(57)【要約】【課題】除霜と暖房能力を両立させつつ、窓曇りや悪臭を引き起こさない車両用の空調装置を提供する。【解決手段】圧縮機、室内凝縮器、第１可変絞り、室外熱交換器、圧縮機の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路を有する冷凍サイクル装置と、少なくとも、車室内送風空気を送風する送風機と、車室内送風空気を加熱する室内凝縮器を有する室内空調ユニットを具備する車両用の空調装置において、室内凝縮器が、車室内送風空気を加熱するとともに、室外熱交換器が放熱して着霜した氷を融解させることにより、車室内をホットガス暖房しながらホットガス除霜できることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１１）、室内凝縮器（１２）、第１可変絞り（１３）、室外熱交換器（２０）、前記圧縮機（１１）の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路を有する冷凍サイクル装置と、
少なくとも、車室内送風空気を送風する送風機（３２）と、該車室内送風空気を加熱する前記室内凝縮器（１２）を有する室内空調ユニット（３０）を具備する車両用の空調装置であって、
前記室内凝縮器（１２）が、前記車室内送風空気を加熱するとともに、前記室外熱交換器（２０）が放熱して着霜した氷を融解させることにより、車室内をホットガス暖房しながらホットガス除霜できるようにした車両用の空調装置。
【請求項２】
前記室外熱交換器（２０）が着霜したことを判定した場合、前記室外熱交換器（２０）を吸熱から放熱に変化させるために、前記送風機（３２）の送風量を低下させるか、又は、前記第１可変絞り（１３）の弁開度を調整するか、いずれか一方、若しくは、双方を行うことを特徴とした請求項１に記載の車両用の空調装置。
【請求項３】
前記主冷媒回路において、前記室内凝縮器（１２）と第１可変絞り（１３）の順に続いて気液分離器（１４）を配置し、さらに、該気液分離器（１４）と前記室外熱交換器（２０）との間に、前記気液分離器（１４）を経由した液相又は気相冷媒が導入される第２可変絞り（１７）を配置して、
前記気液分離器（１４）を経由した中間圧の気相冷媒を、前記圧縮機（１１）に設けられた中間圧ポート（１１ｂ）へ導いて、圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧冷媒通路（１５）を設けたことを特徴とする請求項２に記載の車両用の空調装置。
【請求項４】
前記室外熱交換器（２０）が着霜したことを判定した場合、前記室外熱交換器（２０）を吸熱から放熱に変化させるために、さらに、前記第２可変絞り（１７）の弁開度を調整したことを特徴とした請求項３に記載の車両用の空調装置。
【請求項５】
前記室外熱交換器（２０）が着霜したことを判定した場合、前記圧縮機（１１）の回転数を増大させたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用の空調装置。
【請求項６】
前記室外熱交換器（２０）が除霜運転中、車室内暖房能力を上昇させるため、前記第１可変絞り（１３）の弁開度を、第２可変絞り（１７）の弁開度よりも相対的に増大させて前記中間圧力を上昇させ、前記中間圧ポート（１１ｂ）から前記圧縮機（１１）へ、中間圧冷媒のインジェクション流量を増大させた特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の車両用の空調装置。
【請求項７】
前記中間圧冷媒通路（１５）には、中間圧側開閉弁（１６ａ）を設置したことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の車両用の空調装置。
【請求項８】
前記中間圧側開閉弁（１６ａ）が、前記第２可変絞り（１７）の前後の差圧に応じて開閉したことを特徴とする請求項７に記載の車両用の空調装置。
【請求項９】
前記主冷媒回路の前記室外熱交換器（２０）の下流において、冷房用開閉弁（１６ｃ）、アキュムレータ（２４）、前記圧縮機（１１）の順に冷媒が流れるように、冷房用開閉弁（１６ｃ）、アキュムレータ（２４）を配置し、
前記室外熱交換器（２０）と前記冷房用開閉弁（１６ｃ）の間で前記主冷媒回路から分岐して、第３可変絞り（２２）、室内蒸発器（２３）の順に経て、前記冷房用開閉弁（１６ｃ）と前記アキュムレータ（２４）との間で前記主冷媒回路に合流するバイパス回路を配置し、
前記中間圧冷媒通路（１５）には、中間圧側開閉弁（１６ａ）を設置したことを特徴とする請求項３から８のいずれか１項に記載の車両用の空調装置。
【請求項１０】
前記室内空調ユニット（３０）が、さらに、前記室内蒸発器（２３）とエアミックスドア（３４）を具備することを特徴とする請求項９に記載の車両用の空調装置。
【請求項１１】
前記第１可変絞り（１３）、及び、前記第２可変絞り（１７）は、減圧作用を発揮する絞り状態に加えて、減圧作用を発揮しない全開状態、全閉状態に設定可能に構成されていることを特徴とする請求項３から１０のいずれか１項に記載の車両用の空調装置。
【請求項１２】
前記主冷媒回路において、前記第２可変絞り（１７）と並列に低圧側側開閉弁（１６ｂ）が挿入されていることを特徴とする請求項３から１０のいずれか１項に記載の車両用の空調装置。
【請求項１３】
室内凝縮器（１２）が、冷媒放熱器（５２）と加熱用熱交換器（１２’）から構成され、前記冷媒放熱器（５２）は、前記主冷媒回路において前記圧縮機（１１）と前記第１可変絞り（１３）の間で、前記加熱用熱交換器（１２’）を熱媒体が循環する熱媒体循環回路（５０）に熱交換することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の車両用の空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室外熱交換器の除霜と、暖房能力を両立させつつ、窓曇りや悪臭を引き起こさない車両用の空調装置に関する。主に、電気自動車やハイブリッドカーなど、燃焼エンジンがない車両、または、燃焼エンジンがあまり稼動しない車両など、暖房の熱源が不足する車両の空調装置に好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、普及が進んでいる電気自動車では、走行用の駆動力を出力するエンジン（内燃機関）を備えていないため、車室内の暖房を行う際の熱源としてエンジンの廃熱を利用することができない。そこで、電気自動車に適用される車両用空調装置として、ヒートポンプサイクル（蒸気圧縮式の冷凍サイクル）の電動圧縮機から吐出された高温高圧冷媒を熱源として車室内の暖房を行う空調装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、電気自動車用の空調システムとして、ガスインジェクションヒートポンプ技術を使った空調システムが開示されており、ヒートポンプ技術の課題である除霜技術について、室外熱交換器を除霜しながら車室内暖房も可能なシステムが提案されている。このシステムは、除霜時、ミックスドアで室内凝縮器への空気通路を全閉にして、圧縮機からの吐出ガス冷媒（ホットガス）を、室内凝縮器で熱交換せずに、ＨＶＡＣ内の室内蒸発器に導入するものである。そして、室内蒸発器は、冷房や除湿モードにおいては冷却器として機能するものでありながら、室外熱交換器の除霜時には、車室内暖房用に空気加熱器として使用している。
【０００４】
このため、除霜を行う前に除湿運転などをした後で、室内蒸発器が保水している場合などは、ホットガス冷媒が室内蒸発器に流入したとたん、保水していた水は蒸発し、車室内に吹出されることになる。このような蒸気の吹出しは、フロントガラスで再凝縮され、窓曇りを引き起こす可能性が生じる。また、蒸気とともに、臭気成分が吹出され悪臭を引き起こす場合も懸念される。さらに、このシステムでは暖房性能不足により車室内の暖房が充分行なうことができない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３０７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題の可能性に鑑み、室外熱交換器の着霜時ホットガス除霜をしながらホットガス暖房も行うシステムにより、室外熱交換器の除霜と、暖房能力を両立させつつ、窓曇りや悪臭を引き起こさない車両用の空調装置を提供するものである。ホットガス暖房、ホットガス除霜とは、圧縮機からの高温ガス冷媒の顕熱を使って行なう熱交換サイクルである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、圧縮機（１１）、室内凝縮器（１２）、第１可変絞り（１３）、室外熱交換器（２０）、前記圧縮機（１１）の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路を有する冷凍サイクル装置と、少なくとも、車室内送風空気を送風する送風機（３２）と、該車室内送風空気を加熱する前記室内凝縮器（１２）を有する室内空調ユニット（３０）を具備する車両用の空調装置であって、前記室内凝縮器（１２）が、前記車室内送風空気を加熱するとともに、前記室外熱交換器（２０）が放熱して着霜した氷を融解させることにより、車室内をホットガス暖房しながらホットガス除霜できるようにした車両用の空調装置である。
【０００８】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】第１実施形態の第１暖房モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。
【図１Ｂ】第１実施形態の第１暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図２Ａ】第１実施形態の第２暖房モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。
【図２Ｂ】第１実施形態の第２暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図３】暖房モードから除霜暖房モードに切替える場合のモリエル線図での説明図である。
【図４Ａ】第１実施形態の冷房運転モード／除湿暖房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。
【図４Ｂ】第１実施形態の冷房運転モード時の冷媒状態を示すモリエル線図である。
【図５Ａ】第１実施形態の第１除湿暖房運転モード時の冷媒状態を示すモリエル線図である。
【図５Ｂ】第１実施形態の第２除湿暖房運転モード時の冷媒状態を示すモリエル線図である。
【図５Ｃ】第１実施形態の第３除湿暖房運転モード時の冷媒状態を示すモリエル線図である。
【図５Ｄ】第１実施形態の第４除湿暖房運転モード時の冷媒状態を示すモリエル線図である。
【図６Ａ】第１実施形態の第２除湿暖房運転モード時の冷媒状態を説明するモリエル線図である。
【図６Ｂ】第１実施形態の第３除湿暖房運転モード時の冷媒状態を説明するモリエル線図である。
【図７】第２実施形態の第１、２暖房モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。
【図８】第３実施形態の全体構成図である。
【図９Ａ】第４実施形態の中間圧側開閉弁の作動を説明する説明図である。
【図９Ｂ】第４実施形態のヒートポンプサイクルの冷房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。
【図９Ｃ】第４実施形態のヒートポンプサイクルの暖房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図１Ａ〜６により、本発明の第１実施形態の全体的運転モードについて説明する。そのうち、特に、後述する除霜暖房モードが本発明の特徴点を構成する。
本実施形態では、ヒートポンプサイクル１０を走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車の車両用空調装置１に適用している。このヒートポンプサイクル１０は、車両用空調装置１において、空調対象空間である車室内へ送風される車室内送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。
【００１１】
従って、本実施形態のヒートポンプサイクル１０は、図４Ａの全体構成図に示すように、車室内を冷房する冷房運転モードあるいは車室内を除湿しながら暖房する除湿暖房運転モード（除湿運転モード）の冷媒回路、および、図１Ａ、２Ａの全体構成図に示すように、車室内を暖房する暖房運転モードの冷媒回路を切替可能に構成されている。
【００１２】
さらに、このヒートポンプサイクル１０では、後述するように暖房運転モードとして、外気温が低温時（例えば、０℃以下の場合も含む）に実行される第１暖房モード（図１Ａ）、通常の暖房が実行される第２暖房モード（図２Ａ）を実行することができる。なお、図１Ａ、２Ａ、４Ａでは、それぞれの運転モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示している。
【００１３】
また、ヒートポンプサイクル１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、ＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。この冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
【００１４】
なお、冷媒の封入量については、ヒートポンプサイクル１０に最大冷凍能力を発揮させる高負荷運転時において、サイクルを循環させる必要のある最大循環流量に対して、予め定めた余剰量を加えた量としている。この余剰量は、経年使用によってサイクルに封入された冷媒が、ヒートポンプサイクル１０の各構成機器同士を接続するゴムホースあるいはその他の接続部を介して、外部へ漏れてしまうことを考慮して決定されている。
【００１５】
ヒートポンプサイクル１０の構成機器のうち、圧縮機１１は、車両のボンネット内に配置され、ヒートポンプサイクル１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。この圧縮機１１は、その外殻を形成するハウジングの内部に、固定容量型の圧縮機構からなる低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との２つの圧縮機構、および、双方の圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された二段昇圧式の電動圧縮機である。
【００１６】
圧縮機１１のハウジングには、ハウジングの外部から低段側圧縮機構へ低圧冷媒を吸入させる吸入ポート１１ａ、ハウジングの外部からハウジングの内部へ中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート１１ｂ、および、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒をハウジングの外部へ吐出させる吐出ポート１１ｃが設けられている。
【００１７】
より具体的には、中間圧ポート１１ｂは、低段側圧縮機構の冷媒吐出口側（すなわち、高段側圧縮機構の冷媒吸入口側）に接続されている。また、低段側圧縮機構および高段側圧縮機は、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構等の各種形式のものを採用することができる。
【００１８】
電動モータは、後述する空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態では、電動モータが圧縮機１１の吐出能力変更手段を構成している。
【００１９】
なお、本実施形態では、２つの圧縮機構を１つのハウジング内に収容した圧縮機１１を採用しているが、圧縮機の形式はこれに限定されない。つまり、中間圧ポート１１ｂから中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させることが可能であれば、ハウジングの内部に、１つの固定容量型の圧縮機構およびこの圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機であってもよい。なお、中間圧冷媒を流入させない場合の実施形態を含むものである。
【００２０】
圧縮機１１の吐出ポート１１ｃには、室内凝縮器１２の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、後述する車両用空調装置１の室内空調ユニット３０の空調ケース３１内に配置され、圧縮機１１（具体的には、高段側圧縮機構）から吐出された高圧冷媒を放熱させて、後述する室内蒸発器２３を通過した車室内送風空気を加熱する放熱器である。
【００２１】
室内凝縮器１２の冷媒出口側には、室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧可能な第１可変絞り１３の入口側が接続されている。この第１可変絞り１３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。
【００２２】
第１可変絞り１３は、減圧作用を発揮する絞り状態と減圧作用を発揮しない全開状態とに設定可能に構成されている。より具体的には、第１可変絞り１３では、冷媒を減圧させる際には、絞り通路面積が相当直径φ０．５〜φ３ｍｍとなる範囲で絞り開度を変化させる。さらに、絞り開度を全開とすると、絞り通路面積を相当直径φ１０ｍｍ程度確保して、冷媒減圧作用を発揮させないようにすることもできる。また、絞り開度を全閉として室外熱交換器２０から室内蒸発器２３へ至る冷媒流路を閉塞させることもできる。なお、第１可変絞り１３は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００２３】
第１可変絞り１３の出口側には、室内凝縮器１２から流出して第１可変絞り１３にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段としての気液分離器１４の冷媒流入ポート１４ｂが接続されている。この気液分離器１４は、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式のものである（特開２００９−１７４８３６号公報等参照）。
【００２４】
本実施形態の気液分離器１４は、中間圧冷媒を流入させる冷媒流入口が形成された冷媒流入ポート１４ｂ、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口が形成された気相冷媒流出ポート１４ｃ、および、分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口が形成された液相冷媒流出ポート１４ｄを有して構成されている（図１Ａ参照）。液相冷媒流出ポート１４ｄからは通常液相冷媒が流出するが、後述の除霜暖房モードの場合には気相冷媒が流出することもある。
【００２５】
気液分離器１４の気相冷媒流出ポート１４ｃには、中間圧冷媒通路１５を介して、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂが接続されている。この中間圧冷媒通路１５には、中間圧側開閉弁１６ａが配置されている。この中間圧側開閉弁１６ａは中間圧冷媒通路１５を開閉する電磁弁であり、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００２６】
なお、中間圧側開閉弁１６ａは、中間圧冷媒通路１５を開いた際に気液分離器１４の気相冷媒出口から圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂ側へ冷媒が流れることのみを許容する逆止弁としての機能を兼ね備えている。これにより、中間圧側開閉弁１６ａが中間圧冷媒通路１５を開いた際に、圧縮機１１側から気液分離器１４へ冷媒が逆流することが防止される。
【００２７】
さらに、中間圧側開閉弁１６ａは、中間圧冷媒通路１５を開閉することによって、サイクル構成（冷媒流路）を切り替える機能を果たす。従って、本実施形態の中間圧側開閉弁１６ａは、サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段を構成している。
【００２８】
本実施形態の中間圧側開閉弁１６ａは、低段側減圧手段の状態（絞り状態、全開状態）に連動して、中間圧冷媒通路１５を開閉するように構成されている。低段側減圧手段とは、第２可変絞り１７と、それに並列に挿入されている低圧側開閉弁１６ｂとを合わせたものを指す。
【００２９】
具体的には、中間圧側開閉弁１６ａは、低段側減圧手段の低圧側開閉弁１６ｂが閉じ、低段側減圧手段全体が絞り状態となる際に、中間圧冷媒通路１５を開放するように構成されている。また、中間圧側開閉弁１６ａは、低段側減圧手段の低圧側開閉弁１６ｂが開き、低段側減圧手段全体が全開状態となる際に、中間圧冷媒通路１５を閉鎖するように構成されている。
【００３０】
一方、気液分離器１４の液相冷媒流出ポート１４ｄには、気液分離器１４から流出した液相冷媒を減圧可能な低段側減圧手段の入口側が接続され、低段側減圧手段の出口側には、室外熱交換器２０の冷媒入口側が接続されている。
【００３１】
本実施形態の低段側減圧手段は、気液分離器１４にて分離された液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる第２可変絞り１７、気液分離器１４にて分離された液相冷媒を第２可変絞り１７を迂回させて室外熱交換器２０側へ導く迂回用通路１８、迂回用通路１８を開閉する通路開閉弁としての低圧側開閉弁１６ｂを有して構成されている。なお、低圧側開閉弁１６ｂの基本的構成は、中間圧側開閉弁１６ａと同等であり、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。
【００３２】
ここで、冷媒が低圧側開閉弁１６ｂを通過する際に生じる圧力損失は、第２可変絞り１７を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。従って、室内凝縮器１２から流出した冷媒は、低圧側開閉弁１６ｂが開いている場合には迂回用通路１８側を介して室外熱交換器２０へ流入し、低圧側開閉弁１６ｂが閉じている場合には第２可変絞り１７を介して室外熱交換器２０へ流入する。
【００３３】
これにより、低段側減圧手段は、低圧側開閉弁１６ｂの開閉により、減圧作用を発揮する絞り状態と、減圧作用を発揮しない全開状態とに変更することが可能となっている。なお、低圧側開閉弁１６ｂを、気液分離器１４の液相冷媒流出ポート１４ｄ出口側と第２可変絞り１７入口側とを接続する冷媒回路および液相冷媒流出ポート１４ｄ出口側と迂回用通路１８入口側とを接続する冷媒回路を切り替える電気式の三方弁等を採用してもよい。
【００３４】
第２可変絞り１７としては、絞り開度が固定された状態での固定絞りとして使用することができる。この場合では、絞り通路面積が急縮小あるいは急拡大するので、上流側と下流側との圧力差（出入口間差圧）の変化に伴って、固定絞りを通過する冷媒の流量および第２可変絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘを自己調整（バランス）することができる。
【００３５】
具体的には、圧力差が比較的大きい場合には、サイクルを循環させる必要のある必要循環冷媒流量が減少するに伴って、固定絞り上流側冷媒の乾き度が大きくなるようにバランスする。一方、圧力差が比較的小さい場合には、必要循環冷媒流量が増加するに伴って、固定絞り上流側冷媒の乾き度が小さくなるようにバランスする。
【００３６】
ところが、第２可変絞り１７上流側冷媒の乾き度が大きくなってしまうと、室外熱交換器２０が冷媒に吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能する際に、室外熱交換器２０における冷媒の吸熱量（冷凍能力）が減ってサイクルの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまう。
【００３７】
そこで、本実施形態では暖房運転モード時にサイクルの負荷変動によって必要循環冷媒流量が変化しても、第２可変絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘが０．１以下となるように開度を制御し、ＣＯＰの悪化を抑制している。
【００３８】
つまり、本実施形態の第２可変絞り１７では、ヒートポンプサイクル１０に負荷変動が生じた際に想定される範囲で、冷媒循環流量Ｑおよび第２可変絞り１７の出入口間差圧が変化しても、第２可変絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘが０．１以下に調整される。
【００３９】
室外熱交換器２０は、ボンネット内に配置されて、内部を流通する低圧冷媒と送風ファン２１から送風された外気とを熱交換させるものである。この室外熱交換器２０は、第１、第２暖房モード時等には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房運転モード時等には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。
【００４０】
室外熱交換器２０の冷媒出口側には、第３可変絞り２２の冷媒入口側が接続されている。第３可変絞り２２は、冷房運転モード時等に室外熱交換器２０から流出した冷媒を減圧させ、室内蒸発器２３へ流入する冷媒を減圧させるものである。この第３可変絞り２２の基本的構成は、第１可変絞り１３と同様であり、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００４１】
第３可変絞り２２の出口側には、室内蒸発器２３の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器２３は、室内空調ユニット３０の空調ケース３１内のうち、室内凝縮器１２の車室内送風空気流れ上流側に配置され、冷房運転モード時、除湿暖房運転モード等にその内部を流通する冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることにより車室内送風空気を冷却する蒸発器である。
【００４２】
室内蒸発器２３の出口側には、アキュムレータ２４の入口側が接続されている。アキュムレータ２４は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄える低圧側気液分離器である。さらに、アキュムレータ２４の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入ポート１１ａが接続されている。従って、室内蒸発器２３は、圧縮機１１の吸入ポート１１ａ側へ流出させるように接続されている。
【００４３】
さらに、室外熱交換器２０の冷媒出口側には、室外熱交換器２０から流出した冷媒を第３可変絞り２２および室内蒸発器２３を迂回させてアキュムレータ２４の入口側へ導く迂回用通路２５が接続されている。この迂回用通路２５には、迂回用通路２５を開閉する冷房用開閉弁１６ｃが配置されている。
【００４４】
冷房用開閉弁１６ｃの基本的構成は、中間圧側開閉弁１６ａと同等であり、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。また、冷媒が冷房用開閉弁１６ｃを通過する際に生じる圧力損失は、第３可変絞り２２を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。
【００４５】
従って、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが開いている場合には迂回用通路２５を介してアキュムレータ２４へ流入する。この際、第３可変絞り２２の絞り開度を全閉としてもよい。また、冷房用開閉弁１６ｃが閉じている場合には第３可変絞り２２を介して室内蒸発器２３へ流入する。これにより、冷房用開閉弁１６ｃは、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路を切り替えることができる。従って、本実施形態の冷房用開閉弁１６ｃは、中間圧側開閉弁１６ａとともに冷媒流路切替手段を構成している。
【００４６】
次に、室内空調ユニット３０について説明する。室内空調ユニット３０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、室内空調ユニット３０の外殻を形成するとともに、その内部に車室内に送風される車室内送風空気の空気通路を形成する空調ケース３１を有している。そして、この空気通路に送風機３２、室内凝縮器１２、室内蒸発器２３等が収容されている。
【００４７】
空調ケース３１の空気流れ最上流側には、車室内空気（内気）と外気とを切替導入する内外気切替装置３３が配置されている。この内外気切替装置３３は、空調ケース３１内に内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。
【００４８】
内外気切替装置３３の空気流れ下流側には、内外気切替装置３３を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風機３２が配置されている。この送風機３２は、遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される。
【００４９】
送風機３２の空気流れ下流側には、前述の室内蒸発器２３および室内凝縮器１２が、車室内送風空気の流れに対して、室内蒸発器２３→室内凝縮器１２の順に配置されている。換言すると、室内蒸発器２３は、室内凝縮器１２に対して、空気流れ上流側に配置されている。
【００５０】
また、空調ケース３１内には、室内蒸発器２３通過後の送風空気を、室内凝縮器１２を迂回して流すバイパス通路３５が設けられており、室内蒸発器２３の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器１２の空気流れ上流側には、エアミックスドア３４が配置されている。
【００５１】
このエアミックスドア３４は、室内蒸発器２３通過後の送風空気のうち、室内凝縮器１２を通過させる風量とバイパス通路３５を通過させる風量との風量割合を調整して、室内凝縮器１２の熱交換能力を調整する熱交換能力調整手段である。なお、エアミックスドア３４は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
【００５２】
また、室内凝縮器１２およびバイパス通路３５の空気流れ下流側には、室内凝縮器１２にて冷媒と熱交換して加熱された車室内送風空気とバイパス通路３５を通過して加熱されていない車室内送風空気が合流する合流空間３６が設けられている。
【００５３】
空調ケース３１の空気流れ最下流部には、合流空間３６にて合流した送風空気を、冷却対象空間である車室内へ吹き出す開口穴が配置されている。具体的には、この開口穴としては、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴３７ａ、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴３７ｂ、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴３７ｃが設けられている。
【００５４】
従って、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２を通過させる風量とバイパス通路を通過させる風量との風量割合を調整することによって、合流空間３６内の送風空気の温度が調整される。なお、エアミックスドア３４は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
【００５５】
さらに、デフロスタ開口穴３７ａ、フェイス開口穴３７ｂおよびフット開口穴３７ｃの空気流れ上流側には、それぞれ、デフロスタ開口穴３７ａの開口面積を調整するデフロスタドア３８ａ、フェイス開口穴３７ｂの開口面積を調整するフェイスドア３８ｂ、フット開口穴３７ｃの開口面積を調整するフットドア３８ｃが配置されている。
【００５６】
これらのデフロスタドア３８ａ、フェイスドア３８ｂおよびフットドア３８ｃは、開口穴モードを切り替える開口穴モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、空調制御装置４０から出力される制御信号によってその作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
【００５７】
また、デフロスタ開口穴３７ａ、フェイス開口穴３７ｂおよびフット開口穴３７ｃの空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口に接続されている。
【００５８】
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む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、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種空調制御機器（圧縮機１１、第１〜３可変絞り、低段側減圧手段の低圧側開閉弁１６ｂ、冷媒流路切替手段１６ａ、１６ｃ、送風機３２等）の作動を制御する。
【００５９】
また、空調制御装置４０の入力側には、車室内温度を検出する内気センサ、外気温Ｔａｍを検出する外気センサ４１−１、車室内の日射量を検出する日射センサ、室内蒸発器２３からの吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒圧力を検出する吐出圧センサ、圧縮機１１へ吸入される吸入冷媒圧力を検出する吸入圧センサ、室外熱交換器２０の出口冷媒温度センサ４１−２等の種々の空調制御用のセンサ群４１が接続されている。出口冷媒温度センサ４１−２は、室外熱交換器２０の出口冷媒温度Ｔｈｏを検出する。
【００６０】
さらに、空調制御装置４０の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置１の作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、冷房運転モードと暖房運転モードとの選択スイッチ等が設けられている。
【００６１】
なお、空調制御装置４０は、その出力側に接続された各種空調制御機器の作動を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。
【００６２】
例えば、本実施形態では、圧縮機１１の電動モータの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が吐出能力制御手段を構成し、冷媒流路切替手段１６ａ〜１６ｃの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が冷媒流路制御手段を構成している。もちろん、吐出能力制御手段および冷媒流路制御手段を空調制御装置４０に対して別体の制御装置として構成してもよい。
【００６３】
次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置１では、車室内を冷房する冷房運転モード、車室内を暖房する暖房運転モード、除霜暖房モード、および、車室内を除湿しながら暖房する除湿暖房モードに切り替えることができる。以下に各運転モードにおける作動を説明する。
【００６４】
（暖房モード）
暖房運転モードには、次の第１暖房モード、第２暖房モードがあり、車両用空調装置の作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって暖房運転モードが選択されると開始される。
【００６５】
そして、暖房運転モードが開始されると、空調制御装置４０が空調制御用のセンサ群４１の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込み、圧縮機１１の冷媒吐出能力（圧縮機１１の回転数）を決定する。さらに、決定された回転数に応じて、第１暖房モードあるいは第２暖房モード時を実行する。
【００６６】
（第１暖房モード）
まず、第１暖房モードについて説明する。第１暖房モードが実行されると、空調制御装置４０が、第１可変絞り１３を絞り状態とし、第３可変絞り２２を全閉状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを開弁状態とする。
【００６７】
さらに、低圧側開閉弁１６ｂを閉弁状態として低段側減圧手段を減圧作用を発揮する絞り状態とし、低圧側開閉弁１６ｂの状態に連動して中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態とする。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、図１Ａの実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
【００６８】
この冷媒流路構成（サイクル構成）で、空調制御装置４０が、空調制御用のセンサ群４１の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込み、目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置４０の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。
【００６９】
なお、第１暖房モードでは、第１可変絞り１３へ出力される制御信号については、第１可変絞り１３の絞り開度が予め定めた第１暖房モード用の所定開度となるように決定される。また、エアミックスドア３４のサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドア３４がバイパス通路３５を閉塞し、室内蒸発器２３通過後の送風空気の全流量が室内凝縮器１２を通過するように決定される。
【００７０】
従って、第１暖房モードのヒートポンプサイクル１０では、図１Ｂのモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（ａ7点）が室内凝縮器１２へ流入する。室内凝縮器１２へ流入した冷媒は、送風機３２から送風されて室内蒸発器２３を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する（ａ7→ｂ7点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。
【００７１】
室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている第１可変絞り１３にて中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（ｂ7→ｃ１7点）。そして、第１可変絞り１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４にて気液分離される（ｃ7→ｃ２7点、ｃ7→ｃ３7点）。
【００７２】
気液分離器１４にて分離された気相冷媒は、中間圧側開閉弁１６ａが開弁状態となっているので、中間圧冷媒通路１５を介して、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂへ流入し（ｃ２7→ａ２7点）、低段側圧縮機構吐出冷媒（ａ１7点）と合流して、高段側圧縮機構へ吸入される。
【００７３】
一方、気液分離器１４にて分離された液相冷媒は、低段側減圧手段が絞り状態となっているので、低段側減圧手段にて低圧冷媒となるまで減圧されて流出し、室外熱交換器２０へ流入する。つまり、低段側減圧手段では、低圧側開閉弁１６ｂが閉弁状態となっているので、第２可変絞り１７へ流入して低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（ｃ３7→ｃ４7点）。第２可変絞り１７から流出した冷媒は、室外熱交換器２０へ流入して、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（ｃ４7点→ｄ7点）。
【００７４】
室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが開弁状態となっているので迂回用通路２５を介して、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａ（ｅ7点）から吸入されて再び圧縮される。一方、分離された液相冷媒はサイクルが要求されている冷凍能力を発揮するために必要としていない余剰冷媒としてアキュムレータ２４内に蓄えられる。
【００７５】
なお、図１Ｂにおいてｄ７点とｅ７点が異なっている理由は、アキュムレータ２４から圧縮機１１の吸入ポート１１ａへ至る冷媒配管を流通する気相冷媒に生じる圧力損失と、気相冷媒が外部（外気）から吸熱する吸熱量を表したものである。従って、理想的なサイクルでは、ｄ７点とｅ７点が一致していることが望ましい。このことは、以下のモリエル線図においても同様である。
【００７６】
以上の如く、第１暖房モードでは、室内凝縮器１２にて圧縮機１１から吐出された冷媒の有する熱を車室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。
【００７７】
さらに、第１暖房モードでは、第２可変絞り１７にて減圧された低圧冷媒を圧縮機１１の吸入ポート１１ａから吸入させるとともに、第１可変絞り１３にて減圧された中間圧冷媒を中間圧ポート１１ｂへ流入させて昇圧過程の冷媒と合流させる、ガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）を構成することができる。
【００７８】
従って、高段側圧縮機構に、温度の低い混合冷媒を吸入させることによって、高段側圧縮機構の圧縮効率を向上させることができるとともに、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構の双方の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との圧力差を縮小させて、双方の圧縮機構の圧縮効率を向上させることができる。その結果、ヒートポンプサイクル１０全体としてのＣＯＰを向上させることができる。
【００７９】
（第２暖房モード）
次に、第２暖房モードについて説明する。第２暖房モード時が実行されると、空調制御装置４０が、第１可変絞り１３を、減圧作用を発揮する絞り状態とし、第３可変絞り２２を全閉状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを開弁状態とする。
【００８０】
さらに、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態として低段側減圧手段を、減圧作用を発揮しない全開状態とし、低圧側開閉弁１６ｂの状態に連動して中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする。ヒートポンプサイクル１０は、図２Ａの実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
【００８１】
この冷媒流路構成（サイクル構成）で、空調制御装置４０が、第１暖房モードと同様に空調制御装置４０の出力側に接続された各種空調制御機器、空調ユニットの作動状態を決定する。
【００８２】
第２暖房モード時のヒートポンプサイクル１０では、図２Ｂのモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（ａ8点）が室内凝縮器１２へ流入し、第２暖房モード時と同様に、車室内送風空気と熱交換して放熱する（ａ8→ｂ8点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。
【００８３】
室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている第１可変絞り１３にて低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹されて（ｂ8→ｃ8点）、気液分離器１４へ流入する。この際、気液分離器１４へ流入した冷媒は、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁状態となっているので、気液分離されることなく、液相冷媒流出ポート１４ｄから流出していく。
【００８４】
一方、気液分離器１４にて分離された液相冷媒は、低段側減圧手段が全開状態となっているので、低段側減圧手段にて殆ど減圧されることなく流出し、室外熱交換器２０へ流入する。つまり、低段側減圧手段では、低圧側開閉弁１６ｂが開弁状態となっているので、第２可変絞り１７側へ流入することなく迂回用通路１８を介して室外熱交換器２０へ流入する。そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（ｃ8点→ｄ8点）。以降の作動は第１暖房モードと同様である。
【００８５】
ここで、第２暖房モード時を、第１暖房モードに対して、外気温が高い場合等のように暖房負荷が比較的低い場合に実行することの効果を説明する。理論的には、圧縮機１１の回転数が同一であれば、第１暖房モードは、第２暖房モード時よりも高い暖房性能を発揮することができる。換言すると、同一の暖房性能を発揮させるために必要な圧縮機１１の回転数（冷媒吐出能力）は、第１暖房モードよりも第２暖房モード時の方が低くなる。
【００８６】
ところが、圧縮機構には、圧縮効率が最大（ピーク）となる最大効率回転数があり、最大効率回転数よりも回転数が低くなると、圧縮効率が大きく低下してしまうという特性がある。このため、暖房負荷が比較的低い場合に圧縮機１１を最大効率回転数よりも低い回転数で作動させると、第１暖房モードでは、却ってＣＯＰが低下してしまうことがある。
【００８７】
そこで、本実施形態では、上述の最大効率回転数を基準回転数として、第１暖房モードの実行中に、圧縮機１１の回転数が基準回転数以下となってしまう場合に第２暖房モードへ切り替え、第２暖房モードの実行中に基準回転数に対して予め定めた所定量を加えた回転数以上となった際に第１暖房モードへ切り替えるようにしている。
【００８８】
これにより、第１暖房モードおよび第２暖房モードのうち高いＣＯＰを発揮できる運転モードを選択している。従って、第１暖房モードの実行中に、圧縮機１１の回転数が基準回転数以下となってしまう場合であっても、第２暖房モードへ切り替えることにより、ヒートポンプサイクル１０全体としてのＣＯＰを向上させることができる。
【００８９】
（除霜暖房モード）
暖房モードを実施すると、室外熱交換器２０は蒸発器として機能するため、凝縮水が発生し、外気温が比較的低い場合などでは、凝縮水は凍結し、室外熱交換器２０に着霜状態が生じる。ここで、暖房モードは、第１、２暖房モードであっても着霜は発生しうるので、本実施形態の除霜暖房モードはいずれも適用可能である。ここでは、低温時に実行されることが多い第１暖房モードの場合を、一例として挙げて、以下説明する。室外熱交換器２０に着霜状態が、空調制御装置４０によって判定されると、図３に示すように、第１暖房モードから除霜暖房モードに変更させて、室内凝縮器１２で車室内送風空気を加熱するとともに、室外熱交換器２０においてホットガス冷媒の熱を放熱して着霜した氷を融解させることにより、車室内をホットガス暖房しながらホットガス除霜できるように制御する。
【００９０】
室外熱交換器２０の着霜状態は、種々の手段で判定することができる。室外熱交換器２０の着霜する場合には、出口冷媒温度センサ４１−２によって検出された室外熱交換器２０の出口冷媒温度Ｔｈｏが低下する。本実施形態では、外気温Ｔａｍと出口冷媒温度Ｔｈｏの差Ｔａｍ−Ｔｈｏが、所定値（例えば、２０℃など）より大きくなると、室外熱交換器２０が着霜したことを判定する。この判定により、第１暖房モードから除霜暖房モードに変更する。判定手段としては、Ｔａｍ−Ｔｈｏが所定の温度差（例えば、１５℃など）で所定の時間（例えば１０分程度）以上継続した場合において着霜状態と判定しても良い。着霜状態の判定は、これらに限らず、その他の周知の手段（特開２０００−２０３２４９号公報の段落００４２、特開２００１−２４６９３０号公報の段落００５７など）で判定しても良い。
【００９１】
次に、図３を参照して、第１暖房モードから除霜暖房モードに変更する制御について説明する。なお、この制御は、第２暖房モードから除霜暖房モードに変更する場合であっても、中間インジェクション部分を除き同様である。図３の上の図は、図１Ｂと同じである。第１暖房モードでは、室外熱交換器２０は外気から吸熱を行っている。
【００９２】
この図の例示のように、外気温が０℃近くになるような場合には、室外熱交換器２０に着霜が発生してしまう。着霜状態が判定されると、図３の下の図の冷凍サイクルにするため、すなわち、室外熱交換器２０を吸熱から放熱に変化させるために、まず、室内空調ユニット３０の送風機３２に指令して、送風量を低下させる。すると、室内凝縮器１２での熱交換量が減少し始める。室内凝縮器１２で熱交換されていた冷媒の冷却量が低下して、室内凝縮器１２の出口でのエンタルピｈが、図３の右手側にシフトしてゆくとともに、室外熱交換器２０に送り込まれる冷媒のエンタルピが上昇してゆく。これと同時に、第１可変絞り１３の開度を開くように制御する。このとき、第１可変絞り１３の開度は、液相冷媒からガス冷媒への変化に対応させる必要がある。この時、気液分離器１４の液相冷媒流出口１４ｄからは液相冷媒でなく、気相冷媒が第２可変絞り１７に流出する。
【００９３】
さらに、第１暖房モードの場合には、中間圧が適切になるように同時に第２可変絞り１７の弁開度も調整する（第２暖房モードでは第１可変絞り１３の開度で調整）。これらの制御に加えて、同時に圧縮機１１の回転数を増大させる制御も行うと良い。
以上の調整により、やがて室外熱交換器２０に流入する冷媒の温度が外気温より高くなってくると、もはや、ヒートポンプサイクルから離脱して、室外熱交換器２０が吸熱することができなくなる。そして、図３の下の図のホットガスサイクルに移行して室外熱交換器２０においてホットガス冷媒の熱を放熱し始めて（除霜暖房モード）、着霜した氷を融解させるようになる。
【００９４】
ホットガスサイクルでは、圧縮機から冷媒に与えられたエネルギを暖房と除霜に分配している。つまり、いかに冷媒にエネルギ（エンタルピ×流量）を与えるかが、暖房性能と除霜性能に関わっていることになる。しかも、ホットガスサイクルでは、潜熱が利用できず顕熱による加熱となるので、車室内の暖房能力に不足が生じることがある。そこで、除霜暖房モードにおいても、中間圧でのインジェクションを行い、室内凝縮器１２に流れる冷媒流量を増加させて、車室内の暖房能力アップを図るようにすると好適である。特に、ＨＦＣ、ＨＦＯ系冷媒（Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ等）を使用した場合などには、ホットガスサイクルでの加熱能力が少ないため、中間圧でのインジェクションを行うようにした除霜暖房モードが、威力を発揮する。したがって、本実施形態では、単なる除霜モードに過ぎないものではなく、除霜時にも充分な暖房を行うことのできる除霜暖房モードとして特徴を有するものである。
【００９５】
以上の制御に加えて、次のようなシーケンスで制御することも可能である。第１暖房モードでの運転時に着霜状態と判定されたら、まず、第１、２可変絞り１３、１７の開度を開くように制御する。サイクル的には高圧が下がり、低圧が上がるように作動するが、ここで高圧が下がらないように、圧縮機１１の回転数を上昇させる。それでも冷凍サイクルの高圧側が下がってしまい、車室内への吹出し温度が下がってしまう場合に、初めて風量を低下させ、吹出し温度を保つように作動させる。これにより、車室内の暖房機能に影響を与えることなく暖房を継続することができる。やがて、冷凍サイクルの低圧側が上がり、室外熱交換器に流入する冷媒温度が０℃を上回るようになると、除霜暖房モードに移行して除霜が始まり、図３の下の図のようなサイクルバランスになる様に作動させる。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態によれば、エバポレータを加熱器として使う必要がないため、保水された凝縮水の再蒸発が発生しない。よって悪臭や、窓曇りの問題を引き起こすことが無い。また、除霜暖房モード時、ガスインジェクションを行う場合には、圧縮機流量が増大し、冷媒へ与えられるエネルギを増大することができる。ホットガスサイクル時には、第１可変絞り１３、第２可変絞り１７によって絞り開度を開きめに制御し、ガス絞りとしての良好な開度で作動させることができる。
【００９７】
本発明の第１実施形態は、少なくとも第１暖房モード又は第２暖房モードと、上述の除霜暖房モードを有した任意の車両用の空調装置に適用することができる。本実施形態の場合には、さらに、次のような冷房運転モードや除湿暖房運転モードを有しており、これらのモードについて、以下に説明する。
【００９８】
（冷房運転モード）
冷房運転モードは、操作パネルの作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって冷房運転モードが選択されると開始される。冷房運転モードでは、空調制御装置４０が、第１可変絞り１３を、減圧作用を発揮しない全開状態とし、第３可変絞り２２を減圧作用を発揮する絞り状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを閉弁状態とする。
【００９９】
さらに、低圧側開閉弁１６ｂを、開弁状態として低段側減圧手段を減圧作用を発揮しない全開状態とし、低圧側開閉弁１６ｂの状態に連動して中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、図４Ａの実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
【０１００】
この冷媒流路の構成で、空調制御装置４０が上述の空調制御用のセンサ群４１の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込み、目標吹出温度ＴＡＯを算出し、算出された目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置４０の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。
【０１０１】
例えば、圧縮機１１の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器２３の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。
【０１０２】
そして、この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯと蒸発器温度センサによって検出された室内蒸発器２３からの吹出空気温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて室内蒸発器２３からの吹出空気温度が目標蒸発器吹出温度ＴＥＯに近づくように、圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号が決定される。
【０１０３】
また、第３可変絞り２２へ出力される制御信号については、第３可変絞り２２へ流入する冷媒の過冷却度が、ＣＯＰを略最大値に近づくように予め決定された目標過冷却度に近づくように決定される。また、エアミックスドア３４のサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路を閉塞し、室内蒸発器２３通過後の送風空気の全流量がバイパス通路３５を通過するように決定される。
【０１０４】
そして、上記の如く決定された制御信号等を各種空調制御機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンが繰り返される。なお、このような制御ルーチンの繰り返しは、他の運転モード時にも同様に行われる。
【０１０５】
従って、冷房運転モードのヒートポンプサイクル１０では、図４Ｂのモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（ａ6点）が室内凝縮器１２へ流入する。この際、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路を閉塞しているので、室内凝縮器１２へ流入した冷媒は殆ど車室内送風空気へ放熱することなく、室内凝縮器１２から流出していく。
【０１０６】
室内凝縮器１２から流出した冷媒は、第１可変絞り１３→気液分離器１４→低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。より詳細には、室内凝縮器１２から流出した冷媒は、第１可変絞り１３が全開状態となっているので、第１可変絞り１３にて殆ど減圧されることなく流出し、気液分離器１４の冷媒流入ポート１４ｂから気液分離器１４内へ流入する。
【０１０７】
ここで、前述の如く、第３可変絞り２２の絞り開度が第３可変絞り２２へ流入する冷媒の過冷却度が目標過冷却度に近づくように決定されているので、気液分離器１４へ流入する冷媒は過冷却度を有する液相状態となっている。従って、気液分離器１４では冷媒の気液が分離されることなく、液相冷媒が液相冷媒流出ポート１４ｄから流出していく。さらに、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁状態となっているので、気相冷媒流出ポート１４ｃから液相冷媒が流出することはない。
【０１０８】
液相冷媒流出ポート１４ｄから流出した液相冷媒は、低段側減圧手段が全開状態となっているので、低段側減圧手段にて殆ど減圧されることなく流出し、室外熱交換器２０へ流入する。つまり、低段側減圧手段では、低圧側開閉弁１６ｂが開弁状態であるため、第２可変絞り１７側へ流入することなく迂回用通路１８を介して室外熱交換器２０へ流入する。室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して放熱する（ａ6点→ｂ6点）。
【０１０９】
室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが閉弁状態となっているので、絞り状態となっている第３可変絞り２２へ流入して低圧冷媒となるまで、等エンタルピ的に減圧膨脹される（ｂ6点→ｃ6点）。そして、第３可変絞り２２にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器２３へ流入し、送風機３２から送風された室内送風空気から吸熱して蒸発する（ｃ6点→ｄ6点）。これにより、車室内送風空気が冷却される。
【０１１０】
室内蒸発器２３から流出した冷媒は、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａ（ｅ6点）から吸入されて低段側圧縮機構→高段側圧縮機構の順に再び圧縮される（ｅ6点→ａ１6点→ａ6点）。一方、分離された液相冷媒はサイクルが要求されている冷凍能力を発揮するために必要としていない余剰冷媒としてアキュムレータ２４内に蓄えられる。
【０１１１】
ここで、冷房運転モードにおいて、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする理由を説明する。冷房運転モードでは、前述のように第１可変絞り１３、および低段側減圧手段の双方を減圧作用を発揮しない全開状態としている。このため、中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態として、ガスインジェクションサイクルを実現すると、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された気相冷媒が、室内凝縮器１２→中間圧冷媒通路１５→中間圧ポート１１ｂの順に流れて、圧縮機１１で再び圧縮されるといったことが繰り返されるだけで、車室内の冷房に有効に機能せず、単に圧縮機１１のエネルギが無駄に消費してしまうからである。このように、本実施形態では、圧縮機１１の無駄なエネルギ消費を低減するために、冷房運転モードに中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態としている。
【０１１２】
（除湿暖房運転モード）
次に、除湿暖房運転モードについて説明する。除湿暖房運転モードは、冷房運転モード時に車室内温度設定スイッチによって設定された設定温度が外気温よりも高い温度に設定された際に実行される。
【０１１３】
除湿暖房モードが実行されると、空調制御装置４０が、第１可変絞り１３を全開状態あるいは絞り状態とし、第３可変絞り２２を全開状態あるいは絞り状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを閉弁状態とする。
【０１１４】
さらに、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態として低段側減圧手段を減圧作用を発揮しない全開状態とし、低圧側開閉弁１６ｂの状態に連動して中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、冷房運転モードと同様の図４Ａの実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。また、エアミックスドア３４のサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドア３４がバイパス通路３５を閉塞し、室内蒸発器２３通過後の送風空気の全流量が室内凝縮器１２を通過するように決定される。
【０１１５】
さらに、本実施形態の除湿暖房モードでは、設定温度と外気温との温度差に応じて、第１可変絞り１３および第３可変絞り２２の絞り開度を変化させている。具体的には、前述した目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、第１可変絞り１３の絞り開度を減少させると共に第３可変絞り２２の絞り開度を増加させることで、以下に示す第１除湿暖房モードから第４除湿暖房モードの４段階の除湿暖房モードを実行する。
【０１１６】
（第１除湿暖房モード）
第１除湿暖房モードでは、第１可変絞り１３を全開状態とし、第３可変絞り２２を絞り状態とする。従って、サイクル構成（冷媒流路）については、冷房運転モードと全く同様となるものの、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路を全開しているので、サイクルを循環する冷媒の状態については図５Ａのモリエル線図に示すように変化する。
【０１１７】
以上の如く、第１除湿暖房モード時には、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された車室内送風空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
【０１１８】
（第２除湿暖房モード）
次に、第１除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第１基準温度よりも高くなった際には、第２除湿暖房モードが実行される。第２除湿暖房モードでは、第１可変絞り１３を絞り状態とし、第３可変絞り２２の絞り開度を第１除湿暖房モードよりも増加させた絞り状態とする。従って、第２除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図５Ｂ、図６Ａのモリエル線図に示すように変化する。
【０１１９】
すなわち、図５Ｂに示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１１のａ10点）は、第１除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された車室内送風空気と熱交換して放熱する（ａ10点→ｂ１10点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。
【０１２０】
室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている第１可変絞り１３によって中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（ｂ１10点→ｂ２10点）。第１可変絞り１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低段側減圧手段の低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。
【０１２１】
そして、図６Ａに示すように、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して放熱する（ｂ２10点→ｂ３10点）。
以降の作動は冷房運転モードと同様である。
【０１２２】
以上の如く、第２除湿暖房モードでは、第１除湿暖房モード時と同様に、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された車室内送風空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
【０１２３】
この際、第２除湿暖房モードでは、第１可変絞り１３を絞り状態としているので、第１除湿暖房モードに対して、室外熱交換器２０へ流入する冷媒の温度を低下させることができる。従って、室外熱交換器２０における冷媒の温度と外気温との温度差を縮小して、室外熱交換器２０における冷媒の放熱量を低減できる。
【０１２４】
その結果、室内凝縮器１２における冷媒の量を増加させることができるので、第１除湿暖房モードよりも室内凝縮器１２から吹き出される温度を上昇させることができる。
【０１２５】
（第３除湿暖房モード）
次に、第２除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第２基準温度よりも高くなった際には、第３除湿暖房モードが実行される。第３除湿暖房モードでは、第１可変絞り１３の絞り開度を第２除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、第３可変絞り２２の絞り開度を第２除湿暖房モードよりも増加させる。従って、第３除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図５Ｃ、図６Ｂのモリエル線図に示すように変化する。
【０１２６】
すなわち、図５Ｃに示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（ａ11点）は、第１、第２除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された車室内送風空気と熱交換して放熱する（ａ11点→ｂ11点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。
【０１２７】
室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている第１可変絞り１３によって外気温よりも温度の低い中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（ｂ11点→ｃ１11点）。第１可変絞り１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低段側減圧手段の低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。
【０１２８】
そして、図６Ｂに示すように、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（ｃ１11点→ｃ２11点）。さらに、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、第３可変絞り２２にて等エンタルピ的に減圧されて（ｃ２11点→ｃ３11点）、室内蒸発器２３へ流入する。以降の作動は冷房運転モードと同様である。
【０１２９】
第３除湿暖房モードでは、第１可変絞り１３の絞り開度を縮小させることによって、室外熱交換器２０を蒸発器として作用させているので、第２除湿暖房モードに対して、室内凝縮器１２における冷媒の量を増加させることができる。その結果、第２除湿暖房モードよりも室内凝縮器１２から吹き出される温度を上昇させることができる。
【０１３０】
（第４除湿暖房モード）
次に、第３除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第３基準温度よりも高くなった際には、第４除湿暖房モードが実行される。第４除湿暖房モードでは、第１可変絞り１３の絞り開度を第３除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、第３可変絞り２２を全開状態とする。従って、第４除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図５Ｄのモリエル線図に示すように変化する。
【０１３１】
すなわち、図５Ｄに示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（ａ12点）は、第１、第２除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された車室内送風空気と熱交換して放熱する（ａ12点→ｂ12点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。
【０１３２】
室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている第１可変絞り１３によって外気温よりも温度の低い低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（ｂ12点→ｃ１12点）。第１可変絞り１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低段側減圧手段の低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。
【０１３３】
そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（ｃ１12点→ｃ２12点）。さらに、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、第３可変絞り２２が全開状態となっているので、減圧されることなく室内蒸発器２３へ流入する。以降の作動は冷房運転モードと同様である。
【０１３４】
この際、第４除湿暖房モードでは、第３除湿暖房モードと同様に、室外熱交換器２０を蒸発器として作用させるとともに、第３除湿暖房モードよりも第１可変絞り１３の絞り開度を縮小させているので、室外熱交換器２０における冷媒蒸発温度を低下させることができる。従って、第３除湿暖房モードよりも室外熱交換器２０における冷媒の温度と外気温との温度差を拡大させて、室内凝縮器１２における冷媒の量を増加させることができる。
【０１３５】
その結果、第３除湿暖房モードよりも室内凝縮器１２から吹き出される温度を上昇させることができる。
【０１３６】
ここで、除湿暖房運転モードにおいて、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする理由を説明する。除湿暖房運転モードにおいて、ガスインジェクションサイクルを実現する場合、気液分離器１４における冷媒圧力と、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂにおける冷媒圧力との差圧により、中間圧冷媒通路１５に流れる冷媒の流量が変化してしまう。この中間圧冷媒通路１５を流れる冷媒の流量が変化によって、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量が変化してしまい、送風空気の温度調整が難しくなり、送風空気の適切な温度調整を図るために、サイクル構成や各種制御が複雑となってしまうからである。
【０１３７】
特に、本実施形態の除湿暖房運転モードのように目標吹出温度ＴＡＯに応じて第１可変絞り１３および第３可変絞り２２の絞り開度を変化させる場合、中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態としてガスインジェクションサイクルを実現すると、目標吹出温度ＴＡＯと中間圧冷媒通路１５を流れる冷媒の流量とが相反した関係となり、送風空気の温度調整が難しくなる。
【０１３８】
例えば、第１〜第４除湿暖房運転モードのうち、最も目標吹出温度ＴＡＯが低い際に実行する第１除湿暖房運転モードでは、第１可変絞り１３が全開状態となり、気液分離器１４における冷媒圧力と圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂにおける冷媒圧力との差圧が最大となる。この結果、中間圧冷媒通路１５を流れる冷媒の流量が増加して、室内凝縮器１２における放熱量が増加し、吹出空気の温度を低下させることが難しくなってしまう。
【０１３９】
また、第１〜第４除湿暖房運転モードのうち、最も目標吹出温度ＴＡＯが高い際に実行する第４除湿暖房運転モードでは、第１可変絞り１３が絞り状態となり、気液分離器１４における冷媒圧力と圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂにおける冷媒圧力との差圧が最小となる。この結果、中間圧冷媒通路１５を流れる冷媒の流量が減少して、室内凝縮器１２における放熱量が減少し、吹出空気の温度を上昇させることが難しくなる。
【０１４０】
このように、本実施形態では、送風空気の温度を調整する際のサイクル構成や制御が複雑化することを抑制するために、除湿暖房運転モードに中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態としている。
【０１４１】
また、除湿暖房運転モードにおいて、低段側減圧手段を、減圧作用を発揮しない全開状態とする理由は、低段側減圧手段を絞り状態とする場合、室外熱交換器２０における吸熱量および放熱量の調整範囲が制限されてしまい、送風空気の極め細やかな温度調整が難しくなるからである。
【０１４２】
このように、本実施形態の除湿暖房運転モードでは、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とし、さらに、低段側減圧手段を、減圧作用を発揮しない全開状態とすることで、送風空気の温度を調整する際のサイクル構成や制御が複雑化することを抑制すると共に、送風空気の極め細やかな温度調整を実現している。
【０１４３】
以上説明した本実施形態の車両用空調装置１では、第１可変絞り１３、および、低段側減圧手段の双方を減圧作用を発揮しない全開状態に設定可能としている。このため、圧縮機１１から室外熱交換器２０に至る冷媒流路を、車両用空調装置１の各運転モードに応じて別個に設けることなく、第１可変絞り１３および低段側減圧手段の状態（絞り状態、全開状態）を変更することで、各運転モードに応じて室外熱交換器２０における冷媒と外気との熱交換量（吸熱量および放熱量）を調整することができる。
【０１４４】
従って、ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルにおいて、冷房、暖房、および除湿暖房を簡素化なサイクル構成で実現することができる。
【０１４５】
また、本実施形態では、中間圧冷媒通路１５を開閉する中間圧側開閉弁１６ａを設けているので、中間圧側開閉弁１６ａにて中間圧冷媒通路１５を開閉することで、ヒートポンプサイクルをガスインジェクションサイクルと、通常サイクル（一段圧縮サイクル）とに切り替えることができる。
【０１４６】
さらに、本実施形態では、冷房運転モードおよび除湿暖房運転モードには、中間圧側開閉弁１６ａにて中間圧冷媒通路１５を閉鎖して、ヒートポンプサイクル１０を通常サイクルに切り替える構成としている。
【０１４７】
このように冷房運転モード時において、中間圧冷媒通路１５を閉鎖して、ヒートポンプサイクルを通常サイクルに切り替える構成とすれば、圧縮機１１の無駄なエネルギ消費を低減することができる。
【０１４８】
また、除湿暖房運転モード時において、中間圧冷媒通路１５を閉鎖して、ヒートポンプサイクルを通常サイクルに切り替える構成とすれば、室内凝縮器１２における冷媒の法熱量の調整が容易となり、簡易な構成で送風空気の適切な温度調整を実現することができる。
【０１４９】
特に、本実施形態では、除湿暖房運転モードにおいて、目標吹出温度ＴＡＯに応じて第１可変絞り１３および第３可変絞り２２の絞り開度を変化させる構成としているので、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量および室内蒸発器２３における冷媒の吸熱量を適切に調整することができ、簡易な構成で送風空気の極め細やかな温度調整を実現することができる。
【０１５０】
また、暖房運転モード時には、中間圧側開閉弁１６ａにて中間圧冷媒通路１５を開放して、ヒートポンプサイクルをガスインジェクションサイクルに切り替えるので、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。
【０１５１】
さらに、本実施形態のように電気自動車に適用される車両用空調装置１では、内燃機関（エンジン）を搭載する車両のようにエンジンの廃熱を車室内の暖房のために利用できない。従って、本実施形態のヒートポンプサイクル１０のように、暖房運転モード時に暖房負荷によらず高いＣＯＰを発揮できることは、極めて有効である。
【０１５２】
また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、気液分離手段として遠心分離方式の気液分離器１４を採用し、気液分離器１４の内容積を余剰冷媒体積よりも小さくしているので、気液分離手段の体格を小型化させて、ヒートポンプサイクル１０全体としての車両への搭載性を向上させることができる。さらに、サイクルに負荷変動が生じたとしても、アキュムレータ２４にて余剰となる冷媒を蓄えることができるので、サイクルを安定して作動させることができる。
【０１５３】
なお、本実施形態のヒートポンプサイクル１０に採用されている遠心分離方式の気液分離器１４は、冷媒の流速が速くなるに伴って気液分離性能が高くなるので、比較的高負荷で運転される頻度の高いヒートポンプサイクル１０に適用して有効である。
【０１５４】
（第２実施形態）
第１実施形態において、低段側減圧手段は、第２可変絞り１７と、それに並列に挿入されている低圧側開閉弁１６ｂとを合わせたものを指していた。第２実施形態においては、図７に示すように、全開機能付の第２可変絞り１７を１つ使用しており、第１暖房モードや除霜暖房モード時は第２可変絞り１７を制御開度で使用し、減圧装置として使う。第２暖房モードや冷房モードなどでは第２可変絞り１７を全開開度で使用する。作用、効果は第１実施形態と同じである。図７の実線矢印は、第２暖房モードの冷媒流路（第２可変絞り１７：全開開度）を示しており、実線矢印と点線矢印と合わせた矢印は、第１暖房モードの冷媒流路（第２可変絞り１７：制御開度）を示している。
【０１５５】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対してヒートポンプサイクル１０のサイクル構成を変更した例について説明する。本実施形態のヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒の熱を直接的に送風空気に放熱するのではなく、不凍液等からなる熱媒体を介して送風空気に放熱する構成としている。
【０１５６】
具体的には、図８の全体構成図に示すように、ヒートポンプサイクル１０に圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒の熱を、送風空気を加熱すための熱媒体に放熱する冷媒放熱器５２を設ける構成としている。
【０１５７】
また、室内空調ユニット３０には、冷媒放熱器５２にて加熱された熱媒体の熱を送風空気に放熱して、送風空気を加熱する加熱用熱交換器１２’を配置するようにしている。この加熱用熱交換器１２’は、熱媒体循環回路５０を介して冷媒放熱器５２に接続されており、熱媒体循環回路５０に設けられた圧送ポンプ５１により熱媒体が圧送される。
【０１５８】
このように構成すると、室内空調ユニット３０の外部に冷媒放熱器５２を配置する構成となるので、現状の室内空調ユニット３０の内部構成を変更することなく、本実施形態を適用することが可能となる。このことは、空調装置のシステム構築のコストを抑えることができる点で有効である。
【０１５９】
（第４実施形態）
本実施形態では、図９Ａ〜９Ｃを参照して、第１実施形態に対して中間圧側開閉弁１６ａの構成を変更した例について説明する。本実施形態では、中間圧側開閉弁１６ａを、低段側減圧手段の第２可変絞り１７の前後差圧に応じて中間圧冷媒通路１５を開閉する差圧開閉弁で構成している。
【０１６０】
本実施形態の中間圧側開閉弁１６ａは、第２可変絞り１７の前後の差圧が、所定の設定圧力α以上となった際に、中間圧冷媒通路１５を閉鎖する差圧開閉弁で構成されている。
【０１６１】
具体的には、中間圧側開閉弁１６ａは、図９Ａ上部に示すように、低段側減圧手段の低圧側開閉弁１６ｂが閉じて、第２可変絞り１７の前後差圧が増大して設定圧力α以上となった際に、中間圧冷媒通路１５を開放するように構成されている。
【０１６２】
また、中間圧側開閉弁１６ａは、図９Ａ下部に示すように、低段側減圧手段の低圧側開閉弁１６ｂが開いて、第２可変絞り１７の前後差圧が減少して設定圧力α未満となった際に、中間圧冷媒通路１５を閉鎖するように構成されている。
【０１６３】
このように構成される本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態として低段側減圧手段を、減圧作用を発揮しない全開状態とする冷房運転モードおよび除湿暖房運転モードにおいて、第２可変絞り１７の前後差圧が設定圧力α未満となり、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁する。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、図９Ｂの全体構成図（実線矢印）に示すように、中間圧冷媒通路１５に冷媒が流れない通常サイクルの冷媒流路に切り替えられる。
【０１６４】
また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、低圧側開閉弁１６ｂを閉弁状態として低段側減圧手段を、減圧作用を発揮させる絞り状態とする暖房運転モードにおいて、第２可変絞り１７の前後差圧が設定圧力α以上となり、中間圧側開閉弁１６ａが開弁する。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、図９Ｃの全体構成図（実線矢印）に示すように、中間圧冷媒通路１５に冷媒が流れるガスインジェクションサイクルの冷媒流路に切り替えられる。
【０１６５】
本実施形態のように、中間圧側開閉弁１６ａを差圧開閉弁で構成すれば、ガスインジェクションサイクルと、通常サイクルとの切り替えを簡易な構成および制御手法で実現することができる。
【０１６６】
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。上述の実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル１０を車両用空調装置１に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫等に適用してもよい。
上述の実施形態では、第１可変絞り１３および低段側減圧手段の状態の切り替え、およびヒートポンプサイクル１０の冷媒流路の切り替え等によって、種々の運転モードを実現可能なヒートポンプサイクル１０について説明したが、これに限定されず、少なくとも暖房運転モード、除霜暖房モードの２つの運転モードが実現可能な構成であればよい。勿論、各運転モードにおいて、種々の運転モードを設ける方が、送風空気の温度を適切に温度調整できる点で有効である。
【０１６７】
上述の実施形態では、暖房運転モード時に圧縮機１１の回転数に応じて、第１暖房モードと第２暖房モードとを切り替える例を説明したが、第１暖房モードと第２暖房モードとの切り替えはこれに限定されない。つまり、第１暖房モードと第２暖房モードとの切り替えは、第１、第２暖房モードのうち高いＣＯＰを発揮できる暖房モードに切り替えればよい。例えば、外気センサの検出値に基づいて、検出値が予め定めた基準外気温（例えば、０℃）以下である場合には、第１暖房モードを実行し、検出値が基準外気温よりも高い場合には、第２暖房運転モードを実行するようにしてもよい。
【０１６８】
上述の実施形態では、冷房運転モード、暖房運転モードおよび除湿暖房運転モードの各運転モード時に、空調制御装置４０が、室内凝縮器１２の空気通路あるいはバイパス通路３５のいずれか一方を閉塞するようにエアミックスドア３４を作動させる例を説明したが、エアミックスドア３４の作動はこれに限定されない。つまり、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路およびバイパス通路３５の双方を開くようにしてもよい。そして、室内凝縮器１２を通過させる風量とバイパス通路を通過させる風量との風量割合を調整することによって、合流空間３６から車室内へ吹き出される送風空気の温度を調整してもよい。このような温度調整は、車室内送風空気の温度を微調整しやすい点で有効である。
【０１６９】
上述の実施形態では、除湿暖房運転モード時に目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、第１除湿暖房モードから第４除湿暖房モードへ段階的に切り替える例を説明したが、第１除湿暖房モードから第４除湿暖房モードへの切り替えはこれに限定されない。例えば、目標吹出温度ＴＡＯに増加に伴って、第１除湿暖房モードから第４除湿暖房モードへ連続的に切り替えるようにしてもよい。すなわち、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、第１可変絞り１３を絞り開度を徐々に縮小させ、さらに、第３可変絞り２２の絞り開度を徐々に拡大させればよい。このように第１可変絞り１３および第３可変絞り２２の絞り開度を変化させることによって、室外熱交換器２０における冷媒の圧力（温度）が調整されるので、室外熱交換器２０を自動的に、放熱器として作用させる状態から蒸発器として作用させる状態へ切り替えることができる。
【０１７０】
上述の各実施形態で説明したように、空調装置１の各運転モードにおける送風空気の極め細かな温度調整を実現するためには、中間圧冷媒通路１５に中間圧側開閉弁１６ａを設けることが望ましいが、これに限定されず、中間圧側開閉弁１６ａを設けることなく、簡素な構成で各運転モードを実現するようにしてもよい。
【０１７１】
上述の各実施形態では、冷房運転モード時に、圧縮機１１から吐出された冷媒を室内凝縮器１２や冷媒放熱器５２を通過させる冷媒流路としているが、冷房運転モード時には、室外熱交換器２０にて冷媒の熱を外気に放熱可能であり、室内凝縮器１２や冷媒放熱器５２に冷媒を通過させない冷媒流路としてもよい。
【０１７２】
上述の各実施形態では、ヒートポンプサイクル１０における室内蒸発器２３の出口側にアキュムレータ２４を配置する構成としているが、これに限定されない。例えば、ヒートポンプサイクル１０が余剰となる冷媒を蓄えることが可能な気液分離器を備える場合、アキュムレータ２４を廃してもよい。これにより、サイクル構成の簡素化を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【０１７３】
１１    圧縮機
１１ａ    吸入ポート
１１ｂ    中間圧ポート
１１ｃ    吐出ポート
１２    室内凝縮器
１３    第１可変絞り
１４    気液分離器
１５    中間圧冷媒通路
１７    第２可変絞り
２０    室外熱交換器
２３    室内蒸発器
【図１Ａ】
2013203221.tif 000003
【図１Ｂ】
2013203221.tif 000004
【図２Ａ】
2013203221.tif 000005
【図２Ｂ】
2013203221.tif 000006
【図３】
2013203221.tif 000007
【図４Ａ】
2013203221.tif 000008
【図４Ｂ】
2013203221.tif 000009
【図５Ａ】
2013203221.tif 000010
【図５Ｂ】
2013203221.tif 000011
【図５Ｃ】
2013203221.tif 000012
【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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