JP2015016801A - ヒートポンプ式車両用空調システムおよびその除霜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜運転時、車室外凝縮器および車室外蒸発器の双方にホットガスを流し、低外気温時でも、短時間に効率よく除霜できるとともに、現行システムの冷房用サイクルをそのまま共用化できるヒートポンプ式車両用空調システムを提供することを目的とする。【解決手段】電動圧縮機１５、車室外凝縮器１７、開閉弁機能付き第１減圧手段１９、車室内蒸発器７、アキュームレータ２１からなる冷房用のサイクル２３に対して、冷媒切替え手段１６を介してＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器７の下流に設置される車室内凝縮器８を接続するとともに、車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ｂに開閉弁機能付き第２減圧手段２６を介して車室外に設置される車室外蒸発器２７を接続し、更に車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ｂとアキュームレータ２１間に開閉弁機能付き第３減圧手段３０を有するバイパス回路３２を接続したヒートポンプ式車両用空調システム１。【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等の空調装置に適用されるヒートポンプ式車両用空調システムおよびその除霜方法に関するものである。

車両用空調システムにおいて、電気自動車（ＥＶ）では、暖房にエンジンの排熱を利用することができない。また、ハイブリッド車（ＨＥＶ，ＰＨＥＶ）においても、省燃費化の推進により、極力エンジンを停止させる制御がなされるため、冷媒を用いたヒートポンプ暖房システムやクーラントを媒体とした電気ヒータによる暖房システムの採用が検討されている。特に、暖房運転では消費電力が大きいことから、高ＣＯＰ暖房が実現できるヒートポンプシステムの採用が望まれている（電気ヒータの場合、ＣＯＰ≦１である）。

一方、ヒートポンプシステムの場合においては、低外気温下での暖房運転時に、車室外熱交換器（蒸発器）に着霜が発生し、外気からの吸熱量が減少する結果、暖房能力が低下するという課題がある。そのため、車室外熱交換器（蒸発器）の除霜（デフロスト）が必要となるが、建物用ヒートポンプ式空調装置に適用されている除霜方式を採用すると、暖房運転が継続できなくなる。また、車両用空調装置の場合、暖房運転を停止すると、窓曇りが発生し、安全性が確保できなくなることから、走行中に除霜運転を行うことが難しいという問題があった。

そこで、現行の車両用空調装置の冷房サイクルを共用化し、それに最小限の暖房用回路および機器を追加することにより、低コストで車室外蒸発器への着霜時の課題をも解消できる、ＥＶ車やＨＥＶ，ＰＨＥＶ車等に適用して好適なヒートポンプ式車両用空調システムが特許文献１により提供されている。このシステムは、現行システムの冷房サイクルに対して、ＨＶＡＣユニット内の車室内蒸発器の下流側に設けられる車室内凝縮器を接続するとともに、車室外に車室外蒸発器を接続して暖房用ヒートポンプサイクルを構成し、暖房運転時、車室外蒸発器への着霜が検知されたとき、車室外蒸発器への冷媒を遮断して車室内蒸発器側に冷媒を流通させ、除湿暖房に切替えて運転を継続可能としたものである。

特開２０１２−１５８１９７号公報

特許文献１のものでは、暖房運転時、車室外蒸発器が着霜した場合、車室内蒸発器側に冷媒を流通させ、除湿暖房運転に切替えて運転を継続できるようにしており、その間に車室外蒸発器を自然デフロストするか、もしくは車両を停止した後、乗員がいない状態でかつ車両バッテリーの充電中もしくは充電後に除霜運転を行うようにしている。
しかしながら、除霜運転時、車室外蒸発器に直接ホットガスを導入して除霜できないことから、車室内蒸発器で吸熱して車室内凝縮器で放熱させ、その温風を車室外蒸発器に通風させる方式としており、このため、低外気温時、吸熱量が不足して短時間で効率のよい除霜運転を行うことができないのみならず、外気温が０℃以下の場合には、除霜が困難になることもある等の課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、除霜運転時、車室外凝縮器および車室外蒸発器の双方にホットガスを流し、低外気温時でも、短時間に効率よく除霜できるとともに、現行空調システムの冷房用サイクルをそのまま共用化できるヒートポンプ式車両用空調システムおよびその除霜方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式車両用空調システムおよびその除霜方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるヒートポンプ式車両用空調システムは、電動圧縮機、車室外凝縮器、開閉弁機能付き第１減圧手段、ＨＶＡＣユニット内に設けられた車室内蒸発器、アキュームレータがこの順に接続された冷房用の冷凍サイクルと、前記ＨＶＡＣユニット内の前記車室内蒸発器の下流側に配設され、冷媒入口が前記電動圧縮機の吐出回路に冷媒切替え手段を介して接続されるとともに、冷媒出口が前記車室外凝縮器出口側の液冷媒配管に接続された車室内凝縮器と、冷媒入口が前記車室外凝縮器の出口側液冷媒配管に開閉弁機能付き第２減圧手段を介して接続され、冷媒出口が前記アキュームレータに接続された車室外蒸発器と、前記車室外凝縮器の出口側液冷媒配管と前記アキュームレータとの間に接続された開閉弁機能付き第３減圧手段を有するバイパス回路と、を備え、前記電動圧縮機、前記冷媒切替え手段、前記車室内凝縮器、前記液冷媒配管、前記開閉弁機能付き第２減圧手段、前記車室外蒸発器、前記アキュームレータにより暖房用のヒートポンプサイクルが構成可能されているとともに、暖房運転時、前記車室外蒸発器に着霜したとき、前記電動圧縮機からのホットガス冷媒を前記冷媒切替え手段により前記車室外凝縮器、前記液冷媒配管、前記開閉弁機能付き第３減圧手段を有するバイパス回路、前記アキュームレータを経て循環させ、前記車室外凝縮器を除霜する第１除霜回路と、前記電動圧縮機からのホットガス冷媒を前記冷媒切替え手段によって前記車室外凝縮器、前記液冷媒配管、前記開閉弁機能付き第２減圧手段、前記車室外蒸発器、前記アキュームレータを経て循環させ、前記車室外蒸発器を除霜する第２除霜回路と、が構成可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、電動圧縮機、車室外凝縮器、レシーバ、開閉弁機能付き第１減圧手段、車室内蒸発器およびアキュームレータからなる冷房用のサイクルに対して、冷媒切替え手段を介してＨＶＡＣユニット内の車室内蒸発器の下流に設置される車室内凝縮器を接続するとともに、車室外凝縮器の出口側液冷媒配管に開閉弁機能付き第２減圧手段を介して車室外に設置される車室外蒸発器を接続し、更に車室外凝縮器の出口側液冷媒配管とアキュームレータ間に開閉弁機能付き第３減圧手段を有するバイパス回路を接続した構成としているため、電動圧縮機、冷媒切替え手段、車室内凝縮器、液冷媒配管、開閉弁機能付き第２減圧手段、車室外蒸発器、アキュームレータにより暖房用ヒートポンプサイクルを構成でき、同様に、暖房運転時、車室外蒸発器に着霜したとき、電動圧縮機からのホットガス冷媒を冷媒切替え手段により車室外凝縮器、液冷媒配管、開閉弁機能付き第３減圧手段を有するバイパス回路およびアキュームレータを経て循環させ、車室外凝縮器の雪、氷結等を除霜する第１除霜回路と、電動圧縮機からのホットガス冷媒を冷媒切替え手段により車室外凝縮器、液冷媒配管、開閉弁機能付き第２減圧手段、車室外蒸発器、アキュームレータを経て循環させ、車室外蒸発器の霜を除霜する第２除霜回路との２つの除霜回路を構成することができる。従って、低外気温下の暖房運転時、車室外蒸発器に着霜し、あるいは車室外凝縮器に雪、氷結等が付着したとしても、第１除霜回路および第２除霜回路を介して車室外凝縮器および車室外蒸発器に電動圧縮機から吐出されたホットガス冷媒を導入し、それぞれ除霜することができ、低外気温下であっても短時間に効率よくデフロストすることが可能となる。しかも、現行空調システムの冷房用サイクルを殆んどそのまま共用化できるため、最小限の暖房用回路および機器を追加することにより、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、ＥＶ車やＨＥＶ，ＰＨＥＶ車等に対して好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調システムを提供することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調システムは、上記のヒートポンプ式車両用空調システムにおいて、前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房運転時、前記車室外蒸発器に対し着霜が検知されたとき、前記車室外凝縮器で放熱して凝縮された冷媒を前記開閉弁機能付き第３減圧手段を有する前記バイパス回路を経て前記アキュームレータに導入し、前記電動圧縮機に吸込ませるホットガスサイクルに切替え、暖房運転が継続可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房運転時、車室外蒸発器に対し着霜が検知されたとき、車室外凝縮器で放熱して凝縮された冷媒を開閉弁機能付き第３減圧手段を有する前記バイパス回路を経てアキュームレータに導入し、電動圧縮機に吸込ませるホットガスサイクルに切替え、暖房運転が継続可能とされているため、低外気温下での暖房運転により車室外蒸発器に着霜し、外気を熱源とするヒートポンプ暖房が困難になっても、ホットガスサイクルに切替えることにより、そのまま暖房運転を継続することができる。従って、暖房運転の中断やそれによる窓曇りの発生等を回避し、暖房効果や安全性を確保することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調システムは、上記のヒートポンプ式車両用空調システムにおいて、前記車室外凝縮器の出口側液冷媒配管にレシーバが設けられるとともに、前記車室内蒸発器入口側の前記開閉弁機能付き第１減圧手段が電磁弁付き温度式自動膨張弁とされていることを特徴とする。

本発明によれば、車室外凝縮器の出口側液冷媒配管にレシーバが設けられるとともに、車室内蒸発器入口側の開閉弁機能付き第１減圧手段が電磁弁付き温度式自動膨張弁とされているため、レシーバとの組み合わせで温度式自動膨張弁の使用を可能とし、車室内蒸発器７の蒸発性能を安定化することにより、その制御性および信頼性を確保し、冷房性能を高めることができるとともに、電磁弁付き温度式自動膨張弁を設置するＨＶＡＣユニット２周りの構成およびその制御系の簡素化を図ることができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調システムは、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調システムにおいて、前記暖房用ヒートポンプサイクルに冷媒を循環させた状態で、前記車室内蒸発器入口側の前記開閉弁機能付き第１減圧手段の開閉弁機能を開とし、前記車室内蒸発器および前記車室外蒸発器の双方もしくは前記開閉弁機能付き第２減圧手段を閉として前記車室内蒸発器に冷媒を流すことにより、除湿モードが選択可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、暖房用ヒートポンプサイクルに冷媒を循環させた状態で、車室内蒸発器入口側の開閉弁機能付き第１減圧手段の開閉弁機能を開とし、車室内蒸発器および車室外蒸発器の双方もしくは開閉弁機能付き第２減圧手段を閉として車室内蒸発器に冷媒を流すことにより、除湿モードが選択可能とされているため、冷房または暖房運転時に、必要に応じて除湿モードを選択し、車室内凝縮器を放熱器、車室外蒸発器および車室内蒸発器の双方もしくは車室内蒸発器のみを蒸発器として機能させる除湿運転に切替え、温調制御を行わせることができる。従って、冷房または暖房運転時、適宜除湿モードに切替えて温調制御を行わせ、快適な除湿運転を実行することができる。なお、この除湿運転時、車室内蒸発器および車室外蒸発器の双方を使用することにより、温度リニアリティ特性（設定温度に対する追従性）を向上することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調システムは、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調システムにおいて、前記車室外蒸発器が、前記車室外凝縮器用の車室外ファンの通風路中において、前記車室外凝縮器の下流側に配設されているとともに、前記第１除霜回路および前記第２除霜回路を用いた除霜運転時、前記車室外ファンが停止状態とされる構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、車室外蒸発器が、車室外凝縮器用の車室外ファンの通風路中において、車室外凝縮器の下流側に配設されているとともに、第１除霜回路および第２除霜回路を用いた除霜運転時、車室外ファンが停止状態とされる構成とされているため、車室外ファンを車室外凝縮器および車室外蒸発器用に共用化することで、システム構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。また、車室外凝縮器および車室外蒸発器をホットガス冷媒で内部から加熱して除霜する方式としているため、第１除霜回路および第２除霜回路による除霜運転時、車室外ファンを止めて除霜でき、除霜運転のための消費電力を低減することができる。

さらに、本発明にかかるヒートポンプ式車両用空調システムの除霜方法は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調システムの除霜方法において、前記車室外蒸発器に着霜した場合、前記第１除霜回路を介して前記車室外凝縮器側に付着している雪や跳ね上がった水分の氷結等をホットガス冷媒で除霜した後、前記第２除霜回路に切替え、前記車室外蒸発器の着霜をホットガス冷媒で除霜することを特徴とする。

本発明によれば、除霜運転時、第１除霜回路を介して車室外凝縮器側に付着している雪や跳ね上がった水分の氷結等をホットガス冷媒で除霜した後、第２除霜回路に切替え、車室外蒸発器の着霜をホットガス冷媒で除霜するようにしているため、車室外凝縮器および車室外蒸発器をそれぞれ個別にホットガス冷媒を集中的に投入して順次除霜することができる。従って、低外気温下であっても、車室外凝縮器および車室外蒸発器を短時間に効率的にデフロストすることができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調システムの除霜方法は、上記のヒートポンプ式車両用空調システムの除霜方法において、前記除霜運転は、車両を停車後で、車両バッテリーを充電中もしくは充電後に、前記車室外ファンを停止した状態で行うことを特徴とする。

本発明によれば、除霜運転を、車両を停車後で、車両バッテリーを充電中もしくは充電後に、車室外ファンを停止した状態で行うようにしているため、除霜運転が車両の走行距離に影響を及ぼすことを回避することができるとともに、車両バッテリーの充電時もしくは充電後のバッテリー容量に余裕がある時に除霜運転を行うことができる。従って、乗員に何ら影響を及ぼさない状態で、消費電力を低減しながら効率よく確実に車室外凝縮器および車室外蒸発器を除霜することができる。

本発明のヒートポンプ式車両用空調装置によると、低外気温下の暖房運転時、車室外蒸発器の着霜し、あるいは車室外凝縮器に雪、氷結等が付着したとしても、第１除霜回路および第２除霜回路を介して車室外凝縮器および車室外蒸発器に電動圧縮機から吐出されたホットガス冷媒を導入し、それぞれ除霜することができ、低外気温下であっても短時間に効率よくデフロストすることが可能となる。しかも、現行空調システムの冷房用サイクルを殆んどそのまま共用化できるため、最小限の暖房用回路および機器を追加することによって、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、ＥＶ車やＨＥＶ，ＰＨＥＶ車等に対して好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調システムを提供することができる。

また、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置の除霜方法によると、除霜運転時、第１除霜回路を介して車室外凝縮器側に付着している雪や跳ね上がった水分の氷結等をホットガス冷媒で除霜した後、第２除霜回路に切替え、車室外蒸発器の着霜をホットガス冷媒で除霜するようにし、車室外凝縮器および車室外蒸発器をそれぞれ個別にホットガス冷媒を集中的に投入して順次除霜できるため、低外気温下であっても、車室外凝縮器および車室外蒸発器を短時間に効率的にデフロストすることができる。

本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システムの冷媒回路図である。 上記ヒートポンプ式車両用空調システムの冷房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 上記ヒートポンプ式車両用空調システムの暖房時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 上記ヒートポンプ式車両用空調システムの暖房時の着霜検知後の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 上記ヒートポンプ式車両用空調システムの車室外凝縮器の除霜時の冷媒流れを示す冷媒回路図（Ａ）とそのモリエル線図（Ｂ）である。 上記ヒートポンプ式車両用空調システムの車室外蒸発器の除霜時の冷媒流れを示す冷媒回路図（Ａ）とそのモリエル線図（Ｂ）である。 上記ヒートポンプ式車両用空調システムの除湿モード時の冷媒流れを示す冷媒回路図である。 上記ヒートポンプ式車両用空調システムを制御する制御装置のブロック図である。 上記制御装置による運転制御フロー図である。 上記制御装置による冷房、除湿運転時の制御フロー図である。 上記制御装置による暖房運転時の制御フロー図の一部分図である。 図１１に示す暖房運転時の制御フロー図の残りの一部分図である。 上記制御装置による除霜運転時の制御フロー図である。

以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１ないし図１３を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システムの冷媒回路図が示されている。
本実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システム１は、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２と、冷暖房が可能なヒートポンプサイクル３とを備えている。

ＨＶＡＣユニット２は、内外気切替えダンパ４により車室内からの内気または外気を切替え導入し、下流側に圧送するブロア５と、ブロア５に連なる空気流路６中に上流側から下流側にかけて順次配設されている車室内蒸発器７および車室内凝縮器８を備えている。このＨＶＡＣユニット２は、車室側のインストルメントパネル内に設置され、車室内蒸発器７および車室内凝縮器８を介して温調された空気を、車室内に向けて開口されている複数のデフ吹出し口９、フェイス吹出し口１０、フット吹出し口１１のいずれかから、吹出しモード切替えダンパ１２，１３，１４により選択的に切替えられる吹出しモードに従って車室内に吹出し、車室内を設定温度に空調するものである。

冷暖房可能なヒートポンプサイクル３は、冷媒を圧縮する電動圧縮機１５と、冷媒の流れ方向を切替える冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６と、車室外凝縮器１７と、レシーバ１８と、開閉弁機能付き第１減圧手段（電磁弁付き温度式自動膨張弁）１９と、車室内蒸発器７と、逆止弁２０と、アキュームレータ２１とを順次冷媒配管２２により接続して構成される閉サイクルの冷房用冷凍サイクル（冷媒回路）２３を備えている（図２参照）。この冷房用冷凍サイクル２３は、エンジン駆動方式の車両に適用されている現行の車両用空調装置と略同等のものである。車室外凝縮器１７には、外気を通風する車室外ファン２４が付設されている。なお、冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６は、２個の電磁弁を組み合わせた構成により代替してもよい。

冷暖房用のヒートポンプサイクル３には、上記冷房用冷凍サイクル２３に対して、電動圧縮機１５からの吐出配管（吐出回路）２２Ａに冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６を介してＨＶＡＣユニット２内に設けられている車室内凝縮器８が接続され、その冷媒出口が車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ｂに接続されている。また、車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ｂには、第２開閉弁（電磁弁）２５および第２減圧手段（膨張弁）２６（以下、両者を総称して開閉弁機能付き第２減圧手段２６とも云う。）を介して車室外蒸発器２７が接続され、その冷媒出口が逆止弁２８を介してレシーバ２１に接続されている。

更に、上記冷房用冷凍サイクル２３に対して、開閉弁機能付き第２減圧手段２６（第２開閉弁（電磁弁）２５および第２減圧手段（膨張弁）２６）および車室外蒸発器２７をバイパスするように、車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ｂとアキュームレータ２１との間に、第３開閉弁（電磁弁）２９および第３減圧手段（膨張弁）３０（以下、両者を総称して開閉弁機能付き第３減圧手段３０とも云う。）と、逆止弁３１とを備えたバイパス回路３２が接続された構成とされている。

これにより、電動圧縮機１５と、冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６と、車室内凝縮器８と、液冷媒配管２２Ｂと、開閉弁機能付き第２減圧手段２６（第２開閉弁２５および第２減圧手段２６）と、車室外蒸発器２７と、逆止弁２８と、アキュームレータ２１とがこの順に冷媒配管２２を介して接続される閉サイクルの暖房用ヒートポンプサイクル（冷媒回路）３３が構成可能とされている（図３参照）。

また、この暖房用ヒートポンプサイクル３３による暖房運転時、車室外蒸発器２７に対し着霜が検知されたとき、開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５を閉、開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９を開とし、車室内凝縮器８で凝縮された液冷媒をバイパス回路３２、開閉弁機能付き第３減圧手段３０、逆止弁３１を経てアキュームレータ２１に導入し、電動圧縮機１５に吸込ませるホットガスサイクル３３Ａによる暖房運転に切替え可能とされている（図４参照）。

同様に、電動圧縮機１５から吐出されたホットガスを、冷媒切替え手段１６を介して車室外凝縮器１７、レシーバ１８、液冷媒配管２２Ｂ、バイパス回路３２、バイパス回路３２中の開閉弁機能付き第３減圧手段３０（第３開閉弁２９および第３減圧手段３０）と逆止弁３１、アキュームレータ２１を経由して循環させ、車室外凝縮器１７を除霜する第１除霜回路３４（図５参照）と、電動圧縮機１５から吐出されたホットガスを、冷媒切替え手段１６を介して車室外凝縮器１７、レシーバ１８、液冷媒配管２２Ｂ、開閉弁機能付き第２減圧手段２６（第２開閉弁２５および第２減圧手段２６）、車室外蒸発器２７、逆止弁２８、アキュームレータ２１を経由して循環させ、車室外蒸発器２７を除霜する第２除霜回路３５（図６参照）と、が構成可能とされている。

さらに、冷媒回路を暖房用ヒートポンプサイクル（冷媒回路）３３とし、同時に車室内蒸発器７の入口側に設けられている開閉弁機能付き第１減圧手段（電磁弁付き温度式自動膨張弁）１９の開閉弁機能を開として、車室外蒸発器２７と車室内蒸発器７の双方または第２開閉弁２５を閉として車室内蒸発器７に冷媒を流すことにより、除湿モードでの運転が選択可能とされている（図７参照）。

また、上記ヒートポンプサイクル３において、暖房用ヒートポンプサイクル３３を構成する車室外蒸発器２７は、冷房用冷凍サイクル２３を構成する車室外凝縮器１７に対して外気を通風する車室外ファン２４の通風路中の下流側に、車室外凝縮器１７と互いに平行に設置されることにより、車室外ファン２４を共用化している。更に、本実施形態においては、車室外凝縮器１７の上部に、車両駆動用のエンジン、モータ、インバータおよびバッテリー等の発熱体を冷却する熱媒体（冷却水等）の熱を放熱するラジエータ３６を設置し、その放熱を車室外蒸発器２７で吸熱可能な構成としている。なお、このラジエータ３６は、車室外凝縮器１７と車室外蒸発器２７との間に配設してもよい。

次に、上記ヒートポンプ式車両用空調システム１の運転時の冷媒流れを、図２ないし図７を用いて説明する。なお、各図において、運転時の冷媒流れが太線で表示されている。
［冷房運転］
冷房運転時、電動圧縮機１５で圧縮された冷媒は、図２に示されるように、吐出配管２２Ａから冷媒切替え手段１６を介して車室外凝縮器１７に循環され、車室外ファン２４により通風される外気と熱交換されて凝縮される。この液冷媒は、レシーバ１８内に貯留された後、液冷媒配管２２Ｂ、開閉弁機能付き第１減圧手段１９を経て減圧され、ＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器７に供給される。

車室内蒸発器７に供給された冷媒は、ここでブロア５から送風されてくる内気または外気と熱交換されて蒸発され、逆止弁２０、アキュームレータ２１を経て電動圧縮機１５に吸入されることにより再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返す。この冷房用サイクル２３は、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行システムの冷房用サイクルを略そのまま共用化することができる。車室内蒸発器７で冷媒との熱交換されることにより冷却された内気または外気は、吹出しモード切替えダンパ１２ないし１４により切替えられる吹出しモードに応じて、デフ吹出し口９、フェイス吹出し口１０、フット吹出し口１１のいずれかから車室内に吹出され、車室内の冷房に供されることになる。

なお、この冷房運転時、開閉弁機能付き第２減圧手段２６および開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第２開閉弁（電磁弁）２５および第３開閉弁（電磁弁）２９は、いずれも閉とされている。

［暖房運転］
暖房運転時、車室外蒸発器２７に着霜する迄の間は、図３に示されるように、電動圧縮機１５で圧縮された冷媒は、吐出配管２２Ａから冷媒切替え手段１６を介して車室内凝縮器８に導入され、ここで、ブロア５から送風されてくる内気または外気と熱交換されて放熱される。これによって加熱された空気は、吹出しモードに応じて、デフ吹出し口９、フェイス吹出し口１０およびフット吹出し口１１のいずれかから車内に吹出され、車室内の暖房に供されることになる。なお、通常の暖房運転は、窓の曇りを防止するため、外気導入モードで行われる。

車室内凝縮器８で放熱され、凝縮液化された冷媒は、液冷媒配管２２Ｂ、開閉弁機能付き第２減圧手段２６（この場合、第２開閉弁（電磁弁）２５は開）を経て減圧され、車室外蒸発器２７に供給される。この気液二相冷媒は、車室外蒸発器２７で車室外ファン２４により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱して蒸発された後、逆止弁２８、アキュームレータ２１を経て電動圧縮機１５に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返される。この暖房用ヒートポンプサイクル３３によってヒートポンプ暖房が行なわれることになる。

このように、既存の冷房用サイクル２３を利用し、その吐出配管（吐出回路）２２Ａに対して冷媒切替え手段１６を介して暖房用の車室内凝縮器８を接続するとともに、開閉弁機能付き第２減圧手段２６（第２開閉弁（電磁弁）２５と第２減圧手段（膨張弁）２６）を介して暖房用の車室外蒸発器２７を接続することによって、一部の回路部分および機器類を共用化して暖房用のヒートポンプサイクル３３を構成することができる。
なお、この暖房運転時、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁および開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第２開閉弁（電磁弁）２９は、いずれも閉とされている。

また、暖房運転時、外気温が低いと、車外蒸発器２７の表面に着霜し、それが進行すると暖房能力が低下する。そこで、車室外蒸発器２７に着霜が検知されたとき、暖房運転を継続する場合、図４に示されるように、開閉弁機能付き第２減圧手段の第２開閉弁（電磁弁）２５を閉、開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９を開とし、電動圧縮機１５からのホットガス冷媒を冷媒切替え手段１６により車室内凝縮器８に導入し、そこで放熱させて暖房に供した後、その液冷媒をバイパス回路３２、第３減圧手段３０、逆止弁３１を経てアキュームレータ２１に導き、電動圧縮機１５へと吸入させるホットガスサイクル３３Ａに切替えることにより、暖房運転を継続できるようにしている。

［除湿運転］
上記の暖房用ヒートポンプサイクル３３を維持したまま、図７に示されるように、開閉弁機能付き第１減圧手段（電磁弁付き温度式自動膨張弁）１９の電磁弁を開として液冷媒の一部を車室内蒸発器７に導入し、ブロア５から送風されてくる空気を車室内蒸発器７で冷却除湿した後、下流側の車室内凝縮器８で加熱して車室内に吹出すことにより、除湿運転を行うことができる。この場合、車室内蒸発器７および車室外蒸発器２７の双方で蒸発した冷媒は、アキュームレータ２１で合流された後、電動圧縮機１５に吸入され、再圧縮されることになる。なお、この除湿運転は、開閉弁機能付き第２減圧手段の第２開閉弁２５を閉とし、車室内蒸発器７のみに冷媒を流すことによっても行わせることができる。

さらに、上記の除湿運転時に、開閉弁機能付き第１減圧手段（電磁弁付き温度式自動膨張弁）１９の開閉弁機能を利用して、その開閉弁（電磁弁）を適宜開閉制御することにより車室内蒸発器７での冷却量を制御し、車室内凝縮器８で加熱されて車室内に吹出される空気の温度を制御するようにしてもよく、これによっても、温度リニアリティ特性（設定温度に対する追従性）を確保することが可能となる。

［除霜運転］
上記のように、車室外蒸発器２７を機能させ、暖房運転しているときに、車室外蒸発器２７に対して着霜が検知された場合でも、直ちに除霜運転は行わず、車室内凝縮器８を利用したホットガスサイクルに切替えることにより、そのまま暖房運転を継続することができる。このため、車両が走行（使用）されている間は、強制的な除霜は行わず、外気で自然にデフロストされるのを待つことになる。しかし、外気温の低い状態が続くと、除霜されずに車室外蒸発器２７に霜が付着したままとなったり、車室外凝縮器１７に走行中の着雪や跳ね上がった水分の氷結等が付着したままとなったりすることが想定される。

そこで、車両が停止（駐車）とされ、乗員がいなくなった状態で、望ましくは車両バッテリーの充電時または充電後でバッテリー容量に余裕がある時に、空調システム１を運転して除霜を行うようにしている。この除霜運転は、車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７を順次除霜するため、図４および図５に示されるように、除霜運転１および除霜運転２の２段階で行うとともに、車室外ファン２４を停止した状態で行う構成とされている。

［除霜運転１］
除霜運転１は、車室外凝縮器１７の除霜を行うものであり、図５に示されるように、第１除霜回路３４により行われる。この場合、電動圧縮機１５からのホットガス冷媒は、冷媒切替え手段１６により車室外凝縮器１７に導入され、ここで放熱して車室外凝縮器１７に付着している雪や氷結等を溶かし、車室外凝縮器１７を除霜（デフロスト）する。車室外凝縮器１７の除霜作用に供されて凝縮液化された冷媒は、レシーバ１８、液冷媒配管２２Ｂ、バイパス回路３２、開閉弁機能付き第３減圧手段３０および逆止弁３１を経てアキュームレータ２１に至り、電動圧縮機１５へと吸入される第１除霜回路３４を循環することになる。

この場合、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁および開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁（電磁弁）２５は、閉とされている。
これによって、ホットガス冷媒を車室外凝縮器１７に直接導入して除霜することが可能となる。図５（Ｂ）には、この際の第１除霜回路３４のモリエル線図が冷凍サイクルのモリエル線図と対比して図示されている。

［除霜運転２］
車室外凝縮器１７の除霜が終了後、図６に示されるように、開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５を開、開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９を閉として第２除霜回路３５を形成し、車室外蒸発器２７の除霜運転２が行われる。除霜運転２では、電動圧縮機１５からのホットガス冷媒は、冷媒切替え手段１６により車室外凝縮器１７、レシーバ１８、液冷媒配管２２Ｂ、開閉弁機能付き第２減圧手段２６を経て車室外蒸発器２７に導入されることになる。

この際、過熱ガスは第２減圧手段２６で断熱膨張して車室外蒸発器２７に導入され、車室外蒸発器２７を加熱することにより表面の霜を溶かす。車室外蒸発器２７の除霜に供された冷媒は、逆止弁２８、アキュームレータ２１を経て電動圧縮機１５へと吸入されることにより第２除霜回路３５内を循環する。この場合、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁は閉とされていることは云うまでもない。これによって、ホットガス冷媒を車室外蒸発器２７に直接導入して除霜することが可能となる。図６（Ｂ）には、この際の第２除霜回路３５のモリエル線図が冷凍サイクルのモリエル線図と対比して図示されている。

除霜運転の終了は、第２除霜回路３５により車室外蒸発器２７の除霜運転を行い、着霜検知手段（後述する車室外蒸発器冷媒温度センサー（Ｔ１）４８と外気温度センサー（Ｔａｍｂ）４５との温度差が所定値ａ以上か否かで判定）により着霜のないことが確認された時点で終了される構成とされている。つまり、着霜検知手段が作動しないことを以って除霜が完了していることを確認し、除霜残しがないように確実に車室外蒸発器２７を除霜できるようにしている。

以上の運転は、図８に示されている制御装置４０により制御されるようになっている。この制御装置４０は、車両側の上位制御装置４１に接続され、車両側からの情報が入力される構成とされるとともに、コントロールパネル４２を備えており、以下のセンサー群からの検出信号と、上位制御装置４１およびコントロールパネル４２からの入力情報とに基づいて、空調システム１の運転制御を行うものである。

制御装置４０には、車室内に設置されている車内温度センサー（Ｔｒ）４３、外気温度センサー（Ｔａｍｂ）４４、日射センサー（Ｔｓ）４５、車速センサー４６の他、空調システム１側の車室内蒸発器７に設置されている吹出し空気温度センサー（ＦＳ）４７、車室外蒸発器２７に設置されている車室外蒸発器冷媒温度センサー（Ｔ１）４８、吐出配管２２Ａに設置されている高圧センサー（ＨＰ）４９、車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ｂに設置されている車室外凝縮器冷媒温度センサー（Ｔ２）５０等からの検出信号が入力されるようになっている。

制御装置４０は、上記センサー群からの検出信号と、コントロールパネル４２および車両側の上位制御装置４１からの入力情報に基づき、予め設定されているプログラムに従って所要の演算、処理等を行い、吹出しモード切替えダンパ１２ないし１４用のアクチエータ５１、内外気切替えダンパ４用のアクチエータ５２、ブロア５用のモータ５３、車室外ファン２４用のモータ５４、電動圧縮機１５用のモータ５５、冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６用の電磁コイル５６、開閉弁機能付き第１減圧手段（電磁弁付き温度式自動膨張弁）１９の電磁弁および第２開閉弁（電磁弁）２５、第３開閉弁（電磁弁）２９用の各電磁コイル５７、５８、５９等を制御し、上記の如く空調システム１の運転を制御する機能を担うものである。

以下に、この制御装置４０による空調システム１の運転制御を、図９ないし図１３に示すフロー図を参照して説明する。
図９は、空調システム１のメイン制御フロー図であり、制御がスタートすると、まずステップＳ１において、コントロールパネル４２の設定を読み込み、更にステップＳ２において、各種センサー群４３ないし５０からの検出値を読み込む。これらの設定値および検出値に基づいて、ステップＳ３では、目標吹出し温度Ｔｔａｒを算出し、ステップＳ４に移行する。ここでは、除湿運転ありか否かが判定され、ＹＥＳであれば、ステップＳ５に移行して「冷房／除湿運転制御」に入り、ＮＯであれば、ステップＳ６に移行して「暖房運転制御」に入り、その後、ステップＳ７において、各種センサーの検出値を出力し、スタート点に戻る。

ステップＳ５において、「冷房／除湿運転制御」に入り、冷房運転が選択されると、図１０に示される冷房運転制御が実行される。この冷房運転制御では、まずステップＳ１０において、冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６の流路が決定され、電動圧縮機１５からの吐出冷媒を車室外凝縮器１７側に循環する回路に切替えられる。引き続き、ステップＳ１１において、開閉弁（電磁弁）の開閉が決定され、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁が開、開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５および開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９が閉とされる。これによって、図２に示す冷房用サイクル２３が設定される。

さらに、ステップＳ１２で電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ１３で内外気切替えダンパ４の切替えによる吸込みモード、ステップＳ１４で吹出しモード切替えダンパ１２ないし１４の切替えによる吹出しモード、ステップＳ１５でブロア５の駆動電圧、ステップＳ１６で車室外ファン２４の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ５１ないし５５が駆動されることによって、車内温度が設定温度となるように冷房運転が実行される。その後、Ｓ１（ステップＳ７）に移行され、冷房運転が継続される。

また、ステップＳ５で除湿運転制御が選択された場合、ステップＳ１０において、冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６の流路が決定され、電動圧縮機１５からの吐出冷媒を車室内凝縮器８に循環させる回路に切替えられる。続いて、ステップＳ１１において、開閉弁（電磁弁）の開閉が決定され、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁および開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５が開とされ、開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９が閉とされる。これによって、図７に示すように、車室内蒸発器７で冷却・除湿した空気を車室内凝縮器８で加熱して温調する除湿運転が可能となる。

引き続き、ステップＳ１２で電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ１３で内外気切替えダンパ４の切替えによる吸込みモード、ステップＳ１４で吹出しモード切替えダンパ１２ないし１４の切替えによる吹出しモード、ステップＳ１５でブロア５の駆動電圧、ステップＳ１６で車室外ファン２４の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ５１ないし５５が駆動されることによって、車内温度が設定温度となるように除湿運転が実行される。その後、Ｓ１（ステップＳ７）に移行され、除湿運転が継続される。

なお、この除湿運転は、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁を開、開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５および開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９を閉とし、車室内蒸発器７のみに冷媒を流して行ってもよく、また、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁を適宜開閉制御し、車室内蒸発器７での冷却量をコントロールしながら行うようにしてもよい。

一方、ステップＳ６において、「暖房運転制御」に入ると、図１１および図１２に示される暖房運転制御に移行される。暖房運転制御では、ステップ２０において、冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６の流路が決定され、冷媒を車室内凝縮器８側に流す回路に切替えられる。引き続き、ステップＳ２１において、電磁弁の開閉が決定され、開閉弁機能付き第１減圧手段（電磁弁付き温度式自動膨張弁）１９の電磁弁および開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９が閉、開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５が開とされる。これによって、図３に示す暖房用ヒートポンプサイクル３３が設定される。

その後、ステップＳ２２に移行され、ここで車室外蒸発器２７に対する着霜の有無が判定される。この着霜判定Ｓ１は、車室外蒸発器冷媒温度センサー４８の検出値Ｔ１と、外気温度センサー４４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ａ以上か否か（Ｔ１−Ｔａｍｂ≧ａ）により判定され、ＹＥＳ（着霜あり）の場合、ステップＳ２３に移行され、ＮＯ（着霜なし）の場合、ステップＳ２４に移行される。着霜なしの場合、車室外蒸発器２７を蒸発器として機能させ、暖房用ヒートポンプサイクル３３により暖房運転が実行される。

暖房運転の実行に際し、ステップＳ２４では、内外気切替えダンパ４が外気導入モードと決定され、更にステップＳ２５で電動圧縮機１５の回転数、ステップＳ２６で吹出しモード切替えダンパ１２ないし１４の切替えによる吹出しモード、ステップＳ２７でブロア５の駆動電圧、ステップＳ２８で車室外ファン２４の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ５１−５５が駆動されることにより、車内温度が設定温度となるように暖房運転が実行されることになる。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行され、暖房運転が継続される。

また、ステップＳ２２で着霜ありと判定され、ステップＳ２３に移行される場合、更に車両電源がＯＮ（Ｋｅｙ ＯＮ）か否かが判定され、ＮＯの場合は、ステップＳ２９（図１２参照）に移行され、ＹＥＳの場合は、ステップＳ３０に移行される。ステップＳ３０では、内外気切替えダンパ４が外気導入モードまたは内気混合モードとされ、更にステップＳ３１に移って電磁弁の開閉が決定される。

この場合、ステップＳ３１では、開閉弁機能付き第１減圧手段（電磁弁付き温度式自動膨張弁）１９の電磁弁および開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５が閉、開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９が開とされる。このため、車室内凝縮器８で放熱することにより暖房に供された冷媒は、車室内凝縮器８で凝縮された後、バイパス回路３２、第３減圧手段３０、逆止弁３１を経てアキュームレータ２１に導入され、電動圧縮機１５に吸入されるホットガスサイクル３３Ａに切替えられる。このように、車室外蒸発器２７に対する着霜が検知されたときは、図４に示すホットガスサイクル３３Ａにより暖房運転が継続されることになる。

ステップＳ３１で電磁弁の開閉が決定され、ホットガスサイクル３３Ａによる暖房運転に切替えられると、ステップＳ３２で電動圧縮機１５の回転数、ステップＳ３３で吹出しモード切替えダンパ１２ないし１４の切替えによる吹出しモード、ステップＳ３４でブロア５の駆動電圧、ステップＳ３５で車室外ファン２４の駆動電圧等が順次決定され、モータおよびアクチエータ５１ないし５５が駆動されることにより、車内温度が設定温度となるように暖房運転が実行される。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行され、車外蒸発器２７への着霜にもかかわらず、暖房運転が継続されることになる。

さらに、ステップＳ２３において、ＮＯ、すなわち車両電源がＯＦＦと判定され、ステップＳ２９（図１２参照）に移行した場合、ステップＳ２９で車両電源（バッテリー）が充電中または充電完了か否かが判定される。ここで、ＮＯと判定された場合、バッテリーの充電量が充分でないが未充電中である、あるいは未だ乗員が乗っていると判断し、ステップＳ３６に移行して除霜運転の一時停止を処理する。その後、Ｓ１（＝ステップＳ７）に移行し、同様の動作を繰り返す。

一方、ステップＳ２９でＹＥＳと判定されると、車両が停車中（駐車中）で乗員が乗っておらず、かつ車両電源（バッテリー）が充電中もしくは充電完了していると判断し、ステップＳ３７に移行して車室外凝縮１７を除霜する「除霜運転制御１」が実行される。車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７の霜は、着霜後の運転中に自然にデフロストされている可能性もあるが、着霜判定された後の車両電源ＯＦＦ時には、必ず「除霜運転制御１，２」が実行されるようになっている。

除霜運転制御１では、図１３に示されるように、ステップＳ５０において、冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６の流路が決定され、電動圧縮機１５からのホットガス冷媒を車室外凝縮器１７側に流す回路に切替えられる。引き続き、ステップＳ５１において、電磁弁の開閉が決定され、開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９が開、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁および開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５が閉とされる。これによって、図５に示す如く第１除霜回路３４が設定される。

その後、ステップＳ５２に移行され、ステップＳ５２で電動圧縮機１５の回転数、ステップＳ５３で内外気切替えダンパ４の切替えによる吸込みモード（内気循環モード）、ステップＳ５４で吹出しモード切替えダンパ１２ないし１４の切替えによる吹出しモード、ステップＳ５５でブロア５の駆動電圧、ステップＳ５６で車室外ファン２４の駆動電圧が順次決定され、モータおよびアクチエータ５１ないし５５が駆動される。これによって、第１除霜回路３４を冷媒が循環し、車室外凝縮器１７にホットガスが導入され、車室外凝縮器１７の除霜運転が実行されることになる。なお、この除霜運転時、車室外ファン２４は停止されるようになっている。

車室外凝縮器１７が「除霜運転制御１」により除霜されている間、ステップＳ３８で着霜判定Ｓ２が実行される。この着霜判定Ｓ２は、車室外凝縮器冷媒温度センサー（Ｔ２）５０の検出値Ｔ２が設定値ｂを超えているか否か（Ｔ２≦ｂ）で除霜が完了したか否かを判断するものである。つまり、検出値Ｔ２が設定値ｂ以下の場合、未だ霜が溶けずに残っていると判断（ＹＥＳ）して除霜運転を継続し、検出値Ｔ２が設定値ｂを超えると、霜が溶けて除霜が完了したと判断し、次のステップＳ３９に移行する構成とされている。

ステップＳ３９においては、車室外蒸発器２７を除霜するため、「除霜運転制御２」が実行される。「除霜運転制御２」では、図１３に示されるように、冷媒切替え手段（三方切替え弁）１６の流路決定、電磁弁の開閉決定（この場合は、開閉弁機能付き第２減圧手段２６の第２開閉弁２５が開、開閉弁機能付き第１減圧手段１９の電磁弁および開閉弁機能付き第３減圧手段３０の第３開閉弁２９が閉とされる。）、電動圧縮機１５の回転数、内外気切替えダンパ４の切替えによる吸込みモード（内気循環モード）、吹出しモード切替えダンパ１２ないし１４の切替えによる吹出しモード、ブロア５の駆動電圧、車室外ファン２４の駆動電圧等が順次決定されることにより、モータおよびアクチエータ５１ないし５５が駆動される。

これによって、図６に示されるように、第２除霜回路３５に冷媒が循環され、車室外蒸発器２７にホットガス冷媒が導入されることにより、車室外蒸発器２７の除霜運転が実行される。車室外蒸発器２７が「除霜運転制御２」により除霜されている間、ステップＳ４０で着霜判定される。この着霜判定Ｓ３は、車室外蒸発器冷媒温度センサー（Ｔ１）４８の検出値Ｔ１が設定値ｃを超えているか否か（Ｔ１≦ｃ）で除霜が完了したか否かを判断するものである。つまり、検出値Ｔ１が設定値ｃ以下の場合、未だ霜が溶けずに残っていると判断（ＹＥＳ）して除霜運転を継続し、検出値Ｔ１が設定値ｃを超えると、霜が溶けて除霜が完了したと判断して次のステップＳ４１に移行し、除霜運転が終了される構成とされている。また、この除霜運転時にも、車室外ファン２４は停止状態とされるようになっている。

なお、「除霜運転制御１」および「除霜運転制御２」においては、図１３に示されるように、ステップＳ５０ないしステップＳ５６の「除霜運転制御」が終了する度に、Ｓ２およびＳ３（＝ステップＳ３８およびステップＳ４０）において、着霜判定を実行する構成とされており、「除霜運転制御１」および「除霜運転制御２」により、車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７の除霜がすべて終了すると、ステップＳ４１に移行して除霜運転が終了されるようになっている。

斯くして、本実施形態によると、以下の作用効果が奏される。
本実施形態のヒートポンプ式車両用空調システム１では、従来から知られている電動圧縮機１５、車室外凝縮器１７、レシーバ１８、開閉弁機能付き第１減圧手段１９、車室内蒸発器７およびアキュームレータ２１からなる冷房用冷凍サイクルに対して、冷媒切替え手段１６を介してＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器７の下流に設置される車室内凝縮器８を接続するとともに、車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ｂに開閉弁機能付き第２減圧手段２６を介して車室外に設置される車室外蒸発器２７を接続し、更に車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ａとアキュームレータ２１間に開閉弁機能付き第３減圧手段３０を有するバイパス回路３２を接続した構成とされている。

これにより、電動圧縮機１５、冷媒切替え手段１６、車室内凝縮器８、液冷媒配管２２Ｂ、開閉弁機能付き第２減圧手段２６、車室外蒸発器２７、アキュームレータ２１を介して暖房用ヒートポンプサイクル３３を構成することができ、同様に、暖房運転時、車室外蒸発器２７に着霜したとき、電動圧縮機１５からのホットガス冷媒を冷媒切替え手段１６により車室外凝縮器１７、液冷媒配管２２Ｂ、開閉弁機能付き第３減圧手段３０を有するバイパス回路３２、アキュームレータ２１を経て循環させ、車室外凝縮器１７の雪、氷結等を除霜する第１除霜回路３４と、電動圧縮機１５からのホットガス冷媒を冷媒切替え手段１６で車室外凝縮器１７、液冷媒配管２２Ｂ、開閉弁機能付き第２減圧手段２６、車室外蒸発器２７およびアキュームレータ２１を経て循環させ、車室外蒸発器２７の霜を除霜する第２除霜回路３５との２つの除霜回路を構成することができる。

このため、低外気温下の暖房運転時により、車室外蒸発器２７の着霜し、あるいは車室外凝縮器１７に雪、氷結等が付着したとしても、車両が停車中（駐車中）で乗員が乗っておらず、かつ車両電源（バッテリー）が充電中もしくは充電完了しているときに、第１除霜回路３４および第２除霜回路３５を介して車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７に電動圧縮機１５から吐出されたホットガス冷媒を導入し、それぞれデフロストすることができ、低外気温下であっても短時間に効率よくデフロストすることが可能となる。

しかも、エンジン駆動方式の車両に適用されている現行の車両用空調システムの冷房用冷媒回路や構成機器類を殆んどそのまま共用化できるため、最小限の暖房用回路および機器を追加することにより、構成が比較的簡素で低コストでかつ搭載性に優れ、ＥＶ車やＨＥＶ，ＰＨＥＶ車等に対して好適に適用できる信頼性の高い高効率のヒートポンプ式車両用空調システム１を提供することができる。

さらに、低外気温下での暖房運転により、車室外蒸発器２７に着霜したとしても、車室内凝縮器８に電動圧縮機１５からのホットガス冷媒を流し、そこで放熱して液化された冷媒をバイパス回路３２、第３減圧手段３０、逆止弁３１、アキュームレータ２１を経て電動圧縮機１５に吸入させるホットガスサイクル３３Ａにより暖房するホットガス暖房に切替え可能とされているため、そのまま暖房運転を継続することができる。従って、暖房運転中に除霜運転に切替えられることによる暖房運転の中断や消費電力のロスを解消するとともに、暖房運転の中断による窓曇りの発生等を回避し、暖房効果や安全性を確保することができる。

また、除霜運転は、車両を停止した後、乗員がいない状態で、かつ車両バッテリーの充電中もしくは充電後に行うようにしているため、除霜運転が車両の走行距離に影響を及ぼすことを回避することができるとともに、車両バッテリーの充電時もしくは充電後のバッテリー容量に余裕がある時に除霜運転を行うことができる。従って、乗員に何ら影響を及ぼさない状態で効率よく確実に車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７を除霜することができる。

また、本実施形態においては、車室外凝縮器１７の出口側液冷媒配管２２Ｂにレシーバ１８を設けるとともに、車室内蒸発器７の入口側に設けられる開閉弁機能付き第１減圧手段１９を電磁弁付き温度式自動膨張弁としているため、レシーバとの組み合わせで温度式自動膨張弁の使用を可能とし、車室内蒸発器７の蒸発性能を安定化することにより、その制御性および信頼性を確保し、冷房性能を高めることができるとともに、電磁弁付き温度式自動膨張弁を設置するＨＶＡＣユニット２周りの構成およびその制御系の簡素化を図ることができる。

また、本実施形態では、暖房用ヒートポンプサイクル３３に冷媒を循環させた状態で、車室内蒸発器７の入口側の開閉弁機能付き第１減圧手段１９の開閉弁機能を開とし、車室内蒸発器７および車室外蒸発器２７の双方もしくは開閉弁機能付き第２減圧手段２６を閉として車室内蒸発器７のみに冷媒を流すことにより、除湿モードが選択可能とされているため、冷房または暖房運転時に、必要に応じて除湿モードを選択し、車室内凝縮器８を放熱器、車室外蒸発器２７および車室内蒸発器７の双方もしくは車室内蒸発器７のみを蒸発器として機能させる除湿運転に切替え、温調制御を行わせることができる。

これにより、冷房または暖房運転時、適宜除湿モードに切替えて温調制御を行わせ、快適な除湿運転を実行することができる。なお、この除湿運転時、車室内蒸発器７および車室外蒸発器２７の双方を使用することにより、温度リニアリティ特性（設定温度に対する追従性）を向上することができる。

さらに、本実施形態では、車室外蒸発器２７を、車室外凝縮器１７用の車室外ファン２４の通風路中において、車室外凝縮器１７の下流側に配設するとともに、第１除霜回路３４および第２除霜回路３５を用いた除霜運転時、車室外ファン２４を停止状態とするようにしているため、車室外ファン２４を車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７用に共用化し、システム構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。また、車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７をホットガス冷媒で内部から加熱して除霜する方式としていることから、第１除霜回路３４および第２除霜回路３５による除霜運転時、車室外ファン２４を止めて除霜でき、除霜運転のための消費電力を低減することができる。

また、除霜運転時、第１除霜回路３４により車室外凝縮器１７側に付着している雪や跳ね上がった水分の氷結等をホットガス冷媒で除霜した後、第２除霜回路３５に切替え、車室外蒸発器２７の着霜をホットガス冷媒で除霜するようにしているため、車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７をそれぞれ個別にホットガス冷媒を集中的に投入して順次除霜することができる。従って、低外気温下であっても、車室外凝縮器１７および車室外蒸発器２７を短時間に効率的にデフロストすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ヒートポンプ暖房運転時に、車室外蒸発器２７に着霜しても、車両走行中に除霜運転しないようにしているが、車両走行中に霜が自然にデフロストされた場合、車室外蒸発器２７を用いたヒートポンプ暖房運転を復帰させるようにしてもよい。また、上記実施形態では、車室内蒸発器７の入口側の開閉弁機能付き第１減圧手段１９を、車室内蒸発器７の性能を安定的に確保できる制御性のよい温度式自動膨張弁とし、その制御性を確保するため、車室外凝縮器１７の出口にレシーバ１８を設けた構成としているが、温度式自動膨張弁以外の減圧手段を用いる場合、レシーバ１８は省略してもよい。

さらに、上記実施形態では、開閉弁機能付き第１減圧手段１９を、電磁弁付き温度式自動膨張弁としているが、個別に電磁弁と温度式自動膨張弁を直列に接続した構成としてもよい。また、開閉弁機能付き第２減圧手段２６および開閉弁機能付き第３減圧手段３０について、それぞれ第２減圧手段（膨張弁）２６および第３減圧手段（膨張弁）３０の入口側に、第２開閉弁（電磁弁）２５および第３開閉弁（電磁弁）２９を設けたものとしているが、これらを開閉弁機能備えた電子膨張弁で代替してもよく、本発明はこれらの形態を包含するものであることは云うまでもない。

１ ヒートポンプ式車両用空調システム
２ ＨＶＡＣユニット
７ 車室内蒸発器
８ 車室内凝縮器
１５ 電動圧縮機
１６ 冷媒切替え手段（三方切替え弁）
１７ 車室外凝縮器
１８ レシーバ
１９ 開閉弁機能付き第１減圧手段（電磁弁付き温度式自動膨張弁）
２１ アキュームレータ
２２Ａ 吐出配管（吐出回路）
２２Ｂ 液冷媒配管
２３ 冷房用冷凍サイクル（冷媒回路）
２４ 車室外ファン
２６ 開閉弁機能付き第２減圧手段（開閉弁２５および膨張弁２６）
３０ 開閉弁機能付き第３減圧手段（開閉弁２９および膨張弁３０）
３２ バイパス回路
３３ 暖房用ヒートポンプサイクル（冷媒回路）
３３Ａ ホットガスサイクル
３４ 第１除霜回路
３５ 第２除霜回路

Claims (7)

1. 電動圧縮機、車室外凝縮器、開閉弁機能付き第１減圧手段、ＨＶＡＣユニット内に設けられた車室内蒸発器、アキュームレータがこの順に接続された冷房用の冷凍サイクルと、
   前記ＨＶＡＣユニット内の前記車室内蒸発器の下流側に配設され、冷媒入口が前記電動圧縮機の吐出回路に切替え手段を介して接続されるとともに、冷媒出口が前記車室外凝縮器出口側の液冷媒配管に接続された車室内凝縮器と、
   冷媒入口が前記車室外凝縮器の出口側液冷媒配管に開閉弁機能付き第２減圧手段を介して接続され、冷媒出口が前記アキュームレータに接続された車室外蒸発器と、
   前記車室外凝縮器の出口側液冷媒配管と前記アキュームレータとの間に接続された開閉弁機能付き第３減圧手段を有するバイパス回路と、を備え、
   前記電動圧縮機、前記切替え手段、前記車室内凝縮器、前記液冷媒配管、前記開閉弁機能付き第２減圧手段、前記車室外蒸発器、前記アキュームレータにより暖房用のヒートポンプサイクルが構成可能されているとともに、
   暖房運転時、前記車室外蒸発器に着霜したとき、前記電動圧縮機からのホットガス冷媒を前記切替え手段により前記車室外凝縮器、前記液冷媒配管、前記開閉弁機能付き第３減圧手段を有するバイパス回路、前記アキュームレータを経て循環させ、前記車室外凝縮器を除霜する第１除霜回路と、前記電動圧縮機からのホットガス冷媒を前記切替え手段によって前記車室外凝縮器、前記液冷媒配管、前記開閉弁機能付き第２減圧手段、前記車室外蒸発器、前記アキュームレータを経て循環させ、前記車室外蒸発器を除霜する第２除霜回路と、が構成可能とされていることを特徴とするヒートポンプ式車両用空調システム。
2. 前記暖房用ヒートポンプサイクルによる暖房運転時、前記車室外蒸発器に対し着霜が検知されたとき、前記車室外凝縮器で放熱して凝縮された冷媒を前記開閉弁機能付き第３減圧手段を有する前記バイパス回路を経て前記アキュームレータに導入し、前記電動圧縮機に吸込ませるホットガスサイクルに切替え、暖房運転が継続可能と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式車両用空調システム。
3. 前記車室外凝縮器の出口側液冷媒配管にレシーバが設けられるとともに、前記車室内蒸発器入口側の前記開閉弁機能付き第１減圧手段が電磁弁付き温度式自動膨張弁とされてい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式車両用空調システム。
4. 前記暖房用ヒートポンプサイクルに冷媒を循環させた状態で、前記車室内蒸発器入口側の前記開閉弁機能付き第１減圧手段の開閉弁機能を開とし、前記車室内蒸発器および前記車室外蒸発器の双方もしくは前記開閉弁機能付き第２減圧手段を閉として前記車室内蒸発器に冷媒を流すことにより、除湿モードが選択可能とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調システム。
5. 前記車室外蒸発器が、前記車室外凝縮器用の車室外ファンの通風路中において、前記車室外凝縮器の下流側に配設されているとともに、前記第１除霜回路および前記第２除霜回路を用いた除霜運転時、前記車室外ファンが停止状態とされる構成とされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調システム。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調システムの除霜方法において、
   前記車室外蒸発器に着霜した場合、前記第１除霜回路を介して前記車室外凝縮器側に付着している雪や跳ね上がった水分の氷結等をホットガス冷媒で除霜した後、前記第２除霜回路に切替え、前記車室外蒸発器の着霜をホットガス冷媒で除霜することを特徴とするヒートポンプ式車両用空調システムの除霜方法。
7. 前記除霜運転は、車両を停車後で、車両バッテリーの充電中もしくは充電後に、前記車室外ファンを停止した状態で行うことを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ式車両用空調システムの除霜方法。
   

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