JP2014228190A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2014228190A
JP2014228190A JP2013107766A JP2013107766A JP2014228190A JP 2014228190 A JP2014228190 A JP 2014228190A JP 2013107766 A JP2013107766 A JP 2013107766A JP 2013107766 A JP2013107766 A JP 2013107766A JP 2014228190 A JP2014228190 A JP 2014228190A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
battery
heat exchanger
heating
operation mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013107766A
Other languages
English (en)
Inventor
竹内 雅之
Masayuki Takeuchi
雅之 竹内
山中 隆
Takashi Yamanaka
隆 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2013107766A priority Critical patent/JP2014228190A/ja
Priority to US14/890,926 priority patent/US20160116197A1/en
Priority to DE112014002518.6T priority patent/DE112014002518T5/de
Priority to PCT/JP2014/002484 priority patent/WO2014188674A1/ja
Publication of JP2014228190A publication Critical patent/JP2014228190A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02Defrosting cycles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02Defrosting cycles
    • F25B47/022Defrosting cycles hot gas defrosting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307Component temperature regulation using a liquid flow
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

【課題】室外熱交換器の除霜運転の実行中であっても、熱交換対象流体の加熱能力の低下を抑制可能な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】室外熱交換器16の除霜を行う際に、圧縮機11から吐出された冷媒を室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させ、室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を電池用膨張弁22にて減圧させ、電池用膨張弁22にて減圧させた冷媒を電池用熱交換器23にて蒸発させて圧縮機11へ吸入させる冷媒回路に切り替える。これにより、冷媒が電池用送風空気を介して二次電池55から吸熱した熱を利用して、室外熱交換器16を除霜することができるとともに、室内凝縮器12にて室内用送風空気を充分に加熱することができる。【選択図】図7

Description

本発明は、電池の温度調整に用いられる冷凍サイクル装置に関する。
従来、空調対象空間の暖房を行う空調装置に適用された冷凍サイクル装置が知られている。この種の冷凍サイクル装置では、圧縮機から吐出された高温冷媒と空調対象空間へ送風される送風空気(熱交換対象流体)とを熱交換させることによって送風空気を加熱して、空調対象空間の暖房を行っている。
さらに、この種の冷凍サイクル装置では、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器を備えており、空調対象空間の暖房を行う暖房運転時には、冷媒が室外熱交換器にて蒸発する際に外気から吸熱した熱によって送風空気を加熱している。このため、暖房運転時に室外熱交換器における冷媒蒸発温度が着霜温度(具体的には、0℃)より低くなってしまうと、室外熱交換器に着霜が生じてしまうおそれがある。
このような着霜が生じると室外熱交換器の外気通路が霜によって閉塞されてしまうので、室外熱交換器の熱交換性能が大きく低下してしまう。そこで、この種の冷凍サイクル装置には、室外熱交換器に着霜が生じた際にこれを取り除くための除霜運転を行うものがある。
例えば、特許文献1に開示された車両用空調装置に適応された冷凍サイクル装置では、室外熱交換器に着霜が生じた際に、圧縮機から吐出された高温冷媒を室外熱交換器へ流入させる冷媒回路に切り替えて、高温冷媒の有する熱によって室外熱交換器に生じた霜を融解して取り除く除霜運転を行っている。
さらに、特許文献1の冷凍サイクル装置では、除霜運転時に、室外熱交換器から流出した冷媒を室内側に配置された室内熱交換器へ流入させる冷媒回路に切り替えて、室外熱交換器から流出した冷媒と空調対象空間である車室内へ送風される送風空気とを熱交換させている。これにより、特許文献1の冷凍サイクル装置では、除霜運転の実行中であっても、室内熱交換器にて送風空気を加熱して車室内の暖房を実現しようとしている。
特開2003−42604号公報
しかしながら、特許文献1の冷凍サイクル装置では、除霜運転時に、室外熱交換器から流出した冷媒を、室内熱交換器の耐圧強度以下となるまで減圧させた後に室内熱交換器へ流入させている。このため、除霜運転時には、室内熱交換器へ流入させる冷媒の温度が暖房運転時よりも低下してしまう。
さらに、特許文献1の冷凍サイクル装置では、除霜運転時に、室内熱交換器から流出した冷媒を、サイクル内の冷媒(具体的には、室外熱交換器から流出した冷媒)と熱交換させる内部熱交換器を介して圧縮機に吸入させている。このため、除霜運転時には、室内熱交換器にて送風空気を加熱するために、圧縮機の圧縮仕事量から室外熱交換器の除霜を行うために必要な熱量を減算し、これにサイクル内の冷媒から吸熱した熱量を加算した熱量しか利用することができない。
その結果、特許文献1の冷凍サイクル装置では、除霜運転の実行中に、室内熱交換器における送風空気の加熱能力が低下してしまい、車室内の充分な暖房を実現することができなくなってしまう。
本発明は、上記点に鑑み、室外熱交換器の除霜運転の実行中であっても、熱交換対象流体の加熱能力の低下を抑制可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、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、11a)と、圧縮機(11、11a)から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、室外熱交換器(16)へ流入する冷媒を減圧させる室外器用減圧手段(15)と、圧縮機(11、11a)から吐出された冷媒および室外熱交換器(16)から流出した冷媒のうちいずれか一方の冷媒と電池(55)とを熱交換させて、電池(55)の電池温度(Tb)を調整する電池用熱交換器(23)と、、電池用熱交換器(23)へ流入する冷媒を減圧させる電池用減圧手段(22)と、サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(13a、13b、17、19、21)とを備え、
冷媒回路切替手段(13a…21)は、熱交換対象流体を加熱する加熱運転時には、少なくとも加熱用熱交換器(12)にて放熱させた冷媒を、室外器用減圧手段(15)にて減圧させて室外熱交換器(16)にて蒸発させる冷媒回路に切り替え、室外熱交換器(16)を除霜する除霜運転時には、加熱用熱交換器(12)および室外熱交換器(16)にて放熱させた冷媒を、電池用減圧手段(22)にて減圧させて電池用熱交換器(23)にて蒸発させる冷媒回路に切り替える冷凍サイクル装置を特徴とする。
これによれば、加熱運転を行うことによって室外熱交換器(16)に着霜が生じた際に、冷媒回路切替手段(13a…21)が、加熱運転時の冷媒回路から除霜運転時の冷媒回路へ切り替えることによって、室外熱交換器(16)の除霜を行うことができる。
さらに、除霜運転時の冷媒回路では、圧縮機(11、11a)から吐出された冷媒を加熱用熱交換器(12)および室外熱交換器(16)にて放熱させ、加熱用熱交換器(12)および室外熱交換器(16)にて放熱させた冷媒を電池用減圧手段(22)にて減圧させ、電池用減圧手段(22)にて減圧させた冷媒を電池用熱交換器(23)にて蒸発させて圧縮機(11、11a)へ吸入させる冷凍サイクルを構成することができる。
従って、除霜運転時には、加熱用熱交換器(12)および室外熱交換器(16)へ圧縮機(11、11a)から吐出された高温の冷媒を流入させることができる。さらに、除霜運転時には、加熱用熱交換器(12)にて加熱対象流体を加熱するとともに室外熱交換器(16)を除霜するために、圧縮機(11、11a)の圧縮仕事量と電池用熱交換器(23)にて低圧冷媒が蒸発する際に電池(55)から吸熱した吸熱量とを合算した熱量を利用することができる。
ここで、電池(55)は比較的熱容量が大きいので、加熱対象流体を充分に加熱するために必要な熱と室外熱交換器(16)を除霜するために必要な熱とを蓄熱させておくことができる。従って、除霜運転時に、電池(55)から吸熱した熱を利用することで、室外熱交換器(16)を除霜することができるだけでなく、加熱用熱交換器(12)にて熱交換対象流体を充分に加熱することができる。
つまり、本請求項に記載の発明によれば、室外熱交換器(16)の除霜運転の実行中であっても、熱交換対象流体の加熱能力の低下を抑制可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
ここで、本請求項に記載された「冷媒と電池(55)とを熱交換させて、」とは、冷媒と電池(55)とを直接熱交換させることのみを意味するものではなく、流体等の熱媒体等を介在させて、冷媒と電池(55)とを間接的に熱交換させることも含む意味である。
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実施形態の冷凍サイクル装置の冷房運転モードにおける冷媒の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+冷却運転モードにおける冷媒の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却運転モードにおける冷媒の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の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+加熱運転モードにおける冷媒の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加熱運転モードにおける冷媒の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除霜運転モードにおける冷媒の流れを示す全体構成図である。 第1実施形態の二次電池(リチウムイオン電池)の出力特性を説明するための説明図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の除霜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温度の変化等を示すタイムチャートである。 第2実施形態の冷凍サイクル装置の電池温度の変化等を示すタイムチャートである。 第3実施形態の冷凍サイクル装置の加熱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除霜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温度の変化等を示すタイムチャートである。 第4実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第5実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第6実施形態の冷凍サイクル装置の冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す全体構成図である。 第6実施形態の冷凍サイクル装置の冷房+冷却運転モードにおける冷媒の流れを示す全体構成図である。 第6実施形態の冷凍サイクル装置の冷却運転モードにおける冷媒の流れを示す全体構成図である。 第6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流れを示す全体構成図である。 第6実施形態の冷凍サイクル装置の暖房+加熱運転モードにおける冷媒の流れを示す全体構成図である。 第6実施形態の冷凍サイクル装置の加熱運転モードにおける冷媒の流れを示す全体構成図である。 第6実施形態の冷凍サイクル装置の除霜運転モードにおける冷媒の流れを示す全体構成図である。
(第1実施形態)
図1〜図10により、本発明の第1実施形態を説明する。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、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蓄電手段としての二次電池55の温度調整(加熱および冷却)を行うために用いている。
より詳細には、この冷凍サイクル装置10は、車室内へ送風される室内用送風空気の温度を調整する機能を果たすとともに、二次電池55に向けて送風される電池用送風空気の温度を調整する機能を果たす。さらに、冷凍サイクル装置10は、冷媒回路を切替可能に構成されており、図1〜図7に示すように、冷媒回路を切り替えることによって、室内用送風空気および電池用送風空気の温度調整を行う。
冷凍サイクル装置10の構成機器のうち、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、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。
なお、冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)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。もちろん、冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、R1234yf)等を採用してもよい。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。
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。この室内凝縮器12は、圧縮機11から吐出された冷媒と後述する室内蒸発器20通過後の室内用送風空気とを熱交換させて、室内用送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。なお、室内空調ユニット30の詳細については後述する。
室内凝縮器12の冷媒出口側には、第1三方弁13aが接続されている。第1三方弁13aは、制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御される電気式三方弁である。
より具体的には、第1三方弁13aは、室内凝縮器12の冷媒出口側と第1三方継手14aの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路、および室内凝縮器12の冷媒出口側と第2三方継手14bの一方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路を切り替える。従って、第1三方弁13aは、サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段を構成している。
第1三方継手14aは、3つの流入出口を有する継手構造のものであって、複数の配管を接合することによって形成されたものや、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けることによって形成されたもの等を採用することができる。また、第2三方継手14bおよび後述する第3〜第6三方継手14c〜14fの基本的構成も、第1三方継手14aと同様である。
さらに、第1三方継手14aでは、3つの流入出口のうちの2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口として用いている。具体的には、第1三方継手14aの一方の冷媒流入口には、第1三方弁13aの1つの冷媒流入出口が接続され、他方の冷媒流入口には、後述する電池用開閉弁21の出口側が接続され、さらに、冷媒流出口には、後述する電池用膨張弁22の入口側が接続されている。
また、第2三方継手14bでは、第1三方継手14aと同様に、3つの流入出口のうちの2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口として用いている。具体的には、第2三方継手14bの一方の冷媒流入口には、第1三方弁13aの別の1つの冷媒流入出口が接続され、他方の冷媒流入口には、後述する第2三方弁13bの1つの冷媒流入出口が接続され、さらに、冷媒流出口には、暖房用膨張弁15の入口側が接続されている。
従って、第1三方弁13aは、実質的に、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続する冷媒回路、および室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続する冷媒回路を切り替えている。
暖房用膨張弁15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第2三方継手14aから流出して室外熱交換器16へ流入する冷媒を減圧させる室外器用減圧手段である。
より具体的には、暖房用膨張弁15は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り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。さらに、この暖房用膨張弁15は、絞り開度を全開にすることで冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。
暖房用膨張弁15の出口側には、室外熱交換器16の冷媒入口側が接続されている。室外熱交換器16は、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16aから送風された外気とを熱交換させるものである。このような室外熱交換器16としては、フィンアンドチューブ型の熱交換器等を採用することができる。
より具体的には、室外熱交換器16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る放熱器として機能する。送風ファン16aは、制御装置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16の冷媒出口側には、第3三方継手14cが接続されている。第3三方継手14cでは、3つの流入出口のうちの1つを冷媒流入口とし、2つを冷媒流出口として用いている。第3三方継手14cの一方の冷媒流出口には、暖房用開閉弁17を介して、第4三方継手14dの一方の冷媒流入口が接続され、他方の冷媒流出口には、逆止弁18を介して、第5三方継手14eの冷媒流入口が接続されている。
暖房用開閉弁17は、第3三方継手14cから第4三方継手14dへ至る冷媒流路を開閉する開閉手段であって、制御装置から出力される制御電圧によって開閉作動が制御される電磁弁で構成されている。第4三方継手14dでは、3つの流入出口のうちの2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口として用いており、第4三方継手14dの冷媒流出口には後述するアキュムレータ24が接続されている。
従って、暖房用開閉弁17が開いた際には、室外熱交換器16から流出した冷媒が第3三方継手14cおよび第4三方継手14dを介してアキュムレータ24へ流入する冷媒回路に切り替え、暖房用開閉弁17が閉じた際には、室外熱交換器16から流出した冷媒が逆止弁18を介して第5三方継手14e側へ流入する冷媒回路に切り替えることができる。つまり、暖房用開閉弁17は、冷媒回路切替手段を構成している。
逆止弁18は、第3三方継手14c側(室外熱交換器16の冷媒出口側)から第5三方継手14e側(冷房用膨張弁19の入口側あるいは電池用開閉弁21の入口側)へ冷媒が流れることのみを許容するものである。
第5三方継手14eでは、3つの流入出口のうちの1つを冷媒流入口とし、2つを冷媒流出口として用いている。第5三方継手14eの一方の冷媒流出口には、冷房用膨張弁19を介して、室内蒸発器20の冷媒入口側が接続され、他方の冷媒流出口には、電池用開閉弁21を介して、前述した第1三方継手14aの他方の冷媒流入口が接続されている。
冷房用膨張弁19は、暖房用膨張弁15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等に室外熱交換器16から流出して室内蒸発器20へ流入する冷媒を減圧させる冷房用の減圧手段である。さらに、冷房用膨張弁19は、弁体の絞り開度を全閉にすることで第5三方継手14eから室内蒸発器20の冷媒入口側へ至る冷媒流路を閉塞することができる全閉機能付きの可変絞り機構で構成されている。
従って、冷房用膨張弁19は、第5三方継手14eから室内蒸発器20の冷媒入口側へ至る冷媒流路を開閉することによって、第5三方継手14eから室内蒸発器20へ冷媒を流入させる冷媒回路と室内蒸発器20へ冷媒を流入させない冷媒回路とを切り替えることができる。つまり、冷房用膨張弁19は、減圧手段としての機能を果たすとともに、冷媒回路切替手段としての機能を兼ね備えている。
室内蒸発器20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。この室内蒸発器20は、冷房用膨張弁19にて減圧された冷媒と室内用送風空気とを熱交換させて、室内用送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。室内蒸発器20の冷媒出口側には、第6三方継手14fを介して、第4三方継手14dの他方の冷媒流入口が接続されている。
第6三方継手14fでは、3つの流入出口のうちの2つを冷媒流入口とし、1つを冷媒流出口として用いており、第6三方継手14fの他方の冷媒流入口には、後述する第2三方弁13bの1つの冷媒流入出口が接続されている。なお、第4三方継手14dおよび第6三方継手14fのように直接接続される三方継手については、2つの三方継手に代えて4つの冷媒流入出口を有する四方継手を採用してもよい。
また、第5三方継手14eの他方の冷媒流出口に接続された電池用開閉弁21は、暖房用開閉弁17と同様の構成の電磁弁であって、第5三方継手14eから第1三方継手14aへ至る冷媒流路を開閉する開閉手段である。
従って、電池用開閉弁21が開いた際には、室外熱交換器16から流出した冷媒が第5三方継手14eおよび第1三方継手14aを介して電池用膨張弁22側へ流入する冷媒回路に切り替え、電池用開閉弁21が閉じた際には、室外熱交換器16から流出した冷媒が冷房用膨張弁19側へ流入する冷媒回路に切り替えることができる。つまり、電池用開閉弁21は、冷媒回路切替手段を構成している。
電池用膨張弁22は、暖房用膨張弁15と同様の構成の全開機能付きの電気式膨張弁であり、電池用送風空気の温度を調整して二次電池55の温度を調整する際に、室内凝縮器12あるいは室外熱交換器16から流出して電池用熱交換器23へ流入する冷媒を減圧させる電池用減圧手段である。電池用膨張弁22の出口側には、電池パック50内に配置された電池用熱交換器23の冷媒入口側が接続されている。
電池用熱交換器23は、二次電池55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内に配置されており、その内部を流通する冷媒と電池用送風空気とを熱交換させて電池用送風空気の温度を調整するものである。なお、電池パック50の詳細については後述する。
電池用熱交換器23の冷媒出口側には、第2三方弁13bの別の1つの冷媒流入口が接続されている。この第2三方弁13bの基本的構成は、第1三方弁13aと同様である。具体的には、第2三方弁13bは、電池用熱交換器23の冷媒出口側と前述した第2三方継手14bの他方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路、および電池用熱交換器23の冷媒出口側と第6三方継手14fの他方の冷媒流入口とを接続する冷媒回路を切り替える。
つまり、第2三方弁13bは、実質的に、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続する冷媒回路、および電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続する冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段を構成している。
アキュムレータ24は、その内部に流入した冷媒の気液を分離し、分離された気相冷媒を圧縮機11の吸入側へ流出させるとともに、分離された液相冷媒を内部に蓄えるものである。つまり、アキュムレータ24は、気液分離手段としての機能を果たすとともに、サイクル内の余剰冷媒を液相状態にして蓄える冷媒貯留手段としての機能を果たす。
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ためのもので、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20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、内部に室内用送風空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。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、空気通路に導入される内気(車室内空気)の風量と外気(車室内空気)の風量との風量割合を変化させる内外気切替装置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20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20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20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20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。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開口穴が配置されている。具体的には、この開口穴としては、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開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴、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開口穴(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、各開口穴から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア34は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。なお、エアミックスドア34は、制御装置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。
さらに、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴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、開口穴モードを切り替える開口穴モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、制御装置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いる。さらに、電池パック50は、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、前述の電池用熱交換器23および二次電池55等を収容することによって構成されている。
送風機52は、電池用熱交換器23の空気流れ上流側に配置されて、電池用送風空気を電池用熱交換器23へ向けて送風するもので、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風空気量)が制御される電動送風機である。さらに、電池用熱交換器23の空気流れ下流側には二次電池55が配置され、二次電池55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、制御装置が送風機52を作動させると、電池用熱交換器23にて温度調整された電池用送風空気が二次電池55に吹き付けられることによって、二次電池55の温度調整がなされる。さらに、二次電池55の温度調整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用熱交換器23に向けて循環送風される。
より詳細には、電池用熱交換器23に、高圧冷媒あるいは中間圧冷媒を流入させた際には、高圧冷媒あるいは中間圧冷媒を温熱源として電池用送風空気が加熱され、加熱された電池用送風空気が二次電池55に吹き付けられることによって、二次電池55が加熱される。また、電池用熱交換器23に、低圧冷媒を流入させた際には、低圧冷媒を冷熱源として電池用送風空気が冷却され、冷却された電池用送風空気が二次電池55に吹き付けられることによって、二次電池55が冷却される。
二次電池55は、複数のセルが直列的および並列的に接続されて構成されたリチウムイオン電池である。この種のリチウムイオン電池では、図8に示すように、10℃以下の低温になると、化学反応が進まない等の理由により十分な入出力特性が得られなくなってしまう。つまり、本実施形態では、二次電池55が10℃以下になってしまうと、二次電池55の出力が低下して車両を走行させることができなくなってしまうおそれがある。
一方、この種のリチウムイオン電池では、高温になると劣化が進行しやすくなる。そこで、本実施形態では、二次電池55の電池温度Tbが40℃以上になった際には、二次電池55の劣化を防止するために制御装置が電力の入出力を停止させるようにしている。従って、二次電池55が40℃以上の高温になった際にも車両を走行させることができなくなってしまう。
つまり、本実施形態では、二次電池55の容量を充分に活かして車両を走行させるためには、二次電池55の温度を概ね10℃以上、かつ、40℃以下の範囲(適性温度領域)に調整する必要がある。また、この二次電池55は、冷凍サイクル装置10の各構成機器に対して熱容量が大きく、本実施形態では、約100kJ/Kの二次電池55を採用している。
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11、13a、13b、15、16a、17、19、21、22、32、52等の作動を制御する。
また、制御装置の入力側には、車室内温度Trを検出する内気センサ、外気温Tamを検出する外気センサ、車室内の日射量Asを検出する日射センサ、室内蒸発器20の吹出空気温度(蒸発器温度)Tefinを検出する蒸発器温度センサ、圧縮機11から吐出された高圧冷媒の高圧側冷媒圧力Pdを検出する吐出圧力センサ、圧縮機11から吐出された高圧冷媒の高圧側冷媒温度Tdを検出する吐出温度センサ、室外熱交換器16における冷媒温度(室外器温度)Tsを検出する室外器温度センサ、混合空間35から車室内へ送風される送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサ、二次電池55の温度である電池温度Tbを検出する温度検出手段としての電池温度センサ等の種々の制御用センサ群が接続されている。
なお、本実施形態の蒸発器温度センサは、具体的に室内蒸発器20の熱交換フィンの温度を検出している。もちろん、蒸発器温度センサとして、室内蒸発器20のその他の部位の温度を検出する温度検出手段を採用してもよいし、室内蒸発器20を流通する冷媒自体の温度を直接検出する温度検出手段を採用してもよい。このことは、室外器温度センサにおいても同様である。
また、二次電池55は、冷凍サイクル装置10の各構成機器に対して熱容量が大きく、さらに、複数のセルを組み合わせて構成されていることから、温度分布が生じやすい。そこで、本実施形態では、二次電池55を構成する複数のセルの表面の温度を検出する複数の温度検出手段を用いて、これらの複数の温度検出手段の検出値の平均値を電池温度Tbとしている。
また、本実施形態では、送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサを設けているが、この送風空気温度TAVとして、蒸発器温度Tefin、高圧側冷媒温度Td等に基づいて算出された値を採用してもよい。
さらに、制御装置の入力側には、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。
ここで、本実施形態の制御装置は、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)が吐出能力制御手段を構成し、冷媒回路切替手段を構成する各種機器13a、13b、17、19、21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)が冷媒回路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55の温度調整を行うことができる。
さらに、車室内の空調を行う運転モードとしては、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り、二次電池55の温度調整を行う運転モードとしては、二次電池55を加熱する加熱モードと二次電池55を冷却する冷却モードがある。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は、車両システムの起動とともに実行され、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55の温度調整を行う際の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Tbが低温側基準温度Tkl(本実施形態では、10℃)以下になっている際には二次電池55を加熱する加熱モードに切り替え、電池温度Tbが高温側基準温度Tkh(本実施形態では、30℃)以上になっている際には二次電池を冷却する冷却モードに切り替える。
前述の如く、本実施形態の二次電池55では、その温度を概ね10℃以上、かつ、40℃以下の範囲(適性温度領域)で管理する必要がある。そこで、本実施形態では、電池温度Tbが低温側基準温度Tkl以下になっている際には加熱モードに切り替え、電池温度Tbが高温側基準温度Tkh以上となっている際には冷却モードに切り替えることによって、電池温度Tbが10℃以上、かつ、40℃以下となるようにしている。
つまり、本実施形態では、特許請求の範囲に記載された暖機基準温度を10℃に設定している。以下に、各運転モードにおける冷凍サイクル装置10の作動を説明する。
(a)冷房運転モード
冷房運転モードは、二次電池55の温度調整を行うことなく、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、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、さらに、電池温度Tbが低温側基準温度Tklよりも高く、かつ、高温側基準温度Tkhより低くなっている際に実行される。
また、冷房運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を絞り状態とし、電池用開閉弁21を閉じる。
これにより、冷房運転モードでは、図1の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→暖房用膨張弁15→)室外熱交換器16→(逆止弁18→)冷房用膨張弁19→室内蒸発器20→アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
さらに、この冷媒回路の構成で、制御装置は、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。そして、制御装置は、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、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、予め制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器20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によって検出された室内蒸発器20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20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。なお、目標蒸発器吹出温度TEOは、室内蒸発器20の着霜を防止可能な範囲(例えば、1℃以上)で決定される。
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。具体的には、目標吹出温度TAOの極低温域(最大冷房域)および極高温域(最大暖房域)で電動モータへ出力する制御電圧を最大として送風空気量を最大量付近に制御し、目標吹出温度TAOが中間温度域に近づくに伴って送風空気量を減少させる。
冷房用膨張弁19へ出力される制御信号については、冷房用膨張弁19へ流入する冷媒の過冷却度が、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、フィードバック制御手法を用いて、送風空気温度センサによって検出された送風空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように決定される。なお、車室内の冷房を行う運転モードでは、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を閉塞するように、エアミックスドア34を作動させてもよい。
従って、冷房運転モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気の一部と熱交換して放熱する。これにより、送風空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づく。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1三方弁13a、第2三方継手14bおよび全開状態となっている暖房用膨張弁15を介して、室外熱交換器16へ流入する。室外熱交換器16へ流入した冷媒は、送風ファン16aから送風された外気と熱交換して、さらに放熱する。
室外熱交換器16から流出した冷媒は、暖房用開閉弁17が閉じ、電池用開閉弁21が閉じているので、第3三方継手14cおよび逆止弁18を介して冷房用膨張弁19へ流入して減圧される。冷房用膨張弁19にて減圧された冷媒は、室内蒸発器20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。これにより、室内用送風空気が冷却される。
室内蒸発器20から流出した冷媒は、第6三方継手14f、第4三方継手14dを介して、アキュムレータ24へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ24にて分離された気相冷媒が、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
上記の如く、冷房運転モードの冷凍サイクル装置10では、室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、冷房用膨張弁19にて減圧させて室内蒸発器20にて蒸発させる冷媒回路に切り替えている。従って、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の冷房を行うことができる。
(b)冷房+冷却運転モード
冷房+冷却運転モードは、車室内の冷房を行うと同時に二次電池55の冷却を行う運転モードである。この運転モードは、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Tbが高温側基準温度Tkh以上となった際に実行される。
また、冷房+冷却運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を絞り状態とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とする。
これにより、冷房運転モードでは、図2の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→暖房用膨張弁15→)室外熱交換器16→(逆止弁18→)冷房用膨張弁19→室内蒸発器20→アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環するとともに、室外熱交換器16→(逆止弁18→電池用開閉弁21→)電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→アキュムレータ24の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。つまり、室内蒸発器20および電池用熱交換器23が冷媒流れに対して並列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、各種制御対象機器の作動状態を決定する。例えば、電池用膨張弁22へ出力される制御信号については、電池用膨張弁22の絞り開度が、予め定めた所定絞り開度となるように決定される。送風機52の電動モータに出力される制御電圧については、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。その他の制御対象機器の作動状態については冷房運転モードと同様に決定される。
従って、冷房+冷却運転モードの冷凍サイクル装置10では、冷房運転モードと同様に、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入し、室内用送風空気へ放熱する。これにより、送風空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づく。さらに、室内凝縮器12から流出した冷媒は、室外熱交換器16へ流入して外気へ放熱する。
室外熱交換器16から流出した冷媒の流れは、暖房用開閉弁17が閉じ、電池用開閉弁21が開いているので、逆止弁18を介して第5三方継手14eへ流入し、冷房用膨張弁19側へ流出する冷媒と電池用開閉弁21を介して電池用膨張弁22側へ流出する冷媒とに分流される。
第5三方継手14eから冷房用膨張弁19側へ流出した冷媒は、冷房運転モードと同様に、冷房用膨張弁19にて減圧され、室内蒸発器20にて室内用送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、室内用送風空気が冷却される。さらに、室内蒸発器20から流出した冷媒は、冷房運転モードと同様に、アキュムレータ24へ流入する。
一方、第5三方継手14eから電池用膨張弁22側へ流出した冷媒は、電池用膨張弁22にて減圧されて、電池用熱交換器23へ流入する。電池用熱交換器23へ流入した冷媒は、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。これにより、電池用送風空気が冷却される。
電池用熱交換器23から流出した冷媒は、第2三方弁13b、第6三方継手14fおよび第4三方継手14dを介して、アキュムレータ24へ流入する。そして、アキュムレータ24にて分離された気相冷媒が、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
上記の如く、冷房運転モードの冷凍サイクル装置10では、室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、冷房用膨張弁19にて減圧させて室内蒸発器20にて蒸発させるとともに、電池用膨張弁23にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷媒回路に切り替えている。
従って、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の冷房を行うことができる。さらに、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の冷却を行うことができる。
(c)冷却運転モード
冷却運転モードは、車室内の空調を行うことなく、二次電池55の冷却を行う運転モードである。この運転モードは、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Tbが高温側基準温度Tkh以上となった際に実行される。
また、冷却運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とする。
これにより、冷却運転モードでは、図3の実線矢印に示すように、圧縮機11→(室内凝縮器12→第1三方弁13a→暖房用膨張弁15→)室外熱交換器16→(逆止弁18→)電池用開閉弁21→電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、各種制御対象機器の作動状態を決定する。例えば、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側の空気通路を閉塞するように決定される。室内空調ユニット30の送風機32を停止させる。その他の制御対象機器の作動状態については冷房+冷却運転モードと同様に決定される。
従って、冷却運転モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。この際、冷却運転モードでは、送風機32が停止し、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を閉塞しているので、室内凝縮器12へ流入した冷媒は殆ど放熱することなく、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、冷房+冷却運転モードと同様に、室外熱交換器16へ流入して、送風ファン16aから送風された外気と熱交換して放熱する。室外熱交換器16から流出した冷媒は、暖房用開閉弁17が閉じ、冷房用膨張弁19が全閉となり、電池用開閉弁21が開いているので、逆止弁18、第5三方継手14eおよび電池用開閉弁21を介して、電池用膨張弁22へ流入して減圧される。
電池用膨張弁22にて減圧された冷媒は、電池用熱交換器23へ流入して蒸発する。これにより、電池用送風空気が冷却される。電池用熱交換器23から流出した冷媒は、第2三方弁13b、第6三方継手14fおよび第4三方継手14dを介して、アキュムレータ24へ流入する。そして、アキュムレータ24にて分離された気相冷媒が、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
上記の如く、冷却運転モードの冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、電池用膨張弁23にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷媒回路に切り替えている。従って、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の冷却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55の温度調整を行うことなく、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、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、さらに、電池温度Tbが低温側基準温度Tklよりも高く、かつ、高温側基準温度Tkhより低くなっている際に実行される。
また、暖房運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を開き、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を閉じる。
これにより、冷房運転モードでは、図4の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→)暖房用膨張弁15→室外熱交換器16→(暖房用開閉弁17→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、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の電動モータに出力される制御信号については、送風空気温度センサによって検出される送風空気温度TAVが、目標吹出温度TAOに近づくように決定される。なお、車室内の暖房時に決定される目標吹出温度TAOは、40℃〜60℃程度である。
暖房用膨張弁15へ出力される制御信号については、暖房用膨張弁15へ流入する冷媒の過冷却度が、COPが略最大値となるように決定された目標過冷却度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。その他の制御対象機器の作動状態については冷房運転モードと同様に決定される。
従って、暖房運転モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が、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。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、第1三方弁13aおよび第2三方継手14bを介して、暖房用膨張弁15へ流入して減圧される。
暖房用膨張弁15にて減圧された冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファン16aから送風された外気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器16から流出した冷媒は、暖房用開閉弁17が開き、冷房用膨張弁19が全閉となり、電池用開閉弁21が閉じているので、第4三方継手14dを介して、アキュムレータ24へ流入する。そして、アキュムレータ24にて分離された気相冷媒が、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
上記の如く、暖房運転モードの冷凍サイクル装置10では、室内凝縮器12にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させる冷媒回路に切り替えている。従って、室内凝縮器12にて加熱された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の暖房を行うことができる。
つまり、暖房運転モードは、熱交換対象流体である室内用送風空気を加熱する運転モードであって、この運転モードでの運転は、特許請求の範囲に記載された流体加熱運転に含まれる。
(e)暖房+加熱運転モード
暖房+加熱運転モードは、車室内の暖房を行うと同時に二次電池55の加熱を行う運転モードである。より詳細には、この運転モードは、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Tbが低温側基準温度Tkl以下となった際に実行される。
また、暖房+加熱運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を閉じ、電池用膨張弁22を絞り状態とする。
これにより、暖房+加熱運転モードでは、図5の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→)電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→(第2三方弁13b→)暖房用膨張弁15→室外熱交換器16→(暖房用開閉弁17→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。つまり、室内凝縮器12および電池用熱交換器23が冷媒流れに対してこの順で直列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、各種制御対象機器の作動状態を決定する。例えば、電池用膨張弁22へ出力される制御信号については、電池用熱交換器23内の冷媒圧力が電池温度Tbを適切な温度範囲内(本実施形態では、10℃〜40℃)に調整可能な中間圧となるように決定される。
また、送風機52の電動モータに出力される制御電圧については、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。その他の制御対象機器の作動状態については暖房運転モードと同様に決定される。
従って、暖房+加熱運転モードの冷凍サイクル装置10では、暖房運転モードと同様に、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が、室内凝縮器12へ流入し、室内用送風空気へ放熱する。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、第1三方弁13aおよび第1三方継手14aを介して、電池用膨張弁22へ流入して中間圧となるまで減圧される。
電池用膨張弁22にて減圧された中間圧冷媒は、電池用熱交換器23へ流入し、電池用送風空気と熱交換して放熱する。これにより、電池用送風空気が加熱される。電池用熱交換器23から流出した冷媒は、第2三方弁13bおよび第2三方継手14bを介して暖房用膨張弁15へ流入して減圧される。暖房用膨張弁15にて減圧された冷媒は、室外熱交換器16へ流入して、送風ファン16aから送風された外気から吸熱して蒸発する。
室外熱交換器16から流出した冷媒は、暖房運転モードと同様に、アキュムレータ24へ流入する。そして、アキュムレータ24にて分離された気相冷媒が、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
上記の如く、暖房+加熱運転モードの冷凍サイクル装置10では、室内凝縮器12および電池用熱交換器23にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させる冷媒回路に切り替えている。
従って、室内凝縮器12にて加熱された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の暖房を行うことができる。さらに、電池用熱交換器23にて加熱された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の加熱を行うことができる。
つまり、暖房+加熱運転モードは、室内用送風空気を加熱するとともに圧縮機11から吐出された冷媒を温熱源として二次電池55を加熱する運転モードであって、この運転モードでの運転は、特許請求の範囲に記載された流体加熱運転に含まれるだけでなく、電池加熱運転にも含まれる。
また、暖房+加熱運転モードでは、室内凝縮器12、電池用膨張弁22および電池用熱交換器23が冷媒流れに対してこの順で直列的に接続されているので、電池用膨張弁22の絞り開度を調整することで、電池用熱交換器23における冷媒の放熱温度(凝縮温度)を、室内凝縮器12における冷媒の放熱温度よりも容易に低下させることができる。
(f)加熱運転モード
加熱運転モードは、車室内の空調を行うことなく、二次電池55の冷却を行う運転モードである。この運転モードは、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Tbが低温側基準温度Tkl以下となった際に実行される。
また、加熱運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を開き、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を閉じ、電池用膨張弁22を全開とする。
これにより、加熱運転モードでは、図6の実線矢印に示すように、暖房+加熱運転モードと同様に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
さらに、この冷媒回路の構成で、制御装置は、各種制御対象機器の作動状態を決定する。例えば、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側の空気通路を閉塞するように決定される。また、室内空調ユニット30の送風機32を停止させる。その他の制御対象機器の作動状態については暖房+加熱運転モードと同様に決定される。
従って、加熱運転モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。この際、加熱運転モードでは、送風機32が停止し、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を閉塞しているので、室内凝縮器12へ流入した冷媒は殆ど放熱することなく、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、電池用熱交換器23へ流入し、電池用送風空気と熱交換して放熱する。これにより、電池用送風空気が加熱される。以降の作動は、暖房+加熱運転モードと同様である。
上記の如く、加熱運転モードの冷凍サイクル装置10では、電池用熱交換器23にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させる冷媒回路に切り替えている。従って、電池用熱交換器23にて加熱された電池用送風空気を二次電池55へ向けて吹き付けることによって電池の加熱を行うことができる。
つまり、加熱運転モードは、圧縮機11から吐出された冷媒を温熱源として二次電池55を加熱する運転モードであって、この運転モードでの運転は、特許請求の範囲に記載された電池加熱運転に含まれる。
ここで、上述した(a)〜(c)の各運転モードは、主に夏季等の外気温が高い時に車室内あるいは二次電池55を冷却するために実行され、(d)〜(f)に記載された各運転モードは、主に冬季等の外気温が低い時に車室内あるいは二次電池55を加熱するために実行される。
これに対して、外気温が高温あるいは低温になりにくい春季や秋季には、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ながらも、電池温度Tbが高温側基準温度Tkh以上になってしまうことがある。そのような場合には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、(g)暖房+冷却運転モードを実行することもできる。
また、選択スイッチによって冷房が選択されながらも、電池温度Tbが低温側基準温度Tkl以下になってしまうことがある。そのような場合には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、(h)冷房+加熱運転モードでの運転を実行することもできる。
(g)暖房+冷却運転モード
暖房+冷却運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とする。
これにより、暖房+冷却運転モードでは、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→)暖房用膨張弁15→室外熱交換器16→(逆止弁18→)電池用開閉弁21→電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、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の電動モータに出力される制御信号および送風機32の電動モータに出力される制御電圧については暖房運転モードと同様に決定される。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。
送風機52の電動モータに出力される制御電圧については、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。暖房用膨張弁15へ出力される制御信号については、室外熱交換器16へ流入する冷媒の温度が外気温Tam以下となるように決定される。電池用膨張弁22へ出力される制御信号については、電池用膨張弁22の絞り開度が、予め定めた所定絞り開度となるように決定される。
これにより、暖房+冷却運転モードでは、室内凝縮器12にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させ、さらに電池用膨張弁22にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷媒回路に切り替えることができる。
そして、室内凝縮器12にて加熱された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の暖房を行うとともに、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の冷却を行うことができる。
(h)冷房+加熱運転モード
冷房+加熱運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を絞り状態とし、電池用開閉弁21を閉じる。
これにより、冷房+加熱運転モードでは、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→)電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→(第2三方弁13b→)暖房用膨張弁15→室外熱交換器16→(逆止弁18→)冷房用膨張弁19→室内蒸発器20→アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、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の電動モータに出力される制御信号および送風機32の電動モータに出力される制御電圧については冷房運転モードと同様に決定される。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、送風空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように決定される。
送風機52の電動モータに出力される制御電圧については、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。電池用膨張弁22へ出力される制御信号については、暖房+加熱運転モードと同様に決定される。
これにより、冷房+加熱運転モードでは、電池用熱交換器23および室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、冷房用膨張弁19にて減圧させて室内蒸発器20にて蒸発させる冷媒回路に切り替えることができる。
そして、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の冷房を行うとともに、電池用熱交換器23にて加熱された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の加熱を行うことができる。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、冷媒回路を切り替えることによって、車室内の暖房および冷房を行うことができるとともに、二次電池55の電池温度Tbを適切な温度範囲内(本実施形態では、10℃〜40℃)に調整することができる。
ところで、上述した(d)暖房運転モード、(e)暖房+加熱運転モード等では、室外熱交換器16を蒸発器として機能させている。このため、例えば、低外気温時に(d)暖房運転モードや(e)暖房+加熱運転モードの運転モードを実行すると、室外熱交換器16における冷媒蒸発温度が着霜温度(具体的には、0℃)以下となって、室外熱交換器16に着霜が生じてしまうおそれがある。
このような着霜が生じると室外熱交換器16の外気通路が霜によって閉塞されてしまうので、室外熱交換器16の熱交換性能が低下してしまう。その結果、室外熱交換器16にて冷媒が外気から吸熱する吸熱量が著しく低下して、冷凍サイクル装置10が、車室内の充分な暖房や、二次電池55の充分な加熱を行うことができなくなってしまう。
そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16に着霜が生じた際にこれを取り除くための除霜運転を行っている。より具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、室外熱交換器16に着霜が生じているか否かを判定する着霜判定手段を備えており、この着霜判定手段によって室外熱交換器16に着霜が生じていると判定された際、以下に説明する除霜運転を実行する。
本実施形態の着霜判定手段は、制御装置が実行する制御プログラムの制御ステップによって構成されており、具体的には、室外器温度センサによって検出された室外器温度Tsが基準着霜温度Tks(例えば、−10℃)以下となっている際に、室外熱交換器16に着霜が生じていると判定する判定手段等を採用することができる。以下に、除霜運転モードにおける冷凍サイクル装置10の作動を説明する。
(i)除霜運転モード
除霜運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とする。
これにより、除霜運転モードでは、図7の実線矢印に示すように、暖房+冷却運転モードと同様に、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→)暖房用膨張弁15→室外熱交換器16→(逆止弁18→)電池用開閉弁21→電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→(第2三方弁13b→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、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の電動モータに出力される制御信号および送風機32の電動モータに出力される制御電圧については暖房運転モードと同様に決定される。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。
送風機52の電動モータに出力される制御電圧については、冷却運転モードと同様に決定される。暖房用膨張弁15へ出力される制御信号については、室外熱交換器16へ流入する冷媒の温度が0℃以上であって、かつ、外気温Tamよりも高い温度(具体的には、15℃程度)となるように決定される。電池用膨張弁22へ出力される制御信号については、冷房+冷却運転モードと同様に決定される。
従って、除霜運転モードの冷媒サイクル装置10では、図9のモリエル線図に示すように、圧縮機11から吐出された冷媒(図9のa9点)が、暖房運転モードと同様に、室内凝縮器12へ流入して放熱する(図9のa9点→b9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、第1三方弁13aを介して、暖房用膨張弁15へ流入して減圧される(図9のb9点→c9点)。
具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、冷媒としてR134aを採用しているので、暖房用膨張弁15では、冷媒を0.415MPa(飽和温度15℃)程度となるまで減圧させる。
暖房用膨張弁15から流出した冷媒は、室外熱交換器16へ流入する。これにより、冷媒の有する熱が室外熱交換器16に放熱されて(図9のc9点→d9点)、室外熱交換器16の除霜がなされる。室外熱交換器16から流出した冷媒は、冷却運転モードと同様に、逆止弁18、第5三方継手14eおよび電池用開閉弁21を介して、電池用膨張弁22へ流入して減圧される(図9のd9点→e9点)。
電池用膨張弁22にて減圧された冷媒は、電池用熱交換器23へ流入して蒸発する(図9のe9点→f9点)。これにより、電池用送風空気が冷却される。電池用熱交換器23から流出した冷媒は、第2三方弁13b等を介して、アキュムレータ24へ流入する。そして、アキュムレータ24にて分離された気相冷媒が、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
上記の如く、除霜運転モードの冷凍サイクル装置10では、圧縮機11から吐出された冷媒を室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させ、室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、電池用膨張弁23にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷媒回路に切り替えている。
従って、除霜運転時には、室内凝縮器12および室外熱交換器16へ圧縮機11から吐出された高温冷媒を流入させることができる。さらに、除霜運転時には、室内凝縮器12にて室内用送風空気を加熱するとともに室外熱交換器16を除霜するために、圧縮機11の圧縮仕事量と電池用熱交換器23にて低圧冷媒が蒸発する際に電池用送風空気を介して二次電池55から吸熱した吸熱量とを合算した熱量を利用することができる。
前述の如く、本実施形態の二次電池55は、比較的熱容量が大きいので、車室内の充分な暖房を行うことができる程度に室内用送風空気を加熱すために必要な熱と室外熱交換器16を除霜するために必要な熱とを蓄熱しておくことができる。従って、除霜運転時に、二次電池55から吸熱した熱を利用することで、室外熱交換器16を除霜することができるだけでなく、室内凝縮器12にて室内用送風空気を充分に加熱することができる。
つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、室外熱交換器16の除霜運転の実行中であっても、室内凝縮器12における室内用送風空気の加熱能力の低下を抑制することができ、車室内の充分な暖房を実現することができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、除霜運転時に、室内凝縮器12にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16へ流入させ、さらに、室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、電池用膨張弁22にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷媒回路に切り替えている。
従って、除霜運転時には、室内凝縮器12における冷媒の放熱温度(凝縮温度)を室外熱交換器16における冷媒の放熱温度よりも高い値とすることができる。これにより、室内凝縮器12では、室内用送風空気の温度を車室内の暖房に必要とされる温度(具体的には、40℃〜60℃程度)まで昇温させることができる。また、室外熱交換器16へ流入する冷媒の温度については、室外熱交換器16の除霜に必要とされる適正な温度(具体的には、5℃〜15℃程度)に低下させることができる。
その結果、除霜運転時に、室外熱交換器16における冷媒の放熱温度を不必要に高温化させてしまうことがなく、圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱を室内用送風空気を加熱するために、効率的に利用することができる。延いては、圧縮機11の消費動力を低減させることができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、(e)暖房+加熱運転モードおよび(f)加熱運転モードにて説明したように、二次電池55を加熱する電池加熱運転を行うことができる。そして、低外気温時であっても、電池加熱運転を行うことによって、電池温度Tbを暖機基準温度(本実施形態では、10℃)以上とすることができる。
つまり、低外気温時であっても、電池加熱運転を行うことによって、除霜運転時に車室内の充分な暖房と室外熱交換器16の除霜とを実現するために必要な熱を、二次電池55に蓄熱させることができる。
このことを図10のタイムチャートを用いて具体的に説明する。このタイムチャートでは、低外気温時(具体的には、外気温Tam=0℃の時)に、本実施形態の電気自動車の車両システムを起動させた後の二次電池55の電池温度Tbの変化等を示している。
まず、本実施形態の電気自動車を、低外気温環境下で、車両システムを停止させた状態にしておくと、電池温度Tbも外気温Tamと同程度(本実施形態では、0℃)に低下してしまう。前述の如く、二次電池55の容量を充分に活かして車両を走行させるためには、車両走行前に二次電池55を暖機して、電池温度Tbを10℃以上に昇温させておく必要がある。
そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、車両システムの起動後であって、車両の走行開始前である図10の(1)電池プレ暖機の期間に、二次電池55の暖機を行う。具体的には、図10の(1)電池プレ暖機では、冷凍サイクル装置10を(f)加熱運転モードで作動させることによって、二次電池55の暖機を行う。
この際、冷凍サイクル装置10による二次電池55の暖機能力を2kWとすると、本実施形態の二次電池55では、約8分で電池温度Tbが0℃から暖機基準温度(本実施形態では、10℃)まで昇温する。
次に、電池温度Tbが10℃に到達した後に、車両の走行を開始させる。この際、外気温Tamが0℃となっているので、本実施形態では、乗員が操作パネルの選択スイッチにて暖房を選択するものとする。従って、図10の(2)暖房の期間では、車両を走行させながら車室内の暖房を行う。具体的には、図10の(2)暖房では、冷凍サイクル装置10を(d)暖房運転モードで作動させることによって、車室内の暖房を行う。
なお、暖房初期は車室内の温度が外気温Tamと同程度に低いので、冷凍サイクル装置10の圧縮機11の回転数を最大回転数として室内用送風空気の加熱能力を最大(本実施形態では、4kW程度)とするウォームアップ暖房が行われる。そして、室内用送風空気の送風空気温度TAVが目標吹出温度TAO(例えば、45℃)に到達した後に、前述した圧縮機11の回転数制御が行われ、室内用送風空気の加熱能力が2kW程度となる。
また、車両の走行時には、二次電池55が自己発熱するので、二次電池55の温度が上昇する。本発明者らの検討によれば、本実施形態の電気自動車を一般的な市街地で走行させると、二次電池55の発熱量が60分間で約360kJとなり、二次電池55の温度は60分間で約3.6℃上昇することが判っている。
さらに、冷凍サイクル装置10を(d)暖房運転モードで作動させ、室外熱交換器16に着霜が生じてしまうと、冷凍サイクル装置10における室内用送風空気の加熱能力が低下してしまう。そこで、図10のタイムチャートでは、車両の走行開始から60分経過した際に、着霜判定手段によって室外熱交換器16に着霜が生じていると判定されたものとして、図10の(3)除霜の期間で、室外熱交換器16の除霜を行う。
具体的には、図10の(3)除霜では、冷凍サイクル装置10を(i)除霜運転モードで作動させることによって、室外熱交換器16の除霜を行う。前述の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10の除霜運転モードでは、室内用送風空気の加熱能力を低下させることなく(すなわち、車室内の暖房能力を低下させることなく)、室外熱交換器16の除霜を行うことができる。
ところが、冷凍サイクル装置10を(i)除霜運転モードで作動させると、冷媒が電池用熱交換器23にて電池用送風空気から吸熱して蒸発するので、電池用送風空気が冷却され、二次電池55も冷却されることになる。
ここで、本発明者らの検討によれば、(i)除霜運転モードで作動する冷凍サイクル装置10による二次電池55の冷却能力を2kW(すなわち、図10の暖機能力が−2kW)とすると、本実施形態の室外熱交換器16の除霜を行うために必要な時間は5分程度であり、この間に二次電池55の電池温度Tbが6℃程度低下することが判っている。
そこで、本実施形態では、図10の(3)除霜に続く(4)暖房+暖機の期間で、車室内の暖房と二次電池55の加熱を行う。具体的には、図10の(4)暖房+暖機では、冷凍サイクル装置10を(e)暖房+加熱運転モードで作動させることによって、車室内の暖房と二次電池55の加熱を行う。
この際、冷凍サイクル装置10による二次電池55の暖機能力を2kWとすると、本実施形態の二次電池55では、約2分で電池温度Tbが7.6℃から10℃まで昇温する。そして、二次電池55の温度が10℃まで昇温した後には、図10の(5)暖房に示すように、再び(2)暖房と同様に、車室内の暖房が行われる。
つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、除霜運転の完了後、(i)除霜運転モードの冷媒回路から直接(d)暖房運転モードの冷媒回路へ切り替えることなく、(i)除霜運転モードの冷媒回路から電池加熱運転を行う(e)暖房+加熱運転モードの冷媒回路へ切り替えているので、除霜運転の完了後、速やかに二次電池55を暖機して、電池温度Tbを暖機基準温度とすることができる。
従って、低外気温時であっても、除霜運転の完了後、電池加熱運転を行う(e)暖房+加熱運転モードの冷媒回路へ切り替えることによって、車室内の充分な暖房と室外熱交換器16の除霜とを実現するために必要な熱を、速やかに二次電池55に蓄熱させることができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図11のタイムチャートに示すように、車両走行中に電池温度Tbを第1実施形態よりも高温となるまで(具体的には、18℃程度となるまで)上昇させる例を説明する。このような制御は、基準暖機温度を第1実施形態よりも高い値に設定しておくことで実現することができる。その他の冷凍サイクル装置10の構成および作動は第1実施形態と同様である。
具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、第1実施形態で説明したウォームアップ暖房の終了後であって、図11の(3)暖房+暖機の期間に、冷凍サイクル装置10を(e)暖房+加熱運転モードで作動させることによって、車室内の暖房と二次電池55の加熱を行っている。
さらに、本実施形態の(3)暖房+暖機の期間では、冷凍サイクル装置10の暖機能力を0.2kW程度に低下させている。この期間では、冷凍サイクル装置10が二次電池55を加熱するだけでなく、二次電池55が自己発熱することから冷凍サイクル装置10の暖機能力を0.2kW程度としても、図11に示すように、車両の走行開始から60分経過した後に、電池温度Tbを18.4℃程度まで昇温させることができる。
また、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、車両の走行開始から60分経過した後に、着霜判定手段によって室外熱交換器16に着霜が生じていると判定されたものとして、図11の(4)除霜の期間で、室外熱交換器16の除霜を行う。これにより、二次電池55の電池温度Tbが低下して、12.4℃程度となる。
ここで、本実施形態のように、除霜運転の完了後に、電池温度Tbが適性温度領域になっていれば、除霜運転の完了直後に二次電池55を暖機する必要がない。従って、本実施形態では、除霜運転の完了後、(i)除霜運転モードの冷媒回路から、電池加熱運転を行うことなく、直接(d)暖房運転モードの冷媒回路へ切り替えている。
本実施形態の如く、室外熱交換器16の除霜運転を行う前の車両走行中に電池暖機運転を行って二次電池55に蓄熱させても、第1実施形態と同様に、除霜運転時に、二次電池55から吸熱した熱を利用して、室外熱交換器16を除霜することができるとともに、室内凝縮器12にて室内用送風空気を充分に加熱することができる。
なお、ウォームアップ暖房では、前述の如く、冷凍サイクル装置10の圧縮機11の回転数を最大回転数として室内用送風空気の加熱能力を最大としているので、ウォームアップ暖房時の冷凍サイクル装置10には、電池用送風空気を加熱する暖機能力を発揮する余力がない。
そこで、本実施形態では、ウォームアップ暖房の終了後に、冷凍サイクル装置10を(e)暖房+加熱運転モードで作動させている。従って、ウォームアップ暖房を実行しない場合は、車両の走行開始と同時に、冷凍サイクル装置10を(e)暖房+加熱運転モードで作動させて車室内の暖房と二次電池55の加熱を行ってもよい。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図12、図13の全体構成図に示すように、冷凍サイクル装置10のサイクル構成を変更した例を説明する。
具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口側に、第1三方弁13aを配置するとともに、電池用開閉弁21を廃止し、第5三方継手14eの他方の冷媒流出口と第1三方継手14aの他方の冷媒流入口とを接続する冷媒流路に、全閉機能付きの電池用膨張弁22を配置している。
従って、本実施形態の第1三方弁13aは、実質的に、圧縮機11の吐出口側と室内凝縮器12の冷媒入口側とを接続する冷媒回路、および圧縮機11の吐出口側と電池用熱交換器23の冷媒入口側とを接続する冷媒回路を切り替える。また、室内凝縮器12の冷媒出口側は、第2三方継手14bの一方の冷媒流入口に接続されている。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、冷媒回路を切り替えることによって、第1実施形態と同様に、車室内の空調および二次電池55の温度調整を行うことができる。以下に、本実施形態の冷凍サイクル装置10における各運転モードについて説明する。
(a)冷房運転モード
冷房運転モードでは、制御装置が、圧縮機11の吐出口側と室内凝縮器12の冷媒入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を絞り状態とし、電池用膨張弁22を全閉とする。
これにより、第1実施形態の冷房運転モードと同様に、室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、冷房用膨張弁19にて減圧させて室内蒸発器20にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。従って、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の冷房を行うことができる。
(b)冷房+冷却運転モード
冷房+冷却運転モードでは、制御装置が、圧縮機11の吐出口側と室内凝縮器12の冷媒入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を絞り状態とし、電池用膨張弁22を絞り状態とする。
これにより、第1実施形態の冷房+冷却運転モードと同様に、室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、冷房用膨張弁19にて減圧させて室内蒸発器20にて蒸発させるとともに、電池用膨張弁23にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。
従って、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の冷房を行うことができる。さらに、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の冷却を行うことができる。
(c)冷却運転モード
冷却運転モードでは、制御装置が、圧縮機11の吐出口側と室内凝縮器12の冷媒入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用膨張弁22を絞り状態とする。
これにより、第1実施形態の冷却運転モードと同様に、室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、電池用膨張弁23にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。従って、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の冷却を行うことができる。
(d)暖房運転モード
暖房運転モードでは、制御装置が、圧縮機11の吐出口側と室内凝縮器12の冷媒入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を開き、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用膨張弁22を全閉とする。
これにより、第1実施形態の暖房運転モードと同様に、室内凝縮器12にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。従って、室内凝縮器12にて加熱された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の暖房を行うことができる。
(f)加熱運転モード
加熱運転モードでは、制御装置が、圧縮機11の吐出口側と電池用熱交換器23の冷媒入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を開き、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用膨張弁22を全閉とする。
これにより、加熱運転モードでは、図12の実線矢印に示すように、圧縮機11→(第1三方弁13a→)電池用熱交換器23→(第2三方弁13b→)暖房用膨張弁15→室外熱交換器16→(暖房用開閉弁17→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。暖房+加熱運転モードと同様に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、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の電動モータに出力される制御信号については、電池用熱交換器23内の冷媒圧力が電池温度Tbを適切な温度範囲内(本実施形態では、10℃〜40℃)となるように決定される。その他の制御対象機器の作動状態については第1実施形態の加熱運転モードと同様に決定される。
これにより、第1実施形態の加熱運転モードと同様に、電池用熱交換器23にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。従って、電池用熱交換器23にて加熱された電池用送風空気を二次電池55へ向けて吹き付けることによって電池の加熱を行うことができる。つまり、この運転モードでの運転は、特許請求の範囲に記載された電池加熱運転である。
(i)除霜運転モード
除霜運転モードでは、制御装置が、圧縮機11の吐出口側と室内凝縮器12の冷媒入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御し、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用膨張弁22を絞り状態とする。
これにより、除霜運転モードでは、図13の実線矢印に示すように、圧縮機11→(第1三方弁13a→)室内凝縮器12→暖房用膨張弁15→室外熱交換器16→(逆止弁18→)電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→(第2三方弁13b→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。
これにより、第1実施形態の除霜運転モードと同様に、室内凝縮器12および室外熱交換器16にて放熱させた冷媒を、電池用膨張弁23にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。従って、第1実施形態の除霜運転モードと同様に、室外熱交換器16を除霜することができるだけでなく、室内凝縮器12にて室内用送風空気を充分に加熱することができる。
さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、第1実施形態と同様に、外気温が比較的高温あるいは低温になりにくい春季や秋季には、(g)暖房+冷却運転モード、および(h)冷房+加熱運転モードでの運転を実行することもできる。
これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、圧縮機11の吐出口側に第1三方弁13aが配置されているので、圧縮機11から吐出された冷媒を室内凝縮器12および電池用熱交換器23の双方へ同時に流入させることができない。つまり、車室内の暖房と二次電池55の加熱とを同時に行う(e)暖房+加熱運転モードでの運転を行うことができない。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、第1実施形態に対して、図14のタイムチャートに示すように、(3)除霜に期間に実行される除霜運転の完了後、(i)除霜運転モードの冷媒回路から直接(d)暖房運転モードの冷媒回路へ切り替えている。さらに、図14の(2)暖房および(4)暖房では、第1実施形態と同様に、二次電池55の自己発熱によって、二次電池55の温度が上昇する。
本実施形態のように冷凍サイクル装置10の冷媒回路を切り替えても、除霜運転時には、二次電池55の自己発熱によって二次電池55に蓄えられた熱を利用することで、室外熱交換器16を除霜することができるだけでなく、室内凝縮器12にて室内用送風空気を充分に加熱することができる。
(第4実施形態)
第1実施形態では、電池用送風空気(気体)を加熱あるいは冷却することによって二次電池55の温度調整を行う例を説明したが、本実施形態では、図15の全体構成図に示すように、熱媒体回路50aを流通する熱媒体(液体)を加熱あるいは冷却することによって二次電池55の温度調整を行う例を説明する。
具体的には、熱媒体回路50aは、二次電池55を温度調整する熱媒体(具体的には、エチレングリコール水溶液)を循環させる回路である。より詳細には、熱媒体回路50aは、熱媒体圧送用の水ポンプ52a、熱媒体と冷媒とを熱交換させる水−冷媒熱交換器23aの水通路23c、二次電池55の内部あるいは外部に形成された熱媒体通路を順次配管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、制御装置から出力される制御信号によって、その作動(熱媒体圧送能力)が制御される電動水ポンプである。より具体的には、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23aは、冷媒通路23bを流通する冷媒と水通路23cを流通する熱媒体とを熱交換させる電池用熱交換器である。このような水−冷媒熱交換器23aの具体的構成としては、冷媒通路23bを形成する冷媒配管の外周に水通路23cを形成する配管を巻き付けて熱媒体と冷媒とを熱交換させる構成を採用してもよい。
また、冷媒通路23bとして冷媒を流通させる蛇行状のチューブあるいは複数本のチューブを採用し、隣り合うチューブ間に水通路23cを形成し、さらに、冷媒と冷却水との間の熱交換を促進するコルゲートフィンやプレートフィンを設ける熱交換器構成等を採用してもよい。
さらに、本実施形態の制御装置の入力側には、二次電池55の熱媒体通路へ流入する熱媒体の入口側温度Tinを検出する熱媒体入口側温度センサ、二次電池55の熱媒体通路から流出する熱媒体の熱媒体の出口側温度Toutを検出する熱媒体出口側温度センサが接続されている。
そして、二次電池の冷却あるいは加熱を行う際の水ポンプ52aの水圧送能力は、入口側温度Tinと出口側温度Toutとの温度差が予め定めた所定温度差(例えば、5℃)程度となるように制御される。その他の構成および作動は第1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、(e)暖房+加熱運転モード、(f)加熱運転モード等の冷媒回路に切り替えて作動させた際には、圧縮機11から吐出された冷媒を水−冷媒熱交換器23aの冷媒通路23bへ流入させて、水通路23cを流通する熱媒体を加熱することができる。これにより二次電池55を加熱することができる。
また、(b)冷房+冷却運転モード、(c)冷却運転モード等の冷媒回路に切り替えて作動させた際には、電池用膨張弁22にて減圧された冷媒を水−冷媒熱交換器23aの冷媒通路23bへ流入させて、水通路23cを流通する熱媒体を冷却することができる。これにより二次電池55を冷却することができる。
さらに、本実施形態のように熱媒体回路50aを採用する構成であっても、第1実施形態と同様に、除霜運転時には、熱媒体を介して二次電池55から吸熱した熱を利用して、室外熱交換器16を除霜することができるとともに、室内凝縮器12にて室内用送風空気を充分に加熱することができる。
(第5実施形態)
本実施形態では、図16の全体構成図に示すように、第1実施形態に対して、電池用膨張弁22から流出した冷媒にて直接二次電池55を冷却あるいは加熱している。より詳細には、電池用膨張弁22から流出した冷媒を、二次電池55の内部あるいは外周に形成された冷媒通路を通過させて第2三方弁13b側へ流出させている。
その他の構成および作動は第1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、(e)暖房+加熱運転モード、(f)加熱運転モード等の冷媒回路に切り替えて作動させた際には、圧縮機11から吐出された冷媒にて直接二次電池55を加熱することができる。
また、(b)冷房+冷却運転モード、(c)冷却運転モード等の冷媒回路に切り替えて作動させると、電池用膨張弁22にて減圧された冷媒にて直接二次電池55を冷却することができる。
さらに、本実施形態のように電池用膨張弁22から流出した冷媒にて直接二次電池55を冷却あるいは加熱する構成であっても、第1実施形態と同様に、除霜運転時には、二次電池55から吸熱した熱を利用して、室外熱交換器16を除霜することができるとともに、室内凝縮器12にて室内用送風空気を充分に加熱することができる。
(第6実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、図17〜図23の全体構成図に示すように、冷凍サイクル装置10aのサイクル構成を変更した例を説明する。
具体的には、本実施形態の冷凍サイクル装置10aでは、圧縮機11aとして、その外殻を形成するハウジングの内部に、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との2つの圧縮機構、および、双方の圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された二段昇圧式の電動圧縮機を採用している。なお、本実施形態の圧縮機11aの電動モータも制御装置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。
圧縮機11aのハウジングには、ハウジングの外部から低段側圧縮機構へ低圧冷媒を吸入させる吸入口、ハウジングの外部からサイクル内で生成された中間圧冷媒を流入させて低圧から高圧への圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧吸入口、および高段側圧縮機構から吐出された高圧冷媒をハウジングの外部へ吐出させる吐出口が設けられている。
なお、本実施形態では、2つの圧縮機構を1つのハウジング内に収容した圧縮機11aを採用しているが、圧縮機の形式はこれに限定されない。つまり、中間圧吸入口から中間圧冷媒を流入させて低圧から高圧への圧縮過程の冷媒に合流させることが可能であれば、ハウジングの内部に、1つの固定容量型の圧縮機構およびこの圧縮機構を回転駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機を採用してもよい。
さらに、2つの圧縮機を直列に接続して、低段側に配置される低段側圧縮機の吸入口を圧縮機全体としての吸入口とし、高段側に配置される高段側圧縮機の吐出口を圧縮機全体としての吐出口とし、低段側圧縮機の吐出口と高段側圧縮機との吸入口とを接続する接続部に中間圧吸入口を設け、低段側圧縮機と高段側圧縮機との2つの圧縮機によって、1つの二段昇圧式の圧縮機を構成してもよい。
また、本実施形態では、暖房用膨張弁15の出口側に、暖房用膨張弁15から流出した冷媒の気液を分離する気液分離手段としての気液分離器25の冷媒流入口が接続されている。気液分離器25としては、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式のもの等を採用することができる。
気液分離器25の気相冷媒流出口には、図17に示すように、気相冷媒通路26を介して、圧縮機11aの中間圧吸入口が接続されている。さらに、気相冷媒通路26には、気相冷媒通路開閉弁26aが配置されている。気相冷媒通路開閉弁26aは、暖房用開閉弁17等と同様の構成の電磁弁であって、気相冷媒通路26を開閉する開閉手段である。
従って、気相冷媒通路開閉弁26aが開いた際には、気液分離器25の気相冷媒流出口から流出した冷媒が、気相冷媒通路26を介して、圧縮機11aの中間圧吸入口から吸入される冷媒回路に切り替え、気相冷媒通路開閉弁26aが閉じた際には、気液分離器25の気相冷媒流出口から冷媒を流出させない冷媒回路に切り替えることができる。つまり、気相冷媒通路開閉弁26aは、冷媒回路切替手段を構成している。
なお、気相冷媒通路開閉弁26aは、気相冷媒通路26を開いた際に気液分離器25の気相冷媒出口から圧縮機11aの中間圧吸入口側へ冷媒が流れることのみを許容する逆止弁としての機能を兼ね備えている。これにより、気相冷媒通路開閉弁26aが気相冷媒通路26を開いた際に、圧縮機11a側から気液分離器25へ冷媒が逆流してしまうことが防止されている。
一方、気液分離器25の液相冷媒流出口には、気液分離器25にて分離された液相冷媒を減圧させる減圧手段としての中間固定絞り27の入口側が接続されている。この中間固定絞り27としては、絞り開度が固定されたノズル、オリフィス、キャピラリチューブ等を採用することができる。中間固定絞り27の出口側には、室外熱交換器16の冷媒入口側が接続されている。
さらに、気液分離器25の液相冷媒流出口には、気液分離器25にて分離された液相冷媒を中間固定絞り27を迂回させて室外熱交換器16の冷媒入口側へ導く固定絞り迂回通路28が接続されている。この固定絞り迂回通路28には、固定絞り迂回通路28を開閉する迂回通路開閉弁28aが配置されている。なお、迂回通路開閉弁28aの基本的構成は、暖房用開閉弁17等と同様である。
ここで、冷媒が迂回通路開閉弁28aを通過する際に生じる圧力損失は、冷媒が中間固定絞り27を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。従って、制御装置が迂回通路開閉弁28aを開いた際には、気液分離器25から流出した液相冷媒が固定絞り迂回通路28を介して室外熱交換器16へ流入する。また、制御装置が迂回通路開閉弁28aを閉じた際には、気液分離器25から流出した液相冷媒が中間固定絞り27にて減圧された後に室外熱交換器16へ流入する。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10aでは、冷媒回路を切り替えることによって、第1実施形態と同様に、車室内の空調および二次電池55の温度調整を行うことができる。以下に、本実施形態の冷凍サイクル装置10aにおける各運転モードについて説明する。なお、各運転モードの切り替えは、第1実施形態と同様に行われる。
(a)冷房運転モード
冷房運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を絞り状態とし、電池用膨張弁22を全閉とし、気相冷媒通路開閉弁26aを閉じ、迂回通路開閉弁28aを開く。
これにより、本実施形態の冷房運転モードでは、図17の実線矢印に示すように、実質的に、第1実施形態の冷房運転モードと同様に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成することができる。従って、第1実施形態の冷房運転モードと同様に、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の冷房を行うことができる。
なお、冷房モードでは、気相冷媒通路開閉弁26aが閉じているので、圧縮機11aは単段昇圧式の圧縮機として機能する。また、気液分離器25にて分離された液相冷媒は、分離された液相冷媒に対して優先的に液相冷媒流出口から流出する。このことは、気相冷媒通路開閉弁26aが閉じられる他の運転モード(例えば、(b)冷房+冷却運転モード、(c)冷却運転モード等)においても同様である。
(b)冷房+冷却運転モード
冷房+冷却運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を絞り状態とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とし、気相冷媒通路開閉弁26aを閉じ、迂回通路開閉弁28aを開く。
これにより、本実施形態の冷房+冷却運転モードでは、図18の実線矢印に示すように、実質的に、第1実施形態の冷房+冷却運転モードと同様に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成することができる。従って、第1実施形態の冷房+冷却運転モードと同様に、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の冷房を行うことができる。さらに、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の冷却を行うことができる。
(c)冷却運転モード
冷却運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とし、気相冷媒通路開閉弁26aを閉じ、迂回通路開閉弁28aを開く。
これにより、本実施形態の冷却運転モードでは、図19の実線矢印に示すように、実質的に、第1実施形態の冷房+冷却運転モードと同様に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成することができる。従って、第1実施形態の冷却運転モードと同様に、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の冷却を行うことができる。
(d)暖房運転モード
暖房運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を開き、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を閉じ、気相冷媒通路開閉弁26aを開き、迂回通路開閉弁28aを閉じる。
これにより、本実施形態の暖房運転モードでは、図20の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→)暖房用膨張弁15→気液分離器25→中間固定絞り27→室外熱交換器16→(暖房用開閉弁17→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、気液分離器25の気相冷媒流出口から圧縮機11の中間圧吸入口へ中間圧気相冷媒を吸入させるガスインジェクションサイクルが構成される。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、第1実施形態の暖房運転モードと同様に、各種制御対象機器の作動状態を決定する。従って、暖房運転モードでは、第1実施形態と同様に、室内凝縮器12にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。そして、室内凝縮器12にて加熱された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の暖房を行うことができる。
さらに、暖房運転モード時には、冷凍サイクル装置10aが、冷媒を多段階に昇圧して、サイクル内で生成された中間圧冷媒を低段側圧縮機構から吐出された冷媒と合流させて高段側圧縮機構へ吸入させるガスインジェクションサイクルを構成する冷媒回路に切り替えられる。これにより、圧縮機11の機械効率(圧縮効率)を向上させて、COPを向上させることができる。
(e)暖房+加熱運転モード
暖房+加熱運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を開き、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を閉じ、気相冷媒通路開閉弁26aを開き、迂回通路開閉弁28aを閉じる。
これにより、本実施形態の暖房+加熱運転モードでは、図21の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1三方弁13a→)→電池用膨張弁22→電池用熱交換器23→(第2三方弁13b→)暖房用膨張弁15→気液分離器25→中間固定絞り27→室外熱交換器16→(暖房用開閉弁17→)アキュムレータ24→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、気液分離器25の気相冷媒流出口から圧縮機11の中間圧吸入口へ中間圧気相冷媒を吸入させるガスインジェクションサイクルが構成される。
この冷媒回路の構成で、制御装置は、第1実施形態の暖房+加熱運転モードと同様に、各種制御対象機器の作動状態を決定する。従って、暖房+加熱運転モードでは、第1実施形態と同様に、室内凝縮器12および電池用熱交換器23にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。
そして、室内凝縮器12にて加熱された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の暖房を行うことができるとともに、電池用熱交換器23にて加熱された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の加熱を行うことができる。また、暖房+加熱運転モードにおいても、ガスインジェクションサイクルを構成することによって、COPを向上させることができる。
(f)加熱運転モード
加熱運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を開き、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を閉じ、電池用膨張弁22を全開とし、気相冷媒通路開閉弁26aを開き、迂回通路開閉弁28aを閉じる。
これにより、本実施形態の加熱運転モードでは、図22の実線矢印に示すように、暖房+加熱運転モードと同様に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。この冷媒回路の構成で、制御装置は、第1実施形態の暖房+加熱運転モードと同様に、各種制御対象機器の作動状態を決定する。
従って、暖房+加熱運転モードでは、第1実施形態と同様に、電池用熱交換器23にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。
そして、電池用熱交換器23にて加熱された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の加熱を行うことができる。また、加熱運転モードにおいても、ガスインジェクションサイクルを構成することによって、COPを向上させることができる。
(g)暖房+冷却運転モード
暖房+冷却運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とし、気相冷媒通路開閉弁26aを開き、迂回通路開閉弁28aを閉じる。
これにより、本実施形態の暖房+冷却運転モードでは、室内凝縮器12にて放熱させた冷媒を、暖房用膨張弁15および中間固定絞り27にて減圧させて室外熱交換器16にて蒸発させ、さらに電池用膨張弁22にて減圧させて電池用熱交換器23にて蒸発させる冷凍サイクルを構成することができる。
さらに、室内凝縮器12にて加熱された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の暖房を行うとともに、電池用熱交換器23にて冷却された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の冷却を行うことができる。
(h)冷房+加熱運転モード
冷房+加熱運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と電池用膨張弁22の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を全開とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を絞り状態とし、電池用開閉弁21を閉じ、気相冷媒通路開閉弁26aを閉じ、迂回通路開閉弁28aを開く。これにより、本実施形態の冷房+加熱運転モードでは、実質的に、第1実施形態の冷房+加熱運転モードと同様に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成することができる。
従って、第1実施形態の冷房+加熱運転モードと同様に、室内蒸発器20にて冷却された室内用送風空気を車室内へ吹き出すことで車室内の冷房を行うとともに、電池用熱交換器23にて加熱された電池用送風空気を二次電池55へ吹き付けることによって電池の加熱を行うことができる。
(i)除霜運転モード
除霜運転モードでは、制御装置が、室内凝縮器12の冷媒出口側と暖房用膨張弁15の入口側とを接続するように第1三方弁13aの作動を制御し、電池用熱交換器23の冷媒出口側とアキュムレータ24の入口側とを接続するように第2三方弁13bの作動を制御する。
さらに、制御装置は、暖房用膨張弁15を絞り状態とし、暖房用開閉弁17を閉じ、冷房用膨張弁19を全閉とし、電池用開閉弁21を開き、電池用膨張弁22を絞り状態とし、気相冷媒通路開閉弁26aを閉じ、迂回通路開閉弁28aを開く。これにより、本実施形態の除霜運転モードでは、図23の実線矢印に示すように、実質的に、第1実施形態の除霜運転モードと同様に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成することができる。
従って、本実施形態の除霜運転モードにおいても、第1実施形態の除霜運転モードにと同様に、冷媒が電池用送風空気を介して二次電池55から吸熱した熱を利用して、室外熱交換器16を除霜することができるだけでなく、室内凝縮器12にて室内用送風空気を充分に加熱することができる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(1)上述の実施形態では、冷凍サイクル装置10、10aを電気自動車に適用した例を説明したが、内燃機関と走行用電動モータの双方から車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両に適用してもよい。ハイブリッド車両に適用する場合に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ヒータコアを、室内空調ユニット30の空気通路に配置してもよい。
また、上述の実施形態では、空調対象空間へ送風される室内用送風空気を熱交換対象流体とした例を説明したが、熱交換対象流体はこれに限定されない。例えば、内燃機関用の冷却水、内燃機関へ供給される吸気、並びに、電動モータ、インバータ、トランスミッション、エンジン触媒の冷却水等を熱交換対象流体としてもよい。
(2)上述の実施形態では、冷凍サイクル装置10、10aの冷媒回路切替手段としての第1、第2三方弁13a、13b等を採用した例を説明したが、冷媒回路切替手段はこれに限定されない。例えば、第1、第2三方弁13a、13bに代えて、3つの電磁弁を組み合わせて冷媒回路切替手段を構成してもよい。
また、上述の実施形態では、暖房用膨張弁15として全開機能付きの可変絞り機構を採用した例を説明したが、暖房用膨張弁15として全開機能を有していない室外器用減圧手段(固定絞りを含む)を採用してもよい。この場合は、室外器用減圧手段を迂回するバイパス通路を設け、このバイパス通路に暖房用開閉弁17等と同様の構成の開閉弁を配置して、この開閉弁を冷媒流路切替手段として機能させればよい。
また、上述の実施形態では、冷房用膨張弁19として全閉機能付きの可変絞り機構を採用した例を説明したが、冷房用膨張弁19として全閉機能を有していない冷房用の減圧手段(固定絞りを含む)を採用してもよい。この場合は、暖房用開閉弁17等と同様の構成の開閉弁を、冷房用の減圧手段に対して直列的に配置して、この開閉弁を冷媒流路切替手段として機能させればよい。
また、第6実施形態では、固定絞り迂回通路28および迂回通路開閉弁28aを採用した例を説明したが、迂回通路開閉弁28aに代えて、気液分離器25の液相冷媒流出口と中間固定絞り27入口側とを接続する冷媒回路と、気液分離器25の液相冷媒流出口と固定絞り迂回通路28入口側とを接続する冷媒回路とを切り替える電気式の三方弁を採用してもよい。
(3)上述の実施形態では、着霜判定手段として、室外器温度Tsが基準着霜温度Tks(例えば、−10℃)以下となっている際に、室外熱交換器16に着霜が生じていると判定するものを採用したが、着霜判定手段はこれに限定されない。例えば、室外器温度Tsが基準着霜温度Tks(例えば、0℃)以下となっている時間が予め定めた予定時間(例えば、5分)経過した際に、室外熱交換器16に着霜が生じていると判定してもよい。
(4)上述の実施形態では、二次電池55の冷却あるいは加熱を行わない運転モード(具体的には、(a)冷房運転モードおよび(d)暖房運転モード)時に、電池パック50の送風機52を停止させた例を説明したが、前述の如く二次電池55は温度分布が生じやすいので、これらの運転モード時にも送風機52を作動させてもよい。これにより、電池パック50内の電池用送風空気を循環させて、二次電池55の温度分布を抑制できる。
(5)上述の実施形態では、電池温度Tbを検出する温度検出手段として、二次電池55本体の温度を検出する温度センサを採用した例を説明したが、温度検出手段はこれに限定されない。例えば、第1実施形態であれば、二次電池55通過直後の電池用送風空気の温度を検出する温度検出手段を採用してもよいし、第2実施形態であれば、二次電池55通過直後の熱媒体の温度を検出する温度検出手段を採用してもよい。
(6)また、上記の各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。例えば、第6実施形態で説明した冷凍サイクル装置10aを第2実施形態で説明した図11に示すタイムチャートで作動させてもよいし、この冷凍サイクル装置10aにおいて、第4実施形態で説明した熱媒体回路50aを適用してもよいし、第5実施形態で説明したように電池用膨張弁22から流出した冷媒にて直接二次電池55を冷却あるいは加熱させるようにしてもよい。
(7)上述の第1実施形態の冷凍サイクル装置10では、室内凝縮器12にて高圧冷媒と送風空気とを熱交換させることによって送風空気を加熱した例を説明したが、送風空気を加熱する構成はこれに限定されない。
例えば、第4実施形態で説明した熱媒体回路50aと同様の構成の熱媒体循環回路を設け、この熱媒体循環回路に圧縮機11から吐出された高圧冷媒と熱媒体とを熱交換させる水−冷媒熱交換器、および水−冷媒熱交換器にて加熱された熱媒体と送風空気とを熱交換させて送風空気を加熱する熱交換器を配置し、この熱交換器を室内凝縮器12に代えて室内用送風空気を加熱するために用いてもよい。
つまり、圧縮機11から吐出された高圧冷媒を熱源として、熱媒体を介して間接的に室内用送風空気を加熱するようにしてもよい。さらに、内燃機関を有する車両に適用する場合は、内燃機関の冷却水を熱媒体として、熱媒体循環回路を流通させるようにしてもよい。また、電気自動車においては、バッテリや電気機器を冷却する冷却水を熱媒体として、熱媒体循環回路を流通させるようにしてもよい。
10、10a 冷凍サイクル装置
11、11a 圧縮機
12 室内凝縮器(加熱用熱交換器)
13a、13b 第1、第2三方弁(冷媒回路切替手段)
15 暖房用膨張弁(室外器用減圧手段)
16 室外熱交換器
17 暖房用開閉弁(冷媒回路切替手段)
21 電池用開閉弁(冷媒回路切替手段)
22 電池用膨張弁(電池用減圧手段)
23 電池用熱交換器
55 二次電池

Claims (5)

  1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11、11a)と、
    前記圧縮機(11、11a)から吐出された冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させて前記熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と、
    冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(16)と、
    前記室外熱交換器(16)へ流入する冷媒を減圧させる室外器用減圧手段(15)と、
    前記圧縮機(11、11a)から吐出された冷媒および前記室外熱交換器(16)から流出した冷媒のうちいずれか一方の冷媒と電池(55)とを熱交換させて、電池(55)の電池温度(Tb)を調整する電池用熱交換器(23)と、
    前記電池用熱交換器(23)へ流入する冷媒を減圧させる電池用減圧手段(22)と、
    サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(13a、13b、17、19、21)とを備え、
    前記冷媒回路切替手段(13a…21)は、
    前記熱交換対象流体を加熱する流体加熱運転時には、少なくとも前記加熱用熱交換器(12)にて放熱させた冷媒を、前記室外器用減圧手段(15)にて減圧させて前記室外熱交換器(16)にて蒸発させる冷媒回路に切り替え、
    前記室外熱交換器(16)を除霜する除霜運転時には、前記加熱用熱交換器(12)および前記室外熱交換器(16)にて放熱させた冷媒を、前記電池用減圧手段(22)にて減圧させて前記電池用熱交換器(23)にて蒸発させる冷媒回路に切り替えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 前記冷媒回路切替手段(13a…21)は、前記除霜運転時には、前記加熱用熱交換器(12)にて放熱させた冷媒を、前記室外器用減圧手段(15)にて減圧させて前記室外熱交換器(16)へ流入させ、さらに、前記室外熱交換器(16)にて放熱させた冷媒を、前記電池用減圧手段(22)にて減圧させて前記電池用熱交換器(23)にて蒸発させる冷媒回路に切り替え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. 前記冷媒回路切替手段(13a…21)は、前記電池(55)を加熱する電池加熱運転時には、前記電池用熱交換器(23)にて前記圧縮機(11、11a)から吐出された冷媒を放熱させる冷媒回路に切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記室外熱交換器(16)に着霜が生じているか否かを判定する着霜判定手段と、
    前記冷媒回路切替手段(13a…21)の作動を制御する冷媒回路制御手段とを備え、
    前記冷媒回路制御手段は、
    前記着霜判定手段によって前記室外熱交換器(16)に着霜が生じていると判定された際には、前記除霜運転時の冷媒回路に切り替えるように前記冷媒回路切替手段(13a…21)の作動を制御し、
    前記着霜判定手段によって前記室外熱交換器(16)に着霜が生じていないと判定された際には、前記電池温度(Tb)が予め定めた基準暖機温度以上となるように前記冷媒回路切替手段(13a…21)の作動を制御することを特徴とする請求項3に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記冷媒回路制御手段は、前記除霜運転時の冷媒回路から別の冷媒回路へ切り替える際に、前記電池加熱運転時の冷媒回路に切り替えるように、前記冷媒回路切替手段(13a…21)の作動を制御することを特徴とする請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
JP2013107766A 2013-05-22 2013-05-22 冷凍サイクル装置 Pending JP2014228190A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013107766A JP2014228190A (ja) 2013-05-22 2013-05-22 冷凍サイクル装置
US14/890,926 US20160116197A1 (en) 2013-05-22 2014-05-12 Refrigeration cycle device
DE112014002518.6T DE112014002518T5 (de) 2013-05-22 2014-05-12 Kältekreislaufvorrichtung
PCT/JP2014/002484 WO2014188674A1 (ja) 2013-05-22 2014-05-12 冷凍サイクル装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013107766A JP2014228190A (ja) 2013-05-22 2013-05-22 冷凍サイクル装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014228190A true JP2014228190A (ja) 2014-12-08

Family

ID=51933244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013107766A Pending JP2014228190A (ja) 2013-05-22 2013-05-22 冷凍サイクル装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160116197A1 (ja)
JP (1) JP2014228190A (ja)
DE (1) DE112014002518T5 (ja)
WO (1) WO2014188674A1 (ja)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107356022A (zh) * 2016-05-10 2017-11-17 比亚迪股份有限公司 热泵空调系统及电动汽车
WO2017217099A1 (ja) * 2016-06-16 2017-12-21 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
WO2019026530A1 (ja) * 2017-07-31 2019-02-07 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
WO2019026486A1 (ja) * 2017-07-31 2019-02-07 株式会社デンソー ヒートポンプサイクル装置および弁装置
CN109890636A (zh) * 2016-12-16 2019-06-14 株式会社电装 制冷循环装置
WO2019244764A1 (ja) * 2018-06-21 2019-12-26 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
KR20200025832A (ko) * 2018-08-31 2020-03-10 한온시스템 주식회사 차량용 공조 시스템
WO2020066723A1 (ja) * 2018-09-24 2020-04-02 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
WO2020100524A1 (ja) * 2018-11-16 2020-05-22 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 車両用空気調和装置
US20200282806A1 (en) * 2019-03-04 2020-09-10 Denso International America, Inc. Heating and cooling system
KR20210129292A (ko) * 2020-04-17 2021-10-28 한국철도기술연구원 철도차량 및 전장품 열관리 통합시스템

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2987315B1 (fr) * 2012-02-24 2014-03-07 Valeo Systemes Thermiques Dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle et d'une chaine de traction d'un vehicule.
JP2013217631A (ja) * 2012-03-14 2013-10-24 Denso Corp 冷凍サイクル装置
FR3043762B1 (fr) * 2015-11-13 2019-10-18 Valeo Systemes Thermiques Systeme de pompe a chaleur avec valve d'expansion electrique pour un controle ameliore de l'humidite dans un habitacle
JP6607638B2 (ja) * 2015-12-14 2019-11-20 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 車両用空気調和装置
CN105522932B (zh) * 2015-12-21 2017-11-10 吉林大学 车用动力电池组主动风冷散热系统及其控制方法
JP6485390B2 (ja) * 2016-03-08 2019-03-20 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
US10297880B2 (en) 2016-04-20 2019-05-21 Ford Global Technologies, Llc Battery thermal management system
EP3472537B1 (en) * 2016-06-17 2023-03-29 Carrier Corporation Hot gas bypass for battery pack cold start
EP3543540B1 (en) * 2016-11-18 2020-10-21 Mitsubishi Electric Corporation Propeller fan and refrigeration cycle device
GB2558914B (en) * 2017-01-19 2021-03-31 Arrival Ltd Thermal management unit and system
JP2019023023A (ja) * 2017-07-24 2019-02-14 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 車両用空気調和装置
DE102017010340A1 (de) 2017-11-08 2019-05-09 Daimler Ag Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug
SE542097C2 (en) * 2017-12-18 2020-02-25 Scania Cv Ab A method and system for climatization of a propulsion battery and a passenger compartment in a vehicle
JP6836209B2 (ja) * 2018-01-10 2021-02-24 株式会社デンソー 車両用冷却システム
FR3082455B1 (fr) * 2018-06-18 2020-11-27 Valeo Systemes Thermiques Systeme de traitement thermique pour vehicule
JP7056819B2 (ja) * 2018-06-27 2022-04-19 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 車両用空気調和装置
JP7163799B2 (ja) * 2019-01-31 2022-11-01 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
KR20210026705A (ko) * 2019-09-02 2021-03-10 현대자동차주식회사 차량용 히트펌프 시스템
US11267318B2 (en) * 2019-11-26 2022-03-08 Ford Global Technologies, Llc Vapor injection heat pump system and controls
JP7112453B2 (ja) * 2020-07-15 2022-08-03 本田技研工業株式会社 車両

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001030744A (ja) * 1999-07-26 2001-02-06 Denso Corp 冷凍サイクル装置
JP2003042604A (ja) * 2001-07-25 2003-02-13 Denso Corp 蒸気圧縮式ヒートポンプサイクル及び空調装置
JP2011105150A (ja) * 2009-11-18 2011-06-02 Hitachi Ltd 車両用空調装置
JP2012017056A (ja) * 2010-07-09 2012-01-26 Nippon Soken Inc 車両用温度調整システム
JP2012188108A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Halla Climate Control Corp 車両用ヒートポンプシステム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI428246B (zh) * 2010-12-22 2014-03-01 Automotive Res & Testing Ct Application of multi-function air conditioning system for electric car thermal management

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001030744A (ja) * 1999-07-26 2001-02-06 Denso Corp 冷凍サイクル装置
JP2003042604A (ja) * 2001-07-25 2003-02-13 Denso Corp 蒸気圧縮式ヒートポンプサイクル及び空調装置
JP2011105150A (ja) * 2009-11-18 2011-06-02 Hitachi Ltd 車両用空調装置
JP2012017056A (ja) * 2010-07-09 2012-01-26 Nippon Soken Inc 車両用温度調整システム
JP2012188108A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Halla Climate Control Corp 車両用ヒートポンプシステム

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107356022A (zh) * 2016-05-10 2017-11-17 比亚迪股份有限公司 热泵空调系统及电动汽车
WO2017217099A1 (ja) * 2016-06-16 2017-12-21 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
CN109328147A (zh) * 2016-06-16 2019-02-12 株式会社电装 制冷循环装置
CN109890636A (zh) * 2016-12-16 2019-06-14 株式会社电装 制冷循环装置
CN109890636B (zh) * 2016-12-16 2022-05-17 株式会社电装 制冷循环装置
CN111033145A (zh) * 2017-07-31 2020-04-17 株式会社电装 制冷循环装置
WO2019026530A1 (ja) * 2017-07-31 2019-02-07 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
WO2019026486A1 (ja) * 2017-07-31 2019-02-07 株式会社デンソー ヒートポンプサイクル装置および弁装置
JP2019027691A (ja) * 2017-07-31 2019-02-21 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
JP2019026118A (ja) * 2017-07-31 2019-02-21 株式会社デンソー ヒートポンプサイクル装置および弁装置
WO2019244764A1 (ja) * 2018-06-21 2019-12-26 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
KR20200025832A (ko) * 2018-08-31 2020-03-10 한온시스템 주식회사 차량용 공조 시스템
KR102598391B1 (ko) * 2018-08-31 2023-11-07 한온시스템 주식회사 차량용 공조 시스템
WO2020066723A1 (ja) * 2018-09-24 2020-04-02 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
WO2020100524A1 (ja) * 2018-11-16 2020-05-22 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 車両用空気調和装置
CN113165479A (zh) * 2018-11-16 2021-07-23 三电汽车空调系统株式会社 车用空调装置
US20200282806A1 (en) * 2019-03-04 2020-09-10 Denso International America, Inc. Heating and cooling system
KR20210129292A (ko) * 2020-04-17 2021-10-28 한국철도기술연구원 철도차량 및 전장품 열관리 통합시스템
KR102352708B1 (ko) * 2020-04-17 2022-01-20 한국철도기술연구원 철도차량 및 전장품 열관리 통합시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US20160116197A1 (en) 2016-04-28
WO2014188674A1 (ja) 2014-11-27
DE112014002518T5 (de) 2016-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014188674A1 (ja) 冷凍サイクル装置
US10889163B2 (en) Heat pump system
US10406889B2 (en) Heat pump system
US20190111756A1 (en) Refrigeration cycle device
JP6201434B2 (ja) 冷凍サイクル装置
WO2013136693A1 (ja) 冷凍サイクル装置
JP6277888B2 (ja) 冷凍サイクル装置
JP5533207B2 (ja) ヒートポンプサイクル
JP5786615B2 (ja) 自動車用温調システム
JP2014211265A (ja) 冷凍サイクル装置
KR101511508B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
JP6075058B2 (ja) 冷凍サイクル装置
WO2013145537A1 (ja) 車両用の空調装置
JP2020176824A (ja) 冷凍サイクル装置
WO2020213537A1 (ja) 冷凍サイクル装置
WO2014024376A1 (ja) 冷凍サイクル装置
KR101941026B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR101544877B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
JP6167891B2 (ja) ヒートポンプサイクル装置。
JP6544287B2 (ja) 空調装置
JP2012076589A (ja) 車両用空調装置
KR101430005B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템 및 그 제어방법
WO2023074322A1 (ja) ヒートポンプサイクル装置
WO2023248868A1 (ja) ヒートポンプサイクル装置
WO2023106020A1 (ja) ヒートポンプサイクル装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150715

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160524

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20161122