JP2000283611A

JP2000283611A - ヒートポンプ式空調装置

Info

Publication number: JP2000283611A
Application number: JP11089784A
Authority: JP
Inventors: Keita Honda; 桂太本多
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP4134433B2

Abstract

(57)【要約】【課題】室外熱交換器１８への着霜を未然に防止す
る。【解決手段】圧縮機１３から吐出された冷媒と空調空
気とを凝縮器９で熱交換し、この凝縮器９で凝縮された
冷媒を減圧器１９で減圧し、この減圧された冷媒と室外
空気とを室外熱交換器１８で熱交換する空調装置におい
て、外気温度と室外熱交換器１８の温度との温度差が所
定範囲内となるように、室外熱交換器１８の温度を制御
する。これにより、室外熱交換器１８の必要以上の温度
低下を防止できるため、室外熱交換器１８の温度が着霜
温度域まで低下する可能性が小さくなり、従って着霜を
未然に防止することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ式空
調装置に関し、特に、室外熱交換器の着霜防止に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のヒートポンプ式空調装置は、圧縮
機吐出ガス冷媒（ホットガス）を室内熱交換器に直接導
入し、この室内熱交換器でガス冷媒から空調空気に放熱
することにより暖房機能を発揮できるようにしている。
また、室内熱交換器で凝縮された冷媒を減圧した後室外
熱交換器に導入し、この室外熱交換器で空調空気から冷
媒に吸熱した後、この冷媒を圧縮機に戻すようにしてい
る。

【０００３】そして、この種のヒートポンプ式空調装置
においては室外熱交換器の着霜が問題となり、その対策
として例えば特開平１０−７１８５０号公報に記載され
たものがある。この従来装置では、圧縮機吐出側から凝
縮器をバイパスして室外熱交換器入口側に直接連通する
ホットガスのバイパス回路を設けるとともに、このバイ
パス回路に電磁弁を設け、さらに室外熱交換器の温度を
検出する温度センサを設けている。

【０００４】そして、室外熱交換器の温度が所定温度よ
り低くなると着霜状態と判定し、電磁弁を所定のデュー
ティ比でオン・オフ制御して、圧縮機から吐出されたホ
ットガスを室外熱交換器に導入することにより、室外熱
交換器の表面に付着した霜を溶解させるようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置では、着霜後に初めてホットガスを室外熱交換器
に導入して除霜を行うのみであり、着霜を未然に防止す
ることができないという問題がある。また、電磁弁をオ
ン・オフ制御しているため室外熱交換器にホットガスが
断続的に流入し、その影響で除霜中に室内熱交換器に流
れる冷媒の流量が大きく変動し、従って室内空気吹出温
度がハンチングするという問題も生じている。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、室外熱交換器への着霜を未然に防止することを目的
とする。また、着霜防止中の室内空気吹出温度の安定化
を図ることを他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１〜４記載の発明では、暖房時には減圧され
た冷媒と室外空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる室
外熱交換器（１８）を備え、外気温度と室外熱交換器
（１８）の温度との温度差が所定範囲内となるように、
室外熱交換器（１８）の温度を制御することを特徴とし
ている。

【０００８】これによれば、室外熱交換器（１８）の必
要以上の温度低下を防止できるため、室外熱交換器（１
８）の温度が着霜温度域まで低下する可能性が小さくな
り、従って着霜を未然に防止することが可能になる。請
求項２記載の発明のように、圧縮機（１３）から吐出さ
れた冷媒を室外熱交換器（１８）に導くバイパス回路
（３０）と、このバイパス回路（３０）を流れる冷媒の
量を調整するバイパス制御弁（３１）と、温度差を所定
範囲内に制御するようにバイパス制御弁（３１）の作動
を制御する制御手段（２４）とを設けて実施することが
できる。

【０００９】請求項３記載の発明では、制御手段（２
４）は、室外熱交換器（１８）の温度が外気温度よりも
所定値以上低下した状態が所定時間継続すると着霜状態
と判定し、バイパス制御弁（３１）の開弁状態を、除霜
完了状態と判定するまで継続することを特徴としてい
る。これによれば、着霜状態に至った場合でも確実に除
霜を行うことができる。

【００１０】請求項４記載の発明では、バイパス制御弁
（３１）が、バイパス回路（３０）を流れる冷媒の量を
連続的に調整可能であることを特徴としている。これに
よれば、バイパス回路（３０）側の冷媒流量の変化を緩
やかにできるため、室内熱交換器（９）側の冷媒流量の
急激な変動が防止され、室内空気吹出温度を安定させる
ことができる。

【００１１】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本発明を電気自動車用空調装
置に適用した一実施形態を示すもので、空調ユニット１
は電気自動車の車室内に設置され，その空調ダクト２
は、車室内に空調空気を導く空調空気通路を構成するも
のである。この空調ダクト２の一端側に内気を吸入する
内気吸入口３と外気を吸入する外気吸入口４が設けられ
ており、この両吸入口３、４は、内外気切替ドア５によ
り切替開閉される。

【００１３】上記吸入口３、４に隣接して、空調ダクト
２内に空気を送風する送風機６が設置されており、この
送風機６はモータ７により駆動される遠心ファンから構
成されている。そして、空調ダクト２内において、送風
機６の空気吹出側には暖房用凝縮器９が設けられてい
る。この暖房用凝縮器９は、冷凍サイクルの一部を構成
する室内熱交換器であり、後述する暖房サイクル時に、
内部を流れる冷媒の放熱作用によって、空調ダクト２内
の空気を加熱する加熱器として機能する。

【００１４】空調ダクト２内において、暖房用凝縮器９
の側方には暖房用凝縮器９をバイパスして空気を流すバ
イパス通路１０が設けられており、暖房用凝縮器９の通
風路とバイパス通路１０とを切り替える板状の切替ドア
１１が回動可能に設けられている。この切替ドア１１は
暖房時には暖房用凝縮器９の通風路を全開してバイパス
通路１０を全閉する実線位置に操作され、冷房時には、
暖房用凝縮器９の通風路を全閉してバイパス通路１０を
全開する破線位置に操作される。

【００１５】暖房用凝縮器９の空気下流側には冷房用蒸
発器８が設けられ、この冷房用蒸発器８は、冷凍サイク
ルの一部を構成する室内熱交換器であり、後述する冷房
サイクル時に、内部を流れる冷媒の吸熱作用によって、
空調ダクト２内の空気を冷却除湿する冷却器として機能
する。空調ダクト２内において、冷房用蒸発器８の空気
下流側には、車室内乗員の足元部に向かって空調空気を
吹き出すフット吹出口９４、車室内乗員の上半身に向か
って空調空気を吹き出すフェイス吹出口９５および車両
窓ガラスの内面に空調空気を吹き出すデフロスタ吹出口
９６が設けられる。この複数の吹出口９４〜９６は吹出
モードドア９７、９８、９９により切替開閉される。

【００１６】次に、上記冷房用の蒸発器８と暖房用の凝
縮器９を含む冷凍サイクル１２について説明すると、冷
凍サイクル１２は車室内の冷房および暖房を行うヒート
ポンプ式冷凍サイクルとして構成されており、電動式の
冷媒圧縮機１３を備えている。圧縮機１３の吐出側と凝
縮器９との間の流路には吐出圧（サイクル高圧圧力）を
検出する圧力センサ１４が配置されている。

【００１７】また、冷凍サイクル１２には、冷房用電磁
弁１５、暖房用電磁弁１６、除湿用電磁弁１７、室外熱
交換器１８、第１減圧器１９、第２減圧器２０、冷媒の
気液を分離するとともに液冷媒を溜めて、ガス冷媒を導
出するアキュームレータ２１が備えられている。さら
に、圧縮機１３の吐出側と凝縮器９との間から分岐した
バイパス回路３０は、室外熱交換器１８の入口側に接続
されており、このバイパス回路３０の途中には、バイパ
ス回路３０の開度を連続的に調整可能なバイパス制御弁
３１が設置されている。

【００１８】このバイパス制御弁３１は、例えば、冷媒
通路となる円形の開口部に円錐状の弁体を出入りさせて
開度を調整する形式の弁を使用し、円錐状の弁体をステ
ップモータにて駆動する。上記の室外熱交換器１８は電
気自動車の車室外に設置され、電動室外ファン１８ａに
より送風される外気と熱交換するようになっている。室
外熱交換器１８には室外器温度センサ３２が配置され、
この室外器温度センサ３２は、暖房時の冷媒流れにおい
て室外熱交換器１８の出口側（暖房用電磁弁１６側）と
なる配管の温度を検出する。室外熱交換器１８の空気入
口側には、室外熱交換器１８に流入する空気（外気）の
温度を検出する外気温度センサ３３が配置されている。

【００１９】また、上記冷媒圧縮機１３は、電動式圧縮
機であって、図示しない電動モータ（交流モータ）を一
体に密封ケース内に内蔵し、このモータにより駆動され
て冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う。この冷媒圧縮機１３
の交流モータにはインバータ２２により交流電圧が印加
され、このインバータ２２により交流電圧の周波数を調
整することによってモータ回転速度を連続的に変化させ
るようになっている。従って、インバータ２２は圧縮機
１３の回転数調整手段をなすものであり、このインバー
タ２２には、車載バッテリ２３から直流電圧が印加され
る。

【００２０】そして、インバータ２２は空調用制御装置
（制御手段）２４によって通電制御される。この空調用
制御装置２４はマイクロコンピータとその周辺回路にて
構成される電子制御装置であって、インバータ２２の他
に電磁弁１５〜１７、さらにはバイパス制御弁３１の作
動を制御する。さらに、空調ユニット１の内外気切替ド
ア５、送風機の６モータ７、エアミックドア１１、およ
び室外ファン１８ａ等の機器も制御装置２４により作動
が制御される。

【００２１】上記制御装置２４には、前述の圧力センサ
１４、室外器温度センサ３２、外気温度センサ３３の他
に、車室内温度を検出する内気センサ、冷房用蒸発器８
の吹出直後の空気温度を検出する蒸発器温度センサ、車
室内への日射量を検出する日射センサ等を含む空調用セ
ンサ群２５からセンサ信号が入力されるようになってい
る。また、車室内運転席近傍に設けられた空調操作パネ
ル２６の各レバー、スイッチ群２７からの信号（温度設
定信号等）も制御装置２４に入力される。

【００２２】次に、上記構成においてこの実施形態の作
動を説明する。まず、暖房運転時には、制御装置２４の
出力により冷凍サイクル１２の冷房用電磁弁１５と除湿
用電磁弁１７が閉弁され、暖房用電磁弁１６が開弁され
る。これにより、圧縮機１３が作動すると、図１の太線
で示す経路、すなわち、圧縮機１３→凝縮器９→第１減
圧器１９→室外熱交換器１８→暖房用電磁弁１８→アキ
ュームレータ２１→圧縮機１３という経路にて冷媒が流
れる。

【００２３】従って、室外熱交換器１８＝蒸発器とな
り、室外熱交換器１８にて吸熱された熱量および圧縮仕
事による熱量を空調ユニット１内の室内凝縮器９にて凝
縮熱として放熱することができる。従って、切替ドア１
１を図１の実線位置のように開くことにより、送風機６
の送風空気が凝縮器９を通過して加熱され、温風とな
り、車室内を暖房できる。

【００２４】そして、目標吹出空気温度等に基づいてサ
イクル高圧圧力の目標圧を演算し、その目標圧となるよ
う圧縮機１３の回転数を制御することにより、吹出空気
温度を調整する。一方、冷房運転時には、制御装置２４
の出力により冷凍サイクル１２の冷房用電磁弁１５が開
弁され、暖房用電磁弁１６と除湿用電磁弁１７が閉弁さ
れる。従って、圧縮機１３が作動すると、圧縮機１３→
凝縮器９→冷房用電磁弁１５→室外熱交換器１８→第２
減圧器２０→蒸発器８→アキュームレータ２１→圧縮機
１３という経路にて冷媒が流れる。また、冷房時には、
切替ドア１１を図１の破線位置に操作して、凝縮器９の
通風路を全閉し、バイパス通路１０を全開する。そのた
め、送風機６の送風空気はすべてバイパス通路１０を通
過し、凝縮器９を通過しない。その結果、凝縮器９は単
なる冷媒通路となり、凝縮作用を行わない。

【００２５】そして、室外熱交換器１８が凝縮器とな
り、室外熱交換器１８にて放熱し凝縮した冷媒は第２減
圧器２０で減圧された後に蒸発器８に流入する。ここ
で、低圧冷媒が蒸発して送風空気を冷却する。この冷却
された冷風はバイパス通路１０を通過して車室内へ吹出
し、冷房を行う。次に、本実施形態の特徴である、暖房
運転時の室外熱交換器１８の着霜防止制御および除霜制
御について説明する。図２はそれらの制御を行うために
制御装置２４にて実行される制御ルーチンを示し、以下
図１、２に基づいて説明する。

【００２６】暖房運転時には、バイパス制御弁３１が全
閉位置に制御されている場合を除き、図１に破線で示す
ように圧縮機１３から吐出された高温・高圧のガス冷媒
の一部を、バイパス回路３０を介して室外熱交換器１８
に導入するようになっており、暖房運転中は図２の制御
ルーチンにしたがって、バイパス制御弁３１の開度を制
御する。

【００２７】暖房運転開始後１０分以内であれば（ステ
ップＳ１００がＹＥＳ）、バイパス制御弁３１を全閉位
置に制御し（ステップＳ１０１）、圧縮機１３の吐出冷
媒を全量凝縮器９に導入して暖房能力を最大に発揮させ
る。暖房運転開始後１０分が経過すると（ステップＳ１
００がＮＯ）、外気温度センサ３３で検出した外気温度
と、室外器温度センサ３２で検出した室外熱交換器１８
の温度との温度差ΔＴを判定する（ステップＳ１０
２）。ここで、ΔＴ＝外気温度−室外熱交換器温度、で
ある。

【００２８】そして、温度差ΔＴが目標温度範囲、すな
わち、０°Ｃ＜ΔＴ＜５°Ｃの場合は、バイパス制御弁
３１が全閉のまま暖房運転が継続される。一方、ΔＴ≧
５°ＣであればステップＳ１０３に進み、ΔＴ＜２０°
Ｃの場合、または、ΔＴ≧２０°Ｃの状態が１０分未満
の場合は、ステップＳ１０３がＮＯとなり、ステップＳ
１０４でバイパス制御弁３１を１％開く。

【００２９】これにより、圧縮機１３から吐出されたガ
ス冷媒の一部がバイパス回路３０を介して室外熱交換器
１８に導入され、そのガス冷媒により室外熱交換器１８
が暖められる。従って、室外熱交換器１８の温度が上昇
するか、もしくは室外熱交換器１８の温度低下が抑制さ
れる。ΔＴ≧５°Ｃで、ステップＳ１０３がＮＯの状態
が続いている間は、ステップＳ１０４でバイパス制御弁
３１の開度が１％ずつ増加され、室外熱交換器１８への
ガス冷媒導入量が増加され、室外熱交換器１８の温度が
上昇する。

【００３０】ステップＳ１０２〜１０４の制御によって
室外熱交換器１８の温度が上昇し、温度差ΔＴが目標温
度範囲（０°Ｃ＜ΔＴ＜５°Ｃ）に調整されると、その
時点でのバイパス制御弁３１の開度を維持したまま暖房
運転が継続される。また、室外熱交換器１８の温度が外
気温度を越えた場合（ΔＴ＜０°Ｃ）、ステップＳ１０
２からステップＳ１０５に進んでバイパス制御弁３１の
開度を１％減少させ、室外熱交換器１８へのガス冷媒導
入量を減少させる。

【００３１】そして、ΔＴ＜０°Ｃの状態が続いている
間は、ステップＳ１０５でバイパス制御弁３１の開度が
１％ずつ減少され、室外熱交換器１８へのガス冷媒導入
量が減少され、室外熱交換器１８の温度が低下する。次
に、除霜制御について説明する。ΔＴ≧２０°Ｃの状態
が１０分以上続くと着霜状態と判定し（ステップＳ１０
３がＹＥＳ）、ステップＳ１０６でバイパス制御弁３１
を１％開いて除霜制御を開始する。

【００３２】そして、室外熱交換器１８の温度Ｔｏｈが
０°Ｃより低い場合、または、Ｔｏｈ＞０°Ｃの状態が
５分未満の場合は、ステップＳ１０７がＮＯとなり、ス
テップＳ１０６でバイパス制御弁３１の開度が１％増加
され、室外熱交換器１８へのガス冷媒導入量が増加され
て除霜が行われる。これによって、Ｔｏｈ＞０°Ｃの状
態が５分以上継続すると除霜完了と判定し（ステップＳ
１０７がＹＥＳ）、除霜制御を終了する。

【００３３】なお、ステップＳ１０２〜１０４のサイク
ル、ステップＳ１０２、１０５のサイクル、およびステ
ップＳ１０６、１０７のサイクルを各々１秒に設定すれ
ば、バイパス制御弁３１の開度を１００秒で全閉から全
開まで変化させることができる。上記した本実施形態に
よれば、温度差ΔＴを目標温度範囲に調整することによ
り、室外熱交換器１８の必要以上の温度低下を防止で
き、従って室外熱交換器１８の温度が着霜温度域まで低
下する可能性が小さくなり、着霜を未然に防止すること
ができる。

【００３４】また、室外熱交換器１８へのガス冷媒導入
量を、オン・オフ的ではなく連続的に制御しているた
め、凝縮器９を流れる冷媒の流量の急激な変動が防止さ
れ、従って室内空気吹出温度を安定させることができ
る。さらに、着霜状態と判定した場合には、バイパス回
路３０を流れるガス冷媒の量を増加させて速やかにかつ
確実に除霜を行うことができる。（他の実施形態）なお、本発明は上記実施形態のような
車両用に限定されることなく、種々な用途の空調装置に
適用可能である。

【００３５】また、バイパス制御弁３１として、バイパ
ス回路３０をオン・オフ的に開閉する形式の弁を採用し
ても、上記実施形態と同様に着霜防止および除霜を行う
ことができる。また、バイパス回路３０およびバイパス
制御弁３１を備えていない空調装置においては、バイパ
ス制御弁３１の開度を制御するのに代えて、圧縮機１３
の回転数または圧縮機１３のオン・オフを制御して室外
熱交換器１８の温度を制御することにより、上記実施形
態と同様に着霜防止および除霜を行うことができる。

【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作動説明に供するフロー
チャートである。

【符号の説明】

２…空調ダクト、９…凝縮器（室内熱交換器）、１３…
圧縮機、１８…室外熱交換器、１９…減圧器（減圧手
段）、２４…空調用制御装置（制御手段）、３０…バイ
パス回路、３１…バイパス制御弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内へ吹き出される空調空気の通路を形
成する空調ダクト（２）と、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機（１３）と、前記空調ダクト（２）内に配置され、暖房時には前記圧
縮機（１３）から吐出された冷媒と空調空気とを熱交換
させて冷媒を凝縮させる室内熱交換器（９）と、前記室内熱交換器（９）で凝縮された冷媒を減圧する減
圧手段（１９）と、室外に配置され、暖房時には前記減圧手段（１９）で減
圧された冷媒と室外空気とを熱交換させて冷媒を蒸発さ
せる室外熱交換器（１８）とを備え、外気温度と前記室外熱交換器（１８）の温度との温度差
が所定範囲内となるように、前記室外熱交換器（１８）
の温度を制御することを特徴とするヒートポンプ式空調
装置。
【請求項２】前記圧縮機（１３）から吐出された冷媒
を前記室外熱交換器（１８）に導くバイパス回路（３
０）と、このバイパス回路（３０）を流れる冷媒の量を調整する
バイパス制御弁（３１）と、前記温度差を所定範囲内に制御するように前記バイパス
制御弁（３１）の作動を制御する制御手段（２４）とを
備えることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式
空調装置。
【請求項３】前記制御手段（２４）は、前記室外熱交
換器（１８）の温度が外気温度よりも所定値以上低下し
た状態が所定時間継続すると着霜状態と判定し、前記バ
イパス制御弁（３１）の開弁状態を、除霜完了状態と判
定するまで継続することを特徴とする請求項２記載のヒ
ートポンプ式空調装置。
【請求項４】前記バイパス制御弁（３１）は、前記バ
イパス回路（３０）を流れる冷媒の量を連続的に調整可
能であることを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ
式空調装置。