JP2014000905A - ヒートポンプサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプサイクルにて熱交換対象流体を冷却する冷却用熱交換器内に冷凍機油が滞留してしまうことを抑制する。
【解決手段】室内凝縮器１３にて熱交換対象流体である送風空気を加熱する暖房モードの冷媒回路と室内蒸発器１８にて送風空気を冷却する冷房モードの冷媒回路とを切り替えるための冷媒回路切替手段として三方弁２０を採用し、暖房モード時には、室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量を圧縮機１１の吸入口側に配置されたアキュムレータ１９の冷媒入口側へ導くようにする。これにより、暖房モード時に僅かな流量の冷媒が室内蒸発器１８内へ流れ込むことを防止して、冷却用熱交換器として機能する室内蒸発器１８内に冷凍機油が滞留してしまうことを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換対象流体の温度を調整するヒートポンプサイクルに関するもので、空調装置に適用して有効である。

従来、特許文献１に、車室内へ送風される送風空気の温度を調整する温度調整手段として、ヒートポンプサイクル（蒸気圧縮式の冷凍サイクル）を備える車両用空調装置が開示されている。この特許文献１のヒートポンプサイクルは、送風空気を加熱して車室内の暖房を行う暖房モード（加熱モード）の冷媒回路と送風空気を冷却して車室内の冷房を行う冷房モード（冷却モード）の冷媒回路とを切替可能に構成されている。

より詳細には、特許文献１のヒートポンプサイクルは、圧縮機から吐出された高圧冷媒と送風空気とを熱交換させて送風空気を加熱する加熱用熱交換器、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器、冷房用固定絞りにて減圧された低圧冷媒と送風空気とを熱交換させて送風空気を冷却する冷却用熱交換器、室外熱交換器から流出した冷媒を冷房用固定絞りおよび室内蒸発器を迂回させて圧縮機の吸入口側へ導くバイパス通路、このバイパス通路を開閉する開閉弁等を有して構成されている。

そして、暖房モード時には、加熱用熱交換器にて高圧冷媒を放熱させるとともに、室外熱交換器にて低圧冷媒を蒸発させる冷媒回路に切り替え、さらに、バイパス通路に配置された開閉弁を開くことによって、室外熱交換器から流出した冷媒を圧縮機の吸入口側へ導くようにしている。

特許第３３３１７６５号公報

ところで、特許文献１のヒートポンプサイクルのサイクル構成では、バイパス通路に配置された開閉弁を開いた際に、室外熱交換器の冷媒出口側からバイパス通路を介して圧縮機の吸入口側へ至る冷媒通路と、室外熱交換器の冷媒出口側から冷房用固定絞りおよび冷却用熱交換器を介して圧縮機の吸入口側へ至る冷媒通路が並列的に形成される。

この際、冷媒がバイパス通路を通過する際に生じる圧力損失は、冷媒が冷房用固定絞りおよび冷却用熱交換器を通過する際に生じる圧力損失よりも小さいので、室外熱交換器から流出した殆どの流量の冷媒がバイパス通路を介して圧縮機の吸入側に導かれ、僅かな流量の冷媒が冷却用熱交換器側へ流入することになる。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、バイパス通路に配置された開閉弁を開いた際に、僅かな流量の冷媒が冷却用熱交換器へ流入すると、圧縮機の耐久寿命を悪化させる原因や、暖房モードから冷房モードに切り替えた際に冷却用熱交換器にて発揮される冷却能力を低下させる原因となることが判った。

その理由は、この種のヒートポンプサイクルの冷媒には、圧縮機を潤滑するための冷凍機油が混入されており、僅かな流量の冷媒が冷却用熱交換器へ流入すると、冷媒とともに冷却用熱交換器内に流入した冷凍機油を圧縮機の吸入側へ押し出すことができず、冷凍機油が冷却用熱交換器内に滞留する、いわゆる冷凍機油の寝込み現象が生じてしまうからである。

このような冷凍機油の寝込み現象が生じると、圧縮機へ供給される冷凍機油の量が減少して圧縮機の耐久寿命を悪化させてしまう原因となる。さらに、冷却用熱交換器の熱交換性能を低下させて、冷房モードに切り替えた際に冷却用熱交換器にて発揮される冷却能力を低下させてしまう原因となる。

上記点に鑑み、本発明は、冷却用熱交換器内に冷凍機油が滞留してしまうことを抑制可能なヒートポンプサイクルを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項１に記載の発明では、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器（１３）と、加熱用熱交換器（１３）下流側の冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１６）と、室外熱交換器（１６）から流出した冷媒を減圧させる減圧手段（１７）と、減圧手段（１７）にて減圧された低圧冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて熱交換対象流体を冷却する冷却用熱交換器（１８）と、熱交換対象流体を加熱する加熱モードの冷媒回路と熱交換対象流体を冷却する冷却モードの冷媒回路とを切り替える冷媒回路切替手段（１５ａ、２０）とを備え、
冷媒回路切替手段（１５ａ、２０）は、少なくとも加熱モード時に、室外熱交換器（１６）から流出した冷媒の全流量を冷却用熱交換器（１８）を迂回させて圧縮機（１１）の吸入口側へ導く冷媒回路に切り替えるヒートポンプサイクルを特徴としている。

これによれば、冷媒回路切替手段（２０）が、少なくとも暖房モード時に、室外熱交換器（１６）から流出した冷媒の全流量を冷却用熱交換器（１８）を迂回させて圧縮機（１１）の吸入口側へ導く冷媒回路に切り替えるので、僅かな流量の冷媒が冷却用熱交換器（１８）へ流れ込むことを防止できる。従って、冷媒に混入している冷凍機油が冷却用熱交換器（１８）内に滞留してしまうことを抑制できる。

その結果、圧縮機（１１）へ供給される冷凍機油の量が減少してしまうことを抑制して、圧縮機（１１）の保護を図ることができる。さらに、冷却用熱交換器（１８）の熱交換性能が低下してしまうことを抑制して、冷房モードに切り替えた際に冷却用熱交換器（１８）にて発揮される冷却能力が低下してしまうことを抑制できる。

さらに、具体的には、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のヒートポンプサイクルにおいて、冷媒回路切替手段は、室外熱交換器（１６）の冷媒出口側と圧縮機（１１）の吸入口側とを接続する冷媒回路、および室外熱交換器（１６）の冷媒出口側と減圧手段（１７）の冷媒入口側とを接続する冷媒回路を切り替える三方弁（２０）を含んで構成されていてもよい。

これによれば、極めて容易に、加熱モード時に室外熱交換器（１６）から流出した冷媒の全流量を圧縮機（１１）の吸入口側へ導く冷媒回路を実現できる。さらに、冷媒回路切替手段を複数の開閉弁を組み合わせて構成する場合に対して、サイクル全体を簡素化できるとともに、冷媒回路を切り替える際の制御の複雑化を抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。

一実施形態の車両用空調装置の全体構成図である。 他の実施形態の車両用空調装置の全体構成図である。

以下、図面を用いて、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態では、ヒートポンプサイクル（蒸気圧縮式の冷凍サイクル）１０を車両用空調装置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送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。従って、本実施形態の熱交換対象流体は送風空気である。

また、本実施形態の車両用空調装置１は、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車に適用されている。この電気自動車では、車両停止時に外部電源（商用電源）から供給される電力を蓄電手段であるバッテリＶに充電し、車両走行時にバッテリＶに蓄えられた電力を走行用電動モータへ供給して走行する。

次に、図１を用いて車両用空調装置１の詳細構成を説明する。本実施形態の車両用空調装置１は、前述したヒートポンプサイクル１０、ヒートポンプサイクル１０によって温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すための室内空調ユニット３０、および車両用空調装置１の各種電動式の構成機器の作動を制御する図示しない空調制御装置等を備えている。

まず、ヒートポンプサイクル１０は、送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房モード（冷却モード）の冷媒回路、送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房モード（加熱モード）の冷媒回路、冷却して除湿した送風空気を再加熱して車室内を除湿暖房する除湿暖房モード、さらに、暖房モード時にヒートポンプサイクル１０にて冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器１６に着霜が生じた際に、これを除霜する除霜モードの冷媒回路を切替可能に構成されている。

なお、図１では、冷房モードにおける冷媒の流れを破線矢印で示し、暖房モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示し、除湿暖房モードにおける冷媒の流れを二重破線矢印で示し、さらに、除霜モードにおける冷媒の流れを二重実線矢印で示している。

ヒートポンプサイクル１０は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１１、送風空気を加熱あるいは冷却する室内熱交換器としての室内凝縮器１３および室内蒸発器１８、冷媒を減圧膨張させる減圧手段としての暖房用固定絞り１４および冷房用固定絞り１７、並びに、冷媒回路切替手段としての開閉弁１５ａおよび三方弁２０等を備えている。

また、この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。さらに、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。

圧縮機１１は、車室外となる車両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、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構１１ａを電動モータ１１ｂにて駆動する電動圧縮機として構成されている。固定容量型圧縮機構１１ａとしては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。

電動モータ１１ｂは、図示しないインバータから出力される交流電圧によって、その作動（回転数）が制御される交流モータである。また、インバータは、空調制御装置から出力される制御信号に応じた周波数の交流電圧を出力する。そして、この周波数（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、電動モータ１１ｂは、圧縮機１１の吐出能力変更手段を構成している。

圧縮機１１の吐出口側には、室内凝縮器１３の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１３は、室内空調ユニット３０において車室内へ送風される送風空気の空気通路を形成するケーシング３１内に配置されて、その内部を流通する冷媒と送風空気とを熱交換させることで送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。

室内凝縮器１３の冷媒出口側には、暖房モード時に冷媒を減圧させる暖房用固定絞り１４を介して室外熱交換器１６の冷媒入口側が接続されている。この暖房用固定絞り１４としては、オリフィス、キャピラリチューブ等を採用できる。もちろん、暖房モード時に冷媒を減圧させる機能を発揮できれば、固定絞りに限定されることなく全開機能付き電気式膨張弁等の可変絞り機構を採用してもよい。

さらに、本実施形態では、室内凝縮器１３から流出した冷媒を、暖房用固定絞り１４を迂回させて室外熱交換器１６の冷媒入口側へ導くバイパス通路１５が設けられている。このバイパス通路１５には、バイパス通路１５を開閉する開閉弁１５ａが配置されている。

開閉弁１５ａは、冷房モードにおける冷媒回路、暖房モードにおける冷媒回路、除湿暖房モードにおける冷媒回路、および除霜モードにおける冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段を構成するもので、空調制御装置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電磁弁である。具体的には、本実施形態の開閉弁１５ａは、冷房モード時および除霜モード時に開き、暖房モード時および除湿暖房モード時に閉じる。

なお、開閉弁１５ａが開いた状態で冷媒がバイパス通路１５を通過する際に生じる圧力損失は、開閉弁１５ａが閉じた状態で冷媒が暖房用固定絞り１４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、開閉弁１５ａが開いた状態では、室外熱交換器１６から流出した冷媒のほぼ全流量がバイパス通路１５を介して室外熱交換器１６側へ流れる。

室外熱交換器１６は、車両ボンネット内に配置されて、内部を流通する室内凝縮器１３下流側の冷媒と送風ファン１６ａから送風された車室外空気（外気）とを熱交換させるものである。送風ファン１６ａは、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風能力）が制御される電動式送風機である。

室外熱交換器１６の冷媒出口側には、三方弁２０が接続されている。この三方弁２０は、開閉弁１５ａとともに上述した各運転モードにおける冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段を構成しており、空調制御装置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電気式の三方弁である。

具体的には、三方弁２０は、冷房モード時および除湿暖房モード時には図１の破線矢印で示すように室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１７とを接続する冷媒回路に切り替え、暖房モード時および除霜モード時には図１の実線矢印あるいは二重実線矢印で示すように室外熱交換器１６の冷媒出口側と圧縮機１１の吸入口側に配置されたアキュムレータ１９の冷媒入口側とを接続する冷媒回路に切り替える。

この三方弁２０は運転モードに応じて冷媒回路を完全に切り替えることができる。なお、冷媒回路を完全に切り替えることができるとは、具体的には、冷房モード時および除湿暖房モード時には室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量を冷房用固定絞り１７の冷媒入口側へ導く冷媒回路に切り替え、暖房モード時および除霜モード時には室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量を冷房用固定絞り１７および室内蒸発器１８を迂回させて圧縮機１１の吸入口側に配置されたアキュムレータ１９の冷媒入口側へ導く冷媒回路に切り替えることを意味する。

冷房用固定絞り１７の基本的構成は暖房用固定絞り１４と同様であり、特許請求の範囲に記載された減圧手段を構成している。室内蒸発器１８は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内のうち、室内凝縮器１３の送風空気流れ上流側に配置されて、その内部を流通する冷媒と送風空気とを熱交換させて送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。

室内蒸発器１８の冷媒出口側には、アキュムレータ１９の入口側が接続されている。アキュムレータ１９は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。さらに、アキュムレータ１９の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。

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、その外殻を形成するケーシング３１内に送風機３２、前述の室内蒸発器１８、室内凝縮器１３、エアミックスドア３４等を収容して構成されたものである。

ケーシング３１は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されており、その内部に車室内へ送風される送風空気の空気通路を形成している。このケーシング３１の送風空気流れ最上流側には、ケーシング３１内へ内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入する内外気切替手段としての内外気切替装置３３が配置されている。

内外気切替装置３３は、ケーシング３１内へ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。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、空調制御装置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。

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（ブロワ）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。

送風機３２の空気流れ下流側には、前述の室内蒸発器１８および室内凝縮器１３が、送風空気の流れに対して、室内蒸発器１８→室内凝縮器１３の順に配置されている。換言すると、室内蒸発器１８は、室内凝縮器１３に対して、空気流れ上流側に配置されている。

また、ケーシング３１内には、室内蒸発器１８通過後の送風空気のうち、室内凝縮器１３を通過させる風量と室内凝縮器１３を通過させない風量との風量割合を調整するエアミックスドア３４が配置されている。エアミックスドア３４は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、空調制御装置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。

さらに、ケーシング３１の空気流れ最下流部には、室内凝縮器１３を通過した送風空気あるいは室内凝縮器１３を迂回した送風空気を、空調対象空間である車室内へ吹き出すための開口穴が設けられている。この開口穴としては、具体的に、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。

これらのデフロスタ開口穴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（いずれも図示せず）に接続されている。

従って、冷房モード時および除湿暖房モード時には、エアミックスドア３４の開度が調整されることによって、室内蒸発器１８にて冷却された送風空気のうち室内凝縮器１３にて再加熱される温風と室内凝縮器を迂回する冷風との風量割合が調整される。そして、この風量割合の調整によって、温風と冷風とを混合させた混合空気、すなわち車室内へ吹き出される送風空気の温度が調整される。

なお、冷房モード時には、室内蒸発器１８通過後の送風空気の全風量を室内凝縮器１３を迂回させる位置に、エアミックスドア３４を変位させるようにしてもよい。

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。

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、吹出口モードを切替える吹出口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、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。なお、この電動アクチュエータも、空調制御装置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。

また、吹出口モード切替手段によって切り替えられる吹出口モードとしては、フェイス吹出口を全開してフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイスモード、フェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出すバイレベルモード、フット吹出口を全開するとともにデフロスタ吹出口を小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出すフットモード、およびフット吹出口およびデフロスタ吹出口を同程度開口して、フット吹出口およびデフロスタ吹出口の双方から空気を吹き出すフットデフロスタモードがある。

さらに、乗員が操作パネルに設けられた吹出モード切替スイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタ吹出口を全開してデフロスタ吹出口から車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出すデフロスタモードとすることもできる。

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ている。そして、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、その出力側に接続された圧縮機１１用のインバータ、冷媒回路切替手段を構成する開閉弁１５ａおよび三方弁２０、送風ファン１６ａ、送風機３２、前述した各種電動アクチュエータといった各種空調制御機器の作動を制御する。

また、空調制御装置の入力側には、車室内温度（内気温）Ｔｒを検出する内気温検出手段としての内気センサ、車室外温度（外気温）Ｔａｍを検出する外気温検出手段としての外気センサ、車室内へ照射される日射量Ｔｓを検出する日射量検出手段としての日射センサ、圧縮機１１吐出冷媒の吐出冷媒温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ、圧縮機１１吐出冷媒の吐出冷媒圧力Ｐｄを検出する吐出圧力センサ、室内蒸発器１８における冷媒蒸発温度（蒸発器温度）Ｔｅを検出する蒸発器温度センサ、室外熱交換器１６の室外器温度Ｔｏｕｔを検出する室外熱交換器温度センサ等の空調制御用のセンサ群の検出信号が入力される。

なお、本実施形態の吐出冷媒圧力Ｐｄは、冷房モードでは、圧縮機１１の冷媒吐出口側から冷房用固定絞り１７入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力となり、暖房モードでは、圧縮機１１の冷媒吐出口側から暖房用固定絞り１７入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力となる。

さらに、空調制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された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。この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、車両用空調装置１の自動制御を設定あるいは解除するオートスイッチ、運転モードを切り替える運転モード切替スイッチ、吹出口モードを切り替える吹出モード切替スイッチ、送風機３２の風量設定スイッチ、車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定手段としての車室内温度設定スイッチ等がある。

次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動を説明する。前述の如く、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モード、車室内を暖房する暖房モード、並びに、室外熱交換器１６に着霜が生じた際にこれを除霜する除霜モードの運転を切り替えることができる。以下に、各モードにおける作動を説明する。

（ａ）冷房モード
冷房モードは、操作パネルのオートスイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって冷房モードが選択されると開始される。冷房モードでは、空調制御装置が、開閉弁１５ａを開き、室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１７の冷媒入口側とを接続するように三方弁２０の作動を制御する。

これにより、図１の破線矢印に示すように、圧縮機１１→室内凝縮器１３（→バイパス通路１５）→室外熱交換器１６（→三方弁２０）→冷房用固定絞り１７→室内蒸発器１８→アキュムレータ１９→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。つまり、室内凝縮器１３および室外熱交換器１６を冷媒に放熱させる放熱器として機能させ、室内蒸発器１８を冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させる冷凍サイクルが構成される。

なお、本実施形態の三方弁２０は完全に冷媒回路を切り替えることができるので、冷房モードでは、室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量が冷房用固定絞り１７を介して室内蒸発器１８へ流入する。

この冷媒回路の構成で、空調制御装置が上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、検出信号および操作信号の値に基づいて車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算出する。さらに、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。

例えば、送風機３２の送風量（すなわち、送風機３２の電動モータに出力されるブロワモータ電圧）については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置のＲＯＭ内に記憶された制御マップを参照して決定される。具体的には、本実施形態では、目標吹出温度ＴＡＯの極低温域（最大冷房域）および極高温域（最大暖房域）でブロワモータ電圧を最大値付近の高電圧にして、送風機３２の送風量が最大風量に近づくように制御する。さらに、目標吹出温度ＴＡＯが極低温域あるいは極高温域から中間温度域に向かうに伴って、ブロワモータ電圧を減少させて送風量を減少させるように制御する。

また、エアミックスドア３４の開度（すなわち、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータに出力される制御信号）は、室内へ送風される送風空気の温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づくように決定される。

また、吹出口モード（すなわち、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに出力される制御信号）は、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して決定される。本実施形態では、目標吹出温度ＴＡＯが低温域から高温域へと上昇するに伴って吹出口モードをフェイスモード→バイレベルモード→フットモードへと順次切り替える。

また、吸込口モード（すなわち、内外気切替装置３３の電動アクチュエータに出力される制御信号）も、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して決定される。本実施形態では、基本的に外気を導入する外気モードが優先されるが、目標吹出温度ＴＡＯが極低温域となって高い冷房性能を得たい場合等には内気を導入する内気モードが選択される。

また、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１１ｂに接続されたインバータに出力される制御信号）については、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、予め空調制御装置に記憶されている制御マップを参照して、空調フィーリングを悪化させないように、蒸発器温度センサによって検出される冷媒蒸発温度Ｔｅの目標蒸発温度ＴＥＯを決定する。

さらに、この目標蒸発温度ＴＥＯと冷媒蒸発温度Ｔｅの偏差Ｅｎ（ＴＥＯ−Ｔｅ）を算出し、今回算出された偏差Ｅｎから前回算出された偏差Ｅｎ−１を減算した偏差変化率Ｅｄｏｔ（Ｅｎ−（Ｅｎ−１））とを用いて、予め空調制御装置に記憶されたメンバシップ関数とルールとに基づいたファジー推論に基づいて、前回の圧縮機回転数ｆＣｎ−１に対する回転数変化量Δｆ＿Ｃを求め、これに応じてインバータに出力される制御信号が決定される。

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１の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、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、他の運転時にも基本的に同様に行われる。

従って、冷房モード時のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１にて圧縮された高圧高温冷媒が、室内凝縮器１３にて室内蒸発器１８通過後の送風空気の一部と熱交換して送風空気の一部が加熱される。さらに、室内蒸発器１８から流出した冷媒は、バイパス通路１５を介して室外熱交換器１６へ流入し、室外熱交換器１６にて送風ファン１６ａから送風された外気と熱交換して放熱する。

室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁２０を介して冷房用固定絞り１７へ流入し、冷房用固定絞り１７にて減圧膨張される。冷房用固定絞り１７にて減圧された低圧冷媒は室内蒸発器１８へ流入し、送風機３２から送風された送風空気から吸熱して蒸発する。この冷媒の吸熱作用により、室内蒸発器１８を通過する送風空気が冷却される。

そして、前述の如く、室内蒸発器１８にて冷却された送風空気の一部が室内凝縮器１３にて加熱されることによって、車室内へ送風される送風空気が目標吹出温度ＴＡＯに近づくように調整され、車室内の冷房が実現される。また、室内蒸発器１８から流出した冷媒は、アキュムレータ１９へ流入する。アキュムレータ１９にて気液分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。

（ｂ）暖房モード
暖房モードは、操作パネルのオートスイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって暖房モードが選択されると開始される。暖房モードでは、空調制御装置が、開閉弁１５ａを閉じ、室外熱交換器１６の冷媒出口側とアキュムレータ１９の冷媒入口側とを接続するように三方弁２０の作動を制御する。さらに、空調制御装置が、室内蒸発器１８通過後の送風空気の全風量が室内凝縮器１３へ流入するようにエアミックスドア３４を変位させる。

これにより、図１の実線矢印に示すように、圧縮機１１→室内凝縮器１３→暖房用固定絞り１４→室外熱交換器１６（→三方弁２０）→アキュムレータ１９→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。つまり、室内凝縮器１３を放熱器として機能させ、室外熱交換器１６を蒸発器として機能させる冷凍サイクルが構成される。

なお、本実施形態の三方弁２０は完全に冷媒回路を切り替えることができるので、暖房モードでは、室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量が圧縮機１１の吸入口側に配置されたアキュムレータ１９へ流入する。従って、僅かな流量の冷媒が冷房用固定絞り１７を介して室内蒸発器１８へ流れ込んでしまうことはない。

また、暖房モードでは、圧縮機１１の冷媒吐出能力を以下のように決定する。暖房モードでは、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、予め空調制御装置に記憶されている制御マップを参照して、吐出圧力センサによって検出される吐出冷媒圧力（高圧側冷媒圧力）Ｐｄの目標高圧ＰＤＯを決定する。

そして、この目標高圧ＰＤＯと吐出側冷媒圧力Ｐｄの偏差Ｐｎ（ＰＤＯ−Ｐｄ）を算出し、今回算出された偏差Ｐｎから前回算出された偏差Ｐｎ−１を減算した偏差変化率Ｐｄｏｔ（Ｐｎ−（Ｐｎ−１））とを用いて、予め空調制御装置に記憶されたメンバシップ関数とルールとに基づいたファジー推論に基づいて、前回の圧縮機回転数ｆＨｎ−１に対する回転数変化量Δｆ＿Ｈを求め、これに応じてインバータに出力される制御信号が決定される。

従って、暖房モード時のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１にて圧縮された冷媒は、室内凝縮器１３にて送風機３２から送風された送風空気に放熱する。これにより、室内凝縮器１３を通過する送風空気が加熱され、車室内の暖房が実現される。また、室内凝縮器１３から流出した冷媒は、暖房用固定絞り１４にて減圧されて室外熱交換器１６へ流入する。

室外熱交換器１６へ流入した冷媒は、送風ファン１６ａから送風された車室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁２０を介してアキュムレータ１９へ流入する。アキュムレータ１９にて気液分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。

（ｃ）除湿暖房モード
除湿暖房モードは、操作パネルのオートスイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって除湿暖房モードが選択されると開始される。除湿暖房モードでは、空調制御装置が、開閉弁１５ａを閉じ、室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１７の冷媒入口側とを接続するように三方弁２０の作動を制御する。

これにより、図１の二重破線矢印に示すように、圧縮機１１→室内凝縮器１３→暖房用固定絞り１４→室外熱交換器１６（→三方弁２０）→冷房用固定絞り１７→室内蒸発器１８→アキュムレータ１９→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。この除湿暖房モードにおいても、室内凝縮器１３および室外熱交換器１６を冷媒に放熱させる放熱器として機能させ、室内蒸発器１８を冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させる冷凍サイクルが構成される。

なお、本実施形態の三方弁２０は完全に冷媒回路を切り替えることができるので、除湿暖房モードでは、室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量が冷房用固定絞り１７を介して室内蒸発器１８へ流入する。

従って、除湿暖房モード時のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１にて圧縮された高圧高温冷媒が、室内凝縮器１３にて室内蒸発器１８通過後の送風空気の一部と熱交換して送風空気の一部が加熱される。さらに、室内蒸発器１８から流出した冷媒は、暖房用固定絞り１４にて減圧されて室外熱交換器１６へ流入する。室外熱交換器１６へ流入した冷媒は送風ファン１６ａから送風された外気と熱交換して放熱する。

室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁２０を介して冷房用固定絞り１７へ流入し、冷房用固定絞り１７にて減圧膨張される。冷房用固定絞り１７にて減圧された低圧冷媒は室内蒸発器１８へ流入し、送風機３２から送風された送風空気から吸熱して蒸発する。この冷媒の吸熱作用により、室内蒸発器１８を通過する送風空気が冷却されて除湿される。以降の作動は冷房モードと同様である。

上記の如く、除湿暖房モードでは、冷房モードと同様に、室内蒸発器１８にて冷却された送風空気を室内凝縮器１３にて加熱して車室内へ吹き出すことで、車室内の除湿暖房を行うことができる。この際、除湿暖房モードでは、開閉弁１５ａを閉じるので、冷房モードよりも室外熱交換器１６へ流入する冷媒の圧力および温度を低下させることができる。

従って、室外熱交換器１６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１６における冷媒の放熱量を低減できる。これにより、除湿暖房モードでは、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量を増加させて、冷房モードよりも室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

（ｄ）除霜モード
除霜モードは、暖房モード時に室外熱交換器１６に着霜が生じていると判定されると開始される。このような着霜の判定は、様々な手法を採用できる。例えば、室外熱交換器温度センサによって検出された室外器温度Ｔｏｕｔが予め定めた基準温度（例えば、０℃）以下となった際に、室外熱交換器１６に着霜が生じていると判定してもよい。

除霜モードでは、空調制御装置が、開閉弁１５ａを開き、室外熱交換器１６の冷媒出口側とアキュムレータ１９の冷媒入口側とを接続するように三方弁２０の作動を制御する。さらに、空調制御装置が、室内蒸発器１８通過後の送風空気の全風量が室内凝縮器１３を迂回するようにエアミックスドア３４を変位させる。

これにより、図１の二重実線矢印に示すように、圧縮機１１（→室内凝縮器１３→バイパス通路１５）→室外熱交換器１６（→三方弁２０）→アキュムレータ１９→圧縮機１１の順に冷媒が循環するホットガスサイクルが構成される。なお、除霜モードでは、エアミックスドア３４の作用によって、送風空気が室内凝縮器１３へ流入しないので、室内凝縮器１３では冷媒は殆ど放熱しない。

また、本実施形態の三方弁２０は完全に冷媒回路を切り替えることができるので、除霜モードでは、室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量が圧縮機１１の吸入口側に配置されたアキュムレータ１９へ流入する。従って、僅かな流量の冷媒が冷房用固定絞り１７を介して室内蒸発器１８へ流れ込んでしまうことはない。

従って、除霜モード時のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１にて圧縮された高圧高温冷媒は、室外熱交換器１６へ流入して放熱する。これにより、室外熱交換器１６が加熱されて室外熱交換器１６の除霜が実現される。室外熱交換器１６から流出した冷媒は、三方弁２０を介してアキュムレータ１９へ流入する。アキュムレータ１９にて気液分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入される。

本実施形態の車両用空調装置１は、以上の如く作動して、車室内の冷房、暖房および除湿暖房を実現することができるとともに、室外熱交換器１６に着霜が生じた際に、除霜モードの運転を実行することで室外熱交換器１６を除霜することもできる。

さらに、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、冷媒回路切替手段である三方弁２０が、暖房モード時および除霜モード時に室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量を室内蒸発器１８を迂回させて圧縮機１１の吸入口側へ導く冷媒回路に切り替えるので、僅かな流量の冷媒が室内蒸発器１８へ流れ込むことを防止できる。従って、冷媒に混入している冷凍機油が室内蒸発器１８内に滞留してしまう、いわゆる冷凍機油の寝込み現象が発生してしまうことを抑制できる。

その結果、圧縮機１１へ供給される冷凍機油の量が減少してしまうことを抑制できるので、圧縮機１１の保護を図ることができる。さらに、冷凍機油の寝込み現象によって室内蒸発器１８の熱交換性能が低下してしまうことを抑制して、暖房モードあるいは除霜モードから冷房モードあるいは除湿暖房モードに切り替えた際に室内蒸発器１８にて発揮される冷却能力が低下してしまうことを抑制できる。

また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、冷媒回路切替手段として、室外熱交換器１６の冷媒出口側と圧縮機１１の吸入口側（具体的には、アキュムレータ１９の入口側）とを接続する冷媒回路、および室外熱交換器１６の冷媒出口側と冷房用固定絞り１７の冷媒入口側とを接続する冷媒回路を切り替える三方弁２０を採用している。

従って、極めて容易に、暖房モード時に室外熱交換器１６ から流出した冷媒の全流量を圧縮機１１の吸入口側へ導く冷媒回路を実現できる。さらに、冷媒回路切替手段を複数の開閉弁を組み合わせて構成する場合に対して、サイクル全体を簡素化できるとともに、冷媒回路を切り替える際の制御の複雑化を抑制できる。

また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、暖房モード時のみならず、除霜モード時にも室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量を圧縮機１１の吸入口側へ導く冷媒回路に切り替えるので、より一層確実に、冷凍機油が室内蒸発器１８内に滞留してしまうことを抑制できる。

（他の実施形態）
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。

（１）上述の実施形態では、少なくとも暖房モード時に、室外熱交換器１６から流出した冷媒の全流量を圧縮機１１の吸入口側（具体的には、アキュムレータ１９の入口側）へ導く冷媒回路に切り替える冷媒回路切替手段として、三方弁２０を採用した例を説明したが、冷媒回路切替手段はこれに限定されない。

例えば、室外熱交換器１６から圧縮機１１の吸入側へ至る冷媒通路および室外熱交換器１６から室内蒸発器１８の冷媒入口側へ至る冷媒通路の双方に、開閉弁１５ａと同様の構成の開閉弁を配置し、いずれか一方を開き、他方を閉じるようにしてもよい。また、図２に示すように三方弁２０を廃止して、四方弁２０ａを採用してもよい。この場合は、４つの冷媒流入出口のうちの１つを閉塞させて用いればよい。

（２）上述の実施形態では、冷房モード、暖房モードおよび除霜モードの冷媒回路を切替可能に構成されたヒートポンプサイクル１０を説明したが、もちろん、ヒートポンプサイクル１０は、除霜モードの冷媒回路への切替機能を有することなく、冷房モードおよび暖房モードの冷媒回路を切替可能に構成されていてもよい。

（３）上述の実施形態では、圧縮機１１として電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１の形式はこれに限定されない。例えば、ベルトおよび電磁クラッチ等を介してエンジンから駆動力を得る圧縮機１１を採用してもよい。従って、本発明の車両用空調装置１の適用は電気自動車に限定されることなく、内燃機関（エンジン）および走行用電動モータの双方から走行用の駆動力を得て走行するハイブリッド車両や、内燃機関から走行用の駆動力を得て走行する通常の車両に適用することができる。

（４）上述の実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル１０を車両用空調装置に適用した例を説明したが、本発明のヒートポンプサイクル１０の適用はこれに限定されない。例えば、据え置き型の空調装置に適用してもよい。さらに、飲料水等を加熱あるいは冷却する給水器等に適用してもよい。この場合は、熱交換対象流体は飲料水となる。

１０ 冷凍サイクル
１１ 圧縮機
１３ 室内凝縮器
１５ａ 開閉弁
１６ 室外熱交換器
１７ 冷房用固定絞り
１８ 室内蒸発器
２０ 三方弁

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて、前記熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器（１３）と、
   前記加熱用熱交換器（１３）下流側の冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１６）と、
   前記室外熱交換器（１６）から流出した冷媒を減圧させる減圧手段（１７）と、
   前記減圧手段（１７）にて減圧された低圧冷媒と前記熱交換対象流体とを熱交換させて、前記熱交換対象流体を冷却する冷却用熱交換器（１８）と、
   前記熱交換対象流体を加熱する加熱モードの冷媒回路と前記熱交換対象流体を冷却する冷却モードの冷媒回路とを切り替える冷媒回路切替手段（１５ａ、２０）とを備え、
   前記冷媒回路切替手段（１５ａ、２０）は、少なくとも前記加熱モード時に、前記室外熱交換器（１６）から流出した冷媒の全流量を前記冷却用熱交換器（１８）を迂回させて前記圧縮機（１１）の吸入口側へ導く冷媒回路に切り替えることを特徴とするヒートポンプサイクル。
2. 前記冷媒回路切替手段は、前記室外熱交換器（１６）の冷媒出口側と前記圧縮機（１１）の吸入口側とを接続する冷媒回路、および前記室外熱交換器（１６）の冷媒出口側と前記減圧手段（１７）の冷媒入口側とを接続する冷媒回路を切り替える三方弁（２０）を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル。
3. さらに、前記冷媒回路切替手段（１５ａ、２０）は、前記室外熱交換器（１６）に着霜が生じた際に前記室外熱交換器（１６）を除霜する除霜モードの冷媒回路に切り替える機能を有し、
   前記冷媒回路切替手段（１５ａ、２０）は、前記除霜モード時に、前記室外熱交換器（１６）から流出した冷媒の全流量を前記圧縮機（１１）の吸入口側へ導く冷媒回路に切り替え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サイクル。

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