JP2018071829A - ヒートポンプサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レシーバサイクルとして機能するヒートポンプサイクル装置を提供する。【解決手段】冷媒サイクル２０は、ヒートポンプサイクル装置を提供する。室外熱交換器２２は、冷房運転および第２除湿暖房運転において凝縮器として利用される。室外熱交換器２２は、暖房運転および第１除湿暖房運転において蒸発器として利用される。室外熱交換器２２と、制御弁３１と、冷媒容器２４とが、この順序で直列に配置されている。室外熱交換器２２は、冷媒の通路断面積が変化する通路を提供する。室外熱交換器２２が凝縮器として利用されるとき、冷媒の流れ方向は、通路断面積が相対的に小さくなる方向である。室外熱交換器２２が蒸発器として利用されるとき、冷媒の流れ方向は、通路断面積が相対的に大きくなる方向である。両方の流れ方向において、冷媒容器２４は、レシーバとして機能する。【選択図】図１

Description

この明細書における開示は、ヒートポンプサイクル装置に関する。

特許文献１および特許文献２は、冷却と加熱とが可能なヒートポンプサイクル装置を開示する。これらの技術では、空調装置にヒートポンプサイクルを採用している。これにより、冷房に加えて、暖房が提供可能である。

特開２０１２−１８１００５号公報 特開平８−４００５６号公報

従来技術のヒートポンプサイクル装置は、冷却だけの冷凍サイクル装置と比べて、冷却能力が低下することがあった。ひとつの原因は、従来技術のヒートポンプサイクル装置がアキュムレータサイクルを基礎的な構成としているからでもある。

他のひとつの原因は、非利用側熱交換器、すなわち室外熱交換器における冷媒の挙動にあった。従来技術のヒートポンプサイクル装置は、室外熱交換器における冷媒の流れ方向が、冷却運転と、加熱運転とで同じであった。

上述の観点において、または言及されていない他の観点において、ヒートポンプサイクル装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、レシーバサイクルとしての挙動を提供可能なヒートポンプサイクル装置を提供することである。

開示される他のひとつの目的は、非利用側熱交換器、あるいは室外熱交換器と呼ばれる熱交換器の中における冷媒の挙動に適した熱交換器を利用可能なヒートポンプサイクル装置を提供することである。

ここに開示されたヒートポンプサイクル装置は、少なくともひとつの利用側熱交換器（１５、１６、２１６）と、少なくともひとつの非利用側熱交換器（２２）とを備えるヒートポンプサイクル装置において、非利用側熱交換器と直列に配置され、冷媒を受け入れ、冷媒の液成分を流出させる冷媒容器（２４）と、非利用側熱交換器と冷媒容器との間に配置されている制御弁であって、冷媒容器から非利用側熱交換器へ冷媒が流れるとき非利用側熱交換器を蒸発器として機能させ、非利用側熱交換器から冷媒容器へ冷媒が流れるとき非利用側熱交換器を凝縮器として機能させる制御弁（３１）と、非利用側熱交換器と冷媒容器とを通る冷媒の流れ方向を切換える切換機構（２３、３５）とを備える。

開示されるヒートポンプサイクル装置によると、冷媒容器は、冷媒を受け入れ、冷媒の液成分を流出させる。冷媒容器から非利用側熱交換器へ冷媒が流れるとき非利用側熱交換器を蒸発器として機能させるように制御弁が機能する。よって、冷媒容器は、レシーバとして高圧冷媒を受け入れる。非利用側熱交換器から冷媒容器へ冷媒が流れるとき非利用側熱交換器を凝縮器として機能させるように制御弁が機能する。よって、冷媒容器は、レシーバとして高圧冷媒を受け入れる。このように冷媒容器は冷媒の流れ方向にかかわらず、レシーバとして機能する。このようにレシーバサイクルとしての挙動が提供される。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る空調装置を示すブロック図である。 室外熱交換器を示す断面図である。 空調装置の冷房運転を示すブロック図である。 空調装置の冷房運転を示すモリエル線図である。 冷房運転における室外熱交換器の冷媒流れを示す断面図である。 空調装置の暖房運転を示すブロック図である。 空調装置の暖房運転を示すモリエル線図である。 暖房運転における室外熱交換器の冷媒流れを示す断面図である。 空調装置の第１除湿暖房運転を示すブロック図である。 空調装置の第１除湿暖房運転を示すモリエル線図である。 第１除湿暖房運転における室外熱交換器の冷媒流れを示す断面図である。 空調装置の第２除湿暖房運転を示すブロック図である。 空調装置の第２除湿暖房運転を示すモリエル線図である。 第２除湿暖房運転における室外熱交換器の冷媒流れを示す断面図である。 ２つの膨張弁の開度制御を示すグラフである。 空調装置の作動を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る空調装置を示すブロック図である。 第３実施形態に係る空調装置を示すブロック図である。 第４実施形態に係る空調装置を示すブロック図である。 空調装置の冷房運転を示すモリエル線図である。 第５実施形態に係る空調装置を示すブロック図である。 第６実施形態に係る空調装置の冷房運転を示すブロック図である。 冷房運転におけるＧＡＳＩＮＪ運転を示すモリエル線図である。 空調装置の暖房運転を示すブロック図である。 暖房運転におけるＧＡＳＩＮＪ運転を示すモリエル線図である。 空調装置の作動を示すフローチャートである。 第７実施形態に係る空調装置を示すブロック図である。 第７実施形態に係る空調装置を示すブロック図である。 第７実施形態に係る空調装置を示すブロック図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、空調装置１は、室内の空気の温度および湿度を調節する。空調装置１は、乗り物に搭載されている。空調装置１は、乗り物の乗員室を空調する。空調装置１は、車両、船舶、航空機、または不動産に利用可能である。空調装置１の用途の一例は、車両に搭載され乗員室を空調する車両用空調装置である。例えば、空調装置１は、電動機によって走行する電動車両に利用される。空調装置１は、空調ユニット１０と、冷媒サイクル２０とを有する。

空調ユニット１０は、乗員室へ向かう空気の温度および湿度を調節する。空調ユニット１０は、ＨＶＡＣとも呼ばれる。空調ユニット１０は、乗員室へ向けて空気が流されるケース１１を備える。ケース１１は、吸い込み空気における内気と外気との割合を調節する内外気ユニット１２と、ファン１３とを備える。ファン１３は、モータ１４によって回転し、送風する。

第１室内熱交換器１５、および第２室内熱交換器１６がケース１１内に配置されている。第１室内熱交換器１５、および第２室内熱交換器１６は、ケース１１内の空気流に対してこの順序で配置されている。第１室内熱交換器１５は、冷却用熱交換器である。第１室内熱交換器１５は、冷却用の利用側熱交換器とも呼ばれる。第２室内熱交換器１６は、加熱用熱交換器である。第２室内熱交換器１６は、加熱用の利用側熱交換器とも呼ばれる。

第１室内熱交換器１５は、ケース１１内の全空気流が第１室内熱交換器１５を通過するようにケース１１内に配置されている。第２室内熱交換器１６は、ケース１１との間にバイパス通路を形成するようにケース１１内に配置されている。第２室内熱交換器１６は、制御された量の空気流が第２室内熱交換器１６を通過するようにケース１１内に配置されている。

ケース１１内には、第２室内熱交換器１６を通過する空気量と、バイパス通路を通過する空気量とを調節するエアミックスドア１７が配置されている。エアミックスドア１７は、第２室内熱交換器１６に空気を通過させるときに開き、第２室内熱交換器１６に空気を通過させないときに閉じ、任意の中間位置で停止可能である。エアミックスドア１７の開度は、サーボモータによって調節可能である。内外気ユニット１２、エアミックスドア１７、およびファン１３は、後述の制御装置による制御対象である。

冷媒サイクル２０は、蒸気圧縮式の冷媒サイクルである。冷媒サイクル２０は、冷却機能と加熱機能とを提供する。この実施形態では、冷却は、冷房と呼ばれ、加熱は、暖房と呼ばれる。冷媒サイクル２０は、冷房機能と暖房機能とを、同時的に、および／または選択的に提供する。冷媒サイクル２０は、ヒートポンプサイクル装置を提供する。ヒートポンプサイクル装置は、少なくともひとつの利用側熱交換器と、少なくともひとつの非利用側熱交換器とを備える。利用側熱交換器は、高圧領域での冷媒の凝縮により加熱機能を提供し、低圧領域での冷媒の蒸発により冷却機能を提供している。

この実施形態において、冷媒サイクル２０が提供する冷房機能および暖房機能は、空調に用いる空気を対象として発揮される。冷媒サイクル２０が提供する冷房機能および暖房機能は、物品保存に用いる空気を対象として発揮されてもよい。冷媒サイクル２０が提供する冷房機能および暖房機能は、水などの熱媒体を対象として発揮されてもよい。冷媒サイクル２０は、後述の複数の部品を有する。複数の部品は、冷媒を流すために、配管を介して、または互いに直接的に接続されている。

冷媒サイクル２０は、第１室内熱交換器１５と、第２室内熱交換器１６とを有する。第１室内熱交換器１５および第２室内熱交換器１６は、空調ユニット１０の部品でもあり、冷媒サイクル２０の部品でもある。第１室内熱交換器１５と、第２室内熱交換器１６とは、利用側熱交換器である。冷媒サイクル２０は、圧縮機２１を有する。冷媒サイクル２０は、室外熱交換器２２、切換弁２３、および冷媒容器２４を備える。

冷媒サイクル２０は、減圧器としての膨張弁として機能できる制御弁３１、３２、３３を有する。制御弁３１、３２、３３は、全閉を含む範囲で開度を調節可能な可変膨張弁である。可変膨張弁は、電動膨張弁とも呼ばれる。冷媒サイクル２０は、開閉弁として機能できる制御弁３４を有する。制御弁３４は、開閉弁である。切換弁２３、および制御弁３１、３２、３３、３４は、それぞれ、その開度、または開閉状態を調節する電動のアクチュータを備える。切換弁２３、および制御弁３１、３２、３３、３４は、後述の制御装置による制御対象である。

切換弁２３、および制御弁３１、３２、３３、３４は、冷媒サイクル２０を冷房運転と、暖房運転とに切り換える切換機構３５を提供する。冷房運転において、冷媒サイクル２０は、第１室内熱交換器１５を蒸発器として機能させ、室外熱交換器２２を凝縮器として機能させる。暖房運転において、冷媒サイクル２０は、第２室内熱交換器１６を凝縮器として機能させ、室外熱交換器２２を蒸発器として機能させる。追加的に、またはオプションとして、冷媒サイクル２０は、第１室内熱交換器１５を蒸発器として機能させ、第２室内熱交換器１６を凝縮器として機能させる除湿運転を提供する。この場合、室外熱交換器２２は、追加的に、またはオプションとして、凝縮器として、および／または蒸発器として利用可能である。この場合、切換機構３５は、冷房運転と、暖房運転と、除湿運転とを切り換える。

切換機構３５は、冷房運転における室外熱交換器２２内の冷媒流れ方向と、暖房運転における室外熱交換器２２内の冷媒流れ方向とを反転させる反転機構でもある。切換機構３５は、利用側熱交換器が冷却機能を提供するとき、非利用側熱交換器から、制御弁３１を通り、冷媒容器２４へ冷媒を流す。切換機構３５は、利用側熱交換器が加熱機能を提供するとき、冷媒容器２４から、制御弁３１を通り、非利用側熱交換器へ冷媒を流す。切換機構は、非利用側熱交換器が凝縮器として利用されるときに一方向に冷媒を流し、非利用側熱交換器が蒸発器として利用されるときに他方向に冷媒を流す。

冷房運転における室外熱交換器２２内の冷媒流れ方向は、冷媒からの放熱に適した、すなわち冷媒の凝縮に適した、流路断面積の変化を与える。すなわち、室外熱交換器２２が凝縮器として利用される冷房運転では、冷媒が流れるにつれて通路断面積が相対的に小さくなってゆく、すなわち減少する通路断面積の変化を与える。室外熱交換器２２が蒸発器として利用される暖房運転では、冷媒が流れるにつれて通路断面積が相対的に大きくなってゆく、すなわち増加する通路断面積の変化を与える。

圧縮機２１は、電動機または内燃機関によって駆動される。乗り物が電動車両である場合、圧縮機２１は、電動機によって駆動される。この場合、冷媒サイクル２０は、電動車両の冷房と暖房とを提供する。圧縮機２１は、吸入口２１ａから低圧の冷媒を吸入し、低圧の冷媒を高圧の冷媒に圧縮し、吐出口２１ｂから圧縮された高圧の冷媒を吐出する。圧縮機２１は、冷媒サイクル２０内における冷媒の流れを生成する機械である。

圧縮機２１の上流には、第１室内熱交換器１５が配置されている。圧縮機２１の吸入口２１ａは、第１室内熱交換器１５の出口に連通している。第１室内熱交換器１５の上流には、切換弁２３が配置されている。第１室内熱交換器１５の入口は、切換弁２３の出口２３ｂに連通している。

圧縮機２１と切換弁２３との間には、バイパス通路２５が配置されている。バイパス通路２５は、第１室内熱交換器１５を経由することなく、切換弁２３と圧縮機２１とを連通する通路である。

圧縮機２１の下流には、第２室内熱交換器１６が配置されている。圧縮機２１の吐出口２１ｂは、第２室内熱交換器１６の入り口に連通している。第２室内熱交換器１６の下流には、切換弁２３が配置されている。第２室内熱交換器１６の出口は、切換弁２３の入口２３ａに連通している。

切換弁２３は、入口２３ａと、出口２３ｂと、第１切換口２３ｃ、および第２切換口２３ｄを有する。切換弁２３は、電動のアクチュータ２３ｅを有する。切換弁２３は、第１位置と第２位置とを切り換える。第１位置は、入口２３ａと第１切換口２３ｃとを連通する。第１位置は、出口２３ｂと第２切換口２３ｄとを連通する。第２位置は、入口２３ａと第２切換口２３ｄとを連通する。第２位置は、出口２３ｂと第１切換口２３ｃとを連通する。切換弁２３は、２位置四方弁とも呼ばれる。

第１切換口２３ｃと第２切換口２３ｄとの間には、双方向に冷媒を流すことができる双方向通路２６が配置されている。双方向通路２６は、切換弁２３によって、冷媒の流れ方向が切り換えられる通路である。双方向通路２６は、一端で第１切換口２３ｃと連通しており、他端で第２切換口２３ｄと連通している。切換弁２３は、室外熱交換器２２と冷媒容器２４とを通る冷媒の流れ方向を切換える。

室外熱交換器２２は、非利用側熱交換器である。室外熱交換器２２は、双方向通路２６に配置されている。室外熱交換器２２は、一端で第１切換口２３ｃに連通している。室外熱交換器２２の詳細は、後述される。

冷媒容器２４は、非利用側熱交換器と直列に配置されている。冷媒容器２４は、双方向通路２６の中に直列に配置されている。冷媒容器２４は、一端で第２切換口２３ｄに連通している。冷媒容器２４は、他端で室外熱交換器２２と連通している。冷媒容器２４は、冷媒が凝縮しうる高圧領域における高圧冷媒を受け入れ、レシーバとして機能する。冷媒容器２４は、冷媒を受け入れ、冷媒の液成分を流出させる。冷媒容器２４は、供給される冷媒を、気体成分と液体成分とに分離する。冷媒容器２４は、冷媒の液体成分を冷媒サイクル２０の主たる経路に流す。冷媒容器２４は、冷媒の凝縮過程の中において、冷媒の飽和液を蒸発器に供給する。冷媒容器２４は、レシーバとして機能する。冷媒容器２４は、追加的に、またはオプションとして、気体成分を流し出すガスインジェクションのための出口を有することができる。

制御弁３１は、双方向通路２６の中に配置されている。制御弁３１は、室外熱交換器２２と冷媒容器２４との間に配置されている。双方向通路２６において、室外熱交換器２２と、制御弁３１と、冷媒容器２４とが、この順序で直列に配置されている。制御弁３１は、冷媒容器２４から室外熱交換器２２へ冷媒が流れるとき室外熱交換器２２を蒸発器として機能させる。制御弁３１は、室外熱交換器２２から冷媒容器２４へ冷媒が流れるとき室外熱交換器２２を凝縮器として機能させる。制御弁３１は、冷媒容器２４を高圧領域に位置付け、高圧領域の冷媒を受け入れるレシーバとして機能させる開度を提供する。制御弁３１は、第１制御弁、または第１膨張弁と呼ばれる。制御弁３２は、第２室内熱交換器１６と切換弁２３との間に配置されている。制御弁３２は、第２室内熱交換器１６の下流に配置されている。制御弁３２は、第２制御弁、または第２膨張弁と呼ばれる。制御弁３３は、第１室内熱交換器１５の冷媒入口に配置されている。制御弁３３は、第１室内熱交換器１５の上流に配置されている。制御弁３３は、第３制御弁、または第３膨張弁と呼ばれる。冷媒サイクル２０は、制御弁３２と制御弁３３との間に、切換弁２３、冷媒容器２４、制御弁３１、および非利用側熱交換器を有している。

空調装置１は、空調ユニット１０および冷媒サイクル２０を制御するための制御システムを備える。制御システムは、複数のセンサを有する。制御システムは、熱的な負荷を検出する複数のセンサ、および冷媒サイクル２０の複数の位置の冷媒の状態を検出する複数のセンサを備えることができる。複数のセンサは、冷媒サイクル２０の制御に関連する変数を検出する。複数のセンサは、冷媒サイクル２０の過熱度を検出する。制御システムは、例えば、吸入口２１ａの近くにおける冷媒の温度と圧力とを検出する温度センサ３６と、圧力センサ３７とを備えることができる。複数のセンサは、制御情報を得るために必要なセンサを備えることができる。例えば、複数のセンサは、第１室内熱交換器１５の空気下流における空気温度を検出する温度センサを備える。

温度センサ３６と、圧力センサ３７とによって検出された信号から、圧縮機２１の吸入側における低圧冷媒の過熱度を知ることができる。検出された過熱度は、制御弁３１、３２、３３の開度を制御するために利用することができる。制御システムは、複数のセンサから信号を入力する制御装置（ＥＣＵ）３９を備える。制御装置３９は、複数の制御対象を制御する。制御装置３９は、少なくとも切換機構３５を制御する。制御装置３９は、冷媒サイクル２０の運転状態を、少なくとも冷房運転と暖房運転とに切換えるように切換機構３５を制御する。制御装置３９は、圧縮機２１の回転数、エアミックスドア１７の位置、ファン１３の送風量、吹出モードなどを含む複数の制御対象を制御することができる。

制御システムにおいて、制御装置３９は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置３９は、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置（ＭＭＲ）とを有する。制御装置３９は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置３９は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置３９によって実行されることによって、制御装置３９をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置３９を機能させる。

制御システムは、制御装置３９に入力される情報を示す信号を供給する複数の信号源を入力装置として有する。制御システムは、制御装置３９が情報をメモリ装置に格納することにより、情報を取得する。制御システムは、制御装置３９によって挙動が制御される複数の制御対象物を出力装置として有する。制御システムは、メモリ装置に格納された情報を信号に変換して制御対象物に供給することにより制御対象物の挙動を制御する。

制御システムに含まれる制御装置３９と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するためのブロックと呼ぶことができる。別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成として解釈されるモジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、その機能を実現する手段ともよぶことができる。

制御システムが提供する手段および／または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

図２において、室外熱交換器２２は、２つのヘッダ２２ａ、２２ｂを有する。室外熱交換器２２は、２つのヘッダ２２ａ、２２ｂの間に配置された複数のチューブ２２ｃを有する。複数のチューブ２２ｃは、互いに間隔をもって平行に積層されている。複数のチューブ２２ｃは、それらの間に、複数の空気通路を形成している。空気通路には、複数のフィン２２ｄが配置されている。複数のチューブ２２ｃは、複数の冷媒通路を提供する。複数の冷媒通路が２つのヘッダ２２ａ、２２ｂの中の空洞を連通するように、複数のチューブ２２ｃは、ヘッダ２２ａ、２２ｂに接続されている。

一方のヘッダ２２ａには、一方の接続口２２ｅが設けられている。他方のヘッダ２２ｂには、他方の接続口２２ｆが設けられている。一方のヘッダ２２ｂの中には、仕切板２２ｇが設けられている。他方のヘッダ２２ｂの中には、仕切板２２ｈが設けられている。接続口２２ｅと接続口２２ｆとの間において冷媒の通路断面積が徐々に変化するように、仕切板２２ｇ、２２ｈは、ヘッダ２２ａ、２２ｂ内に位置付けられている。

この実施形態では、チューブ２２ｃの数によって、通路断面積が規定されている。室外熱交換器２２は、Ｉ本のチューブ２２ｃを有する第１パス２２ｉと、Ｊ本のチューブ２２ｃを有する第２パス２２ｊと、Ｋ本のチューブ２２ｃを有する第３パス３３ｋとを有する。チューブ２２ｃの本数は、Ｉ＞Ｊ＞Ｋである。第１パス２２ｉは、第２パス２２ｊおよび第３パス２２ｋより大きい通路断面積を提供する。第３パス２２ｋは、第１パス２２ｉおよび第２パス２２ｊより小さい通路断面積を提供する。

室外熱交換器２２は、２つの接続口２２ｅ、２２ｆの一方を入口とし、他方を出口とする場合、冷媒の通路断面積が大通路断面積から小通路断面積へ相対的に変化する冷媒通路を提供する。室外熱交換器２２は、２つの接続口２２ｅ、２２ｆの他方を入口とし、一方を出口とする場合、冷媒の通路断面積が小通路断面積から大通路断面積へ相対的に変化する冷媒通路を提供する。室外熱交換器２２は、冷媒が一方向に流れるときに減少し、冷媒が逆方向に流れるときに増加する通路断面積を提供する。ここで、通路断面積は、冷媒の流れ方向に直交する通路の断面積である。室外熱交換器２２は、冷媒が一方向に流されるときに冷媒の流れに沿って冷媒の通路断面積が相対的に小さくなり、冷媒が他方向に流されるときに冷媒の流れに沿って冷媒の通路断面積が相対的に大きくなるように構成されている。

室外熱交換器２２は、２つの接続口２２ｅ、２２ｆの間に、部分的な通路断面積の拡大部分、または縮小部分を持っていてもよい。室外熱交換器２２は、２つの接続口２２ｅ、２２ｆの間に、そこを流れる冷媒の状態変化、または相変化に応じた通路断面積の変化の傾向を提供する。室外熱交換器２２は、冷房運転において凝縮器として利用される。室外熱交換器２２は、冷房運転において、相対的に減少する通路断面積を提供する。室外熱交換器２２は、暖房運転において蒸発器として利用される。室外熱交換器２２は、暖房運転において、相対的に増加する通路断面積を提供する。

図３は、冷媒サイクル２０が冷房運転（ＣＯＯＬ）されるときの冷媒の流れを示す。このとき、切換弁２３は、第１位置に制御されている。制御弁３３は、冷媒サイクル２０の高圧領域と低圧領域との間に配置された減圧器を提供する。制御弁３３の開度は、減圧器としての開度に調整されている。制御弁３３は、制御開度（ＣＮＴ）に制御されている。制御開度は、冷媒サイクル２０の過熱度を目標に一致させるように、制御装置３９によって制御されている。この結果、第１室内熱交換器１５において適切に空気を冷却しながら、冷媒サイクル２０が効率的に運転される。制御弁３１、３２は、開弁状態（ＯＰＮ）に制御されている。冷媒は、特別な減圧を生じることなく、制御弁３１、３２を通過することができる。制御弁３４は、閉弁状態（ＣＬＳ）に制御されている。エアミックスドア１７は、第２室内熱交換器１６を空気が通過しないように、すなわち第２室内熱交換器１６が凝縮器として機能しないように、暖房制限位置に制御されている。圧縮機２１は、第１室内熱交換器１５の空気下流における空気温度が、目標とする空気温度に接近し、維持されるように、回転数が制御されている。

冷媒は、圧縮機２１から流れ出て、第２室内熱交換器１６、切換弁２３、室外熱交換器２２、冷媒容器２４、減圧器としての制御弁３３、および第１室内熱交換器１５を通り、圧縮機２１に戻る。室外熱交換器２２は、凝縮器として機能する。第１室内熱交換器１５は、蒸発器として機能する。

図４は、冷媒サイクル２０が冷房運転されているときのモリエル線図を示す。冷媒容器２４は、レシーバとして機能する。冷媒容器２４は、飽和状態にある冷媒の液成分を、制御弁３３に供給する。

図５は、室外熱交換器２２における冷媒の流れを矢印で示している。冷媒は、第１パス２２ｉ、第２パス２２ｊ、第３パス２２ｋの順で流れる。冷媒は、通路断面積が相対的に減少する通路を流れる。冷媒は、室外熱交換器２２で凝縮するから、体積が減少する。室外熱交換器２２の通路断面積の変化傾向は、凝縮による体積低下の過程に対応している。凝縮器としての性能を向上させるため、冷媒側の通路断面積を徐々に小さくする。凝縮器では、冷媒が凝縮するにつれて、液冷媒が増え、平均の密度が高くなり、流速が遅くなり、その結果冷媒の熱伝達率が下がり、熱交換性能が下がってしまう傾向がある。それを防止するために、下流になるに従い、通路断面積を相対的に小さくする。このように、室外熱交換器２２は、冷媒サイクル２０が冷房運転されるときに、冷媒の凝縮に適した通路断面積の変化傾向を提供する。

図６は、冷媒サイクル２０が暖房運転（ＨＯＴ）されるときの冷媒の流れを示す。このとき、切換弁２３は、第２位置に制御されている。制御弁３１は、冷媒サイクル２０の高圧領域と低圧領域との間に配置された減圧器を提供する。制御弁３１の開度は、減圧器としての開度に調整されている。制御弁３１は、制御開度（ＣＮＴ）に制御されている。制御開度は、冷媒サイクル２０の過熱度を目標に一致させるように、制御装置３９によって制御されている。この結果、第２室内熱交換器１６において適切に空気を加熱しながら、冷媒サイクル２０が効率的に運転される。制御弁３２は、開弁状態（ＯＰＮ）に制御されている。冷媒は、特別な減圧を生じることなく、制御弁３２を通過することができる。制御弁３３は、閉弁状態（ＣＬＳ）に制御されている。制御弁３４は、開弁状態（ＯＰＮ）に制御されている。エアミックスドア１７は、第２室内熱交換器１６を空気が通過するように、すなわち第２室内熱交換器１６が凝縮器として機能するように、暖房位置に制御されている。圧縮機２１は、第２室内熱交換器１６の空気下流における空気温度が、目標とする空気温度に接近し、維持されるように、回転数が制御されている。

冷媒は、圧縮機２１から流れ出て、第２室内熱交換器１６、切換弁２３、冷媒容器２４、減圧器としての制御弁３１、および室外熱交換器２２を通り、圧縮機２１に戻る。室外熱交換器２２は、蒸発器として機能する。第２室内熱交換器１６は、凝縮器として機能する。

図７は、冷媒サイクル２０が暖房運転されているときのモリエル線図を示す。冷媒容器２４は、レシーバとして機能する。冷媒容器２４は、飽和状態にある冷媒の液成分を、制御弁３１に供給する。

図８は、室外熱交換器２２における冷媒の流れを矢印で示している。冷媒は、第３パス２２ｋ、第２パス２２ｊ、第１パス２２ｉの順で流れる。冷媒は、通路断面積が増加する通路を流れる。冷媒は、室外熱交換器２２で蒸発するから、体積が増加する。室外熱交換器２２の通路断面積の変化傾向は、蒸発による体積増加の過程に対応している。蒸発器としての性能を向上させるため、冷媒側の通路断面積を徐々に大きくする。蒸発器では、冷媒が蒸発するにつれて、液冷媒が減り、平均の密度が低くなり、流速が速くなり、その結果、冷媒の圧力損出が大きくなる傾向がある。それを防止するために、下流になるに従い、通路断面積を大きくする。このように、室外熱交換器２２は、冷媒サイクル２０が暖房運転されるときに、冷媒の蒸発に適した通路断面積の変化傾向を提供する。

図９は、冷媒サイクル２０が第１除湿暖房運転（ＤＥＨＵＭＩＤ−Ａ）されるときの冷媒の流れを示す。このとき、切換弁２３は、第２位置に制御されている。制御弁３１は、制御開度（ＣＮＴ）に制御されている。制御弁３２は、開弁状態（ＯＰＮ）に制御されている。冷媒は、特別な減圧を生じることなく、制御弁３２を通過することができる。制御弁３３は、制御開度（ＣＮＴ）に制御されている。制御弁３４は、閉弁状態（ＣＬＳ）に制御されている。エアミックスドア１７は、暖房位置に制御されている。

第１除湿暖房運転では、制御弁３１、３３は、冷媒サイクル２０の高圧領域と低圧領域との間に配置された減圧器を提供する。ただし、高圧領域と低圧領域との間における２段階の減圧を提供する。制御弁３１、３３の開度は、減圧器としての開度に調整されている。制御弁３１、３３の制御開度は、冷媒サイクル２０の過熱度を目標に一致させるように、制御装置３９によって制御されている。この結果、第１室内熱交換器１５において空気を冷却し、さらに第２室内熱交換器１６において再び空気を加熱しながら、冷媒サイクル２０が効率的に運転される。

切換機構３５は、利用側熱交換器が除湿機能を提供するとき、第１除湿暖房運転では、冷媒容器２４から、制御弁３１を通り、非利用側熱交換器へ冷媒を流す。冷媒は、圧縮機２１から流れ出て、第２室内熱交換器１６、切換弁２３、冷媒容器２４、制御弁３１、室外熱交換器２２、および第１室内熱交換器１５を通り、圧縮機２１に戻る。室外熱交換器２２は、蒸発器として機能する。この実施形態によると、２つの制御弁３１、３３における減圧の割合を調節することで、室外熱交換器２２の吸熱量を調整することができ、これにより吹出温度を調整することができる。第２室内熱交換器１６による空気の再加熱の度合いは、エアミックスドア１７によって調節可能である。

図１０は、冷媒サイクル２０が第１除湿暖房運転されているときのモリエル線図を示す。冷媒容器２４は、レシーバとして機能する。冷媒容器２４は、飽和状態にある冷媒の液成分を、制御弁３１に供給する。

図１１は、室外熱交換器２２における冷媒の流れを矢印で示している。冷媒は、第３パス２２ｋ、第２パス２２ｊ、第１パス２２ｉの順で流れる。冷媒は、通路断面積が増加する通路を流れる。冷媒は、室外熱交換器２２で蒸発するから、体積が増加する。室外熱交換器２２の通路断面積の変化傾向は、蒸発による体積増加の過程に対応している。このように、室外熱交換器２２は、冷媒サイクル２０が第１除湿暖房運転されるときに、冷媒の蒸発に適した通路断面積の変化傾向を提供する。

図１２は、冷媒サイクル２０が第２除湿暖房運転（ＤＥＨＵＭＩＤ−Ｂ）されるときの冷媒の流れを示す。このとき、切換弁２３は、第１位置に制御されている。制御弁３１は、開弁状態（ＯＰＮ）に制御されている。冷媒は、特別な減圧を生じることなく、制御弁３１を通過することができる。制御弁３２は、制御開度（ＣＮＴ）に制御されている。制御弁３３は、制御開度（ＣＮＴ）に制御されている。制御弁３４は、閉弁状態（ＣＬＳ）に制御されている。エアミックスドア１７は、暖房位置に制御されている。圧縮機２１は、第１室内熱交換器１５の空気下流の空気温度が、目標とする空気温度に接近し、維持されるように、回転数が制御されている。

第２除湿暖房運転では、制御弁３２、３３は、冷媒サイクル２０の高圧領域と低圧領域との間に配置された減圧器を提供する。ただし、高圧領域と低圧領域との間における２段階の減圧を提供する。制御弁３２、３３の開度は、減圧器としての開度に調整されている。制御弁３２、３３の制御開度は、冷媒サイクル２０の過熱度を目標に一致させるように、制御装置３９によって制御されている。制御弁３２により高圧領域の中で減圧した冷媒を冷媒容器２４に受け入れ、さらに制御弁３３により低圧に減圧して利用側熱交換器である第１室内熱交換器１５に供給する。この結果、第１室内熱交換器１５において空気を冷却し、さらに第２室内熱交換器１６において再び空気を加熱しながら、冷媒サイクル２０が効率的に運転される。

切換機構３５は、利用側熱交換器が除湿機能を提供するとき、第２除湿暖房運転では、非利用側熱交換器から、制御弁３１を通り、冷媒容器２４へ冷媒を流す。冷媒は、圧縮機２１から流れ出て、第２室内熱交換器１６、制御弁３２、切換弁２３、冷媒容器２４、制御弁３１、室外熱交換器２２、制御弁３３、および第１室内熱交換器１５を通り、圧縮機２１に戻る。室外熱交換器２２は、凝縮器として機能する。この実施形態によると、２つの制御弁３２、３３における減圧の割合を調節することで、第２室内熱交換器１６による空気の加熱の度合いを調節することができる。

図１３は、冷媒サイクル２０が第２除湿暖房運転されているときのモリエル線図を示す。冷媒容器２４は、レシーバとして機能する。冷媒容器２４は、飽和状態にある冷媒の液成分を、制御弁３３に供給する。

図１４は、室外熱交換器２２における冷媒の流れを矢印で示している。冷媒は、第１パス２２ｉ、第２パス２２ｊ、第３パス２２ｋの順で流れる。冷媒は、通路断面積が減少する通路を流れる。冷媒は、室外熱交換器２２で凝縮するから、体積が減少する。室外熱交換器２２の通路断面積の変化傾向は、凝縮による体積増加の過程に対応している。このように、室外熱交換器２２は、冷媒サイクル２０が第２除湿暖房運転されるときに、冷媒の凝縮に適した通路断面積の変化傾向を提供する。

第１除湿暖房運転は、室外熱交換器２２によって蒸発過程の一部を行う。よって、第１室内熱交換器１５による空気冷却能力および／または除湿能力を減少させるために利用できる。第２除湿暖房運転は、室外熱交換器２２によって凝縮過程の一部を行う。よって、第２室内熱交換器１６による空気加熱能力を減少させるために利用できる。

図１５は、第１除湿暖房運転における制御弁３１、３３の開度を示す。このとき、２つの制御弁３１、３３は、冷媒の過熱度と吹出空気温度との２つを同時に制御する。制御弁３１、３３は、予め決められた開度パターンＰｎ３１、Ｐｎ３３を維持しながら制御される。

ある状態において、冷媒の過熱度が目標値よりも高いと判断される場合、開度パターンを保ったまま、全体の開度を大きくするように、制御弁３１、３３の開度が制御される。例えば、制御弁３３の開度は、初期開度Ｏｐ３３から、目標開度Ｏｐｔ１へ制御される。制御点は、開度パターンＰｎ３３から開度パターンＰｎ３３ｔへ遷移する。同様に、制御弁３１の開度も、初期開度Ｏｐ３１から、目標開度Ｏｐｔ２へ制御される。制御点は、開度パターンＰｎ３１から開度パターンＰｎ３１ｔへ遷移する。これにより、第１室内熱交換器１５に流入する冷媒量が増え、過熱度が下がり、過熱度は適正に保たれる。過熱度が低い場合には、逆の制御が実行される。

また、ある状態において、吹出空気温度を下げたい場合、開度パターンを保ったまま、制御点を移動させる。具体的には、現在の開度パターンの上で制御点が移動する。制御弁３１の開度は、初期開度Ｏｐ３１から、目標開度Ｏｐｔ４へ制御される。開度は、やや増加する。制御弁３３の開度は、初期開度Ｏｐ３１から目標開度Ｏｐｔ３へ制御される。開度は、やや低下する。これにより、室外熱交換器２２からの吸熱量が少なくなり、吹出空気温度が下がる。吹出空気温度を上げたい場合は、逆の制御が実行される。例えば、最も多用される吹出空気温度において、２つの制御弁３１、３３の開度が等しくなるように開度パターンＰｎ３１、Ｐｎ３３が設定される。

また、第２除湿暖房運転における制御弁３２、３３の制御も、上記した図から理解される。このときも、２つの制御弁３２、３３は、冷媒の過熱度と吹出空気温度との２つを同時に制御する。制御弁３２、３３は、予め決められた開度パターンを維持しながら制御される。

図１６は、空調装置１の制御を示すフローチャートである。フローチャートの複数のステップは、制御装置３９によって実行されるプログラムを示している。図中には、主として運転モードを切換えるための制御が示されている。

空調制御処理１８０は、複数のステップ１８１−１８９を備える。ステップ１８１では、複数のセンサから制御情報が入力される。ステップ１８１では、利用者によって操作される空調パネルのスイッチ情報も入力される。ステップ１８２−１８４は、空調装置１の運転モードを切換える切換処理を提供する。この切換処理により、複数の運転モードのひとつを選択し、実行する切換部が提供される。複数の運転モードの切換は、利用者の手動による選択により、または室内温度、外気温度など環境条件に応じて自動的な選択により実行される。ステップ１８５−１８８は、それぞれ、運転モードのひとつに対応する。この実施形態では、冷房運転（ＣＯＯＬ）が実行される冷房モードと、暖房運転（ＨＯＴ）が実行される暖房モードと、第１除湿暖房運転（ＤＥＨＵＭＩＤ−Ａ）が実行される第１除湿暖房モードと、第２除湿暖房運転（ＤＥＨＵＭＩＤ−Ｂ）が実行される第２除湿暖房モードとが提供される。

ステップ１８２では、冷房モードが、手動または自動で選択されたか否かを判定する。冷房モードが選択されている場合、ステップ１８５へ進む。ステップ１８５では冷房モードが実行される。冷房モードが選択されていない場合、ステップ１８３へ進む。ステップ１８３では、暖房モードが手動または自動で選択されたか否かを判定する。暖房モードが選択されている場合、ステップ１８６へ進む。ステップ１８６では暖房モードが実行される。暖房モードが選択されていない場合、ステップ１８４へ進む。ステップ１８４では、第１除湿暖房モードが手動または自動で選択されたか否かを判定する。第１除湿暖房モードが選択されている場合、ステップ１８７へ進む。ステップ１８７では第１除湿暖房モードが実行される。第１除湿暖房モードが選択されていない場合、ステップ１８８へ進む。ステップ１８８では第２除湿暖房モードが実行される。ステップ１８９では、特定の運転モードに限られない共通の空調制御（Ａ／Ｃ ＣＯＮＴＲＯＬ）が実行される。

以上に述べた実施形態では、室外熱交換器２２と、冷媒容器２４との間に、減圧器として機能しうる制御弁３１を設けている。さらに、切換機構３５の一部である切換弁２３は、冷房運転と、暖房運転とで、室外熱交換器２２、制御弁３１、および冷媒容器２４に流れる冷媒の流れ方向を反転させている。すなわち、冷房運転では、室外熱交換器２２、制御弁３１、冷媒容器２４の順で冷媒が流れる。暖房運転では、冷媒容器２４、制御弁３１、室外熱交換器２２の順で冷媒が流れる。このため、冷媒容器２４は、冷房運転においても、暖房運転においても、レシーバとして機能する。

また、室外熱交換器２２は、冷媒の通路断面積が大から小へ相対的に変化するように構成されている。このため、冷房運転では室外熱交換器２２を凝縮器として用いて、冷媒の凝縮に適した通路断面積の変化、すなわち通路断面積の大から小への相対的な変化を提供することができる。暖房運転では室外熱交換器２２を蒸発器として用いて、冷媒の蒸発に適した通路断面積の変化、すなわち通路断面積の小から大への相対的な変化を提供することができる。

また、この実施形態では、第１除湿暖房運転と、第２除湿暖房運転とが提供される。第１除湿暖房運転では室外熱交換器２２を蒸発器として用いて、冷媒の蒸発に適した通路断面積の変化、すなわち通路断面積の小から大への相対的な変化を提供することができる。第２除湿暖房運転では室外熱交換器２２を凝縮器として用いて、冷媒の凝縮に適した通路断面積の変化、すなわち通路断面積の大から小への相対的な変化を提供することができる。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷媒が直接的に第２室内熱交換器１６における高温媒体に利用されている。これに代えて、この実施形態では、第２室内熱交換器における高温媒体として水などの媒体が利用される。

図１７に図示されるように、空調装置１は、媒体サイクル２４１を備える。媒体サイクル２４１は、水、エチレングリコール、またはエチレングリコールと水との混合物のような媒体を循環させる。媒体サイクル２４１は、一般的な車両用空調装置に利用されている冷却水系統である。媒体サイクル２４１は、内燃機関の冷却液系統の一部として提供されてもよい。

媒体サイクル２４１は、ポンプ２４２と、冷媒−媒体熱交換器２４３と、第２室内熱交換器２１６と、を備える。ポンプ２４２は、媒体を循環させる。冷媒−媒体熱交換器２４３は、冷媒サイクル２０の冷媒と媒体サイクル２４１の媒体との間の熱交換を提供する。第２室内熱交換器２１６は、媒体と空気とを熱交換させる。第２室内熱交換器２１６は、冷却または加熱の対象である空気と熱的に結合している。第２室内熱交換器２１６は、一般的な車両要空調装置に利用されているヒータコアによって提供される。ヒータコアは、内燃機関の冷却水と空気とを熱交換させて暖房を提供する。なお、媒体サイクル２４１は、水冷内燃機関または水冷インバータのような廃熱を出す熱源、または補助的に利用可能な電気ヒータのような補助熱源を備えていてもよい。

この実施形態によると、ヒータコアを利用することができる。よって、一般的な車両用空調装置の構成を利用することができる。言い換えると、一般的な車両用空調装置への適用が容易になる。

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷媒サイクル２０は、内部熱交換器を備えない。これに代えて、この実施形態では、冷媒サイクル２０は、内部熱交換器を備える。

図１８に図示されるように、冷媒サイクル２０は、内部熱交換器３４４を備える。内部熱交換器３４４は、第１室内熱交換器１５の上流側の冷媒と、下流側の冷媒とを熱交換させる。内部熱交換器３４４は、冷房運転における冷房性能、および冷媒サイクルの運転効率の向上に貢献する。

第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷房運転では制御弁３３が減圧器を提供する。これに代えて、この実施形態では、制御弁３１と制御弁３３とが減圧器を提供する。

図１９に図示されるように、冷媒サイクル２０は先行する実施形態と同じ構成を有する。ただし、冷房運転において制御弁３１が制御開度（ＣＮＴ）に制御される。よって、冷媒サイクル２０の高圧領域と低圧領域との間において、２段階の減圧が提供される。

図２０は、この実施形態の冷房運転におけるモリエル線図を示す。冷房運転において、制御弁３１は、冷媒容器２４の上流側に位置している。よって、冷媒容器２４の上流側で制御弁３１による減圧が提供され、冷媒容器２４の下流側で制御弁３３による減圧が提供される。

この実施形態では、制御弁３１により調節可能な所定の減圧（ｄＰ）が与えられる。これにより、冷媒の過冷却（サブクール）が得られ、確保できる。この結果、冷房運転において蒸発過程に利用できるエンタルピの増加分（ｄｈ）を得ることができる。これによりサブクールコンデンサシステムと同等の効率を確保することが出来る。さらには、各運転中における冷房負荷に応じて適正なサブクールを確保できるように制御弁３１における減圧を制御することが可能である。なお、冷房負荷は、冷媒流量にほぼ比例する。よって、年間を通じて冷媒サイクル２０の運転効率を向上することができる。

第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷媒サイクル２０は、空調のために利用される。これに代えて、この実施形態では、冷媒サイクル２０は、空調と発熱機器冷却とのために利用される。

図２１は、この冷媒サイクル２０は、発熱機器冷却用の付加迂回通路５２７と、発熱機器のための冷却サイクル５４５とを有する。付加迂回通路５２７は、液冷媒が得られるように配置されている。冷却サイクル５４５は、発熱する機器５４６を冷却するために設けられている。

冷媒サイクル２０の基本構成、および制御は、先行する実施形態と同じである。この実施形態では、付加迂回通路５２７が追加的に配置されている。この実施形態では、付加迂回通路５２７は、室外熱交換器２２と冷媒容器２４との間の冷媒通路と、圧縮機２１の吸入側との間を連通している。よって、冷房運転および暖房運転において液冷媒が得られる。

冷却サイクル５４５は、機器（ＡＵＸ）５４６と、ポンプ５４７とを有する。冷却サイクル５４５と、付加迂回通路５２７との間には、冷媒−媒体熱交換器５４８が配置されている。付加迂回通路５２７は、冷媒−媒体熱交換器５４８のための減圧器５４９を備える。

機器５４６は、車両のための補助機器でもよい。機器５４６の一例は、例えば、電動機を走行のために利用する電動車両の電池、インバータなどの電気回路、電動機である。なお、電動車両は、電動機のみを走行用に使用する内燃機関を備えない電気自動車、電動機と内燃機関との両方を利用するハイブリッド自動車、ハイブリッド構成に加えて商用電源など外部から充電可能なプラグインハイブリッド自動車などを含む。これらの機器５４６は冷却を必要とする場合がある。また、機器５４６の廃熱は、ヒートポンプとしての熱源に利用できる。なお、冷却サイクル５４５は、独自の放熱器を有していてもよい。

ポンプ５４７は、媒体を循環させる。冷媒−媒体熱交換器５４８は、冷媒によって媒体を冷却する。言い換えると、冷媒は、冷媒−媒体熱交換器５４８において、冷却サイクル５４５から熱を汲み上げる。減圧器５４９は、感温式膨張弁によって提供することができる。感温式膨張弁は、冷媒−媒体熱交換器５４８の冷媒出口における冷媒過熱度を所定値に制御するように開度を制御する。

この実施形態によると、すべての運転モードにおいて液冷媒を得ることができる付加迂回通路５２７を配置することができる。このため、すべての運転モードにおいて機器５４６の冷却を行うことができる。例えば、機器５４６が高温になりやすい夏季には、機器５４６の冷却を行うことができる。また、冷媒サイクル２０がヒートポンプとして利用される冬季には、機器５４６の廃熱を熱源として利用できる。この結果、冷媒サイクル２０を暖房運転する場合の冷媒サイクル２０の運転効率を向上させることができる。

第６実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷媒の高圧ガス成分は有効利用されない。これに代えて、この実施形態では、冷媒の高圧ガス成分は有効利用するために、ガスインジェクション機能が実現されている。ガスインジェクションに関して特許文献１を参照により導入する。

図２２は、空調装置１の冷房運転を示す。冷媒サイクル２０は、ガスインジェクション通路６５１を備える。冷媒容器２４は、冷媒容器２４に設けられたガス成分出口６５２を有する。ガスインジェクション通路６５１は、冷媒容器２４のガス成分出口６５２に連通する。ガスインジェクション通路６５１は、冷媒容器２４から、冷媒の高圧ガス成分を取り入れる。圧縮機２１は、ガスインジェクション用のポート６５３を有する。ポート６５３は、圧縮機２１の中の圧縮行程の途中段階に連通している。ガスインジェクション通路６５１は、ポート６５３に連通している。ガスインジェクション通路６５１は、ガスインジェクション通路６５１を開閉するための開閉弁として機能する制御弁６５４を有する。ガスインジェクション通路６５１は、ガスインジェクション通路６５１における冷媒の圧力を検出する圧力センサ６５５を有する。ガスインジェクションが実施されるガスインジェクションモードでは、ガスインジェクション通路６５１における冷媒の圧力が目標圧力に接近し、一致するように冷媒サイクル２０が制御される。目標圧力は、冷媒サイクル２０の運転状態を変数とするマップによって与えられる。

通常の冷房運転では、制御弁６５４が閉弁状態に制御される。他の要素の作動は、先行する実施形態と同じである。さらに、ガスインジェクションを実施する条件が成立すると、ガスインジェクション運転（ＣＯＯＬ−ＧＡＳＩＮＪ）が実行される。ガスインジェクションモードでは、制御弁６５４が開弁状態（ＯＰＮ）に制御される。制御弁３１は、制御開度（ＣＮＴ）に制御される。制御開度は、ガスインジェクション通路６５１における冷媒の圧力が目標圧力に接近し、一致するように制御される。これにより、冷媒容器２４には、中間圧力に減圧された冷媒が供給される。冷媒容器２４内の冷媒のガス成分は、ガスインジェクション通路６５１を経由して、ポート６５３から圧縮機２１へ供給される。

図２３は、冷房運転のガスインジェクションを示すモリエル線図である。冷媒サイクル２０の高圧と低圧との間である中間圧力の冷媒が圧縮機２１に供給される。よって、冷房運転における最大能力の向上および効率の向上が図られる。

図２４は、空調装置１の暖房運転を示す。通常の暖房運転では、制御弁６５４が閉弁状態に制御される。他の要素の作動は、先行する実施形態と同じである。さらに、ガスインジェクションを実施する条件が成立すると、ガスインジェクション運転（ＨＯＴ−ＧＡＳＩＮＪ）が実行される。ガスインジェクションモードでは、制御弁６５４が開弁状態（ＯＰＮ）に制御される。制御弁３１は、制御開度（ＣＮＴ）に制御される。制御開度は、ガスインジェクション通路６５１における冷媒の圧力が目標圧力に接近し、一致するように制御される。これにより、冷媒容器２４には、中間圧力に減圧された冷媒が供給される。冷媒容器２４内の冷媒のガス成分は、ガスインジェクション通路６５１を経由して、ポート６５３から圧縮機２１へ供給される。

図２５は、暖房運転のガスインジェクションを示すモリエル線図である。冷媒サイクル２０の高圧と低圧との間である中間圧力の冷媒が圧縮機２１に供給される。よって、暖房運転における最大能力の向上および効率の向上が図られる。

図２６は、空調装置１の制御を示すフローチャートである。空調制御処理６８０は、先行する実施形態の複数のステップ１８１−１８９に加えて、ステップ６９１−６９４を備える。この実施形態では、冷却運転および加熱運転の両方において、冷媒容器２４に溜ったガス成分をガスインジェクション通路６５１を通してポート６５３からガスインジェクションする。

ステップ６９１、６９３は、ガスインジェクション条件が成立したか否かを判定する。ステップ６９１では、冷房運転が実行される場合に、ガスインジェクション条件が成立したか否かを判定する。ガスインジェクション条件が成立した場合、ステップ６９２へ進む。ステップ６９２では、冷房ガスインジェクション運転（ＣＯＯＬ−ＧＡＳＩＮＪ）が実行される。ガスインジェクション条件が成立していない場合、ステップ１８５へ進む。ステップ１８５では、通常の冷房運転が実行される。ステップ６９３では、暖房運転が実行される場合に、ガスインジェクション条件が成立したか否かを判定する。ガスインジェクション条件が成立した場合、ステップ６９４へ進む。ステップ６９４では、暖房ガスインジェクション運転（ＨＯＴ−ＧＡＳＩＮＪ）が実行される。ガスインジェクション条件が成立していない場合、ステップ１８６へ進む。ステップ１８６では、通常の暖房運転が実行される。

この実施形態によると、ガスインジェクションは、冷媒サイクル２０の最大能力の向上と、効率の向上とに貢献する。また、従来技術では、暖房運転においてのみ、ガスインジェクションを利用可能であった。この実施形態では、暖房運転においても、冷媒容器２４の中に飽和冷媒ガスが存在する。このため、冷房運転、暖房運転のどちらにおいても、ガスを取り出し、ガスインジェクションのために利用することができる。これにより冷房運転における最大能力の向上および効率の向上と、暖房運転における最大能力の向上および効率の向上とを図ることができる。

第７実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、室外熱交換器２２、制御弁３１、および冷媒容器２４を双方向通路２６に配置している。これに代えて、多様な通路構成を採用することができる。

図２７は、この実施形態における空調装置１の冷房運転（ＣＯＯＬ）を示す。冷媒サイクル２０は、圧縮機２１、室外熱交換器２２、切換弁２３、および冷媒容器２４を有する。冷媒サイクル２０は、制御弁３１、３２、３３を有する。さらに、冷媒サイクル２０は、双方向通路７２６と、開閉弁として機能する制御弁７３４ａ、７３４ｂを有する。室外熱交換器２２は、先行する実施形態と同じである。

双方向通路７２６は、一方の端部で第１切換口２３ｃと連通している。双方向通路７２６は、他方の端部で第２切換口２３ｄと連通している。室外熱交換器２２、制御弁３１、および冷媒容器２４を含む直列要素群は、双方向通路７２６の中に設けられている。室外熱交換器２２、制御弁３１、および冷媒容器２４は、この順序で双方向通路７２６の中に配置されている。第１室内熱交換器１５は、双方向通路７２６の中に配置されている。上記直列要素群と第１室内熱交換器１５とは、双方向通路７２６の中に、直列に配置されている。第１室内熱交換器１５は、上記直列要素群の中には配置されない。双方向通路７２６は、第１室内熱交換器１５を経由する第１通路を提供する。さらに、双方向通路７２６は、第１室内熱交換器１５を経由しない第２通路を提供する。直列要素群は、第１通路と、第２通路との両方に含まれている。

制御弁７３４ａは、双方向通路７２６の中に直列に設けられている。制御弁７３４ａは、第１通路の中にのみ配置されている。制御弁７３４ａは、第１室内熱交換器１５と直列である。制御弁７３４ｂは、双方向通路７２６の中に並列のバイパス通路を形成するように設けられている。制御弁７３４ｂは、第１室内熱交換器１５を経由しないバイパス通路を形成する。制御弁７３４ａが開弁状態（ＯＰＮ）に制御され、制御弁７３４ｂが閉弁状態（ＣＬＳ）に制御されるとき、冷媒は第１室内熱交換器１５に流れる。制御弁７３４ａが閉弁状態（ＣＬＳ）に制御され、制御弁７３４ｂが開弁状態（ＯＰＮ）に制御されるとき、冷媒は第１室内熱交換器１５に流れない。

切換弁２３は、第１位置と第２位置とに切換可能である。切換弁２３は、図示される第２位置にあるとき、室外熱交換器２２から、制御弁３１を経由して、冷媒容器２４へ冷媒を流す。切換弁２３は、第１位置にあるとき、冷媒容器２４から、制御弁３１を経由して、室外熱交換器２２へ冷媒を流す。

図２７において、冷房運転は、先行する実施形態と同様である。エアミックスドア１７は、第２室内熱交換器１６における空気の加熱を阻止している。制御弁３３は、減圧器として利用される。例えば、制御弁３２は、開弁状態に制御される。制御弁３３は、第１室内熱交換器１５と圧縮機２１との間の冷媒の過熱度を制御するように制御開度に制御される。室外熱交換器２２は、図示される流れ方向において、凝縮器として利用される。制御弁３１は、開弁状態に制御される。冷媒容器２４は、高圧冷媒を受け入れるレシーバとして機能する。

図２８において、暖房運転は、先行する実施形態と同様である。エアミックスドア１７は、第２室内熱交換器１６における空気の加熱を許容している。制御弁３３には、冷媒が流れない。第２室内熱交換器１６は、凝縮器として機能し、空気を加熱する。制御弁３２は、開弁状態に制御される。冷媒容器２４は、高圧冷媒を受け入れるレシーバとして機能する。制御弁３１は、減圧器として利用される。例えば、制御弁３１は、室外熱交換器２２と圧縮機２１との間の冷媒の過熱度を制御するように制御開度に制御される。室外熱交換器２２は、図示される流れ方向において蒸発器として利用される。冷房運転と、暖房運転とおいて、室外熱交換器２２における冷媒の流れ方向は反転されている。

図２９において、この実施形態でも除湿暖房運転が実行される。この実施形態では、室外熱交換器２２が凝縮器として利用される第２除湿暖房運転（ＤＥＨＵＭＩＤ−Ｂ）が提供される。エアミックスドア１７は、第２室内熱交換器１６における空気の加熱を許容している。制御弁３３は、減圧器として利用される。例えば、制御弁３３は、第１室内熱交換器１５と圧縮機２１との間の冷媒の過熱度を制御するように制御開度に制御される。制御弁３２は、開弁状態に制御される。室外熱交換器２２は、冷房運転と同様に、凝縮器として利用される。制御弁３１は、開弁状態に制御される。冷媒容器２４は、高圧冷媒を受け入れるレシーバとして機能する。この実施形態では、室外熱交換器２２を蒸発器として利用する第１除湿暖房運転は提供されない。制御弁３２を減圧器として機能させると、冷媒容器２４がレシーバとして機能しないからである。

この実施形態でも、室外熱交換器が凝縮器として利用される場合と、室外熱交換器が蒸発器として利用される場合とで、冷媒の流れ方向を切換えることができる。

他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

上記実施形態では、冷房運転と、暖房運転との切換は、切換機構３５、すなわち切換弁２３、および制御弁３１、３２、３３、３４、７３４ａ、７３４ｂによって提供されている。これに代えて、冷房運転と、暖房運転とに切換可能な冷媒サイクル２０は、他の切換機構３５を備えていても実現可能である。例えば、切換機構３５は、切換弁２３に代えて複数の２方弁、または３方弁を備えていてもよい。このように、切換弁２３、または切換機構３５は、多様な構成を採用可能である。特許文献１および特許文献２に記載の内容は、この明細書における技術内容の開示として、参照により導入される。

上記実施形態では、室外熱交換器２２は、冷媒の通路断面積が少なくとも２段階に変化する通路を提供する。これに代えて、室外熱交換器２２は、通路断面積が連続的に変化する通路を提供してもよい。また、室外熱交換器２２の全体の中で、通路断面積が相対的に傾向をもって変化していれば、室外熱交換器２２の一部において通路断面積が上記傾向から外れて変化していてもよい。

上記実施形態では、室外熱交換器２２のみが非利用側熱交換器として例示されている。これに代えて、複数の非利用側熱交換器を備えていてもよい。例えば、凝縮にのみ提供される室外熱交換器、および／または蒸発にのみ提供される室外熱交換器を、室外熱交換器２２に加えて、備えていてもよい。

１ 空調装置、 １０ 空調ユニット、 １１ ケース、
１２ 内外気ユニット、 １３ ファン、 １４ モータ、
１５ 第１室内熱交換器、 １６ 第２室内熱交換器、 １７ エアミックスドア、
２０ 冷媒サイクル、 ２１ 圧縮機、 ２２ 室外熱交換器、
２３ 切換弁、 ２４ 冷媒容器、 ２５ バイパス通路、 ２６ 双方向通路、
３１、３２、３３、３４ 制御弁、
３５ 切換機構、 ３６ 温度センサ、 ３７ 湿度センサ、 ３９ 制御装置。

Claims (12)

1. 少なくともひとつの利用側熱交換器（１５、１６、２１６）と、少なくともひとつの非利用側熱交換器（２２）とを備えるヒートポンプサイクル装置において、
   前記非利用側熱交換器と直列に配置され、冷媒を受け入れ、前記冷媒の液成分を流出させる冷媒容器（２４）と、
   前記非利用側熱交換器と前記冷媒容器との間に配置されている制御弁であって、前記冷媒容器から前記非利用側熱交換器へ冷媒が流れるとき前記非利用側熱交換器を蒸発器として機能させ、前記非利用側熱交換器から前記冷媒容器へ冷媒が流れるとき前記非利用側熱交換器を凝縮器として機能させる制御弁（３１）と、
   前記非利用側熱交換器と前記冷媒容器とを通る冷媒の流れ方向を切換える切換機構（３５）とを備えるヒートポンプサイクル装置。
2. 前記冷媒容器は、冷媒が凝縮しうる高圧領域における高圧冷媒を受け入れ、レシーバとして機能する請求項１に記載のヒートポンプサイクル装置。
3. 前記利用側熱交換器は、高圧領域での冷媒の凝縮により加熱機能を提供し、低圧領域での冷媒の蒸発により冷却機能を提供しており、
   前記制御弁は、前記冷媒容器を前記高圧領域に位置付け、前記高圧領域の冷媒を受け入れるレシーバとして機能させる開度を提供する請求項１または請求項２に記載のヒートポンプサイクル装置。
4. 前記切換機構は、
   前記利用側熱交換器が冷却機能を提供するとき、前記非利用側熱交換器から、前記制御弁を通り、前記冷媒容器へ冷媒を流し、
   前記利用側熱交換器が加熱機能を提供するとき、前記冷媒容器から、前記制御弁を通り、前記非利用側熱交換器へ冷媒を流す請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートポンプサイクル装置。
5. 前記制御弁を第１制御弁（３１）として、
   前記利用側熱交換器は、冷却用熱交換器（１５）と、加熱用熱交換器（１６）とを有し、
   前記加熱用熱交換器の下流に第２制御弁（３２）を有し、
   前記冷却用熱交換器の上流に第３制御弁（３３）を有し、
   前記第２制御弁と前記第３制御弁との間に、前記切換機構、前記冷媒容器、前記第１制御弁、および前記非利用側熱交換器を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載のヒートポンプサイクル装置。
6. 前記第２制御弁により高圧領域の中で減圧した冷媒を前記冷媒容器に受け入れ、さらに前記第３制御弁により低圧に減圧して前記利用側熱交換器に供給する請求項５に記載のヒートポンプサイクル装置。
7. 前記切換機構は、前記利用側熱交換器が除湿機能を提供するとき、
   第１除湿暖房運転では、前記冷媒容器から、前記制御弁を通り、前記非利用側熱交換器へ冷媒を流し、
   第２除湿暖房運転では、前記非利用側熱交換器から、前記制御弁を通り、前記冷媒容器へ冷媒を流す請求項１から請求項６のいずれかに記載のヒートポンプサイクル装置。
8. 前記非利用側熱交換器は、冷媒が一方向に流されるときに冷媒の流れに沿って冷媒の通路断面積が相対的に小さくなり、冷媒が他方向に流されるときに冷媒の流れに沿って冷媒の通路断面積が相対的に大きくなるように構成されており、
   前記切換機構は、前記非利用側熱交換器が凝縮器として利用されるときに前記一方向に冷媒を流し、前記非利用側熱交換器が蒸発器として利用されるときに前記他方向に冷媒を流す請求項１から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプサイクル装置。
9. 前記利用側熱交換器は、冷却または加熱の対象と熱的に結合している前記利用側熱交換器（２１６）を備える媒体サイクル（２４１）と、冷媒と前記媒体サイクルの媒体とを熱交換する冷媒−媒体熱交換器（２４３）とを備える請求項１から請求項８のいずれかに記載のヒートポンプサイクル装置。
10. さらに、発熱する機器（５４６）を冷却する冷却サイクル（５４５）と、冷媒と前記冷却サイクルの媒体とを熱交換する冷媒−媒体熱交換器（５４８）とを備える請求項１から請求項９のいずれかに記載のヒートポンプサイクル装置。
11. さらに、冷媒を圧縮する圧縮機であって、ガスインジェクションのためのポート（６５３）を有する圧縮機（２１）と、
    前記冷媒容器に設けられたガス成分出口と前記ポートとを連通するガスインジェクション通路（６５１）とを備え、
    冷却運転および加熱運転の両方において、前記冷媒容器に溜ったガス成分を前記ガスインジェクション通路を通して前記ポートからガスインジェクションする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のヒートポンプサイクル装置。
12. 前記切換機構は、入口（２３ａ）、出口（２３ｂ）、第１切換口（２３ｃ）および第２切換口（２３ｄ）を有する四方弁を有し、
    さらに、前記第１切換口と前記第２切換口との間に連通しており、かつ前記冷媒容器、前記制御弁、および前記非利用側熱交換器が直列に配置されており、前記切換機構により冷媒の流れ方向が切換えられる双方向通路（２６、７２６）を備える請求項１から請求項１１のいずれかに記載のヒートポンプサイクル装置。

Images