WO2025220367A1

WO2025220367A1 - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: WO2025220367A1
Application number: PCT/JP2025/009301
Authority: WO
Inventors: 和弘多田; 洋押谷; 徹岡村; 淳稲葉; 孝博宇野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2024-04-17
Filing date: 2025-03-12
Publication date: 2025-10-23
Anticipated expiration: 2026-10-17

Abstract

冷凍サイクル装置は、中間圧冷媒を吐出する低段側圧縮部（１１１）と、中間圧冷却部（１２、１３ｄ、１４ｂ）、中間圧冷媒を吸入する高段側圧縮部（１１２）と、高段側圧縮部（１１２）から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱部（１６）と、低圧用減圧部（１４ｃ、１４ｄ）と、蒸発部（１８、１９）と、高低圧内部熱交換部（１７ｂ）と、を備える。高段側圧縮部（１１２）は、中間圧冷却部（１２、１３ｄ、１４ｂ）によって冷却された中間圧冷媒を吸入する。高低圧内部熱交換部（１７ｂ）は、放熱部（１６）から流出した高圧冷媒と低段側圧縮部（１１１）へ吸入される低圧冷媒とを熱交換させる。

Description

冷凍サイクル装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０２４年４月１７日に出願された日本特許出願２０２４－０６６７９３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、多段昇圧式の冷凍サイクル装置に関する。

　従来、特許文献１に、複数の圧縮部を備える多段昇圧式の冷凍サイクル装置が開示されている。

　特許文献１の冷凍サイクル装置は、高圧冷媒と中間圧冷媒とを熱交換させる中間圧内部熱交換部を備えている。そして、中間圧内部熱交換部にて加熱された中間圧冷媒と低段側圧縮部から吐出された中間圧冷媒とを混合させて、高段側圧縮部へ吸入させる。また、中間圧内部熱交換部にて冷却された高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させて蒸発器へ流入させる。

　これにより、特許文献１の冷凍サイクル装置では、高段側圧縮部へ吸入される中間圧冷媒の温度を、低段側圧縮部から吐出された中間圧冷媒の温度よりも低下させて、高段側圧縮部の圧縮効率を向上させている。さらに、特許文献１の冷凍サイクル装置では、内部熱交換器にて蒸発部へ流入する冷媒のエンタルピを低下させるので、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上が期待される。

特開２０１３－７６４９８号公報

　しかしながら、特許文献１の冷凍サイクル装置のように、中間圧内部熱交換部にて、蒸発部へ流入する冷媒のエンタルピを低下させる手段では、ＣＯＰの向上に限界がある。

　より詳細には、特許文献１の冷凍サイクル装置において、ＣＯＰの向上を図るために、中間圧内部熱交換部における高圧冷媒と中間圧冷媒との熱交換量を増加させると、蒸発部へ流入する低圧冷媒のエンタルピを低下させることができる。その一方で、高段側圧縮部に吸入される中間圧冷媒の温度が上昇してしまうので、高段側圧縮部から吐出された高圧冷媒の温度が、高段側圧縮部の耐熱温度を超えてしまう可能性がある。

　従って、特許文献１の冷凍サイクル装置では、中間圧内部熱交換部における高圧冷媒と中間圧冷媒との熱交換量を増加させると、高段側圧縮部を保護することができなくなってしまい、ＣＯＰの向上に限界がある。

　本開示は、上記点に鑑み、ＣＯＰの向上と高段側圧縮部の保護との両立を可能とする多段昇圧式の冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本開示の第１の態様の冷凍サイクル装置は、低段側圧縮部と、中間圧冷却部と、高段側圧縮部と、放熱部と、低圧用減圧部と、蒸発部と、高低圧内部熱交換部と、を備える。

　低段側圧縮部は、低圧冷媒を吸入し、中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する。中間圧冷却部は、低段側圧縮部から吐出された中間圧冷媒を冷却する。高段側圧縮部は、中間圧冷却部にて冷却された前記中間圧冷媒を吸入し、高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する。放熱部は、高段側圧縮部から吐出された高圧冷媒を放熱させる。低圧用減圧部は、放熱部から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる。蒸発部は、低圧用減圧部にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて低段側圧縮部の吸入口側へ流出させる。高低圧内部熱交換部は、放熱部から流出した高圧冷媒と低段側圧縮部へ吸入される低圧冷媒とを熱交換させる。

　これによれば、高低圧内部熱交換部を備えているので、放熱部から流出した高圧冷媒の温度を低下させて、蒸発部へ流入する低圧冷媒のエンタルピを低下させることができる。従って、蒸発部にて発揮される冷凍能力を拡大させて、ＣＯＰを向上させることができる。

　この際、高低圧内部熱交換部では、低段側圧縮部に吸入される低圧冷媒の温度を上昇させてしまうものの、高段側圧縮部に吸入される中間圧冷媒の温度を上昇させてしまうことがない。

　さらに、中間圧冷却部を備えているので、高段側圧縮部に吸入される中間圧冷媒の温度を低下させることができる。従って、高段側圧縮部から吐出された高圧冷媒の温度上昇を抑制して、高段側圧縮部の保護を図ることができる。

　すなわち、第１の態様の冷凍サイクル装置によれば、ＣＯＰの向上と高段側圧縮部の保護との両立を図ることができる。

　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実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時の冷媒の流れを示す模式的な全体構成図である。第１実施形態の配風ユニットの冷房モード時の風流れを示す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装置の単独冷房モード時における冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。第１実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時の冷媒の流れを示す模式的な全体構成図である。第１実施形態の配風ユニットの暖房モード時の風流れを示す模式的な構成図である。第１実施形態の冷凍サイクル装置の除湿暖房モード時の冷媒の流れを示す模式的な全体構成図である。第１実施形態の配風ユニットの除湿暖房モード時の風流れを示す模式的な構成図である。第２実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時の冷媒の流れを示す模式的な全体構成図である。第２実施形態の冷凍サイクル装置の単独冷房モード時における冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。第３実施形態の冷凍サイクル装置の冷媒の流れを示す模式的な全体構成図である。第３実施形態の冷凍サイクル装置の単独冷房モード時における冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。

　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実施形態を説明する。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合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　図１～図１０を用いて、本開示に係る冷凍サイクル装置の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本開示に係る冷凍サイクル装置１０を、電気自動車に搭載された車両用空調装置１に適用している。本実施形態の車両用空調装置１は、空調対象空間である車室内の空調を行うとともに、車載機器の温度調整を行う。従って、車両用空調装置１は、車載機器温度調整機能付きの空調装置、あるいは空調機能付きの車載機器温度調整装置と呼ぶことができる。

　車両用空調装置１では、車載機器として、具体的に、バッテリ７０の温度調整を行う。バッテリ７０は、電気によって作動する複数の車載機器へ供給される電力を蓄える二次電池である。バッテリ７０は、積層配置された複数の電池セルを、電気的に直列あるいは並列に接続することによって形成された組電池である。本実施形態の電池セルは、リチウムイオン電池である。

　バッテリ７０は、作動時（すなわち、充放電時）に発熱する。バッテリ７０は、低温になると出力が低下しやすく、高温になると劣化が進行しやすい。このため、バッテリ７０の温度は、適切な温度範囲内（本実施形態では、１５℃以上、かつ、５５℃以下）に維持されている必要がある。そこで、本実施形態の電気自動車では、車両用空調装置１を用いてバッテリ７０の温度調整を行う。

　車両用空調装置１は、冷凍サイクル装置１０、低温側熱媒体回路４０、配風ユニット５０、制御装置６０等を備えている。

　まず、図１を用いて、冷凍サイクル装置１０について説明する。冷凍サイクル装置１０は、車室内へ送風される送風空気、および低温側熱媒体回路４０を循環する低温側熱媒体の温度を調整する。さらに、冷凍サイクル装置１０は、車室内の空調、および車載機器の温度調整を行うために、後述する各種運転モードに応じて冷媒回路を切替可能に構成されている。

　冷凍サイクル装置１０では、冷媒として自然冷媒である二酸化炭素（すなわち、Ｒ７４４）を採用している。冷凍サイクル装置１０は、高圧側の冷媒圧力が、冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成する。

　冷媒には、圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されている。冷凍機油としては、液相冷媒に相溶性を有するＰＡＧ（すなわち、ポリアルキレングリコール）を含むオイルを採用することができる。冷凍機油の一部は、冷媒とともに冷凍サイクル装置１０を循環している。

　圧縮機１１は、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２を同一のハウジング内に収容した複合型圧縮機である。低段側圧縮部１１１は、後述する冷房モード時に、低圧冷媒を吸入し、中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する。高段側圧縮部１１２は、冷房モード時に、中間圧冷媒を吸入し、高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する。

　低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２は、それぞれ吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機である。本実施形態の圧縮機１１では、低段側圧縮部１１１の圧縮機構および高段側圧縮部１１２の圧縮機構を異なる電動モータで回転駆動している。

　また、本実施形態の圧縮機１１では、低段側圧縮部１１１の圧縮機構、および高段側圧縮部１１２の圧縮機構として、ロータリ式圧縮機構を採用している。ロータリ式圧縮機構は、ハウジング内に冷媒通路を形成する際の自由度が高いので、複合型圧縮機の大型化や重量増加を抑制するために有効である。

　ハウジングには、低段側圧縮部１１１へ冷媒を吸入させる第１吸入口１１１ａ、低段側圧縮部１１１にて圧縮された冷媒を吐出させる第１吐出口１１１ｂが形成されている。さらに、ハウジングには、高段側圧縮部１１２へ冷媒を吸入させる第２吸入口１１２ａ、高段側圧縮部１１２にて圧縮された冷媒を吐出させる第２吐出口１１２ｂが形成されている。

　第１吐出口１１１ｂおよび第２吐出口１１２ｂには、それぞれ図示しない吐出弁が配置されている。このため、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２が作動していない際に、第１吐出口１１１ｂおよび第２吐出口１１２ｂを介してハウジング内へ冷媒が逆流することはない。

　低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２は、それぞれ後述する制御装置６０から流出される制御信号によって回転数（すなわち、冷媒吐出能力）が制御される。

　低段側圧縮部１１１の吐出口に対応する圧縮機１１の第１吐出口１１１ｂには、第１熱交換器１２の冷媒入口側が接続されている。第１熱交換器１２は、後述する配風ユニット５０によって形成された空気通路に配置されている。

　第１熱交換器１２は、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒と、図示しない送風機から送風された内気（すなわち、車室内空気）あるいは外気（すなわち、車室外空気）とを熱交換させる。第１熱交換器１２は、冷房モード時に、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒の有する熱を外気に放熱させて、中間圧冷媒を冷却する外気熱交換部となる。従って、第１熱交換器１２は、中間圧冷却部に含まれる。

　第１熱交換器１２の冷媒出口には、第１三方継手１３ａの流入口側が接続されている。第１三方継手１３ａは、互いに連通する３つの流入出口を有する三方継手である。第１三方継手１３ａとしては、複数の配管を接合して形成された継手部や、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けることによって形成された継手部を採用することができる。

　さらに、冷凍サイクル装置１０は、後述するように、第２三方継手１３ｂ～第８三方継手１３ｈを備えている。第２三方継手１３ｂ～第８三方継手１３ｈの基本的構成は、第１三方継手１３ａと同様である。

　三方継手は、３つの流入出口のうち１つが流入口として用いられ、残りの２つが流出口として用いられた際には、冷媒の流れを分岐することができる。また、三方継手は、３つの流入出口のうち２つが流入口として用いられ、残りの１つが流出口として用いられた際には、冷媒の流れを合流させることができる。

　第１三方継手１３ａの一方の流出口には、第２三方継手１３ｂの一方の流入口側が接続されている。第１三方継手１３ａの他方の流出口には、暖房用膨張弁１４ａの入口側が接続されている。

　暖房用膨張弁１４ａは、後述する暖房モード時等に、第１三方継手１３ａの他方の流出口から流出した冷媒（すなわち、第１三方継手１３ａにて分岐された他方の冷媒）を減圧させる減圧部である。さらに、暖房用膨張弁１４ａは、暖房モード時等に、第１熱交換器１２側から第２熱交換器１６へ流入する冷媒流量（本実施形態では、質量流量）を調整する第１流量調整部である。

　暖房用膨張弁１４ａは、絞り開度を変化させる第１弁体部１５ａ、および第１弁体部１５ａを変位させる駆動部としての電動アクチュエータ（具体的には、ステッピングモータ、あるいはブラシレス直流モータ）を有する電気式の可変絞り機構である。暖房用膨張弁１４ａは、制御装置６０から出力される制御パルスによって、その作動が制御される。

　暖房用膨張弁１４ａは、第１弁体部１５ａの絞り開度を全開状態にすることで冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能を有している。また、暖房用膨張弁１４ａは、第１弁体部１５ａの絞り開度を全閉状態にすることで冷媒通路を閉塞する全閉機能を有している。

　さらに、冷凍サイクル装置１０は、後述するように、中間圧膨張弁１４ｂ、冷房用膨張弁１４ｃ、および冷却用膨張弁１４ｄを備えている。これらの膨張弁の基本的構成は、暖房用膨張弁１４ａと同様である。従って、冷房用膨張弁１４ｃ、中間圧膨張弁１４ｂ、および冷却用膨張弁１４ｄは、それぞれ第１弁体部１５ａと同様の第２弁体部１５ｂ、第３弁体部１５ｃ、および第４弁体部１５ｄを有している。

　暖房用膨張弁１４ａ～冷却用膨張弁１４ｄは、第１弁体部１５ａ～第４弁体部１５ｄが全閉機能を発揮することによって、冷凍サイクル装置１０の冷媒回路を切り替えることができる。従って、第１弁体部１５ａ～第４弁体部１５ｄは、冷媒回路切替部としての機能を兼ね備えている。

　もちろん、暖房用膨張弁１４ａ～冷却用膨張弁１４ｄを、全閉機能を有していない可変絞り機構と絞り通路を開閉する開閉弁とを組み合わせて形成してもよい。この場合は、それぞれの開閉弁が冷媒回路切替部となる。

　暖房用膨張弁１４ａの出口には、第３三方継手１３ｃの一方の流入口側が接続されている。第３三方継手１３ｃの他方の流入口には、高段側圧縮部１１２の吐出口に対応する圧縮機１１の第２吐出口１１２ｂ側が接続されている。

　第３三方継手１３ｃの流出口には、第２熱交換器１６の冷媒入口側が接続されている。第２熱交換器１６は、配風ユニット５０によって形成された空気通路に配置されている。第２熱交換器１６は、第３三方継手１３ｃから流出した冷媒と図示しない送風機から送風された外気とを熱交換させる。

　より詳細には、第２熱交換器１６は、冷房モード時に、冷媒の有する熱を外気へ放熱させる放熱用熱交換器（すなわち、放熱部）となる。また、第２熱交換器１６は、暖房モード時には、外気の有する熱を冷媒に吸熱させる吸熱用熱交換器となる。

　第２熱交換器１６の冷媒出口には、第４三方継手１３ｄの流入口側が接続されている。第４三方継手１３ｄの一方の流出口には、中間圧膨張弁１４ｂの入口側が接続されている。中間圧膨張弁１４ｂの出口には、中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路の入口側が接続されている。第４三方継手１３ｄの他方の流出口には、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路の入口側が接続されている。

　従って、第４三方継手１３ｄは、第２熱交換器１６から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部である。

　中間圧膨張弁１４ｂは、冷房モード時に、第４三方継手１３ｄの一方の流出口から流出した冷媒（すなわち、第４三方継手１３ｄにて分岐された一方の冷媒）を中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧用減圧部である。さらに、中間圧膨張弁１４ｂは、冷房モード時に、第４三方継手１３ｄ側から圧縮機１１の第２吸入口１１２ａへ吸入される中間圧冷媒の流量を調整する中間圧用流量調整部である。

　中間圧内部熱交換器１７ａは、高圧冷媒通路および中間圧冷媒通路を有し、高圧冷媒通路を流通する高圧冷媒と中間圧冷媒通路を流通する中間圧冷媒とを熱交換させる中間圧内部熱交換部である。高圧冷媒通路には、第４三方継手１３ｄの他方の流出口から流出した高圧冷媒（すなわち、第４三方継手１３ｄにて分岐された他方の冷媒）が流通する。中間圧冷媒通路には、中間圧膨張弁１４ｂにて減圧された中間圧冷媒が流通する。

　中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路の出口には、第２三方継手１３ｂの他方の流入口側が接続されている。第２三方継手１３ｂの流出口には、高段側圧縮部１１２の吸入口に対応する圧縮機１１の第２吸入口１１２ａ側が接続されている。

　このため、第２三方継手１３ｂでは、中間圧膨張弁１４ｂにて減圧されて温度低下した中間圧冷媒を、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒に混合させて、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒を冷却することができる。そして、冷却された中間圧冷媒を高段側圧縮部へ吸入させることができる。従って、本実施形態の第４三方継手１３ｄ、中間圧膨張弁１４ｂは、中間圧冷媒を冷却する中間圧冷却部に含まれる。

　中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路の出口には、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路の入口側が接続されている。つまり、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路と高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路は、直列に接続されている。そして、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路は、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路よりも冷媒流れ上流側に配置されている。

　従って、中間圧内部熱交換器１７ａでは、高低圧内部熱交換器１７ｂへ流入する前のより高温の高圧冷媒と中間圧膨張弁１４ｂにて減圧された中間圧冷媒とを熱交換させる。

　高低圧内部熱交換器１７ｂは、高圧冷媒通路および低圧冷媒通路を有し、高圧冷媒通路を流通する高圧冷媒と低圧冷媒通路を流通する低圧冷媒とを熱交換させる。高圧冷媒通路には、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路から流出した冷媒が流通する。低圧冷媒通路には、低段側圧縮部１１１の吸入口に対応する圧縮機１１の第１吸入口１１１ａへ吸入される冷媒が流通する。

　従って、少なくとも冷房モード時の高低圧内部熱交換器１７ｂは、第２熱交換器１６から流出した冷媒と低段側圧縮部１１１へ吸入される冷媒とを熱交換させる高低圧内部熱交換部となる。

　高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路の出口には、第５三方継手１３ｅの流入口側が接続されている。第５三方継手１３ｅの一方の流出口には、第６三方継手１３ｆの流入口側が接続されている。第５三方継手１３ｅの他方の流出口には、開閉弁１５ｅの入口側が接続されている。開閉弁１５ｅの出口には、第７三方継手１３ｇの一方の流入口側が接続されている。

　開閉弁１５ｅは、第５三方継手１３ｅの他方の流出口から第７三方継手１３ｇの一方の流入口へ至る冷媒流路を開閉する開閉弁である。開閉弁１５ｅは、制御装置６０から出力される制御電圧によって、開閉作動が制御される電磁弁である。

　第６三方継手１３ｆの一方の流出口には、冷房用膨張弁１４ｃの入口側が接続されている。第６三方継手１３ｆの他方の流出口には、冷却用膨張弁１４ｄの入口側が接続されている。

　冷房用膨張弁１４ｃは、冷房モード時等に、第６三方継手１３ｆの一方の流出口から流出した冷媒（すなわち、第６三方継手１３ｆにて分岐された一方の冷媒）を減圧させる低圧用減圧部である。さらに、冷房用膨張弁１４ｃは、冷房モード時等に、蒸発器１８へ流入する冷媒の流量を調整する蒸発器用流量調整部である。

　冷房用膨張弁１４ｃの出口には、蒸発器１８の冷媒入口側が接続されている。蒸発器１８は、配風ユニット５０によって形成された空気通路に配置されている。蒸発器１８は、冷房用膨張弁１４ｃにて減圧された冷媒と図示しない送風機から送風された外気あるいは内気とを熱交換させる。蒸発器１８は、冷房用膨張弁１４ｃにて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって、送風空気を冷却する蒸発部である。

　冷却用膨張弁１４ｄは、車載機器を冷却する運転モード時に、第６三方継手１３ｆの他方の流出口から流出した冷媒（すなわち、第６三方継手１３ｆにて分岐された他方の冷媒）を減圧させる低圧用減圧部である。さらに、冷却用膨張弁１４ｄは、車載機器を冷却する運転モード時に、チラー１９へ流入する冷媒の流量を調整するチラー用流量調整部である。

　冷却用膨張弁１４ｄの出口には、チラー１９の冷媒通路の入口側が接続されている。チラー１９は、冷却用膨張弁１４ｄにて減圧された冷媒と低温側熱媒体回路４０を循環する低温側熱媒体とを熱交換させる。チラー１９は、冷却用膨張弁１４ｄにて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって、低温側熱媒体を冷却する蒸発部である。

　蒸発器１８の冷媒出口には、第８三方継手１３ｈの一方の流入口側が接続されている。チラー１９の冷媒通路の冷媒出口には、第８三方継手１３ｈの他方の流入口側が接続されている。第８三方継手１３ｈの流出口には、第７三方継手１３ｇの他方の流入口側が接続されている。

　第７三方継手１３ｇの流出口には、アキュムレータ２０の入口側が接続されている。アキュムレータ２０は、第７三方継手１３ｇから流出した冷媒の気液を分離して、分離された液相冷媒をサイクルの余剰冷媒として貯える低圧側気液分離部である。

　アキュムレータ２０の気相冷媒出口には、高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路の入口側が接続されている。高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路の出口には、低段側圧縮機１１１の吸入口に対応する圧縮機１１の第１吸入口１１１ａ側が接続されている。

　次に、低温側熱媒体回路４０について説明する。低温側熱媒体回路４０は、低温側熱媒体を循環させる熱媒体循環回路である。本実施形態では、低温側熱媒体として、エチレングリコール水溶液を採用している。低温側熱媒体回路４０には、チラー１９の熱媒体通路、低温側ポンプ４１、バッテリ７０の冷却水通路７０ａ、低温側三方弁４２、低温側ラジエータ４４等が配置されている。

　低温側ポンプ４１は、低温側熱媒体をチラー１９の熱媒体通路の入口側へ圧送する低温側熱媒体圧送部である。低温側ポンプ４１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、圧送能力）が制御される電動水ポンプである。

　チラー１９の熱媒体通路の出口には、バッテリ７０の冷却水通路７０ａの入口側が接続されている。バッテリ７０の冷却水通路７０ａは、チラー１９から流出した低温側熱媒体を流通させることによって、バッテリ７０を冷却する冷却水通路である。換言すると、冷却水通路７０ａは、熱媒体流路を流通する低温側熱媒体と電池セルとを熱交換させることによって、バッテリ７０を冷却するバッテリ冷却用熱交換部である。

　冷却水通路７０ａは、積層配置された複数の電池セルを収容するバッテリ専用ケースの内部に形成されている。冷却水通路７０ａの通路構成は、バッテリ専用ケースの内部で複数の通路を並列的に接続した通路構成となっている。これにより、冷却水通路７０ａでは、全ての電池セルを均等に冷却できるようになっている。

　バッテリ７０の冷却水通路７０ａの出口には、低温側三方弁４２の流入口側が接続されている。低温側三方弁４２は、１つの流入口と、２つの流出口とを有し、２つの流出口の通路面積比を連続的に調整可能な電気式の三方流量調整弁である。低温側三方弁４２は、制御装置６０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　低温側三方弁４２の一方の流出口には、熱媒体三方継手４３の一方の流入口側が接続されている。熱媒体三方継手４３の基本的構成は、冷媒用の第１三方継手１３ａ等と同様である。低温側三方弁４２の他方の流出口には、低温側ラジエータ４４の熱媒体入口側が接続されている。

　低温側ラジエータ４４は、冷却水通路７０ａから流出した冷媒と図示しない外気ファンにより送風された外気とを熱交換させる熱媒体用の外気熱交換部である。低温側ラジエータ４４は、第２熱交換器１６と一体的に形成されて、配風ユニット５０の空気通路に配置されていてもよい。

　低温側ラジエータ４４の熱媒体出口には、熱媒体三方継手４３の他方の流入口側が接続されている。熱媒体三方継手４３の流出口には、低温側ポンプ４１の吸入口側が接続されている。

　従って、低温側熱媒体回路４０では、低温側三方弁４２が冷却水通路７０ａから流出した低温側熱媒体をチラー１９の熱媒体通路へ流入させることができる。これにより、冷却水通路７０ａにて低温側熱媒体がバッテリ７０から吸熱した熱を、チラー１９にて低圧冷媒に吸熱させることができる。

　また、低温側熱媒体回路４０では、低温側三方弁４２が冷却水通路７０ａから流出した低温側熱媒体を低温側ラジエータ４４へ流入させることができる。これにより、冷却水通路７０ａにて低温側熱媒体がバッテリ７０から吸熱した熱を、低温側ラジエータ４４にて外気へ放熱させることができる。

　次に、図２を用いて、配風ユニット５０について説明する。配風ユニット５０は、冷凍サイクル装置１０を循環する冷媒と空気とを熱交換させて、熱交換後の空気を適切な箇所へ吹き出すために、複数の構成機器を一体化させたユニットである。配風ユニット５０は、駆動装置室内に配置されている。

　駆動装置室は、車両走行用の駆動力の発生や調整のために用いられる機器（例えば、走行用の電動モータ）等の少なくとも一部が配置される空間を形成する。駆動装置室は、車室外に配置されている。

　配風ユニット５０は、車室内へ送風される送風空気や外気を流通させる空気通路を形成するケーシング５１を有している。ケーシング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）で成形されている。本実施形態のケーシング５１は、第１空気通路５０ａ、第２空気通路５０ｂ、および第３空気通路５０ｃの３つの空気通路を形成する。

　第１空気通路５０ａには、第２熱交換器１６が配置されている。第１空気通路５０ａの空気流れ最上流部には、外気を導入させる外気導入口５２ａが形成されている。第１空気通路５０ａの空気流れ最下流部には、第２熱交換器１６を通過した外気を車室外へ排出する外気排出口が形成されている。従って、第１空気通路５０ａは、外気を流通させる外気用通路である。

　第２空気通路５０ｂには、第１熱交換器１２が配置されている。第２空気通路５０ｂの空気流れ最上流部には、第２内外気切替装置５２ｂが配置されている。第２内外気切替装置５２ｂは、第２空気通路５０ｂへ内気と外気とを切替導入する。第２内外気切替装置５２ｂは、制御装置６０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　第３空気通路５０ｃには、蒸発器１８が配置されている。第３空気通路５０ｃの空気流れ最上流部には、第３内外気切替装置５２ｃが配置されている。第３内外気切替装置５２ｃは、第３空気通路５０ｃへ内気と外気とを切替導入する。第３内外気切替装置５２ｃの基本的構成は、第２内外気切替装置５２ｂと同様である。

　また、第２空気通路５０ｂと第３空気通路５０ｃとを仕切る隔壁には、第２空気通路５０ｂと第３空気通路５０ｃとを連通させる連通穴５１ａが形成されている。隔壁には、連通穴５１ａを開閉することによって通風路を切り替える通風路切替装置５２ｄが配置されている。

　具体的には、通風路切替装置５２ｄが連通穴５１ａを閉じると、第２空気通路５０ｂと第３空気通路５０ｃが、それぞれ独立した通風路となるように切り替えられる。また、通風路切替装置５２ｄが連通穴５１ａを開くと、第３空気通路５０ｃに配置された蒸発器１８を通過した空気が、第２空気通路５０ｂに配置された第１熱交換器１２の空気流れ上流側へ導かれる通風路に切り替えられる。

　さらに、本実施形態の通風路切替装置５２ｄは、第３空気通路５０ｃ側から第２空気通路５０ｂ側へ空気を流入させるために、第２空気通路５０ｂの入口側を閉塞する機能を兼ね備えている。通風路切替装置５２ｄは、制御装置６０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　また、第２空気通路５０ｂおよび第３空気通路５０ｃの空気流れ最下流部には、第２空気通路５０ｂおよび第３空気通路５０ｃを流通した空気を、車室内へ導く通風路と車室外へ排出する通風路とを切り替える室内導入装置５２ｅが配置されている。室内導入装置５２ｅは、制御装置６０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　次に、車両用空調装置１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その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、図３のブロック図に示すように、制御用のセンサ群が接続されている。制御用のセンサ群には、内気温センサ６１ａ、外気温センサ６１ｂ、日射量センサ６１ｃ、第１吐出冷媒センサ６２ａ、第２吸入冷媒センサ６２ｂ、第２吐出冷媒センサ６２ｃ、第１冷媒センサ６２ｄ、第２冷媒センサ６２ｅ、蒸発器温度センサ６２ｆ、チラー側温度センサ６２ｇ、低温側熱媒体温度センサ６３、空調風温度センサ６４、バッテリ温度センサ６５等が含まれる。

　内気温センサ６１ａは、内気温（すなわち、車室内温度）Ｔｒを検出する内気温検出部である。外気温センサ６１ｂは、外気温（すなわち、車室外温度）Ｔａｍ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。

　第１吐出冷媒センサ６２ａは、低段側圧縮部１１１から吐出された第１吐出冷媒の温度である第１吐出冷媒温度Ｔｄ１、および第１吐出冷媒の圧力である第１吐出冷媒圧力Ｐｄ１を検出する第１吐出冷媒温度圧力検出部である。

　第２吸入冷媒センサ６２ｂは、高段側圧縮部１１２へ吸入される第２吸入冷媒の温度である第２吸入冷媒温度Ｔｓ２、および第２吸入冷媒の圧力である第２吸入冷媒圧力Ｐｓ２を検出する第２吸入冷媒温度圧力検出部である。

　第２吐出冷媒センサ６２ｃは、高段側圧縮部１１２から吐出された第２吐出冷媒の温度である第２吐出冷媒温度Ｔｄ２、および第２吐出冷媒の圧力である第２吐出冷媒圧力Ｐｄ２を検出する第２吐出冷媒温度圧力検出部である。

　第１冷媒センサ６２ｄは、第１熱交換器１２の出口側の第１冷媒の温度である第１冷媒温度Ｔｉ１、および第１冷媒の圧力である第１冷媒圧力Ｐｉ１を検出する第１冷媒温度圧力検出部である。

　第２冷媒センサ６２ｅは、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路の出口側の第２冷媒の温度である第２冷媒温度Ｔｉ２、および第２冷媒の圧力である第２冷媒圧力Ｐｉ２を検出する第２冷媒温度圧力検出部である。

　本実施形態では、冷媒センサとして、圧力検出部と温度検出部が一体化された検出部を採用しているが、もちろん、それぞれ別体で構成された圧力検出部と温度検出部とを採用してもよい。

　蒸発器温度センサ６２ｆは、蒸発器１８における冷媒蒸発温度（蒸発器温度）Ｔｅｆｉｎを検出するための蒸発器温度検出部である。具体的に、蒸発器温度センサ６２ｆは、蒸発器１８の熱交換フィン温度を検出している。チラー側温度センサ６２ｇは、チラー１９の冷媒通路から流出したチラー出口側冷媒の温度であるチラー側冷媒温度Ｔｃを検出するチラー側冷媒温度検出部である。

　低温側熱媒体温度センサ６３は、バッテリ７０の冷却水通路７０ａから流出した低温側熱媒体の温度である低温側熱媒体温度ＴＷＬを検出する低温側熱媒体温度検出部である。空調風温度センサ６４は、配風ユニット５０から車室内へ送風される送風空気温度ＴＡＶを検出する空調風温度検出部である。

　バッテリ温度センサ６５は、バッテリ７０の温度であるバッテリ温度ＴＢを検出するバッテリ温度検出部である。バッテリ温度センサ６５は、複数の温度センサを有し、バッテリ７０の複数の箇所の温度を検出している。このため、制御装置６０では、バッテリ７０を形成する各電池セルの温度差や温度分布を検出することができる。バッテリ温度ＴＢとしては、複数の温度センサの検出値の平均値を採用している。

　さらに、制御装置６０の入力側には、図３に示すように、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル６９が、有線あるいは無線で接続されている。制御装置６０には、操作パネル６９に設けられた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、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１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、蒸発器１８にて送風空気の冷却を行うことを要求する冷却要求部である。風量設定スイッチは、車室内へ送風される送風空気の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。

　なお、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。

　例えば、制御装置６０のうち、低段側圧縮部１１１の冷媒吐出能力を制御する構成は、低段側吐出能力制御部６０ａを構成している。また、高段側圧縮部１１２の冷媒吐出能力を制御する構成は、高段側吐出能力制御部６０ｂを構成している。また、冷媒回路切替部の作動を制御する構成は、冷媒回路制御部６０ｃを構成している。

　次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置１では、車室内の空調およびバッテリ７０の温度調整を行うために、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だけでなく、外部電源からバッテリ７０に充電されている際等にも実行される。制御プログラムでは、オートスイッチが投入されている際に、車室内の空調を行う。

　制御プログラムでは、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、目標吹出温度ＴＡＯを算定する。目標吹出温度ＴＡＯは、車室内へ吹き出される送風空気の目標温度である。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、冷却された送風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が比較的高い温度（本実施形態では、２５℃以上）になっている際や、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やすい。

　冷房モードには、単独冷房モードおよび冷却冷房モードがある。単独冷房モードは、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用したバッテリ７０の冷却を行うことなく車室内の冷房を行う運転モードである。冷却冷房モードは、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用してバッテリ７０の冷却を行うとともに、車室内の冷房を行う運転モードである。

　ここで、制御装置６０は、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用したバッテリ７０の冷却が必要であるか否かを判定する冷却要否判定部を有している。そして、制御装置６０は、冷却要否判定部によってバッテリ７０の冷却が必要であると判定された際に、バッテリを冷却する運転モードへ切り替える。

　より具体的には、冷却要否判定部は、バッテリ温度センサ６５によって検出されたバッテリ温度ＴＢが、予め定めた基準冷却温度ＫＴＢ以上となっている際に、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用したバッテリ７０の冷却が必要であると判定する。このことは、他の運転モードにおいても同様である。

　（ａ－１）単独冷房モード
　単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、制御装置６０が、暖房用膨張弁１４ａを全閉状態とし、中間圧膨張弁１４ｂを冷媒減圧作用を発揮する絞り状態あるいは全閉状態とし、冷房用膨張弁１４ｃを絞り状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを全閉状態とする。また、制御装置６０は、開閉弁１５ｅを閉じる。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方に冷媒吐出能力を発揮させる。

　このため、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、図１の太実線で示すように、圧縮機１１の第１吐出口１１１ｂから吐出された冷媒が、第１熱交換器１２、圧縮機１１の第２吸入口１１２ａの順に流れる。さらに、圧縮機１１の第２吐出口１１２ｂから吐出された冷媒が、第２熱交換器１６、中間圧膨張弁１４ｂ、中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路、圧縮機１１の第２吸入口１１２ａの順に循環する。同時に、圧縮機１１の第２吐出口１１２ｂから吐出された冷媒が、第２熱交換器１６、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路、冷房用膨張弁１４ｃ、蒸発器１８、アキュムレータ２０、高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路の順に循環する冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２にて、冷媒を段階的に圧縮する多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。

　また、制御装置６０は、高段側圧縮部１１２へ吸入される冷媒の圧力が、冷媒の臨界圧力以上となるように、すなわち、高段側圧縮部１１２へ吸入される冷媒が超臨界状態となるように、低段側圧縮部１１１の冷媒吐出能力を制御する。制御装置６０は、第２吸入冷媒センサ６２ｂによって検出された第２吸入冷媒温度Ｔｓ２および第２吸入冷媒圧力Ｐｓ２を用いて、高段側圧縮部１１２へ吸入される冷媒の状態を検知する。

　また、制御装置６０は、蒸発器温度センサ６２ｆによって検出された蒸発器温度Ｔｅｆｉｎが、目標蒸発器温度ＴＥＯに近づくように、高段側圧縮部１１２の冷媒吐出能力を制御する。目標蒸発器温度ＴＥＯ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決定される。

　制御マップでは、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、目標蒸発器温度ＴＥＯを上昇させる。また、制御マップでは、蒸発器１８の着霜を抑制可能な範囲で目標蒸発器温度ＴＥＯを決定する。

　また、制御装置６０は、第２吐出冷媒センサ６２ｃによって検出された第２吐出冷媒温度Ｔｄ２が、基準温度ＫＴｄ２以下となるように、中間圧膨張弁１４ｂの絞り開度を制御する。基準温度ＫＴｄ２は、高段側圧縮部１１２の耐熱温度よりも低い温度に設定されている。このため、第１熱交換器１２から流出した冷媒の温度が充分に低くなる運転条件では、制御装置６０が中間圧膨張弁１４ｂを全閉状態とすることもある。

　また、制御装置６０は、第２冷媒センサ６２ｅによって検出された第２冷媒圧力Ｐｉ２が目標高圧ＰＤＯ２に近づくように、冷房用膨張弁１４ｃの絞り開度を制御する。目標高圧ＰＤＯ２は、外気温Ｔａｍおよび第２吐出冷媒温度Ｔｄ２に基づいて、予め制御装置に記憶されている制御マップを参照して決定される。

　制御マップでは、冷凍サイクル装置１０の成績係数（すなわち、ＣＯＰ）が極大値に近づくように目標高圧ＰＤＯ２を決定する。

　単独冷房モードの低温側熱媒体回路４０では、制御装置６０が、予め定めた基準圧送能力を発揮するように、低温側ポンプ４１を作動させる。また、制御装置６０は、低温側熱媒体温度センサ６３によって検出された低温側熱媒体温度ＴＷＬが、予め定めた基準低温側熱媒体温度ＫＴＷＬに近づくように、低温側三方弁４２の作動を制御する。

　単独冷房モードの配風ユニット５０では、制御装置６０が、図示しない所定の送風機を作動させる。また、制御装置６０は、図２に示すように、第２空気通路５０ｂへ外気が導入されるように、第２内外気切替装置５２ｂの作動を制御する。また、制御装置６０は、操作信号等に応じて、第３空気通路５０ｃへ外気あるいは内気が導入されるように、第３内外気切替装置５２ｃの作動を制御する。

　また、制御装置６０は、連通穴５１ａを閉塞するように、通風路切替装置５２ｄの作動を制御する。また、制御装置６０は、第１熱交換器１２を通過した外気が車室外に排出され、蒸発器１８を通過した送風空気が車室内へ導かれるように、室内導入装置５２ｅの作動を制御する。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。

　従って、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、図４のモリエル線図に示すように、冷媒の状態が変化する。

　すなわち、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒（図４のａ４点）は、第１吐出口１１１ｂから第１熱交換器１２へ流入する。第１熱交換器１２へ流入した中間圧冷媒は、第２空気通路５０ｂを流通する外気と熱交換する。さらに、第１熱交換器１２から流出した中間圧冷媒の流れは、第２三方継手１３ｂにて、中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路から流出した中間圧冷媒の流れと合流する。これにより、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒が冷却される（図４のａ４点からｍ４点へ）。

　第２三方継手１３ｂから流出した中間圧冷媒は、高段側圧縮部１１２へ吸入されて圧縮される（図４のｍ４点からｃ４点へ）。高段側圧縮部１１２から吐出された高圧冷媒（図４のｃ４点）は、第２吐出口１１２ｂから第２熱交換器１６へ流入する。第２熱交換器１６へ流入した高圧冷媒は、第１空気通路５０ａを流通する外気に放熱してエンタルピを低下させる（図４のｃ４点からｄ４点へ）。

　第２熱交換器１６から流出した高圧冷媒の流れは、第４三方継手１３ｄにて分岐される。第４三方継手１３ｄにて分岐された一方の冷媒は、中間圧膨張弁１４ｂにて減圧される（図４のｄ４点からｅ４点へ）。中間圧膨張弁１４ｂにて減圧された中間圧冷媒は、中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路へ流入する。

　中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路へ流入した中間圧冷媒は、高圧冷媒通路を流通する高圧冷媒と熱交換してエンタルピを上昇させる（図４のｅ４点からｆ４点へ）。中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路から流出した中間圧冷媒は、第１熱交換器１２から流出した中間圧冷媒と合流して、高段側圧縮部１１２へ吸入される。

　第４三方継手１３ｄにて分岐された他方の高圧冷媒は、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路へ流入する。中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路へ流入した高圧冷媒は、中間圧冷媒通路を流通する中間圧冷媒と熱交換してエンタルピを低下させる（図４のｄ４点からｇ４点へ）。

　中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路から流出した冷媒は、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路へ流入する。高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路へ流入した高圧冷媒は、低圧冷媒通路を流通する低圧冷媒と熱交換してエンタルピを低下させる（図４のｇ４点からｈ４点へ）。高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路から流出した高圧冷媒は、冷房用膨張弁１４ｃにて減圧される（図４のｈ４点からｉ４点へ）。

　冷房用膨張弁１４ｃにて減圧された冷媒は、蒸発器１８へ流入する。蒸発器１８へ流入した冷媒は、第３空気通路５０ｃを流通する外気あるいは内気と熱交換して蒸発する（図４のｉ４点からｊ４点へ）。これにより、蒸発器１８を通過する外気あるいは内気が冷却される。蒸発器１８から流出した冷媒は、アキュムレータ２０へ流入して気液分離される。

　アキュムレータ２０にて分離された気相冷媒は、高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路へ流入する。高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路へ流入した冷媒は、高圧冷媒通路を流通する冷媒と熱交換してエンタルピを上昇させる（図４のｊ４点からｋ４点へ）。高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路から流出した冷媒は、低段側圧縮部１１１へ吸入されて圧縮される（図４のｋ４点からａ４点へ）。

　また、単独冷房モードの低温側熱媒体回路４０では、低温側ポンプ４１から圧送された低温側熱媒体が、チラー１９の熱媒体通路へ流入する。チラー１９の熱媒体通路へ流入した熱媒体は、チラー１９の冷媒通路に冷媒が流通していないので、温度変化することなくチラー１９から流出する。

　チラー１９から流出した熱媒体は、バッテリ７０の冷却水通路７０ａへ流入する。これにより、バッテリ７０が冷却される。冷却水通路７０ａから流出した熱媒体は、低温側三方弁４２の開度に応じて、熱媒体三方継手４３の一方の流入口側および低温側ラジエータ４４の熱媒体入口側へ流出する。

　低温側ラジエータ４４へ流入した熱媒体は、外気に放熱する。低温側ラジエータ４４から流出した熱媒体は、熱媒体三方継手４３の他方の流入口へ流入する。熱媒体三方継手４３から流出した熱媒体は、低温側ポンプ４１に吸入されて、チラー１９の熱媒体通路へ向けて圧送される。

　また、単独冷房モードの配風ユニット５０では、第３内外気切替装置５２ｃを介して第３空気通路５０ｃへ導入された外気あるいは内気が、蒸発器１８にて冷却される。蒸発器１８にて冷却された外気あるいは内気は、車室内へ送風される送風空気として、室内導入装置５２ｅを介して、車室内へ吹き出される。これにより、車室内の冷房が実現される。

　（ａ－２）冷却冷房モード
　冷却冷房モードは、単独冷房モードの実行中に、冷却要否判定部によって、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用したバッテリ７０の冷却を行う必要があると判定された際に選択される。

　冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、制御装置６０が、暖房用膨張弁１４ａを全閉状態とし、中間圧膨張弁１４ｂを絞り状態あるいは全閉状態とし、冷房用膨張弁１４ｃを絞り状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを絞り状態とする。また、制御装置６０は、開閉弁１５ｅを閉じる。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方に冷媒吐出能力を発揮させる。

　このため、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、単独冷房モードと同様に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。さらに、図１の太破線で示すように、第６三方継手１３ｆにて分岐された他方の冷媒が、冷却用膨張弁１４ｄ、チラー１９、第８三方継手１３ｈの順に流れる冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方で、冷媒を段階的に圧縮する多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。さらに、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、蒸発器１８とチラー１９が、冷媒流れに対して並列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。

　また、制御装置６０は、予め定めた冷却冷房モード用の絞り開度となるように、冷却用膨張弁１４ｄの絞り開度を制御する。また、制御装置６０は、その他の制御対象機器の作動を、単独冷房モードと同様に制御する。

　従って、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、第１熱交換器１２および第２熱交換器１６を放熱用の熱交換器として機能させ、蒸発器１８およびチラー１９を蒸発用の熱交換器として機能させる多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。これにより、蒸発器１８では、送風空気が冷却される。さらに、チラー１９では、低温側熱媒体が冷却される。

　また、冷却冷房モードの低温側熱媒体回路４０では、低温側ポンプ４１から圧送された低温側熱媒体が、チラー１９の熱媒体通路へ流入する。チラー１９の熱媒体通路へ流入した低温側熱媒体は、冷媒に吸熱されて冷却される。チラー１９にて冷却された低温側熱媒体は、バッテリ７０の冷却水通路７０ａへ流入する。これにより、バッテリ７０が冷却される。その他の作動は、単独冷房モードと同様である。

　また、冷却冷房モードの配風ユニット５０では、単独冷房モードと同様に、第３空気通路５０ｃへ導入された外気あるいは内気が、蒸発器１８にて冷却されて、送風空気として車室内へ吹き出される。これにより、車室内の冷房が実現される。

　（ｂ）暖房モード
　暖房モードは、加熱された送風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が比較的低い温度（本実施形態では、１０℃未満）になっている際に選択されやすい。

　このため、本実施形態の暖房モードでは、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用したバッテリ７０の冷却を行うことなく車室内の暖房を行う。つまり、本実施形態の車両用空調装置１では、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用してバッテリ７０の冷却を行うとともに、車室内の暖房を行う運転モードを設けていない。

　暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、制御装置６０が、暖房用膨張弁１４ａを絞り状態とし、中間圧膨張弁１４ｂを全閉状態とし、冷房用膨張弁１４ｃを全閉状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを全閉状態とする。また、制御装置６０は、開閉弁１５ｅを開く。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１に冷媒吐出能力を発揮させ、高段側圧縮部１１２を停止させる。

　このため、暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、図５の太実線で示すように、圧縮機１１の第１吐出口１１１ｂから吐出された冷媒が、第１熱交換器１２、暖房用膨張弁１４ａ、第２熱交換器１６、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路、アキュムレータ２０、高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路、圧縮機１１の第１吸入口１１１ａの順に循環する冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、暖房冷房モードの冷凍サイクル装置１０では、低段側圧縮部１１１にて冷媒を圧縮する単段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。

　また、制御装置６０は、第２冷媒センサ６２ｅによって検出された第２冷媒温度Ｔｉ２が、目標第２冷媒温度ＴｉＯ２に近づくように、低段側圧縮機１１１の冷媒吐出能力を制御する。目標第２冷媒温度ＴｉＯ２は、目標吹出温度ＴＡＯおよび外気温Ｔａｍ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決定される。

　制御マップでは、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、目標第２冷媒温度ＴｉＯ２を低下させる。また、制御マップでは、目標第２冷媒温度ＴｉＯ２を外気温Ｔａｍよりも低い値に決定する。

　また、制御装置６０は、第１冷媒センサ６２ｄによって検出された第１冷媒圧力Ｐｉ１が目標高圧ＰＤＯ１に近づくように、暖房用膨張弁１４ａの絞り開度を制御する。目標高圧ＰＤＯ１は、外気温Ｔａｍおよび第１吐出冷媒センサ６２ａによって検出された第１吐出冷媒温度Ｔｄ１に基づいて、予め制御装置に記憶されている制御マップを参照して決定される。

　制御マップでは、冷凍サイクル装置１０のＣＯＰが極大値に近づくように目標高圧ＰＤＯ１を決定する。

　暖房モードの低温側熱媒体回路４０では、制御装置６０が、単独冷房モードと同様に、低温側熱媒体回路４０の各構成機器の作動を制御する。

　暖房モードの配風ユニット５０では、制御装置６０が、図示しない所定の送風機を作動させる。また、制御装置６０は、図６に示すように、第２空気通路５０ｂへ内気が導入されるように、第２内外気切替装置５２ｂの作動を制御する。

　また、制御装置６０は、連通穴５１ａを閉塞するように、通風路切替装置５２ｄの作動を制御する。また、制御装置６０は、第１熱交換器１２を通過した送風空気が車室内へ導かれるように、室内導入装置５２ｅの作動を制御する。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。

　従って、暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、第１熱交換器１２を放熱用の熱交換器として機能させ、第２熱交換器１６を蒸発用の熱交換器として機能させる単段圧縮式の冷凍サイクルが構成される。これにより、第１熱交換器１２では、送風空気が加熱される。

　暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、中間圧膨張弁１４ｂが全閉状態となっている。このため、暖房モードの中間圧内部熱交換器１７ａでは、冷媒同士の熱交換は行われない。また、暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路へ流入する低圧冷媒と低圧冷媒通路へ流入する低圧冷媒の温度が同等となる。このため、暖房モードの高低圧内部熱交換器１７ｂでは、冷媒同士の熱交換は行われない。

　また、暖房モードの低温側熱媒体回路４０では、単独冷房モードと同様に、バッテリ７０が冷却される。

　また、暖房モードの配風ユニット５０では、第２内外気切替装置５２ｂを介して第２空気通路５０ｂへ導入された内気が、第１熱交換器１２にて加熱される。第１熱交換器１２にて加熱された内気は、車室内へ送風される送風空気として、室内導入装置５２ｅを介して、車室内へ吹き出される。これにより、車室内の暖房が実現される。

　（ｃ）除湿暖房モード
　除湿暖房モードは、冷却されて除湿された送風空気を再加熱して車室内へ吹き出すことによって、車室内の除湿暖房を行う運転モードである。除湿暖房モードは、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が中間温度域（本実施形態では、１０℃以上、２５℃未満）になっている際や、目標吹出温度ＴＡＯが中間温度域になっている際に選択されやすい。

　除湿暖房モードには、単独除湿暖房モードおよび冷却除湿暖房モードがある。単独除湿暖房モードは、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用したバッテリ７０の冷却を行うことなく車室内の除湿暖房を行う運転モードである。冷却直列除湿暖房モードは、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用してバッテリ７０の冷却を行うとともに、車室内の除湿暖房を行う運転モードである。

　（ｃ－１）単独除湿暖房モード
　単独除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、制御装置６０が、暖房用膨張弁１４ａを絞り状態とし、中間圧膨張弁１４ｂを全閉状態とし、冷房用膨張弁１４ｃを絞り状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを全閉状態とする。また、制御装置６０は、開閉弁１５ｅを閉じる。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１に冷媒吐出能力を発揮させ、高段側圧縮部１１２を停止させる。

　このため、単独除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、図７の太実線で示すように、圧縮機１１の第１吐出口１１１ｂから吐出された冷媒が、第１熱交換器１２、暖房用膨張弁１４ａ、第２熱交換器１６、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路、冷房用膨張弁１４ｃ、蒸発器１８、アキュムレータ２０、高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路、圧縮機１１の第１吸入口１１１ａの順に循環する冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、単独除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、低段側圧縮部１１１にて冷媒を圧縮する単段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。

　また、制御装置６０は、暖房モードと同様に、低段側圧縮部１１１の冷媒吐出能力を制御する。

　また、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、暖房用膨張弁１４ａの絞り開度および冷房用膨張弁１４ｃの絞り開度の開度パターンを決定する。

　制御マップでは、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、暖房用膨張弁１４ａの絞り開度を減少させるとともに、冷房用膨張弁１４ｃの絞り開度を増加させる。さらに、暖房用膨張弁１４ａの絞り開度および冷房用膨張弁１４ｃの絞り開度は、第２熱交換器１６へ流入する冷媒の温度が外気温よりも高くなる範囲で調整される。

　単独除湿暖房モードの低温側熱媒体回路４０では、制御装置６０が、単独冷房モードと同様に、低温側熱媒体回路４０の各構成機器の作動を制御する。

　単独除湿暖房モードの配風ユニット５０では、制御装置６０が、図示しない所定の送風機を作動させる。また、制御装置６０は、図８に示すように、操作信号等に応じて、第３空気通路５０ｃへ外気あるいは内気が導入されるように、第３内外気切替装置５２ｃの作動を制御する。

　また、制御装置６０は、第２空気通路５０ｂの入口側を閉塞するとともに、連通穴５１ａを開くように、通風路切替装置５２ｄの作動を制御する。また、制御装置６０は、第１熱交換器１２を通過した送風空気が車室内へ導かれるように、室内導入装置５２ｅの作動を制御する。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。

　従って、単独除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、第１熱交換器１２および第２熱交換器１６を放熱用の熱交換器として機能させ、蒸発器１８を蒸発用の熱交換器として機能させる単段圧縮式の冷凍サイクルが構成される。これにより、第１熱交換器１２では、送風空気が加熱される。さらに、蒸発器１８では、送風空気が冷却される。

　また、単独除湿暖房モードの低温側熱媒体回路４０では、単独冷房モードと同様に、バッテリ７０が冷却される。

　また、単独除湿暖房モードの配風ユニット５０では、第３内外気切替装置５２ｃを介して第３空気通路５０ｃへ導入された外気あるいは内気が、蒸発器１８にて冷却されて除湿される。蒸発器１８にて除湿された外気あるいは内気は、連通穴５１ａを介して、第２空気通路５０ｂへ導入される。

　第２空気通路５０ｂへ導入された外気あるいは内気は、第１熱交換器１２にて再加熱される。第１熱交換器１２にて再加熱された外気あるいは内気は、車室内へ送風される送風空気として、室内導入装置５２ｅを介して、車室内へ吹き出される。これにより、車室内の除湿暖房が実現される。

　さらに、単独除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、暖房用膨張弁１４ａの絞り開度を減少させ、冷房用膨張弁１４ｃの絞り開度を増加させる。

　これによれば、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、第１熱交換器１２における冷媒の放熱量を増加させ、第２熱交換器における冷媒の放熱量を減少させることができる。従って、目標吹出温度ＴＡＯの上昇に伴って、圧縮機１１の回転数を増加させることなく、第１熱交換器１２における送風空気の加熱能力を向上させることができる。

　（ｃ－２）冷却除湿暖房モード
　冷却除湿暖房モードは、単独除湿暖房モードの実行中に、冷却要否判定部によって、冷凍サイクル装置１０の冷却能力を利用したバッテリ７０の冷却を行う必要があると判定された際に選択される。

　冷却除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、制御装置６０が、暖房用膨張弁１４ａを絞り状態とし、中間圧膨張弁１４ｂを全閉状態とし、冷房用膨張弁１４ｃを絞り状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを絞り状態とする。また、制御装置６０は、開閉弁１５ｅを閉じる。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１に冷媒吐出能力を発揮させ、高段側圧縮部１１２を停止させる。

　このため、冷却除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、単独除湿暖房モードと同様に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。さらに、図７の太破線で示すように、第６三方継手１３ｆにて分岐された他方の冷媒が、冷却用膨張弁１４ｄ、チラー１９、第８三方継手１３ｈの順に流れる冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、単独除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、低段側圧縮部１１１にて冷媒を圧縮する単段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。さらに、冷却除湿暖房モードでは、蒸発器１８とチラー１９が、冷媒流れに対して並列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。

　また、制御装置６０は、予め定めた冷却除湿暖房モード用の絞り開度となるように、冷却用膨張弁１４ｄの絞り開度を制御する。さらに、制御装置６０は、その他の制御対象機器の作動を、単独除湿暖房モードと同様に制御する。

　従って、冷却除湿暖房モードの冷凍サイクル装置１０では、第１熱交換器１２および第２熱交換器１６を放熱用の熱交換器として機能させ、蒸発器１８およびチラー１９を蒸発用の熱交換器として機能させる単段圧縮式の冷凍サイクルが構成される。これにより、第１熱交換器１２では、送風空気が加熱される。蒸発器１８では、送風空気が冷却される。さらに、チラー１９では、低温側熱媒体が冷却される。

　また、冷却除湿暖房モードの低温側熱媒体回路４０では、冷却冷房モードと同様に、バッテリ７０が冷却される。

　また、冷却除湿暖房モードの配風ユニット５０では、単独除湿暖房モードと同様に、蒸発器１８にて冷却されて除湿された外気あるいは内気が、第１熱交換器１２にて再加熱されて車室内へ吹き出される。これにより、車室内の除湿暖房が実現される。

　以上の如く、本実施形態の車両用空調装置１では、運転モードを切り替えることによって、車室内の快適な空調、および車載機器であるバッテリ７０の適切な温度調整を行うことができる。

　ここで、多段昇圧式の冷凍サイクル装置では、一般的に、低段側圧縮部から吐出された冷媒の温度よりも、高段側圧縮部から吐出された冷媒の温度が上昇しやすい。このため、高段側圧縮部から吐出される高圧冷媒の温度が、高段側圧縮部の耐熱温度を超えないように、各種構成機器の作動を制御する必要がある。従って、多段昇圧式の冷凍サイクル装置では、高段側圧縮部の保護とＣＯＰの向上との両立が難しい。

　これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、高低圧内部熱交換器１７ｂを備えている。これによれば、多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される冷房モード時に、第２熱交換器１６から流出した高圧冷媒の温度を低下させて、蒸発器１８へ流入する低圧冷媒のエンタルピを低下させることができる。従って、蒸発器１８にて発揮される冷凍能力を拡大させて、ＣＯＰを向上させることができる。

　この際、高低圧内部熱交換器１７ｂでは、高圧冷媒と中間圧冷媒とを熱交換させるのではなく、高圧冷媒と低圧冷媒とを熱交換させる。低圧冷媒は中間圧冷媒よりも温度の低いので、ＣＯＰを効果的に向上させることができる。さらに、高低圧内部熱交換器１７ｂでは、低段側圧縮部１１１に吸入される低圧冷媒の温度を上昇させてしまうものの、高段側圧縮部１１２に吸入される中間圧冷媒を直接上昇させてしまうことがない。

　さらに、冷凍サイクル装置１０では、中間圧冷却部を備えているので、高段側圧縮部１１２に吸入される中間圧冷媒の温度を低下させることができる。従って、高段側圧縮部１１２から吐出された高圧冷媒の温度上昇を抑制して高段側圧縮部１１２の保護を図ることができる。

　すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置１０によれば、ＣＯＰの向上と高段側圧縮部１１２の保護との両立を図ることができる。

　また、本実施形態では、中間圧冷却部として、第１熱交換器１２を有している。これによれば、冷房モード時に、第１熱交換器１２にて、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒を外気に放熱させて冷却することができる。

　また、本実施形態では、中間圧冷却部として、第４三方継手１３ｄ、および中間圧膨張弁１４ｂを有している。これによれば、冷房モード時に、中間圧膨張弁１４ｂにて減圧された冷媒を低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒に合流させることによって、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒を冷却することができる。

　また、本実施形態では、中間圧内部熱交換器１７ａを備えているので、高段側圧縮部１１２から吐出された高圧冷媒の温度上昇を抑制可能な範囲で、第２熱交換器１６から流出した高圧冷媒の温度を低下させることができる。従って、より一層、ＣＯＰを向上させることができる。

　さらに、中間圧内部熱交換器１７ａでは、高低圧内部熱交換器１７ｂへ流入する前の高圧冷媒と中間圧膨張弁１４ｂにて減圧された中間圧冷媒とを熱交換させる。高低圧内部熱交換器１７ｂを流通する低圧冷媒の温度は、中間圧内部熱交換器１７ａを流通する中間圧冷媒の温度よりも低くなる。従って、冷凍サイクル装置１０では、高圧冷媒を、中間圧内部熱交換器１７ａおよび高低圧内部熱交換器１７ｂの順で効率的に冷却することができる。

　また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、高段側圧縮部１１２へ吸入される冷媒が、超臨界状態となるように、低段側圧縮部１１１の冷媒吐出能力を制御する。これによれば、高段側圧縮部１１２の液圧縮を確実に回避して、高段側圧縮部１１２の保護を図ることができる。

　また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される冷媒回路と単段昇圧式の冷凍サイクルが構成される冷媒回路とを切り替えることができる。これによれば、用途に応じて、より適切なサイクルバランスとなる冷媒回路を選択することができる。従って、各構成機器に要求される耐圧性能や耐熱性能を予め適切に設定することが可能となり、冷凍サイクル装置１０全体としての生産性を向上できる。

　（第２実施形態）
　本実施形態の冷凍サイクル装置１０ａでは、図９の全体構成図に示すように、第１実施形態の冷凍サイクル装置１０に対して、第２三方継手１３ｂ、第４三方継手１３ｄ、中間圧膨張弁１４ｂ、および中間圧内部熱交換器１７ａが廃止されている。

　このため、冷凍サイクル装置１０ａでは、第１三方継手１３ａの一方の流出口に、圧縮機１１の第２吸入口１１２ａ側が接続されている。また、第２熱交換器１６の冷媒出口に、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路の入口側が接続されている。その他の冷凍サイクル装置１０ａおよび車両用空調装置１の構成は、第１実施形態と同様である。

　次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置１においても、第１実施形態と同様に、運転モードを切り替えることができる。以下に、各運転モードについて説明する。

　（ａ－１）単独冷房モード
　単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０ａでは、制御装置６０が、暖房用膨張弁１４ａを全閉状態とし、冷房用膨張弁１４ｃを絞り状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを全閉状態とする。また、制御装置６０は、開閉弁１５ｅを閉じる。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方に冷媒吐出能力を発揮させる。

　このため、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０ａでは、図９の太実線で示すように、圧縮機１１の第１吐出口１１１ｂから吐出された冷媒が、第１熱交換器１２、圧縮機１１の第２吸入口１１２ａの順に流れる。さらに、圧縮機１１の第２吐出口１１２ｂから吐出された冷媒が、第２熱交換器１６、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路、冷房用膨張弁１４ｃ、蒸発器１８、アキュムレータ２０、高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路の順に循環する冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０ａでは、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２にて、冷媒を段階的に圧縮する多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。また、制御装置６０は、その他の制御対象機器の作動を、第１実施形態と同様に制御する。

　従って、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０ａでは、図１０のモリエル線図に示すように、冷媒の状態が変化する。図１０では、第１実施形態で説明した図４に対して、サイクル構成上同等の箇所の冷媒の状態を、同一の符号（アルファベット）で示し、添字（数字）のみを図番に合わせて変更している。このことは、以下のモリエル線図においても同様である。

　すなわち、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒（図１０のａ１０点）は、第１熱交換器１２へ流入する。第１熱交換器１２へ流入した中間圧冷媒は、第２空気通路５０ｂを流通する外気に放熱してエンタルピを低下させる（図１０のａ１０点からｍ１０点へ）。第１熱交換器１２にて冷却された中間圧冷媒は、高段側圧縮部１１２へ吸入されて圧縮される（図１０のｍ１０点からｃ１０点へ）。

　高段側圧縮部１１２から吐出された高圧冷媒（図１０のｃ１０点）は、第２熱交換器１６へ流入する。第２熱交換器１６へ流入した高圧冷媒は、第１実施形態と同様に、第１空気通路５０ａを流通する外気に放熱してエンタルピを低下させる（図１０のｃ１０点からｄ１０点へ）。

　第２熱交換器１６から流出した高圧冷媒は、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路へ流入する。高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路へ流入した高圧冷媒は、低圧冷媒通路を流通する低圧冷媒と熱交換してエンタルピを低下させる（図１０のｄ１０点からｈ１０点へ）。

　高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路から流出した高圧冷媒は、冷房用膨張弁１４ｃにて減圧される（図１０のｈ１０点からｉ１０点へ）。

　冷房用膨張弁１４ｃにて減圧された冷媒は、蒸発器１８へ流入する。蒸発器１８へ流入した冷媒は、第３空気通路５０ｃを流通する外気あるいは内気と熱交換して蒸発する（図４のｉ４点からｊ４点へ）。これにより、蒸発器１８を通過する外気あるいは内気が冷却される。その他の作動は、第１実施形態と同様である。

　従って、本実施形態の単独冷房モードでは、第１実施形態と同様に車室内の冷房を実現することができる。

　（ａ－２）冷却冷房モード
　冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０ａでは、制御装置６０が、暖房用膨張弁１４ａを全閉状態とし、冷房用膨張弁１４ｃを絞り状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを絞り状態とする。また、制御装置６０は、開閉弁１５ｅを閉じる。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方に冷媒吐出能力を発揮させる。

　このため、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０ａでは、単独冷房モードと同様に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。さらに、図９の太破線で示すように、第６三方継手１３ｆにて分岐された他方の冷媒が、冷却用膨張弁１４ｄ、チラー１９、第８三方継手１３ｈの順に流れる冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０ａでは、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方で、冷媒を段階的に圧縮する多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。さらに、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０ａでは、蒸発器１８とチラー１９が、冷媒流れに対して並列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。その他の作動は、第１実施形態と同様である。

　従って、本実施形態の冷却冷房モードでは、第１実施形態と同様に、バッテリ７０の冷却を行うことができる。さらに、車室内の冷房を実現することができる。

　（ｂ）暖房モード、（ｃ－１）単独除湿暖房モード、および（Ｃ－２）冷却除湿暖房モードの作動については、第１実施形態と同様である。

　従って、本実施形態の車両用空調装置１では、運転モードを切り替えることによって、車室内の快適な空調、および車載機器であるバッテリ７０の適切な温度調整を行うことができる。さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置１０ａでは、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置１０ａによれば、冷房モード時に、ＣＯＰの向上と高段側圧縮部１１２の保護との両立を図ることができる。

　（第３実施形態）
　本実施形態の冷凍サイクル装置１０ｂは、図１１の全体構成図に示すように、第１実施形態の冷凍サイクル装置１０に対して、第１三方継手１３ａ、第３三方継手１３ｃ、第５三方継手１３ｅ、第７三方継手１３ｇ、暖房用膨張弁１４ａ、開閉弁１５ｅ、および第１熱交換器１２、が廃止されている。

　このため、冷凍サイクル装置１０ｂでは、圧縮機１１の第１吐出口１１１ｂに、第２三方継手１３ｂの一方の流入口側が接続されている。圧縮機１１の第２吐出口１１２ｂに、第２熱交換器１６の冷媒入口側が接続されている。高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路の出口に第６三方継手１３ｆの流入口側が接続されている。第８三方継手１３ｈの流出口に、アキュムレータ２０の入口側が接続されている。

　その他の冷凍サイクル装置１０ｂおよび車両用空調装置１の構成は、第１実施形態と同様である。

　次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置１の作動について説明する。本実施形態の車両用空調装置１では、（ａ－１）単独冷房モード、（ａ－２）冷却冷房モードを切り替えることができる。以下に、各運転モードについて説明する。

　（ａ－１）単独冷房モード
　単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０ｂでは、制御装置６０が、冷房用膨張弁１４ｃを絞り状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを全閉状態とする。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方に冷媒吐出能力を発揮させる。

　このため、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０ｂでは、図１１の太実線で示すように、圧縮機１１の第１吐出口１１１ｂから吐出された冷媒が、第２三方継手１３ｂを介して、圧縮機１１の第２吸入口１１２ａ側へ流れる。さらに、圧縮機１１の第２吐出口１１２ｂから吐出された冷媒が、第２熱交換器１６、中間圧膨張弁１４ｂ、中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路、圧縮機１１の第２吸入口１１２ａの順に循環する。同時に、圧縮機１１の第２吐出口１１２ｂから吐出された冷媒が、第２熱交換器１６、中間圧内部熱交換器１７ａの高圧冷媒通路、高低圧内部熱交換器１７ｂの高圧冷媒通路、冷房用膨張弁１４ｃ、蒸発器１８、アキュムレータ２０、高低圧内部熱交換器１７ｂの低圧冷媒通路の順に循環する冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０ｂでは、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２にて、冷媒を圧縮する多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。また、制御装置６０は、その他の制御対象機器の作動を、第１実施形態と同様に制御する。

　従って、単独冷房モードの冷凍サイクル装置１０ｂでは、図１２のモリエル線図に示すように、冷媒の状態が変化する。

　すなわち、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒（図１２のａ１２点）の流れは、第２三方継手１３ｂにて、中間圧内部熱交換器１７ａから流出した中間圧冷媒の流れと合流する。これにより、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒が冷却される（図１２のａ１２点からｍ１２点へ）。

　第２三方継手１３ｂから流出した中間圧冷媒は、高段側圧縮部１１２へ吸入されて圧縮される（図１２のｍ１２点からｃ１２点へ）。高段側圧縮部１１２から吐出された高圧冷媒（図１２のｃ１２点）は、第２熱交換器１６へ流入する。第２熱交換器１６へ流入した高圧冷媒は、第１空気通路５０ａを流通する外気に放熱してエンタルピを低下させる（図１２のｃ１２点からｄ１２点へ）。

　第２熱交換器１６から流出した高圧冷媒の流れは、第４三方継手１３ｄにて分岐される。第４三方継手１３ｄにて分岐された一方の高圧冷媒は、中間圧膨張弁１４ｂにて減圧される（図４のｄ４点からｅ４点へ）。中間圧膨張弁１４ｂにて減圧された中間圧冷媒は、中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路へ流入する。

　中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路へ流入した中間圧冷媒は、高圧冷媒通路を流通する高圧冷媒と熱交換してエンタルピを上昇させる（図１２のｅ１２点からｆ１２点へ）。中間圧内部熱交換器１７ａの中間圧冷媒通路から流出した中間圧冷媒は、低段側圧縮部１１１から吐出された中間圧冷媒と合流して、高段側圧縮部１１２へ吸入される。その他の作動は、第１実施形態と同様である。

　（ａ－２）冷却冷房モード
　冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０ｂでは、制御装置６０が、冷房用膨張弁１４ｃを絞り状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを絞り状態とする。また、制御装置６０は、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方に冷媒吐出能力を発揮させる。

　このため、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０ｂでは、単独冷房モードと同様に冷媒が循環する冷媒回路に切り替えられる。さらに、図１１の太破線で示すように、第６三方継手１３ｆにて分岐された他方の冷媒が、冷却用膨張弁１４ｄ、チラー１９、第８三方継手１３ｈの順に流れる冷媒回路に切り替えられる。

　つまり、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０ｂでは、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２の双方で、冷媒を段階的に圧縮する多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される。さらに、冷却冷房モードの冷凍サイクル装置１０ｂでは、蒸発器１８とチラー１９が、冷媒流れに対して並列的に接続される冷媒回路に切り替えられる。その他の作動は、第１実施形態と同様である。

　つまり、本実施形態の車両用空調装置１では、運転モードを切り替えることによって、車室内の快適な空調、および車載機器であるバッテリ７０の適切な温度調整を行うことができる。さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置１０ｂでは、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置１０ｂによれば、冷房モード時に、ＣＯＰの向上と高段側圧縮部１１２の保護との両立を図ることができる。

　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。

　上述の実施形態では、本開示に係る冷凍サイクル装置を、車両用空調装置に適用した例を説明したが、本開示に係る冷凍サイクル装置の適用は、これに限定されない。車両用に限定されることなく、定置型の空調装置等に適用してもよい。例えば、サーバとして機能するコンピュータを冷却するとともに、サーバが収容される室内の空調を行うサーバ温度調整機能付きの空調装置等に適用してもよい。

　また、上述の実施形態では、温度調整対象物となる車載機器として、バッテリ７０を採用した例を説明したが、車載機器は、これに限定されない。例えば、車載機器は、モータジェネレータ、インバータ、センサプロセッシングユニット、トランスアクスル、ＡＤＡＳの制御装置等、作動時の発熱量が比較的多い機器を採用してもよい。

　モータジェネレータは、走行用の駆動力を出力するモータとしての機能および発電機としての機能を有する電動機である。インバータは、モータジェネレータ等に電力を供給する電気回路装置である。センサプロセッシングユニットは、自動運転や省エネルギ運転のために、環境センサのインターフェイスや通信機能を集約させた制御装置である。トランスアクスルは、トランスミッションやディファレンシャルギア等を一体化させた動力伝達機構である。ＡＤＡＳ用の制御装置は、先進運転支援システム用の制御装置である。

　また、上述の実施形態では、冷却対象物としての送風空気を冷却する冷却用の運転モード時に、多段昇圧式の冷凍サイクルが構成される例を説明したが、これに限定されない。例えば、蒸発器１８およびチラー１９にて外気の有する熱を冷媒に吸熱させて、第１熱交換器１２および第２熱交換器１６にて外気から吸熱した熱を加熱対象物へ放熱させる加熱用運転モード時に、多段昇圧式の冷凍サイクルが構成されてもよい。

　本開示に係る冷凍サイクル装置の構成は、上述の実施形態に開示された構成に限定されない。

　例えば、本開示に係る冷凍サイクル装置は、冷媒回路を切替可能に構成されていなくてもよい。少なくとも冷房モードと同様の多段昇圧式の冷凍サイクルを構成する運転モードを実行可能であれば、上述した実施形態で説明した効果を得ることができる。

　また、上述の第１実施形態の冷凍サイクル装置１０では、中間圧内部熱交換器１７ａを採用した例を説明したが、第１実施形態の冷凍サイクル装置１０の中間圧内部熱交換器１７ａを廃止してもよい。すなわち、第１実施形態の冷凍サイクル装置１０において、中間圧膨張弁１４ｂの出口に、第２三方継手１３ｂの他方の流入口が接続されていてもよい。

　また、本開示に係る冷凍サイクル装置の構成は、冷凍サイクル装置の生産性向上のために、適宜、一体化あるいは別体化してもよい。例えば、第１実施形態では、第５三方継手１３ｅと第６三方継手１３ｆとを一体化させた四方継手を採用してもよい。

　また、上述の実施形態の冷凍サイクル装置１０、１０ａ、１０ｂでは、圧縮機１１として、複合型圧縮機を採用した例を説明したが、搭載性向上のために、低段側圧縮部１１１および高段側圧縮部１１２として、異なる圧縮機を採用してもよい。

　さらに、圧縮機１１は、低段側圧縮部１１１の圧縮機構および高段側圧縮部１１２の圧縮機構の双方を、同一の電動モータで回転駆動できるようになっていてもよい。この場合、第１実施形態の冷凍サイクル装置１０では、クラッチ機構等によって、電動モータがいずれか一方の圧縮機構を回転駆動できるようになっていることが望ましい。

　また、上述の実施形態の冷凍サイクル装置１０、１０ａ、１０ｂでは、第１熱交換器１２として、冷媒と空気とを熱交換させる熱交換器を採用した例を説明したが、チラー１９と同様に熱媒体を介して、冷媒と空気とを熱交換させてもよい。すなわち、第１熱交換器１２に代えて、水冷媒熱交換器と空気熱媒体熱交換器とを有する熱媒体循環回路を採用してもよい。このことは、第２熱交換器１６、および蒸発器１８についても同様である。

　また、制御装置６０の入力側に接続される制御用のセンサ群は、上述の実施形態に開示された検出部に限定されない。必要に応じて各種検出部を追加してもよい。

　また、上述の実施形態では、冷凍サイクル装置１０、１０ａの冷媒として、二酸化炭素を採用して超臨界サイクルを構成した例を説明したが、これに限定されない。例えば、Ｒ１３４ａ、Ｒ６００ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２９０、あるいは、これらの混合冷媒等を採用して、高圧冷媒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もよい。

　亜臨界冷凍サイクルを構成する場合は、高段側圧縮部１１２へ吸入される冷媒を気相状態とすることが望ましい。もちろん、超臨界冷凍サイクルを構成する場合であっても、高段側圧縮部１１２へ吸入される冷媒を気相状態とすれば、高段側圧縮部１１２の液圧縮を回避することができる。

　また、上述の実施形態では、低温側熱媒体として、エチレングリコール水溶液を採用した例を説明したが、これに限定されない。例えば、ジメチルポリシロキサン、あるいはナノ流体等を含む溶液、不凍液、アルコール等を含む水系の液冷媒、オイル等を含む液媒体等を採用してもよい。

　本開示に係る冷凍サイクル装置の制御態様は、上述の実施形態に開示された制御態様に限定されず、その他の運転モードを実行可能であってもよい。例えば、車室内の空調を行うことなく車載機器の冷却を行う単独冷却モードを実行可能であってもよい。

　単独冷却モードでは、冷房用膨張弁１４ｃを全閉状態とし、冷却用膨張弁１４ｄを絞り状態とし、その他の構成機器については、単独冷房モードと同様に制御すればよい。単独冷却モードでは、車載機器の適切な温度調整を行うことができる。さらに、単独冷却モードにおいても、ＣＯＰの向上と高段側圧縮部１１２の保護との両立を図ることができる。

　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）
　低圧冷媒を吸入し、中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮部（１１１）と、
　前記低段側圧縮部から吐出された前記中間圧冷媒を冷却する中間圧冷却部（１２、１３ｄ、１４ｂ）と、
　前記中間圧冷却部にて冷却された前記中間圧冷媒を吸入し、高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮部（１１２）と、
　前記高段側圧縮部から吐出された前記高圧冷媒を放熱させる放熱部（１６）と、
　前記放熱部から流出した前記高圧冷媒を前記低圧冷媒となるまで減圧させる低圧用減圧部（１４ｃ、１４ｄ）と、
　前記低圧用減圧部にて減圧された前記低圧冷媒を蒸発させて前記低段側圧縮部の吸入口側へ流出させる蒸発部（１８、１９）と、
　前記放熱部から流出した前記高圧冷媒と前記低段側圧縮部へ吸入される前記低圧冷媒とを熱交換させる高低圧内部熱交換部（１７ｂ）と、を備える冷凍サイクル装置。
（項目２）
　前記中間圧冷却部は、前記中間圧冷媒と外気とを熱交換させる外気熱交換部（１２）である項目１に記載の冷凍サイクル装置。
（項目３）
　前記中間圧冷却部は、前記放熱部から流出した前記高圧冷媒の流れを分岐する分岐部（１３ｄ）、分岐部にて分岐された一方の前記高圧冷媒を前記中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧用減圧部（１４ｂ）、および前記中間圧用減圧部にて減圧された前記中間圧冷媒と前記分岐部にて分岐された他方の前記高圧冷媒とを熱交換させる中間圧内部熱交換部（１７ａ）とを有し、
　前記中間圧冷却部は、前記中間圧内部熱交換部から流出した前記中間圧冷媒を前記低段側圧縮部から吐出された前記中間圧冷媒に混合させることによって、前記低段側圧縮部から吐出された前記中間圧冷媒を冷却する項目１または２に記載の冷凍サイクル装置。
（項目４）
　前記中間圧内部熱交換部は、前記高低圧内部熱交換部へ流入する前の前記高圧冷媒と前記中間圧用減圧部にて減圧された前記中間圧冷媒とを熱交換させる項目３に記載の冷凍サイクル装置。
（項目５）
　前記中間圧冷媒の圧力が、臨界圧力以上となる項目１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

　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。

Claims

　低圧冷媒を吸入し、中間圧冷媒となるまで圧縮して吐出する低段側圧縮部（１１１）と、
　前記低段側圧縮部から吐出された前記中間圧冷媒を冷却する中間圧冷却部（１２、１３ｄ、１４ｂ）と、
　前記中間圧冷却部にて冷却された前記中間圧冷媒を吸入し、高圧冷媒となるまで圧縮して吐出する高段側圧縮部（１１２）と、
　前記高段側圧縮部から吐出された前記高圧冷媒を放熱させる放熱部（１６）と、
　前記放熱部から流出した前記高圧冷媒を前記低圧冷媒となるまで減圧させる低圧用減圧部（１４ｃ、１４ｄ）と、
　前記低圧用減圧部にて減圧された前記低圧冷媒を蒸発させて前記低段側圧縮部の吸入口側へ流出させる蒸発部（１８、１９）と、
　前記放熱部から流出した前記高圧冷媒と前記低段側圧縮部へ吸入される前記低圧冷媒とを熱交換させる高低圧内部熱交換部（１７ｂ）と、を備える冷凍サイクル装置。
　前記中間圧冷却部は、前記中間圧冷媒と外気とを熱交換させる外気熱交換部（１２）である請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記中間圧冷却部は、前記放熱部から流出した前記高圧冷媒の流れを分岐する分岐部（１３ｄ）、および分岐部にて分岐された一方の前記高圧冷媒を前記中間圧冷媒となるまで減圧させる中間圧用減圧部（１４ｂ）を有し、
　前記中間圧冷却部は、前記中間圧用減圧部にて減圧された前記中間圧冷媒を前記低段側圧縮部から吐出された前記中間圧冷媒に混合させることによって、前記低段側圧縮部から吐出された前記中間圧冷媒を冷却する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記高低圧内部熱交換部へ流入する前の前記高圧冷媒と前記中間圧用減圧部にて減圧された前記中間圧冷媒とを熱交換させる中間圧内部熱交換部（１７ａ）を備える請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
　前記中間圧冷媒の圧力が、臨界圧力以上となる請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。