CN103338951A - 冷却设备 - Google Patents

Abstract

一种冷却HV设备热源（30）的冷却设备（1）包括：压缩机（12），其用于使冷却剂循环；冷凝器（14），其用于使冷却剂冷凝；膨胀阀（16），该膨胀阀使已经被冷凝器（14）冷凝的冷却剂减压；蒸发器（18），其用于使已经被膨胀阀（16）减压的冷却剂蒸发；和冷却剂通路（22），从冷凝器（14）的出口朝向膨胀阀（16）的入口移动的冷却剂流过该冷却剂通路。冷却剂通路（22）包括形成冷却剂通路（22）的一部分的通路形成部分（26）。冷却设备（1）进一步包括冷却剂通路（31、32），该冷却剂通路与通路形成部分（26）并行地设置，并且经由HV设备热源（30）使冷却剂循环。

Description

冷却设备

技术领域

本发明涉及一种冷却设备，并且更加具体地涉及一种通过使用蒸汽压缩式致冷循环冷却发热源的冷却设备。

背景技术

近年来，电动机驱动车辆诸如混合动力车辆、燃料电池车辆、电动车辆等作为针对环境问题的措施正在受到关注。在这些车辆中，电气设备诸如电动机、发电机、换流器、转换器、电池等与接收或者供应电力相关联地产生热量。因此，这些电气设备需要被冷却。

日本专利申请公报No.2000-73763（JP-A-2000-73763）公开了一种用于混合动力车辆的冷却设备，该冷却设备包括选择性地或者同时地冷却发动机汽缸盖和牵引电动机的第一冷却回路、冷却发动机汽缸体的第二冷却回路和冷却驱动并且控制牵引马达的大电流系统控制单元的第三冷却回路。

如在仅发动机被冷却的普通车辆中，在日本专利申请公报No.2000-73763（JP-A-2000-73763）中描述的冷却设备通过使用使冷却液体在加热元件和散热器之间循环的系统冷却电气构件部分。这种系统要求重新设置用于冷却电气构件部分的散热器，并且因此具有低车辆可安装性的问题。

因此，已经提出一项通过利用在车辆空调设备中采用的蒸汽压缩式致冷循环冷却加热元件的技术。例如，日本专利申请公报No.2007-69733（JP-A-2007-69733）公开了一种系统，在该系统中与用于进行空气调节的空气执行热交换的热交换器和与加热元件执行热交换的热交换器被并行设置在从膨胀阀延伸到压缩机的冷却剂通路中，并且在该系统中通过利用用于空调设备的冷却剂冷却加热元件。此外，日本专利申请公报No.2005-90862（JP-A-2005-90862）公开了一种冷却系统，其中绕开用于空气调节的致冷循环的减压器、蒸发器和压缩机的旁通通路设有用于冷却加热元件的加热元件冷却装置。

在于日本专利申请公报No.2007-69733（JP-A-2007-69733）和日本专利申请公报No.2005-90862（JP-A-2005-90862）中公开的上述冷却设备中，用于冷却发热源诸如电气设备等的冷却路径被结合到蒸汽压缩式致冷循环中，并且当发热源被冷却时，在致冷循环中全部数量的冷却剂被引入为冷却发热源设置的冷却路径中。因此，除了其它问题，现有技术设备具有过度冷却发热源、与冷却剂的经过相关联的增加的压力损失、压缩机的增加的电力消耗的问题。

发明内容

本发明提供一种冷却设备，其能够防止发热源的过热，并且使得可以减少压力损失并且减少压缩机的电力消耗。

本发明的第一方面的冷却设备涉及一种冷却设备，该冷却设备使发热源冷却。该冷却设备包括：压缩机，该压缩机使冷却剂循环；冷凝器，该冷凝器使冷却剂冷凝；减压器，该减压器使已经被冷凝器冷凝的冷却剂减压；蒸发器，该蒸发器使已经被减压器减压的冷却剂蒸发；第一通路，从冷凝器的出口朝向减压器的入口移动的冷却剂流过该第一通路，并且该第一通路包括形成第一通路的一部分的通路形成部分；和第二通路，该第二通路与通路形成部分并行连接，并且该第二通路设有发热源，并且在该第二通路中冷却剂流经发热源。

该冷却设备可以进一步包括流量控制阀，该流量控制阀设置在通路形成部分上，并且该流量控制阀调节流过通路形成部分的冷却剂的流量和流过第二通路流动的冷却剂的流量。

该冷却设备可以进一步包括：第三通路，从压缩机的出口朝向冷凝器的入口移动的冷却剂流过该第三通路；和连通通路，该连通通路提供在第三通路和第二通路的相对于发热源的下游侧之间的连通。该冷却设备可以进一步包括切换阀，该切换阀切换在第二通路相的对于发热源的下游侧和第一通路与第三通路中的每个通路之间的连通状态。在该冷却设备中，发热源可以设置在冷凝器的下方。

该冷却设备可以进一步包括设置在第一通路上的另一个冷凝器，并且通路形成部分可以设置在冷凝器和该另一个冷凝器之间。在该冷却设备中，冷凝器可以在从冷却剂释放热量的放热能力方面高于所述另一个冷凝器。

该冷却设备可以进一步包括风扇，该风扇向冷凝器吹送空气。

本发明的第二方面的冷却设备涉及一种对发热源进行致冷的冷却设备。这个冷却设备包括：压缩机，该压缩机使冷却剂在循环路径上循环；冷凝器，该冷凝器在循环路径上使冷却剂冷凝；减压器，该减压器在循环路径上使已经被冷凝器冷凝的冷却剂减压；蒸发器，该蒸发器在循环路径上使已经被减压器减压的冷却剂蒸发；第一通路，该第一通路是循环路径的一部分，并且从冷凝器的出口朝向减压器的入口移动的冷却剂流过该第一通路，并且该第一通路包括作为第一通路的一部分的通路形成部分；和第二通路，该第二通路与通路形成部分并行连接，并且该第二通路设有发热源，并且在该第二通路中冷却剂流经发热源。

根据本发明第一方面和第二方面的冷却设备，能够防止发热源的过度冷却，并且能够减少压缩机的压力损失和电力消耗。

附图简要说明

将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中：

图1是示出根据本发明第一实施例的冷却设备的构造的示意性图表；

图2是示出在第一实施例中在蒸汽压缩式致冷循环中的冷却剂的状态的莫利尔图表；

图3是示意性地示出流量控制阀的开度控制的图表；

图4是示出根据本发明第二实施例的冷却设备的构造的概略图表；

图5是示出在第二实施例中在蒸汽压缩式致冷循环中的冷却剂的状态的莫利尔图表；

图6是示出根据本发明第三实施例的冷却设备的构造的示意性图表；

图7是示出在蒸汽压缩式致冷循环的操作期间冷却HV设备热源的冷却剂的流动的示意性图表；

图8是示出在蒸汽压缩式致冷循环停止期间冷却HV设备热源的冷却剂的流动的示意性图表；

图9是示出根据本发明第四实施例的冷却设备的构造的示意性图表；

图10是示出根据本发明第五实施例的冷却设备的构造并且示出在蒸汽压缩式致冷循环正在操作中时冷却HV设备热源的冷却剂的流动的示意性图表；并且

图11是示出第五实施例的冷却设备并且示出在蒸汽压缩式致冷循环停止期间冷却HV设备热源的冷却剂的流动的示意性图表。

具体实施方式

将在下文中参考附图描述本发明的实施例。在图中相同或者类似的部分由相同的附图标记表示，并且将不在下面重复地描述。

（第一实施例）

图1是示出根据本发明第一实施例的冷却设备1的构造的示意性图表。如在图1中所示，冷却设备1包括蒸汽压缩式致冷循环10。蒸汽压缩式致冷循环10安装在车辆中从而例如冷却在车辆的车室中的空气。例如，在用于空气冷却的开关打开的情形中、或者在自动调节车辆车室的内部的温度从而车室温度变得等于设定温度的自动控制模式已经被选择并且在车室中的温度高于设定温度的情形中执行通过使用蒸汽压缩式致冷循环10的空气冷却。

蒸汽压缩式致冷循环10包括压缩机12、冷凝器14、作为减压器的实例的膨胀阀16和蒸发器18。蒸汽压缩式致冷循环10还包括：作为提供在压缩机12和冷凝器14之间的连通的第三通路的冷却剂通路21；作为提供在冷凝器14和膨胀阀16之间的连通的第一通路的冷却剂通路22；提供在膨胀阀16和蒸发器18之间的连通的冷却剂通路23；和提供在蒸发器18和压缩机12之间的连通的冷却剂通路24。蒸汽压缩式致冷循环10由被冷却剂通路21至24联结的压缩机12、冷凝器14、膨胀阀16和蒸发器18构成。

压缩机12通过作为动力源使用安装在车辆中的电动机或者发动机而操作，并且绝热地将冷却剂气体压缩成过热冷却剂气体。当在操作中时，压缩机12抽吸并且压缩从冷凝器18流过冷却剂通路24的气相冷却剂，并且将压缩的冷却剂排放到冷却剂通路21中。压缩机12通过将冷却剂排放到冷却剂通路21中而使冷却剂在蒸汽压缩式致冷循环10中循环。

冷凝器14使被压缩机12压缩的过热冷却剂气体恒压地向外部介质释放热量并且由此将过热冷却剂气体改变成冷却剂液体。在从压缩机12排放的气相冷却剂通过向周围环境释放热量而冷却时，该气相冷却剂在冷凝器14中冷凝（液化）。冷凝器14包括传送冷却剂的管子，和用于执行在于管子内流动的冷却剂和冷凝器14周围的空气之间的热交换的散热片。冷凝器14执行在冷却剂和由车辆的行驶引起的自然通风供应的冷却风之间的热交换。由于由冷凝器14执行的热交换，冷却剂的温度下降并且冷却剂液化。

冷凝器14的规格（即，冷凝器14的尺寸或者放热能力）被如此确定，使得已经经过冷凝器14的液相冷却剂的温度低于车室的空气冷却所需要的温度。冷凝器14的规格被确定为提供如下的放热量，该放热量比在并不冷却HV设备热源30（在以后描述）的蒸汽压缩式致冷循环中设置的冷凝器的放热量大推定冷却剂从HV设备热源30接收的热量的量。配备有具有前面的规格的冷凝器14的冷却设备1能够在维持空气冷却车辆的车室的能力时适当地冷却HV设备热源30，而不需要增加压缩机12的功率。

膨胀阀16从小孔喷射在冷却剂通路22中流动的高压液相冷却剂，从而冷却剂膨胀并且改变为低温和低压雾化冷却剂。膨胀阀16通过减压将由冷凝器14冷凝的冷却剂液体改变成处于气液混合状态的湿蒸汽。附带说一句，用于使在冷却剂通路22中流动的冷却剂液体减压的减压器不限于节流或者调整流量并且使冷却剂膨胀的膨胀阀16，而是还可以是毛细管。

蒸发器18允许在其中流动的雾化的冷却剂蒸发，并且因此从被引入从而接触蒸发器18的环境空气吸收热量。使用被膨胀阀16减压的冷却剂，蒸发器18从作为被冷却部分的、车辆的车室中的空气获得使得冷却剂的湿蒸汽蒸发以变成冷却剂气体所需要的蒸发热量，并且由此执行车辆的车室的空气冷却。在温度已经由于蒸发器18的热量吸收而下降的空气返回车辆的车室中时执行在车辆的车室中的空气冷却。在蒸发器18中的冷却剂从周边吸收热量并且因此被加热。

蒸发器18包括传送冷却剂的管子，和用于执行在于管子中流动的冷却剂和蒸发器18周围的空气之间的热交换的散热片。处于湿蒸汽状态中的冷却剂在管子内流动。当冷却剂在管子中流动时，冷却剂通过经由散热片从车辆的车室中的空气吸收热量作为蒸发潜热而蒸发，并且然后由于显热而变成过热蒸汽。蒸发的冷却剂然后通过冷却剂通路24流动到压缩机12。压缩机12压缩从蒸发器18流动的冷却剂。

冷却剂通路21是用于从压缩机12向冷凝器14传送冷却剂的通路。冷却剂通过冷却剂通路21从压缩机12的出口朝向冷凝器14的入口流动。冷却剂通路22是用于从冷凝器14向膨胀阀16传送冷却剂的通路。冷却剂通过冷却剂通路22从冷凝器14的出口朝向膨胀阀16的入口流动。冷却剂通路23是用于从膨胀阀16向蒸发器18传送冷却剂的通路。冷却剂通过冷却剂通路23从膨胀阀16的出口朝向蒸发器18的入口流动。冷却剂通路24是用于从蒸发器18向压缩机12传送冷却剂的通路。冷却剂通过冷却剂通路24从蒸发器18的出口朝向压缩机12的入口流动。

在蒸汽压缩式致冷循环10中，冷却剂流动从而按照顺序经过图1所示点A、点B、点C、点D和点E，并且因此冷却剂通过压缩机12、冷凝器14、膨胀阀16和蒸发器18循环。冷却剂在蒸汽压缩式致冷循环10中循环，从而经过冷却剂循环流动路径，在该冷却剂循环流动路径中，压缩机12、冷凝器14、膨胀阀16和蒸发器18被冷却剂通路21至24顺序地连接。

附带说一句，在蒸汽压缩式致冷循环10中使用的冷却剂可以例如是二氧化碳，碳氢化合物诸如丙烷、异丁烷等，氨、水等。

传送从冷凝器14朝向膨胀阀16流动的冷却剂的冷却剂通路22包括通路形成部分26。通路形成部分26形成冷却剂通路22的一部分。图1所示点C示意通路形成部分26的上游侧端部，即，通路形成部分26的处于靠近冷凝器14的一侧的端部。图1所示点D示意通路形成部分26的下游侧端部，即，通路形成部分26的处于靠近膨胀阀16的一侧的端部。

冷却设备1配备有与通路形成部分26并行连接的另一个冷却剂通路。这个另外的通路包括作为第二通路的冷却剂通路31和32。流过冷却剂通路31和32的冷却剂流经作为发热源的HV（混合动力车辆）设备热源30，并且从HV设备热源30获取热量并且因此冷却HV设备热源30。冷却剂通路31是用于从点C向HV设备热源30传送冷却剂的通路。冷却剂通路32是用于从HV设备热源30向点D传送冷却剂的通路。冷却剂通过冷却剂通路31从点C朝向HV设备热源30流动，并且通过冷却剂通路32从HV设备热源30朝向点D流动。点C是在冷却剂通路22和冷却剂通路31之间的分支点。点D是在冷却剂通路22和冷却剂通路32之间的分支点。

HV设备热源30包括由于给付或者接收电力而产生热量的电气设备。电气设备包括用于将直流电转换成交流电的换流器、作为旋转电机的马达发电机、作为电力存储装置的电池、增加电池的电压的转换器、用于减小电池的电压的DC/DC转换器等中的至少一个。电池是二次电池诸如锂离子电池、镍金属氢化物电池等。还可以替代电池地使用电容器。

图2是示出在第一实施例中在蒸汽压缩式致冷循环10中的冷却剂的状态的莫利尔图表。在图2中，水平轴线示出冷却剂的比焓（单位：kJ/kg），并且竖直轴线示出冷却剂的绝对压力（单位：MPa）。在图表中的曲线是饱和蒸汽线和饱和液体线的组合。图2还示出在蒸汽压缩式致冷循环10中的不同的点（即点A、B、C、D和E）处的冷却剂的热力学状态，在蒸汽压缩式致冷循环中，冷却剂从从冷凝器14的出口延伸的冷却剂通路22经由点C流动到冷却剂通路31、冷却HV设备热源30并且从HV设备热源返回并流过冷却剂通路32，经由点D，流到延伸到膨胀阀16的入口的冷却剂通路22中。

如在图2中所示，已被抽吸到压缩机12（点A）中的、处于过热蒸汽状态中的冷却剂被压缩机12沿着比熵的等值线绝热地压缩。在冷却剂被压缩时，冷却剂的压力和温度增加从而冷却剂变成具有高度过热的高温和高压过热蒸汽（点B）。然后，冷却剂流动到冷凝器14。在进入冷凝器14之后，高压冷却剂蒸汽在冷凝器14中冷却从而冷却剂恒压地从过热蒸汽改变成干燥饱和蒸汽，并且在释放冷凝潜热时逐渐地液化从而变成处于气液混合状态中的湿蒸汽。然后，在全部数量的冷却剂冷凝时，冷却剂变成饱和液体，并且然后释放显热以变成过冷液体（点C）。

液化的冷却剂从点C通过冷却剂通路31流动到HV设备热源30中，并且冷却HV设备热源30。由于在冷却剂和HV设备热源30之间的热交换，过冷程度减轻。即，处于过冷液体状态中的冷却剂的温度升高并且接近液体冷却剂的饱和温度（点D）。在这之后，冷却剂流入膨胀阀16中。在膨胀阀16处，处于过冷液体状态中的冷却剂被节流并且膨胀，从而在比焓保持不变时，冷却剂的温度和压力下降，从而产生处于低温和低压气液混合状态（点E）中的湿蒸汽。

已经从膨胀阀16流出的、处于湿蒸汽状态中的冷却剂然后进入蒸发器18，在蒸发器中冷却剂从外部吸收热量作为蒸发潜热从而恒压地蒸发以变成干燥饱和蒸汽。进而，冷却剂蒸汽的温度由于显热而进一步升高以变成过热蒸汽（点A），并且然后被抽吸到压缩机12中。这个循环随后，冷却剂连续地重复该冷却剂被压缩、冷凝、节流膨胀和蒸发的状态变化。

附带说一句，虽然在蒸汽压缩式致冷循环的前面的说明中描述了理论致冷循环，但是当然在实际的蒸汽压缩式致冷循环10中有必要考虑与压缩机12有关的损失，和冷却剂的压力损失和热损失。

当蒸汽压缩处于操作中时，在蒸发器18中的冷却剂从车辆的车室中的空气吸收蒸发热量，并且因此执行车室的空气冷却。而且，来自冷凝器14的高压液体冷却剂在点C处分叉，并且冷却剂的一部分流动到HV设备热源30，并且经历与HV设备热源30的热交换并且因此冷却HV设备热源30。冷却设备1通过利用为车辆的车室的空气调节提供的蒸汽压缩式致冷循环10来冷却作为安装在车辆中的发热源的HV设备热源30。

作为从冷凝器14的出口朝向膨胀阀16的入口传送冷却剂的路径，作为经过HV设备热源30的路径的冷却剂通路31和32和作为并不经过HV设备热源30的路径的通路形成部分26被并行地设置。因此，从冷凝器14流出的冷却剂的仅一部分流动到HV设备热源30。使得为了冷却HV设备热源30所需的一定量的冷却剂流过冷却剂通路31和32，从而HV设备热源30被适当地冷却。因此，能够防止HV设备热源30的过度冷却。因为并非全部数量的冷却剂流动到HV设备热源30，所以能够减少与冷却剂经过冷却剂通路31和32有关的压力损失，并且相应地能够减少为了操作压缩机12以使冷却剂循环所需要消耗的电力。

冷却剂在冷凝器14中被冷却，直至它变成过冷液体。然后，冷却剂从HV设备热源30接收显热，并且由此被加热到稍微地低于饱和温度的温度。在这之后，在冷却剂经过膨胀阀16时，冷却剂变成低温和低压湿蒸汽。在膨胀阀16的出口处，冷却剂具有为了车辆的车室的空气冷却而基本需要的温度和压力。关于冷凝器14，它的放热能力被确定为使得冷却剂充分冷却的这种程度。

如果将已经经过膨胀阀16的低温和低压冷却剂用于冷却HV设备热源30，则蒸发器18冷却车室中的空气的能力降低，并且车室的空气冷却能力下降。在另一方面，在该实施例中的冷却设备1中，冷却剂在冷凝器14中被冷却到充分过冷状态，并且在冷凝器14的出口处的高压冷却剂被用于冷却HV设备热源30。因此，能够在不影响冷却在车室中的空气的空气冷却能力的情况下冷却HV设备热源30。附带说一句，理想的是为了冷却HV设备热源30所需的温度至少低于被指定为HV设备热源30的温度范围的温度范围的上限值。

回过来参考图1，冷却设备1配备有用于冷却安装在车辆中的发动机的发动机冷却系统40。发动机冷却系统40包括：发动机41，该发动机用于产生车辆的驱动力；散热器42，该散热器执行在冷却风和冷却液体之间的热交换；泵43，该泵使冷却液体循环；和散热器风扇44，该散热器风扇向散热器42输送冷却风。发动机冷却系统40还包括联结发动机41和散热器42的管线系统45，和联结散热器42和泵43的管线系统46，以及联结泵43和发动机41的管线系统47。

当泵43启动时，冷却液体通过管线系统47被从泵43发送到发动机41。由于在发动机41和冷却液体之间的热交换，发动机41冷却并且冷却液体的温度升高。温度已经升高的冷却液体通过管线系统45被发送到散热器42。因为与散热器42相邻设置的散热器风扇44被启动以向散热器42吹送空气，所以在散热器42中的冷却液体通过向空气释放热量而冷却。在为了冷却由发动机41加热的冷却液体而设置的散热器42中，在冷却液体和由于散热器风扇44的启动产生的冷却风之间发生热交换，从而冷却液体的温度降低。具有降低的温度的冷却液体通过管线系统46返回泵43。

如在图1中所示，发动机冷却系统40的散热器42与蒸汽压缩式致冷循环10的冷凝器14相邻设置。冷凝器14、散热器42和散热器风扇44被共线地设置使得散热器42介于散热器风扇44和冷凝器14之间。散热器风扇44向散热器42吹送空气以冷却在发动机冷却系统40中循环的冷却液体，并且同时向冷凝器14吹送空气并且因此空气冷却冷凝器14。冷却设备1进一步包括向冷凝器14吹送空气的散热器风扇44。

因为散热器风扇44通过向冷凝器14吹送空气而将该冷凝器14空气冷却，所以除了在冷却剂和被引入行驶车辆中的新鲜的空气流之间的热交换之外，还发生在冷凝器14中的冷却剂和由散热器风扇44供应的冷却风之间的热交换。这加速了在冷凝器14中的热交换，并且有效地降低冷却剂的温度并且因此使冷却剂液化。进而，这引起冷凝器14中的冷却剂有效率地释放热量，从而将提高冷凝器14的使冷却剂冷却的能力。因此，能够进一步提高通过使用蒸汽压缩式致冷循环10执行的、车辆的车室的空气冷却的效率和通过使用蒸汽压缩式致冷循环10的、HV设备热源30的冷却效率。

因为发动机冷却系统40的散热器风扇44被用作用于空气冷却冷凝器14的风扇，所以无需添加新的风扇。因此，能够在不增加冷却设备1的成本的情况下提高冷凝器14的放热能力。

冷却设备1进一步配备有流量控制阀28。流量控制阀28被设置在冷却剂通路22上，该冷却剂通路从冷凝器14朝向膨胀阀16延伸。流量控制阀28被连接到通路形成部分26，该通路形成部分形成冷却剂通路22的一部分。流量控制阀28通过改变阀门28的开度从而增加或降低流过通路形成部分26的冷却剂的压力损失来任意地调节流过通路形成部分26的冷却剂的流量和流过冷却剂通路31和32的冷却剂的流量。

例如，如果流量控制阀28被完全地关闭至0%的阀门开度，则从冷凝器14流出的全部数量的冷却剂从点C流动到冷却剂通路31中。如果流量控制阀28的阀门开度增加，则在从冷凝器14流动到冷却剂通路22中的冷却剂的流量中的通过通路形成部分26直接地流动到膨胀阀16中的冷却剂的流量增加，并且流过冷却剂通路31和32并且因此冷却HV设备热源30的冷却剂的流量降低。如果流量控制阀28的阀门开度降低，则在从冷凝器14流动到冷却剂通路22中的冷却剂的流量中的通过通路形成部分26直接地流动到膨胀阀16中的冷却剂的流量降低，并且流过冷却剂通路31和32并且因此冷却HV设备热源30的冷却剂的流量增加。

如果流量控制阀28的阀门开度增加，则冷却HV设备热源30的冷却剂的流量降低，从而冷却HV设备热源30的能力下降。如果流量控制阀28的阀门开度降低，则冷却HV设备热源30的冷却剂的流量增加，从而冷却HV设备热源30的能力提高。因为能够通过使用流量控制阀28最优地调节流动到HV设备热源30的冷却剂的量，所以能够可靠地防止HV设备热源30的过度冷却，并且另外，能够可靠地减少与冷却剂经过冷却剂通路31和32有关的压力损失和用于使冷却剂循环的压缩机12的电力消耗。

将在下面描述根据流量控制阀28的阀门开度调节的控制的实例。图3是示意性地示出流量控制阀28的开度控制的图表。在图3中，曲线图（A）至（D）的水平轴线示出时间。在曲线图（A）中的竖直轴线示出在流量控制阀28是使用步进马达的电膨胀阀的情形中的阀门开度。在曲线图（B）中的竖直轴线示出在流量控制阀28是响应于温度变化在打开和关闭方向上操作的温度式膨胀阀的情形中的阀门开度。在曲线图（C）中的竖直轴线示出HV设备热源30的温度。在曲线图（D）中的竖直轴线示出在HV设备热源30的出口和入口之间的温差。

在冷却剂流过冷却剂通路31和32时，HV设备热源30被冷却。例如，通过监测HV设备热源30的温度或者在HV设备热源30的出口温度和入口温度之间的温差执行流量控制阀28的阀门开度的调节。例如，通过参考曲线图（C），设置了连续地测量HV设备热源30的温度的温度传感器，并且监测HV设备热源30的温度。可替代地，例如，通过参考曲线图（D），设置了测量HV设备热源30的入口温度和出口温度的温度传感器，并且监测在HV设备热源30的出口和入口之间的温差。

如果HV设备热源30的温度超过目标温度或者在HV设备热源30的出口和入口之间的温差超过目标温差（例如，3至5℃），则流量控制阀28的开度如在曲线图（A）和（B）中所示降低。因为通过如上所述减小流量控制阀28的开度而增加了通过冷却剂通路31流动到HV设备热源30的冷却剂的流量，所以HV设备热源30能够被更有效地冷却。结果，HV设备热源30的温度将下降以如在曲线图（C）中所示变得等于或小于目标温度，或者在HV设备热源30的出口和入口之间的温差能够降低以如在曲线图（D）中所示变得等于或小于目标温差。

以该方式，通过最优地调节流量控制阀28的阀门开度，能够确保产生为了将HV设备热源30的温度保持在适当的温度范围中所需的放热能力的冷却剂的量，并且因此HV设备热源30能够被适当地冷却。因此，HV设备热源30变得过热和损坏的麻烦的发生能够被可靠地抑制。

（第二实施例）

图4是示出根据本发明第二实施例的冷却设备1的构造的示意性图表。第二实施例的冷却设备1不同于第一实施例的冷却设备1之处在于，作为不同于冷凝器14的另一个冷凝器的冷凝器15被设置在冷却剂通路22中，该冷却剂通路联结冷凝器14和膨胀阀16。

第二实施例的冷却设备1配备有作为第一冷凝器的冷凝器14，和作为第二冷凝器的冷凝器15。因为设置了冷凝器15，所以冷却剂通路22被划分成在冷凝器15的上游侧（更靠近冷凝器14的一侧）上的冷却剂通路22a，和在冷凝器15的下游侧（更靠近膨胀阀16的一侧）上的冷却剂通路22b。在蒸汽压缩式致冷循环10中，从压缩机12排放的高压冷却剂被冷凝器14和冷凝器15两者冷凝。

形成冷却剂通路22的一部分的通路形成部分26设置在冷凝器14和冷凝器15之间的冷却剂通路22a中。包括冷却剂通路31和32的、用于HV设备热源30的冷却系统与通路形成部分26并行设置。从冷凝器14直接流动到冷凝器15的冷却剂的路径和经由HV设备热源30从冷凝器14流动到冷凝器15的冷却剂的路径并行设置，并且仅使得冷却剂的一部分流过冷却剂通路31和32。以该方式，能够减小当冷却剂在HV设备热源30的冷却系统中流动时发生的压力损失。

图5是示出在第二实施例中在蒸汽压缩式致冷循环10中的冷却剂的状态的莫利尔图表。在图5中的水平轴线示出冷却剂的比焓（单位：kJ/kg），并且竖直轴线示出冷却剂的绝对压力（单位：MPa）。在图表中的曲线是饱和蒸汽线和饱和液体线的组合。图5还示出在蒸汽压缩式致冷循环10中的不同的点（即，点A、B、C、D、E和F）处的冷却剂的热力学状态，在蒸汽压缩式致冷循环中，冷却剂从从冷凝器14的出口延伸的冷却剂通路22a经由点C流动到冷却剂通路31并且冷却HV设备热源30，并且从HV设备热源返回并流过冷却剂通路32，经由点D，流动到延伸到冷凝器15的入口的冷却剂通路22a中。

除了从冷凝器14延伸到膨胀阀16的系统之外，在第二实施例中的蒸汽压缩式致冷循环10与在第一实施例中的相同。即，在图2所示莫利尔图表中冷却剂从点D经由点E和A到点B的状态和在图5所示莫利尔图表中冷却剂从点F经由点E和A到点B的状态是相同的。因此，将在下面描述第二实施例的蒸汽压缩式致冷循环10特有的、冷却剂从点B到点F的状态。

处于已被压缩机12绝热压缩的高温和高压过热蒸汽状态中的冷却剂（点B）被冷凝器14冷却。冷却剂恒压地释放显热以从过热蒸汽改变为干燥饱和蒸汽，并且在释放冷凝潜热时逐渐地液化以变成处于气液混合状态中的湿蒸汽。然后，全部数量的冷却剂冷凝以变成饱和液体（点C）。

已经从冷凝器14流出的、处于饱和液体状态中的冷却剂通过冷却剂通路31从点C流动到HV设备热源30。HV设备热源30向已经经过冷凝器14并且因此已经被冷凝器14冷凝的冷却剂释放热量。因此，HV设备热源30被冷却。由于与HV设备热源30的热交换，冷却剂被加热，从而冷却剂的干燥度增加。冷却剂通过从HV设备热源30接收潜热而部分地蒸发，并且因此变成饱和液体和饱和蒸汽混合的湿蒸汽（点D）。

在这之后，冷却剂流入冷凝器15中。冷却剂的湿蒸汽被冷凝器15再次冷凝。在全部数量的冷却剂冷凝时，冷却剂变成饱和液体，并且然后变成通过释放显热而被过冷却的过冷液体（点F）。在这之后，在冷却剂经过膨胀阀16时，冷却剂变成低温和低压湿蒸汽（点E）。

因为冷凝器15使冷却剂充分地冷却，所以在膨胀阀16的出口处的冷却剂具有为了空气冷却车辆的车室而基本需要的温度和压力。因此，能够使得在于蒸发器18中蒸发时冷却剂从外部接收的热量的量足够地大。因此，因为设定了允许冷却剂的充分冷却的冷凝器15的放热能力，所以能够在不影响冷却车室中的空气的空气冷却容量的情况下冷却HV设备热源30。因此，能够可靠地确保HV设备热源30的冷却容量和车室的空气冷却容量。

在第一实施例中的蒸汽压缩式致冷循环10中，冷凝器14被设置在压缩机12和膨胀阀16之间，从而冷凝器14需要进一步从饱和液体状态冷却冷却剂直至冷却剂具有预定的过冷却程度。如果处于过冷液体状态中的冷却剂被冷却，则冷却剂的温度接近大气温度并且因此冷却剂的冷却效率降低，从而需要增加冷凝器14的容量。这将导致冷凝器14具有增加的尺寸并且作为将被安装在车辆中的冷却设备1的构件变得不利的问题。在另一方面，如果为了在车辆中的可安装性而减小冷凝器14的尺寸，则冷凝器14的放热能力也减小，从而出现不能实现在膨胀阀16的出口处的足够低的冷却剂温度并且因此导致车室的不充足的空气冷却能力的风险。

作为对照，在第二实施例中的蒸汽压缩式致冷循环10中，两个冷凝器14和15被设置在压缩机12和膨胀阀16之间，并且用于HV设备热源30的冷却系统被设置在冷凝器14和冷凝器15之间。因此，冷凝器14仅需要如在图5中所示将冷却剂冷却到饱和液体状态。已经通过从HV设备热源30接收蒸发潜热而部分地蒸发的、处于湿蒸汽状态中的冷却剂在冷凝器15中被再次冷凝。冷却剂以恒定温度改变状态直至处于湿蒸汽状态中的冷却剂完全地冷凝成饱和液体。冷凝器15进一步近似地将冷却剂冷却到车辆的车室的空气冷却所需的过冷程度。因此，与第一实施例相比，无需增加冷却剂的过冷程度，并且能够减小冷凝器14和15的容量。因此，能够减小冷凝器14和15的尺寸，从而使得提供小尺寸冷却设备1成为可能，该小尺寸冷却设备在于车辆中安装方面是有利的。

从冷凝器14流动到HV设备热源30的冷却剂通过当冷却HV设备热源30时从HV设备热源30接收热量而被加热。如果在HV设备热源30处加热的冷却剂应该蒸发，则在冷却剂和HV设备热源30之间的热交换量将降低从而HV设备热源30不能被充分地冷却，并且冷却剂在管线系统中行进时的压力损失将增加。因此，将在冷凝器14中的冷却剂充分地冷却到使得冷却剂在冷却HV设备热源30之后将不蒸发的程度是理想的。

具体地，使得在冷凝器14的出口处的冷却剂的状态接近饱和液体状态。通常，在冷凝器14的出口处，产生冷却剂处于饱和液体线上的状态。由于冷凝器14具有以该方式使冷却剂充分地冷却的能力的结果，从冷凝器14中的冷却剂释放热量的放热能力高于冷凝器15的放热能力。因为具有相对大的放热能力的冷凝器14使冷却剂充分地冷却，所以已经从HV设备热源30接收热量的冷却剂能够被保持在湿蒸汽状态中并且因此能够避免在冷却剂和HV设备热源30之间的热交换量的降低，从而HV设备热源30能够被充分有效率地冷却。在HV设备热源30被冷却之后，处于湿蒸汽状态中的冷却剂在冷凝器15中被有效率地再次冷却直至冷却剂被冷却到温度稍微低于饱和温度的过冷液体状态。因此，提供可靠地具有车室的空气冷却能力和HV设备热源30的冷却能力两者的冷却设备1是可能的。

（第三实施例）

图6是示出根据本发明第三实施例的冷却设备1的构造的示意性图表。第三实施例的冷却设备1不同于第二实施例的冷却设备1之处在于具有连通通路51。

具体地，连通通路51提供在冷却剂通路21和冷却剂通路32之间的连通，该冷却剂通路21传送从压缩机12的出口朝向冷凝器14的入口流动的冷却剂，该冷却剂通路32是冷却剂通路31和32中的设置在HV设备热源30的下游处的冷却剂通路，冷却剂通路31和32经由HV设备热源30传送冷却剂。冷却剂通路32设有切换阀52，该切换阀切换在冷却剂通路32与冷却剂通路21和22之间的连通状态。在第三实施例中的切换阀52是三通阀53。冷却剂通路32被划分成在三通阀53的上游侧处的冷却剂通路32a和在三通阀53的下游侧处的冷却剂通路32b。

通过改变三通阀53的打开关闭状态，能够使得在冷却HV设备热源30之后在冷却剂通路32a中流动的冷却剂通过冷却剂通路32b流动到冷凝器15，或者通过冷却剂通路51流动到冷凝器14。通过使用作为切换阀52的实例的三通阀53切换冷却剂的路径，在冷却HV设备热源30之后，能够任意地选择性地使得冷却剂流过以下路径之一：通过冷却剂通路32b和22流动到膨胀阀16的路径；和通过连通通路51和冷却剂通路21流动到冷凝器14的路径。

图7是示出在蒸汽压缩式致冷循环10的操作期间冷却HV设备热源30的冷却剂的流动的示意性图表。在蒸汽压缩式致冷循环10在压缩机12被驱动的情况下而处于操作中时，流量控制阀28的阀门开度被调节使得足够量的冷却剂流动到HV设备热源30。三通阀53被操作从而使得冷却剂经由冷凝器15从HV设备热源30流动到膨胀阀16；因此，冷却剂的路径被如此选择，使得冷却剂在整个冷却设备1中流动。因此，能够确保蒸汽压缩式致冷循环10的冷却能力，并且HV设备热源30能够被有效率地冷却。

图8是示出在蒸汽压缩式致冷循环10停止期间冷却HV设备热源30的冷却剂的流动的示意性图表。如在图8中所示，当压缩机12停止并且因此蒸汽压缩式致冷循环10停止时，三通阀53被操作从而从HV设备热源30向冷凝器14循环冷却剂，并且流量控制阀28被完全地关闭。通过使得冷却剂流过连通通路51，形成闭合环形路径，在该闭合环形路径中，冷却剂按照顺序通过冷却剂通路22a和冷却剂通路31从冷凝器14流动到HV设备热源30，并且按照顺序通过冷却剂通路32a、连通通路51和冷却剂通路21从HV设备热源30返回冷凝器14。

通过该环形路径，冷却剂能够在不操作压缩机12的情况下在冷凝器14和HV设备热源30之间循环。当冷却HV设备热源30时，冷却剂通过从HV设备热源30接收蒸发潜热而蒸发。在HV设备热源30处蒸发的冷却剂蒸汽按照顺序通过冷却剂通路32a、连通通路51和冷却剂通路21流动到冷凝器14。在冷凝器14中，冷却剂蒸汽被引入行驶车辆中的新鲜的空气流或者来自散热器风扇44的通风冷却以进行冷凝。在冷凝器14中液化的冷却剂液体通过冷却剂通路22a和31返回HV设备热源30。

因此，经由HV设备热源30和冷凝器14延伸的环形路径形成热管道，在该热管道，HV设备热源30用作加热部分并且冷凝器14用作冷却部分。因此，即使当蒸汽压缩式致冷循环10处于停止时，即，即使当车辆的空气冷却处于停止时，HV设备热源30也能够被可靠地冷却而不需要启动压缩机12。因为无需总是操作压缩机12从而冷却HV设备热源30，所以能够减少压缩机12的电力消耗并且能够提高车辆的燃料经济性，并且另外，能够增加压缩机12的使用寿命，从而能够提高压缩机12的可靠性。

图7和图8示出地表面60。在与地表面60垂直的竖直方向上，HV设备热源30被设置在冷凝器14的下方。在于冷凝器14和HV设备热源30之间循环冷却剂的环形路径中，HV设备热源30被设置在相对低的位置处，而冷凝器14被设置在相对高的位置处。即，冷凝器14被设置在比HV设备热源30高的位置处。

在该情形中，由于被HV设备热源30加热而蒸发的冷却剂蒸汽在环形路径中升高并且到达冷凝器14，在该冷凝器中冷却剂被冷却以冷凝成液体冷却剂。液体冷却剂然后由于重力而在环形路径中下降，并且返回HV设备热源30。即，HV设备热源30、冷凝器14和联结HV设备热源30和冷凝器14的冷却剂路径形成热虹吸式热管道。因为形成热管道提高了从HV设备热源30向冷凝器14的热传递的效率，所以即使当蒸汽压缩式致冷循环10处于停止时，HV设备热源30也能够被进一步有效率地冷却而不增加功率。

（第四实施例）

图9是示出根据本发明第四实施例的冷却设备1的构造的示意性图表。与图8所示第三实施例的冷却设备1相比，第四实施例的冷却设备1具有止回阀55。止回阀55被设置在压缩机12和冷凝器14之间的冷却剂通路21上，更具体地，止回阀55被设置在冷却剂通路21上的在冷却剂通路21和连通通路51之间的连接部分的压缩机12侧的位置处。止回阀55允许冷却剂沿着从压缩机12朝向冷凝器14的方向流动，并且禁止冷却剂沿着相反方向流动。

利用这种布置，通过完全地关闭流量控制阀28（阀门开度为0%）并且调节三通阀53使得冷却剂从冷却剂通路32a流动到连通通路51，但是如在图9中所示并不流动到冷却剂通路32b，能够可靠地形成冷却剂在冷凝器14和HV设备热源30之间循环的冷却剂的闭环路径。

在没有设置止回阀55的情形中，存在从连通通路51流动到冷却剂通路21的冷却剂可能流动到压缩机12侧的风险。然而，设置止回阀55可靠地禁止了冷却剂从连通通路51流动到压缩机12侧，从而在采用由环形冷却剂路径形成的热管道的蒸汽压缩式致冷循环10停止期间防止HV设备热源30的冷却能力降低是可能的。因此，即使当车辆的车室的空气冷却停止时，HV设备热源30也能够被有效率地冷却。

此外，在蒸汽压缩式致冷循环10停止期间，在闭环冷却剂路径中的冷却剂的量变得不足的情形中，通过仅短时间地操作压缩机12，冷却剂能够经由止回阀55而被供应到闭环路径。这将增加在闭环中的冷却剂的量，并且将增加在热管道中的热交换过程的量。因此，能够确保在热管道中的冷却剂的量，从而避免HV设备热源30的冷却由于冷却剂的量不足而变得不充分的事件是可能的。

（第五实施例）

图10是示出根据本发明第五实施例的冷却设备1的构造的示意性图表。图10示出在蒸汽压缩式致冷循环10处于操作中时冷却HV设备热源30的冷却剂的流动。图11是示出第五实施例的冷却设备1的示意性图表。图11示出在蒸汽压缩式致冷循环10停止期间冷却HV设备热源30的冷却剂的流动。与图7和图8所示构造相比，第五实施例的冷却设备1设有两个阀门57和58替代作为切换阀52的三通阀53。

如在图10中所示，在蒸汽压缩式致冷循环10操作期间，阀门57被完全打开（至100%的阀门开度）并且阀门58被完全地关闭（至0%的阀门开度）。以该方式，流量控制阀28的阀门开度被调节使得充足量的冷却剂流动到HV设备热源30。结果，使得冷却剂在冷却HV设备热源30之后通过冷却剂通路32a、32b和22a可靠地流动到冷凝器15是可能的。在另一方面，如在图11中所示，当蒸汽压缩式致冷循环10处于停止时，阀门58完全打开，并且阀门57完全关闭，并且进而流量控制阀28完全关闭。结果，形成使冷却剂在HV设备热源30和冷凝器14之间循环的环形路径。

因此，切换在冷却剂通路32与冷却剂通路21和22之间的连通状态的切换阀52可以是三通阀53，或者还可以是该一对阀门57和58。在任一情形中，在蒸汽压缩式致冷循环10操作期间和在其停止期间，HV设备热源30均能够被有效率地冷却。

阀门57和58仅需要具有能够打开和关闭冷却剂通路的简单结构，并且因此是低成本的。替代三通阀53地使用两个阀门57和58将提供更低成本的冷却设备1。在另一方面，三通阀53被视为占据比两个阀门57和58小的安设空间。因此，三通阀53的使用将提供尺寸进一步减小并且因此在车辆可安装性方面优良的冷却设备1。

附带说一句，以上与每个均冷却安装在车辆中的电气设备例如HV设备热源30的冷却设备1相结合地描述了第一实施例至第五实施例。电气设备不限于以上作为实例示出的电气设备诸如换流器、马达发电机等。而是可以是任何电气设备，只要该电气设备至少当操作时产生热量即可。在将被冷却的对象包括多个电气设备的情形中，理想的是这些电气设备具有共同的用于冷却的目标温度范围。目标冷却温度范围是作为电气设备在其中操作的温度环境的适当温度范围。

进而，将被根据本发明的冷却设备1冷却的发热源不限于安装在车辆中的电气设备，而是可以是发热的任何设备，或者任何设备的发热部分。

虽然以上已经描述了被视为本发明的优选实施例的实施例，但是各个实施例的构造可以被适当地组合。此外，应该理解在这里所公开的实施例在所有的方面只是示意性的，而根本不是限制性的。本发明的范围并非由前面的说明而是由所附权利要求示出，并且旨在涵盖等价于权利要求的含义和在本发明的范围内的全部变型和改变。

本发明的冷却设备能够特别有利地应用于冷却电气设备，该电气设备采用用于配备有电气设备诸如马达发电机、换流器等的车辆，例如，混合动力车辆、燃料电池车辆、电动车辆等的车室的空气冷却的蒸汽压缩式致冷循环。

Claims (9)

1.一种冷却设备，所述冷却设备使发热源冷却，所述冷却设备包括：

压缩机，所述压缩机使冷却剂循环；

冷凝器，所述冷凝器使所述冷却剂冷凝；

减压器，所述减压器使已经被所述冷凝器冷凝的所述冷却剂减压；

蒸发器，所述蒸发器使已经被所述减压器减压的所述冷却剂蒸发；

第一通路，从所述冷凝器的出口朝向所述减压器的入口移动的所述冷却剂流过所述第一通路，并且所述第一通路包括通路形成部分，所述通路形成部分形成所述第一通路的一部分；和

第二通路，所述第二通路与所述通路形成部分并行连接，并且所述第二通路设有所述发热源，并且在所述第二通路中所述冷却剂流经所述发热源。

2.根据权利要求1所述的冷却设备，进一步包括：

流量控制阀，所述流量控制阀被设置在所述通路形成部分上，并且所述流量控制阀调节流过所述通路形成部分的所述冷却剂的流量和流过所述第二通路的所述冷却剂的流量。

3.根据权利要求1或2所述的冷却设备，进一步包括：

第三通路，从所述压缩机的出口朝向所述冷凝器的入口移动的所述冷却剂流过所述第三通路；和

连通通路，所述连通通路提供在所述第三通路和所述第二通路的相对于所述发热源的下游侧之间的连通。

4.根据权利要求3所述的冷却设备，进一步包括：

切换阀，所述切换阀切换在所述第二通路的相对于所述发热源的下游侧和所述第一通路与所述第三通路中的每个通路之间的连通状态。

5.根据权利要求3或4所述的冷却设备，其中，所述发热源被设置在所述冷凝器的下方。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的冷却设备，进一步包括：

另一个冷凝器，所述另一个冷凝器被设置在所述第一通路上，其中

所述通路形成部分被设置在所述冷凝器和所述另一个冷凝器之间。

7.根据权利要求6所述的冷却设备，其中：

所述冷凝器在从所述冷却剂释放热量的放热能力方面高于所述另一个冷凝器。

8.根据权利要求3所述的冷却设备，进一步包括：

风扇，所述风扇向所述冷凝器吹送空气。

9.一种冷却设备，所述冷却设备使发热源冷却，所述冷却设备包括：

压缩机，所述压缩机使冷却剂在循环路径上循环；

冷凝器，所述冷凝器在所述循环路径上使所述冷却剂冷凝；

减压器，所述减压器在所述循环路径上使已经被所述冷凝器冷凝的所述冷却剂减压；

蒸发器，所述蒸发器在所述循环路径上使已经被所述减压器减压的所述冷却剂蒸发；

第一通路，所述第一通路是所述循环路径的一部分，并且从所述冷凝器的出口朝向所述减压器的入口移动的所述冷却剂流过所述第一通路，并且所述第一通路包括作为所述第一通路的一部分的通路形成部分；和

第二通路，所述第二通路与所述通路形成部分并行连接，并且所述第二通路设有所述发热源，并且在所述第二通路中所述冷却剂流经所述发热源。

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