冷却装置の制御装置および制御方法
【課題】冷凍サイクルに異常が発生した場合に発熱源の温度上昇を抑制できる、冷却装置の制御装置を提供する。
【解決手段】冷却装置は、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熱交換器と、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却部へ流す第一通路と、熱交換器と冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、第一通路の連通と第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含む。制御装置３００は、圧縮機の異常を検出するための検出手段３２１と、検出手段３２１によって異常が検出されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替える切替手段３２２と、を備える。
【解決手段】冷却装置は、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熱交換器と、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却部へ流す第一通路と、熱交換器と冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、第一通路の連通と第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含む。制御装置３００は、圧縮機の異常を検出するための検出手段３２１と、検出手段３２１によって異常が検出されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替える切替手段３２２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置の制御装置および制御方法に関し、特に、発熱源を冷却する冷却装置の制御装置および制御方法に関する。
【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２００７−６９７３３号公報（特許文献１）には、膨張弁から圧縮機へ至る冷媒通路に、空調用の空気と熱交換する熱交換器と、発熱体と熱交換する熱交換器と、を並列に配置し、空調装置用の冷媒を利用して発熱体を冷却するシステムが開示されている。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】
特開２００６−１７９１９０号公報（特許文献３）には、積層電池集合体および通風路を内部に含むケース体と、通風路を流通する冷却風を冷却するためにケース体内部に設置される空調用冷凍サイクルのエバポレータとを備える、車載用電池パックが開示されている。特開２００２−３１３４４１号公報（特許文献４）には、バッテリーの一部又は全部が露出する冷却通路に、冷却バイパス通路を介して空調装置の冷凍サイクルから供給される冷媒によって冷却されるエバポレータを配すると共に送風機によって冷却通路内の空気を循環させる、バッテリー冷却装置が開示されている。
【０００５】
一方、ハイブリッド車両の制御装置に関し、特開２００８−２３９０７９号公報（特許文献５）には、走行用バッテリの異常を監視して温度関係以外の異常を検出するとバッテリレス走行に移行し、バッテリレス走行の状態において走行用バッテリの温度異常を検出すると車両を停止させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６９７３３号公報
【特許文献２】特開２００５−９０８６２号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９１９０号公報
【特許文献４】特開２００２−３１３４４１号公報
【特許文献５】特開２００８−２３９０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜４は、圧縮機の異常または冷凍サイクルを循環する冷媒の不足など、冷凍サイクルに異常が発生した場合に、発熱体の冷却を継続することについては言及していない。そのため、冷凍サイクルの異常発生時に、発熱体の冷却能力が低下してしまい、発熱体が温度上昇してしまう問題がある。
【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、冷凍サイクルに異常が発生した場合に、発熱源の温度上昇を抑制できる、冷却装置の制御装置および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】
【０００９】
本発明の一の局面に係る冷却装置の制御装置は、発熱源を冷却する冷却装置の制御装置である。冷却装置は、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熱交換器と、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却部へ流す第一通路と、熱交換器と冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、第一通路の連通と第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含む。制御装置は、圧縮機の異常を検出するための検出手段と、検出手段によって異常が検出されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替える切替手段と、を備える。
【００１０】
本発明の他の局面に係る冷却装置の制御装置は、圧縮機の運転中に冷却部へ供給される冷媒流量の異常を検出するための検出手段と、検出手段によって異常が検出されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替える切替手段と、を備える。
【００１１】
上記制御装置において好ましくは、発熱源は、車両に搭載されており、制御装置は、検出手段によって異常が検出されたとき、車両の走行状態を制限する、制限手段を備える。
【００１２】
上記制御装置において好ましくは、検出手段によって異常が検出されたとき、冷却装置による発熱源の冷却能力を向上させる、冷却能力向上手段を備える。
【００１３】
上記制御装置において好ましくは、検出手段によって異常が検出されたとき、異常を報知するための報知手段を備える。
【００１４】
本発明の一の局面に係る冷却装置の制御方法は、発熱源を冷却する冷却装置の制御方法である。冷却装置は、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熱交換器と、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却部へ流す第一通路と、熱交換器と冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、第一通路の連通と第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含む。制御方法は、圧縮機に異常があるか判断するステップと、判断するステップで異常があると判断されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替えるステップと、を備える。
【００１５】
本発明の他の局面に係る冷却装置の制御装置は、圧縮機の運転中に冷却部へ供給される冷媒流量に異常があるか判断するステップと、判断するステップで異常があると判断されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替えるステップと、を備える。
【００１６】
上記制御方法において好ましくは、発熱源は、車両に搭載されており、制御方法は、判断するステップで異常があると判断されたとき、車両の走行状態を制限するステップを備える。
【００１７】
上記制御方法において好ましくは、判断するステップで異常があると判断されたとき、冷却装置による発熱源の冷却能力を向上させるステップを備える。
【００１８】
上記制御方法において好ましくは、判断するステップで異常があると判断されたとき、異常を報知するステップを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、冷凍サイクルに異常が発生した場合に、発熱源の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】冷却装置が適用される車両の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図３】蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図４】蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図５】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図６】冷却装置の運転モード毎の流量調整弁および切替弁の開度を示す図である。
【図７】実施の形態１の制御装置の構成の詳細を示すブロック図である。
【図８】実施の形態１の冷却装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態１の冷却装置の制御方法の他の例を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態２の制御装置の構成の詳細を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態２の冷却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】実施の形態２の冷却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】
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、冷却装置１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１００と、電動機である駆動ユニット２００と、ＰＣＵ（Power Control Unit）７００と、走行用バッテリ４００と、を含んで構成され、エンジン１００と駆動ユニット２００とを動力源とするハイブリッド車両である。なお、本発明の冷却装置１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。
【００２３】
エンジン１００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２００は、エンジン１００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１００および駆動ユニット２００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２００は、ケーブル５００を介してＰＣＵ７００と電気的に接続される。また、ＰＣＵ７００は、ケーブル６００を介して走行用バッテリ４００と電気的に接続される。
【００２４】
図２は、実施の形態１の冷却装置１の構成を示す模式図である。図２に示すように、冷却装置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１０００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。
【００２５】
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、熱交換器１５と、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を含む。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
熱交換器１４，１５は、冷却風と冷媒との間で、熱交換を行なう。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。熱交換器１４，１５における熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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２７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。
【００３２】
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と、熱交換器１４と熱交換器１５とを連通する冷媒通路２２，２３，２４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と、熱交換器１８と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２７と、を含む。
【００３３】
冷媒通路２１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２２〜２５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２２〜２５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。
【００３４】
冷媒通路２６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２７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２７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。
【００３５】
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２１〜２７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。
【００３６】
気液分離器４０は、熱交換器１４から流出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。気液分離器４０には、冷媒通路２２，２３と、冷媒通路３４とが連結されている。
【００３７】
熱交換器１４の出口側において冷媒は、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。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。冷媒通路２２から気液分離器４０へ流入する気液二相状態の冷媒は、気液分離器４０の内部において気相と液相とに分離される。気液分離器４０は、熱交換器１４によって凝縮された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。
【００３８】
分離された冷媒液は、冷媒通路３４を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。気液分離器４０内の液相中に配置された冷媒通路３４の端部は、液相冷媒の気液分離器４０からの流出口を形成する。分離された冷媒蒸気は、冷媒通路２３を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。気液分離器４０内の気相中に配置された冷媒通路２３の端部は、気相冷媒の気液分離器４０からの流出口を形成する。気液分離器４０から導出された気相の冷媒蒸気は、第三熱交換器としての熱交換器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。
【００３９】
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３４の端部は、気液分離器４０の底部に連結されている。冷媒通路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。気液分離器４０から冷媒蒸気を導出する冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０の天井部に連結されている。冷媒通路２３を経由して、気液分離器４０の天井側から冷媒蒸気のみが気液分離器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。
【００４０】
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の出口側から気液分離器４０へ至る冷媒通路２２と、気液分離器４０から冷媒蒸気を流出させ後述する流量調整弁２８を経由する冷媒通路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。冷媒通路２３は、気液分離器４０で分離された気相冷媒が流れるための通路である。
【００４１】
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、気液分離器４０と冷却部３０とを連通する冷媒通路３４と、冷却部３０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３４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。冷却部３０を通過した冷媒は、冷媒通路３６を経由して、冷媒通路２４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。
【００４２】
図２に示すＤ点は、冷媒通路２３と冷媒通路２４と冷媒通路３６との連結点を示す。つまりＤ点は、冷媒通路２３の下流側（熱交換器１５に近接する側）の端部、冷媒通路２４の上流側（熱交換器１４に近接する側）の端部、および、冷媒通路３６の下流側の端部を示す。冷媒通路２３は、気液分離器４０から膨張弁１６へ向かう冷媒が流通する経路の、気液分離器４０からＤ点へ至る一部を形成する。
【００４３】
冷却装置１は、冷媒通路２３と並列に配置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と膨張弁１６との間を気液分離器４０から熱交換器１５へ向けて流れる冷媒の経路において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、車両に搭載される電気機器であるＥＶ（Electric 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。ＥＶ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３４に接続される。冷却通路３２の他方の端部は、冷媒通路３６に接続される。
【００４４】
気液分離器４０と図２に示すＤ点との間の冷媒通路２３に並列に接続された冷媒の経路は、冷却部３０よりも上流側（気液分離器４０に近接する側）の冷媒通路３４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３６と、を含む。冷媒通路３４は、気液分離器４０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３６は、冷却部３０からＤ点に冷媒を流通させるための通路である。Ｄ点は、冷媒通路２３，２４と、冷媒通路３６と、の分岐点である。
【００４５】
気液分離器４０から流出した冷媒液は、冷媒通路３４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ＥＶ機器３１から熱を奪って、ＥＶ機器３１を冷却させる。冷却部３０は、気液分離器４０において分離され冷媒通路３４を経由して冷却通路３２へ流れる液相の冷媒を用いて、ＥＶ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、ＥＶ機器３１と、が熱交換することにより、ＥＶ機器３１は冷却され、冷媒は加熱される。冷媒はさらに冷媒通路３６を経由して冷却部３０からＤ点へ向かって流通し、冷媒通路２４を経由して熱交換器１５へ至る。
【００４６】
冷却部３０は、冷却通路３２においてＥＶ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、ＥＶ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、ＥＶ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、ＥＶ機器３１との間で、熱交換が可能となる。
【００４７】
ＥＶ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ＥＶ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ＥＶ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、ＥＶ機器３１を冷却することができる。
【００４８】
代替的には、冷却部３０は、ＥＶ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ＥＶ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、ＥＶ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。ＥＶ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ＥＶ機器３１との間の熱伝達効率が高められるので、ＥＶ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。
【００４９】
ヒートパイプによってＥＶ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、ＥＶ機器３１と冷却通路３２との間に距離があってもよく、ＥＶ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、ＥＶ機器３１の配置の自由度を向上することができる。
【００５０】
ＥＶ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、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。バッテリは、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。
【００５１】
熱交換器１８は、空気が流通するダクト９０の内部に配置されている。熱交換器１８は、冷媒とダクト９０内を流通する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。ダクト９０は、ダクト９０に空調用空気が流入する入口であるダクト入口９１と、ダクト９０から空調用空気が流出する出口であるダクト出口９２と、を有する。ダクト９０の内部の、ダクト入口９１の近傍には、ファン９３が配置されている。
【００５２】
ファン９３が駆動することにより、ダクト９０内に空気が流通する。ファン９３が稼働すると、ダクト入口９１を経由してダクト９０の内部へ空調用空気が流入する。ダクト９０へ流入する空気は、外気であってもよく、車両の室内の空気であってもよい。図２中の矢印９５は、熱交換器１８を経由して流通し、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷媒と熱交換する空調用空気の流れを示す。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。矢印９６は、熱交換器１８で温度調節され、ダクト出口９２を経由してダクト９０から流出する、空調用空気の流れを示す。
【００５３】
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２１〜２７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２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。
【００５４】
図３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３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。
【００５５】
図３中には、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へ流入し、ＥＶ機器３１を冷却し、冷媒通路３６からＤ点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。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２１、冷媒通路２２、冷媒通路３４、冷媒通路３６および冷媒通路２４〜２７は、第一通路を形成する。
【００５６】
図３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って（Ｂ点）、冷媒は熱交換器１４へと流れる。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る。気液二相状態である冷媒のうち、凝縮した冷媒は飽和液の状態である（Ｃ点）。
【００５７】
冷媒は気液分離器４０において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気液分離された冷媒のうち、液相の冷媒液が、気液分離器４０から冷媒通路３４を経由して冷却部３０の冷却通路３２へ流れ、ＥＶ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、ＥＶ機器３１が冷却される。ＥＶ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、ＥＶ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湿り蒸気となる（Ｄ点）。
【００５８】
その後冷媒は、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）。
【００５９】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２６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、等圧のまま蒸発する。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２７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。
【００６０】
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。
【００６１】
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から流出し気液分離器４０で気液分離された高圧の液冷媒が冷却部３０へ流通し、ＥＶ機器３１と熱交換することでＥＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＥＶ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、ＥＶ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ＥＶ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。
【００６２】
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、ＥＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＥＶ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、ＥＶ機器３１の冷却装置１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、冷却装置１の製造コストを低減することができる。加えて、ＥＶ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、ＥＶ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。
【００６３】
熱交換器１４では、冷媒を湿り蒸気の状態にまで冷却すればよく、気液混合状態の冷媒は気液分離器４０により分離され、飽和液状態の冷媒液のみが冷却部３０へ供給される。ＥＶ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、冷却装置１を得ることができる。
【００６４】
熱交換器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かう冷媒の経路の一部を形成する冷媒通路２３は、熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられている。気液分離器４０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と、冷却部３０を経由してＥＶ機器３１を冷却する冷媒の経路である冷媒通路３４，３６および冷却通路３２と、が並列に設けられる。冷媒通路３４，３６を含むＥＶ機器３１の冷却系は、冷媒通路２３と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。ＥＶ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、ＥＶ機器３１は適切に冷却される。したがって、ＥＶ機器３１が過冷却されることを防止できる。
【００６５】
熱交換器１４から直接熱交換器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３４，３６へ流通させることで、ＥＶ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。
【００６６】
膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＥＶ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、本実施の形態の冷却装置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、ＥＶ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。
【００６７】
ＥＶ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することができる。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、ＥＶ機器３１を冷却することができる。したがって、ＥＶ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。
【００６８】
熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒は、ＥＶ機器３１を冷却するときに、ＥＶ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ＥＶ機器３１との熱交換量が減少してＥＶ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、ＥＶ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。
【００６９】
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、ＥＶ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ＥＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＥＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＥＶ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ＥＶ機器３１の冷却能力との両方を確保した、冷却装置１を提供することができる。
【００７０】
熱交換器１４の出口において気液二相状態にある冷媒は、気液分離器４０内において、気相と液相とに分離される。気液分離器４０で分離された気相冷媒は、冷媒通路２３，２４を経由して流れ直接熱交換器１５に供給される。気液分離器４０で分離された液相冷媒は、冷媒通路３４を経由して流れ、冷却部３０に供給されてＥＶ機器３１を冷却する。この液相冷媒は、過不足の全くない真に飽和液状態の冷媒である。気液分離器４０から液相の冷媒のみを取り出し冷却部３０へ流すことにより、熱交換器１４の能力を最大限に活用してＥＶ機器３１を冷却することができるので、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させた冷却装置１を提供することができる。
【００７１】
気液分離器４０の出口で飽和液の状態にある冷媒をＥＶ機器３１を冷却する冷却通路３２に導入することにより、冷媒通路３４，３６および冷却通路３２を含むＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒のうち、気相状態の冷媒を最小限に抑えることができる。そのため、ＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒蒸気の流速が早くなり圧力損失が増大することを抑制でき、冷媒を流通させるための圧縮機１２の消費電力を低減できるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の性能の悪化を回避することができる。
【００７２】
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する。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３１の冷却性能を安定させることができる。
【００７３】
図２に戻って、冷却装置１は、流量調整弁２８を備える。流量調整弁２８は、熱交換器１４から膨張弁１６へ向かう冷媒の経路において、並列に接続された経路のうちの一方を形成する、冷媒通路２３に配置されている。流量調整弁２８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とにより、冷媒通路２３を流れる冷媒の流量と、冷却通路３２を含むＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
【００７４】
たとえば、流量調整弁２８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気液分離器４０から冷媒通路３４へ流入する。流量調整弁２８の弁開度を大きくすれば、熱交換器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、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を経由して冷却通路３２へ流れＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁２８の弁開度を小さくすれば、熱交換器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷却通路３２を経由して流れＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００７５】
流量調整弁２８の弁開度を大きくするとＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなり、ＥＶ機器３１の冷却能力が低下する。流量調整弁２８の弁開度を小さくするとＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなり、ＥＶ機器３１の冷却能力が向上する。流量調整弁２８を使用して、ＥＶ機器３１に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、ＥＶ機器３１の過冷却を確実に防止することができ、加えて、ＥＶ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。
【００７６】
冷却装置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２１と、冷却部３０に冷媒を流通させる冷媒通路３４，３６のうち冷却部３０に対し下流側の冷媒通路３６と、を連通する。冷媒通路３６は、連通路５１との分岐よりも上流側の冷媒通路３６ａと、連通路５１との分岐よりも下流側の冷媒通路３６ｂと、に二分割される。
【００７７】
冷媒通路３６および連通路５１には、連通路５１と冷媒通路２１，３６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、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、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３６ｂ，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２１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】
より具体的には、切替弁５２として二つの弁５７，５８が設けられている。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷房運転中には、弁５７を全開（弁開度１００％）とし弁５８を全閉（弁開度０％）とし、流量調整弁２８の弁開度を冷却部３０に十分な冷媒が流れるように調整する。これにより、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒通路３６ａを流通する冷媒を、冷媒通路３６ｂを経由させて、確実に熱交換器１５へ流通させることができる。
【００７９】
一方、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中には、弁５８を全開とし弁５７を全閉とし、さらに流量調整弁２８を全閉とする。これにより、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒通路３６ａ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ことができる。
【００８０】
図４は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図５は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図６は、冷却装置１の運転モード毎の流量調整弁２８および切替弁５２（弁５７，５８）の開度を示す図である。図６中に示す運転モードのうち「エアコン運転モード」とは、図４に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を運転させる場合、すなわち圧縮機１２を運転させて蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させる場合を示す。一方「ヒートパイプ運転モード」とは、図５に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を停止させる場合、すなわち、圧縮機１２を停止させ、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場合を示す。
【００８１】
図４および図６に示すように、圧縮機１２を駆動させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が運転している「エアコン運転モード」のときには、流量調整弁２８は、冷却部３０に十分な冷媒が流れるように、弁開度を調整される。切替弁５２は、冷媒を冷却部３０から熱交換器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作される。すなわち、弁５７を全開にし弁５８を全閉にすることで、冷媒が冷却装置１の全体を流れるように冷媒の経路が選択される。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷却能力を確保できるとともに、ＥＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００８２】
図５および図６に示すように、圧縮機１２を停止させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止している「ヒートパイプ運転モード」のときには、冷媒を冷却部３０から熱交換器１４へ循環させるように切替弁５２を操作する。すなわち、弁５７を全閉にし弁５８を全開にし、さらに流量調整弁２８を全閉にすることで、冷媒は冷媒通路３６ａから冷媒通路３６ｂへは流れず連通路５１を経由して流通する。これにより、熱交換器１４から、冷媒通路２２と冷媒通路３４とを順に経由して冷却部３０へ至り、さらに冷媒通路３６ａ、連通路５１、冷媒通路２１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。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２１、冷媒通路２２、冷媒通路３４、冷媒通路３６ａおよび連通路５１は、第二通路を形成する。
【００８３】
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、ＥＶ機器３１を冷却するとき、ＥＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＥＶ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３６ａ、連通路５１および冷媒通路２１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２２，３４を経由して、冷却部３０へ戻る。
【００８４】
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、ＥＶ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、ＥＶ機器３１を確実に冷却することができる。ＥＶ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ことにより、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。
【００８５】
図５および図６には、地面６０が図示されている。地面６０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。
【００８６】
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（すなわち第二通路）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ＥＶ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、ＥＶ機器３１をより効率よく冷却することができる。
【００８７】
連通路５１と冷媒通路２１，３６との連通状態を切り換える切替弁５２としては、上述した一対の弁５７，５８を使用してもよく、または、冷媒通路３６と連通路５１との分岐に配置された三方弁を使用してもよい。いずれの場合でも、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転時および停止時の両方において、ＥＶ機器３１を効率よく冷却することができる。弁５７，５８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、二つの弁５７，５８を使用することにより、より低コストな冷却装置１を提供することができる。一方、二つの弁５７，５８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冷却装置１を提供することができる。
【００８８】
冷却装置１はさらに、逆止弁５４を備える。逆止弁５４は、圧縮機１２と熱交換器１４との間の冷媒通路２１の、冷媒通路２１と連通路５１との接続箇所よりも圧縮機１２に近接する側に、配置されている。逆止弁５４は、圧縮機１２から熱交換器１４へ向かう冷媒の流れを許容するとともに、その逆向きの冷媒の流れを禁止する。このようにすれば、図５に示すヒートパイプ運転モードのとき、熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させる閉ループ状の冷媒の経路を、確実に形成することができる。
【００８９】
逆止弁５４がない場合、冷媒が連通路５１から圧縮機１２側の冷媒通路２１へ流れる虞がある。逆止弁５４を備えることによって、連通路５１から圧縮機１２側へ向かう冷媒の流れを確実に禁止できるので、環状の冷媒経路で形成するヒートパイプを使用した、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止時のＥＶ機器３１の冷却能力の低下を防止できる。したがって、車両の車室用の冷房が停止しているときにも、ＥＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００９０】
また、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中に、閉ループ状の冷媒の経路内の冷媒の量が不足する場合には、圧縮機１２を短時間のみ運転することで、逆止弁５４を経由して閉ループ経路に冷媒を供給できる。これにより、閉ループ内の冷媒量を増加させ、ヒートパイプの熱交換処理量を増大させることができる。したがって、ヒートパイプの冷媒量を確保することができるので、冷媒量の不足のためにＥＶ機器３１の冷却が不十分となることを回避することができる。
【００９１】
以下、本実施の形態の冷却装置１の制御について説明する。図７は、実施の形態１の制御装置３００の構成の詳細を示すブロック図である。図７に示す制御装置３００は、電気自動車のすべての制御部を統括するＥＶ＿ＥＣＵ（Electric Control Unit）３１０と、エアコン（Ａ／Ｃ、Air Conditioner）３５０を制御するＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０と、インバータ３６０や昇圧コンバータ３７０などの車両を走行させるための駆動ユニットを制御するＭＧ（Motor Generator）＿ＥＣＵ３４０と、走行用バッテリ４００を制御するバッテリＥＣＵ３３０と、電気自動車の乗員に異常を報知する乗員周知手段３９０と、を備える。
【００９２】
インバータ３６０および昇圧コンバータ３７０は、図１に示す駆動ユニット２００に含まれる。インバータ３６０、昇圧コンバータ３７０および走行用バッテリ４００は、図２に示す発熱源としてのＥＶ機器３１に含まれる。インバータ３６０、昇圧コンバータ３７０および走行用バッテリ４００を含むＥＶ機器３１は、上述したように、エアコン３５０に使われる蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用した冷却装置１によって冷却される。
【００９３】
Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、圧縮機１２に対し起動または停止を指令する信号を出力する。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、圧縮機１２の起動および停止を制御する圧縮機制御部としての機能を有する。
【００９４】
制御装置３００はまた、冷却装置１の運転状態の異常を検出する異常検出手段３２１を備える。異常検出手段３２１は、圧縮機１２の異常を検出できるように設けられる。圧縮機１２の異常はたとえば、回転数異常、渦電流異常、または車両の室内への吹き出し口における空気温度異常などを、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０で監視することで、検出される。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、空調用空気の温度が所定の温度に対して高いか低いかを判定する空調用空気温度判定部としての機能を有する。
【００９５】
異常検出手段３２１はまた、圧縮機１２の運転中に冷却部３０へ供給される冷媒流量の異常を検出できるように設けられる。冷媒流量の異常、すなわち冷媒不足は、たとえば冷房能力不足、吹き出し口温度異常、冷凍サイクルの圧力または温度異常、ＥＶ機器３１の冷却能力不足、気液分離器４０の液面異常、またはＥＶ機器３１の温度異常などを、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０で監視することで、検出される。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、気液分離器４０内の冷媒の量が所定量に対して多いか少ないかを判定する冷媒量判定部としての機能を有する。
【００９６】
制御装置３００はさらに、冷却装置１の運転モードを切り替える運転モード切替手段３２２を備える。運転モード切替手段３２２は、切替弁５２の開閉状態を制御する切替弁制御部と、流量調整弁２８の開度を制御する流量調整弁制御部と、の機能を有し、流量調整弁２８の開度を指令する信号と、切替弁５２（弁５７，５８）の開閉を指令する信号と、を出力する。
【００９７】
図８は、冷却装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、まずステップ（Ｓ１０）において、電気自動車の運転者によりＥＶスイッチがＯＮにされているかどうかが判断される。ＥＶスイッチがＯＮにされておらずＯＦＦの状態であれば、制御フローはリターンされ、そのまま待機される。ＥＶスイッチがＯＮにされると、電気自動車の走行が開始される。電気自動車の走行に伴い、インバータ３６０および昇圧コンバータ３７０などのパワー素子が発熱する。また、走行用バッテリ４００では、化学反応により放電や充電が行なわれる。この化学反応が発熱を伴うため、走行用バッテリ４００が発熱する。そのため、インバータ３６０、昇圧コンバータ３７０および走行用バッテリ４００を含む、ＥＶ機器３１の冷却が必要になる。
【００９８】
次にステップ（Ｓ２０）において、エアコンがＯＮにされているかどうかが判断される。エアコンのＯＮ／ＯＦＦの切替は、電気自動車の車内前方の計器盤に設けられた空調用のコントロールパネルを乗員が操作することによって、行なわれる。
【００９９】
ステップ（Ｓ２０）でエアコンがＯＦＦであると判断された場合は、圧縮機１２を停止するよう指示する制御命令がＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０からＡ／Ｃ３５０へ伝送されており、圧縮機１２は停止している。この場合、ステップ（Ｓ４０）に進み、冷却装置１はヒートパイプ運転モードにてＥＶ機器３１を冷却する。
【０１００】
すなわち、切替弁５２の開閉を指令する信号を切替弁５２（弁５７，５８）へ伝送するとともに、流量調整弁２８の開度を指令する信号を流量調整弁２８へ伝送して、弁５７を全閉、弁５８を全開にし、さらに流量調整弁２８を全閉にする。これにより、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して、サーモサイフォン式のヒートパイプを形成する。熱交換器１４において冷却された液相の冷媒を重力の作用により冷却部３０へ流通させ、冷却通路３２を流れる冷媒とＥＶ機器３１との間で熱交換することにより、ＥＶ機器３１を冷却する。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再度熱交換器１４へ到達する。
【０１０１】
ヒートパイプ運転モードでＥＶ機器３１が冷却されると、制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）におけるＥＶスイッチのＯＮ／ＯＦＦの判断、および、ステップ（Ｓ２０）におけるエアコンのＯＮ／ＯＦＦの判断が続けられる。
【０１０２】
ステップ（Ｓ２０）でエアコンがＯＮであると判断された場合は、圧縮機１２を起動するよう指示する制御命令がＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０からＡ／Ｃ３５０へ伝送されており、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を循環させるために圧縮機１２が起動している状態である。この場合、次にステップ（Ｓ３０）において、冷却装置１はエアコン運転モードにてＥＶ機器３１を冷却する。
【０１０３】
すなわち、切替弁５２の開閉を指令する信号を切替弁５２（弁５７，５８）へ伝送するとともに、流量調整弁２８の開度を指令する信号を流量調整弁２８へ伝送して、弁５７を全開、弁５８を全閉にし、流量調整弁２８の開度を調整する。これにより、圧縮機１２から吐出された冷媒のうち、ＥＶ機器３１の冷却のために十分な量の冷媒を、冷却部３０へ流通させる。熱交換器１４で外気と熱交換し冷却された後の冷媒を冷却部３０に流通させ、冷却通路３２を流れる冷媒とＥＶ機器３１との間で熱交換することにより、ＥＶ機器３１を冷却する。
【０１０４】
なお、電気自動車の乗員がコントロールパネルを操作してエアコンをＯＮにする場合のほか、制御装置３００によってエアコン運転モードでのＥＶ機器３１の冷却が必要であると判断された場合に、エアコン運転モードにてＥＶ機器３１を冷却してもよい。たとえば、外気温度が所定の温度（たとえば２５℃）よりも高いとき、空調用空気が所定の温度（たとえば２０℃）よりも高いとき、または、気液分離器４０内の冷媒液の量が所定の量よりも少ないとき、圧縮機１２を起動するよう指示する制御命令をＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０からＡ／Ｃ３５０へ伝送してもよい。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、外気の温度を測定する外気温度判定部の機能を有してもよい。
【０１０５】
または、たとえば登坂走行時などのＥＶ機器３１の発熱量が大きくなるような状況で電気自動車が走行する場合にも、エアコン運転モードにてＥＶ機器３１を冷却してもよい。冷却装置１がＥＶ機器３１を冷却する冷却能力は、圧縮機１２を運転させるエアコン運転モードの方が、ヒートパイプ運転モードに比較して相対的に大きい。そのため、ＥＶ機器３１の発熱量が大きい場合には、エアコン運転モードで冷却装置１を運転してＥＶ機器３１を冷却することにより、ＥＶ機器３１の過熱を確実に防止することができる。電気自動車の走行状況は、たとえばＰＣＵ７００に含まれる素子の温度、ＰＣＵ７００の基板の温度、ＰＣＵ７００に供給される電流値、駆動ユニット２００に含まれるモータジェネレータのトルク値などを監視することにより、判断されてもよい。
【０１０６】
ステップ（Ｓ３０）においてエアコン運転モードでＥＶ機器３１が冷却されると、次にステップ（Ｓ５０）において、エアコンの監視が行なわれる。たとえば、上述したように、回転数異常、渦電流異常、または車両の室内への吹き出し口における空気温度異常などの圧縮機１２の異常の有無を、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０で監視する。
【０１０７】
続いてステップ（Ｓ６０）において、圧縮機１２の異常が検出されたかどうかが判断される。圧縮機１２の異常が検出されない場合、制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）におけるＥＶスイッチのＯＮ／ＯＦＦの判断、および、ステップ（Ｓ２０）におけるエアコンのＯＮ／ＯＦＦの判断が続けられる。
【０１０８】
ステップ（Ｓ６０）で圧縮機１２の異常が検出された場合、ステップ（Ｓ７０）へ進み、ＥＶ機器３１の冷却のための運転モードが、エアコン運転モードからヒートパイプ運転モードへ切り替えられる。つまり、圧縮機１２が停止されるとともに、弁５７が全閉とされる。これにより、圧縮機１２から吐出された冷媒を冷却部３０へ流してＥＶ機器３１を冷却するための第一経路が遮断される。加えて、流量調整弁２８が全閉とされ、弁５８が全開とされる。これにより、熱交換器１４と冷却部３０との間に自然循環により冷媒を循環させるための第二経路が連通され、圧縮機１２を経由せずに冷却部３０に冷媒を供給できるようになる。
【０１０９】
切替弁５２の開閉が切り替えられることにより、第一通路の連通と第二通路の連通とが切り替えられる。これにより、第一通路が連通し第二通路が遮断された状態のエアコン運転モードから、第一通路が遮断され第二通路が連通した状態のヒートパイプ運転モードへの、ＥＶ機器３１を冷却するための冷却装置１の運転モードの切替が行なわれる。このようにして、圧縮機１２の異常が発生した場合にも、冷却装置１によるＥＶ機器３１の冷却能力が維持される。
【０１１０】
次にステップ（Ｓ８０）において、圧縮機１２の異常を電気自動車の乗員に報知する。具体的には、ＥＶ＿ＥＣＵ３１０から乗員周知手段３９０に信号が伝送されることにより、乗員周知手段３９０は、圧縮機１２の異常を乗員に報知するために必要な機器を適切に動作させる。たとえば、車両前方の計器盤に異常表示するなど視覚的に乗員に異常を報知してもよく、ブザーを鳴らす、「異常です」と音声をだすなど、聴覚的に乗員に異常を報知してもよい。または、乗員へ振動を与える、Ａ／Ｃ吹き出し口が急に閉じる、ブロアファンが強制停止するなどにより、乗員に異常を報知してもよい。
【０１１１】
次にステップ（Ｓ９０）において、車両の走行状態を制限する。具体的には、インバータ３６０、昇圧コンバータ３７０および走行用バッテリ４００などのＥＶ機器３１の発熱量を制限し、ＥＶ機器３１が基準の温度以上にならないように、電気自動車の走行条件を制限する。車両の走行の制限は、ＭＧ＿ＥＣＵ３４０およびバッテリＥＣＵ３３０からＥＶ機器３１の各々に信号が伝送されることにより行なわれる。たとえば、急加速や所定値を上回る速度での高速運転ができないように、電気自動車の走行状態が制限される。またたとえば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して電気自動車の走行ルートの情報を入手することにより、電気自動車が所定値を上回る登坂角度で走行しないように、電気自動車の走行ルートが制限される。
【０１１２】
次にステップ（Ｓ１００）において、ＭＧ、走行用バッテリ４００などのＥＶ機器３１を監視する。具体的には、ＥＶ機器３１の温度を監視することにより、電気自動車の走行時にＥＶ機器３１による発熱量が増大してＥＶ機器３１が過熱されていないか、を監視する。
【０１１３】
続いてステップ（Ｓ１１０）において、ＥＶ機器３１の温度の異常が検出されたかどうかが判断される。ＥＶ機器３１の温度の異常が検出されない場合、制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）におけるＥＶスイッチのＯＮ／ＯＦＦの判断に続き、ステップ（Ｓ２０）におけるエアコンのＯＮ／ＯＦＦの判断がされる。このときエアコンはＯＦＦにされているので、ステップ（Ｓ２０）に続いてステップ（Ｓ４０）に進み、再度制御フローがリターンされ、ステップ（Ｓ１０）の判断に戻る。
【０１１４】
ステップ（Ｓ１１０）でＥＶ機器３１温度の異常が検出された場合、ステップ（Ｓ９０）へ戻り、車両走行に更なる制限が加えられる。たとえば、電気自動車の加速度もしくは最高速度、または、走行ルートにおける登坂角度に、更なる制限が加えられる。これにより、ＥＶ機器３１の発熱量をさらに制限する。その後ステップ（Ｓ１００）を経てステップ（Ｓ１１０）の判断が再度行なわれる。ステップ（Ｓ１１０）でＥＶ機器３１温度の異常が再度検出されると、車両走行に更なる制限が加えられる。
【０１１５】
ステップ（Ｓ９０）での車両走行の制限とステップ（Ｓ１１０）での判断とが繰り返された結果、ＥＶ機器３１の温度を所定値以下にできれば、制御フローはリターンされる。ＥＶ機器３１の温度を所定値以下にできなければ、最終的に、電気自動車の最高速度が時速０ｋｍに設定される。すなわち、電気自動車の走行が禁止される。
【０１１６】
以上説明したように、本実施の形態の冷却装置１は、圧縮機１２を駆動させる「エアコン運転モード」と圧縮機１２を停止させる「ヒートパイプ運転モード」との両方の運転モードで、発熱源であるＥＶ機器３１を冷却できる。ヒートパイプ運転モードでは、圧縮機１２を起動する必要なくＥＶ機器３１を確実に冷却できるので、ＥＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要はない。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。
【０１１７】
冷却装置１の運転モードの切り換えのための圧縮機１２の起動または停止に合わせて、切替弁５２の開閉状態を制御する。これにより、エアコン運転モードとヒートパイプ運転モードとの切り換えをさらに確実に行なうことができ、各運転モード毎の適切な経路に冷媒を流通させることができる。
【０１１８】
冷却装置１の運転モードの切り換えは、電気自動車の乗員が手動でコントロールパネルを操作してエアコンのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、行なうことができる。車室内の空調が必要ない場合に、乗員がエアコンをＯＦＦにすれば、ヒートパイプ運転モードでＥＶ機器３１を冷却するように、冷却装置１の運転モードが切り替えられる。ヒートパイプ運転モードを選択すると圧縮機１２は停止するので、圧縮機１２の運転時間をより短縮することができる。その結果、圧縮機１２の消費動力低減と、圧縮機１２の信頼性向上との効果を、より顕著に得ることができる。
【０１１９】
冷却装置１の運転モードはまた、圧縮機１２を運転するエアコン運転モード中に圧縮機１２の異常を検出することにより、自動的にヒートパイプ運転モードへと切り替えられる。これにより、圧縮機１２に異常が発生した場合に、ヒートパイプ運転モードによりＥＶ機器３１の冷却を継続することができ、ＥＶ機器３１を適切に冷却された状態に保つことができる。したがって、圧縮機１２の故障時にＥＶ機器３１が過熱してＥＶ機器３１の動作が不良になることを抑制でき、圧縮機１２が故障した後にも電気自動車を一定距離走行させることが可能になる。
【０１２０】
圧縮機１２の異常が検出されたときに、電気自動車の走行状態を制限することにより、電気自動車の駆動源として動作するＥＶ機器３１からの発熱量を低減する。これにより、ＥＶ機器３１の過熱をより確実に回避することができる。また、圧縮機１２の異常が検出されたときに、電気自動車の乗員に異常を報知することで、乗員は圧縮機１２に異常が発生したことを確実に認識できるので、電気自動車の運転者が早期に安全に電気自動車を停止させることが可能になる。
【０１２１】
図９は、実施の形態１の冷却装置１の制御方法の他の例を示すフローチャートである。図８と比較して、図９に示す例では、圧縮機１２の異常の検出を判断するステップ（Ｓ６０）に替えて、圧縮機１２の運転中に冷却部３０へ供給される冷媒流量の異常が検出されたかどうかを判断するステップ（Ｓ１６０）を備える。
【０１２２】
この場合、ステップ（Ｓ５０）のエアコンの監視において、たとえば冷房能力不足、吹き出し口温度異常、冷凍サイクルの圧力または温度異常、ＥＶ機器３１の冷却能力不足、気液分離器４０の液面異常、またはＥＶ機器３１の温度異常などを、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０で監視することで、冷媒流量の異常、すなわち冷媒流量不足を監視する。続いてステップ（Ｓ６０）において、冷媒流量の異常が検出されたかどうかが判断される。異常が検出されない場合、制御フローはリターンされる。ステップ（Ｓ６０）で圧縮機１２の異常が検出された場合、ステップ（Ｓ７０）へ進み、ＥＶ機器３１の冷却のための運転モードが、エアコン運転モードからヒートパイプ運転モードへ切り替えられる。
【０１２３】
その他のステップに関しては、図８を参照して説明した例と同じであるので、その説明は繰り返さない。
【０１２４】
圧縮機１２を運転するエアコン運転モード中に冷媒流量の異常が検出されると、冷却装置１の運転モードが自動的にヒートパイプ運転モードへと切り替えられる。このようにすれば、ＥＶ機器３１を冷却するための冷媒の流量が不足した場合に、ヒートパイプ運転モードによりＥＶ機器３１の冷却を継続することができ、ＥＶ機器３１を適切に冷却された状態に保つことができる。したがって、ＥＶ機器３１が過熱してＥＶ機器３１の動作が不良になることを抑制でき、電気自動車を一定距離走行させ安全に停止させることが可能になる。
【０１２５】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２の制御装置３００の構成の詳細を示すブロック図である。図７を参照して説明した実施の形態１の制御装置と比較して、図１０に示す制御装置３００は、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させるための冷却能力向上手段３２３をさらに備える点で異なっている。
【０１２６】
冷却能力向上手段３２３は、たとえばコンデンサファン４２に制御信号を伝送してもよい。この場合、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させる指令をＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０から受け取った冷却能力向上手段３２３は、コンデンサファン４２の回転数を増大させ、熱交換器１４に供給される風量を増加させてもよい。熱交換器１４に送られる風量を増加させると、熱交換器１４における冷媒と外気との熱交換量を増大させ、熱交換器１４において冷媒を一層冷却することができる。その結果、気液分離器４０に貯留される飽和液状態の冷媒の量を増大させ、より多量の液相の冷媒を冷却部３０に供給できるので、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上することができる。
【０１２７】
図１１は、実施の形態２の冷却装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図１１に示すように、実施の形態２では、実施の形態１の車両走行を制限するステップ（Ｓ９０）に替えて、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させる制御を作動するステップ（Ｓ１９０）を備える。ステップ（Ｓ１９０）では、コンデンサファン４２に制御信号を伝送
してコンデンサファン４２の回転数を増大させ、熱交換器１４に送られる風量を増加させる。これにより、熱交換器１４において冷媒を一層冷却させて気液分離器４０内の冷媒の貯留量を増大させ、より多量の液相の冷媒を冷却部３０に供給することで、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上する。
【０１２８】
その後のステップ（Ｓ１１０）の判断において、ＥＶ機器３１温度の異常が検出された場合、ステップ（Ｓ９０）へ戻り、ＥＶ機器３１の冷却能力をさらに向上させる制御を作動させる。たとえば、コンデンサファン４２の回転数をさらに増大させ、熱交換器１４に送られる風量をさらに増加させる。これにより、ＥＶ機器３１から熱をより効率的に除去する。その後ステップ（Ｓ１００）を経てステップ（Ｓ１１０）の判断が再度行なわれる。ステップ（Ｓ１１０）でＥＶ機器３１温度の異常が再度検出されると、ＥＶ機器３１の冷却能力をさらに向上させる。
【０１２９】
ステップ（Ｓ９０）でのＥＶ機器３１の冷却能力向上とステップ（Ｓ１１０）での判断とが繰り返された結果、ＥＶ機器３１の温度を所定値以下にできれば、制御フローはリターンされる。ＥＶ機器３１の温度を所定値以下にできなければ、最終的に、ヒートパイプ運転モードにおけるＥＶ機器３１の冷却能力に対するＥＶ機器３１の発熱量が過大であると判断され、電気自動車の走行が禁止される。
【０１３０】
その他のステップに関しては、図８を参照して説明した例と同じであるので、その説明は繰り返さない。
【０１３１】
以上説明したように、実施の形態２の冷却装置１の制御装置３００は、圧縮機１２の異常が検出されたときに、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上することにより、電気自動車の駆動源として動作するＥＶ機器３１からの熱の放散量を向上させる。これにより、ＥＶ機器３１の温度が基準の温度以上にまで上昇しないように冷却装置１を制御できるので、ＥＶ機器３１の過熱をより確実に回避することができる。
【０１３２】
図１２は、実施の形態２の冷却装置１の制御方法の他の例を示すフローチャートである。図１１と比較して、図１２に示す例では、圧縮機１２の異常の検出を判断するステップ（Ｓ６０）に替えて、圧縮機１２の運転中に冷却部３０へ供給される冷媒流量の異常が検出されたかどうかを判断するステップ（Ｓ１６０）を備える。この場合、図９を参照して説明した実施の形態１の他の例の制御と同様に、ＥＶ機器３１が過熱してＥＶ機器３１の動作が不良になることを抑制でき、電気自動車を一定距離走行させ安全に停止させることが可能になる。
【０１３３】
なお、これまでの実施の形態においては、ＥＶ機器３１を例として車両に搭載された電気機器を冷却する冷却装置１について説明した。電気機器としては、少なくとも作動によって熱を発生させる電気機器であれば、インバータ、モータジェネレータなどの例示された電気機器に限定されるものではなく、任意の電気機器であってもよい。冷却の対象となる電気機器が複数個ある場合においては、複数の電気機器は、冷却の目標となる温度範囲が共通していることが望ましい。冷却の目標となる温度範囲は、電気機器を作動させる温度環境として適切な温度範囲である。
【０１３４】
さらに、本発明の冷却装置１により冷却される発熱源は、車両に搭載された電気機器に限られず、熱を発生する任意の機器、または任意の機器の発熱する一部分であってもよい。
【０１３５】
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、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、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】
【０１３６】
本発明の冷却装置は、モータジェネレータおよびインバータなどの電気機器を搭載する電気自動車などの車両における、車内の冷房を行なうための蒸気圧縮式冷凍サイクルを使用した電気機器の冷却に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１３７】
１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１４，１５，１８ 熱交換器、１６ 膨張弁、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，３４，３６，３６ａ，３６ｂ 冷媒通路、２８ 流量調整弁、３０ 冷却部、３１ ＥＶ機器、３２ 冷却通路、４０ 気液分離器、４２ コンデンサファン、５１ 連通路、５２ 切替弁、５７，５８ 弁、１００ エンジン、２００ 駆動ユニット、３００ 制御装置、３１０ ＥＶ＿ＥＣＵ、３２０ Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ、３２１ 異常検出手段、３２２ 運転モード切替手段、３２３ 冷却能力向上手段、３３０ バッテリＥＣＵ、３４０ ＭＧ＿ＥＣＵ、３５０ エアコン、３６０ インバータ、３７０ 昇圧コンバータ、３９０ 乗員周知手段、４００ 走行用バッテリ、１０００ 車両。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置の制御装置および制御方法に関し、特に、発熱源を冷却する冷却装置の制御装置および制御方法に関する。
【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２００７−６９７３３号公報（特許文献１）には、膨張弁から圧縮機へ至る冷媒通路に、空調用の空気と熱交換する熱交換器と、発熱体と熱交換する熱交換器と、を並列に配置し、空調装置用の冷媒を利用して発熱体を冷却するシステムが開示されている。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】
特開２００６−１７９１９０号公報（特許文献３）には、積層電池集合体および通風路を内部に含むケース体と、通風路を流通する冷却風を冷却するためにケース体内部に設置される空調用冷凍サイクルのエバポレータとを備える、車載用電池パックが開示されている。特開２００２−３１３４４１号公報（特許文献４）には、バッテリーの一部又は全部が露出する冷却通路に、冷却バイパス通路を介して空調装置の冷凍サイクルから供給される冷媒によって冷却されるエバポレータを配すると共に送風機によって冷却通路内の空気を循環させる、バッテリー冷却装置が開示されている。
【０００５】
一方、ハイブリッド車両の制御装置に関し、特開２００８−２３９０７９号公報（特許文献５）には、走行用バッテリの異常を監視して温度関係以外の異常を検出するとバッテリレス走行に移行し、バッテリレス走行の状態において走行用バッテリの温度異常を検出すると車両を停止させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６９７３３号公報
【特許文献２】特開２００５−９０８６２号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９１９０号公報
【特許文献４】特開２００２−３１３４４１号公報
【特許文献５】特開２００８−２３９０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜４は、圧縮機の異常または冷凍サイクルを循環する冷媒の不足など、冷凍サイクルに異常が発生した場合に、発熱体の冷却を継続することについては言及していない。そのため、冷凍サイクルの異常発生時に、発熱体の冷却能力が低下してしまい、発熱体が温度上昇してしまう問題がある。
【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、冷凍サイクルに異常が発生した場合に、発熱源の温度上昇を抑制できる、冷却装置の制御装置および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】
【０００９】
本発明の一の局面に係る冷却装置の制御装置は、発熱源を冷却する冷却装置の制御装置である。冷却装置は、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熱交換器と、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却部へ流す第一通路と、熱交換器と冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、第一通路の連通と第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含む。制御装置は、圧縮機の異常を検出するための検出手段と、検出手段によって異常が検出されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替える切替手段と、を備える。
【００１０】
本発明の他の局面に係る冷却装置の制御装置は、圧縮機の運転中に冷却部へ供給される冷媒流量の異常を検出するための検出手段と、検出手段によって異常が検出されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替える切替手段と、を備える。
【００１１】
上記制御装置において好ましくは、発熱源は、車両に搭載されており、制御装置は、検出手段によって異常が検出されたとき、車両の走行状態を制限する、制限手段を備える。
【００１２】
上記制御装置において好ましくは、検出手段によって異常が検出されたとき、冷却装置による発熱源の冷却能力を向上させる、冷却能力向上手段を備える。
【００１３】
上記制御装置において好ましくは、検出手段によって異常が検出されたとき、異常を報知するための報知手段を備える。
【００１４】
本発明の一の局面に係る冷却装置の制御方法は、発熱源を冷却する冷却装置の制御方法である。冷却装置は、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熱交換器と、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却部へ流す第一通路と、熱交換器と冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、第一通路の連通と第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含む。制御方法は、圧縮機に異常があるか判断するステップと、判断するステップで異常があると判断されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替えるステップと、を備える。
【００１５】
本発明の他の局面に係る冷却装置の制御装置は、圧縮機の運転中に冷却部へ供給される冷媒流量に異常があるか判断するステップと、判断するステップで異常があると判断されたとき、第一通路を遮断し第二通路を連通させるように、切替弁を切り替えるステップと、を備える。
【００１６】
上記制御方法において好ましくは、発熱源は、車両に搭載されており、制御方法は、判断するステップで異常があると判断されたとき、車両の走行状態を制限するステップを備える。
【００１７】
上記制御方法において好ましくは、判断するステップで異常があると判断されたとき、冷却装置による発熱源の冷却能力を向上させるステップを備える。
【００１８】
上記制御方法において好ましくは、判断するステップで異常があると判断されたとき、異常を報知するステップを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、冷凍サイクルに異常が発生した場合に、発熱源の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】冷却装置が適用される車両の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図３】蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図４】蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図５】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図６】冷却装置の運転モード毎の流量調整弁および切替弁の開度を示す図である。
【図７】実施の形態１の制御装置の構成の詳細を示すブロック図である。
【図８】実施の形態１の冷却装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態１の冷却装置の制御方法の他の例を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態２の制御装置の構成の詳細を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態２の冷却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】実施の形態２の冷却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】
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、冷却装置１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１００と、電動機である駆動ユニット２００と、ＰＣＵ（Power Control Unit）７００と、走行用バッテリ４００と、を含んで構成され、エンジン１００と駆動ユニット２００とを動力源とするハイブリッド車両である。なお、本発明の冷却装置１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。
【００２３】
エンジン１００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２００は、エンジン１００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１００および駆動ユニット２００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２００は、ケーブル５００を介してＰＣＵ７００と電気的に接続される。また、ＰＣＵ７００は、ケーブル６００を介して走行用バッテリ４００と電気的に接続される。
【００２４】
図２は、実施の形態１の冷却装置１の構成を示す模式図である。図２に示すように、冷却装置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１０００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。
【００２５】
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、熱交換器１５と、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を含む。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
熱交換器１４，１５は、冷却風と冷媒との間で、熱交換を行なう。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。熱交換器１４，１５における熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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２７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。
【００３２】
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と、熱交換器１４と熱交換器１５とを連通する冷媒通路２２，２３，２４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と、熱交換器１８と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２７と、を含む。
【００３３】
冷媒通路２１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２２〜２５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２２〜２５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。
【００３４】
冷媒通路２６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２７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２７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。
【００３５】
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２１〜２７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。
【００３６】
気液分離器４０は、熱交換器１４から流出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。気液分離器４０には、冷媒通路２２，２３と、冷媒通路３４とが連結されている。
【００３７】
熱交換器１４の出口側において冷媒は、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。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。冷媒通路２２から気液分離器４０へ流入する気液二相状態の冷媒は、気液分離器４０の内部において気相と液相とに分離される。気液分離器４０は、熱交換器１４によって凝縮された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。
【００３８】
分離された冷媒液は、冷媒通路３４を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。気液分離器４０内の液相中に配置された冷媒通路３４の端部は、液相冷媒の気液分離器４０からの流出口を形成する。分離された冷媒蒸気は、冷媒通路２３を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。気液分離器４０内の気相中に配置された冷媒通路２３の端部は、気相冷媒の気液分離器４０からの流出口を形成する。気液分離器４０から導出された気相の冷媒蒸気は、第三熱交換器としての熱交換器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。
【００３９】
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３４の端部は、気液分離器４０の底部に連結されている。冷媒通路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。気液分離器４０から冷媒蒸気を導出する冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０の天井部に連結されている。冷媒通路２３を経由して、気液分離器４０の天井側から冷媒蒸気のみが気液分離器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。
【００４０】
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の出口側から気液分離器４０へ至る冷媒通路２２と、気液分離器４０から冷媒蒸気を流出させ後述する流量調整弁２８を経由する冷媒通路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。冷媒通路２３は、気液分離器４０で分離された気相冷媒が流れるための通路である。
【００４１】
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、気液分離器４０と冷却部３０とを連通する冷媒通路３４と、冷却部３０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３４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。冷却部３０を通過した冷媒は、冷媒通路３６を経由して、冷媒通路２４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。
【００４２】
図２に示すＤ点は、冷媒通路２３と冷媒通路２４と冷媒通路３６との連結点を示す。つまりＤ点は、冷媒通路２３の下流側（熱交換器１５に近接する側）の端部、冷媒通路２４の上流側（熱交換器１４に近接する側）の端部、および、冷媒通路３６の下流側の端部を示す。冷媒通路２３は、気液分離器４０から膨張弁１６へ向かう冷媒が流通する経路の、気液分離器４０からＤ点へ至る一部を形成する。
【００４３】
冷却装置１は、冷媒通路２３と並列に配置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と膨張弁１６との間を気液分離器４０から熱交換器１５へ向けて流れる冷媒の経路において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、車両に搭載される電気機器であるＥＶ（Electric 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。ＥＶ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３４に接続される。冷却通路３２の他方の端部は、冷媒通路３６に接続される。
【００４４】
気液分離器４０と図２に示すＤ点との間の冷媒通路２３に並列に接続された冷媒の経路は、冷却部３０よりも上流側（気液分離器４０に近接する側）の冷媒通路３４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３６と、を含む。冷媒通路３４は、気液分離器４０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３６は、冷却部３０からＤ点に冷媒を流通させるための通路である。Ｄ点は、冷媒通路２３，２４と、冷媒通路３６と、の分岐点である。
【００４５】
気液分離器４０から流出した冷媒液は、冷媒通路３４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ＥＶ機器３１から熱を奪って、ＥＶ機器３１を冷却させる。冷却部３０は、気液分離器４０において分離され冷媒通路３４を経由して冷却通路３２へ流れる液相の冷媒を用いて、ＥＶ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、ＥＶ機器３１と、が熱交換することにより、ＥＶ機器３１は冷却され、冷媒は加熱される。冷媒はさらに冷媒通路３６を経由して冷却部３０からＤ点へ向かって流通し、冷媒通路２４を経由して熱交換器１５へ至る。
【００４６】
冷却部３０は、冷却通路３２においてＥＶ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、ＥＶ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、ＥＶ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、ＥＶ機器３１との間で、熱交換が可能となる。
【００４７】
ＥＶ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ＥＶ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ＥＶ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、ＥＶ機器３１を冷却することができる。
【００４８】
代替的には、冷却部３０は、ＥＶ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ＥＶ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、ＥＶ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。ＥＶ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ＥＶ機器３１との間の熱伝達効率が高められるので、ＥＶ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。
【００４９】
ヒートパイプによってＥＶ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、ＥＶ機器３１と冷却通路３２との間に距離があってもよく、ＥＶ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、ＥＶ機器３１の配置の自由度を向上することができる。
【００５０】
ＥＶ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、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。バッテリは、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。
【００５１】
熱交換器１８は、空気が流通するダクト９０の内部に配置されている。熱交換器１８は、冷媒とダクト９０内を流通する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。ダクト９０は、ダクト９０に空調用空気が流入する入口であるダクト入口９１と、ダクト９０から空調用空気が流出する出口であるダクト出口９２と、を有する。ダクト９０の内部の、ダクト入口９１の近傍には、ファン９３が配置されている。
【００５２】
ファン９３が駆動することにより、ダクト９０内に空気が流通する。ファン９３が稼働すると、ダクト入口９１を経由してダクト９０の内部へ空調用空気が流入する。ダクト９０へ流入する空気は、外気であってもよく、車両の室内の空気であってもよい。図２中の矢印９５は、熱交換器１８を経由して流通し、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷媒と熱交換する空調用空気の流れを示す。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。矢印９６は、熱交換器１８で温度調節され、ダクト出口９２を経由してダクト９０から流出する、空調用空気の流れを示す。
【００５３】
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２１〜２７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２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。
【００５４】
図３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３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。
【００５５】
図３中には、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へ流入し、ＥＶ機器３１を冷却し、冷媒通路３６からＤ点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。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２１、冷媒通路２２、冷媒通路３４、冷媒通路３６および冷媒通路２４〜２７は、第一通路を形成する。
【００５６】
図３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って（Ｂ点）、冷媒は熱交換器１４へと流れる。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る。気液二相状態である冷媒のうち、凝縮した冷媒は飽和液の状態である（Ｃ点）。
【００５７】
冷媒は気液分離器４０において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気液分離された冷媒のうち、液相の冷媒液が、気液分離器４０から冷媒通路３４を経由して冷却部３０の冷却通路３２へ流れ、ＥＶ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、ＥＶ機器３１が冷却される。ＥＶ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、ＥＶ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湿り蒸気となる（Ｄ点）。
【００５８】
その後冷媒は、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）。
【００５９】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２６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、等圧のまま蒸発する。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２７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。
【００６０】
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。
【００６１】
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から流出し気液分離器４０で気液分離された高圧の液冷媒が冷却部３０へ流通し、ＥＶ機器３１と熱交換することでＥＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＥＶ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、ＥＶ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ＥＶ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。
【００６２】
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、ＥＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＥＶ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、ＥＶ機器３１の冷却装置１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、冷却装置１の製造コストを低減することができる。加えて、ＥＶ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、ＥＶ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。
【００６３】
熱交換器１４では、冷媒を湿り蒸気の状態にまで冷却すればよく、気液混合状態の冷媒は気液分離器４０により分離され、飽和液状態の冷媒液のみが冷却部３０へ供給される。ＥＶ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、冷却装置１を得ることができる。
【００６４】
熱交換器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かう冷媒の経路の一部を形成する冷媒通路２３は、熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられている。気液分離器４０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と、冷却部３０を経由してＥＶ機器３１を冷却する冷媒の経路である冷媒通路３４，３６および冷却通路３２と、が並列に設けられる。冷媒通路３４，３６を含むＥＶ機器３１の冷却系は、冷媒通路２３と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。ＥＶ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、ＥＶ機器３１は適切に冷却される。したがって、ＥＶ機器３１が過冷却されることを防止できる。
【００６５】
熱交換器１４から直接熱交換器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３４，３６へ流通させることで、ＥＶ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。
【００６６】
膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＥＶ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、本実施の形態の冷却装置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、ＥＶ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。
【００６７】
ＥＶ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することができる。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、ＥＶ機器３１を冷却することができる。したがって、ＥＶ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。
【００６８】
熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒は、ＥＶ機器３１を冷却するときに、ＥＶ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ＥＶ機器３１との熱交換量が減少してＥＶ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、ＥＶ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。
【００６９】
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、ＥＶ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ＥＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＥＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＥＶ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ＥＶ機器３１の冷却能力との両方を確保した、冷却装置１を提供することができる。
【００７０】
熱交換器１４の出口において気液二相状態にある冷媒は、気液分離器４０内において、気相と液相とに分離される。気液分離器４０で分離された気相冷媒は、冷媒通路２３，２４を経由して流れ直接熱交換器１５に供給される。気液分離器４０で分離された液相冷媒は、冷媒通路３４を経由して流れ、冷却部３０に供給されてＥＶ機器３１を冷却する。この液相冷媒は、過不足の全くない真に飽和液状態の冷媒である。気液分離器４０から液相の冷媒のみを取り出し冷却部３０へ流すことにより、熱交換器１４の能力を最大限に活用してＥＶ機器３１を冷却することができるので、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させた冷却装置１を提供することができる。
【００７１】
気液分離器４０の出口で飽和液の状態にある冷媒をＥＶ機器３１を冷却する冷却通路３２に導入することにより、冷媒通路３４，３６および冷却通路３２を含むＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒のうち、気相状態の冷媒を最小限に抑えることができる。そのため、ＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒蒸気の流速が早くなり圧力損失が増大することを抑制でき、冷媒を流通させるための圧縮機１２の消費電力を低減できるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の性能の悪化を回避することができる。
【００７２】
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する。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３１の冷却性能を安定させることができる。
【００７３】
図２に戻って、冷却装置１は、流量調整弁２８を備える。流量調整弁２８は、熱交換器１４から膨張弁１６へ向かう冷媒の経路において、並列に接続された経路のうちの一方を形成する、冷媒通路２３に配置されている。流量調整弁２８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とにより、冷媒通路２３を流れる冷媒の流量と、冷却通路３２を含むＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
【００７４】
たとえば、流量調整弁２８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気液分離器４０から冷媒通路３４へ流入する。流量調整弁２８の弁開度を大きくすれば、熱交換器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、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を経由して冷却通路３２へ流れＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁２８の弁開度を小さくすれば、熱交換器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷却通路３２を経由して流れＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００７５】
流量調整弁２８の弁開度を大きくするとＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなり、ＥＶ機器３１の冷却能力が低下する。流量調整弁２８の弁開度を小さくするとＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなり、ＥＶ機器３１の冷却能力が向上する。流量調整弁２８を使用して、ＥＶ機器３１に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、ＥＶ機器３１の過冷却を確実に防止することができ、加えて、ＥＶ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。
【００７６】
冷却装置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２１と、冷却部３０に冷媒を流通させる冷媒通路３４，３６のうち冷却部３０に対し下流側の冷媒通路３６と、を連通する。冷媒通路３６は、連通路５１との分岐よりも上流側の冷媒通路３６ａと、連通路５１との分岐よりも下流側の冷媒通路３６ｂと、に二分割される。
【００７７】
冷媒通路３６および連通路５１には、連通路５１と冷媒通路２１，３６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、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、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３６ｂ，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２１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】
より具体的には、切替弁５２として二つの弁５７，５８が設けられている。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷房運転中には、弁５７を全開（弁開度１００％）とし弁５８を全閉（弁開度０％）とし、流量調整弁２８の弁開度を冷却部３０に十分な冷媒が流れるように調整する。これにより、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒通路３６ａを流通する冷媒を、冷媒通路３６ｂを経由させて、確実に熱交換器１５へ流通させることができる。
【００７９】
一方、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中には、弁５８を全開とし弁５７を全閉とし、さらに流量調整弁２８を全閉とする。これにより、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒通路３６ａ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ことができる。
【００８０】
図４は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図５は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図６は、冷却装置１の運転モード毎の流量調整弁２８および切替弁５２（弁５７，５８）の開度を示す図である。図６中に示す運転モードのうち「エアコン運転モード」とは、図４に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を運転させる場合、すなわち圧縮機１２を運転させて蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させる場合を示す。一方「ヒートパイプ運転モード」とは、図５に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を停止させる場合、すなわち、圧縮機１２を停止させ、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場合を示す。
【００８１】
図４および図６に示すように、圧縮機１２を駆動させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が運転している「エアコン運転モード」のときには、流量調整弁２８は、冷却部３０に十分な冷媒が流れるように、弁開度を調整される。切替弁５２は、冷媒を冷却部３０から熱交換器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作される。すなわち、弁５７を全開にし弁５８を全閉にすることで、冷媒が冷却装置１の全体を流れるように冷媒の経路が選択される。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷却能力を確保できるとともに、ＥＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００８２】
図５および図６に示すように、圧縮機１２を停止させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止している「ヒートパイプ運転モード」のときには、冷媒を冷却部３０から熱交換器１４へ循環させるように切替弁５２を操作する。すなわち、弁５７を全閉にし弁５８を全開にし、さらに流量調整弁２８を全閉にすることで、冷媒は冷媒通路３６ａから冷媒通路３６ｂへは流れず連通路５１を経由して流通する。これにより、熱交換器１４から、冷媒通路２２と冷媒通路３４とを順に経由して冷却部３０へ至り、さらに冷媒通路３６ａ、連通路５１、冷媒通路２１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。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２１、冷媒通路２２、冷媒通路３４、冷媒通路３６ａおよび連通路５１は、第二通路を形成する。
【００８３】
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、ＥＶ機器３１を冷却するとき、ＥＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＥＶ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３６ａ、連通路５１および冷媒通路２１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２２，３４を経由して、冷却部３０へ戻る。
【００８４】
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、ＥＶ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、ＥＶ機器３１を確実に冷却することができる。ＥＶ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ことにより、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。
【００８５】
図５および図６には、地面６０が図示されている。地面６０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。
【００８６】
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（すなわち第二通路）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ＥＶ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、ＥＶ機器３１をより効率よく冷却することができる。
【００８７】
連通路５１と冷媒通路２１，３６との連通状態を切り換える切替弁５２としては、上述した一対の弁５７，５８を使用してもよく、または、冷媒通路３６と連通路５１との分岐に配置された三方弁を使用してもよい。いずれの場合でも、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転時および停止時の両方において、ＥＶ機器３１を効率よく冷却することができる。弁５７，５８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、二つの弁５７，５８を使用することにより、より低コストな冷却装置１を提供することができる。一方、二つの弁５７，５８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冷却装置１を提供することができる。
【００８８】
冷却装置１はさらに、逆止弁５４を備える。逆止弁５４は、圧縮機１２と熱交換器１４との間の冷媒通路２１の、冷媒通路２１と連通路５１との接続箇所よりも圧縮機１２に近接する側に、配置されている。逆止弁５４は、圧縮機１２から熱交換器１４へ向かう冷媒の流れを許容するとともに、その逆向きの冷媒の流れを禁止する。このようにすれば、図５に示すヒートパイプ運転モードのとき、熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させる閉ループ状の冷媒の経路を、確実に形成することができる。
【００８９】
逆止弁５４がない場合、冷媒が連通路５１から圧縮機１２側の冷媒通路２１へ流れる虞がある。逆止弁５４を備えることによって、連通路５１から圧縮機１２側へ向かう冷媒の流れを確実に禁止できるので、環状の冷媒経路で形成するヒートパイプを使用した、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止時のＥＶ機器３１の冷却能力の低下を防止できる。したがって、車両の車室用の冷房が停止しているときにも、ＥＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００９０】
また、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中に、閉ループ状の冷媒の経路内の冷媒の量が不足する場合には、圧縮機１２を短時間のみ運転することで、逆止弁５４を経由して閉ループ経路に冷媒を供給できる。これにより、閉ループ内の冷媒量を増加させ、ヒートパイプの熱交換処理量を増大させることができる。したがって、ヒートパイプの冷媒量を確保することができるので、冷媒量の不足のためにＥＶ機器３１の冷却が不十分となることを回避することができる。
【００９１】
以下、本実施の形態の冷却装置１の制御について説明する。図７は、実施の形態１の制御装置３００の構成の詳細を示すブロック図である。図７に示す制御装置３００は、電気自動車のすべての制御部を統括するＥＶ＿ＥＣＵ（Electric Control Unit）３１０と、エアコン（Ａ／Ｃ、Air Conditioner）３５０を制御するＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０と、インバータ３６０や昇圧コンバータ３７０などの車両を走行させるための駆動ユニットを制御するＭＧ（Motor Generator）＿ＥＣＵ３４０と、走行用バッテリ４００を制御するバッテリＥＣＵ３３０と、電気自動車の乗員に異常を報知する乗員周知手段３９０と、を備える。
【００９２】
インバータ３６０および昇圧コンバータ３７０は、図１に示す駆動ユニット２００に含まれる。インバータ３６０、昇圧コンバータ３７０および走行用バッテリ４００は、図２に示す発熱源としてのＥＶ機器３１に含まれる。インバータ３６０、昇圧コンバータ３７０および走行用バッテリ４００を含むＥＶ機器３１は、上述したように、エアコン３５０に使われる蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用した冷却装置１によって冷却される。
【００９３】
Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、圧縮機１２に対し起動または停止を指令する信号を出力する。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、圧縮機１２の起動および停止を制御する圧縮機制御部としての機能を有する。
【００９４】
制御装置３００はまた、冷却装置１の運転状態の異常を検出する異常検出手段３２１を備える。異常検出手段３２１は、圧縮機１２の異常を検出できるように設けられる。圧縮機１２の異常はたとえば、回転数異常、渦電流異常、または車両の室内への吹き出し口における空気温度異常などを、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０で監視することで、検出される。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、空調用空気の温度が所定の温度に対して高いか低いかを判定する空調用空気温度判定部としての機能を有する。
【００９５】
異常検出手段３２１はまた、圧縮機１２の運転中に冷却部３０へ供給される冷媒流量の異常を検出できるように設けられる。冷媒流量の異常、すなわち冷媒不足は、たとえば冷房能力不足、吹き出し口温度異常、冷凍サイクルの圧力または温度異常、ＥＶ機器３１の冷却能力不足、気液分離器４０の液面異常、またはＥＶ機器３１の温度異常などを、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０で監視することで、検出される。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、気液分離器４０内の冷媒の量が所定量に対して多いか少ないかを判定する冷媒量判定部としての機能を有する。
【００９６】
制御装置３００はさらに、冷却装置１の運転モードを切り替える運転モード切替手段３２２を備える。運転モード切替手段３２２は、切替弁５２の開閉状態を制御する切替弁制御部と、流量調整弁２８の開度を制御する流量調整弁制御部と、の機能を有し、流量調整弁２８の開度を指令する信号と、切替弁５２（弁５７，５８）の開閉を指令する信号と、を出力する。
【００９７】
図８は、冷却装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、まずステップ（Ｓ１０）において、電気自動車の運転者によりＥＶスイッチがＯＮにされているかどうかが判断される。ＥＶスイッチがＯＮにされておらずＯＦＦの状態であれば、制御フローはリターンされ、そのまま待機される。ＥＶスイッチがＯＮにされると、電気自動車の走行が開始される。電気自動車の走行に伴い、インバータ３６０および昇圧コンバータ３７０などのパワー素子が発熱する。また、走行用バッテリ４００では、化学反応により放電や充電が行なわれる。この化学反応が発熱を伴うため、走行用バッテリ４００が発熱する。そのため、インバータ３６０、昇圧コンバータ３７０および走行用バッテリ４００を含む、ＥＶ機器３１の冷却が必要になる。
【００９８】
次にステップ（Ｓ２０）において、エアコンがＯＮにされているかどうかが判断される。エアコンのＯＮ／ＯＦＦの切替は、電気自動車の車内前方の計器盤に設けられた空調用のコントロールパネルを乗員が操作することによって、行なわれる。
【００９９】
ステップ（Ｓ２０）でエアコンがＯＦＦであると判断された場合は、圧縮機１２を停止するよう指示する制御命令がＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０からＡ／Ｃ３５０へ伝送されており、圧縮機１２は停止している。この場合、ステップ（Ｓ４０）に進み、冷却装置１はヒートパイプ運転モードにてＥＶ機器３１を冷却する。
【０１００】
すなわち、切替弁５２の開閉を指令する信号を切替弁５２（弁５７，５８）へ伝送するとともに、流量調整弁２８の開度を指令する信号を流量調整弁２８へ伝送して、弁５７を全閉、弁５８を全開にし、さらに流量調整弁２８を全閉にする。これにより、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して、サーモサイフォン式のヒートパイプを形成する。熱交換器１４において冷却された液相の冷媒を重力の作用により冷却部３０へ流通させ、冷却通路３２を流れる冷媒とＥＶ機器３１との間で熱交換することにより、ＥＶ機器３１を冷却する。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再度熱交換器１４へ到達する。
【０１０１】
ヒートパイプ運転モードでＥＶ機器３１が冷却されると、制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）におけるＥＶスイッチのＯＮ／ＯＦＦの判断、および、ステップ（Ｓ２０）におけるエアコンのＯＮ／ＯＦＦの判断が続けられる。
【０１０２】
ステップ（Ｓ２０）でエアコンがＯＮであると判断された場合は、圧縮機１２を起動するよう指示する制御命令がＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０からＡ／Ｃ３５０へ伝送されており、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を循環させるために圧縮機１２が起動している状態である。この場合、次にステップ（Ｓ３０）において、冷却装置１はエアコン運転モードにてＥＶ機器３１を冷却する。
【０１０３】
すなわち、切替弁５２の開閉を指令する信号を切替弁５２（弁５７，５８）へ伝送するとともに、流量調整弁２８の開度を指令する信号を流量調整弁２８へ伝送して、弁５７を全開、弁５８を全閉にし、流量調整弁２８の開度を調整する。これにより、圧縮機１２から吐出された冷媒のうち、ＥＶ機器３１の冷却のために十分な量の冷媒を、冷却部３０へ流通させる。熱交換器１４で外気と熱交換し冷却された後の冷媒を冷却部３０に流通させ、冷却通路３２を流れる冷媒とＥＶ機器３１との間で熱交換することにより、ＥＶ機器３１を冷却する。
【０１０４】
なお、電気自動車の乗員がコントロールパネルを操作してエアコンをＯＮにする場合のほか、制御装置３００によってエアコン運転モードでのＥＶ機器３１の冷却が必要であると判断された場合に、エアコン運転モードにてＥＶ機器３１を冷却してもよい。たとえば、外気温度が所定の温度（たとえば２５℃）よりも高いとき、空調用空気が所定の温度（たとえば２０℃）よりも高いとき、または、気液分離器４０内の冷媒液の量が所定の量よりも少ないとき、圧縮機１２を起動するよう指示する制御命令をＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０からＡ／Ｃ３５０へ伝送してもよい。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０は、外気の温度を測定する外気温度判定部の機能を有してもよい。
【０１０５】
または、たとえば登坂走行時などのＥＶ機器３１の発熱量が大きくなるような状況で電気自動車が走行する場合にも、エアコン運転モードにてＥＶ機器３１を冷却してもよい。冷却装置１がＥＶ機器３１を冷却する冷却能力は、圧縮機１２を運転させるエアコン運転モードの方が、ヒートパイプ運転モードに比較して相対的に大きい。そのため、ＥＶ機器３１の発熱量が大きい場合には、エアコン運転モードで冷却装置１を運転してＥＶ機器３１を冷却することにより、ＥＶ機器３１の過熱を確実に防止することができる。電気自動車の走行状況は、たとえばＰＣＵ７００に含まれる素子の温度、ＰＣＵ７００の基板の温度、ＰＣＵ７００に供給される電流値、駆動ユニット２００に含まれるモータジェネレータのトルク値などを監視することにより、判断されてもよい。
【０１０６】
ステップ（Ｓ３０）においてエアコン運転モードでＥＶ機器３１が冷却されると、次にステップ（Ｓ５０）において、エアコンの監視が行なわれる。たとえば、上述したように、回転数異常、渦電流異常、または車両の室内への吹き出し口における空気温度異常などの圧縮機１２の異常の有無を、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０で監視する。
【０１０７】
続いてステップ（Ｓ６０）において、圧縮機１２の異常が検出されたかどうかが判断される。圧縮機１２の異常が検出されない場合、制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）におけるＥＶスイッチのＯＮ／ＯＦＦの判断、および、ステップ（Ｓ２０）におけるエアコンのＯＮ／ＯＦＦの判断が続けられる。
【０１０８】
ステップ（Ｓ６０）で圧縮機１２の異常が検出された場合、ステップ（Ｓ７０）へ進み、ＥＶ機器３１の冷却のための運転モードが、エアコン運転モードからヒートパイプ運転モードへ切り替えられる。つまり、圧縮機１２が停止されるとともに、弁５７が全閉とされる。これにより、圧縮機１２から吐出された冷媒を冷却部３０へ流してＥＶ機器３１を冷却するための第一経路が遮断される。加えて、流量調整弁２８が全閉とされ、弁５８が全開とされる。これにより、熱交換器１４と冷却部３０との間に自然循環により冷媒を循環させるための第二経路が連通され、圧縮機１２を経由せずに冷却部３０に冷媒を供給できるようになる。
【０１０９】
切替弁５２の開閉が切り替えられることにより、第一通路の連通と第二通路の連通とが切り替えられる。これにより、第一通路が連通し第二通路が遮断された状態のエアコン運転モードから、第一通路が遮断され第二通路が連通した状態のヒートパイプ運転モードへの、ＥＶ機器３１を冷却するための冷却装置１の運転モードの切替が行なわれる。このようにして、圧縮機１２の異常が発生した場合にも、冷却装置１によるＥＶ機器３１の冷却能力が維持される。
【０１１０】
次にステップ（Ｓ８０）において、圧縮機１２の異常を電気自動車の乗員に報知する。具体的には、ＥＶ＿ＥＣＵ３１０から乗員周知手段３９０に信号が伝送されることにより、乗員周知手段３９０は、圧縮機１２の異常を乗員に報知するために必要な機器を適切に動作させる。たとえば、車両前方の計器盤に異常表示するなど視覚的に乗員に異常を報知してもよく、ブザーを鳴らす、「異常です」と音声をだすなど、聴覚的に乗員に異常を報知してもよい。または、乗員へ振動を与える、Ａ／Ｃ吹き出し口が急に閉じる、ブロアファンが強制停止するなどにより、乗員に異常を報知してもよい。
【０１１１】
次にステップ（Ｓ９０）において、車両の走行状態を制限する。具体的には、インバータ３６０、昇圧コンバータ３７０および走行用バッテリ４００などのＥＶ機器３１の発熱量を制限し、ＥＶ機器３１が基準の温度以上にならないように、電気自動車の走行条件を制限する。車両の走行の制限は、ＭＧ＿ＥＣＵ３４０およびバッテリＥＣＵ３３０からＥＶ機器３１の各々に信号が伝送されることにより行なわれる。たとえば、急加速や所定値を上回る速度での高速運転ができないように、電気自動車の走行状態が制限される。またたとえば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して電気自動車の走行ルートの情報を入手することにより、電気自動車が所定値を上回る登坂角度で走行しないように、電気自動車の走行ルートが制限される。
【０１１２】
次にステップ（Ｓ１００）において、ＭＧ、走行用バッテリ４００などのＥＶ機器３１を監視する。具体的には、ＥＶ機器３１の温度を監視することにより、電気自動車の走行時にＥＶ機器３１による発熱量が増大してＥＶ機器３１が過熱されていないか、を監視する。
【０１１３】
続いてステップ（Ｓ１１０）において、ＥＶ機器３１の温度の異常が検出されたかどうかが判断される。ＥＶ機器３１の温度の異常が検出されない場合、制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）におけるＥＶスイッチのＯＮ／ＯＦＦの判断に続き、ステップ（Ｓ２０）におけるエアコンのＯＮ／ＯＦＦの判断がされる。このときエアコンはＯＦＦにされているので、ステップ（Ｓ２０）に続いてステップ（Ｓ４０）に進み、再度制御フローがリターンされ、ステップ（Ｓ１０）の判断に戻る。
【０１１４】
ステップ（Ｓ１１０）でＥＶ機器３１温度の異常が検出された場合、ステップ（Ｓ９０）へ戻り、車両走行に更なる制限が加えられる。たとえば、電気自動車の加速度もしくは最高速度、または、走行ルートにおける登坂角度に、更なる制限が加えられる。これにより、ＥＶ機器３１の発熱量をさらに制限する。その後ステップ（Ｓ１００）を経てステップ（Ｓ１１０）の判断が再度行なわれる。ステップ（Ｓ１１０）でＥＶ機器３１温度の異常が再度検出されると、車両走行に更なる制限が加えられる。
【０１１５】
ステップ（Ｓ９０）での車両走行の制限とステップ（Ｓ１１０）での判断とが繰り返された結果、ＥＶ機器３１の温度を所定値以下にできれば、制御フローはリターンされる。ＥＶ機器３１の温度を所定値以下にできなければ、最終的に、電気自動車の最高速度が時速０ｋｍに設定される。すなわち、電気自動車の走行が禁止される。
【０１１６】
以上説明したように、本実施の形態の冷却装置１は、圧縮機１２を駆動させる「エアコン運転モード」と圧縮機１２を停止させる「ヒートパイプ運転モード」との両方の運転モードで、発熱源であるＥＶ機器３１を冷却できる。ヒートパイプ運転モードでは、圧縮機１２を起動する必要なくＥＶ機器３１を確実に冷却できるので、ＥＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要はない。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。
【０１１７】
冷却装置１の運転モードの切り換えのための圧縮機１２の起動または停止に合わせて、切替弁５２の開閉状態を制御する。これにより、エアコン運転モードとヒートパイプ運転モードとの切り換えをさらに確実に行なうことができ、各運転モード毎の適切な経路に冷媒を流通させることができる。
【０１１８】
冷却装置１の運転モードの切り換えは、電気自動車の乗員が手動でコントロールパネルを操作してエアコンのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、行なうことができる。車室内の空調が必要ない場合に、乗員がエアコンをＯＦＦにすれば、ヒートパイプ運転モードでＥＶ機器３１を冷却するように、冷却装置１の運転モードが切り替えられる。ヒートパイプ運転モードを選択すると圧縮機１２は停止するので、圧縮機１２の運転時間をより短縮することができる。その結果、圧縮機１２の消費動力低減と、圧縮機１２の信頼性向上との効果を、より顕著に得ることができる。
【０１１９】
冷却装置１の運転モードはまた、圧縮機１２を運転するエアコン運転モード中に圧縮機１２の異常を検出することにより、自動的にヒートパイプ運転モードへと切り替えられる。これにより、圧縮機１２に異常が発生した場合に、ヒートパイプ運転モードによりＥＶ機器３１の冷却を継続することができ、ＥＶ機器３１を適切に冷却された状態に保つことができる。したがって、圧縮機１２の故障時にＥＶ機器３１が過熱してＥＶ機器３１の動作が不良になることを抑制でき、圧縮機１２が故障した後にも電気自動車を一定距離走行させることが可能になる。
【０１２０】
圧縮機１２の異常が検出されたときに、電気自動車の走行状態を制限することにより、電気自動車の駆動源として動作するＥＶ機器３１からの発熱量を低減する。これにより、ＥＶ機器３１の過熱をより確実に回避することができる。また、圧縮機１２の異常が検出されたときに、電気自動車の乗員に異常を報知することで、乗員は圧縮機１２に異常が発生したことを確実に認識できるので、電気自動車の運転者が早期に安全に電気自動車を停止させることが可能になる。
【０１２１】
図９は、実施の形態１の冷却装置１の制御方法の他の例を示すフローチャートである。図８と比較して、図９に示す例では、圧縮機１２の異常の検出を判断するステップ（Ｓ６０）に替えて、圧縮機１２の運転中に冷却部３０へ供給される冷媒流量の異常が検出されたかどうかを判断するステップ（Ｓ１６０）を備える。
【０１２２】
この場合、ステップ（Ｓ５０）のエアコンの監視において、たとえば冷房能力不足、吹き出し口温度異常、冷凍サイクルの圧力または温度異常、ＥＶ機器３１の冷却能力不足、気液分離器４０の液面異常、またはＥＶ機器３１の温度異常などを、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０で監視することで、冷媒流量の異常、すなわち冷媒流量不足を監視する。続いてステップ（Ｓ６０）において、冷媒流量の異常が検出されたかどうかが判断される。異常が検出されない場合、制御フローはリターンされる。ステップ（Ｓ６０）で圧縮機１２の異常が検出された場合、ステップ（Ｓ７０）へ進み、ＥＶ機器３１の冷却のための運転モードが、エアコン運転モードからヒートパイプ運転モードへ切り替えられる。
【０１２３】
その他のステップに関しては、図８を参照して説明した例と同じであるので、その説明は繰り返さない。
【０１２４】
圧縮機１２を運転するエアコン運転モード中に冷媒流量の異常が検出されると、冷却装置１の運転モードが自動的にヒートパイプ運転モードへと切り替えられる。このようにすれば、ＥＶ機器３１を冷却するための冷媒の流量が不足した場合に、ヒートパイプ運転モードによりＥＶ機器３１の冷却を継続することができ、ＥＶ機器３１を適切に冷却された状態に保つことができる。したがって、ＥＶ機器３１が過熱してＥＶ機器３１の動作が不良になることを抑制でき、電気自動車を一定距離走行させ安全に停止させることが可能になる。
【０１２５】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２の制御装置３００の構成の詳細を示すブロック図である。図７を参照して説明した実施の形態１の制御装置と比較して、図１０に示す制御装置３００は、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させるための冷却能力向上手段３２３をさらに備える点で異なっている。
【０１２６】
冷却能力向上手段３２３は、たとえばコンデンサファン４２に制御信号を伝送してもよい。この場合、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させる指令をＡ／Ｃ＿ＥＣＵ３２０から受け取った冷却能力向上手段３２３は、コンデンサファン４２の回転数を増大させ、熱交換器１４に供給される風量を増加させてもよい。熱交換器１４に送られる風量を増加させると、熱交換器１４における冷媒と外気との熱交換量を増大させ、熱交換器１４において冷媒を一層冷却することができる。その結果、気液分離器４０に貯留される飽和液状態の冷媒の量を増大させ、より多量の液相の冷媒を冷却部３０に供給できるので、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上することができる。
【０１２７】
図１１は、実施の形態２の冷却装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図１１に示すように、実施の形態２では、実施の形態１の車両走行を制限するステップ（Ｓ９０）に替えて、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させる制御を作動するステップ（Ｓ１９０）を備える。ステップ（Ｓ１９０）では、コンデンサファン４２に制御信号を伝送
してコンデンサファン４２の回転数を増大させ、熱交換器１４に送られる風量を増加させる。これにより、熱交換器１４において冷媒を一層冷却させて気液分離器４０内の冷媒の貯留量を増大させ、より多量の液相の冷媒を冷却部３０に供給することで、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上する。
【０１２８】
その後のステップ（Ｓ１１０）の判断において、ＥＶ機器３１温度の異常が検出された場合、ステップ（Ｓ９０）へ戻り、ＥＶ機器３１の冷却能力をさらに向上させる制御を作動させる。たとえば、コンデンサファン４２の回転数をさらに増大させ、熱交換器１４に送られる風量をさらに増加させる。これにより、ＥＶ機器３１から熱をより効率的に除去する。その後ステップ（Ｓ１００）を経てステップ（Ｓ１１０）の判断が再度行なわれる。ステップ（Ｓ１１０）でＥＶ機器３１温度の異常が再度検出されると、ＥＶ機器３１の冷却能力をさらに向上させる。
【０１２９】
ステップ（Ｓ９０）でのＥＶ機器３１の冷却能力向上とステップ（Ｓ１１０）での判断とが繰り返された結果、ＥＶ機器３１の温度を所定値以下にできれば、制御フローはリターンされる。ＥＶ機器３１の温度を所定値以下にできなければ、最終的に、ヒートパイプ運転モードにおけるＥＶ機器３１の冷却能力に対するＥＶ機器３１の発熱量が過大であると判断され、電気自動車の走行が禁止される。
【０１３０】
その他のステップに関しては、図８を参照して説明した例と同じであるので、その説明は繰り返さない。
【０１３１】
以上説明したように、実施の形態２の冷却装置１の制御装置３００は、圧縮機１２の異常が検出されたときに、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上することにより、電気自動車の駆動源として動作するＥＶ機器３１からの熱の放散量を向上させる。これにより、ＥＶ機器３１の温度が基準の温度以上にまで上昇しないように冷却装置１を制御できるので、ＥＶ機器３１の過熱をより確実に回避することができる。
【０１３２】
図１２は、実施の形態２の冷却装置１の制御方法の他の例を示すフローチャートである。図１１と比較して、図１２に示す例では、圧縮機１２の異常の検出を判断するステップ（Ｓ６０）に替えて、圧縮機１２の運転中に冷却部３０へ供給される冷媒流量の異常が検出されたかどうかを判断するステップ（Ｓ１６０）を備える。この場合、図９を参照して説明した実施の形態１の他の例の制御と同様に、ＥＶ機器３１が過熱してＥＶ機器３１の動作が不良になることを抑制でき、電気自動車を一定距離走行させ安全に停止させることが可能になる。
【０１３３】
なお、これまでの実施の形態においては、ＥＶ機器３１を例として車両に搭載された電気機器を冷却する冷却装置１について説明した。電気機器としては、少なくとも作動によって熱を発生させる電気機器であれば、インバータ、モータジェネレータなどの例示された電気機器に限定されるものではなく、任意の電気機器であってもよい。冷却の対象となる電気機器が複数個ある場合においては、複数の電気機器は、冷却の目標となる温度範囲が共通していることが望ましい。冷却の目標となる温度範囲は、電気機器を作動させる温度環境として適切な温度範囲である。
【０１３４】
さらに、本発明の冷却装置１により冷却される発熱源は、車両に搭載された電気機器に限られず、熱を発生する任意の機器、または任意の機器の発熱する一部分であってもよい。
【０１３５】
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、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、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】
【０１３６】
本発明の冷却装置は、モータジェネレータおよびインバータなどの電気機器を搭載する電気自動車などの車両における、車内の冷房を行なうための蒸気圧縮式冷凍サイクルを使用した電気機器の冷却に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１３７】
１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１４，１５，１８ 熱交換器、１６ 膨張弁、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，３４，３６，３６ａ，３６ｂ 冷媒通路、２８ 流量調整弁、３０ 冷却部、３１ ＥＶ機器、３２ 冷却通路、４０ 気液分離器、４２ コンデンサファン、５１ 連通路、５２ 切替弁、５７，５８ 弁、１００ エンジン、２００ 駆動ユニット、３００ 制御装置、３１０ ＥＶ＿ＥＣＵ、３２０ Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ、３２１ 異常検出手段、３２２ 運転モード切替手段、３２３ 冷却能力向上手段、３３０ バッテリＥＣＵ、３４０ ＭＧ＿ＥＣＵ、３５０ エアコン、３６０ インバータ、３７０ 昇圧コンバータ、３９０ 乗員周知手段、４００ 走行用バッテリ、１０００ 車両。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源を冷却する冷却装置の制御装置であって、
前記冷却装置は、
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熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記冷却部へ流す第一通路と、
前記熱交換器と前記冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含み、
前記制御装置は、
前記圧縮機の異常を検出するための検出手段と、
前記検出手段によって異常が検出されたとき、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通させるように、前記切替弁を切り替える切替手段と、を備える、冷却装置の制御装置。
【請求項２】
発熱源を冷却する冷却装置の制御装置であって、
前記冷却装置は、
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熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記冷却部へ流す第一通路と、
前記熱交換器と前記冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含み、
前記制御装置は、
前記圧縮機の運転中に前記冷却部へ供給される冷媒流量の異常を検出するための検出手段と、
前記検出手段によって異常が検出されたとき、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通させるように、前記切替弁を切り替える切替手段と、を備える、冷却装置の制御装置。
【請求項３】
前記発熱源は、車両に搭載されており、
前記検出手段によって異常が検出されたとき、前記車両の走行状態を制限する、制限手段を備える、請求項１または請求項２に記載の冷却装置の制御装置。
【請求項４】
前記検出手段によって異常が検出されたとき、前記冷却装置による前記発熱源の冷却能力を向上させる、冷却能力向上手段を備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却装置の制御装置。
【請求項５】
前記検出手段によって異常が検出されたとき、異常を報知するための報知手段を備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却装置の制御装置。
【請求項６】
発熱源を冷却する冷却装置の制御方法であって、
前記冷却装置は、
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熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記冷却部へ流す第一通路と、
前記熱交換器と前記冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含み、
前記圧縮機に異常があるか判断するステップと、
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通させるように、前記切替弁を切り替えるステップと、を備える、冷却装置の制御方法。
【請求項７】
発熱源を冷却する冷却装置の制御方法であって、
前記冷却装置は、
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熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記冷却部へ流す第一通路と、
前記熱交換器と前記冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含み、
前記圧縮機の運転中に前記冷却部へ供給される冷媒流量に異常があるか判断するステップと、
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通させるように、前記切替弁を切り替えるステップと、を備える、冷却装置の制御方法。
【請求項８】
前記発熱源は、車両に搭載されており、
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、前記車両の走行状態を制限するステップを備える、請求項６または請求項７に記載の冷却装置の制御方法。
【請求項９】
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、前記冷却装置による前記発熱源の冷却能力を向上させるステップを備える、請求項６から請求項８のいずれかに記載の冷却装置の制御方法。
【請求項１０】
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、異常を報知するステップを備える、請求項６から請求項９のいずれかに記載の冷却装置の制御方法。
【請求項１】
発熱源を冷却する冷却装置の制御装置であって、
前記冷却装置は、
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熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記冷却部へ流す第一通路と、
前記熱交換器と前記冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含み、
前記制御装置は、
前記圧縮機の異常を検出するための検出手段と、
前記検出手段によって異常が検出されたとき、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通させるように、前記切替弁を切り替える切替手段と、を備える、冷却装置の制御装置。
【請求項２】
発熱源を冷却する冷却装置の制御装置であって、
前記冷却装置は、
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熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記冷却部へ流す第一通路と、
前記熱交換器と前記冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含み、
前記制御装置は、
前記圧縮機の運転中に前記冷却部へ供給される冷媒流量の異常を検出するための検出手段と、
前記検出手段によって異常が検出されたとき、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通させるように、前記切替弁を切り替える切替手段と、を備える、冷却装置の制御装置。
【請求項３】
前記発熱源は、車両に搭載されており、
前記検出手段によって異常が検出されたとき、前記車両の走行状態を制限する、制限手段を備える、請求項１または請求項２に記載の冷却装置の制御装置。
【請求項４】
前記検出手段によって異常が検出されたとき、前記冷却装置による前記発熱源の冷却能力を向上させる、冷却能力向上手段を備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却装置の制御装置。
【請求項５】
前記検出手段によって異常が検出されたとき、異常を報知するための報知手段を備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却装置の制御装置。
【請求項６】
発熱源を冷却する冷却装置の制御方法であって、
前記冷却装置は、
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熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記冷却部へ流す第一通路と、
前記熱交換器と前記冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含み、
前記圧縮機に異常があるか判断するステップと、
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通させるように、前記切替弁を切り替えるステップと、を備える、冷却装置の制御方法。
【請求項７】
発熱源を冷却する冷却装置の制御方法であって、
前記冷却装置は、
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熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記冷却部へ流す第一通路と、
前記熱交換器と前記冷却部との間に冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を含み、
前記圧縮機の運転中に前記冷却部へ供給される冷媒流量に異常があるか判断するステップと、
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通させるように、前記切替弁を切り替えるステップと、を備える、冷却装置の制御方法。
【請求項８】
前記発熱源は、車両に搭載されており、
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、前記車両の走行状態を制限するステップを備える、請求項６または請求項７に記載の冷却装置の制御方法。
【請求項９】
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、前記冷却装置による前記発熱源の冷却能力を向上させるステップを備える、請求項６から請求項８のいずれかに記載の冷却装置の制御方法。
【請求項１０】
前記判断するステップで異常があると判断されたとき、異常を報知するステップを備える、請求項６から請求項９のいずれかに記載の冷却装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５２７７８（Ｐ２０１３−５２７７８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２８３７（Ｐ２０１１−１９２８３７）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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