JP5971202B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気から吸熱する冷凍サイクル装置に関する。

従来、特許文献１には、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒と車室内への送風空気とを熱交換させる高圧側熱交換器と、膨張弁で減圧膨張された低温低圧の冷媒と外気とを熱交換させる低圧側熱交換器とを備える車両用冷凍サイクル装置が記載されている。

この従来技術では、低圧側熱交換器において冷媒が外気から吸熱し、高圧側熱交換器において冷媒が車室内への送風空気に放熱する。これにより、外気の熱を汲み上げて車室内への送風空気を加熱することができる。すなわち、ヒートポンプサイクルによって暖房を行うことができる。

特開２０１３−０５２８７７号公報

本出願人は、低圧側熱交換器において冷媒を冷却水と熱交換させて冷却水を冷却し、低圧側熱交換器で冷却された冷却水と外気とを吸熱用熱交換器で熱交換させる冷凍サイクル装置（以下、検討例と言う。）を検討している。

この検討例では、低圧側熱交換器で冷却される冷却水の温度が氷点未満になると、吸熱用熱交換器の表面で外気中の水分が凝固して着霜（フロスト）が生じる。その結果、吸熱用熱交換器の外気通路が塞がれて外気の流量が低下し、吸熱量が低下してしまうという問題がある。

この問題に対する対策として、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が持つ熱を吸熱用熱交換器に導入して霜を融かすことが考えられる。しかしながら、吸熱用熱交換器に付着した霜を融かすために必要な熱量は、外気温度や付着した霜の量等によって変化する。そのため、吸熱用熱交換器に付着した霜を融かすための熱を確実に得ることが困難であるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、低圧側熱交換器で冷却された熱媒体と空気とを吸熱用熱交換器で熱交換させる冷凍サイクル装置において、吸熱用熱交換器に付着した霜を融かすための熱を確実に得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、
冷媒を吸入して吐出する圧縮機（２１）と、
圧縮機（２１）から吐出された冷媒と第１熱媒体とを熱交換させて第１熱媒体を加熱する高圧側熱交換器（１５）と、
高圧側熱交換器（１５）で熱交換された冷媒を減圧させる減圧手段（２２）と、
減圧手段（２２）で減圧された冷媒と第２熱媒体とを熱交換させて第２熱媒体を冷却する低圧側熱交換器（１４）と、
低圧側熱交換器（１４）で冷却された第２熱媒体と空気とを熱交換させて空気を冷却する吸熱用熱交換器（１３）と、
高圧側熱交換器（１５）で加熱された第１熱媒体の熱量を吸熱用熱交換器（１３）に導入させる導入手段（４２、４３）と、
吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着しているか否かを判定し、吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した場合、高圧側熱交換器（１５）で加熱された第１熱媒体の温度を上昇させる熱媒体温度調整手段（５０）とを備えることを特徴とする。

これにより、吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した場合、第１熱媒体の温度を上昇させるので、第１熱媒体の熱量を吸熱用熱交換器（１３）に確実に導入させることができる。そのため、吸熱用熱交換器（１３）に付着した霜を融かすための熱を確実に得ることができる。

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ものである。

第１実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図であり、非連通モードを示している。 第１実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図であり、連通モードを示している。 第１実施形態における冷凍サイクル装置の電子制御部を示すブロック図である。 第１実施形態における冷凍サイクル装置の制御装置が実行する制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における冷凍サイクル装置の要部構成図である。 第２実施形態の変形例における冷凍サイクル装置の要部構成図である。

以下、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、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１に示す冷凍サイクル装置１０は、車両が備える各種機器や車室内を適切な温度に調整するために用いられる。本実施形態では、冷凍サイクル装置１０を、エンジン（内燃機関）および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド自動車に適用している。

本実施形態のハイブリッド自動車は、車両停車時に外部電源（商用電源）から供給された電力を、車両に搭載された電池（車載バッテリ）に充電可能なプラグインハイブリッド自動車として構成されている。電池としては、例えばリチウムイオン電池を用いることができる。

エンジンから出力される駆動力は、車両走行用として用いられるのみならず、発電機を作動させるためにも用いられる。そして、発電機にて発電された電力および外部電源から供給された電力を電池に蓄わえることができ、電池に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、冷凍サイクル装置１０を構成する電動式構成機器をはじめとする各種車載機器に供給される。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１０は、第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、ラジエータ１３、冷却水冷却器１４、冷却水加熱器１５およびヒータコア１６を備えている。

第１ポンプ１１および第２ポンプ１２は、冷却水（熱媒体）を吸入して吐出する冷却水ポンプであり、電動ポンプで構成されている。冷却水は、熱媒体としての流体である。本実施形態では、冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。

ラジエータ１３、冷却水冷却器１４、冷却水加熱器１５およびヒータコア１６は、冷却水が流通する冷却水流通機器（熱媒体流通機器）である。

ラジエータ１３は、冷却水と外気（車室外空気）とを熱交換する冷却水外気熱交換器（熱媒体外気熱交換器）である。ラジエータ１３には、室外送風機１７によって外気が送風される。室外送風機１７は、ラジエータ１３に外気を送風する送風手段である。室外送風機１７は、送風ファンを電動モータ（ブロワモータ）にて駆動する電動送風機である。

ラジエータ１３および室外送風機１７は車両の最前部に配置されている。このため、車両の走行時にはラジエータ１３に走行風を当てることができる。

ラジエータ１３を流れる冷却水が外気よりも低温になっている場合、ラジエータ１３は冷却水に外気の熱を吸熱させる吸熱用熱交換器として機能する。ラジエータ１３を流れる冷却水が外気よりも高温になっている場合、ラジエータ１３は冷却水の熱を外気に放熱させる放熱用熱交換器として機能する。

冷却水冷却器１４は、冷媒回路２０（冷凍サイクル）の低圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって冷却水を冷却する低圧側熱交換器（熱媒体冷却器）である。冷却水冷却器１４では冷却水を外気の温度よりも低温まで冷却することができる。

冷却水加熱器１５は、冷媒回路２０の高圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって冷却水を加熱する高圧側熱交換器（熱媒体加熱器）である。

冷媒回路２０は、圧縮機２１、冷却水加熱器１５、膨張弁２２および冷却水冷却器１４を備える蒸気圧縮式冷凍機である。本実施形態の冷媒回路２０では、冷媒としてフロン系冷媒を用いており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。

圧縮機２１は、電池から供給される電力によって駆動される電動圧縮機、またはベルトによって駆動される可変容量圧縮機であり、冷媒回路２０の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。

冷却水加熱器１５は、圧縮機２１から吐出された高圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって高圧側冷媒を凝縮させる凝縮器である。膨張弁２２は、冷却水加熱器１５から流出した液相冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。

冷却水冷却器１４は、膨張弁２２で減圧膨張された低圧冷媒と冷却水とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる蒸発器である。冷却水冷却器１４で蒸発した気相冷媒は圧縮機２１に吸入されて圧縮される。

ヒータコア１６は、冷却水と車室内への送風空気とを熱交換させて車室内への送風空気を加熱する冷却水空気熱交換器である。換言すれば、ヒータコア１６は、圧縮機２１から吐出された冷媒の熱量の少なくとも一部を用いて空気を加熱する空気加熱用熱交換器である。

ヒータコア１６には、室内送風機１８によって内気(車室内空気)、外気、または内気と外気との混合空気が送風される。

室内送風機１８は、車室内へ向けて空気を送風する送風手段である。室内送風機１８は、遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータ（ブロワモータ）にて駆動する電動送風機である。室内送風機１８は、ヒータコア１６を通過する空気の流量を調整する空気流量調整手段である。

ヒータコア１６および室内送風機１８は、車両用空調装置の室内空調ユニット３０のケーシング３１に収容されている。室内空調ユニット３０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されている。ケーシング３１は、室内空調ユニットの外殻を形成している。

ケーシング３１は、車室内への送風空気が流れる空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。

ケーシング３１の内部には、エアミックスドア３２が配置されている。エアミックスドア３２は、ヒータコア１６を流れる空気の流量と、ヒータコア１６をバイパスして流れる空気の流量との割合を調整して車室内へ吹き出される吹出空気の温度を調整する吹出空気温度調整手段（空気流量割合調整手段）である。エアミックスドア３２は、ヒータコア１６を通過する空気の流量を調整する空気流量調整手段である。

エアミックスドア３２は、回動可能な板状ドアや、スライド可能なドア等であり、電動アクチュエータ（図示せず）によって駆動される。

ケーシング３１の内部において、エアミックスドア３２およびヒータコア１６よりも空気流れ上流側に、車室内への送風空気を冷却するクーラコア（空気冷却器）が配置されていてもよい。

第１ポンプ１１、ラジエータ１３および冷却水冷却器１４は、第１冷却水回路Ｃ１（第１熱媒体回路）に配置されている。第１冷却水回路Ｃ１は、冷却水が第１ポンプ１１→冷却水冷却器１４→ラジエータ１３→第１ポンプ１１の順に循環するように構成されている。

第２ポンプ１２、冷却水加熱器１５およびヒータコア１６は、第２冷却水回路Ｃ２（第２熱媒体回路）に配置されている。第２冷却水回路Ｃ２は、冷却水が第２ポンプ１２→ヒータコア１６→冷却水加熱器１５→第２ポンプ１２の順に循環するように構成されている。

第２冷却水回路Ｃ２には、バイパス流路４０が接続されている。バイパス流路４０は、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水を、ヒータコア１６をバイパスして流すバイパス手段である。

第２冷却水回路Ｃ２に対するバイパス流路４０の接続部には三方弁４１が配置されている。三方弁４１は、ヒータコア１６を流れる冷却水の流量とバイパス流路４０を流れる冷却水の流量との割合を調整する冷却水流量割合調整手段（熱媒体流量割合調整手段）であり、例えば電磁弁で構成されている。

第１冷却水回路Ｃ１および第２冷却水回路Ｃ２には、第１連通流路４２および第２連通流路４３が接続されている。第１連通流路４２および第２連通流路４３は、第１冷却水回路Ｃ１の冷却水流路と第２冷却水回路Ｃ２の冷却水流路とを連通させる連通手段である。

第１連通流路４２の一端は、第１冷却水回路Ｃ１のうちラジエータ１３の冷却水出口側かつ第１ポンプ１１の冷却水吸入側の部位に接続されている。第１連通流路４２の他端は、第２冷却水回路Ｃ２のうち冷却水加熱器１５の冷却水出口側かつ第２ポンプ１２の冷却水吸入側の部位に接続されている。

第２連通流路４３の一端は、第１冷却水回路Ｃ１のうち冷却水冷却器１４の冷却水出口側かつラジエータ１３の冷却水入口側の部位に接続されている。第２連通流路４３の他端は、第２冷却水回路Ｃ２のうちヒータコア１６の冷却水出口側かつ冷却水加熱器１５の冷却水入口側の部位に接続されている。

第１連通流路４２には第３ポンプ４４が配置されている。第３ポンプ４４は、第１連通流路４２の冷却水（熱媒体）を吸入して吐出する冷却水ポンプであり、電動ポンプで構成されている。

第１連通流路４２には第１開閉弁４５が配置されている。第２連通流路４３には第２開閉弁４６が配置されている。

第１開閉弁４５は、第１連通流路４２を開閉する開閉手段であり、例えば電磁弁で構成されている。第２開閉弁４６は、第２連通流路４３を開閉する開閉手段であり、例えば電磁弁で構成されている。第１開閉弁４５および第２開閉弁４６は、図１に示す非連通モードと、図２に示す連通モードとを切り替える切替手段を構成している。

非連通モードでは、第１開閉弁４５および第２開閉弁４６は、第１連通流路４２および第２連通流路４３を閉じる。これにより、第１冷却水回路Ｃ１の冷却水流路と第２冷却水回路Ｃ２の冷却水流路とが連通されない。

連通モードでは、第１開閉弁４５および第２開閉弁４６は、第１連通流路４２および第２連通流路４３を開ける。これにより、第１冷却水回路Ｃ１の冷却水流路と第２冷却水回路Ｃ２の冷却水流路とが連通される。さらに、連通モードでは第３ポンプ４４を作動させる。

これにより、冷却水は、第３ポンプ４４→冷却水加熱器１５およびヒータコア１６（並列流れ）→ラジエータ１３および冷却水冷却器１４（並列流れ）→第３ポンプ４４の順に循環する。なお、連通モードでは、第１ポンプ１１および第２ポンプ１２を停止させてもよい。

連通モードでは、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水加熱器１５で加熱された冷却水が第１冷却水回路Ｃ１のラジエータ１３に導入される。したがって、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水を利用して、ラジエータ１３に付着した霜を融かす（除霜する）ことができる。

第１冷却水回路Ｃ１には電気ヒータ４７が配置されている。電気ヒータ４７は、冷却水に熱を供給する熱供給機器であり、電力を供給されることによって発熱する発熱手段である。電気ヒータ４７の発熱量（換言すれば、電気ヒータ４７に供給される電力量）は制御装置５０によって制御される。

非連通モードでは、電気ヒータ４７が発生した熱量によって加熱された冷却水がヒータコア１６に導入されて暖房に利用される。連通モードでは、電気ヒータ４７が発生した熱量によって加熱された冷却水が第１冷却水回路Ｃ１のラジエータ１３に導入されて除霜に利用される。

図３に示す制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、室外送風機１７、室内送風機１８、圧縮機２１、エアミックスドア３２、三方弁４１、第３ポンプ４４、第１開閉弁４５、第２開閉弁４６、電気ヒータ４７等の作動を制御する制御手段である。

制御装置５０は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。

制御装置５０のうち第１ポンプ１１の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、第１冷却水流量制御手段５０ａ（第１熱媒体流量制御手段）を構成している。

制御装置５０のうち第２ポンプ１２の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、第２冷却水流量制御手段５０ｂ（第２熱媒体流量制御手段）を構成している。

制御装置５０のうち室外送風機１７の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、室外送風機制御手段５０ｃを構成している。

制御装置５０のうち室内送風機１８の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、室内送風機制御手段５０ｄを構成している。

制御装置５０のうち圧縮機２１の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、冷媒流量制御手段５０ｅを構成している。

制御装置５０のうちエアミックスドア３２の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、エアミックスドア制御手段５０ｆ（空気流量割合制御手段）を構成している。

制御装置５０のうち三方弁４１の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、バイパス切替制御手段５０ｇを構成している。

制御装置５０のうち第３ポンプ４４の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、第３冷却水流量制御手段５０ｈ（第３熱媒体流量制御手段）を構成している。

制御装置５０のうち第１開閉弁４５および第２開閉弁４６の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、開閉弁制御手段５０ｉを構成している。開閉弁制御手段５０ｉは、非連通モードと連通モードとを切り替える切替制御手段を構成している。

制御装置５０のうち電気ヒータ４７の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）は、電気ヒータ制御手段５０ｊを構成している。開電気ヒータ制御手段５０ｊは、電気ヒータ４７が発生する熱量を増加させる熱量増加手段を構成している。

第１冷却水流量制御手段５０ａ、第２冷却水流量制御手段５０ｂ、室外送風機制御手段５０ｃ、室内送風機制御手段５０ｄ、冷媒流量制御手段５０ｅ、エアミックスドア制御手段５０ｆ、バイパス切替制御手段５０ｇ、第３冷却水流量制御手段５０ｈ、開閉弁制御手段５０ｉおよび電気ヒータ制御手段５０ｊは、制御装置５０に対して別体で構成されていてもよい。

制御装置５０の入力側には、内気センサ５１、外気センサ５２、日射センサ５３、第１水温センサ５４、第２水温センサ５５、冷媒温度センサ５６、冷媒圧力センサ５７等のセンサ群の検出信号が入力される。

内気センサ５１は、内気温（車室内温度）を検出する検出手段（内気温度検出手段）である。外気センサ５２は、外気温（車室外温度）を検出する検出手段（外気温度検出手段）である。日射センサ５３は、車室内の日射量を検出する検出手段（日射量検出手段）である。

第１水温センサ５４は、第１冷却水回路Ｃ１を流れる冷却水の温度（例えば冷却水冷却器１４から流出した冷却水の温度）を検出する検出手段（第１熱媒体温度検出手段）である。

第２水温センサ５５は、第２冷却水回路Ｃ２を流れる冷却水の温度（例えば冷却水加熱器１５から流出した冷却水の温度）を検出する検出手段（第２熱媒体温度検出手段）である。

冷媒温度センサ５６は、冷媒回路２０の冷媒温度を検出する検出手段（冷媒温度検出手段）である。冷媒温度センサ５６が検出する冷媒回路２０の冷媒温度は、例えば圧縮機２１から吐出される高圧側冷媒の温度、圧縮機２１に吸入される低圧側冷媒の温度、膨張弁２２で減圧膨張された低圧側冷媒の温度、冷却水冷却器１４で熱交換された低圧側冷媒の温度等である。

冷媒圧力センサ５７は、冷媒回路２０の冷媒圧力（例えば圧縮機２１から吐出される高圧側冷媒の圧力や圧縮機２１に吸入される低圧側冷媒の圧力）を検出する検出手段（冷媒圧力検出手段）である。

内気温、外気温、冷却水温度、冷媒温度および冷媒圧力を、種々の物理量の検出値に基づいて推定するようにしてもよい。

例えば、第１冷却水回路Ｃ１の冷却水の温度を、冷却水冷却器１４の出口冷媒圧力、圧縮機２１の吸入冷媒圧力、冷媒回路２０の低圧側冷媒の圧力、冷媒回路２０の低圧側冷媒の温度、暖房運転稼動時間等のうち少なくとも１つに基づいて算出してもよい。

例えば、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度を、冷却水加熱器１５の出口冷媒圧力、圧縮機２１の吐出冷媒圧力、冷媒回路２０の高圧側冷媒の圧力、冷媒回路２０の高圧側冷媒の温度等のうち少なくとも１つに基づいて算出してもよい。

制御装置５０の入力側には、操作パネル５８からの操作信号が入力される。操作パネル５８は車室内の計器盤付近に配置されており、操作パネル５８には各種操作スイッチが設けられている。操作パネル５８に設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ等が設けられている。

次に、上記構成における作動を説明する。冷凍サイクル装置１０を起動すると、制御装置５０は、図１に示す非連通モードになるように第１開閉弁４５および第２開閉弁４６の作動を制御するとともに、第１ポンプ１１、第２ポンプ１２および圧縮機２１を作動させる。これにより、冷媒回路２０に冷媒が循環し、第１冷却水回路Ｃ１および第２冷却水回路Ｃ２に互いに独立して冷却水が循環する。

冷却水冷却器１４では、冷媒回路２０の冷媒が第１冷却水回路Ｃ１の冷却水から吸熱するので、第１冷却水回路Ｃ１の冷却水が冷却される。冷却水冷却器１４で冷却水から吸熱した冷媒回路２０の冷媒は、冷却水加熱器１５で第２冷却水回路Ｃ２の冷却水へ放熱する。これにより、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水が加熱される。

冷却水加熱器１５で加熱された第２冷却水回路Ｃ２の冷却水は、ヒータコア１６において、室内送風機１８によって送風された送風空気に放熱する。したがって、車室内への送風空気が加熱される。

冷却水冷却器１４で冷却された第１冷却水回路Ｃ１の冷却水は、ラジエータ１３において、室外送風機１７によって送風された外気から吸熱する。したがって、外気の熱を汲み上げるヒートポンプ運転を実現できる。

このように非連通モードに切り替えられている状態において、制御装置５０は図４のフローチャートに示す制御処理を実施する。

ステップＳ１００では、ラジエータ１３に霜が付着しているか否かを判定する。ラジエータ１３に霜が付着しているか否かの判定（以下、着霜判定と言う。）は、車両の走行速度、第１冷却水回路Ｃ１の冷却水の温度、冷媒回路２０の低圧側冷媒の圧力、車室内送風空気の目標吹出温度ＴＡＯと車室内送風空気の実際の吹出温度ＴＡＶとの乖離時間、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度、車両のイグニッションスイッチのオン・オフ状態等のうち少なくとも１つに基づいて行われる。

車室内送風空気の目標吹出温度ＴＡＯは、例えば以下の数式を用いて算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ａｓ＋Ｃ
なお、Ｔｓｅｔは車室内温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Ｔｒは内気センサによって検出された車室内温度（内気温）、Ｔａｍは外気センサによって検出された外気温、Ａｓは日射センサによって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

車室内送風空気の実際の吹出温度ＴＡＶは、例えば、ヒータコア１６から流出した空気の温度や、エアミックスドア３２の開度等から算出される。車室内送風空気の実際の吹出温度ＴＡＶを検出する温度センサが設けられていてもよい。

ステップＳ１００においてラジエータ１３に霜が付着していないと判定した場合、ステップＳ１００へ戻り、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、ステップＳ１１０へ進み、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度（温水温度）が必要冷却水温度（必要温水温度）よりも低いか否かを判定する。必要冷却水温度は、ラジエータ１３の霜の除去（除霜）に必要な冷却水の温度（必要熱媒体温度）である。

必要冷却水温度は、第１冷却水回路Ｃ１の冷却水の温度、冷却水冷却器１４の出口冷媒圧力、圧縮機２１の吸入冷媒圧力、冷媒回路２０の低圧側冷媒の温度、暖房運転時間等のうち少なくとも１つに基づいて算出される。

ステップＳ１１０において第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度が必要冷却水温度よりも低いと判定した場合、ステップＳ１２０へ進み、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度（高温温度）を上昇させる。具体的には、圧縮機２１の冷媒吐出能力Ｎｃ（回転数）を上昇させることによって、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度を上昇させる。

ヒータコア１６を通過する送風空気の流量を低減させることによって、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度を上昇させてもよい。例えば、室内送風機１８の送風能力（ファン回転数）を低下させることによって、ヒータコア１６を通過する送風空気の流量を低減させるようにすればよい。

エアミックスドア３２の開度を調整することによって、ヒータコア１６を通過する送風空気の流量を低減させるようにしてもよい。この場合、ヒータコア１６をバイパスして流れる空気の流量が増加して、車室内吹出空気の全体の流量を維持できるので、空調感を極力維持できるとともに窓ガラスの曇りを極力防止できる。

ヒータコア１６を流れる冷却水の流量を低減させることによって、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度を上昇させてもよい。この場合、バイパス流路４０を流れる冷却水割合が増加するように三方弁４１を作動させれば、冷却水加熱器１５を流れる冷却水の流量を低減させることなくヒータコア１６を流れる冷却水の流量を低減させることができる。

ステップＳ１２０において、必要冷却水温度から第１冷却水回路Ｃ１の冷却水の温度を減じた温度差が大きいほど、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度を高くするのが好ましい。ステップＳ１２０において、第１冷却水回路Ｃ１の冷却水の温度が低いほど、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度を高くするようにしてもよい。

ステップＳ１３０では、除霜を開始するか否かの判定（以下、除霜開始判定と言う。）を行う。例えば、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度が必要冷却水温度よりも高くなった場合、除霜開始を判定し、第２冷却水回路Ｃ２の冷却水の温度が必要冷却水温度よりも高くなっっていない場合、除霜開始を判定しない。

除霜開始の判定がなされなかった場合、ステップＳ１００へ戻り、除霜開始の判定がなされた場合、ステップＳ１４０へ進み、除霜を開始する。すなわち、非連通モードから連通モードに切り替える。

これにより、冷却水加熱器１５で必要冷却水温度以上に加熱された第２冷却水回路Ｃ２の冷却水が第１冷却水回路Ｃ１に導入されてラジエータ１３を流れるので、ラジエータ１３の霜が融かされる。

ステップＳ１００にてラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、判定前と比較して電気ヒータ４７の発熱量を増加させるようにしてもよい。

本実施形態では、第１連通流路４２および第２連通流路４３は、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水（第１熱媒体）の熱量をラジエータ１３に導入させる導入手段を構成しており、制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着しているか否かを判定し、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、判定前と比較して、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を上昇させる冷却水温度調整手段（熱媒体温度調整手段）を構成している。

これによると、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の熱量をラジエータ１３に確実に導入させることができる。そのため、ラジエータ１３に付着した霜を融かすためにラジエータ１３に導入させる熱量を確実に確保できる。

本実施形態では、制御装置５０は、ヒータコア１６を通過する空気の流量が減少するように室内送風機１８およびエアミックスドア３２のうち少なくとも一方を制御することによって、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を上昇させる。

これによると、ヒータコア１６における冷却水から空気への放熱量を調整できるので、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を調整できる。

特に、ヒータコア１６を通過する空気の流量をエアミックスドア３２で調整する場合、車室内吹出空気の全体の流量を維持しつつヒータコア１６を通過する空気の流量を調整できるので、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を調整しても、空調感を極力維持できるとともに窓ガラスの曇りを極力防止できる。

本実施形態では、制御装置５０は、ヒータコア１６を流れる冷却水の流量の割合が減少し、ヒータコア１６をバイパスして流れる冷却水の流量の割合が増加するように三方弁４１を制御することによって、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を上昇させる。

これによると、冷却水加熱器１５を流れる冷却水の流量を維持しつつ、ヒータコア１６を流れる冷却水の流量を低減させて冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を上昇させることができる。

本実施形態では、制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、冷却水冷却器１４で冷却された冷却水（第２熱媒体）の温度が低いほど、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を高くする。

これにより、ラジエータ１３に霜が付着しやすくなるにつれて、ラジエータ１３に導入させる熱量を増加させることができるので、ラジエータ１３に付着した霜を確実に融かすことができる。

本実施形態では、制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着しているか否かを、第１水温センサ５４が検出した冷却水の温度に基づいて判定する。これにより、ラジエータ１３に霜が付着しているか否かを適切に判定できる。

本実施形態では、制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、ラジエータ１３に付着した霜を融かすのに必要な冷却水の温度である必要冷却水温度を、第１水温センサ５４が検出した冷却水の温度に基づいて算出し、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を必要冷却水温度に近づける。これにより、ラジエータ１３に付着した霜を確実に融かすことができる。

本実施形態では、制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着しているか否かを、冷媒圧力センサ５７が検出した冷媒の圧力に基づいて判定するようにしてもよい。

制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、必要冷却水温度を、冷媒圧力センサ５７が検出した冷媒の圧力に基づいて算出し、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を必要冷却水温度に近づけるようにしてもよい。

本実施形態では、制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着しているか否かを、冷媒温度センサ５６が検出した低圧側冷媒の温度に基づいて判定するようにしてもよい。

制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、必要冷却水温度を、冷媒温度センサ５６が検出した低圧側冷媒の温度に基づいて算出し、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水の温度を必要冷却水温度に近づけるようにしてもよい。

本実施形態では、制御装置５０は、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した場合、ラジエータ１３に霜が付着していると判定した時点よりも前と比較して、電気ヒータ４７が冷却水に供給する熱量を増加させるようにしてもよい。

これにより、ラジエータ１３に付着した霜を融かすためにラジエータ１３に導入させる熱量を一層確実に確保できる。

（第２実施形態）
本実施形態では、図５に示すように、ラジエータ１３の外気流れ下流側に室外凝縮器５０が配置されている。室外凝縮器５０は、冷媒回路２０の高圧側冷媒と外気とを熱交換させることによって高圧側冷媒を冷却して凝縮させる高圧側熱交換器（冷媒冷却器）である。これによると、外気流れ上流側のラジエータ１３に熱量を導入して除霜できる。

図６に示すように、室外凝縮器５０とラジエータ１３とが一体化されて１つの熱交換器を構成していてもよい。室外凝縮器５０とラジエータ１３とが熱的に結合されていれば、室外凝縮器５０を流れる高圧側冷媒が持つ熱をラジエータ１３に伝えて霜を融かすことができる。

例えば、室外凝縮器５０とラジエータ１３とがチューブとフィンとの積層構造になっている場合、フィンにて室外凝縮器５０とラジエータ１３とを熱的に結合させることができる。フィンは、チューブの外面側に接合されて空気側伝熱面積を拡大する部材である。フィン以外の部材を用いて、室外凝縮器５０とラジエータ１３とを熱的に結合させてもよい。

（他の実施形態）
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態において、第１冷却水回路Ｃ１および第２冷却水回路Ｃ２に、冷却水によって温度調整（冷却・加熱）される種々の温度調整対象機器（冷却対象機器・加熱対象機器）が配置されていてもよい。

さらに、第１冷却水回路Ｃ１および第２冷却水回路Ｃ２が切替弁を介して接続され、切替弁が、第１冷却水回路Ｃ１および第２冷却水回路Ｃ２に配置された複数個の熱媒体流通機器のそれぞれに対して、第１ポンプ１１によって吸入・吐出される冷却水が循環する場合と、第２ポンプ１２によって吸入・吐出される冷却水が循環する場合とを切り替えるようにしてもよい。

（２）上記第１実施形態において、第１開閉弁４５および第２開閉弁４６の代わりに、４つの三方弁が配置されていてもよい。具体的には、第１連通流路４２の両端部および第２連通流路４３の両端部のそれぞれに三方弁が配置されていてもよい。各三方弁は、３つのポート（冷却水の出入口）を有しており、３つのポートのうち２つのポートを連通させ、残余の１つのポートを閉じる。

４つの三方弁が配置されている場合、連通モードでは、冷却水は、第３ポンプ４４→冷却水加熱器１５またはヒータコア１６→ラジエータ１３または冷却水冷却器１４→第３ポンプ４４の順に循環する。

すなわち、４つの三方弁を配置すれば、連通モードにおいて、冷却水加熱器１５およびヒータコア１６のうちいずれか一方と、ラジエータ１３および冷却水冷却器１４のうちいずれか一方とに冷却水が循環しないようにすることができる。

連通モードにおいて、冷却水加熱器１５で加熱された冷却水が第１冷却水回路Ｃ１を流れないようにすれば、冷却水加熱器１５に冷却水の熱量を残すことができるので、その後、非連通モードに切り替えたときに冷媒回路２０が性能を速やかに発揮できる。

（３）上記実施形態において、第２冷却水回路Ｃ２に蓄熱器が設けられていてもよい。蓄熱器は、第２冷却水回路Ｃ２を流れる冷却水の熱を蓄える蓄熱手段である。蓄熱器としては、例えば高温冷却水を貯める断熱容器や、熱容量の大きい部材等を用いることができる。

蓄熱器は、第２冷却水回路Ｃ２とは別個の冷却水回路（以下、蓄熱回路と言う。）に設けられていて、蓄熱回路と第２冷却水回路Ｃ２とが連結する連結状態に切り替える連結弁が設けられていてもよい。この構成において、例えば、連結状態において第２冷却水回路Ｃ２から蓄熱回路に流入する冷却水の流量を徐々に増加させて蓄熱回路に熱を徐々に蓄え、蓄熱回路に十分に熱が蓄えられたと判断された場合、蓄熱回路と第２冷却水回路Ｃ２とが連結しない非連結状態に切り替えてポンプ出力を抑えるようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、ヒータコア１６を流れる熱媒体として冷却水を用いているが、油などの各種媒体を熱媒体として用いてもよい。

熱媒体として、ナノ流体を用いてもよい。ナノ流体とは、粒子径がナノメートルオーダーのナノ粒子が混入された流体のことである。ナノ粒子を熱媒体に混入させることで、エチレングリコールを用いた冷却水（いわゆる不凍液）のように凝固点を低下させる作用効果に加えて、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、特定の温度帯での熱伝導率を向上させる作用効果、熱媒体の熱容量を増加させる作用効果、金属配管の防食効果やゴム配管の劣化を防止する作用効果、および極低温での熱媒体の流動性を高める作用効果を得ることができる。

このような作用効果は、ナノ粒子の粒子構成、粒子形状、配合比率、付加物質によって様々に変化する。

これによると、熱伝導率を向上させることができるので、エチレングリコールを用いた冷却水と比較して少ない量の熱媒体であっても同等の冷却効率を得ることが可能になる。

また、熱媒体の熱容量を増加させることができるので、熱媒体自体の蓄冷熱量（顕熱による蓄冷熱）を増加させることができる。

蓄冷熱量を増加させることにより、圧縮機２１を作動させない状態であっても、ある程度の時間は蓄冷熱を利用した機器の冷却、加熱の温調が実施できるため、冷凍サイクル装置１０の省動力化が可能になる。

ナノ粒子のアスペクト比は５０以上であるのが好ましい。十分な熱伝導率を得ることができるからである。なお、アスペクト比は、ナノ粒子の縦×横の比率を表す形状指標である。

ナノ粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕおよびＣのいずれかを含むものを用いることができる。具体的には、ナノ粒子の構成原子として、Ａｕナノ粒子、Ａｇナノワイヤー、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）、グラフェン、グラファイトコアシェル型ナノ粒子（上記原子を囲むようにカーボンナノチューブ等の構造体があるような粒子体）、およびＡｕナノ粒子含有ＣＮＴなどを用いることができる。

（５）上記実施形態の冷媒回路２０では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を用いてもよい。

また、上記実施形態の冷媒回路２０は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているが、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

（６）上記実施形態では、冷凍サイクル装置１０をハイブリッド自動車に適用した例を示したが、エンジンを備えず走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車等に冷凍サイクル装置１０を適用してもよい。

１３ ラジエータ（吸熱用熱交換器）
１４ 冷却水冷却器（低圧側熱交換器）
１５ 冷却水加熱器（高圧側熱交換器）
１６ ヒータコア（空気加熱用熱交換器）
１８ 室内送風機（空気流量調整手段）
２１ 圧縮機
２２ 膨張弁（減圧手段）
３２ エアミックスドア（空気流量割合調整手段、空気流量調整手段）
４１ 三方弁（熱媒体流量割合調整手段）
４２ 第１連通流路（導入手段）
４３ 第２連通流路（導入手段）
４７ 電気ヒータ（熱供給手段）
５０ 制御装置（熱媒体温度調整手段）

Claims (16)

1. 冷媒を吸入して吐出する圧縮機（２１）と、
   前記圧縮機（２１）から吐出された前記冷媒と第１熱媒体とを熱交換させて前記第１熱媒体を加熱する高圧側熱交換器（１５）と、
   前記高圧側熱交換器（１５）で熱交換された前記冷媒を減圧させる減圧手段（２２）と、
   前記減圧手段（２２）で減圧された前記冷媒と第２熱媒体とを熱交換させて前記第２熱媒体を冷却する低圧側熱交換器（１４）と、
   前記低圧側熱交換器（１４）で冷却された前記第２熱媒体と空気とを熱交換させて前記第２熱媒体に吸熱させる吸熱用熱交換器（１３）と、
   前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の熱量を前記吸熱用熱交換器（１３）に導入させる導入手段（４２、４３）と、
   前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着しているか否かを判定し、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した場合、前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の温度を上昇させる熱媒体温度調整手段（５０）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記圧縮機（２１）から吐出された前記冷媒の熱量の少なくとも一部を用いて空気を加熱する空気加熱用熱交換器（１６）を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記空気加熱用熱交換器（１６）を通過する空気の流量を調整する空気流量調整手段（１８、３２）を備え、
   前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記空気加熱用熱交換器（１６）を通過する空気の流量が減少するように前記空気流量調整手段（１８、３２）を制御することによって、前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の温度を上昇させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記空気流量調整手段は、前記空気加熱用熱交換器（１６）を流れる空気の流量と、前記空気加熱用熱交換器（１６）をバイパスして流れる空気の流量との割合を調整する空気流量割合調整手段（３２）であることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記空気加熱用熱交換器（１６）を流れる前記第１熱媒体の流量と、前記空気加熱用熱交換器（１６）をバイパスして流れる前記第１熱媒体の流量との割合を調整する熱媒体流量割合調整手段（４１）を備え、
   前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記空気加熱用熱交換器（１６）を流れる前記第１熱媒体の流量の割合が減少し、前記空気加熱用熱交換器（１６）をバイパスして流れる前記第１熱媒体の流量の割合が増加するように前記熱媒体流量割合調整手段（４１）を制御することによって、前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の温度を上昇させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した場合、前記低圧側熱交換器（１４）で冷却された前記第２熱媒体の温度が低いほど、前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の温度を高くすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記第２熱媒体の温度を検出する熱媒体温度検出手段（５４）を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着しているか否かを、前記熱媒体温度検出手段（５４）が検出した前記第２熱媒体の温度に基づいて判定することを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した場合、前記吸熱用熱交換器（１３）に付着した霜を融かすのに必要な前記第１熱媒体の温度である必要熱媒体温度を、前記熱媒体温度検出手段（５４）が検出した前記第２熱媒体の温度に基づいて算出し、前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の温度を前記必要熱媒体温度に近づけることを特徴とする請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記低圧側熱交換器（１４）で熱交換された前記冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段（５７）を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着しているか否かを、前記冷媒圧力検出手段（５７）が検出した前記冷媒の圧力に基づいて判定することを特徴とする請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した場合、前記吸熱用熱交換器（１３）に付着した霜を融かすのに必要な前記第１熱媒体の温度である必要熱媒体温度を、前記冷媒圧力検出手段（５７）が検出した前記冷媒の圧力に基づいて算出し、前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の温度を前記必要熱媒体温度に近づけることを特徴とする請求項１０または１１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記減圧手段（２２）で減圧された前記冷媒の温度、前記低圧側熱交換器（１４）で熱交換された前記冷媒の温度、または前記圧縮機（２１）に吸入される前記冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段（５６）を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着しているか否かを、前記冷媒温度検出手段（５６）が検出した前記冷媒の温度に基づいて判定することを特徴とする請求項１３に記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した場合、前記吸熱用熱交換器（１３）に付着した霜を融かすのに必要な前記第１熱媒体の温度である必要熱媒体温度を、前記冷媒温度検出手段（５６）が検出した前記冷媒の温度に基づいて算出し、前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の温度を前記必要熱媒体温度に近づけることを特徴とする請求項１３または１４に記載の冷凍サイクル装置。
16. 前記第１熱媒体に熱を供給する熱供給機器（４７）を備え、
    前記熱媒体温度調整手段（５０）は、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した場合、前記吸熱用熱交換器（１３）に霜が付着していると判定した時点よりも前と比較して、前記第１熱媒体に供給される熱量が増加するように前記熱供給機器（４７）を制御することによって、前記高圧側熱交換器（１５）で加熱された前記第１熱媒体の温度を上昇させることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

Images