冷却装置
【課題】簡単な構成で消費電力を悪化させずに熱交換器への霜付きを防止できる、充電器の冷却装置を提供する。
【解決手段】電源からの電力供給を受け蓄電池７２を充電するための充電器７１を冷却する冷却装置は、冷媒を循環させるための圧縮機１２と、冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器１４および熱交換器１５と、冷媒を減圧する膨張弁１６と、冷媒と空調用空気との間で熱交換する熱交換器１８と、熱交換器１５と膨張弁１６との間を流通する冷媒の経路上に設けられ、冷媒を用いて充電器７１を冷却する冷却部７０と、圧縮機１２と熱交換器１４との間を冷媒が流通する冷媒通路２２と、冷却部７０と膨張弁１６との間を冷媒が流通する冷媒通路２６と、冷媒通路２２と冷媒通路２６とを連通する連通路５２と、を備える。
【解決手段】電源からの電力供給を受け蓄電池７２を充電するための充電器７１を冷却する冷却装置は、冷媒を循環させるための圧縮機１２と、冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器１４および熱交換器１５と、冷媒を減圧する膨張弁１６と、冷媒と空調用空気との間で熱交換する熱交換器１８と、熱交換器１５と膨張弁１６との間を流通する冷媒の経路上に設けられ、冷媒を用いて充電器７１を冷却する冷却部７０と、圧縮機１２と熱交換器１４との間を冷媒が流通する冷媒通路２２と、冷却部７０と膨張弁１６との間を冷媒が流通する冷媒通路２６と、冷媒通路２２と冷媒通路２６とを連通する連通路５２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、特に、蓄電池を充電するための充電器を蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して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。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２００５−９０８６２号公報（特許文献１）には、空調用の冷凍サイクルの減圧器、蒸発器および圧縮機をバイパスするバイパス通路に、発熱体を冷却するための発熱体冷却手段を設けた、冷却システムが開示されている。
【０００４】
ところで、蒸気圧縮式冷凍サイクルを使用して暖房運転を行なう際に、室外熱交換器への着霜により熱交換能力が低下するという問題がある。この問題に対し、特開平６−２４２３５号公報（特許文献２）では、蒸気圧縮式冷凍サイクルによる空調に蓄熱システムによる空調を組合せ、暖房運転時には室外熱交換器で発生した温風を蒸気圧縮式冷凍サイクルの室外熱交換器へ供給して、室外熱交換器への着霜を防止する技術が提案されている。
【０００５】
一方、車両に搭載される充電器を冷却するための種々の技術が、従来提案されている。たとえば特開２０１０−８１７０４号公報（特許文献３）には、充電器とラジエータとを接続し冷却水が循環する循環路が形成され、冷却ファンの駆動によりラジエータに空気が送られラジエータを流れる冷却水が効果的に放熱され、ポンプの駆動によりラジエータで放熱された冷却水が充電器を流れ、充電器と冷却水の間で熱交換が行なわれるので、充電器が冷却される技術が開示されている。
【０００６】
特開平４−２７５４９２号公報（特許文献４）には、電源からの電力を整流して電池を充電する充電器を電気自動車に設け、充電器を経由するように冷却液循環経路を配管し、冷却液ポンプにより冷却液循環経路内の冷却液を循環させる冷却装置が開示されている。
【０００７】
特開２００９−１４３５０９号公報（特許文献５）には、充電時に発熱するバッテリは、冷却風との間で熱交換を生じるように配置され、充電に伴って発生した熱量が冷却風に放散されることによって冷却される技術が開示されている。また、バッテリからの廃熱により温められた温風が、ヒートポンプ機構中の蒸発工程のための熱交換器を通過することにより、温風に含まれる熱量が、熱サイクル中の蒸発工程での熱源として回収される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−９０８６２号公報
【特許文献２】特開平６−２４２３５号公報
【特許文献３】特開２０１０−８１７０４号公報
【特許文献４】特開平４−２７５４９２号公報
【特許文献５】特開２００９−１４３５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
寒冷時や寒冷地における蒸気圧縮式冷凍サイクルを使用した空調装置の課題として、暖房運転時の室外熱交換器への霜付きが挙げられる。室外熱交換器に霜が付くと、冷媒と大気との熱交換を阻害するので、霜を除去するために強制的に冷房運転を行なうデフロスト運転が行なわれる。このデフロスト運転中、暖房運転が行なわれていないにも関わらず圧縮機を作動させる必要があり、圧縮機の消費動力が増大する問題がある。特許文献２では、室外熱交換器への霜付きを防止することでデフロスト運転を回避する技術が開示されているが、この場合、室外熱交換器へ温風を供給するためのシステムが必要となり、装置構成が複雑になるとともに、ポンプの作動が必要となり消費動力が増大する問題がある。
【００１０】
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、蓄電池を充電するための充電器を蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して冷却する冷却装置において、簡単な構成で消費電力を悪化させることなく熱交換器への霜付きを抑制できる、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】
【００１１】
本発明に係る冷却装置は、電源からの電力供給を受け蓄電池を充電するための充電器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、冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器および第二熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒と空調用空気との間で熱交換する第三熱交換器と、第二熱交換器と減圧器との間を流通する冷媒の経路上に設けられ、冷媒を用いて充電器を冷却する冷却部と、圧縮機と第一熱交換器との間を冷媒が流通する第一通路と、冷却部と減圧器との間を冷媒が流通する第二通路と、第一通路と第二通路とを連通する連通路と、を備える。
【００１２】
上記冷却装置において好ましくは、第一通路と連通路との連通状態を切り換える切換弁を備える。
【００１３】
上記冷却装置において好ましくは、第一熱交換器と第二熱交換器との間を流通する冷媒の経路上に設けられ、冷媒を用いて発熱源を冷却する他の冷却部を備える。好ましくは、冷却装置は、第一熱交換器と第二熱交換器との間に並列に接続された第三通路および第四通路を備え、他の冷却部は、第四通路に設けられる。好ましくは、冷却装置は、第四通路の冷媒の流れを遮断する冷媒遮断弁を備える。
【００１４】
上記冷却装置において好ましくは、圧縮機から第一熱交換器へ向かう冷媒の流れと、圧縮機から第三熱交換器へ向かう冷媒の流れと、を切り換える四方弁と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の冷却装置によると、簡単な構成で、消費電力を悪化させることなく、熱交換器への霜付きを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷房運転時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図３】四方弁を切り換えた状態の冷却装置を示す模式図である。
【図４】蒸気圧縮式冷凍サイクルの暖房運転時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図５】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、充電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】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本実施の形態の冷却装置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、車両の車内の冷暖房を行なうために、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。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を用いた暖房は、たとえば、暖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低い場合に行なわれる。
【００１９】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と、第一熱交換器としての熱交換器１４と、第二熱交換器としての熱交換器１５と、減圧器の一例としての膨張弁１６と、第三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、四方弁１３を含む。四方弁１３は、圧縮機１２から熱交換器１４へ向かう冷媒の流れと、圧縮機１２から熱交換器１８へ向かう冷媒の流れと、を切り換え可能に配置されている。
【００２０】
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の作動時に流通する気相冷媒を吸入圧縮して、高温高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機１２は、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。
【００２１】
熱交換器１４，１５，１８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１４，１５，１８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。熱交換器１４，１５，１８は、車両の走行によって発生する自然の通風によって供給された空気流れ、またはファンによって供給された空気流れと、冷媒と、の間で熱交換を行なう。熱交換器１４，１５，１８は、それぞれ直列に接続されており、冷房運転時と暖房運転時との両方の場合に、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を流通する冷媒の全量が熱交換器１４，１５，１８を通過する。
【００２２】
膨張弁１６は、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。
【００２３】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、冷媒通路２１〜２９を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、熱交換器１４，１５、膨張弁１６および熱交換器１８が、冷媒通路２１〜２９によって連結されて構成される。
【００２４】
冷媒通路２１は、圧縮機１２と四方弁１３とを連通する。冷媒は、冷媒通路２１を経由して、圧縮機１２から四方弁１３へ向かって流通する。冷媒通路２２は、四方弁１３と熱交換器１４とを連通する。冷媒は、冷媒通路２２を経由して、四方弁１３と熱交換器１４との一方から他方へ向かって流通する。冷媒通路２３は、熱交換器１４と熱交換器１５とを連通する。冷媒は、冷媒通路２３を経由して、熱交換器１４，１５の一方から他方へ向かって流通する。
【００２５】
冷媒通路２３は、冷媒通路２３の一部を形成する通路形成部２３ａを含む。冷媒通路２４は、通路形成部２３ａと並列に設けられた冷媒の経路である。冷媒通路２４上に、後述する冷却部３０が設けられている。冷媒通路２４を流通する冷媒は、冷却部３０に供給され、後述するように発熱源を冷却する。
【００２６】
冷媒通路２５は、熱交換器１５と冷却部７０とを連通する。冷媒は、冷媒通路２５を経由して、熱交換器１５と冷却部７０との一方から他方へ向かって流通する。冷媒通路２６は、冷却部７０と膨張弁１６とを連通する。冷媒は、冷媒通路２６を経由して、冷却部７０と膨張弁１６との一方から他方へ向かって流通する。
【００２７】
冷媒通路２７は、膨張弁１６と熱交換器１８とを連通する。冷媒は、冷媒通路２７を経由して、膨張弁１６と熱交換器１８との一方から他方へ向かって流通する。冷媒通路２８は、熱交換器１８と四方弁１３とを連通する。冷媒は、冷媒通路２８を経由して、熱交換器１８と四方弁１３との一方から他方へ向かって流通する。冷媒通路２９は、四方弁１３と圧縮機１２とを連通する。冷媒は、冷媒通路２９を経由して、四方弁１３から圧縮機１２へ向かって流通する。
【００２８】
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。
【００２９】
熱交換器１５と膨張弁１６との間を流通する冷媒の経路上には、冷却部７０が設けられている。冷却部７０は、充電器７１と、冷媒が流通する配管である冷却通路７４とを含む。冷却通路７４の一方の端部は、冷媒通路２５に接続される。冷却通路７４の他方の端部は、冷媒通路２６に接続される。
【００３０】
充電器７１は、配線７３を介して、充放電可能な蓄電池７２と電気的に接続されている。充電器７１は、電力変換用のスイッチング素子を含み、外部電源から供給される電力を所定の充電電圧（直流）に変換する。充電器７１によって電圧変換された電力は蓄電池７２へ供給され、蓄電池７２が充電される。
【００３１】
冷却部７０へ流通し、冷却通路７４を経由して流れる冷媒は、充電器７１から熱を奪って、充電器７１を冷却させる。冷却部７０は、冷却通路７４によって充電器７１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７０は、たとえば、充電器７１の筐体に冷却通路７４の外周面が直接接触するように形成された冷却通路７４を有する。冷却通路７４は、充電器７１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７４を流通する冷媒と、充電器７１との間で、熱交換が可能となる。
【００３２】
充電器７１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の熱交換器１５と膨張弁１６との間の冷媒の経路の一部を形成する冷却通路７４の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路７４の外部に充電器７１が配置されるので、冷却通路７４の内部を流通する冷媒の流れに充電器７１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、充電器７１を冷却することができる。
【００３３】
代替的には、冷却部７０は、充電器７１と冷却通路７４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。この場合充電器７１は、冷却通路７４の外周面にヒートパイプを介して接続され、充電器７１から冷却通路７４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。充電器７１をヒートパイプの加熱部とし冷却通路７４をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却通路７４と充電器７１との間の熱伝達効率が高められるので、充電器７１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。
【００３４】
ヒートパイプによって充電器７１から冷却通路７４へ確実に熱伝達することができるので、充電器７１と冷却通路７４との間に距離があってもよく、充電器７１に冷却通路７４を接触させるために冷却通路７４を複雑に配置する必要がない。その結果、充電器７１の配置の自由度を向上することができる。
【００３５】
熱交換器１４と熱交換器１５との間の冷媒の経路は、並列に接続された第三通路としての通路形成部２３ａと第四通路としての冷媒通路２４とを含む。冷媒通路２４上には、充電器７１を冷却する冷却部７０とは異なる他の冷却部としての、冷却部３０が設けられている。冷却部３０が設けられるので、冷媒通路２４は、冷却部３０よりも熱交換器１４に近接する側の冷媒通路２４ａと、冷却部３０よりも熱交換器１５に近接する側の冷媒通路２４ｂと、に二分割されている。冷却部３０は、車両に搭載される電気機器であるＨＶ（Hybrid Vehicle）機器３１と、冷媒が流通する配管である冷却通路３２とを含む。ＨＶ機器３１は、発熱源の一例である。冷却通路３２の一方の端部は、冷媒通路２４ａに接続される。冷却通路３２の他方の端部は、冷媒通路２４ｂに接続される。
【００３６】
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。
【００３７】
冷却装置１は、熱交換器１４と熱交換器１５との間を冷媒が流通する経路として、冷却部３０を経由しない経路である通路形成部２３ａを含む。冷却装置１はまた、通路形成部２３ａと並列に配置された他の冷媒の経路である、冷媒通路２４を含む。冷却部３０は、冷媒通路２４に設けられている。熱交換器１４と熱交換器１５との間の冷媒の経路が分岐して、冷媒の一部が冷却部３０へ流通する。
【００３８】
冷媒通路２４を流通する冷媒は、冷却通路３２を経由して流れる。冷媒は、冷却通路３２内を流通するとき、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、冷却通路３２によって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。
【００３９】
ＨＶ機器３１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の熱交換器１４から膨張弁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。または代替的には、充電器７１を冷却するための冷却部７０と同様に、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。
【００４０】
熱交換器１４と熱交換器１５との間に、冷却部３０を経由する冷媒の経路である冷媒通路２４と、冷却部３０を経由しない経路である通路形成部２３ａと、が並列に設けられる。そのため、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。冷却部３０においてＨＶ機器３１を冷却するために必要な量の冷媒を冷媒通路２４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。全ての冷媒が冷却部３０に流れないので、冷媒通路２４および冷却通路３２の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。
【００４１】
冷却装置１はさらに、流量調整弁５１を備える。流量調整弁５１は、通路形成部２３ａに配置されている。流量調整弁５１は、その弁開度を変動させ、通路形成部２３ａを流れる冷媒の圧力損失を増減させることにより、通路形成部２３ａを流れる冷媒の流量と、冷媒通路２４および冷却通路３２を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
【００４２】
たとえば、流量調整弁５１を全閉にして弁開度を０％にすると、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒の全量が冷媒通路２４および冷却通路３２へ流入する。流量調整弁５１の弁開度を大きくすれば、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒のうち、通路形成部２３ａを経由して流れる流量が大きくなり、冷媒通路２４および冷却通路３２を経由して流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁５１の弁開度を小さくすれば、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒のうち、通路形成部２３ａを経由して流れる流量が小さくなり、冷媒通路２４および冷却通路３２を経由して冷却部３０へ流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００４３】
流量調整弁５１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５１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５１を使用して、冷却部３０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、冷媒通路２４および冷却通路３２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。
【００４４】
熱交換器１８は、空気が流通するダクト４０の内部に配置されている。熱交換器１８は、冷媒とダクト４０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４０は、ダクト４０に空調用空気が流入する入口であるダクト入口４１と、ダクト４０から空調用空気が流出する出口であるダクト出口４２と、を有する。ダクト４０の内部の、ダクト入口４１の近傍には、ファン４３が配置されている。
【００４５】
ファン４３が駆動することにより、ダクト４０内に空気が流通する。ファン４３が稼働すると、ダクト入口４１を経由してダクト４０の内部へ空調用空気が流入する。ダクト４０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１，３中の矢印４５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。暖房運転時には、熱交換器１８において空調用空気が加熱され、冷媒は空調用空気へ熱伝達することにより冷却される。矢印４６は、熱交換器１８で温度調節され、ダクト出口４２を経由してダクト４０から流出する、空調用空気の流れを示す。
【００４６】
冷房運転時には、図１に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点およびＧ点を順に通過するように蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を冷媒が流れ、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。冷媒は、圧縮機１２と熱交換器１４，１５と膨張弁１６と熱交換器１８とが冷媒通路２１〜２９によって順次接続された冷媒循環流路を通って、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を循環する。
【００４７】
図２は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷房運転時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。図２中の横軸は、冷媒の比エンタルピー（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２中には、圧縮機１２から熱交換器１４を経由して冷媒通路２４ａへ流入し、ＨＶ機器３１を冷却し、冷媒通路２４ｂから熱交換器１５を経由して冷媒通路２５へ流入し、充電器７１を冷却し、膨張弁１６、熱交換器１８を経由して圧縮機１２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，ＦおよびＧ点）における冷媒の熱力学状態が示される。
【００４８】
図２に示すように、圧縮機１２に吸入された過熱蒸気状態の冷媒（Ａ点）は、圧縮機１２において等比エントロピー線に沿って断熱圧縮される。圧縮するに従って冷媒の圧力と温度とが上昇し、高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になって（Ｂ点）、冷媒は熱交換器１４へと流れる。
【００４９】
熱交換器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、熱交換器１４において外気と熱交換して冷却される。冷媒は、等圧のまま顕熱を放出して過熱蒸気から乾き飽和蒸気になり、凝縮潜熱を放出し徐々に液化して気液混合状態の湿り蒸気になり、冷媒の全部が凝縮して飽和液になる（Ｃ点）。熱交換器１４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における熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。
【００５０】
熱交換器１４から流出した飽和液状態の冷媒は、冷媒通路２４ａを経由して熱交換器１４と冷却部３０との間を流通し、冷却部３０へ流れる。冷媒通路２４ａは、熱交換器１４から冷却部３０に冷媒を流通させるための通路である。冷却部３０において、熱交換器１４を通過して凝縮された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）。
【００５１】
その後冷媒は、冷媒通路２４ｂを経由して冷却部３０と熱交換器１５との間を流通し、熱交換器１５に流入する。冷媒通路２４ｂは、冷却部３０から熱交換器１５に冷媒を流通させるための通路である。冷媒の湿り蒸気は、熱交換器１５において外気と熱交換することで再度凝縮され、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）。
【００５２】
熱交換器１５で過冷却された高圧の冷媒は、冷媒通路２５を経由して冷却部７０へ流れ、充電器７１を冷却する。充電器７１との熱交換により、冷媒の過冷却度が小さくなる。つまり、過冷却液の状態の冷媒の温度が上昇し、液冷媒の飽和温度に近づく（Ｆ点）。その後冷媒は、冷媒通路２６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、冷媒の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（Ｇ点）。
【００５３】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２５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）。冷媒は、熱交換器１８において周囲から吸熱し加熱される。気化した冷媒は、冷媒通路２８、四方弁１３および冷媒通路２９を経由して、圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２は、熱交換器１８から流通する冷媒を圧縮する。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。
【００５４】
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。
【００５５】
冷房運転時に、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流入することによって、車両の室内の冷房が行なわれる。
【００５６】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、熱交換器１８において気化熱を空調用空気から吸収して、車室内の冷房を行なう。加えて、熱交換器１４から出た高圧の液冷媒が冷却部３０へ流通し、ＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。さらに、熱交換器１５から出た高圧の液冷媒が冷却部７０へ流通し、充電器７１と熱交換することで充電器７１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および充電器７１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。
【００５７】
図３は、四方弁１３を切り換えた状態の冷却装置１を示す模式図である。図１と図３とを比較して、四方弁１３が９０°回転することにより、圧縮機１２出口から四方弁１３へ流入した冷媒が四方弁１３を出る経路が切り換えられている。図１に示す冷房運転時には、圧縮機１２において圧縮された冷媒は、圧縮機１２から熱交換器１４へ向かって流れる。一方、図３に示す暖房運転時には、圧縮機１２において圧縮された冷媒は、圧縮機１２から熱交換器１８へ向かって流れる。
【００５８】
暖房運転時には、図３に示すＡ点、Ｂ点、Ｇ点、Ｆ点、Ｅ点、Ｄ点およびＣ点を順に通過するように蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を冷媒が流れ、圧縮機１２と熱交換器１８と膨張弁１６と熱交換器１５，１４とに冷媒が循環する。冷媒は、圧縮機１２と熱交換器１８と膨張弁１６と熱交換器１５，１４とが冷媒通路２１〜２９によって順次接続された冷媒循環流路を通って、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を循環する。
【００５９】
図４は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の暖房運転時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、圧縮機１２から熱交換器１８、膨張弁１６を経由して冷媒通路２６へ流入し、充電器７１を冷却し、冷媒通路２５から熱交換器１５を経由して冷媒通路２４へ流入し、ＨＶ機器３１を冷却し、冷媒通路２３から熱交換器１４を経由して圧縮機１２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，Ｇ，Ｆ，Ｅ，ＤおよびＣ点）における冷媒の熱力学状態が示される。
【００６０】
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）、冷媒は熱交換器１８へと流れる。
【００６１】
熱交換器１８へ入った高圧の冷媒蒸気は、熱交換器１８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り、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液になる（Ｇ点）。熱交換器１８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から吐出された気相冷媒は、熱交換器１８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１８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。冷媒は、熱交換器１８において周囲へ放熱し冷却される。
【００６２】
熱交換器１８で液化した高圧の液相冷媒は、冷媒通路２７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、冷媒の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）。膨張弁１６において温度が下げられた冷媒は、冷媒通路２６を経由して冷却部７０の冷却通路７４へ流れ、充電器７１を冷却する。充電器７１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。充電器７１から潜熱を受け取って一部の冷媒が気化することにより、湿り蒸気状態の冷媒中に含まれる飽和蒸気の割合が増加する（Ｅ点）。
【００６３】
冷却部７０から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２５を経由して熱交換器１５へ流入する。熱交換器１５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、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して外気の熱を蒸発潜熱として吸収することによって等圧のまま蒸発する。熱交換器１５における外気との熱交換により、冷媒が加熱され、冷媒の乾き度が増大する。熱交換器１５において潜熱を受け取って一部の冷媒が気化することにより、湿り蒸気状態の冷媒中に含まれる飽和蒸気の割合が増加する（Ｄ点）。
【００６４】
熱交換器１５から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２４ｂを経由して冷却部３０の冷却通路３２へ流れ、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、飽和液と飽和蒸気とが混合した湿り蒸気状態の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。ＨＶ機器３１から潜熱を受け取って一部の冷媒が気化することにより、湿り蒸気状態の冷媒中に含まれる飽和蒸気の割合が増加する（Ｃ点）。
【００６５】
冷却部３０から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２３を経由して熱交換器１４へ流入する。熱交換器１４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、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して外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）。気化した冷媒は、冷媒通路２２、四方弁１３および冷媒通路２９を経由して、圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２は、熱交換器１４から流通する冷媒を圧縮する。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。
【００６６】
暖房運転時に、熱交換器１８は、その内部を流通する冷媒蒸気が凝縮することによって、熱交換器１８に接触するように導入された周囲の空気へ熱を加える。熱交換器１８は、圧縮機１２で断熱圧縮された高温高圧の冷媒を用いて、冷媒ガスが凝縮して冷媒の湿り蒸気となる際の凝縮熱を、車両の室内へ流通する空調用空気へ放出して、車両の室内の暖房を行なう。熱交換器１８から熱を受け取ることによって温度が上昇した空調用空気が車両の室内に流入することによって、車両の室内の暖房が行なわれる。
【００６７】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、熱交換器１８において凝縮熱を車両の室内の空気へ放出して、車室内の暖房を行なう。加えて、膨張弁１６を経由した低温低圧の液冷媒が冷却部７０へ流通し、充電器７１と熱交換することで充電器７１を冷却する。さらに、熱交換器１５から出た冷媒が冷却部３０へ流通し、ＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１および充電器７１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。
【００６８】
以上のように、本実施の形態の冷却装置１は、冷房運転時と暖房運転時とで蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内の冷媒の流れる方向を切り換える四方弁１３を備える。冷房運転中に、熱交換器１８において、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒が空調用空気から熱を吸収して、車室内の冷房を行なう。暖房運転中に、熱交換器１８において、圧縮機１２で断熱圧縮された高温高圧の冷媒が空調用空気に熱を放出して、車室内の暖房を行なう。冷却装置１は、一台の熱交換器１８を使用して、冷房運転時と暖房運転時との両方の場合に、車両の室内へ流通する空調用空気の温度を適切に調節できる。したがって、空調用空気と熱交換する熱交換器を二台配置する必要がないので、冷却装置１のコストを低減することができ、加えて、冷却装置１を小型化することができる。
【００６９】
また冷媒は、冷却部７０へ流通し充電器７１と熱交換することで充電器７１を冷却し、冷却部３０へ流通しＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１および充電器７１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。熱交換器１８において空調用空気と熱交換することで車両の室内の冷暖房を行なう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および充電器７１の冷却が行なわれる。
【００７０】
ＨＶ機器３１および充電器７１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および充電器７１の冷却のために必要な構成を低減でき、冷却装置１の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および充電器７１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および充電器７１の冷却のための消費動力を低減することができる。
【００７１】
ＨＶ機器３１は、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流通す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。充電器７１は、熱交換器１５と膨張弁１６との間を流通する冷媒の経路の一部を形成する冷却通路７４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および充電器７１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および充電器７１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および充電器７１を冷却することができる。
【００７２】
冷房運転時に、膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＨＶ機器３１および充電器７１の冷却に使用すると、熱交換器１８における空調用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、膨張弁１６を通過する前の高圧の冷媒をＨＶ機器３１および充電器７１の冷却に使用する。ＨＶ機器３１を冷却した後、冷媒は、熱交換器１５において十分な過冷却状態にまで冷却され、充電器７１を冷却した後も過冷却液の状態に維持される。そのため、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および充電器７１を冷却することができる。
【００７３】
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、熱交換器１４と熱交換器１５との両方によって凝縮される。熱交換器１５において十分に冷媒を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。
【００７４】
冷媒は、熱交換器１５において過冷却液になるまで冷却され、充電器７１から顕熱を受けて飽和温度をわずかに下回る温度にまで加熱される。その後膨張弁１６を通過することで、冷媒は低温低圧の湿り蒸気になる。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。
【００７５】
熱交換器１５の仕様（すなわち、熱交換器１５のサイズまたは熱交換性能）は、熱交換器１５を通過した後の液相冷媒の温度が車室内の冷房のために必要とされる温度よりも低下するように、定められる。熱交換器１５の仕様は、充電器７１を冷却しない場合の蒸気圧縮式冷凍サイクルの熱交換器よりも、冷媒が充電器７１から受け取ると想定される熱量分だけ大きい放熱量を有するように、定められる。
【００７６】
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、充電器７１を冷却することができる。したがって、充電器７１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。
【００７７】
本実施の形態の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０では、圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の熱交換器１４，１５を配置し、ＨＶ機器３１の冷却系である冷却部３０が熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられる。冷房運転時に、熱交換器１４では、図２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、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、充電器７１の冷却および車両の室内の冷房のために必要な程度の過冷却度にまで、冷媒を冷却する。
【００７８】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が圧縮機１２と膨張弁１６との間に一段の熱交換器１４のみを備える構成の場合、冷房運転時には、冷房とＨＶ機器３１および充電器７１の冷却とに相当する分の熱交換を、熱交換器１４で行なう必要がある。そのため、熱交換器１４において冷媒を飽和液の状態からさらに冷却し、冷媒が所定の過冷却度を有するまで冷却する必要があった。過冷却液の状態の冷媒を冷却すると、冷媒の温度が大気温度に近づき、冷媒の冷却効率が低下するので、熱交換器１４の容量を増大させる必要がある。その結果、熱交換器１４のサイズが増大し、車載用の冷却装置１として不利になるという問題がある。一方、車両へ搭載するために熱交換器１４を小型化すると、熱交換器１４の放熱能力も小さくなり、その結果、膨張弁１６の出口における冷媒の温度を十分に低くできず、車室用の冷房能力が不足する虞がある。
【００７９】
圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の熱交換器１４，１５を配置することにより、冷媒の過冷却度を大きくする必要がなく、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、熱交換器１４，１５のサイズを低減することができ、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。
【００８０】
熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するときに、ＨＶ機器３１から熱を受け取り加熱される。冷却部３０において加熱された冷媒が気化すると、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を冷却した後の冷媒を気化させない程度に、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。
【００８１】
具体的には、熱交換器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には熱交換器１４の出口において冷媒が飽和液線上にある状態にする。このように冷媒を十分に冷却できる能力を熱交換器１４が有する結果、熱交換器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、熱交換器１５の放熱能力よりも高くなる。放熱能力が相対的に大きい熱交換器１４において冷媒を十分に冷却することにより、ＨＶ機器３１から熱を受け取った冷媒を湿り蒸気の状態に留めることができ、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＨＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＨＶ機器３１を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、熱交換器１５において効率よく再度冷却され、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。
【００８２】
暖房運転時に冷媒は、冷却部７０において充電器７１から吸熱することにより加熱され、熱交換器１５において外気から吸熱することにより加熱され、冷却部３０においてＨＶ機器３１から吸熱することにより加熱され、熱交換器１４において外気から吸熱することによりさらに加熱される。冷却部７０、熱交換器１５、冷却部３０および熱交換器１４の全てにおいて冷媒を加熱することにより、熱交換器１４の出口において冷媒を十分な過熱蒸気の状態にまで加熱できるので、車両の室内の優れた暖房性能を維持しつつ、ＨＶ機器３１および充電器７１を適切に冷却できる。冷却部３０，７０で冷媒が加熱され、ＨＶ機器３１および充電器７１の廃熱を室内の暖房に有効利用できるので、成績係数が向上し、暖房運転時の圧縮機１２での冷媒の断熱圧縮のための消費動力を低減することができる。
【００８３】
図４に示すように、暖房運転時には、膨張弁１６で絞り膨張された低温の冷媒が熱交換器１４，１５を流通する。そのため、外気温が低い場合に、熱交換器１４，１５に霜が付くことがある。冷房運転を行ない高温の冷媒を熱交換器１４，１５に流通させると熱交換器１４，１５に付着した霜を除去できるが、この場合、暖気を得られないにもかかわらず圧縮機１２を作動させる必要があり、消費電力が増大する。
【００８４】
そこで、本実施の形態の冷却装置１は、圧縮機１２と熱交換器１４との間を冷媒が流通する第一通路としての冷媒通路２２と、冷却部７０と膨張弁１６との間を冷媒が流通する第二通路としての冷媒通路２６と、冷媒通路２２，２６を連通する連通路５２と、を備える。冷媒は、連通路５２を経由して、冷媒通路２２から直接冷媒通路２６へ流通でき、または冷媒通路２６から直接冷媒通路２２へ流通できる。
【００８５】
連通路５２と冷媒通路２２との分岐点には、冷媒の流れを切り換える切換弁としての三方弁５３が配置されている。三方弁５３が配置されることにより、冷媒通路２２は、三方弁５３よりも熱交換器１４に近接する側の冷媒通路２２ａと、三方弁５３よりも四方弁１３に近接する側の冷媒通路２２ｂと、に二分割されている。三方弁５３は、冷媒通路２２と連通路５２との連通状態を切り換える。三方弁５３は、冷媒通路２２ａと冷媒通路２２ｂとを連通するようにその開閉状態を設定され、または、冷媒通路２２ａと連通路５２とを連通するようにその開閉状態を設定される。
【００８６】
図５は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図３に示す暖房運転を行なっているときに熱交換器１４，１５の霜取り運転が必要になると、三方弁５３を操作して、連通路５２から冷媒通路２２ａへ冷媒が流通するように、三方弁５３の開閉状態を切り換える。さらに膨張弁１６を全閉にする。このとき蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を循環させる必要はなく、圧縮機１２は停止する。冷媒を連通路５２から冷媒通路２２ａへ流通させるように三方弁５３を操作し、連通路５２を経由して冷媒を流通させることにより、図５に示すように、冷却部７０から冷媒通路２６、連通路５２、冷媒通路２２ａを順に経由して熱交換器１４へ至り、さらに冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ流通し、冷媒通路２５を経由して冷却部７０へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。
【００８７】
このように形成された閉ループ状の冷媒の経路を経由して、圧縮機１２を動作することなく、熱交換器１４，１５と冷却部７０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、冷却部７０において充電器７１を冷却するとき、充電器７１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。冷却部７０で気化された冷媒蒸気は、冷媒通路２６、連通路５２、冷媒通路２２ａを順に経由して、熱交換器１４，１５へ順に流れる。熱交換器１４，１５において、車両の走行風または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１４，１５で液化した冷媒液は、冷媒通路２５を経由して、冷却部７０へ戻る。
【００８８】
このように、冷却部７０と熱交換器１４，１５とを経由する環状の経路によって、冷却部７０を加熱部とし熱交換器１４，１５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暖房が停止しているときに、圧縮機１２を起動する必要なく、充電器７１を確実に冷却することができる。充電器７１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５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７０は、熱交換器１４，１５よりも下方に配置されている。熱交換器１４，１５と冷却部７０との間に冷媒を循環させる環状の経路において、冷却部７０が下方に配置され、熱交換器１４，１５が上方に配置される。熱交換器１４，１５は、冷却部７０よりも高い位置に配置される。
【００９０】
この場合、冷却部７０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１４，１５へ到達し、熱交換器１４，１５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７０へ戻る。つまり、冷却部７０と、熱交換器１４，１５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冷却部７０から熱交換器１４，１５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、充電器７１をより効率よく冷却することができる。
【００９１】
また、充電器７１の廃熱を利用して熱交換器１４，１５に冷媒蒸気を流通させることにより、熱交換器１４，１５を加熱して、熱交換器１４，１５から霜を除去することができる。従来のデフロスト運転（すなわち、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷房運転）を行なわずに熱交換器１４，１５から霜を除去することができ、デフロスト運転時に空調用空気が冷却され室内の温度が低下することを回避できる。
【００９２】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に連通路５２および三方弁５３を追加したのみの簡単な構成で、熱交換器１４，１５の霜取り運転が可能とされている。冷媒は、ヒートパイプの原理に従って蒸発と凝縮とを繰り返すことにより冷却部７０と熱交換器１４，１５との間を循環し、冷媒の流通のために動力を必要としない。したがって、冷媒を流通させるための圧縮機の運転は必要ないので、圧縮機の運転に係る消費電力の悪化を将来することなく、熱交換器１４，１５から霜を効果的に除去することができる。
【００９３】
図５には、冷媒通路２２と連通路５２との分岐点に配置された三方弁５３の開閉状態を変化させて連通路５２へ冷媒を導入する例が示されている。連通路５２へ冷媒を導入し閉ループ状の冷媒の経路を形成できる構成は、この例に限られない。たとえば、冷媒通路２６と連通路５２との分岐点に三方弁を配置してもよい。但しこの場合、冷媒通路２２から圧縮機１２へ向かう冷媒の流れを遮断するための弁が別に必要になる。図５に示す構成では、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を構成する膨張弁１６を閉状態にすることで、冷媒通路２６から熱交換器１８へ向かう冷媒の流れを遮断できる。つまり、冷媒通路２６に弁を追加する必要なく、確実に閉ループ状の冷媒の経路を形成できるので望ましい。
【００９４】
三方弁５３に換えて、連通路５２と冷媒通路２２ｂとに二つの開閉弁を配置し、当該二つの開閉弁のうち一方を開状態とし他方を閉状態とすることで、冷媒通路２２と連通路５２との連通状態を切り換えてもよい。この場合使用される開閉弁は冷媒通路の開閉ができる単純な構造であればよいので安価であり、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、二つの開閉弁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】
さらに、冷却部３０に冷媒を流通させるための冷媒通路２４（２４ａ）には、冷媒遮断弁としての開閉弁３４が配置されている。図１，３に示す冷房運転および暖房運転時には、冷却部３０に冷媒を流通させＨＶ機器３１を冷却する必要があるため、開閉弁３４は開状態とされている。一方、車両の停止中に充電器７１を使用した蓄電池７２の充電を行なう場合に、車両内が無人であれば、冷暖房運転は不要である。この場合、ＨＶ機器３１を冷却させる必要はないので、図５に示すように、開閉弁３４を閉状態とし、冷媒通路２４への冷媒の流れを遮断することができる。
【００９６】
このようにすれば、冷却部３０へ冷媒を流通させるための冷媒通路２４に冷媒が流れることを防止できる。熱交換器１４から熱交換器１５へ向かって、冷媒の全量が冷媒通路２３を経由して流通することになる。したがって、冷媒通路２４および冷却通路３２の冷媒の流通に係る圧力損失を確実に低減でき、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止時の充電器７１の冷却効率を一層向上させることができる。
【００９７】
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請求の範囲によって示され、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】
【００９８】
本発明の冷却装置は、プラグインハイブリッド車、電気自動車などの、充放電可能な蓄電池を外部電源からの電力供給を受けて充電するための充電器を備える車両における、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充電器の冷却に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００９９】
１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１３ 四方弁、１４，１５，１８ 熱交換器、１６ 膨張弁、２１，２２，２２ａ，２２ｂ，２３，２４，２４ａ，２４ｂ，２５，２６，２７，２８，２９ 冷媒通路、２３ａ 通路形成部、３０，７０ 冷却部、３１ ＨＶ機器、３２，７４ 冷却通路、３４ 開閉弁、４０ ダクト、４１ ダクト入口、４２ ダクト出口、４３ ファン、５１ 流量調整弁、５２ 連通路、５３ 三方弁、６０ 地面、７１ 充電器、７２ 蓄電池、７３ 配線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、特に、蓄電池を充電するための充電器を蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して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。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２００５−９０８６２号公報（特許文献１）には、空調用の冷凍サイクルの減圧器、蒸発器および圧縮機をバイパスするバイパス通路に、発熱体を冷却するための発熱体冷却手段を設けた、冷却システムが開示されている。
【０００４】
ところで、蒸気圧縮式冷凍サイクルを使用して暖房運転を行なう際に、室外熱交換器への着霜により熱交換能力が低下するという問題がある。この問題に対し、特開平６−２４２３５号公報（特許文献２）では、蒸気圧縮式冷凍サイクルによる空調に蓄熱システムによる空調を組合せ、暖房運転時には室外熱交換器で発生した温風を蒸気圧縮式冷凍サイクルの室外熱交換器へ供給して、室外熱交換器への着霜を防止する技術が提案されている。
【０００５】
一方、車両に搭載される充電器を冷却するための種々の技術が、従来提案されている。たとえば特開２０１０−８１７０４号公報（特許文献３）には、充電器とラジエータとを接続し冷却水が循環する循環路が形成され、冷却ファンの駆動によりラジエータに空気が送られラジエータを流れる冷却水が効果的に放熱され、ポンプの駆動によりラジエータで放熱された冷却水が充電器を流れ、充電器と冷却水の間で熱交換が行なわれるので、充電器が冷却される技術が開示されている。
【０００６】
特開平４−２７５４９２号公報（特許文献４）には、電源からの電力を整流して電池を充電する充電器を電気自動車に設け、充電器を経由するように冷却液循環経路を配管し、冷却液ポンプにより冷却液循環経路内の冷却液を循環させる冷却装置が開示されている。
【０００７】
特開２００９−１４３５０９号公報（特許文献５）には、充電時に発熱するバッテリは、冷却風との間で熱交換を生じるように配置され、充電に伴って発生した熱量が冷却風に放散されることによって冷却される技術が開示されている。また、バッテリからの廃熱により温められた温風が、ヒートポンプ機構中の蒸発工程のための熱交換器を通過することにより、温風に含まれる熱量が、熱サイクル中の蒸発工程での熱源として回収される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−９０８６２号公報
【特許文献２】特開平６−２４２３５号公報
【特許文献３】特開２０１０−８１７０４号公報
【特許文献４】特開平４−２７５４９２号公報
【特許文献５】特開２００９−１４３５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
寒冷時や寒冷地における蒸気圧縮式冷凍サイクルを使用した空調装置の課題として、暖房運転時の室外熱交換器への霜付きが挙げられる。室外熱交換器に霜が付くと、冷媒と大気との熱交換を阻害するので、霜を除去するために強制的に冷房運転を行なうデフロスト運転が行なわれる。このデフロスト運転中、暖房運転が行なわれていないにも関わらず圧縮機を作動させる必要があり、圧縮機の消費動力が増大する問題がある。特許文献２では、室外熱交換器への霜付きを防止することでデフロスト運転を回避する技術が開示されているが、この場合、室外熱交換器へ温風を供給するためのシステムが必要となり、装置構成が複雑になるとともに、ポンプの作動が必要となり消費動力が増大する問題がある。
【００１０】
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、蓄電池を充電するための充電器を蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して冷却する冷却装置において、簡単な構成で消費電力を悪化させることなく熱交換器への霜付きを抑制できる、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】
【００１１】
本発明に係る冷却装置は、電源からの電力供給を受け蓄電池を充電するための充電器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、冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器および第二熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒と空調用空気との間で熱交換する第三熱交換器と、第二熱交換器と減圧器との間を流通する冷媒の経路上に設けられ、冷媒を用いて充電器を冷却する冷却部と、圧縮機と第一熱交換器との間を冷媒が流通する第一通路と、冷却部と減圧器との間を冷媒が流通する第二通路と、第一通路と第二通路とを連通する連通路と、を備える。
【００１２】
上記冷却装置において好ましくは、第一通路と連通路との連通状態を切り換える切換弁を備える。
【００１３】
上記冷却装置において好ましくは、第一熱交換器と第二熱交換器との間を流通する冷媒の経路上に設けられ、冷媒を用いて発熱源を冷却する他の冷却部を備える。好ましくは、冷却装置は、第一熱交換器と第二熱交換器との間に並列に接続された第三通路および第四通路を備え、他の冷却部は、第四通路に設けられる。好ましくは、冷却装置は、第四通路の冷媒の流れを遮断する冷媒遮断弁を備える。
【００１４】
上記冷却装置において好ましくは、圧縮機から第一熱交換器へ向かう冷媒の流れと、圧縮機から第三熱交換器へ向かう冷媒の流れと、を切り換える四方弁と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の冷却装置によると、簡単な構成で、消費電力を悪化させることなく、熱交換器への霜付きを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷房運転時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図３】四方弁を切り換えた状態の冷却装置を示す模式図である。
【図４】蒸気圧縮式冷凍サイクルの暖房運転時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図５】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、充電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】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本実施の形態の冷却装置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、車両の車内の冷暖房を行なうために、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。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を用いた暖房は、たとえば、暖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低い場合に行なわれる。
【００１９】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と、第一熱交換器としての熱交換器１４と、第二熱交換器としての熱交換器１５と、減圧器の一例としての膨張弁１６と、第三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、四方弁１３を含む。四方弁１３は、圧縮機１２から熱交換器１４へ向かう冷媒の流れと、圧縮機１２から熱交換器１８へ向かう冷媒の流れと、を切り換え可能に配置されている。
【００２０】
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の作動時に流通する気相冷媒を吸入圧縮して、高温高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機１２は、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。
【００２１】
熱交換器１４，１５，１８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１４，１５，１８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。熱交換器１４，１５，１８は、車両の走行によって発生する自然の通風によって供給された空気流れ、またはファンによって供給された空気流れと、冷媒と、の間で熱交換を行なう。熱交換器１４，１５，１８は、それぞれ直列に接続されており、冷房運転時と暖房運転時との両方の場合に、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を流通する冷媒の全量が熱交換器１４，１５，１８を通過する。
【００２２】
膨張弁１６は、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。
【００２３】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、冷媒通路２１〜２９を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、熱交換器１４，１５、膨張弁１６および熱交換器１８が、冷媒通路２１〜２９によって連結されて構成される。
【００２４】
冷媒通路２１は、圧縮機１２と四方弁１３とを連通する。冷媒は、冷媒通路２１を経由して、圧縮機１２から四方弁１３へ向かって流通する。冷媒通路２２は、四方弁１３と熱交換器１４とを連通する。冷媒は、冷媒通路２２を経由して、四方弁１３と熱交換器１４との一方から他方へ向かって流通する。冷媒通路２３は、熱交換器１４と熱交換器１５とを連通する。冷媒は、冷媒通路２３を経由して、熱交換器１４，１５の一方から他方へ向かって流通する。
【００２５】
冷媒通路２３は、冷媒通路２３の一部を形成する通路形成部２３ａを含む。冷媒通路２４は、通路形成部２３ａと並列に設けられた冷媒の経路である。冷媒通路２４上に、後述する冷却部３０が設けられている。冷媒通路２４を流通する冷媒は、冷却部３０に供給され、後述するように発熱源を冷却する。
【００２６】
冷媒通路２５は、熱交換器１５と冷却部７０とを連通する。冷媒は、冷媒通路２５を経由して、熱交換器１５と冷却部７０との一方から他方へ向かって流通する。冷媒通路２６は、冷却部７０と膨張弁１６とを連通する。冷媒は、冷媒通路２６を経由して、冷却部７０と膨張弁１６との一方から他方へ向かって流通する。
【００２７】
冷媒通路２７は、膨張弁１６と熱交換器１８とを連通する。冷媒は、冷媒通路２７を経由して、膨張弁１６と熱交換器１８との一方から他方へ向かって流通する。冷媒通路２８は、熱交換器１８と四方弁１３とを連通する。冷媒は、冷媒通路２８を経由して、熱交換器１８と四方弁１３との一方から他方へ向かって流通する。冷媒通路２９は、四方弁１３と圧縮機１２とを連通する。冷媒は、冷媒通路２９を経由して、四方弁１３から圧縮機１２へ向かって流通する。
【００２８】
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。
【００２９】
熱交換器１５と膨張弁１６との間を流通する冷媒の経路上には、冷却部７０が設けられている。冷却部７０は、充電器７１と、冷媒が流通する配管である冷却通路７４とを含む。冷却通路７４の一方の端部は、冷媒通路２５に接続される。冷却通路７４の他方の端部は、冷媒通路２６に接続される。
【００３０】
充電器７１は、配線７３を介して、充放電可能な蓄電池７２と電気的に接続されている。充電器７１は、電力変換用のスイッチング素子を含み、外部電源から供給される電力を所定の充電電圧（直流）に変換する。充電器７１によって電圧変換された電力は蓄電池７２へ供給され、蓄電池７２が充電される。
【００３１】
冷却部７０へ流通し、冷却通路７４を経由して流れる冷媒は、充電器７１から熱を奪って、充電器７１を冷却させる。冷却部７０は、冷却通路７４によって充電器７１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７０は、たとえば、充電器７１の筐体に冷却通路７４の外周面が直接接触するように形成された冷却通路７４を有する。冷却通路７４は、充電器７１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７４を流通する冷媒と、充電器７１との間で、熱交換が可能となる。
【００３２】
充電器７１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の熱交換器１５と膨張弁１６との間の冷媒の経路の一部を形成する冷却通路７４の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路７４の外部に充電器７１が配置されるので、冷却通路７４の内部を流通する冷媒の流れに充電器７１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、充電器７１を冷却することができる。
【００３３】
代替的には、冷却部７０は、充電器７１と冷却通路７４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。この場合充電器７１は、冷却通路７４の外周面にヒートパイプを介して接続され、充電器７１から冷却通路７４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。充電器７１をヒートパイプの加熱部とし冷却通路７４をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却通路７４と充電器７１との間の熱伝達効率が高められるので、充電器７１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。
【００３４】
ヒートパイプによって充電器７１から冷却通路７４へ確実に熱伝達することができるので、充電器７１と冷却通路７４との間に距離があってもよく、充電器７１に冷却通路７４を接触させるために冷却通路７４を複雑に配置する必要がない。その結果、充電器７１の配置の自由度を向上することができる。
【００３５】
熱交換器１４と熱交換器１５との間の冷媒の経路は、並列に接続された第三通路としての通路形成部２３ａと第四通路としての冷媒通路２４とを含む。冷媒通路２４上には、充電器７１を冷却する冷却部７０とは異なる他の冷却部としての、冷却部３０が設けられている。冷却部３０が設けられるので、冷媒通路２４は、冷却部３０よりも熱交換器１４に近接する側の冷媒通路２４ａと、冷却部３０よりも熱交換器１５に近接する側の冷媒通路２４ｂと、に二分割されている。冷却部３０は、車両に搭載される電気機器であるＨＶ（Hybrid Vehicle）機器３１と、冷媒が流通する配管である冷却通路３２とを含む。ＨＶ機器３１は、発熱源の一例である。冷却通路３２の一方の端部は、冷媒通路２４ａに接続される。冷却通路３２の他方の端部は、冷媒通路２４ｂに接続される。
【００３６】
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。
【００３７】
冷却装置１は、熱交換器１４と熱交換器１５との間を冷媒が流通する経路として、冷却部３０を経由しない経路である通路形成部２３ａを含む。冷却装置１はまた、通路形成部２３ａと並列に配置された他の冷媒の経路である、冷媒通路２４を含む。冷却部３０は、冷媒通路２４に設けられている。熱交換器１４と熱交換器１５との間の冷媒の経路が分岐して、冷媒の一部が冷却部３０へ流通する。
【００３８】
冷媒通路２４を流通する冷媒は、冷却通路３２を経由して流れる。冷媒は、冷却通路３２内を流通するとき、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、冷却通路３２によって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。
【００３９】
ＨＶ機器３１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の熱交換器１４から膨張弁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。または代替的には、充電器７１を冷却するための冷却部７０と同様に、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。
【００４０】
熱交換器１４と熱交換器１５との間に、冷却部３０を経由する冷媒の経路である冷媒通路２４と、冷却部３０を経由しない経路である通路形成部２３ａと、が並列に設けられる。そのため、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。冷却部３０においてＨＶ機器３１を冷却するために必要な量の冷媒を冷媒通路２４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。全ての冷媒が冷却部３０に流れないので、冷媒通路２４および冷却通路３２の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。
【００４１】
冷却装置１はさらに、流量調整弁５１を備える。流量調整弁５１は、通路形成部２３ａに配置されている。流量調整弁５１は、その弁開度を変動させ、通路形成部２３ａを流れる冷媒の圧力損失を増減させることにより、通路形成部２３ａを流れる冷媒の流量と、冷媒通路２４および冷却通路３２を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
【００４２】
たとえば、流量調整弁５１を全閉にして弁開度を０％にすると、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒の全量が冷媒通路２４および冷却通路３２へ流入する。流量調整弁５１の弁開度を大きくすれば、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒のうち、通路形成部２３ａを経由して流れる流量が大きくなり、冷媒通路２４および冷却通路３２を経由して流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁５１の弁開度を小さくすれば、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒のうち、通路形成部２３ａを経由して流れる流量が小さくなり、冷媒通路２４および冷却通路３２を経由して冷却部３０へ流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００４３】
流量調整弁５１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５１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５１を使用して、冷却部３０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、冷媒通路２４および冷却通路３２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。
【００４４】
熱交換器１８は、空気が流通するダクト４０の内部に配置されている。熱交換器１８は、冷媒とダクト４０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４０は、ダクト４０に空調用空気が流入する入口であるダクト入口４１と、ダクト４０から空調用空気が流出する出口であるダクト出口４２と、を有する。ダクト４０の内部の、ダクト入口４１の近傍には、ファン４３が配置されている。
【００４５】
ファン４３が駆動することにより、ダクト４０内に空気が流通する。ファン４３が稼働すると、ダクト入口４１を経由してダクト４０の内部へ空調用空気が流入する。ダクト４０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１，３中の矢印４５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。暖房運転時には、熱交換器１８において空調用空気が加熱され、冷媒は空調用空気へ熱伝達することにより冷却される。矢印４６は、熱交換器１８で温度調節され、ダクト出口４２を経由してダクト４０から流出する、空調用空気の流れを示す。
【００４６】
冷房運転時には、図１に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点およびＧ点を順に通過するように蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を冷媒が流れ、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。冷媒は、圧縮機１２と熱交換器１４，１５と膨張弁１６と熱交換器１８とが冷媒通路２１〜２９によって順次接続された冷媒循環流路を通って、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を循環する。
【００４７】
図２は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷房運転時の冷媒の状態を示すモリエル線図である。図２中の横軸は、冷媒の比エンタルピー（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２中には、圧縮機１２から熱交換器１４を経由して冷媒通路２４ａへ流入し、ＨＶ機器３１を冷却し、冷媒通路２４ｂから熱交換器１５を経由して冷媒通路２５へ流入し、充電器７１を冷却し、膨張弁１６、熱交換器１８を経由して圧縮機１２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，ＦおよびＧ点）における冷媒の熱力学状態が示される。
【００４８】
図２に示すように、圧縮機１２に吸入された過熱蒸気状態の冷媒（Ａ点）は、圧縮機１２において等比エントロピー線に沿って断熱圧縮される。圧縮するに従って冷媒の圧力と温度とが上昇し、高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になって（Ｂ点）、冷媒は熱交換器１４へと流れる。
【００４９】
熱交換器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、熱交換器１４において外気と熱交換して冷却される。冷媒は、等圧のまま顕熱を放出して過熱蒸気から乾き飽和蒸気になり、凝縮潜熱を放出し徐々に液化して気液混合状態の湿り蒸気になり、冷媒の全部が凝縮して飽和液になる（Ｃ点）。熱交換器１４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における熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。
【００５０】
熱交換器１４から流出した飽和液状態の冷媒は、冷媒通路２４ａを経由して熱交換器１４と冷却部３０との間を流通し、冷却部３０へ流れる。冷媒通路２４ａは、熱交換器１４から冷却部３０に冷媒を流通させるための通路である。冷却部３０において、熱交換器１４を通過して凝縮された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）。
【００５１】
その後冷媒は、冷媒通路２４ｂを経由して冷却部３０と熱交換器１５との間を流通し、熱交換器１５に流入する。冷媒通路２４ｂは、冷却部３０から熱交換器１５に冷媒を流通させるための通路である。冷媒の湿り蒸気は、熱交換器１５において外気と熱交換することで再度凝縮され、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）。
【００５２】
熱交換器１５で過冷却された高圧の冷媒は、冷媒通路２５を経由して冷却部７０へ流れ、充電器７１を冷却する。充電器７１との熱交換により、冷媒の過冷却度が小さくなる。つまり、過冷却液の状態の冷媒の温度が上昇し、液冷媒の飽和温度に近づく（Ｆ点）。その後冷媒は、冷媒通路２６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、冷媒の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（Ｇ点）。
【００５３】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２５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）。冷媒は、熱交換器１８において周囲から吸熱し加熱される。気化した冷媒は、冷媒通路２８、四方弁１３および冷媒通路２９を経由して、圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２は、熱交換器１８から流通する冷媒を圧縮する。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。
【００５４】
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。
【００５５】
冷房運転時に、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流入することによって、車両の室内の冷房が行なわれる。
【００５６】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、熱交換器１８において気化熱を空調用空気から吸収して、車室内の冷房を行なう。加えて、熱交換器１４から出た高圧の液冷媒が冷却部３０へ流通し、ＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。さらに、熱交換器１５から出た高圧の液冷媒が冷却部７０へ流通し、充電器７１と熱交換することで充電器７１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および充電器７１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。
【００５７】
図３は、四方弁１３を切り換えた状態の冷却装置１を示す模式図である。図１と図３とを比較して、四方弁１３が９０°回転することにより、圧縮機１２出口から四方弁１３へ流入した冷媒が四方弁１３を出る経路が切り換えられている。図１に示す冷房運転時には、圧縮機１２において圧縮された冷媒は、圧縮機１２から熱交換器１４へ向かって流れる。一方、図３に示す暖房運転時には、圧縮機１２において圧縮された冷媒は、圧縮機１２から熱交換器１８へ向かって流れる。
【００５８】
暖房運転時には、図３に示すＡ点、Ｂ点、Ｇ点、Ｆ点、Ｅ点、Ｄ点およびＣ点を順に通過するように蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を冷媒が流れ、圧縮機１２と熱交換器１８と膨張弁１６と熱交換器１５，１４とに冷媒が循環する。冷媒は、圧縮機１２と熱交換器１８と膨張弁１６と熱交換器１５，１４とが冷媒通路２１〜２９によって順次接続された冷媒循環流路を通って、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を循環する。
【００５９】
図４は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の暖房運転時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、圧縮機１２から熱交換器１８、膨張弁１６を経由して冷媒通路２６へ流入し、充電器７１を冷却し、冷媒通路２５から熱交換器１５を経由して冷媒通路２４へ流入し、ＨＶ機器３１を冷却し、冷媒通路２３から熱交換器１４を経由して圧縮機１２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，Ｇ，Ｆ，Ｅ，ＤおよびＣ点）における冷媒の熱力学状態が示される。
【００６０】
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）、冷媒は熱交換器１８へと流れる。
【００６１】
熱交換器１８へ入った高圧の冷媒蒸気は、熱交換器１８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り、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液になる（Ｇ点）。熱交換器１８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から吐出された気相冷媒は、熱交換器１８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１８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。冷媒は、熱交換器１８において周囲へ放熱し冷却される。
【００６２】
熱交換器１８で液化した高圧の液相冷媒は、冷媒通路２７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、冷媒の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）。膨張弁１６において温度が下げられた冷媒は、冷媒通路２６を経由して冷却部７０の冷却通路７４へ流れ、充電器７１を冷却する。充電器７１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。充電器７１から潜熱を受け取って一部の冷媒が気化することにより、湿り蒸気状態の冷媒中に含まれる飽和蒸気の割合が増加する（Ｅ点）。
【００６３】
冷却部７０から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２５を経由して熱交換器１５へ流入する。熱交換器１５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、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して外気の熱を蒸発潜熱として吸収することによって等圧のまま蒸発する。熱交換器１５における外気との熱交換により、冷媒が加熱され、冷媒の乾き度が増大する。熱交換器１５において潜熱を受け取って一部の冷媒が気化することにより、湿り蒸気状態の冷媒中に含まれる飽和蒸気の割合が増加する（Ｄ点）。
【００６４】
熱交換器１５から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２４ｂを経由して冷却部３０の冷却通路３２へ流れ、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、飽和液と飽和蒸気とが混合した湿り蒸気状態の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。ＨＶ機器３１から潜熱を受け取って一部の冷媒が気化することにより、湿り蒸気状態の冷媒中に含まれる飽和蒸気の割合が増加する（Ｃ点）。
【００６５】
冷却部３０から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２３を経由して熱交換器１４へ流入する。熱交換器１４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、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して外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）。気化した冷媒は、冷媒通路２２、四方弁１３および冷媒通路２９を経由して、圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２は、熱交換器１４から流通する冷媒を圧縮する。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。
【００６６】
暖房運転時に、熱交換器１８は、その内部を流通する冷媒蒸気が凝縮することによって、熱交換器１８に接触するように導入された周囲の空気へ熱を加える。熱交換器１８は、圧縮機１２で断熱圧縮された高温高圧の冷媒を用いて、冷媒ガスが凝縮して冷媒の湿り蒸気となる際の凝縮熱を、車両の室内へ流通する空調用空気へ放出して、車両の室内の暖房を行なう。熱交換器１８から熱を受け取ることによって温度が上昇した空調用空気が車両の室内に流入することによって、車両の室内の暖房が行なわれる。
【００６７】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、熱交換器１８において凝縮熱を車両の室内の空気へ放出して、車室内の暖房を行なう。加えて、膨張弁１６を経由した低温低圧の液冷媒が冷却部７０へ流通し、充電器７１と熱交換することで充電器７１を冷却する。さらに、熱交換器１５から出た冷媒が冷却部３０へ流通し、ＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１および充電器７１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。
【００６８】
以上のように、本実施の形態の冷却装置１は、冷房運転時と暖房運転時とで蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内の冷媒の流れる方向を切り換える四方弁１３を備える。冷房運転中に、熱交換器１８において、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒が空調用空気から熱を吸収して、車室内の冷房を行なう。暖房運転中に、熱交換器１８において、圧縮機１２で断熱圧縮された高温高圧の冷媒が空調用空気に熱を放出して、車室内の暖房を行なう。冷却装置１は、一台の熱交換器１８を使用して、冷房運転時と暖房運転時との両方の場合に、車両の室内へ流通する空調用空気の温度を適切に調節できる。したがって、空調用空気と熱交換する熱交換器を二台配置する必要がないので、冷却装置１のコストを低減することができ、加えて、冷却装置１を小型化することができる。
【００６９】
また冷媒は、冷却部７０へ流通し充電器７１と熱交換することで充電器７１を冷却し、冷却部３０へ流通しＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１および充電器７１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。熱交換器１８において空調用空気と熱交換することで車両の室内の冷暖房を行なう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および充電器７１の冷却が行なわれる。
【００７０】
ＨＶ機器３１および充電器７１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および充電器７１の冷却のために必要な構成を低減でき、冷却装置１の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および充電器７１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および充電器７１の冷却のための消費動力を低減することができる。
【００７１】
ＨＶ機器３１は、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流通す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。充電器７１は、熱交換器１５と膨張弁１６との間を流通する冷媒の経路の一部を形成する冷却通路７４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および充電器７１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および充電器７１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および充電器７１を冷却することができる。
【００７２】
冷房運転時に、膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＨＶ機器３１および充電器７１の冷却に使用すると、熱交換器１８における空調用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、膨張弁１６を通過する前の高圧の冷媒をＨＶ機器３１および充電器７１の冷却に使用する。ＨＶ機器３１を冷却した後、冷媒は、熱交換器１５において十分な過冷却状態にまで冷却され、充電器７１を冷却した後も過冷却液の状態に維持される。そのため、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および充電器７１を冷却することができる。
【００７３】
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、熱交換器１４と熱交換器１５との両方によって凝縮される。熱交換器１５において十分に冷媒を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。
【００７４】
冷媒は、熱交換器１５において過冷却液になるまで冷却され、充電器７１から顕熱を受けて飽和温度をわずかに下回る温度にまで加熱される。その後膨張弁１６を通過することで、冷媒は低温低圧の湿り蒸気になる。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。
【００７５】
熱交換器１５の仕様（すなわち、熱交換器１５のサイズまたは熱交換性能）は、熱交換器１５を通過した後の液相冷媒の温度が車室内の冷房のために必要とされる温度よりも低下するように、定められる。熱交換器１５の仕様は、充電器７１を冷却しない場合の蒸気圧縮式冷凍サイクルの熱交換器よりも、冷媒が充電器７１から受け取ると想定される熱量分だけ大きい放熱量を有するように、定められる。
【００７６】
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、充電器７１を冷却することができる。したがって、充電器７１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。
【００７７】
本実施の形態の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０では、圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の熱交換器１４，１５を配置し、ＨＶ機器３１の冷却系である冷却部３０が熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられる。冷房運転時に、熱交換器１４では、図２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、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、充電器７１の冷却および車両の室内の冷房のために必要な程度の過冷却度にまで、冷媒を冷却する。
【００７８】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が圧縮機１２と膨張弁１６との間に一段の熱交換器１４のみを備える構成の場合、冷房運転時には、冷房とＨＶ機器３１および充電器７１の冷却とに相当する分の熱交換を、熱交換器１４で行なう必要がある。そのため、熱交換器１４において冷媒を飽和液の状態からさらに冷却し、冷媒が所定の過冷却度を有するまで冷却する必要があった。過冷却液の状態の冷媒を冷却すると、冷媒の温度が大気温度に近づき、冷媒の冷却効率が低下するので、熱交換器１４の容量を増大させる必要がある。その結果、熱交換器１４のサイズが増大し、車載用の冷却装置１として不利になるという問題がある。一方、車両へ搭載するために熱交換器１４を小型化すると、熱交換器１４の放熱能力も小さくなり、その結果、膨張弁１６の出口における冷媒の温度を十分に低くできず、車室用の冷房能力が不足する虞がある。
【００７９】
圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の熱交換器１４，１５を配置することにより、冷媒の過冷却度を大きくする必要がなく、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、熱交換器１４，１５のサイズを低減することができ、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。
【００８０】
熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するときに、ＨＶ機器３１から熱を受け取り加熱される。冷却部３０において加熱された冷媒が気化すると、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を冷却した後の冷媒を気化させない程度に、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。
【００８１】
具体的には、熱交換器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には熱交換器１４の出口において冷媒が飽和液線上にある状態にする。このように冷媒を十分に冷却できる能力を熱交換器１４が有する結果、熱交換器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、熱交換器１５の放熱能力よりも高くなる。放熱能力が相対的に大きい熱交換器１４において冷媒を十分に冷却することにより、ＨＶ機器３１から熱を受け取った冷媒を湿り蒸気の状態に留めることができ、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＨＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＨＶ機器３１を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、熱交換器１５において効率よく再度冷却され、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。
【００８２】
暖房運転時に冷媒は、冷却部７０において充電器７１から吸熱することにより加熱され、熱交換器１５において外気から吸熱することにより加熱され、冷却部３０においてＨＶ機器３１から吸熱することにより加熱され、熱交換器１４において外気から吸熱することによりさらに加熱される。冷却部７０、熱交換器１５、冷却部３０および熱交換器１４の全てにおいて冷媒を加熱することにより、熱交換器１４の出口において冷媒を十分な過熱蒸気の状態にまで加熱できるので、車両の室内の優れた暖房性能を維持しつつ、ＨＶ機器３１および充電器７１を適切に冷却できる。冷却部３０，７０で冷媒が加熱され、ＨＶ機器３１および充電器７１の廃熱を室内の暖房に有効利用できるので、成績係数が向上し、暖房運転時の圧縮機１２での冷媒の断熱圧縮のための消費動力を低減することができる。
【００８３】
図４に示すように、暖房運転時には、膨張弁１６で絞り膨張された低温の冷媒が熱交換器１４，１５を流通する。そのため、外気温が低い場合に、熱交換器１４，１５に霜が付くことがある。冷房運転を行ない高温の冷媒を熱交換器１４，１５に流通させると熱交換器１４，１５に付着した霜を除去できるが、この場合、暖気を得られないにもかかわらず圧縮機１２を作動させる必要があり、消費電力が増大する。
【００８４】
そこで、本実施の形態の冷却装置１は、圧縮機１２と熱交換器１４との間を冷媒が流通する第一通路としての冷媒通路２２と、冷却部７０と膨張弁１６との間を冷媒が流通する第二通路としての冷媒通路２６と、冷媒通路２２，２６を連通する連通路５２と、を備える。冷媒は、連通路５２を経由して、冷媒通路２２から直接冷媒通路２６へ流通でき、または冷媒通路２６から直接冷媒通路２２へ流通できる。
【００８５】
連通路５２と冷媒通路２２との分岐点には、冷媒の流れを切り換える切換弁としての三方弁５３が配置されている。三方弁５３が配置されることにより、冷媒通路２２は、三方弁５３よりも熱交換器１４に近接する側の冷媒通路２２ａと、三方弁５３よりも四方弁１３に近接する側の冷媒通路２２ｂと、に二分割されている。三方弁５３は、冷媒通路２２と連通路５２との連通状態を切り換える。三方弁５３は、冷媒通路２２ａと冷媒通路２２ｂとを連通するようにその開閉状態を設定され、または、冷媒通路２２ａと連通路５２とを連通するようにその開閉状態を設定される。
【００８６】
図５は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図３に示す暖房運転を行なっているときに熱交換器１４，１５の霜取り運転が必要になると、三方弁５３を操作して、連通路５２から冷媒通路２２ａへ冷媒が流通するように、三方弁５３の開閉状態を切り換える。さらに膨張弁１６を全閉にする。このとき蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を循環させる必要はなく、圧縮機１２は停止する。冷媒を連通路５２から冷媒通路２２ａへ流通させるように三方弁５３を操作し、連通路５２を経由して冷媒を流通させることにより、図５に示すように、冷却部７０から冷媒通路２６、連通路５２、冷媒通路２２ａを順に経由して熱交換器１４へ至り、さらに冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ流通し、冷媒通路２５を経由して冷却部７０へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。
【００８７】
このように形成された閉ループ状の冷媒の経路を経由して、圧縮機１２を動作することなく、熱交換器１４，１５と冷却部７０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、冷却部７０において充電器７１を冷却するとき、充電器７１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。冷却部７０で気化された冷媒蒸気は、冷媒通路２６、連通路５２、冷媒通路２２ａを順に経由して、熱交換器１４，１５へ順に流れる。熱交換器１４，１５において、車両の走行風または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１４，１５で液化した冷媒液は、冷媒通路２５を経由して、冷却部７０へ戻る。
【００８８】
このように、冷却部７０と熱交換器１４，１５とを経由する環状の経路によって、冷却部７０を加熱部とし熱交換器１４，１５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暖房が停止しているときに、圧縮機１２を起動する必要なく、充電器７１を確実に冷却することができる。充電器７１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５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７０は、熱交換器１４，１５よりも下方に配置されている。熱交換器１４，１５と冷却部７０との間に冷媒を循環させる環状の経路において、冷却部７０が下方に配置され、熱交換器１４，１５が上方に配置される。熱交換器１４，１５は、冷却部７０よりも高い位置に配置される。
【００９０】
この場合、冷却部７０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１４，１５へ到達し、熱交換器１４，１５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７０へ戻る。つまり、冷却部７０と、熱交換器１４，１５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冷却部７０から熱交換器１４，１５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、充電器７１をより効率よく冷却することができる。
【００９１】
また、充電器７１の廃熱を利用して熱交換器１４，１５に冷媒蒸気を流通させることにより、熱交換器１４，１５を加熱して、熱交換器１４，１５から霜を除去することができる。従来のデフロスト運転（すなわち、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷房運転）を行なわずに熱交換器１４，１５から霜を除去することができ、デフロスト運転時に空調用空気が冷却され室内の温度が低下することを回避できる。
【００９２】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に連通路５２および三方弁５３を追加したのみの簡単な構成で、熱交換器１４，１５の霜取り運転が可能とされている。冷媒は、ヒートパイプの原理に従って蒸発と凝縮とを繰り返すことにより冷却部７０と熱交換器１４，１５との間を循環し、冷媒の流通のために動力を必要としない。したがって、冷媒を流通させるための圧縮機の運転は必要ないので、圧縮機の運転に係る消費電力の悪化を将来することなく、熱交換器１４，１５から霜を効果的に除去することができる。
【００９３】
図５には、冷媒通路２２と連通路５２との分岐点に配置された三方弁５３の開閉状態を変化させて連通路５２へ冷媒を導入する例が示されている。連通路５２へ冷媒を導入し閉ループ状の冷媒の経路を形成できる構成は、この例に限られない。たとえば、冷媒通路２６と連通路５２との分岐点に三方弁を配置してもよい。但しこの場合、冷媒通路２２から圧縮機１２へ向かう冷媒の流れを遮断するための弁が別に必要になる。図５に示す構成では、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を構成する膨張弁１６を閉状態にすることで、冷媒通路２６から熱交換器１８へ向かう冷媒の流れを遮断できる。つまり、冷媒通路２６に弁を追加する必要なく、確実に閉ループ状の冷媒の経路を形成できるので望ましい。
【００９４】
三方弁５３に換えて、連通路５２と冷媒通路２２ｂとに二つの開閉弁を配置し、当該二つの開閉弁のうち一方を開状態とし他方を閉状態とすることで、冷媒通路２２と連通路５２との連通状態を切り換えてもよい。この場合使用される開閉弁は冷媒通路の開閉ができる単純な構造であればよいので安価であり、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、二つの開閉弁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】
さらに、冷却部３０に冷媒を流通させるための冷媒通路２４（２４ａ）には、冷媒遮断弁としての開閉弁３４が配置されている。図１，３に示す冷房運転および暖房運転時には、冷却部３０に冷媒を流通させＨＶ機器３１を冷却する必要があるため、開閉弁３４は開状態とされている。一方、車両の停止中に充電器７１を使用した蓄電池７２の充電を行なう場合に、車両内が無人であれば、冷暖房運転は不要である。この場合、ＨＶ機器３１を冷却させる必要はないので、図５に示すように、開閉弁３４を閉状態とし、冷媒通路２４への冷媒の流れを遮断することができる。
【００９６】
このようにすれば、冷却部３０へ冷媒を流通させるための冷媒通路２４に冷媒が流れることを防止できる。熱交換器１４から熱交換器１５へ向かって、冷媒の全量が冷媒通路２３を経由して流通することになる。したがって、冷媒通路２４および冷却通路３２の冷媒の流通に係る圧力損失を確実に低減でき、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止時の充電器７１の冷却効率を一層向上させることができる。
【００９７】
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請求の範囲によって示され、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】
【００９８】
本発明の冷却装置は、プラグインハイブリッド車、電気自動車などの、充放電可能な蓄電池を外部電源からの電力供給を受けて充電するための充電器を備える車両における、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充電器の冷却に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００９９】
１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１３ 四方弁、１４，１５，１８ 熱交換器、１６ 膨張弁、２１，２２，２２ａ，２２ｂ，２３，２４，２４ａ，２４ｂ，２５，２６，２７，２８，２９ 冷媒通路、２３ａ 通路形成部、３０，７０ 冷却部、３１ ＨＶ機器、３２，７４ 冷却通路、３４ 開閉弁、４０ ダクト、４１ ダクト入口、４２ ダクト出口、４３ ファン、５１ 流量調整弁、５２ 連通路、５３ 三方弁、６０ 地面、７１ 充電器、７２ 蓄電池、７３ 配線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力供給を受け蓄電池を充電するための充電器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、
前記冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器および第二熱交換器と、
前記冷媒を減圧する減圧器と、
前記冷媒と空調用空気との間で熱交換する第三熱交換器と、
前記第二熱交換器と前記減圧器との間を流通する前記冷媒の経路上に設けられ、前記冷媒を用いて前記充電器を冷却する冷却部と、
前記圧縮機と前記第一熱交換器との間を前記冷媒が流通する第一通路と、
前記冷却部と前記減圧器との間を前記冷媒が流通する第二通路と、
前記第一通路と前記第二通路とを連通する連通路と、を備える、冷却装置。
【請求項２】
前記第一通路と前記連通路との連通状態を切り換える切換弁を備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間を流通する前記冷媒の経路上に設けられ、前記冷媒を用いて発熱源を冷却する他の冷却部を備える、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に並列に接続された第三通路および第四通路を備え、
前記他の冷却部は、前記第四通路に設けられる、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第四通路の前記冷媒の流れを遮断する冷媒遮断弁を備える、請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記圧縮機から前記第一熱交換器へ向かう前記冷媒の流れと、前記圧縮機から前記第三熱交換器へ向かう前記冷媒の流れと、を切り換える四方弁と、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１】
電源からの電力供給を受け蓄電池を充電するための充電器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、
前記冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器および第二熱交換器と、
前記冷媒を減圧する減圧器と、
前記冷媒と空調用空気との間で熱交換する第三熱交換器と、
前記第二熱交換器と前記減圧器との間を流通する前記冷媒の経路上に設けられ、前記冷媒を用いて前記充電器を冷却する冷却部と、
前記圧縮機と前記第一熱交換器との間を前記冷媒が流通する第一通路と、
前記冷却部と前記減圧器との間を前記冷媒が流通する第二通路と、
前記第一通路と前記第二通路とを連通する連通路と、を備える、冷却装置。
【請求項２】
前記第一通路と前記連通路との連通状態を切り換える切換弁を備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間を流通する前記冷媒の経路上に設けられ、前記冷媒を用いて発熱源を冷却する他の冷却部を備える、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に並列に接続された第三通路および第四通路を備え、
前記他の冷却部は、前記第四通路に設けられる、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第四通路の前記冷媒の流れを遮断する冷媒遮断弁を備える、請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記圧縮機から前記第一熱交換器へ向かう前記冷媒の流れと、前記圧縮機から前記第三熱交換器へ向かう前記冷媒の流れと、を切り換える四方弁と、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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２４１３８（Ｐ２０１２−２２４１３８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１７５０（Ｐ２０１１−９１７５０）
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
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