(57)【要約】【課題】発熱源の冷却効率のばらつきを抑制できる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却器３２は、内部空間７４を規定する筐体７０と、内部空間７１に冷媒が流入する流入口７１と、内部空間７４から冷媒が流出する流出口７２と、内部空間７４に複数設けられたフィン７３とを有する。フィン７３は、内部空間７４を複数の並列流路８０に区画し、冷媒は複数の並列流路８０のいずれかを経由して流入口７１から流出口７２へ向かって内部空間７４内を流れる。複数の並列流路８０は、並列流路８０の入口８１が流入口７１に最も近い最近流路８４と、並列流路８０の入口８１が流入口７１から最も離れる最遠流路８８とを含む。流入口７１から最遠流路８８の入口８１までの経路７６の圧力損失は、最近流路８４の圧力損失よりも小さい。【選択図】図９
2014029232.tif 000002
【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、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器と、
前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却器と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記熱交換器を介して前記冷却器へ流す第一通路と、
前記圧縮機が停止したときに、動力を加えることなく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第二通路と、
前記第一通路の連通と前記第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を備え、
前記冷却器は、内部空間を規定する筐体と、前記内部空間に前記冷媒が流入する流入口と、前記内部空間から前記冷媒が流出する流出口と、前記内部空間に複数設けられたフィンとを有し、
前記フィンは、前記内部空間を複数の並列流路に区画し、前記冷媒は複数の前記並列流路のいずれかを経由して前記流入口から前記流出口へ向かって前記内部空間内を流れ、
複数の前記並列流路は、前記並列流路の入口が前記流入口に最も近い最近流路と、前記並列流路の入口が前記流入口から最も離れる最遠流路とを含み、
前記流入口から前記最遠流路の入口までの経路の圧力損失を、前記最近流路の圧力損失よりも小さくした、冷却装置。
【請求項２】
前記並列流路の入口は、前記並列流路の出口よりも下側に配置されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記並列流路の入口と出口との高度差は、前記冷媒の密度と重力加速度と前記高度差との積が前記流入口から前記最遠流路の入口までの経路の圧力損失よりも大きくなるように規定される、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記流入口と前記流出口とは、前記筐体の対角線上に配置される、請求項１から請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記流入口と前記流出口とは、前記筐体の同一辺上に配置される、請求項１から請求項３に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記流入口と前記流出口とは、前記流入口を流れる前記冷媒の流れの中心と前記流出口を流れる前記冷媒の流れの中心とが同一線上にあるように配置される、請求項１から請求項３に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記熱交換器において凝縮された液状の前記冷媒を貯留する蓄液器と、
前記蓄液器から前記冷却器に前記冷媒を移送するポンプとを備える、請求項１から請求項６のいずれかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。そこで、車両用空調装置として使用される蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、発熱体を冷却する技術が提案されている。
【０００３】
たとえば特開２００７−６９７３３号公報（特許文献１）には、膨張弁から圧縮機へ至る冷媒通路に、空調用の空気と熱交換する熱交換器と、発熱体と熱交換する熱交換器と、を並列に配置し、空調装置用の冷媒を利用して発熱体を冷却するシステムが開示されている。特開２００５−９０８６２号公報（特許文献２）には、空調用の冷凍サイクルの減圧器、蒸発器および圧縮機をバイパスするバイパス通路に、発熱体を冷却するための発熱体冷却手段を設けた、冷却システムが開示されている。
【０００４】
一方、発熱体を冷却する冷却器に関する技術が種々提案されている。たとえば特開平９−２３０８１号公報（特許文献３）には、沸騰冷却装置において、冷媒槽内を３つの冷媒室に区画する隔壁と、各冷媒室の沸騰領域を上下方向に分割する複数の冷媒流制御板とが設けられ、冷媒流制御板は上下方向に等間隔を開けて傾斜した状態に設けられている構成が開示されている。特開２００１−１６８２５６号公報（特許文献４）には、半導体パワーモジュールを冷却する構造において、沸騰型ラジエータにパワーモジュールを組み込んだ構成が開示されている。
【０００５】
特開平８−２５８５４８号公報（特許文献５）には、室外熱交換器において、熱交換器の下側から冷媒を流入し、上側から冷媒を排出する構成が開示されている。特開２００８−２５３０５７号公報（特許文献６）には、水冷式の素子冷却構造において、冷却器の下側から冷媒を流入し、上側から排出する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６９７３３号公報
【特許文献２】特開２００５−９０８６２号公報
【特許文献３】特開平９−２３０８１号公報
【特許文献４】特開２００１−１６８２５６号公報
【特許文献５】特開平８−２５８５４８号公報
【特許文献６】特開２００８−２５３０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用する冷却装置においては、気相および液相間の状態変化を伴う冷媒が利用されるため、冷媒がガス化し易い、冷媒の気相および液相間の比重差が大きい、冷媒サイクルの応答性が遅いといった特性がある。このような特性により、電気機器にヒートスポットや急激な熱負荷変動といった発熱状況が生じた場合には、冷媒が気泡化し、その気泡同士が干渉したり、局所的なドライアウトが生じたりする可能性がある。その結果、電気機器の冷却効率がばらつく懸念が生じる。
【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、発熱源の冷却効率のばらつ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】
【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、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器と、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却器と、圧縮機から吐出された冷媒を熱交換器を介して冷却器へ流す第一通路と、圧縮機が停止したときに、動力を加えることなく熱交換器と冷却器との間に冷媒を循環させる第二通路と、第一通路の連通と第二通路の連通とを切り替える切替弁と、を備える。冷却器は、内部空間を規定する筐体と、内部空間に冷媒が流入する流入口と、内部空間から冷媒が流出する流出口と、内部空間に複数設けられたフィンとを有する。フィンは、内部空間を複数の並列流路に区画し、冷媒は複数の並列流路のいずれかを経由して流入口から流出口へ向かって内部空間内を流れる。複数の並列流路は、並列流路の入口が流入口に最も近い最近流路と、並列流路の入口が流入口から最も離れる最遠流路とを含む。流入口から最遠流路の入口までの経路の圧力損失は、最近流路の圧力損失よりも小さい。
【００１０】
上記冷却装置において好ましくは、並列流路の入口は、並列流路の出口よりも下側に配置されている。
【００１１】
上記冷却装置において好ましくは、並列流路の入口と出口との高度差は、冷媒の密度と重力加速度と高度差との積が流入口から最遠流路の入口までの経路の圧力損失よりも大きくなるように規定される。
【００１２】
上記冷却装置において、流入口と流出口とは、筐体の対角線上に配置されてもよく、筐体の同一辺上に配置されてもよく、流入口を流れる冷媒の流れの中心と流出口を流れる冷媒の流れの中心とが同一線上にあるように配置されてもよい。
【００１３】
上記冷却装置において好ましくは、熱交換器において凝縮された液状の冷媒を貯留する蓄液器と、蓄液器から冷却器に冷媒を移送するポンプとを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の冷却装置によると、発熱源の冷却効率のばらつきを抑制でき、冷却性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図４】蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図５】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。
【図６】冷却装置の運転モード毎の圧縮機、流量調整弁および開閉弁の設定を示す図である。
【図７】ヒートパイプ運転モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図８】変形例の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図９】第一の例の冷却器の構成を示す模式図である。
【図１０】図９中に示すＸ−Ｘ線に沿う冷却器の断面模式図である。
【図１１】最近流路を経由する冷媒の経路の圧力損失を示すグラフである。
【図１２】最遠流路を経由する冷媒の経路の圧力損失を示すグラフである。
【図１３】第二の例の冷却器の構成を示す模式図である。
【図１４】第三の例の冷却器の構成を示す模式図である。
【図１５】第四の例の冷却器の構成を示す模式図である。
【図１６】第五の例の冷却器の構成を示す模式図である。
【図１７】図１６中に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う冷却器の断面模式図である。
【図１８】第六の例の冷却器の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［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。
【００１８】
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。
【００１９】
［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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【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、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。
【００２５】
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、ダクト９０内に配置され、ダクト９０内を流れる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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
熱交換器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流れる冷媒が流通する経路は、熱交換器１４の出口側から気液分離器４０へ至る冷媒通路２２と、気液分離器４０から冷媒蒸気を流出させ後述する流量調整弁２８を経由する冷媒通路２３と、熱交換器１５の入口側へ連結される冷媒通路２４と、熱交換器１５の出口側から冷媒を膨張弁１６へ流通させる冷媒通路２５と、を含む。冷媒通路２３は、気液分離器４０で分離された気相冷媒が流れるための通路である。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１４と膨張弁１６との間に設けられた熱交換器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。
【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、冷媒通路２２〜２４を含む。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。
【００３７】
冷却装置１は、冷媒通路２３と並列に配置された冷媒の経路を備え、冷却部３０は、当該冷媒の経路上に設けられている。冷却部３０は、熱交換器１４と膨張弁１６との間を気液分離器４０から熱交換器１５へ向けて流れる冷媒の経路において並列に接続された複数の通路のうちの、一方に設けられている。冷却部３０は、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。
【００３８】
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。冷媒通路２３に並列に接続された冷媒の経路は、冷却部３０よりも上流側（気液分離器４０に近接する側）の冷媒通路３４と、冷却部３０に含まれる冷却器３２と、冷却部３０よりも下流側（熱交換器１５に近接する側）の冷媒通路３６と、を含む。
【００３９】
冷媒通路３４は、冷却部３０よりも上流側の冷媒の経路であり、冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ冷媒が流入する。冷媒通路３４は、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よりも下流側の冷媒の経路であり、冷媒は、冷却部３０から流出して冷媒通路３６へ流れ込む。冷媒通路３６は、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。
【００４０】
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。冷媒はさらに、冷却部３０から冷媒通路３６を経由して流れ、冷媒通路２４を経由して熱交換器１５へ至る。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
流量調整弁２８の弁開度を大きくすれば、熱交換器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が大きくなり、冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ流れＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁２８の弁開度を小さくすれば、熱交換器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷却部３０へ流れＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００４９】
流量調整弁２８の弁開度を大きくするとＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなり、ＥＶ機器３１の冷却能力が低下する。流量調整弁２８の弁開度を小さくするとＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなり、ＥＶ機器３１の冷却能力が向上する。流量調整弁２８を使用して、ＥＶ機器３１に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、ＥＶ機器３１の過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。
【００５０】
熱交換器１８は、空調用空気が流通するダクト９０の内部に配置されている。ダクト９０は、ダクト９０に空調用空気が流入する入口であるダクト入口９１と、ダクト９０から空調用空気が流出する出口であるダクト出口９２と、を有する。ダクト９０の内部の、ダクト入口９１の近傍には、空調用ファン９３が配置されている。空調用ファン９３には、空調用ファン９３を回転駆動させるモータ９４が連結されている。
【００５１】
空調用ファン９３が駆動することにより、ダクト９０内に空気の流れが発生し、熱交換器１８に空気が供給される。空調用ファン９３が稼働すると、ダクト入口９１を経由してダクト９０の内部へ空調用空気が流入する。ダクト９０へ流入する空気は、外気であってもよく、車両の室内の空気であってもよい。図２中の矢印９５は、熱交換器１８を経由して流通し、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷媒と熱交換する空調用空気の流れを示す。冷房運転時には、熱交換器１８において空調用空気が冷却され、冷媒は空調用空気からの熱伝達を受けて加熱される。矢印９６は、熱交換器１８で温度調節され、ダクト出口９２を経由してダクト９０から流出する、空調用空気の流れを示す。
【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。図３は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷媒の状態を示すモリエル線図である。図３中の横軸は、冷媒の比エンタルピーを示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力を示す。比エンタルピーの単位はｋＪ／ｋｇであり、絶対圧力の単位はＭＰａである。図中の曲線は、冷媒の飽和蒸気線および飽和液線である。
【００５３】
図３中には、熱交換器１４の出口の冷媒通路２２から気液分離器４０を経由して冷媒通路３４へ流れ、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、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０中の各点における冷媒の熱力学状態が示される。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２１、冷媒通路２２、冷媒通路３４、冷媒通路３６および冷媒通路２４〜２７は、第一通路を形成する。
【００５４】
図３に示すように、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。
【００５５】
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気液混合状態の湿り蒸気になる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２６を経由して熱交換器１８へ流入する。熱交換器１８のチューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流入する。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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
熱交換器１８において被冷却部を冷却するために設けられた蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用して、ＥＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＥＶ機器３１の冷却のために、専用の水循環ポンプまたは冷却ファンなどの機器を設ける必要はない。そのため、ＥＶ機器３１の冷却装置１のために必要な構成を低減でき、装置構成を単純にできるので、冷却装置１の製造コストを低減することができる。加えて、ＥＶ機器３１の冷却のためにポンプや冷却ファンなどの動力源を運転する必要がなく、動力源を運転するための消費動力を必要としない。したがって、ＥＶ機器３１の冷却のための消費動力を低減することができ、低動力でＥＶ機器３１を冷却することができる。
【００６４】
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。
【００６５】
冷却装置１の設計段階で熱交換器１４，１５の仕様を決定する際には、ＥＶ機器３１の最大発熱量を設計値として用いる。ＥＶ機器３１が最大発熱量未満の熱量を発生する通常発熱時には、熱交換器１４，１５の能力に余裕ができる。そのため、最大発熱量のＥＶ機器３１を冷却しない状態になると、熱交換器１４，１５において、冷媒がより多くの空気と熱交換できるようになる。これは、熱交換器１４，１５が見かけ上大きくなり、熱交換器１４，１５の温度効率φｃが高くなったと考えることができる。
【００６６】
熱交換器１４，１５における空気側の放熱能力Ｑｃａは、熱交換器の温度効率φｃ、空気比熱Ｃａ、空気重量風量Ｇｅａ、および、冷媒温度Ｔｅｒから吸入空気温度Ｔｅａを減じた差（Ｔｅｒ−Ｔｅａ）に比例する。必要な放熱能力Ｑｃａは変わらず、また空気比熱Ｃａ、空気重量風量Ｇｅａおよび吸入空気温度Ｔｅａは外気温度および車速に従って決まるので、温度効率φｃが高くなった分、冷媒温度Ｔｅｒが低くなることになる。モリエル線図を参照すると、冷媒が気液二相状態のとき冷媒の温度と圧力とは線形の関係にあり、冷媒の圧力変化に従って冷媒の温度が変化する。つまり、熱交換器１４，１５での冷媒温度Ｔｅｒが低くなるとは、熱交換器１４，１５を流れる冷媒の圧力が低くなることを意味する。
【００６７】
熱交換器１４，１５での冷媒の圧力が下がり、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の高圧が降下する結果、圧縮機１２の出口での冷媒の圧力が相対的に低くてもよいことになる。そのため、圧縮機１２で冷媒を断熱圧縮するための動力を低減することができ、さらなる省動力化を達成することができる。したがって、車両の燃費を向上することができる。特に電気自動車においては、省動力化により、直接電費を向上することができる。
【００６８】
熱交換器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かう冷媒の経路の一部を形成する冷媒通路２３は、熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられている。気液分離器４０から膨張弁１６へ向かう冷媒が流通する経路として、冷却部３０を通過しない経路である冷媒通路２３と、冷却部３０を経由してＥＶ機器３１を冷却する冷媒の経路である冷媒通路３４，３６および冷却器３２と、が並列に設けられる。冷媒通路３４，３６を含むＥＶ機器３１の冷却系は、冷媒通路２３に対し並列に接続されている。そのため、熱交換器１４から流出した冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。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。
【００６９】
熱交換器１４から冷却部３０を経由せず直接熱交換器１５へ流れる冷媒の経路と、熱交換器１４から冷却部３０を経由して熱交換器１５へ流れる冷媒の経路と、を並列に設け、一部の冷媒のみを冷媒通路３４，３６へ流通させることで、ＥＶ機器３１の冷却系に冷媒が流れる際の圧力損失を低減することができる。全ての冷媒が冷却部３０に流れないので、冷却部３０を経由する冷媒の流通に係る圧力損失を低減することができ、それに伴い、冷媒を循環させるための圧縮機１２の運転に必要な消費電力を低減することができる。
【００７０】
膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＥＶ機器３１の冷却に使用すると、熱交換器１８における車室内の空気の冷却能力が減少して、車室用の冷房能力が低下する。これに対し、本実施の形態の冷却装置１では、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０において、圧縮機１２から吐出された高圧の冷媒は、第一の凝縮器としての熱交換器１４と、第二の凝縮器としての熱交換器１５と、の両方によって凝縮される。圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の熱交換器１４，１５を配置し、ＥＶ機器３１を冷却する冷却部３０は、熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられている。熱交換器１５は、冷却部３０から膨張弁１６に向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。
【００７１】
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。
【００７２】
熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒は、ＥＶ機器３１を冷却するときに、ＥＶ機器３１から熱を受け取り加熱される。冷却部３０において冷媒が飽和蒸気温度以上に加熱され冷媒の全量が気化すると、冷媒とＥＶ機器３１との熱交換量が減少してＥＶ機器３１を効率よく冷却できなくなり、また冷媒が配管内を流れる際の圧力損失が増大する。そのため、ＥＶ機器３１を冷却した後に冷媒の全量が気化しない程度に、熱交換器１４において十分に冷媒を冷却するのが望ましい。
【００７３】
具体的には、熱交換器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には熱交換器１４の出口において冷媒が飽和液線上にある状態にする。このように冷媒を十分に冷却できる能力を熱交換器１４が有する結果、熱交換器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、熱交換器１５の放熱能力よりも高くなる。放熱能力が相対的に大きい熱交換器１４において冷媒を十分に冷却することにより、ＥＶ機器３１から熱を受け取った冷媒を湿り蒸気の状態に留めることができ、冷媒とＥＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＥＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＥＶ機器３１を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、熱交換器１５において効率よく再度冷却され、飽和温度を下回る過冷却液の状態にまで冷却される。したがって、車室用の冷房能力とＥＶ機器３１の冷却能力との両方を確保した、冷却装置１を提供することができる。
【００７４】
熱交換器１４の出口において気液二相状態にある冷媒は、気液分離器４０内において、気相と液相とに分離される。気液分離器４０で分離された気相冷媒は、冷媒通路２３，２４を経由して流れ直接熱交換器１５に供給される。気液分離器４０で分離された液相冷媒は、冷媒通路３４を経由して流れ、冷却部３０に供給されてＥＶ機器３１を冷却する。この液相冷媒は、過不足の全くない真に飽和液状態の冷媒である。気液分離器４０から液相の冷媒のみを取り出し冷却部３０へ流すことにより、熱交換器１４の能力を最大限に活用してＥＶ機器３１を冷却することができるので、ＥＶ機器３１の冷却能力を向上させた冷却装置１を提供することができる。
【００７５】
気液分離器４０の出口で飽和液の状態にある冷媒をＥＶ機器３１を冷却する冷却器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。
【００７６】
［ヒートパイプ運転モード］
図２に戻って、冷却装置１はさらに、連通路５１を備える。連通路５１は、圧縮機１２と熱交換器１４との間を冷媒が流通する冷媒通路２１と、冷却部３０に冷媒を流通させる冷媒通路３４，３６のうち冷却部３０に対し下流側の冷媒通路３６と、を連通する。冷媒通路３６は、連通路５１との分岐よりも上流側の冷媒通路３６ａと、連通路５１との分岐よりも下流側の冷媒通路３６ｂと、に二分割される。
【００７７】
冷媒通路３６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。
【００７８】
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。
【００７９】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷房運転中には、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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
図４は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図５は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図６は、冷却装置１の運転モード毎の圧縮機１２、流量調整弁２８および切替弁５２の設定を示す図である。図６中に示す運転モードのうち「エアコン運転モード」とは、図４に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を運転させる場合、すなわち圧縮機１２を運転させて蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させる場合を示す。一方「ヒートパイプ運転モード」とは、図５に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を停止させる場合、すなわち、圧縮機１２を停止させ、冷却部３０と熱交換器１４とを結ぶ環状の経路を経由させて冷媒を循環させる場合を示す。
【００８８】
図４および図６に示すように、圧縮機１２を駆動させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が運転している「エアコン運転モード」のときには、流量調整弁２８は、冷却部３０に十分な冷媒が流れるように、弁開度を調整される。切替弁５２は、冷媒を冷却部３０から熱交換器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作される。すなわち、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。
【００８９】
図５および図６に示すように、圧縮機１２を停止させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止している「ヒートパイプ運転モード」のときには、冷媒を冷却部３０から熱交換器１４へ循環させるように切替弁５２を操作する。すなわち、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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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、エアコン運転モードからヒートパイプ運転モードへ切り替えられる。つまり、圧縮機１２が停止されるとともに、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る。このようにして、圧縮機１２を経由せずに冷却部３０に冷媒を供給できるようになる。
【００９３】
切替弁５２の開閉が切り替えられることにより、第一通路の連通と第二通路の連通とが切り替えられる。これにより、第一通路が連通し第二通路が遮断された状態のエアコン運転モードから、第一通路が遮断され第二通路が連通した状態のヒートパイプ運転モードへの、ＥＶ機器３１を冷却するための冷却装置１の運転モードの切替が行なわれる。このようにして、圧縮機１２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。
【００９４】
図４および図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３０は、熱交換器１４および気液分離器４０よりも下方に配置されている。熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させる環状の経路において、冷却部３０が下方に配置され、熱交換器１４が上方に配置される。熱交換器１４および気液分離器４０は、冷却部３０よりも高い位置に配置される。
【００９５】
この場合、冷却部３０で加熱され気化した冷媒蒸気は、環状の経路内を上昇して熱交換器１４へ到達し、熱交換器１４において冷却され凝縮された液冷媒が気液分離器４０内に溜められる。さらに液冷媒は、気液分離器４０から冷却部３０までの液冷媒の位置ヘッドを駆動力として、重力の作用により気液分離器４０から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、気液分離器４０と、熱交換器１４と、これらを連結する冷媒の経路（すなわち第二通路）とによって、サーモサイフォン式のヒートパイプが形成される。ヒートパイプを形成することでＥＶ機器３１から熱交換器１４への熱伝達効率を向上することができるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているときにも、動力を加えることなく、ＥＶ機器３１をより効率よく冷却することができる。
【００９６】
図７は、ヒートパイプ運転モードにおける冷媒の状態を示すモリエル線図である。図７中の横軸は、冷媒の比エンタルピーを示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力を示す。比エンタルピーの単位はｋＪ／ｋｇであり、絶対圧力の単位はＭＰａである。図中の曲線は、冷媒の飽和蒸気線および飽和液線である。図７中には、熱交換器１４、気液分離器４０および冷却部３０を接続する冷媒の経路によって形成される閉ループ内を循環する冷媒の熱力学状態が示される。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
［冷却装置１の変形例］
図８は、変形例の冷却装置１の構成を示す模式図である。上述した通り、ヒートパイプ運転モードにおいては、気液分離器４０から冷却部３０までの液冷媒の位置ヘッドを駆動力として、閉ループ状の経路内に冷媒を循環させる。車両内での機器の配置上、冷却部３０と気液分離器４０との高低差を十分確保できず、その結果ヒートパイプ運転モードにおける冷媒の駆動力が不十分となる場合には、図８に示すように、気液分離器４０から冷却部３０に冷媒を移送するポンプ４１を設け、ポンプ４１によって駆動力を補助させてもよい。
【０１０１】
ポンプ４１を設けることにより、ヒートパイプ運転モードにおいて確実に冷却部３０に冷媒を連続的に供給することが可能になるので、冷却器３２によるＥＶ機器３１の冷却能力を確保することができる。ポンプ４１は、図８に示すように気液分離器４０内に配置してもよく、または気液分離器４０と冷却部３０とを接続する冷媒通路３４に配置してもよい。
【０１０２】
［冷却器３２の詳細構造］
以下、本実施の形態における冷却部３０に含まれる冷却器３２の構造について詳細に説明する。図９は、本発明の実施の形態における冷却装置１における、第一の例の冷却器３２の構成を示す模式図である。図１０は、図９中のＸ−Ｘ線に沿う冷却器３２の断面模式図である。
【０１０３】
図９および図１０に示すように、冷却器３２は、筐体７０と、流入口７１と、流出口７２とを有する。筐体７０は中空に形成されており、その内部に内部空間７４を規定する。流入口７１は、内部空間７４に冷媒が流入する入口となり、流出口７２は、内部空間７４から冷媒が流出する出口となる。冷媒通路３４は流入口７１に連結され、冷媒通路３６は流出口７２に連結される。冷却器３２の筐体７０は、矩形板状の外形を有する。流入口７１と流出口７２とは、筐体７０の形成する矩形の対角線上に配置されている。つまり、流入口７１は矩形の一の頂点の位置に設けられ、流出口７２は当該一の頂点と隣り合わない他の頂点の位置に設けられる。
【０１０４】
この構成により、冷却部３０内を流れる冷媒の流れが規定される。すなわち、冷却部３０へ供給される冷媒は、冷媒通路３４から流入口７１を経由して冷却器３２の筐体７０内部の内部空間７４へ流入する。冷媒は、内部空間７４内を流出口７２へ向かって流れる間に、ＥＶ機器３１と熱交換する。冷媒はさらに、流出口７２を経由して内部空間７４から流出し、冷媒通路３６へ流れる。
【０１０５】
内部空間７４内には、複数のフィン７３が設けられている。フィン７３は、内部空間７４を流れる冷媒と冷却器３２との接触面積を増大して、冷却器３２を介したＥＶ機器３１と冷媒との間の熱交換を容易にする。すなわち、ＥＶ機器３１から冷却器３２へ伝達された熱は、フィン７３を介することによって冷媒に伝達され易くなるので、熱伝達効率がより向上する。
【０１０６】
フィン７３はまた、内部空間７４内を流入口７１から流出口７２へ流れる冷媒を整流する機能を有する。図９および図１０を参照して、複数のフィン７３は、筐体７０の外形により形成される矩形の短辺方向に沿って、互いに平行に並べられて配置されている。これにより、フィン７３は、内部空間７４を複数の並列流路８０に区画する。各々の並列流路８０は、隣接するフィン７３の間に形成される。冷媒は、複数の並列流路８０のいずれかを経由して、流入口７１から流出口７２へ向かって内部空間７４内を流れる。
【０１０７】
各々の並列流路８０は、並列流路８０に冷媒が流入する入口８１と並列流路８０から冷媒が流出する出口８２と、をそれぞれ有する。フィン７３間の間隔はそれぞれ等しく設定され、各々の並列流路８０は、並列流路８０内を流れる冷媒の流れ方向に直交する断面積を、相等しくする。これにより、各々の並列流路８０の圧力損失のばらつきが低減されている。
【０１０８】
流入口７１から内部空間７４に流入する冷媒は、フィン７３の形成されていない経路７６を経由して、それぞれの並列流路８０の入口８１に到達する。並列流路８０の入口８１は、経路７６に対し開口しており、冷媒は経路７６からそれぞれの並列流路８０に流入する。経路７６は、経路７６内を流れる冷媒の流れ方向に直交する断面積が、上述した並列流路８０の断面積よりも大きいように、形成される。
【０１０９】
それぞれの並列流路８０の出口８２から流出する冷媒は、フィン７３の形成されていない経路７８を経由して、流出口７２に到達する。並列流路８０の出口８２は、経路７８に対し開口しており、冷媒はそれぞれの並列流路８０から経路７８に流入する。経路７８は、経路７８内を流れる冷媒の流れ方向に直交する断面積が、上述した並列流路８０の断面積よりも大きいように、形成される。
【０１１０】
複数の並列流路８０のうち、並列流路８０の入口８１が流入口７１に最も近い並列流路８０を、特に最近流路８４と称する。複数の並列流路８０のうち、並列流路８０の入口８１が流入口７１から最も離れる並列流路８０を、特に最遠流路８８と称する。複数の並列流路８０は、最近流路８４と、最遠流路８８とを含む。フィン７３は、内部空間７４において、流入口７１から最遠流路８８の入口８１までの圧力損失が、最近流路８４の圧力損失よりも小さくなるように、配置されている。つまり、流入口７１における冷媒の圧力と最遠流路８８の入口８１における冷媒の圧力との圧力差は、最近流路８４の入口８１および出口８２における冷媒の圧力差と比較して、より小さくなっている。
【０１１１】
図１１は、流入口７１から流出口７２までの、最近流路８４を経由する冷媒の経路の圧力損失を示すグラフである。図１２は、流入口７１から流出口７２までの、最遠流路８８を経由する冷媒の経路の圧力損失を示すグラフである。図１１，１２に示すグラフの横軸は、流入口７１、並列流路８０の入口８１、並列流路８０の出口８２、および流出口７２の各位置を示す。縦軸は、流入口７１を基準とする、経路の圧力損失ΔＰを示す。
【０１１２】
上述した通り、並列流路８０の入口８１に連通する経路７６および並列流路８０の出口８２に連通する経路７８は、並列流路８０の断面積よりも大きい断面積を有する。そのため、図１１および図１２に示すように、流入口７１から入口８１までの圧力損失の増加の程度は比較的小さく、入口８１から出口８２までの圧力損失の増加の程度は大きく、出口８２から流出口７２までの圧力損失の増加の程度は小さくなっている。
【０１１３】
図１１に示す圧力損失ΔＰ１は、最近流路８４の入口８１および出口８２の圧力差を示す。つまり圧力損失ΔＰ１は、最近流路８４の圧力損失を示す。圧力損失ΔＰ１は、最近流路８４の入口８１における急縮小による圧力損失と、入口８１から出口８２に至る経路の圧力損失と、出口８２における急拡大による圧力損失と、の合計値を示す。図１２に示す圧力損失ΔＰ２は、流入口７１から最遠流路８８の入口８１に至る経路の圧力損失を示す。図１１，１２に示すように、流入口７１から最遠流路８８の入口８１までの圧力損失ΔＰ２は、最近流路８４の圧力損失ΔＰ１よりも、小さくなっている。
【０１１４】
このように冷却器３２内の冷媒の経路の圧力損失を規定することによって、流入口７１から経路７６へ流入する冷媒は、並列流路８０を通過することなく、経路７６の最奥部に位置する最遠流路８８の入口８１にまで到達できる。複数の並列流路８０のうち、流入口７１から入口８１までの圧力損失が最小となるのは最近流路８４であり、流入口７１から入口８１までの圧力損失が最大となるのは最遠流路８８である。流入口７１から内部空間７４に同時に流入した冷媒のうちの一部の冷媒が最近流路８４の出口８２に到達する前に、他の冷媒が最遠流路８８の入口８１に到達する。
【０１１５】
経路７６は、各々の並列流路８０に対するヘッダの機能を有する。最近流路８４および最遠流路８８を含む各々の並列流路８０は、経路７６から分岐する枝管として機能する。そのため、流入口７１から経路７６に流れ込んだ冷媒は、経路７６の最奥部にまで行き渡り、各々の並列流路８０を流れる冷媒流量の均一性を向上でき、各並列流路８０への冷媒の流れを容易に均一化することができる。
【０１１６】
冷却器３２の全体に亘って新たな冷媒を供給することで、冷却器３２の全体で発熱源を均一に冷却できる。冷却器３２の一部で局所的な冷媒流量の不足が発生し冷却能力不足となることを回避でき、発熱源の冷却効率のばらつきを抑制することができる。したがって、発熱源から冷媒への熱伝達を効率的に行なうことができるので、冷却器３２による発熱源の冷却能力を向上することができる。
【０１１７】
上述したエアコン運転モードでＥＶ機器３１を冷却する場合は、強制対流熱伝達を有効に利用した冷却である。これに対し、ヒートパイプ運転モードでＥＶ機器３１を冷却する場合は、潜熱を有効に利用した、すなわち沸騰熱伝達を利用した冷却となる。そのため、ヒートパイプ運転モードでは、エアコン運転モードと比較して、冷却器３２を通過する冷媒の流量が半分以下に減少する。このように冷媒の流量が大きく増減する場合でも、本実施の形態の冷却器３２の構成にすることにより、経路７６の入口側から奥側まで冷媒を行き渡らせ、冷却器３２の全体に冷媒を供給できるので、各並列流路８０に冷媒を均一に流すことができる。少ない冷媒量でＥＶ機器３１を確実に冷却できるので、冷却器３２を小型化することができる。
【０１１８】
図９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、流入口７１が相対的に下方に配置され、流出口７２が相対的に上方に配置されている。経路７６，７８は、水平方向に沿って延びている。並列流路８０の入口８１は、並列流路８０の出口８２よりも下側に配置されている。そのため、並列流路８０内を流れる冷媒は、地面６０に対して上向きに流れることになる。並列流路８０の入口８１と出口８２との高度差をＨ（単位：ｍ）とすると、入口８１から出口８２まで並列流路８０内を上昇するための冷媒の圧力は、ρｇＨ（単位：Ｐａ）である。ここでρは冷媒の密度（単位：ｋｇ／ｍ３）、ｇは重力加速度（単位：ｍ／ｓ２）である。
【０１１９】
並列流路８０の入口８１および出口８２の、高さ方向における配置を上記の通り規定することにより、入口８１から並列流路８０内に流入した冷媒が出口８２にまで到達するためには、上述した圧力損失ΔＰ２に加えて、ρｇＨの圧力が必要になる。つまり、ΔＰ２と、ΔＰ１およびρｇＨの和とを比較して、ΔＰ２の方が小さければ、経路７６から全ての並列流路８０に均等に冷媒が流れることになる。ρｇＨが加えられる分、（ΔＰ１＋ρｇＨ）とΔＰ２との差をより大きくすることができるので、各並列流路８０への冷媒の流れをさらに均一化でき、冷却器３２の冷却能力をより向上することができる。たとえば、並列流路８０の圧力損失がρｇＨよりも小さくなるように、入口８１と出口８２との高度差Ｈおよび隣接するフィン７３間の間隔を設定してもよい。
【０１２０】
さらに望ましくは、流入口７１から最遠流路８８の入口８１までの圧力損失（上述した圧力損失ΔＰ２）が、並列流路８０の入口８１から出口８２まで流れるための冷媒の圧力よりも小さくなるように、高度差Ｈは設定される。つまり、ρｇＨ＞ΔＰ２を満たす高度差Ｈを規定できるように、冷却器３２は配置される。このようにすれば、フィン７３の配置により各並列流路８０の断面積がどのように規定されても、ΔＰ１とρｇＨとの和は常にΔＰ２よりも大きくなる。したがって、冷媒を経路７６の最奥部にまで確実に行き渡らせ、各並列流路８０への冷媒の流れを確実に均一化できるので、冷却器３２の冷却能力をさらに向上することができる。
【０１２１】
［冷却器３２の変形例］
図９に示す冷却器３２では、矩形状の筐体７０の対角線上に流入口７１と流出口７２とが配置されたが、この構成に限られるものではない。図１３は、第二の例の冷却器３２の構成を示す模式図である。たとえば図１３に示すように、流入口７１と流出口７２とは、筐体７０の同一辺上に配置されてもよい。たとえば、矩形状の筐体７０の短辺側の隣り合う頂点に、流入口７１が流出口７２よりも下側になるように、流入口７１と流出口７２とを配置してもよい。
【０１２２】
流入口７１および流出口７２における冷媒の流れ方向は、地面６０に対し平行な水平方向に限られるものではない。図１４は、第三の例の冷却器３２の構成を示す模式図である。たとえば図１４に示すように、流入口７１および流出口７２における冷媒の流れ方向が上向きの方向であってもよい。流入口７１と流出口７２とは、流入口７１を流れる冷媒の流れの中心と流出口７２を流れる冷媒の流れの中心とが同一線上にあるように、配置されてもよい。
【０１２３】
上述した圧力損失ΔＰ１と圧力損失ΔＰ２との大小関係を確実に規定できるのであれば、筐体７０に対する流入口７１と流出口７２との配置、および、流入口７１と流出口７２とを経由する冷媒の流れ方向は、任意に定められてもよい。但し、流出口７２に対し流入口７１が上側に設けられると、流入口７１から内部空間７４に流入する冷媒のうち一部は、重力の作用によって最近流路８４を経由して流れ、その結果、各並列流路８０を流れる冷媒が不均一になり、内部空間７４内に局所的にドライアウトが発生し冷却能力が低下することになる。そのため、流入口７１が流出口７２に対して同等の高さまたはより下側に配置されるのが望ましい。冷却装置１が車両１０００に搭載される場合、路面の勾配に依らず車両１０００の走行中にも常に流入口７１と流出口７２との高さ方向の位置関係を維持できるように、冷却器３２を設計するのが望ましい。
【０１２４】
筐体７０は、地面６０に対して垂直な鉛直方向に延在する構成に限られるものではない。図１５は、第四の例の冷却器３２の構成を示す模式図である。たとえば図１５に示すように、水平方向に対して鋭角の角度θを形成する方向に沿って延在するように、筐体７０が配置されてもよい。
【０１２５】
図１６は、第五の例の冷却器３２の構成を示す模式図である。図１７は、図１６中に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う冷却器３２の断面模式図である。図１６および図１７に示すように、筐体７０は地面６０に対し平行な水平方向に沿って延在するように配置されてもよい。この場合、図１６に明確に示すように、筐体７０の下方から冷媒が上昇して内部空間７４に流入するように流入口７１が設けられ、筐体７０の上方から冷媒がさらに上昇して内部空間７４から流出するように流出口７２が設けられてもよい。
【０１２６】
筐体７０の外形は、矩形板形状に限られるものではない。図１８は、第六の例の冷却器３２の構成を示す模式図である。筐体７０はたとえば、図１８に示す台形状の外形を有してもよく、その他の任意の形状を有してもよい。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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】
【０１３０】
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】
【０１３１】
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、２１〜２７，３４，３６，３６ａ，３６ｂ  冷媒通路、２８  流量調整弁、３０  冷却部、３１  ＥＶ機器、３２  冷却器、４０  気液分離器、４１  ポンプ、５１  連通路、５２  切替弁、５４，５８  逆止弁、６０  地面、７０  筐体、７１  流入口、７２  流出口、７３  フィン、７４  内部空間、７６，７８  経路、８０  並列流路、８１  入口、８２  出口、８４  最近流路、８８  最遠流路、１０００  車両。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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