車両用冷暖房装置
【課題】ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置において、適正なオイル循環を確保可能な技術を提供する。
【解決手段】ある態様の車両用冷暖房装置１は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機２と、車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器５と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる蒸発器７と、蒸発器７が機能するとともに室外熱交換器５が室外蒸発器として機能するときに室外熱交換器５の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁６と、制御弁６への供給電流を制御して制御弁６の前後差圧を調整する制御部１００と、を備える。
【解決手段】ある態様の車両用冷暖房装置１は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機２と、車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器５と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる蒸発器７と、蒸発器７が機能するとともに室外熱交換器５が室外蒸発器として機能するときに室外熱交換器５の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁６と、制御弁６への供給電流を制御して制御弁６の前後差圧を調整する制御部１００と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の車両用冷暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。このときの温度制御は、室内熱交換器の上流に設けられたエアミックスドアの開度を調節することにより行われる。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。また、エアミックスドアの開度を調節することにより、車室内の空気の温度を調整することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような車両用冷暖房装置においては、暖房運転時に室外熱交換器を蒸発器として機能させたときにその蒸発量が必要以上に大きくなると、車室内の蒸発器に十分な液冷媒が供給されない事態が生じる可能性がある。そうなると、実質的に蒸発器での熱交換がなされなくなるため、車室内の除湿機能を適正に維持できなくなり、窓ガラスの曇り等の問題を発生させる可能性がある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置において、暖房運転時においても蒸発器の機能を確保し、車室内の除湿機能を適正に維持可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用冷暖房装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、室内蒸発器が機能するとともに室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに室外熱交換器の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁と、制御弁への供給電流を制御して制御弁の前後差圧を調整する制御部と、を備える。
【０００８】
ここでいう「制御弁」は、前後差圧が供給電流値に応じた一定の値となるように自律的に動作する定差圧弁であってもよい。あるいは、供給電流に応じた一定の流量となるよう冷媒の流れを制御し、その結果、前後差圧を変化させることが可能な流量制御弁であってもよい。あるいは、供給電流に応じた弁開度となり、その結果、前後差圧を変化させることが可能な比例弁であってもよい。制御弁は、アクチュエータとしてソレノイドを備える電磁弁であってもよい。あるいは、アクチュエータとしてステッピングモータ等の電動機を備える電動弁であってもよい。
【０００９】
この態様によると、室内蒸発器が機能するとともに室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに、制御弁の前後差圧が制御されることにより、室外熱交換器における冷媒の蒸発温度ひいては蒸発量を調整することができる。その結果、室内蒸発器における冷媒の蒸発量を調整することができる。すなわち、その室内蒸発器の蒸発量を確保することで、暖房運転時においても室内蒸発器に導入される液冷媒の流量を確保することができる。つまり、制御弁の前後差圧を調整することで暖房運転時においても室内蒸発器の機能を確保することができ、それにより車室内の湿度機能を適正に維持することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置において、暖房運転時においても蒸発器の機能を確保し、車室内の除湿機能を適正に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】第２実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図４】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図５】第３施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図６】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図７】第４実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図８】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図９】第５実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図１０】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図１１】第６実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図１２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図１３】変形例に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１３】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて順次接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。
【００１４】
車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。
【００１５】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。
【００１６】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。
【００１７】
第１制御弁４は、室内凝縮器３と室外熱交換器５とをつなぐ主通路の開度を調整する。第１制御弁４は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。また、主通路を第１制御弁４の前後で迂回するバイパス通路が設けられ、そのバイパス通路にオリフィス１８が設けられている。オリフィス１８の開口面積は、第１制御弁４の開弁時の開口面積よりも十分に小さいが、このように第１制御弁４と並列にオリフィス１８が設けられることで、第１制御弁４の閉弁時においても所定流量の冷媒の流れが許容される。
【００１８】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
【００１９】
第２制御弁６は、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ主通路の開度を調整する。第２制御弁６は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。第２制御弁６は、その前後差圧（第２制御弁６の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が供給電流値に応じた一定の値となるように動作する定差圧弁として構成されている。すなわち、第２制御弁６の弁部は、前後差圧がソレノイドへの供給電流値に対応づけられた値となるよう自律的に動作する。また、主通路を第２制御弁６の前後で迂回するバイパス通路が設けられ、そのバイパス通路にオリフィス２０が設けられている。オリフィス２０の開口面積は、第２制御弁６の全開時の開口面積よりも十分に小さいが、このように第２制御弁６と並列にオリフィス２０が設けられることで、第２制御弁６の閉弁時においても所定流量の冷媒の流れが許容される。
【００２０】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、第２制御弁６の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。
【００２１】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができるようになっている。
【００２２】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。制御部１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１００には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。図示の例では、制御部１００は、第１制御弁４の開閉制御、第２制御弁６の開閉制御（開度調整制御）のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。
【００２３】
制御部１００は、第２制御弁６の駆動回路に設定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１００は、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて設定差圧を決定し、第２制御弁６の前後差圧（上流側と下流側との差圧）がその設定差圧となるよう通電制御を行う。言い換えれば、第２制御弁６の弁部が供給電流値に対応した前後差圧が得られるよう自律的に動作し、その開度を調整する。
【００２４】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示している。なお、ここでいう「冷房運転」は、冷房機能が暖房機能よりも大きく機能する運転状態であり、「暖房運転」は、暖房機能が冷房機能よりも大きく機能する運転状態である。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｆはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。なお、同図の下段は図１に対応するが、エアミックスドア１４等の図示を省略するなど便宜上簡略表記されている。
【００２５】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４が開弁される一方、第２制御弁６は閉弁される。このとき、エアミックスドア１４は全閉状態またはそれに近い状態とされる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、オリフィス２０、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。室内凝縮器３から導出された冷媒の一部は、オリフィス１８を通過するが、その流量は第１制御弁４を通過する流量に比べて相当少ない。
【００２６】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、オリフィス２０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却・除湿する。このとき、エアミックスドア１４の開度が適度に調整され、その空気の温度調整が行われる。蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００２７】
一方、図２（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁４が閉弁される一方、第２制御弁６が開弁される。このとき、エアミックスドア１４は温度設定に応じた適切な開度となるよう駆動される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、オリフィス１８、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。室外熱交換器５から導出された冷媒の一部は、オリフィス２０を通過するが、その流量は第２制御弁６を通過する流量に比べて相当少ない。
【００２８】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、オリフィス１８にて断熱膨張され、室外熱交換器５にて蒸発され、さらに第２制御弁６およびオリフィス２０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、液冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却され、除湿される。このとき、エアミックスドア１４の開度は基本的に冷房運転時よりも大きくなるよう調整され、その空気の温度調整が行われる。すなわち、蒸発器７によって冷却・除湿された空気は、室内凝縮器３を経由することで加熱され、適度に温められて車内に供給される。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００２９】
図２（Ｂ）の上段に示すように、このとき室外熱交換器５および第２制御弁６の両蒸発器にて蒸発される比率が第２制御弁６の前後差圧ΔＰにより制御される。図示のように、前後差圧ΔＰが比較的大きく設定されると、実線部分にて示されるように、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、前後差圧ΔＰが比較的小さく設定されると、点線部分にて示されるように、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部１００は、設定温度を実現する過程で蒸発器７における熱交換量を制御するが、その際、前後差圧ΔＰを適切に設定することで、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整する。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００３０】
なお、この前後差圧ΔＰについては、冷暖房の状況に応じて比較的広い範囲を取り得る。このため、制御部１００は、その差圧制御（通電制御）における分解能を確保するために、状況に応じて供給電流のデューティ値を周期的に変化させる制御を行う。すなわち、特に高い分解能を要する制御範囲においては、デューティ比として近い値を周期的に設定することで、その中間値が得られるような制御を行う。例えば、ある期間、デューティ比が５０％の出力と５１％の出力とを交互に繰り返すことで、その期間は平均的に５０．５％のデューティ制御を実現するといった具合である。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が若干異なる以外は第１実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図３は、第２実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００３２】
車両用冷暖房装置２０１は、第１実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて順次接続した冷凍サイクルを備える。一方、第１実施形態とは異なり、第１制御弁２０４および第２制御弁６のそれぞれに並列なオリフィスは設けられていない。
【００３３】
室内凝縮器３と室外熱交換器５とをつなぐ第１通路２２１と、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ第２通路２２２とを接続するバイパス通路２１６が設けられ、そのバイパス通路２１６を開閉する第３制御弁２１８が設けられている。さらに、蒸発器７とアキュムレータ８とをつなぐ第３通路２２３と第２通路２２２とを接続するバイパス通路２１２が設けられている。第２通路２２２とバイパス通路２１２との接続部には第４制御弁２２０が設けられている。各制御弁は、制御部１００により開閉制御される。
【００３４】
第１制御弁２０４は、第１実施形態の第１制御弁４とは異なり、第１通路２２１を開閉させるだけでなくその開度を調整する。第１制御弁２０４は、その第１通路２２１を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。
【００３５】
また、第２制御弁６と並列に膨張弁２１０が設けられている。すなわち、第２通路２２２には第２制御弁６と第４制御弁２２０との間で分岐する分岐通路２２４が設けられ、その分岐通路２２４が膨張弁２１０の弁部を経由して蒸発器７の入口に接続されている。第３通路２２３は、膨張弁２１０の感圧部を経由してアキュムレータ８に接続されている。また、第２通路２２２における室外熱交換器５の出口側には逆止弁２１４が設けられ、室外熱交換器５から蒸発器７への冷媒の流れのみを許容している。
【００３６】
第３制御弁２１８は、バイパス通路２１６を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。第３制御弁２１８は、その開弁により室内凝縮器３から蒸発器７への冷媒の流れを許容する。
【００３７】
第４制御弁２２０は、いわゆる三方弁（切替弁）からなり、上流側から導入される冷媒の通路を切り替えるための複数の弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって各弁部を開閉する。すなわち、第４制御弁２２０は、導入される冷媒の流れを第２通路２２２の下流側またはバイパス通路２１２のいずれかに切り替える。なお、このような三方弁としては公知のものを使用することができるため、その詳細な説明については省略する。
【００３８】
膨張弁２１０は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器７の出口側の冷媒温度をフィードバックしてその弁開度を調整し、熱負荷に応じた液冷媒を蒸発器７へ供給する。このような温度式膨張弁そのものは公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００３９】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図４は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。ここでいう「特定暖房運転」は、蒸発器７を機能させない暖房運転（実質的に冷房機能なし）である。また、「特殊冷暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない冷房運転および暖房運転である。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁２０４が全開状態とされる一方、第３制御弁２１８および第２制御弁６は閉弁される。第４制御弁２２０は、上流側からの冷媒を膨張弁２１０を介して蒸発器７へ導くよう通路を切り替える。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第４制御弁２２０、膨張弁２１０、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。なお、蒸発器７からの戻り冷媒は、膨張弁２１０の感圧部を経由してアキュムレータ８に導かれる。
【００４１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、膨張弁２１０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００４２】
一方、図４（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁２０４の開度が微少開度に調整される一方、第２制御弁６が開弁される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６および膨張弁２１０、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００４３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１制御弁２０４にて断熱膨張され、室外熱交換器５にて蒸発され、さらに第２制御弁６および膨張弁２１０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、液冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が第２制御弁６の前後差圧ΔＰにより制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００４４】
また、図４（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁２０４の開度が微少開度に調整される一方、第４制御弁２２０により冷媒通路がバイパス通路２１２に切り替えられる。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第４制御弁２２０、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００４５】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１制御弁２０４にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。
【００４６】
また、図４（Ｄ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁２０４および第２制御弁６が閉弁される一方、第３制御弁２１８が開弁される。また、第４制御弁２２０により冷媒通路が第２通路２２２の下流側につながるよう切り替えられる。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第３制御弁２１８、第４制御弁２２０、膨張弁２１０、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００４７】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、膨張弁２１０にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。このような特殊冷暖房運転は、外部からの吸熱が困難な場合、例えば車両が極寒状況におかれた場合などに有効に機能する。
【００４８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が若干異なる以外は第２実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第２実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図５は、第３施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００４９】
車両用冷暖房装置３０１は、第２実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて順次接続した冷凍サイクルを備える。一方、第２実施形態のような三方弁（第４制御弁２２０）や膨張弁２１０は設けられておらず、バイパス通路２１２に第４制御弁３２０が設けられている。各制御弁は、制御部１００により開閉制御される。
【００５０】
第４制御弁３２０は、いわゆる二方弁（切替弁）からなり、バイパス通路２１２の開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。第４制御弁３２０は、バイパス通路２１２における冷媒の通過を許容する場合にのみ開弁される。なお、このような二方弁としては公知のものを使用することができるため、その詳細な説明については省略する。
【００５１】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図６は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。
【００５２】
図６（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁２０４が全開状態とされる一方、第３制御弁２１８および第４制御弁３２０は閉弁される。第２制御弁６は、設定差圧を実現するようその開度が調整される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００５３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、第２制御弁６にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００５４】
一方、図６（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第３制御弁２１８および第４制御弁３２０が閉弁され、第１制御弁２０４の開度が微少開度に調整される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００５５】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１制御弁２０４にて断熱膨張され、室外熱交換器５にて蒸発され、さらに第２制御弁６にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、液冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が第２制御弁６の前後差圧により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００５６】
また、図６（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁２０４の開度が微少開度に調整される一方、第３制御弁２１８および第２制御弁６が閉弁され、第４制御弁３２０が開弁される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第４制御弁３２０、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００５７】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１制御弁２０４にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。
【００５８】
また、図６（Ｄ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁２０４、第３制御弁２１８および第４制御弁３２０が閉弁される一方、第２制御弁６が開弁される。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第３制御弁２１８、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００５９】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第２制御弁６にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。
【００６０】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が異なる以外は第１実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図７は、第４実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００６１】
車両用冷暖房装置４０１は、第１実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクルを備える。ただし、第１実施形態とは異なり、室内凝縮器３と室外熱交換器５とは圧縮機２に対して直列ではなく並列に接続されている。
【００６２】
圧縮機２と室内凝縮器３とをつなぐ高圧側の第１通路４２１と、圧縮機２と室外熱交換器５とをつなぐ高圧側の第２通路４２２とは、圧縮機２の下流側にて分岐しており、第２通路４２２を開閉するように第１制御弁４が設けられている。一方、室内凝縮器３と室外熱交換器５と蒸発器７とを接続するアクチュエータブロック４１０が設けられている。アクチュエータブロック４１０のハウジング内には、冷媒を通過させる内部通路が形成されており、後述するバランスオリフィス４１２と差圧オリフィス４１４とが配設されている。室内凝縮器３の下流側の第３通路４２３、蒸発器７の上流側の第４通路４２４、および室外熱交換器５から延びる第５通路４２５が、それぞれアクチュエータブロック４１０に接続されている。
【００６３】
また、第２通路４２２の中間部においてバイパス通路４２６が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。第２制御弁６は、そのバイパス通路４２６を開閉するように設けられている。一方、蒸発器７の下流側の戻り通路４２７が、バイパス通路４２６と第２制御弁６の下流側にて接続され、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００６４】
バランスオリフィス４１２は、一対のオリフィスとそれらの開度を調整する一対の弁部を有する。一対の弁部は対応するオリフィスがそれぞれ前後差圧に応じた開度となるよう自律的に動作する。その一方のオリフィス（第１オリフィス４３１）がアクチュエータブロック４１０において第４通路４２４につながる内部通路に連通し、他方のオリフィス（第２オリフィス４３２）が第５通路４２５につながる内部通路に連通する。
【００６５】
差圧オリフィス４１４は、前後差圧が設定値以上となったときに開弁する差圧弁４３５と、所定の開口面積を有するオリフィス４３６とを直列に配置して構成されている。差圧オリフィス４１４は、その上流側が第５通路４２５につながる内部通路に連通し、下流側が第４通路４２４につながる内部通路に連通する。すなわち、差圧オリフィス４１４は、その上流側（差圧弁４３５側）にて第２オリフィス４３２に連通し、下流側（オリフィス４３６側）にて第１オリフィス４３１に連通する。
【００６６】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図８は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示している。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示され、各図の下段には冷凍サイクルの動作状態が示されている。符号ａ〜ｈはモリエル線図のそれと対応している。
【００６７】
図８（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４が開弁される一方、第２制御弁６は閉弁される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、バランスオリフィス４１２、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻り、他方で第１制御弁４、室外熱交換器５、差圧オリフィス４１４、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００６８】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が第２オリフィス４３２にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。一方、室外熱交換器５を経由した冷媒が差圧オリフィス４１４にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、冷媒が蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００６９】
一方、図８（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁４が閉弁される一方、第２制御弁６が開弁される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、バランスオリフィス４１２、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、バランスオリフィス４１２、室外熱交換器５、第２制御弁６、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００７０】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、バランスオリフィス４１２にて断熱膨張される。このとき、第１オリフィス４３１を経由した冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。一方、第２オリフィス４３２を経由した冷温・低圧の液冷媒が室外熱交換器５にて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第２制御弁６の前後差圧ΔＰにより制御される。制御部１００は、設定温度を実現する過程で蒸発器７における熱交換量を制御するが、その際、前後差圧ΔＰを適切に設定することで、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整する。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００７１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が若干異なる以外は第４実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第４実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図９は、第５実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００７２】
車両用冷暖房装置５０１は、第４実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクルを備える。そして、さらに第１通路４２１を開閉する第３制御弁５０４が設けられている。アクチュエータブロック５１０には、第４実施形態のバランスオリフィス４１２に代わり、一対の制御弁（第１調整弁５３１および第２調整弁５３２）と逆止弁５１２が設けられている。
【００７３】
第１調整弁５３１は、第４通路４２４につながる内部通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。第２調整弁５３２は、第５通路４２５につながる内部通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。これら一対の調整弁は、制御部１００により開閉制御される。逆止弁５１２は、これらの一対の調整弁の上流側に設けられ、室内凝縮器３から蒸発器７または室外熱交換器５への冷媒の流れのみを許容する。
【００７４】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図１０は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は特定冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。ここでいう「特定冷房運転」は、室内凝縮器３を機能させない冷房運転（実質的に暖房機能なし）である。「特定暖房運転」は、蒸発器７を機能させない暖房運転（実質的に冷房機能なし）である。また、「特殊冷暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない冷房運転および暖房運転である。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。
【００７５】
図１０（Ａ）に示すように、特定冷房運転時においては、第１制御弁４が開弁される一方、第２制御弁６および第３制御弁５０４が閉弁される。このため、冷媒は室内凝縮器３を通過せず、室内凝縮器３は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、第１制御弁４、室外熱交換器５、差圧オリフィス４１４、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００７６】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５を経て凝縮され、差圧オリフィス４１４にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、車室内に導入された空気は室内凝縮器３にて加熱されることなく車内に供給される。
【００７７】
また、図１０（Ｂ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４および第３制御弁５０４の双方が開弁される。また、第２制御弁６および第２調整弁５３２は閉弁される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で第３制御弁５０４、室内凝縮器３、第１調整弁５３１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻り、他方で第１制御弁４、室外熱交換器５、差圧オリフィス４１４、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００７８】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が第１調整弁５３１にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が差圧オリフィス４１４にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００７９】
一方、図１０（Ｃ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁４が閉弁される一方、第２制御弁６，第３制御弁５０４，第１調整弁５３１および第２調整弁５３２が開弁される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、第１調整弁５３１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、第２調整弁５３２、室外熱交換器５、第２制御弁６、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００８０】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。そして、第１調整弁５３１にて断熱膨張された冷温・低圧の液冷媒が、蒸発器７にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。一方、第２調整弁５３２にて断熱膨張された冷温・低圧の液冷媒は、室外熱交換器５にて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第２制御弁６の前後差圧により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００８１】
また、図１０（Ｄ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４および第１調整弁５３１が閉弁される一方、第２制御弁６，第３制御弁５０４および第２調整弁５３２が開弁される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、第３制御弁５０４、室内凝縮器３、第２調整弁５３２、室外熱交換器５、第２制御弁６、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００８２】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第２調整弁５３２にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。
【００８３】
また、図１０（Ｅ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁４，第２制御弁６および第２調整弁５３２が閉弁される一方、第３制御弁５０４および第１調整弁５３１が開弁される。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、第３制御弁５０４、室内凝縮器３、第１調整弁５３１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００８４】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１調整弁５３１にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。
【００８５】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が若干異なる以外は第５実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第５実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１１は、第６実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００８６】
車両用冷暖房装置６０１は、第５実施形態における第１制御弁４と第３制御弁５０４とを制御弁６０４に置き換え、第１調整弁５３１と第２調整弁５３２とを調整弁６３０に置き換えたものである。制御弁６０４は複数の弁部を有する三方弁であるが、第１通路４２１と第２通路４２２とを同時に開くことが可能な電磁弁として構成されている。調整弁６３０も複数の弁部を有する三方弁であるが、第４通路４２４につながる内部通路と、第５通路４２５につながる内部通路とを同時に開くことが可能な電磁弁として構成されている。調整弁６３０の上流側には逆止弁５１２が配設されている。
【００８７】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図１２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は特定冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。
【００８８】
図１２（Ａ）に示すように、特定冷房運転時においては、制御弁６０４が第２通路４２２を開く弁部のみを開弁させ、調整弁６３０は閉弁されている。このため、冷媒は室内凝縮器３を通過せず、室内凝縮器３は実質的に機能しなくなる。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５を経て凝縮され、差圧オリフィス４１４にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。すなわち、車室内に導入された空気は室内凝縮器３にて加熱されることなく車内に供給される。
【００８９】
また、図１２（Ｂ）に示すように、冷房運転時においては、制御弁６０４が、第１通路４２１を開く弁部および第２通路４２２を開く弁部の双方を開弁させ、調整弁６３０は、第４通路４２４につながる内部通路を開く弁部のみを開弁させる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が調整弁６３０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が差圧オリフィス４１４にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。
【００９０】
一方、図１２（Ｃ）に示すように、暖房運転時においては、制御弁６０４が第１通路４２１を開く弁部のみを開弁させ、調整弁６３０は、第４通路４２４につながる内部通路を開く弁部および第５通路４２５につながる内部通路を開く弁部の双方を開弁させる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。そして、調整弁６３０にて断熱膨張された冷温・低圧の液冷媒が、一方で蒸発器７に導かれて蒸発し、他方で室外熱交換器５に導かれて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第２制御弁６の前後差圧により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、その除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００９１】
また、図１２（Ｄ）に示すように、特定暖房運転時においては、制御弁６０４が第１通路４２１を開く弁部のみを開弁させ、調整弁６３０は、第５通路４２５につながる内部通路を開く弁部のみを開弁させる。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、調整弁６３０にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。すなわち、冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。
【００９２】
また、図１２（Ｅ）に示すように、特殊暖房運転時においては、制御弁６０４が第１通路４２１を開く弁部のみを開弁させ、調整弁６３０は、第４通路４２４につながる内部通路を開く弁部のみを開弁させる。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、調整弁６３０にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。
【００９３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００９４】
上記実施形態では、冷凍サイクルを構成する室内凝縮器３をダクト１０内に配置して熱交換を行う例を示した。変形例においては、エンジンの冷却水を利用して熱交換を行う構成としてもよい。図１３は、変形例に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本変形例は、第１実施形態の車両用冷暖房装置を変形したものに該当する。
【００９５】
車両用冷暖房装置７０１においては、圧縮機２と室外熱交換器５との間に第１実施形態のような室内凝縮器３は設けられておらず、その代わりに熱交換装置７１０が設けられている。熱交換装置７１０は、冷却水を汲み上げるポンプ７１２、放熱器７１４および熱交換器７１６を備え、これらの装置を冷却水の循環回路が接続している。
【００９６】
放熱器７１４は、第１実施形態の室内凝縮器３に代わってダクト１０内に配置され、その上流側にエアミックスドア１４が配設されている。熱交換器７１６は、圧縮機２から室外熱交換器５へ向かう高温の冷媒と、ポンプ７１２から放熱器７１４へ向かう冷却水との間で熱交換を行う。そして、熱交換器７１６で温められた冷却水（温水）が放熱器７１４を通過する過程で、上流側から流れてきた空気を加熱する。すなわち、蒸発器７にて冷却・除湿された空気は、その放熱器７１４を通過することで温度調整される。このような構成においても、暖房運転時に第２制御弁６の前後差圧を調整することで、循環する冷媒を室外熱交換器５および蒸発器７にて適度な割合で蒸発させることができる。なお、本変形例は、第１実施形態の車両用冷暖房装置を変形したものに該当するが、本構成は第２〜第６実施形態のいずれにも置き換えることができる。
【００９７】
また、上記実施形態では、第２制御弁６を定差圧弁として構成したが、前後差圧を調整可能な他の電磁弁として構成してもよい。例えば、供給電流に応じた一定の流量となるよう冷媒の流れを制御し、その結果、前後差圧を変化させることが可能な流量制御弁であってもよい。あるいは、供給電流に応じた弁開度となり、その結果、前後差圧を変化させることが可能な比例弁であってもよい。ただし、蒸発比率について安定した制御を行う観点からは、上記実施形態のように前後差圧を直接制御できる定差圧弁のほうが好ましい。
【００９８】
なお、上記実施形態においては、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【符号の説明】
【００９９】
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 １０ ダクト、 １２ 室内送風機、 １４ エアミックスドア、 １６ 室外送風機、 １８，２０ オリフィス、 １００ 制御部、 ２０１ 車両用冷暖房装置、 ２０４ 第１制御弁、 ２１０ 膨張弁、 ２１２ バイパス通路、 ２１４ 逆止弁、 ２１６ バイパス通路、 ２１８ 第３制御弁、 ２２０ 第４制御弁、 ２２１ 第１通路、 ２２２ 第２通路、 ２２３ 第３通路、 ２２４ 分岐通路、 ３０１ 車両用冷暖房装置、 ３２０ 第４制御弁、 ４０１ 車両用冷暖房装置、 ４１０ アクチュエータブロック、 ４１２ バランスオリフィス、 ４１４ 差圧オリフィス、 ４２１ 第１通路、 ４２２ 第２通路、 ４２３ 第３通路、 ４２４ 第４通路、 ４２５ 第５通路、 ４２６ バイパス通路、 ４２７ 戻り通路、 ４３１ 第１オリフィス、 ４３２ 第２オリフィス、 ４３５ 差圧弁、 ４３６ オリフィス、 ５０１ 車両用冷暖房装置、 ５０４ 第３制御弁、 ５１０ アクチュエータブロック、 ５１２ 逆止弁、 ５３１ 第１調整弁、 ５３２ 第２調整弁、 ６０１ 車両用冷暖房装置、 ６０４ 制御弁、 ６３０ 調整弁、 ７０１ 車両用冷暖房装置、 ７１０ 熱交換装置、 ７１２ ポンプ、 ７１４ 放熱器、 ７１６ 熱交換器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の車両用冷暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。このときの温度制御は、室内熱交換器の上流に設けられたエアミックスドアの開度を調節することにより行われる。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。また、エアミックスドアの開度を調節することにより、車室内の空気の温度を調整することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような車両用冷暖房装置においては、暖房運転時に室外熱交換器を蒸発器として機能させたときにその蒸発量が必要以上に大きくなると、車室内の蒸発器に十分な液冷媒が供給されない事態が生じる可能性がある。そうなると、実質的に蒸発器での熱交換がなされなくなるため、車室内の除湿機能を適正に維持できなくなり、窓ガラスの曇り等の問題を発生させる可能性がある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置において、暖房運転時においても蒸発器の機能を確保し、車室内の除湿機能を適正に維持可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用冷暖房装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、室内蒸発器が機能するとともに室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに室外熱交換器の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁と、制御弁への供給電流を制御して制御弁の前後差圧を調整する制御部と、を備える。
【０００８】
ここでいう「制御弁」は、前後差圧が供給電流値に応じた一定の値となるように自律的に動作する定差圧弁であってもよい。あるいは、供給電流に応じた一定の流量となるよう冷媒の流れを制御し、その結果、前後差圧を変化させることが可能な流量制御弁であってもよい。あるいは、供給電流に応じた弁開度となり、その結果、前後差圧を変化させることが可能な比例弁であってもよい。制御弁は、アクチュエータとしてソレノイドを備える電磁弁であってもよい。あるいは、アクチュエータとしてステッピングモータ等の電動機を備える電動弁であってもよい。
【０００９】
この態様によると、室内蒸発器が機能するとともに室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに、制御弁の前後差圧が制御されることにより、室外熱交換器における冷媒の蒸発温度ひいては蒸発量を調整することができる。その結果、室内蒸発器における冷媒の蒸発量を調整することができる。すなわち、その室内蒸発器の蒸発量を確保することで、暖房運転時においても室内蒸発器に導入される液冷媒の流量を確保することができる。つまり、制御弁の前後差圧を調整することで暖房運転時においても室内蒸発器の機能を確保することができ、それにより車室内の湿度機能を適正に維持することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置において、暖房運転時においても蒸発器の機能を確保し、車室内の除湿機能を適正に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】第２実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図４】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図５】第３施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図６】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図７】第４実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図８】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図９】第５実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図１０】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図１１】第６実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図１２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図１３】変形例に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１３】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて順次接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。
【００１４】
車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。
【００１５】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。
【００１６】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。
【００１７】
第１制御弁４は、室内凝縮器３と室外熱交換器５とをつなぐ主通路の開度を調整する。第１制御弁４は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。また、主通路を第１制御弁４の前後で迂回するバイパス通路が設けられ、そのバイパス通路にオリフィス１８が設けられている。オリフィス１８の開口面積は、第１制御弁４の開弁時の開口面積よりも十分に小さいが、このように第１制御弁４と並列にオリフィス１８が設けられることで、第１制御弁４の閉弁時においても所定流量の冷媒の流れが許容される。
【００１８】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
【００１９】
第２制御弁６は、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ主通路の開度を調整する。第２制御弁６は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。第２制御弁６は、その前後差圧（第２制御弁６の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が供給電流値に応じた一定の値となるように動作する定差圧弁として構成されている。すなわち、第２制御弁６の弁部は、前後差圧がソレノイドへの供給電流値に対応づけられた値となるよう自律的に動作する。また、主通路を第２制御弁６の前後で迂回するバイパス通路が設けられ、そのバイパス通路にオリフィス２０が設けられている。オリフィス２０の開口面積は、第２制御弁６の全開時の開口面積よりも十分に小さいが、このように第２制御弁６と並列にオリフィス２０が設けられることで、第２制御弁６の閉弁時においても所定流量の冷媒の流れが許容される。
【００２０】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、第２制御弁６の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。
【００２１】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができるようになっている。
【００２２】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。制御部１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１００には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。図示の例では、制御部１００は、第１制御弁４の開閉制御、第２制御弁６の開閉制御（開度調整制御）のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。
【００２３】
制御部１００は、第２制御弁６の駆動回路に設定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１００は、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて設定差圧を決定し、第２制御弁６の前後差圧（上流側と下流側との差圧）がその設定差圧となるよう通電制御を行う。言い換えれば、第２制御弁６の弁部が供給電流値に対応した前後差圧が得られるよう自律的に動作し、その開度を調整する。
【００２４】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示している。なお、ここでいう「冷房運転」は、冷房機能が暖房機能よりも大きく機能する運転状態であり、「暖房運転」は、暖房機能が冷房機能よりも大きく機能する運転状態である。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｆはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。なお、同図の下段は図１に対応するが、エアミックスドア１４等の図示を省略するなど便宜上簡略表記されている。
【００２５】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４が開弁される一方、第２制御弁６は閉弁される。このとき、エアミックスドア１４は全閉状態またはそれに近い状態とされる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、オリフィス２０、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。室内凝縮器３から導出された冷媒の一部は、オリフィス１８を通過するが、その流量は第１制御弁４を通過する流量に比べて相当少ない。
【００２６】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、オリフィス２０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却・除湿する。このとき、エアミックスドア１４の開度が適度に調整され、その空気の温度調整が行われる。蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００２７】
一方、図２（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁４が閉弁される一方、第２制御弁６が開弁される。このとき、エアミックスドア１４は温度設定に応じた適切な開度となるよう駆動される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、オリフィス１８、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。室外熱交換器５から導出された冷媒の一部は、オリフィス２０を通過するが、その流量は第２制御弁６を通過する流量に比べて相当少ない。
【００２８】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、オリフィス１８にて断熱膨張され、室外熱交換器５にて蒸発され、さらに第２制御弁６およびオリフィス２０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、液冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却され、除湿される。このとき、エアミックスドア１４の開度は基本的に冷房運転時よりも大きくなるよう調整され、その空気の温度調整が行われる。すなわち、蒸発器７によって冷却・除湿された空気は、室内凝縮器３を経由することで加熱され、適度に温められて車内に供給される。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００２９】
図２（Ｂ）の上段に示すように、このとき室外熱交換器５および第２制御弁６の両蒸発器にて蒸発される比率が第２制御弁６の前後差圧ΔＰにより制御される。図示のように、前後差圧ΔＰが比較的大きく設定されると、実線部分にて示されるように、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、前後差圧ΔＰが比較的小さく設定されると、点線部分にて示されるように、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部１００は、設定温度を実現する過程で蒸発器７における熱交換量を制御するが、その際、前後差圧ΔＰを適切に設定することで、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整する。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００３０】
なお、この前後差圧ΔＰについては、冷暖房の状況に応じて比較的広い範囲を取り得る。このため、制御部１００は、その差圧制御（通電制御）における分解能を確保するために、状況に応じて供給電流のデューティ値を周期的に変化させる制御を行う。すなわち、特に高い分解能を要する制御範囲においては、デューティ比として近い値を周期的に設定することで、その中間値が得られるような制御を行う。例えば、ある期間、デューティ比が５０％の出力と５１％の出力とを交互に繰り返すことで、その期間は平均的に５０．５％のデューティ制御を実現するといった具合である。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が若干異なる以外は第１実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図３は、第２実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００３２】
車両用冷暖房装置２０１は、第１実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて順次接続した冷凍サイクルを備える。一方、第１実施形態とは異なり、第１制御弁２０４および第２制御弁６のそれぞれに並列なオリフィスは設けられていない。
【００３３】
室内凝縮器３と室外熱交換器５とをつなぐ第１通路２２１と、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ第２通路２２２とを接続するバイパス通路２１６が設けられ、そのバイパス通路２１６を開閉する第３制御弁２１８が設けられている。さらに、蒸発器７とアキュムレータ８とをつなぐ第３通路２２３と第２通路２２２とを接続するバイパス通路２１２が設けられている。第２通路２２２とバイパス通路２１２との接続部には第４制御弁２２０が設けられている。各制御弁は、制御部１００により開閉制御される。
【００３４】
第１制御弁２０４は、第１実施形態の第１制御弁４とは異なり、第１通路２２１を開閉させるだけでなくその開度を調整する。第１制御弁２０４は、その第１通路２２１を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。
【００３５】
また、第２制御弁６と並列に膨張弁２１０が設けられている。すなわち、第２通路２２２には第２制御弁６と第４制御弁２２０との間で分岐する分岐通路２２４が設けられ、その分岐通路２２４が膨張弁２１０の弁部を経由して蒸発器７の入口に接続されている。第３通路２２３は、膨張弁２１０の感圧部を経由してアキュムレータ８に接続されている。また、第２通路２２２における室外熱交換器５の出口側には逆止弁２１４が設けられ、室外熱交換器５から蒸発器７への冷媒の流れのみを許容している。
【００３６】
第３制御弁２１８は、バイパス通路２１６を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。第３制御弁２１８は、その開弁により室内凝縮器３から蒸発器７への冷媒の流れを許容する。
【００３７】
第４制御弁２２０は、いわゆる三方弁（切替弁）からなり、上流側から導入される冷媒の通路を切り替えるための複数の弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって各弁部を開閉する。すなわち、第４制御弁２２０は、導入される冷媒の流れを第２通路２２２の下流側またはバイパス通路２１２のいずれかに切り替える。なお、このような三方弁としては公知のものを使用することができるため、その詳細な説明については省略する。
【００３８】
膨張弁２１０は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器７の出口側の冷媒温度をフィードバックしてその弁開度を調整し、熱負荷に応じた液冷媒を蒸発器７へ供給する。このような温度式膨張弁そのものは公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００３９】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図４は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。ここでいう「特定暖房運転」は、蒸発器７を機能させない暖房運転（実質的に冷房機能なし）である。また、「特殊冷暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない冷房運転および暖房運転である。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁２０４が全開状態とされる一方、第３制御弁２１８および第２制御弁６は閉弁される。第４制御弁２２０は、上流側からの冷媒を膨張弁２１０を介して蒸発器７へ導くよう通路を切り替える。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第４制御弁２２０、膨張弁２１０、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。なお、蒸発器７からの戻り冷媒は、膨張弁２１０の感圧部を経由してアキュムレータ８に導かれる。
【００４１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、膨張弁２１０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００４２】
一方、図４（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁２０４の開度が微少開度に調整される一方、第２制御弁６が開弁される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６および膨張弁２１０、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００４３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１制御弁２０４にて断熱膨張され、室外熱交換器５にて蒸発され、さらに第２制御弁６および膨張弁２１０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、液冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が第２制御弁６の前後差圧ΔＰにより制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００４４】
また、図４（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁２０４の開度が微少開度に調整される一方、第４制御弁２２０により冷媒通路がバイパス通路２１２に切り替えられる。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第４制御弁２２０、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００４５】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１制御弁２０４にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。
【００４６】
また、図４（Ｄ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁２０４および第２制御弁６が閉弁される一方、第３制御弁２１８が開弁される。また、第４制御弁２２０により冷媒通路が第２通路２２２の下流側につながるよう切り替えられる。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第３制御弁２１８、第４制御弁２２０、膨張弁２１０、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００４７】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、膨張弁２１０にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。このような特殊冷暖房運転は、外部からの吸熱が困難な場合、例えば車両が極寒状況におかれた場合などに有効に機能する。
【００４８】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が若干異なる以外は第２実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第２実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図５は、第３施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００４９】
車両用冷暖房装置３０１は、第２実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて順次接続した冷凍サイクルを備える。一方、第２実施形態のような三方弁（第４制御弁２２０）や膨張弁２１０は設けられておらず、バイパス通路２１２に第４制御弁３２０が設けられている。各制御弁は、制御部１００により開閉制御される。
【００５０】
第４制御弁３２０は、いわゆる二方弁（切替弁）からなり、バイパス通路２１２の開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。第４制御弁３２０は、バイパス通路２１２における冷媒の通過を許容する場合にのみ開弁される。なお、このような二方弁としては公知のものを使用することができるため、その詳細な説明については省略する。
【００５１】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図６は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。
【００５２】
図６（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁２０４が全開状態とされる一方、第３制御弁２１８および第４制御弁３２０は閉弁される。第２制御弁６は、設定差圧を実現するようその開度が調整される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００５３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、第２制御弁６にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００５４】
一方、図６（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第３制御弁２１８および第４制御弁３２０が閉弁され、第１制御弁２０４の開度が微少開度に調整される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００５５】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１制御弁２０４にて断熱膨張され、室外熱交換器５にて蒸発され、さらに第２制御弁６にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、液冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が第２制御弁６の前後差圧により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００５６】
また、図６（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁２０４の開度が微少開度に調整される一方、第３制御弁２１８および第２制御弁６が閉弁され、第４制御弁３２０が開弁される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第１制御弁２０４、室外熱交換器５、第４制御弁３２０、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００５７】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１制御弁２０４にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。
【００５８】
また、図６（Ｄ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁２０４、第３制御弁２１８および第４制御弁３２０が閉弁される一方、第２制御弁６が開弁される。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、第３制御弁２１８、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００５９】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第２制御弁６にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。
【００６０】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が異なる以外は第１実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図７は、第４実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００６１】
車両用冷暖房装置４０１は、第１実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクルを備える。ただし、第１実施形態とは異なり、室内凝縮器３と室外熱交換器５とは圧縮機２に対して直列ではなく並列に接続されている。
【００６２】
圧縮機２と室内凝縮器３とをつなぐ高圧側の第１通路４２１と、圧縮機２と室外熱交換器５とをつなぐ高圧側の第２通路４２２とは、圧縮機２の下流側にて分岐しており、第２通路４２２を開閉するように第１制御弁４が設けられている。一方、室内凝縮器３と室外熱交換器５と蒸発器７とを接続するアクチュエータブロック４１０が設けられている。アクチュエータブロック４１０のハウジング内には、冷媒を通過させる内部通路が形成されており、後述するバランスオリフィス４１２と差圧オリフィス４１４とが配設されている。室内凝縮器３の下流側の第３通路４２３、蒸発器７の上流側の第４通路４２４、および室外熱交換器５から延びる第５通路４２５が、それぞれアクチュエータブロック４１０に接続されている。
【００６３】
また、第２通路４２２の中間部においてバイパス通路４２６が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。第２制御弁６は、そのバイパス通路４２６を開閉するように設けられている。一方、蒸発器７の下流側の戻り通路４２７が、バイパス通路４２６と第２制御弁６の下流側にて接続され、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００６４】
バランスオリフィス４１２は、一対のオリフィスとそれらの開度を調整する一対の弁部を有する。一対の弁部は対応するオリフィスがそれぞれ前後差圧に応じた開度となるよう自律的に動作する。その一方のオリフィス（第１オリフィス４３１）がアクチュエータブロック４１０において第４通路４２４につながる内部通路に連通し、他方のオリフィス（第２オリフィス４３２）が第５通路４２５につながる内部通路に連通する。
【００６５】
差圧オリフィス４１４は、前後差圧が設定値以上となったときに開弁する差圧弁４３５と、所定の開口面積を有するオリフィス４３６とを直列に配置して構成されている。差圧オリフィス４１４は、その上流側が第５通路４２５につながる内部通路に連通し、下流側が第４通路４２４につながる内部通路に連通する。すなわち、差圧オリフィス４１４は、その上流側（差圧弁４３５側）にて第２オリフィス４３２に連通し、下流側（オリフィス４３６側）にて第１オリフィス４３１に連通する。
【００６６】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図８は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示している。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示され、各図の下段には冷凍サイクルの動作状態が示されている。符号ａ〜ｈはモリエル線図のそれと対応している。
【００６７】
図８（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４が開弁される一方、第２制御弁６は閉弁される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、バランスオリフィス４１２、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻り、他方で第１制御弁４、室外熱交換器５、差圧オリフィス４１４、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００６８】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が第２オリフィス４３２にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。一方、室外熱交換器５を経由した冷媒が差圧オリフィス４１４にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、冷媒が蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００６９】
一方、図８（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁４が閉弁される一方、第２制御弁６が開弁される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、バランスオリフィス４１２、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、バランスオリフィス４１２、室外熱交換器５、第２制御弁６、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００７０】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、バランスオリフィス４１２にて断熱膨張される。このとき、第１オリフィス４３１を経由した冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。一方、第２オリフィス４３２を経由した冷温・低圧の液冷媒が室外熱交換器５にて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第２制御弁６の前後差圧ΔＰにより制御される。制御部１００は、設定温度を実現する過程で蒸発器７における熱交換量を制御するが、その際、前後差圧ΔＰを適切に設定することで、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整する。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００７１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が若干異なる以外は第４実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第４実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図９は、第５実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００７２】
車両用冷暖房装置５０１は、第４実施形態と同様に、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクルを備える。そして、さらに第１通路４２１を開閉する第３制御弁５０４が設けられている。アクチュエータブロック５１０には、第４実施形態のバランスオリフィス４１２に代わり、一対の制御弁（第１調整弁５３１および第２調整弁５３２）と逆止弁５１２が設けられている。
【００７３】
第１調整弁５３１は、第４通路４２４につながる内部通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。第２調整弁５３２は、第５通路４２５につながる内部通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。これら一対の調整弁は、制御部１００により開閉制御される。逆止弁５１２は、これらの一対の調整弁の上流側に設けられ、室内凝縮器３から蒸発器７または室外熱交換器５への冷媒の流れのみを許容する。
【００７４】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図１０は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は特定冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。ここでいう「特定冷房運転」は、室内凝縮器３を機能させない冷房運転（実質的に暖房機能なし）である。「特定暖房運転」は、蒸発器７を機能させない暖房運転（実質的に冷房機能なし）である。また、「特殊冷暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない冷房運転および暖房運転である。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。
【００７５】
図１０（Ａ）に示すように、特定冷房運転時においては、第１制御弁４が開弁される一方、第２制御弁６および第３制御弁５０４が閉弁される。このため、冷媒は室内凝縮器３を通過せず、室内凝縮器３は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、第１制御弁４、室外熱交換器５、差圧オリフィス４１４、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００７６】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５を経て凝縮され、差圧オリフィス４１４にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、車室内に導入された空気は室内凝縮器３にて加熱されることなく車内に供給される。
【００７７】
また、図１０（Ｂ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４および第３制御弁５０４の双方が開弁される。また、第２制御弁６および第２調整弁５３２は閉弁される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で第３制御弁５０４、室内凝縮器３、第１調整弁５３１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻り、他方で第１制御弁４、室外熱交換器５、差圧オリフィス４１４、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００７８】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が第１調整弁５３１にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が差圧オリフィス４１４にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００７９】
一方、図１０（Ｃ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁４が閉弁される一方、第２制御弁６，第３制御弁５０４，第１調整弁５３１および第２調整弁５３２が開弁される。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、第１調整弁５３１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、第２調整弁５３２、室外熱交換器５、第２制御弁６、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００８０】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。そして、第１調整弁５３１にて断熱膨張された冷温・低圧の液冷媒が、蒸発器７にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。一方、第２調整弁５３２にて断熱膨張された冷温・低圧の液冷媒は、室外熱交換器５にて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第２制御弁６の前後差圧により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００８１】
また、図１０（Ｄ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４および第１調整弁５３１が閉弁される一方、第２制御弁６，第３制御弁５０４および第２調整弁５３２が開弁される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、第３制御弁５０４、室内凝縮器３、第２調整弁５３２、室外熱交換器５、第２制御弁６、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００８２】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第２調整弁５３２にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。
【００８３】
また、図１０（Ｅ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁４，第２制御弁６および第２調整弁５３２が閉弁される一方、第３制御弁５０４および第１調整弁５３１が開弁される。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、第３制御弁５０４、室内凝縮器３、第１調整弁５３１、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００８４】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、第１調整弁５３１にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。
【００８５】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、冷凍サイクルの構成が若干異なる以外は第５実施形態とほぼ同様の構成を有する。このため、第５実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１１は、第６実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【００８６】
車両用冷暖房装置６０１は、第５実施形態における第１制御弁４と第３制御弁５０４とを制御弁６０４に置き換え、第１調整弁５３１と第２調整弁５３２とを調整弁６３０に置き換えたものである。制御弁６０４は複数の弁部を有する三方弁であるが、第１通路４２１と第２通路４２２とを同時に開くことが可能な電磁弁として構成されている。調整弁６３０も複数の弁部を有する三方弁であるが、第４通路４２４につながる内部通路と、第５通路４２５につながる内部通路とを同時に開くことが可能な電磁弁として構成されている。調整弁６３０の上流側には逆止弁５１２が配設されている。
【００８７】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図１２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は特定冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。
【００８８】
図１２（Ａ）に示すように、特定冷房運転時においては、制御弁６０４が第２通路４２２を開く弁部のみを開弁させ、調整弁６３０は閉弁されている。このため、冷媒は室内凝縮器３を通過せず、室内凝縮器３は実質的に機能しなくなる。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５を経て凝縮され、差圧オリフィス４１４にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。すなわち、車室内に導入された空気は室内凝縮器３にて加熱されることなく車内に供給される。
【００８９】
また、図１２（Ｂ）に示すように、冷房運転時においては、制御弁６０４が、第１通路４２１を開く弁部および第２通路４２２を開く弁部の双方を開弁させ、調整弁６３０は、第４通路４２４につながる内部通路を開く弁部のみを開弁させる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が調整弁６３０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が差圧オリフィス４１４にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。
【００９０】
一方、図１２（Ｃ）に示すように、暖房運転時においては、制御弁６０４が第１通路４２１を開く弁部のみを開弁させ、調整弁６３０は、第４通路４２４につながる内部通路を開く弁部および第５通路４２５につながる内部通路を開く弁部の双方を開弁させる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。そして、調整弁６３０にて断熱膨張された冷温・低圧の液冷媒が、一方で蒸発器７に導かれて蒸発し、他方で室外熱交換器５に導かれて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第２制御弁６の前後差圧により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、その除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００９１】
また、図１２（Ｄ）に示すように、特定暖房運転時においては、制御弁６０４が第１通路４２１を開く弁部のみを開弁させ、調整弁６３０は、第５通路４２５につながる内部通路を開く弁部のみを開弁させる。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、調整弁６３０にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。すなわち、冷温・低圧の液冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。
【００９２】
また、図１２（Ｅ）に示すように、特殊暖房運転時においては、制御弁６０４が第１通路４２１を開く弁部のみを開弁させ、調整弁６３０は、第４通路４２４につながる内部通路を開く弁部のみを開弁させる。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、調整弁６３０にて断熱膨張されて冷温・低圧の液冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。
【００９３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００９４】
上記実施形態では、冷凍サイクルを構成する室内凝縮器３をダクト１０内に配置して熱交換を行う例を示した。変形例においては、エンジンの冷却水を利用して熱交換を行う構成としてもよい。図１３は、変形例に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本変形例は、第１実施形態の車両用冷暖房装置を変形したものに該当する。
【００９５】
車両用冷暖房装置７０１においては、圧縮機２と室外熱交換器５との間に第１実施形態のような室内凝縮器３は設けられておらず、その代わりに熱交換装置７１０が設けられている。熱交換装置７１０は、冷却水を汲み上げるポンプ７１２、放熱器７１４および熱交換器７１６を備え、これらの装置を冷却水の循環回路が接続している。
【００９６】
放熱器７１４は、第１実施形態の室内凝縮器３に代わってダクト１０内に配置され、その上流側にエアミックスドア１４が配設されている。熱交換器７１６は、圧縮機２から室外熱交換器５へ向かう高温の冷媒と、ポンプ７１２から放熱器７１４へ向かう冷却水との間で熱交換を行う。そして、熱交換器７１６で温められた冷却水（温水）が放熱器７１４を通過する過程で、上流側から流れてきた空気を加熱する。すなわち、蒸発器７にて冷却・除湿された空気は、その放熱器７１４を通過することで温度調整される。このような構成においても、暖房運転時に第２制御弁６の前後差圧を調整することで、循環する冷媒を室外熱交換器５および蒸発器７にて適度な割合で蒸発させることができる。なお、本変形例は、第１実施形態の車両用冷暖房装置を変形したものに該当するが、本構成は第２〜第６実施形態のいずれにも置き換えることができる。
【００９７】
また、上記実施形態では、第２制御弁６を定差圧弁として構成したが、前後差圧を調整可能な他の電磁弁として構成してもよい。例えば、供給電流に応じた一定の流量となるよう冷媒の流れを制御し、その結果、前後差圧を変化させることが可能な流量制御弁であってもよい。あるいは、供給電流に応じた弁開度となり、その結果、前後差圧を変化させることが可能な比例弁であってもよい。ただし、蒸発比率について安定した制御を行う観点からは、上記実施形態のように前後差圧を直接制御できる定差圧弁のほうが好ましい。
【００９８】
なお、上記実施形態においては、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【符号の説明】
【００９９】
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 １０ ダクト、 １２ 室内送風機、 １４ エアミックスドア、 １６ 室外送風機、 １８，２０ オリフィス、 １００ 制御部、 ２０１ 車両用冷暖房装置、 ２０４ 第１制御弁、 ２１０ 膨張弁、 ２１２ バイパス通路、 ２１４ 逆止弁、 ２１６ バイパス通路、 ２１８ 第３制御弁、 ２２０ 第４制御弁、 ２２１ 第１通路、 ２２２ 第２通路、 ２２３ 第３通路、 ２２４ 分岐通路、 ３０１ 車両用冷暖房装置、 ３２０ 第４制御弁、 ４０１ 車両用冷暖房装置、 ４１０ アクチュエータブロック、 ４１２ バランスオリフィス、 ４１４ 差圧オリフィス、 ４２１ 第１通路、 ４２２ 第２通路、 ４２３ 第３通路、 ４２４ 第４通路、 ４２５ 第５通路、 ４２６ バイパス通路、 ４２７ 戻り通路、 ４３１ 第１オリフィス、 ４３２ 第２オリフィス、 ４３５ 差圧弁、 ４３６ オリフィス、 ５０１ 車両用冷暖房装置、 ５０４ 第３制御弁、 ５１０ アクチュエータブロック、 ５１２ 逆止弁、 ５３１ 第１調整弁、 ５３２ 第２調整弁、 ６０１ 車両用冷暖房装置、 ６０４ 制御弁、 ６３０ 調整弁、 ７０１ 車両用冷暖房装置、 ７１０ 熱交換装置、 ７１２ ポンプ、 ７１４ 放熱器、 ７１６ 熱交換器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、
車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
前記室内蒸発器が機能するとともに前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに前記室外熱交換器の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁と、
前記制御弁への供給電流を制御して前記制御弁の前後差圧を調整する制御部と、
を備えたことを特徴とする車両用冷暖房装置。
【請求項２】
前記室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器をさらに備え、
前記補助凝縮器が放出する熱が、前記室内蒸発器を通過した空気の加熱に用いられることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項３】
前記室内蒸発器が機能するとともに前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに前記制御弁のさらに下流側となる位置に、前記室内蒸発器が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項４】
前記室内蒸発器が機能するとともに前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに前記制御弁のさらに下流側となる位置に、前記室内蒸発器から前記圧縮機に冷媒を戻す戻り通路との合流部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項５】
前記制御弁として、前後差圧が供給電流値に応じた一定の値となるように動作する定差圧弁が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
車室外に配置され、冷房運転時に冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する室外熱交換器と、
車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
前記室内蒸発器が機能するとともに前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに前記室外熱交換器の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁と、
前記制御弁への供給電流を制御して前記制御弁の前後差圧を調整する制御部と、
を備えたことを特徴とする車両用冷暖房装置。
【請求項２】
前記室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器をさらに備え、
前記補助凝縮器が放出する熱が、前記室内蒸発器を通過した空気の加熱に用いられることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項３】
前記室内蒸発器が機能するとともに前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに前記制御弁のさらに下流側となる位置に、前記室内蒸発器が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項４】
前記室内蒸発器が機能するとともに前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに前記制御弁のさらに下流側となる位置に、前記室内蒸発器から前記圧縮機に冷媒を戻す戻り通路との合流部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項５】
前記制御弁として、前後差圧が供給電流値に応じた一定の値となるように動作する定差圧弁が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１８３９８８（Ｐ２０１１−１８３９８８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３４１８（Ｐ２０１０−５３４１８）
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
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