WO2024053334A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

アキュムレータを有する冷凍サイクル装置のサイクル性能を向上させる。冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機（３１）と、圧縮機（３１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１５）と、放熱器（１５）で放熱された冷媒を減圧させる減圧部（３２）と、減圧部（３２）で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発部（１４）と、蒸発部（１４）で蒸発した冷媒の気液を分離して気相の冷媒を流出させるアキュムレータと、アキュムレータから流出した冷媒を、アキュムレータ（３３）から流出した冷媒よりも高温の熱媒体と熱交換させて過熱する過熱部（３４）とを備える。

Description

冷凍サイクル装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０２２年９月７日に出願された日本特許出願２０２２－１４２１３６号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、アキュムレータを有する冷凍サイクル装置に関する。

　従来、特許文献１には、蒸発器の出口側にアキュムレータの入口側が接続された冷凍サイクル装置が記載されている。アキュムレータは、その内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。

　この従来技術では、冷媒に冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部が冷媒とともにサイクルを循環することにより圧縮機の潤滑性を確保している。そのため蒸発器出口の冷媒が一定量の乾き度を持つように作動する。

特開２０１６－１５６５５４号公報

　上記従来技術では、蒸発器出口の冷媒が一定量の乾き度を持つように作動するものの、蒸発器出口の冷媒の過熱度は制御されない。これに対し、放熱器の出口側にレシーバを有する冷凍サイクル装置においては、蒸発器出口の冷媒の過熱度が制御される。レシーバは、その内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。

　レシーバを有する冷凍サイクル装置では蒸発器出口の冷媒が一定量の過熱度で制御されるため、蒸発器のエンタルピ差が大きくとれる。その結果、サイクル性能を高めることができる。

　一方、アキュムレータを有する冷凍サイクル装置では、蒸発器出口の冷媒の過熱度が制御されないので蒸発器のエンタルピ差を大きくとることが難しい。その結果、サイクル性能を高めることも難しい。

　本開示は、上記点に鑑みて、アキュムレータを有する冷凍サイクル装置のサイクル性能を向上させることを目的とする。

　本開示の一態様による冷凍サイクル装置は、圧縮機と、放熱器と、減圧部と、蒸発部と、アキュムレータと、過熱部とを備える。

　圧縮機は、冷媒を吸入して圧縮し吐出する。放熱器は、圧縮機から吐出された冷媒を放熱させる。減圧部は、放熱器で放熱された冷媒を減圧させる。蒸発部は、減圧部で減圧された冷媒を蒸発させる。アキュムレータは、蒸発部で蒸発した冷媒の気液を分離して気相の冷媒を流出させる。過熱部は、アキュムレータから流出した冷媒を、アキュムレータから流出した冷媒よりも高温の熱媒体と熱交換させて過熱する。

　これによると、アキュムレータから流出した冷媒が過熱部にて過熱されることによって、低圧でのエンタルピ差（すなわち、蒸発部および過熱部でのエンタルピ差）を大きくすることができる。そのため、サイクル性能（いわゆるＣＯＰ）を向上できる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確となる。
第１実施形態の車両用空調装置を示す全体構成図である。 第１実施形態の熱交換器ユニットの模式的な構成図である。 第１実施形態の室内空調ユニットの模式的な構成図である。 第１実施形態の車両用空調装置の電気制御部を示すブロック図である。 第１実施形態の冷凍サイクルにおける冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。 第２実施形態の車両用空調装置を示す全体構成図である。 第２実施形態の冷凍サイクルの一部の模式的な構成図である。 第３実施形態の車両用空調装置を示す全体構成図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

　（第１実施形態）
　図１に示す車両用空調装置１０は、車室内空間を適切な温度に調整するために用いられる。本実施形態では、車両用空調装置１０を、走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車に適用している。本実施形態の電気自動車は、車両停車時に外部電源（換言すれば商用電源）から供給された電力を、車両に搭載された電池（換言すれば車載バッテリ）に充電可能である。電池としては、例えばリチウムイオン電池を用いることができる。

　電池に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、車両用空調装置１０を構成する電動式構成機器をはじめとする各種車載機器に供給される。

　車両用空調装置１０は、低温側ポンプ１１、高温側ポンプ１２、低温側ラジエータ１３、蒸発器１４、凝縮器１５、クーラコア１６、ヒータコア１７、切替弁１８、高温側ラジエータ１９および流調弁２０を備えている。

　低温側ポンプ１１および高温側ポンプ１２は、冷却水（換言すれば熱媒体）を吸入して吐出する電動式のポンプである。冷却水は、熱媒体としての流体である。本実施形態では、冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンもしくはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。

　低温側ラジエータ１３、蒸発器１４、凝縮器１５、クーラコア１６、ヒータコア１７および高温側ラジエータ１９は、冷却水が流通する冷却水流通機器（換言すれば熱媒体流通機器）である。

　低温側ラジエータ１３は、冷却水と外気（すなわち車室外空気）とを熱交換する冷却水外気熱交換器（換言すれば熱媒体外気熱交換器）である。低温側ラジエータ１３は、車両の最前部に配置されている。低温側ラジエータ１３には、室外送風機２１によって外気が送風される。車両の走行時には低温側ラジエータ１３に走行風を当てることができるようになっている。

　室外送風機２１は、低温側ラジエータ１３へ向けて外気を送風する送風手段である。室外送風機２１は、ファンを電動モータにて駆動する電動送風機である。

　蒸発器１４は、冷凍サイクル３０の低圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって冷却水を冷却する低圧側熱交換器（換言すれば熱媒体冷却用熱交換器）である。蒸発器１４では冷却水を外気の温度よりも低い温度に冷却することができる。

　凝縮器１５は、冷凍サイクル３０の高圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって冷却水を加熱する高圧側熱交換器（換言すれば熱媒体加熱用熱交換器）である。

　冷凍サイクル３０は、圧縮機３１、凝縮器１５、膨張弁３２、蒸発器１４、アキュムレータ３３および過熱器３４を備える蒸気圧縮式冷凍機である。本実施形態の冷凍サイクル３０では、冷媒としてフロン系冷媒を用いており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。

　圧縮機３１は、電池から供給される電力によって駆動される電動圧縮機、またはベルトによって駆動される可変容量圧縮機であり、冷凍サイクル３０の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。凝縮器１５は、圧縮機３１から吐出された高圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって高圧側冷媒を凝縮させる凝縮器である。

　膨張弁３２は、凝縮器１５から流出した液相冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。蒸発器１４は、膨張弁３２で減圧膨張された低圧冷媒と冷却水とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる蒸発器である。蒸発器１４で蒸発した気相冷媒は圧縮機３１に吸入されて圧縮される。

　アキュムレータ３３は、蒸発器１４から流出した冷媒の気液を分離して、気相の冷媒を流出させて液相の冷媒を余剰冷媒として貯留する気液分離器である。過熱器３４は、アキュムレータ３３から流出した気相の冷媒を冷却水と熱交換させる熱交換器であり、アキュムレータ３３から流出した気相の冷媒を過熱する過熱部である。

　クーラコア１６は、低温冷却水回路Ｃ１の冷却水を車室内空間へ送風される空気（換言すれば冷却対象物）と熱交換させて空気を冷却する空気冷却用熱交換器（換言すれば冷却用熱交換器）である。クーラコア１６では、冷却水が顕熱変化にて空気から吸熱する。すなわち、クーラコア１６では、冷却水が空気から吸熱しても冷却水が液相のままで相変化しない。

　ヒータコア１７は、高温冷却水回路Ｃ２の冷却水をクーラコア１６通過後の空気と熱交換させて空気を加熱する空気加熱用熱交換器（換言すれば熱媒体放熱用熱交換器）である。ヒータコア１７では、冷却水が顕熱変化にて空気に放熱する。すなわち、ヒータコア１７では、冷却水が空気に放熱しても冷却水が液相のままで相変化しない。

　切替弁１８は、低温側ラジエータ１３およびクーラコア１６に対する冷却水の流れを切り替える切替部である。高温側ラジエータ１９は、冷却水と外気とを熱交換する冷却水外気熱交換器（換言すれば熱媒体外気熱交換器）である。流調弁２０は、ヒータコア１７および高温側ラジエータ１９に対する冷却水の流量割合を調整する流量割合調整部である。切替弁１８および流調弁２０は、図４に示す制御装置６０によって制御される制御弁である。

　図１に示すように、蒸発器１４、低温側ポンプ１１、低温側ラジエータ１３、クーラコア１６および切替弁１８は、低温冷却水回路Ｃ１（換言すれば低温熱媒体回路）に配置されている。低温冷却水回路Ｃ１は、低温の冷却水（換言すれば低温熱媒体）が低温側ポンプ１１、蒸発器１４、低温側ラジエータ１３およびクーラコア１６、低温側ポンプ１１の順に循環するように構成された冷却水回路である。低温冷却水回路Ｃ１の冷却水は、低温側ラジエータ１３およびクーラコア１６を並列に流れる。

　高温側ポンプ１２、凝縮器１５、ヒータコア１７、高温側ラジエータ１９および流調弁２０は、高温冷却水回路Ｃ２（換言すれば高温熱媒体回路）に配置されている。高温冷却水回路Ｃ２は、高温の冷却水（換言すれば高温熱媒体）が高温側ポンプ１２、ヒータコア１７および高温側ラジエータ１９、凝縮器１５、高温側ポンプ１２の順に循環するように構成された冷却水回路である。高温冷却水回路Ｃ２の冷却水は、ヒータコア１７および高温側ラジエータ１９を並列に流れる。

　図２に示すように、蒸発器１４、アキュムレータ３３および過熱器３４は一体化されて熱交換器ユニット３５を構成している。

　熱交換器ユニット３５のうち蒸発器１４および過熱器３４を形成する部位は、積層型の熱交換器となっている。すなわち、熱交換器ユニット３５のうち蒸発器１４および過熱器３４を形成する部位は、多数枚の金属製の板状部材を有している。多数枚の板状部材は互いに積層されており、板状部材同士の間に冷媒流路と冷却水流路とが形成されている。

　熱交換器ユニット３５には、冷媒入口３５ａ、冷媒出口３５ｂ、冷却水入口３５ｃ、冷却水出口３５ｄが形成されている。冷媒入口３５ａは、蒸発器１４、アキュムレータ３３および過熱器３４に共通の冷媒入口である。冷媒出口３５ｂは、蒸発器１４、アキュムレータ３３および過熱器３４に共通の冷媒出口である。冷却水入口３５ｃは、蒸発器１４、アキュムレータ３３および過熱器３４に共通の冷却水入口である。冷却水出口３５ｄは、蒸発器１４、アキュムレータ３３および過熱器３４に共通の冷却水出口である。

　図２中、実線矢印は冷媒流路における冷媒の流れを示している。図２中、破線矢印は冷却水流路における冷却水の流れを示している。冷媒入口３５ａから流入した冷媒は、蒸発器１４を流れた後、アキュムレータ３３に流入して気液分離され、分離された気相冷媒が過熱器３４を流れて冷媒出口３５ｂから流出する。冷却水入口３５ｃから流入した冷却水は、過熱器３４および蒸発器１４を直列に流れて冷却水出口３５ｄから流出する。

　蒸発器１４の冷媒流路では、冷媒の流れがＵターンする。蒸発器１４の冷却水流路では、冷却水の流れがＵターンする。蒸発器１４および過熱器３４では、冷媒の流れ方向と冷却水の流れ方向とが互いに逆になっている。すなわち、蒸発器１４および過熱器３４では、冷媒の流れと冷却水の流れとが対向している。

　次に、図３を用いて、室内空調ユニット５０について説明する。室内空調ユニット５０は、車室内の空調のために適切な温度に調整された空気を、車室内の適切な箇所へ吹き出すために、複数の構成機器を一体化したユニットである。室内空調ユニット５０は、車室内最前部の計器盤（いわゆるインストルメントパネル）の内側に配置されている。

　室内空調ユニット５０は、空気通路を形成する空調ケース５１内に、室内送風機５２、クーラコア１６、ヒータコア１７等を収容することによって形成されている。空調ケース５１は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えばポリプロピレン）にて形成されている。

　空調ケース５１の空気流れ最上流側には、内外気切替装置５３が配置されている。内外気切替装置５３は、空調ケース５１内へ内気（すなわち車室内空気）と外気とを切替導入する。内外気切替装置５３の作動は、制御装置６０から出力される制御信号によって制御される。

　内外気切替装置５３の空気流れ下流側には、室内送風機５２が配置されている。室内送風機５２は、内外気切替装置５３を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風部である。室内送風機５２は、制御装置６０から出力される制御電圧によって、回転数（すなわち送風能力）が制御される。

　室内送風機５２の空気流れ下流側には、クーラコア１６およびヒータコア１７が配置されている。クーラコア１６は、ヒータコア１７よりも、空気流れ上流側に配置されている。空調ケース５１内には、クーラコア１６通過後の空気を、ヒータコア１７を迂回させて流す冷風バイパス通路５５が形成されている。

　空調ケース５１内のクーラコア１６の空気流れ下流側であって、かつヒータコア１７および冷風バイパス通路５５の空気流れ上流側には、エアミックスドア５４が配置されている。

　エアミックスドア５４は、クーラコア１６通過後の空気のうち、ヒータコア１７側を通過させる空気の風量と冷風バイパス通路５５を通過させる空気の風量との風量割合を調整する。エアミックスドア５４の駆動用のアクチュエータの作動は、制御装置６０から出力される制御信号によって制御される。

　このため、室内空調ユニット５０では、エアミックスドア５４の開度を変化させることによって、ヒータコア１７における冷媒と空気との熱交換量を変化させることができる。

　ヒータコア１７および冷風バイパス通路５５の空気流れ下流側には、混合空間５６が配置されている。混合空間５６は、ヒータコア１７にて加熱された空気と冷風バイパス通路５５を通過して加熱されていない空気とを混合させる空間である。

　従って、室内空調ユニット５０では、エアミックスドア５４の開度調整によって、混合空間５６にて混合されて車室内へ吹き出される空気（すなわち、空調風）の温度を調整することができる。

　空調ケース５１の空気流れ最下流部には、空調風を車室内の様々な箇所へ向けて吹き出すための図示しない複数の開口穴が形成されている。複数の開口穴には、それぞれの開口穴を開閉する図示しない吹出モードドアが配置されている。吹出モードドアの駆動用のアクチュエータの作動は、制御装置６０から出力される制御信号によって制御される。

　従って、室内空調ユニット５０では、吹出モードドアが開閉する開口穴を切り替えることによって、車室内の適切な箇所へ適切な温度に調整された空調風を吹き出すことができる。

　次に、図４のブロック図を用いて、本実施形態の電気制御部について説明する。制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータと周辺回路を有している。制御装置６０は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。そして、制御装置６０は、演算、処理結果に基づいて、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。

　制御装置６０の入力側には、内気温センサ６１ａ、外気温センサ６１ｂ、日射量センサ６１ｃ、高圧側冷媒温度圧力センサ６２、低温側冷却水温度センサ６３、高温側冷却水温度センサ６４、空調風温度センサ６５等の制御用のセンサ群が接続されている。

　内気温センサ６１ａは、車室内温度Ｔｒ（以下、内気温と言う。）を検出する内気温検出部である。外気温センサ６１ｂは、車室外温度Ｔａｍ（以下、外気温と言う。）を検出する外気温検出部である。日射量センサ６１ｃは、車室内へ照射される日射量Ａｓを検出する日射量検出部である。

　高圧側冷媒温度圧力センサ６２は、凝縮器１５から流出した冷媒の高圧側冷媒温度Ｔ１および高圧側冷媒圧力Ｐ１を検出する高圧側冷媒温度圧力検出部である。低温側冷却水温度センサ６３は、クーラコア１６へ流入する冷却水の温度である低温側冷却水温度ＴＷＬを検出する低温側熱媒体温度検出部である。

　高温側冷却水温度センサ６４は、ヒータコア１７へ流入する冷却水の温度である高温側冷却水温度ＴＷＨを検出する高温側熱媒体温度検出部である。

　空調風温度センサ６５は、混合空間５６から車室内へ送風される空気の温度である空気温度ＴＡＶを検出する空調風温度検出部である。

　制御装置６０の入力側には操作パネル６９が接続されている。操作パネル６９は車室内前部の計器盤付近に配置されており、操作パネル６９には乗員によって操作される各種操作スイッチが設けられている。制御装置６０には、各種操作スイッチからの操作信号が入力される。

　操作パネル６９に設けられた各種操作スイッチとしては、具体的に、オートスイッチ、エアコンスイッチ、暖房スイッチ、風量設定スイッチ、温度設定スイッチ等がある。

　オートスイッチは、車両用空調装置１０の自動制御運転を設定あるいは解除する自動制御設定部である。エアコンスイッチは、クーラコア１６にて空気の冷却を行うことを要求する冷却要求部である。暖房スイッチは、ヒータコア１７にて空気の加熱を行うことを要求する暖房要求部である。風量設定スイッチは、室内送風機５２の送風量をマニュアル設定する風量設定部である。温度設定スイッチは、車室内の設定温度Ｔｓｅｔを設定する温度設定部である。

　本実施形態の制御装置６０は、出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御部が一体に構成されたものである。従って、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御部を構成している。

　次に、上記構成における車両用空調装置１０の作動について説明する。車両用空調装置１０は、車室内の空調を行うために、各種運転モードを切り替える。運転モードの切り替えは、予め制御装置６０に記憶されている制御プログラムが実行されることによって行われる。

　制御プログラムは、車両システムのスタートスイッチ（いわゆる、イグニッションスイッチ）が投入されて、車両システムが起動している際に実行される。

　制御プログラムでは、上述した制御用のセンサ群の検出信号および操作パネル６９の操作信号を読み込む。そして、読み込まれた検出信号および操作信号に基づいて、車室内へ吹き出される空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算定する。さらに、検出信号、操作信号、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて、運転モードを選択し、選択された運転モードに応じて各種制御対象機器の作動を制御する。

　その後、制御プログラムの終了条件が成立するまで、所定の制御周期毎に、上述した検出信号および操作信号の読み込み、目標吹出温度ＴＡＯの算定、運転モードの選択と各種制御対象機器の制御といった制御ルーチンを繰り返す。

　目標吹出温度ＴＡＯは、以下数式Ｆ１を用いて算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ－Ｋｒ×Ｔｒ－Ｋａｍ×Ｔａｍ－Ｋｓ×Ａｓ＋Ｃ…（Ｆ１）
　Ｔｓｅｔは、温度設定スイッチによって設定された車室内の設定温度である。Ｔｒは、内気温センサ６１ａによって検出された内気温である。Ｔａｍは、外気温センサ６１ｂによって検出された外気温である。Ａｓは、日射量センサ６１ｃによって検出された日射量である。Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。以下に各運転モードについて説明する。

　（ａ）冷房モード
　冷房モードは、冷却された空気を車室内へ吹き出すことによって、車室内の冷房を行う運転モードである。冷房モードは、オートスイッチおよびエアコンスイッチが投入された状態で、外気温Ｔａｍが比較的高くなっている際や、目標吹出温度ＴＡＯが比較的低い値になっている際に選択される。

　冷房モードでは、制御装置６０は、クーラコア１６入口の冷却水の温度ＴＷＬが目標冷却水温度となるように圧縮機３１の回転数を制御し、凝縮器１５で熱交換された冷媒の過冷却度ＳＣ１が目標過冷却度ＳＣＯとなるように膨張弁３２の開度を制御する。

　制御装置６０は、目標クーラコア吹出温度ＴＣＯを、目標吹出温度ＴＡＯ等に基づいて算出する。例えば、目標吹出温度ＴＡＯの低下に伴って、目標クーラコア吹出温度ＴＣＯが低下するように算出される。

　例えば、凝縮器１５で熱交換された冷媒の過冷却度ＳＣ１は、高圧側冷媒温度圧力センサ６２によって検出された高圧側冷媒温度Ｔ１および高圧側冷媒圧力Ｐ１から算出することができる。目標過冷却度ＳＣＯは、サイクルの成績係数（いわゆるＣＯＰ）を極大値に近づけるように決定される。

　冷房モードでは、制御装置６０は、高温冷却水回路Ｃ２の冷却水が主として高温側ラジエータ１９側に流れ、ヒータコア１７側には空気の加熱に必要な流量の冷却水が流れるように流調弁２０を制御する。例えば、空調風温度センサ６５によって検出された空気温度ＴＡＶと目標吹出温度ＴＡＯとの偏差に基づいて流調弁２０を制御する。

　冷房モードでは、制御装置６０は、低温冷却水回路Ｃ１の冷却水がクーラコア１６側に流れるように切替弁１８を制御する。

　制御装置６０は、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め制御装置６０に記憶されている制御マップを参照して、室内送風機５２の回転数を制御する。

　制御装置６０は、空調風温度センサ６５によって検出された空気温度ＴＡＶが目標吹出温度ＴＡＯに近づくように、エアミックスドア５４の開度を調整する。制御装置６０は、その他の制御対象機器の作動を適宜制御する。

　冷房モードの室内空調ユニット５０では、室内送風機５２から送風された空気が、クーラコア１６にて冷却される。クーラコア１６にて冷却された空気は、エアミックスドア５４の開度に応じて、ヒータコア１７にて再加熱される。そして、目標吹出温度ＴＡＯに近づくように温度調整された空気が車室内へ吹き出されることによって、車室内の冷房が実現される。

　（ｂ）暖房モード
　暖房モードは、加熱された空気を車室内へ吹き出すことによって車室内の暖房を行う運転モードである。暖房モードは、オートスイッチが投入された状態で、外気温Ｔａｍが比較的低くなっている際や、目標吹出温度ＴＡＯが比較的高い値になっている際に選択される。

　暖房モードでは、制御装置６０は、ヒータコア１７入口の冷却水の温度ＴＷＨが目標冷却水温度となるように圧縮機３１の回転数を制御し、凝縮器１５で熱交換された冷媒の過冷却度ＳＣ１が目標過冷却度ＳＣＯとなるように膨張弁３２の開度を制御する。目標過冷却度ＳＣＯは、サイクルの成績係数（いわゆるＣＯＰ）を極大値に近づけるように決定される。

　暖房モードでは、制御装置６０は、高温冷却水回路Ｃ２の冷却水がヒータコア１７側に流れるように流調弁２０を制御する。

　暖房モードでは、制御装置６０は、低温冷却水回路Ｃ１の冷却水が低温側ラジエータ１３側に流れるように切替弁１８を制御する。

　制御装置６０は、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め制御装置６０に記憶されている制御マップを参照して、室内送風機５２の回転数を制御する。

　暖房モードの室内空調ユニット５０では、冷房モードと同様に、制御装置６０が、室内送風機５２の回転数、エアミックスドア５４の開度等を制御する。さらに、制御装置６０は、その他の制御対象機器の作動を適宜制御する。

　暖房モードの室内空調ユニット５０では、室内送風機５２から送風された空気がクーラコア１６を通過する。クーラコア１６を通過した空気は、エアミックスドア５４の開度に応じて、ヒータコア１７にて加熱される。そして、目標吹出温度ＴＡＯに近づくように温度調整された空気が車室内へ吹き出されることによって、車室内の暖房が実現される。

　次に、上記構成における作動を説明する。低温側ポンプ１１、高温側ポンプ１２および圧縮機３１を作動させると、冷凍サイクル３０に冷媒が循環し、低温冷却水回路Ｃ１および高温冷却水回路Ｃ２のそれぞれに冷却水が循環する。

　蒸発器１４では、冷凍サイクル３０の冷媒が低温冷却水回路Ｃ１の冷却水から吸熱するので、低温冷却水回路Ｃ１の冷却水が冷却される。蒸発器１４で吸熱した冷媒は、凝縮器１５で高温冷却水回路Ｃ２の冷却水へ放熱する。これにより、高温冷却水回路Ｃ２の冷却水が加熱される。

　蒸発器１４で冷却された低温冷却水回路Ｃ１の冷却水は、低温側ラジエータ１３において外気から吸熱する。

　また、蒸発器１４で冷却された低温冷却水回路Ｃ１の冷却水は、クーラコア１６において、室内送風機５２から送風された空気から吸熱する。すなわち、室内送風機５２から送風された空気が、クーラコア１６にて冷却される。

　そして、クーラコア１６にて冷却された冷風は、エアミックスドア５４の開度に応じて、ヒータコア１７および冷風バイパス通路５５へ流入する。

　ヒータコア１７へ流入した冷風は、ヒータコア１７を通過する際に、凝縮器１５で加熱された高温冷却水回路Ｃ２の冷却水によって加熱されて、冷風バイパス通路５５を通過した冷風と混合空間５６にて混合される。

　そして、混合空間５６にて温度調整された空調風が、空調ケース５１の各開口穴を介して車室内に吹き出される。

　車室内に吹き出される空調風によって車室内の内気温が外気温より低くなる場合には、車室内が冷房される。車室内に吹き出される空調風によって車室内の内気温が外気温より高くなる場合には、車室内が暖房される。

　蒸発器１４で低温冷却水回路Ｃ１の冷却水から吸熱して蒸発した冷媒は、アキュムレータ３３にて気液分離される。アキュムレータ３３にて分離された気相の冷媒は過熱器３４に流入して低温冷却水回路Ｃ１の冷却水と熱交換する。

　過熱器３４に流入する低温冷却水回路Ｃ１の冷却水は、アキュムレータ３３から流出した冷媒よりも高温であるので、過熱器３４にて気相の冷媒が低温冷却水回路Ｃ１の冷却水から吸熱して過熱される。

　図５のモリエル線図において、実線は本実施形態における冷媒の状態変化を示し、二点鎖線は、比較例における冷媒の状態変化を示している。比較例は、過熱器３４を備えていない点が本実施形態と異なる。

　図５のモリエル線図からわかるように、本実施形態では過熱器３４にて気相の冷媒が過熱されることによって、低圧でのエンタルピ差Δｉｃ（すなわち、蒸発器１４および過熱器３４でのエンタルピ差）が比較例よりも大きくなる。そのため、サイクル性能（いわゆるＣＯＰ）が比較例に対して向上する。

　本実施形態では、アキュムレータ３３から流出した冷媒を、アキュムレータ３３から流出した冷媒よりも高温の熱媒体と熱交換させて過熱する過熱器３４を備える。

　これによると、アキュムレータ３３から流出した冷媒が過熱器３４にて過熱されることによって、低圧でのエンタルピ差、すなわち蒸発器１４および過熱器３４でのエンタルピ差を大きくすることができる。そのため、サイクル性能（ＣＯＰ）を向上できる。

　本実施形態では、冷却水と空気とを熱交換させて空気を冷却するクーラコア１６を備え、蒸発器１４は、膨張弁３２で減圧された冷媒を冷却水と熱交換させて蒸発させる。これにより、蒸発器１４および過熱器３４において冷媒が互いに同じ熱媒体と熱交換するので、過熱器３４を容易に設けることができる。そのため、サイクル性能（ＣＯＰ）を容易に向上できる。

　本実施形態では、過熱器３４において、冷媒の流れ方向と冷却水の流れ方向とが互いに対向している。これにより、過熱器３４において冷媒を効果的に過熱することができる。

　本実施形態では、蒸発器１４、過熱器３４およびアキュムレータ３３は、共通の冷媒入口３５ａ、冷媒出口３５ｂ、冷却水入口３５ｃおよび冷却水出口３５ｄを有する単一の熱交換器ユニット３５で構成されている。これにより、簡素な構成にて過熱器３４を設けることができる。

　（第２実施形態）
　本実施形態では、図６に示すように、車両用空調装置１０は、蒸発器１４と過熱器３４との間にバイパス流路３６ａとバイパス弁３７とを備えている。バイパス流路３６ａは、蒸発器１４から流出した冷媒がアキュムレータ３３をバイパスして過熱器３４へと流れる冷媒流路である。バイパス弁３７は、バイパス流路３６ａを開閉する電磁弁である。

　図７に示すように、バイパス流路３６ａはバイパス形成部材３６に形成されている。バイパス形成部材３６は、バイパス流路３６ａを形成するバイパス形成部である。バイパス形成部材３６はアキュムレータ３３に取り付けられている。

　バイパス形成部材３６には、入口側流路３６ｂおよび出口側流路３６ｃが形成されている。入口側流路３６ｂは、蒸発器１４から流出した冷媒をアキュムレータ３３の冷媒入口３３ａに導く流路である。出口側流路３６ｃは、アキュムレータ３３の冷媒出口３３ｂから流出した冷媒を過熱器３４に導く流路である。

　バイパス流路３６ａは、入口側流路３６ｂと出口側流路３６ｃとを連通している。バイパス弁３７はバイパス形成部材３６の内部に配置されている。図７では図示の都合上、バイパス弁３７を省略している。

　バイパス弁３７の作動は制御装置６０によって制御される。バイパス弁３７が閉じられている場合、蒸発器１４から流出した冷媒がバイパス流路３６ａへ流れずアキュムレータ３３へ流れる。バイパス弁３７が開けられている場合、蒸発器１４から流出した冷媒がバイパス流路３６ａとアキュムレータ３３とに並列に流れる。

　バイパス弁３７が開けられている場合におけるバイパス流路３６ａとアキュムレータ３３との冷媒流量割合は、例えば１：１である。

　例えば、制御装置６０は、圧縮機３１の吐出流量（換言すれば冷媒吐出能力）が所定流量（換言すれば所定能力）を上回っている場合、バイパス弁３７を開け、圧縮機３１の吐出流量が所定値を下回っている場合、バイパス弁３７を閉じる。

　これにより、冷凍サイクル３０を循環する冷媒の流量が多い場合、アキュムレータ３３への冷媒の流れを遮断して冷媒圧力損失を減少させてサイクル性能（ＣＯＰ）を向上させることができる。一方、冷凍サイクル３０を循環する冷媒の流量が少ない場合、バイパス流路３６ａへの冷媒の流れを遮断してアキュムレータ３３へ冷媒を確実に流入させることができる。

　第２実施形態において、バイパス弁３７は必ずしも設けられている必要はなく、バイパス弁３７が設けられることなく蒸発器１４から流出した冷媒が常にバイパス流路３６ａとアキュムレータ３３とに並列に流れるようになっていてもよい。

　（第３実施形態）
　上記実施形態では、過熱器３４は、アキュムレータ３３から流出した気相の冷媒を冷却水と熱交換させて過熱する熱交換器であるが、本実施形態では、図８に示すように、過熱器３４は、アキュムレータ３３から流出した気相の冷媒を、凝縮器１５から流出した高圧側冷媒（すなわち、アキュムレータ３３から流出した冷媒よりも高温の冷媒）と熱交換させて過熱する熱交換器である。

　本実施形態においても、上記実施形態と同様に、アキュムレータ３３から流出した冷媒が過熱器３４にて過熱されることによってサイクル性能ＣＯＰを向上できる。

　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

　上記実施形態では、低温冷却水回路Ｃ１および高温冷却水回路Ｃ２を流れる熱媒体として冷却水を用いているが、油などの各種媒体を熱媒体として用いてもよい。熱媒体として、エチレングリコール系の不凍液、水、または一定の温度以上に維持された空気等を用いてもよい。熱媒体として、ナノ流体を用いてもよい。ナノ流体とは、粒子径がナノメートルオーダーのナノ粒子が混入された流体のことである。

　上記実施形態の冷凍サイクル３０では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を用いてもよい。

　また、上記実施形態の冷凍サイクル３０は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているが、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

　上記実施形態では、車両用空調装置１０を電気自動車に適用した例を示したが、エンジン（内燃機関）および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド自動車等に車両用空調装置１０を適用してもよい。例えば、ハイブリッド自動車は、車両停車時に外部電源から供給された電力を、車両に搭載された電池に充電可能なプラグインハイブリッド自動車として構成されていてもよい。

　上記実施形態では、冷凍サイクル３０は、車室内空間を適切な温度に調整する車両用空調装置１０に用いられているが、冷凍サイクル３０は、各種車載機器を適切な温度に調整する車載機器温度調整装置に用いられてもよい。

　例えば、冷凍サイクル３０は、車載電池を適切な温度に調整する車載電池温度調整装置に用いられてもよい。具体的には、電池ユニットのケーシング内に、車載電池、蒸発器１４、凝縮器１５、クーラコア１６およびヒータコア１７等が配置されていてもよい。

　冷凍サイクル３０は、車載機器のみならず種々の機器（例えば非車載機器）を適切な温度に調整する機器温度調整装置に用いられてもよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

　本明細書に開示された冷凍サイクル装置の特徴を以下の通り示す。
（項目１）
　冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機（３１）と、
　前記圧縮機から吐出された前記冷媒を放熱させる放熱器（１５）と、
　前記放熱器で放熱された前記冷媒を減圧させる減圧部（３２）と、
　前記減圧部で減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発部（１４）と、
　前記蒸発部で蒸発した前記冷媒の気液を分離して気相の前記冷媒を流出させるアキュムレータ（３３）と、
　前記アキュムレータから流出した前記冷媒を、前記アキュムレータから流出した前記冷媒よりも高温の熱媒体と熱交換させて過熱する過熱部（３４）とを備える冷凍サイクル装置。
（項目２）
　前記熱媒体と冷却対象物とを熱交換させて前記冷却対象物を冷却する冷却用熱交換器（１６）を備え、
　前記蒸発部は、前記減圧部で減圧された前記冷媒を前記熱媒体と熱交換させて蒸発させる項目１に記載の冷凍サイクル装置。
（項目３）
　前記過熱部において、前記冷媒の流れ方向と前記熱媒体の流れ方向とが互いに対向している項目１または２に記載の冷凍サイクル装置。
（項目４）
　前記蒸発部、前記過熱部および前記アキュムレータは、共通の冷媒入口（３５ａ）、冷媒出口（３５ｂ）、熱媒体入口（３５ｃ）および熱媒体出口（３５ｄ）を有する単一の熱交換器ユニット（３５）で構成されている項目１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
（項目５）
　前記蒸発部で蒸発した前記冷媒が前記アキュムレータを迂回して流れるバイパス流路（３６ａ）を形成するバイパス形成部（３６）と、
　前記バイパス流路を開閉するバイパス弁（３７）と、
　前記圧縮機の冷媒吐出能力が所定能力を上回っている場合、前記バイパス弁を開け、前記圧縮機の冷媒吐出能力が前記所定能力を下回っている場合、前記バイパス弁を閉じる制御部（６０）とを備える項目１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

Claims (5)

1. 　冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機（３１）と、
   　前記圧縮機から吐出された前記冷媒を放熱させる放熱器（１５）と、
   　前記放熱器で放熱された前記冷媒を減圧させる減圧部（３２）と、
   　前記減圧部で減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発部（１４）と、
   　前記蒸発部で蒸発した前記冷媒の気液を分離して気相の前記冷媒を流出させるアキュムレータ（３３）と、
   　前記アキュムレータから流出した前記冷媒を、前記アキュムレータから流出した前記冷媒よりも高温の熱媒体と熱交換させて過熱する過熱部（３４）とを備える冷凍サイクル装置。
2. 　前記熱媒体と冷却対象物とを熱交換させて前記冷却対象物を冷却する冷却用熱交換器（１６）を備え、
   　前記蒸発部は、前記減圧部で減圧された前記冷媒を前記熱媒体と熱交換させて蒸発させる請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 　前記過熱部において、前記冷媒の流れ方向と前記熱媒体の流れ方向とが互いに対向している請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 　前記蒸発部、前記過熱部および前記アキュムレータは、共通の冷媒入口（３５ａ）、冷媒出口（３５ｂ）、熱媒体入口（３５ｃ）および熱媒体出口（３５ｄ）を有する単一の熱交換器ユニット（３５）で構成されている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
5. 　前記蒸発部で蒸発した前記冷媒が前記アキュムレータを迂回して流れるバイパス流路（３６ａ）を形成するバイパス形成部（３６）と、
   　前記バイパス流路を開閉するバイパス弁（３７）と、
   　前記圧縮機の冷媒吐出能力が所定能力を上回っている場合、前記バイパス弁を開け、前記圧縮機の冷媒吐出能力が前記所定能力を下回っている場合、前記バイパス弁を閉じる制御部（６０）とを備える請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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