WO2013125006A1

WO2013125006A1 - 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: WO2013125006A1
Application number: PCT/JP2012/054402
Authority: WO
Inventors: 芳昭川上; 邦彦新井
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-08-29

Abstract

　冷却装置（２００）は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用し、冷媒を用いて発熱源（１１０，１２０）を冷却する。冷却装置（２００）は、圧縮機（２１０）と、凝縮器（２２０）と、レシーバ（２３０）と、膨張弁（２６０）と、蒸発器（２４０）と、アキュムレータ（２５０）とを備える。レシーバ（２３０）は、凝縮器（２２０）で熱交換された冷媒を気液分離する。アキュムレータ（２５０）は、蒸発器（２４０）で熱交換された冷媒を気液分離し、圧縮機（２１０）に冷媒を供給する。冷却装置（２００）は、蒸発器（２４０）と並列に接続され、冷媒を用いて発熱源（１１０，１２０）を冷却する冷却部（２４１，２４２）をさらに備える。冷却装置（２００）は、レシーバ（２３０）とアキュムレータ（２５０）との間を連通させることができる切換弁（２７０）を開放して、アキュムレータ（２５０）内の冷媒液をレシーバ（２３０）へ移動する。

Description

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

　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の効率を向上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。

　また、特開２００５－８２０６６号公報（特許文献２）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２００７－０６９７３３号公報特開２００５－０８２０６６号公報特開２００５－０９０８６２号公報特開平０６－２５５３５１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。

　しかしながら、この場合には、冷却が不要な場合にも圧縮機を運転することが必要となる。そのため、圧縮機の負荷が増加して、蒸気圧縮式冷凍サイクルの全体的な効率を低下させ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、アキュムレータからレシーバへ冷媒液を移動させる際の圧縮機の負荷を低減して冷却効率を向上することである。

　本発明の冷却装置は、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および第２の熱交換器と、第１および第２の気液分離部と、減圧器と、切換弁とを備える。第１の熱交換器は、圧縮機で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の気液分離部内の冷媒を減圧する。第２の熱交換器は、減圧器で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て、圧縮機に冷媒を供給する。切換弁は、第１の気液分離部と第２の気液分離部との間の連通および非連通を切換える。

　好ましくは、切換弁は、第１の気液分離部の圧力と第２の気液分離部の圧力との差がしきい値より小さい場合に、第１の気液分離部と第２の気液分離部とが連通状態となる。

　好ましくは、第２の熱交換器と並列に接続され、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却部をさらに備える。

　好ましくは、冷却装置は、第１および第２の気液分離部に接続される冷媒通路をさらに備える。切換弁は、冷媒通路上に設けられる。

　好ましくは、第２の気液分離部は、第１の気液分離部よりも相対的に高い位置に配置される。

　好ましくは、第１の気液分離部および第２の気液分離部は、第２の気液分離部が第１の気液分離部の上方となるように一体的に形成される。切換弁は、第１の気液分離部と第２の気液分離部との間の隔壁に設けられる。

　好ましくは、切換弁は、切換弁よりも第２の気液分離部側の圧力が、第１の気液分離部側の圧力よりも規定値以上になると開放する逆止弁である。

　好ましくは、冷却装置は、切換弁を制御するための制御装置をさらに備える。制御装置は、第１および第２の気液分離部の圧力を比較し、第１の気液分離部の圧力と第２の気液分離部の圧力との差がしきい値より小さい場合に、第１の気液分離部と第２の気液分離部とが連通状態となるように切換弁を切換える。制御装置は、第２の気液分離部から第１の気液分離部へ液体の冷媒が移動したことに応答して、第１の気液分離部と第２の気液分離部とが非連通状態となるように切換弁を切換える。

　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。車用は、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、冷却装置を用いて蓄電装置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。
　本発明による冷却装置の制御方法は、冷媒を用いて発熱源を冷却する冷却装置についての制御方法である。冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、第１および第２の熱交換器と、第１および第２の気液分離部と、減圧器と、切換弁とを含む。第１の熱交換器は、圧縮機で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の気液分離部内の冷媒を減圧する。第２の熱交換器は、減圧器で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て、圧縮機に冷媒を供給する。切換弁は、第１の気液分離部と第２の気液分離部との間の連通および非連通を切換える。制御方法は、第１および第２の気液分離部の圧力を取得するステップと、第１および第２の気液分離部の圧力を比較するステップと、第１の気液分離部の圧力と第２の気液分離部の圧力との差がしきい値より小さい場合に、第１の気液分離部と第２の気液分離部とが連通状態となるように切換弁を切換え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、アキュムレータからレシーバへ冷媒液を移動させる際の圧縮機の負荷を低減して冷却効率を向上することができる。

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。実施の形態１において、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。冷却装置の他の構成についての第１の例を示す図である。実施の形態１において、ＥＣＵで実行される冷媒移送制御を説明するためのフローチャートである。冷却装置の他の構成についての第２の例を示す図である。実施の形態２に従う冷却装置の構成を示す図である。図６の冷却装置における切換弁の動作を説明するための第１の図である。図６の冷却装置における切換弁の動作を説明するための第２の図である。

　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についての冷媒移送制御をおこなう。

　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］
　（実施の形態１）
　図２は、実施の形態１に従う、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を通っ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。

　冷媒通路２９０またはレシーバ２３０には、圧縮された冷媒の圧力を検出するための圧力センサ２８０が設けられる。圧力センサ２８０は、検出した圧力ＰＨをＥＣＵ３００へ出力する。

　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。

　冷媒通路２９６またはアキュムレータ２５０には、圧縮機２１０へ流入する冷媒の圧力を検出するための圧力センサ２８５が設けられる。圧力センサ２８５は、検出した圧力ＰＬをＥＣＵ３００へ出力する。

　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。

　冷却部２４１，２４２は、たとえば上記の機器を収納する筐体である。冷媒通路２９３，２９４は、冷却部２４１，２４２とは異なる配管で形成されてもよい。あるいは、冷却部２４１，２４２に内蔵された冷媒通路が、冷媒通路２９３，２９４の一部を形成するようにしてもよい。

　このように、冷媒の流通経路にレシーバ２３０およびアキュムレータ２５０を備える蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、冷媒液がレシーバ２３０およびアキュムレータ２５０に蓄えられる。上述のように、膨張弁２６０にて低温・低圧の霧状冷媒を生成するために、レシーバ２３０から液相冷媒が冷媒通路２９１へ供給される。そのため、冷却能力を確保するためには、レシーバ２３０には冷媒液を十分に蓄えておくことが必要となる。

　一方、アキュムレータ２５０から圧縮機２１０へは気相冷媒が供給される。そのため、アキュムレータ２５０に蓄えられた冷媒液をレシーバ２３０へ戻すには、圧縮機２１０を運転することによって冷媒液に必要な過熱度を与えて気化させ、凝縮器２２０で凝縮させることが必要となる。そうすると、圧縮機２１０に通常の冷却動作における冷媒搬送より大きい動力が必要になるので、冷却装置全体の効率を低下させてしまうおそれがある。

　そのため、実施の形態１においては、冷却装置２００は、切換弁２７０を有し、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０とを連通する冷媒通路２７５をさらに含むように構成される。冷媒通路２７５の一方端はアキュムレータ２５０の液相側に連結され、他方端はレシーバ２３０の気相側に連結される。

　切換弁２７０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＩＧによって制御され、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０との間の連通と非連通とを切換える。

　アキュムレータ２５０は、アキュムレータ２５０と冷媒通路２７５との連結部がレシーバ２３０と冷媒通路２７５との連結部よりも高くなるような位置に配置される。このような配置とすることで、切換弁２７０を開放してレシーバ２３０とアキュムレータ２５０との間を連通させると、アキュムレータ２５０に溜まった冷媒液の自重を利用してレシーバ２３０へ冷媒液を移動させることができる。これによって、圧縮機２１０による圧縮過程および凝縮器２２０による凝縮過程が不要となる。

　レシーバ２３０とアキュムレータ２５０との位置関係については、アキュムレータ２５０がレシーバ２３０よりも高くなるようにすることは必須ではない。たとえば、図３の冷却装置２００Ａように、アキュムレータ２５０がレシーバ２３０よりも低く配置される場合は、冷媒通路２７５に、アキュムレータ２５０の冷媒液をレシーバ２３０まで汲み上げるためのポンプ２７１をさらに備えるようにしてもよい。この場合には、切換弁２７０を開放するとともにポンプ２７１を運転することで、アキュムレータ２５０の冷媒液をレシーバ２３０へ移動させることができる。ただし、ポンプ２７１を駆動するための動力が別途必要となるので、効率の観点からは、図２のようにアキュムレータ２５０をレシーバ２３０よりも高い位置に配置することがより好ましい。

　なお、一般的に、圧縮機２１０が運転されていると、圧縮機２１０により気相冷媒が圧縮されるので、圧縮機２１０の吐出側であるレシーバ２３０の圧力ＰＨのほうが、圧縮機２１０の流入側であるアキュムレータ２５０の圧力ＰＬよりも高くなる。そのため、レシーバ２３０側の圧力とアキュムレータ２５０側の圧力差がアキュムレータ２５０内の冷媒液の自重による圧力よりも大きい場合には、切換弁２７０を開放した場合でも、アキュムレータ２５０内の冷媒液がレシーバ２３０へ流れない可能性がある。

　したがって、ＥＣＵ３００は、圧力センサ２８０，２８５からの圧力ＰＨ，ＰＬを比較し、その圧力差が所定のしきい値を下回る場合に切換弁２７０を開放する。

　このように、実施の形態１においては、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０とを連通させることによって、アキュムレータ２５０内の冷媒液を、液相のままレシーバ２３０へ戻すことが可能となる。これによって圧縮機２１０の負荷が低減できるので、冷却装置２００の全体的な効率を向上させることができる。

　図４は、図２で説明したような、ＥＣＵ３００で実行される冷媒移送制御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、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、圧縮機２１０が停止しているか否かを判定する。

　圧縮機２１０が運転している場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、圧縮機２１０による圧縮動作によりレシーバ２３０側の圧力がアキュムレータ２５０側の圧力よりも大きく、冷媒液の移送が行なえない可能性が高いので、ＥＣＵ３００は、後続の処理をスキップして処理をメインルーチンに戻す。

　圧縮機２１０が停止している場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、処理がＳ１１０に進められ、ＥＣＵ３００は、圧力センサ２８０，２８５で検出された圧力ＰＨ，ＰＬを取得する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、圧力ＰＨと圧力ＰＬとの圧力差が、予め定められたしきい値Ｐｔｈより小さいか否かを判定する。このしきい値Ｐｔｈは、アキュムレータ２５０内の冷媒液がレシーバ２３０へ流れるように、アキュムレータ２５０内の冷媒液のヘッド圧に基づいて定められる。

　圧力差がしきい値Ｐｔｈ以上の場合（Ｓ１２０にてＮＯ）の場合は、処理がＳ１１０に戻され、ＥＣＵ３００は圧力差がしきい値Ｐｔｈを下回るのを待つ。圧縮機２１０が停止した直後は、圧力差は大きい場合があるが、時間とともに圧縮機２１０を通って気相冷媒が移動するので徐々に圧力差は小さくなる。

　時間が経過して圧力差がしきい値Ｐｔｈを下回ると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理がＳ１３０に進められて、ＥＣＵ３００は、切換弁２７０を開放する。これによって、アキュムレータ２５０内の冷媒液が、自重によってレシーバ２３０へ移動する。

　そして、Ｓ１４０にて、ＥＣＵ３００は冷媒液の移動が完了したか否かを判定する。この判定については、たとえば、予め定められた時間が経過したか否かによって判定してもよいし、液面を検出するための図示しないセンサで検出された液面が所定以下まで低下したことによって判定してもよい。

　冷媒液の移動が完了していない場合（Ｓ１４０にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に戻され、ＥＣＵ３００は冷却液の移動が完了するまで待つ。

　そして、冷媒液の移動が完了した場合（Ｓ１４０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１５０に進められて、ＥＣＵ３００は切換弁２７０を閉止する。

　なお、図４には示されていないが、アキュムレータ２５０からレシーバ２３０への冷媒液の移動を行なっている間に車室内の冷房または機器の冷却が必要になった場合には、冷媒液の移動を途中で中断して圧縮機２１０の運転を再開するようにしてもよい。または、冷媒液の移動が完了するまで圧縮機２１０の運転を制限す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、圧縮機を用いずにアキュムレータ内の冷媒液をレシーバに戻すことが可能になる。これによって、アキュムレータからレシーバへ冷媒液を移動させる際の圧縮機の負荷を低減することができるので、冷却装置の効率を向上することが可能になる。

　なお、図２に示す冷却装置２００の構成においては、蒸発器２４０および冷却部２４１，２４２へ供給される冷媒は膨張弁２６０のみで調整される。しかしながら、冷却部２４１，２４２に含まれる電気機器は、車両の走行状態すなわちこれら電気機器の負荷の状態によって温度が変動し得る。そのため、蒸発器２４０および冷却部２４１，２４２の各々が必要とする冷却能力は異なる場合がある。この場合、図１のように、蒸発器２４０および冷却部２４１，２４２へ供給される冷媒を１つの膨張弁２６０のみで調整する場合には、各系統の冷却能力を一定に保つことが困難となり得る。そうすると、必要以上の冷媒が供給された系統においては液相冷媒が滞留することになり、結果的にアキュムレータ２５０に冷媒液が溜まりやすくなる。

　そのため、図５に示す冷却装置２００Ｂのように、蒸発器２４０および冷却部２４１，２４２の各系統に制御可能な膨張弁と減圧弁とを個別に設けて、系統ごとに必要最小限の冷媒を供給することがより好ましい。

　具体的には、たとえば蒸発器２４０の系統において、レシーバ２３０と蒸発器２４０との間の冷媒通路に膨張弁２６０Ａが設けられ、蒸発器２４０とアキュムレータ２５０との間の冷媒通路に減圧弁２６５Ａが設けられる。膨張弁２６０Ａは、蒸発器２４０の出側に設けられた過熱度センサ２６１Ａにより検出された過熱度に基づいて開度が調整される。減圧弁２６５Ａは、蒸発器２４０の出側に設けられた温度センサ２６６Ａにより検出された温度に基づいて開度が調整される。なお、冷却部２４１，２４２についても同様の構成であるので、詳細な説明は繰り返さない。

　このような構成とすることにより、蒸発器２４０および冷却部２４１，２４２の各々の必要冷却量に応じた冷媒が供給され、蒸発器２４０および冷却部２４１，２４２を通過した冷媒に液相冷媒が残留することを抑制できる。

　そして、図５の構成を有する冷却装置２００Ｂにおいても、図２と同様にレシーバ２３０とアキュムレータ２５０とを連通することができる冷媒通路を設けることにより、アキュムレータ２５０に蓄えられた冷媒液を、圧縮機２１０を用いることなくレシーバ２３０へ移動させることができる。図５のように各系統の冷媒を個別の調節することによって、アキュムレータ２５０からレシーバ２３０へ冷媒液を移動させる頻度を少なくできるので、冷却効率をさらに向上させることが可能となる。

　（実施の形態２）
　実施の形態１においては、レシーバとアキュムレータとを冷媒通路によって連通させる構成について説明した。

　実施の形態２においては、アキュムレータがレシーバの上方となるように、アキュムレータとレシーバとを一体構造とする構成について説明する。

　図６は、実施の形態２に従う冷却装置２００Ｃの構成を示す図である。冷却装置２００Ｃにおいては、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０とが、アキュムレータ２５０がレシーバ２３０の上方となるように一体構造とされる。そして、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０とを分離する隔壁に切換弁４００が設けられる。なお、図６において、図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

　切換弁４００は、アキュムレータ２５０の圧力（気相冷媒圧力＋液相冷媒圧力）とレシーバ２３０の気相冷媒圧力との圧力差によって開閉する逆止弁である。切換弁４００の構造の一例を図７および図８を用いて以下に説明する。

　図７は切換弁４００が閉止している状態を示す図であり、図８は切換弁４００が開放している状態を示す図である。

　図６および図７を参照して、切換弁４００は、流出口４１０と、閉止蓋４２０と、ばね４３０とを含む。

　流出口４１０は、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０とを分離する隔壁４０５に設けられる。閉止蓋４２０が開放状態である場合に、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０とが連通状態になる。ばね４３０は、閉止蓋４２０が流出口４１０に押し付けられる方向の力を、閉止蓋４２０に付勢する。

　圧縮機２１０が運転している場合は、レシーバ２３０内の気相冷媒の圧力ＰＨは、アキュムレータ２５０の気相冷媒の圧力ＰＬよりも大きくなる。レシーバ２３０内の気相冷媒の圧力ＰＨとばね４３０の付勢力αとの和が、アキュムレータ２５０の気相冷媒の圧力ＰＬと液相冷媒の自重による圧力ＰＷとの和よりも大きい場合（ＰＨ＋α＞ＰＬ＋ＰＷ）は、閉止蓋４２０が流出口４１０に押し付けられ、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０とが非連通とされる。これによって、アキュムレータ２５０の冷媒液がアキュムレータ２５０内に留められる。

　圧縮機２１０が停止されると圧力ＰＨと圧力ＰＬとの圧力差が時間とともに徐々に小さくなる。そして、図８のように、レシーバ２３０内の気相冷媒の圧力ＰＨとばね４３０の付勢力αとの和が、アキュムレータ２５０の気相冷媒の圧力ＰＬと液相冷媒の自重による圧力ＰＷとの和よりも小さくなると（ＰＨ＋α＜ＰＬ＋ＰＷ）、閉止蓋４２０が開放される。これによって、レシーバ２３０とアキュムレータ２５０とが連通し、矢印ＡＲ１の経路を通ってアキュムレータ２５０内の冷媒液がレシーバ２３０へと移動する。

　その後、冷媒液が移動して、レシーバ２３０側の圧力が大きくなると（ＰＨ＋α＞ＰＬ＋ＰＷ）、閉止蓋４２０が閉止される。

　このように、レシーバとアキュムレータとを一体構造とし、それらの間の隔壁にアキュムレータからレシーバの方向への流れを許容するような逆止弁を設けることによって、レシーバとアキュムレータとを小型化できる。さらに、このような構成とすることで、ＥＣＵによる積極的な制御を行なわなくても、レシーバとアキュムレータとの圧力差に応じてアキュムレータ内の冷媒液をレシーバに移動させることが可能となる。

　なお、逆止弁の構造は、所定の圧力差によって一方向のみの連通が可能な構成であれば、図７，図８に示される構造には限られない。逆止弁の他の構造としては、たとえば、ゴム板のような弾性を有する平板をレシーバ側の隔壁に設ける構成としてもよい。

　また、図７および図８の説明においては、ばね４３０の付勢力αが、閉止蓋４２０が流出口４１０に押し付けられる方向である場合を例として説明したが、ばね４３０の付勢力αの方向は、システムの構成に応じて変更され得る。たとえば、圧縮機２２０停止後に、できるだけ早くレシーバ２３０とアキュムレータ２６０とを連通状態とする場合には、閉止蓋４２０が開放される方向にばね４３０の付勢力が設定されるようにしてもよい。

　また、実施の形態１における切換弁を逆止弁とするようにしてもよく、逆に実施の形態２における切換弁をＥＣＵによって制御可能な制御弁とするようにしてもよい。

　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。

　１００　車両、１１０　蓄電装置、１１５　ＳＭＲ、１２０　ＰＣＵ、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、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ　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、２６０，２６０Ａ～２６０Ｃ　膨張弁、２６１Ａ～２６１Ｃ　過熱度センサ、２６５Ａ～２６５Ｃ　減圧弁、２６６Ａ～２６６Ｃ　温度センサ、２７０，４００　切換弁、２７１　ポンプ、２７５，２９０，２９１，２９２，２９３，２９４，２９５，２９６，２９７　冷媒通路、２８０，２８５　圧力センサ、３００　ＥＣＵ、４０５　隔壁、４１０　流出口、４２０　閉止蓋、４３０　ばね、ＮＬ１，ＰＬ１，ＰＬ２　電力線。

Claims

　冷媒を用いる冷却装置であって、
　前記冷媒を圧縮する圧縮機（２１０）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（２２０）と、
　前記第１の熱交換器（２２０）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（２３０）と、
　前記第１の気液分離部（２３０）内の前記冷媒を減圧する減圧器（２６０）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（２４０）と、
　前記第２の熱交換器（２４０）で熱交換された前記冷媒を気液分離し、前記圧縮機（２１０）に前記冷媒を供給する第２の気液分離部（２５０）と、
　前記第１の気液分離部（２３０）と前記第２の気液分離部（２５０）との間の連通および非連通を切換える切換弁（２７０，４００）とを備える、冷却装置。
　前記切換弁（２７０，４００）は、前記第１の気液分離部（２３０）の圧力と前記第２の気液分離部（２５０）の圧力との差がしきい値より小さい場合に、前記第１の気液分離部（２３０）と前記第２の気液分離部（２５０）とが連通状態となる、請求項１に記載の冷却装置。
　前記第２の熱交換器（２４０）と並列に接続され、前記冷媒を用いて発熱源（１１０，１２０）を冷却する冷却部（２４１，２４２）をさらに備える、請求項１に記載の冷却装置。
　前記第１および第２の気液分離部（２３０，２５０）に接続される冷媒通路（２７５）をさらに備え、
　前記切換弁（２７０，４００）は、前記冷媒通路（２７５）上に設けられる、請求項１に記載の冷却装置。
　前記第２の気液分離部（２５０）は、前記第１の気液分離部（２３０）よりも相対的に高い位置に配置される、請求項１に記載の冷却装置。
　前記第１の気液分離部（２３０）および前記第２の気液分離部（２５０）は、前記第２の気液分離部（２５０）が前記第１の気液分離部（２３０）の上方となるように一体的に形成され、
　前記切換弁（４００）は、前記第１の気液分離部（２３０）と前記第２の気液分離部（２５０）との間の隔壁（４０５）に設けられる、請求項５に記載の冷却装置。
　前記切換弁（２７０，４００）は、前記切換弁（２７０，４００）よりも前記第２の気液分離部（２５０）側の圧力が、前記第１の気液分離部（２３０）側の圧力よりも規定値以上になると開放する逆止弁である、請求項５または６に記載の冷却装置。
　前記切換弁（２７０）を制御するための制御装置（３００）をさらに備え、
　前記制御装置（３００）は、前記第１および第２の気液分離部（２３０，２５０）の圧力を比較し、前記第１の気液分離部（２３０）の圧力と前記第２の気液分離部（２５０）の圧力との差がしきい値より小さい場合に、前記第１の気液分離部（２３０）と前記第２の気液分離部（２５０）とが連通状態となるように前記切換弁（２７０）を切換え、
　前記制御装置（３００）は、前記第２の気液分離部（２５０）から前記第１の気液分離部（２３０）へ液体の前記冷媒が移動したことに応答して、前記第１の気液分離部（２３０）と前記第２の気液分離部（２５０）とが非連通状態となるように前記切換弁（２７０）を切換える、請求項１に記載の冷却装置。
　蓄電装置（１１０）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（１３０）と、
　前記蓄電装置（１１０）からの電力を変換して前記回転電機（１３０）を駆動するための駆動装置（１２０）と、
　請求項１に記載の冷却装置（２００）と、
　前記冷却装置（２００）を用いて前記蓄電装置（１１０）および前記駆動装置（１２０）の少なくとも１つを冷却する冷却部（２４１，２４２）とを備える、車両。
　前記車両（１００）は、前記冷却装置（２００）を用いて車室内を空調する、請求項９に記載の車両。
　冷媒を用いて発熱源（１１０，１２０）を冷却する冷却装置の制御方法であって、
　前記冷却装置（２００）は、
　前記冷媒を圧縮する圧縮機（２１０）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（２２０）と、
　前記第１の熱交換器（２２０）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（２３０）と、
　前記第１の気液分離部（２３０）内の前記冷媒を減圧する減圧器（２６０）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（２４０）と、
　前記第２の熱交換器（２４０）で熱交換された前記冷媒を気液分離し、前記圧縮機（２１０）に前記冷媒を供給する第２の気液分離部（２５０）と、
　前記第１の気液分離部（２３０）と前記第２の気液分離部（２５０）との間の連通および非連通を切換える切換弁（２７０）とを含み、
　前記制御方法は、
　前記第１および第２の気液分離部（２３０，２５０）の圧力を取得するステップと、
　前記第１および第２の気液分離部（２３０，２５０）の圧力を比較するステップと、
　前記第１の気液分離部（２３０）の圧力と前記第２の気液分離部（２５０）の圧力との差がしきい値より小さい場合に、前記第１の気液分離部（２３０）と前記第２の気液分離部（２５０）とが連通状態となるように前記切換弁（２７０）を切換えるステップとを備える、冷却装置の制御方法。