JP2012233676A - ヒートポンプサイクル - Google Patents

Abstract

【課題】加熱用熱交換器にて送風空気を加熱するヒートポンプサイクルにおいて、加熱用熱交換器における送風空気の加熱能力を充分に向上させる。
【解決手段】第１減圧手段１３にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段１４と、気液分離手段１４にて分離された気相冷媒を、吸入ポート１１ａ側へ導く中間圧冷媒通路１５と、中間圧冷媒通路１５を開閉する開閉手段１６ｄと、中間圧冷媒通路１５を流れる気相冷媒を減圧する減圧手段１６ｄとを備え、加熱用熱交換器１２が、冷却用熱交換器２３に対して送風空気流れ下流側に配置されるヒートポンプサイクルであって、除湿暖房運転モードとして、開閉手段１６ｄが中間圧冷媒通路１５を開き且つ減圧手段１６ｄが中間圧冷媒通路１５の気相冷媒を減圧することによって、気液分離手段１４にて分離された気相冷媒を吸入ポート１１ａへ流入させるガスバイパス除湿暖房モードを有する。
【選択図】図１６

Description

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

従来、特許文献１に、圧縮機から吐出された高温高圧冷媒を送風空気と熱交換させて放熱させる室内凝縮器（加熱用熱交換器）と、室内凝縮器から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器と、室外熱交換器から流出した冷媒を送風空気と熱交換させて蒸発させる室内蒸発器（冷却用熱交換器）とを備えるヒートポンプサイクル（蒸気圧縮式の冷凍サイクル）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、車両用空調装置に適用されており、さらに、室内凝縮器が、室内蒸発器に対して空調対象空間である車室内へ送風される送風空気の空気流れ下流側に配置されている。そして、室内蒸発器にて冷媒が蒸発する際の吸熱作用によって冷却（除湿）された送風空気を、室内凝縮器にて圧縮機吐出冷媒を熱源として再加熱することにより、車室内の除湿暖房を実現している。

さらに、このヒートポンプサイクルでは、室内凝縮器から流出した冷媒を減圧させて室外熱交換器側へ流出させる高段側減圧手段、および、室外熱交換器から流出した冷媒を減圧させて室内蒸発器側へ流出させる低段側減圧手段を備えており、車室内へ吹き出される送風空気の目標吹出温度の上昇に伴って、高段側減圧手段の絞り開度を減少させるとともに、低段側減圧手段の絞り開度を増加させている。

これにより、目標吹出温度の上昇に伴って、室外熱交換器内の冷媒圧力（冷媒温度）を低下させて、室外熱交換器を、冷媒を放熱させる放熱器として機能させる状態から冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させる状態へ切り替えている。そして、冷媒の吸熱量を増加させ、室内凝縮器における冷媒の放熱量を増加させることによって、室内凝縮器における送風空気を目標吹出温度まで上昇させる加熱能力を向上させている。

特許第３３３１７６５号公報

ところが、一般的に、この種のヒートポンプサイクルでは、室内蒸発器の着霜を防止するために、室内蒸発器における冷媒蒸発温度を着霜温度（０℃）より高い所定温度（例えば、１℃）以上に維持しておく必要がある。

そのため、特許文献１のヒートポンプサイクルでは、高段側減圧手段の絞り開度が最小弁開度となり、さらに、低段側減圧手段が全開状態となり、室外熱交換器および室内蒸発器の双方を同等の冷媒蒸発圧力で蒸発させる蒸発器として機能させると、室外熱交換器および室内蒸発器の双方における冷媒蒸発温度が所定温度に維持されることになる。

その結果、室外熱交換器および室内蒸発器の冷媒蒸発温度が所定温度に到達してしまうと、この状態以上に室外熱交換器および室内蒸発器における冷媒の吸熱量を増加させることができなくなってしまい、室内凝縮器における送風空気の加熱能力を充分に向上させることができなくなってしまう。

上記点に鑑み、本発明は、加熱用熱交換器にて送風空気を加熱するヒートポンプサイクルにおいて、加熱用熱交換器における送風空気の加熱能力を充分に向上させ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、吸入ポート（１１ａ）から吸入した低圧冷媒を圧縮して吐出ポート（１１ｃ）から高圧冷媒を吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）の吐出ポート（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒を空調対象空間へ送風される送風空気と熱交換させて、送風空気を加熱する加熱用熱交換器（１２）と、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧手段（１３）と、第１減圧手段（１３）にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段（１４）と、気液分離手段（１４）にて分離された液相冷媒を減圧させる第２減圧手段（１７）と、第２減圧手段（１７）から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（２０）と、室外熱交換器（２０）から流出した冷媒を減圧させる第３減圧手段（２２）と、第３減圧手段（２２）から流出した冷媒と送風空気と熱交換させて、吸入ポート（１１ａ）側へ流出させる冷却用熱交換器（２３）と、気液分離手段（１４）にて分離された気相冷媒を、吸入ポート（１１ａ）側へ導く中間圧冷媒通路（１５）と、中間圧冷媒通路（１５）を開閉する開閉手段（１６ｄ）と、中間圧冷媒通路（１５）を流れる気相冷媒を減圧する減圧手段（１６ｄ）とを備え、加熱用熱交換器（１２）が、冷却用熱交換器（２３）に対して送風空気流れ下流側に配置されるヒートポンプサイクルであって、
冷却用熱交換器（２３）にて送風空気を冷却して、冷却された送風空気を加熱用熱交換器（２３）にて空調対象空間の温度以上となるまで昇温させる除湿暖房運転モードとして、
開閉手段（１６ｄ）が中間圧冷媒通路（１５）を開き且つ減圧手段（１６ｄ）が気相冷媒を減圧することによって、気相冷媒を吸入ポート（１１ａ）へ流入させるガスバイパス除湿暖房モードを有することを特徴とする。

これによれば、除湿暖房運転モードとして、ガスバイパス除湿暖房モードを有しているので、加熱用熱交換器（１２）における加熱能力を充分に向上させることができる。

つまり、ガスバイパス除湿暖房モードでは、開閉手段（１６ｄ）が中間圧冷媒通路（１５）を開くので、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、第１減圧手段（１３）→気液分離手段（１４）→第２減圧手段（１７）→室外熱交換器（２０）→第３減圧手段（２２）→冷却用熱交換器（２３）の順に流すとともに、気液分離手段（１４）にて分離された気相冷媒を中間圧冷媒通路（１５）へ流入させて減圧手段（１６ｄ）で減圧させる冷媒流路に切り替えることができる。

従って、ヒートポンプサイクル全体として、サイクル内の中間圧冷媒を吸入ポート（１１ａ）から圧縮機（１１）へ吸入させるガスバイパスサイクルを構成できる。これにより、圧縮機（１１）へ吸入させる冷媒流量を増加させて、圧縮機（１１）の圧縮仕事量を増加させることができる。その結果、加熱用熱交換器（１２）における加熱能力を充分に向上させることができる。

なお、請求項に記載された開閉手段とは、単に中間圧冷媒通路（１５）の開閉機能を有する開閉弁のみを意味するものではなく、弁開度を調整することによって、中間圧冷媒通路（１５）を閉塞させる機能に加えて、中間圧冷媒通路（１５）を流通する冷媒の流量を調整する機能を有する流量調整弁等も含む意味である。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のヒートポンプサイクルにおいて、さらに、除湿暖房運転モードとして、
開閉手段（１６ｄ）が中間圧冷媒通路（１５）を閉じることによって、第１減圧手段（１３）から流出した冷媒の全流量を第２減圧手段（１７）へ流入させる通常除湿暖房モードを有することを特徴とする。

これによれば、ヒートポンプサイクル全体として、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、第１減圧手段（１３）→室外熱交換器（２０）→第３減圧手段（２２）→冷却用熱交換器（２３）の順に循環させる通常の冷凍サイクルを構成して、空調対象空間の除湿暖房運転を行うこともできる。

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、ガスバイパス除湿暖房モード時には、空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、中間圧冷媒通路（１５）から吸入ポート（１１ａ）側へ流入させる冷媒流量を増加させることを特徴とする。

これによれば、ガスバイパス除湿暖房モード時に、送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、圧縮機（１１）の圧縮仕事量を増加させることができ、加熱用熱交換器（１２）における加熱能力を充分かつ適切に向上させることができる。

さらに、具体的には、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載のヒートポンプサイクルにおいて、ガスバイパス除湿暖房モード時には、空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、第１減圧手段（１３）の絞り開度を増加させてもよい。

請求項５に記載の発明では、請求項２に記載のヒートポンプサイクルにおいて、通常除湿暖房モード時には、空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、第１減圧手段（１３）における第１減圧量を増加させるとともに、第３減圧手段（２２）における第３減圧量を減少させることを特徴とする。

これによれば、通常除湿暖房モード時に、送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、室外熱交換器（２０）を冷媒を放熱させる放熱器として機能させる状態から冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させる状態へ切り替えることができる。従って、加熱用熱交換器（１２）における冷媒の放熱量を増加させて、加熱用熱交換器（１２）における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載のヒートポンプサイクルにおいて、ガスバイパス除湿暖房モードは、第３減圧量が最小となっている際に実行されることを特徴とする。

これによれば、通常除湿暖房モード時に、加熱用熱交換器（１２）における送風空気の加熱能力が不足した際に、ガスバイパス除湿暖房モードへ切り替えて、加熱能力を受分に向上させることができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルにおいて、サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備え、
送風空気を冷却する冷房運転モード時には、
開閉手段（１６ｄ）が中間圧冷媒通路（１５）を閉じた状態で、冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）が、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、第１減圧手段（１３）→室外熱交換器（２０）→第３減圧手段（２２）→冷却用熱交換器（２３）の順に流す冷媒流路に切り替えることを特徴とする。

これによれば、開閉手段（１６ｄ）に加えて、冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備えているので、送風空気を冷却する冷房運転モードを実現することもできる。

請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルにおいて、サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備え、
送風空気を加熱する暖房運転モード時には、
開閉手段（１６ｄ）が中間圧冷媒通路（１５）を閉じた状態で、冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）が、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、第１減圧手段（１３）→気液分離手段（１４）→第２減圧手段（１７）→室外熱交換器（２０）の順に流す冷媒流路に切り替えることを特徴とする。

これによれば、開閉手段（１６ｄ）に加えて、冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備えているので、送風空気を加熱する暖房運転モードを実現することもできる。

請求項９に記載の発明では、吸入ポート（１１ａ）から吸入した低圧冷媒を圧縮して吐出ポート（１１ｃ）から高圧冷媒を吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート（１１ｂ）を有する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）の吐出ポート（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒を空調対象空間へ送風される送風空気と熱交換させて、送風空気を加熱する加熱用熱交換器（１２）と、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧手段（１３）と、第１減圧手段（１３）にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段（１４）と、気液分離手段（１４）にて分離された液相冷媒を減圧させる第２減圧手段（１７）と、第２減圧手段（１７）から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（２０）と、室外熱交換器（２０）から流出した冷媒を減圧させる第３減圧手段（２２）と、第３減圧手段（２２）から流出した冷媒と送風空気と熱交換させて、吸入ポート（１１ａ）側へ流出させる冷却用熱交換器（２３）と、気液分離手段（１４）にて分離された気相冷媒を、中間圧ポート（１１ｂ）へ導く中間圧冷媒通路（１５）と、中間圧冷媒通路（１５）を開閉する開閉手段（１６ａ）とを備え、加熱用熱交換器（１２）が、冷却用熱交換器（２３）に対して送風空気流れ下流側に配置されるヒートポンプサイクルであって、
冷却用熱交換器（２３）にて送風空気を冷却して、冷却された送風空気を加熱用熱交換器（２３）にて空調対象空間の温度以上となるまで昇温させる除湿暖房運転モードとして、開閉手段（１６ａ）が中間圧冷媒通路（１５）を開くことによって、気相冷媒を中間圧ポート（１１ｂ）へ流入させるインジェクション除湿暖房モードを有することを特徴とする。

これによれば、除湿暖房運転モードとして、インジェクション除湿暖房モードを有しているので、加熱用熱交換器（１２）における加熱能力を充分に向上させることができる。

つまり、インジェクション除湿暖房モードでは、開閉手段（１６ａ）が中間圧冷媒通路（１５）を開くので、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、第１減圧手段（１３）→気液分離手段（１４）→第２減圧手段（１７）→室外熱交換器（２０）→第３減圧手段（２２）→冷却用熱交換器（２３）の順に流すとともに、気液分離手段（１４）にて分離された気相冷媒を中間圧冷媒通路（１５）へ流入させる冷媒流路に切り替えることができる。

従って、ヒートポンプサイクル全体として、圧縮機（１１）の吸入ポート（１１ａ）から中間圧ポート（１１ｂ）へ至る低段側の圧縮行程および中間圧ポート（１１ｂ）から吐出ポート（１１ｃ）へ至る高段側の圧縮行程の２つの圧縮行程にて、冷媒を二段階に昇圧させるガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）を構成できる。

これにより、中間圧ポート（１１ｂ）から吐出ポート（１１ｃ）へ至る高段側圧縮行程へ吸入させる冷媒流量を増加させて、高段側圧縮行程における圧縮仕事量を増加させることができる。その結果、加熱用熱交換器（１２）における加熱能力を充分に向上させることができる。

なお、請求項に記載された開閉手段とは、単に中間圧冷媒通路（１５）の開閉機能を有する開閉弁のみを意味するものではなく、弁開度を調整することによって、中間圧冷媒通路（１５）を閉塞させる機能に加えて、中間圧冷媒通路（１５）を流通する冷媒の流量を調整する機能を有する流量調整弁等も含む意味である。

請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載のヒートポンプサイクルにおいて、さらに、除湿暖房運転モードとして、開閉手段（１６ａ）が中間圧冷媒通路（１５）を閉じることによって、第１減圧手段（１３）から流出した冷媒の全流量を第２減圧手段（１７）へ流入させる通常除湿暖房モードを有することを特徴とする。

これによれば、ヒートポンプサイクル全体として、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、第１減圧手段（１３）→室外熱交換器（２０）→第３減圧手段（２２）→冷却用熱交換器（２３）の順に循環させる通常の冷凍サイクルを構成して、空調対象空間の除湿暖房運転を行うこともできる。

請求項１１に記載の発明では、請求項９または１０に記載のヒートポンプサイクルにおいて、インジェクション除湿暖房モード時には、空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、中間圧ポート（１１ｂ）へ流入させる冷媒流量を増加させることを特徴とする。

これによれば、インジェクション除湿暖房モード時に、送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、高段側圧縮行程における圧縮仕事量を増加させることができ、加熱用熱交換器（１２）における加熱能力を充分かつ適切に向上させることができる。

さらに、具体的には、請求項１２に記載の発明のように、請求項１１に記載のヒートポンプサイクルにおいて、インジェクション除湿暖房モード時には、空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、第１減圧手段（１３）の絞り開度を増加させることによって、中間圧ポート（１１ｂ）へ流入させる冷媒流量を増加させてもよい。

請求項１３に記載の発明では、請求項１０に記載のヒートポンプサイクルにおいて、通常除湿暖房モード時には、空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、第１減圧手段（１３）における第１減圧量を増加させるとともに、第３減圧手段（２２）における第３減圧量を減少させることを特徴とする。

これによれば、通常除湿暖房モード時に、送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、室外熱交換器（２０）を冷媒を放熱させる放熱器として機能させる状態から冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させる状態へ切り替えることができる。従って、加熱用熱交換器（１２）における冷媒の放熱量を増加させて、加熱用熱交換器（１２）における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載のヒートポンプサイクルにおいて、インジェクション除湿暖房モードは、第３減圧量が最小となっている際に実行されることを特徴とする。

これによれば、通常除湿暖房モード時に、加熱用熱交換器（１２）における送風空気の加熱能力が不足した際に、インジェクション除湿暖房モードへ切り替えて、加熱能力を受分に向上させることができる。

なお、本請求項に記載された「第３減圧量が最小となっている」とは、第３減圧手段（２２）が減圧作用を発揮している場合のみを意味するものではなく、第３減圧手段（２２）の絞り開度が全開となり、減圧作用を発揮しなくなった場合も含む意味である。

請求項１５に記載の発明では、請求項９ないし１４のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルにおいて、サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備え、送風空気を冷却する冷房運転モード時には、開閉手段（１６ａ）が中間圧冷媒通路（１５）を閉じた状態で、冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）が、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、第１減圧手段（１３）→室外熱交換器（２０）→第３減圧手段（２２）→冷却用熱交換器（２３）の順に流す冷媒流路に切り替えることを特徴とする。

これによれば、開閉手段（１６ａ）に加えて、冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備えているので、送風空気を冷却する冷房運転モードを実現することもできる。

請求項１６に記載の発明では、請求項９ないし１５のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルにおいて、サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備え、送風空気を加熱する暖房運転モード時には、開閉手段（１６ａ）が中間圧冷媒通路（１５）を開いた状態で、冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）が、加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、第１減圧手段（１３）→気液分離手段（１４）→第２減圧手段（１７）→室外熱交換器（２０）の順に流すとともに、気液分離手段（１４）にて分離された気相冷媒を中間圧冷媒通路（１５）へ流入させる冷媒流路に切り替えることを特徴とする。

これによれば、開閉手段（１６ａ）に加えて、冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備えているので、送風空気を加熱する暖房運転モードを実現することもできる。

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冷房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルのインジェクション除湿暖房モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルの暖房運転モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。 （ａ）は、第１実施形態の気液分離器の外観斜視図であり、（ｂ）は、上面図である。 第１実施形態の車両用空調装置の制御処理を示すフローチャートである。 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における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態の除湿暖房運転モード時における制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の除湿暖房運転モード時の制御を説明するための制御特性図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルの第１除湿暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルの第２除湿暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルの第３除湿暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルの第４除湿暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態の除湿暖房運転モード時のインジェクション除湿暖房モード時における制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態のヒートポンプサイクルのインジェクション除湿暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態のヒートポンプサイクルの暖房運転モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第２実施形態のヒートポンプサイクルのガスバイパス除湿暖房モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。 第２実施形態の除湿暖房運転モード時における制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態のヒートポンプサイクルのガスバイパス除湿暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 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３実施形態のヒートポンプサイクルのガスバイパス除湿暖房モード時の冷媒流路を示す全体構成図である。

（第１実施形態）
図１〜１５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、本発明の冷凍サイクル装置を走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車の車両用空調装置１に適用している。この冷凍サイクル装置は、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、本実施形態の熱交換対象流体は送風空気である。

さらに、冷凍サイクル装置は、ヒートポンプサイクル（蒸気圧縮式の冷凍サイクル）１０を備えており、ヒートポンプサイクル１０は、図１の全体構成図に示すように、送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房運転モードあるいは車室内を除湿しながら暖房する通常除湿暖房モードの冷媒回路、図２の全体構成図に示すように、通常除湿暖房モードに対して送風空気の加熱能力を向上させながら車室内を除湿暖房するインジェクション除湿暖房モードの冷媒回路、および、図３の全体構成図に示すように、送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房運転モードの冷媒回路を切替可能に構成されている。

また、このヒートポンプサイクル１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力Ｐｄが冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、ＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

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

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

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

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

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

さらに、２つの圧縮機を直列に接続して、低段側に配置される低段側圧縮機の吸入口を吸入ポート１１ａとし、高段側に配置される高段側圧縮機の吐出口を吐出ポート１１ｃとし、低段側圧縮機の吐出口と高段側圧縮機との吸入口とを接続する接続部に中間圧ポート１１ｂを設け、低段側圧縮機と高段側圧縮機との双方によって、１つの二段昇圧式の圧縮機１１を構成してもよい。

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

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

より具体的には、高段側膨張弁１３では、冷媒を減圧させる絞り状態となると、絞り通路面積が相当直径φ０．５〜φ３ｍｍとなる範囲で絞り開度を変化させる。さらに、絞り開度を全開とすると、絞り通路面積を相当直径φ１０ｍｍ程度確保して、冷媒減圧作用を発揮させないようにすることもできる。なお、高段側膨張弁１３は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

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

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

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

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

より詳細には、本実施形態の気液分離器１４（具体的には、本体部１４ａ）の内容積は、サイクルに封入される冷媒量を液相に換算した際の封入冷媒体積から、サイクルが最大能力を発揮するために必要な冷媒量を液相に換算した際の必要最大冷媒体積を減算した余剰冷媒体積よりも小さく設定されている。このため、本実施形態の気液分離器１４の内容積は、サイクルに負荷変動が生じてサイクルを循環する冷媒循環流量が変動しても、実質的に余剰冷媒を溜めることができない程度の容積になっている。

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

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

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

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

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

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

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

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

一方、気液分離器１４の液相冷媒流出ポート１４ｄには、気液分離器１４にて分離された液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低段側減圧手段（第２減圧手段）としての低段側固定絞り１７の入口側が接続され、低段側固定絞り１７の出口側には、室外熱交換器２０の冷媒入口側が接続されている。この低段側固定絞り１７としては、絞り開度が固定されたノズル、オリフィスを採用できる。

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

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

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

そこで、本実施形態では、暖房運転モード時にサイクルの負荷変動によって必要循環冷媒流量が変化しても、低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘが０．１以下となる低段側固定絞り１７を採用し、ＣＯＰの悪化を抑制している。つまり、本実施形態の低段側固定絞り１７では、ヒートポンプサイクル１０に負荷変動が生じた際に想定される範囲で、冷媒循環流量Ｑおよび低段側固定絞り１７の出入口間差圧が変化しても、低段側固定絞り１７上流側冷媒の乾き度Ｘが０．１以下に調整される。

さらに、気液分離器１４の液相冷媒流出ポート１４ｄには、気液分離器１４にて分離された液相冷媒を低段側固定絞り１７を迂回させて室外熱交換器２０側へ導く固定絞り迂回用通路１８が接続されている。この固定絞り迂回用通路１８には、固定絞り迂回用通路１８を開閉する低圧側開閉弁１６ｂが配置されている。低圧側開閉弁１６ｂの基本的構成は、中間圧側開閉弁１６ａと同等であり、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。

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

これにより、低圧側開閉弁１６ｂ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、本実施形態の低圧側開閉弁１６ｂは、上述の中間圧側開閉弁１６ａとともに冷媒流路切替手段を構成している。

なお、このような冷媒流路切替手段としては、気液分離器１４の液相冷媒流出ポート１４ｄ出口側と低段側固定絞り１７入口側とを接続する冷媒回路および液相冷媒流出ポート１４ｄ出口側と固定絞り迂回用通路１８入口側とを接続する冷媒回路を切り替える電気式の三方弁等を採用してもよい。

室外熱交換器２０は、ボンネット内に配置されて、内部を流通する冷媒と送風ファン２１から送風された外気とを熱交換させるものである。この室外熱交換器２０は、少なくとも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、冷房運転モード時等には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する熱交換器である。

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

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

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

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

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

従って、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが開いている場合には膨張弁迂回用通路２５を介してアキュムレータ２４へ流入する。この際、冷房用膨張弁２２の絞り開度を全閉としてもよい。

また、冷房用開閉弁１６ｃが閉じている場合には冷房用膨張弁２２を介して室内蒸発器２３へ流入する。これにより、冷房用開閉弁１６ｃは、ヒートポンプサイクル１０の冷媒流路を切り替えることができる。従って、本実施形態の冷房用開閉弁１６ｃは、中間圧側開閉弁１６ａおよび低圧側開閉弁１６ｂとともに冷媒流路切替手段を構成している。

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

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

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

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

また、ケーシング３１内には、室内蒸発器２３通過後の送風空気を、室内凝縮器１２を迂回して流すバイパス通路３５が設けられており、室内蒸発器２３の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器１２の空気流れ上流側には、エアミックスドア３４が配置されている。

本実施形態のエアミックスドア３４は、室内蒸発器２３通過後の送風空気のうち、室内凝縮器１２側を通過する送風空気の風量とバイパス通路３５を通過させる風量との風量割合を調整することによって、室内凝縮器１２へ流入する送風空気の流量（風量）を調整する流量調整手段であるとともに、室内凝縮器１２の熱交換能力を調整する熱交換能力調整手段としての機能を果たす。

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

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

従って、エアミックスドア３４が、室内凝縮器１２を通過させる風量とバイパス通路３５を通過させる風量との風量割合を調整することによって、合流空間３６内の送風空気の温度が調整される。なお、エアミックスドア３４は、空調制御装置４０から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

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

これらのデフロスタドア３８ａ、フェイスドア３８ｂおよびフットドア３８ｃは、各開口穴３７ａ〜３７ｃを開閉して、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、空調制御装置４０から出力される制御信号によってその作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。

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

なお、吹出口モードとしては、フェイス開口穴３７ｂを全開してフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイスモード、フェイス開口穴３７ｂとフット開口穴３７ｃの両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出すバイレベルモード、フット開口穴３７ｃを全開するとともにデフロスタ開口穴３７ａを小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出すフットモード等がある。

次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種空調制御機器（圧縮機１１、中間圧側開閉弁１６ａ、冷媒流路切替手段１６ｂ、１６ｃ、送風機３２等）の作動を制御する。

また、空調制御装置４０の入力側には、車室内温度を検出する内気センサ、外気温を検出する外気センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、室内蒸発器２３からの吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒圧力を検出する吐出圧センサ、室内凝縮器１２から流出した冷媒の温度を検出する凝縮器温度センサ、圧縮機１１へ吸入される吸入冷媒圧力を検出する吸入圧センサ等の種々の空調制御用のセンサ群４１が接続されている。

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

なお、空調制御装置４０は、その出力側に接続された各種空調制御機器の作動を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。

例えば、本実施形態では、圧縮機１１の電動モータの作動を制御する構成が吐出能力制御手段を構成し、中間圧側開閉弁１６ａの作動を制御する構成が開閉弁制御手段を構成し、冷媒流路切替手段１６ｂ、１６ｃの作動を制御する構成が冷媒流路制御手段を構成し、さらに、エアミックスドア３４用のサーボモータを制御する構成が流量制御手段を構成している。もちろん、吐出能力制御手段、開閉弁制御手段、冷媒流路制御手段および流量制御手段等を空調制御装置４０に対して別体の制御装置として構成してもよい。

次に、図５〜図１５を用いて、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動を説明する。図５は、本実施形態の車両用空調装置１のメインルーチンとしての制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、車両用空調装置１の作動スイッチが投入（ＯＮ）されるとスタートする。なお、各図面のフローチャートにおける各制御ステップは、空調制御装置４０が有する各種の機能実現手段を構成している。

まず、ステップＳ１では、フラグ、タイマ等の初期化、および、上述した各種電動アクチュエータの初期位置合わせ等のイニシャライズ（初期化処理）が行われてステップＳ２へ進む。なお、ステップＳ１の初期化処理では、フラグや演算値のうち、前回の車両用空調装置１の作動終了時に記憶された値が維持されるものもある。

ステップＳ２では、車室内温度設定スイッチによって設定された車室内の設定温度Ｔｓｅｔ、モード選択スイッチによって選択された運転モード等の操作パネルの操作信号等を読み込んでステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、空調制御に用いられる車両環境状態の信号、すなわち上述の空調制御用のセンサ群４１の検出信号を読み込んでステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、各種吹出口から車室内へ吹き出される送風空気の目標吹出温度（目標温度）ＴＡＯを算出してステップＳ５へ進む。具体的には、ステップＳ４では、本実施形態の目標吹出温度ＴＡＯは、車室内設定温度Ｔｓｅｔ、内気センサによって検出された車室内温度（内気温）Ｔｒ、外気センサによって検出された外気温Ｔａｍ、日射センサによって検出された日射量Ｔｓを用いて算出される。

ステップＳ５では、送風機３２の送風能力（送風量）を決定してステップＳ６へ進む。具体的には、ステップＳ５では、ステップＳ４にて決定された目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、送風機３２の風量（具体的には、電動モータに印加するブロワモータ電圧）を決定する。

より詳細には、本実施形態では、ＴＡＯの極低温域および極高温域でブロワモータ電圧を最大値付近の高電圧にして、送風機３２の風量を最大風量付近に制御する。また、ＴＡＯが極低温域から中間温度域に向かって上昇すると、ＴＡＯの上昇に応じてブロワモータ電圧を減少させて、送風機３２の風量を減少させる。

さらに、ＴＡＯが極高温域から中間温度域に向かって低下すると、ＴＡＯの低下に応じてブロワモータ電圧を減少させて、送風機３２の風量を減少させる。また、ＴＡＯが所定の中間温度域内に入ると、ブロワモータ電圧を最小値にして送風機３２の風量を最小値にする。

ステップＳ６では、操作パネルのモード選択スイッチの操作信号に基づいて、運転モードを決定する。そして、モード選択スイッチによって冷房運転モードが選択されている際にはステップＳ７へ進み、除湿暖房運転モードが選択されている際にはステップＳ８へ進み、さらに、暖房運転モードが選択されている際にはステップＳ９へ進み、各運転モードの制御処理が実行される。

ステップＳ７〜Ｓ９では、各運転モードに応じた制御処理が実行されて、ステップＳ１０へ進む。これらのステップＳ７〜Ｓ９の制御処理の詳細内容については後述する。

ステップＳ１０では、吸込口モード、すなわち内外気切替装置３３の切替状態が決定されてステップＳ１１へ進む。ステップＳ１０では、ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して吸込口モードを決定する。本実施形態では、基本的に外気を導入する外気モードが優先されるが、ＴＡＯが極低温域あるいは極高温域となって高い冷房性能あるいは暖房性能を得たい場合等には、内気を導入する内気モードが選択される。

ステップＳ１１では、吹出口モードが決定されてステップＳ１２へ進む。ステップＳ１１では、ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して吹出口モードを決定する。本実施形態では、ＴＡＯが低温域から高温域へと上昇するに伴って、吹出口モードをフットモード→バイレベルモード→フェイスモードへと順次切り替える。

ステップＳ１２では、上述のステップＳ６〜Ｓ１１にて決定された制御状態が得られるように、空調制御装置４０から出力側に接続された各種制御対象機器に対して、制御信号および制御電圧が出力される。続くステップＳ１３では、制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップＳ２に戻るようになっている。

以上の如く、図５に示すメインルーチンでは、検出信号および操作信号の読み込み→各制御対象機器の制御状態の決定→各制御対象機器に対する制御信号および制御電圧の出力を繰り返し、このメインルーチンは、例えば、作動スイッチがＯＦＦされる等によって車両用空調装置１の作動停止が要求されるまで実行される。次に、ステップＳ７〜Ｓ９にて実行される各運転モードの詳細について説明する。

（ａ）冷房運転モード
まず、ステップＳ７にて実行される冷房運転モードについて説明する。冷房運転モードでは、空調制御装置４０が、高段側膨張弁１３を全開状態とし、冷房用膨張弁２２を減圧作用を発揮する絞り状態とし、さらに、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とし、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを閉弁状態とする。

これにより、図５のステップＳ１２にて、各制御対象機器に制御信号あるいは制御電圧が出力されると、ヒートポンプサイクル１０は、図１の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。この冷媒流路の構成で、制御ステップＳ４で算出された目標吹出温度ＴＡＯおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置４０の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。

例えば、圧縮機１１の回転数Ｎｃ（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、次のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器２３の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯは、室内蒸発器２３の着霜を防止するため、着霜温度（０℃）よりも高い所定温度（本実施形態では、１℃）以上となるように決定される。

そして、この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯと蒸発器温度センサによって検出された室内蒸発器２３からの吹出空気温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて室内蒸発器２３からの吹出空気温度が目標蒸発器吹出温度ＴＥＯに近づくように、圧縮機１１の回転数Ｎｃが決定される。

また、冷房用膨張弁２２へ出力される制御信号については、冷房用膨張弁２２へ流入する冷媒の過冷却度が、ＣＯＰを略最大値に近づくように予め決定された目標過冷却度に近づくように決定される。また、エアミックスドア３４のサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路を閉塞し、室内蒸発器２３通過後の送風空気の全流量がバイパス通路３５を通過するように決定される。

その後、図５のステップＳ６にて運転モードが除湿暖房運転モードあるいは暖房運転モードに切り替えられるまで、あるいは、操作パネルの操作信号等によって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンが繰り返される。

従って、冷房運転モードのヒートポンプサイクル１０では、図６のモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図６のａ₆点）が室内凝縮器１２へ流入する。この際、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路を閉塞しているので、室内凝縮器１２へ流入した冷媒は殆ど送風空気へ放熱することなく、室内凝縮器１２から流出していく。

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

ここで、室内凝縮器１２では、冷媒は殆ど送風空気へ放熱することがないので、気液分離器１４へ流入する冷媒は気相状態である。従って、気液分離器１４では冷媒の気液が分離されることなく、気相冷媒が液相冷媒流出ポート１４ｄから流出していく。さらに、中間圧側開閉弁１６ａが閉弁状態となっているので、気相冷媒流出ポート１４ｃから気相冷媒が流出することはない。

液相冷媒流出ポート１４ｄから流出した気相冷媒は、低圧側開閉弁１６ｂが開弁状態となっているので、低段側固定絞り１７側へ流入することなく固定絞り迂回用通路１８を介して室外熱交換器２０へ流入する。室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して放熱する（図６のａ₆点→ｂ₆点）。

室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが閉弁状態となっているので、絞り状態となっている冷房用膨張弁２２へ流入して低圧冷媒となるまで、等エンタルピ的に減圧膨脹される（図６のｂ₆点→ｃ₆点）。そして、冷房用膨張弁２２にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器２３へ流入し、送風機３２から送風された送風空気から吸熱して蒸発する（図６のｃ₆点→ｄ₆点）。これにより、送風空気が冷却される。

室内蒸発器２３から流出した冷媒は、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａ（図６のｅ₆点）から吸入されて低段側圧縮機構→高段側圧縮機構の順に再び圧縮される（図６のｅ₆点→ａ１₆点→ａ₆点）。

なお、図６においてｄ₆点とｅ₆点が異なっている理由は、アキュムレータ２４から圧縮機１１の吸入ポート１１ａへ至る冷媒配管を流通する気相冷媒には圧力損失が生じるからである。従って、理想的なサイクルでは、ｄ₆点とｅ₆点が一致していることが望ましい。このことは、以下のモリエル線図においても同様である。

以上の如く、冷房運転モードでは、エアミックスドア３４にて室内凝縮器１２の空気通路を閉塞しているので、室内蒸発器２３にて冷却された送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の冷房を実現することができる。

また、上記の説明から明らかなように、冷房運転モードでは、加熱用熱交換器である室内凝縮器１２から流出した冷媒を、第１減圧手段である高段側膨張弁１３および気液分離器１４を介して、室外熱交換器２０→第３減圧手段である冷房用膨張弁２２→冷却用熱交換器である室内蒸発器２３→アキュムレータ２４→圧縮機１１の吸入ポート１１ａの順に流している。

（ｂ）除湿暖房運転モード
次に、ステップＳ８にて実行される除湿暖房運転モードの詳細を、図７〜図１４を用いて説明する。なお、図７は、除湿暖房運転モード時に実行される制御フローを示すフローチャートであり、図８は、図７の制御ステップＳ８５の制御を説明するための制御特性図である。

前述の如く、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、除湿暖房運転モードとして、通常除湿暖房モードおよびインジェクション除湿暖房モードの２つの運転モードを切り替えることができる。さらに、通常除湿暖房モードは、インジェクション除湿暖房モードに優先して実行される。

そこで、図７のステップＳ８１では、通常除湿暖房モードにおける各膨張弁１３、２２、エアミックスドア３４、中間圧側開閉弁１６ａ、冷媒流路切替手段１６ｂ、１６ｃ等の制御状態を決定する。

具体的には、高段側膨張弁１３を全開状態あるいは絞り状態とし、冷房用膨張弁２２を全開状態あるいは絞り状態とし、さらに、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とし、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを閉弁状態とし、エアミックスドア３４の開度がバイパス通路３５を閉塞させる最小開度となるようにエアミックスドア３４用のサーボモータの制御状態を決定する。

これにより、図５のステップＳ１２にて、各制御対象機器に制御信号あるいは制御電圧が出力されると、ヒートポンプサイクル１０は、冷房運転モードと同様の図１の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。

続くステップＳ８２では、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから高段側膨張弁１３の入口側へ至るヒートポンプサイクル１０の高圧側冷媒圧力Ｐｄの目標高圧ＴＰｄを決定し、ステップＳ８３へ進む。具体的には、目標高圧ＴＰｄは、図５のステップＳ４にて決定された目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、車室内へ吹き出される送風空気が目標吹出温度ＴＡＯとなるように決定される。

ステップＳ８３では、室内蒸発器２３の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定して、ステップＳ８４へ進む。具体的には、目標蒸発器吹出温度ＴＥＯは、ステップＳ８１にて決定された目標高圧ＴＰｄに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄとなるように決定される。この際、目標蒸発器吹出温度ＴＥＯは、室内蒸発器２３の着霜を防止するため、着霜温度よりも高い所定温度（本実施形態では、１℃）以上に決定される。

ステップＳ８４では、冷房用膨張弁２２が最大弁開度（全開状態）となっているか否かが判定され、冷房用膨張弁２２が最大弁開度となっている場合は、ステップＳ８５へ進み、室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力が不足しているか否かが判定される。一方、ステップＳ８４にて、冷房用膨張弁２２が最大弁開度となっていない場合は、ステップＳ８６へ進み、通常除湿暖房モードでの制御処理が実行される。

また、ステップＳ８５にて、加熱能力が不足している（図８に示す判定用制御フラグが１）と判定された場合は、ステップＳ８７へ進み、ガスインジェクション除湿暖房モードの制御処理が実行される。一方、ステップＳ８５にて、加熱能力が不足していない（図８に示す判定用制御フラグが０）と判定された場合は、ステップＳ８６へ進み、通常除湿暖房モードの制御処理が実行される。

このステップＳ８５では、具体的に、図８の制御特性図に示すように、目標高圧ＴＰｄから吐出圧センサによって検出された現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄを減算した圧力差が増加する増加過程では、予め定めた第１基準圧力差Ｃ１以上となった際に、加熱能力が不足していると判定して判定用制御フラグを１とし、圧力差が減少する減少過程では、予め定めた第２基準圧力差Ｃ２以下となった際に、加熱能力が不足していないものと判定して判定用制御フラグを０とする。

なお、第１、第２基準圧力差Ｃ１、Ｃ２との差は、制御ハンチング防止のためのヒステリシス幅として設定されている。

ここで、高圧側冷媒圧力Ｐｄは、冷媒凝縮器１２における冷媒凝縮温度に相関を有する物理量であるから、目標高圧ＴＰｄから高圧側冷媒圧力Ｐｄを減算した圧力差は、目標吹出温度ＴＡＯから室内凝縮器１２流出直後の実際の送風空気温度を減算した温度差に相関を有する値となる。

従って、このステップＳ８５では、目標吹出温度ＴＡＯから室内凝縮器１２流出直後の実際の送風空気温度を減算した温度差に基づいて、通常除湿暖房モードおよびガスインジェクション除湿暖房モードを切り替えていると表現することができる。より具体的には、目標吹出温度ＴＡＯから室内凝縮器１２流出直後の実際の送風空気温度を減算した温度差が、予め定めた所定温度差以上となったときに、通常除湿暖房モードからガスインジェクション除湿暖房モードへ切り替えている。

ステップＳ８６およびステップＳ８７に続く、ステップＳ８８では、高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄに近づくように、フィードバック制御手法によって圧縮機１１の回転数Ｎｃが決定されて、ステップＳ１０へ戻る。

次に、ステップＳ８６にて実行される通常除湿暖房モードにおける制御処理の詳細を説明する。通常除湿暖房モードでは、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、高段側膨張弁１３および冷房用膨張弁２２の絞り開度を変化させる。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、高段側膨張弁１３における第１減圧量を増加させるとともに、冷房用膨張弁２２における第３減圧量を減少させている。これにより、以下に説明する第１〜第４除湿暖房モードの４段階の運転モードが実行される。

（ｂ）−１：通常除湿暖房モードの第１除湿暖房モード
第１除湿暖房モードでは、高段側膨張弁１３を全開状態とし、冷房用膨張弁２２を絞り状態とする。従って、サイクル構成（冷媒流路）については、冷房運転モードと全く同様となるものの、エアミックスドア３４が室内凝縮器１２の空気通路を全開する最小開度となっているので、サイクルを循環する冷媒の状態については図９のモリエル線図に示すように変化する。

すなわち、図９に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図９のａ₉点）は、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する（図９のａ₉点→ｂ１₉点）。これにより、送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、冷房運転モードと同様に、高段側膨張弁１３→気液分離器１４→低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して放熱する（図９のｂ１₉→ｂ２₉点）。以降の作動は冷房運転モードと同様である。

以上の如く、第１除湿暖房モード時には、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された送風空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。

（ｂ）−２：通常除湿暖房モードの第２除湿暖房モード
次に、第１除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第１基準温度よりも高くなった際には、第２除湿暖房モードが実行される。第２除湿暖房モードでは、高段側膨張弁１３を絞り状態とし、冷房用膨張弁２２の絞り開度を第１除湿暖房モードよりも増加させた絞り状態とする。

従って、第２除湿暖房モードでは、第１除湿暖房モードよりも、高段側膨張弁１３における第１減圧量が増加し、冷房用膨張弁２２における第３減圧量が減少する。さらに、サイクルを循環する冷媒の状態については図１０のモリエル線図に示すように変化する。

すなわち、図１０に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１０のａ₁₀点）は、第１除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する（図１０のａ₁₀点→ｂ１₁₀点）。これにより、送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨張弁１３によって中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（図１０のｂ１₁₀点→ｂ２₁₀点）。高段側膨張弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して放熱する（図１０のｂ２₁₀点→ｂ３₁₀点）。以降の作動は冷房運転モードと同様である。

以上の如く、第２除湿暖房モードでは、第１除湿暖房モード時と同様に、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された送風空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。

この際、第２除湿暖房モードでは、高段側膨張弁１３を絞り状態としているので、第１除湿暖房モードに対して、室外熱交換器２０を流通する冷媒の温度を低下させることができる。従って、室外熱交換器２０における冷媒の温度と外気温との温度差を縮小して、室外熱交換器２０における冷媒の放熱量を低減できる。

その結果、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量を増加させることができ、第１除湿暖房モードよりも室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

（ｂ）−３：通常除湿暖房モードの第３除湿暖房モード
次に、第２除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第２基準温度よりも高くなった際には、第３除湿暖房モードが実行される。第３除湿暖房モードでは、高段側膨張弁１３の絞り開度を第２除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、冷房用膨張弁２２の絞り開度を第２除湿暖房モードよりも増加させる。

従って、第３除湿暖房モードでは、第２除湿暖房モードよりも、高段側膨張弁１３における第１減圧量が増加し、冷房用膨張弁２２における第３減圧量が減少する。さらに、サイクルを循環する冷媒の状態については図１１のモリエル線図に示すように変化する。

すなわち、図１１に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１１のａ₁₁点）は、第１、第２除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する（図１１のａ₁₁点→ｂ₁₁点）。これにより、送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨張弁１３によって外気温よりも温度の低い中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（図１１のｂ₁₁点→ｃ１₁₁点）。高段側膨張弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。

そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図１１のｃ１₁₁点→ｃ２₁₁点）。さらに、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用膨張弁２２にて等エンタルピ的に減圧されて（図１１のｃ２₁₁点→ｃ３₁₁点）、室内蒸発器２３へ流入する。以降の作動は冷房運転モードと同様である。

以上の如く、第３除湿暖房モードでは、第１、第２除湿暖房モード時と同様に、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された送風空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。

この際、第３除湿暖房モードでは、高段側膨張弁１３の絞り開度を縮小させることによって、室外熱交換器２０を蒸発器として作用させているので、第２除湿暖房モードに対して、冷媒が外気から吸熱する吸熱量を増加させ、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量を増加させることができる。その結果、第２除湿暖房モードよりも室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

（ｂ）−４：通常除湿暖房モードの第４除湿暖房モード
次に、第３除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度ＴＡＯが予め定めた第３基準温度よりも高くなった際には、第４除湿暖房モードが実行される。第４除湿暖房モードでは、高段側膨張弁１３の絞り開度を第３除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、冷房用膨張弁２２を全開状態とする。

従って、第４除湿暖房モードでは、第３除湿暖房モードよりも、高段側膨張弁１３における第１減圧量が増加し、冷房用膨張弁２２における第３減圧量が減少する。さらに、サイクルを循環する冷媒の状態については図１２のモリエル線図に示すように変化する。

すなわち、図１２に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１２のａ₁₂点）は、第１、第２除湿暖房モードと同様に、室内凝縮器１２へ流入して、室内蒸発器２３にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する（図１２のａ₁₂点→ｂ₁₂点）。これにより、送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨張弁１３によって外気温よりも温度の低い低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧される（図１２のｂ₁₂点→ｃ１₁₂点）。高段側膨張弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４→低圧側開閉弁１６ｂの順に流れて室外熱交換器２０へ流入する。

そして、室外熱交換器２０へ流入した低圧冷媒は、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図１２のｃ１₁₂点→ｃ２₁₂点）。さらに、室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用膨張弁２２が全開状態となっているので、減圧されることなく室内蒸発器２３へ流入する。以降の作動は冷房運転モードと同様である。

以上の如く、第４除湿暖房モードでは、第１〜第３除湿暖房モード時と同様に、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された送風空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。

この際、第４除湿暖房モードでは、第３除湿暖房モードと同様に、室外熱交換器２０を蒸発器として作用させるとともに、第３除湿暖房モードよりも高段側膨張弁１３の絞り開度を縮小させているので、室外熱交換器２０における冷媒蒸発温度を低下させることができる。

従って、第３除湿暖房モードに対して、室外熱交換器２０における冷媒の温度と外気温との温度差を拡大させて、室外熱交換器２０にて冷媒が外気から吸熱する吸熱量を増加させることができる。その結果、第３除湿暖房モードよりも室内凝縮器１２における冷媒の放熱量を増加させることができ、室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

上記の如く、通常除湿暖房モードでは、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、高段側膨張弁１３における減圧量を増加させるとともに、冷房用膨張弁２２における減圧量を減少させることによって、第１〜第４除湿暖房モードへ順次切り替えて、室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

ところで、本実施形態では、室内蒸発器２３の着霜を防止するために、室内蒸発器２３における冷媒蒸発温度を１℃以上に維持しているので、第４除湿暖房モード時のように冷房用膨張弁２２が全開状態になると、室外熱交換器２０および室内蒸発器２３の双方の冷媒蒸発温度が１℃以上に維持されることになる。

このため、第４除湿暖房モードに切り替えられて、室外熱交換器２０および室内蒸発器２３の冷媒蒸発温度が１℃に到達してしまうと、これ以上、冷媒の吸熱量を増加させることができなくなり、室内凝縮器１２における冷媒の放熱量を増加させることができなくなってしまう。そこで、本実施形態では、ステップＳ８５にて説明したように、通常除湿暖房モードに加熱能力が不足した際にインジェクション除湿暖房モードへ切り替える。

（ｂ）−５：インジェクション除湿暖房モード
図７のステップＳ８７にて実行されるインジェクション除湿暖房モードにおける制御処理の詳細については、図１３のフローチャートを用いて説明する。まず、図１３のステップＳ８７１では、除湿暖房運転モードにおける各膨張弁１３、２２、中間圧側開閉弁１６ａ、冷媒流路切替手段１６ｂ、１６ｃ等の制御状態を決定する。

具体的には、高段側膨張弁１３を冷媒を第４除湿暖房モードと同様の絞り状態とし、冷房用膨張弁２２を全開状態とし、さらに、中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態とし、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを閉弁状態とする。

これにより、図５のステップＳ１２にて、各制御対象機器に制御信号あるいは制御電圧が出力されると、ヒートポンプサイクル１０は、図２の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられることになる。

続くステップＳ８７２では、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄより高くなっているか否かを判定し、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄより高くなっている場合には、ステップＳ８７３へ進み、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄより高くなっていない場合には、ステップＳ８７４へ進む。

ステップＳ８７３では、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最大弁開度（全開状態）よりも小さくなっているか否かを判定する。ステップＳ８７３にて、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最大弁開度よりも小さくなっている場合には、ステップＳ８７５へ進み、高段側膨張弁１３の弁開度を現在の弁開度に対して、予め定めた所定開度分だけ増加させてステップＳ８８へ戻る。

一方、ステップＳ８７４にて、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最大弁開度よりも小さくなっていない（すなわち、現在の弁開度が、最大弁開度になっている）場合には、現在の値よりも弁開度を増加させることはできないので、現在の弁開度が維持されて、ステップＳ８８へ戻る。

また、ステップＳ８７４では、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最小弁開度よりも大きくなっているか否かを判定する。ステップＳ８７４にて、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最小弁開度よりも大きくなっている場合には、ステップＳ８７６へ進み、高段側膨張弁１３の弁開度を現在の弁開度に対して、予め定めた所定開度分だけ減少させてステップＳ８８へ戻る。

なお、ステップＳ８７４における最小弁開度とは、高段側膨張弁１３を絞り状態とした際に、高段側膨張弁１３の絞り通路面積が取り得る範囲内において最小となる開度（本実施形態では、絞り通路面積が相当直径φ０．５ｍｍとなる開度）であり、最小弁開度になった際に、高段側膨張弁１３における第１減圧量が最大となる。このことは冷房用膨張弁２２においても同様である。

一方、ステップＳ８７４にて、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最小弁開度よりも大きくなっていない（すなわち、現在の弁開度が、最小弁開度になっている）場合には、現在の値よりも弁開度を減少させることはできないので、現在の弁開度が維持されて、ステップＳ８８へ戻る。

従って、インジェクション除湿暖房モードのヒートポンプサイクル１０では、図１４のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。なお、図１４では、インジェクション除湿暖房モード時の冷媒の状態の変化を太実線で示し、比較のために第４除湿暖房モードの冷媒の状態の変化を破線で示している。

まず、インジェクション除湿暖房モードが実行されると、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１４のａ₁₄点）が室内凝縮器１２へ流入する。室内凝縮器１２へ流入した冷媒は、送風機３２から送風されて室内蒸発器２３を通過して冷却され除湿された送風空気と熱交換して放熱する（図１４のａ₁₄点→ｂ₁₄点）。これにより、送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨張弁１３にて中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（図１４のｂ₁₄点→ｃ１₁₄点）。そして、高段側膨張弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４にて気液分離される（図１４のｃ１₁₄点→ｃ２₁₄点、ｃ１₁₄点→ｃ３₁₄点）。

気液分離器１４にて分離された気相冷媒は、中間圧側開閉弁１６ａが開弁状態となっているので、中間圧冷媒通路１５を介して、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂへ流入し（図１４のｃ２₁₄点→ａ２₁₄点）、低段側圧縮機構吐出冷媒（図１４のａ１₁₄点）と合流して、高段側圧縮機構へ吸入される。

一方、気液分離器１４にて分離された液相冷媒は、低圧側開閉弁１６ｂが閉弁状態となっているので、低段側固定絞り１７へ流入して低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（図１４のｃ３₁₄点→ｃ４₁₄点）。低段側固定絞り１７から流出した冷媒は、室外熱交換器２０へ流入して、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図１４のｃ４₁₄点→ｄ１₁₄点）。

室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが閉弁状態となっており、さらに、冷房用膨張弁２２が全開状態となっているので、減圧されることなく室内蒸発器２３へ流入し、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（図１４のｄ１₁₄点→ｄ２₁₄点）。これにより、送風空気が冷却される。

室内蒸発器２３から流出した冷媒は、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａ（図１４のｅ₁₄点）から吸入されて低段側圧縮機構→高段側圧縮機構の順に再び圧縮される（図１４のｅ₁₄点→ａ１₁₄点→ａ₁₄点）。

以上の如く、インジェクション除湿暖房モードでは、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された送風空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。

この際、インジェクション除湿暖房モードでは、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構にて、冷媒を二段階に昇圧させるとともに、サイクル内の中間圧冷媒を中間圧ポート１１ｂから高段側圧縮機構へ吸入させるガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）を構成できる。

これにより、高段側圧縮機構へ吸入される冷媒流量（ガスインジェクション量）を増加させて、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出される高温高圧冷媒の温度を第４除湿暖房モードよりも上昇させることができるとともに、高段側圧縮機構における圧縮仕事量を増加させることができる。その結果、室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を充分に向上させることができる。

なお、図１４のモリエル線図では、インジェクション除湿暖房モードにおいて、圧縮機１１から吐出される高温高圧冷媒の温度が第４除湿暖房モードよりも上昇する例を説明しているが、本発明者らの検討によれば、インジェクション除湿暖房モードでは、圧縮機１１から吐出される高温高圧冷媒の温度が第４除湿暖房モードより高くなっていなくても、高段側圧縮機構における圧縮仕事量の増加によって、室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を充分に向上できることが判っている。

さらに、インジェクション除湿暖房モード時には、制御ステップＳ８７３→Ｓ８７５にて説明したように、目標高圧Ｐｄの上昇、すなわち車室内へ吹き出される送風空気の目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、高段側膨張弁１３の絞り開度を増加させている。これにより、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、中間圧ポート１１ｂへ流入させる冷媒流量（ガスインジェクション量）を増加させて高段側圧縮機構における圧縮仕事量を増加させることができ、室内凝縮器１２における加熱能力を充分かつ適切に向上させることができる。

（ｃ）暖房運転モード
次に、ステップＳ９にて実行される暖房運転モードについて説明する。暖房運転モードでは、高段側膨張弁１３を冷媒を減圧させる絞り状態とし、冷房用膨張弁２２を全閉状態とし、エアミックスドア３４の開度がバイパス通路３５を閉塞させる最小開度となるようにエアミックスドア３４用のサーボモータの制御状態を決定し、さらに、中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態とし、低圧側開閉弁１６ｂを閉弁状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを開弁状態とする。

これにより、図５のステップＳ１２にて、各制御対象機器に制御信号あるいは制御電圧が出力されると、ヒートポンプサイクル１０は、図３の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。

また、圧縮機１１の回転数Ｎｃについては、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから高段側膨張弁１３の入口側へ至るヒートポンプサイクル１０の高圧側冷媒圧力Ｐｄが、フィードバック制御手法等によって目標高圧ＴＰｄに近づくように決定される。この目標高圧Ｔｄは、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、車室内へ吹き出される送風空気が目標吹出温度ＴＡＯとなるように決定される。

従って、暖房運転モードのヒートポンプサイクル１０では、図１５のモリエル線図に示すように、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１５のａ₁₅点）が室内凝縮器１２へ流入する。室内凝縮器１２へ流入した冷媒は、送風機３２から送風されて室内蒸発器２３を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する（図１５のａ₁₅→ｂ₁₅点）。これにより、車室内送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨脹弁１３にて中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（図１５のｂ₁₅→ｃ１₁₅点）。そして、高段側膨脹弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４にて気液分離される（図１５のｃ₁₅→ｃ２₁₅点、ｃ₁₅→ｃ３₁₅点）。

気液分離器１４にて分離された気相冷媒は、中間圧側開閉弁１６ａが開弁状態となっているので、中間圧冷媒通路１５を介して、圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂへ流入し（図１５のｃ２₁₅→ａ２₁₅点）、低段側圧縮機構吐出冷媒（図１５のａ１₁₅点）と合流して、高段側圧縮機構へ吸入される。

一方、気液分離器１４にて分離された液相冷媒は、低圧側開閉弁１６ｂが閉弁状態となっているので、低段側固定絞り１７へ流入して低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（図１５のｃ３₁₅→ｃ４₁₅点）。低段側固定絞り１７から流出した冷媒は、室外熱交換器２０へ流入して、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図７のｃ４₁₅点→ｄ₁₅点）。

室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが開弁状態となっているので、膨脹弁迂回用通路２５を介して、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａ（図１５のｅ₁₅点）から吸入されて再び圧縮される。一方、分離された液相冷媒はサイクルが要求されている冷凍能力を発揮するために必要としていない余剰冷媒としてアキュムレータ２４内に蓄えられる。

以上の如く、暖房運転モードでは、圧縮機１１から吐出された冷媒の有する熱を室内凝縮器１２にて車室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。

また、上記の説明から明らかなように、暖房運転モードでは、加熱用熱交換器である室内凝縮器１２から流出した冷媒を、第１減圧手段である高段側膨脹弁１３→気液分離器１４→第２減圧手段である低段側固定絞り１７→室外熱交換器２０→アキュムレータ２４の順に流すとともに、気液分離器１４にて分離された気相冷媒を中間圧冷媒通路１５→圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂへ流入させている。

本実施形態のヒートポンプサイクル１０は、以上の如く作動するので、冷房運転モード時には車室内の冷房を実現でき、暖房運転モード時には車室内の暖房を実現できる。

さらに、除湿暖房運転モード時には、ヒートポンプサイクル１０全体としてガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）を構成することによって、室内蒸発器２３の冷媒蒸発圧力が所定温度以上に維持されていても、室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態のヒートポンプサイクル１０は、インジェクション除湿暖房モードの冷媒回路に切替可能に構成されているが、本第２実施形態のヒートポンプサイクル１０は、インジェクション除湿暖房モードの冷媒回路に代えて、図１６に示すガスバイパス除湿暖房モードの冷媒回路に切替可能に構成されている。

具体的には、本実施形態では、気液分離器１４の気相冷媒流出ポート１４ｃには、中間圧冷媒通路１５を介して圧縮機１１の吸入ポート１１ａが接続されている。したがって、本実施形態では、圧縮機１１は、中間圧ポート１１ｂが不要であるので、一段昇圧式の電動圧縮機でよい。

また、本実施形態では、中間圧冷媒通路１５には、上記第１実施形態の中間圧側開閉弁１６ａの代わりに、絞り機能付き開閉弁１６ｄが配置されている。この中間圧側開閉弁１６ａは中間圧冷媒通路１５を開閉する開閉手段としての電磁弁であるとともに、中間圧冷媒通路１５を開いた際に冷媒流れを絞って冷媒を減圧させる減圧手段でもあり、空調制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

絞り機能付き開閉弁１６ｄの代わりに、中間圧冷媒通路１５を開閉する開閉手段としての開閉弁と、中間圧冷媒通路１５の冷媒を減圧させる減圧手段としての減圧弁とを中間圧冷媒通路１５に配置してもよい。

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

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

これにより、ヒートポンプサイクル１０は、インジェクション除湿暖房モードの冷媒回路に代えて、ガスバイパス除湿暖房モードの冷媒回路に切替可能に構成されている。

次に、図１７〜図２０を用いて、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動を説明する。本実施形態の車両用空調装置１のメインルーチンとしての制御処理を示すフローチャートは、図５のフローチャートと同様であるので図示を省略する。

また、本実施形態のステップＳ７にて実行される冷房運転モードの詳細は、上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、本実施形態のステップＳ８にて実行される除湿暖房運転モードの詳細を、図１７、図１８を用いて説明する。なお、図１７は、除湿暖房運転モード時に実行される制御フローを示すフローチャートである。
る。

図１７のフローチャートでは、上記第１実施形態の図７のフローチャートに対して、ステップＳ８７に示すインジェクション除湿暖房モードの制御処理を、ステップＳ８９に示すガスバイパス除湿暖房モードの制御処理に変更している。

これにより、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、除湿暖房運転モードとして、通常除湿暖房モードおよびガスバイパス除湿暖房モードの２つの運転モードを切り替えることができる。さらに、通常除湿暖房モードは、ガスバイパス除湿暖房モードに優先して実行される。

すなわち、ステップＳ８５にて、加熱能力が不足している（図８に示す判定用制御フラグが１）と判定された場合は、ステップＳ８９へ進み、ガスバイパス除湿暖房モードの制御処理が実行される。一方、ステップＳ８５にて、加熱能力が不足していない（図８に示す判定用制御フラグが０）と判定された場合は、ステップＳ８６へ進み、通常除湿暖房モードの制御処理が実行される。

ステップＳ８６にて実行される通常除湿暖房モードにおける制御処理は、上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ８９にて実行されるインジェクション除湿暖房モードにおける制御処理の詳細については、上記第１実施形態で説明した図１３のフローチャートと同様であるので、図１３のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ８７１では、除湿暖房運転モードにおける各膨張弁１３、２２、絞り機能付き開閉弁１６ｄ、冷媒流路切替手段１６ｂ、１６ｃ等の制御状態を決定する。

具体的には、高段側膨張弁１３を冷媒を第４除湿暖房モードと同様の絞り状態とし、冷房用膨張弁２２を全開状態とし、さらに、絞り機能付き開閉弁１６ｄを開弁状態とし、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを閉弁状態とする。

これにより、図５のステップＳ１２にて、各制御対象機器に制御信号あるいは制御電圧が出力されると、ヒートポンプサイクル１０は、図１６の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられることになる。

続くステップＳ８７２では、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄより高くなっているか否かを判定し、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄより高くなっている場合には、ステップＳ８７３へ進み、現在の高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧ＴＰｄより高くなっていない場合には、ステップＳ８７４へ進む。

ステップＳ８７３では、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最大弁開度（全開状態）よりも小さくなっているか否かを判定する。ステップＳ８７３にて、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最大弁開度よりも小さくなっている場合には、ステップＳ８７５へ進み、高段側膨張弁１３の弁開度を現在の弁開度に対して、予め定めた所定開度分だけ増加させてステップＳ８８へ戻る
一方、ステップＳ８７４にて、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最大弁開度よりも小さくなっていない（すなわち、現在の弁開度が、最大弁開度になっている）場合には、現在の値よりも弁開度を増加させることはできないので、現在の弁開度が維持されて、ステップＳ８８へ戻る。

また、ステップＳ８７４では、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最小弁開度よりも大きくなっているか否かを判定する。ステップＳ８７４にて、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最小弁開度よりも大きくなっている場合には、ステップＳ８７６へ進み、高段側膨張弁１３の弁開度を現在の弁開度に対して、予め定めた所定開度分だけ減少させてステップＳ８８へ戻る。

なお、ステップＳ８７４における最小弁開度とは、高段側膨張弁１３を絞り状態とした際に、高段側膨張弁１３の絞り通路面積が取り得る範囲内において最小となる開度（本実施形態では、絞り通路面積が相当直径φ０．５ｍｍとなる開度）であり、最小弁開度になった際に、高段側膨張弁１３における第１減圧量が最大となる。このことは冷房用膨張弁２２においても同様である。

一方、ステップＳ８７４にて、高段側膨張弁１３の現在の弁開度が、最小弁開度よりも大きくなっていない（すなわち、現在の弁開度が、最小弁開度になっている）場合には、現在の値よりも弁開度を減少させることはできないので、現在の弁開度が維持されて、ステップＳ８８へ戻る。

従って、ガスバイパス除湿暖房モードのヒートポンプサイクル１０では、図１８のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。なお、図１８では、インジェクション除湿暖房モード時の冷媒の状態の変化を太実線で示し、比較のために第４除湿暖房モードの冷媒の状態の変化を破線で示している。

まず、インジェクション除湿暖房モードが実行されると、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒（図１８のａ₁₈点）が室内凝縮器１２へ流入する。室内凝縮器１２へ流入した冷媒は、送風機３２から送風されて室内蒸発器２３を通過して冷却され除湿された送風空気と熱交換して放熱する（図１８のａ₁₈点→ｂ₁₈点）。これにより、送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨張弁１３にて中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（図１８のｂ₁₈点→ｃ１₁₈点）。そして、高段側膨張弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、気液分離器１４にて気液分離される（図１８のｃ１₁₈点→ｃ２₁₈点、ｃ１₁₈点→ｃ３₁₈点）。

気液分離器１４にて分離された気相冷媒は、絞り機能付き開閉弁１６ｄが開弁状態となっているので、中間圧冷媒通路１５を介して圧縮機１１の吸入ポート１１ａへ吸入される。このとき、絞り機能付き開閉弁１６ｄが気相冷媒の流れを絞ることによって、気相冷媒が減圧される（図１８のｃ２₁₈点→ｄ２₁₈点）。

一方、気液分離器１４にて分離された液相冷媒は、低圧側開閉弁１６ｂが閉弁状態となっているので、低段側固定絞り１７へ流入して低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される（図１８のｃ３₁₈点→ｃ４₁₈点）。低段側固定絞り１７から流出した冷媒は、室外熱交換器２０へ流入して、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する（図１８のｃ４₁₈点→ｄ１₁₈点）。

室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが閉弁状態となっており、さらに、冷房用膨張弁２２が全開状態となっているので、減圧されることなく室内蒸発器２３へ流入し、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（図１８のｄ１₁₈点→ｄ２₁₈点）。これにより、送風空気が冷却される。

室内蒸発器２３から流出した冷媒は、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａから吸入されて再び圧縮される（図１４のｅ₁₈点→ａ₁₈点）。

以上の如く、ガスバイパス除湿暖房モードでは、室内蒸発器２３にて冷却され除湿された送風空気を、室内凝縮器１２にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。

この際、ガスバイパス除湿暖房モードでは、サイクル内の中間圧冷媒を吸入ポート１１ａから圧縮機１１へ吸入させるガスバイパスサイクルを構成できる。これにより、圧縮機１１へ吸入される冷媒流量を増加させて、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出される高温高圧冷媒の温度を第４除湿暖房モードよりも上昇させることができるとともに、圧縮機１１における圧縮仕事量を増加させることができる。その結果、室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を充分に向上させることができる。

なお、図１８のモリエル線図では、ガスバイパス除湿暖房モードにおいて、圧縮機１１から吐出される高温高圧冷媒の温度が第４除湿暖房モードよりも上昇する例を説明しているが、本発明者らの検討によれば、ガスバイパス除湿暖房モードでは、圧縮機１１から吐出される高温高圧冷媒の温度が第４除湿暖房モードより高くなっていなくても、高段側圧縮機構における圧縮仕事量の増加によって、室内凝縮器１２における送風空気の加熱能力を充分に向上できることが判っている。

さらに、ガスバイパス除湿暖房モード時には、制御ステップＳ８７３→Ｓ８７５にて説明したように、目標高圧Ｐｄの上昇、すなわち車室内へ吹き出される送風空気の目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、高段側膨張弁１３の絞り開度を増加させている。これにより、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、気液分離器１４に流入する冷媒の乾き度が増大するので、吸入ポート１１ａへ流入させる冷媒流量（ガスバイパス量）を増加させて圧縮機１１における圧縮仕事量を増加させることができ、室内凝縮器１２における加熱能力を充分かつ適切に向上させることができる。

このとき、吸入ポート１１ａへ流入させる冷媒流量（ガスバイパス量）が増加することで室外熱交換器２０および室内蒸発器２３へ流入させる冷媒流量（液冷媒量）が減ることとなるが、この場合、室内蒸発器２３の温度が上昇するので、上述のフィードバック制御手法により圧縮機１１の回転数Ｎｃが増加し、室外熱交換器２０および室内蒸発器２３へ適切な流量の冷媒が流れるようになる。また、圧縮機１１の回転数Ｎｃが増加することで、吸入ポート１１ａへ流入させる冷媒流量（ガスバイパス量）をさらに増加させることができるので、室内凝縮器１２における加熱能力をさらに向上させることができる。

なお、絞り機能付き開閉弁１６ｄで減圧された気相冷媒の圧力は、アキュムレータ２４で分離された気相冷媒の圧力よりも高くなっているのが好ましい。圧縮機１１の回転数Ｎｃが増加した場合、絞り機能付き開閉弁１６ｄで減圧された気相冷媒の方がアキュムレータ２４で分離された気相冷媒よりも吸入ポート１１ａへ流入しやすくなって、ガスバイパス量を効果的に増加させることができるからである。但し、絞り機能付き開閉弁１６ｄで減圧された気相冷媒がアキュムレータ２４側へ逆流することのないよう、絞り機能付き開閉弁１６ｄで減圧された気相冷媒の圧力と、アキュムレータ２４で分離された気相冷媒の圧力との差を適度に抑えておくのが好ましい。

次に、本実施形態のステップＳ９にて実行される暖房運転モードについて説明する。図１９は、本実施形態の暖房運転モード時における冷媒流路を示す全体構成図である。暖房運転モードでは、絞り機能付き開閉弁１６ｄを閉弁状態とする。また、高段側膨張弁１３を冷媒を減圧させる絞り状態とし、冷房用膨張弁２２を全閉状態とし、エアミックスドア３４の開度がバイパス通路３５を閉塞させる最小開度となるようにエアミックスドア３４用のサーボモータの制御状態を決定し、低圧側開閉弁１６ｂを閉弁状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを開弁状態とする。

これにより、図５のステップＳ１２にて、各制御対象機器に制御信号あるいは制御電圧が出力されると、ヒートポンプサイクル１０は、図１９の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。

また、圧縮機１１の回転数Ｎｃについては、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから高段側膨張弁１３の入口側へ至るヒートポンプサイクル１０の高圧側冷媒圧力Ｐｄが、フィードバック制御手法等によって目標高圧ＴＰｄに近づくように決定される。この目標高圧Ｔｄは、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置４０に記憶された制御マップを参照して、車室内へ吹き出される送風空気が目標吹出温度ＴＡＯとなるように決定される。

従って、暖房運転モードのヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃから吐出された高圧冷媒が室内凝縮器１２へ流入する。室内凝縮器１２へ流入した冷媒は、送風機３２から送風されて室内蒸発器２３を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内送風空気が加熱される。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、絞り状態となっている高段側膨脹弁１３にて中間圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される。そして、高段側膨脹弁１３にて減圧された中間圧冷媒は、絞り機能付き開閉弁１６ｄおよび低圧側開閉弁１６ｂが閉弁状態となっているので、気液分離器１４を流れて低段側固定絞り１７へ流入して低圧冷媒となるまで等エンタルピ的に減圧膨脹される。低段側固定絞り１７から流出した冷媒は、室外熱交換器２０へ流入して、送風ファン２１から送風された外気と熱交換して吸熱する。

室外熱交換器２０から流出した冷媒は、冷房用開閉弁１６ｃが開弁状態となっているので、膨脹弁迂回用通路２５を介して、アキュムレータ２４へ流入して気液分離される。そして、分離された気相冷媒が圧縮機１１の吸入ポート１１ａから吸入されて再び圧縮される。一方、分離された液相冷媒はサイクルが要求されている冷凍能力を発揮するために必要としていない余剰冷媒としてアキュムレータ２４内に蓄えられる。

以上の如く、暖房運転モードでは、圧縮機１１から吐出された冷媒の有する熱を室内凝縮器１２にて車室内送風空気に放熱させて、加熱された室内送風空気を車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の暖房を実現することができる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、気液分離器１４の気相冷媒流出ポート１４ｃには、中間圧冷媒通路１５を介して圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂが接続されているが、本第３実施形態では、図２０に示すように、中間圧冷媒通路１５が圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂ側と吸入ポート１１ａ側とに分岐しており、気液分離器１４の気相冷媒流出ポート１４ｃには、分岐した中間圧冷媒通路１５を介して圧縮機１１の中間圧ポート１１ｂおよび吸入ポート１１ａが接続されている。

また、本実施形態では、中間圧冷媒通路１５のうち分岐部よりも上流側に中間圧側開閉弁１６ａが配置され、中間圧冷媒通路１５のうち分岐部よりも吸入ポート１１ａ側に絞り機能付き開閉弁１６ｄが配置されている。絞り機能付き開閉弁１６ｄの詳細については、上記第２実施形態と同様であるので説明を省略する。

これによると、中間圧側開閉弁１６ａを閉弁状態とすることで、上記第１実施形態の冷房運転モードおよび通常除湿暖房モードにすることができる。

また、中間圧側開閉弁１６ａを開弁状態とし、絞り機能付き開閉弁１６ｄを閉弁状態とすることで、上記第１実施形態のインジェクション除湿暖房モードおよび暖房運転モードにすることができる。

そして、中間圧側開閉弁１６ａおよび絞り機能付き開閉弁１６ｄを開弁状態とすることで、上記第２実施形態のガスバイパス除湿暖房モードにすることができる。

（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、本発明の冷凍サイクル装置を電気自動車用の車両用空調装置１に適用した例を説明したが、本発明の冷凍サイクル装置は、例えば、エンジン（内燃機関）および走行用電動モータから走行用の駆動力を得るハイブリッド車両のように、エンジン廃熱が暖房用熱源として不充分となることのある車両に適用して有効である。さらに、据置型空調装置等に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、冷媒流路を切り替えることによって、種々の運転モードを実現可能な冷凍サイクル装置について説明したが、本発明による加熱用熱交換器における加熱能力向上効果は、少なくとも空調対象空間の除湿暖房を行う際に、通常の冷凍サイクルからガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）またはガスバイパスサイクルへ切替可能なサイクルであれば得ることができる。

（２）上述の実施形態では、図５の制御ステップＳ６にて、モード選択スイッチに応じて、冷房運転モード、除湿暖房運転モードおよび暖房運転モードを決定した例を説明したが、各運転モードの決定はこれに限定されない。

例えば、外気温に対して設定温度が低い場合に冷房運転モードを実行することを決定し、外気温に対して設定温度が高い場合に暖房運転モードを実行するように決定してもよい。さらに、車室内湿度を検出する湿度検出手段を設け、暖房運転モード時に、車室内湿度が予め定めた基準湿度以上となったときに、除湿暖房運転モードを実行するように決定してもよい。

（３）上述の第１、第３実施形態では、開閉手段として、電磁弁からなる中間圧側開閉弁１６ａを採用した例を説明したが、開閉手段はこれに限定されない。例えば、全閉機能付きの流量調整弁を採用してもよい。そして、インジェクション除湿暖房モード時に、車室内へ吹き出される送風空気の目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、この流量調整弁の開度を増加させるようにしてもよい。

（４）上述の第１、第３実施形態では、暖房運転モード時にヒートポンプサイクル１０全体として、ガスインジェクションサイクルを構成した例を説明したが、暖房運転モード時のサイクル構成は、これに限定されない。例えば、要求される加熱能力が予め定めた基準値以下となった際に、高段側膨脹弁１３を絞り状態とし、冷房用膨脹弁２２を全閉状態とし、さらに、中間圧側開閉弁１６ａを全閉状態とし、低圧側開閉弁１６ｂを開弁状態とし、冷房用開閉弁１６ｃを開弁状態としてもよい。

これにより、圧縮機１１の吐出ポート１１ｃ→室内凝縮器１２→高段側膨張弁１３→室外熱交換器２０→アキュムレータ２４→圧縮機１１の吸入ポート１１ａの順に循環する通常の冷凍サイクルを構成できる。従って、要求される加熱能力が予め定めた基準値以下となった際でも、圧縮機１１の回転数Ｎｃを増加させて、圧縮機１１圧縮効率の低下を抑制することができる。

（５）上述の実施形態では、低段側減圧手段（第２減圧手段）としての低段側固定絞り１７の流量特性を適切に設定することによって、暖房運転モード時に、室外熱交換器２０へ流入する冷媒の乾き度Ｘを０．１以下としているが、低段側減圧手段（第２減圧手段）は、固定絞りに限定されない。

つまり、低段側減圧手段として、高段側膨張弁１３と同様の構成の可変絞り機構を採用してもよい。この場合は、空調制御装置４０が、室外熱交換器２０へ流入する冷媒の温度および圧力等に基づいて、室外熱交換器２０へ流入する冷媒の乾き度Ｘを検出し、この検出値が０．１以下となるように、低段側減圧手段を構成する可変絞り機構の開度を制御すればよい。

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

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

また、インジェクション除湿暖房モードまたはガスバイパス除湿暖房モードは、第４除湿暖房モードにおいて高段側膨張弁１３における第１減圧量が最大となり、冷房用膨張弁２２における第３減圧量が最小となっている際に切り替えるようにしてもよい。

１１ 圧縮機
１１ａ 吸入ポート
１１ｂ 中間圧ポート
１１ｃ 吐出ポート
１２ 室内凝縮器（利用側熱交換器、加熱用熱交換器）
１３ 高段側膨張弁（第１減圧手段）
１４ 気液分離器
１５ 中間圧冷媒通路
１６ａ 中間圧側開閉弁
１６ｂ 低圧側開閉弁
１６ｃ 冷房用開閉弁
１６ｄ 絞り機能付き開閉弁（開閉手段、減圧手段）
１７ 低段側固定絞り（第２減圧手段）
２０ 室外熱交換器
２２ 冷房用膨張弁（第３減圧手段）
２３ 室内蒸発器（冷却用熱交換器）

Claims (16)

1. 吸入ポート（１１ａ）から吸入した低圧冷媒を圧縮して吐出ポート（１１ｃ）から高圧冷媒を吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）の吐出ポート（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒を空調対象空間へ送風される送風空気と熱交換させて、前記送風空気を加熱する加熱用熱交換器（１２）と、
   前記加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧手段（１３）と、
   前記第１減圧手段（１３）にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段（１４）と、
   前記気液分離手段（１４）にて分離された液相冷媒を減圧させる第２減圧手段（１７）と、
   前記第２減圧手段（１７）から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（２０）と、
   前記室外熱交換器（２０）から流出した冷媒を減圧させる第３減圧手段（２２）と、
   前記第３減圧手段（２２）から流出した冷媒と前記送風空気と熱交換させて、前記吸入ポート（１１ａ）側へ流出させる冷却用熱交換器（２３）と、
   前記気液分離手段（１４）にて分離された気相冷媒を、前記吸入ポート（１１ａ）側へ導く中間圧冷媒通路（１５）と、
   前記中間圧冷媒通路（１５）を開閉する開閉手段（１６ｄ）と、
   前記中間圧冷媒通路（１５）を流れる前記気相冷媒を減圧する減圧手段（１６ｄ）とを備え、
   前記加熱用熱交換器（１２）が、前記冷却用熱交換器（２３）に対して前記送風空気流れ下流側に配置されるヒートポンプサイクルであって、
   前記冷却用熱交換器（２３）にて前記送風空気を冷却して、冷却された前記送風空気を前記加熱用熱交換器（２３）にて前記空調対象空間の温度以上となるまで昇温させる除湿暖房運転モードとして、
   前記開閉手段（１６ｄ）が前記中間圧冷媒通路（１５）を開き且つ前記減圧手段（１６ｄ）が前記気相冷媒を減圧することによって、前記気相冷媒を前記吸入ポート（１１ａ）へ流入させるガスバイパス除湿暖房モードを有することを特徴とするヒートポンプサイクル。
2. さらに、前記除湿暖房運転モードとして、
   前記開閉手段（１６ｄ）が前記中間圧冷媒通路（１５）を閉じることによって、前記第１減圧手段（１３）から流出した冷媒の全流量を前記第２減圧手段（１７）へ流入させる通常除湿暖房モードを有することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル。
3. 前記ガスバイパス除湿暖房モード時には、前記空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、前記中間圧冷媒通路（１５）から前記吸入ポート（１１ａ）側へ流入させる冷媒流量を増加させ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. 前記ガスバイパス除湿暖房モード時には、前記空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、前記第１減圧手段（１３）の絞り開度を増加させることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプサイクル。
5. 前記通常除湿暖房モード時には、前記空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、前記第１減圧手段（１３）における第１減圧量を増加させるとともに、前記第３減圧手段（２２）における第３減圧量を減少させることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプサイクル。
6. 前記ガスバイパス除湿暖房モードは、前記第３減圧量が最小となっている際に実行されることを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプサイクル。
7. サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備え、
   前記送風空気を冷却する冷房運転モード時には、
   前記開閉手段（１６ｄ）が前記中間圧冷媒通路（１５）を閉じた状態で、前記冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）が、前記加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、前記第１減圧手段（１３）→前記室外熱交換器（２０）→前記第３減圧手段（２２）→前記冷却用熱交換器（２３）の順に流す冷媒流路に切り替えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
8. サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備え、
   前記送風空気を加熱する暖房運転モード時には、
   前記開閉手段（１６ｄ）が前記中間圧冷媒通路（１５）を閉じた状態で、前記冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）が、前記加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、前記第１減圧手段（１３）→前記気液分離手段（１４）→前記第２減圧手段（１７）→前記室外熱交換器（２０）の順に流す冷媒流路に切り替えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
9. 吸入ポート（１１ａ）から吸入した低圧冷媒を圧縮して吐出ポート（１１ｃ）から高圧冷媒を吐出するとともに、サイクル内の中間圧冷媒を流入させて圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧ポート（１１ｂ）を有する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）の吐出ポート（１１ｃ）から吐出された高圧冷媒を空調対象空間へ送風される送風空気と熱交換させて、前記送風空気を加熱する加熱用熱交換器（１２）と、
   前記加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を減圧させる第１減圧手段（１３）と、
   前記第１減圧手段（１３）にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離手段（１４）と、
   前記気液分離手段（１４）にて分離された液相冷媒を減圧させる第２減圧手段（１７）と、
   前記第２減圧手段（１７）から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（２０）と、
   前記室外熱交換器（２０）から流出した冷媒を減圧させる第３減圧手段（２２）と、
   前記第３減圧手段（２２）から流出した冷媒と前記送風空気と熱交換させて、前記吸入ポート（１１ａ）側へ流出させる冷却用熱交換器（２３）と、
   前記気液分離手段（１４）にて分離された気相冷媒を、前記中間圧ポート（１１ｂ）へ導く中間圧冷媒通路（１５）と、
   前記中間圧冷媒通路（１５）を開閉する開閉手段（１６ａ）とを備え、
   前記加熱用熱交換器（１２）が、前記冷却用熱交換器（２３）に対して前記送風空気流れ下流側に配置されるヒートポンプサイクルであって、
   前記冷却用熱交換器（２３）にて前記送風空気を冷却して、冷却された前記送風空気を前記加熱用熱交換器（２３）にて前記空調対象空間の温度以上となるまで昇温させる除湿暖房運転モードとして、
   前記開閉手段（１６ａ）が前記中間圧冷媒通路（１５）を開くことによって、前記気相冷媒を前記中間圧ポート（１１ｂ）へ流入させるインジェクション除湿暖房モードを有することを特徴とするヒートポンプサイクル。
10. さらに、前記除湿暖房運転モードとして、
    前記開閉手段（１６ａ）が前記中間圧冷媒通路（１５）を閉じることによって、前記第１減圧手段（１３）から流出した冷媒の全流量を前記第２減圧手段（１７）へ流入させる通常除湿暖房モードを有することを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプサイクル。
11. 前記インジェクション除湿暖房モード時には、前記空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、前記中間圧ポート（１１ｂ）へ流入させる冷媒流量を増加させることを特徴とする請求項９または１０に記載のヒートポンプサイクル。
12. 前記インジェクション除湿暖房モード時には、前記空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、前記第１減圧手段（１３）の絞り開度を増加させることを特徴とする請求項１１に記載のヒートポンプサイクル。
13. 前記通常除湿暖房モード時には、前記空調対象空間へ吹き出される送風空気の目標温度（ＴＡＯ）の上昇に伴って、前記第１減圧手段（１３）における第１減圧量を増加させるとともに、前記第３減圧手段（２２）における第３減圧量を減少させることを特徴とする請求項１０に記載のヒートポンプサイクル。
14. 前記インジェクション除湿暖房モードは、前記第３減圧量が最小となっている際に実行されることを特徴とする請求項１３に記載のヒートポンプサイクル。
15. サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備え、
    前記送風空気を冷却する冷房運転モード時には、
    前記開閉手段（１６ａ）が前記中間圧冷媒通路（１５）を閉じた状態で、前記冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）が、前記加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、前記第１減圧手段（１３）→前記室外熱交換器（２０）→前記第３減圧手段（２２）→前記冷却用熱交換器（２３）の順に流す冷媒流路に切り替えることを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクル。
16. サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）を備え、
    前記送風空気を加熱する暖房運転モード時には、
    前記開閉手段（１６ａ）が前記中間圧冷媒通路（１５）を開いた状態で、前記冷媒流路切替手段（１６ｂ、１６ｃ）が、前記加熱用熱交換器（１２）から流出した冷媒を、前記第１減圧手段（１３）→前記気液分離手段（１４）→前記第２減圧手段（１７）→前記室外熱交換器（２０）の順に流すとともに、前記気液分離手段（１４）にて分離された気相冷媒を前記中間圧冷媒通路（１５）へ流入させる冷媒流路に切り替えることを特徴とする請求項９ないし１５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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