JP5655954B2 - 冷却装置および冷却装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置および冷却装置の制御方法に関し、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、その冷却装置の制御方法に関する。

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。

たとえば特開２００７−６９７３３号公報（特許文献１）には、膨張弁から圧縮機へ至る冷媒通路に、空調用の空気と熱交換する熱交換器と、発熱体と熱交換する熱交換器と、を並列に配置し、空調装置用の冷媒を利用して発熱体を冷却するシステムが開示されている。特開２００５−９０８６２号公報（特許文献２）には、空調用の冷凍サイクルの減圧器、蒸発器および圧縮機をバイパスするバイパス通路に、発熱体を冷却するための発熱体冷却手段を設けた、冷却システムが開示されている。特開２００１−３０９５０６号公報（特許文献３）には、車両走行モータを駆動制御するインバータ回路部の冷却部材に車両空調用冷凍サイクル装置の冷媒を還流させ、空調空気流の冷却が不要な場合に車両空調用冷凍サイクル装置のエバポレータによる空調空気流の冷却を抑止する、冷却システムが開示されている。

一方、車両用空調装置に関し、特開２０１１−１０４８号公報（特許文献４）には、車内用蓄熱ユニットの蓄熱材が熱量を蓄熱し、車内用蓄熱ユニットはその熱量を熱交換媒体に熱交換する、車両用空調システムが開示されている。

特開２００７−６９７３３号公報 特開２００５−９０８６２号公報 特開２００１−３０９５０６号公報 特開２０１１−１０４８号公報

通常の走行モードと加速性を重視したスポーツ走行モードとのいずれかの運転状態を選択可能であるハイブリッド車両の実用化が進められている。スポーツ走行モードは、ハイブリッド機器を高負荷状態で運転することにより、通常の走行モードよりも駆動力を増大させ、車両の走行性能を向上させる運転モードである。スポーツ走行モードでの運転中、高負荷状態で運転されるハイブリッド機器から発生する熱量が上昇する。そのため、ハイブリッド機器の過熱を防止するために、ハイブリッド機器の冷却性能を一時的に向上させる技術が求められている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、発熱源からの発熱量に適した冷却性能を得られる、冷却装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、発熱源からの発熱量に適した冷却性能を得るための冷却装置の制御方法を提供することである。

本発明に係る冷却装置は、発熱源を冷却する冷却装置であって、冷媒を循環させるための圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒と空調用空気との間で熱交換する第二熱交換器と、第一熱交換器と減圧器との間を流れる冷媒の経路上に設けられ、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、減圧器および第二熱交換器をバイパスするバイパス経路と、冷却部から減圧器へ向かう冷媒の流れとバイパス経路を経由する冷媒の流れとを選択的に切り替える経路選択部と、を備える。

上記冷却装置において好ましくは、冷媒の温度を低下させる減温器を備え、減温器は、経路選択部がバイパス経路を経由する冷媒の流れを選択するとき、冷却部を流れる冷媒の温度を低下させる。冷却装置は、第一熱交換器と冷却部との間を流れる冷媒の経路上に設けられた電子膨張弁を備えてもよい。

上記冷却装置において好ましくは、第二熱交換器と圧縮機との間を流れる冷媒の経路上に設けられた気液分離器を備え、冷却部からバイパス経路を経由して流れる冷媒は、気液分離器へ流入する。

上記冷却装置において好ましくは、経路選択部は、発熱源による発熱量の増大時に、バイパス経路を経由する冷媒の流れを選択する。

上記冷却装置において好ましくは、圧縮機と第一熱交換器との間を流れる冷媒の経路と、冷却部と減圧器との間を流れる冷媒の経路と、を連通する連通路を備える。

上記冷却装置において好ましくは、経路選択部は、冷却部から連通路へ向かう冷媒の流れを形成可能である。

本発明に係る冷却装置の制御方法は、発熱源を冷却する冷却装置の制御方法である。冷却装置は、冷媒を循環させるための圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒と空調用空気との間で熱交換する第二熱交換器と、第一熱交換器と減圧器との間を流れる冷媒の経路上に設けられ、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、減圧器および第二熱交換器をバイパスするバイパス経路と、冷却部から減圧器へ向かう冷媒の流れとバイパス経路を経由する冷媒の流れとを選択的に切り替える経路選択部と、を備える。上記制御方法は、発熱源による発熱量を判断するステップと、発熱量を判断するステップにおいて発熱量がしきい値以上と判断された場合に、バイパス経路を経由する冷媒の流れを形成して発熱源を冷却するステップと、を備える。

好ましくは、冷却装置は、第一熱交換器と冷却部との間を流れる冷媒の経路上に設けられた電子膨張弁を備える。冷却するステップにおいて、電子膨張弁の開度を小さくして発熱源を冷却する。

好ましくは、発熱量を判断するステップにおいて発熱量がしきい値以上と判断された場合に圧縮機の運転状態を判断するステップと、運転状態を判断するステップにおいて圧縮機が停止中と判断された場合に、圧縮機を起動するステップと、を備える。

本発明の冷却装置によると、発熱源からの発熱量に適した冷却性能を得ることができる。

実施の形態１の冷却装置の構成を示す模式図である。 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。 ＨＶ機器の冷却要求性能を高める場合の冷却装置を示す模式図である。 エアコン停止中にＨＶ機器の冷却要求性能を高める場合の冷却装置を示す模式図である。 ＨＶ機器の冷却要求性能を高める場合の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 実施の形態２の冷却装置の構成を示す模式図である。 冷却装置の運転モード毎の圧縮機および弁の設定を示す図である。 蒸気圧縮式冷凍サイクルを停止する場合の冷却装置を示す模式図である。 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。 エアコン運転中にＨＶ機器の冷却要求性能を高める場合の冷却装置を示す模式図である。 エアコン停止中にＨＶ機器の冷却要求性能を高める場合の冷却装置を示す模式図である。 制御部の構成の詳細を示すブロック図である。 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。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の冷却装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、冷却装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を備える。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、たとえば、車両の車内の冷房を行なうために、車両に搭載される。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を用いた冷房は、たとえば、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。

蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２と、第一熱交換器としての熱交換器１４と、熱交換器１５と、減圧器の一例としての膨張弁１６と、第二熱交換器としての熱交換器１８と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、熱交換器１８と圧縮機１２との間の冷媒の経路上に配置された気液分離器４０を含む。

圧縮機１２は、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、蒸気圧縮式冷凍サイクル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、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に冷媒を循環させる。

熱交換器１４，１５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、熱交換器１４，１５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。熱交換器１４，１５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熱交換器１４，１５の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンと、を含む。

熱交換器１４，１５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熱交換器１４，１５に供給されてもよい。または冷却風は、コンデンサファン４２もしくはエンジン冷却用のラジエータファンなどの冷却ファンからの強制通風によって熱交換器１４，１５に供給されてもよい。コンデンサファン４２は、モータ４４からの駆動力を受けて回転し空気の流れを発生させて、熱交換器１４，１５に冷却風を供給する。熱交換器１４，１５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。

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・低圧の霧状冷媒に変化させる。膨張弁１６は、熱交換器１４，１５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。

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。熱交換器１８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、車両の室内へ流通する空調用空気から吸収して、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車両の室内に再び戻されることによって、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。

熱交換器１８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と、を含む。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、フィンを経由して空調用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。

蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、圧縮機１２と熱交換器１４とを連通する冷媒通路２１と、熱交換器１４と熱交換器１５とを連通する冷媒通路２２，２３と、熱交換器１５と膨張弁１６とを連通する冷媒通路２４と、膨張弁１６と熱交換器１８とを連通する冷媒通路２５と、熱交換器１８と気液分離器４０とを連通する冷媒通路２６と、気液分離器４０と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２７と、を含む。

冷媒通路２１は、冷媒を圧縮機１２から熱交換器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と熱交換器１４との間を、圧縮機１２の出口から熱交換器１４の入口へ向かって流れる。冷媒通路２２〜２４は、冷媒を熱交換器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を経由して、熱交換器１４と膨張弁１６との間を、熱交換器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流れる。

冷媒通路２５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２５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２６，２７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２６，２７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。

蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、熱交換器１４，１５、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、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０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。

熱交換器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、熱交換器１４の出口側から後述する流量調整弁２８へ至る冷媒通路２２と、熱交換器１５の入口側へ連結される冷媒通路２３と、熱交換器１５の出口側から冷媒を膨張弁１６へ流通させる冷媒通路２４と、を含む。

熱交換器１４と熱交換器１５との間を流通する冷媒の経路はまた、冷媒通路２２から分岐して後述する電子膨張弁３８へ至る冷媒通路３３と、電子膨張弁３８と冷却部３０とを連通する冷媒通路３４と、冷却部３０と後述する切替弁５２とを連通する冷媒通路３５と、切替弁５２と冷媒通路２３とを連通する冷媒通路３６と、を含む。冷媒通路３３，３４を経由して、熱交換器１４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３５，３６を経由して、冷媒通路２３へ戻る。冷却部３０は、熱交換器１４から熱交換器１５へ向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。

冷却装置１は、熱交換器１４，１５の間に、冷媒通路２２，２３に対して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、熱交換器１４と熱交換器１５との間を流れる冷媒の経路において並列に接続された複数の通路のうちの、一方に設けられている。冷却部３０は、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却通路３２とを含む。ＨＶ機器３１は、発熱源の一例である。冷却通路３２の一方の端部は、冷媒通路３４に接続される。冷却通路３２の他方の端部は、冷媒通路３５に接続される。

冷媒通路２２，２３に対して並列に接続された冷媒の経路は、冷却部３０よりも上流側（熱交換器１４に近接する側）の冷媒通路３３，３４と、冷却部３０に含まれる冷却通路３２と、冷却部３０よりも下流側（熱交換器１５に近接する側）の冷媒通路３５，３６と、を含む。冷媒通路３３，３４は、冷媒通路２２が分岐した、熱交換器１４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３５，３６は、冷却部３０から冷媒通路２３に冷媒を戻し、熱交換器１５へ冷媒を流通させるための通路である。

熱交換器１４から流出した冷媒液は、冷媒通路２２，３３，３４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、冷却通路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、熱交換器１４において凝縮され冷却通路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、冷却通路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。冷媒はさらに冷却部３０から冷媒通路３５，３６を経由して流れ、冷媒通路２３を経由して熱交換器１５へ至る。

冷却部３０は、冷却通路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、たとえば、ＨＶ機器３１の筐体に冷却通路３２の外周面が直接接触するように形成された冷却通路３２を有する。冷却通路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、冷却通路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。

ＨＶ機器３１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の熱交換器１４から熱交換器１５に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却通路３２の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路３２の外部にＨＶ機器３１が配置されるので、冷却通路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、蒸気圧縮式冷凍サイクル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。

代替的には、冷却部３０は、ＨＶ機器３１と冷却通路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、冷却通路３２の外周面にヒートパイプを介して接続され、ＨＶ機器３１から冷却通路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却通路３２をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却通路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。たと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。

ヒートパイプによってＨＶ機器３１から冷却通路３２へ確実に熱伝達することができるので、ＨＶ機器３１と冷却通路３２との間に距離があってもよく、ＨＶ機器３１に冷却通路３２を接触させるために冷却通路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。

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、たとえば、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。

冷媒は、圧縮機１２と熱交換器１４，１５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、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内を循環する。蒸気圧縮式冷凍サイクル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と熱交換器１４，１５と膨張弁１６と熱交換器１８とに冷媒が循環する。

図２は、蒸気圧縮式冷凍サイクル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。

図２中には、熱交換器１４の出口の冷媒通路２２から冷媒通路３３，３４を経由して冷却部３０へ流入し、ＨＶ機器３１を冷却し、冷却部３０から冷媒通路３５，３６を経由して熱交換器１５の入口の冷媒通路２３へ戻る、蒸気圧縮式冷凍サイクル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。

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る（Ｂ点）。図２中に二点鎖線の網掛けによって示された領域の面積は、Ａ点からＢ点まで冷媒を断熱圧縮するために必要な圧縮機１２の動力を示す。

圧縮機１２において断熱圧縮された高温高圧の過熱蒸気状態の冷媒は、熱交換器１４へと流れ、熱交換器１４において冷却される。圧縮機１２から吐出された気相冷媒は、熱交換器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。熱交換器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。熱交換器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、熱交換器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り、冷媒の全部が凝縮して飽和液になる（Ｃ点）。

熱交換器１４から流出した飽和液状態の冷媒は、冷媒通路２２，３３，３４を経由して冷却部３０の冷却通路３２へ流れ、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、熱交換器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気液二相状態の湿り蒸気となる（Ｄ点）。

その後冷媒は、冷媒通路３５，３６，２３を経由して、熱交換器１５に流入する。冷媒の湿り蒸気は、熱交換器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２４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）。

膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２５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、フィンを経由して空調用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。熱交換器１８は、空調用空気が流通するダクトの内部に配置され、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。空調用空気は、外気であってもよく、車両の室内の空気であってもよい。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。

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２６，２７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。

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、実際の蒸気圧縮式冷凍サイクル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。

蒸気圧縮式冷凍サイクル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、熱交換器１４から流出し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、車両に搭載された発熱源であるＨＶ機器３１を、車両の室内の空調用の蒸気圧縮式冷凍サイクル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。

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蒸気圧縮式冷凍サイクル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。

熱交換器１４では、冷媒を飽和液の状態にまで冷却すればよく、飽和液状態の冷媒液が冷却部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、熱交換器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。熱交換器１５はさらに、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、熱交換器１４，１５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、熱交換器１４，１５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。

熱交換器１４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２２，２３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３３，３４，３５，３６および冷却通路３２と、が並列に設けられる。冷媒通路３３〜３６を含むＨＶ機器３１の冷却系は、冷媒通路２２，２３に対し並列に接続されている。そのため、熱交換器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。

熱交換器１４から冷却部３０を経由せず熱交換器１５へ流れる冷媒の経路と、熱交換器１４から冷却部３０を経由して熱交換器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３３〜３６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。

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、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０において、圧縮機１２から吐出された高圧の冷媒は、第一の凝縮器としての熱交換器１４と、第二の凝縮器としての熱交換器１５と、の両方によって凝縮される。圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の熱交換器１４，１５を配置し、ＨＶ機器３１を冷却する冷却部３０は、熱交換器１４と熱交換器１５との間に設けられている。熱交換器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。

ＨＶ機器３１から蒸発潜熱を受けて加熱された冷媒を熱交換器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、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できるので、熱交換器１８を通過する空調用空気を十分に冷却できる。このように、冷媒を十分に冷却できる熱交換器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。

熱交換器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、熱交換器１４において十分に冷媒を冷却するのが望ましい。

具体的には、熱交換器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には熱交換器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熱交換器１４が有する結果、熱交換器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、熱交換器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熱交換器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、熱交換器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。

図１に戻って、冷却装置１は、流量調整弁２８を備える。流量調整弁２８は、熱交換器１４から膨張弁１６へ向かう並列に接続された冷媒の経路のうち、冷却部３０を経由しない方の一方の経路を形成する、冷媒通路２２，２３に接続されている。流量調整弁２８は、その弁開度を変動させ、冷媒通路２２から流量調整弁２８を経由して冷媒通路２３へ流れる冷媒の圧力損失を増減させる。これにより、流量調整弁２８は、冷媒通路２２から冷媒通路２３へ直接流れる冷媒の流量と、冷却通路３２を含むＨＶ機器３１の冷却系を経由して流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。

たとえば、流量調整弁２８を全閉にして弁開度を０％にすると、熱交換器１４を出た冷媒の全量が冷媒通路３３，３４を経由して冷却部３０へ流入する。流量調整弁２８の弁開度を大きくすれば、熱交換器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２２，２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が大きくなり、冷媒通路３３，３４を経由して冷却通路３２へ流れＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流量が小さくなる。流量調整弁２８の弁開度を小さくすれば、熱交換器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、冷媒通路２２，２３を経由して熱交換器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷媒通路３３，３４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。

流量調整弁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。流量調整弁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。流量調整弁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。

冷却装置１はまた、冷却部３０に対し上流側の冷媒通路３３，３４に接続された電子膨張弁３８を備える。電子膨張弁３８は、熱交換器１４と冷却部３０との間の冷媒の経路に設けられている。電子膨張弁３８は、電動により開度を調整可能に設けられている。電子膨張弁３８は、たとえば弁の開度指令に対応して弁内部に配置されたロータが回転し、ロータの回転量に応じて弁開度を変える弁であってもよい。電子膨張弁３８は、全開（開度１００％）の際には電子膨張弁３８を経由して流れる冷媒の圧損を最小にし、開度を小さくすることにより冷媒を絞り膨張して冷媒の温度および圧力を低下させるように、構成されている。

電子膨張弁３８が全開であるとき、冷媒通路３３を流れる冷媒と、冷媒通路３４を流れる冷媒との温度および圧力は略同一である。一方、電子膨張弁３８の開度を小さくすることにより、電子膨張弁３８において冷媒が絞り膨張され、冷媒の比エンタルピーは変化せず温度と圧力とが低下する。これにより、冷媒通路３３を流れる冷媒に対し、冷媒通路３４を流れる冷媒が低温低圧になる。電子膨張弁３８の開度を任意に調整すれば、冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ供給される冷媒の温度および圧力を調整でき、ＨＶ機器３１の冷却のために最適な条件の冷媒を冷却部３０に供給可能である。

冷却装置１はさらに、冷媒通路３５，３６の連通状態を切り替える切替弁５２を備える。切替弁５２は、三箇所の配管接続口を有する三方弁として設けられている。冷媒通路３５は、切替弁５２の第一の配管接続口に接続されている。冷媒通路３６は、切替弁５２の第二の配管接続口に接続されている。切替弁５２の第三の配管接続口には、バイパス経路４１が接続されている。バイパス経路４１は、切替弁５２と、熱交換器１８と圧縮機１２との間の冷媒の経路と、を接続する。典型的には、バイパス経路４１の一端は切替弁５２に接続され、バイパス経路４１の他端は熱交換器１８と圧縮機１２との間に配置された気液分離器４０に接続されている。

切替弁５２は、その開閉を切り替えることにより、冷媒通路３５から冷媒通路３６へ向かう冷媒の流れと、冷媒通路３５からバイパス経路４１へ向かう冷媒の流れと、を切り替える。切替弁５２は、冷却部３０から熱交換器１５を経由して膨張弁１６へ向かう冷媒の流れと、冷却部３０から出てバイパス経路４１を経由して気液分離器４０へ流れる冷媒の流れと、を選択的に切り替える、経路選択部としての機能を有する。切替弁５２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３６，２３を経由させて熱交換器１５へ、または、バイパス経路４１を経由して圧縮機１２の上流側の気液分離器４０へ、のいずれかの経路を任意に選択して、流通させることができる。

図１には、車両の車内の冷房用のエアコンが運転中であり、かつＨＶ機器３１の通常の冷却が求められる場合を示す。このとき、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させるために、圧縮機１２は運転状態である。流量調整弁２８は、ＨＶ機器３１の冷却のために十分な冷媒が冷却部３０へ流れるように、弁開度を調整されている。電子膨張弁３８は、全開である。切替弁５２は、冷媒通路３５と冷媒通路３６とを連通させ、冷媒通路３５，３６の両方に対しバイパス経路４１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。切替弁５２は、冷媒を冷却部３０から熱交換器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作され、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。

蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に冷媒を循環させ、膨張弁１６で低温低圧の霧状にされた冷媒を熱交換器１８に供給して空調用空気を冷却できるので、車室の冷房能力を確保することができる。加えて、熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒の蒸発潜熱によりＨＶ機器３１から熱が奪われるので、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。

図３は、ＨＶ機器３１の冷却要求性能を高める場合の冷却装置１を示す模式図である。図３には、車両の車内の冷房用のエアコンが運転中であり、かつ、たとえば車両を操作する運転者がスポーツ走行モードを選択しＨＶ機器３１が高負荷状態で運転される場合などの、ＨＶ機器３１から発生する熱量が増大し、そのためＨＶ機器３１の冷却性能の向上が求められる場合を示す。このとき、図１に示す状態と同様に、圧縮機１２は運転状態であり、流量調整弁２８はその開度を調整されている。一方、電子膨張弁３８は、開度が小さくされ絞られた状態である。切替弁５２は、冷媒通路３５とバイパス経路４１とを連通させ、冷媒通路３５およびバイパス経路４１の両方に対し冷媒通路３６が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。

この場合、冷却部３０を流れＨＶ機器３１の冷却に用いられる冷媒は、切替弁５２を経由してバイパス経路４１へ流れ、圧縮機１２の上流側の気液分離器４０へ流れる。バイパス経路４１は、切替弁５２と気液分離器４０とに直接接続されている。ＨＶ機器３１を冷却するための冷媒は、冷却部３０から気液分離器４０を経由して圧縮機１２へ流れる経路を流れ、熱交換器１５、膨張弁１６および熱交換器１８へは流れない。バイパス経路４１は、熱交換器１５、膨張弁１６および熱交換器１８をバイパスする冷媒の経路として設けられている。

ここで、スポーツ走行モードとは、車両の走行性能を一時的に向上することを目的とする車両の走行モードである。ハイブリッド車両の場合、駆動モータに大電流を供給するよう制御し、駆動モータに供給される電圧を一時的に昇圧させることで、駆動モータの出力を向上できる。たとえば、定格５００Ｖのモータに一時的に６５０Ｖの高電圧を印加することにより、車両の走行性能を向上できる。

スポーツ走行モードを設定することにより、ＨＶ機器３１の仕様を変更せず追加コストを発生させることなく、車両の走行性を向上できる。また車両を操作するユーザは、同一の車両で、走行モードの切り替えという簡易操作により、走り優先モードでの運転を体感できる。一方、定格以上の高電圧をモータに印加するために、ＨＶ機器３１は過負荷状態で運転することになり、通常の走行モードと比較してＨＶ機器３１の発熱量が増大する。そのため、スポーツ走行モードでは、ＨＶ機器３１の温度を許容できる範囲に維持し、ＨＶ機器３１の過熱を回避する必要がある。したがって、ＨＶ機器３１の冷却能力を向上させる必要がある。

図４は、エアコン停止中にＨＶ機器３１の冷却要求性能を高める場合の冷却装置１を示す模式図である。図４には、エアコンが停止中であり、かつ、ＨＶ機器３１から発生する熱量が増大し、そのためＨＶ機器３１の冷却性能の向上が求められる場合を示す。このとき、流量調整弁２８は全閉（開度０％）である。電子膨張弁３８は、開度が小さくされた絞られた状態である。切替弁５２は、冷媒通路３５とバイパス経路４１とを連通させ、冷媒通路３５およびバイパス経路４１の両方に対し冷媒通路３６が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。

圧縮機１２は、バイパス経路４１を経由して流れる冷媒が冷凍サイクルを循環する駆動力を与えるために、運転状態とされる。エアコン停止中に強制的に圧縮機１２を起動することで、冷却部３０を含む循環経路を流通しＨＶ機器３１を冷却する冷媒の流れが発生する。冷却部３０を流れる冷媒は、切替弁５２を経由してバイパス経路４１へ流れ、気液分離器４０へ流れる。

図５は、ＨＶ機器３１の冷却要求性能を高める場合の冷媒の状態を示すモリエル線図である。図５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。

図３および図４に示す、ＨＶ機器３１の冷却要求性能を高める場合には、圧縮機１２、熱交換器１４、電子膨張弁３８および冷却部３０を順に経由する冷媒循環経路が形成される。ＨＶ機器３１の冷却に用いられる冷媒は、当該冷媒循環経路を経由して循環する。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０内の、図３に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点およびＧ点を順に通過するように冷媒が流れ、圧縮機１２と熱交換器１４と電子膨張弁３８と冷却部３０とに冷媒が循環する。図５中には、熱交換器１４の出口の冷媒通路２２から冷媒通路３３，３４を経由して冷却部３０へ流入し、ＨＶ機器３１を冷却し、冷却部３０から冷媒通路３５およびバイパス経路４１を経由して圧縮機１２の上流側へ戻る、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０中の各点（すなわちＡ，Ｂ，ＣおよびＧ点）における冷媒の熱力学状態が示される。

図５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る（Ｂ点）。図５中に二点鎖線の網掛けによって示された領域の面積は、Ａ点からＢ点まで冷媒を断熱圧縮するために必要な圧縮機１２の動力を示す。

圧縮機１２において断熱圧縮された高温高圧の過熱蒸気状態の冷媒は、熱交換器１４へと流れ、熱交換器１４において冷却される。圧縮機１２から吐出された気相冷媒は、熱交換器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。熱交換器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。熱交換器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、熱交換器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り、冷媒の全部が凝縮して飽和液になる（Ｃ点）。

熱交換器１４から流出した飽和液状態の冷媒は、冷媒通路２２，３３を経由して電子膨張弁３８に流入する。電子膨張弁３８において、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、気液混合状態の湿り蒸気となる（Ｇ点）。電子膨張弁３８は、冷却部３０の上流側において冷媒の温度を低下させ、冷却部３０に供給される冷媒の温度を低下させる、減温器としての機能を有する。

電子膨張弁３８で絞り膨張された湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路３４を経由して冷却部３０の冷却通路３２へ流れ、ＨＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、電子膨張弁３８を通過して減温減圧された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、バイパス経路４１、気液分離器４０および冷媒通路２７を経由して圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２は、冷媒通路２７から流通する冷媒を圧縮する。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。

以上のように、本実施の形態の冷却装置１は、熱交換器１５、膨張弁１６および熱交換器１８をバイパスするバイパス経路４１と、冷媒の流れを選択的に切り替える切替弁５２とを備える。ＨＶ機器３１の通常の冷却が求められる場合には、切替弁５２は、冷媒通路３６を経由する冷媒の流れを選択し、冷却部３０から熱交換器１５へ流れる冷媒の流れを形成する。ＨＶ機器３１による発熱量の増大時には、切替弁５２は、冷媒の流れを切り替えてバイパス経路４１を経由する冷媒の流れを選択し、冷却部３０からバイパス経路４１を経由して気液分離器４０へ流れる冷媒の流れを形成する。

これにより、熱交換器１４で凝縮液化された冷媒が過熱蒸気になるまで、ＨＶ機器３１から冷媒へ熱伝達して、ＨＶ機器３１を冷却できる。冷却部３０における冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量を増大できるので、ＨＶ機器３１の冷却能力が高められる。ＨＶ機器３１から発生する熱量が増大する場合に合わせて、ＨＶ機器３１の冷却能力を高めることができるので、ＨＶ機器３１からの発熱量に適した冷却性能を得ることができる。

また、冷却部３０の上流側に電子膨張弁３８を設け、ＨＶ機器３１による発熱量の増大時に、電子膨張弁３８の開度を調整することにより冷媒を絞り膨張させて低温低圧の霧状冷媒に変化させ、冷却部３０を流れる冷媒の温度を低下させる。冷却部３０に低温の冷媒を供給することで、ＨＶ機器３１から冷媒への熱伝達効率を向上でき、冷媒が蒸発潜熱としてＨＶ機器３１から奪う熱量を増大できる。ＨＶ機器３１の熱によって低温冷媒が気化することにより、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量を増大できるので、ＨＶ機器３１の冷却能力をより向上することができる。

ＨＶ機器３１に要求される冷却性能に合わせて、ＨＶ機器３１の冷却能力向上が必要とされるときに圧縮機１２と電子膨張弁３８とを制御して冷却部３０を流れる冷媒の温度を低下させることで、冷却部３０に供給される冷媒の温度を最適に設定することができる。冷媒の温度を低下させるための機器は任意の機器であってもよく、たとえば冷却部３０の上流側に他の熱交換器またはペルチェ素子などを配置してもよい。但し、冷媒を電子膨張弁３８で絞り膨張させることにより冷媒の温度を低下させる、上述の説明の通りの構成とすれば、装置構成を簡素化でき、かつ、追加の動力を使用せずに冷媒の温度を低下させることができる。

図２および図５中に二点鎖線の網掛けによって示された圧縮機１２の動力を比較すると、図５に示す圧縮機１２の動力の方が小さくなっている。たとえば、熱交換器１４の出口において約６０℃の冷媒を外気温マイナス５℃（たとえば外気温が３０℃のとき、２５℃）程度の温度にまで冷却するように電子膨張弁３８の開度を設定する場合、図１に示すエアコン運転時と比較して圧縮機１２の動力は約半分程度になる。ＨＶ機器３１の要求冷却性能に適した冷媒温度に設定するため、冷媒の一部または全部をバイパス経路４１を経由させて流通させることにより、圧縮機１２の動力を低減する制御が可能になる。

バイパス経路４１は気液分離器４０に連結されており、冷却部３０からバイパス経路４１を経由して流れる冷媒は、気液分離器４０へ流入する。気液分離器４０は、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。気液分離器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。気液分離器４０の内部には、飽和液状態の冷媒液が貯留されている。気液分離器４０で気液分離された冷媒液は、気液分離器４０の内部に蓄えられる。気液分離器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。

冷媒が熱交換器１５，１８を経由せず熱交換器１４のみを経由する経路を循環して流れるとき、熱交換器１４のみを使用した冷凍サイクルとなるので、ＨＶ機器３１の冷却のために必要な冷媒の量は小さくなる。気液分離器４０を設け、一部の冷媒を気液分離器４０内に貯留することにより、サイクル内の冷媒量を調整できる。そのため、冷凍サイクル内を循環する冷媒の量を最適化でき、冷凍サイクル内の冷媒量が過剰となり圧力が上昇する不具合の発生を抑制することができる。

気液分離器４０内に所定量の冷媒液が溜められることにより、負荷変動時にも冷却部３０へ供給される冷媒の流量を維持できる。気液分離器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。

冷却部３０における冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量が小さく、冷媒がＨＶ機器３１から受ける熱量が小さいと、冷却部３０における冷媒の加熱が抑制される。そのため、冷却部３０でＨＶ機器３１と熱交換した後の、バイパス経路４１を経由して気液分離器４０へ流入する冷媒が、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場合がある。この場合、気液分離器４０の内部において冷媒は気相と液相とに分離される。気液分離器４０へ流入する気液二相状態の冷媒は、気液分離器４０内で液体状の冷媒液とガス状の冷媒蒸気とに分離される。

気液分離器４０の内部では、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。気液分離器４０から冷媒蒸気を導出する冷媒通路２７の端部は、気液分離器４０の天井部に連結されている。冷媒通路２７を経由して、気液分離器４０の天井側から冷媒蒸気のみが気液分離器４０の外部へ送り出される。これにより、気液分離器４０によって確実に気液分離された気相冷媒のみを、圧縮機１２へ供給することができる。その結果、圧縮機１２に冷媒液が流れ込むことを防止でき、液体成分が混入することによる圧縮機１２の不具合の発生を防止することができる。

冷媒通路３５，３６とバイパス経路４１との連通状態を切り換える切替弁５２は、上述した通り、冷媒通路３５，３６とバイパス経路４１との分岐に三方弁を配置してもよい。または、冷媒通路３５，３６およびバイパス経路４１の各々に冷媒の経路を開閉可能な弁を設け、これら複数の開閉弁により切替弁５２を構成してもよい。いずれの場合でも、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転時および停止時の両方において、ＨＶ機器３１を効率よく冷却することができる。複数の開閉弁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くてよいと考えられ、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。一方、開閉弁は、冷媒通路の開閉ができる単純な構造であればよいので安価であり、複数の開閉弁を使用することにより、より低コストな冷却装置１を提供することができる。

図１に示す設定では冷媒の全部が熱交換器１８へ流れるのに対し、図３および図４に示す設定では、冷媒の一部は熱交換器１８をバイパスして流れるので、熱交換器１８へ流れる冷媒の流量が低下する。つまり、たとえばスポーツ走行モードが選択される場合など、ＨＶ機器３１の冷却能力を向上させる必要があるとき、車室内の冷房能力が低下する可能性がある。この場合、ＨＶ機器３１の冷却能力と冷房能力とが両立するように流量調整弁２８の開度を制御して冷媒の流量を調整することにより、冷房能力への影響を緩和することが可能である。運転者は、車両の走行性能を優先し冷房能力への影響を認識した上で、スポーツ走行モードを選択することになる。

なお、上述した実施の形態では、発熱源であるＨＶ機器３１を冷却装置１により冷却する例について説明した。冷却装置１により冷却される対象の装置が、たとえば電池である場合、温度が低すぎると電池内部での化学変化が抑制されて出力密度が低下する虞があるため、適度な加温が必要とされる。本実施の形態の冷却装置１では、コンデンサファン４２の風量を低下させることにより熱交換器１４での冷媒と外気の熱交換を抑制すれば、熱交換器１４での冷媒の冷却を抑制し、冷却部３０へ流れる冷媒を高温に維持することができる。この場合、熱交換器１４および冷却部３０において冷媒が凝縮されるように制御でき、冷却部３０において冷媒から熱を受けることにより電池を加温することができる。一方、電池を急速に冷却したい場合には、電子膨張弁３８を絞ることで冷却部３０へ供給される冷媒の温度を低下させ、電池の冷却能力を向上することができる。

たとえば、冷却装置１により冷却される対象の機器がキャパシタである場合が想定される。キャパシタの温度が低いときには、熱交換器１４での冷媒の凝縮を抑制することで冷却部３０へ流れる冷媒の比エンタルピーを相対的に高くし、キャパシタを加温することができる。キャパシタは瞬間的に充放電を繰り返すが、電子膨張弁３８における絞り膨張によって霧状にされた低温冷媒でキャパシタを冷却できるので、キャパシタの冷却性能が高められる。よって、キャパシタのセル数を低減できるので、装置の大幅なコスト低減が可能になる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２の冷却装置１の構成を示す模式図である。実施の形態１の切替弁５２は三方弁として設けられたのに対し、実施の形態２の切替弁５２は四方弁である。切替弁５２は、四箇所の配管接続口を有する四方弁として設けられている。冷媒通路３５は、切替弁５２の第一の配管接続口に接続されている。冷媒通路３６は、切替弁５２の第二の配管接続口に接続されている。バイパス経路４１は、切替弁５２の第三の配管接続口に接続されている。切替弁５２の第四の配管接続口には、連通路５１が接続されている。

連通路５１は、圧縮機１２と熱交換器１４との間を冷媒が流れる冷媒通路２１と、冷却部３０から膨張弁１６へ向かう冷媒の経路を構成する冷媒通路３５と、を連通する。切替弁５２は、その開閉を切り替えることにより、冷媒通路３５から冷媒通路３６へ向かう冷媒の流れと、冷媒通路３５からバイパス経路４１へ向かう冷媒の流れと、冷媒通路３５から連通路５１へ向かう冷媒の流れと、を切り替える。切替弁５２は、冷却部３０から連通路５１へ向かう冷媒の流れを形成可能に設けられている。切替弁５２は、その開閉を切り換えることにより、連通路５１を経由する冷媒の流通を可能または不可能にする。

切替弁５２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３６，２３を経由させて熱交換器１５へ、バイパス経路４１を経由して圧縮機１２の上流側の気液分離器４０へ、または、連通路５１および冷媒通路２１を経由させて熱交換器１４へ、のいずれかの経路を任意に選択して、流通させることができる。切替弁５２を四方弁とし、切替弁５２の開閉設定の変更によって連通路５１へ冷媒を流通できる構成にする。これにより、装置構成を簡素化できるので、機器の追加を抑制でき、コストの増大を回避できる。

図７は、冷却装置１の運転モード毎の圧縮機１２および弁の設定を示す図である。図７には、冷却装置１が異なる四つの運転モードのいずれかで運転される場合の、各運転モードにおける圧縮機１２の運転状況、ならびに、流量調整弁２８、電子膨張弁３８および切替弁５２の開度の設定が示されている。

図７中に示す運転モードのうち「エアコン運転モード」とは、図６に示す、車両の車内の冷房用のエアコンが運転中であり、かつＨＶ機器３１の通常の冷却が求められる運転モードである。このとき、車室内の冷房のために、膨張弁１６および熱交換器１８を含む蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させる必要があるので、圧縮機１２は運転状態である。流量調整弁２８は、ＨＶ機器３１の冷却のために十分な冷媒が冷却部３０へ流れるように、弁開度を調整されている。電子膨張弁３８は、全開である。

切替弁５２は、冷媒通路３５と冷媒通路３６とを連通させ、冷媒通路３５，３６の両方に対しバイパス経路４１および連通路５１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。切替弁５２は、冷媒を冷却部３０から熱交換器１５を経由して膨張弁１６へ流通させるように操作され、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、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を用いた車室内の冷房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。

なお、実施の形態１において図１を参照して説明した冷却装置１の運転状態は、この「エアコン運転モード」に相当する。

図８は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を停止する場合の冷却装置１を示す模式図である。図９は、蒸気圧縮式冷凍サイクル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７に示す運転モードのうち「ヒートパイプ運転モード」とは、図８および図９に示す、車両の車内の冷房用のエアコンが停止中であり、かつＨＶ機器３１の通常の冷却が求められる運転モードである。

このとき、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は停止しており、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を流通させる必要はないため、圧縮機１２は停止状態である。流量調整弁２８は全閉である。電子膨張弁３８は全開である。切替弁５２は、冷媒通路３５と連通路５１とを連通させ、冷媒通路３５と連通路５１との両方に対し冷媒通路３６およびバイパス経路４１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。切替弁５２は、冷媒を冷却部３０から熱交換器１４へ循環させるように操作される。冷媒は、冷媒通路３５から冷媒通路３６およびバイパス経路４１へは流れず、連通路５１を経由して流通する。

これにより、熱交換器１４から、冷媒通路２２，３３、電子膨張弁３８および冷媒通路３４を順に経由して冷却部３０へ至り、さらに冷媒通路３５、切替弁５２、連通路５１および冷媒通路２１を順に経由して熱交換器１４へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。ＨＶ機器３１を冷却した後の冷媒通路３５を流通する冷媒を、連通路５１を経由させて熱交換器１４へ流通させ、圧縮機１２を経由せずに冷却部３０と熱交換器１４との間に冷媒を循環させる環状の経路を形成する。冷却部３０と熱交換器１４とを結ぶ環状の経路を経由させて冷媒を循環させるように、冷媒の経路が選択される。

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、熱交換器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３５、連通路５１および冷媒通路２１を順に経由して、熱交換器１４へ流れる。熱交換器１４において、車両の走行風、または、コンデンサファン４２もしくはエンジン冷却用のラジエータファンからの通風により、冷媒蒸気は冷却されて凝縮する。熱交換器１４で液化した冷媒液は、冷媒通路２２，３３、電子膨張弁３８および冷媒通路３４を順に経由して、冷却部３０へ戻る。

このように、冷却部３０と熱交換器１４とを経由する環状の経路によって、ＨＶ機器３１を加熱部とし熱交換器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、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているとき、すなわち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。圧縮機１２の動力を使わずにＨＶ機器３１を冷却でき、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。そのため、圧縮機１２の消費動力を低減して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。

図９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、熱交換器１４よりも下方に配置されている。熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させる環状の経路において、冷却部３０が下方に配置され、熱交換器１４が上方に配置される。熱交換器１４は、冷却部３０よりも高い位置に配置される。

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熱交換器１４へ到達し、熱交換器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、熱交換器１４と、これらを連結する冷媒の経路とによって、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から熱交換器１４への熱伝達効率を向上することができるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル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。

実施の形態２の冷却装置１はさらに、逆止弁５４を備える。逆止弁５４は、圧縮機１２と熱交換器１４との間の冷媒通路２１の、冷媒通路２１と連通路５１との接続箇所よりも圧縮機１２に近接する側に、配置されている。逆止弁５４は、圧縮機１２から熱交換器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８および図９に示すヒートパイプ運転モードのとき、熱交換器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。

逆止弁５４がない場合、冷媒が連通路５１から圧縮機１２側の冷媒通路２１へ流れる虞がある。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、蒸気圧縮式冷凍サイクル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、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。

また、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中に、閉ループ状の冷媒の経路内の冷媒の量が不足する場合には、圧縮機１２を短時間のみ運転することで、逆止弁５４を経由して閉ループ経路に冷媒を供給できる。これにより、閉ループ内の冷媒量を増加させ、ヒートパイプの熱交換処理量を増大させることができる。したがって、ヒートパイプの冷媒量を確保することができるので、冷媒量の不足のためにＨＶ機器３１の冷却が不十分となることを回避することができる。

図１０は、エアコン運転中にＨＶ機器３１の冷却要求性能を高める場合の冷却装置１を示す模式図である。図１０には、車両の車内の冷房用のエアコンが運転中であり、かつ、たとえば車両を操作する運転者がスポーツ走行モードを選択しＨＶ機器３１が高負荷状態で運転される場合などの、ＨＶ機器３１から発生する熱量が増大し、そのためＨＶ機器３１の冷却性能の向上が求められる場合を示す。

図７中に示す運転モードのうち「エアコンＯＮ／低温冷媒冷却運転モード」とは、図１０に示す、車両の車内の冷房用のエアコンが運転中であり、かつＨＶ機器３１の冷却能力向上が求められる運転モードである。このとき、図６に示す状態と同様に、圧縮機１２は運転状態であり、流量調整弁２８はその開度を調整されている。一方、電子膨張弁３８は、開度が小さくされた絞られた状態である。切替弁５２は、冷媒通路３５とバイパス経路４１とを連通させ、冷媒通路３５およびバイパス経路４１の両方に対し冷媒通路３６および連通路５１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。

この場合、冷却部３０を流れＨＶ機器３１の冷却に用いられる冷媒は、切替弁５２を経由してバイパス経路４１へ流れ、圧縮機１２の上流側の気液分離器４０へ流れる。ＨＶ機器３１を冷却するための冷媒は、冷却部３０から気液分離器４０を経由して圧縮機１２へ流れ、熱交換器１５、膨張弁１６および熱交換器１８へは流れない。バイパス経路４１は、切替弁５２と気液分離器４０とに直接接続されており、熱交換器１５、膨張弁１６および熱交換器１８をバイパスする冷媒の経路として設けられている。

流量調整弁２８の開度調整によって膨張弁１６および熱交換器１８を含む経路へ冷媒が流れるため、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒が熱交換器１８に供給される。これにより、熱交換器１８において車室内の冷房のための空調用空気と冷媒とを熱交換させて、空調用空気を冷却できるので、冷房能力を確保できる。ＨＶ機器３１を冷却するための冷媒が冷却部３０からバイパス経路４１を経由して圧縮機１２の入口側へ流れることにより、ＨＶ機器３１の冷却能力を高め、ＨＶ機器３１を効率よく冷却できるので、ＨＶ機器３１からの発熱量に適した冷却性能を得ることができる。

なお、実施の形態１において図３を参照して説明した冷却装置１の運転状態は、この「エアコンＯＮ／低温冷媒冷却運転モード」に相当する。

図１１は、エアコン停止中にＨＶ機器３１の冷却要求性能を高める場合の冷却装置１を示す模式図である。図１１には、エアコンが停止中であり、かつ、ＨＶ機器３１から発生する熱量が増大し、そのためＨＶ機器３１の冷却性能の向上が求められる場合を示す。

図７中に示す運転モードのうち「エアコンＯＦＦ／低温冷媒冷却運転モード」とは、図１１に示す、車両の車内の冷房用のエアコンが停止中であり、かつＨＶ機器３１の冷却能力向上が求められる運転モードである。このとき、流量調整弁２８は全閉（開度０％）である。電子膨張弁３８は、開度が小さくされた絞られた状態である。切替弁５２は、冷媒通路３５とバイパス経路４１とを連通させ、冷媒通路３５およびバイパス経路４１の両方に対し冷媒通路３６および連通路５１が非連通とされるように、開閉を切り替えられている。冷媒がバイパス経路４１を経由して冷凍サイクルを循環する駆動力を与えるために、圧縮機１２は運転状態とされる。冷却部３０を流れる冷媒は、切替弁５２を経由してバイパス経路４１へ流れ、気液分離器４０へ流れる。

ＨＶ機器３１を冷却するための冷媒が冷却部３０からバイパス経路４１を経由して圧縮機１２の入口側へ流れることにより、ＨＶ機器３１の冷却能力を高め、ＨＶ機器３１を効率よく冷却できるので、ＨＶ機器３１からの発熱量に適した冷却性能を得ることができる。なお、実施の形態１において図４を参照して説明した冷却装置１の運転状態は、この「エアコンＯＦＦ／低温冷媒冷却運転モード」に相当する。

実施の形態２の冷却装置１は、実施の形態１と同様に、ＨＶ機器３１による発熱量の増大時にバイパス経路４１を経由する冷媒の流れを選択し、冷却部３０からバイパス経路４１を経由して気液分離器４０へ流れる冷媒の流れを形成できる。ＨＶ機器３１から発生する熱量が増大する場合に合わせて、ＨＶ機器３１の冷却能力を高めることができ、ＨＶ機器３１からの発熱量に適した冷却性能を得ることができる。ＨＶ機器３１による発熱量の増大時に、電子膨張弁３８で冷媒を絞り膨張させて霧状となった低温冷媒を冷却部３０に供給することで、冷媒とＨＶ機器３１との熱交換量をより増大できるので、ＨＶ機器３１の冷却能力をより向上することができる。
また、連通路５１を備えることにより、連通路５１を経由させて圧縮機１２を経由せずに冷却部３０と熱交換器１４との間に冷媒を循環させる環状の経路を形成できる。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、熱交換器１４と冷却部３０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒の流通のための動力が圧縮機１２から与えられない状態でも、ＨＶ機器３１を確実に冷却できるので、ＨＶ機器３１の冷却のために必要な動力を低減することができる。

次に、実施の形態２の冷却装置１の制御について説明する。図１２は、制御部８０の構成の詳細を示すブロック図である。図１２に示す制御部８０は、冷却装置１の制御を実行するＥＣＵ（Electric Control Unit）８１を備える。ＥＣＵ８１は、エアコンスイッチ８２から、エアコンのＯＮまたはＯＦＦを示す信号を受ける。エアコンスイッチ８２は、たとえば車室内の前方側の計器盤に設けられている。車両の乗員がエアコンスイッチ８２を操作することにより、エアコンのＯＮとＯＦＦとが切り替えられ、車室内の冷房が開始または停止される。

ＥＣＵ８１は、スポーツ走行モード選択スイッチ８３から、車両が通常の走行モードとスポーツ走行モードとのいずれに設定されているかを示す信号を受ける。スポーツ走行モード選択スイッチ８３は、たとえば車室内の前方側の計器盤に設けられている。車両の乗員がスポーツ走行モード選択スイッチ８３を操作することにより、通常の走行モードとスポーツ走行モードとのいずれかが選択される。

ＥＣＵ８１は、温度入力部８４から、温度を示す信号を受ける。温度入力部８４には、冷却部３０に流入する冷媒および冷却部３０から流出する冷媒の温度を検出するセンサから、冷却部３０の出入口での冷媒の温度が入力される。温度入力部８４にはまた、冷却装置１の近傍の外気の温度、および熱交換器１８における熱交換によって温度が調節された空調用空気の温度が入力されてもよい。

制御部８０はまた、圧縮機１２の起動および停止を制御する圧縮機制御部８５と、モータ４４の回転数を制御するモータ制御部８６と、流量調整弁２８、電子膨張弁３８および切替弁５２の開閉を制御するバルブ制御部８７と、を備える。制御部８０はまた、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリ８９を有する。メモリ８９に記憶された制御プログラムに従ってＥＣＵ８１が各種の処理を実行することにより、冷却装置１が制御される。

圧縮機制御部８５は、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、圧縮機１２の起動または停止を指令する信号Ｃ１を圧縮機１２へ伝送する。バルブ制御部８７は、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、流量調整弁２８の開度を指令する信号Ｖ１を流量調整弁２８へ伝送し、電子膨張弁３８の開度を指令する信号Ｖ２を電子膨張弁３８へ伝送し、切替弁５２の開閉設定を指令する信号Ｖ３を切替弁５２へ伝送する。モータ制御部８６は、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、モータ４４の回転数を指令する信号Ｍ１をモータ４４へ伝送する。

ＥＣＵ８１は、エアコンのＯＮまたはＯＦＦ、スポーツ走行モードの選択または非選択、および温度入力部８４に入力された各種の温度に基づいて、圧縮機１２の運転および停止、モータ４４の回転数、流量調整弁２８および電子膨張弁３８の開度、ならびに切替弁５２の開閉設定を制御する。ＥＣＵ８１は、冷却装置１の運転モードを切り替える運転モード切替手段としての機能を有する。

モータ４４の回転数を変更すると、熱交換器１４における冷媒と外気との間の熱交換量が制御される。モータ４４の回転数を増加しコンデンサファン４２の回転速度を大きくすると、熱交換器１４へ供給される空気の流量が増加し、熱交換器１４における冷媒と外気との熱交換量が増加するので、熱交換器１４の冷媒冷却能力が向上する。モータ４４の回転数を減少しコンデンサファン４２の回転速度を小さくすると、熱交換器１４へ供給される空気の流量が減少し、熱交換器１４における冷媒と外気との熱交換量が減少するので、熱交換器１４の冷媒冷却能力が減少する。

図１３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。図１３に示すように、冷却装置１を使用して発熱源であるＨＶ機器３１の冷却が開始されると、まずステップ（Ｓ１０）において、発熱源の冷却を終了するかどうか判断される。冷却を終了しないと判断されれば、次にステップ（Ｓ２０）において、スポーツ走行モード選択スイッチ８３の操作によってスポーツ走行モードが選択されているかどうかが判断される。

上述した通り、スポーツ走行モードでは、通常の走行モードに比較してＨＶ機器３１の発熱量が増大する。ステップ（Ｓ２０）では、スポーツ走行モードの選択または非選択を判断することにより、ＨＶ機器３１による発熱量の多少が判断される。通常の走行モードの際のＨＶ機器３１の発熱量と、スポーツ走行モードの際のＨＶ機器３１の発熱量と、の間の値を発熱量のしきい値として設定すれば、スポーツ走行モードが選択されたときのＨＶ機器３１の発熱量は当該しきい値以上になり、通常の走行モードが選択されたときのＨＶ機器３１の発熱量は当該しきい値以下になる。

ステップ（Ｓ２０）でスポーツ走行モードがＯＮである、すなわち、スポーツ走行モード選択スイッチ８３の操作によってスポーツ走行モードが選択され、ＨＶ機器３１の発熱量が大きいと判断された場合、次にステップ（Ｓ３０）において、エアコンがＯＮであるかどうかが判断される。エアコンがＯＮであれば圧縮機１２の運転中であり、エアコンがＯＦＦであれば圧縮機１２の停止中である。ステップ（Ｓ３０）でエアコンがＯＮであると判断された場合には、ステップ（Ｓ４０）に進み、冷却装置１はエアコンＯＮ／低温冷媒冷却運転モードにてＨＶ機器３１を冷却する。

このとき、エアコンがＯＮであり、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の全体に冷媒を循環させるために圧縮機１２が起動している状態である。そのため、圧縮機制御部８５は、圧縮機１２の運転を維持する信号Ｃ１を圧縮機１２へ伝送する。バルブ制御部８７は、冷却部３０に十分な冷媒が流れるように流量調整弁２８の開度を調整する信号Ｖ１を流量調整弁２８へ伝送し、電子膨張弁３８の開度を小さくする信号Ｖ２を電子膨張弁３８へ伝送し、冷媒通路３５をバイパス経路４１へ連通させるよう切替弁５２の開閉を切り替える信号Ｖ３を切替弁５２へ伝送する。

流量調整弁２８の開度調整によって膨張弁１６および熱交換器１８を含む経路へ冷媒が流れるため、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒が熱交換器１８に供給される。これにより、熱交換器１８において車室内の冷房のための空調用空気と冷媒とを熱交換させて、空調用空気を冷却できるので、車室内の冷房能力を確保できる。電子膨張弁３８の開度を調整することにより電子膨張弁３８で絞り膨張して温度が低下した冷媒を冷却部３０に流通させ、冷却通路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。ＨＶ機器３１を冷却した冷媒は、冷却部３０からバイパス経路４１を経由して圧縮機１２の入口側へ流れる。これにより、ＨＶ機器３１の冷却能力を高め、ＨＶ機器３１を効率よく冷却できるので、ＨＶ機器３１からの発熱量に適した冷却性能を得ることができる。

その後制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）の発熱源の冷却を終了するかどうかの判断に戻る。

ステップ（Ｓ３０）でエアコンがＯＦＦであると判断された場合には、ステップ（Ｓ５０）に進み、圧縮機１２を起動する。エアコンがＯＦＦであり圧縮機１２が停止している状態であるので、このとき圧縮機制御部８５は、圧縮機１２を起動する信号Ｃ１を圧縮機１２へ伝送する。

続いてステップ（Ｓ６０）において、冷却装置１は、エアコンＯＦＦ／低温冷媒冷却運転モードにてＨＶ機器３１を冷却する。バルブ制御部８７は、流量調整弁２８を全閉にする信号Ｖ１を流量調整弁２８へ伝送し、電子膨張弁３８の開度を小さくする信号Ｖ２を電子膨張弁３８へ伝送し、冷媒通路３５をバイパス経路４１へ連通させるよう切替弁５２の開閉を切り替える信号Ｖ３を切替弁５２へ伝送する。

エアコンがＯＦＦであるので、熱交換器１８へ冷媒を流す必要はない。そのため、流量調整弁２８を全閉にして、膨張弁１６および熱交換器１８を含む経路への冷媒の流れを停止する。電子膨張弁３８の開度を調整することにより電子膨張弁３８で絞り膨張して温度が低下した冷媒を冷却部３０に流通させ、冷却通路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。ＨＶ機器３１を冷却した冷媒は、冷却部３０からバイパス経路４１を経由して圧縮機１２の入口側へ流れる。これにより、ＨＶ機器３１の冷却能力を高め、ＨＶ機器３１を効率よく冷却できるので、ＨＶ機器３１からの発熱量に適した冷却性能を得ることができる。

その後制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）の発熱源の冷却を終了するかどうかの判断に戻る。

ステップ（Ｓ２０）でスポーツ走行モードがＯＦＦである、すなわち、スポーツ走行モード選択スイッチ８３の操作によって通常の走行モードが選択されていると判断された場合、次にステップ（Ｓ７０）において、エアコンがＯＮであるかどうかが判断される。ステップ（Ｓ７０）でエアコンがＯＮであると判断された場合には、ステップ（Ｓ９０）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。

ステップ（Ｓ７０）でエアコンがＯＦＦであると判断された場合、次にステップ（Ｓ８０）において、エアコン運転モードでの発熱源の冷却が必要であるかが判断される。たとえば、温度入力部８４に入力された温度の検出値に基づいて、エアコン運転モードでの冷却が必要であるかを判断できる。具体的には、冷却部３０の出口温度が入口温度を上回る場合、外気温度が所定の温度（たとえば２５℃）よりも高い場合、または、空調用空気が所定の温度（たとえば２０℃）よりも高い場合などに、冷却部３０における冷却能力が低下している状態であると判断して、圧縮機１２を起動する制御命令を圧縮機制御部８５に伝送することができる。

または、たと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、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。エアコン運転モードでの発熱源の冷却が必要であると判断されると、続いてステップ（Ｓ９０）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。

このとき、圧縮機制御部８５は、圧縮機１２の起動を指令する信号Ｃ１を圧縮機１２へ伝送する。バルブ制御部８７は、冷却部３０に十分な冷媒が流れるように流量調整弁２８の開度を調整する信号Ｖ１を流量調整弁２８へ伝送し、電子膨張弁３８を全開にする信号Ｖ２を電子膨張弁３８へ伝送し、冷媒通路３５を冷媒通路３６へ連通させるよう切替弁５２の開閉を切り替える信号Ｖ３を切替弁５２へ伝送する。

流量調整弁２８の開度調整によって膨張弁１６および熱交換器１８を含む経路へ冷媒が流れるため、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒が熱交換器１８に供給される。これにより、熱交換器１８において車室内の冷房のための空調用空気と冷媒とを熱交換させて、空調用空気を冷却できるので、車室内の冷房能力を確保できる。また流量調整弁２８の開度調整によって、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。これにより、熱交換器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、冷却通路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を冷却することができる。

その後制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）の発熱源の冷却を終了するかどうかの判断に戻る。

ステップ（Ｓ８０）でエアコン運転モードでの発熱源の冷却が必要でないと判断された場合、次にステップ（Ｓ１００）において、冷却装置１はヒートパイプ運転モードにて発熱源を冷却する。このとき、エアコンがＯＦＦであるので、圧縮機１２は停止している状態である。そのため、圧縮機制御部８５は、圧縮機１２の停止を維持する信号Ｃ１を圧縮機１２へ伝送する。バルブ制御部８７は、流量調整弁２８を全閉にする信号Ｖ１を流量調整弁２８へ伝送し、電子膨張弁３８を全開にする信号Ｖ２を電子膨張弁３８へ伝送し、冷媒通路３５を連通路５１へ連通させるよう切替弁５２の開閉を切り替える信号Ｖ３を切替弁５２へ伝送する。

これにより、冷却部３０と熱交換器１４との間に冷媒を循環させる環状の経路を形成し、サーモサイフォン式のヒートパイプを形成する。熱交換器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、冷却通路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熱交換器１４へ到達する。

その後制御フローはリターンされ、ステップ（Ｓ１０）の発熱源の冷却を終了するかどうかの判断に戻る。

ステップ（Ｓ１０）で発熱源の冷却を終了すると判断されれば、冷却部３０への冷媒の供給が停止され、ＨＶ機器３１の冷却が停止される。

以上説明したように、実施の形態２の冷却装置１によれば、スポーツ走行モードの非選択時に、エアコンの運転状況に基づいて、「エアコン運転モード」と「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、圧縮機１２を起動する必要なくＨＶ機器３１を確実に冷却できるので、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。

冷却装置１の運転モードの切り換えのための圧縮機１２の起動または停止に合わせて、切替弁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。

冷却装置１の運転モードの切り換えは、電気自動車の乗員が手動でコントロールパネルを操作してエアコンのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、行なうことができる。車室内の空調が必要ない場合に、乗員がエアコンをＯＦＦにすれば、ヒートパイプ運転モードでＨＶ機器３１を冷却するように、冷却装置１の運転モードが切り替えられる。ヒートパイプ運転モードを選択すると圧縮機１２は停止するので、圧縮機１２の運転時間をより短縮することができる。その結果、圧縮機１２の消費動力低減と、圧縮機１２の信頼性向上との効果を、より顕著に得ることができる。

または、スポーツ走行モードを選択した場合に、「エアコンＯＮ／低温冷媒冷却運転モード」または「エアコンＯＦＦ／低温冷媒冷却運転モード」のいずれかの運転モードで、発熱源であるＨＶ機器３１を冷却できる。スポーツ走行モードが選択されＨＶ機器３１の発熱量が増大するとき、切替弁５２によってバイパス経路４１を経由する冷媒の流れを選択し、冷却部３０からバイパス経路４１を経由して気液分離器４０へ流れる冷媒の流れを形成する。これにより、ＨＶ機器３１の冷却能力を高めることができ、ＨＶ機器３１からの発熱量に適した冷却性能を得ることができる。冷却部３０の上流側の電子膨張弁３８で冷媒を絞り膨張させ、冷却部３０を流れる冷媒の温度を低下させることにより、ＨＶ機器３１の冷却能力を一層向上することができる。

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。冷却の対象となる電気機器が複数個ある場合においては、複数の電気機器は、冷却の目標となる温度範囲が共通していることが望ましい。冷却の目標となる温度範囲は、電気機器を作動させる温度環境として適切な温度範囲である。

また、本発明の冷却装置１により冷却される発熱源は、車両に搭載された電気機器に限られず、熱を発生する任意の機器、または任意の機器の発熱する一部分であってもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、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。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

本発明の冷却装置は、モータジェネレータ、インバータおよび電池などの電気機器を搭載する電気自動車などの車両における、車内の冷房を行なうための蒸気圧縮式冷凍サイクルを使用した電気機器の冷却に、特に有利に適用され得る。

１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１４，１５，１８ 熱交換器、１６ 膨張弁、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，３３，３４，３５，３６ 冷媒通路、２８ 流量調整弁、３０ 冷却部、３１ ＨＶ機器、３２ 冷却通路、３８ 電子膨張弁、４０ 気液分離器、４１ バイパス経路、４２ コンデンサファン、５１ 連通路、５２ 切替弁、８０ 制御部、８１ ＥＣＵ、８２ エアコンスイッチ、８３ スポーツ走行モード選択スイッチ、８４ 温度入力部、８５ 圧縮機制御部、８７ バルブ制御部。

Claims (9)

1. 発熱源を冷却する冷却装置であって、
   冷媒を循環させるための圧縮機と、
   前記冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器と、
   前記冷媒を減圧する減圧器と、
   前記冷媒と空調用空気との間で熱交換する第二熱交換器と、
   前記第一熱交換器と前記減圧器との間を流れる前記冷媒の経路上に設けられ、前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
   前記減圧器および前記第二熱交換器をバイパスするバイパス経路と、
   前記冷却部から前記減圧器へ向かう前記冷媒の流れと前記バイパス経路を経由する前記冷媒の流れとを選択的に切り替える経路選択部と、を備え、
   前記経路選択部は、前記発熱源による発熱量の増大時に、前記バイパス経路を経由する前記冷媒の流れを選択する、冷却装置。
2. 前記冷媒の温度を低下させる減温器を備え、
   前記減温器は、前記経路選択部が前記バイパス経路を経由する前記冷媒の流れを選択するとき、前記冷却部を流れる前記冷媒の温度を低下させる、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記第一熱交換器と前記冷却部との間を流れる前記冷媒の経路上に設けられた電子膨張弁を備える、請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記第二熱交換器と前記圧縮機との間を流れる前記冷媒の経路上に設けられた気液分離器を備え、
   前記冷却部から前記バイパス経路を経由して流れる前記冷媒は、前記気液分離器へ流入する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却装置。
5. 前記圧縮機と前記第一熱交換器との間を流れる前記冷媒の経路と、前記冷却部と前記減圧器との間を流れる前記冷媒の経路と、を連通する連通路を備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却装置。
6. 前記経路選択部は、前記冷却部から前記連通路へ向かう前記冷媒の流れを形成可能である、請求項５に記載の冷却装置。
7. 発熱源を冷却する冷却装置の制御方法であって、
   前記冷却装置は、
   冷媒を循環させるための圧縮機と、
   前記冷媒と外気との間で熱交換する第一熱交換器と、
   前記冷媒を減圧する減圧器と、
   前記冷媒と空調用空気との間で熱交換する第二熱交換器と、
   前記第一熱交換器と前記減圧器との間を流れる前記冷媒の経路上に設けられ、前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
   前記減圧器および前記第二熱交換器をバイパスするバイパス経路と、
   前記冷却部から前記減圧器へ向かう前記冷媒の流れと前記バイパス経路を経由する前記冷媒の流れとを選択的に切り替える経路選択部と、を備え、
   前記発熱源による発熱量を判断するステップと、
   前記発熱量を判断するステップにおいて発熱量がしきい値以上と判断された場合に、前記バイパス経路を経由する前記冷媒の流れを形成して前記発熱源を冷却するステップと、を備える、冷却装置の制御方法。
8. 前記冷却装置は、前記第一熱交換器と前記冷却部との間を流れる前記冷媒の経路上に設けられた電子膨張弁を備え、
   前記冷却するステップにおいて、前記電子膨張弁の開度を小さくして前記発熱源を冷却する、請求項７に記載の冷却装置の制御方法。
9. 前記発熱量を判断するステップにおいて発熱量がしきい値以上と判断された場合に前記圧縮機の運転状態を判断するステップと、
   前記運転状態を判断するステップにおいて前記圧縮機が停止中と判断された場合に、前記圧縮機を起動するステップと、を備える、請求項７または請求項８に記載の冷却装置の制御方法。

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