JP5617596B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを有し、車室外の空気から吸熱して車室内の暖房を行う車両用空気調和装置に関する。

例えば電気自動車では、駆動源からの熱を車室内の暖房にほとんど利用することができない。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用し、サイクル内を循環する冷媒で車室外の空気から吸熱し、その熱を車室内の暖房に利用する車両用空気調和装置が種々提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

しかし、車室外の空気と熱交換する室外熱交換器が凍結（着氷）する場合があり、室外熱交換器が凍結すると熱交換性能が低下するため、所望の暖房運転を維持できなくなる。そのため、特許文献１の車両用空気調和装置では、蒸気圧縮式冷凍サイクルに室内コンデンサをバイパスするホットガスバイパス路を付設し、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を室内コンデンサに流すと共にホットガスバイパス路を介して室外熱交換器にも流す。室外熱交換器には高温の冷媒が流れるために、凍結が解消される。又、室内コンデンサによって車室内に供給する空気が加熱される。これにより、室外熱交換器が凍結しても暖房運転を維持できる。

尚、特許文献２には、暖房運転と除湿運転とを行うことができ、除湿運転では圧縮機の回転数を制御して空調風の吹き出し温度を調整できるようになっているが、室外熱交換器が凍結しても暖房運転を維持できる技術については開示されていない。

特開２０００−２０３２４９号公報（特許第４３４１０９３号公報） 特開平１０−２８７１２５号公報（特許第３７９９７３２号公報）

しかしながら、前記従来の車両用空気調和装置では、室外熱交換器の凍結解消運転時に、室内コンデンサと室外熱交換器に冷媒を流す必要性から、通常の暖房運転時に較べて圧縮機の回転数を上昇させる必要があり、大きな動力が必要であるという問題がある。例えば電気自動車のような圧縮機の動力を車両バッテリに依存する車両においては、航続距離が短くなり、実用的ではない。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、室外熱交換器が凍結（着氷）した場合でも、圧縮機の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる車両用空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し、空気を加熱する室内コンデンサと、冷媒と車室外の空気との間で熱交換する室外熱交換器と、冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し、空気を冷却する室内エバポレータと、冷媒と車室内から車室外に排気する空気との間で熱交換する換気熱回収用エバポレータとを有し、前記室外熱交換器で冷媒に空気より吸熱させ、前記室内コンデンサで冷媒に空気へ放熱させる外気吸熱暖房運転と、前記室内エバポレータで冷媒に空気より吸熱させ、前記室内コンデンサで冷媒に空気へ放熱させる内気吸熱暖房運転と、前記換気熱回収用エバポレータで冷媒に空気より吸熱させ、前記室内コンデンサで冷媒に空気へ放熱させる排気吸熱暖房運転とを行うことができる蒸気圧縮式冷凍サイクルと、前記室外熱交換器が凍結したことを判別する凍結判別手段と、前記凍結判別手段が凍結したと判別すると、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転又は排気吸熱暖房運転に運転を切り替える制御手段とを備えたことを特徴とする。

前記制御手段は、前記凍結判別手段が凍結したと判別すると、内気導入状態の時には内気吸熱暖房運転に、外気導入状態の時には排気吸熱暖房運転にそれぞれ切り替えるようにしても良い。

車室内の空気を前記換気熱回収用エバポレータを通して車室外に送風する送風機を有することが好ましい。

前記蒸気圧縮式冷凍サイクルは、前記室外熱交換器及び前記換気熱回収用エバポレータに供給する冷媒の圧力を調整できる圧力調整手段と、前記室外熱交換器をバイパスし、前記換気熱回収用エバポレータが配置されたドラフタ用分岐路と、前記室外熱交換器及び前記換気熱回収用エバポレータをバイパスする第１バイパス路と、冷媒を前記室外熱交換器側に流すか前記換気熱回収用エバポレータに流すか前記第１バイパス路に流すかを切り替えできる第１流路切替手段と、前記室内エバポレータに供給する冷媒の圧力を減圧する減圧手段と、前記室内エバポレータをバイパスする第２バイパス路と、冷媒を前記室内エバポレータ側に流すか前記第２バイパス路に流すかを切り替えできる第２流路切替手段とを備え、外気吸熱暖房運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記室内コンデンサ、前記圧力調整手段、前記室外熱交換器、前記第１バイパス路を通って前記圧縮機に戻る冷媒経路とし、冷媒を前記圧力調整手段によって減圧し、前記室外熱交換器で冷媒に空気より吸熱させ、
内気吸熱暖房運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記室内コンデンサ、前記ドラフタ用分岐路、前記減圧手段、前記室内エバポレータを通って前記圧縮機に戻る冷媒経路とし、冷媒を前記減圧手段によって減圧し、前記室内エバポレータで冷媒に空気より吸熱させ、排気吸熱暖房運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記室内コンデンサ、前記圧力調整手段、前記換気熱回収用エバポレータを通って前記圧縮機に戻る冷媒経路とし、冷媒を前記圧力調整手段によって減圧し、前記換気熱回収用エバポレータで冷媒に空気より吸熱させることが好ましい。

前記蒸気圧縮式冷凍サイクルは、前記室内エバポレータで冷媒に空気より吸熱させ、前記室内コンデンサと前記室外熱交換器で冷媒に空気に放熱させる冷房リヒート運転を行うことができ、冷房リヒート運転では、前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記室内コンデンサ、前記圧力調整手段、前記室外熱交換器、前記減圧手段、前記室内エバポレータを通って前記圧縮機に戻る冷媒経路とし、冷媒を前記圧力調整手段によって減圧せずに通し、前記室外熱交換器で冷媒に空気に放熱させることが好ましい。

室外熱交換器を通過した空気温度を検出する室外熱交換器通過空気温度検出手段と、前記室外熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段とを有し、前記凍結判別手段は、前記室外熱交換器通過空気温度検出手段の検出した前記室外熱交換器の通過空気温度と前記冷媒温度検出手段の検出した前記室外熱交換器の冷媒出口温度との差異より凍結の有無を判別するのが好ましい。

室内コンデンサの他に、車室内に供給される空気を加熱する加熱手段と、フット吹出口より吹き出す空気温度を検出するフット吹出温度検出手段と、デフロスタ吹出口及びベント吹出口より吹き出す空気温度を検出するデフロスタ・ベント吹出温度検出手段とを有し、前記制御手段は、前記フット吹出温度検出手段と前記デフロスタ・ベント吹出温度検出手段の検出温度に基づいて前記加熱手段の加熱量を制御しても良い。

室内エバポレータ及び前記室内コンデンサに供給する空気の温度と湿度を検出する吸入空気温湿度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段とを有し、前記制御手段は、前記外気温度検出手段の検出温度を窓の温度とみなして、前記吸入空気温湿度検出手段と前記外気温度検出手段より車室内の露点温度を算出し、前記室内エバポレータの除湿量が窓曇りの発生しない程度に制限されるよう前記室内エバポレータを制御しても良い。

前記室外熱交換器は、複数のチューブと複数のチューブの両端側に設けられた一対のタンク部とを有し、前記各タンク部内には仕切壁をぞれぞれ設け、前記室外熱交換器内の冷媒流れ経路の内で最も下流側に位置する仕切壁は、冷媒を液溜め部にガイドでき、且つ、冷媒を小さな流通抵抗で通すよう構成されたものを使用するのが好ましい。

本発明によれば、室外熱交換器をエバポレータとして機能させる外気吸熱暖房運転時に室外熱交換器が凍結すると、室内エバポレータで冷媒に吸熱させる内気吸熱暖房運転、又は、換気熱回収用エバポレータで冷媒に吸熱させる排気吸熱暖房運転に切り替えて暖房運転を続行し、外気吸熱暖房運転と内気吸熱暖房運転若しくは排気吸熱暖房運転とでは吸熱作用を行わせる熱交換器を変更するだけであるため、暖房運転の続行に圧縮機の動力を増大させる必要がない。以上より、室外熱交換器が凍結（着氷）した場合でも、圧縮機の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる。

本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和装置の構成図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は室外熱交換器の構成図、（ｂ）は変形例の室外熱交換器の構成図である。 本発明の一実施形態を示し、内気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、排気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、外気吸熱暖房運転時の冷媒経路を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、冷房リヒート運転時の冷媒経路を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和装置の動作フローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、車両用空気調和装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル２を備えている。蒸気圧縮式冷凍サイクル２は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、室内コンデンサ４と、室内コンデンサ４の下流に配置された圧力調整手段５と、圧力調整手段５の下流に配置された室外熱交換器６と、室外熱交換器６の下流に配置され、冷媒を減圧する減圧手段である温度式膨張弁７と、温度式膨張弁７の下流に配置された室内エバポレータ８と、室内エバポレータ８の下流に配置されたアキュムレータ９とを備え、これらが各冷媒配管１０によって接続されている。

圧縮機３は、例えばベーン型であり、制御手段３０からの指令によってオン・オフや回転数が制御される。

室内コンデンサ４は、空調ケース２１内で、且つ、室内エバポレータ８の下流に配置されている。室内コンデンサ４は、圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒と空調ケース２１内を通過する空気（車室内に供給される空気）との間で熱交換する。室内コンデンサ４は、冷媒の放熱作用によって空気を加熱する。

圧力調整手段５は、オリフィス５ａと、オリフィス５ａに並列接続された開閉弁５ｂ付きのバイパス路５ｃとから構成されている。開閉弁５ｂを開位置とすることにより、冷媒を減圧させずにそのまま流すことができる。開閉弁５ｂを閉位置とするにより、冷媒をオリフィス５ａで減圧させて流すことができる。開閉弁５ｂは、制御手段３０によって制御される。

室外熱交換器６は、例えばエンジンルーム内に配置されている。室外熱交換器６は、室内コンデンサ４を通過した冷媒と車室外の空気との間で熱交換する。室外熱交換器６の内部構成は、下記に詳説する。

温度式膨張弁７は、室内エバポレータ８の出口側に取り付けられた感温筒部（図示せず）を有し、室内エバポレータ８の出口側の冷媒過熱度（スーパーヒート）が所定値に維持されるように弁開度を自動調整する。

室内エバポレータ８は、空調ケース２１内で、且つ、室内コンデンサ４の上流に配置されている。室内エバポレータ８は、温度式膨張弁７で減圧された冷媒と空調ケース２１内を通過する空気（車室内に供給される空気）との間で熱交換する。室内エバポレータ８は、冷媒の吸熱作用によって空気を冷却し、除湿する。

アキュムレータ９は、室内エバポレータ８から送られてきた冷媒の内で余剰冷媒を一時的に溜めると共にガス冷媒のみを圧縮機３に送る。

空調ケース２１には、車室外の空気を導入する外気導入口２２と、車室内の空気を導入する内気導入口２３が設けられている。外気導入口２２と内気導入口２３は、インテークドア２４によって開閉される。インテークドア２４は、制御手段３０によって位置が可変される。空調ケース２１内には、送風機２５が設けられている。送風機２５は、インテークドア２４の位置に応じて外気や内気を空調ケース２１内に吸引する。空調ケース２１内には、室内コンデンサ４の下流に配置された加熱手段である加熱器２６とエアミックスドア２７が設けられている。エアミックスドア２７は、室内コンデンサ４及び加熱器２６を通過する送風とこれらをバイパスする送風との配風割合を調整する。加熱器２６は、蒸気圧縮式冷凍サイクル２とは別の熱源であり、例えばＰＴＣヒータによって構成されている。加熱器２６は、制御手段３０によって加熱量が制御される。

空調ケース２１の加熱器２６の下流には、フット吹出口２８ａ、デフロスタ吹出口２８ｂ、ベント吹出口２８ｃが設けられている。これら吹出口より空調風が車室内に供給される。

また、蒸気圧縮式冷凍サイクル２は、室内コンデンサ４で圧縮された冷媒を室外熱交換器６を通さずにバイパスさせるドラフタ用分岐路１１と、ドラフタ用分岐路１１に配置された換気熱回収用エバポレータ１３と、室外熱交換器６及び換気熱回収用エバポレータ１３を共にバイパスする第１バイパス路１４と、冷媒を室外熱交換器６側に流すか換気熱回収用エバポレータ１３に流すか第１バイパス路１４に流すかを切り替えできる第１流路切替手段１２と、二箇所の逆止め弁１９ａ，１９ｂとを有する。第１流路切替手段１２は、ドラフタ用分岐路１１の上流端と冷媒配管１０との接続箇所に設けられた第１三方弁１２ａと、第１バイパス路１４の上流端と冷媒配管１０との接続箇所に設けられた第２三方弁１２ｂとから構成されている。第１三方弁１２ａは圧力調整手段５の下流位置に、第２三方弁１２ｂは圧力調整手段５の上流位置にそれぞれ配置されている。

逆止め弁１９ａは、冷媒が内気吸熱暖房運転や外気吸熱暖房運転や冷房リヒート運転の冷媒経路で循環される時に、冷媒が換気熱回収用エバポレータ１３側に逆流するのを防止する。

逆止め弁１９ｂは、冷媒が内気吸熱暖房運転や排気吸熱暖房運転の冷房経路で循環される時に、冷媒が室外熱交換器６側に逆流するのを防止する。

換気熱回収用エバポレータ１３は、車室内と車室外を連通する排気通路（ドラフタ通路）２９ａに配置されている。排気通路２９ａには、送風機２９ｂが配置されている。送風機２９ｂの駆動により、車室内の空気が排気通路２９ａに強制的に吸引される。吸引された車室内の空気は、換気熱回収用エバポレータ１３を通って車室外に排気される。送風機２９ｂは、制御手段３０によって制御される。

更に、蒸気圧縮式冷凍サイクル２は、冷媒を室内エバポレータ８を通さずにバイパスさせる第２バイパス路１５と、第２バイパス路１５の上流側端と冷媒配管１０との接続箇所に設けられた第２流路切替手段である第２流路切替弁１６とを有する。第２流路切替弁１６は、冷媒を室内エバポレータ８に通すか第２バイパス路１５に通すかを切り替える。

第１三方弁１２ａ、第２三方弁１２ｂ及び第２流路切替弁１６は、制御手段３０によってそれぞれ切り替えられる。具体的には、外気吸熱暖房運転では、図５に示すように、圧縮機３で圧縮された冷媒を室内コンデンサ４、圧力調整手段５、室外熱交換器６、第２バイパス路１５を通って圧縮機３に戻る冷媒経路に切り替えられる。圧力調整手段５は冷媒を減圧し、室外熱交換器６はエバポレータとして機能する。内気吸熱暖房運転では、図３に示すように、圧縮機３で圧縮された冷媒を室内コンデンサ４、第１バイパス路１４、温度式膨張弁７、室内エバポレータ８を通って圧縮機３に戻る冷媒経路に切り替えられる。温度式膨張弁７は冷媒を減圧する。排気吸熱暖房運転では、図４に示すように、圧縮機３で圧縮された冷媒を室内コンデンサ４、圧力調整手段５、換気熱回収用エバポレータ１３、第２バイパス路１５を通って圧縮機３に戻る冷媒経路に切り替えられる。圧力調整手段５は冷媒を減圧する。冷房リヒート運転では、図６に示すように、圧縮機３で圧縮された冷媒を室内コンデンサ４、圧力調整手段５、室外熱交換器６、温度式膨張弁７、室内エバポレータ８を通って圧縮機３に戻る冷媒経路に切り替えられる。圧力調整手段５は冷媒を減圧せず、室外熱交換器６はコンデンサとして機能する。

また、車両用空気調和装置１は、室外熱交換器６を通過した空気温度を検出する室外熱交換器通過空気温度検出手段である室外熱交換器通過空気温度検出センサＳ１と、室外熱交換器６の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段である冷媒温度検出センサＳ２と、室内エバポレータ８の空気吹き出し温度を検出するエバ出口空気温度検出手段であるエバ出口空気温度検出センサＳ３と、フット吹出口２８ａより吹き出す空気温度を検出するフット吹出温度検出手段であるフット吹出温度検出センサＳ４と、デフロスタ吹出口２８ｂ及びベント吹出口２８ｃより吹き出す空気温度を検出するデフロスタ・ベント吹出温度検出手段であるデフトスタ・ベント吹出検出センサＳ５と、空調ケース２１内に導入する空気（室内エバポレータ８及び室内コンデンサ４に供給する空気）の温度と湿度を検出する吸入空気温湿度検出手段である吸入空気温湿度検出センサＳ６と、外気温度を検出する外気温度検出手段である外気温度検出センサＳ７と、車室内の温度を検出する室内温度検出手段である室内温度検出センサＳ８とを有する。

制御手段３０は、操作部３１からの入力データ、各種センサＳ１〜Ｓ８の検出データ等に基づいて、圧縮機３、第１三方弁１２ａ、第２三方弁１２ｂ、第２流路切替弁１６、インテークドア２４、送風機２５、加熱器２６、エアミックスドア２７、送風機２９ｂ等を制御する。又、制御手段３０は、室外熱交換器６が凍結したことを判別する凍結判別手段を兼用する。制御手段３０は、室外熱交換器通過空気温度検出センサＳ１と冷媒温度検出センサＳ２を入力し、室外熱交換器６を通過した空気温度と室外熱交換器６の出口側の冷媒温度との差異が所定温度差（例えば１０℃）以上となったときに凍結（着氷）と判定する。

操作部３１は、暖房スイッチＳＷ１、冷房スイッチＳＷ２、室内温度設定ノブ３２、空気導入選択（インテーク選択）ノブ３３等を有する。室内温度設定ノブ３２によって車室内の目標温度を設定する。空気導入選択ノブ３３によって空調ケース２１内に導入する空気（内気、外気）を選択できる。制御手段３０は、暖房スイッチＳＷ１、冷房スイッチＳＷ２のオン操作によって、図６に示すフローチャートを実行する。このフローチャートの内容については、下記の動作箇所で説明する。又、制御手段３０は、室内温度検出センサＳ８の検出温度が目標温度になるよう暖房運転等を制御する。
次に、室外熱交換器６の詳しい構成を説明する。室外熱交換器６は、図２（ａ）に示すように、間隔を置いて水平方向に配置された複数のチューブ４０と、隣接するチューブ４０の隙間に配置された放熱フィン４１と、複数のチューブ４０の両端側に配置された一対のタンク部４２，４３とを備えている。一方のタンク部４２には、その上端側に冷媒入口４４が、その下端側に冷媒出口４５がそれぞれ設けられている。他方のタンク部４３の外部には液溜め部４６が付設されている。他方のタンク部４３内と液溜め部４６内は連通路４７によって連通している。双方のタンク部４２，４３内には、仕切壁４８，４９がそれぞれ一箇所に設けられている。一方のタンク部４２内の仕切壁４８は、タンク部４２内を完全に仕切っている。他方のタンク部４３の仕切壁４９は、室外熱交換器６内の冷媒流れ経路の内で最も下流側に位置し、連通路４７を仕切らないように配置されている。つまり、仕切壁４９は、室外熱交換器６がコンデンサとして機能する場合に、液冷媒を液溜め部４６にガイドする機能を有するが、室外熱交換器６がエバポレータとして機能する場合に、気化冷媒を小さな通路抵抗で通す。

次に、車両用空気調和装置１の動作を説明する。図７に示すように、制御手段３０は、冷房スイッチＳＷ２がオンされ、冷房モードが選択されると（ステップＳＴ１）、制御手段３０は冷房リヒート運転を実行する（ステップＳＴ２）。冷房リヒート運転では、図６に示すように、第１三方弁１２ａ及び第２三方弁１２ｂは冷媒が室外熱交換器６側に、第２流路切替弁１６は冷媒が室内エバポレータ８側に流れるようそれぞれ切り替えられる。圧力調整手段５の開閉弁５ｂは、冷媒を減圧しないで通過させる開位置とされる。

圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、第２三方弁１２ｂ、圧力調整手段５、第１三方弁１２ａ、室外熱交換器６、第２流路切替弁１６、温度式膨張弁７、室内エバポレータ８、アキュムレータ９を通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４と室外熱交換器６で空気に放熱する。放熱によって低温となり、温度式膨張弁７で低圧とされた冷媒は、室内エバポレータ８で空気より吸熱する。従って、空調ケース２１内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却されると共にその一部若しくは全部が室内コンデンサ４で再加熱される。これにより、所望温度の冷風が作製される。

制御手段３０は、暖房スイッチＳＷ２がオンされ、暖房モードが選択されると（ステップＳＴ１）、空気導入モードが内気導入と外気導入のいずれであるかをチェックする（ステップＳＴ３）。内気導入モードであれば、制御手段３０は、内気吸熱暖房運転を実行する（ステップＳＴ４）。

内気吸熱暖房運転では、図３に示すように、第１三方弁１２ａは冷媒が第１バイパス路１４側に、第２流路切替弁１６は冷媒が室内エバポレータ８側に流れるようそれぞれ切り替えられる。エアミックスドア２７は、例えば全開位置に切り替えられる。圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、第１バイパス路１４、第２流路切替弁１６、温度式膨張弁７、室内エバポレータ８、アキュムレータ９を通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４で空気に放熱する。放熱によって低温となり、温度式膨張弁７で低圧とされた冷媒は、室内エバポレータ８で空気より吸熱する。従って、空調ケース２１内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却されると共にその全部が室内コンデンサ４で再加熱される。これにより、所望温度の温風が作製される。

室内エバポレータ８では、空気を０度近くまで冷却するため、除湿された空気が車室内に吹き出され、窓曇りが発生しない。

室内コンデンサ４の加熱能力が小さい場合には、加熱器２６を作動させて所望温度の温風を作製する。

また、内気吸熱暖房運転では、エバ出口空気温度検出センサＳ３の検出温度に基づいて室内エバポレータ８が凍結しない温度（例えば０℃〜３℃）で圧縮機３の回転数を制御し、除湿量を確保することになる。内気吸熱暖房運転では、室内エバポレータ８と室内コンデンサ４で冷凍サイクル特性が決定されるため、除湿性により圧縮機３の回転数を決めると室内コンデンサ４での加熱量が成り行きで決まって来る。加熱量を増加したい場合には加熱器２６を作動させ、加熱量を減少させたい場合にはエアミックスドア２７を閉位置側に変移することによって空調風の温度を制御できる。

内気吸熱暖房運転が開始されると、一定時間毎に空気導入モードの状態がチェックされる（ステップＳＴ５）。

外気導入モードであれば、制御手段３０は、外気吸熱暖房運転を実行する（ステップＳＴ６）。外気吸熱暖房運転では、図５に示すように、第１三方弁１２ａ及び第２三方弁１２ｂは冷媒が室外熱交換器６側に、第２流路切替弁１６は冷媒が第２バイパス路１５側に流れるようそれぞれ切り替えられる。圧力調整手段５の開閉弁５ｂは、閉位置に位置される。エアミックスドア２７は、例えば全開位置に切り替えられる。圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、室外熱交換器６、第２流路切替弁１６、第２バイパス路１５、アキュムレータ９を通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４で空気に放熱する。放熱によって低温となり、圧力調整手段５のオリフィス５ｂの通過で低圧とされた冷媒は、室外熱交換器６で空気より吸熱する。従って、空調ケース２１内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却されることなく通過し、室内コンデンサ４で加熱される。これにより、所望温度の温風が作製される。外気吸熱暖房運転では、室内エバポレータ８で冷媒が吸熱作用を行わず、空気が冷却されないため、内気吸熱暖房運転より大きな暖房性能が得られる。

外気吸熱暖房運転では、湿気が少ない車室外の空気を空調ケース２１内に導入（外気循環）するので、極力窓曇りの発生を抑制できる。

外気吸熱暖房運転時には、所定時間毎に、室外熱交換器６が凍結（着氷）したか否かの判別を行う（ステップＳＴ７、ＳＴ８）。

室外熱交換器６が凍結したと判別した場合には、空気導入モードの状態がチェックされる（ステップＳＴ９）。内気導入モードであれば、室外熱交換器６の凍結が解除されていないことを条件として（ステップＳＴ１０）、外気吸熱暖房運転を内気吸熱暖房運転に切り替える（ステップＳＴ４）。これにより、冷媒の吸熱が室内エバポレータ８を通過する空気に切り替えられ、暖房運転が維持される。

外気導入モードであれば、外気吸熱暖房運転から排気吸熱暖房運転に切り替える（ステップＳＴ１１）。

排気吸熱暖房運転では、図４に示すように、第１三方弁１２ａ及び第２三方弁１２ｂは冷媒が換気熱回収用エバポレータ１３側に、第２流路切替弁１６は冷媒が換気熱回収用エバポレータ１３側に流れるようそれぞれ切り替えられる。圧力調整手段５の開閉弁５ｂは、閉位置に位置される。エアミックスドア２７は、例えば全開位置に切り替えられる。排気通路２９ａの送風機２９ｂは、駆動される。圧縮機３で圧縮された冷媒は、室内コンデンサ４、圧力調整手段５、ドラフタ用分岐路１１（換気熱回収用エバポレータ１３）、第２流路切替弁１６、第２バイパス路１５、アキュムレータ９を通る冷媒経路を循環する。圧縮機３で圧縮された高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ４で空気に放熱する。放熱によって低温となり、圧力調整手段５のオリフィス５ａの通過で低圧とされた冷媒は、換気熱回収用エバポレータ１３で空気より吸熱する。従って、空調ケース２１内を通る送風は、室内エバポレータ８で冷却されることなく通過し、その全部が室内コンデンサ４で加熱される。これにより、所望温度の温風が作製される。

室内コンデンサ４の加熱能力が小さい場合には、加熱器２６を作動させて所望温度の温風を作製する。

排気吸熱暖房運転では、湿気が少ない車室外の空気を空調ケース２１内に導入（外気循環）するので、極力窓曇りの発生を抑制できる。又、車室内の空気は、排気通路２９ａより強制的に車室外に排気されるので、車室内に所定の空気流れが形成されると共に排気通路２９ａ以外からの車体空気漏洩がなくなるため、窓曇りの発生が確実に抑制される。このような理由から、内気導入率を５０％程度にまで上げて換気負荷の低減を図るようにしても窓曇りを抑制できる。つまり、窓曇りを防止しつつ換気負荷の低減による省動力を図ることができる。

内気吸熱暖房運転中又は排気吸熱暖房運転中は、所定時間毎に室外熱交換器６の凍結が解消（解氷）したか否かの判別を行う（ステップＳＴ１０、ＳＴ１２）。室外熱交換器６の凍結が解消した（室外熱交換器６が凍結していない）と判別した場合には（ステップＳＴ１０）、ユーザの選択した空気導入モードで応じて外気吸熱暖房運転若しくは内気吸熱暖房運転に戻される（ステップＳＴ３、ＳＴ６、ＳＴ４）。尚、室外熱交換器６の凍結が解消した（室外熱交換器６が凍結していない）と判別した場合に、外気吸熱暖房運転に戻すタイミングについては種々のタイミングが考えられる。

以上説明したように、室外熱交換器６をエバポレータとして機能させる外気吸熱暖房運転時に室外熱交換器６が凍結すると、室内エバポレータ８で冷媒に吸熱させる内気吸熱暖房運転、又は、換気熱回収用エバポレータ１３で冷媒に吸熱させる排気吸熱暖房運転に切り替えて暖房運転を続行し、外気吸熱暖房運転と内気吸熱暖房運転若しくは排気吸熱暖房運転とでは吸熱作用を行わせる熱交換器を変更するだけであるため、暖房運転の続行に圧縮機３の動力を増大させる必要がない。以上より、室外熱交換器６が凍結（着氷）した場合でも、圧縮機３の動力を増大させることなく暖房運転を維持できる。

このように室外熱交換器６が凍結しても暖房運転を維持できるため、室外熱交換器６としては特別なもの（例えば凍結し難い構造、結露が極力滞留しない構造）を使用する必要がなく汎用性のあるものを使用すれば良い。

室外熱交換器６は室外の空気より吸熱するが、室内エバポレータ８や換気熱回収用エバポレータ１３は室外の空気よりも高温である室内の空気より吸熱するため、省動力とコストダウンにもなる。

制御手段３０は、室外熱交換器６が凍結したと判別すると、内気導入状態の時には内気吸熱暖房運転に、外気導入状態の時には排気吸熱暖房運転にそれぞれ切り替える。従って、現在の空気導入状態を維持しつつ暖房運転を続行できるため、ユーザには違和感を与えないで済む。

排気吸熱暖房運転では、車室外の空気を空調ケース２１内（室内エバポレータ８及び室内コンデンサ４）に導入し、車室内の空気を排気通路２９ａより強制排気する。従って、湿気が少ない車室外の空気を車室内に導入されるため、極力窓曇りの発生を抑制できる。又、車室内の空気は、排気通路２９ａより強制的に車室外に排気されるため、車室内に所定の空気流れが形成されると共に排気通路２９ａ以外からの車体空気漏洩がなくなり、窓曇りの発生が確実に抑制される。このような理由から、内気導入率を５０％程度にまで上げて換気負荷の低減を図るようにしても窓曇りを抑制できる。つまり、窓曇りを防止しつつ換気負荷の低減による省動力を図ることができる。

内気吸熱暖房運転では、車室内の空気を空調ケース２１内（室内エバポレータ８及び室内コンデンサ４）に導入し、内気循環するので、車室内の熱損失がほとんどなく、熱効率の良い暖房を行うことができる。

蒸気圧縮式冷凍サイクル２は、圧縮機３と室内コンデンサ４と室外熱交換器６と温度式膨張弁７と室内エバポレータ８から成る通常の冷凍サイクルに対し、室外熱交換器６に供給する冷媒の圧力を調整できる圧力調整手段５と、室外熱交換器６をバイパスし、換気熱回収用エバポレータ１３が配置されたドラフタ用分岐路１１と、室外熱交換器６及び換気熱回収用エバポレータ１３の双方をバイパスするする第１バイパス路１４と、冷媒を室外熱交換器６側に流すか換気熱回収用エバポレータ１３に流すか第１バイパス路１４に流すかを切り替えできる第１三方弁１２ａ及び第２三方弁１２ｂと、室内エバポレータ８をバイパスする第２バイパス路１５と、冷媒を室内エバポレータ８側に流すか第２バイパス路１５に流すかを切り替えできる第２流路切替弁１６とを付設したので、比較的簡単な冷凍サイクル構成で、しかも、比較的簡単な冷媒経路の切替えによって、３種類の暖房運転（外気吸熱暖房運転、内気吸熱暖房運転、排気吸熱暖房運転）と１種類の冷房運転（冷房リヒート運転）を行うことができる。

凍結判別手段である制御手段３０は、室外熱交換器６の空気吹き出し温度と室外熱交換器６の冷媒出口温度の差異より凍結の有無を判別するので、比較的単純な比較によって確実に室外熱交換器６の凍結の有無を判別できる。

室内コンデンサ４の他に、車室内に供給される空気を加熱する加熱器２６を有する。そして、制御手段３０は、フット吹出温度検出センサＳ４とデフロスタ・ベント吹出温度検出センサＳ５の検出温度に基づいて加熱器２６の加熱量を制御する。従って、フット吹出口２８ａとベント吹出口２８ｃの空気温度に温度差を付ける場合（バイレベルモード）においても、加熱器２６の加熱量を調整でき、所望の空調風を吹き出させることができる。

この実施形態では、加熱器２６を設置したが、外気吸熱暖房運転、内気吸熱暖房運転及び排気吸熱暖房運転のそれぞれにおいて、室内コンデンサ４のみで十分な暖房性能が得られる場合には、加熱器２６を設置する必要はない。

空調ケース２１内（室内エバポレータ８及び室内コンデンサ４）に供給する空気の温度と湿度を検出する吸入空気温湿度検出センサＳ６と、外気温度を検出する外気温度検出センサＳ７とを有し、制御手段３０は、外気温度検出手段Ｓ７の検出温度を窓の温度とみなして、吸入空気温湿度検出センサＳ６と外気温度検出センサＳ７より車室内の露点温度を算出し、室内エバポレータ８の除湿量が窓曇りの発生しない程度に制限されるよう室内エバポレータ８を制御するようにしても良い。これにより、窓曇りの発生を防止しつつ圧縮機３の動力を低く運転することができる。露点温度は、制御手段３０の内蔵メモリにデータマップを記憶し、外気温度検出センサＳ７の温度と相対湿度から算出する。

室外熱交換器６は、複数のチューブ４０と複数のチューブ４０の両端側に設けられた一対のタンク部４２，４３とを有し、各タンク部４２，４３内には一箇所に仕切壁４８，４９をぞれぞれ設け、室外熱交換器６内の冷媒流れ経路の内で最も下流側に位置する仕切壁４９は、冷媒を液溜め部４６にガイドでき、且つ、冷媒を小さな流通抵抗で通すよう構成されている。

従って、室外熱交換器６がコンデンサとして機能する場合には、冷媒入口４４より一方のタンク部４２内に流入した冷媒は、仕切壁４８より上方側のタンク部４２より各チューブ４０内を流れて他方のタンク部４３内に流入する。他方のタンク部４３内に流入した冷媒は、仕切壁４９でガイドされて連通路４７を介して液溜め部４６に入り込む。液溜め部４６よりオーバーフローした液冷媒は、連通路４７より他方のタンク部４３の下方側に入り込み、チューブ４０内を流れて液冷媒が冷媒出口４５より流出し、温度式膨張弁７に送られる。

室外熱交換器６がエバポレータとして機能する場合には、冷媒入口４４より一方のタンク部４２内に流入した冷媒は、仕切壁４８より上方側のタンク部４２より各チューブ４０内を流れて他方のタンク部４３内に流入する。他方のタンク部４３内に流入した気化冷媒は、仕切壁４９を避けて連通路４７を迂回するようにしてタンク部４３の下方側に入り込む。タンク部４３の下方側に流れ込んだ冷媒は、チューブ４０内を流れて一方のタンク部４２の冷媒出口４５より流出される。他方のタンク部４３内で仕切壁４９の位置を通過する際には、仕切壁４９によって連通路４７が仕切られていないため、小さな通路抵抗で通過する。これにより、室外熱交換器６内を流れる冷媒の圧力損失を小さく抑えることができ、冷媒の蒸発温度が低下することに起因する吸熱性能の低下を防止できる。

この実施形態では、圧力調整手段は、オリフィス５ａと、オリフィス５ａに並列接続された開閉弁５ｂ付きのバイパス路５ｃとから構成したが、冷媒通路を開放する開放状態と冷媒通路を狭くする絞り状態とに選択的に切り替えできるものであれば良い。例えば、開度調整できる電磁弁にて構成しても良い。

この実施形態では、室外熱交換器６は、その一対のタンク部４２，４３内の各一箇所に仕切壁４８，４９が設けられているが、仕切壁４８，４９を二箇所以上に設けたものであっても良い。この場合には、室外熱交換器６内の冷媒流れ経路の内で最も下流側に位置する仕切壁４９について、連通路４７を仕切らないように配置する。

（変形例の室外熱交換器の構造）
次に、変形例に係る室外熱交換器６Ａを示す。図２（ｂ）に示すように、変形例に係る室外熱交換器６Ａは、前記実施形態のものと比較して、その他方のタンク部４３Ａが大きな容積に形成され、他方のタンク部４３Ａの下方側が液溜め部を兼用するよう構成されている。他方のタンク部４３Ａ内には、乾燥剤入りのフィルタ５０が内蔵されている。タンク部４３Ａ内で、且つ、フィルタ５０の外周側は、仕切壁４９Ａによって上下方向に仕切られている。タンク部４３Ａの上方側に流入した冷媒は、フィルタ５０内を通ってのみタンク部４３Ａの下方側に流れ込む。仕切壁４９Ａの内径（換言すれば、フィルタ５０の外径）は、気化冷媒を小さな通路抵抗で通すことができる寸法に設定されている。仕切壁４９Ａは、室外熱交換器６Ａがコンデンサとして機能する場合に、冷媒をフィルタ５０内にガイドする機能を有するが、室外熱交換器６Ａがエバポレータとして機能する場合に、冷媒を小さな通路抵抗で通す。

従って、この変形例に係る室外熱交換器６Ａにあっても、前記室外熱交換器６と同様に、室外熱交換器６Ａがコンデンサとして機能する場合には、他方のタンク部４３Ａ内に流入した冷媒は、仕切壁４９Ａでガイドされてフィルタ５０を介して他方のタンク部４３Ａの下方側（液溜め部に相当）に入り込む。室外熱交換器６がエバポレータとして機能する場合には、他方のタンク部４３Ａ内で仕切壁４９Ａの位置を通過する際には、小さな通路抵抗で通過する。これにより、室外熱交換器６Ａ内を流れる冷媒の圧力損失を小さく抑えることができ、冷媒の蒸発温度が低下することに起因する吸熱性能の低下を防止できる。

（変形例）
この実施形態では、外気吸熱暖房運転時に室外熱交換器６が凍結したと判別すると、内気導入状態の時には内気吸熱暖房運転に、外気導入状態の時には排気吸熱暖房運転にそれぞれ切り替えるよう構成したが、導入空気状態以外の要素によっていずれに切り替えるようにしても良いし、ユーザの選択によって切り替えるようにしても良い。

この実施形態では、第１流路切替手段１２は、第１三方弁１２ａと第２三方弁１２ｂから構成されているが、単一の四方弁にて構成しても良い。

（暖房運転の切り替えタイミングの変形例）
前記実施形態では、室外熱交換器６をエバポレータとして機能させる外気吸熱暖房運転時に室外熱交換器６が凍結すると、室内エバポレータ８で冷媒に吸熱させる内気吸熱暖房運転、又は、換気熱回収用エバポレータ１３で冷媒に吸熱させる排気吸熱暖房運転に切り替えたが、次のような場合にも暖房運転の切替えを行うようにしても良い。

つまり、窓晴らしをしたい場合、雨天等で快適性向上のために除湿したい場合にも、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転や排気吸熱暖房運転に切り替えるようにしても良い。

１ 車両用空気調和装置
２ 蒸気圧縮式冷凍サイクル
３ 圧縮機
４ 室内コンデンサ
５ 圧力調整手段
６ 室外熱交換機
７ 温度式膨張弁（減圧手段）
８ 室内エバポレータ
１１ ドラフタ用分岐路
１２ 第１流路切替手段
１４ 第１バイパス路
１５ 第２バイパス路
１６ 第２流路切替弁（第２流路切替手段）
２６ 加熱器（加熱手段）
２８ａ フット吹出口
２８ｂ デフロスタ吹出口
２８ｃ ベント吹出口
３０ 制御手段
４０ チューブ
４２，４３ タンク部
４３Ａ タンク部の下方側（液溜め部）
４６ 液溜め部
４８，４９，４９Ａ 仕切壁
Ｓ１ 室外熱交換器通過空気温度検出手段（室外熱交換器通過空気温度検出センサ）
Ｓ２ 冷媒温度検出手段（冷媒温度検出センサ）
Ｓ４ フット吹出温度検出手段（フット吹出温度検出センサ）
Ｓ５ デフロスタ・ベント吹出温度検出手段（デフロスタ・ベント吹出温度検出センサ）
Ｓ６ 吸入空気温湿度検出手段（吸入空気温湿度検出センサ）

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機（３）と、
   前記圧縮機（３）で圧縮された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し、空気を加熱する室内コンデンサ（４）と、
   冷媒と車室外の空気との間で熱交換する室外熱交換器（６）と、
   冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換し、空気を冷却する室内エバポレータ（８）と、
   冷媒と車室内から車室外に排気する空気との間で熱交換する換気熱回収用エバポレータ（１３）とを有し、
   前記室外熱交換器（６）で冷媒に空気より吸熱させ、前記室内コンデンサ（４）で冷媒に空気へ放熱させる外気吸熱暖房運転と、前記室内エバポレータ（８）で冷媒に空気より吸熱させ、前記室内コンデンサ（４）で冷媒に空気へ放熱させる内気吸熱暖房運転と、前記換気熱回収用エバポレータ（１３）で冷媒に空気より吸熱させ、前記室内コンデンサ（４）で冷媒に空気へ放熱させる排気吸熱暖房運転とを行うことができる蒸気圧縮式冷凍サイクル（２）と、
   前記室外熱交換器（６）が凍結したことを判別する凍結判別手段（３０）と、
   前記凍結判別手段（３０）が凍結したと判別すると、外気吸熱暖房運転から内気吸熱暖房運転又は排気吸熱暖房運転に運転を切り替える制御手段（３０）とを備え、
   前記制御手段（３０）は、前記凍結判別手段（３０）が凍結したと判別すると、内気導入状態の時には内気吸熱暖房運転に、外気導入状態の時には排気吸熱暖房運転にそれぞれ切り替えることを特徴とする車両用空気調和装置（１）。
2. 請求項１に記載の車両用空気調和装置（１）であって、
   車室内の空気を前記換気熱回収用エバポレータ（１３）を通して車室外に送風する送風機（２９ｂ）を有することを特徴とする車両用空気調和装置（１）。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用空気調和装置（１）であって、
   前記蒸気圧縮式冷凍サイクル（２）は、前記室外熱交換器（６）及び前記換気熱回収用エバポレータ（１３）に供給する冷媒の圧力を調整できる圧力調整手段（５）と、前記室外熱交換器（６）をバイパスし、前記換気熱回収用エバポレータ（１３）が配置された分岐ドラフタ用分岐路（１１）と、前記室外熱交換器（６）及び前記換気熱回収用エバポレータ（１３）をバイパスする第１バイパス路（１４）と、冷媒を前記室外熱交換器（６）側に流すか前記換気熱回収用エバポレータ（１３）に流すか前記第１バイパス路（１４）に流すかを切り替えできる第１流路切替手段（１２）と、前記室内エバポレータ（８）に供給する冷媒の圧力を減圧する減圧手段（７）と、前記室内エバポレータ（８）をバイパスする第２バイパス路（１５）と、冷媒を前記室内エバポレータ（８）側に流すか前記第２バイパス路（１５）に流すかを切り替えできる第２流路切替手段（１６）とを備え、
   外気吸熱暖房運転では、前記圧縮機（３）で圧縮された冷媒を前記室内コンデンサ（４）、前記圧力調整手段（５）、前記室外熱交換器（６）、前記第１バイパス路（１５）を通って前記圧縮機（３）に戻る冷媒経路とし、冷媒を前記圧力調整手段（５）によって減圧し、前記室外熱交換器（６）で冷媒に空気より吸熱させ、
   内気吸熱暖房運転では、前記圧縮機（３）で圧縮された冷媒を前記室内コンデンサ（４）、前記ドラフタ用分岐路（１１）、前記減圧手段（７）、前記室内エバポレータ（８）を通って前記圧縮機（３）に戻る冷媒経路とし、冷媒を前記減圧手段（３）によって減圧し、前記室内エバポレータ（８）で冷媒に空気より吸熱させ、
   排気吸熱暖房運転では、前記圧縮機（３）で圧縮された冷媒を前記室内コンデンサ（４）、前記圧力調整手段（５）、前記換気熱回収用エバポレータ（１３）を通って前記圧縮機（３）に戻る冷媒経路とし、冷媒を前記圧力調整手段（５）によって減圧し、前記換気熱回収用エバポレータ（１３）で冷媒に空気より吸熱させることを特徴とする車両用空気調和装置（１）。
4. 請求項３記載の車両用空気調和装置（１）であって、
   前記蒸気圧縮式冷凍サイクル（２）は、前記室内エバポレータ（８）で冷媒に空気より吸熱させ、前記室内コンデンサ（４）と前記室外熱交換器（６）で冷媒に空気に放熱させる冷房リヒート運転を行うことができ、
   冷房リヒート運転では、前記圧縮機（３）で圧縮された冷媒を前記室内コンデンサ（４）、前記圧力調整手段（５）、前記室外熱交換器（６）、前記減圧手段（７）、前記室内エバポレータ（８）を通って前記圧縮機（３）に戻る冷媒経路とし、冷媒を前記圧力調整手段（５）によって減圧せずに通し、前記室外熱交換器（６）で冷媒に空気に放熱させることを特徴とする車両用空気調和装置（１）。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用空気調和装置であって、
   前記室外熱交換器（６）を通過した空気温度を検出する室外熱交換器通過空気温度検出手段（Ｓ１）と、前記室外熱交換器（６）の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段（Ｓ２）とを有し、
   前記凍結判別手段（３０）は、前記室外熱交換器通過空気温度検出手段（Ｓ１）の検出した前記室外熱交換器（６）の通過空気温度と前記冷媒温度検出手段（Ｓ２）の検出した前記室外熱交換器（６）の冷媒出口温度との差異より凍結の有無を判別することを特徴とする車両用空気調和装置（１）。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の車両用空気調和装置（１）であって、
   前記室内コンデンサ（４）の他に、車室内に供給される空気を加熱する加熱手段（２６）と、
   フット吹出口（２８ａ）より吹き出す空気温度を検出するフット吹出温度検出手段（Ｓ４）と、
   デフロスタ吹出口（２８ｂ）及びベント吹出口（２８ｃ）より吹き出す空気温度を検出するデフロスタ・ベント吹出温度検出手段（Ｓ５）とを有し、
   前記制御手段（３０）は、前記フット吹出温度検出手段（Ｓ４）と前記デフロスタ・ベント吹出温度検出手段（Ｓ５）の検出温度に基づいて前記加熱手段（２６）の加熱量を制御することを特徴とする車両用空気調和装置（１）。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の車両用空気調和装置（１）であって、
   前記室内エバポレータ（８）及び前記室内コンデンサ（４）に供給する空気の温度と湿度を検出する吸入空気温湿度検出手段（Ｓ６）と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段（Ｓ７）とを有し、
   前記制御手段（３０）は、前記外気温度検出手段（Ｓ７）の検出温度を窓の温度とみなして、前記吸入空気温湿度検出手段（Ｓ６）と前記外気温度検出手段（Ｓ７）より車室内の露点温度を算出し、前記室内エバポレータ（８）の除湿量が窓曇りの発生しない程度に抑えた範囲で前記室内エバポレータ（８）を制御することを特徴とする車両用空気調和装置（１）。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の車両用空気調和装置（１）であって、
   前記室外熱交換器（６），（６Ａ）は、複数のチューブ（４０）と複数のチューブ（４０）の両端側に設けられた一対のタンク部（４２）,（４３），（４３Ａ）とを有し、前記タンク部（４２）,（４３），（４３Ａ）内には仕切壁（４８）,（４９），（４９Ａ）を設け、
   前記室外熱交換器（６）,（６Ａ）内の冷媒流れ経路の内で最も下流側に位置する仕切壁（４９），（４９Ａ）は、冷媒を液溜め部（４６）,（４３Ａ）にガイドでき、且つ、冷媒を小さな流通抵抗で通すよう構成されたことを特徴とする車両用空気調和装置（１）。

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