特許 5669778 冷却装置およびそれを備える車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5669778

(24)【登録日】2014年12月26日

(45)【発行日】2015年2月18日

(54)【発明の名称】冷却装置およびそれを備える車両

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20150129BHJP

   B60H 1/32 20060101ALI20150129BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 399C

   F25B1/00 385Z

   B60H1/32 621H

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-59855(P2012-59855)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-194937(P2013-194937A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2013年11月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内田 和秀

(72)【発明者】

【氏名】大野 雄一

(72)【発明者】

【氏名】川上 芳昭

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０８５２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１０５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０６４３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０９９５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−００８５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０５１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９０８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０９３５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３７１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７３９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０７３７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６９７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２９０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７１９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７２９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０５０４７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｄ ９／００

Ｂ６０Ｈ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒を冷却する第１凝縮器と、
前記冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、
前記冷媒を用いて空調を行うための熱交換器と、
前記空調が行われるときに、第１通路に前記冷媒を流し、前記空調が停止するときに、第２通路に前記冷媒を流す切り替え装置と、
前記圧縮機と前記第１凝縮器との間に設けられるエジェクタとを備え、
前記第１通路は、前記熱交換器、前記圧縮機、前記第１凝縮器、前記冷却部の順に前記冷媒を流して蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成し、
前記第２通路は、前記第１凝縮器と前記冷却部との間で前記冷媒を循環させてヒートパイプを形成し、
前記エジェクタは、前記切り替え装置により前記第２通路に切り替えられた状態において前記圧縮機が運転されると、前記圧縮機から当該エジェクタを介して前記第１凝縮器へ前記冷媒が流れるときに、前記第２通路から前記冷媒を吸引して前記圧縮機からの前記冷媒に合流させるように構成される、冷却装置。

【請求項2】

前記エジェクタは、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を流す第１管と、
前記第１管の外周側に形成され、前記第２通路が接続される第２管と、
前記第１管を流れる前記冷媒に前記第２管を流れる前記冷媒を合流させるための合流部とを含み、
前記第２通路は、前記合流部よりも上流側において前記第２管に接続される、請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記冷媒を冷却する第２凝縮器をさらに備え、
前記第１通路は、前記熱交換器、前記圧縮機、前記第１凝縮器、前記冷却部、前記第２凝縮器の順に前記冷媒を流し、
前記切り替え装置は、
前記冷却部と並列に設けられて前記第１凝縮器から前記第２凝縮器へ前記冷媒を流す第１配管上に設けられた第１弁と、
前記冷却部から前記第２凝縮器へ前記冷媒を流す第２配管上に設けられた第２弁と、
前記第２配管から分岐して前記冷却部から前記エジェクタへ前記冷媒を流す第３配管上に設けられた第３弁とを含み、
前記第１通路に前記冷媒を流すときに、前記第２弁を開放するとともに前記第３弁を閉成し、前記第２通路に前記冷媒を流すときに、前記第２弁を閉成するとともに前記第３弁を開放する、請求項１または２に記載の冷却装置。

【請求項4】

前記第１凝縮器から前記圧縮機への前記冷媒の流れを遮断する逆止弁をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置。

【請求項5】

前記冷却部は、前記第１凝縮器よりも鉛直方向下側に配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却装置。

【請求項6】

前記第１凝縮器から前記冷却部へ流れる液状の前記冷媒を貯留する蓄液器をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却装置。

【請求項7】

前記発熱源は、車両に搭載される電気機器である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却装置。

【請求項8】

請求項１に記載の冷却装置を備える車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却装置およびそれを備える車両に関し、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およびそれを備える車両に関する。

【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。

【0003】

特開２０００−７３７６３号公報（特許文献１）は、ハイブリッド車用冷却装置を開示している。この冷却装置は、第１冷却回路と、第２冷却回路と、第３冷却回路とを備える。第１冷却回路は、駆動用モータの駆動制御を行う強電系コントロールユニットと、エンジンシリンダヘッドと、駆動用モータとを選択的または同時に冷却する。第２冷却回路は、エンジンシリンダブロックを冷却する。第３冷却回路は、強電系コントロールユニットを冷却する。この冷却装置は、エンジン、モータおよび空調の稼働状態に基づいて、上記冷却回路における冷却水の循環経路を切り替える（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−７３７６３号公報

【特許文献2】特開２００５−９０８６２号公報

【特許文献3】特開２００７−６９７３３号公報

【特許文献4】特開２００９−２２９０１４号公報

【特許文献5】特開２００５−２７１９０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような冷却装置では、エンジン系の冷却システムと強電系コントロールユニットなどを冷却するハイブリッド系の冷却システムとがそれぞれ設けられ、制御弁によりこれら冷却システム間の流路が切替えられる。このため、冷却装置の構成が複雑になりコストが高くなる。

【0006】

これに対し、エアコン系の冷却システムを利用してハイブリッド系の電気機器を冷却することが考えられる。これにより、ハイブリッド系の冷却システムを簡素化してコストを低減することができる。さらに、この場合、エアコンが停止しているときに、ヒートパイプ式の冷却回路を構成することによって圧縮機を動作させることなくハイブリッド系の電気機器を冷却し、消費動力を低減することが考えられる。

【0007】

しかしながら、ヒートパイプ式の冷却回路では、ハイブリッド系の電気機器などの発熱源を保護するために必要とする放熱量に対し、ヒートパイプサイクル内の冷媒量が不足すると冷媒のすべてが乾いてしまうドライアウトという現象が発生する場合がある。ドライアウトが発生すると、発熱源を冷却する能力が低下してしまい、発熱源の温度が上昇してしまう問題がある。この点につき、上記公報に開示されたハイブリッド車用冷却装置では、特に検討されていない。

【0008】

それゆえに、この発明の目的は、ヒートパイプサイクルにおけるドライアウトを抑制できる冷却装置およびそれを備える車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明によれば、冷却装置は、圧縮機と、第１凝縮器と、冷却部と、熱交換器と、第１通路と、第２通路と、切り替え装置と、エジェクタとを備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する。第１凝縮器は、冷媒を冷却する。冷却部は、冷媒を用いて発熱源を冷却する。熱交換器は、冷媒を用いて空調を行うための熱交換器である。第１通路は、熱交換器、圧縮機、第１凝縮器、冷却部の順に冷媒を流して蒸気圧縮式冷凍サイクルを形成するための通路である。第２通路は、第１凝縮器と冷却部との間で冷媒を循環させてヒートパイプを形成するための通路である。切り替え装置は、空調が行われるときに、第１通路に冷媒を流す。切り替え装置は、空調が停止するときに、第２通路に冷媒を流す。エジェクタは、圧縮機と第１凝縮器との間に設けられる。エジェクタは、圧縮機からエジェクタを介して第１凝縮器へ冷媒が流れるときに、第２通路から冷媒を吸引して圧縮機からの冷媒に合流させるように構成される。

【0010】

好ましくは、エジェクタは、第１管と、第２管と、合流部とを含む。第１管は、圧縮機から吐出された冷媒を流す。第２管は、第１管の外周側に形成される。第２管には、第２通路が接続される。合流部は、第１管を流れる冷媒に第２管を流れる冷媒を合流させるための部分である。第２通路は、合流部よりも上流側において第２管に接続される。

【0011】

好ましくは、冷却装置は、第２凝縮器をさらに備える。第２凝縮器は、冷媒を冷却する。第１通路は、熱交換器、圧縮機、第１凝縮器、冷却部、第２凝縮器の順に冷媒を流す。切り替え装置は、第１弁と、第２弁と、第３弁とを含む。第１弁は、第１配管上に設けられる。第１配管は、冷却部と並列に設けられる。第１配管は、第１凝縮器から第２凝縮器へ冷媒を流す。第２弁は、第２配管上に設けられる。第２配管は、冷却部から第２凝縮器へ冷媒を流す。第３弁は、第３配管上に設けられる。第３配管は、第２配管から分岐して冷却部からエジェクタへ冷媒を流す。切り替え装置は、第１通路に冷媒を流すときに、第２弁を開放するとともに第３弁を閉成する。切り替え装置は、第２通路に冷媒を流すときに、第２弁を閉成するとともに第３弁を開放する。

【0012】

好ましくは、冷却装置は、逆止弁をさらに備える。逆止弁は、第１凝縮器から圧縮機への冷媒の流れを遮断する。

【0013】

好ましくは、冷却部は、第１凝縮器よりも鉛直方向下側に配置される。
好ましくは、冷却装置は、蓄液器をさらに備える。蓄液器は、第１凝縮器から冷却部へ流れる液状の冷媒を貯留する。

【0014】

好ましくは、発熱源は、車両に搭載される電気機器である。
また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの冷却装置を備える。

【発明の効果】

【0015】

この発明においては、冷却装置は、圧縮機と第１凝縮器との間に設けられたエジェクタを備える。エジェクタは、圧縮機から第１凝縮器に冷媒が流れるときに、第２通路から冷媒を吸引する吸引力を発生し、圧縮機から吐出された冷媒に第２通路を流れる冷媒を合流させる。これにより、第１凝縮器と冷却部との間に形成されたヒートパイプサイクル内での冷媒の循環を促しながら、ヒートパイプサイクル内の冷媒量を増加させることができる。したがって、この発明によれば、ヒートパイプサイクルにおけるドライアウトを抑制できる冷却装置およびそれを備える車両を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】この発明の実施の形態による冷却装置の構成を示す模式図である。

【図2】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3】蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。

【図4】蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、ＨＶ機器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。

【図5】冷却装置の運転モード毎の弁の開度を示す図である。

【図6】図１に示すエジェクタの構造の一例を示す図である。

【図7】冷却装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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返さない。

【0018】

図１は、この発明の実施の形態による冷却装置の構成を示す模式図である。本実施の形態に係る冷却装置は、内燃機関であるエンジンと、電動機である駆動ユニットとを動力源とするハイブリッド車両に適用され、ハイブリッド車両に搭載される電気機器の冷却に用いられる。

【0019】

図１を参照して、冷却装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０（以下、単に「冷凍サイクル１０」とも称する。）を備える。冷凍サイクル１０は、例えば、ハイブリッド車両の車内の冷房を行なうために、ハイブリッド車両に搭載される。冷凍サイクル１０を用いた冷房は、例えば、冷房を行なうためのスイッチがオンされた場合、または、自動的にハイブリッド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】

冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と、第１凝縮器１４と、第２凝縮器１５と、膨張弁１６と、熱交換器１８とを含む。冷凍サイクル１０は、第１凝縮器１４と第２凝縮器１５との間の冷媒の経路に並列に設けられた経路上に配置されたタンク４０を含む。

【0021】

圧縮機１２は、ハイブリッド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、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、冷凍サイクル１０に冷媒を循環させる。

【0022】

第１凝縮器１４および第２凝縮器１５は、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、第１凝縮器１４および第２凝縮器１５において周囲に放熱し冷却されることによって凝縮（液化）する。第１凝縮器１４および第２凝縮器１５の各々は、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凝縮器周囲の空気との間で熱交換するためのフィンとを含む。

【0023】

第１凝縮器１４および第２凝縮器１５は、冷却風と冷媒との間で熱交換を行なう。冷却風は、エンジン４５を冷却するための冷却回路４６に設けられたラジエータファン４２からの強制送風によって第１凝縮器１４および第２凝縮器１５に供給されてもよい。また、ラジエータファン４２からの強制送風により、エンジン４５とラジエータ４３との間でウォーターポンプ４４により循環する冷却水が冷却される。なお、冷却風は、ハイブリッド車両の走行によって発生する自然の通風によって第１凝縮器１４および第２凝縮器１５に供給されてもよい。第１凝縮器１４および第２凝縮器１５における熱交換によって、冷媒の温度は低下し、冷媒は液化する。

【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、低温かつ低圧の霧状冷媒に変化させる。膨張弁１６は、第１凝縮器１４および第２凝縮器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。

【0025】

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。空調機器は、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、ハイブリッド車両の室内へ流通する空調用空気から吸収して、ハイブリッド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ハイブリッド車両の室内に再び戻されることによって、ハイブリッド車両の室内の冷房が行なわれる。冷媒は、熱交換器１８において周囲から吸熱し加熱される。

【0026】

熱交換器１８は、冷媒を流通するチューブと、フィンとを含む。フィンは、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である。チューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流通する。冷媒は、チューブ内を流通する際に、フィンを経由してハイブリッド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蒸発し、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へ流通する。圧縮機１２は、熱交換器１８から流通する冷媒を圧縮する。

【0027】

冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と第１凝縮器１４とを連通する冷媒通路２１と、第１凝縮器１４と第２凝縮器１５とを連通する冷媒通路２２，２４と、第２凝縮器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とをさらに含む。

【0028】

冷媒通路２１は、冷媒を圧縮機１２から第１凝縮器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と第１凝縮器１４との間を、圧縮機１２の出口から第１凝縮器１４の入口へ向かって流れる。冷媒通路２１には、エジェクタ１４０が設けられる。冷媒通路２１は、エジェクタ１４０よりも上流側の冷媒通路２１ａと、エジェクタ１４０よりも下流側の冷媒通路２１ｂとに二分割される。冷媒通路２２〜２５は、冷媒を第１凝縮器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２２，２４および冷媒通路２３，３４，３６を経由して、第１凝縮器１４から第２凝縮器１５へ流れる。

【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】

冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、第１凝縮器１４、冷却部３０、第２凝縮器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、冷凍サイクル１０の冷媒としては、例えば、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】

タンク４０は、第１凝縮器１４から流入する冷媒が気液二相状態である場合、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器として機能する。タンク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。タンク４０には、冷媒通路２２から分岐した冷媒通路２３と、冷媒通路３４とが連結されている。

【0032】

第１凝縮器１４の出口側において冷媒は、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。第１凝縮器１４から流出した冷媒は、冷媒通路２２および冷媒通路２３を通ってタンク４０へ供給される。冷媒通路２３からタンク４０へ流入する気液二相状態の冷媒は、タンク４０の内部において気相と液相とに分離される。タンク４０は、第１凝縮器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】

分離された冷媒液は、冷媒通路３４を経由して、タンク４０の外部へ流出する。タンク４０内の液相中に配置された冷媒通路３４の端部は、液相冷媒のタンク４０からの流出口を形成する。分離された冷媒蒸気は、冷媒通路２３を経由して、タンク４０の外部へ流出する。タンク４０内の気相中に配置された冷媒通路２３の端部は、気相冷媒のタンク４０からの流出口を形成する。タンク４０から導出された気相の冷媒蒸気は、第２凝縮器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。

【0034】

タンク４０の内部では、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。タンク４０から冷媒液を導出する冷媒通路３４の端部は、タンク４０の底部に連結されている。冷媒通路３４を経由して、タンク４０の底側から冷媒液のみがタンク４０の外部へ送り出される。タンク４０から冷媒蒸気を導出する冷媒通路２３の端部は、タンク４０の天井部に連結されている。冷媒通路２３を経由して、タンク４０の天井側から冷媒蒸気のみがタンク４０の外部へ送り出される。これにより、タンク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】

第１凝縮器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、第１凝縮器１４の出口側から後述する弁２８へ連結される冷媒通路２２と、冷媒通路２２から分岐してタンク４０へ至る冷媒通路２３と、弁２８から第２凝縮器１５の入口側へ連結される冷媒通路２４と、第２凝縮器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。

【0036】

第１凝縮器１４と第２凝縮器１５との間を流通する冷媒の経路は、冷媒通路２２から分岐してタンク４０へ連結される冷媒通路２３と、タンク４０と冷却部３０とを連通する冷媒通路３４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、タンク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、第１凝縮器１４から第２凝縮器１５へ向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。

【0037】

図１に示すＤ点は、冷媒通路２４と冷媒通路３６との連結点、すなわち、冷媒通路３６の下流側の端部を示す。

【0038】

冷却装置１は、弁２８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、ハイブリッド車両に搭載される電気機器であるＨＶ（Hybrid Vehicle）機器３１と、冷媒が流通する配管である冷媒通路３２とを含む。ＨＶ機器３１は、発熱源の一例である。冷媒通路３２の一方の端部は、冷媒通路３４に接続される。冷媒通路３２の他方の端部は、冷媒通路３６に接続される。

【0039】

弁２８と並列に接続された冷媒の経路は、冷媒通路２２から分岐してタンク４０へ連結される冷媒通路２３と、冷却部３０よりも上流側（タンク４０に近接する側）の冷媒通路３４と、冷却部３０に含まれる冷媒通路３２と、冷却部３０よりも下流側（第２凝縮器１５に近接する側）の冷媒通路３６とを含む。冷媒通路３４は、タンク４０から冷却部３０に液相の冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路３６は、冷却部３０からＤ点に冷媒を流通させるための通路である。

【0040】

タンク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、冷媒通路３２を経由して流れる冷媒は、発熱源としてのＨＶ機器３１から熱を奪って、ＨＶ機器３１を冷却させる。冷却部３０は、タンク４０において分離され冷媒通路３４を経由して冷媒通路３２へ流れる液相の冷媒を用いて、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、冷媒通路３２内を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１とが熱交換することにより、ＨＶ機器３１は冷却され、冷媒は加熱される。冷媒は、冷媒通路３６を経由して冷却部３０からＤ点へ向かって流通し、冷媒通路２４を経由して第２凝縮器１５へ至る。

【0041】

冷却部３０は、冷媒通路３２においてＨＶ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、例えば、ＨＶ機器３１の筐体に冷媒通路３２の外周面が直接接触するように形成された冷媒通路３２を有する。冷媒通路３２は、ＨＶ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、冷媒通路３２を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１との間で、熱交換が可能となる。

【0042】

ＨＶ機器３１は、冷凍サイクル１０の第１凝縮器１４から第２凝縮器１５に至る冷媒の経路の一部を形成する冷媒通路３２の外周面に直接接続されて、冷却される。冷媒通路３２の外部にＨＶ機器３１が配置されるので、冷媒通路３２の内部を流通する冷媒の流れにＨＶ機器３１が干渉することはない。そのため、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、ＨＶ機器３１を冷却することができる。

【0043】

代替的には、冷却部３０は、ＨＶ機器３１と冷媒通路３２との間に介在して配置された任意の公知のヒートパイプを備えてもよい。この場合、ＨＶ機器３１は、冷媒通路３２の外周面にヒートパイプを介して接続され、ＨＶ機器３１から冷媒通路３２へヒートパイプを経由して熱伝達することにより、冷却される。ＨＶ機器３１をヒートパイプの加熱部とし冷媒通路３２をヒートパイプの冷却部とすることで、冷媒通路３２とＨＶ機器３１との間の熱伝達効率が高められるので、ＨＶ機器３１の冷却効率を向上できる。例えば、ウィック式のヒートパイプを使用することができる。

【0044】

ヒートパイプによってＨＶ機器３１から冷媒通路３２へ確実に熱伝達することができるので、ＨＶ機器３１と冷媒通路３２との間に距離があってもよく、ＨＶ機器３１に冷媒通路３２を接触させるために冷媒通路３２を複雑に配置する必要がない。その結果、ＨＶ機器３１の配置の自由度を向上することができる。

【0045】

ＨＶ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、例えば、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。

【0046】

熱交換器１８は、空気が流通するダクト９０の内部に配置されている。熱交換器１８は、冷媒とダクト９０内を流通する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。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、ファン９３が配置されている。

【0047】

ファン９３が駆動することにより、ダクト９０内に空気が流通する。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、ハイブリッド車両の室内の空気であってもよい。図１中の矢印９５は、熱交換器１８を経由して流通し、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。

【0048】

冷媒は、圧縮機１２と第１凝縮器１４と第２凝縮器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、冷凍サイクル１０内を循環する。冷凍サイクル１０内を、図１に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点およびＦ点を順に通過するように冷媒が流れ、圧縮機１２と第１凝縮器１４と第２凝縮器１５と膨張弁１６と熱交換器１８とに冷媒が循環する。

【0049】

図２は、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２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。

【0050】

図２中には、第１凝縮器１４の出口の冷媒通路２２から冷媒通路２３およびタンク４０を経由して冷媒通路３４へ流入し、ＨＶ機器３１を冷却し、冷媒通路３６からＤ点を経由して第２凝縮器１５の入口の冷媒通路２４へ戻る、冷凍サイクル１０中の各点（すなわちＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦ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２３、冷媒通路３４、冷媒通路３６および冷媒通路２４〜２７は、第１通路を形成する。

【0051】

図２に示すように、圧縮機１２に吸入された過熱蒸気状態の冷媒（Ａ点）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、高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になって（Ｂ点）、冷媒は第１凝縮器１４へと流れる。圧縮機１２から吐出された気相冷媒は、第１凝縮器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。第１凝縮器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。第１凝縮器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、第１凝縮器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。気液二相状態である冷媒のうち、凝縮した冷媒は飽和液の状態である（Ｃ点）。

【0052】

冷媒はタンク４０において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気液分離された冷媒のうち、液相の冷媒液が、タンク４０から冷媒通路３４を経由して冷却部３０の冷媒通路３２へ流れ、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、第１凝縮器１４を通過して凝縮された飽和液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＨＶ機器３１が冷却される。ＨＶ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、ＨＶ機器３１から潜熱を受け取って一部気化することにより、飽和液と飽和蒸気とが混合した湿り蒸気となる（Ｄ点）。

【0053】

その後冷媒は、第２凝縮器１５に流入する。冷媒の湿り蒸気は、第２凝縮器１５において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（Ｅ点）。その後冷媒は、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（Ｆ点）。

【0054】

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。冷媒は、熱交換器１８のチューブ内を流通する際に、フィンを経由してハイブリッド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（Ａ点）。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。

【0055】

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。

【0056】

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ハイブリッド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、第１凝縮器１４から流出しタンク４０で気液分離された高圧の液冷媒が冷却部３０へ流通し、ＨＶ機器３１と熱交換することでＨＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、ハイブリッド車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１を、ハイブリッド車両の室内の空調用の冷凍サイクル１０を利用して、冷却する。なお、ＨＶ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ＨＶ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。

【0057】

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冷凍サイクル１０を利用して、ＨＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＨＶ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、ＨＶ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、ＨＶ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、ＨＶ機器３１の冷却のための消費動力を低減することができる。

【0058】

第１凝縮器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タンク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。ＨＶ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、第２凝縮器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。第２凝縮器１５は、ハイブリッド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、液相冷媒をさらに過冷却する。冷媒の過冷却度を過度に大きくする必要がないので、第１凝縮器１４および第２凝縮器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、第１凝縮器１４および第２凝縮器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。

【0059】

タンク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２２，２４と、冷却部３０を経由してＨＶ機器３１を冷却する冷媒の経路である冷媒通路３２，３４，３６とが並列に設けられる。そのため、第１凝縮器１４から流出した冷媒の一部のみが、冷却部３０へ流れる。ＨＶ機器３１の冷却のために必要な量の冷媒を冷却部３０へ流通させ、ＨＶ機器３１は適切に冷却される。したがって、ＨＶ機器３１が過冷却されることを防止できる。

【0060】

第１凝縮器１４から直接第２凝縮器１５へ流れる冷媒の経路と、第１凝縮器１４から冷却部３０を経由して第２凝縮器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、ＨＶ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。

【0061】

膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒をＨＶ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、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１凝縮器１４と、第２凝縮器１５と、の両方によって凝縮される。圧縮機１２と膨張弁１６との間に第１凝縮器１４および第２凝縮器１５を配置し、ＨＶ機器３１を冷却する冷却部３０は、第１凝縮器１４と第２凝縮器１５との間に設けられている。第２凝縮器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。

【0062】

ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて加熱された冷媒を第２凝縮器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、ハイブリッド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。このように、冷媒を十分に冷却できる第２凝縮器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、ＨＶ機器３１を冷却することができる。したがって、ＨＶ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。

【0063】

第１凝縮器１４から冷却部３０へ流れる冷媒は、ＨＶ機器３１を冷却するときに、ＨＶ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ＨＶ機器３１との熱交換量が減少してＨＶ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、ＨＶ機器３１を冷却した後に冷媒の全量が気化しない程度に、第１凝縮器１４において十分に冷媒を冷却するのが望ましい。

【0064】

具体的には、第１凝縮器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には第１凝縮器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第１凝縮器１４が有する結果、第１凝縮器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、第２凝縮器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第１凝縮器１４において冷媒を十分に冷却することにより、ＨＶ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ＨＶ機器３１との熱交換量の減少を回避できるので、ＨＶ機器３１を十分に効率よく冷却することができる。ＨＶ機器３１を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、第２凝縮器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ＨＶ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。

【0065】

第１凝縮器１４の出口において気液二相状態にある冷媒は、タンク４０内において、気相と液相とに分離される。タンク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第２凝縮器１５に供給される。タンク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ＨＶ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。タンク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、第１凝縮器１４の能力を最大限に活用してＨＶ機器３１を冷却することができるので、ＨＶ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。

【0066】

タンク４０の出口で飽和液の状態にある冷媒をＨＶ機器３１を冷却する冷媒通路３２に導入することにより、冷媒通路３４，３６および冷媒通路３２を含むＨＶ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、ＨＶ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、冷凍サイクル１０の性能の悪化を回避することができる。

【0067】

タンク４０の内部には、飽和液状態の冷媒液が貯留されている。タンク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。タンク４０内に所定量の冷媒液が溜められることにより、負荷変動時にもタンク４０から冷却部３０へ流れる冷媒の流量を維持できる。タンク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、ＨＶ機器３１の冷却性能を安定させることができる。

【0068】

再び図１を参照して、冷却装置１は、切り替え装置５２を備える。切り替え装置５２は、弁２８と、弁５７と、弁５８とを含む。

【0069】

第１凝縮器１４から第２凝縮器１５へ冷媒を流す経路は、第１経路と、第１経路に並列に設けられた第２経路とを含む。第１経路は、第１凝縮器１４から第２凝縮器１５へ直接冷媒を流す。第２経路は、第１凝縮器１４から第２凝縮器１５へ冷却部３０を経由して冷媒を流す。弁２８は、第１経路上に設けられる。弁２８は、その弁開度を変動させ、冷媒通路２２から冷媒通路２４へ流れる冷媒の圧力損失を増減させることにより、冷媒通路２２から冷媒通路２４へ直接流れる冷媒の流量と、冷媒通路３２を含むＨＶ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。

【0070】

例えば、弁２８を全閉にして弁開度を０％にすると、第１凝縮器１４を出た冷媒の全量がタンク４０から冷媒通路３４へ流入する。弁２８の弁開度を大きくすれば、第１凝縮器１４から弁２８を経由して第２凝縮器１５へ直接流れる流量が大きくなり、冷媒通路３４を経由して冷媒通路３２へ流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。弁２８の弁開度を小さくすれば、第１凝縮器１４から弁２８を経由して第２凝縮器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷媒通路３２を経由して流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなる。

【0071】

弁２８の弁開度を大きくするとＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなり、ＨＶ機器３１の冷却能力が低下する。弁２８の弁開度を小さくするとＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が大きくなり、ＨＶ機器３１の冷却能力が向上する。弁２８を使用して、ＨＶ機器３１に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、ＨＶ機器３１の過冷却を確実に防止することができ、加えて、ＨＶ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。

【0072】

冷却装置１は、連通路５１をさらに備える。連通路５１は、圧縮機１２と第１凝縮器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。

【0073】

冷媒通路３６には、冷媒通路３６の連通状態を切り換える弁５７が設けられている。連通路５１には、連通路５１の連通状態を切り換える弁５８が設けられている。弁５７，５８を使用して冷媒の経路を切り換えることにより、ＨＶ機器３１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３６ｂ，２４を経由させて第２凝縮器１５への経路、または、連通路５１および冷媒通路２１ｂを経由して第１凝縮器１４への経路、のいずれかを任意に選択して、流通させることができる。

【0074】

より具体的には、冷凍サイクル１０の冷房運転中には、弁５８を全閉（弁開度０％）とし、弁２８および弁５７の弁開度を冷却部３０に十分な冷媒が流れるように調整する。これにより、ＨＶ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、確実に第２凝縮器１５へ流通させることができる。

【0075】

一方、冷凍サイクル１０の停止中には、弁５８を全開とし弁５７を全閉とし、さらに弁２８を全閉とする。これにより、ＨＶ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を経由させて第１凝縮器１４へ流通させ、圧縮機１２を経由せずに冷却部３０と第１凝縮器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。

【0076】

図３は、冷凍サイクル１０の運転中の、ＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図４は、冷凍サイクル１０の停止中の、ＨＶ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、冷却装置１の運転モード毎の切り替え装置５２（弁２８，５７，５８）の開度を示す図である。図５中に示す運転モードのうち「エアコン運転モード」とは、図３に示す冷凍サイクル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４に示す冷凍サイクル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と第１凝縮器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。なお、ヒートパイプ運転モードにおいて、ドライアウトが発生する場合に、圧縮機１２が一時的に動作する場合がある。これにより、第２通路内の冷媒量を増加させてドライアウトを抑制することができる。

【0077】

図３および図５に示すように、圧縮機１２を駆動させ冷凍サイクル１０が運転している「エアコン運転モード」のときには、弁２８および弁５７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。弁５８は、全閉にされる。このように、切り替え装置５２は、冷媒を冷却部３０から第２凝縮器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作される。これにより、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、冷凍サイクル１０の冷却能力を確保できるとともに、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。

【0078】

図４および図５に示すように、圧縮機１２を停止させ冷凍サイクル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から第１凝縮器１４へ循環させるように切り替え装置５２を操作する。すなわち、弁５７を全閉にし弁５８を全開にし、さらに弁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、第１凝縮器１４から、冷媒通路２２と冷媒通路２３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２１ｂを順に経由して第１凝縮器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２１ｂ、冷媒通路２２、冷媒通路２３、冷媒通路３４、冷媒通路３６ａおよび連通路５１は、第２通路を形成する。

【0079】

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、第１凝縮器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、ＨＶ機器３１を冷却するとき、ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＨＶ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、第１凝縮器１４へ流れる。第１凝縮器１４において、ハイブリッド車両の走行風、または、ラジエータファン４２からの通風により、冷媒蒸気は冷却されて凝縮する。第１凝縮器１４で液化した冷媒液は、冷媒通路２２，２３，３４を経由して、冷却部３０へ戻る。

【0080】

このように、冷却部３０と第１凝縮器１４とを経由する環状の経路によって、ＨＶ機器３１を加熱部とし第１凝縮器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、冷凍サイクル１０が停止しているとき、すなわちハイブリッド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、ＨＶ機器３１を確実に冷却することができる。ＨＶ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ハイブリッド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。

【0081】

図３および図４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１凝縮器１４よりも下方に配置されている。

【0082】

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１凝縮器１４へ到達し、第１凝縮器１４において冷却され、凝縮されて液冷媒となり、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、第１凝縮器１４と、これらを連結する冷媒の経路（すなわち第２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ＨＶ機器３１から第１凝縮器１４への熱伝達効率を向上することができるので、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、ＨＶ機器３１をより効率よく冷却することができる。

【0083】

再び図１を参照して、冷却装置１は、エジェクタ１４０をさらに備える。エジェクタ１４０は、圧縮機１２と第１凝縮器１４との間に設けられる。エジェクタ１４０は、圧縮機１２から第１凝縮器１４に冷媒が流れるときに、第２通路から冷媒を吸引する吸引力を発生し、圧縮機１２から吐出された冷媒に第２通路を流れる冷媒を合流させる。

【0084】

ヒートパイプ運転モードのとき、ＨＶ機器３１を保護するために必要とする放熱量に対し、第２通路内の冷媒量が不足すると冷媒のすべてが乾いてしまうドライアウトという現象が発生する場合がある。ドライアウトが発生すると、ＨＶ機器３１を冷却する能力が低下してしまい、ＨＶ機器３１の温度が上昇してしまうおそれがある。そこで、圧縮機１２を一時的に運転することで、エジェクタ１４０を経由して第２通路内に冷媒を供給する。これにより、第２通路内の冷媒量を増加させることができる。

【0085】

エジェクタ１４０は、圧縮機１２から第１凝縮器１４に冷媒が流れるときに、第２通路から冷媒を吸引する吸引力を発生する。これにより、第１凝縮器１４と冷却部３０との間に形成されたヒートパイプサイクル内での冷媒の循環を促しながら、ヒートパイプサイクル内の冷媒量を増加させることができる。よって、単なる合流弁を用いる場合に比べて、効果的にドライアウトを抑制できる。

【0086】

図６は、図１に示すエジェクタ１４０の構造の一例を示す図である。図６を参照して、エジェクタ１４０は、第１管１５０と、第２管１６０と、合流部１５１と、接続部１８０とを含む。

【0087】

第１管１５０は、一端が冷媒通路２１ａに接続され、圧縮機１２から吐出された冷媒を他端から噴出する。第２管１６０は、第１管１５０の外周側に形成され、一端が第１管１５０の外周に接合され、他端が冷媒通路２１ｂに接続される。すなわち、第２管１６０は、第１管１５０の端部１５２を覆うような閉空間を形成する。接続部１８０は、第２管１６０に連通路５１が接続される部分である。連通路５１からの冷媒は、接続部１８０を経由して第２管１６０の内部に吸入される。第２管１６０の内部に吸入された連通路５１からの冷媒は、合流部１５１で第１管１５０を流れる圧縮機１２からの冷媒に合流する。接続部１８０は、合流部１５１よりも上流側に配置される。

【0088】

圧縮機１２で圧縮された冷媒は、第２管１６０内で第１管１５０から噴出され、流速が高まるとともに圧力が低下する。これにより、上記閉空間内の圧力が低下し、連通路５１から第２管１６０へ冷媒を吸引する吸引力が発生する。この吸引力により、第２通路を流れる冷媒の循環が促される。

【0089】

このように、エジェクタ１４０を設けることにより、第２通路における冷媒の循環を促進しながら、第２通路内の冷媒量を増加させることができる。よって、ドライアウトを抑制することができる。したがって、ＨＶ機器３１の温度上昇を抑制することができる。

【0090】

また、エジェクタ１４０の接続部１８０が合流部１５１よりも上流側に配置されることにより、圧縮機１２で圧縮された冷媒の流れ方向が連通路５１から第２管１６０へ吸入された冷媒の流れ方向に沿った状態で２つの冷媒の流れを合流させることができる。このため、圧縮機１２で圧縮された冷媒が接続部１８０へ逆流することを防止することができる。よって、第２通路における冷媒の循環をより促進することができる。

【0091】

再び図１を参照して、切り替え装置５２としては、上述した弁５７，５８に代えて、冷媒通路３６と連通路５１との分岐に配置された三方弁を使用してもよい。この場合、二つの弁５７，５８を配置するよりも三方弁の配置に要する空間はより小さいため、三方弁を使用することにより、より小型化され車両搭載性に優れた冷却装置１を提供することができる。

【0092】

冷却装置１は、逆止弁５４をさらに備える。逆止弁５４は、冷媒通路２１ａに配置されている。逆止弁５４は、圧縮機１２から第１凝縮器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、図４に示すヒートパイプ運転モードのとき、第１凝縮器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。

【0093】

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、冷凍サイクル１０の停止時のＨＶ機器３１の冷却能力の低下を防止できる。したがって、ハイブリッド車両の車室用の冷房が停止しているときにも、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。

【0094】

図７は、冷却装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、その制御については、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。

【0095】

図７に示すように、まずステップ（Ｓ１０）において、エアコンがオンにされているか否かが判断される。エアコンのオン／オフの切替は、ハイブリッド車両の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乗員が操作することによって行なわれる。

【0096】

ステップ（Ｓ１０）でエアコンがオンであると判断された場合は、ステップ（Ｓ２０）に進み、冷却装置１は、エアコン運転モードにてＨＶ機器３１を冷却する。すなわち、切り替え装置５２の開閉を指令する信号を弁２８，５７，５８へ伝送して、弁５８を全閉にし、弁５７および弁２８の開度を調整する。これにより、圧縮機１２から吐出された冷媒のうち、ＨＶ機器３１の冷却のために十分な量の冷媒を、冷却部３０へ流通させる。第１凝縮器１４で外気と熱交換し冷却された後の冷媒を冷却部３０に流通させ、冷媒通路３２を流れる冷媒とＨＶ機器３１との間で熱交換することにより、ＨＶ機器３１を冷却する。

【0097】

なお、ハイブリッド車両の乗員がコントロールパネルを操作してエアコンをオンにする場合のほか、エアコン運転モードでのＨＶ機器３１の冷却が必要であると判断された場合に、エアコン運転モードにてＨＶ機器３１を冷却してもよい。例えば、外気温度が所定の温度（例えば２５℃）よりも高いとき、空調用空気が所定の温度（例えば２０℃）よりも高いとき、または、タンク４０内の冷媒液の量が所定の量よりも少ないとき、圧縮機１２を起動してもよい。

【0098】

または、例えば登坂走行時などのＨＶ機器３１の発熱量が大きくなるような状況でハイブリッド車両が走行する場合にも、エアコン運転モードにてＨＶ機器３１を冷却してもよい。冷却装置１がＨＶ機器３１を冷却する冷却能力は、圧縮機１２を運転させるエアコン運転モードの方が、ヒートパイプ運転モードに比較して相対的に大きい。そのため、ＨＶ機器３１の発熱量が大きい場合には、エアコン運転モードで冷却装置１を運転してＨＶ機器３１を冷却することにより、ＨＶ機器３１の過熱を確実に防止することができる。

【0099】

ステップ（Ｓ１０）でエアコンがオフであると判断された場合は、ステップ（Ｓ３０）に進み、冷却装置１は、ヒートパイプ運転モードにてＨＶ機器３１を冷却する。すなわち、切り替え装置５２の開閉を指令する信号を弁２８，５７，５８へ伝送して、弁５７を全閉、弁５８を全開にし、さらに弁２８を全閉にする。これにより、冷却部３０と第１凝縮器１４との間に冷媒を循環させる環状の経路を形成して、サーモサイフォン式のヒートパイプを形成する。第１凝縮器１４において冷却された液相の冷媒を重力の作用により冷却部３０へ流通させ、冷媒通路３２を流れる冷媒とＨＶ機器３１との間で熱交換することにより、ＨＶ機器３１を冷却する。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再度第１凝縮器１４へ到達する。

【0100】

続いてステップ（Ｓ４０）において、ドライアウトの発生が検出されたか否かが判断される。例えば、冷却装置１は、ＨＶ機器３１の発熱部品の温度を検出するセンサが検出した温度が上限値を超えた場合に、ドライアウトが発生したと判断する。また、冷却装置１は、冷却部３０に流れ込む冷媒の温度と、冷却部３０から流れ出る冷媒の温度との差に基づいて、ドライアウトの発生を判断してもよい。さらに、冷却装置１は、冷却部３０の表面温度を検出するセンサが検出した温度が上限値を超えた場合に、ドライアウトが発生したと判断してもよい。この場合、温度センサは、冷媒流路と発熱部品との近傍に設置してもよい。

【0101】

ステップ（Ｓ４０）でドライアウトが発生したと判断された場合は、ステップ（Ｓ５０）に進み、冷却装置１は、圧縮機１２を一時的に運転する。これにより、圧縮機１２で圧縮された冷媒がエジェクタ１４０を経由して第２通路内に供給される。このとき、エジェクタ１４０が設けられていることにより、第２通路における冷媒の循環を促進しながら、不足した冷媒を第２通路に供給することができる。よって、ドライアウトを抑制することができる。したがって、ＨＶ機器３１の温度上昇を抑制することができる。

【0102】

ステップ（Ｓ４０）でドライアウトが発生していないと判断された場合は、ステップ（Ｓ６０）に進み、冷却装置１は、圧縮機１２を停止する。

【0103】

以上のように、この実施の形態においては、空調が行われる「エアコン運転モード」と空調が停止する「ヒートパイプ運転モード」との両方の運転モードで、発熱源であるＨＶ機器３１を冷却できる。ヒートパイプ運転モードでは、ヒートパイプサイクルによりＨＶ機器３１を冷却できるので、ＨＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要はない。そのため、圧縮機１２の消費動力を低減してハイブリッド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。そして、冷却装置１は、圧縮機１２と第１凝縮器１４との間に設けられたエジェクタ１４０を備える。エジェクタ１４０は、圧縮機１２から第１凝縮器１４に冷媒が流れるときに、第２通路から冷媒を吸引する吸引力を発生する。これにより、第１凝縮器１４と冷却部３０との間に形成されたヒートパイプサイクル内での冷媒の循環を促しながら、ヒートパイプサイクル内の冷媒量を増加させることができる。したがって、この実施の形態によれば、ドライアウトを抑制することができる。

【0104】

また、圧縮機１２が停止した後も、エジェクタ１４０の第１管１５０内における冷媒が慣性力により流れるときに、連通路５１から第２管１６０へ冷媒を吸引する吸引力が発生する。このため、短時間の圧縮機１２の駆動でドライアウトを解消することができる。

【0105】

また、この実施の形態においては、エジェクタ１４０の接続部１８０は、合流部１５１よりも上流側に配置される。これにより、圧縮機１２で圧縮された冷媒の流れ方向が連通路５１から第２管１６０へ吸入された冷媒の流れ方向に沿った状態で２つの冷媒の流れを合流させることができる。このため、圧縮機１２で圧縮された冷媒が接続部１８０へ逆流することを防止することができる。よって、第２通路における冷媒の循環をより促進することができる。

【0106】

また、この実施の形態においては、冷却装置１は、空調の作動または停止に合わせて、切り替え装置５２の開閉状態を制御する。これにより、エアコン運転モードとヒートパイプ運転モードとの切り換えをさらに確実に行なうことができ、各運転モード毎の適切な経路に冷媒を流通させることができる。

【0107】

また、この実施の形態においては、冷却装置１は、第１凝縮器１４から圧縮機１２への冷媒の流れを遮断する逆止弁をさらに備える。これにより、ヒートパイプ運転モードのとき、第１凝縮器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。

【0108】

また、この実施の形態においては、冷却部３０は、第１凝縮器１４よりも鉛直方向下側に配置される。これにより、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１凝縮器１４へ到達し、第１凝縮器１４において冷却され、凝縮されて液冷媒となり、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。このため、ヒートパイプを形成することでＨＶ機器３１から第１凝縮器１４への熱伝達効率を向上することができるので、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、ＨＶ機器３１をより効率よく冷却することができる。

【0109】

また、この実施の形態においては、冷却装置１は、第１凝縮器１４から冷却部３０へ流れる液状の冷媒を貯留するタンク４０をさらに備える。これにより、タンク４０から液相の冷媒のみを取り出し冷却部３０へ流すことができる。このため、第１凝縮器１４の能力を最大限に活用してＨＶ機器３１を冷却することができるので、ＨＶ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。

【0110】

なお、本発明の冷却装置は、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電気自動車や燃料電池車にも適用可能である。

【0111】

なお、これまでの実施の形態においては、ＨＶ機器３１を例としてハイブリッド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。

【0112】

なお、これまでの実施の形態においては、逆止弁５４を備える冷却装置１について説明したが、逆止弁５４を備えない構成であってもよい。

【0113】

なお、上記において、ＨＶ機器３１は、この発明における「発熱源」の一実施例に対応し、タンク４０は、この発明における「蓄液器」の一実施例に対応する。また、弁２８は、この発明における「第１弁」の一実施例に対応し、弁５７は、この発明における「第２弁」の一実施例に対応し、弁５８は、この発明における「第３弁」の一実施例に対応する。

【0114】

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、上記した実施の形態の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】

【0115】

１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１４ 第１凝縮器、１５ 第２凝縮器、１６ 膨張弁、１８ 熱交換器、２８，５７，５８ 弁、３０ 冷却部、３１ ＨＶ機器、４０ タンク、４２ ラジエータファン、４３ ラジエータ、４４ ウォーターポンプ、４５ エンジン、４６ 冷却回路、５１ 連通路、５２ 切り替え装置、５４ 逆止弁、６０ 地面、１４０ エジェクタ、１５０ 第１管、１５１ 合流部、１６０ 第２管、１８０ 接続部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】