JP2936960B2 - 車両用ヒートポンプ式冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンプレッサーの駆動
により冷媒を車室外熱交換器や車室内熱交換器に循環さ
せる冷凍サイクルを備えた車両用ヒートポンプ式冷暖房
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】暖房運転時と冷房運転時とで四方弁によ
り冷媒の流れを逆転させ、暖房運転時には、車室外熱交
換器を吸熱器として使用するとともに車室内熱交換器を
放熱器として使用し、冷房運転時には、車室外熱交換器
を放熱器として使用するとともに車室内熱交換器を吸熱
器として使用するようにした車両用ヒートポンプ式冷暖
房装置が知られている（例えば、特開平２−２９０４７
５号公報参照）。

【０００３】図２２は、この種の車両用ヒートポンプ式
冷暖房装置の構成を示す。暖房運転時には、四方弁２が
実線示のように切り換えられ、冷媒がコンプレッサー１
→四方弁２→第１車室内熱交換器３→加熱用熱交換器４
→第２車室内熱交換器５→膨張弁６→車室外熱交換器７
→四方弁２→レシーバ８→コンプレッサー１の流路で循
環する。このとき、第１車室内熱交換器３において、コ
ンプレッサー１から吐出された高温の冷媒の熱がブロア
ファン９により導入された空気に放熱され、車室内暖房
用の温風が作られる。さらに加熱用熱交換器４におい
て、第１車室内熱交換器３における熱交換によって温度
が低下した冷媒がエンジン１０からの廃熱を利用して加
熱され、第２車室内熱交換器５へ送られる。第２車室内
熱交換器５では、加熱用熱交換器４で加熱された冷媒の
熱がブロアファン１１で導入された空気に放熱され、車
室内暖房用の温風が作られる。一方、車室外熱交換器７
では、第２車室内熱交換器５における熱交換によって温
度が低下した冷媒がファン１２により導入された外気の
熱を吸熱する。つまり、暖房運転時には車室外熱交換器
７を吸熱器として使用するとともに、車室内熱交換器
３，５を放熱器として使用して車室内暖房用の温風を作
っている。

【０００４】冷房運転時には、四方弁２が点線示のよう
に切り換えられ、冷媒がコンプレッサー１→車室外熱交
換器７→膨張弁６→第２車室内熱交換器５→第１車室内
熱交換器３→四方弁２→レシーバ８→コンプレッサー１
の流路で循環する。このとき、車室外熱交換器７ではコ
ンプレッサー１から吐出された高温の冷媒の熱が外気に
放熱され、第１および第２車室内熱交換器３，５では車
室外熱交換器７で放熱して温度が低下した冷媒がブロワ
ファン９，１１により導入された空気の熱を吸熱する。
つまり、冷房運転時には車室外熱交換器７を放熱器とし
て使用するとともに、車室内熱交換器３，５を吸熱器と
して使用して車室内冷房用の冷風を作っている。

【０００５】ところが、上述した車両用ヒートポンプ式
冷暖房装置では、暖房運転時に車室外熱交換器７を吸熱
器として使用しているので、外気温が低い時には車室外
熱交換器７における吸熱量が減少し、コンプレッサー１
の仕事量が一定であるとすると、車室外熱交換器７の吸
熱量が減少した分だけ車室内熱交換器３，５における放
熱量が減少し、暖房能力が低下して暖房ウォームアップ
に時間がかかるという問題がある。

【０００６】このような問題を解決するために、冷凍サ
イクルの低圧側にエンジンの廃熱を利用した加熱用熱交
換器を設け、暖房運転時に車室外熱交換器を用いず、加
熱用熱交換器により吸熱を行うようにした車両用ヒート
ポンプ式冷暖房装置が提案されている（例えば、特開平
１−２９６０５６号公報参照）。

【０００７】図２３は、この種の車両用ヒートポンプ式
冷暖房装置の構成を示す。なお、図２２に示す機器と同
様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に
説明する。暖房時には、四方弁２が実線示のように切り
換えられ、冷媒がコンプレッサー１→四方弁２→車室内
熱交換器３→逆止弁１３Ａ→第２レシーバ８Ｂ→逆止弁
１３Ｂ→第１レシーバ８Ａ→第１膨張弁６Ａ→加熱用熱
交換器４→コンプレッサー１の流路で循環する。このと
き、車室内熱交換器３において、コンプレッサー１から
吐出された高温の冷媒の熱がブロアファン９により導入
された空気に放熱され、車室内暖房用の温風が作られ
る。また、第１膨張弁６Ａの下流に設けられた加熱用熱
交換器４において、車室内熱交換器３における熱交換に
よって温度が低下した冷媒がエンジン１０からの廃熱を
利用して加熱され、コンプレッサー１へ送られる。つま
り、暖房運転時には車室外熱交換器７の代りに加熱用熱
交換器４を吸熱器として使用するとともに、車室内熱交
換器３を放熱器として使用して車室内暖房用の温風を作
っている。

【０００８】冷房運転時には、四方弁２が点線示のよう
に切り換えられ、冷媒がコンプレッサー１→車室外熱交
換器７→逆止弁１３Ｃ→第１レシーバ８Ａ→逆止弁１３
Ｄ→第２レシーバ８Ｂ→膨張弁６Ｂ→車室内熱交換器３
→四方弁２→コンプレッサー１の流路で循環する。この
とき、車室外熱交換器７ではコンプレッサー１から吐出
された高温の冷媒の熱が外気に放熱され、車室内熱交換
器３では車室外熱交換器７で放熱して温度が低下した冷
媒がブロワファン９により導入された空気の熱を吸熱す
る。つまり、冷房運転時には車室外熱交換器７を放熱器
として使用するとともに、車室内熱交換器３を吸熱器と
して使用して車室内冷房用の冷風を作っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た後者の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置では、エンジ
ンの始動直後は、エンジン自体の温度が低いために加熱
用熱交換器で冷媒の加熱が充分に行われず、充分な暖房
ができないという問題がある。

【００１０】また、上述した従来の車両用ヒートポンプ
式冷暖房装置は、基本的に冷凍サイクルを循環する冷媒
の流路を切り換えて暖房と冷房を行うシステムであるた
め、空調ダクトの上流に設けられた吸熱用車室内熱交換
器により空調風から吸熱を行い、空調ダクトの下流に設
けられたヒータコアにより空調風を加熱する従来の車両
用空調装置のように、除湿暖房ができないという問題が
ある。

【００１１】本発明の目的は、エンジンの始動直後でも
充分な暖房能力を備え、さらに除湿暖房が可能な車両用
ヒートポンプ式冷暖房装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】クレーム対応図である図
１に対応づけて本発明を説明すると、請求項１の発明
は、冷媒に仕事量を加えるコンプレッサ４０１と、この
コンプレッサ４０１の冷媒吐出側に接続され、冷媒の熱
を外気に放熱する車室外熱交換器４０２と、コンプレッ
サ４０１の冷媒吐出側に接続され、送風手段４０３によ
り送風された空気に冷媒の熱を放熱して温風を作る放熱
用車室内熱交換器４０４と、この放熱用車室内熱交換器
４０４の冷媒流出側に接続された膨張手段４０５と、こ
の膨張手段４０５の冷媒流出側とコンプレッサ４０１の
冷媒吸入側とに接続され、送風手段４０３により送風さ
れた空気の熱を車室外熱交換器４０２および放熱用車室
内熱交換器４０４の少なくとも一方から膨張手段４０５
を通して供給された冷媒に吸熱して冷風を作る吸熱用車
室内熱交換器４０６と、コンプレッサ４０１の冷媒吐出
側と車室外熱交換器４０２および放熱用車室内熱交換器
４０４の冷媒流入側との間に設けられ、コンプレッサ４
０１から吐出される冷媒を、冷房運転時には車室外熱交
換器４０２へ導き、暖房運転時には車室外熱交換器４０
２を迂回させて放熱用車室内熱交換器４０４へ導く冷媒
流路切換え手段４０７とを有する冷凍サイクル４００を
備えた車両用ヒートポンプ式冷暖房装置であって、吸熱
用車室内熱交換器４０６の冷媒流入側および冷媒流出側
の少なくともいずれか一方に設けられ、冷媒を加熱する
冷媒加熱手段４０８，４０９と、冷凍サイクル４００の
冷媒の状態を検出する冷媒状態検出手段４１０と、この
冷媒状態検出手段４１０により検出された冷媒の状態に
応じて冷媒加熱手段４０８，４０９を制御する制御手段
４１１とを備え、これにより、上記目的を達成する。請
求項２の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置は、冷媒加熱
手段４０８，４０９をバイパスして冷媒を流すバイパス
管４２１，４２２と、冷媒を冷媒加熱手段４０８，４０
９へ流すか、あるいはバイパス管４２１，４２２へ流す
かを切り換える切換え弁４２３，４２４とを備え、制御
手段４１１Ａによって、冷媒状態検出手段４１０により
冷媒加熱手段４０８，４０９を装着した冷媒配管内で冷
媒の液相状態が検出されると、冷媒が冷媒加熱手段４０
８，４０９を流れるように切換え弁４２３，４２４を切
り換えるとともに、冷媒加熱手段４０８，４０９により
冷媒を加熱し、冷媒状態検出手段４１０により冷媒加熱
手段４０８，４０９を装着した冷媒配管内で冷媒の気相
状態が検出されると、冷媒がバイパス管４２１，４２２
を流れるように切換え弁４２３，４２４を切り換えるよ
うにしたものである。請求項３の車両用ヒートポンプ式
冷暖房装置は、吸熱用車室内熱交換器４０６による除湿
状態を検出する除湿状態検出手段４３１を備え、制御手
段４１１Ｂによって、除湿状態検出手段４３１により検
出された除湿状態に応じて吸熱用車室内熱交換器４０６
の冷媒流入側に設けた冷媒加熱手段４０８を制御するよ
うにしたものである。請求項４の車両用ヒートポンプ式
冷暖房装置は、制御手段４１１Ｃによって、冷媒状態検
出手段４１０により検出された冷媒の気液相状態に基づ
いて、液相の割合が高いほど吸熱用車室内熱交換器４０
６の冷媒流出側に設けた冷媒加熱手段４０９の熱出力を
増加するようにしたものである。請求項５の車両用ヒー
トポンプ式冷暖房装置は、制御手段４１１Ｄによって、
冷媒状態検出手段４１０により検出されたコンプレッサ
４０１の吸入冷媒の気液相状態に基づいて、気相割合が
高いほど、切換え弁４２４を制御して吸熱用車室内熱交
換器４０６の冷媒流出側に設けた冷媒加熱手段４０９の
バイパス管４２２へ流れる冷媒流量を増加するようにし
たものである。請求項６の車両用ヒートポンプ式冷暖房
装置は、吸熱用車室内熱交換器４０６とコンプレッサ４
０１との間に冷媒の気液分離を行うアキュームレーター
を設け、冷媒状態検出手段４１０Ａによって、アキュー
ムレーター内の冷媒液面の高さにより冷媒の気液相状態
を検出するようにしたものである。請求項７の車両用ヒ
ートポンプ式冷暖房装置は、冷媒加熱手段４０８Ａ，４
０９Ａの容器内の鉛直方向の下方に加熱体を配置するよ
うにしたものである。請求項８の車両用ヒートポンプ式
冷暖房装置の冷媒加熱手段４０８Ｂ，４０９Ｂは、電熱
式の加熱体を有するものである。

【００１３】

【作用】請求項１の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置で
は、冷凍サイクル４００の冷媒の状態に応じて冷媒加熱
手段４０８，４０９を制御し、冷媒を加熱する。冷媒加
熱手段４０８，４０９は吸熱用車室内熱交換器４０６の
冷媒流入側および冷媒流出側の少なくともいずれか一方
に設けられるので、暖房運転時に、吸熱用車室内熱交換
器４０６により空調風から冷媒に吸熱しながら、放熱用
車室内熱交換器４０４により冷媒の熱を空調風に放熱し
て除湿暖房を行っても、コンプレッサ４０１の吸入冷媒
温度が冷媒が液相状態になるほど低下せず、快適な車室
内環境が得られる上に、窓曇りの発生を防止できる。請
求項２の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置では、冷媒が
液相状態の場合は冷媒加熱手段４０８，４０９へ冷媒を
流して加熱し、冷媒を気化させる。一方、冷媒が気相状
態の場合はバイパス管４２１，４２２へ冷媒を流して冷
媒加熱手段４０８，４０９をバイパスさせる。これによ
り、液相冷媒は伝熱性が高いので冷媒加熱手段４０８，
４０９で効率よく加熱することができ、液相冷媒が充分
に気化されるとともに、気相冷媒は流路抵抗の少ないバ
イパス管４２１，４２２を通過するので、全体として冷
媒が充分な気相状態でコンプレッサ４０１へ吸入され、
冷凍サイクル４００における低圧側の冷媒の流路抵抗が
低下するとともに、冷媒流量が増加して高圧側の圧力が
速やかに上昇し、暖房運転開始直後から充分な暖房能力
を確保できる。請求項３および請求項４の車両用ヒート
ポンプ式冷暖房装置では、除湿状態に応じて冷媒を加熱
する。これにより、窓曇りを防止できなくなるまで冷媒
を加熱することが防止される。請求項４の車両用ヒート
ポンプ式冷暖房装置では、冷媒の液相割合が高いほど冷
媒加熱手段４０９の熱出力を増加する。これによって、
熱伝導性の悪い気相冷媒に対して無駄な加熱エネルギー
を投入することが防止されるとともに、液相冷媒の気化
が効率よく行われる。請求項５の車両用ヒートポンプ式
冷暖房装置では、冷媒の気相割合が高いほどバイパス管
４２２の冷媒流量を増加する。これによって、気相冷媒
は流路抵抗の少ないバイパス管４２２を流れ、液相冷媒
は冷媒加熱手段４０９により加熱されて気化し、全体と
して冷媒が充分な気相状態でコンプレッサ４０１へ吸入
され、冷凍サイクル４００における低圧側の冷媒の流路
抵抗が低下するとともに、冷媒流量が増加して高圧側の
圧力が速やかに上昇し、暖房運転開始直後から充分な暖
房能力を確保できる。請求項６の車両用ヒートポンプ式
冷暖房装置では、アキュームレーター内の液相冷媒の液
面の高さにより冷媒の気液相状態を検出する。これによ
り、安価で精度の高い気液相状態の検出が可能となる。
請求項７の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置では、加熱
体が冷媒加熱手段４０８Ａ，４０９Ａの容器内の下方に
設置されているので、液相冷媒を効率よく加熱すること
ができるとともに、気相冷媒は加熱体の設置されていな
い容器内の上方を通過するので、気相冷媒に対する流路
抵抗が下がり冷媒流量が増加する。請求項８の車両用ヒ
ートポンプ式冷暖房装置では、電熱式の加熱体を有する
冷媒加熱手段４０８，４０９により、エンジンの始動直
後でも充分な暖房を行うことができる。

【００１４】

【実施例】

−第１の実施例− 図２，３は第１の実施例の構成を示す。また、図４は第
１の実施例の冷凍サイクルを示す。この第１の実施例の
冷凍サイクルは、コンプレッサー３１、三方弁３２、車
室外熱交換器３８、逆止弁７０、放熱用車室内熱交換器
（以下、放熱器と呼ぶ）３３、液タンク３６、膨張弁３
４、上流側冷媒加熱器（以下、上流側加熱器と呼ぶ）２
００、吸熱用車室内熱交換器（以下、吸熱器と呼ぶ）３
５、下流側冷媒加熱器（以下、下流側加熱器と呼ぶ）２
０１から構成される。

【００１５】コンプレッサー３１は、外部からの信号に
より仕事量を制御できる電動式や油圧駆動式などのコン
プレッサーであり、車室外の例えばエンジンルームに設
けられる。コンプレッサー３１の冷媒吐出側には三方弁
３２が設けられ、この三方弁３２によってコンプレッサ
ー３１から吐出された冷媒を車室外熱交換器３８へ導く
か、または車室外熱交換器３８を迂回して放熱器３３へ
導くかが切り換えられる。

【００１６】なお以下では、冷凍サイクルにおける車室
外熱交換器３８を通る前者の冷媒流路、すなわち、コン
プレッサー３１→三方弁３２→車室外熱交換器３８→逆
止弁７０→放熱器３３→液タンク３６→膨張弁３４→上
流側加熱器２００→吸熱器３５→下流側加熱器２０１→
コンプレッサー３１の流路を第１流路と呼び、冷凍サイ
クルにおける車室外熱交換器３８を迂回する後者の冷媒
流路、すなわち、コンプレッサー３１→三方弁３２→放
熱器３３→液タンク３６→膨張弁３４→上流側加熱器２
００→吸熱器３５→下流側加熱器２０１→コンプレッサ
ー３１の流路を第２流路と呼ぶ。この第１の実施例で
は、三方弁３２を制御して冷房運転時には第１流路に切
り換え、暖房運転時には第２流路に切り換える。

【００１７】車室外熱交換器３８は、コンプレッサー３
１から吐出された高温の冷媒の熱を外気に放熱する。逆
止弁７０は、第２流路による暖房運転時に冷媒が車室外
熱交換器３８へ流入しないように冷媒の逆流を阻止す
る。放熱器３３および吸熱器３５は、インストルメント
パネルの裏側のような車室内前部に配置された空調用の
ダクト３９内に設けられる。放熱器３３は、コンプレッ
サー３１から吐出された高温の冷媒の熱をブロアファン
３７により送風された空気に放熱し、吸熱器３５は、ブ
ロアファン３７により送風された空気の熱を冷媒に吸熱
する。これらの放熱器３３と吸熱器３５との間には、液
タンク３６、膨張弁３４および上流側加熱器２００が設
置される。膨張弁３４は、コンプレッサー３１により圧
縮されて液化した冷媒を断熱膨張させて気化する。した
がって、膨張弁３４の上流がこの第１の実施例の冷凍サ
イクルにおける高圧側であり、膨張弁３４の下流が低圧
側である。

【００１８】放熱器３３の出口側の配管上には、出口冷
媒温度Ｔｓｃ．ｏｕｔを検出する放熱器出口冷媒温度セ
ンサー６７が設けられる。また、上流側加熱器２００と
吸熱器３５との間の配管上には、吸熱器３５の入口冷媒
温度Ｔｅｖａ．ｉｎを検出する吸熱器入口冷媒温度セン
サー６８が設けられる。さらに、上流側加熱器２００の
冷媒流入側および流出側の配管上と、下流側加熱器２０
１の冷媒流入側および冷媒流出側の配管上には、それぞ
れ冷媒熱物性検出センサー２０２，２０３，２０４，２
０５が設けられる。上流側および下流側の加熱器２０
０，２０１は、配管の内部にＰＴＣヒーターなどの電熱
式の加熱体が設けられており、冷媒熱物性検出センサー
２０２〜２０５の検出結果に応じた電圧が印加され、冷
媒を加熱する。

【００１９】ダクト３９の上流側には、車室内の空気を
導入する内気導入口４０と、走行風圧を受けて外気を導
入する外気導入口４１とが設けられる。また、これらの
導入口４０，４１の分岐部には不図示のアクチュエータ
により駆動されるインテークドア４２が設けら、内気導
入口４０と外気導入口４１とを任意の比率で開閉する。
ダクト３９の上流部に設けられるブロアファン３７はブ
ロアモーター４４により駆動され、インテークドア４２
の開閉比率に応じて内気導入口４０および外気導入口４
１から空気を導入し、ダクト３９の下流に配置される吸
熱器３５および放熱器３３へ送風する。

【００２０】放熱器３３の入口付近には補助ヒーター７
６が設けられる。この補助ヒーター７６は電熱ヒーター
であり、入力電圧に応じた熱量を出力する。この補助ヒ
ーター７６により放熱器３３を通過する空気が加熱さ
れ、放熱器３３を流通する冷媒の温度が上昇する。

【００２１】放熱器３３の上流側には、エアーミックス
ドア４６が設けられる。このエアーミックスドア４６
は、不図示のアクチュエータにより開閉され、放熱器３
３を通過する空気と、放熱器３３を迂回する空気との割
合を調整する。吸熱器３５により吸熱されて冷えた空気
は、エアーミックスドア４６の開度に応じてその一部は
放熱器３３を通過して暖められ、残りは放熱器３３を迂
回して冷風のまま吹き出される。つまり、エアーミック
スドア４６の開度に応じて冷風と温風との割合が調節さ
れる。エアーミックスドア４６の開度Ｘｄはエアーミッ
クスドア４６が一点鎖線位置にある場合を０％（全閉、
Ｘｄ＝０）とし、このとき冷風と温風との風量配分は冷
風１００％になる。一方、エアーミックスドア４６が図
示位置にある場合の開度Ｘｄを１００％（全開、Ｘｄ＝
１００）とし、このとき冷風と温風との風量配分は温風
１００％になる。

【００２２】ダクト３９のエアーミックスドア４６の下
流にはエアミックスチャンバ４７が設けられており、こ
こで冷風と温風とを混合して温度調節された空調風が作
られる。エアミックスチャンバ４７には、乗員の上半身
に向けて空調風を吹き出すベンチレータ吹出し口５１
と、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出し
口５２と、ウインドシールドに向けて空調風を吹き出す
デフロスタ吹出し口５３とが連設される。これらの吹出
し口５１〜５３にはそれぞれ、ベンチレータドア５５、
フットドア５６およびデフロスタドア５７と、各ドアを
駆動する不図示のアクチュエータが設けられる。なお、
ベンチレータ吹出し口５１は車両のインストルメントの
中央に設けられたセンターベント吹出し口５１ｂ，５１
ｃと、両側に設けられたサイドベント吹出し口５１ａ，
５１ｄから構成される。

【００２３】またエアミックスチャンバ４７には、エア
ミックスチャンバ４７から内気導入口４０へ空気を再循
環させる再循環ダクト７１が設けられる。エアミックス
チャンバ４７側の空気取入れ口７２には再循環ドア７４
が設けられ、不図示のアクチュエータにより駆動されて
空気取入れ口７２の開閉が行なわれる。すなわち、この
再循環ドア７４の開度に応じて再循環される空気量が設
定される。また、内気導入口４０側には切換ドア７５が
設けられ、不図示のアクチュエータにより駆動されて空
調用ダクト３９に導入される再循環空気と内気との割合
が調節される。

【００２４】ここで、以下の実施例の説明で用いられる
種々の物理量を定義する。 Ｔｓｕｃ ； 吸熱器３５の入口空気温度（吸熱器入口
温度センサー５８により検出する） Ｔｏｕｔ ；吸熱器３５の出口空気温度（吸熱器出口温
度センサー５９により検出する） Ｔｖｓｃ ； 放熱器３３の出口空気温度（放熱器出口
温度センサー６０により検出する） Ｔｖｅｎｔ； ベンチレータ吹出し口５１の吹出空気温
度 Ｔａｍｂ ； 車室外の空気温度（以下、外気温と呼
ぶ）（外気温センサー６２により検出する） Ｔｉｃ ； 車室内の空気温度（以下、室温と呼ぶ）
（室温センサー６３により検出する） Ｔｐｔｃ ； 車室内温度の設定値（以下、設定室温と
呼ぶ）（室温設定器６４により設定する） Ｔｏｆ ； 冷暖房装置の目標吹出し風温度（以下、
目標吹出温と呼ぶ） Ｔｅｖａ．ｉｎ； 吸熱器３５の入口冷媒温度（吸熱器
入口冷媒温度センサー６８により検出する） Ｔｓｃ．ｏｕｔ； 放熱器３３の出口冷媒温度（放熱器
出口冷媒温度センサー６７により検出する） Ｔｓ ； コンプレッサ３１の吸入冷媒温度（冷媒
熱物性検出センサー２０５により検出する） Ｑｓｕｎ ； 日射量（日射量センサー６１により検出
する） Ｘｄ ； エアーミックスドア開度 Ｗｃｏｍｐ； コンプレッサー３１への制御信号の入力 Ｖｆａｎ ； ブロアモーター４４に印加される電圧 Ｖｅｖａ ； 吸熱器３５の通過風量

【００２５】制御装置４３は、マイクロコンピュータ
ー、メモリ、Ａ／Ｄ変換器、アクチュエータ駆動回路、
インタフェース回路などから構成され、上述したセンサ
ー５８〜６３，６７，６８，２０２〜２０５、室温設定
器６４、吹き出し口を切り換えるための吹出し口モード
スイッチ６５、ブロアファンスイッチ６６、ブロアモー
ター４４、各ドアアクチュエータ、コンプレッサー３
１、三方弁３２、加熱器２００，２０１などが接続され
る。制御装置４３は、後述する制御プログラムを実行し
て車室内の空調制御を行う。すなわち、センサーおよび
設定器からのＴｓｕｃ，Ｔｏｕｔ，Ｔｖｓｃ，Ｔｖｅｎ
ｔ，Ｑｓｕｎ，Ｔａｍｂ，Ｔｉｃ，Ｔｐｔｃなどの熱環
境情報に基づいてＸｄ，Ｗｃｏｍｐ，Ｖｅｖａ，Ｔｏｆ
などの目標冷暖房条件を演算し、車室内が目標冷暖房条
件になるようにコンプレッサー３１、ブロアモーター４
４、各ドアのアクチュエータなどを制御する。

【００２６】また、制御装置４３は、暖房運転時に目標
吹出温Ｔｏｆに基づいて車室内を急速に暖める必要があ
るか否かを判断し、車室内を急速に暖める必要があれば
暖房ウォームアップ制御を行い、そうでなければ通常の
暖房温調制御を行う。暖房ウォームアップ制御時には、
目標吹出温Ｔｏｆと放熱器３３の出口空気温度Ｔｖｓｃ
との差と、吸熱器３５の出口空気温度Ｔｏｕｔとその凍
結防止のための設定温度Ｔｓｅｔ１との差に基づいて、
吸熱器３５の凍結を防止しながらコンプレッサー３１の
入力を増加するように、コンプレッサー３１、加熱器２
００，２０１、膨張弁３４、ブロアモーター４４、補助
ヒーター７６、エアーミックスドア４６、吹出し口５１
〜５３の各ドア５５〜５７、再循環ドア７４、切換ドア
７５などを駆動制御する。すなわち、制御装置４３は、
エアーミックスドア４６により放熱器３３の吸込み空気
量を一時的に低下させたり、補助ヒーター７６により放
熱器３３の吸込み空気温度を一時的に上昇させたり、あ
るいは、膨張弁３４により冷媒の絞り量を一時的に減ら
すことによって、放熱器３３における放熱量を抑制して
冷媒の温度が低下するのを防ぎ、吸熱器３５の凍結を防
止する。

【００２７】図５〜７は、上流側加熱器２００および下
流側加熱器２０１の制御例を示すフローチャートであ
る。これらのフローチャートにより、第１の実施例の動
作を説明する。制御装置４３は暖房運転が開始されると
この制御を開始する。ステップＳ１００１において、目
標吹出し風温度Ｔｏｆの演算に用いる定数Ａ〜Ｅ、エア
ーミックスドア４６の開度Ｘｄの演算に用いる定数Ｆ〜
Ｈ、および設定室温Ｔｐｔｃの補正演算で用いる定数
Ｐ，Ｑの初期設定を行う。続くステップＳ１００２で、
上述した各センサーから外気温Ｔａｍｂ、室温Ｔｉｃ、
設定室温Ｔｐｔｃおよび日射量Ｑｓｕｎを読み込むとと
もに、ブロアファンスイッチ６６により設定された電圧
設定値Ｖｆａｎ．ｓｅｔを読み込む。ステップＳ１００
３では、室温Ｔｉｃと設定室温Ｔｐｔｃの差に基づいて
ブロアモーター４４に印加する電圧Ｖｆａｎを決定す
る。すなわち、室温Ｔｉｃと設定室温Ｔｐｔｃとの差が
大きいほど印加電圧Ｖｆａｎを高くし、少しでも早く室
温Ｔｉｃを設定室温Ｔｐｔｃに近づける。

【００２８】ステップＳ１００４で、外気温Ｔａｍｂに
基づいて設定室温Ｔｐｔｃの補正を行う。すなわち、外
気温Ｔａｍｂが低い場合は設定室温Ｔｐｔｃを上昇さ
せ、外気温Ｔａｍｂが高い場合は設定室温Ｔｐｔｃを低
下させる。通常、乗員の体感は、車室外が暑い時は室温
Ｔｉｃを下げると「涼しい」温冷感が得られ、車室外が
寒い時は室温Ｔｉｃを上げると「暖かい」温冷感が得ら
れるので、外気温Ｔａｍｂに逆比例するように設定温度
Ｔｐｔｃを補正して、快適な設定室温Ｔｐｔｃ’を設定
する。続くステップＳ１００５で、外気温Ｔａｍｂ、室
温Ｔｉｃ、補正後の設定室温Ｔｐｔｃ’および日射量Ｑ
ｓｕｎに基づいて目標吹出し風温度Ｔｏｆを算出し、ス
テップＳ１００６へ進む。ステップＳ１００６では、算
出された目標吹出し風温度Ｔｏｆに基づいて吹出し口モ
ードを設定する。すなわち、目標吹出し風温度Ｔｏｆが
高い場合は、フット吹出し口５２から前席乗員の足元へ
空調風を吹出すフットモードを設定し、目標吹出し風温
度Ｔｏｆが高すぎず、かつ低すぎない場合は、フット吹
出し口５２とベンチレータ吹出し口５１から前席乗員の
足元と胸部へ空調風を吹出すバイレベルモードを設定
し、目標吹出し風温度Ｔｏｆが低い場合は、ベンチレー
タ吹出し口５１から前席乗員の胸部に空調風を吹出すベ
ントモードを設定する。

【００２９】図６のステップＳ１００７において、ブロ
アファンスイッチ６６が押されたか否かを判別し、ブロ
アファンスイッチ６６が押されたらステップＳ１００８
へ進み、押されていなければステップＳ１００９へ進
む。乗員がブロアファンスイッチ６６により手動でブロ
アファン３７の速度を設定した場合は、ステップＳ１０
０８で設定した速度に応じた電圧Ｖｆａｎ．ｓｅｔをブ
ロアファンの印加電圧Ｖｆａｎ’に設定する。一方、乗
員がブロアファンスイッチ６６を押していない場合は、
ステップＳ１００３で設定した電圧Ｖｆａｎを印加電圧
Ｖｆａｎ’に設定する。ステップＳ１０１０では、ブロ
アモーター４４へ電圧Ｖｆａｎ’を印加して駆動する。
続くステップＳ１０１１で、上記ステップＳ１００６で
設定した吹出し口モードに応じてアクチュエータにより
ベンチレータドア５５、フットドア５６の開度を調節す
る。

【００３０】ステップＳ１０１２において、上記ステッ
プＳ１００５で算出した目標吹出し風温度Ｔｏｆに基づ
いて運転モードを設定する。目標吹出し風温度Ｔｏｆが
２０度Ｃ未満であればステップＳ１０１３へ進んで冷房
モードを設定し、目標吹出し風温度Ｔｏｆが２０度Ｃ以
上３０度Ｃ以下であればステップＳ１０１４へ進んで送
風モードを設定し、目標吹出し風温度Ｔｏｆが３０度Ｃ
を越えていればステップＳ１０１５へ進んで暖房モード
を設定する。ステップＳ１０１３では、三方弁３２を制
御して冷凍サイクルにおける冷媒流路を第１流路に切り
換え、冷房運転を行う。また、ステップＳ１０１４で
は、冷凍サイクルの作動を停止して空調風の送風だけを
行う。なお、冷房モードでは通常の冷凍サイクルと同
様、コンプレッサ３１で圧縮した冷媒を車室外熱交換器
３８で凝縮させ、膨張弁３４で断熱膨張させ、さらに吸
熱器３５で蒸発させることにより、空調風の冷却を行
い、もって車室内の冷房を行う。この冷房モードでは、
通常の冷凍サイクルとは多少異なり、車室外熱交換器３
８と膨張弁３４との冷媒配管経路に放熱器３３を設けて
いる。このため、吸熱器３５で冷却した空調風をさらに
放熱器３３を通過させることで加熱でき、もって放熱器
３３を通過させた空調風とバイパスさせる空調風を車室
内のそれぞれ下方、上方に吹き出すことにより、車室内
に上下の温度差を形成し、もって頭寒足熱という快適な
空調を行うことができる。一方、送風モードでは冷凍サ
イクルを稼働せず、もっぱら車室外の空気を車室内へそ
のまま導入することにより、適度な風速感を乗員に与え
ることで空調快適性を向上する。この送風モードでは車
室外への空調風として特に加熱冷却が必要でない場合に
用いる。

【００３１】ステップＳ１０１５で、三方弁３２を制御
して冷媒流路を第２流路に切り換えた後、ステップＳ１
０１６へ進む。ステップＳ１０１６では外気温Ｔａｍ
ｂ、室温Ｔｉｎ、設定室温Ｔｐｔｃ、目標吹出し風温度
Ｔｏｆなどに基づいて暖房ウォームアップ制御を行うか
否かを判別し、暖房ウォームアップ制御を行う場合はス
テップＳ１０１７へ進み、通常の暖房温調制御の場合は
図７のステップＳ１０１９へ進む。ステップＳ１０１７
では、冷媒熱物性検出センサー２０５によりコンプレッ
サ３１の吸入冷媒温度Ｔｓを検出する。ステップＳ１０
１８で、検出された吸入冷媒温度Ｔｓを予め設定された
基準値Ｔｓ．ｓｅｔと比較し、吸入冷媒温度Ｔｓが基準
値Ｔｓ．ｓｅｔよりも低い場合は図７のステップＳ１０
２０へ進み、そうでなければ図７のステップＳ１０１９
へ進む。

【００３２】冷房モードの場合、送風モードの場合ある
いは通常の暖房温調制御の場合は、所定の暖房能力を早
く発揮させる必要がないので加熱器２００，２０１によ
りコンプレッサ３１の吸入冷媒を加熱する必要がない。
また、吸入冷媒温度Ｔｓが基準値Ｔｓ．ｓｅｔ以上の場
合は、コンプレッサ３１の吸入冷媒が気相状態にあると
考えられるので、加熱器２００，２０１により冷媒を加
熱する必要がない。このような場合は、ステップＳ１０
１９で上流側加熱器２００および下流側加熱器２０１へ
の電圧印加を停止し、冷媒の加熱を行わない。

【００３３】一方、暖房ウォームアップ制御で、かつ吸
入冷媒温度Ｔｓが基準値Ｔｓ．ｓｅｔより低い場合は、
所定の暖房能力を早く発揮させる必要があり、しかもコ
ンプレッサ３１の吸入冷媒が低温で液相状態にあると考
えられるので、ステップＳ１０２０で上流側加熱器２０
０および下流側加熱器２０１に電圧を印加して冷媒の加
熱を行う。ステップＳ１０２１において、コンプレッサ
３１および不図示のコンプレッサモーターを駆動制御し
て暖房運転を行う。

【００３４】このように、吸熱器３５の流入側冷媒配管
に電熱式の加熱体を有する上流側冷媒加熱器２００を設
けるとともに、吸熱器３５の流出側冷媒配管に電熱式の
加熱体を有する下流側冷媒加熱器２０１を設け、コンプ
レッサ３１の冷媒吸入温度Ｔｓが基準値Ｔｓ．ｓｅｔよ
りも低い時は、上流側および下流側の冷媒加熱器２０
０，２０１に電圧を印加して冷媒を加熱するようにした
ので、エンジンの廃熱を利用した従来のヒートポンプ式
冷暖房装置と異なり、エンジンの始動直後でも充分な暖
房を行うことができる上に、暖房運転時に、吸熱器３５
で空調風から冷媒に吸熱しながら、放熱器３３で冷媒の
熱を空調風に放熱して除湿暖房を行うことができ、コン
プレッサ３１の吸入冷媒温度Ｔｓが液相になるほど低下
せず、快適な車室内環境が得られる上に窓曇りの発生を
防止できる。また、冷媒が充分な気相状態でコンプレッ
サ３１へ吸入されるので、冷凍サイクルにおける低圧配
管の冷媒の流路抵抗が低くなり、冷媒流量が増加して高
圧配管の圧力が速やかに上昇し、暖房運転開始直後から
充分な暖房能力を確保できる。

【００３５】−第２の実施例− 図８は第２の実施例の冷凍サイクルを示す図である。こ
の第２の実施例では、上流側加熱器２００と並列にバイ
パス管２５０が設けられるとともに、下流側加熱器２０
１と並列にバイパス管２５１が設けられ、さらに加熱器
２００，２０１とバイパス管２５０，２５１との間で冷
媒の流路を切り換えるための切換え弁２０６，２０７，
２０８，２０９が設けられる。これらの切換え弁２０６
〜２０９は制御装置４３により駆動制御される。また、
この第２の実施例では、冷媒熱物性検出センサー２０５
に液相と気相による静電容量の変化を利用して冷媒の気
液相状態を検出する静電容量型センサーを用いる。な
お、この第２の実施例は、図２，３に示す第１の実施例
の構成にバイパス管２５０，２５１と切換え弁２０６〜
２０９を加えたものであり、全体構成は図２，３に示す
ものと同等に構成されている。

【００３６】図９〜１０は、加熱器２００，２０１およ
び切換え弁２０６〜２０９の制御例を示すフローチャー
トである。これらのフローチャートにより、第２の実施
例の動作を説明する。ステップＳ１１１６までは上述し
た図５〜７に示すステップＳ１００１〜Ｓ１０１６と同
様な処理を行う。暖房モードが設定され、かつ車室内を
急速に暖める暖房ウォームアップ制御が必要な場合は、
ステップＳ１１１７で冷媒熱物性検出センサー２０５に
よりコンプレッサ３１の吸入冷媒の気液相状態を検出す
る。続くステップＳ１１１８で検出された気液相状態に
応じて分岐し、吸入冷媒が気相状態であれば図１０のス
テップＳ１１１９へ進み、液相または気液相の二相状態
であれば図１０のステップＳ１１２０へ進む。

【００３７】コンプレッサ３１の吸入冷媒が気相状態の
場合は、加熱器２００，２０１により冷媒を加熱する必
要がないので、ステップＳ１１１９で加熱器２００，２
０１への電圧印加を停止し、冷媒の加熱を行わない。さ
らに続くステップＳ１１２１で、切換え弁２０８，２０
９を駆動制御してバイパス管２５１を開放し、加熱器２
０１への冷媒の流入を閉止する。

【００３８】一方、コンプレッサ３１の吸入冷媒が液相
または二相状態の場合は、吸入冷媒の気化を促進して所
定の暖房能力を発揮させる必要があり、ステップＳ１１
２０で加熱器２００，２０１に電圧を印加して冷媒の加
熱を行い、続くステップＳ１１２２で切換え弁２０８，
２０９を駆動制御してバイパス管２５１を閉止し、加熱
器２０１へ冷媒を流入させる。ステップＳ１１２３にお
いて、コンプレッサ３１および不図示のコンプレッサモ
ーターを駆動制御して暖房運転を行う。

【００３９】このように、冷凍サイクルの吸熱器３５の
冷媒流入側および流出側に冷媒加熱器２００，２０１を
設けるとともに、各冷媒加熱器２００，２０１をバイパ
スするバイパス管２５０，２５１を設け、冷媒熱物性検
出センサー２０５によりコンプレッサ３１へ吸入される
冷媒の気液相状態を検出し、吸入冷媒が気相状態の場合
は、下流側加熱器２０１による冷媒の加熱を行わず、バ
イパス管２５１を通して冷媒を流し、吸入冷媒が液相ま
たは二相状態の場合は、下流側加熱器２０１により冷媒
を加熱するとともに、バイパス管２５１を閉止するよう
にしたので、上述した第１の実施例の効果に加え、液相
冷媒は伝熱性が高いので下流側加熱器２０１で効率よく
加熱することができ、液相冷媒が充分に気化されるとと
もに、気相冷媒は流路抵抗の少ないバイパス管２５１を
通過するので、全体として冷媒が充分な気相状態でコン
プレッサ３１へ吸入され、冷凍サイクルにおける低圧側
の冷媒の流路抵抗が低下するとともに、冷媒流量が増加
して高圧側の圧力が速やかに上昇し、暖房運転開始直後
から充分な暖房能力を確保できる。

【００４０】−第３の実施例− コンプレッサ３１へ吸入される冷媒が液相または二相状
態の時は、外気温Ｔａｍｂと吸熱器３５の出口空気温度
Ｔｏｕｔとに基づいて除湿状態を検出し、検出結果に応
じて吸熱器３５の冷媒流入側に設けられた上流側冷媒加
熱器２００を制御する第３の実施例を説明する。なお、
この第３の実施例の構成は、図２〜４に示す構成と同様
であるので図示とその説明を省略する。図１１は除湿状
態の判定基準例を示す。図の横軸は外気温Ｔａｍｂ（度
Ｃ）を示し、縦軸は吸熱器３５の出口空気温度Ｔｏｕｔ
（度Ｃ）を示す。外気温センサー６２により検出された
外気温Ｔａｍｂと、吸熱器出口温度センサー５９により
検出された出口空気温度Ｔｏｕｔとの交点が、図のハッ
チング領域内にあれば空調風が充分に除湿されていると
判定する。一方、外気温Ｔａｍｂと出口空気温度Ｔｏｕ
ｔとの交点が図のハッチング領域外にあれば、空調風が
非除湿状態にあると判定する。

【００４１】図１２は、空調風の除湿状態に応じて上流
側冷媒加熱器２００を制御する制御例を示すフローチャ
ートである。このフローチャートにより、第３の実施例
の動作を説明する。ステップＳ１２１８までは上述した
図９に示すステップＳ１１０１〜Ｓ１１１８と同様な処
理を行う。暖房ウォームアップ制御が必要で、かつコン
プレッサ３１の吸入冷媒が液相または二相状態の時は、
図１２のステップＳ１２１９で上述したように除湿判定
を行う。除湿状態と判定された場合はステップＳ１２２
１へ進み、非除湿状態と判定された場合はステップＳ１
２２０へ進む。ステップＳ１２２１では、上流側加熱器
２００へ駆動電圧を印加して冷媒の加熱を行う。一方、
ステップＳ１２２０では、上流側加熱器２００への電圧
印加を停止して冷媒の加熱を行わない。その後、ステッ
プＳ１２２２でコンプレッサ３１および不図示のコンプ
レッサモーターを駆動制御して暖房運転を行う。

【００４２】このように、冷凍サイクルの吸熱器３５の
冷媒流入側に上流側加熱器２００を設け、冷媒熱物性検
出センサー２０５によりコンプレッサ３１へ吸入される
冷媒の気液相状態を検出するとともに、外気温Ｔａｍｂ
および吸熱器３５の出口空気温度Ｔｏｕｔとに基づいて
空調風の除湿状態を検出し、コンプレッサ３１への吸入
冷媒が液相または二相状態でかつ空調風が除湿状態の場
合は、上流側加熱器２００により冷媒を加熱するように
したので、上述した第１の実施例の効果に加え、窓曇り
を防止できなくなるまで冷媒を加熱することが防止され
る。

【００４３】−第４の実施例− 冷媒の気液相状態に応じて吸熱器３５の冷媒流出側に設
けられた下流側冷媒加熱器２０１の出力を制御する第４
の実施例を説明する。この第４の実施例では、図１３に
示すように、吸熱器３５と下流側加熱器２０１との間に
冷媒相状態検出センサー２１０が設けられる。この冷媒
相状態検出センサー２１０は冷媒の気相、液相の割合を
検出する。気液相の割合はボイド率と呼ばれ、ボイド率
が０％で完全な液相状態を表し、１００％で完全な気相
状態を表す。制御装置４３は、冷媒相状態検出センサー
２１０により検出されたボイド率に応じて下流側加熱器
２０１の出力を制御する。なお、この第４の実施例その
他の構成は図２〜４に示す第１の実施例の構成と同一で
ある。

【００４４】図１４は、冷媒のボイド率に応じて下流側
冷媒加熱器２０１を制御する制御例を示すフローチャー
トである。このフローチャートにより、第４の実施例の
動作を説明する。ステップＳ１３１６までは上述した図
５，６に示すステップＳ１００１〜Ｓ１０１６と同様な
処理を行う。暖房ウォームアップ制御が必要な場合はス
テップＳ１３１７へ進み、冷媒相状態検出センサー２１
０により冷媒のボイド率を検出する。次に図１４のステ
ップＳ１３１８で、ボイド率が８０％を越えているか否
かを判別し、越えていればステップＳ１３１９へ進み、
そうでなければステップＳ１３２０へ進む。ボイド率が
８０％を越える場合は冷媒がほぼ気相状態に近く、下流
側加熱器２０１による冷媒の加熱が必要ないので、ステ
ップＳ１３１９で下流側加熱器２０１への電圧印加を停
止して冷媒の加熱を終了し、ステップＳ１３２７へ進
む。

【００４５】ボイド率が８０％以下の場合は、ステップ
Ｓ１３２０でボイド率が５０〜８０％の範囲にある否か
を判別し、５０〜８０％の範囲にあればステップＳ１３
２１へ進み、そうでなければステップＳ１３２２へ進
む。ボイド率が５０〜８０％の範囲にある時は、ステッ
プＳ１３２１で下流側冷媒加熱器２０１に２０％出力相
当の電圧を印加し、冷媒を加熱する。ステップＳ１３２
２では、ボイド率が２０〜５０％の範囲にあるか否かを
判別し、２０〜５０％の範囲にあればステップＳ１３２
３へ進み、そうでなければステップＳ１３２４へ進む。
ボイド率が２０〜５０％の範囲にある時は、ステップＳ
１３２３で下流側加熱器２０１に５０％出力相当の電圧
を印加し、冷媒を加熱する。ステップＳ１３２４では、
ボイド率が２０％以下か否かを判別し、２０％以下であ
ればステップＳ１３２５へ進み、そうでなければステッ
プＳ１３２７へ進む。ボイド率が２０％以下の時は、ス
テップＳ１３２５で下流側加熱器２０１に１００％出力
相当の電圧を印加し、冷媒を加熱する。

【００４６】冷房モードまたは送風モードの場合、ある
いは暖房ウォームアップ制御が必要でない時は、ステッ
プＳ１３２６へ進んで加熱器２０１への電圧以下を停止
し、冷媒の加熱を終了する。その後、ステップＳ１３２
７でコンプレッサ３１および不図示のコンプレッサモー
ターを駆動制御して暖房運転を行う。

【００４７】このように、冷凍サイクルの吸熱器３５の
冷媒流出側に下流側加熱器２０１を設けるとともに、吸
熱器３５と下流側加熱器２０１との間に冷媒相状態検出
センサー２１０を設け、冷媒相状態検出センサー２１０
により検出された冷媒の気相、液相の割合（ボイド率）
に応じて、液相の割合が高いほど下流側加熱器２０１の
出力を増加するようにしたので、上述した第１の実施例
の効果に加え、熱伝導性の悪い気相冷媒に対して無駄な
加熱エネルギーを投入することが防止されるとともに、
液相冷媒の気化が効率よく行われる。

【００４８】−第５の実施例− コンプレッサ３１の吸入冷媒の気液相状態に応じて吸熱
器３５の冷媒流出側に設けられた下流側冷媒加熱器２０
１を制御する第５の実施例を説明する。図１５は第５の
実施例の冷凍サイクルの構成を示す。この第５の実施例
では、上流側加熱器２００と下流側加熱器２０１にそれ
ぞれバイパス管２５０，２５１が設けられ、切換え弁２
０６〜２０９により冷媒流路が切り換えられる。また、
吸熱器３５の冷媒流出側には冷媒相状態検出センサー２
１０が設けられる。なお、バイパス管２５０，２５１、
切換え弁２０６〜２０９および冷媒相状態検出センサー
２１０以外の構成機器については図２〜４に示す機器と
同様である。

【００４９】図１６は、冷媒の気相、液相の割合（ボイ
ド率）に応じて冷媒流路を制御する制御例を示すフロー
チャートである。このフローチャートにより、第５の実
施例の動作を説明する。ステップＳ１４１７までは図９
に示すステップＳ１１０１〜Ｓ１１１７と同様な処理を
行う。図１６のステップＳ１４１８において、冷媒相状
態検出センサー２１０により検出されたコンプレッサ３
１の吸入冷媒の気相、液相の割合を示すボイド率が２０
％未満か否かを判別し、２０％未満であればステップＳ
１４２０へ進み、２０％以上であればステップＳ１４１
９へ進む。

【００５０】ボイド率が２０％未満の時は冷媒がほぼ液
相状態にあり、このままコンプレッサ３１に吸入される
とコンプレッサ３１の圧縮室の内圧が上昇して不具合が
発生するおそれがあるので、下流側加熱器２０１により
冷媒を加熱して気化を促進させる。ステップＳ１４２０
で、切換え弁２０８，２０９を制御してバイパス管２５
１を閉止し、下流側加熱器２０１を通して冷媒を流す。
続くステップＳ１４２２で、下流側加熱器２０１に駆動
電圧を印加して冷媒の加熱を行う。一方、ボイド率が２
０％以上の時は冷媒が二相状態にあり、下流側加熱器２
０１による冷媒の加熱を必要としないので、ステップＳ
１４１９で切換え弁２０８，２０９を制御してバイパス
管２５１を開放し、冷媒をバイパス管２５１を通して流
す。続くステップＳ１４２１で、下流側加熱器２０１へ
の電圧印加を停止する。ステップＳ１４２３でコンプレ
ッサ３１および不図示のコンプレッサモーターを駆動制
御して暖房運転を行う。

【００５１】なお、ボイド率に応じて下流側加熱器２０
１とバイパス管２５１に流す冷媒流量の割合を連続的に
制御するようにしてもよい。

【００５２】このように、冷媒の気相割合が高いほどバ
イパス管２５１への流量を増加させ、液相割合が高いほ
ど下流側加熱器２０１への流量を増加させて冷媒を加熱
するようにしたので、気相冷媒は流路抵抗の少ないバイ
パス管２５１を流れ、液相冷媒は下流側加熱器２０１に
より加熱されて気化し、全体として冷媒が充分な気相状
態でコンプレッサ３１へ吸入され、冷凍サイクルにおけ
る低圧側の冷媒の流路抵抗が低下するとともに、冷媒流
量が増加して高圧側の圧力が速やかに上昇し、暖房運転
開始直後から充分な暖房能力を確保できる。

【００５３】−第６の実施例− コンプレッサ３１の吸入側にアキュームレーター２１１
を設け、アキュームレーター２１１内の冷媒液面の高さ
を検出し、検出された冷媒液面の高さに応じて下流側加
熱器２０１の出力を制御する第６の実施例を説明する。
図１７は、第６の実施例の冷凍サイクルを示す。この第
６の実施例の冷凍サイクルは、図１５に示す第５の実施
例の冷凍サイクルにアキュームレーター２１１を追加し
たものである。アキュームレーター２１１は、コンプレ
ッサ３１の吸入側に設けられ、コンプレッサ３１へ気相
状態の冷媒を送り出すための圧力容器である。

【００５４】図１８はアキュームレーター２１１の断面
を示す。吸熱器３５から流出した冷媒は、流入側配管３
０１を通って圧力容器３０２の下方へ送り込まれる。圧
力容器３０２内には、気相冷媒３０８と液相冷媒３０９
があり、気相冷媒３０８の割合が増加すると冷媒液面３
０３の高さが下がり、液相冷媒３０９の割合が増加する
と冷媒液面３０３の高さが上昇する。圧力容器３０２内
には、冷媒液面３０３の高さを検出するための４分割さ
れた電極３０４と電極付フロート３０５が設けられ、冷
媒液面３０３の位置に対応する電極３０４と電極付フロ
ート３０５が導通し、電極配線３０６を介して制御装置
４３へ冷媒液面３０３の高さ情報が送られる。すなわ
ち、最下段の電極３０４が電極付フロート３０５と導通
した時は冷媒液面３０３の高さが低い旨の情報が送ら
れ、下から２段目の電極３０４と電極付フロート３０５
が導通した時は冷媒液面３０３の高さがやや低い旨の情
報が送られる。また、下から３段目の電極３０４が電極
付フロート３０５と導通した時は冷媒液面３０３の高さ
がやや高い旨の情報が送られ、最上段の電極３０４と電
極付フロート３０５が導通した時は冷媒液面３０３の高
さが高い旨の情報が送られる。流出側配管３０７は、気
相状態の冷媒をコンプレッサ３１へ送り出すため、圧力
容器３０２の上方から外部に配設される。

【００５５】図１９はアキュームレーター２１１内の冷
媒液面３０３の高さに応じて下流側加熱器２０１を制御
する制御例を示す。これらのフローチャートにより、第
６の実施例の動作を説明する。ステップＳ１５１６まで
は図９に示すステップＳ１１０１〜Ｓ１１１６と同様な
処理を行う。ステップＳ１５１７において、アキューム
レーター２１１内の冷媒液面３０３の高さを検出し、図
１９のステップＳ１５１８へ進む。ステップＳ１５１８
では、冷媒液面３０３の高さが低いか否かを判別し、低
ければステップＳ１５１９へ進み、そうでなければステ
ップＳ１５２０へ進む。冷媒液面３０３の高さが低い時
はアキュームレーター２１１内の冷媒がほぼ気相状態に
あり、下流側加熱器２０１による冷媒の加熱を必要とし
ないので、ステップＳ１５１９で下流側加熱器２０１に
よる冷媒の加熱を停止する。

【００５６】ステップＳ１５２０では、冷媒液面３０３
の高さがやや低い状態にあるか否かを判別し、やや低い
状態にあればステップＳ１５２１へ進み、そうでなけれ
ばステップＳ１５２０へ進む。ステップＳ１５２１で
は、下流側加熱器２０１へ５０％出力相当の電圧を印加
して駆動し、冷媒を加熱する。ステップＳ１５２２で
は、冷媒液面３０３の高さがやや高い状態にあるか否か
を判別し、やや高い状態にあればステップＳ１５２３へ
進み、そうでなければステップＳ１５２４へ進む。ステ
ップＳ１５２３では、下流側加熱器２０１へ７０％出力
相当の電圧を印加して駆動し、冷媒を加熱する。ステッ
プＳ１５２４では、冷媒液面３０３の高さが高いか否か
を判別し、高ければステップＳ１５２５へ進み、そうで
なければステップＳ１５２７へ進む。ステップＳ１５２
５では、下流側加熱器２０１へ１００％出力相当の電圧
を印加して駆動し、冷媒を加熱する。

【００５７】なお、冷房モードおよび送風モードが設定
された場合、あるいは暖房ウォームアップ制御が行われ
ない場合は、ステップＳ１５２６で冷媒加熱器２００，
２０１による冷媒の加熱を停止する。ステップＳ１５２
７で、コンプレッサ３１および不図示のコンプレッサモ
ーターを駆動制御して暖房運転を行う。

【００５８】このように、アキュームレーター２１１の
冷媒液面３０３の高さに基づいてコンプレッサ３１へ吸
入される冷媒の気液相状態を検出するようにしたので、
安価で精度の高い冷媒の気液相状態の検出が可能であ
る。

【００５９】−第７の実施例− 図２０は第７実施例の冷媒加熱器の構造を示す断面図で
ある。冷媒を加熱するためのＰＴＣヒータ３１１は冷媒
加熱器の容器３１０の下方に集中的に設置され、ヒータ
ー用配線３１２を介して駆動電圧が印加される。吸熱器
３５から冷媒加熱器へ送り込まれた冷媒の内、液相冷媒
は、容器３１０の下方を流れるので、ＰＴＣヒーター３
１１により効率よく加熱される。一方、気相冷媒は容器
３１０の上方を通過し、ＰＴＣヒーター３１１に触れず
にコンプレッサ３１へ送り出される。つまり、二相状態
の冷媒の内の液相冷媒だけを加熱して気化させるので、
加熱エネルギーが無駄なく利用され、効率よく気化処理
を行うことができる。

【００６０】−第８の実施例− 図２１は第８の実施例のアキュームレーターの構造を示
す断面図である。図１８に示すアキュームレーターの圧
力容器３０２の下方に、冷媒を加熱するためのＰＴＣヒ
ーター３１３が設けられる。圧力容器３０２内には気相
冷媒３０８と液相冷媒３０９とが存在するが、ＰＴＣヒ
ーター３１３を下方に設置したので、液相冷媒３０９だ
けが効率よく加熱される。

【００６１】上述した各実施例では吸熱用車室内熱交換
器の冷媒流入側および冷媒流出側にそれぞれ冷媒加熱器
を設けた例を示したが、冷媒流入側または冷媒流出側の
いずれかに冷媒加熱器を設けるようにしてもよい。

【００６２】上述した各実施例ではエンジンを動力源と
する車両を例に上げて説明したが、電動駆動源により走
行する電気車両に対しても本発明を適用できる。

【００６３】以上の各実施例の構成において、コンプレ
ッサ３１がコンプレッサを、車室外熱交換器３８が車室
外熱交換器を、放熱用車室内熱交換器（放熱器）３３が
放熱用車室内熱交換器を、ブロアファン３７が送風手段
を、膨張弁３４が膨張手段を、吸熱用車室内熱交換器
（吸熱器）３５が吸熱用車室内熱交換器を、三方弁３２
が冷媒流路切換え手段を、上流側冷媒加熱器２００およ
び下流側冷媒加熱器２０１が冷媒加熱手段を、冷媒熱物
性検出センサー２０２〜２０５、冷媒相状態検出センサ
ー２１０、電極３０４および電極付フロート３０５が冷
媒状態検出手段を、制御装置４３が制御手段を、バイパ
ス管２５０，２５１がバイパス管を、切換え弁２０６〜
２０９が切換え弁を、制御装置４３および図１５のステ
ップＳ１２１９が除湿状態検出手段を、アキュームレー
ター２１１がアキュームレーターを、ＰＴＣヒーター３
１１，３１３が加熱体をそれぞれ構成する。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、冷凍サイクルの吸熱用車室内熱交換器の冷媒流入
側および冷媒流出側の少なくともいずれか一方に冷媒加
熱手段を設け、冷媒状態検出手段で検出された冷凍サイ
クルの冷媒の状態に応じて冷媒加熱手段を制御するよう
にしたので、エンジンの廃熱を利用した従来のヒートポ
ンプ式冷暖房装置と異なり、エンジンの始動直後でも充
分な暖房を行うことができる上に、暖房運転時に、吸熱
用車室内熱交換器で空調風から冷媒に吸熱しながら、放
熱用車室内熱交換器で冷媒の熱を空調風に放熱して除湿
暖房を行うことができ、コンプレッサの吸入冷媒温度が
液相になるほど低下せず、快適な車室内環境が得られる
上に窓曇りの発生を防止できる。また、冷媒が充分な気
相状態でコンプレッサへ吸入されるので、冷凍サイクル
における低圧配管の冷媒の流路抵抗が低くなり、冷媒流
量が増加して高圧配管の圧力が速やかに上昇し、暖房運
転開始直後から充分な暖房能力を確保できる。請求項２
の発明によれば、冷媒加熱手段をバイパスするバイパス
管と、冷媒加熱手段およびバイパス管への冷媒流路を切
換える切換え弁とを設け、冷媒が液相状態の場合は冷媒
加熱手段へ冷媒を流して加熱し、冷媒を気化させるとと
もに、冷媒が気相状態の場合はバイパス管へ冷媒を流し
て冷媒加熱手段をバイパスさせるようにしたので、熱伝
導性が高い液相冷媒は冷媒加熱手段で効率よく加熱され
て充分に気化されるとともに、気相冷媒は流路抵抗の少
ないバイパス管を通過するので、全体として冷媒が充分
な気相状態でコンプレッサへ吸入され、冷凍サイクルに
おける低圧側の冷媒の流路抵抗が低下するとともに、冷
媒流量が増加して高圧側の圧力が速やかに上昇し、暖房
運転開始直後から充分な暖房能力を確保できる。請求項
３の発明によれば、吸熱用車室内熱交換器による除湿状
態を検出し、除湿状態に応じて吸熱用車室内熱交換器の
冷媒吸入側の冷媒加熱手段を制御するようにしたので、
窓曇りを防止できなくなるまで冷媒を加熱することが防
止される。請求項４の発明によれば、冷媒の気液相状態
を検出し、液相の割合が高いほど冷媒加熱手段の熱出力
を増加するようにしたので、熱伝導性の悪い気相冷媒に
対して無駄な加熱エネルギーを投入することが防止され
るとともに、液相冷媒の気化が効率よく行われる。請求
項５の発明によれば、冷媒の気相割合が高いほど冷媒加
熱手段をバイパスするバイパス管の冷媒流量を増加する
ようにしたので、気相冷媒は流路抵抗の少ないバイパス
管を流れ、液相冷媒は冷媒加熱手段へ導かれて加熱さ
れ、全体として冷媒が充分な気相状態でコンプレッサへ
吸入され、冷凍サイクルにおける低圧側の冷媒の流路抵
抗が低下するとともに、冷媒流量が増加して高圧側の圧
力が速やかに上昇し、暖房運転開始直後から充分な暖房
能力を確保できる。請求項６の発明によれば、コンプレ
ッサの冷媒吸入側にアキュームレーターを設け、アキュ
ームレーター内の冷媒液面の高さにより冷媒の気液相状
態を検出するようにしたので、安価で精度の高い気液相
状態の検出が可能となる。請求項７の発明によれば、加
熱体を冷媒加熱手段の容器の下方に設置するようにした
ので、液相冷媒を効率よく加熱することができるととも
に、気相冷媒は加熱体の設置されていない容器内の上方
を通過するので、気相冷媒に対する流路抵抗が下がり冷
媒流量が増加する。請求項８の発明によれば、電熱式の
加熱体を有する冷媒加熱手段により、エンジンの始動直
後でも充分な暖房を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図。

【図２】第１の実施例の全体構成を示すブロック図。

【図３】図２に続く、第１の実施例の全体構成を示すブ
ロック図。

【図４】第１の実施例の冷凍サイクルを示すブロック
図。

【図５】第１の実施例の動作を示すフローチャート。

【図６】図５に続く、第１の実施例の動作を示すフロー
チャート。

【図７】図６に続く、第１の実施例の動作を示すフロー
チャート。

【図８】第２の実施例の冷凍サイクルを示すブロック
図。

【図９】第２の実施例の動作を示すフローチャート。

【図１０】図９に続く、第２の実施例の動作を示すフロ
ーチャート。

【図１１】除湿状態の判定基準例を示す図。

【図１２】第３の実施例の動作を示すフローチャート。

【図１３】第４の実施例の構成を示すブロック図。

【図１４】第４の実施例の動作を示すフローチャート。

【図１５】第５の実施例の冷凍サイクルを示すブロック
図。

【図１６】第５の実施例の動作を示すフローチャート。

【図１７】第６の実施例の冷凍サイクルを示すブロック
図。

【図１８】一実施例のアキュームレーターの断面図。

【図１９】第６の実施例の動作を示すフローチャート。

【図２０】第７の実施例の冷媒加熱器の断面図。

【図２１】第８の実施例のアキュームレーターの断面
図。

【図２２】従来の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置の構
成を示すブロック図。

【図２３】従来の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置の構
成を示すブロック図。

【符号の説明】

３１ コンプレッサ ３２ 三方弁 ３３，４０４ 放熱用車室内熱交換器（放熱器） ３４ 膨張弁 ３５，４０６ 吸熱用車室内熱交換器（吸熱器） ３６ 液タンク ３７ ブロアファン ３８，４０２ 車室外熱交換器 ３９ ダクト ４０ 内気導入口 ４１ 外気導入口 ４２ インテークドア ４３ 制御装置 ４４ ブロアモータ ４６ エアミックスドア ４７ エアミックスチャンバ ５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ ベンチレータ
吹出口 ５２ フット吹出口 ５３ デフロスタ吹出口 ５５ ベンチレータドア ５６ フットドア ５７ デフロスタドア ５８ 吸熱器入口温度センサー ５９ 吸熱器出口温度センサー ６０ 放熱器出口温度センサー ６１ 日射量センサー ６２ 外気温センサー ６３ 室温センサー ６４ 室温設定器 ６５ 吹出口モードスイッチ ６６ ブロアファンスイッチ ６７ 放熱器出口冷媒温度センサー ６８ 吸熱器入口冷媒温度センサー ７０ 逆止弁 ７１ 再循環ダクト ７２ 空気取入れ口 ７４ 再循環ドア ７５ 切換ドア ７６ 補助ヒーター ２００，２０１ 冷媒加熱器 ２０２〜２０５ 冷媒熱物性検出センサー ２５０，２５１，４２１，４２２ バイパス管 ２０６〜２０９，４２３，４２４ 切換え弁 ２１０ 冷媒相状態検出センサー ２１１ アキュームレーター ３０１ 流入側配管 ３０２ 圧力容器 ３０３ 冷媒液面 ３０４ 電極 ３０５ 電極付フロート ３０６ 電極配線 ３０７ 流出側配管 ３０８ 気相冷媒 ３０９ 液相冷媒 ３１０ 容器 ３１１，３１３ ＰＴＣヒーター ３１２ ヒーター配線 ４００ 冷凍サイクル ４０１ コンプレッサ ４０３ 送風手段 ４０５ 膨張手段 ４０７ 冷媒流路切換え手段 ４０８，４０８Ａ，４０８Ｂ，４０９，４０９Ａ，４０
９Ｂ 冷媒加熱手段 ４１０，４１０Ａ 冷媒状態検出手段 ４１１，４１１Ａ，４１１Ｂ，４１１Ｃ，４１１Ｄ 制
御手段 ４３１ 除湿状態検出手段

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒に仕事量を加えるコンプレッサと、 このコンプレッサの冷媒吐出側に接続され、冷媒の熱を
   外気に放熱する車室外熱交換器と、 前記コンプレッサの冷媒吐出側に接続され、送風手段に
   より送風された空気に冷媒の熱を放熱して温風を作る放
   熱用車室内熱交換器と、 この放熱用車室内熱交換器の冷媒流出側に接続された膨
   張手段と、 この膨張手段の冷媒流出側と前記コンプレッサの冷媒吸
   入側とに接続され、送風手段により送風された空気の熱
   を前記車室外熱交換器および前記放熱用車室内熱交換器
   の少なくとも一方から前記膨張手段を通して供給された
   冷媒に吸熱して冷風を作る吸熱用車室内熱交換器と、 前記コンプレッサの冷媒吐出側と前記車室外熱交換器お
   よび前記放熱用車室内熱交換器の冷媒流入側との間に設
   けられ、前記コンプレッサから吐出される冷媒を、冷房
   運転時には前記車室外熱交換器へ導き、暖房運転時には
   前記車室外熱交換器を迂回させて前記放熱用車室内熱交
   換器へ導く冷媒流路切換え手段とを有する冷凍サイクル
   を備えた車両用ヒートポンプ式冷暖房装置であって、 前記吸熱用車室内熱交換器の冷媒流入側および冷媒流出
   側の少なくともいずれか一方に設けられ、冷媒を加熱す
   る冷媒加熱手段と、 前記冷凍サイクルの冷媒の状態を検出する冷媒状態検出
   手段と、 この冷媒状態検出手段により検出された冷媒の状態に応
   じて前記冷媒加熱手段を制御する制御手段とを備えるこ
   とを特徴とする車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の車両用ヒートポンプ式
   冷暖房装置において、 前記冷媒加熱手段をバイパスして冷媒を流すバイパス管
   と、 冷媒を前記冷媒加熱手段へ流すか、あるいは前記バイパ
   ス管へ流すかを切り換える切換え弁とを備え、 前記制御手段は、前記冷媒状態検出手段によって前記冷
   媒加熱手段を装着した冷媒配管内で冷媒の液相状態が検
   出されると、冷媒が前記冷媒加熱手段を流れるように前
   記切換え弁を切り換えるとともに、前記冷媒加熱手段に
   より冷媒を加熱し、前記冷媒状態検出手段によって前記
   冷媒加熱手段を装着した冷媒配管内で冷媒の気相状態が
   検出されると、冷媒が前記バイパス管を流れるように前
   記切換え弁を切り換えることを特徴とする車両用ヒート
   ポンプ式冷暖房装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の車両用ヒートポンプ式
   冷暖房装置において、 前記吸熱用車室内熱交換器による除湿状態を検出する除
   湿状態検出手段を備え、 前記制御手段は、前記除湿状態検出手段により検出され
   た除湿状態に応じて前記吸熱用車室内熱交換器の冷媒流
   入側に設けた前記冷媒加熱手段を制御することを特徴と
   する車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の車両用ヒートポンプ式
   冷暖房装置において、 前記制御手段は、前記冷媒状態検出手段によって検出さ
   れた冷媒の気液相状態に基づいて、液相の割合が高いほ
   ど前記吸熱用車室内熱交換器の冷媒流出側に設けた前記
   冷媒加熱手段の熱出力を増加することを特徴とする車両
   用ヒートポンプ式冷暖房装置。
5. 【請求項５】 請求項２に記載の車両用ヒートポンプ式
   冷暖房装置において、 前記制御手段は、前記冷媒状態検出手段によって検出さ
   れた前記コンプレッサの吸入冷媒の気液相状態に基づい
   て、気相割合が高いほど、前記切換え弁を制御して前記
   吸熱用車室内熱交換器の冷媒流出側に設けた前記冷媒加
   熱手段の前記バイパス管へ流れる冷媒流量を増加するこ
   とを特徴とする車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の車両用ヒートポンプ式
   冷暖房装置において、 前記吸熱用車室内熱交換器と前記コンプレッサとの間に
   冷媒の気液分離を行うアキュームレーターを設け、 前記冷媒状態検出手段は、前記アキュームレーター内の
   冷媒液面の高さにより冷媒の気液相状態を検出すること
   を特徴とする車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかの項に記載の車
   両用ヒートポンプ式冷暖房装置において、 前記冷媒加熱手段の容器内の鉛直方向の下方に加熱体を
   配置することを特徴とする車両用ヒートポンプ式冷暖房
   装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかの項に記載の車
   両用ヒートポンプ式冷暖房装置において、 前記冷媒加熱手段は電熱式の加熱体を有することを特徴
   とする車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。