(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジュール熱を発する発熱体（２３０）と、
圧縮機（１１０）、放熱器（１２０）、減圧器（１４０）及び蒸発器（１５０）を有して構成された蒸気圧縮式冷凍サイクル（ＲＣ）と、
前記放熱器（１２０）から流出した冷媒を、前記減圧器（１４０）、前記蒸発器（１５０）及び前記圧縮機（１１０）を迂回させて前記放熱器（１２０）の冷媒流入側に導くパイパス通路（１６０）と、
前記パイパス通路（１６０）に冷媒を流通させるポンプ手段（１８０）と、
前記バイパス通路（１６０）に設けられ、前記バイパス通路（１６０）を流通する冷媒と前記発熱体（２３０）との間で熱交換させ、前記発熱体（２３０）を冷却する発熱体冷却手段（１７０）とを備えることを特徴とする発熱体冷却装置。
【請求項２】
前記圧縮機（１１０）から吐出した冷媒が前記バイパス通路（１６０）に流入することを防止する逆止弁（２００）を有することを特徴とする請求項１に記載の発熱体冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータ（以下、モータと略す。）やインバータ等の発熱体を冷却する発熱体冷却装置に関するるもので、モータにより走行する電気自動車、並びに走行用のモータ及びエンジン（内燃機関）を有するハイブリッド自動車等（以下、これらを総称して単に電気自動車と呼ぶ。）に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車では、モータ、インバータ、ジェネレータ及びバッテリ等の発熱体を冷却する必要がある。
このため、エンジンのみを使用する通常の車両のごとく、冷却水を発熱体とラジエータとの間を循環させるといった手段が考えられるが、この手段では、発熱体を冷却するための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。
【０００３】
そこで、例えば特開平５−３４４６０６号公報に記載の発明では、発熱体を空調装置（蒸気圧縮式冷凍サイクル）にて冷却することにより、新たにラジエータを設けることを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の手段では、蒸気圧縮式冷凍サイクルの蒸発器、すなわち減圧器で減圧した後の冷媒により発熱体を冷却するため、圧縮機において減圧器での減圧分に対応する圧縮仕事（機械仕事）が増大する。このため、圧縮機を駆動するための消費電力が増大し、電気自動車の走行可能距離が短くなってしまうという問題が新たに発生する。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して発熱体の冷却を図るとともに、発熱体を冷却するに必要な機械仕事の増大を抑制することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に記載の発明では、放熱器（１２０）から流出した冷媒を放熱器（１２０）の冷媒流入側に導くパイパス通路（１６０）と、パイパス通路（１６０）に冷媒を流通させるポンプ手段（１８０）と、バイパス通路（１６０）に設けられ、バイパス通路（１６０）を流通する冷媒と発熱体（２３０）との間で熱交換させ、発熱体（２３０）を冷却する発熱体冷却手段（１７０）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、ポンプ手段（１８０）がするポンプ仕事（機械仕事）は、冷媒が発熱体冷却手段（１７０）を流通する際の圧力損失分に対応する仕事量であるので、発熱体（２３０）を冷却するために増加する機械仕事の増大を抑制できる。
請求項２に記載の発明では、圧縮機（１１０）から吐出した冷媒がバイパス通路（１６０）に流入することを防止する逆止弁（２００）を有することを特徴とする。
【０００９】
これにより、後述するように、発熱体（２３０）の損傷を防止しつつ、蒸気圧縮式冷凍サイクル（ＲＣ）の冷凍能力が低下することを防止できる。
【００１２】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る発熱体冷却装置をハイブリット自動車に適用したものであり、図１は本実施形態に係る発熱体冷却装置１００の模式図である。なお、本実施形態でいうハイブリット自動車は、モータ２１０を駆動源として走行する場合と、エンジン（図示せず）を駆動源として走行する場合とを切替えて走行するタイプである。
【００１４】
１１０は冷媒を吸入圧縮する圧縮機であり、この圧縮機１１０は、駆動源の状態に応じてモータ又はエンジンにより駆動される。１２０は圧縮機１１０から吐出する冷媒を凝縮させる凝縮器（放熱器）であり、１３０は凝縮器１２０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して、液相冷媒を流出させるレシーバ（気液分離手段）である。
【００１５】
また、１４０はレシーバ１３０から流出した液相冷媒を減圧する膨張弁（減圧器）であり、この膨張弁１４０は、圧縮機１１０に吸入される冷媒の加熱度が所定値となるように、その弁開度が制御される温度式膨張弁である。１５０は膨張弁１４０にて減圧された液相冷媒を蒸発させて車室内の冷房を図る蒸発器であり、本実施形態では、圧縮機１１０、凝縮器１２０、レシーバ１３０、膨張弁１４０及び蒸発器１５０により、蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、冷凍サイクルと略す。）ＲＣによる空調装置が構成されている。
【００１６】
ところで、１６０は、凝縮器１２０から流出した冷媒を、膨張弁１４０、蒸発器１５０及び圧縮機１１０を迂回させて凝縮器１２０の冷媒流入側に導くパイパス通路である。そして、このバイパス通路１６０には、モータ２１０及びインバータ（図示せず）のパワートランジスタ２２０（以下、これらを総称して発熱体２３０と記す。）とバイパス通路１６０を流通する冷媒とを熱交換させて、発熱体２３０から発生するジュール熱（ジュール損）を吸熱して発熱体２３０を冷却する冷却器（発熱体冷却手段）１７０が配設されている。
【００１７】
また、１８０はバイパス通路１６０に冷媒を流通させる電動ポンプ（以下、ポンプと略す。）であり、１９０はレシーバ１３０と膨張弁１４０との間に配設されて冷媒通路を開閉する電磁弁（弁手段）であリ、２００は圧縮機１１０から吐出した冷媒がバイパス通路１６０に流入することを防止する逆止弁である。
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００１８】
１．車室内の空調（冷房又は除湿）のみを行うとき（図２参照）
ポンプ１８０を停止させるとともに、電磁弁１９０を開いて圧縮機１１０を稼動させる。これにより、バイパス通路１６０には冷媒が流通せず、冷凍サイクルＲＣのみに冷媒が流通するので、冷凍サイクルＲＣのみ稼動して車室内のに吹き出す空気が蒸発器１５０により冷却され、車室内の空調が行われる。
【００１９】
２．発熱体２３０の冷却のみを行うとき（図３参照）
ポンプ１８０を稼動させるとともに、電磁弁１９０を閉じて圧縮機１１０を停止させる。これにより、冷凍サイクルＲＣは停止した状態で、冷媒は凝縮器１２０と冷却器１７０との間を循環するので、発熱体２３０が冷却される。
なお、このとき、凝縮器１２０は、冷却器１７０にて発熱体２３０から奪ったジュール熱により加熱又は沸騰（蒸発）した冷媒を冷却又は凝縮させている。つまり、本実施形態では、発熱体２３０の冷却は、凝縮器１２０及び冷却器１７０からなる沸騰冷却サイクルにて行っている。
【００２０】
３．車室内の空調及び発熱体２３０の冷却を行うとき（図４参照）
ポンプ１８０を稼動させるとともに、電磁弁１９０を開いて圧縮機１１０を稼動させる。これにより、冷媒は冷凍サイクルＲＣ及びバイパス通路１６０を循環するので、車室内の空調及び発熱体２３０の冷却が行われる。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００２１】
本実施形態によれば、冷凍サイクルＲＣ内を循環する冷媒のうち、凝縮器１２０から流出して膨張弁１４０に流入する前の冷媒により発熱体２３０を冷却しているので、バイパス通路１６０（沸騰冷却サイクル）を流通する冷媒の圧力は、冷媒が流通する際の圧力損失分を除き、ほぼ同圧の状態（吐出圧）で流通（循環）することとなる。
【００２２】
したがって、ポンプ１８０は、バイパス通路１６０、凝縮器１２０及びレシーバ１３０での圧力損失分に対応するポンプ仕事のみ行えばよいので、上記公報に記載の発明に比べて、発熱体２３０を冷却するために増加する機械仕事が小さくなる。延いては、圧縮機１１０を駆動するための消費電力を小さくすることができるので、モータ２１０による走行距離を延ばすことができる。
【００２３】
なお、発熱体２３０を冷却するときと、発熱体２３０を冷却しないときとでは、発熱体１００内を循環する冷媒量が変化するが、この変化量は、通常の冷凍サイクルと同様に、レシーバ１３０に蓄えられた冷媒により調節される。
ところで、車室内の空調を行わないとき（冷凍サイクルＲＣを稼動させないとき）に、冷媒が蒸発器１５０内に流入すると、冷媒が蒸発器１５０内で凝縮してしまい、液冷媒が蒸発器１５０内に滞留してしまう（寝込んでしまう）おそれがある。そして、この液相冷媒の滞留は、冷媒不足による冷却器１７０の冷却能力低下、及び圧縮機１１０の稼動直後における液圧縮（液バック）による圧縮機１１０の損傷を誘発する。
【００２４】
これに対して、本実施形態では、冷凍サイクルＲＣを稼動させないときには、電磁弁１９０が閉じられるので、蒸発器１５０に液冷媒が滞留することを防止できる。したがって、冷却器１７０の冷却能力低下及び圧縮機１１０の損傷を未然に防止できる。
ところで、仮に、圧縮機１１０で圧縮されて高温となった冷媒がバイパス通路１６０してしまうと、発熱体２３０は冷却器１７０にて加熱されてしまうので、発熱体２３０が損傷してしまう可能性がある。
【００２５】
これに対して、本実施形態では、逆止弁２００が設けられているので、圧縮機１１０から吐出した冷媒が、冷却器１７０に流入することを確実に防止できる。したがって、発熱体２３０が損傷することを防止できる。
また、圧縮機１１０から吐出した冷媒が冷却器１７０に流入しないので、圧縮機１１０から吐出した冷媒を確実に凝縮器１２０に流入させることができる。したがって、冷凍サイクルＲＣを循環する冷媒量が減少することを防止できるので、冷凍サイクルＲＣの冷凍能力が低下することを防止できる。
【００２６】
（第２実施形態）
上述の実施形態では、パイパス通路１６０を設けて、冷却器１７０を冷凍サイクルＲＣに並列に配設したが、本実施形態は、図５に示すように、冷却器１７０をレシーバ１３０（凝縮器１２０）の冷媒流出側から電磁弁１９０（膨張弁１４０）の冷媒流入側に至る冷媒通路に配設して、冷却器１７０を冷凍サイクルＲＣに直列に配設したものである。
【００２７】
なお、図５中、２０１は圧縮機１１０を迂回して圧縮機１１０の吸入側と吐出側とを連通させる冷媒通路であり、この冷媒通路２０１には、冷媒が吐出側から吸入側に流通すること防止する逆止弁２０２が配設されている。また、２０３はポンプ１８０を迂回してポンプ１８０の吸入側と吐出側とを連通させる冷媒通路であり、この冷媒通路２０３には、冷媒が吐出側から吸入側に流通すること防止する逆止弁２０４が配設されている。
【００２８】
また、２０５は蒸発器１５０の冷媒流出側から冷媒が蒸発器１５０内に逆流することを防止する逆止弁であり、１９１は冷却器１７０から流出した冷媒を電磁弁１９０、膨張弁１４０及び蒸発器１５０を迂回させて圧縮機１１０の吸入側に導く冷媒通路であり、１９２は冷媒通路１９１を開閉する電磁弁（弁手段）１９２である。
【００２９】
次に、本実施形態の作動を述べる。
１．車室内の空調及び発熱体２３０の冷却を行うとき（図６参照）
圧縮機１１０を稼動させ、電磁弁１９０を開くとともに、ポンプ１８０を停止させ、電磁弁１９２を閉じる。
これにより、圧縮機１１０から吐出した冷媒は、凝縮器１２０、レシーバ１３０、冷媒通路２０３、冷却器１７０、膨張弁１４０及び蒸発器１５０を経由して圧縮機１１０に還流する。したがって、冷凍サイクルＲＣが稼動して空調が行われるとともに、冷却器１７０にて発熱体２３０の熱（ジュール熱）が奪われて発熱体２３０の冷却が行われる。
【００３０】
２．発熱体２３０の冷却のみを行うとき（図７参照）
ポンプ１８０を稼動させ、電磁弁１９２を開くとともに、圧縮機１１０を停止させ、電磁弁１９０を閉じる。
これにより、ポンプ１８０から吐出した冷媒は、冷却器１７０、冷媒通路１９１、２０１、凝縮器１２０及びレシーバ１３０を経由してポンプ１８０に還流する。したがって、冷却器１７０にて発熱体２３０の熱（ジュール熱）が奪われて、発熱体２３０の冷却のみが行われる。
【００３１】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、圧縮機１１０から吐出する冷媒は、常に冷却器１７０を通過して冷凍サイクルＲＣ内を循環するものの、圧縮機１１０において増加する圧縮仕事（機械仕事）量は、冷却器１７０での圧力損失分に対応する仕事量であるので、圧縮機１１０の圧縮仕事は、空調のみを行うときに比べて僅かに増加するのみである。
【００３２】
したがって、本実施形態は、圧縮機１１０の圧縮仕事（消費電力）の増大を抑制しつつ、発熱体２３０の冷却をすることができるので、モータ２１０による走行距離を延ばすことができる。
また、発熱体２３０の冷却のみを行うときに必要な仕事は、冷却器１７０での圧力損失分に対応するポンプ１８０のポンプ仕事のみであるので、上記公報に記載の発明に比べて、その消費電力は小さい。したがって、モータ２１０による走行距離を延ばすことができる。
【００３３】
（第３実施形態）
本実施形態は、冷凍サイクルＲＣとして、図８に示すように、冷暖房可能なヒートポンプ蒸気圧縮式冷凍サイクルを採用したものである。
すなわち、３１０は車室外空気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器であり、３２０は車室内に吹き出す空気と冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器である。３３０〜３５０は冷媒の流通を切替える第１〜３切換電磁弁であり、３６０、３７０は、冷媒が一方向のみに（図８の矢印の向き）に流通することを許容する第１、２逆止弁である。１４１は、後述するように、車室内を暖房するときに、室外熱交換器３１０に流入する冷媒を減圧する膨張弁であり、この膨張弁１４１は、蒸発器１５０の冷媒流入側に配設された膨張弁１４０と同じものである。
【００３４】
次に、本実施形態の作動を述べる。
１．発熱体２３０の冷却及び車室内の冷房（除湿）を行うとき（図８参照）
ポンプ１８０及び圧縮機１１０を稼動させるとともに、電磁弁１９０を開き、各切換電磁弁３２０〜３５０を図８に示すように作動させる。
これにより、圧縮機１１０から吐出した冷媒は、室外熱交換器３１０に流入し、外気に熱を放出して凝縮した後、レシーバ１３０に流入する。そして、レシーバ１３０から流出した液相冷媒のうち、一部は電磁弁１９０、膨張弁１４０を経由して蒸発器１５０にて蒸発して（車室内に吹き出す空気を冷却して）圧縮機１１０に吸入され、その他は、バイパス通路１６０を流通して冷却器１７０にて発熱体２３０からジュール熱を奪った後、圧縮機１１０の冷媒吐出側にて蒸発器１５０を流通してきた冷媒と合流する。
【００３５】
このため、室外熱交換器３１０にて発熱体２３０の熱と車室内の熱とが室外に放熱される。つまり、発熱体２３０の冷却及び車室内の冷房（除湿）を行うときには、室外熱交換器３１０が凝縮器として作動する。
２．発熱体２３０の冷却及び車室内の暖房を行うとき（図９参照）
ポンプ１８０及び圧縮機１１０を稼動させるとともに、電磁弁１９０を閉じ、各切換電磁弁３２０〜３５０を図９に示すように作動させる。
【００３６】
これにより、圧縮機１１０から吐出した冷媒は、室内熱交換器３２０に流入し、車室内に熱を放出して凝縮した後、レシーバ１３０に流入する。そして、レシーバ１３０から流出した液相冷媒のうち、一部は第３切換電磁弁３５０、膨張弁１４１を経由して室外熱交換器３１０にて外気から熱を回収して蒸発して圧縮機１１０に吸入され、その他は、バイパス通路１６０を流通して冷却器１７０にて発熱体２３０からジュール熱を奪った後、圧縮機１１０の冷媒吐出側にて蒸発器１５０を流通してきた冷媒と合流する。
【００３７】
このため、室内熱交換器３２０にて発熱体２３０の熱と外気から回収した熱とが車室内に向けて放熱される。つまり、発熱体２３０の冷却及び車室内の暖房を行うときには、室外熱交換器３１０が蒸発器として作動し、室内熱交換器３２０が凝縮器として作動する。
３．発熱体２３０の冷却及び車室内の除湿暖房を行うとき（図１０参照）
ポンプ１８０及び圧縮機１１０を稼動させるとともに、電磁弁１９０を開き、各切換電磁弁３２０〜３５０を図１０に示すように作動させる。
【００３８】
これにより、圧縮機１１０から流出した冷媒は、室内熱交換器３２０に流入し、車室内に熱を放出して凝縮した後、レシーバ１３０に流入する。そして、レシーバ１３０から流出した液相冷媒のうち、一部は電磁弁１９０、膨張弁１４０を経由して蒸発器１５０にて蒸発して圧縮機１１０に吸入され、その他は、バイパス通路１６０を流通して冷却器１７０にて発熱体２３０からジュール熱を奪った後、圧縮機１１０の冷媒吐出側にて蒸発器１５０を流通してきた冷媒と合流する。したがって、車室内に吹き出す空気は、蒸発器１５０にて冷却除湿された後、室内熱交換器３２０にて加熱される。
【００３９】
因みに、車室内の空調（冷房、暖房、除湿等）のみを行うときは、ポンプ１８０を停止させればよく、発熱体２３０の冷却のみを行うときは、圧縮機１１０を停止させた状態でポンプ１８０を稼動させればよい。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、発熱体２３０にて回収した熱も暖房用熱源として利用しているので、暖房用熱源の不足を防止することができる。
【００４０】
ところで、上述の実施形態では、ハイブリット自動車を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る発熱体冷却装置の模式図である。
【図２】第１実施形態に係る発熱体冷却装置において、車室内の空調（冷房又は除湿）のみを行うときのモリエル線図である。
【図３】第１実施形態に係る発熱体冷却装置において、発熱体の冷却のみを行うときのモリエル線図である。
【図４】第１実施形態に係る発熱体冷却装置において、車室内の空調及び発熱体の冷却を行うときのモリエル線図である。
【図５】第２実施形態に係る発熱体冷却装置の模式図である。
【図６】第２実施形態に係る発熱体冷却装置において、車室内の空調及び発熱体の冷却を行うときのモリエル線図である。
【図７】第２実施形態に係る発熱体冷却装置において、発熱体の冷却のみを行うときのモリエル線図である。
【図８】発熱体の冷却及び車室内の冷房（除湿）を行うときの第３実施形態に係る発熱体冷却装置の模式図である。
【図９】発熱体２３０の冷却及び車室内の暖房を行うときの第３実施形態に係る発熱体冷却装置の模式図である。
【図１０】発熱体２３０の冷却及び車室内の除湿暖房を行うときの第３実施形態に係る発熱体冷却装置の模式図である。
【符号の説明】
１１０…圧縮機、１２０…凝縮器（放熱器）、１３０…レシーバ、
１４０…膨張弁、１５０…蒸発器、１６０…バイパス通路、
１７０…冷却器（発熱体冷却手段）、１８０…電動ポンプ、
１９０…電磁弁（弁手段）、２００…逆止弁、２１０…電動モータ、
２２０…パワートランジスタ、２３０…発熱体。
【図１】
0003591304.tif 000002
【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】
0003591304.tif 000008
【図８】
0003591304.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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