JP5692121B2

JP5692121B2 - 冷却装置およびそれを搭載した車両、ならびに冷却装置の制御方法

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Publication number: JP5692121B2
Application number: JP2012041447A
Authority: JP
Inventors: 邦彦新井; 芳昭川上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP2013177043A

Description

本発明は、冷却装置およびそれを搭載した車両、ならびに冷却装置の制御方法に関し、より特定的には、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における圧縮機の効率を改善するための技術に関する。

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。そのため、これらの電気機器を冷却する必要がある。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２００７−０６９７３３号公報特開平０６−２５５３５１号公報特開２００１−０２７４５５号公報特開２００５−０９０８６２号公報

蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用する冷却装置において、凝縮機で凝縮された冷媒を気液分離して冷媒液を蓄えるためのレシーバと、圧縮機に吸引される冷媒の液相成分を除去するためのアキュムレータとを有する構成が知られている。

蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、レシーバに蓄えられた冷媒液を膨張させて気化させることで冷媒温度を低下させ、それを用いて冷却を実行する。そのため、冷却能力を確保するためには、レシーバ内に十分な冷媒液が蓄えられていることが望ましい。

一方、アキュムレータは、圧縮機へ冷媒液が吸入されることによる圧縮機の故障を防止するために設けられる。アキュムレータは、冷却に使用された冷媒に残存する液相成分を分離して蓄え、圧縮機に冷媒の気相成分のみを供給する。

アキュムレータに蓄えられた冷媒液は、そのままでは冷却に使用することができない。すなわち、冷媒液を再度冷却に使用する場合には、アキュムレータからレシーバに戻すことが必要となる。一般的な蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、圧縮機を作動させてアキュムレータ内の冷媒液に過熱度を与えて気化させ、凝縮器を通して再度液化させることでアキュムレータからレシーバに冷媒液を移動させる手法が採用される。

上記のように、電動車両において、車内空調用の冷却装置を用いて駆動用の電気機器を冷却する場合、車両の走行状態によって電気機器に必要とされる冷却能力が変動し得る。そのため、常に冷却装置の圧縮機を運転し続ると、不必要に冷却が行なわれて効率の低下を招いたり、圧縮機の稼働率の増加によって圧縮機の寿命を短くしてしまう可能性がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、レシーバとアキュムレータとを有する蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷却装置において、圧縮機の運転を適切に制御して冷却効率を向上させるとともに、圧縮機の寿命を拡大することである。

本発明による冷却装置は、冷媒を用いて冷却を行なう。冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、第１の熱交換器と、第１の気液分離部と、減圧器と、第２の熱交換器と、第２の気液分離部と、圧縮機を制御するための制御装置とを備える。第１の熱交換器は、圧縮された冷媒と外気との間で熱交換する。第１の気液分離部は、第１の熱交換器で熱交換された冷媒を気液分離する。減圧器は、第１の気液分離部からの冷媒を減圧する。第２の熱交換器は、減圧された冷媒と空調用空気との間で熱交換する。第２の気液分離部は、第２の熱交換器で熱交換された冷媒を気液分離し、圧縮機に冷媒を供給する。第２の気液分離部内の冷媒の液相成分は、圧縮機が運転されることによって第１の気液分離部へ運ばれる。制御装置は、第１の気液分離部の液面高さおよび第２の気液分離部の液面高さの少なくとも一方に基づいて圧縮機の運転を制御する。

好ましくは、制御装置は、第１の気液分離部の液面高さが第１のしきい値を下回ったことに応答して圧縮機の運転を開始する。制御装置は、圧縮機の運転中に、第１の気液分離部の液面高さが第１のしきい値よりも高い第２のしきい値を上回ったことに応答して圧縮機の運転を停止する。

好ましくは、制御装置は、第２の気液分離部の液面高さが第３のしきい値を上回ったことに応答して圧縮機の運転を開始する。制御装置は、圧縮機の運転中に、第２の気液分離部の液面高さが第３のしきい値よりも低い第４のしきい値を下回ったことに応答して圧縮機の運転を停止する。

本発明による車両は、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能である。車両は、回転電機と、蓄電装置からの電力を変換して回転電機を駆動するための駆動装置と、上記の冷却装置と、冷却装置を用いて回転電機および駆動装置の少なくとも１つを冷却する冷却部とを備える。

好ましくは、車両は、冷却装置を用いて車室内を空調する。
本発明によれば、冷媒を用いて冷却する冷却装置についての制御方法である。冷媒を圧縮する圧縮機と、第１の熱交換器と、第１の気液分離部と、減圧器と、第２の熱交換器と、第２の気液分離部と、圧縮機を制御するための制御装置とを含む。第１の熱交換器は、圧縮された冷媒と外気との間で熱交換する。第１の気液分離部は、第１の熱交換器で熱交換された冷媒を気液分離する。減圧器は、第１の気液分離部からの冷媒を減圧する。第２の熱交換器は、減圧された冷媒と空調用空気との間で熱交換する。第２の気液分離部は、第２の熱交換器で熱交換された冷媒を気液分離し、圧縮機に冷媒を供給する。第２の気液分離部内の冷媒の液相成分は、圧縮機が運転されることによって第１の気液分離部へ運ばれる。制御方法は、第１の気液分離部の液面高さを取得するステップと、第２の気液分離部の液面高さを取得するステップと、第１の気液分離部の液面高さおよび第２の気液分離部の液面高さの少なくとも一方に基づいて、圧縮機の運転を制御するステップとを備える。

本発明によれば、レシーバとアキュムレータとを有する蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷却装置において、圧縮機の運転を適切に制御して冷却効率を向上させるとともに、圧縮機の寿命を拡大することができる。

本実施の形態に従う蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷却装置を搭載した車両の全体ブロック図である。図１の冷却装置の構成を説明するためのブロック図である。本実施の形態において、ＥＣＵで実行される圧縮機運転制御を説明するための機能ブロック図である。本実施の形態において、ＥＣＵで実行される圧縮機運転制御処理を説明するためのフローチャートである。

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り返さない。

［車両の構成］
図１は、本実施の形態に従う蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷却装置２００を搭載した車両１００の全体ブロック図である。本実施の形態においては、冷却装置２００が車両用空調装置（Ａ／Ｃ）として使用される場合を例として説明するが、冷却装置２００の用途はこれに限られない。冷却装置２００は、たとえば家庭用空調装置や産業機器の冷却装置などにも適用可能である。

車両１００は、蓄電装置１１０からの電力を用いて走行駆動力を得て走行するタイプの車両である。図１においては、車両１００が電気自動車である場合を例として説明するが、車両１００は内燃機関を有するハイブリッド車両や、燃料電池を搭載した燃料電池車であってもよい。

車両１００は、蓄電装置１１０および冷却装置２００に加えて、システムメインリレー（ＳＭＲ）１１５、駆動装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、駆動輪１４０と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００とを備える。ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２５とを含む。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介してＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力は、たとえば２００Ｖ程度である。

蓄電装置１１０は、いずれも図示しないが電圧センサおよび電流センサを含み、これらのセンサによって検出された、蓄電装置１１０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢをＥＣＵ３００へ出力する。

ＳＭＲ１１５は、蓄電装置１１０の正極端と電力線ＰＬ１との間に接続されるリレー、および蓄電装置１１０の負極端と電力線ＮＬ１との間に接続されるリレーを含む。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。

コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置１１０からの電力の昇圧、およびインバータ１２５からの電力の降圧を行なう。

インバータ１２５は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１によって、コンバータ１２１に接続される。インバータ１２５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩに基づいて制御される。インバータ１２５は、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１３０を駆動する。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ１３０は、回生動作の場合には、駆動輪１４０からの回転力を用いて発電が可能である。蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０の発電電力を用いて充電される。

冷却装置２００は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１から電力が供給される。冷却装置２００は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＣＴＬにより制御され、車両１００の車室内の空気温度を調整する。また、冷却装置２００の冷媒通路は、蓄電装置１１０、ならびにＰＣＵ１２０内のコンバータ１２１およびインバータ１２５にも配設される。上記の冷媒通路は、各機器を収納する筐体の周囲もしくは筐体内部を通過し、あるいは機器本体に内蔵される冷媒通路に結合される。蓄電装置１１０やＰＣＵ１２０内の機器は、走行時に電流が導通することによって発熱し得る。そのため、上記のように冷却装置２００の冷媒をこれらの機器の冷媒通路に流すことによって、これらの機器を冷却することができる。冷却装置２００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。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、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。

ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０に備えられる電圧センサ，電流センサ（いずれも図示せず）からの電圧ＶＢおよび電流ＩＢの検出値を受け、蓄電装置１１０の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を演算する。

ＥＣＵ３００は、以下に詳述するように、冷却装置２００についての圧縮機の運転制御を行なう。

なお、図１においては、ＥＣＵ３００として１つの制御装置を設ける構成としているが、機能ごとまたは制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。

［冷却装置の構成］
図２は、図１に示した冷却装置２００の構成の一例を説明するためのブロック図である。冷却装置２００は、圧縮機２１０と、凝縮器２２０と、レシーバ２３０と、蒸発器２４０と、アキュムレータ２５０と、膨張弁２６０とを含む。なお、凝縮器２２０および蒸発器２４０は、それぞれ本発明の「第１の熱交換器」および「第２の熱交換器」の一例である。また、レシーバ２３０およびアキュムレータ２５０は、それぞれ本発明の「第１の気液分離部」および「第２の気液分離部」の一例である。膨張弁２６０は、本発明の「減圧器」の一例である。

圧縮機２１０は、車両１００に搭載されたモータジェネレータ１３０（図１）、エンジン、または専用のモータ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２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＤＲＶによって制御される。圧縮機２１０は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動時に蒸発器２４０からアキュムレータ２５０を通して流通する気相冷媒を吸入圧縮して、冷媒通路２９７に高温高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機２１０は、冷媒通路２９７に冷媒を吐出することで、蒸気圧縮式冷凍サイクルに冷媒を循環させる。

凝縮器２２０は、圧縮機２１０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凝縮し冷媒液とする。圧縮機２１０から吐出された高圧の気相冷媒は、凝縮器２２０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。凝縮器２２０は、たとえば、冷媒を流通するチューブ、および、チューブ内を流通する冷媒と凝縮器２２０の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンを含む。

凝縮器２２０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凝縮器２２０に供給されてもよい。または冷却風は、コンデンサファンもしくはエンジン冷却用のラジエータファン（いずれも図示せず）などの、外気供給用ファンからの強制通風によって凝縮器２２０に供給されてもよい。凝縮器２２０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。

凝縮器２２０によって冷却された冷媒は、冷媒通路２９０を通ってレシーバ２３０へ供給される。

冷媒通路２９０からレシーバ２３０へ流入する冷媒は、レシーバ２３０の内部において気相と液相とに分離される。凝縮器２２０で全ての冷媒が凝縮せず、レシーバ２３０へ流入する冷媒が気液二相状態である場合、レシーバ２３０は、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。気液分離された冷媒は、レシーバ２３０の内部において、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。

このように、レシーバ２３０において、一定量の冷媒液を蓄えることによって、冷却についての負荷変動が生じた場合でも冷媒液を適切に供給することができる。そのため、負荷変動が生じた場合でも冷却性能を安定化することができる。

冷媒通路２９１は、レシーバ２３０の液相側（たとえば、底部）に連結される。そのため、レシーバ２３０からは、冷媒液のみが冷媒通路２９１へ送り出される。このように、レシーバ２３０は、気相冷媒と液相冷媒とを確実に分離できる。

膨張弁２６０は、冷媒通路２９１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２６０は、凝縮器２２０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を生成する。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２６０に限られず、毛細管または開度制御可能な制御弁であってもよい。

蒸発器２４０は、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。蒸発器２４０は、冷媒を流通するチューブ、および、チューブ内を流通する冷媒と蒸発器２４０の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンを含む。チューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流入する。冷媒は、チューブ内を流通する際に、フィンを経由して車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。図示しない空調用ファンが駆動することにより、蒸発器２４０に空調用空気が供給される。空調用空気は、外気であってもよいし、あるいは車両の室内の空気であってもよい。

冷房運転時には、膨張弁２６０によって減圧された冷媒は、蒸発器２４０において、車両の室内へ流通する空調用空気から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吸収する。蒸発器２４０内の冷媒に熱が吸収されて温度が低下した空調用空気は、車両の室内に再び戻される。このようにして、車室内の冷房が行なわれる。

蒸発器２４０においては、空調用空気は冷却され、一方冷媒は空調用空気からの熱伝達を受けて周囲から吸熱し、加熱および気化される。蒸発器２４０により気化された冷媒は、冷媒通路２９５を通ってアキュムレータ２５０へ送出される。

アキュムレータ２５０は、蒸発器２４０または後述する冷却部２４１，２４２で全ての冷媒が蒸発せず、アキュムレータ２５０へ流入する冷媒が気液二相状態である場合、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。

アキュムレータ２５０の内部では、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。アキュムレータ２５０から冷媒蒸気を導出する冷媒通路２９６は、アキュムレータ２５０の天井部と圧縮機２１０の流入口に連結される。そのため、アキュムレータ２５０から圧縮機２１０へは、冷媒通路２９６を通して冷媒蒸気のみが送出される。このように、アキュムレータ２５０は、気相冷媒と液相冷媒とを確実に分離する。これによって、圧縮機２１０へ液相冷媒が流入することが防止でき、圧縮機２１０の故障を防止することができる。

レシーバ２３０およびアキュムレータ２５０には、内部に蓄えられた冷媒液の液面高さを検出するための液面センサ２８０，２８５がさらに設けられる。液面センサ２８０は、検出したレシーバ２３０の液面高さＨＲをＥＣＵ３００へ出力する。液面センサ２８５は、検出したアキュムレータ２５０の液面高さＨＡをＥＣＵ３００へ出力する。液面センサ２８０，２８５としては、任意のタイプのものを用いることができる。液面センサ２８０，２８５の例は、たとえば、フロート式検出器、静電容量式検出器、通電検知式検出器などを採用することができる。また、レシーバ２３０およびアキュムレータ２５０の質量の変化や圧力の変化から、間接的に液面を検知する手法を採用してもよい。

冷却装置２００は、膨張弁２６０からアキュムレータ２５０へ向かって流れる冷媒の経路上に、蒸発器２４０と並列に連結された冷却部２４１，２４２をさらに含む。

冷媒通路２９３，２９４は、冷媒通路２９２から分岐する。冷媒通路２９３は、冷却部２４１を通って冷媒通路２９５と連通する。また、冷媒通路２９４は、冷却部２４２を通って冷媒通路２９５と連通する。膨張弁２６０により減圧されて冷却された冷媒の一部は、冷媒通路２９３，２９４を通って冷媒通路２９５へと流れ、冷却部２４１，２４２に含まれる機器の熱を吸収する。

冷却部２４１，２４２には、たとえば、図１における蓄電装置１１０や、コンバータ１２１、インバータ１２５などの電気機器が含まれる。図２においては、冷却部２４１には蓄電装置１１０が含まれ、冷却部２４２にはＰＣＵ１２０のコンバータ１２１およびインバータ１２５が含まれる。なお、冷却部２４１，２４２に含まれる機器は、冷却が必要となる機器であれば他の機器であってもよい。他の機器の例としては、たとえば、モータジェネレータ１３０（図１）やエンジン（図示せず）などが含まれる。冷却が必要とされるこれらの機器は、本願発明における「発熱源」に対応する。

なお、本実施の形態においては、冷却部２４１，２４２を有することは必須ではなく、冷却部２４１，２４２を有さない構成についても、本発明は適用可能である。

上記のような蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷却装置において、冷却能力を維持するためには、レシーバ内に液体の冷媒液が十分に蓄積されていることが必要となる。一方、アキュムレータにおいては、圧縮機への冷媒液の浸入を防止するために、蓄積された冷媒液の量は少ないことが望ましい。そのため、冷却能力の確保および圧縮機の故障防止のためには、アキュムレータに蓄積された冷媒液を適宜レシーバへ移動させることが必要となる。

一般的に、アキュムレータに蓄積された冷媒液をレシーバに移動するためには、圧縮機を運転してアキュムレータ内の冷媒液に過熱度を与えるとともに圧縮して過熱状態ガスとし、それを凝縮器で冷却することにより液化する手法が用いられる。この冷媒液を移動させるための動作に必要となる動力の多くは、冷却には直接的に寄与しない。そのため、冷媒液の移動のためのみに圧縮機を動作させることは、できるだけ抑制することが望ましい。

一方で、図１および図２に示したように、冷却装置により車両駆動用の電気機器を冷却する場合には、車両の運転状態によって、必要となる冷却能力が変化し得る。特に、図２に示すように複数の冷却系統に対して共通の膨張弁を用いて冷却能力を調整する場合、系統によっては必要以上の冷媒が供給されることが生じ得る。そうすると、熱交換において気化されない冷媒が残ってしまい、アキュムレータ内に液相冷媒が蓄積されやすくなる。そのため、アキュムレータからレシーバへの冷媒液の移動の必要性がさらに高まるので、圧縮機の動作を適切に制御しなければ冷却装置の効率低下を招いてしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態においては、レシーバおよび／またはアキュムレータに蓄えられている冷媒液の量に応じて圧縮機を運転するような制御を実行する。レシーバおよびアキュムレータに蓄えられている冷媒液の量は、将来的な冷却能力、現在の過冷却状態および圧縮機への冷媒液の浸入の危険度を反映するものである。そのため、冷媒液の量に応じて圧縮機を制御することにより、必要以上の圧縮機の運転が抑制され、冷却効率の向上を図ることが可能になる。さらに、それによって車両のエネルギ効率が向上され、燃費および電費の向上につながる。

図３は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される圧縮機運転制御を説明するための機能ブロック図である。図３で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図２および図３を参照して、ＥＣＵ３００は、入力部３１０と、判定部３２０と、圧縮機制御部３３０とを含む。

入力部３１０は、液面センサ２８０で検出されたレシーバ２３０の液面高さＨＲ、および液面センサ２８５で検出されたアキュムレータ２５０の液面高さＨＡを受ける。入力部３１０は、受信した液面高さＨＲ，ＨＡを判定部３２０へ出力する。

判定部３２０は、入力部３１０からの液面高さＨＲ，ＨＡ、および圧縮機２１０の制御信号ＤＲＶを受ける。判定部３２０は、現在の圧縮機２１０の運転状態と、レシーバ２３０およびアキュムレータ２５０内の冷媒液の液面高さＨＲ，ＨＡに基づいて、圧縮機２１０の運転／停止を判定する。そして、判定部３２０は、その判定結果である判定フラグＦＬＧを圧縮機制御部３３０へ出力する。

圧縮機制御部３３０は、判定部３２０からの判定フラグＦＬＧを受ける。圧縮機制御部３３０は、判定フラグＦＬＧに従って、圧縮機２１０の駆動信号ＤＲＶを生成する。そして、圧縮機制御部３３０は、生成した駆動信号ＤＲＶを圧縮機２１０へ出力して、圧縮機２１０を制御する。

図４は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される圧縮機運転制御処理を説明するためのフローチャートである。図４に示すフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期もしくは所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図２および図４を参照して、ＥＣＵ３００は、まずレシーバ２３０の液面高さＨＲに基づいて、圧縮機２１０の運転の必要性を判断する。ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、液面センサ２８０で検出されたレシーバ２３０の液面高さＨＲを取得する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にて、液面高さＨＲがしきい値α１より低いか否かを判定する。

液面高さＨＲがしきい値α１より低い場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、レシーバ２３０内の冷媒液が不足していると判断する。この場合、蒸発器２４０および冷却部２４１，２４２においてより多くの冷却が必要とされた場合に、冷媒の不足により冷却能力不足になる可能性がある。

そのため、ＥＣＵ３００は、処理をＳ１１５に進めて、冷媒液の確保が完了したことを示す完了フラグＰＲをオフに設定するとともに、Ｓ２０５にて圧縮機２１０の運転を開始する。これによって、アキュムレータ２５０に蓄積されている冷媒液が加圧され、さらに凝縮器２２０おいて凝縮されることによって、レシーバ２３０の冷媒液が増加する。なお、すでに圧縮機２１０が運転されている場合には、運転された状態が維持される。

液面高さＨＲがしきい値α１以上の場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理がＳ１２０に進められて、ＥＣＵ３００は、完了フラグＰＲがオフであるか否かを判定する。

完了フラグＰＲがオフである場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）とは、上記Ｓ１１０においてレシーバ２３０の液相冷媒の増加が必要と判断されて、圧縮機２１０が運転中である状態に対応する。

この場合、処理がＳ１３０進められて、ＥＣＵ３００は、レシーバ２３０の液面高さＨＲがしきい値α２を上回ったか否かを判定する。このしきい値α２は、レシーバ２３０に十分な量の冷媒液が確保されていることを示すしきい値であり、しきい値α１よりも大きな値である（α１＜α２）。

液面高さＨＲがしきい値α２以下の場合（Ｓ１３０にてＮＯ）は、レシーバ２３０内の冷媒液を確保している途中であるので、処理がＳ２０５に進められて、ＥＣＵ３００は、圧縮機２１０の運転を継続する。

液面高さＨＲがしきい値α２を上回った場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）は、レシーバ２３０内の冷媒液が十分に確保されているため、処理がＳ１４０に進められて、ＥＣＵ３００は、完了フラグＰＲをオンに設定し、処理をＳ１４０に進める。

一方、Ｓ１２０にて、完了フラグＰＲがオンである場合（Ｓ１２０にてＮＯ）とは、一旦レシーバ２３０内に冷媒液が十分に確保され、その冷媒液を消費しながら冷却している状態に対応する。そのため、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０をスキップして処理をＳ１４０に進める。

処理がＳ１４０に進められた状態においては、レシーバ２３０に関しては圧縮機２１０の運転が必要でないことを意味している。そして、ＥＣＵ３００は、次に、以下で説明するＳ１４０〜Ｓ１９０において、アキュムレータ２５０の液面高さＨＡに基づいて、圧縮機２１０の運転の必要性を判断する。

上述のように、アキュムレータ２５０は、圧縮機２１０への冷媒液の浸入を防止するために冷媒中の液相成分を分離する役割を担っている。そのため、アキュムレータ２５０においては、冷媒中の液相成分を蓄積可能な空間を確保しておく必要がある。

ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、液面センサ２８５で検出されたアキュムレータ２５０の液面高さＨＡを取得する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１５０にて、液面高さＨＡがしきい値β２を上回っているか否かを判定する。

液面高さＨＡがしきい値β２を上回っている場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、レシーバ２３０へ冷媒液を移動させる必要があると判断し、処理をＳ１６５に進めて、レシーバ２３０への冷媒液の移動が完了したことを示す完了フラグＰＡをオフとする。そして、処理がＳ２０５に進められて、ＥＣＵ３００は圧縮機２１０を運転する。

液面高さＨＡがしきい値β２以下の場合（Ｓ１６０にてＮＯ）は、処理がＳ１７０に進められて、ＥＣＵ３００は、完了フラグＰＡがオフであるか否かを判定する。

完了フラグＰＡがオフである場合（Ｓ１７０にてＹＥＳ）は、レシーバ２３０へ冷媒液を移動している途中であり、圧縮機２１０が運転中であることを示している。この場合、ＥＣＵ３００は、処理をＳ１８０に進めて、液面高さＨＡがしきい値β１（β１＜β２）を下回る状態まで冷媒液が減少したか否かを判定する。

液面高さＨＡがしきい値β１を下回る状態まで低下していない場合（Ｓ１８０にてＮＯ）は、アキュムレータ２５０からレシーバ２３０へ冷媒液を移動途中であるので、処理がＳ２０５に進められて、ＥＣＵ３００は圧縮機２１０の運転を継続する。

液面高さＨＡがしきい値β１を下回る状態まで低下した場合（Ｓ１８０にてＹＥＳ）は、レシーバ２３０への冷媒液の移動が完了したことを意味しているので、処理がＳ１９０に進められ、ＥＣＵ３００は、完了フラグＰＡをオンに設定する。そして、ＥＣＵ３００は、処理をＳ２００に進めて圧縮機２１０を停止する。

一方、Ｓ１７０にて、完了フラグＰＡがオンである場合（Ｓ１７０にてＮＯ）は、アキュムレータ２５０からレシーバ２３０への冷媒液の移動が一旦完了し、冷媒中の液相成分の分離・蓄積を行なっている状態を意味している。そのため、圧縮機２１０の運転は必要ないので、ＥＣＵ３００は、処理をＳ２００へ進めて圧縮機２１０の運転を停止した状態に維持する。

なお、ステップＳ２００においては、上記のように圧縮機の運転を停止するだけでなく、圧縮機の回転速度を低減することによって圧縮機の負荷を低減させるようにしてもよい。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、レシーバおよびアキュムレータに蓄積された冷媒液の量に応じて圧縮機の運転／停止を切換えることができる。レシーバおよびアキュムレータに蓄積される冷媒液の量は、過冷却状態、および、将来的な冷却能力の有無を反映するものである。そのため、これらの液面高さによって圧縮機の運転を判断することによって、結果的に、不必要な圧縮機の運転が抑制されて、冷却装置の効率を向上させるとともに圧縮機の寿命を延長させることができる。そして、図１のようにこのような冷却装置が車両に搭載される場合においては、車両のエネルギ効率が改善され、燃費および電費を向上させることが可能になる。

なお、上記の実施の形態においては、レシーバの液面高さおよびアキュムレータの液面高さの両方を考慮して圧縮機の運転を制御する構成を例として説明したが、レシーバの液面高さおよびアキュムレータの液面高さのいずれか一方によって圧縮機を制御するようにしてもよい。

たとえば、図４に示されるフローチャートにおける、アキュムレータに関連するステップＳ１４０〜Ｓ１７０を含まないフローチャートを用いることで、レシーバの液面高さのみを考慮する場合に対応することできる。また、図４に示されるフローチャートにおける、レシーバに関連するステップＳ１００〜Ｓ１３０を含まないフローチャートを用いることで、アキュムレータの液面高さのみを考慮する場合に対応することができる。

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。

１００車両、１１０蓄電装置、１２０ＰＣＵ、１２１コンバータ、１２５インバータ、１３０モータジェネレータ、１４０駆動輪、２００冷却装置、２１０圧縮機、２２０凝縮器、２３０レシーバ、２４０蒸発器、２４１，２４２冷却部、２５０アキュムレータ、２６０膨張弁、２８０，２８５液面センサ、２９０〜２９７冷媒通路、３００ＥＣＵ、３１０入力部、３２０判定部、３３０圧縮機制御部、ＮＬ１，ＰＬ１，ＰＬ２電力線。

Claims

冷媒を用いて冷却する冷却装置であって、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された前記冷媒と外気との間で熱交換する第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器で熱交換された前記冷媒を気液分離する第１の気液分離部と、
前記第１の気液分離部からの前記冷媒を減圧する減圧器と、
減圧された前記冷媒と空調用空気との間で熱交換する第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器で熱交換された前記冷媒を気液分離し、前記圧縮機に前記冷媒を供給する第２の気液分離部と、
前記圧縮機を制御するための制御装置とを備え、
前記第２の気液分離部内の前記冷媒の液相成分は、前記圧縮機が運転されることによって前記第１の気液分離部へ運ばれ、
前記制御装置は、前記第１の気液分離部の液面高さが第１のしきい値を下回ったこと、および、前記第２の気液分離部の液面高さが第３のしきい値を上回ったことの少なくとも一方が成立したことに応答して、前記第２の気液分離部内の前記液相成分を前記第１気液分離部へ移動させるように前記圧縮機の運転を制御する、冷却装置。
前記制御装置は、前記圧縮機の運転中に、前記第１の気液分離部の液面高さが前記第１のしきい値よりも高い第２のしきい値を上回ったことに応答して前記圧縮機の運転を停止する、請求項１に記載の冷却装置。
前記制御装置は、前記圧縮機の運転中に、前記第２の気液分離部の液面高さが前記第３のしきい値よりも低い第４のしきい値を下回ったことに応答して前記圧縮機の運転を停止する、請求項１または２に記載の冷却装置。
蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両であって、
回転電機と、
前記蓄電装置からの電力を変換して前記回転電機を駆動するための駆動装置と、
請求項１に記載の冷却装置と、
前記冷却装置を用いて、前記回転電機および前記駆動装置の少なくとも１つを冷却する冷却部とを備える、車両。
前記車両は、前記冷却装置を用いて車室内を空調する、請求項４に記載の車両。
冷媒を用いて冷却する冷却装置の制御方法であって、
前記冷却装置は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された前記冷媒と外気との間で熱交換する第１の熱交換器と、
前記第１の熱交換器で熱交換された前記冷媒を気液分離する第１の気液分離部と、
前記第１の気液分離部からの前記冷媒を減圧する減圧器と、
減圧された前記冷媒と空調用空気との間で熱交換する第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器で熱交換された前記冷媒を気液分離し、前記圧縮機に前記冷媒を供給する第２の気液分離部とを含み、
前記第２の気液分離部内の前記冷媒の液相成分は、前記圧縮機が運転されることによって前記第１の気液分離部へ運ばれ、
前記制御方法は、
前記第１の気液分離部の液面高さを取得するステップと、
前記第２の気液分離部の液面高さを取得するステップと、
前記第１の気液分離部の液面高さが前記第１の気液分離部の下限値を下回ったこと、および、前記第２の気液分離部の液面高さが前記第２の気液分離部の上限値を上回ったことの少なくとも一方が成立したことに応答して、前記第２の気液分離部内の前記液相成分を前記第１気液分離部へ移動させるように、前記圧縮機の運転を制御するステップとを備える、冷却装置の制御方法。