(57)【要約】【課題】暖房と除霜を同時に行いつつも短い時間で除霜を行うことが可能な車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置１０Ａは、圧縮機１１、切換手段１２Ａ、室外熱交換器１３、膨張機構１５、室内熱交換器１６を含むヒートポンプ回路２と、室外熱交換器１４をバイパスするバイパス路３とを備えている。切換手段１２Ａは、冷媒の流れ方向を、冷房運転時には第１方向（矢印Ｃ）に切り換え、暖房運転時には第２方向（矢印Ｈ）に切り換える。膨張機構１４と室外熱交換器１３の間には、冷媒を過熱状態まで加熱可能な加熱器１４が配置されている。バイパス路３は、加熱器１４と室外熱交換器１３の間でヒートポンプ回路２から分岐している。バイパス路３には第１流量調整弁３１が設けられており、ヒートポンプ回路２には第２流量調整弁３２が設けられている。【選択図】図１
2012076589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機、前記車室外の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器、冷媒を膨張させる膨張機構、およびダクト内に配置され、ブロワによって前記車室内に送られる空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器を含むヒートポンプ回路と、
前記ヒートポンプ回路に流れる冷媒の流れ方向を、冷房運転時には前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器、前記膨張機構および前記室内熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第１方向に切り換え、暖房運転時には前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室内熱交換器、前記膨張機構および前記室外熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第２方向に切り換える切換手段と、
前記膨張機構と前記室外熱交換器の間に配置され、前記ヒートポンプ回路を流れる冷媒を過熱状態まで加熱可能な加熱器と、
前記ヒートポンプ回路における前記加熱器と前記室外熱交換器の間の第１室外側流路から分岐して、前記ヒートポンプ回路における前記室外熱交換器と前記切換手段の間の第２室外側流路または前記切換手段と前記圧縮機の吸入口の間の吸入側流路につながるバイパス路と、
前記バイパス路に設けられた第１流量調整弁と、
前記第１室外側流路における前記バイパス路が分岐する位置よりも前記室外熱交換器側に設けられた第２流量調整弁と、
を備える車両用空調装置。
【請求項２】
前記室外熱交換器に霜が付着したことを判定するための着霜用検出手段と、
暖房運転時に前記着霜用検出手段の検出値に基づいて前記室外熱交換器に霜が付着したと判定したときに、前記加熱器で過熱された冷媒の一部を前記バイパス路に流しつつ残りを前記室外熱交換器に導く暖房除霜運転を行う制御装置と、
をさらに備える請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記ダクトを通じて前記車室内に吹き出される空気の温度を検出する吹出温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記吹出温度センサで検出される温度が所定の温度となるように前記第１流量調整弁の開度および前記第２流量調整弁の開度を調整する、請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記暖房除霜運転を行う間は、前記第１流量調整弁と前記第２流量調整弁の一方を全開状態に保つ、請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記圧縮機は、電動モータによって駆動されるものであり、
前記制御装置は、前記暖房運転から前記暖房除霜運転に移行したときに、前記電動モータの回転数を大きくする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記ヒートポンプ回路における前記圧縮機の吐出口と前記切換手段の間の吐出側流路には、前記ブロワによって前記車室内に送られる空気と冷媒との熱交換を行う副室内熱交換器が設けられており、
前記副室内熱交換器は、前記ダクト内で前記室内熱交換器の風下側に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記吸入側流路には、前記ブロワによって前記車室内に送られる空気と冷媒との熱交換を行う副室内熱交換器が設けられており、
前記副室内熱交換器は、前記ダクト内で前記室内熱交換器の風上側に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記副室内熱交換器は、前記ダクト内で当該副室内熱交換器を経由する第１風路と当該副室内熱交換器を経由しない第２風路とが層をなすように配置されている、請求項６または７に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばガソリンエンジンを備える自動車では、冷房にヒートポンプが用いられる一方、暖房にエンジンの廃熱が利用されていた。近年では、エンジンの廃熱量が少ないハイブリッド車、およびエンジンの廃熱が利用できない電気自動車が普及してきており、これに合わせて冷房だけでなく暖房にもヒートポンプを用いるようにした車両用空調装置が開発されてきている。例えば、特許文献１には、図９に示すようなエンジン１５０によって圧縮機１１１を駆動する空調装置１００が開示されている。
【０００３】
この空調装置１００は、圧縮機１１１、四方弁１１２、室外熱交換器１１３、室外膨張弁１１４、室内膨張弁１１５および室内熱交換器１１６を含むヒートポンプ回路１１０を備えている。冷房運転時には、圧縮機１１１で圧縮された冷媒が破線矢印Ｃの向きに流され、室外熱交換器１１３が凝縮器として機能し、室内熱交換器１１６が蒸発器として機能する。一方、暖房運転時には、圧縮機１１１で圧縮された冷媒が実線矢印Ｈの向きに流され、室内熱交換器１１６が凝縮器として機能し、室外熱交換器１１３が蒸発器として機能する。
【０００４】
また、ヒートポンプ回路１１０には、外気温度が低いときの外部吸熱を補うために、第１加熱器１２１および第２加熱器１２２が設けられている。第１加熱器１２１は、バーナー部１６０で加熱された水を放熱させる熱交換器であり、室内膨張弁１１５と室外膨張弁１１４の間に配置されている。第２加熱器１２２は、エンジン１５０を冷却した水を放熱させる熱交換器であり、四方弁１１２と圧縮機１１１の吸入口の間に配置されている。
【０００５】
さらに、空調装置１００は、室外熱交換器１１３に付着した霜を取り除く除霜運転を行うための構成として、第１バイパス路１３０と第２バイパス路１４０を備えている。第１バイパス路１３０は、圧縮機１１１の吐出口と四方弁１１２の間でヒートポンプ回路１１０から分岐して、室外膨張弁１１４と室外熱交換器１１３の間でヒートポンプ回路１１０につながっている。第２バイパス路１４０は、第１加熱器１２１と室外膨張弁１１４の間でヒートポンプ回路１１０から分岐して、四方弁１１２と第２加熱器１２２の間でヒートポンプ回路１１０につながっている。また、第１バイパス路１３０には制御弁１３１が設けられており、第２バイパス路１４０には開閉弁１４１が設けられている。
【０００６】
そして、特許文献１には、暖房運転中に室外熱交換器１１３の除霜が必要と判定されたときに、開閉弁１４１が開かれるとともに室外膨張弁１１４が閉じられ、さらに制御弁１３１が開かれることにより、実線矢印Ｄ１〜Ｄ５で示すように冷媒が流れ、暖房と除霜とが同時に行われる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０６９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図９に示す構成では、第１バイパス路１３０を通じた圧縮機１１１の吐出口から吸入口までのルートには膨張弁が設けられておらず、制御弁１３１が単なる流量調整弁である場合にはそもそも冷凍サイクルが成立しない。仮に、制御弁１３１が膨張弁であるとしても、第１加熱器１２１および第２加熱器１２２で吸熱した熱が室外熱交換器１１３に直接伝達されずに、除霜に長い時間がかかることになる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて、暖房と除霜を同時に行いつつも短い時間で除霜を行うことが可能な車両用空調装置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】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は、車室内の冷房および暖房を行う車両用空調装置であって、冷媒を圧縮する圧縮機、前記車室外の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器、冷媒を膨張させる膨張機構、およびダクト内に配置され、ブロワによって前記車室内に送られる空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器を含むヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路に流れる冷媒の流れ方向を、冷房運転時には前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器、前記膨張機構および前記室内熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第１方向に切り換え、暖房運転時には前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室内熱交換器、前記膨張機構および前記室外熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第２方向に切り換える切換手段と、前記膨張機構と前記室外熱交換器の間に配置され、前記ヒートポンプ回路を流れる冷媒を過熱状態まで加熱可能な加熱器と、前記ヒートポンプ回路における前記加熱器と前記室外熱交換器の間の第１室外側流路から分岐して、前記ヒートポンプ回路における前記室外熱交換器と前記切換手段の間の第２室外側流路または前記切換手段と前記圧縮機の吸入口の間の吸入側流路につながるバイパス路と、前記バイパス路に設けられた第１流量調整弁と、前記第１室外側流路における前記バイパス路が分岐する位置よりも前記室外熱交換器側に設けられた第２流量調整弁と、を備える車両用空調装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成によれば、冷媒を過熱状態まで加熱可能な加熱器が設けられているので、この加熱器を蒸発器として機能させることができる。このため、室外熱交換器に霜が付着したときには、加熱器で冷媒を過熱し、その過熱された冷媒をバイパス路に流すとともに室外熱交換器に導けば、暖房と除霜を同時に行うことができる。しかも、加熱器から冷媒に熱が与えられるために低圧でありながら高温度の冷媒によって除霜が行われるので、短い時間で除霜を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図２】（ａ）は第１および第２流量調整弁の調整方法を説明する図、（ｂ）はそのように調整したときの室外熱交換器に流れる冷媒量の比率を示すグラフ
【図３】（ａ）は通常暖房運転時のモリエル線図、（ｂ）は暖房除霜運転時のモリエル線図
【図４】本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図５】第２実施形態の変形例の車両用空調装置の構成図
【図６】本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置の構成図
【図７】第３実施形態の変形例の車両用空調装置の構成図
【図８】（ａ）および（ｂ）は代替案の切換手段の構成図
【図９】従来の車両用空調装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置１０Ａの構成図である。この車両用空調装置１０Ａは、図略の車室内の冷房および暖房を行うものであり、冷媒を循環させるヒートポンプ回路２と、後述する室外熱交換器１３をバイパスするバイパス路３と、制御装置６とを備えている。なお、冷媒としては、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＣＯ2などに加え、他のＨＦＣ系、ＨＣ系などが利用できる。
【００１５】
ヒートポンプ回路２は、圧縮機１１、四方弁１２Ａ、室外熱交換器１３、膨張弁１５、および室内熱交換器１６を含んでいる。四方弁１２Ａは、本発明の切換手段として機能するものであり、ヒートポンプ回路２に流れる冷媒の流れ方向を、冷房運転時には破線矢印Ｃで示す第１方向に切り換え、暖房運転時には実線矢印Ｈで示す第２方向に切り換える。第１方向は、圧縮機１１から吐出された冷媒が室外熱交換器１３、膨張弁１５および室内熱交換器１６をこの順に通過して圧縮機１１に戻る方向であり、第２方向は、圧縮機１１から吐出された冷媒が室内熱交換器１６、膨張弁１５および室外熱交換器１３をこの順に通過して圧縮機１１に戻る方向である。また、膨張弁１５と室外熱交換器１３の間には、必要に応じて冷媒を加熱する加熱器１４が配置されている。これらの機器１１〜１６は、第１流路２１〜第７流路２７によって循環的に接続されている。
【００１６】
圧縮機１１は、電動モータ６１により駆動されるものであり、吸入口１１ａから吸入した冷媒を圧縮して吐出口１１ｂから吐出する。電動モータ６１は、圧縮機１１の内部に配置されていてもよいし、外部に配置されていてもよい。圧縮機１１の吐出口１１ｂは第１流路（本発明の吐出側流路に相当）２１を介して四方弁１２Ａの第１ポートに接続されており、圧縮機１１の吸入口１１ａは第７流路（本発明の吸入側流路に相当）２７を介して四方弁１２Ａの第４ポートに接続されている。また、四方弁１２Ａの第２ポートは第２流路（本発明の第２室外側流路に相当）２２を介して室外熱交換器１３に接続されており、四方弁１２Ａの第３ポートは第６流路２６を介して室内熱交換器１６に接続されている。第７流路２７には、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサ７１が設けられているとともに、圧縮機１１に吸入される冷媒の温度を検出する過熱度センサ８１が設けられている。
【００１７】
室外熱交換器１３は、例えば自動車のフロントに配置され、車両の走行およびファン１７により供給される外気（車室外の空気）と冷媒との間で熱交換を行う。室外熱交換器１３は、第３流路（本発明の第１室外側流路に相当）２３を介して加熱器１４に接続されている。
【００１８】
加熱器１４は、ヒートポンプ回路２を流れる冷媒を過熱状態まで加熱可能な能力を有している。本実施形態では、加熱器１４として、熱媒体と冷媒との熱交換を行う熱交換器が採用されている。具体的には、ポンプ４１によって熱媒体回路４を循環させられる熱媒体が、熱源４２によって加熱された後に加熱器１４で放熱するようになっている。
【００１９】
なお、熱媒体回路４には、加熱器１４と直列的または並列的に、大気中に熱を逃がす放熱器が設けられていてもよい。熱源４２は車両を走行させる駆動手段に応じて適宜選定可能であり、例えば発電機またはインバータなどを用いることができる。熱媒体は、例えば水である。ただし、本発明の加熱器はこれに限られるものではなく、例えばヒータ（例えばＰＴＣヒータ）などの冷媒を直接加熱する加熱器を採用してもよい。加熱器１４は、第４流路２４を介して膨張弁１５に接続されている。
【００２０】
膨張弁１５は、冷媒を膨張させるものであり、本発明の膨張機構の一例である。本発明の膨張機構としては、膨張する冷媒から動力を回収する容積型の膨張機等を採用してもよい。膨張弁１５は、第５流路２５を介して室内熱交換器１６に接続されている。
【００２１】
室内熱交換器１６は、ダクト５２内に配置され、ブロワ５１によって車室内に送られる空気と冷媒との間で熱交換を行う。本実施形態では、ダクト５２内に、ブロワ５１により車室内の空気が流される。すなわち、車室内の空気は、ダクト５２を通じて循環する。なお、ブロア５１によりダクト５２内に流される空気は、必ずしも車室内空気１００％である必要はなく、車室内換気用の外気をある程度含んでいてもよいし、全て外気としてもよい。以下では、一例として、ブロア５１によってダクト５２内に取り込まれて室内熱交換器１６に供給される空気が車室内空気１００％であるとする。
【００２２】
ブロワ５１は、図１に示すようにダクト５２の入口側に配置されていてもよいし、ダクト５２の出口側に配置されていてもよい。また、ブロワ５１としては、ファンを用いてもよい。
【００２３】
バイパス路３は、ヒートポンプ回路２の第３流路２３から分岐して第２流路２２につながっている。ただし、バイパス路３は、第３流路２３から分岐して第７流路２７につながっていてもよい。バイパス路３には第１流量調整弁３１が設けられており、第３流路２３におけるバイパス路３が分岐する位置よりも室外熱交換器１３側には第２流量調整弁３２が設けられている。第１流量調整弁３１は、通常は全閉状態に保たれ、室外熱交換器１３の除霜が必要なときなどに開かれる。第２流量調整弁３２は、通常は全開状態に保たれる。
【００２４】
本実施形態では、室外熱交換器１３に霜が付着したことを判定するための着霜用検出手段として、蒸発器温度センサ８２が用いられている。この蒸発器温度センサ８２は、室外熱交換器１３の表面温度を検出するように室外熱交換器１３に設けられている。ただし、蒸発器温度センサ８２は、必ずしも室外熱交換器１３に設けられている必要はなく、室外熱交換器１３に流入する冷媒の温度を検出するように第３流路２３に設けられていてもよいし、室外熱交換器１３と接触した後の空気の温度を検出するように室外熱交換器１３の風下側に配置されていてもよい。
【００２５】
さらに、上述したダクト５２内には、ダクト５２を通じて車室内に吹き出される空気の温度（吹出温度）を検出する吹出温度センサ８３が設けられている。
【００２６】
制御装置６は、車室内に配置された操作パネル（図示せず）および上述した各種のセンサ７１，８１〜８３と接続されている。そして、制御装置６は、四方弁１２Ａを制御して冷房運転と暖房運転とを切り替えるとともに、ファン１７およびブロワ５１の稼働、ポンプ４１の稼働、圧縮機１１を駆動する電動モータ６１の回転数、膨張弁１５の開度、ならびに第１流量調整弁３１および第２流量調整弁３２の開度を制御する。さらに、制御装置６は、暖房運転時に蒸発器温度センサ８２の検出値に基づいて室外熱交換器１３に霜が付着したと判定したときに、加熱器１４で過熱された冷媒の一部をバイパス路３に流しつつ残りを室外熱交換器１３に導く暖房除霜運転を行う。
【００２７】
次に、車両用空調装置１０Ａにおける冷房運転時および暖房運転時の動作を説明する。
【００２８】
冷房運転時は、圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が四方弁１２Ａを破線矢印Ｃの向きに流れる。ガス冷媒は、室外熱交換器１３で外気に放熱して凝縮する。その後、液冷媒は、膨張弁１５で絞られて断熱膨張し低温低圧となった後に、室内熱交換器１６でブロワ５１により供給される車室内循環空気から吸熱して蒸発するとともに、車室内循環空気を冷却する。室内熱交換器１６から流出した冷媒は、再び四方弁１２Ａを通って再び圧縮機１１に吸入される。
【００２９】
制御装置６は記憶部（図示せず）を有しており、この記憶部には冷媒圧力に応じた飽和温度が格納されている。制御装置６は、適時、圧力センサ７１で検出される圧力における飽和温度を記憶部から読み出し、読み出した飽和温度と過熱度温度センサ８１で検出される冷媒の温度とを比較し、それらの温度差が所定の過熱度となるように膨張弁１５の開度を制御する。
【００３０】
なお、制御装置６の記憶部には必ずしも冷媒圧力に応じた飽和温度が格納されている必要はない。例えば、膨張弁１５と蒸発器（冷房運転の場合は室内熱交換器１６、暖房運転の場合は室外熱交換器１３）の間の冷媒が気液二相状態であることを利用して飽和温度を取得するようにしてもよい。この場合は、圧力センサ７１の代わりに温度センサを用いることができる。
【００３１】
暖房運転時は、圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が四方弁１２Ａを実線矢印Ｈの向きに流れる。ガス冷媒は、室内熱交換器１６でブロワ５１により供給される車室内循環空気に放熱して凝縮するとともに、車室内循環空気を加熱する。その後、液冷媒は、膨張弁１５で絞られて断熱膨張して低温低圧となった後に、室外熱交換器１３で外気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器１３から流出した冷媒は、再び四方弁１２Ａを通って再び圧縮機１１に吸入される（通常暖房運転）。なお、暖房運転時の膨張弁１５の開度の制御は、冷房運転時と同様である。
【００３２】
図３（ａ）は、通常暖房運転時のモリエル線図を示す。冷媒は、点Ａから点Ｄで示すように状態変化する。
【００３３】
室外熱交換器１３だけでは吸熱量が足りないとき、あるいは起動時などの急速に暖房を行いたいときには、制御装置６はポンプ４１を稼働させて、加熱器１４と室外熱交換器１３の双方で冷媒を蒸発させる（補助加熱暖房運転）。また、室外熱交換器１３が機能しないような超低外気温度時には、制御装置６は、第１流量調整弁３１を全開状態にするとともに第２流量調整弁３２を全閉状態にして、加熱器１４のみで冷媒を蒸発させる（内熱暖房運転）。
【００３４】
通常暖房運転時または補助加熱暖房運転時に、蒸発器温度センサ８２で検出される蒸発器の温度が一定時間（例えば、３０分）継続して氷点下である所定温度（例えば、−３℃または−５℃）以下となったときには、制御装置６は、室外熱交換器１３に霜が付着したと判定し、暖房運転から暖房除霜運転に移行する。
【００３５】
具体的に、制御装置６は、蒸発器温度センサ８２で検出される蒸発器の温度が上記所定温度以下にある状態が上記一定時間維持されたときに、ファン１７の稼働を停止するとともに、第１流量調整弁３１を開き始める。これにより、実線矢印Ｄで示すようにバイパス路３にも冷媒が流れる。
【００３６】
制御装置６は、吹出温度センサ８３で検出される吹出温度が所定の温度（例えば、５０℃）となるように、第１流量調整弁３１の開度および第２流量調整弁３２の開度を調整する。本実施形態では、制御装置６は、暖房除霜運転を行う間は、第１流量調整弁３１と第２流量調整弁３２のどちらか一方を全開状態に保つ。
【００３７】
図２（ａ）に示すように第２流量調整弁３２を全開状態に保ったままで第１流量調整弁３１の開度を徐々に大きくすると、図２（ｂ）に示すように室外熱交換器１３に流れる冷媒量の比率は徐々に低下する。室外熱交換器１３は一般的にバイパス路３よりも圧力損失が大きな構造を有しているため、第１流量調整弁３１と第２流量調整弁３２の双方を全開状態にしても、室外熱交換器１３に流れる冷媒量の比率は０．５よりも小さくなる（図２（ｂ）では例示として０．３と記している）。第１流量調整弁３１が全開状態となった後は、第１流量調整弁３１を全開状態に保ったままで第２流量調整弁３２の開度を徐々に小さくすると、室外熱交換器１３に流れる冷媒量の比率はより緩やかな傾きで０まで徐々に低下する。
【００３８】
例えば、制御装置６は、第１流量調整弁３１を一定の開度まで開いた後、あるいは第１流量調整弁３１を全開まで開き、第２流量調整弁３２を一定の開度まで閉じた後に、吹出温度が所定の温度よりも高い場合は室外熱交換器１３に流れる冷媒量の比率を上げ（図２（ａ）の左向きへ補正し）、低い場合は室外熱交換器１３に流れる冷媒量の比率を下げ（図２（ａ）の右向きへ補正し）てもよい。
【００３９】
さらに、制御装置６は、第１流量調整弁３１を開き始めるのと同時に、今まで機能していなかったまたは補助的な加熱を行っていた加熱器１４を蒸発器として機能させる。具体的には、制御装置６は、ポンプ４１が稼働していなければポンプ４１の稼働を開始する。制御装置６は、ポンプ４１が稼働中であった場合には、ポンプ４１の回転数を上げてもよい。加えて、制御装置６は、膨張弁１５の開度を若干大きくして冷凍サイクルの高低圧差を小さくする。
【００４０】
図３（ｂ）は、暖房除霜運転時のモリエル線図を示す。なお、図３（ｂ）では、第２流量調整弁３２が全開状態、第１流量調整弁３１が所定の開度とされた状態を描いている。膨張弁１５を通過した冷媒（点Ｄ）は、加熱器１４によって過熱される（点Ｅ）。過熱された冷媒の一部はバイパス路３を流れ、第１流量調整弁３１によって若干減圧される（点Ｆ）。一方、過熱された冷媒の残りは室外熱交換器１３に流入し、ここで放熱して室外熱交換器１３に付着した霜を溶かす（点Ｇ）。その後、それらの冷媒が合流し（点Ａ）、再び圧縮機１１に吸入される。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、暖房除霜運転中は室内熱交換器１６の入口（点Ｂ）と出口（点Ｃ）での比エンタルピ差が小さくなるため、制御装置６は、暖房運転から暖房除霜運転に移行したときに、圧縮機１１を駆動する電動モータ６１の回転数を大きくして冷媒の循環量を増大させることが好ましい。
【００４２】
なお、暖房除霜運転中はブロワ５１の風量を低減してダクト５２から吹き出される空気の温度低下を防止することが好ましい。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の車両用空調装置１０Ａでは、室外熱交換器１３の除霜が必要と判定されたときには、加熱器１４で冷媒を過熱し、その過熱された冷媒をバイパス路３に流すとともに室外熱交換器１３に導いている。これにより、暖房と除霜を同時に行うことができる。しかも、加熱器１４から冷媒に熱が与えられるために低圧でありながら高温度の冷媒によって除霜が行われるので、短い時間で除霜を行うことが可能になる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、暖房除霜運転を行う間は第１流量調整弁３１と第２流量調整弁３２のどちらか一方が全開状態に保たれるので、圧力損失を小さく抑えることができる。
【００４５】
効率的な除霜を行うためには、室外熱交換器１３に十分な量の冷媒を分配する必要があるが、氷点下になった室外熱交換器１３に過熱された冷媒を流すと、凝縮温度と室外熱交換器１３温度との温度差が大きすぎて冷媒の液化が激しく起こる。一方で、圧縮機１１の液圧縮を防止するためには、圧縮機１１に戻る冷媒を過熱状態で運転する必要がある。このため、上記した第１流量調整弁３１と第２流量調整弁３２の制御に加え、膨張弁１５の開度による過熱度制御が必要になる。
【００４６】
また、暖房の観点からも、吹出温度を所定の温度（例えば、５０℃）へ調整することと、圧縮機１１に戻る冷媒を過熱状態で運転することが必要である。
【００４７】
このため、吹出温度センサ８３を使用した第１流量調整弁３１および第２流量調整弁３２の開度調整と、膨張弁１５の開度による過熱度制御とにより、暖房除霜運転時にも車室内に適温の空気を供給することができる。
【００４８】
＜変形例＞
前記実施形態では、着霜用検出手段として蒸発器温度センサ８２を用いたが、本発明の着霜用検出手段はこれに限られるものではない。例えば、第２流路２２におけるバイパス路３がつながる位置よりも室外熱交換器１３側に、室外熱交換器１３から流出する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサを設け、この冷媒温度センサを着霜用検出手段として用いてもよい。室外熱交換器１３に霜が付着すると、室外熱交換器１３を空気が通過できなくなって空気と冷媒との熱交換量が減少するため、室外熱交換器１３から流出した冷媒の温度が外気温度よりも一定温度低くなったときに、室外熱交換器１３に霜が付着したと判定することができる。
【００４９】
または、上記のような現象が発生すると、着霜により室外熱交換器１３の通風抵抗が増加してファン１７への入力が増加するため、ファン１７の駆動電流が一定値以上になったときに室外熱交換器１３に霜が付着したと判定することもできる。
【００５０】
あるいは、室内熱交換器１６の温度を検出する凝縮器温度センサと車室内の温度を検出する車室内温度センサを設け、これらの温度センサの検出値の温度差から室外熱交換器１３に霜が付着したと判定してもよい。
【００５１】
また、暖房よりも除霜が優先されるときには、ファン１７およびブロア５１を稼働させずに破線矢印Ｃの向きに冷媒を流して、急速除霜運転を行うようにしてもよい。あるいは、この急速除霜運転中にポンプ４１を稼働させて、室外熱交換器１３で放熱した冷媒を加熱器１４で加熱することにより、さらに除霜に使用する熱量を増大させてもよい。ただし、これらの運転は、ヒートポンプ回路２に冷媒を暖房運転と反対向きに流す必要があるために、暖房運転と連続して行うことができない。これに対し、前記実施形態のような暖房除霜運転では、ヒートポンプ回路２に暖房運転と同じ向きに冷媒が流れるため、暖房運転から直ちに除霜を開始することができる。
【００５２】
前記実施形態では、吹出温度が所定の温度となるように第１流量調整弁３１および第２流量調整弁３２の開度を調整している。ただし、第１流量調整弁３１および第２流量調整弁３２の開度の調整方法はこれに限られない。他の調整方法としては、外気温度Ｔair（℃）と暖房連続時間ｔ（ｓｅｃ）から室外熱交換器１３に流れる冷媒量の比率ｒを決定する方法がある。比率ｒは、例えば次の式によって算出することができる。
ｒ＝（１０−Ｔair）／４０×ｔ／３０
（０．１＜ｒ＜０．６、−１０＜Ｔair＜１０、１０＜ｔ＜６０）
【００５３】
さらに、第１流量調整弁３１および第２流量調整弁３２の開度の調整は、必ずしもどちらか一方を全開状態に保ちながら行う必要はなく、双方の開度を同時に所定の開度に調整することも可能である。
【００５４】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置１０Ｂの構成図である。なお、本実施形態では、第１実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。この点は、後述する第３実施形態でも同様である。
【００５５】
本実施形態では、第１流路２１に、ブロワ５１によって車室内に送られる空気と冷媒との熱交換を行う副熱交換器１８が設けられている。この副熱交換器１８は、ダクト５２内で室内熱交換器１６の風下側に配置されている。なお、車両用空調装置１０Ｂのその他の構成は、第１実施形態の車両用空調装置１０Ａと同じである。
【００５６】
具体的に、副室内熱交換器１８は、ダクト５２内で当該副室内熱交換器１８を経由する第１風路と当該副室内熱交換器１８を経由しない第２風路とが層をなすように配置されている。これを実現するには、例えば、副室内熱交換器１８の脇から室内熱交換器１６がダクト５２の出口側に露出するように、換言すれば副室内熱交換器１８の脇に副室内熱交換器１８をバイパスする空気が流れる一定の空間が確保されるように、副室内熱交換器１８をダクト５２の壁面近くに片寄せて配置してもよい。あるいは、ダクト５２における副室内熱交換器１８を取り囲む部分の一部を膨らませて、その膨らませた部分に副室内熱交換器１８をバイパスする空気を流すようにしてもよい。
【００５７】
なお、本実施形態では、ダクト５２内に、上記第１風路と上記第２風路とを仕切る仕切り板、および上記第１風路を流れる風量と上記第２風路を流れる風量の比率を調整するダンパが設けられていることが好ましい。
【００５８】
このような構成では、室内熱交換器１６で加熱された車室内循環空気を副室内熱交換器１８でさらに加熱することができるので、暖房能力を高める効果を得ることができる。なお、車両用空調装置１０Ｂでも、第１実施形態の車両用空調装置１０Ａと同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５９】
＜変形例＞
ところで、前記実施形態の車両用空調装置１０Ｂでは、副室内熱交換器１８からは常に熱が放出されるため、暖房しながら車室内循環空気を除湿するには室内熱交換器１６を蒸発器として機能させる必要がある。これを実現するには、冷媒を破線矢印Ｃで示す向きに流さなければならない。しかしながら、このようにすると室外熱交換器１３からも熱が放出されるため、外気の熱を利用したヒートポンプ暖房を行うことができない。
【００６０】
これに対し、図５に示す変形例の車両用空調装置１０Ｃのように、第２流路２２に第２の膨張弁１９を設けるとともに、ヒートポンプ回路２に、膨張弁１５をバイパスする、開閉弁９２付の第１選択路９１と、第２の膨張弁１９をバイパスする、開閉弁９４付の第２選択路９３とを設けてもよい。この構成では、開閉弁９２を開くとともに膨張弁１５を全閉にし、さらに開閉弁９４を閉じた上で、冷媒を破線矢印Ｃの向きに流せば、暖房しながら車室内循環空気を除湿することができる。
【００６１】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置１０Ｄの構成図である。本実施形態では、第７流路２７に、ブロワ５１によって車室内に送られる空気と冷媒との熱交換を行う副熱交換器１８が設けられている。この副熱交換器１８は、ダクト５２内で室内熱交換器１６の風上側に配置されている。なお、車両用空調装置１０Ｄのその他の構成は、第１実施形態の車両用空調装置１０Ａと同じである。
【００６２】
具体的に、副室内熱交換器１８は、ダクト５２内で当該副室内熱交換器１８を経由する第１風路と当該副室内熱交換器１８を経由しない第２風路とが層をなすように配置されている。これを実現するには、例えば、副室内熱交換器１８の脇から室内熱交換器１６がダクト５２の入口側に露出するように、換言すれば副室内熱交換器１８の脇に副室内熱交換器１８をバイパスする空気が流れる一定の空間が確保されるように、副室内熱交換器１８をダクト５２の壁面近くに片寄せて配置してもよい。あるいは、ダクト５２における副室内熱交換器１８を取り囲む部分の一部を膨らませて、その膨らませた部分に副室内熱交換器１８をバイパスする空気を流すようにしてもよい。
【００６３】
なお、本実施形態では、ダクト５２内に、上記第１風路と上記第２風路とを仕切る仕切り板、および上記第１風路を流れる風量と上記第２風路を流れる風量の比率を調整するダンパが設けられていることが好ましい。
【００６４】
このような構成では、冷房運転時には２つの熱交換器１６，１８で車室内循環空気を冷却することができ、暖房運転時には副室内熱交換器１８で車室内循環空気を除湿することができる。なお、車両用空調装置１０Ｂでも、第１実施形態の車両用空調装置１０Ａと同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６５】
＜変形例＞
前記実施形態では、副室内熱交換器１８がダクト５２内で当該副室内熱交換器１８を経由する第１風路と当該副室内熱交換器１８を経由しない第２風路とが層をなすように配置されている。これに対し、図７に示す変形例の車両用空調装置１０Ｅのように、室内熱交換器１６のみをダクト５２内で当該室内熱交換器１６を経由する第３風路と当該室内熱交換器１６を経由しない第４風路とが層をなすように配置することも可能である。
【００６６】
あるいは、図示は省略するが、副室内熱交換器１８と室内熱交換器１６の双方を、第１風路と第２風路とが層をなし、かつ、第３風路と第４風路とが層をなすように配置することも可能である。
【００６７】
（その他の実施形態）
前記各実施形態では、切換手段として四方弁１２Ａが用いられていたが、本発明の切換手段はこれに限られるものではない。例えば、切換手段は、図８（ａ）に示すような、第１流路２１および第７流路２７と接続された２つの三方弁１２１が一対の配管１２２によってループ状に接続され、それらの配管１２２に第２流路２２および第６流路２６が接続された回路１２Ｂであってもよい。あるいは、切換手段は、図８（ｂ）に示すようないわゆるブリッジ回路１２Ｃであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の車両用空調装置は、排熱を有効に活用することができるので、特に電気自動車や燃料電池自動車などの非燃焼系の自動車に有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１０Ａ〜１０Ｅ  車両用空調装置
１１  圧縮機
１１ａ  吸入口
１１ｂ  吐出口
１２Ａ  四方弁（切換手段）
１２Ｂ  回路（切換手段）
１２Ｃ  ブリッジ回路（切換手段）
１３  室外熱交換器
１４  加熱器
１５  膨張機構
１６  室内熱交換器
１８  副室内熱交換器
２    ヒートポンプ回路
２１  第１流路（吐出側流路）
２２  第２流路（第２室外側流路）
２３  第３流路（第１室外側流路）
２７  第７流路（吸入側流路）
３    バイパス路
３１  第１流量調整弁
３２  第２流量調整弁
５１  ブロア
５２  ダクト
６    制御装置
８２  蒸発器温度センサ（着霜用検出手段）
８３  吹出温度センサ
【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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