(57)【要約】【課題】発熱源の冷却能力が不足した場合に所定の冷却能力を回復できる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１は、冷媒を循環させる圧縮機１２と、冷媒を凝縮する第１凝縮部１４ａおよび第２凝縮部１５ａとを備える。第１凝縮部１４ａと第２凝縮部１５ａとの間に並列に接続された冷媒の経路のうちの一方には発熱源を冷却する冷却部３０が設けられ、他方には冷媒の流量を調整する流量調整弁３８が設けられている。冷却装置１はまた、圧縮機１２から第１凝縮部１４ａを介して冷却部３０へ冷媒を流す第一通路の連通と第２凝縮部１５ａと冷却部３０との間に冷媒を循環させる第二通路の連通とを切り替える四方弁５０を備える。冷却装置１は、発熱源の冷却能力が不足している場合に、第一通路を遮断し第二通路を連通するように四方弁５０の開閉を設定するとともに、流量調整弁３８を開状態にし、圧縮機１２を起動する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源を冷却する冷却装置であって、
冷媒を循環させるための圧縮機と、
前記冷媒と外気との間で熱交換し前記冷媒を凝縮する、直列に接続された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し前記冷媒を蒸発する第三熱交換器と、
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二つの前記冷媒の経路のうちの一方に設けられ、前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
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二つの前記冷媒の経路のうちの他方に設けられ、前記冷媒の流量を調整する流量調整弁と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記第一熱交換器を介して前記冷却部へ流す第一通路と、
前記圧縮機が停止したときに、前記第二熱交換器と前記冷却部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、
前記圧縮機の起動および停止を制御する圧縮機制御部と、
前記流量調整弁の開度を設定するとともに前記切替弁の開閉を設定するバルブ制御部と、
前記冷却部を流れる前記冷媒による前記発熱源の冷却能力を検出する冷却能力検出部と、
前記冷却能力検出部によって検出される前記冷却能力が不足していることを判定する判定部とを備え、
前記判定部により前記冷却能力が不足していると判定された場合に、前記バルブ制御部は、前記第一通路を遮断し前記第二通路を連通するように前記切替弁の開閉を設定するとともに前記流量調整弁を開状態にし、前記圧縮機制御部は前記圧縮機を起動する、冷却装置。
【請求項２】
前記切替弁は、前記第一熱交換器から前記冷却部へ向かう前記冷媒の流れと、前記第一熱交換器から前記減圧器へ向かう前記冷媒の流れと、を切り替える四方弁である、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記四方弁は、前記第一熱交換器の出口側、前記冷却部の入口側、前記第二熱交換器の出口側、および前記減圧器の入口側に接続される、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記四方弁は、前記第一熱交換器の出口側と前記冷却部の入口側とを連通するとともに前記第二熱交換器の出口側と前記減圧器の入口側とを連通することにより前記第一通路を連通し、前記第一熱交換器の出口側と前記減圧器の入口側とを連通するとともに前記第二熱交換器の出口側と前記冷却部の入口側とを連通することにより前記第二通路を連通する、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却部は、前記第二熱交換器よりも下方に配置されている、請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第二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備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項７】
前記蓄液器に貯留された液状の前記冷媒を移送するポンプを備える、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記第一熱交換器によって凝縮された前記冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器を備える、請求項６または請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記減圧器は膨張弁であり、
前記バルブ制御部は、前記膨張弁の開度を設定し、
前記判定部により前記冷却能力が不足していると判定された場合に、前記バルブ制御部は、前記膨張弁の開度を減少する、請求項１から請求項８のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記第二熱交換器に前記外気を供給するためのファンと、
前記ファンを駆動するための回転駆動力を発生するモータと、
前記モータを制御するモータ制御部とをさらに備え、
前記判定部により前記冷却能力が不足していると判定された場合に、前記モータ制御部は、前記モータの回転数を増加する、請求項１から請求項９のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項１１】
発熱源を冷却する冷却装置であって、
冷媒を循環させるための圧縮機と、
前記冷媒と外気との間で熱交換し前記冷媒を凝縮する、直列に接続された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し前記冷媒を蒸発する第三熱交換器と、
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二つの前記冷媒の経路のうちの一方に設けられ、前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記第一熱交換器から前記冷却部へ向かう前記冷媒の流れと、前記第一熱交換器から前記減圧器へ向かう前記冷媒の流れと、を切り替える四方弁と、を備え、
前記四方弁は、
一対の端部と、前記端部を連結し直線状に延在する中空の筒部とを有する、ハウジングと、
前記筒部に設けられ、前記第一熱交換器の出口側に接続される第１連結管と、
前記筒部に設けられ、前記減圧器の入口側に接続される第２連結管と、
前記筒部に設けられ、前記冷却部の入口側に接続される第３連結管と、
前記筒部に設けられ、前記第二熱交換器の出口側に接続される第４連結管と、
前記筒部の延在方向に沿って前記ハウジング内を往復移動し、前記四方弁の開閉設定を切り替えるスプールとを有し、
前記第２連結管と、前記第４連結管と、前記第３連結管とは、前記筒部の延在する方向に沿って、この順に並べられており、
前記スプールは、前記第２連結管と前記第４連結管とを連通させるとき、前記第３連結管の一部を塞ぐ、冷却装置。
【請求項１２】
前記四方弁は、前記スプールを前記端部から離れる側へ付勢する付勢部材を有する、請求項１１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。たとえば特開２０００−７３７６３号公報（特許文献１）には、ハイブリッド車用冷却装置が開示されている。
【０００３】
上記文献に記載の冷却装置では、ラジエータを新たに設ける必要があるので、車両搭載性が低いという問題を有している。そこで、車両用空調装置として使用される蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、発熱体を冷却する技術が提案されている（たとえば、特開２００７−６９７３３号公報（特許文献２）、特開２０１２−１９２８１５号公報（特許文献３）、特開２００５−８２０６６号公報（特許文献４）、特開２００５−９０８６２号公報（特許文献５）参照）。
【０００４】
一方、スプール式の四方弁に関する技術が特開昭６３−３０８２７８号公報（特許文献６）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−７３７６３号公報
【特許文献２】特開２００７−６９７３３号公報
【特許文献３】特開２０１２−１９２８１５号公報
【特許文献４】特開２００５−８２０６６号公報
【特許文献５】特開２００５−９０８６２号公報
【特許文献６】特開昭６３−３０８２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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おいて、外気温が高い酷暑時のアイドル状態など、冷媒温度が高くなって所定の温度を超えてしまう場合には、発熱源の冷却能力が低下してしまい、その結果、発熱源の動作が制限されてしまう問題があった。
【０００７】
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、発熱源の冷却能力が不足した場合に冷却能力を回復して所定の冷却能力を確保できる、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】
【０００８】
本発明に係る一の局面の冷却装置は、発熱源を冷却する冷却装置であって、圧縮機と、第一熱交換器および第二熱交換器と、減圧器と、第三熱交換器と、冷却部とを備えている。圧縮機は、冷却装置に冷媒を循環させるための機器である。第一熱交換器および第二熱交換器は、直列に接続されており、各々冷媒と外気との間で熱交換し冷媒を凝縮する。減圧器は、冷媒を減圧する。第三熱交換器は、冷媒と空調用空気との間で熱交換し冷媒を蒸発する。冷却部は、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二つの冷媒の経路のうちの一方に設けられており、冷媒を用いて発熱源を冷却する。冷却装置はまた、流量調整弁と、第一通路と、第二通路と、切替弁とを備えている。流量調整弁は、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二つの冷媒の経路のうちの他方に設けられており、当該経路を流れる冷媒の流量を調整する。第一通路は、圧縮機から吐出された冷媒を第一熱交換器を介して冷却部へ流す冷媒の経路である。第二通路は、圧縮機が停止したときに、第二熱交換器と冷却部との間に冷媒を循環させる冷媒の経路である。切替弁は、第一通路の連通と第二通路の連通とを切り替える。冷却装置はまた、圧縮機制御部と、バルブ制御部と、冷却能力検出部と、判定部とを備えている。圧縮機制御部は、圧縮機の起動および停止を制御する。バルブ制御部は、流量調整弁の開度を設定するとともに切替弁の開閉を設定する。冷却能力検出部は、冷却部を流れる冷媒による発熱源の冷却能力を検出する。判定部は、冷却能力検出部によって検出される冷却能力が不足していることを判定する。判定部により冷却能力が不足していると判定された場合に、バルブ制御部は、第一通路を遮断し第二通路を連通するように切替弁の開閉を設定するとともに流量調整弁を開状態にし、圧縮機制御部は圧縮機を起動する。
【０００９】
本発明に係る他の局面の冷却装置は、発熱源を冷却する冷却装置であって、圧縮機と、第一熱交換器および第二熱交換器と、減圧器と、第三熱交換器と、冷却部とを備えている。圧縮機は、冷却装置に冷媒を循環させるための機器である。第一熱交換器および第二熱交換器は、直列に接続されており、各々冷媒と外気との間で熱交換し冷媒を凝縮する。減圧器は、冷媒を減圧する。第三熱交換器は、冷媒と空調用空気との間で熱交換し冷媒を蒸発する。冷却部は、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二つの冷媒の経路のうちの一方に設けられており、冷媒を用いて発熱源を冷却する。冷却装置はまた、四方弁を備えている。四方弁は、第一熱交換器から冷却部へ向かう冷媒の流れと、第一熱交換器から減圧器へ向かう冷媒の流れと、を切り替える。四方弁は、ハウジングと、第１連結管と、第２連結管と、第３連結管と、第４連結管と、スプールとを有している。ハウジングは、一対の端部と、端部を連結し直線状に延在する中空の筒部とを有している。第１連結管は、筒部に設けられており、第一熱交換器の出口側に接続されている。第２連結管は、筒部に設けられており、減圧器の入口側に接続されている。第３連結管は、筒部に設けられており、冷却部の入口側に接続されている。第４連結管は、筒部に設けられており、第二熱交換器の出口側に接続されている。スプールは、筒部の延在方向に沿ってハウジング内を往復移動し、四方弁の開閉設定を切り替える。第２連結管と、第４連結管と、第３連結管とは、筒部の延在する方向に沿って、この順に並べられている。スプールは、第２連結管と第４連結管とを連通させるとき、第３連結管の一部を塞ぐ。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷却装置によると、発熱源の冷却能力が不足した場合に、冷却能力を回復して所定の冷却能力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】四方弁を切り替えた状態の冷却装置を示す模式図である。
【図５】四方弁を切り替えた状態の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図６】冷却装置を構成する各機器の垂直方向の位置を示す模式図である。
【図７】冷却装置の運転モード毎の圧縮機および弁の設定を示す図である。
【図８】エアコンＯＦＦ時のモードの冷却装置を示す模式図である。
【図９】エアコンＯＦＦ時の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１０】冷却装置の制御装置の一部構成を示すブロック図である。
【図１１】冷却装置の制御方法の第一の例を示すフローチャートである。
【図１２】冷却能力不足の場合の制御の例を示すフローチャートである。
【図１３】冷却装置の制御方法の第二の例を示すフローチャートである。
【図１４】冷却装置の制御方法の第三の例を示すフローチャートである。
【図１５】冷却能力不足の場合の制御の他の例を示すフローチャートである。
【図１６】四方弁の構成を示す断面図である。
【図１７】四方弁を制御する制御弁の構成を示す断面図である。
【図１８】図１６に示す四方弁の、第一通路を連通している状態の断面図である。
【図１９】図１６に示す四方弁の、第二通路を連通している状態の断面図である。
【図２０】他の例の四方弁の、第一通路を連通している状態の断面図である。
【図２１】図２０に示す四方弁の、第１凝縮部出口における冷媒圧が上昇した状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［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２００と、電動機である駆動ユニット３００と、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７００と、走行用バッテリ４００と、を含んで構成されている。車両１０００は、エンジン２００と駆動ユニット３００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。
【００１４】
エンジン２００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３００は、エンジン２００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２００および駆動ユニット３００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３００は、ケーブル５００を介してＰＣＵ７００と電気的に接続されている。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ている。
【００１５】
［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を備えている。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に搭載されている。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。
【００１６】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と、直列に接続された熱交換器１４，１５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とを含んでいる。
【００１７】
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。
【００１８】
熱交換器１４は、第１凝縮部１４ａと第１過冷却部１４ｂとを有している。熱交換器１５は、第２凝縮部１５ａと第２過冷却部１５ｂとを有している。第１凝縮部１４ａ、第１過冷却部１４ｂ、第２凝縮部１５ａおよび第２過冷却部１５ｂはそれぞれ、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周囲の空気との間の熱交換を促進するためのフィンと、を含んでいる。第１凝縮部１４ａは、本実施の形態の第一熱交換器としての機能を有している。第２凝縮部１５ａは、本実施の形態の第二熱交換器としての機能を有している。
【００１９】
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。第１凝縮部１４ａおよび第２凝縮部１５ａ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。第１過冷却部１４ｂおよび第２過冷却部１５ｂにおける熱交換によって、飽和液状態の冷媒が冷却されて過冷却液になり、冷媒の温度はさらに低下する。
【００２０】
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、コンデンサファンもしくはエンジン冷却用のラジエータファンなどの、モータからの駆動力を受けて回転し空気の流れを発生させる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。冷却装置１は、コンデンサファン４２と、モータ４４とを備えている。コンデンサファン４２は、熱交換器１５の第２凝縮部１５ａおよび第２過冷却部１５ｂに外気を供給する。モータ４４は、コンデンサファン４２の回転軸に連結されている。モータ４４は、回転駆動力を発生してコンデンサファン４２にその回転駆動力を伝達することにより、コンデンサファン４２を回転駆動する。
【００２１】
膨張弁１６は、熱交換器１５から膨張弁１６へ流入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、第２過冷却部１５ｂ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。本実施の形態の膨張弁１６は、電気式の膨張弁として例示されている。なお、冷媒液を減圧するための減圧器は、温度式膨張弁であってもよく、または、絞り膨張する膨張弁に替えて毛細管が適用されてもよい。
【００２２】
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、を含んでいる。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。
【００２３】
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。
【００２４】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、気液分離器４０を含んでいる。熱交換器１４の第１凝縮部１４ａで凝縮された冷媒は、第１凝縮部１４ａ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。気液分離器４０は、第１凝縮部１４ａ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は、第１凝縮部１４ａで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。気液分離器４０は、第１凝縮部１４ａによって凝縮された液状の冷媒を貯留する蓄液器としての機能を有している。
【００２５】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、レシーバ４６を含んでいる。熱交換器１５の第２凝縮部１５ａで凝縮された冷媒は、第２凝縮部１５ａ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。レシーバ４６は、第２凝縮部１５ａから流出しレシーバ４６へ流入する冷媒を、気相冷媒と液相冷媒とに分離する。レシーバ４６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。レシーバ４６は、第２凝縮部１５ａで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。レシーバ４６は、第２凝縮部１５ａによって凝縮された液状の冷媒を貯留する蓄液器としての機能を有している。
【００２６】
レシーバ４６の内部には、飽和液状態の冷媒液が貯留されている。レシーバ４６内に所定量の冷媒液が溜められていることにより、負荷変動時にもレシーバ４６から膨張弁１６を経由して熱交換器１８へ流れる冷媒の流量を維持できる。レシーバ４６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、車両の室内の冷房を行なう空調性能を安定させることができる。
【００２７】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、冷媒通路２１〜２９を含んでいる。冷媒通路２１は、圧縮機１２と第１凝縮部１４ａとを接続している。冷媒は、冷媒通路２１を経由して、圧縮機１２と第１凝縮部１４ａとの間を、圧縮機１２の出口から第１凝縮部１４ａの入口へ向かって流れる。冷媒通路２２は、第１凝縮部１４ａと気液分離器４０とを接続している。冷媒は、冷媒通路２２を経由して、第１凝縮部１４ａと気液分離器４０との間を、第１凝縮部１４ａの出口から気液分離器４０の入口へ向かって流れる。
【００２８】
冷媒通路２３は、気液分離器４０と第２凝縮部１５ａとを接続している。冷媒は、冷媒通路２３を経由して、気液分離器４０と第２凝縮部１５ａとの間を、気液分離器４０の出口から第２凝縮部１５ａの入口へ向かって流れる。冷媒通路２３には、流量調整弁３８が設けられている。流量調整弁３８は、冷媒通路２３を流れる冷媒の流量を任意に調節する。
【００２９】
冷媒通路２４は、第２凝縮部１５ａとレシーバ４６とを接続している。冷媒は、冷媒通路２４を経由して、第２凝縮部１５ａとレシーバ４６との間を、第２凝縮部１５ａの出口からレシーバ４６の入口へ向かって流れる。冷媒通路２５は、レシーバ４６と第２過冷却部１５ｂとを接続している。冷媒は、冷媒通路２５を経由して、レシーバ４６と第２過冷却部１５ｂとの間を、レシーバ４６の出口から第２過冷却部１５ｂの入口へ向かって流れる。
【００３０】
冷媒通路２６は、第２過冷却部１５ｂと後述する四方弁５０とを接続している。冷媒は、冷媒通路２６を経由して、第２過冷却部１５ｂと四方弁５０との間を、第２過冷却部１５ｂの出口から四方弁５０の入口へ向かって流れる。冷媒通路２６には、ポンプ４８が設けられている。ポンプ４８は、外部から機械的エネルギーを受けて冷媒に圧力を与えて送り出すことにより、第２過冷却部１５ｂから四方弁５０へ液状の冷媒を移送する。
【００３１】
冷媒通路２７は、四方弁５０と膨張弁１６とを接続している。冷媒は、冷媒通路２７を経由して、四方弁５０と膨張弁１６との間を、四方弁５０の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流れる。冷媒通路２８は、膨張弁１６と熱交換器１８とを接続している。冷媒は、冷媒通路２８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２９は、熱交換器１８と圧縮機１２とを接続している。冷媒は、冷媒通路２９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。
【００３２】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、第１凝縮部１４ａ、第２凝縮部１５ａ、膨張弁１６および熱交換器１８が、冷媒通路２１〜２９によって直列に接続されて構成されている。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。
【００３３】
なお、本明細書中において「接続」とは、何らの部材も介在せずに直接接続された場合と、何らかの部材を介在して間接的に接続された場合との双方を含む概念である。
【００３４】
気液分離器４０と第１過冷却部１４ｂとは、冷媒通路３３により接続されている。冷媒は、冷媒通路３３を経由して、気液分離器４０と第１過冷却部１４ｂとの間を、気液分離器４０の出口から第１過冷却部１４ｂの入口へ向かって流れる。第１凝縮部１４ａ、第１過冷却部１４ｂ、気液分離器４０および冷媒通路２２，３３は、サブクールコンデンサを構成している。サブクールコンデンサは、第１過冷却部１４ｂにおいて冷媒を過冷却し、第１過冷却部１４ｂの出口における冷媒の過冷却度を大きくするための構成である。
【００３５】
本実施の形態では、第１凝縮部１４ａおよび第１過冷却部１４ｂと気液分離器４０とがそれぞれ冷媒通路２２，３３によって接続されて、サブクールコンデンサを形成している。この構成に限られず、第１凝縮部１４ａ、気液分離器４０および第１過冷却部１４ｂを一体に構成する熱交換器としてサブクールコンデンサが設けられてもよく、この構成を採用すれば、サブクールコンデンサを小型化できるので、車両１０００への搭載性を向上することができる。
【００３６】
気液分離器４０には、冷媒通路２２，２３と、冷媒通路３３とが連結されている。第１凝縮部１４ａから流出した高圧の冷媒は、冷媒通路２２を通って気液分離器４０へ供給される。第１凝縮部１４ａから冷媒通路２２を経由して気液分離器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。
【００３７】
気液分離された冷媒液は、冷媒通路３３を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。冷媒通路３３は、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は、気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３３の端部は、気液分離器４０の底部に連結されている。
【００３８】
冷媒通路３３の端部は、気液分離器４０内の底部側の、液相の冷媒が溜められる冷媒液貯留部に接続されている。冷媒通路２３の端部は、気液分離器４０内の天井部側の、気相の冷媒が溜められる冷媒蒸気貯留部に接続されている。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３３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。気液分離後の飽和液状態の冷媒が第１過冷却部１４ｂにおいて冷却されることにより、第１過冷却部１４ｂの出口に、確実に過冷却された液冷媒を供給することができる。
【００３９】
気液分離器４０から流出した冷媒蒸気は、熱交換器１５の第２凝縮部１５ａにおいて周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮する。この凝縮した冷媒が、冷媒通路２４を経由して、レシーバ４６へ流入する。第２凝縮部１５ａからレシーバ４６へ流入する気液二相状態の冷媒は、レシーバ４６の内部において気相と液相とに分離される。
【００４０】
第２凝縮部１５ａ、第２過冷却部１５ｂ、レシーバ４６および冷媒通路２４，２５は、サブクールコンデンサを構成している。サブクールコンデンサは、第２過冷却部１５ｂにおいて冷媒を過冷却し、第２過冷却部１５ｂの出口における冷媒の過冷却度を大きくするための構成である。第２凝縮部１５ａおよび第２過冷却部１５ｂとレシーバ４６とがそれぞれ冷媒通路２４，２５によって接続されてサブクールコンデンサを形成する構成のほか、第２凝縮部１５ａ、第２過冷却部１５ｂおよびレシーバ４６を一体に構成する熱交換器としてサブクールコンデンサが設けられてもよい。
【００４１】
レシーバ４６には、冷媒通路２４，２５が連結されている。第２凝縮部１５ａから流出した高圧の冷媒は、冷媒通路２４を通ってレシーバ４６へ供給される。レシーバ４６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る。冷媒液はレシーバ４６の底部側に貯留されており、冷媒蒸気はレシーバ４６の天井部側に溜められる。
【００４２】
第２凝縮部１５ａから冷媒通路２４を経由してレシーバ４６へ流入する気液二相状態の冷媒は、レシーバ４６の内部において気相と液相とに分離される。気液分離された冷媒液は、冷媒通路２５を経由して、レシーバ４６の外部へ流出する。冷媒通路２５は、液相冷媒のレシーバ４６からの流出口を形成する。レシーバ４６の内部では、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。レシーバ４６から冷媒液を導出する冷媒通路２５の端部は、レシーバ４６の底部に連結されている。
【００４３】
冷媒通路２５の端部は、レシーバ４６内の底部側の、液相の冷媒が溜められる冷媒液貯留部に接続されている。冷媒通路２５を経由してレシーバ４６の底側から冷媒液のみがレシーバ４６の外部へ送り出される。これにより、レシーバ４６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。気液分離後の飽和液状態の冷媒が第２過冷却部１５ｂにおいて冷却されることにより、第２過冷却部１５ｂの出口に、確実に過冷却された液冷媒を供給することができる。
【００４４】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環する冷媒中に空気が含まれていると、空気は冷媒のように状態変化しないので、熱交換器１４，１５，１８における冷媒の熱交換の妨げとなり、冷凍サイクルの冷却能力を低下させる虞がある。レシーバ４６から送り出される冷媒液が流通する冷媒通路２５をレシーバ４６の下部空間に接続すれば、冷媒中に空気が含まれていても当該空気がレシーバ４６内の上部空間に残るので、レシーバ４６を利用して空気を冷媒から除去することができる。
【００４５】
レシーバ４６の内部に、液体の冷媒を濾過するストレーナと、冷媒中に含まれる水分を除去する乾燥剤とを配置し、冷媒はストレーナと乾燥剤との積層構造を経由してレシーバ４６の上部空間から下部空間へ落下する構成としてもよい。冷媒中に水分が含まれていると、各部品を腐食させたり、膨張弁１６で凍結して冷媒の流れを阻害することになる。膨張弁１６の小孔に異物が詰まると、冷媒の流れが阻害されて蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が動作しなくなる。膨張弁１６に対して冷媒流れの上流側にレシーバ４６を設けることにより、冷凍サイクル内の空気および水分を除去でき、かつ、冷媒から異物を除去して膨張弁１６での目詰まりを防ぐことができるので、冷凍サイクルの性能低下を防止することができる。
【００４６】
冷却装置１は、気液分離器４０と第２凝縮部１５ａの入口側とを接続する、並列に接続された二つの冷媒の経路を備えている。気液分離器４０から第２凝縮部１５ａへ向かって流れる冷媒の経路は、冷媒通路２３を含んでいる。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、第２凝縮部１５ａ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。
【００４７】
気液分離器４０から第２凝縮部１５ａへ向かって流れ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３３〜３５と、冷却部３０と、冷却部３０と冷媒通路２３とを連通する冷媒通路３６と、を含んでいる。気液分離器４０から冷媒通路３３を経由して飽和液状態の冷媒が流出し、第１過冷却部１４ｂにおいて冷媒は冷却されて過冷却液状態になる。過冷却された冷媒液は、冷媒通路３４、四方弁５０および冷媒通路３５を経由して、冷却部３０へ流れる。冷媒通路３６は冷媒通路２３に連結されており、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２３へ戻る。
【００４８】
冷却装置１は、冷媒通路２３に対し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、第１凝縮部１４ａから第２凝縮部１５ａ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）機器と、冷媒が内部を流通する冷却器とを含んでいる。ＥＶ機器は、発熱源の一例である。冷却器の入口側は冷媒通路３５に接続されており、冷却器の出口側は冷媒通路３６に接続されている。
【００４９】
第１過冷却部１４ｂから冷却部３０へ流通し、冷却器を経由して流れる冷媒は、発熱源としてのＥＶ機器と冷媒との温度差に応じて、ＥＶ機器から熱を奪って、ＥＶ機器を冷却する。冷却部３０は、第１過冷却部１４ｂにおいて冷却された過冷却液状態の冷媒を用いて、ＥＶ機器を冷却する。冷却部３０において、冷却器内を流通する冷媒と、ＥＶ機器とが熱交換することにより、ＥＶ機器は冷却され、冷媒は加熱される。
【００５０】
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内に所定量の冷媒液が溜められていることにより、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機器の冷却性能を安定させることができる。
【００５１】
冷却部３０は、冷却器においてＥＶ機器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ている。本実施の形態においては、冷却部３０は、たとえば、ＥＶ機器の筐体に冷却器の外周面が直接接触するように形成された冷却器を有している。冷却器は、ＥＶ機器の筐体と隣接する部分を有している。当該部分において、冷却器を流通する冷媒と、ＥＶ機器との間で、熱交換が可能となる。
【００５２】
ＥＶ機器は、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の外周面に直接接続されて、冷却される。冷媒とＥＶ機器とが直接熱交換してもよく、または、冷媒とＥＶ機器を流れる水や油などの二次媒体とが熱交換してもよい。冷却器の外部にＥＶ機器が配置されているので、冷却器の内部を流通する冷媒の流れにＥＶ機器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機器を冷却することができる。
【００５３】
代替的には、冷却部３０は、ＥＶ機器と冷却器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いてもよい。この場合ＥＶ機器は、冷却器の外周面に伝熱装置を介して接続され、ＥＶ機器から冷却器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機器をヒートパイプの加熱部とし冷却器をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却器とＥＶ機器との間の熱伝達効率が高められるので、ＥＶ機器の冷却効率を向上できる。
【００５４】
伝熱装置によってＥＶ機器から冷却器へ確実に熱伝達することができるので、ＥＶ機器と冷却器との間に距離があってもよく、ＥＶ機器に冷却器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機器の配置が制限されることがなく、ＥＶ機器の配置の自由度を向上することができる。
【００５５】
ＥＶ機器は、電力の授受によって発熱する電気機器を含んでいる。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んでいる。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。
【００５６】
気液分離器４０と熱交換器１５との間に並列に接続された二つの冷媒の経路のうち、冷却部３０を経由しない方の経路には、流量調整弁３８が設けられている。流量調整弁３８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３８は、冷却部３０を経由することなく気液分離器４０と熱交換器１５との間を直接流れる冷媒の流量と、冷却器を含むＥＶ機器の冷却系を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。流量調整弁３８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。
【００５７】
流量調整弁３８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３４，３５を経由して冷却部３０へ流れＥＶ機器を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁３８の弁開度を小さくすれば、気液分離器４０から冷媒通路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機器を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
【００５８】
流量調整弁３８の弁開度を大きくするとＥＶ機器を冷却する冷媒の流量が小さくなり、ＥＶ機器の冷却能力が低下する。流量調整弁３８の弁開度を小さくするとＥＶ機器を冷却する冷媒の流量が大きくなり、ＥＶ機器の冷却能力が向上する。流量調整弁３８を使用して、ＥＶ機器に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、ＥＶ機器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。
【００５９】
冷却装置１は、ＥＶ機器の温度を計測するための温度センサ５１と、冷却部３０出口の冷媒温度を計測するための温度センサ５２と、冷却部３０入口の冷媒温度を計測するための温度センサ５３と、第１凝縮部１４ａ出口の冷媒温度を計測するための温度センサ５４とを備えている。温度センサ５１，５２，５３，５４は各々、計測した温度を示す信号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を出力する。冷却装置１はまた、冷却部３０出口の冷媒圧力を計測するための圧力センサ５６を備えている。圧力センサ５６は、計測した圧力を示す信号Ｐｒを出力する。
【００６０】
［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２１〜２９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。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。
【００６１】
図３中には、気液分離器４０から第１過冷却部１４ｂを経由して冷却部３０へ流れ、冷却部３０においてＥＶ機器を冷却し、第２凝縮部１５ａの入口側の冷媒通路２３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。このときの冷媒が循環する経路、すなわち冷媒通路２１〜２２、冷媒通路３３〜３６および冷媒通路２３〜２９は、第一通路を形成する。
【００６２】
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。
【００６３】
圧縮機１２から吐出された高温高圧の過熱蒸気状態の気相冷媒は、第１凝縮部１４ａへと流れ、第１凝縮部１４ａ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。第１凝縮部１４ａ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。第１凝縮部１４ａへ入った高圧の冷媒蒸気は、第１凝縮部１４ａ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。
【００６４】
第１凝縮部１４ａ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、第１過冷却部１４ｂにおいてさらに冷却され、過冷却液状態になる。
【００６５】
第１過冷却部１４ｂから流出した冷媒は、冷媒通路３４、四方弁５０および冷媒通路３５を経由して冷却部３０へ流れ、ＥＶ機器を冷却する。冷却部３０において、過冷却液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＥＶ機器が冷却される。ＥＶ機器との熱交換により、冷媒が加熱される。冷媒は、ＥＶ機器から顕熱を受け取って温度上昇して飽和液状態になり、さらにＥＶ機器から潜熱を受け取って一部気化することにより、冷媒の乾き度が増大する。冷媒は、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。
【００６６】
冷却部３０から流出した冷媒は、第２凝縮部１５ａに流入する。冷媒の湿り蒸気は、第２凝縮部１５ａ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、乾き度が減少する。その後冷媒はレシーバ４６へ流入し、レシーバ４６において気液分離され、レシーバ４６の内部に飽和液状態の冷媒が蓄積される。レシーバ４６が液だめ機能を有し液冷媒のバッファとなるので、冷房性能低下を防止でき、冷房能力が安定する。
【００６７】
レシーバ４６で気液分離された冷媒のうち、飽和液状態の冷媒は、第２過冷却部１５ｂにおいて顕熱を放出して飽和温度以下にまで冷却され、過冷却された過冷却液になる。第２過冷却部１５ｂ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。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。
【００６８】
膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、熱交換器１８へ流入する。熱交換器１８において、フィン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ことによって、チューブ内を流通する霧状冷媒が気化する。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する。熱交換器１８において冷媒に放熱し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。
【００６９】
冷媒は、熱交換器１８のチューブ内を流通する際に、車両の室内の空気からフィンに伝達された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。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、空調用空気は冷却されて温度が低下し、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、気液分離器４０で気液分離され第１過冷却部１４ｂで冷却された高圧の液冷媒が冷却部３０へ流通し、ＥＶ機器と熱交換することでＥＶ機器を冷却する。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。
【００７２】
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機器の冷却が行なわれるので、ＥＶ機器の冷却のために、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機器を冷却することができる。
【００７３】
第１凝縮部１４ａ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、冷媒液のみが冷却部３０へ供給される。ＥＶ機器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、第２凝縮部１５ａ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。冷媒はさらに、第２過冷却部１５ｂにおいて、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過冷却される。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。
【００７４】
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機器の最大発熱量を設計値として用いる。ＥＶ機器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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
気液分離器４０から第２凝縮部１５ａ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機器を冷却する経路とが並列に設けられる。ＥＶ機器の冷却系は、冷媒通路２３に対し並列に接続されている。そのため、第１凝縮部１４ａから流出した冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。流量調整弁３８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機器は適切に冷却される。
【００７８】
第１凝縮部１４ａから冷却部３０を経由せず直接第２凝縮部１５ａへ流れる冷媒の経路と、第１凝縮部１４ａから冷却部３０を経由して第２凝縮部１５ａ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却部３０へ流通させる。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。
【００７９】
膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＥＶ機器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第１凝縮部１４ａと、第二の凝縮器としての第２凝縮部１５ａ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。
【００８０】
ＥＶ機器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機器を冷却することができる。したがって、ＥＶ機器の冷却能力と、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。
【００８１】
熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒は、ＥＶ機器を冷却するときに、ＥＶ機器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機器との熱交換量が減少してＥＶ機器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。
【００８２】
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機器との熱交換量の減少を回避できるので、ＥＶ機器を十分に効率よく冷却することができる。ＥＶ機器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。
【００８３】
第１凝縮部１４ａ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、第１過冷却部１４ｂにおいてさらに冷却され、過冷却液状態になり、冷却部３０に供給されてＥＶ機器を冷却する。過冷却液状態の冷媒を冷却部３０へ流しＥＶ機器を冷却することにより、ＥＶ機器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。
【００８４】
液状の冷媒を冷却部３０に導入することにより、ＥＶ機器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。
【００８５】
［四方弁５０を用いた経路切替］
図２に戻って、冷却装置１は、四方弁５０を備える。四方弁５０は、第１凝縮部１４ａから気液分離器４０および第１過冷却部１４ｂを経由して冷却部３０へ向かう冷媒の流れと、第１凝縮部１４ａから冷却部３０を経由せず膨張弁１６へ向かう冷媒の流れと、を切り替え可能に配置されている。
【００８６】
四方弁５０には冷媒通路３４が接続され、第１過冷却部１４ｂで冷却された冷媒液が冷媒通路３４を経由して四方弁５０へ流入する。冷媒通路３４は、気液分離器４０と四方弁５０とを連通する。第１凝縮部１４ａの出口側は、気液分離器４０および第１過冷却部１４ｂを介して四方弁５０と接続されている。第１凝縮部１４ａで凝縮し、気液分離器４０において気液分離され、第１過冷却部１４ｂで過冷却液状態にまで冷却された冷媒が、四方弁５０へ流入する。冷媒通路３４が接続される四方弁５０の接続口を、図２に示すように、接続口Ａと称する。
【００８７】
四方弁５０には冷媒通路３５が接続され、四方弁５０は冷媒通路３５を介して冷却部３０の入口側と接続されている。冷媒通路３５は、四方弁５０と冷却部３０とを連通する。冷却部３０へ供給される冷媒は、四方弁５０から流出し冷媒通路３５を経由して冷却部３０へ至る。冷媒通路３５が接続される四方弁５０の接続口を、図２に示すように、接続口Ｂと称する。
【００８８】
四方弁５０には冷媒通路２６が接続され、第２過冷却部１５ｂで冷却された冷媒液が冷媒通路２６を経由して四方弁５０へ流入する。冷媒通路２６は、レシーバ４６と四方弁５０とを連通する。第２凝縮部１５ａの出口側は、レシーバ４６および第２過冷却部１５ｂを介して四方弁５０と接続されている。第２凝縮部１５ａで凝縮し、レシーバ４６において気液分離され、第２過冷却部１５ｂで過冷却液状態にまで冷却された冷媒が、四方弁５０へ流入する。冷媒通路２６が接続される四方弁５０の接続口を、図２に示すように、接続口Ｃと称する。
【００８９】
四方弁５０には冷媒通路２７が接続され、四方弁５０は冷媒通路２７を介して膨張弁１６の入口側と接続されている。冷媒通路２７は、四方弁５０と膨張弁１６とを連通する。膨張弁１６へ供給される冷媒は、四方弁５０から流出し冷媒通路２７を経由して膨張弁１６へ至る。冷媒通路２７が接続される四方弁５０の接続口を、図２に示すように、接続口Ｄと称する。
【００９０】
四方弁５０は、熱交換器１４の出口側と冷却部３０の入口側とが四方弁５０を介して連通し、かつ、熱交換器１５の出口側と膨張弁１６の入口側とが四方弁５０を介して連通するように、開閉を切り替えることが可能である。図２に示すこのような四方弁５０の開閉設定を、本明細書では第一状態と称する。四方弁５０を第一状態に設定することにより、冷媒を第１凝縮部１４ａから冷却部３０へ流すための第一通路が連通する。冷媒は、第一状態に設定された四方弁５０を経由して、熱交換器１４から冷却部３０へ流れ、かつ、熱交換器１５から膨張弁１６へ流れる。
【００９１】
四方弁５０を第一状態に設定し、冷却部３０を流れる冷媒が必要な冷却能力を得られるだけの流量となるように流量調整弁３８の弁開度を調整することにより、気液分離器４０から十分な量の冷媒を冷却部３０に供給することができ、かつ、ＥＶ機器を冷却した冷媒を熱交換器１５で凝縮した後膨張弁１６へ流通させることができる。
【００９２】
四方弁５０はまた、熱交換器１４の出口側と膨張弁１６の入口側とが四方弁５０を介して連通し、かつ、熱交換器１５の出口側と冷却部３０の入口側とが四方弁５０を介して連通するように、開閉を切り替えることが可能である。図４は、四方弁５０を切り替えた状態の冷却装置を示す模式図である。図４に示す上述した四方弁５０の開閉設定を、本明細書では第二状態と称する。冷媒は、第二状態に設定された四方弁５０を経由して、熱交換器１４から膨張弁１６へ流れ、かつ、熱交換器１５から冷却部３０へ流れる。四方弁５０は、第一状態と第二状態とを切替可能に設けられている。
【００９３】
四方弁５０を第二状態に切り替えるとともに流量調整弁３８を全閉にすることにより、ＥＶ機器を冷却した後の冷媒を熱交換器１５へ流通させ、圧縮機１２を経由せずに熱交換器１５と冷却部３０との間に冷媒を循環させる閉ループ状の経路を形成することができる。
【００９４】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の通常運転中には、四方弁５０を第一状態に設定し、流量調整弁３８の開度を適宜調整することにより、必要な量の冷媒を冷却部３０に供給してＥＶ機器の冷却能力を確保し、かつ、熱交換器１８で空調用空気を冷却することにより車両の車内の冷房能力を確保できる。
【００９５】
一方、外気温が非常に高く車両を走行させていない状態において、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を起動し圧縮機１２を運転すると、圧縮機１２出口における冷媒の圧力が高くなり、冷媒の飽和温度が高くなり、そのため冷却部３０を通過する冷媒の温度も高くなり、ＥＶ機器の冷却能力が不足する虞がある。この場合、四方弁５０を第二状態に切り替えるとともに流量調整弁を全閉にすれば、熱交換器１５の出口側から四方弁５０を経由して冷却部３０へつながる経路が形成され、四方弁５０を経由して冷却部３０と熱交換器１５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。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２５、冷媒通路２６、冷媒通路３５、冷媒通路３６および冷媒通路２３，２４は、第二通路を形成する。
【００９６】
この環状の経路を経由して、圧縮機１２を経由することなく、熱交換器１５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機器を冷却するとき、ＥＶ機器から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＥＶ機器との熱交換により気化された冷媒蒸気は、冷媒通路３６および冷媒通路２３を順に経由して、第２凝縮部１５ａへ流れる。第２凝縮部１５ａにおいて、車両の走行風、または、外気供給用のコンデンサファン４２からの通風により、冷媒蒸気は冷却されて凝縮する。第２凝縮部１５ａで液化した冷媒液は、レシーバ４６に貯められる。レシーバ４６から流出した冷媒は、第２過冷却部１５ｂにおいて冷却され過冷却液状態になり、冷媒通路２６、四方弁５０および冷媒通路３５を経由して、冷却部３０へ戻る。冷却部３０と熱交換器１５とを経由する環状の経路によって、ＥＶ機器を加熱部とし熱交換器１５を冷却部とする、ヒートパイプが形成される。
【００９７】
図５は、四方弁５０を切り替えた状態の冷媒の状態を示すモリエル線図である。図５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５中には、第１凝縮部１４ａの出口から気液分離器４０および第１過冷却部１４ｂを経由して流れ、さらに四方弁５０を経由して膨張弁１６へ直接流れる、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。図５中にはまた、熱交換器１５、レシーバ４６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。
【００９８】
図５に示すように、冷媒は、圧縮機１２において断熱圧縮され、高温高圧の過熱蒸気になる。過熱蒸気状態の冷媒は、第１凝縮部１４ａにおいて冷却され、気液分離器４０へ流入し、気液分離器４０の内部に飽和液状態の冷媒が蓄積される。気液分離器４０が液だめ機能を有し液冷媒のバッファとなるので、冷房性能低下を防止でき冷房能力が安定する。気液分離器４０から流出し、第１過冷却部１４ｂにおいて過冷却液状態にまで冷却された冷媒液は、膨張弁１６において絞り膨張され、低温低圧の気液混合状態の湿り蒸気となる。その後冷媒は、熱交換器１８において高温の空調用空気と熱交換することにより加熱され、再び圧縮機１２に吸入される。冷媒はこのサイクルに従って、圧縮、凝縮、絞り膨張、蒸発の状態変化を連続的に繰り返す。これにより、車両の室内の冷房が行なわれる。
【００９９】
冷媒はまた、第２凝縮部１５ａにおいて、車両の走行風またはコンデンサファン４２からの通風により、第２凝縮部１５ａ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。第２凝縮部１５ａ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、第２凝縮部１５ａ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２４を経由してレシーバ４６へ流れ、レシーバ４６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。レシーバ４６が液だめ機能を有し液冷媒のバッファとなるので、ＥＶ機器の冷却性能低下を防止でき冷却能力が安定する。
【０１００】
レシーバ４６から流出する飽和液状態の冷媒が、第２過冷却部１５ｂにおいて過冷却液状態にまで冷却される。その後冷媒は、冷媒通路２６、四方弁５０および冷媒通路３５を経由して冷却部３０へ流れ、ＥＶ機器を冷却する。冷却部３０において、液冷媒に熱を放出することで、ＥＶ機器が冷却される。ＥＶ機器との熱交換により、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機器との熱交換が行なわれる。ＥＶ機器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から流出して冷媒通路３６，２３を順に経由して、第２凝縮部１５ａへ戻る。
【０１０１】
このように、酷暑時のアイドル状態においては、圧縮機１２、熱交換器１４、膨張弁１６および熱交換器１８を経由するエアコンサイクルと、冷却部３０、熱交換器１５およびレシーバ４６を経由するＥＶ機器冷却サイクルとを分離する。膨張弁１６において冷媒を絞り膨張し冷媒の温度を下げることにより、熱交換器１８に低温低圧の冷媒を供給できるので、熱交換器１８において空調用空気を十分に冷却できる。熱交換器１５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機器を冷却する冷媒の温度を低く保つことができるので、冷却能力の不足を回避でき、ＥＶ機器を確実に冷却できる。したがって、必要な冷房能力とＥＶ機器の必要な冷却能力とを確保することができる。ＥＶ機器の冷却のために圧縮機１２の動力は必要なく、無動力または省動力でＥＶ機器を冷却可能であるので、圧縮機１２の消費動力を低減でき、車両の省電費化を達成することができる。
【０１０２】
図６は、冷却装置１を構成する各機器の垂直方向の位置を示す模式図である。図６には、四方弁５０が第二状態に設定されているときの、ＥＶ機器を冷却する冷媒の流れが図示されている。図６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、第２凝縮部１５ａよりも下方に配置されている。熱交換器１５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１５が上方に配置される。冷却部３０は、熱交換器１５よりも低い位置に配置される。
【０１０３】
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第２凝縮部１５ａへ到達し、第２凝縮部１５ａおよび第２過冷却部１５ｂにおいて冷却され過冷却液の状態になる。さらに液冷媒は、第２過冷却部１５ｂ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、レシーバ４６と、熱交換器１５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機器から熱交換器１５への熱伝達効率を向上することができるので、ＥＶ機器をより効率よく冷却することができる。
【０１０４】
車両内での機器の配置上、冷却部３０とレシーバ４６との高低差を十分確保できず、その結果冷媒の駆動力が不十分となる場合には、レシーバ４６から冷却部３０に冷媒を移送するポンプ４８を設け、ポンプ４８によって冷媒の駆動力を補助させてもよい。ポンプ４８を設けることにより、確実にレシーバ４６から冷却部３０に冷媒を連続的に供給することが可能になるので、冷却装置１を構成する機器の配置によらずＥＶ機器の冷却能力を確実に確保することができる。
【０１０５】
ポンプ４８により移送される冷媒は液冷媒であるため、ポンプ４８の消費動力は圧縮機１２と比較して小さい。そのため、液冷媒の循環のためにポンプ４８を使用する場合においても、ヒートパイプの場合と同様に省電費化を達成することができる。
【０１０６】
［エアコンＯＦＦ時の運転モード］
図７は、冷却装置１の運転モード毎の圧縮機１２、四方弁５０および流量調整弁３８の設定を示す図である。図７に示す運転モードのうち、「エアコンＯＮ時／通常」のモードでは、図２に示すように、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒が流通する。「エアコンＯＮ時／高外気温・車両停止時」のモードでは、図４に示すように、空調用の経路とＥＶ機器冷却用の経路とが別々に設けられる。「エアコンＯＦＦ時」のモードでは、後述するように、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止する。
【０１０７】
「エアコンＯＮ時／通常」のモードのとき、圧縮機１２は運転している。第一状態の四方弁５０は、その内部において、接続口Ａと接続口Ｂとを連通させており、これにより第１凝縮部１４ａから気液分離器４０および第１過冷却部１４ｂを経由して冷却部３０へ向かう冷媒の流れを形成している。四方弁５０はまた、接続口Ｃと接続口Ｄとを連通させており、これにより第２凝縮部１５ａからレシーバ４６および第２過冷却部１５ｂを経由し膨張弁１６へ向かう冷媒の流れを形成している。すなわち、四方弁５０を第一状態に設定することで、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ている。流量調整弁３８は、冷却部３０に十分な冷媒が流れるように、弁開度を調整されている。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機器を効率よく冷却することができる。
【０１０８】
「エアコンＯＮ時／高外気温・車両停止時」のモードのとき、圧縮機１２は運転している。第二状態の四方弁５０は、その内部において、接続口Ａと接続口Ｄとを連通させており、かつ、接続口Ｂと接続口Ｃとを連通させている。流量調整弁３８は、全閉にされている。これにより、第１凝縮部１４ａから気液分離器４０および第１過冷却部１４ｂを経て膨張弁１６に流れる冷媒の流れを形成するとともに、四方弁５０を経由して冷却部３０と熱交換器１５との間を循環する冷媒の流れを形成している。熱交換器１８において空調用空気を冷却し、また、熱交換器１５を凝縮器、冷却部３０を蒸発器とするヒートパイプによって、ＥＶ機器を確実に冷却できるので、冷房能力とＥＶ機器の冷却能力とを確保することができる。ＥＶ機器の冷却のために圧縮機１２の動力は必要ないため、省電費化を達成することができる。
【０１０９】
図８は、エアコンＯＦＦ時のモードの冷却装置１を示す模式図である。「エアコンＯＦＦ時」のモードのとき、圧縮機１２は停止しており、冷却部３０と熱交換器１５とを結ぶ環状の経路により冷媒を循環させてＥＶ機器を冷却する。図７および図８に示すように、圧縮機１２を停止させ蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止している「エアコンＯＦＦ時」のモードのときには、四方弁５０は第二状態とされている。すなわち、四方弁５０は、その内部において、接続口Ａと接続口Ｄとを連通させており、かつ、接続口Ｂと接続口Ｃとを連通させている。流量調整弁３８は、全閉にされている。
【０１１０】
これにより、第２凝縮部１５ａから、冷媒通路２４、レシーバ４６、冷媒通路２５、第２過冷却部１５ｂ、冷媒通路２６、四方弁５０および冷媒通路３５とを順に経由して冷却部３０へ至り、さらに冷媒通路３６，２３を順に経由して熱交換器１５へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。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、無動力でＥＶ機器を確実に冷却することができる。ＥＶ機器の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要がないので、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、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。
【０１１１】
図９は、エアコンＯＦＦ時の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９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９中には、熱交換器１５、レシーバ４６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。
【０１１２】
「エアコンＯＦＦ時」モードの場合、冷媒は、第２凝縮部１５ａにおける外気との熱交換によって液化して、気液混合状態の湿り蒸気になる。気液二相状態の冷媒は、レシーバ４６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。レシーバ４６から飽和液状態の冷媒が流出し、第２過冷却部１５ｂにおいて冷却され、過冷却液状態になる。過冷却液状態の冷媒が冷媒通路２６、四方弁５０および冷媒通路３５を経由して冷却部３０へ流れ、ＥＶ機器を冷却する。ＥＶ機器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から流出して冷媒通路３６，２３を順に経由して、第２凝縮部１５ａへ戻る。
【０１１３】
熱交換器１５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機器は確実に冷却される。四方弁５０を経由して冷却部３０と熱交換器１５との間を循環する冷媒の流れを形成することで、圧縮機１２が停止した状態でも冷媒が自然循環して、冷却装置１によるＥＶ機器の冷却能力が維持される。ＥＶ機器の冷却のために圧縮機１２の動力は必要なく、無動力で冷却部３０においてＥＶ機器を冷却できる。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。
【０１１４】
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機器を冷却するための冷却装置１の運転モードが、「エアコンＯＮ時／通常」モードから「エアコンＯＦＦ時」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、四方弁５０の開閉が切り替えられ、流量調整弁３８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１５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。
【０１１５】
［冷却装置１の制御］
以下、本実施の形態の冷却装置１の制御について説明する。図１０は、冷却装置１の制御装置１００の一部構成を示すブロック図である。図１０に示す制御装置１００は、冷却装置１の制御を実行する演算処理部１１０を備えている。演算処理部１１０は、演算処理によって実現される制御機能を示す、複数の機能ブロックを有している。図１０を参照して、演算処理部１１０は、冷却能力検出部１１２と、判定部１１４とを有している。冷却能力検出部１１２は、冷却部３０を流れる冷媒によるＥＶ機器の冷却能力を検出する。判定部１１４は、冷却能力検出部１１２によって検出されるＥＶ機器の冷却能力が不足しているか否かを判定する。
【０１１６】
演算処理部１１０は、エアコンスイッチ１２２から、エアコンのＯＮまたはＯＦＦを示す信号を受ける。エアコンスイッチ１２２は、たとえば車室内の前方側の計器盤に設けられている。車両の乗員がエアコンスイッチ１２２を操作することにより、エアコンのＯＮとＯＦＦとが切り替えられ、車室内の冷房が開始または停止される。
【０１１７】
演算処理部１１０は、温度入力部１２４から、冷却装置１の各部の温度を示す信号を受ける。温度入力部１２４には、図２に示す温度センサ５１からＥＶ機器の温度を示す信号Ｔ１が入力され、温度センサ５２から冷却部３０出口の冷媒温度を示す信号Ｔ２が入力され、温度センサ５３から冷却部３０入口の冷媒温度を示す信号Ｔ３が入力され、温度センサ５４から第１凝縮部１４ａ出口の冷媒温度を示す信号Ｔ４が入力される。温度入力部１２４にはまた、冷却装置１の近傍の外気の温度、および熱交換器１８における熱交換によって温度が調節された空調用空気の温度が入力されてもよい。
【０１１８】
演算処理部１１０は、圧力入力部１２６から、冷却装置１の各部を流れる冷媒の圧力を示す信号を受ける。圧力入力部１２６には、図２に示す圧力センサ５６から、冷却部３０出口の冷媒圧力を示す信号Ｐｒが入力される。
【０１１９】
制御装置１００はまた、圧縮機１２の起動および停止を制御する圧縮機制御部１３２と、モータ４４の回転数を制御するモータ制御部１３４と、ポンプ４８による冷媒の流量を制御するポンプ制御部１３６と、膨張弁１６、流量調整弁３８および四方弁５０の開閉設定を制御するバルブ制御部１３８とを備えている。
【０１２０】
圧縮機制御部１３２は、演算処理部１１０から伝送された制御命令を受け取り、圧縮機１２の起動または停止を指令する信号Ｃを圧縮機１２へ伝送する。モータ制御部１３４は、演算処理部１１０から伝送された制御命令を受け取り、モータ４４の回転数を指令する信号Ｍをモータ４４へ伝送する。
【０１２１】
ポンプ制御部１３６は、演算処理部１１０から伝送された制御命令を受け取り、ポンプ４８による冷媒の流量を指令する信号Ｐｏをポンプ４８へ伝送する。バルブ制御部１３８は、演算処理部１１０から伝送された制御命令を受け取り、膨張弁１６の開度を指令する信号Ｖ１を膨張弁１６へ伝送し、四方弁５０の開閉設定を指令する信号Ｖ２を四方弁５０へ伝送し、流量調整弁３８の開度を指令する信号Ｖ３を流量調整弁３８へ伝送する。
【０１２２】
制御装置はまた、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリ１１８を有する。メモリ１１８には、各種情報、プログラム、しきい値、マップなどが記憶されている。演算処理部１１０は、必要に応じてデータをメモリ１１８から読み出したり、メモリ１１８にデータを格納したりする。メモリ１１８に記憶された制御プログラムに従って演算処理部１１０が各種の処理を実行することにより、冷却装置１が制御される。
【０１２３】
なお、図１０には、制御装置１００を使用した冷却装置１の制御によって実現される制御機能のうち、本実施の形態に係る冷却能力不足時の制御に関連する一部の機能に対応する機能ブロックのみが、代表的に示されている。図示された各機能ブロックは、いずれも演算処理部１１０であるＣＰＵがメモリ１１８に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能してもよいが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは、記憶媒体に記録されて車両１０００に搭載される。
【０１２４】
演算処理部１１０は、エアコンのＯＮまたはＯＦＦの設定、および温度入力部１２４に入力された各部の温度に基づいて、圧縮機１２の運転および停止、モータ４４の回転数、ポンプ４８の運転、膨張弁１６および流量調整弁３８の開度、ならびに四方弁５０の開閉設定を制御する。演算処理部１１０は、冷却装置１の運転モードを切り替える運転モード切替手段としての機能を有する。
【０１２５】
モータ４４は、コンデンサファン４２に連結されており、コンデンサファン４２を回転駆動する。モータ４４の回転数を変更すると、熱交換器１５における冷媒と外気との間の熱交換量が制御される。モータ４４の回転数を増加しコンデンサファン４２の回転速度を大きくすると、熱交換器１５へ供給される空気の流量が増加し、熱交換器１５における冷媒と外気との熱交換量が増加するので、熱交換器１５の冷媒冷却能力が向上する。モータ４４の回転数を減少しコンデンサファン４２の回転速度を小さくすると、熱交換器１５へ供給される空気の流量が減少し、熱交換器１５における冷媒と外気との熱交換量が減少するので、熱交換器１５の冷媒冷却能力が減少する。
【０１２６】
ポンプ４８の運転状態を変更することにより、ポンプ４８が移送する冷媒の流量が変更される。四方弁５０を第一状態にし、ポンプ４８から四方弁５０を経由して熱交換器１８に冷媒が流れる設定のとき、冷媒の流量を増加することにより、熱交換器１８における冷媒と空調用空気との熱交換量が増加するので、熱交換器１８で空調用空気を冷却する冷房能力が向上する。四方弁５０を第二状態にし、ポンプ４８から四方弁５０を経由して冷却部３０に冷媒が流れる設定のとき、冷媒の流量を増加することにより、冷却部３０における冷媒とＥＶ機器との熱交換量が増加するので、ＥＶ機器の冷却能力が構造する。
【０１２７】
図１１は、冷却装置１の制御方法の第一の例を示すフローチャートである。冷却装置１は、以下に説明するフローチャートに従って、運転モードを変更する。具体的には、図１１に示すように、車両１０００がスイッチオンされると、まずステップＳ１０において、車両１０００がスイッチオフされたか否かの判断が行なわれる。
【０１２８】
車両１０００がスイッチオフされておらず、車両１０００の運転が継続されると判断されれば、ステップＳ２０に進み、四方弁５０の切替が行なわれる。図１０に示すバルブ制御部１３８が四方弁５０に信号Ｖ２を伝送し、四方弁５０は、その内部において接続口Ａと接続口Ｄとを連通するとともに接続口Ｂと接続口Ｃとを連通する第二状態とされる。これにより冷却装置１は、エアコンサイクルとＥＶ機器冷却サイクルとが分離された分離状態に設定される。続いてステップＳ３０において、冷却部３０においてＥＶ機器で発生した熱により冷媒が加熱され、熱交換器１５において外気へ放熱して冷媒が冷却されることにより、熱交換器１５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し、これによりＥＶ機器が冷却される。
【０１２９】
次にステップＳ４０において、冷却部３０を流れる冷媒が不足することによりＥＶ機器の冷却能力が低下しているかどうかの判断が行なわれる。図１０に示す冷却能力検出部１１２は、温度入力部１２４が受信した冷却装置１の各部の温度および圧力入力部１２６が受信した冷媒の圧力に基づいて、ＥＶ機器の冷却能力を検出する。判定部１１４は、ＥＶ機器の温度が所定温度よりも高い、冷却部３０出口の冷媒温度が所定温度よりも高い、冷却部３０出口における冷媒圧力に対して冷媒温度が高い（すなわち過熱度がとれている）、または、冷却部３０入口の冷媒温度に対して冷媒の循環量が小さい、のいずれかの条件を満たすと、冷媒不足のためＥＶ機器の冷却能力が不足していると判定する。
【０１３０】
冷媒不足と判定されると、結合子Ａを介して、図１２に示す処理に移行する。図１２は、冷却能力不足の場合の制御の例を示すフローチャートである。冷媒不足の場合、図１２に示すステップＳ１３０において、車両１０００の運転者などの乗員に異常を知らせる。たとえば、車内前方の計器盤にコーションランプを設け、冷媒不足と判定された場合にコーションランプを点灯することにより、異常を報知してもよい。または、コーションランプの点灯に替えて、ディスプレイに異常を表示してもよく、ブザーなどを用いて音により異常を報知してもよい。
【０１３１】
次にステップＳ１４０において、バルブ制御部１３８が四方弁５０に信号Ｖ３を伝送し、四方弁５０の切替が行なわれて、冷却装置１が分離状態に設定される。続いてステップＳ１５０において、バルブ制御部１３８が流量調整弁３８に信号Ｖ１を伝送し、流量調整弁３８の開度を増加し、流量調整弁３８を開状態にする。典型的には、流量調整弁３８を全開にする。続いてステップＳ１６０において、バルブ制御部１３８が膨張弁１６に信号Ｖ３を伝送し、膨張弁１６の開度を減少する。典型的には、膨張弁１６を全閉にする。
【０１３２】
このように四方弁５０、流量調整弁３８および膨張弁１６が設定された状態で、次にステップＳ１７０において、圧縮機制御部１３２が圧縮機１２に信号Ｃを伝送し、圧縮機１２が駆動状態になる。このとき、四方弁５０の切替によって冷却部３０と熱交換器１５とを冷媒が循環するループ状の冷媒の経路が形成されており、かつ、流量調整弁３８が開状態のため、冷媒通路２３を介して気液分離器４０と第２凝縮部１５ａとが連通している。そのため、圧縮機１２が駆動すると、気液分離器４０から高圧の冷媒蒸気が第２凝縮部１５ａへ向かって流れ、閉ループ状の冷媒の経路内に冷媒が押し込まれる。これにより、ループ式のヒートパイプ内を循環する冷媒の流量が増加することになる。膨張弁１６の開度を小さくし膨張弁１６を経由して流れる冷媒の圧力損失を増大させているので、熱交換器１４から膨張弁１６へ向かって冷媒が流れにくくなっており、その結果、気液分離器４０から第２凝縮部１５ａへの冷媒の流れが促進されている。
【０１３３】
この状態で、冷却部３０においてＥＶ機器で発生した熱により冷媒が加熱され、熱交換器１５において外気へ放熱して冷媒が冷却されることにより、熱交換器１５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し、これによりＥＶ機器が冷却される。ループ式のヒートパイプ内を循環する冷媒の流量が増加しているので、冷却部３０においてＥＶ機器を冷却する能力が増大しており、冷媒流量の低下に伴うＥＶ機器の冷却能力不足が解消されやすくなっている。
【０１３４】
続いてステップＳ１８０において、モータ制御部１３４がモータ４４に信号Ｍを伝送し、モータ４４の回転数を増加する。モータ４４の回転数増加に伴って、モータ４４に連結されたコンデンサファン４２の回転数も増加する。コンデンサファン４２を高速回転させることにより、コンデンサファン４２から熱交換器１５へ供給される風量が増加する。そのため、熱交換器１５における冷媒と外気との熱交換量が増加し、熱交換器１５において冷媒を冷却する能力が増大する。そのため、第２凝縮部１５ａにおける冷媒の液化が促進されるとともに、第２過冷却部１５ｂにおける冷媒液の冷却が促進される。これにより、過冷却度が大きくなった低温の液冷媒を潤沢に冷却部３０に供給できるので、冷却部３０におけるＥＶ機器の冷却能力がより増大しており、ＥＶ機器の冷却能力不足を一層容易に解消することができる。
【０１３５】
次にステップＳ１９０において、ステップＳ４０と同様の、冷却部３０を流れる冷媒が不足しているかどうかの判断が行なわれる。ステップＳ１９０の判断において、依然として冷媒不足であると判断された場合には、ステップＳ１３０に戻り、ＥＶ機器の冷却能力を増大するための処理が続行される。この場合、圧縮機１２出口の冷媒温度を見ながら、圧縮機１２の回転数をさらに増加させて、冷媒流量をさらに増やしてもよい。ステップＳ１９０の判断において、冷媒不足が解消されており冷媒が不足していないと判断された場合には、結合子Ｂを介して図１１に示す処理に戻り、ステップＳ１０の判断が再度行なわれる。
【０１３６】
図１１に戻って、ステップＳ４０において冷却部３０を流れる冷媒が不足していないと判断されると、ステップＳ５０に進み、車両１０００の室内の空調を行なうためのエアコンがオンされているか否かの判断が行なわれる。エアコンがオフ状態であると判断されれば、図７に示す「エアコンＯＦＦ時」モードでの冷却装置１の運転が継続され、ステップＳ１０に戻ってステップＳ１０の判断が再度行なわれる。
【０１３７】
エアコンがオン状態であると判断されれば、図７に示す「エアコンＯＮ時／通常」モードに移ることになるので、続いてステップＳ６０において四方弁５０が切り替えられ、さらにステップＳ７０において圧縮機１２が駆動する。図１０に示すバルブ制御部１３８が四方弁５０に信号Ｖ２を伝送し、四方弁５０は、その内部において接続口Ａと接続口Ｂとを連通するとともに接続口Ｃと接続口Ｄとを連通する第一状態とされる。これにより冷却装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用してＥＶ機器の冷却が行なわれる非分離状態に設定される。流量調整弁３８は、冷却部３０に十分な量の冷媒が流れるように調整される。圧縮機制御部１３２が圧縮機１２に信号Ｃを伝送し、圧縮機１２が駆動する。
【０１３８】
次にステップＳ８０において、ステップＳ４０と同様の、冷却部３０を流れる冷媒が不足しているかどうかの判断が行なわれる。冷媒不足と判定されると、結合子Ａを介して図１２に示す処理に移行し、上述した通りＥＶ機器の冷却能力を増大するための処理が行なわれる。
【０１３９】
冷媒不足でないと判定されると、ステップＳ９０に進み、第１凝縮部１４ａ（第１コンデンサ）の出口における冷媒温度を監視した上での、冷媒温度の判断が行なわれる。温度入力部１２４が第１凝縮部１４ａ出口の冷媒温度を示す信号Ｔ４を受信し、演算処理部１１０は、第１凝縮部１４ａ出口の冷媒温度が所定の閾値以上であるか否かを判断する。本実施の形態では、第１凝縮部１４ａ出口の冷媒温度の閾値を、６５℃とする。冷媒温度の閾値は、ＥＶ機器の温度以下の温度であって、冷却部３０を流れる冷媒がＥＶ機器を冷却可能な温度に定められる。
【０１４０】
第１凝縮部１４ａ出口の冷媒温度が閾値未満（すなわち６５℃未満）であると判断されれば、この運転状態を継続することにより車両１０００の室内の冷房とＥＶ機器の冷却とを両立できるので、ステップＳ５０に戻り、ステップＳ５０の判断が再度行なわれる。一方、第１凝縮部１４ａ出口の冷媒温度が閾値以上（すなわち６５℃以上）であると判断されれば、このまま冷媒を冷却部３０へ供給してもＥＶ機器を冷却できないため、この場合にはステップＳ１００に進み、四方弁５０の切替が行なわれる。バルブ制御部１３８が四方弁５０に信号Ｖ２を伝送し、四方弁５０は第二状態とされる。また流量調整弁３８は全閉にされる。これにより冷却装置１は分離状態に設定され、図７に示す「エアコンＯＮ時／高外気温・車両停止時」モードに移る。
【０１４１】
続いてステップＳ１１０において、冷却部３０においてＥＶ機器で発生した熱により冷媒が加熱され、熱交換器１５において外気へ放熱して冷媒が冷却されることにより、熱交換器１５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し、これによりＥＶ機器が冷却される。このとき圧縮機１２は運転を継続しており、圧縮機１２、熱交換器１４、膨張弁１６および熱交換器１８を順に循環するサイクルが形成されることにより、車両１０００の室内の冷房が継続される。
【０１４２】
次にステップＳ１２０において、ステップＳ４０と同様の、冷却部３０を流れる冷媒が不足しているかどうかの判断が行なわれる。冷媒不足と判定されると、結合子Ａを介して図１２に示す処理に移行し、上述した通りＥＶ機器の冷却能力を増大するための処理が行なわれる。冷媒不足でないと判定されると、ステップＳ９０に戻り、ステップＳ９０の判断が再度行なわれる。このとき、第１凝縮部１４ａ出口の冷媒温度が低下しており、ステップＳ９０の判断において冷媒温度が閾値未満であると判断されれば、ステップＳ５０へ戻り、冷却装置１の運転モードは「エアコンＯＮ時／高外気温・車両停止時」モードから「エアコンＯＮ時／通常」モードへと切り替えられる。
【０１４３】
図１２に示すＥＶ機器の冷却能力を増大させる処理が完了した後、または、ステップＳ５０の判断においてエアコンがオフ状態であると判断された場合、ステップＳ１０の判断が再度行なわれる。ステップＳ１０の判断において、車両１０００がスイッチオフされたと判断されれば、冷却装置１によるＥＶ機器の冷却運転を終了する。
【０１４４】
図１３は、冷却装置１の制御方法の第二の例を示すフローチャートである。図１３に示す例は、ステップＳ１０の判断において車両１０００がスイッチオフされていないと判断された場合に、上述したステップＳ２０に先立って、ステップＳ２１０，Ｓ２２０に従った処理が行なわれる。冬場などの外気温が低い場合には、車室内の冷房運転は行なわれないと考えられ、そのため、「エアコンＯＦＦ」モードにて冷却装置１が運転されてループ式のヒートパイプの作動のみによってＥＶ機器が冷却されることになると予想される。この場合において、ヒートパイプを形成しない機器側に冷媒が滞留する寝込み現象が発生すると、ＥＶ機器を冷却するための冷媒が不足し、その結果ＥＶ機器を十分に冷却できない可能性がある。このような不具合を防止するために、図１３に示すフローでは、ステップＳ２１０、Ｓ２２０が追加されている。
【０１４５】
具体的には、ステップＳ２１０においては、バルブ制御部１３８が四方弁５０に信号Ｖ２を伝送し、四方弁５０が切り替えられる。四方弁５０は、その内部において接続口Ａと接続口Ｂとを連通するとともに接続口Ｃと接続口Ｄとを連通する第一状態とされる。これにより冷却装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を利用してＥＶ機器の冷却が行なわれる非分離状態に設定される。続いてステップＳ２２０において、圧縮機制御部１３２が圧縮機１２に信号Ｃを伝送することにより、圧縮機１２は一定時間駆動を続ける。その後ステップＳ２０に進み、四方弁５０の切替が行なわれる。
【０１４６】
このようにすれば、車両１０００の始動時などにループ式のヒートパイプを形成しない熱交換器１４，１８などに冷媒が滞留していても、圧縮機１２の運転によって、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒が循環する。これにより、ヒートパイプを形成する熱交換器１５に冷媒を送り込むことができ、ヒートパイプ内を循環する冷媒の量を十分に確保することができる。その結果、ＥＶ機器を効率的に冷却することができる。ステップＳ２１０の処理を行なう前に、外気温が所定温度（たとえば１５℃）以下であるか否かを判断するステップをさらに設け、外気温が所定温度以下の場合にステップＳ２１０，Ｓ２２０に従った冷媒の寝込み現象を解消する処理を行なう制御フローとしてもよい。
【０１４７】
図１４は、冷却装置１の制御方法の第三の例を示すフローチャートである。図１５は、冷却能力不足の場合の制御の他の例を示すフローチャートである。図１１に示すフローでは、閉ループ状の冷媒の経路内にサーモサイフォン式のヒートパイプを形成して冷媒を循環する例について説明した。これに対し、図１４，１５に示すフローでは、熱交換器１５と冷却部３０とを接続する閉ループ状の経路内に、ポンプ４８を駆動して冷媒を移送することにより、冷媒を循環させている。
【０１４８】
具体的には、「エアコンＯＦＦ」モードの場合、ステップＳ２０において四方弁５０を分離状態へ切り替えた後、ステップＳ３０に替えてステップＳ３３０の処理が行なわれる。ステップＳ３３０では、ポンプ制御部１３６がポンプ４８に信号Ｐｏを伝送し、ポンプ４８を駆動する。ポンプ４８は、第２凝縮部１５ａで液化され第２過冷却部１５ｂで過冷却液状態に冷却された液冷媒を冷却部３０へ流す駆動力を発生する。これにより、冷却部３０に確実に冷媒を供給できるので、ＥＶ機器の冷却能力を向上できる。
【０１４９】
「エアコンＯＮ時／通常」モードの場合、ステップＳ７０に替えてステップＳ３７０の処理が行なわれ、圧縮機１２の駆動に加えて、ポンプ制御部１３６がポンプ４８に信号Ｐｏを伝送することにより、ポンプ４８を停止する。圧縮機１２が冷媒を移送する駆動力を発生しているので、ポンプ４８の運転を停止しても冷却部３０への冷媒の供給が滞ることはなく、ＥＶ機器の冷却能力を確保できる。ポンプ４８を停止すれば、ポンプ４８の運転に必要とする消費動力を低減できるので、更なる省動力化を達成することができる。
【０１５０】
「エアコンＯＮ時／高外気温・車両停止時」モードの場合、ステップＳ１１０に替えてステップＳ４１０の処理が行なわれ、ポンプ４８を駆動する。液冷媒を冷却部３０へ流す駆動力をポンプ４８が発生することにより、冷却部３０に確実に冷媒を供給できるので、ＥＶ機器の冷却能力を向上できる。
【０１５１】
冷媒能力不足の場合、ステップＳ１８０においてコンデンサファン４２の回転数を増加した後、ステップＳ４８０において、ポンプ制御部１３６がポンプ４８に信号Ｐｏを伝送することにより、ポンプ４８の回転数を増加する。これにより、ポンプ４８によって移送される冷媒の流量が増加する。したがって、冷却部３０におけるＥＶ機器の冷却能力を一層増大できるので、ＥＶ機器の冷却能力不足をさらに容易に解消することができる。
【０１５２】
以上説明したように、本実施の形態における冷却装置１によれば、冷却部３０を流れる冷媒によるＥＶ機器の冷却能力が不足していると判断された場合に、図１２に示す処理が行なわれる。具体的には、ステップＳ１４０において、四方弁５０はその内部で接続口Ａと接続口Ｄとを連通するとともに接続口Ｂと接続口Ｃとを連通するように設定される。この四方弁５０の開閉設定により、圧縮機１２から吐出された冷媒を第１凝縮部１４ａ、気液分離器４０、第１過冷却部１４ｂおよび四方弁５０を介して冷却部３０へ流す第一通路が遮断され、第２凝縮部１５ａ、レシーバ４６、第２過冷却部１５ｂおよび冷却部３０を順に冷媒が循環する第二通路が連通する。さらに、ステップＳ１５０において流量調整弁３８を開状態にし、ステップＳ１７０で圧縮機１２を起動する。
【０１５３】
この構成を採用することにより、ＥＶ機器の冷却能力が低下した場合に、熱交換器１５と冷却部３０とを接続する閉ループ状の経路を形成し、当該経路内を流れる冷媒の流量を増加させて、冷媒とＥＶ機器との熱交換によってＥＶ機器を冷却できる。したがって、ＥＶ機器の冷却能力を確保することができ、ＥＶ機器の過熱に伴う車両１０００の走行不能などの不具合の発生を回避することができる。
【０１５４】
また、冷媒の経路を切り替えるための切替弁として、四方弁５０が用いられていてもよい。これにより、切替弁を構成する弁の点数を減少できるので、装置の小型化が可能になり、車両１０００への搭載性に優れた冷却装置１を提供することができる。加えて、熱交換器１５と冷却部３０とを接続する閉ループ状の経路を形成したときに、圧縮機１２、熱交換器１４、膨張弁１６および熱交換器１８を順に循環する冷凍サイクルを同時に形成できるので、車両１０００の室内の冷房を継続することができる。
【０１５５】
また、四方弁５０は、第１凝縮部１４ａの出口側、冷却部３０の入口側、第２凝縮部１５ａの出口側、および膨張弁１６の入口側に接続されていてもよい。これにより、四方弁５０の開閉設定を切り替えることにより、第１凝縮部１４ａから四方弁５０を経由して冷却部３０へ向かう冷媒の流れと、第２凝縮部１５ａと冷却部３０との間を循環する冷媒の流れとを簡単に切り替えることができる。
【０１５６】
また、冷却部３０は第２凝縮部１５ａよりも下方に配置されていてもよい。これにより、第２凝縮部１５ａと冷却部３０とを接続する閉ループ状の経路によってサーモサイフォン式のヒートパイプを形成できるので、無動力で第２凝縮部１５ａと冷却部３０との間に冷媒を循環させて、ＥＶ機器を冷却することができる。
【０１５７】
また、第２凝縮部１５ａの下流側にレシーバ４６を設け、第２凝縮部１５ａによって凝縮された液状の冷媒を貯留できる構成としてもよい。これにより、液冷媒のみを冷却部３０に供給できるのでＥＶ機器の冷却能力を向上でき、さらに、第２凝縮部１５ａで液化される冷媒の量が増減する場合にも、レシーバ４６内に貯留された冷媒が冷却部３０に供給されるべき冷媒に対するバッファの役割を果たすので、常に一定の量の冷媒を冷却部３０に供給することができ、ＥＶ機器の冷却能力を安定させることができる。
【０１５８】
また、レシーバ４６に貯留された液状の冷媒を移送するポンプ４８を備えている構成としてもよい。ポンプ４８の駆動によって冷媒が移送されることにより、液冷媒を冷却部３０へ流す駆動力が補助されるので、冷却部３０へ確実に冷媒を供給することができ、ＥＶ機器の冷却能力を確保することができる。
【０１５９】
また、第１凝縮部１４ａの下流側に気液分離器４０を設け、第１凝縮部１４ａによって凝縮された冷媒を気相と液相とに分離できる構成としてもよい。これにより、液冷媒のみを冷却部３０に供給できるのでＥＶ機器の冷却能力を向上でき、さらに、第１凝縮部１４ａで液化される冷媒の量が増減する場合にも、気液分離器４０内に貯留された冷媒が冷却部３０に供給されるべき冷媒に対するバッファの役割を果たすので、常に一定の量の冷媒を冷却部３０に供給することができ、ＥＶ機器の冷却能力を安定させることができる。
【０１６０】
また、冷却部３０を流れる冷媒によるＥＶ機器の冷却能力が不足していると判断された場合に、図１２に示すステップＳ１６０において、膨張弁１６の開度を減少してもよい。これにより、膨張弁１６を流れる冷媒の圧力損失が増大するので、第１凝縮部１４ａから流量調整弁３８を経由して第２凝縮部１５ａへ向かう冷媒の流量が増大する。したがって、熱交換器１５と冷却部３０とを接続する閉ループ状の経路内を流れる冷媒の流量を効率よく増加することができるので、ＥＶ機器の冷却能力を効率よく向上でき、ＥＶ機器の過熱に伴う不具合の発生をより確実に回避することができる。
【０１６１】
また、冷却部３０を流れる冷媒によるＥＶ機器の冷却能力が不足していると判断された場合に、図１２に示すステップＳ１８０において、モータ４４の回転数を増加してもよい。これにより、モータ４４に連結されたコンデンサファン４２の回転数が増加し、熱交換器１５へ供給される空気の流量が増大する。したがって、第２凝縮部１５ａおよび第２過冷却部１５ｂにおいて効率よく冷媒を冷却でき、過冷却液状態の低温の冷媒液を確実に冷却部３０へ供給できるので、ＥＶ機器の冷却能力を効率よく向上でき、ＥＶ機器の過熱に伴う不具合の発生をより確実に回避することができる。
【０１６２】
［四方弁５０の具体例］
四方弁５０は、電気的に開閉設定を切り替える仕様であってもよい。一方、機械的に作動する四方弁５０を採用することにより、四方弁５０の構成をより簡素化できるので、低コスト化できる。以下、機械的に作動する四方弁５０の一例の詳細について説明する。図１６は、四方弁５０の構成を示す模式図である。
【０１６３】
四方弁５０は、図１６に示すように、ハウジング７０と、弁体７２とを有している。ハウジング７０は、中空の円筒形状に形成されている。ハウジング７０は、一方の端部７０ａと他方の端部７０ｂとを有しており、さらに、端部７０ａ，７０ｂを連結する中空円筒状の筒部７０ｃを有している。筒部７０ｃは、図１６中に示す左右方向に沿って、直線状に延在している。筒部７０ｃの両端を端部７０ａ，７０ｂがそれぞれ閉塞していることにより、ハウジング７０の内部に中空の内部空間７８が形成されている。
【０１６４】
ハウジング７０の本体部分を形成する筒部７０ｃには、複数のポートが形成されている。すなわち、筒部７０ｃには、第１連結管８１と、第２連結管８２と、第３連結管８３と、第４連結管８４とが設けられている。第１連結管８１は、筒部７０ｃに固定されており、筒部７０ｃを厚み方向に貫通している。
【０１６５】
第２連結管８２、第３連結管８３および第４連結管８４は、弁座８０を介して筒部７０ｃに固定されている。弁座８０は、筒部７０ｃの内周面に一体に固定されており、筒部７０ｃの内周面と同心の円筒面形状の内表面を有している。弁座８０の内表面は、ハウジング７０の中空の内部空間に面している。弁座８０には、厚み方向に弁座８０を貫通している３つの貫通孔が形成されており、第２連結管８２、第３連結管８３および第４連結管８４は、これら３つの貫通孔の各々に取り付けられている。
【０１６６】
第１連結管８１は、図２に示す四方弁５０の接続口Ａを形成するポートであって、第１過冷却部１４ｂおよび気液分離器４０を介して第１凝縮部１４ａの出口側に接続されている。第２連結管８２は、四方弁５０の接続口Ｄを形成するポートであって、膨張弁１６の入口側に接続されている。第３連結管８３は、四方弁５０の接続口Ｂを形成するポートであって、冷却部３０の入口側に接続されている。第４連結管８４は、四方弁５０の接続口Ｃを形成するポートであって、第２過冷却部１５ｂおよびレシーバ４６を介して第２凝縮部１５ａの出口側に接続されている。
【０１６７】
第１連結管８１、第２連結管８２、第３連結管８３および第４連結管８４はそれぞれ、ハウジング７０の内部空間７８に開口している。第２連結管８２と、第４連結管８４と、第３連結管８３とは、筒部７０ｃの延在する方向に沿ってこの順に並べられており、互いに平行に配置されている。第２連結管８２と、第４連結管８４と、第３連結管８３とは、ほぼ一直線上に並んで配置されて、ハウジング７０に固定されている。
【０１６８】
第１連結管８１は、第２連結管８２、第４連結管８４および第３連結管８３を固定する弁座８０に対向する位置に配置されており、弁座８０とほぼ反対側の位置においてハウジング７０に固定されている。第１連結管８１は、第２連結管８２、第３連結管８３および第４連結管８４に対して平行に配置されている。典型的には、第１連結管８１は、その中心線が第４連結管８４の中心線と同一になるように配置されている。
【０１６９】
弁体７２は、ハウジング７０の端部７０ａ，７０ｂおよび筒部７０ｃにより取り囲まれた中空の内部空間７８内に配置されている。弁体７２は、ハウジング７０の内部空間７８内を、筒部７０ｃの延在方向に往復移動可能に設けられている。弁体７２は、ランド部７３，７４と、軸部７５と、スプール７６とを有している。軸部７５は、弁体７２の移動方向に延在している。ランド部７３，７４は、軸部７５の両端部付近において、軸部７５に一体に固定されている。ランド部７３，７４は、軸部７５に対し大径に形成されており、筒部７０ｃの内周面と略同じ形状の外周面を有している。ランド部７３，７４の外周面は、筒部７０ｃの内周面に対し摺動する。
【０１７０】
スプール７６は、２つのランド部７３，７４の間において、軸部７５に一体に固定されている。スプール７６は、軸部７５に対し大径、かつランド部７３，７４に対し小径に形成されている。つまりスプール７６は、筒部７０ｃの内周面から離れて配置されている。スプール７６は、弁座８０の内表面と同心かつ径のほぼ等しい円筒面状の外周面を有している。スプール７６の外周面は、弁座８０の内表面に対し摺動する。スプール７６の外周面のうち、弁座８０に対向する部分には、外周面の一部が窪んだ凹部７７が形成されている。
【０１７１】
ハウジング７０の端部７０ａには、端部７０ａを厚み方向に貫通する貫通孔が形成されている。当該貫通孔には、制御圧導入パイプ８７が設けられている。ハウジング７０の端部７０ｂには、端部７０ｂを厚み方向に貫通する貫通孔が形成されている。当該貫通孔には、制御圧導入パイプ８８が設けられている。制御圧導入パイプ８７，８８を流れる冷媒の圧力に従って、弁体７２は図１６中の左右方向に移動する。
【０１７２】
弁体７２は、第２連結管８２、第４連結管８４および第３連結管８３の並び方向に移動可能に設けられている。弁体７２がハウジング７０内を移動することにより、弁座８０の貫通孔に設けられた複数のポート（すなわち第２連結管８２、第３連結管８３および第４連結管８４）が、スプール７６によって開閉される。これによりスプール７６は、弁機能を発揮し、四方弁５０の開閉設定を切り替えている。スプール７６は、第４連結管８４と、第２連結管８２および第３連結管８３のいずれか一方とを、択一的に連通する。
【０１７３】
図１７は、四方弁５０を制御する制御弁１５０の構成を示す断面図である。制御弁１５０は、図１７に示すように、ハウジング１７０と、弁体１７２とを有している。ハウジング１７０は、中空の円筒形状に形成されている。ハウジング１７０は、図１７中に示す左右方向に沿って、直線状に延在している。
【０１７４】
ハウジング１７０には、制御圧導入パイプ１８４，１８７，１８８が設けられている。制御圧導入パイプ１８４，１８７，１８８は、ハウジング１７０に固定されており、ハウジング１７０を厚み方向に貫通している。ハウジング１７０には、厚み方向にハウジング１７０を貫通している３つの貫通孔が形成されており、制御圧導入パイプ１８７，１８４，１８８は、これら３つの貫通孔の各々に取り付けられている。
【０１７５】
制御圧導入パイプ１８４，１８７，１８８はそれぞれ、ハウジング１７０の内部空間に開口している。制御圧導入パイプ１８７と、制御圧導入パイプ１８４と、制御圧導入パイプ１８８とは、ハウジング１７０の延在する方向に沿ってこの順に並べられており、互いに平行に配置されている。制御圧導入パイプ１８４は、図１６に示す第４連結管８４に接続されている。制御圧導入パイプ１８７は、図１６に示す制御圧導入パイプ８７に接続されている。制御圧導入パイプ１８８は、図１６に示す制御圧導入パイプ８８に接続されている。
【０１７６】
弁体１７２は、ハウジング１７０の中空の内部空間内に配置されている。弁体１７２は、ハウジング１７０の内部空間内で、ハウジング１７０の延在方向に移動可能に設けられている。弁体１７２は、ランド部１７３，１７４と、軸部１７５とを有している。軸部１７５は、弁体１７２の移動方向に延在している。ランド部１７３，１７４は、軸部１７５に一体に固定されている。ランド部１７４は軸部１７５の端部に固定されており、ランド部１７３は軸部１７５の中間部に固定されている。ランド部１７３，１７４は、軸部１７５に対し大径に形成されており、ハウジング１７０の内周面と略同じ形状の外周面を有している。ランド部１７３，１７４の外周面は、ハウジング１７０の内周面に対し摺動する。
【０１７７】
ハウジング１７０の一方の端部には、当該端部を厚み方向に貫通する貫通孔が形成されている。弁体１７２の軸部１７５は、当該貫通孔を経由して、ハウジング１７０の外部空間にまで延在している。ハウジング１７０の外部には、電磁コイル１９０が配置されている。弁体１７２の、ランド部１７４の取り付けられていない側の端部は、電磁コイル１９０内に配置されている。電磁コイル１９０の通電操作によって、弁体１７２に対して、図１７中左側に向かう力が作用する。
【０１７８】
貫通孔の形成されている側のハウジング１７０の端部と、ランド部１７３との間には、圧縮バネ１９４が配置されている。ランド部１７３は、貫通孔の形成されている側のハウジング１７０の端部に向く側に、案内部を有している。案内部は、ハウジング１７０の内周面に対して摺動する外周面よりも小さい外径を有している。圧縮バネ１９４は、案内部の外周面に沿って、案内部の外周面とハウジング１７０の内周面との間に配置されている。圧縮バネ１９４は、ハウジング１７０の延在方向に伸縮自在に設けられている。図１７に示す、ランド部１７４がハウジング１７０の他方の端部に接触している状態において、圧縮バネ１９４はわずかに圧縮されており、弁体１７２に対して図１７中に示す右側に向かう方向の付勢力を作用している。
【０１７９】
電磁コイル１９０による弁体１７２の励磁と、圧縮バネ１９４の作用する応力とにより、電磁コイル１９０のオンとオフとの切替に従って、弁体１７２は、ハウジング１７０の延在方向に沿って往復移動する。
【０１８０】
電磁コイル１９０をオンにすると、電磁コイル１９０により弁体１７２が励磁され、弁体１７２は図１７中に示す左方向に移動する。これにより、ランド部１７４によって制御圧導入パイプ１８８が閉塞するとともに、ハウジング１７０の内部空間を介して制御圧導入パイプ１８４，１８７が互いに連通する。電磁コイル１９０をオフにすると、弁体１７２が励磁されなくなるため、圧縮バネ１９４の応力によって、弁体１７２は図１７中に示す右方向に移動する。これにより、ランド部１７３によって制御圧導入パイプ１８７が閉塞するとともに、ハウジング１７０の内部空間を介して制御圧導入パイプ１８４，１８８が互いに連通する。
【０１８１】
図１８は、図１６に示す四方弁５０の、第一通路を連通している第一状態の断面図である。図１８に示す制御弁１５０は、電磁コイル１９０が通電していないオフ状態である。このときの弁体１７２の設定によって、制御圧導入パイプ１８４，１８８が連通しているので、制御弁１５０を介して第４連結管８４と制御圧導入パイプ８７とが連通している。
【０１８２】
四方弁５０の、ランド部７３，７４の間の内部空間７８には、第１連結管８１を経由して第１凝縮部１４ａ出口の高圧冷媒が供給される。
【０１８３】
第１連結管８１から第４連結管８４までの冷媒の経路には、冷却部３０、熱交換器１５およびレシーバ４６などが配置されている。これらの機器および機器を接続する冷媒通路を通過するときの冷媒の圧力損失を考慮すれば、第１連結管８１を経由して内部空間７８に導入される冷媒は、第４連結管８４を流れる冷媒と比較して、より圧力が高い。すなわち、第１連結管８１から内部空間７８に供給される冷媒の圧力と、第４連結管８４と連通している制御圧導入パイプ８７内を流れる冷媒の圧力とを比較すると、第１連結管８１から内部空間７８に供給される冷媒の圧力の方が高い。
【０１８４】
この冷媒の圧力差により、ランド部７３が端部７０ａへ向かって押圧され、弁体７２はハウジング７０内を図中左方向に移動する。弁体７２は、図１８に示すように、ランド部７３がハウジング７０の端部７０ａに接触した状態で静止する。このとき、第１連結管８１と第３連結管８３とが内部空間７８を介して連通し、第１連結管８１から内部空間７８を経由して第３連結管８３へ流れる冷媒の流れが発生する。かつ、第２連結管８２と第４連結管８４とが凹部７７を介して連通し、第４連結管８４から凹部７７を経由して第２連結管８２へ流れる冷媒の流れが発生する。このようにして四方弁５０が第一状態に設定され、冷媒は、第１凝縮部１４ａから四方弁５０を経由して冷却部３０へ流れ、さらに第２凝縮部１５ａから四方弁を経由して膨張弁１６へ流れる。
【０１８５】
図１９は、図１６に示す四方弁５０の、第二通路を連通している第二状態の断面図である。図１９に示す制御弁１５０は、電磁コイル１９０が通電しているオン状態である。このときの弁体１７２の設定によって、制御圧導入パイプ１８４，１８７が連通しているので、制御弁１５０を介して第４連結管８４と制御圧導入パイプ８８とが連通している。第１連結管８１から内部空間７８に供給される冷媒の圧力と、第４連結管８４と連通している制御圧導入パイプ８８内を流れる冷媒の圧力とを比較すると、第１連結管８１から内部空間７８に供給される冷媒の圧力の方が高い。
【０１８６】
この冷媒の圧力差により、ランド部７４が端部７０ｂへ向かって押圧され、弁体７２はハウジング７０内を図中右方向に移動する。弁体７２は、図１９に示すように、ランド部７４がハウジング７０の端部７０ｂに接触した状態で静止する。このとき、第１連結管８１と第２連結管８２とが内部空間７８を介して連通し、第１連結管８１から内部空間７８を経由して第２連結管８２へ流れる冷媒の流れが発生する。かつ、第３連結管８３と第４連結管８４とが凹部７７を介して連通し、第３連結管８３から凹部７７を経由して第４連結管８４へ流れる冷媒の流れが発生する。このようにして四方弁５０が第二状態に設定され、冷媒は、第１凝縮部１４ａから四方弁５０を経由して膨張弁１６へ流れる。また冷媒は、第２凝縮部１５ａから四方弁を経由して冷却部３０へ流れる。
【０１８７】
四方弁５０を図１９に示す第二状態に設定し、第二通路を経由して第２凝縮部１５ａと冷却部３０との間を循環する冷媒の流れを形成するとき、圧縮機１２で圧縮される冷媒が流れる蒸気圧縮式冷凍サイクル１０とＥＶ機器の冷却サイクルとは、それぞれ単独に運転する。この状態において、四方弁５０には、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を構成している第１凝縮部１４ａ出口側の圧力と、ＥＶ機器の冷却サイクルを構成している第２凝縮部１５ａ出口側の圧力とが作用している。これらの圧力差は数百〜数千ｋＰａあるため、ハウジング７０とスプール７６との間のシール性を十分に確保できる。
【０１８８】
一方、四方弁５０を図１８に示す第一状態に設定し、第一通路を経由して圧縮機１２から吐出された冷媒を第１凝縮部１４ａを介して冷却部３０へ流す場合、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０とＥＶ機器の冷却サイクルとは同一のサイクルに含まれている。この状態において、四方弁５０に作用する差圧は、熱交換器１４出口から熱交換器１５出口までの冷媒の経路における圧力損失の分しか発生しない。四方弁５０に作用する差圧が不十分であると、ハウジング７０とスプール７６との間のシール性を十分に確保できない可能性がある。
【０１８９】
そのため、本実施の形態の四方弁５０は、図１８に示す設定においてスプール７６が第３連結管８３の一部を塞ぐような構成に設けられている。スプール７６の一部を利用して第３連結管８３の入口に絞りを形成することにより、ハウジング７０の内部空間７８から第３連結管８３へ流入する冷媒の圧力損失が増大している。四方弁５０の圧力損失を増大させる結果、熱交換器１４出口から熱交換器１５出口までの冷媒の経路における圧力損失も増大する。したがって、四方弁５０に作用する差圧を増大することができるので、ハウジング７０とスプール７６との間のシール性を向上することができる。四方弁５０を構成しているスプール７６によって圧力損失を増大させているので、簡単な構成でシール性の向上を達成することができる。
【０１９０】
［四方弁５０の変形例］
図２０は、他の例の四方弁５０の、第一通路を連通している状態の断面図である。図２１は、図２０に示す四方弁５０の、第１凝縮部１４ａ出口における冷媒圧が上昇した状態の断面図である。上述した四方弁５０と比較して、図１９，２０に示す変形例の四方弁５０は、スプール７６を含む弁体７２に対しハウジング７０の端部７０ａ側に圧縮バネ９４が設けられている点において異なっている。圧縮バネ９４は、弁体７２の移動方向に沿って延在して配置されており、弁体７２に対し、弁体７２を端部７０ｂ側へ付勢する。
【０１９１】
圧縮バネ９４は、弁体７２をハウジング７０の端部７０ａから離れる側へ付勢する付勢力を作用する、付勢部材の一例である。圧縮バネ９４に替えて、または圧縮バネ９４に加えて、弁体７２に対しハウジング７０の端部７０ａ側に、ゴムなどの他の弾性体が設けられてもよい。
【０１９２】
圧縮バネ９４が弁体７２を付勢しているので、図２０に示す四方弁５０では、ハウジング７０の端部７０ａとランド部７３との間に、空間７９が形成されている。四方弁５０が第一状態に設定された状態で、冷媒の差圧と圧縮バネ９４の付勢力とが釣り合う結果、ランド部７３は、ハウジング７０の端部７０ａから離れて配置されている。
【０１９３】
上述した通り、四方弁５０において、第３連結管８３の入口に絞りが設けられている。この絞りの開度が固定されていると、第１凝縮部１４ａの出口側の冷媒の圧力が急上昇する場合に、四方弁５０において過剰な差圧が発生することになる。この場合、冷媒の圧力が上昇することにより、圧縮機１２の運転の安定性低下、冷媒を循環させるための動力上昇などの不具合が発生する。そのため、変形例の四方弁５０では、弁体７２を端部７０ａ側へ移動できる構成とされている。
【０１９４】
具体的には、第１凝縮部１４ａ出口側の冷媒の圧力が上昇すると、第１連結管８１から内部空間７８へ供給される圧力が上昇するため、ランド部７３を図中左側へ向かって押圧する圧力が大きくなる。冷媒の圧力が圧縮バネ９４の付勢力を上回ると、図２１に示すように、弁体７２が図中左方向へ移動し、ランド部７３が端部７０ａに接触して、空間７９は解消される。このとき、スプール７６が第３連結管８３を覆う面積が縮小するので、第３連結管８３の入口に形成される絞りの開度が大きくなる。
【０１９５】
このようにすれば、ハウジング７０の内部空間７８から第３連結管８３へ流入する冷媒の圧力損失の増大を抑制することができ、第１凝縮部１４ａ出口の冷媒と第２凝縮部１５ａ出口の冷媒との差圧が小さくなる。四方弁５０に作用する差圧の増大が抑えられる結果、冷媒の高圧を下げることができるので、圧縮機１２の安全性を確保でき、冷却装置１の運転に要する動力の増大を抑制することができる。
【０１９６】
以上説明した通り、四方弁５０を経由して流れる冷媒の差圧に従って機械的に作動して冷媒の流れを切り替える四方弁５０を形成し、本実施の形態の冷却装置１に好適に用いることができる。四方弁５０は、上述したスプール弁を備える構成に限られるものではなく、たとえばロータリ型の四方弁であってもよい。また、冷媒通路の連通と遮断とを切り替える機能を発揮できればよいので、四方弁５０に替えて、たとえば複数の電磁弁が使用されてもよい。ただし、四方弁５０を用いることにより、一つの弁の開閉設定に従って冷媒通路を切り替えることができるので、より小型化され車載性に優れた冷却装置１を提供することができる。
【０１９７】
なお、これまでの実施の形態においては、ＥＶ機器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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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み合わせてもよい。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２００】
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】
【０２０１】
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、１４ａ  第１凝縮部、１４ｂ  第１過冷却部、１５ａ  第２凝縮部、１５ｂ  第２過冷却部、１６  膨張弁、２１〜２９，３３〜３６  冷媒通路、３０  冷却部、３８  流量調整弁、４０  気液分離器、４２  コンデンサファン、４４  モータ、４６  レシーバ、４８  ポンプ、５０  四方弁、５１，５２，５３，５４  温度センサ、５６  圧力センサ、７０，１７０  ハウジング、７０ａ，７０ｂ  端部、７０ｃ  筒部、７２，１７２  弁体、７３，７４，１７３，１７４  ランド部、７５，１７５  軸部、７６  スプール、７７  凹部、７８  内部空間、７９  空間、８０  弁座、８１  第１連結管、８２  第２連結管、８３  第３連結管、８４  第４連結管、８７，８８，１８４，１８７，１８８  制御圧導入パイプ、９４，１９４  圧縮バネ、１００  制御装置、１１０  演算処理部、１１２  冷却能力検出部、１１４  判定部、１２４  温度入力部、１２６  圧力入力部、１３２  圧縮機制御部、１３４  モータ制御部、１３６  ポンプ制御部、１３８  バルブ制御部、１５０  制御弁、１９０  電磁コイル、１０００  車両。
【図１】
2014153016.tif 000003
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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