JP5786957B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に関し、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。

特開平９−２９０６２２号公報（特許文献２）には、車両搭載の発熱部分からの廃熱を回収して、ガスインジェクション用の冷媒に吸熱させることにより、低外気温時における暖房能力を、消費電力の増大を抑制しつつ、効果的に向上する技術が開示されている。特開平１１−２３０８１号公報（特許文献３）には、冷凍サイクルの中間圧力の冷媒が発熱機器を冷却するように構成された冷却器と、この冷却器の上流側および下流側にそれぞれ配置され、外部信号により弁開度が制御可能な電気膨張弁を設け、中間圧力の冷媒で発熱機器の冷却を行なう装置が開示されている。

特開２００１−３０９５０６号公報（特許文献４）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。特開２００５−８２０６６号公報（特許文献５）には、蒸発器に冷媒が滞留している場合に、圧縮機を作動させ蒸発器に滞留していた冷媒を回収した後に、車両のＨＶ機器を始動させてポンプの運転を開始する、冷却システムが開示されている。

特開２００７−６９７３３号公報 特開平９−２９０６２２号公報 特開平１１−２３０８１号公報 特開２００１−３０９５０６号公報 特開２００５−８２０６６号公報

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では、凝縮器において、車両の走行風としてまたはファンによる通風によって供給される外気と熱交換することにより、冷媒が冷却される。凝縮器に供給される外気の量が車両の走行状態によって変動することにより、凝縮器で冷却された後の冷媒の温度もまた変動する。加えて、冷却対象の発熱源の発熱量も車両の走行状態によって大きく変動する。そのため、冷媒による発熱源の冷却能力を一定に保つのは困難であった。

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、冷媒による発熱源の冷却能力の一定性を向上できる、冷却装置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、冷媒を圧縮する圧縮機と、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、第二熱交換器に並列に接続され、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部と、第二熱交換器の下流側に設けられ、第二熱交換器を流れる冷媒の圧力を調節する第一圧力調整弁と、冷却部の下流側に設けられ、冷却部を流れる冷媒の圧力を調節する第二圧力調整弁と、を備える。第一圧力調整弁は、第二熱交換器と第一圧力調整弁との間の冷媒の温度に従って開度を調整される。第二圧力調整弁は、冷却部と第二圧力調整弁との間の冷媒の温度に従って開度を調整される。

上記冷却装置において好ましくは、第一圧力調整弁は、減圧器と第一圧力調整弁との間の冷媒の温度が設定値よりも高いとき弁開度を増大し、減圧器と第一圧力調整弁との間の冷媒の温度が設定値よりも低いとき弁開度を減少し、第二圧力調整弁は、減圧器と第二圧力調整弁との間の冷媒の温度が設定値よりも高いとき弁開度を増大し、減圧器と第二圧力調整弁との間の冷媒の温度が設定値よりも低いとき弁開度を減少する。

上記冷却装置において好ましくは、圧縮機に吸入される冷媒を気液分離する気液分離器を備える。

上記冷却装置において好ましくは、減圧器は、第二熱交換器へ流入する冷媒の流量を調節する第一流量制御弁と、冷却部へ流入する冷媒の流量を調節する第二流量制御弁とを含む。

上記冷却装置において好ましくは、第一流量制御弁は、第二熱交換器の出口側の冷媒の過熱度に従って開度を調整され、第二流量制御弁は、冷却部の出口側の冷媒の過熱度に従って開度を調整される。

上記冷却装置において好ましくは、第一流量制御弁は、第二熱交換器の出口側の冷媒の過熱度が設定値よりも高いとき弁開度を増大し、第二熱交換器の出口側の冷媒の過熱度が設定値よりも低いとき弁開度を減少し、第二流量制御弁は、冷却部の出口側の冷媒の過熱度が設定値よりも高いとき弁開度を増大し、冷却部の出口側の冷媒の過熱度が設定値よりも低いとき弁開度を減少する。

本発明の冷却装置によると、冷媒による発熱源の冷却能力の一定性を向上することができる。

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。 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。 冷媒の等温線を記載した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。 実施の形態２の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。 実施の形態２の制御部の構成の詳細を示すブロック図である。 実施の形態２の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。本実施の形態に係る冷却装置１は、内燃機関であるエンジンと、電動機である駆動ユニットと、を動力源とするハイブリッド車両に適用され、ハイブリッド車両に搭載される電気機器の冷却に用いられる。なお、本発明の冷却装置１は、エンジンと電動機とを動力源とするハイブリッド車両のみならず、電動機のみを動力源とする車両（本明細書では、両者を包含して電気自動車という）にも適用可能である。

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、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。

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に供給されてもよい。または冷却風は、コンデンサファン７２もしくはエンジン冷却用のラジエータファンなどの、外気供給用ファンからの強制通風によって熱交換器１４に供給されてもよい。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。

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、毛細管または開度制御可能な制御弁であってもよい。

熱交換器１８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。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。図示しない空調用ファンが駆動することにより、熱交換器１８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。熱交換器１８において空調用空気が冷却され、熱交換器１８において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両の室内の空気の熱を蒸発潜熱として吸収することによって蒸発し、さらに顕熱によって過熱蒸気になる。気化した冷媒は、圧縮機１２へ吸入される。圧縮機１２は、熱交換器１８から流通する過熱蒸気状態の冷媒を圧縮する。

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と膨張弁１６とを連通する冷媒通路２２，２３と、膨張弁１６と熱交換器１８とを連通する冷媒通路２４と、熱交換器１８と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２５，２６，２７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２２，２３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２２，２３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２４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２４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２５〜２７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２５〜２７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、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１８と圧縮機１２との間の冷媒の経路上には、アキュムレータ６０が配置されている。アキュムレータ６０は、熱交換器１８から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。アキュムレータ６０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、が蓄蔵可能である。アキュムレータ６０には、冷媒通路２６と、冷媒通路２７とが連結されている。

熱交換器１８から流出した冷媒は、冷媒通路２５，２６を通ってアキュムレータ６０へ供給される。冷媒通路２６からアキュムレータ６０へ流入する冷媒は、アキュムレータ６０の内部において気相と液相とに分離される。熱交換器１８または後述する冷却部３０，４０で全ての冷媒が蒸発せず、アキュムレータ６０へ流入する冷媒が気液二相状態である場合、アキュムレータ６０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蒸気は、冷媒通路２７を経由して、アキュムレータ６０の外部へ流出し、圧縮機１２へ吸入される。

アキュムレータ６０の気相側に連結された冷媒通路２７の端部は、アキュムレータ６０からの気相冷媒の流出口を形成する。アキュムレータ６０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６０から冷媒蒸気を導出する冷媒通路２７の端部は、アキュムレータ６０の天井部に連結されている。冷媒通路２７を経由して、アキュムレータ６０の天井側から冷媒蒸気のみがアキュムレータ６０の外部へ送り出される。これにより、アキュムレータ６０は、気相冷媒と液相冷媒とを確実に分離できる。

熱交換器１８とアキュムレータ６０との間には、圧力調整弁１９が設けられている。冷媒通路２５は、熱交換器１８と圧力調整弁１９との間の冷媒の経路を形成する。冷媒通路２６は、圧力調整弁１９とアキュムレータ６０との間の冷媒の経路を形成する。圧力調整弁１９は、熱交換器１８の下流側に設けられた、上述した減圧器としての膨張弁１６とは異なる弁である。圧力調整弁１９は、熱交換器１８を流れる冷媒の圧力を調節する第一圧力調整弁としての機能を有する。

圧力調整弁１９の開度を増大すると、圧力調整弁１９を通過する冷媒の圧力損失が相対的に小さくなり、冷媒通路２５を流れる冷媒と冷媒通路２６を流れる冷媒との圧力差が小さくなる。そのため、熱交換器１８を流れる冷媒の圧力は、圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力に近づく。圧力調整弁１９の開度が大きいとき、熱交換器１８を流れる冷媒の圧力は相対的に低くなる。圧力調整弁１９の開度を調整し、圧力調整弁１９の開度が増大するように圧力調整弁１９を制御することにより、熱交換器１８を流れる冷媒の圧力を下げることができる。

圧力調整弁１９の開度を減少すると、圧力調整弁１９を通過する冷媒の圧力損失が相対的に大きくなり、冷媒通路２５を流れる冷媒と冷媒通路２６を流れる冷媒との圧力差が大きくなる。そのため、熱交換器１８を流れる冷媒の圧力は、圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力から離れる。圧力調整弁１９の開度が小さいとき、熱交換器１８を流れる冷媒の圧力は相対的に高くなる。圧力調整弁１９の開度を調整し、圧力調整弁１９の開度が減少するように圧力調整弁１９を制御することにより、熱交換器１８を流れる冷媒の圧力を高めることができる。

冷媒通路２５には、熱交換器１８から流出して冷媒通路２５を流れる冷媒の温度を検出する、温度検出部５２が設けられている。温度検出部５２によって検出された冷媒の温度に基づいて、圧力調整弁１９は、その開度を制御される。具体的には、冷媒通路２５を流れる冷媒の温度が目標値よりも高いとき、圧力調整弁１９の開度を増大し、冷媒通路２５を流れる冷媒の温度が目標値よりも低いとき、圧力調整弁１９の開度を減少する。

蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、熱交換器１４と膨張弁１６との間の冷媒の経路上に配置されたレシーバ６２を含む。レシーバ６２は、熱交換器１４から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。レシーバ６２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、が蓄蔵可能である。レシーバ６２には、冷媒通路２２と、冷媒通路２３とが連結されている。

熱交換器１４から流出した冷媒は、冷媒通路２２を通ってレシーバ６２へ供給される。冷媒通路２２からレシーバ６２へ流入する冷媒は、レシーバ６２の内部において気相と液相とに分離される。熱交換器１４で全ての冷媒が凝縮せず、レシーバ６２へ流入する冷媒が気液二相状態である場合、レシーバ６２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液は、冷媒通路２３を経由して、レシーバ６２の外部へ流出する。

レシーバ６２の液相側に連結された冷媒通路２３の端部は、レシーバ６２からの液相冷媒の流出口を形成する。レシーバ６２の内部では、冷媒液が下側、冷媒蒸気が上側に溜まる。レシーバ６２から冷媒液を導出する冷媒通路２３の端部は、レシーバ６２の底部に連結されている。冷媒通路２３を経由して、レシーバ６２の底側から冷媒液のみがレシーバ６２の外部へ送り出される。これにより、レシーバ６２は、気相冷媒と液相冷媒とを確実に分離できる。

膨張弁１６からアキュムレータ６０へ向けて流れる冷媒の経路上には、熱交換器１８と並列に接続された、冷却部３０，４０が設けられている。冷却装置１は、熱交換器１８と並列に接続された冷媒の経路を備え、冷却部３０，４０は、当該冷媒の経路上に設けられている。膨張弁１６とアキュムレータ６０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つに熱交換器１８が設けられ、当該複数の通路のうちの他の一つに冷却部３０が設けられ、当該複数の通路のうちのさらに他の一つに冷却部４０が設けられている。

膨張弁１６と熱交換器１８との間の冷媒通路２４から、冷媒通路３４，４４が分岐している。冷媒通路３４は、冷媒通路２４と冷却部３０とを連通する。冷媒は、冷媒通路２４から、冷媒通路３４を経由して、冷却部３０へ流れる。冷媒通路４４は、冷媒通路２４と冷却部４０とを連通する。冷媒は、冷媒通路２４から、冷媒通路４４を経由して、冷却部４０へ流れる。

冷却部３０は、電気自動車に搭載される電気機器であるＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）機器３１，３３と、冷媒が流通する配管である冷却通路３２とを含む。冷却部４０は、電気自動車に搭載される電気機器であるＨＶ機器４１，４３と、冷媒が流通する配管である冷却通路４２とを含む。ＨＶ機器３１，３３，４１，４３は、電力の授受によって発熱する発熱源の一例である。

ＨＶ機器３１，３３，４１，４３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。たとえば、ＨＶ機器３１およびＨＶ機器３３はインバータであり、ＨＶ機器４１はバッテリであり、ＨＶ機器４３はキャパシタであってもよい。

レシーバ６２から流出した冷媒液は、冷媒通路３４を経由して冷却部３０へ向かって流れ、冷媒通路４４を経由して冷却部４０へ向かって流れる。冷却部３０，４０へ到達し、冷却通路３２，４２を経由して流れる冷媒は、発熱源としてのＨＶ機器３１，３３，４１，４３の各々から熱を奪って冷却させる。冷却部３０，４０は、レシーバ６２において分離された液相の冷媒を用いて、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３を冷却する。冷却部３０，４０において、冷却通路３２内を流通する冷媒とＨＶ機器３１，３３とが熱交換し、冷却通路４２内を流通する冷媒とＨＶ機器４１，４３とが熱交換することにより、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３は冷却され、冷媒は加熱される。

冷却部３０，４０は、冷却通路３２，４２においてＨＶ機器３１，３３，４１，４３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３０，４０は、たとえば、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３の筐体に冷却通路３２，４２の外周面が直接接触するように形成された冷却通路３２，４２を有する。冷却通路３２，４２は、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３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３２，４２を流通する冷媒と、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３との間で、熱交換が可能となる。

ＨＶ機器３１，３３，４１，４３は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の膨張弁１６からアキュムレータ６０に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却通路３２，４２の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路３２，４２の外部にＨＶ機器３１，３３，４１，４３が配置されるので、冷却通路３２，４２の内部を流通する冷媒の流れにＨＶ機器３１，３３，４１，４３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３１，３３，４１，４３を冷却することができる。

代替的には、冷却部３０，４０は、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３と冷却通路３２，４２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３１，３３，４１，４３は、冷却通路３２，４２の外周面にヒートパイプを介して接続され、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３から冷却通路３２，４２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３１，３３，４１，４３をヒートパイプの加熱部とし冷却通路３２，４２をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却通路３２，４２とＨＶ機器３１，３３，４１，４３との間の熱伝達効率が高められるので、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３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３１，３３，４１，４３から冷却通路３２，４２へ確実に熱伝達することができるので、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３と冷却通路３２，４２との間に距離があってもよく、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３に冷却通路３２，４２を接触させるために冷却通路３２，４２を複雑に配置する必要がない。その結果、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３の配置の自由度を向上することができる。

冷却部３０においてＨＶ機器３１，３３を冷却することによりＨＶ機器３１，３３と熱交換して加熱された冷媒は、冷媒通路３５，３６を経由して、冷媒通路２６へ戻る。熱交換器１８を経由して流れる冷媒の経路に対し並列に接続された冷媒の経路は、冷却部３０よりも上流側（膨張弁１６に近接する側）の冷媒通路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（アキュムレータ６０に近接する側）の冷媒通路３５，３６と、を含む。冷却部３０には、冷媒通路３４，３５が接続されている。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３４は、冷媒通路２４と冷却部３０とを連通し、膨張弁１６で冷却された冷媒を冷却部３０に流通させるための通路である。冷媒通路３４を経由して、冷媒通路２４から冷却部３０へ冷媒液が流れる。冷媒通路３５，３６は、冷却部３０と冷媒通路２６とを連通し、冷却部３０から冷媒通路２６に冷媒を流通させるための通路である。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２６へ戻り、冷媒通路２６を経由してアキュムレータ６０へ至る。

冷却部３０と冷媒通路２６との間には、圧力調整弁３９が設けられている。冷媒通路３５は、冷却部３０と圧力調整弁３９との間の冷媒の経路を形成する。冷媒通路３６は、圧力調整弁３９と冷媒通路２６との間の冷媒の経路を形成する。圧力調整弁３９は、冷却部３０の下流側に設けられた、上述した膨張弁１６および圧力調整弁１９とは異なる弁である。圧力調整弁３９は、冷却部３０を流れる冷媒の圧力を調節する第二圧力調整弁としての機能を有する。

圧力調整弁３９の開度を増大すると、圧力調整弁３９を通過する冷媒の圧力損失が相対的に小さくなり、冷媒通路３５を流れる冷媒と冷媒通路３６を流れる冷媒との圧力差が小さくなる。そのため、冷却部３０を流れる冷媒の圧力は、圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力に近づく。圧力調整弁３９の開度が大きいとき、冷却部３０を流れる冷媒の圧力は相対的に低くなる。圧力調整弁３９の開度を調整し、圧力調整弁３９の開度が増大するように圧力調整弁３９を制御することにより、冷却部３０を流れる冷媒の圧力を下げることができる。

圧力調整弁３９の開度を減少すると、圧力調整弁３９を通過する冷媒の圧力損失が相対的に大きくなり、冷媒通路３５を流れる冷媒と冷媒通路３６を流れる冷媒との圧力差が大きくなる。そのため、冷却部３０を流れる冷媒の圧力は、圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力から離れる。圧力調整弁３９の開度が小さいとき、冷却部３０を流れる冷媒の圧力は相対的に高くなる。圧力調整弁３９の開度を調整し、圧力調整弁３９の開度が減少するように圧力調整弁３９を制御することにより、冷却部３０を流れる冷媒の圧力を高めることができる。

冷媒通路３５には、冷却部３０から流出して冷媒通路３５を流れる冷媒の温度を検出する、温度検出部５３が設けられている。温度検出部５３によって検出された冷媒の温度に基づいて、圧力調整弁３９は、その開度を制御される。具体的には、冷媒通路３５を流れる冷媒の温度が目標値よりも高いとき、圧力調整弁３９の開度を増大し、冷媒通路３５を流れる冷媒の温度が目標値よりも低いとき、圧力調整弁３９の開度を減少する。

冷却部４０においてＨＶ機器４１，４３を冷却することによりＨＶ機器４１，４３と熱交換して加熱された冷媒は、冷媒通路４５，４６を経由して、冷媒通路２６へ戻る。熱交換器１８を経由して流れる冷媒の経路に対し並列に接続された冷媒の経路は、冷却部４０よりも上流側（膨張弁１６に近接する側）の冷媒通路４４と、冷却部４０に含まれる冷却通路４２と、冷却部４０よりも下流側（アキュムレータ６０に近接する側）の冷媒通路４５，４６と、を含む。冷却部４０には、冷媒通路４４，４５が接続されている。冷却通路４２の一方の端部は、冷媒通路４４に接続される。冷却通路４２の他方の端部は、冷媒通路４５に接続される。

冷媒通路４４は、冷媒通路２４と冷却部４０とを連通し、膨張弁１６で冷却された冷媒を冷却部４０に流通させるための通路である。冷媒通路４４を経由して、冷媒通路２４から冷却部４０へ冷媒液が流れる。冷媒通路４５，４６は、冷却部４０と冷媒通路２６とを連通し、冷却部４０から冷媒通路２６に冷媒を流通させるための通路である。冷却部４０を通過した冷媒は、冷媒通路４５，４６を経由して、冷媒通路２６へ戻り、冷媒通路２６を経由してアキュムレータ６０へ至る。

冷却部４０と冷媒通路２６との間には、圧力調整弁４９が設けられている。冷媒通路４５は、冷却部４０と圧力調整弁４９との間の冷媒の経路を形成する。冷媒通路４６は、圧力調整弁４９と冷媒通路４６との間の冷媒の経路を形成する。圧力調整弁４９は、冷却部４０の下流側に設けられた、上述した膨張弁１６および圧力調整弁１９とは異なる弁である。圧力調整弁４９は、冷却部４０を流れる冷媒の圧力を調節する第二圧力調整弁としての機能を有する。

圧力調整弁４９の開度を増大すると、圧力調整弁４９を通過する冷媒の圧力損失が相対的に小さくなり、冷媒通路４５を流れる冷媒と冷媒通路４６を流れる冷媒との圧力差が小さくなる。そのため、冷却部４０を流れる冷媒の圧力は、圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力に近づく。圧力調整弁４９の開度が大きいとき、冷却部４０を流れる冷媒の圧力は相対的に低くなる。圧力調整弁４９の開度を調整し、圧力調整弁４９の開度が増大するように圧力調整弁４９を制御することにより、冷却部４０を流れる冷媒の圧力を下げることができる。

圧力調整弁４９の開度を減少すると、圧力調整弁４９を通過する冷媒の圧力損失が相対的に大きくなり、冷媒通路４５を流れる冷媒と冷媒通路４６を流れる冷媒との圧力差が大きくなる。そのため、冷却部４０を流れる冷媒の圧力は、圧縮機１２に吸入される冷媒の圧力から離れる。圧力調整弁４９の開度が小さいとき、冷却部４０を流れる冷媒の圧力は相対的に高くなる。圧力調整弁４９の開度を調整し、圧力調整弁４９の開度が減少するように圧力調整弁４９を制御することにより、冷却部４０を流れる冷媒の圧力を高めることができる。

冷媒通路４５には、冷却部４０から流出して冷媒通路４５を流れる冷媒の温度を検出する、温度検出部５４が設けられている。温度検出部５４によって検出された冷媒の温度に基づいて、圧力調整弁４９は、その開度を制御される。具体的には、冷媒通路４５を流れる冷媒の温度が目標値よりも高いとき、圧力調整弁４９の開度を増大し、冷媒通路４５を流れる冷媒の温度が目標値よりも低いとき、圧力調整弁４９の開度を減少する。

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、圧縮機１２と熱交換器１４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内を循環する冷媒の熱力学状態が示される。図２中にはまた、熱交換器１８に対し並列に接続された冷却部３０を流れ、冷却部３０においてＨＶ機器３１，３３を冷却する冷媒の熱力学状態が示される。図２中にはさらに、熱交換器１８に対し並列に接続された冷却部４０を流れ、冷却部４０においてＨＶ機器４１，４３を冷却す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は、圧縮機１２において等比エントロピー線に沿って断熱圧縮される。圧縮するに従って冷媒の圧力と温度とが上昇し、高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になって、冷媒は熱交換器１４へと流れる。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。

その後冷媒は、冷媒通路２２，２３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。

膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２４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。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。

膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒はまた、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３１，３３を冷却する。冷却部３０において、ＨＶ機器３１，３３は、冷媒に熱を放出することで冷却される。ＨＶ機器３１，３３との熱交換により、冷媒はＨＶ機器３１，３３の熱を蒸発潜熱として吸収加熱され、等圧のまま蒸発して冷媒の乾き度が増大する。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。

膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒はまた、冷媒通路４４を経由して冷却部４０の冷却通路４２へ流れ、ＨＶ機器４１，４３を冷却する。冷却部４０において、ＨＶ機器４１，４３は、冷媒に熱を放出することで冷却される。ＨＶ機器４１，４３との熱交換により、冷媒はＨＶ機器４１，４３の熱を蒸発潜熱として吸収加熱され、等圧のまま蒸発して冷媒の乾き度が増大する。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。

その後冷媒は、アキュムレータ６０を経由して圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２は、アキュムレータ６０から流通する気相冷媒を圧縮する。

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空調用空気から吸収して、車室内の冷房を行なう。加えて、膨張弁１６で絞り膨張された低温低圧の冷媒が冷却部３０，４０へ流通し、冷媒とＨＶ機器３１，３３，４１，４３との熱交換によってＨＶ機器３１，３３，４１，４３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３１，３３，４１，４３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３１，３３，４１，４３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３１，３３，４１，４３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において空調用空気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３１，３３，４１，４３の冷却が行なわれるので、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３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３１，３３，４１，４３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３１，３３，４１，４３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３１，３３，４１，４３の冷却のための消費動力を低減することができる。

膨張弁１６からアキュムレータ６０へ向かう冷媒が流れる経路として、熱交換器１８を経由する経路と、冷却部３０を経由してＨＶ機器３１，３３を冷却する経路と、冷却部４０を経由してＨＶ機器４１，４３を冷却する経路と、が並列に設けられる。膨張弁１６の出口の低温低圧の冷媒は、熱交換器１８、冷却部３０および冷却部４０に分配される。膨張弁１６で絞り膨張された冷媒は、熱交換器１８において空調用空気を冷却する冷媒と、冷却部３０においてＨＶ機器３１，３３を冷却する冷媒と、冷却部４０においてＨＶ機器４１，４３を冷却する冷媒と、に分けられる。

熱交換器１８を流れる冷媒の圧力は、圧力調整弁１９の開度によって制御される。冷却部３０を流れる冷媒の圧力は、圧力調整弁３９の開度によって制御される。冷却部４０を流れる冷媒の圧力は、圧力調整弁４９の開度によって制御される。圧力調整弁１９，３９，４９の開度を最適に制御することにより、並列に設けられた冷媒経路の各々を流れる冷媒の圧力を最適に制御することができる。図２には、熱交換器１８および冷却部３０，４０を流れる冷媒の圧力がそれぞれ異なり、膨張弁１６で絞り膨張された湿り蒸気状態の冷媒が並列に設けられた３つの経路に分配され、これら３つの経路を通過した冷媒が再度合流して圧縮機１２へ流入することが、図示されている。

熱交換器１４の下流側には、レシーバ６２が設けられ、レシーバ６２の内部には、過冷却液状態の冷媒液が貯留されている。レシーバ６２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。レシーバ６２内に所定量の冷媒液が溜められ、レシーバ６２が液だめ機能を有することにより、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。そのため、負荷変動時にも冷却部３０，４０へ流れる冷媒の流量を維持できるので、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３の冷却性能を安定させることができる。

圧縮機１２の上流側には、アキュムレータ６０が設けられる。アキュムレータ６０に流入する冷媒が過熱蒸気でなく気液二相状態である場合、アキュムレータ６０は、冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器として機能する。気液分離された冷媒蒸気のみがアキュムレータ６０から流出することにより、圧縮機１２に吸入される冷媒は気体の状態になる。そのため、圧縮機１２に液相の冷媒が流入して圧縮機１２の故障などの不具合が発生することを、確実に回避することができる。

以下、実施の形態１の冷却装置１の制御の詳細について説明する。図３は、制御部８０の構成の詳細を示すブロック図である。図３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、温度入力部８２から、冷媒の温度を示す信号を受ける。温度入力部８２には、温度検出部５２で検出された冷媒通路２５を流れる冷媒の温度を示す信号Ｔ１と、温度検出部５３で検出された冷媒通路３５を流れる冷媒の温度を示す信号Ｔ２と、温度検出部５４で検出された冷媒通路４５を流れる冷媒の温度を示す信号Ｔ３と、が入力される。

制御部８０はまた、圧縮機１２の起動停止および回転数を制御する圧縮機制御部８５と、コンデンサファン７２を回転駆動するためのモータ７４の回転数を制御するモータ制御部８６と、膨張弁１６および圧力調整弁１９，３９，４９の開度を制御する膨張弁および圧力調整弁制御部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８４を有する。メモリ８４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、停止または回転数を指令する信号Ｃ１を圧縮機１２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７４の回転数を指令する信号Ｍ１をモータ７４へ伝送する。膨張弁および圧力調整弁制御部８７は、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、圧力調整弁１９の開度を指令する信号ＲＶ１を圧力調整弁１９へ伝送し、圧力調整弁３９の開度を指令する信号ＲＶ２を圧力調整弁３９へ伝送し、圧力調整弁４９の開度を指令する信号ＲＶ３を圧力調整弁４９へ伝送する。圧力調整弁１９，３９，４９は、電動膨張弁であり、制御部８０から伝送される信号ＲＶ１，ＲＶ２，ＲＶ３に従って、開度を変更する。膨張弁および圧力調整弁制御部８７はまた、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、膨張弁１６の開度を指令する信号ＥＶ１を膨張弁へ伝送する。膨張弁１６は、制御部８０から伝送される信号ＥＶ１に従って、開度を変更する。

ＥＣＵ８１は、温度入力部８２に入力された各温度と、メモリ８４に記憶された冷媒の温度の目標値とを比較する。この比較結果に従って、ＥＣＵ８１は、圧力調整弁１９，３９，４９の開度を制御する。ＥＣＵ８１は、圧力調整弁１９，３９，４９の開度を調節する弁開度調節部としての機能を有する。

モータ７４は、コンデンサファン７２に連結されており、コンデンサファン７２を回転駆動する。モータ７４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７４の回転数を増加しコンデンサファン７２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７４の回転数を減少しコンデンサファン７２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。

圧縮機１２の回転数と、熱交換器１４へ冷却風を供給するためのコンデンサファン７２を駆動するモータ７４の回転数とは、レシーバ６２内に冷媒液が常に貯留され冷却部３０，４０に常時液状の冷媒が供給され得るように、適切に制御される。

図４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４には、冷却装置１の圧力調整弁１９，３９，４９の開度調整によって熱交換器１８および冷却部３０，４０を流れる冷媒の温度を最適に制御するときの、制御フローの一例が示されている。以下の説明では、冷却部３０を流れる冷媒の温度制御のために圧力調整弁３９の開度を変更する例について説明するが、他の圧力調整弁１９，４９の制御も以下に示す例と同様に行なわれる。

図４に示すように、まずステップ（Ｓ１０）において、冷却部３０を流れる冷媒温度を読み込む。具体的には、冷却部３０でＨＶ機器３１，３３と熱交換した後の、冷媒通路３５を流れる冷媒の温度を、温度検出部５３を用いて検出する。温度検出部５３で検出された温度を示す信号Ｔ２が、温度検出部５３から温度入力部８２へ伝送され、ＥＣＵ８１へ入力されることにより、冷媒温度を読み込む。

次にステップ（Ｓ２０）において、冷却部３０を流れる冷媒温度が、目標とする温度の値を上回っているかどうかが判断される。ステップ（Ｓ２０）で冷媒の温度が目標値を上回っていると判断された場合、次にステップ（Ｓ３０）において圧力調整弁３９の開度が増大される。この圧力調整弁３９の開度調整に伴い、ステップ（Ｓ４０）において冷媒の温度が低下する。なお、冷媒温度の目標値は、ある特定の温度を目標値として設定してもよく、上下限値を有する特定の温度範囲を目標値として設定してもよい。

図５は、冷媒の等温線を記載した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。図中の点線は、冷媒の等温線を示す。図中下側の等温線が、相対的に温度の低い冷媒の等温線を示し、図中上側の等温線が、相対的に温度の高い冷媒の等温線を示す。

図２を参照して説明した通り、冷却部３０においてＨＶ機器３１，３３を冷却する冷媒は、気液二相状態で冷却部３０へ流入し、ＨＶ機器３１，３３との熱交換により加熱されるに従って乾き度が増大し、乾き飽和蒸気となり、さらに過熱蒸気となる。冷却部３０の冷却通路３２を流れる冷媒の大部分は、気液二相状態の湿り蒸気の状態である。気液二相状態では、図５に示すように、冷媒の圧力が低いと温度も低く、冷媒の圧力が高いと温度も高い。つまり、気液二相状態の冷媒の圧力を増減させることにより、冷媒の温度を任意に上昇させまたは低下させることができることになる。

そこで、冷媒の温度が目標値を上回る場合には、圧力調整弁３９の開度を増大させ、冷却部３０を流れる冷媒の圧力を低下させれば、冷却部３０を流れる冷媒の温度を低下させることができる。冷媒の温度が高い原因は、ＨＶ機器３１，３３の発熱量が大きい場合など、冷却部３０で冷媒が過剰に加熱されたためであり、このとき、ＨＶ機器３１，３３の冷却は不十分であると考えられる。したがって、冷却部３０を流れる冷媒の温度を低下させ、冷却部３０におけるＨＶ機器３１，３３の冷却能力を増大させることにより、適切にＨＶ機器３１，３３を冷却でき、ＨＶ機器３１，３３の過熱を回避することができる。

図４に戻って、ステップ（Ｓ２０）で冷媒の温度が目標値以下であると判断された場合、次にステップ（Ｓ５０）において、冷却部３０を流れる冷媒温度が目標とする温度の値を下回っているかどうかが判断される。ステップ（Ｓ５０）で冷媒の温度が目標値を下回っていると判断された場合、次にステップ（Ｓ６０）において圧力調整弁３９の開度が減少される。この圧力調整弁３９の開度調整に伴い、ステップ（Ｓ７０）において冷媒の温度が上昇する。

図５を参照して、冷媒の温度が目標値を下回る場合には、圧力調整弁３９の開度を減少させ、冷却部３０を流れる冷媒の圧力を上昇させれば、冷却部３０を流れる冷媒の温度を上昇させることができる。冷媒の温度が低い原因は、ＨＶ機器３１，３３の発熱量が小さい場合など、冷却部３０への冷媒の供給が過剰であるためであり、このとき、ＨＶ機器３１，３３は過剰に冷却されていると考えられる。したがって、冷却部３０を流れる冷媒の温度を上昇させ、冷却部３０におけるＨＶ機器３１，３３の冷却能力を減少させることにより、適切にＨＶ機器３１，３３を冷却することができる。

図４に戻って、ステップ（Ｓ５０）で冷媒の温度が目標値以上であると判断された場合、すなわち、冷却部３０を流れる冷媒温度が目標とする温度であると判断された場合、次にステップ（Ｓ８０）において、圧力調整弁３９の開度は維持される。図４に示すステップ（Ｓ４０）（Ｓ７０）または（Ｓ８０）の後に、制御フローはリターンされ、再度ステップ（Ｓ１０）の冷媒温度の読み込みに戻る。

以上説明したように、本実施の形態の冷却装置１では、熱交換器１８の下流側に圧力調整弁１９を、冷却部３０の下流側に圧力調整弁３９を、冷却部４０の下流側に圧力調整弁４９をそれぞれ設け、圧力調整弁１９，３９，４９の開度を調整することによって、熱交換器１８および冷却部３０，４０を流れる冷媒の温度を制御することができる。圧力調整弁１９の開度調整によって、熱交換器１８を流れる冷媒の圧力を増減させ、冷媒の圧力変化に対応して冷媒の温度が制御される。圧力調整弁３９の開度調整によって、冷却部３０を流れる冷媒の圧力を増減させ、冷媒の圧力変化に対応して冷媒の温度が制御される。圧力調整弁４９の開度調整によって、冷却部４０を流れる冷媒の圧力を増減させ、冷媒の圧力変化に対応して冷媒の温度が制御される。

圧力調整弁１９，３９，４９の開度を最適に制御することにより、並列に設けられた冷媒経路の各々を流れる冷媒の温度を最適に制御できる。そのため、熱交換器１４での冷媒の冷却状態の変動、熱交換器１８で空調用空気を冷却する冷房運転の必要量の変動、または、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３の発熱量の変動などに対応して、熱交換器１８および冷却部３０，４０の各々に最適な状態の冷媒を提供できる。よって、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３を冷却する能力をより均一化することができ、冷媒による発熱源の冷却能力の一定性を向上することができる。

熱交換器１８および冷却部３０，４０内を流れる冷媒温度などの冷媒の状態を制御することにより、熱交換器１８および冷却部３０，４０の冷却能力および冷却効率を大幅に向上でき、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３の熱規格を緩和して安価な冷却装置１を提供することができる。

（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２の冷却装置１は、熱交換器１４で凝縮された冷媒を絞り膨張する膨張弁１６が三つの制御弁１７，３７，４７を含む点、および、アキュムレータ６０が省略されている点で、図１に示す実施の形態１の冷却装置１と異なっている。レシーバ６２から流出する液冷媒の経路が三つに分岐する分岐点よりも下流側に、制御弁１７，３７，４７が設けられている。制御弁１７は、熱交換器１８の入口側の冷媒通路２４に設けられている。制御弁３７は、冷却部３０の入口側の冷媒通路３４に設けられている。制御弁４７は、冷却部４０の入口側の冷媒通路４４に設けられている。

冷媒通路２５には、熱交換器１８から流出して冷媒通路２５を流れる冷媒の過熱度を検出する、過熱度検出部５７が設けられている。過熱度検出部５７によって検出された冷媒の過熱度に基づいて、制御弁１７は、その開度を制御される。具体的には、冷媒通路２５を流れる冷媒の過熱度が目標値よりも高いとき、制御弁１７の開度を増大し、冷媒通路２５を流れる冷媒の過熱度が目標値よりも低いとき、制御弁１７の開度を減少する。制御弁１７は、熱交換器１８へ流入する冷媒の流量を調節する第一流量制御弁としての機能を有する。

冷媒通路３５には、冷却部３０から流出して冷媒通路３５を流れる冷媒の過熱度を検出する、過熱度検出部５８が設けられている。過熱度検出部５８によって検出された冷媒の過熱度に基づいて、制御弁３７は、その開度を制御される。具体的には、冷媒通路３５を流れる冷媒の過熱度が目標値よりも高いとき、制御弁３７の開度を増大し、冷媒通路３５を流れる冷媒の過熱度が目標値よりも低いとき、制御弁３７の開度を減少する。制御弁３７は、冷却部３０へ流入する冷媒の流量を調節する第二流量制御弁としての機能を有する。

冷媒通路４５には、冷却部４０から流出して冷媒通路４５を流れる冷媒の過熱度を検出する、過熱度検出部５９が設けられている。過熱度検出部５９によって検出された冷媒の過熱度に基づいて、制御弁４７は、その開度を制御される。具体的には、冷媒通路４５を流れる冷媒の過熱度が目標値よりも高いとき、制御弁４７の開度を増大し、冷媒通路４５を流れる冷媒の過熱度が目標値よりも低いとき、制御弁４７の開度を減少する。制御弁４７は、冷却部４０へ流入する冷媒の流量を調節する第二流量制御弁としての機能を有する。

図７は、実施の形態２の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７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７に示すように、熱交換器１４で凝縮された過冷却液状態の冷媒は、制御弁１７，３７，４７の各々によって所定の圧力にまで絞り膨張される。熱交換器１８における空調用空気の冷却、および冷却部３０，４０におけるＨＶ機器３１，３３，４１，４３の冷却に適した圧力および温度を有するように、制御弁１７，３７，４７によって冷媒の圧力と温度とが調整される。

制御弁１７は、熱交換器１８で必要とされる冷房能力を有する冷媒を熱交換器１８に供給できるように、冷媒を減圧する。制御弁３７は、ＨＶ機器３１，３３の冷却に必要とされる冷却能力を有する冷媒を冷却部３０に供給できるように、冷媒を減圧する。制御弁４７は、ＨＶ機器４１，４３の冷却に必要とされる冷却能力を有する冷媒を冷却部４０に供給できるように、冷媒を減圧する。

図８は、実施の形態２の制御部８０の構成の詳細を示すブロック図である。図３に示す実施の形態１の制御部８０の構成に加えて、実施の形態２の制御部８０は、冷媒の過熱度を示す信号を受ける過熱度入力部８３と、制御弁１７，３７，４７の開度を制御する制御弁制御部８８とを備える。実施の形態２の制御部８０はまた、実施の形態１の膨張弁および圧力調整弁制御部８７に替えて、圧力調整弁１９，３９，４９を制御する圧力調整弁制御部８７を備える。

過熱度入力部８３には、過熱度検出部５７で検出された冷媒通路２５を流れる冷媒の過熱度を示す信号ＳＨ１と、過熱度検出部５８で検出された冷媒通路３５を流れる冷媒の過熱度を示す信号ＳＨ２と、過熱度検出部５９で検出された冷媒通路４５を流れる冷媒の過熱度を示す信号ＳＨ３と、が入力される。

制御弁制御部８８は、ＥＣＵ８１から伝送された制御命令を受け取り、制御弁１７の開度を指令する信号ＣＶ１を制御弁１７へ伝送し、制御弁３７の開度を指令する信号ＣＶ２を制御弁３７へ伝送し、制御弁４７の開度を指令する信号ＣＶ３を制御弁４７へ伝送する。制御弁１７，３７，４７は、電動弁であり、制御部８０から伝送される信号ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３に従って、開度を変更する。

ＥＣＵ８１は、過熱度入力部８３に入力された各過熱度と、メモリ８４に記憶された冷媒の過熱度の目標値とを比較する。この比較結果に従って、ＥＣＵ８１は、制御弁１７，３７，４７の開度を制御する。ＥＣＵ８１は、制御弁１７，３７，４７の開度を調節する制御弁開度調節部としての機能を有する。

図９は、実施の形態２の冷却装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図９には、冷却装置１の制御弁１７，３７，４７の開度調整によって熱交換器１８および冷却部３０，４０から流出する冷媒の過熱度を最適に制御するときの、制御フローの一例が示されている。以下の説明では、冷却部３０から流出する冷媒の過熱度を制御するために制御弁３７の開度を変更する例について説明するが、他の制御弁１７，４７の制御も以下に示す例と同様に行なわれる。

図９に示すように、まずステップ（Ｓ１１０）において、冷却部３０出口を流れる冷媒の過熱度を読み込む。具体的には、冷却部３０でＨＶ機器３１，３３と熱交換した後の、冷却部３０の出口側の冷媒通路３５を流れる冷媒の過熱度を、過熱度検出部５８を用いて検出する。過熱度検出部５８で検出された過熱度を示す信号ＳＨ２が、過熱度検出部５８から過熱度入力部８３へ伝送され、ＥＣＵ８１へ入力されることにより、冷媒の過熱度を読み込む。

次にステップ（Ｓ１２０）において、冷却部３０出口の冷媒の過熱度が、目標とする過熱度の値を上回っているかどうかが判断される。ステップ（Ｓ１２０）で冷媒の過熱度が目標値を上回っていると判断された場合、次にステップ（Ｓ１３０）において制御弁３７の開度が増大される。この制御弁３７の開度調整に伴い、ステップ（Ｓ１４０）において冷媒の流量が増大する。過熱度の目標値は、たとえば、同一圧力下における過熱蒸気と飽和蒸気との温度差が３〜５℃であるように、設定することができる。なお、過熱度の目標値は、ある特定の過熱度を目標値として設定してもよく、上下限値を有する特定の過熱度の範囲を目標値として設定してもよい。

冷媒の過熱度が高い原因は、ＨＶ機器３１，３３の発熱量が大きい場合など、冷却部３０で冷媒が過剰に加熱されたためであり、このとき、ＨＶ機器３１，３３の冷却は不十分であると考えられる。したがって、制御弁３７の開度を大きくして冷却部３０を流れる冷媒の流量を増大させ、冷却部３０におけるＨＶ機器３１，３３の冷却能力を増大させることにより、適切にＨＶ機器３１，３３を冷却でき、ＨＶ機器３１，３３の過熱を回避することができる。

ステップ（Ｓ１２０）で冷媒の過熱度が目標値以下であると判断された場合、次にステップ（Ｓ１５０）において、冷却部３０出口の冷媒の過熱度が目標とする値を下回っているかどうかが判断される。ステップ（Ｓ１５０）で冷媒の過熱度が目標値を下回っていると判断された場合、次にステップ（Ｓ１６０）において制御弁３７の開度が減少される。この制御弁３７の開度調整に伴い、ステップ（Ｓ１７０）において冷媒の流量が減少する。

冷媒の過熱度が低い原因は、ＨＶ機器３１，３３の発熱量が小さい場合など、冷却部３０への冷媒の供給が過剰であるためであり、このとき、ＨＶ機器３１，３３は過剰に冷却されていると考えられる。したがって、制御弁３７の開度を小さくして冷却部３０を流れる冷媒の流量を減少させ、冷却部３０におけるＨＶ機器３１，３３の冷却能力を減少させることにより、適切にＨＶ機器３１，３３を冷却することができる。

ステップ（Ｓ１５０）で冷媒の過熱度が目標値以上であると判断された場合、すなわち、冷却部３０出口の冷媒の過熱度が目標値であると判断された場合、次にステップ（Ｓ１８０）において、制御弁３７の開度は維持される。図９に示すステップ（Ｓ１４０）（Ｓ１７０）または（Ｓ１８０）の後に、制御フローはリターンされ、再度ステップ（Ｓ１１０）の過熱度の読み込みに戻る。

以上説明した実施の形態２の冷却装置１では、熱交換器１８の上流側に制御弁１７を、冷却部３０の上流側に制御弁３７を、冷却部４０の上流側に制御弁４７をそれぞれ設け、制御弁１７，３７，４７の開度を調整することによって、熱交換器１８および冷却部３０，４０を通過した後の冷媒の過熱度を制御することができる。制御弁１７の開度調整によって、熱交換器１８を流れる冷媒の流量を増減させ、冷媒の流量に対応して冷媒による空調用空気の冷却能力が制御される。制御弁３７の開度調整によって、冷却部３０を流れる冷媒の流量を増減させ、冷媒の流量に対応して冷媒によるＨＶ機器３１，３３の冷却能力が制御される。制御弁４７の開度調整によって、冷却部４０を流れる冷媒の流量を増減させ、冷媒の流量に対応して冷媒によるＨＶ機器４１，４３の冷却能力が制御される。

制御弁１７，３７，４７の開度を最適に制御することにより、並列に設けられた冷媒経路の各々を流れる冷媒の過熱度を最適に制御できる。そのため、熱交換器１４での冷媒の冷却状態の変動、熱交換器１８で空調用空気を冷却する冷房運転の必要量の変動、または、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３の発熱量の変動などに対応して、熱交換器１８および冷却部３０，４０の各々に最適な量の冷媒を提供できる。たとえば、ＨＶ機器４１，４３の発熱量が相対的に小さく、ＨＶ機器３１，３３の発熱量が相対的に大きい場合には、冷却部４０へ供給される冷媒の流量を小さくし、冷却部３０へ供給される冷媒の流量を大きくするように、制御弁３７，４７の開度を調整すればよい。

各系統に必要最小限の冷媒を流すことにより、熱交換器１８および冷却部３０，４０で液冷媒が滞留することを抑制でき、並列に設けられた複数の冷媒経路への冷媒配分を最適化することができる。熱交換器１８および冷却部３０，４０で全ての冷媒が蒸発するように冷媒流量を調整することで、液状態の冷媒が圧縮機１２へ流れ圧縮機１２が故障することを確実に防止できる。熱交換器１８および冷却部３０，４０の出口において液相の冷媒が残存せず全ての冷媒が過熱蒸気の状態にあるように制御できるので、気相冷媒と液相冷媒とを気液分離するためのアキュムレータ６０を省略でき、冷却装置１のコストを低減することができる。

なお、これまでの実施の形態においては、温度検出部５２，５３，５４がそれぞれ熱交換器１８、冷却部３０および冷却部４０の出口側の冷媒の温度を検出するように設けられる例について説明した。温度検出部５２，５３，５４の位置はこの例に限られるものではなく、膨張弁１６と圧力調整弁１９，３９，４９との間の冷媒の温度を検出できれば、任意の位置の冷媒の温度を計測するように配置されてもよい。たとえば、温度検出部５２が熱交換器１８を通過する冷媒の温度を検出し、温度検出部５３がＨＶ機器３１とＨＶ機器３３との間の冷却通路３２を流れる冷媒の温度を検出し、温度検出部５４が冷却部４０の入口側の冷媒通路４４を流れる冷媒の温度を検出してもよい。

また、冷却部３０，４０は、発熱源としてそれぞれ二つのＨＶ機器３１，３３およびＨＶ機器４１，４３を含んでいたが、各々の冷却部は一つまたは複数の任意の個数の発熱源を含んでいてもよい。また二つの冷却部３０，４０が並列に接続される構成に限られず、一つの冷却部が熱交換器１８と並列に接続されてもよく、三つ以上の冷却部が熱交換器１８と並列に接続されてもよい。

また、これまでの実施の形態においては、ＨＶ機器３１，３３，４１，４３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。

さらに、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およびインバータ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、１４，１８ 熱交換器、１６ 膨張弁、１７，３７，４７ 制御弁、１９，３９，４９ 圧力調整弁、２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，３４，３５，３６，４４，４５，４６ 冷媒通路、３０，４０ 冷却部、３１，３３，４１，４３ ＨＶ機器、３２，４２ 冷却通路、５２，５３，５４ 温度検出部、５７，５８，５９ 過熱度検出部、６０ アキュムレータ、６２ レシーバ、８０ 制御部、８２ 温度入力部、８３ 過熱度入力部、８７ 膨張弁および圧力調整弁制御部、８８ 制御弁制御部。

Claims (6)

1. 発熱源を冷却する冷却装置であって、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   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、
   前記第二熱交換器に並列に接続され、前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
   前記第二熱交換器の下流側に設けられ、前記第二熱交換器を流れる前記冷媒の圧力を調節する第一圧力調整弁と、
   前記冷却部の下流側に設けられ、前記冷却部を流れる前記冷媒の圧力を調節する第二圧力調整弁と、
   前記第二熱交換器と前記第一圧力調整弁との間の前記冷媒の温度を検出する第一温度検出部と、
   前記冷却部と前記第二圧力調整弁との間の前記冷媒の温度を検出する第二温度検出部と、を備え、
   前記第一圧力調整弁は、前記第一温度検出部によって検出された前記冷媒の温度に従って開度を調整され、
   前記第二圧力調整弁は、前記第二温度検出部によって検出された前記冷媒の温度に従って開度を調整される、冷却装置。
2. 前記第一圧力調整弁は、前記減圧器と前記第一圧力調整弁との間の前記冷媒の温度が設定値よりも高いとき弁開度を増大し、前記減圧器と前記第一圧力調整弁との間の前記冷媒の温度が設定値よりも低いとき弁開度を減少し、
   前記第二圧力調整弁は、前記減圧器と前記第二圧力調整弁との間の前記冷媒の温度が設定値よりも高いとき弁開度を増大し、前記減圧器と前記第二圧力調整弁との間の前記冷媒の温度が設定値よりも低いとき弁開度を減少する、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記圧縮機に吸入される冷媒を気液分離する気液分離器を備える、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記減圧器は、前記第二熱交換器へ流入する前記冷媒の流量を調節する第一流量制御弁と、前記冷却部へ流入する前記冷媒の流量を調節する第二流量制御弁とを含む、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
5. 前記第一流量制御弁は、前記第二熱交換器の出口側の前記冷媒の過熱度に従って開度を調整され、
   前記第二流量制御弁は、前記冷却部の出口側の前記冷媒の過熱度に従って開度を調整される、請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記第一流量制御弁は、前記第二熱交換器の出口側の前記冷媒の過熱度が設定値よりも高いとき弁開度を増大し、前記第二熱交換器の出口側の前記冷媒の過熱度が設定値よりも低いとき弁開度を減少し、
   前記第二流量制御弁は、前記冷却部の出口側の前記冷媒の過熱度が設定値よりも高いとき弁開度を増大し、前記冷却部の出口側の前記冷媒の過熱度が設定値よりも低いとき弁開度を減少する、請求項５に記載の冷却装置。

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