WO2012169146A1 - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

　冷房運転モードよりも圧縮比が高くなる暖房運転モード時に第１圧縮機（１１）および第２圧縮機（１２）を直列的に接続して、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成し、それぞれの圧縮機（１１、１２）における圧縮比を低下させることによってサイクル効率を向上させる。また、冷房運転モード時には第１圧縮機（１１）および第２圧縮機（１２）を並列的に接続した通常の冷凍サイクルを構成して、双方の圧縮機（１１、１２）に冷媒吐出能力を発揮させることによってサイクル効率を向上させる。

Description

冷凍サイクル 関連出願の相互参照

　　本開示は、２０１１年６月９日に出願された日本出願番号２０１１－１２９０２６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、冷凍サイクルに関する。

　従来、特許文献１に、空調装置に適用された蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、直列的に接続された低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備え、熱交換対象流体である室内送風空気を冷却する冷房運転モードでの運転と、室内送風空気を加熱する暖房運転モードでの運転とを切替可能に構成されたものが開示されている。

　この特許文献１の冷凍サイクルでは、冷房運転モード時には、低段側圧縮機構のみによって冷媒を圧縮して吐出する通常の冷凍サイクルに切り替え、暖房運転モード時には、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との２つの圧縮機構にて冷媒を多段階に昇圧して、サイクルの中間圧冷媒を低段側圧縮機構から吐出された冷媒と合流させて高段側圧縮機構へ吸入させる、いわゆるエコノマイザ式冷凍サイクルに切り替えている。

　また、特許文献２には、空調装置に適用された蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、第１、第２圧縮機構の２つの圧縮機構を１つのハウジング内に収容して同一の電動モータで駆動する圧縮機を備え、冷房運転モードでの運転と暖房運転モードでの運転とを切替可能に構成されたものが開示されている。

　この特許文献２の冷凍サイクルでは、冷房運転モード時には、２つの圧縮機構を直列的に接続することによって、特許文献１と同様のエコノマイザ式冷凍サイクルに切り替え、暖房運転モード時には、２つの圧縮機構を並列的に接続することによって、通常の冷凍サイクルに切り替えている。

　なお、エコノマイザ式冷凍サイクルでは、低段側および高段側の双方の圧縮機構における圧縮比を低下させることで、双方の圧縮機構の圧縮効率を向上させてサイクル効率（ＣＯＰ）の向上を狙うことができる。

　しかしながら、特許文献１の冷凍サイクルでは、冷房運転モード時に高段側圧縮機構を作動させないので、２つの圧縮機構に冷媒吐出能力を発揮させる場合に対して、冷凍サイクルに高い冷却能力を発揮させることができない。換言すると、冷房運転モード時に２つの圧縮機構を利用して効率的に送風空気を冷却することができない。

　これに対して、特許文献２の冷凍サイクルでは、いずれの運転モードにおいても２つの圧縮機構を作動させているものの、暖房運転モード時に対して、双方の圧縮機構における圧縮比が低くなりやすい冷房運転モード時にエコノマイザ式冷凍サイクルに切り替えているので、エコノマイザ式冷凍サイクルに切り替えることによるサイクル効率向上効果を充分に得ることができない。

特開２００１－２３５２４６号公報 特開平９－１４５１８８号公報

　本開示は、上記点に鑑み、複数の圧縮機構を備え、熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードでの運転と熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードでの運転とを切替可能に構成された冷凍サイクルにおいて、双方の運転モードにおけるサイクル効率を充分に向上させることを目的とする。

　本開示の一例では、冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮機構と、冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機構と、冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる利用側熱交換器と、冷媒を減圧させる減圧部と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器と、熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードの冷媒回路と熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードの冷媒回路とを切り替える冷媒回路切替部とを備え、
　冷媒回路切替部は、
　加熱運転モード時に、第１圧縮機構から吐出された冷媒を第２圧縮機構へ吸入させ、第２圧縮機構から吐出された冷媒を利用側熱交換器にて放熱させ、さらに、利用側熱交換器から流出した冷媒を減圧部へ流入させ、減圧部にて減圧された冷媒を室外熱交換器にて蒸発させ、室外熱交換器から流出した冷媒を第１圧縮機構へ吸入させる冷媒回路に切り替え、
　冷却運転モード時に、第１圧縮機構から吐出された冷媒と第２圧縮機構から吐出された冷媒との双方の冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、さらに、室外熱交換器から流出した冷媒を減圧部へ流入させ、減圧部にて減圧された冷媒を利用側熱交換器にて蒸発させ、利用側熱交換器から流出した冷媒を第１、第２圧縮機構の双方へ吸入させる冷媒回路に切り替える冷凍サイクルを特徴とする。

　これによれば、加熱運転モード時では、第１圧縮機構と第２圧縮機構を直列的に接続したサイクル構成とし、冷却運転モードでは、第１圧縮機構と第２圧縮機構を並列的に接続したサイクル構成としているので、いずれの運転モード時にも、第１、第２圧縮機構の２つの圧縮機構を利用して熱交換対象流体を冷却あるいは加熱することができる。

　さらに、サイクル全体として圧縮比が、冷却運転モード時よりも高くなりやすい加熱運転モード時に、第１圧縮機構と第２圧縮機構を直列的に接続して冷媒を多段階に圧縮するサイクル構成に切り替えるので、双方の圧縮機構の圧縮比を低下させることによるサイクル効率（ＣＯＰ）向上効果を効果的に得ることができる。

　従って、複数の圧縮機構を備え、冷却運転モードでの運転と加熱運転モードでの運転とを切替可能に構成された冷凍サイクルにおいて、双方の運転モードにおけるサイクル効率を充分に向上させることができる。

　例えば、上記冷凍サイクルにおいて、加熱運転モード時に、利用側熱交換器から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部を備え、減圧部は、分岐部にて分岐された一方の冷媒を減圧させる第１減圧部および分岐部にて分岐された他方の冷媒を減圧させる第２減圧部を有して構成され、冷媒回路切替部は、加熱運転モード時に、第１減圧部にて減圧された冷媒を第１圧縮機構から吐出された冷媒と合流させて第２圧縮機構へ吸入させ、第２減圧部にて減圧された冷媒を室外熱交換器へ流入させる冷媒回路に切り替える。

　これによれば、加熱運転モード時に、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成することができ、より一層、サイクル効率向上効果を得ることができる。

　例えば、上記冷凍サイクルにおいて、加熱運転モード時に、第１減圧部にて減圧された冷媒と分岐部にて分岐された他方の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備えていてもよい。

　これにより、加熱運転モード時に、第１減圧部にて減圧されて第１圧縮機構へ吸入される冷媒を加熱気化させることができ、第１圧縮機構の液圧縮を防止できる。さらに、加熱運転モード時に、室外熱交換器へ流入する冷媒のエンタルピを低下させて室外熱交換器における冷媒の吸熱量を増大させることができる。

　例えば、上記冷凍サイクルにおいて、減圧部は、加熱運転モード時に、利用側熱交換器から流出した冷媒を減圧させる第１減圧部および室外熱交換器へ流入する第２減圧部を有して構成され、さらに、加熱運転モード時に、第１減圧部にて減圧された冷媒の気液を分離する気液分離部を備え、冷媒回路切替部は、加熱運転モード時に、気液分離部にて分離された気相冷媒を第１圧縮機構から吐出された冷媒と合流させて第２圧縮機構へ吸入させ、第２減圧部にて減圧された冷媒を室外熱交換器へ流入させる冷媒回路に切り替える。

　これによれば、加熱運転モード時に、エコノマイザ式冷凍サイクルを構成することができ、より一層、サイクル効率向上効果を得ることができる。

　例えば、上記冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器から流出した冷媒を利用側熱交換器を迂回させて流すバイパス通路を備え、冷媒回路切替部は、室外熱交換器に着いた霜を取り除く除霜運転モードの冷媒回路に切り替える機能を有するとともに、除霜運転モード時に、第１圧縮機構から吐出された冷媒と第２圧縮機構から吐出された冷媒との双方の冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、室外熱交換器から流出した冷媒をバイパス通路を介して第１、第２圧縮機構の双方へ吸入させる冷媒回路に切り替える。

　ここで、暖房運転モード時に、室外熱交換器における冷媒蒸発温度が着霜温度（具体的には、０℃）以下になってしまうと室外熱交換器に着霜が生じるおそれがある。このような着霜が生じると、室外熱交換器に外気が流通しにくくなり、室外熱交換器の熱交換能力が著しく低下してしまう。

　これに対して、除霜運転モード時に、第１、第２圧縮機構から吐出された冷媒を室外熱交換器、バイパス通路、第１、第２圧縮機構の順に循環させる、いわゆるホットガスバイパスサイクルを構成して、室外熱交換器の除霜を行うことができる。

　例えば、上記冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器から流出した冷媒を利用側熱交換器を迂回させて流すバイパス通路を備え、冷媒回路切替部は、室外熱交換器に着いた霜を取り除く除霜運転モードの冷媒回路に切り替える機能を有するとともに、除霜運転モード時に、第１圧縮機構から吐出された冷媒と第２圧縮機構から吐出された冷媒との双方の冷媒を室外熱交換器にて放熱させ、室外熱交換器から流出した冷媒をバイパス通路を介して第１、第２圧縮機構の双方へ吸入させる冷媒回路に切り替える。

　これによれば、除霜運転モード時に、第１圧縮機構、第２圧縮機構、バイパス通路、第１圧縮機構の順に循環させる、ホットガスバイパスサイクルを構成して、室外熱交換器の除霜を行うことができる。さらに、補助利用側熱交換器を備えているので、除霜運転モード時であっても、第１圧縮機構から吐出された冷媒の有する熱によって、熱交換対象流体を加熱することができる。

　例えば、上記冷凍サイクルにおいて、第１、第２圧縮機構の冷媒吐出能力は、互いに独立して制御可能に構成されていてもよい。これにより、暖房運転モード時に、第１圧縮機構における圧縮比および第２圧縮機構における圧縮比を適切に調整して、より一層、サイクル効率の向上を狙うことができる。

　例えば、上記冷凍サイクルにおいて、冷媒回路切替部は、少なくとも第１、第２四方弁を有して構成されており、第１四方弁は、冷却運転モード時に、少なくとも第１圧縮機構吐出口側と室外熱交換器とを接続し、加熱運転モード時に、少なくとも第１圧縮機構の吐出口側と第２圧縮機構の吸入口側とを接続し、第２四方弁は、冷却運転モード時に、少なくとも第２圧縮機構の吐出口側と室外熱交換器とを接続し、加熱運転モード時に、少なくとも第２圧縮機構の吐出口側と利用側熱交換器とを接続するようになっていてもよい。

　これにより、冷却運転モード時には第１、第２圧縮機構を並列的に接続したサイクルに切り替え、加熱運転モード時には第１、第２圧縮機構を直列的に接続したサイクルに切り替える構成を、具体的かつ容易に実現できる。

　なお、上記四方弁とは、ロータリーバルブ等により単一の弁として構成されたものに限定されず、複数の開閉弁（電磁弁）あるいは三方弁等を組み合わせて四方弁と同様の機能を発揮するように構成されたものを含む意味である。

　例えば、上記冷凍サイクルにおいて、第１四方弁と室外熱交換器とを接続する冷媒通路には、第１四方弁から室外熱交換器へ冷媒が流れることのみを許容する弁部が配置されていてもよい。

第１実施形態の冷凍サイクルの暖房運転モード時の冷媒回路を示す全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクルの冷房運転モード時の冷媒回路を示す全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクルの暖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実施形態の冷凍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２実施形態の冷凍サイクルの除霜運転モード時の冷媒回路を示す全体構成図である。 第３実施形態の冷凍サイクルの除霜運転モード時の冷媒回路を示す全体構成図である。 第４実施形態の冷凍サイクルの暖房運転モード時の冷媒回路を示す全体構成図である。 第４実施形態の冷凍サイクルの冷房運転モード時の冷媒回路を示す全体構成図である。

（第１実施形態）
　図１～図４により、本開示の第１実施形態を説明する。図１、図２は、本実施形態の蒸気圧縮式の冷凍サイクル１０の全体構成図である。この冷凍サイクル１０は、バス用の車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を加熱する暖房運転モード（加熱運転モード）での運転と、送風空気を冷却する冷房運転モード（冷却運転モード）での運転とを切り替えることができる。

　なお、図１は、冷凍サイクル１０の暖房運転モード時における冷媒回路を示し、図２は、冷房運転モード時における冷媒回路を示し、図１、図２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。

　本実施形態の冷凍サイクル１０では、冷媒として、通常のフロン系冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ、Ｒ４０７ｃ）を採用しており、いずれの運転モードにおいてもサイクルの高圧側冷媒の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。さらに、冷媒には、第１、第２圧縮機１１、１２内の摺動部位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。

　冷凍サイクル１０は、図１、図２に示すように、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機として、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２を備えている。これらの圧縮機１１、１２の基本的構成は同一であって、具体的には、第１圧縮機１１は、固定容量型の第１圧縮機構１１ａを第１電動モータ１１ｂにて駆動する電動圧縮機であり、第２圧縮機１２は、固定容量型の第２圧縮機構１２ａを第２電動モータ１２ｂにて駆動する電動圧縮機である。

　第１、第２圧縮機構１１ａ、１２ａとしては、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圧縮機構を採用できる。また、第１、第２電動モータ１１ｂ、１２ｂは、それぞれ図示しない専用のインバータから出力される交流電流によって、その作動（回転数）が制御される交流モータである。これらのインバータは、図示しない空調制御装置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。

　そして、これらのインバータが第１、第２電動モータ１１ｂ、１２ｂの回転数を制御することによって、第１、第２圧縮機１１、１２（具体的には、第１、第２圧縮機構１１ａ、１２ａ）の冷媒吐出能力が変更される。つまり、本実施形態では、第１、第２電動モータ１１ｂ、１２ｂが、それぞれ第１、第２圧縮機構１１ａ、１２ａの吐出能力変更部を構成している。もちろん、第１、第２電動モータ１１ｂ、１２ｂとして直流モータを採用してもよい。

　また、第１圧縮機１１の冷媒吐出口には、冷房運転モードの冷媒回路と暖房運転モードの冷媒回路とを切り替える冷媒回路切替部としての第１四方弁１３が接続され、第２圧縮機１２の冷媒吐出口には、同様の冷媒回路切替部としての第２四方弁１４が接続されている。

　第１四方弁１３は、第１圧縮機１１の冷媒吐出口側と第２圧縮機１２の冷媒吸入口側との間および後述するアキュムレータ２３の気相冷媒出口側と後述する逆止弁２５の上流側との間を同時に接続する暖房運転モード用の冷媒回路（図１の実線で示す回路）と、第１圧縮機１１の冷媒吐出口側と逆止弁２５の上流側との間およびアキュムレータ２３の気相冷媒出口側と第２圧縮機１２の冷媒吸入口側との間を同時に接続する冷房運転モード用の冷媒回路（図２の実線で示す回路）とを切り替える機能を果たす。

　第２四方弁１４は、第２圧縮機１２の冷媒吐出口側と利用側熱交換器１５との間および後述する室外熱交換器２１とアキュムレータ２３の冷媒入口側との間を同時に接続する暖房運転モード用の冷媒回路（図１の実線で示す回路）と、第２圧縮機１２の冷媒吐出口側と室外熱交換器２１との間および利用側熱交換器１５とアキュムレータ２３の冷媒入口側との間を同時に接続する冷房運転モード用の冷媒回路（図２の実線で示す回路）とを切り替える機能を果たす。

　なお、第１、第２四方弁１３、１４は、いずれも空調制御装置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。

　利用側熱交換器１５（第１熱交換器）は、送風ファン１５ａによって車室内へ向けて送風される送風空気の空気通路を形成する図示しないケーシング内に配置されて、その内部を流通する冷媒と送風空気とを熱交換させるものである。

　具体的には、利用側熱交換器１５は、暖房運転モードでは、第２圧縮機１２から吐出された冷媒を送風空気と熱交換させて放熱させる放熱器として機能し、冷房運転モードでは、第１、第２圧縮機１１、１２の双方へ吸入される冷媒を送風空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する。送風ファン１５ａは、空調制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される電動送風機である。

　暖房運転モード時における利用側熱交換器１５の出口側には、利用側熱交換器１５から流出した冷媒の流れを分岐する第１分岐部１６の１つの冷媒出入口が接続されている。第１分岐部１６は、３つの冷媒出入口を有する三方継手構造のものである。このような第１分岐部１６は、配管を接合して構成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。

　第１分岐部１６の別の冷媒出入口には中間圧膨張弁１７を介して内部熱交換器１８（第３熱交換器）の中間圧冷媒流路１８ａが接続され、さらに別の冷媒出入口には内部熱交換器１８の高圧冷媒流路１８ｂが接続されている。

　中間圧膨張弁１７は、暖房運転モード時に利用側熱交換器１５から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる減圧部（第１減圧部）である。具体的には、中間圧膨張弁１７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た電気式膨張弁であり、空調制御装置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。

　さらに、中間圧膨張弁１７は、その絞り開度を全閉とすることで、第１分岐部１６から中間圧冷媒流路１８ａの入口側へ至る冷媒通路における冷媒の流れを遮断して、冷媒回路を切り替えることができる。従って、本実施形態の中間圧膨張弁１７は、減圧部としての機能を果たすとともに、冷媒回路切替部としての機能も果たす。なお、本実施形態では、冷房運転モード時に中間圧膨張弁１７の絞り開度を全閉としている。

　内部熱交換器１８は、暖房運転モード時に中間圧冷媒流路１８ａを流通する中間圧膨張弁１７にて減圧された中間圧冷媒と、高圧冷媒流路１８ｂを流通する第１分岐部１６にて分岐された高圧冷媒とを熱交換させるものである。なお、高圧冷媒は減圧されることによって温度低下するので、内部熱交換器１８では、中間圧冷媒流路１８ａを流通する中間圧冷媒が加熱され、高圧冷媒流路１８ｂを流通する高圧冷媒が冷却される。

　この内部熱交換器１８の具体的構成としては、板状の伝熱プレート部材を複数枚積層配置して各伝熱プレート部材間に中間圧冷媒流路１８ａおよび高圧冷媒流路１８ｂを交互に形成し、伝熱プレートとを介して高圧冷媒と中間圧冷媒とを熱交換させるプレート式熱交換器を採用している。

　また、高圧冷媒流路１８ｂを形成する外側管の内側に中間圧冷媒流路１８ａを形成する内側管を配置する二重管方式の熱交換器構成を採用してもよい。もちろん、高圧冷媒流路１８ｂを内側管として、中間圧冷媒流路１８ａを外側管としてもよい。さらに、高圧冷媒流路１８ｂと中間圧冷媒流路１８ａとを形成する冷媒配管同士を接合して熱交換させる構成等を採用してもよい。

　暖房運転モード時における内部熱交換器１８の中間圧冷媒流路１８ａの出口側には、第１合流部１９の１つの冷媒出入口が接続されている。第１合流部１９の基本的構成は、第１分岐部１６と同様で、第１合流部１９の別の冷媒出入口には、第１四方弁１３の１つの冷媒出入口が接続され、さらに別の冷媒出入口には、第２圧縮機１２の吸入口側が接続されている。

　これにより、暖房運転モード時には、中間圧冷媒流路１８ａから流出した中間圧冷媒が第１合流部１９へ流入するとともに、第１圧縮機１１から吐出された中間圧冷媒が第１合流部１９へ流入して、第２圧縮機１２の吸入口側へ流出していく。また、冷房運転モード時には、アキュムレータ２３から流出した低圧冷媒が第１四方弁１３を介して第１合流部１９へ流入して、第２圧縮機１２の吸入口側へ流出していく。

　一方、暖房運転モード時における内部熱交換器１８の高圧冷媒流路１８ｂの出口側には、低圧膨張弁２０の入口側が接続されている。低圧膨張弁２０は、暖房運転モード時には高圧冷媒流路１８ｂから流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させ、冷房運転モード時には、室外熱交換器２１（第２熱交換器）から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる減圧部（第２減圧部）である。

　低圧膨張弁２０の基本的構成は、中間圧膨張弁１７と同様である。従って、低圧膨張弁２０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電動アクチュエータとを有して構成され、空調制御装置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。

　暖房運転モード時における低圧膨張弁２０の出口側には、室外熱交換器２１が接続されている。室外熱交換器２１は、車両天井部等に配置されて、その内部を流通する冷媒と送風ファン２１ａによって送風される室外空気（外気）とを熱交換させるものである。

　具体的には、室外熱交換器２１は、暖房運転モードでは、第１圧縮機１１へ吸入される冷媒を外気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能し、冷房運転モードでは、第１、第２圧縮機１１、１２の双方から吐出された冷媒を外気と熱交換させて放熱させる放熱器として機能する。送風ファン２１ａは、空調制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される電動送風機である。

　さらに、暖房運転モード時における室外熱交換器２１の出口側には、第２合流部２２の１つの冷媒出入口が接続されている。第２合流部２２の基本的構成は、第１分岐部１６と同様で、第２合流部２２の別の冷媒出入口には、第２四方弁１４の１つの冷媒出入口が接続され、さらに別の冷媒出入口には、逆止弁２２を介して第１四方弁１３の１つの冷媒出入口が接続されている。

　これにより、暖房運転モード時には、室外熱交換器２１から流出した低圧冷媒が第２合流部２２へ流入して、第２四方弁１４を介してアキュムレータ２３側へ流出し、冷房運転モード時には、第１圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が第１四方弁１３を介して第２合流部２２へ流入するとともに、第２圧縮機１２から吐出された高圧冷媒が第２四方弁１４を介して第２合流部２２へ流入して、室外熱交換器２１側へ流出していく。

　アキュムレータ２３は、その内部へ流入した冷媒の気液を分離する気液分離部である。アキュムレータ２３の気相冷媒出口側には、第２分岐部２４の１つの冷媒出入口が接続されている。第２分岐部２４の基本的構成は、第１分岐部１６と同様で、第２分岐部２４の別の冷媒出入口には、第１圧縮機１１の冷媒吸入口側が接続され、さらに別の冷媒出入口には、逆止弁２５の上流側が接続されている。

　逆止弁２５は、第１四方弁１３の１つの冷媒流出口側（上流側）からアキュムレータ２３の冷媒入口側および室外熱交換器２１側（下流側）へ冷媒が流れることのみを許容する弁部である。これにより、暖房運転モード時には、室外熱交換器２１から流出した冷媒が、第１四方弁１３を介してアキュムレータ２３の気相冷媒出口側へ流入してしまうことが防止され、冷房運転モード時には、第１圧縮機１１から吐出された冷媒が、第１四方弁１３を介して室外熱交換器２１側へ流出することが許容される。

　次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置は、制御処理や演算処理を行うＣＰＵおよびプログラムやデータ等を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶回路を含む周知のマイクロコンピュータ、各種制御対象機器への制御信号あるいは制御電圧を出力する出力回路、各種センサの検出信号が入力される入力回路、および、電源回路等から構成されている。

　空調制御装置の出力側には、制御対象機器として上述の第１、第２圧縮機１１、１２用（具体的には、第１、第２電動モータ１１ｂ、１２ｂ用）の各インバータ、第１、第２四方弁１３、１４、送風ファン１５ａ、中間圧膨張弁１７、低圧膨張弁２０、送風ファン２１ａ等が接続され、空調制御装置は、これらの制御対象機器の作動を制御する。

　なお、空調制御装置は、これらの制御対象機器の作動を制御する制御部が一体的に構成されたものであるが、空調制御装置のうち、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制御部を構成している。

　例えば、本実施形態では、第１電動モータ１１ｂ用のインバータの作動を制御して第１圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力を制御する構成ハードウェアおよびソフトウェア）が第１吐出能力制御部を構成し、第２電動モータ１２ｂ用のインバータの作動を制御して第２圧縮機構１２ａの冷媒吐出能力を制御する構成が第２吐出能力制御部を構成している。

　従って、第１、第２電動モータ１１ｂ、１２ｂの回転数、すなわち第１、第２圧縮機構１１ａ、１２ａの冷媒吐出能力は、それぞれ第１吐出能力制御部および第２吐出能力制御部によって、互いに独立して制御できるようになっている。

　さらに、第１、第２四方弁１３、１４および中間圧膨張弁１７の作動を制御して暖房運転モード時における冷媒回路と冷房運転モード時における冷媒回路とを切替制御する構成が冷媒回路切替制御部を構成している。もちろん、第１、第２吐出能力制御部および冷媒回路切替制御部を、空調制御装置に対してそれぞれ別体の制御装置として構成してもよい。

　一方、空調制御装置の入力側には、車室内の内気温Ｔｒを検出する内気温検出部としての内気温センサ、車室外の外気温Ｔａｍを検出する外気温検出部としての外気温センサ、利用側熱交換器１５から吹き出される吹出空気温度Ｔｅを検出する吹出空気温度検出部としての吹出温度センサ等の各種空調制御用センサが接続され、これらのセンサ群の検出信号が空調制御装置へ入力される。

　なお、本実施形態では、吹出温度センサとして、具体的に、利用側熱交換器１５の熱交換フィン温度を検出しているが、吹出温度センサとしては、利用側熱交換器１５内部を流通する冷媒の温度を検出する温度センサや、利用側熱交換器１５から車室内へ向けて吹き出される送風空気の温度を検出する温度センサ等を採用してもよい。

　さらに、空調制御装置の入力側には、運転席に設けられた操作パネルが接続されている。この操作パネルには、車両用空調装置の作動要求信号あるいは停止要求信号を出力する作動・停止スイッチ、車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定スイッチ等が設けられ、これらのスイッチの操作信号が空調制御装置へ入力される。

　次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の冷凍サイクル１０は、車両の起動状態において操作パネルの作動・停止スイッチが投入（ＯＮ）されると作動する。具体的には、作動・停止スイッチが投入されると、空調制御装置が予め記憶回路に記憶されている空調制御用プログラムを実行する。

　この空調制御用プログラムでは、上述した各種空調制御用センサの検出信号および操作パネルから出力される操作信号を読み込み、読み込まれた検出信号および操作信号に基づいて各種制御対象機器の制御状態を決定し、さらに、決定した制御状態が得られるように各種制御対象機器へ制御信号あるいは制御電圧を出力する。

　そして、操作パネルの作動・停止スイッチの解除（ＯＦＦ）等によって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、上述した検出信号および操作信号の読み込み、各種制御対象機器の制御状態の決定、各種制御対象機器に対する制御信号あるいは制御電圧の出力といった制御ルーチンを繰り返す。

　また、本実施形態の冷凍サイクル１０は、前述の如く、暖房運転モードでの運転と冷房運転モードでの運転を切り替えることができる。まず、暖房運転モードでの運転は、空調制御装置が検出信号および操作信号を読み込んだ際に、目標温度設定スイッチによって設定された目標温度Ｔｓｅｔが外気温センサによって検出された外気温Ｔａｍよりも高くなっている際に実行される。

　具体的には、暖房運転モードでは、空調制御装置が、第１圧縮機１１の冷媒吐出口側と第２圧縮機１２の冷媒吸入口側との間およびアキュムレータ２３の気相冷媒出口側と逆止弁２５の上流側との間を同時に接続するように第１四方弁１３の作動を制御し、第２圧縮機１２の冷媒吐出口側と利用側熱交換器１５との間および室外熱交換器２１とアキュムレータ２３の冷媒入口側との間を同時に接続するように第２四方弁１４の作動を制御する。

　さらに、空調制御装置は、それぞれの絞り開度が予め定めた所定開度となるように中間圧膨張弁１７および低圧膨張弁２０の作動を制御する。これにより、図１の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。従って、暖房運転モード時の冷凍サイクル１０では、図３の模式的なモリエル線図に示すように、サイクルを循環する冷媒の状態が変化する。

　なお、図３のモリエル線図は、利用側熱交換器１５における冷媒の凝縮温度を２０℃とし、室外熱交換器２１における冷媒の蒸発温度を－２０℃とした際の冷媒の状態の変化を太実線で示し、同じ条件で冷房運転モード時のサイクル構成で作動させた際の冷媒の状態の変化を細破線で示している。

　まず、第１圧縮機１１にて中間圧となるまで圧縮された中間圧冷媒（図３のａ１_H点）
が、第１四方弁１３を介して第１合流部１９へ流入し、第１合流部１９にて中間圧膨張弁１７から流出した中間圧冷媒と合流する（図３のａ１_H点からａ２_H点へ、ｄ１_H点からａ２_H点へ）。第１合流部１９から流出した中間圧冷媒は、第２圧縮機１２へ吸入されて、高圧冷媒となるまで圧縮される（図３のａ２_H点からａ３_H点へ）。

　第２圧縮機１２から吐出された高圧冷媒は、利用側熱交換器１５へ流入して送風ファン１５ａから送風された送風空気と熱交換して放熱する（図３のａ３_H点からｂ１_H点へ）。これにより、送風空気が加熱されて、車室内の暖房が実現される。利用側熱交換器１５から流出した高圧冷媒の流れは、第１分岐部１６にて分岐される。

　第１分岐部１６にて分岐された一方の高圧冷媒は、中間圧膨張弁１７にて中間圧冷媒となるまで減圧されて内部熱交換器１８の中間圧冷媒流路１８ａへ流入する（図３のｂ１_H点からｃ１_H点へ）。一方、第１分岐部１６にて分岐された他方の高圧冷媒は、内部熱交換器１８の高圧冷媒流路１８ｂへ流入する。

　内部熱交換器１８では、中間圧冷媒流路１８ａを流通する中間圧冷媒と高圧冷媒流路１８ｂを流通する高圧冷媒が熱交換する。これにより、中間圧冷媒流路１８ａを流通する冷媒が加熱されてエンタルピを増加させ、気相冷媒となって第１合流部１９へ流入する（図３のｃ１_H点からｄ１_H点へ）。一方、高圧冷媒流路１８ｂを流通する冷媒は冷却されてエンタルピを低下させる（図３のｂ１_H点からｂ２_H点へ）。

　内部熱交換器１８の高圧冷媒流路１８ｂから流出した高圧冷媒は、低圧膨張弁２０にて低圧冷媒となるまで減圧されて室外熱交換器２１へ流入する（図３のｂ２_H点からｃ２_H点へ）。室外熱交換器２１では、低圧冷媒が送風ファン２１ａによって送風された外気から吸熱して蒸発する（図３のｃ２_H点からｄ２_H点へ）。

　室外熱交換器２１から流出した低圧冷媒は、第２合流部２２および第２四方弁１４を介して、アキュムレータ２３へ流入して気液分離される。この際、逆止弁２５の作用によって、第２合流部２２からアキュムレータ２３の気相冷媒出口側へ低圧冷媒が逆流してしまうことが防止される。アキュムレータ２３の気相冷媒出口から流出した低圧気相冷媒（図３のｅ_H点）は、第１圧縮機１１へ吸入されて再び圧縮される（図３のｅ_H点からａ１_H点へ）。

　上記の如く、本実施形態の冷凍サイクル１０によれば、暖房運転モードでは、第１圧縮機１１（具体的には、第１圧縮機構１１ａ）および第２圧縮機１２（具体的には、第２圧縮機構１２ａ）を直列的に接続して冷媒を多段階に昇圧して、中間圧膨張弁１７にて減圧された中間圧冷媒を第１圧縮機１１から吐出された冷媒と合流させて第２圧縮機１２へ吸入される、いわゆるエコノマイザ式冷凍サイクルが構成され、車室内の暖房が実現される。

　次に、冷房運転モードでの運転は、空調制御装置が検出信号および操作信号を読み込んだ際に、目標温度設定スイッチによって設定された目標温度Ｔｓｅｔが外気温センサによって検出された外気温Ｔａｍ以下になっている際に実行される。

　具体的には、冷房運転モードでは、空調制御装置が、第１圧縮機１１の冷媒吐出口側と逆止弁２５の上流側との間およびアキュムレータ２３の気相冷媒出口側と第２圧縮機１２の冷媒吸入口側との間を同時に接続するように第１四方弁１３の作動を制御し、第２圧縮機１２の冷媒吐出口側と室外熱交換器２１との間および利用側熱交換器１５とアキュムレータ２３の冷媒入口側との間を同時に接続するように第２四方弁１４の作動を制御する。

　さらに、空調制御装置は、中間圧膨張弁１７を全閉状態とし、低圧膨張弁２０の絞り開度が予め定めた所定開度となるように低圧膨張弁２０の作動を制御する。これにより、図２の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。

　従って、冷房運転モード時の冷凍サイクル１０では、図４のモリエル線図に示すように、サイクルを循環する冷媒の状態が変化する。なお、図４のモリエル線図は、利用側熱交換器１５における冷媒の蒸発温度を２０℃とし、室外熱交換器２１における冷媒の凝縮温度を５０℃とした際の冷媒の状態の変化を太実線で示し、同じ条件で暖房運転モード時のサイクル構成で作動させた際の冷媒の状態の変化を細破線で示している。

　まず、第１圧縮機１１にて高圧冷媒となるまで圧縮された冷媒が第１四方弁１３および逆止弁２５を介して第２合流部２２へ流入し、第２圧縮機１２にて高圧冷媒となるまで圧縮された冷媒が第２四方弁１４を介して第２合流部２２へ流入し、双方の圧縮機１１、１２から吐出された冷媒が第２合流部２２にて合流する（図４のａ_C点）。

　第２合流部２２にて合流した高圧冷媒は室外熱交換器２１へ流入して、送風ファン２１ａによって送風された外気と熱交換して放熱する（図４のａ_C点からｂ_C点へ）。室外熱交換器２１から流出した高圧冷媒は、低圧膨張弁２０にて低圧冷媒となるまで減圧されて内部熱交換器１８の高圧冷媒流路１８ｂへ流入する（図４のｂ_C点からｃ_C点へ）。

　ここで、冷房運転モードでは、中間圧膨張弁１７が全閉状態となっているので、内部熱交換器１８の中間圧冷媒流路１８ａには冷媒が流入しない。従って、冷房運転モード時の内部熱交換器１８では冷媒同士の熱交換は行われず、高圧冷媒流路１８ｂは単なる冷媒通路として機能する。

　さらに、内部熱交換器１８の高圧冷媒流路１８ｂから流出した低圧冷媒の流れは第１分岐部１６にて分岐されることなく、利用側熱交換器１５へ流入する。利用側熱交換器１５へ流入した低圧冷媒は、送風ファン１５ａから送風された送風空気から吸熱して蒸発する（図４のｃ_C点からｄ_C点へ）。これにより、送風空気が冷却されて、車室内の冷房が実現される。

　利用側熱交換器１５から流出した低圧冷媒は、第２四方弁１４を介してアキュムレータ２３へ流入して気液分離される。アキュムレータ２３の気相冷媒出口から流出した低圧冷媒（図４のｅ_C点）の流れは、第２分岐部２４にて分岐され、分岐された一方の低圧冷媒
は第１圧縮機１１へ吸入されて再び圧縮され、分岐された他方の低圧冷媒は第１四方弁１３を介して第２圧縮機１２へ吸入されて再び圧縮される（図４のｅ_C点からａ_C点へ）。

　上記の如く、本実施形態の冷凍サイクル１０によれば、冷房運転モードでは、第１圧縮機１１（具体的には、第１圧縮機構１１ａ）および第２圧縮機１２（具体的には、第２圧縮機構１２ａ）を並列的に接続した通常の冷凍サイクルが構成され、車室内の冷房が実現される。

　従って、本実施形態の冷凍サイクル１０では、いずれの運転モード時にも、第１、第２圧縮機１１、１２の２つの圧縮機に冷媒吐出能力を発揮させることができ、１つの圧縮機のみに冷媒吐出能力を発揮させる場合に対して、熱交換対象流体である車室内へ送風される送風空気を効率的に加熱あるいは冷却することができる。

　さらに、暖房運転モード時には、内部熱交換器１８を用いたエコノマイザ式冷凍サイクルが構成されるので、冷凍サイクル１０に高いサイクル効率（ＣＯＰ）を発揮させることができるとともに、中間圧膨張弁１７にて減圧された中間圧冷媒を加熱気化させることができ、第２圧縮機１２の液圧縮の防止できる。

　ところで、暖房運転モードでは、２つの圧縮機１１、１２が直列的に接続されることから、並列的に接続される場合に対して、サイクル内を循環する循環冷媒流量が減少してしまう。このため、暖房運転モード時に放熱器として機能する利用側熱交換器１５における加熱能力の低下が懸念される。

　なお、暖房運転モード時の利用側熱交換器１５における加熱能力とは、利用側熱交換器１５を流通する冷媒流量Ｇｒに対して、利用側熱交換器１５の入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとの差（放熱器側のエンタルピ差）、すなわち、図３のａ３_H点とｂ１_H点とのエンタルピ差を積算した値として定義される。

　これに対して、本実施形態では、内部熱交換器１８を備えているので、蒸発器として機能する室外熱交換器２１の出口側冷媒のエンタルピと入口側冷媒のエンタルピとの差（蒸発器側のエンタルピ差）、すなわち、図３のｄ２_H点とｃ２_H点とのエンタルピ差を、細破線に示す通常の冷凍サイクルに対して、図３のΔＨ１の分だけ拡大することができる。

　従って、室外熱交換器２１を流通する冷媒流量Ｇｅと蒸発器側のエンタルピ差との積で定義される室外熱交換器２１における冷媒の吸熱能力を増大させて、利用側熱交換器１５における送風空気の加熱能力の低下を抑制することができる。

　一方、冷房運転モードでは、通常の冷凍サイクルが構成されるため、蒸発器として機能する利用側熱交換器１５における蒸発器側のエンタルピ差、すなわち、図４のｄ_C点とｃ_C点とのエンタルピ差が、細破線に示すエコノマイザ式冷凍サイクルに対して、図４のΔＨ２の分だけ縮小する。このため、利用側熱交換器１５における冷媒の吸熱能力（送風空気の冷却能力）の低下が懸念される。

　これに対して、冷房運転モードでは、放熱器として機能する熱交換器における冷媒凝縮圧力と蒸発器として機能する熱交換器における冷媒蒸発圧力との差（サイクルの高低圧差）が、暖房運転モードよりも縮小するため、図４のΔＨ２についても図３のΔＨ１よりも小さくなる。従って、蒸発器側のエンタルピ差がΔＨ２の分だけ縮小することの吸熱能力の低下は少ない。

　さらに、冷房運転モードでは、２つの圧縮機１１、１２が並列的に接続されているので、２つの圧縮機１１、１２が直列的に接続される場合に対して、利用側熱交換器１５を流通する冷媒流量Ｇｒを増加させて、利用側熱交換器１５における冷媒の吸熱能力（送風空気の冷却能力）の低下を抑制することができる。

　また、本実施形態の冷凍サイクル１０では、サイクルの高低圧差が高くなり、第１、第２圧縮機１１、１２における圧縮比が、冷房運転モード時よりも高くなりやすい暖房運転モード時に、第１、第２圧縮機１１、１２を直列的に接続して冷媒を多段階に圧縮するエコノマイザ式冷凍サイクルに切り替えるので、第１、第２圧縮機１１、１２の圧縮比を低下させることによるサイクル効率向上効果を効率的に得ることができる。

　この際、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２の冷媒吐出能力が、互いに独立して制御可能に構成されているので、中間圧冷媒の圧力を調整することによって、第１圧縮機１１における圧縮比および第２圧縮機１２ａにおける圧縮比を適切に調整することができる。その結果、より一層、サイクル効率の向上を図ることができる。

　なお、本実施形態の圧縮比とは、圧縮機の吸入側冷媒圧力に対する吐出側冷媒圧力の比で定義される。従って、サイクル全体として圧縮比は、蒸発器として機能する熱交換器における冷媒蒸発圧力に対する放熱器として機能する熱交換器における冷媒凝縮圧力の比で定義することもできる。

　具体的には、冷媒としてＲ１３４ａを採用した場合、図３にて説明した条件の暖房運転モード時におけるサイクル全体としての圧縮比（例えば、図３のｃ２_H点に対するｂ２_H点の圧力の比）は、４．３であり、図４にて説明した条件の冷房運転モード時におけるサイクル全体としての圧縮比（例えば、図３のｃ_C点に対するｂ_C点の圧力の比）は、２．３となる。

　また、冷媒としてＲ４０７ｃを採用した場合には、図３にて説明した条件の暖房運転モード時におけるサイクル全体としての圧縮比は、４．１であり、図４にて説明した条件の冷房運転モード時におけるサイクル全体としての圧縮比は、２．３となる。
（第２実施形態）
　本実施形態では、図５の全体構成図に示すように、第１実施形態に対して、バイパス通路２６および開閉弁２７を追加して、暖房運転モード時に蒸発器として機能する室外熱交換器２１に着いた霜を取り除く除霜運転モードでの運転を実現可能に構成したものである。

　本実施形態のバイパス通路２６は、室外熱交換器２１から流出した冷媒を利用側熱交換器１５を迂回させてアキュムレータ２３の冷媒入口側へ流す冷媒通路であって、具体的には、室外熱交換器２１と低圧膨張弁２０との間の冷媒通路および第２四方弁１４とアキュムレータ２３との間の冷媒通路を接続するように設けられている。開閉弁２７は、バイパス通路２６を開閉する電磁弁であって、空調制御装置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。

　なお、図５は、本実施形態の冷凍サイクル１０の除霜運転モード時における冷媒回路を示しており、除霜運転モード時における冷媒の流れを実線矢印で示している。また、図５では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。

　ここで、第１実施形態で説明したように、暖房運転モード時の室外熱交換器２１における冷媒蒸発温度は着霜温度（０℃）以下となることがあるため、室外熱交換器２１に着霜が生じるおそれがある。このような着霜が生じると、室外熱交換器２１の外気通路が霜によって閉塞されてしまうので、室外熱交換器２１の熱交換能力が著しく低下してしまう。

　そこで、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、暖房運転モード時に、吹出温度センサによって検出された吹出空気温度Ｔｅが着霜温度（０℃）以下となっている状態が、予め定めた第１基準時間（例えば、１０分）継続した場合に除霜運転モードでの運転に切り替える。さらに、除霜運転モードでの運転が予め定めた第２基準時間（例えば、３０秒）継続した場合に、再び暖房運転モードでの運転に切り替える。

　具体的には、除霜運転モードでは、空調制御装置が、第１実施形態の冷房運転モードと同様に、第１、第２四方弁１３、１４の作動を制御し、中間圧膨張弁１７および低圧膨張弁２０を全閉状態とし、開閉弁２７を開く。これにより、図５の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。

　なお、冷媒が開閉弁２７を通過する際に生じる圧力損失は、冷媒が絞り状態となっている低圧膨張弁２０を通過する際に生じる圧力損失に対して小さい。このため、低圧膨張弁２０が絞り状態となっていたとしても、開閉弁２７が開いている場合には室外熱交換器２１から流出した殆どの冷媒がバイパス通路２６へ流入する。

　さらに、本実施形態の除霜運転モードでは、開閉弁２７を開くとともに、低圧膨張弁２０を全閉状態としているので、室外熱交換器２１から流出した冷媒の全流量をバイパス通路２６へ流入させることができる。つまり、本実施形態の開閉弁２７および低圧膨張弁２０は、冷媒回路切替部としての機能を有している。

　従って、除霜運転モード時に冷凍サイクル１０では、冷房運転モードと同様に、第１圧縮機１１にて圧縮された高温高圧冷媒および第２圧縮機１２にて圧縮された高温高圧冷媒が第２合流部２２にて合流して、室外熱交換器２１へ流入する。これにより、室外熱交換器２１へ流入した高温高圧冷媒の有する熱によって室外熱交換器２１の除霜がなされる。

　室外熱交換器２１から流出した冷媒は、開閉弁２７が開いているので、バイパス通路２６へ流入し、開閉弁２７を通過する際に圧力低下してアキュムレータ２３へ流入する。アキュムレータ２３の気相冷媒出口から流出した低圧冷媒の流れは、第２分岐部２４にて分岐され、冷房運転モードと同様に、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２へ吸入されて再び圧縮される。

　その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の冷凍サイクル１０によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、暖房運転モード時に室外熱交換器２１に着霜しても、除霜運転モードでの運転に切り替えることによって、第１、第２圧縮機１１、１２吐出冷媒を室外熱交換器２１へ供給する、いわゆるホットガスバイパスサイクルを構成して、室外熱交換器２１の除霜を行うことができる。
（第３実施形態）
　本実施形態では、図６の全体構成図に示すように、第１実施形態に対して、バイパス通路２６、開閉弁２７および補助利用側熱交換器２８（第４熱交換器）を追加して、第２実施形態と同様に、除霜運転モードでの運転を実現可能に構成したものである。

　本実施形態のバイパス通路２６は、第２圧縮機１２から吐出された冷媒を利用側熱交換器１５を迂回させて室外熱交換器２１側へ流す冷媒通路であって、具体的には、第２四方弁１４と利用側熱交換器１５との間の冷媒通路および低圧膨張弁２０と室外熱交換器２１との間の冷媒通路を冷媒通路を接続するように設けられている。

　補助利用側熱交換器２８は、内部を流通する冷媒と送風ファン１５ａから送風された送風空気とを熱交換させて送風空気を加熱するもので、利用側熱交換器１５と同様にケーシング内に配置されている。

　より詳細には、補助利用側熱交換器２８は、利用側熱交換器１５よりも送風空気の流れ方向上流側に配置されている。また、補助利用側熱交換器２８の冷媒流入出口は、それぞれ第１四方弁１３の１つの冷媒出入口および第１合流部１９の１つの冷媒出入口に接続されている。その他の構成は第２実施形態と同様である。

　次に、上記構成の本実施形態の作動について説明する。まず、暖房運転モードでは、空調制御装置が、第１実施形態の暖房運転モードと同様に、第１、第２四方弁１３、１４、中間圧膨張弁１７および低圧膨張弁２０の作動を制御し、さらに、開閉弁２７を閉じる。

　従って、第１圧縮機１１から吐出された中間圧冷媒が、補助利用側熱交換器２８へ流入し、送風ファン１５ａから送風された送風空気と熱交換して放熱する。これにより送風空気が加熱される。補助利用側熱交換器２８から流出した冷媒は第１合流部１９へ流入して、第１合流部１９にて中間圧膨張弁１７から流出した中間圧冷媒と合流する。

　第１合流部１９から流出した中間圧冷媒は、第２圧縮機１２へ吸入されて、高圧冷媒となるまで圧縮され、利用側熱交換器１５へ流入して送風ファン１５ａから送風された送風空気と熱交換して放熱する。これにより、送風空気がさらに加熱されて、車室内の暖房が実現される。以降の作動は、第１実施形態と同様である。

　上記の如く、本実施形態の暖房運転モードでは、補助利用側熱交換器２８が、利用側熱交換器１５よりも送風空気の流れ方向上流側に配置されているので、補助利用側熱交換器２８では中間圧冷媒を熱源として送風空気を加熱し、さらに、利用側熱交換器１５では、中間圧冷媒よりも温度の高い高圧冷媒を熱源として送風空気をさらに加熱することができる。つまり、補助利用側熱交換器２８および利用側熱交換器１５における冷媒と送風空気との温度差を確保して送風空気を効率的に加熱することができる。

　次に、本実施形態の除霜運転モードでは、空調制御装置が、第１、第２四方弁１３、１４の作動状態を暖房運転モードと同様に維持し、中間圧膨張弁１７および低圧膨張弁２０を全閉状態とし、開閉弁２７を開く。これにより、図６の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。

　従って、除霜運転モードでは、暖房運転モードと同様に、第１圧縮機１１から吐出された中間圧冷媒が、補助利用側熱交換器２８へ流入し、送風ファン１５ａから送風された送風空気と熱交換して放熱する。これにより、送風空気が加熱される。さらに、補助利用側熱交換器２８から流出した冷媒は第１合流部１９を介して第２圧縮機１２へ吸入される。

　第２圧縮機１２から吐出された冷媒は、開閉弁２７が開いているので、バイパス通路２６へ流入し、開閉弁２７を通過する際に圧力低下して室外熱交換器２１へ流入する。これにより、室外熱交換器２１へ流入した高温高圧冷媒の有する熱によって室外熱交換器２１の除霜がなされる。

　室外熱交換器２１から流出した冷媒は、第２四方弁１４を介して、アキュムレータ２３へ流入して気液分離される。アキュムレータ２３の気相冷媒出口から流出した低圧冷媒の流れは、第２分岐部２４にて分岐され、暖房運転モードと同様に、第１圧縮機１１へ吸入されて再び圧縮される。

　冷房運転モードおよびその他の作動は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の冷凍サイクル１０によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、暖房運転モード時に室外熱交換器２１に着霜しても、除霜運転モードでの運転に切り替えることによって、外熱交換器２１の除霜を行うことができる。

　さらに、本実施形態の冷凍サイクル１０によれば、補助利用側熱交換器２８を備えているので、除霜運転モード時にも暖房運転モード時よりも送風空気の温度が低下してしまうものの、車室内の補助的な暖房を行うことができる。
（第４実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態の冷凍サイクル１０に対して、図７、図８に示すように、第１分岐部１６、内部熱交換器１８を廃止するとともに、気液分離器２９、中間圧冷媒通路３０および中間圧開閉弁３１を設けた冷凍サイクル５０について説明する。なお、図７は、冷凍サイクル５０の暖房運転モード時における冷媒回路を示し、図８は、冷房運転モード時における冷媒回路を示し、図７、図８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。

　具体的には、気液分離器２９は、暖房運転モード時には中間圧膨張弁１７から流出した冷媒の気液を分離し、冷房運転モード時には低圧膨張弁２０から流出した冷媒の気液を分離する気液分離部である。中間圧冷媒通路３０は、気液分離器２９の気相冷媒流出口と第１合流部１９の１つの冷媒出入口とを接続する冷媒通路である。中間圧開閉弁３１は、中間圧冷媒通路２０を開閉する電磁弁であって、空調制御装置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。その他の構成は第１実施形態と同様である。

　次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。まず、暖房運転モードでは、空調制御装置が、第１実施形態の暖房運転モードと同様に、第１、第２四方弁１３、１４、中間圧膨張弁１７および低圧膨張弁２０の作動を制御するとともに、中間圧開閉弁３１を開く。

　従って、第１実施形態と同様に、第１圧縮機１１から吐出された中間圧冷媒が、第１合流部１９へ流入する。この際、中間圧開閉弁３１が開いているので、第１合流部１９では、第１圧縮機１１から吐出された中間圧冷媒と気液分離器２９にて分離されて中間圧冷媒通路２０を介して第１合流部１９へ流入した気相状態の中間圧冷媒が合流する。

　第１合流部１９から流出した中間圧冷媒は、第２圧縮機１２へ吸入されて、高圧冷媒となるまで圧縮され、利用側熱交換器１５へ流入する。利用側熱交換器１５へ流入した高圧冷媒は、送風ファン１５ａから送風された送風空気と熱交換して放熱する。これにより、送風空気が加熱されて、車室内の暖房が実現される。

　利用側熱交換器１５から流出した高圧冷媒は、中間圧膨張弁１７にて中間圧冷媒となるまで減圧されて気液分離器２９へ流入する。気液分離器２９にて分離された気相冷媒は、中間圧冷媒通路２０へ流入し、分離された液相冷媒は、低圧膨張弁２０にて低圧冷媒となるまで減圧される。以降の作動は、第１実施形態と同様である。

　上記の如く、本実施形態の冷凍サイクル５０によれば、暖房運転モードでは、中間圧冷媒を気液分離器２９で分離するエコノマイザ式冷凍サイクルが構成され、冷凍サイクル５０に高いサイクル効率を発揮させながら、車室内の暖房を実現することができる。

　次に、冷房運転モードでは、空調制御装置が、第１実施形態の冷房運転モードと同様に、第１、第２四方弁１３、１４の作動を制御する。さらに、空調制御装置は、中間圧膨張弁１７の絞り開度が予め定めた開度となるように中間圧膨張弁１７の作動を制御し、低圧膨張弁２０を全開状態にするとともに、中間圧開閉弁３１を閉じる。これにより、図８の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。

　従って、第１実施形態と同様に、第１、第２圧縮機１１、１２から吐出された高圧冷媒が第２合流部２２にて合流して室外熱交換器２１へ流入し、送風ファン２１ａによって送風された外気と熱交換して放熱する。室外熱交換器２１から流出した冷媒は、低圧膨張弁２０を介して気液分離器２９へ流入する。

　この際、低圧膨張弁２０が全開状態となっているので、低圧膨張弁２０へ流入した高圧冷媒は、殆ど減圧されることなく気液分離器２９へ流入する。気液分離器２９にて分離された液相冷媒は、中間圧膨張弁１７へ流入して低圧冷媒となるまで減圧されて利用側熱交換器１５へ流入する。一方、気液分離器２９にて分離された気相冷媒は、中間圧開閉弁３１が閉じられているので、中間圧冷媒通路３０へ流入することはない。

　利用側熱交換器１５へ流入した冷媒は、送風ファン１５ａから送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風空気が冷却されて、車室内の冷房が実現される。以降の作動は、第１実施形態と同様である。

　上記の如く、本実施形態の冷凍サイクル５０によれば、冷房運転モードでは、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２を並列的に接続した通常の冷凍サイクルが構成され、車室内の冷房が実現される。従って、本実施形態の冷凍サイクル５０においても、第１実施形態の冷凍サイクル１０と同様の効果を得ることができる。
（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。

　上述の実施形態では、第１、第２四方弁１３、１４の具体的構成について言及していないが、第１、第２四方弁１３、１４としては、例えば、ロータリーバルブを回転させることによって冷媒回路を切り替える単一の弁として構成されたものを採用してもよいし、複数の開閉弁（電磁弁）あるいは三方弁等を組み合わせることによって、上述した冷媒回路切替機能を発揮するように構成されたものを採用してもよい。

　上述の実施形態では、目標温度Ｔｓｅｔおよび外気温Ｔａｍに基づいて、暖房運転モードと冷房運転モードとの切り替えを行った例を説明したが、暖房運転モードと冷房運転モードとの切り替えはこれに限定されない。例えば、操作パネルに暖房運転モードと冷房運転モードとを切り替える暖房・冷房切り替えスイッチを設け、当該スイッチの操作信号に基づいて、暖房運転モードと冷房運転モードとを切り替えてもよい。

　上述の第４実施形態では、除霜運転について言及していないが、もちろん、第４実施形態の冷凍サイクル５０に対して、第２実施形態と同様のバイパス通路２６および開閉弁２７を追加して、除霜運転モードでの運転を実現可能に構成してもよい。さらに、第３実施形態と同様のバイパス通路２６、開閉弁２７および補助利用側熱交換器２８を追加して、除霜運転モードでの運転を実現可能に構成してもよい。

　上述の実施形態では、本開示の冷凍サイクル１０をバス用の車両用空調装置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、定置型空調装置、冷温保存庫、移動体（車両、船舶）等の冷温保存用コンテナ等に適用してもよい。さらに、加熱運転モード時におけるサイクル全体としての圧縮比が、冷却運転モード時におけるサイクル全体としての圧縮比よりも高くなる冷凍サイクル装置に適用して有効である。

　上述の実施形態では、第１四方弁１３側から室外熱交換器２１側へ冷媒が流れることのみを許容する弁部として、逆止弁２５を採用した例を説明したが、弁部はこれに限定されない。

　例えば、逆止弁２５の代わりに、電磁弁にて構成される開閉弁を採用して、空調制御装置が、暖房運転モード時には、第１四方弁１３と室外熱交換器２１とを接続する冷媒通路を閉じ、冷房運転モード時には、第１四方弁１３と室外熱交換器２１とを接続する冷媒通路を開くように当該開閉弁の作動を制御してもよい。

　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、好適な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 (9)

1. 　冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮機構（１１ａ）と、
   　冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機構（１２ａ）と、
   　冷媒と流体とを熱交換させる第１熱交換器（１５）と、
   　冷媒を減圧させる減圧部（１７、２０）と、
   　冷媒と外気とを熱交換させる第２熱交換器（２１）と、
   　前記流体を冷却する冷却運転モードの冷媒回路と前記流体を加熱する加熱運転モードの冷媒回路とを切り替える冷媒回路切替部（１３、１４、２７、３１）とを備え、
   　前記冷媒回路切替部は、
   　前記加熱運転モード時に、前記第１圧縮機構（１１ａ）から吐出された冷媒を前記第２圧縮機構（１２ａ）へ吸入させ、前記第２圧縮機構（１２ａ）から吐出された冷媒を前記第１熱交換器（１５）にて放熱させ、さらに、前記第１熱交換器（１５）から流出した冷媒を前記減圧部（１７、２０）へ流入させ、前記減圧部（１７、２０）にて減圧された冷媒を前記第２熱交換器（２１）にて蒸発させ、前記第２熱交換器（２１）から流出した冷媒を前記第１圧縮機構（１１ａ）へ吸入させる冷媒回路に切り替え、
   　前記冷却運転モード時に、前記第１圧縮機構（１１ａ）から吐出された冷媒と前記第２圧縮機構（１２ａ）から吐出された冷媒との双方の冷媒を前記第２熱交換器（２１）にて放熱させ、さらに、前記第２熱交換器（２１）から流出した冷媒を前記減圧部（１７、２０）へ流入させ、前記減圧部（１７、２０）にて減圧された冷媒を前記第１熱交換器（１５）にて蒸発させ、前記第１熱交換器（１５）から流出した冷媒を前記第１、第２圧縮機構（１１ａ、１２ａ）の双方へ吸入させる冷媒回路に切り替える冷凍サイクル。
2. 　さらに、前記加熱運転モード時に、前記第１熱交換器（１５）から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部（１６）を備え、
   　前記減圧部（１７、２０）は、前記分岐部（１６）にて分岐された一方の冷媒を減圧させる第１減圧部（１７）および前記分岐部（１６）にて分岐された他方の冷媒を減圧させる第２減圧部（２０）を有して構成され、
   　前記冷媒回路切替部（１３、１４、２７）は、
   　前記加熱運転モード時に、前記第１減圧部（１７）にて減圧された冷媒を前記第１圧縮機構（１１ａ）から吐出された冷媒と合流させて前記第２圧縮機構（１２ａ）へ吸入させ、前記第２減圧部（２０）にて減圧された冷媒を前記第２熱交換器（２１）へ流入させる冷媒回路に切り替える請求項１に記載の冷凍サイクル。
3. 　前記加熱運転モード時に、前記第１減圧部（１７）にて減圧された冷媒と前記分岐部（１６）にて分岐された他方の冷媒とを熱交換させる第３熱交換器（１８）を備える請求項２に記載の冷凍サイクル。
4. 　前記減圧部は、前記加熱運転モード時に、前記第１熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧部（１７）および前記第２熱交換器（２１）へ流入する第２減圧部（２０）を有して構成され、
   　さらに、前記加熱運転モード時に、前記第１減圧部（１７）にて減圧された冷媒の気液を分離する気液分離部（２９）を備え、
   　前記冷媒回路切替部（１３、１４、２７、３１）は、
   　前記加熱運転モード時に、前記気液分離部（２９）にて分離された気相冷媒を前記第１圧縮機構（１１ａ）から吐出された冷媒と合流させて前記第２圧縮機構（１２ａ）へ吸入させ、前記第２減圧部（２０）にて減圧された冷媒を前記第２熱交換器（２１）へ流入させる冷媒回路に切り替える請求項１に記載の冷凍サイクル。
5. 　さらに、前記第２熱交換器（２１）から流出した冷媒を前記第１熱交換器（１５）を迂回させて流すバイパス通路（２６）を備え、
   　前記冷媒回路切替部（１３、１４、２７、３１）は、前記第２熱交換器（２１）に着いた霜を取り除く除霜運転モードの冷媒回路に切り替える機能を有するとともに、前記除霜運転モード時に、前記第１圧縮機構（１１ａ）から吐出された冷媒と前記第２圧縮機構（１２ａ）から吐出された冷媒との双方の冷媒を前記第２熱交換器（２１）にて放熱させ、前記第２熱交換器（２１）から流出した冷媒を前記バイパス通路（２６）を介して前記第１、第２圧縮機構（１１ａ、１２ａ）の双方へ吸入させる冷媒回路に切り替える請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
6. 　さらに、前記第１圧縮機構（１１ａ）から吐出された冷媒と流体とを熱交換させる第４熱交換器（２８）と、
   　前記第２圧縮機構（１２ａ）から吐出された冷媒を前記第１熱交換器（１５）を迂回させて流すバイパス通路（２６）とを備え、
   　前記冷媒回路切替部（１３、１４、２７、３１）は、前記第２熱交換器（２１）に着いた霜を取り除く除霜運転モードの冷媒回路に切り替える機能を有するとともに、前記除霜運転モード時に、前記第１圧縮機構（１１ａ）から吐出された冷媒を前記第４熱交換器（２８）を介して前記第２圧縮機構（１２ａ）へ吸入させ、前記第２圧縮機構（１２ａ）から吐出された冷媒を前記バイパス通路（２６）を介して前記第２熱交換器（２１）へ流入させて放熱させる冷媒回路に切り替える請求項１ないし４のいずれか１つに冷凍サイクル。
7. 　前記第１、第２圧縮機構（１１ａ、１２ａ）の冷媒吐出能力は、互いに独立して制御可能に構成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
8. 　前記冷媒回路切替部は、少なくとも第１四方弁（１３）と第２四方弁（１４）を有して構成されており、
   　前記第１四方弁（１３）は、前記冷却運転モード時に、少なくとも前記第１圧縮機構（１１ａ）の吐出口と前記第２熱交換器（２１）とを接続し、前記加熱運転モード時に、少なくとも前記第１圧縮機構（１１ａ）の吐出口と前記第２圧縮機構（１２ａ）の吸入口とを接続し、
   　前記第２四方弁（１４）は、前記冷却運転モード時に、少なくとも前記第２圧縮機構（１２ａ）の吐出口と前記第２熱交換器（２１）とを接続し、前記加熱運転モード時に、少なくとも前記第２圧縮機構（１２ａ）の吐出口と前記第１熱交換器（１５）とを接続する請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
9. 　さらに、前記第１四方弁（１３）と前記第２熱交換器（２１）とを接続する冷媒通路には、前記第１四方弁（１３）から前記第２熱交換器（２１）へ冷媒が流れることのみを許容する弁部（２５）が配置されている請求項８に記載の冷凍サイクル。

Images