冷却装置
【課題】発熱源を安定して冷却でき、圧力損失を低減できる、冷却装置を提供する。
【解決手段】ＨＶ機器３１を冷却する冷却装置１は、冷媒を循環させるための圧縮機１２と、冷媒を凝縮するための凝縮器１４と、凝縮器１４によって凝縮された液状の冷媒を貯留する気液分離器４０と、冷媒を減圧する膨張弁１６と、膨張弁１６によって減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器１８と、気液分離器４０から膨張弁１６へ向かう冷媒が流通する、並列に設けられた第一通路（冷媒通路２３）ならびに第二通路（冷媒通路３４，３６および冷却通路３２）と、第二通路上に設けられ、冷媒を用いてＨＶ機器３１を冷却するための冷却部３０と、を備える。第二通路には、気液分離器４０から液状の冷媒が流れる。
【解決手段】ＨＶ機器３１を冷却する冷却装置１は、冷媒を循環させるための圧縮機１２と、冷媒を凝縮するための凝縮器１４と、凝縮器１４によって凝縮された液状の冷媒を貯留する気液分離器４０と、冷媒を減圧する膨張弁１６と、膨張弁１６によって減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器１８と、気液分離器４０から膨張弁１６へ向かう冷媒が流通する、並列に設けられた第一通路（冷媒通路２３）ならびに第二通路（冷媒通路３４，３６および冷却通路３２）と、第二通路上に設けられ、冷媒を用いてＨＶ機器３１を冷却するための冷却部３０と、を備える。第二通路には、気液分離器４０から液状の冷媒が流れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、特に、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して発熱源を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題対策の一つとして、モータの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などが注目されている。このような車両において、モータ、ジェネレータ、インバータ、コンバータおよびバッテリなどの電気機器は、電力の授受によって発熱する。そのため、これらの電気機器を冷却する必要がある。
【０００３】
特開２０００−７３７６３号公報（特許文献１）には、エンジンシリンダヘッドと駆動用モータとを選択的、あるいは同時に冷却する第１冷却回路と、エンジンシリンダブロックを冷却する第２冷却回路と、駆動用モータの駆動制御を行う強電系コントロールユニットを冷却する第３冷却回路と、を備えるハイブリッド車用冷却装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の冷却装置では、エンジンのみを冷却する通常の車両のごとく、発熱体とラジエータとの間に冷却水を循環させるシステムを使用して、電気系部品を冷却させている。このようなシステムでは、電気系部品を冷却するためのラジエータを新たに設ける必要があるので、車両搭載性が低いという問題を有している。
【０００５】
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。たとえば特開２００７−６９７３３号公報（特許文献２）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。また特開２００５−９０８６２号公報（特許文献３）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７３７６３号公報
【特許文献２】特開２００７−６９７３３号公報
【特許文献３】特開２００５−９０８６２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２，３に開示されている冷却装置では、電気機器などの発熱源を冷却するための冷却経路が蒸気圧縮式冷凍サイクル内に組み入れられており、発熱源を冷却するとき、減圧器を通過した後の気液二相状態の冷媒が発熱源を冷却する冷媒経路に導入される。そのため、急激な負荷変動が生じた際に液相の冷媒の量が減少すると、発熱源の冷却性能が安定しない。また、気液二相状態の冷媒のうち、冷媒蒸気の流速が早くなることにより、圧力損失が増大し、冷媒を流通させるための圧縮機の消費電力が増大する。
【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、発熱源を安定して冷却でき、圧力損失を低減できる、冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る冷却装置は、発熱源を冷却する冷却装置であって、冷媒を循環させるための圧縮機と、冷媒を凝縮するための凝縮器と、凝縮器によって凝縮された液状の冷媒を貯留する蓄液器と、冷媒を減圧する減圧器と、減圧器によって減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、蓄液器から減圧器へ向かう冷媒が流通する、並列に設けられた第一通路および第二通路と、第二通路上に設けられ、冷媒を用いて発熱源を冷却するための冷却部と、を備える。第二通路には、蓄液器から液状の冷媒が流れる。
【００１０】
上記冷却装置において好ましくは、第一通路に配置され、第一通路を流れる冷媒の流量と第二通路を流れる冷媒の流量とを調節する、流量調整弁を備える。
【００１１】
上記冷却装置において好ましくは、圧縮機から凝縮器へ向かう冷媒が流通する第三通路と、第二通路の冷却部に対し下流側と第三通路とを連通する連通路と、を備える。好ましくは、第二通路の冷却部に対し下流側と、第三通路と、の連通状態を切り換える、切換弁を備える。好ましくは、冷却部は、凝縮器よりも下方に配置されている。
【００１２】
上記冷却装置において好ましくは、冷却部から減圧器に向けて流通する冷媒の経路上に設けられた他の凝縮器を備える。好ましくは、凝縮器は、冷媒から熱を放出させる放熱能力が他の凝縮器よりも高い。
【００１３】
上記冷却装置において好ましくは、第二通路の冷却部に対し上流側に配置されたフィルタを備える。好ましくは、フィルタは、第二通路の上流側の端部に取付けられている。
【００１４】
上記冷却装置において好ましくは、第二通路の上流側の端部は、蓄液器内の液相中に配置されている。
【００１５】
上記冷却装置において好ましくは、第一通路の上流側の端部は、蓄液器内の気相中に配置されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の冷却装置によると、飽和液の状態の冷媒を供給して発熱源を冷却することにより、負荷変動時にも発熱源を安定して冷却でき、かつ、冷媒の流通に係る圧力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】気液分離器の概略構成を示す模式図である。
【図３】レシーバの概略構成を示す模式図である。
【図４】実施の形態１の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５】流量調整弁の開度制御の概略を示す図である。
【図６】実施の形態２の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図７】蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図８】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図９】実施の形態３の冷却装置の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図１０】実施の形態３の冷却装置の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１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１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、車両に搭載される。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を用いた冷房は、たとえば、冷房を行なうためのスイッチがオンされた場合、または、自動的に車両の室内の温度を設定温度になるように調整する自動制御モードが選択されており、かつ、車室内の温度が設定温度よりも高い場合に行なわれる。
【００２０】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と、凝縮器１４と、凝縮器１４と異なる他の凝縮器としての凝縮器１５と、減圧器の一例としての膨張弁１６と、蒸発器１８と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、凝縮器１４の出口側と凝縮器１５の入口側との間に配置された気液分離器４０と、凝縮器１５の出口側と膨張弁１６の入口側との間に配置されたレシーバ７０と、を含む。
【００２１】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はさらに、圧縮機１２と凝縮器１４とを連通する第三通路としての冷媒通路２１と、凝縮器１４と凝縮器１５とを連通する冷媒通路２２，２３，２４ａと、凝縮器１５と膨張弁１６とを連通する冷媒通路２４ｂ，２５と、膨張弁１６と蒸発器１８とを連通する冷媒通路２６と、蒸発器１８と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２７と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、凝縮器１４，１５、膨張弁１６および蒸発器１８が、冷媒通路２１〜２７によって連結されて構成される。
【００２２】
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、作動時に蒸発器１８から冷媒通路２４を経由して流通する気相冷媒を吸入圧縮して、冷媒通路２１に吐出する。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。
【００２３】
凝縮器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、凝縮器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。凝縮器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凝縮器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。凝縮器１４，１５は、車両の走行によって発生する自然の通風また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供給された冷却風と冷媒との間で、熱交換を行なう。凝縮器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。
【００２４】
膨張弁１６は、冷媒通路２５を流通する高圧の液相冷媒を小さな孔から噴射させることにより膨張させて、低温・低圧の霧状冷媒に変化させる。膨張弁１６は、凝縮器１４，１５によって凝縮された冷媒液を減圧して、気液混合状態の湿り蒸気とする。なお、冷媒液を減圧するための減圧器は、絞り膨張する膨張弁１６に限られず、毛細管であってもよい。
【００２５】
蒸発器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、蒸発器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。蒸発器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、被冷却部としての車両の室内の空気から吸収して、車両の室内の冷房を行なう。熱が蒸発器１８に吸収されることによって温度が低下した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、蒸発器１８において周囲から吸熱し加熱される。
【００２６】
蒸発器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蒸発器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、蒸発器１８から流通する冷媒を圧縮する。
【００２７】
冷媒通路２１は、冷媒を圧縮機１２から凝縮器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の出口から凝縮器１４の入口へ向かって流通する。冷媒通路２２〜２５は、冷媒を凝縮器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、凝縮器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流通する。冷媒通路２６は、冷媒を膨張弁１６から蒸発器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の出口から蒸発器１８の入口へ向かって流通する。冷媒通路２７は、冷媒を蒸発器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、蒸発器１８の出口から圧縮機１２の入口へ向かって流通する。
【００２８】
冷媒は、圧縮機１２と凝縮器１４，１５と膨張弁１６と蒸発器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１に示すＡ点、Ｂ点、Ｄ点、Ｆ点およびＥ点を順に通過するように冷媒が流れ、圧縮機１２と凝縮器１４，１５と膨張弁１６と蒸発器１８とに冷媒が循環する。
【００２９】
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、アンモニアまたは水などを用いることができる。
【００３０】
気液分離器４０は、凝縮器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。図２は、気液分離器４０の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、気液分離器４０は天井部４１と底部４２とを有する。気液分離器４０の内部には、液相冷媒である冷媒液４３と、気相冷媒である冷媒蒸気４４と、が蓄蔵されている。冷媒液４３は気液分離器４０の底部４２側に貯留されており、冷媒蒸気４４は気液分離器４０の天井部４１側に溜められている。
【００３１】
気液分離器４０の内部空間には、冷媒通路２２，２３と、冷媒通路３４とが挿通されている。冷媒通路２２，２３，３４は、気液分離器４０の内部と外部とを連通する。冷媒通路２２，２３，３４は、気液分離器４０の天井部４１を経由して、気液分離器４０の内部と外部とに亘って配置されている。冷媒通路２２の端部は、気液分離器４０内の気相中に配置されている。冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０内の気相中に配置されている。冷媒通路３４の端部は、気液分離器４０内の液相中に配置されている。
【００３２】
凝縮器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。凝縮器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、凝縮器１４によって凝縮された冷媒を液体状の冷媒液４３とガス状の冷媒蒸気４４とに分離して、一時的に蓄える。
【００３３】
分離された冷媒液４３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４４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。
【００３４】
気液分離器４０の内部では、冷媒液４３が下側、冷媒蒸気４４が上側に溜まる。気液分離器４０から冷媒液４３を導出する冷媒通路３４の端部は、気液分離器４０の底部４２の近傍に配置されている。冷媒通路３４の端部は、冷媒液４３中に浸漬されており、冷媒通路３４を経由して気液分離器４０の底側から冷媒液４３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４４を導出する冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０の天井部４１の近傍に配置されている。冷媒通路２３の端部は、気相の冷媒蒸気４４中に存在し、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４４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。
【００３５】
気液分離器４０から導出された気相の冷媒蒸気４４は、凝縮器１５において周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮する。この凝縮した冷媒が、冷媒通路２４ｂを経由して、レシーバ７０へ流入する。レシーバ７０は、凝縮器１５の下流側と膨張弁１６の上流側との間に接続され、凝縮器１５を通過して凝縮された冷媒液を、負荷に応じて冷媒を蒸発器１８に供給できるように、その内部に一時的に蓄える。レシーバ７０はまた、凝縮器１５から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離して、液相冷媒のみを膨張弁１６に向けて流出させる。
【００３６】
図３は、レシーバ７０の概略構成を示す模式図である。図３に示すように、レシーバ７０は天井部７１と底部７２とを有する。レシーバ７０の内部空間には、天井部７１から底部７２へ向かう方向に、ストレーナ７５、乾燥剤７７、ストレーナ７６が順に積層されている。乾燥剤７７は、シリカであってもよい。ストレーナ７５，７６および乾燥剤７７の積層構造によって、レシーバ７０の内部空間は、天井部７１側の上部空間と、底部７２側の下部空間とに分割されている。
【００３７】
レシーバ７０の内部には、液相冷媒である冷媒液７３と、気相冷媒である冷媒蒸気７４と、が蓄蔵されている。冷媒液７３はレシーバ７０の底部７２側に貯留されており、冷媒蒸気７４はレシーバ７０の天井部７１側に溜められる。レシーバ７０の内部空間には、冷媒通路２４，２５が挿通されている。冷媒通路２４，２５は、レシーバ７０の内部と外部とを連通する。冷媒通路２４，２５は、レシーバ７０の天井部を経由して、レシーバ７０の内部と外部とに亘って配置されている。冷媒通路２４の端部は、レシーバ７０内の上部空間に配置されている。冷媒通路２５の端部は、レシーバ７０内の下部空間に配置されている。
【００３８】
凝縮器１５出口において、冷媒は液体の状態にある。凝縮器１５から流出する冷媒は、冷媒通路２４を通ってレシーバ７０内の上部空間へ供給され、ストレーナ７５、乾燥剤７７およびストレーナ７６を順に経由して、レシーバ７０内の下部空間へと落下する。
【００３９】
ストレーナ７５，７６を通過して流れることにより、液体の冷媒が濾過される。冷媒中に含まれる異物はストレーナ７５，７６を通過できないので、冷媒から異物が除去される。乾燥剤７７を通過して流れることにより、冷媒から水分が除去される。乾燥剤７７は、冷媒中に含まれている水分を捕集する水分捕集材として機能する。液体状の冷媒のみがストレーナ７５，７６および乾燥剤７７の積層構造を経由してレシーバ７０の上部空間から下部空間へ移動し、冷媒中に含まれる空気は上部空間に残るので、冷媒中の空気が冷媒から除去される。
【００４０】
冷媒中に空気が含まれていると、空気は冷媒のように状態変化しないので、凝縮器１４，１５および蒸発器１８における冷媒の熱交換の妨げとなり、冷凍サイクルの冷却能力を低下させる。冷媒中の水分は、各部品を腐食させたり、膨張弁１６で凍結して冷媒の流れを阻害することになる。膨張弁１６の小孔に異物が詰まると、冷媒の流れが阻害されて蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が動作しなくなる。そこで、凝縮器１５と膨張弁１６との間にレシーバ７０を設けることにより、冷凍サイクル内の空気および水分を除去でき、かつ、膨張弁１６前で異物除去を行なって膨張弁１６での目詰まりを防ぐことができるので、冷凍サイクルの性能低下を防止することができる。
【００４１】
レシーバ７０の内部では、冷媒液７３が下側、冷媒蒸気７４が上側に溜まる。レシーバ７０から送り出される冷媒が流通する冷媒通路２５の端部は、底部７２の近傍に配置されている。冷媒通路２５の端部は、冷媒液７３中に浸漬されており、冷媒通路２５を経由してレシーバ７０の底の方から冷媒液７３のみがレシーバ７０の外部へ送り出される。これにより、レシーバ７０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、また、冷媒中の空気の除去を確実に行なうことができる。
【００４２】
図１に戻って、凝縮器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、凝縮器１４の出口側から気液分離器４０の内部空間へ至る冷媒通路２２と、気液分離器４０から冷媒蒸気４４を流出させる冷媒通路２３と、凝縮器１５の入口側へ連結される冷媒通路２４ａと、凝縮器１５の出口側からレシーバ７０の内部空間へ至る冷媒通路２４ｂと、レシーバ７０から冷媒液７３を流出させて膨張弁１６へ流通させる冷媒通路２５と、を含む。図１に示すＤ点は、第一通路としての冷媒通路２３の下流側の端部、すなわち凝縮器１５に近接する側の冷媒通路２３の端部を示す。つまりＤ点は、冷媒通路２３と冷媒通路２４ａとの連結点を示す。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第二通路を備える。第二通路上には、冷却部３０が設けられている。冷却部３０は、凝縮器１４から凝縮器１５へ向けて流通する冷媒の経路上に設けられている。冷却部３０は、車両に搭載される電気機器であるＨＶ（Hybrid Vehicle）機器３１と、冷媒が流通する配管である冷却通路３２とを含む。ＨＶ機器３１は、発熱源の一例である。上記第二通路は、冷却通路３２を含む。上記第二通路はまた、冷媒が流通する配管である冷媒通路３４，３６を含む。
【００４４】
気液分離器４０から図１に示すＤ点へ向かって、冷媒通路２３と並列に冷媒が流れる第二通路は、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（凝縮器１５に近接する側）の冷媒通路３６と、に分割されている。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から出て第二通路を流れる液状の冷媒は、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ＨＶ機器３１から熱を奪って、ＨＶ機器３１を冷却させる。冷却部３０は、気液分離器４０において分離された液相の冷媒を用いて、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、冷却通路３２内を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１と、が熱交換することにより、ＨＶ機器３１は冷却され、冷媒は加熱される。冷媒はさらに冷媒通路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２４ａを経由して凝縮器１５へ至る。冷却通路３２の上流側の端部は、冷媒通路３４に接続される。冷却通路３２の下流側の端部は、冷媒通路３６に接続される。
【００４６】
冷却部３０は、冷却通路３２においてＨＶ機器３１と冷媒との間で熱交換が可能な構造を有するように設けられる。本実施の形態においては、冷却部３０は、たとえば、ＨＶ機器３１の筐体に冷却通路３２の外周面が直接接触するように形成された冷却通路３２を有する。冷却通路３２は、ＨＶ機器３１の筐体と隣接する部分を有する。当該部分において、冷却通路３２を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１との間で、熱交換が可能となる。
【００４７】
ＨＶ機器３１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の凝縮器１４から膨張弁１６に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却通路３２の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路３２の外部にＨＶ機器３１が配置されるので、冷却通路３２の内部を流通する冷媒の流れにＨＶ機器３１が干渉することはない。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の圧力損失は増大しないので、圧縮機１２の動力を増大させることなく、ＨＶ機器３１を冷却することができる。
【００４８】
代替的には、冷却部３０は、ＨＶ機器３１と冷却通路３２との間に介在して配置された任意の公知のヒートパイプを備えてもよい。この場合ＨＶ機器３１は、冷却通路３２の外周面にヒートパイプを介して接続され、ＨＶ機器３１から冷却通路３２へヒートパイプを経由して熱伝達することにより、冷却される。ＨＶ機器３１をヒートパイプの加熱部とし冷却通路３２をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却通路３２とＨＶ機器３１との間の熱伝達効率が高められるので、ＨＶ機器３１の冷却効率を向上できる。たとえばウィック式のヒートパイプを使用することができる。
【００４９】
ヒートパイプによってＨＶ機器３１から冷却通路３２へ確実に熱伝達することができるので、ＨＶ機器３１と冷却通路３２との間に距離があってもよく、ＨＶ機器３１に冷却通路３２を接触させるために冷却通路３２を複雑に配置する必要がない。その結果、ＨＶ機器３１の配置の自由度を向上することができる。
【００５０】
ＨＶ機器３１は、電力の授受によって発熱する電気機器を含む。電気機器は、たとえば、直流電力を交流電力に変換するためのインバータ、回転電機であるモータジェネレータ、蓄電装置であるバッテリ、バッテリの電圧を昇圧させるためのコンバータ、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】
図４は、実施の形態１の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４中の横軸は、冷媒の比エンタルピー（単位：ｋＪ／ｋｇ）を示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力（単位：ＭＰａ）を示す。図中の曲線は、冷媒の飽和蒸気線および飽和液線である。図４中には、凝縮器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、ＨＶ機器３１を冷却し、冷媒通路３６からＤ点を経由して凝縮器１５の入口の冷媒通路２４ａ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，ＦおよびＥ点）における冷媒の熱力学状態が示される。
【００５２】
図４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）、冷媒は凝縮器１４へと流れる。凝縮器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、凝縮器１４において冷却され、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）。
【００５３】
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４３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、ＨＶ機器３１を冷却する。ＨＶ機器３１において、凝縮器１４を通過して凝縮された飽和液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＨＶ機器３１が冷却される。ＨＶ機器３１との熱交換により、冷媒が加熱され、冷媒の乾き度が増大する。冷媒は、ＨＶ機器３１から潜熱を受け取って一部気化することにより、飽和液と飽和蒸気とが混合した湿り蒸気となる（Ｄ点）。
【００５４】
その後冷媒は、凝縮器１５に流入する。冷媒の湿り蒸気は、凝縮器１５において再度凝縮され、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（Ｆ点）。その後冷媒は、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（Ｅ点）。
【００５５】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、蒸発器１８において、外部から熱を吸収して蒸発潜熱によって等圧のまま蒸発し、乾き飽和蒸気になる。さらに顕熱によって冷媒蒸気は温度上昇して、過熱蒸気となり（Ａ点）、圧縮機１２に吸入される。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。
【００５６】
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。
【００５７】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、蒸発器１８において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、凝縮器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ＨＶ機器３１へ流通し、ＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１を、車両の室内の空調用の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、冷却する。
【００５８】
蒸発器１８において被冷却部を冷却するために設けられた蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、ＨＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＨＶ機器３１の冷却のために、専用の水循環ポンプまたは冷却ファンなどの機器を設ける必要はない。そのため、ＨＶ機器３１の冷却装置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、ＨＶ機器３１の冷却のためにポンプや冷却ファンなどの動力源を運転する必要がなく、動力源を運転するための消費動力を必要としない。したがって、ＨＶ機器３１の冷却のための消費動力を低減することができる。
【００５９】
凝縮器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、凝縮器１４と凝縮器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ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の経路である第二通路と、が並列に設けられる。冷媒通路３４，３６を含むＨＶ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、凝縮器１４から流出した冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。ＨＶ機器３１の冷却のために必要な量の冷媒を冷却部３０へ流通させ、ＨＶ機器３１は適切に冷却される。したがって、ＨＶ機器３１が過冷却されることを防止できる。
【００６０】
凝縮器１４から直接凝縮器１５へ流れる冷媒の経路と、凝縮器１４から冷却部３０を経由して凝縮器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、ＨＶ機器３１の冷却系に冷媒が流れる際の圧力損失を低減することができる。全ての冷媒が冷却部３０に流れないので、冷却部３０を経由する冷媒の流通に係る圧力損失を低減することができ、それに伴い、冷媒を循環させるための圧縮機１２の運転に必要な消費電力を低減することができる。
【００６１】
膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＨＶ機器３１の冷却に使用すると、蒸発器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凝縮器１４と、第二の凝縮器としての凝縮器１５と、の両方によって凝縮される。圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の凝縮器１４，１５を配置し、ＨＶ機器３１を冷却する冷却部３０は、凝縮器１４と凝縮器１５との間に設けられている。凝縮器１５は、冷却部３０から膨張弁１６に向けて流通する冷媒の経路上に設けられている。
【００６２】
ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて加熱された冷媒を凝縮器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、蒸発器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凝縮器１５の放熱能力を定めることにより、車室内の空気を冷却する冷房の能力に影響を与えることなく、ＨＶ機器３１を冷却することができる。したがって、ＨＶ機器３１の冷却能力と、車室用の冷房能力との両方を、確実に確保することができる。なお、ＨＶ機器３１を冷却するために必要とされる温度は、少なくともＨＶ機器３１の温度範囲として目標となる温度範囲の上限値よりも低い温度であることが望ましい。
【００６３】
凝縮器１４では、図４に示すように、冷媒を飽和液の状態にまで冷却すればよい。ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受け取り一部気化した湿り蒸気の状態の冷媒は、凝縮器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。凝縮器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、凝縮器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、凝縮器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】
凝縮器１４からＨＶ機器３１へ流れる冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するときに、ＨＶ機器３１から熱を受け取り加熱される。ＨＶ機器３１において冷媒が飽和蒸気温度以上に加熱され冷媒の全量が気化すると、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量が減少してＨＶ機器３１を効率よく冷却できなくなり、また冷媒が配管内を流れる際の圧力損失が増大する。そのため、ＨＶ機器３１を冷却した後に冷媒の全量が気化しない程度に、凝縮器１４において十分に冷媒を冷却するのが望ましい。
【００６５】
具体的には、凝縮器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には凝縮器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凝縮器１４が有する結果、凝縮器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、凝縮器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凝縮器１４において冷媒を十分に冷却することにより、ＨＶ機器３１から熱を受け取った冷媒を湿り蒸気の状態に留めることができ、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＨＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＨＶ機器３１を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、凝縮器１５において効率よく再度冷却され、飽和温度を下回る過冷却液の状態にまで冷却される。したがって、車室用の冷房能力とＨＶ機器３１の冷却能力との両方を確保した、冷却装置１を提供することができる。
【００６６】
凝縮器１４の出口において気液二相状態にある冷媒は、一つの気液分離器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を経由して流通し直接凝縮器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を経由して流通し、冷却部３０に供給されてＨＶ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。そのため、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、凝縮器１４の能力を最大限に活用してＨＶ機器３１を冷却することができるので、ＨＶ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。
【００６７】
気液分離器４０の出口で飽和液の状態にある冷媒をＨＶ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ＨＶ機器３１の冷却系である上述した第二通路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、第二通路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。
【００６８】
気液分離器４０の内部には、図２に示すように、飽和液状態の冷媒液４３が貯留されている。気液分離器４０は、その内部に冷媒液４３を一時的に溜め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４３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、ＨＶ機器３１の冷却性能を安定させることができる。
【００６９】
図２をさらに参照して、気液分離された冷媒液４３を気液分離器４０から冷却部３０へ流通させる冷媒通路３４の、気液分離器４０内の液相中に配置された端部には、フィルタ４６が取付けられている。図２に示す冷媒通路３４の端部は、冷却部３０へ向かう冷媒の流れにおける上流側の端部である。冷媒通路３４、冷却通路３２および冷媒通路３６により構成される冷媒の経路において、冷却部３０に含まれる冷却通路３２に対し冷媒の流れの上流側に、フィルタ４６が配置されている。
【００７０】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０において、図３に示すレシーバ７０の内部にストレーナ７５，７６が配置されており、ストレーナ７５，７６で異物が除去される。レシーバ７０から冷却部３０に至る経路において発生した異物が冷却通路３２内で目詰まりを発生させ、気相の冷媒のみが冷却通路３２を通過することになると、ＨＶ機器３１の冷却能力が著しく低下してしまう。そのため、冷却通路３２の直前の冷媒の経路である冷媒通路３４にフィルタ４６を配置し、異物をフィルタ４６で除去できる構成とすれば、冷却通路３２内で目詰まりが発生しＨＶ機器３１の冷却性能が悪化することを防止することができる。
【００７１】
図２に示す気液分離器４０と、図３に示す従来のレシーバ７０との構成を比較すると、図３に示すレシーバ７０では、冷媒通路２４を経由してレシーバ７０へ流入し冷媒通路２５を経由してレシーバから流出する冷媒の全量がストレーナ７５，７６を経由して流れることで濾過される。このレシーバ７０の構成を気液分離器４０に適用したとすれば、ＨＶ機器３１に流れない冷媒もストレーナで濾過されることになり、圧力損失が増大してしまう。
【００７２】
これに対し、本実施の形態の気液分離器４０は、レシーバ７０と異なり、ストレーナと乾燥剤との積層構造を有しない。異物除去用のフィルタ４６は、ＨＶ機器３１を冷却するための冷却部３０に対し上流側の配管である、冷媒通路３４にのみ配置されている。気液分離器４０から冷却部３０へ向けて流通する冷媒の経路である冷媒通路３４にのみフィルタ４６が設けられ、冷却部３０へ向かわない冷媒の経路である冷媒通路２３にはフィルタが設けられない。冷媒通路３４を経由して気液分離器４０から流出する液相冷媒はフィルタ４６で濾過されるのに対し、冷媒通路２３を経由して気液分離器４０から流出する気相冷媒は濾過されない。
【００７３】
冷媒がフィルタを通過して流れると、圧力損失が発生する。圧力損失が増大すると、冷媒を流通させるための圧縮機１２の動力が増大し、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の性能が低下する。そこで、図２に示す構成の気液分離器４０を使用して、冷却部３０へ流通する冷媒の経路のみにフィルタ４６を配置することにより、冷却部３０へ流通する冷媒を濾過できるので冷却通路３２の目詰まりを防止でき、かつ、凝縮器１５へ直接流通する冷媒を濾過しないので冷媒の流通に係る圧力損失の増加を抑制することができる。
【００７４】
フィルタ４６の配置は、図２に示すような冷媒通路３４の端部に限られるものではない。気液分離器４０から冷媒通路２３を経由して直接凝縮器１５へ向かう冷媒の経路にはフィルタを配置せず、気液分離器４０から冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ向かう冷媒の経路にのみフィルタを設置する構成とすれば、従来のレシーバを用いるよりも冷媒の流通時の圧力損失を低減できる効果を、同様に得ることができる。たとえば、冷媒通路３４の途中にストレーナを配置して、冷却部３０へ流通する冷媒を濾過して異物を除去する構成としてもよい。
【００７５】
図１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、凝縮器１４から膨張弁１６へ向かう冷媒の経路の一部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、第一通路としての冷媒通路２３を流れる冷媒の流量と、冷却通路３２を含む第二通路を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
【００７６】
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、凝縮器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、凝縮器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して凝縮器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ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁２８の弁開度を小さくすれば、凝縮器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して凝縮器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ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００７７】
流量調整弁２８の弁開度を大きくするとＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなり、ＨＶ機器３１の冷却能力が低下する。流量調整弁２８の弁開度を小さくするとＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなり、ＨＶ機器３１の冷却能力が向上する。流量調整弁２８を使用して、ＨＶ機器３１に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、ＨＶ機器３１の過冷却を確実に防止することができ、加えて、第二通路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。
【００７８】
流量調整弁２８の弁開度調整に係る制御の一例について、以下に説明する。図５は、流量調整弁２８の開度制御の概略を示す図である。図５のグラフ（Ａ）〜（Ｄ）に示す横軸は、時間を示す。グラフ（Ａ）の縦軸は、流量調整弁２８がステッピングモータを用いた電気式膨張弁である場合の弁開度を示す。グラフ（Ｂ）の縦軸は、流量調整弁２８が温度の変動により開閉動作する温度式膨張弁である場合の弁開度を示す。グラフ（Ｃ）の縦軸は、ＨＶ機器３１の温度を示す。グラフ（Ｄ）の縦軸は、ＨＶ機器３１の出入口温度差を示す。
【００７９】
冷媒が冷却部３０を経由して流通することで、ＨＶ機器３１は冷却される。流量調整弁２８の弁開度調整は、たとえば、ＨＶ機器３１の温度、またはＨＶ機器３１の出口温度と入口温度との温度差を監視することにより、行なわれる。たとえばグラフ（Ｃ）を参照して、ＨＶ機器３１の温度を継続的に計測する温度センサを設け、ＨＶ機器３１の温度を監視する。またたとえば、グラフ（Ｄ）を参照して、ＨＶ機器３１の入口温度と出口温度とを計測する温度センサを設け、ＨＶ機器３１の出入口の温度差を監視する。
【００８０】
ＨＶ機器３１の温度が目標温度を上回る、または、ＨＶ機器３１の出入口温度差が目標温度差（たとえば３〜５℃）を上回ると、グラフ（Ａ）およびグラフ（Ｂ）に示すように、流量調整弁２８の開度を小さくする。流量調整弁２８の開度を絞ることにより、上述した通り、冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ流れる冷媒の流量が大きくなるので、ＨＶ機器３１をより効果的に冷却できる。その結果、グラフ（Ｃ）に示すようにＨＶ機器３１の温度を低下させて目標温度以下にすることができ、または、グラフ（Ｄ）に示すようにＨＶ機器３１の出入口温度差を小さくして目標温度差以下にすることができる。
【００８１】
このように、流量調整弁２８の弁開度を最適に調整することで、ＨＶ機器３１を適切な温度範囲に保つために必要な放熱能力を得られる量の冷媒を確保し、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。したがって、ＨＶ機器３１が過熱して損傷する不具合の発生を、確実に抑制することができる。
【００８２】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２の冷却装置１の構成を示す模式図である。実施の形態２の冷却装置１は、実施の形態１と比較して、連通路５１を備える点で異なっている。
【００８３】
具体的には、連通路５１は、圧縮機１２の出口から凝縮器１４の入口へ向かう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には、冷媒通路３６と冷媒通路２１，２４との連通状態を切り換える、切換弁５２が設けられている。実施の形態３の切換弁５２は、三方弁５３である。冷媒通路３６は、三方弁５３よりも上流側の冷媒通路３６ａと、三方弁５３よりも下流側の冷媒通路３６ｂと、に二分割される。
【００８４】
三方弁５３の開閉状態を変化させることにより、ＨＶ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を経由させて凝縮器１５へ流通させることができ、または、連通路５１を経由させて凝縮器１４へ流通させることができる。切換弁５２の一例である三方弁５３を使用して冷媒の経路を切り換えることにより、ＨＶ機器３１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３６ｂ，２４ａを経由させて凝縮器１５へ、または、連通路５１および冷媒通路２１を経由して凝縮器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。
【００８５】
図７は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。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。三方弁５３は、冷媒を冷却部３０から凝縮器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作され、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、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００８６】
図８は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図８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が停止しているときには、冷媒を冷却部３０から凝縮器１４へ循環させるように三方弁５３を操作し、さらに流量調整弁２８を全閉にする。連通路５１を経由して冷媒を流通させることにより、凝縮器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を順に経由して凝縮器１４へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。
【００８７】
この環状の経路を経由して、圧縮機１２を動作することなく、凝縮器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するとき、ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＨＶ機器３１との熱交換により気化された冷媒蒸気は、冷媒通路３６ａ、連通路５１および冷媒通路２１を順に経由して、凝縮器１４へ流れる。凝縮器１４において、車両の走行風また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。凝縮器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。
【００８８】
このように、冷却部３０と凝縮器１４とを経由する環状の経路によって、ＨＶ機器３１を加熱部とし凝縮器１４を冷却部とする、ヒートパイプが形成される。したがって、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているとき、すなわち車両用の冷房が停止しているときにも、圧縮機１２を起動する必要なく、ＨＶ機器３１を確実に冷却することができる。ＨＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要がないことにより、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。
【００８９】
図７および図８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、凝縮器１４よりも下方に配置されている。凝縮器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、凝縮器１４が上方に配置される。凝縮器１４は、冷却部３０よりも高い位置に配置される。
【００９０】
この場合、冷却部３０で加熱され気化した冷媒蒸気は、環状の経路内を上昇して凝縮器１４へ到達し、凝縮器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、凝縮器１４と、これらを連結する冷媒の経路とによって、サーモサイフォン式のヒートパイプが形成される。ヒートパイプを形成することでＨＶ機器３１から凝縮器１４への熱伝達効率を向上することができるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているときにも、動力を加えることなく、ＨＶ機器３１をより効率よく冷却することができる。
【００９１】
（実施の形態３）
図９は、実施の形態３の冷却装置１の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図１０は、実施の形態３の冷却装置１の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図７および図８に示す構成と比較して、実施の形態３の冷却装置１では、切換弁５２として三方弁５３に替えて二つの弁５７，５８が設けられている。
【００９２】
図９に示すように、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中には、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、ＨＶ機器３１を冷却した後の冷媒を冷媒通路３６ａ，３６ｂ，２４ａを経由させて、確実に凝縮器１５へ流通させることができる。一方、図１０に示すように、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、冷却部３０と凝縮器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。
【００９３】
このように、冷媒通路３６と冷媒通路２１，２４との連通状態を切り換える切換弁５２としては、三方弁５３を使用してもよく、または一対の弁５７，５８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、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００９４】
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、三方弁５３に替えて二つの弁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５３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５３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。
【００９５】
実施の形態３の冷却装置１はさらに、逆止弁５５を備える。逆止弁５５は、圧縮機１２と凝縮器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５５は、圧縮機１２から凝縮器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。
【００９６】
このようにすれば、図１０に示すように、流量調整弁２８を全閉（弁開度０％）にし、冷媒通路３６ａから連通路５１へ冷媒が流れ冷媒通路３６ｂへは流れないように切換弁５２を調整したとき、凝縮器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。
【００９７】
逆止弁５５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５５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ＨＶ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、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００９８】
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５５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ＨＶ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。
【００９９】
なお、実施の形態１〜３においては、ＨＶ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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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】
【０１０２】
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ハイブリッド車、燃料電池車、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】
【０１０３】
１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１４，１５ 凝縮器、１６ 膨張弁、１８ 蒸発器、２１，２２，２３，２４，２４ａ，２４ｂ，２５，２６，２７，３４，３６，３６ａ，３６ｂ 冷媒通路、２８ 流量調整弁、３０ 冷却部、３１ ＨＶ機器、３２ 冷却通路、４０ 気液分離器、４１，７１ 天井部、４２，７２ 底部、４３，７３ 冷媒液、４４，７４ 冷媒蒸気、４６ フィルタ、５１ 連通路、５２ 切換弁、５３ 三方弁、５５ 逆止弁、５７，５８ 弁、６０ 地面、７０ レシーバ、７５，７６ ストレーナ、７７ 乾燥剤。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、特に、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して発熱源を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題対策の一つとして、モータの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などが注目されている。このような車両において、モータ、ジェネレータ、インバータ、コンバータおよびバッテリなどの電気機器は、電力の授受によって発熱する。そのため、これらの電気機器を冷却する必要がある。
【０００３】
特開２０００−７３７６３号公報（特許文献１）には、エンジンシリンダヘッドと駆動用モータとを選択的、あるいは同時に冷却する第１冷却回路と、エンジンシリンダブロックを冷却する第２冷却回路と、駆動用モータの駆動制御を行う強電系コントロールユニットを冷却する第３冷却回路と、を備えるハイブリッド車用冷却装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の冷却装置では、エンジンのみを冷却する通常の車両のごとく、発熱体とラジエータとの間に冷却水を循環させるシステムを使用して、電気系部品を冷却させている。このようなシステムでは、電気系部品を冷却するためのラジエータを新たに設ける必要があるので、車両搭載性が低いという問題を有している。
【０００５】
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。たとえば特開２００７−６９７３３号公報（特許文献２）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。また特開２００５−９０８６２号公報（特許文献３）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７３７６３号公報
【特許文献２】特開２００７−６９７３３号公報
【特許文献３】特開２００５−９０８６２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２，３に開示されている冷却装置では、電気機器などの発熱源を冷却するための冷却経路が蒸気圧縮式冷凍サイクル内に組み入れられており、発熱源を冷却するとき、減圧器を通過した後の気液二相状態の冷媒が発熱源を冷却する冷媒経路に導入される。そのため、急激な負荷変動が生じた際に液相の冷媒の量が減少すると、発熱源の冷却性能が安定しない。また、気液二相状態の冷媒のうち、冷媒蒸気の流速が早くなることにより、圧力損失が増大し、冷媒を流通させるための圧縮機の消費電力が増大する。
【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、発熱源を安定して冷却でき、圧力損失を低減できる、冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る冷却装置は、発熱源を冷却する冷却装置であって、冷媒を循環させるための圧縮機と、冷媒を凝縮するための凝縮器と、凝縮器によって凝縮された液状の冷媒を貯留する蓄液器と、冷媒を減圧する減圧器と、減圧器によって減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、蓄液器から減圧器へ向かう冷媒が流通する、並列に設けられた第一通路および第二通路と、第二通路上に設けられ、冷媒を用いて発熱源を冷却するための冷却部と、を備える。第二通路には、蓄液器から液状の冷媒が流れる。
【００１０】
上記冷却装置において好ましくは、第一通路に配置され、第一通路を流れる冷媒の流量と第二通路を流れる冷媒の流量とを調節する、流量調整弁を備える。
【００１１】
上記冷却装置において好ましくは、圧縮機から凝縮器へ向かう冷媒が流通する第三通路と、第二通路の冷却部に対し下流側と第三通路とを連通する連通路と、を備える。好ましくは、第二通路の冷却部に対し下流側と、第三通路と、の連通状態を切り換える、切換弁を備える。好ましくは、冷却部は、凝縮器よりも下方に配置されている。
【００１２】
上記冷却装置において好ましくは、冷却部から減圧器に向けて流通する冷媒の経路上に設けられた他の凝縮器を備える。好ましくは、凝縮器は、冷媒から熱を放出させる放熱能力が他の凝縮器よりも高い。
【００１３】
上記冷却装置において好ましくは、第二通路の冷却部に対し上流側に配置されたフィルタを備える。好ましくは、フィルタは、第二通路の上流側の端部に取付けられている。
【００１４】
上記冷却装置において好ましくは、第二通路の上流側の端部は、蓄液器内の液相中に配置されている。
【００１５】
上記冷却装置において好ましくは、第一通路の上流側の端部は、蓄液器内の気相中に配置されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の冷却装置によると、飽和液の状態の冷媒を供給して発熱源を冷却することにより、負荷変動時にも発熱源を安定して冷却でき、かつ、冷媒の流通に係る圧力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】気液分離器の概略構成を示す模式図である。
【図３】レシーバの概略構成を示す模式図である。
【図４】実施の形態１の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５】流量調整弁の開度制御の概略を示す図である。
【図６】実施の形態２の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図７】蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図８】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図９】実施の形態３の冷却装置の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図１０】実施の形態３の冷却装置の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１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１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、車両に搭載される。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を用いた冷房は、たとえば、冷房を行なうためのスイッチがオンされた場合、または、自動的に車両の室内の温度を設定温度になるように調整する自動制御モードが選択されており、かつ、車室内の温度が設定温度よりも高い場合に行なわれる。
【００２０】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と、凝縮器１４と、凝縮器１４と異なる他の凝縮器としての凝縮器１５と、減圧器の一例としての膨張弁１６と、蒸発器１８と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、凝縮器１４の出口側と凝縮器１５の入口側との間に配置された気液分離器４０と、凝縮器１５の出口側と膨張弁１６の入口側との間に配置されたレシーバ７０と、を含む。
【００２１】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はさらに、圧縮機１２と凝縮器１４とを連通する第三通路としての冷媒通路２１と、凝縮器１４と凝縮器１５とを連通する冷媒通路２２，２３，２４ａと、凝縮器１５と膨張弁１６とを連通する冷媒通路２４ｂ，２５と、膨張弁１６と蒸発器１８とを連通する冷媒通路２６と、蒸発器１８と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２７と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、凝縮器１４，１５、膨張弁１６および蒸発器１８が、冷媒通路２１〜２７によって連結されて構成される。
【００２２】
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、作動時に蒸発器１８から冷媒通路２４を経由して流通する気相冷媒を吸入圧縮して、冷媒通路２１に吐出する。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。
【００２３】
凝縮器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、凝縮器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。凝縮器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凝縮器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。凝縮器１４，１５は、車両の走行によって発生する自然の通風また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供給された冷却風と冷媒との間で、熱交換を行なう。凝縮器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。
【００２４】
膨張弁１６は、冷媒通路２５を流通する高圧の液相冷媒を小さな孔から噴射させることにより膨張させて、低温・低圧の霧状冷媒に変化させる。膨張弁１６は、凝縮器１４，１５によって凝縮された冷媒液を減圧して、気液混合状態の湿り蒸気とする。なお、冷媒液を減圧するための減圧器は、絞り膨張する膨張弁１６に限られず、毛細管であってもよい。
【００２５】
蒸発器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、蒸発器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。蒸発器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、被冷却部としての車両の室内の空気から吸収して、車両の室内の冷房を行なう。熱が蒸発器１８に吸収されることによって温度が低下した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、蒸発器１８において周囲から吸熱し加熱される。
【００２６】
蒸発器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蒸発器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、蒸発器１８から流通する冷媒を圧縮する。
【００２７】
冷媒通路２１は、冷媒を圧縮機１２から凝縮器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の出口から凝縮器１４の入口へ向かって流通する。冷媒通路２２〜２５は、冷媒を凝縮器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、凝縮器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流通する。冷媒通路２６は、冷媒を膨張弁１６から蒸発器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の出口から蒸発器１８の入口へ向かって流通する。冷媒通路２７は、冷媒を蒸発器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、蒸発器１８の出口から圧縮機１２の入口へ向かって流通する。
【００２８】
冷媒は、圧縮機１２と凝縮器１４，１５と膨張弁１６と蒸発器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１に示すＡ点、Ｂ点、Ｄ点、Ｆ点およびＥ点を順に通過するように冷媒が流れ、圧縮機１２と凝縮器１４，１５と膨張弁１６と蒸発器１８とに冷媒が循環する。
【００２９】
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、アンモニアまたは水などを用いることができる。
【００３０】
気液分離器４０は、凝縮器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。図２は、気液分離器４０の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、気液分離器４０は天井部４１と底部４２とを有する。気液分離器４０の内部には、液相冷媒である冷媒液４３と、気相冷媒である冷媒蒸気４４と、が蓄蔵されている。冷媒液４３は気液分離器４０の底部４２側に貯留されており、冷媒蒸気４４は気液分離器４０の天井部４１側に溜められている。
【００３１】
気液分離器４０の内部空間には、冷媒通路２２，２３と、冷媒通路３４とが挿通されている。冷媒通路２２，２３，３４は、気液分離器４０の内部と外部とを連通する。冷媒通路２２，２３，３４は、気液分離器４０の天井部４１を経由して、気液分離器４０の内部と外部とに亘って配置されている。冷媒通路２２の端部は、気液分離器４０内の気相中に配置されている。冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０内の気相中に配置されている。冷媒通路３４の端部は、気液分離器４０内の液相中に配置されている。
【００３２】
凝縮器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。凝縮器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、凝縮器１４によって凝縮された冷媒を液体状の冷媒液４３とガス状の冷媒蒸気４４とに分離して、一時的に蓄える。
【００３３】
分離された冷媒液４３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４４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。
【００３４】
気液分離器４０の内部では、冷媒液４３が下側、冷媒蒸気４４が上側に溜まる。気液分離器４０から冷媒液４３を導出する冷媒通路３４の端部は、気液分離器４０の底部４２の近傍に配置されている。冷媒通路３４の端部は、冷媒液４３中に浸漬されており、冷媒通路３４を経由して気液分離器４０の底側から冷媒液４３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４４を導出する冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０の天井部４１の近傍に配置されている。冷媒通路２３の端部は、気相の冷媒蒸気４４中に存在し、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４４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。
【００３５】
気液分離器４０から導出された気相の冷媒蒸気４４は、凝縮器１５において周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮する。この凝縮した冷媒が、冷媒通路２４ｂを経由して、レシーバ７０へ流入する。レシーバ７０は、凝縮器１５の下流側と膨張弁１６の上流側との間に接続され、凝縮器１５を通過して凝縮された冷媒液を、負荷に応じて冷媒を蒸発器１８に供給できるように、その内部に一時的に蓄える。レシーバ７０はまた、凝縮器１５から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに気液分離して、液相冷媒のみを膨張弁１６に向けて流出させる。
【００３６】
図３は、レシーバ７０の概略構成を示す模式図である。図３に示すように、レシーバ７０は天井部７１と底部７２とを有する。レシーバ７０の内部空間には、天井部７１から底部７２へ向かう方向に、ストレーナ７５、乾燥剤７７、ストレーナ７６が順に積層されている。乾燥剤７７は、シリカであってもよい。ストレーナ７５，７６および乾燥剤７７の積層構造によって、レシーバ７０の内部空間は、天井部７１側の上部空間と、底部７２側の下部空間とに分割されている。
【００３７】
レシーバ７０の内部には、液相冷媒である冷媒液７３と、気相冷媒である冷媒蒸気７４と、が蓄蔵されている。冷媒液７３はレシーバ７０の底部７２側に貯留されており、冷媒蒸気７４はレシーバ７０の天井部７１側に溜められる。レシーバ７０の内部空間には、冷媒通路２４，２５が挿通されている。冷媒通路２４，２５は、レシーバ７０の内部と外部とを連通する。冷媒通路２４，２５は、レシーバ７０の天井部を経由して、レシーバ７０の内部と外部とに亘って配置されている。冷媒通路２４の端部は、レシーバ７０内の上部空間に配置されている。冷媒通路２５の端部は、レシーバ７０内の下部空間に配置されている。
【００３８】
凝縮器１５出口において、冷媒は液体の状態にある。凝縮器１５から流出する冷媒は、冷媒通路２４を通ってレシーバ７０内の上部空間へ供給され、ストレーナ７５、乾燥剤７７およびストレーナ７６を順に経由して、レシーバ７０内の下部空間へと落下する。
【００３９】
ストレーナ７５，７６を通過して流れることにより、液体の冷媒が濾過される。冷媒中に含まれる異物はストレーナ７５，７６を通過できないので、冷媒から異物が除去される。乾燥剤７７を通過して流れることにより、冷媒から水分が除去される。乾燥剤７７は、冷媒中に含まれている水分を捕集する水分捕集材として機能する。液体状の冷媒のみがストレーナ７５，７６および乾燥剤７７の積層構造を経由してレシーバ７０の上部空間から下部空間へ移動し、冷媒中に含まれる空気は上部空間に残るので、冷媒中の空気が冷媒から除去される。
【００４０】
冷媒中に空気が含まれていると、空気は冷媒のように状態変化しないので、凝縮器１４，１５および蒸発器１８における冷媒の熱交換の妨げとなり、冷凍サイクルの冷却能力を低下させる。冷媒中の水分は、各部品を腐食させたり、膨張弁１６で凍結して冷媒の流れを阻害することになる。膨張弁１６の小孔に異物が詰まると、冷媒の流れが阻害されて蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が動作しなくなる。そこで、凝縮器１５と膨張弁１６との間にレシーバ７０を設けることにより、冷凍サイクル内の空気および水分を除去でき、かつ、膨張弁１６前で異物除去を行なって膨張弁１６での目詰まりを防ぐことができるので、冷凍サイクルの性能低下を防止することができる。
【００４１】
レシーバ７０の内部では、冷媒液７３が下側、冷媒蒸気７４が上側に溜まる。レシーバ７０から送り出される冷媒が流通する冷媒通路２５の端部は、底部７２の近傍に配置されている。冷媒通路２５の端部は、冷媒液７３中に浸漬されており、冷媒通路２５を経由してレシーバ７０の底の方から冷媒液７３のみがレシーバ７０の外部へ送り出される。これにより、レシーバ７０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、また、冷媒中の空気の除去を確実に行なうことができる。
【００４２】
図１に戻って、凝縮器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、凝縮器１４の出口側から気液分離器４０の内部空間へ至る冷媒通路２２と、気液分離器４０から冷媒蒸気４４を流出させる冷媒通路２３と、凝縮器１５の入口側へ連結される冷媒通路２４ａと、凝縮器１５の出口側からレシーバ７０の内部空間へ至る冷媒通路２４ｂと、レシーバ７０から冷媒液７３を流出させて膨張弁１６へ流通させる冷媒通路２５と、を含む。図１に示すＤ点は、第一通路としての冷媒通路２３の下流側の端部、すなわち凝縮器１５に近接する側の冷媒通路２３の端部を示す。つまりＤ点は、冷媒通路２３と冷媒通路２４ａとの連結点を示す。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第二通路を備える。第二通路上には、冷却部３０が設けられている。冷却部３０は、凝縮器１４から凝縮器１５へ向けて流通する冷媒の経路上に設けられている。冷却部３０は、車両に搭載される電気機器であるＨＶ（Hybrid Vehicle）機器３１と、冷媒が流通する配管である冷却通路３２とを含む。ＨＶ機器３１は、発熱源の一例である。上記第二通路は、冷却通路３２を含む。上記第二通路はまた、冷媒が流通する配管である冷媒通路３４，３６を含む。
【００４４】
気液分離器４０から図１に示すＤ点へ向かって、冷媒通路２３と並列に冷媒が流れる第二通路は、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（凝縮器１５に近接する側）の冷媒通路３６と、に分割されている。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から出て第二通路を流れる液状の冷媒は、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ＨＶ機器３１から熱を奪って、ＨＶ機器３１を冷却させる。冷却部３０は、気液分離器４０において分離された液相の冷媒を用いて、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、冷却通路３２内を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１と、が熱交換することにより、ＨＶ機器３１は冷却され、冷媒は加熱される。冷媒はさらに冷媒通路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２４ａを経由して凝縮器１５へ至る。冷却通路３２の上流側の端部は、冷媒通路３４に接続される。冷却通路３２の下流側の端部は、冷媒通路３６に接続される。
【００４６】
冷却部３０は、冷却通路３２においてＨＶ機器３１と冷媒との間で熱交換が可能な構造を有するように設けられる。本実施の形態においては、冷却部３０は、たとえば、ＨＶ機器３１の筐体に冷却通路３２の外周面が直接接触するように形成された冷却通路３２を有する。冷却通路３２は、ＨＶ機器３１の筐体と隣接する部分を有する。当該部分において、冷却通路３２を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１との間で、熱交換が可能となる。
【００４７】
ＨＶ機器３１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の凝縮器１４から膨張弁１６に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却通路３２の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路３２の外部にＨＶ機器３１が配置されるので、冷却通路３２の内部を流通する冷媒の流れにＨＶ機器３１が干渉することはない。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の圧力損失は増大しないので、圧縮機１２の動力を増大させることなく、ＨＶ機器３１を冷却することができる。
【００４８】
代替的には、冷却部３０は、ＨＶ機器３１と冷却通路３２との間に介在して配置された任意の公知のヒートパイプを備えてもよい。この場合ＨＶ機器３１は、冷却通路３２の外周面にヒートパイプを介して接続され、ＨＶ機器３１から冷却通路３２へヒートパイプを経由して熱伝達することにより、冷却される。ＨＶ機器３１をヒートパイプの加熱部とし冷却通路３２をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却通路３２とＨＶ機器３１との間の熱伝達効率が高められるので、ＨＶ機器３１の冷却効率を向上できる。たとえばウィック式のヒートパイプを使用することができる。
【００４９】
ヒートパイプによってＨＶ機器３１から冷却通路３２へ確実に熱伝達することができるので、ＨＶ機器３１と冷却通路３２との間に距離があってもよく、ＨＶ機器３１に冷却通路３２を接触させるために冷却通路３２を複雑に配置する必要がない。その結果、ＨＶ機器３１の配置の自由度を向上することができる。
【００５０】
ＨＶ機器３１は、電力の授受によって発熱する電気機器を含む。電気機器は、たとえば、直流電力を交流電力に変換するためのインバータ、回転電機であるモータジェネレータ、蓄電装置であるバッテリ、バッテリの電圧を昇圧させるためのコンバータ、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】
図４は、実施の形態１の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４中の横軸は、冷媒の比エンタルピー（単位：ｋＪ／ｋｇ）を示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力（単位：ＭＰａ）を示す。図中の曲線は、冷媒の飽和蒸気線および飽和液線である。図４中には、凝縮器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、ＨＶ機器３１を冷却し、冷媒通路３６からＤ点を経由して凝縮器１５の入口の冷媒通路２４ａ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，ＦおよびＥ点）における冷媒の熱力学状態が示される。
【００５２】
図４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）、冷媒は凝縮器１４へと流れる。凝縮器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、凝縮器１４において冷却され、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）。
【００５３】
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４３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、ＨＶ機器３１を冷却する。ＨＶ機器３１において、凝縮器１４を通過して凝縮された飽和液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＨＶ機器３１が冷却される。ＨＶ機器３１との熱交換により、冷媒が加熱され、冷媒の乾き度が増大する。冷媒は、ＨＶ機器３１から潜熱を受け取って一部気化することにより、飽和液と飽和蒸気とが混合した湿り蒸気となる（Ｄ点）。
【００５４】
その後冷媒は、凝縮器１５に流入する。冷媒の湿り蒸気は、凝縮器１５において再度凝縮され、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（Ｆ点）。その後冷媒は、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（Ｅ点）。
【００５５】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、蒸発器１８において、外部から熱を吸収して蒸発潜熱によって等圧のまま蒸発し、乾き飽和蒸気になる。さらに顕熱によって冷媒蒸気は温度上昇して、過熱蒸気となり（Ａ点）、圧縮機１２に吸入される。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。
【００５６】
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。
【００５７】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、蒸発器１８において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、凝縮器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ＨＶ機器３１へ流通し、ＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１を、車両の室内の空調用の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、冷却する。
【００５８】
蒸発器１８において被冷却部を冷却するために設けられた蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、ＨＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＨＶ機器３１の冷却のために、専用の水循環ポンプまたは冷却ファンなどの機器を設ける必要はない。そのため、ＨＶ機器３１の冷却装置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、ＨＶ機器３１の冷却のためにポンプや冷却ファンなどの動力源を運転する必要がなく、動力源を運転するための消費動力を必要としない。したがって、ＨＶ機器３１の冷却のための消費動力を低減することができる。
【００５９】
凝縮器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、凝縮器１４と凝縮器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ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の経路である第二通路と、が並列に設けられる。冷媒通路３４，３６を含むＨＶ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、凝縮器１４から流出した冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。ＨＶ機器３１の冷却のために必要な量の冷媒を冷却部３０へ流通させ、ＨＶ機器３１は適切に冷却される。したがって、ＨＶ機器３１が過冷却されることを防止できる。
【００６０】
凝縮器１４から直接凝縮器１５へ流れる冷媒の経路と、凝縮器１４から冷却部３０を経由して凝縮器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、ＨＶ機器３１の冷却系に冷媒が流れる際の圧力損失を低減することができる。全ての冷媒が冷却部３０に流れないので、冷却部３０を経由する冷媒の流通に係る圧力損失を低減することができ、それに伴い、冷媒を循環させるための圧縮機１２の運転に必要な消費電力を低減することができる。
【００６１】
膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＨＶ機器３１の冷却に使用すると、蒸発器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凝縮器１４と、第二の凝縮器としての凝縮器１５と、の両方によって凝縮される。圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の凝縮器１４，１５を配置し、ＨＶ機器３１を冷却する冷却部３０は、凝縮器１４と凝縮器１５との間に設けられている。凝縮器１５は、冷却部３０から膨張弁１６に向けて流通する冷媒の経路上に設けられている。
【００６２】
ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて加熱された冷媒を凝縮器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、蒸発器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凝縮器１５の放熱能力を定めることにより、車室内の空気を冷却する冷房の能力に影響を与えることなく、ＨＶ機器３１を冷却することができる。したがって、ＨＶ機器３１の冷却能力と、車室用の冷房能力との両方を、確実に確保することができる。なお、ＨＶ機器３１を冷却するために必要とされる温度は、少なくともＨＶ機器３１の温度範囲として目標となる温度範囲の上限値よりも低い温度であることが望ましい。
【００６３】
凝縮器１４では、図４に示すように、冷媒を飽和液の状態にまで冷却すればよい。ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受け取り一部気化した湿り蒸気の状態の冷媒は、凝縮器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。凝縮器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、凝縮器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、凝縮器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】
凝縮器１４からＨＶ機器３１へ流れる冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するときに、ＨＶ機器３１から熱を受け取り加熱される。ＨＶ機器３１において冷媒が飽和蒸気温度以上に加熱され冷媒の全量が気化すると、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量が減少してＨＶ機器３１を効率よく冷却できなくなり、また冷媒が配管内を流れる際の圧力損失が増大する。そのため、ＨＶ機器３１を冷却した後に冷媒の全量が気化しない程度に、凝縮器１４において十分に冷媒を冷却するのが望ましい。
【００６５】
具体的には、凝縮器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には凝縮器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凝縮器１４が有する結果、凝縮器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、凝縮器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凝縮器１４において冷媒を十分に冷却することにより、ＨＶ機器３１から熱を受け取った冷媒を湿り蒸気の状態に留めることができ、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＨＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＨＶ機器３１を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、凝縮器１５において効率よく再度冷却され、飽和温度を下回る過冷却液の状態にまで冷却される。したがって、車室用の冷房能力とＨＶ機器３１の冷却能力との両方を確保した、冷却装置１を提供することができる。
【００６６】
凝縮器１４の出口において気液二相状態にある冷媒は、一つの気液分離器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を経由して流通し直接凝縮器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を経由して流通し、冷却部３０に供給されてＨＶ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。そのため、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、凝縮器１４の能力を最大限に活用してＨＶ機器３１を冷却することができるので、ＨＶ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。
【００６７】
気液分離器４０の出口で飽和液の状態にある冷媒をＨＶ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ＨＶ機器３１の冷却系である上述した第二通路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、第二通路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。
【００６８】
気液分離器４０の内部には、図２に示すように、飽和液状態の冷媒液４３が貯留されている。気液分離器４０は、その内部に冷媒液４３を一時的に溜め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４３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、ＨＶ機器３１の冷却性能を安定させることができる。
【００６９】
図２をさらに参照して、気液分離された冷媒液４３を気液分離器４０から冷却部３０へ流通させる冷媒通路３４の、気液分離器４０内の液相中に配置された端部には、フィルタ４６が取付けられている。図２に示す冷媒通路３４の端部は、冷却部３０へ向かう冷媒の流れにおける上流側の端部である。冷媒通路３４、冷却通路３２および冷媒通路３６により構成される冷媒の経路において、冷却部３０に含まれる冷却通路３２に対し冷媒の流れの上流側に、フィルタ４６が配置されている。
【００７０】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０において、図３に示すレシーバ７０の内部にストレーナ７５，７６が配置されており、ストレーナ７５，７６で異物が除去される。レシーバ７０から冷却部３０に至る経路において発生した異物が冷却通路３２内で目詰まりを発生させ、気相の冷媒のみが冷却通路３２を通過することになると、ＨＶ機器３１の冷却能力が著しく低下してしまう。そのため、冷却通路３２の直前の冷媒の経路である冷媒通路３４にフィルタ４６を配置し、異物をフィルタ４６で除去できる構成とすれば、冷却通路３２内で目詰まりが発生しＨＶ機器３１の冷却性能が悪化することを防止することができる。
【００７１】
図２に示す気液分離器４０と、図３に示す従来のレシーバ７０との構成を比較すると、図３に示すレシーバ７０では、冷媒通路２４を経由してレシーバ７０へ流入し冷媒通路２５を経由してレシーバから流出する冷媒の全量がストレーナ７５，７６を経由して流れることで濾過される。このレシーバ７０の構成を気液分離器４０に適用したとすれば、ＨＶ機器３１に流れない冷媒もストレーナで濾過されることになり、圧力損失が増大してしまう。
【００７２】
これに対し、本実施の形態の気液分離器４０は、レシーバ７０と異なり、ストレーナと乾燥剤との積層構造を有しない。異物除去用のフィルタ４６は、ＨＶ機器３１を冷却するための冷却部３０に対し上流側の配管である、冷媒通路３４にのみ配置されている。気液分離器４０から冷却部３０へ向けて流通する冷媒の経路である冷媒通路３４にのみフィルタ４６が設けられ、冷却部３０へ向かわない冷媒の経路である冷媒通路２３にはフィルタが設けられない。冷媒通路３４を経由して気液分離器４０から流出する液相冷媒はフィルタ４６で濾過されるのに対し、冷媒通路２３を経由して気液分離器４０から流出する気相冷媒は濾過されない。
【００７３】
冷媒がフィルタを通過して流れると、圧力損失が発生する。圧力損失が増大すると、冷媒を流通させるための圧縮機１２の動力が増大し、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の性能が低下する。そこで、図２に示す構成の気液分離器４０を使用して、冷却部３０へ流通する冷媒の経路のみにフィルタ４６を配置することにより、冷却部３０へ流通する冷媒を濾過できるので冷却通路３２の目詰まりを防止でき、かつ、凝縮器１５へ直接流通する冷媒を濾過しないので冷媒の流通に係る圧力損失の増加を抑制することができる。
【００７４】
フィルタ４６の配置は、図２に示すような冷媒通路３４の端部に限られるものではない。気液分離器４０から冷媒通路２３を経由して直接凝縮器１５へ向かう冷媒の経路にはフィルタを配置せず、気液分離器４０から冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ向かう冷媒の経路にのみフィルタを設置する構成とすれば、従来のレシーバを用いるよりも冷媒の流通時の圧力損失を低減できる効果を、同様に得ることができる。たとえば、冷媒通路３４の途中にストレーナを配置して、冷却部３０へ流通する冷媒を濾過して異物を除去する構成としてもよい。
【００７５】
図１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、凝縮器１４から膨張弁１６へ向かう冷媒の経路の一部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、第一通路としての冷媒通路２３を流れる冷媒の流量と、冷却通路３２を含む第二通路を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
【００７６】
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、凝縮器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、凝縮器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して凝縮器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ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁２８の弁開度を小さくすれば、凝縮器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して凝縮器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ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００７７】
流量調整弁２８の弁開度を大きくするとＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなり、ＨＶ機器３１の冷却能力が低下する。流量調整弁２８の弁開度を小さくするとＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなり、ＨＶ機器３１の冷却能力が向上する。流量調整弁２８を使用して、ＨＶ機器３１に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、ＨＶ機器３１の過冷却を確実に防止することができ、加えて、第二通路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。
【００７８】
流量調整弁２８の弁開度調整に係る制御の一例について、以下に説明する。図５は、流量調整弁２８の開度制御の概略を示す図である。図５のグラフ（Ａ）〜（Ｄ）に示す横軸は、時間を示す。グラフ（Ａ）の縦軸は、流量調整弁２８がステッピングモータを用いた電気式膨張弁である場合の弁開度を示す。グラフ（Ｂ）の縦軸は、流量調整弁２８が温度の変動により開閉動作する温度式膨張弁である場合の弁開度を示す。グラフ（Ｃ）の縦軸は、ＨＶ機器３１の温度を示す。グラフ（Ｄ）の縦軸は、ＨＶ機器３１の出入口温度差を示す。
【００７９】
冷媒が冷却部３０を経由して流通することで、ＨＶ機器３１は冷却される。流量調整弁２８の弁開度調整は、たとえば、ＨＶ機器３１の温度、またはＨＶ機器３１の出口温度と入口温度との温度差を監視することにより、行なわれる。たとえばグラフ（Ｃ）を参照して、ＨＶ機器３１の温度を継続的に計測する温度センサを設け、ＨＶ機器３１の温度を監視する。またたとえば、グラフ（Ｄ）を参照して、ＨＶ機器３１の入口温度と出口温度とを計測する温度センサを設け、ＨＶ機器３１の出入口の温度差を監視する。
【００８０】
ＨＶ機器３１の温度が目標温度を上回る、または、ＨＶ機器３１の出入口温度差が目標温度差（たとえば３〜５℃）を上回ると、グラフ（Ａ）およびグラフ（Ｂ）に示すように、流量調整弁２８の開度を小さくする。流量調整弁２８の開度を絞ることにより、上述した通り、冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ流れる冷媒の流量が大きくなるので、ＨＶ機器３１をより効果的に冷却できる。その結果、グラフ（Ｃ）に示すようにＨＶ機器３１の温度を低下させて目標温度以下にすることができ、または、グラフ（Ｄ）に示すようにＨＶ機器３１の出入口温度差を小さくして目標温度差以下にすることができる。
【００８１】
このように、流量調整弁２８の弁開度を最適に調整することで、ＨＶ機器３１を適切な温度範囲に保つために必要な放熱能力を得られる量の冷媒を確保し、ＨＶ機器３１を適切に冷却することができる。したがって、ＨＶ機器３１が過熱して損傷する不具合の発生を、確実に抑制することができる。
【００８２】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２の冷却装置１の構成を示す模式図である。実施の形態２の冷却装置１は、実施の形態１と比較して、連通路５１を備える点で異なっている。
【００８３】
具体的には、連通路５１は、圧縮機１２の出口から凝縮器１４の入口へ向かう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には、冷媒通路３６と冷媒通路２１，２４との連通状態を切り換える、切換弁５２が設けられている。実施の形態３の切換弁５２は、三方弁５３である。冷媒通路３６は、三方弁５３よりも上流側の冷媒通路３６ａと、三方弁５３よりも下流側の冷媒通路３６ｂと、に二分割される。
【００８４】
三方弁５３の開閉状態を変化させることにより、ＨＶ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を経由させて凝縮器１５へ流通させることができ、または、連通路５１を経由させて凝縮器１４へ流通させることができる。切換弁５２の一例である三方弁５３を使用して冷媒の経路を切り換えることにより、ＨＶ機器３１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３６ｂ，２４ａを経由させて凝縮器１５へ、または、連通路５１および冷媒通路２１を経由して凝縮器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。
【００８５】
図７は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。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。三方弁５３は、冷媒を冷却部３０から凝縮器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作され、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、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００８６】
図８は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図８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が停止しているときには、冷媒を冷却部３０から凝縮器１４へ循環させるように三方弁５３を操作し、さらに流量調整弁２８を全閉にする。連通路５１を経由して冷媒を流通させることにより、凝縮器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を順に経由して凝縮器１４へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。
【００８７】
この環状の経路を経由して、圧縮機１２を動作することなく、凝縮器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するとき、ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＨＶ機器３１との熱交換により気化された冷媒蒸気は、冷媒通路３６ａ、連通路５１および冷媒通路２１を順に経由して、凝縮器１４へ流れる。凝縮器１４において、車両の走行風また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。凝縮器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。
【００８８】
このように、冷却部３０と凝縮器１４とを経由する環状の経路によって、ＨＶ機器３１を加熱部とし凝縮器１４を冷却部とする、ヒートパイプが形成される。したがって、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているとき、すなわち車両用の冷房が停止しているときにも、圧縮機１２を起動する必要なく、ＨＶ機器３１を確実に冷却することができる。ＨＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要がないことにより、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。
【００８９】
図７および図８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、凝縮器１４よりも下方に配置されている。凝縮器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、凝縮器１４が上方に配置される。凝縮器１４は、冷却部３０よりも高い位置に配置される。
【００９０】
この場合、冷却部３０で加熱され気化した冷媒蒸気は、環状の経路内を上昇して凝縮器１４へ到達し、凝縮器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、凝縮器１４と、これらを連結する冷媒の経路とによって、サーモサイフォン式のヒートパイプが形成される。ヒートパイプを形成することでＨＶ機器３１から凝縮器１４への熱伝達効率を向上することができるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているときにも、動力を加えることなく、ＨＶ機器３１をより効率よく冷却することができる。
【００９１】
（実施の形態３）
図９は、実施の形態３の冷却装置１の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図１０は、実施の形態３の冷却装置１の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図７および図８に示す構成と比較して、実施の形態３の冷却装置１では、切換弁５２として三方弁５３に替えて二つの弁５７，５８が設けられている。
【００９２】
図９に示すように、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中には、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、ＨＶ機器３１を冷却した後の冷媒を冷媒通路３６ａ，３６ｂ，２４ａを経由させて、確実に凝縮器１５へ流通させることができる。一方、図１０に示すように、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、冷却部３０と凝縮器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。
【００９３】
このように、冷媒通路３６と冷媒通路２１，２４との連通状態を切り換える切換弁５２としては、三方弁５３を使用してもよく、または一対の弁５７，５８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、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００９４】
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、三方弁５３に替えて二つの弁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５３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５３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。
【００９５】
実施の形態３の冷却装置１はさらに、逆止弁５５を備える。逆止弁５５は、圧縮機１２と凝縮器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５５は、圧縮機１２から凝縮器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。
【００９６】
このようにすれば、図１０に示すように、流量調整弁２８を全閉（弁開度０％）にし、冷媒通路３６ａから連通路５１へ冷媒が流れ冷媒通路３６ｂへは流れないように切換弁５２を調整したとき、凝縮器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。
【００９７】
逆止弁５５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５５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ＨＶ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、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００９８】
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５５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ＨＶ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。
【００９９】
なお、実施の形態１〜３においては、ＨＶ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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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】
【０１０２】
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ハイブリッド車、燃料電池車、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】
【０１０３】
１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１４，１５ 凝縮器、１６ 膨張弁、１８ 蒸発器、２１，２２，２３，２４，２４ａ，２４ｂ，２５，２６，２７，３４，３６，３６ａ，３６ｂ 冷媒通路、２８ 流量調整弁、３０ 冷却部、３１ ＨＶ機器、３２ 冷却通路、４０ 気液分離器、４１，７１ 天井部、４２，７２ 底部、４３，７３ 冷媒液、４４，７４ 冷媒蒸気、４６ フィルタ、５１ 連通路、５２ 切換弁、５３ 三方弁、５５ 逆止弁、５７，５８ 弁、６０ 地面、７０ レシーバ、７５，７６ ストレーナ、７７ 乾燥剤。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源を冷却する冷却装置であって、
冷媒を循環させるための圧縮機と、
前記冷媒を凝縮するための凝縮器と、
前記凝縮器によって凝縮された液状の前記冷媒を貯留する蓄液器と、
前記冷媒を減圧する減圧器と、
前記減圧器によって減圧された前記冷媒を蒸発させるための蒸発器と、
前記蓄液器から前記減圧器へ向かう前記冷媒が流通する、並列に設けられた第一通路および第二通路と、
前記第二通路上に設けられ、前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却するための冷却部と、を備え、
前記第二通路には、前記蓄液器から液状の前記冷媒が流れる、冷却装置。
【請求項２】
前記第一通路に配置され、前記第一通路を流れる前記冷媒の流量と前記第二通路を流れる前記冷媒の流量とを調節する、流量調整弁を備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記圧縮機から前記凝縮器へ向かう前記冷媒が流通する第三通路と、
前記第二通路の前記冷却部に対し下流側と前記第三通路とを連通する連通路と、を備える、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第二通路の前記冷却部に対し下流側と、前記第三通路と、の連通状態を切り換える、切換弁を備える、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却部は、前記凝縮器よりも下方に配置されている、請求項３または請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却部から前記減圧器に向けて流通する前記冷媒の経路上に設けられた他の凝縮器を備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項７】
前記凝縮器は、前記冷媒から熱を放出させる放熱能力が前記他の凝縮器よりも高い、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記第二通路の前記冷却部に対し上流側に配置されたフィルタを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項９】
前記フィルタは、前記第二通路の上流側の端部に取付けられている、請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記第二通路の上流側の端部は、前記蓄液器内の液相中に配置されている、請求項１から請求項９のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記第一通路の上流側の端部は、前記蓄液器内の気相中に配置されている、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項１】
発熱源を冷却する冷却装置であって、
冷媒を循環させるための圧縮機と、
前記冷媒を凝縮するための凝縮器と、
前記凝縮器によって凝縮された液状の前記冷媒を貯留する蓄液器と、
前記冷媒を減圧する減圧器と、
前記減圧器によって減圧された前記冷媒を蒸発させるための蒸発器と、
前記蓄液器から前記減圧器へ向かう前記冷媒が流通する、並列に設けられた第一通路および第二通路と、
前記第二通路上に設けられ、前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却するための冷却部と、を備え、
前記第二通路には、前記蓄液器から液状の前記冷媒が流れる、冷却装置。
【請求項２】
前記第一通路に配置され、前記第一通路を流れる前記冷媒の流量と前記第二通路を流れる前記冷媒の流量とを調節する、流量調整弁を備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記圧縮機から前記凝縮器へ向かう前記冷媒が流通する第三通路と、
前記第二通路の前記冷却部に対し下流側と前記第三通路とを連通する連通路と、を備える、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第二通路の前記冷却部に対し下流側と、前記第三通路と、の連通状態を切り換える、切換弁を備える、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却部は、前記凝縮器よりも下方に配置されている、請求項３または請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却部から前記減圧器に向けて流通する前記冷媒の経路上に設けられた他の凝縮器を備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項７】
前記凝縮器は、前記冷媒から熱を放出させる放熱能力が前記他の凝縮器よりも高い、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記第二通路の前記冷却部に対し上流側に配置されたフィルタを備える、請求項１から請求項７のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項９】
前記フィルタは、前記第二通路の上流側の端部に取付けられている、請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記第二通路の上流側の端部は、前記蓄液器内の液相中に配置されている、請求項１から請求項９のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記第一通路の上流側の端部は、前記蓄液器内の気相中に配置されている、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１９２８１５（Ｐ２０１２−１９２８１５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７５８７（Ｐ２０１１−５７５８７）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【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２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【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）】
[ Back to top ]