JP6391907B2 - 車両用空調装置およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等に適用されるヒートポンプ方式の車両用空調装置およびその運転方法に関するものである。

電気自動車やハイブリッド車両、およびアイドリングストップ機能を備えたエンジン駆動車両では、常にエンジンが作動している一般のエンジン駆動車両と異なり、エンジンを備えていないか、備えていても省燃費化のために頻繁にエンジンを停止させる制御がなされている。したがって、このような車両に適用される車両用空調装置においては、エンジン冷却水等の温熱を利用した暖房運転を行い難い。また、一般のエンジン駆動車両のようにエンジンの動力で圧縮機（コンプレッサ）を駆動して冷媒を圧縮することができない。

このため、特許文献１に開示されているように、エンジン動力ではなく電動モータの動力で圧縮機を駆動する電動圧縮機が使用され、この電動圧縮機で圧縮した冷媒を用いて冷暖房を行うヒートポンプ方式の車両用空調装置が採用されている。ヒートポンプ方式によらずに暖房を行うとすれば、電気ヒータにより暖房用の空気を加熱する暖房方式が存在するが、この暖房方式は非常に消費電力が大きいため、高ＣＯＰ暖房（ＣＯＰ≧１）を実現可能なヒートポンプ方式の暖房方式の方が望ましい。このようなヒートポンプ方式の車両用空調装置は、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）と呼ばれている。

ヒートポンプ方式の車両用空調装置における問題点として、低外気温時（例えば−１０℃以下）の暖房運転時において、空気中の水分が凝縮し、車室外蒸発器に着霜（フロスト）が起こって暖房能力が低下するという事象が挙げられる。
また、空気中の水分だけでなく、降雪や、追従走行時において前方車両から巻き上げられる雪等が車室外蒸発器に付着してフロストしたり、低外気温のために車室外蒸発器における吸熱量が低下したりして暖房能力が低下する場合がある。
このような場合、暖房能力を向上させるために、特許文献１に開示されている車両用空調装置では、低外気温度時の熱源として、冷媒回路内に冷媒加熱装置を設置し、この冷媒加熱装置によって電動圧縮機に吸入される冷媒を加熱する方法が採られている。

一方、このようなヒートポンプ方式の車両用空調装置では、車室内前方のインストルメントパネルの内部に設置されるＨＶＡＣユニットの内部に車室内凝縮器（コンデンサ）と車室内蒸発器（エバポレータ）とが内包されており、さらに、車室内凝縮器を通る温風と、車室内蒸発器を通る冷風とを混合させて温度調整を行う温度調節ダンパが内蔵されている。

このようなヒートポンプシステムにおいて除湿暖房モードを選択した場合、ＨＶＡＣユニットに内蔵された車室内凝縮器と車室内蒸発器とが同一冷媒システム上の経路となっているために、温度調節ダンパによる温度調整が不可欠となっている。

特開２０１０−２３４８４７号公報

上述したように、従来のヒートポンプ方式の車両用空調装置では、電動圧縮機に吸入される冷媒を加熱する冷媒加熱装置が冷媒回路内に独立的に設置されていたため、この独立した冷媒加熱装置およびこれを接続するための追加配管等の機材が必要となり、これらの設置スペースを狭い車両内部に確保する必要がある上に、冷媒回路が複雑化且つ高コスト化するといった課題があった。

また、ＨＶＡＣユニット内部に温度調節ダンパが設けられることにより、部品点数が増加し、ＨＶＡＣユニット自身も大型化してしまうという課題があった。

さらに、例えば家庭用ルームエアコンの室外機熱交換器に着霜すると、いわゆるリバース運転（暖房→冷房運転）が行われ、室外熱交換器の除霜が実施される。しかし、車両用のヒートポンプシステムで同様な除霜を実施すると、暖房運転を停止することに伴い、車両の視界確保の保安基準を満足できない場合が想定される。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、冷媒回路およびＨＶＡＣユニットの小型簡素化および低コスト化を図るとともに、冷暖房能力および車室外蒸発器の除霜能力を向上させることができる車両用空調装置およびその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮する電動圧縮機と、車室内のＨＶＡＣユニット内に設けられた車室内蒸発器および車室内凝縮器と、車室外に設けられた車室外蒸発器および車室外凝縮器と、前記電動圧縮機に吸入される前の冷媒を必要に応じて加熱する冷媒加熱装置と、を備え、前記電動圧縮機から吐出された冷媒を車室外凝縮器で熱交換した後に減圧して車室内蒸発器に供給する冷房運転と、前記電動圧縮機から吐出された冷媒を車室内凝縮器で熱交換した後に車室外蒸発器に供給する暖房運転と、前記電動圧縮機から吐出された冷媒を車室内凝縮器で熱交換した後に前記車室内蒸発器に供給する除湿暖房運転と、を切り替えて運転するヒートポンプ方式の車両用空調装置であって、前記冷媒加熱装置を、前記電動圧縮機の吸入部に隣接させて設置したことを特徴とする。

上記構成によれば、冷媒加熱装置が電動圧縮機と一体化されるため、従来のような独立した冷媒加熱装置や、これを接続するための追加配管等の機材が不要となり、それらの設置スペースを削減できるとともに、冷媒回路の簡素化および低コスト化を図ることができる。
しかも、冷媒加熱装置で加熱された冷媒が、別な配管等を通ることなく、冷媒加熱装置に隣接している電動圧縮機に直ちに吸入されるため、加熱された冷媒の熱損失を防止して、暖房能力および除霜能力を向上させることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置は、上記構成において、前記冷媒加熱装置の入口部に、冷媒の圧力を減圧する温度式膨張弁を隣接させて設置したことを特徴とする。

上記構成によれば、冷媒加熱装置が電動圧縮機と一体化されることに加えて、温度式膨張弁も電動圧縮機に一体化されるため、一層のコンパクト化および低コスト化を図ることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置は、上記構成において、前記温度式膨張弁は、前記電動圧縮機に吸入される前の冷媒を前記冷媒加熱装置に流す冷媒加熱流路と、冷媒を前記冷媒加熱装置に流さずに前記電動圧縮機に直接吸入させるバイパス流路と、を備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、冷媒加熱装置が使用されない冷房運転時には、温度式膨張弁の冷媒加熱流路を閉じてバイパス流路を開くことにより、電動圧縮機に吸入される前の冷媒を、圧力損失を招く冷媒加熱装置には通さずに直接電動圧縮機に吸入させることができる。このため、冷媒を効率良く電動圧縮機に吸入させて冷房能力を向上させることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置は、前記ＨＶＡＣユニット内において、前記車室内蒸発器を通過した空気の全量が前記車室内凝縮器を通るように風路を形成するとともに、前記電動圧縮機の吐出側に三方切替弁を設けて、該電動圧縮機から吐出された冷媒を前記車室内凝縮器または前記車室外凝縮器のいずれか一方に選択的に流す構成とし、前記電動圧縮機の回転数を変化させることによって前記ＨＶＡＣユニットから車室内に吹き出す風の温度コントロールを行うことを特徴とする。

上記構成によれば、ＨＶＡＣユニット内に設けられた車室内蒸発器と車室内凝縮器のうち、冷房運転時には車室内蒸発器にのみ冷媒が供給され、暖房運転時には車室内凝縮器にのみ冷媒が供給される。そして、電動圧縮機の回転数を変化させることによって温度コントロールが行われる。
この構成により、従来の車両用空調装置においてＨＶＡＣユニット内に設けられていた温調ダンパが無くなるため、ＨＶＡＣユニットを大幅に小型簡素化するとともに、低コスト化することができる。
しかも、従来の車両用空調装置のように、冷房時にＨＶＡＣユニット内の車室内凝縮器に圧縮されて高温化した冷媒が供給されることがないため、温風の漏れやＨＶＡＣユニットの温度上昇等による熱漏れの虞がなく、これによって冷房能力を向上させることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置は、上記構成において、前記車室外凝縮器を前記車室外蒸発器に近接させて設置するとともに、前記車室外凝縮器側から前記車室外蒸発器側に向かって冷却風を送風する送風手段を設けたことを特徴とする。

上記構成によれば、車室外蒸発器への着霜等により機能低下した時に、電動圧縮機から吐出された高温な冷媒を車室外凝縮器に供給しながら送風手段を作動させることにより、高温な冷媒が車室外凝縮器で熱交換された際に発生する熱風が送風手段の作動により車室外蒸発器に吹き付けられ、車室外蒸発器の着霜が融解される。このため、車室外蒸発器の除霜能力を向上させることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置の運転方法は、前記の各構成の車両用空調装置において、前記暖房運転時における暖房の吹出し温度が目標吹出し温度に達していない場合は、前記冷媒加熱装置を作動させて前記電動圧縮機に吸入される前の冷媒を加熱することを特徴とする。

上記運転方法によれば、電動圧縮機に圧縮される前の冷媒が冷媒加熱装置によって加熱されるため、車室内凝縮器における放熱量が多くなり、これによって特に低外気温時における暖房能力を向上させることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置の運転方法は、前記の各構成の車両用空調装置において、前記暖房運転時、且つ前記車室外蒸発器に着霜している時に内気循環モードが選択された場合には、前記電動圧縮機から吐出された冷媒を前記車室内蒸発器と前記車室外蒸発器との両方に供給しながら前記除湿暖房運転を行うことを特徴とする。

内気循環モードでは、窓曇りの発生が懸念されるが、上記運転方法によれば、車室内蒸発器を用いて除湿暖房運転を実施することにより、窓曇りの発生を抑制しながら暖房運転を続行することができる。また、車室内蒸発器と車室外蒸発器の両方へ冷媒を流すことにより、車室内蒸発器のフロストを極力避けることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置の運転方法は、前記暖房運転時、且つ前記車室外蒸発器に着霜している時に内気循環モードが選択され、且つ冷媒加熱装置を作動させる場合には、前記電動圧縮機から吐出された冷媒を前記車室内蒸発器に供給し、前記車室外蒸発器には供給せずに前記除湿暖房運転を行うことを特徴とする。

上記運転方法によれば、窓曇りを防止するとともに、電動圧縮機から吐出された冷媒を全て冷媒加熱装置に流して加熱し、暖房能力を向上させることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置の運転方法は、前記車室外凝縮器と前記車室外蒸発器とが近接させて設置され、前記車室外凝縮器側から前記車室外蒸発器側に向かって冷却風を送風する送風手段が設けられた車両用空調装置において、前記車室外蒸発器の除霜を行う除霜運転時には、前記電動圧縮機から吐出された冷媒を前記車室外凝縮器に供給しながら前記送風手段を作動させることを特徴とする。

上記運転方法によれば、車室外蒸発器への着霜により機能低下した時に、電動圧縮機から吐出された高温な冷媒を車室外凝縮器に供給しながら送風手段を作動させることにより、冷媒が車室外凝縮器で熱交換された際に発生する熱風が送風手段の作動により車室外蒸発器に吹き付けられ、車室外蒸発器の着霜が融解される。このため、短時間で効果的に車室外蒸発器を除霜することができ、車室外蒸発器の除霜能力を向上させることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置の運転方法は、上記運転方法において、前記除霜運転時には内気循環モードにすることを特徴とする。

上記運転方法によれば、既に暖められた車室内空気を無駄にすることなく車室内蒸発器に吸熱させて除霜のための熱源とし、車室外蒸発器の除霜に供することができる。このため、車室内から吸い込まれる空気の温度を可及的に高めにし、短時間で効果的に車室外蒸発器を除霜できるようにして、車室外蒸発器の除霜能力を向上させることができる。
また、本発明に係る車両用空調装置の運転方法は、上記運転方法において、前記除霜運転時には、前記ＨＶＡＣユニットの複数の吹出し口のうち、内気吸込み口から遠い吹出し口を選択することを特徴とする。

上記運転方法によれば、除霜運転時にＨＶＡＣユニットより吹き出される冷風が、直接ＨＶＡＣユニットの内気吸込み口にショートサーキットしてしまうことを防止することができる。このため、車室内空気の熱を無駄にすることなく車室内蒸発器に吸熱させて車室外蒸発器の除霜に供することができ、除霜能力を向上させることができる。

以上のように、本発明に係る車両用空調装置およびその運転方法によれば、冷媒回路およびＨＶＡＣユニットの小型簡素化および低コスト化を図るとともに、冷暖房能力および車室外蒸発器の除霜能力を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る車両用空調装置の冷媒回路図である。 電動圧縮機に設けられた温度式膨張弁の概略構成を示す図である。 冷房運転時における冷媒の流れを示す図である。 暖房運転時（着霜前）における冷媒の流れを示す図である。 暖房運転時（着霜後、外気導入モード、冷媒加熱装置ＯＮ）における冷媒の流れを示す図である。 除湿暖房運転（内気循環モード、冷媒加熱装置ＯＦＦ）における冷媒の流れを示す図である。 除湿暖房運転（内気循環モード、冷媒加熱装置ＯＮ）における冷媒の流れを示す図である。 除霜運転における冷媒の流れを示す図である。 車両用空調装置を制御する制御装置のブロック図である。 図９に示す制御装置による運転制御フロー図である。 冷房運転時の制御フロー図である。 暖房運転時の制御フローの一部を示す図である。 図１２の残りの部分を示す図である。 除霜運転時の制御フロー図である。 図１２の残りの部分を示す図である。

以下、図１〜図１５に基づいて本発明の実施形態について説明する。
図１に示されるヒートポンプ方式の車両用空調装置１は、ＨＶＡＣユニット２と、冷暖房可能な冷媒回路３とを備えている。

ＨＶＡＣユニット２は、内外気切替ダンパ４を介して車室内の内気または車室外の外気のいずれかを選択的に導入し、下流側に圧送するブロア５と、ブロア５に連なる空気流路６内に上流側から下流側にかけて順次配設されている車室内蒸発器８と、車室内凝縮器９とを備えている。このＨＶＡＣユニット２は、車室内前方のインストルメントパネル内に設置され、車室内蒸発器８および車室内凝縮器９により温調された空気を、車室内に向けて開口されているデフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２、フット吹出し口１３いずれかから、吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６により切り換えられる吹出しモードに従って車室内に吹き出し、車室内を設定温度に空調するものである。

ＨＶＡＣユニット２内における風路構造は、ブロア５から送風されて車室内蒸発器８を通過した外気または内気の全量が車室内凝縮器９を通るように形成されている。なお、従来のＨＶＡＣユニット内に設けられている温調ダンパは設けられていない。

一方、冷暖房が可能な冷媒回路３には、閉サイクルの冷凍サイクル２７と暖房サイクル２９とが構成されている。
冷凍サイクル２７は、冷媒を圧縮する電動圧縮機２０、およびこの電動圧縮機２０に吸入される前の冷媒を必要に応じて加熱する冷媒加熱装置４１、ならびに電動圧縮機２０に吸入される冷媒の圧力を減圧する第１温度式膨張弁４２が一体的にユニット化されたコンプレッサユニット２０Ａと、電動圧縮機２０の吐出側に設けられた三方切替弁２３と、車室外凝縮器２１と、レシーバ２２と、第２温度式膨張弁２４と、ＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器８と、逆止弁２５とが、この順に吐出配管２６Ａおよび冷媒配管２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ，２６Ｆ，２６Ｇを介して接続されることによって構成されている。

図２に示すように、コンプレッサユニット２０Ａに内蔵されている冷媒加熱装置４１は、電動圧縮機２０の吸入部２０ａに隣接して設置され、第１温度式膨張弁４２は、冷媒加熱装置４１の入口部に隣接して設置されている。そして、第１温度式膨張弁４２の内部には、電動圧縮機２０に吸入される前の冷媒を冷媒加熱装置４１に流す冷媒加熱流路４２ａと、吸入前の冷媒を冷媒加熱装置４１に流さずに電動圧縮機２０の吸入部２０ａに直接吸入させるバイパス流路４２ｂとが設けられている。冷媒加熱流路４２ａには減圧部４２ｃおよび感温部４２ｄが設けられている。

冷媒加熱装置４１は、例えば発熱体としての電熱線を絶縁した状態で金属パイプにより被覆する、いわゆる電気式のシーズヒータとしたり、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を使用した電気式のＰＴＣヒータとすることができる。また、逆止弁２５は、冷媒配管２６Ｆ側（車室内蒸発器８側）からコンプレッサユニット２０Ａ側への冷媒の流れのみを許容する。上記の冷凍サイクル２７は、エンジン駆動方式の車両に適用されている現行の車両用空調装置と概略同様のものである。

暖房サイクル２９は、コンプレッサユニット２０Ａおよび三方切替弁２３と、ＨＶＡＣユニット２内の車室内凝縮器９と、レシーバ２２と、第３温度式膨張弁３１と、車室外蒸発器３２と、逆止弁２５とが、この順に吐出配管２６Ａおよび冷媒配管２６Ｈ，２６Ｉ，２６Ｄ，２６Ｊ，２６Ｋ，２６Ｌ，２６Ｍ，２６Ｇを介して接続されることによって構成されている。したがって、コンプレッサユニット２０Ａと、三方切替弁２３と、レシーバ２２と、吐出配管２６Ａおよび冷媒配管２６Ｄ，２６Ｇは、冷凍サイクル２７と暖房サイクル２９とによって共用されている。

さらに、冷媒配管２６Ｊと、コンプレッサユニット２０Ａの第１温度式膨張弁４２との間を接続する冷媒配管２６Ｎが配設されており、この冷媒配管２６Ｎに逆止弁４３と電磁弁４４とが介装されている。逆止弁４３は、冷媒配管２６Ｊ側（レシーバ２２側）からコンプレッサユニット２０Ａ側への冷媒の流れのみを許容する。

第２温度式膨張弁２４と、第３温度式膨張弁３１は、各々、減圧機構を備える通路２４ａ，３１ａと、減圧機構を備えていない通路２４ｂ，３１ｂと、を備えている。そして、減圧機構を備えない通路２４ｂ，３１ｂ側で冷媒の温度を検知することで、各々、通路２４ａ，３１ａの減圧機構の開度を調整することができるようになっている。第１温度式膨張弁４２もほぼ同様な構造である。なお、三方切替弁２３の具体的な構成は問わず、例えば２個の電磁弁を組み合わせてもよい。

上記した冷媒回路３において、暖房サイクル２９を構成している車室外蒸発器３２は、冷凍サイクル２７を構成している車室外凝縮器２１に対して、外気を通風する車室外ファン３６（送風手段）の通風路中における下流側に、車室外凝縮器２１と互いに平行に、且つ近接して設置されており、車室外ファン３６を共用化している。車室外ファン３６は、車室外凝縮器２１側から車室外蒸発器３２側に向かって冷却風を送風（吸引）する。なお、本実施形態においては、車室外蒸発器３２と車室外凝縮器２１との間に、車両駆動用のエンジン、モータ、インバータおよびバッテリ等を冷却する冷却媒体を熱交換させるラジエータ３７が設置された構成とされている。

車室外凝縮器２１、車室外蒸発器３２およびラジエータ３７の配置は任意であるが、本実施形態のように配置すると、車室外凝縮器２１および車両用のラジエータ３７によって、降雪時や積雪時における雪をブロックし、車室外蒸発器３２に対する雪の付着を軽減することができる。したがって、車室外蒸発器３２での熱交換性能を確保し、暖房性能を向上することができるとともに、車室外蒸発器３２への雪の付着による凍結を防止することができる。また、車両用のラジエータ３７から放熱がある場合には、それを吸熱して暖房能力の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態のレシーバ２２は、車室外凝縮器２１からの冷媒配管２６Ｃと、車室内凝縮器９からの冷媒配管２６Ｉとが接続される２つの冷媒流入口にそれぞれ逆止弁３８，３９が一体的に組み込まれた逆止弁付きのレシーバとされている。各逆止弁３８，３９は、共にレシーバ２２の外部側から内部側への冷媒の流れのみを許容する。冷媒配管２６Ｄはレシーバ２２の出口配管であり、この冷媒配管２６Ｄは冷媒配管２６Ｅと冷媒配管２６Ｊとに分岐し、冷媒配管２６Ｅが車室内蒸発器８側に繋がり、冷媒配管２６Ｊが車室外蒸発器３２側に繋がる。

電動圧縮機２０から吐出された冷媒は、三方切替弁２３の開弁状態により、車室外凝縮器２１（冷媒配管２６Ｂ側）または車室内凝縮器９（冷媒配管２６Ｈ側）のいずれか一方に選択的に流されるようになっている。そして、ＨＶＡＣユニット２から車室内に吹き出す風の温度コントロールは、電動圧縮機２０の回転数を変化させることと、電動圧縮機２０に吸入される前の冷媒を冷媒加熱装置４１によって加熱することによって行われる。

次に、車両用空調装置１の運転時における冷媒の流れを、図３〜図８を用いて説明する。この車両用空調装置１は、電動圧縮機２０から吐出された冷媒を車室外凝縮器２１で熱交換した後に減圧して車室内蒸発器８に供給する冷房運転と、電動圧縮機２０から吐出された冷媒を車室内凝縮器９で熱交換した後に車室外蒸発器３２に供給する暖房運転と、電動圧縮機２０から吐出された冷媒を車室内凝縮器９で熱交換した後に車室内蒸発器８に供給する除湿暖房運転とを切り替えて運転される。なお、各図において、運転時に冷媒が流れる冷媒配管は太線で示され、冷媒が流れていない冷媒配管は細線で示されている。

［冷房運転］
図３は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。
冷房運転時には、電動圧縮機２０で圧縮された冷媒が吐出配管２６Ａより冷媒配管２６Ｂを経て車室外凝縮器２１側に供給されるように、三方切替弁２３の開弁方向が設定される。車室外凝縮器２１に供給された冷媒は、車室外ファン３６を介して通風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、冷媒配管２６Ｃとレシーバ２２の逆止弁３８とを経てレシーバ２２内に導入され、ここに一旦貯留された後、冷媒配管２６Ｄ，２６Ｅを経て第２温度式膨張弁２４に導かれ、ここで減圧されて気液二相状態となり、ＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器８に供給される。

車室内蒸発器８でブロア５から送風されてくる内気または外気と熱交換されて蒸発ガス化された冷媒は、冷媒配管２６Ｆ，２６Ｇと、逆止弁２５と、第１温度式膨張弁４２とを経て電動圧縮機２０に吸入され、再び圧縮される。この時、冷媒加熱装置４１は停止（ＯＦＦ）状態とされている。冷媒は、第１温度式膨張弁４２を通過する際にバイパス流路４２ｂに通されて、圧力損失を招く冷媒加熱装置４１には通されずに直接電動圧縮機２０に吸入される。以下、同様のサイクルが繰り返される。

車室内蒸発器８で冷媒と熱交換されることにより冷却された内気または外気は、吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６により切り替えられる吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２、フット吹出し口１３のいずれかから車室内に吹き出され、車室内の冷房に供される。

この冷房運転時には、ＨＶＡＣユニット２内の車室内凝縮器９には、圧縮されて高温化した冷媒が供給されることがないため、車室内凝縮器９の温度が高くなることがない。したがって、車室内蒸発器８を通過して冷却された風の全量が車室内凝縮器９を通過しても、この冷風が温められることはない。そして電動圧縮機２０の回転数を変化させることによって冷風の温度コントロールがなされる。

［暖房運転（着霜前）］
図４は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。
暖房運転時、車室外蒸発器３２に着霜するまでの間は、電動圧縮機２０で圧縮された冷媒が吐出配管２６Ａより冷媒配管２６Ｈを経てＨＶＡＣユニット２内の車室内凝縮器９側に供給されるように、三方切替弁２３の開弁方向が設定される。車室内凝縮器９に供給された冷媒は、ブロア５から送風されてくる内気または外気と熱交換されて放熱される。これによって加熱された空気は、吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２およびフット吹出し口１３のいずれかから車室内に吹き出され、車室内の暖房に供される。なお、通常の暖房運転は、窓の曇りを防止するために外気導入モードで行われる。

車室内凝縮器９で熱交換されて凝縮液化された冷媒は、冷媒配管２６Ｉとレシーバ２２の逆止弁３９とを経てレシーバ２２内に導入され、ここに一旦貯留された後、冷媒配管２６Ｄ，２６Ｊを通り、冷媒配管２６Ｎに設けられた電磁弁４４が閉じているために第３温度式膨張弁３１に導かれ、ここで減圧されて気液二相状態となり、さらに冷媒配管２６Ｋを経て車室外蒸発器３２に供給される。

車室外蒸発器３２に供給された冷媒は、車室外ファン３６により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱することで蒸発ガス化された後、冷媒配管２６Ｌを経て第３温度式膨張弁３１を通過し、さらに冷媒配管２６Ｍ，２６Ｇと、逆止弁２５と、第１温度式膨張弁４２とを経て電動圧縮機２０に吸入され、再び圧縮される。この時、冷媒加熱装置４１は、冷房運転時と同じく停止（ＯＦＦ）状態とされており、冷媒は、第１温度式膨張弁４２の内部で圧力損失の少ないバイパス流路４２ｂを通って電動圧縮機２０に吸入される。以下、同様のサイクルが繰り返されてヒートポンプ暖房が行われる。

［暖房運転（着霜後）］
上記のように、車室外蒸発器３２により、外気から吸熱して暖房運転を行うと、低外気温時（例えば−１０℃以下の時）に、車室外蒸発器３２の表面に着霜し、この着霜が進むに連れて暖房能力が低下し、ついには暖房の吹出し温度が目標吹出し温度に達しなくなる懸念がある。そこで、車室外蒸発器３２が着霜した場合には、車室外蒸発器３２に冷媒を流すことを停止するとともに、冷媒加熱装置４１を作動させて電動圧縮機２０に吸入される前の冷媒を加熱する冷媒加熱式の暖房運転が行われる。

即ち、車室外蒸発器３２に対して着霜が検知された場合、冷媒加熱装置４１を作動させる。こうして冷媒加熱装置４１により冷媒が蒸発し過熱度が付き始めると、第１温度式膨張弁４２が開き（ＯＮ）、電磁弁４４も開かれるため、図５に示すように、電動圧縮機２０から吐出されて車室内凝縮器９とレシーバ２２とを経た冷媒が冷媒配管２６Ｎに流れ込み、電磁弁４４と逆止弁４３とを通過し、第１温度式膨張弁４２の冷媒加熱流路４２ａ（図２参照）を通って冷媒加熱装置４１に通され、ここで加熱されてから電動圧縮機２０に吸入され、圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返されてヒートポンプ暖房が続行される。

これに伴い、車室外蒸発器３２へ流入する冷媒量が減少し、過熱度が付かない状態となって、第３温度式膨張弁３１の減圧機構を備える通路３１ａが閉じる（ＯＦＦ）。このため、車室外蒸発器３２への冷媒供給が停止される。冷媒加熱装置４１で加熱された冷媒が電動圧縮機２０で圧縮されて車室内凝縮器９に導入され、ブロア５から送風されてくる外気と熱交換されて放熱されることは、除霜前の暖房運転と同様である。なお、この冷媒加熱式の暖房運転が行われている時も、窓の曇りを防止するために外気導入モードに設定するのが好ましい。

なお、第２温度式膨張弁２４および第３温度式膨張弁３１は、電磁弁を備えたものであってもよい。電磁弁を備えていれば、完全に冷媒の流れを停止させることができる。しかし、電磁弁を使わずに温度式膨張弁とすることで、車両用空調装置１の構成を簡素化することができる。

［除湿暖房運転（着霜後）］
このように、車室外蒸発器３２が着霜していて、冷媒加熱装置４１により冷媒を加熱しながら暖房運転が行われている最中に、乗員により内気循環モードが選択された場合には、温度が高い車室内空気から吸熱して暖房できる利点があるものの、車内の湿度の高い空気が循環されることにより、車両の窓が急激に曇る懸念がある。このような場合には、電動圧縮機２０から吐出された冷媒を、車室内蒸発器８と車室外蒸発器３２との両方に供給しながら除湿暖房運転が行われる。

この除湿暖房運転時には、図６に示すように、電動圧縮機２０で圧縮された冷媒は、着霜前の暖房運転時（図４）と同様に、まず車室内凝縮器９に導入され、ここで、ブロア５から送風されてくる内気と熱交換されて放熱される。これによって加熱された空気は、吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２およびフット吹出し口１３のいずれかから車室内に吹き出され、車室内の暖房に供される。

車室内凝縮器９で放熱して凝縮液化した冷媒は、レシーバ２２内に導入され、ここに一旦貯留された後、冷媒配管２６Ｄから冷媒配管２６Ｅと２６Ｊの両方に分流するように流される。

レシーバ２２から冷媒配管２６Ｅに流れた冷媒は、第２温度式膨張弁２４で減圧されて気液二相状態となり、ＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器８に供給される。この車室内蒸発器８で冷媒に吸熱されることによって冷却除湿された空気（内気）は、車室内蒸発器８の下流側に設置されている車室内凝縮器９で加熱され、吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２およびフット吹出し口１３のいずれかから車室内に吹き出されることで、車室内の暖房に供される。車室内蒸発器８でブロア５から送風されてくる内気と熱交換されて蒸発ガス化された冷媒は、冷媒配管２６Ｆに流れる。

また、レシーバ２２から冷媒配管２６Ｊに流れた冷媒は、電磁弁４４が閉じているために第３温度式膨張弁３１側に流れ、ここで減圧されて気液二相状態となり、車室外蒸発器３２に供給される。車室外蒸発器３２に供給された冷媒は、車室外ファン３６により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱することで蒸発ガス化された後、再び第３温度式膨張弁３１を通過し、冷媒配管２６Ｇ内において車室内蒸発器８から流れてきた冷媒と合流し、逆止弁２５と第１温度式膨張弁４２とを経て電動圧縮機２０に吸入され、再び圧縮される。

この時、冷媒加熱装置４１は停止（ＯＦＦ）状態とされており、冷媒は、第１温度式膨張弁４２の内部で圧力損失の少ないバイパス流路４２ｂを通って電動圧縮機２０に吸入される。以下、同様のサイクルが繰り返されてヒートポンプ暖房と冷房とを併用した除湿暖房運転が行われる。この除湿暖房運転では、車室内蒸発器８を利用して内気の除湿が行われるので、窓曇りの心配がない。

さらに、外気温が低く、暖房の吹出し温度が目標吹出し温度に達しない場合には、冷媒加熱装置４１を作動させて電動圧縮機２０に吸入される前の冷媒を加熱する。この時の冷媒の流れは図７に示すようになる。この時は、図６の状態から電磁弁４４を開いて冷媒配管２６Ｎを開通した状態で冷媒加熱装置４１をＯＮにする。

この時に、第３温度式膨張弁３１が例えば半開弁状態であると、車室外蒸発器３２側に冷媒が流れてしまい、電動圧縮機２０に吸入される冷媒の圧力が減少してしまうため、好ましくは第３温度式膨張弁３１に電磁弁機能を設け、着霜後の除湿暖房運転時には、この電磁弁により第３温度式膨張弁３１を強制的に閉じて冷媒配管２６Ｋ，２６Ｌ，２６Ｍを閉鎖し、車室外蒸発器３２に冷媒が流れないようにする。これにより、レシーバ２２から冷媒配管２６Ｊに流れた冷媒が全て冷媒加熱装置４１側に流れ、冷媒加熱装置４１で加熱されることによって暖房能力が向上される。

［除霜運転］
上記のように、車室外蒸発器３２を機能させて暖房運転している時に、車室外蒸発器３２に対して着霜が検知された場合でも、直ちに除霜運転は行わず、前述した冷媒加熱式の暖房運転（図５）、または除湿暖房運転（図６）に切り替えることにより、そのまま暖房運転を継続するように制御される。このため、車両が走行（使用）されている間は、強制的な除霜は行われず、外気で自然にデフロストされるのを待つことになる。しかし、外気温の低い状態が続くと、除霜されずに霜が付着したままとなることが想定される。

そこで、車両が停止（駐車）とされ、乗員が居なくなった状態で、さらに電気自動車やハイブリッド車両の場合において望ましいのは車両のバッテリの充電時、または充電後でバッテリ容量に余裕がある時に、車両用空調装置１の除霜運転を行うように制御される。

この除霜運転では、図８に示されるように、電動圧縮機２０で圧縮されたホットガス冷媒が冷媒配管２６Ｂを通って車室外凝縮器２１側に供給されるように、三方切替弁２３の開弁方向が設定され、車室外ファン３６を作動させる。即ち、冷房運転時（図３）と同様に冷媒が流れる。また、ＨＶＡＣユニット２の内外気切替ダンパ４が内気循環モードに設定される。車室外凝縮器２１に供給された冷媒は、車室外ファン３６を介して通風される外気と熱交換されて凝縮液化され、この時に車室外凝縮器２１が高温になる。

車室外蒸発器３２は、車室外凝縮器２１に対して、外気を通風する車室外ファン３６（送風手段）の通風路中における下流側に近接して設置されているため、車室外ファン３６の作動により、高温な車室外凝縮器２１と熱交換して温風となった冷却風が車室外蒸発器３２に吹き付けられ、その熱により車室外蒸発器３２に付着した霜が融解される。

車室外凝縮器２１で放熱して凝縮された冷媒は、冷媒配管２６Ｃ、レシーバ２２、出口冷媒配管２６Ｄ、冷媒配管２６Ｅを経て第２温度式膨張弁２４に導かれ、ここで減圧されて気液二相状態となり、ＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器８に供給される。車室内蒸発器８に供給された気液二相冷媒は、ブロア５を介して循環される車室内空気（内気）から吸熱して蒸発され、冷媒配管２６Ｆ，２６Ｇと、逆止弁２５と、第１温度式膨張弁４２とを経て電動圧縮機２０に吸入され、再び圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返されることによって、車室外凝縮器２１で放熱されるホットガス冷媒の熱を利用して間接的に車室外蒸発器３２の霜を溶解し、除霜することができる。

このため、除霜運転時にも、低圧仕様の車室外蒸発器３２に対して高圧のホットガス冷媒を流通させることなく、その除霜を行うことが可能となる。また、この除霜運転は、車内に乗員が居ない状態で行われることから、除霜に適合する最適なモードに設定して運転することができる。

本実施形態では、車室内蒸発器８で可能な限り温度の高い空気から吸熱できるように、内外気切替ダンパ４を内気循環モードとするとともに、電動圧縮機２０の回転数を高くして冷房能力を最大（ＭＡＸ ＣＯＯＬ）に設定して冷房運転するようにしている。このようにホットガスの熱量を有効に利用して除霜できるため、短時間で除霜することができる。

また、除霜運転は、車両を停止した後、車室内に乗員が居ない状態で、且つ車両のバッテリの充電中もしくは充電後に行うようにしているので、除霜運転が車両の走行距離に影響を及ぼすことを回避することができるとともに、車両バッテリの充電時もしくは充電後のバッテリ容量に余裕がある時に除霜運転を行うことができ、したがって、乗員に何ら影響を及ぼさない状態で効率良く確実に車室外蒸発器３２を除霜することができる。

さらに、吹出しモードについても、仮にフットモードを選択してフット吹出し口１３から空気を吹き出すようにすると、フット吹出し口１３から吹き出された空気が、フット吹出し口１３に近接して開口されている内気循環用の吸込み口にショートサーキットし、車室内の温度の高い空気を吸い込むことができ難くなる虞がある。そこで、除霜運転時には、ＨＶＡＣユニット２の複数の吹出し口１１，１２，１３のうち、吸込み口から遠い吹出し口が選択される。即ち、吹出しモードをフットモード以外の、デフモード、フェイスモード、バイレベルモードのいずれかが自動選択されるようになっている。したがって、内気循環により車室内から吸い込まれる空気の温度を可及的に高めにし、短時間で効果的に車室外蒸発器３２を除霜することができる。

また、この除霜運転の終了は、車室外蒸発器３２を用いたヒートポンプ暖房運転（図４の着霜前の暖房運転）を実施して、着霜検知手段（後述する車室外蒸発器冷媒温度センサ（Ｔ１）５８と外気温度センサ（Ｔａｍｂ）５４との温度差が設定値ａ以上か否かで判定）により着霜がないことを確認した時点で除霜運転を終了させるようにしている。つまり、着霜検知手段が作動しないことを以って除霜が完了していることを確認して、除霜残しが無いように確実に車室外蒸発器３２を除霜できるようにしている。

［空調制御装置］
以上説明した運転モードは、図９に示されている空調制御装置５０を介して制御されるようになっている。この空調制御装置５０は、上位に当たる車両制御装置５１と接続され、車両側から関係情報が入力可能とされているとともに、コントロールパネル５２を備えている。そして、空調制御装置５０は、以下に説明する各種センサからの検出信号と、車両制御装置５１およびコントロールパネル５２からの入力情報とに基づいて、車両用空調装置１の運転制御を行う。

空調制御装置５０には、車両の適所に設置されている車室内温度センサ（Ｔｒ）５３、外気温度センサ（Ｔａｍｂ）５４、日射センサ（Ｔｓ）５５、車速センサ５６の他、車室内蒸発器８に設置されているフロストセンサ（ＦＳ）５７、車室外蒸発器３２に設置されている車室外蒸発器冷媒温度センサ（Ｔ１）５８、冷媒配管２６Ｈに設置されている高圧センサ（ＨＰ）５９、車室内凝縮器９に設置されている車室内凝縮器吹出し温度センサ（Ｔｃ）６０からの検出信号が入力されるようになっている（これら各センサの設置位置は図１参照）。

空調制御装置５０は、以上の各種センサからの検出信号と、コントロールパネル５２および車両制御装置５１からの入力情報に基づき、予め設定されているプログラムに従って所要の演算、処理等を行い、吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６用のアクチュエータ６１、内外気切替ダンパ４用のアクチュエータ６２、ブロア５用のモータ６４、車室外ファン３６用のモータ６５、電動圧縮機２０用のモータ６６、冷媒加熱装置４１用のオン／オフスイッチ６７、三方切替弁２３用の電磁コイル６８および電磁弁４４用の電磁コイル６９等を制御し、上記の如く車両用空調装置１を運転制御する機能を担うものである。

［運転制御］
以下に、この空調制御装置５０による車両用空調装置１の運転制御を、図１０ないし図１５に示すフローチャートを参照して説明する。
図１０は、車両用空調装置１のメイン制御フロー図であり、制御が開始されると、まずステップＳ１０１において、コントロールパネル５２の設定を読み込み、さらにステップＳ１０２において、各種のセンサ５３〜６０からの検出値を読み込む。これらの設定値および検出値に基づいて、ステップＳ１０３では、目標吹出し温度Ｔｔａｒを算出し、ステップＳ１０４に移行する。ここでは、除湿運転ありか否かが判定され、除湿運転がなされている（Ｙｅｓ）であれば、ステップＳ１０５に移行して「冷房運転制御」に入り、除湿運転がなされていなければ（Ｎｏ）、ステップＳ１０６に移行して「暖房運転制御」に入り、その後、ステップＳ１０７において、各種センサ５３〜６０の検出値を出力し、スタート点に戻る。

上記ステップＳ１０５において「冷房運転制御」に入ると、図１１に示される冷房運転制御が実行される。
冷房運転制御では、まずステップＳ２０１において、三方切替弁２３の流路が決定され、冷媒を車室外凝縮器２１側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ２０２において、電磁弁４４の開閉が決定され、電磁弁４４が閉（ＯＦＦ）とされる。これによって、冷房用の冷凍サイクル２７が設定される。

引き続き、ステップＳ２０３において電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ２０４において内外気切替ダンパ４の切り替えによる吸い込みモード、ステップＳ２０５において吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６の切り替えによる吹出しモード、ステップＳ２０６においてブロア５の駆動電圧、ステップＳ２０７において車室外ファン３６の駆動電圧がそれぞれ決定され、各モータおよびアクチュエータ６１〜６６が制御されることにより、車室内温度が設定温度となるように冷房運転が実行されるようになっている。その後、Ｃ１（ステップＳ１０７）に移行され、冷房運転が継続される。

また、図１０のステップＳ１０６において、「暖房運転制御」に入ると、図１２および図１３に示される暖房運転制御が実行される。
暖房運転制御では、まず図１２のステップＳ３０１において、三方切替弁２３の流路が決定され、冷媒を車室内凝縮器９側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ３０２において、電磁弁４４の開閉が決定され、電磁弁４４が閉（ＯＦＦ）とされる。これにより、着霜前の暖房用のヒートポンプサイクルが設定され、その後、ステップＳ３０３に移行される。ステップＳ３０３においては、車室外蒸発器３２に対する着霜の有無が判定される。

ステップＳ３０３における着霜の有無は、車室外蒸発器冷媒温度センサ５８の検出値Ｔ１と外気温度センサ５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ａ以上か否か（Ｔａｍｂ−Ｔ１≧ａ）で判定される。着霜あり（Ｙｅｓ）と判定されると、ステップＳ３０４に移行され、着霜なし（Ｎｏ）と判定されると、ステップＳ５０１（図１３参照）に移行される。ここで、着霜なしと判定された場合には、車室外蒸発器３２を蒸発器として機能させ、着霜前のヒートポンプサイクルにより暖房運転（図４）されることになる。

図１３のステップＳ５０１では、乗員が内気循環モードを選択する可能性があるので、内気導入モードを選択する指令の有無が判断される。外気導入モードを選択する旨の指令（外気指令）がなければ、内気循環モード（Ｙｅｓ）と決定され、ステップＳ５０２で内気循環モードに設定され、ステップＳ５０３で電磁弁の開度が設定される。

引き続き、ステップＳ５０４に移行し、目標吹出し温度Ｔｔａｒと車室内凝縮器吹出し温度センサ６０の検出値Ｔｃｏとの差が、設定値ｂ以上か否か（Ｔｔａｒ−Ｔｃｏ≧ｂ）、または、フロストセンサ５７による検出値Ｆｓが、設定値ｃ以下か否か（Ｆｓ≦ｃ）が判定される。Ｔｔａｒ−Ｔｃｏ≧ｂ、または、Ｆｓ≦ｃ（Ｙｅｓ）と判定されると、ステップＳ５０５に移行して冷媒加熱装置４１がＯＮされる。そうでなければ（Ｎｏ）、ステップＳ５０６に移行して冷媒加熱装置４１がＯＦＦ状態のまま保たれるようになっている。このように、ヒートポンプによる暖房だけでは能力が足りないと判断される場合、冷媒加熱装置４１により暖房能力を補うようにしている。

これに続いて、ステップＳ５０７において電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ５０８において吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６の切り替えによる吹出しモード、ステップＳ５０９においてブロア５の駆動電圧、ステップＳ５１０において車室外ファン３６の駆動電圧等がそれぞれ決定され、モータおよびアクチュエータ６１〜６６が駆動されることにより、車室内温度が設定温度となるように、車室外蒸発器３２に着霜後の暖房運転が実行されるようになっている。その後、Ｃ１（ステップＳ１０７）に移行され、暖房運転が継続される。

一方、ステップＳ５０１において外気導入モードを選択する旨の指令（外気指令）があれば、外気導入モード（Ｎｏ）と決定され、ステップＳ６０１で外気導入モードに設定され、ステップＳ６０２において冷媒加熱装置４１をＯＦＦに設定した後、ステップＳ６０３において電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ６０４において吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６の切り替えによる吹出しモード、ステップＳ６０５においてブロア５の駆動電圧、ステップＳ６０６において車室外ファン３６の駆動電圧等がそれぞれ決定され、各モータおよびアクチュエータ６１〜６６が駆動されることにより、車室内温度が設定温度となるように暖房運転が実行されるようになっている。その後、Ｃ１（ステップＳ１０７）に移行され、暖房運転が継続される。

一方、図１２のステップＳ３０３において、着霜ありと判定され、ステップＳ３０４に移行されると、車両電源が入っている（ＯＮ）か否（ＯＦＦ）か、が判定され、ＯＦＦ（Ｎｏ）の場合にはステップＳ４０１に移行し、ＯＮ（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ３０５に移行される。ステップＳ３０５においては、外気導入モードを選択する指令の有無が判断される。外気導入モードを選択する旨の指令（外気指令）がなければ、内気循環モード（Ｙｅｓ）と決定され、次のステップＳ３０６で内気循環モードに設定され、ステップ３０７で電磁弁の開度が設定される。

引き続き、ステップＳ３０８に移行される。ここでは、目標吹出し温度Ｔｔａｒと車室内凝縮器吹出し温度センサ６０の検出値Ｔｃｏとの差が、設定値ｂ以上か否か（Ｔｔａｒ−Ｔｃｏ≧ｂ）、または、フロストセンサ５７による検出値Ｆｓが、設定値ｃ以下か否か（Ｆｓ≦ｃ）が判定される。Ｔｔａｒ−Ｔｃｏ≧ｂ、または、Ｆｓ≦ｃ（Ｙｅｓ）と判定されると、ステップＳ３０９に移行して冷媒加熱装置４１がＯＮされる。そうでなければ（Ｎｏ）、ステップＳ３１０に移行して冷媒加熱装置４１がＯＦＦ状態のまま保たれるようになっている。このように、ヒートポンプによる暖房だけでは能力が足りないと判断される場合、冷媒加熱装置４１により暖房能力を補うようにしている。

これに続いて、ステップＳ３１１において電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ３１２において吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６の切り替えによる吹出しモード、ステップＳ３１３においてブロア５の駆動電圧、ステップＳ３１４において車室外ファン３６の駆動電圧等がそれぞれ決定され、モータおよびアクチュエータ６１〜６６が駆動されることにより、車室内温度が設定温度となるように、車室外蒸発器３２に着霜後の暖房運転が実行されるようになっている。その後、Ｃ１（ステップＳ１０７）に移行され、暖房運転が継続される。

ステップＳ３０５において、外気導入モードを選択する旨の指令（外気指令）があれば、外気導入モードと決定され（Ｎｏ）、次いで、図１５に示すステップＳ３１５において外気導入モードに設定され、次にステップＳ３１６において、電磁弁４４が開（ＯＮ）とされる。次に、ステップＳ３１７で冷媒加熱装置４１をＯＮに設定した後、ステップＳ３１８において電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ３１９において吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６の切り替えによる吹出しモード、ステップＳ３２０においてブロア５の駆動電圧、ステップＳ３２１において車室外ファン３６の駆動電圧等がそれぞれ決定され、各モータおよびアクチュエータ６１〜６６が駆動されることにより、車室内温度が設定温度となるように暖房運転が実行される。その後、Ｃ１（ステップＳ１０７）に移行され、暖房運転が継続される。

さらに、図１２のステップＳ３０４において、Ｎｏ、即ち車両電源がＯＦＦと判定され、ステップＳ４０１に移行すると、車両電源（バッテリ）が充電中または充電完了か否かが判定される。ここで、充電中または充電完了（Ｙｅｓ）と判定されると、車両が停車中（駐車中）で、乗員が乗っておらず、かつ車両のバッテリが充電中もしくは充電完了していると判断し、ステップＳ４０２に移行して車室外蒸発器３２に着霜している霜を除霜する「除霜運転制御」が実施される。車室外蒸発器３２の霜は、着霜後の継続運転中において、自然にデフロストされている可能性もあるが、着霜判定された後の車両電源ＯＦＦ時、必ず「除霜運転制御」が実行されるようになっている。
一方、車両電源（バッテリ）が充電中または充電完了していなければ（ステップＳ４０１→Ｎｏ）、除霜運転は終了される。

この「除霜運転制御」では、図１４に示されるように、ステップＳ７０１において、三方切替弁２３の流路が決定され、冷媒を車室外凝縮器２１側に流す回路に接続される。続いて、ステップＳ７０２において、電磁弁４４の開閉が決定され、電磁弁４４が閉とされる。これにより、除霜運転用の冷凍サイクル２７が設定され、その後、ステップＳ７０３に移行される。ステップＳ７０３においては、車室内温度センサ５３の検出値Ｔｒと外気温度センサ５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ｄ以下か否か（Ｔｒ−Ｔａｍｂ≦ｄ）、またはフロストセンサ５７による検出値Ｆｓが、設定値ｃ以下か否か（Ｆｓ≦ｃ）が判定される。

ステップＳ７０３でＹｅｓと判定されると、ステップＳ７０４に移行して冷媒加熱装置４１がＯＮされ、Ｎｏと判定されると、ステップＳ７０５に移行して冷媒加熱装置４１がＯＦＦ状態に保たれるようになっている。このように、車室内温度が低く、車室内蒸発器８で十分な吸熱が期待できず、除霜に必要な熱量が不足していると判断される場合、冷媒加熱装置４１により車室内蒸発器８に循環される冷媒を加熱できるようにしている。

次に、ステップＳ７０６において電動圧縮機２０の回転数、ステップＳ７０７において内外気切替ダンパ４の切り替えによる吸い込みモード（内気循環モード）、ステップＳ７０８において吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６の切り替えによる吹出しモード、ステップＳ７０９においてブロア５の駆動電圧、ステップＳ７１０において車室外ファン３６の駆動電圧等がそれぞれ決定され、各モータおよびアクチュエータ６１〜６６が駆動されることにより、内気循環モードで除霜運転が実行されるようになっている。

また、本実施形態においては、この除霜運転時、吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６によりデフモード、フェイスモードもしくはバイレベルモードのいずれかの吹出しモードにして運転するようにしている。これは、内気循環モードによって行われる除霜運転時、フット吹出し口１３から車室内に吹き出される低温の空気が近くの内気循環用の吸込口からショートサーキットするのを防ぐためである。

図１４に示されるステップＳ７０１ないしステップＳ７１０の「除霜運転制御」が終了すると、その後、図１２のＣ２（ステップＳ４０３）に移行され、着霜判定が実行される。この着霜判定は、ステップＳ３０３で行われる着霜判定と同様に、車室外蒸発器冷媒温度センサ５８の検出値Ｔ１と外気温度センサ５４の検出値Ｔａｍｂとの差が、設定値ａ以上か否か（Ｔａｍｂ−Ｔ１≧ａ）で判定される。そして、着霜あり（Ｙｅｓ）と判定されると、ステップＳ４０２に戻り、「除霜運転制御」が継続され、Ｎｏ（着霜なし）と判定されると除霜運転が終了されるようになっている。

［作用・効果］
本実施形態に係る車両用空調装置１によれば、以下の作用効果が奏される。
まず、冷媒加熱装置４１を、電動圧縮機２０の吸入部に隣接させて設置したことにより、冷媒加熱装置４１が電動圧縮機２０と一体化される（コンプレッサユニット２０Ａとなる）ため、従来のような独立した冷媒加熱装置や、これを接続するための追加配管等の機材が不要となり、それらの設置スペースを削減できるとともに、冷媒回路３の簡素化および低コスト化を図ることができる。
しかも、冷媒加熱装置４１で加熱された冷媒が、別な配管等を通ることなく、冷媒加熱装置４１に隣接している電動圧縮機２０に直ちに吸入されるため、加熱された冷媒の熱損失を防止して、暖房能力および除霜能力を向上させることができる。

これに加えて、冷媒加熱装置４１の入口部に、冷媒の圧力を減圧する第１温度式膨張弁４２を隣接させて設置したため、冷媒加熱装置４１が電動圧縮機２０と一体化されることに加えて、第１温度式膨張弁４２も電動圧縮機２０に一体化されるため、一層のコンパクト化および低コスト化を図ることができる。

さらに、この第１温度式膨張弁４２は、電動圧縮機２０に吸入される前の冷媒を冷媒加熱装置４１に流す冷媒加熱流路４２ａと、冷媒を冷媒加熱装置４１に流さずに電動圧縮機２０に直接吸入させるバイパス流路４２ｂと、を備えているため、冷媒加熱装置４１が使用されない冷房運転時には、第１温度式膨張弁４２の冷媒加熱流路４２ａを閉じてバイパス流路４２ｂを開くことにより、電動圧縮機２０に吸入される前の冷媒を、圧力損失を招く冷媒加熱装置４１には通さずに直接電動圧縮機２０に吸入させることができる。このため、冷媒を効率良く電動圧縮機２０に吸入させて冷房能力を向上させることができる。

また、この車両用空調装置１では、ＨＶＡＣユニット２内において、車室内蒸発器８を通過した空気の全量が車室内凝縮器９を通るように風路を形成するとともに、電動圧縮機２０の吐出側に三方切替弁２３を設けて、電動圧縮機２０から吐出された冷媒を車室内凝縮器９または車室外凝縮器２１のいずれか一方に選択的に流す構成とし、電動圧縮機２０の回転数を変化させることによってＨＶＡＣユニット２から車室内に吹き出す風の温度コントロールを行うようにした。

この構成によれば、ＨＶＡＣユニット２内に設けられた車室内蒸発器８と車室内凝縮器９のうち、冷房運転時には車室内蒸発器８にのみ冷媒が供給され、暖房運転時には車室内凝縮器９にのみ冷媒が供給される。そして、電動圧縮機２０の回転数を変化させることによって温度コントロールが行われる。
この構成により、従来の車両用空調装置においてＨＶＡＣユニット内に設けられていた温調ダンパが無くなるため、ＨＶＡＣユニット２を大幅に小型簡素化するとともに、低コスト化することができる。
しかも、従来の車両用空調装置のように、冷房時にＨＶＡＣユニット内の車室内凝縮器に圧縮されて高温化した冷媒が供給されることがないため、温風の漏れやＨＶＡＣユニットの温度上昇等による熱漏れの虞がなく、これによって冷房能力を向上させることができる。

また、この車両用空調装置１は、車室外凝縮器２１を車室外蒸発器３２に近接させて設置するとともに、車室外凝縮器２１側から車室外蒸発器３２側に向かって冷却風を送風する車室外ファン３６（送風手段）を設けている。このため、車室外蒸発器３２が着霜して機能低下し、除霜運転を行う際には、電動圧縮機２０から吐出された高温な冷媒を車室外凝縮器２１に供給しながら車室外ファン３６を作動させることにより、高温な冷媒が車室外凝縮器２１で熱交換された際に発生する熱風が車室外ファン３６の作動により車室外蒸発器３２に吹き付けられ、車室外蒸発器３２の着霜が融解される。このため、車室外蒸発器３２の除霜能力を向上させることができる。

またこのように構成された車両用空調装置１の運転方法として、暖房運転時における暖房の吹出し温度が目標吹出し温度に達していない場合は、冷媒加熱装置４１を作動させて電動圧縮機２０に吸入される前の冷媒を加熱するようにしたため、車室内凝縮器９における放熱量が多くなり、これによって特に低外気温時における暖房能力を向上させることができる。

また、車両用空調装置１の運転方法として、暖房運転時、且つ車室外蒸発器３２に着霜している時に内気循環モードが選択された場合には、電動圧縮機２０から吐出された冷媒を車室内蒸発器８と車室外蒸発器３２との両方に供給しながら除湿暖房運転を行うようにした。

このため、窓曇りの発生が懸念される内気循環モードにおいても、上記運転方法によれば、車室内蒸発器８を用いて除湿暖房運転を実施することにより、窓曇りの発生を抑制しながら暖房運転を続行することができる。また、車室内蒸発器８と車室外蒸発器３２の両方へ冷媒を流すことにより、車室内蒸発器８のフロストを極力避けることができる。

また、車両用空調装置１の運転方法として、車室外蒸発器３２の除霜を行う除霜運転時には、電動圧縮機２０から吐出された高温な冷媒を車室外凝縮器２１に供給しながら車室外ファン３６を作動させるようにした。このため、高温な冷媒が車室外凝縮器２１で熱交換された際に発生する熱風が車室外ファン３６の作動により車室外蒸発器３２に吹き付けられ、車室外蒸発器３２の着霜が融解される。このため、短時間で効果的に車室外蒸発器３２を除霜することができ、車室外蒸発器３２の除霜能力を向上させることができる。

また、この除霜運転時においては、内気循環モードを自動選択するようにしたため、既に暖められた車室内空気を無駄にすることなく車室内蒸発器８に吸熱させて除霜のための熱源とし、車室外蒸発器３２の除霜に供することができる。このため、車室内から吸い込まれる空気の温度を可及的に高めにし、短時間で効果的に車室外蒸発器３２を除霜できるようにして、車室外蒸発器３２の除霜能力を向上させることができる。

また、この除霜運転時においては、ＨＶＡＣユニット２の複数の吹出し口１１，１２，１３のうち、内気吸込み口から遠い吹出し口を自動選択するようにしたため、除霜運転時にＨＶＡＣユニット２より吹き出される冷風が、直接ＨＶＡＣユニット２の内気吸込み口にショートサーキットしてしまうことを防止することができる。このため、車室内空気の熱を無駄にすることなく車室内蒸発器８に吸熱させて車室外蒸発器３２の除霜に供することができ、除霜能力を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

１ 車両用空調装置
２ ＨＶＡＣユニット
３ 冷媒回路
８ 車室内蒸発器
９ 車室内凝縮器
１１，１２，１３ ＨＶＡＣユニットの吹出し口
２０ 電動圧縮機
２０Ａ コンプレッサユニット
２０ａ 電動圧縮機の吸入部
２１ 車室外凝縮器
２２ レシーバ
２３ 三方切替弁
２７ 冷凍サイクル
２９ 暖房サイクル
３２ 車室外蒸発器
３６ 車室外ファン（送風手段）
４１ 冷媒加熱装置
４２ 第１温度式膨張弁
４２ａ 冷媒加熱流路
４２ｂ バイパス流路

Claims (11)

1. 冷媒を圧縮する電動圧縮機と、
   車室内のＨＶＡＣユニット内に設けられた車室内蒸発器および車室内凝縮器と、
   車室外に設けられた車室外蒸発器および車室外凝縮器と、
   前記電動圧縮機に吸入される前の冷媒を必要に応じて加熱する冷媒加熱装置と、を備え、
   前記電動圧縮機から吐出された冷媒を車室外凝縮器で熱交換した後に減圧して車室内蒸発器に供給する冷房運転と、
   前記電動圧縮機から吐出された冷媒を車室内凝縮器で熱交換した後に車室外蒸発器に供給する暖房運転と、
   前記電動圧縮機から吐出された冷媒を車室内凝縮器で熱交換した後に前記車室内蒸発器に供給する除湿暖房運転と、
   を切り替えて運転するヒートポンプ方式の車両用空調装置であって、
   前記冷媒加熱装置を、前記電動圧縮機の吸入部に隣接させて設置し、
   前記冷媒加熱装置の入口部に、冷媒の圧力を減圧する温度式膨張弁を隣接させて設置したことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記温度式膨張弁は、
   前記電動圧縮機に吸入される前の冷媒を前記冷媒加熱装置に流す冷媒加熱流路と、
   冷媒を前記冷媒加熱装置に流さずに前記電動圧縮機に直接吸入させるバイパス流路と、を備えてい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. 前記電動圧縮機、前記冷媒加熱装置、及び、前記温度式膨張弁は、一体化されている請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
4. 前記ＨＶＡＣユニット内において、前記車室内蒸発器を通過した空気の全量が前記車室内凝縮器を通るように風路を形成するとともに、
   前記電動圧縮機の吐出側に三方切替弁を設けて、該電動圧縮機から吐出された冷媒を前記車室内凝縮器または前記車室外凝縮器のいずれか一方に選択的に流す構成とし、
   前記電動圧縮機の回転数を変化させることによって前記ＨＶＡＣユニットから車室内に吹き出す風の温度コントロールを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用空調装置。
5. 前記車室外凝縮器を前記車室外蒸発器に近接させて設置するとともに、
   前記車室外凝縮器側から前記車室外蒸発器側に向かって冷却風を送風する送風手段を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両用空調装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の車両用空調装置において、
   前記暖房運転時における暖房の吹出し温度が目標吹出し温度に達していない場合は、前記冷媒加熱装置を作動させて前記電動圧縮機に吸入される前の冷媒を加熱することを特徴とする車両用空調装置の運転方法。
7. 請求項１から５のいずれかに記載の車両用空調装置において、
   前記暖房運転時、且つ前記車室外蒸発器に着霜している時に内気循環モードが選択された場合には、
   前記電動圧縮機から吐出された冷媒を前記車室内蒸発器と前記車室外蒸発器との両方に供給しながら前記除湿暖房運転を行うことを特徴とする車両用空調装置の運転方法。
8. 請求項６に記載の車両用空調装置の運転方法において、
   前記暖房運転時、且つ前記車室外蒸発器に着霜している時に内気循環モードが選択された場合には、
   前記電動圧縮機から吐出された冷媒を前記車室内蒸発器に供給し、前記車室外蒸発器には供給せずに前記除湿暖房運転を行うことを特徴とする車両用空調装置の運転方法。
9. 請求項５に記載の車両用空調装置において、
   前記車室外蒸発器の除霜を行う除霜運転時には、
   前記電動圧縮機から吐出された冷媒を前記車室外凝縮器に供給しながら前記送風手段を作動させることを特徴とする車両用空調装置の運転方法。
10. 前記除霜運転時には内気循環モードにすることを特徴とする請求項９に記載の車両用空調装置の運転方法。
11. 前記除霜運転時には、前記ＨＶＡＣユニットの複数の吹出し口のうち、吸込み口から遠い吹出し口を選択することを特徴とする請求項１０に記載の車両用空調装置の運転方法。

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