(57)【要約】【課題】暖房負荷が大きいときには高い暖房能力を得ることができるようにし、小さいときには通常のサイクルに戻してヒートポンプサイクルの高効率化を図る。【解決手段】下流側及び上流側車室内熱交換器３１，３２を設け、暖房負荷が大きいときには２段圧縮インジェクションサイクルとして下流側及び上流側車室内熱交換器３１，３２に冷媒を流す。暖房負荷が小さい場合には２段圧縮インジェクション用の気液分離器及び上流側車室内熱交換器３２に冷媒を流さないようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記圧縮機の吐出部から吐出された冷媒が流入する第１車室内熱交換器と、
上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒が流入する第２車室内熱交換器と、
上記第１車室内熱交換器及び上記第２車室内熱交換器に空調用空気を送風する送風機と、
上記第２車室内熱交換器の冷媒流れ上流側に配設される第１減圧弁と、
上記第２車室内熱交換器の冷媒流れ方向下流側に配設される車室外熱交換器と、
上記第２車室内熱交換器と上記車室外熱交換器との間に配設される第２減圧弁と、
上記第２車室内熱交換器と上記第２減圧弁との間に配設される気液分離器と、
上記気液分離器により分離されたガス冷媒を上記圧縮機の圧縮行程途中の冷媒に合流させる中間圧冷媒配管と、
上記第１車室内熱交換器と上記第１減圧弁との間の冷媒配管に接続され、上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒を、上記第１減圧弁及び上記第２車室内熱交換器をバイパスさせて上記第２減圧弁に流すバイパス配管と、
上記第１車室内熱交換器と上記第１減圧弁との間に配設される冷媒流路切替部と、
上記第１減圧弁、上記第２減圧弁及び上記冷媒流路切替部を制御する空調制御装置とを備えたヒートポンプ装置を有する車両用空調装置において、
上記ヒートポンプ装置は、上記空調制御装置により、第１暖房運転モードと、第１暖房運転モード時よりも暖房負荷が小さいときに選択される第２暖房運転モードとを含む複数の運転モードに切り替えられるように構成され、
上記空調制御装置は、上記冷媒流路切替部を、第１暖房運転モード時に上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒を上記第２車室内熱交換器に流入させるように制御する一方、第２暖房運転モード時に上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒を上記バイパス配管に流入させるように制御するように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調装置において、
上記ヒートポンプ装置は、冷房運転モードにも切り替えられるように構成され、
上記冷房運転モード時に上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒を上記バイパス配管に流入させるように制御するように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用空調装置において、
上記空調制御装置は、暖房負荷として要求暖房能力を算出し、要求暖房能力が所定値以上の場合、上記ヒートポンプ装置を第１暖房運転モードとする一方、要求暖房能力が所定値未満の場合、上記ヒートポンプ装置を第２暖房運転モードとするように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用空調装置において、
上記空調制御装置は、外気温度及び車室内への吹出空気温度と、上記第１車室内熱交換器の冷媒入口温度と、上記第１車室内熱交換器の冷媒出口温度と、上記圧縮機に吸入される冷媒温度とのうち、少なくとも１つに基づいて要求暖房能力を算出するように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
上記第２減圧弁は、冷媒を減圧させる絞り状態から冷媒を減圧させない全開状態となるまで開度変化することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
上記空調制御装置は、第１暖房運転モード時に上記第１減圧弁を、冷媒を減圧させる絞り状態とし、該第１減圧弁の絞り量を、上記第２車室内熱交換器が放熱器として作用するように設定することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
上記圧縮機には、低圧側圧縮機構及び高圧側圧縮機構が設けられ、該低圧側圧縮機構及び該高圧側圧縮機構の間に上記中間圧冷媒配管の下流側が接続されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
上記車両用空調装置は、上記車室外熱交換器が吸熱器として作用した際に上記車室外熱交換器に霜が付着しているか否かを判定する着霜判定手段を備え、
上記空調制御装置は、上記着霜判定手段により上記車室外熱交換器に霜が付着していると判定された場合には、上記ヒートポンプ装置の運転モードを、上記圧縮機から吐出した高圧冷媒を上記第１車室内熱交換器に流した後、上記第２車室内熱交換器をバイパスさせて上記車室外熱交換器に供給する除霜運転モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項９】
請求項８に記載の車両用空調装置において、
上記空調制御装置は、除霜運転モード時に、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードに比べて上記第２減圧弁を開方向に制御するように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の車両用空調装置において、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、上記圧縮機の単位時間当たりの冷媒吐出量を第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードよりも増加させるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
上記車両用空調装置は、上記第１車室内熱交換器を通過した空気と上記第２車室内熱交換器を通過した空気との混合割合を変更する温度調節ドアを備え、該温度調節ドアは上記空調制御装置により制御され、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、上記温度調節ドアを、車室内への吹出空気温度が上昇する側へ補正するように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
上記車両用空調装置は、空調用空気を加熱する電気式の空気加熱器を備え、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、上記空気加熱器を作動させるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項１３】
請求項８から１１のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、上記送風機の送風量を、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードよりも減少させるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、
上記車両用空調装置は、空調用空気を加熱する電気式の空気加熱器を備え、
上記空調制御装置は、暖房負荷として要求暖房能力を算出し、上記第２暖房運転モード時の暖房能力が要求暖房能力に満たないと判定した場合、上記空気加熱器を作動させるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車に搭載する車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両用空調装置に用いられるヒートポンプ装置のサイクル構成として、例えば特許文献１に開示されているように２段圧縮インジェクションサイクルが知られている。この２段圧縮インジェクションサイクルの圧縮機は、低圧側圧縮機構と高圧側圧縮機構とを備えており、低圧冷媒を低圧側圧縮機構で圧縮するとともに、気液分離器によって分離されたガス冷媒（中間圧冷媒）を圧縮行程の途中にある冷媒に合流させ、低圧側圧縮機構で圧縮された冷媒と一緒に高圧側圧縮機構で圧縮するように構成されており、これにより、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上を図っている。
【０００３】
特許文献１のヒートポンプ装置では、車室内において送風空気の流れ方向上流側と下流側とに配置される２つの車室内熱交換器を備えている。そして、極低外気時のように暖房負荷が大きいときの暖房運転モードでは、上述の２段圧縮となるように冷媒を流すとともに、下流側の車室内熱交換器に冷媒を流して放熱させ、上流側の車室内熱交換器には冷媒を流さないようにしている。一方、暖房負荷が小さいときの暖房運転モードでは、中間圧冷媒が圧縮機に流入しないように冷媒を流して２段圧縮とせず、また、下流側の車室内熱交換器に冷媒を流して放熱させ、上流側の車室内熱交換器には冷媒を流さないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１０８２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１では、空気流れ方向に上流側車室内熱交換器及び下流側車室内熱交換器の２つの熱交換器が配置されている。しかしながら、暖房運転モードのときには暖房負荷が大きい場合、及び小さい場合の両方で、下流側車室内熱交換器にしか高温冷媒を流さないので、上流側車室内熱交換器が有効に利用されず、特に暖房負荷が大きいときに高い暖房能力が得られないことが考えられる。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、暖房負荷が大きいときには高い暖房能力を得ることができるようにし、小さいときにはヒートポンプサイクルのより一層の高効率化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、第１及び第２車室内熱交換器を設け、暖房負荷が大きいときには２段圧縮インジェクションサイクルとして第１及び第２車室内熱交換器に冷媒を流し、暖房負荷が小さい場合には２段圧縮インジェクションサイクル用の気液分離器及び第２車室内熱交換器に冷媒を流さないようにした。
【０００８】
第１の発明は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記圧縮機の吐出部から吐出された冷媒が流入する第１車室内熱交換器と、
上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒が流入する第２車室内熱交換器と、
上記第１車室内熱交換器及び上記第２車室内熱交換器に空調用空気を送風する送風機と、
上記第２車室内熱交換器の冷媒流れ上流側に配設される第１減圧弁と、
上記第２車室内熱交換器の冷媒流れ方向下流側に配設される車室外熱交換器と、
上記第２車室内熱交換器と上記車室外熱交換器との間に配設される第２減圧弁と、
上記第２車室内熱交換器と上記第２減圧弁との間に配設される気液分離器と、
上記気液分離器により分離されたガス冷媒を上記圧縮機の圧縮行程途中の冷媒に合流させる中間圧冷媒配管と、
上記第１車室内熱交換器と上記第１減圧弁との間の冷媒配管に接続され、上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒を、上記第１減圧弁及び上記第２車室内熱交換器をバイパスさせて上記第２減圧弁に流すバイパス配管と、
上記第１車室内熱交換器と上記第１減圧弁との間に配設される冷媒流路切替部と、
上記第１減圧弁、上記第２減圧弁及び上記冷媒流路切替部を制御する空調制御装置とを備えたヒートポンプ装置を有する車両用空調装置において、
上記ヒートポンプ装置は、上記空調制御装置により、第１暖房運転モードと、第１暖房運転モード時よりも暖房負荷が小さいときに選択される第２暖房運転モードとを含む複数の運転モードに切り替えられるように構成され、
上記空調制御装置は、上記冷媒流路切替部を、第１暖房運転モード時に上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒を上記第２車室内熱交換器に流入させるように制御する一方、第２暖房運転モード時に上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒を上記バイパス配管に流入させるように制御するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、暖房負荷が大きいときには、ヒートポンプ装置が第１暖房運転モードとなり、圧縮機の圧縮行程途中の冷媒に、気液分離器で分離されたガス冷媒が合流して圧縮されるので、２段圧縮インジェクションサイクルでの運転が行われる。さらに、第１暖房運転モードでは、第１車室内熱交換器から流出した冷媒が第２車室内熱交換器にも流入して伝熱面積が増え、暖房能力が高まる。一方、暖房負荷が小さいときには、ヒートポンプ装置が第２暖房運転モードとなり、第１車室内熱交換器から流出した冷媒をバイパス配管に流すことで、冷媒が、第１減圧弁、第２車室内熱交換器及び気液分離器をバイパスして流れるので、冷媒の圧力損失及び熱損失が小さくなる。これにより、凝縮圧力の低下による凝縮能力の低下が回避されるため、サイクルの高効率化が図られる。
【００１０】
また、第２減圧弁が車室外熱交換器の冷媒流れ方向上流側に配設されているので、第１暖房運転モードと第２暖房運転モードの両方で、車室外熱交換器に流入する前の冷媒の圧力を第２減圧弁によって調整することが可能になる。
【００１１】
また、第１減圧弁により冷媒圧力を中間圧まで減圧することで、第２車室内熱交換器では冷媒を凝縮することが可能になる。第２車室内熱交換器で凝縮された気液二相状態の冷媒が気液分離器でガス冷媒と液冷媒とに分離されて中間圧のガス冷媒が中間圧冷媒配管から圧縮機に流入して圧縮されることになる。
【００１２】
また、気液分離器で分離された中間圧の液冷媒が第２減圧弁に供給されるため、ガス冷媒が第２減圧弁に供給されることに起因する車室外熱交換器の吸熱量の低下を防止することが可能になる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、
上記ヒートポンプ装置は、冷房運転モードにも切り替えられるように構成され、
上記冷房運転モード時に上記第１車室内熱交換器から流出した冷媒を上記バイパス配管に流入させるように制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、冷房運転モード時には、気液分離器をバイパスしたガス冷媒が車室外熱交換器に供給されるので、液冷媒が車室外熱交換器に供給されることに起因する凝縮性能の低下を防止することが可能になる。
【００１５】
第３の発明は、第１または２の発明において、
上記空調制御装置は、暖房負荷として要求暖房能力を算出し、要求暖房能力が所定値以上の場合、上記ヒートポンプ装置を第１暖房運転モードとする一方、要求暖房能力が所定値未満の場合、上記ヒートポンプ装置を第２暖房運転モードとするように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、要求暖房能力が所定値以上で高い場合には、第１暖房運転モード（２段圧縮インジェクションサイクル）として高い暖房能力が得られる。要求暖房能力が所定値未満で低い場合には、第２暖房運転モードとしてより高い効率が得られる。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明において、
上記空調制御装置は、外気温度及び車室内への吹出空気温度と、上記第１車室内熱交換器の冷媒入口温度と、上記第１車室内熱交換器の冷媒出口温度と、上記圧縮機に吸入される冷媒温度とのうち、少なくとも１つに基づいて要求暖房能力を算出するように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、第１暖房運転モードと第２暖房運転モードの遷移が確実に、かつ、適切に行えるようになる。
【００１９】
第５の発明は、第１から４のいずれか１つの発明において、
上記第２減圧弁は、冷媒を減圧させる絞り状態から冷媒を減圧させない全開状態となるまで開度変化することを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、第２減圧弁を全開状態にすることにより、第２減圧弁を配設したことによる圧力損失を最小限にすることが可能になる。また、第２減圧弁をバイパスさせる回路や電磁弁等を別に配設する必要がなくなり、回路構成がシンプルになる。
【００２１】
第６の発明は、第１から５のいずれか１つの発明において、
上記空調制御装置は、第１暖房運転モード時に上記第１減圧弁を、冷媒を減圧させる絞り状態とし、該第１減圧弁の絞り量を、上記第２車室内熱交換器が放熱器として作用するように設定することを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、第１減圧弁の絞り量によって冷媒を中間圧とし、第２車室内熱交換器を放熱器とすることが可能になる。また、第１減圧弁の絞り量の調整により、第２車室内熱交換器にかかる冷媒圧力を所定以下にすることが可能になる。これにより、第２車室内熱交換器の耐圧強度及び繰り返し加圧強度を低く設定することが可能になる。
【００２３】
第７の発明は、第１から６のいずれか１つの発明において、
上記圧縮機には、低圧側圧縮機構及び高圧側圧縮機構が設けられ、該低圧側圧縮機構及び該高圧側圧縮機構の間に上記中間圧冷媒配管の下流側が接続されていることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、圧縮機を二段昇圧式として圧縮比を高めることができるので、外気温度が極低温時に暖房能力の向上が可能となる。
【００２５】
第８の発明は、第１から７のいずれか１つの発明において、
上記車両用空調装置は、上記車室外熱交換器が吸熱器として作用した際に上記車室外熱交換器に霜が付着しているか否かを判定する着霜判定手段を備え、
上記空調制御装置は、上記着霜判定手段により上記車室外熱交換器に霜が付着していると判定された場合には、上記ヒートポンプ装置の運転モードを、上記圧縮機から吐出した高圧冷媒を上記第１車室内熱交換器に流した後、上記第２車室内熱交換器をバイパスさせて上記車室外熱交換器に供給する除霜運転モードに切り替えるように構成されていることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モード時に車室外熱交換器が着霜した場合に、圧縮機から吐出した高圧冷媒を、第２車室内熱交換器をバイパスさせて流すことで車室外熱交換器の除霜を素早く行うことが可能になる。
【００２７】
第９の発明は、第８の発明において、
上記空調制御装置は、除霜運転モード時に、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードに比べて上記第２減圧弁を開方向に制御するように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、車室外熱交換器に高温冷媒を早期に供給することが可能になる。
【００２９】
第１０の発明は、第８または９の発明において、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、上記圧縮機の単位時間当たりの冷媒吐出量を第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードよりも増加させるように構成されていることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際に圧縮機の冷媒吐出量が増大するので、車室内への吹出空気温度の低下を抑制しつつ、除霜能力を十分に得ることが可能になる。
【００３１】
第１１の発明は、第８から１０のいずれか１つの発明において、
上記車両用空調装置は、上記第１車室内熱交換器を通過した空気と上記第２車室内熱交換器を通過した空気との混合割合を変更する温度調節ドアを備え、該温度調節ドアは上記空調制御装置により制御され、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、上記温度調節ドアを、車室内への吹出空気温度が上昇する側へ補正するように構成されていることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際に車室内への吹出空気温度の低下が抑制される。
【００３３】
第１２の発明は、第８から１１のいずれか１つの発明において、
上記車両用空調装置は、空調用空気を加熱する電気式の空気加熱器を備え、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、上記空気加熱器を作動させるように構成されていることを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際に、空調用空気を空気加熱器により加熱することで車室内への吹出空気温度の低下を抑制することが可能になる。
【００３５】
第１３の発明は、第８から１１のいずれか１つの発明において、
上記空調制御装置は、上記ヒートポンプ装置の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、上記送風機の送風量を、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードよりも減少させるように構成されていることを特徴とする。
【００３６】
この構成によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際に、空調用空気の送風量を減少させることで車室内への吹出空気の温度変化を抑制することが可能になる。
【００３７】
第１４の発明は、第１から１３のいずれか１つの発明において、
上記車両用空調装置は、空調用空気を加熱する電気式の空気加熱器を備え、
上記空調制御装置は、暖房負荷として要求暖房能力を算出し、上記第２暖房運転モード時の暖房能力が要求暖房能力に満たないと判定した場合、上記空気加熱器を作動させるように構成されていることを特徴とする。
【００３８】
この構成によれば、第２暖房運転モード時に暖房能力が不足する場合に空気加熱器で空調用空気を加熱することで所望の吹出空気温度とすることが可能になる。
【発明の効果】
【００３９】
第１の発明によれば、暖房負荷が大きいときには２段圧縮インジェクションサイクルとして第１車室内熱交換器及び第２車室内熱交換器に冷媒を流すようにしたので、高い暖房能力を得ることができる。暖房負荷が小さいときには冷媒が第１減圧弁、第２車室内熱交換器及び気液分離器をバイパスして流れるので、圧力損失を低減してサイクルの高効率化を図ることができる。
【００４０】
第２の発明によれば、冷房運転モード時に、第１車室内熱交換器から流出したガス冷媒を、第１減圧弁、第２車室内熱交換器及び気液分離器をバイパスして車室外熱交換器に供給できるので、凝縮性能の低下を防止することができ、サイクルの高効率化を図ることができる。
【００４１】
第３の発明によれば、要求暖房能力が所定値以上の場合、ヒートポンプ装置を第１暖房運転モードとする一方、要求暖房能力が所定値未満の場合、ヒートポンプ装置を第２暖房運転モードとするので、第１暖房運転モードと第２暖房運転モードとを適切に切り替えることができ、快適性と高効率とを高い次元で両立できる。
【００４２】
第４の発明によれば、外気温度及び車室内への吹出空気温度と、第１車室内熱交換器の冷媒入口温度と、第１車室内熱交換器の冷媒出口温度と、圧縮機に吸入される冷媒温度とのうち、少なくとも１つに基づいて要求暖房能力を算出するようにしたので、第１暖房運転モードと第２暖房運転モードの遷移を確実に、かつ、適切に行うことができる。
【００４３】
第５の発明によれば、第２減圧弁が冷媒を減圧させない全開状態となるので、圧力損失を最小限にして高い効率を得ることができ、また、回路構成をシンプルにすることができる。
【００４４】
第６の発明によれば、第１減圧弁の絞り量を、第２車室内熱交換器が放熱器として作用するようにしたので、第２車室内熱交換器の耐圧強度及び繰り返し加圧強度を低く設定できる。
【００４５】
第７の発明によれば、圧縮機を二段昇圧式として圧縮比を高めることができるので、外気温度が極低温時に暖房能力を向上できる。
【００４６】
第８の発明によれば、車室外熱交換器に霜が付着している場合に、圧縮機から吐出した高圧冷媒を、第２車室内熱交換器をバイパスさせて車室外熱交換器に供給するようにしたので、車室外熱交換器の除霜を素早く行うことができ、乗員の快適性を向上させることができる。
【００４７】
第９の発明によれば、除霜運転モード時に第２減圧弁を開方向に制御するようにしたので、車室外熱交換器に高温冷媒を早期に供給して車室外熱交換器の除霜を素早く行うことができ、乗員の快適性を向上させることができる。
【００４８】
第１０の発明によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、圧縮機の冷媒吐出量を増大させることができるので、乗員の快適性をより一層向上できる。
【００４９】
第１１の発明によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際に車室内への吹出空気の温度低下を抑制できる。
【００５０】
第１２の発明によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際に空気加熱器を作動させることで車室内への吹出空気の温度低下を抑制できる。
【００５１】
第１３の発明によれば、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際に送風量を減少させることができるので、吹出空気の温度が低下しても乗員が違和感を感じるのを抑制できる。
【００５２】
第１４の発明によれば、第２暖房運転モード時に暖房能力が不足する場合に空気加熱器で空調用空気の加熱することで所望の吹出空気温度とすることができ、乗員の快適性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態に係る車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】車両用空調装置のブロック図である。
【図３】冷房運転モードにある場合の図１相当図である。
【図４】冷房運転モードにあるヒートポンプ装置のモリエル線図である。
【図５】第１暖房運転モードにある場合の図１相当図である。
【図６】第１暖房運転モードにあるヒートポンプ装置のモリエル線図である。
【図７】第２暖房運転モードにある場合の図１相当図である。
【図８】第２暖房運転モードにあるヒートポンプ装置のモリエル線図である。
【図９】除霜運転モードにある場合の図１相当図である。
【図１０】暖房運転サブルーチン制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００５５】
図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１の概略構成図である。車両用空調装置１が搭載された車両は、走行用バッテリ（図示せず）及び走行用モーター（図示せず）を備えた電気自動車である。
【００５６】
車両用空調装置１は、ヒートポンプ装置２０と、車室内空調ユニット２１とを備えている。ヒートポンプ装置２０は、空調制御装置２２（図２に示す）を有しており、この空調制御装置２２は、ヒートポンプ装置２０の各構成要素及び車室内空調ユニット２１を制御する。
【００５７】
ヒートポンプ装置２０は、冷媒を圧縮する電動コンプレッサ３０と、車室内に配設される下流側車室内熱交換器（第１車室内熱交換器）３１と、車室内において下流側車室内熱交換器３１の空気流れ方向上流側に配設される上流側車室内熱交換器（第２車室内熱交換器）３２と、車室外に配設される車室外熱交換器３３と、アキュムレータ３４と、気液分離器３５と、これら機器３０〜３５を接続する第１〜第４主冷媒配管４１〜４４と、第１及び第２分岐冷媒配管４５、４６と、バイパス配管４７と、中間圧冷媒配管４８とを備えている。
【００５８】
電動コンプレッサ３０は、従来から周知の車載用のものであり、電動モーターによって駆動される。この電動コンプレッサ３０は、ヒートポンプ装置２０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮行程を行うものである。電動コンプレッサ３０は、ハウジングの内部に固定容量型の圧縮機構からなる低圧側圧縮機構と、高圧側圧縮機構と、これら低圧側圧縮機構及び高圧側圧縮機構を回転駆動する電動モーターとを収容して構成された二段昇圧式のものである。この電動コンプレッサ３０を用いることにより、２段圧縮インジェクションサイクルを実現することができる。２段昇圧式の電動コンプレッサ３０を用いることで、圧縮比を高めることができる。
【００５９】
低圧側圧縮機構及び高圧側圧縮機構は、例えば、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構等を使用することができる。電動モーターは、空調制御装置２２から出力される制御信号によってＯＮ及びＯＦＦの切り替えと、回転数の制御が行われるものであり、交流モーター、直流モーターのいずれであってもよい。この電動モーターの回転数制御によって電動コンプレッサ３０の単位時間当たりの冷媒吐出量が変更される。電動コンプレッサ３０には、走行用バッテリから電力が供給される。
【００６０】
電動コンプレッサ３０のハウジングには、ハウジングの外部から低圧側圧縮機構へ低圧冷媒を吸入させる吸入ポート３０ａと、ハウジングの外部からハウジングの内部へ中間圧冷媒を流入させて圧縮行程の途中の冷媒に合流させる中間圧ポート３０ｂと、高圧側圧縮機構で圧縮された高圧冷媒をハウジングの外部へ吐出させる吐出ポート３０ｃとが設けられている。中間圧ポート３０ｂは、低圧側圧縮機構の冷媒吐出側で、かつ、高圧側圧縮機構の冷媒吸入側に連通するように設けられている。
【００６１】
尚、電動コンプレッサ３０の構造は上記した構造に限られるものではなく、１つの圧縮機構を備えているコンプレッサであっても、中間圧冷媒を、その圧縮機構の吸入ポートと吐出ポートとの間に流入させて圧縮行程の途中の冷媒と合流させることができるように構成されたものであればよい。
【００６２】
車室外熱交換器３３は、車両の前部に設けられたモータルーム（エンジン駆動車両におけるエンジンルームに相当）において該モータルームの前端近傍に配設され、走行風が当たるようになっている。
【００６３】
図１に示すように、車両にはクーリングファン３７ａが設けられている。クーリングファン３７ａは、ファンモーター３７ｂによって駆動され、車室外熱交換器３３に空気を送風するように構成されている。ファンモーター３７ｂは、空調制御装置２２に接続されてＯＮ及びＯＦＦの切り替えと、回転数の制御が行われるようになっている。ファンモーター３７ｂにも走行用バッテリから電力が供給される。尚、ファンモーター３７ｂは、例えば走行用インバータ等を冷却するためのラジエータに空気を送風することもできるものであり、空調の要求時以外にも作動させることが可能である。
【００６４】
第１主冷媒配管４１は、電動コンプレッサ３０の吐出ポート３０ｃと下流側車室内熱交換器３１の冷媒流入口とを接続するものである。また、第２主冷媒配管４２は、下流側車室内熱交換器３１の冷媒流出口と上流側車室内熱交換器３２の冷媒流入口とを接続するものである。また、第３主冷媒配管４３は、上流側車室内熱交換器３２の冷媒流出口と車室外熱交換器３３の冷媒流入口とを接続するものである。第４主冷媒配管４４は、車室外熱交換器３３の冷媒流出口と電動コンプレッサ３０の吸入ポート３０ａとを接続するものである。
【００６５】
また、第１分岐冷媒配管４５は、第４主冷媒配管４４から分岐しており、第３主冷媒配管４３に接続されている。第２分岐冷媒配管４６は、第４主冷媒配管４４から分岐しており、第２主冷媒配管４２に接続されている。
【００６６】
バイパス配管４７は、第２主冷媒配管４２から分岐して第３主冷媒配管４３に接続されている。
【００６７】
アキュムレータ３４は、第４主冷媒配管４４の中途部に配設されており、第４主冷媒配管４４の上流側から流れてきた冷媒の気液分離を行うためのものである。
【００６８】
気液分離器３５は、第３主冷媒配管４３の中途部に配設されており、第３主冷媒配管４３の上流側から流れてきた冷媒の気液分離を行うためのものである。中間圧冷媒配管４８の上流側は、気液分離器３５のガス冷媒の吐出口に接続されている。中間圧冷媒配管４８の下流側は、電動コンプレッサ３０の中間圧ポート３０ｂに接続されている。従って、中間圧冷媒配管４８は、気液分離器３５のガス冷媒（中間圧冷媒）を中間圧ポート３０ｂに流入させるためのものである。
【００６９】
また、ヒートポンプ装置２０は、第１流路切替弁５１、第２流路切替弁５２、第１減圧弁５３、第２減圧弁５４、第１逆止弁５５、第２逆止弁５６、第３逆止弁５７及び第４逆止弁５８を備えている。
【００７０】
第１流路切替弁５１及び第２流路切替弁５２は電動タイプの三方弁で構成されており、空調制御装置２２によって制御される。第１流路切替弁５１は、第２主冷媒配管４２の中途部に設けられており、バイパス配管４７の上流側が接続されている。第２流路切替弁５２は、第４主冷媒配管４４の中途部、即ち、第１分岐冷媒配管４５の分岐部分に設けられており、第１分岐冷媒配管４５は第２流路切替弁５２に接続されている。
【００７１】
第１減圧弁５３及び第２減圧弁５４は、空調制御装置２２によって制御される電動タイプのものであり、冷媒を減圧させる絞り状態から冷媒を減圧させない全開状態となるまで開度変化するように構成されている。第１減圧弁５３及び第２減圧弁５４の開度は、通常、空調負荷の状態に応じて設定されるが、空調負荷に関わらず、空調制御装置２２から出力される制御信号により任意の開度に設定することもできるようになっている。
【００７２】
第１減圧弁５３は、第２主冷媒配管４２に設けられている。具体的には、第１減圧弁５３は、第１流路切替弁５１と、上流側車室内熱交換器３２の冷媒流入口との間に配設されている。一方、第２減圧弁５４は、第３主冷媒配管４３に設けられている。具体的には、第２減圧弁５４は、第３主冷媒配管４３の車室外熱交換器３３側、即ち、車室外熱交換器３３の上流側に配設されている。
【００７３】
第１逆止弁５５は、第３主冷媒配管４３において気液分離器３５よりも上流側に配設されており、第３主冷媒配管４３の上流側車室内熱交換器３２側から車室外熱交換器３３側へ向けての冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを阻止するように構成されている。
【００７４】
第２逆止弁５６は、第２分岐冷媒配管４６に配設されており、第２分岐冷媒配管４６の第４主冷媒配管４４側から第２主冷媒配管４２側へ向けての冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを阻止するように構成されている。
【００７５】
第３逆止弁５７は、第３主冷媒配管４３に配設されている。具体的には、第３逆止弁５７は、気液分離器３５と、バイパス配管４７の下流側の端部との間に配設されている。この第３逆止弁５７は、第３主冷媒配管４３の上流側車室内熱交換器３２側から車室外熱交換器３３側へ向けての冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを阻止するように構成されている。
【００７６】
第４逆止弁５８は、バイパス配管４７に配設されており、バイパス配管４７の第２主冷媒配管４２側から第３主冷媒配管４３側へ向けての冷媒の流れを許容し、逆方向への冷媒の流れを阻止するように構成されている。
【００７７】
また、車室内空調ユニット２１は、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２を収容するケーシング６０と、エアミックスドア（温度調節ドア）６２と、エアミックスドア６２を駆動するエアミックスドアアクチュエータ６３と、吹出モード切替ドア６４と、送風機６５と、ＰＴＣヒータ（空気加熱器）６７とを備えている。
【００７８】
送風機６５は、車室内の空気（内気）と車室外の空気（外気）との一方を選択してケーシング６０内に空調用空気として導入し、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２に送風するためのものである。送風機６５は、シロッコファン６５ａと、シロッコファン６５ａを回転駆動する送風モーター６５ｂとを備えている。送風モーター６５ｂは、空調制御装置２２に接続されてＯＮ及びＯＦＦの切り替えと、回転数が制御されるようになっている。送風モーター６５ｂにも走行用バッテリから電力が供給される。
【００７９】
送風機６５には、内気を導入するための内気導入口６５ｃと、外気を導入するための外気導入口６５ｄとが形成されている。送風機６５の内部には、内気導入口６５ｃと外気導入口６５ｄとの一方を開いて他方を閉じる内外気切替ドア６５ｅが設けられている。さらに、送風機６５には、内外気切替ドア６５ｅを駆動する内外気切替ドアアクチュエータ６１が設けられている。この内外気切替ドアアクチュエータ６１は、空調制御装置２２により制御される。送風機６５の空気導入モードは、内気導入口６５ｃを全開にして外気導入口６５ｄを全閉にする内気導入モードと、内気導入口６５ｃを全閉にして外気導入口６５ｄを全開にする外気導入モードとに切り替えられるようになっている。内気導入モードと外気導入モードとの切り替えは、乗員によるスイッチ操作で行うことができるようになっているが、所定の条件下では、空調制御装置２２が自動的に切り替えることができるようになっている。
【００８０】
ケーシング６０は、車室内においてインストルメントパネル（図示せず）の内部に配設されている。ケーシング６０には、デフロスタ吹出口６０ａ、ベント吹出口６０ｂ及びヒート吹出口６０ｃが形成されている。デフロスタ吹出口６０ａは、車室のフロントウインド内面に空調風を供給するためのものである。ベント吹出口６０ｂは、車室の乗員の主に上半身に空調風を供給するためのものである。ヒート吹出口６０ｃは、車室の乗員の足下に空調風を供給するためのものである。
【００８１】
これら吹出口６０ａ〜６０ｃはそれぞれ吹出モード切替ドア６４によって開閉される。吹出モード切替ドア６４は、図示しないが、空調制御装置２２に接続されたアクチュエータによって動作するようになっている。
【００８２】
吹出モードとしては、例えば、デフロスタ吹出口６０ａに空調風を流すデフロスタ吹出モード、ベント吹出口６０ｂに空調風を流すベント吹出モード、ヒート吹出口６０ｃに空調風を流すヒート吹出モード、デフロスタ吹出口６０ａ及びヒート吹出口６０ｃに空調風を流すデフ／ヒートモード、ベント吹出口６０ｂ及びヒート吹出口６０ｃに空調風を流すバイレベルモード等である。
【００８３】
ケーシング６０内に導入された空調用空気は、全量が上流側車室内熱交換器３２を通過するようになっている。
【００８４】
エアミックスドア６２は、ケーシング６０内において、上流側車室内熱交換器３２と下流側車室内熱交換器３１との間に収容されている。エアミックスドア６２は、上流側車室内熱交換器３２を通過した空気のうち、下流側車室内熱交換器３１を通過する空気量を変更することによって、上流側車室内熱交換器３２を通過した空気と、下流側車室内熱交換器３１を通過した空気との混合割合を決定して空調風の温度調節を行うためのものである。
【００８５】
ＰＴＣヒータ６７は、ケーシング６０内において下流側車室内熱交換器３１の空気流れ方向下流側に配設されており、ケーシング６０内を流れる空調用空気を加熱するためのものである。ＰＴＣヒータ６７は、空調制御装置２２により制御され、ＯＮ、ＯＦＦの切替及び加熱量の変更が可能となっている。ＰＴＣヒータ６７には走行用バッテリから電力が供給されるようになっている。
【００８６】
車両用空調装置１は、外気温度センサ７０と、車室外熱交換器温度センサ７１と、車室内熱交換器温度センサ７３と、車室内への吹出空気温度を検出する内気温度センサ７５と、下流側車室内熱交換器３１の冷媒入口温度を検出する冷媒入口温度検出センサ７６と、下流側車室内熱交換器３１の冷媒出口温度を検出する冷媒出口温度検出センサ７７と、電動コンプレッサ３０の吸入ポート３０ａに吸入される冷媒温度を検出する吸入冷媒温度検出センサ７８と、車室外冷媒温度センサ８３（図２に示す）とを備えている。これらセンサは空調制御装置２２に接続されている。
【００８７】
外気温度センサ７０は、車室外熱交換器３３よりも空気流れ方向上流側に配設されており、車室外熱交換器３３に流入する前の外部空気の温度（外気温度）を検出するためのものである。一方、車室外熱交換器温度センサ７１は、車室外熱交換器３３の空気流れ方向下流側の面に配設されており、車室外熱交換器３３の表面温度を検出するためのものである。
【００８８】
車室内熱交換器温度センサ７３は、上流側車室内熱交換器３２の空気流れ方向下流側に配設されており、上流側車室内熱交換器３２の表面温度を検出するためのものである。
【００８９】
内気温度センサ７５は、車室内の所定箇所に配設されている。内気温度センサ７５は、従来から周知のものなので、詳細な説明は省略する。
【００９０】
冷媒入口温度検出センサ７６は、下流側車室内熱交換器３１の冷媒流入口に設けられている。冷媒出口温度検出センサ７７は、下流側車室内熱交換器３１の冷媒流出口に設けられている。吸入冷媒温度検出センサ７８は、電動コンプレッサ３０の吸入ポート３０ａに設けられている。車室外冷媒温度センサ８３は、車室外熱交換器３３の冷媒入口に設けられており、車室外熱交換器３３の冷媒入口における冷媒温度を検出するためのものである。
【００９１】
また、図示しないが、車両用空調装置１には、日射量を検出するセンサ等も設けられている。
【００９２】
空調制御装置２２は、例えば、乗員による設定温度や外気温、車室内温度、日射量等の複数の情報に基づいてヒートポンプ装置２０等を制御するものであり、周知の中央演算装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。また、空調の負荷に応じて電動コンプレッサ３０やファンモーター３７ｂも制御する。
【００９３】
空調制御装置２２は、通常のオートエアコン制御と同様にメインルーチンにおいて、ヒートポンプ装置２０の運転モードの切り替え、送風機６５の風量、エアミックスドア６２の開度、吹出モードの切り替え、電動コンプレッサ３０、送風モーター６５ｂの制御を行い、例えば、ファンモーター３７ｂは、基本的には電動コンプレッサ３０の作動中には作動するが、電動コンプレッサ３０が停止状態であっても、走行用インバーター等の冷却が必要な場合には作動するようになっている。
【００９４】
ヒートポンプ装置２０の運転モードは、少なくとも、冷房運転モード、第１暖房運転モード、第２暖房運転モード、除霜運転モードがある。
【００９５】
図３に示す冷房運転モードは、例えば外気温度が２５℃よりも高い場合に選択される運転モードである。冷房運転モードでは、下流側車室内熱交換器３１を放熱器とし、上流側車室内熱交換器３２を吸熱器とし、車室外熱交換器３３を放熱器として作用させる。
【００９６】
すなわち、第１流路切替弁５１は、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒を上流側車室内熱交換器３２の流入口に流入させないように、バイパス配管４７側へ流すように流路を切り替える。また、第２流路切替弁５２は、上流側車室内熱交換器３２から流出した冷媒をアキュムレータ３４に流入させるように流路を切り替える。第１減圧弁５３は冷媒を減圧させる状態にし、第２減圧弁５４は全開状態にする。
【００９７】
この状態で電動コンプレッサ３０を作動させると、電動コンプレッサ３０から吐出された高圧冷媒が第１主冷媒配管４１を流れて下流側車室内熱交換器３１に流入し、下流側車室内熱交換器３１を循環する。下流側車室内熱交換器３１を循環した冷媒は、第２主冷媒配管４２を通って第１流路切替弁５１を経てバイパス配管４７に流入する。従って、冷房運転モードでは、冷媒が気液分離器３５を流れないので、圧力損失及び熱損失が低減される。
【００９８】
バイパス配管４７に流入した冷媒は、第２減圧弁５４を経て減圧することなく、車室外熱交換器３３に流入する。車室外熱交換器３３に流入した冷媒は放熱して第４主冷媒配管４４、第２分岐冷媒配管４６、第２主冷媒配管４２を通って第１減圧弁５３を通過することで減圧された後、上流側車室内熱交換器３２に流入する。上流側車室内熱交換器３２に流入した冷媒は、上流側車室内熱交換器３２を循環して空調用空気から吸熱する。上流側車室内熱交換器３２を循環した冷媒は、第３主冷媒配管４３、第１分岐冷媒配管４５、第４主冷媒配管４４を通ってアキュムレータ３４を経て電動コンプレッサ３０に吸入される。
【００９９】
冷房運転モードにおける冷媒の相変化と圧力の関係は、図４に示すようになる。すなわち、下流側車室内熱交換器３１及び車室外熱交換器３３で放熱した後、減圧してから上流側車室内熱交換器３２で吸熱する。
【０１００】
また、図５に示す第１暖房運転モードは、例えば外気温度が０℃よりも低い場合（極低外気時）のように、要求暖房能力が所定値以上の場合に選択される運転モードである。第１暖房運転モードでは、基本的には、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２を放熱器とし、車室外熱交換器３３を吸熱器として作用させる。
【０１０１】
すなわち、第１流路切替弁５１は、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒を上流側車室内熱交換器３２の流入口に流入させるように流路を切り替える。また、第２流路切替弁５２は、車室外熱交換器３３から流出した冷媒をアキュムレータ３４に流入させるように流路を切り替える。第１減圧弁５３は絞り状態とし、その開度は、上流側車室内熱交換器３２内の冷媒が中間圧となり、上流側車室内熱交換器３２が放熱器として作用するように調整する。第２減圧弁５４は冷媒を減圧させる状態にする。
【０１０２】
この状態で電動コンプレッサ３０を作動させると、電動コンプレッサ３０から吐出された高圧冷媒が第１主冷媒配管４１を流れて下流側車室内熱交換器３１に流入し、下流側車室内熱交換器３１を循環する。下流側車室内熱交換器３１を循環した冷媒は、第２主冷媒配管４２に流入し、第１流路切替弁５１、第１減圧弁５３を経て上流側車室内熱交換器３２に流入し、上流側車室内熱交換器３２を循環する。つまり、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２に高温状態の冷媒が流入するので、空調用空気は、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２の両方によって加熱されることになり、よって、高い暖房能力が得られる。
【０１０３】
上流側車室内熱交換器３２を循環した冷媒は、第３主冷媒配管４３を通って気液分離器３５に流入して気液分離器３５で気液分離される。気液分離器３５で分離された液冷媒は、第３逆止弁５７及び第２減圧弁５４を通過する。冷媒は第２減圧弁５４を通過することで減圧され、車室外熱交換器３３に流入する。車室外熱交換器３３に流入した冷媒は、外部空気から吸熱して第４主冷媒配管４４を通ってアキュムレータ３４を経て電動コンプレッサ３０の吸入ポート３０ａに吸入される。
【０１０４】
気液分離器３５で分離されたガス冷媒は、中間圧冷媒配管４８を通って電動コンプレッサ３０の中間圧ポート３０ｂに流入する。電動コンプレッサ３０では、吸入ポート３０ａから吸入された冷媒が低圧側圧縮機構で圧縮される。また、中間圧ポート３０ｂに流入した冷媒が、吸入ポート３０ａから吸入された冷媒と合流して高圧側圧縮機構で圧縮されて吐出ポート３０ｃから吐出する。つまり、第１暖房運転モードでは、２段圧縮インジェクションサイクルとなる。
【０１０５】
第１暖房運転モードにおける冷媒の相変化と圧力の関係は、図６に示すようになる。すなわち、下流側車室内熱交換器３１で放熱した後、中間圧まで減圧してから上流側車室内熱交換器３２で放熱し、気液分離器３５で分離されたガス冷媒が電動コンプレッサ３０の低圧側圧縮機構と高圧側圧縮機構との間に吸入される。気液分離器３５で分離された液冷媒は車室外熱交換器３３で吸熱した後、電動コンプレッサ３０の低圧側圧縮機構に吸入される。
【０１０６】
また、図７に示す第２暖房運転モードは、例えば外気温度が０℃以上で２５℃未満の場合のように、暖房負荷が第１暖房運転モード時よりも小さいときに選択される運転モードである。第２暖房運転モードでは、下流側車室内熱交換器３１を放熱器とし、車室外熱交換器３３を吸熱器として作用させる。上流側車室内熱交換器３２には冷媒を流さないようにする。
【０１０７】
すなわち、第１流路切替弁５１は、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒を上流側車室内熱交換器３２の流入口に流入させないように、バイパス配管４７側へ流すように流路を切り替える。また、第２流路切替弁５２は、第１暖房運転モードと同じ状態にする。第２減圧弁５４も第１暖房運転モードと同じ状態にする。
【０１０８】
この状態で電動コンプレッサ３０を作動させると、電動コンプレッサ３０から吐出された高圧冷媒が第１主冷媒配管４１を流れて下流側車室内熱交換器３１に流入し、下流側車室内熱交換器３１を循環する。下流側車室内熱交換器３１を循環した冷媒は、第２主冷媒配管４２を通って第１流路切替弁５１を経てバイパス配管４７に流入する。従って、第２暖房運転モードでは、冷媒が気液分離器３５、第１減圧弁５３及び上流側車室内熱交換器３２を流れないので、圧力損失及び熱損失が低減される。
【０１０９】
バイパス配管４７に流入した冷媒は、第２減圧弁５４を経て減圧した後、車室外熱交換器３３に流入する。車室外熱交換器３３に流入した冷媒は吸熱して第４主冷媒配管４４を通ってアキュムレータ３４を経て電動コンプレッサ３０に吸入される。
【０１１０】
第２暖房運転モードにおける冷媒の相変化と圧力の関係は、図８に示すようになる。すなわち、下流側車室内熱交換器３１で放熱した後、減圧してから車室外熱交換器３３で吸熱し、電動コンプレッサ３０に吸入される。
【０１１１】
第２暖房運転モードでは上流側車室内熱交換器３２に高温状態の冷媒が流入しないのでトータルとして見たときに車室内における放熱面積が第１暖房運転モードよりも小さくなる。また、空調用空気は、下流側車室内熱交換器３１のみで加熱されることになる。これらのことにより、第２暖房運転モードは第１暖房運転モードに比べて低い暖房能力となる。
【０１１２】
図９に示す除霜運転モードは、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードで運転中に車室外熱交換器３３が着霜した場合に、車室外熱交換器３３の霜を溶かすために選択される運転モードである。除霜運転モードでは、下流側車室内熱交換器３１及び車室外熱交換器３３を放熱器として作用させる。また、上流側車室内熱交換器３２には冷媒を流さない。
【０１１３】
すなわち、第１流路切替弁５１は、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒を上流側車室内熱交換器３２の流入口に流入させないように、バイパス配管４７側へ流すように流路を切り替える。第２流路切替弁５２は、第１暖房運転モードと同じ状態にする。また、第２減圧弁５４は、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードに比べて開方向に制御して冷媒が減圧しないようにする。
【０１１４】
この状態で電動コンプレッサ３０を作動させると、電動コンプレッサ３０から吐出された冷媒が、下流側車室内熱交換器３１を循環した後、バイパス配管４７を通って第２減圧弁５４を経て減圧することなく、車室外熱交換器３３に流入する。車室外熱交換器３３に流入した冷媒は放熱して霜を溶かす。その後、第４主冷媒配管４４を通ってアキュムレータ３４を経て電動コンプレッサ３０に吸入される。この除霜運転モードでは、冷媒が上流側車室内熱交換器３２、気液分離器３５及び第２減圧弁５４をバイパスして流れるので、圧力損失及び熱損失が低減されて車室外熱交換器３３を霜を早期に溶かすことが可能になる。
【０１１５】
図２に示すように、空調制御装置２２は、車室外熱交換器３３に霜が付着しているか否か、及び霜が付着している場合にその着霜量を検出する着霜検出部（着霜検出手段）２２ａを有している。着霜検出部２２ａは、外気温度センサ７０で検出された外気温度（ＴＧ）から、車室外熱交換器温度センサ７１で検出された車室外熱交換器３３の表面温度を差し引いて、その値が例えば２０（℃）よりも大きな値である場合には、着霜を検出したとする。すなわち、車室外熱交換器３３に霜が付着していると、車室外熱交換器３３において冷媒が吸熱できず、冷媒温度が上昇しないことを利用して着霜検出を行っている。従って、上記の２０という値は、車室外熱交換器３３が着霜しているか否かを判断できる値であればよく、他の値であってもよい。また、霜の付着を直接検出するようにしてもよい。また、着霜量の検出は、外気温度センサ７０で検出された外気温度（ＴＧ）と車室外熱交換器温度センサ７１で検出された温度との差で検出でき、両者の差が大きいほど、着霜量が多いとする。
【０１１６】
この実施形態では、着霜検出部２２ａによって車室外熱交換器３３の着霜量が第１の所定量以上であるか否か、及び第１の所定量よりも大きい第２の所定量以上であるか否かを検出することができるようになっている。第１の所定量とは、車室外熱交換器３３による吸熱が行いにくくなる量に設定しており、また、第２の所定量とは、車室外熱交換器３３の吸熱がほとんど不可能な状態で暖房を行うことができないような量に設定している。
【０１１７】
また、空調制御装置２２は、要求暖房能力算出部２２ｂを有している。要求暖房能力算出部２２ｂは、快適な暖房を行うために必要とされる暖房能力を算出するためのものであり、外気温度及び車室内への吹出空気温度と、下流側車室内熱交換器３１の冷媒入口温度と、下流側車室内熱交換器３１の冷媒出口温度と、電動コンプレッサ３０の吸入ポート３０ａに吸入される冷媒温度とのうち、少なくとも１つに基づいて算出するように構成されている。尚、例えば、乗員によって設定された空調温度や、吹出モード、湿度等に基づいて要求暖房能力を算出するようにしてもよい。
【０１１８】
外気温度及び車室内への吹出空気温度に基づいて要求暖房能力を算出する場合には、外気温度が車室内への吹出空気温度よりも低いことを前提とし、外気温度と車室内への吹出空気温度との差が大きければ大きいほど、要求暖房能力が大きくなるように算出する。
【０１１９】
また、下流側車室内熱交換器３１の冷媒入口温度に基づいて要求暖房能力を算出する場合には、下流側車室内熱交換器３１の冷媒入口温度が低ければ低いほど、要求暖房能力が大きくなるように算出する。
【０１２０】
また、下流側車室内熱交換器３１の冷媒出口温度に基づいて要求暖房能力を算出する場合には、下流側車室内熱交換器３１の冷媒出口温度が低ければ低いほど、要求暖房能力が大きくなるように算出する。
【０１２１】
また、電動コンプレッサ３０の吸入ポート３０ａに吸入される冷媒温度に基づいて要求暖房能力を算出する場合には、電動コンプレッサ３０の吸入ポート３０ａに吸入される冷媒温度が低ければ低いほど、要求暖房能力が大きくなるように算出する。
【０１２２】
そして、空調制御装置２２は、要求暖房能力が所定値以上の場合、ヒートポンプ装置２０を第１暖房運転モードとする一方、要求暖房能力が所定値未満の場合、ヒートポンプ装置２０を第２暖房運転モードとするように構成されている。この所定値とは、極低外気時のように外気からの吸熱量がそれほど期待できない状況で、かつ、強い暖房が要求される場合に要求暖房能力算出部２２ｂで算出される値とすることができる。
【０１２３】
空調制御装置２２では、乗員の設定温度や外気温等に基づいて、車室内空調ユニット２１から吹き出す空気の目標吹出温度も算出される。
【０１２４】
次に、空調制御装置２２による制御手順を説明する。メインルーチンでは、図示しないが、外気温度センサ７０で検出された外気温度（ＴＧ）が例えば０℃よりも低い場合には、ヒートポンプ装置２０を暖房運転モードに切り替える。また、吹出空気の温度が目標温度となるように、エアミックスドア６２を動作させる。暖房運転モードは、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードが含まれる。
【０１２５】
また、外気温度（ＴＧ）が２５℃よりも高い場合には、ヒートポンプ装置２０を冷房運転モードに切り替える。
【０１２６】
メインルーチンで暖房運転モードが選択された場合には、図１０に示す暖房運転サブルーチン制御を行う。暖房運転サブルーチン制御では、はじめにステップＳ１で、要求暖房能力算出部２２ｂで算出された要求暖房能力が所定値以上であるか否かを判定する。
【０１２７】
ステップＳ１で要求暖房能力が所定値以上であれば、外気からの吸熱が期待できない状況で強い暖房が要求されているということであるので、ステップＳ２に進んで第１暖房運転モードを選択し、２段圧縮インジェクションサイクルでヒートポンプ装置２０を運転するとともに、下流側車室内熱交換器３１及び上流側車室内熱交換器３２の両方に高温冷媒を供給する。ステップＳ１で要求暖房能力が所定値未満であれば、ステップＳ３に進んで第２暖房運転モードを選択する。
【０１２８】
その後、ステップＳ４に進み、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードでの運転中に車室外熱交換器３３が着霜したか否かを判定する。この判定は着霜検出部２２ａで行われる。車室外熱交換器３３の着霜量が第１の所定量よりも少ない場合には、車室外熱交換器３３が着霜していないと判定してステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ステップＳ２、ステップＳ３で選択された暖房運転モードを継続する。
【０１２９】
一方、車室外熱交換器３３の着霜量が第１の所定量以上の場合には、車室外熱交換器３３が着霜していると判定してステップＳ６に進む。ステップＳ６では、電動コンプレッサ３０の単位時間当たりの冷媒吐出量を、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードよりも増加させる制御を行う。これは、例えば電動コンプレッサ３０の電動モーターの回転数を増加させることで可能になる。
【０１３０】
その後、ステップＳ７に進み、ヒートポンプ装置２０の運転モードを除霜運転モードに切り替えて車室外熱交換器３３の除霜を行う。すなわち、空調制御装置２２は、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、電動コンプレッサ３０の単位時間当たりの冷媒吐出量を第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードよりも増加させるように構成されている。これにより、電動コンプレッサ３０から吐出する冷媒の圧力及び温度を上昇させることができ、車室外熱交換器３３の除霜を早期に行うことができるとともに、下流側車室内熱交換器３１に流入する冷媒温度の急激な低下を抑制して吹出空気の温度低下も抑制できる。
【０１３１】
尚、ステップＳ６では、電動コンプレッサ３０の単位時間当たりの冷媒吐出量を増大させる代わりに、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、エアミックスドア６２を、車室内への吹出空気が上昇する側へ補正するようにしてもよい。これにより、吹出空気の温度低下を抑制できる。
【０１３２】
また、ステップＳ６では、電動コンプレッサ３０の単位時間当たりの冷媒吐出量を増大させる代わりに、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、ＰＴＣヒータ６７を作動させるようにしてもよい。第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードで既にＰＴＣヒータ６７が作動している場合には、暖房能力が増大するようにＰＴＣヒータ６７を制御する。
【０１３３】
また、ステップＳ６では、電動コンプレッサ３０の単位時間当たりの冷媒吐出量を増大させる代わりに、ヒートポンプ装置２０の運転モードを第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際、送風機６５の送風量を、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードよりも減少させるようにしてもよい。
【０１３４】
ステップＳ７に続くステップＳ８では、車室外熱交換器３３が除霜されたか否かを判定する。これは着霜検出部２２ａで行うことができる。車室外熱交換器３３が除霜されていなければ、除霜運転モードを継続する。一方、車室外熱交換器３３が除霜されていれば、ステップＳ９に進み、ステップＳ２及びステップＳ３でそれぞれ選択された暖房運転モードに復帰する。この制御が繰り返し行われる。
【０１３５】
以上説明したように、この実施形態にかかる車両用空調装置１によれば、暖房負荷が大きいときには、ステップＳ２においてヒートポンプ装置２０が第１暖房運転モードとなり、２段圧縮インジェクションサイクルでの運転が行われる。このとき、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒が上流側車室内熱交換器３２にも流入して伝熱面積が増え、暖房能力が高まる。一方、暖房負荷が小さいときには、ステップＳ３においてヒートポンプ装置２０が第２暖房運転モードとなり、下流側車室内熱交換器３１から流出した冷媒をバイパス配管４７に流すことで、冷媒が、第１減圧弁５３、上流側車室内熱交換器３２及び気液分離器３５をバイパスして流れるので、冷媒の圧力損失及び熱損失が小さくなる。これにより、凝縮圧力の低下による凝縮能力の低下が回避されるため、サイクルの高効率化を図ることができる。
【０１３６】
また、第２減圧弁５４が車室外熱交換器３３の冷媒流れ方向上流側に配設されているので、第１暖房運転モードと第２暖房運転モードの両方で、車室外熱交換器３３に流入する前の冷媒の圧力を第２減圧弁５４によって調整することが可能になる。
【０１３７】
また、第１減圧弁５３により上流側車室内熱交換器３２の冷媒出口側の冷媒圧力を中間圧まで減圧することで、上流側車室内熱交換器３２では冷媒を凝縮することが可能になる。上流側車室内熱交換器３２で凝縮された気液二相状態の冷媒が気液分離器３５でガス冷媒と液冷媒とに分離されて中間圧のガス冷媒が中間圧冷媒配管４８から電動コンプレッサ３０に流入して圧縮されることになる。
【０１３８】
また、気液分離器３５で分離された中間圧の液冷媒が第２減圧弁５４に供給されるため、ガス冷媒が第２減圧弁５４に供給されることに起因する車室外熱交換器３３の吸熱量の低下を防止することが可能になる。
【０１３９】
また、図３に示す冷房運転モード時には、気液分離器３５をバイパスしたガス冷媒が車室外熱交換器３３に供給されるので、液冷媒が車室外熱交換器３３に供給されることに起因する凝縮性能の低下を防止することが可能になる。
【０１４０】
また、図１０に示す制御により、要求暖房能力が所定値以上で高い場合には、第１暖房運転モード（２段圧縮インジェクションサイクル）として高い暖房能力が得られ、要求暖房能力が所定値未満で低い場合には、第２暖房運転モードとしてより高い効率が得られる。
【０１４１】
また、外気温度及び車室内への吹出空気温度と、下流側車室内熱交換器３１の冷媒入口温度と、下流側車室内熱交換器３１の冷媒出口温度と、電動コンプレッサ３０に吸入される冷媒温度とのうち、少なくとも１つに基づいて要求暖房能力を算出するようにしているので、第１暖房運転モードと第２暖房運転モードの遷移が確実に、かつ、適切に行えるようになる。
【０１４２】
また、車室外熱交換器３３の冷媒流れ上流側に第２減圧弁５４を配設しているが、この第２減圧弁５４を全開状態にすることにより、第２減圧弁５４を配設したことによる圧力損失を最小限にすることが可能になる。また、第２減圧弁５４をバイパスさせる回路や電磁弁等を別に配設する必要がなくなり、回路構成がシンプルになる。
【０１４３】
また、第１減圧弁５３の絞り量によって冷媒を中間圧とし、上流側車室内熱交換器３２を放熱器とすることが可能になる。また、第１減圧弁５３の絞り量の調整により、上流側車室内熱交換器３２にかかる冷媒圧力を所定以下にすることが可能になる。これにより、上流側車室内熱交換器３２の耐圧強度及び繰り返し加圧強度を低く設定することが可能になる。
【０１４４】
また、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モード時に車室外熱交換器３３が着霜した場合に、除霜運転モードに切り替えることで、電動コンプレッサ３０から吐出した高圧冷媒を、上流側車室内熱交換器３２をバイパスさせて車室外熱交換器３３に流すことができる。これにより、車室外熱交換器３３の除霜を素早く行うことが可能になる。
【０１４５】
また、図１０のステップＳ６において、第１暖房運転モード及び第２暖房運転モードから除霜運転モードに切り替える際に電動コンプレッサ３０の冷媒吐出量を増大させることができるので、車室内への吹出空気温度の低下を抑制しつつ、除霜能力を十分に得ることが可能になる。
【０１４６】
また、空調制御装置２２は、第２暖房運転モード時にも要求暖房能力を算出し、第２暖房運転モードによって得られる暖房能力が要求暖房能力に満たない状況であるか否か、即ち、暖房能力が不足するか否かを判定し、不足する場合にはＰＴＣヒータ６７を作動させるように構成してもよい。ＰＴＣヒータ６７によって空調用空気を加熱することで所望の吹出空気温度とすることが可能になる。
【０１４７】
尚、この実施形態では、第１流路切替弁５１及び第２流路切替弁５２は三方弁で構成しているが、これに限らず、各切替弁５１，５２の機能を満足することができるものであればよく、例えば複数の弁を組み合わせて構成することもできる。
【０１４８】
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置は、例えば電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車等で使用することができる。
【符号の説明】
【０１５０】
１            車両用空調装置
２０          ヒートポンプ装置
２１          車室内空調ユニット
２２          空調制御装置
２２ａ        着霜検出部（着霜検出手段）
２２ｂ        要求暖房能力算出部
３０          電動コンプレッサ（圧縮機）
３１          下流側車室内熱交換器（第１車室内熱交換器）
３２          上流側車室内熱交換器（第２車室内熱交換器）
３３          車室外熱交換器
３５          気液分離器
４７          バイパス配管
４８          中間圧冷媒配管
５１          第１流路切替弁（冷媒流路切替部）
５２          第２流路切替弁
５３          第１減圧弁
５４          第２減圧弁
６２          エアミックスドア（温度調節ドア）
６５          送風機
６７          ＰＴＣヒータ（空気加熱器）
【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】
2015063169.tif 000010
【図９】
2015063169.tif 000011
【図１０】
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