(57)【要約】【課題】複数の冷媒経路を有し、冷媒経路間の結合および切り離しが可能な冷却装置において、各冷媒経路における冷却性能を安定化する。【解決手段】冷却装置５００は、冷媒を用いて空調用空気を冷却するための冷媒経路５０１と、冷媒を用いて冷却部５０３により発熱源２００を冷却するための冷媒経路５０２と、２つの冷媒経路の結合と分離とを切換可能に構成された四方弁５２０と、ＥＣＵ３００とを備える。ＥＣＵは、２つの冷媒経路を分離する際に、２つの冷媒経路における冷媒量の少なくとも一方が、それぞれに対応して定められた所定範囲の範囲外である場合には、冷却部の冷却能力を調整して双方の冷媒経路の冷媒量をそれぞれの所定範囲内に調整した後に四方弁を切換えることによって、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とを分離する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を用いる冷却装置であって、
空調用空気を冷却するための第１の冷却回路と、
冷却部を含み、前記冷却部により発熱源を冷却するための第２の冷却回路と、
前記第１の冷却回路および前記第２の冷却回路の結合と分離とを切換可能に構成された四方弁と、
前記四方弁を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１の冷却回路と前記第２の冷却回路とを分離する際に、前記第１の冷却回路における第１の冷媒量および前記第２の冷却回路における第２の冷媒量の少なくともいずれか一方が、それぞれに対応して定められた所定範囲の範囲外である場合には、前記冷却部の冷却能力を調整して前記第１の冷媒量および前記第２の冷媒量をそれぞれの前記所定範囲内に調整した後に前記四方弁を切換えることによって、前記第１の冷却回路と前記第２の冷却回路とを分離する、冷却装置。
【請求項２】
前記冷却部は、冷媒を減圧する第１の減圧器を含み、
前記制御装置は、前記第１の減圧器の使用と不使用とを切換えることによって、前記冷却部の冷却能力を調整する、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却部は、
前記第１の減圧器が設けられていない第１の経路と、
前記第１の経路に並列に接続され、前記第１の減圧器が設けられた第２の経路と、
前記第１の経路と前記第２の経路との間で冷媒が流通する経路を切換える切換部とをさらに含み、
前記制御装置は、前記切換部を切換えることによって、前記第１の減圧器の使用と不使用とを切換える、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第１の冷媒量が対応する前記所定範囲を上回り、かつ、前記第２の冷媒量が対応する前記所定範囲を下回る場合は、所定条件が成立したことに応じて、前記第２の経路に冷媒が流通するように前記切換部を切換える、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第１の冷媒量が対応する前記所定範囲を下回り、かつ、前記第２の冷媒量が対応する前記所定範囲を上回る場合は、前記第１の経路に冷媒が流通するように前記切換部を切換える、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第１の冷却回路は、
冷媒を圧縮して循環させるための圧縮機と、
圧縮された冷媒を外気との間で熱交換して凝縮させる第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器からの冷媒を減圧するための第２の減圧器と、
減圧された冷媒を前記空調用空気との間で熱交換して蒸発させ、前記圧縮機に冷媒を供給する第２の熱交換器とを含み、
前記第２の冷却回路は、
前記冷却部を通過した冷媒を外気との間で熱交換して凝縮させる第３の熱交換器をさらに含む、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記四方弁は、前記第１の熱交換器の出口側、前記冷却部の入口側、前記第２の熱交換器の出口側、および前記第２の減圧器の入口側に接続され、
前記四方弁は、
前記第１の冷却回路と前記第２の冷却回路とを結合する場合は、前記第１の熱交換器の
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２の熱交換器の出口側と前記第２の減圧器の入口側とを連通させ、
前記第１の冷却回路と前記第２の冷却回路とを分離する場合は、前記第１の熱交換器の出口側と前記第２の減圧器の入口側とを連通するとともに、前記第２の熱交換器の出口側と前記冷却部の入口側とを連通させる、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記四方弁により、前記第１の冷却回路と前記第２の冷却回路とが分離されると、前記冷却部と前記第２の熱交換器との間に冷媒を循環させる閉ループ回路が形成される、請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記第２の冷却回路は、冷媒を移送するポンプをさらに含む、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記第２の冷却回路は、前記冷却部に並列に接続され、前記第１の熱交換器から前記冷却部へ供給される冷媒の量を調整するためのバイパス回路をさらに含む、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却装置は、車両に搭載され、
前記発熱源は、前記車両の駆動装置であり、
前記空調用空気は、車室内を空調するために用いられる、請求項１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、より特定的には、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冷却性能を安定化するための技術に関する。
【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】
一方、蒸気圧縮式冷凍サイクル内に複数の冷媒経路を設け、運転条件の変動に伴って冷媒経路を切換える技術が提案されている。たとえば、特開２０１０−２７２２８９号公報（特許文献１）には、車室内空調用の冷媒が循環する第１の冷媒経路と、車載バッテリの温度を調整するための冷媒が循環する第２の冷媒経路とを備えた車両において、温度環境に応じてバルブを開閉することによって、第１の冷媒経路と第２の冷媒経路との結合と切り離しを切換える構成が開示される。
【０００４】
特開２０１０−２７２２８９号公報（特許文献１）に開示される構成においては、たとえば低温環境下において、第１の冷媒経路と第２の冷媒経路とを結合することによって、第１の冷媒経路の排熱によってバッテリを加熱することができるので、バッテリを昇温するための電力量を削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７２２８９号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４５８５７号公報
【特許文献３】特開２０１２−２１４１７５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においては、熱交換器を用いて冷媒の凝縮，蒸発が繰り返される。このとき、凝縮された液体の冷媒は、冷媒経路内のレシーバ内に貯留される。上述のような、複数の冷媒経路を有する冷却システムにおいては、各冷媒経路に熱交換器およびレシーバが設けられる場合がある。このようなシステムでは、特定の冷媒経路における冷却対象機器の発熱が大きい場合には、各レシーバに貯留される冷媒の量に偏りが生じ得る。そして、そのような偏りが生じた状態で当該冷媒経路が切り離されてしまうと、冷媒量の不足のために、特定の冷媒経路において冷却性能が十分に維持できなくなる状態となり得る。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の冷媒経路を有し、冷媒経路間の結合および切り離しが可能な冷却装置において、各冷媒経路における冷却性能を安定化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による冷却装置は、冷媒を用いる冷却装置であって、空調用空気を冷却するため
の第１の冷却回路と、発熱源を冷却するための第２の冷却回路と、四方弁と、四方弁を制御するための制御装置とを備える。第２の冷却回路は、冷却部を含み、冷却部により上記の発熱源を冷却する。四方弁は、第１の冷却回路および第２の冷却回路の結合と分離とを切換えることが可能に構成される。制御装置は、第１の冷却回路と第２の冷却回路とを分離する際に、第１の冷却回路における第１の冷媒量および第２の冷却回路における第２の冷媒量の少なくともいずれか一方が、それぞれに対応して定められた所定範囲の範囲外である場合には、冷却部の冷却能力を調整して第１の冷媒量および第２の冷媒量をそれぞれの所定範囲内に調整した後に四方弁を切換えることによって、第１の冷却回路と第２の冷却回路とを分離する。
【０００９】
好ましくは、冷却部は、冷媒を減圧する第１の減圧器を含む。制御装置は、第１の減圧器の使用と不使用とを切換えることによって、冷却部の冷却能力を調整する。
【００１０】
好ましくは、冷却部は、第１の減圧器が設けられていない第１の経路と、第１の経路に並列に接続され、第１の減圧器が設けられた第２の経路と、切換部とをさらに含む。切換部は、第１の経路と第２の経路との間で冷媒が流通する経路を切換えることが可能である。制御装置は、切換部を切換えることによって、第１の減圧器の使用と不使用とを切換える。
【００１１】
好ましくは、制御装置は、第１の冷媒量が対応する所定範囲を上回り、かつ、第２の冷媒量が対応する所定範囲を下回る場合は、所定条件が成立したことに応じて、第２の経路に冷媒が流通するように切換部を切換える。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、第１の冷媒量が対応する所定範囲を下回り、かつ、第２の冷媒量が対応する所定範囲を上回る場合は、第１の経路に冷媒が流通するように切換部を切換える。
【００１３】
好ましくは、第１の冷却回路は、冷媒を圧縮して循環させるための圧縮機と、圧縮された冷媒を外気との間で熱交換して凝縮させる第１の熱交換器と、第１の熱交換器からの冷媒を減圧するための第２の減圧器と、減圧された冷媒を空調用空気との間で熱交換して蒸発させ、圧縮機に冷媒を供給する第２の熱交換器とを含む。第２の冷却回路は、冷却部を通過した冷媒を外気との間で熱交換して凝縮させる第３の熱交換器をさらに含む。
【００１４】
好ましくは、四方弁は、第１の熱交換器の出口側、冷却部の入口側、第２の熱交換器の出口側、および第２の減圧器の入口側に接続される。四方弁は、第１の冷却回路と第２の冷却回路とを結合する場合は、第１の熱交換器の出口側と冷却部の入口側とを連通するとともに、第２の熱交換器の出口側と第２の減圧器の入口側とを連通させる。四方弁は、第１の冷却回路と第２の冷却回路とを分離する場合は、第１の熱交換器の出口側と第２の減圧器の入口側とを連通するとともに、第２の熱交換器の出口側と冷却部の入口側とを連通させる。
【００１５】
好ましくは、四方弁により、第１の冷却回路と第２の冷却回路とが分離されると、冷却部と第２の熱交換器との間に冷媒を循環させる閉ループ回路が形成される。
【００１６】
好ましくは、第２の冷却回路は、冷媒を移送するポンプをさらに含む。
好ましくは、第２の冷却回路は、冷却部に並列に接続され、第１の熱交換器から冷却部へ供給される冷媒の量を調整するためのバイパス回路をさらに含む。
【００１７】
好ましくは、冷却装置は、車両に搭載される。発熱源は、車両の駆動装置である。空調用空気は、車室内を空調するために用いられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の冷媒経路を有し、冷媒経路間の結合および切り離しが可能な冷却装置において、冷媒経路を切り離す際に各冷媒経路における冷媒液量の偏りを抑制することができる。これによって、冷媒経路が切り離された後に、各冷媒経路において所定の冷媒液量を確保することが可能になる。そのため、各冷媒経路において冷却性能を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に従う蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷却装置を搭載した車両の全体ブロック図である。
【図２】図１の冷却装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図２において、四方弁が切換ったときの冷媒の流れを説明するための図である。
【図４】本実施の形態において、ＥＣＵで実行される冷媒量調整制御を説明するための機能ブロック図である。
【図５】本実施の形態において、ＥＣＵで実行される冷媒量調整制御処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２１】
［車両の基本構成］
図１は、本実施の形態に従う蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷却装置５００を搭載した車両１００の全体ブロック図である。本実施の形態においては、冷却装置５００が車両用空調装置（Ａ／Ｃ）として使用される場合を例として説明するが、冷却装置５００の用途はこれに限られない。冷却装置５００は、たとえば家庭用空調装置や産業機器の冷却装置などにも適用可能である。
【００２２】
車両１００は、蓄電装置１１０からの電力を用いて走行駆動力を得て走行するタイプの車両である。図１においては、車両１００が電気自動車である場合を例として説明するが、車両１００は内燃機関を有するハイブリッド車両や、燃料電池を搭載した燃料電池車であってもよい。
【００２３】
車両１００は、蓄電装置１１０および冷却装置５００に加えて、システムメインリレー（ＳＭＲ）１１５、駆動装置であるＰＣＵ（Power  Control  Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、駆動輪１４０と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）３００とを備える。ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２５とを含む。
【００２４】
蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
【００２５】
蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介してＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力は、たとえば２００Ｖ程度である。
【００２６】
蓄電装置１１０は、いずれも図示しないが電圧センサ、電流センサおよび温度センサを含み、これらのセンサによってそれぞれ検出された、蓄電装置１１０の電圧ＶＢ，電流ＩＢ，温度ＴＢがＥＣＵ３００へ出力される。
【００２７】
ＳＭＲ１１５は、蓄電装置１１０の正極端と電力線ＰＬ１との間に接続されるリレー、および蓄電装置１１０の負極端と電力線ＮＬ１との間に接続されるリレーを含む。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間における電力の供給と遮断とを切換える。
【００２８】
コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置１１０からの電力の昇圧、およびインバータ１２５からの電力の降圧を行なう。
【００２９】
インバータ１２５は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１によって、コンバータ１２１に接続される。インバータ１２５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩに基づいて制御される。インバータ１２５は、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１３０を駆動する。
【００３０】
モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ１３０は、回生動作の場合には、駆動輪１４０からの回転力を用いて発電が可能である。蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０の発電電力を用いて充電することができる。
【００３１】
冷却装置５００は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１から電力を受けて動作する。冷却装置５００は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＣＴＬにより制御され、車両１００の車室内の空気温度を調整する。また、冷却装置５００の冷媒通路は、蓄電装置１１０、ならびにＰＣＵ１２０内のコンバータ１２１およびインバータ１２５にも配設される。上記の冷媒通路は、各機器を収納する筐体の周囲もしくは筐体内部を通過し、あるいは機器本体に内蔵される冷媒通路に結合される。蓄電装置１１０やＰＣＵ１２０内の機器は、走行時に電気回路内に電流が流れることによって発熱し得る。そのため、上記のように冷却装置５００の冷媒をこれらの機器の冷媒通路に流通することによって、これらの機器を冷却することができる。冷却装置５００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】
ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００３３】
ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０に備えられる電圧センサ，電流センサ（いずれも図示せず）からの電圧ＶＢおよび電流ＩＢの検出値を受け、蓄電装置１１０の充電状態ＳＯＣ（State  of  Charge）を演算する。
【００３４】
ＥＣＵ３００は、ＰＣＵ１２０およびモータジェネレータ１３０からそれぞれの温度ＴＰ，ＴＭを受ける。また、ＥＣＵ３００は、温度センサ１６０によって検出された外気温ＴＨを受ける。ＥＣＵ３００は、これらの温度情報と、ユーザによる操作信号ＯＰＥおよび冷却装置５００からの信号ＳＩＧとに基づいて制御信号ＣＴＬを生成して、以下に詳述するような冷却装置５００の制御を行なう。
【００３５】
なお、図１においては、ＥＣＵ３００として１つの制御装置を設ける構成としているが
、機能ごとまたは制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。
【００３６】
［冷却装置の構成］
図２，図３は、図１に示した冷却装置５００の構成の一例を説明するためのブロック図である。冷却装置５００は、車室内を空調するための冷媒経路５０１と、図１で示した蓄電装置１１０およびＰＣＵ１２０を含む駆動機器２００を冷却する冷媒経路５０２とを含む。なお、駆動機器２００は、本発明における「発熱源」に対応する。
【００３７】
冷媒経路５０１，５０２はともに四方弁５２０に結合されており、四方弁５２０を切換えることによって、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２との間の結合と切り離しを切換えることができるように構成される。図２は、四方弁５２０を介して冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とが結合された状態（以下、「第１の状態」あるいは「合流モード」とも称する。）を示しており、図３は、四方弁５２０によって冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とが切り離された状態（以下、「第２の状態」あるいは「分離モード」とも称する。）を示している。図３の分離モードにおいては、冷媒経路５０２は環状の閉ループの経路を形成する。
【００３８】
図２および図３を参照して、まず、冷媒経路５０１について説明する。冷媒経路５０１は、圧縮機（コンプレッサ：ＣＯＭＰ）５０５と、凝縮器（ＣＯＮＤ１）５１０と、レシーバ（ＲＥＣ１）５１５と、膨張弁５５５と、蒸発器（ＥＶＡ）５６０とを含む。
【００３９】
圧縮機５０５は、車両１００に搭載されたモータジェネレータ１３０（図１）、エンジン、または専用のモータ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５０５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＤＲＶＣによって制御される。圧縮機５０５は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動時に、蒸発器５６０から冷媒通路５８３を通って流通する気相冷媒を吸入圧縮して、冷媒通路５７１に高温高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機５０５は、冷媒通路５７１に冷媒を吐出することで、蒸気圧縮式冷凍サイクルに冷媒を循環させる。
【００４０】
凝縮器５１０は、圧縮機５０５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凝縮し冷媒液とする。圧縮機５０５から吐出された高圧の気相冷媒は、凝縮器５１０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。凝縮器５１０は、たとえば、冷媒を流通するチューブ、および、チューブ内を流通する冷媒と凝縮器５１０の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンを含む。
【００４１】
凝縮器５１０は、冷却風と冷媒との間で熱交換を行なう。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凝縮器５１０に供給されてもよい。あるいは、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（いずれも図示せず）などの、外気供給用ファンからの強制通風によって凝縮器５１０に供給されてもよい。凝縮器５１０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。
【００４２】
凝縮器５１０によって冷却された冷媒は、冷媒通路５７２を通ってレシーバ５１５へ供給される。
【００４３】
冷媒通路５７２からレシーバ５１５へ流入する冷媒は、気液分離器として機能するレシーバ５１５の内部において気相と液相とに分離される。凝縮器５１０で全ての冷媒が凝縮せず、レシーバ５１５へ流入する冷媒が気液二相状態である場合、レシーバ５１５は、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貯留する。気液分離された冷媒は、レシーバ５１５の内部において、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。
【００４４】
このように、レシーバ５１５において、一定量の冷媒液を蓄えることによって、冷却についての負荷変動が生じた場合でも冷媒液を適切に供給することができる。そのため、負荷変動が生じた場合でも冷却性能を安定化することができる。
【００４５】
レシーバ５１５には、貯留された冷媒液量を示す液面高さを検出するためのレベルセンサ５９０が設けられる。レベルセンサ５９０は、検出された液面高さＬＶ１をＥＣＵ３００へ出力する。
【００４６】
冷媒通路５７３は、レシーバ５１５の液相側（たとえば、底部）に連結される。そのため、レシーバ５１５からは、冷媒液のみが冷媒通路５７３へ送り出される。このように、レシーバ５１５は、気相冷媒と液相冷媒とを確実に分離できる。
【００４７】
図３のように、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とが切り離された状態においては、冷媒通路５７３は、四方弁５２０を介して冷媒通路５８１へ結合される。これによって、レシーバ５１５からの冷媒液は膨張弁５５５に供給される。
【００４８】
膨張弁５５５は、冷媒通路５８１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５５５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、凝縮器５１０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を生成する。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５５５に限られず、毛細管または開度制御可能な制御弁であってもよい。
【００４９】
蒸発器５６０は、冷媒と空調用空気との間で熱交換して、空調用空気の温度を調節する。蒸発器５６０は、冷媒を流通するチューブ、および、チューブ内を流通する冷媒と蒸発器５６０の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンを含む。チューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流入する。冷媒は、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して車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蒸発し、さらに顕熱によって過熱蒸気になる。図示しない空調用ファンが駆動することにより、蒸発器５６０に空調用空気が供給される。空調用空気は、外気であってもよいし、あるいは車両の室内の空気であってもよい。
【００５０】
冷房運転時には、膨張弁５５５によって減圧された冷媒は、蒸発器５６０において、車両の室内へ流通する空調用空気から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吸収する。蒸発器５６０内の冷媒に熱が吸収されて温度が低下した空調用空気は、車両の室内に再び戻される。このようにして、車室内の冷房が行なわれる。
【００５１】
蒸発器５６０においては、空調用空気は冷却され、一方冷媒は空調用空気からの熱伝達を受けて周囲から吸熱し、加熱および気化される。蒸発器５６０により気化された冷媒は、冷媒通路５８３を通って圧縮機５０５へ送出される。
【００５２】
次に、冷媒経路５０２について説明する。冷媒経路５０２は、冷媒を用いて駆動機器２００を冷却する冷却部５０３と、凝縮器（ＣＯＮＤ２）５４０と、レシーバ（ＲＥＣ２）５４５と、電動ポンプ（ＰＵＭＰ）５５０と、バイパス弁（ＢＰＳ）５３５とを含む。また、冷却部５０３は、分岐弁５２５と、冷却器５３０と、膨張弁５２７とを含む。
【００５３】
図２のように、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とが結合されている場合には、レシーバ５１５に貯留されている冷媒液は、冷媒通路５７３および四方弁５２０を通って冷媒経路５０２側の冷媒通路５７４に送られる。
【００５４】
冷媒通路５７４に送られた冷媒は、分岐弁５２５によって、冷媒通路５７５あるいは冷媒通路５７６に選択的に分岐される。分岐弁５２５は、代表的には三方弁であるが、これには限定されず、たとえば、冷媒通路５７５，５７６に個別に設けられ、相補的に動作する２つの二方弁として構成されてもよい。分岐弁５２５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２によって制御されて、冷媒の流れを冷媒通路５７５または冷媒通路５７６のいずれか一方に切換える。冷媒通路５７６は、冷却器５３０に対して並列に結合される。
【００５５】
冷媒通路５７５に送られた冷媒は、冷却器５３０において、駆動機器２００との間で熱交換が行なわれる。冷却器５３０は、駆動機器２００に含まれる各機器の近傍あるいは各機器に接して設けられる。あるいは、上述のように、各機器本体内部に予め設けられた冷媒通路であってもよい。冷却器５３０における熱交換によって加熱された冷媒は、冷媒通路５７７を通って凝縮器５４０へ供給される。
【００５６】
また、分岐弁５２５によって分岐された冷媒通路５７６には、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３によって制御される膨張弁５２７が設けられる。膨張弁５２７は、冷媒経路５０１における膨張弁５５５と同様であり、分岐弁５２５からの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。低温にされた冷媒は、冷媒通路５７６を通って冷却器５３０を冷却して冷媒通路５７７へ送られる。このように、膨張弁５２７を通過させて冷媒温度を低下させることによって、駆動機器２００の冷却を促進することができる。
【００５７】
なお、図２および図３においては、冷媒通路５７６が冷却器５３０と並列に設けられて、冷媒通路５７６によって冷却器５３０を冷却して間接的に駆動機器２００を冷却する構成を例として説明するが、冷媒通路５７６が駆動機器２００と直接熱交換するようにしてもよい。あるいは、冷媒通路５７６を冷媒通路５７５に接続することによって、低温にされた冷媒を冷却器５３０内に流通させるようにしてもよい。
【００５８】
バイパス弁５３５は、冷却部５０３と並列に設けられる。バイパス弁５３５は、冷媒通路５８４を介してレシーバ５１５と結合され、冷媒通路５８５を介して凝縮器５４０と結合される。バイパス弁５３５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３によって制御され、開度を調整することによって冷却部５０３に流れる冷媒の量を調整する。
【００５９】
冷媒通路５７７には、温度センサ５９５が設けられる。温度センサ５９５は、冷却部５０３を通過した冷媒の温度を検出し、その検出値ＴＣをＥＣＵ３００に出力する。
【００６０】
凝縮器５４０は、冷媒経路５０１の凝縮器５１０と同様に、冷媒通路５７７を流通する冷媒を外部媒体へ等圧的に放熱させて凝縮し冷媒液とする。冷却された冷媒は、冷媒通路５７８を通ってレシーバ５４５へ送られ、レシーバ５４５の内部において気相と液相とに分離される。
【００６１】
レシーバ５４５には、貯留された冷媒液量を示す液面高さを検出するためのレベルセンサ５９２が設けられる。レベルセンサ５９２は検出された液面高さＬＶ２をＥＣＵ３００へ出力する。
【００６２】
レシーバ５４５に貯留された冷媒液は、冷媒通路５７９を通って電動ポンプ５５０に送られる。電動ポンプ５５０は、図３のように冷媒経路５０２が冷媒経路５０１から切り離された場合に、環状の閉ループ回路とされた冷媒経路５０２内に冷媒を循環させるためのポンプであり、ＥＣＵ３００からの制御信号ＤＲＶＰによって制御される。図２のように、冷媒経路５０２が冷媒経路５０１に結合されている場合には、電動ポンプ５５０は停止状態とされる。冷媒は電動ポンプ５５０を通過して冷媒通路５８０へ送られ、さらに四方
弁５２０を介して膨張弁５５５へ供給される。
【００６３】
なお、図２および図３には記載されていないが、電動ポンプ５５０が停止状態とされた場合に、電動ポンプ５５０をバイパスして冷媒通路５７９と冷媒通路５８０とを連通させるバイパス経路を設けてもよい。また、電動ポンプ５５０は、レシーバ５４５内に設けられてもよい。
【００６４】
四方弁５２０は、レシーバ５１５の出口側の冷媒通路５７３に結合される接続口Ａと、冷却部５０３の入口側の冷媒通路５７４に結合される接続口Ｂと、レシーバ５４５の出口側の冷媒通路５８０に結合される接続口Ｃと、膨張弁５５５の入口側の冷媒通路５８２に結合される接続口Ｄとを有する。四方弁５２０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ４によって制御され、接続口Ａと接続口Ｂとを連通させるとともに接続口Ｃと接続口Ｄとを連通させる状態（第１の状態）と、接続口Ａと接続口Ｄとを連通させるとともに接続口Ｂと接続口Ｃとを連通させる状態（第２の状態）とを切換えることができる。
【００６５】
このような構成においては、車両が停止して駆動機器２００の運転が行なわれていない場合、および圧縮機５０５が駆動されて車室内の空調が行なわれる場合には、基本的には、四方弁５２０が第１の状態とされ、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とが結合される。この場合には、圧縮機５０５によって双方の冷媒経路内を冷媒が循環する。
【００６６】
一方、車室内の空調が停止された状態で駆動機器２００が運転される場合や、車外の気温が上昇して冷媒温度が高くなったような場合には、駆動機器２００を適切に冷却するために四方弁５２０が第２の状態とされ、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とが切り離される。この際、電動ポンプ５５０が運転されて、冷媒経路５０２内の冷媒が循環する。これによって、圧縮機５０５が運転されていない場合でも駆動機器２００を冷却でき、また、冷媒経路を短くすることでより高い冷媒圧力で駆動機器２００を冷却できるので、駆動機器２００の冷却能力を確保することができる。
【００６７】
なお、図２，図３に示される制御信号ＳＥ１〜ＳＥ５，ＤＲＶＣ，ＤＲＶＰは、図１における信号ＣＴＬに含まれる。また、冷媒温度ＴＣおよび液面高さＬＶ１，ＬＶ２は、図１における信号ＳＩＧに含まれる。
【００６８】
［冷媒量調整制御の説明］
上記のように、車室内を空調するための冷媒経路５０１および駆動機器２００を冷却する冷媒経路５０２のような複数の冷媒経路の結合および切り離しが可能な冷却装置においては、冷媒経路を切り離した際に、分離された個別の冷媒経路における冷却能力を確保することが重要となる。たとえば、一方の冷媒経路に冷媒量が偏ってしまい、他方の冷媒経路の冷媒量が大きく減少したような場合には、冷媒量が少なくなった冷媒経路においては、十分な冷却性能が発揮できなくなってしまう可能性がある。
【００６９】
たとえば、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とが結合された状態（図２）において、駆動機器２００の負荷が高く発熱量が多い場合には、冷却部５０３での熱交換において冷媒の圧力の増加の程度が大きくなってしまう。そうすると、冷媒経路５０１の凝縮器５１０の出口側と冷却部５０３の入口側との間の圧力勾配が小さくなるので、レシーバ５１５からの冷媒が冷却部５０３を通過しにくくなってしまう。これによって、冷媒経路５０１側のレシーバ５１５の冷媒の貯留量が増加し、一方で冷媒経路５０２側のレシーバ５４５の冷媒の貯留量が減少する。
【００７０】
このような状態で、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とを切り離してしまうと、冷媒経路５０２を循環する冷媒量が少ないため、冷媒経路５０２において駆動機器２００を十分
に冷却することができなくなってしまう。そうすると、機器の故障や劣化の要因となったり、オーバーヒートとなって強制的に駆動力が停止されてしまったりする可能性がある。
【００７１】
そこで、本実施の形態においては、各冷媒経路を流れる冷媒量に偏りが生じた状態で冷媒経路の切り離しが必要となった場合に、四方弁５２０の切換えに先立って「冷媒量調整制御」を行なうことにより冷媒量の偏りを低減する。より具体的には、冷却部５０３において、レシーバ５１５およびレシーバ５４５における冷媒の貯留量に基づいて分岐弁５２５を適宜切換えて、膨張弁５２７を用いない冷媒経路（第１の経路）あるいは膨張弁５２７を用いる冷媒経路（第２の経路）のいずれか一方に選択的に切換えることによって、冷却部５０３による駆動機器２００の冷却能力を調整する。これによって、冷媒の内部圧力を調整して冷媒量の偏りを低減し、各冷媒経路における冷媒の貯留量が所定範囲内になった後に冷媒経路を分離する。その結果、冷媒経路が切り離された後の各冷媒経路において所定の冷媒量が確保されるので、各冷媒経路において必要とされる冷却性能を発揮することが可能となる。
【００７２】
図４は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される冷媒量調整制御を説明するための機能ブロック図である。図４の機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
【００７３】
図２および図４を参照して、ＥＣＵ３００は、モード判定部３１０と、四方弁制御部３２０と、分岐弁制御部３３０と、コンプレッサ制御部３４０と、ポンプ制御部３５０とを含む。
【００７４】
モード判定部３１０は、外気温ＴＨ、ＰＣＵ１２０の温度ＴＰ、蓄電装置１１０の温度ＴＢ、モータ温度ＴＭ、および冷却部５０３の出口側の冷媒温度ＴＣ、ならびに、ユーザによる操作信号ＯＰＥを受ける。また、モード判定部３１０は、レシーバ５１５，５４５にそれぞれ蓄えられた冷媒の貯留量ＬＶ１，ＬＶ２を受ける。
【００７５】
モード判定部３１０は、これらの情報に基づいて、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とを結合する合流モードを選択するか、あるいは、冷媒経路５０１と冷媒経路５０２とを切り離す分離モードを選択するかを判定する。また、モード判定部３１０は、分離モードが選択された場合に、レシーバ５１５，５４５の貯留量ＬＶ１，ＬＶ２に基づいて、冷却部５０３による冷却の促進のために膨張弁５２７を用いることが必要であるか否かを判定する。
【００７６】
そして、モード判定部３１０は、これらの判定から、選択すべきモードおよび分岐弁５２５の切換方向を含むモード信号ＭＯＤＥを生成し、そのモード信号ＭＯＤＥを四方弁制御部３２０、分岐弁制御部３３０、コンプレッサ制御部３４０、およびポンプ制御部３５０に出力する。
【００７７】
四方弁制御部３２０は、モード信号ＭＯＤＥに基づいて制御信号ＳＥ１を生成して、四方弁５２０を切換える。なお、分離モードに移行する際に冷媒量の調整が必要である場合には、レシーバ５１５，５４５の貯留量ＬＶ１，ＬＶ２が所定範囲内となった後に、四方弁５２０を切換える。
【００７８】
分岐弁制御部３３０は、モード信号ＭＯＤＥに基づいて制御信号ＳＥ２を生成して、冷却部５０３における分岐弁５２５を切換える。
【００７９】
コンプレッサ制御部３４０は、モード信号ＭＯＤＥに基づいて車室内の空調が必要であるか否かを判断し、圧縮機５０５の制御信号ＤＲＶＣを生成する。コンプレッサ制御部３
４０は、制御信号ＤＲＶＣを出力して圧縮機５０５を制御する。
【００８０】
ポンプ制御部３５０は、モード信号ＭＯＤＥに基づいて、電動ポンプ５５０の駆動の要否を判定する。分離モードとされて電動ポンプ５５０の駆動が必要である場合には、ポンプ制御部３５０は、制御信号ＤＲＶＰを用いて電動ポンプ５５０を駆動する。
【００８１】
図５は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される冷媒量調整制御処理を説明するためのフローチャートである。図５に示されるフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００８２】
図２および図５を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ユーザの操作信号ＯＰＥおよび各温度に基づいて、分離モードへの切換えが必要であるか否かを判定する。
【００８３】
分離モードへの切換えが必要でない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、冷媒量の調整は不要であるので、ＥＣＵ３００は、以降の処理をスキップして処理をメインルーチンに戻す。一方、分離モードへの切換えが必要な場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められる。
【００８４】
Ｓ１１０にて、ＥＣＵ３００は、圧縮機５０５が運転中であるか否かを判定し、停止している場合には圧縮機５０５を運転する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、現在のモードが合流モードであることを確認する。現在、すでに分離モードに切換っている場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、以降の処理がスキップされて、処理がメインルーチンに戻される。
【００８５】
現在のモードが合流モードである場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３０に進められて、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０にて電動ポンプ５５０を運転する。
【００８６】
その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、冷媒経路５０２におけるレシーバ５４５の貯留量ＬＶ２を確認し、貯留量ＬＶ２が、分離モードが許可される所定範囲（β１≦ＬＶ２≦β２）内であるか否かを判定する。
【００８７】
レシーバ５４５の貯留量ＬＶ２が不足しており、所定範囲の下限値β１よりも少ない場合（Ｓ１４０にて「不足」）は、処理がＳ１８０に進められて、ＥＣＵ３００は、次に、レシーバ５１５の貯留量ＬＶ１が過剰となっているか否か、すなわち、所定範囲の上限値α１を上回っているか否かを判定する（ＬＶ１＞α２）。
【００８８】
レシーバ５１５の貯留量ＬＶ１が過剰状態ではない場合（ＬＶ１≦α２）（Ｓ１８０にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に戻されて貯留量ＬＶ１，ＬＶ２の監視が継続される。
【００８９】
レシーバ５１５の貯留量ＬＶ１が過剰状態である場合（ＬＶ１＞α２）（Ｓ１８０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１９０に進められて、ＥＣＵ３００は、冷却部５０３の出口側の冷媒温度ＴＣが所定のしきい値ＨＬより大きく（すなわち、駆動機器２００における発熱が大きく）、冷却部５０３によりさらなる冷却が必要であるか否かを判定する。
【００９０】
冷媒温度ＴＣが所定のしきい値ＨＬより大きい場合（Ｓ１９０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２００に進められて、ＥＣＵ３００は、分岐弁５２５を第２の経路に切換え、膨張弁５２７を用いて冷媒温度を低下させて冷却部５０３による駆動機器２００の冷却を促進させ
る。これによって、駆動機器２００の発熱が低減すれば、レシーバ５１５からの冷媒が冷却部５０３を通過しやすくなり、レシーバ５１５の貯留量が低下するとともにそれに伴ってレシーバ５４５の貯留量が増加する。
【００９１】
なお、Ｓ２００においては、分岐弁５２５は、所定の条件が成立したことに応じて、再び第２の経路から第１の経路に冷媒の経路を切換えるように制御される。所定の条件としては、たとえば、予め定められた所定の時間が経過した場合、予め定められた所定の流量だけ冷媒が通過した場合、第１の経路内の圧力が低下した場合、あるいは、冷媒温度ＴＣが所定量低下した場合などが含まれる。
【００９２】
冷媒温度ＴＣが所定のしきい値ＨＬ以下の場合（Ｓ１９０にてＮＯ）は、駆動機器２００の発熱が抑制されているので現状の状態を維持し、処理がＳ１４０に戻されて、ＥＣＵ３００は、貯留量ＬＶ１，ＬＶ２の変化を監視する。
【００９３】
一方、レシーバ５４５の貯留量ＬＶ２が所定範囲の上限値β２よりも多い場合（Ｓ１４０にて「過剰」）は、処理がＳ２１０に進められて、ＥＣＵ３００は、レシーバ５１５の貯留量ＬＶ１が所定範囲の下限値α１よりも少ないか否かを判定する。
【００９４】
貯留量ＬＶ１が所定範囲の下限値α１よりも少ない場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２２０に進められて、ＥＣＵ３００は、冷却部５０３において分岐弁５２５が第２の経路であれば第１の経路へ切換える。なお、すでに第１の経路が選択されている場合には、ＥＣＵ３００は現状の状態を維持する。その後、処理がＳ１４０に戻されて、ＥＣＵ３００は、貯留量ＬＶ１，ＬＶ２の変化を監視する。一方、貯留量ＬＶ１が所定範囲の下限値α１以上である場合（Ｓ２１０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、現在の状態を維持し、処理をＳ１４０に戻して貯留量ＬＶ１，ＬＶ２の変化を監視する。
【００９５】
Ｓ１４０にて、レシーバ５４５の貯留量ＬＶ２が所定範囲内（β１≦ＬＶ２≦β２）である場合（Ｓ１４０にて「適量」）は、処理がＳ１５０に進められ、ＥＣＵ３００は、レシーバ５１５の貯留量ＬＶ１についても所定範囲内（α１≦ＬＶ１≦α２）であるか否かを判定する。
【００９６】
レシーバ５１５の貯留量ＬＶ１が所定範囲内ではない場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、現在の状態を維持し、処理をＳ１４０に戻して貯留量ＬＶ１，ＬＶ２の変化を監視する。
【００９７】
一方、貯留量ＬＶ１が所定範囲内である場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１６０に進められて、ＥＣＵ３００は、冷却部５０３において分岐弁５２５が第２の経路であれば第１の経路へ切換える。なお、すでに第１の経路が選択されている場合には、ＥＣＵ３００は現状の状態を維持する。
【００９８】
その後、ＥＣＵ３００は、レシーバ５１５，５４５の双方の貯留量が所定範囲内になったことに応答して、Ｓ１７０にて四方弁５２０を切換えて、冷媒経路５０２を冷媒経路５０１から切り離す。
【００９９】
このように、２つのレシーバ５１５，５４５の冷媒の貯留量ＬＶ１，ＬＶ２に応じて分岐弁５２５を切換えて、各冷媒系統における冷媒量の偏りを低減してから冷媒系統を切り離すことで、分離後において各冷媒系統において冷却能力が不足してしまうことを抑制することが可能となる。これによって、冷却装置の冷却性能を安定化することができる。
【０１００】
なお、本実施の形態における凝縮器５１０，５４０および蒸発器５６０は、それぞれ本
発明における「第１の熱交換器」，「第２の熱交換器」および「第３の熱交換器」の一例である。また、本実施の形態における膨張弁５２７，５５５は、本発明における「第１の減圧器」および「第２の減圧器」の一例である。
【０１０１】
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。本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。
【符号の説明】
【０１０２】
１００  車両、１１０  蓄電装置、１１５  ＳＭＲ、１２０  ＰＣＵ、１２１  コンバータ、１２５  インバータ、１３０  モータジェネレータ、１４０  駆動輪、１６０，５９５  温度センサ、２００  駆動機器、３００  ＥＣＵ、３１０  モード判定部、３２０
四方弁制御部、３３０  分岐弁制御部、３４０  コンプレッサ制御部、３５０  ポンプ制御部、５００  冷却装置、５０１，５０２  冷媒経路、５０３  冷却部、５０５  圧縮機、５１０，５４０  凝縮器、５１５，５４５  レシーバ、５２０  四方弁、５２５  分岐弁、５２７，５５５  膨張弁、５３０  冷却器、５３５  バイパス弁、５５０  電動ポンプ、５６０  蒸発器、５７１〜５８５  冷媒通路、５９０，５９２  レベルセンサ、Ａ〜Ｄ  接続口、ＮＬ１，ＰＬ１，ＰＬ１，ＮＬ１，ＰＬ２，ＮＬ１  電力線。
【図１】
2014180970.tif 000003
【図２】
2014180970.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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