(57)【要約】【課題】低温環境における吸熱器の吸熱性能を確保して、より広い温度範囲で暖房運転に対応可能なヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】ヒートポンプシステム１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル１０と、空気加熱ユニット３０を有しており、冷凍サイクル１０の冷媒圧縮機１１で圧縮した吐出冷媒の熱を熱源として送風空気を加熱する暖房運転を実行可能に構成されている。空気加熱ユニット３０は、空気吸込口３２から吸い込んだ空気を、空気圧縮膨張機３１で圧縮して熱を発生させて、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体を介して、冷凍サイクル１０のチラー１７側に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する冷媒圧縮機（１１）と、
前記冷媒圧縮機にて圧縮された高圧冷媒を凝縮させる凝縮器（１２、１２ａ、７１）を含み、空調対象空間へ送風される送風空気に対して前記高圧冷媒の熱を放熱する加熱部（２０）と、
前記凝縮器から流出した冷媒を減圧させる冷媒減圧部（１４、１４ａ、１５、７２）と、
前記冷媒減圧部にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱させる冷媒蒸発器（１６、１６ａ、１７）を有する冷凍サイクル（１０）と、
空気を圧縮して吐出する空気圧縮機（３１、３７）を有する空気加熱ユニット（３０）と、を備え、
前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気の熱を、前記冷凍サイクルの前記冷媒蒸発器に供給するヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記空気加熱ユニットにて前記空気圧縮機から吐出された前記圧縮空気の熱を、前記冷凍サイクルの前記冷媒蒸発器に供給する熱媒体回路（２５、８０）を有し、
前記冷媒蒸発器は、前記冷凍サイクルの低圧冷媒と、前記熱媒体回路を流れる熱媒体を熱交換させる熱媒体−冷媒熱交換器であり、
前記空気加熱ユニットは、前記空気圧縮機から吐出された高圧の前記圧縮空気の熱を、前記熱媒体に放熱させる空気放熱器（３５）を有し、
前記熱媒体回路は、前記冷媒蒸発器と、前記空気放熱器と、前記熱媒体を送出する熱媒体ポンプ（２６）を接続して構成されている請求項１に記載のヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記加熱部は、前記凝縮器に加えて、高温側熱媒体を送出する高温側熱媒体ポンプ（２１）と、前記高温側熱媒体の有する熱を前記送風空気に放熱するヒータコア（２２）と、前記高温側熱媒体の有する熱を外部に放熱するラジエータ（２３）を有して構成され、
前記凝縮器は、前記冷凍サイクルの高圧冷媒の熱を、前記高温側熱媒体に放熱する請求項２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記凝縮器は、前記熱媒体回路において、前記冷媒蒸発器及び前記空気放熱器に対して並列に接続されると共に、前記冷凍サイクルの高圧冷媒と前記熱媒体とを熱交換させ、
前記熱媒体回路（８０）は、
前記冷媒蒸発器、前記空気放熱器及び前記凝縮器に対して並列に接続され、前記熱媒体の有する熱を外部に放熱するラジエータ（２３）と、
前記熱媒体回路にて前記熱媒体が循環する回路を切り替える回路切替部（８５）と、を有している請求項２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記空気加熱ユニットは、前記空気圧縮機及び前記空気放熱器を通過した前記圧縮空気を膨張させて、当該圧縮空気のエネルギを取り出して回収する空気膨張部（３１ｂ、３８）を有する請求項２ないし４の何れか１つに記載のヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記空気圧縮機は、前記空気を圧縮させる為の圧縮機構（３１ａ）と、前記空気膨張部（３１ｂ）とを一体的に有しており、
前記空気膨張部にて膨張する前記圧縮空気の圧力エネルギを機械エネルギに変換し、当該機械エネルギを前記圧縮機構に供給する請求項５に記載のヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記空気加熱ユニットは、前記空気圧縮機に吸い込まれる前記空気と、前記空気放熱器から流出した前記圧縮空気とを熱交換させる内部熱交換器（３６）を有する請求項２ないし６の何れか１つに記載のヒートポンプシステム。
【請求項８】
前記冷媒蒸発器は、前記空気圧縮機から吐出された高圧の前記圧縮空気と、前記冷凍サイクルの低圧冷媒とを熱交換させる空気−冷媒熱交換器（１６ａ）である請求項１に記載のヒートポンプシステム。
【請求項９】
前記空気加熱ユニットは、前記空気圧縮機及び前記冷媒蒸発器を通過した前記圧縮空気を膨張させて、当該圧縮空気のエネルギを取り出して回収する空気膨張部（３１ｂ、３８）を有する請求項８に記載のヒートポンプシステム。
【請求項１０】
前記空気圧縮機は、前記空気圧縮機にて前記空気を圧縮させる為の圧縮機構（３１ａ）と、前記空気膨張部（３１ｂ）と一体的に有しており、
前記空気膨張部にて膨張する前記圧縮空気の圧力エネルギを機械エネルギに変換し、当該機械エネルギを前記圧縮機構に供給する請求項９に記載のヒートポンプシステム。
【請求項１１】
前記空気加熱ユニットは、前記空気圧縮機に吸い込まれる前記空気と、前記冷媒蒸発器を通過した前記圧縮空気とを熱交換させる内部熱交換器（３６）を有する請求項８ないし１０の何れか１つに記載のヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを有するヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプシステムは、例えば、車両用空調装置等に適用されており、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの冷媒回路を切り替えることで、冷房モード、暖房モード、除湿暖房モード等の様々な運転モードを実現している。
【０００３】
このようなヒートポンプシステムが暖房モードで作動した場合、サイクルの低圧側に配置された室外熱交換器は、吸熱器として機能して外気等から吸熱する。この時、外気が低温且つ高湿度である場合には、吸熱器の表面が着霜してしまうことが想定される。
【０００４】
吸熱器の表面が着霜してしまうと、吸熱器における外気からの吸熱量が低下して、当該ヒートポンプシステムの暖房性能が低下してしまう。
【０００５】
この点についてなされた発明として、特許文献１に記載された発明が知られている。特許文献１に記載されたヒートポンプシステムは、車両用空調装置を構成しており、暖房時に室外熱交換器が着霜した場合に、冷媒回路を切り替えて高温高圧の冷媒を室外熱交換器に流入させて、当該室外熱交換器を除霜する除霜運転を実行している。
【０００６】
即ち、特許文献１に記載されたヒートポンプシステムは、外気が低温高湿度の場合には、暖房による室外熱交換器の着霜が進行するたびに除霜運転を行うことで、低温高湿度である環境での暖房を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−３０７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、特許文献１のヒートポンプシステムでは、除霜運転を行う際に冷媒回路を切り替えている為、冷凍サイクルを用いた暖房と除霜運転を同時に行うことはできず、除霜運転時には暖房が停止してしまう。低温高湿度な環境において、一時的に暖房が停止してしまうと、快適性は大きく低下してしまう。
【０００９】
又、特許文献１のヒートポンプシステムのような構成において、外気が極端に低温（例えば、−１０℃以下）である場合、外気から吸熱する為に冷媒温度は、外気温よりも更に低温にする必要がある。そうすると、冷媒圧縮機が吸入する冷媒は、圧力、密度の低下を引き起こし、冷媒圧縮機の圧縮比の増加を招く為、機器効率が低下してしまう。更に、低密度の冷媒を圧縮する為、同一吐出容積あたりの冷媒質量流量が低下し、必要暖房性能を確保できなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、これらの点に鑑みてなされており、着霜に対応しつつ、低温環境における吸熱器の吸熱性能を確保して、より広い温度範囲で暖房運転に対応可能なヒートポンプシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載されたヒートポンプシステムは、
冷媒を圧縮して吐出する冷媒圧縮機（１１）と、
冷媒圧縮機にて圧縮された高圧冷媒を凝縮させる凝縮器（１２、１２ａ、７１）を含み、空調対象空間へ送風される送風空気に対して高圧冷媒の熱を放熱する加熱部（２０）と、
凝縮器から流出した冷媒を減圧させる冷媒減圧部（１４、１４ａ、１５、７２）と、
冷媒減圧部にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱させる冷媒蒸発器（１６、１６ａ、１７）を有する冷凍サイクル（１０）と、
空気を圧縮して吐出する空気圧縮機（３１、３７）を有する空気加熱ユニット（３０）と、を備え、
空気圧縮機から吐出された圧縮空気の熱を、冷凍サイクルの冷媒蒸発器に供給する。
【００１２】
当該ヒートポンプシステムによれば、凝縮器を含む加熱部にて、冷凍サイクルの冷媒圧縮機で圧縮された高圧冷媒の熱により、空調対象空間へ送風される送風空気を加熱することができ、空調対象空間の快適性を向上させることができる。
【００１３】
そして、当該ヒートポンプシステムによれば、空気加熱ユニットの空気圧縮機で圧縮された圧縮空気の熱を冷媒蒸発器に供給することができるので、冷媒蒸発器における冷媒の蒸発潜熱による着霜を抑制することができる。これにより、当該ヒートポンプシステムは、着霜による冷媒蒸発器の吸熱能力の低下を抑制し、より広い温度範囲で空調対象空間の快適性を高めることができる。
【００１４】
又、当該ヒートポンプシステムによれば、システムの運転環境が極低温にある場合も、空気密度の変化は小さく（むしろ低外気温で空気密度は増加）、外気温に左右されることなく空気圧縮機で圧縮された圧縮空気の熱を冷媒蒸発器に供給することができる。このため、当該ヒートポンプシステムによれば、空調対象空間の暖房に対する冷媒圧縮機の圧縮仕事量を、空気加熱ユニットで補助することができる。
【００１５】
即ち、当該ヒートポンプシステムは、空気加熱ユニットを用いることで、極低温環境における空調対象空間の暖房に関する運転効率を向上させ、より広い温度範囲での暖房運転を実現することができる。
【００１６】
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一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係るヒートポンプシステムの全体構成図である。
【図２】第１実施形態に係るヒートポンプシステムの制御系を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る空気加熱ユニットの空気に関するｐｈ線図である。
【図４】第１実施形態に係る空気加熱ユニットの空気に関する湿り空気線図である。
【図５】第２実施形態に係るヒートポンプシステムの構成図である。
【図６】第３実施形態に係るヒートポンプシステムの構成図である。
【図７】第４実施形態に係るヒートポンプシステムの構成図である。
【図８】第５実施形態に係るヒートポンプシステムの構成図である。
【図９】第６実施形態に係るヒートポンプシステムの構成図である。
【図１０】第７実施形態に係るヒートポンプシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。以下の実施形態において、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。又、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。
【００１９】
そして、以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
【００２０】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るヒートポンプシステム１は、車両走行用の駆動力を電動モータから得る電気自動車に搭載されている。そして、当該ヒートポンプシステム１は、電気自動車において、空調対象空間である車室内の空調を行う機能、およびバッテリ４０等の電気機器の温度を適切な温度に調整する機能を果たす。
【００２１】
ヒートポンプシステム１は、車室内の空調を行う運転モードとして、冷房モード、除湿暖房モード、暖房モードを切り替えることができる。冷房モードは、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却して車室内へ吹き出す運転モードである。除湿暖房モードは、冷却して除湿された送風空気を再加熱して車室内へ吹き出す運転モードである。暖房モードは、送風空気を加熱して車室内へ吹き出す運転モードである。
【００２２】
図１に示すように、第１実施形態に係るヒートポンプシステム１は、冷凍サイクル１０と、高温側熱媒体回路２０と、低温側熱媒体回路２５と、空気加熱ユニット３０と、室内空調ユニット５０等を有している。
【００２３】
まず、冷凍サイクル１０について説明する。冷凍サイクル１０は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であり、冷媒圧縮機１１、水−冷媒熱交換器１２、冷却用膨張弁１４、吸熱用膨張弁１５、室内蒸発器１６、チラー１７を有している。
【００２４】
又、当該冷凍サイクル１０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おり、ヒートポンプシステム１におけるヒートポンプとして機能している。
【００２５】
そして、当該冷凍サイクル１０では、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒または、ＨＦＯ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ）を採用している。冷媒には、冷媒圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されている。冷凍機油の一部は、冷媒とともにサイクルを循環している。
【００２６】
冷媒圧縮機１１は、冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。冷媒圧縮機１１は、車両ボンネット内に配置されている。冷媒圧縮機１１は、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機である。冷媒圧縮機１１は、後述する制御装置６０から出力される制御信号によって、回転数（即ち、冷媒吐出能力）が制御される。
【００２７】
冷媒圧縮機１１の吐出口には、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路の入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器１２は、冷媒圧縮機１１から吐出された高圧冷媒を流通させる冷媒通路と、高温側熱媒体回路２０を循環する高温側熱媒体を流通させる水通路とを有している。
【００２８】
そして、水−冷媒熱交換器１２は、冷媒通路を流通する高圧冷媒と、水通路を流通する高温側熱媒体とを熱交換させて、高温側熱媒体を加熱する加熱用の熱交換器である。当該水−冷媒熱交換器１２は、凝縮器として機能する。
【００２９】
水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路の出口には、冷媒分岐部１３ａの冷媒流入口側が接続されている。冷媒分岐部１３ａは、水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路から流出した高圧冷媒の流れを分岐するものである。冷媒分岐部１３ａは、互いに連通する３つの冷媒流入出口を有する三方継手構造のもので、３つの流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、残りの２つを冷媒流出口としたものである。
【００３０】
冷媒分岐部１３ａの一方の冷媒流出口には、冷却用膨張弁１４を介して、室内蒸発器１６の冷媒入口側が接続されている。冷媒分岐部１３ａの他方の冷媒流出口には、吸熱用膨張弁１５を介して、チラー１７の冷媒通路の入口側が接続されている。
【００３１】
冷却用膨張弁１４は、少なくとも冷房モード時に、冷媒分岐部１３ａの一方の冷媒流出口から流出した冷媒を減圧させる冷却用減圧部である。更に、冷却用膨張弁１４は、下流側に接続される室内蒸発器１６へ流入する冷媒の流量を調整する冷却用流量調整部として機能する。
【００３２】
そして、冷却用膨張弁１４は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の開度を変化させる電動アクチュエータ（具体的には、ステッピングモータ）とを有して構成される電気式の可変絞り機構である。冷却用膨張弁１４は、制御装置６０から出力される制御信号（具体的には、制御パルス）によって、その作動が制御される。
【００３３】
当該冷却用膨張弁１４は、弁開度を全閉とすることで冷媒通路を閉塞する全閉機能を有している。この全閉機能により、冷却用膨張弁１４は、室内蒸発器１６へ冷媒を流入させる冷媒回路と室内蒸発器１６へ冷媒を流入させない冷媒回路とを切り替えることができる。つまり、冷却用膨張弁１４は、冷媒回路を切り替える回路切替部としての機能を兼ね備えている。
【００３４】
室内蒸発器１６は、冷却用膨張弁１４にて減圧された低圧冷媒と送風空気とを熱交換させる熱交換器である。室内蒸発器１６は、少なくとも冷房モード時に、低圧冷媒を蒸発させて送風空気を冷却する冷却用の熱交換器であり、冷媒蒸発器として機能する。室内蒸発器１６は、後述する室内空調ユニット５０のケーシング５１内に配置されている。
【００３５】
室内蒸発器１６の冷媒出口には、蒸発圧力調整弁１８の入口側が接続されている。蒸発圧力調整弁１８は、室内蒸発器１６における冷媒蒸発圧力を予め定めた基準圧力以上に維持する蒸発圧力調整部である。蒸発圧力調整弁１８は、室内蒸発器１６の出口側の冷媒圧力の上昇に伴って、弁開度を増加させる機械式の可変絞り機構で構成されている。
【００３６】
当該蒸発圧力調整弁１８としては、室内蒸発器１６における冷媒蒸発温度を、室内蒸発器１６の着霜を抑制可能な着霜抑制基準温度（例えば、１℃）以上に維持するものが採用されている。
【００３７】
蒸発圧力調整弁１８の出口には、冷媒合流部１３ｂの一方の冷媒流入口側が接続されている。冷媒合流部１３ｂは、蒸発圧力調整弁１８から流出した冷媒の流れとチラー１７から流出した冷媒の流れとを合流させるものである。冷媒合流部１３ｂは、冷媒分岐部１３ａと同様の三方継手構造のもので、３つの流入出口のうち２つを冷媒流入口とし、残りの１つを冷媒流出口としたものである。
【００３８】
そして、吸熱用膨張弁１５は、少なくとも暖房モード時に、冷媒分岐部１３ａの他方の冷媒流出口から流出した冷媒を減圧させる吸熱用減圧部である。更に、吸熱用膨張弁１５は、下流側に接続されるチラー１７の冷媒通路へ流入する冷媒の流量を調整する吸熱用流量調整部である。
【００３９】
吸熱用膨張弁１５の基本的構成は、冷却用膨張弁１４と同様である。従って、吸熱用膨張弁１５は、全閉機能を有する電気式の可変絞り機構である。そして、吸熱用膨張弁１５は、チラー１７の冷媒通路へ冷媒を流入させる冷媒回路とチラー１７の冷媒通路へ冷媒を流入させない冷媒回路とを切り替えることができる。つまり、吸熱用膨張弁１５は、冷却用膨張弁１４と同様に、回路切替部としての機能を兼ね備えている。
【００４０】
チラー１７は、吸熱用膨張弁１５にて減圧された低圧冷媒を流通させる冷媒通路と、低温側熱媒体回路２５を循環する低温側熱媒体を流通させる水通路とを有している。
【００４１】
当該チラー１７は、少なくとも暖房モード時に、冷媒通路を流通する低圧冷媒と、水通路を流通する低温側熱媒体とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発部である。即ち、冷媒蒸発器として機能する。当該チラー１７の冷媒通路の出口には、冷媒合流部１３ｂの他方の冷媒流入口側が接続されている。
【００４２】
そして、冷媒合流部１３ｂの冷媒流出口には、貯液器１９の入口側が接続されている。貯液器１９は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を貯える気液分離器である。
【００４３】
当該貯液器１９の気相冷媒出口には、冷媒圧縮機１１の吸入口側が接続されている。従って、貯液器１９は、冷媒圧縮機１１に液相冷媒が吸入されることを抑制し、冷媒圧縮機１１における液圧縮を防止する機能を果たす。
【００４４】
次に、高温側熱媒体回路２０について説明する。高温側熱媒体回路２０は、高温側熱媒体を循環させる回路である。高温側熱媒体としては、エチレングリコールを含む溶液、不凍液等を採用することができる。
【００４５】
高温側熱媒体回路２０には、水−冷媒熱交換器１２の水通路、高温側熱媒体ポンプ２１、ヒータコア２２、ラジエータ２３、高温側流量調整弁２４、インバータ４１の水通路、モータジェネレータ４２の水通路等が配置されている。
【００４６】
図１に示すように、水−冷媒熱交換器１２の水通路の出口側には、高温側熱媒体ポンプ２１の吸入口側が接続されている。当該高温側熱媒体ポンプ２１は、高温側熱媒体回路２０の高温側熱媒体を圧送する水ポンプである。そして、高温側熱媒体ポンプ２１は、制御装置６０から出力される制御電圧によって、回転数（即ち、圧送能力）が制御される電動ポンプである。
【００４７】
高温側熱媒体ポンプ２１の吐出口側には、高温側流量調整弁２４の流出入口の一つが接続されている。高温側流量調整弁２４は、３つの流入出口を有しており、そのうち２つの流入出口の通路面積比を連続的に調整可能な電気式の三方流量調整弁である。高温側流量調整弁２４は、制御装置６０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００４８】
高温側流量調整弁２４の別の流入出口には、ヒータコア２２の熱媒体入口側が接続されている。高温側流量調整弁２４のさらに別の流入出口には、ラジエータ２３の熱媒体入口側が接続されている。
【００４９】
そして、高温側流量調整弁２４は、高温側熱媒体回路２０において、水−冷媒熱交換器１２の水通路から流出した高温側熱媒体のうち、ヒータコア２２へ流入させる高温側熱媒体の流量とラジエータ２３へ流入させる高温側熱媒体の流量との流量比を連続的に調整する機能を有している。
【００５０】
ヒータコア２２は、水−冷媒熱交換器１２にて加熱された高温側熱媒体と室内蒸発器１６を通過した送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する熱交換器である。ヒータコア２２は、室内空調ユニット５０のケーシング５１内に配置されている。ヒータコア２２の熱媒体出口には、水−冷媒熱交換器１２の水通路の入口側が接続されている。
【００５１】
ラジエータ２３は、水−冷媒熱交換器１２にて加熱された高温側熱媒体と図示しない外気ファンから送風された外気とを熱交換させて、高温側熱媒体の有する熱を外気に放熱させる熱交換器である。
【００５２】
ラジエータ２３は、車両ボンネット内の前方側に配置されている。この為、車両走行時には、ラジエータ２３に走行風を当てることができる。ラジエータ２３は、水−冷媒熱交換器１２等と一体的に形成されていてもよい。
【００５３】
ラジエータ２３の熱媒体出口には、モータジェネレータ４２の水通路及びインバータ４１の水通路が接続されている。そして、インバータ４１の水通路の出口側には、水−冷媒熱交換器１２の水通路の入口側が接続されている。
【００５４】
インバータ４１は、直流電流を交流電流に変換する電力変換部である。モータジェネレータ４２は、電力を供給されることによって走行用の駆動力を出力すると共に、減速時等には回生電力を発生させる。インバータ４１、モータジェネレータ４２は、作動時に発熱を伴う機器である。
【００５５】
従って、当該ヒートポンプシステム１は、高温側熱媒体回路２０の熱媒体を、インバータ４１及びモータジェネレータ４２の冷却水通路を通過させることで、インバータ４１、モータジェネレータ４２の温度を、充分な性能を発揮できる適正な温度帯の範囲内に調整することができる。
【００５６】
そして、高温側熱媒体回路２０では、高温側流量調整弁２４が、ヒータコア２２へ流入する高温側熱媒体の流量を調整することによって、ヒータコア２２における高温側熱媒体の送風空気への放熱量（即ち、ヒータコア２２における送風空気の加熱量）を調整することができる。
【００５７】
つまり、第１実施形態では、水−冷媒熱交換器１２及び高温側熱媒体回路２０の各構成機器によって、冷媒圧縮機１１から吐出された冷媒を熱源として送風空気を加熱する加熱部が構成されている。
【００５８】
続いて、低温側熱媒体回路２５について説明する。低温側熱媒体回路２５は、低温側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路であり、熱媒体回路として機能する。低温側熱媒体としては、高温側熱媒体と同様の流体を採用することができる。
【００５９】
低温側熱媒体回路２５には、低温側熱媒体ポンプ２６、チラー１７の水通路、バッテリ４０の水通路、後述する空気加熱ユニット３０における空気放熱器３５の水通路が接続されている。
【００６０】
低温側熱媒体ポンプ２６は、低温側熱媒体回路２５にて低温側熱媒体を圧送する水ポンプである。低温側熱媒体ポンプ２６の吐出口側には、チラー１７の水通路の入口側が接続されている。当該低温側熱媒体ポンプ２６の基本的構成は、高温側熱媒体ポンプ２１と同様である。
【００６１】
上述したように、チラー１７は、冷媒通路を流通する低圧冷媒と、水通路を流通する低温側熱媒体とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて冷却する蒸発部であり、熱媒体−冷媒熱交換器として機能する。
【００６２】
従って、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体は、チラー１７にて、冷凍サイクル１０の低圧冷媒と熱交換することで冷却される。そして、チラー１７の水通路の出口側には、バッテリ４０の水通路の入口側が接続されている。
【００６３】
バッテリ４０は、車両に搭載された各種電気機器に電力を供給するものである。バッテリ４０は、充放電可能な二次電池（例えば、リチウムイオン電池）である。そして、バッテリ４０は作動時に発熱を伴う。この為、バッテリ４０の冷却水通路は、低温側熱媒体を流通させることで、バッテリ４０を冷却できるように形成されている。
【００６４】
この種のバッテリ４０は、低温になると化学反応が進みにくく充放電の関して充分な性能を発揮することができない。一方、高温になると劣化が進行しやすくなる。従って、ヒートポンプシステム１では、低温側熱媒体回路２５にて低温側熱媒体を循環させることによって、充分な性能を発揮できる適正な温度帯（例えば、１０℃以上、かつ、４０℃以下）の範囲内に、バッテリ４０の温度を調整することができる。
【００６５】
そして、バッテリ４０の冷却水通路の出口側には、後述する空気加熱ユニット３０を構成する空気放熱器３５の水通路の入口側が接続されている。空気放熱器３５では、空気加熱ユニット３０における高圧空気の熱が、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体に放熱される。
【００６６】
当該空気放熱器３５の水通路の出口側には、低温側熱媒体ポンプ２６の吸入口側が接続されている。従って、低温側熱媒体回路２５においては、低温側熱媒体を循環させることができ、空気放熱器３５及びチラー１７を介して、空気加熱ユニット３０で生じた熱を冷凍サイクル１０の低圧冷媒に供給することができる。
【００６７】
次に、空気加熱ユニット３０について説明する。空気加熱ユニット３０は、ヒートポンプシステム１の外部の空気を空気圧縮膨張機３１で圧縮することで熱を発生させ、この熱を冷凍サイクル１０の低圧冷媒側（即ち、チラー１７側）に供給する。即ち、空気加熱ユニット３０は、空気加熱ユニットとして機能する。
【００６８】
図１に示すように、第１実施形態に係る空気加熱ユニット３０は、空気が流れる空気流路の空気吸込口３２と空気吹出口３３の間において、空気圧縮膨張機３１と、空気放熱器３５と、内部熱交換器３６とを有している。
【００６９】
空気圧縮膨張機３１は、所謂、複合流体機械によって構成されており、圧縮機構部３１ａと、膨張機構部３１ｂと、回転電機３１ｃを有している。当該空気圧縮膨張機３１は、回転電機３１ｃの駆動に伴って、圧縮機構部３１ａにて空気を圧縮して吐出する機能と、高圧空気を膨張機構部３１ｂにて膨張させることで、回転電機３１ｃでエネルギを回収する機能を有している。空気圧縮膨張機３１は空気圧縮機として機能する。
【００７０】
圧縮機構部３１ａは、空気圧縮膨張機３１のケーシング内に配置されており、空気吸込口３２から吸い込まれた空気を圧縮することで、空気を高温高圧な状態にする機構部である。当該圧縮機構部３１ａは、例えば、スクロール型の圧縮機構で構成されており、固定スクロールと旋回スクロールを有している。
【００７１】
回転電機３１ｃの駆動軸には旋回スクロールが固定されており、駆動軸の回転に伴い旋回スクロールが固定スクロールに対して変位するように構成されている。そして、旋回スクロールと固定スクロールの歯部の間において、空気が高温高圧に圧縮され、空気圧縮膨張機３１の外部に接続された空気流路に吐出される。
【００７２】
膨張機構部３１ｂは、圧縮機構部３１ａと同様に、空気圧縮膨張機３１のケーシング内に配置されており、空気加熱ユニット３０において、圧縮機構部３１ａと直列になるように接続されている。当該膨張機構部３１ｂは、高温高圧の空気を膨張させることで、空気の圧力エネルギを運動エネルギに変換する機構部であり、空気膨張部として機能する。
【００７３】
膨張機構部３１ｂとしては、例えば、圧縮機構部３１ａと同様に、スクロール型圧縮機構を採用することができる。この場合、旋回スクロールと固定スクロールの歯部において、高圧の空気が膨張すると、旋回スクロールが固定スクロールに対して相対的に変位する。これにより、膨張機構部３１ｂでは、高圧空気の圧力エネルギを、運動エネルギに変換して回収することができる。
【００７４】
ここで、膨張機構部３１ｂ側の旋回スクロールも回転電機３１ｃの駆動軸に固定されている為、膨張機構部３１ｂ側の固定スクロールに対する旋回スクロールの変位に伴って、圧縮機構部３１ａ側の固定スクロールに対して旋回スクロールが変位する。従って、膨張機構部３１ｂで回収された運動エネルギは、圧縮機構部３１ａを動作させる為に利用されて、空気の圧縮する際の回転電機３１ｃの動力低減に貢献する。
【００７５】
そして、回転電機３１ｃは、回転可能に支持された駆動軸と、当該駆動軸に固定された回転子と、回転子の周囲にて巻き線が巻かれた固定子（ステータ）とを有している。回転電機３１ｃは、外部電源（例えば、バッテリ４０）からの電力供給により駆動し、圧縮機構部３１ａにて空気を圧縮する為の駆動部として機能する。
【００７６】
そして、空気吸込口３２は、ヒートポンプシステム１の外部の空気を吸い込む為の開口部であり、空気加熱ユニット３０における空気流路の一端部に配置されている。又、空気吹出口３３は、空気加熱ユニット３０の外部へ空気を吹き出す為の開口部であり、空気加熱ユニット３０における空気流路の他端部に配置されている。
【００７７】
そして、空気放熱器３５は、空気圧縮膨張機３１で圧縮された高温高圧の空気と、低温側熱媒体回路２５を流れる低温側熱媒体とを熱交換させる熱交換器である。空気放熱器３５は、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体が流れる水通路と、空気加熱ユニット３０の高温高圧の空気が流れる空気通路とを有している。
【００７８】
従って、空気放熱器３５においては、空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａで高圧に圧縮された圧縮空気の熱が、水通路を流れる低温側熱媒体に対して放熱される。即ち、空気放熱器３５は空気放熱器として機能する。空気放熱器３５の空気通路の出口側には、空気圧縮膨張機３１における膨張機構部３１ｂの入口側が接続されている。
【００７９】
そして、内部熱交換器３６は、空気吸込口３２から空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａに流入する空気と、空気放熱器３５から空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂに流入する圧縮空気とを熱交換させる。内部熱交換器３６は、その内部における熱交換によって、圧縮機構部３１ａに流入する空気を予め加熱する。
【００８０】
尚、内部熱交換器３６において、空気吸込口３２から圧縮機構部３１ａへの空気通路における空気の流れと、空気放熱器３５の空気通路出口側から膨張機構部３１ｂへの空気通路における圧縮空気の流れは対向流となるように形成されている。これにより、内部熱交換器３６における熱交換効率を向上させることができる。
【００８１】
このように、第１実施形態に係るヒートポンプシステム１において、空気加熱ユニット３０における空気の流れは、空気吸込口３２→内部熱交換器３６→空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａ→空気放熱器３５→内部熱交換器３６→空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂ→空気吹出口３３の順に流れる。
【００８２】
当該空気加熱ユニット３０は、空気圧縮膨張機３１にて空気を圧縮して生じた熱を、空気放熱器３５にて、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体に放熱させることができる。低温側熱媒体回路２５では、チラー１７にて、低温側熱媒体と、冷凍サイクル１０の低圧冷媒とが熱交換する為、低温側熱媒体の熱は、チラー１７にて低圧冷媒に放熱される。
【００８３】
つまり、当該ヒートポンプシステム１は、空気加熱ユニット３０にて空気を圧縮して得られた熱を、低温側熱媒体回路２５を介して、冷凍サイクル１０のチラー１７に供給することができる。
【００８４】
続いて、室内空調ユニット５０について説明する。室内空調ユニット５０は、ヒートポンプシステム１において、冷凍サイクル１０によって温度調整された送風空気を車室内の適切な箇所へ吹き出すための空気通路を形成するものである。室内空調ユニット５０は、車室内であって、車室内最前部の計器盤（即ち、インストルメントパネル）の内側に配置されている。
【００８５】
室内空調ユニット５０は、その外殻を形成するケーシング５１の内部に形成される空気通路に、送風機５２、室内蒸発器１６、ヒータコア２２等を収容して構成されている。ケーシング５１は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成するもので、或る程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（具体的には、ポリプロピレン）にて成形されている。
【００８６】
ケーシング５１の送風空気流れ最上流側には、内外気切替装置５３が配置されている。内外気切替装置５３は、ケーシング５１内へ内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入するものである。
【００８７】
内外気切替装置５３は、ケーシング５１内へ内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の導入風量と外気の導入風量との導入割合を変化させる。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動される。この電動アクチュエータは、制御装置６０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００８８】
内外気切替装置５３の送風空気流れ下流側には、送風機５２が配置されている。送風機５２は、内外気切替装置５３を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する機能を果たす。送風機５２は、遠心多翼ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。送風機５２は、制御装置６０から出力される制御電圧によって、回転数（すなわち、送風能力）が制御される。
【００８９】
送風機５２の送風空気流れ下流側には、室内蒸発器１６及びヒータコア２２が、送風空気の流れに対して、この順に配置されている。つまり、室内蒸発器１６は、ヒータコア２２よりも送風空気流れ上流側に配置されている。
【００９０】
又、ケーシング５１内には、冷風バイパス通路５５が形成されている。冷風バイパス通路５５は、室内蒸発器１６を通過した送風空気を、ヒータコア２２を迂回させて下流側へ流す為の空気通路である。
【００９１】
室内蒸発器１６の送風空気流れ下流側であって、かつ、ヒータコア２２の送風空気流れ上流側には、エアミックスドア５４が配置されている。エアミックスドア５４は、室内蒸発器１６を通過後の送風空気のうち、ヒータコア２２を通過させる風量と冷風バイパス通路５５を通過させる風量との風量割合を調整するものである。
【００９２】
エアミックスドア５４は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータによって駆動される。この電動アクチュエータは、制御装置６０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００９３】
ヒータコア２２の送風空気流れ下流側には、混合空間５６が設けられている。当該混合空間５６は、ヒータコア２２にて加熱された送風空気と冷風バイパス通路５５を通過してヒータコア２２にて加熱されていない送風空気とを混合させる為の空間である。
【００９４】
更に、ケーシング５１の送風空気流れ最下流部には、混合空間５６にて混合された送風空気（空調風）を、車室内へ吹き出す開口穴が配置されている。この開口穴としては、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴（いずれも図示せず）が設けられている。
【００９５】
フェイス開口穴は、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。フット開口穴は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。デフロスタ開口穴は、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すための開口穴である。
【００９６】
これらのフェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口（いずれも図示せず）に接続されている。
【００９７】
従って、エアミックスドア５４が、ヒータコア２２を通過させる風量と冷風バイパス通路５５を通過させる風量との風量割合を調整することによって、混合空間５６にて混合される空調風の温度が調整される。これにより、各吹出口から車室内へ吹き出される送風空気（空調風）の温度も調整される。
【００９８】
また、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア（いずれも図示せず）が配置されている。
【００９９】
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、空調風が吹き出される吹出口を切り替える吹出モード切替装置を構成するものである。フェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。この電動アクチュエータは、制御装置６０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【０１００】
次に、第１実施形態に係るヒートポンプシステム１の制御系の概要について、図２を参照しつつ説明する。図２に示すように、当該ヒートポンプシステム１は、各制御対象機器の作動を制御する為の制御装置６０を有している。
【０１０１】
制御装置６０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ている。そして、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、各種制御対象機器の作動を制御する。
【０１０２】
図２に示すように、制御装置６０の出力側には、種々の制御対象機器がそれぞれ接続されている。制御対象機器には、冷媒圧縮機１１と、冷却用膨張弁１４と、吸熱用膨張弁１５と、高温側熱媒体ポンプ２１と、高温側流量調整弁２４と、低温側熱媒体ポンプ２６と、空気圧縮膨張機３１と、送風機５２等が含まれている。
【０１０３】
又、制御装置６０の入力側には、制御用のセンサ群が接続されている。従って、制御装置６０には、制御用のセンサ群からの検出信号が入力される。制御用のセンサ群には、内気温センサ６２ａ、外気温センサ６２ｂ、日射センサ６２ｃ、高圧センサ６２ｄ、蒸発器温度センサ６２ｅ、空調風温度センサ６２ｆ、バッテリ温度センサ６２ｇ、インバータ温度センサ６２ｈ、モータジェネレータ温度センサ６２ｉが含まれている。
【０１０４】
内気温センサ６２ａは、車室内温度（内気温）Ｔｒを検出する内気温検出部である。外気温センサ６２ｂは、車室外温度（外気温）Ｔａｍを検出する外気温検出部である。日射センサ６２ｃは、車室内へ照射される日射量Ａｓを検出する日射量検出部である。高圧センサ６２ｄは、冷媒圧縮機１１の吐出口側から冷却用膨張弁１４或いは吸熱用膨張弁１５の入口側へ至る冷媒流路の高圧冷媒圧力Ｐｄを検出する冷媒圧力検出部である。
【０１０５】
蒸発器温度センサ６２ｅは、室内蒸発器１６における冷媒蒸発温度（蒸発器温度）Ｔｅｆｉｎを検出する蒸発器温度検出部である。空調風温度センサ６２ｆは、混合空間５６から車室内へ送風される送風空気温度ＴＡＶを検出する空調風温度検出部である。
【０１０６】
バッテリ温度センサ６２ｇは、バッテリ４０の温度を検出するバッテリ温度検出部である。インバータ温度センサ６２ｈは、インバータ４１の温度を検出するインバータ温度検出部である。モータジェネレータ温度センサ６２ｉは、モータジェネレータ４２の温度を検出するモータジェネレータ温度検出部である。
【０１０７】
尚、当該バッテリ温度センサ６２ｇは、複数の温度センサを有し、バッテリ４０の複数の箇所の温度を検出している。この為、制御装置６０では、バッテリ４０の温度として、複数の温度センサの検出値の平均値を採用している。このことは、その他の電気機器の温度を検出するインバータ温度センサ６２ｈやモータジェネレータ温度センサ６２ｉにおいても同様である。
【０１０８】
更に、制御装置６０の入力側には、図２に示すように、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル６１が接続されている。当該操作パネル６１は、各種操作スイッチを有しており、乗員による種々の操作に用いられる。従って、制御装置６０には、操作パネル６１の各種操作スイッチからの操作信号が入力される。
【０１０９】
操作パネル６１に設けられた各種操作スイッチとしては、具体的に、空調作動スイッチ、風量設定スイッチ、温度設定スイッチ等がある。空調作動スイッチは、乗員が車室内の空調を行うことを要求するための空調作動要求部である。風量設定スイッチは、乗員が送風機５２の風量をマニュアル設定するための風量設定部である。温度設定スイッチは、車室内の設定温度を設定するための温度設定部である。
【０１１０】
尚、本実施形態の制御装置６０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部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部を構成している。
【０１１１】
次に、第１実施形態のヒートポンプシステム１の作動について説明する。上述の如く、当該ヒートポンプシステム１は、車室内の空調を行う機能、および電気機器の温度調整を行う機能を果たす。更に、ヒートポンプシステム１は、車室内の空調を行う運転モードを切り替えることができる。これらの運転モードは、予め制御装置６０に記憶された空調制御プログラムが実行されることによって切り替えられる。
【０１１２】
空調制御プログラムは、車両システムが起動している状態で、操作パネル６１の空調作動スイッチが投入（ＯＮ）されると実行される。空調制御プログラムでは、制御用のセンサ群によって検出された検出信号および操作パネル６１から出力される操作信号に基づいて、車室内へ送風される送風空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。
【０１１３】
目標吹出温度ＴＡＯは、以下数式Ｆ１によって算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ａｓ＋Ｃ…（Ｆ１）
尚、Ｔｓｅｔは、温度設定スイッチによって設定された設定温度である。Ｔｒは、内気温センサ６２ａによって検出された内気温である。Ｔａｍは、外気温センサ６２ｂによって検出された外気温である。Ａｓは、日射センサ６２ｃ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。
【０１１４】
そして、空調制御プログラムでは、目標吹出温度ＴＡＯ、検出信号、及び操作信号に基づいて、運転モードを切り替える。以下に、各運転モードの作動を説明する。
【０１１５】
（ａ）冷房モード
冷房モードでは、制御装置６０が、冷却用膨張弁１４を絞り状態として冷媒減圧作用を発揮させ、吸熱用膨張弁１５を全閉状態とする。
【０１１６】
これにより、冷房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１の吐出口→水−冷媒熱交換器１２→冷媒分岐部１３ａ→冷却用膨張弁１４→室内蒸発器１６→蒸発圧力調整弁１８→冷媒合流部１３ｂ→冷媒圧縮機１１の吸入口の順で冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。そして、このサイクル構成で、制御装置６０は、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。
【０１１７】
例えば、制御装置６０は、蒸発器温度センサ６２ｅによって検出された冷媒蒸発温度Ｔｅｆｉｎが目標蒸発温度ＴＥＯとなるように冷媒圧縮機１１へ出力される制御信号を決定する。目標蒸発温度ＴＥＯは、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め制御装置６０に記憶された冷房モード用の制御マップを参照して決定される。
【０１１８】
具体的には、この制御マップでは、空調風温度センサ６２ｆによって検出された送風空気温度ＴＡＶが目標吹出温度ＴＡＯに近づくように、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って目標蒸発温度ＴＥＯを上昇させる。さらに、目標蒸発温度ＴＥＯは、室内蒸発器１６の着霜を抑制可能な範囲（具体的には、１℃以上）の値に決定される。
【０１１９】
又、制御装置６０は、室内蒸発器１６の出口側の冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度（例えば、３℃）に近づくように、冷却用膨張弁１４へ出力される制御信号を決定する。
【０１２０】
又、制御装置６０は、予め定めた冷房モード時の圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ２１を作動させる。さらに、制御装置６０は、水−冷媒熱交換器１２の水通路から流出した高温側熱媒体の全流量がラジエータ２３へ流入するように、高温側流量調整弁２４へ出力される制御信号を決定する。
【０１２１】
そして、制御装置６０は、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め制御装置６０に記憶された制御マップを参照して送風機５２へ出力される制御電圧を決定する。更に、制御装置６０は、冷風バイパス通路５５を全開としてヒータコア２２側の通風路を閉塞するように、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号を決定する。
【０１２２】
尚、当該ヒートポンプシステム１においては、車室内の空調の停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種制御対象機器へ出力される制御信号等の決定→制御信号等の出力といった制御ルーチンが繰り返される。このような制御ルーチンの繰り返しは、他の運転モード時にも同様に行われる。
【０１２３】
従って、冷房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が、水−冷媒熱交換器１２へ流入する。水−冷媒熱交換器１２では、高温側熱媒体ポンプ２１が作動しているので、高圧冷媒と高温側熱媒体が熱交換して、高圧冷媒が冷却されて凝縮し、高温側熱媒体が加熱される。
【０１２４】
高温側熱媒体回路２０では、水−冷媒熱交換器１２にて加熱された高温側熱媒体が、高温側流量調整弁２４を介して、ラジエータ２３、インバータ４１、モータジェネレータ４２へ流入する。ラジエータ２３へ流入した高温側熱媒体は、外気と熱交換して放熱する。これにより、高温側熱媒体が冷却される。水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路にて冷却された高圧冷媒は、冷媒分岐部１３ａを介して、冷却用膨張弁１４へ流入して減圧される。この際、冷却用膨張弁１４の絞り開度は、室内蒸発器１６の出口側の冷媒の過熱度が基準過熱度に近づくように調整される。
【０１２５】
冷却用膨張弁１４にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器１６へ流入する。室内蒸発器１６へ流入した冷媒は、送風機５２から送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器１６から流出した冷媒は、蒸発圧力調整弁１８および冷媒合流部１３ｂを介して、冷媒圧縮機１１へ吸入されて再び圧縮される。
【０１２６】
従って、冷房モードでは、室内蒸発器１６にて冷却された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の冷房を行うことができる。
【０１２７】
ここで、当該冷房モードにおいて、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体を、バッテリ４０を介して循環させ、バッテリ４０の排熱を回収して活用する構成としても良い。
【０１２８】
又、冷房モードでは、制御装置６０は、空気加熱ユニット３０の空気圧縮膨張機３１を停止した状態に制御する。従って、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体には、空気放熱器３５において、空気の圧縮に伴う熱が放熱されることはない。
【０１２９】
（ｂ）除湿暖房モード
除湿暖房モードでは、制御装置６０が、冷却用膨張弁１４を絞り状態とし、吸熱用膨張弁１５を絞り状態とする。
【０１３０】
これにより、除湿暖房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１の吐出口→水−冷媒熱交換器１２→冷媒分岐部１３ａ→冷却用膨張弁１４→室内蒸発器１６→蒸発圧力調整弁１８→冷媒合流部１３ｂ→冷媒圧縮機１１の吸入口の順で冷媒が循環するとともに、冷媒圧縮機１１の吐出口→水−冷媒熱交換器１２→冷媒分岐部１３ａ→吸熱用膨張弁１５→チラー１７→冷媒合流部１３ｂ→冷媒圧縮機１１の吸入口の順で冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
【０１３１】
つまり、除湿暖房モードでは、室内蒸発器１６およびチラー１７が、並列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。そして、このサイクル構成で、制御装置６０は、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。
【０１３２】
例えば、制御装置６０は、高圧センサ６２ｄによって検出された高圧冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＰＣＯとなるように冷媒圧縮機１１へ出力される制御信号を決定する。目標高圧ＰＣＯは、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め制御装置６０に記憶された除湿暖房モード用の制御マップを参照して決定される。
【０１３３】
また、制御装置６０は、目標吹出温度ＴＡＯおよび外気温Ｔａｍに基づいて、予め制御装置６０に記憶された除湿暖房モード用の制御マップを参照して、冷却用膨張弁１４へ出力される制御信号および吸熱用膨張弁１５へ出力される制御信号を決定する。
【０１３４】
具体的には、この制御マップでは、チラー１７における冷媒蒸発温度が少なくとも外気温Ｔａｍより低い温度となるように吸熱用膨張弁１５の絞り開度を決定する。また、冷却用膨張弁１４の絞り開度については、吸熱用膨張弁１５の絞り開度よりも大きくなる範囲で決定する。
【０１３５】
また、制御装置６０は、予め定めた除湿暖房モード時の圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ２１を作動させる。さらに、制御装置６０は、水−冷媒熱交換器１２の水通路から流出した高温側熱媒体の全流量がヒータコア２２へ流入するように、高温側流量調整弁２４へ出力される制御信号を決定する。
【０１３６】
更に、制御装置６０は、予め定めた除湿暖房モード時の圧送能力を発揮するように、第１低温側熱媒体ポンプを作動させる。そして、制御装置６０は、冷房モードと同様に、送風機５２へ出力される制御電圧を決定する。
【０１３７】
又、制御装置６０は、ヒータコア２２側の通風路を全開として冷風バイパス通路５５を閉塞するように、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号を決定する。
【０１３８】
従って、除湿暖房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が、水−冷媒熱交換器１２へ流入する。水−冷媒熱交換器１２では、高温側熱媒体ポンプ２１が作動しているので、高圧冷媒と高温側熱媒体が熱交換して、高圧冷媒が冷却されて凝縮し、高温側熱媒体が加熱される。
【０１３９】
高温側熱媒体回路２０では、水−冷媒熱交換器１２にて加熱された高温側熱媒体が、高温側流量調整弁２４を介して、ヒータコア２２へ流入する。ヒータコア２２へ流入した高温側熱媒体は、エアミックスドア５４がヒータコア２２側の通風路を全開としているので、室内蒸発器１６を通過した送風空気と熱交換して放熱する。これにより、室内蒸発器１６を通過した送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づく。
【０１４０】
ヒータコア２２から流出した高温側熱媒体は、高温側熱媒体ポンプ２１に吸入されて再び水−冷媒熱交換器１２の水通路へ圧送される。
【０１４１】
水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路から流出した高圧冷媒は、冷媒分岐部１３ａにて分岐される。冷媒分岐部１３ａにて分岐された一方の冷媒は、冷却用膨張弁１４へ流入して減圧される。冷却用膨張弁１４にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器１６へ流入する。室内蒸発器１６へ流入した冷媒は、送風機５２から送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風空気が冷却されて除湿される。
【０１４２】
この際、室内蒸発器１６における冷媒蒸発温度は、冷媒圧縮機１１の冷媒吐出能力によらず、蒸発圧力調整弁１８の作用によって、１℃以上に維持される。従って、室内蒸発器１６に着霜が生じてしまうことはない。室内蒸発器１６から流出した冷媒は、蒸発圧力調整弁１８を介して冷媒合流部１３ｂの一方の冷媒流入口へ流入する。
【０１４３】
冷媒分岐部１３ａにて分岐された他方の冷媒は、吸熱用膨張弁１５へ流入して減圧される。この際、吸熱用膨張弁１５の絞り開度は、チラー１７における冷媒蒸発温度が少なくとも外気温Ｔａｍより低い温度となるように調整される。
【０１４４】
吸熱用膨張弁１５にて減圧された低圧冷媒は、チラー１７へ流入する。チラー１７へ流入した冷媒は、低温側熱媒体から吸熱して蒸発する。この時、冷凍サイクル１０では、チラー１７にて冷媒が吸熱した熱を、送風空気を加熱するための熱源として利用することができる。
【０１４５】
ここで、低温側熱媒体回路２５では、チラー１７にて冷却された低温側熱媒体が、バッテリ４０及び空気放熱器３５を通過する。従って、当該低温側熱媒体回路２５では、バッテリ４０の作動に伴い生じた熱が低温側熱媒体に対して放熱される。即ち、当該ヒートポンプシステム１は、低温側熱媒体にてバッテリ４０を冷却することができ、バッテリ４０を適正な温度帯に維持することができる。
【０１４６】
又、低温側熱媒体回路２５において、低温側熱媒体は空気放熱器３５を通過する。空気放熱器３５は、空気圧縮膨張機３１が作動している場合には、高圧の空気が通過するように配置されている。この為、低温側熱媒体には、空気放熱器３５で生じた熱が放熱される場合がある。
【０１４７】
従って、除湿暖房モードでは、室内蒸発器１６にて冷却されて除湿された送風空気を、ヒータコア２２で再加熱して車室内へ吹き出すことによって、車室内の除湿暖房を行うことができる。
【０１４８】
（ｃ）暖房モード
暖房モードでは、制御装置６０が、冷却用膨張弁１４を全閉状態とし、吸熱用膨張弁１５を絞り状態とする。
【０１４９】
これにより、暖房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１の吐出口→水−冷媒熱交換器１２→冷媒分岐部１３ａ→吸熱用膨張弁１５→チラー１７→冷媒合流部１３ｂ→冷媒圧縮機１１の吸入口の順で冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。そして、このサイクル構成で、制御装置６０は、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。
【０１５０】
例えば、制御装置６０は、除湿暖房モードと同様に、冷媒圧縮機１１へ出力される制御信号を決定する。また、制御装置６０は、目標吹出温度ＴＡＯおよび外気温Ｔａｍに基づいて、予め制御装置６０に記憶された暖房モード用の制御マップを参照して、吸熱用膨張弁１５へ出力される制御信号を決定する。具体的には、この制御マップでは、チラー１７における冷媒蒸発温度が、少なくとも外気温Ｔａｍ以下となるように決定される。
【０１５１】
又、制御装置６０は、予め定めた暖房モード時の圧送能力を発揮するように、高温側熱媒体ポンプ２１を作動させる。さらに、制御装置６０は、除湿暖房モードと同様に、水−冷媒熱交換器１２の水通路から流出した高温側熱媒体の全流量がヒータコア２２へ流入するように、高温側流量調整弁２４へ出力される制御信号を決定する。
【０１５２】
又、制御装置６０は、冷房モード及び除湿暖房モードと同様に、送風機５２へ出力される制御電圧を決定する。更に、制御装置６０は、除湿暖房モードと同様に、ヒータコア２２側の通風路を全開として冷風バイパス通路５５を閉塞するように、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータへ出力される制御信号を決定する。
【０１５３】
従って、暖房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が、水−冷媒熱交換器１２へ流入する。水−冷媒熱交換器１２では、高温側熱媒体ポンプ２１が作動しているので、高圧冷媒と高温側熱媒体が熱交換して、高圧冷媒が冷却されて凝縮し、高温側熱媒体が加熱される。
【０１５４】
高温側熱媒体回路２０では、水−冷媒熱交換器１２にて加熱された高温側熱媒体が、高温側流量調整弁２４を介して、ヒータコア２２へ流入する。ヒータコア２２へ流入した高温側熱媒体は、エアミックスドア５４がヒータコア２２側の通風路を全開としているので、室内蒸発器１６を通過した送風空気と熱交換して放熱する。これにより、送風空気が加熱されて、送風空気の温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づく。
【０１５５】
水−冷媒熱交換器１２の冷媒通路から流出した高圧冷媒は、冷媒分岐部１３ａを介して、吸熱用膨張弁１５へ流入して減圧される。この際、吸熱用膨張弁１５の絞り開度は、チラー１７における冷媒蒸発温度が外気温Ｔａｍより低い温度となるように調整される。吸熱用膨張弁１５にて減圧された低圧冷媒は、チラー１７へ流入する。チラー１７へ流入した冷媒は、除湿暖房モードと同様に、低温側熱媒体から吸熱して蒸発する。
【０１５６】
低温側熱媒体回路２５では、除湿暖房モードと同様に、チラー１７にて冷却された低温側熱媒体が、バッテリ４０を通過する循環する。従って、低温側熱媒体回路２５は、低圧冷媒にて冷却された低温側熱媒体を用いて、バッテリ４０を冷却することができ、バッテリ４０の温度を適正な温度帯に維持することができる。
【０１５７】
ここで、暖房モードでは、制御装置６０は、空気加熱ユニット３０の空気圧縮膨張機３１を作動させて、空気の圧縮に伴う熱を発生させる。低温側熱媒体回路２５では、チラー１７にて冷却された低温側熱媒体が、空気放熱器３５の水通路を通過して、空気加熱ユニット３０の高圧空気と熱交換する。従って、空気加熱ユニット３０にて空気を圧縮して得られた熱は、空気放熱器３５にて、高温側熱媒体回路２０の低温側熱媒体に放熱される。
【０１５８】
そして、暖房モードの冷凍サイクル１０において、チラー１７から流出した冷媒は、冷媒合流部１３ｂを介して、冷媒圧縮機１１へ吸入されて再び圧縮される。
【０１５９】
従って、暖房モードでは、ヒータコア２２で加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の暖房を行うことができる。
【０１６０】
ここで、当該ヒートポンプシステム１の暖房モードは、外気温Ｔａｍが比較的低くなっている時（例えば、外気温が１０℃以下となっている時）に実行される運転モードであり、チラー１７における冷媒蒸発温度が少なくとも外気温Ｔａｍより低い温度に調整されている。
【０１６１】
この為、ヒートポンプシステム１周辺の外気温との関係で、チラー１７の表面が着霜する場合についても考慮する必要がある。冷凍サイクル１０にてチラー１７が外気から吸熱を行うことがあるためである。
【０１６２】
第１実施形態に係るヒートポンプシステム１では、これらの事態に対応するために、冷凍サイクル１０の低圧側に対して、空気加熱ユニット３０で発生させた熱を供給し、暖房運転の効率を向上させている。
【０１６３】
ここで、第１実施形態に係る空気加熱ユニット３０の各構成における空気の状態について、図３、図４を参照しつつ説明する。図３は、空気加熱ユニット３０における空気のｐｈ線図であり、空気加熱ユニット３０における空気の湿り空気線図である。
【０１６４】
以下の説明では、空気加熱ユニット３０において、極低温の外気を予め定められたエントロピー効率で所定の圧力となるように圧縮するように制御した場合を例に挙げて説明する。
【０１６５】
図３における点ａは、空気加熱ユニット３０の空気吸込口３２で吸い込まれた時の空気の状態を示し、点ｂは、空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａに流入するときの空気の状態を示している。従って、空気吸込口３２→内部熱交換器３６→圧縮機構部３１ａの入口へ流れる空気の状態の変化が点ａ→点ｂで示されている。
【０１６６】
上述したように、内部熱交換器３６では、空気吸込口３２から空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａに流入する空気が、空気放熱器３５から空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂに流入する空気と熱交換する。
【０１６７】
従って、点ａ→点ｂとなる過程で、内部熱交換器３６を通過する空気は、空気圧縮膨張機３１で圧縮された空気と熱交換して加熱される。点ａ→点ｂでは、空気の圧力変化が生じることはなく、比エンタルピが内部熱交換に対応して増加する。
【０１６８】
そして、図４における点ｇは、空気加熱ユニット３０の空気吸込口３２で吸い込まれた時の空気の温度と相対湿度を示し、点ｈは、圧縮機構部３１ａに流入するときの空気の温度と相対湿度を示している。
【０１６９】
図４の点ｇ→点ｈからわかるように、空気の温度は、内部熱交換器３６における内部熱交換によって、空気圧縮膨張機３１に流入する前に予め温められる。この時、点ｇにて相対湿度が１００％であった空気は、内部熱交換による温度上昇に伴って、その相対湿度が低下する。
【０１７０】
次に、図３の点ｂ→点ｃにおける空気の状態について説明する。点ｃは、空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａから流出する際の空気の状態を示している。つまり、空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａにおける空気の圧縮前後の状態が点ｂ→点ｃで示されている。
【０１７１】
上述したように、空気圧縮膨張機３１では、予め定められたエントロピー効率で所定の圧力となるように、空気が圧縮される。この為、点ｂ→点ｃの過程において、空気の圧力及び比エンタルピが増大する。
【０１７２】
ここで、図３における点ｂ→点ｃの状態変化は、図４における点ｈ→点ｉの状態変化に対応する。つまり、点ｉは、圧縮機構部３１ａから流出する際の空気の温度と相対湿度の状態を示しており、空気圧縮に伴い、空気の温度と絶対湿度が上昇する。圧縮に伴い空気の絶対湿度は増加するが、空気の温度も上昇するため相対湿度は低下する。
【０１７３】
続いて、図３の点ｃ→点ｄにおける空気の状態について説明する。点ｄは、空気放熱器３５通過後にて内部熱交換器３６に流入する際の空気の状態を示している。つまり、空気放熱器３５にて、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体に対する熱交換の前後の状態が点ｃ→点ｄで示されている。
【０１７４】
図３の点ｃ→点ｄからわかるように、空気放熱器３５にて低温側熱媒体と熱交換することで、空気の比エンタルピは大きく低下して、内部熱交換器３６に流入する。この点ｃ→点ｄの状態変化において、空気の圧力は変化することはない。
【０１７５】
そして、図３における点ｃ→点ｄの状態変化は、図４における点ｉ→点ｊの状態変化に対応する。つまり、点ｊは、空気放熱器３５を通過した後で内部熱交換器３６に流入する際の空気の温度と相対湿度の状態を示している。図４の点ｉ→点ｊからわかるように、この場合の空気の温度が、空気放熱器３５にて低温側熱媒体と熱交換することで大きく低下する。
【０１７６】
次に、図３の点ｄ→点ｅにおける空気の状態について説明する。点ｅは、内部熱交換器３６から流出し、空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂに流入する際の空気の状態を示している。つまり、内部熱交換器３６にて、圧縮機構部３１ａに流入する空気と熱交換する前後の状態の状態が点ｄ→点ｅで示されている。
【０１７７】
点ｄ→点ｅとなる過程において、空気圧縮膨張機３１で圧縮された空気の熱が、内部熱交換器３６にて、空気吸込口３２から吸い込まれた空気に対して放熱される。そして、点ｄ→点ｅでは、空気の圧力変化が生じることはなく、比エンタルピが内部熱交換に対応して低下する。
【０１７８】
そして、図３における点ｄ→点ｅの状態変化は、図４における点ｊ→点ｋの状態変化に対応する。つまり、点ｋは、内部熱交換器３６から流出し、空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂに流入する際の空気の温度と相対湿度を示している。
【０１７９】
図４の点ｊ→点ｋからわかるように、空気の温度は、空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂに流入する前に、内部熱交換器３６における内部熱交換によって低下する。点ｋの時点における空気の相対湿度が１００％未満となるように熱交換させることができる為、熱交換表面における着霜を抑制することができる。
【０１８０】
続いて、図３の点ｅ→点ｆにおける空気の状態について説明する。点ｆは、空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂから流出する際の空気の状態を示している。つまり、空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂにおける空気の膨張前後の状態が点ｅ→点ｆで示されている。
【０１８１】
点ｅ→点ｆとなる過程において、空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂにて、空気が膨張して膨張機構部３１ｂを作動させる。膨張機構部３１ｂにおける空気の温度は、空気の膨張に伴って低下する。この空気の温度が低下する過程で、空気中の水分が過飽和状態となる為、当該空気中の水分は微小な氷の粒となる。
【０１８２】
そして、微小な氷の粒を含んだ状態の空気が、空気圧縮膨張機３１の膨張機構部３１ｂから流出して、空気吹出口３３からヒートポンプシステム１の外部へ排出される。これにより、当該ヒートポンプシステム１においては、システムを構成する熱交換器への着霜を抑制することができる。
【０１８３】
図３、図４にて説明したように、当該ヒートポンプシステム１において、空気加熱ユニット３０は、空気圧縮膨張機３１にて空気を圧縮することで熱を発生させて、空気放熱器３５にて、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体に供給することができる。
【０１８４】
そして、低温側熱媒体回路２５の低温側熱媒体は、冷凍サイクル１０のチラー１７において、低圧冷媒と熱交換して低圧冷媒を温める。即ち、当該ヒートポンプシステム１によれば、空気加熱ユニット３０にて空気を圧縮させて生じた熱を、低温側熱媒体回路２５を介して、冷凍サイクル１０のチラー１７に供給することができる。この結果、第１実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、空気加熱ユニット３０から熱が供給されるので、システムを構成する熱交換器の着霜を抑制できる。
【０１８５】
当該空気加熱ユニット３０は、冷凍サイクル１０、高温側熱媒体回路２０、低温側熱媒体回路２５から独立して作動させることができるので、空調運転の運転モードによらずに熱を供給することが可能である。
【０１８６】
即ち、ヒートポンプシステム１は、除霜モード等に切り替える場合と異なり、暖房運転等を継続した状態で、空気加熱ユニット３０から熱の供給を受けることができ、暖房運転による快適性の向上と、蒸発器における着霜の抑制を両立して行うことができる。
【０１８７】
又、当該ヒートポンプシステム１においては、暖房モードにおいて、空気加熱ユニット３０で生じた熱を、低温側熱媒体回路２５を介して、チラー１７にて吸熱することができる。即ち、当該ヒートポンプシステム１は、暖房モードに際して、空気加熱ユニット３０で生じた熱を暖房熱源として利用することができる。
【０１８８】
これにより、当該ヒートポンプシステム１は、外気温が極低温な環境においても、空気加熱ユニット３０で生じる熱を暖房熱源として利用することで、効率の良い暖房を実現することが可能となる。換言すると、当該ヒートポンプシステム１は、外気温に関して幅広い温度範囲にて、効率の良い暖房運転を実現することができる。
【０１８９】
そして、第１実施形態に係る空気加熱ユニット３０において、空気圧縮膨張機３１は、回転電機３１ｃの駆動軸に対して、圧縮機構部３１ａと膨張機構部３１ｂが取り付けられている。この為、当該ヒートポンプシステム１は、膨張機構部３１ｂでの空気の膨張に際して、空気の圧力エネルギを機械エネルギに変換して回収することができる。
【０１９０】
具体的には、空気圧縮膨張機３１では、圧縮機構部３１ａでの空気の圧縮に要するエネルギと、膨張機構部３１ｂで回収した機械エネルギの差分に関して、エネルギ（例えば、電力）の供給を受ければ、空気加熱ユニット３０にて空気の圧縮による熱を発生させることができる。
【０１９１】
つまり、当該空気加熱ユニット３０によれば、膨張機構部３１ｂにて圧縮された空気からエネルギを回収することができ、効率よく暖房熱源として利用可能な熱を生成することができる。
【０１９２】
又、当該空気加熱ユニット３０において、内部熱交換器３６は、空気吸込口３２から空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａに流入する空気と、空気放熱器３５から膨張機構部３１ｂに流入する空気とを熱交換させる。
【０１９３】
これにより、当該空気加熱ユニット３０によれば、空気放熱器３５から膨張機構部３１ｂに流入する空気の熱によって、空気圧縮膨張機３１で圧縮される空気を予め温めておくことで、空気加熱ユニット３０の空気放熱器３５において、低温側熱媒体回路２５の熱媒体温度を比較的高い温度に維持した状態でも供給熱量を増大させることができる。これにより、冷凍サイクル１０の冷媒圧縮機１１の圧縮比を低減でき、動力低減が可能となる。
【０１９４】
以上の如く、第１実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、冷凍サイクル１０が冷媒回路を切り替えることによって、冷房モード、除湿暖房モード、暖房モードを切り替えることができ、車室内の快適な空調を実現することができる。
【０１９５】
そして、当該ヒートポンプシステムによれば、空気加熱ユニット３０における空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａで圧縮された空気の熱を、低温側熱媒体回路２５を介してチラー１７に供給することができるので、ヒートポンプを構成する熱交換器の着霜を抑制することができる。これにより、当該ヒートポンプシステム１は、着霜によるチラー１７の吸熱能力の低下を抑制し、より広い温度範囲で空調対象空間の快適性を高めることができる。
【０１９６】
又、当該ヒートポンプシステム１によれば、システムの運転環境が極低温にある場合も、空気圧縮膨張機３１で圧縮された空気の熱を、低温側熱媒体回路２５を介して、チラー１７に供給することができる。即ち、当該ヒートポンプシステム１は、空気加熱ユニット３０で発生させた熱を暖房熱源として利用することができ、暖房運転に関する冷媒圧縮機１１の圧縮仕事量を、空気加熱ユニット３０で補助することができる。
【０１９７】
即ち、当該ヒートポンプシステム１は、空気加熱ユニット３０を用いることで、極低温環境における暖房の運転効率を向上させ、より広い温度範囲での暖房運転を実現することができる。
【０１９８】
そして、当該ヒートポンプシステム１において、低温側熱媒体回路２５は、低温側熱媒体ポンプ２６を有しており、ヒートポンプシステム１のチラー１７の水通路及び空気加熱ユニット３０の空気放熱器３５の水通路を介して、低温側熱媒体を循環させる。
【０１９９】
これにより、当該ヒートポンプシステム１は、空気加熱ユニット３０にて生じた熱を、低温側熱媒体回路２５を介して、冷凍サイクル１０のチラー１７に供給することができ、暖房運転における運転効率を向上させることができる。
【０２００】
又、当該ヒートポンプシステム１において、高温側熱媒体回路２０は、水−冷媒熱交換器１２と、ヒータコア２２と、ラジエータ２３とを有しており、高温側熱媒体を循環させることで熱を移動させることができる。
【０２０１】
当該高温側熱媒体回路２０は、高温側熱媒体を対象として、水−冷媒熱交換器１２におおける高圧冷媒の熱の供給や、ラジエータ２３における外気への熱の放出を行うことができるので、高温側熱媒体の温度を調整することができる。
【０２０２】
そして、当該ヒートポンプシステム１の空気加熱ユニット３０において、空気圧縮膨張機３１は、空気を圧縮する為の圧縮機構部３１ａと、圧縮された空気を膨張させて、空気の圧力エネルギを変換して回収する膨張機構部３１ｂとを有する。
【０２０３】
従って、当該ヒートポンプシステム１は、膨張機構部３１ｂで回収したエネルギを利用して、圧縮機構部３１ａにおける空気の圧縮を行うことができ、空気加熱ユニット３０における熱の発生を効率よく行うことができる。
【０２０４】
又、空気圧縮膨張機３１において、圧縮機構部３１ａと膨張機構部３１ｂは、回転電機３１ｃの駆動軸に対して取り付けられている。この為、膨張機構部３１ｂで回収される機械エネルギは、確実に、圧縮機構部３１ａにおける空気の圧縮に利用される。従って、当該ヒートポンプシステム１によれば、空気加熱ユニット３０にて効率よく熱を発生させることができ、着霜の抑制や暖房運転の効率向上を図ることができる。
【０２０５】
そして、当該空気加熱ユニット３０には、内部熱交換器３６が配置されており、空気放熱器３５から膨張機構部３１ｂに流入する空気と、空気吸込口３２から圧縮機構部３１ａに流入する空気とを熱交換させることができる。
【０２０６】
従って、空気加熱ユニット３０において、空気圧縮膨張機３１の圧縮機構部３１ａに流入する空気を、空気放熱器３５から膨張機構部３１ｂに流入する圧縮空気の熱で予め加熱しておくことができる。この結果、当該空気加熱ユニット３０は、空気放熱器３５にて放熱される熱量を充分に確保することができ、結果として、冷凍サイクル１０の低圧側に供給される熱量を増加させて着霜の抑制や暖房運転の効率向上を図ることができる。
【０２０７】
（第２実施形態）
次に、上述した第１実施形態と異なる第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図５に示すように、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１は、第１実施形態に係るヒートポンプシステム１の一部構成を変更したものである。尚、図５では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面においても同様である。
【０２０８】
第２実施形態に係るヒートポンプシステム１では、冷凍サイクル１０の高圧側にあたる構成と、熱媒体回路の構成が第１実施形態と相違している。即ち、第２実施形態における空気加熱ユニット３０、室内空調ユニット５０、制御装置６０等の構成は、基本的に第１実施形態と同様である為、その説明を省略する。
【０２０９】
第２実施形態に係るヒートポンプシステム１において、冷媒圧縮機１１の吐出口側には、室内凝縮器７１の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器７１は、室内凝縮器７１は、第１実施形態のヒータコア２２と同様に、室内空調ユニット５０のケーシング５１内に配置されている。
【０２１０】
室内凝縮器７１は、少なくとも暖房モード時に冷媒圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒と、室内蒸発器１６を通過した送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する熱交換器である。つまり、第２実施形態では、室内凝縮器７１によって、冷媒圧縮機１１から吐出された冷媒を熱源として送風空気を加熱する加熱部が構成されている。
【０２１１】
室内凝縮器７１の冷媒出口には、高段側膨張弁７２を介して、室外熱交換器７３の冷媒入口側が接続されている。高段側膨張弁７２は、少なくとも暖房モード時に、室内凝縮器７１から流出した冷媒を減圧させる高段側減圧部である。更に、高段側膨張弁７２は、室外熱交換器７３へ流入する冷媒の流量を調整する高段側流量調整部である。
【０２１２】
高段側膨張弁７２の基本的構成は、第１実施形態における冷却用膨張弁１４等と同様である。更に、高段側膨張弁７２は、弁開度を全開とすることで、冷媒減圧作用及び流量調整作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能を有している。
【０２１３】
室外熱交換器７３は、高段側膨張弁７２から流出した冷媒と図示しない外気ファンから送風された外気とを熱交換させる熱交換器である。室外熱交換器７３は、車両ボンネット内の前方側に配置されている。この為、車両走行時には、室外熱交換器７３に走行風を当てることができる。室外熱交換器７３の冷媒出口には、冷媒分岐部１３ａの冷媒流入口側が接続されている。その他のヒートポンプシステム１の構成は、第１実施形態と同様である。
【０２１４】
そして、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１は、図５に示すように、熱媒体回路８０を有している。第２実施形態に係る熱媒体回路８０は、高温側熱媒体回路２０と、低温側熱媒体回路２５と、接続流路部８２と、回路切替部８５とを有している。
【０２１５】
第２実施形態において、高温側熱媒体回路２０と低温側熱媒体回路２５は、接続流路部８２によって熱媒体の流出入が可能なように接続されており、全体として一つの熱媒体回路８０を構成している。尚、熱媒体回路８０を循環する熱媒体としては、第１実施形態と同じものを採用することが可能である。
【０２１６】
第２実施形態に係る高温側熱媒体回路２０は、室外熱交換器７３の水通路と、高温側熱媒体ポンプ２１と、ラジエータ２３と、インバータ４１と、モータジェネレータ４２とを接続して構成されている。
【０２１７】
第２実施形態に係る高温側熱媒体回路２０は、ラジエータ２３を迂回して熱媒体を循環させる為の高温側バイパス流路８１を有している。そして、高温側熱媒体回路２０には、回路切替部８５を構成する第１切替弁８５ａ、第２切替弁８５ｂ及び第３切替弁８５ｃが配置されている。制御装置６０にて、第１切替弁８５ａ、第２切替弁８５ｂの作動を制御することによって、高温側熱媒体回路２０における熱媒体の循環流路を切り替えることができる。
【０２１８】
図５に示すように、第２実施形態に係る低温側熱媒体回路２５は、第１実施形態と同様に、低温側熱媒体ポンプ２６と、低温側熱媒体ポンプ２６と、バッテリ４０の水通路と、空気放熱器３５の水通路と、チラー１７の水通路とを接続して構成されている。
【０２１９】
第２実施形態に係るヒートポンプシステム１においても、空気放熱器３５にて、空気加熱ユニット３０で生じた熱を熱媒体に放熱させることができ、温められた熱媒体の熱を、チラー１７を介して冷凍サイクル１０の低圧側に供給することができる。
【０２２０】
そして、当該低温側熱媒体回路２５には、回路切替部８５を構成する第５切替弁８５ｅが配置されている。制御装置６０にて、第５切替弁８５ｅの作動を制御することで、低温側熱媒体回路２５における熱媒体の流路を切り替えることができる。
【０２２１】
図５に示すように、接続流路部８２は、第１接続流路８２ａと、第２接続流路８２ｂとを有している。第１接続流路８２ａの一端部は、高温側熱媒体回路２０におけるインバータ４１と室外熱交換器７３の間に接続されている。
【０２２２】
第１接続流路８２ａの他端側は、低温側熱媒体回路２５において、第５切替弁８５ｅと低温側熱媒体ポンプ２６の吸入口の間に接続されている。従って、第１接続流路８２ａは、高温側熱媒体回路２０と低温側熱媒体回路２５の間において、熱媒体の流出入が可能なように接続している。
【０２２３】
当該第１接続流路８２ａには、回路切替部８５を構成する第４切替弁８５ｄが配置されている。第４切替弁８５ｄは、回路切替部８５を構成する各切替弁と同様に、制御装置６０からの制御信号に従って熱媒体流路を開閉する。従って、第４切替弁８５ｄの作動によって、高温側熱媒体回路２０と低温側熱媒体回路２５の間の熱媒体の流出入の可否が切り替えられる。
【０２２４】
そして、第２接続流路８２ｂの一端部は、高温側熱媒体回路２０におけるラジエータ２３の入口側と高温側バイパス流路８１の接続位置と、室外熱交換器７３の水通路の出口側との間に対して接続されている。
【０２２５】
第２接続流路８２ｂの他端部は、低温側熱媒体回路２５において、チラー１７の水通路の出口側と第５切替弁８５ｅとの間に対して接続されている。従って、第２接続流路８２ｂは、高温側熱媒体回路２０と低温側熱媒体回路２５の間において、熱媒体の流出入が可能なように接続している。
【０２２６】
従って、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、回路切替部８５の作動を制御することで、熱媒体回路８０における熱媒体の循環流路を、目的に応じた様々な態様に切り替えることができ、例えば、バッテリ４０、インバータ４１、モータジェネレータ４２の排熱を熱源として利用することができる。
【０２２７】
熱媒体回路８０における循環流路としては、高温側熱媒体回路２０、低温側熱媒体回路２５、接続流路部８２を循環する熱媒体の循環流路や、高温側熱媒体回路２０、低温側熱媒体回路２５にて熱媒体を独立して循環させる流路等が挙げられる。
【０２２８】
そして、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１は、第１実施形態と同様に、様々な運転モードを実現することができる。具体的には、当該ヒートポンプシステム１は、空調運転モードとして、暖房モード、冷房モード、除湿暖房モードを実行できる。この空調運転モードの切替は、第１実施形態と同様に、制御装置６０が予め記憶している空調制御プログラムを実行することによって、運転モードを切り替え、車室内の空調を行うことができる。以下に、各運転モードの作動を説明する。
【０２２９】
（ａ）冷房モード
冷房モードでは、制御装置６０が、高段側膨張弁７２を全開状態とし、冷却用膨張弁１４を絞り状態とし、吸熱用膨張弁１５を全閉状態とする。
【０２３０】
これにより、冷房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１の吐出口→室内凝縮器７１→高段側膨張弁７２→室外熱交換器７３→冷媒分岐部１３ａ→冷却用膨張弁１４→室内蒸発器１６→蒸発圧力調整弁１８→冷媒合流部１３ｂ→貯液器１９→冷媒圧縮機１１の吸入口の順で冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
【０２３１】
第２実施形態に係る冷房モードでは、室外熱交換器７３が放熱器として機能し、室内蒸発器１６が吸熱器として機能する。この時、室内凝縮器７１は、エアミックスドア５４が室内凝縮器７１側の通風路を閉塞しているので、室内凝縮器７１では殆ど放熱することはない。
【０２３２】
従って、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１の冷房モードでは、室内蒸発器１６にて冷却された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の冷房を行うことができる。
【０２３３】
（ｂ）除湿暖房モード
除湿暖房モードでは、制御装置６０が、高段側膨張弁７２を絞り状態とし、冷却用膨張弁１４を絞り状態とし、吸熱用膨張弁１５を絞り状態とする。
【０２３４】
これにより、除湿暖房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１の吐出口→室内凝縮器７１→高段側膨張弁７２→室外熱交換器７３→冷媒分岐部１３ａ→冷却用膨張弁１４→室内蒸発器１６→蒸発圧力調整弁１８→冷媒合流部１３ｂ→貯液器１９→冷媒圧縮機１１の吸入口の順で冷媒が循環すると共に、冷媒圧縮機１１の吐出口→室内凝縮器７１→高段側膨張弁７２→室外熱交換器７３→冷媒分岐部１３ａ→吸熱用膨張弁１５→チラー１７→冷媒合流部１３ｂ→貯液器１９→冷媒圧縮機１１の吸入口の順で冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
【０２３５】
第２実施形態に係る除湿暖房モードでは、室内蒸発器１６及びチラー１７が、並列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。そして、除湿暖房モードでは、室内蒸発器１６が放熱器として機能し、室内蒸発器１６及びチラー１７が吸熱器として機能する。
【０２３６】
そして、室外熱交換器７３は、高段側膨張弁７２で減圧された中間圧冷媒が外気温よりも高い場合には、外気に対する放熱器として機能し、中間圧冷媒が外気温よりも低い場合には、外気からの吸熱器として機能する。
【０２３７】
当該除湿暖房モードでは、室内蒸発器１６にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器７１で再加熱して車室内へ吹き出すことによって、車室内の除湿暖房を行うことができる。
【０２３８】
（ｃ）暖房モード
暖房モードでは、制御装置６０が、高段側膨張弁７２を絞り状態とし、冷却用膨張弁１４を全閉状態とし、吸熱用膨張弁１５を絞り状態とする。
【０２３９】
これにより、暖房モードの冷凍サイクル１０では、冷媒圧縮機１１の吐出口→室内凝縮器７１→高段側膨張弁７２→室外熱交換器７３→冷媒分岐部１３ａ→吸熱用膨張弁１５→チラー１７→冷媒合流部１３ｂ→貯液器１９→冷媒圧縮機１１の吸入口の順で冷媒が循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルが構成される。
【０２４０】
第２実施形態に係る暖房モードでは、室内凝縮器７１が放熱器として機能し、室外熱交換器７３及びチラー１７が吸熱器として機能する。従って、暖房モードでは、室内凝縮器７１で加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の暖房を行うことができる。
【０２４１】
第２実施形態に係るヒートポンプシステム１においても、空気加熱ユニット３０では、空気圧縮膨張機３１にて空気を圧縮することで熱を発生させることができる。そして、当該ヒートポンプシステム１は、空気加熱ユニット３０で発生した熱を、熱媒体回路８０の熱媒体を介して、冷凍サイクル１０のチラー１７等に供給することができる。
【０２４２】
従って、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１は、第１実施形態と同様に、空気加熱ユニット３０で発生した熱を活用して、着霜の抑制や暖房運転時における運転効率を向上させることができる。
【０２４３】
又、当該ヒートポンプシステム１において、空気圧縮膨張機３１は、圧縮機構部３１ａと、膨張機構部３１ｂを有している為、膨張機構部３１ｂで空気を膨張させる際に、空気の圧力エネルギを機械エネルギに変換して回収することができる。
【０２４４】
これにより、当該ヒートポンプシステム１は、空気加熱ユニット３０における空気の圧縮を効率よく行うことができ、結果として、着霜の抑制や暖房運転の効率向上に関しても、更に効率を高めることができる。
【０２４５】
そして、第２実施形態に係る空気加熱ユニット３０には、第１実施形態と同様に、内部熱交換器３６が配置されているので、圧縮機構部３１ａに流入する空気を、空気放熱器３５から膨張機構部３１ｂに流入する圧縮空気の熱で予熱することができる。
【０２４６】
これにより、当該ヒートポンプシステム１は、空気から熱媒体に放熱される熱量を充分に確保することができ、結果として、冷凍サイクル１０の低圧冷媒側に供給される熱量を増加させることができる。
【０２４７】
以上説明したように、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、上述した第１実施形態と共通の構成及び作動から奏される作用効果を、第１実施形態と同様に得ることができる。
【０２４８】
又、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１では、熱媒体回路８０は、高温側熱媒体回路２０と低温側熱媒体回路２５を、接続流路部８２にて接続して構成されており、回路切替部８５の作動を制御することで、熱媒体回路８０における熱媒体の循環流路を切り替えることができる。
【０２４９】
従って、第２実施形態に係るヒートポンプシステム１では、冷凍サイクル１０の低圧冷媒側に供給する熱源として、空気加熱ユニット３０で生じた熱に加えて、バッテリ４０等の作動による排熱を利用することが可能となる。これにより、当該ヒートポンプシステム１は、より確実に、ヒートポンプを構成する熱交換器の着霜の抑制や暖房運転に関する効率の向上を図ることができる。
【０２５０】
（第３実施形態）
続いて、上述した実施形態と異なる第３実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図６に示すように、第３実施形態に係るヒートポンプシステム１は、上述した実施形態に係るヒートポンプシステム１の一部構成を変更したものであり、冷凍サイクル１０と、空気加熱ユニット３０を有し、熱媒体回路を有していない点が相違している。
【０２５１】
第３実施形態に係るヒートポンプシステム１では、冷凍サイクル１０は、少なくとも暖房運転を実現する為に、冷媒圧縮機１１と、冷媒凝縮器１２ａと、冷媒減圧部１４ａと、冷媒蒸発器１６ａによって構成されている。
【０２５２】
冷媒圧縮機１１は、上述した実施形態と同様の構成である。冷媒凝縮器１２ａは、冷媒圧縮機１１から吐出された冷媒を凝縮させ、吐出冷媒を熱源として送風空気を加熱する。当該冷媒凝縮器１２ａは、第２実施形態における室内凝縮器７１と同様の構成である。
【０２５３】
冷媒減圧部１４ａは、冷媒凝縮器１２ａから流出した冷媒を減圧させる減圧部である。当該冷媒減圧部１４ａは、上述した冷却用膨張弁１４等と同様の構成を採用することができる。尚、冷媒減圧部１４ａとしては、膨張弁に限らず、固定絞り、キャピラリチューブ等を採用することも可能である。
【０２５４】
そして、冷媒蒸発器１６ａは、冷媒減圧部１４ａで減圧された低圧冷媒に外気の熱を吸熱させる蒸発器であり、空気−冷媒熱交換器として構成されている。冷媒蒸発器１６ａの空気通路には、空気加熱ユニット３０の空気通路が接続されている。第３実施形態に係る冷媒蒸発器１６ａは、空気−冷媒熱交換器に相当する。
【０２５５】
図６に示すように、第３実施形態に係る空気加熱ユニット３０は、上述した実施形態と同様に、空気圧縮膨張機３１と、冷媒蒸発器１６ａの空気通路と、内部熱交換器３６とを接続して構成されている。
【０２５６】
当該空気加熱ユニット３０は、空気吸込口３２から吸い込んだ空気を空気圧縮膨張機３１で圧縮し、当該空気の熱を、冷媒蒸発器１６ａにて冷凍サイクル１０の低圧冷媒に供給する。
【０２５７】
これにより、当該ヒートポンプシステム１は、空気加熱ユニット３０で生じた熱を利用して、冷媒蒸発器１６ａの着霜を抑制することができる。又、当該ヒートポンプシステム１によれば、外気が極低温である場合であっても、空気加熱ユニット３０で生じた熱を暖房熱源として利用することができるので、広い温度範囲において効率の良い暖房運転を実現することができる。
【０２５８】
以上説明したように、第３実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、上述した実施形態と共通の構成及び作動から奏される作用効果を、上述した実施形態と同様に得ることができる。
【０２５９】
即ち、当該ヒートポンプシステム１では、上述した実施形態の冷凍サイクル１０の構成に限定されることなく、少なくとも暖房運転が可能なサイクル構成であれば、空気加熱ユニット３０を用いて、冷凍サイクル１０の低圧側に熱を供給することができる。
【０２６０】
この時、上述した実施形態のように、熱媒体回路（低温側熱媒体回路２５や熱媒体回路８０）を介さずに、冷媒蒸発器１６ａにおいて、空気加熱ユニット３０で圧縮された空気と冷凍サイクル１０の低圧冷媒とを熱交換させる構成でも同様の効果を発揮させることができる。
【０２６１】
（第４実施形態）
次に、上述した実施形態と異なる第４実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図７に示すように、第４実施形態に係るヒートポンプシステム１は、上述した第３実施形態に係るヒートポンプシステム１における空気加熱ユニット３０の構成を変更したものである。
【０２６２】
第４実施形態に係るヒートポンプシステム１は、第３実施形態と同様に、冷凍サイクル１０と、空気加熱ユニット３０を有している。当該冷凍サイクル１０は、冷媒圧縮機１１と、冷媒凝縮器１２ａと、冷媒減圧部１４ａと、冷媒蒸発器１６ａを有しており、第３実施形態と同様の構成である。
【０２６３】
図７に示すように、第４実施形態に係る空気加熱ユニット３０は、空気圧縮膨張機３１と、冷媒蒸発器１６ａの空気通路を接続して構成されており、空気通路上に内部熱交換器３６が配置されていない点で相違している。
【０２６４】
この点、第４実施形態に係る空気加熱ユニット３０は、内部熱交換器３６がない場合であっても、圧縮機構部３１ａで圧縮した空気の熱を、冷媒蒸発器１６ａにて低圧冷媒に供給することは可能である。
【０２６５】
従って、第４実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、空気加熱ユニット３０にて発生させた熱を用いて、冷媒蒸発器１６ａの着霜を抑制しつつ、暖房運転時における運転効率を向上させることができる。
【０２６６】
以上説明したように、第４実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、上述した実施形態と共通の構成及び作動から奏される作用効果を、上述した実施形態と同様に得ることができる。
【０２６７】
第４実施形態のように、空気加熱ユニット３０が内部熱交換器３６を有しておらず、空気圧縮膨張機３１での圧縮前の空気を、冷媒蒸発器１６ａを通過した空気の熱で予熱することができない場合でも、空気圧縮膨張機３１で空気を圧縮した熱を、冷凍サイクル１０の低圧冷媒側に供給することができる。
【０２６８】
（第５実施形態）
続いて、上述した実施形態と異なる第５実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図８に示すように、第５実施形態に係るヒートポンプシステム１は、上述した第４実施形態に係るヒートポンプシステム１における空気加熱ユニット３０の構成を変更したものである。
【０２６９】
第５実施形態に係るヒートポンプシステム１は、第４実施形態と同様に、冷凍サイクル１０と、空気加熱ユニット３０を有している。当該冷凍サイクル１０は、冷媒圧縮機１１と、冷媒凝縮器１２ａと、冷媒減圧部１４ａと、冷媒蒸発器１６ａを有しており、第３実施形態と同様の構成である。
【０２７０】
図８に示すように、第５実施形態に係る空気加熱ユニット３０では、空気圧縮膨張機３１に代えて、空気圧縮機３７と、空気膨張機３８が採用されており、その他の構成については、第４実施形態と同様の構成である。
【０２７１】
空気圧縮機３７は、上述した圧縮機構部３１ａと同様の圧縮機構と、圧縮機構を作動させる為の駆動モータを有して構成されている。空気圧縮機３７は、空気吸込口３２から吸い込んだ空気を圧縮して、冷媒蒸発器１６ａの空気通路の入口側へ送出する。空気圧縮機３７の駆動モータは、制御装置６０からの制御信号に従って作動する。
【０２７２】
そして、空気膨張機３８は、上述した膨張機構部３１ｂと同様の膨張機構と、膨張機構の動作を電気エネルギに変換する発電機として機能する回転電機を有している。空気膨張機３８は、冷媒蒸発器１６ａの空気通路から流出した高圧空気を、膨張機構で膨張させ、空気吹出口３３から外部へ放出する。
【０２７３】
空気膨張機３８内部における空気の膨張に際して、膨張機構が動作することで回転電機が動作する為、空気の圧力エネルギが運動エネルギを介して電気エネルギに変換されて、バッテリ４０等に回収される。そして、当該空気加熱ユニット３０は、空気圧縮機３７での空気圧縮に利用される電気エネルギの一部として、空気膨張機３８にて回収された電気エネルギを利用する。
【０２７４】
従って、第５実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、空気圧縮膨張機３１のように、圧縮機構部３１ａと膨張機構部３１ｂが一体化された構成でない場合でも、圧縮された空気の圧力エネルギの一部を回収することができる。
【０２７５】
そして、当該ヒートポンプシステム１は、空気膨張機３８で回収したエネルギを利用して空気加熱ユニット３０における熱を効率良く発生させることができ、着霜の抑制や暖房運転の効率をより効果的に行うことができる。
【０２７６】
以上説明したように、第５実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、上述した実施形態と共通の構成及び作動から奏される作用効果を、上述した実施形態と同様に得ることができる。
【０２７７】
第５実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、空気圧縮膨張機３１のように、圧縮機構部３１ａと膨張機構部３１ｂが一体的に配置された構成でなくとも、空気膨張機３８で回収したエネルギを利用して、効率良く空気を圧縮して熱を発生させることができる。
【０２７８】
（第６実施形態）
次に、上述した実施形態と異なる第６実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図９に示すように、第６実施形態に係るヒートポンプシステム１は、上述した第５実施形態に係るヒートポンプシステム１における空気加熱ユニット３０の構成を変更したものである。
【０２７９】
第６実施形態に係るヒートポンプシステム１は、第５実施形態と同様に、冷凍サイクル１０と、空気加熱ユニット３０を有している。当該冷凍サイクル１０は、冷媒圧縮機１１と、冷媒凝縮器１２ａと、冷媒減圧部１４ａと、冷媒蒸発器１６ａを有しており、第５実施形態と同様の構成である。
【０２８０】
図９に示すように、第６実施形態に係る空気加熱ユニット３０は、第５実施形態における空気膨張機３８に代えて、空気減圧部３９が配置されている。当該空気減圧部３９は、固定絞りやキャピラリチューブによって構成されており、空気圧縮機３７にて空気を圧縮する際のカラ打ちを防止する為に配置されている。
【０２８１】
従って、第６実施形態に係る空気加熱ユニット３０においては、空気減圧部３９を配置することで、空気圧縮機３７にて確実に空気を圧縮して熱を発生させることができる。そして、当該空気加熱ユニット３０は、冷媒蒸発器１６ａにおいて、空気圧縮機３７から流出した高圧空気の熱を、冷凍サイクル１０の低圧側に供給することができる。
【０２８２】
以上説明したように、第６実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、上述した実施形態と共通の構成及び作動から奏される作用効果を、上述した実施形態と同様に得ることができる。
【０２８３】
第６実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、空気膨張機３８が配置されていない構成であっても、冷媒蒸発器１６ａにて、空気加熱ユニット３０にて空気を圧縮して発生した熱を冷凍サイクル１０の低圧側に供給して、着霜の抑制しつつ暖房運転の効率を向上させることができる。
【０２８４】
（第７実施形態）
続いて、上述した実施形態と異なる第７実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１０に示すように、第７実施形態に係るヒートポンプシステム１は、上述した第６実施形態に係るヒートポンプシステム１における空気加熱ユニット３０の構成と、冷媒蒸発器１６ａを変更したものである。
【０２８５】
第４実施形態に係るヒートポンプシステム１は、第６実施形態と同様に、冷凍サイクル１０と、空気加熱ユニット３０を有している。当該冷凍サイクル１０は、冷媒圧縮機１１と、冷媒凝縮器１２ａと、冷媒減圧部１４ａと、冷媒蒸発器１６ａを有している。
【０２８６】
ここで、第７実施形態に係る冷媒蒸発器１６ａは、冷凍サイクル１０の低圧冷媒を熱交換させて吸熱させる蒸発器である。この点、第７実施形態では、冷凍サイクル１０の低圧冷媒と熱交換する対象が、空気加熱ユニット３０の空気流路を流れる空気ではない。
【０２８７】
即ち、第７実施形態に係る冷媒蒸発器１６ａにて、冷凍サイクル１０の低圧冷媒と熱交換する対象としては、ヒートポンプシステム１の周囲における外気や送風空気を挙げることができる。
【０２８８】
図１０に示すように、第７実施形態に係る空気加熱ユニット３０は、空気圧縮機３７と、空気減圧部３９とを有しており、空気吸込口３２から吸い込んだ空気を圧縮して、高温状態で空気吹出口３３から吹き出すように構成されている。
【０２８９】
第７実施形態において、空気吹出口３３は、冷媒蒸発器１６ａの熱交換部に向けて配置されている。空気加熱ユニット３０で生成された高温の空気は、空気吹出口３３から冷媒蒸発器１６ａの熱交換部に対して直接吹きかけられる。
【０２９０】
即ち、第７実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、空気加熱ユニット３０で圧縮した空気の熱を、熱交換器を介在させずに、冷凍サイクル１０の低圧冷媒側に供給することができ、冷媒蒸発器１６ａの着霜を抑制しつつ、暖房運転時における運転効率を向上させることができる。
【０２９１】
以上説明したように、第７実施形態に係るヒートポンプシステム１によれば、上述した実施形態と共通の構成及び作動から奏される作用効果を、上述した実施形態と同様に得ることができる。
【０２９２】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
【０２９３】
（１）上述の実施形態においては、電気自動車に搭載された車両用空調装置に適用していたが、この態様に限定されるものではない。予め定められた空調対象空間を暖房可能な空調装置であれば、種々の空調装置に適用することが可能である。
【０２９４】
（２）上述した第４実施形態〜第６実施形態では、冷媒蒸発器１６ａにおいて、冷凍サイクル１０の低圧冷媒に対して、空気加熱ユニット３０による空気の熱を供給する構成であったが、この態様に限定されるものではない。
【０２９５】
即ち、空気加熱ユニット３０による空気の熱を、低温側熱媒体回路２５や熱媒体回路８０のような熱媒体回路を介して、冷凍サイクル１０の低圧側に供給するヒートポンプシステム１の構成において、第４実施形態〜第６実施形態に係る空気加熱ユニット３０の構成を採用しても良い。
【符号の説明】
【０２９６】
１    ヒートポンプシステム
１０  冷凍サイクル
１１  冷媒圧縮機
１２  水−冷媒熱交換器
１５  吸熱用膨張弁
１７  チラー
２５  低温側熱媒体回路
３０  空気加熱ユニット
３１  空気圧縮膨張機
３５  空気放熱器
【図１】
2020023224.tif 000003
【図２】
2020023224.tif 000004
【図３】
2020023224.tif 000005
【図４】
2020023224.tif 000006
【図５】
2020023224.tif 000007
【図６】
2020023224.tif 000008
【図７】
2020023224.tif 000009
【図８】
2020023224.tif 000010
【図９】
2020023224.tif 000011
【図１０】
2020023224.tif 000012