本発明は、ヒートポンプサイクルの温熱を例えば車両用エンジンの温調用温水に伝達して暖房用加熱源に活用するものに適用して好適な暖房サイクル装置、その制御装置およびその制御方法に関するものである。

従来、車両用の空調装置として、例えば特許文献１に示されるような車両用ヒートポンプ式空調装置が知られている。 この空調装置においては、ヒートポンプサイクル中に設けられた四方弁の切替えによって、冷媒の流れ方向を切替えて、室内熱交換器を放熱器あるいは吸熱器として使い分けることで冷暖房の対応を可能としている。

そして、暖房中における室外熱交換器の除霜を行う際に、車両の走行速度が所定速度以下の場合、あるいは車両が停止した場合、あるいは室外熱交換器の入口風速が所定風速以下の場合であると、デフロスト運転（冷媒の流し方を逆にして室外熱交換器を放熱器、室内熱交換器を吸熱器として作動させる運転）を行うようにしている。 これにより、効果的な除霜が可能になるとしている。

特許第３１０５７０７号公報

しかしながら、上記従来技術においては除霜を行う（暖房運転からデフロスト運転に切替える）ためには、四方弁の切替えを行い、冷媒の流れ方向を切替える必要があるため、切替えに時間を要し、走行速度、停車状態、入口風速等の条件が満たされる時間が短いと充分な除霜ができないという問題がある。 具体的には、例えば車両停車時（通常走行における信号待ち停車時）に除霜を行うものとして、ヒートポンプサイクルを暖房運転からデフロスト運転に切替えても、サイクルが安定化する間に停車状態が終了してしまう場合が多分にあり得るため、充分な除霜ができないということである。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、暖房運転中に除霜が必要な時に、瞬時に除霜運転に切替え可能な暖房サイクル装置、その制御装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、暖房サイクル装置において、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する圧縮機（１１１）と、圧縮機（１１１）から吐出された冷媒と発熱機器（１０）の温調用であり暖房器（１２２）の加熱源として使用される温水との間で熱交換する水冷媒熱交換器（１１２）と、自身の弁開度を可変可能として、水冷媒熱交換器（１１２）から流出される冷媒を減圧する減圧弁（１１３）と、減圧弁（１１３）から流出される冷媒と外気との間で熱交換し、冷媒を圧縮機（１１１）側に戻す室外熱交換器（１１４）と、弁開度を所定弁開度に制御して、水冷媒熱交換器（１１２）によって冷媒から温水に放熱する第１運転モード、あるいは、圧縮機（１１１）から吐出される冷媒の温度が水冷媒熱交換器（１１２）における温水の温度とほぼ等しくなるように弁開度を制御し、室外熱交換器（１１４）によって冷媒から外気に放熱する第２運転モード、あるいは、第２運転モードにおける弁開度をより大きくして圧縮機（１１１）から吐出される冷媒の圧力を下げることで、冷媒の温度を温水の温度より低くなるようにして、水冷媒熱交換器（１１２）によって温水から冷媒に吸熱させると共に、室外熱交換器（１１４）によって冷媒から外気に放熱する第３運転モードを実行する制御装置（１３０）とを有することを特徴としている。

これにより、第１運転モードの実行により温水を加熱して暖房器（１２２）での暖房を可能にする、あるいは暖房能力を高めることができる。 この暖房運転においては低温の外気によって室外熱交換器（１１４）に着霜が生じ得る。 よって、第１運転モードの実行に対して第２運転モードの実行により温水への温度影響を与えずに圧縮機（１１１）での圧縮仕事分の熱を室外熱交換器（１１４）で外気に放出することができるので、外気側への加熱が可能となる。 つまり、早い段階から室外熱交換器（１１４）での着霜に対する防止が可能となる。 更に、第３運転モードの実行により圧縮機（１１１）での圧縮仕事分の熱と温水からの吸熱分とを室外熱交換器（１１４）で外気に放出することができるので、放熱量を高めて室外熱交換器（１１４）に対する除霜が可能となる。 尚、上記第２運転モードと第３運転モードへの切替えにあたっては、冷媒の流れ方向を変えること無く、減圧弁（１１３）の弁開度を大きくなる側に可変させるだけで対応が可能であり、瞬時の除霜が可能である。

請求項２に記載の発明では、制御装置（１３０）は、第３運転モードの実行において、弁開度を全開とすることを特徴としている。

これにより、圧縮機（１１１）での吐出側となる高圧側圧力を最大限下げて、温水からの吸熱量を増加させることができるので、室外熱交換器（１１４）での放熱量を増加させて除霜効果を高めることができる。

請求項３に記載の発明では、制御装置（１３０）は、第３運転モードの実行において、圧縮機（１１１）の吐出量を最大とすることを特徴としている。

これにより、室外熱交換器（１１４）における放熱量を増加させることができるので、更に除霜効果を高めることができる。

請求項４に記載の発明では、制御装置（１３０）は、第１運転モードから第２運転モードまたは第３運転モードへの切替えを、あるいは第２運転モードから第３運転モードへの切替えを、圧縮機（１１１）を運転状態のまま弁開度を開方向に可変することで行うことを特徴としている。

これにより、第２運転モードあるいは第３運転モードへの切替えにあたって、圧縮機（１１１）の停止、再起動に必要とされる時間とサイクル内圧力が安定するまでの時間を不要として、更に短時間（瞬時）での除霜が可能となる。

請求項５に記載の発明では、車両に搭載されるものであって、制御装置（１３０）は、室外熱交換器（１１４）に流入する外気の風速、あるいはこの風速に相関する物理量が第１所定値を超える場合に、あるいは車両が走行状態にある場合に、第２運転モードを実行することを特徴としている。

これにより、室外熱交換器（１１４）に流入する外気の風速、あるいはこの風速に相関する物理量が第１所定値を超える場合では、外気による室外熱交換器（１１４）の冷却がより起こりやすい条件となるので、この場合は、温水への温度影響を与えない第２運転モードを実行して好適となる。

請求項６に記載の発明では、車両に搭載されるものであって、制御装置（１３０）は、室外熱交換器（１１４）に流入する外気の風速、あるいはこの風速に相関する物理量が第２所定値以下の場合に、あるいは車両が停止状態にある場合に、第３運転モードを実行することを特徴としている。

これにより、室外熱交換器（１１４）に流入する外気の風速、あるいはこの風速に相関する物理量が第２所定値以下の場合であれば、外気による室外熱交換器（１１４）の冷却が起こりにくい条件となるので、第３運転モードによる除霜を行うのが好適となる。

尚、請求項７に記載の発明のように、第１所定値は第２所定値以上の値に設定するのが良く、制御の矛盾を招くことが無い。

請求項８に記載の発明では、車両に搭載されるものであって、制御装置（１３０）は、車両の走行速度が所定速度以上の場合に、圧縮機（１１１）の運転を停止させることを特徴としている。

これにより、走行速度が高い場合にはエンジン（１０）自身の発熱により温水の温度が高められ、暖房器（１２２）での加熱能力が確保されることから、第１運転モードの実行を不要として、圧縮機（１１１）運転のためのエネルギーを節約することができる。 また、第２運転モードにおいても、一旦圧縮機（１１１）を停止させることで圧縮機（１１１）運転のためのエネルギーを節約することができる。

請求項９に記載の発明では、制御装置（１３０）は、温水の温度が第１所定温度以上の場合に、第３運転モードを実行することを特徴としている。

これにより、温水からの吸熱が可能となるので、第３運転モードの実行による除霜効果を確実に得ることができる。

請求項１０に記載の発明では、制御装置（１３０）は、温水の温度が第１所定温度より低い場合に、第３運転モードを停止することを特徴としている。

これにより、温水からの吸熱が充分にできないので、第３運転モードを停止して好適となる。

請求項１１に記載の発明では、制御装置（１３０）は、温水の温度が第１所定温度より大きく設定された第２所定温度以上の場合に、圧縮機（１１１）の運転を停止させることを特徴としている。

これにより、温水の温度が充分に高められていることから、第１運転モードによる温水加熱をやめても差し支えは無く、圧縮機（１１１）の運転を停止させて好適となる。

請求項１２に記載の発明では、暖房器（１２２）には、自身の開度を大きくすることで暖房器（１２２）に供給される暖房用空気量を増加させる空気量切替えドア（１２３ａ）が設けられており、制御装置（１３０）は、開度が所定開度以下の場合に第３運転モードを実行し、所定開度を超える場合に第３運転モードを停止することを特徴としている。

これにより、空気量切替えドア（１２３）の開度が所定開度以下では暖房器（１２２）で加熱される空調空気温度がさほど高く要求されていないことから、第３運転モードを実行して好適であり、また、所定開度を超える場合は暖房器（１２２）による空調空気温度が高く要求されているため、第３運転モードを停止することで、温水から吸熱されることがなくなり、暖房温度を確保することができる。

請求項１３に記載の発明では、制御装置（１３０）は、第１運転モードの運転時間に基づいて、あるいは、外気の温度と、冷媒の配管部を含む室外熱交換器（１１４）における冷媒温度、またはその表面温度、または室外熱交換器（１１４）通過後の外気の温度のうちいずれか１つとの温度差に基づいて第２運転モードあるいは第３運転モードの実行可否判定を行うことを特徴としている。

これにより、第２運転モードあるいは第３運転モードの実行による除霜の必要性が明確となり、効果的な除霜が可能となる。

請求項１４に記載の発明では、制御装置（１３０）は、冷媒の配管部を含む室外熱交換器（１１４）における冷媒温度、またはその表面温度が第３所定温度以上の場合に、第２運転モードあるいは第３運転モードの実行を停止することを特徴としている。

これにより、室外熱交換器（１１４）における着霜状態の解除状態を明確にでき、必要最小限の第２運転モードあるいは第３運転モードの実行が可能となる。

請求項１５に記載の発明では、冷媒は、二酸化炭素であることを特徴としている。

これにより、冷媒を二酸化炭素とした場合は、通常のフロン等の冷媒に比べて流量重量を大きくして循環させることができるので、二酸化炭素冷媒による効果的な熱移動が可能となり、特に第２、第３運転モードの実行によって除霜を行う際には、短時間での対応が可能となる。

請求項１６〜請求項３０に記載の発明は、暖房サイクル装置に対する制御装置に関するものであり、それぞれの技術的意義は上記請求項１〜請求項１５に記載の暖房サイクル装置と本質的に同じである。

また、請求項３１〜請求項４５に記載の発明は、暖房サイクル装置に対する制御方法に関するものであり、それぞれの技術的意義は上記請求項１６〜請求項３０に記載の制御装置と本質的に同じである。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における暖房サイクル装置１００について、図１〜図５を用いて説明する。 尚、図１は暖房サイクル装置１００の全体構成を示す模式図、図２は暖房運転（温水加熱モード）時の作動状態を示す説明図、図３、図４は制御装置１３０が実行する制御フローチャート、図５は除霜運転（除霜モード２）時の作動状態を示す説明図である。

図１に示すように、暖房サイクル装置１００は、エンジン１０を走行用駆動源とする車両に搭載されて、本来の暖房運転に加えて冷房運転も可能としたものであり、主にヒートポンプサイクル１１０、ヒータコア１２２を含む室内ユニット１２０、制御装置１３０等から構成されている。 ここでは、ヒートポンプサイクル１１０内を循環する冷媒としては二酸化炭素（ＣＯ _２ ）を用いており、高圧側圧力が臨界圧力よりも高い状態で使用される場合を有している。

エンジン（本発明における発熱機器に対応）１０には、冷却回路１１が設けられおり、この冷却回路１１にはラジエータ１１ａが配設されている。 図示しない水ポンプによって冷却回路１１内をエンジン冷却用の冷却水（温水）が循環するようになっており、ラジエータ１１ａによって冷却水の温度が所定温度範囲（例えば９０〜１１０℃）に調節（制御）されるようになっている。 また、エンジン１０には、温水回路１２が設けられており、図示しない水ポンプによって、この内部を上記冷却水（温水）が循環するようになっている。 温水回路１２（ここではエンジン１０の出口部）には内部を流通する温水の温度を検出する水温センサ１２ａが設けられており、水温センサ１２ａによって検出された温度信号は、後述する制御装置１３０に入力されるようになっている。

ヒートポンプサイクル１１０は、圧縮機１１１、水冷媒熱交換器１１２、暖房用膨張弁（本発明における減圧弁に対応）１１３、室外器（本発明における室外熱交換器に対応）１１４、流路切替え弁１１５、膨張弁１１６、室内器１１７、アキュムレータ１１８が環状に順次接続されると共に、流路切替え弁１１５から分岐してアキュムレータ１１８の流入側に接続される分岐流路１１５ａが設けられて形成されている。

そして、流路切替え弁１１５および膨張弁１１６の間を流れる高圧側冷媒（高温冷媒）と、アキュムレータ１１８および圧縮機１１１の間を流れる低圧側冷媒（低温冷媒）との間で熱交換する内部熱交換器１１９が配設されている。

上記ヒートポンプサイクル１１０を構成する各機器１１１〜１１９のうち、膨張弁１１６、室内器１１７は後述する室内ユニット１２０の構成部品として車室内（インストルメントパネル内）に配設され、他の機器（１１１〜１１５、１１８、１１９）は車両のエンジンルーム内に配設されている。

圧縮機１１１は、図示しない電動モータによって駆動されて、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する流体機械であり、作動回転数によって冷媒の吐出量を可変可能としている。 圧縮機１１１は、後述する制御装置１３０によってその作動および冷媒吐出量が制御されるようになっている。 そして、圧縮機１１１の吐出側（圧縮機１１１と水冷媒熱交換器１１２との間）には吐出された冷媒の温度を検出する温度センサ１１１ａ、冷媒の圧力を検出する圧力センサ１１１ｂが設けられ、各センサ１１１ａ、１１１ｂによって検出された温度信号および圧力信号は、後述する制御装置１３０に入力されるようになっている。 尚、圧縮機１１１は、上記の電動式のものに代えて、可変容量機構を有してクラッチ機構の接続によりエンジン１０によって駆動されるエンジン駆動式のもの等としても良い。

水冷媒熱交換器１１２は、内部に冷媒流路と温水流路とが対向するように形成された熱交換器であり、冷媒流路に圧縮機１１１から吐出された冷媒が流れ、温水流路に温水回路１２の温水が流れるように配設されている。 この水冷媒熱交換器１１２は、冷媒と温水との間で熱交換する。

暖房用膨張弁１１３は、水冷媒熱交換器１１２から流出される冷媒を減圧する（低温低圧にする）減圧手段であり、後述する制御装置１３０によってその弁開度が可変され、減圧量が調節されるようになっている。 尚、弁開度が小さい側から大きい側に可変されるに伴って、冷媒の減圧量は小さくなっていき、最大弁開度では減圧器能を伴わない設定を可能としている。

室外器１１４は、車両のエンジンルームの前方（例えばグリルの後方）に配置され、暖房用膨張弁１１３から流出された冷媒とエンジンルーム内に流入する外気との間で熱交換する熱交換器である。 そして、室外器１１４の冷媒流出側（室外器１１４と流路切替え弁１１５との間）には室外器１１４から流出される冷媒の温度を検出する温度センサ１１４ａが設けられており、この温度センサ１１４ａによって検出された温度信号は、後述する制御装置１３０に入力されるようになっている。

流路切替え弁１１５は、室外器１１４から流出された冷媒の流れを分岐流路１１５ａ（つまり、アキュムレータ１１８）側、あるいは内部熱交換器１１９（つまり、膨張弁１１６）側のいずれかに切替える三方弁であり、後述する制御装置１３０によって流路切替えが制御されるようになっている。

膨張弁１１６は、流路切替え弁１１５が内部熱交換器１１９側に切替えられた場合に室外器１１４から流出される冷媒を減圧する（低温低圧にする）減圧手段である。 この膨張弁１１６には感温部１１６ａおよびキャピラリ１１６ｂが接続されており、室外器１１４から流出される冷媒の温度に応じて膨張弁１１６の弁開度が調節される機械式膨張弁としている。 具体的には、感温部１１６ａでの冷媒温度が高いと弁開度が小さい側に可変されて室外器１１４における冷媒圧力が高い側に維持され、逆に感温部１１６ａでの冷媒温度が低くなると弁開度が大きい側に可変されて室外器１１４における冷媒圧力が低い側に維持される。

室内器１１７は、室内ユニット１２０の空調ケース１２１内で流路全体をよぎるように配設されて、膨張弁１１６で減圧された冷媒と空調ケース１２１内を流通する空調空気との間で熱交換して、空調空気を冷却する熱交換器である。 室内器１１７の空調空気流れ下流側には、冷却された空気温度を検出する温度センサ１１７ａが設けられており、この温度センサ１１７ａによって検出された温度信号は後述する制御装置１３０に入力されるようになっている。

アキュムレータ１１８は、室内器１１７から流出された冷媒を受け入れ、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒および底部付近の少量の液冷媒（オイルが溶け込んでいる）を内部熱交換器１１９を介して圧縮機１１１側へ吸入させるレシーバである。

尚、内部熱交換器１１９は、主に、冷房運転時において室外器１１４から流出される冷媒を過冷却し、また室内器１１７（アキュムレータ１１８）から流出される冷媒を過熱して、室内器１１７におけるエンタルピを増大させて冷房能力を高める熱交換器である。

室内ユニット１２０の空調ケース１２１内には、上記室内器１１７に加えて、暖房器としてのヒータコア１２２が配設されている。 ヒータコア１２２は室内器１１７に対して空調空気流れ下流側に配置されている。 ヒータコア１２２は、温水回路１２に接続されて内部に温水が流通するようになっており、温水を加熱源として自身を流通する空調空気を加熱する熱交換器である。 尚、ヒータコア１２２と空調ケース１２１との間にはヒータコア１２２をバイパスして空調空気が流通するバイパス流路１２４が形成されている。

ヒータコア１２２、およびバイパス流路１２４にはそれぞれを通過する空調空気量を調節するエアミックスドア（本発明における空気量切替えドアに対応）１２３ａ、１２３ｂが設けられている。 エアミックスドア１２３ａはヒータコア１２２の空調空気流通部を開閉する回動式のドアであり、また、エアミックスドア１２３ｂはバイパス流路１２４を開閉する回動式のドアである。 各ドア１２３ａ、１２３ｂの開度に応じて、ヒータコア１２２を流通する加熱空気とバイパス流路１２４を流通する冷却空気との流量割合が調節されて、ヒータコア１２２下流側の空調空気温度が調節されるようになっている。 例えば、エアミックスドア１２３ａが全開でエアミックスドア１２３ｂが全閉となるとヒータコア１２２による最大加熱（Ｍａｘｈｏｔ）モードとなり、逆にエアミックスドア１２３ａが全閉でエアミックスドア１２３ｂが全開となると室内器１１７による最大冷却（Ｍａｘｃｏｏｌ）モードとなる。 両ドア１２３ａ、１２３ｂの開度は後述する制御装置１３０によって制御されるようになっている。 尚、両ドア１２３ａ、１２３ｂについては上記回動式もものに限らず、ロータリ式やスライド式等のものとしても良い。

室内ユニット１２０においてヒータコア１２２の下流側は車室内の複数の吹出し口へ接続されており、上記エアミックスドア１２３ａ、１２３ｂによって温度調節された空調空気は、選択された吹出し口から車室内に吹出されるようになっている。

制御手段としての制御装置（以下、ＥＣＵ）１３０は、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、予め設定されたプログラムに従って水温センサ１２ａ、温度センサ１１１ａ、圧力センサ１１１ｂ、温度センサ１１４ａ、温度センサ１１７ａ、図示しない車速センサ、図示しない外気温センサからの各種信号および図示しない操作パネルで乗員が設定する設定温度信号に対する演算処理を行うと共に、圧縮機１１１の作動および吐出量制御、暖房用膨張弁１１３の弁開度制御、流路切替え弁１１５の流路切替え、エアミックスドア１２３ａ、１２３ｂの開度制御を行うことで、以下説明する冷房運転、暖房運転、暖房運転時の除霜運転を行う。

尚、ヒートポンプサイクル１１０中には、冷媒チャージ用あるいは冷媒ディスチャージ用のバルブが２つ設けられている。 即ち、高圧用バルブ１１９ａが、高圧側となる水冷媒熱交換器１１２と暖房用膨張弁１１３との間に配設され、また、低圧用バルブ１１９ｂが、低圧側となる室内器１１７とアキュムレータ１１８との間に配設されている。 特に、高圧用バルブ１１９ａの設定位置については、バルブ用のシール部材（ゴム材）等の信頼性を確保することを考慮して、圧縮機１１１からの冷媒が水冷媒熱交換器１１２によって温度低下されて温度条件の緩和される上記位置を選定している。

次に、上記構成に基づく作動について説明する。

１． 冷房運転 ＥＣＵ１３０は、暖房用膨張弁１１３を全開状態とし、流路切替え弁１１５を内部熱交換器１１９側に開き、圧縮機１１１を作動させる。 すると圧縮機１１１から吐出された冷媒は、水冷媒熱交換器１１２→暖房用膨張弁１１３→室外器１１４→流路切替え弁１１５→内部熱交換器１１９→膨張弁１１６→室内器１１７→アキュムレータ１１８→内部熱交換器１１９→圧縮機１１１の順に循環する。

ここでは暖房用膨張弁１１３を全開状態としているので、この暖房用膨張弁１１３による減圧機能は発揮されず、圧縮機１１１から吐出された高温高圧の冷媒は水冷媒熱交換器１１２で温水回路１２の温水に放熱し、更に室外器１１４で外気に放熱し、内部熱交換器１１９で低圧側冷媒に放熱し冷却される。 更に、冷却された冷媒は、感温部１１６ａ、キャピラリ１１６ｂによって弁開度が調節される膨張弁１１６で減圧されて、室内器１１７に流入し、空調用空気によって蒸発され、その時の蒸発潜熱によって空調空気を冷却する。 ＥＣＵ１３０は、温度センサ１１７ａによって検出される空調空気温度が乗員の設定する設定温度となるように、圧縮機１１１の吐出量、エアミックスドア１２３ａ、１２３ｂの開度（主にドア１２３ａが全閉側、ドア１２３ｂが全開側）を制御する。

２． 暖房運転 ＥＣＵ１３０は、流路切替え弁１１５を分岐流路１１５ａ側に開き、圧縮機１１１を作動させ、暖房用膨張弁１１３の弁開度を所定開度（弁開度小）に制御する。 すると圧縮機１１１から吐出された冷媒は水冷媒熱交換器１１２→暖房用膨張弁１１３→室外器１１４→流路切替え弁１１５→分岐流路１１５ａ→アキュムレータ１１８→内部熱交換器１１９→圧縮機１１１の順に循環する。

ここでは圧縮機１１１から吐出された高温高圧の冷媒は水冷媒熱交換器１１２で温水回路１２の温水に放熱し、温水を加熱する。 更に加熱された温水はヒータコア１２２で空調空気に放熱して、空調空気を加熱する。 ＥＣＵ１３０は、圧縮機１１１の吐出量、エアミックスドア１２３ａ、１２３ｂの開度（主にドア１２３ａが全開側、ドア１２３ｂが全閉側）を制御し、空調空気温度を調節する。

そして、水冷媒熱交換器１１２から流出された冷媒は、暖房用膨張弁１１３によって減圧されて、室外器１１４に流入する。 ここで、図２（ａ）に示すように、エンジン１０の始動初期のように温水温度が低い段階であると（例えば−２０℃）、水冷媒熱交換器１１２での放熱量が大きく得られ、気液二相域に減圧されて、室外器１１４では冷媒は外気から吸熱して圧縮機１１１に戻る。 更に、図２（ｂ）に示すように、時間経過と共に温水温度が上昇するにつれて（例えば３５℃）、水冷媒熱交換器１１２での放熱量、室外器１１４での吸熱量が小さくなっていき、図２（ｃ）に示すように、温水温度が充分得られるようになると（例えば７０℃）、水冷媒熱交換器１１２で放熱した後の冷媒は過熱ガス域に減圧されて、室外器１１４では冷媒から外気への放熱がなされるようになる。 尚、上記図２（ａ）〜（ｃ）の運転モードが本発明における第１運転モードに対応し、特に温水温度が昇温した後の図２（ｃ）の運転モードを以下、温水加熱モードと呼ぶ。

３． 除霜運転 上記暖房運転時の初期段階（図２（ａ）、（ｂ））においては、室外器１１４で冷媒が外気から吸熱することにより室外器１１４の表面に着霜が生ずるため、除霜運転が必要になる。 ＥＣＵ１３０は、図３、図４に示す制御フローチャートに基づき、暖房運転（ステップＳ１９０）を行う中で各種条件に応じて除霜運転（ステップＳ１６０、ステップＳ１８０）を行うようにしている。

ＥＣＵ１３０は、まず、ステップＳ５０でヒートポンプサイクル１１０の運転時間（暖房運転時間）を計時するためのタイマーのカウントを開始する。 そして、ステップＳ１００で外気温センサから外気温度ＴＡＭを、温度センサ１１４ａから室外器１１４流出側の冷媒温度（以下、室外器冷媒温度）Ｔｇｃｏｕｔを、車速センサから車速を、水温センサ１２ａから温水温度ＴＷを、温度センサ１１１ａから圧縮機１１１吐出側の冷媒温度（以下、吐出冷媒温度）ＴＤを読込む。

ステップＳ１１０で室外器１１４への着霜があるか否かを第１の着霜判定としてタイマーによって判定する。 即ち、ヒートポンプサイクル１１０の運転時間が予め定めた所定時間（例えば２時間）以上経過していない場合は着霜なしと判定してステップＳ１２０に進み、所定時間以上経過している場合は着霜ありと判定してステップＳ１３０に進む。

続いてステップＳ１２０で第２の着霜判定を行う。 ここでは外気温度ＴＡＭ−室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔで算出される温度差が所定値以上あるか否かで判定をする。 即ち、着霜は室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔが外気温度ＴＡＭより低い場合に生ずるものであって、着霜が進行すると室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔが徐々に低下していくことから、外気温度ＴＡＭとの温度差が所定値以上に大きくなると着霜ありと判定する。 着霜ありと判定するとステップＳ１３０に進む。 着霜なしと判定すればステップＳ１７０に進む。

そして、ステップＳ１３０で除霜運転に移行するか否かを判定する（除霜運転可否判定）。 ここでは温水温度ＴＷが第１所定温度（例えば６０℃）以上に昇温している場合に、即ち後述するように水冷媒熱交換器１１２で温水から冷媒へ吸熱させて、更にその熱を室外器１１４で外気に放熱させることが可能となる場合に、除霜運転可能と判定してステップＳ１５０に進む。

尚、温水温度ＴＷが第１所定温度まで昇温していない場合は、温水からの吸熱ができない、あるいは温水から吸熱してしまうと暖房運転での能力（ヒータコア１２２での加熱能力）不足に繋がることから、本暖房サイクル装置１００では除霜ができないため、ステップＳ１４０で一旦、圧縮機１１１を停止してヒートポンプサイクル１１０自体を停止して、室外器１１４での冷媒による吸熱作用をなくすことで着霜を回避する。 そして、その後にステップＳ１００へ戻り制御をやり直す。

上記ステップＳ１３０で除霜運転に移行と判定した後に、更にステップＳ１５０で後述する２つの除霜モードのいずれかで対応するかを車速から判定する（除霜モード判定）。 即ち車速が所定速度（本発明における第１所定値＝第２所定値とした場合の所定値に対応）以下か否かを判定し、車速が所定速度以下であるとステップＳ１６０の除霜モード２の制御へ進み、車速が所定速度を超えているとステップＳ１８０の除霜モード１の制御に進む。

ここで、上記判定に用いた車速は室外器１１４に流入する外気の風速に相関する物理量と捉えたものである。 車速が高く外気の風速が高いと室外器１１４における着霜は増長され、また、車速が低く外気の風速が低いと室外器１１４における除霜が容易となることから、車速、つまり外気の風速を加味して除霜モードの選択を行うようにしている訳である。

ステップＳ１６０の除霜モード２（本発明における第３運転モードに対応）では、上記暖房運転時と同様に流路切替え弁１１５を分岐流路１１５ａ側に開いたまま、また、圧縮機１１１を作動状態のまま暖房用膨張弁１１３の弁開度を全開側に大きくする、あるいは全開となるように制御する（弁開度大）。

すると、ステップＳ１６０中の図あるいは図５に示すように、圧縮機１１１の吐出側圧力が低下され、それに伴い吐出冷媒温度ＴＤが温水温度ＴＷより低く抑えられ、水冷媒熱交換器１１２において、冷媒は温水から吸熱する。 温水から吸熱した冷媒は、暖房用膨張弁１１３によって減圧されるが、弁開度が大きいため減圧量も小さく、冷媒は比較的高い温度で除霜すべき室外器１１４へ流入する。 また、弁開度が大きいために低圧側圧力も高くなり、圧縮機１１１に吸入される冷媒密度が高くなり、循環冷媒流量も大きくなる。 よって、大流量の高温の冷媒を室外器１１４に流入可能となり、上記暖房運転時の温水加熱モードよりも放熱量を多く稼いだ形として外気に放熱することで一気に除霜を行う。

ステップＳ１８０の除霜モード１（本発明における第２運転モードに対応）では、上記暖房運転時と同様に流路切替え弁１１５を分岐流路１１５ａ側に開いたまま、また、圧縮機１１１を作動状態のまま暖房用膨張弁１１３の弁開度を調節し（弁開度中）、圧縮機１１１からの吐出冷媒圧力（圧力センサ１１１ｂの値）を制御することで、吐出冷媒温度ＴＤを温水温度ＴＷとほぼ同じ温度に保つように制御する。 これによって、水冷媒熱交換器１１２での温水と冷媒との熱交換量を小さく抑えることで、温水温度ＴＷを維持させ、この温水温度ＴＷでヒータコア１２２における加熱能力を確保して車室内の快適性を維持する。 また、圧縮機１１１の圧縮仕事は、必要最小限に抑えられる。

更に、暖房用膨張弁１１３によって減圧された冷媒は、外気温度ＴＡＭより高い状態で室外器１１４に流入することになり、暖房用膨張弁１１３自体と暖房用膨張弁１１３から室外器１１４までを繋ぐ冷媒配管、更に室外器１１４の冷媒入口近傍の部品温度を暖かく保ち、室外器１１４の冷媒入口近傍に付着した霜を予め解かす除霜モード１を行う。

よって、暖房用膨張弁１１３から室外器１１４の冷媒入口までの温度を予め暖かくしておくことで、上記ステップＳ１６０での大能力で除霜をする際に、上記部位を暖める必要が無く、且つ、すでに室外器１１４の冷媒入口近傍の霜がすでに解かされていることになるので、短時間で除霜できるようになる。

一方、ステップＳ１２０で否と判定した場合に、ステップＳ１７０では暖房運転の要否を温水温度ＴＷから判定して、温水加熱モードの実行あるいは停止の選択を行う。 即ち、温水温度ＴＷが第２所定温度（第１所定温度より高い側に設定された温度であり、例えば８０℃）以上に昇温している場合はステップＳ１４０で圧縮機１１１を停止してヒートポンプサイクル１１０自体を停止する。 また、温水温度ＴＷが第２所定温度に満たない場合はステップＳ１９０の温水加熱モード（上記暖房運転のところで説明済み）の制御に進む。

つまり、温水温度ＴＷが充分上昇して、第２所定温度以上となっていれば、ヒータコア１２２での空調空気の加熱はエンジン１０によって加熱された熱量分で賄える訳であり、温水加熱モードによる温水の加熱は不要のため、ステップＳ１４０に進み圧縮機１１１を停止させる。 逆に温水温度ＴＷが充分上昇しておらず、第２所定温度に満たない時は、温水加熱モードによる温水の加熱を促進させてヒータコア１２２での空調空気の加熱能力を確保するように、ステップＳ１９０の温水加熱モードの制御に進む。 尚、ステップＳ１９０の制御の後はステップＳ５０に戻る。

そして、上記ステップＳ１６０、ステップＳ１８０の後にステップＳ２００で除霜が完了したか否かを判定する。 ここでは室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔが所定温度（本発明における第３所定温度に対応）以上となっている場合に除霜完了と判定しており、除霜完了と判定すればステップＳ２１０でヒートポンプサイクル１１０の運転時間（タイマー）をリセットしてステップＳ５０に戻る。 尚、ステップＳ２００で否と判定すればステップＳ１００へ進み、上記制御を繰返す。

以上のように、本実施形態においては、流路切替え弁１１５による冷媒流れの切替えにより、暖房運転に加えて冷房運転を可能としている。 圧縮機１１１、水冷媒熱交換器１１２、室外器１１４、膨張弁１１６、室内器１１７による冷房運転においては、エンジン１０の始動初期に、温水が水冷媒熱交換器１１２によって積極的に加熱されることになり、エンジン１０の暖機を早め燃費の向上効果が得られる。 また、冷媒が室外器１１４へ流入する前に水冷媒熱交換器１１２で温水に放熱することで、室外器１１４と合わせた放熱作用が得られることになり、室外器１１４出口の冷媒温度を下げることが可能となるので、結果として冷房性能を向上させることができる。

また、圧縮機１１１、水冷媒熱交換器１１２、暖房用膨張弁１１３、室外器１１４、ヒータコア１２２による暖房運転（温水加熱モード）においても、特にエンジン１０の起動初期に温水を加熱することで暖機を早め燃費の向上効果が得られる。 そして、温水温度の早期立ち上げはヒータコア１２２での放熱性能をも向上させ、暖房性能を向上させることが可能となる。

そして、本実施形態では、上記暖房運転（温水加熱モード）において、圧縮機１１１、水冷媒熱交換器１１２、暖房用膨張弁１１３、室外器１１４による室外器１１４の除霜のための除霜運転（除霜モード１、除霜モード２）を可能としている。

温水加熱モードの実行に対して除霜モード１の実行により、温水への温度影響を与えずに圧縮機１１１での圧縮仕事分の熱を室外器１１４で外気に放出することができるので、外気側への加熱が可能となる。 つまり、早い段階から室外器１１４での着霜に対する防止が可能となる。 更に、除霜モード２の実行により圧縮機１１１での圧縮仕事分の熱と温水からの吸熱分とを室外器１１４で外気に放出することができるので、放熱量を高めて室外器１１４に対する除霜が可能となる。 尚、上記除霜モード１と除霜モード２への切替えにあたっては、冷媒の流れ方向を変えること無く、暖房用膨張弁１１３の弁開度を大きくなる側に可変させるだけで対応が可能であり、瞬時の除霜が可能となる。

また、除霜モード２の実行において、暖房用膨張弁１１３の弁開度を全開となるようにすることで、圧縮機１１１での吐出側となる高圧側圧力を最大限下げて、温水からの吸熱量を増加させることができるので、室外器１１４での放熱量を増加させて除霜効果を高めることができる。

また、温水加熱モードから除霜モード１または除霜モード２への切替えを、あるいは除霜モード１から除霜モード２への切替えを、圧縮機１１１を運転状態のまま暖房用膨張弁１１３の弁開度を開方向に可変するのみで対応するようにしているので、除霜モード１あるいは除霜モード２への切替えにあたって、圧縮機１１１の停止、再起動に必要とされる時間とヒートポンプサイクル１１０内の圧力が安定するまでの時間を不要として、更に短時間（瞬時）での除霜が可能となる。

また、車両の車速（つまり室外器１１４に流入する外気の風速に相関する値）が所定速度値を超える場合に、除霜モード１を実行するようにしている。 これにより、室外器１１４に流入する外気の風速が所定値を超える場合では、外気による室外器１１４の冷却がより起こりやすい条件となるので、この場合は、温水への温度影響を与えない除霜モード１を実行して好適となる。

また、上記に対して車両の車速が所定速度以下の場合に、除霜モード２を実行するようにしている。 これにより、室外器１１４に流入する外気の風速が所定値以下の場合であれば、外気による室外器１１４の冷却が起こりにくい条件となるので、除霜モード２による除霜を行うのが好適となる。

また、温水温度ＴＷが第１所定温度（例えば６０℃）以上の場合に、除霜モード２を実行するようにしているので、温水からの吸熱が可能であり、吸熱分を室外器１１４で放熱することができ、除霜効果を確実に得ることができる。

逆に、温水温度ＴＷが第１所定温度より低い場合では、温水からの吸熱が充分にできないので、除霜モード２を停止（ステップＳ１４０での圧縮機１１１停止）して好適となる。

また、温水温度ＴＷが第１所定温度より大きく設定された第２所定温度以上の場合では、温水温度ＴＷが充分に高められていることから、温水加熱モードによる温水加熱をやめても差し支えは無く、圧縮機１１１を停止させて好適となる。

また、除霜判定として、温水加熱モード（ヒートポンプサイクル１１０）の運転時間に基づいて、あるいは、外気温度ＴＡＭと室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔとの温度差に基づいて除霜モード１あるいは除霜モード２の実行可否判定を行うようにしているので、除霜モード１、除霜モード２の実行による除霜の必要性が明確となり、効果的な除霜が可能となる。

また、室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔが所定温度（第３所定温度）以上の場合に、除霜モード１あるいは除霜モード２の実行を停止するようにしているので、室外器１１４における着霜状態の解除状態を明確にでき、必要最小限の除霜モード１あるいは除霜モード２の実行が可能となる。

また、ヒートポンプサイクル１１０内の冷媒として二酸化炭素を用いているおり、冷媒を二酸化炭素とした場合は、通常のフロン等の冷媒に比べて流量重量を大きくして循環させることができるので、二酸化炭素冷媒による効果的な熱移動が可能となり、特に除霜モード１、除霜モード２の実行によって除霜を行う際には、短時間での対応が可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６に示す。 第２実施形態は上記第１実施形態に対して、ステップＳ１３０の除霜運転可否判定の前に、第１の除霜運転可否判定としてステップＳ１３０Ａを追加し（ステップＳ１３０を第２の除霜運転可否判定とする）、また、ステップＳ１５０を第１の除霜モード判定として、その次に第２の除霜判定モードとしてのステップＳ１５０Ａを設けている。

即ち、ＥＣＵ１３０は、ステップＳ１１０の後に、ステップＳ１３０Ａで第１の除霜運転可否判定として、ヒータコア１２２側のエアミックスドア１２３ａの開度が第１所定開度以下か否かを判定し、第１所定開度以下であるとステップＳ１３０に進み、温水温度ＴＷに基づく第２の除霜運転可否判定を行う。 ここで、エアミックスドア１２３ａの開度が第１所定開度以下であるということは、ヒータコア１２２で加熱される空調空気温度がさほど高く要求されていない場合を示す。 尚、ステップＳ１３０Ａで否と判定すれば、ステップＳ１４０に進み、圧縮機１１１を停止させる。

更に、ステップＳ１５０の第１の除霜モード判定で肯定判定すると、ステップＳ１５０Ａで第２の除霜モード判定として、ヒータコア１２２側のエアミックスドア１２３ａの開度が第２所定開度以上か否かを判定し、否と判定するとステップＳ１６０に進み、除霜モード２を実行する。 上記ステップＳ１５０Ａで肯定判定すれば、ステップＳ１８０に進み、除霜モード１を実行する。 ここでも上記と同様に、エアミックスドア１２３ａの開度が第２所定開度に満たないということは、ヒータコア１２２で加熱される空調空気温度がさほど高く要求されていない場合を示す（但し、第１所定開度≦第２所定開度）。

これにより、暖房時に要求される空調空気温度がさほど高くない場合に、除霜モード２が実行されるようになるので、温水の熱を活用した効果的な除霜が可能となる。 逆に、暖房時に要求される空調空気温度が高い場合には、圧縮機１１１が停止され（ステップＳ１４０）、あるいは除霜モード１の実行が選択されるので、温水から吸熱されることがなくなり、暖房温度を確保することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図７に示す。 第３実施形態は上記第１実施形態に対して、ステップＳ１３０の次に除霜開始時の温水温度ＴＷｓを読込むステップＳ１４５を追加している。 そして、ステップＳ１５０を第１の除霜モード判定として、その次に第２の除霜判定モードとしてのステップＳ１５０Ｂを設けている。

ＥＣＵ１３０は、ステップＳ１５０Ｂで第２の除霜モード判定として、ΔＴＷが所定値以上か否かを判定する。 ここで、ΔＴＷは、ステップＳ１４５で読込んだ除霜開始時の温水温度ＴＷｓから現時点での温水温度ＴＷｎを引いた値であり、ΔＴＷが大きいほど温水温度ＴＷの低下が大きいことを表している。 よって、ΔＴＷが所定値を超えていないと、温水温度ＴＷの低下は小さく、ステップＳ１６０に進み除霜モード２を実行する。 また、ΔＴＷが所定値以上であると、温水温度ＴＷの低下が大きく、温水からの吸熱を避けるため、ステップＳ１８０に進み、除霜モード１を実行する。

これにより、除霜モード２の実行に伴い温水温度ＴＷが大きく低下してしまうのを確実に防止できるので、暖房性能に悪影響を与えないようにすることができる。

（第４実施形態）
本発明の第２実施形態を図８に示す。 第４実施形態は、上記第１実施形態でのヒートポンプサイクル１１０の構成を変更して、ヒートポンプサイクル１１０Ａとしている。 即ち、水冷媒熱交換器１１２をヒータコア１２２の下流側に配設し、また、流路切替え弁１１５を内部熱交換器１１９と膨張弁１１６Ａとの間に配設している。 尚、膨張弁１１６Ａは感温部１１６ａ、キャピラリ１１６ｂを不要とする固定絞り弁としている。 また、低圧用バルブ１１９ｂは、アキュムレータ１１８と内部熱交換器１１９との間に配設している。

これにより、ヒートポンプサイクル１１０Ａとしては上記第１実施形態と同様の作用および作用効果を果たす。

尚、内部熱交換器１１９は冷房運転時における室外器１１７の冷房能力に応じて廃止するようにしても良い。 また、流路切替え弁１１５は三方弁に代えて電磁弁としても良い。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態におけるステップＳ１６０の除霜モード２の実行においては、圧縮機１１１の吐出量を最大にすると良く、これにより、室外器１１４における放熱量を増加させることができるので、更に除霜効果を高めることができる。

また、ステップＳ１５０での判定において車速を用いて行うようにしたが、車速に代えて、エンジン１０の回転数、車両のタイヤ回転数、直接的な室外器１１４に流入する外気の風速、車両停止信号（あるいは車両走行信号）等を用いて行うようにしても良い。

また、ステップＳ１５０において、車速の大小判定として、第１所定速度（本発明における第１所定値に対応）と、第１所定速度より小さい第２所定速度（本発明における第２所定値に対応）を設けて、車速が第１所定速度を超える場合に否定判定をし、第２所定速度以下となる場合に肯定判定をするようにしても良い。

また、ステップＳ１５０での車速判定において、判定された車速が所定速度以上であれば、圧縮機１１１を停止するようにしても良い。 これにより、車速が高い場合にはエンジン１０自身の発熱により温水温度ＴＷが高められ、ヒータコア１２２での加熱能力が確保されることから、温水加熱モードの実行を不要として、圧縮機１１１運転のためのエネルギーを節約することができる。 また、除霜モード１においても、一旦圧縮機１１１を停止させることで圧縮機１１１運転のためのエネルギーを節約することができる。

尚、上記の車速判定による圧縮機１１１の停止制御に対して、エンジン１０の回転数およびその作動時間を基に判定したものとしても良い。 即ち、エンジン１０の作動回転数が、所定時間の間、所定回転数以上で作動している場合に、圧縮機１１１の運転を停止する制御としても良い。

また、ステップＳ１２０における第２の着霜判定については、外気温度ＴＡＭ−室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔで算出される温度差を用いて判定したが、室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔに代えて、配管部を含む室外器１１４の表面温度、あるいは室外器１１４通過後の外気温度としても良い。

また、ステップＳ２００における除霜完了判定については、室外器冷媒温度Ｔｇｃｏｕｔの値を用いて判定したが、これに代えて、配管部を含む室外器１１４の表面温度としても良い。

また、ヒートポンプサイクル１１０に用いる冷媒はＣＯ _２に限らず、通常のフロン系の冷媒を用いるものとしても良い。

更に、ヒータコア１２２は、エンジン１０から循環する温水を熱源とするものとして説明したが、これに限らず、発熱機器として燃料電池車における燃料電池からの温水を熱源とするもの等としても良い。 また、本暖房サイクル装置１００は車両用に限らず、家庭用のものに適用しても良い。

第１実施形態における暖房サイクル装置の全体構成を示す模式図である。

暖房運転（温水加熱モード）時の作動状態を示す説明図である。

第１実施形態における制御装置が実行する制御フローチャートである（前半）。

第１実施形態における制御装置が実行する制御フローチャートである（後半）。

除霜運転（除霜モード２）時の作動状態を示す説明図である。

第２実施形態における制御装置が実行する制御フローチャートである（前半）。

第３実施形態における制御装置が実行する制御フローチャートである（前半）。

第４実施形態における暖房サイクル装置の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ エンジン（発熱機器）
１００ 暖房サイクル装置 １１１ 圧縮機 １１２ 水冷媒熱交換器 １１３ 暖房用膨張機（減圧弁）
１１４ 室外器（室外熱交換器）
１２２ ヒータコア（暖房器）
１２３ａ エアミックスドア（空気量切替えドア）
１２３ｂ エアミックスドア（空気量切替えドア）
１３０ 制御装置