特許 6149237 車両用冷暖房装置および膨張弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6149237

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】車両用冷暖房装置および膨張弁

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/32 20060101AFI20170612BHJP

   B60H 1/22 20060101ALI20170612BHJP

   B60H 1/00 20060101ALI20170612BHJP

【ＦＩ】

   B60H1/32 624J

   B60H1/32 624E

   B60H1/22 651C

   B60H1/22 651A

   B60H1/00 101A

   B60H1/32 624G

   B60H1/22 671

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-91664(P2013-91664)

(22)【出願日】2013年4月24日

(65)【公開番号】特開2014-213689(P2014-213689A)

(43)【公開日】2014年11月17日

【審査請求日】2015年11月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000133652

【氏名又は名称】株式会社テージーケー

(74)【代理人】

【識別番号】110002273

【氏名又は名称】特許業務法人インターブレイン

(74)【代理人】

【識別番号】100120536

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】早川 聡士

(72)【発明者】

【氏名】山本 章彦

(72)【発明者】

【氏名】菅村 領太

(72)【発明者】

【氏名】利根川 正明

(72)【発明者】

【氏名】塩田 敏幸

(72)【発明者】

【氏名】佐伯 真司

(72)【発明者】

【氏名】金子 毅

(72)【発明者】

【氏名】熊倉 孝尚

【審査官】 佐藤 正浩

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１８３９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６３８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７１５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７６８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３３２８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２４３８２９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｈ １／３２

Ｂ６０Ｈ １／００

Ｂ６０Ｈ １／２２

(57)【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、
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、
冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
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と、
冷房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外凝縮器、前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、
暖房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器、前記室外蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、
前記第１冷媒循環通路に設けられ、冷房運転時に前記室外凝縮器から導入された冷媒を絞り膨張させて前記室内蒸発器へ向けて導出可能な第１膨張弁と、
前記第２冷媒循環通路に設けられ、暖房運転時に前記補助凝縮器から導入された冷媒を絞り膨張させて前記室外蒸発器へ向けて導出可能な第２膨張弁と、
を備え、
前記第１膨張弁は、
前記第１冷媒循環通路において前記室内蒸発器と前記圧縮機とをつなぐ通路に設けられ、前記室内蒸発器から前記圧縮機へ向かう冷媒の温度と圧力を感知して駆動力を発生させる第１感温部と、
前記第１冷媒循環通路において前記室外凝縮器と前記室内蒸発器とをつなぐ通路に設けられ、前記第１感温部の駆動力により開度が調整される第１弁部と、
を含み、前記第１弁部の開度により前記室外凝縮器から前記室内蒸発器へ向かう冷媒の流量を調整する第１温度式膨張弁として構成され、
前記第２膨張弁は、
前記第２冷媒循環通路において前記室外蒸発器と前記圧縮機とをつなぐ通路に設けられ、前記室外蒸発器から前記圧縮機へ向かう冷媒の温度と圧力を感知して駆動力を発生させる第２感温部と、
前記第２冷媒循環通路において前記補助凝縮器と前記室外蒸発器とをつなぐ通路に設けられ、前記第２感温部の駆動力により開度が調整される第２弁部と、
を含み、前記第２弁部の開度により前記補助凝縮器から前記室外蒸発器へ向かう冷媒の流量を調整する第２温度式膨張弁として構成され、
暖房運転時において前記圧縮機の入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう弁開度を調整することを特徴とする車両用冷暖房装置。

【請求項2】

前記第２膨張弁は、ノーマルチャージ方式の温度式膨張弁であ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】

前記第２膨張弁は、その感温部が感知する過熱度範囲が過熱度０℃から２℃の間に収まるよう自律的に動作するように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用冷暖房装置。

【請求項4】

前記補助凝縮器と前記室外蒸発器とを接続する第１通路と、前記室外蒸発器と前記圧縮機とを接続する第２通路とを接続するバイパス通路を含み、前記圧縮機の入口側の冷媒状態を過熱度０℃に近づけることを補助するための過熱度調整構造を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用冷暖房装置。

【請求項5】

前記バイパス通路が、前記第１通路における前記第２膨張弁の弁部よりも下流側位置と、前記第２通路における前記第２膨張弁の感温部よりも下流側位置とを接続するように設けられていることを特徴とする請求項４に記載の車両用冷暖房装置。

【請求項6】

前記バイパス通路に冷媒の流れを制限するためのオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の車両用冷暖房装置。

【請求項7】

冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
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、
冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
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と、
冷房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外凝縮器、前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、
暖房運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器、前記室外蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、
前記第１冷媒循環通路に設けられ、前記室外凝縮器から導入された冷媒を絞り膨張させて前記室内蒸発器へ向けて導出可能な第１膨張弁と、
前記第２冷媒循環通路に設けられ、前記補助凝縮器から導入された冷媒を絞り膨張させて前記室外蒸発器へ向けて導出可能な第２膨張弁と、
を備え、
前記第２膨張弁は、暖房運転時において前記圧縮機の入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう弁開度を調整し、
前記第２膨張弁は、前記室外蒸発器から前記圧縮機へ向かう冷媒の温度と圧力を感知して自律的に動作し、前記補助凝縮器から前記室外蒸発器へ向かう冷媒の流量を調整するノーマルチャージ方式の温度式膨張弁であり、
前記補助凝縮器と前記室外蒸発器とを接続する第１通路と、前記室外蒸発器と前記圧縮機とを接続する第２通路とを接続するバイパス通路を含み、前記圧縮機の入口側の冷媒状態を過熱度０℃に近づけることを補助するための過熱度調整構造をさらに備え、
前記バイパス通路に前記第２通路側の過熱度を感知して弁開度を調整する過熱度制御弁が設けられていることを特徴とする車両用冷暖房装置。

【請求項8】

前記第１通路における前記バイパス通路への分岐部よりも下流側に差圧を発生させるための差圧発生構造を有することを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。

【請求項9】

前記第２膨張弁は、前記室外蒸発器の出口側の温度を感知するための時定数を小さくするための感温促進構造を有することを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートポンプ式の車両用冷暖房装置、およびその装置に適用される膨張弁に関する。

【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、冷媒が冷凍サイクルを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。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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１６６６２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、このような車両用冷暖房装置においては一般に、蒸発器と圧縮機との間にアキュムレータが設けられる（特許文献１の図１：「アキュムレータ２７」）。アキュムレータは、気相部と液相部を備え、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る。仮に蒸発器から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、このアキュムレータの液相部にその液冷媒を溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機に導出することができる。それにより、圧縮機に不用意に液冷媒が戻されてその圧縮動作に支障をきたすいわゆる「液バック」の問題を解消することができる。

【0006】

しかしながら、このようなアキュムレータの設置にはいくつかの問題点がある。まずは設置スペースの問題である。アキュムレータは、冷媒を気液分離するための構造を実現するために比較的大きな容積を有するため、特に電気自動車やハイブリッド車両など多くの電装部品等が設置される車両においてはスペース上の問題を生じさせ易い。次にアキュムレータにおける圧力損失の問題がある。冷媒がアキュムレータを通過する際に圧力損失が生じるため、その分、圧縮機の吸入圧力に対する蒸発器の蒸発圧力が高くなる。この蒸発圧力の上昇は蒸発温度の上昇につながるため、蒸発器における吸熱量を低下させ、暖房能力を低下させる要因となる。特に車両の外部環境が極低温の場合には（例えば−２０℃〜−１０℃）、冷媒の飽和蒸気圧曲線（温度−圧力特性）の勾配が小さいことからも、アキュムレータにおける圧力損失が蒸発温度に大きく影響する可能性がある。さらに、アキュムレータはいわゆる「冷媒の寝込み」を発生させるため、それを考慮して冷媒充填量に余裕をもたせなければならず、コストが嵩むといった問題もある。

【0007】

このような問題を解消又は緩和するためにアキュムレータを取り除くことも考えられるが、その場合には圧縮機に適度な過熱度の冷媒が供給されるよう制御する必要がある。この点、室内熱交換器と室外熱交換器との間には膨張弁が設けられるため、暖房運転時にその膨張弁による過熱度制御機能を期待することも考えられる。しかしながら、発明者らの検証の結果、通常の冷凍サイクルで用いられる冷房用の膨張弁を単に適用するだけでは、圧縮機に適度な過熱度の冷媒を供給するのは難しいことが分かった。

【0008】

本発明の目的の一つは、アキュムレータを設けなくとも、暖房運転時の暖房能力を適正に維持可能な車両用冷暖房装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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、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、冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、冷房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が室外凝縮器、室内蒸発器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、暖房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が補助凝縮器、室外蒸発器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、第１冷媒循環通路に設けられ、室外凝縮器から導入された冷媒を絞り膨張させて室内蒸発器へ向けて導出可能な第１膨張弁と、第２冷媒循環通路に設けられ、補助凝縮器から導入された冷媒を絞り膨張させて室外蒸発器へ向けて導出可能な第２膨張弁と、を備える。第２膨張弁は、暖房運転時において圧縮機の入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう弁開度を調整する。

【0010】

この態様によると、第２膨張弁の弁開度の調整により、暖房運転時における圧縮機入口側の冷媒状態を適正な状態に保つことができるため、アキュムレータを設ける必要がなくなる。このため、上述したアキュムレータによる設置スペースの問題、暖房能力低下の問題、冷媒充填量の問題を解消することができる。特に、暖房運転時の圧縮機入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう制御されることにより、後述する実施形態にて示すように、圧縮機への液バックを解消又は緩和しつつ、暖房能力を高く維持することが可能となる。

【0011】

本発明の別の態様は、膨張弁である。この膨張弁は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、暖房運転時に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、室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、暖房運転時に圧縮機から吐出された冷媒が補助凝縮器、室外熱交換器を順次経由して圧縮機に戻るように循環可能な冷媒循環通路とを備える車両用冷暖房装置に適用される。この膨張弁は、補助凝縮器から導入された冷媒を絞り膨張させて室外熱交換器へ向けて導出可能であり、室外熱交換器から圧縮機へ向かう冷媒の温度と圧力を感知して駆動力を発生させる感温部と、感温部の駆動力により開度が調整される弁部とを備え、その弁部の開度ににより補助凝縮器から室外熱交換器へ向かう冷媒の流量を調整するノーマルチャージ方式の温度式膨張弁として構成される。この膨張弁は、感温部が感知する過熱度範囲が過熱度０℃から２℃の間に収まるよう自律的に動作するように設定されている。

【0012】

この態様の膨張弁を上記車両用冷暖房装置に適用することにより、その膨張弁の弁開度の調整によって暖房運転時における圧縮機入口側の冷媒状態を適正な状態に保つことができるため、アキュムレータを設ける必要がなくなる。そして特に、感温部が感知する過熱度範囲が過熱度０℃から２℃の間に収まるように設定されるため、暖房運転時の圧縮機入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう制御することが容易となる。その結果、後述する実施形態にて示すように、圧縮機への液バックを解消又は緩和しつつ、暖房能力を高く維持することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、アキュムレータを設けなくとも、暖房運転時の暖房能力を適正に維持可能な車両用冷暖房装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。

【図2】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。

【図3】膨張弁の構成を表す断面図である。

【図4】膨張弁に封入されるガスの飽和液特性を表す図である。

【図5】圧縮機の吸入冷媒の過熱度と暖房能力との関係を表す図である。

【図6】変形例に係る膨張弁の構成を表す断面図である。

【図7】他の変形例に係る膨張弁の構成を表す断面図である。

【図8】第２実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。

【図9】第２実施形態に係る第２の膨張弁の構成を表す断面図である。

【図10】変形例に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。

【図11】他の変形例に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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］
図１は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。この車両用冷暖房装置は、電気自動車の冷暖房装置として具体化されたものである。

【0016】

車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、補助凝縮器３（室内熱交換器）、室外熱交換器５および蒸発器７を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。本実施形態では、アキュムレータは設けられていない。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆなど）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。

【0017】

圧縮機２および室外熱交換器５は、車室外（エンジンルーム）に設けられている。一方、車室内には空気の熱交換が行われるダクト１０が設けられ、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側に蒸発器７が配設され、下流側に補助凝縮器３が配設されている。補助凝縮器３は、室内凝縮器として構成されている。

【0018】

車両用冷暖房装置１は、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、補助凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として切り替え可能に構成されている。この冷凍サイクルでは、冷房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、除湿運転時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。

【0019】

第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室外熱交換器５→蒸発器７→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→補助凝縮器３→室外熱交換器５→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→補助凝縮器３→蒸発器７→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第１冷媒循環通路と第２冷媒循環通路とで逆方向となっている。

【0020】

具体的には、圧縮機２の吐出室につながる通路が分岐し、その一方である第１通路２１が室外熱交換器５の一方の出入口につながり、他方である第２通路２２が補助凝縮器３の入口につながっている。室外熱交換器５の他方の出入口は第３通路２３を介して蒸発器７の入口に接続され、蒸発器７の出口は第４通路２４（戻り通路）を介して圧縮機２の入口（吸入口）に接続されている。第１通路２１、第３通路２３および第４通路２４により第１冷媒循環通路が形成される。

【0021】

補助凝縮器３の出口は第５通路２５を介して第３通路２３に接続されている。第１通路２１は中間部においてバイパス通路２６に分岐し、バイパス通路２６は圧縮機２の入口に接続されている。さらに、第５通路２５は中間部においてバイパス通路２７に分岐し、バイパス通路２７は第３通路２３に接続されている。第２通路２２、第５通路２５、第３通路２３およびバイパス通路２６により第２冷媒循環通路が形成される。一方、第２通路２２、第５通路２５、バイパス通路２７、第３通路２３および第４通路２４により第３冷媒循環通路が形成される。第１冷媒循環通路と第３冷媒循環通路とは、冷房運転時において補助凝縮器３と室外熱交換器５を圧縮機２に対して並列につなぐ並列循環通路を形成する。第４通路２４におけるバイパス通路２６との合流点よりも下流側は、第１〜第３冷媒循環通路に共用の共用通路２８となっている。

【0022】

第１通路２１におけるバイパス通路２６との分岐点には、第１制御弁３１が設けられている。第３通路２３における第５通路２５との合流点には、第２制御弁３２が設けられている。第４通路２４とバイパス通路２６との合流点には、第３制御弁３３が設けられている。第５通路２５におけるバイパス通路２７との分岐点には、第４制御弁３４が設けられている。制御弁３１〜３４は、複数の冷媒循環通路間の合流点又は分岐点における冷媒の流れを切り替える切替弁として機能する。なお、第４制御弁３４は、暖房除湿運転時においては、第５通路２５から第３通路２３およびバイパス通路２７へ流れる冷媒の流量の割合を調整する比例弁としても機能する。

【0023】

第１制御弁３１は、第１通路２１を開閉する第１弁部と、バイパス通路２６を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するアクチュエータとを備える三方弁からなる。第１弁部の開閉により、圧縮機２から室外熱交換器５への冷媒の流れが許容又は遮断される。第２弁部の開閉により、室外熱交換器５からバイパス通路２６への冷媒の流れが許容又は遮断される。本実施形態では、第１制御弁３１として、ソレノイドへの通電又は非通電により各弁部の開閉状態を切り替え可能な電磁弁が用いられるが、ステッピングモータの駆動により各弁部の開閉状態を切り替え可能な電動弁を用いてもよい。

【0024】

第２制御弁３２は、第３通路２３を開閉する第１弁部と、第５通路２５を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するアクチュエータとを備える三方弁からなる。第１弁部の開閉により、室外熱交換器５から蒸発器７への冷媒の流れが許容又は遮断される。第２弁部の開閉により、補助凝縮器３から室外熱交換器５への冷媒の流れが許容又は遮断される。本実施形態では、第２制御弁３２として電磁弁が用いられるが、ステッピングモータ等による電動弁を用いてもよい。

【0025】

第３制御弁３３は、第４通路２４を開閉する第１弁部と、バイパス通路２６を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するアクチュエータとを備える三方弁からなる。第１弁部の開閉により、蒸発器７から共用通路２８を介した圧縮機２への冷媒の流れが許容又は遮断される。第２弁部の開閉により、バイパス通路２６から共用通路２８を介した圧縮機２への冷媒の流れが許容又は遮断される。本実施形態では、第３制御弁３３として電磁弁が用いられるが、ステッピングモータ等による電動弁を用いてもよい。

【0026】

第４制御弁３４は、第５通路２５の開度を調整する第１弁部と、バイパス通路２７の開度を調整する第２弁部と、各弁部を駆動するアクチュエータとを備える三方弁からなる。第１弁部の開閉により、補助凝縮器３から室外熱交換器５への冷媒の流れが許容又は遮断される。第２弁部の開閉により、補助凝縮器３からバイパス通路２７を介した蒸発器７への冷媒の流れが許容又は遮断される。また、第１弁部と第２弁部との開度比率を調整することにより、補助凝縮器３から室外熱交換器５および蒸発器７のそれぞれへ流れる冷媒の流量を調整することができる。本実施形態では、第４制御弁３４として電磁弁が用いられるが、ステッピングモータ等による電動弁を用いてもよい。なお、変形例においては、第４制御弁３４における第１弁部と第２弁部の各開度を独立に調整できるように構成してもよい。

【0027】

第１冷媒循環通路には膨張弁４１（「第１膨張弁」として機能する）が設けられている。膨張弁４１は、冷房運転時に室外熱交換器５（室外凝縮器）から導出された冷媒を絞り膨張させて蒸発器７へ供給する。膨張弁４１は、蒸発器７から圧縮機２へ向かう冷媒の温度と圧力を感知して自律的に動作し、室外熱交換器５から蒸発器７へ向かう冷媒の流量を調整するノーマルチャージ方式の温度式膨張弁である。膨張弁４１は、第３通路２３の一部を構成する第１内部通路と、第４通路２４の一部を構成する第２内部通路と、その第１内部通路に設けられた弁部と、第２内部通路を流れる冷媒の温度と圧力を感知する感温部とを有する。

【0028】

第２冷媒循環通路には膨張弁４２（「第２膨張弁」として機能する）が設けられている。膨張弁４２は、暖房運転時に補助凝縮器３から導出された冷媒を絞り膨張させて室外熱交換器５（室外蒸発器）へ供給する。膨張弁４２は、室外熱交換器５から圧縮機２へ向かう冷媒の温度と圧力を感知して自律的に動作し、補助凝縮器３から室外熱交換器５へ向かう冷媒の流量を調整するノーマルチャージ方式の温度式膨張弁である。膨張弁４２は、第５通路２５の一部を構成する第１内部通路と、共用通路２８の一部を構成する第２内部通路と、その第１内部通路に設けられた弁部と、第２内部通路を流れる冷媒の温度と圧力を感知する感温部とを有する。

【0029】

バイパス通路２７には、除湿運転時に補助凝縮器３から蒸発器７へ向かう冷媒の流量を制限するためのオリフィス４４が設けられている。

【0030】

ダクト１０には、空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、補助凝縮器３が配設されている。補助凝縮器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、補助凝縮器３を通過する風量と補助凝縮器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。

【0031】

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。

【0032】

補助凝縮器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室内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・高圧の冷媒が補助凝縮器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、補助凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。

【0033】

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。

【0034】

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、膨張弁４１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の開度に応じて補助凝縮器３を通過するものと、補助凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。補助凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。補助凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが補助凝縮器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。

【0035】

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、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。制御部は、車室内外の温度、蒸発器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各制御弁の制御量（開閉状態）や圧縮機２の駆動量等を決定し、それらを駆動させるための制御電流を供給する。これにより、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。なお、本実施形態ではこのような制御を実現するために、補助凝縮器３の出口、室外熱交換器５の出入口、蒸発器７の入口と出口等の温度を検出するための複数の温度センサが設置されている。

【0036】

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。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〜ｇはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の点線は冷媒の流れが遮断されていることを示している。

【0037】

図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、制御弁３１〜３３において第１弁部が開弁状態とされ、第２弁部が閉弁状態とされる。一方、制御弁３４において第１弁部が閉弁状態とされ、第２弁部が開弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室外熱交換器５を、他方で補助凝縮器３を経ることで凝縮される。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。

【0038】

そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が膨張弁４１にて絞り膨張され、冷温・低圧の霧状の冷媒となって蒸発器７に導入される。また、補助凝縮器３を経由した冷媒がオリフィス４４にて絞り膨張され、冷温・低圧の霧状の冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その冷媒が蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器７から導出された冷媒は、膨張弁４２の第２内部通路を通って圧縮機２に戻される。このとき、膨張弁４１により圧縮機２の入口側の過熱度が適正値となるように制御される。本実施形態では、冷房運転時において圧縮機２の入口側の冷媒状態が過熱度５℃から１０℃の間となるよう膨張弁４１が自律的に弁開度を調整する。

【0039】

一方、図２（Ｂ）に示すように、通常の暖房運転時においては、制御弁３１〜３３において第１弁部が閉弁状態とされ、第２弁部が開弁状態とされる。一方、制御弁３４において第１弁部が開弁状態とされ、第２弁部が閉弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路が開放される。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（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、補助凝縮器３、膨張弁４２、室外熱交換器５を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。

【0040】

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、補助凝縮器３を経て凝縮され、膨張弁４２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。これにより、外部から熱を汲み上げる。室外熱交換器５を通過した冷媒は、膨張弁４２の第２内部通路を通って圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、補助凝縮器３を通過する過程で温められる。このとき、膨張弁４２により圧縮機２の入口側の過熱度が適正値となるように制御される。本実施形態では、暖房運転時において圧縮機２の入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう膨張弁４２が自律的に弁開度を調整する。なお、暖房除湿運転時においては、第１冷媒循環通路が遮断される一方、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放される。そして、制御弁３４により第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路のそれぞれを流れる冷媒の流量が調整される。これにより、車室内の空気が温められるとともに除湿も行われる。

【0041】

次に、膨張弁の具体的構成について説明する。
図３は、膨張弁４２の構成を表す断面図である。膨張弁４２は、アルミニウム合金からなる素材を押出成形して得た部材に所定の切削加工を施して形成されたボディ１０２を有する。このボディ１０２は角柱状をなし、その内部には冷媒の絞り膨張を行う弁部が設けられている。ボディ１０２の長手方向の端部には、感温部として機能するパワーエレメント１０３が設けられている。

【0042】

ボディ１０２の側部には、補助凝縮器３側から高温・高圧の液冷媒を導入する導入ポート１０６、膨張弁４２にて絞り膨張された低温・低圧の冷媒を室外熱交換器５（室外蒸発器）へ向けて導出する導出ポート１０７、室外熱交換器５にて蒸発された冷媒を導入する導入ポート１０８、膨張弁４２を通過した冷媒を圧縮機２側へ導出する導出ポート１０９が設けられている。

【0043】

膨張弁４２においては、導入ポート１０６、導出ポート１０７およびこれらをつなぐ通路により第１内部通路１１３が構成されている。第１内部通路１１３は、その中間部に弁部が設けられており、導入ポート１０６から導入された冷媒をその弁部にて絞り膨張させて霧状にし、導出ポート１０７から室外熱交換器５へ向けて導出する。一方、導入ポート１０８、導出ポート１０９およびこれらをつなぐ通路により第２内部通路１１４（「戻り通路」に該当する）が構成されている。第２内部通路１１４は、ストレートに延びており、導入ポート１０８を介して導入された冷媒を、導出ポート１０９を介して圧縮機２へ導出する。

【0044】

すなわち、ボディ１０２における第１内部通路１１３の中間部には弁孔１１６が設けられ、その弁孔１１６の導入ポート１０６側の開口端縁により弁座１１７が形成されている。弁座１１７に導入ポート１０６側から対向するように弁体１１８が配置されている。弁体１１８は、弁座１１７に着脱して弁部を開閉する球状のボール弁体と、ボール弁体を下方から支持する弁体受けとを接合して構成されている。

【0045】

ボディ１０２の下端部には、第１内部通路１１３に直交するように内外を連通させる連通孔１１９が形成されており、その上半部により弁体１１８を収容する弁室１４０が形成されている。弁室１４０は、その上端部にて弁孔１１６に連通し、側部にて小孔１４２を介して導入ポート１０６に連通しており、第１内部通路１１３の一部を構成している。小孔１４２は、第１内部通路１１３の通路断面が局部的に狭小化されて形成され、弁室１４０に開口している。

【0046】

連通孔１１９の下半部には、その連通孔１１９を外部から封止するようにアジャストねじ１２０（「アジャスト部材」に該当する）が螺着されている。弁体１１８（正確には弁体受け）とアジャストねじ１２０との間には、弁体１１８を閉弁方向に付勢するスプリング１２３が介装されている。アジャストねじ１２０のボディ１０２への螺入量を調整することで、スプリング１２３の荷重を調整することができる。アジャストねじ１２０とボディ１０２との間には、冷媒の漏洩を防止するためのＯリング１２４が介装されている。

【0047】

一方、ボディ１０２の上端部には、第２内部通路１１４に直交するように内外を連通させる連通孔１２５が形成されており、その連通孔１２５を封止するようにパワーエレメント１０３（「感温部」に該当する）が螺着されている。パワーエレメント１０３は、アッパーハウジング１２６とロアハウジング１２７との間に金属薄板からなるダイヤフラム１２８を挟むように介装し、そのロアハウジング１２７側にディスク１２９を配置して構成されている。アッパーハウジング１２６とダイヤフラム１２８とによって囲まれる密閉空間はガス室Ｓを形成し、感温用のガスが封入されている。本実施形態では、冷凍サイクルを循環する冷媒と同種のガスもしくは同等の飽和液特性の傾きをもつガスがその感温ガスとして封入されている。ディスク１２９は、円板状の本体の下面中央から下方に延びる延在部１３０を有する。パワーエレメント１０３とボディ１０２との間には、冷媒の漏洩を防止するためのＯリング１３２が介装されている。

【0048】

第２内部通路１１４を通過する冷媒の圧力および温度は、連通孔１２５とディスク１２９に設けられた溝部を通ってダイヤフラム１２８の下面に伝達される。また、本実施形態ではディスク１２９の素材として、熱伝導率の高いアルミニウム合金等のサーマルフィラーを採用しており、そのディスク１２９が第２内部通路１１４まで延在する構成としている。これにより、第２内部通路１１４を通過する冷媒の温度がディスク１２９を介してダイヤフラム１２８の下面に伝達され易くなっている。このことは、膨張弁４２が室外熱交換器５の出口側の温度を感知するための時定数を小さくすることに寄与する。すなわち、ディスク１２９の構造が「感温促進構造」として機能している。

【0049】

ボディ１０２の中央部には、第１内部通路１１３と第２内部通路１１４とをつなぐ段付孔１３４が設けられており、この段付孔１３４の小径部１４４には長尺状のシャフト１３３（「作動ロッド」として機能する）が摺動可能に挿通されている。シャフト１３３は、ディスク１２９と弁体１１８との間に介装されている。シャフト１３３は、その上端部がディスク１２９の延在部１３０の下面に嵌合するように接続され、下端部が弁体１１８に当接するように接続される。これにより、ダイヤフラム１２８の変位よる駆動力が、ディスク１２９およびシャフト１３３を介して弁体１１８へ伝達され、弁部が開閉される。

【0050】

シャフト１３３の上半部は第２内部通路１１４に延出し、下半部は段付孔１３４の小径部１４４を摺動可能に貫通している。段付孔１３４の大径部１４６（「穴部」に対応する）には、シャフト１３３に軸線方向と直角な方向の付勢力、つまり横荷重（摺動荷重）を付与するための防振ばね１５０が配設されている。シャフト１３３がその防振ばね１５０の横荷重を受けることにより、冷媒圧力の変動によるシャフト１３３や弁体１１８の振動が抑制されるようになっている。なお、防振ばね１５０の具体的構造については、例えば特願２０１３−３２４２５号（未公開特許出願）に記載の構成を採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】

以上のように構成された膨張弁４２は、室外熱交換器５から導入ポート１０８を介して戻ってきた冷媒の圧力及び温度をパワーエレメント１０３が感知してそのダイヤフラム１２８が変位する。このダイヤフラム１２８の変位が駆動力となり、ディスク１２９およびシャフト１３３を介して弁体１１８に伝達されて弁部を開閉させる。一方、補助凝縮器３から供給された液冷媒は、導入ポート１０６から導入され、弁部を通過することにより絞り膨張されて、低温・低圧の霧状の冷媒になる。その冷媒は導出ポート１０７から室外熱交換器５へ向けて導出される。

【0052】

図４は、膨張弁４２に封入されるガスの飽和液特性を表す図である。同図の横軸は膨張弁４２が感知する冷媒の温度を示し、縦軸は冷媒の圧力を示している。図中実線は膨張弁４２の制御特性を示し、一点鎖線は冷凍サイクルを流れる冷媒の特性を示している。図５は、圧縮機２の吸入冷媒の過熱度と暖房能力との関係を表す図である。同図の横軸は圧縮機２の入口付近の吸入冷媒の乾き度および過熱度を示し、縦軸は暖房能力を示している。

【0053】

図４に示すように、本実施形態では、膨張弁４２としてノーマルチャージ（またはパラレルチャージ）方式の温度式膨張弁を採用している。このため、暖房運転時における室外熱交換器５（室外蒸発器）の出口の冷媒温度は、基本的に冷凍サイクルに使用されている冷媒の飽和蒸気圧曲線よりも常に高い温度、すなわち常に過熱度ＳＨを有するように室外熱交換器５に供給する冷媒流量を制御する。本実施形態では、膨張弁４２が調整する過熱度ＳＨの範囲（パワーエレメント１０３が感知する過熱度範囲）が、設計上図示のように、過熱度０℃から２℃の間に収まるようにスプリング１２３の荷重が調整されている。

【0054】

これにより、図５に示すように、圧縮機２の入口側の冷媒状態（吸入冷媒の状態）が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるようにされている。言い換えれば、圧縮機２の入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう膨張弁４２が自律的に動作するように、膨張弁４２の弁開度特性が設定されている。暖房運転時においては図示のように、吸入冷媒の過熱度が５℃を超えると暖房能力の低下率が大きくなる。一方、乾き度が０．９を下回ると、いわゆる液バックにより圧縮機２の作動に支障をきたす可能性がある。そこで、本実施形態では、圧縮機２の入口側の冷媒状態（吸入冷媒の状態）が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるように膨張弁４２の弁開度特性を設定することとした。

【0055】

本実施形態によれば、圧縮機２への液バックを解消又は緩和しつつ、暖房能力を高く維持することが可能となる。なお、ここで乾き度０．９から過熱度０℃を許容したのは、圧縮機２の吸入冷媒に若干の液分が含まれることは、その作動に影響がなく、むしろ圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができる点で好ましいからである。また、膨張弁４２の設定値（過熱度０℃から２℃）と、圧縮機２の吸入冷媒の設定値（乾き度０．９から過熱度５℃）との間の包含関係は、膨張弁４２の設定により圧縮機２の吸入冷媒の設定値を狙うことを意味する。なお、好ましくは、圧縮機２の入口側の冷媒状態が過熱度０℃となるのが良い。また、本実施形態によれば、上述したディスク１２９の感温促進構造により、その吸入冷媒の状態を目標値に速やかに近づけ、また目標値近傍に安定に維持することができる。

【0056】

なお、膨張弁４１については、過熱度設定値が異なる以外は膨張弁４２と同様の構成を有するため、その詳細な説明については省略する。すなわち、膨張弁４１は、感温ガスの封入ガス圧が膨張弁４２とは異なる。本実施形態では、冷房運転時における圧縮機２の入口側の冷媒状態が過熱度５℃から１０℃の間となるよう膨張弁４１が自律的に動作するように、膨張弁４１の弁開度特性が設定されている。

【0057】

（変形例１）
図６は、変形例に係る膨張弁４２の構成を表す断面図である。なお、同図において上記実施形態（図３）と同様の構成については同一の符号を付している。
本変形例においては、ディスク１５９が有底段付円筒状をなし、その延在部１６０の内方に内部空間が形成されている。一方、ダイヤフラム１５８は円環状に構成され、その内周部がディスク１５９の上面に接合されている。パワーエレメント１５３において、アッパーハウジング１２６、ダイヤフラム１５８およびディスク１５９によって囲まれる密閉空間がガス室Ｓを形成している。すなわち、本変形例では上記実施形態とは異なり、ガス室Ｓが第２内部通路１１４の位置まで延在している。シャフト１６３は、上記実施形態のシャフト１３３よりもやや短く、その上端面がディスク１５９の下端面に当接している。このような構成により、第２内部通路１１４を流れる冷媒の温度がガス室Ｓに速やかに伝達されるため、パワーエレメント１５３の感度が向上する。すなわち、このようなガス室Ｓを形成する構造が「感温促進構造」として機能している。なお、この変形例が膨張弁４１についても適用可能であることは言うまでもない。

【0058】

（変形例２）
図７は、他の変形例に係る膨張弁４２の構成を表す断面図である。なお、同図において上記実施形態（図３）と同様の構成については同一の符号を付している。
本変形例においては、パワーエレメント１７３の全体が第２内部通路１１４に配置される。ボディ１７２の上端開口部は、蓋部材１８０により閉止される。パワーエレメント１７３のディスク１７９と弁体１１８との間にシャフト１６３が介装される。ボディ１７２には、第１内部通路１１３と第２内部通路１１４との隔壁から第２内部通路１１４の内方に向けて延出する円ボス状の区画壁１７６が設けられている。パワーエレメント１７３は、区画壁１７６の上端開口部を封止するように取り付けられている。

【0059】

区画壁１７６には内外を連通させる連通孔１８２が設けられている。このため、第２内部通路１１４を流れる冷媒の一部が、連通孔１８２を介して区画壁１７６の内部に導入され、ダイヤフラム１２８の下面に導かれる。本変形例によれば、第２内部通路１１４を流れる冷媒の温度がガス室Ｓに速やかに伝達されるため、パワーエレメント１７３の感度が向上する。すなわち、このようにパワーエレメント１７３を第２内部通路１１４に配置する構造が「感温促進構造」として機能している。なお、この変形例が膨張弁４１についても適用可能であることは言うまでもない。

【0060】

なお、「感温促進構造」については上記以外にも種々考えられる。例えば感温筒（キャピラリチューブ）を圧縮機２の入口近傍に取り付け、その温度をガス室Ｓに伝達させてもよい。また、膨張弁４２と圧縮機２との間の配管を極力短くし、圧縮機２の入口近傍の温度を感知できるようにしてもよい。

【0061】

［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、第２の膨張弁の構成が異なる点を除けば第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の構成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８は、第２実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。図９は、第２実施形態に係る第２の膨張弁の構成を表す断面図である。

【0062】

図８に示すように、車両用冷暖房装置２０１は、第２冷媒循環通路に第１実施形態の膨張弁４２に代えて膨張弁２４２を備える。膨張弁２４２には、第５通路２５と共用通路２８とを連通させるバイパス通路２４４が設けられる。

【0063】

すなわち、図９に示すように、膨張弁２４２のボディ２０２には、第１内部通路１１３と第２内部通路１１４とを連通させるバイパス通路２４４が形成されている。バイパス通路２４４は、第１内部通路１１３における弁部よりも下流側位置に入口を有し、第２内部通路１１４におけるパワーエレメント１０３（感温部）よりも下流側位置に出口を有する。バイパス通路２４４は、その断面積が弁孔１１６の断面積よりも小さい固定オリフィスとして構成されており、第１内部通路１１３を流れる冷媒の大部分は導出ポート１０７から室外熱交換器５へ向けて導出されるようになる。なお、本実施形態のディスク２２９には、第１実施形態のような延在部は設けられていない。

【0064】

このような構成により、導入ポート１０８から導入された冷媒を、バイパス通路２４４を介してバイパスされる冷媒により冷却することができる。すなわち、弁部により絞り膨張されて低温となった冷媒の一部を第２内部通路１１４に導入することにより、室外熱交換器５を経由した冷媒の過熱度を低減できる構成とされている。本実施形態では、膨張弁２４２による過熱度の制御と、バイパスされた冷媒による過熱度の低減とにより、圧縮機２の入口側の冷媒状態が過熱度０℃に近づくように設定されている。すなわち、バイパス通路２４４により低温の冷媒をバイパスさせる構造が、圧縮機２の入口側の冷媒状態を過熱度０℃に近づけることを補助するための「過熱度調整構造」として機能している。なお、バイパス通路２４４の出口がパワーエレメント１０３よりも下流側に位置するため、バイパス通路２４４を介した冷媒の導入が、膨張弁２４２による過熱度制御にハンチングを生じさせることはない。

【0065】

（変形例１）
図１０は、変形例に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。なお、各図において第２実施形態（図８）と同様の構成については同一の符号を付している。
本変形例においては、図１０（Ａ）に示すように、バイパス通路２４４に過熱度制御弁２４６が設けられる。過熱度制御弁２４６は、バイパス通路２４４の出口側（室外熱交換器５の出口側）の過熱度を感知して動作し、その過熱度が予め設定された値（設定過熱度）に近づくよう弁開度を調整する。すなわち、膨張弁２４２と過熱度制御弁２４６との協働により、圧縮機２の入口側の冷媒状態が過熱度０℃に近づくように制御する。

【0066】

あるいは、図１０（Ｂ）に示すように、バイパス通路２４４を第２の膨張弁の外部に配管として設けてもよい。この変形例では、第２の膨張弁として第１実施形態の膨張弁４２を用いる。そして、第５通路２５における膨張弁４２の下流側位置と共用通路２８における膨張弁４２の下流側位置とをバイパス通路２４４により接続する。バイパス通路２４４には過熱度制御弁２４６が設けられる。なお、この構成を採用する場合には、圧縮機２の入口側の過熱度を直接制御できるよう、バイパス通路２４４の出口を圧縮機２の入口近傍に設けるのが好ましい。過熱度制御弁２４６は、圧縮機２の入口側の冷媒状態が過熱度０℃に近づくように制御する。

【0067】

なお、過熱度制御弁２４６に代えて差圧弁を設けてもよい。この差圧弁は、第５通路２５の所定位置（膨張弁４２，２４２の弁部の下流側位置）と、共用通路２８の所定位置（膨張弁４２，２４２の感温部の下流側位置）との２点間の差圧が設定差圧以上となったときに開弁し、バイパス通路２４４を開放する。室外熱交換器５の出口側の過熱度が大きくなるとその２点間の差圧が大きくなる傾向にあるため、必要な状態においてのみ差圧弁を開弁させて低温の冷媒をバイパスさせ、過熱度の上昇を抑えるものである。

【0068】

（変形例２）
図１１は、他の変形例に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。なお、各図において第２実施形態（図８）と同様の構成については同一の符号を付している。
本変形例においては、図１１（Ａ）に示すように、バイパス通路２４４の入口を膨張弁３４２における弁部の上流側位置に設けている。バイパス通路２４４には過熱度制御弁２４６が設けられる。このような構成により、膨張弁３４２における感温部の下流側には、第２実施形態とは異なり、高温・高圧の液冷媒の一部が導入されるようになる。過熱度制御弁２４６は、バイパス通路２４４の出口側（室外熱交換器５の出口側）の過熱度を感知して動作し、その過熱度が予め設定された値（設定過熱度）に近づくよう弁開度を調整する。すなわち、膨張弁２４２と過熱度制御弁２４６との協働により、圧縮機２の入口側の冷媒状態が過熱度０℃に近づくように制御する。

【0069】

あるいは、図１１（Ｂ）に示すように、バイパス通路２４４を第２の膨張弁の外部に配管として設けてもよい。この変形例では、第２の膨張弁として第１実施形態の膨張弁４２を用いる。そして、第５通路２５における膨張弁４２の上流側位置と共用通路２８における膨張弁４２の下流側位置とをバイパス通路２４４により接続する。バイパス通路２４４には過熱度制御弁２４６が設けられる。なお、この構成を採用する場合には、圧縮機２の入口側の過熱度を直接制御できるよう、バイパス通路２４４の出口を圧縮機２の入口近傍に設けるのが好ましい。過熱度制御弁２４６は、圧縮機２の入口側の冷媒状態が過熱度０℃に近づくように制御する。

【0070】

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。

【0071】

上記第２実施形態およびその変形例では述べなかったが、第５通路２５におけるバイパス通路２４４への分岐部よりも下流側に差圧を発生させるための差圧発生構造を設け、バイパス通路２４４を介した冷媒の流れをある程度促進するようにしてもよい。例えば、膨張弁２４２の第１内部通路１１３において、導出ポート１０７側に流れる冷媒に対して流動抵抗（圧力損失）を与えるための絞り通路部材を設けてもよい。この「絞り通路部材」としては、例えば特開２０１１−２４５５４９号公報に記載のもの（絞り通路部材１）を採用することができる。このような絞り通路部材を、第１内部通路１１３における弁孔１１６よりも導出ポート１０７寄りの位置（弁孔１１６に対してバイパス通路２４４とは反対側の位置）に設けることで差圧（圧力損失）を発生させ、その反対側位置にあるバイパス通路２４４への冷媒の流れを促進することができる。

【0072】

上記実施形態では、膨張弁として温度と圧力を感知して自律的に動作する機械式の制御弁を例示したが、ソレノイドやモータ等をアクチュエータとして動作する電子式の制御弁を採用してもよい。例えば、ステッピングモータ駆動式の電子膨張弁を採用し、制御部によりその開度を制御してもよい。その際、圧縮機２の入口側の温度あるいは室外熱交換器５の出口側の温度を検出するセンサを設けてもよい。制御部は、センサの検出値に基づいて圧縮機２の入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう（より好ましくは過熱度０℃に近づくよう）電子膨張弁の弁開度を制御するようにしてもよい。電子膨張弁については比例弁としてもよいし、開閉弁（オン・オフ弁）としてもよい。後者の場合には、弁部の開閉のためのデューティ比を設定すればよい。

【0073】

上記第２実施形態の変形例（図１０，図１１）においては、過熱度制御弁２４６として過熱度を感知して自律的に動作する機械式の制御弁を例示したが、ソレノイドやモータ等をアクチュエータとして動作する電子式の過熱度制御弁を採用してもよい。制御部は、センサの検出値に基づいて圧縮機２の入口側の冷媒状態が乾き度０．９から過熱度５℃の間となるよう（より好ましくは過熱度０℃に近づくよう）過熱度制御弁の弁開度を制御するようにしてもよい。過熱度制御弁については比例弁としてもよいし、開閉弁（オン・オフ弁）としてもよい。

【0074】

上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置として単一の圧縮機が設けられる構成を例示した。変形例においては、例えば複数の圧縮機を設けるシステムとしてもよい。例えば二段圧縮式とし、その低段側に上記実施形態および変形例に示した構成を適用してもよい。具体的には、低段側である室外熱交換器５の過熱度制御用の膨張弁として、上記第２膨張弁を採用してもよい。

【0075】

上記実施形態では述べなかったが、パワーエレメントの駆動により弁部の開度を自律的に調整する機械式の弁機構に対し、その開弁特性を外部から設定変更するためのソレノイドを組み付けた電磁弁付膨張弁を採用してもよい。例えば、特開２００４−１１６８３４号公報に記載の構成を採用してもよい。このような構成によれば、圧縮機２の入口側の過熱度に応じて適宜ソレノイドを駆動することにより、過熱度制御の応答性を向上させることが可能となる。

【0076】

上記実施形態では述べなかったが、膨張弁４２の弁部の上流側位置と感温部の下流側位置とをバイパスさせる第１のバイパス通路と、膨張弁４２の弁部の下流側位置と感温部の下流側位置とをバイパスさせる第２のバイパス通路とを形成してもよい。そして、第１のバイパス通路の開度を調整可能な第１の過熱度制御弁と、第２のバイパス通路の開度を調整可能な第２の過熱度制御弁とを設け、これらを連動させることにより、圧縮機２の入口側の過熱度を制御するようにしてもよい。これら第１および第２の過熱度制御弁は、単一のパワーエレメントにより連動して開閉駆動される複合弁として構成することもできる。例えば、特開２０１２−２２０１４２号公報に記載の膨張弁の構成を利用し、その第１の弁を第１の過熱度制御弁、第２の弁を第２の過熱度制御弁としてもよい。

【0077】

上記実施形態では、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。

【0078】

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

【符号の説明】

【0079】

１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 補助凝縮器、 ５ 室外熱交換器、 ７ 蒸発器、 ２１ 第１通路、 ２２ 第２通路、 ２３ 第３通路、 ２４ 第４通路、 ２５ 第５通路、 ２６ バイパス通路、 ２８ 共用通路、 ３１ 第１制御弁、 ３２ 第２制御弁、 ３３ 第３制御弁、 ３４ 第４制御弁、 ４１，４２ 膨張弁、 ４４ オリフィス、 １０２ ボディ、 １０３ パワーエレメント、 １１３ 第１内部通路、 １１４ 第２内部通路、 １１６ 弁孔、 １１７ 弁座、 １１８ 弁体、 １２８ ダイヤフラム、 １３０ 延在部、 １５３ パワーエレメント、 １５８ ダイヤフラム、 １６０ 延在部、 １７２ ボディ、 １７３ パワーエレメント、 ２０１ 車両用冷暖房装置、 ２４２ 膨張弁、 ２４４ バイパス通路、 ２０２ ボディ、 ２４６ 過熱度制御弁、 ３４２ 膨張弁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】