(57)【要約】【課題】  室内熱交換器の耐圧強度の上昇を必要とすることなく暖房性能を向上する。【解決手段】  暖房モード時に第１減圧器２９の開度を制御して、水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力を水冷媒熱交換器２０の使用限界圧力Ｐ１により決定される所定の高圧圧力に制御し、また、第２減圧器３０の開度を制御して室内熱交換器３１の冷媒圧力を室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２により決定される所定の中間圧力に制御する。これにより、暖房モード時に水冷媒熱交換器２０を室内熱交換器３１の中間圧力よりも所定量高い高圧状態にして、外気温が上昇した場合に暖房性能を向上できる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクル（Ｒ）の冷媒を吸入、圧縮する圧縮機（２７）と、
前記圧縮機（２７）の吐出側に設けられ、発熱機器（１０）の冷却水と圧縮機吐出冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器（２０）と、
前記水冷媒熱交換器（２０）の冷媒流れ下流側に設けられ、電気的に開度が調整可能な第１減圧器（２９）と、
暖房モード時に前記第１減圧器（２９）の冷媒流れ下流側に冷媒放熱器として設けられ、室内吹出空気を加熱する室内熱交換器（３１）と、
前記暖房モード時に前記室内熱交換器（３１）の冷媒流れ下流側に設けられ、電気的に開度が調整可能な第２減圧器（３０）と、
前記暖房モード時に前記第２減圧器（３０）の冷媒流れ下流側に冷媒吸熱器として設けられ、室外空気から吸熱する室外熱交換器（１８）と、
前記室内吹出空気が流れる空気通路において前記室内熱交換器（３１）の空気流れ下流側に設けられ、前記冷却水が循環する温水式ヒータコア（１２）と、
前記水冷媒熱交換器（２０）の冷媒圧力に関連する物理量を検出する第１検出手段（４３、４４）と、
前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力に関連する物理量を検出する第２検出手段（４６、４８）と、
前記第１検出手段（４３、４４）および前記第２検出手段（４６、４８）の検出信号に基づいて前記第１減圧器（２９）および前記第２減圧器（３０）の開度を制御する制御手段（５５）とを具備し、
前記水冷媒熱交換器（２０）は、前記室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）よりも高い使用限界圧力（Ｐ１）まで使用可能な耐圧強度を有する構成になっており、
前記暖房モード時に前記第１減圧器（２９）の開度を制御して、前記水冷媒熱交換器（２０）の冷媒圧力を前記水冷媒熱交換器（２０）の使用限界圧力（Ｐ１）により決定される所定の高圧圧力に制御し、また、前記第２減圧器（３０）の開度を制御して前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力を前記室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）により決定される所定の中間圧力に制御することを特徴とする空調装置。
【請求項２】
前記制御手段（５５）は、前記暖房モードの起動後、暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達したか否かを判定する判定手段（Ｓ３３０）を備え、
前記暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達していない間のみ、前記第１減圧器（２９）の開度および前記第２減圧器（３０）の開度を前記水冷媒熱交換器（２０）および前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力がそれぞれ前記所定の高圧圧力、前記所定の中間圧力となるように制御し、
一方、前記暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達したと判定されたときは、前記第１減圧器（２９）を全開状態に制御するとともに、前記水冷媒熱交換器（２０）および前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力が前記室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）以下の所定の目標圧力となるように前記第２減圧器（３０）の開度を制御することを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
【請求項３】
車両に搭載される空調装置であって、前記発熱機器（１０）は車載の燃料電池であることを特徴とする請求項１または２に記載の空調装置。
【請求項４】
冷凍サイクル（Ｒ）の冷媒を吸入、圧縮する圧縮機（２７）と、
前記圧縮機（２７）の吐出側に設けられ、室内吹出空気を加熱する第１室内熱交換器（２００）と、
前記第１室内熱交換器（２００）の冷媒流れ下流側に設けられ、電気的に開度が調整可能な第１減圧器（２９）と、
前記室内吹出空気が流れる空気通路において前記第１室内熱交換器（２００）の空気流れ上流側に設けられ、かつ、暖房モード時には前記第１減圧器（２９）の冷媒流れ下流側に冷媒放熱器として設けられ、前記室内吹出空気を加熱する第２室内熱交換器（３１）と、
前記暖房モード時に前記第２室内熱交換器（３１）の冷媒流れ下流側に設けられ、電気的に開度が調整可能な第２減圧器（３０）と、
前記暖房モード時に前記第２減圧器（３０）の冷媒流れ下流側に冷媒吸熱器として設けられ、室外空気から吸熱する室外熱交換器（１８）と、
前記第１室内熱交換器（２００）の冷媒圧力に関連する物理量を検出する第１検出手段（４３、４４）と、
前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力に関連する物理量を検出する第２検出手段（４６、４８）と、
前記第１検出手段（４３、４４）および前記第２検出手段（４６、４８）の検出信号に基づいて前記第１減圧器（２９）および前記第２減圧器（３０）の開度を制御する制御手段（５５）とを具備し、
前記第１室内熱交換器（２００）は、前記第２室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）よりも高い使用限界圧力（Ｐ１）まで使用可能な耐圧強度を有する構成になっており、
前記暖房モード時に前記第１減圧器（２９）の開度を制御して、前記第１室内熱交換器（２００）の冷媒圧力を前記第１室内熱交換器（２００）の使用限界圧力（Ｐ１）により決定される所定の高圧圧力に制御し、また、前記第２減圧器（３０）の開度を制御して、前記第２室内熱交換器（３１）の冷媒圧力を前記第２室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）により決定される所定の中間圧力に制御することを特徴とする空調装置。
【請求項５】
前記制御手段（５５）は、前記暖房モードの起動後、暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達したか否かを判定する判定手段（Ｓ３３０）を備え、
前記暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達していない間のみ、前記第１減圧器（２９）の開度および前記第２減圧器（３０）の開度を前記第１室内熱交換器（２００）および前記第２室内熱交換器（３１）の冷媒圧力がそれぞれ前記所定の高圧圧力、前記所定の中間圧力となるように制御し、
一方、前記暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達したと判定されたときは、前記第１減圧器（２９）を全開状態に制御するとともに、前記第１室内熱交換器（２００）および前記第２室内熱交換器（３１）の冷媒圧力が前記第２室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）以下の所定の目標圧力となるように前記第２減圧器（３０）の開度を制御することを特徴とする請求項４に記載の空調装置。
【請求項６】
前記判定手段（Ｓ３３０）は、前記暖房対象の室内の温度に基づいて前記暖房レベルを判定することを特徴とする請求項２または５に記載の空調装置。
【請求項７】
前記第１検出手段（４３）および前記第２検出手段（４６）が冷媒圧力を検出するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調装置。
【請求項８】
前記第１検出手段（４４）および前記第２検出手段（４８）が冷媒温度を検出するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調装置。
【請求項９】
前記第１検出手段（４３、４６）および前記第２検出手段（４６、４８）が冷媒圧力と冷媒温度の両方を検出するものであり、
前記制御手段（５５）は、前記第１検出手段（４３、４６）および前記第２検出手段（４６、４８）により検出される前記冷媒圧力と前記冷媒温度の両方に基づいて前記第１減圧器（２９）の開度および前記第２減圧器（３０）の開度を制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調装置。
【請求項１０】
前記冷凍サイクル（Ｒ）は、高圧圧力が冷媒の臨界圧力を越える超臨界サイクルであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルの圧縮機吐出冷媒を熱源として暖房機能を発揮する空調装置に関するもので、車両エンジンの廃熱がない燃料電池搭載車、電気自動車、あるいは車両エンジンの廃熱が少ないハイブリッド車等の車両に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、先に、特願２００３−３２６３号において、暖房モード時に冷凍サイクルの室内熱交換器にて室内吹出空気を加熱するとともに、冷凍サイクルの水冷媒熱交換器にて加熱した温水を熱源として室内吹出空気を加熱できるようにした空調装置を提案している。
【０００３】
具体的には、暖房モード時に圧縮機の吐出側→水冷媒熱交換器→第１減圧器→室内熱交換器→第２減圧器→室外熱交換器→圧縮機の吸入側に至る冷媒経路を形成するとともに、第１減圧器を圧損がほとんど生じない全開状態に維持することにより、水冷媒熱交換器および室内熱交換器をともにサイクル高圧側の冷媒放熱器として作用させ、一方、室外熱交換器には第２減圧器で減圧された低圧冷媒を流入させることにより、室外熱交換器をサイクル低圧側の冷媒吸熱器（蒸発器）として作用させている。
【０００４】
そして、室内吹出空気が流れる空気通路の上流側に上記室内熱交換器を配置し、この室内熱交換器の下流側に、水冷媒熱交換器にて加熱した温水を熱源とする温水式ヒータコアを配置している。これにより、室内熱交換器で加熱された空気を温水式ヒータコアで更に加熱して室内へ吹き出すことができる。
【０００５】
ところで、上記先願では冷媒としてＣＯ2（２酸化炭素）を用いて、サイクル高圧圧力が冷媒の臨界圧力を越える、いわゆる超臨界サイクルを構成することが提案されている。この超臨界サイクルでは、冷媒の物性からサイクル高圧圧力がフロン系の冷媒（Ｒ１３４ａ等）を用いる通常の未臨界冷凍サイクルに比較して大幅に高くなり、それに伴って、圧縮機吐出冷媒温度も高くなる。これにより、冷凍サイクル起動後、暖房効果を急速に立ち上げることが可能となる利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、本発明者らが上記先願の空調装置について詳細に実験検討したところ、次のごとき不具合が生じることが判明した。
【０００７】
すなわち、室内熱交換器は本来、冷房用の蒸発器、すなわち、低圧側部品として設計されたものを用いているので、室内熱交換器の耐圧強度は低圧側部品のままである。従って、室内熱交換器の使用限界圧力は低圧側部品としての所定値例えば、１０ＭＰａに制限されることになる。
【０００８】
この結果、ＣＯ2冷媒を用いた超臨界サイクルでは、冬期寒冷時に外気温が０℃付近まで上昇すると、サイクル高圧圧力が上記使用限界圧力（例えば、１０ＭＰａ）まで上昇するので、室内熱交換器の耐圧強度上の保護のために、サイクル高圧圧力が上記使用限界圧力を越えないように冷凍サイクルの制御（具体的には、第２減圧器の開度増加の制御）を行うことになる。
【０００９】
このことは、外気温の上昇→サイクル高圧圧力の上昇により暖房性能の向上が可能であるにもかかわらず、室内熱交換器の耐圧強度上の保護のために暖房性能が頭打ちになってしまうことを意味する。換言すると、外気温が０℃付近より高い温度に上昇した場合には、ＣＯ2冷媒を用いた超臨界サイクルの利点を暖房性能向上のために有効活用できないことを意味する。
【００１０】
なお、室内熱交換器を高圧側部品としての耐圧強度を有するように設計すれば、上記不具合を解消できるが、これであると、室内熱交換器を既存の蒸発器とは別の高圧側専用部品として新たに製造しなければならず、コストアップを招く。さらには、必要耐圧強度を満たすために、室内熱交換器の体格、重量が増大するので、車室内の計器盤内側等の極めて制約されたスペース内に室内熱交換器を搭載する場合に、室内熱交換器の搭載性が著しく悪化する。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑み、室内熱交換器の耐圧強度の上昇を必要とすることなく、暖房性能の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷凍サイクル（Ｒ）の冷媒を吸入、圧縮する圧縮機（２７）と、
前記圧縮機（２７）の吐出側に設けられ、発熱機器（１０）の冷却水と圧縮機吐出冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器（２０）と、
前記水冷媒熱交換器（２０）の冷媒流れ下流側に設けられ、電気的に開度が調整可能な第１減圧器（２９）と、
暖房モード時に前記第１減圧器（２９）の冷媒流れ下流側に冷媒放熱器として設けられ、室内吹出空気を加熱する室内熱交換器（３１）と、
前記暖房モード時に前記室内熱交換器（３１）の冷媒流れ下流側に設けられ、電気的に開度が調整可能な第２減圧器（３０）と、
前記暖房モード時に前記第２減圧器（３０）の冷媒流れ下流側に冷媒吸熱器として設けられ、室外空気から吸熱する室外熱交換器（１８）と、
前記室内吹出空気が流れる空気通路において前記室内熱交換器（３１）の空気流れ下流側に設けられ、前記冷却水が循環する温水式ヒータコア（１２）と、
前記水冷媒熱交換器（２０）の冷媒圧力に関連する物理量を検出する第１検出手段（４３、４４）と、
前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力に関連する物理量を検出する第２検出手段（４６、４８）と、
前記第１検出手段（４３、４４）および前記第２検出手段（４６、４８）の検出信号に基づいて前記第１減圧器（２９）および前記第２減圧器（３０）の開度を制御する制御手段（５５）とを具備し、
前記水冷媒熱交換器（２０）は、前記室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）よりも高い使用限界圧力（Ｐ１）まで使用可能な耐圧強度を有する構成になっており、
前記暖房モード時に前記第１減圧器（２９）の開度を制御して、前記水冷媒熱交換器（２０）の冷媒圧力を前記水冷媒熱交換器（２０）の使用限界圧力（Ｐ１）により決定される所定の高圧圧力に制御し、また、前記第２減圧器（３０）の開度を制御して前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力を前記室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）により決定される所定の中間圧力に制御することを特徴としている。
【００１３】
これによると、暖房モード時に水冷媒熱交換器（２０）と室内熱交換器（３１）の両者を冷媒放熱器として作用させるに際して、水冷媒熱交換器（２０）を室内熱交換器（３１）の中間圧力よりも所定量高い高圧状態にすることができる。これにより、外気温が上昇した場合に、サイクル高圧を上昇させて暖房性能を向上できる。
【００１４】
しかも、室内熱交換器（３１）の冷媒圧力は、室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）により決定される所定の中間圧力に制御するから、室内熱交換器（３１）の耐圧強度を上昇させる必要がなく、室内熱交換器（３１）の体格、重量は従来のままでよい。従って、室内熱交換器（３１）のコストアップ、搭載性の悪化等の不具合は発生しない。
【００１５】
なお、請求項１および後述の請求項４において、水冷媒熱交換器（２０）の使用限界圧力（Ｐ１）により決定される所定の高圧圧力とは、使用限界圧力（Ｐ１）と同一値、あるいは使用限界圧力（Ｐ１）より若干低めの値でもよい。同様に、室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）により決定される所定の中間圧力とは、使用限界圧力（Ｐ２）と同一値、あるいは使用限界圧力（Ｐ１）より若干低めの値でもよい。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の空調装置において、制御手段（５５）は、前記暖房モードの起動後、暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達したか否かを判定する判定手段（Ｓ３３０）を備え、
前記暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達していない間のみ、前記第１減圧器（２９）の開度および前記第２減圧器（３０）の開度を前記水冷媒熱交換器（２０）および前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力がそれぞれ前記所定の高圧圧力、前記所定の中間圧力となるように制御し、
一方、前記暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達したと判定されたときは、前記第１減圧器（２９）を全開状態に制御するとともに、前記水冷媒熱交換器（２０）および前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力が前記室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）以下の所定の目標圧力となるように前記第２減圧器（３０）の開度を制御することを特徴とする。
【００１７】
これによると、暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達していない間（暖房起動初期）では、水冷媒熱交換器（２０）および室内熱交換器（３１）の冷媒圧力をそれぞれ前記所定の高圧圧力、前記所定の中間圧力に制御することにより、冷凍サイクルによる暖房能力を最大限発揮して、即効暖房効果を向上できる。
【００１８】
そして、暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達した後は、水冷媒熱交換器（２０）および室内熱交換器（３１）の冷媒圧力を共通の高圧圧力とし、この共通の高圧圧力を室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）以下の所定の目標圧力となるように制御しているから、この所定の目標圧力としてサイクル効率向上のための値を設定することにより、室内暖房レベルが所定レベルまで到達した後は効率重視の運転状態を設定できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の空調装置が車両に搭載される空調装置であって、前記発熱機器（１０）は車載の燃料電池であることを特徴とする。
【００２０】
これにより、車載の燃料電池の廃熱を温水式ヒータコア（１２）での熱源に利用して、車室内の暖房を行うことができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、冷凍サイクル（Ｒ）の冷媒を吸入、圧縮する圧縮機（２７）と、
前記圧縮機（２７）の吐出側に設けられ、室内吹出空気を加熱する第１室内熱交換器（２００）と、
前記第１室内熱交換器（２００）の冷媒流れ下流側に設けられ、電気的に開度が調整可能な第１減圧器（２９）と、
前記室内吹出空気が流れる空気通路において前記第１室内熱交換器（２００）の空気流れ上流側に設けられ、かつ、暖房モード時には前記第１減圧器（２９）の冷媒流れ下流側に冷媒放熱器として設けられ、前記室内吹出空気を加熱する第２室内熱交換器（３１）と、
前記暖房モード時に前記第２室内熱交換器（３１）の冷媒流れ下流側に設けられ、電気的に開度が調整可能な第２減圧器（３０）と、
前記暖房モード時に前記第２減圧器（３０）の冷媒流れ下流側に冷媒吸熱器として設けられ、室外空気から吸熱する室外熱交換器（１８）と、
前記第１室内熱交換器（２００）の冷媒圧力に関連する物理量を検出する第１検出手段（４３、４４）と、
前記室内熱交換器（３１）の冷媒圧力に関連する物理量を検出する第２検出手段（４６、４８）と、
前記第１検出手段（４３、４４）および前記第２検出手段（４６、４８）の検出信号に基づいて前記第１減圧器（２９）および前記第２減圧器（３０）の開度を制御する制御手段（５５）とを具備し、
前記第１室内熱交換器（２００）は、前記第２室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）よりも高い使用限界圧力（Ｐ１）まで使用可能な耐圧強度を有する構成になっており、
前記暖房モード時に前記第１減圧器（２９）の開度を制御して、前記第１室内熱交換器（２００）の冷媒圧力を前記第１室内熱交換器（２００）の使用限界圧力（Ｐ１）により決定される所定の高圧圧力に制御し、また、前記第２減圧器（３０）の開度を制御して、前記第２室内熱交換器（３１）の冷媒圧力を前記第２室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）により決定される所定の中間圧力に制御することを特徴としている。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１における温水式ヒータコア（１２）を第１室内熱交換器（２００）に置換しているものである。従って、請求項４に記載の発明は、冷凍サイクル（Ｒ）に備えた第１室内熱交換器（２００）および第２室内熱交換器（３１）により室内吹出空気を直接加熱する空調装置において、暖房モード時に請求項１と同様に室内熱交換器（３１）の耐圧強度を上昇させることなく、外気温が上昇した場合に、サイクル高圧を上昇させて暖房性能を向上できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の空調装置において、前記制御手段（５５）は、前記暖房モードの起動後、暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達したか否かを判定する判定手段（Ｓ３３０）を備え、
前記暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達していない間のみ、前記第１減圧器（２９）の開度および前記第２減圧器（３０）の開度を前記第１室内熱交換器（２００）および前記第２室内熱交換器（３１）の冷媒圧力がそれぞれ前記所定の高圧圧力、前記所定の中間圧力となるように制御し、
一方、前記暖房対象の室内の暖房レベルが所定レベルまで到達したと判定されたときは、前記第１減圧器（２９）を全開状態に制御するとともに、前記第１室内熱交換器（２００）および前記第２室内熱交換器（３１）の冷媒圧力が前記第２室内熱交換器（３１）の使用限界圧力（Ｐ２）以下の所定の目標圧力となるように前記第２減圧器（３０）の開度を制御することを特徴とする。
【００２４】
これにより、請求項４のように冷凍サイクル（Ｒ）の第１室内熱交換器（２００）および第２室内熱交換器（３１）により室内吹出空気を直接加熱する空調装置において、請求項２と同様の作用効果を発揮できる。
【００２５】
請求項６に記載の発明のように、請求項２または５に記載の空調装置において、前記判定手段（Ｓ３３０）は、具体的には前記暖房対象の室内の温度に基づいて前記暖房レベルを判定すればよい。
【００２６】
請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調装置において、前記第１検出手段（４３）および前記第２検出手段（４６）は具体的には冷媒圧力を検出するもので構成すればよい。
【００２７】
また、請求項８に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調装置において、冷媒圧力と冷媒温度との間に所定の相関関係があるので、前記第１検出手段（４４）および前記第２検出手段（４８）を、冷媒温度を検出するもので構成してもよい。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調装置において、前記第１検出手段（４３、４６）および前記第２検出手段（４６、４８）が冷媒圧力と冷媒温度の両方を検出するものであり、
前記制御手段（５５）は、前記第１検出手段（４３、４６）および前記第２検出手段（４６、４８）により検出される前記冷媒圧力と前記冷媒温度の両方に基づいて前記第１減圧器（２９）の開度および前記第２減圧器（３０）の開度を制御するようにしてもよい。
【００２９】
請求項１０に記載の発明のように、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の空調装置において、前記冷凍サイクル（Ｒ）を、高圧圧力が冷媒の臨界圧力を越える超臨界サイクルで構成すれば、暖房性能向上に好都合である。
なお、上記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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（第１実施形態）
図１は本実施形態による車両用空調装置の冷凍サイクルＲ、温水回路１１および室内空調ユニット部３５を含む全体システム構成図である。本実施形態では、車両走行用モータ（図示せず）に供給される電力を発生する燃料電池（ＦＣスタック）１０を有する燃料電池搭載車に本発明装置を適用した例を示している。
【００３１】
燃料電池１０は周知のごとく酸素と水素とを化学反応させることにより発電作用をなすものであって、燃料電池１０の発電時には電気エネルギと共に熱が発生する。燃料電池１０で効率よく発電するためには、燃料電池１０を冷却して適切な温度域（例えば、６０〜８０℃付近）に維持する必要がある。そのため、本実施形態では、燃料電池１０を冷却水が循環する温水（冷却水）回路１１に設けて冷却水により冷却するようになっている。
【００３２】
逆に、低温時には温水回路１１の冷却水により燃料電池１０を加熱して燃料電池１０の温度を効率のよい適切な温度域に素早く昇温できるようにしている。
【００３３】
温水回路１１は、具体的には、燃料電池１０と、車室内暖房用の温水式ヒータコア１２と、電動水ポンプ１４と、ラジエータ１５と、サ−モスタット１６と、ラジエータバイパス通路１７と、後述する冷凍サイクルＲの水冷媒熱交換器２０等から構成される。サ−モスタット１６は、周知のごとくサ−モワックスの温度による体積変化を利用してラジエータ１５側の通路を開閉するものでる。ラジエータバイパス通路１７は圧損の高い絞り通路からなり、常時開口している。
【００３４】
冷却水の低温時にはサ−モスタット１６がラジエータ１５側の通路を閉塞するので、温水回路１１の冷却水はラジエータバイパス通路１７を通過して流れ、ラジエータ１５をバイパスする。
【００３５】
これに対し、冷却水が所定温度（例えば、８０℃付近）以上に上昇すると、サ−モスタット１６がラジエータ１５側の通路を開口する。ラジエータ１５側の通路はラジエータバイパス通路１７に比較して圧損が大幅に低いので、温水回路１１の冷却水のほとんどはラジエータ１５側の通路を通過して流れる。これにより、冷却水がラジエータ１５にて冷却される。
【００３６】
ラジエータ１５は冷凍サイクルＲの室外熱交換器１８の空気流れ下流側に配置され、電動冷却ファン１９によって送風される冷却空気（室外空気）ａに放熱する。
【００３７】
冷凍サイクルＲには、上記した室外熱交換器１８および水冷媒熱交換器２０の他に、電動圧縮機２７、冷媒流れ切替弁をなす四方弁２８、第１減圧器２９、第２減圧器３０、室内熱交換器３１、内部熱交換器３２、およびアキュムレータ３３等が備えられ、これらの機器から冷凍サイクルＲが構成されている。
【００３８】
電動圧縮機２７は冷媒を吸入圧縮するポンプ手段であり、本実施形態では電動圧縮機２７としてインバータ制御にて回転数を連続的に制御可能なものを採用している。なお、本実施形態では冷凍サイクルＲの冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用している。この二酸化炭素を冷媒として使用する冷凍サイクルでは、サイクル高圧圧力（圧縮機吐出圧力）が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界サイクルとなる。
【００３９】
水冷媒熱交換器２０は、高温高圧の圧縮機吐出冷媒が流れる高圧冷媒通路２０ａと温水回路１１の冷却水が流れる冷却水通路２０ｂとを有し、圧縮機吐出冷媒と冷却水との間で対向流の熱交換を行うものである。
【００４０】
四方弁２８は電気的に制御可能な弁手段により冷媒流れを各種運転モードに応じて白抜き矢印方向と斜線矢印方向とに切り替える切替弁である。なお、図１において、白抜き矢印は後述の冷房モード時および低吹出温度の第１除湿モード時の冷媒流れを示し、斜線矢印は後述の暖房モード時および高吹出温度の第２除湿モード時の冷媒流れを示す。
【００４１】
第１減圧器２９および第２減圧器３０は、ともに冷媒絞り通路の開度（通路面積）を電気的に調整可能な可変絞り手段であって、本実施形態では第１減圧器２９および第２減圧器３０を電気膨張弁により構成している。この電気膨張弁は、電気式のアクチュエータにより圧力損失が殆ど発生しない全開状態から冷媒を減圧膨脹させる所定開度まで連続的に絞り開度を変化させることができるようになっている。
【００４２】
内部熱交換器３２は、白抜き矢印方向に冷媒が流れる冷房モード時および低吹出温度の第１除湿モード時に、高圧冷媒が流れる高圧冷媒通路３２ａと、電動圧縮機２７吸入側の低圧冷媒（吸入冷媒）が流れる低圧冷媒通路３２ｂとを有し、この高圧冷媒と低圧冷媒との間で対向流の熱交換を行うものである。
【００４３】
また、アキュムレータ３３は、周知のように冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を電動圧縮機２７の吸入側に供給するものである。
【００４４】
次に、車両用空調装置の室内空調ユニット部３５について説明する。この室内空調ユニット部３５は車室内前部に位置する車両計器盤（図示せず）の内側部に配置される。室内空調ユニット部３５は空調ケーシング３６を有し、この空調ケーシング３６内に車室内へ向かって空気が流れる空気通路を構成する。
【００４５】
空調ケーシング３６の空気流れ最上流側の部位には、空調ケーシング３６内に導入する空気を内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とに切り替える内外気切替ドア３７が配置されている。この内外気切替ドア３７はモータを用いた電気式アクチュエータ３７ａにより開閉される。
【００４６】
内外気切替ドア３７の直ぐ下流に室内送風機３８が配置され、空調ケーシング３６内に空気を送り込むようになっている。室内送風機３８はモータ３８ａにより駆動される電動送風機である。
【００４７】
室内送風機３８の下流側に冷凍サイクルＲの室内熱交換器３１が配置され、室内送風機３８の送風空気と室内熱交換器３１との間で熱交換を行って、送風空気を冷却もしくは加熱するようになっている。この室内熱交換器３１は、本来、低圧側部品、すなわち、冷媒吸熱器（蒸発器）として設計されている。従って、室内熱交換器３１の使用限界圧力は、高圧側部品として設計される室外熱交換器１８および水冷媒熱交換器２０の使用限界圧力より低くなっている。
【００４８】
具体的には、室内熱交換器３１の使用限界圧力は例えば１０ＭＰａであり、これに対し、室外熱交換器１８および水冷媒熱交換器２０は室内熱交換器３１よりも耐圧強度が高い構成（冷媒通路部の板厚寸法の増加等）として、その使用限界圧力を例えば１５ＭＰａに高めている。
【００４９】
温水式ヒータコア１２は冷却水を熱源として車室内吹出空気を加熱するものであって、室内熱交換器３１の空気流れ下流側において空調ケーシング３６内の空気通路の中央部に配置されている。
【００５０】
これにより、温水式ヒータコア１２の両側にバイパス通路３９ａ、３９ｂが形成されている。このバイパス通路３９ａ、３９ｂにエアミックスドア４０ａ、４０ｂが連動して回転可能に配置される。このエアミックスドア４０ａ、４０ｂは温水式ヒータコア１２の通風路（コア面）とバイパス通路３９ａ、３９ｂを開閉するドア手段であって、モータを用いた電気式アクチュエータ４０ｃにより回転操作される。
【００５１】
このエアミックスドア４０ａ、４０ｂは、基本的には温水式ヒータコア１２の通風路への空気流れとバイパス通路３９ａ、３９ｂへの空気流れを切り替える役割を果たすが、その他に、暖房モードや除湿モード時の後述する特定条件下では、室内熱交換器３１を通過した空気のうち温水式ヒータコア１２を通過して加熱される温風と温水式ヒータコア１２をバイパスして流れる冷風との風量割合を調節することにより、車室内に吹き出す空気の温度を調節する役割も果たす。
【００５２】
そして、温水式ヒータコア１２の下流側、すなわち、空調ケーシング３６の空気流れ最下流側の部位には車室内へ空調空気を吹き出す複数の吹出開口部（図示せず）が設けられる。この複数の吹出開口部としては、空調空気を車両前面ガラス内面に向けて吹き出すためのデフロスタ開口部、空調空気を乗員の上半身に向けて吹き出すためのフェイス開口部、および空調空気を乗員の足元部に向けて吹き出すためのフット開口部が設けられ、図示しない吹出モードドアにより開閉される。
【００５３】
次に、本実施形態の空調自動制御のためのセンサ群について説明すると、先ず、温水回路１１のうち燃料電池１０の冷却水出口部に、燃料電池１０の出口冷却水温度を検出する水温センサ４１が設けられている。
【００５４】
次に、冷凍サイクルＲにおいては電動圧縮機２７の吐出側に冷媒吐出圧力を検出する冷媒吐出圧力センサ４３および冷媒吐出温度を検出する冷媒吐出温度センサ４４が設けられている。水冷媒熱交換器２０の高圧冷媒通路２０ａの出口部には出口冷媒温度を検出する出口冷媒温度センサ４５が設けられている。
【００５５】
冷房モード時および低吹出温度の第１除湿モード時の冷媒流れにおいて、室外熱交換器１８の冷媒出口部となる部位に、室外熱交換器１８の出口冷媒温度を検出する出口冷媒温度センサ４７が設けられている。
【００５６】
また、暖房モード時および高吹出温度の第２除湿モード時の冷媒流れにおいて、室内熱交換器３１の冷媒出口部となる部位に、冷媒中間圧力を検出する冷媒中間圧力センサ４６および室内熱交換器３１の出口冷媒温度を検出する出口冷媒温度センサ４８が設けられている。冷媒中間圧力センサ４６は第１減圧器２９により減圧された後の冷媒中間圧力を検出するものであるから、第１減圧器２９の出口側から第２減圧器３０の入口側との間であればどこに設けてもよい。
【００５７】
次に、室内空調ユニット部３５においては、室内熱交換器３１の吹出直後の部位に室内熱交換器３１の吹出空気温度を検出する熱交換器吹出空気温度センサ４９が設けられている。また温水式ヒータコア１２の空気流れ下流部には、車室内への吹出空気温度を検出する車室内吹出空気温度センサ５０が設けられている。
【００５８】
車室内には、車室内温度（内気温）を検出する内気温センサ５１、日射量を検出する日射センサ５２、および車室内湿度を検出する湿度センサ５３が設けられている。一方、車室外、具体的には、室外熱交換器１８の空気流れ上流部付近に外気温を検出する外気温センサ５４が設けられている。
【００５９】
次に、本実施形態による電気制御部の概要を図２のブロック図に基づいて説明する。空調制御装置５５は周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されるもので、ＲＯＭ内に空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。空調制御装置５５の入力側には上記センサ群４１〜５４からのセンサ検出信号および空調パネル５６の各種操作部材５６ａからの操作信号が入力される。
【００６０】
空調パネル５６は、車室内の運転席前方の計器盤（図示せず）付近に配置されるものであって、空調パネル５６の各種操作部材５６ａとしては、車室内の希望温度（設定温度）を設定する温度設定部材、内外気切替ドア３７による内気モードと外気モードをマニュアル設定する信号を出す内外気切替部材、室内送風機３８の送風量をマニュアル設定する信号を出す風量切替部材、車室内へ吹き出す空気の吹出モードをマニュアル設定する信号を出す吹出モード切替部材、空調自動制御の指令信号を出すオートスイッチ、室内熱交換器３１の冷却モード指令信号を出す冷却モードスイッチ等が設けられる。
【００６１】
空調制御装置５５の出力側には、図１で説明した各種空調機器が制御対象として接続される。この制御対象の各種空調機器のうち、符号５７は、図１に図示されていない吹出モードドアを駆動する電気式アクチュエータを示す。
【００６２】
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。図３は空調制御装置５５のマイクロコンピュータにより実行される制御の概要を示すフローチャートであり、図３の制御ルーチンは、空調パネル５６の各種操作部材５６ａのうちオートスイッチの投入によってスタートし、先ず、ステップＳ１００にて、センサ群４１〜５４からのセンサ検出信号および空調パネル５６の各種操作部材５６ａからの操作信号等を読み込む。
【００６３】
次に、ステップＳ１１０にて車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。ここで、目標吹出温度ＴＡＯは、車室内空調熱負荷の変動にかかわらず、車室内温度（内気温度）を空調パネル５６の温度設定部材により設定された設定温度に維持するために必要な温度であって、周知のごとく内気温センサ５１により検出される内気温、外気温センサ５４により検出される外気温、日射センサ５２により検出される日射量、および温度設定部材により設定された設定温度等に基づいて算出する。
【００６４】
次に、ステップＳ１２０にて温水式ヒータコア１２に流入する冷却水（温水）の目標水温ＴＷＯを上記ＴＡＯに基づいて算出する。具体例を述べると、ＴＷＯ＝ＴＡＯ／φの式にて算出する。ここで、φは温水式ヒータコア１２の熱交換器温度効率であるから、ＴＷＯはＴＡＯより所定温度高い温度となる。
【００６５】
次に、ステップＳ１３０にて空調パネル５６の冷却モードスイッチが投入されているか判定する。ここで、冷却モードスイッチは室内熱交換器３１の冷却モード指令信号を出すものであり、ステップＳ１３０の判定がＹＥＳのときはステップＳ１４０に進み、温度センサ４１により検出される冷却水温度（温水式ヒータコア１２の入口側冷却水温度）ＴＷが上記目標水温ＴＷＯ以上であるか判定する。
【００６６】
夏期の冷房が必要な条件下では、ＴＡＯが外気温より十分低い温度になっているので、ＴＷＯも外気温より低い温度である。それ故、冷房が必要な条件下ではステップＳ１４０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１５０にて冷凍サイクル運転モードとして冷房モードを決定し、冷房モードを実行する。
【００６７】
また、ステップＳ１４０の判定がＮＯのときはステップＳ１６０に進み、外気温センサ５４により検出される外気温ＴＡＭが所定温度Ｔａ（例えば５℃）以上であるか判定する。このステップＳ１６０の判定は外気温ＴＡＭに基づいて暖房負荷の高低を判定するものであって、ステップＳ１６０の判定がＹＥＳのときは暖房負荷が低いときであるので、ステップＳ１７０に進み、冷凍サイクル運転モードとして第１除湿暖房モード、すなわち、車室内吹出温度が低い除湿暖房モードを決定し、実行する。
【００６８】
また、ステップＳ１６０の判定がＮＯのときは暖房負荷が高いときであるので、ステップＳ１８０に進み、冷凍サイクル運転モードとして第２除湿暖房モード、すなわち、車室内吹出温度が高い除湿暖房モードを決定し、実行する。
【００６９】
一方、空調パネル５６の冷却モードスイッチが投入されていないときはステップＳ１３０の判定がＮＯとなり、ステップＳ１９０に進み、温水式ヒータコア１２の入口側冷却水温度ＴＷが目標水温ＴＷＯ以上であるか判定する。
【００７０】
ステップＳ１９０の判定がＮＯのときはステップＳ２００にて冷凍サイクル運転モードとして暖房モードを決定し、実行する。また、ステップＳ１９０の判定がＹＥＳのときは温水式ヒータコア１２の温水熱源による空気加熱作用のみで車室内を設定温度に暖房できるので、冷凍サイクルの暖房モードの運転が不要となる。そこで、ステップＳ２１０にて冷凍サイクルＲの停止モードを決定し、冷凍サイクルＲの運転（圧縮機２７の運転）を停止し、温水式ヒータコア１２のみで必要暖房性能を発揮する。
【００７１】
次に、上記のようにして決定される冷凍サイクルＲの各種運転モード毎に空調装置の作動を説明する。
１．冷房モード（図３のＳ１５０）
冷房モード時では、空調制御装置５５の制御出力により四方弁２８の冷媒流路を図１の太実線の状態に切り替えるので、冷凍サイクルＲでは電動圧縮機２７を作動させると、白抜き矢印で示すように電動圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０→第１減圧器２９→四方弁２８→室外熱交換器１８→内部熱交換器３２の高圧側冷媒流路３２ａ→第２減圧器３０→室内熱交換器３１→四方弁２８→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の低圧側冷媒流路３２ｂ→電動圧縮機２７の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
【００７２】
この際、第１減圧器２９は圧損をほとんど生じない全開状態に維持されるので、室外熱交換器１８は高圧側冷媒の放熱器として作用する。これに対し、第２減圧器３０は後述の所定絞り開度に制御され、高圧側冷媒を減圧するので、室内熱交換器３１は低圧側の冷媒吸熱器（蒸発器）として作用する。
【００７３】
よって、電動圧縮機２７から吐出された高温高圧の冷媒は水冷媒熱交換器２０にて冷却水へ放熱することで温度が低下する。水冷媒熱交換器２０を通過した高圧冷媒は第１減圧器２９で減圧されることなく、高圧状態のまま通過して室外熱交換器１８に流入する。この室外熱交換器１８では高圧冷媒が室外空気と熱交換して放熱することで更に温度が低下する。
【００７４】
室外熱交換器１８を通過した高圧冷媒は内部熱交換器３２にて低温の低圧冷媒（圧縮機吸入冷媒）と熱交換して更に放熱し温度が低下する。しかる後、高圧冷媒は第２減圧器３０にて減圧され、低温低圧の気液２相状態となる。
【００７５】
この低圧冷媒が室内熱交換器３１に流入して室内送風機３８の送風空気から吸熱して蒸発するので、室内熱交換器３１は室内送風機３８の送風空気を冷却する吸熱器（蒸発器）として作用する。
【００７６】
冷房モードでは、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路（コア面）を全閉する位置（図１の破線位置）に維持されるので、室内熱交換器３１を通過して冷却された冷風の全量がヒータコア１２のバイパス通路３９ａ、３９ｂを通過して車室内へ吹き出す。
【００７７】
車室内吹出空気の温度制御は電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）によって行う。すなわち、温度センサ４９により検出される室内熱交換器３１の吹出空気温度ＴＥが目標吹出温度ＴＡＯとなるように電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）を行えばよい。
【００７８】
なお、冷房モードでは、室外熱交換器（高圧側放熱器）１８の出口冷媒温度を温度センサ４７により検出し、この室外熱交換器出口の高圧冷媒温度に基づいて冷凍サイクルＲの成績係数（ＣＯＰ）が最大となる目標高圧ＰＯを算出し、圧力センサ４３により検出される圧縮機吐出圧力、すなわち実際の高圧圧力ＰＨが目標高圧ＰＯとなるように第２減圧器３０の絞り開度を制御して、冷凍サイクルＲの効率向上を図っている。
【００７９】
一方、冷房モードにおける温水回路側の作動を説明すると、水ポンプ１４を作動させることにより、燃料電池１０の冷却水が温水回路１１内を循環する。この際、燃料電池１０を通過した後の冷却水温度がサーモスタット１６のサーモワックスにより設定される所定温度以上になると、サーモスタット１６がラジエータ１５側の通路を開弁するので、冷却水がラジエータ１５を通過して流れる。
【００８０】
このため、ラジエータ１５にて冷却水が室外空気中に放熱して冷却される。ラジエータ１５通過後の冷却水は、水冷媒熱交換器２０出口側の冷却水と合流して水ポンプ１４に吸入され、燃料電池１０に戻り、燃料電池１０を冷却する。
【００８１】
また、温水回路１１において、燃料電池１０出口側の冷却水の一部はヒータコア１２に流入するが、冷房モード時には、ヒータコア１２の通風路がエアミックスドア４０ａ、４０ｂにより全閉されているので、冷却水はヒータコア１２で放熱しない。
【００８２】
ヒータコア１２を通過した冷却水は次に水冷媒熱交換器２０の冷却水通路２０ｂを通過する際に、高温の圧縮機吐出冷媒から吸熱して温度上昇し、その後、ラジエータ１５通過後の冷却水と合流する。従って、冷房モード時には、冷凍サイクルＲの圧縮機吐出冷媒の熱量の一部が温水回路１１のラジエータ１５を通して室外空気中に放熱される。
【００８３】
また、サーモスタット１６がラジエータ１５側の通路を閉塞しているときは、水冷媒熱交換器２０において圧縮機吐出冷媒から冷却水側へ放熱される熱量によって冷却水温度の立ち上がりを早めて、燃料電池１０を効率のよい温度まで速やかに上昇させる。
２．暖房モード（図３のＳ２００）
暖房モード時では、空調制御装置５５の制御出力により四方弁２８の冷媒流路を図１の破線の状態に切り替えるので、冷凍サイクルＲでは電動圧縮機２７を作動させると、斜線矢印で示すように電動圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０→第１減圧器２９→四方弁２８→室内熱交換器３１→第２減圧器３０→内部熱交換器３２の冷媒流路３２ａ→室外熱交換器１８→四方弁２８→アキュムレータ３３→内部熱交換器３０の冷媒流路３２ｂ→電動圧縮機２７の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
【００８４】
暖房モードにおいては、後述する第１減圧器２９および第２減圧器３０の開度制御により水冷媒熱交換器２０を高圧側冷媒の放熱器として作用させ、また、室内熱交換器３１を中間圧冷媒または高圧側冷媒の放熱器として作用させる。これに反し、室外熱交換器１８は第１、第２減圧器２９の減圧作用により低圧側冷媒の吸熱器（蒸発器）として作用する。
【００８５】
よって、暖房モード時では、電動圧縮機２７から吐出された高温高圧の冷媒がまず水冷媒熱交換器２０にて冷却水へ放熱し、冷媒温度が低下する。水冷媒熱交換器２０を通過した高圧冷媒は第１減圧器２９を通過した後、室内熱交換器３１に流入する。この室内熱交換器３１では、高圧冷媒または中間圧冷媒が室内送風機３８の送風空気（冬期の低温空気）に放熱することで、送風空気が加熱される。この加熱空気を温水式ヒータコア１２で更に加熱して車室内へ吹き出し、車室内を暖房できる。
【００８６】
ここで、暖房モード特有の作動を図４のフローチャ−トに基づいて説明する。先ず、ステップＳ３００にて、室内熱交換器３１の吹出空気温度ＴＥ（センサ４９の検出温度）とヒータコア１２への流入冷却水温度ＴＷ（センサ４１の検出温度）とを比較し、吹出空気温度ＴＥが冷却水温度ＴＷより高いときはステップＳ３１０に進み、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路全閉位置（図１の破線位置）に操作する。
【００８７】
これにより、室内熱交換器３１の加熱空気が温水式ヒータコア１２のバイパス通路３９ａ、３９ｂを通過してそのまま車室内へ吹き出す。従って、室内熱交換器３１の加熱空気がヒータコア１２の低温冷却水に吸熱され、温度低下するのを防止できる。
【００８８】
これに対し、冷却水温度ＴＷが吹出空気温度ＴＥより高いときはステップＳ３２０に進み、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路全開位置（図１の実線位置）に操作する。これにより、室内熱交換器３１で加熱された空気の全量を温水式ヒータコア１２で再度加熱して車室内吹出空気の温度を上昇させる。
【００８９】
暖房モードは前述の図３のステップＳ１９０、Ｓ２００から分かるように、ＴＷ＜ＴＷＯである時に決定され、このような冷却水温度条件下では冷凍サイクルＲを作動させ、温水式ヒータコア１２に流入する冷却水温度ＴＷ（センサ４１の検出温度）が目標水温ＴＷＯとなるように、電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）を行っている。そこで、この場合はエアミックスドア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路全開位置（図１の実線位置）に維持して、室内熱交換器３１の加熱空気を温水式ヒータコア１２で最大限、再加熱して暖房性能を高める。
【００９０】
なお、燃料電池１０の廃熱のみで冷却水温度ＴＷが上昇して目標水温ＴＷＯに達する場合は、図３のステップＳ２１０により停止モードを決定し、冷凍サイクルＲの作動を停止するので、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを所定開度位置に制御して冷風と温風の風量割合を調節し、これにより、車室内吹出空気温度を目標温度ＴＡＯとなるように調節する。
【００９１】
次に、図４のステップＳ３３０にて、車室内温度ＴＲ（内気温センサ５１の検出温度）が所定温度Ｔｂ（例えば、Ｔｂ＝２０℃）以上に上昇したか判定する。この判定ステップは、暖房モードの起動後、時間が経過して車室内の暖房レベルが所定レベル（乗員が寒さを感じないレベル）に到達したかどうかを判定するためのものである。
【００９２】
暖房モードの起動後、しばらくの間はステップＳ３３０の判定がＮＯとなり、ステップＳ３４０に進み、暖房能力重視のサイクル制御状態を設定する。この暖房能力重視のサイクル制御状態とは、冷凍サイクルＲによる暖房能力を最大限発揮させる制御状態であり、具体的には、第１減圧器２９の開度を中間開度に絞ることにより、水冷媒熱交換器２０での冷媒圧力を水冷媒熱交換器２０の使用限界圧力Ｐ１（例えば、１５ＭＰａ）に調節するとともに、第２減圧器３０の開度制御により室内熱交換器３１での冷媒圧力（中間圧）を室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２（例えば、１０ＭＰａ）に調節する。
【００９３】
ここで、高圧側部品として設計された水冷媒熱交換器２０の耐圧強度は低圧側部品として設計された室内熱交換器３１の耐圧強度より高いので、Ｐ１＞Ｐ２の関係になっている。このように、水冷媒熱交換器２０での冷媒圧力Ｐ１を室内熱交換器３１での冷媒圧力Ｐ２より高くすることにより、水冷媒熱交換器２０での冷媒放熱量を増大して、車室内暖房能力を向上できる。
【００９４】
この車室内暖房能力の向上効果を図５〜図７に基づいてより具体的に説明する。図５は本発明の比較例（特願２００３−３２６３号）による暖房モード時のモリエル線図であり、図６は本実施形態による暖房モード時のモリエル線図である。
【００９５】
比較例の場合は、第１減圧器２９を全開状態にして、水冷媒熱交換器２０と室内熱交換器３１を同一の冷媒圧力（高圧圧力）状態にしている。ここで、低圧側部品として設計された室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２は１０ＭＰａであるので、水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力の上限も必然的に１０ＭＰａに制限されることになる。
【００９６】
このため、比較例の場合は、外気温が上昇して室外熱交換器１８での吸熱量が増加し、これにより、サイクル低圧圧力が上昇し、サイクル高圧圧力が上昇する条件下においても、低圧側部品である室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２による制約から、水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力を１０ＭＰａ以上に上昇させることができない。その結果、車室内暖房能力Ｑが図７に示すように、サイクル高圧圧力が１０ＭＰａに上昇した時の能力Ｑ１で頭打ちになってしまう。
【００９７】
なお、図７において、Ｔｃはサイクル高圧圧力が１０ＭＰａに上昇するときの外気温であり、この外気温Ｔｃは冷媒の物性、サイクル運転条件等により変動するが、ＣＯ２冷媒の場合、外気温Ｔｃは０℃付近の温度である。
【００９８】
これに対し、本実施形態による暖房モードにおいては、図６に示すように、第１減圧器２９の開度制御により水冷媒熱交換器２０での冷媒圧力を水冷媒熱交換器２０の使用限界圧力Ｐ１（例えば、１５ＭＰａ）に調節し、また、第２減圧器３０の開度制御により室内熱交換器３１での冷媒圧力を室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２（例えば、１０ＭＰａ）に調節する。
【００９９】
具体的には、圧縮機２７の吐出圧力（センサ４３の検出圧力）と水冷媒熱交換器２０の使用限界圧力Ｐ１とを比較して、圧縮機２７の吐出圧力が使用限界圧力Ｐ１より低いときは第１減圧器２９の開度を減少させて圧縮機２７の吐出圧力を上昇させ、逆に、圧縮機２７の吐出圧力が使用限界圧力Ｐ１まで上昇したときは第１減圧器２９の開度を増加して吐出圧力の上昇を抑える。このようにして、圧縮機２７の吐出圧力、すなわち、水冷媒熱交換器２０での冷媒圧力を水冷媒熱交換器２０の使用限界圧力Ｐ１（例えば、１５ＭＰａ）に調節する。
【０１００】
同様に、第１減圧器２９下流側の冷媒中間圧（センサ４６の検出圧力）と室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２とを比較して、第１減圧器２９下流側の冷媒中間圧が使用限界圧力Ｐ２より低いときは第２減圧器３０の開度を減少させて冷媒中間圧を上昇させ、逆に、冷媒中間圧が使用限界圧力Ｐ２まで上昇したときは第２減圧器３０の開度を増加して冷媒中間圧の上昇を抑える。このようにして、第１減圧器２９下流側の冷媒中間圧、すなわち、
室内熱交換器３１での冷媒圧力を室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２に調節する。なお、図６において、線Ｔ１はＣＯ2冷媒の１００℃の等温線で、線Ｔ２はＣＯ2冷媒の１５０℃の等温線である。
【０１０１】
図５と図６の比較から理解されるように、本実施形態によると、水冷媒熱交換器２０での冷媒圧力を比較例のＰ２（例えば、１０ＭＰａ）からＰ１（例えば、１５ＭＰａ）まで上昇できる。これにより、圧縮機２７の吐出冷媒のエンタルピが増大し、吐出冷媒温度が上昇するので、図５の比較例に比して車室内暖房能力Ｑを１５％程度向上できる。
【０１０２】
以上のごとく、ステップＳ３４０による暖房能力重視のサイクル制御状態では、水冷媒熱交換器２０および室内熱交換器３１での冷媒圧力をそれぞれの使用限界圧力Ｐ１、Ｐ２に調節することにより、外気温が前記所定温度Ｔｃ以上であるときに冷凍サイクルＲによる暖房能力を最大限発揮できる。
【０１０３】
これにより、外気温が前記所定温度Ｔｃ以上であるときに、暖房モードの起動後、短時間で車室内温度を急速に立ち上げることができ、車室内の即効暖房効果を向上できる。
【０１０４】
しかも、室内熱交換器３１の耐圧強度を高めることなく（換言すると、室内熱交換器３１の体格、重量の増大なしで）、冷凍サイクルＲによる暖房能力の向上を実現できる。なお、水冷媒熱交換器２０は比較的設置スペースに余裕がある車室外に設置されるから、水冷媒熱交換器２０の耐圧強度を室内熱交換器３１より高めても、車両搭載性への悪影響が少ない。
【０１０５】
一方、車室内の暖房が進行して、車室内温度ＴＲが寒さを感じない所定暖房レベルの温度Ｔｂ（例えば２０℃）まで上昇すると、ステップＳ３３０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ３５０にて効率重視のサイクル制御状態を設定する。この効率重視のサイクル制御状態では、第１減圧器２９を全開状態に維持するので、水冷媒熱交換器２０および室内熱交換器３１での冷媒圧力が図５のように同一圧力となる。
【０１０６】
そして、第２減圧器３０の絞り開度制御を冷房モード時と同じ考え方で行う。すなわち、室内熱交換器３１（高圧側放熱器）の出口冷媒温度を温度センサ４８により検出し、この室内熱交換器３１出口の高圧冷媒温度に基づいて冷凍サイクルＲの成績係数（ＣＯＰ）が最大となる目標高圧ＰＯを算出し、圧力センサ４３または圧力センサ４６により検出される実際の高圧圧力ＰＨが目標高圧ＰＯとなるように第２減圧器３０の絞り開度を制御して、冷凍サイクルＲの効率向上を図る。
【０１０７】
車室内の暖房が進行して、車室内温度ＴＲが寒さを感じない所定暖房レベルの温度Ｔｂに到達した後は、冷凍サイクルＲの効率を犠牲にして冷凍サイクルＲを最大暖房能力で作動させる必要がなくなる。そこで、車室内温度ＴＲが寒さを感じない所定暖房レベルに到達した後はステップＳ３５０にて効率重視のサイクル制御状態を設定して、冷凍サイクルＲ運転のための動力を低減する。
【０１０８】
なお、この効率重視のサイクル制御状態では、室内熱交換器３１の耐圧保護のために、目標高圧ＰＯを室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２以内の圧力として算出することはもちろんである。
【０１０９】
また、暖房モード起動後、車室内温度ＴＲが寒さを感じない所定暖房レベルの温度Ｔｂに到達する時点は、暖房モード起動後の経過時間にて推定できるので、ステップＳ３３０の判定は、暖房モード起動後の経過時間が所定時間以上になったかどうかを判定するようにしてもよい。
【０１１０】
暖房モード時では、温水式ヒータコア１２に流入する冷却水温度ＴＷ（センサ４１の検出温度）が目標水温ＴＷＯとなるように、電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）を行うが、冷却水は燃料電池１０の廃熱と水冷媒熱交換器２０での高圧冷媒の放熱とにより加熱されるから、燃料電池１０の廃熱をも利用して車室内を暖房できる。従って、水冷媒熱交換器２０での高圧冷媒による冷却水加熱分は、必要とする目標冷却水温度ＴＷＯに対する燃料電池廃熱による冷却水加熱の不足分だけでよい。
【０１１１】
なお、暖房モード時では、内部熱交換器３２の両冷媒通路３２ａ、３２ｂをともに低圧冷媒が流れるので、内部熱交換器３２での熱交換は行われない。
３．低吹出温度の第１除湿暖房モード（図３のＳ１７０）
この第１除湿暖房モードでは、空調制御装置５５の制御出力により四方弁２８の冷媒流路を図１の太実線の状態に切り替えるので、電動圧縮機２７を作動させると、冷凍サイクルＲでは白抜き矢印で示す冷房モード時と同じ冷媒流れ経路にて冷媒が循環する。すなわち、電動圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０→第１減圧器２９→四方弁２８→室外熱交換器１８→内部熱交換器３２の高圧側冷媒流路３２ａ→第２減圧器３０→室内熱交換器３１→四方弁２８→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の低圧側冷媒流路３２ｂ→電動圧縮機２７の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。
【０１１２】
但し、第１除湿暖房モードでは、第１減圧器２９の開度を所定の中間絞り開度に制御することにより、室外熱交換器１８での冷媒圧力を中間圧に制御して室外熱交換器１８での冷媒放熱量を調整できる。このことから、水冷媒熱交換器２０での水側への冷媒放熱量を調整できる。
【０１１３】
室外熱交換器１８にて室外空気に放熱した中間圧の冷媒は内部熱交換器３２を通過して第２減圧器３０で減圧され低温低圧の冷媒となる。この低圧冷媒は次に室内熱交換器３１で室内送風機３８の送風空気から吸熱して蒸発し、送風空気を冷却する。室内熱交換器３１を通過した冷媒は、四方弁２８、アキュムレータ３３、内部熱交換器３２を通過して電動圧縮機２７に吸入される。
【０１１４】
室内熱交換器３１で冷却され、除湿された送風空気は、次に温水式ヒータコア１２にて加熱される。この際、第１減圧器２９の開度制御により上記のように水冷媒熱交換器２０での水側への冷媒放熱量を調整することにより、温水式ヒータコア１２における空気加熱能力を調整できる。
【０１１５】
第１除湿暖房モードでは、水冷媒熱交換器２０と室外熱交換器１８の両方が冷媒放熱器となり、水側への冷媒放熱量が下記の第２除湿暖房モードに比較して小さくなるとともに、室内熱交換器３１での冷媒蒸発温度を下記の第２除湿暖房モードに比較して低くできるので、車室内吹出温度を下記の第２除湿暖房モードより低くすることができる。従って、外気温が比較的高かくて暖房熱負荷が小さい条件の時に適した低吹出温度の除湿暖房を実現できる。
４．高吹出温度の第２除湿暖房モード（図３のＳ１８０）
この第２除湿暖房モードでは、空調制御装置５５の制御出力により四方弁２８の冷媒流路を図１の破線の状態に切り替えるので、電動圧縮機２７を作動させると、冷凍サイクルＲでは斜線矢印で示す暖房モード時と同じ冷媒流れ経路にて冷媒が循環する。すなわち、電動圧縮機２７の吐出側→水冷媒熱交換器２０→第１減圧器２９→四方弁２８→室内熱交換器３１→第２減圧器３０→内部熱交換器３２の冷媒流路３２ａ→室外熱交換器１８→四方弁２８→アキュムレータ３３→内部熱交換器３２の冷媒流路３２ｂ→電動圧縮機２７の吸入側に至る冷媒経路にて冷媒が循環する。、
但し、第２除湿暖房モードでは、第１減圧器２９の絞り開度を十分小さくして、第１減圧器２９による減圧量により室内熱交換器３１がサイクル低圧側の吸熱器（蒸発器）として作用する。換言すると、室内熱交換器３１が蒸発器として作用しうる減圧量が得られる程度まで第１減圧器２９の絞り開度を十分小さくする。
【０１１６】
そして、第２除湿暖房モードでは、室内熱交換器３１と室外熱交換器１８の両者がサイクル低圧側の吸熱器（蒸発器）として作用する。
【０１１７】
しかも、室内熱交換器３１と室外熱交換器１８の両者の吸熱量をすべて水冷媒熱交換器２０で水側へ放熱するから、水側への放熱量が第１除湿暖房モードに比較して増大し、温水式ヒータコア１２における空気加熱能力を増大できる。
【０１１８】
この結果、第２除湿暖房モードでは、車室内吹出温度を第１除湿暖房モードに比較して高くすることができる。従って、外気温が比較的低くて、暖房熱負荷が大きい条件の時に適した高吹出温度の除湿暖房を実現できる。
【０１１９】
なお、第１除湿暖房モードおよび第２除湿暖房モードの双方において、エアミックスドア４０ａ、４０ｂの開度制御も暖房モード時と同様に行えばよい。つまり、温水式ヒータコア１２に流入する冷却水温度ＴＷ（センサ４１の検出温度）が目標水温ＴＷＯとなるように、電動圧縮機２７の能力制御（回転数制御）を行っている場合は、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを温水式ヒータコア１２の通風路全開位置（図１の実線位置）に維持して、室内熱交換器３１の冷却空気を温水式ヒータコア１２で最大限、再加熱する。
【０１２０】
これに反し、燃料電池１０の廃熱のみで冷却水温度ＴＷが上昇して目標水温ＴＷＯに達する場合は、冷凍サイクルＲの運転モードを冷房モード（図３のＳ１５０）に切り替えるとともに、エアミックスドア４０ａ、４０ｂを所定開度位置に制御して、車室内吹出空気温度が目標温度ＴＡＯとなるように調節する。
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、冷凍サイクルＲの圧縮機吐出側に水冷媒熱交換器２０を設け、圧縮機吐出冷媒により冷却水を加熱し、この加熱された冷却水を温水式ヒータコア１２に導入し、この温水式ヒータコア１２にて室内吹出空気を加熱しているので、圧縮機吐出冷媒により冷却水を介在して室内吹出空気を間接的に加熱することになるが、第２実施形態では、図８に示すように、水冷媒熱交換器２０および温水式ヒータコア１２を有する温水回路１１を廃止し、その代わりに、圧縮機吐出冷媒が導入される室内熱交換器２００を室内空調ユニット３５のケーシング３６の空気通路内に設置する。
【０１２１】
この室内熱交換器２００は、冷凍サイクルＲ上では第１実施形態の水冷媒熱交換器２０の代わりに設置されるものである。また、室内空調ユニット部３５においては第１実施形態の温水式ヒータコア１２の代わりに室内熱交換器２００が設置される。
【０１２２】
従って、室内空調ユニット部３５の空調ケーシング３６内の空気通路では、室内熱交換器２００は第１実施形態の室内熱交換器３１の下流側に配置される。第２実施形態では、冷媒流れ上流側に位置する室内熱交換器２００を以後、第１室内熱交換器と称し、冷媒流れ下流側に位置する室内熱交換器３１を以後、第２室内熱交換器と称する。
【０１２３】
第２実施形態によると、冷媒流れ上流側に位置する第１室内熱交換器２００にて車室内吹出空気を直接加熱する点が第１実施形態と相違するものの、冷房モード、暖房モード、第１除湿暖房モードおよび第２除湿暖房モードの各運転モードを第１実施形態と同様に実行できる。
【０１２４】
そして、第１室内熱交換器２００を高圧側部品として設計し、第１室内熱交換器２００の使用限界圧力Ｐ１を低圧側部品である第２室内熱交換器３１の使用限界圧力Ｐ２より所定量高くし、図４におけるＳ３３０〜Ｓ３５０の制御を暖房モード時に実施することにより、外気温が図７に示す所定温度Ｔｃ以上となる条件下における即効暖房性能を向上できる。
【０１２５】
しかも、第２室内熱交換器３１は低圧側部品のままでよいから、第２室内熱交換器３１の車両搭載性が悪化することはない。
【０１２６】
なお、第２実施形態では、室内空調ユニット３５のケーシング３６の空気通路内に温水式ヒータコア１２を設置していないから、図４におけるＳ３００〜Ｓ３２０の制御は不要であり、暖房モード時にエアミックスドア４０ａ、４０ｂは温水式ヒータコア１２の通風路全開位置（図１の実線位置）に維持してよい。
（第３実施形態）
第１実施形態では、ステップＳ３４０による暖房能力重視のサイクル制御状態において、第１減圧器２９により水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力を使用限界圧力Ｐ１となるように制御し、また、第２減圧器３０により室内熱交換器３１での冷媒圧力を使用限界圧力Ｐ２となるように制御しているが、図６の等温線Ｔ１、Ｔ２に示すように、水冷媒熱交換器２０での冷媒圧力と冷媒温度、および室内熱交換器３１での冷媒圧力と冷媒温度はそれぞれ相関関係があるので、第３実施形態では、第１、第２減圧器２９、３０によりそれぞれ水冷媒熱交換器２０、室内熱交換器３１での冷媒温度を制御する。
【０１２７】
具体的には、冷媒温度センサ４４により水冷媒熱交換器２０の入口冷媒温度（圧縮機吐出冷媒温度）を検出し、この入口冷媒温度が使用限界圧力Ｐ１（１５ＭＰａ）に対応する所定冷媒温度（例えば、１５０℃）となるように第１減圧器２９の開度を調節する。同様に、室内熱交換器３１の入口冷媒温度を検出する温度センサ（図示せず）を追加設置し、この室内熱交換器３１の入口冷媒温度が使用限界圧力Ｐ２（１０ＭＰａ）に対応する所定冷媒温度（例えば、１００℃）となるように第２減圧器３０の開度を調節する。
【０１２８】
このように、第１、第２減圧器２９、３０により冷媒圧力の代わりに冷媒温度を制御するようにしても、第１実施形態と同様に冷凍サイクルによる暖房能力を向上できる。
（第４実施形態）
第１実施形態では、ステップＳ３４０による暖房能力重視のサイクル制御状態において、第１減圧器２９により水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力を制御し、また、第２減圧器３０により室内熱交換器３１の冷媒圧力を制御している。そして、第３実施形態では、第１、第２減圧器２９、３０によりそれぞれ水冷媒熱交換器２０、室内熱交換器３１での冷媒温度を制御するようにしているが、第４実施形態では、水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力と入口冷媒温度の両方を検出するとともに、室内熱交換器３１の冷媒圧力と入口冷媒温度の両方を検出する。
【０１２９】
そして、水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力と入口冷媒温度の両方に基づいて第１減圧器２９の開度を制御し、室内熱交換器３１の冷媒圧力と入口冷媒温度の両方に基づいて第２減圧器３０の開度を制御してもよい。
【０１３０】
具体的には、水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力の目標値として使用限界圧力Ｐ１の１５ＭＰａを設定し、入口冷媒温度の目標値としてこの１５ＭＰａに対応する１５０℃を設定する。そして、水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力と入口冷媒温度のうち高い方の値を用いて、水冷媒熱交換器２０の冷媒圧力または入口冷媒温度が１５ＭＰａまたは１５０℃となるように第１減圧器２９の開度を制御する。
【０１３１】
同様に、室内熱交換器３１の冷媒圧力の目標値として使用限界圧力Ｐ２の１０ＭＰａを設定し、入口冷媒温度の目標値としてこの１０ＭＰａに対応する１００℃を設定する。そして、室内熱交換器３１の冷媒圧力と入口冷媒温度のうち高い方の値を用いて、室内熱交換器３１の冷媒圧力または入口冷媒温度が１０ＭＰａまたは１００℃となるように第２減圧器３０の開度を制御する。
【０１３２】
第４実施形態において、冷媒圧力と冷媒温度のうち高い方とは、冷媒圧力または冷媒温度の目標値に対してより近い方の検出値のことを言う。
【０１３３】
なお、第３、第４実施形態は、第１実施形態に対する変形例として説明したが、第３、第４実施形態における水冷媒熱交換器２０を第２実施形態の第１室内熱交換器２００に置換することにより、第２実施形態においても第３、第４実施形態の制御を同様に実施できる。
（他の実施形態）
なお、第１実施形態では、車両搭載の発熱機器として燃料電池１０を使用し、燃料電池１０の冷却水を循環する温水回路１１を構成する場合について説明したが、燃料電池１０の代わりに、電気自動車の走行用電動モータやハイブリッド車の走行用エンジン等を発熱機器として使用し、これらの発熱機器の冷却水を循環する温水回路１１を構成する場合にも本発明は同様に適用できる。
【０１３４】
また、第１実施形態では、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）を使用する超臨界サイクルについて説明したが、冷媒としてＣＯ2以外の他の冷媒を使用した超臨界サイクルにおいても本発明は同様に適用できることはもちろんである。
【０１３５】
また、第１実施形態では、温水式ヒータコア１２の両側にバイパス通路３９ａ、３９ｂを形成し、この両バイパス通路３９ａ、３９ｂと、温水式ヒータコア１２の通風路とを連動操作される２枚のエアミックスドア４０ａ、４０ｂを用いて開閉しているが、温水式ヒータコア１２の片側のみにバイパス通路を形成し、この片側の１つのバイパス通路と温水式ヒータコア１２の通風路とを１枚のエアミックスドアで開閉する形式の室内空調ユニット部３５に対しても本発明は同様に適用できる。
【０１３６】
また、第１実施形態では、図３のステップＳ１３０において空調パネル５６の冷却モードスイッチが投入されているか判定して、この冷却モードスイッチの投入により室内熱交換器３１の冷却モードの指令信号が出ていると判定しているが、この冷却モードスイッチを廃止して、室内熱交換器３１の冷却モードの必要な条件を、目標吹出空気温度ＴＡＯ、外気温等に基づいて自動的に判定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の第１実施形態による車両用空調装置の全体システム構成図である。
【図２】第１実施形態の電気制御部のブロック図である。
【図３】第１実施形態による冷凍サイクル運転モードの決定方法を示すフローチャ−トである。
【図４】第１実施形態による暖房モード制御の具体例を示すフローチャ−トである。
【図５】本発明の比較例の暖房モード時のモリエル線図である。
【図６】第１実施形態による暖房モード時のモリエル線図である。
【図７】本発明の比較例と第１実施形態の暖房能力を示す特性図である。
【図８】第２実施形態による車両用空調装置の全体システム構成図である。
【符号の説明】
【０１３８】
Ｒ…冷凍サイクル、１０…燃料電池（発熱機器）、１１…温水回路、
１２…温水式ヒータコア、１８…室外熱交換器、２０…水冷媒熱交換器、２７…圧縮機、２９…第１減圧器、３０…第２減圧器、３１…室内熱交換器、
５５…制御装置（制御手段）。
【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】
2005233535.tif 000009
【図８】
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