(57)【要約】【課題】液冷式の凝縮器を備える冷凍サイクルを用いて蓄電池を冷却するものにおいて、装置をよりコンパクトにすると共に冷却性能を高める。【解決手段】冷凍サイクル３０の凝縮器５０は、冷媒および熱交換流体がそれぞれ流入および流出するよう形成された本体５１と、本体５１の内部に設けられた冷媒用通路および流体用流路と、を有する。本体５１の上部には、冷媒用通路に冷媒を流入させる冷媒流入口と流体用流路から熱交換流体を流出させる流体流出口が設けられる。本体５１の下部には、冷媒用通路から冷媒を流出させる冷媒流出口と流体用流路に熱交換流体を流入させる流体流入口が設けられる。本体５１は、長手方向が車両の高さ方向となるように配置され、熱交換流体との熱交換により液相状態となった冷媒を内部に溜める液溜め部５１ａを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された蓄電池を冷却する冷却装置であって、
冷媒循環路にコンプレッサと凝縮器と減圧器と蒸発器とが設けられ、前記コンプレッサの駆動により前記冷媒循環路内の冷媒を循環させることにより前記蒸発器との熱交換によって前記蓄電池を冷却する冷凍サイクルと、
流体循環路に前記凝縮器と放熱器とポンプとが設けられ、前記ポンプの駆動により前記流体循環路内の熱交換流体を循環させることにより前記凝縮器にて前記熱交換流体との熱交換によって前記冷媒を冷却する放熱回路と、
を備え、
前記凝縮器は、前記冷媒および前記熱交換流体がそれぞれ流入および流出するよう形成された本体と、前記本体の内部に設けられ前記冷媒が流通する冷媒通路と、前記本体の内部に設けられ前記熱交換流体が流通する流体流路と、を有し、前記冷媒通路を流通する冷媒と前記流体通路を流通する熱交換流体との熱交換により前記冷媒を凝縮し、
前記冷媒の流入口と前記熱交換流体の流出口は、前記本体の上部に設けられ、
前記冷媒の流出口と前記熱交換流体の流入口は、前記本体の下部に設けられ、
前記本体は、長手方向が前記車両の高さ方向となるように配置され、前記熱交換流体との熱交換により凝縮されて液相状態となった冷媒を内部に溜める液溜め部を有する、
冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された蓄電池を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷却装置としては、冷凍サイクルを用いて車両に搭載された蓄電池を冷却するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷却装置では、冷凍サイクルは、圧縮機と凝縮器と減圧器と複数の蒸発器とが環状に接続され、蓄電池は、対応する蒸発器を流通する冷媒と熱交換可能に配置されている。凝縮器は、空冷式の凝縮器として構成され、一体的に設けられた受液器を有して液相冷媒を過冷却状態にまで冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９５４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷凍サイクルを用いた冷却装置としては、空冷式の凝縮器に代えて、放熱器を設けて凝縮器と放熱器との間で熱交換流体（水やＬＬＣなど）を循環させることにより冷媒を凝縮させる液冷式の凝縮器を用いる場合も考えられる。上述した特許文献１には、空冷式の凝縮器に受液器を一体的に設けることについては記載されているものの、液冷式の凝縮器を用いる場合については何ら言及されていない。
【０００５】
本発明の冷却装置は、液冷式の凝縮器を備える冷凍サイクルを用いて蓄電池を冷却するものにおいて、装置をよりコンパクトにすると共に冷却性能を高めることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の冷却装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の冷却装置は、
車両に搭載された蓄電池を冷却する冷却装置であって、
冷媒循環路にコンプレッサと凝縮器と減圧器と蒸発器とが設けられ、前記コンプレッサの駆動により前記冷媒循環路内の冷媒を循環させることにより前記蒸発器との熱交換によって前記蓄電池を冷却する冷凍サイクルと、
流体循環路に前記凝縮器と放熱器とポンプとが設けられ、前記ポンプの駆動により前記流体循環路内の熱交換流体を循環させることにより前記凝縮器にて前記熱交換流体との熱交換によって前記冷媒を冷却する放熱回路と、
を備え、
前記凝縮器は、前記冷媒および前記熱交換流体がそれぞれ流入および流出するよう形成された本体と、前記本体の内部に設けられ前記冷媒が流通する冷媒通路と、前記本体の内部に設けられ前記熱交換流体が流通する流体流路と、を有し、前記冷媒通路を流通する冷媒と前記流体通路を流通する熱交換流体との熱交換により前記冷媒を凝縮し、
前記冷媒の流入口と前記熱交換流体の流出口は、前記本体の上部に設けられ、
前記冷媒の流出口と前記熱交換流体の流入口は、前記本体の下部に設けられ、
前記本体は、長手方向が前記車両の高さ方向となるように配置され、前記熱交換流体との熱交換により凝縮されて液相状態となった冷媒を内部に溜める液溜め部を有する、
ことを要旨とする。
【０００８】
この本発明の冷却装置では、冷媒循環路にコンプレッサと凝縮器と減圧器と蒸発器とが設けられた冷凍サイクルと、流体循環路に凝縮器と放熱器とポンプとが設けられた放熱回路と、を備える。凝縮器は、冷媒および熱交換流体がそれぞれ流入および流出するよう形成された本体と、本体の内部に設けられ冷媒が流通する冷媒通路と、本体の内部に設けられ熱交換流体が流通する流体流路と、を有する。冷媒の流入口と熱交換流体の流出口は、本体の上部に設けられ、冷媒の流出口と熱交換流体の流入口は、本体の下部に設けられる。そして、本体は、熱交換流体との熱交換により凝縮されて液相状態となった冷媒を内部に溜める液溜め部を有する。これにより、冷媒循環路に別途液溜め用の部品を設けるものに比して、装置をよりコンパクトにすることができる。また、凝縮器の本体を長手方向が車両の高さ方向となるように配置し、本体に液溜め部を設けることにより、気相状態の冷媒と熱交換流体との伝熱面積を十分に確保することができると共に凝縮されて液相状態となった冷媒を過冷却することができ、冷凍サイクルの冷却性能を高めることができる。これらの結果、液冷式の凝縮器を備える冷凍サイクルを用いて蓄電池を冷却するものにおいて、装置をよりコンパクトにすると共に冷却性能を高めることができる。
【０００９】
こうした本発明の冷却装置において、前記凝縮器と前記減圧器との間を流れる冷媒と、前記蒸発器と前記コンプレッサとの間を流れる冷媒とを熱交換する熱交換器を備えるものとしてもよい。こうすれば、十分な量の液相冷媒を減圧器に導くことができ、ドライアウトを抑制して蒸発器での熱伝達率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例としての冷却装置２０を含む電動車両１０の模式図である。
【図２】冷却装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図３】凝縮器５０の構成の概略を示す構成図である。
【図４】冷凍サイクル３０のｐ−ｈ線図の一例を示す説明図である。
【図５】凝縮器５０を縦置きした場合と横置きした場合のそれぞれの熱交換量と熱通過率・伝熱面積（ＫＡ値)との関係を示す説明図である。
【図６】変形例の冷却装置１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図７】変形例の冷却装置２２０の構成の概略を示す構成図である。
【図８】変形例の冷却装置３２０の構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例としての冷却装置２０を含む電動車両１０の模式図であり、図２は、冷却装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図３は、凝縮器５０の構成の概略を示す構成図である。
【００１３】
電動車両１０は、図１に示すように、車両の床下に敷設されたバッテリ１２と、バッテリ１２からの電力を用いて駆動輪に接続された駆動軸に動力を出力する図示しないモータと、冷凍サイクル３０を用いてバッテリ１２を冷却する本実施例の冷却装置２０と、を備える。なお、電動車両１０は、走行用の動力源としてモータのみを備える電気自動車の他、走行用の動力源としてモータに加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車の形態とすることもできる。
【００１４】
実施例の冷却装置２０は、図２に示すように、冷凍サイクル３０と、放熱回路４０と、装置全体を制御する制御装置６０と、を備える。
【００１５】
冷凍サイクル３０は、冷媒が充填された冷媒循環路３１に、冷媒を圧縮するコンプレッサ３２と圧縮された冷媒を熱交換流体（例えば水やＬＬＣなどの冷却液）との熱交換によって凝縮させる凝縮器５０と凝縮された冷媒を減圧する減圧器３４（膨張弁）と減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器３６とが設けられて構成される。蒸発器３６はバッテリ１２と熱交換可能に配置されており、冷凍サイクル３０は、コンプレッサ３２を駆動して冷媒循環路３１内の冷媒を循環させることにより、蒸発器３６との熱交換によってバッテリ１２を冷却する。なお、コンプレッサ３２は、制御装置６０によって駆動制御される。
【００１６】
放熱回路４０は、熱交換流体が充填された流体循環路４１に、上述した凝縮器５０と熱交換流体を圧送するポンプ４２と空気との熱交換により熱交換流体を冷却する放熱器４４とが設けられて構成される。放熱器４４は、車両の前面に形成された通風口から冷却風を取り入れ可能に設置されている。また、放熱回路４０は、放熱器４４に送風するファン４５も備える。放熱回路４０は、ポンプ４２を駆動して流体循環路４１内の熱交換流体を循環させることにより、凝縮器５０にて熱交換流体との熱交換によって冷媒を冷却する。なお、ポンプ４２やファン４５は、制御装置６０によって駆動制御される。
【００１７】
凝縮器５０は、例えば、プレート式熱交換器として構成されている。この凝縮器５０は、図３に示すように、複数枚の伝熱プレート５１ｐが積層された本体５１と、本体５１に対して積層方向に貫通する４つの貫通孔と、を備える。本体５１には、各伝熱プレート５１ｐの積層方向において各伝熱プレート５１ｐを境として冷媒が流通する冷媒用流路と熱交換流体が流通する流体用流路とが交互に形成される。また、本体５１は、各伝熱プレート５１ｐの積層方向が車両の水平方向となり、且つ、長手方向が車両の高さ方向となるように車体に対して縦置きに配置される。４つの貫通孔は、それぞれ、伝熱プレート５１ｐの冷媒用流路に冷媒を流入させる冷媒流入用流路５２，冷媒用流路から冷媒を流出させる冷媒流出用流路５３，流体用流路に熱交換流体を流入させる流体流入用流路５４，流体用流路から熱交換流体を流出させる流体流出用流路５５を形成する。冷媒流入用流路５２と流体流出用流路５５は、本体５１の上部に設けられ、冷媒流出用流路５３と流体流入用流路５４は、本体５１の下部に設けられている。また、冷媒流入用流路５２の入口には、冷媒流入管５６が取り付けられ、冷媒流出用流路５３の出口には、冷媒流出管５７が取り付けられる。さらに、流体流入用流路５４の入口には、流体流入管５８が取り付けられ、流体流出用流路５５の出口には、流体流出管５９が取り付けられる。冷媒流出用流路５３や冷媒用流路の一部（下方領域）は、熱交換流体との熱交換により液相状態となった冷媒を溜めるための液溜め部５１ａを形成する。
【００１８】
制御装置６０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他にＲＯＭやＲＡＭ、入出力ポートを備える。制御装置６０には、バッテリ１２に取り付けられた温度センサ６２からのバッテリ温度などが入力ポートを介して入力されている。一方、制御装置６０からは、コンプレッサ３２への駆動信号やポンプ４２への駆動信号、ファン４５への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。制御装置６０は、温度センサ６２により検出されるバッテリ温度が適正温度の範囲内となると共に凝縮器５０の液溜め部５１ａに液相状態の冷媒が溜まるようにコンプレッサ３２やポンプ４２，ファン４５を駆動制御する。
【００１９】
図４は、冷凍サイクル３０のｐ−ｈ線図の一例を示す説明図である。図中、点Ａ−Ｂ間は、コンプレッサ３２における冷媒の状態変化を示し、点Ｂ−Ｃ間は、凝縮器５０における冷媒の状態変化を示し、点Ｃ−Ｄ間は、減圧器３４における冷媒の状態変化を示し、点Ｄ−Ａ間は、蒸発器３６における冷媒の状態変化を示す。点Ｂ−Ｃ間において、飽和液線よりも左側の部分（図中、破線で囲った部分）は、凝縮器５０によって液相状態となった冷媒を過冷却する過冷却部分（サブクール部分）である。実施例の冷凍サイクル３０では、凝縮器５０は液相状態の冷媒を溜める液溜め部５１ａを有するから、図４に示すように、液溜め部５１ａに溜まった液相状態の冷媒を熱交換流体との熱交換によって過冷却させることができ、冷却能力を向上させることができる。また、凝縮器５０に液相状態の冷媒を溜める液溜め部５１ａを有することで、凝縮器５０と減圧器３４との間に別途液溜め用の部品を設ける必要がなく、冷却装置２０をよりコンパクトにすることができる。
【００２０】
また、凝縮器５０の本体５１は、長手方向が車両の高さ方向となるように縦置きに配置されるから、冷媒流出用流路５３を本体５１の下部に設けることで、冷媒流出用流路５３を液溜め部５１ａとして利用し易くすることができる。さらに、本体５１を縦置きに配置することで、図５に示すように、長手方向が車両の水平方向となるように横置きに配置するものに比して、気相状態の冷媒と熱交換流体との伝熱面積を増やすことができ、凝縮能力を高めることができる。
【００２１】
以上説明した本実施例の冷却装置２０は、液冷式の凝縮器５０を備える冷凍サイクル３０を用いてバッテリ１２を冷却するものであり、凝縮器５０は、冷媒および熱交換流体がそれぞれ流入および流出するよう形成された本体５１と、本体５１の内部に設けられた冷媒用通路および流体用流路と、を有する。本体５１の上部には、冷媒用通路に冷媒を流入させる冷媒流入用流路５２および冷媒流入管５６と流体用流路から熱交換流体を流出させる流体流出用流路５５および流体流出管５９が設けられる。本体５１の下部には、冷媒用通路から冷媒を流出させる冷媒流出用流路５３および冷媒流出管５７と流体用流路に熱交換流体を流入させる流体流入用流路５４および流体流入管５８が設けられる。本体５１は、熱交換流体との熱交換により液相状態となった冷媒を内部に溜める液溜め部５１ａを有する。これにより、冷媒循環路３１に別途液溜め用の部品を設けるものに比して、装置をよりコンパクトにすることができる。また、本体５１を長手方向が車両の高さ方向となるように配置し、本体５１に液溜め部５１ａを設けることにより、気相状態の冷媒と熱交換流体との伝熱面積を十分に確保することができると共に凝縮されて液相状態となった冷媒を過冷却することができ、冷凍サイクル３０の冷却性能を高めることができる。これらの結果、液冷式の凝縮器５０を備える冷凍サイクル３０を用いてバッテリ１２を冷却するものにおいて、装置をよりコンパクトにすると共に冷却性能を高めることができる。
【００２２】
実施例では、冷凍サイクル３０は、冷媒循環路３１にコンプレッサ３２と凝縮器５０と減圧器３４と蒸発器３６とを備えるものとした。しかし、図６の変形例の冷却装置１２０に示すように、冷凍サイクル１３０は、実施例の冷凍サイクル３０の構成に加えて、凝縮器５０と減圧器３４との間を流れる冷媒と蒸発器３６とコンプレッサ３２との間を流れる冷媒とを熱交換する熱交換器１３８を備えるものとしてもよい。これにより、十分な量の液相冷媒を減圧器３４に導くことができ、ドライアウトを抑制して蒸発器３６での熱伝達率を向上させることができる。
【００２３】
実施例では、冷凍サイクル３０は、冷媒循環路３１にコンプレッサ３２と凝縮器５０と減圧器３４と１つの蒸発器３６とを備えるものとした。しかし、車両の異なる位置に２つのバッテリ１２，１３を備える場合、図７の変形例の冷却装置２２０に示すように、冷凍サイクル２３０は、２つのバッテリ１２，１３を冷却する２つの蒸発器３６，２３６と、２つの蒸発器３６，２３６に減圧した冷媒を供給する２つの減圧器３４，２３４と、を備えるものとしてもよい。減圧器３４および蒸発器３６と、減圧器２３４および蒸発器２３６は、コンプレッサ３２および凝縮器５０に対して並列接続されている。さらに、図８の変形例の冷却装置３２０に示すように、冷凍サイクル３３０は、図７の冷凍サイクル２３０の構成に加えて、凝縮器５０と減圧器３４，２３４との間を流れる冷媒と蒸発器３６，２３６とコンプレッサ３２との間を流れる冷媒とを熱交換する熱交換器３３８を備えるものとしてもよい。
【００２４】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、冷媒循環路３１が「冷媒循環路」に相当し、コンプレッサ３２が「コンプレッサ」に相当し、凝縮器５０が「凝縮器」に相当し、減圧器３４，２３４が「減圧器」に相当し、蒸発器３６，２３６が「蒸発器」に相当し、冷凍サイクル３０が「冷凍サイクル」に相当し、流体循環路４１が「流体循環路」に相当し、ポンプ４２が「ポンプ」に相当し、放熱器４４が「放熱器」に相当し、放熱回路４０が「放熱回路」に相当し、本体５１（伝熱プレート５１ｐの積層体）が「本体」に相当し、液溜め部５１ａが「液溜め部」に相当する。
【００２５】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２６】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、冷却装置の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  電動車両、１２，１３  バッテリ、２０，１２０，２２０，３２０  冷却装置、３０，１３０，２３０，３３０  冷凍サイクル、３１  冷媒循環路、３２  コンプレッサ、３４，２３４  減圧器、３６，２３６  蒸発器、４０  放熱回路、４１  流体循環路、４２  ポンプ、４４  放熱器、４５  ファン、５０  凝縮器、５１  本体、５１ｓ  伝熱プレート、５２  冷媒流入用流路、５３  冷媒流出用流路、５４  流体流入用流路、５５  流体流出用流路、５６  冷媒流入管、５７  冷媒流出管、５８  流体流入管、５９  流体流出管、１３８，３３８  熱交換器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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