JP2011208841A - ヒートポンプサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードと熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードとを切替可能に構成されたヒートポンプサイクルにおいて、冷却運転モードにおけるＣＯＰの低下を抑制する。
【解決手段】第１、第２圧縮機構１１ｂ、１１ｃを有する二段圧縮式の圧縮機１１を採用し、暖房運転モード（加熱運転モード）では、水−冷媒熱交換器１４にて加熱された冷媒のうち気相冷媒を第２圧縮機構１１ｃに吸入させるように冷媒流路を切り替えることで、車室内送風空気（熱交換対象流体）を充分に加熱し、冷房運転モード（冷却運転モード）では、水−冷媒熱交換器１４にて加熱された冷媒を圧縮機１１に吸入させないように冷媒流路を切り替えることで、圧縮機１１の駆動に必要な動力が増加してしまうことを回避して、ＣＯＰの低下を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードと熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードとを切替可能に構成されたヒートポンプサイクルに関する。

従来、特許文献１に、電気自動車の車両用空調装置に適用されて、熱交換対象流体である車室内への送風空気を冷却する冷房運転モード（冷却運転モード）と送風空気を加熱する暖房運転モード（加熱運転モード）とを切替可能に構成されたヒートポンプサイクルが開示されている。

この特許文献１のヒートポンプサイクルは、冷媒を吐出して圧縮する圧縮機、送風空気と冷媒とを熱交換させる２つの第１、第２利用側熱交換器、車室外空気（外気）と冷媒とを熱交換させる室外熱交換器、および、車載電気機器の廃熱を熱源として冷媒を加熱する加熱手段等を有している。

より具体的には、このヒートポンプサイクルでは、圧縮機として、低圧冷媒を吸入する吸入ポートと中間圧冷媒を吸入するインジェクションポートとを有する、いわゆる二段圧縮式の圧縮機を採用している。そして、送風空気を加熱する暖房運転モード時には、圧縮機から吐出された冷媒を第１利用側熱交換器へ流入させて放熱させることによって、送風空気を加熱している。

さらに、暖房運転モード時には、第１利用側熱交換器から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させ、中間圧冷媒のうち液相冷媒については、さらに低圧冷媒となるまで減圧膨張させた後に、室外熱交換器にて蒸発させて外気から吸熱させている。一方、中間圧冷媒のうち気相冷媒については、加熱手段にて再加熱した後に、インジェクションポートへ流入させている。

これにより、低外気温時のように、室外熱交換器にて冷媒が外気から充分に吸熱できない運転条件であっても、車載電気機器の廃熱を利用して送風空気を充分に加熱して、車室内の暖房を実現している。

特開平１１−２２３４０６号公報

ところが、特許文献１のヒートポンプサイクルでは、送風空気を冷却する冷房運転モード時あるいは除湿運転モード時（冷却運転モード時）にも、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる室外熱交換器から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させ、中間圧冷媒のうち気相冷媒を加熱手段にて再加熱した後に、インジェクションポートへ流入させている。

そのため、冷却運転モード時にも車載電気機器の廃熱が回収されてしまい、インジェクションポートから流入する気相冷媒流量が増加してしまうので、圧縮機の駆動に必要な動力が増加してしまう。また、低圧冷媒を蒸発させる第２利用側熱交換器へ流入する液相冷媒流量が低下するため、低圧冷媒が送風空気から吸熱する吸熱量（冷凍能力）が低下して、サイクル全体としてのＣＯＰ（成績係数）が低下してしまう。

本発明は、上記点に鑑み、熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードと熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードとを切替可能に構成されたヒートポンプサイクルにおいて、冷却運転モードにおけるＣＯＰの低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮機構（１１ｂ）と、第１圧縮機構（１１ｂ）から吐出された冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機構（１１ｃ）と、第２圧縮機構（１１ｃ）から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる第１利用側熱交換器（１２）と、冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて第１圧縮機構（１１ｂ）吸入側へ流出させる第２利用側熱交換器（２０）と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１８）と、外部熱源の有する熱量によって冷媒を加熱する加熱手段（１４）と、加熱手段（１４）へ流入する冷媒を減圧させる第１減圧手段（１５ａ）と、室外熱交換器（１８）へ流入する冷媒を減圧させる第２減圧手段（１５ｂ）と、第２利用側熱交換器（２０）へ流入する冷媒を減圧させる第３減圧手段（１５ｃ）と、加熱手段から流出した冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を第２圧縮機構（１１ｃ）吸入側へ流出させ、分離された液相冷媒を第２減圧手段（１５ｂ）側へ流出させる気液分離器（１６）と、熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードの冷媒流路、および、熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードの冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１５ａ、１５ｂ、１７、１９）とを備え、
冷媒流路切替手段（１５ａ、１５ｂ、１７、１９）は、冷却運転モード時に、第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を室外熱交換器（１８）へ流入させるとともに、室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を第３減圧手段（１５ｃ）を介して第２利用側熱交換器（２０）へ流入させる冷媒流路に切り替え、加熱運転モード時に、第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を第１減圧手段（１５ａ）を介して加熱手段（１４）へ流入させるとともに、室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を前記第１圧縮機構（１１ｂ）吸入側へ流出させるヒートポンプサイクルを特徴とする。

これによれば、加熱運転モードでは、第１利用側熱交換器（１２）にて第２圧縮機構（１１ｃ）から吐出された冷媒の有する熱量を熱交換対象流体に放熱させて、熱交換対象流体を加熱することができる。

この際、加熱手段（１４）にて加熱された冷媒の気液を分離して、分離された液相冷媒については、室外熱交換器（１８）にて蒸発させることで外気から吸熱させ、分離された気相冷媒については、第２圧縮機構（１１ｃ）に吸入させている。従って、低外気温時のように冷媒が室外熱交換器（１８）にて外気から充分に吸熱できない運転条件であっても、加熱手段（１４）にて加熱された冷媒によって熱交換対象流体を充分に加熱することができる。

一方、冷却運転モードでは、室外熱交換器（１８）にて第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒の有する熱量を外気に放熱させ、さらに、第２利用側熱交換器（２０）にて室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることで、熱交換対象流体を冷却することができる。

この際、冷媒が加熱手段（１４）にて加熱されないので、気液分離器（１６）から加熱された気相冷媒が第２圧縮機構（１１ｃ）に吸入されてしまうこともない。第２圧縮機構（１１ｃ）に吸入される気相冷媒流量が増加してしまうことを抑制して、第２圧縮機構（１１ｃ）の駆動に必要な動力が増加してしまうことを回避できる。さらに、第２利用側熱交換器（２０）にて冷媒が送風空気から吸熱する吸熱量（冷凍能力）の低下を抑制できる。その結果、冷却運転モードにおけるサイクルのＣＯＰの低下を抑制できる。

また、請求項２に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮機構（１１ｂ）と、第１圧縮機構（１１ｂ）から吐出された冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機構（１１ｃ）と、第２圧縮機構（１１ｃ）から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる第１利用側熱交換器（１２）と、冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて第１圧縮機構（１１ｂ）吸入側へ流出させる第２利用側熱交換器（２０）と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１８）と、外部熱源の有する熱量によって冷媒を加熱して第２圧縮機構（１１ｃ）吸入側へ流出させる加熱手段（１４）と、加熱手段（１４）へ流入する冷媒を減圧させる第１減圧手段（１５ａ）と、室外熱交換器（１８）へ流入する冷媒を減圧させる第２減圧手段（１５ｂ）と、第２利用側熱交換器（２０）へ流入する冷媒を減圧させる第３減圧手段（１５ｃ）と、第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒を第１減圧手段（１５ａ）側へ流出させ、分岐された他方の冷媒を室外熱交換器（１８）側へ流出させる分岐部（１３ａ）と、熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードの冷媒流路、および、熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードの冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１５ａ、１５ｂ、１７、１９）とを備え、
冷媒流路切替手段（１５ａ、１５ｂ、１７、１９）は、冷却運転モード時に、分岐部（１３ａ）にて冷媒の流れを分岐することなく第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を室外熱交換器（１８）へ流入させるとともに、室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を第３減圧手段（１５ｃ）を介して第２利用側熱交換器（２０）へ流入させる冷媒流路に切り替え、加熱運転モード時に、分岐部（１３ａ）にて分岐された一方の冷媒を第１減圧手段（１５ａ）を介して加熱手段（１４）へ流入させ、さらに、他方の冷媒を第２減圧手段（１５ｂ）を介して室外熱交換器（１８）へ流入させるとともに、室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を第１圧縮機構（１１ｂ）吸入側へ流出させるヒートポンプサイクルを特徴とする。

これによれば、加熱運転モードでは、第１利用側熱交換器（１２）にて第２圧縮機構（１１ｃ）から吐出された冷媒の有する熱量を熱交換対象流体に放熱させて、熱交換対象流体を加熱することができる。

この際、分岐部（１３ａ）にて分岐された他方の冷媒については、室外熱交換器（１８）にて蒸発させることで外気から吸熱させ、一方の冷媒については、加熱手段（１４）にて加熱して第２圧縮機構（１１ｃ）に吸入させている。従って、低外気温時のように分岐部（１３ａ）にて分岐された他方の冷媒が室外熱交換器（１８）にて外気から充分に吸熱できない運転条件であっても、加熱手段（１４）にて加熱された冷媒によって熱交換対象流体を充分に加熱することができる。

一方、冷却運転モードでは、室外熱交換器（１８）にて第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒の有する熱量を外気に放熱させ、さらに、第２利用側熱交換器（２０）にて室外熱交換器（１８）から流出した冷媒に熱交換対象流体から吸熱させて、熱交換対象流体を冷却することができる。

この際、分岐部（１３ａ）にて冷媒の流れを分岐させないので、加熱手段（１４）にて加熱された冷媒が第２圧縮機構（１１ｃ）に吸入されてしまうこともない。従って、第２圧縮機構（１１ｃ）から吐出される冷媒の温度が不必要に上昇してしまうことを回避して、第２利用側熱交換器（２０）にて冷媒が送風空気から吸熱する吸熱量（冷凍能力）の低下を抑制できる。その結果、冷却運転モードにおけるサイクルのＣＯＰの低下を抑制できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のヒートポンプサイクルにおいて、熱交換対象流体は、空調対象空間に送風される空気であって、第２利用側熱交換器（２０）は、第１利用側熱交換器（１２）に対して空気の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とする。

これによれば、冷却運転モード時に第２利用側熱交換器（２０）にて冷却された空気を第１利用側熱交換器（１２）にて再加熱することが可能となる。このような再加熱が可能となることで、第２利用側熱交換器（２０）にて除湿した空気を第１利用側熱交換器（１２）にて所望の温度まで上昇させる除湿運転が実現できる。

また、請求項４に記載の発明のように、車両用空調装置に適用される請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルであって、熱交換対象流体は、車室内に送風される送風空気であり、外部熱源は、車両走行用の駆動力を出力する内燃機関（ＥＧ）を冷却する冷却水としてもよい。これにより、内燃機関（ＥＧ）の廃熱を有効に利用できる。

また、請求項５に記載のように、車両用空調装置に適用される請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルであって、熱交換対象流体は、車室内に送風される送風空気であり、外部熱源は、車両走行用の駆動力を出力する内燃機関（ＥＧ）から排出される排気ガスとしてもよい。これにより、内燃機関（ＥＧ）の廃熱を有効に利用できる。

また、請求項６に記載のように、車両用空調装置に適用される請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルであって、熱交換対象流体は、車室内に送風される送風空気であり、外部熱源は、車両に搭載された電気機器を冷却する冷却水としてもよい。これにより、車両に搭載された電気機器の廃熱を有効に利用できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態のヒートポンプサイクルの暖房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルの冷房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。 第１実施形態の冷媒流路切替手段の作動状態を示す図表である。 第１実施形態の暖房運転モード時におけるヒートポンプサイクルの冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態の冷房運転モード時におけるヒートポンプサイクルの冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態および従来技術のヒートポンプサイクルのＣＯＰを比較したグラフである。 第２実施形態のヒートポンプサイクルの暖房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。 第２実施形態のヒートポンプサイクルの冷房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。 第２実施形態の暖房運転モード時におけるヒートポンプサイクルの冷媒の状態を示すモリエル線図である。 他の実施形態のヒートポンプサイクルの冷房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。

（第１実施形態）
図１〜６により、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル１０を、内燃機関（エンジン）ＥＧおよび走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る、いわゆるハイブリッド車両の車両用空調装置１に適用している。このヒートポンプサイクル１０は、車両用空調装置１において、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。

従って、本実施形態のヒートポンプサイクル１０は、図１、２の全体構成図に示すように、車室内を暖房する暖房運転モード（加熱運転モード）、および、車室内を冷房する冷房運転モード（冷却運転モード）の冷媒回路を切替可能に構成されている。なお、図１、２では、それぞれ暖房運転モード時および冷房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、本実施形態の熱交換対象流体は送風空気である。

また、ヒートポンプサイクル１０では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、この冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、この冷凍機油は冷媒とともにサイクルを循環している。

まず、圧縮機１１は、エンジンルーム内に配置されて、ヒートポンプサイクル１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。より具体的には、本実施形態では、圧縮機１１として、同一のハウジング１１ａ内に、２つの固定容量型の第１、第２圧縮機構１１ｂ、１１ｃを収容し、双方の圧縮機構１１ｂ、１１ｃを共通する電動モータにて駆動する二段昇圧式の電動圧縮機を採用している。

第１、第２圧縮機構１１ｂ、１１ｃとしては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。また、電動モータは、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回転数が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれを採用してもよい。そして、この回転数制御によって圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。従って、電動モータは圧縮機１１の吐出能力変更手段を構成している。

圧縮機１１のハウジング１１ａには、低圧冷媒を吸入する吸入ポート１１ｄ、中間圧冷媒を流入させる中間圧ポート１１ｅ、および、高圧冷媒を吐出する吐出ポート１１ｆが設けられている。そして、これらの各ポート１１ｄ〜１１ｆが、ハウジング１１ａ内部で第１、第２圧縮機構１１ｂ、１１ｃに接続されている。

具体的には、吸入ポート１１ｄは、第１圧縮機構１１ｂの吸入口へ接続され、中間圧ポート１１ｅは、第１圧縮機構１１ｂの吐出口と第２圧縮機構１１ｃの吸入口に連通するように接続され、吐出ポート１１ｆは、第２圧縮機構１１ｃの吐出口へ接続されている。

従って、第１圧縮機構１１ｂは、吸入ポート１１ｄから吸入された低圧冷媒を吸入して圧縮し、さらに、第２圧縮機構１１ｃは、第１圧縮機構１１ｂから吐出された冷媒と中間圧ポート１１ｅから吸入された冷媒とを混合した中間圧冷媒を吸入して圧縮し、吐出ポート１１ｆから吐出する。

圧縮機１１の吐出側には、第１利用側熱交換器としての室内凝縮器１２の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器１２は、車両用空調装置１の室内空調ユニット３０のケーシング３１内に配置されて、その内部を流通する冷媒と後述する室内蒸発器２０にて冷却された送風空気（冷風）とを熱交換させることで冷風を再加熱する加熱用熱交換器である。なお、室内空調ユニット３０の詳細については後述する。

室内凝縮器１２の冷媒出口側には、室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒の流れを分岐する第１三方継手１３ａが接続されている。第１三方継手１３ａは、３つの流入出口を有し、この３つの流入出口のうち１つを冷媒流入口とし、２つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、各種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１三方継手１３ａの一方の冷媒流出口は、後述する水−冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａの入口側に接続され、他方の冷媒流出口は、第２三方継手１３ｂの一方の冷媒流入口に接続されている。この第２三方継手１３ｂの基本的構成は、第１三方継手１３ａと同様である。第２三方継手１３ｂでは、第１三方継手１３ａに対して、３つの流入出口のうち２つを冷媒流入口とし、１つを冷媒流出口としている。

また、第１三方継手１３ａの一方の冷媒流出口から水−冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａの入口側へ至る冷媒配管には、水−冷媒熱交換器１４へ流入する冷媒を減圧させる第１減圧手段としての第１電気式膨張弁１５ａが配置されている。第１電気式膨張弁１５ａは、第１三方継手１３ａの一方の冷媒流出口から流出した高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧膨張させる可変絞り機構である。

具体的には、第１電気式膨張弁１５ａ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ている。また、第１電気式膨張弁１５ａは、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、第１電気式膨張弁１５ａは、その絞り開度を全閉として、第１三方継手１３ａの一方の冷媒流出口から水−冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａの入口側へ至る冷媒配管における冷媒の流れを遮断することができる。

これにより、第１電気式膨張弁１５ａは、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路を切り替えることができる。従って、本実施形態の第１電気式膨張弁１５ａは、冷房運転モードの冷媒流路と暖房運転モードの冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段としての機能を兼ね備えている。

水−冷媒熱交換器１４は、冷媒側流路１４ａを流れる冷媒と冷却水側流路１４ｂを流れるエンジンＥＧの冷却水とを熱交換させて、冷却水の有する熱量によって冷媒側流路１４ａを流れる冷媒を加熱する加熱手段である。従って、本実施形態の加熱手段の外部熱源は、エンジンＥＧの冷却水である。なお、冷却水側流路１４ｂを流れる冷却水を循環させる冷却水回路４０の詳細については後述する。

また、水−冷媒熱交換器１４の具体的構成としては、冷却水側流路１４ｂを形成する外側管の内側に冷媒側流路１４ａ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できる。もちろん、冷媒側流路１４ａを内側管として、冷却水側流路１４ｂを外側管としてもよい。さらに、冷媒側流路１４ａと冷却水側流路１４ｂとを構成する冷媒配管同士をろう付け接合して熱交換させる構成を採用してもよい。

その他にも、水−冷媒熱交換器１４の具体的構成として、冷媒側流路１４ａとして冷媒を流通させる蛇行状のチューブあるいは複数本のチューブを採用し、隣合うチューブ間に冷却水側流路１４ｂを形成し、さらに、冷媒と冷却水との熱交換を促進する波状のコルゲートフィンあるいは板状のプレートフィンを設ける熱交換器構成を採用してもよい。

水−冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａの出口側には、気液分離器１６の入口側が接続されている。この気液分離器１６は、水−冷媒熱交換器１４から流出した中間圧冷媒の気液を分離するもので、気液分離器１６の気相冷媒出口は、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｅに接続され、液相冷媒出口は第２三方継手１３ｂの他方の冷媒流入口に接続されている。

なお、気液分離器１６の気相冷媒出口から圧縮機１１の中間圧ポート１１ｅに至る冷媒配管には、気液分離器１６の気相冷媒出口から圧縮機１１の中間圧ポート１１ｅへ冷媒が流れることのみを許容する図示しない逆止弁が配置されている。これにより、圧縮機１１側から気液分離器１６へ冷媒が逆流することを防止している。もちろん、この逆止弁を気液分離器１６あるいは圧縮機１１と一体的に構成してもよい。

さらに、気液分離器１６の液相冷媒出口から第２三方継手１３ｂの他方の冷媒流入口へ至る冷媒配管には、室外熱交換器１８へ流入する冷媒を減圧させる第２減圧手段としての第２電気式膨張弁１５ｂが配置されている。第２電気式膨張弁１５ｂは、気液分離器１６の液相冷媒出口から流出した中間圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる可変絞り機構であり、その基本的構成は、第１電気式膨張弁１５ａと同様である。

従って、第２電気式膨張弁１５ｂは、その絞り開度を全閉として気液分離器１６の液相冷媒出口から第２三方継手１３ｂの他方の冷媒流入口へ至る冷媒配管における冷媒の流れを遮断して、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路を切り替えることができる。つまり、第２電気式膨張弁１５ｂは、冷媒流路切替手段としての機能を兼ね備えている。

また、第１三方継手１３ａの他方の冷媒流出口から第２三方継手１３ｂの一方の冷媒流入口へ至る冷媒配管には、この冷媒配管を開閉する開閉弁１７が配置されている。この開閉弁１７は、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電磁弁であり、開閉弁１７の開閉状態によって、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路を切り替えることができる。従って、開閉弁１７も冷媒流路切替手段を構成している。

さらに、第２三方継手１３ｂの冷媒流出口には、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器１８が接続されている。この室外熱交換器１８は、エンジンルーム内に配置されて、暖房運転モード時には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房運転モード時には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。

室外熱交換器１８の出口側には、電気式三方弁１９が接続されている。この電気式三方弁１９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もので、上述した第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂおよび開閉弁１７とともに、冷媒流路切替手段を構成している。

より具体的には、電気式三方弁１９は、暖房運転モード時には、室外熱交換器１８の出口側と第３三方継手１３ｃの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒流路に切り替え、冷房運転モード時には、室外熱交換器１８の出口側と第３電気式膨張弁１５ｃの入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。

なお、第３三方継手１３ｃの基本的構成は、第１三方継手１３ａと同様である。第３三方継手１３ｃでは、第１三方継手１３ａに対して、３つの流入出口のうち２つを冷媒流入口とし、１つを冷媒流出口としている。

また、第３電気式膨張弁１５ｃの基本的構成は、第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂと同様である。さらに、本実施形態の第３電気式膨張弁１５ｃは、冷媒流路切替手段としての機能を兼ね備えていないので、その絞り開度を全閉とする機能を有していなくてもよい。

第３電気式膨張弁１５ｃの出口側には、第２利用側熱交換器としての室内蒸発器２０の冷媒入口側が接続されている。この室内蒸発器２０は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内のうち、室内凝縮器１２の送風空気流れ上流側に配置されて、その内部を流通する冷媒と送風空気とを熱交換させて送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。

室内蒸発器２０の出口側には、第３三方継手１３ｃの一方の冷媒流入口が接続され、第３三方継手１３ｃの冷媒流出口には、アキュムレータ２１の冷媒入口側が接続されている。アキュムレータ２１は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄える低圧側気液分離器である。さらに、アキュムレータ２１の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入ポート１１ｄ、すなわち第１圧縮機構１１ｂの吸入側が接続されている。

次に、室内空調ユニット３０について説明する。室内空調ユニット３０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、その外殻を形成するケーシング３１内に送風機３２、前述の室内凝縮器１２、室内蒸発器２０等を収容したものである。

ケーシング３１は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。ケーシング３１内の送風空気流れ最上流側には、車室内空気（内気）と外気とを切替導入する内外気切替装置３３が配置されている。

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

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

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

さらに、室内蒸発器２０の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器１２の空気流れ上流側には、室内蒸発器２０にて冷却された冷風のうち、室内凝縮器１２にて再加熱される風量の割合を調整するエアミックスドア３４が配置されている。また、室内凝縮器１２の空気流れ下流側には、室内凝縮器１２を通過して加熱された温風と室内凝縮器１２を迂回して加熱されていない冷風と混合させる混合空間３５が設けられている。

また、ケーシング３１の空気流れ最下流部には、混合空間３５にて混合された空調風を、冷却対象空間である車室内へ吹き出す吹出口が配置されている。具体的に、この吹出口としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口、および、車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口（いずれも図示せず）が設けられている。

従って、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間３５にて混合された空調風の温度が調整され、各吹出口から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア３４は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。なお、エアミックスドア３４は、空調制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

さらに、フェイス吹出口、フット吹出口、およびデフロスタ吹出口の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス吹出口の開口面積を調整するフェイスドア、フット吹出口の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ吹出口の開口面積を調整するデフロスタドア（いずれも図示せず）が配置されている。

これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、図示しないリンク機構を介して、空調制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

次に、水−冷媒熱交換器１４の冷却水側流路１４ｂを流れる冷却水を循環させる冷却水回路４０について説明する。この冷却水回路４０は、エンジンＥＧを冷却する冷却水（例えば、エチレングリコール水溶液）を循環させる回路で、冷却水ポンプ４１およびラジエータ４２等が配置されている。

冷却水ポンプ４１は、冷却水回路４０において冷却水をエンジンＥＧ内へ圧送するもので、電動式のポンプあるいはエンジンＥＧの駆動軸から回転駆動力を得る機械式のポンプ等を採用することができる。ラジエータ４２は、冷却水と室外空気とを熱交換させて冷却水を冷却する放熱用の熱交換器である。つまり、ラジエータ４２は、冷却水がエンジンＥＧの内部を貫流する際に吸熱したエンジンＥＧの廃熱を大気に放熱するものである。

そして、本実施形態の冷却水回路４０では、図１、２の破線矢印に示すように、冷却水ポンプ４１を作動させることにより、冷却水ポンプ４１→エンジンＥＧ→水−冷媒熱交換器１４の冷却水側流路１４ｂ→ラジエータ４２→冷却水ポンプ４１の順に冷却水を循環させている。

また、冷却水回路４０には、ラジエータ４２を迂回させて冷却水を循環させるバイパス回路４３および冷却水の温度が所定値（本実施形態では、９０℃）以下になるとバイパス回路４３側へ冷却水を流すサーモスタット弁４４が配置されている。これにより、エンジンＥＧ自体の温度が低下して、エンジンオイルの粘度増加によるフリクションロスの発生や、排気ガスの温度低下による排気ガス浄化用触媒の作動不良を抑制している。

次に、本実施形態の電気制御部について説明する。図示しない空調制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種空調制御機器（例えば、圧縮機１１、送風機３２等）の作動を制御する。

また、空調制御装置の入力側には、車室内温度を検出する内気センサ、外気温を検出する外気センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、室内蒸発器２０からの吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ等の種々の空調制御用のセンサ群が接続されている。

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

次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動を、図３〜５を用いて説明する。なお、図３は、本実施形態の冷媒流路切替手段の作動状態を示す図表であり、図４は、暖房運転モード時におけるヒートポンプサイクル１０の冷媒の状態を示すモリエル線図であり、図５は、冷房運転モード時におけるヒートポンプサイクル１０の冷媒の状態を示すモリエル線図である。

まず、暖房運転モードについて説明する。暖房運転モードは、車両用空調装置の作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって暖房運転モードが選択されると開始する。暖房運転モードが開始されると、空調制御装置が冷媒流路切替手段を構成する第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂ、開閉弁１７および電気式三方弁１９の作動状態を図３に示すように切り替える。

具体的には、第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂを絞り状態として、その絞り通路面積開度を予め定めた開度とし、開閉弁１７を閉じ、電気式三方弁１９を室外熱交換器１８の出口側と第３三方継手１３ｃの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒流路に切り替える。これにより、図１の実線矢印に示すように冷媒が流れる。

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

例えば、送風機３２の目標送風量、すなわち送風機３２の電動モータに出力する制御電圧については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、目標吹出温度ＴＡＯが高温時および低温時に中間温度時よりも高くなるように決定される。

また、圧縮機１１の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機１１の電動モータに出力される制御信号については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器２０の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。そして、この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯと室内蒸発器２０からの吹出空気温度の検出値との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて室内蒸発器２０からの吹出空気温度が目標蒸発器吹出温度ＴＥＯに近づくように決定される。

また、エアミックスドア３４のサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度ＴＡＯ、室内蒸発器２０からの吹出空気温度の検出値および圧縮機１１から吐出される冷媒温度の検出値を用いて、車室内へ吹き出される空気の温度が車室内温度設定スイッチによって設定された乗員の所望の温度となるように決定される。なお、暖房運転モードでは、送風機３２から送風された送風空気の全風量が室内凝縮器１２を通過するように、エアミックスドア３４の開度を制御してもよい。

そして、上記の如く決定された制御電圧および制御信号を各種空調制御機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンを繰り返す。

この際、ヒートポンプサイクル１０では、図４に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｆから吐出された高圧冷媒（図４のａ₄点）が室内凝縮器１２へ流入して放熱する（図４のａ₄点→ｂ₄点）。これにより、送風機３２から送風されて室内蒸発器２０を通過した送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、開閉弁１７が閉じられているので、第１電気式膨張弁１５ａへ流入して、中間圧冷媒となるまで減圧膨張される（図４のｂ₄点→ｃ₄点）。第１電気式膨張弁１５ａにて減圧膨張された中間圧冷媒は、水−冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａへ流入して冷却水側流路１４ｂを流れる冷却水と熱交換して加熱され、そのエンタルピを上昇させる（図４のｃ₄点→ｄ₄点）。

水−冷媒熱交換器１４から流出した冷媒は、気液分離器１６にて気液分離される（図４のｄ₄点→ｅ₄点およびｄ₄点→ｆ₄点）。そして、気液分離器１６にて分離された気相冷媒は、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｅから圧縮機１１の内部へ流入し、圧縮機１１の内部で第１圧縮機構１１ｂ吐出冷媒（図４のａ１₄点）と合流して（図４のａ２₄点）、第２圧縮機構１１ｃへ吸入されていく。

一方、液相冷媒は第２電気式膨張弁１５ｂへ流入して、低圧冷媒となるまで減圧膨張される（図４のｆ₄点→ｇ₄点）。この際、第１、２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂの絞り開度は、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を極大値に近づけるために、中間圧冷媒の圧力が高圧冷媒と低圧冷媒の圧力の積の平方根程度になるように調整されていることが望ましい。

第２電気式膨張弁１５ｂにて減圧膨張された低圧冷媒は、第２三方継手１３ｂを介して、室外熱交換器１８へ流入する。室外熱交換器１８へ流入した低圧冷媒は、外気から吸熱して蒸発する（図４のｇ₄点→ｈ₄点）。

室外熱交換器１８から流出した冷媒は、電気式三方弁１９が室外熱交換器１８の出口側と第３三方継手１３ｃの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒流路に切り替えられているので、第３三方継手１３ｃを介して、アキュムレータ２１へ流入して気液分離される。そして、冷房運転モードと同様に、分離された気相冷媒（図４のａ０₄点）が圧縮機１１の吸入ポート１１ｄから吸入されて再び圧縮される。

以上の如く、本実施形態の車両用空調装置１では、暖房運転モード時に、室内凝縮器１２にて圧縮機１１の第２圧縮機構１１ｃから吐出された冷媒の有する熱量を送風空気に放熱させて、加熱された送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。

この際、水−冷媒熱交換器１４にて加熱された冷媒の気液を分離して、分離された液相冷媒については、室外熱交換器１８にて蒸発させることで外気から吸熱させ、分離された気相冷媒については、中間圧ポート１１ｅから圧縮機１１（具体的には、第２圧縮機構１１ｃ）へ吸入させている。

従って、低外気温時のように冷媒が室外熱交換器１８にて外気から充分に吸熱できない運転条件であっても、水−冷媒熱交換器１４にて加熱された冷媒によって送風空気を充分に加熱することができる。

次に、冷房運転モードについて説明する。冷房運転モードは、車両用空調装置の作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって冷房運転モードが選択されると開始する。冷房運転モードが開始されると、空調制御装置が冷媒流路切替手段を構成する第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂ、開閉弁１７および電気式三方弁１９の作動状態を図３に示すように切り替える。

具体的には、第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂを全閉状態とし、開閉弁１７を開き、電気式三方弁１９を室外熱交換器１８の出口側と第３電気式膨張弁１５ｃの入口側とを接続する冷媒流路に切り替え、さらに、第３電気式膨張弁１５ｃを冷媒を減圧膨張させる絞り状態として、その絞り通路面積開度を予め定めた開度とする。これにより、図２の実線矢印に示すように冷媒が流れる。

この状態で、空調制御装置が、暖房運転モードと同様に、所定の制御周期毎に、検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンを車両用空調装置の作動停止が要求されるまで繰り返す。

この際、ヒートポンプサイクル１０では、図５に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｆから吐出された高圧冷媒（図５のａ₅点）が室内凝縮器１２へ流入して放熱する（図５のａ₅点→ｂ１₅点）。これにより、送風機３２から送風されて室内蒸発器２０にて冷却された冷風のうち、室内凝縮器１２を通過する冷風が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒は、第１、２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂが全閉状態になっているとともに開閉弁１７が開いているので、第１三方継手１３ａ→開閉弁１７→第２三方継手１３ｂの順に流れて、室外熱交換器１８へ流入する。室外熱交換器１８へ流入した冷媒は外気と熱交換してさらに冷却されて、そのエンタルピを低下させる（図５のｂ１₅点→ｂ２₅点）。

室外熱交換器１８から流出した冷媒は、電気式三方弁１９が、室外熱交換器１８の出口側と第３電気式膨張弁１５ｃの入口側とを接続する冷媒流路に切り替えられているとともに第３電気式膨張弁１５ｃが絞り状態となっているので、第３電気式膨張弁１５ｃにて低圧冷媒となるまで減圧膨張される（図５のｂ２₅点→ｇ₅点）。

第３電気式膨張弁１５ｃにて減圧膨張された低圧冷媒は、室内蒸発器２０へ流入して送風機３２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る。室内蒸発器２０から流出した冷媒は、第３三方継手１３ｃを介してアキュムレータ２１へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒（図５のａ０₅点）が圧縮機１１の吸入ポート１１ｄから吸入されて再び圧縮される。

以上の如く、本実施形態の車両用空調装置１では、冷房運転モード時に、室内蒸発器２０にて送風空気を冷却するとともに、エアミックスドア３４の開度を調整することによって、室内蒸発器２０にて冷却された冷風を室内凝縮器１２にて再加熱して、乗員の所望の温度となった空調風を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の冷房を実現することができる。

さらに、冷房運転モード時のヒートポンプサイクル１０のサイクル構成によれば、室内蒸発器２０における冷媒蒸発温度を低下させて送風空気を除湿し、除湿した送風空気を室内凝縮器１２にて所望の温度まで上昇させることができる。すなわち、冷房運転モードと全く同様のサイクル構成で、車室内の除湿を実現することもできる。

さらに、本実施形態では、冷房運転モード時に水−冷媒熱交換器１４にて冷媒を加熱しないので、気液分離器１６から加熱された気相冷媒が第２圧縮機構１１ｃに吸入されてしまうことがない。従って、圧縮機１１の吐出ポート１１ｆから吐出される冷媒の温度が不必要に上昇してしまうことを回避して、室内蒸発器２０にて冷媒が送風空気から吸熱する吸熱量（冷凍能力）の低下を抑制できる。また、圧縮機での冷媒の圧縮を２段階で行うため、圧縮比を小さくできるので、圧縮機効率が良くなり、圧縮機１１の駆動に必要な動力を低減することができる。

その結果、図６に示すように、従来技術に対して、冷房運転モード時のヒートポンプサイクル１０のＣＯＰ（成績係数）を向上させることができる。なお、図６は、本実施形態のヒートポンプサイクル１０のＣＯＰと従来技術のヒートポンプサイクルのＣＯＰとを比較したグラフである。

また、図６に示すＣＯＰ比とは、従来技術におけるヒートポンプサイクルのＣＯＰに対する本実施形態のヒートポンプサイクルのＣＯＰの比である。さらに、図６の運転条件は、暖房運転モードでは、外気温−２０℃、暖房能力３．１ｋＷ、エンジンＥＧの廃熱量０．５ｋＷ、冷房運転モードでは、外気温４０℃、冷房能力３．０ｋＷである。

（第２実施形態）
本実施形態では、図７、８の全体構成図に示すように、第１実施形態の第１三方継手１３ａを、室内凝縮器１２から流出した冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒を第１電気式膨張弁１５ａ側へ流出させ、分岐された他方の冷媒を室外熱交換器１８側へ流出させる分岐部として用いることで、ヒートポンプサイクル１０のサイクル構成を簡素化した例を説明する。

なお、図７、８では、それぞれ暖房運転モード時および冷房運転モードの冷媒の流れを実線矢印で示している。さらに、図７、８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、以下の図面においても同様である。

より具体的には、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、水−冷媒熱交換器１４の冷媒側流路１４ａの出口側を直接、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｅへ接続している。従って、冷媒側流路１４ａから流出した冷媒の気液を分離する気液分離器１６および気液分離器１６の液相冷媒出口に接続される第２三方継手１３ｂは廃止されている。

さらに、第１三方継手１３ａの冷媒流出口から開閉弁１７入口側へ至る冷媒流路と開閉弁１７出口側から室外熱交換器１８入口側へ至る冷媒流路とを接続して、開閉弁１７を迂回させるように冷媒を流すバイパス通路２２を設けている。そして、このバイパス通路２２に第２電気式膨張弁１５ｂを配置している。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、本実施形態の車両用空調装置１を作動させると、暖房運転モード時には、空調制御装置が、第１実施形態と同様に、ヒートポンプサイクル１０の第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂ、開閉弁１７および電気式三方弁１９の作動状態を図３に示すように切り替える。これにより、図７の実線矢印に示すように冷媒が流れる。

そして、図９のモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｆから吐出された高圧冷媒（図９のａ₉点）が室内凝縮器１２にて放熱して（図９のａ₉点→ｂ₉点）、第１三方継手１３ａへ流入する。この際、開閉弁１７が閉じられているとともに、第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂが絞り状態となっているので、第１三方継手１３ａにて冷媒の流れが分岐される。

第１三方継手１３ａにて分岐された一方の冷媒は、第１電気式膨張弁１５ａへ流入して、中間圧冷媒となるまで減圧膨張され（図９のｂ₉→ｃ₉点）、水−冷媒熱交換器１４にて加熱され、そのエンタルピを上昇させる（図９のｃ₉点→ｄ₉点）。水−冷媒熱交換器１４にて加熱された冷媒は、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｅへ流入する。

圧縮機１１の中間圧ポート１１ｅへ流入した冷媒は、圧縮機１１の内部で第１圧縮機構１１ｂ吐出冷媒（図９のａ１₉点）と合流して（図９のａ２₉点）、第２圧縮機構１１ｃへ吸入されていく。

また、第１三方継手１３ａにて分岐された他方の冷媒は、第２電気式膨張弁１５ｂへ流入して、低圧冷媒となるまで減圧膨張され（図９のｂ₉→ｇ₉点）、室外熱交換器１８にて外気から吸熱して蒸発する（図９のｇ₉点→ａ０₉点）。この際、第１電気式膨張弁１５ａの絞り開度は、中間圧ポート１１ｅへ流入する冷媒が予め定めた所定過熱度となるように調整されることが望ましい。従って、ヒートポンプサイクル１０に、中間圧ポート１１ｅの過熱度を検出する過熱度検出手段を追加してもよい。

室外熱交換器１８から流出した冷媒は、第１実施形態と同様に、第３三方継手１３ｃおよびアキュムレータ２１を介して、圧縮機１１の吸入ポート１１ｄから吸入されて再び圧縮される。従って、本実施形態の冷房運転モードでは、室内凝縮器１２にて圧縮機１１の第２圧縮機構１１ｃから吐出された冷媒の有する熱量を送風空気に放熱させて、第１実施形態と同様に、車室内の暖房を実現することができる。

この際、室内凝縮器１２から流出した冷媒の流れを第１三方継手１３ａにて分岐して、一方の冷媒については、水−冷媒熱交換器１４にて加熱した後に中間圧ポート１１ｅから圧縮機１１（具体的には、第２圧縮機構１１ｃ）へ吸入させ、他方の冷媒については、室外熱交換器１８にて蒸発させることで外気から吸熱させている。

従って、低外気温時のように冷媒が室外熱交換器１８にて外気から充分に吸熱できない運転条件であっても、水−冷媒熱交換器１４にて加熱された冷媒によって送風空気を充分に加熱することができる。

一方、冷房運転モード時には、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路が、図８に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｆ→室内凝縮器１２→（第１三方継手１３ａ→）開閉弁１７→室外熱交換器１８→（電気式三方弁１９→）第３電気式膨張弁１５ｃ→室内蒸発器２０→（第３三方継手１３ｃ）→アキュムレータ２１→圧縮機１１の吸入ポート１１ｄの順に循環するサイクルに切り替えられる。

従って、本実施形態の冷房運転モード時におけるヒートポンプサイクル１０の冷媒の状態は、第１実施形態の図６のモリエル線図と同様となり、第１実施形態と全く同様に、車室内の冷房を実現することができる。

さらに、本実施形態では、冷房運転モード時に第１三方継手１３ａにて冷媒の流れを分岐させないので、水−冷媒熱交換器１４にて加熱された冷媒が第２圧縮機構１１ｃに吸入されてしまうことがない。従って、圧縮機１１の吐出ポート１１ｆから吐出される冷媒の温度が不必要に上昇してしまうことを回避して、室内蒸発器２０にて冷媒が送風空気から吸熱する吸熱量（冷凍能力）の低下を抑制できる。

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

（１）上述の実施形態では、冷房運転モード時に高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧膨張させる第３減圧手段として第３電気式膨張弁１５ｃを採用した例を説明したが、第３減圧手段はこれに限定されない。例えば、第３減圧手段では、全閉機能を要求されないので、温度式膨張弁を採用してもよい。

このような温度式膨張弁としては、室内蒸発器２０出口側の冷媒通路に配置された感温部を有し、冷房運転モード時に室内蒸発器２０出口側冷媒の温度と圧力とに基づいて室内蒸発器２０出口側冷媒の過熱度を検知し、室内蒸発器２０出口側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように機械的機構により弁開度（冷媒流量）を調整するものを採用できる。

また、第３減圧手段として、冷媒を減圧する冷媒減圧手段としての機能を果たすとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引作用によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段としての機能を果たすエジェクタを採用してもよい。

具体的には、エジェクタは、冷媒を減圧させるノズル部、並びに、ノズル部から噴射される高速度の噴射冷媒の流れによって冷媒を吸引する冷媒吸引口および噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒の冷媒通路面積を徐々に拡大して混合冷媒の運動エネルギを圧力エネルギに変換するディフューザ部が形成されたボデー部を有して構成されるものである。

このノズル部としては、絞り通路面積が固定された固定ノズル部を採用してもよいし、冷媒通路面積を変更可能に構成された可変ノズル部を採用してもよい。可変ノズル部は、ノズル部の内部に配置されてノズル部の冷媒通路面積を調整する調整するニードル弁、このニードル弁をノズル部の軸方向に変位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を有して構成されるものである。

そして、第１実施形態のヒートポンプサイクル１０の第３減圧手段としてエジェクタ１５１を適用する場合の一例として、図１０の全体構成図に示すように、電気式三方弁１９とエジェクタ１５１の冷媒流入口との間に冷媒の流れを分岐する分岐部１５２を配置し、分岐された一方の冷媒をエジェクタ１５１へ流入させる。さらに、エジェクタ１５１の冷媒流出口に室内蒸発器２０を接続する。

一方、分岐された他方の冷媒については、固定絞り等の減圧手段１５３を介して第２室内蒸発器２０ａへ流入させ、第２室内蒸発器２０ａの冷媒出口をエジェクタ１５１の冷媒吸引口に接続すればよい。また、室内空調ユニット３０においては、室内蒸発器２０を第２室内蒸発器２０ａの空気流れ上流側に配置すればよい。なお、図１０では、冷房運転モード時の冷媒の流れを示している。

これにより、冷房運転モード時に、エジェクタ１５１のディフューザ部における昇圧作用によって、室内蒸発器２０の冷媒蒸発温度を第２室内蒸発器２０ａの冷媒蒸発温度よりも上昇させることができる。

従って、室内蒸発器２０および第２室内蒸発器２０ａの冷媒蒸発温度と室内送風空気との温度差を確保して、送風空気を効率的に冷却することができる。さらに、ディフューザ部における昇圧作用により圧縮機１１の吸入圧を上昇させて、圧縮機１１の駆動動力を低減できるので、冷房運転時のＣＯＰを向上させることができる。もちろん、第２実施形態のヒートポンプサイクル１０の第３減圧手段として、エジェクタを採用してもよい。

（２）上述の実施形態では、圧縮機１１として、第１、第２圧縮機構１１ｂ、１１ｃを共通する電動モータにて駆動する二段昇圧式の電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機の形式はこれに限定されない。もちろん、２つの固定容量型の第１、第２圧縮機構１１ｂ、１１ｃを、異なる電動モータにて駆動する二段昇圧式の電動圧縮機を採用してもよい。さらに、第１、第２圧縮機構１１ｂ、１１ｃは同一のハウジング１１ａに収容されている必要はなく、２つの異なる圧縮機を直列的に配置してもよい。

（３）上述の実施形態では、第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂ、開閉弁１７および電気式三方弁１９によって、冷媒流路切替手段を構成した例を説明したが、冷媒流路切替手段はこれに限定されない。

例えば、第１実施形態において、第１三方継手１３ａを廃止して、暖房運転モード時には、室内凝縮器１２の出口側と第１電気式膨張弁１５ａの入口側とを接続する冷媒流路に切り替え、冷房運転モード時には、室内凝縮器１２と第２三方継手１３ｂの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒流路に切り替える電気式三方弁を採用してもよい。

また、上述の実施形態では、第１、第２減圧手段として、全閉機能を有する第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂを採用することで、第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂが冷媒流路切替手段としての機能を兼ね備える例を説明したが、もちろん、第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂとして全閉機能を有していない電気式膨張弁を採用し、第１、第２電気式膨張弁１５ａ、１５ｂの上流側あるいは下流側に開閉弁を配置してもよい。この場合は、開閉弁が冷媒流路切替手段を構成することになる。

（４）上述の実施形態では、外部熱源としてエンジンＥＧの冷却水を採用した例を説明したが、外部熱源はこれに限定されない。例えば、ヒートポンプサイクル１０を車両用空調装置に適用する場合には、外部熱源としてエンジンＥＧから排出される排気ガスを採用してもよいし、車両に搭載されたインバータ、電動モータ等電気機器を冷却する冷却水を採用してもよい。

（５）上述の実施形態では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を採用してもよい。さらに、ヒートポンプサイクル１０が、圧縮機１１吐出冷媒が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

（６）上述の実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル１０を車両用空調装置に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、自動販売機用冷却加熱装置等に適用してもよい。

１１ 圧縮機
１１ｂ 第１圧縮機構
１１ｃ 第２圧縮機構
１２ 室内凝縮器
１３ａ〜１３ｃ 第１〜第３三方継手
１４ 水−冷媒熱交換器
１５ａ〜１５ｃ 第１〜第３電気式膨張弁
１６ 気液分離器
１７ 開閉弁
１８ 室外熱交換器
１９ 電気式三方弁
２０ 室内蒸発器

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮機構（１１ｂ）と、
   前記第１圧縮機構（１１ｂ）から吐出された冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機構（１１ｃ）と、
   前記第２圧縮機構（１１ｃ）から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる第１利用側熱交換器（１２）と、
   冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて前記第１圧縮機構（１１ｂ）吸入側へ流出させる第２利用側熱交換器（２０）と、
   冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１８）と、
   外部熱源の有する熱量によって冷媒を加熱する加熱手段（１４）と、
   前記加熱手段（１４）へ流入する冷媒を減圧させる第１減圧手段（１５ａ）と、
   前記室外熱交換器（１８）へ流入する冷媒を減圧させる第２減圧手段（１５ｂ）と、
   前記第２利用側熱交換器（２０）へ流入する冷媒を減圧させる第３減圧手段（１５ｃ）と、
   前記加熱手段から流出した冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を前記第２圧縮機構（１１ｃ）吸入側へ流出させ、分離された液相冷媒を前記第２減圧手段（１５ｂ）側へ流出させる気液分離器（１６）と、
   前記熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードの冷媒流路、および、前記熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードの冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１５ａ、１５ｂ、１７、１９）とを備え、
   前記冷媒流路切替手段（１５ａ、１５ｂ、１７、１９）は、
   前記冷却運転モード時に、前記第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を前記室外熱交換器（１８）へ流入させるとともに、前記室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を前記第３減圧手段（１５ｃ）を介して前記第２利用側熱交換器（２０）へ流入させる冷媒流路に切り替え、
   前記加熱運転モード時に、前記第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を前記第１減圧手段（１５ａ）を介して前記加熱手段（１４）へ流入させるとともに、前記室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を前記第１圧縮機構（１１ｂ）吸入側へ流出させることを特徴とするヒートポンプサイクル。
2. 冷媒を圧縮して吐出する第１圧縮機構（１１ｂ）と、
   前記第１圧縮機構（１１ｂ）から吐出された冷媒を圧縮して吐出する第２圧縮機構（１１ｃ）と、
   前記第２圧縮機構（１１ｃ）から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる第１利用側熱交換器（１２）と、
   冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて前記第１圧縮機構（１１ｂ）吸入側へ流出させる第２利用側熱交換器（２０）と、
   冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１８）と、
   外部熱源の有する熱量によって冷媒を加熱して前記第２圧縮機構（１１ｃ）吸入側へ流出させる加熱手段（１４）と、
   前記加熱手段（１４）へ流入する冷媒を減圧させる第１減圧手段（１５ａ）と、
   前記室外熱交換器（１８）へ流入する冷媒を減圧させる第２減圧手段（１５ｂ）と、
   前記第２利用側熱交換器（２０）へ流入する冷媒を減圧させる第３減圧手段（１５ｃ）と、
   前記第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒の流れを分岐して、分岐された一方の冷媒を前記第１減圧手段（１５ａ）側へ流出させ、分岐された他方の冷媒を前記室外熱交換器（１８）側へ流出させる分岐部（１３ａ）と、
   前記熱交換対象流体を冷却する冷却運転モードの冷媒流路、および、前記熱交換対象流体を加熱する加熱運転モードの冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１５ａ、１５ｂ、１７、１９）とを備え、
   前記冷媒流路切替手段（１５ａ、１５ｂ、１７、１９）は、
   前記冷却運転モード時に、前記分岐部（１３ａ）にて冷媒の流れを分岐することなく前記第１利用側熱交換器（１２）から流出した冷媒を前記室外熱交換器（１８）へ流入させるとともに、前記室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を前記第３減圧手段（１５ｃ）を介して前記第２利用側熱交換器（２０）へ流入させる冷媒流路に切り替え、
   前記加熱運転モード時に、前記分岐部（１３ａ）にて分岐された前記一方の冷媒を前記第１減圧手段（１５ａ）を介して前記加熱手段（１４）へ流入させ、さらに、前記他方の冷媒を前記第２減圧手段（１５ｂ）を介して前記室外熱交換器（１８）へ流入させるとともに、前記室外熱交換器（１８）から流出した冷媒を前記第１圧縮機構（１１ｂ）吸入側へ流出させることを特徴とするヒートポンプサイクル。
3. 前記熱交換対象流体は、空調対象空間に送風される空気であって、
   前記第２利用側熱交換器（２０）は、前記第１利用側熱交換器（１２）に対して前記空気の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプサイクル。
4. 車両用空調装置に適用されるヒートポンプサイクルであって、
   前記熱交換対象流体は、車室内に送風される送風空気であり、
   前記外部熱源は、車両走行用の駆動力を出力する内燃機関（ＥＧ）を冷却する冷却水であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
5. 車両用空調装置に適用されるヒートポンプサイクルであって、
   前記熱交換対象流体は、車室内に送風される送風空気であり、
   前記外部熱源は、車両走行用の駆動力を出力する内燃機関（ＥＧ）から排出される排気ガスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
6. 車両用空調装置に適用されるヒートポンプサイクルであって、
   前記熱交換対象流体は、車室内に送風される送風空気であり、
   前記外部熱源は、車両に搭載された電気機器を冷却する冷却水であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。

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