JP6601307B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、アキュムレータを備える冷凍サイクル装置に関する。

従来、特許文献１には、アキュムレータを備える冷凍サイクル装置が記載されている。アキュムレータは、冷凍サイクル装置の蒸発器で熱交換された冷媒の気液を分離する気液分離器である。アキュムレータは、分離された液相冷媒を蓄え、分離された気相冷媒を圧縮機の冷媒吸入口側へ流出させる。アキュムレータによって、圧縮機における液圧縮が抑制される。

アキュムレータに蓄えられた液相冷媒には冷凍機油が混在している。冷凍機油は、圧縮機を潤滑する潤滑油である。アキュムレータは、液相冷媒中に混在する冷凍機油を気相冷媒とともに圧縮機に戻す。

従来、特許文献２、３には、ヒータや高温冷媒を用いて冷凍機油を加熱することによって冷凍機油の粘性を下げる技術がある。

特開２０１２−２２５６３７号公報 実開昭５４−１７０４５４号公報 特開平７−２０８８１７号公報

上記特許文献１の従来技術では、冬期等の低温環境下において冷凍サイクル装置の圧縮機の作動信頼性を担保できないという問題がある。

すなわち、アキュムレータに蓄えられた液相冷媒が少なくなるとアキュムレータ内において冷凍機油の濃度が高くなる。そのため、冷凍機油の粘性が高くなる低温環境下においてアキュムレータ内の液相冷媒が少なくなると圧縮機に冷凍機油を戻せなくなってしまう。

上記特許文献２、３の従来技術では、冷凍機油を加熱することによって冷凍機油の粘性を下げるが、冷凍機油を加熱するためにヒータの追加や複雑な冷媒配管取り回しを要求されるため、冷凍サイクル装置の体格が大型化してしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、冷凍サイクル装置の体格の大型化を招くことなく圧縮機へ冷凍機油を戻しやすくすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の冷凍サイクル装置では、
冷媒を吸入して圧縮して吐出する圧縮機構（１１ａ）を有する圧縮機（１１）と、
圧縮機（１１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
放熱器で放熱された冷媒を減圧させる減圧部（１４、１９）と、
減圧部（１４、１９）で減圧された冷媒に吸熱させて冷媒を蒸発させる蒸発器（１５、２０）と、
蒸発器（１５、２０）で吸熱された冷媒の気液を分離し、分離された液相冷媒を内部に蓄え、分離された気相冷媒を液相冷媒に混在する潤滑油とともに圧縮機（１１）の吸入側へ流出させるアキュムレータ（２１）と、
アキュムレータ（２１）の内部における液相冷媒の液面高さが目標高さ以上になるように減圧部（１４、１９）の作動を制御する制御部（４０）と、
アキュムレータ（２１）から流出して圧縮機構（１１ａ）に流入する冷媒によって冷却される発熱体（１１ｂ、５０）の温度を検出する温度検出部（４３）とを備え、
制御部（４０）は、温度検出部（４３）が検出した温度に基づいて、液面高さを推定する。

これによると、アキュムレータ（２１）の内部における液相冷媒の液面高さが所定高さ以上になるので、アキュムレータ（２１）内の液相冷媒に対する潤滑油の濃度が高くなることを抑制できる。その結果、戻り性を確保できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の制御装置が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の制御装置が実行する他の制御処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る冷凍サイクル装置におけるアキュムレータ内冷媒量と液バック量との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る冷凍サイクル装置における液バック量と発熱体温度との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る冷凍サイクル装置におけるサイクル冷媒量と発熱体温度との関係を示すグラフである。 アキュムレータにおける冷凍機油の濃度と圧縮機へ戻る液体の粘度との関係を示すグラフである。 第２実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第３実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１に示す車両用空調装置１は、車室内を空調対象空間とする空調装置である。車両用空調装置１は、ハイブリッド車両に搭載されている。ハイブリッド車両は、エンジンおよび走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る車両である。

車両用空調装置１は、冷凍サイクル装置１０を有している。冷凍サイクル装置１０は、車室内へ送風される空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。

冷凍サイクル装置１０は、冷房モードの冷媒流路、除湿暖房モードの冷媒流路、および暖房モードの冷媒流路を切替可能に構成されている。

冷房モードでは、車室内を冷房する冷房運転が行われる。除湿暖房モードでは、車室内を除湿しながら暖房する除湿暖房運転が行われる。暖房モードでは、車室内を除湿することなく暖房する暖房運転が行われる。

冷凍サイクル装置１０の冷媒はフロン系冷媒である。冷凍サイクル装置１０は、高圧冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を越えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。冷媒には冷凍機油が混入されている。冷凍機油は、圧縮機１１を潤滑する潤滑油である。冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

圧縮機１１は、車両のエンジンルーム内に配置されている。圧縮機１１は、冷凍サイクル装置１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。圧縮機１１は電動圧縮機である。圧縮機１１は、圧縮機構１１ａと駆動機構１１ｂとを有している。

例えば、圧縮機構１１ａは、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構である。例えば、圧縮機構１１ａは、スクロール型圧縮機構やベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構である。

駆動機構１１ｂは、圧縮機構１１ａを駆動する駆動部である。駆動機構１１ｂは、電動モータとインバータとを有している。

電動モータの回転数は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。電動モータは交流モータである。電動モータの回転数制御によって、圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力が変更される。電動モータは、圧縮機構１１ａの吐出能力変更部である。

インバータは、車両のバッテリから供給された直流電力を交流電力に変換して電動モータに出力する電力変換装置である。電動モータおよびインバータは、作動に伴って発熱する発熱体である。電動モータおよびインバータは、圧縮機１１に吸入される低温の冷媒によって冷却されるようになっている。

圧縮機１１の吐出口側には、室内凝縮器１２の入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内に配置されている。室内凝縮器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱部である。室内凝縮器１２は、室内蒸発器２０を通過した空気を加熱する加熱用熱交換器である。

室内凝縮器１２の出口側には第１冷媒通路１３が接続されている。第１冷媒通路１３は、室内凝縮器１２から流出した冷媒を室外熱交換器１５へ導く通路である。第１冷媒通路１３には第１膨張弁１４が配置されている。第１膨張弁１４は、第１冷媒通路１３の通路面積を変更可能な第１絞り部である。

第１膨張弁１４は、室内凝縮器１２で熱交換された冷媒を減圧させる減圧部である。第１膨張弁１４は、弁体と電動アクチュエータとを有する電気式可変絞り機構である。弁体は、絞り開度を変更可能に構成されている。電動アクチュエータは、弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータである。

第１膨張弁１４は、全開機能付き可変絞り機構である。第１膨張弁１４は、絞り開度を全開した際に第１冷媒通路１３を全開する。第１膨張弁１４は、第１冷媒通路１３を全開にすることで冷媒の減圧作用を発揮させないようにすることができる。第１膨張弁１４の作動は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。

第１膨張弁１４の出口側には、室外熱交換器１５の入口側が接続されている。室外熱交換器１５は、冷媒と外気とを熱交換させる冷媒外気熱交換器である。冷媒は、室外熱交換器１５の内部を流通する。外気は、車室外の空気である。室外熱交換器１５には、外気が送風ファン２３から送風される。

室外熱交換器１５は、暖房モード時等には、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。室外熱交換器１５は、暖房モード時等には、第１膨張弁１４で減圧された冷媒に外気から吸熱させる吸熱部として機能する。室外熱交換器１５は、冷房モード時等には、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。室外熱交換器１５は、冷房モード時等には、冷媒を放熱させる放熱器として機能する。

室外熱交換器１５の出口側には、第２冷媒通路１６および第３冷媒通路１８が接続されている。第２冷媒通路１６は、室外熱交換器１５から流出した冷媒をアキュムレータ２１を介して圧縮機１１の吸入側へ導く。第３冷媒通路１８は、室外熱交換器１５から流出した冷媒を第２膨張弁１９、室内蒸発器２０およびアキュムレータ２１を介して圧縮機１１の吸入側へ導く。

第２冷媒通路１６は、第２膨張弁１９に対して並列に冷媒が流れる並列冷媒通路である。第２冷媒通路１６には、第１開閉弁１７が配置されている。第１開閉弁１７は、第２冷媒通路１６を開閉する開閉部である。第１開閉弁１７は電磁弁である。第１開閉弁１７の作動は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。

第１開閉弁１７が開いている場合、冷媒が第２冷媒通路１６を通過する際に生ずる圧力損失は、冷媒が第３冷媒通路１８を通過する際に生ずる圧力損失に対して小さい。第３冷媒通路１８には第２膨張弁１９が配置されているからである。

したがって、第１開閉弁１７が開いている場合、室外熱交換器１５から流出した冷媒は第２冷媒通路１６側に流れ、第１開閉弁１７が閉じている場合、室外熱交換器１５から流出した冷媒は第３冷媒通路１８側に流れる。

第１開閉弁１７は、第２冷媒通路１６を開閉することによってサイクル構成を切り替える機能を果たす。第１開閉弁１７は、第２冷媒通路１６を開閉することによって、サイクルを循環する冷媒の流路を切り替える機能を果たす。第１開閉弁１７は、冷媒の流路を切り替える冷媒流路切替部を構成している。

第３冷媒通路１８には第２膨張弁１９が配置されている。第２膨張弁１９は、冷媒を減圧させる減圧部である。第２膨張弁は、第３冷媒通路１８の通路面積を変更可能に構成された第２絞り部である。

第２膨張弁１９は、弁体と電動アクチュエータとを有する電気式可変絞り機構である。弁体は、絞り開度を変更可能に構成されている。電動アクチュエータは、弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータである。

第２膨張弁１９は、全開機能付き可変絞り機構である。第２膨張弁１９は、絞り開度を全開した際に第３冷媒通路１８を全開する。第２膨張弁１９は、第３冷媒通路１８を全開にすることで冷媒の減圧作用を発揮させないようにすることができる。第２膨張弁１９の作動は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。

第２膨張弁１９の出口側には、室内蒸発器２０の入口側が接続されている。室内蒸発器２０は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内のうち、室内凝縮器１２の空気流れ上流側に配置されている。

室内蒸発器２０は、冷媒を、室内凝縮器１２通過前の空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器である。室内蒸発器２０は、吸熱作用を発揮させることにより空気を冷却する吸熱用熱交換器である。

室内蒸発器２０の冷媒出口側には、アキュムレータ２１の入口側が接続されている。アキュムレータ２１は、室内蒸発器２０から流出した冷媒の気液を分離して、冷凍サイクル装置１０の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。

アキュムレータ２１の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。アキュムレータ２１は、圧縮機１１に液相冷媒が吸入されることを抑制し、圧縮機１１における液圧縮を抑制する機能を果たす。

アキュムレータ２１から流出した冷媒は、圧縮機１１の駆動機構１１ｂ（すなわち電動モータおよびインバータ）を冷却した後、圧縮機１１の圧縮機構１１ａに吸入される。

アキュムレータ２１に蓄えられた液相冷媒には、圧縮機構１１ａを潤滑する冷凍機油が混在している。アキュムレータ２１には、液相冷媒中に混在する冷凍機油を圧縮機構１１ａに戻す図示しない油戻し穴が形成されている。液相冷媒中に混在する冷凍機油は、油戻し穴を介して圧縮機構１１ａの吸入側へ戻されるようになっている。

室内空調ユニット３０は、車室内最前部の計器盤の内側に配置されている。ケーシング３１は、室内空調ユニット３０の外殻を形成している。ケーシング３１内には、送風機３２、室内凝縮器１２および室内蒸発器２０等が収容されている。

ケーシング３１は空気通路を形成している。ケーシング３１は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂にて成形されている。例えば、ケーシング３１はポリプロピレンにて成形されている。

ケーシング３１内の空気流れ最上流側には内外気切替装置３３が配置されている。内外気切替装置３３は、内気と外気とを切替導入する。内気は、車室内の空気である。

内外気切替装置３３には内気導入口および外気導入口が形成されている。内気導入口は、ケーシング３１内に内気を導入させる。外気導入口は、ケーシング３１内に外気を導入させる。内外気切替装置３３の内部には内外気切替ドアが配置されている。内外気切替ドアは、内気導入口および外気導入口の開口面積を連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる。

内外気切替装置３３の空気流れ下流側には送風機３２が配置されている。送風機３２は、内外気切替装置３３を介して導入された空気を車室内に向けて送風する。送風機３２は、遠心多翼ファン３２ａと電動モータ３２ｂとを有する電動送風機である。

遠心多翼ファン３２ａは、車室内へ空気を送風する送風部である。遠心多翼ファン３２ａはシロッコファンである。電動モータ３２ｂは遠心多翼ファン３２ａを駆動する。電動モータ３２ｂの回転数は、制御装置４０から出力される制御電圧によって制御される。送風機３２の送風量は、制御装置４０によって制御される。

送風機３２の空気流れ下流側には、室内蒸発器２０および室内凝縮器１２が、空気の流れに対して、この順に配置されている。室内蒸発器２０は、室内凝縮器１２に対して、空気の流れ方向上流側に配置されている。

ケーシング３１内には冷風バイパス通路３５が形成されている。冷風バイパス通路３５は、室内蒸発器２０を通過した空気を室内凝縮器１２を迂回させて流す通路である。

室内蒸発器２０の空気流れ下流側であって、かつ室内凝縮器１２の空気流れ上流側には、エアミックスドア３６が配置されている。エアミックスドア３６は、室内蒸発器２０通過後の空気のうち、室内凝縮器１２を通過させる空気と冷風バイパス通路３５を通過させる空気との風量割合を調整する風量割合調整部である。エアミックスドア３６は、送風機３２の送風量のうち、室内凝縮器１２で加熱される空気の風量と、残余の風量との割合を調整する。

室内凝縮器１２の空気流れ下流側および冷風バイパス通路３５の空気流れ下流側には、混合空間が設けられている。混合空間は、室内凝縮器１２を通過した空気と冷風バイパス通路３５を通過した空気とを混合させる空間である。

ケーシング３１の空気流れ最下流側には、吹出口が配置されている。吹出口は、混合空間にて混合された空調風を車室内へ向けて吹き出す。吹出口は、フェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口である。フェイス吹出口は、車室内の乗員の上半身へ空調風を吹き出す。フット吹出口は、乗員の足元へ空調風を吹き出す。デフロスタ吹出口は、車両前面窓ガラス内側面へ空調風を吹き出す。

エアミックスドア３６が、室内凝縮器１２を通過させる空気と冷風バイパス通路３５を通過させる空気との風量割合を調整することで、混合空間にて混合された空調風の温度が調整され、各吹出口から吹き出される空調風の温度が調整される。

エアミックスドア３６はサーボモータ３７によって駆動される。サーボモータ３７の作動は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。制御装置４０がサーボモータ３７の作動を制御することによって、エアミックスドア３６の開度が０％から１００％の範囲で調整される。

エアミックスドア３６の開度が０％に調整されると最大冷房状態になる。すなわち、エアミックスドア３６の開度が０％に調整されると、エアミックスドア３６は冷風バイパス通路３５を全開し、室内凝縮器１２側の空気通路を全閉する。エアミックスドア３６の開度が１００％に調整されると最大暖房状態になる。すなわち、エアミックスドア３６の開度が１００％に調整されると、エアミックスドア３６は冷風バイパス通路３５を全閉し、室内凝縮器１２側の空気通路を全開する。

フェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口の空気流れ上流側には、フェイスドア、フットドアおよびデフロスタドアが配置されている。フェイスドアは、フェイス吹出口の開口面積を調整する。フットドアは、フット吹出口の開口面積を調整する。デフロスタドアは、デフロスタ吹出口の開口面積を調整する。

フェイスドア、フットドアおよびデフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替部である。フェイスドア、フットドアおよびデフロスタドアは、リンク機構等を介してサーボモータによって駆動される。サーボモータの作動は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。

制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置４０は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御機器の作動を制御する。

制御装置４０は、冷凍サイクル装置において冷媒の不足を検出する冷媒量不足検知装置を構成している。制御装置４０は、冷媒の量が不足しているか否かを判定する判定部である。

制御装置４０の入力側には、内気センサ、外気センサ４１、日射センサ、蒸発器温度センサ、吐出温度センサ、高圧圧力センサおよび出口冷媒温度センサ４２等の種々の空調制御用のセンサ群が接続されている。

内気センサは、車室内温度Ｔｒを検出する。外気センサ４１は、外気温Ｔａｍを検出する。日射センサは、車室内の日射量Ｔｓを検出する。蒸発器温度センサは、室内蒸発器２０からの吹出空気温度（蒸発器温度）Ｔｅを検出する。吐出温度センサは、圧縮機１１から吐出された冷媒の温度Ｔｄを検出する。高圧圧力センサは、室内凝縮器１２の冷媒圧力Ｐｈを検出する。出口冷媒温度センサ４２は、室外熱交換器１５の出口側の冷媒の温度を検出する。

さらに、制御装置４０の入力側には、発熱体温度センサ４３が接続されている。発熱体温度センサ４３は、圧縮機１１の駆動機構１１ｂの温度を検出する発熱体温度検出部である。具体的には、発熱体温度センサ４３は、駆動機構１１ｂのうち電動モータまたはインバータの温度を検出する。以下では、発熱体温度センサ４３が検出した温度を発熱体温度と言う。

制御装置４０には、各種操作スイッチからの操作信号が入力される。各種操作スイッチは、操作パネルに設けられている。操作パネルは、車室内前部の計器盤付近に配置されている。

各種操作スイッチは、エアコンスイッチ、温度設定スイッチ等である。エアコンスイッチは、室内空調ユニット３０にて空気の冷却を行うか否かを設定するための操作スイッチである。温度設定スイッチは、車室内の設定温度を設定するための操作スイッチである。

制御装置４０は、その出力側に接続された各種制御機器の作動を制御する制御部が一体に構成されたものである。制御装置４０のうちそれぞれの制御機器の作動を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、それぞれの制御機器の作動を制御する制御部を構成している。

例えば、圧縮機１１の電動モータを制御するソフトウェアおよびハードウェアは、吐出能力制御部を構成している。第１膨張弁１４を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、第１絞り制御部を構成している。第２膨張弁１９を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、第２絞り制御部を構成している。第１開閉弁１７を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、流路切替制御部を構成している。エアミックスドア３６駆動用のサーボモータ３７を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、エアミックスドア制御部を構成している。

次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置１では、前述の如く、車室内を冷房する冷房モード、車室内を暖房する暖房モード、車室内を除湿しながら暖房する除湿暖房モードに切り替えることができる。

各運転モードの切替制御処理について図２および図３に基づいて説明する。図２および図３は、本実施形態の車両用空調装置１の制御装置４０が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。

図２のフローチャートでは、冷房モード、除湿暖房モードおよび暖房モードの切り替えを行う。図３のフローチャートでは、冷媒が不足しているか否かの判定を行う。

なお、図２および図３のフローチャートは、空調制御のメインルーチンに対するサブルーチンとして実行される。図２および図３の各制御ステップは、制御装置４０が有する各種の機能実現部を構成している。

まず、図２のフローチャートにおけるステップＳ１０では、制御装置４０が上述のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。ステップＳ２０では、読み込んだ検出信号および操作信号の値に基づいて、目標吹出温度ＴＡＯを以下の数式に基づいて算出する。目標吹出温度ＴＡＯは、車室内へ吹き出す吹出空気の目標温度である。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ
Ｔｓｅｔは温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Ｔｒは内気センサによって検出された車室内温度（内気温）、Ｔａｍは外気センサ４１によって検出された外気温、Ｔｓは日射センサによって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

ステップＳ２０では、制御装置４０は、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め記憶された制御マップを参照して、室内凝縮器１２の目標吹出温度ＴＡＶＯ（以下、目標凝縮器吹出温度と言う。）を決定する。

ステップＳ３０では、操作パネルのエアコンスイッチがオンされているか否かを判定する。その結果、エアコンスイッチがオフと判定された場合、ステップＳ４０へ進み、運転モードを暖房モードに決定する。エアコンスイッチがオンと判定された場合、ステップＳ５０へ移行する。

ステップＳ５０では、目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯが冷房基準温度αより小さいか否かを判定する。冷房基準温度αは、予め定められて制御装置４０に記憶されている。目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯが冷房基準温度αよりも低いと判定された場合、ステップＳ６０へ進み、運転モードを冷房モードに決定する。目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯが冷房基準温度α以上であると判定された場合、ステップＳ７０へ進み、運転モードを除湿暖房モードに決定する。

このようにして、各運転モードを、車両用空調装置１の運転環境に応じて、暖房モード、冷房モードおよび除湿暖房モードを適切に切り替えることができる。

次に、暖房モード、冷房モードおよび除湿暖房モードにおける作動について説明する。

（Ａ）暖房モード
暖房モードでは、制御装置４０が、第１開閉弁１７にて第２冷媒通路１６を開く。これにより、冷凍サイクル装置１０では、図１の黒塗矢印で示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。

この冷媒流路の構成で、制御装置４０が、目標吹出温度ＴＡＯ、目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯ、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置４０に接続された各種制御機器の作動状態（各種制御機器へ出力する制御信号）を決定する。

例えば、圧縮機１１の回転数、すなわち圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯと凝縮器吹出空気温度ＴＡＶとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて、車室内へ吹き出される吹出空気温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づくように圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号が決定される。これにより、圧縮機１１の回転数、換言すれば圧縮機１１の冷媒吐出能力が決定される。

第１膨張弁１４の開度、すなわち第１膨張弁１４へ出力される制御信号については、第１膨張弁１４へ流入する冷媒の過冷却度が、サイクルの成績係数ＣＯＰを最大値に近づけるように予め定められた目標過冷却度に近づくように決定される。

エアミックスドア３６の開度、すなわちエアミックスドア３６のサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドア３６が冷風バイパス通路３５を閉塞し、室内蒸発器２０を通過後の空気の全流量が室内凝縮器１２の空気通路を通過するように決定される。すなわち、暖房モードでは、エアミックスドア３６の開度が１００％に決定されて、エアミックスドア３６が最大暖房状態の位置に操作される。

送風機３２の風量、すなわち送風機３２の電動モータ３２ｂへ出力される制御信号については、凝縮器吹出空気温度ＴＡＶに応じて決定される。

そして、上記の如く決定された制御信号等を各種制御機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置１の作動停止が要求されるまで、所定の周期毎に運転モードの決定処理→各種制御機器の作動状態の決定→制御信号等の出力といった制御ルーチンが繰り返される。なお、このような制御ルーチンの繰り返しは、他の運転モード時にも同様に行われる。

したがって、暖房モード時の冷凍サイクル装置１０では、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器１２に流入する。室内凝縮器１２に流入した冷媒は、送風機３２から送風されて室内蒸発器２０を通過した空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内へ送風される空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、第１冷媒通路１３を介して第１膨張弁１４に流入し、第１膨張弁１４にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。そして、第１膨張弁１４にて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器１５に流入して、送風ファンによって送風された外気から吸熱する。室外熱交換器１５から流出した冷媒は、第２冷媒通路１６を介して、アキュムレータ２１へ流入して気液分離される。

そして、アキュムレータ２１にて分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入側から吸入されて再び圧縮機１１にて圧縮される。なお、アキュムレータ２１にて分離された液相冷媒は、サイクルが要求されている冷凍能力を発揮するために必要としていない余剰冷媒としてアキュムレータ２１の内部に蓄えられる。なお、第３冷媒通路１８は、第２膨張弁１９にて閉鎖されているため、室内蒸発器２０には冷媒が流入しない。

以上の如く、暖房モードでは、室内凝縮器１２にて圧縮機１１から吐出された高圧冷媒の有する熱を空気に放熱させて、加熱された空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。

（Ｂ）冷房モード
冷房モードでは、制御装置４０が、第１開閉弁１７にて第２冷媒通路１６を閉じる。さらに、第１膨張弁１４にて第１冷媒通路１３を全開状態とする。これにより、冷凍サイクル装置１０では、図１の白抜矢印で示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。

この冷媒流路の構成で、制御装置４０が、目標吹出温度ＴＡＯ、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置４０に接続された各種制御機器の作動状態、すなわち各種制御機器へ出力する制御信号を決定する。

例えば、圧縮機１１の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器２０から吹き出される空気の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。したがって、制御装置４０が実行する制御ルーチンのうち、この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する制御ステップが目標蒸発器吹出温度決定部を構成する。

そして、この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯと蒸発器温度センサの検出値との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて室内蒸発器２０を通過した空気の温度が、目標吹出温度ＴＡＯに近づくように圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号が決定される。

また、第２膨張弁１９へ出力される制御信号については、第２膨張弁１９へ流入する冷媒の過冷却度が、ＣＯＰを最大値に近づけるように予め定められた目標過冷却度に近づくように決定される。

また、エアミックスドア３６のサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドア３６が室内凝縮器１２の空気通路を閉塞し、室内蒸発器２０を通過後の空気の全流量が冷風バイパス通路３５を通過するように決定される。

したがって、冷房モード時の冷凍サイクル装置１０では、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器１２に流入する。この際、エアミックスドア３６が室内凝縮器１２の空気通路を閉塞しているので、室内凝縮器１２に流入した冷媒は、殆ど空気と熱交換することなく、室内凝縮器１２から流出する。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、第１冷媒通路１３を介して第１膨張弁１４に流入する。この際、第１膨張弁１４が第１冷媒通路１３を全開状態としているので、室内凝縮器１２から流出した冷媒は、第１膨張弁１４にて減圧されることなく、室外熱交換器１５に流入する。そして、室外熱交換器１５に流入した冷媒は、室外熱交換器１５にて送風ファンから送風された外気へ放熱する。

室外熱交換器１５から流出した冷媒は、第３冷媒通路１８を介して、第２膨張弁１９へ流入して、第２膨張弁１９にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。第２膨張弁１９にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器２０に流入し、送風機３２から送風された空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内へ送風される空気が冷却される。

室内蒸発器２０から流出した冷媒は、アキュムレータ２１へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ２１にて分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入側から吸入されて再び圧縮機１１にて圧縮される。なお、アキュムレータ２１にて分離された液相冷媒は、サイクルが要求されている冷凍能力を発揮するために必要としていない余剰冷媒としてアキュムレータ２１の内部に蓄えられる。

以上の如く、冷房モードでは、エアミックスドア３６にて室内凝縮器１２の空気通路を閉塞しているので、室内蒸発器２０にて冷却された空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の冷房を実現することができる。

（Ｃ）除湿暖房モード
除湿暖房モードでは、制御装置４０が第１開閉弁１７にて第２冷媒通路１６を閉じる。そして、第１、第２膨張弁１４、１９を絞り状態または全開状態とする。これにより、冷凍サイクル装置１０は、冷房モードと同様に、図１の白抜横線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。なお、除湿暖房モードでは、冷媒流れに対して室外熱交換器１５と室内蒸発器２０とが直列に接続されることとなる。

この冷媒流路の構成で、制御装置４０が、目標吹出温度ＴＡＯ、目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯ、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置４０に接続された各種制御機器の作動状態、すなわち各種制御機器へ出力する制御信号を決定する。

例えば、圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、冷房モードと同様に決定される。また、エアミックスドア３６のサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドア３６が冷風バイパス通路３５を閉塞し、室内蒸発器２０を通過後の空気の全流量が室内凝縮器１２の空気通路を通過するように決定される。

また、第１膨張弁１４および第２膨張弁１９については、車室内へ吹き出す吹出空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯに基づいて演算される目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯに応じて絞り開度が変更される。具体的には、制御装置４０は、目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯの上昇に伴って、第１膨張弁１４にて第１冷媒通路１３の通路面積を減少させるとともに、第２膨張弁１９にて第３冷媒通路１８の通路面積を増大させる。これにより、除湿暖房モードでは、第１モードから第４モードの４段階のモードを連続的に実行する。

第１モードでは、第１膨張弁１４にて第１冷媒通路１３を全開状態とし、第２膨張弁１９を絞り状態とする。すなわち、サイクル構成については、冷房モードと全く同じ冷媒流路となるものの、エアミックスドア３６は室内凝縮器１２側の空気通路を全開状態とする。

これにより、室内凝縮器１２では、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が、室内蒸発器２０にて冷却されて除湿された空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内へ送風される空気が加熱される。

したがって、除湿暖房モードの第１モード時には、室内蒸発器２０にて冷却除湿された空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。

第２モードでは、第１膨張弁１４を絞り状態とし、第２膨張弁１９の絞り開度を第１モード時よりも増加させた絞り状態とする。したがって、第２モードでは、第１モードに対して、室外熱交換器１５へ流入する冷媒の温度を低下させることができる。したがって、室外熱交換器１５における冷媒の温度と外気温との温度差を縮小して、室外熱交換器１５における冷媒の放熱量を減少させることができる。

この結果、第１モード時に対して室内凝縮器１２における冷媒の放熱量を増加させることができ、室内凝縮器１２から吹き出される吹出空気の温度を上昇させることができる。

第３モードでは、第１膨張弁１４の絞り開度を第２モード時よりも減少させた絞り状態とし、第２膨張弁１９の絞り開度を第２モード時よりも増加させた絞り状態とする。

したがって、第３モードでは、室内凝縮器１２から流出した冷媒は、第１冷媒通路１３を介して第１膨張弁１４に流入し、外気温よりも温度の低い中間圧冷媒となるまで減圧される。そして、第１膨張弁１４にて減圧された中間圧冷媒は、室外熱交換器１５に流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する。

すなわち、第３モードでは、第１膨張弁１４の絞り開度を減少させることによって、室外熱交換器１５を、冷媒に吸熱させる吸熱器として機能させているので、第２モードよりも室内凝縮器１２から吹き出される温度を上昇させることができる。

この結果、第２モード時に対して室内凝縮器１２における冷媒の放熱量を増加させることができ、室内凝縮器１２から吹き出される吹出空気の温度を上昇させることができる。

第４モードでは、第１膨張弁１４の絞り開度を第３モード時よりも減少させた絞り状態とし、第２膨張弁１９にて第３冷媒通路１８を全開状態とする。

したがって、第４モードでは、第３モードに対して室外熱交換器１５における冷媒蒸発温度を低下させることができ、室外熱交換器１５における冷媒の吸熱量を増加させることができる。

この結果、第３モードよりも室内凝縮器１２から吹き出される吹出空気の温度を上昇させることができる。

このように、除湿暖房モードでは、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて演算される目標凝縮器吹出温度ＴＡＶＯに応じて第１膨張弁１４、第２膨張弁１９の絞り開度を変更することで、車室内へ吹き出す吹出空気の温度を低温域から高温域までの広範囲に亘って調整することができる。

換言すると、除湿暖房モードでは、室外熱交換器１５を、冷媒を放熱させる放熱器として機能させる状態から冷媒に吸熱させる蒸発器として機能させる状態へ切り替えながら、室外熱交換器１５における冷媒の放熱量あるいは吸熱量を調整することができる。

したがって、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量を幅広い範囲で調整することができ、除湿運転時に空調対象空間へ吹き出される吹出空気の温度調整範囲を拡大させることができる。

次に、図３のフローチャートにおけるステップＳ１００では、制御装置４０が上述のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。

ステップＳ１１０では、アキュムレータ２１内に蓄えられた液相冷媒の液面高さを推定するとともに、目標液面高さを計算する。具体的には、発熱体温度センサ４３が検出した発熱体１１ｂの温度に基づいて液面高さを推定する。

すなわち、図４、図５および図６に示すように、発熱体１１ｂの温度は、アキュムレータ２１内に蓄えられた液相冷媒の量と相関関係がある。そのため、冷媒が不足しているか否かを発熱体１１ｂの温度に基づいて推定できる。

具体的には、図４に示すように、アキュムレータ２１内に蓄えられた液相冷媒の量が少ないほど液バック量が少なくなる。液バック量とは、アキュムレータ２１から圧縮機１１の吸入側に戻される液相冷媒の量のことである。換言すれば、アキュムレータ２１内に蓄えられた液相冷媒の液面高さが低いほど液バック量が少なくなる。

そして、図５に示すように、液バック量が少ないほど発熱体１１ｂに対する冷媒の冷却能力が低くなり、発熱体の温度が高くなる。

したがって、図６に示すように、発熱体１１ｂの温度に基づいて、アキュムレータ２１内に蓄えられた液相冷媒の液面高さを推定できる。

図４〜図６では、説明を簡略化するために、冷媒の温度や圧力といったサイクル状態や発熱体１１ｂの発熱量が一定であると仮定とした場合の関係を示している。

冷媒の温度や圧力といったサイクル状態や発熱体１１ｂの発熱量に基づいて、液面高さの推定値を補正してもよい。

また、サイクルの運転条件に基づいて目標液面高さを計算する。具体的には、サイクルの運転条件に基づいて予め記憶されたマップを参照して目標液面高さを計算する。マップは、実験などに基づいて作成されている。例えば、外気温が低温であるほど目標液面高さを高くする。

続くステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で推定した液面高さが、ステップＳ１１０で計算した目標液面高さよりも高いか否かを判定する。

液面高さが目標液面高さよりも高いと判定した場合、ステップＳ１３０へ進み、第１、第２膨張弁１４、１９の制御を通常制御にする。すなわち、サイクルの成績係数ＣＯＰを最大値に近づけるように第１、第２膨張弁１４、１９を制御する。

液面高さが目標液面高さよりも高くないと判定した場合、ステップＳ１４０へ進み、第１、第２膨張弁１４、１９の制御を液面高さ優先制御にする。すなわち、第１、第２膨張弁１４、１９のうち絞り状態である膨張弁の開度を通常制御時と比較して大きくする。これにより、アキュムレータ２１に戻る冷媒の量を多くして液面高さを高くする。

その結果、アキュムレータ２１内における冷凍機油の濃度が低下するので、図７に示すようにアキュムレータ２１から圧縮機１１へ戻る液体（すなわち冷凍機油および液相冷媒）の粘度が低下する。したがって、アキュムレータ２１から圧縮機１１へ冷凍機油を戻りやすくすることができる。

本実施形態では、制御装置４０は、アキュムレータ２１の内部における液相冷媒の液面高さが目標高さ以上になるように減圧部１４、１９の作動を制御する。

これによると、アキュムレータ２１の内部における液相冷媒の液面高さが所定高さ以上になるので、アキュムレータ２１内の液相冷媒に対する潤滑油の濃度が高くなることを抑制できる。その結果、戻り性を確保できる。

本実施形態では、制御装置４０は、アキュムレータ２１の内部における液相冷媒の液面高さが低くなると、冷媒の減圧量が少なくなるように減圧部１４、１９の作動を制御する。

これにより、アキュムレータ２１の内部における液相冷媒の液面高さを確実に目標高さ以上にできる。

本実施形態では、制御装置４０は、運転条件に基づいて目標高さを決定する。これにより、アキュムレータ２１内の液相冷媒に対する潤滑油の濃度を適切に維持できる。

本実施形態では、制御装置４０は、発熱体温度センサ４３が検出した温度に基づいて、液面高さを推定する。これにより、液面高さを検出する専用のセンサを用いることなく、既存の発熱体温度センサ４３を用いて液面高さを取得できる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、圧縮機１１が有する発熱体１１ｂ（すなわち電動モータまたはインバータ）の温度に基づいてアキュムレータ２１内の液面高さを推定するが、本実施形態では、電気ヒータ５０の温度に基づいてアキュムレータ２１内の液面高さを推定する。

図８に示すように、電気ヒータ５０は、アキュムレータ２１の気相冷媒出口と圧縮機１１の圧縮機構１１ａの冷媒吸入口との間の冷媒流路に配置されている。電気ヒータ５０は、電力が供給されることによって発熱する発熱体である。電気ヒータ５０は、アキュムレータ２１の気相冷媒出口から流出して圧縮機１１に吸入される冷媒によって冷却される。

本実施形態では、発熱体温度センサ４３は、電気ヒータ５０の温度を検出する。そして、制御装置４０は、発熱体温度センサ４３が検出した電気ヒータ５０の温度に基づいてアキュムレータ２１内の液面高さを推定し、液面高さが目標液面高さよりも高いか否かを判定し、判定結果に基づいて減圧部１４、１９の作動を制御する。

したがって、本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（第３実施形態）
上記実施形態では、発熱体１１ｂ、５０の温度に基づいてアキュムレータ２１内の液面高さを推定するが、本実施形態では、アキュムレータ２１内の液面高さを液面センサ４４によって検出する。

図９に示すように、液面センサ４４は、アキュムレータ２１に配置されている。液面センサ４４は、超音波式、光学式、フロート式等の種々の方式を用いて液面高さを検出する液面高さ検出部である。液面センサ４４の検出信号は制御装置４０に入力される。

本実施形態では、制御装置４０は、液面センサ４４が検出した液面高さが目標液面高さよりも高いか否かを判定し、判定結果に基づいて減圧部１４、１９の作動を制御する。

したがって、本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、暖房モードと冷房モードおよび除湿暖房モードをエアコンスイッチの操作信号によって切り替える例について説明したが、これに限定されない。例えば、操作パネルに各運転モードを設定する運転モード設定スイッチを設け、当該運転モード設定スイッチの操作信号に応じて、暖房モードと冷房モードおよび除湿暖房モードを切り替えるようにしてもよい。

（２）上記実施形態の冷凍サイクル装置１０では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を用いてもよい。

（３）上記実施形態の冷凍サイクル装置１０は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているが、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

（４）上記実施形態では、車両用空調装置１をハイブリッド車両に搭載しているが、これに限定されず、車両用空調装置１を電気自動車等の種々の車両に搭載してもよい。

（５）上記実施形態では、冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置１に適用しているが、これに限定されず、例えば冷凍サイクル装置１０を据置型の空調装置に適用可能である。

１１ 圧縮機
１１ａ 圧縮機構
１１ｂ 駆動機構（発熱体）
１２ 室内凝縮器（放熱器）
１４ 第１膨張弁（減圧部）
１５ 室外熱交換器（蒸発器）
１９ 第２膨張弁（減圧部）
２０ 室内蒸発器（蒸発器）
２１ アキュムレータ
４０ 制御装置（制御部）
４３ 発熱体温度センサ（温度検出部）

Claims (3)

1. 冷媒を吸入して圧縮して吐出する圧縮機構（１１ａ）を有する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機から吐出された前記冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
   前記放熱器で放熱された前記冷媒を減圧させる減圧部（１４、１９）と、
   前記減圧部で減圧された前記冷媒に吸熱させて前記冷媒を蒸発させる蒸発器（１５、２０）と、
   前記蒸発器で吸熱された前記冷媒の気液を分離し、分離された液相冷媒を内部に蓄え、分離された気相冷媒を前記液相冷媒に混在する潤滑油とともに前記圧縮機の吸入側へ流出させるアキュムレータ（２１）と、
   前記アキュムレータの内部における前記液相冷媒の液面高さが目標高さ以上になるように前記減圧部の作動を制御する制御部（４０）と、
   前記アキュムレータから流出して前記圧縮機構に流入する前記冷媒によって冷却される発熱体（１１ｂ、５０）の温度を検出する温度検出部（４３）とを備え、
   前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度に基づいて、前記液面高さを推定する冷凍サイクル装置。
2. 前記制御部は、前記液面高さが低くなると、前記冷媒の減圧量が少なくなるように前記減圧部の作動を制御する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御部は、運転条件に基づいて前記目標高さを決定する請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。

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