(57)【要約】【課題】冷凍サイクルと冷却水回路との間での熱の移動を制御することによって、所定の冷媒流量を確保することができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置１は、制御モードが除湿暖房モードである場合に所定条件を満足した場合、水冷媒熱交換器１１を用いて冷媒と冷却水との間で熱交換するよう制御する。具体的には、制御装置は、第１〜第３切替弁１４，１９，２２の開閉状態および第１膨張弁１２の弁開度を制御することによって、冷媒と水との熱の授受を制御し、異なる流路を流れる媒体の熱量を効果的に用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水回路（４）と冷凍サイクル（３）とを用いて空調空気を車室内に提供する車両用空調装置であって、
一端側に空気の吸入口を有し、他端側に車室内への吹出口を有する空調空気通路（５）と、
空気を前記吸入口側から前記吹出口側へ送風する送風機と、
車両に搭載される発熱機器を冷却するための冷却水が循環する冷却水回路（４）と、
冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する圧縮機（１０）、前記圧縮機から吐出された冷媒を外気との間で熱交換して凝縮する凝縮器（１３）、前記凝縮器で凝縮した冷媒を減圧する減圧手段（１５）、前記空調空気通路に設置され、および前記減圧手段によって減圧された冷媒を前記空気から吸熱して蒸発させ、前記空気を冷却する蒸発器（７）を含む冷凍サイクル（３）と、
前記圧縮機と前記凝縮器との間に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷媒が通過する冷媒通路と前記冷却水が通過する冷却水通路とを有し、前記冷媒通路を通過する冷媒と前記冷却水通路を通過する冷却水との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器（１１）と、
前記冷却水回路に設けられ、前記空調空気通路において前記蒸発器の下流側に設置され、前記空気を前記冷却水と熱交換して加熱するヒータコア（８）と、
前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
冷媒の状態量を検出する冷媒状態検出手段と、
冷房モード、暖房モードおよび除湿暖房モードの各空調モードを設定するための空調モード設定手段と、
前記空調モード設定手段によって設定された空調モードに基づき、前記流路切替手段を制御する空調制御手段と、を含み、
前記冷凍サイクルは、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記冷媒通路を通過して前記凝縮器に流す流路と、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記冷媒通路を通過させずに前記凝縮器に流す流路とを切り替える流路切替手段（１２，２１，２２）を含み、
前記空調制御手段は、前記空調モードが前記除湿暖房モードである場合、検出された前記冷却水の温度および前記冷媒の状態量に基づいた判断によって、前記除湿暖房モードを実行するための冷却水の熱量が不足しているときに、または前記除湿暖房モードを実行するための冷媒の圧力が低いときに、前記水冷媒熱交換器の前記冷媒通路を冷媒が通過するように前記流路切替手段を制御することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記減圧手段は、高圧の冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル（２７）を有し、高圧の冷媒を前記ノズルにて減圧膨脹させて高速の冷媒流を生成し、生成した冷媒流にて低圧側の冷媒を循環させるとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して前記圧縮機の吸入圧を上昇させるエジェクタ（２５）であることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記流路切替手段は、
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記水冷媒熱交換器を迂回して凝縮器に至る迂回流路（２１）と、
前記迂回流路に設けられ、前記迂回流路の開閉状態を切り替える切替部（２２）と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記水冷媒熱交換器を通過して、前記凝縮器に至るサイクル流路（１７）と、
前記サイクル流路の前記水冷媒熱交換器と前記凝縮器との間に設けられ、通過する冷媒の減圧量が可変である減圧部（１２）と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記冷媒状態検出手段は、前記冷凍サイクルの高圧側の冷媒の圧力を冷媒の状態量として検出し、
前記空調制御手段は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された前記冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ前記冷媒の圧力が所定圧力以下であるとき、前記水冷媒熱交換器を冷媒が通過するように前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記空調制御手段は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された前記冷却水の温度が所定温度以下であるとき、前記水冷媒熱交換器を冷媒が通過するように前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記冷媒状態検出手段は、外気温度を冷媒の状態量として検出し、
前記空調制御手段は、前記空調モードが前記除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ外気温度が所定温度以下であるとき、前記水冷媒熱交換器を冷媒が通過するように前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記冷媒状態検出手段は、冷媒温度を冷媒の状態量として検出し、
前記空調制御手段は、前記空調モードが前記除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ冷媒温度が所定温度以下であるとき、前記水冷媒熱交換器を冷媒が通過するように前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルと冷却水回路とを用いて空調空気を提供する車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術の車両用空調装置は、冷凍サイクルと冷却水回路とを有する。冷凍サイクルの構成部品である蒸発器は、空調ダクト内に設けられ、冷凍サイクルの低圧冷媒が空調ダクトを通過する空気から吸熱して、通過する空気を冷却する。冷却水回路は、エンジンの冷却水を熱源として空調ダクトを通過する空気を加熱するヒータ機能を備える。冷凍サイクルの冷媒と冷却水回路の冷却水とは、水冷媒熱交換器によって、熱交換するように構成される（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２４４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述の従来の技術の車両用空調装置を構成する冷凍サイクルは、冬季のように外気温度が低く内気モードの場合に、冷凍サイクル内の冷媒の高低圧差が小さくなるときがある。このように冷凍サイクル内の冷媒の高低圧差が小さいときには、膨張弁にて冷媒を流しきれず、所定の冷媒流量が確保できないという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、冷凍サイクルと冷却水回路との間での熱の移動を制御することによって、所定の冷媒流量を確保することができる車両用空調装置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】
【０００５】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明は、冷却水回路と冷凍サイクルとを用いて空調空気を車室内に提供する車両用空調装置であって、
一端側に空気の吸入口を有し、他端側に車室内への吹出口を有する空調空気通路（５）と、
空気を吸入口側から吹出口側へ送風する送風機と、
車両に搭載される発熱機器を冷却するための冷却水が循環する冷却水回路（４）と、
冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する圧縮機（１０）、圧縮機から吐出された冷媒を外気との間で熱交換して凝縮する凝縮器（１３）、凝縮器で凝縮した冷媒を減圧する減圧手段（１５）、空調空気通路に設置され、および減圧手段によって減圧された冷媒を空気から吸熱して蒸発させ、空気を冷却する蒸発器（７）を含む冷凍サイクル（３）と、
圧縮機と凝縮器との間に設けられ、圧縮機から吐出された冷媒が通過する冷媒通路と冷却水が通過する冷却水通路とを有し、冷媒通路を通過する冷媒と冷却水通路を通過する冷却水との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器（１１）と、
冷却水回路に設けられ、空調空気通路において蒸発器の下流側に設置され、空気を冷却水と熱交換して加熱するヒータコア（８）と、
冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、
冷媒の状態量を検出する冷媒状態検出手段と、
冷房モード、暖房モードおよび除湿暖房モードの各空調モードを設定するための空調モード設定手段と、
空調モード設定手段によって設定された空調モードに基づき、流路切替手段を制御する空調制御手段と、を含み、
冷凍サイクルは、圧縮機から吐出された冷媒が冷媒通路を通過して凝縮器に流す流路と、圧縮機から吐出された冷媒が冷媒通路を通過させずに凝縮器に流す流路とを切り替える流路切替手段（１２，２１，２２）を含み、
空調制御手段は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度および冷媒の状態量に基づいた判断によって、除湿暖房モードを実行するための冷却水の熱量が不足しているときに、または除湿暖房モードを実行するための冷媒の圧力が低いときに、水冷媒熱交換器の冷媒通路を冷媒が通過するように流路切替手段を制御することを特徴とする車両用空調装置である。
【０００７】
請求項１に記載の発明に従えば、空調モードが除湿暖房モードである場合に所定条件を満足したとき、水冷媒熱交換器を用いて冷媒と冷却水との間で熱交換する。これによって、たとえば外気温度が低く冷媒の高低圧差が小さい場合であっても、冷媒を冷却水によって加熱して、冷媒の高低圧差を大きくすることができる。したがって冷媒の高低圧差の問題が解消されるので、冷媒を循環させることができる。また冷却水の熱量が不足している場合であっても冷却水を冷媒によって加熱して、除湿暖房モードを実行するための冷却水の熱量を確保することができる。このように空調制御手段は、流路切替手段を制御することによって、冷媒と水との熱の授受を制御し、異なる流路を流れる媒体の熱量を効果的に用いることができる。
【０００８】
また請求項２に記載の発明では、減圧手段は、高圧の冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル（２７）を有し、高圧の冷媒をノズルにて減圧膨脹させて高速の冷媒流を生成し、生成した冷媒流にて低圧側の冷媒を循環させるとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機の吸入圧を上昇させるエジェクタ（２５）であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明に従えば、エジェクタを含むので、冷媒が流通する冷凍サイクルの効率を向上することができる。
【００１０】
さらに請求項３に記載の発明では、流路切替手段は、
圧縮機から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器を迂回して凝縮器に至る迂回流路（２１）と、
迂回流路に設けられ、迂回流路の開閉状態を切り替える切替部（２２）と、
圧縮機から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器を通過して、凝縮器に至るサイクル流路（１７）と、
サイクル流路の水冷媒熱交換器と凝縮器との間に設けられ、通過する冷媒の減圧量が可変である減圧部（１２）と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明に従えば、迂回流路には切替部が設けられるので、空調制御手段が切替部を閉状態に制御することによって、サイクル流路に冷媒を流通させることができる。サイクル流路には、減圧量が可変な減圧部が設けられ、空調制御手段によって減圧量が無いように、すなわち減圧しないように減圧部を制御することによって、冷媒の高低圧差が小さい場合であって、水冷媒熱交換器に冷媒を流通させることができる。また水冷媒熱交換器に冷媒を流通させたくない場合は、切替部を開状態として、減圧部の減圧量を所定の減圧量に設定することによって、水冷媒熱交換器に冷媒を流通させることなく、圧縮機から吐出された冷媒を、迂回流路を介して凝縮器に与えることができる。このように空調制御手段は流路切替手段を制御することによって、水冷媒熱交換器に冷媒を流通させる状態と、流通させない状態とを切り替えることができる。
【００１２】
さらに請求項４に記載の発明では、冷媒状態検出手段は、冷凍サイクルの高圧側の冷媒の圧力を冷媒の状態量として検出し、
空調制御手段は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ冷媒の圧力が所定圧力以下であるとき、水冷媒熱交換器を冷媒が通過するように流路切替手段を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明に従えば、空調制御手段は、所定条件を満たす場合、すなわち冷媒の高圧が低く、冷却水が冷媒を加熱することができる熱源として用いることができる場合、冷媒が水冷媒熱交換器を通過するように流路切替手段を制御する。したがって所定温度以上の冷却水によって、所定圧力以下の冷媒を加熱することができる。これによって冷媒の高低圧差の問題が解消されるので、冷媒を循環させることができる。
【００１４】
さらに請求項５に記載の発明では、空調制御手段は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度が所定温度以下であるとき、水冷媒熱交換器を冷媒が通過するように流路切替手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明に従えば、空調制御手段は、所定条件を満たす場合、すなわち冷却水の温度が低い場合、冷媒が水冷媒熱交換器を通過するように流路切替手段を制御する。したがって所定温度以下の冷却水を冷媒によって加熱することができる。これによって冷却水の熱量が不足している場合であっても冷却水を冷媒によって加熱して、除湿暖房モードを実行するための冷却水の熱量を確保することができる。
【００１６】
さらに請求項６に記載の発明では、冷媒状態検出手段は、外気温度を冷媒の状態量として検出し、
空調制御手段は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ外気温度が所定温度以下であるとき、水冷媒熱交換器を冷媒が通過するように流路切替手段を制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明に従えば、外気温度によって、冷媒の熱量の過不足を判断することができる。
【００１８】
さらに請求項７に記載の発明では、冷媒状態検出手段は、冷媒温度を冷媒の状態量として検出し、
空調制御手段は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ冷媒温度が所定温度以下であるとき、水冷媒熱交換器を冷媒が通過するように流路切替手段を制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明に従えば、冷媒温度によって、冷媒の熱量の過不足を判断することができる。
【００２０】
なお、前述の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００２２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図７を用いて説明する。図１は、車両用空調装置１の全体構成を示す模式図である。車両用空調装置１は、エンジン２を走行用駆動源とする車両に搭載される。車両用空調装置１は、冷凍サイクル３、冷却水回路４、室内ユニット（図示せず）および制御装置（図示せず）を含む。車両用空調装置１は、たとえば車両の車室内前部の計器盤下部に設置される。
【００２３】
室内ユニットを構成する空調ケース５は、一端側に空気の吸入口（図示せず）を有し、他端側に車室内への吹出口（図示せず）を有し、吸入口から吹出口へ空調空気を導く空調空気通路６を構成している。空調ケース５の一端側には内外気を吸入する吸入口が設けられている。内気吸入口と外気吸入口は内外気切替ドア（図示せず）により切替および開閉される。吸入口に隣接して、空調ケース５内に空気を送風する送風機（図示せず）が設置される。空調ケース５の他端側には車室内へ通ずる複数の吹出口が形成されている。これらの吹出口は吹出モード切替ドア（図示せず）によりそれぞれ切替および開閉され、たとえばフェイス、バイレベル、フット、およびデフロスタ等の吹出モードが設定される。
【００２４】
送風機より空気下流側における空調ケース５内には冷凍サイクル３の室内器７が設けられている。室内器７は、冷凍サイクル３の低圧冷媒が空気から吸熱して、空気を冷却するものである。室内器７より空気下流側には冷却水回路４のヒータコア８が設けられている。ヒータコア８は、冷却水（温水）を熱源として空気を加熱するものである。室内器７およびヒータコア８によって温度調節された空調空気は、選択された吹出口から車室内に吹出される。
【００２５】
冷却水回路４は、車両に搭載される発熱機器であるエンジン２に設けられ、エンジン２を冷却するための回路である。冷却水回路４には、放熱用のラジエータ９および放熱用のヒータコア８が配設されている。エンジン冷却用の冷却水は、水ポンプ（図示せず）によって冷却水回路４内を循環する。ラジエータ９は、冷却水回路４のラジエータ側流路４ａに接続されて、冷却水の温度が所定温度範囲（たとえば９０〜１１０℃）となるように調節（制御）するために設けられる。ヒータコア８は、冷却水回路４のヒータコア側流路４ｂに接続されて内部に冷却水が流通するように構成される。ヒータコア８は、冷却水を加熱源として自身を流通する空調空気を加熱する熱交換器である。
【００２６】
また冷却水回路４には、水温センサ（図示せず）が設けられる。水温センサは、冷却水温度検出手段であって、エンジン２の出口部に設けられ、冷却水回路４を流通する冷却水の温度を検出する。水温センサは、検出した冷却水温度情報を制御装置に与える。
【００２７】
冷凍サイクル３は、圧縮機１０、水冷媒熱交換器１１、第１膨張弁１２、室外器１３、第１切替弁１４、第２膨張弁１５、室内器７、およびアキュムレータ１６が環状のサイクル流路１７に順次接続される。また室内器７を迂回して、室外器１３とアキュムレータ１６とを接続する第１迂回流路１８が設けられる。第１迂回流路１８には、第２切替弁１９および第３膨張弁２０が設けられる。また水冷媒熱交換器１１を迂回して、圧縮機１０と室外器１３とを接続する第２迂回流路２１が設けられる。第２迂回流路２１には、第３切替弁２２が設けられる。冷凍サイクル３内を循環する冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ２）を用いており、高圧側の圧力が臨界圧力よりも高い状態で使用される場合を有している。
【００２８】
圧縮機１０は、電動モータ（図示せず）によって駆動されて、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する流体機械である。圧縮機１０は、作動回転数によって冷媒の吐出量を可変可能としている。圧縮機１０は、制御装置によってその作動および冷媒吐出量が制御される。圧縮機１０の吐出側であって、たとえば圧縮機１０と水冷媒熱交換器１１との間には、冷媒の状態量を検出する冷媒状態検出手段が設けられる。冷媒状態検出手段は、吐出された冷媒の温度を検出する温度センサおよび冷媒の圧力を検出する圧力センサによって実現される。各センサは、検出した温度情報および圧力情報を制御装置に与える。
【００２９】
水冷媒熱交換器１１は、圧縮機１０と室外器１３との間に設けられ、圧縮機１０から吐出された冷媒が通過する冷媒通路と、冷却水回路４の冷却水が通過する冷却水通路とを有する。水冷媒熱交換器１１は、冷媒通路を通過する冷媒と冷却水通路を通過する冷却水との間で熱交換を行う。水冷媒熱交換器１１は、内部に冷媒通路と冷却水通路とが対向するように形成された熱交換器である。
【００３０】
第１膨張弁１２は、水冷媒熱交換器１１から流出される冷媒を減圧する（低温低圧にする）減圧部である。第１膨張弁１２は、制御装置によってその弁開度が可変され、減圧量が調節されるように構成される。第１膨張弁１２の弁開度が小さい側から大きい側に可変されるに伴って、冷媒の減圧量は小さくなっていき、最大弁開度では減圧機能を伴わないように構成される。
【００３１】
室外器１３は、凝縮器であって、第１膨張弁１２から流出された冷媒とエンジンルーム内に流入する外気との間で熱交換する熱交換器である。室外器１３は、車両のエンジンルームの前方、たとえばグリルの後方に配置される。室外器１３の冷媒流出側であって、たとえば室外器１３と第１切替弁１４との間には室外器１３から流出される冷媒の温度を検出する温度センサが設けられる。温度センサは、検出した温度情報を制御装置に与える。
【００３２】
第１切替弁１４は、室外器１３から流出された冷媒の流れを第２膨張弁１５に導く開状態と、流れを遮断する閉状態とにわたって切り替える。第１切替弁１４の開閉状態は、制御装置によって制御される。
【００３３】
第２膨張弁１５は、第１切替弁１４が開状態に切替えられた場合に室外器１３から流出される冷媒を減圧する（低温低圧にする）減圧手段である。第２膨張弁１５には感温部（図示せず）およびキャピラリ（図示せず）が接続されており、室外器１３から流出される冷媒の温度に応じて膨張弁の弁開度が調節される機械式膨張弁としている。具体的には、感温部での冷媒温度が高いと弁開度が小さい側に可変されて室外器１３における冷媒圧力が高い側に維持され、逆に感温部での冷媒温度が低くなると弁開度が大きい側に可変されて室外器１３における冷媒圧力が低い側に維持される。
【００３４】
室内器７は、室内ユニットの空調ケース５内で流路全体を横断するように配設される。室内器７は、蒸発器であって、第２膨張弁１５で減圧された冷媒と空調ケース５内を流通する空調空気との間で熱交換して、空調空気を冷却する熱交換器である。室内器７の空調空気流れの下流側には、冷却された空気温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられる。温度センサは、検出した温度情報を制御装置に与える。
【００３５】
アキュムレータ１６は、室内器７から流出された冷媒を受け入れ、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒および底部付近の少量の液冷媒（オイルが溶け込んでいる）を、圧縮機１０側へ吸入させるレシーバである。
【００３６】
空調ケース５内には、室内器７に加えて、暖房器としてのヒータコア８が配設されている。ヒータコア８は、室内器７に対して空調空気流れ下流側に配置されている。ヒータコア８と空調ケース５との間にはヒータコア８をバイパスして空調空気が流通するバイパス流路２３が形成されている。
【００３７】
ヒータコア８には通過する空調空気量を調節するエアミックスドア２４が設けられている。エアミックスドア２４は、ヒータコア８の空調空気流通部を開閉する回動式のドアである。エアミックスドア２４の開度に応じて、ヒータコア８を流通する加熱空気とバイパス流路２３を流通する冷却空気との流量割合が調節されて、ヒータコア８下流側の空調空気温度が調節される。エアミックスドア２４の開度は、制御装置によって制御される。
【００３８】
次に、第１迂回流路１８に関して説明する。第２切替弁１９は、室外器１３から流出された冷媒の流れを第２膨張弁１５に導く開状態と、流れを遮断する閉状態とにわたって切り替える。第２切替弁１９の開閉状態は、制御装置によって制御される。第３膨張弁２０は、第２切替弁１９が開状態に切替えられた場合に室外器１３から流出される冷媒を減圧する減圧手段である。第３膨張弁２０によって減圧された冷媒は、アキュムレータ１６に導かれる。
【００３９】
次に、第２迂回流路２１に関して説明する。第３切替弁２２は、切替部であって、圧縮機１０から吐出された冷媒の流れを水冷媒熱交換器１１を迂回して室外器１３に導く開状態と、流れを遮断する閉状態とにわたって切り替える。第３切替弁２２の開閉状態は、制御装置によって制御される。
【００４０】
制御装置は、空調制御手段であって、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。制御装置は、予め設定されたプログラムに従って各種センサから与えられる情報および操作パネル（図示せず）で乗員が設定する設定情報に対する演算処理を行う。また操作パネルは、設定情報として、冷房モード、暖房モードおよび除湿暖房モードのうちいずれか１つの空調モードを設定するための空調モード設定手段としての機能を有する。制御装置は、設定された空調モードによって、後述する制御モードを決定する。制御装置は、決定された制御モードにおける演算処理の結果に基いて、圧縮機１０の作動および吐出量制御、第１膨張弁１２の弁開度制御、第１〜第３切替弁１４，１９，２２の開閉制御、エアミックスドア２４の開度制御を行う。
【００４１】
次に、制御装置の制御モードの決定手順に関して説明する。図２は、制御装置の制御モードの設定手順を示すフローチャートである。本フローは、制御装置に電力が供給されている状態で短時間に繰り返し実行される。
【００４２】
ステップａ１では、操作パネルによって設定される空調モードが冷房モードであるか否かを判断し、冷房モードである場合はステップａ２に移り、冷房モードでない場合はステップａ３に移る。ステップａ２では、設定された空調モードは冷房モードであるので、制御装置は冷房モードに設定され、本フローを終了する。
【００４３】
ステップａ３では、操作パネルによって設定される空調モードが暖房モードであるか否かを判断し、暖房モードである場合はステップａ４に移り、暖房モードでない場合はステップａ５に移る。ステップａ４では、設定された空調モードは暖房モードであるので、制御装置は暖房モードに設定され、本フローを終了する。
【００４４】
ステップａ５では、操作パネルによって設定される空調モードが冷房モードでも暖房モードでもないので、除湿暖房モードであると判断し、冷却水温度が予め定める設定温度ＴＷより大きいか否かを判断し、設定温度ＴＷより大きい場合はステップａ６に移り、大きくない場合はステップａ９に移る。ステップａ９では、除湿暖房モードにおいて、冷却水の温度が低いので、制御装置は冷却水を加熱する冷却水加熱モードに設定され、本フローを終了する。このような冷却水の設定温度ＴＷは、冷媒を用いて冷却水を加熱可能な温度であるか否かを基準に設定される。たとえば設定温度ＴＷは、冷媒の種類、空調負荷、圧縮機１０の性能などを総合的に判断して設定される。
【００４５】
ステップａ６では、冷凍サイクル３の冷媒の圧力であって、圧縮機１０から吐出された高圧側の圧力が予め定める設定圧力Ｐｈより大きいか否かを判断し、設定圧力Ｐｈより大きい場合はステップａ７に移り、大きくない場合はステップａ８に移る。ステップａ７では、冷却水温度が設定温度ＴＷより高く、冷媒の高圧側の圧力が設定圧力Ｐｈより大きいので、除湿暖房モードを実行可能と判断し、制御装置は除湿暖房モードに設定され、本フローを終了する。ステップａ８では、除湿暖房モードにおいて、冷媒の高圧側の圧力が低いので、制御装置は冷媒を加熱する冷媒加熱モードに設定され、本フローを終了する。
【００４６】
このような冷媒の設定圧力Ｐｈは、冷却水を用いて冷媒を加熱可能な温度であるか否かを基準に設定される。たとえば設定圧力Ｐｈは、冷却水の温度、冷媒の種類、空調負荷、圧縮機１０の性能などを総合的に判断して設定される。
【００４７】
次に、図２にて制御装置が設定された各制御モードにおける、制御装置の各部の制御に関して説明する。表１では、各制御モードにおける、第１〜第３切替弁１４，１９，２２の開閉状態および第１膨張弁１２の弁開度とを示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
図３〜図６は、各制御モードにおける車両用空調装置１の全体構成を示す模式図である。図３〜図６では、冷媒の循環経路を破線で示す。先ず、制御モードが冷房モードおよび除湿暖房モードである場合に関して説明する。表１に示すように、冷房モードと除湿暖房モードとでは、各弁の開閉状態が同一である。図３は、車両用空調装置１の全体構成を示す模式図であって、冷房モードおよび除湿暖房モードにおける冷媒の循環経路を示す模式図である。
【００５０】
制御装置は、表１および図３に示すように、第１切替弁１４を開状態とし、第２切替弁１９を閉状態とし、第３切替弁２２を開状態に設定し、第１膨張弁１２を減圧機能を発揮する通常の状態に設定し、圧縮機１０を作動させる。すると圧縮機１０から吐出された冷媒は、第３切替弁２２が開状態であり、第１膨張弁１２が通常の状態であるので、第１膨張弁１２による流通抵抗によって、主に第２迂回流路２１を流通する。このように圧縮機１０から吐出された冷媒は、第２迂回流路２１によって水冷媒熱交換器１１および第１膨張弁１２を迂回して、圧縮機１０→第３切替弁２２→室外器１３→第１切替弁１４→第２膨張弁１５→室内器７→アキュムレータ１６→圧縮機１０の順に循環する。
【００５１】
ここでは第１膨張弁１２を迂回するので、第１膨張弁１２による減圧機能は発揮されず、圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は室外器１３で外気に放熱し冷却される。冷却された冷媒は、感温部およびキャピラリによって弁開度が調節される第２膨張弁１５で減圧されて、室内器７に流入し、空調用空気によって蒸発され、その時の蒸発潜熱によって空調空気を冷却する。制御装置は、温度センサによって検出される空調空気温度が乗員の設定する設定温度となるように、圧縮機１０の吐出量、エアミックスドア２４の開度を制御する。除湿暖房モードでは、特にエアミックスドア２４の開度を制御することによって、冷房モードと除湿暖房モードとで空調空気温度および湿度が異なるように制御する。
【００５２】
次に、制御モードが暖房モードである場合に関して説明する。図４は、車両用空調装置１の全体構成を示す模式図であって、暖房モードにおける冷媒の循環経路を示す模式図である。制御装置は、表１および図４に示すように、第１切替弁１４を閉状態とし、第２切替弁１９を開状態とし、第３切替弁２２を閉状態とし、第１膨張弁１２を減圧機能を発揮する弁開度に設定し、圧縮機１０を作動させる。すると圧縮機１０から吐出された冷媒は第１迂回流路１８を流れるので、水冷媒熱交換器１１→第１膨張弁１２→室外器１３→第２切替弁１９→第３膨張弁２０→アキュムレータ１６→圧縮機１０の順に循環する。したがって室内器７には、冷媒は流入しない。
【００５３】
圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は水冷媒熱交換器１１で冷却水回路４の冷却水に放熱し、冷却水を加熱する。更に加熱された冷却水はヒータコア８で空調空気に放熱して、空調空気を加熱する。制御装置は、圧縮機１０の吐出量、エアミックスドア２４の開度を制御し、空調空気温度を調節する。
【００５４】
次に、制御モードが冷却水加熱モードである場合に関して説明する。図５は、車両用空調装置１の全体構成を示す模式図であって、冷却水加熱モードにおける冷媒の循環経路を示す模式図である。冷却水加熱モードは、表１および図２に示すように、冷却水温度が設定温度ＴＷより小さく、熱源は確保できていない状態に実行されるモードである。
【００５５】
制御装置は、表１および図５に示すように、第１切替弁１４を開状態とし、第２切替弁１９を閉状態とし、第３切替弁２２を閉状態とし、第１膨張弁１２を全開として、減圧機能を発揮しない弁開度に設定し、圧縮機１０を作動させる。すると圧縮機１０から吐出された冷媒は、水冷媒熱交換器１１→第１膨張弁１２→室外器１３→第１切替弁１４→第２膨張弁１５→室内器７→アキュムレータ１６→圧縮機１０の順に循環する。このように第３切替弁２２を閉状態にし、第１膨張弁１２を全開にすることによって、水冷媒熱交換器１１を冷媒が通過する。
【００５６】
したがって圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は水冷媒熱交換器１１で冷却水回路４の冷却水に放熱し、冷却水を加熱する。したがって冷却水は加熱され、除湿暖房モードに必要な熱源不足を解消することができる。このような冷却水加熱モードは、冷却水が設定温度ＴＷ以上となるまで、継続される。
【００５７】
このように制御装置は、図２に示す所定条件を満たす場合、すなわち冷却水の温度が低い場合、冷媒が水冷媒熱交換器１１を通過するように第１〜第３切替弁１４，１９，２２および第１膨張弁１２を制御する。したがって所定温度以下の冷却水を冷媒によって加熱することができる。これによって冷却水の熱量が不足している場合であっても冷却水を冷媒によって加熱して、除湿暖房モードを実行するための冷却水の熱量を確保することができる。
【００５８】
次に、制御モードが冷媒加熱モードである場合に関して説明する。図６は、車両用空調装置１の全体構成を示す模式図であって、冷媒加熱モードにおける冷媒の循環経路を示す模式図である。図７は、冷媒加熱モードを実行する前の冷媒の状態をモリエル線図上に示した図である。冷媒加熱モードは、表１および図２に示すように、冷却水温度が設定温度ＴＷより小さく、熱源は確保できていない状態であり、さらに冷媒の高圧側の圧力が設定圧力Ｐｈより小さく、圧力が不足している状態に実行されるモードである。このように冷媒加熱モードが実行される状態（図７参照）では、冷媒の高低圧差が小さく、エンタルピが過大であるので、第２膨張弁１５による減圧では必要な冷媒を流すことができない状態である。
【００５９】
制御装置は、表１および図６に示すように、第１切替弁１４を開状態とし、第２切替弁１９を閉状態とし、第３切替弁２２を閉状態とし、第１膨張弁１２を全開として、減圧機能を発揮しない弁開度に設定し、圧縮機１０を作動させる。すると圧縮機１０から吐出された冷媒は、水冷媒熱交換器１１→第１膨張弁１２→室外器１３→第１切替弁１４→第２膨張弁１５→室内器７→アキュムレータ１６→圧縮機１０の順に循環する。このように第３切替弁２２を閉状態にし、第１膨張弁１２を全開にすることによって、水冷媒熱交換器１１を冷媒が通過する。
【００６０】
したがって圧縮機１０から吐出された冷媒は水冷媒熱交換器１１で冷却水回路４の冷却水によって加熱される。したがって冷媒は加熱され、除湿暖房モードに必要な圧力不足を解消することができる。このような冷媒加熱モードは、冷媒が設定圧力Ｐｈ以上となるまで、継続される。
【００６１】
このように制御装置は、図２に示す所定条件を満たす場合、すなわち冷凍サイクル３の冷媒の高圧側の圧力が低く、冷却水を冷媒を加熱することができる熱源として用いることができる場合、冷媒が水冷媒熱交換器１１を通過するように第１〜第３切替弁１４，１９，２２および第１膨張弁１２を制御する。したがって所定温度以上の冷却水によって、所定圧力以下の冷媒を加熱することができる。これによって冷媒の高低圧差の問題が解消されるので、図３に示すように除湿暖房モードにして、冷媒を循環させることができる。
【００６２】
以上説明したように本実施の形態の車両用空調装置１は、制御モードが除湿暖房モードである場合に所定条件（図２参照）を満足した場合、水冷媒熱交換器１１を用いて冷媒と冷却水との間で熱交換するよう制御する。これによって、たとえば外気温度が低く冷媒の高低圧差が小さい場合であっても、冷媒を冷却水によって加熱して（図６参照）、冷媒の高圧を高低圧差を大きくすることができる。したがって冷媒の高低圧差の問題が解消されるので、冷媒を循環させることができる。また冷却水の熱量が不足している場合であっても冷却水を冷媒によって加熱して（図５参照）、除湿暖房モードを実行するための冷却水の熱量を確保することができる。このように制御装置は、第１〜第３切替弁１４，１９，２２の開閉状態および第１膨張弁１２の弁開度を制御（表１参照）することによって、冷媒と水との熱の授受を制御し、異なる流路を流れる媒体の熱量を効果的に用いることができる。
【００６３】
また本実施の形態では、第２迂回流路２１には第３切替弁２２が設けられるので、制御装置が第３切替弁２２を閉状態に制御することによって、図５および図６に示すように、サイクル流路１７に冷媒を流通させることができる。サイクル流路１７には、第１膨張弁１２が設けられ、制御装置によって減圧量が無いように、すなわち減圧しないように第１膨張弁１２を制御することによって、図７に示すように冷媒の高低圧差が小さい場合であって、水冷媒熱交換器１１に冷媒を流通させることができる。また水冷媒熱交換器１１に冷媒を流通させたくない場合は、第３切替弁２２を開状態として、第１膨張弁１２の減圧量を所定の減圧量に設定することによって、水冷媒熱交換器１１に冷媒を流通させることなく、圧縮機１０から吐出された冷媒を第２迂回流路２１を介して、室外器１３に与えることができる。このように制御装置は、流路切替手段として機能する第３切替弁２２および第１膨張弁１２を制御することによって、水冷媒熱交換器１１に冷媒を流通させる状態と、流通させない状態とを切り替えることができる。
【００６４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図８を用いて説明する。図８は、第２実施形態の車両用空調装置１Ａの全体構成を示す模式図である。第２実施形態の冷凍サイクル３Ａは、第１実施形態における第２膨張弁１５に換え、エジェクタ２５が用いられている点に特徴を有する。本実施の形態の冷凍サイクル３は、図８に示すように圧縮機１０、室外器１３、エジェクタ２５およびアキュムレータ１６を環状に連結すると共に、アキュムレータ１６で分離された液相冷媒を室内器７を経てエジェクタ２５の吸引部２６に吸引させるように構成される。したがってアキュムレータ１６の液相冷媒流出側は、室内器１３の流入側に接続される。
【００６５】
エジェクタ２５は、高圧の冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル２７を有する。エジェクタ２５は、室外器１３からの高圧の冷媒をノズル２７にて減圧膨脹させて高速の冷媒流を生成し、生成した冷媒流にて低圧側の冷媒を循環させるとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させる。
【００６６】
エジェクタ２５は、図８に示すように、高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル２７、ノズル２７から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発した気相冷媒を吸引する吸引部２６、ズル２７から噴射する冷媒と吸引した気相冷媒とを混合させる混合部２８、および混合部２８で混合された冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ２９を含む。
【００６７】
混合部２８においては、ノズル２７から噴射する駆動流の運動量と、混合部２８に吸引部２６から吸引された吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部２８においても冷媒の圧力が上昇する。ディフューザ２９においては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するので、エジェクタ２５においては、混合部２８およびディフューザ２９の両者にて冷媒圧力を昇圧する。
【００６８】
次に、このようなエジェクタ２５の動作に関して説明する。冷媒がエジェクタ２５を通過する制御モード、換言すると暖房モード以外の制御モードである場合にエジェクタ２５は機能する。エジェクタ２５が機能する場合、圧縮機１０から吐出された冷媒は、室外器１３および第１切替弁１４を経て、ノズル２７に流入する。室外器１３にて冷却されて凝縮した冷媒は、エジェクタ２５のノズル２７にて減圧膨張して室内器７の冷媒を吸引する。室内器７から吸引された冷媒とノズル２７から吹き出す冷媒とは、混合部２８にて混合しながらディフューザ２９にてその動圧が静圧に変換されてアキュムレータ１６に戻る。これによって圧縮機１０の吸引圧力が上昇する。したがって圧縮機１０の吐出圧力が上昇する。またエジェクタ２５にて室内器７内の冷媒が吸引されるため、室内器７にはアキュムレータ１６から液相冷媒が流入し、その流入した冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発する。
【００６９】
このようなエジェクタ２５を有する冷凍サイクル３であっても、第１実施形態と同様に制御装置が所定条件を満足した場合は、冷却水加熱モードおよび冷媒加熱モードを実行することによって、第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。
【００７０】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００７１】
前述の各実施の形態では、検出した冷媒の状態量として冷媒の高圧側の圧力を用いて、圧力不足の有無を判断しているが、冷媒の状態量は冷媒の高圧側の圧力に限ることはなく、たとえば外気温度を冷媒の状態量として検出してもよい。外気温度によって、冷媒の圧力不足の有無を判断することができる。このような場合、制御装置は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ外気温度が所定温度以下であるとき、水冷媒熱交換器１１を冷媒が通過するように流路切替手段を制御する。これによって前述の実施の各形態と同様の作用および効果を達成することができる。
【００７２】
また冷媒の状態量として、たとえば冷媒温度を検出してもよい。冷媒温度は、たとえば圧縮機１０と室外器１３との間の冷媒の温度である。検出した冷媒温度によって、冷媒の圧力不足の有無を判断することができる。このような場合、制御装置は、空調モードが除湿暖房モードである場合、検出された冷却水の温度が所定温度以上であり、かつ冷媒温度が所定温度以下であるとき、水冷媒熱交換器１１を冷媒が通過するように流路切替手段を制御する。これによって前述の実施の各形態と同様の作用および効果を達成することができる。これによって前述の実施の各形態と同様の作用および効果を達成することができる。
【００７３】
また前述の実施の各形態では、流路切替手段は、第２迂回流路２１、第３切替弁２２および第１膨張弁１２によって実現されているが、これに限ることはない。流路切替手段は、圧縮機１０から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器１１の冷媒通路を通過して室外器１３に流す流路と、圧縮機１０から吐出された冷媒が冷媒通路を通過させずに室外器１３に流す流路とを切り替えるような構成であればよい。流路切替手段は、たとえば図１に示す第１膨張弁１２を固定開度とし、第１膨張弁１２を迂回する第３の迂回流路と第３の迂回流路に設けられる第４の切替弁とによって実現してもよい。これによって開度が固定されている第１膨張弁１２であっても、第４の切替弁を開状態とすることによって、第１実施形態で説明したように第１膨張弁１２の開度を最大にしたときと同様の作用および効果を達成することができる。
【００７４】
また前述の実施の各形態では、空調モードは、冷房モード、暖房モードおよび除湿暖房モードだけであったが、他の空調モード、たとえば除湿冷房モードおよび除湿モードなどが選択できるような構成であってもよい。
【００７５】
また前述の実施の各形態では、冷凍サイクル３に用いる冷媒は二酸化炭素であったが、二酸化炭素に限ることはなく、フロン系の冷媒を用いてもよい。またヒータコア８は、エンジン２から循環する冷却水を熱源とするものとして説明したが、これに限らず、発熱機器として燃料電池車における燃料電池からの冷却水を熱源とするものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】第１実施形態の車両用空調装置１の全体構成を示す模式図である。
【図２】制御装置の制御モードの設定手順を示すフローチャートである。
【図３】冷房モードおよび除湿暖房モードにおける冷媒の循環経路を示す模式図である。
【図４】暖房モードにおける冷媒の循環経路を示す模式図である。
【図５】冷却水加熱モードにおける冷媒の循環経路を示す模式図である。
【図６】冷媒加熱モードにおける冷媒の循環経路を示す模式図である。
【図７】冷媒加熱モードを実行する前の冷媒の状態をモリエル線図上に示した図である。
【図８】第２実施形態の車両用空調装置１Ａの全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７７】
３…冷凍サイクル
４…冷却水回路
４ａ…ラジエータ側流路
４ｂ…ヒータコア側流路
５…空調空気通路
７…室内器（蒸発器）
８…ヒータコア
１０…圧縮機
１１…水冷媒熱交換器
１２…第１膨張弁（減圧部）
１３…室外器（凝縮器）
１５…第２膨張弁（減圧手段）
１７…サイクル流路
２１…第２迂回流路（迂回流路）
２２…第３切替弁（切替部）
２５…エジェクタ
２７…ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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