JPWO2012105047A1 - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

装置構成を単純にでき、消費動力を低減できる、充電器（７１）の冷却装置（１）を提供する。電源からの電力供給を受け蓄電池（７２）を充電するための充電器（７１）を冷却する冷却装置（１）は、冷媒を循環させるための圧縮機（１２）と、冷媒を凝縮するための凝縮器（１４）と、凝縮器（１４）によって凝縮された冷媒を減圧する減圧器（１６）と、減圧器（１６）によって減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器（１８）と、凝縮器（１４）から蒸発器（１８）に向けて流通する冷媒の経路上に設けられ、凝縮器（１４）からの冷媒を用いて充電器（７１）を冷却するための冷却部（８０）と、を備える。

Description

本発明は、冷却装置に関し、特に、蓄電池を充電するための充電器を蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して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。

特開２０００−７３７６３号公報（特許文献１）には、エンジンシリンダヘッドと駆動用モータとを選択的、あるいは同時に冷却する第１冷却回路と、エンジンシリンダブロックを冷却する第２冷却回路と、駆動用モータの駆動制御を行う強電系コントロールユニットを冷却する第３冷却回路と、を備えるハイブリッド車用冷却装置が開示されている。

特開２０００−７３７６３号公報（特許文献１）に記載の冷却装置では、エンジンのみを冷却する通常の車両のごとく、発熱体とラジエータとの間に冷却水を循環させるシステムを使用して、電気系部品を冷却させている。このようなシステムでは、電気系部品を冷却するためのラジエータを新たに設ける必要があるので、車両搭載性が低いという問題を有している。

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２）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３）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。

一方、車両に搭載される充電器を冷却するための種々の技術が、従来提案されている。たとえば特開平４−２７５４９２号公報（特許文献５）には、電源からの電力を整流して電池を充電する充電器を電気自動車に設け、充電器を経由するように冷却液循環経路を配管し、冷却液ポンプにより冷却液循環経路内の冷却液を循環させる冷却装置が開示されている。特開平７−３１２８０５号公報（特許文献６）には、車両搭載用充電器の本体ケースに冷却流体を循環させるための循環パイプの両端を接続し、循環パイプに冷却流体を循環させる電動ポンプモータを設けるとともに冷却流体を冷却するラジエータを設ける装置が開示されている。

特開２０００−７３７６３号公報 特開２００７−６９７３３号公報 特開２００５−９０８６２号公報 特開２００１−３０９５０６号公報 特開平４−２７５４９２号公報 特開平７−３１２８０５号公報

特開平４−２７５４９２号公報（特許文献５）および特開平７−３１２８０５号公報（特許文献６）に記載の冷却装置では、充電器を冷却するために冷却流体を循環させる動力源として専用のポンプを設ける必要があるので、装置構成が複雑になり、加えて装置のコストも増大する。

近年、車両の外部の電源から電力供給を受けて車両に搭載された蓄電池（リチウムイオン二次電池）を充電することが可能な電動車両の実用化が進められている。このような車両としては、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）やＥＶ（電気自動車）がある。この場合の充電時間は、１００V電源を使用した場合８時間程度、２００V電源を使用した場合でも４時間程度と、長時間を要する。特開平４−２７５４９２号公報（特許文献５）および特開平７−３１２８０５号公報（特許文献６）に記載の冷却装置では、長時間に亘る充電の間、冷却流体を循環させるためにポンプを運転し続ける必要があるので、ポンプでの電力消費が増大し、またポンプ寿命の短縮も懸念される。

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、装置構成を単純にでき、消費動力を低減できる、充電器の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、電源からの電力供給を受け蓄電池を充電するための充電器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、冷媒を凝縮するための凝縮器と、凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧する減圧器と、減圧器によって減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、凝縮器から蒸発器に向けて流通する冷媒の経路上に設けられ、凝縮器からの冷媒を用いて充電器を冷却するための冷却部と、を備える。

上記冷却装置において、充電器は、冷媒が流通する配管に直接接触してもよい。また冷却装置は、充電器と冷媒が流通する配管との間に介在して配置されたヒートパイプを備えてもよい。

上記冷却装置において好ましくは、冷却部は、凝縮器から減圧器に向けて流通する冷媒の経路上に設けられる。冷却装置は、冷却部から減圧器に向けて流通する冷媒の経路上に設けられた他の凝縮器を備えてもよく、この場合、凝縮器は、冷媒から熱を放出させる放熱能力が他の凝縮器よりも高くてもよい。また好ましくは、冷却装置は、凝縮器の出口から減圧器の入口へ向かう冷媒が流通する、並列に配置された第一通路および第二通路を備え、冷却部は第二通路に設けられてもよい。この場合冷却装置は、第一通路に配置され、第一通路を流れる冷媒の流量と第二通路を流れる冷媒の流量とを調節する、流量調整弁を備えてもよい。

上記冷却装置において好ましくは、冷却部から減圧器に向けて流通する冷媒の経路と、圧縮機から凝縮器に向けて流通する冷媒の経路と、を連通する、連通路を備える。冷却装置は、冷却部の出口から減圧器の入口へ向かう冷媒の流れと、冷却部の出口から連通路へ向かう冷媒の流れと、を切り換える、切換弁を備えてもよい。この場合、冷却部は、凝縮器よりも下方に配置されていてもよい。

上記冷却装置において好ましくは、冷却部は、充電器よりも冷媒の流れの上流側に配置された電気機器を含み、凝縮器からの冷媒を用いて電気機器を冷却する。

本発明の冷却装置によると、装置構成を単純にすることができ、かつ消費動力を低減することができる。

実施の形態１の冷却装置の構成を示す模式図である。 実施の形態１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３の冷却装置の構成を示す模式図である。 実施の形態４の冷却装置の構成を示す模式図である。 実施の形態４の蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、充電器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。 実施の形態４の蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、充電器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。 実施の形態５の冷却装置の構成を示す模式図である。 実施の形態５の蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、充電器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。 実施の形態５の蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、充電器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。 実施の形態６の冷却装置の構成を示す模式図である。 実施の形態６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７の冷却装置の構成を示す模式図である。 流量調整弁の開度制御の概略を示す図である。 実施の形態７の蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、充電器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。 実施の形態７の蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、充電器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。 実施の形態８の冷却装置の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクルの運転中の、充電器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。 実施の形態８の冷却装置の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止中の、充電器を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。

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、凝縮器１４と、減圧器の一例としての膨張弁１６と、蒸発器１８と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、圧縮機１２と凝縮器１４とを連通する冷媒通路２１と、凝縮器１４と膨張弁１６とを連通する冷媒通路２２と、膨張弁１６と蒸発器１８とを連通する冷媒通路２３と、蒸発器１８と圧縮機１２とを連通する冷媒通路２４と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、凝縮器１４、膨張弁１６および蒸発器１８が、冷媒通路２１〜２４によって連結されて構成される。

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、作動時に蒸発器１８から冷媒通路２４を経由して流通する気相冷媒を吸入圧縮して、冷媒通路２１に吐出する。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。

凝縮器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から吐出された気相冷媒は、凝縮器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。凝縮器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凝縮器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。凝縮器１４は、車両の走行によって発生する自然の通風によって供給された冷却風と冷媒との間で、熱交換を行なう。凝縮器１４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２２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、凝縮器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、冷媒通路２２を流通する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。

蒸発器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、蒸発器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。蒸発器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、被冷却部としての車両の室内の空気から吸収して、車両の室内の冷房を行なう。熱が蒸発器１８に吸収されることによって温度が低下した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、蒸発器１８において周囲から吸熱し加熱される。

蒸発器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蒸発器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、冷媒通路２４を経由して圧縮機１２へ流通する。圧縮機１２は、蒸発器１８から流通する冷媒を圧縮する。

冷媒通路２１は、冷媒を圧縮機１２から凝縮器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の出口から凝縮器１４の入口へ向かって流通する。冷媒通路２２は、冷媒を凝縮器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を経由して、凝縮器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かって流通する。冷媒通路２３は、冷媒を膨張弁１６から蒸発器１８に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２３を経由して、膨張弁１６の出口から蒸発器１８の入口へ向かって流通する。冷媒通路２４は、冷媒を蒸発器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２４を経由して、蒸発器１８の出口から圧縮機１２の入口へ向かって流通する。

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と凝縮器１４と膨張弁１６と蒸発器１８とに冷媒が循環する。冷媒は、圧縮機１２と凝縮器１４と膨張弁１６と蒸発器１８とが冷媒通路２１〜２４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。

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、アンモニアまたは水などを用いることができる。

膨張弁１６から蒸発器１８へ向かって流れる冷媒が流通する冷媒通路２３には、冷却部８０が設けられている。冷却部８０は、膨張弁１６から蒸発器１８に向けて流通する冷媒の経路上に設けられている。冷却部８０が設けられるので、冷媒通路２３は、冷却部８０よりも上流側（膨張弁１６に近接する側）の冷媒通路２３ａと、冷却部８０よりも下流側（蒸発器１８に近接する側）の冷媒通路２３ｂと、に二分割されている。冷却部８０は、凝縮器１４から出て膨張弁１６で減圧された低温低圧の冷媒を用いて、充電器７１を冷却する。

冷却部８０は、車両に搭載される電気機器であるＨＶ（Hybrid Vehicle）機器熱源３０と、充電器７１と、冷媒が流通する配管である冷却通路８１とを含む。ＨＶ機器熱源３０と充電器７１とは、発熱源の一例である。膨張弁１６から出て冷媒通路２３ａを流れる冷媒は、冷却通路８１内を流通し、冷媒通路２３ｂを経由して蒸発器１８へ至る。冷却通路８１の上流側の端部は、冷媒通路２３ａに接続される。冷却通路８１の下流側の端部は、冷媒通路２３ｂに接続される。冷媒通路２３ａは、膨張弁１６から冷却部８０に冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２３ｂは、冷却部８０から蒸発器１８に冷媒を流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路２３ａを経由して膨張弁１６から冷却部８０へ向かって流通し、冷媒通路２３ｂを経由して冷却部８０から蒸発器１８へ向かって流通する。

凝縮器１４から膨張弁１６を経由して冷却部８０へ流通し、冷却通路８１を経由して流れる冷媒は、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１から熱を奪って、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１を冷却させる。冷却部８０は、冷却通路８１によってＨＶ機器熱源３０および充電器７１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８０は、たとえば、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１の筐体に冷却通路８１の外周面が直接接触するように形成された冷却通路８１を有する。冷却通路８１は、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１のそれぞれ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８１を流通する冷媒と、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１との間で、熱交換が可能となる。

ＨＶ機器熱源３０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。

充電器７１は、配線７３を介して、充放電可能な蓄電池７２と電気的に接続されている。充電器７１は、電力変換用のスイッチング素子を含み、外部電源から供給される電力を所定の充電電圧（直流）に変換する。充電器７１によって電圧変換された電力は蓄電池７２へ供給され、蓄電池７２が充電される。

図２は、実施の形態１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２中の横軸は、冷媒の比エンタルピー（単位：ｋＪ／ｋｇ）を示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力（単位：ＭＰａ）を示す。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から凝縮器１４、膨張弁１６を経由して冷媒通路２３ａへ流入し、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１を冷却し、冷媒通路２３ｂから蒸発器１８を経由して圧縮機１２へ戻る、図１に示す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って（Ｂ点）、冷媒は凝縮器１４へと流れる。凝縮器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、凝縮器１４において冷却され、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液になる（Ｃ点）。

その後冷媒は、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（Ｄ点）。

膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２３ａを経由して、冷却部８０の冷却通路８１へ流れ、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１を冷却する。ＨＶ機器熱源３０および充電器７１との熱交換により、冷媒の乾き度が小さくなる。つまり、飽和液と乾き飽和蒸気とが混合した２相流である湿り蒸気状態のうち、飽和液が蒸発して減少し、気化した飽和液が乾き飽和蒸気になるので乾き飽和蒸気がより多くなる。ＨＶ機器熱源３０を冷却することで一部の冷媒が蒸発し（Ｅ点）、充電器７１を冷却することで一部の冷媒がさらに蒸発する（Ｆ点）。

その後冷媒は、蒸発器１８において、外部から熱を吸収して蒸発潜熱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、過熱蒸気となり（Ａ点）、圧縮機１２に吸入される。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１８において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。加えて冷媒は、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１と熱交換することで、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１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機器熱源３０と充電器７１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機器熱源３０および充電器７１を冷却するために必要とされる温度は、少なくともＨＶ機器熱源３０および充電器７１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。

以上のように、本実施の形態の冷却装置１では、蒸発器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、充電器７１の冷却が行なわれる。充電器７１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、充電器７１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、充電器７１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、充電器７１の冷却のための消費動力を低減することができる。

充電器７１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の凝縮器１４から蒸発器１８に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却通路８１の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路８１の外部に充電器７１が配置されるので、冷却通路８１の内部を流通する冷媒の流れに充電器７１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、充電器７１を冷却することができる。

冷却部８０において、ＨＶ機器熱源３０が冷媒の流れの上流側に配置され、充電器７１が下流側に配置される。ＨＶ機器熱源３０は、充電器７１よりも冷媒の流れの上流側に配置されている。冷媒は、ＨＶ機器熱源３０と充電器７１とから順に熱を受け取ることで加熱される。充電器７１は、ＨＶ機器熱源３０と熱交換して加熱された後の冷媒によって冷却される。ＨＶ機器熱源３０を冷却する冷媒の乾き度と、充電器７１を冷却する冷媒の乾き度と、を比較すると、下流側に配置された充電器７１を冷却する冷媒の乾き度の方がより大きくなっている。

このように、ＨＶ機器熱源３０に対して充電器７１を下流側に配置すれば、ＨＶ機器熱源３０を冷却する冷媒の放熱能力が相対的に高くなり、ＨＶ機器熱源３０をより確実に冷却できる。ＨＶ機器熱源３０は車両の運転のために必要な機器であり、冷却が不十分のためＨＶ機器熱源３０が故障すると、車両の運転ができなくなる。より冷却を必要とするＨＶ機器熱源３０を上流側に配置して確実に冷却されるようにすれば、冷媒が何らかの理由で気化して冷却能力が低下したときに、ＨＶ機器熱源３０をより壊れにくくすることができる。したがって、車両の信頼性を向上することができる。

（実施の形態２）
図３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では膨張弁１６と蒸発器１８との間の冷媒通路２３に冷却部８０が設けられたのに対し、実施の形態２の冷却装置１では、凝縮器１４から膨張弁１６に向けて流通する冷媒の経路である冷媒通路２２上に、冷却部８０が設けられている。冷却部８０が設けられるので、冷媒通路２２は、冷却部８０よりも上流側（凝縮器１４に近接する側）の冷媒通路２２ａと、冷却部８０よりも下流側（膨張弁１６に近接する側）の冷媒通路２２ｂと、に二分割されている。

図４は、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。図４中の横軸は、冷媒の比エンタルピー（単位：ｋＪ／ｋｇ）を示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力（単位：ＭＰａ）を示す。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４中には、図３に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０中の各点（すなわちＡ、Ｂ，Ｇ，Ｈ，ＩおよびＪ点）における冷媒の熱力学状態が示される。

図４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って（Ｂ点）、冷媒は凝縮器１４へと流れる。凝縮器１４へ入った高圧の冷媒蒸気は、凝縮器１４において冷却され、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液になる（Ｇ点）。

液化した冷媒は、Ｇ点から冷媒通路２２ａを経由して冷却部８０の冷却通路８１へ流れ、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１を冷却する。ＨＶ機器熱源３０との熱交換により、冷媒の過冷却度が小さくなり、過冷却液の状態の冷媒の温度が上昇する（Ｈ点）。その後充電器７１との熱交換により、冷媒の過冷却度はさらに小さくなり、液冷媒の飽和温度に近づく（Ｉ点）。

その後冷媒は、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（Ｊ点）。膨張弁１６から出た湿り蒸気状態の冷媒は、蒸発器１８において、外部から熱を吸収して蒸発潜熱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、過熱蒸気となり（Ａ点）、圧縮機１２に吸入される。

冷媒は、凝縮器１４において過冷却液になるまで冷却され、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１から顕熱を受けて飽和温度をわずかに下回る温度にまで加熱される。その後膨張弁１６を通過することで、冷媒は低温低圧の湿り蒸気になる。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。凝縮器１４は、冷媒を十分に冷却できる程度に、その放熱能力が定められている。

膨張弁１６を通過した後の低温低圧の冷媒を充電器７１の冷却に使用すると、蒸発器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、凝縮器１４において冷媒を十分な過冷却状態にまで冷却し、凝縮器１４の出口の高圧の冷媒を充電器７１の冷却に使用する。そのため、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、充電器７１を冷却することができる。

凝縮器１４の仕様（すなわち、凝縮器１４のサイズまたは放熱性能）は、凝縮器１４を通過した後の液相冷媒の温度が車室内の冷房のために必要とされる温度よりも低下するように、定められる。凝縮器１４の仕様は、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１を冷却しない場合の蒸気圧縮式冷凍サイクルの凝縮器よりも、冷媒がＨＶ機器熱源３０および充電器７１から受け取ると想定される熱量分だけ大きい放熱量を有するように、定められる。このような仕様の凝縮器１４を備える冷却装置１は、車両の室内の冷房性能を維持しつつ、圧縮機１２の動力を増加させることなく、充電器７１を適切に冷却することができる。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３の冷却装置１の構成を示す模式図である。実施の形態２では、冷媒が流通する冷却通路８１に充電器７１が直接接触する構成であったのに対し、実施の形態３の冷却装置１は、充電器７１と冷却通路８１との間に介在して配置されたヒートパイプ８２を備える。ヒートパイプ８２は、ウィック式、サーモサイフォン式、自励振動式など、任意の公知のヒートパイプであってもよい。

充電器７１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の凝縮器１４から蒸発器１８に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却通路８１の外周面に、ヒートパイプ８２を介して接続され、充電器７１から冷却通路８１へヒートパイプ８２を経由して熱伝達することにより、冷却される。冷却通路８１の外部に充電器７１が配置されるので、冷却通路８１の内部を流通する冷媒の流れに充電器７１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、充電器７１を冷却することができる。

充電器７１をヒートパイプ８２の加熱部とし冷却通路８１をヒートパイプ８２の冷却部とすることで、冷却通路８１と充電器７１との間の熱伝達効率が高められるので、充電器７１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８２を使用することができる。ヒートパイプ８２によって充電器７１から冷却通路８１へ確実に熱伝達することができるので、充電器７１と冷却通路８１との間に距離があってもよく、充電器７１に冷却通路８１を接触させるために冷却通路８１を複雑に配置する必要がない。その結果、充電器７１の配置の自由度を向上することができる。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４の冷却装置１の構成を示す模式図である。実施の形態４の冷却装置１は、冷却部８０の下流側の冷媒通路２２ｂ，２２ｃと凝縮器１４の上流側の冷媒通路２１と、を連通する連通路５１を備える点で、実施の形態３と異なっている。連通路５１は、冷却部８０の出口から膨張弁１６の入口に向けて流通する冷媒の経路と、圧縮機１２の出口から凝縮器１４の入口に向けて流通する冷媒の経路と、を連通する。

連通路５１には、冷却部８０の出口の冷媒通路２２ｂから冷媒通路２２ｃを経由して膨張弁１６の入口へ向かう冷媒の流れと、冷却部８０の出口の冷媒通路２２ｂから連通路５１へ向かう冷媒の流れと、を切り換える、切換弁５２が設けられている。本実施の形態の切換弁５２は、開閉弁５６である。連通路５１は、開閉弁５６よりも上流側の連通路５１ａと、開閉弁５６よりも下流側の連通路５１ｂと、に二分割される。

開閉弁５６の開閉状態を変化させることにより、充電器７１を冷却した後の冷媒通路２２ｂを流通する冷媒を、冷媒通路２２ｃを経由させて膨張弁１６へ流通させることができ、または、連通路５１を経由させて凝縮器１４へ流通させることができる。切換弁５２の一例である開閉弁５６を使用して冷媒の経路を切り換えることにより、充電器７１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３２ｂ，２２を経由させて膨張弁１６へ、または、連通路５１および冷媒通路２１を経由して凝縮器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。

図７は、実施の形態４の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図７に示すように、圧縮機１２を駆動させ、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が運転しているときには、冷却部８０を流れ充電器７１を冷却した冷媒が冷媒通路２２ｂ，２２ｃを経由して膨張弁１６へ流通し、連通路５１には冷媒が流れないように、開閉弁５６は全閉（弁開度０％）とされる。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ので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の冷却能力を確保できるとともに、充電器７１を効率よく冷却することができる。

図８は、実施の形態４の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図８に示すように、圧縮機１２を停止させ、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているときには、冷媒を冷却部８０から凝縮器１４へ循環させるように、開閉弁５６を全開（弁開度１００％）にし、さらに膨張弁１６を全閉（弁開度０％）にする。連通路５１を経由して冷媒を循環させることにより、凝縮器１４から、冷媒通路２２ａを経由して冷却部８０へ至り、さらに冷媒通路２２ｂ、連通路５１ａ，５１ｂおよび冷媒通路２１ｂを順に経由して凝縮器１４へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。

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、凝縮器１４と冷却部８０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、充電器７１を冷却するとき、充電器７１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。充電器７１で気化された冷媒蒸気は、冷媒通路２２ａ、連通路５１および冷媒通路２１ｂを順に経由して、凝縮器１４へ流れる。凝縮器１４において、自然の通風また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り、冷媒蒸気は冷却されて凝縮する。凝縮器１４で液化した冷媒液は、冷媒通路２２ａを経由して、冷却部８０へ戻る。

このように、充電器７１と凝縮器１４とを経由する環状の経路によって、充電器７１を加熱部とし凝縮器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冷媒を自然循環させ、充電器７１を確実に冷却することができる。充電器７１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要がないことにより、圧縮機１２の消費動力を低減することができ、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７および図８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８０は、凝縮器１４よりも下方に配置されている。凝縮器１４と充電器７１との間に冷媒を循環させる環状の経路において、充電器７１が下方に配置され、凝縮器１４が上方に配置される。凝縮器１４は、充電器７１よりも高い位置に配置される。

この場合、充電器７１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凝縮器１４へ到達し、凝縮器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充電器７１へ戻る。つまり、充電器７１と、凝縮器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充電器７１から凝縮器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、充電器７１をより効率よく冷却することができる。

（実施の形態５）
図９は、実施の形態５の冷却装置１の構成を示す模式図である。図１０は、実施の形態５の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図１１は、実施の形態５の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。実施の形態４と比較して、実施の形態５の冷却装置１は、切換弁５２を構成する三方弁５３をさらに備える点で異なっている。三方弁５３は、冷媒通路２２と連通路５１との分岐点に配置され、冷媒通路２２ｂ、冷媒通路２２ｃおよび連通路５１ａの連通状態を切り換える。

蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が運転しているときには、開閉弁５６が全閉（弁開度０％）とされ、一方三方弁５３は、冷媒通路２２ｂと冷媒通路２２ｃとを連通させ、連通路５１ａと冷媒通路２２ｂ，２２ｃとを非連通にするように操作される。これにより、冷却部８０を流れ充電器７１を冷却した冷媒は、冷媒通路２２ｂ，２２ｃを経由して膨張弁１６へ流通し、連通路５１には冷媒が流れないように、設定される。

蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているときには、開閉弁５６が全開（弁開度１００％）とされ、一方三方弁５３は、冷媒通路２２ｂと連通路５１ａとを連通させ、冷媒通路２２ｃと冷媒通路２２ｂおよび連通路５１ａとを非連通にするように操作される。これにより、冷却部８０を流れ充電器７１を冷却した冷媒は、冷却部８０から凝縮器１４へ循環し、冷媒通路２２ｃには冷媒が流れないように、設定される。連通路５１を経由して冷媒を循環させることにより、凝縮器１４から、冷媒通路２２ａを経由して冷却部８０へ至り、さらに冷媒通路２２ｂ、連通路５１ａ，５１ｂおよび冷媒通路２１ｂを順に経由して凝縮器１４へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。

冷媒通路２２と連通路５１との分岐点に三方弁５３を配置することにより、冷却部８０の出口の冷媒通路２２ｂから冷媒通路２２ｃを経由して膨張弁１６の入口へ向かう冷媒の流れと、冷却部８０の出口から連通路５１へ向かい凝縮器１４へ循環する冷媒の流れと、をより確実に切り換えることができる。

（実施の形態６）
図１２は、実施の形態６の冷却装置１の構成を示す模式図である。実施の形態６の冷却装置１は、凝縮器１４と膨張弁１６とを連結し、冷却部８０から膨張弁１６に向けて流通する冷媒の経路となる冷媒通路２２上に、凝縮器１４と異なる他の凝縮器としての凝縮器１５が配置されている点で、実施の形態５と異なっている。

実施の形態６の冷却装置１は、第一の凝縮器としての凝縮器１４と、第二の凝縮器としての凝縮器１５と、を備える。凝縮器１４と膨張弁１６との間に冷却部８０、三方弁５３および凝縮器１５が設けられるので、冷媒通路２２は、冷却部よりも上流側（凝縮器１４に近接する側）の冷媒通路２２ａと、冷却部８０と三方弁５３とを連結する冷媒通路２２ｂと、三方弁５３と凝縮器１５とを連結する冷媒通路２２ｃと、凝縮器１５よりも下流側（膨張弁１６に近接する側）の冷媒通路２２ｄと、に分割されている。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、凝縮器１４と凝縮器１５との両方によって凝縮される。

図１３は、実施の形態６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１３中の横軸は、冷媒の比エンタルピー（単位：ｋＪ／ｋｇ）を示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力（単位：ＭＰａ）を示す。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１３中には、図１２に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０中の各点（すなわちＡ、Ｂ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，ＫおよびＪ点）における冷媒の熱力学状態が示される。

実施の形態６の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を示すモリエル線図は、凝縮器１４から膨張弁１６へ至る系統を除いて、図４に示す実施の形態２のモリエル線図と同じである。つまり、図４に示すモリエル線図におけるＩ点からＪ点、Ａ点を経由してＢ点へ至る冷媒の状態と、図１３に示すモリエル線図におけるＫ点からＪ点、Ａ点を経由してＢ点へ至る冷媒の状態と、は同じである。そのため、実施の形態６の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に特有の、Ｂ点からＫ点へ至る冷媒の状態について、以下に説明する。

圧縮機１２によって断熱圧縮された高温高圧の過熱蒸気状態の冷媒（Ｂ点）は、凝縮器１４において冷却される。冷媒は、等圧のまま顕熱を放出して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（Ｇ点）。

凝縮器１４から流出した飽和液状態の冷媒は、Ｇ点から冷媒通路２２ａを経由して冷却部８０へ流れる。冷却部８０において、凝縮器１４を通過して凝縮された液冷媒に熱を放出することで、ＨＶ機器熱源３０が冷却される。ＨＶ機器熱源３０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機器熱源３０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湿り蒸気となる（Ｈ点）。その後冷媒は、充電器７１との熱交換によりさらに加熱され、乾き度がさらに増大する（Ｉ点）。冷媒に潜熱を放出することで、充電器７１が冷却される。

その後冷媒は、冷媒通路２２ｂ，２２ｃを経由して、凝縮器１５に流入する。冷媒の湿り蒸気は、凝縮器１５において再度凝縮され、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（Ｋ点）。その後膨張弁１６を通過することで、冷媒は低温低圧の湿り蒸気になる（Ｊ点）。

凝縮器１５において十分に冷媒を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、蒸発器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することができる。このように、冷媒を十分に冷却できる凝縮器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、充電器７１を冷却することができる。したがって、充電器７１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。

実施の形態２の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０では、圧縮機１２と膨張弁１６との間に凝縮器１４が配置され、凝縮器１４において冷媒を飽和液の状態からさらに冷却し、冷媒が所定の過冷却度を有するまで冷却する必要があった。過冷却液の状態の冷媒を冷却すると、冷媒の温度が大気温度に近づき、冷媒の冷却効率が低下するので、凝縮器１４の容量を増大させる必要がある。その結果、凝縮器１４のサイズが増大し、車載用の冷却装置１として不利になるという問題がある。一方、車両へ搭載するために凝縮器１４を小型化すると、凝縮器１４の放熱能力も小さくなり、その結果、膨張弁１６の出口における冷媒の温度を十分に低くできず、車室用の冷房能力が不足する虞がある。

これに対し、実施の形態６の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０では、圧縮機１２と膨張弁１６との間に二段の凝縮器１４，１５を配置し、充電器７１の冷却系である冷却部８０が凝縮器１４と凝縮器１５との間に設けられる。凝縮器１４では、図１３に示すように、冷媒を飽和液の状態にまで冷却すればよい。充電器７１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、凝縮器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。凝縮器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、冷媒を冷却する。そのため、実施の形態１と比較して、冷媒の過冷却度を大きくする必要がなく、凝縮器１４，１５の容量を低減することができる。したがって、凝縮器１４，１５のサイズを低減することができ、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。

凝縮器１４から冷媒通路２２を経由して冷却部８０へ流れる冷媒は、充電器７１を冷却するときに、充電器７１から熱を受け取り加熱される。充電器７１において加熱された冷媒が全て気化して乾き蒸気になると、冷媒と充電器７１との熱交換量が減少して充電器７１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、充電器７１を冷却した後の冷媒を乾き蒸気にしない程度に、凝縮器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、凝縮器１４の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には凝縮器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凝縮器１４が有する結果、凝縮器１４の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、凝縮器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凝縮器１４において冷媒を十分に冷却することにより、充電器７１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、冷媒と充電器７１との熱交換量の減少を回避できるので、充電器７１を十分に効率よく冷却することができる。充電器７１を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、凝縮器１５において効率よく再度冷却され、飽和温度をわずかに下回る程度の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充電器７１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。

（実施の形態７）
図１４は、実施の形態７の冷却装置１の構成を示す模式図である。実施の形態７の冷却装置１では、凝縮器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冷媒通路２２は、第一通路としての通路形成部２６を含む。通路形成部２６は、冷媒通路２２の一部を形成する。凝縮器１４と膨張弁１６との間の冷媒通路２２は、通路形成部２６よりも上流側（凝縮器１４に近接する側）の冷媒通路２２ａと、通路形成部２６と、通路形成部２６から凝縮器１５へ至る冷媒通路２２ｃと、凝縮器１５よりも下流側（膨張弁１６に近接する側）の冷媒通路２２ｄと、に分割されている。

冷却装置１は、通路形成部２６と並列に配置された第二通路としての、他の冷媒の通路を備える。当該他の冷媒の通路は、冷媒通路３１，３２と、冷却部８０の冷却通路８１とを含む。冷却部８０は、上記他の冷媒の通路に設けられている。冷媒通路３１，３２を経由して流れる冷媒は、冷却部８０を経由して流れ、発熱源としてのＨＶ機器熱源３０および充電器７１から熱を奪って、ＨＶ機器熱源３０および充電器７１を冷却させる。冷媒通路３１は、冷媒通路２２ａから冷却部８０に冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路３２は、冷却部８０から冷媒通路２２ｃに冷媒を流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路３１を経由して冷媒通路２２ａから冷却部８０へ向かって流通し、冷媒通路３２を経由して冷却部８０から冷媒通路２２ｃへ向かって流通する。凝縮器１４から出た高圧の液冷媒が分岐して、冷媒の一部が冷却部８０へ流通する。

凝縮器１４の出口から膨張弁１６の入口へ向かう冷媒が流通する経路として、冷却部８０を通過する経路である冷媒通路３１，３２および冷却通路８１と、冷却部８０を通過しない経路である通路形成部２６と、が並列に設けられる。そのため、凝縮器１４から流出した冷媒の一部のみが、冷却部８０へ流れる。冷却部８０において充電器７１を冷却するために必要な量の冷媒を冷媒通路３１，３２へ流通させ、充電器７１は適切に冷却される。したがって、充電器７１が過冷却されることを防止できる。全ての冷媒が冷却部８０に流れないので、冷媒通路３１，３２の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。

冷媒通路２２の一部を形成する通路形成部２６は、冷媒通路２２の凝縮器１４と凝縮器１５との間に設けられている。冷媒通路３１，３２を含む充電器７１の冷却系は、通路形成部２６と並列に接続されている。凝縮器１４から直接凝縮器１５へ流れる冷媒の経路と、凝縮器１４から冷却部８０を経由して凝縮器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３１，３２へ流通させることで、充電器７１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。

冷却装置１はさらに、流量調整弁２８を備える。流量調整弁２８は、凝縮器１４から膨張弁１６へ向かう冷媒通路２２に設けられている。流量調整弁２８は、冷媒通路２２の一部を形成する通路形成部２６に配置されている。流量調整弁２８は、その弁開度を変動させ、通路形成部２６を流れる冷媒の圧力損失を増減させることにより、通路形成部２６を流れる冷媒の流量と、冷媒通路３１，３２および冷却通路８１を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、凝縮器１４を出た冷媒の全量が冷媒通路３１へ流入する。流量調整弁２８の弁開度を大きくすれば、凝縮器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、通路形成部２６を経由して流れる流量が大きくなり、冷媒通路３１，３２および冷却通路８１を経由して流れ充電器７１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、凝縮器１４から冷媒通路２２へ流れる冷媒のうち、通路形成部２６を経由して凝縮器１５へ直接流れる流量が小さくなり、冷媒通路３１，３２および冷却通路８１を経由して冷却部８０へ流れ充電器７１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充電器７１を冷却する冷媒の流量が小さくなり、充電器７１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充電器７１を冷却する冷媒の流量が大きくなり、充電器７１の冷却能力が向上する。流量調整弁２８を使用して、冷却部８０に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、充電器７１の過冷却を確実に防止することができ、加えて、冷媒通路３１，３２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。

流量調整弁２８の弁開度調整に係る制御の一例について、以下に説明する。図１５は、流量調整弁２８の開度制御の概略を示す図である。図１５のグラフ（Ａ）〜（Ｄ）に示す横軸は、時間を示す。グラフ（Ａ）の縦軸は、流量調整弁２８がステッピングモータを用いた電気式膨張弁である場合の弁開度を示す。グラフ（Ｂ）の縦軸は、流量調整弁２８が温度の変動により開閉動作する温度式膨張弁である場合の弁開度を示す。グラフ（Ｃ）の縦軸は、発熱源としての充電器７１の温度を示す。グラフ（Ｄ）の縦軸は、充電器７１の出入口温度差を示す。

冷媒が冷媒通路３１，３２を経由して冷却部８０へ流通することで、充電器７１は冷却される。流量調整弁２８の弁開度調整は、たとえば、充電器７１の温度、または充電器７１の出口温度と入口温度との温度差を監視することにより、行なわれる。たとえばグラフ（Ｃ）を参照して、充電器７１の温度を継続的に計測する温度センサを設け、充電器７１の温度を監視する。またたとえば、グラフ（Ｄ）を参照して、充電器７１の入口温度と出口温度とを計測する温度センサを設け、充電器７１の出入口の温度差を監視する。

充電器７１の温度が目標温度を上回る、または、充電器７１の出入口温度差が目標温度差（たとえば３〜５℃）を上回ると、グラフ（Ａ）およびグラフ（Ｂ）に示すように、流量調整弁２８の開度を小さくする。流量調整弁２８の開度を絞ることにより、上述した通り、冷媒通路３１を経由して冷却部８０へ流れる冷媒の流量が大きくなるので、充電器７１をより効果的に冷却できる。その結果、グラフ（Ｃ）に示すように充電器７１の温度を低下させて目標温度以下にすることができ、または、グラフ（Ｄ）に示すように充電器７１の出入口温度差を小さくして目標温度差以下にすることができる。

このように、流量調整弁２８の弁開度を最適に調整することで、充電器７１を適切な温度範囲に保つために必要な放熱能力を得られる量の冷媒を確保し、充電器７１を適切に冷却することができる。したがって、充電器７１が過熱して損傷する不具合の発生を、確実に抑制することができる。

図１４に戻って、実施の形態７の冷却装置１は、冷却部８０から凝縮器１５に向けて流通する冷媒の経路である冷媒通路３２と、圧縮機１２から凝縮器１４に向けて流通する冷媒の経路である冷媒通路２１と、を連通する、連通路５１を備える。冷媒通路３２は、連通路５１との分岐点よりも上流側の冷媒通路３２ａと、連通路５１との分岐点よりも下流側の冷媒通路３２ｂと、に二分割されている。冷媒通路２１は、連通路５１との分岐点よりも上流側の冷媒通路２１ａと、連通路５１との分岐点よりも下流側の冷媒通路２１ｂと、に二分割されている。

連通路５１には、開閉弁５６が設けられている。通路形成部２６と冷媒通路２２ｃと冷媒通路３２ｂとの分岐点には、三方弁５３が配置されている。三方弁５３と開閉弁５６とは、冷媒の流れを切り換える切換弁５２として機能する。開閉弁５６と三方弁５３との開閉状態を変化させることにより、充電器７１を冷却した後の冷媒通路３２ａを流通する冷媒を、冷媒通路３２ｂを経由させて凝縮器１５へ流通させることができ、または、連通路５１を経由させて凝縮器１４へ流通させることができる。三方弁５３と開閉弁５６とを使用して冷媒の経路を切り換えることにより、充電器７１を冷却した後の冷媒を、冷媒通路３２ｂ，２２ｃを経由させて凝縮器１５へ、または、連通路５１および冷媒通路２１ｂを経由して凝縮器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。

図１６は、実施の形態７の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図１６に示すように、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が運転しているときには、冷却部８０を流れ充電器７１を冷却した冷媒が冷媒通路３２ｂ，２２ｃを経由して凝縮器１５へ流通し、連通路５１には冷媒が流れないように、開閉弁５６は全閉（弁開度０％）とされ、三方弁５３は全ての経路が全開（弁開度１００％）とされる。

図１７は、実施の形態７の蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図１７に示すように、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０が停止しているときには、冷媒を冷却部８０から凝縮器１４へ循環させるように、開閉弁５６を全開（弁開度１００％）にし、膨張弁１６を全閉（弁開度０％）し、さらに冷媒通路３２ｂと冷媒通路２２ｃとを非連通にするように三方弁５３を操作する。連通路５１を経由して冷媒を循環させることにより、凝縮器１４から、冷媒通路２２ａ，３１を経由して冷却部８０へ至り、さらに冷媒通路３２ａ、連通路５１ａ，５１ｂおよび冷媒通路２１ｂを順に経由して凝縮器１４へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。

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、凝縮器１４と冷却部８０との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、充電器７１を冷却するとき、充電器７１から蒸発潜熱を受けて蒸発する。充電器７１で気化された冷媒蒸気は、冷媒通路３２ａ、連通路５１ａ，５１ｂおよび冷媒通路２１ｂを順に経由して、凝縮器１４へ流れる。凝縮器１４において、自然の通風また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り、冷媒蒸気は冷却されて凝縮する。凝縮器１４で液化した冷媒液は、冷媒通路２２ａ，３１を経由して、冷却部８０へ戻る。

このように、充電器７１と凝縮器１４とを経由する環状の経路によって、充電器７１を加熱部とし凝縮器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、充電器７１を確実に冷却することができる。充電器７１の冷却のために圧縮機１２を常時運転する必要がないことにより、圧縮機１２の消費動力を低減することができ、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。

（実施の形態８）
図１８は、実施の形態８の冷却装置１の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図１９は、実施の形態８の冷却装置１の構成を示す、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中の、充電器７１を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図１６および図１７に示す実施の形態７の構成と比較して、実施の形態８の冷却装置１では、切換弁５２として機能する三方弁５３は冷媒通路３２と連通路５１との分岐点に配置され、開閉弁５６は除かれている。

図１８に示すように、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中には、冷媒通路３２ａ，３２ｂを連通状態にし冷媒通路３２と連通路５１とを非連通状態にするように三方弁５３を操作し、流量調整弁２８の弁開度を冷却部８０に十分な冷媒が流れるように調整する。これにより、充電器７１を冷却した後の冷媒を冷媒通路３２ａ，３２ｂ，２２ｃを経由させて、確実に凝縮器１５へ流通させることができる。一方、図１９に示すように、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の停止中には、冷媒通路３２ａと連通路５１とを連通状態にし冷媒通路３１ａと冷媒通路３１ｂとを非連通状態にするように三方弁５３を操作し、さらに流量調整弁２８を全閉とする。これにより、充電器７１と凝縮器１４との間に冷媒を循環させる環状の経路を形成することができる。

冷媒通路３２と冷媒通路２１，２２との連通状態を切り換える切換弁５２としては、実施の形態７または８に示す弁のいずれを設けてもよい。または、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、冷却部８０に冷媒を流通させ、充電器７１を効率よく冷却することができる構成であれば、その他の任意の弁を設けてもよい。実施の形態７と比較して、実施の形態８の構成では、開閉弁５６が一つ省略されているので、切換弁５２の配置に要する空間はより小さくてよいと考えられ、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。

実施の形態８の冷却装置１はさらに、逆止弁５５を備える。逆止弁５５は、圧縮機１２と凝縮器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に近接する側の冷媒通路２１ａに、配置されている。逆止弁５５は、圧縮機１２から凝縮器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１９に示すように、流量調整弁２８を全閉（弁開度０％）にし、冷媒通路３２ａから連通路５１へ冷媒が流れ冷媒通路３２ｂへは流れないように三方弁５３を調整したとき、凝縮器１４とＨＶ機器熱源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５５がない場合、冷媒が連通路５１から圧縮機１２側の冷媒通路２１ａへ流れる虞がある。逆止弁５５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の停止時の充電器７１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、充電器７１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５５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充電器７１の冷却が不十分となることを回避することができる。

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、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、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、プラグインハイブリッド車、電気自動車などの、充放電可能な蓄電池を外部電源からの電力供給を受けて充電するための充電器を備える車両における、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充電器の冷却に、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 凝縮器、１６ 膨張弁、１８ 蒸発器、２１，２１ａ，２１ｂ，２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２３，２３ａ，２３ｂ，２４，３１，３１ａ，３１ｂ，３２，３２ａ，３２ｂ 冷媒通路、２６ 通路形成部、２８ 流量調整弁、３０ ＨＶ機器熱源、５１，５１ａ，５１ｂ 連通路、５２ 切換弁、５３ 三方弁、５５ 逆止弁、５６ 開閉弁、６０ 地面、７１ 充電器、７２ 蓄電池、７３ 配線、８０ 冷却部、８１ 冷却通路、８２ ヒートパイプ。

【０００３】
［０００９］
特開平４−２７５４９２号公報（特許文献５）および特開平７−３１２８０５号公報（特許文献６）に記載の冷却装置では、充電器を冷却するために冷却流体を循環させる動力源として専用のポンプを設ける必要があるので、装置構成が複雑になり、加えて装置のコストも増大する。
［００１０］
近年、車両の外部の電源から電力供給を受けて車両に搭載された蓄電池（リチウムイオン二次電池）を充電することが可能な電動車両の実用化が進められている。このような車両としては、ＰＨＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＥＶ（電気自動車）がある。この場合の充電時間は、１００Ｖ電源を使用した場合８時間程度、２００Ｖ電源を使用した場合でも４時間程度と、長時間を要する。特開平４−２７５４９２号公報（特許文献５）および特開平７−３１２８０５号公報（特許文献６）に記載の冷却装置では、長時間に亘る充電の間、冷却流体を循環させるためにポンプを運転し続ける必要があるので、ポンプでの電力消費が増大し、またポンプ寿命の短縮も懸念される。
［００１１］
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、装置構成を単純にでき、消費動力を低減できる、充電器の冷却装置を提供することである。
課題を解決するための手段
［００１２］
本発明に係る冷却装置は、電源からの電力供給を受け蓄電池を充電するための充電器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、冷媒を凝縮するための凝縮器と、凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧する減圧器と、減圧器によって減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、凝縮器から減圧器に向けて流通する冷媒の経路上に設けられ、凝縮器からの冷媒を用いて充電器を冷却するための冷却部と、冷却部から減圧器に向けて流通する冷媒の経路と圧縮機から凝縮器に向けて流通する冷媒の経路とを連通する連通路と、を備える。冷却部は、凝縮器よりも下方に配置されている。
［００１３］
上記冷却装置において、充電器は、冷媒が流通する配管に直接接触してもよい。また冷却装置は、充電器と冷媒が流通する配管との間に介在して配置されたヒートパイプを備えてもよい。
［００１４］
上記冷却装置において好ましくは、冷却部から減圧器に向け

【０００４】
て流通する冷媒の経路上に設けられた他の凝縮器を備えてもよく、この場合、凝縮器は、冷媒から熱を放出させる放熱能力が他の凝縮器よりも高くてもよい。また好ましくは、冷却装置は、凝縮器の出口から減圧器の入口へ向かう冷媒が流通する、並列に配置された第一通路および第二通路を備え、冷却部は第二通路に設けられてもよい。この場合冷却装置は、第一通路に配置され、第一通路を流れる冷媒の流量と第二通路を流れる冷媒の流量とを調節する、流量調整弁を備えてもよい。
［００１５］
上記冷却装置は、冷却部の出口から減圧器の入口へ向かう冷媒の流れと、冷却部の出口から連通路へ向かう冷媒の流れと、を切り換える、切換弁を備えてもよい。
［００１６］
上記冷却装置において好ましくは、冷却部は、充電器よりも冷媒の流れの上流側に配置された電気機器を含み、凝縮器からの冷媒を用いて電気機器を冷却する。
発明の効果
［００１７］
本発明の冷却装置によると、装置構成を単純にすることができ、かつ消費動力を低減することができる。
図面の簡単な説明
［００１８］
［図１］実施の形態１の冷却装置の構成を示す模式図である。
［図２］実施の形態１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。
［図３］実施の形態２の冷却装置の構成を示す模式図である。
［図４］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。
［図５］実施の形態３の冷却装置の構成を示す模式図である。
［図６］実施の形態４の冷却装置の構成を示す模式図である。

Claims (12)

1. 電源からの電力供給を受け蓄電池（７２）を充電するための充電器（７１）を冷却する冷却装置（１）であって、
   冷媒を循環させるための圧縮機（１２）と、
   前記冷媒を凝縮するための凝縮器（１４）と、
   前記凝縮器（１４）によって凝縮された前記冷媒を減圧する減圧器（１６）と、
   前記減圧器（１６）によって減圧された前記冷媒を蒸発させるための蒸発器（１８）と、
   前記凝縮器（１４）から前記蒸発器（１８）に向けて流通する前記冷媒の経路上に設けられ、前記凝縮器（１４）からの前記冷媒を用いて前記充電器（７１）を冷却するための冷却部（８０）と、を備える、冷却装置（１）。
2. 前記充電器（７１）は、前記冷媒が流通する配管（８１）に直接接触する、請求項１に記載の冷却装置（１）。
3. 前記充電器（７１）と前記冷媒が流通する配管（８１）との間に介在して配置されたヒートパイプ（８２）を備える、請求項１に記載の冷却装置（１）。
4. 前記冷却部（８０）は、前記凝縮器（１４）から前記減圧器（１６）に向けて流通する前記冷媒の経路上に設けられる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却装置（１）。
5. 前記冷却部（８０）から前記減圧器（１６）に向けて流通する前記冷媒の経路上に設けられた他の凝縮器（１５）を備える、請求項４に記載の冷却装置（１）。
6. 前記凝縮器（１４）は、前記冷媒から熱を放出させる放熱能力が前記他の凝縮器（１５）よりも高い、請求項５に記載の冷却装置（１）。
7. 前記凝縮器（１４）の出口から前記減圧器（１６）の入口へ向かう前記冷媒が流通する、並列に配置された第一通路（２６）および第二通路を備え、
   前記冷却部（８０）は、前記第二通路に設けられる、請求項４から請求項６のいずれかに記載の冷却装置。
8. 前記第一通路（２６）に配置され、前記第一通路（２６）を流れる前記冷媒の流量と前記第二通路を流れる前記冷媒の流量とを調節する、流量調整弁（２８）を備える、請求項７に記載の冷却装置（１）。
9. 前記冷却部（８０）から前記減圧器（１６）に向けて流通する前記冷媒の経路と、前記圧縮機（１２）から前記凝縮器（１４）に向けて流通する前記冷媒の経路と、を連通する、連通路（５１）を備える、請求項１から請求項８のいずれかに記載の冷却装置（１）。
10. 前記冷却部（８０）の出口から前記減圧器（１６）の入口へ向かう前記冷媒の流れと、前記冷却部（８０）の出口から前記連通路（５１）へ向かう前記冷媒の流れと、を切り換える、切換弁（５２）を備える、請求項９に記載の冷却装置（１）。
11. 前記冷却部（８０）は、前記凝縮器（１４）よりも下方に配置されている、請求項９または請求項１０に記載の冷却装置（１）。
12. 前記冷却部（８０）は、前記充電器（７１）よりも前記冷媒の流れの上流側に配置された電気機器（３０）を含み、前記凝縮器（１４）からの前記冷媒を用いて前記電気機器（３０）を冷却する、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の冷却装置（１）。

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