(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被温度調節部を加熱または冷却する熱交換装置であって、
冷媒を循環させるための圧縮機と、
前記冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器と、
前記冷媒を減圧する第一減圧器と、
前記冷媒と空調用空気との間で熱交換する第二熱交換器と、
前記第二熱交換器に対し並列に接続された、前記冷媒と前記被温度調節部との間で熱交換する熱交換部と、
前記圧縮機と前記第一熱交換器との間の前記冷媒の経路と、前記第一減圧器と前記第二熱交換器との間の前記冷媒の経路と、を連通する、バイパス経路と、
前記バイパス経路に設けられ、前記バイパス経路を流れる前記冷媒を減圧する第二減圧器と、
前記バイパス経路を経由する前記冷媒の流れを許容または遮断する切替弁と、
前記第一熱交換器と前記第一減圧器との間に接続され、前記冷媒と外気との間で熱交換する第三熱交換器と、
発熱源と、
前記第一熱交換器と前記第三熱交換器との間を流れる前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、を備える、熱交換装置。
【請求項２】
前記第二熱交換器へ流れる前記冷媒の流量と、前記熱交換部へ流れる前記冷媒の流量と、を調節する、分流弁を備える、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記バイパス経路から前記第一減圧器へ向かう前記冷媒の流れを禁止する逆止弁を備える、請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記第一熱交換器から前記冷却部を経由して前記第一減圧器へ流れる前記冷媒の流量を調節する流量調整弁を備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記第一熱交換器と前記冷却部との間で前記冷媒を循環させる循環経路と、前記冷却部から前記第一減圧器へ向かう前記冷媒の経路と、を切り替える他の切替弁を備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記発熱源は、前記第一熱交換器と前記第三熱交換器との間に並列に接続された前記冷媒の経路のうちの一方を流れる前記冷媒によって冷却される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置に関し、特に、蒸気圧縮式冷凍サイクルを流通する冷媒と、温度を調節される被温度調節部との間で熱交換を行なう、熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題対策の一つとして、モータの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などが注目されている。このような車両において、モータ、ジェネレータ、インバータ、コンバータおよびバッテリなどの電気機器は、電力の授受によって発熱する。そのため、これらの電気機器を冷却する必要がある。そこで、車両用空調装置として使用される蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、発熱体を冷却する技術が提案されている。
【０００３】
たとえば特開２０１０−８１７０４号公報（特許文献１）には、充電器とラジエータとを接続し冷却水が循環する循環路が形成され、冷却ファンの駆動によりラジエータに空気が送られラジエータを流れる冷却水が効果的に放熱され、ポンプの駆動によりラジエータで放熱された冷却水が充電器を流れ、充電器と冷却水の間で熱交換が行なわれるので、充電器が冷却される技術が開示されている。特開２００５−９０８６２号公報（特許文献２）には、空調用の冷凍サイクルの減圧器、蒸発器および圧縮機をバイパスするバイパス通路に、発熱体を冷却するための発熱体冷却手段を設けた、冷却システムが開示されている。
【０００４】
ところで、電池の温度が低下すると、電池内部での化学変化が抑制されて出力密度が低下するので、電池温度が低いときには電池出力が確保できない虞がある。また電池特性として低温度域で放置されると電池内部の電気抵抗が大きくなり、入力効率が低下することから、充電時間が増大し、電池充電効率が低下する。そのため、外気温の低い寒冷地などの低温環境下では、電池は適度に加温されることが望ましい。
【０００５】
車両に搭載された電池を加温する技術に関し、たとえば特開２００９−２５７２５４号公報（特許文献３）には、車両走行時に化学蓄熱材に蓄熱し、車両始動時に化学蓄熱材が蓄熱していた熱によって電池を加熱するシステムが開示されている。特開平１０−１２２８６号公報（特許文献４）には、車室内の暖房用の加熱流体をバッテリの加熱に活用する装置が開示されている。特開２０１０−２７２２８９号公報（特許文献５）には、コンバータと充電器からの排熱を利用してバッテリに供給される冷媒を加熱する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８１７０４号公報
【特許文献２】特開２００５−９０８６２号公報
【特許文献３】特開２００９−２５７２５４号公報
【特許文献４】特開平１０−１２２８６号公報
【特許文献５】特開２０１０−２７２２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
外部電源による電池充電を実施する場合、上述した通り低温環境下では電池を加熱する必要がある。一方、充電を継続するにつれて電池の温度が上昇するため、電池を冷却する必要がある。そのため、電池の加熱および冷却を同一のシステム内で機能させるというシステム矛盾があった。加熱対象物をヒータ加熱する方法もあるが、専用の加熱装置および熱交換器を設けることになるため、コストが上昇し、装置が大型化するので車両への搭載に不適であった。
【０００８】
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、より簡易な構成で被温度調節部を自在に加熱または冷却することにより、被温度調節部の温度を適切に調節できる、熱交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱交換装置は、冷媒と被温度調節部との間で熱交換を行なう熱交換装置であって、冷媒を循環させるための圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器と、冷媒を減圧する第一減圧器と、冷媒と空調用空気との間で熱交換する第二熱交換器と、第二熱交換器に対し並列に接続された、冷媒と被温度調節部との間で熱交換する熱交換部と、圧縮機と第一熱交換器との間の冷媒の経路と、第一減圧器と第二熱交換器との間の冷媒の経路と、を連通する、バイパス経路と、バイパス経路に設けられ、バイパス経路を流れる冷媒を減圧する第二減圧器と、バイパス経路を経由する冷媒の流れを許容または遮断する切替弁と、を備える。
【００１０】
上記熱交換装置において好ましくは、第二熱交換器へ流れる冷媒の流量と、熱交換部へ流れる冷媒の流量と、を調節する、分流弁を備える。
【００１１】
上記熱交換装置において好ましくは、バイパス経路から第一減圧器へ向かう冷媒の流れを禁止する逆止弁を備える。
【００１２】
上記熱交換装置において好ましくは、発熱源と、第一熱交換器と第一減圧器との間を流れる冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、を備える。
【００１３】
上記熱交換装置において好ましくは、第一熱交換器から冷却部を経由して第一減圧器へ流れる冷媒の流量を調節する流量調整弁を備える。
【００１４】
上記熱交換装置において好ましくは、第一熱交換器と冷却部との間で冷媒を循環させる循環経路と、冷却部から第一減圧器へ向かう冷媒の経路と、を切り替える他の切替弁を備える。
【００１５】
上記熱交換装置において好ましくは、第一熱交換器と第一減圧器との間に接続され、冷媒と外気との間で熱交換する第三熱交換器を備え、発熱源は、第一熱交換器と第三熱交換器との間に並列に接続された冷媒の経路のうちの一方を流れる冷媒によって冷却される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の熱交換装置によると、より簡易な構成で被温度調節部を自在に加熱または冷却することにより、被温度調節部の温度を適切に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱交換装置の構成を示す模式図である。
【図２】エアコン運転モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図３】熱交換装置の運転モード毎の圧縮機および弁の設定を示す図である。
【図４】エアコン停止モードにおける熱交換装置の動作を示す模式図である。
【図５】図４に示す熱交換装置の一部構成を示す模式図である。
【図６】電池加熱モードにおける熱交換装置の動作を示す模式図である。
【図７】電池加熱モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図８】電池温度制御モードにおける熱交換装置の動作を示す模式図である。
【図９】即効暖房モードにおける熱交換装置の動作を示す模式図である。
【図１０】制御部の構成の詳細を示すブロック図である。
【図１１】熱交換装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】熱交換装置の制御方法の他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、実施の形態１の熱交換装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、熱交換装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を備える。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、たとえば、車両の車内の冷房を行なうために、車両に搭載される。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。
【００２０】
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、第三熱交換器としての熱交換器１５と、第一減圧器の一例としての膨張弁１６と、第二熱交換器としての熱交換器１８と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、熱交換器１８と圧縮機１２との間の冷媒の経路上に配置されたアキュムレータ４０を含む。
【００２１】
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、冷媒通路２１に高温高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機１２は、冷媒通路２１に冷媒を吐出することで、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に冷媒を循環させる。
【００２２】
熱交換器１４，１５は、圧縮機１２において圧縮された過熱状態冷媒ガスを、外部媒体へ等圧的に放熱させて冷媒液とする。圧縮機１２から吐出された高圧の気相冷媒は、熱交換器１４，１５において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、を含む。
【００２３】
熱交換器１４，１５は、冷媒と外気の間で、熱交換を行なう。外気は、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。または外気は、コンデンサファン４２もしくはエンジン冷却用のラジエータファンなどの冷却ファンからの強制通風によって熱交換器１４，１５に供給されてもよい。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し空気の流れを発生させて、熱交換器１４，１５に外気を供給する。熱交換器１４，１５における冷却風と冷媒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。
【００２４】
膨張弁１６は、冷媒通路２５を流通する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。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。
【００２５】
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周囲の空気の熱を吸収する。熱交換器１８は、膨張弁１６によって減圧された冷媒を用いて、冷媒の湿り蒸気が蒸発して冷媒ガスとなる際の気化熱を、車両の室内へ流通する空調用空気から吸収して、車両の室内の冷房を行なう。熱が熱交換器１８に吸収されることによって温度が低下した空調用空気が車両の室内に再び戻されることによって、車両の室内の冷房が行なわれる。冷媒は、熱交換器１８において周囲から吸熱し加熱される。
【００２６】
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、を含む。チューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流通する。冷媒は、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して空調用空気の熱を蒸発潜熱として吸収することによって蒸発し、さらに顕熱によって過熱蒸気になる。気化した冷媒は、冷媒通路２８，２９を経由して圧縮機１２へ流通する。圧縮機１２は、熱交換器１８から流通する冷媒を圧縮する。
【００２７】
アキュムレータ４０は、圧縮機１２の吸入する冷媒の状態を一定に保つために設けられている。アキュムレータ４０は、熱交換器１８において加熱された冷媒が気液二相混合状態である場合、冷媒を気液分離し、冷媒液をアキュムレータ４０内に溜め、飽和蒸気状態の気相冷媒を圧縮機１２に戻す機能を有する。アキュムレータ４０は、気体状の冷媒蒸気を圧縮機１２へ吸入させる役割を果たす。
【００２８】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、圧縮機１２と熱交換器１４とを連通する冷媒通路２１，２２と、熱交換器１４と熱交換器１５とを連通する冷媒通路２３，２４と、熱交換器１５と膨張弁１６とを連通する冷媒通路２５と、膨張弁１６と熱交換器１８とを連通する冷媒通路２６，２７と、熱交換器１８とアキュムレータ４０とを連通する冷媒通路２８と、アキュムレータ４０と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２９と、を含む。
【００２９】
冷媒通路２１，２２は、冷媒を圧縮機１２から熱交換器１４に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２１，２２を経由して、圧縮機１２と熱交換器１４との間を、圧縮機１２の出口から熱交換器１４の入口へ向かって流れる。冷媒通路２３〜２５は、冷媒を熱交換器１４から膨張弁１６に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２３〜２５を経由して、熱交換器１４と膨張弁１６との間を、熱交換器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流れる。
【００３０】
冷媒通路２６，２７は、冷媒を膨張弁１６から熱交換器１８に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２６，２７を経由して、膨張弁１６と熱交換器１８との間を、膨張弁１６の出口から熱交換器１８の入口へ向かって流れる。冷媒通路２８，２９は、冷媒を熱交換器１８から圧縮機１２に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２８，２９を経由して、熱交換器１８と圧縮機１２との間を、熱交換器１８の出口から圧縮機１２の入口へ向かって流れる。
【００３１】
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によって連結されて構成される。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。
【００３２】
熱交換器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流れる冷媒が流通する経路は、熱交換器１４の出口側から後述する流量調整弁３８へ至る冷媒通路２３と、熱交換器１５の入口側へ連結される冷媒通路２４と、熱交換器１５の出口側から冷媒を膨張弁１６へ流通させる冷媒通路２５と、を含む。
【００３３】
熱交換器１４と熱交換器１５との間を流通する冷媒の経路はまた、冷媒通路２３から分岐して後述する冷却部３０へ至る冷媒通路３３と、冷却部３０と後述する切替弁５２とを連通する冷媒通路３４と、切替弁５２と冷媒通路２４とを連通する冷媒通路３６と、を含む。冷媒通路３３を経由して、熱交換器１４から冷却部３０へ冷媒液が流れる。冷却部３０を通過した冷媒は、冷媒通路３４，３６を経由して、冷媒通路２３へ戻る。冷却部３０は、熱交換器１４から熱交換器１５へ向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。
【００３４】
熱交換装置１は、熱交換器１４，１５の間に、冷媒通路２３，２４に対して並列に接続された冷媒の経路を備え、冷却部３０は、当該冷媒の経路上に設けられている。冷却部３０は、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒の経路において並列に接続された複数の冷媒の経路のうちの、一方に設けられている。冷却部３０は、車両に搭載される電気機器であるＨＶ（Hybrid  Vehicle）機器３１と、冷媒が流通する配管である冷却通路３２とを含む。ＨＶ機器３１は、発熱源の一例である。冷却通路３２の一方の端部は、冷媒通路３３に接続される。冷却通路３２の他方の端部は、冷媒通路３４に接続される。
【００３５】
冷媒通路２３，２４に対して並列に接続された冷媒の経路は、冷却部３０よりも上流側（熱交換器１４に近接する側）の冷媒通路３３と、冷却部３０に含まれる冷却通路３２と、冷却部３０よりも下流側（熱交換器１５に近接する側）の冷媒通路３４，３６と、を含む。冷媒通路３３は、冷媒通路２３が分岐した、熱交換器１４から冷却部３０に液相の冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路３４，３６は、冷却部３０から冷媒通路２４に冷媒を戻し、熱交換器１５へ冷媒を流通させるための通路である。
【００３６】
熱交換器１４から流出した冷媒液は、冷媒通路２３，３３を経由して、冷却部３０へ向かって流通する。冷却部３０へ流通し、冷却通路３２を経由して流れる冷媒は、発熱源としてのＨＶ機器３１から熱を奪って、ＨＶ機器３１を冷却させる。冷却部３０は、熱交換器１４において凝縮され冷却通路３２へ流れる液相の冷媒を用いて、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、冷却通路３２内を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１と、が熱交換することにより、ＨＶ機器３１は冷却され、冷媒は加熱される。冷媒はさらに冷却部３０から冷媒通路３４，３６を経由して流れ、冷媒通路２４を経由して熱交換器１５へ至る。
【００３７】
冷却部３０は、冷却通路３２においてＨＶ機器３１と冷媒との間で熱交換が可能な構造を有するように設けられる。本実施の形態においては、冷却部３０は、たとえば、ＨＶ機器３１の筐体に冷却通路３２の外周面が直接接触するように形成された冷却通路３２を有する。冷却通路３２は、ＨＶ機器３１の筐体と隣接する部分を有する。当該部分において、冷却通路３２を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１との間で、熱交換が可能となる。
【００３８】
ＨＶ機器３１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の熱交換器１４から熱交換器１５に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却通路３２の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路３２の外部にＨＶ機器３１が配置されるので、冷却通路３２の内部を流通する冷媒の流れにＨＶ機器３１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、ＨＶ機器３１を冷却することができる。
【００３９】
代替的には、冷却部３０は、ＨＶ機器３１と冷却通路３２との間に介在して配置された任意の公知のヒートパイプを備えてもよい。この場合ＨＶ機器３１は、冷却通路３２の外周面にヒートパイプを介して接続され、ＨＶ機器３１から冷却通路３２へヒートパイプを経由して熱伝達することにより、冷却される。ＨＶ機器３１をヒートパイプの加熱部とし冷却通路３２をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却通路３２とＨＶ機器３１との間の熱伝達効率が高められるので、ＨＶ機器３１の冷却効率を向上できる。たとえばウィック式のヒートパイプを使用することができる。
【００４０】
ヒートパイプによってＨＶ機器３１から冷却通路３２へ確実に熱伝達することができるので、ＨＶ機器３１と冷却通路３２との間に距離があってもよく、ＨＶ機器３１に冷却通路３２を接触させるために冷却通路３２を複雑に配置する必要がない。その結果、ＨＶ機器３１の配置の自由度を向上することができる。
【００４１】
ＨＶ機器３１は、電力の授受によって発熱する電気機器を含む。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む。
【００４２】
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。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を、図１に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点およびＦ点を順に通過するように冷媒が流れ、圧縮機１２と熱交換器１４，１５と膨張弁１６と熱交換器１８とに冷媒が循環する。
【００４３】
図２は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷媒の状態を示すモリエル線図である。図２中の横軸は、冷媒の比エンタルピーを示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力を示す。比エンタルピーの単位はｋＪ／ｋｇであり、絶対圧力の単位はＭＰａである。図中の曲線は、冷媒の飽和蒸気線および飽和液線である。
【００４４】
図２中には、熱交換器１４の出口の冷媒通路２３から冷媒通路３３を経由して冷却部３０へ流入し、ＨＶ機器３１を冷却し、冷却部３０から冷媒通路３４，３６を経由して熱交換器１５の入口の冷媒通路２４へ戻る、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０中の各点（すなわちＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦ点）における冷媒の熱力学状態が示される。
【００４５】
図２に示すように、圧縮機１２に吸入された過熱蒸気状態の冷媒（Ａ点）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、高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になる（Ｂ点）。
【００４６】
圧縮機１２において断熱圧縮された高温高圧の過熱蒸気状態の冷媒は、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から吐出された気相冷媒は、熱交換器１４において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１４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。熱交換器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、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気液混合状態の湿り蒸気になり、冷媒の全部が凝縮して飽和液になる（Ｃ点）。
【００４７】
熱交換器１４から流出した飽和液状態の冷媒は、冷媒通路２３，３３を経由して冷却部３０の冷却通路３２へ流れ、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、熱交換器１４を通過して凝縮された飽和液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＨＶ機器３１が冷却される。ＨＶ機器３１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、ＨＶ機器３１から潜熱を受け取って一部気化することにより、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（Ｄ点）。
【００４８】
その後冷媒は、冷媒通路３４，３６，２４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過冷却された過冷却液になる（Ｅ点）。その後冷媒は、冷媒通路２５を経由して膨張弁１６に流入する。膨張弁１６において、過冷却液状態の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（Ｆ点）。
【００４９】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２６，２７を経由して熱交換器１８へ流入する。熱交換器１８のチューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流入する。冷媒は、熱交換器１８のチューブ内を流通する際に、フィンを経由して空調用空気の熱を蒸発潜熱として吸収することによって、等圧のまま蒸発する。熱交換器１８は、空調用空気が流通するダクトの内部に配置され、冷媒と空調用空気との間で熱交換して、空調用空気の温度を調節する。空調用空気は、外気であってもよく、車両の室内の空気であってもよい。冷房運転時には、熱交換器１８において空調用空気が冷却され、冷媒は空調用空気からの熱伝達を受けて加熱される。
【００５０】
全ての冷媒が乾き飽和蒸気になると、さらに顕熱によって冷媒蒸気は温度上昇して、過熱蒸気となる（Ａ点）。その後冷媒は、冷媒通路２８，２９を経由して圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２は、熱交換器１８から流通する冷媒を圧縮する。
【００５１】
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。
【００５２】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、蒸発器として作用する熱交換器１８において蒸発する際に気化熱を車両の室内の空気から吸収して、車室内の冷房を行なう。加えて、熱交換器１４から流出した高圧の液冷媒が冷却部３０へ流通し、ＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。熱交換装置１は、車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１を、車両の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。なお、ＨＶ機器３１を冷却するために必要とされる温度は、少なくともＨＶ機器３１の温度範囲として目標となる温度範囲の上限値よりも低い温度であることが望ましい。
【００５３】
熱交換器１８において被冷却部を冷却するために設けられた蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、ＨＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＨＶ機器３１の冷却のために、専用の水循環ポンプまたは冷却ファンなどの機器を設ける必要はない。そのため、ＨＶ機器３１の冷却のために必要な構成を低減でき、装置構成を単純にできるので、熱交換装置１の製造コストを低減することができる。加えて、ＨＶ機器３１の冷却のためにポンプや冷却ファンなどの動力源を運転する必要がなく、動力源を運転するための消費動力を必要としない。したがって、ＨＶ機器３１の冷却のための消費動力を低減することができる。
【００５４】
熱交換器１４では、冷媒を飽和液の状態にまで冷却すればよく、飽和液状態の冷媒液が冷却部３０へ供給される。ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受け取り一部気化した湿り蒸気の状態の冷媒は、熱交換器１５で再度冷却される。湿り蒸気状態の冷媒を凝縮させ完全に飽和液にするまで、冷媒は一定の温度で状態変化する。熱交換器１５はさらに、車両の室内の冷房のために必要な程度の過冷却度にまで、液相冷媒を過冷却する。冷媒の過冷却度を過度に大きくする必要がないので、熱交換器１４，１５の容量を低減することができる。したがって、車室用の冷房能力を確保でき、かつ、熱交換器１４，１５のサイズを低減することができるので小型化され車載用に有利な、熱交換装置１を得ることができる。
【００５５】
熱交換器１４から膨張弁１６へ向かう冷媒が流通する経路として、冷却部３０を通過しない経路である冷媒通路２３，２４と、冷却部３０を経由してＨＶ機器３１を冷却する冷媒の経路である冷媒通路３３，３４，３６および冷却通路３２と、が並列に設けられる。冷媒通路３３，３４，３６を含むＨＶ機器３１の冷却系は、冷媒通路２３，２４に対し並列に接続されている。そのため、熱交換器１４から流出した冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。ＨＶ機器３１の冷却のために必要な量の冷媒を冷却部３０へ流通させ、ＨＶ機器３１は適切に冷却される。したがって、ＨＶ機器３１が過冷却されることを防止できる。
【００５６】
熱交換器１４から冷却部３０を経由せず熱交換器１５へ流れる冷媒の経路と、熱交換器１４から冷却部３０を経由して熱交換器１５へ流れる冷媒の経路と、を並列に設け、一部の冷媒のみを冷媒通路３３，３４，３６へ流通させることで、ＨＶ機器３１の冷却系に冷媒が流れる際の圧力損失を低減することができる。全ての冷媒が冷却部３０に流れないので、冷却部３０を経由する冷媒の流通に係る圧力損失を低減することができ、それに伴い、冷媒を循環させるための圧縮機１２の運転に必要な消費電力を低減することができる。
【００５７】
膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＨＶ機器３１の冷却に使用すると、熱交換器１８における車室内の空気の冷却能力が減少して、車室用の冷房能力が低下する。これに対し、本実施の形態の熱交換装置１では、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０において、圧縮機１２から吐出された高圧の冷媒は、第一の凝縮器としての熱交換器１４と、第二の凝縮器としての熱交換器１５と、の両方によって凝縮される。圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の熱交換器１４，１５を配置し、ＨＶ機器３１を冷却する冷却部３０は、熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられている。熱交換器１５は、冷却部３０から膨張弁１６に向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。
【００５８】
ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて加熱された冷媒を熱交換器１５において十分に冷却することにより、膨張弁１６の出口において、冷媒は、車両の室内の冷房のために本来必要とされる温度および圧力を有する。そのため、熱交換器１８において冷媒が蒸発するときに外部から受け取る熱量を十分に大きくできるので、熱交換器１８を通過する空調用空気を十分に冷却できる。このように、冷媒を十分に冷却できる熱交換器１５の放熱能力を定めることにより、車室内の空気を冷却する冷房の能力に影響を与えることなく、ＨＶ機器３１を冷却することができる。したがって、ＨＶ機器３１の冷却能力と、車室用の冷房能力との両方を、確実に確保することができる。
【００５９】
熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するときに、ＨＶ機器３１から熱を受け取り加熱される。冷却部３０において冷媒が飽和蒸気温度以上に加熱され冷媒の全量が気化すると、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量が減少してＨＶ機器３１を効率よく冷却できなくなり、また冷媒が配管内を流れる際の圧力損失が増大する。そのため、ＨＶ機器３１を冷却した後に冷媒の全量が気化しない程度に、熱交換器１４において十分に冷媒を冷却するのが望ましい。
【００６０】
具体的には、熱交換器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には熱交換器１４の出口において冷媒が飽和液線上にある状態にする。このように冷媒を十分に冷却できる能力を熱交換器１４が有する結果、熱交換器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、熱交換器１５の放熱能力よりも高くなる。放熱能力が相対的に大きい熱交換器１４において冷媒を十分に冷却することにより、ＨＶ機器３１から熱を受け取った冷媒を湿り蒸気の状態に留めることができ、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＨＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＨＶ機器３１を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、熱交換器１５において効率よく再度冷却され、飽和温度を下回る過冷却液の状態にまで冷却される。したがって、車室用の冷房能力とＨＶ機器３１の冷却能力との両方を確保した、熱交換装置１を提供することができる。
【００６１】
図１に戻って、熱交換装置１は、流量調整弁３８を備える。流量調整弁３８は、熱交換器１４から膨張弁１６へ向かう並列に接続された冷媒の経路のうち、冷却部３０を経由しない方の一方の経路を形成する、冷媒通路２３，２４に接続されている。流量調整弁３８は、その弁開度を変動させ、冷媒通路２３から流量調整弁３８を経由して冷媒通路２４へ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、冷媒通路２３から冷媒通路２４へ直接流れる冷媒の流量と、冷却通路３２を含むＨＶ機器３１の冷却系を経由して流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
【００６２】
たとえば、流量調整弁３８を全閉にして弁開度を０％にすると、熱交換器１４を出た冷媒の全量が冷媒通路３３を経由して冷却部３０へ流入する。流量調整弁３８の弁開度を大きくすれば、熱交換器１４から流出する冷媒のうち、冷媒通路２３，２４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３３を経由して冷却通路３２へ流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁３８の弁開度を小さくすれば、熱交換器１４から流出する冷媒のうち、冷媒通路２３，２４を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷媒通路３３を経由して流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００６３】
流量調整弁３８の弁開度を大きくするとＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなり、ＨＶ機器３１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るとＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなり、ＨＶ機器３１の冷却能力が向上する。流量調整弁３８を使用して、ＨＶ機器３１に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、ＨＶ機器３１の過冷却を確実に防止することができ、加えて、ＨＶ機器３１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。
【００６４】
熱交換装置１はまた、熱交換器１８に対し並列に接続された、熱交換部６０を備える。膨張弁１６からアキュムレータ４０へ向かって冷媒が流れる経路は、熱交換部６０へ流入する冷媒の経路である冷媒通路６３と、熱交換部６０からアキュムレータ４０へ至る冷媒通路６４と、を含む。膨張弁１６の出口側の冷媒通路２６内を流れる冷媒は、一部が冷媒通路２７を経由して熱交換器１８へ流れ、他の一部が冷媒通路６３を経由して熱交換部６０へ流れる。
【００６５】
熱交換部６０は、車両に搭載された蓄電池である電池６１と、冷媒が流通する配管である熱交換通路６２とを含む。蓄電装置である電池６１は、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池等の二次電池である。バッテリに代えてキャパシタが用いられてもよい。電池６１は、電力の授受によって発熱する電気機器に含まれる。電池６１は、熱交換装置１によって温度を調節される被温度調節部の一例である。熱交換通路６２の一方の端部は、冷媒通路６３に接続される。熱交換通路６２の他方の端部は、冷媒通路６４に接続される。
【００６６】
膨張弁１６から熱交換器１８へ至る冷媒の経路上に、分流弁６６が設けられている。分流弁６６は、熱交換器１８へ流れる冷媒の経路である冷媒通路２７と、熱交換部６０へ流れる冷媒の経路である冷媒通路６３と、の分岐点に配置されている。分流弁６６は、冷媒通路２６から冷媒通路２７を経由して熱交換器１８へ流れる冷媒の流量と、冷媒通路２６から冷媒通路６３を経由して熱交換部６０へ流れる冷媒の流量と、を調節する、流量調整弁としての機能を有する。
【００６７】
分流弁６６とアキュムレータ４０との間の冷媒の経路は、熱交換部６０よりも上流側（分流弁６６に近接する側）の冷媒通路６３と、熱交換部６０に含まれる熱交換通路６２と、熱交換部６０よりも下流側（アキュムレータ４０に近接する側）の冷媒通路６４と、を含む。冷媒通路６３は、分流弁６６から熱交換部６０へ流れる冷媒の通路である。冷媒通路６４は、熱交換部６０からアキュムレータ４０へ流れる冷媒の通路である。
【００６８】
熱交換部６０へ流通し、熱交換通路６２を経由して流れる冷媒は、被温度調節部としての電池６１と熱交換して、電池６１を冷却または加熱させる。熱交換部６０は、冷媒通路６３を経由して熱交換通路６２へ流れる冷媒を用いて、電池６１の温度調整を行なう。熱交換部６０において、電池６１が冷却される場合、熱交換通路６２内を流れる冷媒は電池６１から熱を奪って、電池６１は冷却され、冷媒は加熱される。熱交換部６０において、電池６１が加熱される場合、熱交換通路６２内を流れる冷媒から電池６１に熱伝達されて、電池６１は加熱され、冷媒は冷却される。
【００６９】
熱交換部６０は、上述した冷却部３０と同様に、熱交換通路６２を流れる冷媒と電池６１との間で熱交換を行なうことが可能な構造を有するように設けられる。電池６１の筐体に熱交換通路６２の外周面が直接接触するように形成されてもよく、または熱交換部６０は、電池６１と熱交換通路６２との間に介在して配置された任意の公知のヒートパイプを備えてもよい。
【００７０】
熱交換装置１はまた、バイパス経路７１を備える。バイパス経路７１は、圧縮機１２と熱交換器１４との間の冷媒の経路である冷媒通路２１と、膨張弁１６と熱交換器１８との間の冷媒の経路である冷媒通路２６と、を連通する。バイパス経路７１は、熱交換器１４，１５および膨張弁１６をバイパスし、熱交換器１４，１５および膨張弁１６を通過することなく冷媒を圧縮機１２から熱交換器１８および／または熱交換部６０へ流すための経路である。
【００７１】
バイパス経路７１と冷媒通路２１，２２との分岐点には、切替弁７２が設けられている。切替弁７２は、バイパス経路７１を経由する冷媒の流れを許容または遮断する。切替弁７２は、三箇所の配管接続口を有する三方弁として設けられている。冷媒通路２１は、切替弁７２の第一の配管接続口に接続されている。冷媒通路２２は、切替弁７２の第二の配管接続口に接続されている。バイパス経路７１は、切替弁７２の第三の配管接続口に接続されている。切替弁７２は、冷媒通路２１とバイパス経路７１との連通状態を切り替える。バイパス経路７１は、圧縮機１２と熱交換器１４との間に設けられた切替弁７２と、膨張弁１６と熱交換器１８との間の冷媒の経路である冷媒通路２６と、を接続する。
【００７２】
切替弁７２は、その開閉を切り替えることにより、冷媒通路２１から冷媒通路２２へ向かう冷媒の流れと、冷媒通路２１からバイパス経路７１へ向かう冷媒の流れと、を切り替える。切替弁７２は、圧縮機１２から熱交換器１４へ向かう冷媒の流れと、圧縮機１２からバイパス経路７１を経由して熱交換器１８および／または熱交換部６０へ向かう冷媒の流れと、を選択的に切り替える、経路選択部としての機能を有する。切替弁７２を使用して冷媒の経路を切り換えることにより、圧縮機１２で断熱圧縮された高温の冷媒を、冷媒通路２２を経由させて熱交換器１４へ、または、バイパス経路７１を経由して熱交換器１８および／または熱交換部６０へ、のいずれかの経路を任意に選択して、流通させることができる。
【００７３】
熱交換装置１はまた、バイパス経路７１に設けられた膨張弁７６を備える。膨張弁７６は、第一減圧器としての膨張弁１６とは異なる第二減圧器としての機能を有する。膨張弁７６は、バイパス経路７１を流れる冷媒を減圧する。第二減圧器は開度調整機能を有していなくてもよく、膨張弁７６に換えて細径のキャピラリーチューブが設けられてもよい。膨張弁７６は、バイパス経路７１を流れる冷媒を絞り膨張させ、冷媒の圧力を低下させる。これにより、バイパス経路７１内の膨張弁７６に対し上流側を流れる冷媒と比較して、膨張弁７６に対し下流側を流れる冷媒が、より低圧になる。
【００７４】
冷媒通路２６には、逆止弁７４が設けられている。逆止弁７４は、冷媒通路２６の、バイパス経路７１との連結点よりも膨張弁１６側において、設けられている。逆止弁７４は、バイパス経路７１から膨張弁１６へ向かう冷媒の流れを禁止する。逆止弁７４は、バイパス経路７１から冷媒通路２６へ流れる冷媒の全てが分流弁６６側へ流れ、バイパス経路７１から分流弁６６を経由して熱交換器１８と熱交換部６０との少なくともいずれか一方に確実に冷媒を流すために、設けられている。
【００７５】
熱交換装置１はさらに、連通路５１を備える。連通路５１は、圧縮機１２と熱交換器１４との間を冷媒が流通する冷媒通路２２と、冷却部３０に冷媒を流すための冷媒通路３３，３４，３６のうち冷却部３０に対し下流側の冷媒通路３４，３６と、を連通する。
【００７６】
冷媒通路３４，３６および連通路５１には、連通路５１と冷媒通路３４，３６との連通状態を切り換える切替弁５２が設けられている。切替弁５２は、三箇所の配管接続口を有する三方弁として設けられている。冷媒通路３４は、切替弁５２の第一の配管接続口に接続されている。冷媒通路３６は、切替弁５２の第二の配管接続口に接続されている。連通路５１は、切替弁５２の第三の配管接続口に接続されている。
【００７７】
切替弁５２は、その開閉を切り換えることにより、連通路５１を経由する冷媒の流通を可能または不可能にする。切替弁５２を使用して冷媒の経路を切り換えることにより、ＨＶ機器３１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３４，３６，２４を経由させて熱交換器１５へ、または、連通路５１および冷媒通路２２を経由して熱交換器１４へ、のいずれかの経路を任意に選択して、流通させることができる。
【００７８】
図３は、熱交換装置１の運転モード毎の圧縮機１２および弁の設定を示す図である。図７には、熱交換装置１が異なる五つの運転モードのいずれかで運転される場合の、各運転モードにおける圧縮機１２の運転状況、ならびに、流量調整弁３８、切替弁５２、分流弁６６および切替弁７２の開度の設定が示されている。図３にはさらに、熱交換装置１の運転モード毎の、冷媒によるＨＶ機器３１および電池６１の温度調節作用、車両の運転状態ならびにエアコンを用いた車室内の空調の状態が示されている。
【００７９】
図３中に示す運転モードのうち「エアコン運転モード」とは、図１および図２を参照して上述した運転モードであり、車両が運転中であり、車両の車内の冷房用のエアコンが運転中であり、かつ、ＨＶ機器３１の冷却および電池６１の冷却が求められる運転モードである。なお、図１および後述する図４，６，８，９において、実線で示される冷媒の経路に冷媒が流れ、点線で示される冷媒の経路には冷媒が流れない。
【００８０】
「エアコン運転モード」のとき、車室内の冷房のために、膨張弁１６および熱交換器１８を含む蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させる必要があるので、圧縮機１２は運転状態である。流量調整弁３８は、ＨＶ機器３１の冷却のために十分な冷媒が冷却部３０へ流れるように、弁開度を調整されている。切替弁５２は、冷媒通路３４と冷媒通路３６とを連通させ、冷媒通路３４，３６の両方に対し連通路５１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。
【００８１】
分流弁６６は、車室内の冷房性能と、電池６１の冷却性能と、の要求に応じて、熱交換器１８へ流れる冷媒の流量と熱交換部６０へ流れる冷媒の流量とを制御する。切替弁７２は、冷媒通路２１と冷媒通路２２とを連通させ、冷媒通路２１，２２の両方に対しバイパス経路７１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。
【００８２】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に冷媒を循環させ、熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒の蒸発潜熱によりＨＶ機器３１から熱が奪われるので、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。加えて、膨張弁１６で低温低圧の霧状にされた冷媒を熱交換器１８に供給して空調用空気を冷却できるので、車室の冷房能力を確保することができる。さらに、膨張弁１６で低温低圧にされた冷媒を熱交換部６０に供給して、電池６１を効率よく冷却することができる。
【００８３】
図４は、エアコン停止モードにおける熱交換装置１の動作を示す模式図である。図５は、図４に示す熱交換装置１の一部構成を示す模式図である。図３に示す運転モードのうち「エアコン停止モード」とは、図４および図５に示す、車両の運転中または停止中に、車室内の空調用のエアコンが停止中であるが、ＨＶ機器３１の冷却が求められる運転モードである。このとき電池６１の冷却は不要である。
【００８４】
「エアコン停止モード」のとき、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は停止しており、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させる必要はないため、圧縮機１２は停止状態である。流量調整弁３８は全閉とされ、これにより、熱交換器１４出口の冷媒通路２３を流れる冷媒の全てが冷却部３０へ流れ、流量調整弁３８を経由して冷媒通路２３から冷媒通路２４へは冷媒は流れない。切替弁５２は、冷媒通路３４と連通路５１とを連通させ、冷媒通路３４と連通路５１との両方に対し冷媒通路３６が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。切替弁５２は、冷媒を冷却部３０から熱交換器１４へ循環させるように操作される。冷媒は、冷媒通路３４から冷媒通路３６へは流れず、連通路５１を経由して流通する。
【００８５】
分流弁６６へは冷媒が流れないため、分流弁６６の設定は任意である。切替弁７２は、冷媒通路２２に対し冷媒通路２１およびバイパス経路７１との両方を非連通にするように、開閉を切り替えられている。この切替弁７２の設定により、連通路５１から冷媒通路２２へ流れる冷媒が切替弁７２を経由して冷媒通路２１またはバイパス経路７１へ流れることを禁止し、連通路５１を流れる冷媒の全てが熱交換器１４へ流れる。
【００８６】
これにより、熱交換器１４から、冷媒通路２３，３３を順に経由して冷却部３０へ至り、さらに冷媒通路３４、切替弁５２、連通路５１および冷媒通路２２を順に経由して熱交換器１４へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。ＨＶ機器３１を冷却した後の冷媒通路３４を流通する冷媒を、連通路５１を経由させて熱交換器１４へ流通させ、圧縮機１２を経由せずに冷却部３０と熱交換器１４との間に冷媒を循環させる環状の経路を形成する。冷却部３０と熱交換器１４とを結ぶ環状の経路を経由させて冷媒を循環させるように、冷媒の経路が選択される。
【００８７】
この環状の経路を経由して、圧縮機１２を動作することなく、熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するとき、ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＨＶ機器３１との熱交換により気化された冷媒蒸気は、冷媒通路３４、連通路５１および冷媒通路２２を順に経由して、熱交換器１４へ流れる。熱交換器１４において、車両の走行風、または、コンデンサファン４２もしくはエンジン冷却用のラジエータファンからの通風により、冷媒蒸気は冷却されて凝縮する。熱交換器１４で液化した冷媒液は、冷媒通路２３および冷媒通路３３を順に経由して、冷却部３０へ戻る。
【００８８】
このように、冷却部３０と熱交換器１４とを経由する環状の経路によって、ＨＶ機器３１を加熱部とし熱交換器１４を冷却部とする、ヒートパイプが形成される。したがって、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているとき、すなわち車両用の冷房が停止しているときにも、圧縮機１２を起動する必要なく、ＨＶ機器３１を確実に冷却することができる。圧縮機１２の動力を使わずにＨＶ機器３１を冷却でき、ＨＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要がない。そのため、圧縮機１２の消費動力を低減して車両の燃費を向上することができ、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。
【００８９】
図５には、地面５８が図示されている。地面５８に対して垂直な鉛直方向において、冷却部３０は、熱交換器１４よりも下方に配置されている。熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させる環状の経路において、冷却部３０が下方に配置され、熱交換器１４が上方に配置される。熱交換器１４は、冷却部３０よりも高い位置に配置される。
【００９０】
この場合、冷却部３０で加熱され気化した冷媒蒸気は、環状の経路内を上昇して熱交換器１４へ到達し、熱交換器１４において冷却され、凝縮されて液冷媒となり、重力の作用により環状の経路内を下降して冷却部３０へ戻る。つまり、冷却部３０と、熱交換器１４と、これらを連結する冷媒の経路とによって、サーモサイフォン式のヒートパイプが形成される。ヒートパイプを形成することでＨＶ機器３１から熱交換器１４への熱伝達効率を向上することができるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているときにも、動力を加えることなく、ＨＶ機器３１をより効率よく冷却することができる。
【００９１】
図６は、電池加熱モードにおける熱交換装置１の動作を示す模式図である。図３に示す運転モードのうち「電池加熱モード」とは、図６に示す、車両が運転中または停止中において電池６１の加熱が求められる運転モードである。このとき、車室内の空調用のエアコンは暖房運転中または停止中であり、ＨＶ機器３１は電池６１の充電制御することで発熱するので冷却が求められる。
【００９２】
「電池加熱モード」のとき、熱交換器１８に高温の冷媒を流し、熱交換器１８において空調用空気を加熱する、および／または、熱交換部６０に高温の冷媒を流し、熱交換部６０において電池６１を加熱するために、圧縮機１２は運転状態であり、圧縮機１２において冷媒は断熱圧縮され高温高圧にされる。流量調整弁３８は全閉とされ、これにより、熱交換器１４出口の冷媒通路２３を流れる冷媒の全てが冷却部３０へ流れる。切替弁５２は、冷媒通路３４と連通路５１とを連通させ、冷媒通路３４と連通路５１との両方に対し冷媒通路３６が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。
【００９３】
分流弁６６は、車室内の暖房性能と、電池６１の加熱性能と、の要求に応じて、熱交換器１８へ流れる冷媒の流量と熱交換部６０へ流れる冷媒の流量とを制御する。切替弁７２は、冷媒通路２１とバイパス経路７１とを連通させ、冷媒通路２２に対し冷媒通路２１およびバイパス経路７１の両方が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。
【００９４】
この場合、ＨＶ機器３１は、上述した「エアコン停止モード」と同様に、ＨＶ機器３１を加熱部とし熱交換器１４を冷却部とするヒートパイプによって冷却される。圧縮機１２で断熱圧縮された冷媒は、冷媒通路２１から切替弁７２を経由してバイパス経路７１へ流れ、膨張弁７６で絞り膨張され、圧力を下げられた高温低圧の過熱蒸気状態となる。この過熱蒸気状態の冷媒がさらにバイパス経路７１、冷媒通路２６を経由して分流弁６６へ流れる。
【００９５】
分流弁６６において、冷媒は少なくとも一部は冷媒通路６３へ導かれ、熱交換部６０において電池６１と冷媒とを熱交換させて、電池６１を加熱できるので、電池６１の加熱性能を確保できる。また、車室内の暖房が求められる場合、分流弁６６において冷媒の一部は冷媒通路２７へ導かれ、熱交換器１８において車室内の暖房のための空調用空気と冷媒とを熱交換させて、空調用空気を加熱できるので、所望の暖房能力を確保することができる。車室内の暖房が不要であれば、分流弁６６から冷媒通路２７へ冷媒は流れず、圧縮機１２で断熱圧縮された全ての冷媒が電池６１の加熱に使用される。電池６１の早期の加熱が必要な場合には、電池６１の加熱を優先して全ての冷媒を電池６１の加熱に使用するために、冷媒通路６３へ全ての冷媒を流すように分流弁６６の開閉を設定することも可能である。
【００９６】
図７は、電池加熱モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。図７中の横軸は、冷媒の比エンタルピーを示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力を示す。比エンタルピーの単位はｋＪ／ｋｇであり、絶対圧力の単位はＭＰａである。図中の曲線は、冷媒の飽和蒸気線および飽和液線である。図７中には、圧縮機１２からバイパス経路７１を経由して熱交換部６０へ流入し、熱交換部６０において電池６１を冷却する、図６に示すＡ，Ｂ、ＧおよびＨ点における冷媒の熱力学的状態が示される。
【００９７】
図７に示すように、圧縮機１２において冷媒は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、高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になる（Ｂ点）。圧縮機１２において断熱圧縮された高温高圧の過熱蒸気状態の冷媒は、バイパス経路７１に設けられた膨張弁７６に流入する。膨張弁７６において、過熱蒸気状態の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、低圧の過熱蒸気となる（Ｇ点）。
【００９８】
膨張弁１６から出た冷媒は、熱交換部６０へ流入する。冷媒は、熱交換部６０の熱交換通路６２を通過する際に、顕熱を放出することによって、等圧のまま比エンタルピーを減少して乾き飽和蒸気になり、さらに凝縮潜熱を放出し徐々に液化して気液混合状態の湿り蒸気になる（Ｈ点）。熱交換部６０において冷媒が放出した熱が電池６１に伝達されることにより、電池６１は加熱される。
【００９９】
熱交換部６０において電池６１と熱交換した後の冷媒は、アキュムレータ４０へ流入する。この場合、アキュムレータ４０は、気液分離器としての役割を果たし、気液二相状態の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。液相冷媒である冷媒液は、アキュムレータ４０の内部の底側に貯留される。アキュムレータ４０からの冷媒の流出口となる冷媒通路２９は、アキュムレータ４０の天井部に連結されている。冷媒通路２９を経由して、飽和蒸気状態の冷媒のみがアキュムレータ４０の外部へ送り出される。これにより、アキュムレータ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。
【０１００】
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。圧縮機１２は、アキュムレータ４０から流れる冷媒を圧縮する。圧縮機１２に吸入された乾き飽和蒸気状態の冷媒（Ａ点）は、圧縮機１２において断熱圧縮され、高温高圧の過熱蒸気の状態になる。冷媒はこのようなサイクルに従って、圧縮、絞り膨張、凝縮の状態変化を連続的に繰り返す。
【０１０１】
電池６１の温度を調整するための熱交換部６０を車室内の空調用の熱交換器１８に対し並列に接続することにより、図１に示すように膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒を熱交換部６０に供給して、電池６１を冷却できる。加えて、バイパス経路７１とバイパス経路７１への冷媒の流れを可能にする切替弁７２とを設け、圧縮機１２で断熱圧縮された高温の冷媒をバイパス経路７１経由で熱交換部６０に供給することにより、電池６１を加熱できる。したがって、より簡易な構成で電池６１を自在に加熱または冷却することができるので、電池６１の温度を適切に調節することができる。
【０１０２】
電池６１の冷却時と加熱時とにおいて、冷却部３０への冷媒流れが確保されており、冷却部３０においてＨＶ機器３１は常に冷却されている。したがって、ＨＶ機器３１の冷却性能を確保でき、ＨＶ機器３１の過熱を防止することができる。
【０１０３】
図８は、電池温度制御モードにおける熱交換装置１の動作を示す模式図である。図３に示す運転モードのうち「電池温度制御モード」とは、図８に示す、車両が運転中または停止中において、車室内の空調用のエアコンは停止中であるが、電池６１の冷却が求められる運転モードである。ＨＶ機器３１もまた発熱するので冷却が求められる。
【０１０４】
「電池温度制御モード」のとき、圧縮機１２は運転状態である。流量調整弁３８は、ＨＶ機器３１の冷却のために十分な冷媒が冷却部３０へ流れるように、弁開度を調整されている。切替弁５２は、冷媒通路３４と冷媒通路３６とを連通させ、冷媒通路３４，３６の両方に対し連通路５１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。分流弁６６は、熱交換器１８には冷媒を流さず、全ての冷媒が熱交換部６０に流れるように、開閉を調整される。切替弁７２は、冷媒通路２１と冷媒通路２２とを連通させ、冷媒通路２１，２２の両方に対しバイパス経路７１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。
【０１０５】
この場合、「エアコン運転モード」と同様に、熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒の蒸発潜熱によって、ＨＶ機器３１を冷却することができ、かつ、膨張弁１６で低温低圧にされた冷媒を熱交換部６０に供給して、電池６１を冷却することができる。エアコン停止中にＨＶ機器３１と電池６１との両方の冷却が求められる場合、圧縮機１２を起動して蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を循環させ、高圧の冷媒をＨＶ機器３１の冷却に使用し、低圧の冷媒を電池６１の冷却に使用する。これにより、効率よくＨＶ機器３１と電池６１との両方を冷却することができる。
【０１０６】
図９は、即効暖房モードにおける熱交換装置１の動作を示す模式図である。図３に示す運転モードのうち「即効暖房モード」とは、図９に示す、車両の運転中に車室内の急速な暖房が求められる運転モードである。このとき、ＨＶ機器３１もまた発熱するので冷却が求められるが、電池６１の冷却は不要である。
【０１０７】
「即効暖房モード」のとき、熱交換器１８に高温の冷媒を流し、熱交換器１８において空調用空気を加熱するために、圧縮機１２は運転状態であり、圧縮機１２において冷媒は断熱圧縮され高温高圧にされる。流量調整弁３８は全閉とされ、これにより、熱交換器１４出口の冷媒通路２３を流れる冷媒の全てが冷却部３０へ流れる。切替弁５２は、冷媒通路３４と連通路５１とを連通させ、冷媒通路３４と連通路５１との両方に対し冷媒通路３６が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。
【０１０８】
分流弁６６は、熱交換部６０には冷媒を流さず、全ての冷媒が熱交換器１８に流れるように、開閉を調整される。切替弁７２は、冷媒通路２１とバイパス経路７１とを連通させ、冷媒通路２２に対し冷媒通路２１およびバイパス経路７１の両方が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。
【０１０９】
この場合、ＨＶ機器３１は、ＨＶ機器３１を加熱部とし熱交換器１４を冷却部とするヒートパイプによって冷却される。圧縮機１２で断熱圧縮され膨張弁７６で絞り膨張された過熱蒸気状態の冷媒は、分流弁６６において冷媒通路２７へ導かれ、熱交換器１８における車室内の暖房に使用される。熱交換器１８において車室内の暖房のための空調用空気と冷媒とを熱交換することにより、空調用空気を加熱して、所望の暖房能力を確保できる。車室内の暖房を優先して、圧縮機１２で断熱圧縮された全ての冷媒を冷媒通路２７へ流し、全ての冷媒を車室内の暖房に使用するように、分流弁６６の開閉を設定する。したがって、車室内の暖房能力を向上させることができ、車室内の温度を早期に上昇させることができる。
【０１１０】
次に、本実施の形態の熱交換装置１の制御について説明する。図１０は、制御部８０の構成の詳細を示すブロック図である。図１０に示す制御部８０は、熱交換装置１の制御を実行するＥＣＵ（Electric  Control  Unit）８１を備える。ＥＣＵ８１は、エアコンスイッチ８２から、エアコンのＯＮまたはＯＦＦを示す信号を受ける。エアコンスイッチ８２は、たとえば車室内の前方側の計器盤に設けられている。車両の乗員がエアコンスイッチ８２を操作することにより、エアコンのＯＮとＯＦＦとが切り替えられ、車室内の冷房が開始または停止される。
【０１１１】
ＥＣＵ８１は、温度入力部８４から、温度を示す信号を受ける。温度入力部８４には、冷却部３０に流入する冷媒および冷却部３０から流出する冷媒の温度を検出するセンサから、冷却部３０の出入口での冷媒の温度が入力される。温度入力部８４にはまた、熱交換部６０に流入する冷媒および熱交換部６０から流出する冷媒の温度を検出するセンサから、熱交換部６０の出入口での冷媒の温度が入力される。温度入力部８４にはさらに、熱交換装置１の近傍の外気の温度、および熱交換器１８における熱交換によって温度が調節された空調用空気の温度が入力される。
【０１１２】
制御部８０はまた、圧縮機１２の起動および停止を制御する圧縮機制御部８５と、モータ４４の回転数を制御するモータ制御部８６と、流量調整弁３８、切替弁５２，７２および分流弁６６の開閉を制御するバルブ制御部８７と、を備える。制御部８０はまた、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）やＲＯＭ（Read  Only  Memory）などのメモリ８９を有する。メモリ８９に記憶された制御プログラムに従ってＥＣＵ８１が各種の処理を実行することにより、熱交換装置１が制御される。
【０１１３】
圧縮機制御部８５は、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、圧縮機１２の起動または停止を指令する信号Ｃ１を圧縮機１２へ伝送する。モータ制御部８６は、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、モータ４４の回転数を指令する信号Ｍ１をモータ４４へ伝送する。バルブ制御部８７は、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、流量調整弁３８の開度を指令する信号Ｖ１を流量調整弁３８へ伝送し、切替弁５２の開閉設定を指令する信号Ｖ２を切替弁５２へ伝送し、分流弁６６の開度を指令する信号Ｖ３を分流弁６６へ伝送し、切替弁７２の開閉設定を指令する信号Ｖ４を切替弁７２へ伝送する。
【０１１４】
ＥＣＵ８１は、車両の運転状態、エアコンのＯＮまたはＯＦＦ、および温度入力部８４に入力された各種の温度に基づいて、圧縮機１２の運転および停止、モータ４４の回転数、流量調整弁３８および分流弁６６の開度、ならびに切替弁５２，７２の開閉設定を制御する。ＥＣＵ８１は、熱交換装置１の運転モードを切り替える運転モード切替手段としての機能を有する。
【０１１５】
図１１は、熱交換装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図１１には、車両の停止中における、電池６１の温度の制御方法が示されている。図１１に示すように、まずステップ（Ｓ１０）において、外部電源による電池６１の充電が開始されたかどうかが判断される。ステップ（Ｓ１０）で電池６１の充電が開始されたと判断された場合、次にステップ（Ｓ２０）において、電池６１の加熱が必要かどうかが判断される。
【０１１６】
外気温の低い寒冷地などの低温環境下では、電池内部の電気抵抗が大きくなり、入力効率が低下することから、充電時間が増大し、電池充電効率が低下する。そのため、電池６１を暖機する必要がある。図１０に示す温度入力部８４に入力される、熱交換装置１の近傍の外気の温度、および／または、熱交換部６０の出入口での冷媒の温度に基づいて、電池６１の加熱が必要か否かを判断することができる。たとえば、電池６１の許容可能な温度範囲の下限値を２５℃と定め、電池６１の温度がこの下限値未満であるとき電池６１の加熱が必要と判断してもよい。目標温度範囲は電池６１の種類によって異なり、また個々の電池６１の特性によっても異なる。そのため、各電池６１の個体毎に、最適な目標温度範囲を規定すればよい。
【０１１７】
ステップ（Ｓ２０）で電池６１の加熱が不要であると判断された場合、次にステップ（Ｓ３０）において、電池６１の冷却が必要かどうかが判断される。電池６１の充電を継続するにつれて電池６１の内部での化学反応により電池６１の温度が上昇するので、電池６１の過熱を回避するために電池６１を冷却する必要がある。図１０に示す温度入力部８４に入力される、熱交換部６０の出入口での冷媒の温度に基づいて、電池６１の冷却が必要か否かを判断することができる。たとえば、電池６１の許容可能な温度範囲の下限値を４５℃と定め、電池６１の温度がこの上限値を超えるとき電池６１の冷却が必要と判断してもよい。
【０１１８】
ステップ（Ｓ３０）で電池６１の冷却が必要と判断された場合、ステップ（Ｓ４０）に進み、「電池温度制御モード」にて熱交換装置１の運転が行なわれる。図８を参照して説明したように、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒を熱交換部６０に供給することで、熱交換部６０において冷媒と電池６１とを熱交換させ、電池６１を冷却することができる。このとき、電池６１の充電制御のためにＨＶ機器３１が駆動するため、ＨＶ機器３１の冷却も必要とされる。熱交換器１４から必要な量の冷媒が冷却部３０へ流れるように流量調整弁３８の開度を制御して、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。
【０１１９】
ステップ（Ｓ３０）で電池の冷却が不要であると判断された場合、次にステップ（Ｓ５０）において、プレ暖房が必要がどうかが判断される。ここでプレ暖房とは、乗員が車両に乗り込む前に車室内を事前に暖房することを示し、寒冷時に乗員が車室内で寒さに耐える不快感を抑制するためのエアコンの運転を示すものである。
【０１２０】
ステップ（Ｓ２０）で電池６１の加熱が必要と判断された場合、および、ステップ（Ｓ５０）でプレ暖房が必要と判断された場合、ステップ（Ｓ６０）に進み、「電池加熱モード」にて熱交換装置１の運転が行なわれる。図６を参照して説明したように、圧縮機１２で断熱圧縮された高温の冷媒を熱交換部６０に供給することで電池６１を加熱することができ、また高温の冷媒を熱交換器１８に供給することで車室内の暖房が行なわれる。分流弁６６によって熱交換器１８および熱交換部６０に流れる冷媒の流量を適切に制御することで、所望の暖房能力と電池６１の加熱との両方を達成することができる。このとき冷却部３０にもヒートパイプにより冷媒が供給されるので、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。
【０１２１】
ステップ（Ｓ５０）でプレ暖房が不要であると判断された場合、次にステップ（Ｓ７０）において、ＨＶ機器３１の冷却が必要かどうかが判断される。ＨＶ機器３１の冷却が必要と判断された場合、ステップ（Ｓ８０）に進み、「エアコン停止モード」での熱交換装置の運転が行なわれる。図４を参照して説明したように、ヒートパイプを形成することで、圧縮機１２の駆動による冷媒に作用する動力を必要とせず、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。
【０１２２】
「電池温度制御モード」「電池加熱モード」または「エアコン停止モード」で熱交換装置１が運転されることが設定されると、次にステップ（Ｓ９０）で電池６１の充電が完了したかどうかが判断される。充電が完了していない場合、ステップ（Ｓ２０）に戻り、電池６１の加熱が必要かどうかの判断が再度行なわれる。充電が完了した場合、続いてステップ（Ｓ１００）に進み、（起動中であれば）圧縮機１２が停止される。その後制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）の充電が開始されたかどうかの判断に戻る。ステップ（Ｓ１０）で充電が開始されないと判断された場合にも、直ちに制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）の充電が開始されたかどうかの判断が再度行なわれる。
【０１２３】
このように、車両の停止中に「電池温度制御モード」「電池加熱モード」または「エアコン停止モード」の適切な運転モードを選択して熱交換装置１を運転することにより、電池６１の冷却および加熱、ならびにＨＶ機器３１の冷却を、適切に行なうことができる。したがって、寒冷地での外部電源による電池６１の充電時において、電池６１を加熱し、充電効率を低下させることなく充電制御を行なうことができる。一方、高温環境下での電池６１の充電時には、電池６１を冷却でき、電池６１の過熱をより確実に抑制することができる。電池６１の加熱時と冷却時との両方において、ＨＶ機器３１に冷媒を供給し続けてＨＶ機器３１を冷却できるので、ＨＶ機器３１の過熱をより確実に抑制することができる。また、電池６１の充電中に車室内をプレ暖房することができるので、熱交換装置１を備える車両の商品性を向上することができる。
【０１２４】
図１２は、熱交換装置１の制御方法の他の例を示すフローチャートである。図１２には、車両の運転時における、電池６１の温度の制御方法が示されている。図１２に示すように、まずステップ（Ｓ１１０）において、車両の運転を開始するためのＥＶ（Electric Vehicle）スイッチがＯＮされる。次にステップ（Ｓ１２０）において、電池６１の加熱が必要かどうかが判断される。低温環境下において電池６１の温度が低いと、電池６１内部での化学変化が抑制されて出力密度が低下し電池出力が確保できない虞があるので、電池６１を加熱する必要がある。
【０１２５】
ステップ（Ｓ１２０）で電池６１の加熱が必要と判断された場合、ステップ（Ｓ１３０）に進み、「電池加熱モード」にて熱交換装置１の運転が行なわれる。図６を参照して説明したように、圧縮機１２で断熱圧縮された高温の冷媒を熱交換部６０に供給することで、電池６１を加熱することができる。車室内の暖房が必要な場合、分流弁６６の開度制御によって、熱交換器１８にも高温の冷媒が供給される。分流弁６６によって熱交換器１８および熱交換部６０に流れる冷媒の流量を適切に制御することで、所望の暖房能力と電池６１の加熱との両方を達成することができる。このとき冷却部３０にもヒートパイプにより冷媒が供給されるので、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。
【０１２６】
ステップ（Ｓ１２０）で電池６１の加熱が不要であると判断された場合、次にステップ（Ｓ１４０）において、電池６１の冷却が必要かどうかが判断される。電池６１の冷却が必要と判断された場合、続いてステップ（Ｓ１５０）において、車室内の冷房が必要かどうかが判断される。車両の乗員のエアコンスイッチ８２の操作によって、エアコンがＯＮされており、現在の車室内の温度がエアコンの温度設定値よりも高いことを判断することで、車室内の冷房が必要かどうかを判断することができる。
【０１２７】
ステップ（Ｓ１５０）で車室内の冷房が不要であると判断されると、ステップ（Ｓ１６０）に進み、「電池温度制御モード」にて熱交換装置１の運転が行なわれる。図８を参照して説明したように、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒を熱交換部６０に供給することで、熱交換部６０において冷媒と電池６１とを熱交換させ、電池６１を冷却することができる。このとき、熱交換器１４から必要な量の冷媒が冷却部３０へ流れるように流量調整弁３８の開度を制御して、電池６１の充電制御のために発熱するＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。
【０１２８】
ステップ（Ｓ１４０）で電池６１の冷却が不要であると判断された場合、次にステップ（Ｓ１８０）において、車室内の冷房が必要かどうかが判断される。ステップ（Ｓ１５０）またはステップ（Ｓ１８０）で車室内の冷房が必要と判断されると、ステップ（Ｓ１７０）に進み、「エアコン運転モード」にて熱交換装置１の運転が行なわれる。図１を参照して説明したように、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒を熱交換部６０に供給して電池６１を冷却し、また低温の冷媒を熱交換器１８に供給することで車室内の冷房が行なわれる。分流弁６６によって熱交換器１８および熱交換部６０に流れる冷媒の流量を適切に制御することで、所望の冷房能力と電池６１の冷却との両方を達成することができる。このとき熱交換器１４から必要な量の冷媒が冷却部３０へ流れるように流量調整弁３８の開度を制御して、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。
【０１２９】
ステップ（Ｓ１８０）で車室内の冷房が不要であると判断された場合、次にステップ（Ｓ１９０）において、車室内の暖房が必要かどうかが判断される。車室内の暖房が必要と判断されると、ステップ（Ｓ２００）に進み、「即効暖房モード」での熱交換装置１の運転が行なわれる。図９を参照して説明したように、圧縮機１２で断熱圧縮された高温の冷媒を熱交換器１８に供給することで車室内の暖房が行なわれ、車室内の温度を早期に上昇させることができる。このとき冷却部３０にもヒートパイプにより冷媒が供給されるので、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。
【０１３０】
ステップ（Ｓ１９０）で車室内の暖房が不要であると判断された場合、ステップ（Ｓ２１０）に進み、「エアコン停止モード」での熱交換装置１の運転が行なわれる。図４を参照して説明したように、ヒートパイプを形成することで、圧縮機１２の駆動による冷媒に作用する動力を必要とせず、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。
【０１３１】
図３に示す五通りの運転モードのいずれかで熱交換装置１が運転されることが設定されると、次にステップ（Ｓ２２０）で、ＥＶスイッチがＯＦＦされたかどうかが判断される。ＥＶスイッチがＯＦＦされておらずＯＮのままである場合、ステップ（Ｓ１２０）に戻り、電池６１の加熱が必要かどうかの判断が再度行なわれる。ＥＶスイッチがＯＦＦされた場合、続いてステップ（Ｓ２３０）に進み、（起動中であれば）圧縮機１２が停止される。これにより、車両が停止され、熱交換装置１の運転も終了する。
【０１３２】
このように、車両の運転中に、五通りの運転モードから適切な運転モードを選択して熱交換装置１を運転することにより、電池６１の冷却および加熱、ならびにＨＶ機器３１の冷却を、適切に行なうことができる。したがって、低温環境下において、電池６１を加熱することにより、電池６１の出力低下を回避でき、車両の運行性能を確保することができる。一方、高温環境下では、電池６１を冷却でき、電池６１の過熱をより確実に抑制することができる。電池６１の加熱時と冷却時との両方において、ＨＶ機器３１に冷媒を供給し続けてＨＶ機器３１を冷却できるので、ＨＶ機器３１の過熱をより確実に抑制することができる。
【０１３３】
以上のように、本実施の形態の熱交換装置１では、冷媒と電池６１との間で熱交換する熱交換部６０を、膨張弁１６の下流側の熱交換器１８に対し並列に接続することにより、膨張弁１６で絞り膨張された低温の冷媒を熱交換部６０へ供給することができる。このとき、電池６１から冷媒へ放熱することにより、電池６１を冷却することができる。
【０１３４】
かつ、圧縮機１２の出口側の冷媒通路２１と膨張弁１６の出口側の冷媒通路２６とを連通するバイパス経路７１と、バイパス経路７１を流れる冷媒を減圧する膨張弁７６と、バイパス経路７１を経由して流れるように冷媒の流れを切り替える切替弁７２と、を備えることにより、圧縮機１２で断熱圧縮された高温の冷媒を熱交換部６０へ供給できる。これにより、高温の冷媒から電池６１へ熱を伝達し、電池６１を加熱することができる。
【０１３５】
したがって、簡易な構成で電池６１を自在に加熱または冷却することにできるので、電池６１の温度を適切に調節することができる。
【０１３６】
熱交換器１８へ向かう冷媒通路２７と熱交換部６０へ向かう冷媒通路６３との分岐に分流弁６６を設けることで、車室内の空調用の熱交換器１８へ流れる冷媒の流量と、電池６１の温度を制御するための熱交換部６０へ流れる冷媒の流量と、を調節することができる。これにより、車室内の冷房および電池６１の冷却が求められるとき、所望の冷房能力と電池６１の冷却能力とに応じて、熱交換器１８および熱交換部６０へ流れる冷媒の流量を制御できる。かつ、車室内の暖房と電池６１の加熱が求められるとき、所望の暖房能力と電池６１の加熱能力とに応じて、熱交換器１８および熱交換部６０へ流れる冷媒の流量を制御できる。したがって、熱交換装置１を用いた車室内の空調と電池６１の温度調節とを共に達成することができる。
【０１３７】
冷媒通路２６には、バイパス経路７１と冷媒通路２６との接続位置よりも膨張弁１６に近い側に、膨張弁１６から熱交換器１８へ向かう冷媒の流れを許容するとともにその逆向きの流れを禁止する、逆止弁７４が設けられる。逆止弁７４は、バイパス経路７１から膨張弁１６へ向かう冷媒の流れを禁止する。これにより、電池６１の加熱または車室内の暖房のためにバイパス経路７１を経由して冷媒を流すとき、高温の冷媒が膨張弁１６側へ流れることを防止することができる。したがって、電池６１の加熱能力または車室内の暖房能力を確実に確保することができる。
【０１３８】
熱交換器１４と膨張弁１６との間には、発熱源であるＨＶ機器３１を冷却するための冷却部３０へ冷媒を流す経路が設けられている。これにより、熱交換装置１を用いたＨＶ機器３１の冷却と、電池６１の加熱または冷却と、を簡易な構成によって両立することができる。
【０１３９】
冷却部３０を経由して流れる冷媒の流量を調節する流量調整弁３８を備えることにより、冷却部３０におけるＨＶ機器３１の冷却性能の要求に応じて冷媒の流量を調整できる。そのため、ＨＶ機器３１の冷却のために十分な量の冷媒を冷却部３０へ供給することができ、かつ、冷却部３０へ冷媒が過供給されＨＶ機器３１の過冷却および冷媒の圧力損失増大が発生することを回避することができる。
【０１４０】
熱交換器１４と冷却部３０との間で冷媒を循環させる経路を形成するための連通路５１および切替弁５２を備えることにより、圧縮機１２を経由せずに冷却部３０と熱交換器１４との間に冷媒を循環させる環状の経路を形成できる。この環状の経路を経由するヒートパイプを形成して、圧縮機１２を動作することなく、熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させることができるので、ＨＶ機器３１の冷却のために必要な動力を低減することができる。バイパス経路７１を経由する冷媒の流れが形成され、冷却部３０へ冷媒を流すための動力が圧縮機１２から与えられないときでも、ＨＶ機器３１を確実に冷却することができる。
【０１４１】
冷却部３０においてＨＶ機器３１から熱を受けて加熱された冷媒を冷却するための熱交換器１５を備えることにより、二台の熱交換器１４，１５で車両の室内の冷房のために必要な程度の過冷却度にまで冷媒を過冷却すればよく、冷媒の過冷却度を過度に大きくする必要がないので、熱交換器１４，１５の容量を低減することができる。したがって、車室用の冷房能力を確保でき、かつ、熱交換器１４，１５のサイズを低減することができるので小型化され車載用に有利な、熱交換装置１を得ることができる。
【０１４２】
熱交換器１４，１５の間に並列に接続された冷媒の経路のうちの一方に冷却部３０を設けることにより、ＨＶ機器３１の冷却のために必要な量の冷媒をより確実に冷却部３０へ流すことができる。したがって、ＨＶ機器３１を適切に冷却でき、より確実にＨＶ機器３１の冷却不足および過冷却を回避できる。全ての冷媒が冷却部３０に流れないので、冷却部３０を経由する冷媒の流通に係る圧力損失を低減でき、それに伴い、冷媒を流すための圧縮機１２の運転に必要な消費電力を低減することができる。
【０１４３】
熱交換器１８および／または熱交換部６０において冷媒による暖房および／または電池６１の加熱が行なわれるとき、熱交換により冷却される冷媒が一部凝縮する場合がある。そのため、空調用空気または電池６１と熱交換した後の、アキュムレータ４０へ流入する冷媒が、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場合がある。この場合、アキュムレータ４０の内部において冷媒は気相と液相とに分離される。アキュムレータ４０は、気液分離器の役割を果たし、アキュムレータ４０へ流入する気液二相状態の冷媒は、アキュムレータ４０内で液体状の冷媒液とガス状の冷媒蒸気とに分離される。
【０１４４】
アキュムレータ４０の内部では、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。アキュムレータ４０から冷媒蒸気を導出する冷媒通路２９の端部は、アキュムレータ４０の天井部に連結されている。冷媒通路２９を経由して、アキュムレータ４０の天井側から冷媒蒸気のみがアキュムレータ４０の外部へ送り出される。これにより、アキュムレータ４０によって確実に気液分離された気相冷媒のみを、圧縮機１２へ供給することができる。その結果、圧縮機１２に冷媒液が流れ込むことを防止でき、液体成分が混入することによる圧縮機１２の不具合の発生を防止することができる。
【０１４５】
冷媒の流れを切り換える切替弁５２，７２は、上述した通り、三方弁であってもよい。または、冷媒の経路を開閉可能な複数の弁を設け、これら複数の開閉弁により切替弁５２，７２を構成してもよい。複数の開閉弁を配置するよりも三方弁の配置に要する空間はより小さくてよいと考えられ、三方弁を使用することにより、より小型化され車両搭載性に優れた熱交換装置１を提供することができる。一方、開閉弁は、冷媒通路の開閉ができる単純な構造であればよいので安価であり、複数の開閉弁を使用することにより、より低コストな熱交換装置１を提供することができる。
【０１４６】
なお、これまでの説明においては、電池６１を例として車両に搭載された被温度調節部の温度を最適に調節する熱交換装置１について説明した。本発明の熱交換装置１により温度を調節される被温度調節部は、電池６１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、被温度調節部としてもよい。
【０１４７】
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、本実施の形態の熱交換装置１にＡＴＦ冷却器を適用し、熱交換部６０においてＡＴＦを冷却および加熱してもよい。
【０１４８】
また、被温度調節部は、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。
【０１４９】
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】
【０１５０】
本発明の熱交換装置は、冷却または加熱を必要とする電池などの被温度調節部の、車両における車内の冷暖房を行なうための蒸気圧縮式冷凍サイクルを使用した温度調節に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１５１】
１  熱交換装置、１０  蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２  圧縮機、１４，１５，１８  熱交換器、１６，７６  膨張弁、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３３，３４，３６，６３，６４  冷媒通路、３０  冷却部、３１  ＨＶ機器、３２  冷却通路、３８  流量調整弁、４０  アキュムレータ、４２  コンデンサファン、４４  モータ、５１  連通路、５２，７２  切替弁、５８  地面、６０  熱交換部、６１  電池、６２  熱交換通路、６６  分流弁、７１  バイパス経路、７４  逆止弁、８０  制御部、８２  エアコンスイッチ、８４  温度入力部、８５  圧縮機制御部、８６  モータ制御部、８７  バルブ制御部、８９  メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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