JP2018185104A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の冷却効率を高めるとともに電池の温度ばらつきを抑える。
【解決手段】圧縮機１１から吐出された冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器１２と、室外熱交換器１２で熱交換された冷媒の流れを分岐させる分岐部１４と、分岐部１４で分岐された一方の冷媒を減圧させる空気冷却用膨張弁１５と、空気冷却用膨張弁１５で減圧された冷媒を車室内へ送風される空気と熱交換させる空気冷却用蒸発器１６と、分岐部１４で分岐された他方の冷媒を減圧させる電池冷却用膨張弁１８と、電池１と熱伝導可能に接触され、電池冷却用膨張弁１８で減圧された冷媒を電池１と熱交換させる電池冷却用蒸発器１９と、電池冷却用蒸発器１９の少なくとも一部で熱交換された冷媒の圧力を低下させる圧力調整弁２０と、空気冷却用蒸発器１６で熱交換された冷媒の流れと、圧力調整弁２０で減圧された冷媒の流れとを合流させる合流部２１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、特許文献１には、室内用エアコンユニットと電池冷却ユニットと冷媒循環回路とを備えた車両用エアコンシステムが記載されている。

室内用エアコンユニットは、車両の車室内を空調する。電池冷却ユニットは車載の走行用電池を冷却する。走行用電池は複数の電池セルで構成されている。冷媒循環回路は、車室内用エアコンユニット及び電池冷却ユニットに冷媒を供給する。

電池冷却ユニットは、電池が密封収納された空間内に冷気を送り電池を冷却する。電池冷却ユニットは、電池冷却用エバポレータと電池冷却用ブロアとを備えている。電池冷却用エバポレータは、内部の冷媒の気化に伴う吸熱により雰囲気を冷却する。電池冷却用ブロアは、電池冷却用エバポレータに送風する。

この従来技術の車両用エアコンシステムは、電磁弁と電池温度センサと制御用コンピュータとを備えている。電磁弁は、冷媒循環回路に設けられ、電池冷却用エバポレータへの冷媒供給を遮断可能になっている。電池温度センサは、各電池セルの表面温度を電池温度として検出する。制御用コンピュータは、電池温度センサにより検出された各電池温度に基づいて代表電池温度を設定し、代表電池温度に基づいて電磁弁を制御する。

これにより、電池冷却ユニットと車室内用エアコンユニットとで冷媒を共用しながら、限られた冷媒供給能力であっても電池を充放電に支障のない状態にする温度管理と車室内用エアコンに対する出力要求への対応とを両立させることができる。

特開２０１３−２５６２８８号公報

上記従来技術では、電池冷却ユニットは、冷媒の冷熱を、冷気を介して電池に伝えることによって電池を冷却するので、冷却効率が劣るという問題がある。

その点、冷媒の冷熱を熱伝導によって電池に伝えることによって電池を冷却するようにすれば冷却効率を高めることができる。しかしながら、冷媒の冷熱を熱伝導によって電池に伝える場合、電池の部位によって温度にばらつきが生じやすいという問題がある。

具体的には、冷媒流れ上流側では冷媒の温度が低すぎるために電池を冷却しすぎてしまう。冷媒流れ上流側で電池を冷却しすぎてしまうことによって、冷媒流れ下流側では冷媒がほとんど気化して吸熱できなくなるため電池を十分に冷却できなくなってしまう。したがって、冷媒流れ上流側と冷媒流れ下流側とで電池の温度に大きな差が生じてしまう。

電池はある温度以上になると劣化しやすくなるので、電池の温度にばらつきが生じると、電池の劣化が促進されて電池の出力低下を招いてしまう。その結果、車両の航続距離が短くなってしまう。この問題は、リチウムイオン電池において顕著である。

本発明は上記点に鑑みて、電池の冷却効率を高めるとともに電池の温度ばらつきを抑えることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の冷凍サイクル装置では、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
圧縮機（１１）から吐出された冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器（１２）と、
室外熱交換器（１２）で熱交換された冷媒の流れを分岐させる分岐部（１４）と、
分岐部（１４）で分岐された一方の冷媒を減圧させる空気冷却用減圧部（１５）と、
空気冷却用減圧部（１５）で減圧された冷媒を、車室内へ送風される空気と熱交換させて空気を冷却する空気冷却用熱交換器（１６）と、
分岐部（１４）で分岐された他方の冷媒を減圧させる電池冷却用減圧部（１８）と、
電池（１）と熱伝導可能に接触され、電池冷却用減圧部（１８）で減圧された冷媒を電池（１）と熱交換させて電池（１）を冷却する電池冷却用熱交換器（１９）と、
電池冷却用熱交換器（１９）の少なくとも一部で熱交換された冷媒の圧力を低下させる圧力調整部（２０）と、
空気冷却用熱交換器（１６）で熱交換された冷媒の流れと、圧力調整部（２０）で減圧された冷媒の流れとを合流させる合流部（２１）とを備える。

これによると、電池冷却用熱交換器（１９）は電池（１）と熱伝導可能に接触されているので、電池の冷却効率を高めることができる。

電池冷却用熱交換器（１９）から流出した冷媒は圧力調整部（２０）にて減圧された後、空気冷却用熱交換器（１６）から流出した冷媒と合流する。これにより、電池冷却用熱交換器（１９）における冷媒圧力を、空気冷却用熱交換器（１６）における冷媒圧力よりも高くすることができる。

そのため、電池冷却用熱交換器（１９）における冷媒温度を、空気冷却用熱交換器（１６）における冷媒温度よりも高くすることができるので、電池（１）と電池冷却用熱交換器（１９）との温度差（ΔＴ）を小さく抑えることができる。

その結果、電池冷却用熱交換器（１９）の冷媒流れ上流部において冷媒の気化を抑制できるので、電池冷却用熱交換器（１９）の冷媒流れ下流部においても冷媒に良好に吸熱させることができる。したがって、電池（１）の温度ばらつきを抑えることができる。

上記目的を達成するため、請求項５に記載の冷凍サイクル装置では、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
圧縮機（１１）から吐出された冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器（１２）と、
室外熱交換器（１２）で熱交換された冷媒を減圧させる電池冷却用減圧部（１８）と、
電池（１）と熱伝導可能に接触され、電池冷却用減圧部（１８）で減圧された冷媒を電池（１）と熱交換させて電池（１）を冷却する電池冷却用熱交換器（１９）と、
電池冷却用熱交換器（１９）で熱交換された冷媒を減圧させる空気冷却用減圧部（１５）と、
空気冷却用減圧部（１５）で減圧された冷媒を、車室内へ送風される空気と熱交換させて空気を冷却する空気冷却用熱交換器（１６）とを備える。

これによると、電池冷却用熱交換器（１９）は電池（１）と熱伝導可能に接触されているので、電池の冷却効率を高めることができる。

電池冷却用熱交換器（１９）から流出した冷媒は、空気冷却用減圧部（１５）にて減圧された後、空気冷却用熱交換器（１６）に流入する。これにより、電池冷却用熱交換器（１９）における冷媒圧力を、空気冷却用熱交換器（１６）における冷媒圧力よりも高くすることができる。

そのため、電池冷却用熱交換器（１９）における冷媒温度を、空気冷却用熱交換器（１６）における冷媒温度よりも高くすることができるので、電池（１）と電池冷却用熱交換器（１９）との温度差（ΔＴ）を小さく抑えることができる。

その結果、電池冷却用熱交換器（１９）の冷媒流れ上流部において冷媒の気化を抑制できるので、電池冷却用熱交換器（１９）の冷媒流れ下流部においても冷媒に良好に吸熱させることができる。したがって、電池（１）の温度ばらつきを抑えることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第１実施形態における冷凍サイクル装置を循環する冷媒の状態を示すモリエル線図である。 比較例における電池の冷却量の分布を示すグラフである。 第１実施形態における電池の冷却量の分布を示すグラフである。 第２実施形態における冷凍サイクル装置の要部構成図である。 第３実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第３実施形態における冷凍サイクル装置を循環する冷媒の状態を示すモリエル線図である。

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

（第１実施形態）
図１に示す冷凍サイクル装置１０はハイブリッド車両に適用されている。ハイブリッド車両は、エンジン（換言すれば内燃機関）および走行用電動モータから走行用の駆動力を得る車両である。冷凍サイクル装置１０は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成している。

冷凍サイクル装置１０は、車室内へ送風される空気を冷却する機能を果たす。車室内の空間は空調対象空間である。車室内へ送風される空気は熱交換対象流体である。

冷凍サイクル装置１０は、車両の電池１を冷却する機能を果たす。電池１は、走行用電動モータの電力源である。例えば、電池１はリチウムイオン電池である。

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。冷媒としてＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。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。

冷凍サイクル装置１０の圧縮機１１は、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。圧縮機１１は、車両のボンネット内に配置されている。圧縮機１１は、その外殻を形成するハウジングの内部に圧縮機構および電動モータを収容して構成された電動圧縮機である。

圧縮機１１のハウジングには、吸入ポート１１ａおよび吐出ポート１１ｂが設けられている。吸入ポート１１ａは、ハウジングの外部から圧縮機構へ低圧冷媒を吸入させる。吐出ポート１１ｂは、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。

圧縮機１１の圧縮機構は、例えばスクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構、ローリングピストン型圧縮機構等の各種形式のものである。

圧縮機１１の電動モータの回転数は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。圧縮機１１の電動モータは、交流モータまたは直流モータである。電動モータの回転数が制御されることによって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。

圧縮機１１の吐出ポート１１ｂには、室外熱交換器１２の冷媒入口側が接続されている。室外熱交換器１２は、車両のボンネット内に配置されている。室外熱交換器１２は、その内部を流通する冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を放熱させる放熱器である。送風ファン１３は、室外熱交換器１２に外気を送風する。

室外熱交換器１２の冷媒出口側には冷媒分岐部１４が配置されている。冷媒分岐部１４は、室外熱交換器１２から流出した冷媒の流れを二手に分岐させる。

冷媒分岐部１４の一方の冷媒出口側には空気冷却用膨張弁１５が配置されている。空気冷却用膨張弁１５は、室外熱交換器１２から流出した冷媒を減圧させる空気冷却用減圧部である。

空気冷却用膨張弁１５は電気式可変絞り機構である。電気式可変絞り機構は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、弁体の絞り開度を変化させる電動アクチュエータとを有している。空気冷却用膨張弁１５は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。

空気冷却用膨張弁１５の出口側には、空気冷却用蒸発器１６の冷媒入口側が接続されている。空気冷却用蒸発器１６は、室内空調ユニット３０の空調ケース３１の内部に配置されている。空気冷却用蒸発器１６は、その内部を流通する冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることにより車室内へ送風される空気を冷却する空気冷却用熱交換器である。

空気冷却用蒸発器１６の出口側には、アキュムレータ１７の入口側が接続されている。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の吸入ポート１１ａが接続されている。

冷媒分岐部１４の他方の冷媒出口側には電池冷却用膨張弁１８が配置されている。電池冷却用膨張弁１８は、室外熱交換器１２から流出した冷媒を減圧させる電池冷却用減圧部である。

電池冷却用膨張弁１８は、空気冷却用膨張弁１５と同様の電気式可変絞り機構である。電池冷却用膨張弁１８は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。

電池冷却用膨張弁１８の出口側には、電池冷却用蒸発器１９の冷媒入口側が接続されている。電池冷却用蒸発器１９は、電池１と熱伝導可能に接触配置されている。電池冷却用蒸発器１９は、その内部を流通する冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることにより電池１を冷却する電池冷却用熱交換器である。

電池冷却用蒸発器１９の出口側には圧力調整弁２０が配置されている。圧力調整弁２０は、電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒の圧力を低下させる圧力調整部である。圧力調整弁２０は、空気冷却用膨張弁１５と同様の電気式可変絞り機構である。圧力調整弁２０は、制御装置４０から出力される制御信号によって制御される。

圧力調整弁２０の出口側には冷媒合流部２１が配置されている。冷媒合流部２１は、圧力調整弁２０から流出した冷媒の流れを、空気冷却用蒸発器１６から流出した冷媒の流れと合流させる。冷媒合流部２１は、空気冷却用蒸発器１６の冷媒出口側かつアキュムレータ１７の冷媒入口側に配置されている。

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、車室内の図示しない計器盤の内側に配置されている。室内空調ユニット３０は、空調ケース３１を有している。空調ケース３１は、室内空調ユニット３０の外殻を形成している。空調ケース３１の内部には、車室内へ送風される空気の通路が形成されている。空調ケース３１内の空気通路には、送風機３２、空気冷却用蒸発器１６等が収容されている。

空調ケース３１の空気流れ最上流側には、内外気切替装置３３が配置されている。内外気切替装置３３は、空調ケース３１内の空気通路に内気と外気とを切替導入する。

内外気切替装置３３は、内気導入口と外気導入口とを有している。内気導入口は、空調ケース３１内に内気を導入させる。外気導入口は、空調ケース３１内に外気を導入させる。

内外気切替装置３３は、内気導入口の開口面積および外気導入口の開口面積を内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させる内外気割合調整部である。

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を介して吸入し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。送風機３２は、遠心多翼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（換言すれば送風量）が制御される。

空調ケース３１内において送風機３２の空気流れ下流側には、空気冷却用蒸発器１６が配置されている。空気冷却用蒸発器１６は、送風機３２によって送風された空気を冷却する。

空調ケース３１の空気流れ最下流部には開口穴３４が配置されている。開口穴３４には、図示しないダクトが接続されている。ダクトは、車室内へ送風される空気の通路を形成している。空気冷却用蒸発器１６で冷却された空気は、開口穴３４およびダクトを介して車室内へ吹き出される。

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、マイクロコンピュータとその周辺回路とを有している。マイクロコンピュータは、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む。

制御装置４０は、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機器（具体的には、圧縮機１１、送風ファン１３、空気冷却用膨張弁１５、送風機３２、電池冷却用膨張弁１８、圧力調整弁２０等）を制御する。

制御装置４０の入力側には、電池冷却用センサ４１、電池温度センサ４２および過熱度センサ４３が接続されている。

電池冷却用センサ４１は、電池冷却用蒸発器１９に流入する冷媒の温度を検出する温度センサである。電池冷却用センサ４１は、電池冷却用蒸発器１９の温度に関連する物理量を検出する冷媒検出部である。電池冷却用センサ４１は、電池冷却用蒸発器１９に流入する冷媒の圧力を検出する圧力センサであってもよい。

電池温度センサ４２は、電池１の温度を検出する電池温度検出部である。電池温度センサ４２は、電池１内の各セルに設けられていてもよい。過熱度センサ４３は、電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒の過熱度を検出する過熱度検出部である。

制御装置４０の入力側には、空調制御用センサ群４４が接続されている。空調制御用センサ群は例えば、内気センサ、外気センサ、日射センサ、蒸発器温度センサ、吐出圧センサ、吸入圧センサ等である。

内気センサは車室内の温度（換言すれば内気温）を検出する内気温度検出部である。外気センサは外気の温度（換言すれば外気温）を検出する外気温度検出部である。日射センサは、車室内の日射量を検出する日射量検出部である。

蒸発器温度センサは、空気冷却用蒸発器１６の温度ＴＥ（換言すれば、空気冷却用蒸発器１６から吹き出される空気の温度）を検出する蒸発器温度検出部である。蒸発器温度センサは、例えば、空気冷却用蒸発器１６の熱交換フィンの温度を検出するフィンサーミスタや、空気冷却用蒸発器１６を流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ等である。

吐出圧センサは、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する高圧冷媒検出部である。吸入圧センサは、圧縮機１１へ吸入される低圧冷媒の圧力を検出する低圧冷媒検出部である。

制御装置４０の入力側には、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空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルは、車室内の図示しない計器盤に配置されている。

各種空調操作スイッチは、空調作動スイッチおよび車室内温度設定スイッチ等である。空調作動スイッチは、車両用空調装置１を作動させるためのスイッチである。車室内温度設定スイッチは、車室内温度を設定するためのスイッチである。

制御装置４０は、複数の制御部を有している。各制御部は、制御装置４０の出力側に接続された各種制御機器を制御する。例えば、制御装置４０は、空気冷却用膨張弁１５を制御する第１減圧制御部を有している。例えば、制御装置４０は、電池冷却用膨張弁１８を制御する第２減圧制御部を有している。例えば、制御装置４０は、圧力調整弁２０の作動を制御する圧力調整制御部を有している。

制御装置４０の各制御部は、ハードウェアおよびソフトウェアによって構成されている。各制御部は、制御装置４０とは別体の制御装置として構成されていてもよい。

次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動について説明する。制御装置４０は、空調作動スイッチが投入されている場合、制御プログラムを実行し、各種センサ４１〜４４の検出信号および各種空調操作スイッチからの操作信号を読み込む。

そして、読み込んだ検出信号および操作信号の値に基づいて、目標吹出温度ＴＡＯを、以下数式Ｆ１に基づいて算出する。目標吹出温度ＴＡＯは、車室内へ吹き出す空気の目標温度である。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ａｓ＋Ｃ…（Ｆ１）
Ｔｓｅｔは、車室内温度設定スイッチによって設定された車室内設定温度である。Ｔｒは、内気温度センサによって検出された内気温である。Ｔａｍは、外気温度センサによって検出された外気温である。Ａｓは、日射センサによって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

さらに、制御装置４０は、電池温度センサ４２の検出信号の値に基づいて、電池１を冷却する必要があるか否かを判定する。例えば、電池温度センサ４２によって検出された電池１の温度が閾値以上であった場合、電池１を冷却する必要があると判定する。

そして、制御装置４０は、空調作動スイッチが投入されている場合、空気冷却用膨張弁１５を開き、電池１を冷却する必要があると判定した場合、電池冷却用膨張弁１８および圧力調整弁２０を開く。

空気冷却用膨張弁１５、電池冷却用膨張弁１８および圧力調整弁２０を開くことより、圧縮機１１→室外熱交換器１２→空気冷却用膨張弁１５→空気冷却用蒸発器１６→アキュムレータ１７→圧縮機１１の順に冷媒が循環するとともに、圧縮機１１→室外熱交換器１２→電池冷却用膨張弁１８→電池冷却用蒸発器１９→圧力調整弁２０→アキュムレータ１７→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。

このサイクル構成で、制御装置４０は、空気冷却用蒸発器１６から吹き出される空気の温度ＴＥが目標蒸発器温度ＴＥＯとなるように、圧縮機１１を制御する。目標蒸発器温度ＴＥＯは、目標吹出温度ＴＡＯの低下に伴って低下するように決定される。目標蒸発器温度ＴＥＯは、空気冷却用蒸発器１６の着霜を抑制可能な範囲で決定される。例えば、目標蒸発器温度ＴＥＯは、約０℃〜１０℃に決定される。

制御装置４０は、空気冷却用膨張弁１５へ流入する冷媒の圧力に基づいて、サイクルのＣＯＰが極大値に近づくように空気冷却用膨張弁１５の作動を制御する。

制御装置４０は、電池１の温度から電池冷却用蒸発器１９の温度を減じた温度差ΔＴが目標温度差ΔＴＯとなるように、電池冷却用膨張弁１８および圧力調整弁２０を制御する。例えば、目標温度差ΔＴＯは約２０℃に決定される。

制御装置４０は、電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒の過熱度が目標過熱度となるように、電池冷却用膨張弁１８および圧力調整弁２０を制御してもよい。

サイクルを循環する冷媒の状態については、図２のモリエル線図に示すように変化する。圧縮機１１から吐出された高圧冷媒（図２のａ１点）は、室外熱交換器１２へ流入して、外気に放熱して凝縮する（図２のａ１点→ａ２点）。

室外熱交換器１２から流出した冷媒は、空気冷却用膨張弁１５に流入する流れと、電池冷却用膨張弁１８に流入する流れとに分岐する。図２では、図示の都合上、空気冷却用膨張弁１５に流入する冷媒と、電池冷却用膨張弁１８に流入する冷媒とで比エンタルピが異なるように図示されているが、実際には両者の比エンタルピは同じである。

空気冷却用膨張弁１５に流入した冷媒は、空気冷却用膨張弁１５にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される（図２のａ２点→ａ３点）。空気冷却用膨張弁１５にて減圧された低圧冷媒は、空気冷却用蒸発器１６に流入し、空気から吸熱して蒸発する（図２のａ３点→ａ４点）。これにより、車室内へ送風される空気が冷却される。そして、空気冷却用蒸発器１６から流出した冷媒は、アキュムレータ１７→圧縮機１１の吸入側へと流れて再び圧縮機１１にて圧縮される（図２のａ４点→ａ１点）。

電池冷却用膨張弁１８に流入した冷媒は、電池冷却用膨張弁１８にて中間圧冷媒となるまで減圧される（図２のａ２点→ａ５点）。そして、電池冷却用膨張弁１８にて減圧された中間圧冷媒は、電池冷却用蒸発器１９に流入して電池１から吸熱して蒸発する（図２のａ５点→ａ６点）。これにより、電池１が冷却される。

電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒は、圧力調整弁２０へ流入して、圧力調整弁２０にて低圧冷媒となるまで減圧膨張された後、空気冷却用蒸発器１６から流出した冷媒と合流し（図２のａ６点→ａ４点）、アキュムレータ１７→圧縮機１１の吸入側へと流れて再び圧縮機１１にて圧縮される（図２のａ４点→ａ１点）。

空気冷却用蒸発器１６では、冷媒が蒸発する際に空気から吸熱するので空気を冷却することができる。従って、空気冷却用蒸発器１６にて冷却された空気を車室内に吹き出すことによって、車室内の冷房を行うことができる。

電池冷却用蒸発器１９では、冷媒が蒸発する際に電池１から吸熱するので電池１を冷却することができる。

電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒は、空気冷却用蒸発器１６から流出した冷媒と合流する前に圧力調整弁２０にて減圧される。これにより、電池冷却用蒸発器１９における冷媒圧力を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒圧力よりも高くすることができる。したがって、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒温度よりも高くすることができる。具体的には、空気冷却用蒸発器１６における冷媒温度が約０℃〜１０℃になるのに対し、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度が約２０℃になる。

図２に示すモリエル線図中の破線は比較例を示している。この比較例は、圧力調整弁２０を備えていない。そのため、電池冷却用蒸発器１９における冷媒圧力は、空気冷却用蒸発器１６における冷媒圧力と同程度に低くなっている。そのため、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度は、空気冷却用蒸発器１６における冷媒温度と同程度に低くなる。

この比較例では、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴが大きすぎるため、電池１の冷却量にばらつきが生じて電池１の温度にばらつきが生じてしまう。以下、その理由を説明する。

空気冷却用蒸発器１６では車室内へ送風される空気を冷やすため、空気冷却用蒸発器１６における冷媒温度が約０℃〜１０℃になる。したがって、この比較例では、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度も約０℃〜１０℃程度になる。電池１の温度は約４０℃であるので、この比較例では、電池１の温度から電池冷却用蒸発器１９の温度を減じた温度差ΔＴが約３０℃〜４０℃になる。

電池冷却用蒸発器１９による電池１の冷却量は、次の数式で表される。
Ｑ＝ＫＦΔＴ
Ｑは電池１の冷却量［Ｗ］であり、Ｋは熱抵抗［Ｗ／Ｋｍ^２］であり、Ｆは電池１と電池冷却用蒸発器１９との接触面積［ｍ^２］である。

本実施形態および比較例の冷凍サイクル装置１０では、電池１の冷却のみならず車室内の冷房を行う必要があるため、電池１の冷却に用いることのできる冷却量には制限がある。

しかるに、比較例では、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴが約３０℃〜４０℃と大きくなるので、図３に示すように、電池１の各スタック１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのうち電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ上流部と接触しているスタック１ａ、１ｂに対しては冷却量が過剰になってしまう。

そのため、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ下流部では冷媒が全てガス化して蒸発できなくなってしまうので、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ下流部と接触するスタック１ｄに対しては冷却量が不足してしまう。その結果、電池１の冷却量にばらつきが生じて電池１の温度にばらつきが生じてしまうので、電池１の劣化が促進されて電池１の出力低下を招いてしまう。

これに対し、本実施形態では、電池冷却用蒸発器１９における冷媒圧力を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒圧力よりも高くすることができるので、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度も、空気冷却用蒸発器１６における冷媒温度よりも高くすることができる。その結果、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴを比較例よりも小さく抑えることができる。

具体的には、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度を約２０℃にすることができるので、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴを約２０℃にすることができる。

その結果、図４に示すように、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ上流部と接触するスタック１ａ、１ｂに対しては冷却量が過剰になることが抑制されるので、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ下流部においても冷媒が蒸発して吸熱することができ、ひいては電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ下流部と接触するスタック１ｄに対して冷却量が不足することを抑制できる。

すなわち、電池１の各部に対して冷却量が過不足なく均等化されるので、電池１の温度にばらつきが生じることを抑制でき、ひいては電池１の劣化を抑制できる。

制御装置４０は、電池１を冷却する必要がないと判定した場合、電池冷却用膨張弁１８を閉じる。これにより、室外熱交換器１２から流出した冷媒は、電池冷却用膨張弁１８、電池冷却用蒸発器１９および圧力調整弁２０に流れなくなるので、電池１の冷却が行われなくなる。

制御装置４０は、空調作動スイッチが投入されていない場合、空気冷却用膨張弁１５を閉じる。これにより、室外熱交換器１２から流出した冷媒は、空気冷却用膨張弁１５および空気冷却用蒸発器１６に流れなくなるので、車室内の冷房が行われなくなる。

本実施形態では、電池冷却用蒸発器１９は電池１と熱伝導可能に接触されているので、電池の冷却効率を高めることができる。

本実施形態では、電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒は、圧力調整弁２０にて減圧された後、空気冷却用蒸発器１６から流出した冷媒と合流する。これにより、電池冷却用蒸発器１９における冷媒圧力を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒圧力よりも高くすることができる。

そのため、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒温度よりも高くすることができるので、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴを小さく抑えることができる。

その結果、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ上流部において冷媒の気化を抑制できるので、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ下流部においても冷媒に良好に吸熱させることができる。したがって、電池１の温度ばらつきを抑えることができる。

本実施形態では、制御装置４０は、電池１の温度から電池冷却用蒸発器１９の温度を減じた温度差ΔＴが目標温度差ΔＴＯとなるように電池冷却用膨張弁１８および圧力調整弁２０を制御する。これにより、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴを確実に小さく抑えることができる。

制御装置４０は、電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒の過熱度が目標過熱度となるように電池冷却用膨張弁１８および圧力調整弁２０を制御してもよい。

これによると、電池冷却用蒸発器１９において冷媒が気化しすぎることを抑制できるので、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ下流部において冷媒に確実に吸熱させることができる。したがって、電池１の温度ばらつきを確実に抑えることができる。

制御装置４０は、電池冷却用蒸発器１９を流れる冷媒の流量が目標流量となるように電池冷却用膨張弁１８および圧力調整弁２０を制御するのが好ましい。

これによると、電池冷却用蒸発器１９において冷媒の流量が少なくなりすぎて冷媒が気化しすぎることを抑制できるので、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ下流部において冷媒に確実に吸熱させることができる。したがって、電池１の温度ばらつきを確実に抑えることができる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、圧力調整弁２０が電池冷却用蒸発器１９の冷媒出口側に配置されているが、本実施形態では、図５に示すように、複数個の電池冷却用蒸発器１９が冷媒流れに対して直列に配置されており、電池冷却用蒸発器１９同士の間に圧力調整弁２０が配置されている。

これにより、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴをきめ細かく調整できるので、電池１の温度ばらつきをきめ細かく抑制することができる。

（第３実施形態）
上記実施形態では、空気冷却用膨張弁１５および空気冷却用蒸発器１６と、電池冷却用膨張弁１８、電池冷却用蒸発器１９および圧力調整弁２０とが冷媒の流れにおいて並列に配置されているが、本実施形態では、図６に示すように、空気冷却用膨張弁１５および空気冷却用蒸発器１６と、電池冷却用膨張弁１８および電池冷却用蒸発器１９とが冷媒の流れにおいて直列に配置されている。

電池冷却用膨張弁１８および電池冷却用蒸発器１９は、空気冷却用膨張弁１５および空気冷却用蒸発器１６よりも冷媒流れ上流側に配置されている。

室外熱交換器１２の冷媒出口側かつ電池冷却用膨張弁１８の冷媒入口側には、バイパス通路２４の入口側が接続されている。バイパス通路２４の出口側は、電池冷却用蒸発器１９の冷媒出口側かつ空気冷却用膨張弁１５の冷媒入口側に接続されている。

バイパス通路２４は、室外熱交換器１２から流出した冷媒が、電池冷却用膨張弁１８および電池冷却用蒸発器１９をバイパスして流れる冷媒通路である。

バイパス通路２４には開閉弁２５が配置されている。開閉弁２５は、バイパス通路２４を開閉する開閉部である。開閉弁２５は、電磁弁であり、制御装置４０によって制御される。

開閉弁２５がバイパス通路２４を閉じることにより、圧縮機１１→室外熱交換器１２→電池冷却用膨張弁１８→電池冷却用蒸発器１９→空気冷却用膨張弁１５→空気冷却用蒸発器１６→アキュムレータ１７→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。

サイクルを循環する冷媒の状態については、図７のモリエル線図に示すように変化する。圧縮機１１から吐出された高圧冷媒（図７のｂ１点）は、室外熱交換器１２へ流入して、外気に放熱して凝縮する（図７のｂ１点→ｂ２点）。

室外熱交換器１２から流出した冷媒は、電池冷却用膨張弁１８に流入し、電池冷却用膨張弁１８にて中間圧冷媒となるまで減圧される（図７のｂ２点→ｂ３点）。電池冷却用膨張弁１８にて減圧された中間圧冷媒は、電池冷却用蒸発器１９に流入して電池１から吸熱して蒸発する（図７のｂ３点→ｂ４点）。これにより、電池１が冷却される。

電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒は、空気冷却用膨張弁１５にて低圧冷媒となるまで減圧膨張される（図７のｂ４点→ｂ５点）。空気冷却用膨張弁１５にて減圧された低圧冷媒は、空気冷却用蒸発器１６に流入し、空気から吸熱して蒸発する（図７のｂ５点→ｂ６点）。これにより、車室内へ送風される空気が冷却される。

そして、空気冷却用蒸発器１６から流出した冷媒は、アキュムレータ１７→圧縮機１１の吸入側へと流れて再び圧縮機１１にて圧縮される（図７のｂ６点→ｂ１点）。

これにより、電池冷却用蒸発器１９における冷媒圧力を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒圧力よりも高くすることができる。したがって、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒温度よりも高くすることができる。

制御装置４０は、電池１を冷却する必要がないと判定した場合、開閉弁２５がバイパス通路２４を開けて電池冷却用膨張弁１８を閉じる。これにより、圧縮機１１→室外熱交換器１２→バイパス通路２４→空気冷却用膨張弁１５→空気冷却用蒸発器１６→アキュムレータ１７→圧縮機１１の順に冷媒が循環する冷凍サイクルが構成される。

室外熱交換器１２から流出した冷媒は、電池冷却用膨張弁１８および電池冷却用蒸発器１９をバイパスして空気冷却用膨張弁１５および空気冷却用蒸発器１６を流れるので、電池１の冷却が行われることなく車室内の冷房が行われる。

制御装置４０は、空調作動スイッチが投入されていない場合、送風機３２を停止させる。これにより、空気冷却用蒸発器１６に空気が流れなくなるので、車室内の冷房が行われなくなる。

本実施形態では、電池冷却用蒸発器１９は電池１と熱伝導可能に接触されているので、電池の冷却効率を高めることができる。

本実施形態では、電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒は空気冷却用膨張弁１５にて減圧された後、空気冷却用蒸発器１６に流入する。これにより、電池冷却用蒸発器１９における冷媒圧力を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒圧力よりも高くすることができる。

そのため、電池冷却用蒸発器１９における冷媒温度を、空気冷却用蒸発器１６における冷媒温度よりも高くすることができるので、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴを小さく抑えることができる。

その結果、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ上流部において冷媒の気化を抑制できるので、電池冷却用蒸発器１９の冷媒流れ下流部においても冷媒に良好に吸熱させることができる。したがって、電池１の温度ばらつきを抑えることができる。

本実施形態では、制御装置４０は、電池１の温度から電池冷却用蒸発器１９の温度を減じた温度差ΔＴが目標温度差ΔＴＯとなるように電池冷却用膨張弁１８および空気冷却用膨張弁１５を制御する。

これにより、電池１と電池冷却用蒸発器１９との温度差ΔＴを確実に小さく抑えることができる。

本実施形態では、制御装置４０は、電池１を冷却する必要がある場合、バイパス通路２４を閉じるように開閉弁２５を制御し、電池１を冷却する必要がない場合、バイパス通路２４を開けるように開閉弁２５を制御する。

これによると、電池１を冷却する必要がある場合、電池冷却用蒸発器１９および空気冷却用蒸発器１６の両方に冷媒を流して、電池１の冷却および車室内の冷房の両方を行うことができる。

電池１を冷却する必要がない場合、電池冷却用蒸発器１９よりも空気冷却用蒸発器１６へ優先的に冷媒を流して、電池１の冷却よりも車室内の冷房を優先して行うことができる。

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

（１）上記第１、第２実施形態では、電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒の圧力を低下させる圧力調整部として圧力調整弁２０が配置されているが、電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒の圧力を低下させる圧力調整部として、機械式膨張弁やオリフィスやキャピラリーチューブのような固定絞りが配置されていてもよい。

電池冷却用蒸発器１９から流出した冷媒の圧力を低下させる圧力調整部として、圧力損失の大きい熱交換器が配置されていてもよい。

上記実施形態では、圧力調整弁２０は電気式可変絞り機構であるが、圧力調整弁２０は機械式膨張弁であってもよい。機械式膨張弁は、感温部を有し、ダイヤフラム等の機械的機構によって弁体を駆動する温度式膨張弁である。

（２）上記実施形態では、冷凍サイクル装置１０はハイブリッド車両に適用されているが、冷凍サイクル装置１０は電気自動車に適用されていてもよい。電気自動車は、走行用電動モータから走行用の駆動力を得る車両である。

（３）上記実施形態では、電池冷却用蒸発器１９は、電池１と熱伝導可能に接触配置されているが、電池冷却用蒸発器１９は、空気や水を介して電池１を冷却するようになっていてもよい。

すなわち、電池冷却用蒸発器１９で空気や水を冷却し、電池冷却用蒸発器１９で冷却された空気や水を電池１と熱交換させることによって電池１を冷却するようになっていてもよい。

１１ 圧縮機
１２ 室外熱交換器
１４ 分岐部
１５ 空気冷却用膨張弁（空気冷却用減圧部）
１６ 空気冷却用蒸発器（空気冷却用熱交換器）
１８ 電池冷却用膨張弁（電池冷却用減圧部）
１９ 電池冷却用蒸発器（電池冷却用熱交換器）
２０ 圧力調整弁（圧力調整部）
２１ 合流部
４０ 制御装置（制御部）
４１ 電池冷却用センサ（冷媒検出部）
４２ 電池温度センサ（電池温度検出部）

Claims (7)

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された冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器（１２）と、
   前記室外熱交換器で熱交換された前記冷媒の流れを分岐させる分岐部（１４）と、
   前記分岐部で分岐された一方の前記冷媒を減圧させる空気冷却用減圧部（１５）と、
   前記空気冷却用減圧部で減圧された前記冷媒を、車室内へ送風される空気と熱交換させて前記空気を冷却する空気冷却用熱交換器（１６）と、
   前記分岐部で分岐された他方の前記冷媒を減圧させる電池冷却用減圧部（１８）と、
   電池（１）と熱伝導可能に接触され、前記電池冷却用減圧部で減圧された前記冷媒を前記電池と熱交換させて前記電池を冷却する電池冷却用熱交換器（１９）と、
   前記電池冷却用熱交換器の少なくとも一部で熱交換された前記冷媒の圧力を低下させる圧力調整部（２０）と、
   前記空気冷却用熱交換器で熱交換された前記冷媒の流れと、前記圧力調整部で減圧された前記冷媒の流れとを合流させる合流部（２１）とを備える冷凍サイクル装置。
2. 前記電池の温度を検出する電池温度検出部（４２）と、
   前記電池冷却用熱交換器に流入する前記冷媒の温度に関連する物理量を検出する冷媒検出部（４１）と、
   前記電池と前記電池冷却用熱交換器との温度差（ΔＴ）が目標温度差（ΔＴＯ）となるように前記電池冷却用減圧部および前記圧力調整部を制御する制御部（４０）とを備える請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記電池冷却用熱交換器から流出した前記冷媒の過熱度を検出する過熱度検出部（４３）と、
   前記過熱度検出部が検出した前記過熱度が目標過熱度となるように前記電池冷却用減圧部および前記圧力調整部を制御する制御部（４０）とを備える請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御部は、前記電池冷却用熱交換器を流れる前記冷媒の流量が目標流量となるように前記電池冷却用減圧部および前記圧力調整部を制御する請求項２または３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 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された冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器（１２）と、
   前記室外熱交換器で熱交換された前記冷媒を減圧させる電池冷却用減圧部（１８）と、
   電池（１）と熱伝導可能に接触され、前記電池冷却用減圧部で減圧された前記冷媒を前記電池と熱交換させて前記電池を冷却する電池冷却用熱交換器（１９）と、
   前記電池冷却用熱交換器で熱交換された前記冷媒を減圧させる空気冷却用減圧部（１５）と、
   前記空気冷却用減圧部で減圧された前記冷媒を、車室内へ送風される空気と熱交換させて前記空気を冷却する空気冷却用熱交換器（１６）とを備える冷凍サイクル装置。
6. 前記電池の温度を検出する電池温度検出部（４２）と、
   前記電池冷却用熱交換器に流入する前記冷媒の温度に関連する物理量を検出する冷媒検出部（４１）と、
   前記電池と前記電池冷却用熱交換器との温度差（ΔＴ）が目標温度差（ΔＴＯ）となるように前記電池冷却用減圧部および前記空気冷却用減圧部を制御する制御部（４０）とを備える請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記室外熱交換器で熱交換された前記冷媒を、前記電池冷却用減圧部および前記電池冷却用熱交換器をバイパスして前記空気冷却用減圧部へ導くバイパス通路（２４）と、
   前記バイパス通路を開閉する開閉部（２５）と、
   前記電池を冷却する必要がある場合、前記バイパス通路を閉じるように前記開閉部を制御し、前記電池を冷却する必要がない場合、前記バイパス通路を開けるように前記開閉部を制御する制御部（４０）とを備える請求項５に記載の冷凍サイクル装置。

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