JP2021031026A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除湿運転時に車室外熱交換器が受ける熱負荷が変化しても、安定した除湿運転を確保できる車両用空調装置を提供する。【解決手段】圧縮機１１と、空調ユニット内に配置されてダンパ１０により通風量が調節される第１の熱交換器２と、これより空気流れ方向の上流側に配置される第２の熱交換器３と、車室外に配置される車室外熱交換器４と、を有する車両用空調装置において、暖房運転モードと、第１の熱交換器２にて放熱した冷媒を分岐させ、一方で減圧した後に第２の熱交換器３にて吸熱させ、他方で減圧した後に車室外熱交換器４にて吸熱させる並行運転と、第１の熱交換器２にて放熱した冷媒を分岐させずに減圧して第２の熱交換器３のみにて吸熱させる迂回運転のいずれか一方または両方を有する除湿暖房運転モードと、冷房運転モードと、のいずれかの運転モードを冷凍サイクル１００が受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り換え可能とする。【選択図】 図１

Description

この発明は、除湿運転の機能を有する車両用空調装置に関し、特に、熱負荷の変動に拘わらず安定した除湿運転を確保することが可能な車両用空調装置に関する。

従来、車両の室内をヒートポンプ式の冷凍サイクルで冷房および暖房をするだけでなく、除湿運転を可能とした車両用空調装置が知られている。
例えば、特許文献１（特開２０１４−０９４６７１）には、圧縮機と、空調ユニット内に配置されてダンパ（エアミックスダンパ２８）により通風量が調整される第１の熱交換器（放熱器４）と、第１の膨張装置（室外膨張弁６）と、外気と熱交換が可能な車室外熱交換器（室外熱交換器７）と、第２の膨張装置（室内膨張弁８）と、空調ユニット内に配置されて第１の熱交換器（放熱器４）よりも空調ユニット内の空気流れ方向上流側に配置された第２の熱交換器（吸熱器９）と、を少なくともこの順でループ状に接続した冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルに、第１の熱交換器（放熱器４）と第１の膨張装置（室外膨張弁６）との間の冷媒流路と、車室外熱交換器（室外熱交換器７）と第２の膨張装置（室内膨張弁８）との間の冷媒流路とを、第１の冷媒制御部（電磁弁２２）を備えた第１のバイパス流路（冷媒配管１３Ｆ）を介して接続し、また、車室外熱交換器（室外熱交換器７）と第２の膨張装置（室内膨張弁８）との間の冷媒流路のうち、第１のバイパス流路（冷媒配管１３F）との合流部位より上流側の冷媒流路と第２の熱交換器（吸熱器９）と圧縮機との間の冷媒流路とを、第２の冷媒制御部（電磁弁２１）を備えた第２のバイパス流路（冷媒配管１３Ｄ）を介して接続したヒートポンプサイクルが開示されている。

そして、除湿運転においては、圧縮機から吐出した冷媒を、第１の熱交換器（放熱器４）にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させて、一方で減圧した後に第２の熱交換器を通して吸熱させると共に、他方で減圧した後に車室外熱交換器にて吸熱させる並行運転（第１の除湿暖房運転モード）と、圧縮機から吐出した冷媒を、第１の熱交換器にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させず、減圧した後に第２の熱交換器のみにて吸熱させる迂回運転（第２の除湿暖房運転モード）のいずれかを行う除湿暖房運転モードと、
圧縮機から吐出した冷媒を、第１の熱交換器にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させずに車室外熱交換器で更に放熱させ、しかる後に、減圧して第２の熱交換器にて吸熱させる直列流式運転（除湿冷房運転モード）と、を備える点が開示されている。

特開２０１４−０９４６７１号公報

しかしながら、除湿運転において、冷媒を第１の熱交換器及び車室外熱交換器を順次流通させて放熱させ、減圧した後に第２の熱交換器にて吸熱させる直列流式運転を行う場合においては、第１の熱交換器に加えて車室外熱交換器をも放熱器として利用するため、車速や外気温度が変化すると、車室外熱交換器に供給される空気の送風量や温度が変化し、一定の放熱量を確保することができなくなる。
すると、車両用空調装置は、一定の放熱量を確保しようとするため、車室外熱交換器の上流側の第１の膨張装置により冷媒流量が調節され、空調ユニットから車室内に吹き出す空気の温度が変動する不都合が生じる。あるいは、車室内に吹き出す空気の温度変化を抑制するために、エアミックスドアが頻繁に変動する不都合が生じ、安定した除湿運転を確保することが困難となる。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、除湿運転時に車室外熱交換器が受ける熱負荷が変化しても、安定した除湿運転を確保することが可能な車両用空調装置を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る車両用空調装置は、冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルの運転モードを切り替え制御する制御手段と、を備え、
前記冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、空調ユニット内に配置されてダンパにより通風量が調節される第１の熱交換器と、前記空調ユニット内に配置されて前記第１の熱交換器よりも前記空調ユニット内の空気流れ方向の上流側に配置される第２の熱交換器と、車室外に配置されて外気と熱交換が可能な車室外熱交換器と、を少なくとも備えた車両用空調装置において、
前記制御手段は、
前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器にて放熱させ、この放熱した冷媒を、減圧した後に前記車室外熱交換器にて吸熱させると共に前記第２の熱交換器にて吸熱させない暖房運転モードと、
前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させて、一方で減圧した後に前記第２の熱交換器を通して吸熱させると共に、他方で減圧した後に前記車室外熱交換器にて吸熱させる並行運転と、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させず、減圧した後に前記第２の熱交換器のみにて吸熱させる迂回運転のいずれか一方または両方を有する除湿暖房運転モードと、
前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器にて放熱させず、前記車室外熱交換器にて放熱させ、この放熱した冷媒を、減圧した後に前記第２の熱交換器にて吸熱させる冷房運転モードと、
のいずれかの運転モードを前記冷凍サイクルが受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り換え可能としたことを特徴としている。

したがって、上述した構成によれば、第１の熱交換器は、放熱器として用いられ、第２の熱交換器は、吸熱器として用いられ、車室外熱交換器は、放熱器としても吸熱器としても用いられるものであるが、除湿運転において、第１の熱交換器と車室外熱交換器を放熱器として用いる運転モード、すなわち、圧縮機から吐出した冷媒を、第１の熱交換器及び車室外熱交換器に直列的に通流して放熱させ、しかる後に減圧して第２の熱交換器にて吸熱させる運転モード（直列流式の除湿冷房運転モード）を利用せずに、除湿運転を行うようにしたので、車室外熱交換器が受ける熱負荷が変化しても安定した除湿運転が可能となる。

ところで、直列流式の除湿冷房運転モードを利用しないようにすると、除湿暖房運転と冷房運転との間を補完する除湿冷房運転を積極的に行うことができなくなるが、除湿冷房運転を行うために、従来の直列流式の除湿冷房運転モードに代わる運転モードを更に設けるようにしてもよい。
すなわち、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器にて放熱させず、前記車室外熱交換器にて放熱させ、この放熱した冷媒を、減圧した後に前記第２の熱交換器にて吸熱させると共に、前記第２の熱交換器での吸熱能力を前記冷房運転モードよりも小さくする第１除湿冷房運転モードを更に加え、いずれかの運転モードを前記冷凍サイクルが受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り換え可能としてもよい。

このような第１除湿冷房運転モードを加えることで、従前の除湿冷房運転モードが担っていた熱負荷領域での除湿運転を、冷房運転モードの同様の運転状態を形成した上で、第２の熱交換器での吸熱能力（冷房能力）を冷房運転モードよりも小さくすることで充足させることが可能となり、安定した除湿冷房運転を確保することが可能となる。
ここで、前記第２の熱交換器での吸熱能力を前記冷房運転モードよりも小さくする手段としては、
前記圧縮機の吐出量を前記冷房運転モードよりも少なくする制御、
前記車室外熱交換器への通風量を調節するファンの回転速度を前記冷房運転モードよりも遅くする制御、及び、
前記車室外熱交換器への通風量を調節するアクティブグリルシャッタの開度を前記冷房運転モードよりも小さくする制御、
の少なくともいずれか一つを実行するものであってもよい。

このような構成によれば、圧縮機の吐出量を少なくすることで、冷媒循環量を減らして第２の熱交換器での吸熱能力を低減させることが可能となり、また、車室外熱交換器への通風量を減少させることで（室外用熱交換器の通風量を調節するファンの速度を低下させたり、アクティブグリルシャッタの開度を小さくしたりすることで）、冷房能力を低減（第２の熱交換器での吸熱能力を低減）させることが可能となり、従来の除湿冷房運転モードが担っていた熱負荷領域での除湿運転が可能となる。

また、従来の直列流式の除湿冷房運転モードに代わる運転モードとして、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させて、一方で減圧した後に前記第２の熱交換器にて吸熱させると共に、他方で前記車室外熱交換器にて更に放熱させた後に減圧する第２除湿冷房運転モード（並列流式の除湿冷房運転モード）を更に加え、
いずれかの運転モードを前記冷凍サイクルが受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り換え可能としてもよい。
このような並列流式の除湿冷房運転モードを追加することで、車室外熱交換器に供給される空気の量や温度は随時変更されるとしても、第１の熱交換器を通流した冷媒の一部は車室外熱交換器をバイパスして第２の熱交換器へ供給されるので、車室外熱交換器での放熱能力が変更されても、直ちには空調ユニット内の熱交換器には影響が及ばないか、影響が及んでも小さくすることが可能となる。このため、安定した除湿運転を確保することが可能となる。

ここで、上述した並列流式の除湿冷房運転モードを得るための車両用空調装置としては、
冷凍サイクル（１００）が、
冷媒流路を絞ること、閉じること及び全開にすることが可能な第１の膨張装置と、冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な第２の膨張装置とを有し、
前記圧縮機、前記第１の熱交換器、前記第１の膨張装置、前記車室外熱交換器、前記第２の膨張装置、及び前記第２の熱交換器を少なくともこの順でループ状に接続し、
前記第１の熱交換器と前記第１の膨張装置との間の冷媒流路と前記車室外熱交換器と前記第２の膨張装置との間の冷媒流路とを、第１の冷媒制御部を備えた第１のバイパス流路を介して接続し、
前記車室外熱交換器と前記第２の膨張装置との間の冷媒流路のうち、前記第１のバイパス流路との合流部位より上流側に前記合流部位から上流側への冷媒の流れを阻止する逆流防止部を設けると共に、前記車室外熱交換器と前記第２の冷媒制御部との間の冷媒流路と前記第２の熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒流路とを、第２の冷媒制御部を備えた第２のバイパス流路を介して接続し、
前記車室外熱交換器と前記逆流防止部との間の冷媒流路のうち、前記第２のバイパス流路との分岐部位より上流側に、冷媒流路を絞ること及び全開にすることが可能な第３の膨張装置を設けたものであるとよい。

このような車両用空調装置によれば、室外熱交換器の下流直後に冷媒流路を絞ること及び全開にすることが可能な膨張装置を追加することで並列流式の第２除湿冷房運転モードを形成可能として、車室外熱交換器を放熱器として用いて放熱能力を確保しつつ、車室外熱交換器が受ける熱負荷の変動の影響が空調ユニット内の熱交換器へ及ぶ不都合を低減することが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、除湿運転モードを行う場合に、直列流式の除湿冷房運転モードを行わないように、冷凍サイクルの運転モードを切り替え制御し、又は、直列流式の除湿冷房運転モードに代わる除湿運転モード（第１の除湿冷房運転モード、又は、第２の除湿冷房運転モード）を設けて、冷凍サイクルの運転モードを切り替え制御するので、除湿運転時に外気温度や車室外熱交換器への通風量が変化しても、安定した除湿運転が得られる車両用空調装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明に係る車両用空調装置の例を表し、図１（ａ）はその全体構成図であり、図１（ｂ）は、膨張装置、開閉弁及びダンパの状態を運転モード毎に示した表である。 図２は、図１で示す車両用空調装置での冷房運転モード時における冷媒の流れを説明する図である。 図３は、図１で示す車両用空調装置での暖房運転モード時における冷媒の流れを説明する図である。 図４は、図１で示す車両用空調装置での除湿暖房運転モード時における冷媒の流れを説明する図であり、第１及び第２のバイパス流路を利用して冷媒を並行に流す除湿暖房運転モード（Parallel）時の冷媒の流れを示す図である。 図５は、図１で示す車両用空調装置での除湿暖房運転モード時における冷媒の流れを説明する図であり、第１のバイパス流路を利用して冷媒を車室外熱交換器を迂回して流す除湿暖房運転モード（By-pass）時の冷媒の流れを示す図である。 図６は、図２乃至５の運転モードを冷凍サイクルが受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り替え制御する例を示す特性図である。 図７は、図１で示す車両用空調装置での直列流式の除湿冷房運転モードに代わる運転モード（第１の除湿冷房運転モード）時の冷媒の流れを示す図である。 図８は、図２乃至５及び図７の運転モードを冷凍サイクルが受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り替え制御する例を示す特性図である。 図９は、本発明に係る車両用空調装置の他の例を表し、図９（ａ）はその全体構成図であり、図９（ｂ）は、膨張装置、開閉弁及びダンパの状態を運転モード毎に示した表である。 図１０は、図９に示す車両用空調装置での冷房運転モード時における冷媒の流れを説明する図である。 図１１は、図９に示す車両用空調装置での暖房運転モード時における冷媒の流れを説明する図である。 図１２は、図９に示す車両用空調装置での除湿暖房運転モード時における冷媒の流れを説明する図であり、第１及び第２のバイパス流路を利用して冷媒を並行に流す除湿暖房運転モード（Parallel）時の冷媒の流れを示す図である。 図１３は、図９で示す車両用空調装置での除湿暖房運転モード時における冷媒の流れを説明する図であり、第１のバイパス流路を利用して冷媒を車室外熱交換器を迂回して流す除湿暖房運転モード（By-pass）時の冷媒の流れを示す図である。 図１４は、図９で示す車両用空調装置での直列流式の除湿冷房運転モードに代わる運転モード（第２の除湿冷房運転モード）時の冷媒の流れを示す図である。 図１５は、図１０乃至１４の運転モードを冷凍サイクルが受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り替え制御する例を示す特性図である。

以下、本発明に係る車両用空調装置の実施例を図面により説明する。

図１において、この発明に係る車両用空調装置が示され、車両用空調装置は、例えば自動車に搭載されるもので、空調ユニット１内に配置された第１及び第２の熱交換器２，３と、空調ユニット１外に配置され、外気と熱交換可能な車室外熱交換器４とを備えている。

空調ユニット１の最上流側には内外気切換装置６が設けられ、内気入口６ａと外気入口６ｂとがインテークドア７によって選択的に開口されるようになっている。この空調ユニット１に選択的に導入される内気または外気は、送風機８の回転により吸引され、第１及び第２の熱交換器２，３に送られ、ここで熱交換されて所望の吹き出し口９ａ〜９ｃから車室内に供給されるようになっている。

第１の熱交換器２は、第２の熱交換器３よりも空調ユニット１内の空気流れ方向下流側に配置されており、この第１の熱交換器２の空気流れ方向上流側には、ダンパ１０が設けられている。ダンパ１０は、第１の熱交換器２の通過風量が最大となる位置（暖房位置：開度１００％）から最小となる位置（冷房位置：開度０％）まで可変できるようになっており、開度を調整することにより、第１の熱交換器２を通過する空気とバイパスする空気との割合を調整できるようになっている。
なお、ダンパ１０は、エアミックスドアとも呼ばれる。また、この例では、空調ユニット１内の第１の熱交換器２の下流側に電気発熱式の加熱装置（ＰＴＣ）５が配置されている。

第１の熱交換器２の冷媒流入側２ａは、圧縮機１１の吐出側αに接続され、第１の熱交換器２の冷媒流出側２ｂは、第１の膨張装置（Ｅ−１）１２の流入側１２ａに接続されている。また、第２の熱交換器３の冷媒流出側３ｂは、アキュムレータ２３を介して圧縮機１１の吸入側βに接続されている。なお、第１の熱交換器２は、室内放熱器とか、インナーコンデンサとも呼ばれる。

前記第１の膨張装置１２の流出側１２ｂは、車室外熱交換器４の冷媒流入側４ａに接続され、この車室外熱交換器４の冷媒流出側４ｂは、逆止弁１３及び第２の膨張装置（Ｅ−２）１４を介して第２の熱交換器３の冷媒流入側３ａに接続されている。したがって、圧縮機１１、第１の熱交換器２、第１の膨張装置１２、車室外熱交換器４、逆止弁１３、第２の膨張装置１４、第２の熱交換器３、アキュムレータ２３、圧縮機１１の順でループ状に接続された冷凍サイクルが形成されている。

また、第１の熱交換器２の冷媒流出側２ｂと第１の膨張装置１２の流入側１２ａとの間の冷媒流路と、逆止弁１３の流出側１３ｂと第２の膨張装置１４の流入側１４ａとの間の冷媒流路とは、第１の開閉弁（Ｖ−１：第１の冷媒制御部に相当）１５を有する第１のバイパス流路１６によって接続されている。
さらに、車室外熱交換器４の冷媒流出側４ｂと逆止弁１３の流入側１３ａとの間の冷媒流路と第２の熱交換器３の冷媒流出側３ｂとアキュムレータ２３の流入側２３ａとの間の冷媒流路とは、第２の開閉弁（Ｖ−２：第２の冷媒制御部に相当）１７にて開閉される第２のバイパス流路１８によって接続されている。

ここで、上述の構成例において、第１の膨張装置１２は、外部からの制御信号によって冷媒流路を絞ること、閉じること及び全開にすることが可能な電磁膨張弁が用いられている。また、第２の膨張装置１４は、外部からの制御信号によって冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な電磁制御弁が用いられている。また、前記逆止弁１３は、流路を開閉する第３の開閉弁（Ｖ−３）１９に置き換えてもよい。これら、逆止弁１３、第３の開閉弁（Ｖ−３）１９は、逆流防止部に相当する。

なお、符号２０は、車室外熱交換器４の通風路に対峙して設けられ、車室外熱交換器４への通風量を調節する車室外熱交換器用ファンであり、符号２１は、車室外熱交換器４の前面に配置されて車室外熱交換器４への通風量を調節するアクティブグリルシャッタである。

上記第１及び第２の膨張装置１２，１４、開閉弁１５，１７，１９の開閉、ダンパ１０の開度、圧縮機１１の吐出量、車室外熱交換器用ファン２０の回転速度、アクティブグリルシャッタ２１の開度は、コントロールユニット５０からの制御信号で制御されるようになっている。
このコントロールユニット５０は、Ａ／Ｄ変換器やマルチプレクサ等を含む入力回路、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を含む演算処理回路、駆動回路等を含む出力回路を備えたそれ自体公知のもので、車室外空気の温度（外気温）を検出する外気温度センサ５１からの外気温信号や車室内温度を検出する内気温度センサ５２からの内気温信号、日射量を検出する日射センサ５３からの日射量信号、運転モードを設定する各種信号等が入力され、これらの信号を予め定められた所定のプログラムに沿って処理するようになっている。

特に、冷凍サイクル１００の運転モードの切り替えにおいては、冷凍サイクルが受けている熱負荷の状況（車室外空気の温度、車室内空気の温度、日射量等が加味される総合信号(Tm）)と乗員により設定された希望室内温度が加味される目標吹出温度（Tset）との差(Tm-Tset)の大きさに応じて切り替えられる。
この差が第１の所定値より小さい場合には暖房運転モードに切り替えられ、第１の所定値より大きく設定された第２の所定値より大きい場合には冷房運転モードに切り替えられ、第１の所定値と第２の所定値との間にある場合には、除湿運転モードに切り替えられるようになっている。

この例では、除湿運転モードは、暖房運転モードと冷房運転モードとの間を大きく２つに分け、冷凍サイクルが受けている熱負荷が比較的低い中低熱負荷時であれば、吸熱能力を高めるために、車室外熱交換器４と第２の熱交換器３とをそれぞれ吸熱器として用いる２系統の流れを形成する（第１の熱交換器２からの冷媒を車室外熱交換器４と第２の熱交換器３に並列的に流す平行運転を行う）除湿暖房運転モード（以下、除湿暖房運転モード（Parallel）という）に設定される。また、冷凍サイクルが受けている熱負荷が比較的高い中高熱負荷時であれば、室外熱交器４を利用せずに、第１の熱交換器２のみを放熱器として用い、また、第２の熱交換器３のみを吸熱器として用いる（第１の熱交換器２からの冷媒を車室外熱交換器４を迂回させて流す迂回運転を行う）除湿暖房運転モード（以下、除湿暖房運転モード（By-Pass）という）に設定される。

ここで、冷凍サイクルが受けている熱負荷が比較的高い熱負荷時において用いることが有用な直列流式の除湿運転モード（放熱能力を高めるために、第１の熱交換器２と車室外熱交換器４とを放熱器として用いて２段階に熱を放熱するために、第１の熱交換器２と車室外熱交換器４とに直列的に冷媒を流す除湿暖房運転モード（Series））は用いられず、除湿運転としては、前記除湿暖房運転モード（Parallel）と前記除湿暖房運転モード（By-Pass）のみを用いて対応する。

以上の各運転モードを得るために、コントロールユニット５０による膨張装置（第１の膨張装置（Ｅ−１）１２，第２の膨張装置（Ｅ−２）１４）、開閉弁（第１の開閉弁１５，第２の開閉弁１７，第３の開閉弁１９）、及びダンパ１０の具体的制御動作例を以下において説明する。
各運転モードでは、コントロールユニット５０からの指示により送風機８が回転し、内外気切換装置６を通過した空気が第２の熱交換器３に送られ、続いて第１の熱交換器２に向けて流れる。

先ず、運転モードが冷房運転モードに設定される場合には、コントロールユニット５０は、図２にも示されるように、第１の膨張装置（Ｅ−１）１２を全開とし、第２の膨張装置（Ｅ−２）１４を絞る。また、第１及び第２の開閉弁１５，１７を閉じ、逆止弁１３を開閉弁１９で代用する場合には、その開閉弁１９を開き、またダンパ１０を冷房位置（開度０％の位置）に設定する。
すると、圧縮機１１の吐出側αから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２を通過する空気が無いことからここで放熱することなく通過し、さらに第１の膨張装置１２を介して車室外熱交換器４に入る。この際、第１の膨張装置１２は、全開であるため、ここで減圧膨張されることなく車室外熱交換器４に入り、ここで放熱（凝縮液化）された後に逆止弁１３（又は、第３の開閉弁１９）を介して第２の膨張装置１４に至り、この第２の膨張装置１４で減圧されて第２の熱交換器３に入り、ここで吸熱（蒸発気化）された後にアキュムレータ２３を介して圧縮機１１に戻される。
このため、空調ユニット１の上流側から送られてきた空気は、第２の熱交換器３で冷却され、第１の熱交換器２をバイパスしてそのまま冷風として車室内に供給される。

次に、運転モードが暖房運転モードに設定される場合には、図３にも示されるように、コントロールユニット５０は、第１の膨張装置１２を絞り、第２の膨張装置１４を閉じる。また、第１の開閉弁１５を閉じ、第２の開閉弁１７を開き、逆止弁１３を開閉弁１９で代用する場合には、その開閉弁１９を閉じ、またダンパ１０を暖房位置（開度１００％の位置）に設定する。

すると、圧縮機１１の吐出側αから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２で放熱（凝縮液化）し、第１の膨張装置１２で減圧されて車室外熱交換器４に至り、ここで吸熱（蒸発気化）された後に第２の開閉弁１７を通って、アキュムレータ２３を介して圧縮機１１に戻される。
このため、空調ユニット１の上流側から送られてきた空気は、第２の熱交換器３を通過するものの熱交換されず、第１の熱交換器２に全て導かれて加熱され、温風として車室内に供給される。

運転モードが除湿暖房運転モード（parallel）に設定される場合には、図４に示されるように、コントロールユニット５０は、第１及び第２の膨張装置１２，１４を絞り、第１及び第２の開閉弁１５，１７を開き、逆止弁１３を開閉弁１９で代用する場合には、その開閉弁１９を閉じ、またダンパ１０の開度を任意の中間位置に設定する。

すると、圧縮機１１の吐出側αから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２で放熱（凝縮液化）され、その後分岐されて、一方は、第１のバイパス流路１６を通って第２の膨張装置１４へ至り、ここで減圧されて第２の熱交換器３で吸熱（蒸発気化）された後にアキュムレータ２３を介して圧縮機１１に戻される。また、それと同時に、他方は、第１の膨張装置１２で減圧されて車室外熱交換器４に至り、ここで吸熱（蒸発気化）された後に第２の開閉弁１７を通って、アキュムレータ２３を介して圧縮機１１に戻される。このため、空調ユニット１の上流側から送られてきた空気は、第２の熱交換器３によって除湿され、第１の熱交換器２を通過する際に加熱されて、乾燥した温風として車室内に供給される。

次に、運転モードが除湿暖房運転モード（By‐Pass）に設定される場合には、図５に示されるように、コントロールユニット５０は、第１の膨張装置１２を閉とし、第２の膨張装置１４を絞り、第１の開閉弁１５を開き、第２の開閉弁１７を閉じ、逆止弁１３を開閉弁１９で代用する場合には、その開閉弁１９を閉じ、ダンパ１０の開度を任意の中間位置に設定する。

すると、圧縮機１１の吐出側αから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２で放熱（凝縮液化）され、車室外熱交換器４を迂回して第１のバイパス流路１６を流れた後に、第２の膨張装置１４に至り、この第２の膨張装置１４で減圧されて、第２の熱交換器３に供給される。そして、この第２の熱交換器３で吸熱された後にアキュムレータ２３を介して圧縮機１１に戻される。
このため、空調ユニット１の上流側から送られてきた空気は、第２の熱交換器３によって除湿され、第１の熱交換器２を通過する際に加熱されて、乾燥した温風として車室内に供給される。
この除湿暖房運転モード（By‐Pass）での除湿能力は、除湿暖房運転モード（parallel）よりも大きく、冷房運転モードよりも小さい能力である。

したがって、以上の車両用空調装置においては、図６に示されるように、除湿運転モードにおいて、第１の熱交換器２と車室外熱交換器４とを放熱器として用いて２段階に熱を放熱する除湿暖房運転モード（Series）を行わず、除湿暖房運転モード（parallel）と除湿暖房運転モード（By‐Pass）によって除湿運転をカバーするようにしたので、車室外熱交換器４が受ける熱負荷が変化する場合、例えば、車速や外気温度が変化して車室外熱交換器に供給される空気の送風量や温度が変化することに起因して車室外熱交換器で一定の放熱量を確保することができなくなるような場合でも、安定した除湿運転を確保することが可能となる。

なお、上述の例では、除湿運転モードとして、除湿暖房運転モード（Parallel）と、除湿暖房運転モード（By-Pass）とを、冷凍サイクルが受けている熱負荷の状況（車室外空気の温度、車室内空気の温度、日射量等が加味される総合信号(Tm）)と乗員により設定された希望室内温度(Tset)が加味される目標吹出温度（Tset）との差(Tm-Tset)の大きさに応じて切り替えるようにしたが、除湿運転モードとして、除湿暖房運転モード（Parallel）と除湿暖房運転モード（By-Pass）のいずれか一方のみを用いるようにしてもよい。

ところで、以上の構成においては、暖房運転が必要となる熱負荷領域と冷房運転が必要となる熱負荷領域との間を、並行運転（除湿暖房運転モード：Parallel）と迂回運転（除湿暖房運転モード：By-Pass）のいずれか一方または両方を有する除湿暖房運転モードでカバーしようとするものであったが、並行運転と迂回運転だけではカバーしきれない場合、具体的には、迂回運転でカバーする熱負荷領域と冷房運転でカバーする熱負荷領域との間にカバーしきれない熱負荷領域がある場合、或いは、迂回運転と冷房運転との間をより適切に除湿し、従前の直列流式の除湿運転モードが担っていた熱負荷領域での除湿運転を確保するために、以下に述べる除湿冷房運転モードを更に設けるようにしてもよい。

その一例として、前述した冷房運転モード、暖房運転モード、除湿暖房運転モード（Parallel）、除湿暖房運転モード（By-Pass）に加え、図７に示されるような除湿冷房運転モードを追加する。この除湿冷房運転モードでは、コントロールユニット５０は、冷房運転モードと同様、第１の膨張装置（Ｅ−１）１２を全開とし、第２の膨張装置（Ｅ−２）１４を絞る。また、第１及び第２の開閉弁１５，１７を閉じ、逆止弁１３を開閉弁１９で代用する場合には、その開閉弁１９を開き、ダンパ１０を冷房位置（開度０％の位置）に設定する。その上で、第２の熱交換器３での吸熱能力を前記冷房運転モードよりも小さく設定することで、迂回運転（除湿暖房運転モード：By-Pass）よりも除湿能力を高め、冷房運転よりも除湿能力を低く設定する。

第２の熱交換器３での吸熱能力を冷房運転モードよりも小さく設定する手段としては、いろいろ考えられるが、例えば、以下の少なくとも１つの制御を行うとよい。
１．圧縮機１１の吐出量を冷房運転モードよりも少なくして、冷凍サイクルの冷媒循環量を減らして第２の熱交換器３での吸熱能力を低減させる。
２．車室外熱交換器用ファン２０の回転速度を冷房運転モード時よりも低減し、車室外熱交換器４の通風量を減少させることで冷房能力を低減（第２の熱交換器３での吸熱能力を低減）させる。
３．アクティブグリルシャッタ２１の開度を小さくする（閉じる）ことで、車室外熱交換器４の通風量を低減させて冷房能力を低減（第２の熱交換器３での吸熱能力を低減）させる。

したがって、以上の車両用空調装置においては、図８に示されるように、冷房運転モードと除湿暖房運転モード（By-Pass）との間に、従来の直列流式の除湿冷房運転に代わる第１の除湿冷房運転（ダンパ１０を冷房位置（開度０％の位置）に設定した状態で、第２の熱交換器３での吸熱能力を冷房運転モードよりも低減させる運転）を追加するようにしたので、迂回運転でカバーする熱負荷領域と冷房運転でカバーする熱負荷領域との間にカバーしきれない熱負荷領域がある場合や、迂回運転と冷房運転との間をより適切に除湿運転したい場合に、従前の直列流式の除湿運転モードを利用せずに除湿冷房を行うことが可能となり、また、車室外熱交換器４が受ける熱負荷が変化した場合でも、車室内に吹き出す空気の温度が大きく変動したり、車室内に吹き出す空気の温度変化を抑制するためにダンパ１０が頻繁に変動したりする不都合がなくなり、安定した除湿運転を確保することが可能となる。

以上の構成は、圧縮機１１から吐出した冷媒を、第１の熱交換器２にて放熱させずに車室外熱交換器４にて放熱させ、この放熱した冷媒を、減圧した後に第２の熱交換器３にて吸熱させると共に、第２の熱交換器３での吸熱能力を冷房運転モードよりも小さくする除湿冷房運転モード（第１除湿冷房運転モード）を追加して、運転モードを冷凍サイクル１００が受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り換えるようにしたが、このような第１除湿冷房運転モードに代えて、圧縮機１１から吐出した冷媒を、第１の熱交換器２にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させて、一方で減圧した後に第２の熱交換器３にて吸熱させると共に、他方で車室外熱交換器４にて放熱させた後に減圧する除湿冷房運転モード（第２の除湿冷房運転モード）を加えるようにしてもよい。

このような第２の除湿冷房運転モードを実現するために、図９に示されるような冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）１００を用いるとよい。
この冷凍サイクルは、図１で示すサイクル構成に対して、車室外熱交換器４と逆止弁１３（又は、第３の開閉弁１９）との間の冷媒流路のうち、第２のバイパス流路１８との分岐部位（Ｂ）より上流側に、冷媒流路を絞ること及び全開にすることが可能な第３の膨張装置２２を設け、この第３の膨張装置２２を、冷房運転モード、暖房運転モード、除湿暖房運転モード（Parallel）で全開とし、除湿冷房運転モードで絞るようにしている。

したがって、このような構成においては、図１０で示す冷房運転モードでは、図２で示す冷房運転と同様の作用効果が得られ、図１１で示す暖房運転モードでは、図３で示す暖房運転モードと同様の作用効果が得られ、図１２で示す除湿暖房運転モード（Parallel）では、図４で示す除湿暖房運転モード（Parallel）と同様の作用効果が得られ、図１３で示す除湿暖房運転モード（By-Pass）では、図５で示す除湿暖房運転モード（By-Pass）と同様の作用効果が得られる。

これに対して、運転モードが除湿冷房運転モードに設定される場合には、図１４に示されるように、コントロールユニット５０は、第１の膨張装置１２を全閉とし、第２の膨張装置１４を絞り、第３の膨張装置２２を絞り、第１の開閉弁１５を開き、第２の開閉弁１７を開き、逆止弁１３を開閉弁１９で代用する場合には、その開閉弁１９を閉じ、ダンパ１０の開度を任意の中間位置に設定する。

すると、圧縮機１１の吐出側αから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２で放熱（凝縮液化）され、その後分岐されて、一方は、車室外熱交換器４を迂回して第１のバイパス流路１６を流れた後に、第２の膨張装置１４に至り、この第２の膨張装置１４で減圧されて、第２の熱交換器３に供給される。そして、この第２の熱交換器３で吸熱した後にアキュムレータ２３を介して圧縮機１１に戻される。
また、分岐された他方は、第１の膨張装置１２では減圧されずに車室外熱交換器４に入って放熱し、その後、第３の膨張装置２２で減圧された後にアキュムレータ２３を介して圧縮機１１に戻される。

したがって、上述した冷凍サイクル１００を用いることで、除湿冷房運転時には、圧縮機から吐出した冷媒の一部を車室外熱交換器４に流して放熱させるので、除湿暖房運転モード（By-Pass）よりも放熱量を多くすると共に冷房運転モードよりも放熱量を小さくすることが可能となり、これらの間を補完する除湿運転が可能となる。
また、除湿冷房運転時において、車室外熱交換器４に供給される空気の量や温度が随時変更されるとしても、第１の熱交換器２を通流した冷媒の一部は車室外熱交換器４をバイパスして第２の熱交換器３へ供給されるので、車室外熱交換器４での放熱能力が変更されても、直ちには空調ユニット内の熱交換器（第２の熱交換器３）には影響が及ばないか、影響が及んでも小さくすることが可能となる。このため、安定した除湿運転を確保することが可能となる。

なお、以上の形態において、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更してもよい。例えば、冷凍サイクルの運転モードを切り替える指標して、冷凍サイクル１００が受けている熱負荷と目標吹出温度との差を用いるようにしたが、冷凍サイクル１００が受けている熱負荷の代表として、外気温度を用いたり、第２の熱交換器３の冷却温度等を用いたりしてもよい。

１ 空調ユニット
２ 第１の熱交換器
３ 第２の熱交換器
４ 車室外熱交換器
１１ 圧縮機
１２ 第１の膨張装置
１３ 逆止弁
１４ 第２の膨張装置
１５ 第１の開閉弁（Ｖ−１）
１６ 第１のバイパス流路
１７ 第２の開閉弁（Ｖ−２）
１８ 第２のバイパス流路
１９ 第３の開閉弁（Ｖ−３）
２０ 車室外熱交換器用ファン
２１ アクティブグリルシャッタ
２２ 第３の膨張装置

Claims (5)

1. 冷凍サイクル(１００)と、前記冷凍サイクル（１００）の運転モードを切り替え制御する制御手段（５０）と、
   を備え、
   前記冷凍サイクル（１００）は、
   冷媒を圧縮する圧縮機（１１）と、
   空調ユニット（１）内に配置されてダンパ（１０）により通風量が調節される第１の熱交換器（２）と、
   前記空調ユニット（１）内に配置されて前記第１の熱交換器（２）よりも前記空調ユニット内の空気流れ方向の上流側に配置される第２の熱交換器（３）と、
   車室外に配置されて外気と熱交換が可能な車室外熱交換器（４）と、
   を少なくとも備えた車両用空調装置において、
   前記制御手段（５０）は、
   前記圧縮機（１１）から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器（２）にて放熱させ、この放熱した冷媒を、減圧した後に前記車室外熱交換器（４）にて吸熱させると共に前記第２の熱交換器（３）にて吸熱させない暖房運転モードと、
   前記圧縮機（１１）から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器（２）にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させて、一方で減圧した後に前記第２の熱交換器（３）を通して吸熱させると共に、他方で減圧した後に前記車室外熱交換器（４）にて吸熱させる並行運転と、前記圧縮機（１１）から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器（２）にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させず、減圧した後に前記第２の熱交換器（３）のみにて吸熱させる迂回運転のいずれか一方または両方を有する除湿暖房運転モードと、
   前記圧縮機（１１）から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器（２）にて放熱させず、前記車室外熱交換器（４）にて放熱させ、この放熱した冷媒を、減圧した後に前記第２の熱交換器（３）にて吸熱させる冷房運転モードと、
   のいずれかの運転モードを前記冷凍サイクル（１００）が受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り換え可能としたことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記圧縮機（１１）から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器（２）にて放熱させず、前記車室外熱交換器（４）にて放熱させ、この放熱した冷媒を、減圧した後に前記第２の熱交換器（３）にて吸熱させると共に、前記第２の熱交換器（３）での吸熱能力を前記冷房運転モードよりも小さくする第１除湿冷房運転モードを更に加え、
   いずれかの運転モードを前記冷凍サイクル（１００）が受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り換え可能としたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記第２の熱交換器（３）での吸熱能力を前記冷房運転モードよりも小さくする手段は、
   前記圧縮機（１１）の吐出量を前記冷房運転モードよりも少なくする制御、
   前記車室外熱交換器（４）への通風量を調節するファン（２０）の回転速度を前記冷房運転モードよりも遅くする制御、
   及び、車室外熱交換器（４）への通風量を調節するアクティブグリルシャッタ（２１）の開度を前記冷房運転モードよりも小さくする制御、
   の少なくともいずれか一つを実行するものであることを特徴とする請求項２記載の車両用空調装置。
4. 前記圧縮機（１１）から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器（２）にて放熱させ、この放熱した冷媒を分岐させて、一方で減圧した後に前記第２の熱交換器（３）にて吸熱させると共に、他方で前記車室外熱交換器（４）にて放熱させた後に減圧する第２除湿冷房運転モードを更に加え、
   いずれかの運転モードを前記冷凍サイクル（１００）が受けている熱負荷と目標吹出温度との差に応じて切り換え可能としたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
5. 前記冷凍サイクル（１００）は、
   冷媒流路を絞ること、閉じること及び全開にすることが可能な第１の膨張装置（１２）と、冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な第２の膨張装置（１４）とを有し、
   前記圧縮機（１１）、前記第１の熱交換器（２）、前記第１の膨張装置（１２）、前記車室外熱交換器（４）、前記第２の膨張装置（１４）、及び前記第２の熱交換器（３）を少なくともこの順でループ状に接続し、
   前記第１の熱交換器（２）と前記第１の膨張装置（１２）との間の冷媒流路と前記車室外熱交換器（４）と前記第２の膨張装置（１４）との間の冷媒流路とを、第１の冷媒制御部（１５）を備えた第１のバイパス流路（１６）を介して接続し、
   前記車室外熱交換器（４）と前記第２の膨張装置（１４）との間の冷媒流路のうち、前記第１のバイパス流路（１６）との合流部位（Ａ）より上流側に前記合流部位から上流側への冷媒の流れを阻止する逆流防止部（１３,１９）を設けると共に、前記車室外熱交換器（４）と前記逆流防止部（１３,１９）との間の冷媒流路と前記第２の熱交換器（３）と前記圧縮機（１１）との間の冷媒流路とを、第２の冷媒制御部（１７）を備えた第２のバイパス流路（１８）を介して接続し、
   前記車室外熱交換器（４）と前記逆流防止部（１３，１９）との間の冷媒流路のうち、前記第２のバイパス流路（１８）との分岐部位（Ｂ）より上流側に、冷媒流路を絞ること及び全開にすることが可能な第３の膨張装置（２２）を設けたものであることを特徴とする請求項４記載の車両用空調装置。

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