JP2016049915A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の増大等の不具合を招くことなく、暖房負荷の大きい状況においても空調空気を迅速に温めることができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】コンプレッサ２１で圧縮された冷媒の熱を放熱する室内コンデンサ５５と、外気と熱交換する室外熱交換器２４を設ける。室内コンデンサ５５の下流側の第１の減圧弁３７と第２の減圧弁３８の間に、中間圧の冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する第２の気液分離器３９を設ける。中間圧のガス冷媒をコンプレッサ２１に導入するインジェクション通路４２と、中間圧の液冷媒を第２の減圧弁３８で減圧して室外熱交換器２４に導入する室外熱交換器側通路４３を設ける。室外熱交換器２４で熱交換された冷媒と、中間圧のガス冷媒とをコンプレッサ２１導入して暖房運転を行う。第２の気液分離器３９に、その内部を昇温可能な電気ヒータ４４等の加熱手段を設ける。【選択図】図１

Description

この発明は、ヒートポンプサイクルを利用して暖房運転を行う車両用空調装置に関するものである。

電気自動車等のエンジンを具備しない車両等においては、ヒートポンプサイクルを利用して暖房運転を行う車両用空調装置が用いられている。

この種の車両用空調装置の多くは、暖房運転時に、コンプレッサから吐出された冷媒が室内コンデンサで放熱された後に、暖房用減圧弁で膨張させられ、暖房用減圧弁で減圧された低温低圧の冷媒が室外熱交換器において外気と熱交換される。そして、このとき空調空気は、室内コンデンサを通過することで加熱され、暖房として車室内に供給される。

ところで、この種の車両用空調装置においては、外気温度が低くなると、室外熱交換器での吸熱量が減少してコンプレッサでの吸入圧力が低下する。そして、コンプレッサでの吸入圧力が低下すると、冷媒の比体積が増大して冷媒循環量が減少し、その結果、暖房能力が低下してしまう。
このため、この対策としてガスインジェクション方式を採用した車両用空調装置が案出されている(例えば、特許文献１参照)。

ガスインジェクション方式の車両用空調装置は、室内コンデンサの下流側に、室内コンデンサを通過した高圧の冷媒を中間圧に減圧する第１の減圧弁と、第１の減圧弁で減圧された中間圧の冷媒をさらに低圧に減圧する第２の減圧弁とが設けられ、第１の減圧弁と第２の減圧弁の間に、第１の減圧弁で減圧された冷媒を中間圧の液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離器が設けられている。気液分離器で分離された中間圧の液冷媒は、第２の減圧弁を通過して室外熱交換器に導入され、室外熱交換器で外気と熱交換された後にコンプレッサの吸入部に戻され、一方、気液分離器で分離された中間圧のガス冷媒はコンプレッサの吸入部に直接戻される。

したがって、この車両用空調装置においては、外気温度が低下し室外熱交換器での吸熱量が減少して室外熱交換器からコンプレッサへの冷媒の戻り量が減少することがあっても、気液分離器で分離された中間圧のガス冷媒がコンプレッサの吸入部に直接戻されるため、冷媒循環量が減少することによる暖房能力の低下を抑制することができる。

特開平９−３９５５０号公報

上記従来のガスインジェクション方式の車両用空調装置においては、気液分離器で分離された中間圧のガス冷媒をコンプレッサの吸入部に直接戻すことで、外気温の低い状況でも暖房能力の低下をある程度補うことができるものの、暖房負荷がさらに大きい状況では迅速に空調空気を暖めることがむずかしい。

この対策として、空調ユニット内の通路の室内コンデンサの前後に加熱ヒータ等の別の熱源を設置することも考えられるが、その場合には、追加した熱源によって空調ユニット内の通路の通気抵抗が増大し、送風用のブロアの出力を高める等しなければ充分な風量を得られなくなる。したがって、この場合には、送風用のブロアの出力の増大によって車室内の騒音が増大する等の別の不具合を招くことになる。

そこでこの発明は、騒音の増大等の不具合を招くことなく、暖房負荷の大きい状況においても空調空気を迅速に温めることができる車両用空調装置を提供しようとするものである。

この発明に係る車両用空調装置は、上記課題を解決するために、冷媒を圧縮するコンプレッサ（例えば、実施形態のコンプレッサ２１）と、前記コンプレッサで圧縮された冷媒の熱を放熱する室内コンデンサ（例えば、実施形態の室内コンデンサ５５）と、冷媒の熱を外気と熱交換する室外熱交換器（例えば、実施形態の室外熱交換器２４）と、前記室内コンデンサを通過した高圧の冷媒を中間圧に減圧する第１の減圧弁（例えば、実施形態の第１の減圧弁３７）と、前記第１の減圧弁で減圧された中間圧の冷媒をさらに低圧に減圧する第２の減圧弁（例えば、実施形態の第２の減圧弁３８）と、前記第１の減圧弁と前記第２の減圧弁の間に介装されて、前記第１の減圧弁で減圧された冷媒を前記中間圧のガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器（例えば、実施形態の第２の気液分離器３９）と、前記気液分離器で分離された前記中間圧のガス冷媒を前記コンプレッサの吸入部（例えば、実施形態の吸入部２１ｃ）に導入するインジェクション通路（例えば、実施形態のインジェクション通路４２）と、前記気液分離器で分離された前記中間圧の液冷媒を前記第２の減圧弁で低圧に減圧して前記室外熱交換器に導入する室外熱交換器側通路（例えば、実施形態の室外熱交換器側通路４３）と、を備え、前記室外熱交換器で熱交換された冷媒と、前記気液分離器で分離された前記中間圧のガス冷媒とを前記コンプレッサの吸入部に導入してガスインジェクション式の暖房運転を行う車両用空調装置において、前記気液分離器には、当該気液分離器内を昇温可能な加熱手段（例えば、実施形態の電気ヒータ４４）が設けられるようにした。

これにより、気液分離器内が加熱手段によって昇温されると、気液分離器内の液冷媒が蒸発して分離されるガス冷媒の流量が増加する。この結果、コンプレッサの吸入部でより多くのガス冷媒が吸入され、コンプレッサの仕事量が増大して冷媒通路内を循環する冷媒量が増大するとともに、コンプレッサに吸入されるガス冷媒に加熱手段による熱量が加算される。

前記加熱手段は、前記ガスインジェクション式の暖房運転時に、暖房負荷が小さいときにオフにされ、暖房負荷が大きいときにオンにされるようにしても良い。

これにより、暖房負荷が小さい状況では、加熱手段の作動がオフにされてガスインジェクション式の暖房運転が行われる。このとき、気液分離器で自然に分離されたガス冷媒がコンプレッサの吸入部に導入される。一方、暖房負荷が大きい状況では、加熱手段の作動がオンにされることにより、気液分離器内が加熱手段によって昇温される。こうして気液分離器内が昇温されると、気液分離器内の液冷媒が蒸発して分離されるガス冷媒の流量が増加するとともに、コンプレッサに吸入されるガス冷媒に加熱手段による熱量が加算される。

前記ガスインジェクション式の暖房運転時に、前記加熱手段がオンにされるときには、前記気液分離器内に前記中間圧の液冷媒が残存するように、前記第１の減圧弁の開度が制御されることが望ましい。

この場合、気液分離器内での液冷媒からガス冷媒への相変換が安定的に行われるため、コンプレッサで吸入されるガス冷媒の流量を安定的に確保することが可能になる。

前記加熱手段は電気ヒータ（例えば、実施形態の電気ヒータ４４）によって構成されることが好ましい。この場合、装置全体の大型化を招くことなく、気液分離器内を必要に応じて容易に昇温することができる。

この発明によれば、加熱手段によって気液分離器内を昇温することにより、気液分離器からコンプレッサに供給されるガス冷媒の流量を増大させ、かつそのガス冷媒に加熱手段による熱量を加算することができるため、暖房負荷の大きい状況においても空調空気を迅速に温めることができる。
また、この発明によれば、空調ユニット内の通路に熱源を追加設置するものでないことから、空調ユニット内の通路の通気抵抗が増大することがない。したがって、この発明によれば、風量の低下を補うために送風用のブロアの出力を高める必要がないことから、送風用のブロアの出力の増大によって騒音が増大する不具合を招くこともない。

この発明の一実施形態の車両用空調装置の構成図である。 この発明の一実施形態の車両用空調装置の構成図である。 この発明の一実施形態の車両用空調装置の構成図である。 この発明の一実施形態の車両用空調装置の構成図である。 この発明の一実施形態の車両用空調装置の小暖房負荷時の圧力−エンタルピ線図である。 この発明の一実施形態の車両用空調装置の中暖房負荷時の圧力−エンタルピ線図である。 この発明の一実施形態の車両用空調装置の大暖房負荷時の圧力−エンタルピ線図である。 この発明の一実施形態の車両用空調装置の作動の一例を示すフローチャートである。 この発明の他の実施形態の車両用空調装置の小暖房負荷時の圧力−エンタルピ線図である。 この発明の他の実施形態の車両用空調装置の中暖房負荷時の圧力−エンタルピ線図である。 この発明の他の実施形態の車両用空調装置の大暖房負荷時の圧力−エンタルピ線図である。 この発明の他の実施形態の車両用空調装置の作動の一例を示すフローチャートである。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、この実施形態に係る車両用空調装置１０の構成図である。図１は、ガスインジェクション式の暖房運転時における冷媒の流れを示し、図２は、通常暖房運転時における冷媒の流れを示している。また、図３は、冷房運転時における冷媒の流れを示し、図４は、除湿運転時における冷媒の流れを示している。
この実施形態に係る車両用空調装置１０は、車両駆動源としてのエンジン（内燃機関）を具備していない電気自動車等に搭載されている。車両用空調装置１０は、空調ユニット１１と、冷媒が循環可能なヒートポンプサイクル１２と、冷媒を用いた空調制御を行う図示しない制御装置と、を主に備えている。

空調ユニット１１は、空調空気が流通するダクト５１と、このダクト５１内に収容されたブロア５２と、エバポレータ５３と、エアミックスドア５４と、室内コンデンサ５５と、を備えている。
ダクト５１は、空気取込口５６ａ，５６ｂ及び空気吹き出し口５７ａ，５７ｂを有する。上述したブロア５２、エバポレータ５３、エアミックスドア５４、及び、室内コンデンサ５５は、ダクト５１における空調空気の流通方向の上流側（空気取込口５６ａ，５６ｂ側）から下流側（空気吹き出し口５７ａ，５７ｂ側）に向けてこの順で配置されている。

空気取込口５６ａ，５６ｂは、それぞれ内気を取り込む内気取込口と、外気を取り込む外気取込口を構成している。空気取込口５６ａ，５６ｂは、内気ドア７２と外気ドア７３によってそれぞれ開閉され、例えば、図示しない制御装置による制御により内気ドア７２と外気ドア７３の開度が調整されることで、ダクト５１内に流入する内気と外気の流量割合が調整される。

空気吹き出し口５７ａ，５７ｂは、それぞれＶＥＮＴ吹き出し口とＤＥＦ吹き出し口を構成している。各空気吹き出し口５７ａ，５７ｂは、ＶＥＮＴドア６３とフットドア６４によりそれぞれ開閉可能とされ、例えば、図示しない制御装置による制御によりＶＥＮＴドア６３とフットドア６４の開閉が切り替えられることで、各空気吹き出し口５７ａ，５７ｂから吹き出される空気割合が調整される。

ブロア５２は、例えば、図示しない制御装置による制御により印加される駆動電圧に応じて駆動され、空気取込口５６ａ，５６ｂからダクト５１内に取り込まれた空調空気（内気及び外気の少なくとも一方）を下流側、つまりエバポレータ５３及び室内コンデンサ５５に向けて送出する。

エバポレータ５３は、内部に流入した低圧の冷媒と車室内雰囲気（ダクト５１内）との熱交換を行ない、例えば、冷媒が蒸発する際の吸熱によって、エバポレータ５３を通過する空調空気を冷却する。
室内コンデンサ５５は、内部に流入した高温かつ高圧の冷媒によって放熱可能であって、例えば、室内コンデンサ５５を通過する空調空気を加熱する。

エアミックスドア５４は、例えば、図示しない制御装置による制御によって回動操作される。エアミックスドア５４は、ダクト５１内のエバポレータ５３の下流から室内コンデンサ５５に向かう通風経路を開放する加熱位置と、室内コンデンサ５５を迂回する通風経路を開放する冷却位置との間で回動する。これにより、エバポレータ５３を通過した空調空気のうち、室内コンデンサ５５に導入される風量と、室内コンデンサ５５を迂回して車室内へ排出される風量と、の風量割合が調整される。

ヒートポンプサイクル１２は、上述したエバポレータ５３及び室内コンデンサ５５と、冷媒を圧縮するコンプレッサ２１と、車室外に配置されて冷媒と室外雰囲気との間で熱交換を行う室外熱交換器２４と、を備えている。ヒートポンプサイクル１２の冷媒流路３１は、通常の冷房、暖房、除湿の各運転時に用いられる基本流路３１Ａの他に、後に詳述するガスインジェクション式の暖房運転時に用いられるガスインジェクション専用流路３１Ｂを備えている。

冷媒流路３１の基本流路３１Ａは、コンプレッサ２１を中心に、コンプレッサ２１の下流側（吐出部２１ａ）に室内コンデンサ５５が接続され、室内コンデンサ５５のさらに下流側に暖房用減圧弁２２が接続され、暖房用減圧弁２２の下流側に室外熱交換器２４が接続されている。そして、室外熱交換器２４の下流側は三方弁２５を介して冷房用通路２８と直戻り通路２９に分岐している。直戻り通路２９には合流部３３を介して第１の気液分離器２６が接続され、第１の気液分離器２６にはコンプレッサ２１の吸入部２１ｂが接続されている。また、冷房用通路２８には、冷房用減圧弁２７とエバポレータ５３が上流側からこの順に並んで配置され、エバポレータ５３の下流側は上記の合流部３３に接続されている。

コンプレッサ２１は、例えば、図示しない制御装置により制御されるモータによって駆動され、第１の気液分離器２６からガス冷媒（気相の冷媒）を吸入するとともに、この冷媒を圧縮した後に、高温かつ高圧の冷媒として上述した室内コンデンサ５５に吐出する。

基本流路３１Ａの室内コンデンサ５５の下流側には、ガスインジェクション専用流路３１Ｂが分岐する分岐部３５が設けられている。基本流路３１Ａの分岐部３５の下流側には、流路切換用の電磁弁３６が設けられ、さらにその電磁弁３６の下流側には、暖房用減圧弁２２と、冷房用電磁弁２３とが並列に配置されている。なお、電磁弁３６は、例えば、図示しない制御装置による制御により、ガスインジェクション式の暖房運転を行う場合以外の状況において開状態とされる。

暖房用減圧弁２２は、いわゆる絞り弁であって、室内コンデンサ５５から吐出された冷媒を、減圧して膨張させた後、低温かつ低圧で気液２相（液相リッチ）の噴霧状の冷媒として室外熱交換器２４に吐出する。
なお、この実施形態の暖房用減圧弁２２は、通常の暖房運転時だけでなく、除湿運転の際等にも開口面積を拡大されて用いられる。

冷房用電磁弁２３は、基本流路３１Ａ上において、暖房用減圧弁２２の両側に設けられた第１分岐部３２ａと第２分岐部３２ｂの間を接続するとともに暖房用減圧弁２２を迂回する迂回流路３２上に設けられ、例えば、図示しない制御装置による制御により開閉される。なお、冷房用電磁弁２３は、通常の暖房運転の実行時には閉状態とされ、冷房運転の実行時には開状態とされる。

これにより、例えば、通常の暖房運転の実行時には、室内コンデンサ５５から排出された冷媒は暖房用減圧弁２２で大きく減圧され、低温かつ低圧の状態で室外熱交換器２４に流入する。
一方、冷房運転の実行時には、室内コンデンサ５５から排出された冷媒は冷房用電磁弁２３を通過して高温の状態で室外熱交換器２４に流入する。

室外熱交換器２４は、車室外に配置され、内部に流入した冷媒と車室外雰囲気との間で熱交換を行なう。室外熱交換器２４は、暖房運転の実行時には、内部に流入する低温かつ低圧の冷媒によって車室外雰囲気から吸熱可能であって、車室外雰囲気からの吸熱によって冷媒を昇温する。
一方、室外熱交換器２４は、冷房運転の実行時には、内部に流入する高温の冷媒によって車室外雰囲気へと放熱可能であって、車室外雰囲気への放熱及びコンデンサーファン２４ａの送風によって冷媒を冷却する。
なお、室外熱交換器２４の近傍部には、図示しない外気温センサが設けられ、その外気温センサの検出情報が制御装置に出力されるようになっている。外気温センサの検出信号は、例えば、暖房運転時に外気温に応じた暖房負荷を把握するために用いられる。

三方弁２５は、室外熱交換器２４から流出した冷媒を冷房用通路２８と直戻り通路２９のいずれかに切り換えて吐出する。具体的には、三方弁２５は、例えば、図示しない制御装置による制御により、冷媒の流通方向を、冷房用減圧弁２７とエバポレータ５３を経由する冷房用通路２８と、冷房用減圧弁２７とエバポレータ５３を経由しない直戻り通路２９のいずれかに切換えられる。
三方弁２５は、暖房運転（ガスインジェクション式の暖房運転も含む）の実行時には、冷媒の流通方向を、直戻り通路２９側に切り換えられ、冷房運転の実行時や除湿運転の実行時には、冷媒の流通方向を、冷房用通路２８側に切り換えられる。

第１の気液分離器２６は、合流部３３とコンプレッサ２１との間に接続され、合流部３３から流出した冷媒の気液を分離し、ガス冷媒（気相の冷媒）をコンプレッサ２１に吸入させる。

また、冷房用減圧弁２７は、いわゆる絞り弁であって、三方弁２５とエバポレータ５３の流入口との間に接続され、例えば、図示しない制御装置によって制御される弁開度に応じて三方弁２５から流出した冷媒を減圧して膨張させた後、低温かつ低圧で気液２相（気相リッチ）の噴霧状の冷媒としてエバポレータ５３に吐出する。
エバポレータ５３は、冷房用減圧弁２７と合流部３３（第１の気液分離器２６）との間に接続されている。

基本流路３１Ａの室内コンデンサ５５の下流側の分岐部３５には、ガスインジェクション専用流路３１Ｂの上流部が接続されている。
ガスインジェクション専用流路３１Ｂには、室内コンデンサ５５を通過した高圧の冷媒を中間圧に減圧する第１の減圧弁３７と、第１の減圧弁３７で減圧された中間圧の冷媒をさらに低圧に減圧する第２の減圧弁３８と、第１の減圧弁３７と第２の減圧弁３８の間に介装されて、第１の減圧弁３７で減圧された冷媒を中間圧のガス冷媒と液冷媒とに分離する第２の気液分離器３９（気液分離器）と、が設けられている。また、分岐部３５と第１の減圧弁３７の間には、流路切換用の電磁弁４０が設けられている。

第１の減圧弁３７と第２の減圧弁３８は、いわゆる絞り弁であって、例えば、図示しない制御装置による制御により、開口面積を調整可能とされている。ガスインジェクション専用流路３１Ｂの第２の減圧弁３８の下流側は、合流部４１を通して室外熱交換器２４に接続されている。合流部４１は、基本流路３１Ａ中の第２分岐部３２ｂと室外熱交換器２４の間に設けられている。

第２の気液分離器３９は、冷媒の流入部と、ガス冷媒の取り出し口と、液冷媒の取り出し口とを有している（いずれも符号省略）。冷媒の流入部は、第１の減圧弁３７の下流側に接続されており、ガス冷媒の取り出し口と液冷媒の取り出し口は、インジェクション通路４２と室外熱交換器側通路４３とにそれぞれ接続されている。

インジェクション通路４２は、コンプレッサ２１の吸入部２１ｃに接続され、第２の気液分離器３９で分離された中間圧のガス冷媒をコンプレッサ２１の吸入部２１ｃに導入する。
室外熱交換器側通路４３は、その途中に第２の減圧弁３８が介装され、第２の気液分離器３９で分離された中間圧の液冷媒を第２の減圧弁３８で低圧に減圧し、合流部４１を介して室外熱交換器側通路４３に導入する。

また、第２の気液分離器３９には、第２の気液分離器３９の内部を昇温可能な電気ヒータ４４（加熱手段）が設けられている。電気ヒータ４４は、例えば、図示しない制御装置によって制御され、外気温センサ等によって検出される暖房負荷に応じて作動のオン，オフが切り換えられるようになっている。

なお、制御装置は、車室内に配設された図示しないスイッチ等を介して操作者により入力された指令信号に基づいて車両用空調装置１０を制御する。そして、制御装置は、車両用空調装置１０の運転モードを、暖房運転モード、冷房運転モード、除湿運転モード等に切り替え制御することが可能とされている。

次に、上述した車両用空調装置１０の各運転モード毎の動作について説明する。
車両用空調装置１０によって暖房運転を行う場合には、図１，図２に示すように、エアミックスドア５４が室内コンデンサ５５に向かう通風経路を開放する加熱位置とされ、冷房用電磁弁２３が閉状態とされ、三方弁２５が室外熱交換器２４と合流部３３とを接続する状態とされる。なお、空調ユニット１１は、図１，図２の例では、フットドア６４が開状態とされ、ＶＥＮＴドア６３が閉状態とされているが、これらの開閉は運転者の操作等によって任意に変更することができる。
また、冷媒流路３１中の三方弁２５は、暖房運転時には、直戻り通路２９側に切り換えられる。

この実施形態の場合、暖房運転モードでは、外気温等の暖房負荷に応じてヒートポンプサイクル１２の冷媒流路３１の各部が三種類の状態に切り換えられる。
具体的には、第１の所定値＜第２の所定値とした場合に、暖房負荷が第１の所定値よりも小さいときには、以下の（ａ）の態様によって暖房運転が行われ、暖房負荷が第１の所定値以上に大きく、かつ第２の所定値よりも小さいときには、以下の（ｂ）の態様によって暖房運転が行われ、暖房負荷が第２の所定値以上に大きいときには、以下の（ｃ）の態様によって暖房運転が行われる。

（ａ）小暖房負荷時（通常の暖房運転）
暖房負荷が第１の所定値よりも小さい状況においては、制御装置による制御により、図２に示すように、冷媒流路３１の基本流路３１Ａの電磁弁３６が開状態にされるとともに、ガスインジェクション専用流路３１Ｂの電磁弁４０が閉状態にされ、基本流路３１Ａ中の冷房用電磁弁２３が閉状態にされる。
この状態において、コンプレッサ２１が作動すると、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒が室内コンデンサ５５に導入され、室内コンデンサ５５における放熱によって空調ユニット１１のダクト５１内の空調空気を加熱する。

室内コンデンサ５５を通過した冷媒は、暖房用減圧弁２２によって減圧されて膨張し、液相リッチの噴霧状となる。液相リッチの噴霧状となった冷媒は、その後に室外熱交換器２４に流入し、室外熱交換器２４において車室外雰囲気から吸熱して気相リッチの噴霧状となる。そして、室外熱交換器２４を通過した冷媒は、三方弁２５と合流部３３とを通過して第１の気液分離器２６に流入する。そして、第１の気液分離器２６に流入した冷媒は、気相と液相とに分離され、気相の冷媒であるガス冷媒がコンプレッサ２１に吸入される。
このとき、暖房負荷は比較的小さいため、室外熱交換器２４での吸熱量がある程度以上に確保されている。このため、室外熱交換器２４からコンプレッサ２１への冷媒の戻り流量は充分に確保されている。
なお、図５は、この実施形態に係る車両用空調装置１０の小暖房負荷時における圧力−エンタルピ線図（モリエル線図）である。

上述のように冷媒流路３１の基本流路３１Ａ内を冷媒が流れる状況で、空調ユニット１１のブロア５２が駆動されると、空調ユニット１１のダクト５１内を空調空気が流れ、その空調空気がエバポレータ５３を通過した後に室内コンデンサ５５を通過する。そして、空調空気は、室内コンデンサ５５を通過する際に室内コンデンサ５５との間で熱交換され、空気吹き出し口５７ｂを通って車室内に暖房として供給される。

（ｂ）中暖房負荷時（ガスインジェクション暖房運転）
暖房負荷が、第１の所定値以上に大きく、かつ第２の所定値よりも小さい状況においては、制御装置による制御により、図１に示すように、冷媒流路３１の基本流路３１Ａの電磁弁３６が閉状態にされるとともに、ガスインジェクション専用流路３１Ｂの電磁弁４０が開状態にされる。また、第２の気液分離器３９内の電気ヒータ４４は、制御装置による制御によってオフ状態とされる。

この状態において、コンプレッサ２１が作動すると、小暖房負荷時と同様にコンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒が室内コンデンサ５５に導入され、室内コンデンサ５５における放熱によって空調ユニット１１のダクト５１内の空調空気を加熱する。

室内コンデンサ５５を通過した冷媒は、分岐部３５からガスインジェクション専用流路３１Ｂに流入し、第１の減圧弁３７によって中間圧に減圧された状態において、第２の気液分離器３９内に流入する。第２の気液分離器３９に流入した冷媒は、気相のガス冷媒と液相の液冷媒とに分離される。

第２の気液分離器３９で分離された中間圧のガス冷媒は、インジェクション通路４２を通ってコンプレッサ２１の吸入部２１ｃに吸入され、第２の気液分離器３９で分離された中間圧の液冷媒は、室外熱交換器側通路４３に流入する。

室外熱交換器側通路４３に流入した中間圧の液冷媒は、第２の減圧弁３８によって減圧されて膨張し、液相リッチの噴霧状になって室外熱交換器２４に流入する。室外熱交換器２４に流入した冷媒は、車室外雰囲気から吸熱して気相リッチの噴霧状となり、室外熱交換器２４を通過した後に、三方弁２５を通って第１の気液分離器２６に流入する。第１の気液分離器２６に流入した冷媒は、気相と液相とに分離され、気相の冷媒であるガス冷媒がコンプレッサ２１の吸入部２１ｂに吸入される。
なお、図６は、この実施形態に係る車両用空調装置１０の中暖房負荷時における圧力−エンタルピ線図（モリエル線図）である。

この状況で、空調ユニット１１のブロア５２が駆動されると、空調ユニット１１のダクト５１内を流れる空調空気が室内コンデンサ５５との間で熱交換され、空気吹き出し口５７ｂを通って車室内に暖房として供給される。

こうして暖房運転が行われるとき、コンプレッサ２１には、室外熱交換器２４を通過して第１の気液分離器２６によって分離されたガス冷媒に加えて、室外熱交換器２４に流入せずに第２の気液分離器３９によって分離された中間圧のガス冷媒が吸入される。したがって、このとき外気温が低く室外熱交換器２４での吸熱量を充分に確保することが難しい状況であっても、コンプレッサ２１において充分な流量のガス冷媒を吸入することができる。

（ｃ）大暖房負荷時（電気ヒータ４４を用いるガスインジェクション暖房運転）
暖房負荷が、第２の所定値以上に大きい状況においては、中暖房負荷時と同様に、冷媒流路３１の基本流路３１Ａの電磁弁３６が閉状態にされるとともに、ガスインジェクション専用流路３１Ｂの電磁弁４０が開状態にされる。ただし、第２の気液分離器３９内の電気ヒータ４４は、制御装置による制御によってオン状態とされる。

この状態において、コンプレッサ２１が作動すると、中暖房負荷時と同様にコンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒が室内コンデンサ５５に導入され、室内コンデンサ５５における放熱によって空調ユニット１１のダクト５１内の空調空気を加熱する。

室内コンデンサ５５を通過した冷媒は、分岐部３５からガスインジェクション専用流路３１Ｂに流入し、第１の減圧弁３７によって中間圧に減圧された状態において、第２の気液分離器３９内に流入する。第２の気液分離器３９に流入した冷媒は、中暖房負荷時と同様に気相のガス冷媒と液相の液冷媒とに分離されるが、第２の気液分離器３９の内部が電気ヒータ４４によって加熱されているため、第２の気液分離器３９内の液冷媒は電気ヒータ４４による熱によって一部が蒸発してガス冷媒に変換される。

ところで、第２の気液分離器３９の内部においては、底部側に滞留する液冷媒が電気ヒータ４４の熱によってガス冷媒に相変換するが、底部側に滞留する液冷媒が全く存在しなくなることは、コンプレッサ２１に充分な流量のガス冷媒を安定的に供給するうえで望ましくない。このため、この実施形態の場合、大暖房負荷時に第２の気液分離器３９内の電気ヒータ４４をオンにするときには、制御手段による制御により、中間圧の冷媒液が第２の気液分離器３９内に残存するように第１の減圧弁３７の開口面積が調整される。

こうして第２の気液分離器３９で分離された中間圧のガス冷媒は、インジェクション通路４２を通ってコンプレッサ２１の吸入部２１ｃに導入されるが、上述のように第２の気液分離器３９で分離されるガス冷媒の流量は電気ヒータ４４の熱によって増加するため、コンプレッサ２１に吸入される中間圧のガス冷媒の流量も増加する。

一方、室外熱交換器側通路４３に流入した中間圧の液冷媒は、中暖房負荷時と同様に、第２の減圧弁３８によって減圧されて膨張し、液相リッチの噴霧状になって室外熱交換器２４に流入する。室外熱交換器２４に流入した冷媒は、車室外雰囲気と熱交換を行って気相リッチの噴霧状となった後に、三方弁２５を通って第１の気液分離器２６に流入する。第１の気液分離器２６に流入した冷媒は、気相と液相とに分離され、気相の冷媒であるガス冷媒がコンプレッサ２１の吸入部２１ｂに吸入される。
なお、図７は、この実施形態に係る車両用空調装置１０の大暖房負荷時における圧力−エンタルピ線図（モリエル線図）である。

この状況で、空調ユニット１１のブロア５２が駆動されると、空調ユニット１１のダクト５１内を流れる空調空気が室内コンデンサ５５との間で熱交換され、空気吹き出し口５７ｂを通って車室内に暖房として供給される。

こうして暖房運転が行われるとき、コンプレッサ２１には、室外熱交換器２４を通過して熱交換を行ったガス冷媒と、第２の気液分離器３９によって分離された中間圧のガス冷媒とが吸入される。このとき、外気温が低く暖房負荷が極めて大きい状況であるために、室外熱交換器２４においては充分な吸熱量を確保することが難しいが、第２の気液分離器３９からコンプレッサ２１に導入される中間圧のガス冷媒の流量が電気ヒータ４４の熱によって増加するため、コンプレッサ２１においては、充分な流量のガス冷媒を吸入することができる。

一方、この車両用空調装置１０によって冷房運転を行う場合には、図３に示すように、エアミックスドア５４が、エバポレータ５３を通過した空調空気が室内コンデンサ５５を迂回するよう冷却位置とされ、冷房用電磁弁２３が開状態（暖房用減圧弁２２が閉状態）とされ、三方弁２５が室外熱交換器２４と冷房用減圧弁２７とを接続する状態とされる。なお、空調ユニット１１は、図３の例では、フットドア６４が閉状態とされ、ＶＥＮＴドア６３が開状態とされているが、これらの開閉は運転者の操作等によって任意に変更することができる。また、このとき冷媒流路３１の基本流路３１Ａ側の電磁弁３６は開状態とされ、ガスインジェクション専用流路３１Ｂ側の電磁弁４０は閉状態とされている。

この場合、ヒートポンプサイクル１２においては、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒が、室内コンデンサ５５と冷房用電磁弁２３を通過して、室外熱交換器２４において車室外雰囲気へと放熱された後、冷房用減圧弁２７に流入する。このとき、冷媒は、冷房用減圧弁２７によって膨張させられて液相リッチの噴霧状とされ、次に、エバポレータ５３における吸熱によって空調ユニット１１のダクト５１内の空調空気を冷却する。
エバポレータ５３を通過した気相リッチの冷媒は、合流部３３を通過して第１の気液分離器２６に流入し、第１の気液分離器２６において気液分離された後、気相の冷媒であるガス冷媒がコンプレッサ２１に吸入される。

こうして、冷媒流路３１内を冷媒が流れる状況で、空調ユニット１１のブロア５２が駆動されると、空調ユニット１１のダクト５１内を空調空気が流れ、その空調空気がエバポレータ５３を通過する際にエバポレータ５３との間で熱交換される。その後、空調空気は、室内コンデンサ５５を迂回した後、ＶＥＮＴ吹き出し口５７ａを通って車室内に冷房として供給される。

また、この車両用空調装置１０によって除湿運転を行う場合には、図４に示すように、空調ユニット１１においては、エアミックスドア５４が室内コンデンサ５５に向かう通風経路を開放する加熱位置とされ、フットドア６４が開状態とされ、ＶＥＮＴドア６３が閉状態とされる。また、ヒートポンプサイクル１２においては、冷房用電磁弁２３が閉状態（暖房用減圧弁２２が開状態）とされ、三方弁２５が室外熱交換器２４と冷房用減圧弁２７とを接続する状態とされる。また、このとき冷媒流路３１の基本流路３１Ａ側の電磁弁３６は開状態とされ、ガスインジェクション専用流路３１Ｂ側の電磁弁４０は閉状態とされている。

この場合、ヒートポンプサイクル１２においては、コンプレッサ２１から吐出された高温かつ高圧の冷媒が室内コンデンサ５５を通過し、このとき室内コンデンサ５５における放熱によって空調ユニット１１内の空調空気を加熱する。
室内コンデンサ５５を通過した冷媒は、暖房用減圧弁２２によって僅かに減圧された後に室外熱交換器２４を通過し、その後に三方弁２５を介して冷房用減圧弁２７に流入する。このとき、冷媒は、冷房用減圧弁２７によって減圧されて膨張し、つづく、エバポレータ５３における吸熱によって空調ユニット１１のダクト５１内の空調空気を冷却する。エバポレータ５３によって冷却された空調空気は、室内コンデンサ５５で加熱された後に空気吹き出し口５７ｂから車室内に排出される。
なお、エバポレータ５３を通過した冷媒は、合流部３３を通過して第１の気液分離器２６に流入し、分離されたガス冷媒がコンプレッサ２１に吸入される。

図８は、車両用空調装置１０の空調制御の流れを示すフローチャートである。
以下、図８に示すフローチャートを参照して、車両用空調装置１０による空調制御の一例を説明する。

ステップＳ１０１とステップＳ１０２においては、車両用空調装置１０の現在の運転モードが暖房運転モード、除湿運転モード、冷房運転モードのいずれのモードであるかを判定し、現在の運転モードが暖房運転モードである場合には、ステップＳ１０３に進み、除湿運転モードである場合には、ステップＳ１０４に進み、冷房運転モードである場合には、ステップＳ１０５に進む。

現在の運転モードが暖房運転モードであってステップＳ１０３に進んだ場合には、初期段階では、ガスインジェクションを行わない通常の暖房運転を実行する。つづくステップＳ１０６では、暖房負荷が大きく現状での暖房能力が不足しているか否かを判定し、暖房能力が不足している場合には、つづくステップＳ１０７において、ガスインジェクション式の暖房運転に切り替える。この状態では、第２の気液分離器３９内の電気ヒータ４４はオフにされている。

つづくステップＳ１０８においては、暖房負荷がさらに大きく現状での暖房能力が不足しているか否かを判定し、暖房能力が不足している場合には、つづくステップＳ１０９において、第２の気液分離器３９内の電気ヒータ４４をオンにする。そして、つづくステップＳ１１０においては、第２の気液分離器３９内に液冷媒が必ず残存するように第１の減圧弁３７の開度を制御する。

以上のように、この実施形態に係る車両用空調装置１０は、加熱手段である電気ヒータ４４によって第２の気液分離器３９内を昇温することで、コンプレッサ２１で吸入されるガス冷媒の流量を増大させることができるとともに、コンプレッサ２１に吸入されるガス冷媒に電気ヒータ４４による熱量を加算することができるため、暖房負荷の大きい状況においても空調空気を迅速に温めることができる。

この実施形態に係る車両用空調装置１０は、空調ユニット１１内の通路に熱源を追加設置するものではないため、空調ユニット１１内の通路の通気抵抗が増大することがない。したがって、この実施形態に係る車両用空調装置１０の場合、空調ユニット１１の風量低下を補うためにブロア５２の出力を高める必要がないため、ブロア５２の出力の増大によって騒音が増大する不具合も生じない。

また、この実施形態に係る車両用空調装置１０においては、ガスインジェクション式の暖房運転時に、暖房負荷が小さいときに第２の気液分離器３９内の電気ヒータ４４がオフにされ、暖房負荷が大きいときにオンにされる。このため、この車両用空調装置１０の場合、暖房負荷に応じて適切な暖房能力に切り換えることができ、不要な電力消費を抑制することができる。

また、この実施形態に係る車両用空調装置１０においては、ガスインジェクション式の暖房運転時に、電気ヒータ４４がオンにされるときには、第２の気液分離器３９内に中間圧の液冷媒が残存するように、第１の減圧弁３７の開度が制御される。このため、電気ヒータ４４をオンにしたガスインジェクション式の暖房運転時には、第２の気液分離器３９内において液冷媒からガス冷媒への相変換を途切れなく安定的に行うことができる。したがって、この実施形態に係る車両用空調装置１０においては、コンプレッサ２１で吸入されるガス冷媒の流量を安定的に確保することができる。

ここで説明した実施形態においては、第２の気液分離器３９内を昇温する加熱手段として電気ヒータ４４を用いているが、加熱手段は必ずしも電気ヒータ４４に限らず、例えば、エンジンを搭載する車両であれば、エンジンの燃焼熱を利用した機器であっても良い。ただし、この実施形態のように、加熱手段として電気ヒータ４４を採用した場合には、車両用空調装置１０全体の大型化を招くことなく、第２の気液分離器３９内を必要に応じて容易に昇温することができる。

つづいて、図９〜図１２に示す他の実施形態について説明する。
図９は、他の実施形態に係る車両用空調装置の小暖房負荷時における圧力−エンタルピ線図（モリエル線図）を示し、図１０は、同車両用空調装置の中暖房負荷時における圧力−エンタルピ線図（モリエル線図）を示している。また、図１０は、同車両用空調装置の大暖房負荷時における圧力−エンタルピ線図（モリエル線図）を示している。
この他の実施形態に係る車両用空調装置は、ヒートポンプサイクルや空調ユニットの構成は上述した実施形態とほぼ同様であるが、暖房時には、第２の気液分離で分離された中間圧のガス冷媒をコンプレッサの吸入部に吸入させるガスインジェクション式の暖房運転のみを行う点が上述した実施形態のものと異なっている。

具体的には、小暖房負荷時には、図９に示すように、第２の気液分離器３９内の電気ヒータをオフにし、第２の気液分離器３９内で自然に分離されたガス冷媒と、室外熱交換器２４を通過したガス冷媒とを、コンプレッサで吸入する。

そして、中暖房負荷時には、図１０に示すように、第２の気液分離器３９内の電気ヒータをオフにしたまま第１の減圧弁３７の開度を広げ、それによって第２の気液分離器３９から取り出されるガス冷媒の流量を増大させる。この結果、コンプレッサで吸入される中間圧のガス冷媒の流量が増大し、車両用空調装置の暖房能力が高まる。

また、大暖房負荷時には、図１１に示すように、第２の気液分離器３９内の電気ヒータをオンにし、それによって第２の気液分離器３９の液冷媒の一部を蒸発させ、第２の気液分離器３９内で分離されるガス冷媒の流量を増大させる。この結果、コンプレッサで吸入される中間圧のガス冷媒の流量がより増大するとともに、そのガス冷媒に電気ヒータによる熱量が加算され、車両用空調装置の暖房能力がより一層高まる。

図１２は、他の実施形態に係る車両用空調装置の空調制御の流れを示すフローチャートである。
以下、図１２に示すフローチャートを参照して、他の実施形態の空調制御の一例を説明する。

ステップＳ２０１とステップＳ２０２においては、車両用空調装置１０の現在の運転モードが暖房運転モード、除湿運転モード、冷房運転モードのいずれのモードであるかを判定し、現在の運転モードが暖房運転モードである場合には、ステップＳ２０３に進み、除湿運転モードである場合には、ステップＳ２０４に進み、冷房運転モードである場合には、ステップＳ２０５に進む。

現在の運転モードが暖房運転モードであってステップＳ２０３に進んだ場合には、初期段階では、電気ヒータをオフにしてのガスインジェクション式の暖房運転を実行する。つづくステップＳ２０６では、暖房負荷が大きく現状での暖房能力が不足しているか否かを判定し、暖房能力が不足している場合には、つづくステップＳ２０７において、第１の減圧弁３７の開口面積を所定開度に拡げ、ガスインジェクション式の暖房運転を実行する。この状態では、第２の気液分離器３９内の電気ヒータはオフにされている。

つづくステップＳ２０８においては、暖房負荷がさらに大きく現状での暖房能力が不足しているか否かを判定し、暖房能力が不足している場合には、つづくステップＳ２０９において、第２の気液分離器３９内の電気ヒータをオンにする。そして、つづくステップＳ２１０においては、第２の気液分離器３９内に液冷媒が必ず残存するように第１の減圧弁３７の開度を制御する。

ここで説明した他の実施形態に係る車両用空調装置は、上述した実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、電気自動車等のエンジンを具備していない車両に車両用空調装置を搭載しているが、車両用空調装置はエンジンを具備する車両や燃料電池自動車等にも適用することができる。

１０…車両用空調装置
２１…コンプレッサ
２１ｃ…吸入部
２４…室外熱交換器
３７…第１の減圧弁
３８…第２の減圧弁
３９…第２の気液分離器（気液分離器）
４２…インジェクション通路
４３…室外熱交換器側通路
４４…電気ヒータ（加熱手段）
５５…室内コンデンサ

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   前記コンプレッサで圧縮された冷媒の熱を放熱する室内コンデンサと、
   冷媒の熱を外気と熱交換する室外熱交換器と、
   前記室内コンデンサを通過した高圧の冷媒を中間圧に減圧する第１の減圧弁と、
   前記第１の減圧弁で減圧された中間圧の冷媒をさらに低圧に減圧する第２の減圧弁と、
   前記第１の減圧弁と前記第２の減圧弁の間に介装されて、前記第１の減圧弁で減圧された冷媒を前記中間圧のガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、
   前記気液分離器で分離された前記中間圧のガス冷媒を前記コンプレッサの吸入部に導入するインジェクション通路と、
   前記気液分離器で分離された前記中間圧の液冷媒を前記第２の減圧弁で低圧に減圧して前記室外熱交換器に導入する室外熱交換器側通路と、
   を備え、
   前記室外熱交換器で熱交換された冷媒と、前記気液分離器で分離された前記中間圧のガス冷媒とを前記コンプレッサの吸入部に導入してガスインジェクション式の暖房運転を行う車両用空調装置において、
   前記気液分離器には、当該気液分離器内を昇温可能な加熱手段が設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記加熱手段は、前記ガスインジェクション式の暖房運転時に、暖房負荷が小さいときにオフにされ、暖房負荷が大きいときにオンにされることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記ガスインジェクション式の暖房運転時に、前記加熱手段がオンにされるときには、前記気液分離器内に前記中間圧の液冷媒が残存するように、前記第１の減圧弁の開度が制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
4. 前記加熱手段は電気ヒータによって構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。

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