CN103561979B - 冷却系统和车辆 - Google Patents

Abstract

一种冷却系统（1）包括：压缩机（12）；第一热交换器（14）；膨胀阀（16）；第二热交换器（18）；管道，该管道连接这些部件并使致冷剂循环通过这些部件；冷却单元（30），该冷却单元设置在第一热交换器（14）与膨胀阀（16）之间的管道中并用致冷剂冷却发热源（31）；和将第一通路（21）与第二通路（36）连通的连接通路，第一通路（21）是在压缩机（12）与热交换器（14）之间的管道，第二通路（36）是在冷却单元（30）与膨胀阀（16）之间的管道。第一热交换器（14）配置在比冷却单元（30）高的位置，并且管道配置成使得由第一热交换器（14）冷凝的致冷剂在重力作用下流入冷却单元（30）。

Description

冷却系统和车辆

技术领域

本发明涉及冷却系统和车辆，且更特别地涉及利用蒸气压缩式致冷循环来冷却发热源的冷却系统和包括该冷却系统的车辆。

背景技术

近年来，混合动力车辆、燃料电池车辆和通过电机的动力驱动的电动汽车作为一种用于解决环境问题的手段已引起注意。在此类车辆中，诸如电机、发电机、逆变器、变换器和电池之类的电气设备在接收或释放电力时发热。因此，应该冷却这些电气设备。相应地，已提出一种用于利用被用作车辆用空调装置的蒸气压缩式致冷循环来冷却发热体的技术。

例如，日本专利申请公报No.2006-290254（JP2006-290254A）公开了一种用于混合动力车辆的冷却系统，该冷却系统包括：压缩机，该压缩机能够吸入并压缩气态致冷剂；主冷凝器，其中由周围空气冷却高压气态致冷剂以进行冷凝；蒸发器，其中通过使低温液态致冷剂蒸发来冷却待冷却物；和减压装置，其中能够从马达吸热的热交换器和第二减压装置与减压装置和蒸发器并列连接。日本专利申请公报No.2007-69733（JP2007-69733A）公开了一种系统，其中在从膨胀阀到压缩机的致冷剂通路中并列配置有与空调用空气进行热交换的热交换器和与发热体进行热交换的热交换器，并且利用用于空调装置的致冷剂来冷却发热体。

日本专利申请公报No.2005-90862（JP2005-90862A）公开了一种冷却系统，其中在绕开空调用致冷循环的减压器、蒸发器和压缩机的旁通通路中设置有用于冷却发热体的发热体冷却单元。日本专利申请公报No.2001-309506（JP2001-309506A）公开了一种冷却系统，其中使用于在车辆中进行空气调节的致冷循环装置的致冷剂循环到驱动控制车辆电机的逆变器回路单元的冷却部件，并且在不需要空调空气流的冷却时抑制用车辆空调用致冷循环装置的蒸发器来冷却空调空气流。

在JP2006-290254A中公开的冷却装置中，应该始终运转压缩机以冷却诸如由电机、直流/直流（DC/DC）变换器和逆变器代表的电气设备之类的发热源。所产生的问题在于，压缩机消耗的动力增大并且车辆的燃料效率因此恶化。此外，由于与发热源进行热交换的热交换器与蒸发器并列连接，所产生的问题在于用于冷却发热源的致冷剂并未被用于冷却车厢且因此牺牲了冷却能力。

发明内容

本发明提供了一种冷却系统，该冷却系统能在确保车厢中的空气调节能力的同时可靠地冷却发热源，且同时能降低压缩机的动力消耗。本发明还提供了一种包括该冷却系统的车辆。

根据本发明第一方面的冷却系统包括：用于使致冷剂循环的压缩机；第一热交换器，所述第一热交换器在所述致冷剂与外部空气之间进行热交换；减压器，所述减压器使所述致冷剂减压；第二热交换器，所述第二热交换器在所述致冷剂与空调用空气之间进行热交换；管道，所述管道依次连接所述压缩机、所述第一热交换器、所述减压器、所述第二热交换器和所述压缩机，并且允许所述致冷剂流动成贯通所述管道循环；冷却单元，所述冷却单元在所述管道的在所述第一热交换器与所述减压器之间的部分设置在所述管道中，并利用所述致冷剂来冷却发热源；和连接通路，所述连接通路将第一通路与第二通路连通，所述第一通路是所述管道的在所述压缩机与所述第一热交换器之间的部分，所述第二通路是所述管道的在所述冷却单元与所述减压器之间的部分，其中所述第一热交换器配置在比所述冷却单元高的位置，并且所述管道配置成使得由所述第一热交换器冷凝的所述致冷剂在重力作用下流入所述冷却单元。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括蓄液装置，所述蓄液装置在所述管道的在所述第一热交换器与所述冷却单元之间的部分设置在所述管道中，并储存处于液态的所述致冷剂，所述蓄液装置配置在比所述冷却单元高的位置。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括控制所述冷却系统的控制部，所述控制部包括控制所述压缩机的起动和停止的压缩机控制部，其中所述压缩机控制部构造成根据外部输入而起动和停止所述压缩机。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括操作输入部，所述操作输入部接收来自外部的操作，其中所述压缩机控制部构造成根据来自所述操作输入部的指令而起动和停止所述压缩机。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括外部空气温度测量部，所述外部空气温度测量部测量所述外部空气的温度，其中所述压缩机控制部构造成基于由所述外部空气温度测量部测得的温度而起动和停止所述压缩机。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括空调用空气温度测量部，所述空调用空气温度测量部测量所述空调用空气的温度，其中所述压缩机控制部构造成基于由所述空调用空气温度测量部测得的温度而起动和停止所述压缩机。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括：蓄液装置，所述蓄液装置在所述管道的在所述第一热交换器与所述冷却单元之间的部分设置在所述管道中，并储存处于液态的所述致冷剂，所述蓄液装置配置在比所述冷却单元高的位置；和致冷剂量测量部，所述致冷剂量测量部测量储存在所述蓄液装置内部的所述致冷剂的量，其中所述压缩机控制部构造成基于由所述致冷剂量测量部测得的致冷剂量而起动和停止所述压缩机。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括：冷却单元入口温度测量部，所述冷却单元入口温度测量单元测量流入所述冷却单元的所述致冷剂的温度；和冷却单元出口温度测量部，所述冷却单元出口温度测量部测量从所述冷却单元流出的所述致冷剂的温度，其中所述压缩机控制部构造成基于由所述冷却单元入口温度测量部和所述冷却单元出口温度测量部测得的温度而起动和停止所述压缩机。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括连接通路切换阀，所述连接通路切换阀能被打开和关闭，并且设置在所述连接通路中，其中所述控制部还具有构造成控制所述连接通路切换阀的开闭状态的切换阀控制部，并且所述切换阀控制部构造成根据用于使所述压缩机控制部起动或停止所述压缩机的指令而将所述连接通路切换阀设定到关闭状态或打开状态。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括第二通路切换阀，所述第二通路切换阀能被打开和关闭，并且在相对于所述连接通路与所述第二通路之间的连接点更接近所述减压器的一侧设置在所述第二通路中，其中所述切换阀控制部还构造成控制所述第二通路切换阀的开闭状态，并且所述切换阀控制部构造成根据用于使所述压缩机控制部起动或停止所述压缩机的指令而将所述第二通路切换阀设定到关闭状态或打开状态。

在本发明的上述第一方面中，所述冷却系统还可包括三通阀，所述三通阀设置在所述连接通路与所述第二通路之间的连接点处，其中所述控制部还包括切换阀控制部，所述切换阀控制部构造成控制所述三通阀的状态，并且所述切换阀控制部构造成根据用于使所述压缩机控制部起动或停止所述压缩机的指令而将所述三通阀设定到第一状态或第二状态，所述第一状态是在相对于所述连接点更接近所述冷却单元的一侧的所述第二通路与在相对于所述连接点更接近所述减压器的一侧的所述第二通路彼此连通的状态，所述第二状态是在相对于所述连接点更接近所述冷却单元的一侧的所述第二通路与所述连接通路彼此连通的状态。

根据本发明的第二方面的车辆包括：根据第一方面的冷却系统；发动机；和控制所述发动机的发动机控制单元，其中所述压缩机控制部构造成根据来自所述发动机控制单元的指令而起动和停止所述压缩机。

根据本发明，可以在确保车厢中的空气调节能力的同时可靠地冷却发热源，并且可以降低压缩机的动力消耗。

附图说明

下面将参照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，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是示出了利用冷却系统的混合动力车辆的构型的示意图；

图2是示出了第一实施例的冷却系统的构型的示意图；

图3是示出了气液分离器的示意性构型的示意图；

图4是示出了第一实施例的蒸气压缩式致冷循环中的致冷剂的状态的莫里尔图；

图5是示出了当蒸气压缩式致冷循环运转时冷却混合动力车辆（HV）设备的致冷剂的流动的示意图；

图6是示出了当蒸气压缩式致冷循环停止时冷却HV设备的致冷剂的流动的示意图；

图7示出了用于冷却系统的各运转模式的流量调节阀和切换阀的开度；

图8是示出了控制部的构型的具体细节的框图；

图9是示出了用于冷却系统的控制方法的示例的流程图；

图10是示出了第二实施例的冷却系统的构型的示意图；

图11是详细示出了根据第二实施例的控制部的构型的框图；以及

图12是示出了用于控制第二实施例的冷却系统的方法的流程图。

具体实施方式

下文将参照附图描述本发明的实施例。图中，相同或对应的部件被赋予相同的附图标记并且将省略其赘述。

（第一实施例）

图1是利用该实施例的冷却系统1的混合动力车辆1000的构型的示意图。如图1所示，根据该实施例的混合动力车辆1000包括发动机100、驱动单元200、动力控制单元（PCU）300和电池400。驱动单元200通过电缆500与PCU300电连接。PCU300通过电缆600与电池400电连接。

发动机100——该发动机是内燃发动机——可以是汽油发动机或柴油发动机。驱动单元200产生用于驱动发动机100和混合动力车辆1000的驱动力。发动机100和驱动单元200设置在混合动力车辆1000的发动机舱内。

图2是第一实施例的冷却系统1的构型的示意图。冷却系统1包括如图2所示的蒸气压缩式致冷循环。该蒸气压缩式致冷循环例如为了冷却车厢的内部而设置于车辆。例如，当用于进行冷却的开关开启时，或者当用于将车厢内部的温度自动调节到预设温度的自动控制模式被选择并且车厢内部的温度高于预设温度时，进行利用了蒸气压缩式致冷循环的冷却。

蒸气压缩式致冷循环包括压缩机12、作为第一热交换器的热交换器14、热交换器15、作为减压装置的一个示例的膨胀阀16、和作为第二热交换器的热交换器18。蒸气压缩式致冷循环还包括配置在热交换器14与热交换器15之间的致冷剂路径中的气液分离器40。

压缩机12致动安装在车辆上作为动力源的马达或发动机，绝热地压缩致冷剂气体，并获得过热的致冷剂气体。压缩机12在蒸气压缩式致冷循环被致动时吸入并压缩从热交换器18循环来的致冷剂并且将高温和高压的致冷剂排出到致冷剂通路21。通过将致冷剂排出到致冷剂通路21，压缩机12使致冷剂在蒸气压缩式致冷循环中循环。

热交换器14、15将已由压缩机压缩的过热的致冷剂气体的热等压地放出到外部介质以获得致冷剂液。从压缩机12排出的高压气相致冷剂在热交换器14、15中通过由于向周围放热所引起的冷却而被冷凝（液化）。热交换器14、15包括供致冷剂循环所通过的管和用于进行在管内循环的致冷剂与热交换器14、15周围的空气之间的热交换的翅片。热交换器14、15在致冷剂和由通过车辆的运动产生的自然通风或来自用于发动机冷却的诸如散热器之类的冷却风扇的强制通风供给的冷却空气之间进行热交换。作为热交换器14、15中的热交换的结果，致冷剂温度下降并且致冷剂液化。

膨胀阀16通过从小孔喷射出致冷剂来使在致冷剂通路25中循环的高压液相致冷剂膨胀并且将致冷剂转换成低温和低压的雾状致冷剂。膨胀阀16使通过热交换器14、15冷凝的致冷剂液减压并产生处于气液混合状态的湿蒸气。用于使致冷剂液减压的减压装置并不限于进行节流膨胀的膨胀阀16，并且可以是毛细管。

热交换器18通过在其中循环的雾状致冷剂的气化来吸收导入成与热交换器18相接触的周围空气的热。利用通过膨胀阀16减压的致冷剂，热交换器18从循环到车厢中的空调用空气吸收在致冷剂的湿蒸气蒸发且变成致冷剂气体时产生的气化热，由此冷却车厢的内部。已由于热交换器18进行的吸热而降低温度的空调用空气再次返回车厢中，由此冷却车厢的内部。致冷剂在热交换器18中通过从周围吸热而被加热。

热交换器18包括供致冷剂在其中循环的管和用于在管内循环的致冷剂和热交换器18周围的空气之间进行热交换的翅片。处于湿蒸气状态的致冷剂在管内循环。当致冷剂在管内循环时，致冷剂通过经由翅片吸收车厢内的空气的热——其作为蒸发潜热——而蒸发且然后在显热作用下变成过热蒸气。气化的致冷剂经致冷剂通路27循环到压缩机12中。压缩机12压缩从热交换器18循环来的致冷剂。

蒸气压缩式致冷循环还包括作为将压缩机12与热交换器14连通的第一通路的致冷剂通路21、将热交换器14与热交换器15连通的致冷剂通路22、23、24、将热交换器15与膨胀阀16连通的致冷剂通路25、将膨胀阀16与热交换器18连通的致冷剂通路26、和将热交换器18与压缩机12连通的致冷剂通路27。

致冷剂通路21是用于使致冷剂从压缩机12循环到热交换器14的通路。致冷剂在压缩机12与热交换器14之间的致冷剂通路21中从压缩机12的出口朝热交换器14的入口循环。致冷剂通路22至25使致冷剂从热交换器14循环到膨胀阀16。致冷剂在热交换器14与膨胀阀16之间的致冷剂通路22至25中从热交换器14的出口朝膨胀阀16的入口循环。

致冷剂通路26是用于使致冷剂从膨胀阀16循环到热交换器18的通路。致冷剂在膨胀阀16与热交换器18之间的致冷剂通路26中从膨胀阀16的出口循环到热交换器18的入口。致冷剂通路27是用于使致冷剂从热交换器18循环到压缩机12的通路。致冷剂在热交换器18与压缩机12之间的致冷剂通路27中从热交换器18的出口循环到压缩机12的入口。

通过由致冷剂通路21至27连接压缩机12、热交换器14、15、膨胀阀16和热交换器18来构成蒸气压缩式致冷循环。能够用在蒸气压缩式致冷循环中的致冷剂的示例包括二氧化碳、诸如丙烷和异丁烷之类的碳氢化合物、氨以及水。

气液分离器40将从热交换器14流来的致冷剂分离成气相致冷剂和液相致冷剂。图3是示出了气液分离器40的示意性构型的示意图。如图3所示，气液分离器40具有顶部41和底部42。致冷剂液43和致冷剂蒸气44被蓄存在气液分离器40的内部，所述致冷剂液是液相致冷剂，所述致冷剂蒸气是气相致冷剂。致冷剂液43被储存在气液分离器40的底部42侧，而致冷剂蒸气44被储存在气液分离器40的顶部41侧。

致冷剂通路22、23和致冷剂通路34连接到气液分离器40。致冷剂通路22、23的端部连接到气液分离器40的顶部41。致冷剂通路22、23使气液分离器40的内部经由气液分离器40的顶部41与外部连通。致冷剂通路34的端部连接到气液分离器40的底部42。致冷剂通路34使气液分离器40的内部经由气液分离器40的底部42与外部连通。

热交换器14的出口侧的致冷剂处于湿蒸气状态，该湿蒸气状态是饱和液和饱和蒸气混合在一起的气液两相状态。从热交换器14流出的致冷剂经致冷剂通路22供给到气液分离器40。从致冷剂通路22流入气液分离器40的处于气液两相状态的致冷剂在气液分离器40的内部分离成气相和液相。气液分离器40将通过热交换器14冷凝的致冷剂分离成作为液体的致冷剂液43和作为气体的致冷剂蒸气44，并且临时蓄存液体和气体。

分离出的致冷剂液43经致冷剂通路34流到气液分离器40的外部。致冷剂通路34的配置在气液分离器40内的液相中的端部形成来自气液分离器40的液相致冷剂的输出口。分离出的致冷剂蒸气44从致冷剂通路23流出到气液分离器40的外部。致冷剂通路23的配置在气液分离器40内的气相中的端部形成来自气液分离器40的气相致冷剂的输出口。从气液分离器40导出的气相致冷剂蒸气44由于其向周围放热且致冷剂蒸气在用作第三热交换器的热交换器15中冷却而冷凝。

在气液分离器40的内部，致冷剂液43蓄存在下侧且致冷剂蒸气44蓄存在上侧。引导来自气液分离器40的致冷剂液43的致冷剂通路34的端部连接到气液分离器40的底部42。仅致冷剂液43经致冷剂通路34从气液分离器40的底侧送出到气液分离器40的外部。引导来自气液分离器40的致冷剂蒸气44的致冷剂通路23的端部连接到气液分离器40的顶部41。仅致冷剂蒸气44经致冷剂通路23从气液分离器40的顶侧送出到气液分离器40的外部。结果，气液分离器40能够可靠地执行气相致冷剂和液相致冷剂的分离。

致冷剂通路22、23连接到顶部41的构型并不构成限制，并且例如，致冷剂通路可贯穿气液分离器40的顶部41或侧部配置，并且致冷剂通路的端部可配置在接近气液分离器40内的顶部41的致冷剂蒸气44中。致冷剂通路34连接到底部42的构型并不构成限制，并且例如，该致冷剂通路可贯穿气液分离器40的底部42、顶部41或侧部配置，并且该致冷剂通路的端部可配置在接近气液分离器40内的底部42的致冷剂液43中。

致冷剂量测量单元70安装在气液分离器40上。致冷剂量测量单元70通过测量构成液相致冷剂液43和气相致冷剂蒸气44的界面的液面45的高度（亦即，在竖直方向上从气液分离器40的底部42到液面45的距离）来确定储存在气液分离器40的内部的致冷剂的量。

如图3所示，该实施例的致冷剂量测量单元70是配置在气液分离器40的内部的浮子式液位开关。致冷剂量测量单元70具有沿竖直方向从气液分离器40的底部42延伸到顶部41的引导轴71和嵌埋在引导轴71中的先导开关72，该先导开关是磁力驱动开关。致冷剂量测量单元70还具有配置在引导轴71周围且能够在引导轴71的延伸方向上移动的环形浮子73、配置在浮子73的内部的环形磁体74、和控制浮子73的移动的止挡件75。

由于储存在气液分离器40内部的致冷剂液43的浮力，浮子73沿引导轴71在竖直方向上移动。位于浮子73内部的环形磁体74也随同浮子73移动。配置在引导轴71内的先导开关72由环形磁体74的磁力致动。更具体地，在气液分离器40内的致冷剂液43的量减少的情况下，浮子73和环形磁体74随着液面45的下降而向下移动。在环形磁体74移动到先导开关72的高度的情况下，先导开关72切换到ON状态并且检测出液面45处于等于或低于预定高度的液位。

致冷剂量测量单元70检测出液面45的高度已变得等于或小于预定值且气液分离器40内的致冷剂量变得等于或小于预定量，并输出对应的信号L1（参看图2）。信号L1输入到控制冷却系统1的控制部80（参看图2）。致冷剂量测量单元70的构型并不限于浮子型液位开关并且可使用任意常规液位计或能够通过其它参数来测量致冷剂43的量的任意装置，例如测压元件（负荷传感器/荷重元，load cell）等。

返回图2，供致冷剂经其从热交换器14的出口流动到膨胀阀16的入口的循环路径包括从热交换器14的出口侧通往气液分离器40的致冷剂通路22、致冷剂蒸气44在其中从气液分离器40流动并经过下述流量调节阀28的致冷剂通路23、连接到热交换器15的入口侧的致冷剂通路24、和致冷剂经其从热交换器15的出口侧循环到膨胀阀16的致冷剂通路25。

在热交换器14与热交换器15之间循环的致冷剂的路径还包括将气液分离器40与冷却单元30连通的致冷剂通路34和作为将冷却单元30与致冷剂通路24连通的第二通路的致冷剂通路36。致冷剂液43经致冷剂通路34从气液分离器40循环到冷却单元30。已经过冷却单元30的致冷剂经致冷剂通路36返回致冷剂通路24。冷却单元30设置在从热交换器14流动到热交换器15的致冷剂的路径中。

图2所示的D点是致冷剂通路23、致冷剂通路24和致冷剂通路36的连接点。换言之，D点示出了致冷剂通路23的在下游侧（接近热交换器15的一侧）的端部、致冷剂通路24的在上游侧（接近热交换器14的一侧）的端部和致冷剂通路36的在下游侧的端部。致冷剂通路23形成供致冷剂经其从气液分离器40循环到膨胀阀16的路径的一部分，即，从气液分离器40到D点的部分。

冷却系统1包括与致冷剂通路23并列配置的致冷剂路径，并且冷却单元30设置在该致冷剂路径中。冷却单元30包括混合动力车辆（HV）设备31和冷却通路32，所述HV设备是安装在车辆上的电动设备，所述冷却通路是供致冷剂在其中循环的管道。HV设备31是发热源的一个示例。冷却通路32的一个端部连接到致冷剂通路34。冷却通路32的另一个端部连接到致冷剂通路36。

与位于气液分离器40和图2所示的D点之间的致冷剂通路23并列连接的致冷剂路径包括在冷却单元30的上游侧（接近气液分离器40的一侧）的致冷剂通路34、冷却单元30中所包括的冷却通路32和在冷却单元30的下游侧（接近热交换器15的一侧）的致冷剂通路36。致冷剂通路34是用于使液相致冷剂从气液分离器40循环到冷却单元30的通路。致冷剂通路36是用于使致冷剂从冷却单元30循环到D点的通路。D点是致冷剂通路23、24和致冷剂通路36的分支点。

已从气液分离器40流出的致冷剂液43经致冷剂通路34朝冷却单元30循环。循环到冷却单元30并流经冷却通路32的致冷剂使用作发热源的的HV设备31散热以冷却HV设备31。冷却单元30利用在气液分离器40中分离出的液相致冷剂来冷却HV设备31。在冷却单元30中，通过HV设备31与在冷却通路32中循环的致冷剂之间的热交换，HV设备31被冷却并且致冷剂被加热。致冷剂然后经过致冷剂通路36并从冷却单元30循环到D点且然后经致冷剂通路24到达热交换器15。

冷却单元30设置成具有能够在冷却通路32中实现HV设备31与致冷剂之间的热交换的结构。在该实施例中，冷却单元30例如具有形成为使得冷却通路32的外周面与HV设备31的壳体直接接触的冷却通路32。冷却通路32具有与HV设备31的壳体邻接的部分。在该部分中，HV设备31与在冷却通路32中循环的致冷剂之间可以进行热交换。

HV设备31直接连接到形成蒸气压缩式致冷循环的从热交换器14通往热交换器15的致冷剂路径的一部分的冷却通路32的外周面并由所述外周面冷却。由于HV设备31配置在冷却通路32的外部，故HV设备31不干涉在冷却通路32的内部循环的致冷剂的流动。因此，该蒸气压缩式致冷循环的压力损失不会增大。因此，HV设备31在压缩机12的动力没有明显增大的情况下被冷却。

或者，冷却单元30可包括配置成介设在HV设备31与冷却通路32之间的任意常规热管。这种情况下，HV设备31通过该热管连接到冷却通路32的外周面并通过经由热管从HV设备31到冷却通路32的热传递而被冷却。在HV设备31被看作热管的加热部且冷却通路32被看作热管的冷却部的情况下，冷却通路32与HV设备31之间的热传递效率提高。因此，HV设备31的冷却效率提高。例如，可使用管芯（wick）式热管。

由于热通过热管可靠地从HV设备传递到冷却通路32，故HV设备31与冷却通路32之间的距离可增大并且不需要使用冷却通路32的复杂配置来确保冷却通路32与HV设备31的接触。结果，HV设备31的配置自由度提高。

HV设备31可以是由于电力的产生和消耗而发热的电气设备。该电气设备可以是例如选自用于将DC电力变换成交流（AC）电力的逆变器、电动发电机、电池、用于使电池电压升压的变换器和用于使电池电压降压的DC/DC变换器的至少一个设备，所述电动发电机是旋转电机，所述电池是蓄电装置。电池是二次电池，例如锂离子电池或镍氢电池。可使用电容器代替电池。

热交换器18配置在用于空气循环的管道90的内部。热交换器18诱发致冷剂与在管道90内循环的空调用空气之间的热交换，并且调节空调用空气的温度。管道90具有管道入口91和管道出口92，所述管道入口是空调用空气经其流入管道90的输入口，所述管道出口是空调用空气经其从管道90流出的输出口。在管道90的内部，在管道入口91附近配置有风扇93。

在风扇93被驱动的情况下，空气在管道90内循环。当风扇93运转时，空调用空气经管道入口91流入管道90。流入管道90的空气可以是外部空气或来自车厢的空气。图2中的箭头95示出了循环通过热交换器18并与蒸气压缩式致冷循环的致冷剂进行热交换的空调用空气的流动。在车厢内部的空气调节期间，空调用空气在热交换器18中被冷却，并且致冷剂通过接受来自空调用空气的热传递而被加热。箭头96示出了具有由热交换器18调节的温度并经管道出口92从管道90流出的空调用空气的流动。

致冷剂经致冷剂循环流动通道在蒸气压缩式致冷循环内循环，在所述致冷剂循环流动通道中，压缩机12、热交换器14、15、膨胀阀16和热交换器18由致冷剂通路21至27顺次连接。致冷剂在蒸气压缩式致冷循环内流动成顺次经过图2所示的A点、B点、C点、D点、E点和F点，并且致冷剂循环到压缩机12、热交换器14、15、膨胀阀16和热交换器18。

图4是示出了第一实施例的蒸气压缩式循环中的致冷剂的状态的莫里尔图。图4中的横轴表示致冷剂的比焓（单位：kJ/kg）且纵轴表示致冷剂的绝对压力（单位：MPa）。图中的线是致冷剂的饱和蒸气线和饱和液线。图4示出了致冷剂在致冷剂经气液分离器40从热交换器14的出口的致冷剂通路22流动到致冷剂通路34、冷却HV设备31并经D点从致冷剂通路36返回热交换器15的入口的致冷剂通路24的蒸气压缩式致冷循环的每个点（即，A点、B点、C点、D点、E点和F点）的热力学状态。

如图4所示，已被吸入压缩机12的处于过热蒸气状态的致冷剂（A点）在压缩机12中沿等焓线被绝热地压缩。致冷剂的压力和温度在压缩过程中上升，以高的过热度获得高温和高压的过热蒸气（B点），并且致冷剂流入热交换器14。从压缩机12排出的气相致冷剂通过在热交换器14中向周围放热而被冷却并且冷凝（液化）。由于热交换器中的热交换，致冷剂的温度下降并且致冷剂液化。已进入热交换器14的高压致冷剂蒸气由热交换器14从过热蒸气等压地变换成饱和蒸气，冷凝的潜热放出，并且致冷剂逐渐液化而变成处于气液混合状态的湿蒸气。处于气液两相状态的致冷剂的冷凝部分处于饱和液状态（C点）。

致冷剂在气液分离器40中分离成气相致冷剂和液相致冷剂。液相致冷剂液43经致冷剂通路34从气液分离器40流动到冷却单元30的冷却通路32并冷却HV设备31，所述液相致冷剂液是气液分离后的致冷剂的一部分。通过在冷却单元30中向已在经过热交换器14时被冷凝的处于饱和液状态的液态致冷剂放热来冷却HV设备31。致冷剂通过与HV设备31进行热交换而被加热，并且致冷剂的干燥度增大。致冷剂通过接受来自HV设备31的潜热而部分地气化。结果，获得饱和液与饱和蒸气混合的湿蒸气（D点）。

然后，致冷剂流入热交换器15。致冷剂的湿蒸气通过经由在热交换器15中与外部空气进行热交换以冷却而再次冷凝，且然后整个致冷剂冷凝以及获得饱和液。然后放出显热并获得过冷却液（E点）。致冷剂然后经致冷剂通路25流入膨胀阀16。处于过冷却液状态的致冷剂在膨胀阀16中被节流膨胀，温度和压力下降，而比焓保持不变，并获得处于气液混合状态的低温和低压的湿蒸气（F点）。

离开膨胀阀16的处于湿蒸气状态的致冷剂经致冷剂通路26流入热交换器18。处于湿蒸气状态的致冷剂流入热交换器18的管。当致冷剂在热交换器18的管内循环时，车厢内的空气的热经由翅片作为蒸发潜热被吸收。结果，致冷剂等压地蒸发。在全部致冷剂变成干饱和蒸气的情况下，致冷剂蒸气的温度由于显热而额外上升并获得过热蒸气（A点）。致冷剂然后经致冷剂通路27被吸入压缩机12。压缩机12压缩从热交换器18循环来的致冷剂。

致冷剂的状态变化——即压缩、冷凝、节流膨胀和蒸发——根据上述循环连续重复。在上述蒸气压缩式致冷循环的说明中，说明了理论致冷循环，但毋容置疑，在实际蒸气压缩式致冷循环中，需要考虑压缩机12中的损失以及致冷剂的压力损失和热损失。

在蒸气压缩式致冷循环的运转中，当致冷剂在作为蒸发器操作的热交换器18中蒸发时，致冷剂从车厢中的空气吸收蒸发热，由此冷却车厢的内部。此外，已从热交换器14流出且已在气液分离器40中进行气液分离的高压液态致冷剂循环到冷却单元30并与HV设备31进行热交换，由此冷却HV设备31。冷却系统1利用用于车厢内的空气调节的蒸气压缩式致冷循环来冷却HV设备31，该HV设备是安装在车辆上的发热源。用于冷却HV设备31的温度理想地至少比作为用于HV设备31的温度范围的目标的温度范围的上限低。

由于利用设置用于冷却待在热交换器18中冷却的部分的蒸气压缩式致冷循环来冷却HV设备31，故不需要设置诸如水循环泵或冷却风扇之类的特殊装置来冷却HV设备31。因此，减少了冷却用于HV设备31的冷却系统1所需的部件数量并且简化了系统构型。因此，降低了冷却系统1的制造成本。此外，不需要运转诸如泵或冷却风扇之类的动力源来冷却HV设备31，并且不需要动力来运转该动力源。因此，可以降低冷却HV设备31方面的动力消耗。

达到以下条件即可：热交换器14将致冷剂冷却到湿蒸气状态，处于气液混合状态的致冷剂通过气液分离器40分离，并且仅处于饱和液状态的致冷剂液43被供给到冷却单元30。通过由于从HV设备31摄取蒸发潜热所引起的部分蒸发而获得的处于湿蒸气状态的致冷剂在热交换器15中再次冷却。致冷剂的状态以恒定温度变化，直至处于湿蒸气状态的致冷剂冷凝并完全变换成饱和液。热交换器15使液态致冷剂进一步冷却到冷却车厢的内部所需的过冷却度。由于不需要过度增大致冷剂的过冷却度，故可以降低热交换器14、15的容量。因此，确保了用于车厢的空气调节能力并且减小了热交换器14、15的尺寸，由此可以获得用于车辆的尺寸减小的冷却系统1。

形成从热交换器14的出口到膨胀阀16的入口的致冷剂路径的一部分的致冷剂通路23设置在热交换器14与热交换器15之间。致冷剂通路23以及构成经过冷却单元30并冷却HV设备31的致冷剂的路径的致冷剂通路34、36和冷却通路32作为用于致冷剂从气液分离器40循环到膨胀阀16的路径并列设置，所述致冷剂通路23是不经过冷却单元30的路径。包括致冷剂通路34、36的HV设备31的冷却系统与致冷剂通路23并列连接。因此，从热交换器14流出的致冷剂仅一部分流动到冷却单元30。冷却HV设备31所需的量的致冷剂循环到冷却单元30并且HV设备31被充分地冷却。因此，防止了HV设备31的过冷却。

在从热交换器14直接流动到热交换器15的致冷剂的路径和经由冷却单元30从热交换器14流动到热交换器15的致冷剂的路径并列设置并且仅一部分致冷剂循环到致冷剂通路34、36中的情况下，降低了当致冷剂在HV设备31的冷却系统中流动时发生的压力损失。由于全部致冷剂都不流入冷却单元30，故与经由冷却单元30的致冷循环有关的压力损失降低。相应地，可以降低驱动压缩机12以使致冷剂循环所需的动力。

在已经过膨胀阀16的低温和低压的致冷剂用于冷却HV设备31的情况下，热交换器18冷却车厢中的空气的能力下降并且车厢内的冷却能力下降。相比之下，在本实施例的冷却系统1中，从压缩机12排出的高压致冷剂在蒸气压缩式致冷循环中由起到第一冷凝器的作用的热交换器14和起到第二冷凝器的作用的热交换器15两者冷凝。两级热交换器14和15配置在压缩机12与膨胀阀16之间，并且冷却HV设备31的冷却单元30设置在热交换器14与热交换器15之间。热交换器15设置在从冷却单元30朝膨胀阀16循环的致冷剂的路径中。

由于由HV设备31加热的致冷剂在热交换器15中充分地冷却，故致冷剂在膨胀阀16的出口处具有冷却车厢的内部所需的温度和压力。因此，致冷剂在热交换器18中蒸发时从外部接受的热量足够大。通过将热交换器15的散热能力确定成能够以此方式充分地冷却致冷剂，可以冷却HV设备31而不会不利地影响冷却车厢内的空气的能力。因此，可靠地确保了冷却HV设备31的能力和车厢内的冷却能力两者。

当从热交换器14流动到冷却单元30的致冷剂冷却HV设备31时，致冷剂通过从HV设备31取得的热而被加热。如果致冷剂被加热到等于或高于冷却单元30中的饱和蒸气温度并且全部的致冷剂都蒸发，则致冷剂与HV设备31之间的热交换量减小，HV设备31不能被有效地冷却，并且当致冷剂在管道内部流动时发生的压力损失增大。因此，希望致冷剂在热交换器14中被充分地冷却到使得全部的致冷剂在冷却HV设备31之后不气化的程度。

更具体地，致冷剂在热交换器14的出口处的状态接近饱和液状态。典型地，致冷剂在热交换器14的出口处处于在饱和液线上的状态。由于热交换器14能够充分冷却致冷剂，故热交换器14的散热能力——其是从致冷剂散热的能力——变得高于热交换器15的散热能力。通过在具有比较高的散热能力的热交换器14中充分冷却致冷剂，可以将已从HV设备31受热的致冷剂保留在湿蒸气状态下并避免致冷剂与HV设备31之间的热交换量的减少。因此，HV设备31以良好的效率充分地冷却。在冷却HV设备31之后处于湿蒸气状态的致冷剂在热交换器15中以良好的效率再次冷却并被冷却到具有低于饱和温度的温度的过冷却液的状态。因此，可以提供确保冷却车厢的能力和冷却HV设备31的能力两者的冷却系统1。

在热交换器14的出口处处于气液两相状态致冷剂在气液分离器40中被分离成气相和液相。在气液分离器40中分离出的气相致冷剂经由致冷剂通路23、24循环且直接供给到热交换器15。在气液分离器40中分离出的液相致冷剂循环通过致冷剂通路34并被供给到冷却单元30以冷却HV设备31。该液相致冷剂处于真饱和状态而不存在缺乏或过剩。通过仅从气液分离器40取得液相致冷剂并使该致冷剂流入冷却单元30，可以通过最大限度地利用热交换器14的能力来冷却HV设备31。因此，提供了具有提高的冷却HV设备31的能力的冷却系统1。

通过将在气液分离器40的出口处处于饱和液状态的致冷剂导入冷却HV设备31的冷却通路32，可以最大限度地减小在HV设备31的包括致冷剂通路34、36和冷却通路32的冷却系统中流动的致冷剂中处于气相的致冷剂的量。因此，抑制了在HV设备31的冷却系统中流动的致冷剂蒸气的流速的增大和压力损失的增大，并且可以降低用于使致冷剂循环的压缩机12的动力消耗。因此，可以避免蒸气压缩式致冷循环的性能恶化。

如图3所示，处于饱和液状态的致冷剂液43蓄存在气液分离器40的内部。气液分离器40充当将致冷剂液43临时储存在其内部的蓄液器的作用，所述致冷剂液43是液态致冷剂。通过将预定量的致冷剂液43储存在气液分离器40的内部，即使在负荷变化时也可以维持从气液分离器40流入冷却单元30的致冷剂的流量。由于气液分离器40具有贮液器功能、变成对抗负荷变化的缓冲器且能吸收负荷变化，故使HV设备31的冷却性能稳定。

返回图2，冷却系统1包括流量调节阀28。流量调节阀28配置在形成从热交换器14到膨胀阀16的致冷剂路径之一的致冷剂通路23中，这些路径并列连接。流量调节阀28用于通过改变流量调节阀28的开度以改变在致冷剂通路23中流动的致冷剂的压力损失来任意调节在致冷剂通路23中流动的致冷剂的流量和在HV设备31的包括冷却通路32的冷却系统中流动的致冷剂的流量的值。

例如，在流量调节阀28完全关闭且阀开度为0%的情况下，来自热交换器14的全部致冷剂从气液分离器40流入致冷剂通路34。在流量调节阀28的开度增大的情况下，从热交换器14流动到致冷剂通路22的致冷剂中经致冷剂通路23直接流入热交换器15的部分的流量增大，并且从热交换器14流动到致冷剂通路22的致冷剂中经致冷剂通路34流到冷却通路32并冷却HV设备31的部分的流量减小。在流量调节阀28的开度减小的情况下，从热交换器14流动到致冷剂通路22的致冷剂中经致冷剂通路23直接流入热交换器15的部分的流量减小，并且从热交换器14流动到致冷剂通路22的致冷剂中流过冷却通路32并冷却HV设备31的部分的流量增大。

在流量调节阀28的开度增大的情况下，冷却HV设备31的致冷剂的流量减小并且冷却HV设备31的能力下降。在流量调节阀28的开度减小的情况下，冷却HV设备31的致冷剂的流量增大并且冷却HV设备31的能力提高。由于可以利用流量调节阀28来最佳地调节流动到HV设备31的致冷剂的量，故可以可靠地防止HV设备31的过冷却。此外，可以可靠地降低由于致冷剂在HV设备31的冷却系统中循环而引起的压力损失和在致冷剂循环中压缩机12中消耗的动力。

冷却系统1还包括连接通路51。连接通路51将供致冷剂在压缩机12与热交换器14之间流动的致冷剂通路21与供致冷剂在其中循环到冷却单元30的致冷剂通路34、36之中相对于冷却单元30在下游侧的致冷剂通路36连通。在致冷剂通路36和连接通路51中的每一者中设置有切换连接通路51与致冷剂通路21、36的连通状态的切换阀52。在切换阀52打开或关闭的情况下，致冷剂经连接通路51的循环被启用或禁用。致冷剂通路36被分割成在与连接通路51的分支点的上游侧的致冷剂通路36a和在与连接通路51的分支点的下游侧的致冷剂通路36b。

通过利用切换阀52切换致冷剂路径，可以任意选择经致冷剂通路36b、24通往热交换器15或经连接通路51和致冷剂通路21通往热交换器14的用于已冷却HV设备13的致冷剂的路径并使致冷剂循环到所选择的路径中。

更具体地，设置有两个阀57、58作为切换阀52。在蒸气压缩式致冷循环的冷却运转中，阀57完全打开（阀开度为100%）且阀58完全关闭（阀开度为0%），并且流量调节阀28的开度被调节成使得足量的致冷剂流到冷却单元30。结果，使在冷却HV设备31之后在致冷剂通路36a中循环的致冷剂可靠地经致冷剂通路36b循环到热交换器15。另一方面，当蒸气压缩式致冷循环停止时，阀58完全打开，阀57完全关闭，并且流量调节阀28完全关闭。结果，在冷却HV设备31之后在致冷剂通路36a中循环的致冷剂经连接通路51循环到热交换器14，并且形成了致冷剂在冷却单元30与热交换器14之间循环的循环路径。

图5是示出了在蒸气压缩式致冷循环运转时实现的冷却HV设备31的致冷剂的流动的示意图。图6是示出了当蒸气压缩式致冷循环停止时冷却HV设备31的致冷剂的流动的示意图。图7示出了在冷却系统1的各运转模式下流量调节阀28和切换阀52（阀57、58）的开度。在图7所示的运转模式中，“空调器运转模式”涉及图5所示的蒸气压缩式致冷循环运转的情况，亦即，压缩机12运转且致冷剂在整个蒸气压缩式致冷循环中循环的情况。同时，“热管运转模式”涉及图6所示的蒸气压缩式致冷循环停止的情况下，亦即，压缩机12停止且致冷剂循环通过连接冷却单元30和热交换器14的循环路径的情况。

如图5和7所示，在压缩机12被驱动且蒸气压缩式致冷循环运转的“空调器运转模式”中，流量调节阀28的开度被调节成使得足量的致冷剂流动到冷却单元30。切换阀52被操作成使得致冷剂从冷却单元30经热交换器15循环到膨胀阀16。因而，在阀57完全打开且阀58完全关闭的情况下，致冷剂路径被选择成使得致冷剂在整个冷却系统1中流动。因此，确保了蒸气压缩式致冷循环的冷却能力并且可以有效地冷却HV设备31。

如图6和7所示，在压缩机12停止且蒸气压缩式致冷循环停止的“热管运转模式”中，切换阀52被操作成使得致冷剂从冷却单元30循环到热交换器14。因而，在阀57完全关闭、阀58完全打开并且流量调节阀28完全关闭的情况下，致冷剂循环通过连接通路51而不流动到致冷剂通路36b。结果，形成了致冷剂从热交换器14依次流过致冷剂通路22和致冷剂通路34、到达冷却单元30且然后依次经致冷剂通路36a、连接通路51和致冷剂通路21返回热交换器14的闭合循环路径。

致冷剂在压缩机12不运转的情况下循环通过热交换器14与冷却单元30之间的这种环形路径。当致冷剂冷却HV设备31时，致冷剂通过接受来自HV设备31的蒸发潜热而蒸发。通过与HV设备31进行热交换而气化的致冷剂蒸气依次经致冷剂通路36a、连接通路51和致冷剂通路21流动到热交换器14。在热交换器14中，致冷剂蒸气通过车辆的行驶风或来自用于冷却发动机的散热器的通风而冷却和冷凝。已在热交换器14中液化的致冷剂液经致冷剂通路22、34返回到冷却单元30。

因而，由经过冷却单元30和热交换器14的环形路径形成了HV设备31是加热部且热交换器14是冷却部的热管。因此，当蒸气压缩式致冷循环停止时，亦即，当车厢的冷却停止时，HV设备31被可靠地冷却而不需要起动压缩机12。由于不需要始终运转压缩机12以冷却HV设备31，故可以降低压缩机12的动力消耗并且可以提高车辆的燃料经济性。此外，可以延长压缩机12的使用寿命且因此可以提高压缩机12的可靠性。

在图5和6中，示出了地面60。冷却单元30在与地面60垂直的竖直方向上配置在热交换器14的下方。在致冷剂在热交换器14和冷却单元30之间循环的环形路径中，冷却单元30配置在较低水平高度且热交换器14配置在较高水平高度。热交换器14配置在比冷却单元30高的位置。

这种情况下，通过冷却单元30中的加热和蒸发而获得的致冷剂蒸气在环形路径内上升并到达热交换器14。致冷剂蒸气然后在热交换器14中冷却并冷凝成液态致冷剂，该液态致冷剂在重力作用下在环形路径内向下流动并返回冷却单元30。换言之，由冷却单元30、热交换器14和连接它们的致冷剂路径形成了热虹吸型热管。通过形成该热管，可以提高从HV设备31到热交换器14的热传递效率。因此，即使在蒸气压缩式致冷循环停止时，HV设备31也以更高的效率冷却而不会显著增加动力。在本发明中，将管道配置成使得使由第一热交换器（在此实施例中为热交换器14）冷凝的致冷剂通过重力流入冷却单元的模式的示例包括该管道的在第一热交换器与冷却单元之间的部分水平或朝冷却单元向下倾斜的模式、该管道的在第一热交换器与冷却单元之间的部分朝冷却单元向下倾斜的模式以及在该管道在第一热交换器与如上所述配置的冷却单元之间的部分中设置有蓄液装置（在此实施例中为气液分离器40）的模式。尤其优选的是，该管道的在第一热交换器与冷却单元之间的部分朝冷却单元向下倾斜，而不论是否设置了蓄液装置。注意，管道向下倾斜的配置的范围包括管道指向竖直下方的配置。

可使用一对上述阀57、58作为切换连接通路51和致冷剂通路21、36的连通状态的切换阀52。或者，可使用配置在致冷剂通路36与连接通路51之间的分支点中的三通阀。在任一情况下，在蒸气压缩式致冷循环运转时和在该循环停止时这两种情况下都可以以良好的效率冷却HV设备31。阀57、58可具有简单的结构，只要它们可以开启和封闭致冷剂通路即可，且因此不昂贵。在使用两个阀57、58的情况下，提供了成本更低的冷却系统1。另一方面，安装三通阀所需的空间比配置两个阀57、58所需的空间小。因此，在使用三通阀的情况下，可以提供尺寸更小且有利于安装在车辆上的冷却系统1。

冷却系统1还包括止回阀54。止回阀54在压缩机12和热交换器14之间的致冷剂通路21中配置成与致冷剂通路21和连接通路51的连接部位相比更接近压缩机12。止回阀54允许致冷剂在从压缩机12到热交换器14的方向上流动并防止致冷剂在相反的方向上流动。对于此构型，在图6所示的热管运转模式中，可以可靠地形成致冷剂在热交换器14与冷却单元30之间循环的闭环致冷剂路径。

在不存在止回阀54的情况下，致冷剂能够从连接通路51流动到在压缩机12侧的致冷剂通路21。通过设置止回阀54，可以可靠地抑制致冷剂从连接通路51朝压缩机12侧的流动。因此，防止了在利用由环形致冷剂路径形成的热管的蒸气压缩式致冷循环停止时冷却HV设备31的能力下降。因此，即使在车厢的冷却停止时，也有效地冷却了HV设备31。

此外，在蒸气压缩式致冷循环停止时闭环致冷剂路径中的致冷剂的量不足的情况下，通过短时间运转压缩机12来经止回阀54将致冷剂供给到该闭环路径。结果，闭环内的致冷剂的量增加并且热管的热交换处理量增大。因此，确保了热管中的致冷剂的量。结果，可以避免由于致冷剂的量不足造成的HV设备31的不充分冷却。

下文将说明该实施例中的冷却系统1的控制。起到在图2中示出并控制冷却系统1的控制装置的作用的控制部80接收来自测量气液分离器40中的致冷剂液43的量的致冷剂量测量单元70的表示测得的致冷剂量的值的信号L1。控制部80还接收来自测量冷却系统1附近的外部空气的温度的外部空气温度测量单元61的表示测得的外部温度的值的信号T1。控制部80还接收来自测量在管道90内循环的空调用空气的温度的空调用空气温度测量单元62的表示测得的空调用空气的温度的值，该温度由过热交换器18中的热交换调节。

控制部80输出指示起动或停止压缩机12的信号C1、指示流量调节阀28的开度的信号M1和指示打开或关闭切换阀52（阀57、58）的信号S1、S2。控制部80通过线缆111连接到控制发动机100（参看图1）的发动机控制单元110。发动机控制单元110向发动机100输出表示发动机100的运转状态的信号E1。

图8是详细示出了控制部80的构型的框图。第一实施例的控制部80包括起动和停止压缩机12的压缩机控制部81以及接收来自外部的操作的操作输入部82。控制部80还包括判定由外部空气温度测量单元61测得的外部空气的温度是高于还是低于预定温度的外部空气温度判定部83、判定由空调用空气温度测量单元62测得的空调用空气的温度是高于还是低于预定温度的空调用空气温度判定部84、和判定由致冷剂量测量单元70测得的气液分离器40内的致冷剂的量是大于还是小于预定量的致冷剂量判定部85。控制部80还包括控制切换阀52的开闭状态的切换阀控制部86和控制流量调节阀28的开度的流量调节阀控制部87。

操作输入部82设置于空调用控制面板。冷却系统1的使用者操作操作输入部82并从起动压缩机12且进行发热源的冷却的空调器运转模式和发热源在压缩机12停止的状态下被冷却的热管运转模式中选择运转模式。关于使用者运转冷却系统1的运转模式的信息经由操作输入部82输入到控制部80。当空调器运转模式被选择时，操作输入部82传送指示压缩机控制部81起动压缩机12的控制命令。当热管运转模式被选择时，操作输入部82传送指示压缩机控制部81停止压缩机12的控制命令。

外部空气温度判定部83接收来自测量外部空气温度的外部温度测量单元61的表示测得的外部空气温度的值的信号T1，并判定外部空气温度是高于还是低于预定温度。当外部空气温度高于预定温度（例如，25℃）时，外部空气温度判定部83传送指示压缩机控制部81起动压缩机12的控制命令。当外部空气温度等于或低于预定温度（例如，25℃）时，外部空气温度判定部83传送指示压缩机控制部81停止压缩机12的控制命令。

空调用空气温度判定部84接收来自测量空调用空气的温度的空调用空气温度测量单元62的表示测得的空调用空气温度的值的信号T2，并判定空调用空气的温度是高于还是低于预定温度。当空调用空气温度高于预定温度（例如，20℃）时，空调用空气温度判定部84传送指示压缩机控制部81起动压缩机12的控制命令。当空调用空气温度等于或低于预定温度（例如，20℃）时，空调用空气温度判定部84传送指示压缩机控制部81停止压缩机12的控制命令。

致冷剂量判定部85接收来自测量蓄存在气液分离器40内部的致冷剂液43的量的致冷剂量测量单元70的表示致冷剂的量的信号L1，并判定蓄存在气液分离器40内部的致冷剂液43的量是大于还是小于预定量。当致冷剂液43的量小于预定量时，致冷剂量判定部85传送指示压缩机控制部81起动压缩机12的控制命令。当致冷剂液43的量等于或大于预定量时，致冷剂量判定部85传送指示压缩机控制部81停止压缩机12的控制命令。

压缩机控制部81接收从操作输入部82、外部空气温度判定部83、空调用空气温度判定部84或致冷剂量判定部85传送来的控制命令并向压缩机12传送指示起动或停止压缩机12的信号C1。

压缩机控制部81还接收来自控制发动机100的发动机控制单元110的表示发动机100的运转状态的信号，并根据来自发动机控制单元110的指令向压缩机12传送指示起动或停止压缩机12的信号C1。例如，例如在车辆上坡行驶时，HV设备31的发热量会根据混合动力车辆1000（参看图1）的行驶状况增大。冷却系统1冷却HV设备31的能力在压缩机12运转的空调器运转模式下高于在热管运转模式下。因此，当HV设备31的发热量大时，通过使冷却系统1在空调器运转模式下运转以冷却HV设备31，可靠地防止了HV设备31过热。

发动机控制单元110监视PCU300中包括的元件的温度、PCU300的板的温度、供给到PCU300的电流、和驱动单元200中包括的电动发电机的转矩值。利用这些值，可以提高冷却系统1的运转模式的预测精度。通过从发动机控制单元110传送指示压缩机控制部81起动或停止压缩机12的控制命令，可以使冷却系统1以更低的动力消耗水平运转。

响应于压缩机12的起动或停止，从压缩机控制部81传送指示切换阀控制部86进行切换阀52的打开/关闭切换的控制命令和指示流量调节阀控制部87改变流量调节阀28的开度的控制命令。更具体地，如已参照图7描述的，当压缩机12启动以在空调器运转模式下冷却发热源时，流量调节阀28的开度被调节成使得足量的致冷剂流动到冷却单元30，阀57完全打开，并且阀58完全关闭。另一方面，当压缩机12停止时，阀57完全关闭，阀58完全打开，并且流量调节阀28完全关闭。

切换阀控制部86向切换阀52（阀57、58）传输指示相应的切换阀52打开或关闭的信号S1、S2。流量调节阀控制部87向流量调节阀28传输指示流量调节阀28的开度的信号M1。

图9是示出了用于冷却系统1的控制方法的示例的流程图。如图9所示，在利用冷却系统1开始HV设备31——该HV设备为发热源——的冷却的情况下，首先，在步骤（S10）中判断发热源的冷却是否要结束。在判断冷却未要结束的情况下，在下一步骤（S20）中判断空调器是否已通过操作用于空调的控制面板而被设定为ON状态（开启）。

如果在步骤（S20）中判断出空调器处于OFF状态，则在步骤（S30）中判断是否需要以空调器运转模式冷却发热源。在指示起动压缩机12的控制命令从发动机控制单元110、外部空气温度判定部83或空调用空气温度判定部84传送到压缩机控制部81的情况下，判断为需要以空调器运转模式冷却发热源，并且压缩机控制部81向压缩机12传送指示起动压缩机12的信号C1。

如果在步骤（S20）中判断出空调器处于ON状态，则意味着压缩机12已经起动以使致冷剂在整个蒸气压缩式致冷循环中循环。因此，然后，在步骤（S40）中，冷却系统1以空调器运转模式冷却发热源。因而，阀57完全打开，阀58完全关闭，并且流量调节阀28的开度被调节，由此使致冷剂以足以冷却HV设备31的量循环到冷却单元30。结果，已通过在热交换器14中与外部空气进行热交换而被冷却的致冷剂循环到冷却单元30并且通过HV设备31与在冷却通路32中流动的致冷剂之间的热交换来冷却HV设备31。

如果在步骤（S30）中判断出需要以空调器运转模式冷却发热源，则处理进一步进行到步骤（S40），起动压缩机12，并且开始以空调器运转模式冷却发热源。

在步骤（S40）之后，处理返回步骤（S10），并且如果在步骤（S10）中判断出冷却未要结束以及如果在步骤（S20）中判断出空调器处于ON状态或在步骤（S30）中判断出需要以空调器运转模式进行冷却，则继续以空调器运转模式冷却发热源。

如果在步骤（S30）中判断出不需要以空调器运转模式冷却发热源，则在步骤（S50）中，冷却系统1以热管运转模式冷却发热源。因而，阀57完全关闭，阀58完全打开，并且流量调节阀28然后完全关闭，由此形成用于使致冷剂在冷却单元30与热交换器14之间循环的环形路径。结果，形成了热虹吸型热管，已在热交换器14中冷却的处于液相的致冷剂在重力作用下循环到冷却单元30，并且通过HV设备31与在冷却通路32中流动的致冷剂之间的热交换来冷却HV设备31。在冷却单元30中通过加热而蒸发的致冷剂蒸气在该环形路径的内部上升并再次到达热交换器14。

处理然后进行到步骤（S60），并且判断是否需要运转压缩机12。在该实施例中，在步骤（S60）中，由致冷剂量判定部85判断已储存在充当蓄液器的气液分离器40中的致冷剂液43的量是否等于或大于预定值（步骤（S61））。

如果在步骤（S61）中判断出气液分离器40中的致冷剂液43的量等于或高于预定值，则处理返回步骤（S10）。如果在步骤（S10）中判断出冷却未要结束以及如果在步骤（S20）中判断出空调器处于OFF状态且在步骤（S30）中判断出不需要空调器运转模式，则继续以热管运转模式冷却发热源。

如果在步骤（S61）中判断出气液分离器40中的致冷剂液43的量小于预定值，则在步骤（S70）中起动压缩机12。将气液分离器40中的致冷剂液43的量已减小并且变得小于预定值的状态判断为在形成热虹吸型热管的闭环致冷剂路径中循环的致冷剂的量不足的状态。因此，这种情况下，起动压缩机12并且经由图6所示的止回阀54另外向该闭环路径供给致冷剂，由此增加闭环内部的致冷剂的量。结果，确保了足量的致冷剂在热管中循环，并且可以避免由于致冷剂的量不足而引起的冷却HV设备31的能力下降并且冷却变得不充分的事件。

在压缩机12已起动之后，在步骤（S80）中判断预定时间（例如，10秒）是否已经过。换言之，压缩机12继续运转预定时间。如果判断出预定时间已经过，则在步骤（S90）中再次判断是否需要运转压缩机12。在该实施例中，由致冷剂量判定部85在步骤（S90）中再次判断储存在气液分离器40中的致冷剂液43的量是否等于或大于预定值（步骤（S91））。

如果在步骤（S91）中判断出气液分离器40中的致冷剂液43的量小于预定值，则处理返回步骤（S80）并且压缩机12继续运转预定时间。如果在步骤（S91）中判断出气液分离器40中的致冷剂液43的量等于或大于预定量，则在步骤（S100）中停止压缩机12，且处理返回步骤（S10）。

如果在步骤（S10）中判断出发热源的冷却要结束，则停止向冷却单元30供给致冷剂并且停止HV设备31的冷却。

如上文所述，对于该实施例的冷却系统1，以两种运转模式，亦即，以压缩机12被驱动的“空调器运转模式”和压缩机12被停止的“热管运转模式”，冷却作为发热源的HV设备31。在热管运转模式下，在不起动压缩机12的情况下可靠地冷却HV设备31，并且不需要压缩机12始终运转以冷却HV设备31。因此，可以降低压缩机12的动力消耗并且可以提高车辆的燃料经济性。此外，由于压缩机12的使用寿命延长，故压缩机12的可靠性提高。

使用者能通过经由操作输入部82手动输入来切换冷却系统1的运转模式。当不需要空气调节时，通过操作操作输入部82并选择热管运转模式来冷却发热源，使用者能防止压缩机12不必要的运转。

冷却系统1的运转模式基于通过测量外部空气的温度或空调用空气的温度而获得的测定值在必要时自动切换。冷却系统1的运转模式还根据来自发动机控制单元110的指令而自动切换，该指令基于已通过当前安装的传感器测得的用于控制发动机100的运转状态的车辆控制参数的测定值。由于冷却系统1的运转模式被切换成将发热源维持在充分冷却的状态下并且发热源仅在必要时以空调器运转模式被冷却，故可靠地抑制了压缩机12的起动。

当以热管运转模式冷却发热源时，通过测量气液分离器40中的致冷剂液43的量来检测在热管中循环的致冷剂的量是否充足。如果判断出在热管中循环的致冷剂的量不足，则起动压缩机并且增加致冷剂的量。因此，更可靠地冷却了发热源。此外，由于基于气液分离器40内的致冷剂量来控制压缩机12的起动/停止，故冷却系统1被更可靠地控制成使得仅在必要时运转压缩机12。

通过与起动或停止压缩机12以切换冷却系统1的运转模式一并控制切换阀52的打开/关闭状态，可以更可靠地切换空调器运转模式和热管运转模式并且使致冷剂在每一种运转模式下在适当的路径中循环。

（第二实施例）

图10是示出了第二实施例的冷却系统1的构型的示意图。将图2与图10进行比较，第二实施例的冷却系统1与第一实施例的冷却系统之间的差别在于，代替测量气液分离器40内的致冷剂量的致冷剂量测量单元70，第二实施例的冷却系统包括测量流入冷却单元30的致冷剂的温度的冷却单元入口温度测量单元63和测量从冷却单元30流出的致冷剂的温度的冷却单元出口温度测量单元64。控制部80接收来自冷却单元入口温度测量单元63的表示流入冷却单元30的致冷剂的温度的测定值的信号T3和来自冷却单元出口温度测量单元64的表示从冷却单元30流出的致冷剂的温度的测定值的信号T4。

图11是详细示出了第二实施例的控制部80的构型的框图。第二实施例的控制部80包括代替第一实施例的致冷剂量判定部85的冷却单元入口/出口温差判定部88。冷却单元入口/出口温差判定部88判定流入冷却单元30的致冷剂的温度与从冷却单元30流出的致冷剂的温度之差是高于还是低于预定值。

冷却单元入口/出口温差判定部88接收来自冷却单元入口温度测量单元63的信号T3，接收来自冷却单元出口温度测量单元64的信号T4，并基于所接收的信号来计算冷却单元30的出口中的致冷剂的温度与冷却单元30的入口中的致冷剂的温度之差。冷却单元入口/出口温差判定部88还判定前述温差是高于还是低于预定温度。当温差超过预定温度时，冷却单元入口/出口温差判定部88传送指示压缩机控制部81起动压缩机12的控制命令。

图12是示出了用于控制第二实施例的冷却系统1的方法的流程图。如图12所示，在第二实施例中，在判断压缩机12的运转是否有必要的步骤（S60）中，冷却单元入口/出口温差判定部88判断流入冷却单元30的致冷剂的温度与从冷却单元30流出的致冷剂的温度之差是否大于预定值以及冷却单元出口处的致冷剂的温度是否典型地超过冷却单元入口处的致冷剂的温度（步骤（S62））。

如果在步骤（S62）中判断出冷却单元出口处的致冷剂的温度等于或低于冷却单元入口处的致冷剂的温度，则处理返回步骤（S10）。如果在步骤（S62）中判断出冷却单元出口处的致冷剂的温度高于冷却单元入口处的致冷剂的温度，则在步骤（S70）中起动压缩机12。

将冷却单元出口处的致冷剂的温度高于冷却单元入口处的致冷剂的温度的状态判断为以下状态：形成热虹吸型热管的闭环中的致冷剂的量已减小，由此冷却发热源的能力下降。相应地，这种情况下，起动压缩机12并增加闭环中的致冷剂的量。结果，确保了足量的致冷剂在热管中循环，并且可以避免由于致冷剂的量不足而引起的冷却HV设备31的能力下降并且冷却变得不充分的事件。

在压缩机12已起动之后，在步骤（S80）中判断预定时间（例如，10秒）是否已经过。换言之，压缩机12继续运转预定时间。如果判断出预定时间已经过，则在步骤（S90）中再次判断压缩机12的运转是否有必要。在该实施例中，由冷却单元入口/出口温差判定部88在步骤（S90）中再次判定冷却单元出口处的致冷剂的温度是否高于冷却单元入口处的致冷剂的温度（步骤（S92））。

如果在步骤（S92）中判断出冷却单元出口处的致冷剂的温度高于冷却单元入口处的致冷剂的温度，则处理返回步骤（S80）并且压缩机12继续运转预定时间。如果在步骤（S92）中判断出冷却单元出口处的致冷剂的温度等于或低于冷却单元入口处的致冷剂的温度，则在步骤（S100）中停止压缩机12，并且处理返回步骤（S10）。

如上文所述，对于第二实施例的冷却系统1，当以热管运转模式冷却发热源时，通过测量流入冷却单元30的致冷剂的温度和从冷却单元30流出的致冷剂的温度并确定这两个温度之差来检测在热管中循环的致冷剂的量是否足够。如果判断出在热管中循环的致冷剂的量不足，则起动压缩机并且致冷剂的量增加。因此，更可靠地冷却了发热源。此外，由于基于冷却单元30的入口和出口之间的致冷剂温差来控制压缩机12的起动/停止，故冷却系统1被更可靠地控制，使得压缩机12仅在必要时运转。

此外，在上述实施例中，说明了冷却作为安装在车辆上的电气设备的一个示例的HV设备31的冷却系统1。然而，本发明适用的电气设备并不限于诸如逆变器和电动发电机之类的举例说明的电气设备，并且可以是任意电气设备，只要该电气设备至少在致动时发热。当存在作为冷却物的多个电气设备时，优选电气设备具有作为冷却目标的共同的温度范围。作为冷却目标的温度范围是足以作为用于致动电气设备的温度环境的温度范围。

此外，要由根据本发明的冷却系统1冷却的发热源并不限于安装在车辆上的电气设备，并且可以是任何发热的设备或任何设备的发热部分。

尽管上文已说明了本发明的实施例，但实施例的构型可适当组合。此外，文中公开的实施例在其所有方面都应该被解释为仅仅是示例性的而不是限制性的。本发明的范围通过权利要求而不是通过上文提供的说明表示，并且意图包括处在与权利要求的范围和含义等同的范围和含义内的所有变更。

根据本发明的冷却系统特别有利地适用于利用用于冷却搭载有诸如电动发电机和逆变器之类的电气设备的车辆如混合动力车辆、燃料电池车辆和电动汽车的车厢内部的蒸气压缩式致冷循环来冷却电气设备。

Claims (12)

1.一种冷却系统，其特征在于包括：

用于使致冷剂循环的压缩机；

第一热交换器，所述第一热交换器在所述致冷剂与外部空气之间进行热交换；

减压器，所述减压器使所述致冷剂减压；

第二热交换器，所述第二热交换器在所述致冷剂与空调用空气之间进行热交换；

管道，所述管道依次连接所述压缩机、所述第一热交换器、所述减压器、所述第二热交换器和所述压缩机，并且允许所述致冷剂流动成贯通所述管道循环；

冷却单元，所述冷却单元设置在所述管道的在所述第一热交换器与所述减压器之间的部分中，并利用所述致冷剂来冷却发热源；和

连接通路，所述连接通路将第一通路与第二通路连通，所述第一通路是所述管道的在所述压缩机与所述第一热交换器之间的部分，所述第二通路是所述管道的在所述冷却单元与所述减压器之间的部分，其中

所述第一热交换器配置在比所述冷却单元高的位置，并且

所述管道配置成使得由所述第一热交换器冷凝的所述致冷剂在重力作用下流入所述冷却单元，并且从所述冷却单元排出的所述致冷剂被导入所述管道的在所述第一热交换器与所述减压器之间的部分。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，还包括

蓄液装置，所述蓄液装置设置在所述管道的在所述第一热交换器与所述冷却单元之间的部分中，并储存处于液态的所述致冷剂，所述蓄液装置配置在比所述冷却单元高的位置。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，还包括

控制所述冷却系统的控制部，所述控制部包括控制所述压缩机的起动和停止的压缩机控制部，其中

所述压缩机控制部构造成根据外部输入而起动和停止所述压缩机。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，还包括

操作输入部，所述操作输入部接收来自外部的操作，其中

所述压缩机控制部构造成根据来自所述操作输入部的指令而起动和停止所述压缩机。

5.根据权利要求3或4所述的冷却系统，还包括

外部空气温度测量单元，所述外部空气温度测量单元测量所述外部空气的温度，其中

所述压缩机控制部构造成基于由所述外部空气温度测量单元测得的温度而起动和停止所述压缩机。

6.根据权利要求3或4所述的冷却系统，还包括

空调用空气温度测量单元，所述空调用空气温度测量单元测量所述空调用空气的温度，其中

所述压缩机控制部构造成基于由所述空调用空气温度测量单元测得的温度而起动和停止所述压缩机。

7.根据权利要求3或4所述的冷却系统，还包括：

蓄液装置，所述蓄液装置设置在所述管道的在所述第一热交换器与所述冷却单元之间的部分中，并储存处于液态的所述致冷剂，所述蓄液装置配置在比所述冷却单元高的位置；和

致冷剂量测量单元，所述致冷剂量测量单元测量储存在所述蓄液装置内部的所述致冷剂的量，其中

所述压缩机控制部构造成基于由所述致冷剂量测量单元测得的致冷剂量而起动和停止所述压缩机。

8.根据权利要求3或4所述的冷却系统，还包括：

冷却单元入口温度测量单元，所述冷却单元入口温度测量单元测量流入所述冷却单元的所述致冷剂的温度；和

冷却单元出口温度测量单元，所述冷却单元出口温度测量单元测量从所述冷却单元流出的所述致冷剂的温度，其中

所述压缩机控制部构造成基于由所述冷却单元入口温度测量单元和所述冷却单元出口温度测量单元测得的温度而起动和停止所述压缩机。

9.根据权利要求3或4所述的冷却系统，还包括

连接通路切换阀，所述连接通路切换阀能被打开和关闭，并且设置在所述连接通路中，其中

所述控制部还包括构造成控制所述连接通路切换阀的开闭状态的切换阀控制部，并且

所述切换阀控制部构造成根据用于使所述压缩机控制部起动或停止所述压缩机的指令而将所述连接通路切换阀设定到关闭状态或打开状态。

10.根据权利要求9所述的冷却系统，还包括

第二通路切换阀，所述第二通路切换阀能被打开和关闭，并且设置在所述第二通路的在相对于所述连接通路与所述第二通路之间的连接点更接近所述减压器的一侧的部分中，其中

所述切换阀控制部还构造成控制所述第二通路切换阀的开闭状态，并且

所述切换阀控制部构造成根据用于使所述压缩机控制部起动或停止所述压缩机的指令而将所述第二通路切换阀设定到关闭状态或打开状态。

11.根据权利要求3或4所述的冷却系统，还包括

三通阀，所述三通阀设置在所述连接通路与所述第二通路之间的连接点，其中

所述控制部还包括切换阀控制部，所述切换阀控制部构造成控制所述三通阀的状态，并且

所述切换阀控制部构造成根据用于使所述压缩机控制部起动或停止所述压缩机的指令而将所述三通阀设定到第一状态或第二状态，所述第一状态是所述第二通路的在相对于所述连接点更接近所述冷却单元的一侧的部分与所述第二通路的在相对于所述连接点更接近所述减压器的一侧的部分彼此连通的状态，所述第二状态是所述第二通路的在相对于所述连接点更接近所述冷却单元的一侧的部分与所述连接通路彼此连通的状态。

12.一种车辆，其特征在于包括：

根据权利要求3至11中任一项所述的冷却系统；

发动机；和

控制所述发动机的发动机控制单元，其中

所述压缩机控制部构造成根据来自所述发动机控制单元的指令而起动和停止所述压缩机。