車両用冷凍サイクル装置
【課題】電池を加熱して電池の温度を調節する。
【解決手段】ガスインジェクション型の冷凍サイクル装置２は、凝縮器２２と気液分離器２５との間に第１減圧器２３と、中間熱交換器２４とを有する。中間熱交換器２４は、電池４と冷媒との熱交換を提供する。制御装置５は、第１減圧器２３の下流における冷媒の中間圧力が目標圧力となるように第１減圧器２３の弁開度を制御する。制御装置５は、電池４の温度が最適温度範囲を越えると、電池４が冷却されるように第１減圧器２３の開度を制御する。制御装置５は、電池４の温度が最適温度範囲を下回ると、電池４が加熱されるように第１減圧器２３の開度を制御する。制御装置５は、電池４に必要な加熱量が増大するにつれ、中間圧力が上昇するように第１減圧器２３を制御する。
【解決手段】ガスインジェクション型の冷凍サイクル装置２は、凝縮器２２と気液分離器２５との間に第１減圧器２３と、中間熱交換器２４とを有する。中間熱交換器２４は、電池４と冷媒との熱交換を提供する。制御装置５は、第１減圧器２３の下流における冷媒の中間圧力が目標圧力となるように第１減圧器２３の弁開度を制御する。制御装置５は、電池４の温度が最適温度範囲を越えると、電池４が冷却されるように第１減圧器２３の開度を制御する。制御装置５は、電池４の温度が最適温度範囲を下回ると、電池４が加熱されるように第１減圧器２３の開度を制御する。制御装置５は、電池４に必要な加熱量が増大するにつれ、中間圧力が上昇するように第１減圧器２３を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスインジェクション機構を備える冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、車両に搭載された空調装置の冷凍サイクル装置を電気機器の温度調節に用いることを提案している。特に、この技術は、ガスインジェクション機構を備える冷凍サイクル装置を用いることにより、冷凍サイクル装置の中間圧力によって電気機器を冷却している。
【０００３】
また、特許文献２は、ガスインジェクション機構を持つ冷凍サイクル装置（ヒートポンプサイクル）の中間圧力によってインバータなどの電気機器を冷却することを提案している。さらに、この装置では、電気機器の発熱量に応じて中間圧力を調整することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９０６２２号公報
【特許文献２】特開平１１−３４６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、電気機器は専ら冷却されるばかりである。つまり、電気機器を冷却するための熱交換器は、第１絞りと気液分離機の間に置かれている。そして、第１絞り後の冷媒圧力を、第１および第２絞りによって調節することで、冷媒の温度を熱交換器の冷却水等よりも低い温度に調節する。このため、電気機器の冷却だけが可能である。
【０００６】
ところで、移動用、すなわち走行用の電動機を備え、さらにこの電動機に給電する電池を搭載した電動車両が知られている。例えば、電動機のみによって走行する電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機とを搭載したハイブリッド車両（ＨＶ）、または外部電源から充電可能なハイブリッド車両（プラグインハイブリッド車両：ＰＨＶ）などが電動車両として知られている。電動車両に搭載された電池は、ジュール熱等により発熱する。このため、専用の送風機などの冷却装置を搭載することによって冷却されている。かかる電池には、きめ細かい温度管理が必要であった。特に、リチウムイオン電池では、所期の性能を引き出すために電池温度を１０°Ｃ〜４０°Ｃ程度に維持する必要がある。このような機器においては、冷却ばかりでなく、機器を暖めることが求められている。
【０００７】
このような要請に応えるために、冷凍サイクル装置の高圧側に熱交換器を設け、電気機器を暖めることも考えられる。しかし、電池の場合、必要な温度域は１０°Ｃ〜４０°Ｃ程度である。このため、冷凍サイクル装置の高圧側の冷媒をそのまま利用したのでは、高温になりすぎるおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車載の電気機器の温度を制御することができる車両用冷凍サイクル装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、電気機器の冷却だけでなく、電気機器の加熱も可能な車両用冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、低圧冷媒の吸入ポート（２１ａ）とガスインジェクションポート（２１ｂ）とを有する圧縮機（２１）と、ガスインジェクション通路（２９）を経由して圧縮機に接続された気液分離器（２５）と、高圧冷媒を減圧し、気液分離器に供給する減圧器（２３）と、減圧器と気液分離器との間に設けられ、電気機器（４）と熱交換可能な中間熱交換器（２４、２２４、３２４）と、中間熱交換器に流れる中間圧力の冷媒によって電気機器が加熱されるように減圧器を制御する制御手段（５）とを備えることを特徴とする。この構成によると、ガスインジェクション機構を備える冷凍サイクル装置よって電気機器を加熱することができる。このため、冷凍サイクル装置によって電気機器の温度を調節することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、制御手段（５）は、中間熱交換器における冷媒の中間圧力（Ｐｍ）を目標圧力（Ｐｍｃ、Ｐｍｈ）に制御するように減圧器（２３）を制御することを特徴とする。この構成によると、冷凍サイクル装置の中間圧力が目標圧力に制御されることにより、電気機器が加熱される。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、制御手段（５）は、電気機器が作動するために適した温度範囲内に電気機器の温度を調節するために必要な必要加熱量に応じて目標圧力を設定することを特徴とする。この構成によると、目標圧力が、必要加熱量に応じて設定される。このため、電気機器が作動するために適した温度範囲内に、電気機器の温度を調節することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、制御手段（５）は、必要加熱量が大きくなるほど、目標圧力を高く設定することを特徴とする。この構成によると、必要加熱量が大きくなるほど、目標圧力が高く設定される。このため、中間熱交換器における冷媒の温度が高くなる。この結果、電気機器を素早く加熱することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、制御手段（５）は、中間熱交換器における冷媒の温度が、電気機器が作動するために適した温度範囲内となるように、目標圧力を設定することを特徴とする。この構成によると、中間熱交換器における冷媒の温度が、電気機器が作動するために適した温度範囲内に制御される。この結果、電気機器の過剰な加熱が抑制される。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、制御装置は、圧縮機への液バックを検出すると中間熱交換器と電気機器との熱交換量を減少させる液バック防止制御手段（６５５）を備えることを特徴とする。この構成によると、圧縮機への液バックが検出されると中間熱交換器における熱交換量が減少される。熱交換量の減少により、中間熱交換器における冷媒の凝縮が抑制され、液バックが抑制される。この結果、液バックに起因する液圧縮が抑制される。
【００１７】
なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置による冷却制御状態を示すモリエル線図である。
【図３】第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置による加熱制御状態を示すモリエル線図である。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した第３実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用した第４実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用した第５実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図８】本発明を適用した第６実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図９】車両用冷凍サイクル装置の液バック状態を示すモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。車両には、車室内の温度を調節するための車両用の空調装置１が設けられている。空調装置１は、車両に搭載された車両用の冷凍サイクル装置２を備える。冷凍サイクル装置２は、主として車室内に供給される空気を冷却するために利用される。冷凍サイクル装置２は、車室内に供給される空気を加熱するヒートポンプサイクルを提供してもよい。車両には、車両の走行用の動力源としてのモータ３が設けられている。モータ３は、車両の駆動輪を駆動する。車両には、モータ３に給電する電池４が設けられている。電池４は、二次電池である。電池４は、車両に搭載された電気化学的な機器である。電池４は、車両に搭載された電気機器である。電池４は、例えば、リチウムイオン電池によって提供される。冷凍サイクル装置２は、電池４と熱交換可能に構成されている。冷凍サイクル装置２は、空調装置１のための装置であるとともに、電池４の温度を調節するための電池温度調節装置でもある。車両には、冷凍サイクル装置２を制御する制御装置５が設けられている。
【００２１】
冷凍サイクル装置２は、圧縮機２１と、凝縮器２２と、第１減圧器２３と、電気機器のための中間熱交換器２４と、気液分離器２５と、第２減圧器２６と、蒸発器２７とを備える。冷凍サイクル装置２が提供する冷凍サイクルは、ガスインジェクションサイクルとも呼ばれる。圧縮機２１、凝縮器２２、第１減圧器２３、気液分離器２５、第２減圧器２６、および蒸発器２７は、主冷媒回路２８上に上記順序で配置されている。気液分離器２５と圧縮機２１との間には、ガスインジェクション通路２９が設けられている。
【００２２】
圧縮機２１は、低圧冷媒を吸入し、加圧することにより高圧冷媒を吐出する。
圧縮機２１は、圧縮工程の途中段階において中間圧力のガス冷媒を導入するガスインジェクション型の圧縮機である。圧縮機２１は、低圧冷媒の吸入ポート２１ａと、中間圧力の冷媒を導入するガスインジェクションポート２１ｂと、加圧された冷媒の吐出ポート２１ｃとを有する。圧縮機２１は、第１の圧縮段階と、第２の圧縮段階とを有し、それら第１の圧縮段階と第２の圧縮段階との間にガスインジェクションポート２１ｂを有している。凝縮器２２は、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒から放熱させる放熱器である。凝縮器２２は、高圧冷媒を放熱させることにより冷媒を凝縮させる。凝縮器２２は、車室外の空気と熱交換することにより、冷媒を凝縮させる。
【００２３】
第１減圧器２３は、凝縮器２２から出た高圧冷媒を、中間圧力まで減圧する。第１減圧器２３は、高圧冷媒を減圧し、中間圧力の冷媒を中間熱交換器２４および気液分離器２５に供給する。第１減圧器２３によって中間圧力の冷媒が得られる。第１減圧器２３は、開度を調節可能な弁である。第１減圧器２３の開度は制御装置５によって調節される。
【００２４】
第１減圧器２３の下流には、車両に搭載された電気機器としての電池４の温度を調節するための中間熱交換器２４が設けられている。中間熱交換器２４は、第１減圧器２３と気液分離器２５との間に設けられ、電気機器と熱交換可能に構成されている。中間熱交換器２４は、中間圧力の冷媒と電気機器との間の、直接的な、または間接的な熱交換を提供する。
【００２５】
中間熱交換器２４は、第１熱交換器２４ａと、熱輸送媒体の循環システム２４ｂと、第２熱交換器２４ｃとを備える。第１熱交換器２４ａは、冷媒と熱輸送媒体との熱交換を提供する。循環システム２４ｂは、第１熱交換器２４ａと第２熱交換器２４ｃとの間を熱輸送媒体が循環する循環通路を提供する。熱輸送媒体として、例えば水を用いることができる。循環システム２４ｂは、電池４と中間圧力の冷媒との間の熱輸送を提供する。循環システム２４ｂは、電池４から中間圧力の冷媒への熱の輸送と、中間圧力の冷媒から電池４への熱の輸送との両方向の熱輸送を可能とする。循環システム２４ｂは、中間圧力の冷媒による電池４の冷却と、中間圧力の冷媒による電池４の加熱との両方を可能としている。第２熱交換器２４ｃは、電池４と熱輸送媒体との熱交換を提供する。
【００２６】
中間熱交換器２４の下流には、気液分離器２５が設けられている。気液分離器２５は、液冷媒とガス冷媒とを分離する。気液分離器２５は、ガスインジェクション通路２９を経由して圧縮機２１に接続されている。また、気液分離器２５は、主冷媒回路２８を経由して第２減圧器２６に接続されている。気液分離器２５は、ガス冷媒を圧縮機２１に供給し、液冷媒を第２減圧器２６に供給する。中間熱交換器２４は、第１減圧器２３と気液分離器２５との間に配置されている。
【００２７】
主冷媒回路２８上における気液分離器２５の下流には、第２減圧器２６が設けられている。第２減圧器２６は、中間圧力の冷媒を空調のための低圧圧力に減圧する。第２減圧器２６の下流には、蒸発器２７が設けられている。蒸発器２７は、冷媒に吸熱させる吸熱用熱交換器である。蒸発器２７は、車室内に供給される空気と熱交換することにより、車室内に供給される空気を冷却する。
【００２８】
制御装置５は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを格納している。記憶媒体は、メモリによって提供されうる。プログラムは、制御装置５によって実行されることによって、制御装置５をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置５を機能させる。制御装置５が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。
【００２９】
空調装置１は、冷凍サイクル装置２の作動状態を検出するための複数の検出手段として複数のセンサを備えることができる。複数のセンサのひとつは、圧力センサ５３である。圧力センサ５３は、中間圧力Ｐｍを検出する。圧力センサ５３は、中間圧力Ｐｍを検出するための中間圧力検出手段を提供する。
【００３０】
空調装置１は、電池４の状態、例えば温度状態を検出するための複数の検出手段として複数のセンサを備えることができる。複数のセンサのひとつは、温度センサ５４である。温度センサ５４は、電池４の温度Ｔｂを検出する。温度センサ５４は、電池４の容器（電池パック）内に設置されている。温度センサ５４は、電池４の温度Ｔｂを検出するための電池温度検出手段を提供する。温度センサ５４は、温度制御されるべき電気機器の温度Ｔｂを検出するための機器温度検出手段でもある。
【００３１】
制御装置５は、冷凍サイクル装置２が車室内の空調のために機能するように第１減圧器２３を制御する。さらに、制御装置５は、冷凍サイクル装置２が電池４の温度調節のために機能するように第１減圧器２３を制御する。制御装置５は、中間熱交換器２４に流れる中間圧力の冷媒によって電池４が加熱されるように第１減圧器２３を制御する制御手段を提供する。また、制御装置５は、冷凍サイクル装置２が、車室内の空調のために、かつ、電池４の温度調節のために機能するように第１減圧器２３を制御する。
【００３２】
制御装置５は、冷却制御手段５１と、加熱制御手段５２とを備える。冷却制御手段５１は、電池４を冷却するように第１減圧器２３を制御する。冷却制御手段５１は、中間熱交換器２４において電池４を冷却することができる低温が得られるように、第１減圧器２３の開度を比較的小さい開度に制御する。冷却制御手段５１は、中間熱交換器２４において電池４を冷却することができる低温が得られるように、中間圧力Ｐｍが比較的低い圧力になるように第１減圧器２３の開度を調節する。加熱制御手段５２は、電池４を加熱するように第１減圧器２３を制御する。加熱制御手段５２は、中間熱交換器２４において電池４を加熱することができる高温が得られるように、第１減圧器２３の開度を比較的大きい開度に制御する。加熱制御手段５２は、中間熱交換器２４において電池４を加熱することができる高温が得られるように、中間圧力Ｐｍが比較的高い圧力になるように第１減圧器２３の開度を調節する。
【００３３】
この実施形態の電池４は、電池４の温度が所定の最適温度範囲にあるときに高い性能を発揮する。最適温度範囲は、例えば、１０°Ｃ〜４０°Ｃの間である。制御装置５は、電池４の温度が最適温度範囲に維持されるように第１減圧器２３を制御する。制御装置５は、中間圧力Ｐｍが所定の冷却用目標圧力Ｐｍｃ、または加熱用目標圧力Ｐｍｈになるように第１減圧器２３をフィードバック制御する。電池４の温度は、温度センサ５４によって検出される。中間圧力Ｐｍは、圧力センサ５３により検出される。制御装置５は、電池４の温度が最適温度範囲内にあるとき、冷凍サイクル装置２がガスインジェクションサイクルとして運転され、主として車室内の空調のために機能するように第１減圧器２３を制御する。
【００３４】
図２は、第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置による冷却制御状態を示すモリエル線図である。冷却用目標圧力Ｐｍｃにおける冷媒温度は、電池４の温度より十分に低い。この実施形態では、電池４の温度が上限温度である４０°Ｃを越えると冷却制御手段５１による制御が実行される。よって、冷却用目標圧力Ｐｍｃにおける冷媒温度は４０°Ｃより低い温度である。この結果、電池４は冷凍サイクル装置２によって冷却され、冷やされる。
【００３５】
図３は、第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置による加熱制御状態を示すモリエル線図である。加熱用目標圧力Ｐｍｈにおける冷媒温度は、電池４の温度より十分に高い。この実施形態では、電池４の温度が下限温度である１０°Ｃを下回ると加熱制御手段５２による制御が実行される。よって、加熱用目標圧力Ｐｍｈにおける冷媒温度は１０°Ｃより高い温度である。この結果、電池４は冷凍サイクル装置２によって加熱され、暖められる。
【００３６】
図２および図３においては、中間熱交換器２４における圧力と気液分離器２５の下流における液冷媒圧力とガス冷媒圧力とが異なる圧力として図示されているが、これはモリエル線図上における機器２２、２３、２４、２５、２６、２７の位置と機能との理解を容易にするために編集されたものである。
【００３７】
この実施形態では、第１減圧器２３の下流において０．４ＭＰａ〜０．８ＭＰａの中間圧力を得ることができ、その中間圧力の範囲において１０°Ｃ〜３０°Ｃの冷媒温度を得ることができる冷媒が用いられている。
【００３８】
制御装置５（冷却制御手段５１）は、電池４の温度が４０°Ｃを越えると、電池４を冷却するように第１減圧器２３を制御する。冷却制御手段５１は、中間圧力Ｐｍが所定の冷却用目標圧力Ｐｍｃになるように第１減圧器２３をフィードバック制御する。
【００３９】
制御装置５（加熱制御手段５２）は、電池４の温度が１０°Ｃを下回ると、電池４を加熱するように第１減圧器２３を制御する。加熱制御手段５２は、中間圧力Ｐｍが所定の加熱用目標圧力Ｐｍｈになるように第１減圧器２３をフィードバック制御する。
【００４０】
制御装置５は、電池４が作動するために適した最適温度範囲内に電池４の温度を調節するために必要な必要加熱量に応じて目標圧力を設定する。加熱目標圧力Ｐｍｈは、電池４の温度を最適温度範囲に維持するために必要な必要加熱量が増大するにつれて、中間圧力Ｐｍが高く上昇するように設定することができる。必要加熱量は、温度センサ５４によって検出される電池４の温度と、目標温度との差によって与えることができる。目標温度は最適温度範囲の中の温度値とすることができ、例えば２５°Ｃとすることができる。電池４の温度が目標温度より低くなるほど、加熱目標圧力Ｐｍｈは高く設定される。これにより、中間熱交換器２４における冷媒の温度が、電池４の温度より高く維持される。さらに、電池４の温度が目標温度より低くなるほど、冷媒の温度が高くなるため、電池４の温度を目標温度へ素早く調節することができる。
【００４１】
制御装置５は、中間熱交換器２４における冷媒の温度が、電池４が作動するために適した上記最適温度範囲内となるように、目標圧力を設定する。つまり、加熱目標圧力Ｐｍｈは、所定の上限圧力以下に設定される。加熱目標圧力Ｐｍｈの上限圧力は、中間圧力における冷媒温度が、電池４の最適温度範囲の上限値以下の温度になる圧力値に設定される。具体的には、加熱目標圧力Ｐｍｈの上限圧力は、冷媒温度が、電池４の上限温度である４０°Ｃより低い３０°Ｃになる０．８ＭＰａ程度に設定することができる。これにより電池４の過剰な加熱を回避することができる。冷却目標圧力Ｐｍｃも、加熱目標圧力Ｐｍｈと同様に設定することができる。すなわち、目標圧力Ｐｍｃ、Ｐｍｈの可変範囲は、その可変範囲において得られる冷媒温度の範囲が、電池４の最適温度範囲内となるように設定することができる。
【００４２】
この実施形態によると、冷凍サイクル装置２によって電池４を冷却することができるとともに、冷凍サイクル装置２によって電池４を加熱することができる。このため、電池４の温度を所定の温度範囲に維持することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
図４は、本発明を適用した第２実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。第１実施形態では、水を熱輸送媒体として利用する中間熱交換器２４を採用した。これに代えて、この実施形態では、空気を熱輸送媒体として利用する中間熱交換器２２４を採用する。電池２０４は、空気と熱交換可能に構成されている。中間熱交換器２２４は、第１熱交換器２２４ａと、送風機２２４ｂとを備える。第１熱交換器２２４ａは、中間圧力の冷媒と、空気との熱交換を提供する。送風機２２４ｂは、第１熱交換器２２４ａを通過した空気を電池２０４に供給する。この構成においても、中間熱交換器２２４は、電池２０４を冷却することができるとともに、電池２０４を加熱することができる。
【００４４】
（第３実施形態）
図５は、本発明を適用した第３実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。上記実施形態では、熱輸送媒体を利用する中間熱交換器２４を採用した。これに代えて、この実施形態では、中間圧力の冷媒と電池４との間の直接的な熱交換を提供する中間熱交換器３２４を採用する。中間熱交換器３２４は、第１減圧器２３の下流に設けられ、電池４に到達する配管３２４ｂを有する。さらに中間熱交換器３２４は、電池４と冷媒との熱交換を提供する熱交換器３２４ｃを備える。この構成においても、中間熱交換器３２４は、電池４を冷却することができるとともに、電池４を加熱することができる。
【００４５】
（第４実施形態）
図６は、本発明を適用した第４実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。上記実施形態では、温度センサ５４は電池４の温度を直接的に検出するように配置した。これに代えて、この実施形態では、温度センサ４５４は、熱輸送媒体である水の温度を検出する。温度センサ４５４は、循環システム２４ｂの配管に設けられ、熱輸送媒体の温度を検出する。熱輸送媒体の温度は、電池４の温度に対応する。よって、温度センサ４５４は、電池４の温度を間接的に検出している。この構成においても、中間熱交換器３２４は、電池４を冷却することができるとともに、電池４を加熱することができる。
【００４６】
（第５実施形態）
図７は、本発明を適用した第５実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。上記実施形態では第１減圧器２３の下流における中間圧力Ｐｍを目標圧力Ｐｍｃ、Ｐｍｈに制御した。これに代えて、第１減圧器２３の下流における冷媒の乾き度χ（カイ）を検出し。この乾き度を目標乾き度に制御する。乾き度χは、第１減圧器２３の下流における気液混合冷媒に占める蒸気冷媒（ガス冷媒）の割合に相当する。乾き度χは、図３に示されるように、飽和蒸気線と飽和液線との間の等圧線上における蒸気量に対応している。空調装置１は、圧力センサ５３に代えて、乾き度演算手段５５３を備える。乾き度演算手段５５３は、乾き度χを演算するために必要な冷凍サイクル装置２の作動状態を検出する複数の検出手段を含む。
【００４７】
例えば、乾き度演算手段５５３は、圧縮機２１から吐出された冷媒の状態を検出する吐出圧力センサおよび吐出温度センサを備える。さらに、乾き度演算手段５５３は、中間圧力の冷媒密度を検出する密度センサ、圧縮機の回転数を検出する回転数センサ、および圧縮機の排出容積を検出する容量センサを備えることができる。冷媒の循環量が、中間圧力の冷媒密度、圧縮機２１の排出容積、および回転数から算出される。さらに、乾き度演算手段５５３は、凝縮器２２における放熱量を検出する温度センサおよび風量センサを備えることができる。乾き度演算手段５５３は、これらの検出値から乾き度χを演算する。乾き度χに代えて、冷媒のエンタルピ、あるいは湿り度を演算してもよい。
【００４８】
制御装置５は、冷媒の乾き度χが、中間熱交換器２４において必要な加熱量または冷却量に応じた目標乾き度になるように第１減圧器２３を制御する。この構成においても、中間熱交換器２４は、電池４を冷却することができるとともに、電池４を加熱することができる。
【００４９】
（第６実施形態）
図８は、本発明を適用した第６実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。上記実施形態では、冷凍サイクル装置２を電池温度調節装置としても利用した。これに加えて、この実施形態では、冷凍サイクル装置２が電池温度調節装置として利用されるときに、冷凍サイクル装置２を液圧縮から保護する保護手段を採用する。
【００５０】
図９は、車両用冷凍サイクル装置の液バック状態を示すモリエル線図である。中間圧力Ｐｍによって電池４を加熱する場合、冷媒からの放熱量、すなわち電池４の加熱量が大きくなりすぎる場合がある。この場合、中間熱交換器２４後における冷媒はエンタルピが低くなり、ほとんどが液相冷媒となるおそれがある。この場合、気液分離器２５が液冷媒によって満たされ、ガスインジェクション通路２９にも液冷媒が流入するおそれがある。このような現象は液バックと呼ばれる。液バックが生じると、圧縮機２１において液圧縮が発生し、圧縮機２１が損傷するおそれがあった。
【００５１】
制御装置５は、保護手段としての液バック防止制御手段６５５を備える。液バック防止制御手段６５５は、液バックを検出するために必要な冷凍サイクル装置２の作動状態を検出する複数の検出手段を含む。さらに、制御装置５は、中間熱交換器２４における熱負荷、すなわち中間熱交換器２４における電池４と冷媒との熱交換量を調節し、特に熱交換量を減少させるための制限手段６５６を備える。制限手段６５６は、循環システム２４ｂにおける熱輸送媒体の流量を調節するポンプ６５６によって提供することができる。液バック防止制御手段６５５は、圧縮機２１への液バックを検出すると中間熱交換器２４と電池４との間の熱交換量を減少させる。熱交換量の減少により、中間熱交換器２４における冷媒の凝縮が抑制され、液バックが抑制される。この結果、液バックに起因する液圧縮が抑制される。
【００５２】
例えば、液バック防止制御手段６５５は、圧縮機２１の吐出側における冷媒の圧力、および／または温度を検出するセンサを備えることができる。液圧縮の兆候は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度低下によって検知することができる。液バック防止制御手段６５５は、吐出冷媒の温度に関連する上記指標が、予めマップ化された既定値の範囲から外れた場合は、中間熱交換器２４における熱負荷を下げるようにポンプ６５６を制御する。すなわち、圧縮機２１への液バックにより吐出冷媒の温度が規定値よりも下がった場合は、ポンプ６５６の回転数を低下させ、流量を低下させる。これにより、中間熱交換器２４における熱交換量が制限され、冷媒の過剰な液化が阻止される。このため、気液分離器２５は再びガス冷媒をガスインジェクション通路２９に供給できるようになる。
【００５３】
なお、この実施形態ではポンプ６５６の回転数を低下させたが、第２実施形態の構成においては、送風機２２４ｂの回転数を低下させてもよい。
【００５４】
この実施形態によると、電池４の温度を所定の温度範囲に維持することができるとともに、冷凍サイクル装置２を液圧縮から保護することができる。
【００５５】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、冷却制御手段５１は中間圧力Ｐｍを冷却用目標圧力Ｐｍｃに制御した。これに代えて、凝縮器２２の下流における過冷却度を冷却用目標値に制御するように第１減圧器２３を制御してもよい。過冷却度は、サブクールとも呼ばれ、図２に記号ＳＣによって示されている。
【００５７】
また、上記実施形態では、冷凍サイクル装置２は、電池４の冷却と加熱との両方に利用された。これに代えて、冷凍サイクル装置２を電池４の加熱にのみ利用してもよい。また、この場合、電池４の冷却は車室外の空気または車室内の空気による空冷構造としてもよい。
【００５８】
また、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 車両用空調装置、２ 車両用冷凍サイクル装置、２１ 圧縮機、２２ 凝縮器、２３ 第１減圧器、２４ 中間熱交換器、２４ａ 第１熱交換器、２４ｂ 循環システム、２４ｃ 第２熱交換器、２５ 気液分離器、２６ 第２減圧器、２７ 蒸発器、３ モータ、４ 電池、５ 制御装置、５１ 冷却制御手段、５２ 加熱制御手段、５３ 圧力センサ（中間圧力検出手段）、５４ 温度センサ（機器温度検出手段）、２０４ 電池、２０５ 送風機、２２４ 中間熱交換器、２２４ａ 第１熱交換器、２２４ｂ 送風機、３２４ 中間熱交換器、３２４ｂ 配管、３２４ｃ 熱交換器、４５４ 温度センサ、５５３ 乾き度演算手段、６５５ 液バック防止制御手段、６５６ ポンプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスインジェクション機構を備える冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、車両に搭載された空調装置の冷凍サイクル装置を電気機器の温度調節に用いることを提案している。特に、この技術は、ガスインジェクション機構を備える冷凍サイクル装置を用いることにより、冷凍サイクル装置の中間圧力によって電気機器を冷却している。
【０００３】
また、特許文献２は、ガスインジェクション機構を持つ冷凍サイクル装置（ヒートポンプサイクル）の中間圧力によってインバータなどの電気機器を冷却することを提案している。さらに、この装置では、電気機器の発熱量に応じて中間圧力を調整することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９０６２２号公報
【特許文献２】特開平１１−３４６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、電気機器は専ら冷却されるばかりである。つまり、電気機器を冷却するための熱交換器は、第１絞りと気液分離機の間に置かれている。そして、第１絞り後の冷媒圧力を、第１および第２絞りによって調節することで、冷媒の温度を熱交換器の冷却水等よりも低い温度に調節する。このため、電気機器の冷却だけが可能である。
【０００６】
ところで、移動用、すなわち走行用の電動機を備え、さらにこの電動機に給電する電池を搭載した電動車両が知られている。例えば、電動機のみによって走行する電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機とを搭載したハイブリッド車両（ＨＶ）、または外部電源から充電可能なハイブリッド車両（プラグインハイブリッド車両：ＰＨＶ）などが電動車両として知られている。電動車両に搭載された電池は、ジュール熱等により発熱する。このため、専用の送風機などの冷却装置を搭載することによって冷却されている。かかる電池には、きめ細かい温度管理が必要であった。特に、リチウムイオン電池では、所期の性能を引き出すために電池温度を１０°Ｃ〜４０°Ｃ程度に維持する必要がある。このような機器においては、冷却ばかりでなく、機器を暖めることが求められている。
【０００７】
このような要請に応えるために、冷凍サイクル装置の高圧側に熱交換器を設け、電気機器を暖めることも考えられる。しかし、電池の場合、必要な温度域は１０°Ｃ〜４０°Ｃ程度である。このため、冷凍サイクル装置の高圧側の冷媒をそのまま利用したのでは、高温になりすぎるおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車載の電気機器の温度を制御することができる車両用冷凍サイクル装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、電気機器の冷却だけでなく、電気機器の加熱も可能な車両用冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、低圧冷媒の吸入ポート（２１ａ）とガスインジェクションポート（２１ｂ）とを有する圧縮機（２１）と、ガスインジェクション通路（２９）を経由して圧縮機に接続された気液分離器（２５）と、高圧冷媒を減圧し、気液分離器に供給する減圧器（２３）と、減圧器と気液分離器との間に設けられ、電気機器（４）と熱交換可能な中間熱交換器（２４、２２４、３２４）と、中間熱交換器に流れる中間圧力の冷媒によって電気機器が加熱されるように減圧器を制御する制御手段（５）とを備えることを特徴とする。この構成によると、ガスインジェクション機構を備える冷凍サイクル装置よって電気機器を加熱することができる。このため、冷凍サイクル装置によって電気機器の温度を調節することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、制御手段（５）は、中間熱交換器における冷媒の中間圧力（Ｐｍ）を目標圧力（Ｐｍｃ、Ｐｍｈ）に制御するように減圧器（２３）を制御することを特徴とする。この構成によると、冷凍サイクル装置の中間圧力が目標圧力に制御されることにより、電気機器が加熱される。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、制御手段（５）は、電気機器が作動するために適した温度範囲内に電気機器の温度を調節するために必要な必要加熱量に応じて目標圧力を設定することを特徴とする。この構成によると、目標圧力が、必要加熱量に応じて設定される。このため、電気機器が作動するために適した温度範囲内に、電気機器の温度を調節することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、制御手段（５）は、必要加熱量が大きくなるほど、目標圧力を高く設定することを特徴とする。この構成によると、必要加熱量が大きくなるほど、目標圧力が高く設定される。このため、中間熱交換器における冷媒の温度が高くなる。この結果、電気機器を素早く加熱することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、制御手段（５）は、中間熱交換器における冷媒の温度が、電気機器が作動するために適した温度範囲内となるように、目標圧力を設定することを特徴とする。この構成によると、中間熱交換器における冷媒の温度が、電気機器が作動するために適した温度範囲内に制御される。この結果、電気機器の過剰な加熱が抑制される。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、制御装置は、圧縮機への液バックを検出すると中間熱交換器と電気機器との熱交換量を減少させる液バック防止制御手段（６５５）を備えることを特徴とする。この構成によると、圧縮機への液バックが検出されると中間熱交換器における熱交換量が減少される。熱交換量の減少により、中間熱交換器における冷媒の凝縮が抑制され、液バックが抑制される。この結果、液バックに起因する液圧縮が抑制される。
【００１７】
なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置による冷却制御状態を示すモリエル線図である。
【図３】第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置による加熱制御状態を示すモリエル線図である。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した第３実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用した第４実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用した第５実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図８】本発明を適用した第６実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。
【図９】車両用冷凍サイクル装置の液バック状態を示すモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。車両には、車室内の温度を調節するための車両用の空調装置１が設けられている。空調装置１は、車両に搭載された車両用の冷凍サイクル装置２を備える。冷凍サイクル装置２は、主として車室内に供給される空気を冷却するために利用される。冷凍サイクル装置２は、車室内に供給される空気を加熱するヒートポンプサイクルを提供してもよい。車両には、車両の走行用の動力源としてのモータ３が設けられている。モータ３は、車両の駆動輪を駆動する。車両には、モータ３に給電する電池４が設けられている。電池４は、二次電池である。電池４は、車両に搭載された電気化学的な機器である。電池４は、車両に搭載された電気機器である。電池４は、例えば、リチウムイオン電池によって提供される。冷凍サイクル装置２は、電池４と熱交換可能に構成されている。冷凍サイクル装置２は、空調装置１のための装置であるとともに、電池４の温度を調節するための電池温度調節装置でもある。車両には、冷凍サイクル装置２を制御する制御装置５が設けられている。
【００２１】
冷凍サイクル装置２は、圧縮機２１と、凝縮器２２と、第１減圧器２３と、電気機器のための中間熱交換器２４と、気液分離器２５と、第２減圧器２６と、蒸発器２７とを備える。冷凍サイクル装置２が提供する冷凍サイクルは、ガスインジェクションサイクルとも呼ばれる。圧縮機２１、凝縮器２２、第１減圧器２３、気液分離器２５、第２減圧器２６、および蒸発器２７は、主冷媒回路２８上に上記順序で配置されている。気液分離器２５と圧縮機２１との間には、ガスインジェクション通路２９が設けられている。
【００２２】
圧縮機２１は、低圧冷媒を吸入し、加圧することにより高圧冷媒を吐出する。
圧縮機２１は、圧縮工程の途中段階において中間圧力のガス冷媒を導入するガスインジェクション型の圧縮機である。圧縮機２１は、低圧冷媒の吸入ポート２１ａと、中間圧力の冷媒を導入するガスインジェクションポート２１ｂと、加圧された冷媒の吐出ポート２１ｃとを有する。圧縮機２１は、第１の圧縮段階と、第２の圧縮段階とを有し、それら第１の圧縮段階と第２の圧縮段階との間にガスインジェクションポート２１ｂを有している。凝縮器２２は、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒から放熱させる放熱器である。凝縮器２２は、高圧冷媒を放熱させることにより冷媒を凝縮させる。凝縮器２２は、車室外の空気と熱交換することにより、冷媒を凝縮させる。
【００２３】
第１減圧器２３は、凝縮器２２から出た高圧冷媒を、中間圧力まで減圧する。第１減圧器２３は、高圧冷媒を減圧し、中間圧力の冷媒を中間熱交換器２４および気液分離器２５に供給する。第１減圧器２３によって中間圧力の冷媒が得られる。第１減圧器２３は、開度を調節可能な弁である。第１減圧器２３の開度は制御装置５によって調節される。
【００２４】
第１減圧器２３の下流には、車両に搭載された電気機器としての電池４の温度を調節するための中間熱交換器２４が設けられている。中間熱交換器２４は、第１減圧器２３と気液分離器２５との間に設けられ、電気機器と熱交換可能に構成されている。中間熱交換器２４は、中間圧力の冷媒と電気機器との間の、直接的な、または間接的な熱交換を提供する。
【００２５】
中間熱交換器２４は、第１熱交換器２４ａと、熱輸送媒体の循環システム２４ｂと、第２熱交換器２４ｃとを備える。第１熱交換器２４ａは、冷媒と熱輸送媒体との熱交換を提供する。循環システム２４ｂは、第１熱交換器２４ａと第２熱交換器２４ｃとの間を熱輸送媒体が循環する循環通路を提供する。熱輸送媒体として、例えば水を用いることができる。循環システム２４ｂは、電池４と中間圧力の冷媒との間の熱輸送を提供する。循環システム２４ｂは、電池４から中間圧力の冷媒への熱の輸送と、中間圧力の冷媒から電池４への熱の輸送との両方向の熱輸送を可能とする。循環システム２４ｂは、中間圧力の冷媒による電池４の冷却と、中間圧力の冷媒による電池４の加熱との両方を可能としている。第２熱交換器２４ｃは、電池４と熱輸送媒体との熱交換を提供する。
【００２６】
中間熱交換器２４の下流には、気液分離器２５が設けられている。気液分離器２５は、液冷媒とガス冷媒とを分離する。気液分離器２５は、ガスインジェクション通路２９を経由して圧縮機２１に接続されている。また、気液分離器２５は、主冷媒回路２８を経由して第２減圧器２６に接続されている。気液分離器２５は、ガス冷媒を圧縮機２１に供給し、液冷媒を第２減圧器２６に供給する。中間熱交換器２４は、第１減圧器２３と気液分離器２５との間に配置されている。
【００２７】
主冷媒回路２８上における気液分離器２５の下流には、第２減圧器２６が設けられている。第２減圧器２６は、中間圧力の冷媒を空調のための低圧圧力に減圧する。第２減圧器２６の下流には、蒸発器２７が設けられている。蒸発器２７は、冷媒に吸熱させる吸熱用熱交換器である。蒸発器２７は、車室内に供給される空気と熱交換することにより、車室内に供給される空気を冷却する。
【００２８】
制御装置５は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを格納している。記憶媒体は、メモリによって提供されうる。プログラムは、制御装置５によって実行されることによって、制御装置５をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置５を機能させる。制御装置５が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。
【００２９】
空調装置１は、冷凍サイクル装置２の作動状態を検出するための複数の検出手段として複数のセンサを備えることができる。複数のセンサのひとつは、圧力センサ５３である。圧力センサ５３は、中間圧力Ｐｍを検出する。圧力センサ５３は、中間圧力Ｐｍを検出するための中間圧力検出手段を提供する。
【００３０】
空調装置１は、電池４の状態、例えば温度状態を検出するための複数の検出手段として複数のセンサを備えることができる。複数のセンサのひとつは、温度センサ５４である。温度センサ５４は、電池４の温度Ｔｂを検出する。温度センサ５４は、電池４の容器（電池パック）内に設置されている。温度センサ５４は、電池４の温度Ｔｂを検出するための電池温度検出手段を提供する。温度センサ５４は、温度制御されるべき電気機器の温度Ｔｂを検出するための機器温度検出手段でもある。
【００３１】
制御装置５は、冷凍サイクル装置２が車室内の空調のために機能するように第１減圧器２３を制御する。さらに、制御装置５は、冷凍サイクル装置２が電池４の温度調節のために機能するように第１減圧器２３を制御する。制御装置５は、中間熱交換器２４に流れる中間圧力の冷媒によって電池４が加熱されるように第１減圧器２３を制御する制御手段を提供する。また、制御装置５は、冷凍サイクル装置２が、車室内の空調のために、かつ、電池４の温度調節のために機能するように第１減圧器２３を制御する。
【００３２】
制御装置５は、冷却制御手段５１と、加熱制御手段５２とを備える。冷却制御手段５１は、電池４を冷却するように第１減圧器２３を制御する。冷却制御手段５１は、中間熱交換器２４において電池４を冷却することができる低温が得られるように、第１減圧器２３の開度を比較的小さい開度に制御する。冷却制御手段５１は、中間熱交換器２４において電池４を冷却することができる低温が得られるように、中間圧力Ｐｍが比較的低い圧力になるように第１減圧器２３の開度を調節する。加熱制御手段５２は、電池４を加熱するように第１減圧器２３を制御する。加熱制御手段５２は、中間熱交換器２４において電池４を加熱することができる高温が得られるように、第１減圧器２３の開度を比較的大きい開度に制御する。加熱制御手段５２は、中間熱交換器２４において電池４を加熱することができる高温が得られるように、中間圧力Ｐｍが比較的高い圧力になるように第１減圧器２３の開度を調節する。
【００３３】
この実施形態の電池４は、電池４の温度が所定の最適温度範囲にあるときに高い性能を発揮する。最適温度範囲は、例えば、１０°Ｃ〜４０°Ｃの間である。制御装置５は、電池４の温度が最適温度範囲に維持されるように第１減圧器２３を制御する。制御装置５は、中間圧力Ｐｍが所定の冷却用目標圧力Ｐｍｃ、または加熱用目標圧力Ｐｍｈになるように第１減圧器２３をフィードバック制御する。電池４の温度は、温度センサ５４によって検出される。中間圧力Ｐｍは、圧力センサ５３により検出される。制御装置５は、電池４の温度が最適温度範囲内にあるとき、冷凍サイクル装置２がガスインジェクションサイクルとして運転され、主として車室内の空調のために機能するように第１減圧器２３を制御する。
【００３４】
図２は、第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置による冷却制御状態を示すモリエル線図である。冷却用目標圧力Ｐｍｃにおける冷媒温度は、電池４の温度より十分に低い。この実施形態では、電池４の温度が上限温度である４０°Ｃを越えると冷却制御手段５１による制御が実行される。よって、冷却用目標圧力Ｐｍｃにおける冷媒温度は４０°Ｃより低い温度である。この結果、電池４は冷凍サイクル装置２によって冷却され、冷やされる。
【００３５】
図３は、第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置による加熱制御状態を示すモリエル線図である。加熱用目標圧力Ｐｍｈにおける冷媒温度は、電池４の温度より十分に高い。この実施形態では、電池４の温度が下限温度である１０°Ｃを下回ると加熱制御手段５２による制御が実行される。よって、加熱用目標圧力Ｐｍｈにおける冷媒温度は１０°Ｃより高い温度である。この結果、電池４は冷凍サイクル装置２によって加熱され、暖められる。
【００３６】
図２および図３においては、中間熱交換器２４における圧力と気液分離器２５の下流における液冷媒圧力とガス冷媒圧力とが異なる圧力として図示されているが、これはモリエル線図上における機器２２、２３、２４、２５、２６、２７の位置と機能との理解を容易にするために編集されたものである。
【００３７】
この実施形態では、第１減圧器２３の下流において０．４ＭＰａ〜０．８ＭＰａの中間圧力を得ることができ、その中間圧力の範囲において１０°Ｃ〜３０°Ｃの冷媒温度を得ることができる冷媒が用いられている。
【００３８】
制御装置５（冷却制御手段５１）は、電池４の温度が４０°Ｃを越えると、電池４を冷却するように第１減圧器２３を制御する。冷却制御手段５１は、中間圧力Ｐｍが所定の冷却用目標圧力Ｐｍｃになるように第１減圧器２３をフィードバック制御する。
【００３９】
制御装置５（加熱制御手段５２）は、電池４の温度が１０°Ｃを下回ると、電池４を加熱するように第１減圧器２３を制御する。加熱制御手段５２は、中間圧力Ｐｍが所定の加熱用目標圧力Ｐｍｈになるように第１減圧器２３をフィードバック制御する。
【００４０】
制御装置５は、電池４が作動するために適した最適温度範囲内に電池４の温度を調節するために必要な必要加熱量に応じて目標圧力を設定する。加熱目標圧力Ｐｍｈは、電池４の温度を最適温度範囲に維持するために必要な必要加熱量が増大するにつれて、中間圧力Ｐｍが高く上昇するように設定することができる。必要加熱量は、温度センサ５４によって検出される電池４の温度と、目標温度との差によって与えることができる。目標温度は最適温度範囲の中の温度値とすることができ、例えば２５°Ｃとすることができる。電池４の温度が目標温度より低くなるほど、加熱目標圧力Ｐｍｈは高く設定される。これにより、中間熱交換器２４における冷媒の温度が、電池４の温度より高く維持される。さらに、電池４の温度が目標温度より低くなるほど、冷媒の温度が高くなるため、電池４の温度を目標温度へ素早く調節することができる。
【００４１】
制御装置５は、中間熱交換器２４における冷媒の温度が、電池４が作動するために適した上記最適温度範囲内となるように、目標圧力を設定する。つまり、加熱目標圧力Ｐｍｈは、所定の上限圧力以下に設定される。加熱目標圧力Ｐｍｈの上限圧力は、中間圧力における冷媒温度が、電池４の最適温度範囲の上限値以下の温度になる圧力値に設定される。具体的には、加熱目標圧力Ｐｍｈの上限圧力は、冷媒温度が、電池４の上限温度である４０°Ｃより低い３０°Ｃになる０．８ＭＰａ程度に設定することができる。これにより電池４の過剰な加熱を回避することができる。冷却目標圧力Ｐｍｃも、加熱目標圧力Ｐｍｈと同様に設定することができる。すなわち、目標圧力Ｐｍｃ、Ｐｍｈの可変範囲は、その可変範囲において得られる冷媒温度の範囲が、電池４の最適温度範囲内となるように設定することができる。
【００４２】
この実施形態によると、冷凍サイクル装置２によって電池４を冷却することができるとともに、冷凍サイクル装置２によって電池４を加熱することができる。このため、電池４の温度を所定の温度範囲に維持することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
図４は、本発明を適用した第２実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。第１実施形態では、水を熱輸送媒体として利用する中間熱交換器２４を採用した。これに代えて、この実施形態では、空気を熱輸送媒体として利用する中間熱交換器２２４を採用する。電池２０４は、空気と熱交換可能に構成されている。中間熱交換器２２４は、第１熱交換器２２４ａと、送風機２２４ｂとを備える。第１熱交換器２２４ａは、中間圧力の冷媒と、空気との熱交換を提供する。送風機２２４ｂは、第１熱交換器２２４ａを通過した空気を電池２０４に供給する。この構成においても、中間熱交換器２２４は、電池２０４を冷却することができるとともに、電池２０４を加熱することができる。
【００４４】
（第３実施形態）
図５は、本発明を適用した第３実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。上記実施形態では、熱輸送媒体を利用する中間熱交換器２４を採用した。これに代えて、この実施形態では、中間圧力の冷媒と電池４との間の直接的な熱交換を提供する中間熱交換器３２４を採用する。中間熱交換器３２４は、第１減圧器２３の下流に設けられ、電池４に到達する配管３２４ｂを有する。さらに中間熱交換器３２４は、電池４と冷媒との熱交換を提供する熱交換器３２４ｃを備える。この構成においても、中間熱交換器３２４は、電池４を冷却することができるとともに、電池４を加熱することができる。
【００４５】
（第４実施形態）
図６は、本発明を適用した第４実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。上記実施形態では、温度センサ５４は電池４の温度を直接的に検出するように配置した。これに代えて、この実施形態では、温度センサ４５４は、熱輸送媒体である水の温度を検出する。温度センサ４５４は、循環システム２４ｂの配管に設けられ、熱輸送媒体の温度を検出する。熱輸送媒体の温度は、電池４の温度に対応する。よって、温度センサ４５４は、電池４の温度を間接的に検出している。この構成においても、中間熱交換器３２４は、電池４を冷却することができるとともに、電池４を加熱することができる。
【００４６】
（第５実施形態）
図７は、本発明を適用した第５実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。上記実施形態では第１減圧器２３の下流における中間圧力Ｐｍを目標圧力Ｐｍｃ、Ｐｍｈに制御した。これに代えて、第１減圧器２３の下流における冷媒の乾き度χ（カイ）を検出し。この乾き度を目標乾き度に制御する。乾き度χは、第１減圧器２３の下流における気液混合冷媒に占める蒸気冷媒（ガス冷媒）の割合に相当する。乾き度χは、図３に示されるように、飽和蒸気線と飽和液線との間の等圧線上における蒸気量に対応している。空調装置１は、圧力センサ５３に代えて、乾き度演算手段５５３を備える。乾き度演算手段５５３は、乾き度χを演算するために必要な冷凍サイクル装置２の作動状態を検出する複数の検出手段を含む。
【００４７】
例えば、乾き度演算手段５５３は、圧縮機２１から吐出された冷媒の状態を検出する吐出圧力センサおよび吐出温度センサを備える。さらに、乾き度演算手段５５３は、中間圧力の冷媒密度を検出する密度センサ、圧縮機の回転数を検出する回転数センサ、および圧縮機の排出容積を検出する容量センサを備えることができる。冷媒の循環量が、中間圧力の冷媒密度、圧縮機２１の排出容積、および回転数から算出される。さらに、乾き度演算手段５５３は、凝縮器２２における放熱量を検出する温度センサおよび風量センサを備えることができる。乾き度演算手段５５３は、これらの検出値から乾き度χを演算する。乾き度χに代えて、冷媒のエンタルピ、あるいは湿り度を演算してもよい。
【００４８】
制御装置５は、冷媒の乾き度χが、中間熱交換器２４において必要な加熱量または冷却量に応じた目標乾き度になるように第１減圧器２３を制御する。この構成においても、中間熱交換器２４は、電池４を冷却することができるとともに、電池４を加熱することができる。
【００４９】
（第６実施形態）
図８は、本発明を適用した第６実施形態に係る車両用冷凍サイクル装置を示すブロック図である。上記実施形態では、冷凍サイクル装置２を電池温度調節装置としても利用した。これに加えて、この実施形態では、冷凍サイクル装置２が電池温度調節装置として利用されるときに、冷凍サイクル装置２を液圧縮から保護する保護手段を採用する。
【００５０】
図９は、車両用冷凍サイクル装置の液バック状態を示すモリエル線図である。中間圧力Ｐｍによって電池４を加熱する場合、冷媒からの放熱量、すなわち電池４の加熱量が大きくなりすぎる場合がある。この場合、中間熱交換器２４後における冷媒はエンタルピが低くなり、ほとんどが液相冷媒となるおそれがある。この場合、気液分離器２５が液冷媒によって満たされ、ガスインジェクション通路２９にも液冷媒が流入するおそれがある。このような現象は液バックと呼ばれる。液バックが生じると、圧縮機２１において液圧縮が発生し、圧縮機２１が損傷するおそれがあった。
【００５１】
制御装置５は、保護手段としての液バック防止制御手段６５５を備える。液バック防止制御手段６５５は、液バックを検出するために必要な冷凍サイクル装置２の作動状態を検出する複数の検出手段を含む。さらに、制御装置５は、中間熱交換器２４における熱負荷、すなわち中間熱交換器２４における電池４と冷媒との熱交換量を調節し、特に熱交換量を減少させるための制限手段６５６を備える。制限手段６５６は、循環システム２４ｂにおける熱輸送媒体の流量を調節するポンプ６５６によって提供することができる。液バック防止制御手段６５５は、圧縮機２１への液バックを検出すると中間熱交換器２４と電池４との間の熱交換量を減少させる。熱交換量の減少により、中間熱交換器２４における冷媒の凝縮が抑制され、液バックが抑制される。この結果、液バックに起因する液圧縮が抑制される。
【００５２】
例えば、液バック防止制御手段６５５は、圧縮機２１の吐出側における冷媒の圧力、および／または温度を検出するセンサを備えることができる。液圧縮の兆候は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度低下によって検知することができる。液バック防止制御手段６５５は、吐出冷媒の温度に関連する上記指標が、予めマップ化された既定値の範囲から外れた場合は、中間熱交換器２４における熱負荷を下げるようにポンプ６５６を制御する。すなわち、圧縮機２１への液バックにより吐出冷媒の温度が規定値よりも下がった場合は、ポンプ６５６の回転数を低下させ、流量を低下させる。これにより、中間熱交換器２４における熱交換量が制限され、冷媒の過剰な液化が阻止される。このため、気液分離器２５は再びガス冷媒をガスインジェクション通路２９に供給できるようになる。
【００５３】
なお、この実施形態ではポンプ６５６の回転数を低下させたが、第２実施形態の構成においては、送風機２２４ｂの回転数を低下させてもよい。
【００５４】
この実施形態によると、電池４の温度を所定の温度範囲に維持することができるとともに、冷凍サイクル装置２を液圧縮から保護することができる。
【００５５】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、冷却制御手段５１は中間圧力Ｐｍを冷却用目標圧力Ｐｍｃに制御した。これに代えて、凝縮器２２の下流における過冷却度を冷却用目標値に制御するように第１減圧器２３を制御してもよい。過冷却度は、サブクールとも呼ばれ、図２に記号ＳＣによって示されている。
【００５７】
また、上記実施形態では、冷凍サイクル装置２は、電池４の冷却と加熱との両方に利用された。これに代えて、冷凍サイクル装置２を電池４の加熱にのみ利用してもよい。また、この場合、電池４の冷却は車室外の空気または車室内の空気による空冷構造としてもよい。
【００５８】
また、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 車両用空調装置、２ 車両用冷凍サイクル装置、２１ 圧縮機、２２ 凝縮器、２３ 第１減圧器、２４ 中間熱交換器、２４ａ 第１熱交換器、２４ｂ 循環システム、２４ｃ 第２熱交換器、２５ 気液分離器、２６ 第２減圧器、２７ 蒸発器、３ モータ、４ 電池、５ 制御装置、５１ 冷却制御手段、５２ 加熱制御手段、５３ 圧力センサ（中間圧力検出手段）、５４ 温度センサ（機器温度検出手段）、２０４ 電池、２０５ 送風機、２２４ 中間熱交換器、２２４ａ 第１熱交換器、２２４ｂ 送風機、３２４ 中間熱交換器、３２４ｂ 配管、３２４ｃ 熱交換器、４５４ 温度センサ、５５３ 乾き度演算手段、６５５ 液バック防止制御手段、６５６ ポンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧冷媒の吸入ポート（２１ａ）とガスインジェクションポート（２１ｂ）とを有する圧縮機（２１）と、
ガスインジェクション通路（２９）を経由して前記圧縮機に接続された気液分離器（２５）と、
高圧冷媒を減圧し、前記気液分離器に供給する減圧器（２３）と、
前記減圧器と前記気液分離器との間に設けられ、電気機器（４）と熱交換可能な中間熱交換器（２４、２２４、３２４）と、
前記中間熱交換器に流れる中間圧力の冷媒によって前記電気機器が加熱されるように前記減圧器を制御する制御手段（５）とを備えることを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御手段（５）は、前記中間熱交換器における冷媒の中間圧力（Ｐｍ）を目標圧力（Ｐｍｃ、Ｐｍｈ）に制御するように前記減圧器（２３）を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御手段（５）は、前記電気機器が作動するために適した温度範囲内に前記電気機器の温度を調節するために必要な必要加熱量に応じて前記目標圧力を設定することを特徴とする請求項２に記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御手段（５）は、前記必要加熱量が大きくなるほど、前記目標圧力を高く設定することを特徴とする請求項３に記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記制御手段（５）は、前記中間熱交換器における冷媒の温度が、前記電気機器が作動するために適した温度範囲内となるように、前記目標圧力を設定することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記圧縮機への液バックを検出すると前記中間熱交換器と前記電気機器との熱交換量を減少させる液バック防止制御手段（６５５）を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項１】
低圧冷媒の吸入ポート（２１ａ）とガスインジェクションポート（２１ｂ）とを有する圧縮機（２１）と、
ガスインジェクション通路（２９）を経由して前記圧縮機に接続された気液分離器（２５）と、
高圧冷媒を減圧し、前記気液分離器に供給する減圧器（２３）と、
前記減圧器と前記気液分離器との間に設けられ、電気機器（４）と熱交換可能な中間熱交換器（２４、２２４、３２４）と、
前記中間熱交換器に流れる中間圧力の冷媒によって前記電気機器が加熱されるように前記減圧器を制御する制御手段（５）とを備えることを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御手段（５）は、前記中間熱交換器における冷媒の中間圧力（Ｐｍ）を目標圧力（Ｐｍｃ、Ｐｍｈ）に制御するように前記減圧器（２３）を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御手段（５）は、前記電気機器が作動するために適した温度範囲内に前記電気機器の温度を調節するために必要な必要加熱量に応じて前記目標圧力を設定することを特徴とする請求項２に記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御手段（５）は、前記必要加熱量が大きくなるほど、前記目標圧力を高く設定することを特徴とする請求項３に記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記制御手段（５）は、前記中間熱交換器における冷媒の温度が、前記電気機器が作動するために適した温度範囲内となるように、前記目標圧力を設定することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の車両用冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記圧縮機への液バックを検出すると前記中間熱交換器と前記電気機器との熱交換量を減少させる液バック防止制御手段（６５５）を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両用冷凍サイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３６５７７（Ｐ２０１２−２３６５７７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０８５０５（Ｐ２０１１−１０８５０５）
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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