(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、冷媒を圧縮、昇温するコンプレッサ（１）と、冷媒と外気との間で熱交換させる室外放熱器（２）と、供給空気と冷媒との間で熱交換させる蒸発器（３）と、前記室外放熱器（２）で冷却された冷媒と前記コンプレッサ（１）に戻る低圧の冷媒との間で熱交換する内部熱交換器（４）と、前記蒸発器（３）へ送られる冷媒を減圧する第１減圧手段（５）と、前記室外放熱器（２）へ送られる冷媒を減圧する第２減圧手段（６）と、前記蒸発器（３）を通過した供給空気と前記コンプレッサ（１）で圧縮、昇温された冷媒との間で熱交換させる室内放熱器（７）と、運転モードに応じて装置全体の動作を制御する制御手段（１５）とを備えた車両用空調装置であって、
暖房モードにおいて前記制御手段（１５）は、前記コンプレッサ（１）で圧縮、昇温された冷媒を前記室内放熱器（７）に導入して供給空気と熱交換させた後、この熱交換で放熱した高圧の冷媒を前記第２減圧手段（６）で減圧して前記室外放熱器（２）に導入して外気と熱交換させ、さらに、この冷媒を前記内部熱交換器（４）の低圧部（４ｂ）を通過させずに前記コンプレッサ（１）へ戻して循環させるサイクルで運転し、
前記室外放熱器（２）と前記内部熱交換器（４）の高圧部（４ａ）との間を結ぶ経路（２０１）と、前記室内放熱器（７）と前記第２減圧手段（６）との間を結ぶ経路（２０２）との交点を、四方向にそれぞれ開口する分岐部（１７）により連結した、
ことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
暖房モードにおいて前記制御手段（１５）は、前記コンプレッサ（１）で圧縮、昇温された冷媒を前記室内放熱器（７）に導入して供給空気と熱交換させ、この熱交換で放熱した高圧の冷媒を前記内部熱交換器（４）の高圧部（４ａ）を通して前記第２減圧手段（６）に導入し当該第２減圧手段（６）で減圧して前記室外放熱器（２）に導入して外気と熱交換させ、さらに、この冷媒を前記内部熱交換器（４）の低圧部（４ｂ）を通過させずに前記コンプレッサ（１）へ戻して循環させるサイクルで運転す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】
暖房モードにおいて前記制御手段（１５）は、前記コンプレッサ（１）で圧縮、昇温された冷媒を前記室内放熱器（７）に導入して供給空気と熱交換させ、この熱交換で放熱した高圧の冷媒を前記内部熱交換器（４）の高圧部（４ａ）を通過させずに前記第２減圧手段（６）に導入し当該第２減圧手段（６）で減圧して前記室外放熱器（２）に導入して外気と熱交換させ、さらに、この冷媒を前記内部熱交換器（４）の低圧部（４ｂ）を通過させずに前記コンプレッサ（１）へ戻して循環させるサイクルで運転す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４】
前記コンプレッサ（１）の冷媒入口側と前記内部熱交換器の低圧部（４ｂ）との間は、前記制御手段により流路の連通が切り換えられる流路切換手段（１２、１６）により接続され、
前記制御手段（１５）は、暖房モードでは前記コンプレッサ（１）の冷媒入口側と前記内部熱交換器の低圧部（４ｂ）との間が非連通となるように前記流路切換手段（１２、１６）の流路を切り換えて、前記室外放熱器（２）から前記コンプレッサ（１）の冷媒入口側への流路を連通させることにより、前記室外放熱器（２）で熱交換した冷媒を前記内部熱交換器（４）の低圧部（４ｂ）を通過させずに前記コンプレッサ（１）へ戻すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二酸化炭素などの冷媒を用いた車両用空調装置に関し、詳しくはエンジンなどの熱源を持たない電気自動車や燃料電池車など（以下、車両）に適した車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両用空調装置における冷凍サイクルには、気液臨界温度・圧力以上に保持された超臨界流体である炭酸ガスのように、温暖化係数が低い冷媒が用いられている。
【０００３】
炭酸ガスを冷媒とする冷凍サイクルは、コンプレッサ、室内放熱器（サブガスクーラ）、内部熱交換器、室外放熱器（ガスクーラ）、膨張弁、蒸発器（エバポレータ）、アキュームレータなどを備え、冷媒の循環経路を切り換えることにより、暖房モード（ヒートポンプ）、除湿暖房モード、および冷房（デアイス／クーラ）モードの運転を可能としている。
【０００４】
このような二酸化炭素を用いた冷凍サイクルに関する従来技術として、冷房運転時には減圧器で減圧される前の高圧冷媒と圧縮機に吸入される低圧冷媒とを熱交換させ、暖房運転時には高圧冷媒と低圧冷媒とを熱交換させないようにしたヒートポンプサイクルが提案されている。このヒートポンプサイクルによれば、暖房運転時に内部熱交換器の各通路を流通する冷媒の温度および圧力が等しくなるために熱交換されることがなく、このため圧縮機から吐出する冷媒の温度上昇を抑えて圧縮機の損傷を防止できるとしている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、除湿モードにおいて、冷媒を流しながら内部熱交換器の熱交換させないようにした車両用空調装置が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３０８７８号公報
【特許文献２】特開２００４−１４２６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例では、暖房運転時に内部熱交換器の高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換は行われないが、内部熱交換器の高圧側と低圧側にはそれぞれ冷媒が流通することになるため、通路抵抗による損失が生じ、コンプレッサの動力負担を低減することは困難であった。
【０００７】
また上記従来例では、暖房モードにおいて、コンプレッサに送られるオイル、冷媒の一部が蒸発器にも流れ込むため、蒸発器の内部にオイル、冷媒が滞留する、いわゆる寝込みが発生しやすく、コンプレッサの潤滑が不十分となって冷凍サイクルが不安定になるという問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は、通路抵抗による損失を少なくしてコンプレッサの動力負担を低減するとともに、オイルや冷媒の寝込みをなくして冷凍サイクルを安定化させることができる車両用空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係わる発明は、少なくとも、冷媒を圧縮、昇温するコンプレッサと、冷媒と外気との間で熱交換させる室外放熱器と、供給空気と冷媒との間で熱交換させる蒸発器と、前記室外放熱器で冷却された冷媒と前記コンプレッサに戻る低圧の冷媒との間で熱交換する内部熱交換器と、前記蒸発器へ送られる冷媒を減圧する第１減圧手段と、前記室外放熱器へ送られる冷媒を減圧する第２減圧手段と、前記蒸発器を通過した供給空気と前記コンプレッサで圧縮、昇温された冷媒との間で熱交換させる室内放熱器と、運転モードに応じて装置全体の動作を制御する制御手段とを備えた車両用空調装置であって、暖房モードにおいて前記制御手段は、前記コンプレッサで圧縮、昇温された冷媒を前記室内放熱器に導入して供給空気と熱交換させた後、この熱交換で放熱した高圧の冷媒を前記第２減圧手段で減圧して前記室外放熱器に導入して外気と熱交換させ、さらに、この冷媒を前記内部熱交換器の低圧部を通過させずに前記コンプレッサへ戻して循環させるサイクルで運転し、前記室外放熱器と前記内部熱交換器の高圧部との間を結ぶ経路と、前記室内放熱器と前記第２減圧手段との間を結ぶ経路との交点を、四方向にそれぞれ開口する分岐部により連結したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、暖房モードにおいて前記制御手段は、前記コンプレッサで圧縮、昇温された冷媒を前記室内放熱器に導入して供給空気と熱交換させ、この熱交換で放熱した高圧の冷媒を前記内部熱交換器の高圧部を通して前記第２減圧手段に導入し当該第２減圧手段で減圧して前記室外放熱器に導入して外気と熱交換させ、さらに、この冷媒を前記内部熱交換器の低圧部を通過させずに前記コンプレッサへ戻して循環させるサイクルで運転することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１において、暖房モードにおいて前記制御手段は、前記コンプレッサで圧縮、昇温された冷媒を前記室内放熱器に導入して供給空気と熱交換させ、この熱交換で放熱した高圧の冷媒を前記内部熱交換器の高圧部を通過させずに前記第２減圧手段に導入し当該第２減圧手段で減圧して前記室外放熱器に導入して外気と熱交換させ、さらに、この冷媒を前記内部熱交換器の低圧部を通過させずに前記コンプレッサへ戻して循環させるサイクルで運転することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記コンプレッサの冷媒入口側と前記内部熱交換器の低圧部との間は、前記制御手段により流路の連通が切り換えられる流路切換手段により接続され、前記制御手段は、暖房モードでは前記コンプレッサの冷媒入口側と前記内部熱交換器の低圧部との間が非連通となるように前記流路切換手段の流路を切り換えて、前記室外放熱器から前記コンプレッサの冷媒入口側への流路を連通させることにより、前記室外放熱器で熱交換した冷媒を前記内部熱交換器の低圧部を通過させずに前記コンプレッサへ戻すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記各請求項の発明によれば、室外放熱器で熱交換した冷媒は内部熱交換器の低圧部を通過せず、蒸発器にも流れ込むことがないため、蒸発器の内部に冷媒やオイルの寝込みを生じることがない。したがって、オイルによりコンプレッサを十分に潤滑することが可能となり、冷凍サイクルを安定化させることができる。
【００１４】
また、室外放熱器で熱交換した冷媒が内部熱交換器の低圧部に流れることがないので、内部熱交換器の低圧部を流れる冷媒の通路抵抗の損失をなくしてコンプレッサの動力負担を低減することができる。
【００１５】
さらに、冷媒が内部熱交換器の低圧部で高圧部側と熱交換することがないため、内部熱交換器で熱交換することにより生じる過熱蒸気（ＳＨ）を小さくすることができる。この結果、コンプレッサに入る冷媒の比容積が小さくなって冷媒流量（質量流量）が増加し、暖房性能を向上させることができる。
さらに、室外放熱器から内部熱交換器の高圧部に至る経路と、室内放熱器から第２膨張弁に至る経路との交点を四方向に開口する分岐部で連結する構造としたため、四方向への切替弁などを設置した場合に比べて部品コストを下げることができ、また配管のレイアウトも容易になる。
【００１６】
とくに、請求項３の発明によれば、室外放熱器で熱交換した冷媒が内部熱交換器の低圧部に流れることがなく、また室内放熱器で放熱した冷媒は分岐部から内部熱交換器の高圧部にはわずかしか流れないので、内部熱交換器を流れる冷媒の通路抵抗の損失をなくしてコンプレッサの動力負担を低減することができる。また、コンプレッサの動力が同じであれば、より冷媒流量を増やすことができるため、特許文献１のヒートポンプサイクルと比べて暖房性能を向上させることができる。
【００１８】
とくに、請求項４の発明によれば、制御手段から電気信号等を与えることにより流路切換手段における弁の開閉を制御することができるので、室外放熱器からコンプレッサの冷媒入口側への流路を確実に連通させて、室外熱交換器の熱交換で吸熱した冷媒を内部熱交換器の低圧部を通過させずにコンプレッサ１に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係わる車両用空調装置の実施例について説明する。ここでは、本発明を二酸化炭素を冷媒とする電気自動車等の空調装置に適用した例について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、実施例１に係わる車両用空調装置の構成を示すブロック図である。本実施例に係わる車両用空調装置１００は、冷媒を圧縮、昇温するコンプレッサ１と、冷媒と外気との間で熱交換させる室外放熱器２と、供給空気と冷媒との間で熱交換させる蒸発器３と、室外放熱器２で放熱した高圧の冷媒と蒸発器３からコンプレッサ１に戻る低圧の冷媒との間で熱交換する内部熱交換器４と、蒸発器３へ送られる冷媒を減圧する第１膨張弁５と、室外放熱器２へ送られる冷媒を減圧する第２膨張弁６と、蒸発器３を通過した供給空気と昇温された冷媒との間で熱交換させる室内放熱器７と、冷媒を気液分離するアキュームレータ８と、室外放熱器２への冷媒の逆流を防止する逆止弁９と、室外放熱器２から吐出される冷媒の流路と室外放熱器２へ流入する冷媒の流路を切り換える三方弁１０と、室内放熱器７と内部熱交換器４との間の流路を切り換える電磁弁１１と、コンプレッサ１の冷媒入口側、内部熱交換器４の低圧部４ｂおよび室外放熱器２との間の流路を切り換える電磁弁１２と、図示しないブロアファンから送られてくる供給空気の量を調節するエアーミックスドア１３と、蒸発器３、室内放熱器７およびエアーミックスドア１３が設置される空調ダクト（通風路）１４と、運転モードの切り換えに伴って各部の動作を制御するコントローラ１５とを備えて構成されている。
【００２１】
コンプレッサ１は、図示しないモータまたは車両駆動装置からの駆動力を得て気相状態の二酸化炭酸ガスを圧縮、昇温して、高圧高温の冷媒として吐出している。
【００２２】
室外放熱器２は、暖房モードでは第２膨張弁６で減圧された低圧の冷媒と外気とを熱交換させて、低圧の冷媒に外気の熱を吸熱させている。また、冷房モードでは室内放熱器７から出力された高圧高温の冷媒と外気とを熱交換させて、高圧高温の冷媒を外気に放熱させている。
【００２３】
蒸発器３は、空調ダクト１４内に設置され、第１膨張弁５で減圧された低圧低温の冷媒と、ブロアファンからの供給空気とを熱交換させて、供給空気を冷却、除湿している。
【００２４】
内部熱交換器４は、高圧の冷媒が流れる高圧部４ａと、低圧の冷媒が流れる低圧部４ｂとを備え、蒸発器３から出力された冷媒と、室内放熱器７または室外放熱器２を通過した高圧の冷媒との間で熱交換してコンプレッサ１に送り出している。
【００２５】
第１膨張弁（第１減圧手段）５は、内部熱交換器４から送られてきた高圧の冷媒を減圧（膨張）させて蒸発器３へ出力している。この第１膨張弁５の開閉および開度はコントローラ１５により制御されている。
【００２６】
第２膨張弁（第２減圧手段）６は、内部熱交換器４の高圧部４ａから送られてきた高圧の冷媒を減圧させて室外放熱器２へ出力している。この第２膨張弁６の開閉および開度はコントローラ１５により制御されている。
【００２７】
室内放熱器７は、空調ダクト１４内に設置され、コンプレッサ１から送られてきた高圧高温の冷媒により、蒸発器３を通過した供給空気を加熱している。この室内放熱器７は、例えば扁平チューブとフィンとを積層配置したコア部で熱交換が行われるように構成され、入口側から導入された冷媒はコア部内を複数回ターンしながら出口側へ導かれる。
【００２８】
アキュームレータ８は、室外放熱器２から出力された冷媒、または蒸発器３から出力された冷媒を気液分離して、気相状態の冷媒のみをコンプレッサ１へ送り出し、液相状態の冷媒を一時的に貯留している。
【００２９】
三方弁１０は、運転モードに応じてコントローラ１５により弁の開閉が制御されることで流路の切り換えがなされている。暖房モードでは室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路が連通するように切り換えられ、除湿暖房モードではすべての流路が非連通（閉栓）となるように切り換えられ、また冷房モードでは室内放熱器７から室外放熱器２への流路が連通するように切り換えられている。
【００３０】
電磁弁１１は、運転モードに応じてコントローラ１５により弁の開閉が制御されることで流路の切り換えがなされている。暖房モードおよび除湿暖房モードでは室内放熱器７から内部熱交換器４の高圧部４ａへの流路が連通するように切り換えられ、冷房モードでは室内放熱器７から室外放熱器２への流路が連通するように切り換えられている。
【００３１】
電磁弁（流路切換手段）１２は、運転モードに応じてコントローラ１５により弁の開閉が制御されることで流路の切り換えがなされている。暖房モードでは室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路が連通するように切り換えられ、除湿暖房モードおよび冷房モードでは、内部熱交換器４の低圧部４ｂからコンプレッサ１の冷媒入口側への流路が連通するように切り換えられている。
【００３２】
なお、三方弁１０、電磁弁１１および１２における流路の切り換えは、コントローラ１５から電気信号（切換信号）を与えることにより制御されている。
【００３３】
エアーミックスドア１３は、室内放熱器７の前面に設置され、コントローラ１５によりドアの開度（混合比）が制御されている。そして、ブロアファンから送られてくる供給空気を室内放熱器７で加熱するときには、その加熱度に応じてドアを下方に回動し（混合比〜１００％）、供給空気を加熱しないときはドアを上方に回動する（混合比０％）。図１では、ドアを下方に回動して混合比１００％としたときの状態を示している。
【００３４】
コントローラ（制御手段）１５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータで構成され、図示しない各種センサやタイマーなどから送られてくる各種信号やデータを定期的または必要に応じて取り込むとともに、ＲＯＭに記憶された空調制御プログラムと各種データに基づいて演算処理を実行している。そして、乗員の設定した運転モード、操作量などに応じて、三方弁１０や電磁弁１１および１２における弁の開閉制御、第１膨張弁５および第２膨張弁６の開閉や開度の制御、およびブロアファンの風量制御、エアーミックスドア１３の開度調節などを含めた装置全体の動作を制御している。
【００３５】
上記車両用空調装置１００では、冷媒である二酸化炭素ガスを循環させて冷媒と空気との間で熱交換を行う暖房モード（ヒートポンプ）、除湿暖房モード、および冷房（デアイス／クーラ）モードでの運転が可能となっている。次に、各運転モードにおける冷媒の経路について説明する。
【００３６】
［暖房モード］
図２は、暖房モードにおける冷媒の経路を示すブロック図であり、図１に対応している。なお、図中において、実線は冷媒の主流を示す経路、破線はそれ以外の経路を示している（以降の各図において同じ）。
【００３７】
この暖房モードにおいてコントローラ１５は、三方弁１０を制御して室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を連通させるとともに、電磁弁１１を制御して室内放熱器７から内部熱交換器４の高圧部４ａへの流路を連通させている。また、電磁弁１２を制御して室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を連通させている。
【００３８】
これにより、コンプレッサ１−室内放熱器７−電磁弁１１−内部熱交換器４（高圧部４ａ）−第２膨張弁６−室外放熱器２−三方弁１０−アキュームレータ８の順に冷媒が循環する第１循環経路を設定している。また、コントローラ１５は、除湿の要・不要に応じて第１膨張弁５の開度を調整している。
【００３９】
この第１循環経路が設定されると、冷媒はコンプレッサ１により圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７に導かれる。そして、ブロアファンから送られてくる供給空気と熱交換して供給空気を加熱し、温度の上がった供給空気は暖房風として車室内へ送風される。このとき、エアーミックスドア１３は設定温度に応じて回動量が制御される。この後、室内放熱器７で供給空気と熱交換した冷媒は、電磁弁１１を経て内部熱交換器４の高圧部４ａを通過し、さらに第２膨張弁６へ送られ、ここで減圧されて室外放熱器２へ送られる。そして、室外放熱器２で外気と熱交換して吸熱した後、三方弁１０を通過してコンプレッサ１の冷媒入口側に送られる。ここで、電磁弁１２の流路は室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路が連通しているため、三方弁１０を通過してコンプレッサ１の冷媒入口側に送られた冷媒は、内部熱交換器４の低圧部４ｂを通過することなしにアキュームレータ８に導かれる。
【００４０】
アキュームレータ８では、冷媒が気液分離されて気相状態の冷媒がコンプレッサ１の冷媒入口側に出力され、液相状態の冷媒は一時的にアキュームレータ８に貯留される。そして、冷媒は再びコンプレッサ１で圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７へ送り出される。
【００４１】
図２に示す暖房モードでは、コンプレッサ１で高圧高温となった冷媒を室内放熱器７で放熱して空調風を加熱し、その後、内部熱交換器４の高圧部４ａから第２膨張弁６を経て室外放熱器２で外気から吸熱し、再びコンプレッサ１へ戻して循環させるサイクルで運転している。したがって、低温にした冷媒により外気から熱を汲み上げるヒートポンプとして暖房を行うことができる。
【００４２】
また、暖房モードにおいては、電磁弁１２により室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路が連通し、室外放熱器２から内部熱交換器４の低圧部４ｂへの流路は閉じられているため、室外放熱器２で放熱した冷媒が内部熱交換器４の低圧部４ｂを通過することがない。
【００４３】
このように、本実施例によれば、室外放熱器２で放熱した冷媒やオイルが蒸発器３に流れ込むことがないため、蒸発器３の内部に冷媒やオイルの寝込みを生じることがない。したがって、オイルによりコンプレッサ１を十分に潤滑することが可能となり、冷凍サイクルを安定化させることができる（請求項１に対応する効果）。
【００４４】
また、室外放熱器２で放熱した冷媒が内部熱交換器４の低圧部４ｂに流れることがないので、内部熱交換器４の低圧部４ｂを流れる冷媒の通路抵抗の損失をなくしてコンプレッサ１の動力負担を低減することができる（請求項１に対応する効果）。
【００４５】
さらに、冷媒が内部熱交換器４の低圧部４ｂで高圧部４ａ側と熱交換することがないため、内部熱交換器４で熱交換することにより生じる過熱蒸気（ＳＨ）を小さくすることができる。この結果、コンプレッサ１に入る冷媒の比容積が小さくなって冷媒流量（質量流量）が増加し、暖房性能を向上させることができる（請求項１に対応する効果）。
【００４６】
また、コントローラ１５から電気信号を与えることにより電磁弁１２における弁の開閉を制御することができるので、室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を確実に連通させて、室外熱交換器２の熱交換で吸熱した冷媒を内部熱交換器４の低圧部４ｂを通過させずにコンプレッサ１に戻すことができる（請求項２に対応する効果）。
【００４７】
［除湿暖房モード］
図３は、除湿暖房モードにおける冷媒の流れを示すブロック図である。
【００４８】
この除湿暖房モードにおいてコントローラ１５は、三方弁１０および第２膨張弁６を閉栓するとともに、電磁弁１１制御して室内放熱器７から内部熱交換器４の高圧部４ａへの流路を連通させている。また、電磁弁１２を制御して内部熱交換器４の低圧部４ｂからコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を連通させている。
【００４９】
そしてコントローラ１５は、第１膨張弁５の開度を制御して冷媒を蒸発器３へ流すことにより、コンプレッサ１−室内放熱器７−電磁弁１１−内部熱交換器４（高圧部４ａ）−第１膨張弁５−蒸発器３−内部熱交換器４（低圧部４ｂ）−電磁弁１２−アキュームレータ８の順に冷媒が循環する第２循環経路を設定している。
【００５０】
この第２循環経路が設定されると、室内放熱器７で供給空気と熱交換した冷媒は、電磁弁１１を通過した後に内部熱交換器４の高圧部４ａへ送られ、ここで低圧部４ｂを流れる冷媒と熱交換して、さらに第１膨張弁５で減圧されて低温低圧となり、蒸発器３に送られる。そして、低圧低温の冷媒はブロアファンから送られてくる供給空気と熱交換することにより供給空気を冷却して除湿し、除湿された供給空気は室内放熱器７で加熱されて車室内へ送風される。この後、蒸発器３で熱交換した冷媒は内部熱交換器４の低圧部４ｂへ送られ、ここで高圧部４ａを流れる冷媒と熱交換してアキュームレータ８へ導かれる。
【００５１】
アキュームレータ８で冷媒は気液分離されて気相状態の冷媒がコンプレッサ１に出力され、液相状態の冷媒は一時的にアキュームレータ８に貯留される。そして、冷媒は再びコンプレッサ１で圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７へ送り出される。
【００５２】
図３に示す除湿暖房モードでは、室内放熱器７で加熱する前の供給空気を蒸発器３で冷却して除湿することができるので、暖房中に車室内で発生した窓曇りを除去することができる。
【００５３】
［冷房モード］
図４は、冷房モードにおける冷媒の流れを示すブロック図である。
【００５４】
この冷房モードにおいてコントローラ１５は、三方弁１０を制御して室内放熱器７から室外放熱器２への流路を連通させるとともに、電磁弁１２を制御して内部熱交換器４の低圧部４ｂからコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を連通させている。そして、電磁弁１１および第２膨張弁６を閉栓して、室内放熱器７からの冷媒を室外放熱器２側へ流すことにより、コンプレッサ１−室内放熱器７−三方弁１０−室外放熱器２−逆止弁９−内部熱交換器４（高圧部４ａ）−第１膨張弁５−蒸発器３−内部熱交換器４（低圧部４ｂ）−電磁弁１２−アキュームレータ８の順に冷媒が循環する第３循環経路を設定している。
【００５５】
この第３循環経路が設定されると、冷媒はコンプレッサ１により圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７に導かれる。ただし、このときエアーミックスドア１３は上方に回動しているため、供給空気との間で熱交換は行われない。
【００５６】
そして、室内放熱器７を通過した冷媒は、三方弁１０を通過して室外放熱器２へ送られ、ここで外気と熱交換して放熱して温度を下げる。そして、温度の下がった冷媒は逆止弁９を通過して内部熱交換器４の高圧部４ａへ送られ、ここでも熱交換して温度を下げ、さらに第１膨張弁５で減圧されて低圧低温となり、蒸発器３へ送られる。そして、低圧低温の冷媒はブロアファンから送られてくる供給空気と熱交換して供給空気を冷却し、温度の下がった供給空気は冷房風として車室内へ送風される。
【００５７】
さらに、蒸発器３で熱交換した冷媒は内部熱交換器４の低圧部４ｂに送られ、ここで高圧部４ａを流れる冷媒と熱交換してアキュームレータ８に導かれる。アキュームレータ８で冷媒は気液分離されて気相状態の冷媒が出力され、液相状態の冷媒は一時的にアキュームレータ８に貯留される。そして、冷媒は再びコンプレッサ１で圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７へ送り出される。
【００５８】
図４に示す冷房モードでは、コンプレッサ１において高圧高温となった冷媒は室外放熱器２で外気と熱交換して温度が下がり、さらに内部熱交換器４において蒸発器３から吐出した低圧冷媒との間で熱交換し、その後、蒸発器３で供給空気から吸熱して、再び内部熱交換器４で熱交換してコンプレッサ１へ戻される。
【００５９】
この冷房モードでは、室外放熱器２で温度を下げた冷媒を、さらに内部熱交換器４で低圧部４ｂの冷媒と熱交換するようにしているため、成績効率を向上させることができる。また、暖房時に室外放熱器２が霜付きや凍結している場合に、冷房モードにすることによってコンプレッサ１で高圧高温となった冷媒を室外放熱器２へ導入することにより、室外放熱器２の凍結を解除することができる。したがって、室外放熱器２の表面が凍結（または霜付き）して、外気からの熱の汲み上げが困難になった場合でも、この冷房モードに切り換えることにより凍結を解除することができる。
【実施例２】
【００６０】
この実施例２は、図５に示すように、実施例１の電磁弁１２の代わりに、三方弁１６により流路を切り換えるようにしたものである。図５は、実施例１の図２と同じく暖房モードでの冷媒の経路を示している。それ以外の構成は同一であるため詳細な説明を省略する。ただし、実施例１と同等部分を同一符号で示している。
【００６１】
この三方弁１６は、運転モードに応じてコントローラ１５により弁の開閉が制御されることで流路の切り換えがなされている。暖房モードでは室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路が連通するように切り換えられ、除湿暖房モードおよび冷房モードでは、内部熱交換器４の低圧部４ｂからコンプレッサ１の冷媒入口側への流路が連通するように切り換えられている。
【００６２】
このように、流路切換手段として三方弁１６を用いた場合でも、実施例１の電磁弁１２と同等の機能を果たすことができるため、各運転モードにおいて同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６３】
図６は、実施例３に係わる車両用空調装置の構成を示すブロック図である。
【００６４】
本実施例に係わる車両用空調装置２００では、室外放熱器２から内部熱交換器４の高圧部４ａに至る経路２０１と、電磁弁１１から第２膨張弁６に至る経路２０２との交点を、四方向に開口した分岐部１７により連結している。その他の構成は実施例１と同じであるため詳細な説明を省略する。ただし、実施例１と同等部分を同一符号で示している。
【００６５】
上記車両用空調装置２００においても、冷媒である二酸化炭素ガスを循環させて冷媒と空気との間で熱交換を行う暖房モード（ヒートポンプ）、除湿暖房モード、および冷房（デアイス／クーラ）モードでの運転が可能となっている。次に、各運転モードにおける冷媒の経路について説明する。
【００６６】
［暖房モード］
図７は、暖房モードにおける冷媒の経路を示すブロック図であり、図６に対応している。
【００６７】
この暖房モードにおいてコントローラ１５は、三方弁１０を制御して室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を連通させるとともに、電磁弁１１を制御して室内放熱器７から室外放熱器２への流路を連通させている。また、電磁弁１２を制御して室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を連通させている。
【００６８】
これにより、コンプレッサ１−室内放熱器７−電磁弁１１−第２膨張弁６−室外放熱器２−三方弁１０−アキュームレータ８の順に冷媒が循環する第１循環経路を設定している。また、コントローラ１５は、除湿の要・不要に応じて第１膨張弁５の開度を調整している。
【００６９】
この第１循環経路が設定されると、冷媒はコンプレッサ１により圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７に導かれる。そして、ブロアファンから送られてくる供給空気と熱交換して供給空気を加熱し、温度の上がった供給空気は暖房風として車室内へ送風される。このとき、エアーミックスドア１３は設定温度に応じて回動量が制御される。この後、室内放熱器７で供給空気と熱交換した冷媒は、電磁弁１１を通過し分岐部１７を経由して第２膨張弁６へ送られ、ここで減圧されて室外放熱器２へ送られる。そして、室外放熱器２で外気と熱交換して吸熱した後、三方弁１０を経てアキュームレータ８に導かれる。
【００７０】
アキュームレータ８では、冷媒が気液分離されて気相状態の冷媒がコンプレッサ１の冷媒入口側に出力され、液相状態の冷媒は一時的にアキュームレータ８に貯留される。そして、冷媒は再びコンプレッサ１で圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７へ送り出される。
【００７１】
図７に示す暖房モードでは、コンプレッサ１で高圧高温となった冷媒を室内放熱器７で放熱して空調風を加熱し、その後、電磁弁１１から第２膨張弁６を経て室外放熱器２で外気から吸熱し、再びコンプレッサ１へ戻して循環させるサイクルで運転している。したがって、低温にした冷媒により外気から熱を汲み上げるヒートポンプとして暖房を行うことができる。
【００７２】
また、暖房モードにおいて、電磁弁１２の流路は室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路が連通し、室外放熱器２から内部熱交換器４の低圧部４ｂへの流路は閉じられているため、室内放熱器７で放熱した冷媒は内部熱交換器４の低圧部４ｂを通過することがない。このように、本実施例によれば、室内放熱器７で放熱した冷媒やオイルが蒸発器３に流れ込むことがなく、蒸発器３の内部に冷媒やオイルの寝込みを生じることがないため、オイルによりコンプレッサ１を十分に潤滑することが可能となり、冷凍サイクルを安定化させることができる（請求項１に対応する効果）。
【００７３】
また、冷媒が内部熱交換器４の低圧部４ｂで高圧部４ａ側と熱交換することがないため、内部熱交換器４で熱交換することにより生じる過熱蒸気（ＳＨ）を小さくすることができる。この結果、コンプレッサ１に入る冷媒の比容積が小さくなって冷媒流量（質量流量）が増加し、暖房性能を向上させることができる（請求項１に対応する効果）。
【００７４】
また、コントローラ１５から電気信号を与えることにより電磁弁１２における弁の開閉を制御することができるので、室外放熱器２からコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を確実に連通させて、室外熱交換器２の熱交換で吸熱した冷媒を内部熱交換器４の低圧部４ｂを通過させずにコンプレッサ１に戻すことができる（請求項２に対応する効果）。
【００７５】
また、室外放熱器２で吸熱した冷媒が内部熱交換器４の低圧部４ｂに流れることがなく、また室内放熱器７で放熱した冷媒は分岐部１７から内部熱交換器４の高圧部４ａにはわずかしか流れないので、内部熱交換器４を流れる冷媒の通路抵抗の損失をなくしてコンプレッサ１の動力負担を低減することができる（請求項１に対応する効果）。また、コンプレッサの動力が同じであれば、より冷媒流量を増やすことができるため、特許文献１のヒートポンプサイクルと比べて暖房性能を向上させることができる（請求項３に対応する効果）。
【００７６】
さらに、室外放熱器２から内部熱交換器４の高圧部４ａに至る経路と、電磁弁１１から第２膨張弁６に至る経路との交点を四方向に開口する分岐部１７で連結した構造であるため、四方向への切替弁などを設置した場合に比べて部品コストを下げることができ、また配管のレイアウトも容易になる（請求項１に対応する効果）。
【００７７】
［除湿暖房モード］
図８は、除湿暖房モードにおける冷媒の流れを示すブロック図である。
【００７８】
この除湿暖房モードにおいてコントローラ１５は、三方弁１０および第２膨張弁６を閉栓するとともに、電磁弁１１を制御して室内放熱器７から内部熱交換器４の高圧部４ａへの流路を連通させている。また、電磁弁１２を制御して内部熱交換器４の低圧部４ｂからコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を連通させている。
【００７９】
そしてコントローラ１５は、第１膨張弁５の開度を制御して冷媒を蒸発器３へ流すことにより、コンプレッサ１−室内放熱器７−電磁弁１１−内部熱交換器４（高圧部４ａ）−第１膨張弁５−蒸発器３−内部熱交換器４（低圧部４ｂ）−電磁弁１２−アキュームレータ８の順に冷媒が循環する第２循環経路を設定している。
【００８０】
この第２循環経路が設定されると、室内放熱器７で供給空気と熱交換した冷媒は、電磁弁１１を通過した後の分岐部１７から内部熱交換器４側へ流れ、内部熱交換器４の高圧部４ａへ送られ、ここで低圧部４ｂを流れる冷媒と熱交換して、さらに第１膨張弁５で減圧されて低温低圧となり、蒸発器３に送られる。そして、低圧低温の冷媒はブロアファンから送られてくる供給空気と熱交換することにより供給空気を冷却して除湿し、除湿された供給空気は室内放熱器７で加熱されて車室内へ送風される。この後、蒸発器３で熱交換した冷媒は内部熱交換器４の低圧部４ｂへ送られ、ここで高圧部４ａを流れる冷媒と熱交換してアキュームレータ８へ導かれる。
【００８１】
アキュームレータ８で冷媒は気液分離されて気相状態の冷媒がコンプレッサ１に出力され、液相状態の冷媒は一時的にアキュームレータ８に貯留される。そして、冷媒は再びコンプレッサ１で圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７へ送り出される。
【００８２】
図８に示す除湿暖房モードでは、第１循環経路と第２循環経路を設けるようにしたので、室内放熱器７で加熱する前の供給空気を蒸発器３で冷却して除湿することができる（請求項３に対応する効果）。したがって、暖房中に車室内で発生した窓曇りを除去することができる。
【００８３】
［冷房モード］
図９は、冷房モードにおける冷媒の流れを示すブロック図である。
【００８４】
この冷房モードにおいてコントローラ１５は、三方弁１０を制御して室内放熱器７から室外放熱器２への流路を連通させるとともに、電磁弁１２を制御して内部熱交換器４の低圧部４ｂからコンプレッサ１の冷媒入口側への流路を連通させている。そして、電磁弁１１および第２膨張弁６を閉栓して、室内放熱器７からの冷媒を室外放熱器２側へ流すことにより、コンプレッサ１−室内放熱器７−三方弁１０−室外放熱器２−逆止弁９−内部熱交換器４（高圧部４ａ）−第１膨張弁５−蒸発器３−内部熱交換器４（低圧部４ｂ）−電磁弁１２−アキュームレータ８の順に冷媒が循環する第３循環経路を設定している。
【００８５】
この第３循環経路が設定されると、冷媒はコンプレッサ１により圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７に導かれる。ただし、このときエアーミックスドア１３は上方に回動しているため、供給空気との間で熱交換は行われない。
【００８６】
そして、室内放熱器７を通過した冷媒は、三方弁１０を通過して室外放熱器２へ送られ、ここで外気と熱交換して放熱して温度を下げる。そして、温度の下がった冷媒は逆止弁９を通過して内部熱交換器４の高圧部４ａへ送られ、ここでも熱交換して温度を下げ、さらに第１膨張弁５で減圧されて低圧低温となり、蒸発器３へ送られる。そして、低圧低温の冷媒はブロアファンから送られてくる供給空気と熱交換して供給空気を冷却し、温度の下がった供給空気は冷房風として車室内へ送風される。
【００８７】
さらに、蒸発器３で熱交換した冷媒は内部熱交換器４の低圧部４ｂに送られ、ここで高圧部４ａを流れる冷媒と熱交換してアキュームレータ８に送られる。アキュームレータ８で冷媒は気液分離されて気相状態の冷媒が出力され、液相状態の冷媒は一時的にアキュームレータ８に貯留される。そして、冷媒は再びコンプレッサ１で圧縮、昇温されて高圧高温となり、室内放熱器７へ送り出される。
【００８８】
図９に示す冷房モードでは、コンプレッサ１において高圧高温となった冷媒は室外放熱器２で外気と熱交換して温度が下がり、さらに内部熱交換器４において蒸発器３から吐出した低圧冷媒との間で熱交換し、その後、蒸発器３で供給空気から吸熱して、再び内部熱交換器４で熱交換してコンプレッサ１へ戻される。
【００８９】
この冷房モードでは、室外放熱器２で温度を下げた冷媒を内部熱交換器４の高圧部４ａに導き、ここで低圧部４ｂの冷媒と熱交換するようにしているため、成績効率を向上させることができる。また、暖房時に室外放熱器２が霜付きや凍結している場合に、冷房モードにすることによってコンプレッサ１で高圧高温となった冷媒を室外放熱器２へ導入することにより、室外放熱器２の凍結を解除することができる。したがって、室外放熱器２の表面が凍結（または霜付き）して、外気からの熱の汲み上げが困難になった場合でも、この冷房モードに切り替えることにより凍結を解除することができる。
【００９０】
上記実施例３においても、実施例２と同様に、電磁弁１２の代わりに三方弁を用いて流路を切り換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】実施例１に係わる車両用空調装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施例１の暖房モードにおける冷媒の経路を示すブロック図。
【図３】実施例１の除湿暖房モードにおける冷媒の流れを示すブロック図。
【図４】実施例１の冷房モードにおける冷媒の流れを示すブロック図。
【図５】実施例２に係わる車両用空調装置の構成を示すブロック図。
【図６】実施例３に係わる車両用空調装置の構成を示すブロック図。
【図７】実施例３の暖房モードにおける冷媒の経路を示すブロック図。
【図８】実施例３の除湿暖房モードにおける冷媒の流れを示すブロック図。
【図９】実施例３の冷房モードにおける冷媒の流れを示すブロック図。
【符号の説明】
【００９２】
１…コンプレッサ
２…室外放熱器
３…蒸発器
４…内部熱交換器
４ａ…高圧部
４ｂ…低圧部
５…第１膨張弁
６…第２膨張弁
７…室内放熱器
８…アキュームレータ
９…逆止弁
１０…三方弁
１１，１２…電磁弁
１３…エアーミックスドア
１４…空調ダクト
１５…コントローラ
１６…三方弁
１７…分岐部
１００，２００…車両用空調装置
【図１】
0004630772.tif 000002
【図２】
0004630772.tif 000003
【図３】
0004630772.tif 000004
【図４】
0004630772.tif 000005
【図５】
0004630772.tif 000006
【図６】
0004630772.tif 000007
【図７】
0004630772.tif 000008
【図８】
0004630772.tif 000009
【図９】
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