JP2014066410A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱器１４とアキュムレータ１７との間に、第１冷却対象物を冷却する第１蒸発器１６と第２冷却対象物を冷却する第２蒸発器２０が並列に配置され、第１蒸発器１６の上流に第１減圧手段１５が配置され、第２蒸発器２０の上流に第２減圧手段１９としての機械式膨張弁が配置された冷凍サイクル装置において、第１、第２冷却対象物の両方、第１冷却対象物のみ、第２冷却対象物のみをそれぞれ冷却する冷却運転を実施可能とする。
【解決手段】第２冷却対象物のみを冷却する冷却運転モード時に、放熱器１４から流出した冷媒の一部を、第２減圧手段１９および第２蒸発器２０を迂回させて流すとともに、第２減圧手段１９とは別の減圧手段１５によって減圧させて、液相冷媒を含む冷媒をアキュムレータ１７に戻す液戻し流路１８を備える構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の冷却対象物の冷却を行う冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、電気自動車やハイブリッド車等の電動車両では、二次電池に蓄えられた電力を、インバータ等を介して電動モータに供給して車両用走行用の駆動力を出力させている。リチウムイオン等に代表される二次電池は、走行中や充電中等の電力の出し入れによってジュール熱が発生して温度が上昇するが、所定温度を超えてしまうと二次電池の劣化や破損を招くため、所定温度以下に維持するための冷却手段が必要となる。

そこで、従来では、二次電池を冷却するための冷却手段として、車両用空調装置において車室内へ送風される室内用送風空気を冷却する蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置を用いたものが実用化されている。この冷凍サイクル装置では、凝縮器出口冷媒の気液を分離するレシーバを備えるレシーバサイクルにおいて、並列的に接続された２つの蒸発器を備え、一方の蒸発器にて室内用送風空気を冷却し、他方の蒸発器にて二次電池を冷却している。

一方、電気自動車などでは暖房熱源不足に対応するため、車両用空調装置用の冷凍サイクルとしてアキュムレータサイクルを用いる例が増えている。アキュムレータサイクルでは、レシーバサイクルと異なり、圧縮機吸入冷媒の気液を分離するアキュムレータを備えている。この場合においても、二次電池を冷却するために、並列的に接続された２つの蒸発器を設け、一方の蒸発器にて送風空気を冷却し、他方の蒸発器にて二次電池を冷却する構成が考えられる。

ここで、冷凍サイクルを効率よく作動させるための制御として、レシーバサイクルでは、蒸発器出口冷媒の過熱度（スーパーヒート：ＳＨ）を制御するスーパーヒート制御（ＳＨ制御）が一般的であり、アキュムレータサイクルでは、凝縮器出口冷媒の過冷却度（サブクール）を制御するサブクール制御が一般的となる。

このため、冷凍サイクルの低圧側に２つの蒸発器を並列に設け、２つの蒸発器それぞれの上流に減圧手段を設けた場合、レシーバサイクルでは、２つの減圧手段の両方でＳＨ制御してもサイクルが成立するが、アキュムレータサイクルでは、２つの減圧手段の両方でサブクール制御しようとすると、サイクルがバランスしない。すなわち、独立した２つの減圧手段で、凝縮器出口の冷媒温度状態の１点を制御しようとすると、冷媒温度状態が一義的に決まらない。このため、アキュムレータサイクルでは、２つの減圧手段の両方でサブクール制御することができない。

この問題を解決するものとして、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置がある。この冷凍サイクル装置は、アキュムレータサイクルにおいて、放熱器とアキュムレータとの間に、１蒸発器と第２蒸発器が並列に配置され、第１蒸発器の冷媒流れ上流に第１減圧手段が配置され、第２蒸発器の冷媒流れ上流に第２減圧手段が配置されている。第１減圧手段は、電気式膨張弁であり、放熱器から流出した冷媒の温度が所定範囲となるように制御される。また、第２減圧手段は、電気式膨張弁に比べ安価な機械式膨張弁であり、第２蒸発器から流出した冷媒の過熱度が所定範囲となるように制御（ＳＨ制御）されている。

特開２０００−３５２５０号公報

そこで、上記した特許文献１と同様の構成の冷凍サイクル装置を用いて、第１蒸発器にて室内用送風空気を冷却し、第２蒸発器にて二次電池を冷却することが考えられる。このとき、放熱器として凝縮器を用い、第１減圧手段としての電気式膨張弁でサブクール制御する。なお、第２減圧手段としてＳＨ制御される機械式膨張弁を用いれば、第１減圧手段として電気式膨張弁の代わりに固定絞りを用いても良い。少なくとも、第２減圧手段としてＳＨ制御される機械式膨張弁を用いることで、第１、第２蒸発器の両方による同時冷却時に、第１、第２蒸発器の冷媒流量を適切に分配できるからである。

しかし、この場合、第１、第２蒸発器の両方による同時冷却や、第１蒸発器のみによる単独冷却はできるが、第２蒸発器のみによる単独冷却ができないため、二次電池の急速充電時等に、乗員の空調は不要だが、二次電池のみを冷却したいシーンに対応できないという問題が生じる。この理由は、以下の通りである。

上記構成の冷凍サイクル装置は、そもそも、第２蒸発器のみによる単独冷却を行うものではないが、仮に、第１蒸発器の上流側に開閉弁を設け、この開閉弁を閉じて第２蒸発器のみに冷媒を流入させる場合、第２蒸発器の上流側の機械式膨張弁でＳＨ制御すると、第２蒸発器流出の冷媒はＳＨガスとなり、アキュムレータには液相冷媒が流入しないため、アキュムレータ内の液相冷媒が空となる。この場合、凝縮器内の冷媒出口側に液相冷媒が溜まり、凝縮器内の放熱領域が減少するため、放熱能力が低下する。この結果、サイクルの高圧側の圧力が上昇し、サイクルが破綻してしまう。

このため、上記構成の冷凍サイクル装置を用いた場合、車室内冷房と二次電池冷却の同時運転や、車室内冷房の単独運転は可能であるが、二次電池冷却の単独運転ができない。

なお、ここでは、第１蒸発器にて室内用送風空気を冷却し、第２蒸発器にて二次電池を冷却する場合を説明したが、この場合に限らず、第１蒸発器にて第１冷却対象物を冷却し、第２蒸発器にて第２冷却対象物を冷却する場合に、このような問題が発生する。また、このような問題は、凝縮器で冷媒を凝縮させ、第１減圧手段でサブクール制御する場合に限らず、放熱器で冷媒を放熱させ、放熱器から流出した冷媒の圧力や温度が所定範囲となるように制御する場合も同様に発生する。

本発明は上記点に鑑みて、放熱器とアキュムレータとの間に、第１蒸発器と第２蒸発器が並列に配置され、第２蒸発器の冷媒流れ上流に機械式膨張弁を配置した構成の冷凍サイクル装置において、第１、第２蒸発器の両方による冷却運転と、第１蒸発器による単独冷却運転と、第２蒸発器による単独冷却運転とを実施可能と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に記載の発明では、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
圧縮機から吐出した冷媒を放熱させる放熱器（１４）と、
放熱器の冷媒流れ下流側に並列接続され、放熱器から流出した冷媒を減圧させる第１、第２減圧手段（１５、１９）と、
第１減圧手段で減圧された冷媒と第１冷却対象物との熱交換により、第１冷却対象物を冷却するとともに、冷媒を蒸発させる第１蒸発器（１６）と、
第２減圧手段で減圧された冷媒と第２冷却対象物との熱交換により、第２冷却対象物を冷却するとともに、冷媒を蒸発させる第２蒸発器（２０）と、
第１、第２蒸発器から流出した冷媒の気液を分離して、液相冷媒を貯留するとともに、気相冷媒を圧縮機に流入させるアキュムレータ（１７）とを備え、
第２減圧手段（１９）は、第２蒸発器から流出する冷媒の過熱度が所定範囲となるように弁開度が調整される機械式膨張弁であり、
第１、第２冷却対象物のうち第２冷却対象物のみを冷却する冷却運転モード時に、放熱器から流出した冷媒の一部を、第２減圧手段および第２蒸発器を迂回させて流すとともに、第２減圧手段とは別の減圧手段（１５、２７）によって減圧させて、液相冷媒を含む冷媒をアキュムレータに戻す液戻し流路（１８、２２）を備えることを特徴としている。

なお、ここでいう「冷媒と第１冷却対象物との熱交換」および「冷媒と第２冷却対象物との熱交換」には、直接熱交換する場合に限らず、熱媒体を介して間接的に熱交換する場合も含む意味である。

これによれば、第２冷却対象物のみを冷却する冷却運転モード時、すなわち、第２蒸発器による単独冷却運転時に、第２減圧手段としての機械式膨張弁でＳＨ制御をしても、液戻し流路によってアキュムレータに液相冷媒を戻すことができるので、アキュムレータ内に液相冷媒を貯留し続けることができる。このため、本発明によれば、サイクル破綻させることなく、第２蒸発器による単独冷却運転が可能となる。

よって、本発明によれば、第２減圧手段として機械式膨張弁を用いても、第１、第２蒸発器の両方による冷却運転と、第１蒸発器による単独冷却運転と、第２蒸発器による単独冷却運転とが実施可能となる。

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一例である。

第１実施形態の冷凍サイクル装置の電池冷却＋冷房運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の電池冷却単独運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の冷房単独運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の暖房運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の電池冷却＋冷房運転モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の電池冷却単独運転モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の冷房単独運転モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図の状態を示すモリエル線図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の暖房運転モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第２実施形態の冷凍サイクル装置の電池冷却単独運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 第３実施形態の冷凍サイクル装置の電池冷却単独運転モードにおける冷媒流れを示す全体構成図である。 第４実施形態における二次電池の冷却機構を示す図である。 第５実施形態における二次電池の冷却機構を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置１０を、車両走行用の駆動力を走行用の電動モータから得る電気自動車に適用している。さらに、本実施形態の電気自動車では、図１〜４に示すように、冷凍サイクル装置１０を、車室内の空調（冷房および暖房）、並びに、走行用の電動モータへ供給される電力を蓄える二次電池５３の冷却を行うために用いている。

冷凍サイクル装置１０は、空調用のアキュムレータサイクルを基本サイクルとして、この基本サイクルに電池冷却機能を加えた構成である。この基本サイクルは、圧縮機１１、室内凝縮器１２、暖房用膨張弁１３、室外熱交換器１４、冷房用膨張弁１５、室内蒸発器１６、アキュムレータ１７、電磁弁２１ａ、２２ａ等の各機器を備えている。これらの各機器は、配管あるいはホースで接続されている。そして、この基本サイクルにおいて、室内蒸発器１６と並列に電池冷却用蒸発器２０が配置され、電池冷却用蒸発器２０の上流側に電池用膨張弁１９が配置されている。

本実施形態と特許請求の範囲との対応関係については、室外熱交換器１４が凝縮器に対応し、冷房用膨張弁１５が第１減圧手段に対応し、室内蒸発器１６が第１蒸発器に対応し、電池用膨張弁１９が第２減圧手段に対応し、電池冷却用蒸発器２０が第２蒸発器に対応する。また、車室内へ送風される室内用送風空気が第１冷却対象物であり、二次電池５３が第２冷却対象物である。

なお、冷凍サイクル装置１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒等を採用しており、高圧側冷媒圧力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。さらに、この冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油（オイル）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。

以下、冷凍サイクル装置１０を詳細に説明する。

圧縮機１１は、車両ボンネット内に配置され、冷凍サイクル装置１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。圧縮機１１は、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機として構成されている。圧縮機１１の電動モータは、後述する制御装置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。

圧縮機１１の吐出口側には、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、室内空調ユニット３０において室内用送風空気の空気通路を形成するケーシング３１内に配置されている。

室内凝縮器１２の冷媒流出口側には、室内用送風空気を加熱して車室内の暖房を行う際に室内凝縮器１２から流出した冷媒を減圧させる暖房用膨張弁１３の入口側が接続されている。

この暖房用膨張弁１３は、絞り開度（弁開度）を全閉から全開まで変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度（弁開度）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た電気式膨張弁であり、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。また、暖房用膨張弁１３の冷媒出口側には、室外熱交換器１４の冷媒入口側が接続されている。

室外熱交換器１４は、車両ボンネット内に配置され、その内部を流通する冷媒と送風ファン１４ａから送風された外気とを熱交換させるものである。より具体的には、この室外熱交換器１４は、室内用送風空気を加熱して車室内の暖房を行う際等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、室内用送風空気を冷却して車室内の冷房を行う際等には、高圧冷媒を放熱させて凝縮させる放熱器として機能する。

送風ファン１４ａは、制御装置４０から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数（送風空気量）が制御される電動送風機である。

室外熱交換器１４の出口側には、室外熱交換器１４から流出した冷媒を、冷房用膨張弁１５、室内蒸発器１６を介してアキュムレータ１７に導く第１冷媒流路１８と、室外熱交換器１４から流出した冷媒を、電池用膨張弁１９、電池冷却用蒸発器２０を介してアキュムレータ１７に導く第２冷媒流路２１と、室外熱交換器１４から流出した冷媒を、室内蒸発器１６および電池冷却用蒸発器２０を迂回させてアキュムレータ１７に導く第３冷媒流路２２とが並列に接続されている。

具体的には、室外熱交換器１４の出口側に、室外熱交換器１４から流出した冷媒の流れを分岐する第１分岐部２３の冷媒流入口が接続されている。

第１分岐部２３の一方の冷媒流出口には、第２分岐部２４の冷媒流入口が接続されている。また、第１分岐部２３の他方の冷媒流出口には、バイパス用開閉弁２２ａを介して、第１合流部２５の一方の冷媒流入口が接続されている。

第２分岐部２４の一方の冷媒流出口には、冷房用膨張弁１５を介して、室内蒸発器１６の冷媒入口側が接続されている。また、第２分岐部２４の他方の冷媒流出口には、電池用膨張弁１９を介して、電池冷却用蒸発器２０の冷媒入口側が接続されている。

室内蒸発器１６の冷媒出口側と電池冷却用蒸発器２０の冷媒出口側には、それぞれ、第２合流部２６の一方と他方の冷媒流入口が接続されている。第２合流部２６の冷媒流出口には、第１合流部２５の他方の冷媒流入口が接続されている。第１合流部２５の冷媒流出口には、アキュムレータ１７の入口側が接続されている。

冷房用膨張弁１５は、暖房用膨張弁１３と同様の構成の電気式膨張弁であり、室内用送風空気を冷却して車室内の冷房を行う際に、室外熱交換器１４から流出して室内蒸発器１６へ流入する冷媒を減圧させる減圧手段である。

室内蒸発器１６は、冷房用膨張弁１５で減圧された冷媒と室内用送風空気との熱交換により、室内用送風空気を冷却するとともに、冷媒を蒸発させる熱交換器である。室内蒸発器１６は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内の室内凝縮器１２よりも空気流れ上流側に配置されている。

アキュムレータ１７は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。アキュムレータ１７の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入側が接続されている。従って、このアキュムレータ１７は、圧縮機１１に液相冷媒が吸入されてしまうことを抑制して、圧縮機１１の液圧縮を防止する機能を果たす。

また、アキュムレータ１７は、気相冷媒を圧縮機１１に供給する際に、タンク内の液相冷媒の下方に溜まるオイルも供給するようになっており、圧縮機１１へのオイル戻し機能を果たす。

電池用膨張弁１９は、電池用送風空気を冷却して二次電池５３を冷却する際等に、電池冷却用蒸発器２０へ流入する冷媒を減圧させるものである。本実施形態では、電池用膨張弁１９として、ＳＨ制御、すなわち、電池冷却用蒸発器２０から流出する冷媒の過熱度を制御するよう弁開度が調整される機械式膨張弁を用いている。

この機械式膨張弁は、電池冷却用蒸発器２０から流出した冷媒の温度および圧力に基づいて電池冷却用蒸発器２０から流出した冷媒の過熱度を検出する感温部と、感温部の変位に応じて電池冷却用蒸発器２０からの流出冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように絞り通路面積（冷媒流量）を調整する可変絞り機構部１９ａ、１９ｂとを備える。

より具体的には、本実施形態では、電池用膨張弁１９として、一般にボックス型膨張弁と称される形式のものを採用している。これは、電池冷却用蒸発器２０の流出冷媒が流れる冷媒流路部を一体に内蔵しており、電池冷却用蒸発器２０の流出冷媒の圧力および温度を感温部で直接感知することにより、ダイヤフラム機構部１９ａのダイヤフラムが変位し、それによって、弁体１９ｂの開度、すなわち、絞り流路の開度（冷媒流量）を調整する。

電池冷却用蒸発器２０は、二次電池５３に向けて送風される電池用送風空気の空気通路を形成する電池パック５０内に配置されている。電池冷却用蒸発器２０は、電池用膨張弁１９で減圧された冷媒と電池用送風空気との熱交換により、電池用送風空気を冷却するとともに、冷媒を蒸発させる熱交換器である。換言すると、電池冷却用蒸発器２０は、電池用送風空気を介して、冷媒と二次電池５３とを間接的に熱交換させる熱交換器である。

第２冷媒流路２１には、電池用開閉弁２１ａが設けられている。電池用開閉弁２１ａは、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。電池用開閉弁２１ａの開閉により、第２冷媒流路２１での冷媒流れの有無が切り替えられる。従って、電池用開閉弁２１ａは、冷媒流路切替手段を構成している。

第３冷媒流路２２には、バイパス用開閉弁２２ａが設けられている。バイパス用開閉弁２２ａは、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。バイパス用開閉弁２２ａの開閉により、第３冷媒流路２２での冷媒流れの有無が切り替えられる。従って、バイパス用開閉弁２２ａは、冷媒流路切替手段を構成している。

このように、本実施形態では、室外熱交換器１４の出口側とアキュムレータ１７の入口側との間に、室内蒸発器１６と電池冷却用蒸発器２０とが並列に配置されている。このため、室内蒸発器１６から流出の冷媒と電池冷却用蒸発器２０から流出の冷媒とが、必ず、アキュムレータ１７に流入するようになっている。

これにより、室内蒸発器１６と電池冷却用蒸発器２０の両方に冷媒が流れたり、どちらか一方のみに冷媒が流れたりしても、アキュムレータ１７から圧縮機１１へ安定してオイル戻しを行うことができる。従って、室外熱交換器１４の出口側とアキュムレータ１７の入口側との間における室内蒸発器１６と電池冷却用蒸発器２０の並列配置は、液相冷媒にオイルが混入する冷媒を用いる場合に特に有効である。

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、温度調整された室内用送風空気を車室内に送風するもので、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、その外殻を形成するケーシング３１内に送風機３２、前述の室内凝縮器１２、室内蒸発器１６等を収容することによって構成されている。

ケーシング３１は、樹脂製であり、内部に室内用送風空気の空気通路を形成している。ケーシング３１内の室内用送風空気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。

内外気切替装置３３には、ケーシング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が形成されている。さらに、内外気切替装置３３の内部には、内気導入口および外気導入口の開口面積を連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる内外気切替ドアが配置されている。

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を介して吸入され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、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、室内蒸発器１６および室内凝縮器１２が、室内用送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、室内蒸発器１６は、室内凝縮器１２に対して、室内用送風空気の流れ方向上流側に配置されている。

さらに、室内蒸発器１６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、室内蒸発器１６通過後の送風空気のうち、室内凝縮器１２を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア３４が配置されている。エアミックスドア３４は、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。

また、室内凝縮器１２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室内凝縮器１２を迂回して加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間３５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、混合空間３５にて混合された空調風を、空調対象空間である車室内へ吹き出す吹出開口部が配置されている。具体的には、この吹出開口部としては、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吹出開口部、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出開口部、および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吹出開口部（いずれも図示せず）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を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間３５にて混合された空調風の温度が調整され、各吹出開口部から吹き出される空調風の温度が調整される。

さらに、フェイス吹出開口部、フット吹出開口部、およびデフロスタ吹出開口部の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス吹出開口部の開口面積を調整するフェイスドア、フット吹出開口部の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ吹出開口部の開口面積を調整するデフロスタドア（いずれも図示せず）が配置されている。これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、リンク機構等を介して、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。

次に、電池パック５０について説明する。電池パック５０は、車両後方のトランクルームと後部座席との間の車両底面側に配置されて、電気的な絶縁処理（例えば、絶縁塗装）が施された金属製のケーシング５１内に電池用送風空気を循環送風させる空気通路を形成し、この空気通路に送風機５２、電池冷却用蒸発器２０および二次電池５３等を収容して構成されたものである。

送風機５２は、電池冷却用蒸発器２０の空気流れ上流側に配置されて、電池用送風空気を電池冷却用蒸発器２０向けて送風するもので、制御装置４０から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数（送風空気量）が制御される電動送風機である。さらに、電池冷却用蒸発器２０の空気流れ下流側には二次電池５３が配置され、二次電池５３の空気流れ下流側は、送風機５２の吸込口側に連通している。

従って、送風機５２を作動させると、電池冷却用蒸発器２０にて冷却された電池用送風空気が二次電池５３に吹き付けられて、二次電池５３の冷却がなされる。さらに、二次電池５３の冷却を行った電池用送風空気は、送風機５２に吸入されて再び電池冷却用蒸発器２０に向けて送風される。

次に、本実施形態の電気制御部について説明する。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から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。

また、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１６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４１、室内凝縮器１２の吹出空気温度を検出する暖房吹出温度センサ４２、室内凝縮器１２の流出冷媒の温度、圧力をそれぞれ検出する第１冷媒温度センサ４３、第１圧力センサ４４、室外熱交換器１４の流出冷媒の温度、圧力をそれぞれ検出する第２冷媒温度センサ４５、第２圧力センサ４６、二次電池５３の温度を直接検出する電池温度センサ４７、電池パック５０内の電池用送風空気の温度を検出する電池用第１、第２空気温度センサ４８、４９等の種々の制御用センサ群が接続されている。電池用第１、第２空気温度センサ４８、４９は、二次電池５３の温度を間接的に検出するものである。よって、電池温度センサ４７および電池用第１、第２空気温度センサ４８、４９が、二次電池５３の温度を検出する電池温度検出手段を構成している。

さらに、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操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、空調運転モードの選択スイッチ等が設けられている。

なお、本実施形態の制御装置４０は、その出力側に接続された各種制御対象機器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、制御装置４０のうち、圧縮機１１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）が冷媒吐出能力制御手段を構成し、冷媒流路切替手段を構成する各種機器の作動を制御する構成が冷媒流路切替制御手段を構成している。また、制御装置４０のうち、各種運転モードでの運転のために、各種機器の作動を制御する構成が運転モード切替制御手段を構成している。

次に、上記構成における本実施形態の冷凍サイクル装置１０の作動を説明する。前述の如く、この冷凍サイクル装置１０は、車室内の空調および二次電池５３の冷却を行うことができる。

さらに、車室内の空調の運転モードには、車室内を冷房する冷房モードと車室内を暖房する暖房モードがある。これらの運転モードの切り替えは、制御装置４０が予め記憶回路に記憶している制御プログラムを実行することによって行われる。

この制御プログラムでは、操作パネルの操作信号および制御用センサ群の検出信号を読み込み、読み込まれた検出信号および操作信号の値に基づいて各種制御対象機器の制御状態を決定し、決定された制御状態が得られるように各種制御対象機器へ制御信号あるいは制御電圧を出力するといった制御ルーチンを繰り返す。

そして、車室内の空調を行う際の運転モードについては、操作パネルの操作信号を読み込んだ際に、空調作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で選択スイッチにて冷房が選択されている場合には冷房モードに切り替えられ、空調作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で選択スイッチにて暖房が選択されている場合には暖房モードに切り替えられる。

また、二次電池５３を冷却する電池冷却運転モードについては、制御用センサ群の検出信号を読み込んだ際に、電池温度が所定温度よりも高い場合や、電池パック内空気温度が所定温度よりも高い場合に実行される。

以下に、各運転モードにおける作動を説明する。
（ａ）電池冷却＋冷房運転モード
電池冷却＋冷房運転モードは、二次電池５３の冷却を行うと同時に車室内の冷房を行う運転モードである。この運転モードは、例えば、操作パネルの作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって冷房が選択され、かつ、電池温度が所定温度よりも高い場合に実行される。

この運転モードでは、制御装置４０が、暖房用膨張弁１３を全開状態とし、バイパス用開閉弁２２ａを閉じ、電池用開閉弁２１ａを開き、冷房用膨張弁１５を減圧作用が発揮される絞り状態とする。これにより、冷凍サイクル装置１０は、図１の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。

この冷媒回路の構成で、制御装置４０が、読み込まれた検出信号および操作信号の値に基づいて、車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算出する。さらに、制御装置４０は、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、制御装置４０の出力側に接続された各種制御対象機器の作動状態（各種制御対象機器へ出力する制御信号）を決定する。

例えば、圧縮機１１の冷媒吐出能力、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、以下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１６の目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。そして、この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯと蒸発器温度センサ４１によって検出された室内蒸発器１６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１６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の電動モータに出力される制御信号が決定される。

送風機３２の電動モータに出力される制御電圧については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して決定される。

冷房用膨張弁１５へ出力される制御信号については、第２冷媒温度センサ４５および第２圧力センサ４６によって検出された冷媒の温度、圧力状態に基づいて、室外熱交換器１４から流出の冷媒の過冷却度が、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が略最大値となるように決定された目標過冷却度（例えば、約５〜１５℃）に近づくように決定される（サブクール制御）。

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１６通過後の送風空気の全量が室内凝縮器１２を迂回するように決定される。

電池パック５０の送風機５２へ出力される制御信号については、送風機５２の送風能力が、予め定めた所定送風能力となるように決定される。

そして、上記の如く決定された制御状態が得られるように制御装置４０から制御対象機器へ制御信号あるいは制御電圧が出力される。

従って、電池冷却＋冷房運転モードの冷凍サイクル装置１０では、図１、５に示すように冷媒が流れる。なお、図５のモリエル線図では、便宜上、室内蒸発器１６を冷媒が流れるときと、電池冷却用蒸発器２０を冷媒が流れるときの冷媒状態を併せて示すとともに、冷凍サイクル装置１０の各構成機器をモリエル線図上に示している。図６〜８も同様である。また、図５のＡ点〜Ｉ点が、それぞれ、図１のＡ〜Ｉの位置を流れる冷媒の状態を示している。

圧縮機１１から吐出された高圧冷媒（図５のＡ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に流入した冷媒は実質的に送風空気へ放熱せず、室内凝縮器１２から流出する。

室内凝縮器１２から流出した冷媒は、暖房用膨張弁１３が全開状態であるので、室外熱交換器１４へ流入する（図５のＢ点）。室外熱交換器１４へ流入した冷媒は、送風ファン１４ａから送風された外気と熱交換して放熱する（図５のＢ点→Ｃ点）。

室外熱交換器１４から流出した冷媒は、バイパス用開閉弁２２ａが閉じているので、第１分岐部２３から第２分岐部２４側へ流れる。

第２分岐部２４の一方の冷媒流出口から流出した冷媒は、冷房用膨張弁１５にて減圧される（図５のＣ点→Ｄ点）。冷房用膨張弁１５にて減圧された冷媒は、室内蒸発器１６へ流入して、送風機３２によって送風された室内用送風空気から吸熱して蒸発する（図５のＤ点→Ｅ点）。これにより、室内用送風空気が冷却される。

室内蒸発器１６から流出した冷媒は、第２合流部２６で、電池冷却用蒸発器２０から流出した冷媒と合流した後（図５のＨ点）、第１合流部２５を介して、アキュムレータ１７へ流入する。

また、第２分岐部２４の他方の冷媒流出口から流出した冷媒は、電池用膨張弁１９に減圧される（図５のＣ点→Ｆ点）。電池用膨張弁１９から流出した冷媒は、電池冷却用蒸発器２０へ流入して、送風機５２によって送風された電池用送風空気から吸熱して蒸発する（図５のＦ点→Ｇ点）。このとき、電池冷却用蒸発器２０は、電池用膨張弁１９にてＳＨ制御されるので、電池冷却用蒸発器２０から流出の冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となる。これにより、電池用送風空気が冷却される。

なお、本実施形態では、室内蒸発器１６の方が電池冷却用蒸発器２０よりも圧損が大きいので、図５において、室内蒸発器１６に流入する冷媒（図５のＤ点）の方が電池冷却用蒸発器２０に流入する冷媒（図５のＦ点）よりも圧力が高くなっている。ちなみに、室内蒸発器１６と電池冷却用蒸発器２０の圧損が同じであれば、室内蒸発器１６と電池冷却用蒸発器２０に流入する冷媒の圧力は同じとなり、室内蒸発器１６の方が電池冷却用蒸発器２０よりも圧損が小さければ、室内蒸発器１６に流入する冷媒の方が電池冷却用蒸発器２０に流入する冷媒よりも圧力が低くなる。

また、上述の通り、室内蒸発器１６は、冷房用膨張弁１５にてサブクール制御され、電池冷却用蒸発器２０は、電池用膨張弁１９にてＳＨ制御されるので、室内蒸発器１６と電池冷却用蒸発器２０には、それぞれの制御に応じた流量比の冷媒が流れる。

電池冷却用蒸発器２０から流出した冷媒は、第２合流部２６で、室内蒸発器１６から流出した冷媒と合流した後（図５のＨ点）、第１合流部２５を介して、アキュムレータ１７へ流入する。そして、アキュムレータ１７にて分離された気相冷媒が、圧縮機１１に吸入され（図５のＩ点）、再び圧縮される。

上記の如く、電池冷却＋冷房運転モードでは、室内蒸発器１６にて室内用送風空気が冷却されて車室内の冷房を行うことができるとともに、電池冷却用蒸発器２０にて電池用送風空気が冷却されて二次電池５３の冷却を行うことができる。
（ｂ）電池冷却単独運転モード
電池冷却単独運転モードは、車室内の空調を行うことなく、二次電池５３の冷却を単独で行う運転モードである。この運転モードは、例えば、操作パネルの作動スイッチが非投入（ＯＦＦ）となっている状態で、さらに、電池温度が所定温度よりも高い場合に実行される。この運転モードが、特許請求の範囲に記載の第１、第２冷却対象物のうち第２冷却対象物のみを冷却する冷却運転モードに相当する。

この運転モードでは、制御装置４０が、電池冷却＋冷房運転モードと同様に、暖房用膨張弁１３を全開状態とし、バイパス用開閉弁２２ａを閉じ、電池用開閉弁２１ａを開き、冷房用膨張弁を絞り状態とする。これにより、冷凍サイクル装置１０は、図２の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。この冷媒回路は、電池冷却＋冷房運転モードでの冷媒回路と同じである。

この冷媒回路の構成で、制御装置４０は、センサ群の検出信号に基づいて、制御装置４０の出力側に接続された各種制御対象機器の作動状態を決定する。

例えば、圧縮機１１の冷媒吐出能力については、電池温度センサ４７や電池用第１、第２空気温度センサ４８、４９の検出温度に基づいて算出された電池冷却必要能力に応じて制御される。

室内空調ユニット３０の送風機３２へ出力される制御信号については、室内蒸発器１６で送風空気と冷媒とが熱交換しないように、停止とされる。

冷房用膨張弁１５へ出力される制御信号については、電池冷却＋冷房運転モードと同様に、目標過冷却度（例えば、約５〜１５℃）に近づくように決定される。エアミックスドア３４、電池パック５０の送風機５２についても、電池冷却＋冷房運転モードと同様に決定される。

従って、電池冷却単独運転モードの冷凍サイクル装置１０では、図２、６に示すように冷媒が流れる。なお、図６のＡ点〜Ｉ点が、それぞれ、図２のＡ〜Ｉの位置を流れる冷媒の状態を示している。

圧縮機１１から吐出された高圧冷媒（図６のＡ点）が、電池冷却＋冷房運転モードと同様に、室内凝縮器１２、暖房用膨張弁１３を介して、室外熱交換器１４へ流入する（図６のＢ点）。室外熱交換器１４へ流入した冷媒は、外気と熱交換して放熱する（図６のＢ点→Ｃ点）。

室外熱交換器１４から流出した冷媒は、電池冷却＋冷房運転モードと同様に、第２分岐部２４で分岐して、電池用膨張弁１９を介して、電池冷却用蒸発器２０に流入すると共に、冷房用膨張弁１５を介して、室内蒸発器１６に流入する。

冷房用膨張弁１５にて減圧された冷媒（図６のＤ点）は、室内蒸発器１６へ流入する。このとき、この運転モードでは、送風機３２が停止しているため、冷媒は実質的に室内用送風空気から吸熱せず、室内蒸発器１６から流出する（図６のＥ点）。このため、室内用送風空気が冷却されず、室内蒸発器１６の送風空気の冷却機能が発揮されない。なお、室内蒸発器１６から流出の冷媒は気液二層状態であり、液相冷媒を含む冷媒である。

室内蒸発器１６から流出した冷媒は、第２合流部２６で、電池冷却用蒸発器２０から流出した冷媒と合流した後（図６のＨ点）、第１合流部２５を介して、アキュムレータ１７へ流入する。

また、電池用膨張弁１９から流出した冷媒（図６のＦ点）は、電池冷却用蒸発器２０へ流入して、送風機５２によって送風された電池用送風空気から吸熱して蒸発する（図６のＦ点→Ｇ点）。これにより、電池用送風空気が冷却される。このとき、電池冷却用蒸発器２０は、電池用膨張弁１９にてＳＨ制御されるので、電池冷却用蒸発器２０から流出の冷媒は過熱度を有する気相状態となる。

なお、電池冷却単独運転モードでは、室内蒸発器１６は、冷房用膨張弁１５にてサブクール制御されるが、室内蒸発器１６は熱交換しないので、電池冷却用蒸発器２０を流れる冷媒の流量比が、電池冷却＋冷房運転モードのときよりも高くなる。

電池冷却用蒸発器２０から流出した冷媒（図６のＧ点）は、第２合流部２６で、室内蒸発器１６から流出した冷媒と合流した後（図６のＨ点）、第１合流部２５を介して、アキュムレータ１７へ流入する。これにより、液相冷媒を含む冷媒がアキュムレータ１７へ供給される。

そして、アキュムレータ１７にて分離された気相冷媒が、圧縮機１１に吸入され（図６のＩ点）、再び圧縮される。

上記の如く、電池冷却単独運転モードでは、電池冷却用蒸発器２０にて電池用送風空気が冷却されて二次電池５３の冷却を行うことができる。
（ｃ）冷房単独運転モード
冷房単独運転モードは、二次電池５３の冷却を行うことなく、車室内の冷房を行う運転モードである。この運転モードは、例えば、操作パネルの作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって冷房が選択され、かつ、電池温度が所定温度よりも低い場合に実行される。

この運転モードでは、制御装置４０が、暖房用膨張弁１３を全開状態とし、バイパス用開閉弁２２ａを閉じ、電池用開閉弁２１ａを閉じ、冷房用膨張弁１５を絞り状態とする。これにより、冷凍サイクル装置１０は、図３の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。

さらに、制御装置４０は、電池冷却＋冷房運転モードと同様に、圧縮機１１、冷房用膨張弁１５、送風機３２、エアミックスドア３４の作動を制御し、電池パック５０の送風機５２を停止させる。なお、送風機５２については、送風のみによって二次電池５３を冷却する場合は、電池冷却＋冷房運転モードと同様に作動させてもよい。

従って、冷房単独運転モードの冷凍サイクル装置１０では、図３、７に示すように冷媒が流れる。なお、図７のＡ点〜Ｉ点が、それぞれ、図３のＡ〜Ｉの位置を流れる冷媒の状態を示している。

圧縮機１１から吐出された高圧冷媒（図７のＡ点）が、電池冷却＋冷房運転モードと同様に、室内凝縮器１２、暖房用膨張弁１３を介して、室外熱交換器１４へ流入する（図７のＢ点）。室外熱交換器１４へ流入した冷媒は、外気と熱交換して放熱する（図７のＢ点→Ｃ点）。

室外熱交換器１４から流出した冷媒は、バイパス用開閉弁２２ａおよび電池用開閉弁２１ａが閉じているので、冷房用膨張弁１５を介して、室内蒸発器１６に流入する。

冷房用膨張弁１５にて減圧された冷媒（図７のＤ点）は、室内蒸発器１６へ流入して、送風機３２によって送風された室内用送風空気から吸熱して蒸発する（図７Ｄ点→Ｅ点）。これにより、室内用送風空気が冷却される。

室内蒸発器１６から流出した冷媒は、第２合流部２６、第１合流部２５を介して、アキュムレータ１７へ流入する。そして、アキュムレータ１７にて分離された気相冷媒が、圧縮機１１に吸入され（図７のＩ点）、再び圧縮される。

上記の如く、冷房単独運転モードでは、室内蒸発器１６にて室内用送風空気が冷却されて車室内の冷房を行うことができる。
（ｄ）暖房運転モード
暖房運転モードは、二次電池５３の冷却を行うことなく、車室内の暖房を行う運転モードである。この運転モードは、例えば、操作パネルの作動スイッチが投入（ＯＮ）された状態で、選択スイッチによって暖房が選択され、かつ、電池温度が所定温度よりも低い場合に実行される。

この運転モードでは、制御装置４０が、暖房用膨張弁１３を減圧作用が発揮される絞り状態とし、バイパス用開閉弁２２ａを開き、電池用開閉弁２１ａを閉じ、冷房用膨張弁１５を閉じる。これにより、冷凍サイクル装置１０は、図４の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。

さらに、制御装置４０は、電池冷却＋冷房運転モードと同様に、室内空調ユニット３０の送風機３２を制御し、電池パック５０の送風機５２を停止させる。なお、送風機５２については、電池冷却＋冷房運転モードと同様に作動させてもよい。

また、圧縮機１１の冷媒吐出能力については、暖房吹出温度センサ４２によって検出される吹出空気温度が、目標吹出温度ＴＡＯに近づくように決定される。

暖房用膨張弁１３へ出力される制御信号については、第１冷媒温度センサ４３および第１圧力センサ４４によって検出された冷媒の温度、圧力状態に基づいて、室内凝縮器１２から流出の冷媒の過冷却度が、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が略最大値となるように決定された目標過冷却度（例えば、約５〜１５℃）に近づくように決定される。

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側の空気通路を全開するように決定される。

従って、暖房運転モードの冷凍サイクル装置１０では、図４、８に示すように冷媒が流れる。なお、図８のＡ点〜Ｅ点が、それぞれ、図４のＡ〜Ｅの位置を流れる冷媒の状態を示している。

圧縮機１１から吐出された高圧冷媒（図８のＡ点）が室内凝縮器１２へ流入し、室内用送風空気と熱交換して放熱する（図８のＡ点→Ｂ点）。これにより、室内用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、暖房用膨張弁１３へ流入して減圧される（図８のＢ点→Ｃ点）。暖房用膨張弁１３にて減圧された冷媒は、室外熱交換器１４へ流入して、送風ファン１４ａから送風された外気から吸熱して蒸発する（図８のＣ点→Ｄ点）。

室外熱交換器１４から流出した冷媒は、バイパス用開閉弁２２ａが開き、電池用開閉弁２１ａと冷房用膨張弁１５の両方が閉じているので、第１合流部２５を介して、アキュムレータ１７へ流入する。そして、アキュムレータ１７にて分離された気相冷媒が、圧縮機１１に吸入され（図８のＥ点）、再び圧縮される。

上記の如く、暖房運転モードでは、室内凝縮器１２にて室内用送風空気が加熱されて車室内の暖房を行うことができる。

次に、本実施形態の効果を説明する。

電池冷却単独運転モードのとき、本実施形態と異なり、室内蒸発器１６に冷媒を流さず、電池冷却用蒸発器２０だけに冷媒を流し、電池用膨張弁１９でＳＨ制御させた場合、電池冷却用蒸発器２０から流出の冷媒は過熱度を有する気相冷媒（ＳＨガス）となるため、アキュムレータ１７へ液相冷媒を戻すことができない。この結果、アキュムレータ１７内の液相冷媒が空となり、サイクルが破綻してしまう。

これに対して、本実施形態では、図２、６に示すように、室外熱交換器１４から流出した冷媒が電池用膨張弁１９、電池冷却用蒸発器２０、アキュムレータ１７の順に流れるとともに、室外熱交換器１４から流出した冷媒の一部が冷房用膨張弁１５、室内蒸発器１６、アキュムレータ１７の順に流れる構成となっている。このとき、室内蒸発器１６は、送風機３２が停止した状態、すなわち、室内蒸発器１６での冷却機能を発揮させない状態である。これにより、アキュムレータ１７へ液相冷媒を戻すことができる。

このため、電池用膨張弁１９として、ＳＨ制御を行う機械式膨張弁を使用しても、アキュムレータ１７内に液相冷媒を貯留し続けることができるので、サイクル破綻させることなく、電池冷却単独運転が可能となる。

ところで、電池用膨張弁１９として電気式膨張弁を使用する場合、電気式膨張弁は機械式膨張弁よりも高価であるとともに、電気式膨張弁を制御するための制御ロジック（プログラム）の構築が必要となり、その制御ロジックに応じて適切に電気式膨張弁が作動するように調整する制御適合工程が必要となる。

本実施形態によれば、電池用膨張弁１９として機械式膨張弁を使用できるので、電池用膨張弁１９として電気式膨張弁を使用する場合に比べ、電池用膨張弁１９自体のコストを低減できるとともに、電池用膨張弁１９を制御するための制御ロジックの構築が不要となり、制御適合工程の大幅な低減ができる。また、一般的に、レシーバサイクルは機械式膨張弁を使用することが多いことから、レシーバサイクルの他の製品の製造とともに、本実施形態の冷凍サイクル装置を製造すると、機器共通化が図れる。この結果、本実施形態によれば、冷凍サイクル装置のコスト低減が可能となる。

また、本実施形態では、室外熱交換器１４から流出した冷媒を冷房用膨張弁１５、室内蒸発器１６を介してアキュムレータ１７に導く第１冷媒流路１８を、室外熱交換器１４から流出した冷媒の一部を、電池用膨張弁１９および電池冷却用蒸発器２０を迂回させて流すとともに、減圧させることにより、液相冷媒を含む冷媒をアキュムレータ１７に戻す液戻し流路として利用している。

これにより、室外熱交換器１４とアキュムレータ１７との間に、アキュムレータ１７への液戻し専用の冷媒流路を追加することなく、電池冷却単独運転モード時に、アキュムレータ１７へ液相冷媒を戻すことができる。

また、本実施形態では、電池冷却単独運転モード時に、冷房用膨張弁１５の弁開度の制御を、電池冷却＋冷房運転モードおよび冷房単独運転モード時と同様に、サブクール制御としている。

これにより、運転モードごとに、冷房用膨張弁１５の制御ロジックを変更する必要がなく、制御適合工数を大幅に低減できる。また、運転モード毎に冷房用膨張弁１５の制御ロジックが異なると、運転モードが切り替わる際に、例えば、冷房用膨張弁１５が開→閉に変わることで、冷媒流れが急変してしまう等の問題が生じるが、本実施形態によれば、このような問題が生じない。

（第２実施形態）
図９に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、第１実施形態で説明した冷凍サイクル装置に対して、第３冷媒流路２２に設けられていたバイパス用開閉弁２２ａを、第３減圧手段としてのバイパス用膨張弁２７に変更したものである。

このバイパス用膨張弁２７は、暖房用膨張弁１３と同様に、弁開度を全閉から全開まで可変できる構成の電気式膨張弁であり、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。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置１０における電池冷却単独モード時の作動について説明する。なお、他の運転モード時の作動は、第１実施形態と同じである。

電池冷却単独モードでは、制御装置４０が、暖房用膨張弁１３を全開状態とし、バイパス用膨張弁２７を絞り状態とし、電池用開閉弁２１ａを開き、冷房用膨張弁１５を閉じる。これにより、冷凍サイクル装置１０は、図９の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。

さらに、制御装置４０は、第１実施形態と同様に、圧縮機１１、エアミックスドア３４、電池パック５０の送風機５２の作動を制御し、室内空調ユニット３０の送風機３２を停止させる。

バイパス用膨張弁２７へ出力される制御信号については、第２冷媒温度センサ４５および第２圧力センサ４６によって検出された冷媒の温度、圧力状態に基づいて、室外熱交換器１４から流出の冷媒の過冷却度が目標過冷却度（例えば、約５〜１５℃）に近づくように決定される。

従って、本実施形態の電池冷却単独モードでは、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が、第１実施形態の電池冷却単独モードと同様に、室内凝縮器１２、暖房用膨張弁１３を介して、室外熱交換器１４へ流入する。

室外熱交換器１４から流出した冷媒は、第１分岐部２３で分岐して、電池用膨張弁１９を介して、電池冷却用蒸発器２０に流入するとともに、バイパス用膨張弁２７を介して、アキュムレータ１７に流入する。本実施形態では、室内蒸発器１６に冷媒を流さないことで、室内蒸発器１６の冷却機能を発揮させない状態としている。

電池冷却用蒸発器２０から流出した冷媒は、第１合流部２５で、バイパス用膨張弁２７から流出した冷媒と合流した後、アキュムレータ１７へ流入する。このとき、バイパス用膨張弁２７で減圧された冷媒は、気液二層状態を維持しながら、電池冷却用蒸発器２０から流出した冷媒と合流する。これにより、液相冷媒を含む冷媒がアキュムレータ１７へ供給される。

そして、アキュムレータ１７にて分離された気相冷媒が、圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。

上記の如く、本実施形態では、室外熱交換器１４から流出した冷媒を、室内蒸発器１６および電池冷却用蒸発器２０を迂回させてアキュムレータ１７に導く第３冷媒流路２２を、電池冷却単独モード時に液相冷媒を含む冷媒をアキュムレータ１７に戻す液戻し流路として利用している。これにより、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

さらに、本実施形態によれば、室内蒸発器１６への冷媒流れを伴うことなく、電池冷却単独運転ができるため、室内空調ユニット３０の送風機３２を作動させることも可能となる。これにより、本実施形態によれば、車室内の冷房は不要だが、車室内への送風は欲しいというシーンにも対応できる。

（第３実施形態）
図１０に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、第１実施形態で説明した冷凍サイクル装置１０に対して、圧縮機１１の冷媒出口側と室外熱交換器１４の冷媒入口側との間に配置されていた室内凝縮器１２、暖房用膨張弁１３を省略したものである。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、冷房機能のみを持つアキュムレータサイクルを基本サイクルとしたものである。

本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、内燃機関から車両走行用の駆動力を得る通常の車両に適用され、室内空調ユニット３０のケーシング３１内に、室内凝縮器１２の代わりに、暖房用熱交換器としてのヒータコア３６が配置されている。ヒータコア３６は、内燃機関の冷却水を熱源として室内用送風空気を加熱するものである。

本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、第１実施形態で説明した電池冷却＋冷房運転モード、電池冷却単独運転モード、冷房単独運転モードの各運転モードを切換実施するものである。よって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

なお、本実施形態の冷凍サイクル装置１０において、第２実施形態と同様に、室外熱交換器１４から流出した冷媒を、室内蒸発器１６および電池冷却用蒸発器２０を迂回させてアキュムレータ１７に導く第３冷媒流路２２と、第３冷媒流路２２を流れる冷媒を減圧するバイパス用膨張弁２７とを設け、この第３冷媒流路２２を電池冷却単独モード時の液戻し流路として利用しても良い。この場合、第３冷媒流路２２は液戻し専用の冷媒流路となる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０を、電気ヒータ等の加熱手段で暖房を行う電気自動車に適用しても良い。この場合、例えば、上記したヒータコア３６として、電気ヒータ等の加熱手段により加熱された温水を熱源として室内用送風空気を加熱するものを用いることができる。また、上記したヒータコア３６の代わりに、電気ヒータ等の加熱手段によって室内用送風空気を直接加熱する暖房装置を用いることができる。

（第４実施形態）
第１〜第３実施形態では、電池冷却用蒸発器２０が、電池用送風空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器であったが、本実施形態では、図１１に示すように、電池冷却用蒸発器として、電池を冷却する冷却水と冷媒とを熱交換させる水−冷媒熱交換器２０１を用いている。なお、本実施形態は、第１〜第３実施形態のいずれにも適用可能である。

水−冷媒熱交換器２０１は、水ポンプ５２ａ、電池パック５０１とともに冷却水回路５０ａを構成する。

冷却水回路５０ａは、二次電池５５を冷却する冷却水、例えば、エチレングリコール水溶液を循環させる回路である。冷却水回路５０ａは、水ポンプ５２ａと、電池パック５０１内の二次電池５３の内部あるいは外部に形成された冷却水通路と、水−冷媒熱交換器２０１とを順次配管５１ａにて環状に接続することによって構成されている。

水ポンプ５２ａは、冷却水を圧送するものであり、制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動（冷却水圧送能力）が制御される電動水ポンプである。水ポンプ５２ａは、第１実施形態で説明した各運転モードにおいて、送風機５２と同様に作動が制御される。

水−冷媒熱交換器２０１は、冷媒が流れる冷媒通路２０２と、冷却水が流れる水通路２０３とを備え、冷却水と冷媒とを熱交換させる熱交換器である。換言すると、水−冷媒熱交換器２０１は、冷却水を介して、冷媒と二次電池５３とを間接的に熱交換する熱交換器である。

また、本実施形態の制御装置４０の入力側には、電池用第１、第２空気温度センサ４８、４９の代わりに、二次電池５３の冷却水通路へ流入する冷却水の温度を検出する入口側水温センサ５４、二次電池５３の冷却水通路から流出する冷却水の温度を検出する出口側水温センサ５５が接続されている。制御装置４０は、例えば、電池冷却単独運転モード時に、電池温度センサ４７や入口側、出口側水温センサ５４、５５の検出温度に基づいて、圧縮機１１の冷媒吐出能力を制御する。

なお、その他の構成および作動は、本実施形態を第１実施形態に適用した場合は、第１実施形態と同様であり、本実施形態を第２、第３実施形態に適用した場合は、第２、第３実施形態と同様である。

従って、本実施形態の冷凍サイクル装置１０を作動させると、電池冷却＋冷房運転モード、電池冷却単独運転モードでは、電池用膨張弁１９にて減圧された冷媒を水−冷媒熱交換器２０１の冷媒通路２０２へ流入させて、水通路２０３を流通する冷却水を冷却することができる。これにより二次電池５３を冷却することができる。

本実施形態のように、水−冷媒熱交換器２０１を用いても、第１実施形態と同様の効果を奏する。なお、本実施形態では、二次電池５３を冷却する冷却液として、冷却水を用いたが、オイル等の他の冷却液を用いても良い。

（第５実施形態）
本実施形態は、図１２に示すように、電池冷却用蒸発器として、二次電池５３と冷媒とを直接熱交換させる熱交換器２０４を用いている。なお、本実施形態は、第１〜第３実施形態のいずれにも適用可能である。その他の構成および作動は、本実施形態を第１実施形態に適用した場合は、第１実施形態と同様であり、本実施形態を第２、第３実施形態に適用した場合は、第２、第３実施形態と同様である。

熱交換器２０４は、二次電池５３とともに電池パック５０２内に配置されている。熱交換器２０４は、冷媒と二次電池５３とを直接熱交換する熱交換器である。この熱交換器２０４は、例えば、二次電池５３の内部や外部に設けられた冷媒通路によって構成される。

従って、本実施形態の冷凍サイクル装置１０を作動させると、電池冷却＋冷房運転モード、電池冷却単独運転モードでは、電池用膨張弁１９にて減圧された冷媒を電池パック５０２内の熱交換器２０４へ流入させることにより、二次電池５３を冷却することができる。

本実施形態のように、二次電池５３を直接冷媒で冷却する構成としても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
（１）第１実施形態では、電池冷却単独運転モード時に、室内蒸発器１６が冷却機能を発揮しない状態とするために、室内空調ユニット３０の送風機３２を停止させたが、他の手段によって室内蒸発器１６が冷却機能を発揮しない状態としても良い。例えば、室内蒸発器１６を送風空気が迂回して流れるバイパス流路と、送風空気が室内蒸発器１６を流れる場合とこのバイパス流路を流れる場合とに切り替える切替手段とを設け、切替手段によって送風空気がバイパス流路を流れるようにしても良い。

（２）第１、第２実施形態では、暖房用膨張弁１３として電気式膨張弁を用いたが、電気式膨張弁の代わりにキャピラリ等の固定絞りを用いても良い。この場合、暖房用膨張弁１３を迂回させて冷媒を流すバイパス経路と、このバイパス経路を開閉する開閉弁とを設ける。冷房運転モード時では、開閉弁を開くことで、暖房用膨張弁１３を迂回させて冷媒を流す。

（３）第１〜第３実施形態では、冷房用膨張弁１５として電気式膨張弁を用いたが、電気式膨張弁の代わりに固定絞りを用いても良い。この場合、冷房運転モード時において、電池用膨張弁１９がＳＨ制御されることで、電池冷却用蒸発器２０には適切な量の冷媒が流れる。しかし、この場合、冷房用膨張弁１５がサブクール制御されないので、第１〜第３実施形態の場合と比較して、サイクル効率が低下する。よって、冷房用膨張弁１５としては、固定絞りよりも電気式膨張弁を用いることが好ましい。

なお、本発明は、電池用膨張弁１９として、固定絞りを用いずに、弁開度の調整が可能であってＳＨ制御される膨張弁を用いることを前提とするものである。これは、冷房用膨張弁１５として電気式膨張弁を用い、冷房用膨張弁１５をサブクール制御する一方で、電池用膨張弁１９として、固定絞りを用いてしまうと、電池冷却＋冷房運転モード時に、電池冷却用蒸発器２０と室内蒸発器１６のそれぞれに対して適切な冷媒流量の分配ができないからである。例えば、電池冷却用蒸発器２０に必要な冷却能力が小さい場合、電池冷却用蒸発器２０に必要以上の冷媒が流れ、その結果、室内蒸発器１６の冷媒流量が不足してしまう。

（４）上記した各実施形態では、選択スイッチによって、運転モードが選択される場合を説明したが、制御装置４０が自動的に運転モードを選択しても良い。

（５）上記した各実施形態では、第１冷却対象物が車室内に送風される室内用送風空気であり、第２冷却対象物が二次電池５３である例を説明したが、第１、第２冷却対象物は、これらに限られない。

第１冷却対象物が室内用送風空気であり、第２冷却対象物が二次電池５３以外の車両に搭載される機器であっても良い。このような機器としては、例えば、内燃機関（エンジン）、電動モータ、インバータ等が挙げられる。

第１、第２冷却対象物の両方が室内用送風空気であっても良い。この場合、例えば、第１実施形態で説明した室内蒸発器１６にて車室内の前席に吹き出される室内用送風空気を冷却し、電池冷却用蒸発器２０にて車室内の後席に吹き出される室内用送風空気を冷却しても良い。これによれば、ヒートポンプを用いたデュアルエアコンとして後席での冷房が可能となる。なお、後席に吹き出される室内用送風空気に限らず、３列席の２列目の席等の前席以外の席に吹き出される室内用送風空気を冷却しても良い。また、第１、第２冷却対象物を、車室内の前席の右側、左側に吹き出される室内用送風空気としても良い。

また、第１、第２冷却対象物が車両に搭載される機器であっても良い。このような機器としては、例えば、二次電池５３、内燃機関（エンジン）、電動モータ、インバータ等が挙げられる。

（６）上記した各実施形態では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒等を採用し、冷凍サイクル装置１０が亜臨界冷凍サイクルを構成していたが、冷媒として二酸化炭素を採用し、冷凍サイクル装置１０が放熱器内の圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成しても良い。この場合、電池冷却単独運転モード時において、室外熱交換器１４は高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能し、冷房用膨張弁１５は、室外熱交換器１４から流出した冷媒の温度や圧力が所定範囲となるように制御される。

（７）第１、第２実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置１０を、車両走行用の駆動力を走行用の電動モータから得る電気自動車に適用したが、車両走行用の駆動力を内燃機関と電動モータの両方から得るハイブリッド車両に適用しても良い。

また、上記した各実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置１０を、車両に適用したが、車両以外に適用しても良い。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

１０ 冷凍サイクル装置
１１ 圧縮機
１４ 室外熱交換器（凝縮器）
１５ 冷房用膨張弁（第１減圧手段）
１６ 室内蒸発器（第１蒸発器）
１７ アキュムレータ
１９ 電池用膨張弁（第２減圧手段）
２０ 電池冷却用蒸発器（第２蒸発器）
２２ 第３冷媒流路（バイパス流路）
２７ バイパス用膨張弁（第３減圧手段）

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機から吐出した冷媒を放熱させる放熱器（１４）と、
   前記放熱器の冷媒流れ下流側に並列接続され、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させる第１、第２減圧手段（１５、１９）と、
   前記第１減圧手段で減圧された冷媒と第１冷却対象物との熱交換により、前記第１冷却対象物を冷却するとともに、冷媒を蒸発させる第１蒸発器（１６）と、
   前記第２減圧手段で減圧された冷媒と第２冷却対象物との熱交換により、前記第２冷却対象物を冷却するとともに、冷媒を蒸発させる第２蒸発器（２０）と、
   前記第１、第２蒸発器から流出した冷媒の気液を分離して、液相冷媒を貯留するとともに、気相冷媒を前記圧縮機に流入させるアキュムレータ（１７）とを備え、
   前記第２減圧手段（１９）は、前記第２蒸発器から流出する冷媒の過熱度が所定範囲となるように弁開度が調整される機械式膨張弁であり、
   前記第１、第２冷却対象物のうち前記第２冷却対象物のみを冷却する冷却運転モード時に、前記放熱器から流出した冷媒の一部を、前記第２減圧手段および前記第２蒸発器を迂回させて流すとともに、前記第２減圧手段とは別の減圧手段（１５、２７）によって減圧させて、液相冷媒を含む冷媒を前記アキュムレータに戻す液戻し流路（１８、２２）を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記液戻し流路は、前記放熱器から流出の冷媒の一部を、前記第２減圧手段とは別の減圧手段としての前記第１減圧手段（１５）と、冷却機能を発揮しない状態とされた前記第１蒸発器（１６）とを介して、前記アキュムレータに導く冷媒流路（１８）であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１減圧手段（１５）は、弁開度が変更可能に構成された電気式膨張弁であり、
   前記第２冷却対象物のみを冷却する冷却運転モード時および少なくとも前記第１冷却対象物を冷却する冷却運転モード時において、前記第１減圧手段（１５）は、前記放熱器から流出した冷媒の過冷却度が所定範囲となるように、前記弁開度が制御されることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記放熱器から流出の冷媒を前記第１、第２減圧手段および前記第１、第２蒸発器を迂回させるバイパス流路（２２）と、
   前記バイパス流路に設けられた前記第１、第２減圧手段とは別の第３減圧手段（２７）とを有し、
   前記液戻し流路は、少なくとも前記バイパス流路と前記第３減圧手段とによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第１冷却対象物は、車室内へ送風される室内用送風空気であり、
   前記第２冷却対象物は、車両に搭載された機器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記車両に搭載された機器は、二次電池であることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記第１、第２冷却対象物は、車室内へ送風される室内用送風空気であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記第１蒸発器にて車室内の前席に吹き出される室内用送風空気を冷却し、前記第２蒸発器にて車室内の前席以外の席に吹き出される室内用送風空気を冷却することを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。

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