特開 2022-147311 冷媒回路及び車両用ヒートポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022147311

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】冷媒回路及び車両用ヒートポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20220929BHJP

   B60H 1/22 20060101ALI20220929BHJP

   F25B 5/04 20060101ALI20220929BHJP

   F25B 5/02 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 101J

B60H1/22 651A

F25B1/00 101E

F25B1/00 101H

F25B1/00 399Y

F25B5/04 Z

F25B5/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021048497

(22)【出願日】2021-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】519150315

【氏名又は名称】サンデン・アドバンストテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】特許業務法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 宣伯

(72)【発明者】

【氏名】高沢 修

(72)【発明者】

【氏名】宮腰 竜

【テーマコード（参考）】

3L211

【Ｆターム（参考）】

3L211AA10

3L211AA11

3L211BA34

3L211BA54

3L211BA55

3L211CA18

3L211CA19

3L211DA27

3L211DA28

3L211DA29

(57)【要約】

【課題】冷媒から直接熱交換する熱媒体を所望の温度帯で生成できるようにすることで、効率的な熱利用が可能な冷媒回路を提供する。
【解決手段】冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出した冷媒を凝縮、膨張、蒸発させて前記圧縮機に戻す冷媒循環流路を備え、冷媒と熱媒体とを熱交換させる第１冷媒熱媒体熱交換部と、冷媒を減圧する減圧部と、冷媒と熱媒体とを熱交換させる第２冷媒熱媒体熱交換部と、冷媒と熱媒体とを熱交換させる第３冷媒熱媒体熱交換部とを備え、第１冷媒熱媒体熱交換部と第２冷媒熱媒体熱交換部と第３冷媒熱媒体熱交換部のいずれかを選択的に迂回可能なバイパス冷媒配管を設けた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出した冷媒を凝縮、膨張、蒸発させて前記圧縮機に戻す冷媒循環流路とを備えた冷媒回路において、
冷媒と熱媒体とを熱交換させる第１冷媒熱媒体熱交換部と、
冷媒を減圧する減圧部と、
冷媒と熱媒体とを熱交換させる第２冷媒熱媒体熱交換部と、
冷媒と熱媒体とを熱交換させる第３冷媒熱媒体熱交換部とを備え、
前記第１冷媒熱媒体熱交換部と前記第２冷媒熱媒体熱交換部と前記第３冷媒熱媒体熱交換部のいずれかを選択的に迂回可能なバイパス冷媒配管を設けたことを特徴とする冷媒回路。

【請求項2】

前記バイパス冷媒配管は、
前記第１冷媒熱媒体熱交換部の下流側に設けられる前記第２冷媒熱媒体熱交換部を迂回可能な第１バイパス配管と、
前記第２冷媒熱媒体熱交換部の下流側に設けられる第３冷媒熱媒体熱交換部を迂回可能な第２バイパス配管を備えることを特徴とする請求項１記載の冷媒回路。

【請求項3】

前記第１バイパス配管の合流部は、前記第２バイパス配管の分岐部と前記第３冷媒熱媒体熱交換部との間に設けられていることを特徴とする請求項２記載の冷媒回路。

【請求項4】

前記減圧部は、
前記第１冷媒熱媒体熱交換部と前記第２冷媒熱媒体熱交換部の間に設けられる第１減圧部と、
前記第２冷媒熱媒体熱交換部と第３冷媒熱媒体熱交換部の間に設けられた第２減圧部とを備え、
前記第１バイパス配管の分岐部が前記第１減圧部の上流側に設けられ、前記第１バイパス配管の合流部が前記第２減圧部の上流側に設けられることを特徴とする請求項３記載の冷媒回路。

【請求項5】

前記第２バイパス配管の分岐部は、前記第２減圧部と前記第１バイパス配管の合流部より上流側に設けられることを特徴とする請求項４記載の冷媒回路。

【請求項6】

前記第２バイパス配管の分岐部と前記第１バイパス配管の合流部との間に逆流防止手段が設けられることを特徴とする請求項５記載の冷媒回路。

【請求項7】

前記第１冷媒熱媒体熱交換部と前記第２冷媒熱媒体熱交換部と前記第３冷媒熱交換部の少なくとも一つで熱交換した熱媒体が循環する熱媒体回路を備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項記載の冷媒回路。

【請求項8】

前記第１冷媒熱媒体熱交換部と前記第２冷媒熱媒体熱交換部と前記第３冷媒熱交換部のそれぞれで熱交換した熱媒体が循環する複数の熱媒体回路を備えることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項記載の冷媒回路。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項記載の冷媒回路を備えた車両用ヒートポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷媒回路及び車両用ヒートポンプ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

冷媒回路は、循環する冷媒を圧縮、凝縮、膨張、蒸発させてヒートポンプとして機能するものがあり、このような冷媒回路は、エンジン発熱を期待できない車両（電動車両やハイブリッド車両、或いは発熱量の小さいエンジンを搭載した車両）の熱マネジメントにおける熱源として用いられている。特に、車両空調用の冷媒回路は、冷媒の吸熱と放熱を利用して、冷房、暖房、除湿、除霜、曇り止めの機能を果たしており、更に、バッテリーやモーターなどの電装機器に対する冷却や暖機を行っている。

【0003】

従来、車両空調用の冷媒回路として、第１冷媒循環回路と第２冷媒循環回路が形成され、第１冷媒循環回路では、冷媒が圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、空気側蒸発器、定圧弁、圧縮機の順に循環し、第２冷媒循環回路では、冷媒が圧縮機、凝縮器、第２膨張弁、冷却水側蒸発器の順に循環するものが知られている（下記特許文献１参照）。

【0004】

この従来技術では、冷媒回路における凝縮器が、圧縮機から吐出された高圧側冷媒と高温熱媒体回路の熱媒体とを熱交換させる高圧側熱交換器になっており、冷媒回路における空気側蒸発器が、第１膨張弁から流出した冷媒と車室内へ送風される空気とを車室内空調装置にて熱交換させる低圧側熱交換器になっている。また、冷媒回路における冷却水側蒸発器が、第２膨張弁から流出した冷媒と冷温熱媒体回路（所謂チラー）の熱媒体とを熱交換させる低圧側熱交換器になっている。ここで、第２膨張弁は、第１冷媒循環回路のみに冷媒を流すか、第１冷媒循環回路及び第２冷媒循環回路に冷媒を流すかの切り替え弁（所謂チラー弁）になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１０４８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前述した従来の冷媒回路は、凝縮器による高圧側熱交換器により高温の熱媒体を生成し、冷却水側蒸発器による低圧側熱交換器で冷温の熱媒体を生成して、生成された高温熱媒体と低温熱媒体を互いに熱交換することで所望の温度帯の熱媒体を得ている。このような従来技術では、熱媒体同士の熱交換で熱損失が生じることになり、所望の温度帯の熱媒体を効率よく生成することができない。冷媒回路を熱マネジメントにおける熱源と考えた場合には、冷媒と直接熱交換する熱媒体を、用途に応じて様々な温度帯で生成することが望ましいが、従来技術ではこのような効率的な熱利用を行うことができない問題があった。

【0007】

また、従来の冷媒回路は、車室内空調装置に設置される空気側蒸発器に冷媒を流すことを前提にしているので、冷媒の流路を、車室内を含めて複雑に配管する必要があり、冷媒配管のメンテナンスが煩雑にならざるを得ない問題があった。

【0008】

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものであり、冷媒から直接熱交換する熱媒体を所望の温度帯で生成できるようにすることで、効率的な熱利用が可能な冷媒回路を提供すること、冷媒配管のメンテナンスが容易になる冷媒回路を提供すること、などが本発明の課題である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出した冷媒を凝縮、膨張、蒸発させて前記圧縮機に戻す冷媒循環流路とを備えた冷媒回路において、冷媒と熱媒体とを熱交換させる第１冷媒熱媒体熱交換部と、冷媒を減圧する減圧部と、冷媒と熱媒体とを熱交換させる第２冷媒熱媒体熱交換部と、冷媒と熱媒体とを熱交換させる第３冷媒熱媒体熱交換部とを備え、前記第１冷媒熱媒体熱交換部と前記第２冷媒熱媒体熱交換部と前記第３冷媒熱媒体熱交換部のいずれかを選択的に迂回可能なバイパス冷媒配管を設けたことを特徴とする冷媒回路。

【発明の効果】

【0010】

このような特徴を備えた本発明の冷媒回路によると、第１冷媒熱媒体熱交換部と第２冷媒熱媒体熱交換部と第３冷媒熱媒体熱交換部のうち、バイパス冷媒配管によって選択される熱交換部によって冷媒回路を構成することで、冷媒から直接熱交換する熱媒体を様々な温度帯で生成することができ、効率的な熱利用が可能な冷媒回路を得ることができる。

【0011】

また、第１冷媒熱媒体熱交換部と第２冷媒熱媒体熱交換部と第３冷媒熱媒体熱交換部に対して熱媒体回路を接続することで、冷媒回路自体をコンパクトにユニット化することができる。これによって、冷媒配管のメンテナンスが容易な冷媒回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る冷媒回路を示した説明図。

【図2】バイパス冷媒配管に冷媒を流さない冷媒回路の動作例を示した説明図。

【図3】第１バイパス配管に冷媒を流す冷媒回路の動作例を示した説明図。

【図4】第２バイパス配管に冷媒を流す冷媒回路の動作例を示した説明図。

【図5】第１バイパス配管と第２バイパス配管に冷媒を流す冷媒回路の動作例を示した説明図。

【図6】図２に示した冷媒回路における動作例毎のモリエル線図（（Ａ）が動作モードＡ、（Ｂ）が動作モードＢ、（Ｃ）が動作モードＣ、（Ｄ）が動作モードＤ）。

【図7】図３、図４、図５の動作例毎のモリエル線図（（Ｅ）が図３に示した動作モードＥ、（Ｆ）が図４に示した動作モードＦ、（Ｇ）が図５に示した動作モードＧ）。

【図8】本発明の実施形態に係る冷媒回路を用いた車両用ヒートポンプ装置のシステム構成と活用例１（暖機及び暖房）を示した説明図。

【図9】本発明の実施形態に係る冷媒回路を用いた車両用ヒートポンプ装置のシステム構成と活用例２（蓄熱及び暖房）を示した説明図。

【図10】本発明の実施形態に係る冷媒回路を用いた車両用ヒートポンプ装置のシステム構成と活用例３（蓄熱利用暖房）を示した説明図。

【図11】本発明の実施形態に係る冷媒回路を用いた車両用ヒートポンプ装置のシステム構成と活用例４（蓄熱利用暖房）を示した説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。なお、本明細書で、冷媒とは、ヒートポンプ（圧縮・凝縮・膨張・蒸発）における状態変化を伴う冷媒回路の循環媒体であり、熱媒体とは、このような状態変化を伴わないで熱交換によって吸放熱を行う媒体（水、空気を含む）である。

【0014】

図１に示すように、本発明の実施形態に係る冷媒回路１は、冷媒を圧縮する圧縮機１０と、圧縮機１０から吐出した冷媒を凝縮、膨張、蒸発させて圧縮機１０に戻す冷媒循環流路２とを備えている。

【0015】

冷媒循環流路２は、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と、減圧部１４と、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と、第３冷媒熱媒体熱交換部１３とを備えている。ここで、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３は、冷媒回路１において、熱媒体との熱交換がなされない場合には、冷媒を通過させる冷媒流路として機能し、熱媒体との熱交換がなされる場合には、ヒートポンプを構成する凝縮器又は蒸発器として機能する。

【0016】

図示の例では、冷媒循環流路２は、圧縮機１０の出口に一端が接続され第１冷媒熱媒体熱交換部１１の入口に他端が接続される冷媒配管２０と、第１冷媒熱媒体熱交換部１１の出口に一端が接続され第２冷媒熱媒体熱交換部１２の入口に他端が接続される冷媒配管２１と、第２冷媒熱媒体熱交換部１２の出口に一端が接続され第３冷媒熱媒体熱交換部１３の入口に他端が接続される冷媒配管２２と、第３冷媒熱媒体熱交換部の出口に一端が接続され圧縮機１０の入口に他端が接続される冷媒配管２３とを備えている。

【0017】

減圧部１４は、圧縮機１０で圧縮された高圧の冷媒を所定の圧力まで減圧させるものであり、図示の例では、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２の間の冷媒配管２１に第１減圧部１４Ａが設けられ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３との間の冷媒配管２２に第２減圧部１４Ｂが設けられている。

【0018】

冷媒回路１は、冷媒循環流路２に、バイパス冷媒配管３を設けている。バイパス冷媒配管３は、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３のいずれかを選択的に迂回可能に設けられる。ここでのバイパス冷媒配管３の選択は、バイパス冷媒配管３を冷媒の流路として使用しない場合を含んでおり、この場合には、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３を冷媒が流れる冷媒回路１が構成される。

【0019】

そして、バイバス冷媒配管３を冷媒の流路として使用する場合には、第３冷媒熱媒体熱交換部１３を迂回して第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２を冷媒が流れる冷媒回路１、第１冷媒熱媒体熱交換部１１を迂回して第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３を冷媒が流れる冷媒回路１、第２冷媒熱媒体熱交換部１２を迂回して第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第３冷媒熱媒体熱交換部１３を冷媒が流れる冷媒回路１がそれぞれ構成される。ここで選択されるバイパス冷媒配管３自体は、熱交換部が設けられていない。

【0020】

図示の例は、バイパス冷媒配管３は、第２冷媒熱媒体熱交換部１２を迂回可能な第１バイパス配管３１と、第３冷媒熱媒体熱交換部１３を迂回可能な第２バイパス配管３２を備えている。

【0021】

第１バイパス配管３１は、分岐部３１Ａが冷媒配管２１に設けられ、合流部３１Ｂが冷媒配管２２に設けられており、分岐部３１Ａは、第１減圧部１４Ａの上流側に設けられ、合流部３１Ｂは第２減圧部１４Ｂの上流側に設けられている。

【0022】

第２バイパス配管３２は、分岐部３２Ａが冷媒配管２２に設けられ、合流部３２Ｂが冷媒配管２３に設けられており、分岐部３２Ａは、第１バイパス配管３１の合流部３１Ｂの上流側に設けられている。これにより、第１バイパス配管３１の合流部３１Ｂは、第２バイパス配管３２の分岐部３２Ａと第３冷媒熱媒体熱交換部１３との間に設けられている。

【0023】

また、第２バイパス配管３２の分岐部３２Ａは、第２減圧部１４Ｂと第１バイパス配管３１の合流部３１Ｂより上流側に設けられ、第２バイパス配管３２の分岐部３２Ａと第１バイパス配管３１の合流部３１Ｂとの間には、逆流防止手段（例えば逆止弁）１５が設けられている。

【0024】

このような冷媒回路１は、例えば、車両用熱マネジメントシステムの熱源として用いることができ、バイパス冷媒配管３の選択や減圧部１４の制御により、第１冷媒熱媒体熱交換部１１、第２冷媒熱媒体熱交換部１２、第３冷媒熱媒体熱交換部１３のそれぞれから所定温度帯の熱媒体を生成することができる。

【0025】

また、冷媒回路１は、バイパス冷媒配管３を含めた冷媒循環流路２を図示一点破線で示したユニットＵ内に収めることができるので、コンパクトにユニット化した冷媒回路１により、冷媒配管２０～２３やバイパス冷媒配管３のメンテナンスが容易になる。更に、冷媒循環流路２とバイパス冷媒配管３を車室外のユニットＵ内に収めた場合には、冷媒を車室内に入れない車両用熱マネジメントシステムを構築することができる。

【0026】

以下、冷媒回路１の動作例を説明する。バイパス冷媒配管３の選択は、バイパス選択バルブ３１Ｖ，３２Ｖの開閉によってなされる。冷媒回路１は、制御部Ｃによって、バイパス選択バルブ３１Ｖ，３２Ｖの開閉、減圧部１４（第１減圧部１４Ａと第２減圧部１４Ｂ）及び圧縮機１０の制御がなされ、それによって冷媒回路１の動作モードが切り替えられる。

【0027】

図２～図５には、冷媒回路１における動作例を示しており、バイパス冷媒配管３の選択による冷媒の流れを示している。図２～図５において、太線で示した配管が、冷媒が流れている配管を示しており、太線の矢印が冷媒の流れの向きを示している。

【0028】

図２に示した動作例は、バイパス選択バルブ３１Ｖ，３２Ｖの両方を閉にして第１バイパス配管３１と第２バイパス配管３２に冷媒を流さない動作例であり、この場合の冷媒回路１の冷媒は、圧縮機１０を出て、第１冷媒熱媒体熱交換部１１、第１減圧部１４Ａ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２、第２減圧部１４Ｂ、第３冷媒熱媒体熱交換部１３を順次経由しながら、冷媒循環流路２を流れ、圧縮機１０に戻る。

【0029】

図２に示した動作例では、第１減圧部１４Ａと第２減圧部１４Ｂの制御によって、図６のモリエル線図で示す４つの動作モード（動作モードＡ～Ｄ）を実行することができる。

【0030】

図６（Ａ）に示した動作モードＡは、第１減圧部１４Ａを全開にした例であり、減圧は第２減圧部１４Ｂのみで行う。この動作モードＡの冷媒は、圧縮機１０によって圧縮され、第１冷媒熱媒体熱交換部１１及び第２冷媒熱媒体熱交換部１２にて熱媒体へ放熱し、第２減圧部１４Ｂで減圧され、第３冷媒熱媒体熱交換部１３にて熱媒体から吸熱する。この際、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２が凝縮器として機能し、第３冷媒熱媒体熱交換部１３が蒸発器として機能する。なお、ここで第１冷媒熱媒体熱交換部１１にて熱交換される熱媒体回路と第２冷媒熱媒体熱交換部１２にて熱交換される熱媒体回路は、独立した回路であってもよいし互いに接続された回路であってもよい。

【0031】

この動作モードＡでは、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２にそれぞれ接続される２つの熱媒体回路に、高圧の冷媒と直接熱交換することで得られる高温の熱媒体を流すことができ、第３冷媒熱媒体熱交換部１３に接続された１つの熱媒体回路に、低圧の冷媒と直接熱交換することで得られる低温の熱媒体を流すことができる。

【0032】

図６（Ｂ）に示した動作モードＢは、第１減圧部１４Ａと第２減圧部１４Ｂで２段階に分けた減圧を行い、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２で２段階に分けた放熱を行う。この動作モードＢの冷媒は、圧縮機１０によって圧縮され、第１冷媒熱媒体熱交換部１１にて一つの熱媒体へ第１段階の放熱を行い、第１減圧部１４Ａで第１段階の減圧がなされ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２にて別の熱媒体へ第２段階の放熱を行い、第２減圧部１４Ｂで第２段階の減圧がなされ、第３冷媒熱媒体熱交換部１３にて他の熱媒体から吸熱する。この際、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２が凝縮器として機能し、第３冷媒熱媒体熱交換部１３が蒸発器として機能する。

【0033】

この動作モードＢでは、第１冷媒熱媒体熱交換部１１に接続される１つの熱媒体回路には、高圧の冷媒と直接熱交換することで得られる高温の熱媒体を流すことができ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２に接続される別の熱媒体回路には、中圧の冷媒と直接熱交換することで得られる高温の熱媒体よりも比較的低い温度に加熱された熱媒体を流すことができ、第３冷媒熱媒体熱交換部１３に接続された他の熱媒体回路には、低圧冷媒と直接熱交換することで得られる低温熱媒体を流すことができる。

【0034】

すなわち、この動作モードＢによると、冷媒との直接的な熱交換で、温度帯の異なる高温熱媒体を生成し、それぞれ別の熱媒体回路に流すことができる。この際の温度帯の調整は、第１減圧部１４Ａの減圧程度によって調整される。

【0035】

図６（Ｃ）に示した動作モードＣは、第１減圧部１４Ａと第２減圧部１４Ｂで２段階に分けた減圧を行い、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３で２段階に分けた吸熱を行う。この動作モードＣの冷媒は、圧縮機１０によって圧縮され、第１冷媒熱媒体熱交換部１１にて一つの熱媒体へ放熱し、第１減圧部１４Ａで第１段階の減圧がなされ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２にて別の熱媒体から第１段階の吸熱を行い、第２減圧部１４Ｂで第２段階の減圧がなされ、第３冷媒熱媒体熱交換部１３にて他の熱媒体から第２段階の吸熱を行う。この際、第１冷媒熱媒体熱交換部１１が凝縮器として機能し、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３が蒸発器として機能する。

【0036】

この動作モードＣでは、第１冷媒熱媒体熱交換部１１に接続される１つの熱媒体回路には、高圧の冷媒と直接熱交換することで得られる高温の熱媒体を流すことができ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２に接続される熱媒体回路と第３冷媒熱媒体熱交換部１３に接続される熱媒体回路には、冷媒と直接熱交換することで得られる異なる温度帯の低温熱媒体をそれぞれ流すことができる。

【0037】

図６（Ｄ）に示した動作モードＤは、第２減圧部１４Ｂを全開にした例であり、減圧は第１減圧部１４Ａのみで行う。この動作モードＤの冷媒は、圧縮機１０によって圧縮され、第１冷媒熱媒体熱交換部１１にて熱媒体へ放熱し、第１減圧部１４Ａで減圧され、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３にてそれぞれ熱媒体から吸熱する。この際、第１冷媒熱媒体熱交換部１１が凝縮器として機能し、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３が蒸発器として機能する。なお、ここで第２冷媒熱媒体熱交換部１２にて熱交換される熱媒体回路と第３冷媒熱媒体熱交換部１３にて熱交換される熱媒体回路は、独立した回路であってもよいし互いに接続された回路であってもよい。

【0038】

この動作モードＤでは、第１冷媒熱媒体熱交換部１１に接続される熱媒体回路に、高圧の冷媒と直接熱交換することで得られる高温の熱媒体を流すことができ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３にそれぞれ接続される２つの熱媒体回路に、低圧の冷媒と直接熱交換することで得られる低温の熱媒体を流すことができる。

【0039】

図３に示した動作例は、バイパス選択バルブ３１Ｖを開にし、バイパス選択バルブ３２Ｖを閉にして、第２冷媒熱媒体熱交換部１２を迂回する冷媒循環流路を形成している。この場合の冷媒回路１の冷媒は、圧縮機１０を出て、第１冷媒熱媒体熱交換部１１、分岐部３１Ａ、第１バイパス配管３１、合流部３１Ｂ、第２減圧部１４Ｂ、第３冷媒熱媒体熱交換部１３を順次経由して圧縮機１０に戻る。

【0040】

図３に示した動作例は、図７（Ｅ）のモリエル線図で示す動作モードＥを実行することができ、この動作モードＥの冷媒は、圧縮機１０で圧縮され、凝縮器として機能する第１冷媒熱媒体熱交換部１１で熱媒体に放熱し、第２減圧部１４Ｂにて減圧され、蒸発器として機能する第３冷媒熱媒体熱交換部１３にて熱媒体から吸熱する。

【0041】

図４に示した動作例は、バイパス選択バルブ３２Ｖを開にし、バイパス選択バルブ３１Ｖを閉にして、第３冷媒熱媒体熱交換部１３を迂回する冷媒循環流路を形成している。この場合の冷媒回路１の冷媒は、圧縮機１０を出て、第１冷媒熱媒体熱交換部１１、第１減圧部１４Ａ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２、分岐部３２Ａ、第２バイパス配管３２、合流部３２Ｂを順次経由して圧縮機１０に戻る。

【0042】

図４に示した動作例は、図７（Ｆ）のモリエル線図で示す動作モードＦを実行することができ、この動作モードＦの冷媒は、圧縮機１０で圧縮され、凝縮器として機能する第１冷媒熱媒体熱交換部１１で熱媒体に放熱し、第１減圧部１４Ａにて減圧され、蒸発器として機能する第２冷媒熱媒体熱交換部１２にて熱媒体から吸熱する。

【0043】

なお、動作モードＥにおける第３冷媒熱媒体熱交換部１３の吸熱量は、第２減圧部１４Ｂの開度によって制御され、動作モードＦにおける第２冷媒熱媒体熱交換部１２の吸熱量は、第１減圧部１４Ａの開度によって制御される。

【0044】

図５に示した動作例は、バイパス選択バルブ３１Ｖ，３２Ｖの両方を開にし、２系統の冷媒循環流路を形成している。この場合の冷媒回路１の冷媒は、第１系統の冷媒循環流路では、圧縮機１０を出て、第１冷媒熱媒体熱交換部１１、分岐部３１Ａ、第１バイパス配管３１、合流部３１Ｂ、第２減圧部１４Ｂ、第３冷媒熱媒体熱交換部１３を順次経由して圧縮機１０に戻り、第２系統の冷媒循環流路では、圧縮機１０を出て、第１冷媒熱媒体熱交換部１１、第１減圧部１４Ａ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２、分岐部３２Ａ、第２バイパス配管３２、合流部３２Ｂを順次経由して圧縮機１０に戻る。

【0045】

冷媒回路１では、前述した２系統の冷媒循環流路が形成されるように、第１バイパス配管３１の分岐部３１Ａを、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２の間であり且つ第１減圧部１４Ａの上流側に設け、第１バイパス配管３１の合流部３１Ｂを、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３の間であって、第２バイパス配管３２の分岐部３２Ａの下流側であり且つ第２減圧部１４Ｂの上流側に設けている。そして、第２バイパス配管３２の分岐部３２Ａと第１バイパス配管３１の合流部３１Ｂの間の冷媒配管には、逆流防止手段１５を設けている。

【0046】

図５に示した動作例は、図７（Ｇ）のモリエル線図で示す動作モードＧを実行することができ、この動作モードＧでは、前述した２系統の冷媒循環流路で放熱と吸熱のサイクルが形成され、吸熱用の２つの第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３が、放熱用の１つの第１冷媒熱媒体熱交換部１１に対して並列接続されている。

【0047】

これによると、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３をそれぞれ介して熱媒体回路から必要な吸熱量を得ることができる。この際、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と熱交換する熱媒体回路と第３冷媒熱媒体熱交換部１３と熱交換する熱媒体回路は、独立した回路であっても良いし互いに接続された回路であっても良い。

【0048】

この動作モードＧにおいては、第２冷媒熱媒体熱交換部１２の吸熱量は第１減圧部１４Ａの開度によって制御することができ、第３冷媒熱媒体熱交換部１３の吸熱量は第２減圧部１４Ｂの開度によって制御することができるので、それぞれ独立した制御が可能になる。これにより、この動作モードＧでは、第２冷媒熱媒体熱交換部１２に接続された熱媒体回路と第３冷媒熱媒体熱交換部１３に接続された熱媒体回路でそれぞれ異なる温度帯の熱媒体を生成することができる。

【0049】

ここで、吸熱器として機能する第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３が直列接続されている動作モードＤと並列接続されている動作モードＧを比較する。例えば、第１冷媒熱媒体熱交換部１１に求められる放熱量が大きく、また、冷媒回路１の流量が大きい運転状況では、吸熱側の２つの熱交換部（第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３）を直列接続した動作モードＤでは、２つの熱交換部での圧力損失が大きくなってしまうが、吸熱側の２つの熱交換部を並列接続した動作モードＧは、それぞれの熱交換部に流入する冷媒流量を分散させることができるので、吸熱側の２つの熱交換部で圧力損失を低く抑えることができる。このため、圧縮機１０の制御で冷媒回路１の冷媒流量を大きくする際には、動作モードＧを選択することで、圧力損失を抑えた冷媒回路１の動作が可能になる。

【0050】

図８～図１１は、前述した冷媒回路１を用いた車両用ヒートポンプ装置のシステム構成及び活用例を示している。ここでも冷媒回路１における太線は冷媒が流れている配管を示しており、太線の矢印が冷媒の流れの向きを示している。また、熱媒体回路における二重線は熱媒体が流れている配管を示しており、二重線の矢印が熱媒体の流れの向きを示している。

【0051】

図示の車両用ヒートポンプ装置のシステム構成は、ユニットＵ内に収められた冷媒回路１を熱源としており、室内空調装置４０の室内熱交換器４１、電装機器収納部５０に設置された各電装機器（バッテリー５１、パワーコントロールユニット５２、インバーター５３、モーター５４）、エンジンルームなどに設置された室外熱交換器６０に対する熱マネジメントを行っている。

【0052】

図示のシステムでは、冷媒回路１における第１冷媒熱媒体熱交換部１１に熱媒体回路４が接続され、第２冷媒熱媒体熱交換部１２に熱媒体回路５が接続され、第３冷媒熱媒体熱交換部１３に熱媒体回路６が接続されている。システム構成上は、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱交換部１３の少なくとも一つで熱交換した熱媒体が循環する熱媒体回路を備え、また、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱交換部１３のそれぞれで熱交換した熱媒体が循環する複数の熱媒体回路を備える。

【0053】

熱媒体回路４は、循環ポンプ４Ａによって、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と室内熱交換器４１を経由して熱媒体を循環させる循環流路である。熱媒体回路５は、循環ポンプ５Ａによって、第２冷媒熱媒体熱交換部１２と電装機器収納部５０の各電装機器（バッテリー５１、パワーコントロールユニット５２、インバーター５３、モーター５４）に設けた熱交換部を経由して熱媒体を循環させる循環流路である。また、熱媒体回路５は、三方弁５Ｂを備え、バッテリー５１の熱交換部を単体で経由する循環流路と、全ての電装機器の熱交換部を順次経由する循環流路が切り替え可能になっている。熱媒体回路６は、循環ポンプ６Ａによって、第３冷媒熱媒体熱交換部１３と室外熱交換器６０を経由して熱媒体を循環させる循環流路である。

【0054】

このような車両用ヒートポンプ装置は、図８に示す活用例１では、低温外気環境（例えば、－５℃）下での車両始動時を想定し、冷媒回路１を前述した動作モードＢで動作させて、熱媒体回路５によるバッテリー５１の暖機と熱媒体回路４による室内暖房を同時に行っている。

【0055】

この際、冷媒回路１は、第１減圧部１４Ａと第２減圧部１４Ｂを段階的に減圧させることで、第１冷媒熱媒体熱交換部１１を高圧の凝縮器として機能させ、第２冷媒熱媒体熱交換部１２を中圧の凝縮器として機能させて、熱媒体回路４を循環する熱媒体の温度帯と熱媒体回路５を循環する熱媒体の温度帯を異なる温度帯にしている。この活用例１では、低温外気環境下での車両始動時に、熱媒体回路４によって、暖房吹き出し温度６０℃程度で室内暖房を行うことができ、同時に熱媒体回路５によって、バッテリー許容上限温度の３５℃以下でバッテリー５１の暖機を行うことができる。

【0056】

次に図９に示す活用例２は、車両始動後の走行中を想定し、冷媒回路１を前述した動作モードＥで動作させて、熱媒体回路５の熱媒体への蓄熱と熱媒体回路４による室内暖房を同時に行っている。

【0057】

この際、冷媒回路１は、第１バイパス配管３１によって第２冷媒熱媒体熱交換部１２が迂回され、第１冷媒熱媒体熱交換部１１が凝縮器として機能し、第３冷媒熱媒体熱交換部１３が蒸発器として機能している。第２冷媒熱媒体熱交換部１２は、熱交換部として機能しておらず、熱媒体回路５においては単なる熱媒体流路になっている。

【0058】

この活用例２では、熱媒体回路５は、三方弁５Ｂの切り替えで全ての電装機器を順次経由する循環流路が形成されており、車両始動後の走行中に、熱媒体回路５によって、モーター５４などで発生した熱を熱媒体回路５の熱媒体に蓄熱しており、熱媒体回路４によって、活用例１と同様に、暖房に必要な温度（例えば暖房吹き出し温度５０℃）の熱媒体を室内熱交換器４１に送って室内暖房を行っている。

【0059】

次に図１０に示す活用例３は、車両走行中に前述した蓄熱が所定量溜まったことで蓄熱利用への切り替えを行っている。この際の冷媒回路１は、前述した動作モードＦで動作され、熱媒体回路５の熱媒体に蓄熱された熱を蒸発器として機能する第２冷媒熱媒体熱交換部１２にて吸熱し、凝縮器として機能する第１冷媒熱媒体熱交換部１１にて室内暖房中の熱媒体回路４に放熱している。

【0060】

この活用例３では、室外熱交換器６０に接続されている第３冷媒熱媒体熱交換部１３は、第２バイパス配管３２によって迂回され、冷媒回路１から切り離されている。これによって、第３冷媒熱媒体熱交換部１３を介した無駄な放熱が抑制され、熱媒体回路５における蓄熱を有効に利用して室内暖房を行うことができる。

【0061】

図１１に示す活用例４は、活用例３による蓄熱利用を続けた際に、蓄熱量が減少しバッテリー５１の温度が下限値に近づいた状況を想定し、蓄熱利用と外気吸熱の併用を行っている。この際の冷媒回路１は、前述した動作モードＧで動作され、第１冷媒熱媒体熱交換部１１に並列接続される第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３のうち、第２冷媒熱媒体熱交換部１２は熱媒体回路５の蓄熱を吸熱し、第３冷媒熱媒体熱交換部１３は室外熱交換器６０で回収した外気熱を吸熱する。

【0062】

この活用例４は、前述したように、活用例３にて蓄熱量が減少した場合に切り替えて実行できるが、活用例２から活用例３に切り替える際にも適用できる。すなわち、活用例２における蓄熱と暖房である程度蓄熱が溜まってきたときに、活用例４に切り替えて、外気吸熱を行いながら蓄熱の利用を行う。そして、十分に蓄熱が溜まった段階で、活用例３の蓄熱利用を行う。その後、蓄熱量が減少した場合には、再度活用例４に切り替えて外気吸熱と蓄熱利用の併用を行う。

【0063】

以上説明した本発明の実施形態に係る冷媒回路１とそれを用いた車両用ヒートポンプ装置によると、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３のうち、バイパス冷媒配管３によって選択される熱交換部によって異なる動作モードの冷媒回路１を構成することができる。これによって、冷媒から直接熱交換する熱媒体を様々な温度帯で生成することができ、効率的な熱利用が可能な熱源を冷媒回路１によって得ることができる。

【0064】

より具体的には、本発明の実施形態に係る冷媒回路１は、バイパス冷媒配管３として第１バイパス配管３１と第２バイパス配管（２つのバイパス冷媒配管）を備えている。これにより、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３の全で熱交換すると放熱量や吸熱量が多くなりすぎて、熱媒体を過剰に加熱したり冷却してしまう場合に、一部の熱交換部を迂回させることで、放熱量や吸熱量を適正範囲にし、熱媒体を過剰に加熱したり冷却したりしない効率的な運転を行うことができる。

【0065】

また２つのバイパス冷媒配管を備えることで、冷媒回路１の第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３の接続関係を、直列接続と並列接続に切り替えることができる。これにより、直列接続時に、２つの減圧部１４（第１減圧部１４Ａと第２減圧部１４Ｂ）の開度制御で複数の温度帯の熱媒体を生成したり、並列接続時に、並列関係にある熱交換部で同じ温度帯や異なる温度帯の熱媒体を生成したりすることができ、冷媒流路に様々なバリエーションを持たせることができる。これによって、様々な状況に適した動作モードで冷媒回路を運転することができる。

【0066】

また、冷媒回路１は、第１冷媒熱媒体熱交換部１１と第２冷媒熱媒体熱交換部１２と第３冷媒熱媒体熱交換部１３のそれぞれに熱媒体回路を接続することで、冷媒の流路をユニットＵ内に制限した状態で、熱マネジメントシステムの熱源として用いることができる。これにより、冷媒回路１をコンパクトにユニット化することができると共に、ユニットＵ内で冷媒配管を容易にメンテナンスすることができる。

【0067】

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0068】

１：冷媒回路，２：冷媒循環流路，３：バイパス冷媒配管，
４，５，６：熱媒体回路，４Ａ，５Ａ，６Ａ：循環ポンプ，５Ｂ：三方弁，
１０：圧縮機，１１：第１冷媒熱媒体熱交換部，
１２：第２冷媒熱媒体熱交換部，１３：第３冷媒熱媒体熱交換部，
１４：減圧部，１４Ａ：第１減圧部，１４Ｂ：第２減圧部，
１５：逆流防止手段，２０～２３：冷媒配管，
３１：第１バイパス配管，３２：第２バイパス配管，
３１Ａ，３２Ａ：分岐部，３１Ｂ，３２Ｂ：合流部，
３１Ｖ，３２Ｖ：バイパス選択バルブ，
４０：室内空調装置，４１：室内熱交換器，
５０：電装機器収納部，５１：バッテリー，
５２：パワーコントロールユニット，５３：インバーター，５４：モーター，
６０：室外熱交換器，
Ｕ：ユニット，Ｃ：制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】