JP4211186B2 - 車両用ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用ヒートポンプ装置における室外熱交換器の除霜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車等に搭載されるヒートポンプ装置では、暖房モード時に室外熱交換器を蒸発器として作用させ、室外熱交換器が大気からの吸熱作用を果たしているので、室外熱交換器が着霜すると、吸熱量が低下し暖房性能が低下する。
【０００３】
従って、暖房性能の確保のために室外熱交換器の除霜が必要となる。特開平７−１９６７５号公報では、電気自動車用ヒートポンプ式装置において、車載バッテリの充電時、すなわち、停車時に室外熱交換器の除霜を行うことが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電気自動車の場合、車載バッテリの充電容量の制約から走行距離が比較的短いので、ヒートポンプ装置の使用時間も短いことになる。そのため、車載バッテリの充電毎に、これと連動して室外熱交換器の除霜を行う方式であっても、室外熱交換器の着霜の進行による暖房性能の低下度合いを比較的小さく抑えることができ、実用上の問題が少ない。
【０００５】
しかし、燃料電池搭載等による電気自動車の場合は、車載バッテリの充電容量による走行距離の制限がなくなって走行距離が長くなるので、走行中に室外熱交換器の着霜が進行して暖房性能が大きく低下するという事態が起こる。従って、車両走行中に室外熱交換器の除霜を行う必要が生じる。
【０００６】
ところで、室外熱交換器の除霜は通常、高圧側の高温冷媒を室外熱交換器に流入させて行うのであるが、車両走行中には室外熱交換器に走行風が当たるので、除霜用の高温冷媒の折角の熱が大気中に多く放熱されてしまい、室外熱交換器の除霜に長時間を要する。この除霜期間中は室内暖房能力が大きく低下するので、除霜時間が長くなることは乗員の暖房フィーリングを著しく悪化させる。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、車両用ヒートポンプ装置における室外熱交換器の除霜に際して、車両走行中でも走行風による大気中への放熱を効果的に抑制して、室外熱交換器の除霜を良好に行うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
ヒートポンプ装置において室外熱交換器が蒸発器となる暖房モード時には、室外熱交換器の冷媒通路における圧損により室外熱交換器の冷媒入口側に比して冷媒出口側の方が冷媒蒸発圧力が低下し、その蒸発圧力の低下分だけ冷媒出口側における冷媒蒸発温度が下がる。そのため、暖房モード時に室外熱交換器では冷媒出口側から着霜が起こり、着霜が進行するという現象が発生する。
【０００９】
そこで、この点に着目して、請求項１に記載の発明では、室外熱交換器（９）に空気流れ方向に沿って２つ以上に分割された風上側熱交換部（９１）および風下側熱交換部（９２）を備え、
暖房モード時は室外熱交換器（９）において風下側熱交換部（９２）から風上側熱交換部（９１）の順に冷媒が流れるようにし、これにより、暖房モード時に室外熱交換器（９）の風下側熱交換部（９２）よりも風上側熱交換部（９１）が優先的に着霜するようになっており、
室外熱交換器（９）の温度を検出する着霜センサ（１９）および着霜センサ（１９）の検出信号が入力される空調用電子制御装置（２０）を備え、
空調用電子制御装置（２０）は、車両走行時に着霜センサ（１９）の検知温度が所定温度（Ｔ１）より低下した後に、所定時間（ｔ０）が経過すると、風上側熱交換部（９１）および風下側熱交換部（９２）の両方の着霜状態を判定し、
空調用電子制御装置（２０）は、車両走行時に両熱交換部（９１、９２）の着霜状態を判定すると、風下側熱交換部（９２）のみに高圧側の冷媒を流し、風上側熱交換部（９１）は着霜による閉塞状態を維持する走行時除霜モードを設定することを特徴としている。
【００１０】
これによると、暖房モード時に室外熱交換器（９）では、風上側熱交換部（９１）の温度が風下側熱交換部（９２）より低下するとともに、除湿前の水分の多い空気が最初に風上側熱交換部（９１）と熱交換するから、必ず、風上側熱交換部（９１）から着霜が起こり、その後に風下側熱交換部（９２）で着霜が起こる。
【００１１】
従って、車両走行時に、室外熱交換器（９）の除霜を行うときに、風下側熱交換部（９２）のみに高圧側冷媒を流入させて、風下側熱交換部（９２）のみ除霜を行うことにより、着霜により閉塞状態となった風上側熱交換部（９１）が走行風の遮断作用を果たすので、高圧側冷媒の熱を走行風側に無駄に放出することなく風下側熱交換部（９２）の除霜のために有効に利用することができる。よって、車両走行中であっても、風下側熱交換部９２の除霜を素早く行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明のように、室外熱交換器（９）の風下側熱交換部（９１）のみに冷媒を流す第１の状態と、風下側熱交換部（９１）および風上側熱交換部（９２）の両方に冷媒を流す第２の状態とを切り替える切替手段（１１、１２、１４、１６〜１８）を備えることにより、暖房モードの立ち上がり時における第２の状態から室外熱交換器（９）の除霜時における第１の状態への切替を行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、車両走行時に走行時除霜モードを設定するときは切替手段により第１の状態を選択し、停車時に室外熱交換器（９）の除霜を行う停車時除霜モードを設定するときは切替手段により第２の状態を選択することを特徴とする。
【００１４】
これにより、車両走行時には第１の状態の選択により風下側熱交換部９２の除霜を素早く行うことができるとともに、停車時には走行風がなくなり、走行風への高圧側冷媒の熱の放出がなくなることに着目して、第２の状態を選択することにより、風下側熱交換部（９１）および風上側熱交換部（９２）の両方の除霜を行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、車両走行時に切替手段により第１の状態を選択して室外熱交換器（９）の除霜を行った後に、暖房モードを再開させるときは、風下側熱交換部（９２）のみに冷媒を流すことを特徴とする。
【００１６】
これにより、走行時の除霜後は風下側熱交換部（９２）の吸熱作用により暖房モードを再開させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、走行時除霜モード時に、高圧側の冷媒が室内熱交換器（４）を通過して室外熱交換器（９）に流入する第１通路と、高圧側の冷媒が室内熱交換器（４）をバイパスして室外熱交換器（９）に流入する第２通路（１３）とを形成することを特徴とする。
【００１８】
これにより、車両走行時の除霜時に第１通路と第２通路（１３）からの高圧側の冷媒を合流させて室外熱交換器（９）に流入させ、室外熱交換器（９）の除霜を行うことができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、停車時に切替手段により第２の状態を選択して室外熱交換器（９）の除霜を行った後に、暖房モードを再開させるときは、風下側熱交換部（９１）および風上側熱交換部（９２）の両方に冷媒を流すことを特徴とする。
【００２０】
これにより、停車時の除霜後は風上、風下側の両熱交換部（９２）の吸熱作用により暖房モードを再開させることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、停車時除霜モード時に、高圧側の冷媒の全量が室内熱交換器（４）を通過して室外熱交換器（９）に流入することを特徴とする。
【００２２】
これにより、停車時の除霜時に高圧側冷媒の全量がまず最初に室内熱交換器（４）に流入するから、除霜時であっても、室内熱交換器（４）による室内暖房能力の低下度合いを抑制できる。
【００２３】
請求項８に記載の発明では、停車時除霜モード時に、高圧側の冷媒が室内熱交換器（４）を通過して室外熱交換器（９）に流入する第１通路と、高圧側の冷媒が室内熱交換器（４）をバイパスして室外熱交換器（９）に流入する第２通路（１３）とを形成することを特徴とする。
【００２４】
これにより、停車時の除霜時に第１通路と第２通路（１３）からの高圧側の冷媒を合流させて室外熱交換器（９）に流入させ、室外熱交換器（９）の除霜を行うことができる。そのため、請求項７に比して除霜能力を向上できる。
【００２５】
請求項９に記載の発明では、第１通路および第２通路（１３）を流れる冷媒の流量比を調整する弁手段（１１、１２）を備えることを特徴とする。
【００２６】
これにより、第１通路および第２通路（１３）を流れる冷媒の流量比を調整して室内暖房能力と除霜能力の割合を容易に調整できる。
【００３２】
なお、上記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ものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を電気自動車用空調装置に適用した場合の全体システム構成を示すもので、１は空調装置室内ユニット部の空気通路を構成するダクトで、その一端側に室内送風機２が配置されている。この室内洋風機２は遠心式送風ファン２ａと、駆動用モータ２ｂとを有し、送風ファン２ａは吸入口２ｃから空気を吸入して送風する。なお、吸入口２ｃから吸入される空気は内外気切替ドア（図示せず）により内気と外気に切替可能になっている。
【００３４】
３はダクト１内において室内送風機２の下流側に配置された室内蒸発器で、冷凍サイクルの低圧冷媒と送風空気との間で熱交換して送風空気を冷却する。４はダクト１内において室内蒸発器３の下流側に配置された室内放熱器（室内凝縮器）で、冷凍サイクルの後述の圧縮機５から吐出される高圧冷媒と送風空気との間で熱交換して送風空気を加熱する。本実施形態では、室内熱交換器として室内蒸発器３と室内放熱器４とを用いている。
【００３５】
６はダクト１内において室内放熱器４をバイパスして送風空気が流れるバイパス通路、７は室内放熱器４とバイパス通路６への空気流れを切り替える通路切替ドアである。８は車室内への吹出口であり、実際は、複数の吹出口（フェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口）が設けられ、図示しない吹出モードドアにより開閉される。
【００３６】
上記圧縮機５は、冷凍サイクルの冷媒を吸入、圧縮、吐出するもので、駆動用電動モータ（図示せず）と一体化された電動圧縮機から構成されている。９は冷媒と室外空気との間で熱交換を行う室外熱交換器であり、空気流れ方向（車両走行風の流れ方向）Ａに対して上流側に配置された風上側熱交換部９１と、車両走行風Ａに対して下流側に配置された風下側熱交換部９２とを有している。
【００３７】
そして、本例では、風下側熱交換部９２の更に下流側に吸い込み式の室外送風機１０を配置し、この室外送風機１０の軸流ファン１０ａを駆動用モータ１０ｂにより回転駆動することにより室外熱交換器９に室外空気が矢印Ａ方向に送風される。
【００３８】
室外熱交換器９の冷媒入口部９ａを風下側熱交換部９２側に配置し、冷媒出口部９ｂを風上側熱交換部９１側に配置することにより、室外熱交換器９において冷媒が風下側熱交換部９２から風上側熱交換部９１側へと流れるようになっている。
【００３９】
室外熱交換器９の冷媒入口部９ａは暖房用の第１電気膨張弁１１を経て室内放熱器４の冷媒出口部に接続されるとともに、第２電気膨張弁１２を有するバイバス通路１３を経て圧縮機５の吐出側に直接接続される。室外熱交換器９の冷媒出口部９ｂは冷房用の第３電気膨張弁１４を経て室内蒸発器３の冷媒入口部に接続される。
【００４０】
ここで、圧縮機５の吐出側→室内放熱器４→第１電気膨張弁１１→冷媒入口部９ａに至る冷媒通路により請求項５、８の第１通路を構成し、バイバス通路１３により請求項５、８の第２通路を構成している。
【００４１】
第１〜第３電気膨張弁１１、１２、１４は冷媒通路の開度を電気制御により調整できる公知のもので、冷媒通路の減圧手段としての役割を果たす。１５は圧縮機５の吸入側に配置されたアキュムレータで、サイクル内を循環する余剰冷媒を蓄えるとともに、内部に流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機５に吸入させる。
【００４２】
室外熱交換器９の冷媒出口部９ｂは第１電磁弁１６を経てアキュムレータ１５の入口側にも接続され、また、室外熱交換器９の風下側熱交換部９２と風上側熱交換部９１との中間接続部９ｃが第２電磁弁１７を経てアキュムレータ１５の入口側に接続される。更に、中間接続部９ｃは第３電磁弁１８を経て室内蒸発器３の冷媒入口部にも接続される。
【００４３】
本実施形態では、室外熱交換器９の２つの熱交換部９１、９２への冷媒経路を切り替える切替手段を、第１〜第３電気膨張弁１１、１２、１４および第１〜第３電磁弁１６、１７、１８の組み合わせにより構成する。
【００４４】
一方、室外熱交換器９の着霜状態に応じた信号を検出する着霜センサ１９が室外熱交換器９に備えられている。この着霜センサ１９は、本例ではサーミスタのような温度センサからなり、室外熱交換器９の風下側熱交換部９２と風上側熱交換部９１との中間接続部９ｃ近傍の位置に配置され、中間接続部９ｃ近傍の冷媒配管表面温度を検出する。
【００４５】
図２は本実施形態の電気制御ブロック図であり、空調用電子制御装置２０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成されるものである。この空調用電子制御装置２０には、上記の着霜センサ１９の他に、車速センサ２１から車速信号が入力される。更に、空調制御のために、内気温Ｔｒ、外気温Ｔａｍ等を検出する周知のセンサ群２２から検出信号が制御装置２０に入力される。
【００４６】
また、車室内計器盤近傍に設置される空調制御パネル２３には乗員により手動操作される操作スイッチ群が備えられ、この操作スイッチ群の操作信号も制御装置２０に入力される。この操作スイッチ群としては、温度設定信号、風量切替信号、吹出モード信号、内外気切替信号、圧縮機５のオンオフ信号、冷凍サイクルの運転モード信号を発生する各種スイッチが設けらる。
【００４７】
図２において、２４は冷凍サイクルの運転モードスイッチであり、このスイッチ２４の操作により、サイクル運転モードを冷房モード、暖房モードおよび除湿モードに切替可能になっている。なお、このサイクル運転モードの切替は、運転モードスイッチ２４の手動操作の他に、空調の自動制御と連動して行うこともできる。
【００４８】
例えば、車室内を温度設定操作スイッチによる設定温度Ｔｓｅｔに維持するのに必要な、車室内への目標吹出温度ＴＡＯを、設定温度Ｔｓｅｔ、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ等に基づいて算出するとともに、目標吹出温度ＴＡＯと外気温Ｔａｍとを比較して、目標吹出温度ＴＡＯが外気温Ｔａｍより所定温度（例えば、５°）以上高いときに、暖房モードを自動的に選択するようにしてもよい。
【００４９】
空調用電子制御装置２０には車載の低圧側バッテリ２５から電源が供給され、図１の第１〜第３電気膨張弁１１、１２、１４、第１〜第３電磁弁１６、１７、１８、室内送風機２のファン駆動用モータ２ｂおよび室外送風機１０のファン駆動用モータ１０ｂの作動を制御する。
【００５０】
また、空調用電子制御装置２０は、通路切替ドア７の駆動用サーボモータ２６、内外気切替ドア（図示せず）の駆動用サーボモータ２７、および吹出口８の開閉用吹出モードドア（図示せず）の駆動用サーボモータ２８の作動も低圧側バッテリ２５からの電源供給で制御するようになっている。
【００５１】
圧縮機５の駆動用電動モータは、車載の高圧側バッテリ２９から交流インバータ３０を介して三相交流電源が供給されて作動するようになっている。そして、空調用電子制御装置２０により交流インバータ３０を制御することにより圧縮機５の駆動用電動モータに供給される三相交流の周波数を制御し、これにより、圧縮機５の回転数を必要冷暖房能力が得られるように調整する。
【００５２】
次に、本実施形態の作動を説明すると、図３は空調用電子制御装置２０のマイクロコンピュータにより実行される制御フローであり、暖房モード時の作動を示す。空調制御パネル２３の運転モードスイッチ２４が乗員により暖房モード位置に操作されると、図３の制御フローがスタートし、まず、ステップＳ１００にて暖房立ち上がりモードが設定され、冷凍サイクルの各種弁が図４の▲１▼欄のように制御される。
【００５３】
このため、冷凍サイクルでは、圧縮機５の運転により図５の太実線の経路で冷媒が循環する。すなわち、圧縮機５で圧縮された高温高圧の冷媒は室内放熱器４に流入する。そして、暖房モードでは通路切替ドア７がバイパス通路６を閉じる実線位置に操作されるので、室内送風機２の送風空気の全量が室内放熱器４を通過して加熱され温風となり、吹出口８から車室内の乗員足元部へ吹き出して車室内の暖房を行う。
【００５４】
室内放熱器４にて高温高圧の冷媒は放熱して凝縮され、次に、この凝縮された冷媒が第１電気式膨張弁１１の開度調節により減圧されて低温低圧の気液２相状態となる。そして、この低圧冷媒は室外熱交換器９において風下側熱交換部９２→風上側熱交換部９１の順に流れ、室外送風機１０により送風される外気から吸熱して蒸発する。
【００５５】
室外熱交換器９で蒸発したガス冷媒は第１電磁弁１６を通過してアキュムレータ１５に流入し、ここで、冷媒の気液分離が行われ、ガス冷媒が圧縮機５に吸入され、再び圧縮、吐出される。
【００５６】
暖房立ち上がりモードでは、上記のように室外熱交換器９において風上、風下側の両熱交換部９１、９２で吸熱作用を行って外気からの吸熱量を増加させることができる。しかも、風下側熱交換部９２→風上側熱交換部９１の順に冷媒が流れるので、室外熱交換器９における冷媒通路の圧損により冷媒蒸発温度が風下側熱交換部９２より風上側熱交換部９１の方で低くなる。このため、室外熱交換器９では風上側熱交換部９１から優先的に着霜が生じる。
【００５７】
図３の制御フローのステップＳ１１０において、着霜センサ１９の検知温度（室外熱交換器９の中間接続部９ｃ近傍の冷媒配管表面温度）が第１所定温度Ｔ１（本例では−１℃）より低いか判定し、着霜センサ１９の検知温度がこの第１所定温度Ｔ１より高い時は除霜の必要がないため、次のステップＳ１２０に進まない。
【００５８】
そして、着霜センサ１９の検知温度が上記第１所定温度Ｔ１より低くなると、次のステップＳ１２０に進み、タイマー時間＝０にリセットした上で除霜タイマーをスタートさせる。次のステップＳ１３０にて除霜タイマー時間が所定時間ｔ０（本例では１時間）を超えたか判定する。この所定時間ｔ０は次のような考えで決めている。
【００５９】
すなわち、室外熱交換器９の中間接続部９ｃ近傍の冷媒配管表面温度が第１所定温度Ｔ１（本例では−１℃）より低い温度に低下した時点で、風上側熱交換部９１では着霜がほぼ全面的に進行しており、そして、この後に、風下側熱交換部９２での着霜がほぼ全面的に進行するに要する時間を実験的に求め、この風下側熱交換部９２での着霜に要する時間に基づいて上記所定時間ｔ０を決定している。
【００６０】
従って、ステップＳ１３０にて除霜タイマー時間が所定時間ｔ０（本例では１時間）を超えたと判定されたときは、室外熱交換器９の風上側熱交換部９１および風下側熱交換部９２の両方に着霜が全面的に進行したと推定できる。この状態では、室外熱交換器９での吸熱量が大幅に低下し、暖房能力も大幅に低下するため、室外熱交換器９の除霜が必要となる。
【００６１】
そこで、次にステップＳ１４０に進み、車速が所定値ＶＯ（例えば、５〜１０ｋｍ／ｈ程度）より高いか判定する。この判定は車両が走行時か停車時であるかを判定するためであり、車速＞ＶＯであるときは、ステップＳ１５０に進み、走行時除霜モードを設定する。
【００６２】
この走行時除霜モードでは、冷凍サイクルの各種弁が図４の▲２▼欄のように制御される。このため、冷凍サイクルでは、圧縮機５の運転により図６の太実線の経路で冷媒が循環する。すなわち、圧縮機５で圧縮された高温高圧の冷媒は室内放熱器４に向かう流れと、バイパス通路１３に向かう流れとに分岐される。
【００６３】
そして、室内放熱器４に流入し、ここで、放熱した冷媒は第１電気式膨張弁１１を通過してある程度減圧されてから室外熱交換器９の入口部９ａへ向かう。また、圧縮機５からバイパス通路１３に流入した冷媒も第２電気式膨張弁１２にてある程度減圧されてから室外熱交換器９の入口部９ａへ向かう。この２つの通路からの冷媒が入口部９ａで合流した後、冷媒は室外熱交換器９の風下側熱交換部９２のみを通過して第３電磁弁１８を通過する。
【００６４】
この第３電磁弁１８での圧損により冷媒は低圧まで減圧されて室内蒸発器３に流入し、ここで室内送風機２の送風空気から吸熱して蒸発する。その後、冷媒はアキュムレータ１５を経由して圧縮機５に吸入され、再び圧縮、吐出される。
【００６５】
ところで、室外熱交換器９の風下側熱交換部９２に流入する冷媒は、圧縮機５吐出側の高圧冷媒より若干量圧力が低下しただけであるため、室外熱交換器９の温度より十分高温状態にある。また、走行時除霜モードでは室外送風機１０を停止させるので、室外熱交換器９には送風機１０の送風空気が当たることがない。しかも、第１、第２電磁弁１６、１７の閉弁、第３電磁弁１８の開弁により室外熱交換器９では風上側熱交換部９１に冷媒が流れず、風下側熱交換部９２のみに冷媒が流れる。従って、着霜により閉塞状態にある風上側熱交換部９１により走行風が風下側熱交換部９２に当たることを防止できる。
【００６６】
以上の結果、風下側熱交換部９２のみに高温冷媒を流入させることにより、高温冷媒の熱を走行風（大気中）に無駄に放出することなく風下側熱交換部９２の除霜のために有効に利用できる。よって、車両走行中であっても、風下側熱交換部９２の除霜を素早く行うことができる。
【００６７】
なお、走行時除霜モードにおいて、室内放熱器４に向かう冷媒流れと、バイパス通路１３に向かう冷媒流れの流量比率は第１、第２電気式膨張弁１１、１２の開度制御により調節可能であり、これにより、暖房能力と除霜能力を調節できる。この暖房能力と除霜能力の調節の具体例を説明すると、除霜熱量は外気温の低下に応じて増大するので、第２電気式膨張弁１２の開度は外気温の低下に応じて増大する所定開度とする。これにより、外気温の低下によりバイパス通路１３へのバイパス冷媒流量を増大させ、除霜熱量を増大できる。逆に、外気温が上昇すれば、除霜熱量が少なく済むので、第２電気式膨張弁１２の開度を減少させる。
【００６８】
一方、室内放熱器４と直列接続された第１電気式膨張弁１１の開度は内気温（車室内温度）に応じて可変する。具体的には内気温が低いときは第１電気式膨張弁１１を開き気味として、暖房側と除湿側との熱量比を略同等とする。逆に、内気温が高いときは第１電気式膨張弁１１を閉じ気味として除湿側熱量を増大させる。
【００６９】
上記走行時除霜モードを実行することにより、着霜センサ１９の検知温度、すなわち、室外熱交換器９の中間接続部９ｃ近傍の冷媒配管表面温度が次第に上昇していく。そして、ステップＳ１６０にて着霜センサ１９の検知温度が第２所定温度Ｔ２より高いか判定する。ここで、第２所定温度Ｔ２は第１所定温度Ｔ１より所定値だけ高い温度で、本例ではＴ２＝５℃としている。
【００７０】
着霜センサ１９の検知温度が第２所定温度Ｔ２より高くなると、室外熱交換器９の風下側熱交換部９２の除霜が終了したと判定し、ステップＳ１７０にて走行時除霜後の暖房モードを設定する。この暖房モードでは冷凍サイクルの各種弁が図４の▲３▼欄のように制御される。
【００７１】
このため、冷凍サイクルでは、圧縮機５の運転により図７の太実線の経路で冷媒が循環する。すなわち、圧縮機５で圧縮された高温高圧の冷媒は室内放熱器４に流入し、ここで、室内送風機２の送風空気に放熱し、送風空気を加熱する。室内放熱器４にて凝縮した冷媒は第１電気式膨張弁１１の開度調節により減圧されて低温低圧の気液２相状態となる。
【００７２】
そして、この低圧冷媒は室外熱交換器９において風下側熱交換部９２のみを流れ、室外送風機１０により送風される外気から吸熱して蒸発する。この風下側熱交換部９２で蒸発したガス冷媒は第２電磁弁１７、アキュムレータ１５を通過して圧縮機５に吸入され、再び圧縮、吐出される。
【００７３】
このように走行時除霜後の暖房モードでは、除霜がなされた風下側熱交換部９２のみで外気から吸熱して車室内の暖房を行うことになる。従って、室外熱交換器９での吸熱量が図５の暖房立ち上がりモードより低下するが、ステップＳ１１０による暖房立ち上がりモードが既に実施され、車室温が既に上昇済みであるため、室外熱交換器９での吸熱量低下の弊害は小さい。
【００７４】
次に、ステップＳ１４０にて車速が所定値ＶＯより低いと判定されたとき、すなわち停車時には、ステップＳ１８０に進み停車時除霜モードを設定する。この停車時除霜モードでは冷凍サイクルの各種弁が図４の▲４▼欄のように制御される。
【００７５】
このため、冷凍サイクルでは、圧縮機５の運転により図８の太実線の経路で冷媒が循環する。すなわち、圧縮機５で圧縮された高温高圧の冷媒は室内放熱器４に流入し、ここで、室内送風機２の送風空気に放熱し、送風空気を加熱する。室内放熱器４を通過した冷媒は全開状態の第１電気式膨張弁１１を通過するので、減圧されずに室外熱交換器９に流入する。
【００７６】
この室外熱交換器９では高温の高圧冷媒が風下側熱交換部９２→風上側熱交換部９１の順に両熱交換部９２、９１を通過し、その後に、第３電気式膨張弁１４で高圧冷媒が減圧されて低温低圧の気液２相状態となる。次に、低圧冷媒は室内蒸発器３に流入し、ここで室内送風機２の送風空気から吸熱して蒸発する。その後、冷媒はアキュムレータ１５を経由して圧縮機５に吸入され、再び圧縮、吐出される。
【００７７】
ところで、停車時には走行風がないので、室外送風機１０を停止することにより、高圧冷媒の熱が大気中に無駄に放出されることを防止できる。従って、室外熱交換器９において、風上側熱交換部９１が走行風の遮断作用を果たす必要がないので、風下側熱交換部９２だけでなく、風上側熱交換部９１も同時に除霜を行うことができる。
【００７８】
図８は停車時除霜モードの第１例を示すもので、この第１例によると、圧縮機５からの吐出冷媒の全量が室内放熱器４に流入するので、室内放熱器４による放熱量（暖房能力）の低下を抑制でき、その分、除霜能力が制限される。従って、除霜熱量をそれほど多く必要としない環境条件のとき（例えば、外気温が０℃より高いときなど）に図８の第１例による停車時除霜モードを実行するとよい。
【００７９】
このような停車時除霜モードを実行することにより、着霜センサ１９の検知温度、すなわち、室外熱交換器９の中間接続部９ｃ近傍の冷媒配管表面温度が次第に上昇し、ステップＳ１９０にて着霜センサ１９の検知温度が第２所定温度Ｔ２より高くなると、室外熱交換器９の風上、風下側の両熱交換部９１、９２の除霜が終了したと判定し、ステップＳ２００にて停車時除霜後の暖房モードを設定する。
【００８０】
この暖房モードでは冷凍サイクルの各種弁が図４の▲１▼欄の暖房立ち上がりモードと同じ状態に制御される。従って、冷凍サイクルでは、圧縮機５の運転により図５の太実線の経路で冷媒が循環するため、室外熱交換器９の風上、風下側の両熱交換部９１、９２で外気から吸熱を行って、車室内の暖房を行う。
【００８１】
次に、図９は停車時除霜モードの第２例を示すもので、この第２例によると冷凍サイクルの各種弁が図４の▲５▼欄のように制御され、第２電気式膨張弁１２の開弁により圧縮機５の吐出冷媒の一部が室内放熱器４をバイパスして、バイパス通路１３を経て室外熱交換器９に直接流入する。これにより、図８の第１例に比較して室外熱交換器９で放熱される除霜熱量が増大する。
【００８２】
従って、第２例による停車時除霜モードは、除霜熱量を多く必要とする環境条件のとき（例えば、外気温が０℃より低い低外気温時など）に実施すると好適である。それ故、図２のステップＳ１８０の前に、除霜熱量の大小を外気温等により判定するステップを追加し、このステップで除霜熱量が大きいと判定されたときは、第２例による停車時除霜モードを選択し、逆に、除霜熱量の小さいときは、第１例による停車時除霜モードを自動的に選択するようにしてもよい。
【００８３】
なお、冷凍サイクルの運転モードスイッチ２４が停止（ＯＦＦ）位置に操作されると、ステップＳ２１０からステップＳ２２０に進み、暖房モードが停止される。
【００８４】
冷凍サイクルの運転モードスイッチ２４の操作により冷房モードが選択されたときは冷凍サイクルの各種弁が図４の▲６▼欄のように制御されるため、冷凍サイクルでは、圧縮機５の運転により図１０の太実線の経路で冷媒が循環する。これに加えて、冷房モードでは通路切替ドア７が室内放熱器４の通路を全閉し、バイパス通路６を全開する。このため、室内放熱器４は高圧冷媒の単なる通路となり、室内送風機２の送風空気と熱交換しない。
【００８５】
冷房モードでは室外熱交換器９が高圧冷媒を凝縮させる凝縮器として作用し、その凝縮後の高圧冷媒は第３電気膨張弁１４で低圧に減圧され、室内蒸発器３で低圧冷媒が室内送風機２の送風空気から吸熱して蒸発する。室内蒸発器３で冷却された冷風は、室内放熱器４のバイパス通路６を通過して吹出口８から車室内へ吹き出して車室内を冷房する。
【００８６】
次に、冷凍サイクルの運転モードスイッチ２４の操作により除湿モードが選択されたときは、冷凍サイクルが上記冷房モード時と同一状態（すなわち、図４の▲６▼欄の状態）に制御され、図１０の太実線の経路で冷媒が循環する。但し、除湿モードでは、通路切替ドア７を図５〜図９と同様に室内放熱器４の通路を全開し、バイパス通路６を全閉する位置に操作する。これにより、室内蒸発器３で冷却された冷風を室内放熱器４で再加熱して、除湿暖房を行うことができる。
【００８７】
また、通路切替ドア７をバイパス通路６の全閉位置からバイパス通路６の開放側へ操作すれば、室内放熱器４を通過する温風とバイパス通路６を通過する冷風との風量割合を調節して、除湿モードでの車室内吹出温度を調節することができる。
【００８８】
（他の実施形態）
なお、上述の一実施形態では、停車時には走行風がなくなるので、室外熱交換器９の風上、風下側の両熱交換部９１、９２の除霜を行うようにしているが、停車時でも風上側の熱交換部９１に雪や雨が吹き込むような環境条件下では、風上側の熱交換部９１の除霜熱量が大幅に増大するので、停車時に風上側の熱交換部９１の除霜を禁止して、風下側の熱交換部９２の除霜のみを行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体システム図である。
【図２】本発明の一実施形態の電気制御ブロック図である。
【図３】暖房時の作動を示すフローチャートである。
【図４】作動説明に用いる図表である。
【図５】暖房立ち上がりモードを示す全体システム図である。
【図６】走行時除霜モードを示す全体システム図である。
【図７】走行時除霜後の暖房モードを示す全体システム図である。
【図８】停車時除霜モードの第１例を示す全体システム図である。
【図９】停車時除霜モードの第２例を示す全体システム図である。
【図１０】冷房モードを示す全体システム図である。
【符号の説明】
３…室内蒸発器、４…室内放熱器、５…圧縮機、９…室外熱交換器、
１１、１２、１４…第１〜第３電気式膨張弁、
１６、１７、１８…第１〜第３電磁弁、９１…風上側熱交換部、
９２…風下側熱交換部。

Claims (9)

1. 暖房モード時に室外熱交換器（９）にて冷媒が吸熱し、室内熱交換器（４）にて冷媒が放熱するとともに、
   前記暖房モード時に前記室外熱交換器（９）が着霜すると、圧縮機（５）から吐出された高圧側の冷媒を前記室外熱交換器（９）に流入させ、前記室外熱交換器（９）の除霜を行う車両用ヒートポンプ装置において、
   前記室外熱交換器（９）は、空気流れ方向に沿って２つ以上に分割された風上側熱交換部（９１）および風下側熱交換部（９２）を有しており、
   前記暖房モード時には前記室外熱交換器（９）において前記風下側熱交換部（９２）から前記風上側熱交換部（９１）の順に冷媒が流れるようにし、これにより、前記暖房モード時に前記室外熱交換器（９）の前記風下側熱交換部（９２）よりも前記風上側熱交換部（９１）が優先的に着霜するようになっており、
   前記室外熱交換器（９）の温度を検出する着霜センサ（１９）および前記着霜センサ（１９）の検出信号が入力される空調用電子制御装置（２０）を備え、
   前記空調用電子制御装置（２０）は、車両走行時に前記着霜センサ（１９）の検知温度が所定温度（Ｔ１）より低下した後に、所定時間（ｔ０）が経過すると、前記風上側熱交換部（９１）および前記風下側熱交換部（９２）の両方の着霜状態を判定し、
   前記空調用電子制御装置（２０）は、車両走行時に前記両熱交換部（９１、９２）の着霜状態を判定すると、前記風下側熱交換部（９２）のみに前記高圧側の冷媒を流し、前記風上側熱交換部（９１）は着霜による閉塞状態を維持する走行時除霜モードを設定することを特徴とする車両用ヒートポンプ装置。
2. 前記風下側熱交換部（９１）のみに冷媒を流す第１の状態と、前記風下側熱交換部（９１）および前記風上側熱交換部（９２）の両方に冷媒を流す第２の状態とを切り替える切替手段（１１、１２、１４、１６〜１８）を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプ装置。
3. 車両走行時に前記走行時除霜モードを設定するときは前記切替手段により前記第１の状態を選択し、停車時に前記室外熱交換器（９）の除霜を行う停車時除霜モードを設定するときは前記切替手段により前記第２の状態を選択することを特徴とする請求項２に記載の車両用ヒートポンプ装置。
4. 車両走行時に前記切替手段により前記第１の状態を選択して前記室外熱交換器（９）の除霜を行った後に、前記暖房モードを再開させるときは、前記風下側熱交換部（９２）のみに冷媒を流すことを特徴とする請求項３に記載の車両用ヒートポンプ装置。
5. 前記走行時除霜モード時に、前記高圧側の冷媒が前記室内熱交換器（４）を通過して前記室外熱交換器（９）に流入する第１通路と、前記高圧側の冷媒が前記室内熱交換器（４）をバイパスして前記室外熱交換器（９）に流入する第２通路（１３）とを形成することを特徴とする請求項３また４に記載の車両用ヒートポンプ装置。
6. 停車時に前記切替手段により前記第２の状態を選択して前記室外熱交換器（９）の除霜を行った後に、前記暖房モードを再開させるときは、前記風下側熱交換部（９１）および前記風上側熱交換部（９２）の両方に冷媒を流すことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の車両用ヒートポンプ装置。
7. 前記停車時除霜モード時に、前記高圧側の冷媒の全量が前記室内熱交換器（４）を通過して前記室外熱交換器（９）に流入することを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の車両用ヒートポンプ装置。
8. 前記停車時除霜モード時に、前記高圧側の冷媒が前記室内熱交換器（４）を通過して前記室外熱交換器（９）に流入する第１通路と、前記高圧側の冷媒が前記室内熱交換器（４）をバイパスして前記室外熱交換器（９）に流入する第２通路（１３）とを形成することを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の車両用ヒートポンプ装置。
9. 前記第１通路および前記第２通路（１３）を流れる冷媒の流量比を調整する弁手段（１１、１２）を備えることを特徴とする請求項５または８に記載の車両用ヒートポンプ装置。

Images