WO2016104320A1

WO2016104320A1 - 車両用空調装置

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Publication number: WO2016104320A1
Application number: PCT/JP2015/085351
Authority: WO
Inventors: 貴幸石川; 允煥李; 康次郎中村; 知広前田; 修司熊本
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: EP3238967A1; US20170361679A1; CN107107709A; JP6499441B2; CN107107709B; EP3238967A4; US10994586B2; EP3238967B1; JP2016121827A

Abstract

　車両用空調装置は、内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器を備えるヒートポンプ式の車両用の空調装置である。車両用空調装置では、コントローラは、室外熱交換器の出口側の冷媒流路の冷媒と外気との温度差ΔＴを算出する温度差算出部として機能し、また、温度差ΔＴが室外熱交換器に着霜の発生し得る着霜温度差以上になっている状態の経過時間ｔｎに基づいて、室外熱交換器に着霜が発生したと判定する着霜判定部として機能する。

Description

車両用空調装置

　本発明は車両用空調装置に関するものである。

　ＪＰ２０１３－１２９３５３Ａには、車室外蒸発器に着霜が発生したか否かを判定する着霜判定部を備える車両用空調装置が開示されている。ＪＰ２０１３－１２９３５３Ａの車両用空調装置では、外気温センサの検出値と車室外蒸発器冷媒温度センサの検出値との温度差が一瞬でも所定値以上となった場合に、着霜ありと判定する着霜判定を行っている。

　しかしながら、例えば、トンネル出入口等の外気温が急激に変化するような場所を車両が走行している場面のように、実際には着霜が生じていない場合でも、室外熱交換器の出口側冷媒と外気との温度差が一時的に大きくなることがある。このため、温度差が一瞬でも所定値以上となった場合に着霜ありと判定するＪＰ２０１３－１２９３５３Ａの車両用空調装置では、上記の場面に対応することができず、着霜が生じていないのに着霜が発生したと誤判定する懸念がある。

　本発明は、このような問題を解決するために発明されたもので、車両の走行場面の変化等によって、室外熱交換器の出口側冷媒と外気との温度差が一時的に大きくなった場合でも、誤判定せずに精度よく着霜の発生を判定できる車両用空調装置を提供することを目的とする。

　本発明のある態様に係るヒートポンプ式の車両用空調装置は、内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器を備える。車両用空調装置は、室外熱交換器の出口側冷媒と外気との温度差を算出する温度差算出部と、暖房時の温度差が室外熱交換器に着霜の発生し得る着霜温度差以上になっている状態の経過時間に基づいて、室外熱交換器に着霜が発生したと判定する着霜判定部と、を備える。

　このような態様によれば、温度差算出部によって算出された温度差が着霜温度差以上になっている状態の経過時間に基づいて着霜が発生したと判定する。したがって、一時的に着霜温度差以上の大きな温度差となった場合でも、誤判定せずに精度よく着霜の発生を判定することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置のシステム構成図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置のコントローラが実行する着霜判定制御のフローチャートである。図３は、コントローラが実行する着霜時間推定制御のフローチャートである。図４は、コントローラが参照する通過風速特性テーブルである。図５は、コントローラが参照する着霜時間特性テーブルである。図６は、本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置のコントローラが実行する着霜判定制御のフローチャートである。図７は、本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置のコントローラが実行する着霜判定制御のフローチャートである。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置１００のシステム構成図である。

　車両用空調装置１００は、ヒートポンプサイクル１と、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）７０と、コントローラ９０とから構成される。

　ヒートポンプサイクル１は、冷媒の流れる冷媒流路６０と、冷媒流路６０上に設けられ冷媒を気液分離するアキュムレータ１０と、冷媒を圧縮するコンプレッサ２０と、高圧となった冷媒の熱を放出するコンデンサ３０と、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器４０と、冷媒に周囲の空気の熱を吸収させるエバポレータ５０と、を備える。冷媒には、例えばＨＦＣ－１３４ａ等が用いられる。

　アキュムレータ１０は、冷媒流路６０を流れる冷媒を、気相冷媒と液相冷媒とに気液分離する。アキュムレータ１０は、分離した気相冷媒のみをコンプレッサ２０へと流す。

　コンプレッサ２０は、アキュムレータ１０の下流側に配置され、アキュムレータ１０を通過してきた気相冷媒を吸引し圧縮する。気相冷媒は、コンプレッサ２０にて圧縮されることで温度が高くなる。

　コンデンサ３０は、コンプレッサ２０の下流側に配置される。コンデンサ３０は、気相冷媒の熱を周囲の空気中へ放出する。熱が放出された冷媒は、凝縮して液相の冷媒となる。コンデンサ３０に供給される気相冷媒は、コンプレッサ２０により高圧となっているので、周囲の空気と同程度の温度に冷やされるだけでも容易に液化する。

　室外熱交換器４０は、内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外熱交換器４０には、車両の走行やモーターファン８０の回転によって、外気が導入される。

　エバポレータ５０は、内部を流れる冷媒に、エバポレータ５０周囲の空気の熱を吸収させる。エバポレータ５０によって熱を吸収した冷媒は、アキュムレータ１０へと流される。エバポレータ５０を通過した冷媒は、熱を吸収することで気化されやすいので気相冷媒の割合が高くなる。

　冷媒流路６０には、コンデンサ３０と室外熱交換器４０との間に、第１膨張弁６１と電磁弁６２とが並列に配置される。また、冷媒流路６０には、室外熱交換器４０とエバポレータ５０との間に、三方弁６３と第２膨張弁６４とが直列に配置される。

　第１膨張弁６１は、コンデンサ３０から流れてくる冷媒を減圧膨張させる。コンデンサ３０の上流のコンプレッサ２０によって圧縮され高圧となっている冷媒は、第１膨張弁６１中の小さな孔から噴射されることによって減圧膨張して霧状の低温の冷媒となる。

　電磁弁６２は、暖房運転時には閉じられており、冷房運転時又は除湿暖房運転時に開かれる。暖房運転時には電磁弁６２が閉じられているので、コンデンサ３０から流れてくる冷媒は、上記のように第１膨張弁６１を通過して減圧膨張した霧状の冷媒となって室外熱交換器４０へと流される。冷房運転時又は除湿暖房運転時には、コンデンサ３０から流れてくる冷媒は、電磁弁６２が開かれることによって電磁弁６２を通過してそのまま高圧を保ちながら室外熱交換器４０へと流される。

　三方弁６３は、室外熱交換器４０から第２膨張弁６４を介してエバポレータ５０へと流れる冷媒の流れを切り換え可能に配置される。ヒートポンプサイクル１では、三方弁６３を切り換えることで、第２膨張弁６４とエバポレータ５０とへ冷媒が流れる流路と、第２膨張弁６４とエバポレータ５０とをバイパスしてアキュムレータ１０へと冷媒が流れる流路と、を切り換える。三方弁６３によって流れを切り換えられた冷媒は、第２膨張弁６４とエバポレータ５０とを迂回してアキュムレータ１０へと流れる。

　第２膨張弁６４は、三方弁６３から流れてくる冷媒を減圧膨張させてエバポレータ５０へと流す。高圧の冷媒は、第２膨張弁６４中の小さな孔から噴射されることによって減圧膨張して霧状の低温の冷媒となる。

　ＨＶＡＣユニット７０は、車室内に導入される空気を冷房、暖房又は除湿暖房することにより車室内を設定温度に調整する。ＨＶＡＣユニット７０内には、コンデンサ３０とエバポレータ５０が配置され、取り込んだ空気とコンデンサ３０及びエバポレータ５０内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。ＨＶＡＣユニット７０は、暖房運転を行っていない時には、取り込んだ空気をコンデンサ３０に当てないように、エアミックスドア７１によってコンデンサ３０の上流側の空気の流れを遮断する。なお、ヒートポンプサイクル１の冷媒流路６０にコンデンサ３０をバイパスするバイパス通路を設けてもよい。

　コントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵによって読み出すことで、車両用空調装置１００に各種機能を発揮させる。

　コントローラ９０には、外気温センサ９１からの信号と、出口側冷媒温度センサ９２からの信号と、車速センサ９３からの信号と、モーターファン８０のＯＮ／ＯＦＦ信号などが入力される。

　外気温センサ９１は、室外熱交換器４０に取り込む前の外気の温度を外気温Ｔａとして検出するセンサである。

　出口側冷媒温度センサ９２は、室外熱交換器４０の出口側の冷媒流路６０を流れる冷媒の温度を出口側冷媒温度Ｔｒとして検出するセンサである。なお、出口側冷媒温度センサ９２は、冷媒流路６０中の冷媒の温度を直接検出してもよく、冷媒流路６０の配管表面温度を冷媒の温度として検出してもよい。また、出口側冷媒温度センサ９２は、室外熱交換器４０本体の出口付近の冷媒の温度を検出してもよい。

　車速センサ９３は、例えば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサである。車速センサ９３によって検出された車輪の回転速度から、車両の走行する速度が車速Ｖとして求められる。なお、車軸の回転数を検出して車輪の回転速度を演算することによって、車速Ｖを求めることとしてもよい。また、車速Ｖを検出するセンサを他に設けてもよい。

　コントローラ９０は、入力された信号に基づいて、モーターファン８０、コンプレッサ２０、エアミックスドア７１の作動を制御して空調制御を行う。また、コントローラ９０は、Ａ／Ｃスイッチ（図示せず）からの信号などに基づいて、電磁弁６２を開閉し三方弁６３の流路方向を制御する。

　ここで、車両用空調装置１００が実行する空調制御について説明する。車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、Ａ／Ｃスイッチからの信号などに基づいて車室内の冷房要求、暖房要求、又は除湿暖房要求を判定し、空調制御を実行する。

　冷房運転を行う場合には、コントローラ９０は、電磁弁６２を開き、三方弁６３を第２膨張弁６４側に切り換えるとともに、エアミックスドア７１にコンデンサ３０の上流側の空気の流れを遮断させる。コンプレッサ２０で圧縮され高温となった冷媒は、熱交換されることなくコンデンサ３０を通過し、開かれた電磁弁６２から室外熱交換器４０へと流され、室外熱交換器４０で外気との間で熱交換を行い冷やされる。外気との熱交換によって冷やされた冷媒は、三方弁６３を通過し、第２膨張弁６４で減圧膨張してさらに低温となり、エバポレータ５０にて車室内に導入される空気と熱交換を行った後にアキュムレータ１０を介してコンプレッサ２０へと流れる。ＨＶＡＣユニット７０内に取り込まれた車室内に導入される空気は、エバポレータ５０で低温の冷媒と熱交換を行って冷やされることで、車室内を冷房する。

　暖房運転を行う場合には、コントローラ９０は、電磁弁６２を閉じ、三方弁６３をアキュムレータ１０側に切り換えるとともに、エアミックスドア７１を開放してコンデンサ３０の上流側に空気が流れるようにする。コンプレッサ２０で圧縮され高温となった冷媒は、コンデンサ３０にて車室内に導入される空気と熱交換を行うことで冷やされる。その後、冷媒は、第１膨張弁６１から噴射されることで減圧膨張してさらに低温となり室外熱交換器４０へと流される。外気よりも低温となっている冷媒は、室外熱交換器４０にて外気との間で熱交換を行い暖められた後に、三方弁６３とアキュムレータ１０を通過してコンプレッサ２０へと流れる。ＨＶＡＣユニット７０内に取り込まれた車室内に導入される空気は、コンデンサ３０で高温の冷媒に加熱されることで、車室内を暖房する。

　除湿暖房運転を行う場合には、コントローラ９０は、電磁弁６２を閉じ、三方弁６３を第２膨張弁６４側に切り換えるとともに、エアミックスドア７１を開放してコンデンサ３０の上流側に空気が流れるようにする。コンプレッサ２０で圧縮され高温となった冷媒は、コンデンサ３０にて車室内に導入される空気と熱交換を行うことで冷やされる。その後、冷媒は、第１膨張弁６１から噴射されることで減圧膨張してさらに低温となり室外熱交換器４０へと流される。外気よりも低温となっている冷媒は、室外熱交換器４０にて外気との間で熱交換を行い暖められた後に、三方弁６３を通過し、第２膨張弁６４で減圧膨張して冷やされる。冷やされた冷媒は、エバポレータ５０にて車室内に導入される空気と熱交換を行った後にアキュムレータ１０を介してコンプレッサ２０へと流れる。ＨＶＡＣユニット７０内に取り込まれた車室内に導入される空気は、エバポレータ５０で低温の冷媒に冷やされることで冷却除湿された後に、コンデンサ３０で再加熱されることで、乾燥した暖かい空気となって車室内を除湿暖房する。

　このように、車両用空調装置１００は、車室内の冷房要求、暖房要求、又は除湿暖房要求に応じて空調制御を実行する。室外熱交換器４０によって、外気と冷媒との間で正常に熱交換が行われると、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｒは外気温Ｔａに近くなる。

　しかしながら、暖房運転や除湿暖房運転を行う場合、すなわち暖房がＯＮとなっている場合には、外気よりも低温となっている冷媒が室外熱交換器４０内を流れることとなる。室外熱交換器４０周囲の外気中の水蒸気は、極低温の冷媒によって露点温度以下まで冷やされることで、結露して室外熱交換器４０に付着する。極低温の冷媒によって結露水が氷点下以下まで冷やされると、凍結して室外熱交換器４０に着霜が発生する懸念がある。室外熱交換器４０に着霜が発生すると、着霜によって室外熱交換器４０内を流れる冷媒と外気との間で行われる熱交換が阻害されて、コンデンサ３０での加熱効率や再加熱効率、すなわち車両用空調装置１００の暖房効率が低下するおそれがある。

　そこで、暖房時における車両用空調装置１００は、以下の着霜判定制御を行い、室外熱交換器４０の着霜の発生を判定する。図２は、車両用空調装置１００のコントローラ９０が実行する着霜判定制御のフローチャートである。

　ステップＳ１０１では、コントローラ９０は、暖房がＯＮとなっているか否かを判定する。暖房がＯＮとなっている場合には、コントローラ９０は、ステップＳ１０２の処理を実行する。暖房がＯＮとなっていない場合には、コントローラ９０はステップＳ１０１の処理を引き続き実行する。

　ステップＳ１０２では、コントローラ９０は、着霜時間推定制御を実行する。ここで、図３を参照してコントローラ９０が実行する着霜時間推定制御について説明をする。図３は、着霜時間推定制御のフローチャートである。

　ステップＳ２０１では、コントローラ９０は、入力された外気温センサ９１からの信号と、出口側冷媒温度センサ９２からの信号と、車速センサ９３からの信号とに基づいて、外気温Ｔａと、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｒと、車速Ｖとを検出する。また、コントローラ９０は、モーターファン８０のＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいてモーターファン８０の作動有無を検出する。

　ステップＳ２０２では、コントローラ９０は、図４の通過風速特性テーブルを参照して通過風速Ｖａを設定する。通過風速Ｖａは、室外熱交換器４０を通過する外気の速度である。図４では、横軸が車速Ｖであり、縦軸が通過風速Ｖａである。図４は、モーターファン８０がＯＮの場合とＯＦＦの場合との通過風速特性を各々示している。

　通過風速Ｖａは、図４に示すように車速Ｖが増すとともに増大する。また、通過風速Ｖａは、モーターファン８０が作動していないＯＦＦの場合には車速Ｖが小さくなるに従って減少し、モーターファン８０が作動しているＯＮの場合には回転によって外気が取り込まれるので車速Ｖが小さくなっても一定の値を保つ。

　ステップＳ２０３では、コントローラ９０は、検出した出口側冷媒温度Ｔｒと外気温Ｔａとに基づいて、室外熱交換器４０の出口側の冷媒流路６０の冷媒と外気との温度差ΔＴを算出する。室外熱交換器４０に着霜が発生していない場合には、冷媒と外気との間で正常に熱交換が行われるので、温度差ΔＴは小さくなる。他方、室外熱交換器４０に着霜が発生した場合には、冷媒と外気との間で正常に熱交換を行えず極低温のまま冷媒が室外熱交換器４０の出口を通過することとなるので、温度差ΔＴは、室外熱交換器４０に着霜の発生し得る着霜温度差以上に大きくなる。このように、コントローラ９０は、車両用空調装置１００の温度差算出部として機能する。

　なお、本実施形態では、上述したように出口側冷媒温度センサ９２を用いて、出口側冷媒温度Ｔｒを検出しているが、これに代えて、コンプレッサ２０の吐出圧力及び回転数、コンデンサ３０の放熱量等に基づいて、出口側冷媒温度Ｔｒを推定するようにしてもよい。

　ステップＳ２０４では、コントローラ９０は、算出した温度差ΔＴと通過風速Ｖａとに基づいて着霜時間ｔｆを推定する。着霜時間ｔｆは、室外熱交換器４０の周囲の水蒸気が冷やされて凍結することで、室外熱交換器４０の熱交換性に影響が生じる程度に着霜が進行する時間である。着霜時間ｔｆは、例えば、温度差ΔＴが着霜温度差以上の状態に継続してなっている場合に、その始点（温度差ΔＴが着霜温度差以上となった時点）から、終点（室外熱交換器４０を通過する風量が減少するほど大きな着霜となる時点、或いは、室外熱交換器４０の熱交換チューブやフィンの大部分が凍結する時点）までの時間になる。

　本実施形態における着霜時間ｔｆは、図５の着霜時間特性テーブルを参照して設定される。図５では、横軸が通過風速Ｖａであり、縦軸が着霜時間ｔｆである。図５は、温度差ΔＴに応じて変化する通過風速Ｖａと着霜時間ｔｆとの関係を示している。なお、室外熱交換器４０の出口側冷媒温度Ｔｒが０℃よりも高い場合には、室外熱交換器４０の表面に結露が生じても、結露した水分は凍結しないので、着霜時間ｔｆは設定されない。

　図５に示すように、着霜時間ｔｆは、通過風速Ｖａが増大するほど、水蒸気を含む外気が次々と室外熱交換器４０周囲に導入されることとなるので短い時間となる。また、着霜時間ｔｆは、温度差ΔＴが大きくなるほど、室外熱交換器４０の出口付近で外気がより冷やされることとなるので短い時間となる。

　ここで、ある車両の走行場面において、温度差ΔＴが第１温度差ΔＴ１であり、通過風速Ｖａが第１通過風速Ｖ１である場合には、コントローラ９０は、図５の着霜時間特性テーブルを参照して点Ａを特定し、着霜時間ｔｆが第１着霜時間ｔｆ１であることを導き出す。

　また、車両の走行場面が変化して、温度差ΔＴが第１温度差ΔＴ１よりも大きな第２温度差ΔＴ２となり、通過風速ＶａがＶ１より速いＶ２となった場合には、コントローラ９０は、図５の着霜時間特性テーブルを参照して点Ｂを特定し、着霜時間ｔｆが第１着霜時間ｔｆ１よりも短い第２着霜時間ｔｆ２であることを導き出す。このように、コントローラ９０は、図３のステップＳ２０４の処理で着霜時間ｔｆを設定することで、車両用空調装置１００の着霜時間推定部として機能する。

　以上のように、コントローラ９０は、着霜時間推定制御を行った後に、図２の着霜判定制御のフローチャートに戻ってステップＳ１０３の処理を実行する。

　ステップＳ１０３では、コントローラ９０は、経過時間ｔｎのカウントを開始する。経過時間ｔｎは、外気と極低温の冷媒との温度差ΔＴが室外熱交換器４０に着霜の発生し得る着霜温度差以上である状態に、連続してなっている時間である。

　ステップＳ１０４では、コントローラ９０は、経過時間ｔｎが着霜時間ｔｆ以上になったか否かを判定する。コントローラ９０は、経過時間ｔｎが着霜時間ｔｆ未満である場合にはステップＳ１０４の処理を引き続き実行し、経過時間ｔｎが着霜時間ｔｆ以上になった場合にはステップＳ１０５の処理を実行する。

　ステップＳ１０５では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０に着霜が発生したと判定する。着霜の発生判定に伴い、車両用空調装置１００では、除霜運転や図示しない別の熱源を用いた暖房運転等の処理が適宜行われる。このように、コントローラ９０は、車両用空調装置１００の着霜判定部として機能する。

　上記した第１実施形態に係る車両用空調装置１００によれば、以下の効果を得ることができる。

　車両用空調装置１００は、内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器４０を備えるヒートポンプ式の車両用の空調装置である。車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０の出口側の冷媒流路６０の冷媒と外気との温度差ΔＴを算出する温度差算出部として機能し、また、温度差ΔＴが室外熱交換器４０に着霜の発生し得る着霜温度差以上になっている状態の経過時間ｔｎの長さに基づいて室外熱交換器４０に着霜が発生したと判定する着霜判定部として機能する。

　また、車両用空調装置１００では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０の熱交換性に影響が生じ得る着霜が生じる着霜時間ｔｆを推定する着霜時間推定部として機能する。着霜時間推定部としてのコントローラ９０は、温度差ΔＴが大きいほど、着霜時間ｔｆを短く推定する。着霜判定部としてのコントローラ９０は、経過時間ｔｎが、着霜時間ｔｆ以上である場合に、室外熱交換器４０に熱交換性に影響の生じ得る着霜（例えば室外熱交換器４０の一面が凍結して、その熱交換性が悪化する程度の着霜）が発生したと判定する。

　このような車両用空調装置１００によれば、経過時間ｔｎが着霜時間ｔｆ以上である場合に、着霜が発生したと判断するので、一時的に着霜温度差以上の温度差ΔＴとなった場合でも、誤判定せずに精度よく着霜の発生を判定することができる。また、温度差ΔＴが大きくなり着霜がより早く発生しやすいときほど、着霜時間ｔｆを短く設定するので、短時間で精度よく着霜が発生したことを判定することができる。また、温度差ΔＴが大きい場合には、すでに着霜が発生して熱交換に支障が生じている懸念もあるが、着霜時間ｔｆが短く設定されるので、着霜が発生したことを早期に判定することができる。

　車両用空調装置１００では、着霜時間推定部としてのコントローラ９０は、温度差ΔＴと、室外熱交換器４０を通過する外気の通過風速Ｖａと、に基づいて着霜時間ｔｆを設定する。また、着霜時間推定部としてのコントローラ９０は、室外熱交換器４０を通過する外気の通過風速Ｖａが速いほど、着霜時間ｔｆを短く設定する。

　このような車両用空調装置１００によれば、通過風速Ｖａの速くなり着霜がより早く進行しやすいときほど、着霜時間ｔｆを短く設定するので、短時間で精度よく着霜が発生したことを判定することができる。

　（第２実施形態）
　図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置２００について説明する。図６は、車両用空調装置２００のコントローラ９０が実行する着霜判定制御のフローチャートある。第２実施形態のフローチャートでは、着霜時間ｔｆから着霜度合Ｆを推定し、着霜度合Ｆに基づいて着霜判定を実行する態様である点が、第１実施形態とは相違する。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と同じ機能を果たす構成には同一の符号を用い、重複する記載を適宜省略して説明する。

　ステップＳ３０１からステップＳ３０３では、コントローラ９０は、第１実施形態のステップＳ１０１からステップＳ１０３と同じ処理を行う。コントローラ９０は、ステップＳ３０１で暖房がＯＮと判定した場合に、ステップＳ３０２で図２の着霜時間推定制御を実行し、着霜時間ｔｆを設定する。コントローラ９０は、ステップＳ３０３で外気と極低温の冷媒との温度差ΔＴが着霜温度差以上である状態に連続してなっている経過時間ｔｎのカウントを開始する。

　ステップＳ３０４では、コントローラ９０は、経過時間ｔｎと着霜時間ｔｆとから、着霜時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率を求めて着霜度合Ｆを推定する。着霜度合Ｆは、室外熱交換器４０に着霜が発生する度合を表しており、例えば経過時間ｔｎを着霜時間ｔｆで除算することにより求められる。このように、コントローラ９０は、車両用空調装置２００の着霜度合推定部として機能する。

　ステップＳ３０５では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０の熱交換性に影響がでる程度の着霜が発生し得る着霜閾値に着霜度合Ｆが達したか否かを判定する。着霜閾値は、例えば１に設定される。コントローラ９０は、着霜度合Ｆが１未満の場合にはステップＳ３０５の処理を引き続き実行し、着霜度合Ｆが１以上である場合にはステップＳ３０６の処理を実行する。

　ステップＳ３０６では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０に着霜が発生したと判定する。着霜の発生判定に伴い、車両用空調装置２００では、除霜運転や図示しない別の熱源を用いた暖房運転等の処理が適宜行われる。このように、コントローラ９０は、車両用空調装置２００の着霜判定部として機能する。

　ここで、ある車両の走行場面において、第２実施形態のコントローラ９０が実行する着霜判定制御を説明する。温度差ΔＴが第１温度差ΔＴ１であり、通過風速Ｖａが第１通過風速Ｖ１である場合には、コントローラ９０は、図３のステップＳ２０４で図５の着霜時間特性テーブルを参照して点Ａを特定し、着霜時間ｔｆが第１着霜時間ｔｆ１であることを導き出す。

　例えば、導き出された第１着霜時間ｔｆ１が５分であり、経過時間ｔｎが１分であるとすると、コントローラ９０は、図６のステップＳ３０４で着霜度合Ｆが０．２であると推定する。その後、ステップＳ３０５でコントローラ９０は、着霜度合Ｆが０．２であり１以上となっていないので、ステップＳ３０５の処理を引き続き実行する。

　また、車両の走行場面が変化して、温度差ΔＴが第１温度差ΔＴ１よりも大きな第２温度差ΔＴ２となり、通過風速ＶａがＶ１より速いＶ２となった場合について説明する。コントローラ９０は、図３のステップＳ２０４で図５の着霜時間特性テーブルを参照して点Ｂを特定し、着霜時間ｔｆが第１着霜時間ｔｆ１よりも短い第２着霜時間ｔｆ２であることを導き出す。

　例えば、導き出された第２着霜時間ｔｆ２が１分であり、経過時間ｔｎが１分であるとすると、コントローラ９０は、図６のステップＳ３０４で着霜度合Ｆが１であると推定する。その後、ステップＳ３０５でコントローラ９０は、着霜度合Ｆが１であり１以上となったと判定するので、ステップＳ３０６の処理に進み室外熱交換器４０に着霜が発生したと判定する。

　上記した第２実施形態に係る車両用空調装置２００によれば、以下の効果を得ることができる。

　車両用空調装置２００では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０の熱交賛成に影響が生じ得る着霜が生じる着霜時間を推定する着霜時間推定部として機能し、また、着霜時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率に基づいて室外熱交換器４０に生じた着霜の着霜度合Ｆを推定する着霜度合推定部として機能する。着霜時間推定部として機能するコントローラ９０は、温度差ΔＴが大きいほど、着霜時間ｔｆを短く推定する。

　また、車両用空調装置２００では、着霜判定部としてのコントローラ９０は、着霜度合Ｆが着霜の発生し得る着霜閾値（例えば１）以上である場合に、室外熱交換器４０に、室外熱交換器４０の熱交換性に影響が生じる程度の着霜が発生したと判定する。

　このような車両用空調装置２００によれば、着霜時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率に基づいて推定した着霜度合Ｆを用いるので、一時的に着霜温度差以上の温度差ΔＴとなった場合でも、誤判定せずに精度よく着霜の発生を判定することができる。また、着霜度合Ｆが着霜の発生し得る着霜閾値の１以上となることで着霜が発生したと判定されるので、着霜度合Ｆをそのまま百分率表示等として用いることができ、着霜がどの程度進行しているかを簡単に確認することができる。

　例えば、着霜度合Ｆが着霜の発生し得る着霜度合Ｆが０．５の場合に、室外熱交換器４０の半面に着霜が発生したと判定してもよい。このような判定において、着霜度合Ｆの大きさに応じて、どの程度着霜したと判定するかは適宜変更することができる。

　そして、このような着霜度合Ｆを算出することで、その着霜度合Ｆに応じた除霜時間を設定することができ、それにより、除霜運転の消費電力を推定することができる。

　（第３実施形態）
　図７を参照して、本発明の第３実施形態の車両用空調装置３００について説明する。図７は、車両用空調装置３００のコントローラ９０が実行する着霜判定制御のフローチャートである。第３実施形態のフローチャートでは、推定した着霜度合Ｆから累積着霜度合Ｓを算出して着霜判定を実行する態様である点が、第１実施形態及び第２実施形態とは相違する。

　ステップＳ４０１では、コントローラ９０は、第１実施形態のステップＳ１０１と同じ処理を行い、暖房がＯＮである場合にはステップＳ４０２の処理を実行する。

　ステップＳ４０２では、コントローラ９０は、初期累積着霜度合ＳｉｎｉをＲＡＭから呼び出す。初期累積着霜度合Ｓｉｎｉは、着霜度合Ｆの積算値を表したもので、ＲＡＭに記録された最新の値が呼び出される。

　ステップＳ４０３では、コントローラ９０は、除霜条件が成立したか否かを判定する。除霜条件は、例えば除霜運転が行われた場合や、起動時に外気温Ｔａが十分に高い温度となっている場合、冷房運転が所定の時間継続された場合等に成立する。除霜条件が成立した場合には、室外熱交換器４０には着霜が発生していない状態となり、コントローラ９０は、ステップＳ４１０の処理を実行する。除霜条件が成立しいていない場合には、コントローラ９０は、ステップＳ４０４の処理を実行する。

　ステップＳ４０４では、コントローラ９０は、第１実施形態のステップＳ１０２や第２実施形態のステップＳ３０２と同じ処理である図３の着霜時間推定制御を実行する。コントローラ９０は、着霜時間推定制御にて、外気と冷媒の温度差ΔＴを求めるとともに、着霜時間ｔｆを設定する。

　ステップＳ４０５では、コントローラ９０は、第１実施形態のステップＳ１０３や第２実施形態のステップＳ３０３と同じ処理を行い、外気と極低温の冷媒との温度差ΔＴが着霜温度差以上である状態に連続してなっている経過時間ｔｎのカウントを開始する。

　ステップＳ４０６では、コントローラ９０は、経過時間ｔｎと着霜時間ｔｆとから、着霜時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率に基づいて室外熱交換器４０に着霜が発生する着霜度合Ｆを推定する。着霜度合Ｆは、例えば経過時間ｔｎを着霜時間ｔｆで除算することにより求められる（Ｆ＝ｔｎ／ｔｆ）。このように、コントローラ９０は、車両用空調装置３００の着霜度合推定部として機能する。

　ステップＳ４０７では、コントローラ９０は、累積着霜度合Ｓを算出する。累積着霜度合Ｓは、コントローラ９０による着霜判定制御の実行により更新される着霜度合Ｆを積算した値であり、初期累積着霜度合Ｓｉｎｉに着霜度合Ｆを加算することで算出され、次に示す式１で算出される。

　Ｓ＝ΣＦ＝Ｓｉｎｉ＋Ｆ・・・式１

　ステップＳ４０８では、コントローラ９０は、累積着霜度合Ｓが着霜閾値以上であるか否かを判定する。着霜閾値は、例えば１に設定される。コントローラ９０は、累積着霜度合Ｓが１以上の場合にはステップＳ４０９の処理を実行し、累積着霜度合Ｓが１未満の場合にはＳ４１１の処理を実行する。

　ステップＳ４０９では、コントローラ９０は、室外熱交換器４０に着霜が発生したと判定する。着霜の発生判定に伴い、車両用空調装置３００では、除霜運転や図示しない別の熱源を用いた暖房運転等の処理が適宜行われる。このように、コントローラ９０は、車両用空調装置３００の着霜判定部として機能する。

　ステップＳ４１０では、コントローラ９０は、ステップＳ４０３の処理で除霜条件が成立しているので、初期累積着霜度合Ｓｉｎｉを０にリセットする。その後、コントローラ９０は、処理をステップＳ４０８へと進める。

　ステップＳ４１１では、コントローラ９０は、初期累積着霜度合ＳｉｎｉにステップＳ４０７で算出した累積着霜度合Ｓの値を代入してＲＡＭに記録する。その後、コントローラ９０は、処理をステップＳ４０２へと進める。

　ここで、ある車両の走行場面において、第３実施形態のコントローラ９０が実行する着霜判定制御を説明する。

　ステップＳ４０１で暖房が作動していると判定されると、ステップＳ４０２で初期累積着霜度合ＳｉｎｉがＲＡＭから呼び出される。初期累積着霜度合Ｓｉｎｉは、前回終了時の値であり、例えば０であるとする。また、温度差ΔＴは第１温度差ΔＴ１であり、通過風速Ｖａは第１通過風速Ｖ１であるとする。コントローラ９０は、ステップＳ４０４の着霜時間推定制御を実行し、図３のステップＳ２０４で図５の着霜時間特性テーブルを参照して点Ａを特定し、着霜時間ｔｆが第１着霜時間ｔｆ１であることを導き出す。

　例えば、導き出された第１着霜時間ｔｆ１が５分であり、経過時間ｔｎが１分である場合には、コントローラ９０は、ステップＳ４０６で着霜度合Ｆが０．２であると推定する。その後、ステップＳ４０７でコントローラ９０は、累積着霜度合Ｓを算出する。累積着霜度合Ｓは、初期累積着霜度合Ｓｉｎｉの０に着霜度合Ｆの０．２を加算した値の０．２となる。コントローラ９０は、ステップＳ４０８で累積着霜度合Ｓが０．２であり１以上となっていないと判定し、ステップＳ４１１の処理に進む。コントローラ９０は、ステップＳ４１１で初期累積着霜度合ＳｉｎｉにステップＳ４０７で算出した累積着霜度合Ｓの０．２を代入してＲＡＭに記録する。

　次に、ステップＳ４０７の後、車両の走行場面がさらに変化した場合について説明する。処理はステップＳ４０２に進み、コントローラ９０は、前回記録した初期累積着霜度合Ｓｉｎｉの０．２をＲＡＭから呼び出す。また、温度差ΔＴは第１温度差ΔＴ１よりも大きな第２温度差ΔＴ２となり、通過風速ＶａはＶ１より速いＶ２となったとする。コントローラ９０は、ステップＳ４０４の着霜時間推定制御を実行し、図３のステップＳ２０４で図５の着霜時間特性テーブルを参照して点Ｂを特定し、着霜時間ｔｆが第１着霜時間ｔｆ１よりも短い第２着霜時間ｔｆ２であることを導き出す。

　例えば、導き出された第２着霜時間ｔｆ２が１分であり、経過時間ｔｎがさらに１分進んだ場合には、コントローラ９０は、ステップＳ４０５で経過時間ｔｎが１分であるとカウントし直して、ステップＳ４０６で着霜度合Ｆが１であると推定する。その後、ステップＳ４０７でコントローラ９０は、累積着霜度合Ｓを算出する。累積着霜度合Ｓは、初期累積着霜度合Ｓｉｎｉの０．２に着霜度合Ｆの１を加算した値の１．２となる。コントローラ９０は、ステップＳ４０８で累積着霜度合Ｓが１．２であり１以上となっていると判定し、ステップＳ４０９の処理に進む。コントローラ９０は、ステップＳ４０９で室外熱交換器４０に着霜が発生したと判定する。このように、コントローラ９０は、ステップＳ４０５の処理になるたびに経過時間ｔｎをカウントし直して、ステップＳ４０６の処理で経過時間ｔｎ毎に着霜度合Ｆを推定する。

　上記した第３実施形態に係る車両用空調装置３００によれば、以下の効果を得ることができる。

　車両用空調装置３００では、着霜度合推定部としてのコントローラ９０は、経過時間ｔｎ毎に、着霜時間ｔｆに対する経過時間ｔｎの比率に基づいて着霜度合Ｆを推定し、着霜判定部としてのコントローラ９０は、経過時間ｔｎ毎に推定される着霜度合Ｆを積算して積算値として累積着霜度合Ｓを算出し、累積着霜度合Ｓが着霜の発生し得る着霜閾値の１以上である場合に、室外熱交換器４０に着霜が発生したと判定する。

　このような車両用空調装置３００によれば、経過時間ｔｎ毎に推定される着霜度合Ｆを積算して算出した累積着霜度合Ｓに基づいて着霜判定を行うので、経過時間ｔｎ毎の着霜の進行状態を全て加味して着霜判定を行うことができる。このため、経過時間ｔｎ毎に車両の走行場面の変化に応じて着霜時間ｔｆが都度変わっても、着霜がどの程度進行しているかを把握することができ、精度よく着霜の発生を判定することができる。

　車両用空調装置３００では、着霜判定部としてのコントローラ９０は、着霜がなくなる除霜条件が成立した場合に、経過時間ｔｎ毎に推定される着霜度合Ｆを積算した積算値である初期累積着霜度合Ｓｉｎｉをリセットする。

　このような車両用空調装置３００によれば、除霜条件が成立して室外熱交換器４０に着霜が発生していない場合に初期累積着霜度合Ｓｉｎｉをリセットできるので、改めて累積着霜度合Ｓを算出できるようになる。このため、着霜が発生していない場合に、累積着霜度合Ｓが着霜閾値以上になって着霜が発生したと誤判定することなく、精度よく着霜の発生を判定することができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　例えば、出口側冷媒温度センサ９２の代わりに圧力センサを用いて温度を判断してもよい。冷媒特性に基づいて冷媒の圧力から温度が変換できるので、上記実施形態のように外気と冷媒の温度差ΔＴが算出可能となり、着霜が発生したか判定することができる。

　本願は２０１４年１２月２４日に日本国特許庁に出願された特願２０１４－２６０７６３に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器を備えるヒートポンプ式の車両用空調装置において、
　前記室外熱交換器の出口側冷媒と外気との温度差を算出する温度差算出部と、
　暖房時の前記温度差が前記室外熱交換器に着霜の発生し得る着霜温度差以上になっている状態の経過時間に基づいて、前記室外熱交換器に着霜が発生したと判定する着霜判定部と、
　を備える車両用空調装置。
　請求項１に記載の車両用空調装置であって、
　前記室外熱交換器の熱交換性に影響が生じ得る着霜が生じる着霜時間を推定する着霜時間推定部をさらに備え、
　前記着霜時間は、前記出口側冷媒と外気との温度差によって変化する、
　車両用空調装置。
　請求項１に記載の車両用空調装置であって、
　前記室外熱交換器の熱交換性に影響が生じ得る着霜が生じる着霜時間を推定する着霜時間推定部をさらに備え、
　前記着霜時間は、前記室外熱交換器を通過する外気の通過風速によって変化する、
　車両用空調装置。
　請求項１に記載の車両用空調装置であって、
　前記室外熱交換器の熱交換性に影響が生じ得る着霜が生じる着霜時間を推定する着霜時間推定部をさらに備え、
　前記着霜時間は、前記出口側冷媒と外気との温度差及び前記室外熱交換器を通過する外気の通過風速によって変化する、
　車両用空調装置。
　請求項１に記載の車両用空調装置であって、
　前記室外熱交換器の熱交換性に影響が生じ得る着霜が生じる着霜時間を推定する着霜時間推定部をさらに備え、
　前記着霜時間は、前記温度差が大きいほど短く推定され、
　前記着霜判定部は、前記経過時間が前記着霜時間以上である場合に、前記室外熱交換器の熱交換性に影響が生じ得る着霜が発生したと判定する、
　車両用空調装置。
　請求項１に記載の車両用空調装置であって、
　前記室外熱交換器の熱交換性に影響が生じ得る着霜が生じる着霜時間を推定する着霜時間推定部をさらに備え、
　前記着霜時間は、前記温度差が大きいほど短く推定され、
　前記着霜時間に対する前記経過時間の比率に基づいて、前記室外熱交換器に生じた着霜の着霜度合を推定する着霜度合推定部をさらに備える、
　車両用空調装置。
　請求項６に記載の車両用空調装置であって、
　前記着霜判定部は、前記着霜度合が着霜閾値以上である場合に、前記室外熱交換器に着霜が発生したと判定する、
　車両用空調装置。
　請求項６に記載の車両用空調装置であって、
　前記着霜度合推定部は、前記経過時間毎に、前記着霜時間に対する前記経過時間の比率に基づいて着霜度合を推定し、
　前記着霜判定部は、
　前記経過時間毎に推定される着霜度合を積算して積算値を算出し、
　前記積算値が着霜閾値以上である場合に、前記室外熱交換器に着霜が発生したと判定する、
　車両用空調装置。
　請求項８に記載の車両用空調装置であって、
　前記着霜判定部は、着霜がなくなる除霜条件が成立した場合に、前記経過時間毎に推定される着霜度合を積算した積算値をリセットする、
　車両用空調装置。
　請求項３又は請求項４に記載の車両用空調装置であって、
　前記着霜時間は、前記通過風速が速いほど短く推定される、
　車両用空調装置。