自動車用温調システム
【課題】１つの冷媒回路を用いて、空気調和およびその空調温度に制限されずにバッテリを温調することができる自動車用温調システムを提供する。
【解決手段】自動車用温調システム１０では、冷媒回路４０が、空気調和用冷媒路４１と、空気調和用冷媒路４１とは別にバッテリ温調用冷媒路４２とを有している。バッテリ温調用冷媒路４２は、バッテリ熱交換器２７と、バッテリ熱交換器２７の両側に配置される第１減圧器２５及び第２減圧器２９を含んでいる。それゆえ、この自動車用温調システム１０では、空気調和とは別に、バッテリ熱交換器２７の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができ、車載バッテリ８０を適温に調節することができる。
【解決手段】自動車用温調システム１０では、冷媒回路４０が、空気調和用冷媒路４１と、空気調和用冷媒路４１とは別にバッテリ温調用冷媒路４２とを有している。バッテリ温調用冷媒路４２は、バッテリ熱交換器２７と、バッテリ熱交換器２７の両側に配置される第１減圧器２５及び第２減圧器２９を含んでいる。それゆえ、この自動車用温調システム１０では、空気調和とは別に、バッテリ熱交換器２７の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができ、車載バッテリ８０を適温に調節することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用温調システムに関し、特に、空気調和用の冷媒回路が少なくともバッテリ冷却用の冷媒回路を兼ねている自動車用温調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車等の温調システムとして、特許文献１（特開平１１−２３０８１号公報）に開示されているような空調装置が広く知られている。この空調装置は、高圧冷媒を中間圧力まで減圧する高圧側電気膨張弁と、中間圧冷媒をさらに低圧圧力まで減圧する低圧側電気膨張弁と、その両電気膨張弁の間に設置される冷却器とを備えており、その冷却器によって、走行用モータ、モータ用インバータおよびバッテリを冷却している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特に、バッテリについては、使用可能な温度範囲が決まっており、さらに充放電に最適な温度が存在するため、精度の高い温度制御が必要である。
【０００４】
しかしながら、上記空調装置では、バッテリの温調が空調温度によって制限されるので、バッテリを最適な温度に調節することができない。
【０００５】
本発明の課題は、１つの冷媒回路を用いて、空気調和およびその空調温度に制限されずにバッテリを温調することができる自動車用温調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１観点に係る自動車用温調システムは、１つの冷媒回路を用いて少なくとも空気調和とバッテリの温調とを行なう自動車用温調システムであって、冷媒回路が第１冷媒路と第２冷媒路とを有している。第１冷媒路は、空気調和用の蒸発器及び放熱器を結ぶ。第２冷媒路は、バッテリの温調を行なうためのバッテリ熱交換器、及びバッテリ熱交換器の両側に配置される２つの減圧器を含み、第１冷媒路と並列に接続される。バッテリ熱交換器内の冷媒圧力は、冷媒回路の高圧側圧力と低圧側圧力との間の任意の中間圧力に設定される。
【０００７】
この自動車用温調システムでは、空調温度によって制限されることなく、バッテリ熱交換器の温度を、蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができる。その結果、バッテリの温度が使用可能な温度範囲内に設定される。
【０００８】
本発明の第２観点に係る自動車用温調システムは、第１観点に係る自動車用温調システムであって、２つの減圧器の少なくとも一方が開度可変式の膨張弁である。また、自動車用温調システムは、膨張弁を制御する制御部を備えている。
【０００９】
この自動車用温調システムでは、バッテリ熱交換器の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができるうえに、膨張弁の開度を制御することによってバッテリの温度を最適な温度に調節することができる。
【００１０】
本発明の第３観点に係る自動車用温調システムは、第１観点に係る自動車用温調システムであって、２つの減圧器を制御する制御部を備えている。また、蒸発器及び放熱器は、外気熱交換器と内気熱交換器とである。外気熱交換器は、冷房運転時に放熱器となり、暖房運転時に蒸発器となる。内気熱交換器は、冷房運転時に蒸発器となり、暖房運転時に放熱器となる。また、２つの減圧器は、開度可変式の第１膨張弁と開度可変式の第２膨張弁とである。第１膨張弁は、バッテリ熱交換器と外気熱交換器との間に接続される。第２膨張弁は、バッテリ熱交換器と内気熱交換器との間に接続される。また、制御部は、第１膨張弁および第２膨張弁を制御し、バッテリ熱交換器内の冷媒圧力を変更してバッテリの温調を行なう。
【００１１】
この自動車用温調システムでは、暖房および冷房のいずれの空気調和であってもその空気調和とは別に、第１膨張弁および第２膨張弁の開度を制御することによって、バッテリ熱交換器の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができる。その結果、バッテリの温度が最適な温度に調節される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１観点に係る自動車用温調システムでは、空調温度によって制限されることなく、バッテリ熱交換器の温度を、蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができる。その結果、バッテリの温度が使用可能な温度範囲内に設定される。
【００１３】
本発明の第２観点に係る自動車用温調システムでは、バッテリ熱交換器の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができるうえに、膨張弁の開度を制御することによってバッテリの温度を最適な温度に調節することができる。
【００１４】
本発明の第３観点に係る自動車用温調システムでは、暖房および冷房のいずれの空気調和であってもその空気調和とは別に、第１膨張弁および第２膨張弁の開度を制御することによって、バッテリ熱交換器の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができる。その結果、バッテリの温度が最適な温度に調節される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動車用温調システムの構成図。
【図２】第１変形例に係る自動車用温調システムの構成図。
【図３】第２変形例に係る自動車用温調システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
（１）自動車用温調システム１０の概要
（１−１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る自動車用温調システム１０の構成図である。図１において、自動車用温調システム１０は、冷房運転および暖房運転が可能な空気調和システムであり、冷媒回路４０と、外気ファン５０と、内気ファン６０と、制御部７０とを備えている。
【００１８】
（１−２）冷媒回路４０
冷媒回路４０では、圧縮機１１、四路切換弁１３、外気熱交換器１５、及び内気熱交換器２３が環状に繋がっている。また、外気熱交換器１５と内気熱交換器２３との間には、両者を繋ぐ２つの冷媒路が形成されており、一方は第１冷媒路としての空気調和用冷媒路４１であり、他方は第２冷媒路としてのバッテリ温調用冷媒路４２である。バッテリ温調用冷媒路４２は、空気調和用冷媒路４１と並列に接続されている。
【００１９】
空気調和用冷媒路４１には、外気熱交換器１５側からメイン膨張弁１７、除湿熱交換器１９、除湿用膨張弁２１が接続されている。
【００２０】
また、バッテリ温調用冷媒路４２には、外気熱交換器１５側から第１減圧器２５、バッテリ熱交換器２７及び第２減圧器２９が接続されている。
【００２１】
（１−３）外気ファン５０
外気ファン５０は、外気熱交換器１５に対面するように配置されており、回転することによって車外空気を取り込んで外気熱交換器１５に送風し、外気熱交換器１５内の冷媒と車外空気との熱交換を促進する。
【００２２】
（１−４）内気ファン６０
内気ファン６０は、一般にはブロアと呼ばれる送風機である。この内気ファン６０は、内気熱交換器２３が設置された風路の上流側に位置し、内気熱交換器２３の上流側から内気熱交換器２３に向って送風する。
【００２３】
（１−５）制御部７０
制御部７０は、四路切換弁１３、第１減圧器２５、第２減圧器２９、メイン膨張弁１７及び除湿用膨張弁２１の弁開度、圧縮機１１、内気ファン６０、外気ファン５０の回転数を制御して、冷媒回路４０を循環する冷媒の流れや、内気熱交換器２３、除湿熱交換器１９、外気熱交換器１５、バッテリ熱交換器２７の熱交換量を制御する。
【００２４】
（２）詳細構成
（２−１）圧縮機１１、及び四路切換弁１３
圧縮機１１は、ガス冷媒を吸入して圧縮する。四路切換弁１３は、冷房運転と暖房運転との切換時に、冷媒の流れの方向を切り換える。冷房運転時、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と外気熱交換器１５のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と内気熱交換器２３のガス側とを接続する。つまり、図１の四路切換弁１３内の実線で示された状態である。
【００２５】
また、暖房運転時、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と内気熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と外気熱交換器１５のガス側とを接続する。つまり、図１の四路切換弁１３内の点線で示された状態である。
【００２６】
（２−２）外気熱交換器１５
外気熱交換器１５は、積層型熱交換器であって、車外空気との熱交換によって内部を流れる冷媒を凝縮又は蒸発させることができる。積層型熱交換器については多くの文献が存在するので、ここでは説明を省略する。なお、外気熱交換器１５は積層型熱交換器に限定されるものではなく、他の熱交換器であってもよい。
【００２７】
（２−３）メイン膨張弁１７
メイン膨張弁１７は、開度可変式の電動膨張弁であり、除湿熱交換器１９と外気熱交換器１５との間に接続されている。メイン膨張弁１７は、冷房運転時には冷媒圧力を除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧する。また、メイン膨張弁１７は、暖房運転時には冷媒圧力を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧する。
【００２８】
（２−４）除湿熱交換器１９
除湿熱交換器１９は、主に、冬期の暖房運転時、内気熱交換器２３から第２減圧器２９に向う高圧冷媒の一部を蒸発させる蒸発器である。除湿熱交換器１９は、冷媒と車内乗車室の空気との間で熱交換を行なわせ、車内乗車室の湿度を調節して電気自動車のフロントガラスなどのくもりを防止する。除湿熱交換器１９は、積層型熱交換器であるが、それに限定されるものではなく、他の熱交換器であってもよい。
【００２９】
（２−５）除湿用膨張弁２１
除湿用膨張弁２１は、開度可変式の電動膨張弁であり、除湿熱交換器１９と内気熱交換器２３との間に接続される。また、除湿用膨張弁２１は、暖房除湿運転時には、所定の除湿量となるように、減圧量を調整する。
【００３０】
（２−６）内気熱交換器２３
内気熱交換器２３は、車内乗車室前面の吹出口と通じる風路内に設置される。この内気熱交換器２３は、積層型熱交換器であって、車外から取り入れた空気または車内乗車室から取り入れた空気との熱交換によって内部を流れる冷媒を凝縮（超臨界冷媒の場合は放熱）又は蒸発させることができる。なお、内気熱交換器２３は積層型熱交換器に限定されるものではなく、他の熱交換器であってもよい。
【００３１】
（２−７）バッテリ熱交換器２７
バッテリ熱交換器２７は、電気自動車の走行用モータなどの電源である車載バッテリ８０と、冷媒回路４０を循環する冷媒との間で熱交換を行なわせる熱交換器である。バッテリ熱交換器２７は、外気熱交換器１５と内気熱交換器２３との間を繋ぐバッテリ温調用冷媒路４２の途中に接続されている。また、バッテリ熱交換器２７の両側には、第１減圧器２５および第２減圧器２９が接続されている。
【００３２】
（２−８）第１減圧器２５
第１減圧器２５は、開度可変式の電動膨張弁であって、バッテリ温調用冷媒路４２のうちのバッテリ熱交換器２７と外気熱交換器１５との間に接続されている。第１減圧器２５は、冷房運転時、外気熱交換器１５からの高圧冷媒を高圧圧力と低圧圧力との間の中間圧力まで減圧する。また、暖房運転時、第１減圧器２５は冷媒圧力を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧する。
【００３３】
（２−９）第２減圧器２９
第２減圧器２９は、開度可変式の電動膨張弁であって、バッテリ温調用冷媒路４２のうちのバッテリ熱交換器２７と内気熱交換器２３との間に接続されている。第２減圧器２９は、暖房運転時、内気熱交換器２３からの高圧冷媒を高圧圧力と低圧圧力との間の中間圧力まで減圧する。また、第２減圧器２９は、冷房運転時、冷媒圧力を内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧する。
【００３４】
（３）自動車用温調システム１０の動作
（３−１）冷房運転時の冷媒の流れ
図１において、冷房運転時、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と外気熱交換器１５のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と内気熱交換器２３のガス側とを接続する。
【００３５】
また、除湿用膨張弁２１は、開度を全開、若しくは冷媒を減圧しない程度にまで開度を拡大している。メイン膨張弁１７は、冷媒圧力を除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧するように開度調節される。
【００３６】
また、第１減圧器２５は、外気熱交換器１５からの高圧冷媒を高圧圧力と低圧圧力との間の中間圧力まで減圧する。また、第２減圧器２９は、中間圧冷媒を内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧する。その結果、外気熱交換器１５が冷媒の凝縮器として機能し、除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３が冷媒の蒸発器として機能する。
【００３７】
このような状態の冷媒回路において、低圧の冷媒は、圧縮機１１に吸入され、高圧に圧縮された後に吐出される。圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、四路切換弁１３を通じて外気熱交換器１５に送られる。
【００３８】
外気熱交換器１５に送られた高圧の冷媒は、そこで車外空気と熱交換を行って凝縮する。外気熱交換器１５において凝縮器した高圧の冷媒は、分岐点Cにおいて空気調和用冷媒路４１及びバッテリ温調用冷媒路４２の２方向に分かれて流れる。
【００３９】
空気調和用冷媒路４１に流れた高圧の冷媒は、メイン膨張弁１７によって減圧され、除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３に入る。除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３は、除湿用膨張弁２１がほぼ全開となっているので、一つの蒸発器として機能する。
【００４０】
他方、バッテリ温調用冷媒路４２に流れた高圧の冷媒は、第１減圧器２５に送られて中間圧力まで減圧された後、バッテリ熱交換器２７に入る。中間圧まで低下した冷媒は２相冷媒となってバッテリ熱交換器２７を流れる。この２層冷媒は、バッテリ熱交換器２７を介して車載バッテリ８０と熱交換する。車載バッテリ８０は、バッテリ熱交換器２７によって冷却され所定温度に調節される。
【００４１】
なお、本実施形態では、第１減圧器２５の開度を適宜制御することによって、中間圧力が調整され、冷媒温度が調整される。この作用により車載バッテリ８０を２０℃〜４０℃の範囲内の任意温度に調節している。バッテリ熱交換器２７を出た中間圧の冷媒は、第２減圧器２９によって除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧され、除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３に入る。
【００４２】
除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３に入った低圧の冷媒は、そこで車内乗車室の空気と熱交換を行って蒸発する。除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３で冷却された空気は、車内乗車室に吹き出され車内乗車室を冷却する。除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３において蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁１３を経て、再び、圧縮機１１に吸入される。
【００４３】
（３−２）暖房運転時の冷媒の流れ
図１において、暖房運転時、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と内気熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と外気熱交換器１５のガス側とを接続する。
【００４４】
また、除湿用膨張弁２１は、開度を全開、若しくは冷媒を減圧しない程度にまで開度を拡大している。メイン膨張弁１７は、冷媒圧力を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧するように開度調節される。
【００４５】
また、第２減圧器２９は、内気熱交換器２３からの高圧冷媒を高圧圧力と低圧圧力との間の中間圧力まで減圧する。また、第１減圧器２５は、中間圧冷媒を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧する。その結果、内気熱交換器２３及び除湿熱交換器１９が冷媒の凝縮器として機能し、外気熱交換器１５が冷媒の蒸発器として機能する。
【００４６】
このような状態の冷媒回路において、低圧の冷媒は、圧縮機１１に吸入され、高圧に圧縮された後に吐出される。圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、四路切換弁１３を通じて、内気熱交換器２３に送られる。
【００４７】
内気熱交換器２３に送られた高圧の冷媒は、そこで車内乗車室の空気と熱交換を行って凝縮する。内気熱交換器２３で加熱された空気は、車内乗車室に吹き出され車内乗車室を暖める。
【００４８】
内気熱交換器２３において凝縮器した高圧の冷媒は、分岐点Ｄにおいて空気調和用冷媒路４１とバッテリ温調用冷媒路４２との２方向に分かれて流れる。
【００４９】
空気調和用冷媒路４１に流れた冷媒は、ほぼ全開状態の除湿用膨張弁２１を通過して除湿熱交換器１９に入り、そこでさらに放熱して過冷却状態となる。除湿熱交換器１９を出た冷媒は、メイン膨張弁１７によって減圧され、外気熱交換器１５に入る。
【００５０】
他方、バッテリ温調用冷媒路４２に流れた高圧の冷媒は、第２減圧器２９に送られて中間圧力まで減圧された後、バッテリ熱交換器２７に入る。中間圧まで低下した冷媒は２相冷媒となってバッテリ熱交換器２７を流れる。この２層冷媒は、バッテリ熱交換器２７を介して車載バッテリ８０と熱交換する。車載バッテリ８０は、バッテリ熱交換器２７によって冷却され所定温度に調節される。
【００５１】
なお、本実施形態では、第２減圧器２９の開度を適宜制御することによって、中間圧力が調整され、冷媒温度が調整される。この作用により車載バッテリ８０を２０℃〜４０℃の範囲内の任意温度に調節している。バッテリ熱交換器２７を出た中間圧の冷媒は、第１減圧器２５によって外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧され、外気熱交換器１５に入る。
【００５２】
外気熱交換器１５に入った低圧の冷媒は、そこで車外の空気と熱交換を行って蒸発する。外気熱交換器１５において蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁１３を経て、再び、圧縮機１１に吸入される。
【００５３】
（３−３）暖房除湿運転
暖房除湿運転では、制御部７０は、上記暖房運転時と同じ冷媒循環サイクルで、メイン膨張弁１７を全開にし、除湿用膨張弁２１の開度を調節し、分岐点Ｄから空気調和用冷媒路４１に流れる高圧の冷媒を減圧する。除湿用膨張弁２１は冷媒圧力を除湿熱交換器１９で蒸発可能な圧力まで減圧し、冷媒はその周囲から吸熱して蒸発する。なお、除湿用膨張弁２１の開度を適宜制御することによって、減圧量を調整し除湿量を調整する。除湿熱交換器１９を出た冷媒はメイン膨張弁１７によって外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧され、外気熱交換器１５で車外空気と熱交換を行って蒸発する。
【００５４】
除湿熱交換器１９は、通過する空気を冷却するので、その空気中の水分が凝縮し除湿される。除湿された空気は、内気熱交換器２３によって加熱されるので、車内乗車室には除湿された暖かい空気が吹き出される。
【００５５】
他方、バッテリ温調用冷媒路４２に流れた高圧の冷媒は、第２減圧器２９に送られて中間圧力まで減圧された後、バッテリ熱交換器２７に入る。中間圧まで低下した冷媒は２相冷媒となってバッテリ熱交換器２７を流れる。この２層冷媒は、バッテリ熱交換器２７を介して車載バッテリ８０と熱交換する。車載バッテリ８０は、バッテリ熱交換器２７によって冷却され所定温度に調節される。
【００５６】
なお、本実施形態では、第２減圧器２９の開度を適宜制御することによって、車載バッテリ８０を２０℃〜４０℃の範囲内の任意温度に調節している。バッテリ熱交換器２７を出た中間圧の冷媒は、第１減圧器２５によって外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧され、外気熱交換器１５に入る。
【００５７】
外気熱交換器１５に入った低圧の冷媒は、そこで車外の空気と熱交換を行って蒸発する。外気熱交換器１５において蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁１３を経て、再び、圧縮機１１に吸入される。
【００５８】
（３−４）バッテリ加熱運転（低温時始動モード）
一般に、寒冷地では車載バッテリ８０が低温雰囲気に曝されるので、低温により車載バッテリ８０内部での化学反応が鈍くなり、出力が減少する傾向にある。それゆえ、寒冷地において、自動車の始動時には車載バッテリ８０を適温まで加熱する必要がある。
【００５９】
制御部７０は、始動時の車載バッテリ８０の温度が所定温度（例えば、０℃）以下のとき、高圧冷媒をバッテリ熱交換器２７に流して車載バッテリ８０を短時間で暖める低温時始動モードを実行する。これを、バッテリ加熱運転とよぶ。
【００６０】
バッテリ加熱運転では、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と内気熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と外気熱交換器１５のガス側とを接続する。また、第２減圧器２９は、弁の開度を全開とする。また、第１減圧器２５は、冷媒圧力を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧する。その結果、内気熱交換器２３及びバッテリ熱交換器２７が冷媒の凝縮器として機能し、外気熱交換器１５が冷媒の蒸発器として機能する。
【００６１】
また、除湿用膨張弁２１は開度を全閉状態にする。さらに、内気熱交換器２３での冷媒の凝縮を抑制するため、内気ファン６０は停止する。
【００６２】
このような状態の冷媒回路において、低圧の冷媒は、圧縮機１１に吸入され、高圧に圧縮された後に吐出される。圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、四路切換弁１３を通じて、内気熱交換器２３に送られる。
【００６３】
内気ファン６０は停止しているので、内気熱交換器２３に送られた高圧の冷媒は車内乗車室の空気と熱交換が促進されず、ほとんど凝縮することなく高温高圧ガスの状態で、全開の第２減圧器２９を通過して、バッテリ熱交換器２７に入る。
【００６４】
高温高圧のガス冷媒は、内気熱交換器２３及びバッテリ熱交換器２７を介して熱交換し凝縮する。その際、バッテリ熱交換器２７内の冷媒は、車載バッテリ８０と熱交換する。車載バッテリ８０は、バッテリ熱交換器２７内の冷媒との熱交換によって加熱され温度上昇する。
【００６５】
バッテリ熱交換器２７を出た冷媒は、第１減圧器２５によって外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧され、外気熱交換器１５に入る。外気熱交換器１５に入った低圧の冷媒は、そこで車外の空気と熱交換を行って蒸発する。外気熱交換器１５において蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁１３を経て、再び、圧縮機１１に吸入される。
【００６６】
制御部７０は、車載バッテリ８０の温度が２０℃〜４０℃の範囲内の所定温度に到達するまで、バッテリ加熱運転を継続する。
【００６７】
（３−５）空調運転停止時のバッテリ温調運転
制御部７０は、車載バッテリ８０を所定時間内に所定充電量まで充電する急速充電モードを実行可能である。急速充電モードは、暖房および冷房などの空調運転を行っているときでも、空調運転を停止しているときでも実行可能である。但し、急速充電は車載バッテリ８０の急激な温度上昇を伴うので、車載バッテリ８０の温調が必要である。
【００６８】
本実施形態では、制御部７０は、空気調和を停止しているときに急速充電モードを実行する場合、メイン膨張弁１７を全閉し内気ファン６０を停止した状態で、冷房運転時と同じ冷媒循環サイクルでバッテリ温調用冷媒路４２に冷媒を流す。その結果、車内乗車室内に冷風を送ることなく、車載バッテリ８０を温調することができる。
【００６９】
（４）特徴
（４−１）
自動車用温調システム１０では、冷媒回路４０が、空気調和用冷媒路４１と、空気調和用冷媒路４１とは別にバッテリ温調用冷媒路４２とを有している。バッテリ温調用冷媒路４２は、バッテリ熱交換器２７と、バッテリ熱交換器２７の両側に配置される第１減圧器２５及び第２減圧器２９を含んでいる。それゆえ、この自動車用温調システム１０では、空気調和とは別に、バッテリ熱交換器２７の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができ、車載バッテリ８０を適温に調節することができる。
【００７０】
（４−２）
また、第１減圧器２５及び第２減圧器２９はともに、開度可変式の膨張弁である。制御部７０は、車載バッテリ８０が所定温度以下のとき、第２減圧器２９を全開にして内気熱交換器２３からの高圧冷媒をバッテリ熱交換器２７に流して車載バッテリ８０を暖める低温時始動モードを実行する。それゆえ、この自動車用温調システム１０では、車載バッテリ８０が短時間で適温まで加熱される。また、始動時の車載バッテリ８０の温度に基づいて低温時始動モードが自動で実行されるので、使用者にとって使い勝手がよい。
【００７１】
（４−３）
また、制御部７０は、低温時始動モードを暖房運転時と同じ冷媒循環サイクルで実行する。一般的に外気温が低いときに始動モードが実行されると考えられるので、車内乗車室も暖房を必要とする。それゆえ、自動車用温調システム１０では、新たに始動モード用の冷媒回路を構成する必要がなく、回路構成が簡単である。
【００７２】
（４−４）
また、制御部７０は、内気ファン６０を停止して低温時始動モードを実行するので、内気熱交換器２３での冷媒の凝縮が抑制され、高温の高圧冷媒がバッテリ熱交換器２７に流入し、短時間で車載バッテリ８０が適温まで加熱される。
【００７３】
（４−５）
また、制御部７０は、空気調和を停止しているとき急速充電モードを実行する場合、車内乗車室内に冷風を送らないように内気ファン６０を停止した状態で、冷房運転時と同じ冷媒循環サイクルでバッテリ温調用冷媒路４２に冷媒を流す。その結果、車載バッテリ８０の急速充電時の温度上昇を抑制して車載バッテリ８０を適温に調節することができるうえに、車内乗車室内に冷風を送らないので、ユーザーに冷風が当たるなどの不快感を誘発するような事態は防止される。
【００７４】
（５）変形例
（５−１）第１変形例
上記実施形態では、制御部７０は、空気調和を停止しているとき急速充電モードを実行する場合、内気ファン６０を停止した状態で、冷房運転時と同じ冷媒循環サイクルでバッテリ温調用冷媒路４２に冷媒を流しているが、これに限定されるものではない。
【００７５】
図２は、第１変形例に係る自動車用温調システム１０の構成図である。図２において、上記実施形態と第１変形例との違いは、第１変形例の冷媒回路４０がバイパス４３と開閉弁４５を有している点である。
【００７６】
具体的には、分岐点Ｄと第２減圧器２９との間には冷媒の分岐点Ｅが設けられており、バイパス４３は分岐点Ｅから出て内気熱交換器２３と四路切換弁１３とを結ぶ冷媒路に繋がっている。開閉弁４５は、バイパス４３に設けられており、冷媒をバイパス４３へ流す第１状態および冷媒をバイパス４３へ流さない第２状態のいずれか一方に切り換え可能な切換手段として機能する。
【００７７】
第１変形例に係る自動車用温調システム１０では、冷房運転、暖房運転、暖房除運転およびバッテリ加熱運転の各動作は、上記実施形態におけるそれらの動作と同じである。制御部７０は、冷房運転、暖房運転、暖房除運転およびバッテリ加熱運転の各動作時、開閉弁４５を閉じ、バイパス４３には冷媒を流さない。
【００７８】
他方、制御部７０は、空気調和を行わずに急速充電モードを実行する際、冷房運転時と同じ冷媒循環サイクルではあるが、メイン膨張弁１７を閉じ、さらに、開閉弁４５を開けてバイパス４３に冷媒を流し、内気熱交換器２３および除湿熱交換器１９に流れる冷媒量を抑制しながらバッテリ温調用冷媒路４２に冷媒を流通させる。
【００７９】
この結果、車載バッテリ８０への急速充電時でも車載バッテリ８０の温度上昇を抑制してバッテリを適温に調節することができるうえに、内気熱交換器２３および除湿熱交換器１９にはほとんど冷媒が流れないので、車内乗車室内に冷気が漏れてユーザーに不快感を与えるような事態は防止される。
【００８０】
（５−２）第２変形例
図３は、第２変形例に係る自動車用温調システム１０の構成図である。図３において、上記実施形態と第２変形例との違いは、第２変形例の冷媒回路４０が第３冷媒路としての駆動部冷却用冷媒路４７を有している点、および圧縮機１１が圧縮工程途中にガス冷媒を導入するインジェクション・ポートＥＰを有している点である。
【００８１】
駆動部冷却用冷媒路４７は、分岐点Ｄと第２減圧器２９との間に設けられた分岐点Ｆと圧縮機１１のインジェクション・ポートＥＰとを繋ぐ冷媒路である。駆動部冷却用冷媒路４７では、分岐点Ｆ側から第１逆止弁３１、駆動部冷却用膨張弁３３、インバータ熱交換器３５、及びモータ熱交換器３７が直列に接続されている。
【００８２】
また、空気調和用冷媒路４１と駆動部冷却用冷媒路４７とは第２逆止弁３２によって連絡されており、分岐点Ｃとメイン膨張弁１７との間を流れる冷媒が、第１逆止弁３１と駆動部冷却用膨張弁３３との間を流れる冷媒と合流するようになっている。
【００８３】
インバータ熱交換器３５は、インバータ８５を温調するための熱交換器である。インバータ８５は、走行モータ８７に所定の波形に制御された交流出力を供給する。モータ熱交換器３７は、走行モータ８７を温調するための熱交換器である。
【００８４】
インバータ８５及び走行モータ８７は冷却しなければ温度が上昇し続け破損するが、例えば１００℃以下に保持すれば破損しないので、それらの冷却には高圧液冷媒を利用すればよい。それゆえ、駆動部冷却用膨張弁３３は、減圧器ではなく流量調整弁として機能し、モータ熱交換器３７の出口冷媒が過熱ガス冷媒となるように流量を制御する。なお、インバータ熱交換器３５とモータ熱交換器３７とは一体の熱交換器であってもよい。
【００８５】
このような状態の冷媒回路において、冷房運転時には空気調和用冷媒路４１から第２逆止弁３２を介して高圧の液冷媒が駆動部冷却用冷媒路４７に流入し、暖房運転および暖房除湿運転時にはバッテリ温調用冷媒路４２から第１逆止弁３１を介して高圧の液冷媒が流入する。
【００８６】
この高圧の液冷媒は、駆動部冷却用膨張弁３３で流量調整され、インバータ熱交換器３５、及びモータ熱交換器３７に入り、インバータ８５及び走行モータ８７と熱交換し、インバータ８５及び走行モータ８７それぞれの温度を破損しない温度に維持する。
【００８７】
モータ熱交換器３７を出た冷媒は、圧縮機１１のインジェクション・ポートＥＰから圧縮工程途中に噴射される。冷媒は、圧縮機１１の中間圧に噴射されるので、圧縮機１１の動力増加が抑制される。
【００８８】
以上のように、第２変形例に係る自動車用温調システム１０では、冷媒回路４０が、空気調和用冷媒路４１と、バッテリ温調用冷媒路４２と、駆動部冷却用冷媒路４７とを有している。それゆえ、この自動車用温調システム１０では、空気調和とは別に、バッテリ熱交換器２７の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができ、さらに、空気調和およびバッテリ温調とは別に、インバータ８５及び走行モータ８７の温度を所定温度に維持することができる。
【００８９】
（６）その他の変形例
上記実施形態、第１変形例、及び第２変形例では、第１減圧器２５および第２減圧器２９が開度可変式の電動膨張弁であるが、これに限定されるものではなく、例えば、キャピラリーチューブであってもよい。
【００９０】
但し、低温時始動モードでは、バッテリ熱交換器２７に高圧冷媒を流す必要があるので、暖房運転時の冷媒流れの上流側となる第２減圧器２５は開度可変式の電動膨張弁で、下流側となる第１減圧器２５はキャピラリーチューブであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上のように、本発明の自動車用温調システムによれば、１つの冷媒回路を用いて、空気調和およびその空調温度に制限されずにバッテリを温調することができるので、電気自動車、ハイブリット自動車に有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１０ 自動車用温調システム
１５ 外気熱交換器
２３ 内気熱交換器
２５ 第１減圧器（第１膨張弁）
２７ バッテリ熱交換器
２９ 第２減圧器（第２膨張弁）
４０ 冷媒回路
４１ 空気調和用冷媒路（第１冷媒路）
４２ バッテリ温調用冷媒路（第２冷媒路）
７０ 制御部
８０ 車載バッテリ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特開平１１−２３０８１号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用温調システムに関し、特に、空気調和用の冷媒回路が少なくともバッテリ冷却用の冷媒回路を兼ねている自動車用温調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車等の温調システムとして、特許文献１（特開平１１−２３０８１号公報）に開示されているような空調装置が広く知られている。この空調装置は、高圧冷媒を中間圧力まで減圧する高圧側電気膨張弁と、中間圧冷媒をさらに低圧圧力まで減圧する低圧側電気膨張弁と、その両電気膨張弁の間に設置される冷却器とを備えており、その冷却器によって、走行用モータ、モータ用インバータおよびバッテリを冷却している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特に、バッテリについては、使用可能な温度範囲が決まっており、さらに充放電に最適な温度が存在するため、精度の高い温度制御が必要である。
【０００４】
しかしながら、上記空調装置では、バッテリの温調が空調温度によって制限されるので、バッテリを最適な温度に調節することができない。
【０００５】
本発明の課題は、１つの冷媒回路を用いて、空気調和およびその空調温度に制限されずにバッテリを温調することができる自動車用温調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１観点に係る自動車用温調システムは、１つの冷媒回路を用いて少なくとも空気調和とバッテリの温調とを行なう自動車用温調システムであって、冷媒回路が第１冷媒路と第２冷媒路とを有している。第１冷媒路は、空気調和用の蒸発器及び放熱器を結ぶ。第２冷媒路は、バッテリの温調を行なうためのバッテリ熱交換器、及びバッテリ熱交換器の両側に配置される２つの減圧器を含み、第１冷媒路と並列に接続される。バッテリ熱交換器内の冷媒圧力は、冷媒回路の高圧側圧力と低圧側圧力との間の任意の中間圧力に設定される。
【０００７】
この自動車用温調システムでは、空調温度によって制限されることなく、バッテリ熱交換器の温度を、蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができる。その結果、バッテリの温度が使用可能な温度範囲内に設定される。
【０００８】
本発明の第２観点に係る自動車用温調システムは、第１観点に係る自動車用温調システムであって、２つの減圧器の少なくとも一方が開度可変式の膨張弁である。また、自動車用温調システムは、膨張弁を制御する制御部を備えている。
【０００９】
この自動車用温調システムでは、バッテリ熱交換器の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができるうえに、膨張弁の開度を制御することによってバッテリの温度を最適な温度に調節することができる。
【００１０】
本発明の第３観点に係る自動車用温調システムは、第１観点に係る自動車用温調システムであって、２つの減圧器を制御する制御部を備えている。また、蒸発器及び放熱器は、外気熱交換器と内気熱交換器とである。外気熱交換器は、冷房運転時に放熱器となり、暖房運転時に蒸発器となる。内気熱交換器は、冷房運転時に蒸発器となり、暖房運転時に放熱器となる。また、２つの減圧器は、開度可変式の第１膨張弁と開度可変式の第２膨張弁とである。第１膨張弁は、バッテリ熱交換器と外気熱交換器との間に接続される。第２膨張弁は、バッテリ熱交換器と内気熱交換器との間に接続される。また、制御部は、第１膨張弁および第２膨張弁を制御し、バッテリ熱交換器内の冷媒圧力を変更してバッテリの温調を行なう。
【００１１】
この自動車用温調システムでは、暖房および冷房のいずれの空気調和であってもその空気調和とは別に、第１膨張弁および第２膨張弁の開度を制御することによって、バッテリ熱交換器の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができる。その結果、バッテリの温度が最適な温度に調節される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１観点に係る自動車用温調システムでは、空調温度によって制限されることなく、バッテリ熱交換器の温度を、蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができる。その結果、バッテリの温度が使用可能な温度範囲内に設定される。
【００１３】
本発明の第２観点に係る自動車用温調システムでは、バッテリ熱交換器の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができるうえに、膨張弁の開度を制御することによってバッテリの温度を最適な温度に調節することができる。
【００１４】
本発明の第３観点に係る自動車用温調システムでは、暖房および冷房のいずれの空気調和であってもその空気調和とは別に、第１膨張弁および第２膨張弁の開度を制御することによって、バッテリ熱交換器の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができる。その結果、バッテリの温度が最適な温度に調節される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動車用温調システムの構成図。
【図２】第１変形例に係る自動車用温調システムの構成図。
【図３】第２変形例に係る自動車用温調システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
（１）自動車用温調システム１０の概要
（１−１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る自動車用温調システム１０の構成図である。図１において、自動車用温調システム１０は、冷房運転および暖房運転が可能な空気調和システムであり、冷媒回路４０と、外気ファン５０と、内気ファン６０と、制御部７０とを備えている。
【００１８】
（１−２）冷媒回路４０
冷媒回路４０では、圧縮機１１、四路切換弁１３、外気熱交換器１５、及び内気熱交換器２３が環状に繋がっている。また、外気熱交換器１５と内気熱交換器２３との間には、両者を繋ぐ２つの冷媒路が形成されており、一方は第１冷媒路としての空気調和用冷媒路４１であり、他方は第２冷媒路としてのバッテリ温調用冷媒路４２である。バッテリ温調用冷媒路４２は、空気調和用冷媒路４１と並列に接続されている。
【００１９】
空気調和用冷媒路４１には、外気熱交換器１５側からメイン膨張弁１７、除湿熱交換器１９、除湿用膨張弁２１が接続されている。
【００２０】
また、バッテリ温調用冷媒路４２には、外気熱交換器１５側から第１減圧器２５、バッテリ熱交換器２７及び第２減圧器２９が接続されている。
【００２１】
（１−３）外気ファン５０
外気ファン５０は、外気熱交換器１５に対面するように配置されており、回転することによって車外空気を取り込んで外気熱交換器１５に送風し、外気熱交換器１５内の冷媒と車外空気との熱交換を促進する。
【００２２】
（１−４）内気ファン６０
内気ファン６０は、一般にはブロアと呼ばれる送風機である。この内気ファン６０は、内気熱交換器２３が設置された風路の上流側に位置し、内気熱交換器２３の上流側から内気熱交換器２３に向って送風する。
【００２３】
（１−５）制御部７０
制御部７０は、四路切換弁１３、第１減圧器２５、第２減圧器２９、メイン膨張弁１７及び除湿用膨張弁２１の弁開度、圧縮機１１、内気ファン６０、外気ファン５０の回転数を制御して、冷媒回路４０を循環する冷媒の流れや、内気熱交換器２３、除湿熱交換器１９、外気熱交換器１５、バッテリ熱交換器２７の熱交換量を制御する。
【００２４】
（２）詳細構成
（２−１）圧縮機１１、及び四路切換弁１３
圧縮機１１は、ガス冷媒を吸入して圧縮する。四路切換弁１３は、冷房運転と暖房運転との切換時に、冷媒の流れの方向を切り換える。冷房運転時、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と外気熱交換器１５のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と内気熱交換器２３のガス側とを接続する。つまり、図１の四路切換弁１３内の実線で示された状態である。
【００２５】
また、暖房運転時、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と内気熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と外気熱交換器１５のガス側とを接続する。つまり、図１の四路切換弁１３内の点線で示された状態である。
【００２６】
（２−２）外気熱交換器１５
外気熱交換器１５は、積層型熱交換器であって、車外空気との熱交換によって内部を流れる冷媒を凝縮又は蒸発させることができる。積層型熱交換器については多くの文献が存在するので、ここでは説明を省略する。なお、外気熱交換器１５は積層型熱交換器に限定されるものではなく、他の熱交換器であってもよい。
【００２７】
（２−３）メイン膨張弁１７
メイン膨張弁１７は、開度可変式の電動膨張弁であり、除湿熱交換器１９と外気熱交換器１５との間に接続されている。メイン膨張弁１７は、冷房運転時には冷媒圧力を除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧する。また、メイン膨張弁１７は、暖房運転時には冷媒圧力を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧する。
【００２８】
（２−４）除湿熱交換器１９
除湿熱交換器１９は、主に、冬期の暖房運転時、内気熱交換器２３から第２減圧器２９に向う高圧冷媒の一部を蒸発させる蒸発器である。除湿熱交換器１９は、冷媒と車内乗車室の空気との間で熱交換を行なわせ、車内乗車室の湿度を調節して電気自動車のフロントガラスなどのくもりを防止する。除湿熱交換器１９は、積層型熱交換器であるが、それに限定されるものではなく、他の熱交換器であってもよい。
【００２９】
（２−５）除湿用膨張弁２１
除湿用膨張弁２１は、開度可変式の電動膨張弁であり、除湿熱交換器１９と内気熱交換器２３との間に接続される。また、除湿用膨張弁２１は、暖房除湿運転時には、所定の除湿量となるように、減圧量を調整する。
【００３０】
（２−６）内気熱交換器２３
内気熱交換器２３は、車内乗車室前面の吹出口と通じる風路内に設置される。この内気熱交換器２３は、積層型熱交換器であって、車外から取り入れた空気または車内乗車室から取り入れた空気との熱交換によって内部を流れる冷媒を凝縮（超臨界冷媒の場合は放熱）又は蒸発させることができる。なお、内気熱交換器２３は積層型熱交換器に限定されるものではなく、他の熱交換器であってもよい。
【００３１】
（２−７）バッテリ熱交換器２７
バッテリ熱交換器２７は、電気自動車の走行用モータなどの電源である車載バッテリ８０と、冷媒回路４０を循環する冷媒との間で熱交換を行なわせる熱交換器である。バッテリ熱交換器２７は、外気熱交換器１５と内気熱交換器２３との間を繋ぐバッテリ温調用冷媒路４２の途中に接続されている。また、バッテリ熱交換器２７の両側には、第１減圧器２５および第２減圧器２９が接続されている。
【００３２】
（２−８）第１減圧器２５
第１減圧器２５は、開度可変式の電動膨張弁であって、バッテリ温調用冷媒路４２のうちのバッテリ熱交換器２７と外気熱交換器１５との間に接続されている。第１減圧器２５は、冷房運転時、外気熱交換器１５からの高圧冷媒を高圧圧力と低圧圧力との間の中間圧力まで減圧する。また、暖房運転時、第１減圧器２５は冷媒圧力を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧する。
【００３３】
（２−９）第２減圧器２９
第２減圧器２９は、開度可変式の電動膨張弁であって、バッテリ温調用冷媒路４２のうちのバッテリ熱交換器２７と内気熱交換器２３との間に接続されている。第２減圧器２９は、暖房運転時、内気熱交換器２３からの高圧冷媒を高圧圧力と低圧圧力との間の中間圧力まで減圧する。また、第２減圧器２９は、冷房運転時、冷媒圧力を内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧する。
【００３４】
（３）自動車用温調システム１０の動作
（３−１）冷房運転時の冷媒の流れ
図１において、冷房運転時、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と外気熱交換器１５のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と内気熱交換器２３のガス側とを接続する。
【００３５】
また、除湿用膨張弁２１は、開度を全開、若しくは冷媒を減圧しない程度にまで開度を拡大している。メイン膨張弁１７は、冷媒圧力を除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧するように開度調節される。
【００３６】
また、第１減圧器２５は、外気熱交換器１５からの高圧冷媒を高圧圧力と低圧圧力との間の中間圧力まで減圧する。また、第２減圧器２９は、中間圧冷媒を内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧する。その結果、外気熱交換器１５が冷媒の凝縮器として機能し、除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３が冷媒の蒸発器として機能する。
【００３７】
このような状態の冷媒回路において、低圧の冷媒は、圧縮機１１に吸入され、高圧に圧縮された後に吐出される。圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、四路切換弁１３を通じて外気熱交換器１５に送られる。
【００３８】
外気熱交換器１５に送られた高圧の冷媒は、そこで車外空気と熱交換を行って凝縮する。外気熱交換器１５において凝縮器した高圧の冷媒は、分岐点Cにおいて空気調和用冷媒路４１及びバッテリ温調用冷媒路４２の２方向に分かれて流れる。
【００３９】
空気調和用冷媒路４１に流れた高圧の冷媒は、メイン膨張弁１７によって減圧され、除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３に入る。除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３は、除湿用膨張弁２１がほぼ全開となっているので、一つの蒸発器として機能する。
【００４０】
他方、バッテリ温調用冷媒路４２に流れた高圧の冷媒は、第１減圧器２５に送られて中間圧力まで減圧された後、バッテリ熱交換器２７に入る。中間圧まで低下した冷媒は２相冷媒となってバッテリ熱交換器２７を流れる。この２層冷媒は、バッテリ熱交換器２７を介して車載バッテリ８０と熱交換する。車載バッテリ８０は、バッテリ熱交換器２７によって冷却され所定温度に調節される。
【００４１】
なお、本実施形態では、第１減圧器２５の開度を適宜制御することによって、中間圧力が調整され、冷媒温度が調整される。この作用により車載バッテリ８０を２０℃〜４０℃の範囲内の任意温度に調節している。バッテリ熱交換器２７を出た中間圧の冷媒は、第２減圧器２９によって除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３で蒸発可能な圧力まで減圧され、除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３に入る。
【００４２】
除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３に入った低圧の冷媒は、そこで車内乗車室の空気と熱交換を行って蒸発する。除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３で冷却された空気は、車内乗車室に吹き出され車内乗車室を冷却する。除湿熱交換器１９及び内気熱交換器２３において蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁１３を経て、再び、圧縮機１１に吸入される。
【００４３】
（３−２）暖房運転時の冷媒の流れ
図１において、暖房運転時、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と内気熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と外気熱交換器１５のガス側とを接続する。
【００４４】
また、除湿用膨張弁２１は、開度を全開、若しくは冷媒を減圧しない程度にまで開度を拡大している。メイン膨張弁１７は、冷媒圧力を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧するように開度調節される。
【００４５】
また、第２減圧器２９は、内気熱交換器２３からの高圧冷媒を高圧圧力と低圧圧力との間の中間圧力まで減圧する。また、第１減圧器２５は、中間圧冷媒を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧する。その結果、内気熱交換器２３及び除湿熱交換器１９が冷媒の凝縮器として機能し、外気熱交換器１５が冷媒の蒸発器として機能する。
【００４６】
このような状態の冷媒回路において、低圧の冷媒は、圧縮機１１に吸入され、高圧に圧縮された後に吐出される。圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、四路切換弁１３を通じて、内気熱交換器２３に送られる。
【００４７】
内気熱交換器２３に送られた高圧の冷媒は、そこで車内乗車室の空気と熱交換を行って凝縮する。内気熱交換器２３で加熱された空気は、車内乗車室に吹き出され車内乗車室を暖める。
【００４８】
内気熱交換器２３において凝縮器した高圧の冷媒は、分岐点Ｄにおいて空気調和用冷媒路４１とバッテリ温調用冷媒路４２との２方向に分かれて流れる。
【００４９】
空気調和用冷媒路４１に流れた冷媒は、ほぼ全開状態の除湿用膨張弁２１を通過して除湿熱交換器１９に入り、そこでさらに放熱して過冷却状態となる。除湿熱交換器１９を出た冷媒は、メイン膨張弁１７によって減圧され、外気熱交換器１５に入る。
【００５０】
他方、バッテリ温調用冷媒路４２に流れた高圧の冷媒は、第２減圧器２９に送られて中間圧力まで減圧された後、バッテリ熱交換器２７に入る。中間圧まで低下した冷媒は２相冷媒となってバッテリ熱交換器２７を流れる。この２層冷媒は、バッテリ熱交換器２７を介して車載バッテリ８０と熱交換する。車載バッテリ８０は、バッテリ熱交換器２７によって冷却され所定温度に調節される。
【００５１】
なお、本実施形態では、第２減圧器２９の開度を適宜制御することによって、中間圧力が調整され、冷媒温度が調整される。この作用により車載バッテリ８０を２０℃〜４０℃の範囲内の任意温度に調節している。バッテリ熱交換器２７を出た中間圧の冷媒は、第１減圧器２５によって外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧され、外気熱交換器１５に入る。
【００５２】
外気熱交換器１５に入った低圧の冷媒は、そこで車外の空気と熱交換を行って蒸発する。外気熱交換器１５において蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁１３を経て、再び、圧縮機１１に吸入される。
【００５３】
（３−３）暖房除湿運転
暖房除湿運転では、制御部７０は、上記暖房運転時と同じ冷媒循環サイクルで、メイン膨張弁１７を全開にし、除湿用膨張弁２１の開度を調節し、分岐点Ｄから空気調和用冷媒路４１に流れる高圧の冷媒を減圧する。除湿用膨張弁２１は冷媒圧力を除湿熱交換器１９で蒸発可能な圧力まで減圧し、冷媒はその周囲から吸熱して蒸発する。なお、除湿用膨張弁２１の開度を適宜制御することによって、減圧量を調整し除湿量を調整する。除湿熱交換器１９を出た冷媒はメイン膨張弁１７によって外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧され、外気熱交換器１５で車外空気と熱交換を行って蒸発する。
【００５４】
除湿熱交換器１９は、通過する空気を冷却するので、その空気中の水分が凝縮し除湿される。除湿された空気は、内気熱交換器２３によって加熱されるので、車内乗車室には除湿された暖かい空気が吹き出される。
【００５５】
他方、バッテリ温調用冷媒路４２に流れた高圧の冷媒は、第２減圧器２９に送られて中間圧力まで減圧された後、バッテリ熱交換器２７に入る。中間圧まで低下した冷媒は２相冷媒となってバッテリ熱交換器２７を流れる。この２層冷媒は、バッテリ熱交換器２７を介して車載バッテリ８０と熱交換する。車載バッテリ８０は、バッテリ熱交換器２７によって冷却され所定温度に調節される。
【００５６】
なお、本実施形態では、第２減圧器２９の開度を適宜制御することによって、車載バッテリ８０を２０℃〜４０℃の範囲内の任意温度に調節している。バッテリ熱交換器２７を出た中間圧の冷媒は、第１減圧器２５によって外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧され、外気熱交換器１５に入る。
【００５７】
外気熱交換器１５に入った低圧の冷媒は、そこで車外の空気と熱交換を行って蒸発する。外気熱交換器１５において蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁１３を経て、再び、圧縮機１１に吸入される。
【００５８】
（３−４）バッテリ加熱運転（低温時始動モード）
一般に、寒冷地では車載バッテリ８０が低温雰囲気に曝されるので、低温により車載バッテリ８０内部での化学反応が鈍くなり、出力が減少する傾向にある。それゆえ、寒冷地において、自動車の始動時には車載バッテリ８０を適温まで加熱する必要がある。
【００５９】
制御部７０は、始動時の車載バッテリ８０の温度が所定温度（例えば、０℃）以下のとき、高圧冷媒をバッテリ熱交換器２７に流して車載バッテリ８０を短時間で暖める低温時始動モードを実行する。これを、バッテリ加熱運転とよぶ。
【００６０】
バッテリ加熱運転では、四路切換弁１３は、圧縮機１１の吐出側と内気熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機１１の吸入側と外気熱交換器１５のガス側とを接続する。また、第２減圧器２９は、弁の開度を全開とする。また、第１減圧器２５は、冷媒圧力を外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧する。その結果、内気熱交換器２３及びバッテリ熱交換器２７が冷媒の凝縮器として機能し、外気熱交換器１５が冷媒の蒸発器として機能する。
【００６１】
また、除湿用膨張弁２１は開度を全閉状態にする。さらに、内気熱交換器２３での冷媒の凝縮を抑制するため、内気ファン６０は停止する。
【００６２】
このような状態の冷媒回路において、低圧の冷媒は、圧縮機１１に吸入され、高圧に圧縮された後に吐出される。圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、四路切換弁１３を通じて、内気熱交換器２３に送られる。
【００６３】
内気ファン６０は停止しているので、内気熱交換器２３に送られた高圧の冷媒は車内乗車室の空気と熱交換が促進されず、ほとんど凝縮することなく高温高圧ガスの状態で、全開の第２減圧器２９を通過して、バッテリ熱交換器２７に入る。
【００６４】
高温高圧のガス冷媒は、内気熱交換器２３及びバッテリ熱交換器２７を介して熱交換し凝縮する。その際、バッテリ熱交換器２７内の冷媒は、車載バッテリ８０と熱交換する。車載バッテリ８０は、バッテリ熱交換器２７内の冷媒との熱交換によって加熱され温度上昇する。
【００６５】
バッテリ熱交換器２７を出た冷媒は、第１減圧器２５によって外気熱交換器１５で蒸発可能な圧力まで減圧され、外気熱交換器１５に入る。外気熱交換器１５に入った低圧の冷媒は、そこで車外の空気と熱交換を行って蒸発する。外気熱交換器１５において蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁１３を経て、再び、圧縮機１１に吸入される。
【００６６】
制御部７０は、車載バッテリ８０の温度が２０℃〜４０℃の範囲内の所定温度に到達するまで、バッテリ加熱運転を継続する。
【００６７】
（３−５）空調運転停止時のバッテリ温調運転
制御部７０は、車載バッテリ８０を所定時間内に所定充電量まで充電する急速充電モードを実行可能である。急速充電モードは、暖房および冷房などの空調運転を行っているときでも、空調運転を停止しているときでも実行可能である。但し、急速充電は車載バッテリ８０の急激な温度上昇を伴うので、車載バッテリ８０の温調が必要である。
【００６８】
本実施形態では、制御部７０は、空気調和を停止しているときに急速充電モードを実行する場合、メイン膨張弁１７を全閉し内気ファン６０を停止した状態で、冷房運転時と同じ冷媒循環サイクルでバッテリ温調用冷媒路４２に冷媒を流す。その結果、車内乗車室内に冷風を送ることなく、車載バッテリ８０を温調することができる。
【００６９】
（４）特徴
（４−１）
自動車用温調システム１０では、冷媒回路４０が、空気調和用冷媒路４１と、空気調和用冷媒路４１とは別にバッテリ温調用冷媒路４２とを有している。バッテリ温調用冷媒路４２は、バッテリ熱交換器２７と、バッテリ熱交換器２７の両側に配置される第１減圧器２５及び第２減圧器２９を含んでいる。それゆえ、この自動車用温調システム１０では、空気調和とは別に、バッテリ熱交換器２７の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができ、車載バッテリ８０を適温に調節することができる。
【００７０】
（４−２）
また、第１減圧器２５及び第２減圧器２９はともに、開度可変式の膨張弁である。制御部７０は、車載バッテリ８０が所定温度以下のとき、第２減圧器２９を全開にして内気熱交換器２３からの高圧冷媒をバッテリ熱交換器２７に流して車載バッテリ８０を暖める低温時始動モードを実行する。それゆえ、この自動車用温調システム１０では、車載バッテリ８０が短時間で適温まで加熱される。また、始動時の車載バッテリ８０の温度に基づいて低温時始動モードが自動で実行されるので、使用者にとって使い勝手がよい。
【００７１】
（４−３）
また、制御部７０は、低温時始動モードを暖房運転時と同じ冷媒循環サイクルで実行する。一般的に外気温が低いときに始動モードが実行されると考えられるので、車内乗車室も暖房を必要とする。それゆえ、自動車用温調システム１０では、新たに始動モード用の冷媒回路を構成する必要がなく、回路構成が簡単である。
【００７２】
（４−４）
また、制御部７０は、内気ファン６０を停止して低温時始動モードを実行するので、内気熱交換器２３での冷媒の凝縮が抑制され、高温の高圧冷媒がバッテリ熱交換器２７に流入し、短時間で車載バッテリ８０が適温まで加熱される。
【００７３】
（４−５）
また、制御部７０は、空気調和を停止しているとき急速充電モードを実行する場合、車内乗車室内に冷風を送らないように内気ファン６０を停止した状態で、冷房運転時と同じ冷媒循環サイクルでバッテリ温調用冷媒路４２に冷媒を流す。その結果、車載バッテリ８０の急速充電時の温度上昇を抑制して車載バッテリ８０を適温に調節することができるうえに、車内乗車室内に冷風を送らないので、ユーザーに冷風が当たるなどの不快感を誘発するような事態は防止される。
【００７４】
（５）変形例
（５−１）第１変形例
上記実施形態では、制御部７０は、空気調和を停止しているとき急速充電モードを実行する場合、内気ファン６０を停止した状態で、冷房運転時と同じ冷媒循環サイクルでバッテリ温調用冷媒路４２に冷媒を流しているが、これに限定されるものではない。
【００７５】
図２は、第１変形例に係る自動車用温調システム１０の構成図である。図２において、上記実施形態と第１変形例との違いは、第１変形例の冷媒回路４０がバイパス４３と開閉弁４５を有している点である。
【００７６】
具体的には、分岐点Ｄと第２減圧器２９との間には冷媒の分岐点Ｅが設けられており、バイパス４３は分岐点Ｅから出て内気熱交換器２３と四路切換弁１３とを結ぶ冷媒路に繋がっている。開閉弁４５は、バイパス４３に設けられており、冷媒をバイパス４３へ流す第１状態および冷媒をバイパス４３へ流さない第２状態のいずれか一方に切り換え可能な切換手段として機能する。
【００７７】
第１変形例に係る自動車用温調システム１０では、冷房運転、暖房運転、暖房除運転およびバッテリ加熱運転の各動作は、上記実施形態におけるそれらの動作と同じである。制御部７０は、冷房運転、暖房運転、暖房除運転およびバッテリ加熱運転の各動作時、開閉弁４５を閉じ、バイパス４３には冷媒を流さない。
【００７８】
他方、制御部７０は、空気調和を行わずに急速充電モードを実行する際、冷房運転時と同じ冷媒循環サイクルではあるが、メイン膨張弁１７を閉じ、さらに、開閉弁４５を開けてバイパス４３に冷媒を流し、内気熱交換器２３および除湿熱交換器１９に流れる冷媒量を抑制しながらバッテリ温調用冷媒路４２に冷媒を流通させる。
【００７９】
この結果、車載バッテリ８０への急速充電時でも車載バッテリ８０の温度上昇を抑制してバッテリを適温に調節することができるうえに、内気熱交換器２３および除湿熱交換器１９にはほとんど冷媒が流れないので、車内乗車室内に冷気が漏れてユーザーに不快感を与えるような事態は防止される。
【００８０】
（５−２）第２変形例
図３は、第２変形例に係る自動車用温調システム１０の構成図である。図３において、上記実施形態と第２変形例との違いは、第２変形例の冷媒回路４０が第３冷媒路としての駆動部冷却用冷媒路４７を有している点、および圧縮機１１が圧縮工程途中にガス冷媒を導入するインジェクション・ポートＥＰを有している点である。
【００８１】
駆動部冷却用冷媒路４７は、分岐点Ｄと第２減圧器２９との間に設けられた分岐点Ｆと圧縮機１１のインジェクション・ポートＥＰとを繋ぐ冷媒路である。駆動部冷却用冷媒路４７では、分岐点Ｆ側から第１逆止弁３１、駆動部冷却用膨張弁３３、インバータ熱交換器３５、及びモータ熱交換器３７が直列に接続されている。
【００８２】
また、空気調和用冷媒路４１と駆動部冷却用冷媒路４７とは第２逆止弁３２によって連絡されており、分岐点Ｃとメイン膨張弁１７との間を流れる冷媒が、第１逆止弁３１と駆動部冷却用膨張弁３３との間を流れる冷媒と合流するようになっている。
【００８３】
インバータ熱交換器３５は、インバータ８５を温調するための熱交換器である。インバータ８５は、走行モータ８７に所定の波形に制御された交流出力を供給する。モータ熱交換器３７は、走行モータ８７を温調するための熱交換器である。
【００８４】
インバータ８５及び走行モータ８７は冷却しなければ温度が上昇し続け破損するが、例えば１００℃以下に保持すれば破損しないので、それらの冷却には高圧液冷媒を利用すればよい。それゆえ、駆動部冷却用膨張弁３３は、減圧器ではなく流量調整弁として機能し、モータ熱交換器３７の出口冷媒が過熱ガス冷媒となるように流量を制御する。なお、インバータ熱交換器３５とモータ熱交換器３７とは一体の熱交換器であってもよい。
【００８５】
このような状態の冷媒回路において、冷房運転時には空気調和用冷媒路４１から第２逆止弁３２を介して高圧の液冷媒が駆動部冷却用冷媒路４７に流入し、暖房運転および暖房除湿運転時にはバッテリ温調用冷媒路４２から第１逆止弁３１を介して高圧の液冷媒が流入する。
【００８６】
この高圧の液冷媒は、駆動部冷却用膨張弁３３で流量調整され、インバータ熱交換器３５、及びモータ熱交換器３７に入り、インバータ８５及び走行モータ８７と熱交換し、インバータ８５及び走行モータ８７それぞれの温度を破損しない温度に維持する。
【００８７】
モータ熱交換器３７を出た冷媒は、圧縮機１１のインジェクション・ポートＥＰから圧縮工程途中に噴射される。冷媒は、圧縮機１１の中間圧に噴射されるので、圧縮機１１の動力増加が抑制される。
【００８８】
以上のように、第２変形例に係る自動車用温調システム１０では、冷媒回路４０が、空気調和用冷媒路４１と、バッテリ温調用冷媒路４２と、駆動部冷却用冷媒路４７とを有している。それゆえ、この自動車用温調システム１０では、空気調和とは別に、バッテリ熱交換器２７の温度を蒸発温度と凝縮温度との間の任意の温度に調節することができ、さらに、空気調和およびバッテリ温調とは別に、インバータ８５及び走行モータ８７の温度を所定温度に維持することができる。
【００８９】
（６）その他の変形例
上記実施形態、第１変形例、及び第２変形例では、第１減圧器２５および第２減圧器２９が開度可変式の電動膨張弁であるが、これに限定されるものではなく、例えば、キャピラリーチューブであってもよい。
【００９０】
但し、低温時始動モードでは、バッテリ熱交換器２７に高圧冷媒を流す必要があるので、暖房運転時の冷媒流れの上流側となる第２減圧器２５は開度可変式の電動膨張弁で、下流側となる第１減圧器２５はキャピラリーチューブであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上のように、本発明の自動車用温調システムによれば、１つの冷媒回路を用いて、空気調和およびその空調温度に制限されずにバッテリを温調することができるので、電気自動車、ハイブリット自動車に有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１０ 自動車用温調システム
１５ 外気熱交換器
２３ 内気熱交換器
２５ 第１減圧器（第１膨張弁）
２７ バッテリ熱交換器
２９ 第２減圧器（第２膨張弁）
４０ 冷媒回路
４１ 空気調和用冷媒路（第１冷媒路）
４２ バッテリ温調用冷媒路（第２冷媒路）
７０ 制御部
８０ 車載バッテリ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特開平１１−２３０８１号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの冷媒回路（４０）を用いて少なくとも空気調和とバッテリ（８０）の温調とを行なう自動車用温調システムであって、
前記冷媒回路（４０）は、
空気調和用の蒸発器及び放熱器を結ぶ第１冷媒路（４１）と、
前記バッテリ（８０）の温調を行なうためのバッテリ熱交換器（２７）、及び前記バッテリ熱交換器（２７）の両側に配置される２つの減圧器（２５，２９）を含み、前記第１冷媒路（４１）と並列に接続される第２冷媒路（４２）と、
を有し、
前記バッテリ熱交換器（２７）内の冷媒圧力が、前記冷媒回路（４０）の高圧側圧力と低圧側圧力との間の任意の中間圧力に設定される、
自動車用温調システム（１０）。
【請求項２】
２つの前記減圧器（２５，２９）の少なくとも一方は、開度可変式の膨張弁であって、
前記膨張弁を制御する制御部（７０）を備える、
請求項１に記載の自動車用温調システム（１０）。
【請求項３】
２つの前記減圧器を制御する制御部（７０）を備え、
前記蒸発器及び前記放熱器は、
冷房運転時に前記放熱器となり、暖房運転時に前記蒸発器となる外気熱交換器（１５）と、
冷房運転時に前記蒸発器となり、暖房運転時に前記放熱器となる内気熱交換器（２３）と、
であり、
２つの前記減圧器は、
前記バッテリ熱交換器（２７）と前記外気熱交換器（１５）との間に接続される開度可変式の第１膨張弁（２５）と、
前記バッテリ熱交換器（２７）と前記内気熱交換器（２３）との間に接続される開度可変式の第２膨張弁（２９）と、
であり、
前記制御部（７０）は、前記第１膨張弁（２５）及び前記第２膨張弁（２９）を制御し、前記バッテリ熱交換器（２７）内の冷媒圧力を変更して前記バッテリ（８０）の温調を行なう、
請求項１に記載の自動車用温調システム（１０）。
【請求項１】
１つの冷媒回路（４０）を用いて少なくとも空気調和とバッテリ（８０）の温調とを行なう自動車用温調システムであって、
前記冷媒回路（４０）は、
空気調和用の蒸発器及び放熱器を結ぶ第１冷媒路（４１）と、
前記バッテリ（８０）の温調を行なうためのバッテリ熱交換器（２７）、及び前記バッテリ熱交換器（２７）の両側に配置される２つの減圧器（２５，２９）を含み、前記第１冷媒路（４１）と並列に接続される第２冷媒路（４２）と、
を有し、
前記バッテリ熱交換器（２７）内の冷媒圧力が、前記冷媒回路（４０）の高圧側圧力と低圧側圧力との間の任意の中間圧力に設定される、
自動車用温調システム（１０）。
【請求項２】
２つの前記減圧器（２５，２９）の少なくとも一方は、開度可変式の膨張弁であって、
前記膨張弁を制御する制御部（７０）を備える、
請求項１に記載の自動車用温調システム（１０）。
【請求項３】
２つの前記減圧器を制御する制御部（７０）を備え、
前記蒸発器及び前記放熱器は、
冷房運転時に前記放熱器となり、暖房運転時に前記蒸発器となる外気熱交換器（１５）と、
冷房運転時に前記蒸発器となり、暖房運転時に前記放熱器となる内気熱交換器（２３）と、
であり、
２つの前記減圧器は、
前記バッテリ熱交換器（２７）と前記外気熱交換器（１５）との間に接続される開度可変式の第１膨張弁（２５）と、
前記バッテリ熱交換器（２７）と前記内気熱交換器（２３）との間に接続される開度可変式の第２膨張弁（２９）と、
であり、
前記制御部（７０）は、前記第１膨張弁（２５）及び前記第２膨張弁（２９）を制御し、前記バッテリ熱交換器（２７）内の冷媒圧力を変更して前記バッテリ（８０）の温調を行なう、
請求項１に記載の自動車用温調システム（１０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−６００６５（Ｐ２０１３−６００６５Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８７９６（Ｐ２０１１−１９８７９６）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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