(57)【要約】【課題】動力を必要とせずに対象物を加熱することのできる温度調節装置の制御方法を提供する。【解決手段】温度調節装置１００の制御方法は、温度センサ１５０により検出された外気の温度と予め定められた外気温度閾値とを比較するステップと、比較するステップにおいて外気の温度が外気温度閾値よりも低いと判断された場合に、蓄圧部１４０へ冷媒の圧力を蓄えるステップと、蓄圧部１４０に冷媒の圧力が蓄えられている状態で、温度センサ１６０により検出されたバッテリ４００の温度が予め定められた対象物温度閾値以下であると判断された場合に、上流側の開閉弁１２０および下流側の開閉弁１３０を閉じ、その後蓄圧部１４０から冷媒の圧力を解放するステップとを備えている。【選択図】図４
2014184795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の温度を調節する温度調節装置の制御方法であって、
前記温度調節装置は、
内部を流れる冷媒と前記対象物との熱交換を行なう熱交換器と、
前記熱交換器に対し冷媒流れの上流側に設けられ、冷媒の流通と遮断とを切り替える上流側開閉弁と、
前記熱交換器に対し冷媒流れの下流側に設けられ、冷媒の流通と遮断とを切り替える下流側開閉弁と、
前記上流側開閉弁と前記下流側開閉弁との間の冷媒の経路に接続され、冷媒の圧力を蓄える蓄圧部と、
前記対象物の温度を検出する対象物温度検出部と、
外気の温度を検出する外気温度検出部とを備え、
前記外気温度検出部により検出された外気の温度と予め定められた外気温度閾値とを比較するステップと、
前記比較するステップにおいて外気の温度が前記外気温度閾値よりも低いと判断された場合に、前記蓄圧部へ冷媒の圧力を蓄えるステップと、
前記蓄圧部に前記冷媒の圧力が蓄えられている状態で、前記対象物温度検出部により検出された前記対象物の温度が予め定められた対象物温度閾値以下であると判断された場合に、前記上流側開閉弁および前記下流側開閉弁を閉じ、その後前記蓄圧部から前記冷媒の圧力を解放するステップとを備える、温度調節装置の制御方法。
【請求項２】
前記蓄圧部は、冷媒の圧力エネルギーを力学的エネルギーに変換して蓄える、請求項１に記載の温度調節装置の制御方法。
【請求項３】
前記蓄圧部は、弾性部材を有し、冷媒の圧力エネルギーを前記弾性部材の弾性エネルギーに変換して蓄える、請求項２に記載の温度調節装置の制御方法。
【請求項４】
前記熱交換器は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに組み込まれており、
前記冷媒は、前記蒸気圧縮式冷凍サイクルを循環し、空調に用いられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度調節装置の制御方法。
【請求項５】
前記温度調節装置は、車両に搭載されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度調節装置の制御方法。
【請求項６】
前記車両は、電池を備える電動車両であり、
前記温度調節装置は、前記電池の温度を調節する、請求項５に記載の温度調節装置の制御方法。
【請求項７】
前記電動車両が停止する際に外気の温度と前記外気温度閾値とを比較し、
停止していた前記電動車両の発車直前に前記対象物の温度と前記対象物温度閾値とを比較する、請求項６に記載の温度調節装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度調節装置の制御方法に関し、特に、対象物の温度を調節する温度調節装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクル装置内に電池と冷媒との熱交換を提供する熱交換器を設け、電池の温度に従って減圧器の開度を調整して熱交換器に供給される冷媒の温度を制御する技術が提案されている（たとえば、特開２０１２−２３６５７７号公報（特許文献１）参照）。また、冷凍サイクルの中間圧力の冷媒が発熱機器を冷却するように構成された冷却器と、この冷却器の上流側および下流側にそれぞれ配置され、外部信号により弁開度が制御可能な電気膨張弁を設け、中間圧力の冷媒で発熱機器の冷却を行なう装置が提案されている（たとえば、特開平１１−２３０８１号公報（特許文献２）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３６５７７号公報
【特許文献２】特開平１１−２３０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２０１２−２３６５７７号公報（特許文献１）に記載の技術では、電池の温度が最適温度範囲を下回るとき、減圧器の開度を制御することにより、電池を加熱することが可能である。しかし、電池を加熱するためには圧縮機を起動して冷凍サイクル装置内に冷媒を循環させる必要があり、電池の温度上昇のために必要な動力が大きい問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、動力を必要とせずに対象物を加熱することのできる、温度調節装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る温度調節装置の制御方法は、対象物の温度を調節する温度調節装置の制御方法である。温度調節装置は、熱交換器と、上流側開閉弁と、下流側開閉弁と、蓄圧部と、対象物温度検出部と、外気温度検出部とを備えている。熱交換器は、その内部を流れる冷媒と対象物との熱交換を行なう。上流側開閉弁は、熱交換器に対し冷媒流れの上流側に設けられている。下流側開閉弁は、熱交換器に対し冷媒流れの下流側に設けられている。上流側開閉弁および下流側開閉弁は、冷媒の流通と遮断とを切り替える。蓄圧部は、上流側開閉弁と下流側開閉弁との間の冷媒の経路に接続されており、冷媒の圧力を蓄える。対象物温度検出部は、対象物の温度を検出する。外気温度検出部は、外気の温度を検出する。制御方法は、外気温度検出部により検出された外気の温度と予め定められた外気温度閾値とを比較するステップと、比較するステップにおいて外気の温度が外気温度閾値よりも低いと判断された場合に、蓄圧部へ冷媒の圧力を蓄えるステップと、蓄圧部に冷媒の圧力が蓄えられている状態で、対象物温度検出部により検出された対象物の温度が予め定められた対象物温度閾値以下であると判断された場合に、上流側開閉弁および下流側開閉弁を閉じ、その後蓄圧部から冷媒の圧力を解放するステップとを備えている。
【０００７】
上記制御方法において、蓄圧部は、冷媒の圧力エネルギーを力学的エネルギーに変換して蓄えてもよい。
【０００８】
上記制御方法において、蓄圧部は、弾性部材を有し、冷媒の圧力エネルギーを弾性部材の弾性エネルギーに変換して蓄えてもよい。
【０００９】
上記制御方法において、熱交換器は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに組み込まれており、冷媒は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを循環し、空調に用いられてもよい。
【００１０】
上記制御方法において、温度調節装置は、車両に搭載されていてもよい。好ましくは、車両は、電池を備える電動車両であり、温度調節装置は、電池の温度を調節するものであってもよい。
【００１１】
上記制御方法において、電動車両が停止する際に外気の温度と外気温度閾値とを比較し、停止していた電動車両の発車直前に対象物の温度と対象物温度閾値とを比較してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の温度調節装置の制御方法によると、対象物の温度が予め定められた対象物温度閾値以下である場合に、動力を必要とせずに対象物を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係る温度調節装置が適用される車両の構成を示す概略図である。
【図２】本実施の形態の温度調節装置が組み込まれている蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示す模式図である。
【図３】四方弁を切り替えた状態の蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示す模式図である。
【図４】本実施の形態に係る温度調節装置の構成の詳細を示す模式図である。
【図５】ＥＣＵの一部構成の詳細を示すブロック図である。
【図６】車両停止時の温度調節装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図７】車両停止時の温度調節装置の動作を示す第１の図である。
【図８】車両停止時の温度調節装置の動作を示す第２の図である。
【図９】車両発車時の温度調節装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１０】車両発車時の温度調節装置の動作を示す第１の図である。
【図１１】車両発車時の温度調節装置の動作を示す第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１５】
［車両１０００の構成］
図１は、本実施の形態に係る温度調節装置が適用される車両１０００の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る車両１０００は、内燃機関であるエンジン２００と、電動機である駆動ユニット３００と、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７００と、走行用の電池であるバッテリ４００と、を含んで構成されており、エンジン２００と駆動ユニット３００とを動力源とするハイブリッド車両である。なお、本発明の温度調節装置は、エンジンと電動機とを動力源とするハイブリッド車両のみならず、電動機のみを動力源とする車両（本明細書では、両者を包含して電気自動車という）にも適用可能である。
【００１６】
エンジン２００は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。駆動ユニット３００は、エンジン２００とともに車両１０００を駆動する駆動力を発生させる。エンジン２００および駆動ユニット３００は、ともに車両１０００のエンジンルーム内に設けられている。駆動ユニット３００は、ケーブル５００を介してＰＣＵ７００と電気的に接続されている。ＰＣＵ７００は、ケーブル６００を介してバッテリ４００と電気的に接続されている。
【００１７】
［蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の構成］
図２は、本実施の形態の温度調節装置１００が組み込まれている蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の構成を示す模式図である。図２に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、車両の車内の冷房を行なうための空調装置として車両１０００に搭載されている。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を用いた冷房は、たとえば、冷房を行なうためのスイッチがオンされた場合、または、自動的に車両の室内の温度を設定温度になるように調整する自動制御モードが選択されており、かつ、車室内の温度が設定温度よりも高い場合に行なわれる。
【００１８】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と、第一熱交換器としての熱交換器１４と、第二熱交換器としての熱交換器１５と、減圧器の一例としての膨張弁１６と、第三熱交換器としての熱交換器１８と、を含んでいる。
【００１９】
圧縮機１２は、車両に搭載されたモータまたはエンジンを動力源として作動し、冷媒ガスを断熱的に圧縮して過熱状態冷媒ガスとする。圧縮機１２は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の作動時に熱交換器１８から流通する冷媒を吸入圧縮して、高温高圧の気相冷媒を吐出し、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に冷媒を循環させる。
【００２０】
熱交換器１４，１５は、冷媒を流通するチューブと、チューブ内を流通する冷媒と熱交換器１４，１５の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンと、を含んでいる。熱交換器１４，１５は、圧縮機１２において圧縮された気相冷媒を、外部媒体へ等圧的に放熱させて冷媒液とする。冷却風は、車両の走行によって発生する自然の通風によって熱交換器１４，１５に供給されてもよい。または冷却風は、コンデンサファンもしくはエンジン冷却用のラジエータファンなどの、モータからの駆動力を受けて回転し空気の流れを発生させる外気供給用ファンの強制通風によって、熱交換器１４，１５に供給されてもよい。
【００２１】
膨張弁１６は、高圧の液相冷媒を小さな孔から噴射させることにより膨張させて、低温・低圧の霧状冷媒に変化させる。膨張弁１６は、熱交換器１４，１５によって凝縮された冷媒液を減圧して、気液混合状態の湿り蒸気とする。膨張弁１６は、温度式膨張弁であってもよく、電気式の膨張弁であってもよい。なお、冷媒液を減圧するための減圧器は、絞り膨張する膨張弁１６に限られず、毛細管であってもよい。
【００２２】
熱交換器１８は、冷媒を流通するチューブと、チューブ内を流通する冷媒と熱交換器１８の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンと、を含んでいる。チューブ内には、膨張弁１６によって減圧された湿り蒸気状態の冷媒が流通する。熱交換器１８は、チューブ内を流通する霧状冷媒が蒸発（気化）して冷媒ガスとなる際の気化熱を、熱交換器１８に接触するように導入された周囲の空調用空気から吸収する。
【００２３】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、冷媒通路２１〜２９を含んでいる。冷媒通路２１は、圧縮機１２と熱交換器１４とを接続し、圧縮機１２の出口から熱交換器１４の入口へ冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２２，２３は、熱交換器１４と熱交換器１５とを接続し、熱交換器１４の出口から熱交換器１５の入口へ冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２４〜２７は、熱交換器１５と膨張弁１６とを接続し、熱交換器１５の出口から膨張弁１６の入口へ冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２８は、膨張弁１６と熱交換器１８とを接続し、膨張弁１６の出口から熱交換器１８の入口へ冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２９は、熱交換器１８と圧縮機１２とを接続し、熱交換器１８の出口から圧縮機１２の入口へ冷媒を流通させるための通路である。
【００２４】
なお、本明細書中において「接続」とは、何らの部材も介在せずに直接接続された場合と、何らかの部材を介在して間接的に接続された場合との双方を含む概念である。
【００２５】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、熱交換器１４，１５、膨張弁１６および熱交換器１８が、冷媒通路２１〜２９によって直列に接続されて構成されている。なお、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷媒としては、たとえば二酸化炭素、プロパンやイソブタンなどの炭化水素、アンモニア、フロン類または水などを用いることができる。
【００２６】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、熱交換器１４と熱交換器１５との間の冷媒の経路上に配置された気液分離器４０を含んでいる。熱交換器１４で凝縮された冷媒は、熱交換器１４の出口側において、飽和液と飽和蒸気とが混合した気液二相状態の湿り蒸気の状態にある。気液分離器４０は、熱交換器１４から流出し気液分離器４０へ流入する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。気液分離器４０は、気液二相状態の冷媒を液体状の冷媒液とガス状の冷媒蒸気とに分離して、一時的に蓄える。
【００２７】
気液分離器４０には、冷媒通路２２，２３と、後述する冷媒通路３４とが連結されている。熱交換器１４から流出した冷媒は、冷媒通路２２を通って気液分離器４０へ供給される。気液分離された冷媒液は、冷媒通路２３，３４を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。冷媒通路２３，３４の端部は、気液分離器４０内に液相の冷媒が溜められる冷媒液貯留部に接続されており、冷媒液が気液分離器４０から流出するための通路を形成している。
【００２８】
気液分離器４０の内部では、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。気液分離器４０から冷媒液を導出する冷媒通路２３，３４の端部は、気液分離器４０の底部に連結されている。気液分離器４０の天井側に冷媒蒸気が溜められ、冷媒通路２３，３４を経由して気液分離器４０の底側から冷媒液のみが気液分離器４０の外部へ送り出される。これにより、気液分離器４０は、気相冷媒と液相冷媒との分離を確実に行なうことができる。
【００２９】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、熱交換器１５と膨張弁１６との間の冷媒の経路上に配置されたレシーバ４６とを含んでいる。気液分離器４０から流出した冷媒蒸気は、熱交換器１５において周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮する。この凝縮した冷媒が、冷媒通路２４を経由して、レシーバ４６へ流入する。レシーバ４６は、負荷に応じて冷媒を膨張弁１６に供給できるように、熱交換器１５で液化された冷媒液を、その内部に一時的に蓄えている。レシーバ４６は、熱交換器１５によって凝縮された液状の冷媒を貯留する蓄液器としての機能を有し、液相冷媒のみを膨張弁１６に向けて流出させる。
【００３０】
レシーバ４６の内部には、液相冷媒である冷媒液と、気相冷媒である冷媒蒸気とが蓄蔵されている。冷媒液はレシーバ４６の底部側に貯留されており、冷媒蒸気はレシーバ４６の天井部側に溜められている。レシーバ４６には、冷媒通路２４，２５が接続されている。冷媒は、冷媒通路２４を通ってレシーバ４６へ供給される。冷媒通路２５の端部は、レシーバ４６の下部空間に接続されている。冷媒通路２５を経由してレシーバ４６の底側から冷媒液のみがレシーバ４６の外部へ送り出される。
【００３１】
レシーバ４６から送り出される冷媒液が流通する冷媒通路２５をレシーバ４６の下部空間に接続すれば、冷媒中に空気が含まれていても当該空気がレシーバ４６内の上部空間に残り、レシーバ４６を利用して空気を冷媒から除去できる。これにより、空気が熱交換器１４，１５，１８における冷媒の熱交換を妨げることを回避できるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の性能低下を防止することができる。
【００３２】
レシーバ４６の内部に、液体の冷媒を濾過するストレーナと、冷媒中に含まれる水分を除去する乾燥剤とを配置し、冷媒はストレーナと乾燥剤との積層構造を経由してレシーバ４６の上部空間から下部空間へ落下する構成としてもよい。レシーバ４６内に乾燥剤を設けることにより、冷凍サイクル内の水分を除去でき、かつ、レシーバ４６内にストレーナを設けることにより、膨張弁１６の上流側で異物が除去されて膨張弁１６の詰まりを防ぐことができるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の性能低下を防止することができる。
【００３３】
レシーバ４６内には、ポンプ４８が配置されている。ポンプ４８は、レシーバ４６に貯留された液状の冷媒を移送する。ポンプ４８は、レシーバ４６の出口側の、冷媒液が流れる冷媒通路２５に配置されてもよい。
【００３４】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、気液分離器４０と熱交換器１５の入口側とを接続する、並列に接続された二つの冷媒の経路を備えている。気液分離器４０から熱交換器１５へ向かって流れる冷媒の経路は、冷媒通路２３を含んでいる。冷媒通路２３は、気液分離器４０で分離された液相冷媒が流れるための通路である。気液分離器４０から導出された冷媒液は、熱交換器１５において周囲に放熱し冷却される。
【００３５】
気液分離器４０から熱交換器１５へ向かって流れる冷媒の経路はまた、気液分離器４０と冷却部３０とを接続する冷媒通路３４，３５と、冷却部３０と、冷却部３０と冷媒通路２３とを接続する冷媒通路３６と、を含んでいる。冷媒通路３４，３５は、冷却部３０よりも上流側（気液分離器４０に近接する側）の冷媒の経路であり、冷媒通路３４，３５を経由して、気液分離器４０から冷却部３０へ冷媒液が流れる。冷媒通路３６は、冷却部３０よりも下流側（熱交換器１５に近接する側）の冷媒の経路であり、冷却部３０を通過した冷媒は、冷媒通路３６，２３を順に経由して、熱交換器１５へ流れる。
【００３６】
冷却部３０は、気液分離器４０と熱交換器１５との間に並列に接続された複数の通路のうちの、一方に設けられている。冷却部３０は、電気自動車に搭載される電気機器であるＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）機器と、冷媒が内部を流通する冷却器とを含んでいる。ＥＶ機器は、発熱源の一例である。ＥＶ機器は、電力の授受によって発熱する電気機器を含んでいる。電気機器は、たとえば、直流電力を交流電力に変換するためのインバータ、回転電機であるモータジェネレータ、蓄電装置であるバッテリの電圧を昇圧させるための昇圧コンバータ、バッテリの電圧を降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータなどの、少なくともいずれか一つを含んでいる。冷却器の入口側は冷媒通路３５に接続され、冷却器の出口側は冷媒通路３６に接続されている。
【００３７】
気液分離器４０の内部には、飽和液状態の冷媒液が貯留されている。気液分離器４０は、その内部に液状の冷媒である冷媒液を一時的に貯留する蓄液器として機能している。気液分離器４０内に所定量の冷媒液が溜められることにより、負荷変動時にも気液分離器４０から冷却部３０へ流れる冷媒の流量を維持できる。気液分離器４０が液だめ機能を有し、負荷変動に対するバッファとなり負荷変動を吸収できるので、ＥＶ機器の冷却性能を安定させることができる。
【００３８】
気液分離器４０と熱交換器１５との間に並列に接続された冷媒の経路のうち、冷却部３０を経由しない方の経路を構成する冷媒通路２３には、流量調整弁３８が設けられている。流量調整弁３８は、その弁開度を変動させ、冷媒通路２３を流れる冷媒の圧力損失を増減させる。これにより、流量調整弁３８は、冷却部３０を経由することなく冷媒通路２３を経由して気液分離器４０から熱交換器１５へ直接流れる冷媒の流量と、冷却器を含むＥＶ機器の冷却系を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。流量調整弁３８は、開度調整が可能な仕様の弁であり、たとえば電動弁であってもよい。
【００３９】
流量調整弁３８の弁開度を大きくすれば、気液分離器４０から流出する冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が大きくなり、冷媒通路３４，３５を経由して冷却部３０へ流れＥＶ機器を冷却する冷媒の流量が小さくなる。そのためＥＶ機器の冷却能力が低下する。流量調整弁３８の弁開度を小さくすれば、気液分離器４０から冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷却部３０へ流れＥＶ機器を冷却する冷媒の流量が大きくなる。そのためＥＶ機器の冷却能力が向上する。
【００４０】
流量調整弁３８を使用して、ＥＶ機器に流れる冷媒の量を増減し、ＥＶ機器の冷却能力を最適に調節できるので、ＥＶ機器の過熱および過冷却を確実に防止することができる。加えて、ＥＶ機器の冷却系の冷媒の流通に係る圧力損失および冷媒を循環させるための圧縮機１２の消費電力を、確実に低減することができる。
【００４１】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、四方弁５０を備えている。四方弁５０は、熱交換器１４から気液分離器４０を経由して冷却部３０へ向かう冷媒の流れと、熱交換器１４から気液分離器４０を経由して膨張弁１６へ向かう冷媒の流れと、を切り替え可能に配置されている。
【００４２】
四方弁５０には冷媒通路３４が接続されている。冷媒通路３４は、気液分離器４０と四方弁５０とを連通している。四方弁５０は、冷媒通路２２、気液分離器４０および冷媒通路３４を介して、熱交換器１４の出口側と接続されている。熱交換器１４で凝縮し気液分離器４０で気液分離された冷媒液は、冷媒通路３４を経由して四方弁５０へ流入する。冷媒通路３４が接続される四方弁５０の接続口を、図２に示すように、接続口Ａと称する。
【００４３】
四方弁５０には冷媒通路３５が接続されている。冷媒通路３５は、四方弁５０と冷却部３０とを連通している。四方弁５０は、冷媒通路３５を介して冷却部３０の入口側と接続されている。冷却部３０へ供給される冷媒は、四方弁５０から流出し冷媒通路３５を経由して冷却部３０へ至る。冷媒通路３５が接続される四方弁５０の接続口を、図２に示すように、接続口Ｂと称する。
【００４４】
四方弁５０には冷媒通路２７が接続されている。冷媒通路２７は、四方弁５０と膨張弁１６とを連通している。四方弁５０は、冷媒通路２７を介して膨張弁１６の入口側と接続されている。膨張弁１６へ供給される冷媒は、四方弁５０から流出し冷媒通路２７を経由して膨張弁１６へ至る。冷媒通路２７が接続される四方弁５０の接続口を、図２に示すように、接続口Ｄと称する。
【００４５】
レシーバ４６から四方弁５０へ至る冷媒の経路中には、車両１０００に搭載された蓄電池であるバッテリ４００の温度を調節するための、温度調節装置１００が組み込まれている。温度調節装置１００は、熱交換器１５から膨張弁１６へ向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。バッテリ４００は、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池である。バッテリ４００は、電力の授受によって発熱する。バッテリ４００は、温度調節装置１００によって温度を調節される対象物の一例である。
【００４６】
温度調節装置１００は、熱交換器１１０を備えている。熱交換器１１０は、その内部を冷媒が流れるように形成されており、内部を流れる冷媒とバッテリ４００との熱交換を行なう。熱交換器１１０の一方の端部は、冷媒通路２５に接続されている。熱交換器１１０の他方の端部は、冷媒通路２６に接続されている。
【００４７】
レシーバ４６の出口から四方弁５０へ向かって流れる冷媒が流通する経路は、熱交換器１１０よりも上流側（レシーバ４６に近接する側）の冷媒通路２５と、熱交換器１１０と、熱交換器１１０よりも下流側（四方弁５０に近接する側）の冷媒通路２６と、を含んでいる。冷媒通路２５は、レシーバ４６から熱交換器１１０に冷媒を流通させるための経路であり、冷媒通路２５を経由して、レシーバ４６から熱交換器１１０へ冷媒液が流れる。冷媒通路２６は、熱交換器１１０から四方弁５０に冷媒を流通させるための経路であり、熱交換器１１０を通過した冷媒は、冷媒通路２６を経由して、四方弁５０へ流れる。
【００４８】
四方弁５０には冷媒通路２６が接続されている。冷媒通路２６は、熱交換器１１０と四方弁５０とを連通している。熱交換器１１０においてバッテリ４００と熱交換した冷媒が冷媒通路２６を経由して四方弁５０へ流入する。四方弁５０は、冷媒通路２６、熱交換器１１０および冷媒通路２５を介して、レシーバ４６の出口側と接続されている。冷媒通路２６が接続される四方弁５０の接続口を、図２に示すように、接続口Ｃと称する。
【００４９】
熱交換器１１０を流れる冷媒の温度がバッテリ４００の温度よりも低いとき、温度調節装置１００へ流通し熱交換器１１０を経由して流れる冷媒は、バッテリ４００から熱を奪って、バッテリ４００を冷却する。温度調節装置１００において、熱交換器１１０内を流通する冷媒と、バッテリ４００とが熱交換を行なうことにより、バッテリ４００は冷却され、冷媒は加熱される。
【００５０】
熱交換器１１０は、バッテリ４００と冷媒との間で熱交換が可能な構造を有している。熱交換器１１０は、たとえば、バッテリ４００の筐体に熱交換器１１０の外周面が直接接触するように設けられている。熱交換器１１０は、バッテリ４００の筐体と隣接する部分を有している。当該部分において、熱交換器１１０内を流通する冷媒と、バッテリ４００との間で、熱交換が可能となる。
【００５１】
バッテリ４００は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の熱交換器１５から膨張弁１６に至る冷媒の経路の一部を形成する熱交換器１１０の外周面に直接接続されて、冷却される。熱交換器１１０の外部にバッテリ４００が配置されるので、熱交換器１１０の内部を流通する冷媒の流れにバッテリ４００が干渉することはない。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の圧力損失は増大しないので、圧縮機１２の動力を増大させることなく、バッテリ４００を冷却することができる。
【００５２】
代替的には、バッテリ４００と熱交換器１１０との間に介在して、任意の公知の伝熱装置が配置されてもよい。この場合バッテリ４００は、熱交換器１１０の外周面に伝熱装置を介して接続され、バッテリ４００から熱交換器１１０へ伝熱装置を経由して熱伝達することにより、冷却される。伝熱装置として、たとえばウィック式などのヒートパイプを使用することができる。バッテリ４００をヒートパイプの加熱部とし熱交換器１１０をヒートパイプの冷却部とすることで、熱交換器１１０とバッテリ４００との間の熱伝達効率が高められるので、バッテリ４００の冷却効率を向上できる。
【００５３】
伝熱装置によってバッテリ４００から熱交換器１１０へ確実に熱伝達することができるので、バッテリ４００と熱交換器１１０との間に距離があってもよく、バッテリ４００に熱交換器１１０を接触させるための経路を複雑に配置する必要がない。その結果、バッテリ４００の配置が制限されることがなく、バッテリ４００の配置の自由度を向上することができる。
【００５４】
レシーバ４６の出口と熱交換器１１０の入口との間の冷媒通路２５には、開閉弁１２０が設けられている。レシーバ４６から流出する冷媒は、開閉弁１２０を経由して、熱交換器１１０へ向かって流れる。開閉弁１２０は、熱交換器１１０に対し冷媒流れの上流側に設けられている。開閉弁１２０は、その開閉設定を切替可能に設けられている。開閉弁１２０を開状態とすると、冷媒通路２５を経由したレシーバ４６から熱交換器１１０への冷媒の流れが許容される。開閉弁１２０を閉状態とすると、冷媒通路２５を経由する冷媒の流れが遮断される。開閉弁１２０は、その開閉を切り替えることにより、冷媒通路２５を経由して熱交換器１１０へ供給される冷媒の流通と遮断とを切り替える。
【００５５】
熱交換器１１０の出口と四方弁５０との間の冷媒通路２６には、開閉弁１３０が設けられている。熱交換器１１０から流出する冷媒は、開閉弁１３０を経由して、四方弁５０へ向かって流れる。開閉弁１３０は、熱交換器１１０に対し冷媒流れの下流側に設けられている。開閉弁１３０は、その開閉設定を切替可能に設けられている。開閉弁１３０を開状態とすると、冷媒通路２６を経由した熱交換器１１０から四方弁５０への冷媒の流れが許容される。開閉弁１３０を閉状態とすると、冷媒通路２６を経由する冷媒の流れが遮断される。開閉弁１３０は、その開閉を切り替えることにより、冷媒通路２６を経由して熱交換器１１０から四方弁５０へ向かう冷媒の流通と遮断とを切り替える。
【００５６】
開閉弁１２０，１３０は、全開と全閉との切替が可能な仕様の弁であればよく、たとえば電磁弁であってもよい。
【００５７】
開閉弁１２０，１３０の間の冷媒の経路には、蓄圧部１４０が接続されている。図２に示す本実施の形態では、蓄圧部１４０は、熱交換器１１０と開閉弁１３０との間の冷媒通路２６に接続されている。蓄圧部１４０は、開閉弁１２０，１３０の間の経路内の冷媒の圧力を蓄えることができ、かつ、開閉弁１２０，１３０間の経路に対し冷媒の圧力を放出できるように、形成されている。
【００５８】
［蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の動作］
冷媒は、圧縮機１２と熱交換器１４，１５と膨張弁１６と熱交換器１８とが冷媒通路２１〜２９によって順次接続された冷媒循環流路を通って、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を循環する。冷媒はまた、熱交換器１４の出口の冷媒通路２２から気液分離器４０を経由して冷媒通路３４，３５へ流れ、冷却部３０へ流入してＥＶ機器を冷却し、冷却部３０から冷媒通路３６を経由して熱交換器１５の入口側の冷媒通路２３へ戻る。圧縮機１２の起動中の、圧縮機１２から吐出された冷媒が熱交換器１４を介して冷却部３０へ流れるときの経路、すなわち冷媒通路２１，２２、冷媒通路３４〜３６および冷媒通路２３〜２９は、第一通路を形成する。
【００５９】
冷媒が第一通路を経由して流れ発熱源を冷却するときの、冷媒の状態について説明する。圧縮機１２に吸入された冷媒は、圧縮機１２において等比エントロピー線に沿って断熱圧縮される。圧縮するに従って冷媒の圧力と温度とが上昇し、冷媒は、圧縮機１２の出口において高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になる。
【００６０】
圧縮機１２において断熱圧縮された冷媒は、熱交換器１４へと流れ、熱交換器１４において冷却される。圧縮機１２から吐出された高圧の気相冷媒は、熱交換器１４における外気との熱交換によって周囲に放熱し、凝縮（液化）する。熱交換器１４へ入った冷媒蒸気は、熱交換器１４において等圧のまま過熱蒸気から乾き飽和蒸気になり、凝縮潜熱を放出し徐々に液化して、飽和液と飽和蒸気とが混合した気液混合状態の湿り蒸気になる。
【００６１】
熱交換器１４で完全に液化しない程度まで冷やされた気液二相状態の冷媒は、気液分離器４０において、飽和蒸気状態の冷媒蒸気と飽和液状態の冷媒液とに気液分離される。気液分離された冷媒のうち、飽和液状態の冷媒液が、冷媒通路３４，３５を経由して冷却部３０へ流れる。冷却部３０へ流通する冷媒は、ＥＶ機器と冷媒との温度差に応じて、ＥＶ機器から熱を奪って、ＥＶ機器を冷却する。冷却部３０において、飽和液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＥＶ機器が冷却される。ＥＶ機器との熱交換により、冷媒が加熱され、冷媒の乾き度が増大する。冷媒は、ＥＶ機器から潜熱を受け取って一部気化することにより、冷却部３０の出口において、飽和液と飽和蒸気とが混合した気液二相状態の湿り蒸気となる。
【００６２】
冷却部３０から流出した冷媒は、冷媒通路３６，２３を経由して、熱交換器１５に流入する。冷媒の湿り蒸気は、熱交換器１５において周囲に放熱し外気と熱交換して冷却されることにより再度凝縮され、冷媒の全部が凝縮すると飽和液になり、さらに顕熱を放出して飽和温度以下にまで過冷却された過冷却液になる。熱交換器１５で冷媒を過冷却液にするのは、その後の膨張弁１６での減圧量、冷媒流量および冷房能力の制御を容易にするためである。
【００６３】
熱交換器１５で過冷却液まで冷却された冷媒は、冷媒通路２４を経由してレシーバ４６へ流入し、レシーバ４６の内部に過冷却液状態の冷媒が蓄積される。レシーバ４６から流出した冷媒液は、冷媒通路２５を経由して熱交換器１１０に流入する。温度調節装置１００は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環して車両の室内の空調に用いられる冷媒を利用して、バッテリ４００を冷却する。熱交換器１１０において冷媒とバッテリ４００とが熱交換することで、バッテリ４００が冷却され、冷媒は加熱されてその過冷却度が小さくなる。
【００６４】
その後冷媒液は、冷媒通路２６，２７を経由して、膨張弁１６に流入する。膨張弁１６において、冷媒は絞り膨張され、比エンタルピーは変化せず温度と圧力とが低下して、低温低圧の気液混合状態の湿り蒸気となる。
【００６５】
膨張弁１６によって減圧された湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２８を経由して熱交換器１８へ流入する。冷媒は、熱交換器１８のチューブ内を流通する際に、フィンを経由して車両の室内の空気の熱を蒸発潜熱として吸収することによって、等圧のまま蒸発し、低圧高温ガスとなる。全ての冷媒が乾き飽和蒸気になると、さらに顕熱を吸収して冷媒蒸気は温度上昇し、過熱蒸気となる。
【００６６】
熱交換器１８は、その内部を流通する霧状冷媒が気化することによって、熱交換器１８に接触するように導入された空調用空気の熱を吸収する。熱交換器１８は、冷媒が蒸発する際の気化熱を、空調用空気から吸収する。熱交換器１８において冷媒に吸熱され温度が低下した空調用空気が車両の室内に供給されることによって、車両の室内の冷房が行なわれる。熱交換器１８を経由して蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環する冷媒と、空調用空気と、の熱交換によって、空調用空気の温度が調節される。その後冷媒は、冷媒通路２９を経由して圧縮機１２に吸入される。
【００６７】
冷媒はこのようなサイクルに従って、圧縮、凝縮、絞り膨張、蒸発の状態変化を連続的に繰り返す。なお、上述した蒸気圧縮式冷凍サイクルの説明では、理論冷凍サイクルについて説明しているが、実際の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０では、圧縮機１２における損失、冷媒の圧力損失および熱損失を考慮する必要があるのは勿論である。
【００６８】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、空調用空気を冷却して車室内の冷房を行なうとともに、熱交換器１１０へ流通しバッテリ４００と熱交換することでバッテリ４００を冷却する。温度調節装置１００は、車両に搭載されたバッテリ４００を、車室内の空調用の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、冷却する。
【００６９】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環する冷媒を用いてバッテリ４００の冷却が行なわれるので、バッテリ４００の冷却のために必要な構成を低減でき、装置構成を単純化できる。そのため、温度調節装置１００のコストを低減することができる。熱交換器１１０の上流側に設けられたレシーバ４６が液だめ機能を有し液冷媒のバッファとなるので、バッテリ４００の冷却能力を安定させることができ、冷却性能低下を防止することができる。
【００７０】
［四方弁５０を用いた経路切替］
四方弁５０は、熱交換器１４の出口側と冷却部３０の入口側とが四方弁５０を介して連通し、かつ、熱交換器１５の出口側と膨張弁１６の入口側とが四方弁５０を介して連通するように、開閉を切り替えることが可能である。図２に示すこのような四方弁５０の開閉設定を、本明細書では第一状態と称する。四方弁５０を第一状態に設定し、冷却部３０を流れる冷媒が必要な冷却能力を得られるだけの流量となるように流量調整弁３８の弁開度を調整することにより、気液分離器４０から十分な量の冷媒を冷却部３０に供給することができ、かつ、ＥＶ機器を冷却した冷媒を熱交換器１５で凝縮した後膨張弁１６へ流通させることができる。
【００７１】
四方弁５０はまた、熱交換器１４の出口側と膨張弁１６の入口側とが四方弁５０を介して連通し、かつ、熱交換器１５の出口側と冷却部３０の入口側とが四方弁５０を介して連通するように、開閉を切り替えることが可能である。図３は、四方弁５０を切り替えた状態の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を示す模式図である。図３に示す上述した四方弁５０の開閉設定を、本明細書では第二状態と称する。四方弁５０は、第一状態と第二状態とを切替可能に設けられている。四方弁５０を第二状態に切り替えるとともに流量調整弁３８を全閉にすることにより、ＥＶ機器を冷却した後の冷媒を熱交換器１５へ流通させ、圧縮機１２を経由せずに熱交換器１５と冷却部３０との間に冷媒を循環させる閉ループ状の経路を形成することができる。
【００７２】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の通常運転中には、四方弁５０を第一状態に設定し、流量調整弁３８の開度を適宜調整することにより、必要な量の冷媒を冷却部３０に供給してＥＶ機器の冷却能力を確保し、かつ、冷媒を熱交換器１１０に供給してバッテリ４００を冷却することができる。さらに、熱交換器１８で空調用空気を冷却することにより、車両の車内の冷房能力を確保できる。
【００７３】
一方、外気温が非常に高く車両を走行させていない状態において、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を起動し圧縮機１２を運転すると、圧縮機１２出口における冷媒の圧力が高くなり、冷媒の飽和温度が高くなり、そのため熱交換器１１０を通過する冷媒の温度も高くなり、バッテリ４００の冷却能力が不足する虞がある。この場合、四方弁５０を第二状態に切り替えるとともに流量調整弁３８を全閉にすれば、熱交換器１５の出口側から四方弁５０を経由して冷却部３０へつながる経路が形成され、四方弁５０を経由して熱交換器１１０と熱交換器１５との間に冷媒を循環させる閉じられた環状の経路を形成することができる。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２４〜２６、冷媒通路３５，３６および冷媒通路２３は、第二通路を形成する。
【００７４】
この環状の経路を経由して、圧縮機１２を経由することなく、熱交換器１５と熱交換器１１０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、バッテリ４００およびＥＶ機器を冷却するとき、バッテリ４００およびＥＶ機器からの熱伝達により加熱される。熱交換器１１０および冷却部３０において加熱された冷媒は、熱交換器１５へ流れ、熱交換器１５において、車両の走行風、または、外気供給用ファンからの通風により、冷却される。熱交換器１５で液化した冷媒液は、レシーバ４６に貯められ、熱交換器１１０および冷却部３０へ供給される。熱交換器１１０、冷却部３０および熱交換器１５を経由する環状の経路によって、バッテリ４００およびＥＶ機器を加熱部とし熱交換器１５を冷却部とする、ヒートパイプが形成される。
【００７５】
熱交換器１１０、冷却部３０および熱交換器１５を接続している第二通路を冷媒が循環して、ヒートパイプを用いてバッテリ４００およびＥＶ機器を冷却するときの冷媒の状態について説明する。冷媒は、熱交換器１５において、熱交換器１５のチューブ内を流通する際に周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮（液化）する。熱交換器１５における外気との熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。冷媒は、熱交換器１５において凝縮潜熱を放出し等圧のまま徐々に液化して気液混合状態の湿り蒸気になる。気液二相状態の冷媒は、冷媒通路２５を経由してレシーバ４６へ流れ、レシーバ４６において、飽和蒸気状態の冷媒蒸気と飽和液状態の冷媒液とに気液分離される。
【００７６】
レシーバ４６から流出する飽和液状態の冷媒が、冷媒通路２５を経由して熱交換器１１０へ流れ、バッテリ４００を冷却する。熱交換器１１０において、液冷媒に熱を放出することで、バッテリ４００が冷却される。バッテリ４００との熱交換により、冷媒が加熱され、等圧のまま徐々に蒸発して、冷媒の乾き度が増大する。
【００７７】
その後冷媒は、冷媒通路２６、四方弁５０および冷媒通路３５を経由して冷却部３０へ流れ、ＥＶ機器を冷却する。冷却部３０において、液冷媒に熱を放出することで、ＥＶ機器が冷却される。ＥＶ機器との熱交換により、冷媒が加熱されて蒸発し、冷媒の乾き度がさらに増大する。典型的には、冷却部３０において、全ての冷媒が乾き飽和蒸気になるまで冷媒とＥＶ機器との熱交換が行なわれる。ＥＶ機器との熱交換により一部または全部が気化された冷媒は、冷却部３０から流出して冷媒通路３６，２３を順に経由して、熱交換器１５へ戻る。
【００７８】
酷暑時のアイドル状態においては、四方弁５０を切り替えるとともに流量調整弁３８を全閉にすることにより、圧縮機１２、熱交換器１４、膨張弁１６および熱交換器１８を経由するエアコンサイクルと、熱交換器１１０、冷却部３０、熱交換器１５およびレシーバ４６を経由するバッテリ４００の冷却サイクルとを分離する。これにより、室内の冷房能力を確保することができる。このとき、熱交換器１５を凝縮器、熱交換器１１０および冷却部３０を蒸発器とするループ式のヒートパイプが作動することによって、バッテリ４００を冷却する冷媒の温度を低く保つことができる。したがって、バッテリ４００の冷却能力の不足を回避でき、バッテリ４００を確実に冷却できる。
【００７９】
バッテリ４００の冷却のために圧縮機１２の動力は必要なく、省動力でＥＶ機器を冷却可能であるので、圧縮機１２の消費動力を低減でき、省電費化を達成することができる。加えて、圧縮機１２を長寿命化できるので圧縮機１２の信頼性を向上することができる。レシーバ４６が液だめ機能を有し液冷媒のバッファとなるので、熱交換器１１０へ流れる液冷媒の流量を確保でき、バッテリ４００の冷却能力を安定させることができる。
【００８０】
［温度調節装置１００の詳細構成］
図４は、本実施の形態に係る温度調節装置１００の構成の詳細を示す模式図である。図４に示すように、温度調節装置１００は、冷媒とバッテリ４００との熱交換を行なう熱交換器１１０と、熱交換器１１０に対し冷媒流れの上流側の開閉弁１２０と、熱交換器１１０に対し冷媒流れの下流側の開閉弁１３０と、冷媒の圧力を蓄える蓄圧部１４０とを備えている。
【００８１】
熱交換器１１０は、冷却部３０、熱交換器１５、レシーバ４６および熱交換器１１０を順に循環する閉ループ状の冷媒の経路内に組み入れられている。熱交換器１５を凝縮器、熱交換器１１０および冷却部３０を蒸発器とするループ式のヒートパイプが作動することによって、熱交換器１１０に冷媒が連続的に供給され、バッテリ４００を安定して冷却することができる。
【００８２】
レシーバ４６から流出する液相の冷媒の経路に、ポンプ４８が設けられている。ポンプ４８は、冷媒の駆動力を発生し、レシーバ４６から熱交換器１１０へ冷媒を移送する。ポンプ４８を設けることにより、確実にレシーバ４６から熱交換器１１０に冷媒を連続的に供給することが可能になるので、バッテリ４００の冷却能力を確実に確保することができる。ポンプ４８により移送される冷媒は液冷媒であり、ポンプ４８の消費動力は圧縮機１２と比較して小さいので、省電費化を達成することができる。
【００８３】
熱交換器１５において冷媒と熱交換する冷却風は、コンデンサファン４２からの強制通風によって、熱交換器１５に供給される。コンデンサファン４２は、モータ４４からの駆動力を受けて回転することにより、空気の流れを発生させて、熱交換器１５に冷却風を供給する。
【００８４】
蓄圧部１４０は、熱交換器１１０と開閉弁１３０との間の冷媒通路２６に接続されている。蓄圧部１４０は、ハウジング１４１と、ハウジング１４１内に収容されたピストン１４２と、弾性部材の一例としての圧縮ばね１４３とを有している。ハウジング１４１の内部空間と、冷媒通路２６とは、冷媒通路１４６によって連通している。冷媒は、冷媒通路２６から冷媒通路１４６を経由してハウジング１４１の内部空間へ流入可能であり、かつ、ハウジング１４１から流出して冷媒通路１４６を経由して冷媒通路２６へ流れる。
【００８５】
ハウジング１４１は、筒状の形状を有している。ピストン１４２は、ハウジング１４１の内部空間をハウジング１４１の軸方向に往復移動可能に、ハウジング１４１内に収容されている。冷媒通路１４６は、筒状のハウジング１４１の一方の端部側に接続されている。圧縮ばね１４３は、筒状のハウジング１４１の他方の端部とピストン１４２との間に配置されている。
【００８６】
ハウジング１４１内に冷媒が流入すると、流入した冷媒の圧力によってピストン１４２が押圧されて、ピストン１４２は冷媒通路１４６の接続された側の端部から離れる方向に移動する。ピストン１４２は、図４中の左方向に移動し、圧縮ばね１４３を圧縮させる。ピストン１４２は、冷媒の圧力と圧縮ばね１４３の弾性力とが釣り合う位置において、その移動を停止する。
【００８７】
蓄圧部１４０は、ハウジング１４１に対してピストン１４２を固定する固定部１４４を有している。固定部１４４は、ハウジング１４１内の任意の位置においてピストン１４２を拘束可能である。または、固定部１４４がピストン１４２の拘束を解除することにより、ピストン１４２はハウジング１４１内を自在に移動可能になる。固定部１４４は、ピストン１４２を拘束および解放できる仕様であればどのようなものでもよく、たとえば機械式のバルブであってもよい。
【００８８】
温度調節装置１００は、温度センサ１５０を含んでいる。温度センサ１５０は、外気の温度を検出するための外気温度検出部としての機能を有している。外気温度の代表値を検出可能な位置に一つの温度センサが設けられてもよく、または複数箇所の外気温度を検出するための複数の温度センサが設けられてもよい。複数の温度センサを設ける場合、外気の温度をより正確に計測でき、外気の温度に基づく温度調節装置１００の制御の信頼性を向上できるので望ましい。
【００８９】
温度調節装置１００は、温度センサ１６０を含んでいる。温度センサ１６０は、対象物としてのバッテリ４００の温度を検出するための対象物温度検出部としての機能を有している。バッテリ４００の温度の代表値を検出可能な位置に一つの温度センサが設けられてもよく、またはバッテリ４００の複数箇所の温度を検出するための複数の温度センサが設けられてもよい。複数の温度センサを設ける場合、バッテリ４００の温度をより正確に計測でき、バッテリ４００の温度に基づく温度調節装置１００の制御の信頼性を向上できるので望ましい。
【００９０】
［ＥＣＵ８０の構成］
図５は、ＥＣＵ（Electric  Control  Unit）８０の一部構成を示す機能ブロック図である。図５を参照して、本実施の形態における車両１０００の制御装置としてのＥＣＵ８０について説明する。ＥＣＵ８０は、入力インターフェイス８１と、演算処理部８２と、出力インターフェイス８６と、記憶部８９とを備えて構成されている。
【００９１】
入力インターフェイス８１は、温度センサ１５０からの外気の温度を示す信号Ｔ１、および温度センサ１６０からのバッテリ４００の温度を示す信号Ｔ２を受信して、演算処理部８２に送信する。
【００９２】
演算処理部８２は、演算処理によって実現される制御機能を示す、複数の機能ブロックを有している。演算処理部８２は、判定部８３と、比較部８４と、制御部８５とを含んでいる。判定部８３は、外気の現在の温度が何℃であるかを判定する。判定部８３はまた、バッテリ４００の現在の温度が何℃であるかを判定する。比較部８４は、外気の温度と予め定められた外気温度閾値とを比較して、外気の温度が外気温度閾値よりも高いか低いかを判断する。比較部８４はまた、バッテリ４００の温度と予め定められた対象物温度閾値とを比較して、バッテリ４００の温度が対象物温度閾値よりも高いか低いかを判断する。制御部８５は、比較部８４による温度の比較結果に従って、温度調節装置１００を制御する。
【００９３】
記憶部８９には、各種情報、プログラム、閾値、マップなどが記憶されている。演算処理部８２は、必要に応じてデータを記憶部８９から読み出したり、記憶部８９にデータを格納したりする。
【００９４】
制御部８５は、温度調節装置１００を用いてバッテリ４００を加熱または冷却するための制御信号を生成する。制御信号は、出力インターフェイス８６を経由して、温度調節装置１００を構成している各種の機器に出力される。より具体的には、開閉弁１２０の開度に対応した制御信号Ｖ１が開閉弁１２０に出力され、開閉弁１３０の開度に対応した制御信号Ｖ２が開閉弁１３０に出力され、開閉弁１４５の開度に対応した制御信号Ｖ３が開閉弁１４５に出力され、固定部１４４を用いたピストン１４２の固定および固定解除を示す制御信号Ｆが固定部１４４に出力される。これにより、温度調節装置１００は、バッテリ４００の現時点での温度に従って、バッテリ４００を冷却または加熱するために冷媒を移送する。
【００９５】
なお、図５には、ＥＣＵ８０を使用した車両１０００の制御によって実現される制御機能のうち、本実施の形態に係る温度調節装置１００の制御に関連する一部の機能に対応する機能ブロックのみが、代表的に示されている。図示された各機能ブロックは、いずれも演算処理部８２であるＣＰＵが記憶部８９に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能してもよいが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは、記憶媒体に記録されて車両１０００に搭載される。
【００９６】
［車両停止時の温度調節装置１００の制御］
図６は、車両停止時の温度調節装置１００の制御方法を示すフローチャートである。図６を参照して、本実施の形態の温度調節装置１００を搭載している車両１０００が、走行可能な運転状態から動力源の停止している停止状態になるときの、温度調節装置１００の制御について説明する。
【００９７】
なお、運転状態において、開閉弁１２０，１３０は、熱交換器１１０への冷媒流れを許容するためにいずれも全開である。また、蓄圧部１４０内へ冷媒の圧力は蓄積されておらず、そのため圧縮ばね１４３は最大に伸びた状態である。圧縮ばね１４３の弾性力のため、ピストン１４２は、ハウジング１４１内において冷媒通路１４６の接続されている側の端部側に配置されている。固定部１４４は、ハウジング１４１の端部にピストン１４２を固定している。典型的には、圧縮ばね１４３は、ハウジング１４１における冷媒通路１４６の接続されている側の端部に、ピストン１４２を押し付けている。開閉弁１４５は全閉であり、そのため冷媒通路１４６を経由して冷媒が流れず、ハウジング１４１への冷媒の流入またはハウジング１４１からの冷媒の流出が発生しない設定である。
【００９８】
図７は、車両停止時の温度調節装置１００の動作を示す第１の図である。図７には、車両停止時の動作を開始する直前の温度調節装置１００が図示されており、上述した運転状態と同様に温度調節装置１００が設定されている。つまり、開閉弁１２０，１３０が全開とされ、開閉弁１４５が全閉とされている。圧縮ばね１４３は最大に伸びた状態でピストン１４２をハウジング１４１の端部に配置しており、固定部１４４はその位置でピストン１４２を固定している。
【００９９】
この状態から、図６に示すステップＳ１０において車両１０００を停止する指令がなされると、ステップＳ２０において、外気温度と所定の外気温度閾値とが比較される。具体的には、外気の温度を温度センサ１５０により検出し、外気の温度を示す信号Ｔ１が温度センサ１５０から出力され、図５に示すＥＣＵ８０の入力インターフェイス８１に入力される。判定部８３は、信号Ｔ１に基づいて、外気の現在の温度を算出する。比較部８４は、記憶部８９に記憶されている外気温度閾値を読み出し、判定部８３で算出された外気の温度と外気温度閾値とを比較し、外気の温度が予め定められた外気温度閾値よりも低いか否かを判断する。
【０１００】
外気の温度が外気温度閾値よりも低いと判断されると、ステップＳ３０に進み、熱交換器１１０に対し上流側の開閉弁１２０、および下流側の開閉弁１３０を、いずれも全閉とする。制御部８５は、開閉弁１２０の開閉設定を全開から全閉へ切り替える制御信号Ｖ１を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ１を開閉弁１２０へ出力する。また制御部８５は、開閉弁１３０の開閉設定を全開から全閉へ切り替える制御信号Ｖ２を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ２を開閉弁１３０へ出力する。
【０１０１】
続いてステップＳ４０において、蓄圧部１４０の入口に設けられた開閉弁１４５を全開とする。制御部８５は、開閉弁１４５の開閉設定を全閉から全開へ切り替える制御信号Ｖ３を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ３を開閉弁１４５へ出力する。このように各開閉弁の開閉設定を切り替えた上で、ステップＳ５０において、固定部１４４によるピストン１４２の固定を解除する。制御部８５は、ピストン１４２の固定を解除する制御信号Ｆを生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｆを固定部１４４へ出力する。
【０１０２】
図８は、車両停止時の温度調節装置１００の動作を示す第２の図である。図８に示すように、開閉弁１２０，１３０を全閉とすることにより、バッテリ４００の冷却のために熱交換器１１０を流通していた冷媒が、開閉弁１２０，１３０の間に閉じ込められる。この状態で開閉弁１４５を全開にするとともにピストン１４２の固定を解除すれば、図８中の実線矢印に示すように、冷媒通路１４６を経由してハウジング１４１の内部へ冷媒が流入する。
【０１０３】
ハウジング１４１において冷媒がピストン１４２を押圧することにより、ピストン１４２は圧縮ばね１４３の弾性力に逆らって移動する。ピストン１４２は、図８中の点線矢印に示すように、冷媒通路１４６の接続されている側の端部から離れる方向（図８中の左方向）に向かって移動する。ピストン１４２の移動に伴って、圧縮ばね１４３は圧縮され、圧縮ばね１４３の変形量が増大する。
【０１０４】
続いてステップＳ６０において、蓄圧部１４０への蓄圧が完了したか否かの判断が行なわれる。ピストン１４２は、冷媒の圧力と圧縮ばね１４３の弾性力とが互いに釣り合うまで移動する。ピストン１４２に作用している力が釣り合う位置で、ピストン１４２は停止する。ピストン１４２が移動している間は、蓄圧部１４０への冷媒の圧力の蓄積が継続していると判断される。ピストン１４２が停止すると、蓄圧部１４０へ冷媒の圧力の蓄積が完了したと判断される。
【０１０５】
蓄圧部１４０への蓄圧が完了すると、ステップＳ７０に進み、ピストン１４２が移動を停止した位置において、固定部１４４はピストン１４２を固定する。制御部８５は、ピストン１４２を固定する制御信号Ｆを生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｆを固定部１４４へ出力する。ピストン１４２の固定に伴って、圧縮ばね１４３が縮んだ状態に維持される。圧縮ばね１４３を縮めた状態で固定することにより、冷媒の圧力エネルギーは圧縮ばね１４３の弾性エネルギーに変換されて、蓄圧部１４０内に蓄えられる。
【０１０６】
次にステップＳ８０において、開閉弁１４５を全閉とする。制御部８５は、開閉弁１４５の開閉設定を全開から全閉へ切り替える制御信号Ｖ３を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ３を開閉弁１４５へ出力する。開閉弁１４５が閉じられることにより、冷媒通路１４６を経由した冷媒の流通が禁止された状態になる。続いてステップＳ９０において、開閉弁１２０，１３０をいずれも全開にする。制御部８５は、開閉弁１２０，１３０の開閉設定をそれぞれ全閉から全開へ切り替える制御信号Ｖ１，Ｖ２を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ開閉弁１２０，１３０へ出力する。
【０１０７】
ステップＳ９０の後、車両１０００は停止する。なお、ステップＳ２０の判断において外気の温度が所定の外気温度閾値以上であると判断された場合には、蓄圧部１４０への冷媒の圧力の蓄積は行なわることなく、車両１０００はそのまま停止する。車両１０００の停止中、バッテリ４００の温度は、外気温に従って変動する。低温環境下においては、外気によってバッテリ４００が冷却され、バッテリ４００の温度が低下する。
【０１０８】
［車両発車時の温度調節装置１００の制御］
図９は、車両発車時の温度調節装置１００の制御方法を示すフローチャートである。図９を参照して、本実施の形態の温度調節装置１００を搭載している車両１０００が、動力源の停止している停止状態から走行可能な運転状態になるときの、温度調節装置１００の制御について説明する。
【０１０９】
図９に示すステップＳ１１０において車両１０００の始動を準備する指令がなされると、ステップＳ１２０において、蓄圧部１４０に冷媒の圧力が蓄えられた蓄圧状態であるか否かを判断する。図１０は、車両発車時の温度調節装置１００の動作を示す第１の図である。図１０には、蓄圧状態にある温度調節装置１００が図示されている。つまり、ピストン１４２はハウジング１４１の一方の端部から離れた位置で固定部１４４により固定されており、ピストン１４２とハウジング１４１の他方の端部との間で圧縮ばね１４３が圧縮されている。
【０１１０】
ステップＳ１２０において蓄圧状態であると判断されると、ステップＳ１３０に進み、バッテリ４００の温度と所定の対象物温度閾値とが比較される。具体的には、バッテリ４００の温度を温度センサ１６０により検出し、バッテリ４００の温度を示す信号Ｔ２が温度センサ１６０から出力され、図５に示すＥＣＵ８０の入力インターフェイス８１に入力される。判定部８３は、信号Ｔ２に基づいて、バッテリ４００の現在の温度を算出する。比較部８４は、記憶部８９に記憶されている対象物温度閾値を読み出し、判定部８３で算出されたバッテリ４００の温度と対象物温度閾値とを比較し、バッテリ４００の温度が予め定められた対象物温度閾値以下であるか否かを判断する。
【０１１１】
バッテリ４００の温度が対象物温度閾値以下であると判断されると、ステップＳ１４０に進み、開閉弁１２０，１３０をいずれも全閉にする。制御部８５は、開閉弁１２０，１３０の開閉設定をそれぞれ全開から全閉へ切り替える制御信号Ｖ１，Ｖ２を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ開閉弁１２０，１３０へ出力する。
【０１１２】
続いてステップＳ１５０において、蓄圧部１４０の入口に設けられた開閉弁１４５を全開とする。制御部８５は、開閉弁１４５の開閉設定を全閉から全開へ切り替える制御信号Ｖ３を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ３を開閉弁１４５へ出力する。このように各開閉弁の開閉設定を切り替えた上で、ステップＳ１６０において、固定部１４４によるピストン１４２の固定を解除する。制御部８５は、ピストン１４２の固定を解除する制御信号Ｆを生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｆを固定部１４４へ出力する。
【０１１３】
図１１は、車両発車時の温度調節装置１００の動作を示す第２の図である。図１１に示すように、開閉弁１２０，１３０を全閉とした状態で開閉弁１４５を全開にするとともにピストン１４２の固定を解除すれば、縮んでいた圧縮ばね１４３が伸び、圧縮ばね１４３はその変形量を小さくして、圧縮ばね１４３に蓄えられていた弾性エネルギーが解放される。この圧縮ばね１４３の伸びに伴って、ピストン１４２が移動する。圧縮ばね１４３の弾性力により、ピストン１４２は、図１１中の点線矢印に示すように、冷媒通路１４６の接続されている側の端部へ近づく方向（図１１中の右方向）に向かって移動する。
【０１１４】
ピストン１４２の移動に伴って、ハウジング１４１に蓄積されていた冷媒がピストン１４２によって押圧され、ハウジング１４１から押し出される。ハウジング１４１から押し出された冷媒は、図１１中の実線矢印に示すように、冷媒通路１４６を経由して冷媒通路２６へ流入し、熱交換器１１０へ冷媒が供給される。
【０１１５】
続いてステップＳ１７０において、蓄圧部１４０のハウジング１４１からの冷媒の放出が完了したか否かの判断が行なわれる。ピストン１４２は、冷媒の圧力と圧縮ばね１４３の弾性力とが互いに釣り合うまで移動する。ピストン１４２に作用している力が釣り合う位置で、ピストン１４２は停止する。ピストン１４２が移動している間は、蓄圧部１４０からの冷媒の放出が継続していると判断される。ピストン１４２が停止すると、蓄圧部１４０からの冷媒の放出が完了したと判断される。
【０１１６】
蓄圧部１４０からの冷媒放出が完了すると、ステップＳ１８０に進み、ピストン１４２が移動を停止した位置において、固定部１４４はピストン１４２を固定する。制御部８５は、ピストン１４２を固定する制御信号Ｆを生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｆを固定部１４４へ出力する。
【０１１７】
次にステップＳ１９０において、開閉弁１４５を全閉とする。制御部８５は、開閉弁１４５の開閉設定を全開から全閉へ切り替える制御信号Ｖ３を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ３を開閉弁１４５へ出力する。開閉弁１４５が閉じられることにより、冷媒通路１４６を経由した冷媒の流通が禁止された状態になる。続いてステップＳ２００において、開閉弁１２０，１３０をいずれも全開にする。制御部８５は、開閉弁１２０，１３０の開閉設定をそれぞれ全閉から全開へ切り替える制御信号Ｖ１，Ｖ２を生成し、出力インターフェイス８６を経由して制御信号Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ開閉弁１２０，１３０へ出力する。
【０１１８】
ステップＳ２００の後、ステップＳ２１０において、車両１０００が始動する。なおステップＳ１２０の判断において蓄圧状態でないと判断された場合、およびステップＳ１３０の判断においてバッテリ４００の温度が所定の対象物温度閾値より高いと判断された場合には、蓄圧部１４０から冷媒の圧力エネルギーが解放されることなく、車両１０００はそのまま始動する。
【０１１９】
［作用・効果］
以上説明したように、本実施の形態の温度調節装置１００では、温度センサ１５０を用いて外気温度を検出するとともに温度センサ１６０を用いてバッテリ４００の温度を検出し、検出された外気温度およびバッテリ４００の温度に基づいてバッテリ４００の昇温に係る制御が行われる。より具体的には、車両１０００が停車する際に、外気の温度と予め定められた外気温度閾値とを比較し、外気の温度が外気温度閾値よりも低い場合に、蓄圧部１４０へ冷媒の圧力を蓄える。車両１０００が次回発車するとき、蓄圧部１４０に冷媒の圧力が蓄えられており、かつバッテリ４００の温度が対象物温度閾値以下である場合に、蓄圧部１４０から冷媒の圧力を解放してバッテリ４００を加熱する。
【０１２０】
開閉弁１２０，１３０間の冷媒通路２５，２６内の冷媒の圧力が高いとき、冷媒の熱および圧力のエネルギーを、蓄圧部１４０において力学的エネルギーに変換し、圧縮ばね１４３の弾性エネルギーとして蓄圧部１４０内に蓄える。極低温環境下での車両１０００の始動時などの、バッテリ４００の温度が低くバッテリ４００の昇温が必要なときに、蓄圧部１４０内に機械的に蓄えられたエネルギーが解放されて熱エネルギーに変換され、バッテリ４００を昇温するために使用される。これにより、車両１０００の起動時にバッテリ４００を早期に暖気でき、バッテリ４００の出力を向上することができる。
【０１２１】
バッテリ４００を昇温しようとする際、圧縮ばね１４３のバネエネルギーを解放することにより、ハウジング１４１内に蓄えられていた冷媒の圧力が解放され、冷媒はハウジング１４１から冷媒通路１４６へ流出する。これにより、開閉弁１２０，１３０の間の冷媒通路２５，２６および冷媒通路１４６における圧力が上昇する。熱交換器１１０内において冷媒は、圧力が上昇するとともに温度が上昇する。そのため、熱交換器１１０からバッテリ４００への熱伝達が発生し、バッテリ４００が加熱される。
【０１２２】
バッテリ４００の冷却と、低温時のバッテリ４００の昇温との両方を、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環する冷媒を用いて行なうことができるので、簡単な構成でバッテリ４００の加温および冷却ができる温度調節装置１００を提供できる。バッテリ４００の加熱のために電気ヒータなどの追加の装置が必要ないため、温度調節装置１００の装置コストの低減および小型化を達成できる。加えて、バッテリ４００の加熱のために電気通電などの新たなエネルギーは不要であり、動力を必要とせずにバッテリ４００を加熱することができる。したがって、バッテリ４００の加熱のための消費動力を低減できるので、車両１０００の効率低下や電費の悪化を招来することなく、効率的にバッテリ４００を昇温することができる。
【０１２３】
図６に示すように、蓄圧部１４０への蓄圧が行われる際、開閉弁１２０，１３０を全開から全閉へ切り替える制御が行われる。この開閉切り替えは、まず下流側の開閉弁１３０を閉じ、続いて上流側の開閉弁１２０を閉じるのが望ましい。開閉弁１３０を閉止し開閉弁１２０を開放した状態で、開閉弁１４５を開き、予め定められた時間経過後、開閉弁１４５を閉じ、続いて開閉弁１２０を閉止してもよい。このようにすれば、ポンプ４８から吐出された冷媒を蓄圧器１４０内に流入させることができ、蓄圧器１４０内により大きなエネルギーを溜め込むことができる。四方弁５０が第一状態に設定されている場合には、圧縮機１２から吐出された冷媒を蓄圧器１４０内に溜めることができるので、さらに大きなエネルギーを蓄積することができる。
【０１２４】
なお、これまでの説明においては、温度センサ１５０により外気の温度を検出し、外気温度と外気温度閾値とを比較して蓄圧部１４０への蓄圧を制御する例について説明したが、この例に限られるものではない。たとえば、温度センサ１６０により検出されたバッテリ４００の温度と所定の温度閾値とを比較して、畜圧部１４０への蓄圧を制御してもよい。たとえば、バッテリ４００の温度が第１の閾値よりも高いときに蓄圧器１４０に蓄圧し、次回発車時にバッテリ４００の温度が第２の閾値よりも低い場合に蓄圧器１４０から冷媒を放出してバッテリ４００を昇温するように、温度調節装置１００を制御してもよい。上記第１の閾値と第２の閾値とは、同じ値でもよく、異なる値でもよい。
【０１２５】
また、蓄圧部１４０から冷媒を放出するとき、ステップＳ１７０において冷媒の圧力と圧縮ばね１４３の弾性力とが釣り合うまで蓄圧部１４０から冷媒を放出する例について説明した。このようにすれば、畜圧部１４０に蓄積された冷媒のエネルギーを使い切ってバッテリ４００の温度を最大限に昇温でき、バッテリ４００の出力密度を向上できるので望ましい。但し、この例に限られるものではなく、たとえば昇温速度が大きい特性を有するバッテリを使用する場合は、バッテリの昇温時の温度の閾値を設け、バッテリの温度が当該閾値に達した時点で圧縮ばね１４３の弾性力の開放を停止してピストン１４２を固定し、直ちに蓄圧部１４０からの冷媒の放出を停止してもよい。
【０１２６】
また、バッテリ４００を例として車両に搭載された対象物の温度を最適に調節する温度調節装置１００について説明した。本発明の温度調節装置１００により温度を調節される対象物は、バッテリ４００に限られるものではない。たとえば、車両に搭載されるトランスアクスルを冷却するためのＡＴＦ（Automatic  Transmission  Fluid）を冷却するＡＴＦ冷却器を、温度を調整する対象物としてもよい。
【０１２７】
ＡＴＦは、トランスアクスルを構成するモータジェネレータやギヤなどの発熱部材で発生した熱を回収して、ＡＴＦ冷却器で冷却されることにより、トランスアクスルを冷却する。ＡＴＦは、モータジェネレータのコイルや磁石などの部品保護、ＡＴＦの劣化抑制などの目的のために、冷却が必要とされる。しかし、ＡＴＦを冷やし過ぎると、ＡＴＦの粘度が増大し、ギヤの潤滑不足やフリクションロスの増大を招くため、ＡＴＦは適度に加温されることが望ましい。そこで、本実施の形態の温度調節装置１００にＡＴＦ冷却器を適用し、熱交換器１１０を流れる冷媒との熱交換によりＡＴＦを冷却および加熱してもよい。
【０１２８】
また、温度を調整する対象物は、車両に搭載された車載機器に限られず、外気温などの諸条件に従って冷却または加熱されることを必要とする任意の機器、または任意の機器の発熱する一部分であってもよい。
【０１２９】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、ハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などの電動車両に搭載された電池を冷却および加熱するための温度調節装置の制御技術に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１３１】
１０  蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２  圧縮機、１４，１５，１８，１１０  熱交換器、１６  膨張弁、２１〜２９，３３〜３５，３４〜３６，１４６  冷媒通路、３０  冷却部、３８  流量調整弁、４０  気液分離器、４６  レシーバ、４８  ポンプ、５０  四方弁、８１  入力インターフェイス、８２  演算処理部、８３  判定部、８４  比較部、８５  制御部、８６  出力インターフェイス、８９  記憶部、１００  温度調節装置、１２０，１３０，１４５  開閉弁、１４０  蓄圧部、１４１  ハウジング、１４２  ピストン、１４３  圧縮ばね、１４４  固定部、１５０，１６０  温度センサ、４００  バッテリ、１０００  車両。
【図１】
2014184795.tif 000003
【図２】
2014184795.tif 000004
【図３】
2014184795.tif 000005
【図４】
2014184795.tif 000006
【図５】
2014184795.tif 000007
【図６】
2014184795.tif 000008
【図７】
2014184795.tif 000009
【図８】
2014184795.tif 000010
【図９】
2014184795.tif 000011
【図１０】
2014184795.tif 000012
【図１１】
2014184795.tif 000013