WO2012108211A1

WO2012108211A1 - ヒートポンプサイクル

Info

Publication number: WO2012108211A1
Application number: PCT/JP2012/000901
Authority: WO
Inventors: 稲葉　淳; 伊藤　誠司
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2012-08-16
Also published as: KR20130116325A; US9441865B2; US20130312447A1; CN103348198A; JP5780166B2; EP2674695A1; CN103348198B; JP2012181005A; EP2674695B1; KR101558314B1; EP2674695A4

Abstract

　運転モードを冷房運転モード、暖房運転モード、および除湿暖房運転モードに切り替え可能な空調装置（１）に適用されるヒートポンプサイクルであって、ヒートポンプサイクルは、高段側減圧部（１３）、および低段側減圧部（１６ｂ、１７、１８）の双方を絞り状態、および全開状態に設定可能に構成される。これにより、圧縮機（１１）から室外熱交換器（２０）に至る冷媒流路を、空調装置の運転モードに応じて別個に設けることなく、簡素な構成で冷房、暖房、および除湿暖房を実現する。

Description

ヒートポンプサイクル

関連出願の相互参照

　本開示は、２０１１年２月１１日に出願された日本出願番号２０１１－０２７９９２号と、２０１２年１月２７日に出願された日本出願番号２０１２－０１５１３０号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、ヒートポンプサイクルに関するもので、車両用の冷凍サイクル装置に適用して有効である。

　近年、普及が進んでいる電気自動車では、走行用の駆動力を出力するエンジン（内燃機関）を備えていないため、車室内の暖房を行う際の熱源としてエンジンの廃熱を利用することができない。そこで、電気自動車に適用される車両用空調装置として、ヒートポンプサイクル（蒸気圧縮式の冷凍サイクル）の電動圧縮機から吐出された高温高圧冷媒を熱源として車室内の暖房を行う空調装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

　この種の空調装置では、低外気温時の暖房のように、ヒートポンプサイクルの熱負荷が増大し、電動圧縮機が消費する電力量が増大してしまうと、走行用電動モータの消費可能な電力量が低減し、車両の走行距離が短くなってしまう。

　そこで、特許文献２では、ヒートポンプサイクルとして、いわゆるガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）を採用し、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることで、電動圧縮機の消費電力の低減を図っている。

　例えば、特許文献２のヒートポンプサイクルでは、電動圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧冷媒を放熱させる放熱器、放熱器から流出した冷媒を２段階に減圧膨脹させるための高段側減圧装置および低段側減圧装置、高段側減圧装置にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離器、低段側減圧装置にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器等を備えている。

　そして、気液分離器にて分離された気相冷媒を圧縮機の中間圧ポートから圧縮過程の冷媒に合流させている。さらに、蒸発器から流出した低圧冷媒をアキュムレータにて気液分離し、分離された気相冷媒を圧縮機の吸入ポートから吸入させることで、ガスインジェクションサイクルを構成している。

　また、特許文献２では、ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルにおいて、サイクルの冷媒流路を切り替えることで、冷房、暖房、除湿暖房といった３つの運転モードを実現するようにしている。

　具体的には、外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器における熱交換量（吸熱量および放熱量）を、空調装置の運転モードに応じて調整することで、各運転モードを実現する構成としている。

　例えば、冷房運転時等には、室外熱交換器にて冷媒の有する熱を外気に放熱することで、蒸発器における冷媒の吸熱量を確保して送風空気を所望の温度に冷却し、暖房運転時等には、室外熱交換器にて外気から吸熱することで、放熱器における放熱量を確保して送風空気を所望の温度に加熱する構成としている。

特許第３３３１７６５号公報特許第３２５７３６１号公報　しかしながら、特許文献２の如く、ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルにおいて、冷房、暖房、除湿暖房といった３つの運転モードを実現しようとうすると、サイクル構成が複雑となり、車両用の空調装置にヒートポンプサイクルを適用する場合、搭載性が悪くなるおそれがある。

　例えば、特許文献２に記載のヒートポンプサイクルでは、各運転モードに応じて室外熱交換器を吸熱器として機能させたり、放熱器として機能させたりするために、圧縮機から室外熱交換器に至る冷媒流路を、高段側減圧装置および低段側減圧装置を介して冷媒を流す流路と、高段側減圧装置および低段側減圧装置それぞれを迂回して冷媒を流す流路とを別個に設ける構成としており、サイクル構成が複雑となっている。

　本開示は、ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルにおいて、冷房、暖房、および除湿暖房を簡素なサイクル構成で実現することを目的とする。

　本開示の第１例によれば、ヒートポンプサイクルは、運転モードを冷房運転モード、暖房運転モード、および除湿暖房運転モードに切り替え可能な空調装置に適用可能で、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機の吐出ポートから吐出された高圧冷媒を空調対象空間へ送風される送風空気、または送風空気を加熱するための熱媒体と熱交換させる第１利用側熱交換器と、第１利用側熱交換器から流出した冷媒を減圧可能に構成された第１減圧部と、第１減圧部を通過した冷媒の気液を分離する気液分離部と、気液分離部にて分離された液相冷媒を減圧可能に構成された第２減圧部と、第２減圧部を通過した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器と、冷媒を送風空気と熱交換させて、圧縮機の吸入ポート側へ流出させる第２利用側熱交換器と、第２利用側熱交換器へ流入する冷媒を減圧させる第３減圧部と、気液分離部にて分離された気相冷媒を、圧縮機に設けられた中間圧ポートへ導いて、圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧冷媒通路と、サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替部と、を備える。さらに、第１減圧部および第２減圧部それぞれは、減圧作用を発揮する絞り状態に加えて、減圧作用を発揮しない全開状態に設定可能に構成されている。

　これによれば、少なくとも圧縮機から室外熱交換器に至る冷媒流路を、空調装置の運転モードに応じて別個に設けることなく、第１減圧部および第２減圧部の状態を変更することで、冷房、暖房、除湿暖房といった各運転モードに応じて室外熱交換器における冷媒と外気との熱交換量（吸熱量および放熱量）を調整することができる。

　従って、ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルにおいて、冷房、暖房、および除湿暖房を簡素なサイクル構成で実現することができる。

　本開示の第２例のヒートポンプサイクルによると、暖房運転モード時には、第１減圧部および第２減圧部の双方が絞り状態に設定され、冷房運転モード時には、第１減圧部および第２減圧部の双方が全開状態に設定され、除湿暖房運転モード時には、第１減圧部および第２減圧部の少なくとも一方が全開状態に設定されてもよい。

　このように、各運転モードに応じて第１減圧部および第２減圧部の状態を変更すれば、室外熱交換器における冷媒と外気との熱交換を適切に行うことができ、冷房、暖房、および除湿暖房を簡素なサイクル構成で実現することができる。

　　本開示の第３例のヒートポンプサイクルによると、冷媒流路切替部は、暖房運転モード時に、圧縮機から吐出された冷媒を、第１利用側熱交換器→第１減圧部→気液分離部→第２減圧部→室外熱交換器の順に流すとともに、気液分離部にて分離された気相冷媒を中間圧冷媒通路へ流入させ、冷房運転モード時には、圧縮機から吐出された冷媒を、第１減圧部→気液分離部→第２減圧部→室外熱交換器→第３減圧部→第２利用側熱交換器の順に流し、除湿暖房運転モード時には、圧縮機から吐出された冷媒を、第１利用側熱交換器→第１減圧部→気液分離部→第２減圧部→室外熱交換器→第３減圧部→第２利用側熱交換器の順に流すように構成されてもよい。

　この場合、暖房運転モード時には、第１利用側熱交換器にて圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧冷媒の有する熱を送風空気、または送風空気を加熱するための熱媒体に放熱して空調対象空間の暖房を行うことができる。

　また、冷房運転モード時に、第２利用側熱交換器にて送風空気を冷却して空調対象空間の冷房を行うことができる。さらに、除湿暖房運転モード時に、第２利用側熱交換器にて送風空気を冷却すると共に、第１利用側熱交換器にて送風空気等を加熱することで、空調対象空間の除湿暖房を行うことができる。

　また、本開示の第４例のヒートポンプサイクルによると、冷媒流路切替部は、中間圧冷媒通路を開閉する中間圧側開閉弁を含んで構成されてもよい。この場合、中間圧側開閉弁にて中間圧冷媒通路を開閉することで、ヒートポンプサイクルをガスインジェクションサイクルと、通常サイクル（一段圧縮サイクル）とに切り替えることができる。

　本願の発明者らは、冷房運転モード時や除湿暖房運転モード時には、中間圧冷媒通路を開放してガスインジェクションサイクルを実現するよりも、中間圧冷媒通路を閉鎖する通常サイクルの方が、好適であることを見出した。

　例えば、本開示の第５例のヒートポンプサイクルでは、中間圧側開閉弁は、第１減圧部および第２減圧部の双方が絞り状態となる際に中間圧冷媒通路を開放すると共に、第１減圧部および第２減圧部の少なくとも一方が全開状態となる際に中間圧冷媒通路を閉鎖するように構成されてもよい。

　これによれば、暖房運転モード時には、中間圧冷媒通路を開放して、ヒートポンプサイクルをガスインジェクションサイクルに切り替えるので、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。

　また、冷房運転モード時には、中間圧冷媒通路を閉鎖して、ヒートポンプサイクルを通常サイクルに切り替えるので、圧縮機の無駄なエネルギ消費を低減することができる。

　さらに、除湿暖房運転モード時には、中間圧冷媒通路を閉鎖して、ヒートポンプサイクルを通常サイクルに切り替えるので、中間圧冷媒通路を流れる冷媒の流量の変化による室内凝縮器の放熱量の変化を考慮する必要なく、送風空気を適切に温度調整することが可能となる。

　また、本開示の第６例のヒートポンプサイクルでは、中間圧側開閉弁は、第１減圧部および第２減圧部のうち、除湿暖房運転モード時に全開状態とされる減圧部の前後差圧に応じて開閉する差圧開閉弁で構成されてもよい。

　このように、中間圧側開閉弁を除湿暖房運転モード時に全開状態とされる減圧部に連動して開閉する差圧開閉弁で構成すれば、ガスインジェクションサイクルと、通常サイクルとの切り替えを簡易な構成および制御手法で実現することができる。

　また、本開示の第７例のヒートポンプサイクルによると、第１減圧部および第２減圧部のうち、一方の減圧部は、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成され、第３減圧部は、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成され、除湿暖房運転モード時には、第１減圧部および第２減圧部のうち、他方の減圧部が全開状態とされ、さらに、空調対象空間へ吹き出す吹出空気の目標温度の上昇に伴って一方の減圧部の絞り開度が縮小するように変更されると共に、第３減圧部の絞り開度が拡大するように変更されてもよい。

　これによれば、除湿暖房運転モード時に、空調対象空間に吹き出す空気の目標温度の変化に応じて、室外熱交換器における冷媒の放熱量および吸熱量を調整することができるので、第１利用側熱交換器における冷媒の放熱量および第２利用側熱交換器における冷媒の吸熱量を適切に調整することができる。

　従って、除湿暖房運転モード時における空調対象空間へ吹き出す空気の極め細やかな温度調整を行うことが可能となる。

　また、本開示の第７例のヒートポンプサイクルは、除湿暖房運転モード時に、中間圧側開閉弁にて中間圧冷媒通路を閉鎖する構成に適用してもよい。

　また、本開示の第８例のヒートポンプサイクルによると、第１減圧部および第２減圧部のうち少なくとも一方を、絞り開度が固定された固定絞り、固定絞りを迂回して冷媒を流す固定絞り迂回用通路、および迂回用通路を開閉する通路開閉弁を有する構成としてもよい。

　より具体的には、本開示の第９例のヒートポンプサイクルのように、第１減圧部を、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成し、第２減圧部を、絞り開度が固定された固定絞り、固定絞りを迂回して冷媒を流す固定絞り迂回用通路、および迂回用通路を開閉する通路開閉弁を有する構成としてもよい。

　このように、第１減圧部を可変絞り機構で構成すれば、ヒートポンプサイクルにてガスインジェクションを実現する際に、第１減圧部にて、気液分離部に流入する冷媒を所望の中間圧まで減圧させることができる。

　ここで、第２減圧部の構成要素として、固定絞りを採用する際には、具体的に、ノズルあるいはオリフィスを採用することが望ましい。このような固定絞りでは、絞り通路面積が急縮小あるいは急拡大するので、上流側と下流側との圧力差（出入口間差圧）の変化に伴って、固定絞りへ流入する冷媒の乾き度および固定絞りを流通する流量を調整しやすいからである。換言すると、第２減圧部は、絞り通路面積が急縮小あるいは急拡大する固定絞りを含む構成とすることが望ましい。

　また、本開示の第１０例のヒートポンプサイクルによると、圧縮機の吸入ポートへ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を圧縮機の吸入ポート側へ流出させるアキュムレータを備え、気液分離部は、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく液相冷媒流出口から流出させるように構成されてもよい。

　これによれば、気液分離部が、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく液相冷媒流出口から流出させるように構成されているので、気液分離部が分離した液相冷媒を蓄えるための構成として用いられることがない。従って、気液分離部の体格を小型化させて、ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルの搭載性を向上させることができる。

　また、サイクルに負荷変動が生じたとしても、アキュムレータを余剰となる冷媒を蓄えるための構成として機能させることができるので、サイクルを安定して作動させることができる。

　また、本開示の第１１例のヒートポンプサイクルによると、圧縮機の吸入ポートへ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を圧縮機の吸入ポート側へ流出させるアキュムレータを備え、気液分離部は、分離した直後の液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口を有してよい。

　これによれば、気液分離部が分離した直後の液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口を有しているので、気液分離部が分離した液相冷媒を蓄えるための構成として用いられることがない。従って、気液分離部の体格を小型化させて、ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルの搭載性を向上させることができるとともに、サイクルを安定して作動させることができる。

　ここで、「分離した直後の液相冷媒」とは、気液分離部にて分離され、かつ、気液分離部から流出する方向へ向かう速度成分を有している液相冷媒、あるいは、気液分離のために作用する力が重力よりも大きくなっている液相冷媒（例えば、遠心分離方式の気液分離器であれば、気液分離のために作用する遠心力が重力よりも大きくなっている液相冷媒）等を含む意味である。逆に、気液分離部内の所定の空間内を循環する速度成分のみを有する液相冷媒は含まれない意味である。

　また、本開示の第１２例のヒートポンプサイクルによると、圧縮機の吸入ポートへ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を圧縮機の吸入ポート側へ流出させるアキュムレータを備え、気液分離部は、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口を有し、気液分離部の内容積は、サイクルに封入される冷媒量を液相に換算した際の封入冷媒体積から、サイクルが最大能力を発揮するために必要な冷媒量を液相に換算した際の必要最大冷媒体積を減算した余剰冷媒体積よりも小さくしてもよい。

　これによれば、気液分離部の内容積が余剰冷媒体積よりも小さくなっているので、気液分離部の体格を小型化させて、ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルの搭載性を向上させることができるとともに、サイクルを安定して作動させることができる。

　さらに、本開示の第１３例のヒートポンプサイクルによると、気液分離部は、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式の気液分離器であってもよい。この場合、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく液相冷媒流出口から流出させる気液分離部、分離した直後の液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口を有する気液分離部、あるいは余剰冷媒体積よりも小さな内容積となる気液分離部を容易に実現できる。

　このような遠心分離方式の気液分離器は、冷媒の流速が速くなるに伴って気液分離性能が高くなるので、比較的高負荷で運転される頻度の高いヒートポンプサイクルに適用して有効である。

　また、本開示の第１４例のヒートポンプサイクルによると、液相冷媒流出口は、気液分離部にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口よりも下方側に配置されているとともに、気相冷媒の一部を液相冷媒とともに流出させるようになっていてもよい。これによれば、重力の作用および気相冷媒の背圧を利用して、液相冷媒を液相冷媒流出口から効率的に流出させることができる。

　また、本開示の第１５例のヒートポンプサイクルによると、液相冷媒流出口は、気液分離部内の液相冷媒の液面高さに応じて変位するフロート弁によって開閉されるようになっていてもよい。これによれば、気液分離部の内部に液相冷媒が溜まり始めると同時にフロート弁が液相冷媒流出口を開くことによって、実質的に、内部に液相冷媒が溜まらない気液分離部を実現できる。

　また、本開示の第１６例のヒートポンプサイクルによると、気液分離部は、液相冷媒の表面張力を利用して冷媒の気液を分離する表面張力式の気液分離器であってもよい。このような表面張力式の気液分離器は、冷媒の流速が遅くなるに伴って気液分離性能が高くなるので、比較的低負荷で運転される頻度の高いヒートポンプサイクルに適用して有効である。

　また、本開示の第１７例のヒートポンプサイクルによると、室外熱交換器へ流入する冷媒の乾き度は、０．１以下でもよい。これにより、室外熱交換器にて液相冷媒を蒸発させて確実に吸熱作用を発揮させることができる。

　また、本開示の第１８例のように、第１利用側熱交換器を、圧縮機の吐出ポートから吐出された高圧冷媒を送風空気と熱交換させる熱交換器で構成してもよいし、本開示の第１９例のように、第１利用側熱交換器を、圧縮機の吐出ポートから吐出された高圧冷媒で送風空気を加熱するための熱媒体と熱交換させる熱交換器で構成してもよい。

　また、本開示の第２０例のヒートポンプサイクルによると、暖房運転モード時に、第１利用側熱交換器にて加熱された送風空気を空調対象空間へ送風する構成してもよい。この場合、第１利用側熱交換器にて、圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧冷媒の有する熱を送風空気に放熱して確実に空調対象空間の暖房を行うことができる。

　また、本開示の第２１例のヒートポンプサイクルは、第１利用側熱交換器の熱交換能力を調整する熱交換能力調整部を備え、冷房運転モード時に、第１利用側熱交換器における熱交換能力を低下させて、第２利用側熱交換器にて冷却された送風空気を空調対象空間へ送風するようにしてもよい。

　また、本開示の第２２例のヒートポンプサイクルによると、第２利用側熱交換器を、第１利用側熱交換器に対して送風空気流れ上流側に配置し、除湿暖房運転モード時に、第２利用側熱交換器にて冷却された送風空気を第１利用側熱交換器にて加熱して空調対象空間へ送風するようにしてもよい。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第１実施形態のヒートポンプサイクルの冷房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。第１実施形態のヒートポンプサイクルの第１暖房モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。第１実施形態のヒートポンプサイクルの第２暖房モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。（ａ）は、第１実施形態の気液分離器の外観斜視図であり、（ｂ）は、上面図である。（ａ）と（ｂ）は、第１実施形態の中間圧側開閉弁の作動を説明する説明図である。（ａ）は、ノズルやオリフィスで構成される低段側固定絞りの流量特性を示すグラフであり、（ｂ）は、キャピラリーチューブで構成される低段側固定絞りの流量特性を示すグラフである。第１実施形態のヒートポンプサイクルの冷房運転モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。第１実施形態のヒートポンプサイクルの第１暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。第１実施形態のヒートポンプサイクルの第２暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。第１実施形態のヒートポンプサイクルの第１除湿暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。第１実施形態のヒートポンプサイクルの第２除湿暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。第１実施形態のヒートポンプサイクルの第３除湿暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。第１実施形態のヒートポンプサイクルの第４除湿暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。（ａ）は、第２実施形態の気液分離器の軸方向断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ断面図である。第３実施形態の気液分離器の長手方向断面図である。第３実施形態の気液分離器の変形例を示す長手方向断面図である。第４実施形態の気液分離器の軸方向断面図である。第５実施形態のヒートポンプサイクルの全体構成図である。（ａ）と（ｂ）は、第６実施形態の中間圧側開閉弁の作動を説明する図である。第６実施形態のヒートポンプサイクルの冷房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。第６実施形態のヒートポンプサイクルの暖房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。

　（第１実施形態）
　図１～１２により、本開示の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本開示のヒートポンプサイクル１０を走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車の車両用空調装置１に適用している。このヒートポンプサイクル１０は、車両用空調装置１において、空調対象空間である車室内へ送風される車室内送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。

　従って、本実施形態のヒートポンプサイクル１０は、図１の全体構成図に示すように、車室内を冷房する冷房運転モードあるいは車室内を除湿しながら暖房する除湿暖房運転モード（除湿運転モード）の冷媒回路、および、図２、３の全体構成図に示すように、車室内を暖房する暖房運転モードの冷媒回路を切替可能に構成されている。

　さらに、このヒートポンプサイクル１０では、後述するように暖房運転モードとして、外気温が極低温時（例えば、０℃以下の時）に実行される第１暖房モード（図２）、通常の暖房が実行される第２暖房モード（図３）を実行することができる。なお、図１～３では、それぞれの運転モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示している。

　また、ヒートポンプサイクル１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、ＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。この冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、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。

　なお、冷媒の封入量については、ヒートポンプサイクル１０に最大冷凍能力を発揮させる高負荷運転時において、サイクルを循環させる必要のある最大循環流量に対して、予め定めた余剰量を加えた量としている。この余剰量は、経年使用によってサイクルに封入された冷媒が、ヒートポンプサイクル１０の各構成機器同士を接続するゴムホースあるいはその他の接続部を介して、外部へ漏れてしまうことを考慮して決定されている。

　ヒートポンプサイクル１０の構成機器のうち、圧縮機１１は、車両のボンネット内に配置され、ヒートポンプサイクル１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。この圧縮機１１は、その外殻を形成するハウジングの内部に、固定容量型の圧縮機構からなる低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との２つの圧縮機構、および、双方の圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された二段昇圧式の電動圧縮機である。

　圧縮機１１のハウジングには、ハウジングの外部から低段側圧縮機構へ低圧冷媒を吸入させる吸入ポート１１ａ、ハウジングの外部からハウジングの内部へ中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート１１ｂ、および、高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒をハウジングの外部へ吐出させる吐出ポート１１ｃが設けられている。

　より具体的には、中間圧ポート１１ｂは、低段側圧縮機構の冷媒吐出口側（すなわち、高段側圧縮機構の冷媒吸入口側）に接続されている。また、低段側圧縮機構および高段側圧縮機は、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構等の各種形式のものを採用することができる。

　電動モータは、後述する空調制御装置４０(ECU)から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態では、電動モータが圧縮機１１の吐出能力変更部を構成している。

　なお、本実施形態では、２つの圧縮機構を１つのハウジング内に収容した圧縮機１１を採用しているが、圧縮機の形式はこれに限定されない。つまり、中間圧ポート１１ｂから中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させることが可能であれば、ハウジングの内部に、１つの固定容量型の圧縮機構およびこの圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機であってもよい。

　圧縮機１１の吐出ポート１１ｃには、室内凝縮器１２の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、後述する車両用空調装置１の室内空調ユニット３０の空調ケース３１内に配置され、圧縮機１１（具体的には、高段側圧縮機構）から吐出された高圧冷媒を放熱させて、後述する室内蒸発器２３を通過した車室内送風空気を加熱する放熱器（第１利用側熱交換器）である。

　室内凝縮器１２の冷媒出口側には、室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧可能な高段側減圧部（第１減圧部）としての高段側膨脹弁１３の入口側が接続されている。この高段側膨脹弁１３は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。

　高段側膨脹弁１３は、減圧作用を発揮する絞り状態と減圧作用を発揮しない全開状態とに設定可能に構成されている。より具体的には、高段側膨脹弁１３では、冷媒を減圧させる際には、絞り通路面積が相当直径φ０．５～φ３ｍｍとなる範囲で絞り開度を変化させる。さらに、絞り開度を全開とすると、絞り通路面積を相当直径φ１０ｍｍ程度確保して、冷媒減圧作用を発揮させないようにすることもできる。また、絞り開度を全閉として室外熱交換器２０から室内蒸発器２３へ至る冷媒流路を閉塞させることもできる。なお、高段側膨脹弁１３は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　高段側膨脹弁１３の出口側には、室内凝縮器１２から流出して高段側膨脹弁１３にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離部としての気液分離器１４の冷媒流入ポート１４ｂが接続されている。この気液分離器１４は、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式のものである。

　気液分離器１４の詳細構成については、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。なお、図４（ａ）は、気液分離器１４の模式的な外観斜視図であり、図４（ｂ）は、気液分離器１４の上方側から見た上面図である。また、図４（ａ）、（ｂ）における上下の各矢印は、気液分離器１４を車両用空調装置１に搭載した状態における上下の各方向を示している。このことは、他の図面においても同様である。

　本実施形態の気液分離器１４は、上下方向に延びる略中空有底円筒状（断面円形状）の本体部１４ａ、中間圧冷媒を流入させる冷媒流入口１４ｅが形成された冷媒流入ポート１４ｂ、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口１４ｆが形成された気相冷媒流出ポート１４ｃ、および、分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口１４ｇが形成された液相冷媒流出ポート１４ｄ等を有して構成されている。

　本体部１４ａの直径は、各流入出ポート１４ｂ～１４ｄに接続される冷媒配管の直径に対して、１．５倍以上、３倍以下程度の径に設定されており、気液分離器１４全体としての小型化を図っている。

　より詳細には、本実施形態の気液分離器１４（具体的には、本体部１４ａ）の内容積は、サイクルに封入される冷媒量を液相に換算した際の封入冷媒体積から、サイクルが最大能力を発揮するために必要な冷媒量を液相に換算した際の必要最大冷媒体積を減算した余剰冷媒体積よりも小さく設定されている。

　このため、本実施形態の気液分離器１４の内容積は、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても、実質的に余剰冷媒を溜めることができない程度の容積になっている。

　冷媒流入ポート１４ｂは、本体部１４ａの円筒状側面に接続されており、図４（ｂ）に示すように、気液分離器１４を上方側から見たときに、本体部１４ａの断面円形状の外周の接線方向に延びる冷媒配管によって構成されている。さらに、冷媒流入口１４ｅは、冷媒流入ポート１４ｂのうち本体部１４ａの反対側端部に形成されている。なお、冷媒流入ポート１４ｂは、必ずしも水平方向に延びている必要はなく、上下方向の成分を有して延びていてもよい。

　気相冷媒流出ポート１４ｃは、本体部１４ａの軸方向上側端面（上面）に接続されており、本体部１４ａの内外に亘って本体部１４ａと同軸上に延びる冷媒配管によって構成されている。さらに、気相冷媒流出口１４ｆは、気相冷媒流出ポート１４ｃの上方側端部に形成され、一方、下方側端部は、冷媒流入ポート１４ｂと本体部１４ａとの接続部よりも下方側に位置付けられている。

　液相冷媒流出ポート１４ｄは、本体部１４ａの軸方向下側端面（底面）に接続されており、本体部１４ａから下方側へ向かって、本体部１４ａと同軸上に延びる冷媒配管によって構成されている。さらに、液相冷媒流出口１４ｇは、液相冷媒流出ポート１４ｄの下方側端部に形成されている。

　従って、冷媒流入ポート１４ｂの冷媒流入口１４ｅから流入した冷媒は、本体部１４ａの円筒状内壁面に沿って旋回して流れ、この旋回流によって生じる遠心力の作用によって冷媒の気液が分離される。さらに、分離された液相冷媒が、重力の作用によって本体部１４ａの下方側に落下する。

　そして、分離されて下方側に落下した液相冷媒は液相冷媒流出ポート１４ｄの液相冷媒流出口１４ｇから流出し、分離された気相冷媒は気相冷媒流出ポート１４ｃの気相冷媒流出口１４ｆから流出する。なお、図４（ａ）では、本体部１４ａの軸方向下側端面（底面）を円板状に形成した例を図示しているが、本体部１４ａの下方側部位を下側に向かって徐々に縮径するテーパ形状に形成し、このテーパ形状の最下位部に液相冷媒流出ポート１４ｄを接続してもよい。

　また、気液分離器１４の気相冷媒流出ポート１４ｃには、図１～図３に示すように、中間圧冷媒通路１５を介して、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂが接続されている。この中間圧冷媒通路１５には、中間圧側開閉弁１６ａが配置されている。この中間圧側開閉弁１６ａは中間圧冷媒通路１５を開閉する電磁弁であり、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　なお、中間圧側開閉弁１６ａは、中間圧冷媒通路１５を開いた際に気液分離器１４の気相冷媒出口から圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂ側へ冷媒が流れることのみを許容する逆止弁としての機能を兼ね備えている。これにより、中間圧側開閉弁１６ａが中間圧冷媒通路１５を開いた際に、圧縮機１１側から気液分離器１４へ冷媒が逆流することが防止される。

　さらに、中間圧側開閉弁１６ａは、中間圧冷媒通路１５を開閉することによって、サイクル構成（冷媒流路）を切り替える機能を果たす。従って、本実施形態の中間圧側開閉弁１６ａは、サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替部を構成している。

　本実施形態の中間圧側開閉弁１６ａは、後述の低段側減圧部の状態（絞り状態、全開状態）に連動して、中間圧冷媒通路１５を開閉するように構成されている。

　具体的には、中間圧側開閉弁１６ａは、図５（ａ）に示すように、低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂが閉じ、低段側減圧部が絞り状態となる際に、中間圧冷媒通路１５を開放するように構成されている。また、中間圧側開閉弁１６ａは、図５（ｂ）に示すように、低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂが開き、低段側減圧部が全開状態となる際に、中間圧冷媒通路１５を閉鎖するように構成されている。なお、図５（ａ）が、中間圧側開閉弁１６ａが開弁する際の作動を示し、図５（ｂ）が、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁する際の作動を示している。

　一方、気液分離器１４の液相冷媒流出ポート１４ｄには、気液分離器１４から流出した液相冷媒を減圧可能な低段側減圧部（第２減圧部）の入口側が接続され、低段側減圧部の出口側には、室外熱交換器２０の冷媒入口側が接続されている。

　本実施形態の低段側減圧部は、気液分離器１４にて分離された液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低段側固定絞り１７、気液分離器１４にて分離された液相冷媒を低段側固定絞り１７を迂回させて室外熱交換器２０側へ導く固定絞り迂回用通路１８、固定絞り迂回用通路１８を開閉する通路開閉弁としての低圧側開閉弁１６ｂを有して構成されている。なお、低圧側開閉弁１６ｂの基本的構成は、中間圧側開閉弁１６ａと同等であり、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。

　ここで、冷媒が低圧側開閉弁１６ｂを通過する際に生じる圧力損失は、低段側固定絞り１７を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。従って、室内凝縮器１２から流出した冷媒は、低圧側開閉弁１６ｂが開いている場合には固定絞り迂回用通路１８側を介して室外熱交換器２０へ流入し、低圧側開閉弁１６ｂが閉じている場合には低段側固定絞り１７を介して室外熱交換器２０へ流入する。

　これにより、低段側減圧部は、低圧側開閉弁１６ｂの開閉により、減圧作用を発揮する絞り状態と、減圧作用を発揮しない全開状態とに変更することが可能となっている。なお、低圧側開閉弁１６ｂを、気液分離器１４の液相冷媒流出ポート１４ｄ出口側と低段側固定絞り１７入口側とを接続する冷媒回路および液相冷媒流出ポート１４ｄ出口側と固定絞り迂回用通路１８入口側とを接続する冷媒回路を切り替える電気式の三方弁等を採用してもよい。

　低段側固定絞り１７としては、絞り開度が固定されたノズル、オリフィスを採用することができる。ノズル、オリフィス等の固定絞りでは、絞り通路面積が急縮小あるいは急拡大するので、上流側と下流側との圧力差（出入口間差圧）の変化に伴って、固定絞りを通過する冷媒の流量および低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘを自己調整（バランス）することができる。

　具体的には、圧力差が比較的大きい場合には、サイクルを循環させる必要のある必要循環冷媒流量が減少するに伴って、固定絞り上流側冷媒の乾き度が大きくなるようにバランスする。一方、圧力差が比較的小さい場合には、必要循環冷媒流量が増加するに伴って、固定絞り上流側冷媒の乾き度が小さくなるようにバランスする。

　ところが、低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度が大きくなってしまうと、室外熱交換器２０が冷媒に吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能する際に、室外熱交換器２０における冷媒の吸熱量（冷凍能力）が減ってサイクルの成績係数（ＣＯＰ）が悪化してしまう。

　そこで、本実施形態では、図６（a）に示すように、暖房運転モード時にサイクルの負荷変動によって必要循環冷媒流量が変化しても、低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘが０．１以下となる低段側固定絞り１７を採用し、ＣＯＰの悪化を抑制している。なお、図６（a）は、本実施形態の低段側固定絞り１７の流量特性図（絞り特性図）であり、暖房運転モード時おける低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘに対する冷媒循環流量Ｑの変化を示している。

　つまり、本実施形態の低段側固定絞り１７では、ヒートポンプサイクル１０に負荷変動が生じた際に想定される範囲で、冷媒循環流量Ｑおよび低段側固定絞り１７の出入口間差圧が変化しても、図６（a）のハッチングで示すように、低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘが０．１以下に調整される。

　なお、低段側固定絞り１７としては、ノズルやオリフィス以外にキャピラリーチューブを採用することが考えられるが、以下の理由により、ノズルやオリフィスを低段側固定絞り１７として採用することが好ましい。

　図６（b）は、低段側固定絞り１７としてキャピラリーチューブを採用した場合の流量特性図（絞り特性図）であり、暖房運転モード時おける低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘに対する冷媒循環流量Ｑの変化を示している。

　図６（b）に示すように、キャピラリーチューブは、ノズルやオリフィスに比べて、低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘに対する冷媒循環流量Ｑの変化が小さく、低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度が大きくなり易い。つまり、低段側固定絞り１７としてキャピラリーチューブを採用すると、ヒートポンプサイクル１０に負荷変動が生じた際に想定される範囲で、冷媒循環流量Ｑおよび低段側固定絞り１７の出入口間差圧が変化した場合、図６（b）のハッチングで示すように、低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘが０．１以下に調整することが難しい。

　図１～３に戻り、室外熱交換器２０は、ボンネット内に配置されて、内部を流通する低圧冷媒と送風ファン２１から送風された外気とを熱交換させるものである。この室外熱交換器２０は、第１、第２暖房モード時等には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房運転モード時等には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。

　室外熱交換器２０の冷媒出口側には、第３減圧部としての冷房用膨脹弁２２の冷媒入口側が接続されている。冷房用膨脹弁２２は、冷房運転モード時等に室外熱交換器２０から流出した冷媒を減圧させ、室内蒸発器２３へ流入する冷媒を減圧させるものである。この冷房用膨脹弁２２の基本的構成は、高段側膨脹弁１３と同様であり、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　冷房用膨脹弁２２の出口側には、室内蒸発器２３の冷媒入口側が接続されている。室内蒸発器２３は、室内空調ユニット３０の空調ケース３１内のうち、室内凝縮器１２の車室内送風空気流れ上流側に配置され、冷房運転モード時、除湿暖房運転モード等にその内部を流通する冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることにより車室内送風空気を冷却する蒸発器（第２利用側熱交換器）である。

　室内蒸発器２３の出口側には、アキュムレータ２４の入口側が接続されている。アキュムレータ２４は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄える低圧側気液分離器である。さらに、アキュムレータ２４の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入ポート１１ａが接続されている。従って、室内蒸発器２３は、圧縮機１１の吸入ポート１１ａ側へ流出させるように接続されている。

　さらに、室外熱交換器２０の冷媒出口側には、室外熱交換器２０から流出した冷媒を冷房用膨脹弁２２および室内蒸発器２３を迂回させてアキュムレータ２４の入口側へ導く膨脹弁迂回用通路２５が接続されている。この膨脹弁迂回用通路２５には、膨脹弁迂回用通路２５を開閉する冷房用開閉弁１６ｃが配置されている。

　冷房用開閉弁１６ｃの基本的構成は、中間圧側開閉弁１６ａと同等であり、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。また、冷媒が冷房用開閉弁１６ｃを通過する際に生じる圧力損失は、冷房用膨脹弁２２を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。

　従って、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが開いている場合には膨脹弁迂回用通路２５を介してアキュムレータ２４へ流入する。この際、冷房用膨脹弁２２の絞り開度を全閉としてもよい。また、冷房用開閉弁１６ｃが閉じている場合には冷房用膨脹弁２２を介して室内蒸発器２３へ流入する。これにより、冷房用開閉弁１６ｃは、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路を切り替えることができる。従って、本実施形態の冷房用開閉弁１６ｃは、中間圧側開閉弁１６ａとともに冷媒流路切替部を構成している。

　次に、室内空調ユニット３０について説明する。室内空調ユニット３０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、室内空調ユニット３０の外殻を形成するとともに、その内部に車室内に送風される車室内送風空気の空気通路を形成する空調ケース３１を有している。そして、この空気通路に送風機３２、前述の室内凝縮器１２、室内蒸発器２３等が収容されている。

　空調ケース３１の空気流れ最上流側には、車室内空気（内気）と外気とを切替導入する内外気切替装置３３が配置されている。この内外気切替装置３３は、空調ケース３１内に内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。

　内外気切替装置３３の空気流れ下流側には、内外気切替装置３３を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風機３２が配置されている。この送風機３２は、遠心多翼ファン（シロッコファン）を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される。

　送風機３２の空気流れ下流側には、前述の室内蒸発器２３および室内凝縮器１２が、車室内送風空気の流れに対して、室内蒸発器２３→室内凝縮器１２の順に配置されている。換言すると、室内蒸発器２３は、室内凝縮器１２に対して、空気流れ上流側に配置されている。

　また、空調ケース３１内には、室内蒸発器２３通過後の送風空気を、室内凝縮器１２を迂回して流すバイパス通路３５が設けられており、室内蒸発器２３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３４が配置されている。

　このエアミックスドア３４は、室内蒸発器２３通過後の送風空気のうち、室内凝縮器１２を通過させる風量とバイパス通路３５を通過させる風量との風量割合を調整して、室内凝縮器１２の熱交換能力を調整する熱交換能力調整部である。なお、エアミックスドア３４は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

　また、室内凝縮器１２およびバイパス通路３５の空気流れ下流側には、室内凝縮器１２にて冷媒と熱交換して加熱された車室内送風空気とバイパス通路３５を通過して加熱されていない車室内送風空気が合流する合流空間３６が設けられている。

　空調ケース３１の空気流れ最下流部には、合流空間３６にて合流した送風空気を、冷却対象空間である車室内へ吹き出す開口穴が配置されている。具体的には、この開口穴としては、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴３７ａ、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴３７ｂ、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴３７ｃが設けられている。

　従って、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２を通過させる風量とバイパス通路を通過させる風量との風量割合を調整することによって、合流空間３６内の送風空気の温度が調整される。なお、エアミックスドア３４は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

　さらに、デフロスタ開口穴３７ａ、フェイス開口穴３７ｂおよびフット開口穴３７ｃの空気流れ上流側には、それぞれ、デフロスタ開口穴３７ａの開口面積を調整するデフロスタドア３８ａ、フェイス開口穴３７ｂの開口面積を調整するフェイスドア３８ｂ、フット開口穴３７ｃの開口面積を調整するフットドア３８ｃが配置されている。

　これらのデフロスタドア３８ａ、フェイスドア３８ｂおよびフットドア３８ｃは、開口穴モードを切り替える開口穴モード切替部を構成するものであって、リンク機構等を介して、空調制御装置４０から出力される制御信号によってその作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

　また、デフロスタ開口穴３７ａ、フェイス開口穴３７ｂおよびフット開口穴３７ｃの空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口に接続されている。

　次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよび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、そのＲＯＭ内に記憶された空調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空調制御機器（圧縮機１１、高段側膨脹弁１３、低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂ、冷媒流路切替部１６ａ、１６ｃ、送風機３２等）の作動を制御する。

　また、空調制御装置４０の入力側には、車室内温度を検出する内気センサ、外気温を検出する外気センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、室内蒸発器２３からの吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒圧力を検出する吐出圧センサ、圧縮機１１へ吸入される吸入冷媒圧力を検出する吸入圧センサ等の種々の空調制御用のセンサ群４１が接続されている。

　さらに、空調制御装置４０の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置１の作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、冷房運転モードと暖房運転モードとの選択スイッチ等が設けられている。

　なお、空調制御装置４０は、その出力側に接続された各種空調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が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部を構成している。

　例えば、本実施形態では、圧縮機１１の電動モータの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が吐出能力制御部を構成し、冷媒流路切替部１６ａ～１６ｃの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が冷媒流路制御部を構成している。もちろん、吐出能力制御部および冷媒流路制御部を空調制御装置４０に対して別体の制御装置として構成してもよい。

　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運転モード、車室内を暖房する暖房運転モード、および、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。以下に各運転モードにおける作動を説明する。

　（ａ）冷房運転モード
　冷房運転モードは、操作パネルの作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって冷房運転モードが選択されると開始される。冷房運転モードでは、空調制御装置４０が、高段側膨脹弁１３を減圧作用を発揮しない全開状態とし、冷房用膨脹弁２２を減圧作用を発揮する絞り状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを閉弁状態とする。

　さらに、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態として低段側減圧部を減圧作用を発揮しない全開状態とし、低圧側開閉弁１６ｂの状態に連動して中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、図１の実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。

　この冷媒流路の構成で、空調制御装置４０が上述の空調制御用のセンサ群４１の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、検出信号および操作信号の値に基づいて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を算出する。さらに、算出された目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置４０の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。

　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、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器２３の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。

　そして、この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯと蒸発器温度センサによって検出された室内蒸発器２３からの吹出空気温度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２３からの吹出空気温度が目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ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、冷房用膨脹弁２２へ出力される制御信号については、冷房用膨脹弁２２へ流入する冷媒の過冷却度が、ＣＯＰを略最大値に近づくように予め決定さ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３４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３４が室内凝縮器１２の空気通路を閉塞し、室内蒸発器２３通過後の送風空気の全流量がバイパス通路３５を通過するように決定される。

　そして、上記の如く決定された制御信号等を各種空調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の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号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。

　従って、冷房運転モードのヒートポンプサイクル１０では、図７のモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図７のａ_６点）が室内凝縮器１２へ流入する。この際、エアミックスドア３４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へ流入した冷媒は殆ど車室内送風空気へ放熱することなく、室内凝縮器１２から流出していく。

　室内凝縮器１２から流出した冷媒は、高段側膨脹弁１３→気液分離器１４→低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。より詳細には、室内凝縮器１２から流出した冷媒は、高段側膨脹弁１３が全開状態となっているので、高段側膨脹弁１３にて殆ど減圧されることなく流出し、気液分離器１４の冷媒流入ポート１４ｂから気液分離器１４内へ流入する。

　ここで、前述の如く、冷房用膨脹弁２２の絞り開度が冷房用膨脹弁２２へ流入する冷媒の過冷却度が目標過冷却度に近づくように決定されているので、気液分離器１４へ流入する冷媒は過冷却度を有する液相状態となっている。従って、気液分離器１４では冷媒の気液が分離されることなく、液相冷媒が液相冷媒流出ポート１４ｄから流出していく。さらに、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁状態となっているので、気相冷媒流出ポート１４ｃから液相冷媒が流出することはない。

　液相冷媒流出ポート１４ｄから流出した液相冷媒は、低段側減圧部が全開状態となっているので、低段側減圧部にて殆ど減圧されることなく流出し、室外熱交換器２０へ流入する。つまり、低段側減圧部では、低圧側開閉弁１６ｂが開弁状態であるため、低段側固定絞り１７側へ流入することなく固定絞り迂回用通路１８を介して室外熱交換器２０へ流入する。室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して放熱する（図７のａ_６点→ｂ_６点）。

　室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが閉弁状態となっているので、絞り状態となっている冷房用膨脹弁２２へ流入して低圧冷媒となるまで、等エンタルピ的に減圧膨脹される（図７のｂ_６点→ｃ_６点）。そして、冷房用膨脹弁２２にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器２３へ流入し、送風機３２から送風された室内送風空気から吸熱して蒸発する（図７のｃ_６点→ｄ_６点）。これにより、車室内送風空気が冷却される。

　室内蒸発器２３から流出した冷媒は、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａ（図７のｅ_６点）から吸入されて低段側圧縮機構→高段側圧縮機構の順に再び圧縮される（図７のｅ_６点→ａ１_６点→ａ_６点）。一方、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２４内に蓄えられる。

　なお、図７においてｄ_６点とｅ_６点が異なっている理由は、アキュムレータ２４から圧縮機１１の吸入ポート１１ａへ至る冷媒配管を流通する気相冷媒に生じる圧力損失と、気相冷媒が外部（外気）から吸熱する吸熱量を表したものである。従って、理想的なサイクルでは、ｄ_６点とｅ_６点が一致していることが望ましい。このことは、以下のモリエル線図においても同様である。

　以上の如く、冷房運転モードでは、エアミックスドア３４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２３にて冷却された送風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。

　また、上記の説明から明らかなように、冷房運転モードでは、第１利用側熱交換器である室内凝縮器１２から流出した冷媒を、全開状態とした高段側膨脹弁１３→気液分離器１４→全開状態とした低段側減圧部→室外熱交換器２０→第３減圧部である冷房用膨脹弁２２→第２利用側熱交換器である室内蒸発器２３の順に流している。

　ここで、冷房運転モードにおいて、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする理由を説明する。冷房運転モードでは、前述のように高段側膨脹弁１３、および低段側減圧部の双方を減圧作用を発揮しない全開状態としている。このため、中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態として、ガスインジェクションサイクルを実現すると、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された気相冷媒が、室内凝縮器１２→中間圧冷媒通路１５→中間圧ポート１１ｂの順に流れて、圧縮機１１で再び圧縮されるといったことが繰り返されるだけで、車室内の冷房に有効に機能せず、単に圧縮機１１のエネルギが無駄に消費してしまうからである。このように、本実施形態では、圧縮機１１の無駄なエネルギ消費を低減するために、冷房運転モードに中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態としている。

　（ｂ）暖房運転モード
　次に、暖房運転モードについて説明する。前述の如く、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、暖房運転モードとして、第１暖房モード、第２暖房モードを実行することができる。まず、暖房運転モードは、車両用空調装置の作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって暖房運転モードが選択されると開始される。

　そして、暖房運転モードが開始されると、空調制御装置４０が空調制御用のセンサ群４１の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込み、圧縮機１１の冷媒吐出能力（圧縮機１１の回転数）を決定する。さらに、決定された回転数に応じて、第１暖房モードあるいは第２暖房モード時を実行する。

　（ｂ）－１：第１暖房モード
　まず、第１暖房モードについて説明する。第１暖房モードが実行されると、空調制御装置４０が、高段側膨脹弁１３を絞り状態とし、冷房用膨脹弁２２を全閉状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを開弁状態とする。

　さらに、低圧側開閉弁１６ｂを閉弁状態として低段側減圧部を減圧作用を発揮する絞り状態とし、低圧側開閉弁１６ｂの状態に連動して中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態とする。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、図２の実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。

　この冷媒流路構成（サイクル構成）で、空調制御装置４０が、冷房運転モードと同様に、空調制御用のセンサ群４１の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込み、目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置４０の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。

　なお、第１暖房モードでは、高段側膨脹弁１３へ出力される制御信号については、高段側膨脹弁１３の絞り開度が予め定めた第１暖房モード用の所定開度となるように決定される。また、エアミックスドア３４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３４がバイパス通路３５を閉塞し、室内蒸発器２３通過後の送風空気の全流量が室内凝縮器１２を通過するように決定される。

　従って、第１暖房モードのヒートポンプサイクル１０では、図８のモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図８のａ_７点）が室内凝縮器１２へ流入する。室内凝縮器１２へ流入した冷媒は、送風機３２から送風されて室内蒸発器２３を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する（図８のａ_７→ｂ_７点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。

　室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨脹弁１３にて中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（図８のｂ_７→ｃ１_７点）。そして、高段側膨脹弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４にて気液分離される（図８のｃ_７→ｃ２_７点、ｃ_７→ｃ３_７点）。

　気液分離器１４にて分離された気相冷媒は、中間圧側開閉弁１６ａが開弁状態となっているので、中間圧冷媒通路１５を介して、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂへ流入し（図８のｃ２_７→ａ２_７点）、低段側圧縮機構吐出冷媒（図８のａ１_７点）と合流して、高段側圧縮機構へ吸入される。

　一方、気液分離器１４にて分離された液相冷媒は、低段側減圧部が絞り状態となっているので、低段側減圧部にて低圧冷媒となるまで減圧されて流出し、室外熱交換器２０へ流入する。つまり、低段側減圧部では、低圧側開閉弁１６ｂが閉弁状態となっているので、低段側固定絞り１７へ流入して低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（図８のｃ３_７→ｃ４_７点）。低段側固定絞り１７から流出した冷媒は、室外熱交換器２０へ流入して、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図８のｃ４_７点→ｄ_７点）。

　室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが開弁状態となっているので、膨脹弁迂回用通路２５を介して、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａ（図８のｅ_７点）から吸入されて再び圧縮される。一方、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２４内に蓄えられる。

　以上の如く、第１暖房モードでは、室内凝縮器１２にて圧縮機１１から吐出された冷媒の有する熱を車室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風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。

　さらに、第１暖房モードでは、低段側固定絞り１７にて減圧された低圧冷媒を圧縮機１１の吸入ポート１１ａから吸入させ、高段側膨脹弁１３にて減圧された中間圧冷媒を中間圧ポート１１ｂへ流入させて昇圧過程の冷媒と合流させる、ガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）を構成することができる。

　従って、高段側圧縮機構に、温度の低い混合冷媒を吸入させることによって、高段側圧縮機構の圧縮効率を向上させることができるとともに、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構の双方の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との圧力差を縮小させて、双方の圧縮機構の圧縮効率を向上させることができる。その結果、ヒートポンプサイクル１０全体としてのＣＯＰを向上させることができる。

　また、上記の説明から明らかなように、第１暖房モードでは、第１利用側熱交換器である室内凝縮器１２から流出した冷媒を、絞り状態とした高段側膨脹弁１３→気液分離器１４→絞り状態とした低段側減圧部→室外熱交換器２０→アキュムレータ２４の順に流すとともに、気液分離器１４にて分離された気相冷媒を中間圧冷媒通路１５→圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂへ流入させている。

　（ｂ）－２：第２暖房モード
　次に、第２暖房モードについて説明する。第２暖房モード時が実行されると、空調制御装置４０が、高段側膨脹弁１３を減圧作用を発揮する絞り状態とし、冷房用膨脹弁２２を全閉状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを開弁状態とする。

　さらに、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態として低段側減圧部を減圧作用を発揮しない全開状態とし、低圧側開閉弁１６ｂの状態に連動して中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする。ヒートポンプサイクル１０は、図３の実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、第２暖房モード時では、高段側膨脹弁１３へ出力される制御信号については、高段側膨脹弁１３の絞り開度が予め定めた第２暖房モード時用の所定開度となるように決定される。また、エアミックスドア３４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３４がバイパス通路３５を閉塞し、室内蒸発器２３通過後の送風空気の全流量が室内凝縮器１２を通過するように決定される。

　従って、第２暖房モード時のヒートポンプサイクル１０では、図９のモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図９のａ_８点）が室内凝縮器１２へ流入し、第２暖房モード時と同様に、車室内送風空気と熱交換して放熱する（図９のａ_８→ｂ_８点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。

　室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨脹弁１３にて低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹されて（図９のｂ_８→ｃ_８点）、気液分離器１４へ流入する。この際、気液分離器１４へ流入した冷媒は、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁状態となっているので、気液分離されることなく、液相冷媒流出ポート１４ｄから流出していく。

　一方、気液分離器１４にて分離された液相冷媒は、低段側減圧部が全開状態となっているので、低段側減圧部にて殆ど減圧されることなく流出し、室外熱交換器２０へ流入する。つまり、低段側減圧部では、低圧側開閉弁１６ｂが開弁状態となっているので、低段側固定絞り１７側へ流入することなく固定絞り迂回用通路１８を介して室外熱交換器２０へ流入する。そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図９のｃ_８点→ｄ_８点）。以降の作動は第１暖房モードと同様である。

　以上の如く、第２暖房モードでは、室内凝縮器１２にて圧縮機１１から吐出された冷媒の有する熱を車室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風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。

　ここで、第２暖房モード時を、第１暖房モードに対して、外気温が高い場合等のように暖房負荷が比較的低い場合に実行することの効果を説明する。第１暖房モードでは、上述の如く、ガスインジェクションサイクルを構成することができるので、ヒートポンプサイクル１０全体としてのＣＯＰを向上させることができる。

　つまり、理論的には、圧縮機１１の回転数が同一であれば、第１暖房モードは、第２暖房モード時よりも高い暖房性能を発揮することができる。換言すると、同一の暖房性能を発揮させるために必要な圧縮機１１の回転数（冷媒吐出能力）は、第１暖房モードよりも第２暖房モード時の方が低くなる。

　ところが、圧縮機構には、圧縮効率が最大（ピーク）となる最大効率回転数があり、最大効率回転数よりも回転数が低くなると、圧縮効率が大きく低下してしまうという特性がある。このため、暖房負荷が比較的低い場合に圧縮機１１を最大効率回転数よりも低い回転数で作動させると、第１暖房モードでは、却ってＣＯＰが低下してしまうことがある。

　そこで、本実施形態では、上述の最大効率回転数を基準回転数として、第１暖房モードの実行中に、圧縮機１１の回転数が基準回転数以下となってしまう場合に第２暖房モードへ切り替え、第２暖房モードの実行中に基準回転数に対して予め定めた所定量を加えた回転数以上となった際に第１暖房モードへ切り替えるようにしている。

　これにより、第１暖房モードおよび第２暖房モードのうち高いＣＯＰを発揮できる運転モードを選択している。従って、第１暖房モードの実行中に、圧縮機１１の回転数が基準回転数以下となってしまう場合であっても、第２暖房モードへ切り替えることにより、ヒートポンプサイクル１０全体としてのＣＯＰを向上させることができる。

　（ｃ）除湿暖房運転モード
　次に、除湿暖房運転モードについて説明する。除湿暖房運転モードは、冷房運転モード時に車室内温度設定スイッチによって設定された設定温度が外気温よりも高い温度に設定された際に実行される。

　除湿暖房モードが実行されると、空調制御装置４０が、高段側膨脹弁１３を全開状態あるいは絞り状態とし、冷房用膨脹弁２２を全開状態あるいは絞り状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを閉弁状態とする。

　さらに、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態として低段側減圧部を減圧作用を発揮しない全開状態とし、低圧側開閉弁１６ｂの状態に連動して中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、冷房運転モードと同様の図１の実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。

　従って、除湿暖房モードにおける冷媒流路は、冷房運転モードと同様に、特許請求の範囲に記載された第１運転モード時の冷媒流路に対応している。また、エアミックスドア３４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３４がバイパス通路３５を閉塞し、室内蒸発器２３通過後の送風空気の全流量が室内凝縮器１２を通過するように決定される。

　さらに、本実施形態の除湿暖房モードでは、設定温度と外気温との温度差に応じて、高段側膨脹弁１３および冷房用膨脹弁２２の絞り開度を変化させている。具体的には、前述した目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、高段側膨脹弁１３の絞り開度を減少させると共に冷房用膨脹弁２２の絞り開度を増加させることで、以下に示す第１除湿暖房モードから第４除湿暖房モードの４段階の除湿暖房モードを実行する。

　（ｃ）－１：第１除湿暖房モード
　第１除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁１３を全開状態とし、冷房用膨脹弁２２を絞り状態とする。従って、サイクル構成（冷媒流路）については、冷房運転モードと全く同様となるものの、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路を全開しているので、サイクルを循環する冷媒の状態については図１０のモリエル線図に示すように変化する。

　すなわち、図１０に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１０のａ_９点）は、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された車室内送風空気と熱交換して放熱する（図１０のａ_９点→ｂ１_９点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。

　室内凝縮器１２から流出した冷媒は、冷房運転モードと同様に、高段側膨脹弁１３→気液分離器１４→低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して放熱する（図１０のｂ１_９点→ｂ２_９点）。以降の作動は冷房運転モードと同様である。

　以上の如く、第１除湿暖房モード時には、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された車室内送風空気を、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。

　（ｃ）－２：第２除湿暖房モード
　次に、第１除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第１基準温度よりも高くなった際には、第２除湿暖房モードが実行される。第２除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁１３を絞り状態とし、冷房用膨脹弁２２の絞り開度を第１除湿暖房モードよりも増加させた絞り状態とする。従って、第２除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図１１のモリエル線図に示すように変化する。

　すなわち、図１１に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１１のａ_１０点）は、第１除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された車室内送風空気と熱交換して放熱する（図１１のａ_１０点→ｂ１_１０点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。

　室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨脹弁１３によって中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（図１１のｂ１_１０点→ｂ２_１０点）。高段側膨脹弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。

　そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して放熱する（図１１のｂ２_１０点→ｂ３_１０点）。以降の作動は冷房運転モードと同様である。

　以上の如く、第２除湿暖房モードでは、第１除湿暖房モード時と同様に、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された車室内送風空気を、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。

　この際、第２除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁１３を絞り状態としているので、第１除湿暖房モードに対して、室外熱交換器２０へ流入する冷媒の温度を低下させることができる。従って、室外熱交換器２０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２０における冷媒の放熱量を低減できる。

　その結果、室内凝縮器１２における冷媒の量を増加させることができるので、第１除湿暖房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。

　（ｃ）－３：第３除湿暖房モード
　次に、第２除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第２基準温度よりも高くなった際には、第３除湿暖房モードが実行される。第３除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁１３の絞り開度を第２除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、冷房用膨脹弁２２の絞り開度を第２除湿暖房モードよりも増加させる。従って、第３除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図１２のモリエル線図に示すように変化する。

　すなわち、図１２に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１２のａ_１１点）は、第１、第２除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された車室内送風空気と熱交換して放熱する（図１２のａ_１１点→ｂ_１１点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。

　室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨脹弁１３によって外気温よりも温度の低い中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（図１２のｂ_１１点→ｃ１_１１点）。高段側膨脹弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。

　そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図１２のｃ１_１１点→ｃ２_１１点）。さらに、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用膨脹弁２２にて等エンタルピ的に減圧されて（図１２のｃ２_１１点→ｃ３_１１点）、室内蒸発器２３へ流入する。以降の作動は冷房運転モードと同様である。

　以上の如く、第３除湿暖房モードでは、第１、第２除湿暖房モード時と同様に、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された車室内送風空気を、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。

　この際、第３除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁１３の絞り開度を縮小させることによって、室外熱交換器２０を蒸発器として作用させているので、第２除湿暖房モードに対して、室内凝縮器１２における冷媒の量を増加させることができる。その結果、第２除湿暖房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。

　（ｃ）－４：第４除湿暖房モード
　次に、第３除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第３基準温度よりも高くなった際には、第４除湿暖房モードが実行される。第４除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁１３の絞り開度を第３除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、冷房用膨脹弁２２を全開状態とする。従って、第４除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図１３のモリエル線図に示すように変化する。

　すなわち、図１３に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１３のａ_１２点）は、第１、第２除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された車室内送風空気と熱交換して放熱する（図１３のａ_１２点→ｂ_１２点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。

　室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨脹弁１３によって外気温よりも温度の低い低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（図１３のｂ_１２点→ｃ１_１２点）。高段側膨脹弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。

　そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図１３のｃ１_１２点→ｃ２_１２点）。さらに、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用膨脹弁２２が全開状態となっているので、減圧されることなく室内蒸発器２３へ流入する。以降の作動は冷房運転モードと同様である。

　以上の如く、第４除湿暖房モードでは、第１～第３除湿暖房モード時と同様に、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された車室内送風空気を、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。

　この際、第４除湿暖房モードでは、第３除湿暖房モードと同様に、室外熱交換器２０を蒸発器として作用させるとともに、第３除湿暖房モードよりも高段側膨脹弁１３の絞り開度を縮小させているので、室外熱交換器２０における冷媒蒸発温度を低下させることができる。従って、第３除湿暖房モードよりも室外熱交換器２０における冷媒の温度と外気温との温度差を拡大させて、室内凝縮器１２における冷媒の量を増加させることができる。

　その結果、第３除湿暖房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。

　ここで、除湿暖房運転モードにおいて、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とする理由を説明する。除湿暖房運転モードにおいて、ガスインジェクションサイクルを実現する場合、気液分離器１４における冷媒圧力と、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂにおける冷媒圧力との差圧により、中間圧冷媒通路１５に流れる冷媒の流量が変化してしまう。この中間圧冷媒通路１５を流れる冷媒の流量が変化によって、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量が変化してしまい、送風空気の温度調整が難しくなり、送風空気の適切な温度調整を図るために、サイクル構成や各種制御が複雑となってしまうからである。

　特に、本実施形態の除湿暖房運転モードのように目標吹出温度ＴＡＯに応じて高段側膨脹弁１３および冷房用膨脹弁２２の絞り開度を変化させる場合、中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態としてガスインジェクションサイクルを実現すると、目標吹出温度ＴＡＯと中間圧冷媒通路１５を流れる冷媒の流量とが相反した関係となり、送風空気の温度調整が難しくなる。

　例えば、第１～第４除湿暖房運転モードのうち、最も目標吹出温度ＴＡＯが低い際に実行する第１除湿暖房運転モードでは、高段側膨脹弁１３が全開状態となり、気液分離器１４における冷媒圧力と圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂにおける冷媒圧力との差圧が最大となる。この結果、中間圧冷媒通路１５を流れる冷媒の流量が増加して、室内凝縮器１２における放熱量が増加し、吹出空気の温度を低下させることが難しくなってしまう。

　また、第１～第４除湿暖房運転モードのうち、最も目標吹出温度ＴＡＯが高い際に実行する第４除湿暖房運転モードでは、高段側膨脹弁１３が絞り状態となり、気液分離器１４における冷媒圧力と圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂにおける冷媒圧力との差圧が最小となる。この結果、中間圧冷媒通路１５を流れる冷媒の流量が減少して、室内凝縮器１２における放熱量が減少し、吹出空気の温度を上昇させることが難しくなる。

　このように、本実施形態では、送風空気の温度を調整する際のサイクル構成や制御が複雑化することを抑制するために、除湿暖房運転モードに中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態としている。

　また、除湿暖房運転モードにおいて、低段側減圧部を減圧作用を発揮しない全開状態とする理由は、低段側減圧部を絞り状態とする場合、室外熱交換器２０における吸熱量および放熱量の調整範囲が制限されてしまい、送風空気の極め細やかな温度調整が難しくなるからである。

　このように、本実施形態の除湿暖房運転モードでは、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とし、さらに、低段側減圧部を減圧作用を発揮しない全開状態とすることで、送風空気の温度を調整する際のサイクル構成や制御が複雑化することを抑制すると共に、送風空気の極め細やかな温度調整を実現している。

　以上説明した本実施形態の車両用空調装置１では、第１減圧部を構成する高段側膨脹弁１３、および第２減圧部を構成する低段側減圧部の双方を減圧作用を発揮しない全開状態に設定可能としている。このため、圧縮機１１から室外熱交換器２０に至る冷媒流路を、車両用空調装置１の各運転モードに応じて別個に設けることなく、高段側膨脹弁１３および低段側減圧部の状態（絞り状態、全開状態）を変更することで、各運転モードに応じて室外熱交換器２０における冷媒と外気との熱交換量（吸熱量および放熱量）を調整することができる。

　また、本実施形態では、中間圧冷媒通路１５を開閉する中間圧側開閉弁１６ａを設けているので、中間圧側開閉弁１６ａにて中間圧冷媒通路１５を開閉することで、ヒートポンプサイクルをガスインジェクションサイクルと、通常サイクル（一段圧縮サイクル）とに切り替えることができる。

　さらに、本実施形態では、冷房運転モードおよび除湿暖房運転モードには、中間圧側開閉弁１６ａにて中間圧冷媒通路１５を閉鎖して、ヒートポンプサイクル１０を通常サイクルに切り替える構成としている。

　このように冷房運転モード時において、中間圧冷媒通路１５を閉鎖して、ヒートポンプサイクルを通常サイクルに切り替える構成とすれば、圧縮機１１の無駄なエネルギ消費を低減することができる。

　また、除湿暖房運転モード時において、中間圧冷媒通路１５を閉鎖して、ヒートポンプサイクルを通常サイクルに切り替える構成とすれば、室内凝縮器１２における冷媒の法熱量の調整が容易となり、簡易な構成で送風空気の適切な温度調整を実現することができる。

　特に、本実施形態では、除湿暖房運転モードにおいて、目標吹出温度ＴＡＯに応じて高段側膨脹弁１３および冷房用膨脹弁２２の絞り開度を変化させる構成としているので、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量および室内蒸発器２３における冷媒の吸熱量を適切に調整することができ、簡易な構成で送風空気の極め細やかな温度調整を実現することができる。

　また、暖房運転モード時には、中間圧側開閉弁１６ａにて中間圧冷媒通路１５を開放して、ヒートポンプサイクルをガスインジェクションサイクルに切り替えるので、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。

　さらに、本実施形態のように電気自動車に適用される車両用空調装置１では、内燃機関（エンジン）を搭載する車両のようにエンジンの廃熱を車室内の暖房のために利用できない。従って、本実施形態のヒートポンプサイクル１０のように、暖房運転モード時に暖房負荷によらず高いＣＯＰを発揮できることは、極めて有効である。

　また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、気液分離部として遠心分離方式の気液分離器１４を採用し、気液分離器１４の内容積を余剰冷媒体積よりも小さくしているので、気液分離部の体格を小型化させて、ヒートポンプサイクル１０全体としての車両への搭載性を向上させることができる。さらに、サイクルに負荷変動が生じたとしても、アキュムレータ２４にて余剰となる冷媒を蓄えることができるので、サイクルを安定して作動させることができる。

　また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、低段側減圧部（第２減圧部）の低段側固定絞り１７として、図６（a）に示す流量特性の固定絞りを採用しているので、暖房運転モードにおいて、室外熱交換器２０へ乾き度Ｘが０．１以下の冷媒を流入させて確実に吸熱作用を発揮させることができる。

　なお、本実施形態のヒートポンプサイクル１０に採用されている遠心分離方式の気液分離器１４は、冷媒の流速が速くなるに伴って気液分離性能が高くなるので、比較的高負荷で運転される頻度の高いヒートポンプサイクル１０に適用して有効である。

　（第２実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態に対して、気液分離部を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態では、気液分離部として液相冷媒の表面張力を利用して冷媒の気液を分離する表面張力式の気液分離器５４を採用している。この表面張力式の気液分離器５４の詳細構成については、図１４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。なお、図１４（ａ）は、気液分離器５４の軸方向断面であり、図１４（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

　本実施形態の気液分離器５４は、第１実施形態の気液分離器１４と同様に、上下方向に延びる略中空有底円筒状（断面円形状）の本体部５４ａ、冷媒流入口５４ｅが形成された冷媒流入ポート５４ｂ、気相冷媒流出口５４ｆが形成された気相冷媒流出ポート５４ｃ、液相冷媒流出口５４ｇが形成された液相冷媒流出ポート５４ｄ等を有して構成されている。

　本体部５４ａは、上下方向の２つに分割可能な構成になっており、その内部に、冷媒流入ポート５４ｂから流入した冷媒を衝突させる衝突板５４ｈ、液相冷媒の表面張力を利用して液相冷媒を付着させる付着板５４ｉが収容されている。この衝突板５４ｈは、その外径が本体部５４ａの内径よりも小さく形成され、その中央部が上方側に向かって尖った尖頭形状（傘状）に形成されている。

　付着板５４ｉは、図１４（ｂ）に示すように、軸方向から見たときに、波状に折り曲げられた板を、さらに円筒状に折り曲げて形成したものである。さらに、衝突板５４ｈは、本体部５４ａと同軸上に配置されて、衝突板５４ｈの外周側端部から衝突板５４ｈの下方側へ向かって延びている。

　本実施形態では、このように波状に折り曲げられた板を円筒状に形成することによって、付着板５４ｉの表面積を増大させて、気液分離性能を向上させている。さらに、付着板５４ｉの表面積を増大させるために、付着板５４ｉに貫通孔を形成する孔あけ加工、あるいは、付着板５４ｉの表面に凸凹部を設けるエンボス加工等の処理を施してもよい。

　冷媒流入ポート５４ｂは、本体部５４ａの軸方向上側端面（上面）に接続されており、本体部５４ａから上方側へ向かって、本体部５４ａと同軸上に延びる冷媒配管によって構成されている。さらに、冷媒流入口５４ｅは、冷媒流入ポート５４ｂの上方側端部に形成されている。

　気相冷媒流出ポート５４ｃは、本体部５４ａの軸方向下側端面（底面）に接続されており、本体部５４ａの内外に亘って本体部５４ａと同軸上に延びる冷媒配管によって構成されている。さらに、気相冷媒流出口５４ｆは、気相冷媒流出ポート５４ｃの下方側端部に形成され、一方、上方側端部は、付着板５４ｉの上方側端部よりも上方側であって、衝突板５４ｈの直下に位置付けられている。

　液相冷媒流出ポート５４ｄは、本体部５４ａの円筒状側面に接続されており、液相冷媒流出口５４ｇは、液相冷媒流出ポート５４ｄのうち本体部５４ａの反対側端部に形成されている。

　従って、冷媒流入ポート５４ｂから流入した冷媒は、衝突板５４ｈに衝突して流速を低下させて衝突板５４ｈの外周側の付着板５４ｉ側へ流れる。さらに、付着板５４ｉ側へ流れた冷媒は、付着板５４ｉに沿って下方側へ移動する。この際に、液相冷媒の表面張力によって、液相冷媒が付着板５４ｉに付着して、冷媒の気液が分離される。

　さらに、分離された液相冷媒が、重力の作用によって本体部５４ａの下方側に落下する。そして、分離されて下方側に落下した液相冷媒は液相冷媒流出ポート５４ｄの液相冷媒流出口５４ｇから流出し、分離された気相冷媒は気相冷媒流出ポート５４ｃの気相冷媒流出口５４ｆから流出する。

　また、気液分離器５４の他の概略的な体格は、第１実施形態の気液分離器１４と同等であり、その内容積についても、余剰冷媒体積よりも小さく設定されている。これにより、気液分離器５４全体としての小型化を図っている。その他のヒートポンプサイクル１０の構成は、第１実施形態と同様である。

　従って、本実施形態の車両用空調装置１においても、高段側膨脹弁１３および低段側減圧部の状態の切り替え、およびヒートポンプサイクル１０の冷媒流路の切り替え等によって、種々のサイクル構成を実現して、車室内の適切な冷房、暖房および除湿暖房を実現できる等の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　さらに、実施形態のヒートポンプサイクル１０では、気液分離部として表面張力式の気液分離器５４を採用し、その内容積を余剰冷媒体積よりも小さくしているので、気液分離部の体格を小型化させて、ヒートポンプサイクル１０全体としての車両への搭載性を向上させることができる。

　なお、本実施形態のヒートポンプサイクル１０に採用されている表面張力式の気液分離器５４は、冷媒の流速が遅くなるに伴って気液分離性能が高くなるので、比較的低負荷で運転される頻度の高いヒートポンプサイクル１０に適用して有効である。

　（第３実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態に対して、気液分離部の構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態では、気液分離部として遠心分離方式のものであって、かつ、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく流出させる気液分離器５５を採用している。

　本実施形態の気液分離器５５の具体的構成については、図１５を用いて説明する。なお、図１５は、気液分離器５５の軸方向断面図である。この気液分離器５５は、複数の円管状の冷媒配管を加工して形成されたもので、極めて簡素な構成で液相冷媒を内部に滞留させることなく流出させるように構成されている。

　具体的には、気液分離器５５は、中間圧冷媒を流入させる冷媒流入口５５ｅが形成された冷媒流入配管５５ａ、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口５５ｆが形成された気相冷媒流出配管５５ｂ、分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口５５ｇが形成された液相冷媒流出配管５５ｃ、および、冷媒流入配管５５ａと気相冷媒流出配管５５ｂとを接続する接続配管５５ｄ等を有して構成されている。

　冷媒流入配管５５ａは、水平方向に延びる形状に形成され、その一端側に中間圧冷媒を流入させる冷媒流入口５５ｅが設けられている。さらに、その内部には、冷媒流入配管５５ａの長手方向に延びる板状部材を螺旋状に捻ることによって形成された旋回流発生部材５５ｈが配置されている。

　気相冷媒流出配管５５ｂは、冷媒流入配管５５ａと同軸上に延びて、その一端側が縮径加工されて冷媒流入配管５５ａの他端側の内部に挿入されている。さらに、気相冷媒流出配管５５ｂの他端側には、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口５５ｆが形成されている。液相冷媒流出配管５５ｃは、鉛直方向に延びて、その下端側に液相冷媒流出口５５ｇが形成されている。

　接続配管５５ｄは、両端部が縮径加工されて、両端部の内周面が冷媒流入配管５５ａの外周面および気相冷媒流出配管５５ｂの外周面にろう付け接合等の接合部によって接合されている。さらに、その円筒状の外周面には、分離された直後の液相冷媒を流出させる液相冷媒流出配管５５ｃが径方向に延びるように接続されている。

　従って、冷媒流入配管５５ａの一端側に形成された冷媒流入口５５ｅから流入した冷媒は、旋回流発生部材５５ｈに沿って旋回しながら流れ、この旋回流の作用によって生じる遠心力の作用によって冷媒の気液が分離される。気液分離された液相冷媒は、冷媒流入配管５５ａの他端側の内周面と気相冷媒流出配管５５ｂの縮径加工された一端側の外周面との隙間を介して、接続配管５５ｄの内周側へ流入する。

　接続配管５５ｄの内周側へ流入した液相冷媒は、流出配管５５ｃの液相冷媒流出口５５ｇから流出していく。一方、分離された液相冷媒は、気相冷媒流出配管５５ｂの気相冷媒流出口５５ｆから流出する。

　つまり、気液分離器５５では、分離した液相冷媒が、内部に滞留されることなく、液相冷媒流出配管５５ｃから流出していく。換言すると、この気液分離器５５では、分離した直後の液相冷媒が液相冷媒流出口５５ｇから流出する。ここで、「分離した直後の液相冷媒」とは、気液分離器５５から流出する方向へ向かう速度成分を有している液相冷媒、あるいは、気液分離のために作用する遠心力が重力よりも大きくなっている液相冷媒等が含まれる。

　さらに、気液分離器５５は分離された液相冷媒を内部に蓄える機能を有していないので、気液分離器５５の内容積は、第１、第２実施形態の気液分離器１４、５４と比較して、余剰冷媒体積よりも大幅に小さく設定されている。

　その他のヒートポンプサイクル１０の構成は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の車両用空調装置１においても、高段側膨脹弁１３および低段側減圧部の状態の切り替え、およびヒートポンプサイクル１０の冷媒流路の切り替え等によって、種々のサイクル構成を実現して、車室内の適切な冷房、暖房および除湿暖房を実現できる等の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　さらに、実施形態のヒートポンプサイクル１０では、気液分離部として遠心分離方式のものであって、かつ、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく流出させる気液分離器５５を採用しているので、気液分離部の体格を小型化させて、ヒートポンプサイクル１０全体としての車両への搭載性を向上させることができる。

　なお、本実施形態では、図１５に示すように、気液分離器５５の冷媒流入配管５５ａおよび液相冷媒流出配管５５ｃを水平方向に延びるように配置し、液相冷媒流出配管５５ｃを鉛直方向に延びるように配置することで、液相冷媒流出口５５ｇを気液分離器５５の最下方部に位置付けた例を説明したが、本実施形態の気液分離器５５の配置はこれに限定されない。

　つまり、本実施形態の気液分離器５５では、分離した直後の冷媒を液相冷媒流出口５５ｇから流出させるので、配置方向によらず、冷媒の気液を分離するとともに、液相冷媒を内部に滞留させることなく流出させることができる。

　また、本実施形態では、冷媒流入配管５５ａ内に流入した中間圧冷媒の流れを旋回させるために、冷媒流入配管５５ａの内部に旋回流発生部材５５ｈを配置した例を説明したが、他の構成を用いて、冷媒流入配管５５ａに流入した中間圧冷媒の流れを旋回させてもよい。例えば、図１６に示すように、冷媒流入配管５５ａに螺旋溝５５ｉを設けてもよい。

　より具体的には、この螺旋溝５５ｉは、冷媒流入配管５５ａの外周側から内周側へ突出するように形成されているとともに、冷媒流入配管５５ａの一端側から他端側へ向かって螺旋状に繋がるように形成されている。なお、図１６は、本実施形態の気液分離器５５の変形例を示す図面であって、図１５に対応する図面である。また、図１６では、図１５と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。

　（第４実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態の気液分離器１４に対して、図１７に示すように、気液分離器１４内の液相冷媒の液面の高さに応じて変位するフロート弁１４ｈを追加するとともに、その内容積をより一層小さくしている。なお、図１７は、本実施形態の気液分離器１４の軸方向断面図であり、図４（ａ）、（ｂ）と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。

　具体的には、本実施形態の気液分離器１４におけるフロート弁１４ｈは、液相冷媒よりも比重の小さい樹脂からなり、気液分離器１４内に液相冷媒が僅かでも溜まると浮力によって浮き上がることで、液相冷媒流出口１４ｇ（具体的には、液相冷媒流出ポート１４ｄの上端部）を開く。

　さらに、本実施形態の気液分離器１４では、液相冷媒流出口１４ｇが気液分離器１４の最下方部に位置付けられているだけでなく、第１実施形態に対して、その内容積を小さくしているので、フロート弁１４ｈが液相冷媒流出口１４ｇを開くと、液相冷媒流出口１４ｇから気相冷媒の一部が液相冷媒とともに流出する。

　従って、本実施形態の気液分離器１４では、フロート弁１４ｈが液相冷媒流出口１４ｇを開くと、重力の作用および気相冷媒の背圧を利用して、液相冷媒を液相冷媒流出口１４ｇから効率的に流出させることができる。

　つまり、本実施形態の気液分離器１４では、内部に液相冷媒が溜まり始めると同時にフロート弁１４ｈが液相冷媒流出口５６ｇを開くことによって、実質的に、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく液相冷媒流出口１４ｇから流出させるように構成されている。

　なお、本実施形態の気液分離器１４のように、液相冷媒流出口１４ｇから気相冷媒の一部が液相冷媒とともに流出したとしても、前述の図６（a）にて説明したように、低段側固定絞り１７の流量特性が設定されていることにより、サイクル全体のＣＯＰが低下してしまうことはない。

　さらに、実施形態のヒートポンプサイクル１０では、気液分離部としてフロート弁を採用するとともに、その内容積を縮小させた遠心分離方式の気液分離器１４を採用しているので、気液分離部の体格をより一層小型化させて、ヒートポンプサイクル１０全体としての車両への搭載性をより一層向上させることができる。

　なお、本実施形態では、遠心分離方式の気液分離部に対して、フロート弁を追加した例を説明したが、もちろん第２実施形態で説明した表面張力式の気液分離器５４あるいはその他の形式の気液分離器（例えば、衝突方式の気液分離器等）にフロート弁を追加してものを採用してもよい。

　また、第２、第３実施形態で説明した気液分離器５４、５５において、気液分離器５４、５５内から液相冷媒を効率的に流出させるために、液相冷媒流出口５４ｇ、５５ｇから気相冷媒の一部を液相冷媒とともに流出させるようにしてもよい。

　（第５実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態に対してヒートポンプサイクル１０のサイクル構成を変更した例について説明する。本実施形態のヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒の熱を直接的に送風空気に放熱するのではなく、不凍液等からなる熱媒体を介して送風空気に放熱する構成としている。

　具体的には、図１８の全体構成図に示すように、ヒートポンプサイクル１０に圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒の熱を、送風空気を加熱すための熱媒体に放熱する冷媒放熱器５２を設ける構成としている。

　また、室内空調ユニット３０には、冷媒放熱器５２にて加熱された熱媒体の熱を送風空気に放熱して、送風空気を加熱する加熱用熱交換器１２を配置するようにしている。この加熱用熱交換器１２は、熱媒体循環回路５０を介して冷媒放熱器５２に接続されており、熱媒体循環回路５０に設けられた圧送ポンプ５１により熱媒体が圧送される。

　このように構成されるヒートポンプサイクル１０では、室内空調ユニット３０の外部に冷媒放熱器５２を配置する構成となるので、現状の室内空調ユニット３０の内部構成を変更することなく、本開示のヒートポンプサイクル１０を適用することが可能となる。このことは、空調装置のシステム構築のコストを抑えることができる点で有効である。

　（第６実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態に対して中間圧側開閉弁１６ａの構成を変更した例について説明する。本実施形態では、中間圧側開閉弁１６ａを、低段側減圧部の低段側固定絞り１７の前後差圧に応じて中間圧冷媒通路１５を開閉する差圧開閉弁で構成している。

　本実施形態の中間圧側開閉弁１６ａは、低段側固定絞り１７の前後の差圧が、所定の設定圧力α以上となった際に、中間圧冷媒通路１５を閉鎖する差圧開閉弁で構成されている。

　具体的には、中間圧側開閉弁１６ａは、図１９（ａ）に示すように、低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂが閉じて、低段側固定絞り１７の前後差圧が増大して設定圧力α以上となった際に、中間圧冷媒通路１５を開放するように構成されている。

　また、中間圧側開閉弁１６ａは、図１９（ｂ）に示すように、低段側減圧部の低圧側開閉弁１６ｂが開いて、低段側固定絞り１７の前後差圧が減少して設定圧力α未満となった際に、中間圧冷媒通路１５を閉鎖するように構成されている。なお、図１９（ａ）が、中間圧側開閉弁１６ａが開弁する際の作動を示し、図１９（ｂ）が、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁する際の作動を示している。

　このように構成される本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態として低段側減圧部の減圧作用を発揮しない全開状態とする冷房運転モードおよび除湿暖房運転モードにおいて、低段側固定絞り１７の前後差圧が設定圧力α未満となり、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁する。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、図２０の全体構成図（実線矢印）に示すように、中間圧冷媒通路１５に冷媒が流れない通常サイクルの冷媒流路に切り替えられる。

　また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、低圧側開閉弁１６ｂを閉弁状態として低段側減圧部を減圧作用を発揮させる絞り状態とする暖房運転モードにおいて、低段側固定絞り１７の前後差圧が設定圧力α以上となり、中間圧側開閉弁１６ａが開弁する。これにより、ヒートポンプサイクル１０は、図２１の全体構成図（実線矢印）に示すように、中間圧冷媒通路１５に冷媒が流れるガスインジェクションサイクルの冷媒流路に切り替えられる。

　本実施形態のように、中間圧側開閉弁１６ａを差圧開閉弁で構成すれば、ガスインジェクションサイクルと、通常サイクルとの切り替えを簡易な構成および制御手法で実現することができる。

　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　（１）上述の実施形態では、本開示のヒートポンプサイクル１０を車両用空調装置１に適用した例を説明したが、本開示の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫等に適用してもよい。

　（２）上述の実施形態では、高段側膨脹弁１３および低段側減圧部の状態の切り替え、およびヒートポンプサイクル１０の冷媒流路の切り替え等によって、種々の運転モードを実現可能なヒートポンプサイクル１０について説明したが、これに限定されず、少なくとも暖房運転モード、冷房運転モード、除湿暖房運転モードの３つの運転モードが実現可能な構成であればよい。勿論、各運転モードにおいて、種々の運転モードを設ける方が、送風空気の温度を適切に温度調整できる点で有効である。

　（３）上述の実施形態では、暖房運転モード時に圧縮機１１の回転数に応じて、第１暖房モードと第２暖房モードとを切り替える例を説明したが、第１暖房モードと第２暖房モードとの切り替えはこれに限定されない。つまり、第１暖房モードと第２暖房モードとの切り替えは、第１、第２暖房モードのうち高いＣＯＰを発揮できる暖房モードに切り替えればよい。

　例えば、外気センサの検出値に基づいて、検出値が予め定めた基準外気温（例えば、０℃）以下である場合には、第１暖房モードを実行し、検出値が基準外気温よりも高い場合には、第２暖房運転モードを実行するようにしてもよい。

　（４）上述の実施形態では、冷房運転モード、暖房運転モードおよび除湿暖房運転モードの各運転モード時に、空調制御装置４０が、室内凝縮器１２の空気通路あるいはバイパス通路３５のいずれか一方を閉塞するようにエアミックスドア３４を作動させる例を説明したが、エアミックスドア３４の作動はこれに限定されない。

　つまり、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路およびバイパス通路３５の双方を開くようにしてもよい。そして、室内凝縮器１２を通過させる風量とバイパス通路を通過させる風量との風量割合を調整することによって、合流空間３６から車室内へ吹き出される送風空気の温度を調整してもよい。このような温度調整は、車室内送風空気の温度を微調整しやすい点で有効である。

　（５）上述の各実施形態で説明したように、高段側減圧部（第１減圧部）を可変絞り機構からなる高段側膨脹弁１３で構成し、低段側減圧部（第２減圧部）を低段側固定絞り１７を含む構成とする例を説明したが、高段側減圧部（第１減圧部）および低段側減圧部（第２減圧部）は、少なくとも減圧作用を発揮する絞り状態と、減圧作用を発揮しない全開状態とに設定可能なものであれば種々適用可能である。

　例えば、高段側減圧部（第１減圧部）および低段側減圧部（第２減圧部）の双方を高段側膨脹弁１３と同様の構成（全開機能付きの可変絞り機構）で構成してもよい。

　また、高段側減圧部（第１減圧部）および低段側減圧部（第２減圧部）の双方を固定絞り、当該固定絞りを迂回する迂回通路、当該迂回通路を開閉する通路開閉弁を有する構成としてもよい。

　さらに、高段側減圧部（第１減圧部）を固定絞り、当該固定絞りを迂回する迂回通路、当該迂回通路を開閉する通路開閉弁を有する構成とし、低段側減圧部（第２減圧部）を可変絞り機構で構成してもよい。

　なお、高段側減圧部を可変絞り機構とする場合、ヒートポンプサイクル１０にてガスインジェクションを実現する際に、気液分離器１４、５４、５５に流入する冷媒を所望の中間圧まで減圧させることができる点で有効である。

　また、低段側減圧部を可変絞り機構で構成する場合、暖房運転モード時において、室外熱交換器２０へ流入する冷媒の乾き度Ｘが０．１以下となるように、流量特性を設定することが望ましい。この場合、空調制御装置４０が、室外熱交換器２０へ流入する冷媒の温度および圧力等に基づいて、室外熱交換器２０へ流入する冷媒の乾き度Ｘを検出し、この検出値が０．１以下となるように、低段側減圧部を構成する可変絞り機構の開度を制御すればよい。

　（６）上述の実施形態では、除湿暖房運転モード時に目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、第１除湿暖房モードから第４除湿暖房モードへ段階的に切り替える例を説明したが、第１除湿暖房モードから第４除湿暖房モードへの切り替えはこれに限定されない。例えば、目標吹出温度ＴＡＯに増加に伴って、第１除湿暖房モードから第４除湿暖房モードへ連続的に切り替えるようにしてもよい。

　すなわち、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、高段側膨脹弁１３を絞り開度を徐々に縮小させ、さらに、冷房用膨脹弁２２の絞り開度を徐々に拡大させればよい。このように高段側膨脹弁１３および冷房用膨脹弁２２の絞り開度を変化させることによって、室外熱交換器２０における冷媒の圧力（温度）が調整されるので、室外熱交換器２０を自動的に、放熱器として作用させる状態から蒸発器として作用させる状態へ切り替えることができる。

　（７）上述の各実施形態で説明したように、空調装置１の各運転モードにおける送風空気の極め細かな温度調整を実現するためには、中間圧冷媒通路１５に中間圧側開閉弁１６ａを設けることが望ましいが、これに限定されず、中間圧側開閉弁１６ａを設けることなく、簡素な構成で各運転モードを実現するようにしてもよい。

　（８）上述の各実施形態で説明した各気液分離器１４、５４、５５をヒートポンプサイクル１０に適用することが望ましいが、これに限定されず、余剰となる冷媒を蓄え可能な気液分離器を適用してもよい。

　（９）上述の各実施形態では、冷房運転モード時に、圧縮機１１から吐出された冷媒を室内凝縮器１２や冷媒放熱器５２を通過させる冷媒流路としているが、冷房運転モード時には、室外熱交換器２０にて冷媒の熱を外気に放熱可能であり、室内凝縮器１２や冷媒放熱器５２に冷媒を通過させない冷媒流路としてもよい。

　（１０）上述の各実施形態では、ヒートポンプサイクル１０における室内蒸発器２３の出口側にアキュムレータ２４を配置する構成としているが、これに限定されない。例えば、ヒートポンプサイクル１０が余剰となる冷媒を蓄えることが可能な気液分離器を備える場合、アキュムレータ２４を廃してもよい。これにより、サイクル構成の簡素化を図ることが可能となる。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　運転モードを冷房運転モード、暖房運転モード、および除湿暖房運転モードに切り替え可能な空調装置（１）に適用されるヒートポンプサイクルであって、
　冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
　前記圧縮機（１１）の吐出ポート（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒を空調対象空間へ送風される送風空気、または前記送風空気を加熱するための熱媒体と熱交換させる第１利用側熱交換器（１２、５２）と、
　前記第１利用側熱交換器（１２、５２）から流出した冷媒を減圧可能に構成された第１減圧部（１３）と、
　前記第１減圧部（１３）を通過した冷媒の気液を分離する気液分離部（１４、５４、５５）と、
　前記気液分離部（１４、５４、５５）にて分離された液相冷媒を減圧可能に構成された第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）と、
　前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）を通過した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（２０）と、
　冷媒を前記送風空気と熱交換させて、前記圧縮機（１１）の吸入ポート（１１ａ）側へ流出させる第２利用側熱交換器（２３）と、
　前記第２利用側熱交換器（２３）へ流入する冷媒を減圧させる第３減圧部（２２）と、
　前記気液分離部（１４、５４、５５）にて分離された気相冷媒を、前記圧縮機（１１）に設けられた中間圧ポート（１１ｂ）へ導いて、圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧冷媒通路（１５）と、
　サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替部（１６ａ、１６ｃ）と、を備え、
　前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）それぞれは、減圧作用を発揮する絞り状態に加えて、減圧作用を発揮しない全開状態に設定可能に構成されていることを特徴とするヒートポンプサイクル。
　前記暖房運転モード時には、前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）の双方が前記絞り状態に設定され、
　前記冷房運転モード時には、前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）の双方が前記全開状態に設定され、
　前記除湿暖房運転モード時には、前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）の少なくとも一方が前記全開状態に設定されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル。
　前記冷媒流路切替部（１６ａ、１６ｃ）は、
　前記暖房運転モード時に、前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒を、前記第１利用側熱交換器（１２、５２）→前記第１減圧部（１３）→前記気液分離部（１４、５４、５５）→前記第２減圧部（１７）→前記室外熱交換器（２０）の順に流すとともに、前記気液分離部（１４、５４、５５）にて分離された気相冷媒を前記中間圧冷媒通路（１５）へ流入させ、
　前記冷房運転モード時には、前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒を、前記第１減圧部（１３）→前記気液分離部（１４、５４、５５）→前記第２減圧部（１７）→前記室外熱交換器（２０）→前記第３減圧部（２２）→前記第２利用側熱交換器（２３）の順に流し、
　前記除湿暖房運転モード時には、前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒を、前記第１利用側熱交換器（１２、５２）→前記第１減圧部（１３）→前記気液分離部（１４、５４、５５）→前記第２減圧部（１７）→前記室外熱交換器（２０）→前記第３減圧部（２２）→前記第２利用側熱交換器（２３）の順に流すことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプサイクル。
　前記冷媒流路切替部（１６ａ、１６ｃ）は、前記中間圧冷媒通路（１５）を開閉する中間圧側開閉弁（１６ａ）を含んで構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のヒートポンプサイクル。
　前記中間圧側開閉弁（１６ａ）は、前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）の双方が前記絞り状態となる際に前記中間圧冷媒通路（１５）を開放すると共に、前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）の少なくとも一方が前記全開状態となる際に前記中間圧冷媒通路（１５）を閉鎖するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプサイクル。
　前記中間圧側開閉弁（１６ａ）は、前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）のうち、前記除湿暖房運転モード時に前記全開状態とされる減圧部（１６ｂ、１７、１８）の前後差圧に応じて開閉する差圧開閉弁で構成されていることを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプサイクル。
　前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）のうち、一方の減圧部は、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成され、
　前記第３減圧部（２２）は、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成され、
　前記除湿暖房運転モード時には、
　前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）のうち、他方の減圧部が前記全開状態とされ、
　さらに、前記空調対象空間へ吹き出す吹出空気の目標温度の上昇に伴って前記一方の減圧部の絞り開度が縮小するように変更されると共に、前記第３減圧部（２２）の絞り開度が拡大するように変更されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記第１減圧部（１３）および前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）のうち少なくとも一方は、絞り開度が固定された固定絞り、前記固定絞りを迂回して冷媒を流す固定絞り迂回用通路、および前記迂回用通路を開閉する通路開閉弁を有して構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記第１減圧部（１３）は、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成され、
　前記第２減圧部（１６ｂ、１７、１８）は、絞り開度が固定された固定絞り（１７）、前記固定絞り（１７）を迂回して冷媒を流す固定絞り迂回用通路（１８）、および前記迂回用通路（１８）を開閉する通路開閉弁（１６ｂ）を有して構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記圧縮機（１１）の吸入ポート（１１ａ）へ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を前記圧縮機（１１）の吸入ポート（１１ａ）側へ流出させるアキュムレータ（２４）を備え、
　前記気液分離部（１４、５４、５５）は、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく液相冷媒流出口（１４ｇ、５４ｇ、５５ｇ）から流出させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記圧縮機（１１）の吸入ポート（１１ａ）へ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を前記圧縮機（１１）の吸入ポート（１１ａ）側へ流出させるアキュムレータ（２４）を備え、
　前記気液分離部（１４、５５）は、分離した直後の液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口（１４ｇ、５５ｇ）を有していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記圧縮機（１１）の吸入ポート（１１ａ）へ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を前記圧縮機（１１）の吸入ポート（１１ａ）側へ流出させるアキュムレータ（２４）を備え、
　前記気液分離部（１４、５４、５５）は、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口（１４ｇ、５４ｇ、５５ｇ）を有し、
　前記気液分離部（１４、５４、５５）の内容積は、サイクルに封入される冷媒量を液相に換算した際の封入冷媒体積から、サイクルが最大能力を発揮するために必要な冷媒量を液相に換算した際の必要最大冷媒体積を減算した余剰冷媒体積よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記気液分離部は、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式の気液分離器（１４、５５）であることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記液相冷媒流出口（１４ｇ、５５ｇ）は、前記気液分離部（１４、５５）にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口（１４ｆ、５５ｆ）よりも下方側に配置されているとともに、前記気相冷媒の一部を前記液相冷媒とともに流出させることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記液相冷媒流出口（１４ｇ）は、前記気液分離部（１４）内の前記液相冷媒の液面の高さに応じて変位するフロート弁（１４ｈ）によって開閉されることを特徴とする請求項１２に記載のヒートポンプサイクル。
　前記気液分離部は、液相冷媒の表面張力を利用して冷媒の気液を分離する表面張力式の気液分離器（５４）であることを特徴とする請求項１２に記載のヒートポンプサイクル。
　前記室外熱交換器（２０）へ流入する冷媒の乾き度（Ｘ）は、０．１以下であることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記第１利用側熱交換器（１２）は、前記圧縮機（１１）の吐出ポート（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒を前記送風空気と熱交換させる熱交換器として構成されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記第１利用側熱交換器（５２）は、前記圧縮機（１１）の吐出ポート（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒で前記送風空気を加熱するための熱媒体と熱交換させる熱交換器として構成されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
　前記暖房運転モード時には、前記第１利用側熱交換器（１２）にて加熱された前記送風空気を前記空調対象空間へ送風することを特徴とする請求項１８に記載のヒートポンプサイクル。
　前記第１利用側熱交換器（１２）の熱交換能力を調整する熱交換能力調整部（３４）を備え、
　前記冷房運転モード時には、前記第１利用側熱交換器（１２）における熱交換能力を低下させて、前記第２利用側熱交換器（２３）にて冷却された前記送風空気を前記空調対象空間へ送風することを特徴とする請求項１８または２０に記載のヒートポンプサイクル。
　前記第２利用側熱交換器（２３）は、前記第１利用側熱交換器（１２）に対して送風空気流れ上流側に配置されており、
　前記除湿暖房運転モード時には、前記第２利用側熱交換器（２３）にて冷却された前記送風空気を前記第１利用側熱交換器（１２）にて加熱して前記空調対象空間へ送風することを特徴とする請求項１８、２０、２１のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。