特許 7559715 冷媒回路システムおよびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】冷媒回路システムおよびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/70 20180101AFI20240925BHJP

   B60H 1/22 20060101ALI20240925BHJP

   B60H 1/00 20060101ALI20240925BHJP

   B60K 11/02 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

F24F11/70

B60H1/22 651A

B60H1/22 671

B60H1/00 101Z

B60K11/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021143947

(22)【出願日】2021-09-03

(65)【公開番号】P2023037294

(43)【公開日】2023-03-15

【審査請求日】2023-11-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133835

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 努

(72)【発明者】

【氏名】道川内 亮

(72)【発明者】

【氏名】藍川 嗣史

(72)【発明者】

【氏名】松本 達人

【審査官】佐藤 正浩

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１０７１５４６６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０５－３２２２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５８８３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ １１／７０

Ｂ６０Ｈ １／２２

Ｂ６０Ｈ １／００

Ｂ６０Ｋ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮させるコンプレッサと、
圧縮された前記冷媒を放熱させる凝縮器と、
放熱された前記冷媒を、それぞれの弁開度を調整して減圧膨張させる第１および第２膨張弁と、
前記第１膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を吸熱させる第１蒸発器と、
前記第１蒸発器と並列に設けられ、前記第２膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を吸熱させる第２蒸発器と、
前記第１蒸発器により温度調整される第１温調対象の温度に関連する第１情報、前記第２蒸発器により温度調整される第２温調対象の温度に関連する第２情報および前記コンプレッサの入口における冷媒の過熱度に関連する第３情報に基づいて、前記第１膨張弁の弁開度、前記第２膨張弁の弁開度および前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第１膨張弁の弁開度，前記第２膨張弁の弁開度および前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率を、前記第１情報，前記第２情報および前記第３情報を入力とする所定の関係式に基づいてフィードフォワード制御する、
ことを特徴とする冷媒回路システム。

【請求項2】

冷媒を圧縮させるコンプレッサと、
圧縮された前記冷媒を放熱させる凝縮器と、
放熱された前記冷媒を、それぞれの弁開度を調整して減圧膨張させる第１および第２膨張弁と、
前記第１膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を吸熱させる第１蒸発器と、
前記第１蒸発器と並列に設けられ、前記第２膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を吸熱させる第２蒸発器と、
前記第１蒸発器により温度調整される第１温調対象の温度に関連する第１情報、前記第２蒸発器により温度調整される第２温調対象の温度に関連する第２情報および前記コンプレッサの入口における冷媒の過熱度に関連する第３情報に基づいて、前記第１膨張弁の弁開度、前記第２膨張弁の弁開度および前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第１膨張弁の弁開度，前記第２膨張弁の弁開度および前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率を、予め準備された前記第１情報，前記第２情報および前記第３情報との関係を示すテーブルに基づいてフィードフォワード制御する、
ことを特徴とする冷媒回路システム。

【請求項3】

前記第１膨張弁は、弁開度が電気的に制御可能な第１電気式膨張弁であり、
前記第２膨張弁は、弁開度が電気的に制御可能な第２電気式膨張弁であり、
前記コンプレッサは、前記冷媒の圧縮率がモータの回転数により制御される電気式コンプレッサであり、
前記制御装置は、前記第１情報，前記第２情報および前記第３情報に基づいて、前記第１電気式膨張弁の弁開度、前記第２電気式膨張弁の弁開度および前記電気式コンプレッサの前記モータの回転数を制御する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷媒回路システム。

【請求項4】

さらに、
前記第１蒸発器の近傍に設けられ、前記第１温調対象の温度を検出する第１センサと、
前記第２蒸発器の近傍に設けられ、前記第２温調対象の温度を検出する第２センサと、
前記コンプレッサの入口に設けられ、前記第１蒸発器から流出した第１冷媒および前記第２蒸発器から流出した第２冷媒が混合された前記コンプレッサの入口における冷媒の温度および圧力を検出する第３センサと、を備え、
前記第１情報は、前記第１センサで検出された前記第１蒸発器の近傍における前記第１温調対象の温度情報を含み、
前記第２情報は、前記第２蒸発器の近傍における前記第２センサで検出された前記第２温調対象の温度情報を含み、
前記第３情報は、前記第３センサで検出された前記コンプレッサの入口における冷媒の温度および圧力情報を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の冷媒回路システム。

【請求項5】

前記冷媒回路システムは、バッテリを搭載した車両に適用され、
前記第１蒸発器は、前記バッテリの温度を調整するチラーであり、
前記第１温調対象は、前記チラーにより冷却される冷却水であり、
前記第２蒸発器は、前記車両の室内の温度を調整するエバポレータであり、
前記第２温調対象は、前記エバポレータにより冷却される冷却空気であり、
前記第１情報は、前記チラーにおける前記冷却水の流量の情報を含み、
前記第２情報は、前記エバポレータにおける前記冷却空気の流量の情報を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の冷媒回路システム。

【請求項6】

前記制御装置は、さらに、前記コンプレッサの入口における前記冷媒の過熱度に基づいて、前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率をフィードバック制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の冷媒回路システム。

【請求項7】

冷媒を圧縮させるコンプレッサと、圧縮された前記冷媒を放熱させる凝縮器と、放熱された前記冷媒を、それぞれの弁開度を調整して減圧膨張させる第１および第２膨張弁と、前記第１膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を吸熱させる第１蒸発器と、前記第１蒸発器と並列に設けられ、前記第２膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を吸熱させる第２蒸発器と、を備える冷媒回路システムの制御方法であって、
前記第１蒸発器により温度調整される第１温調対象の温度に関連する第１情報、前記第２蒸発器により温度調整される第２温調対象の温度に関連する第２情報および前記コンプレッサの入口における冷媒の過熱度に関連する第３情報に基づいて、前記第１膨張弁の弁開度、前記第２膨張弁の弁開度および前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率を制御し、
前記第１膨張弁の弁開度、前記第２膨張弁の弁開度および前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率を制御するのは、前記第１情報，前記第２情報および前記第３情報を入力とする所定の関係式に基づいてフィードフォワード制御する、
ことを特徴とする冷媒回路システムの制御方法。

【請求項8】

冷媒を圧縮させるコンプレッサと、圧縮された前記冷媒を放熱させる凝縮器と、放熱された前記冷媒を、それぞれの弁開度を調整して減圧膨張させる第１および第２膨張弁と、前記第１膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を吸熱させる第１蒸発器と、前記第１蒸発器と並列に設けられ、前記第２膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を吸熱させる第２蒸発器と、を備える冷媒回路システムの制御方法であって、
前記第１蒸発器により温度調整される第１温調対象の温度に関連する第１情報、前記第２蒸発器により温度調整される第２温調対象の温度に関連する第２情報および前記コンプレッサの入口における冷媒の過熱度に関連する第３情報に基づいて、前記第１膨張弁の弁開度、前記第２膨張弁の弁開度および前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率を制御し、
前記第１膨張弁の弁開度、前記第２膨張弁の弁開度および前記コンプレッサによる前記冷媒の圧縮率を制御するのは、予め準備された前記第１情報，前記第２情報および前記第３情報との関係を示すテーブルに基づいてフィードフォワード制御する、
ことを特徴とする冷媒回路システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で言及する実施形態は、冷媒回路システムおよびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、バッテリを搭載したＢＥＶ(電気自動車)，ＨＥＶ(ハイブリッド車)およびＰＨＥＶ(プラグインハブリッド車)、或いは、水素を利用したＦＣＥＶ(燃料電池車)等が実用化されている。これらバッテリを搭載した車両には、例えば、バッテリを冷却する第１冷媒回路(チラー)と車両の室内を冷却する第２冷媒回路(エバポレータ)を備えた冷媒回路システムが適用されている。

【0003】

ところで、複数の冷媒回路を備えた冷媒回路システムは、例えば、システムの小型化および低廉化を図るために１つの圧縮器を共有し、その圧縮器から流出した冷媒を、複数の冷媒回路のそれぞれにおける蒸発器に流入させて熱交換(吸熱)を行っている。

【0004】

すなわち、共通の圧縮器から流出した冷媒は、第１冷媒回路の蒸発器(チラー)に供給されてバッテリを冷却すると共に、第２冷媒回路の蒸発器(エバポレータ)に供給されて車両室内を冷却する。

【0005】

従来、このような車両に搭載する複数の冷媒回路を備えた冷媒回路システムとしては、様々な提案がなされている(例えば、特許文献１，２参照)。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第５６４３１７９号明細書

【文献】特許第５３９２２９８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したように、バッテリを搭載した車両には、例えば、バッテリを冷却するチラーと車両室内を冷却するエバポレータを備えた冷媒回路システムが適用されている。このような冷媒回路システムでは、例えば、第１冷媒回路のチラーの出口に冷媒の温度・圧力を検出する第１センサが設けられ、第２冷媒回路のエバポレータの出口に冷媒の温度・圧力を検出する第２センサが設けられている。

【0008】

ここで、チラーの入口(上流)に設けられた第１膨張弁は、第１センサの出力に基づいてその弁開度が電気的に制御され、また、エバポレータの入口に設けられた第２膨張弁は、第２センサの出力に基づいてその弁開度が電気的に制御される。そして、圧縮器は、第１冷媒回路または第２冷媒回路の優先度に基づいて制御される。

【0009】

すなわち、圧縮器の冷媒圧縮率(電動コンプレッサのモータ回転数)は、第１冷媒回路によるバッテリの冷却、或いは、第２冷媒回路による車両室内の冷却における優先度の高い方の冷却要求に基づいて制御されるようになっている。

【0010】

そのため、例えば、優先度の高いバッテリを冷却する第１冷媒回路の要求に基づいて電動コンプレッサのモータ回転数を制御すると、優先度の低い車両室内を冷却する第２冷媒回路による冷却を適切に、或いは、効率的に行うことが難しくなるといった課題がある。

【0011】

なお、本明細書では、主としてバッテリを冷却する第１冷媒回路と車両室内を冷却する第２冷媒回路を備えた冷媒回路システムを例として説明するが、本発明が適用される冷媒回路システムは、バッテリおよび車両室内を冷却する２つの冷媒回路を備えたものに限定されるものではない。すなわち、本発明は、様々な個所を冷却する複数の冷媒回路を備えた冷媒回路システムおよびその制御方法として幅広く適用することができる。

【0012】

本明細書で言及する実施形態は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、複数の冷媒回路をそれぞれ適切で効率的に制御することができる冷媒回路システムおよびその制御方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明に係る一実施形態によれば、冷媒を圧縮させるコンプレッサと、圧縮された冷媒を放熱させる凝縮器と、放熱された冷媒を、それぞれの弁開度を調整して減圧膨張させる第１および第２膨張弁と、第１膨張弁で減圧膨張された冷媒を吸熱させる第１蒸発器と、第１蒸発器と並列に設けられ、第２膨張弁で減圧膨張された冷媒を吸熱させる第２蒸発器と、制御装置と、を備える冷媒回路システムが提供される。

【0014】

制御装置は、第１蒸発器により温度調整される第１温調対象の温度に関連する第１情報、第２蒸発器により温度調整される第２温調対象の温度に関連する第２情報およびコンプレッサの入口における冷媒の過熱度に関連する第３情報に基づいて、第１膨張弁の弁開度、第２膨張弁の弁開度およびコンプレッサによる冷媒の圧縮率を制御する。制御装置は、第１膨張弁の弁開度，第２膨張弁の弁開度およびコンプレッサによる冷媒の圧縮率を、第１情報，第２情報および第３情報を入力とする所定の関係式に基づいてフィードフォワード制御する。

【発明の効果】

【0015】

本実施形態に係る冷媒回路システムおよびその制御方法によれば、複数の冷媒回路をそれぞれ適切で効率的に制御することができるという効果を奏する。

【0016】

本発明の目的および効果は、特に請求項において指摘される構成要素および組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるであろう。前述の一般的な説明および後述の詳細な説明の両方は、例示的および説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、冷媒回路の一例を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示す冷媒回路を説明するためのモリエル線図である。

【図3】図３は、冷媒回路システムの一例を概略的に示すブロック図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る冷媒回路システムを概略的に示すブロック図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る冷媒回路システムが適用される車載温調装置の一例を示すブロック図である。

【図6】図６は、図５に示す車載温調装置を搭載した車両の空調用空気通路の一例を模式的に示す図である。

【図7】図７は、図５に示す車載温調装置を搭載した車両の一例を模式的に示す図である。

【図8】図８は、本実施形態に係る冷媒回路システムの制御方法の一実施例を説明するための図である。

【図9】図９は、図８に示す冷媒回路システムの制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

まず、本実施形態に係る冷媒回路システムおよびその制御方法を詳述する前に、図１～図３を参照して、冷媒回路システムの一例を説明する。

【0019】

図１は、冷媒回路(冷凍サイクル)の一例を示すブロック図である。図１において、参照符号１０は圧縮器(コンプレッサ)、２０は凝縮器(コンデンサ)、３０は膨張弁、４０は蒸発器、そして、５０は温度・圧力センサ(センサ)を示す。圧縮器１０は、冷媒を圧縮させ、凝縮器２０は、冷媒を放熱させる。膨張弁３０は、蒸発器４０に流入する冷媒を減圧膨張させ、蒸発器(エバポレータ，チラー)４０は、冷媒を吸熱させる。ここで、温度・圧力センサ５０は、知られている様々な形式の温度センサおよび圧力センサを適用することができる。

【0020】

図１に示す冷媒回路は、例えば、車載温調装置として車両に搭載され、図示しない温調制御装置により、凝縮器２０からの放熱を利用する暖房モード、および、蒸発器４０による吸熱を利用する冷房モードを切り換える。また、温調制御装置は、車両室内の暖房モードや冷房モードを切り換えるだけでなく、例えば、除湿暖房モード，内部サイクルモードおよび除湿冷房モードを切り換えたり、さらには、車両室内だけでなくバッテリ等の温度調整も行うことができる。なお、本明細書では、主としてバッテリを冷却する第１冷媒回路と車両室内を冷却する第２冷媒回路を備えた冷媒回路システムを例として説明するが、冷媒回路はバッテリおよび車両室内を冷却するものに限定されず、さらに、３つ以上の冷媒回路を備えたものであってもよい。

【0021】

図２は、図１に示す冷媒回路を説明するためのモリエル線図(ｐ－ｈ線図)であり、縦軸は圧力［ＭＰａ］を示し、横軸は比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］を示す。図２に示されるように、冷媒は、飽和液線ＳＬおよび飽和蒸気線ＳＶの内側の領域(ＳＬおよびＳＶで囲まれた領域)では気液混相(湿り蒸気域)になっており、飽和液線ＳＬの左側(外側)の領域では液相(過冷却液域)になっており、そして、飽和蒸気線ＳＶの右側(外側)の領域では気相(過熱蒸気域)になっている。

【0022】

ここで、膨張弁３０は、凝縮器２０を通過した冷媒液の圧力を、例えば、流体を流す小さな穴である弁オリフィスを通過させることで、流れの抵抗により圧力降下を生じさせて蒸発器４０に流入する冷媒の圧力(蒸発圧力)を調整すると共に、蒸発器４０の負荷変動に応じて冷媒の流量を調整する。これにより、蒸発器４０の出口における冷媒過熱度を一定に保持して、圧縮器１０への液戻りを防ぐようになっている。

【0023】

なお、冷媒過熱度とは、冷媒の過熱蒸気の温度と、その冷媒の圧力における飽和温度(飽和蒸気線ＳＶ)との差であり、蒸気の過熱の程度を表すために用いられる。この冷媒過熱度が不十分だと、冷媒が液体または液滴の状態(気液混相状態)で圧縮器１０へ流入する液戻り(液圧縮)が生じ、圧縮器１０に過剰な負荷がかかって好ましくない。また、冷媒過熱度が大きすぎると、無駄が生じて冷媒回路(車載温調装置)の効率が低下することになる。

【0024】

図３は、冷媒回路システムの一例を概略的に示すブロック図であり、２つの冷媒回路ＲＣ１'およびＲＣ２'を備えた冷媒回路システム２'を示すものである。第１冷媒回路ＲＣ１'は、コンプレッサ(圧縮器)１０，水冷コンデンサ(凝縮器)２０，膨張弁(第１膨張弁)３１，チラー(第１蒸発器)４１および温度・圧力センサ(第１センサ)５１により構成される。

【0025】

第２冷媒回路ＲＣ２'は、コンプレッサ１０，水冷コンデンサ２０，膨張弁(第２膨張弁)３２，エバポレータ(第２蒸発器)４２および温度・圧力センサ(第２センサ)５２により構成される。このように、図３に示す冷媒回路システムにおいて、コンプレッサ１０および水冷コンデンサ２０は、２つの冷媒回路ＲＣ１'およびＲＣ２'で共用されている。

【0026】

ここで、参照符号６１は、チラー４１により冷却された水の温度を検出する温度センサを示し、６２は、エバポレータ４２により冷却された空気の温度を検出する温度センサを示す。なお、温度センサ６１は、検出したチラー４１の冷却水の温度(温度情報，温度信号)を温調制御装置(ＥＣＵ：Electronic Control Unit)に出力し、温度センサ６２は、検出したエバポレータ４２の冷却空気の温度(温度情報，温度信号)を温調制御装置に出力する。

【0027】

第１冷媒回路ＲＣ１'において、第１膨張弁３１は、チラー４１の出口に設けられた温度・圧力センサ５１で検出された冷媒の温度および圧力(冷媒過熱度)に基づいて、その弁開度がフィードバック制御される。また、第２冷媒回路ＲＣ２'において、第２膨張弁３２は、エバポレータ４２の出口に設けられた温度・圧力センサ５２で検出された冷媒の温度および圧力に基づいて、その弁開度がフィードバック制御される。

【0028】

コンプレッサ１０は、例えば、冷媒の圧縮率をモータの回転数により制御することができる電動コンプレッサであり、バッテリを冷却するチラー(第１冷媒回路ＲＣ１')側、或いは、車両室内を冷却するエバポレータ(第２冷媒回路ＲＣ２')側のいずれかの冷却要求を優先し、その優先された冷却要求に基づいてモータの回転数(冷媒の圧縮率)をフィードバック制御するようになっている。

【0029】

すなわち、図１～図３を参照して説明した冷媒回路システムでは、例えば、第１冷媒回路ＲＣ１'によるバッテリの冷却、或いは、第２冷媒回路ＲＣ２'による車両室内の冷却の優先度の高い方の冷却要求に基づいて、コンプレッサ１０のモータの回転数が制御される。そのため、バッテリの冷却および車両室内の冷却の両方を適切で効率的に行うことが困難になっている。

【0030】

以下、図面を参照して、本実施形態に係る冷媒回路システムおよびその制御方法を詳述する。図４は、本実施形態に係る冷媒回路システムを概略的に示すブロック図であり、上述した図３に示す冷媒回路システムに相当する、２つの冷媒回路ＲＣ１およびＲＣ２を備えた冷媒回路システム２を示すものである。

【0031】

図４に示されるように、第１冷媒回路ＲＣ１は、コンプレッサ(圧縮器)１０，水冷コンデンサ(凝縮器)２０，膨張弁(第１膨張弁)３１，チラー(第１蒸発器)４１，温度センサ(第１センサ)６１および温度・圧力センサ(第３センサ)５０により構成される。

【0032】

第２冷媒回路ＲＣ２は、コンプレッサ１０，水冷コンデンサ２０，膨張弁(第２膨張弁)３２，エバポレータ(第２蒸発器)４２，温度センサ(第２センサ)６２および温度・圧力センサ５０により構成される。このように、図４に示す本実施形態に係る冷媒回路システムにおいて、コンプレッサ１０，水冷コンデンサ２０および温度・圧力センサ５０は、２つの冷媒回路ＲＣ１およびＲＣ２で共用されている。

【0033】

第１冷媒回路ＲＣ１において、温度センサ６１は、チラー４１により冷却された水の温度を検出する。すなわち、温度センサ６１は、第１蒸発器(チラー４１)により温度調整される第１温調対象(冷却水)の温度を検出し、その検出したチラー４１の冷却水の温度情報(温度信号，第１情報)を温調制御装置(ＥＣＵ)に出力する。ここで、温度センサ６１は、チラー４１により温度調整された冷却水の温度を直接検出せずに、例えば、冷却水が流れる冷却水配管の近傍の温度を検出してもよい。

【0034】

第２冷媒回路ＲＣ２において、温度センサ６２は、エバポレータ４２により冷却された空気の温度を検出する。すなわち、温度センサ６２は、第２蒸発器(エバポレータ４２)により温度調整される第２温調対象(冷却空気)の温度を検出し、その検出したエバポレータ４２の冷却空気の温度情報(温度信号，第２情報)を温調制御装置に出力する。ここで、温度センサ６２は、エバポレータ４２により温度調整された冷却空気の温度を直接検出せずに、冷却空気の温度に対応して変化するエバポレータ４２の所定個所の温度を検出してもよい。

【0035】

なお、後に図８および図９を参照して詳述するように、温調制御装置に入力する第１情報としては、チラー４１を流れる冷却水の温度情報だけでなく、冷却水の流量や熱量といった他の情報を含むのが好ましく、また、温調制御装置に入力する第２情報としても、エバポレータ４２を流れる冷却空気の温度情報だけでなく、冷却空気の流量や熱量といった他の情報を含むのが好ましい。

【0036】

第１冷媒回路ＲＣ１において、第１膨張弁３１は、温度センサ６１で検出したチラー４１の冷却水の温度に基づいて、その弁開度がフィードフォワード制御される。また、第２冷媒回路ＲＣ２において、第２膨張弁３２は、温度センサ６２で検出したエバポレータ４２の冷却空気の温度に基づいて、その弁開度がフィードフォワード制御される。

【0037】

ここで、第１冷媒回路ＲＣ１における第１膨張弁３１の弁開度のフィードフォワード制御は、例えば、チラー４１の冷却水の温度に基づく所定の関係式を使用して行う。なお、第１膨張弁３１の弁開度のフィードフォワード制御に使用する関係式としては、知られている様々な関係式を適宜適用することができる。或いは、チラー４１の冷却水の温度に基づいて行う第１膨張弁３１の弁開度のフィードフォワード制御は、チラー４１の冷却水の温度と第１膨張弁３１の弁開度の関係を示すテーブルを予め作成しておき、そのテーブルを利用して行うこともできる。

【0038】

同様に、第２冷媒回路ＲＣ２における第２膨張弁３２の弁開度のフィードフォワード制御は、例えば、エバポレータ４２の冷却空気の温度に基づく所定の関係式を使用して行う。なお、第２膨張弁３２の弁開度のフィードフォワード制御に使用する関係式としては、知られている様々な関係式を適宜適用することができる。或いは、エバポレータ４２の冷却空気の温度に基づいて行う第２膨張弁３２の弁開度のフィードフォワード制御は、エバポレータ４２の冷却空気の温度と第２膨張弁３２の弁開度の関係を示すテーブルを予め作成しておき、そのテーブルを利用して行うこともできる。

【0039】

以上において、コンプレッサ１０における冷媒の圧縮率の制御は、コンプレッサ１０の入口に設けられた温度・圧力センサ５０の出力に基づいて行われる。すなわち、コンプレッサ１０におけるモータの回転数は、コンプレッサ１０の入口に設けられた温度・圧力センサ５０により、チラー４１から流出した冷媒(第１冷媒)とエバポレータ４２から流出した冷媒(第２冷媒)が混合された冷媒の温度・圧力(冷媒過熱度)を検出し、その検出されたコンプレッサ１０の入口における冷媒過熱度に基づいてフィードバック制御される。

【0040】

このように、本実施形態に係る冷媒回路システムによれば、第１冷媒回路ＲＣ１によるバッテリの冷却を適切で効率的に行うと共に、第２冷媒回路ＲＣ２による車両室内の冷却を適切で効率的に行うことが可能になる。さらに、本実施形態に係る冷媒回路システムによれば、例えば、図３を参照して説明した冷媒回路システムにおける２つの温度・圧力センサ５１，５２を１つの温度・圧力センサ５０に置き換えることができ、温度・圧力センサを１つ削減することができる。

【0041】

なお、本明細書では、主としてバッテリを冷却する第１冷媒回路と車両室内を冷却する第２冷媒回路を備えた冷媒回路システムを例として説明するが、本発明が適用される冷媒回路システムは、バッテリを冷却する第１冷媒回路および車両室内を冷却する第２冷媒回路を備えたものに限定されるものではない。さらに、本発明が適用される冷媒回路システムは、３つ以上の冷媒回路を備えたものであってもよいのは言うまでもない。ここで、冷媒回路システムが第１冷媒回路および第２冷媒回路に加え、第３膨張弁および第３蒸発器を含む第３冷媒回路を備える場合、第３膨張弁の弁開度は、例えば、第３蒸発器に設けた温度センサにより検出した温度情報に基づいて制御される。

【0042】

次に、図５～図７を参照して、本実施形態に係る冷媒回路システムが適用される車載温調装置の一例を詳述する。図５は、本実施形態に係る冷媒回路システムが適用される車載温調装置の一例を示すブロック図である。図５において、参照符号１は車載温調装置、２は冷媒回路システム、７は高温回路、８は低温回路、そして、９は制御装置(温調制御装置)を示す。

【0043】

図５に示されるように、車載温調装置１は、冷媒回路システム２，高温回路７，低温回路８および制御装置９を備える。冷媒回路システム２は、コンプレッサ(電動コンプレッサ)２１，コンデンサ２０の冷媒配管２０ａ，レシーバ２３，第１膨張弁３１，第２膨張弁３２，チラー４１の冷媒配管４１ａ，エバポレータ４２，第１電磁調整弁３１０および第２電磁調整弁３２０を備える。冷媒回路システム２は、冷媒がこれら構成部品を通って循環することにより２つの冷媒回路を実現するようになっている。なお、冷媒には、例えば、ハイドロフルオロカーボン(例えば、ＨＦＣ－１３４ａ)といった一般的に冷媒回路で冷媒として用いられる任意の物質が用いられる。

【0044】

冷媒回路システム２は、図４を参照して説明した２つの冷媒回路(ＲＣ１，ＲＣ２)を備え、冷媒基本流路２ａ，エバポレータ流路２ｂおよびチラー流路２ｃに分けられる。ここで、エバポレータ流路２ｂおよびチラー流路２ｃは、互いに並列に設けられ、それぞれ冷媒基本流路２ａに接続されている。すなわち、第１冷媒回路ＲＣ１は、冷媒基本流路２ａおよびチラー流路２ｃで構成され、第２冷媒回路ＲＣ２は、冷媒基本流路２ａおよびエバポレータ流路２ｂで構成される。

【0045】

冷媒基本流路２ａには、冷媒の循環方向において、コンプレッサ２１，コンデンサ２０の冷媒配管２０ａおよびレシーバ２３がこの順番に設けられている。チラー流路２ｃには、冷媒の循環方向において、第１電磁調整弁３１０，第１膨張弁３１およびチラー４１の冷媒配管４１ａがこの順番に設けられている。さらに、エバポレータ流路２ｂには、冷媒の循環方向において、第２電磁調整弁３２０，第２膨張弁３２およびエバポレータ４２がこの順番に設けられている。

【0046】

冷媒基本流路２ａには、第１電磁調整弁３１０および第２電磁調整弁３２０の開閉に関わらず冷媒が流れる。冷媒基本流路２ａに冷媒が流れると、冷媒はコンプレッサ２１，コンデンサ２０の冷媒配管２０ａおよびレシーバ２３の順にこれら構成部品を通って流れる。チラー流路２ｃには、第１電磁調整弁３１０が開かれているときに冷媒が流れる。チラー流路２ｃに冷媒が流れると、冷媒は、第１電磁調整弁３１０，第１膨張弁３１およびチラー４１の冷媒配管４１ａの順にこれら構成部品を通って流れる。エバポレータ流路２ｂには、第２電磁調整弁３２０が開かれているときに冷媒が流れる。エバポレータ流路２ｂに冷媒が流れると、冷媒は、第２電磁調整弁３２０，第２膨張弁３２およびエバポレータ４２の順にこれら構成部品を通って流れる。

【0047】

コンプレッサ２１は、冷媒を圧縮して昇温するもので、例えば、モータの回転数に応じて冷媒の圧縮率が制御される電動コンプレッサとして構成される。ここで、コンプレッサ２１の入口には、温度・圧力センサ５０が設けられている。すなわち、チラー４１から流出した低温・低圧の主にガス状の冷媒(第１冷媒)およびエバポレータ４２から流出した低温・低圧の主にガス状の冷媒(第２冷媒)は混合され、その混合された冷媒の温度および圧力(冷媒過熱度)がコンプレッサ２０の入口に設けた温度・圧力センサ５０により検出される。

【0048】

なお、温度・圧力センサ５０により検出されたコンプレッサ２０の入口における温度および圧力の信号(情報)は、ＥＣＵ９１(温調制御装置９)に出力される。また、チラー４１には、温度センサ(第１センサ)６１が設けられ、チラー４１により冷却された水の温度を検出し、その検出された冷却水の温度情報をＥＣＵ９１に出力する。さらに、エバポレータ４２には、温度センサ(第２センサ)６２が設けられ、エバポレータ４２により冷却された空気の温度を検出し、その検出されたエバポレータ４２の冷却空気の温度情報をＥＣＵ９１に出力する。

【0049】

ここで、温度センサ６１は、チラー４１における冷却水配管４１ｂの近傍に設けられ、その冷却水配管４１ｂの近傍の温度を冷却水の温度として検出しているが、例えば、チラー４１の冷却水配管４１ｂから流出した冷却水の温度を検出する第１水温センサ９３を、温度センサ６１として使用することもできる。すなわち、温度センサ６１(第１センサ)は、チラー４１の近傍に設けられ、チラー４１により温度調整される冷却水に関連する温度を検出し、その温度信号(温度情報)をＥＣＵ９１に出力する。同様に、温度センサ６２(第２センサ)は、エバポレータ４２の近傍に設けられ、エバポレータ４２により温度調整される冷却空気に関連する温度を検出し、その温度信号をＥＣＵ９１に出力する。

【0050】

コンデンサ２０は、冷媒配管２０ａおよび冷却水配管２０ｂを備え、冷媒配管２０ａを流れる冷媒と冷却水配管２０ｂを流れる冷却水との間で熱交換を行い、冷媒から冷却水へ熱を移動させる。コンデンサ２０の冷媒配管２０ａは、冷媒回路(冷凍サイクル)において冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、コンデンサ２０の冷媒配管２０ａでは、コンプレッサ２１から流出した高温・高圧であって主にガス状の冷媒が、等圧的に冷却されることにより、高温・高圧の主に液状の冷媒に変化する。

【0051】

レシーバ２３は、コンデンサ２０の冷媒配管２０ａによって凝縮された冷媒を貯留する。ここで、コンデンサ２０では、必ずしも全ての冷媒を液化することができないため、レシーバ２３は気液の分離を行うように構成される。これにより、レシーバ２３からは、ガス状の冷媒が分離された液状の冷媒のみが流出する。なお、冷媒回路システム２は、レシーバ２３を有する代わりに、コンデンサ２０として気液分離器を内蔵したサブクール式のコンデンサを用いてもよい。

【0052】

第１膨張弁３１および第２膨張弁３２は、細径の通路を備えると共に、その細径の通路から冷媒を噴霧することで冷媒の圧力を急激に低下させる。すなわち、第１膨張弁３１は、レシーバ２３から供給された液状の冷媒を、チラー４１の冷媒配管４１ａ内に霧状に噴霧する。同様に、第２膨張弁３２は、レシーバ２３から供給された液状の冷媒を、エバポレータ４２内に霧状に噴霧する。これら第１および第２膨張弁３１，３２では、レシーバ２３から流出した高温・高圧の液状の冷媒が、減圧されて部分的に気化することにより、低温・低圧の霧状の冷媒に変化する。なお、これら第１および第２膨張弁３１，３２は、弁開度が電気的に制御可能な電気式膨張弁として構成されている。

【0053】

エバポレータ４２は、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、エバポレータ４２周りの空気から冷媒へ吸熱させ、冷媒を蒸発させるようになっている。したがって、エバポレータ４２では、第２膨張弁３２から流出した低温・低圧の霧状の冷媒が、蒸発することにより、低温・低圧のガス状の冷媒に変化する。その結果、エバポレータ４２周りの空気が冷却され、車両室内を冷房することが可能になる。

【0054】

チラー４１は、冷媒配管４１ａおよび冷却水配管４１ｂを備え、低温回路８の冷却水から冷媒へ吸熱させ、冷媒を蒸発させるようになっている。すなわち、チラー４１は、冷却水配管４１ｂを流れる冷却水と冷媒配管４１ａを流れる冷媒との間で熱交換を行い、冷却水から冷媒へ熱を移動させる。したがって、チラー４１の冷媒配管４１ａでは、第１膨張弁３１から流出した低温・低圧の霧状の冷媒が、蒸発することにより、低温・低圧のガス状の冷媒に変化する。その結果、低温回路８の冷却水が冷却され、バッテリ熱交換部８５を介してバッテリ(図示しない)を冷却することが可能になる。

【0055】

以上において、第１膨張弁３１の弁開度，第２膨張弁３２の弁開度およびコンプレッサ２１におけるモータの回転数は、ＥＣＵ(制御装置)９１により制御される。ＥＣＵ９１には、チラー４１に設けられた温度センサ６１により検出された冷却水の温度信号、エバポレータ４２に設けられた温度センサ６２により検出された冷却空気の温度信号、および、コンプレッサ２１の入口に設けられた温度・圧力センサ５０により検出された冷媒の温度および圧力の信号が入力される。ここで、温度・圧力センサ５０は、チラー４１から流出した冷媒(第１冷媒)およびエバポレータ４２から流出した冷媒(第２冷媒)が混合された、コンプレッサ２１の入口における冷媒の温度および圧力を検出し、その検出された温度および圧力の信号(情報)をＥＣＵ９１に出力する。

【0056】

すなわち、第１冷媒回路ＲＣ１における第１膨張弁３１の弁開度は、チラー４１に設けられた温度センサ６１により検出された冷却水の温度(信号)に基づいてフィードフォワード制御され、第２冷媒回路ＲＣ２における第２膨張弁３２の弁開度は、エバポレータ４２に設けられた温度センサ６２により検出された冷却空気の温度(信号)に基づいてフィードフォワード制御される。ここで、第１膨張弁３１の弁開度のフィードフォワード制御は、チラー４１の冷却水の温度に基づく所定の関係式を使用して行うことができ、また、第２膨張弁３２の弁開度のフィードフォワード制御は、エバポレータ４２の冷却空気の温度に基づく所定の関係式を使用して行うことができる。

【0057】

或いは、第１膨張弁３１の弁開度のフィードフォワード制御は、予め作成されたチラー４１の冷却水の温度と第１膨張弁３１の弁開度の関係を示すテーブルを利用して行うこともでき、また、第２膨張弁３２の弁開度のフィードフォワード制御は、予め作成されたエバポレータ４２の冷却空気の温度と第２膨張弁３２の弁開度の関係を示すテーブルを利用して行うこともできる。なお、コンプレッサ２１におけるモータの回転数は、コンプレッサ２１の入口に設けられた温度・圧力センサ５０により検出された冷媒の温度および圧力(冷媒過熱度)に基づいてフィードフォワード制御される。

【0058】

第１電磁調整弁３１０および第２電磁調整弁３２０は、冷媒回路システム２における冷媒の流れを制御するために使用される。すなわち、第１電磁調整弁３１０の弁開度が大きくなるほどチラー流路２ｃに流入する冷媒が多くなり、よってチラー４１に流入する冷媒が多くなる。また、第２電磁調整弁３２０の弁開度が大きくなるほどエバポレータ流路２ｂに流入する冷媒が多くなり、よってエバポレータ４２に流入する冷媒が多くなる。なお、図５に示す例では、電磁調整弁３１０，３２０は、その弁開度を調整可能なものとして構成されているが、開いた状態と閉じた状態との間で切り換えられる開閉弁であってもよい。また、第１電磁調整弁３１０および第２電磁調整弁３２０の代わりに、冷媒基本流路２ａからの冷媒をチラー流路２ｃのみ、エバポレータ流路２ｂのみ、および／または、その両方に選択的に流入させることができる三方弁が設けられてもよい。すなわち、冷媒基本流路２ａからチラー流路２ｃおよびエバポレータ流路２ｂへ流入する流量を調整することができれば、電磁調整弁３１０，３２０の代わりに様々な弁を適用してもよい。

【0059】

次に、低温回路８について説明する。低温回路８は、第１ポンプ８１，チラー４１の冷却水配管４１ｂ，低温ラジエータ８２，第１三方弁８３および第２三方弁８４を備える。さらに、低温回路８は、バッテリ熱交換部８５，ＭＧ熱交換部８６およびＰＣＵ熱交換部８７を備える。低温回路８では、これら構成部品を通って冷却水が循環する。なお、冷却水は第１熱媒体の一例であり、低温回路８内では、冷却水の代わりに任意の他の熱媒体が用いられてもよい。

【0060】

低温回路８は、低温基本流路８ａ，低温ラジエータ流路８ｂおよび高温機器流路８ｃに分けられる。低温ラジエータ流路８ｂおよび高温機器流路８ｃは、互いに並列に設けられ、それぞれ低温基本流路８ａに接続されている。

【0061】

低温基本流路８ａには、冷却水の循環方向において、第１ポンプ８１，チラー４１の冷却水配管４１ｂ，バッテリ熱交換部８５がこの順番に設けられている。また、低温基本流路８ａには、バッテリ熱交換部８５をバイパスするように設けられたバイパス流路８ｄが接続される。バイパス流路８ｄは、冷却水の循環方向において、チラー４１とバッテリ熱交換部８５との間に一方の端部が接続され、バッテリ熱交換部８５の下流側に他方の端部が接続されている。低温基本流路８ａとバイパス流路８ｄとの接続部には、第１三方弁８３が設けられている。

【0062】

低温ラジエータ流路８ｂには、低温ラジエータ８２が設けられている。高温機器流路８ｃには、冷却水の循環方向において、ＭＧ熱交換部８６およびＰＣＵ熱交換部８７がこの順番に設けられている。高温機器流路８ｃには、ＭＧ(モータジェネレータ：Motor Generator)やＰＣＵ(パワーコントロールユニット：Power Control Unit)以外の高温機器と熱交換する熱交換部が設けられてもよい。低温基本流路８ａと低温ラジエータ流路８ｂおよび高温機器流路８ｃとの間には、第２三方弁８４が設けられている。

【0063】

第１ポンプ８１は、低温回路８内を循環する冷却水を圧送するもので、電動式のウォータポンプとして構成され、供給電力が調整されることによりその吐出容量が無段階に変化するようになっている。

【0064】

低温ラジエータ８２は、低温回路８内を循環する冷却水と車両１００の外部の空気(外気)との間で熱交換を行う熱交換器である。低温ラジエータ８２は、冷却水の温度が外気の温度よりも高いときには冷却水から外気への放熱を行い、冷却水の温度が外気の温度よりも低いときには外気から冷却水への吸熱を行うように構成される。

【0065】

第１三方弁８３は、チラー４１の冷却水配管４１ｂから流出した冷却水がバッテリ熱交換部８５とバイパス流路８ｄとの間で選択的に流通するようになっている。低温基本流路８ａでは、第１三方弁８３がバッテリ熱交換部８５側に設定されているときには、冷却水は第１ポンプ８１，チラー４１の冷却水配管４１ｂ，バッテリ熱交換部８５の順にこれら構成部品を通って流れる。一方、第１三方弁８３がバイパス流路８ｄ側に設定されているときには、冷却水は、バッテリ熱交換部８５には流通しないため、第１ポンプ８１およびチラー４１のみを通って流れる。

【0066】

第２三方弁８４は、低温基本流路８ａから流出した冷媒が、低温ラジエータ流路８ｂと高温機器流路８ｃとの間で選択的に流通するようになっている。第２三方弁８４が低温ラジエータ流路８ｂ側に設定されていると、低温基本流路８ａから流出した冷却水は低温ラジエータ８２を通って流れる。一方、第２三方弁８４が高温機器流路８ｃ側に設定されていると、低温基本流路８ａから流出した冷却水は、ＭＧ熱交換部８６およびＰＣＵ熱交換部８７の順にこれら構成部品を通って流れる。さらに、第２三方弁８４を冷却水が両方に流れるように設定できる場合には、低温基本流路８ａから流出した冷却水は、その一部が低温ラジエータ８２を通って流れ、残りがＭＧ熱交換部８６およびＰＣＵ熱交換部８７の順にこれら構成部品を通って流れる。

【0067】

なお、バッテリ熱交換部８５およびバイパス流路８ｄに流入する冷却水の流量を適切に調整することができれば、第１三方弁８３の代わりに、調整弁や開閉弁等の他の調整装置が用いられてもよい。同様に、低温ラジエータ流路８ｂおよび高温機器流路８ｃに流入する冷却水の流量を適切に調整することができれば、第２三方弁８４の代わりに、調整弁や開閉弁等の他の調整装置が用いられてもよい。

【0068】

バッテリ熱交換部８５は、車両１００のバッテリ(図示しない)と熱交換するように構成さ、例えば、バッテリの周りに設けられた配管を備え、この配管を流れる冷却水とバッテリとの間で熱交換が行われるようになっている。

【0069】

ＭＧ熱交換部８６は、車両１００のＭＧ(モータジェネレータ：図示しない)と熱交換するように構成される。具体的には、ＭＧ熱交換部８６は、ＭＧの周りを流れるオイルと冷却水との間で熱交換が行われるように構成される。また、ＰＣＵ熱交換部８７は、車両１００のＰＣＵ(パワーコントロールユニット：図示しない)と熱交換するように構成される。具体的には、ＰＣＵ熱交換部８７は、ＰＣＵの周りに設けられた配管を備え、この配管を流れる冷却水とバッテリとの間で熱交換が行われるように構成される。

【0070】

次に、高温回路７について説明する。高温回路７は、第２ポンプ７１，コンデンサ２０の冷却水配管２０ｂ，高温ラジエータ７２，第３三方弁７３，ヒータ７４およびヒータコア７５を備える。高温回路７でもこれら構成部品を通って冷却水が循環する。なお、この冷却水は第２熱媒体の一例であり、高温回路７内では、冷却水の代わりに任意の他の熱媒体が用いられてもよい。

【0071】

また、高温回路７は、高温基本流路７ａ，高温ラジエータ流路７ｂおよびヒータ流路７ｃに分けられる。高温ラジエータ流路７ｂおよびヒータ流路７ｃは、互いに並列に設けられ、それぞれ高温基本流路７ａに接続されている。

【0072】

高温基本流路７ａには、冷却水の循環方向において、第２ポンプ７１，コンデンサ２０の冷却水配管２０ｂがこの順番に設けられている。高温ラジエータ流路７ｂには、高温ラジエータ７２が設けられている。また、ヒータ流路７ｃには、冷却水の循環方向において、ヒータ(電気ヒータ)７４およびヒータコア７５がこの順番に設けられている。高温基本流路７ａと高温ラジエータ流路７ｂおよびヒータ流路７ｃとの間には、第３三方弁７３が設けられている。

【0073】

第２ポンプ７１は、高温回路７内を循環する冷却水を圧送するもので、第１ポンプ８１と同様な、電動式のウォータポンプとして構成される。また、高温ラジエータ７２は、低温ラジエータ８２と同様に、高温回路７内を循環する冷却水と外気との間で熱交換を行う熱交換器である。

【0074】

第３三方弁７３は、コンデンサ２０の冷却水配管２０ｂから流出した冷却水が高温ラジエータ流路７ｂとヒータ流路７ｃとの間で選択的に流通するようになっている。第３三方弁７３が、高温ラジエータ流路７ｂ側に設定されていると、コンデンサ２０の冷却水配管２０ｂから流出した冷却水は高温ラジエータ流路７ｂを通って流れる。一方、第３三方弁７３が、ヒータ流路７ｃ側に設定されていると、コンデンサ２０の冷却水配管２０ｂから流出した冷却水はヒータ７４およびヒータコア７５を通って流れる。なお、高温ラジエータ流路７ｂおよびヒータ流路７ｃに流入する冷却水の流量を適切に調整することができれば、第３三方弁７３の代わりに、調整弁や開閉弁等の他の調整装置が用いられてもよい。

【0075】

ヒータ７４は、冷却水を加熱する加熱器として機能する。ヒータ７４は、例えば冷却水が流れる配管の周りに配置された抵抗発熱体を備え、この抵抗発熱体に電力を供給することによって配管内の冷却水が加熱されるように構成される。ヒータ７４は、例えば、外気の温度が極めて低く、その結果、冷媒回路システム２において冷媒が適切に機能しないような場合に暖房を行う際に用いられる。

【0076】

ヒータコア７５は、高温回路７内を循環する冷却水とヒータコア７５周りの空気との間で熱交換を行って、車両室内の暖房を行うように構成される。具体的には、ヒータコア７５は、冷却水からヒータコア７５周りの空気へ排熱するように構成される。したがって、ヒータコア７５に高温の冷却水が流れると、冷却水の温度が低下すると共に、ヒータコア７５周りの空気が暖められる。

【0077】

図６は、図５に示す車載温調装置を搭載した車両の空調用空気通路の一例を模式的に示す図であり、図７は、図５に示す車載温調装置を搭載した車両の一例を模式的に示す図である。

【0078】

図６に示されるように、車載温調装置１を搭載した車両１００の空調用の空気通路６０では、図中の矢印で示す方向に空気が流れる。図６に示す空気通路６０は、車両１００の外部または車両室内の空気吸い込み口に接続されており、空気通路６０には制御装置９による制御状態に応じて外気または車両室内の空気が流入する。また、図６に示す空気通路６０は、車両室内へ空気を吹き出す吹き出し口に接続されており、空気通路６０からは、制御装置９による制御状態に応じて任意の吹き出し口に空気が供給される。

【0079】

図６に示す空調用の空気通路６０には、空気の流れ方向において、ブロワ６３，エバポレータ４２，エアミックスドア６４およびヒータコア７５がこの順番に設けられている。

【0080】

ブロワ６３は、ブロワモータ６３ａおよびブロワファン６３ｂを備える。ブロワ６３は、ブロワモータ６３ａによってブロワファン６３ｂが駆動されると、外気または車両室内の空気が空気通路６０に流入して、空気通路６０を通って空気が流れるように構成される。

【0081】

エアミックスドア６４は、空気通路６０を通って流れる空気のうち、ヒータコア７５を通って流れる空気の流量を調整する。エアミックスドア６４は、空気通路６０を流れる全ての空気がヒータコア７５を流れる状態と、空気通路６０を流れる全ての空気がヒータコア７５を流れない状態と、その間の状態との間で調整できるように構成される。

【0082】

このように構成された空気通路６０では、ブロワ６３が駆動されているときに、エバポレータ４２に冷媒が循環されている場合には、空気通路６０を通って流れる空気が冷却される。また、ブロワ６３が駆動されているときに、ヒータコア７５に冷却水が循環されていて且つ空気がヒータコア７５を流れるようにエアミックスドア６４が制御されている場合には、空気通路６０内を通って流れる空気が暖められる。

【0083】

図７は、車載温調装置１を搭載した車両１００を概略的に示す図である。図７に示されるように、車両１００のフロントグリルの内側に、低温ラジエータ８２および高温ラジエータ７２が配置される。したがって、車両１００が走行しているときにはこれらラジエータ８２，７２には走行風が当たる。また、これらラジエータ８２，７２に隣接してファン７０が設けられている。ファン７０は駆動されるとラジエータ８２，７２に風が当たるように構成される。したがって、車両１００が走行していないときでも、ファン７０を駆動することにより、ラジエータ８２，７２に風を当てることができる。

【0084】

図５に示されるように、制御装置９は、電子制御ユニット(ＥＣＵ)９１を備える。ＥＣＵ９１は、各種演算を行うプロセッサ，プログラムや各種情報を記憶するメモリおよび各種アクチュエータや各種センサと接続されるインタフェースを備える。

【0085】

また、制御装置９は、バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサ９２，チラー４１の冷却水配管４１ｂから流出した冷却水の温度を検出する第１水温センサ９３およびヒータコア７５に流入する冷却水の温度を検出する第２水温センサ９４を備える。ＥＣＵ９１はこれらセンサに接続され、ＥＣＵ９１にはこれらセンサからの出力信号が入力される。

【0086】

さらに、ＥＣＵ９１は、車載温調装置１の各種アクチュエータに接続されて、これらアクチュエータを制御する。具体的には、ＥＣＵ９１は、コンプレッサ２１、電磁調整弁３１０，３２０、ポンプ８１，７１、三方弁８３，８４，７３、ヒータ７４、ブロワモータ６３ａ、エアミックスドア６４およびファン７０に接続されて、これらを制御する。

【0087】

上述したように、チラー４１の温調対象(冷却水)の温度，エバポレータ４２の温調対象(冷却空気)の温度およびコンプレッサ２１の入口における冷媒過熱度に基づいて、第１膨張弁３１の弁開度，第２膨張弁３２の弁開度およびコンプレッサ回転数(電動コンプレッサ２１のモータ回転数)の３つのアクチュエータ動作量を決定して制御することができる。この制御は、所定の関係式またはテーブルを使用して行うことができ、例えば、次のようになる。

【0088】

まず、バッテリのみを現在よりもさらに冷やす場合(チラー４１による冷却水の冷却能力を増加する場合)、現在よりもコンプレッサ回転数を上昇させると共に、第１膨張弁３１の弁開度を開け、第２膨張弁３２の弁開度を閉じるように制御する。また、車両室内の空気のみを現在よりもさらに冷やす場合(エバポレータ４２による冷却空気の冷却能力を増加する場合)、現在よりもコンプレッサ回転数を上昇させると共に、第１膨張弁３１の弁開度を閉じ、第２膨張弁３２の弁開度を開けるように制御する。なお、チラー４１による冷却水の冷却能力を低下する場合、および、エバポレータ４２による冷却空気の冷却能力を低下する場合には、それぞれ逆の制御を行うことになる。

【0089】

次に、バッテリおよび車両室内の両方をさらに冷やす場合、現在よりもコンプレッサ回転数を上昇させると共に、第１膨張弁３１および第２膨張弁３２の弁開度を両方とも開けるように制御する。また、コンプレッサ２１の入口における冷媒過熱度のみを現在よりもさらに高くする場合、コンプレッサ回転数を上昇させると共に、第１膨張弁３１および第２膨張弁３２の弁開度を閉じるように制御する。

【0090】

このように、本実施形態に係る冷媒回路システムによれば、例えば、第１膨張弁３１の弁開度，第２膨張弁３２の弁開度およびコンプレッサ回転数という３つの制御対象を、チラー４１の冷却水の温度，エバポレータ４２の冷却空気の温度およびコンプレッサ２１の入口における冷媒過熱度という３つのパラメータセット(制御対象と同数のパラメータセット)に対して制御するため、それぞれのパラメータに基づく要求を満足することができる。また、本実施形態に係る冷媒回路システムによれば、例えば、第１冷媒回路ＲＣ１によるバッテリの冷却を適切で効率的に行うと共に、第２冷媒回路ＲＣ２による車両室内の冷却を適切で効率的に行うことが可能になる。さらに、本実施形態に係る冷媒回路システムによれば、例えば、図３を参照して説明した冷媒回路システムにおける２つの温度・圧力センサ５１，５２を１つの温度・圧力センサ５０に置き換えることができ、温度・圧力センサを１つ削減することがで可能になる。なお、図５～図７を参照して説明した車載温調装置は、本実施形態に係る冷媒回路システムが適用される単なる例であり、本実施形態に係る冷媒回路システムは、図５～図７の車載温調装置への適用に限定されるものではない。

【0091】

以上において、ＥＣＵ９１に与える情報(信号)としては、チラー４１の近傍に設けられた温度センサ６１により検出された冷却水の温度情報、エバポレータ４２の近傍に設けられた温度センサにより検出された冷却空気の温度情報、並びに、コンプレッサ２１の入口に設けられた温度・圧力センサ５０により検出された冷媒の温度および圧力の情報に限定されるものではない。

【0092】

図８は、本実施形態に係る冷媒回路システムの制御方法の一実施例を説明するための図であり、アクチュエータ動作量の算出処理を説明するためのものである。ここで、図８(a)は、冷媒回路システムの制御方法におけるアクチュエータ(ＡＣＴ)動作量の算出処理を概略的に示し、図８(b)は、図８(a)に示すＡＣＴ動作量の算出処理の一例をより詳細に示す。

【0093】

図８(a)に示されるように、本実施形態に係る冷媒回路システムにおけるＡＣＴ動作量の算出処理は、例えば、チラー熱量，エバ(エバポレータ)熱量およびコンプ(コンプレッサ)入口冷媒過熱度を入力とし、コンプレッサ回転数(電動コンプレッサ２１のモータ回転数)，チラー側膨張弁開口径(第１膨張弁３１の弁開度)およびエバ側膨張弁開口径(第２膨張弁３２の弁開度)を制御するためにＥＣＵ９１(温調制御装置９)により実行される。

【0094】

ここで、チラー熱量は、チラー４１の温調対象の目標温度に追従するのに必要な単位時間当りの熱移動量(熱量：［ｋＷ］)であり、エバ熱量は、エバポレータ４２の温調対象の目標温度に追従するのに必要な単位時間当りの熱移動量(熱量：［ｋＷ］)である。また、コンプ入口冷媒過熱度は、チラー４１で熱交換が行われた後の第１冷媒と、エバポレータ４２により熱交換が行われた後の第２冷媒とが混合されたコンプレッサ２１の入口における冷媒の過熱度であり、コンプレッサ２１の入口に設けられた温度・圧力センサ５０の検出信号から求めることができる。

【0095】

すなわち、図８(b)に示されるように、チラー冷媒流量(チラー４１の冷媒配管４１ａを流れる冷媒の流量)は、チラー熱量，水冷コン入口水温(水冷コンデンサ２０の冷却水配管２０ｂの入口における冷却水配管２０ｂを流れる冷却水の温度)および水冷コン水流量(水冷コンデンサ２０の冷却水配管２０ｂを流れる冷却水の流量)を入力とする関係式Ａにより算出することができる。なお、コンデンサ２０が水冷コンデンサではなく、空冷コンデンサの場合には、外気の温度および車両の走行速度等から水冷コン入口水温を求めることが可能である。また、エバ冷媒流量(エバポレータ４２を流れる冷媒の流量)は、エバ熱量，水冷コン入口水温および水冷コン水流量を入力とする関係式Ｂにより算出することができる。そして、コンプ冷媒流量(コンプレッサ２１を流れる冷媒の流量)は、チラー冷媒流量およびエバ冷媒流量から求めることができる。

【0096】

コンプ入口圧力(コンプレッサ２１の入口における冷媒の圧力)は、チラー熱量，チラー入口水温(チラー４１の冷却水配管４１ｂの入口における冷却水の温度)およびチラー水流量(チラー４１の冷却水配管４１ｂを流れる冷却水の流量)を入力とする関係式Ｃにより算出することができる。また、コンプ出口圧力(コンプレッサ２１の出口における冷媒の圧力)は、チラー熱量＋エバ熱量，水冷コン入口水温および水冷コン水流量を入力とする関係式Ｄにより算出することができる。さらに、コンプ入出口圧力比(コンプレッサ２１の入口と出口における冷媒の圧力比)は、コンプ入口圧力およびコンプ出口圧力から求めることができる。そして、コンプレッサ回転数は、コンプ冷媒流量，コンプ入口圧力およびコンプ入出口圧力比を入力とする関係式Ｅにより算出することができる。

【0097】

チラー側膨張弁開口径は、チラー側膨張弁開口面積から求めることができ、このチラー側膨張弁開口面積は、チラー熱量およびエバ熱量を入力とする関係式Ｆにより算出することができる。すなわち、第１冷媒回路ＲＣ１における第１膨張弁３１の弁開度は、チラー熱量およびエバ熱量を関係式Ｆに入力することにより求めることができる。同様に、エバ側膨張弁開口径は、エバ側膨張弁開口面積から求めることができ、このエバ側膨張弁開口面積は、エバ熱量およびチラー熱量を入力とする関係式Ｇにより算出することができる。すなわち、第２冷媒回路ＲＣ２における第２膨張弁３２の弁開度は、エバ熱量およびチラー熱量を関係式Ｇに入力することにより求めることができる。

【0098】

上述したように、図８に示す冷媒回路システムの制御方法の一実施例では、チラー４１の温調対象(冷却水)の目標温度に追従するのに必要なチラー４１の単位時間当りの熱移動量(熱量：[ｋＷ])、および、エバポレータ４２の温調対象(冷却空気)の目標温度に追従するのに必要なエバポレータ４２の熱量をそれぞれ算出する。さらに、チラー４１の冷却水の熱量およびエバポレータ４２の冷却空気の熱量に加え、コンプレッサ２１の入口における冷媒過熱度、並びに、チラー４１の冷却水の温度および流量、エバポレータ４２の冷却空気の温度および流量、水冷コンデンサ２０の水温および水流量といった冷媒回路システム２の熱交換先の現在の状態の情報から、第１および第２膨張弁の弁開度並びにコンプレッサ回転数の動作量を求め、これらの動作量を指示値としてフィードフォワード制御を行う。

【0099】

すなわち、第１膨張弁３１の弁開度および第２膨張弁３２の弁開度、並びに、コンプレッサ２１のモータ回転数をフィードフォワード制御することにより、応答性の早い制御を行うことが可能となる。このフィードフォワード制御は、上述した所定の関係式Ａ～Ｇに基づいて行うことができるが、予め各入力データに対する出力値を対応付けた関係式Ａ～Ｇに対応するテーブルを準備しておき、そのテーブルを利用して行うことも可能である。このような処理は、例えば、次のようになる。

【0100】

まず、チラー水温(チラー４１を流れる冷却水の温度)が目標値よりも低い場合、およびチラー水流量(チラー４１を流れる冷却水の流量)が目標値よりも少ない場合には、コンプレッサ回転数上昇させる。また、エバポレータ風温(エバポレータ４２を流れる冷却空気の温度)が目標値よりも低い場合、および、エバポレータ風量(エバポレータ４２を流れる冷却空気の流量)が目標値よりも少ない場合には、コンプレッサ回転数を上昇させる。さらに、水冷コンデンサ水温(水冷コンデンサ２０を流れる水の温度)が目標値よりも高い場合、および、水冷コンデンサ水流量(水冷コンデンサ２０を流れる水の流量)が目標値よりも少ない場合には、コンプレッサ回転数を上昇させる。

【0101】

なお、コンプレッサ入口冷媒過熱度(コンプレッサ２１の入口における冷媒過熱度)の目標値に対する誤差が小さくなるように、コンプレッサ２１の入口に設けた温度・圧力センサ５０で検出したコンプレッサ２１の入口における温度および圧力情報(コンプレッサ入口冷媒過熱度)に基づいて、コンプレッサ回転数(電動コンプレッサ２１のモータ回転数)をフィードバック制御するのが好ましい。ここで、コンプレッサ入口冷媒過熱度によりコンプレッサ回転数のみをフィードバック制御するのは、コンプレッサ２１に液相の冷媒が流入して破損するのを確実に防止するのためである。

【0102】

すなわち、コンプレッサ入口冷媒過熱度の目標値に対する誤差が小さくなるように調整する場合、温調対象(チラー４１を流れる冷却水およびエバポレータをネがれる冷却空気)の温度や熱量等の目標値に対する誤差への影響を小さくできるためである。さらに、コンプレッサ回転数ではなく、第１膨張弁３１または第２膨張弁３２の一方の弁開度を調整した場合には、第１冷媒回路ＲＣ１と第２冷媒回路ＲＣ２を流れる冷媒の配分が変化し、温調対象の温度や熱量等の目標値に対する誤差が大きくなってしまうからである。すなわち、コンプレッサ入口冷媒過熱度が目標値よりも低い場合には、コンプレッサ回転数を上昇させることになる。

【0103】

以上において、関係式Ａ～Ｇには、それぞれ知られている様々な関係式を適宜適用することができ、上述した様々な情報(データ)をそれぞれ関係式Ａ～Ｇに入力することにより、電動コンプレッサ２１のモータ回転数(コンプレッサ回転数)，第１冷媒回路ＲＣ１における第１膨張弁３１の弁開度(チラー側膨張弁開口面積)および第２冷媒回路ＲＣ２における第２膨張弁３２の弁開度(エバ側膨張弁開口面積)を、それぞれ算出してフィードフォワード制御することができる。なお、関係式Ａ～Ｇを使用する代わりに、予め各入力データに対する出力値を対応付けた関係式Ａ～Ｇに対応するテーブルを準備しておき、そのテーブルを利用してフィードフォワード制御を行うことも可能である。

【0104】

図９は、図８に示す冷媒回路システムの制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。図９に示されるように、冷媒回路システムの制御処理(制御方法)の一例が開始(スタート)すると、ステップＳＴ１において、目標温度を設定し、ステップＳＴ２に進んで、熱量目標の算出を行う。

【0105】

すなわち、ステップＳＴ１では、ＥＣＵ９１からの指示に基づいて、チラー４１により冷却(温度調整)される冷却水の目標温度およびエバポレータ４２により冷却される冷却空気の目標温度が設定される。また、ステップＳＴ２における、冷却水の目標熱量の算出および冷却空気の目標熱量の算出は、例えば、ステップＳＴ１で設定された冷却水の目標温度および冷却空気の目標温度等に基づいて算出される。

【0106】

次に、ステップＳＴ３に進んで、チラー水温と水流量，エバポレータ風温と風量，水冷コンデンサ水温と水流量を検出する。すなわち、ステップＳＴ３では、チラー４１の冷却水配管４１ｂを流れる冷却水の温度および流量、エバポレータ４２(空調用の空気通路６０)を流れる冷却空気の温度および流量、並びに、水冷コンデンサ２０の冷却水配管２０ｂを流れる冷却水の温度および流量を検出する。

【0107】

ここで、ステップＳＴ３で検出される冷却水配管４１ｂを流れる冷却水の温度および流量、空調用の空気通路６０を流れる冷却空気の温度および流量、並びに、冷却水配管２０ｂを流れる冷却水の温度および流量は、それぞれ適切なセンサにより検出され、そのセンサにより検出された温度および流量の情報(信号)は、ＥＣＵ９１に入力される。なお、チラー４１，のエバポレータ４２および水冷コンデンサ２０等における熱交換が十分に行われるものと考え、例えば、チラー４１により冷却される冷却水の温度およびエバポレータ４２により冷却される冷却空気の温度を検出し、これら検出した冷却水および冷却空気の温度情報をＥＣＵ９１に出力してもよい。

【0108】

すなわち、例えば、温度センサ(第１センサ)６１をチラー(第１蒸発器)４１の近傍に設け、この温度センサ６１により、チラー４１で冷却される冷却水配管４１ｂを流れる冷却水の温度を検出する。同様に、例えば、温度センサ(第２センサ)６２をエバポレータ(第２蒸発器)４２の近傍に設け、この温度センサ６２により、エバポレータ４２で冷却される空調用の空気通路６０を流れる冷却空気(第２温調対象)の温度を検出する。なお、温度センサ６１で検出された冷却水の温度情報(信号)および温度センサ６２で検出された冷却空気の温度情報は、それぞれＥＣＵ９１に出力される。

【0109】

そして、ステップＳＴ４に進んで、コンプレッサおよび膨張弁の動作量を算出して指示する。すなわち、ステップＳＴ４において、ＥＣＵ９１は、入力された様々な情報(信号)に基づいて、電動コンプレッサ２１のモータの回転数、第１膨張弁３１の弁開度、および、第２膨張弁３２の弁開度を制御する。具体的に、第１冷媒回路ＲＣ１において、第１膨張弁３１は、チラー４１の近傍に設けられた温度センサ６１により検出された冷却水の温度信号に基づいて、その弁開度を制御することができる。同様に、第２冷媒回路ＲＣ２において、第２膨張弁３２は、エバポレータ４２の近傍に設けられた温度センサ６２により検出された冷却空気の温度信号に基づいて、その弁開度を制御することができる。

【0110】

さらに、ステップＳＴ５において、コンプレッサ２１の入口における冷媒過熱度を検出し、ステップＳＴ６に進んで、コンプレッサ２１の動作補正量を算出して指示(制御)する。すなわち、ステップＳＴ５では、コンプレッサ２１の入口に設けた温度・圧力センサ５０により、チラー４１で熱交換(吸熱)が行われた後の第１冷媒、および、エバポレータ４２により熱交換(吸熱)が行われた後の第２冷媒が混合されたコンプレッサ２１の入口における冷媒の温度および圧力を検出し、その温度および圧力の情報(信号)をＥＣＵ９１に出力する。

【0111】

そして、ステップＳＴ６では、コンプレッサ２１の入口に設けた温度・圧力センサ５０により検出された冷媒の温度および圧力の情報からコンプレッサ２１の入口における冷媒過熱度を算出し、その算出された冷媒過熱度が目的とする冷媒過熱度となるようにコンプレッサ回転数(電動コンプレッサ２１のモータ回転数)を制御する、フィードバック制御を行う。なお、上述した冷媒回路システムの制御処理(制御方法)は、例えば、図５に示すＥＣＵ９１により実行されるプログラムとして実施することが可能なのはいうまでもない。

【0112】

上述した冷媒回路システムおよびその制御方法の実施例は、単なる例を示すだけのものであり、様々な変形および変更等が可能なのは言うまでもない。また、本実施形態の電気式膨張弁制御装置および冷媒回路システムの制御方法は、車両に搭載される冷媒回路に限定されるものではなく、電動コンプレッサおよび電気式膨張弁を備えた様々な冷媒回路に対して幅広く適用することができる。

【0113】

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

【符号の説明】

【0114】

１ 車載温調装置
２ 冷媒回路システム
７ 高温回路
８ 低温回路
９ 制御装置(温調制御装置)
１０，２１ コンプレッサ(電動コンプレッサ，圧縮器)
２０ コンデンサ(水冷コンデンサ，凝縮器)
３０ 膨張弁
３１ 第１膨張弁(第１電気式膨張弁)
３２ 第２膨張弁(第２電気式膨張弁)
４０ 蒸発器
４１ 第１蒸発器(チラー)
４２ 第２蒸発器(エバポレータ)
５０ 温度・圧力センサ(第３センサ)
５１，５２ 温度・圧力センサ
６１ 温度センサ(第１センサ)
６２ 温度センサ(第２センサ)
６３ ブロワ
６４ エアミックスドア
７０ ファン
７２ 高温ラジエータ
８２ 低温ラジエータ
９１ ＥＣＵ
１００ 車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】