JP6589242B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルを用いる車両用空調装置に関するものである。

電気自動車等のエンジンを具備しない車両においては、ヒートポンプサイクルを利用して暖房運転を行う空調装置が用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。

この種の車両用空調装置は、冷媒を、気相と液相に変化させつつ循環させて熱エネルギーを移動させるヒートポンプサイクルと、ヒートポンプサイクルの室内熱交換器（エバホレータ及びコンデンサ）内の冷媒と空調空気との間で熱交換を行い、温度や湿度を調整した空調空気を車室内に吹き出す空調ユニットと、乗員によるスイッチ操作や検出温度の変化等に応じてヒートポンプサイクルと空調ユニットを制御する制御装置と、を備えている。

ヒートポンプサイクルは、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサと、コンプレッサから吐出された高温・高圧の冷媒を導入して、その冷媒の温熱を空調ユニット内の空調空気と熱交換するコンデンサと、コンデンサを通過した冷媒を減圧して膨張させる第１膨張弁と、導入された冷媒の熱を外気と熱交換する室外熱交換器と、室外熱交換器を通過した冷媒を減圧して膨張させる第２膨張弁と、第２膨張弁を通過した低温・低圧の冷媒を導入して、その冷媒の冷熱を空調ユニット内の空調空気と熱交換するエバポレータと、を備えている。

空調ユニットは、空調空気が通過するダクトの内部に、空調空気を除熱する除熱部と、空調空気を加熱する加熱部と、加熱部を通過する空調空気と加熱部を迂回する空調空気の割合を調整するエアミックス装置と、が配置されている。除熱部には、ヒートポンプサイクルのエバポレータが配置され、加熱部には、ヒートポンプサイクルのコンデンサが配置されている。

制御装置は、乗員によるスイッチ操作や検出温度の変化等に応じて、複数の運転モードのうちからいずれかの運転モードを選択し、その選択した運転モードによって空調運転を行う。運転モードは、例えば、以下のものを含む。
（１）冷房運転モード
コンプレッサから吐出された冷媒を、室外熱交換器、第２膨張弁、エバポレータの順に順次流してコンプレッサの吸入部に戻し、エバポレータでの除熱を実行する運転モード。
（２）暖房運転モード（非除湿暖房運転モード）
コンプレッサから吐出された冷媒を、コンデンサ、第１膨張弁、室外熱交換器の順に順次流してコンプレッサの吸入部に戻し、コンデンサでの加熱を実行する運転モード。
（３）除湿暖房運転モード
コンプレッサから吐出された冷媒を、コンデンサ、第１膨張弁、エバポレータの順に順次流してコンプレッサの吸入部に戻し、エバポレータでの除熱とコンデンサでの加熱を実行する運転モード。

ところで、上記の除湿暖房運転モードでは、空調空気に対してエバポレータとコンデンサによって除湿と加熱を行っているが、ヒートポンプサイクルにおいては、例えば、コンプレッサの回転数を増大させることによってコンデンサの加熱能力を高めようとすると、このときエバポレータの除熱能力も同時に高められてしまうため、空調空気の適切な昇温が難しくなる。

このため、この対策として、空調ユニット内の加熱部に、ヒートポンプサイクルのコンデンサとともに、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ等の別の加熱装置を配置することが考えられている。この場合、ヒートポンプサイクルのエバポレータで除湿を実行しつつ、エバポレータと別の加熱装置で空調空気の加熱を実行する。これにより、エバポレータの冷却能力過多を招くことなく、空調空気の適切な昇温が可能になる。

特開２００９−２０２７３５号公報

上述の車両用空調装置は、エバポレータによる除熱と加熱装置による加熱を実行する除湿暖房運転モードを持つ。除湿暖房運転モードでは、コンプレッサから吐出された冷媒をコンデンサに導入せずに、直接室外熱交換器に導入することが望まれる。つまり、コンデンサを迂回してコンプレッサの吐出部と室外熱交換器を接続するバイパス通路を設け、コンプレッサから吐出された冷媒を、バイパス通路を通して室外熱交換器に直接導入することが望まれる。この場合、除湿暖房運転時に、エバポレータの除熱能力を単独で制御できるため、空調空気の湿度と温度をより適切に制御することが可能になる。

しかしながら、このような構成を採用した車両用空調装置の場合も、運転モードが除湿暖房運転モードから非除湿暖房運転モードに遷移するときに、空調空気が低温状態のコンデンサを通過することによって、乗員の快適性が損なわれることが懸念される。
即ち、上記の車両用空調装置の場合、除湿暖房運転モードのときには、コンデンサの内部に高温・高圧の冷媒が導入されないため、コンデンサ自体が冷却された状態となっている。このため、除湿暖房モードが長時間続いた後に運転モードが非除湿暖房運転モードに切り換えられると、空調空気が冷媒によって充分に加熱される前のコンデンサに当たり、空調空気が冷風となって車室内に吹き出されてしまう。

そこで本発明は、空調運転中における乗員の快適性を高めることができる車両用空調装置を提供しようとするものである。

本発明に係る車両用空調装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る車両用空調装置は、冷媒を、気相と液相に変化させつつ循環させて熱エネルギーを移動させるヒートポンプサイクル（例えば、実施形態のヒートポンプサイクル１２）と、空気取込口から取り入れた空調空気の温度と湿度の少なくとも一方を調整し、調整した空調空気を車室内に吹き出す空調ユニット（例えば、実施形態の空調ユニット１１）と、運転モードに応じて、前記ヒートポンプサイクルと前記空調ユニットを制御する制御装置（例えば、実施形態の制御装置１３）と、を備えた車両用空調装置であって、前記ヒートポンプサイクルは、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサ（例えば、実施形態のコンプレッサ２１）と、前記コンプレッサから吐出された冷媒を導入してその冷媒の温熱を空調空気と熱交換するコンデンサ（例えば、実施形態のコンデンサ５５）と、前記コンデンサを通過した冷媒を減圧して膨張させる第１膨張弁（例えば、実施形態の第１膨張弁２２）と、導入された冷媒の熱を外気と熱交換する室外熱交換器（例えば、実施形態の室外熱交換器２４）と、前記室外熱交換器を通過した冷媒を減圧して膨張させる第２膨張弁（例えば、実施形態の第２膨張弁２９）と、前記第２膨張弁を通過した冷媒を導入してその冷媒の冷熱を空調空気と熱交換するエバポレータ（例えば、実施形態のエバポレータ５３）と、前記コンデンサと前記第１膨張弁を経由して、前記コンプレッサの吐出部と前記室外熱交換器とを接続する加熱空調用主通路（例えば、実施形態の加熱空調用主通路４１）と、前記コンデンサと前記第１膨張弁を迂回して、前記コンプレッサの吐出部と前記室外熱交換器とを接続する第１バイパス通路（例えば、実施形態の第１バイパス通路４２）と、前記第２膨張弁と前記エバポレータを経由して、前記室外熱交換器と前記コンプレッサの吸入部とを接続する除熱空調用主通路（例えば、実施形態の除熱空調用主通路４３）と、前記第２膨張弁と前記エバポレータを迂回して、前記室外熱交換器と前記コンプレッサの吸入部とを接続する第２バイパス通路（例えば、実施形態の第２バイパス通路４４）と、を備え、前記空調ユニットは、空調空気が内部を通過するダクト（例えば、実施形態のダクト５１）と、前記ダクトに流入した空調空気を除熱する除熱部（例えば、実施形態の除熱部３５）と、前記ダクトに流入した空調空気を加熱する加熱部（例えば、実施形態の加熱部３６）と、前記ダクト内で前記加熱部を通過する空調空気と前記加熱部を迂回する空調空気の割合を調整するエアミックス装置（例えば、実施形態のエアミックスドア５４）と、を備え、前記除熱部に、前記エバポレータが設けられ、前記加熱部に、前記コンデンサと、当該コンデンサと別の加熱装置（例えば、実施形態のＰＴＣヒータ５６）とが設けられており、前記運転モードは、少なくとも、前記コンプレッサから吐出された冷媒を、前記室外熱交換器、前記除熱空調用主通路の順に流して前記コンプレッサに戻す冷房運転モードと、前記コンプレッサから吐出された冷媒を、前記加熱空調用主通路、前記室外熱交換器、前記第２バイパス通路の順に流して前記コンプレッサに戻す非除湿暖房運転モードと、前記コンプレッサから吐出された冷媒を、前記第１バイパス通路、前記室外熱交換器、前記除熱空調用主通路の順に流して前記コンプレッサに戻し、かつ、前記加熱装置を作動させる除湿暖房運転モードと、を含み、前記制御装置は、前記除湿暖房運転モードで運転しているときには、前記除湿暖房運転モードから前記非除湿暖房運転モードへのモード遷移を禁止することを特徴とする。

冷房運転モードの場合、コンプレッサから吐出された冷媒が室外熱交換器に導入され、その冷媒が室外熱交換器において外気と熱交換される。また、室外熱交換器を通過した冷媒は、除熱空調用主通路の第２膨張弁を通過してエバポレータに導入され、エバポレータからコンプレッサの吸入部に戻される。このとき、エバポレータに導入された低温・低圧の冷媒は空調空気と熱交換されて気化し、空調空気は冷媒によって除熱される。空調ユニットからは、エバポレータによって除熱された空調空気が車室内に吹き出される。
非除湿暖房運転モードの場合、コンプレッサから吐出された冷媒が加熱空調主通路のコンデンサと第１膨張弁を通過して室外熱交換器に導入され、室外熱交換器から第２バイパス通路４４を通ってコンプレッサの吸入部に戻される。このとき、コンデンサに導入された高温・高圧の冷媒は空調空気と熱交換されて凝縮し、空調空気は冷媒の熱を受けて加熱される。空調ユニットでは、空調空気がエバポレータによって除熱されることなくコンデンサによって加熱される。空調ユニットからは加熱された空調空気が車室内に吹き出される。
除湿暖房運転モードの場合、コンプレッサから吐出された冷媒が第１バイパス通路を通って室外熱交換器に導入され、室外熱交換機を通過した冷媒が、除熱空調用主通路の第２膨張弁を通過してエバポレータに導入された後にエバポレータからコンプレッサの吸入部に戻される。このとき、エバポレータに導入された低温・低圧の冷媒は空調空気と熱交換されて気化し、空調空気は冷媒によって除熱されて湿気を除去される。一方、空調空気は、空調ユニット内の加熱装置を通過するときに、加熱装置によって加熱される。この結果、空調ユニットからは、除湿された加熱空気が車室内に吹き出される。
ここで、車両用空調装置が除湿暖房運転モードで運転しているときには、ヒートポンプサイクルのコンデンサには高温・高圧の冷媒が導入されない。このため、除湿暖房運転モードでの運転が続くとコンデンサが冷却され、この状態から非除湿暖房運転モードに遷移すると、遷移直後に冷却状態のコンデンサによって空調空気が冷却されてしまう。しかし、本発明に係る車両用空調装置は、制御装置が除湿暖房運転モードから非除湿暖房運転モードへの遷移を禁止するため、コンデンサで冷却された空調空気が車室内に吹き出されるのを抑制することができる。

前記ヒートポンプサイクルは、前記室外熱交換器と前記コンプレッサの吸入部側を接続する通路を、前記除熱空調用主通路と前記第２バイパス通路のいずれかに切り換える通路切換部（例えば、実施形態の冷房弁２６，暖房弁３２）を有し、前記通路切換部は、前記冷房運転モードから前記非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、前記除熱空調用主通路を閉じ前記第２バイパス通路を開くときに、前記第２バイパス通路の開度を段階的に増大させることが可能な開度調整弁（例えば、実施形態の暖房弁３２）を有する構成であっても良い。
冷房運転モード時に、室外熱交換器とコンプレッサの吸入部とが除熱空調用主通路を通して接続されているときには、除熱空調用主通路内の第２膨張弁の前後の差圧が大きくなっている。このため、このとき室外熱交換器の内部の冷媒の圧力はコンプレッサの吸入部側の圧力に対して相対的に大きくなっている。これに対し、非除湿暖房運転モード時に、室外熱交換器とコンプレッサの吸入部とが第２バイパス通路を通して接続されているときには、室外熱交換器の内部の圧力がコンプレッサの吸入部とほぼ同圧の低い圧力に維持されている。このため、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードに遷移するときに第２バイパス通路が急激に開かれると、室外熱交換器内の高圧の冷媒がコンプレッサの吸入部側に急激に抜けて異音を発生する可能性が考えられる。この車両用空調装置においては、通路切換部が開度調整弁を有し、開度調整弁が第２バイパス通路の開度を段階的に開くことができるため、通路の切換初期に開度調整弁を一旦小開口面積で開口させることができる。これにより、通路の切換時に、室外熱交換器とコンプレッサの吸入部の間の圧力差を段階的に小さくし、室外熱交換器内の高圧の冷媒がコンプレッサの吸入部側に急激に抜けることによる異音の発生を抑制することができる。

前記ヒートポンプサイクルは、前記室外熱交換器と前記コンプレッサの吸入部側を接続する通路を、前記除熱空調用主通路と前記第２バイパス通路のいずれかに切り換える通路切換部（例えば、実施形態の冷房弁２６，暖房弁３２）を有し、前記第２膨張弁は、前記冷房運転モードから前記非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、前記通路切換部が前記除熱空調用主通路を閉じ前記第２バイパス通路を開くときに、通常使用時の弁開度よりも弁開度を増大させることが可能な開度調整機構を有する構成であっても良い。
冷房運転モードから非除湿暖房運転モードに遷移するときに第２バイパス通路が急激に開かれると、室外熱交換器内の高圧の冷媒がコンプレッサの吸入部側に急激に抜けて異音を発生する可能性が考えられる。この車両用空調装置においては、第２バイパス弁が通常使用時の弁開度よりも弁開度を増大させることができる開度調整機構を有しているため、通路切換部が除熱空調用主通路を閉じ、第２バイパス通路を開くときに、第２バイパス弁が弁開度を増大させることにより、第２膨張弁の上流側の圧力と下流側の圧力を速やかに近づけることができる。このため、通路の切換時に、室外熱交換器内の高圧の冷媒がコンプレッサの吸入部側に急激に抜けることによる異音の発生を抑制することができる。

本発明によれば、制御装置が除湿暖房運転モードから非除湿暖房運転モードへの遷移を禁止するため、冷却された空調空気が暖房運転時に車室内に吹き出されるのを抑制し、空調運転中における乗員の快適性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の構成図であり、冷房運転モード時における作動を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の構成図であり、非除湿暖房運転モード時における作動を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の構成図であり、強冷房運転モード時における作動を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の構成図であり、除湿暖房運転モード時における作動を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の構成図であり、除霜運転モード時における作動を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、流路内の濃いドット部分は冷媒が高圧である部分を示し、流路内の薄いドット部分は冷媒が低圧である部分を示している。
図１〜図５は、本実施形態に係る車両用空調装置１０の構成図であり、各運転モード時における作動状態を示す図である。
本実施形態に係る車両用空調装置１０は、例えば、車両の駆動源としてエンジン（内燃機関）を具備していない電気自動車等に搭載される。車両用空調装置１０は、冷媒を、気相と液相に変化させつつ循環させて熱エネルギーを移動させるヒートポンプサイクル１２と、空調空気の温度と湿度の少なくとも一方を調整して車室内に吹き出す空調ユニット１１と、ヒートポンプサイクル１２と空調ユニット１１を制御する制御装置１３と、を備えている。

空調ユニット１１は、空調空気が流通するダクト５１を有し、ダクト５１の内部に、ブロア５２と、エバポレータ５３と、エアミックスドア５４と、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ５６と、コンデンサ５５と、が配置されている。

ダクト５１は、空調空気の流通方向における上流側に位置する空気取込口５７、及び下流側に位置する空気吹き出し口５８を有している。そして、上述したブロア５２、エバポレータ５３、エアミックスドア５４、ＰＴＣヒータ５６、及び、コンデンサ５５は、空調空気の流通方向の上流側から下流側に向けてこの順で配置されている。

ブロア５２は、例えば、制御装置１３による制御により印加される駆動電圧に応じて駆動し、空気取込口５７を通してダクト５１内に取り込まれた空調空気（内気及び外気の少なくとも一方）を、下流側に向けて送出する。

エバポレータ５３は、内部に流入した低温・低圧の冷媒と周囲を通過する空調空気（ダクト５１内を流れる空気）との間で熱交換を行い、冷媒が蒸発する際の吸熱によって、エバポレータ５３の周囲を通過する空調空気を冷却する。エバポレータ５３は、ダクト５１内のブロア５２の下流に位置される除熱部３５に設けられている。

コンデンサ５５は、内部を通過する高温・高圧の冷媒によって放熱可能であって、コンデンサ５５の周囲を通過する空調空気を加熱する。

ＰＴＣヒータ５６は、ダクト５１内のエバポレータ５３よりも下流側で、かつコンデンサ５５よりも上流側の位置に配置されている。ＰＴＣヒータ５６は、温度の上昇とともに抵抗値が増大するＰＴＣ素子を内蔵し、ＰＴＣヒータ５６の周囲を通過する空調空気を加熱する。ＰＣＴヒータ５６は、コンデンサ５５とともにダクト５１内のエバポレータ５３よりも下流に位置される加熱部３６に設けられている。

エアミックスドア５４は、制御装置１３による制御により駆動する不図示の駆動手段によって回動可能とされる。具体的に、エアミックスドア５４は、ダクト５１内のうち、加熱部（ＰＴＣヒータ５６、及び、コンデンサ５５）に向かう通風経路（加熱経路）を開放する加熱位置（図２，図５参照）と、加熱部３６（ＰＴＣヒータ５６、及び、コンデンサ５５）を迂回する通風経路（冷却経路）を開放する冷却位置（図３参照）と、の間で回動する。また、エアミックスドア５４は、加熱位置と冷却位置の間で回動操作されることにより、加熱部３６を通る空調空気と、加熱部３６を迂回する空調空気の割合を調整し、それによって空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される空調空気の温度を調整する。

ヒートポンプサイクル１２は、上述したエバポレータ５３及びコンデンサ５５と、コンプレッサ２１、遮断弁３４、第１膨張弁２２、バイパス弁２３、室外熱交換器２４、冷房弁２６、レシーバタンク２５、サブコンデンサ２７、冷房用補助熱交換器３１、第２膨張弁２９、暖房弁３２、及び、気液分離器３３と、を備え、これら各構成部材が冷媒流路を介して接続されている。

コンプレッサ２１は、吸入部が気液分離器３３に接続され、吐出部がコンデンサ５５側に接続されている。コンプレッサ２１は、制御装置１３による制御によって駆動される駆動手段の駆動力を受けて駆動され、気液分離器３３から冷媒の主に気体分を吸入するとともに、この冷媒を圧縮した後に、高温・高圧の冷媒としてコンデンサ５５側に吐出する。

第１膨張弁２２は、制御装置１３による制御によって開度調整が可能な絞り弁であって、主に暖房運転の実行時に、コンデンサ５５から吐出された冷媒を減圧して膨張させた後、低温かつ低圧で気液２相（液相リッチ）の噴霧状の冷媒として室外熱交換器２４に吐出する。
なお、コンプレッサ２１の吐出部からコンデンサ５５を経由して第１膨張弁２２に至る通路は、加熱空調用主通路４１とされている。

加熱空調用主通路４１のうちのコンプレッサ２１とコンデンサ５５の間には、制御装置１３による制御によって開閉される遮断弁３４が介装されている。また、加熱空調用主通路４１のうちのコンプレッサ２１と遮断弁３４の間の部分は、第１バイパス通路４２を介して第１膨張弁２２の下流部分に接続されている。第１バイパス通路４２には、制御装置１３によって開閉制御されるバイパス弁２３が介装されている。

制御装置１３による制御により、バイパス弁２３が閉じられ、かつ遮断弁３４が開かれると、コンデンサ５５から吐出された冷媒は、加熱空調用主通路４１内のコンデンサ５５と第１膨張弁２２を通って室外熱交換器２４に流入する。一方、制御装置１３により、遮断弁３４が閉じられ、かつバイパス弁２３が開かれると、コンデンサ５５から吐出された冷媒は、第１バイパス通路４２を通って高温・高圧の状態で室外熱交換器２４に流入する。

室外熱交換器２４は、内部に流入した冷媒と室外雰囲気との間で熱交換を行なう。室外熱交換器２４は、主に暖房運転の実行時に、内部を通過する低温かつ低圧の冷媒によって室外雰囲気から吸熱可能であって、室外雰囲気からの吸熱によって冷媒を気化させる。また、室外熱交換器２４は、主に冷房運転の実行時に、内部を通過する高温・高圧の冷媒によって室外雰囲気へと放熱可能であって、室外雰囲気への放熱によって冷媒を冷却する。

冷房弁２６は、冷媒流路のうち、室外熱交換器２４の下流部に接続された除熱空調用主通路４３上に設置され、制御装置１３により開閉制御される。冷房弁２６は、主に冷房運転の実行時に開状態とされ、主に暖房運転の実行時に閉状態とされる。

レシーバタンク２５は、除熱空調用主通路４３のうち、冷房弁２６の下流側に設置されている。レシーバタンク２５は、主に冷房運転時に、室外熱交換器２４を通過して除熱空調用主通路４３内に流入した冷媒のうち、余剰の冷媒を貯留する。

サブコンデンサ２７は、除熱空調用主通路４３のうち、レシーバタンク２５よりも下流側に設置され、内部に流入した冷媒と室外雰囲気との間で熱交換を行う。

第２膨張弁２９は、除熱空調用主通路４３のうちのエバポレータ５３の上流側に配置されている。第２膨張弁２９は、制御装置１３によって弁開度を制御される電磁式の絞り弁によって構成されている。第２膨張弁２９は、除熱空調用主通路４３を通過する冷媒を、減圧して膨張させた後、低温かつ低圧で気液２相（気相リッチ）の噴霧状の冷媒としてエバポレータ５３に吐出する。なお、第２膨張弁２９は、電磁式の絞り弁によって、通常使用時の弁開度よりも弁開度を増大させることが可能な図示しない開度調整機構を有している。

冷房用補助熱交換器３１は、除熱空調用主通路４３のうち、第２膨張弁２９よりも上流側に位置する上流部分と、エバポレータ５３よりも下流側に位置する下流部分との間に跨るように配置されている。冷房用補助熱交換器３１は、冷房運転の実行時において、上述した上流部分及び下流部分の間で熱交換を行い、上流部分の冷媒をエバポレータ５３内に流入する前に冷却する。
なお、本実施形態における除熱空調用主通路４３は、室外熱交換器２４の下流部から冷房弁２６、レシーバタンク２５、サブコンデンサ２７、冷房用補助熱交換器３１、第２膨張弁２９、エバポレータ５３を経由して気液分離器３３に接続される通路である。

暖房弁３２は、除熱空調用主通路４３を迂回して室外熱交換器２４の下流部と気液分離器３３を接続する第２バイパス通路４４上に設置されている。暖房弁３２は、第２バイパス通路４４の開閉と、開度量の多段階の調整が可能な電磁式の開度調整弁によって構成されている。暖房弁３２は制御装置１３によって制御される。暖房弁３２は、主に暖房運転の実行時に開状態とされ、主に冷房運転の実行時に閉状態とされる。
また、暖房弁３２は、冷房弁２６とともに、室外熱交換器２４とコンプレッサ２１の吸入部側を接続する通路を、除熱空調用主通路４３と第２バイパス通路４４のいずれかに切り換える通路切換部を構成している。

気液分離器３３は、除熱空調用主通路４３の下流端と第２バイパス通路４４の下流端を接続する合流部４６と、コンプレッサ２１の吸入部と、の間に配置されている。気液分離器３３は、合流部４６から流入した冷媒を気液に分離し、冷媒の余剰の液体分（液相）を内部に貯留するとともに、冷媒の主に気体分（気相）をコンプレッサ２１に吸入させる。

また、本実施形態に係る車両用空調装置１０は、複数の運転モードを持ち、運転者によるスイッチ操作や各部の検出温度の変化等に応じて、いずれかの運転モードが選択されて実効される。車両用空調装置１０は、以下の運転モードを持つ。

（ａ）冷房運転モード
図１に示すように、コンプレッサ２１から吐出された冷媒を、加熱空調用主通路４１（コンデンサ５５、及び、第１膨張弁２２）、室外熱交換器２４、除熱空調用主通路４３（第２膨張弁２９、エバポレータ５３）の順に流してコンプレッサ２１に戻す運転モード。なお、この運転モードのときには、第１膨張弁２２の開口面積が拡大される。
この運転モードで運転が行われると、空調ユニット１１のダクト５１内を通過する空調空気がエバポレータ５３によって除熱され、その空調空気が空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される。空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される空調空気の温度は、エアミックスドア５４の開度制御によって制御される。

（ｂ）非除湿暖房運転モード
図２に示すように、コンプレッサ２１から吐出された冷媒を、加熱空調用主通路４１（コンデンサ５５、及び、第１膨張弁２２）、室外熱交換器２４、第２バイパス通路４４の順に流してコンプレッサ２１に戻す運転モード。
この運転モードで運転が行われると、空調ユニット１１のダクト５１内を通過する空調空気がコンデンサ５５によって加熱され、その空調空気が空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される。この場合も、空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される空調空気の温度は、エアミックスドア５４の開度制御によって制御される。

（ｃ）強冷房運転モード
図３に示すように、コンプレッサ２１から吐出された冷媒を、第１バイパス通路４２、室外熱交換器２４、除熱空調用主通路４３（第２膨張弁２９、及び、エバポレータ５３）の順に流してコンプレッサ２１に戻す運転モード。
この運転モードで運転が行われると、空調ユニット１１のダクト５１内を通過する空調空気がエバポレータ５３によって除熱され、その空調空気が空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される。この運転モードのときには、コンプレッサ２１から吐出された冷媒がコンデンサ５５や第１膨張弁２２を通過せずに直接室外熱交換器２４に導入されるため、エバポレータ５３による除熱能力を効率良く高めることができる。

（ｄ）除湿暖房運転モード
図４に示すように、コンプレッサ２１から吐出された冷媒を、第１バイパス通路４２、室外熱交換器２４、除熱空調用主通路４３（第２膨張弁２９、及び、エバポレータ５３）の順に流してコンプレッサ２１に戻し、かつ、ＰＴＣヒータ５６（加熱装置）を作動させる運転モード。
この運転モードで運転が行われると、空調ユニット１１のダクト５１内を通過する空調空気がエバポレータ５３によって除熱された後に、ＰＴＣヒータ５６によって加熱され、その空調空気が空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される。この運転モードのときには、エバポレータ５３による除熱能力と、ＰＴＣヒータ５６による加熱能力を独立して適切に制御することができる。また、空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される空調空気の温度は、エアミックスドア５４の開度制御によって制御される。

（ｅ）除霜運転モード
加熱空調用主通路４１内の第１膨張弁２２の開口面積を拡大し、その状態で図５に示すように、コンプレッサ２１から吐出された冷媒を、加熱空調用主通路４１（コンデンサ５５、及び、第１膨張弁２２）、室外熱交換器２４、第２バイパス通路４４の順に流してコンプレッサ２１に戻す運転モード。
この運転モードで運転が行われると、コンプレッサ２１から吐出された高温・高圧の冷媒が、第１膨張弁２２を通過して比較的高温のまま室外熱交換器２４に導入される。これにより、室外熱交換器２４に導入された冷媒の熱によって室外熱交換器２４に付着した霜が取り除かれる。

制御装置１３は、基本的に、運転者によるスイッチ操作や各部の検出温度の変化等に応じて上記のいずれかの運転モードを選択して実行する。また、いずれかの運転モードで運転しているときに他の運転モードが選択されたときには、基本的に選択された運転モードに遷移してその運転モードを実行する。ただし、制御装置１３は、除湿暖房運転モードで運転しているときには、除湿暖房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移を禁止する。このとき、非除湿暖房運転モードの選択に拘わらず除湿暖房運転モードでの運転が継続されることになるが、エアミックスドア５４を加熱位置に固定する等して空気吹き出し口５８から車室内に吹き出される空調空気の温度を昇温する。

また、制御装置１３は、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、除熱空調用主通路４３を閉じ第２バイパス通路４４を開くときには、第２バイパス通路４４の開度が段階的に増大するように暖房弁３２の開度を制御する。具体的には、制御装置１３は、第２バイパス通路４４を開く初期段階では暖房弁３２を小さい開度で開口し、その後に所定時間の経過を待って暖房弁３２の開度を増大させる。これにより、室外熱交換器２４内の高圧の冷媒は、第２バイパス通路４４を小開口面積で開く初期段階で気液分離器３３方向に緩やかに流れ込み、室外熱交換器２４と気液分離器３３の吸入部との間の圧力差が縮小される。

また、制御装置１３は、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、除熱空調用主通路４３を閉じ第２バイパス通路４４を開くときには、第２膨張弁２９の弁開度を通常使用時の弁開度よりも増大させるように、第２膨張弁２９の弁開度を制御する。具体的には、制御装置１３は、通路の切換初期の段階で第２膨張弁２９の弁開度を増大させ、第２膨張弁２９の前後の圧力差が小さくなった時点で第２膨張弁２９の弁開度を通常使用時の弁開度に戻す。これにより、室外熱交換器２４と気液分離器３３の吸入部との間の圧力差が早期に縮小される。

以上のように、本実施形態に係る車両用空調装置１０は、除湿暖房運転モードで運転しているときには、制御装置１３が除湿暖房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移を禁止するようになっている。このため、運転モードが除湿暖房運転モードから非除湿暖房運転モードに急激に切り換わることによって、冷却された空調空気が車室内に吹き出されるのを抑制することができる。
即ち、除湿暖房運転モードで運転しているときにはコンデンサ５５に高温・高圧の冷媒が導入されないため、除湿暖房運転モードでの運転が続くとコンデンサ５５が冷却され、この状態から非除湿暖房運転モードに遷移すると、遷移直後に冷却状態のコンデンサ５５によって空調空気が冷却されてしまうが、本実施形態に係る車両用空調装置１０では、このような運転モードの遷移を制御装置１３が禁止しているため、冷却された空調空気が車室内に吹き出されるのを抑制することができる。
したがって、本実施形態に係る車両用空調装置１０を採用した場合には、空調運転中における乗員の快適性を高めることができる。

また、本実施形態に係る車両用空調装置１０は、第２バイパス通路４４に介装される暖房弁３２が、第２バイパス通路４４の開度を段階的に増大させることが可能な開度調整弁によって構成されているため、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、制御装置１３による制御により暖房弁３２によって第２バイパス通路４４の開度を段階的に増大させることができる。このため、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへの切換初期に、室外熱交換器２４内の高圧の冷媒を暖房弁３２を通して気液分離器３３の吸入部側に緩やかに流して、室外熱交換器２４と気液分離器３３の吸入部との間の圧力差を縮小することができる。したがって、本実施形態に係る車両用空調装置１０においては、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、室外熱交換器２４内の高圧の冷媒が暖房弁３２を介して気液分離器３３の吸入部側に急激に抜け、それによって異音が発生するのを未然に防止することができる。したがって、この構成を採用した場合には、空調運転中における乗員の快適性を高めることができる。

さらに、本実施形態に係る車両用空調装置１０は、除熱空調用主通路４３に介装される第２膨張弁２９が、通常使用時の弁開度よりも弁開度を増大させることが可能な開度調整機構を有しているため、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、制御装置１３による制御により第２膨張弁２９の弁開度を通常使用時の弁開度よりも増大させることができる。このため、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへの切換初期に、室外熱交換器２４と気液分離器３３の吸入部との間の圧力差を第２膨張弁２９を通して早期に縮小することができる。したがって、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、室外熱交換器２４内の高圧の冷媒が暖房弁３２を介して気液分離器３３の吸入部側に急激に抜け、それによって異音が発生するのを未然に防止することができる。したがって、この構成を採用した場合には、空調運転中における乗員の快適性を高めることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、空調ユニット１１内の加熱部３６にコンデンサ５５とともに配置される加熱装置としてＰＴＣヒータ５６を採用しているが、加熱装置はＰＴＣヒータ５６に限るものでなく水加熱ヒータ等の他の装置も採用可能である。
また、上記の実施形態においては、冷房運転モードから非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、開度が段階的に増大するように暖房弁３２が制御されるとともに、弁開度が通常使用時の弁開度よりも増大するように第２膨張弁２９が制御される構成とされているが、これらの制御はいずれか一方であっても良い。

１０…車両用空調装置
１１…空調ユニット
１２…ヒートポンプサイクル
１３…制御装置
２１…コンプレッサ
２２…第１膨張弁
２４…室外熱交換器
２６…冷房弁（通路切換部）
２９…第２膨張弁
３２…暖房弁（通路切換部，開度調整弁）
３５…除熱部
３６…加熱部
４１…加熱空調用主通路
４２…第１バイパス通路
４３…除熱空調用主通路
４４…第２バイパス通路
５１…ダクト
５３…エバポレータ
５４…エアミックスドア（エアミックス装置）
５５…コンデンサ
５６…ＰＴＣヒータ（加熱装置）

Claims (3)

1. 冷媒を、気相と液相に変化させつつ循環させて熱エネルギーを移動させるヒートポンプサイクルと、
   空気取込口から取り入れた空調空気の温度と湿度の少なくとも一方を調整し、調整した空調空気を車室内に吹き出す空調ユニットと、
   運転モードに応じて、前記ヒートポンプサイクルと前記空調ユニットを制御する制御装置と、
   を備えた車両用空調装置であって、
   前記ヒートポンプサイクルは、
   冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサと、
   前記コンプレッサから吐出された冷媒を導入してその冷媒の温熱を空調空気と熱交換するコンデンサと、
   前記コンデンサを通過した冷媒を減圧して膨張させる第１膨張弁と、
   導入された冷媒の熱を外気と熱交換する室外熱交換器と、
   前記室外熱交換器を通過した冷媒を減圧して膨張させる第２膨張弁と、
   前記第２膨張弁を通過した冷媒を導入してその冷媒の冷熱を空調空気と熱交換するエバポレータと、
   前記コンデンサと前記第１膨張弁を経由して、前記コンプレッサの吐出部と前記室外熱交換器とを接続する加熱空調用主通路と、
   前記コンデンサと前記第１膨張弁を迂回して、前記コンプレッサの吐出部と前記室外熱交換器とを接続する第１バイパス通路と、
   前記第２膨張弁と前記エバポレータを経由して、前記室外熱交換器と前記コンプレッサの吸入部とを接続する除熱空調用主通路と、
   前記第２膨張弁と前記エバポレータを迂回して、前記室外熱交換器と前記コンプレッサの吸入部とを接続する第２バイパス通路と、を備え、
   前記空調ユニットは、
   空調空気が内部を通過するダクトと、
   前記ダクトに流入した空調空気を除熱する除熱部と、
   前記ダクトに流入した空調空気を加熱する加熱部と、
   前記ダクト内で前記加熱部を通過する空調空気と前記加熱部を迂回する空調空気の割合を調整するエアミックス装置と、を備え、
   前記除熱部に、前記エバポレータが設けられ、前記加熱部に、前記コンデンサと、当該コンデンサと別の加熱装置とが設けられており、
   前記運転モードは、少なくとも、
   前記コンプレッサから吐出された冷媒を、前記室外熱交換器、前記除熱空調用主通路の順に流して前記コンプレッサに戻す冷房運転モードと、
   前記コンプレッサから吐出された冷媒を、前記加熱空調用主通路、前記室外熱交換器、前記第２バイパス通路の順に流して前記コンプレッサに戻す非除湿暖房運転モードと、
   前記コンプレッサから吐出された冷媒を、前記第１バイパス通路、前記室外熱交換器、前記除熱空調用主通路の順に流して前記コンプレッサに戻し、かつ、前記加熱装置を作動させる除湿暖房運転モードと、を含み、
   前記制御装置は、前記除湿暖房運転モードで運転しているときには、前記除湿暖房運転モードから前記非除湿暖房運転モードへのモード遷移を禁止することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記ヒートポンプサイクルは、前記室外熱交換器と前記コンプレッサの吸入部側を接続する通路を、前記除熱空調用主通路と前記第２バイパス通路のいずれかに切り換える通路切換部を有しており、
   前記通路切換部は、前記冷房運転モードから前記非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、前記除熱空調用主通路を閉じ前記第２バイパス通路を開くときに、前記第２バイパス通路の開度を段階的に増大させることが可能な開度調整弁を有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記ヒートポンプサイクルは、前記室外熱交換器と前記コンプレッサの吸入部側を接続する通路を、前記除熱空調用主通路と前記第２バイパス通路のいずれかに切り換える通路切換部を有しており、
   前記第２膨張弁は、前記冷房運転モードから前記非除湿暖房運転モードへのモード遷移時に、前記通路切換部が、前記除熱空調用主通路を閉じ前記第２バイパス通路を開くときに、通常使用時の弁開度よりも弁開度を増大させることが可能な開度調整機構を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。

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