JP2018035951A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路の構成を簡素化し、温度制御を容易化し、冷媒や冷凍機油の滞留を抑制し、複数個の冷却対象機器の要求を容易に満足できるようにする。【解決手段】冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機１１と、圧縮機１１から吐出された冷媒を放熱させる放熱器１４と、放熱器１４で放熱された冷媒を減圧させる減圧部１５と、減圧部１５で減圧された冷媒と熱媒体とを熱交換させて熱媒体を冷却させる蒸発器１７と、減圧部１５で減圧された冷媒の冷熱を利用して冷却される第１冷却対象機器３２および第２冷却対象機器２７と、蒸発器１７で冷却された熱媒体を第１冷却対象機器３２および第２冷却対象機器２７のうち第１冷却対象機器３２のみに循環させる熱媒体回路３０と、第１冷却対象機器３２に流入する熱媒体の流量を調整する流量調整部３１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の冷却対象機器を冷却する冷凍サイクル装置に関する。

従来、特許文献１には、２つの蒸発器が冷媒流れにおいて互いに並列に接続された冷凍サイクル装置が記載されている。この従来技術では、互いに並列に接続された２組の電磁弁、膨張弁および蒸発器を備えている。各組の電磁弁、膨張弁および蒸発器は、冷媒流れにおいて互いに直列に配置されており、各組の電磁弁および膨張弁を制御することによって、２つの蒸発器に冷媒の冷熱を分配する。

この従来技術では、２つの蒸発器のうち一方の蒸発器では、空調空気を冷媒と熱交換させて空調空気を冷却する。２つの蒸発器のうち他方の蒸発器では、電池へ送風される空気を冷媒と熱交換させて電池へ送風される空気を冷却する。

従来、特許文献２には、蒸発器において冷媒と冷却水とを熱交換させて冷却水を冷却する冷凍サイクル装置が記載されている。この従来技術では、蒸発器で冷却された冷却水を温度調整対象機器に流通させることによって温度調整対象機器を冷却する。温度調整対象機器が複数個設けられている場合、蒸発器で冷却された冷却水を複数個の温度調整対象機器に流通させることによって複数個の温度調整対象機器を冷却する。

特開２００３−２７９１８０号公報 特開２０１４−２１８２３７号公報

上記特許文献１の従来技術では、２組の膨張弁および蒸発器が互いに並列に接続されているので、冷媒回路が複雑になる。また、２組の膨張弁および蒸発器に冷媒を適切に分配して２つの蒸発器の温度を適切に制御するのが困難である。また、２つの蒸発器のうち冷媒流量が少なくなる方の蒸発器では、冷媒や冷凍機油が滞留するといった問題が生じる。

上記特許文献２の従来技術では、複数個の温度調整対象機器に同一の冷却水を流通させるので、複数個の温度調整対象機器の要求、例えば温度帯や絶縁性といった要求が互いに異なる場合、これらの要求を同時に満足させるのが困難であるという問題が生じる。

本発明は上記点に鑑みて、冷媒回路の構成を簡素化し、温度制御を容易化し、冷媒や冷凍機油の滞留を抑制し、複数個の冷却対象機器の要求を容易に満足できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の冷凍サイクル装置では、
冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機（１１）と、
圧縮機（１１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１４）と、
放熱器（１４）で放熱された冷媒を減圧させる減圧部（１５）と、
減圧部（１５）で減圧された冷媒と熱媒体とを熱交換させて熱媒体を冷却させる蒸発器（１７）と、
減圧部（１５）で減圧された冷媒の冷熱を利用して冷却される第１冷却対象機器（３２）および第２冷却対象機器（２７）と、
蒸発器（１７）で冷却された熱媒体を第１冷却対象機器（３２）および第２冷却対象機器（２７）のうち第１冷却対象機器（３２）のみに循環させる熱媒体回路（３０）と、
第１冷却対象機器（３２）に流入する熱媒体の流量を調整する流量調整部（３１、５６、５７）とを備える。

これによると、第１冷却対象機器（３２）および第２冷却対象機器（２７）のうち第１冷却対象機器（３２）の温度を、流量調整部（３１、５６、５７）によって制御できるので、２つの蒸発器に冷媒を分配する上記特許文献１の従来技術と比較して、冷媒回路の構成を簡素化でき、温度制御を容易化でき、冷媒や冷凍機油の滞留を抑制できる。

しかも、熱媒体回路（３０）の熱媒体は、第１冷却対象機器（３２）および第２冷却対象機器（２７）のうち第１冷却対象機器（３２）のみに循環し、第２冷却対象機器（２７）に循環しないので、第１冷却対象機器（３２）および第２冷却対象機器（２７）の要求を満足させることが容易になる。

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ものである。

第１実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第１実施形態における冷凍サイクル装置の冷房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態における冷凍サイクル装置の暖房モード時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第２実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第３実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１に示す冷凍サイクル装置１０は、車室内空間を適切な温度に調整するために用いられる車両用冷凍サイクル装置である。本実施形態では、冷凍サイクル装置１０を、エンジン（換言すれば内燃機関）および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド自動車に適用している。

本実施形態のハイブリッド自動車は、車両停車時に外部電源（換言すれば商用電源）から供給された電力を、車両に搭載された電池（換言すれば車載バッテリ）に充電可能なプラグインハイブリッド自動車として構成されている。電池としては、例えばリチウムイオン電池を用いることができる。

エンジンから出力される駆動力は、車両走行用として用いられるのみならず、発電機を作動させるためにも用いられる。そして、発電機にて発電された電力および外部電源から供給された電力を電池に蓄わえることができ、電池に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、冷凍サイクル装置１０を構成する電動式構成機器をはじめとする各種車載機器に供給される。

冷凍サイクル装置１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、第１膨張弁１３、室外熱交換器１４、第２膨張弁１５、電池用蒸発器１６およびクーラコア用蒸発器１７を備える蒸気圧縮式冷凍機である。本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、冷媒としてフロン系冷媒を用いており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。

圧縮機１１、凝縮器１２、第１膨張弁１３、室外熱交換器１４、第２膨張弁１５、電池用蒸発器１６およびクーラコア用蒸発器１７は、冷媒の流れにおいて互いに直列に配置されている。

圧縮機１１は、電池から供給される電力によって駆動される電動圧縮機であり、冷凍サイクル装置１０の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。圧縮機１１は、ベルトによって駆動される可変容量圧縮機であってもよい。

凝縮器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧側冷媒と高温冷却水回路２０の冷却水とを熱交換させることによって高圧側冷媒を凝縮させる凝縮器である。

高温冷却水回路２０は、熱媒体としての冷却水が循環する熱媒体回路である。本実施形態では、高温冷却水回路２０の冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。

高温冷却水回路２０には、凝縮器１２、高温側ポンプ２１およびヒータコア２２が配置されている。高温側ポンプ２１は、冷却水を吸入して吐出する熱媒体ポンプである。高温側ポンプ２１は電動式のポンプである。高温側ポンプ２１は、高温冷却水回路２０を循環する冷却水の流量を調整する流量調整部である。

ヒータコア２２は、高温冷却水回路２０の冷却水と車室内へ送風される空気とを熱交換させて車室内へ送風される空気を加熱する空気加熱用熱交換器である。ヒータコア２２では、冷却水が顕熱変化にて車室内へ送風される空気に放熱する。すなわち、ヒータコア２２では、冷却水が車室内へ送風される空気に放熱しても冷却水が液相のままで相変化しない。

第１膨張弁１３は、凝縮器１２から流出した液相冷媒を減圧膨張させる第１減圧部である。第１膨張弁１３は、電気式の可変絞り機構であり、弁体と電動アクチュエータとを有している。弁体は、冷媒通路の通路開度（換言すれば絞り開度）を変更可能に構成されている。電動アクチュエータは、弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータを有している。

第１膨張弁１３は、絞り開度を全開した際に冷媒通路を全開する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。つまり、第１膨張弁１３は、冷媒通路を全開にすることで冷媒の減圧作用を発揮させないようにすることができる。第１膨張弁１３の作動は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。

室外熱交換器１４は、第１膨張弁１３から流出した冷媒と外気とを熱交換させる冷媒外気熱交換器である。室外熱交換器１４には、室外送風機１８によって外気が送風される。

室外送風機１８は、室外熱交換器１４へ向けて外気を送風する送風部である。室外送風機１８は、ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。室外熱交換器１４および室外送風機１８は、車両の最前部に配置されている。そのため、車両の走行時には室外熱交換器１４に走行風を当てることができる。

室外熱交換器１４を流通する冷媒の温度が外気の温度よりも低い場合、室外熱交換器１４は、外気の熱を冷媒に吸熱させる吸熱器として機能する。室外熱交換器１４を流通する冷媒の温度が外気の温度よりも高い場合、室外熱交換器１４は、冷媒の熱を外気に放熱させる放熱器として機能する。

室外熱交換器１４は、熱交換部１４１、貯液部１４２および過冷却部１４３を有している。室外熱交換器１４の熱交換部１４１は、第１膨張弁１３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１４の貯液部１４２は、室外熱交換器１４の熱交換部１４１から流出した冷媒の気液を分離するとともに冷媒の余剰分を貯える冷媒貯留部である。室外熱交換器１４の過冷却部１４３は、室外熱交換器１４の貯液部１４２から流出した液相冷媒と外気とを熱交換させて液相冷媒を過冷却する。

室外熱交換器１４の貯液部１４２には過冷却バイパス配管１９が接続されている。過冷却バイパス配管１９は、室外熱交換器１４の貯液部１４２を流れた冷媒が過冷却部１４３をバイパスして流れる過冷却部バイパス部である。

過冷却バイパス配管１９には過冷却バイパス開閉弁１９ａが配置されている。過冷却バイパス開閉弁１９ａは、過冷却バイパス配管１９の流路開度を調整する過冷却バイパス開度調整部である。過冷却バイパス開閉弁１９ａは電磁弁であり、制御装置４０によって制御される。

第２膨張弁１５は、室外熱交換器１４から流出した液相冷媒を減圧膨張させる第２減圧部である。第２膨張弁１５は、電気式の可変絞り機構であり、弁体と電動アクチュエータとを有している。弁体は、冷媒通路の通路開度（換言すれば絞り開度）を変更可能に構成されている。電動アクチュエータは、弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータを有している。

第２膨張弁１５は、絞り開度を全開した際に冷媒通路を全開する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。つまり、第２膨張弁１５は、冷媒通路を全開にすることで冷媒の減圧作用を発揮させないようにすることができる。第２膨張弁１５は、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。

第１膨張弁１３および第２膨張弁１５の絞り開度が変更されることによって、冷房モードと暖房モードとが切り替えられる。冷房モードは、室外熱交換器１４で冷媒を放熱させる放熱モードである。暖房モードは、室外熱交換器１４で冷媒に吸熱させる吸熱モードである。第１膨張弁１３および第２膨張弁１５は、冷房モードと暖房モードとを切り替える運転モード切替部である。

電池用蒸発器１６は、第２膨張弁１５を流出した低圧冷媒と絶縁油回路２５の絶縁油とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる蒸発器である。電池用蒸発器１６は、冷媒の流れにおいて、クーラコア用蒸発器１７よりも上流側に配置されている。電池用蒸発器１６から流出した低圧冷媒はクーラコア用蒸発器１７に流入する。

絶縁油回路２５の絶縁油は、熱媒体としての流体である。絶縁油回路２５の絶縁油は、絶縁性を有する絶縁熱媒体である。絶縁油回路２５には、電池用蒸発器１６、絶縁油ポンプ２６および電池２７が配置されている。

絶縁油ポンプ２６は、絶縁油を吸入して吐出する熱媒体ポンプである。絶縁油ポンプ２６は電動式のポンプである。絶縁油ポンプ２６は、絶縁油回路２５を循環する絶縁油の流量を調整する絶縁油流量調整部である。

電池２７は、車両に搭載される車載機器である。電池２７は、作動に伴って発熱する発熱機器である。電池２７は、絶縁油が流通する絶縁油流路を有しており、絶縁油によって冷却される冷却対象機器である。電池２７の要求冷却温度は、例えば１０℃〜４０℃程度である。

電池２７では、絶縁油が顕熱変化にて吸熱する。すなわち、電池２７では、絶縁油が吸熱しても絶縁油が液相のままで相変化しない。絶縁油が絶縁性を有しているので、電池２７を冷却するために電池２７内に絶縁油を流通させても電池２７内部の絶縁性を維持できる。

クーラコア用蒸発器１７は、冷媒の流れにおいて、電池用蒸発器１６よりも下流側に配置されている。クーラコア用蒸発器１７は、電池用蒸発器１６を流出した低圧冷媒と低温冷却水回路３０の冷却水とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる蒸発器である。クーラコア用蒸発器１７は第１蒸発器であり、電池用蒸発器１６は第２蒸発器である。クーラコア用蒸発器１７で蒸発した気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて圧縮される。

低温冷却水回路３０は、熱媒体としての冷却水が循環する熱媒体回路である。低温冷却水回路３０の冷却水は第１熱媒体であり、絶縁油回路２５の絶縁油は第２熱媒体である。低温冷却水回路３０は第１熱媒体回路であり、絶縁油回路２５は第２熱媒体回路である。

本実施形態では、低温冷却水回路３０の冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。

低温冷却水回路３０には、クーラコア用蒸発器１７、低温側ポンプ３１およびクーラコア３２が配置されている。

低温側ポンプ３１は、冷却水を吸入して吐出する熱媒体ポンプである。低温側ポンプ３１は電動式のポンプである。低温側ポンプ３１は、低温冷却水回路３０を循環する冷却水の流量を調整する流量調整部である。低温側ポンプ３１は第１流量調整部であり、絶縁油ポンプ２６は第２流量調整部である。

クーラコア３２は、低温冷却水回路３０の冷却水と車室内へ送風される空気とを熱交換させて車室内へ送風される空気を冷却する空気冷却用熱交換器である。クーラコア３２では、冷却水が顕熱変化にて車室内へ送風される空気から吸熱する。すなわち、クーラコア３２では、冷却水が車室内へ送風される空気から吸熱しても冷却水が液相のままで相変化しない。クーラコア３２は、冷却水によって冷却される冷却対象機器である。クーラコア３２は第１冷却対象機器であり、電池２７は第２冷却対象機器である。

クーラコア３２の要求冷却温度は、例えば０℃程度である。すなわち、冷却対象機器である電池２７およびクーラコア３２は、要求冷却温度が互いに異なっている。具体的には、電池２７はクーラコア３２よりも要求冷却温度が高く、クーラコア３２は電池２７よりも要求冷却温度が低くなっている。

クーラコア３２およびヒータコア２２は、図示しない室内空調ユニットのケーシング（以下、空調ケーシングと言う。）に収容されている。空調ケーシングは、空気通路を形成する空気通路形成部材である。

ヒータコア２２は、空調ケーシング内の空気通路において、クーラコア３２の空気流れ下流側に配置されている。空調ケーシングは、車室内空間に配置されている。

空調ケーシングには、図示しない内外気切替箱と図示しない室内送風機とが配置されている。内外気切替箱は、空調ケーシング内の空気通路に内気と外気とを切替導入する内外気切替部である。室内送風機は、内外気切替箱を通して空調ケーシング内の空気通路に導入された内気および外気を吸入して送風する。

空調ケーシング内の空気通路においてクーラコア３２とヒータコア２２との間には、図示しないエアミックスドアが配置されている。エアミックスドアは、クーラコア３２を通過した冷風のうちヒータコア２２に流入する冷風とヒータコア２２をバイパスして流れる冷風との風量割合を調整する。

エアミックスドアは、空調ケーシングに対して回転可能に支持された回転式ドアである。エアミックスドアの開度位置を調整することによって、空調ケーシングから車室内に吹き出される空調風の温度を所望温度に調整できる。エアミックスドアは、サーボモータによって駆動される。サーボモータの作動は、制御装置４０によって制御される。

室外熱交換器１４の冷媒出口側かつ第２膨張弁１５の冷媒入口側にはバイパス配管３５の一端が接続されている。バイパス配管３５は、室外熱交換器１４から流出した冷媒が第２膨張弁１５、電池用蒸発器１６およびクーラコア用蒸発器１７をバイパスして流れる蒸発器バイパス部である。バイパス配管３５の他端は、クーラコア用蒸発器１７の冷媒出口側かつ圧縮機１１の冷媒吸入側に接続されている。

バイパス配管３５にはバイパス開閉弁３６が配置されている。バイパス開閉弁３６は、バイパス配管３５の流路開度を調整するバイパス開度調整部である。バイパス開閉弁３６は電磁弁であり、制御装置４０によって制御される。

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とを有している。制御装置４０は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。制御装置４０の出力側には各種制御対象機器が接続されている。制御装置４０は、各種制御対象機器の作動を制御する制御部である。

制御装置４０によって制御される制御対象機器は、圧縮機１１、第１膨張弁１３、第２膨張弁１５、室外送風機１８、過冷却バイパス開閉弁１９ａ、高温側ポンプ２１、絶縁油ポンプ２６および低温側ポンプ３１等である。

制御装置４０のうち圧縮機１１の電動モータを制御するソフトウェアおよびハードウェアは、冷媒吐出能力制御部である。制御装置４０のうち第１膨張弁１３を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、第１絞り制御部である。制御装置４０のうち第２膨張弁１５を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、第２絞り制御部である。

制御装置４０のうち室外送風機１８を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、外気送風能力制御部である。制御装置４０のうち過冷却バイパス開閉弁１９ａを制御するソフトウェアおよびハードウェアは、バイパス開度制御部である。

制御装置４０のうち高温側ポンプ２１を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、高温側熱媒体流量制御部である。制御装置４０のうち絶縁油ポンプ２６を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、絶縁熱媒体流量制御部である。制御装置４０のうち低温側ポンプ３１を制御するソフトウェアおよびハードウェアは、低温側熱媒体流量制御部である。

制御装置４０の入力側には、図示しない内気温度センサ、図示しない外気温度センサ、図示しない日射量センサ等の種々の空調制御用のセンサ群が接続されている。内気温度センサは車室内温度Ｔｒを検出する。外気温度センサは外気温Ｔａｍを検出する。日射量センサは車室内の日射量Ｔｓを検出する。

制御装置４０の入力側には、図示しない各種操作スイッチが接続されている。各種操作スイッチは図示しない操作パネルに設けられており、乗員によって操作される。操作パネルは車室内前部の計器盤付近に配置されている。制御装置４０には、各種操作スイッチからの操作信号が入力される。

各種操作スイッチは、エアコンスイッチ、温度設定スイッチ等である。エアコンスイッチは、室内空調ユニットにて空気の冷却を行うか否かを設定する。温度設定スイッチは、車室内の設定温度を設定する。

次に、上記構成における作動を説明する。制御装置４０は、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて空調モードを暖房モードおよび冷房モードのいずれかに切り替える。

目標吹出温度ＴＡＯは、車室内へ吹き出す吹出空気の目標温度である。制御装置４０は、目標吹出温度ＴＡＯを以下の数式に基づいて算出する。

ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ
この数式において、Ｔｓｅｔは操作パネルの温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度、Ｔｒは内気温度センサによって検出された内気温、Ｔａｍは外気温度センサによって検出された外気温、Ｔｓは日射量センサによって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

次に、冷房モードおよび暖房モードにおける作動について説明する。冷房モードは、室外熱交換器１４が冷媒を放熱させる第１モードである。暖房モードは、室外熱交換器１４が冷媒に吸熱させる第２モードである。

（冷房モード）
冷房モードでは、制御装置４０が、第１膨張弁１３を全開状態とし、第２膨張弁１５を絞り状態とする。冷房モードでは、制御装置４０は、高温側ポンプ２１を停止させ、低温側ポンプ３１を駆動させる。

制御装置４０は、目標吹出温度ＴＡＯ、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置４０に接続された各種制御機器の作動状態（各種制御機器へ出力する制御信号）を決定する。

第２膨張弁１９へ出力される制御信号については、第２膨張弁１５へ流入する冷媒の過冷却度が、サイクルの成績係数（いわゆるＣＯＰ）を最大値に近づくように予め定められた目標過冷却度に近づくように決定される。

図示しないエアミックスドアのサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドアがヒータコア２２の空気通路を閉塞し、クーラコア３２を通過した送風空気の全流量がヒータコア２２をバイパスして流れるように決定される。

冷房モード時の冷凍サイクル装置１０では、サイクルを循環する冷媒の状態については、図２のモリエル線図に示すように変化する。

すなわち、図２の点ａ１に示すように、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が凝縮器１２に流入する。この際、高温側ポンプ２２が停止しているので、凝縮器１２に高温冷却水回路２０の冷却水が循環しない。そのため、凝縮器１２に流入した冷媒は、高温冷却水回路２０の冷却水と殆ど熱交換することなく、凝縮器１２から流出する。

凝縮器１２から流出した冷媒は、第１膨張弁１３に流入する。この際、第１膨張弁１３が冷媒通路を全開状態としているので、凝縮器１２から流出した冷媒は、第１膨張弁１３にて減圧されることなく、室外熱交換器１４に流入する。

図２の点ａ１および点ａ２に示すように、室外熱交換器１４に流入した冷媒は、室外熱交換器１４にて室外送風機１８から送風された外気へ放熱する。

冷房モードでは、制御装置４０はバイパス開閉弁３６を閉じる。これにより、図２の点ａ２および点ａ３に示すように、室外熱交換器１４から流出した冷媒は、第２膨張弁１５へ流入して、第２膨張弁１５にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される。図２の点ａ３および点ａ４に示すように、第２膨張弁１５にて減圧された低圧冷媒は、電池用蒸発器１６に流入し、絶縁油回路２５の絶縁油から吸熱して蒸発する。これにより、絶縁油回路２５の絶縁油が冷却されるので、電池２７が冷却される。

図２の点ａ４および点ａ５に示すように、電池用蒸発器１６から流出した低圧冷媒は、クーラコア用蒸発器１７に流入し、低温冷却水回路３０の冷却水から吸熱して蒸発する。これにより、低温冷却水回路３０の冷却水が冷却されるので、クーラコア３２で空気が冷却される。

そして、図２の点ａ５および点ａ１に示すように、クーラコア用蒸発器１７から流出した冷媒は、圧縮機１１の吸入側へと流れて再び圧縮機１１にて圧縮される。

室外熱交換器１４では、熱交換部１４１で凝縮された冷媒が貯液部１４２で気液分離されるとともに余剰液相冷媒が貯えられる。冷房モードでは、制御装置４０は過冷却バイパス開閉弁１９ａを閉じる。これにより、貯液部１４２から流出した液相冷媒が過冷却部１４３を流れて過冷却される。

以上の如く、冷房モードでは、電池用蒸発器１６にて低圧冷媒が絶縁油回路２５の絶縁油から吸熱し、絶縁油回路２５の絶縁油が電池２７から吸熱する。また、冷房モードでは、クーラコア用蒸発器１７にて低圧冷媒が低温冷却水回路３０の冷却水から吸熱し、クーラコア３２にて低温冷却水回路３０の冷却水が、車室内へ送風される空気から吸熱する。したがって、冷房モードでは、電池２７を冷却できるとともに車室内を冷房できる。

冷房モードでは、図２の点ａ３から点ａ５に示すように、電池用蒸発器１６およびクーラコア用蒸発器１７では圧力損失によって冷媒圧力が低下するので、クーラコア用蒸発器１７における冷媒圧力は、電池用蒸発器１６における冷媒圧力よりも低くなる。

そのため、クーラコア用蒸発器１７における冷媒温度は電池用蒸発器１６における冷媒温度よりも低くなるので、低温冷却水回路３０の冷却水温度は絶縁油回路２５の絶縁油温度よりも低くなる。したがって、クーラコア３２を電池２７よりも低温にすることが可能になる。

冷房モードでは、制御装置４０は、絶縁油回路２５の絶縁油の流量を絶縁油ポンプ２６で調整する。これにより、電池２７の温度を要求冷却温度（例えば１０℃〜４０℃程度）に適切に調整できる。

冷房モードでは、制御装置４０は、低温冷却水回路３０の冷却水の流量を低温側ポンプ３１で調整する。これにより、クーラコア３２にて冷却された空気の温度を要求冷却温度は、例えば０℃程度）に適切に調整できる。

（暖房モード）
暖房モードでは、制御装置４０は、第１膨張弁１３を絞り状態とし、第２膨張弁１５を全開状態とする。暖房モードでは、制御装置４０は、高温側ポンプ２１を駆動させ、低温側ポンプ３１を停止させる。

制御装置４０は、目標吹出温度ＴＡＯ、センサ群の検出信号等に基づいて、制御装置４０に接続された各種制御機器の作動状態（各種制御機器へ出力する制御信号）を決定する。

第１膨張弁１３へ出力される制御信号については、第１膨張弁１３へ流入する冷媒の過冷却度が、予め定められた目標過冷却度に近づくように決定される。目標過冷却度は、サイクルの成績係数（いわゆるＣＯＰ）を最大値に近づけるように定められている。

図示しないエアミックスドアのサーボモータへ出力される制御信号については、エアミックスドアがヒータコア２２の空気通路を全開し、クーラコア３２を通過した送風空気の全流量がヒータコア２２の空気通路を通過するように決定される。

暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については、図３のモリエル線図に示すように変化する。

すなわち、図３の点ｂ１および点ｂ２に示すように、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒は、凝縮器１２へ流入して、高温冷却水回路２０の冷却水と熱交換して放熱する。これにより、高温冷却水回路２０の冷却水が加熱される。

図３の点ｂ２および点ｂ３に示すように、凝縮器１２から流出した冷媒は、第１膨張弁１３に流入し、低圧冷媒となるまで減圧される。そして、図３の点ｂ３および点ｂ４に示すように、第１膨張弁１３にて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器１４に流入して、室外送風機１８から送風された外気から吸熱して蒸発する。

暖房モードでは、制御装置４０はバイパス開閉弁３６を開ける。これにより、図３の点ｂ４および点ｂ１に示すように、室外熱交換器１４から流出した冷媒は、第２膨張弁１５、電池用蒸発器１６およびクーラコア用蒸発器１７をバイパスして圧縮機１１の吸入側へと流れて再び圧縮機１１にて圧縮される。

暖房モードでは、制御装置４０は過冷却バイパス開閉弁１９ａを開ける。これにより、室外熱交換器１４の貯液部１４２から流出した冷媒が過冷却部１４３をバイパスして過冷却部バイパス配管３５を流れるので、冷媒の圧力損失を低減できる。

以上の如く、暖房モードでは、凝縮器１２にて高圧冷媒から高温冷却水回路２０の冷却水に放熱させ、ヒータコア２２にて高温冷却水回路２０の冷却水から、車室内へ吹き出される空気に放熱させる。これにより、車室内を暖房できる。

このように、本実施形態の車両用空調装置１では、第１膨張弁１３および第２膨張弁１５の絞り開度を変化させることによって、車室内の適切な冷房および暖房を実行することができ、ひいては車室内の快適な空調を実現することができる。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、クーラコア３２と電池２７と低温冷却水回路３０と低温側ポンプ３１とを備える。クーラコア３２および電池２７は、第２膨張弁１５で減圧された冷媒の冷熱を利用して冷却される。低温冷却水回路３０は、クーラコア用蒸発器１７で冷却された冷却水をクーラコア３２および電池２７のうちクーラコア３２のみに循環させる。低温側ポンプ３１は、クーラコア３２に流入する冷却水の流量を調整する。

これによると、冷媒を分配することなくクーラコア３２および電池２７を冷却でき、低温側ポンプ３１によってクーラコア３２の温度を制御できる。そのため、２つの蒸発器に冷媒を分配する上記特許文献１の従来技術と比較して、冷媒回路を簡素化でき、温度制御を容易化でき、冷媒や冷凍機油の滞留を抑制できる。

しかも、低温冷却水回路３０の冷却水は、クーラコア３２および電池２７のうちクーラコア３２のみに循環し、電池２７に循環しないので、クーラコア３２および電池２７のの要求（例えば要求冷却温度や絶縁性といった要求）を満足させることが容易になる。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、絶縁油回路２５と絶縁油ポンプ２６とを備える。絶縁油回路２５は、電池用蒸発器１６で冷却された絶縁油を電池２７に循環させる。絶縁油ポンプ２６は、電池２７に流入する絶縁油の流量を調整する。電池用蒸発器１６およびクーラコア用蒸発器１７は、冷媒の流れにおいて互いに直列に配置されている。

これによると、絶縁油ポンプ２６が絶縁油の流量を調整することによって電池２７の温度を容易に調整できる。

本実施形態では、電池用蒸発器１６は、冷媒の流れにおいてクーラコア用蒸発器１７よりも上流側に配置されている。これによると、電池用蒸発器１６およびクーラコア用蒸発器１７での圧力損失によって、電池用蒸発器１６における冷媒圧力がクーラコア用蒸発器１７における冷媒圧力よりも高くなるので、電池用蒸発器１６における冷媒温度がクーラコア用蒸発器１７における冷媒温度よりも高くなる。そのため、電池２７およびクーラコア３２のそれぞれの要求冷却温度に合わせて、電池２７の温度帯をクーラコア３２の温度帯よりも高くできる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、電池２７は、絶縁油が流通する絶縁油流路を有しており、絶縁油によって冷却されるが、本実施形態では、図４に示すように、電池２７は、電池冷却器５０に対して熱伝導可能に接触配置されており、電池冷却器５０によって冷却される。

電池冷却器５０は、第２膨張弁１５を流出した低圧冷媒に電池２７から吸熱させることによって低圧冷媒を蒸発させる蒸発器である。電池冷却器５０は、冷媒の流れにおいて、クーラコア用蒸発器１７よりも上流側に配置されている。電池冷却器５０から流出した低圧冷媒はクーラコア用蒸発器１７に流入する。

電池冷却器５０は、第２膨張弁１５を流出した低圧冷媒が流通する冷媒流通機器である。電池冷却器５０は、第２膨張弁１５を流出した低圧冷媒によって冷却される冷却対象機器である。電池冷却器５０は第２冷却対象機器である。電池冷却器５０は、車載機器を冷却するための車載機器冷却器である。

電池冷却器５０およびクーラコア用蒸発器１７では圧力損失によって冷媒圧力が低下するので、クーラコア用蒸発器１７における冷媒圧力は、電池冷却器５０における冷媒圧力よりも低くなる。

そのため、クーラコア用蒸発器１７における冷媒温度は電池冷却器５０における冷媒温度よりも低くなるので、低温冷却水回路３０の冷却水温度は電池冷却器５０の絶縁油温度よりも低くなる。したがって、クーラコア３２を電池２７よりも低温にすることが可能になる。

第２膨張弁１５の冷媒出口側かつ電池冷却器５０の冷媒入口側には電池バイパス配管５１の一端が接続されている。電池バイパス配管５１の他端は、電池冷却器５０の冷媒出口側かつクーラコア用蒸発器１７の冷媒入口側に接続されている。電池バイパス配管５１は、第２膨張弁１５から流出した冷媒が電池冷却器５０をバイパスして流れる電池バイパス部である。

電池バイパス配管５１には電池バイパス開閉弁５２が配置されている。電池バイパス開閉弁５２は、電池バイパス配管５１の流路開度を調整する電池バイパス開度調整部である。電池バイパス開閉弁５２は電磁弁であり、制御装置４０によって制御される。

電池バイパス配管５１および電池バイパス開閉弁５２は、電池２７に流入する絶縁油の流量を調整する第２流量調整部である。すなわち、電池バイパス開閉弁５２が電池バイパス配管５１の流路開度を大きくすると電池冷却器５０を流れる冷媒の流量が少なくなる。したがって、電池バイパス開閉弁５２が電池バイパス配管５１の流路開度を調整することによって電池冷却器５０の温度を調整でき、ひいては電池２７の温度を調整できる。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、電池冷却器５０を備える。電池冷却器５０は、電池２７に対して熱伝導可能に接触し、第２膨張弁１５から流出した冷媒が流通する。電池冷却器５０およびクーラコア用蒸発器１７は、冷媒の流れにおいて互いに直列に配置されている。これによると、上記第１実施形態と同様に電池２７を冷却できる。

本実施形態では、電池冷却器５０は、冷媒の流れにおいてクーラコア用蒸発器１７よりも上流側に配置されている。

これによると、電池冷却器５０およびクーラコア用蒸発器１７での圧力損失によって、電池冷却器５０における冷媒圧力がクーラコア用蒸発器１７における冷媒圧力よりも高くなるので、電池冷却器５０における冷媒温度がクーラコア用蒸発器１７における冷媒温度よりも高くなる。そのため、電池２７およびクーラコア３２のそれぞれの要求冷却温度に合わせて、電池２７の温度帯をクーラコア３２の温度帯よりも高くできる。

本実施形態では、電池バイパス配管５１は、冷媒が電池冷却器５０をバイパスして流れる冷媒流路を形成している。これにより、電池２７の温度を良好に調整できる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、絶縁油回路２５の絶縁油は、冷凍サイクル装置１０の低圧冷媒で冷却されるが、本実施形態では、図５に示すように、絶縁油回路２５の絶縁油は、低温冷却水回路３０の冷却水で冷却される。

本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、上記第１実施形態の電池用蒸発器１６の代わりに、絶縁油冷却用熱交換器５５を備えている。絶縁油冷却用熱交換器５５は、低温冷却水回路３０の冷却水と絶縁油回路２５の絶縁油とを熱交換させて絶縁油回路２５の絶縁油（換言すれば第２熱媒体）を冷却する第２熱媒体冷却用熱交換器である。

絶縁油冷却用熱交換器５５では、冷却水が顕熱変化にて絶縁油から吸熱する。すなわち、絶縁油冷却用熱交換器５５では、冷却水が絶縁油から吸熱しても冷却水が液相のままで相変化しない。絶縁油冷却用熱交換器５５で冷却された絶縁油回路２５の絶縁油が電池２７を流通することによって電池２７が冷却される。

絶縁油冷却用熱交換器５５は、低温冷却水回路３０の冷却水の流れにおいて、クーラコア３２の下流側に配置されている。クーラコア３２および絶縁油冷却用熱交換器５５では、冷却水が顕熱変化にて吸熱するので、絶縁油冷却用熱交換器５５における冷却水温度はクーラコア３２における冷却水温度よりも高くなる。そのため、電池２７およびクーラコア３２のそれぞれの要求冷却温度に合わせて、電池２７の温度帯をクーラコア３２の温度帯よりも高くできる。

低温冷却水回路３０において、クーラコア用蒸発器１７の冷却水出口側かつクーラコア３２の冷却水入口側にはクーラコアバイパス配管５６の一端が接続されている。クーラコアバイパス配管５６の他端は、クーラコア３２の冷却水出口側かつ絶縁油冷却用熱交換器５５の冷却水入口側に接続されている。クーラコアバイパス配管５６は、クーラコア用蒸発器１７から流出した冷却水がクーラコア３２をバイパスして流れるクーラコアバイパス部である。

クーラコアバイパス配管５６にはクーラコアバイパス開閉弁５７が配置されている。クーラコアバイパス開閉弁５７は、クーラコアバイパス配管５６の流路開度を調整するクーラコアバイパス開度調整部である。クーラコアバイパス開閉弁５７は電磁弁であり、制御装置４０によって制御される。

クーラコアバイパス配管５６およびクーラコアバイパス開閉弁５７は、クーラコア３２に流入する冷却水の流量を調整する第１流量調整部である。すなわち、クーラコアバイパス開閉弁５７がクーラコアバイパス配管５６の流路開度を大きくするとクーラコア３２を流れる冷媒の流量が少なくなる。したがって、クーラコアバイパス開閉弁５７がクーラコアバイパス配管５６の流路開度を調整することによってクーラコア３２の温度を調整できる。

本実施形態の冷凍サイクル装置は、絶縁油冷却用熱交換器５５と絶縁油回路２５とを備える。絶縁油冷却用熱交換器５５は、冷却水と絶縁油とを熱交換させて絶縁油を冷却させる。絶縁油回路２５は、絶縁油冷却用熱交換器５５で冷却された絶縁油を電池２７に循環させる。これにより、上記実施形態と同様に電池２７を冷却できる。

本実施形態では、絶縁油冷却用熱交換器５５は、冷却水の流れにおいてクーラコア３２よりも下流側に配置されている。これによると、クーラコア３２および絶縁油冷却用熱交換器５５で冷却水が熱交換することによって、絶縁油冷却用熱交換器５５における冷却水温度がクーラコア３２における冷却水温度よりも高くなる。そのため、電池２７およびクーラコア３２のそれぞれの要求冷却温度に合わせて、電池２７の温度帯をクーラコア３２の温度帯よりも高くできる。

本実施形態では、クーラコアバイパス配管５６は、低温冷却水回路３０において、冷却水がクーラコア３２をバイパスして流れる冷却水流路を形成している。これにより、クーラコア３２における冷却水の流量を、絶縁油冷却用熱交換器５５における冷却水の流量に対して独立して調整できるので、クーラコア３２の温度を良好に調整できる。

本実施形態では、絶縁油ポンプ２６を備える。絶縁油ポンプ２６は、電池２７に流入する絶縁油の流量を調整する。これにより、電池２７の温度を良好に調整できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記各実施形態では、電池２７を絶縁油で冷却するが、種々の絶縁媒体で冷却してもよい。例えば、フッ素系不活性液体等の絶縁熱媒体で電池２７を冷却してもよい。

（２）上記各実施形態の電池２７の代わりに電池冷却用熱交換器が冷凍サイクル装置１０に配置されていてもよい。電池冷却用熱交換器は、電池（換言すれば車載機器）を冷却するための車載機器冷却器である。例えば、電池冷却用熱交換器は、電池へ送風される空気と絶縁油とを熱交換させることによって、電池へ送風される空気を冷却する熱交換器である。

（３）上記各実施形態では、冷却対象機器が電池２７およびクーラコア３２であるが、冷却対象機器はインバータやインタークーラ等の種々の車載機器であってもよい。

インバータは、電池から供給された直流電力を交流電力に変換して走行用モータに出力する電力変換部である。インタークーラは、過給機で圧縮されて高温になったエンジン吸気と冷却水とを熱交換してエンジン吸気を冷却する熱交換器である。

（４）上記各実施形態では、熱媒体として冷却水を用いているが、油などの各種媒体を熱媒体として用いてもよい。

熱媒体として、ナノ流体を用いてもよい。ナノ流体とは、粒子径がナノメートルオーダーのナノ粒子が混入された流体のことである。ナノ粒子を熱媒体に混入させることで、エチレングリコールを用いた冷却水のように凝固点を低下させて不凍液にする作用効果に加えて、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、特定の温度帯での熱伝導率を向上させる作用効果、熱媒体の熱容量を増加させる作用効果、金属配管の防食効果やゴム配管の劣化を防止する作用効果、および極低温での熱媒体の流動性を高める作用効果を得ることができる。

このような作用効果は、ナノ粒子の粒子構成、粒子形状、配合比率、付加物質によって様々に変化する。

これによると、熱伝導率を向上させることができるので、エチレングリコールを用いた冷却水と比較して少ない量の熱媒体であっても同等の冷却効率を得ることが可能になる。

また、熱媒体の熱容量を増加させることができるので、熱媒体自体の顕熱による蓄冷熱量を増加させることができる。

蓄冷熱量を増加させることにより、圧縮機１１を作動させない状態であっても、ある程度の時間は蓄冷熱を利用した機器の冷却、加熱の温調が実施できるため、車両用熱管理装置の省動力化が可能になる。

ナノ粒子のアスペクト比は５０以上であるのが好ましい。十分な熱伝導率を得ることができるからである。なお、アスペクト比は、ナノ粒子の縦×横の比率を表す形状指標である。

ナノ粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕおよびＣのいずれかを含むものを用いることができる。具体的には、ナノ粒子の構成原子として、Ａｕナノ粒子、Ａｇナノワイヤー、ＣＮＴ、グラフェン、グラファイトコアシェル型ナノ粒子、およびＡｕナノ粒子含有ＣＮＴなどを用いることができる。

ＣＮＴはカーボンナノチューブである。グラファイトコアシェル型ナノ粒子は、上記原子を囲むようにカーボンナノチューブ等の構造体があるような粒子体である。

（５）上記各実施形態の冷凍サイクル装置１０では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、種々の冷媒を用いてもよい。

１１ 圧縮機
１４ 室外熱交換器（放熱器）
１５ 第２膨張弁（減圧部）
１６ 電池用蒸発器（第２蒸発器）
１７ クーラコア用蒸発器（蒸発器、第１蒸発器）
２５ 絶縁油回路（第２熱媒体回路）
２６ 絶縁油ポンプ（第２流量調整部）
２７ 電池（第２冷却対象機器）
３０ 低温冷却水回路（熱媒体回路、第１熱媒体回路）
３１ 低温側ポンプ（流量調整部、第１流量調整部）
３２ クーラコア（第１冷却対象機器）

Claims (10)

1. 冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機から吐出された前記冷媒を放熱させる放熱器（１４）と、
   前記放熱器で放熱された前記冷媒を減圧させる減圧部（１５）と、
   前記減圧部で減圧された前記冷媒と熱媒体とを熱交換させて前記熱媒体を冷却させる蒸発器（１７）と、
   前記減圧部で減圧された前記冷媒の冷熱を利用して冷却される第１冷却対象機器（３２）および第２冷却対象機器（２７）と、
   前記蒸発器で冷却された前記熱媒体を前記第１冷却対象機器および前記第２冷却対象機器のうち前記第１冷却対象機器のみに循環させる熱媒体回路（３０）と、
   前記第１冷却対象機器に流入する前記熱媒体の流量を調整する流量調整部（３１、５６、５７）とを備える冷凍サイクル装置。
2. 前記熱媒体は第１熱媒体であり、
   前記蒸発器（１７）は第１蒸発器であり、
   前記熱媒体回路（３０）は第１熱媒体回路であり、
   前記流量調整部（３１）は第１流量調整部であり、
   さらに、前記減圧部から流出した前記冷媒と第２熱媒体とを熱交換させて前記第２熱媒体を冷却させる第２蒸発器（１６）と、
   前記第２蒸発器で冷却された前記第２熱媒体を前記第２冷却対象機器に循環させる第２熱媒体回路（２５）と、
   前記第２冷却対象機器に流入する前記第２熱媒体の流量を調整する第２流量調整部（２６）とを備え、
   前記第１蒸発器および前記第２蒸発器は、前記冷媒の流れにおいて互いに直列に配置されている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１冷却対象機器（３２）は、車室内へ送風される空気と前記第１熱媒体とを熱交換させる空気冷却用熱交換器であり、
   前記第２冷却対象機器（２７）は、車両に搭載される車載機器、または前記車載機器を冷却するための車載機器冷却器であり、
   前記第２蒸発器は、前記冷媒の流れにおいて前記第１蒸発器よりも上流側に配置されている請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第２冷却対象機器に対して熱伝導可能に接触し、前記減圧部から流出した前記冷媒が流通する冷媒流通機器（５０）を備え、
   前記冷媒流通機器および前記蒸発器は、前記冷媒の流れにおいて互いに直列に配置されている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第１冷却対象機器は、車室内へ送風される空気と前記熱媒体とを熱交換させる空気冷却用熱交換器（３２）であり、
   前記第２冷却対象機器（２７）は、車両に搭載される車載機器、または前記車載機器を冷却するための車載機器冷却器であり、
   前記冷媒流通機器は、前記冷媒の流れにおいて前記蒸発器よりも上流側に配置されている請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記流量調整部は、前記冷媒が前記冷媒流通機器をバイパスして流れるバイパス部（５１）を有している請求項４または５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記熱媒体は第１熱媒体であり、
   前記熱媒体回路は第１熱媒体回路（３０）であり、
   さらに、前記第１熱媒体と第２熱媒体とを熱交換させて前記第２熱媒体を冷却させる第２熱媒体冷却用熱交換器（５５）と、
   前記第２熱媒体冷却用熱交換器で冷却された前記第２熱媒体を前記第２冷却対象機器に循環させる第２熱媒体回路（２５）とを備える請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記第１冷却対象機器（３２）は、車室内へ送風される空気と前記第２熱媒体とを熱交換させる空気冷却用熱交換器であり、
   前記第２冷却対象機器（２７）は、車両に搭載される車載機器、または前記車載機器を冷却するための車載機器冷却器であり、
   前記第２熱媒体冷却用熱交換器は、前記第１熱媒体の流れにおいて前記空気冷却用熱交換器（３２）よりも下流側に配置されている請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記流量調整部は、前記第１熱媒体回路（３０）において、前記第１熱媒体が前記空気冷却用熱交換器（３２）をバイパスして流れるバイパス部（５６）を有している請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記流量調整部（５６、５７）は第１流量調整部であり、
    さらに、前記第２冷却対象機器に流入する前記第２熱媒体の流量を調整する第２流量調整部（２６）を備える請求項７ないし９のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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