(57)【要約】【課題】暖房運転時の除湿性能を良好に確保可能な車両用冷暖房装置を提供する。【解決手段】車両用冷暖房装置１は、冷房運転時および暖房運転時に圧縮機２から吐出された冷媒が蒸発器７を経由して圧縮機２に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、暖房運転時に圧縮機２から吐出された冷媒が室外熱交換器５を経由して圧縮機２に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、冷房運転時に圧縮機２から吐出された冷媒が室外熱交換器５および蒸発器７を順次経由して圧縮機２に戻るように循環可能な第３冷媒循環通路とを備える。制御部１００は、第２冷媒循環通路を開放させるときには、第１比例弁４１および第２比例弁４２のそれぞれの開度を制御することにより、圧縮機２から室外熱交換器５および蒸発器７へ流れる冷媒の流量の割合を調整する。【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圧縮機と、
車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、
車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
冷房運転時および暖房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室内蒸発器を経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、
暖房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器を経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、
冷房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器および前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第３冷媒循環通路と、
前記第１冷媒循環通路に設けられ、前記圧縮機から前記室内蒸発器へ流れる冷媒の流量を調整するために開度が制御される第１の弁と、
前記第２冷媒循環通路に設けられ、前記圧縮機から前記室外熱交換器へ流れる冷媒の流量を制御するために開度が制御される第２の弁と、
前記第３冷媒循環通路に設けられ、前記室外熱交換器から前記室内蒸発器へ流れる冷媒の流量を制御するために開度が制御される第３の弁と、
各弁を駆動制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第２の弁および前記第３の弁の一方を開弁させるときには他方を閉弁させることにより、前記第２冷媒循環通路および前記第３冷媒循環通路のいずれか一方の冷媒の流れを許容し、前記第２冷媒循環通路を開放させるときには、前記第１の弁および前記第２の弁のそれぞれの開度を制御することにより、前記圧縮機から前記室外熱交換器および前記室内蒸発器へ流れる冷媒の流量の割合を調整することを特徴とする車両用冷暖房装置。
【請求項２】
前記第１の弁が第１の比例弁からなり、前記第２の弁が第２の比例弁からなり、前記第３の弁が第３の比例弁からなることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項３】
前記第２の弁と前記第３の弁とが、一つのアクチュエータにて駆動される複合弁として構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項４】
前記第２冷媒循環通路における暖房運転時に前記室外熱交換器の下流側となる位置に、前記室外熱交換器から前記圧縮機に戻される冷媒の流量を調整する制御弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。
【請求項５】
前記第１冷媒循環通路と前記第２冷媒循環通路との分岐点と前記圧縮機との間に、前記室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器をさらに備え、
前記第１冷媒循環通路は、冷房運転時および暖房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器および前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能に設けられ、
前記第２冷媒循環通路は、暖房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器および前記室外熱交換器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能に設けられ、
前記補助凝縮器が放出する熱が、前記室内蒸発器を通過した空気の加熱に用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような車両用冷暖房装置においては、暖房運転時に室外熱交換器を蒸発器として機能させたときにその蒸発量が必要以上に大きくなると、車室内の蒸発器に十分な液冷媒が供給されない事態が生じる可能性がある。そうなると、実質的に蒸発器での熱交換がなされなくなるため、車室内の除湿機能を適正に維持できなくなり、窓ガラスの曇り等の問題を発生させる可能性がある。そこで、発明者は、このように室外熱交換器を蒸発器として機能させるときにも車室内の蒸発器に適正量の液冷媒が供給されるように調整できれば、こうした問題を解決できると考えた。
【０００６】
本発明の目的の一つは、暖房運転時の除湿性能を良好に確保可能な車両用冷暖房装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用冷暖房装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、冷房運転時および暖房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が室内蒸発器を経由して圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、暖房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が室外熱交換器を経由して圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、冷房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が室外熱交換器および室内蒸発器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な第３冷媒循環通路と、第１冷媒循環通路に設けられ、圧縮機から室内蒸発器へ流れる冷媒の流量を調整するために開度が制御される第１の弁と、第２冷媒循環通路に設けられ、圧縮機から室外熱交換器へ流れる冷媒の流量を制御するために開度が制御される第２の弁と、第３冷媒循環通路に設けられ、室外熱交換器から室内蒸発器へ流れる冷媒の流量を制御するために開度が制御される第３の弁と、各弁を駆動制御する制御部と、を備える。制御部は、第２の弁および第３の弁の一方を開弁させるときには他方を閉弁させることにより、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路のいずれか一方の冷媒の流れを許容し、第２冷媒循環通路を開放させるときには、第１の弁および第２の弁のそれぞれの開度を制御することにより、圧縮機から室外熱交換器および室内蒸発器へ流れる冷媒の流量の割合を調整する。
【０００８】
ここで、各「弁」は、制御部の駆動によってその弁開度がそれぞれの設定開度に調整されるものである。例えば、ステッピングモータ等のアクチュエータにより弁開度が制御されるものであってもよい。あるいは、ソレノイド等のアクチュエータにより、弁開度が供給電流値により設定される設定開度に制御されるものであってもよい。各弁は、制御指令値に応じて弁開度が比例的に変化する比例弁であってもよい。各弁は、供給電流値が大きくなるほど弁開度が大きくなり、供給電流値が小さくなるほど弁開度が小さくなるものでもよい。逆に、供給電流値が大きくなるほど弁開度が小さくなり、供給電流値が小さくなるほど弁開度が大きくなるものでもよい。その場合、供給電流値と弁開度との関係は、リニア（一次関数）に対応してもよいし、曲線状（二次関数）に対応してもよい。また、一次関数的に対応する場合に変曲点があってもよいが、線形的に対応するのが好ましい。各弁が「比例弁」の場合、駆動量（例えば駆動信号のパルス数や供給電流値など）に対して弁開度がほぼ比例的に変化する傾向にあればよく、やや曲線状に変化するものでも変曲点があるものでもよいが、直線状に変化するものであるのが好ましい。
【０００９】
この態様によると、暖房運転時においては、第１の弁と第２の弁の開度がそれぞれ制御される。それにより、圧縮機から室外熱交換器（室外蒸発器）と室内蒸発器へ流れる冷媒流量の割合が調整される。すなわち、各蒸発器における蒸発量を調整することができるため、室内蒸発器の蒸発量を確保することで、暖房運転時においても室内蒸発器に導入される冷媒の流量を確保することができ、車室内の湿度機能を適正に維持することができる。
【００１０】
この態様においては、第２の弁および第３の弁の一方が開弁されるときには他方が閉弁され、第２の弁と第３の弁とが同時に開弁状態にて制御されることがない。このため、第２の弁と第３の弁とを、一つのアクチュエータにて駆動される複合弁として構成することもできる。このようにすれば、アクチュエータの数を削減できるため、コスト低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、暖房運転時の除湿性能を良好に確保可能な車両用冷暖房装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】第２実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図４】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図５】第３実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図６】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。  
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１４】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁ユニット４、室外熱交換器５、第２制御弁ユニット６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。
【００１５】
車両用冷暖房装置１は、また、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。そして、この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、冷房運転時および暖房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時にのみ冷媒が循環する第２冷媒循環通路、冷房運転時にのみ冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→室外熱交換器５→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→室外熱交換器５→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで逆転する。つまり、室外熱交換器５における冷媒の入口と出口は、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで切り替わる。
【００１６】
具体的には、圧縮機２の吐出室につながる通路が分岐し、その一方である第１通路２１が室内凝縮器３の入口につながり、他方である第２通路２２が室外熱交換器５の一方の出入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第３通路２３は、その下流側で分岐し、その分岐通路の一方である主通路２６が第４通路２４を介して蒸発器７につながり、他方である副通路２７が第５通路２５を介して室外熱交換器５の他方の出入口につながっている。第４通路２４と第５通路２５とは、接続通路２８により接続されている。また、第２通路２２の中間部においてバイパス通路２９が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。さらに、蒸発器７の出口につながる戻り通路３０が、バイパス通路２９と第２制御弁３２（後述する）の下流側にて接続され、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００１７】
第１冷媒循環通路は、第１通路２１，第３通路２３，主通路２６，第４通路２４，戻り通路３０を接続して構成される。第２冷媒循環通路は、第１通路２１，第３通路２３，副通路２７，第５通路２５，第２通路２２，バイパス通路２９を接続して構成される。第３冷媒循環通路は、第２通路２２，第５通路２５，接続通路２８，第４通路２４，戻り通路３０を接続して構成される。そして、このような冷媒循環通路の切り替えを実現するために、圧縮機２と室外熱交換器５との接続部に第１制御弁ユニット４が設けられ、室内凝縮器３と室外熱交換器５と蒸発器７との接続部に第２制御弁ユニット６が設けられている。
【００１８】
車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。
【００１９】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。
【００２０】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。
【００２１】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
【００２２】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、第２制御弁ユニット６を構成する各制御弁（後述する）の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。
【００２３】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができるようになっている。
【００２４】
第１制御弁ユニット４は、第１制御弁３１および第２制御弁３２を含む。第１制御弁３１は、第２通路２２を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉することにより第２通路２２の開度を調整する。本実施形態では、第１制御弁３１として、通電有無によって開閉する開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。一方、第２制御弁３２は、バイパス通路２９を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整することによりバイパス通路２９の開度を調整する。本実施形態では、第２制御弁３２として、通電有無によって開閉する開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。
【００２５】
なお、変形例においては、第２制御弁３２は、前後差圧（第２制御弁３２の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が設定値（予め設定する開弁差圧）を超えると自律的に開弁する差圧弁であってもよい。あるいは、その前後差圧が供給電流値に応じた一定の値となるように弁部が自律的に動作する定差圧弁であってもよい。あるいは、弁部の開度が駆動力に応じた一定の開度となるように動作する比例弁であってもよい。その場合、弁部の開度が供給電流値に応じた一定の開度となるものでもよい。第２制御弁３２は、また、供給電流に応じた一定の流量となるよう冷媒の流れを制御する流量制御弁であってもよい。あるいは、その上流側圧力が供給電流値に応じた一定の値となるように動作する定圧弁であってもよい。あるいは、室外熱交換器５の過熱度（スーパーヒート）を供給電流に応じた一定の過熱度となるよう冷媒の流れを制御する制御弁（「蒸発過熱度制御弁」）として構成してもよい。第１制御弁３１および第２制御弁３２は、それぞれアクチュエータとしてソレノイドを備える電磁弁であってもよいが、アクチュエータとしてステッピングモータ等の電動機を備える電動弁であってもよい。
【００２６】
第２制御弁ユニット６は、第１比例弁４１，第２比例弁４２および第３比例弁４３を含む。第１比例弁４１は、主通路２６を開閉する弁部と、その弁部を駆動するアクチュエータを備え、弁部の開度が制御されることにより第１冷媒循環通路の開度を調整する。第２比例弁４２は、副通路２７を開閉する弁部と、その弁部を駆動するアクチュエータを備え、弁部の開度が制御されることにより第２冷媒循環通路の開度を調整する。第３比例弁４３は、接続通路２８を開閉する弁部と、その弁部を駆動するアクチュエータを備え、弁部の開度が制御されることにより第３冷媒循環通路の開度を調整する。本実施形態では、各比例弁のアクチュエータがステッピングモータからなるが、変形例においては、ソレノイドからなるものでもよい。
【００２７】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。制御部１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１００には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部１００は、第１制御弁ユニット４の各制御弁（第１制御弁３１，第２制御弁３２）の開閉制御、第２制御弁ユニット６の各制御弁（第１比例弁４１，第２比例弁４２，第３比例弁４３）の開閉制御のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。
【００２８】
制御部１００は、第２制御弁ユニット６の各制御弁の駆動回路に設定したパルス信号を出力する駆動信号出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１００は、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて各比例弁の設定開度を決定し、各比例弁の開度がその設定開度となるようステッピングモータを駆動する。なお、変形例として各比例弁のアクチュエータをソレノイドにより構成する場合には、各比例弁の開度がその設定開度となるよう電流を供給する。
【００２９】
このような制御により、図示のように、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。このとき、第２制御弁ユニット６における圧力は図示のようになる。すなわち、第１比例弁４１および第２比例弁４２の上流側は高圧の上流側圧力Ｐ１となり、第１比例弁４１および第３比例弁４３の下流側は低圧の下流側圧力Ｐ３となる。第２比例弁４２の下流側で第３比例弁４３の上流側は中間圧力Ｐ２となる。
【００３０】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。ここでいう「冷房運転」は、冷房機能が暖房機能よりも大きく機能する運転状態であり、「暖房運転」は、暖房機能が冷房機能よりも大きく機能する運転状態である。また、「特定暖房運転」は、蒸発器７を機能させない暖房運転（実質的に冷房機能なし）である。「特殊冷暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない冷房運転および暖房運転である。
【００３１】
各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｇはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。なお、同図の下段は図１に対応するが、エアミックスドア１４等の図示を省略するなど便宜上簡略表記されている。
【００３２】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁ユニット４において第１制御弁３１が開弁され、第２制御弁３２が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６において第１比例弁４１および第３比例弁４３が開弁され、第２比例弁４２が閉弁される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、第１比例弁４１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で第１制御弁３１、室外熱交換器５、第３比例弁４３、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第３冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００３３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が第１比例弁４１にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が第３比例弁４３にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００３４】
一方、図２（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において第１制御弁３１が閉弁され、第２制御弁３２が開弁される。一方、第２制御弁ユニット６において第１比例弁４１および第２比例弁４２が開弁され、第３比例弁４３が閉弁される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、第１比例弁４１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、第２比例弁４２、室外熱交換器５、第２制御弁３２、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００３５】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。そして、第１比例弁４１にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒が、蒸発器７にて蒸発する。一方、第２比例弁４２にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器５にて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第１比例弁４１と第２比例弁４２の各開度の設定により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保でき、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００３６】
この暖房運転においては除湿運転を良好に行うことが必要となるが、その除湿制御の概要については以下のとおりである。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、アキュムレータ８によって圧縮機２の入口の冷媒の状態が常に飽和蒸気圧曲線上に保持される（ａ点）。一方、蒸発器７の出口の冷媒の状態（ｅ点）は、室外熱交換器５の出口の冷媒の状態（ｇ点）とバランスするように変化する。すなわち、蒸発器７の出口における冷媒の湿り度は、室外熱交換器５の出口における冷媒の過熱度（スーパーヒート）とバランスする。このため、その室外熱交換器５の出口の過熱度が適正となるように第１比例弁４１および第２比例弁４２のそれぞれの開度を調整することにより、蒸発器７における湿り度を確保し、その除湿性能を維持することができる。
【００３７】
制御部１００は、例えば室外熱交換器５の出口の温度からその過熱度を算出し、これを適正値となるよう第１比例弁４１および第２比例弁４２のそれぞれの開度を調整する。なお、本実施形態では、室外熱交換器５において過熱度が発生する例を示したが、蒸発器７において過熱度を発生させるべき運転モードがある場合には、逆に、蒸発器７の出口の温度からその過熱度を算出し、これを適正値となるよう第１比例弁４１および第２比例弁４２のそれぞれの開度を調整することにより、室外熱交換器５における湿り度を調整することもできる。
【００３８】
また、図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において第２制御弁３２が開弁され、第１制御弁３１が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６において第２比例弁４２が開弁され、第１比例弁４１および第３比例弁４３が閉弁される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第２比例弁４２、室外熱交換器５、第２制御弁３２、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００３９】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第２比例弁４２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。このように、一時的に蒸発器７に低温・低圧の液冷媒が供給されなくなるため、ダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められる。制御部１００は、外部温度等に応じて外部環境が極低温であると判定すると、暖房運転から特定暖房運転に適宜切り替えることにより、蒸発器７が凍結するのを防止または抑制する。
【００４０】
また、図２（Ｄ）に示すように、特殊冷暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において第１制御弁３１および第２制御弁３２が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６において第１比例弁４１が開弁され、第２比例弁４２および第３比例弁４３が閉弁される。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する内気循環の状態となる。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１比例弁４１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１比例弁４１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。このような特殊冷暖房運転は、外部からの吸熱が困難な場合、例えば車両が極寒状況におかれた場合などに有効に機能する。
【００４２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、第２制御弁ユニットの構成が異なる点を除けば第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図３は、第２実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００４３】
車両用冷暖房装置２０１は、第１実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁ユニット４、室外熱交換器５、第２制御弁ユニット２０６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクルを備える。
【００４４】
第２制御弁ユニット２０６は、第１比例弁４１と第２比例弁２４０を含む。第２比例弁２４０は、第１実施形態における第２比例弁４２と第３比例弁４３とを合わせた機能を有する複合弁として構成されている。すなわち、第２比例弁２４０は、副通路２７を開閉する第１の弁部と、接続通路２８を開閉する第２の弁部と、これら第１の弁部および第２の弁部を駆動する共通のアクチュエータを備える。ただし、第１の弁部と第２の弁部の一方が開弁されるときには他方が閉弁され、第１の弁部と第２の弁部とが同時にリニア制御されることがない。言い換えれば、同時にリニア制御されることがないため、一つのアクチュエータにて駆動制御することが可能となっている。本実施形態では、第２比例弁２４０のアクチュエータがステッピングモータからなるが、変形例においては、ソレノイドからなるものでもよい。
【００４５】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図４は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。各図の上段にはモリエル線図が示され、各図の下段には冷凍サイクルの動作状態が示されている。符号ａ〜ｇはモリエル線図のそれと対応している。
【００４６】
図４（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第２制御弁ユニット２０６において第１比例弁４１が開弁される。また、第２比例弁２４０の第１の弁部が閉弁され、第２の弁部が開弁される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。その結果、図示のように、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で第１冷媒循環通路を循環し、他方で第３冷媒循環通路を循環する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が第１比例弁４１にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が第２比例弁２４０の第２の弁部を通過することで断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。
【００４７】
一方、図４（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第２制御弁ユニット２０６において第１比例弁４１が開弁される。また、第２比例弁２４０の第１の弁部が開弁され、第２の弁部が閉弁される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。その結果、図示のように、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で第１冷媒循環通路を循環し、他方で第２冷媒循環通路を循環する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。そして、第１比例弁４１にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒が、蒸発器７にて蒸発する。一方、第２比例弁２４０の第１の弁部を通過することで断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器５にて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第１比例弁４１と第２比例弁２４０の各開度の設定により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。なお、除湿制御については、第１実施形態にて説明したとおりである。
【００４８】
また、図４（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第２制御弁ユニット２０６において第１比例弁４１が閉弁される。また、第２比例弁２４０の第１の弁部が開弁され、第２の弁部が閉弁される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第２比例弁２４０の第１の弁部を通過することで断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、一時的に蒸発器７に低温・低圧の液冷媒が供給されなくなるため、ダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められる。このため、外部環境が極低温であっても蒸発器７が凍結するのを防止または抑制することができる。
【００４９】
また、図４（Ｄ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第２制御弁ユニット２０６において第１比例弁４１が開弁される。また、第２比例弁２４０の第１の弁部および第２弁部がともに閉弁される。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１比例弁４１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。
【００５０】
以上のように、本実施形態においては、第２冷媒循環通路の開度を調整する第２の比例弁と、第３冷媒循環通路の開度を調整する第３の比例弁とを、一つのアクチュエータにて駆動される第２比例弁２４０（複合弁）として構成したため、アクチュエータの数を削減でき、コスト低減を図ることができる。
【００５１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、第１制御弁ユニットの構成が異なる点を除けば第２実施形態と同様である。このため、第２実施形態と同様の構成については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図５は、第３実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００５２】
車両用冷暖房装置３０１は、第１実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁ユニット３０４、室外熱交換器５、第２制御弁ユニット２０６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクルを備える。
【００５３】
第１制御弁ユニット３０４は、制御弁３３１および逆止弁３３２を含む。制御弁３３１は、いわゆる三方弁からなり、第２通路２２におけるバイパス通路２９との分岐点に配置される。制御弁３３１は、圧縮機２の吐出室と室外熱交換器５の出入口とをつなぐ通路を開閉する第１の弁部と、室外熱交換器５の出入口と圧縮機２の吸入室とをつなぐ通路を開閉する第２の弁部とを含む。制御弁３３１は、供給電流の有無によって弁部を開閉する開閉弁であり、第１の弁部および第２の弁部の一方を開弁するときには他方を閉弁させる。逆止弁３３２は、バイパス通路２９に設けられ、冷媒の逆流を防止する。逆止弁３３２は、例えばスプリング等により閉弁方向に付勢され、その前後差圧が所定の開弁差圧より大きくなったときに開弁するものでもよい。
【００５４】
なお、変形例においては、第２の弁部が、上述した差圧弁、定差圧弁、比例弁、流量制御弁、定圧弁、蒸発過熱度制御弁のいずれかであってもよい。また、制御弁３３１は、アクチュエータとしてソレノイドを備える電磁弁であるが、変形例においては、アクチュエータとしてステッピングモータ等の電動機を備える電動弁であってもよい。
【００５５】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図６は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。各図の上段にはモリエル線図が示され、各図の下段には冷凍サイクルの動作状態が示されている。符号ａ〜ｇはモリエル線図のそれと対応している。
【００５６】
図６（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁ユニット３０４においては、制御弁３３１の第１の弁部が開弁され、第２の弁部が閉弁される。一方、図６（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、暖房運転時および特定暖房運転においては、制御弁３３１の第１の弁部が閉弁され、第２の弁部が開弁される。また、図６（Ｄ）に示すように、特殊冷暖房運転においては、制御弁３３１の第１の弁部および第２の弁部の双方が閉弁される。なお、除湿運転時の動作を含め、第２制御弁ユニット２０６の動作および作用については第２実施形態と同様であるため、その説明については省略する。このような構成により、本実施形態の冷凍サイクルにおいても第２実施形態と同様の運転がなされるようになる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００５８】
上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【００５９】
上記実施形態では、第２制御弁ユニットとして、比例弁の機能を複数搭載したものを示した。変形例においては、例えば、第２制御弁ユニットを構成する少なくともいずれかの比例弁を開閉弁に置き換え、その開閉頻度が変化されることにより、単位時間あたりに流れる冷媒流量を変化させるものとしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  車両用冷暖房装置、  ２  圧縮機、  ３  室内凝縮器、  ４  第１制御弁ユニット、  ５  室外熱交換器、  ６  第２制御弁ユニット、  ７  蒸発器、  ８  アキュムレータ、  ３１  第１制御弁、  ３２  第２制御弁、  ４１  第１比例弁、  ４２  第２比例弁、  ４３  第３比例弁、  １００  制御部、  ２０１  車両用冷暖房装置、  ２０６  第２制御弁ユニット、  ２４０  第２比例弁、  ３０１  車両用冷暖房装置、  ３０４  第１制御弁ユニット、  ３３１  制御弁、  ３３２  逆止弁。
【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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