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1. (WO2018042859) REFRIGERATION CYCLE DEVICE
Document

明 細 書

発明の名称 冷凍サイクル装置 0001  

技術分野

0002  

背景技術

0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

0007   0008   0009   0010   0011   0012  

図面の簡単な説明

0013  

発明を実施するための形態

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

発明の名称 : 冷凍サイクル装置

関連出願の相互参照

[0001]
 本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2016年8月29日に出願された日本特許出願2016-166594号を基にしている。

技術分野

[0002]
  本開示は、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。

背景技術

[0003]
  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。
[0004]
  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。
[0005]
  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。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 特開2003-279180号公報
特許文献2 : 特開2014-218237号公報

発明の概要

[0007]
  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しやすい。
[0008]
  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。
[0009]
  本開示は上記点に鑑みて、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。
[0010]
 本開示の一例による冷凍サイクル装置は、冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器で放熱された冷媒を減圧させる減圧部と、減圧部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と、減圧部で減圧された冷媒の冷熱を利用して冷却される第1冷却対象機器および第2冷却対象機器と、蒸発器で冷却された熱媒体を第1冷却対象機器および第2冷却対象機器のうち第1冷却対象機器のみに循環させる熱媒体回路と、第1冷却対象機器に流入する熱媒体の流量を調整する流量調整部とを備える。
[0011]
  これによると、第1冷却対象機器および第2冷却対象機器のうち第1冷却対象機器の温度を、流量調整部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。
[0012]
  しかも、熱媒体回路の熱媒体は、第1冷却対象機器および第2冷却対象機器のうち第1冷却対象機器のみに循環し、第2冷却対象機器に循環しないので、第1冷却対象機器および第2冷却対象機器の要求を満足させることが容易になる。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] 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。
[図2] 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。
[図3] 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。
[図4] 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。
[図5] 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。

発明を実施するための形態

[0014]
  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。
[0015]
  (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。
[0016]
  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。
[0017]
  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。
[0018]
  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。
[0019]
  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。例えば、図1のように、電池用蒸発器16およびクーラコア用蒸発器17は、他の構成部品を介さず直接連結されている。 そのため、池用蒸発器16を通過した冷媒が直接クーラコア用蒸発器17に流れることになる。
[0020]
  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。
[0021]
  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。
[0022]
  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。
[0023]
  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。
[0024]
  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。
[0025]
  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。
[0026]
  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。
[0027]
  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。
[0028]
  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。
[0029]
  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。
[0030]
  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。
[0031]
  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。
[0032]
  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。
[0033]
  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。
[0034]
  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。
[0035]
  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。
[0036]
  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。
[0037]
  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。
[0038]
  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。
[0039]
  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。
[0040]
  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。
[0041]
  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。
[0042]
  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。
[0043]
  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。
[0044]
  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。
[0045]
  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。
[0046]
  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。
[0047]
  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。
[0048]
  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。
[0049]
  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。
[0050]
  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。
[0051]
  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。
[0052]
  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。
[0053]
  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。
[0054]
  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。
[0055]
  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。
[0056]
  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。
[0057]
  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。
[0058]
  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。
[0059]
  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。
[0060]
  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。
[0061]
  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。
[0062]
  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。
[0063]
  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。
[0064]
  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。
[0065]
  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。
[0066]
  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。
[0067]
  (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。
[0068]
  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。
[0069]
  第2膨張弁15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。
[0070]
  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。
[0071]
  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。
[0072]
  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21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。
[0073]
  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。
[0074]
  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。
[0075]
  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。
[0076]
  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。
[0077]
  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。
[0078]
  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。
[0079]
  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。
[0080]
  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。
[0081]
  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。
[0082]
  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。
[0083]
  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。
[0084]
  (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。
[0085]
  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。
[0086]
  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。
[0087]
  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。
[0088]
  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。
[0089]
  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。
[0090]
  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。
[0091]
  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。
[0092]
  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。
[0093]
  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。
[0094]
  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。
[0095]
  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。
[0096]
  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。
[0097]
  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。
[0098]
  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。
[0099]
  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。
[0100]
  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。
[0101]
  (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。
[0102]
  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は他の部品を介さず直接クーラコア用蒸発器17を連結されている。そのため、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。
[0103]
  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。
[0104]
  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。
[0105]
  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。
[0106]
  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。
[0107]
  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。
[0108]
  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。
[0109]
  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。
[0110]
  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。
[0111]
  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。
[0112]
  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。
[0113]
  (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。
[0114]
  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。
[0115]
  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。
[0116]
  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。
[0117]
  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。
[0118]
  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。
[0119]
  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。
[0120]
  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。
[0121]
  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。
[0122]
  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。
[0123]
  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。
[0124]
  (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。
[0125]
  (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。
[0126]
  (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。
[0127]
  (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。
[0128]
  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。
[0129]
  (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。
[0130]
  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。
[0131]
  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。
[0132]
  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。
[0133]
  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。
[0134]
  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。
[0135]
  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。
[0136]
  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。
[0137]
  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。
[0138]
  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。
[0139]
  (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。

請求の範囲

[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]