(57)【要約】      （修正有）【課題】省動力で弁体の動作を可能とするロータリバルブを提供する。【解決手段】ロータリバルブは、円柱部材７２と、円柱部材７２と同心に配置され円柱部材７２よりも大径の円筒部材７０と、円柱部材７２と円筒部材７０との間に同心に配置され、円柱部材７２の外周面７２ｏに沿って周方向の一方に回転可能な、円弧板状の第一弁体８２，８５，８８および第二弁体８３，８６，８９と、を備える。第一弁体８２，８５，８８と第二弁体８３，８６，８９とのいずれか一方が、中空空間９２に冷媒Ｒを流入させることにより移動する。この移動によって、中空空間９２と軸方向において異なる位置に設けられた中空空間９４から冷媒Ｒを排出する。【選択図】図７
2014059122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱部材と、
前記円柱部材と同心に配置され、前記円柱部材の外径よりも大きい内径を有する、中空の円筒部材と、
前記円柱部材と前記円筒部材との間に配置され、前記円柱部材および前記円筒部材と同心の円弧板状の形状を有し、前記円柱部材の外周面に沿って周方向の一方に回転可能な、第一弁体および第二弁体と、を備え、
前記円柱部材の外周面、前記円筒部材の内周面、前記第一弁体の側端面および前記第二弁体の側端面は、中空空間を規定し、
前記中空空間は、第一空間と第二空間とを含み、前記第一空間と前記第二空間とは軸方向において異なる位置に設けられており、
前記第一弁体と前記第二弁体とのいずれか一方が、前記第一空間に液体を流入させることにより移動し、この移動によって前記第二空間から液体を排出する、ロータリバルブ。
【請求項２】
前記円筒部材には、前記円筒部材を厚み方向に貫通する流入口と、前記円筒部材を厚み方向に貫通する流出口とが、周方向において異なる位置に形成され、
前記流入口を経由して前記中空空間に液体が流入し、
前記流出口を経由して前記中空空間から液体が流出する、請求項１に記載のロータリバルブ。
【請求項３】
前記円筒部材には、前記第一空間に連通可能な第一流入口および第一流出口と、前記第二空間に連通可能な第二流入口および第二流出口と、を含む、複数対の前記流入口と前記流出口とが形成され、
前記第二空間に液体が充満した状態で前記第一流入口を経由して前記第一弁体の側端面と前記第二弁体の側端面との間に液体が流入することにより、液体の圧力を受けた前記第一弁体と前記第二弁体とのいずれか一方が移動して、前記第一空間が拡大するとともに、前記第二空間が縮小し前記第二流出口を経由して前記第二空間から液体が流出する、請求項２に記載のロータリバルブ。
【請求項４】
前記中空空間は、前記第一空間および前記第二空間とは軸方向において異なる位置に設けられた第三空間を含み、
前記円筒部材には、前記第三空間に連通可能な第三流入口および第三流出口が形成され、
前記第一空間に液体が充満した状態で前記第三流入口を経由して前記第一弁体の側端面と前記第二弁体の側端面との間に液体が流入することにより、液体の圧力を受けた前記第一弁体と前記第二弁体とのいずれか一方が移動して、前記第三空間が拡大するとともに、前記第一空間が縮小し前記第一流出口を経由して前記第一空間から液体が流出する、請求項３に記載のロータリバルブ。
【請求項５】
前記第三空間に液体が充満した状態で前記第二流入口を経由して前記第一弁体の側端面と前記第二弁体の側端面との間に液体が流入することにより、液体の圧力を受けた前記第一弁体と前記第二弁体とのいずれか一方が移動して、前記第二空間が拡大するとともに、前記第三空間が縮小し前記第三流出口を経由して前記第三空間から液体が流出する、請求項４に記載のロータリバルブ。
【請求項６】
前記中空空間内に供給された液体に熱を加える加熱部を備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載のロータリバルブ。
【請求項７】
冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却装置であって、
前記冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却器と、
前記熱交換器と前記冷却器との間に前記冷媒を循環させる冷媒通路と、
請求項１から請求項６のいずれかに記載のロータリバルブと、を備え、
前記ロータリバルブは、前記熱交換器から前記冷却器へ向かう前記冷媒通路に設けられる、冷却装置。
【請求項８】
前記冷却器は、前記熱交換器よりも上方に配置されている、請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記熱交換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をさらに備え、
前記蓄液器から前記ロータリバルブに液状の前記冷媒が流入する、請求項７または請求項８に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリバルブおよび冷却装置に関し、特に、回転によって流体の流量を制御するロータリバルブと、そのロータリバルブを備える冷却装置と、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（たとえば、特開２００７−６９７３３号公報（特許文献１）、特開２００５−９０８６２号公報（特許文献２）参照）。
【０００３】
一方、回転する弁体を備えるロータリバルブに関する技術が種々提案されている（たとえば特開２００４−６１０３１号公報（特許文献３）、特開２０１１−９４７８７号公報（特許文献４）参照）。また、流体の逆流を防止する逆止弁に関する技術も提案されている（たとえば、特開２０１０−２５２０２号公報（特許文献５）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６９７３３号公報
【特許文献２】特開２００５−９０８６２号公報
【特許文献３】特開２００４−６１０３１号公報
【特許文献４】特開２０１１−９４７８７号公報
【特許文献５】特開２０１０−２５２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献３，４に開示されたロータリバルブでは、弁体を回転させるためにモータが設けられており、流体の流量制御のためにモータ駆動用の外部動力を必要とする問題があった。
【０００６】
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、省動力で弁体の動作を可能とするロータリバルブを提供することである。また本発明の他の目的は、上記のロータリバルブを用いて外部動力を必要とせずに冷媒の循環を可能とす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】
【０００７】
本発明に係るロータリバルブは、円柱部材と、円柱部材と同心に配置され、円柱部材の外径よりも大きい内径を有する、中空の円筒部材と、円柱部材と円筒部材との間に配置され、円柱部材および円筒部材と同心の円弧板状の形状を有し、円柱部材の外周面に沿って周方向の一方に回転可能な、第一弁体および第二弁体と、を備える。円柱部材の外周面、円筒部材の内周面、第一弁体の側端面および第二弁体の側端面は、中空空間を規定する。中空空間は、第一空間と第二空間とを含み、第一空間と第二空間とは軸方向において異なる位置に設けられている。第一弁体と第二弁体とのいずれか一方が、第一空間に液体を流入させることにより移動し、この移動によって第二空間から液体を排出する。
【０００８】
上記ロータリバルブにおいて好ましくは、円筒部材には、円筒部材を厚み方向に貫通する流入口と、円筒部材を厚み方向に貫通する流出口とが、周方向において異なる位置に形成される。流入口を経由して中空空間に液体が流入し、流出口を経由して中空空間から液体が流出する。
【０００９】
上記ロータリバルブにおいて好ましくは、円筒部材には、第一空間に連通可能な第一流入口および第一流出口と、第二空間に連通可能な第二流入口および第二流出口と、を含む、複数対の流入口と流出口とが形成される。第二空間に液体が充満した状態で第一流入口を経由して第一弁体の側端面と第二弁体の側端面との間に液体が流入することにより、液体の圧力を受けた第一弁体と第二弁体とのいずれか一方が移動して、第一空間が拡大するとともに、第二空間が縮小し第二流出口を経由して第二空間から液体が流出する。
【００１０】
上記ロータリバルブにおいて好ましくは、中空空間は、第一空間および第二空間とは軸方向において異なる位置に設けられた第三空間を含む。円筒部材には、第三空間に連通可能な第三流入口および第三流出口が形成される。第一空間に液体が充満した状態で第三流入口を経由して第一弁体の側端面と第二弁体の側端面との間に液体が流入することにより、液体の圧力を受けた第一弁体と第二弁体とのいずれか一方が移動して、第三空間が拡大するとともに、第一空間が縮小し第一流出口を経由して第一空間から液体が流出する。
【００１１】
上記ロータリバルブにおいて好ましくは、第三空間に液体が充満した状態で第二流入口を経由して第一弁体の側端面と第二弁体の側端面との間に液体が流入することにより、液体の圧力を受けた第一弁体と第二弁体とのいずれか一方が移動して、第二空間が拡大するとともに、第三空間が縮小し第三流出口を経由して第三空間から液体が流出する。
【００１２】
上記ロータリバルブにおいて好ましくは、中空空間内に供給された液体に熱を加える加熱部を備える。
【００１３】
本発明に係る冷却装置は、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却装置であって、冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器と、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却器と、熱交換器と冷却器との間に冷媒を循環させる冷媒通路と、上記のいずれかの局面のロータリバルブと、を備える。ロータリバルブは、熱交換器から冷却器へ向かう冷媒通路に設けられる。
【００１４】
上記冷却装置において好ましくは、冷却器は、熱交換器よりも上方に配置されている。
上記冷却装置において好ましくは、熱交換器によって凝縮された液状の冷媒を貯留する蓄液器をさらに備え、蓄液器からロータリバルブに液状の冷媒が流入する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のロータリバルブによると、省動力で弁体を移動させることができる。本発明の冷却装置によると、駆動力なしで冷媒を循環させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】冷却装置が適用される車両の構成を示す概略図である。
【図２】本実施の形態の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図３】蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図４】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図５】ロータリバルブの概略構成を示す模式図である。
【図６】ロータリバルブの動作を示す第一の図である。
【図７】ロータリバルブの動作を示す第二の図である。
【図８】ロータリバルブの動作を示す第三の図である。
【図９】ロータリバルブの動作を示す第四の図である。
【図１０】ロータリバルブの動作を示す第五の図である。
【図１１】ロータリバルブの動作を示す第六の図である。
【図１２】ロータリバルブの動作を示す第七の図である。
【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】
［車両１０００の構成］
図１は、冷却装置１が適用される車両１０００の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る車両１０００は、内燃機関であるエンジン１００と、電動機である駆動ユニット２００と、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７００と、走行用バッテリ４００と、を含んで構成され、エンジン１００と駆動ユニット２００とを動力源とするハイブリッド車両である。なお、本発明の冷却装置１は、エンジンと電動機とを動力源とするハイブリッド車両のみならず、電動機のみを動力源とする車両（本明細書では、両者を包含して電気自動車という）にも適用可能である。
【００１９】
エンジン１００は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。駆動ユニット２００は、エンジン１００とともに車両１０００を駆動する駆動力を発生させる。エンジン１００および駆動ユニット２００は、ともに車両１０００のエンジンルーム内に設けられている。駆動ユニット２００は、ケーブル５００を介してＰＣＵ７００と電気的に接続される。また、ＰＣＵ７００は、ケーブル６００を介して走行用バッテリ４００と電気的に接続される。
【００２０】
［冷却装置１の構成］
図２は、本実施の形態の冷却装置１の構成を示す模式図である。図２に示すように、冷却装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を備える。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、たとえば、車両の車内の冷房を行なうために、車両１０００に搭載される。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を用いた冷房は、たとえば、冷房を行なうためのスイッチがオンされた場合、または、自動的に車両の室内の温度を設定温度になるように調整する自動制御モードが選択されており、かつ、車室内の温度が設定温度よりも高い場合に行なわれる。
【００２１】
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、熱交換器１４と熱交換器１５との間の冷媒の経路上に配置された気液分離器４０を含む。
【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、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の作動時に熱交換器１８から流通する冷媒を吸入圧縮して、冷媒通路２１に高温高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機１２は、冷媒通路２１に冷媒を吐出することで、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に冷媒を循環させる。
【００２３】
熱交換器１４，１５は、冷媒を流通するチューブと、チューブ内を流通する冷媒と熱交換器１４，１５の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンと、を含む。熱交換器１４，１５は、冷媒と外気の間で熱交換を行ない、圧縮機１２において圧縮された過熱状態冷媒ガスを、外部媒体へ等圧的に放熱させて冷媒液とする。圧縮機１２から吐出された高圧の気相冷媒は、熱交換器１４，１５における冷却風と冷媒との熱交換により周囲に放熱し冷却される。
【００２４】
冷却風は、車両の走行によって発生する自然の通風によって熱交換器１４，１５に供給されてもよい。または冷却風は、コンデンサファン４２もしくはエンジン冷却用のラジエータファンなどの、外気供給用ファンからの強制通風によって熱交換器１４，１５に供給されてもよい。コンデンサファン４２は、モータ４４からの駆動力を受けて回転し空気の流れを発生させて、熱交換器に冷却風を供給する。熱交換器１４，１５における熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は凝縮（液化）する。
【００２５】
膨張弁１６は、冷媒通路２５を流通する高圧の液相冷媒を小さな孔から噴射させることにより膨張させて、低温・低圧の霧状冷媒に変化させる。膨張弁１６は、熱交換器１４，１５によって凝縮された冷媒液を減圧して、気液混合状態の湿り蒸気とする。なお、冷媒液を減圧するための減圧器は、絞り膨張する膨張弁１６に限られず、毛細管であってもよい。膨張弁１６は、温度式膨張弁であってもよく、電気式の膨張弁であってもよい。
【００２６】
熱交換器１８は、冷媒を流通するチューブと、チューブ内を流通する冷媒と熱交換器１８の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンと、を含む。チューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流通する。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、空調用空気と冷媒との間で熱交換する。熱交換器１８を経由して蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環する冷媒と、空調用空気と、の熱交換によって、空調用空気の温度が調節される。
【００２７】
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。熱交換器１８において冷媒に吸熱され温度が低下した空調用空気が車両の室内に供給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、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して空調用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低圧高温ガスとなり、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へ戻る。圧縮機１２は、熱交換器１８から流通する冷媒を圧縮する。
【００２８】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、圧縮機１２と熱交換器１４とを連通する冷媒通路２１と、熱交換器１４と熱交換器１５とを連通する冷媒通路２２，２３，２４と、熱交換器１５と膨張弁１６とを連通する冷媒通路２５と、膨張弁１６と熱交換器１８とを連通する冷媒通路２６と、熱交換器１８と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２７と、を含む。
【００２９】
冷媒通路２１は、冷媒を圧縮機１２から熱交換器１４に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２１を経由して、圧縮機１２と熱交換器１４との間を、圧縮機１２の出口から熱交換器１４の入口へ向かって流れる。冷媒通路２２〜２５は、冷媒を熱交換器１４から膨張弁１６に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２２〜２５を経由して、熱交換器１４と膨張弁１６との間を、熱交換器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流れる。
【００３０】
冷媒通路２６は、冷媒を膨張弁１６から熱交換器１８に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２６を経由して、膨張弁１６と熱交換器１８との間を、膨張弁１６の出口から熱交換器１８の入口へ向かって流れる。冷媒通路２７は、冷媒を熱交換器１８から圧縮機１２に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２７を経由して、熱交換器１８と圧縮機１２との間を、熱交換器１８の出口から圧縮機１２の入口へ向かって流れる。
【００３１】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、熱交換器１４，１５、膨張弁１６および熱交換器１８が、冷媒通路２１〜２７によって連結されて構成される。なお、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷媒としては、たとえば二酸化炭素、プロパンやイソブタンなどの炭化水素、アンモニア、フロン類または水などを用いることができる。
【００３２】
気液分離器４０は、熱交換器１４から流出し気液分離器４０へ流入する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。気液分離器４０の内部には、液相冷媒である冷媒液と、気相冷媒である冷媒蒸気と、が蓄蔵されている。気液分離器４０には、冷媒通路２２，２３と、後述する冷媒通路３４とが連結されている。
【００３３】
熱交換器１４で凝縮された冷媒は、熱交換器１４の出口側において、飽和液と飽和蒸気とが混合した気液二相状態の湿り蒸気の状態にある。熱交換器１４から流出した高圧の冷媒液は、冷媒通路２２を通って気液分離器４０へ供給される。冷媒通路２２から気液分離器４０へ流入する気液二相状態の冷媒は、気液分離器４０の内部において気相と液相とに分離される。気液分離器４０は、熱交換器１４によって凝縮された冷媒を液体状の冷媒液とガス状の冷媒蒸気とに分離して、一時的に蓄える。
【００３４】
気液分離された冷媒液は、冷媒通路３４を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。冷媒通路３４の端部は、気液分離器４０内に液相の冷媒が溜められる冷媒液貯留部に接続されており、液相冷媒の気液分離器４０からの流出口を形成する。気液分離された冷媒蒸気は、冷媒通路２３を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０内に気相の冷媒が溜められる冷媒蒸気貯留部に接続されており、気相冷媒の気液分離器４０からの流出口を形成する。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一部を形成し、気液分離器４０で分離された気相冷媒が気液分離器４０から流出するための通路を形成する。
【００３５】
気液分離器４０の内部では、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。気液分離器４０から冷媒蒸気を導出する冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０の天井部に連結されている。気液分離器４０から冷媒液を導出する冷媒通路３４の端部は、気液分離器４０の底部に連結されている。冷媒通路２３を経由して気液分離器４０の天井側から冷媒蒸気のみが気液分離器４０の外部へ送り出され、冷媒通路３４を経由して気液分離器４０の底側から冷媒液のみが気液分離器４０の外部へ送り出される。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。
【００３６】
冷却装置１は、熱交換器１４，１５の間に、並列に接続された二つの冷媒の経路を備える。熱交換器１４と熱交換器１５との間を流通する冷媒の経路は、熱交換器１４の出口側から気液分離器４０へ至る冷媒通路２２と、気液分離器４０から冷媒蒸気を流出させ後述する流量調整弁２８を経由する冷媒通路２３と、熱交換器１５の入口側へ連結される冷媒通路２４と、を含む。冷媒通路２３は、気液分離器４０で分離された気相冷媒が流れるための通路である。気液分離器４０から導出された気相の冷媒蒸気は、熱交換器１５において周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮する。
【００３７】
熱交換器１４と熱交換器１５との間を流通する冷媒の経路はまた、気液分離器４０と冷却部３０とを連通する冷媒通路３４と、冷却部３０と、冷却部３０と冷媒通路２４とを連通する冷媒通路３６と、を含む。冷媒通路３４を経由して、気液分離器４０から冷却部３０へ冷媒液が流れる。冷却部３０を通過した冷媒は、冷媒通路３６を経由して、冷媒通路２４へ戻る。冷却部３０は、熱交換器１４から熱交換器１５へ向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。
【００３８】
冷却部３０は、電気自動車に搭載される電気機器であるＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）機器３１と、冷媒が内部を流通する冷却器３２とを含む。ＥＶ機器３１は、発熱源の一例である。冷却器３２の入口側は冷媒通路３４に接続され、冷却器３２の出口側は冷媒通路３６に接続される。
【００３９】
冷媒通路２３は、気液分離器４０と熱交換器１５との間に並列に接続された冷媒の経路のうちの一方を構成する。気液分離器４０と冷却部３０とを連通する冷媒通路３４と、冷却部３０に含まれる冷却器３２と、冷却部３０の出口側と冷媒通路２４とを連通する冷媒通路３４とは、気液分離器４０と熱交換器１５との間に並列に接続された冷媒の経路のうちの他方を構成する。
【００４０】
冷媒通路２３に並列に接続された冷媒の経路は、冷媒通路３４と、冷却部３０に含まれる冷却器３２と、冷媒通路３６と、を含む。冷媒通路３４は、冷却部３０よりも上流側（気液分離器４０に近接する側）の冷媒の経路であり、液相の冷媒が気液分離器４０から冷却部３０に流れるための通路である。冷媒通路３６は、冷却部３０よりも下流側（熱交換器１５に近接する側）の冷媒の経路であり、冷却部３０から冷媒通路２４に冷媒を戻すための通路である。
【００４１】
気液分離器４０から流出した冷媒液は、冷媒通路３４を経由して、冷却部３０へ向かって流通する。冷却部３０へ流通し、冷却器３２を経由して流れる冷媒は、発熱源としてのＥＶ機器３１と冷媒との温度差に応じて、ＥＶ機器３１から熱を奪って、ＥＶ機器３１を冷却する。冷却部３０は、気液分離器４０において分離され冷媒通路３４を経由して冷却器３２へ流れる飽和液状態の冷媒を用いて、ＥＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、冷却器３２内を流通する冷媒と、ＥＶ機器３１と、が熱交換することにより、ＥＶ機器３１は冷却され、冷媒は加熱される。
【００４２】
気液分離器４０の内部には、飽和液状態の冷媒液が貯留されている。気液分離器４０は、その内部に液状の冷媒である冷媒液を一時的に貯留する蓄液器として機能する。気液分離器４０内に所定量の冷媒液が溜められることにより、負荷変動時にも気液分離器４０から冷却部３０へ流れる冷媒の流量を維持できる。気液分離器４０が液だめ機能を有し、負荷変動に対するバッファとなり負荷変動を吸収できるので、ＥＶ機器３１の冷却性能を安定させることができる。
【００４３】
冷却部３０は、冷却器３２においてＥＶ機器３１と冷媒との間で熱交換が可能な構造を有するように設けられる。本実施の形態においては、冷却部３０は、たとえば、ＥＶ機器３１の筐体に冷却器３２の外周面が直接接触するように形成された冷却器３２を有する。冷却器３２は、ＥＶ機器３１の筐体と隣接する部分を有する。当該部分において、冷却器３２を流通する冷媒と、ＥＶ機器３１との間で、熱交換が可能となる。
【００４４】
ＥＶ機器３１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の熱交換器１４から熱交換器１５に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却器３２の外周面に直接接続されて、冷却される。冷媒とＥＶ機器３１とが直接熱交換してもよく、または、冷媒とＥＶ機器３１を流れる水や油などの二次媒体とが熱交換してもよい。冷却器３２の外部にＥＶ機器３１が配置されるので、冷却器３２の内部を流通する冷媒の流れにＥＶ機器３１が干渉することはない。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の圧力損失は増大しないので、圧縮機１２の動力を増大させることなく、ＥＶ機器３１を冷却することができる。
【００４５】
代替的には、冷却部３０は、ＥＶ機器３１と冷却器３２との間に介在して配置された任意の公知の伝熱装置を備えてもよい。この場合ＥＶ機器３１は、冷却器３２の外周面に伝熱装置を介して接続され、ＥＶ機器３１から冷却器３２へ伝熱装置を経由して熱伝達することにより、冷却される。伝熱装置として、たとえばウィック式などのヒートパイプを使用することができる。ＥＶ機器３１をヒートパイプの加熱部とし冷却器３２をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却器３２とＥＶ機器３１との間の熱伝達効率が高められるので、ＥＶ機器３１の冷却効率を向上できる。
【００４６】
伝熱装置によってＥＶ機器３１から冷却器３２へ確実に熱伝達することができるので、ＥＶ機器３１と冷却器３２との間に距離があってもよく、ＥＶ機器３１に冷却器３２を接触させるための経路を複雑に配置する必要がない。その結果、ＥＶ機器３１の配置が制限されることがなく、ＥＶ機器３１の配置の自由度を向上することができる。
【００４７】
ＥＶ機器３１は、電力の授受によって発熱する電気機器を含む。電気機器は、たとえば、直流電力を交流電力に変換するためのインバータ、回転電機であるモータジェネレータ、蓄電装置であるバッテリ、バッテリの電圧を昇圧させるための昇圧コンバータ、バッテリの電圧を降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータなどの、少なくともいずれか一つを含む。バッテリは、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池等の二次電池である。バッテリに代えてキャパシタが用いられてもよい。
【００４８】
冷媒通路３４には、ロータリバルブ６０が設けられている。冷媒通路３４は、ロータリバルブ６０よりも上流側の冷媒通路３４ａと、ロータリバルブ６０よりも下流側の冷媒通路３４ｂと、に二分割される。気液分離器４０から流出した冷媒液は、ロータリバルブ６０を経由して、冷却部３０へ向かって流れる。ロータリバルブ６０には、気液分離器４０から液体の状態の冷媒が流入する。
【００４９】
気液分離器４０と熱交換器１５との間に並列に接続された冷媒の経路のうち、冷却部３０を経由しない方の一方の経路を形成する冷媒通路２３には、流量調整弁２８が設けられている。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。これにより、流量調整弁２８は、冷却部３０を経由することなく冷媒通路２３を介して気液分離器４０と熱交換器１５との間を直接流れる冷媒の流量と、冷却器３２を含むＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
【００５０】
流量調整弁２８の弁開度を大きくすれば、気液分離器４０から流出する冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が大きくなり、冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ流れＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。そのためＥＶ機器３１の冷却能力が低下する。流量調整弁２８の弁開度を小さくすれば、気液分離器４０から流出する冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ流れＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。そのためＥＶ機器３１の冷却能力が向上する。
【００５１】
流量調整弁２８を使用して、ＥＶ機器３１に流れる冷媒の量を増減し、ＥＶ機器３１の冷却能力を最適に調節できるので、ＥＶ機器３１の過熱および過冷却を確実に防止することができる。加えて、ＥＶ機器３１の冷却系の冷媒の流通に係る圧力損失および冷媒を循環させるための圧縮機１２の消費電力を、確実に低減することができる。
【００５２】
［冷却装置１の動作］
冷媒は、圧縮機１２と熱交換器１４，１５と膨張弁１６と熱交換器１８とが冷媒通路２１〜２７によって順次接続された冷媒循環流路を通って、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を循環する。冷媒はまた、熱交換器１４の出口の冷媒通路２２から気液分離器４０を経由して冷媒通路３４へ流れ、冷却部３０へ流入してＥＶ機器３１を冷却し、冷却部３０から冷媒通路３６を経由して熱交換器１５の入口側の冷媒通路２４へ戻る。圧縮機１２の起動中の、圧縮機１２から吐出された冷媒が熱交換器１４を介して冷却部３０へ流れるときの経路、すなわち冷媒通路２１、冷媒通路２２、冷媒通路３４、冷媒通路３６および冷媒通路２４〜２７は、第一通路を形成する。
【００５３】
冷媒が第一通路を経由して流れ発熱源を冷却するときの、冷媒の状態について説明する。圧縮機１２に吸入された冷媒は、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、冷媒は、圧縮機１２の出口において高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になる。
【００５４】
圧縮機１２において断熱圧縮された高温高圧の過熱蒸気状態の冷媒は、熱交換器１４へと流れ、熱交換器１４において冷却される。圧縮機１２から吐出された高圧の気相冷媒は、熱交換器１４において周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮（液化）する。熱交換器１４における外気との熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。熱交換器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、熱交換器１４において等圧のまま過熱蒸気から乾き飽和蒸気になり、凝縮潜熱を放出し徐々に液化して、飽和液と飽和蒸気とが混合した気液混合状態の湿り蒸気になる。
【００５５】
熱交換器１４で完全に液化しない程度まで冷やされた気液二相状態の冷媒は、気液分離器４０において、飽和蒸気状態の冷媒蒸気と飽和液状態の冷媒液とに気液分離される。気液分離された冷媒のうち、液相の冷媒液が、気液分離器４０から流出し、冷媒通路３４を経由して冷却部３０の冷却器３２へ流れ、ＥＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、熱交換器１４で凝縮され気液分離器４０で分離された飽和液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＥＶ機器３１が冷却される。ＥＶ機器３１との熱交換により、冷媒が加熱され、冷媒の乾き度が増大する。冷媒は、ＥＶ機器３１から潜熱を受け取って一部気化することにより、冷却部３０の出口において、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となる。
【００５６】
冷却部３０から流出した冷媒は、冷媒通路３６，２４を経由して、熱交換器１５に流入する。冷媒の湿り蒸気は、熱交換器１５において周囲に放熱し外気と熱交換して冷却されることにより再度凝縮され、冷媒の全部が凝縮すると飽和液になり、さらに顕熱を放出して過冷却された過冷却液になる。冷媒は、熱交換器１５において、飽和温度以下にまで冷却される。熱交換器１５で冷媒を過冷却液にするのは、その後の膨張弁１６での減圧量、冷媒流量および冷房能力の制御を容易にするためである。
【００５７】
熱交換器１５で過冷却液まで冷却された冷媒は、冷媒通路２５を経由して膨張弁１６に流入する。膨張弁１６において、過冷却液状態の冷媒は絞り膨張され、比エンタルピーは変化せず温度と圧力とが低下して、低温低圧の気液混合状態の湿り蒸気となる。
【００５８】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２６を経由して熱交換器１８へ流入する。熱交換器１８のチューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流入する。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空調用空気の熱を吸収する。熱交換器１８は、膨張弁１６によって減圧された冷媒を用いて、冷媒の湿り蒸気が蒸発して冷媒ガスとなる際の気化熱を、車両の室内へ流通する空調用空気から吸収して、車両の室内の冷房を行なう。熱が熱交換器１８に吸収されることによって温度が低下した空調用空気が車両の室内に再び戻されることによって、車両の室内の冷房が行なわれる。
【００５９】
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。冷房運転時には、熱交換器１８において高温の空調用空気と冷媒とが熱交換することにより空調用空気が冷却され、空調用空気の温度が低下し、冷媒は空調用空気からの熱伝達を受けて加熱される。その後冷媒は、冷媒通路２７を経由して圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２は、熱交換器１８から流通する冷媒を圧縮する。
【００６０】
冷媒はこのようなサイクルに従って、圧縮、凝縮、絞り膨張、蒸発の状態変化を連続的に繰り返す。なお、上述した蒸気圧縮式冷凍サイクルの説明では、理論冷凍サイクルについて説明しているが、実際の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０では、圧縮機１２における損失、冷媒の圧力損失および熱損失を考慮する必要があるのは勿論である。
【００６１】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、蒸発器として作用する熱交換器１８において蒸発する際に気化熱を車両の室内の空気から吸収して、車室内の冷房を行なう。加えて、熱交換器１４から流出し気液分離器４０で気液分離された高圧の液冷媒が冷却部３０へ流通し、ＥＶ機器３１と熱交換することでＥＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載された発熱源であるＥＶ機器３１を、車両の室内の空調用の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、冷却する。なお、ＥＶ機器３１を冷却するために必要とされる温度は、少なくともＥＶ機器３１の温度範囲として目標となる温度範囲の上限値よりも低い温度であることが望ましい。
【００６２】
熱交換器１８において空調用空気を冷却するために設けられた蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、ＥＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＥＶ機器３１の冷却のために、専用の水循環ポンプまたは冷却ファンなどの機器を設ける必要はない。そのため、ＥＶ機器３１の冷却装置１のために必要な構成を低減でき、装置構成を単純にできるので、冷却装置１の製造コストを低減することができる。加えて、ＥＶ機器３１の冷却のためにポンプや冷却ファンなどの動力源を運転する必要がなく、動力源を運転するための消費動力を必要としない。したがって、ＥＶ機器３１の冷却のための消費動力を低減することができ、低動力でＥＶ機器３１を冷却することができる。
【００６３】
熱交換器１４では、冷媒を湿り蒸気の状態にまで冷却すればよく、気液混合状態の冷媒は気液分離器４０により分離され、飽和液状態の冷媒液のみが冷却部３０へ供給される。ＥＶ機器３１から蒸発潜熱を受け取り一部気化した湿り蒸気の状態の冷媒は、熱交換器１５で再度冷却される。湿り蒸気状態の冷媒を凝縮させ完全に飽和液にするまで、冷媒は一定の温度で状態変化する。熱交換器１５はさらに、車両の室内の冷房のために必要な程度の過冷却度にまで、液相冷媒を過冷却する。冷媒の過冷却度を過度に大きくする必要がないので、熱交換器１４，１５の容量を低減することができる。したがって、車室用の冷房能力を確保でき、かつ、熱交換器１４，１５のサイズを低減することができるので小型化され車載用に有利な、冷却装置１を得ることができる。
【００６４】
気液分離器４０から熱交換器１５へ向かう冷媒が流通する経路として、冷却部３０を通過しない経路である冷媒通路２３と、冷却部３０を経由してＥＶ機器３１を冷却する冷媒の経路である冷媒通路３４，３６および冷却器３２と、が並列に設けられる。そのため、熱交換器１４から流出した冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。冷媒通路２３に設けられた流量調整弁２８の開度調整によって、気液分離器４０から冷媒通路２３へ流れる冷媒と、冷却部３０を流れる冷媒と、の流量が適切に調整される。この流量調整により、ＥＶ機器３１の冷却のために必要な量の冷媒が冷却部３０へ流れ、ＥＶ機器３１は適切に冷却される。
【００６５】
冷媒通路３４，３６を含むＥＶ機器３１の冷却系に冷媒の一部のみを流通させることで、全ての冷媒が冷却部３０に流れないので、ＥＶ機器３１の冷却系に冷媒が流れる際の圧力損失を低減することができる。それに伴い、冷媒を循環させるための圧縮機１２の運転に必要な消費電力を低減することができる。
【００６６】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０において、圧縮機１２から吐出された高圧の冷媒は、第一の凝縮器としての熱交換器１４と、第二の凝縮器としての熱交換器１５と、の両方によって凝縮される。圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の熱交換器１４，１５を配置し、ＥＶ機器３１を冷却する冷却部３０は、熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられている。熱交換器１５は、冷却部３０から膨張弁１６に向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。
【００６７】
ＥＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて加熱された冷媒を熱交換器１５において十分に冷却することにより、膨張弁１６の出口において、冷媒は、車両の室内の冷房のために本来必要とされる温度および圧力を有する。そのため、熱交換器１８において冷媒が蒸発するときに外部から受け取る熱量を十分に大きくすることができるので、熱交換器１８を通過する空調用空気を十分に冷却できる。このように、冷媒を十分に冷却できる熱交換器１５の放熱能力を定めることにより、車室内の空気を冷却する冷房の能力に影響を与えることなく、ＥＶ機器３１を冷却することができる。したがって、ＥＶ機器３１の冷却能力と、車室用の冷房能力との両方を、確実に確保することができる。
【００６８】
熱交換器１４の出口において気液二相状態にある冷媒は、気液分離器４０内において、気相と液相とに分離される。気液分離器４０で分離された液相冷媒は、冷媒通路３４を経由して流れ、冷却部３０に供給されてＥＶ機器３１を冷却する。この液相冷媒は、過不足の全くない真に飽和液状態の冷媒である。気液分離器４０から液相の冷媒のみを取り出し冷却部３０へ流すことにより、熱交換器１４の能力を最大限に活用してＥＶ機器３１を冷却することができるので、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させた冷却装置１を提供することができる。
【００６９】
飽和液の状態の冷媒をＥＶ機器３１を冷却する冷却器３２に導入することにより、冷媒通路３４，３６および冷却器３２を含むＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒のうち、気相状態の冷媒を最小限に抑えることができる。そのため、ＥＶ機器３１の冷却系を流れる冷媒蒸気の流速が早くなり圧力損失が増大することを抑制でき、冷媒を流通させるための圧縮機１２の消費電力を低減できるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の性能の悪化を回避することができる。
【００７０】
［ヒートパイプ運転モード］
冷却装置１はさらに、連通路５１を備える。連通路５１は、圧縮機１２と熱交換器１４との間を冷媒が流通する冷媒通路２１と、冷却部３０に冷媒を流通させる冷媒通路３４，３６のうち冷却部３０に対し下流側の冷媒通路３６と、を連通する。冷媒通路３６は、連通路５１との分岐よりも上流側の冷媒通路３６ａと、連通路５１との分岐よりも下流側の冷媒通路３６ｂと、に二分割される。
【００７１】
冷媒通路３６には、連通路５１と冷媒通路２１，３６との連通状態を切り替える切替弁５２が設けられている。切替弁５２は、その開閉を切り替えることにより、連通路５１を経由する冷媒の流通を可能または不可能にする。切替弁５２を使用して冷却部３０から流出する冷媒の経路を切り替えることにより、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３６ｂ，２４を経由させて熱交換器１５へ、または、連通路５１および冷媒通路２１を経由して熱交換器１４へ、のいずれかの経路を任意に選択して、流通させることができる。
【００７２】
より具体的には、切替弁５２として、冷媒通路３６ｂの連通と遮断とを切り替える開閉弁が、冷媒通路３６ｂに設けられている。切替弁５２の開閉を切り替えることにより、冷媒通路３６ｂを含む第一通路の連通状態が切り替えられる。
【００７３】
冷房運転中には、切替弁５２を全開（弁開度１００％）とし、流量調整弁２８の弁開度を調整することにより冷却部３０で必要な冷却能力を得られるように冷媒流量を調整する。これにより、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒通路３６ａを流通する冷媒を、冷媒通路３６ｂを経由させて、確実に熱交換器１５へ流通させることができる。
【００７４】
一方、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中には、切替弁５２を全閉とし、さらに流量調整弁２８を全閉とする。これにより、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒通路３６ａを流通する冷媒を、連通路５１を経由させて熱交換器１４へ流通させ、圧縮機１２を経由せずに冷却部３０と熱交換器１４との間に冷媒を循環させる環状の経路を形成することができる。
【００７５】
流量調整弁２８は、開度調整が可能な仕様の弁であり、たとえば電動弁であってもよい。切替弁５２は、全開と全閉との切替が可能な仕様の弁であればよく、たとえば電磁弁であってもよい。
【００７６】
連通路５１には、逆止弁５８が設けられている。逆止弁５８は、連通路５１を経由して冷媒通路３６から冷媒通路２１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。逆止弁５８を設けることにより、圧縮機１２の運転中に、冷媒通路２１から連通路５１を経由して冷媒通路３６へ流れる冷媒の流れが禁止される。かつ、圧縮機１２の運転中において、冷媒通路２１を流れる冷媒は、冷媒通路３６を流れる冷媒よりも高圧であるので、連通路５１を経由して冷媒通路３６から冷媒通路２１へ向かう冷媒の流れも発生しない。
【００７７】
そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中には、圧縮機１２で断熱圧縮された冷媒の全部を熱交換器１４へ流すことができ、かつ、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒を確実に熱交換器１５へ流通させることができる。加えて、圧縮機１２の停止時に切替弁５２の開閉を切り換えて切替弁５２を全閉にすれば、冷却部３０の出口から逆止弁５８を通って冷媒通路２１へつながる経路が形成され、連通路５１を経由して冷却部３０と熱交換器１４との間に冷媒を循環させる冷媒の経路を形成することができる。
【００７８】
冷却装置１はさらに、逆止弁５４を備える。逆止弁５４は、圧縮機１２と熱交換器１４との間の冷媒通路２１の、冷媒通路２１と連通路５１との接続箇所よりも圧縮機１２に近接する側に、配置されている。逆止弁５４は、圧縮機１２から熱交換器１４へ向かう冷媒の流れを許容するとともに、その逆向きの冷媒の流れを禁止する。このようにすれば、詳細を後述する図５に示すヒートパイプ運転モードのとき、熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させる閉ループ状の冷媒の経路を、確実に形成することができる。
【００７９】
逆止弁５４がない場合、冷媒が連通路５１から圧縮機１２側の冷媒通路２１へ流れる虞がある。逆止弁５４を備えることによって、連通路５１から圧縮機１２側へ向かう冷媒の流れを確実に禁止できるので、環状の冷媒経路で形成するヒートパイプを使用した、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止時のＥＶ機器３１の冷却能力の低下を防止できる。したがって、車両の車室用の冷房が停止しているときにも、ＥＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００８０】
また、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中に、閉ループ状の冷媒の経路内の冷媒の量が不足する場合には、圧縮機１２を短時間のみ運転することで、逆止弁５４を経由して閉ループ経路に冷媒を供給できる。これにより、閉ループ内の冷媒量を増加させ、ヒートパイプの熱交換処理量を増大させることができる。したがって、ヒートパイプの冷媒量を確保することができるので、冷媒量の不足のためにＥＶ機器３１の冷却が不十分となることを回避することができる。
【００８１】
図３は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図４は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図３に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を運転させる場合、すなわち圧縮機１２を運転させて蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させる運転モードを、「エアコン運転モード」と称する。一方、図４に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を停止させる場合、すなわち、圧縮機１２を停止させ、冷却部３０と熱交換器１４とを結ぶ環状の経路を経由させて冷媒を循環させる運転モードを、「ヒートパイプ運転モード」と称する。
【００８２】
図３に示すように、圧縮機１２を駆動させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が運転している「エアコン運転モード」のときには、流量調整弁２８は、冷却部３０に十分な冷媒が流れるように、弁開度を調整される。切替弁５２は、冷媒を冷却部３０から熱交換器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作される。すなわち、切替弁５２を全開にすることで、冷媒が冷却装置１の全体を流れるように冷媒の経路が選択される。そのため、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷却能力を確保できるとともに、ＥＶ機器３１を効率よく冷却することができる。
【００８３】
図４に示すように、圧縮機１２を停止させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止している「ヒートパイプ運転モード」のときには、冷媒を冷却部３０から熱交換器１４へ循環させるように切替弁５２を操作する。すなわち、切替弁５２を全閉にする。さらに流量調整弁２８を全閉にすることで、冷媒は冷媒通路３６ａから冷媒通路３６ｂへは流れず連通路５１を経由して流通する。これにより、熱交換器１４から、冷媒通路２２と気液分離器４０と冷媒通路３４とを順に経由して冷却部３０へ至り、さらに冷媒通路３６ａ、連通路５１、冷媒通路２１を順に経由して熱交換器１４へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２１、冷媒通路２２、冷媒通路３４、冷媒通路３６ａおよび連通路５１は、第二通路を形成する。
【００８４】
この環状の経路を経由して、圧縮機１２を動作することなく、熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、ＥＶ機器３１を冷却するとき、ＥＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＥＶ機器３１との熱交換により気化された冷媒蒸気は、冷媒通路３６ａ、連通路５１および冷媒通路２１を順に経由して、熱交換器１４へ流れる。熱交換器１４において、車両の走行風、または、コンデンサファン４２もしくはエンジン冷却用のラジエータファンからの通風により、冷媒蒸気は冷却されて凝縮する。熱交換器１４で液化した冷媒液は、冷媒通路２２，３４を経由して、冷却部３０へ戻る。
【００８５】
このように、冷却部３０と熱交換器１４とを経由する環状の経路によって、ＥＶ機器３１を加熱部とし熱交換器１４を冷却部とする、ヒートパイプが形成される。したがって、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているとき、すなわち車両用の冷房が停止しているときにも、圧縮機１２を起動する必要なく、ＥＶ機器３１を確実に冷却することができる。ＥＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要がないことにより、圧縮機１２の消費動力を低減して車両の燃費を向上することができ、加えて、圧縮機１２を長寿命化できるので圧縮機１２の信頼性を向上することができる。
【００８６】
電気自動車の乗員は、車内前方の計器盤に設けられた空調用のコントロールパネルを操作することによって、車室内の冷房をＯＮからＯＦＦへ切り替える。この操作に伴い、ＥＶ機器３１を冷却するための冷却装置１の運転モードが、第一通路が連通し第二通路が遮断された状態のエアコン運転モードから、第一通路が遮断され第二通路が連通した状態のヒートパイプ運転モードへ、切り替えられる。
【００８７】
つまり、圧縮機１２が停止されるとともに、切替弁５２が全閉とされ、流量調整弁２８が全閉とされる。これにより、圧縮機１２から吐出された冷媒を冷却部３０へ流してＥＶ機器３１を冷却するための第一通路が遮断されるとともに、熱交換器１４と冷却部３０との間に自然循環により冷媒を循環させるための第二通路が連通され、第一通路の連通と第二通路の連通とが切り替えられる。このようにして、圧縮機１２が停止した状態においても、冷媒が自然循環して冷却部３０においてＥＶ機器３１を冷却することにより、冷却装置１によるＥＶ機器３１の冷却能力が維持される。
【００８８】
ヒートパイプ運転モードの場合、熱交換器１４に流入した冷媒は、車両の走行風または冷却ファンからの通風により、熱交換器１４のチューブ内を流通する際に周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮（液化）する。熱交換器１４における外気との熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。冷媒は、熱交換器１４において凝縮潜熱を放出し等圧のまま徐々に液化して気液混合状態の湿り蒸気になる。気液二相状態の冷媒は、冷媒通路２２を経由して気液分離器４０へ流れ、気液分離器４０において、飽和蒸気状態の冷媒蒸気と飽和液状態の冷媒液とに気液分離される。
【００８９】
気液分離器４０から飽和液状態の冷媒が流出し、冷媒通路３４を経由して冷却部３０の冷却器３２へ流れ、ＥＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、熱交換器１４で凝縮され気液分離器４０で気液分離された飽和液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＥＶ機器３１が冷却される。ＥＶ機器３１との熱交換により、冷媒が加熱され、等圧のまま徐々に蒸発して、冷媒の乾き度が増大する。典型的には、冷却部３０において、全ての冷媒が乾き飽和蒸気になるまで冷媒とＥＶ機器３１との熱交換が行なわれる。ＥＶ機器３１との熱交換により一部または全部が気化された冷媒は、冷却部３０から流出して連通路５１および冷媒通路２１を順に経由して、熱交換器１４へ戻る。
【００９０】
熱交換器１４を凝縮器、冷却部３０を蒸発器とするループ式のヒートパイプが作動することによって、ＥＶ機器３１は確実に冷却される。ＥＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２の動力は必要なく、無動力でＥＶ機器３１を冷却できる。したがって、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転時および停止時の両方においてＥＶ機器３１を適切に冷却できる冷却装置１を、簡単な構成で実現することができる。ＥＶ機器３１を無動力で冷却可能であるので、圧縮機１２の消費動力を低減して、一層の省電費化および快適性向上を達成することができる。
【００９１】
図３および図４には、地面Ｇが図示されている。地面Ｇに対して垂直な鉛直方向において、冷却部３０は、熱交換器１４および気液分離器４０よりも上方に配置されている。熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させる環状の経路において、冷却部３０が上方に配置され、熱交換器１４が下方に配置される。熱交換器１４および気液分離器４０は、冷却部３０よりも低い位置に配置される。
【００９２】
ループ式のヒートパイプにより冷媒を循環するためには、冷却部３０で蒸発した気相冷媒を熱交換器１４に移動させ、熱交換器１４で凝縮した液相冷媒を冷却部３０へ還流するサイクルを形成し、定常的な熱移動を行なう必要がある。図３，４に示す、冷却部３０が熱交換器１４よりも高い位置に配置された構成では、重力の作用による熱交換器１４から冷却部３０への液還流を行なうことができない。しかし、本実施の形態の冷却装置１では、熱交換器１４で凝縮した冷媒液を蓄える気液分離器４０から冷却部３０へ至る、液状の冷媒が流れる冷媒通路３４に、ロータリバルブ６０を設けることにより、熱交換器１４から冷却部３０への冷媒液の還流が可能とされている。
【００９３】
［ロータリバルブ６０の詳細構造］
以下、本実施の形態における冷却装置１に含まれるロータリバルブ６０の構造について詳細に説明する。図５は、ロータリバルブ６０の概略構成を示す模式図である。
【００９４】
ロータリバルブ６０は、図５に示すように、略円柱状の外形を有する円柱部材７２と、円柱部材７２の外周面を覆う円弧板状の弁体８０と、弁体８０の外周面を覆う略円筒形状の円筒部材７０とを備える。円柱部材７２、弁体８０および円筒部材７０は、互いに同心に配置されている。円筒部材７０は、ロータリバルブ６０の筐体を構成する。弁体８０は、周方向に延在するとともに軸方向にも延在する円弧板状の形状を有し、当該円弧の中心線周りに回転可能に設けられている。一方、円柱部材７２および円筒部材７０は、回転不可能に設けられている。弁体８０は、円筒部材７０および円柱部材７２に対し相対回転可能に設けられている。
【００９５】
弁体８０は、円柱部材７２の外周面の、周方向における一部を覆う。弁体８０は、円筒の一部が周方向に切欠かれた形状に形成されている。弁体８０は、円柱部材７２と円筒部材７０との間に配置されている。円柱部材７２と円筒部材７０との間の、弁体８０が存在していない範囲には、中空の空間が形成される。この空間内に、冷媒通路３４ａから冷媒液が流入可能とされ、また空間から冷媒通路３４ｂへ冷媒液が流出可能とされる。
【００９６】
図５に示すロータリバルブ６０では、弁体８０は、軸方向に三分割されている。軸方向に並べられた弁体８１、弁体８４および弁体８７により、弁体８０が形成されている。三つの弁体８１，８４，８７に対応して、上述した中空の空間もまた三つ形成される。
【００９７】
冷媒通路３４ａは、ロータリバルブ６０の軸方向に沿って延びるヘッダ管６２に接続する。ヘッダ管６２は、ロータリバルブ６０内に形成される中空の空間に液状の冷媒を流入させる流入管６４に接続する。ヘッダ管６２は、三つの流入管６４ａ，６４ｂ，６４ｃに分岐する。冷媒は、ヘッダ管６２から分岐した流入管６４ａを経由して、弁体８１により規定される空間に流入する。冷媒は、ヘッダ管６２から分岐した流入管６４ｂを経由して、弁体８４により規定される空間に流入する。冷媒は、ヘッダ管６２から分岐した流入管６４ｃを経由して、弁体８７により規定される空間に流入する。
【００９８】
冷媒通路３４ｂは、ロータリバルブ６０の軸方向に沿って延びるヘッダ管６８に接続する。ヘッダ管６８は、ロータリバルブ６０内に形成される中空の空間から液状の冷媒を流出させる流出管６６に接続する。三つの流出管６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、ヘッダ管６８に合流する。冷媒は、流出管６６ａを経由して、弁体８１により規定される空間から流出する。冷媒は、流出管６６ｂを経由して、弁体８４により規定される空間から流出する。冷媒は、流出管６６ｃを経由して、弁体８７により規定される空間から流出する。
【００９９】
図６は、ロータリバルブ６０の動作を示す第一の図である。図６および以降の図面において、図面番号として（ａ）の付された図は、図５に示すロータリバルブ６０の弁体８１を含む断面図を示す。図面番号として（ｂ）の付された図は、図５に示すロータリバルブ６０の弁体８４を含む断面図を示す。図面番号として（ｃ）の付された図は、図５に示すロータリバルブ６０の弁体８７を含む断面図を示す。
【０１００】
図６（ａ）に示すように、円柱部材７２は、外周面７２ｏを有する。円筒部材７０は、内周面７０ｉと外周面７０ｏとを有する。円筒部材７０が円柱部材７２と同心に配置され、円柱部材７２の外径よりも大きい内径を有する。つまり、円筒部材７０の内周面７０ｉの径は、円柱部材７２の外周面７２ｏの径よりも大きい。
【０１０１】
弁体８１は、径方向における円柱部材７２と円筒部材７０との間に、円柱部材７２および円筒部材７０と同心に配置されている。弁体８１は、円弧板状の形状を有する。弁体８１は、二つの円弧板状の部材、すなわち第一弁体８２と第二弁体８３とによって構成される。第一弁体８２は、内周面８２ｉと、外周面８２ｏと、一対の側端面８２ｓ１，８２ｓ２とを有する。第二弁体８３は、内周面８３ｉと、外周面８３ｏと、一対の側端面８３ｓ１，８３ｓ２とを有する。第一弁体８２と第二弁体８３とはそれぞれ、円柱部材７２の外周面７２ｏに沿って、周方向の一方に回転可能に設けられている。本実施の形態では、第一弁体８２と第二弁体８３とは、図中の時計回り方向に回転可能とされ、反時計回り方向には移動しないように設けられている。
【０１０２】
円柱部材７２の外周面７２ｏと、円筒部材７０の内周面７０ｉと、第一弁体８２の側端面８２ｓ２と、第二弁体８３の側端面８３ｓ１とは、中空空間９１を規定する。円柱部材７２の外周面７２ｏと、円筒部材７０の内周面７０ｉと、第一弁体８２の側端面８２ｓ１と、第二弁体８３の側端面８３ｓ２とは、中空空間９２を規定する。中空空間９１と中空空間９２とは、ロータリバルブ６０の軸方向における弁体８１の設置位置に形成される第一空間を構成する。
【０１０３】
円筒部材７０には、円筒部材７０を厚み方向に貫通する第一流入口７４と、円筒部材７０を厚み方向に貫通する第一流出口７７とが形成されている。第一流入口７４と第一流出口７７とは、ロータリバルブ６０の径方向に沿って延びている。第一流入口７４と第一流出口７７とは、周方向において異なる位置に形成されている。図５に示す流入管６４ａは第一流入口７４に接続され、第一流入口７４を経由して、中空空間９１と中空空間９２とのいずれかに液状の冷媒が流入する。図５に示す流出管６６ａは第一流出口７７に接続され、第一流出口７７を経由して、中空空間９１と中空空間９２のいずれかから液状の冷媒が流出する。第一流入口７４は、第一流出口７７よりも大きい断面積を有するように形成される。
【０１０４】
図６（ａ）に示すように弁体８１が配置されているとき、第一流入口７４は中空空間９２に連通し、第一流出口７７は第二弁体８３によって塞がれている。後述する通り、弁体８１が回転移動してその配置が変わると、第一流入口７４は第一弁体８２または第二弁体８３によって塞がれる場合もあり、第一流入口７４が中空空間９１に連通する場合もある。また第一流出口７７が第一弁体８２によって塞がれる場合もあり、第一流出口７７が中空空間９１または中空空間９２に連通する場合もある。第一流入口７４と第一流出口７７とは、中空空間９１，９２を含む第一空間に連通可能に形成されている。
【０１０５】
円筒部材７０には、加熱部７１ａが設置されている。加熱部７１ａは、弁体８１が回転する時計回り方向における、第一流入口７４と第一流出口７７との間の位置に設けられている。加熱部７１ａは、第一流入口７４からロータリバルブ６０の内部に流入し、中空空間９１または中空空間９２内に供給される冷媒液に熱を加え、ロータリバルブ６０内の第一空間内において液状の冷媒を気化し、膨張する。
【０１０６】
円柱部材７２には、円柱部材７２を貫通する連通孔９３が形成されている。連通孔９３は、軸方向において弁体８１が配置されている位置の、第一流入口７４に対し僅かに反時計回り方向の位置の外周面７２ｏと、第一流出口７７に対し僅かに時計回り方向の位置の外周面７２ｏと、を連通する。図６（ａ）に示す配置では、連通孔９３の一方の開口は中空空間９１に連通し、他方の開口は第一弁体８２により塞がれている。円柱部材７２にはまた、軸方向、すなわち円柱部材７２の延在方向に沿って延びる、連通孔７３が形成されている。
【０１０７】
図６（ｂ）に示す弁体８４は、径方向における円柱部材７２と円筒部材７０との間に、円柱部材７２および円筒部材７０と同心に配置されている。弁体８４は、円弧板状の形状を有する。弁体８４は、二つの円弧板状の部材、すなわち第一弁体８５と第二弁体８６とによって構成される。第一弁体８５は、内周面８５ｉと、外周面８５ｏと、一対の側端面８５ｓ１，８５ｓ２とを有する。第二弁体８６は、内周面８６ｉと、外周面８６ｏと、一対の側端面８６ｓ１，８６ｓ２とを有する。第一弁体８５と第二弁体８６とはそれぞれ、円柱部材７２の外周面７２ｏに沿って、周方向の一方に回転可能に設けられている。本実施の形態では、第一弁体８５と第二弁体８６とは、図中の時計回り方向に回転可能とされ、反時計回り方向には移動しないように設けられている。
【０１０８】
円柱部材７２の外周面７２ｏと、円筒部材７０の内周面７０ｉと、第一弁体８５の側端面８５ｓ２と、第二弁体８６の側端面８６ｓ１とは、中空空間９４を規定する。中空空間９４には液状の冷媒Ｒが供給され、中空空間９４内が冷媒Ｒにより充満されている。第一弁体８５の側端面８５ｓ１と第二弁体８６の側端面８６ｓ２とは、互いに面接触している。後述する弁体８４の移動により第一弁体８５の側端面８５ｓ１と第二弁体８６の側端面８６ｓ２とが離れると、円柱部材７２の外周面７２ｏと、円筒部材７０の内周面７０ｉと、第一弁体８５の側端面８５ｓ１と、第二弁体８６の側端面８６ｓ２とによって、中空空間９５が規定される。中空空間９４と中空空間９５とは、ロータリバルブ６０の軸方向における弁体８４の設置位置に形成される第二空間を構成する。
【０１０９】
円筒部材７０には、円筒部材７０を厚み方向に貫通する第二流入口７５と、円筒部材７０を厚み方向に貫通する第二流出口７８とが形成されている。第二流入口７５と第二流出口７８とは、ロータリバルブ６０の径方向に沿って延びている。第二流入口７５と第二流出口７８とは、周方向において異なる位置に形成されている。図５に示す流入管６４ｂは第二流入口７５に接続され、第二流入口７５を経由して、中空空間９４と中空空間９５とのいずれかに液状の冷媒が流入する。図５に示す流出管６６ｂは第二流出口７８に接続され、第二流出口７８を経由して、中空空間９４と中空空間９５のいずれかから液状の冷媒が流出する。第二流入口７５は、第二流出口７８よりも大きい断面積を有するように形成される。
【０１１０】
図６（ｂ）に示すように弁体８４が配置されているとき、第二流入口７５および第二流出口７８は、中空空間９４に連通する。後述する通り、弁体８４が回転移動してその配置が変わると、第二流入口７５は第一弁体８５または第二弁体８６によって塞がれる場合もあり、第二流入口７５が中空空間９５に連通する場合もある。また第二流出口７８が第一弁体８５または第二弁体８６によって塞がれる場合もあり、第二流出口７８が中空空間９５に連通する場合もある。第二流入口７５と第二流出口７８とは、中空空間９４，９５を含む第二空間に連通可能に形成されている。
【０１１１】
円筒部材７０には、加熱部７１ｂが設置されている。加熱部７１ｂは、弁体８４が回転する時計回り方向における、第二流入口７５と第二流出口７８との間の位置に設けられている。加熱部７１ｂは、第二流入口７５からロータリバルブ６０の内部に流入し、中空空間９４または中空空間９５内に供給される冷媒液に熱を加え、ロータリバルブ６０内の第二空間内において液状の冷媒を気化し、膨張する。
【０１１２】
円柱部材７２には、円柱部材７２を貫通する連通孔９６が形成されている。連通孔９６は、軸方向において弁体８４が配置されている位置の、第二流入口７５に対し僅かに反時計回り方向の位置の外周面７２ｏと、第二流出口７８に対し僅かに時計回り方向の位置の外周面７２ｏと、を連通する。図６（ｂ）に示す配置では、連通孔９６の一方の開口は第一弁体８５により塞がれ、他方の開口は第二弁体８６により塞がれている。円柱部材７２に形成された連通孔７３は、弁体８４の存在する位置にまで、軸方向に延びている。
【０１１３】
図６（ｃ）に示す弁体８７は、径方向における円柱部材７２と円筒部材７０との間に、円柱部材７２および円筒部材７０と同心に配置されている。弁体８７は、円弧板状の形状を有する。弁体８７は、二つの円弧板状の部材、すなわち第一弁体８８と第二弁体８９とによって構成される。第一弁体８８は、内周面８８ｉと、外周面８８ｏと、一対の側端面８８ｓ１，８８ｓ２とを有する。第二弁体８９は、内周面８９ｉと、外周面８９ｏと、一対の側端面８９ｓ１，８９ｓ２とを有する。第一弁体８８と第二弁体８９とはそれぞれ、円柱部材７２の外周面７２ｏに沿って、周方向の一方に回転可能に設けられている。本実施の形態では、第一弁体８８と第二弁体８９とは、図中の時計回り方向に回転可能とされ、反時計回り方向には移動しないように設けられている。
【０１１４】
円柱部材７２の外周面７２ｏと、円筒部材７０の内周面７０ｉと、第一弁体８８の側端面８８ｓ２と、第二弁体８９の側端面８９ｓ１とは、中空空間９７を規定する。第一弁体８８の側端面８８ｓ１と第二弁体８９の側端面８９ｓ２とは、互いに面接触している。後述する弁体８７の移動により第一弁体８８の側端面８８ｓ１と第二弁体８９の側端面８９ｓ２とが離れると、円柱部材７２の外周面７２ｏと、円筒部材７０の内周面７０ｉと、第一弁体８８の側端面８８ｓ１と、第二弁体８９の側端面８９ｓ２とによって、中空空間９８が規定される。中空空間９７と中空空間９８とは、ロータリバルブ６０の軸方向における弁体８７の設置位置に形成される第三空間を構成する。
【０１１５】
円筒部材７０には、円筒部材７０を厚み方向に貫通する第三流入口７６と、円筒部材７０を厚み方向に貫通する第三流出口７９とが形成されている。第三流入口７６と第三流出口７９とは、ロータリバルブ６０の径方向に沿って延びている。第三流入口７６と第三流出口７９とは、周方向において異なる位置に形成されている。図５に示す流入管６４ｃは第三流入口７６に接続され、第三流入口７６を経由して、中空空間９７と中空空間９８とのいずれかに液状の冷媒が流入する。図５に示す流出管６６ｃは第三流出口７９に接続され、第三流出口７９を経由して、中空空間９７と中空空間９８のいずれかから液状の冷媒が流出する。第三流入口７６は、第三流出口７９よりも大きい断面積を有するように形成される。
【０１１６】
図６（ｃ）に示すように弁体８７が配置されているとき、第三流入口７６は中空空間９７に連通し、第三流出口７９は第一弁体８８によって塞がれている。後述する通り、弁体８７が回転移動してその配置が変わると、第三流入口７６は第一弁体８８または第二弁体８９によって塞がれる場合もあり、第三流入口７６が中空空間９８に連通する場合もある。また第三流出口７９が第二弁体８９によって塞がれる場合もあり、第三流出口７９が中空空間９７または中空空間９８に連通する場合もある。第三流入口７６と第三流出口７９とは、中空空間９７，９８を含む第三空間に連通可能に形成されている。
【０１１７】
円筒部材７０には、加熱部７１ｃが設置されている。加熱部７１ｃは、弁体８７が回転する時計回り方向における、第三流入口７６と第三流出口７９との間の位置に設けられている。加熱部７１ｃは、第三流入口７６からロータリバルブ６０の内部に流入し、中空空間９７または中空空間９８内に供給される冷媒液に熱を加え、ロータリバルブ６０内の第三空間内において液状の冷媒を気化し、膨張する。
【０１１８】
円柱部材７２には、円柱部材７２を貫通する連通孔９９が形成されている。連通孔９９は、軸方向において弁体８７が配置されている位置の、第三流入口７６に対し僅かに反時計回り方向の位置の外周面７２ｏと、第三流出口７９に対し僅かに時計回り方向の位置の外周面７２ｏと、を連通する。図６（ｃ）に示す配置では、連通孔９９の一方の開口は中空空間９７に連通し、他方の開口は第二弁体８９により塞がれている。円柱部材７２に形成された連通孔７３は、弁体８７の存在する位置にまで、軸方向に延びている。
【０１１９】
弁体８１により規定される第一空間と、弁体８４により規定される第二空間と、弁体８７により規定される第三空間とは、軸方向において異なる位置に設けられている。円筒部材７０には、第一空間に連通可能な第一流入口７４および第一流出口７７と、第二空間に連通可能な第二流入口７５および第二流出口７８と、第三空間に連通可能な第三流入口７６および第三流出口７９と、を含む、複数対の流入口と流出口とが形成されている。
【０１２０】
弁体８１に含まれる第一弁体８２と、弁体８４に含まれる第一弁体８５と、弁体８７に含まれる第一弁体８８とは、一体として回転移動する。第一弁体８２，８５，８８が一体構造に形成されていてもよく、または第一弁体８２，８５，８８のそれぞれを一体的に連結する連結部材が設けられていてもよい。弁体８１に含まれる第二弁体８３と、弁体８４に含まれる第二弁体８６と、弁体８７に含まれる第二弁体８９とは、一体として回転移動する。第二弁体８３，８６，８９が一体構造に形成されていてもよく、または第二弁体８３，８６，８９のそれぞれを一体的に連結する連結部材が設けられていてもよい。
【０１２１】
加熱部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、たとえば電気式のヒータなどの、自ら発熱する熱源であってもよい。または加熱部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、外部から高温の熱媒体を導入されて、熱媒体から冷媒に熱を伝達してもよい。この高温の熱媒体として、たとえば、図４に示す冷却部３０でＥＶ機器３１から熱を受けて加熱された後の冷媒を使用することも可能であり、この場合ヒータが不要であるのでさらに省動力な構成にできる。
【０１２２】
［ロータリバルブ６０の動作］
以上の構成を備えるロータリバルブ６０の動作について、以下に説明する。図６（ａ）〜（ｃ）に示す状態では、第二空間を構成する中空空間９４に液体状の冷媒Ｒが充満している。この状態から、第二弁体８３，８６，８９が時計回り方向に回転移動することにより、ロータリバルブ６０を通過する冷媒Ｒの移送が行なわれる。
【０１２３】
図７は、ロータリバルブ６０の動作を示す第二の図である。図６に示す状態から、図７（ａ）に示す第一流入口７４を経由して第一弁体８２の側端面８２ｓ１と第二弁体８３の側端面８３ｓ２との間の中空空間９２に冷媒Ｒが流入する。図７（ａ）に示す白抜き矢印は、中空空間９２へ流入する冷媒Ｒの流れを示す。中空空間９２に冷媒Ｒが供給されることにより、第二弁体８３の側端面８３ｓ２に冷媒Ｒの圧力が作用する。冷媒Ｒの圧力を受けた第二弁体８３は、図７（ａ）中の矢印に示すように、時計回り方向に回転移動して、中空空間９２が拡大する。
【０１２４】
第二弁体８３，８６，８９は一体として移動するので、図７（ｂ）中の矢印に示すように、第二弁体８６も回転移動する。この第二弁体８６の移動によって、冷媒Ｒが充満していた中空空間９４が縮小する。そのため、中空空間９４に充満していた冷媒Ｒは、第二流出口７８を経由して、中空空間９４から流出する。図７（ｂ）に示す白抜き矢印は、中空空間９４から流出する冷媒Ｒの流れを示す。
【０１２５】
このとき、加熱部７１ｂから中空空間９４内の冷媒Ｒに熱が加えられ、加熱部７１ｂ近傍の一部の冷媒Ｒが気化する。気化し体積膨張した冷媒Ｒは、液状の冷媒Ｒに対し、第二流出口７８側へ向かう方向の圧力を作用する。これにより液状の冷媒Ｒが第二流出口７８へ向かって押し出されるように流れ、第二流出口７８を経由した中空空間９４からの冷媒Ｒの流出が促進される。
【０１２６】
第二弁体８３，８６，８９は一体として移動するので、図７（ｃ）中の矢印に示すように、第二弁体８９も回転移動する。第二弁体８９の移動によって、中空空間９７が縮小するとともに、第二弁体８９の側端面８９ｓ２が第一弁体８８の側端面８８ｓ１から離れて中空空間９８が形成される。このとき中空空間９７と中空空間９８とは、連通孔９９によって連通する。中空空間９７内に存在する空気、冷媒Ｒなどの流体は、連通孔９９を経由して中空空間９７から中空空間９８へ移動可能である。
【０１２７】
中空空間９７が密閉空間であると、中空空間９７内の流体が第二弁体８９（すなわち、第二弁体８３，８６，８９の一体構造）の動作を妨げる虞がある。連通孔９９により中空空間９７，９８を連通させて中空空間９７内の流体が移動できる逃げ場になる空間が設けられるので、第二弁体８３，８６，８９の動作が妨げられることを回避でき、円滑に第二弁体８３，８６，８９を回転させることができる。なお、連通孔９９が円柱部材７２に形成される構成に限られず、円筒部材７０に別の経路が形成されて中空空間９７，９８を連通する構成としてもよい。
【０１２８】
図８は、ロータリバルブ６０の動作を示す第三の図である。図９は、ロータリバルブ６０の動作を示す第四の図である。図７に示す状態から中空空間９２に冷媒Ｒが流入し続けることにより、第二弁体８３，８６，８９は時計回り方向に移動し、中空空間９４から冷媒Ｒがさらに流出する。加熱部７１ｂは起動したままでもよく、または、第二弁体８６の回転によって加熱部７１ｂが中空空間９４から離れ冷媒Ｒを直接加熱できなくなると、加熱部７１ｂは停止してもよい。
【０１２９】
弁体８１の第二弁体８３の移動によって、第一弁体８２と第二弁体８３との間の中空空間９１の容積が減少する。一方、弁体８４の第二弁体８６の移動によって、第一弁体８５と第二弁体８６との間に中空空間９５が形成され、中空空間９５の容積が増大する。このとき中空空間９１と中空空間９５とは、連通孔７３によって連通する。中空空間９１内に存在する空気、冷媒Ｒなどの流体は、連通孔７３を経由して中空空間９１から中空空間９５へ移動可能である。
【０１３０】
中空空間９１が密閉空間であると、中空空間９１内の流体が第二弁体８３（すなわち、第二弁体８３，８６，８９の一体構造）の動作を妨げる虞がある。連通孔７３により中空空間９１，９５を連通させて中空空間９１内の流体が移動できる逃げ場になる空間が設けられるので、第二弁体８３，８６，８９の動作が妨げられることを回避でき、円滑に第二弁体８３，８６，８９を回転させることができる。なお、連通孔７３が円柱部材７２に形成される構成に限られず、円筒部材７０に別の経路が形成されて中空空間９１，９５を連通する構成としてもよい。
【０１３１】
図１０は、ロータリバルブ６０の動作を示す第五の図である。図１０には、弁体８４の第一弁体８５の側端面８５ｓ２と第二弁体８６の側端面８６ｓ１とが面接触し、第二空間に含まれる中空空間９４から全ての冷媒Ｒが排出された状態が示される。一方、第一空間に含まれる中空空間９２に液体状の冷媒Ｒが充満している。この状態から、第一弁体８２，８５，８８が時計回り方向に回転移動することにより、ロータリバルブ６０を通過する冷媒Ｒの移送が行なわれる。
【０１３２】
図６〜図９を参照して説明したのと同様に、図１０に示す状態から、図１０（ｃ）に示す第三流入口７６を経由して弁体８７の第一弁体８８の側端面８８ｓ２と第二弁体８９の側端面８９ｓ１との間の中空空間９７に冷媒Ｒが流入する。冷媒Ｒの圧力を受けた第一弁体８８は時計回り方向に移動して中空空間９７が拡大する。このとき、弁体８１の第一弁体８２もまた、第一弁体８８と一体に回転移動する。この第一弁体８２の移動によって、中空空間９２が縮小するので、中空空間９２に充満していた冷媒Ｒは第一流出口７７を経由して中空空間９２から流出する。
【０１３３】
図１１は、ロータリバルブ６０の動作を示す第六の図である。図１１には、弁体８１の第一弁体８２の側端面８２ｓ１と第二弁体８３の側端面８３ｓ２とが面接触し、第一空間に含まれる中空空間９２から全ての冷媒Ｒが排出された状態が示される。一方、第三空間に含まれる中空空間９７に液体状の冷媒Ｒが充満している。この状態から、第二弁体８３，８６，８９が時計回り方向に回転移動することにより、ロータリバルブ６０を通過する冷媒Ｒの移送が行なわれる。
【０１３４】
図６〜図９を参照して説明したのと同様に、図１１に示す状態から、図１１（ｂ）に示す第二流入口７５を経由して弁体８４の第一弁体８５の側端面８５ｓ１と第二弁体８６の側端面８６ｓ２との間の中空空間９５に冷媒Ｒが流入する。冷媒Ｒの圧力を受けた第二弁体８６は時計回り方向に移動して中空空間９５が拡大する。このとき、弁体８７の第二弁体８９もまた、第二弁体８６と一体に回転移動する。この第二弁体８６の移動によって、中空空間９７の容積が減少するので、中空空間９７に充満していた冷媒Ｒは第三流出口７９を経由して中空空間９７から流出する。
【０１３５】
図１２は、ロータリバルブ６０の動作を示す第七の図である。図１２には、弁体８７の第一弁体８８の側端面８８ｓ２と第二弁体８９の側端面８９ｓ１とが面接触し、第三空間に含まれる中空空間９７から全ての冷媒Ｒが排出された状態が示される。一方、第二空間に含まれる中空空間９５に液体状の冷媒Ｒが充満している。この状態から、第一弁体８２，８５，８８が時計回り方向に回転移動することにより、図６〜図９を参照して説明したのと同様に、ロータリバルブ６０を通過する冷媒Ｒの移送が行なわれる。
【０１３６】
以上説明した通り、本実施の形態のロータリバルブ６０では、軸方向において異なる位置に、液体状の冷媒Ｒが流入可能な第一空間、第二空間および第三空間が設けられる。第一空間に流入する冷媒Ｒにより第一弁体８２，８５，８８と第二弁体８３，８６，８９とのいずれか一方が回転移動し、この移動によって第二空間から冷媒Ｒが排出される。同様に、第二空間に流入する冷媒Ｒにより第一弁体８２，８５，８８と第二弁体８３，８６，８９とのいずれか一方が回転移動し、この移動によって第三空間から冷媒Ｒが排出される。同様に、第三空間に流入する冷媒Ｒにより第一弁体８２，８５，８８と第二弁体８３，８６，８９とのいずれか一方が回転移動し、この移動によって第一空間から冷媒Ｒが排出される。
【０１３７】
このようにすれば、ロータリバルブ６０に流入する冷媒Ｒの圧力によって弁体８０を回転させ、この弁体８０の回転によってロータリバルブ６０内に存在していた冷媒Ｒを加圧してロータリバルブ６０から排出することができる。したがって、ロータリバルブ６０の弁体８０を駆動するための動力を必要とせず、無動力で弁体８０を移動させることができるので、省動力化したロータリバルブ６０を提供することができる。
【０１３８】
ロータリバルブ６０内の冷媒Ｒを加熱する加熱部７１ａ，７１ｂ，７１ｃを設けることにより、ロータリバルブ６０の内部において冷媒Ｒを一部気化させ、気化した冷媒Ｒにより液状の冷媒Ｒをロータリバルブ６０から押し出すことができる。よって、ロータリバルブ６０を経由する冷媒Ｒの流れを、より効率的に形成することができる。上述した通り、加熱部７１ａ，７１ｂ，７１ｃに高温の冷媒を導入してロータリバルブ６０内の中空空間に供給された冷媒Ｒを加熱する構成とすれば、無動力で冷媒Ｒを気化することができるので好ましい。冷却部３０で加熱された気相冷媒をロータリバルブ６０内の中空間に導入し、気相冷媒の圧力により液状の冷媒Ｒをロータリバルブ６０から押し出す構成としてもよい。
【０１３９】
ロータリバルブ６０を図４に示す環状の冷媒経路に設けることによって、熱交換器１４から冷却部３０へ液状の冷媒Ｒを移送することが可能になり、駆動力なしで冷媒を循環させることができる。したがって、冷媒が加熱される冷却部３０を熱交換器１４よりも上方に配置したトップヒート式の構成としても、冷媒の循環のために液体ポンプなどを必要としないので、冷却装置１を搭載する車両１０００の燃費を向上することができる。
【０１４０】
なお、これまでの実施の形態においては、ＥＶ機器３１を例として車両に搭載された電気機器を冷却する冷却装置１について説明した。電気機器としては、少なくとも作動によって熱を発生させる電気機器であれば、インバータ、モータジェネレータなどの例示された電気機器に限定されるものではなく、任意の電気機器であってもよい。冷却の対象となる電気機器が複数個ある場合においては、複数の電気機器は、冷却の目標となる温度範囲が共通していることが望ましい。冷却の目標となる温度範囲は、電気機器を作動させる温度環境として適切な温度範囲である。
【０１４１】
また、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。
【０１４２】
さらに、本発明のロータリバルブ６０は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に組み込まれ冷媒の流れを形成するための弁に限定されるものではない。たとえば家電その他の高圧力容器や高圧系の回路において、液体の流れを形成するとともに、液体の逆流を防止するために、ロータリバルブ６０を適用してもよい。
【０１４３】
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、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】
【０１４４】
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】
【０１４５】
１  冷却装置、１０  蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２  圧縮機、１４，１５，１８  熱交換器、１６  膨張弁、２１〜２７，３４，３４ａ，３４ｂ，３６，３６ａ，３６ｂ  冷媒通路、３０  冷却部、４０  気液分離器、５１  連通路、５２  切替弁、６０  ロータリバルブ、７０  円筒部材、７０ｉ，８２ｉ，８３ｉ，８５ｉ，８６ｉ，８８ｉ，８９ｉ  内周面、７０ｏ，７２ｏ，８２ｏ，８３ｏ，８５ｏ，８６ｏ，８８ｏ，８９ｏ  外周面、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ  加熱部、７２  円柱部材、７４  第一流入口、７５  第二流入口、７６  第三流入口、７７  第一流出口、７８  第二流出口、７９  第三流出口、８０，８１，８４，８７  弁体、８２，８５，８８  第一弁体、８２ｓ１，８２ｓ２，８３ｓ１，８３ｓ２，８５ｓ２，８５ｓ１，８６ｓ１，８６ｓ２，８８ｓ１，８８ｓ２，８９ｓ１，８９ｓ２  側端面、８３，８６，８９  第二弁体、９１，９２，９４，９５，９７，９８  中空空間、１０００  車両、Ｒ  冷媒。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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