(57)【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（１３）と、
冷媒を減圧する減圧部（１７，１８）と、
冷媒と外気とを熱交換させる室外器（１６）と、
冷媒を蒸発させる蒸発器（１５）と、
冷媒を凝縮させる凝縮器（１４）と、
高圧の冷媒が流れる高圧流路（２０ａ）と低圧の冷媒が流れる低圧流路（２０ｂ）とを有し、前記高圧流路と前記低圧流路とを流れる冷媒間で熱交換させる内部熱交換器（２０）と、
冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するアキュムレータ（１９）と、
冷媒が流れる経路を変更する流路変更部（２１〜２３，２５）と、を含み、
前記流路変更部は、
前記圧縮機、前記室外器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記蒸発器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環する冷房経路と、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記室外器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環する暖房経路と、を変更し、
前記アキュムレータは、分離したガス冷媒を流出させるガス冷媒流路（１９ａ）と、分離した液冷媒を流出させる液冷媒流路（１９ｂ）と、を備え、
前記ガス冷媒流路および前記液冷媒流路のうち少なくとも前記液冷媒流路は、前記内部熱交換器の前記低圧流路に接続されており、
前記冷房経路は、前記圧縮機、前記室外器、前記凝縮器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記蒸発器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環することを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記アキュムレータから前記内部熱交換器への液冷媒の流量を調整する流量調整部（２４，１２４，２４３）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記液冷媒流路は、前記内部熱交換器の前記低圧流路に接続され、
前記ガス冷媒流路は、前記内部熱交換器の前記低圧流路の下流側に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１３）と、
冷媒を減圧する減圧部（１７，１８）と、
冷媒と外気とを熱交換させる室外器（１６）と、
冷媒を蒸発させる蒸発器（１５）と、
冷媒を凝縮させる凝縮器（１４）と、
高圧の冷媒が流れる高圧流路（２０ａ）と低圧の冷媒が流れる低圧流路（２０ｂ）とを有し、前記高圧流路と前記低圧流路とを流れる冷媒間で熱交換させる内部熱交換器（２０）と、
冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するアキュムレータ（１９）と、
冷媒が流れる経路を変更する流路変更部（２１〜２３，２５）と、を含み、
前記流路変更部は、
前記圧縮機、前記室外器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記蒸発器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環する冷房経路と、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記室外器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環する暖房経路と、を変更し、
前記アキュムレータは、分離したガス冷媒を流出させるガス冷媒流路（１９ａ）と、分離した液冷媒を流出させる液冷媒流路（１９ｂ）と、を備え、
前記ガス冷媒流路および前記液冷媒流路のうち少なくとも前記液冷媒流路は、前記内部熱交換器の前記低圧流路に接続されており、
前記流路変更部は、
前記圧縮機、前記室外器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記蒸発器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環する冷房経路と、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記室外器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環する第１暖房経路と、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記蒸発器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環する第２暖房経路と、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記室外器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環しつつ、前記凝縮器の下流で分岐して前記高圧流路ではなく前記蒸発器を経て前記アキュムレータに流れる経路を含む第１除湿暖房経路と、
前記圧縮機、前記室外器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記減圧部、前記蒸発器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環しつつ、前記圧縮機の下流で分岐して前記室外器ではなく前記凝縮器を経て前記蒸発器に流れる経路を含む第２除湿暖房経路と、
前記圧縮機、前記室外器、前記内部熱交換器の前記高圧流路、前記凝縮器、前記アキュムレータ、前記内部熱交換器の前記低圧流路、前記圧縮機の順で冷媒が循環する除霜経路と、を変更することを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項５】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１３）と、
冷媒を減圧する減圧部（１７，１８）と、
冷媒と外気とを熱交換させる室外器（１６）と、
冷媒を蒸発させる蒸発器（１５）と、
冷媒を凝縮させる凝縮器（１４）と、
冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するアキュムレータ（１９）と、
冷媒が流れる経路を変更する流路変更部（２１〜２３，２５）と、を含み、
前記流路変更部は、
前記圧縮機、前記室外器、前記減圧部、前記蒸発器、前記アキュムレータ、前記圧縮機で冷媒が循環する冷房経路と、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記減圧部、前記室外器、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順で冷媒が循環する暖房経路と、
前記圧縮機、前記室外器、前記凝縮器、前記アキュムレータ、前記圧縮機の順で冷媒が循環する除霜経路と、を変更することを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記圧縮機の吐出量、前記流路変更部による経路を制御する制御部（２６）をさらに含み、
前記制御部は、前記除霜経路による冷媒の循環および循環停止を、前記圧縮機の吸入側の冷媒圧力および外気温を用いて判断することを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記室外器は、冷媒が通過する上方口（７１）と、前記上方口よりも下方に位置し冷媒が通過する下方口（７２）とを備え、
前記冷房経路のときは、前記上方口から冷媒が流入し、
前記暖房経路のときは、前記下方口から冷媒が流入することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のヒートポンプシステム。
【請求項８】
前記室外器は、上部のタンク（７３）と、下部のタンク（７４）と、コア部（７５）と、を含むダウンフロータイプであり、
前記上部のタンクに設けられ、冷媒が通過する上方口（７１）と、
前記下部のタンクに設けられ、冷媒が通過する下方口（７２）とを備え、
前記冷房経路のときは、前記上方口から冷媒が流入し、前記下方口から冷媒が流出し、  前記暖房経路のときは、前記下方口から冷媒が流入し、前記上方口から冷媒が流出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のヒートポンプシステム。
【請求項９】
前記流量調整部を制御する制御部（２６）をさらに含み、
前記制御部は、前記暖房経路のとき、前記圧縮機に吸入する前の冷媒物性から過熱度を推定し、前記過熱度が所定の目標値に近づくよう前記流量調整部を制御することを特徴とする請求項２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、冷媒を循環させて、空気を加熱および冷却するヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプシステムは、たとえばカーエアコンに用いられ、冷凍サイクルを含んで構成される。冷凍サイクルに用いられる熱交換器は、凝縮器および蒸発器などとして機能し、内部を流れる冷媒と外部を流れる空気とを熱交換するように構成される。
【０００３】
またヒートポンプシステムは、車室外に設けられる室外熱交換器を備えている。室外熱交換器は、室外器とも称され、暖房時は蒸発器として機能し、冷房時は凝縮器として機能する。蒸発器として機能する場合、乾き度が小さい冷媒が室外器に流入する。そして冷媒が室外器内を流れるにつれて、空気から吸熱して徐々に蒸発が進み、気体の冷媒が占める割合が増えて、乾き度が大きい冷媒が流出する（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１に記載の冷凍サイクルは、圧縮機前にアキュムレータが設けられている。アキュムレータ内では二相冷媒は気液分離され、基本的にはガス冷媒のみ流出する。ただし、実用上、液冷媒に溶け込んだ圧縮機の潤滑油も戻す必要があるため、出口配管の途中には潤滑油の戻し穴が設けられている。そのため、圧縮機吸入前に冷媒過熱度が取れず、蒸発器のエンタルピ差が小さくなり、特に冷房時において、サイクル効率が悪化してしまうという問題がある。
【０００６】
また、冬場の暖房時には室外器が蒸発器として機能するが、その際、室外器には二相の冷媒を多数のチューブに分配しなければならない。多数のチューブに二相の冷媒を均等に分配することは非常に困難であり、特定のチューブに液冷媒の流れが集中してしまうので、室外器の有効利用面積が低下するといった問題がある。また暖房時に外気が高湿度条件下では、室外器の表面が着霜し、暖房性能が低下するという問題もある。
【０００７】
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、冷房性能および暖房性能を向上することができる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】
【０００８】
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。
【０００９】
開示された技術の一つは、冷媒が流れる経路を変更する流路変更部（２１〜２３，２５）を含み、流路変更部は、圧縮機（１３）、室外器（１６）、凝縮器（１４）、内部熱交換器（２０）の高圧流路（２０ａ）、減圧部（１７，１８）、蒸発器（１５）、アキュムレータ（１９）、内部熱交換器の低圧流路、圧縮機の順で冷媒が循環する冷房経路と、圧縮機、凝縮器、内部熱交換器の高圧流路、減圧部、室外器、アキュムレータ、内部熱交換器の低圧流路、圧縮機の順で冷媒が循環する暖房経路と、を変更することを特徴とするヒートポンプシステムである。また、アキュムレータ（１９）は、分離したガス冷媒を流出させるガス冷媒流路（１９ａ）と、分離した液冷媒を流出させる液冷媒流路（１９ｂ）と、を備え、ガス冷媒流路および液冷媒流路のうち少なくとも液冷媒流路は、内部熱交換器（２０）の低圧流路（２０ｂ）に接続されていることを特徴とするヒートポンプシステムである。
【００１０】
このような本発明に従えば、冷房時には冷房経路で冷媒が循環するように制御され、暖房時には暖房経路で冷媒が循環するように制御される。冷房経路および暖房経路では、内部熱交換器を冷媒が通過する。内部熱交換器によって、凝縮器として機能する熱交換器の下流側を流れる高圧冷媒と、蒸発器として機能する熱交換器の下流側の低圧冷媒とが熱交換される。これによって蒸発器として作動する熱交換器に流入する冷媒の冷媒乾き度を下げるとともに、熱交換器を流出する冷媒の冷媒乾き度も下げることができる。したがって蒸発器として機能する熱交換器内の冷媒乾き度の作動域を低くすることができる。これによって、熱交換器へ流入する液冷媒の体積比率が増加し、熱交換器内の液冷媒分配を改善することができる。
【００１１】
また本発明では、蒸発器として機能する熱交換器の下流側に内部熱交換器を設けているので、蒸発器流出部の冷媒乾き度を低くすることができる。これによって、熱交換器を構成する各チューブ流出部において、冷媒乾き度がばらついても過熱度領域が生成されることを大幅に低減することができる。
【００１２】
さらに本発明では、内部熱交換器を用いて、特に室外器が蒸発器として作動する際の冷媒乾き度を低冷媒乾き度域へ変化させることで、蒸発時の冷媒圧損の低減と熱交換面積の有効活用という通常相反する課題を両立させることが可能となる。また、低乾き度域での作動により、室外器内を流れる冷媒の平均密度を大きくできるため、冷媒の流速を低減でき、冷媒圧損低減にも効果を発揮する。さらに、室外器から内部熱交換器への冷媒配管における冷媒圧損も従来よりも低乾き度で流れるため低減することができる。このため、内部熱交換器が構成されていても冷媒圧損の低減が可能となる。
【００１３】
前述の効果は蒸発器として機能させる室外器だけでなく、冷房時の蒸発器においても同じことが言える。内部熱交換器によって蒸発器の作動乾き度を低乾き度域にすることで、蒸発器の冷媒パスを例えば全パスに減らしても均一な吹き出し温度の確保と、低圧損化の両立が可能となり、アキュムレータサイクルによる冷房時の効率悪化を抑制できる。
【００１５】
このような本発明に従えば、暖房経路では、凝縮器流出後の液冷媒と、アキュムレータ流出後の液冷媒とを、内部熱交換器で熱交換することによって、凝縮器で凝縮された冷媒のエンタルピを下げることができる。これにより、室外器入口の冷媒乾き度を低くすることができる。室外器入口冷媒乾き度を低くできると、流入する液冷媒の体積が増加し、室外器内の冷媒分配性を改善することが可能となる。したがって室外器における熱交換性能を向上することができる。
【００１６】
また冷房経路では、内部熱交換器で熱交換することによって、室外器で冷却された冷媒を、アキュムレータからの液冷媒によってさらに冷却することができる。その後、内部熱交換器の高圧流路を通過した冷媒は、減圧部、蒸発器に流れる。内部熱交換器で冷媒はさらに冷却されているので、蒸発器内を流れる冷媒の平均乾き度を低減することができる。これによって蒸発器内の冷媒圧損を低減することができ、さらに、蒸発器内に過熱度領域の発生の抑制になるので、蒸発器の性能が向上し、システム効率を改善することができる。
【００１７】
また、本発明の圧縮機、室外器、内部熱交換器の高圧流路、減圧部、蒸発器、内部熱交換器の低圧流路、アキュムレータ、圧縮機の順で接続される構成においても、蒸発器として作動する熱交換器の作動乾き度を出入口側ともに低乾き度側で作動させることができるため前述の構成と同様の効果が発揮できる。
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図２】冷媒Ｒ１３４ａの冷媒平均密度を示したグラフである。
【図３】冷媒Ｒ１３４ａの液冷媒の体積比を示したグラフである。
【図４】冷房時の冷媒流れを示した図である。
【図５】冷房時のサイクル作動点の一例をモリエル線図上に示したグラフである。
【図６】暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図７】暖房時のサイクル作動点の一例をモリエル線図上に示したグラフである。
【図８】内部熱交換をしない場合のサイクル作動点の一例をモリエル線図上に示したグラフである。
【図９】除湿暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図１０】除湿暖房時の他の冷媒流れを示した図である。
【図１１】除湿暖房時のさらに他の冷媒流れを示した図である。
【図１２】冷房時の他の冷媒流れを示した図である。
【図１３】第２実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図１４】第３実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図１５】暖房時のサイクル作動点の一例をモリエル線図上に示したグラフである。
【図１６】第３実施形態の他の例のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図１７】第４実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図１８】除霜時の冷媒流れを示した図である。
【図１９】圧縮機１３の吸入側冷媒圧力の時間変化の一例を示すグラフである。
【図２０】冷媒圧力の時間変化の一例を示すグラフである。
【図２１】冷房時の他の冷媒流れを示した図である。
【図２２】第５実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図２３】第６実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図２４】冷房時の冷媒流れを示した図である。
【図２５】除湿暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図２６】第７実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図２７】暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図２８】除霜時の冷媒流れを示した図である。
【図２９】除湿暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図３０】高温除湿時の冷媒流れを示した図である。
【図３１】外気低温の暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図３２】第８実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【図３３】暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図３４】外気低温の暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図３５】除湿暖房時の冷媒流れを示した図である。
【図３６】高温除湿時の冷媒流れを示した図である。
【図３７】除霜時の冷媒流れを示した図である。
【図３８】第９実施形態の室外器１６を示す斜視図である。
【図３９】他の構成の室外器１６を示す斜視図である。
【図４０】第１０実施形態の室外器１６を示す斜視図である。
【図４１】他の構成の室外器１６を示す斜視図である。
【図４２】さらに他の構成の室外器１６を示す斜視図である。
【図４３】さらに他の実施形態のヒートポンプシステム１０を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施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すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部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実施形態と同様とする。各実施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、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図１２を用いて説明する。本実施形態のヒートポンプシステム１０は、ヒートポンプサイクル１１および空調ユニット１２を備え、図１に示す構成部品を用いて空調運転を行うものである。ヒートポンプシステム１０は、車両、例えばハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等に使用することができる。ヒートポンプシステム１０は、少なくとも暖房運転および冷房運転を行うように構成されている。図１に示すヒートポンプサイクル１１は、ヒートポンプサイクル１１の一例であり、その冷媒流れは、暖房運転時には後述する暖房運転サイクルとなり、冷房運転時には後述する冷房運転サイクルとなり、除湿運転時には後述する除湿運転サイクルとなる。
【００２２】
先ず、ヒートポンプサイクル１１に関して説明する。ヒートポンプサイクル１１は、内部を冷媒が流れる冷媒管によってサイクルが構成される。ヒートポンプサイクル１１は、冷媒、たとえばＲ１３４ａやＲ１２３４ｙｆ等の冷媒の状態変化を利用することにより、冷房用の蒸発器と暖房用の凝縮器によって車室内空間に対して冷房および暖房を行うことができる。
【００２３】
図１に示すように、ヒートポンプサイクル１１は、圧縮機１３、凝縮器１４、蒸発器１５、室外器１６、暖房用減圧部１７、冷房用減圧部１８、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０、暖房用高圧側開閉部２１、冷房用開閉部２２、暖房用低圧側開閉部２３、および流量調整部２４を備えている。ヒートポンプサイクル１１は、これらを配管により接続することによりサイクルが形成されている。
【００２４】
先ず、配管の構成に関して説明する。圧縮機１３の吐出側には、第１分岐部３１が設けられている。第１分岐部３１は、冷房用開閉部２２に接続される第１流路４１と、凝縮器１４側に接続される第２流路４２とに分岐している。冷房用開閉部２２の下流側には、第２分岐部３２が設けられている。第２分岐部３２は、室外器１６に接続される第３流路４３と、アキュムレータ１９に接続される第４流路４４とに分岐している。また第４流路４４の途中には、暖房用高圧側開閉部２１が設けられている。凝縮器１４の下流側には、暖房用低圧側開閉部２３および第３分岐部３３が、この順に設けられている。第３分岐部３３は、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａに接続される第５流路４５と、第６分岐部３６に接続される第６流路４６とに分岐している。
【００２５】
室外器１６は、蒸発器１５の上流側と第７流路４７によって接続されている。第７流路４７の室外器１６側には、前述の第６分岐部３６が設けられている。第７流路４７の第６分岐部３６よりも蒸発器１５側には、第７分岐部３７が設けられている。第７流路４７において、第６分岐部３６と第７分岐部３７との間には、暖房用減圧部１７が設けられている。
【００２６】
また第７流路４７において、第７分岐部３７と蒸発器１５との間には、冷房用減圧部１８が設けられている。また第６流路４６には、逆止弁２５が設けられている。逆止弁２５は、第６分岐部３６から第３分岐部３３に向かう冷媒の流れを許容し、第３分岐部３３から第６分岐部３６への流れを禁止する。内部熱交換器２０の高圧流路２０ａの下流側は、第７分岐部３７に接続されている。
【００２７】
蒸発器１５の下流側には、第８分岐部３８が設けられている。第８分岐部３８は、第４流路４４の暖房用高圧側開閉部２１とアキュムレータ１９との間に設けられている。アキュムレータ１９の下流側は、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂに接続されている。内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂの下流側は、圧縮機１３の吸入側に接続されている。
【００２８】
次に、ヒートポンプサイクル１１の各部の動作に関して説明する。圧縮機１３は、蓄電池である車載バッテリ（図示せず）からの給電によって駆動し、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する電動の圧縮機１３であり、回転数制御が可能なように構成されている。圧縮機１３は、インバータにより周波数が調整された交流電圧が印加されてそのモータの回転速度が制御され、吐出量が制御される。インバータは、車載バッテリから直流電源の供給を受け、制御装置２６によって制御される。
【００２９】
凝縮器１４は、冷媒が流れる高温流路１４ａと、水または自動車用冷却水が流れる水流路１４ｂとを備える。凝縮器１４は、暖房時に、圧縮機１３から吐出された高温高圧の冷媒が流入する。そして凝縮器１４は、高温高圧の冷媒と水とを熱交換して、水を加熱する。水流路１４ｂは、水サイクル５０の一部を構成する。水サイクル５０には、液送部５１、加熱部５２および放熱器５３が接続されている。水サイクル５０は、液送部５１によって水が循環する。加熱部５２は、循環する水を加熱する。加熱部５２は、たとえば電気によって発熱し、凝縮器１４による加熱を補助する。放熱器５３は、車室内に通じる空気通路６１に設けられる。放熱器５３は、循環する水と通過する空気とを熱交換して、空気を加熱する。
【００３０】
暖房用減圧部１７は、暖房時に凝縮器１４で冷却された冷媒を減圧する膨張弁である。暖房用減圧部１７は、絞り開度が制御可能であり、閉状態にすることができる。暖房用減圧部１７は、具体的には、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエ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。
【００３１】
冷房用減圧部１８は、冷房時に蒸発器１５に流入させる冷媒を減圧する膨張弁である。冷房用減圧部１８は、絞り開度が制御可能であり、閉状態にすることができる。冷房用減圧部１８は、前述の暖房用減圧部１７と同様の電気式の可変絞り機構である。
【００３２】
室外器１６は、車両の車室外に配置されており、室外器用送風機（図示せず）により強制的に送風される外気、または走行時の走行風と冷媒とを熱交換する熱交換器である。室外器１６は、暖房時には暖房用減圧部１７で減圧された冷媒が流入して外気から吸熱する。また室外器１６は、冷房時には圧縮機１３によって圧縮された高圧の冷媒が流入して外気へ放熱する。室外器１６は、多数のチューブが間隔をあけて設けられている。室外器１６に流入した冷媒は、多数のチューブに分岐して流れ、チューブの外部を流れる外気と熱交換する。
【００３３】
蒸発器１５は、車室内に通じる空気通路６１に設けられる。蒸発器１５は、放熱器５３の上流側に設けられている。蒸発器１５は、冷房時、内部を流れる冷媒の吸熱作用によって、通過する空気を冷却する。
【００３４】
アキュムレータ１９は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。アキュムレータ１９は、図１に示すように、分離したガス冷媒を流出させるガス冷媒流路１９ａと、分離した液冷媒を流出させる液冷媒流路１９ｂとを備える。ガス冷媒流路１９ａおよび液冷媒流路１９ｂは、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂに接続されている。具体的には、ガス冷媒流路１９ａおよび液冷媒流路１９ｂは、内部熱交換器２０に流入する前に合流部３０で合流し、合流部３０と内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂの流入側が接続されている。また液冷媒流路１９ｂには、アキュムレータ１９から内部熱交換器２０への液冷媒の流量を調整する流量調整部２４が設けられている。流量調整部２４は、液冷媒の流量が制御装置２６によって制御される。
【００３５】
内部熱交換器２０は、高圧の冷媒が流れる高圧流路２０ａと低圧の冷媒が流れる低圧流路２０ｂとを有する。内部熱交換器２０は、高圧流路２０ａと低圧流路２０ｂとを流れる冷媒間で熱交換させる。低圧流路２０ｂの上流側は、アキュムレータ１９の下流側に接続される。低圧流路２０ｂの下流側は、圧縮機１３の吸入側に接続される。また高圧流路２０ａの上流側は、第５流路４５に接続される。高圧流路２０ａの下流側は、第７分岐部３７に接続される。
【００３６】
冷房用開閉部２２、暖房用高圧側開閉部２１および暖房用低圧側開閉部２３は、それぞれ設けられた配管を開閉する。各開閉部２１〜２３は、制御装置２６によって開閉状態が制御される。制御装置２６は、各開閉部２１〜２３および各減圧部１７，１８の開閉状態を制御することによって、冷媒を流す経路を変更する。したがって各開閉部２１〜２３および各減圧部１７，１８は、冷媒が流れる経路を変更する流路変更部として機能する。
【００３７】
次に、空調ユニット１２に関して説明する。空調ユニット１２は、車室内に空調風を提供するためのユニットである。空調ユニット１２は、空調ケース１２ａを外郭とし、例えば、車室内前方のインストルメントパネルの裏側に設けられている。空調ケース１２ａは、内部に空気が流れる空気通路６１を備え、一方側に空気取入口である外気吸入口および内気吸入口が形成される。通風路の他方側には、車室内に吹き出される空気調節された空調空気が通過するフェイス吹出口、フット吹出口、およびデフ吹出口が形成されている。空調ケース１２ａは、複数のケース部材からなり、その材質は例えばポリプロピレン等の樹脂成形品である。
【００３８】
フェイス吹出口は、車室内の乗員の上半身に向かって吹き出される空調空気が通過する開口である。フット吹出口は、車室内の乗員の足元に吹き出される空調空気が通過する開口である。デフ吹出口は、車両のフロントガラスの内面に吹き出される空調空気が通過する開口である。これらの各吹出口は、それぞれ吹出しダクトを介して車室内空間に接続されており、吹出口の切替えドアによって吹出しモードに対応してそれぞれ開閉される。
【００３９】
空調ケース１２ａは、一方側に、内外気設定ドアを備える内外気切替箱と、その吸込部が外気吸入口と内気吸入口に接続されている空調用送風機と、を備えている。内気吸入口と外気吸入口とは、内外気設定ドアによって、空気取入れモードに対応してその開放、閉鎖が切替え自在、または開放度合いが調整自在に行われる。すなわち、内外気設定ドアは、そのドア本体がサーボモータ等のアクチュエータで角度調整されることによって、外気および内気の少なくとも一方を空気取入口から空調ケース１２ａ内に取り入れることができるようになっている。内外気設定ドアを制御して、内気循環モードと、外気導入モードと、これらの中間である内気循環および外気導入の両方を有する中間モードとを切り替えることができる。
【００４０】
空調用送風機の吹出口は、空気通路６１に接続されている。空気通路６１は、送風空気の上流側から順に、蒸発器１５が横断する通路と、蒸発器１５の送風空気下流側に配置される冷風通路６２および温風通路６３と、冷風通路６２と温風通路６３とを流れてきた空気が混合される空気混合空間部６４とを、含む。空調用送風機の下流側に蒸発器１５が配置され、蒸発器１５よりもさらに下流に放熱器５３およびエアミックスドア６５が配置されている。
【００４１】
蒸発器１５は、空調用送風機直後の空気通路６１全体を横断するように配置されており、空調用送風機から吹き出された空気の全部が通過するようになっている。温風通路６３には放熱器５３が配置されており、温風通路６３は、エアミックスドア６５によって開放および閉鎖されるようになっている。エアミックスドア６５は、蒸発器１５を通過した空気のうち、放熱器５３を通過させる空気の風量を調整する風量調整手段である。蒸発器１５を通過した空気は、エアミックスドア６５によって、放熱器５３を通る空気と放熱器５３を迂回する空気とに風量比率が自在に分けられるようになっている。
【００４２】
制御装置２６は、制御部であって、図１ではＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）と印している。また制御装置２６は、図１では制御のための接続線は省略するが、各運転状態に応じて、ヒートポンプサイクル１１を構成する各部品の作動、室外器用送風機の作動、内外気設定ドアの作動およびエアミックスドア６５の作動等を制御する。
【００４３】
次に、ヒートポンプサイクル１１に用いられる冷媒に関して、図２および図３を用いて説明する。本実施形態では、室外器１６が蒸発器として作動する際の冷媒の乾き度を下げ、液単相に近い状態で室外器１６に流入させることで、室外器１６の内部にて均一な冷媒分配を目的としている。このような目的を達成するためには、冷媒のガス体積を減らして液体積を増やす必要があるので、室外器１６への流入時の冷媒の乾き度は経験的に０．１５以下、好ましくは０．１未満にする必要がある。
【００４４】
暖房時に室外器１６を蒸発器として作動させる場合、低外気温からの吸熱が必要になるので、通常の冷房時よりもより低温の冷媒が必要となる。たとえば外気温が−２０℃の環境下で吸熱させる場合には、室外器１６内を流れる冷媒の温度は当然外気温よりも低い必要があり、例えば冷媒にＲ１３４ａを用いた場合、冷媒温度が約−２６．４℃のとき、冷媒圧力は約１００ｋＰａとなる。一方、夏季の冷房時などは外気温も高いため、たとえば蒸発器１５内の冷媒温度が０．７℃の際、冷媒圧力はおよそ３００ｋＰａとなる。冷媒作動圧力が低圧になるほど、図３に示すように、液とガスの密度比は大きくなる。
【００４５】
ヒートポンプ作動環境下で室外器１６の冷媒分配の均一化を図るためには、冷媒乾き度はより０に近い領域で作動させる必要がある。図２および図３に示すように、冷媒が低圧になることで、冷媒の密度が低下する。すなわち同一の質量流量のときに体積流量が増加するため、冷媒圧損が大きくなる。
【００４６】
暖房時に室外器１６が蒸発器として作動する場合、冷媒圧損が性能に大きく影響するため、低圧損化が必要となる。室外器１６に流入前に冷媒の乾き度を下げる効果は、冷媒分配の改善に加え、圧損低減による性能向上にも効果的である。たとえば冷媒Ｒ１３４ａの１００ｋＰａにおける冷媒乾き度０〜０．５における平均密度は約５２．３ｋｇ／ｍ３であり、同条件の乾き度０．５〜１における平均密度は約７．３ｋｇ／ｍ３であり、密度比はおよそ７．３倍にもなる。したがって液冷媒が多くなると、平均密度が高くなるので圧力損失を低減することができる。
【００４７】
次に、ヒートポンプシステム１０の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが冷房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３が閉状態に制御する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態に、暖房用高圧側開閉部２１、暖房用低圧側開閉部２３および暖房用減圧部１７を閉状態に制御する。
【００４８】
これによって冷房運転時の冷媒の流れは、図４の矢印で示した流れとなる。すなわち冷房時の冷媒の経路である冷房経路は、圧縮機１３、室外器１６、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、冷房用減圧部１８、蒸発器１５、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。
【００４９】
次に、各部の動作とともに冷媒の流れを、図５のモリエル線図と共に説明する。圧縮機１３から吐出された高圧ガス冷媒（点ａ）は、第１流路４１および第３流路４３を流れ、室外器１６に流入する。室外器１６に流入した高圧ガス冷媒は、外気に放熱し、凝縮する（点ｂ）。室外器１６を流出した液冷媒は、逆止弁２５を介して内部熱交換器２０の高圧流路２０ａへ流入する。
【００５０】
内部熱交換器２０の高圧流路２０ａへ流入した液冷媒は、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂを流れる低温の冷媒と熱交換し、さらに過冷却される（点ｃ）。内部熱交換器２０を流出した冷媒は、冷房用減圧部１８にて低温低圧の二相冷媒に膨張し、蒸発器１５へ流入する（点ｄ）。蒸発器１５を通過する空気は、液冷媒の蒸発に伴い冷却され、その冷却空気にて車室内を冷房する。
【００５１】
蒸発器１５を流出した二相冷媒は（点ｅ）、第８分岐部３８を通過して、アキュムレータ１９へ流入する（点ｆ）。アキュムレータ１９にて気液分離された冷媒のうち、ガス冷媒はガス冷媒流路１９ａを通り、液冷媒は液冷媒流路１９ｂを通り合流部３０で合流（点ｇ）する。そして内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂへ流入し、前述のように室外器１６を流出した冷媒と熱交換され、加熱される（点ｈ）。内部熱交換器２０を流出したガス冷媒は、圧縮機１３に流入する（点ｉ）。
【００５２】
このように本実施形態では、冷房時に内部熱交換器２０を利用することで、蒸発器１５内を流れる冷媒の平均乾き度を低減することができる。これにより、蒸発器１５内の冷媒圧損を低減することができ、さらに、蒸発器１５内に過熱度領域も発生しないため、蒸発器１５性能が向上し、システムの効率が改善できる。
【００５３】
次に、暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが暖房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３に空気が流れる開度に制御する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２および冷房用減圧部１８を閉状態に、暖房用高圧側開閉部２１および暖房用低圧側開閉部２３を開状態に制御する。
【００５４】
これによって暖房運転時の冷媒の流れは、図６の矢印で示した流れとなる。すなわち暖房時の冷媒の経路である暖房経路は、圧縮機１３、凝縮器１４、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、暖房用減圧部１７、室外器１６、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。
【００５５】
次に、各部の動作とともに冷媒の流れを、図７のモリエル線図と共に説明する。圧縮機１３から吐出された高圧ガス冷媒（点ａ）は、第２流路４２を流れ、凝縮器１４に流入する。凝縮器１４に流入した高圧ガス冷媒は、水流路１４ｂを流れる冷却水に放熱し、凝縮する（点ｂ）。凝縮器１４を流出した液冷媒は、暖房用低圧側開閉部２３を通過して、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａへ流入する。
【００５６】
内部熱交換器２０の高圧流路２０ａへ流入した液冷媒は、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂを流れる低温の冷媒と熱交換し、さらに過冷却される（点ｃ）。内部熱交換器２０を流出した冷媒は、暖房用減圧部１７にて低温低圧二相冷媒に膨張し、室外器１６へ流入する（点ｄ）。室外器１６を通過する外気により、室外器１６の内部を流れる液冷媒を蒸発させ、外気から吸熱する（点ｅ）。
【００５７】
室外器１６を流出した二相冷媒は、暖房用高圧側開閉部２１および第８分岐部３８を通過して、アキュムレータ１９へ流入する（点ｆ）。アキュムレータ１９にて気液分離された冷媒のうち、ガス冷媒はガス冷媒流路１９ａを通り、液冷媒は液冷媒流路１９ｂを通り合流部３０で合流（点ｇ）する。そして内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂへ流入し、前述のように凝縮器１４を流出した冷媒と熱交換され、加熱される（点ｈ）。内部熱交換器２０を流出したガス冷媒は、圧縮機１３に流入する（点ｉ）。
【００５８】
このように本実施形態では、凝縮器１４を流出後の液冷媒を内部熱交換器２０にてさらに過冷却し、室外器１６の入口の冷媒乾き度が０近辺になるエンタルピ（点ｃ）まで内部熱交換する。これにより、室外器１６の入口の液冷媒体積比率が大きくなるため、室外器１６を構成する多数のチューブへの冷媒分配が改善できる。そのため、冷媒パスを例えば１パス化し、チューブが多数配置されていても、冷媒分配の略均一化が図れ、室外器１６全体を有効利用することができる。また、室外器１６出口の冷媒乾き度は０．６程度の乾き度で出て行くため、室外器１６出口近傍での液冷媒の過熱度領域も生じにくくなる。内部熱交換器２０による室外器１６の冷媒作動乾き度を低乾き度域で作動させることで、冷媒圧損の低減に加え、冷媒の均一分配が図れるため、蒸発性能の向上が期待できる。
【００５９】
本実施形態のモリエル線図（図７）上に示す作動点と、内部熱交換器２０を有さない従来のヒートポンプのモリエル線図（図８）上に示す作動点を比較する。すると、室外器１６のエンタルピ差はおよそ同じ値であるため、冷媒流量が同じ場合、室外器１６の吸熱量は等しくなる。仮に両システムとも同じ室外器１６を用いた場合、従来システムにおいては乾き度およそ０．４で流入し（点ｄ）、乾き度およそ１で流出する（点ｅ）。一方、本実施形態では、乾き度およそ０で流入し（点ｄ）、乾き度およそ０．６で流出する（点ｅ）。
【００６０】
この作動域の違いにより冷媒の平均密度が大きく変化する。具体的には、従来システムの作動範囲に比べ、本実施形態の作動領域で使用した場合、平均冷媒密度はおよそ２．７倍の密度となる。すなわち、同じ室外器１６を用い、同じエンタルピ差、同じ冷媒質量流量でも、本実施形態の作動域で用いた場合、室外器１６で発生する冷媒圧損は異なる結果となる。したがって本実施形態では、室外器１６の冷媒圧損を大きく低減できる。
【００６１】
さらに、従来システムでは室外器１６からアキュムレータへと戻る配管部で大きな冷媒圧損が発生するが、本実施形態の場合、乾き度０．６程度で流れるため、配管を流れる冷媒密度が１．７倍程度となり、流速低減し、配管での冷媒圧損も低減が可能となる。
【００６２】
前述の圧損低減分に収まるような低圧損の内部熱交換器２０を用い、さらに、内部熱交換器２０の出口と圧縮機１３の接続配管を短くすることで、内部熱交換器２０を追加した本実施形態でも従来システムより冷媒圧損を低減することが可能となる。したがって低温時の蒸発性能をより向上させることが可能となる。したがって内部熱交換器２０は、アキュムレータ１９までの配管距離よりも圧縮機１３までの配管距離が小さくなるように構成されることが好ましい。換言すると、室外器１６の冷媒物性が低乾き度領域で作動することにより、室外器１６内の冷媒圧損を低減することができ蒸発性能向上が期待できる。
【００６３】
次に、除湿暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが除湿暖房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３に空気が流れる開度に制御する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を閉状態に、暖房用高圧側開閉部２１および暖房用低圧側開閉部２３を開状態に制御する。
【００６４】
これによって除湿暖房運転時の冷媒の流れは、図９の矢印で示した流れとなる。基本となる流れは、前述の暖房運転と同じであるが、その際に、冷房用減圧部１８を開き、蒸発器１５でも冷媒を蒸発させる点が異なる。これにより蒸発器１５にて空気を除湿し、放熱器５３にて冷えた空気を加熱し、車室内を暖房させることが可能となる。
【００６５】
図９に示す除湿運転時には、図示は省略しているが、アキュムレータ１９と蒸発器１５の間に圧力調整部として、エバポレータプレッシャレギュレータ（略称ＥＰＲ）が必要となる。ＥＰＲの目的は室外器１６と、蒸発器１５で異なる蒸発温度をつくることである。蒸発器１５では除湿が目的なので、冷媒の温度は０℃くらい、すなわち３００ｋＰａ程度となるが、室外器１６側は外気温によって冷媒温度が決まる。例えば、外気温が−１０℃だったら冷媒温度は−１５℃とかで冷媒圧力は１５０ｋＰａ程度になる。つまり、アキュムレータ１９手前の第８分岐部３８の上流側で冷媒圧力を調整するよう、言い換えると蒸発器１５に流す冷媒流量をコントロールするために、ＥＰＲが用いられる。
【００６６】
また除湿運転の場合、図１０および図１１に示すように他の冷媒の流れであってもよい。図１０に示す冷媒流れでは、制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態に、暖房用高圧側開閉部２１および暖房用低圧側開閉部２３および暖房用減圧部１７を閉状態に制御する。また制御装置２６は，加熱部５２によって循環する水を加熱するように制御する。
【００６７】
これによって除湿暖房運転時の冷媒の流れは、図１０の矢印で示した流れとなる。基本となる流れは、前述の冷房運転と同じであるが、エアミックスドア６５の開度が放熱器５３を空気が通過するように制御される。これによって冷房運転で蒸発器１５によって通過する空気を除湿されるが、通過した空気の温度は低下する。そこで放熱器５３を通過させることによって、通過する空気を加熱して、車室内に送風することができる。このような構成の場合には、前述のＥＰＲは不要である。
【００６８】
次に、図１１に示す冷媒流れでは、制御装置２６は、暖房用低圧側開閉部２３を開状態に、暖房用高圧側開閉部２１、冷房用開閉部２２および暖房用減圧部１７を閉状態に制御する。
【００６９】
これによって除湿暖房運転時の冷媒の流れは、図１０の矢印で示した流れとなる。基本となる流れは、前述の暖房運転と類似しており、室外器１６でなく蒸発器１５に冷媒を流して、除湿している。これによって暖房運転で蒸発器１５によって通過する空気を除湿される。このような構成の場合にも、前述のＥＰＲは不要である。また除湿運転の場合、図１０および図１１のような冷媒流れを時間で切り替えて運転してもよい。
【００７０】
次に、アキュムレータ１９と内部熱交換器２０をつなぐ流量調整部２４の制御方法に関して、図７を用いて説明する。制御装置２６は、暖房経路のとき、圧縮機１３に吸入する前の冷媒物性を、冷媒温度または配管温度と、冷媒圧力を測定することで乾き度を推定し、乾き度が所定の目標値に近づくよう流量調整部２４を制御する。
【００７１】
具体的には、圧縮機１３の吸入冷媒は乾き度１前後、すなわちガス冷媒が好ましい（点ｉ）。この点ｉを起点とし、目標吹出し温度から圧縮機１３の回転数を決める。すると凝縮器１４の出口の状態が熱負荷から決まる（点ｂ）。
【００７２】
次に、凝縮器１４の出口のエンタルピと、外気条件と、冷媒流量と、内部熱交換器２０の性能から、最大の内部熱交換量ΔＨが決まる。したがって圧縮機１３吸入前の冷媒の過熱度が確保できなくなる前後。すなわち乾き度およそ１になるまで流量調整部２４の開度を制御し、できる限り室外器１６入口の冷媒乾き度を下げる。
【００７３】
以上説明したように本実施形態のヒートポンプシステム１０は、暖房経路では、内部熱交換器２０で熱交換することによって、凝縮器１４で凝縮された冷媒のエンタルピを下げることができる。これによって室外器１６入口の冷媒の乾き度を低くすることができる。室外器１６入口の冷媒乾き度を低くできると、流入する液冷媒の体積比が増加し、室外器１６内の冷媒分配性を改善することが可能となる。したがって室外器１６における熱交換性能を向上することができる。
【００７４】
また冷房経路では、内部熱交換器２０で熱交換することによって、室外器１６で冷却された冷媒を、アキュムレータ１９からの液冷媒によってさらに冷却することができる。その後、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａを通過した冷媒は、冷房用減圧部１８、蒸発器１５に流れる。内部熱交換器２０で冷媒はさらに冷却されているので、蒸発器１５内を流れる冷媒の平均乾き度を低減することができる。これによって蒸発器１５内の冷媒圧損を低減することができ、さらに、蒸発器１５内に過熱度領域の発生の抑制になるので、蒸発器１５の性能が向上し、システム効率を改善することができる。
【００７５】
また本実施形態では、アキュムレータ１９から内部熱交換器２０への液冷媒の流量を調整する流量調整部２４が設けられている。流量調整部２４が設けられているので、内部熱交換器２０における内部熱交換量を制御することができる。これによって室外器１６の入口の乾き度が小さくなるように制御することができる。
【００７６】
また本実施形態では、制御装置２６は、室外器１６の入口の冷媒の乾き度を小さくなるように、例えば０．１未満となるように流量調整部２４を制御する。乾き度が０．１未満の領域は、図２に示すように、冷媒の密度が急激に上昇し、液冷媒が多くなる領域である。このように乾き度が０．１未満では、冷媒の大部分が液冷媒であるので、前述のように、室外器１６においてより広い領域に冷媒を流すことができる。
【００７７】
本実施形態では、室外器１６を流出した冷媒は、全て内部熱交換器２０の高圧流路２０ａを通過するように構成されているが、このような構成に限るものではない。たとえば図１２に示すように、暖房用減圧部１７の絞り開度を制御して、冷媒の一部は内部熱交換器２０を通過させずに、蒸発器１５へと流れるようにしてもよい。暖房用減圧部１７の弁開度を調整することで、内部熱交換器２０へ流れる冷媒流量を制御することができるので、内部熱交換量をコントロールすることが可能となり、システム制御性が良好となる。
【００７８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図１３を用いて説明する。本実施形態では、アキュムレータ１９から内部熱交換器２０への液冷媒戻し量を制御する点に特徴を有する。制御装置２６は、暖房経路のとき、圧縮機１３が吸入する前の冷媒物性を測定して冷媒の乾き度を推定し、乾き度が所定の目標値に近づくよう流量調整部２４を制御する。
【００７９】
冷房時および暖房時それぞれ最適な効率を発揮するために、圧縮機１３への吸入冷媒の過熱度を制御する必要がある。そこで本実施形態では、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂと圧縮機１３との間に感温部７０を設けている。
【００８０】
感温部７０は、冷媒の温度と圧力とよって過熱度を検知している。この過熱度が予め設定された所定値となるように、流量調整部２４は機械的機構によって弁開度を調整して、液冷媒流路１９ｂの冷媒流量を調整している。したがって流量調整部２４は、温度作動式である。
【００８１】
換言すると、圧縮機１３の手前の冷媒温度と冷媒圧力を測定し、その値に基づきアキュムレータ１９からの液冷媒戻し量を流量調整部２４にて調整している。
【００８２】
これによって冷房および暖房の両シーンで最適な吸入冷媒の状態をコントロールすることが可能となり、ヒートポンプシステム１０の効率を向上させることができる。暖房時は室外器１６の入口の冷媒乾き度を０に近づけたいので、より多くの液冷媒をアキュムレータ１９から内部熱交換器２０へ流入させ、内部熱交換量が最大となるように制御する。一方、冷房時は、圧縮機１３が吸入する冷媒が適度な過熱度をもつようアキュムレータ１９からの液冷媒戻し量を制御することでサイクルのＣＯＰを向上させる。
【００８３】
アキュムレータ１９からの液冷媒戻し量の制御方法は、エキパンなどによる自己制御であってもよい。また温度および圧力の計測値または予測値に基づいて流量調整部２４の開度を電気的に制御する方法であってもよい。
【００８４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図１４〜図１６を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態とアキュムレータ１９の下流側の配管の接続位置が異なり、第２実施形態とは感温部７０が設けられる位置が異なる。
【００８５】
アキュムレータ１９のガス冷媒流路１９ａは、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂの上流側に接続されずに、内部熱交換器２０の下流側、すなわち内部熱交換器２０と圧縮機１３との間の第２合流部３０ａに接続されている。したがってアキュムレータ１９のガス冷媒は、直接、圧縮機１３に吸入される。液冷媒流路１９ｂは、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂに接続されている。したがってアキュムレータ１９の液冷媒は、内部熱交換器２０を経由して圧縮機１３に戻される。感温部７０は、第２合流部３０ａの下流側に設けられている。
【００８６】
次に、暖房時の作動に関して説明する。暖房運転時の冷媒の流れは、前述の第１実施形態と同様であり、図１４の矢印で示した流れとなる。次に、各部の動作とともに冷媒の流れを、図１５のモリエル線図と共に説明する。圧縮機１３から吐出された高圧ガス冷媒（点ａ）は、凝縮器１４で凝縮する（点ｂ）。凝縮器１４を流出した液冷媒は、暖房用低圧側開閉部２３を通過して、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａへ流入し、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂを流れる低温の液冷媒と熱交換し、さらに過冷却される（点ｃ）。ここでは、アキュムレータ１９によって分離された液冷媒のみが低圧流路２０ｂに流入するので、第１実施形態よりも熱交換量が少なく、高圧流路２０ａ側の温度低下は小さい。
【００８７】
内部熱交換器２０を流出した冷媒は、暖房用減圧部１７にて低温低圧二相冷媒に膨張し、室外器１６へ流入（点ｄ）し、室外器１６で蒸発させ外気から吸熱する（点ｅ）。室外器１６を流出した二相冷媒は、アキュムレータ１９へ流入し、アキュムレータ１９を流出した液冷媒は、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂへ流入し（点ｆ）、前述のように凝縮器１４を流出した冷媒と熱交換され、加熱される（点ｇ）。またアキュムレータ１９を流出したガス媒は（点ｈ）、第２合流部３０ａで内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂを流下した液冷媒と合流し、圧縮に吸入される（点ｉ）。
【００８８】
このようにアキュムレータ１９からの液冷媒流路１９ｂとガス冷媒流路１９ａとを分離することで、アキュムレータ１９から圧縮機１３へ至る流路の冷媒圧損を低減することができ、暖房性能向上が図れる。
【００８９】
本実施形態では、流量調整部２４は、液冷媒流路１９ｂに設けられているが、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂと第２合流部３０ａとの間に設けてもよい。このような場所に設けても、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂを流れる液冷媒の流量を調節することができる。
【００９０】
また本実施形態では、感温部７０と流量調整部２４とが別体に構成されているが、別体に限るものではない。たとえば図１６に示すように、流量調整部２４３を出入口一体型で構成してもよい。図１６に示すように、流量調整部２４３は、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂの流入側および流出側に跨がって設けられる。流量調整部２４３は、ボックス型の流量調整バルブであり、低圧流路２０ｂの下流側の冷媒の圧力と温度を内部で検知している。この過熱度が予め設定された所定値となるように、流量調整部２４３は機械的機構によって弁開度を調整している。このような構成であっても、感温部７０が別体の構成と同様の作用および効果を奏することができる。
【００９１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に関して、図１７〜図２１を用いて説明する。本実施形態では、第３実施形態と類似しており、第６分岐部３６に接続される第６流路４６の接続先が第３実施形態とは異なる。したがってアキュムレータ１９の下流側の構成および感温部７０の構成は、第３実施形態と同様である。第６流路４６は、第６分岐部３６と第２流路４２の第９分岐部３９とを接続する。第１分岐部３１と第９分岐部３９との間には、暖房用低圧側開閉部２３が配置されている。
【００９２】
冷房運転時の冷媒の流れは、図１７の矢印で示した流れとなる。したがって冷房時、室外器１６と内部熱交換器２０の間に凝縮器１４を通る構成である。したがって室外器１６で凝縮されて流出した液冷媒は、逆止弁２５を介して、凝縮器１４に流入する。凝縮器１４に流入した液冷媒は、水流路１４ｂを流れる冷却水に放熱し、さらに凝縮する。次に、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａへ流入した液冷媒は、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂを流れる低温の冷媒と熱交換し、さらに過冷却される。
【００９３】
これによって春および秋などの中間期における熱負荷は低いが除湿が必要な状況においては、室外器１６と凝縮器１４で冷媒を凝縮させ、凝縮器１４の放熱により加熱された熱を室内の暖房に利用することができる。これによって除湿後の空気を加熱するために外部の熱源を使う必要がなくなり、効率的な運転が可能となる。
【００９４】
次に、短時間除霜に関して、図１８〜図２０を用いて説明する。除霜制御のため、冷媒状態を検出するセンサが図１８には示されている。吸入側の冷媒圧力は、アキュムレータ１９の下流側に設置される圧力センサ９０によって検出される。また吸入側の冷媒温度は、蒸発器１５の下流側に設定される温度センサ９１によって検出される。さらに圧縮機１３から吐出された冷媒の冷媒圧力および温度は、圧縮機１３の吐出側に設置される冷媒センサ９２によって検出される。
【００９５】
暖房時、室外器１６の表面が着霜していくと、徐々に室外器１６の蒸発性能が低下していく。そのため、圧縮機１３の回転数を上昇させ、必要性能の維持を図る。着霜が進行していくと、図１９に示すように吸入側の冷媒圧力が低下していく。外気温と吸入側の冷媒圧力から着霜判定し、外気温に対し、所定の圧力以下となる場合において、除霜運転に切り替える。
【００９６】
除霜時の冷媒経路は、冷房時の冷媒経路と同様である。すなわち除霜時の除霜経路は、圧縮機１３→室外器１６→凝縮器１４→内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ→冷房用減圧部１８→蒸発器１５→アキュムレータ１９→内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ→圧縮機１３の順で接続されている。暖房時に室外器１６が着霜して暖房性能が低下した際には、冷媒流路を図１８の除霜経路に切り替える。これによって圧縮機１３からの高圧冷媒の熱を室外器１６に与え除霜することができる。室外器１６を流出後の冷媒は、前述のように凝縮器１４に流入する。すると、冷媒は、凝縮器１４側から熱をもらい、凝縮器１４内で蒸発する。凝縮器１４を流出後の冷媒は、前述のように内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、冷房用減圧部１８、蒸発器１５、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で循環する。
【００９７】
これによって圧縮機１３の熱に加え、凝縮器１４の熱を利用して室外器１６を除霜することができるので、短時間で除霜のための大きな熱を出すことができ、短時間除霜が可能となる。短時間除霜の際、加熱部５２によって除霜で消費される熱量を補うよう加熱することで、水温低下を防止できる。したがって除霜後すぐに暖房、あるいは、除霜運転しながら暖房運転を維持することも可能となる。
【００９８】
また図２０に示すように、除霜運転初期においては、室外器１６の表面は霜がついているため、圧縮機１３の吐出側に設置される冷媒センサ９２の圧力および温度ともに、あまり変化しない。制御装置２６は、除霜経路による冷媒の循環および循環停止を、圧縮機１３の吸入側の冷媒圧力および外気温を用いて判断する。具体的には、除霜が完了すると、顕熱変化のみとなるため、室外器１６の温度は加熱に応じて上昇していくため、吐出側の圧力または温度は急激に上昇していく。除霜完了の推定方法としては、冷媒圧力または冷媒温度が変曲点を超える状態を、変化率または所定の圧力および温度から推定し、制御すると良い。
【００９９】
本実施形態では、室外器１６を流出した冷媒は、全て内部熱交換器２０の高圧流路２０ａを通過するように構成されているが、このような構成に限るものではない。たとえば図２１に示すように、暖房用減圧部１７の絞り開度を制御して、冷媒の一部は内部熱交換器２０を通過させずに、蒸発器１５へと流れるようにしてもよい。暖房用減圧部１７の弁開度を調整することで、内部熱交換器２０へ流れる冷媒流量を制御することができるので、内部熱交換量をコントロールすることが可能となり、システム制御性が良好となる。
【０１００】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に関して、図２２を用いて説明する。本実施形態では、第３実施形態と類似しており、凝縮器１４が空気通路６１に配置されている点が第３実施形態とは異なる。凝縮器１４は、車室内に通じる空気通路６１に設けられる。凝縮器１４は、蒸発器１５の下流側に設けられている。凝縮器１４は、暖房時、内部を流れる冷媒の放熱作用によって、通過する空気を加熱する。
【０１０１】
このように水サイクル５０を有しない構成であっても、凝縮器１４を空気通路６１に配置することによって直接、空気を加熱することができる。したがって構成を簡略化することができる。
【０１０２】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に関して、図２３〜図２５を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と類似しており、暖房用低圧側開閉部２３の位置と、アキュムレータ１９と内部熱交換器２０との接続が異なる。暖房用低圧側開閉部２３は、凝縮器１４の下流側ではなく、凝縮器１４の上流側であった第２流路４２に設けられる。アキュムレータ１９は、第１実施形態に対して、内部熱交換器２０との順序が逆転している。
【０１０３】
まず、暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが暖房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３に空気が流れる開度に制御する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２および冷房用減圧部１８を閉状態に、暖房用高圧側開閉部２１および暖房用低圧側開閉部２３を開状態に制御する。
【０１０４】
これによって暖房運転時の冷媒の流れは、図２３の矢印で示した流れとなる。すなわち暖房時の冷媒の経路である暖房経路は、圧縮機１３、凝縮器１４、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、暖房用減圧部１７、室外器１６、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、アキュムレータ１９、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。
【０１０５】
このような流れによって、圧縮機１３から凝縮器１４に流れた冷媒の熱は、凝縮器１４から水サイクル５０を介して放熱器５３に熱輸送され、送風空気によって車室内を暖房する。凝縮器１４を流出した冷媒は、次に内部熱交換器２０に流入し、内部熱交換器２０にてサブクールを取る。内部熱交換器２０を流出した冷媒は、暖房用減圧部１７で減圧したあと、室外器１６へ流入し、蒸発器として作動する室外器１６にて外気から吸熱し、室外器１６を流出する。室外器１６を流出後の冷媒は、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂへ流入し、凝縮器１４の出口の冷媒から吸熱し、アキュムレータ１９に流入する。アキュムレータ１９の流出部は基本的にはガス冷媒のみが流出するために、液面よりも上部に流出口が設けられている配管構造となっているが、圧縮機へ潤滑油を必要最低限戻すために少量の液冷媒が戻るオイル戻し穴が流出部配管の下部に設けられている。内部熱交換器２０により、室外器１６の出入口における冷媒乾き度は低乾き度となるため、室外器１６の冷媒分配性が改善され、外気から多くの熱を吸熱することができるため、サイクル性能向上に繋がる。この構成とすると、圧縮機１３の入口の冷媒物性は、アキュムレータ１９に設けられたオイル戻し穴の径と冷媒流量によって決まるため簡単な制御で暖房性能向上させることができる。
【０１０６】
次に、冷房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが冷房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３が閉状態に制御する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態に、暖房用高圧側開閉部２１、暖房用低圧側開閉部２３および暖房用減圧部１７を閉状態に制御する。
【０１０７】
これによって冷房運転時の冷媒の流れは、図２４の矢印で示した流れとなる。すなわち冷房時の冷媒の経路である冷房経路は、圧縮機１３、室外器１６、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、冷房用減圧部１８、蒸発器１５、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、アキュムレータ１９、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。
【０１０８】
このような流れによって、内部熱交換器２０での内部熱交換により、蒸発器１５内の作動乾き度を低乾き度側で作動させることができるので、低圧損化による蒸発器１５の性能向上に伴うサイクル効率改善が期待できる。
【０１０９】
次に、除湿暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが除湿暖房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３に空気が流れる開度に制御する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を閉状態に、暖房用高圧側開閉部２１および暖房用低圧側開閉部２３を開状態に制御する。さらに制御装置２６は、冷房用減圧部１８の開度を制御し、蒸発器１５にも冷媒が流れるように制御する。
【０１１０】
これによって除湿暖房時は、内部熱交換器２０を流出後に冷媒の流れが第７分岐部３７で分岐し、一方は室外器１６に、他方は蒸発器１５へと流れる。両経路とも途中に減圧手段として、暖房用減圧部１７および冷房用減圧部１８があり、そこで減圧されて室外器１６側では吸熱、蒸発器１５側では除湿が行われる。蒸発器１５下流側に圧力調整手段９３を設けることで、蒸発器１５と室外器１６の冷媒流量と冷媒圧力を独立して制御することが可能となる。これによって必要除湿性能よりも必要暖房性能が大きい条件にて、蒸発器１５を冷やし過ぎることなく、暖房性能を向上させることができる。
【０１１１】
また、内部熱交換器２０流出後に分岐することで、蒸発器１５の冷媒作動乾き度も低乾き度側へシフトするため、低冷媒流量でも良好な冷媒性を得ることができ、蒸発器１５出口側の過熱度領域も抑制できるため、フロストの抑制できる効果が期待できる。
【０１１２】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に関して、図２６〜図３１を用いて説明する。本実施形態では、四方弁８１を用いてヒートポンプサイクル１１を構成している点に特徴を有する。図２６に示すように、ヒートポンプサイクル１１は、圧縮機１３、凝縮器１４、蒸発器１５、室外器１６、暖房用減圧部１７、冷房用減圧部１８、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０、冷房用開閉部２２、四方弁８１および流量調整部２４を備えている。ヒートポンプサイクル１１は、これらを配管により接続することによりサイクルが形成されている。
【０１１３】
先ず、配管の構成に関して説明する。圧縮機１３の吐出側には、四方弁８１が設けられている。四方弁８１は、圧縮機１３の吐出側、凝縮器１４、アキュムレータ１９および室外器１６に接続されている。四方弁８１は、圧縮機１３の吐出側と凝縮器１４とを接続し、アキュムレータ１９と室外器１６とを接続した第１状態と、圧縮機１３の吐出側と室外器１６とを接続し、アキュムレータ１９と凝縮器１４とを接続した第２状態とを切替可能に構成されている。
【０１１４】
凝縮器１４の四方弁８１とは反対側には、蒸発器１５が設けられている。そして凝縮器１４と蒸発器１５との間には、冷房用開閉部２２、第７分岐部３７および冷房用減圧部１８がこの順に設けられている。
【０１１５】
また蒸発器１５は、第８分岐部３８に接続されている。そして蒸発器１５と第８分岐部３８との間には、逆止弁２５および圧力調整手段９３がこの順に設けられている。逆止弁２５は、凝縮器１４から第８分岐部３８に向かう冷媒の流れを許容し、第８分岐部３８から蒸発器１５への流れを禁止する。
【０１１６】
内部熱交換器２０の高圧流路２０ａの下流側は、第７分岐部３７に接続されている。第８分岐部３８は、四方弁８１とアキュムレータ１９との間に設けられている。アキュムレータ１９の下流側は、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂに接続されている。内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂの下流側は、圧縮機１３の吸入側に接続されている。
【０１１７】
室外器１６と内部熱交換器２０の高圧流路２０ａとの間には、暖房用減圧部１７が設けられる。また室外器１６と内部熱交換器２０の高圧流路２０ａとの間には、暖房用減圧部１７を迂回するバイパス流路９４が設けられる。バイパス流路９４には、暖房用逆止弁２５ａが設けられる。暖房用逆止弁２５ａは、バイパス流路９４において室外器１６から内部熱交換器２０への流れを許容し、逆の流れを禁止する。
【０１１８】
次に、ヒートポンプシステム１０の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが冷房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３が閉状態に制御する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を閉状態に、および暖房用減圧部１７を閉状態に制御する。また制御装置２６は、冷房用減圧部１８の開度を制御し、四方弁８１を第２状態に制御する。
【０１１９】
これによって冷房運転時の冷媒の流れは、図２６の矢印で示した流れとなる。すなわち冷房時の冷媒の経路である冷房経路は、圧縮機１３、四方弁８１、室外器１６、暖房用逆止弁２５ａ、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、冷房用減圧部１８、蒸発器１５、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。これによって前述の第１実施形態と同様の作用および効果を奏することができる。
【０１２０】
次に、暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが暖房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３が開状態に制御し、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態に、および冷房用減圧部１８を閉状態に制御する。また制御装置２６は、暖房用減圧部１７の開度を制御し、四方弁８１を第１状態に制御する。
【０１２１】
これによって暖房運転時の冷媒の流れは、図２７の矢印で示した流れとなる。すなわち暖房時の冷媒の経路である暖房経路は、圧縮機１３、四方弁８１、凝縮器１４、冷房用開閉部２２、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、暖房用減圧部１７、室外器１６、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。これによって前述の第１実施形態と同様の作用および効果を奏することができる。
【０１２２】
次に、除霜時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが除霜運転の場合、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態に、冷房用減圧部１８および暖房用減圧部１７を閉状態に制御する。また制御装置２６は、四方弁８１を第２状態に制御する。
【０１２３】
これによって除霜運転時の冷媒の流れは、図２８の矢印で示した流れとなる。すなわち除霜時の冷媒の経路である除霜経路は、圧縮機１３、四方弁８１、室外器１６、暖房用逆止弁２５ａ、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、冷房用開閉部２２、凝縮器１４、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。
【０１２４】
したがって蒸発器１５を通過しないため、経路の短縮化が図れ、冷媒流量を大きくすることができ、除霜時間の短縮化が図れる。また凝縮器１４は、凝縮の機能がメインのため、通常流路が徐々に狭くなるように設計することが望ましい。これに対し、除霜時は凝縮器１４から熱を吸熱するため、除霜時に限っては蒸発器として機能させる。凝縮器１４を蒸発器として機能させるためには、通常の凝縮器１４とは逆で、流路が徐々に広くなることが圧損の観点から望ましい。そのため、本実施形態では、凝縮器１４が逆流する構成として、除霜時に逆流しの構成とすることで凝縮器１４の冷媒圧損低減が可能で、冷媒流量をよりたくさん流すことができ、短時間で除霜が可能となる。
【０１２５】
次に、除湿暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが除湿暖房運転の場合、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態にし、冷房用減圧部１８および暖房用減圧部１７の開度を制御する。また制御装置２６は、四方弁８１を第１状態に制御する。
【０１２６】
これによって除湿暖房運転時の冷媒の流れは、図２９の矢印で示した流れとなる。基本となる流れは、前述の暖房運転と同じであるが、その際に、冷房用減圧部１８を開き、蒸発器１５でも冷媒を蒸発させる点が異なる。これにより蒸発器１５にて空気を除湿し、放熱器５３にて冷えた空気を加熱し、車室内を暖房させることが可能となる。
【０１２７】
次に、高外気温下での除湿暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが高外気温下での除湿暖房運転の場合、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２および暖房用減圧部１７を閉状態に制御し、冷房用減圧部１８の開度を制御する。また制御装置２６は、四方弁８１を第２状態に制御する。
【０１２８】
これによって高外気温下での除湿暖房運転時の冷媒の流れは、図３０の矢印で示した流れとなる。すなわち除湿暖房経路は、圧縮機１３、四方弁８１、室外器１６、暖房用逆止弁２５ａ、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、蒸発器１５、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。このように高外気温下では、冷房運転をベースにして除湿し、水サイクル５０で暖房に必要な温度を補っている。
【０１２９】
次に、室外器１６が着霜や着雪等で閉塞し、吸熱ができないような不作動時の暖房作動に関して説明する。制御装置２６は、室外器１６が不作動の場合に、運転モードが暖房運転の場合、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態に、暖房用減圧部１７を閉状態に制御し、冷房用減圧部１８の開度を制御する。また制御装置２６は、四方弁８１を第１状態に制御する。
【０１３０】
これによって室外器１６が不作動時の暖房運転時の冷媒の流れは、図３１の矢印で示した流れとなる。すなわち冷媒経路は、圧縮機１３、四方弁８１、冷房用減圧部１８、蒸発器１５、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。
【０１３１】
室外器１６から吸熱できない条件下、たとえば、室外器１６が雪で閉塞、あるいは極低温で外気からの吸熱が難しい場合においては、室内から吸熱する。これにより、外気からの吸熱はできないが、圧縮機１３の熱と、加熱部５２の熱で高い暖房性能をつくりだせる。
【０１３２】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態に関して、図３２〜図３７を用いて説明する。本実施形態は、前述の第７実施形態と類似しており、四方弁８１に換えてバルブユニット８２を用いてヒートポンプサイクル１１を構成している点に特徴を有する。
【０１３３】
バルブユニット８２は、圧縮機１３の吐出側に設けられている。バルブユニット８２は、圧縮機１３の吐出側、凝縮器１４、アキュムレータ１９および室外器１６に接続されている。バルブユニット８２は、環状の環状配管８３に２つの三方弁として第１三方弁８４および第２三方弁８５が設けられている。第１三方弁８４は、環状配管８３と凝縮器１４とを接続する部分に設けられる。第２三方弁８５は、環状配管８３と室外器１６とを接続する部分に設けられる。環状配管８３における時計回りに第２三方弁８５と第１三方弁８４との間には、圧縮機１３の吐出側が接続される。環状配管８３における時計回りに第１三方弁８４と第２三方弁８５との間には、アキュムレータ１９が接続される。
【０１３４】
また図３２に示すように、室外器１６と内部熱交換器２０との間ではバイパス流路９４は用いず、暖房用減圧部１７が設けられる。暖房用減圧部１７は、逆流することも可能に構成される。
【０１３５】
またバルブユニット８２と第８分岐部３８との間には、暖房用逆止弁２５ａが設けられる。暖房用逆止弁２５ａは、バルブユニット８２から第８分岐部３８へ向かう流れを許容し、逆の流れを禁止する。また蒸発器１５と第８分岐部３８との間に設けられる逆止弁２５と圧力調整手段９３との位置関係が、第７実施形態とは逆になっている。
【０１３６】
次に、ヒートポンプシステム１０の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが冷房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３が閉状態に制御する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を閉状態に、および暖房用減圧部１７を開状態に制御し、冷房用減圧部１８の開度を制御する。また制御装置２６は、バルブユニット８２に対して、第１三方弁８４を閉状態に、第２三方弁８５を圧縮機１３と室外器１６とを接続するように制御する。
【０１３７】
これによって冷房運転時の冷媒の流れは、図３２の矢印で示した流れとなる。すなわち冷房時の冷媒の経路である冷房経路は、圧縮機１３、バルブユニット８２、室外器１６、暖房用減圧部１７、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、冷房用減圧部１８、蒸発器１５、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。これによって前述の第７実施形態と同様の作用および効果を奏することができる。
【０１３８】
次に、外気がおよそ−１０度以上の場合の暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが暖房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３が開状態に制御し、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態にし、暖房用減圧部１７の開度を制御し、冷房用減圧部１８を閉状態に制御する。また制御装置２６は、バルブユニット８２に対して、第１三方弁８４を圧縮機１３と凝縮器１４とを接続するように制御し、第２三方弁８５をアキュムレータ１９と室外器１６とを接続するように制御する。
【０１３９】
これによって暖房運転時の冷媒の流れは、図３３の矢印で示した流れとなる。すなわち暖房時の冷媒の経路である暖房経路は、圧縮機１３、バルブユニット８２、凝縮器１４、冷房用開閉部２２、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、暖房用減圧部１７、室外器１６、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する第１暖房経路である。これによって前述の第７実施形態と同様の作用および効果を奏することができる。
【０１４０】
次に、外気がおよそ−１０度未満の場合の暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが暖房運転の場合、エアミックスドア６５を温風通路６３が開状態に制御し、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態にし、暖房用減圧部１７の開度を制御し、冷房用減圧部１８も開状態に制御する。また制御装置２６は、バルブユニット８２に対して、第１三方弁８４を圧縮機１３と凝縮器１４とを接続するように制御し、第２三方弁８５を閉状態に制御する。
【０１４１】
これによって冷媒の流れは、図３４の矢印で示した流れとなる。すなわち冷媒経路は、圧縮機１３、バルブユニット８２、凝縮器１４、冷房用開閉部２２、冷房用減圧部１８、蒸発器１５、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する第２暖房経路である。これによって外気低温で室外器１６から吸熱できない場合においては、室内から吸熱でき、前述の第７実施形態と同様の作用および効果を奏することができる。
【０１４２】
次に、除湿暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが除湿暖房運転の場合、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を開状態にし、冷房用減圧部１８および暖房用減圧部１７の開度を制御する。また制御装置２６は、バルブユニット８２に対して、第１三方弁８４を圧縮機１３と凝縮器１４とを接続するように制御し、第２三方弁８５をアキュムレータ１９と室外器１６とを接続するように制御する。
【０１４３】
これによって除湿暖房運転時の冷媒の流れは、図３５の矢印で示した流れとなる。基本となる流れは、前述の暖房運転と同じであるが、その際に、冷房用減圧部１８を開き、圧縮機１３の下流で分岐して室外器１６ではなく凝縮器１４を経て蒸発器１５に流れる経路を含む。このような第１除湿暖房経路では、蒸発器１５でも冷媒を蒸発させる点が異なる。これにより前述の第７実施形態と同様に、蒸発器１５にて空気を除湿し、放熱器５３にて冷えた空気を加熱し、車室内を暖房させることが可能となる。
【０１４４】
次に、高外気温下での除湿暖房時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードがたとえば外気１５度以上の高外気温下での除湿暖房運転の場合、加熱部５２を駆動することなく、液送部５１を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２を閉状態に制御し、暖房用減圧部１７を開状態に制御し、冷房用減圧部１８の開度を制御する。また制御装置２６は、バルブユニット８２に対して、第１三方弁８４を圧縮機１３と凝縮器１４とを接続するように制御し、第２三方弁８５を圧縮機１３と室外器１６とを接続するように制御する。換言すると、制御装置２６は、圧縮機１３から吐出された冷媒を、凝縮器１４と室外器１６とに分配するように制御する。
【０１４５】
これによって高外気温下での除湿暖房運転時の冷媒の流れは、図３６の矢印で示した流れとなる。すなわち冷媒経路は、圧縮機１３、バルブユニット８２、室外器１６、暖房用減圧部１７、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、蒸発器１５、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する第２除湿暖房経路である。また第２除湿暖房経路では、バルブユニット８２で分配された冷媒は、凝縮器１４、冷房用開閉部２２を通過し、第７分岐部３７で合流する。
【０１４６】
高外気温で必要暖房性能が低く、除湿性能が要求されるような条件においては、ヒートポンプサイクル１１で生成される熱の一部を室外へ放熱する必要が生じる。そこで本実施形態では、圧縮機１３からの高温冷媒がバルブユニット８２にて分岐し、室外器１６と凝縮器１４へと分流させることができる。これにより、余剰な熱は室外器１６から外気へ放熱し、蒸発器にて除湿し、除湿後の冷えた空気を放熱器５３にて再加熱することで所望の吹き出し空気温度をつくることができる。これにより加熱部５２で加熱する必要性もなくなるため、より高効率で運転することが可能となる。
【０１４７】
次に、除霜時の作動に関して説明する。制御装置２６は、運転モードが除霜運転の場合、液送部５１および加熱部５２を駆動する。また制御装置２６は、冷房用開閉部２２および暖房用減圧部１７を開状態に、冷房用減圧部１８を閉状態に制御する。また制御装置２６は、バルブユニット８２に対して、第１三方弁８４を凝縮器１４とアキュムレータ１９とを接続するように制御し、第２三方弁８５を圧縮機１３と室外器１６とを接続するように制御する。
【０１４８】
これによって除霜運転時の冷媒の流れは、図３７の矢印で示した流れとなる。すなわち除霜時の冷媒の経路である除霜経路は、圧縮機１３、バルブユニット８２、室外器１６、暖房用減圧部１７、内部熱交換器２０の高圧流路２０ａ、冷房用開閉部２２、凝縮器１４、アキュムレータ１９、内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂ、圧縮機１３の順で冷媒が循環する経路である。
【０１４９】
したがって蒸発器１５を通過しないため、経路の短縮化が図れ、冷媒流量を大きくすることができ、除霜時間の短縮化が図れる。また前述の第７実施形態と同様の作用および効果を奏することができる。
【０１５０】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態に関して、図３８および図３９を用いて説明する。本実施形態では、室外器１６の構成に特徴を有する。室外器１６は、冷媒が通過する上方口７１と、上方口７１よりも下方に位置し冷媒が通過する下方口７２とを備える。前述の第１実施形態に示すように、冷房時と暖房時とで、室外器１６への冷媒入口と冷媒出口とが入れ替わる。本実施形態では、冷房経路のときは、上方口７１から冷媒が流入し、下方口７２から冷媒が流出する。また暖房経路のときは、下方口７２から冷媒が流入し、上方口７１から冷媒が流出する。
【０１５１】
具体的には、室外器１６は、図３８に示すように、上部のタンク７３と、下部のタンク７４と、コア部７５と、を含む全パスのダウンフロータイプである。上方口７１は、上部のタンク７３に設けられる。下方口７２は、下部のタンク７４に設けられる。したがってコア部７５の上下方向に冷媒が流れる。
【０１５２】
本実施形態では、冷房時には下降流、暖房時には上昇流となるような冷媒流れにする。図３８では、冷房時の冷媒流れを示している。暖房時は、図３８に示す矢印とは逆方向の流れとなる。
【０１５３】
冷房時、室外器１６は凝縮器として機能する。したがって冷媒はガスから液へと相変化していく。このとき下降流にすることで、冷媒流れ方向と重力方向が同一方向となるので、液冷媒の排出がスムーズになり、均一な冷媒流れを実現できる。
【０１５４】
暖房時、室外器１６は蒸発器として機能する。したがって冷媒は液からガスへと相変化していく。冷媒流れが冷房時と逆向きの上昇流とすることで、重力方向と逆向きの流れになり、液冷媒は室外器１６に留まりやすくなり、冷媒分配性の均一化が図れる。暖房時は、前述のように内部熱交換器２０によって流入する冷媒の乾き度がおおよそ０にできるため、全パス化しても良好な冷媒分配が図れ、圧損も低減することができ、システム性能向上につなげられる。これに対し、従来の図８に記載のような条件で室外器１６を作動させようとした場合、入口側のタンク内は液冷媒が慣性力でタンク奥に流れ、奥側のチューブには液冷媒が流れる。逆に、手前側チューブにはガス冷媒が流れ、熱交換面積が有効に利用できず、蒸発性能の低下を招く。
【０１５５】
また図３９に示すように、全パスではなくＵパス構成としてもよい。Ｕパス構成では、上方口７１を上部のタンク７３に２箇所設け、冷房時は矢印に示すように、下降流→上昇流とする。そして暖房時は仮想線の矢印で示す下側の下方口７２から冷媒を流入させて、１パス目だけ上昇流とし、仮想線の矢印で示す上側の出口となる上方口７１から冷媒を流出させる。したがって暖房時は、上昇流のみとする構成である。また冷房時の１パス目の領域は、２パス目の領域よりも大きくなるように、Ｕターンの仕切部７６が設定されている。Ｕパス構成の場合、２パス目の流路に冷房時は上昇流となるため冷媒の分配性が悪化しないよう過冷却域にする必要がある。
【０１５６】
暖房時には室外器１６の入口部の冷媒乾き度を０付近に制御するため、冷媒分配性が良好となる。つまり、１パス目をいかに大きく取れるかが重要となる。一方、１パス目を大きくとることで２パス目は流路が狭くなるため、暖房時の２パス目を通過すると冷媒圧損により暖房性能が低下してしまう。そこで図３９に示すように、室外器１６は、１パス目が室外器１６のコア部７５の大部分を占め、冷房時は流路全体を通り、暖房時は１パス目のみを通過するよう構成されることが望ましい。換言すると、暖房時は２パス目を通過しないため、２パス目の流路は１パス目の流路よりも小さくすることが望ましい。
【０１５７】
（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態に関して、図４０〜図４２を用いて説明する。本実施形態では、前述の第９実施形態と同様に、室外器１６の構成に特徴を有する。室外器１６は、図４０に示すように、左部のタンク７７と、右部のタンク７８と、コア部７５と、を含む全パスのクロスフロータイプである。したがってコア部７５の左右方向に冷媒が流れる。上方口７１は、左部のタンク７７に設けられる。下方口７２は、右部のタンク７８に設けられる。クロスフロー流れの室外器１６においても全パス化することで圧損低減でき、システムの性能向上に貢献できる。クロスフロータイプの室外器１６もダウンフロータイプと同様に、入口冷媒乾き度が高くなると、ガス冷媒の体積が増加し、地側のチューブには液冷媒が、天側のチューブにはガス冷媒が流れて、有効に熱交換できない。しかし冷媒乾き度を０近くまで下げることで、液冷媒の体積比率が増加し、チューブに液冷媒を均等に分配できる。
【０１５８】
また図４１に示すように、全パスではなくＵパス構成としてもよい。Ｕパス構成では、上方口７１と下方口７２を左部のタンク７７に設け、冷房時は矢印に示すように、上方口７１から冷媒が流入して、右に向かう流れとなり、Ｕターンして左に向かう流れとする。したがって冷房時は上方から冷媒が流入し、下方から冷媒が流出するように構成される。
【０１５９】
暖房時は、冷房時とは逆の流れとする。すなわち、暖房時は、下方口７２から冷媒が流入して、右に向かう流れとなり、Ｕターンして左に向かう流れとする。したがって暖房時は、下方から冷媒が流入し、上方から冷媒が流出するように構成される。
【０１６０】
また冷房時の１パス目の領域は、２パス目の領域よりも大きくなるように、Ｕターンの仕切部７６が設定されている。これによって暖房時、流入した液冷媒が、ターンした後は冷媒が二相になってしまうため、下から上に向けて吹き上げる流れの分配性をよくなる。また暖房時には、出口側に近いパスの比率を大きくとることで、冷媒圧損を低減が可能となる。
【０１６１】
また図４２に示すように、右部のタンク７８の下方に下方口７２を設けてもよい。冷房時は、図４１に示すように、冷房を流してＵパスとする。暖房時は、冷房時と同様に冷媒を流入させて、仮想線で示すように、右部のタンク７８の下方の下方口７２から流出させる。したがって暖房時は、１パスとしている。
【０１６２】
これは暖房時は低圧損が重要なため、冷媒下流側のパスの流路断面積を大きくとりたく、他方では冷媒入口は低乾き度化により分配性が向上するため大きく取りたいという矛盾が発生する。そこで、図４２に示すように、入口パスを大きくとり、暖房時は２パス目を通らず出て行くことで低圧損化が可能となる。また、分配や圧損が大きく影響しない冷房時にはコア全体に冷媒を流し有効に利用することができる。
【０１６３】
（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。
【０１６４】
上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【０１６５】
前述の第１実施形態では、流量調整部２４が設けられているが、図４３に示すように、流量調整部１２４がガス冷媒流路１９ａに設けられていてもよいし、流量調整部２４がないヒートポンプサイクル１１であってもよい。アキュムレータ１９からの液冷媒が、内部熱交換器２０へ流入するような構成であればよい。
【０１６６】
図４３に示すヒートポンプシステム１０において、ガス冷媒流路１９ａの流量を流量調整部１２４によって調整する。ガス冷媒流路１９ａの流量を調整することによって、液冷媒流路１９ｂの流量を間接的に調整することができる。したがって前述の第１実施形態と同様にアキュムレータ１９からの液冷媒の流量を調整し、同様の作用および効果を奏することができる。
【０１６７】
前述の第１実施形態では、ガス冷媒流路１９ａおよび液冷媒流路１９ｂの両方が内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂに接続されている。しかし前述の第３実施形態のように、ガス冷媒流路１９ａおよび液冷媒流路１９ｂのうち少なくとも液冷媒流路１９ｂが内部熱交換器２０の低圧流路２０ｂに接続されていればよい。これによって内部熱交換器２０には、少なくともアキュムレータ１９から液冷媒を流入させることができる。
【０１６８】
前述の第８実施形態および第９実施形態では、冷媒流れはＵターン（１往復）の構成もあるが、Ｕターンに限るものではなく、Ｓターン（１往復半）、Ｗターン（２往復）、また２往復半以上であってもよい。
【０１６９】
また前述の第１実施形態では、暖房時および冷房時、室外器１６における冷媒の流れ方向が反対であるが、このような流れ方向に限るものではない。暖房時および冷房時、室外器１６における流れ方向が同一であってもよい。
【符号の説明】
【０１７０】
１０…ヒートポンプシステム  １１…ヒートポンプサイクル  １２…空調ユニット
１２ａ…空調ケース  １３…圧縮機  １４…凝縮器  １５…蒸発器  １６…室外器
１７…暖房用減圧部（減圧部）  １８…冷房用減圧部（減圧部）
１９…アキュムレータ  １９ａ…ガス冷媒流路  １９ｂ…液冷媒流路
２０…内部熱交換器  ２０ａ…高圧流路  ２０ｂ…低圧流路
２１…暖房用高圧側開閉部（流路変更部）  ２２…冷房用開閉部（流路変更部）
２３…暖房用低圧側開閉部（流路変更部）  ２４…流量調整部  ２５…逆止弁（流路変更部）  ２６…制御装置（制御部）  ５３…放熱器  ７１…上方口  ７２…下方口
７３…上部のタンク  ７４…下部のタンク  ７５…コア部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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