JP5940778B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に関し、特に、発熱源へ冷媒を循環させ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。たとえば特開平１１−２３０８１号公報（特許文献１）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２００７−６９７３３号公報（特許文献３）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１１−２３０８１号公報 特開２００５−９０８６２号公報 特開２００７−６９７３３号公報

特許文献２，３に開示されている冷却装置では、電気機器などの発熱源を冷却するための冷却経路が蒸気圧縮式冷凍サイクル内に組み入れられており、発熱源を冷却するとき、減圧器を通過した後の気液二相状態の冷媒が発熱源を冷却する冷媒経路に導入される。発熱源を冷却するための冷媒の流量が減少すると、発熱源の冷却性能が低下してしまう問題がある。

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、発熱源を安定して冷却できる、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、発熱源へ冷媒を循環させて発熱源を冷却する冷却装置であって、冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器と、熱交換器から発熱源へ流れる液状の冷媒を貯留する蓄液器と、蓄液器から発熱源へ流れる冷媒の経路に並列に接続されたポンプと、を備える。

上記冷却装置において好ましくは、ポンプから吐出され経路へ戻る冷媒の流れ方向を、蓄液器から発熱源へ向かう方向に規制する、流れ規制部を備える。

上記冷却装置において好ましくは、ポンプから吐出された冷媒が経路へ戻る位置に配置されたアスピレータを備え、冷媒はアスピレータを経由して経路へ流入する。

上記冷却装置において好ましくは、発熱源を冷却した後の冷媒の状態を示すデータを取得するセンサを備え、ポンプは、当該データに基づいて起動または停止する。

本発明の冷却装置によると、発熱源へ流れる冷媒の流量を確保できるので、発熱源の冷却能力の低下を抑制し、発熱源を安定して冷却することができる。

冷却装置の構成を示す模式図である。 図１に示すアスピレータの構成の詳細を示す模式図である。 ポンプの運転制御を示すフローチャートである。 変形例のアスピレータの構成の詳細を示す模式図である。 図４中に示すＶ−Ｖ線に沿うアスピレータの断面模式図である。 他の変形例のアスピレータの構成の詳細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。

図１は、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、熱交換器１４と、冷却部３０と、気液分離器４０とを備える。冷却装置１はまた、熱交換器１４と気液分離器４０とを連通する冷媒通路２２と、気液分離器４０と冷却部３０とを連通する冷媒通路３４と、冷却部３０と熱交換器１４とを連通する冷媒通路３６と、を含む。冷却装置１は、熱交換器１４、気液分離器４０および冷却部３０が、冷媒通路２２，３４および３６によって連結されて構成される。

冷媒は、熱交換器１４と冷却部３０と気液分離器４０とが冷媒通路２２，３４，３６によって順次接続された冷媒循環流路を通って、冷却装置１内を循環する。なお、冷却装置１を循環して流れる冷媒としては、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は、冷媒蒸気を、外部媒体へ放熱させることにより冷媒液とする。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、車両の走行によって発生する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って供給された冷却風と冷媒との間で、熱交換を行なう。熱交換器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。

気液分離器４０は、熱交換器１４から冷却部３０へ流れる冷媒の経路上に配置されている。気液分離器４０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。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には、冷媒通路２２，３４と、後述する吸込経路７４とが連結されている。

熱交換器１４の出口側において冷媒は、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。熱交換器１４から流出した冷媒は、冷媒通路２２を通って気液分離器４０へ供給される。冷媒通路２２から気液分離器４０へ流入する気液二相状態の冷媒は、気液分離器４０の内部において気相と液相とに分離される。気液分離器４０は、熱交換器１４によって凝縮された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。

分離された冷媒液は、冷媒通路３４を経由して、気液分離器４０の外部へ流出する。気液分離器４０内の液相中に配置された冷媒通路３４の端部は、液相冷媒の気液分離器４０からの流出口を形成する。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から冷媒液を導出する冷媒通路３４の端部は、気液分離器４０の底部に連結されている。冷媒通路３４を経由して、気液分離器４０の底側から冷媒液のみが気液分離器４０の外部へ送り出される。これにより、気液分離器４０は、気相冷媒と液相冷媒との分離を確実に行なうことができる。

冷却部３０は、車両に搭載される電気機器であるＨＶ（Hybrid Vehicle）機器と、冷媒が流通する配管である冷却通路とを含む。ＨＶ機器は、発熱源の一例である。冷却通路の一方の端部は、冷媒通路３４に接続される。冷却通路の他方の端部は、冷媒通路３６に接続される。冷媒通路３４は、気液分離器４０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３６は、冷却部３０から熱交換器１４に冷媒を流通させるための通路である。

気液分離器４０において気液分離された冷媒のうち、液相の冷媒液が、気液分離器４０から冷媒通路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、冷却通路を経由して流れる冷媒は、発熱源としてのＨＶ機器から熱を奪って、ＨＶ機器を冷却させる。冷却部３０は、気液分離器４０において分離され冷媒通路３４を経由して冷却通路へ流れる液相の冷媒を用いて、ＨＶ機器を冷却する。冷却部３０において、冷却通路内を流通する冷媒と、ＨＶ機器と、が熱交換することにより、ＨＶ機器は冷却され、冷媒は加熱される。

冷却部３０は、冷却通路においてＨＶ機器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機器の筐体に冷却通路の外周面が直接接触するように形成された冷却通路を有する。冷却通路は、ＨＶ機器の筐体と隣接する部分を有する。当該部分において、冷却通路を流通する冷媒と、ＨＶ機器との間で、熱交換が可能となる。

ＨＶ機器は、冷却装置１を循環する冷媒の経路の一部を形成する冷却通路の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路の外部にＨＶ機器が配置されるので、冷却通路の内部を流通する冷媒の流れにＨＶ機器が干渉することはない。そのため、冷却装置１を循環する冷媒に作用する圧力損失を増大させることなく、ＨＶ機器を冷却することができる。

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

ＨＶ機器は、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。

冷媒通路２２は、冷媒を熱交換器１４から気液分離器４０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、熱交換器１４と気液分離器４０との間を、熱交換器１４の出口から気液分離器４０の入口へ向かって流れる。冷媒通路３４は、冷媒を気液分離器４０から冷却部３０に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路３４を経由して、気液分離器４０と冷却部３０との間を、気液分離器４０の出口から冷却部３０の入口へ向かって流れる。冷媒通路３６は、冷媒を冷却部３０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３６を経由して、冷却部３０と熱交換器１４との間を、冷却部３０の出口から熱交換器１４の入口へ向かって流れる。

冷媒は、ＨＶ機器を冷却するとき、ＨＶ機器から蒸発潜熱を受けて蒸発する。ＨＶ機器との熱交換により気化された冷媒蒸気は、冷媒通路３６を経由して、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２２，３４を経由して、冷却部３０へ戻る。

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。ヒートパイプを利用してＨＶ機器の冷却が行なわれるので、ＨＶ機器の冷却のために、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機器の冷却のための消費動力を低減することができる。

図１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冷却部３０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、動力を加えることなく、ＨＶ機器をより効率よく冷却することができる。

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。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、負荷変動時にも気液分離器４０から冷却部３０へ流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機器の冷却性能を安定させることができる。

気液分離器４０の出口から冷却部３０の入口へ向かって流れる冷媒が流通する経路は、気液分離器４０と冷却部３０とを連通する冷媒通路３４と、ポンプ７０に冷媒液を流通させるための吸込経路７４および吐出経路７６と、を含む。

吸込経路７４は、気液分離器４０とポンプ７０とを連通し、気液分離器４０で分離された液相冷媒をポンプ７０に流通させるための経路である。冷媒は、吸込経路７４を経由して、気液分離器４０とポンプ７０との間を、気液分離器４０の出口からポンプ７０の入口へ向かって流れる。

冷媒通路３４と吐出経路７６との合流する位置には、アスピレータ８０が設けられている。吐出経路７６は、ポンプ７０とアスピレータ８０とを連通し、ポンプ７０から吐出された冷媒をアスピレータ８０を経由して冷媒通路３４へ流通させるための経路である。冷媒は、吐出経路７６を経由して、ポンプ７０とアスピレータ８０との間を、ポンプ７０の出口からアスピレータ８０へ向かって流れる。

気液分離器４０から直接アスピレータ８０に至る、冷媒通路３４の一部を構成する経路は、第一通路を形成する。吸込経路７４、ポンプ７０および吐出経路７６を含み、気液分離器４０からポンプ７０を経由してアスピレータ８０に至る経路は、第二通路を形成する。第一通路と第二通路とは、並列に接続されている。冷却装置１は、気液分離器４０からアスピレータ８０へ至る複数の経路を備え、当該複数の経路は並列に接続されている。ポンプ７０は、並列に接続された複数の経路のうちの一方の経路である、第二通路上に設けられている。

冷却部３０に対して冷媒の流れの下流側には、冷却部３０から流出する冷媒の温度を計測するための温度センサ７１が配置されている。温度センサ７１を用いて、冷却部３０から流出する冷媒の温度を示すデータを取得することにより、発熱源であるＨＶ機器の冷却状態を把握する。温度センサ７１で取得されたデータは、配線７２を経由して、ポンプ７０に伝達される。ポンプ７０は、当該データに基づいて起動または停止するように、制御される。

冷却部３０から流出する冷媒の温度が所定のしきい値を下回っていれば、ＨＶ機器は十分に冷却されていると判断され、ポンプ７０は停止する。一方、冷却部３０から流出する冷媒の温度が所定のしきい値以上であれば、ＨＶ機器の冷却が不十分であると判断され、ポンプ７０を起動する。ポンプ７０の起動によって、吐出経路７６を経由して冷媒通路３４に冷媒液が強制的に供給され、冷媒通路３４から冷却部３０に供給される冷媒液の流量を増加させる。冷却部３０の冷却通路を流れる冷媒液を増加させることにより、ＨＶ機器の冷却能力を向上させる。

このようにすれば、ポンプ７０が停止している状態においてＨＶ機器の冷却能力が不足していると判断されたときに、直ちにポンプ７０を起動させて冷媒液を強制輸送し、冷却部３０に液相冷媒を供給できる。そのため、ＨＶ機器の冷却能力を早期に回復でき、ＨＶ機器の温度を低下させることができるので、ＨＶ機器が過熱する不具合を回避することができる。たとえば、車両の登坂時などに、ＨＶ機器の負荷が急激に上昇してＨＶ機器の発熱量が急上昇した場合に、ポンプ７０から強制的に冷媒液を冷却部３０に供給して、ＨＶ機器の冷却能力を向上させることができる。

ポンプ７０は、冷媒通路３４に対し並列に接続された冷媒の経路に配置されるので、ポンプ７０の停止中に、気液分離器４０から冷媒通路３４を通って冷却部３０へ向かう冷媒の流れに対する障害物となることがない。そのため、冷却部３０で気化した冷媒蒸気の浮力と熱交換器１４で液化した冷媒液に作用する重力とを駆動力とした、外部動力を必要とせずに冷却装置１内を循環する、冷媒の流れを形成できる。したがって、ヒートパイプの原理で冷却部３０から熱交換器１４へ熱を伝達できるので、省動力化を阻害することなく、自然回流式の冷却システムによって発熱源を確実に冷却することができる。

一方、自然回流による冷媒の循環のみでは発熱源の冷却能力が不足する場合には、ポンプ７０を起動して、冷却部３０に供給される冷媒液の流量を増加させる。たとえば、車両が停止中でＨＶ機器の発熱がなく冷媒流動が殆どない状態から、車両の急加速など急に大きな冷却要求が生じることがあると、自然回流のみでは冷媒流れの応答遅れが生じてＨＶ機器の冷却が不足するので、このような場合にポンプ７０を起動することができる。これにより冷媒量不足を補って発熱源を冷却する能力を向上できるので、発熱源の冷却不足を早期に解消することができる。かつ、ポンプ７０を備えることにより、冷却装置１の最大冷却性能を向上することができる。

なお、温度センサ７１によって冷却部３０の出口の温度を監視することのほか、圧力センサを冷却部３０の出口に配置して、冷却部３０から流出する冷媒の圧力を監視することにより、ポンプ７０による冷却部３０への冷媒液の供給が必要か否かを判断してもよい。ＨＶ機器を冷却した後の冷却部３０の下流側の冷媒の状態を示すデータを取得することにより、当該データを用いてポンプ７０の起動または停止を制御できるのであれば、温度、圧力のほか、冷媒の状態を示す任意のデータをセンサにより取得してもよい。

図２は、図１に示すアスピレータ８０の構成の詳細を示す模式図である。図２に示すように、ポンプ７０から吐出された冷媒液が流れる吐出経路７６は、直立管７７と平行管７８とを有する。直立管７７は、冷媒通路３４の延在方向に対し交差（典型的には直交）して延在するように、配置される。直立管７７は、冷媒通路３４の内部と外部とに亘って延在するように、冷媒通路３４を貫通して配置される。平行管７８は、冷媒通路３４の内部に配置される。平行管７８は、冷媒通路３４の延在方向と平行に配置される。

ポンプ７０により吐出されて、平行管７８の内部を流れて開口７９を経由して冷媒通路３４内へ流入する冷媒液の流れを、図２中の実線矢印Ａ１で示す。気液分離器４０から冷媒通路３４へ流れアスピレータ８０に到達する冷媒液の流れを、図２中の点線矢印Ａ２で示す。平行管７８の内部を流れる冷媒の流れ方向と、冷媒通路３４の内部を流れる冷媒の流れ方向と、が平行になるように、冷媒通路３４に対する平行管７８の位置決めが行なわれる。

平行管７８は、冷媒の流れ方向を規制する流れ規制部として機能する。平行管７８が適切に配置されることにより、ポンプ７０から吐出され冷媒通路３４へ戻る冷媒は、気液分離器４０から冷媒通路３４を通って直接冷却部３０へ向かう冷媒の流れ方向に沿って流れるように、その流れ方向を規制される。流れ規制部を設けて冷媒通路３４へ戻る冷媒の流れ方向を規制することにより、ポンプ７０から吐出された冷媒が冷媒通路３４へ流れるときの圧力損失を抑制できる。そのため、ポンプ７０の起動により冷却部３０への冷媒液の流量を増大させる効果を、より高めることができる。加えて、吐出経路７６から冷媒通路３４へ噴出する冷媒流れの粘性によって冷媒通路３４内の冷媒液の流れを促進させる効果を、より高めることができる。

流れ規制部は、たとえば冷媒通路３４と吐出経路７６との合流地点よりも冷媒流れの上流側に逆止弁を設けるなど、任意の構成を有してもよい。しかしながら、本実施の形態では、冷媒通路３４内の冷媒の流れ方向に沿うように平行管７８を延在させ、冷媒の流れ方向の下流側の開口７９から冷媒を冷媒通路３４内に流入させることによって、冷媒通路３４へ戻る冷媒の流れ方向を規制している。このようにすれば、簡単で安価な構成にでき、かつ、冷媒通路３４を流通する冷媒の圧力損失の増加を抑制できるので、より好適な流れ規制部を形成することができる。

アスピレータ８０は、ポンプ７０から吐出された冷媒が冷媒通路３４へ戻る位置に配置されている。吐出経路７６の平行管７８から冷媒通路３４内へ冷媒液が噴出して、冷媒通路３４内に噴流を形成する。この噴流により、冷媒通路３４の内部の、当該噴流の周辺に、負圧が発生する。これにより、冷媒液の流れを利用して冷媒通路３４内に減圧状態を作り出す、アスピレータ８０の機能が達成される。

アスピレータ８０により形成された負圧発生領域に向かって、冷媒通路３４内の冷媒液が図２中の右向き方向へ流れる。これにより、冷媒通路３４の内部の冷媒液の流れが促進される。加えて、平行管７８から噴出する噴流の粘性によっても、冷媒通路３４内部の冷媒液の流れが促進される。吐出経路７６の平行管７８から噴出する冷媒を駆動流として、冷媒通路３４内を冷却部３０へ向かう冷媒の流れが形成される。この冷媒通路３４内の冷媒の流れが、冷却装置１内を自然回流しようとする冷媒の流れとなる。

ポンプ７０を起動させることにより、冷媒通路３４内に駆動流を発生させ、冷媒通路３４から冷却部３０へ向かって流れる冷媒の流量を確保することができる。その後、ポンプ７０を停止させたときには、冷却装置１内部を循環する冷媒の流れが形成されているので、自然回流式の冷却システムにスムーズに移行することができる。

図３は、ポンプ７０の運転制御を示すフローチャートである。図３を参照して、温度センサ７１によって取得される冷却部３０の出口の冷媒温度と連動させた、ポンプ７０の運転制御について説明する。

まずステップ（Ｓ１０）において、ＨＶ機器を冷却した後の冷却部３０の出口の冷媒温度を、温度センサ７１で検出する。冷媒温度の計測値が、目標とする冷媒温度のしきい値以上であるかどうかを判断する。冷媒温度の計測値が目標値以上であると判断された場合、続いてステップ（Ｓ２０）において、ポンプ７０を起動させ、ポンプ７０から吐出経路７６に冷媒液を吐出させる。ポンプ７０の運転によって冷媒液にエネルギーが与えられ、吐出経路７６、冷媒通路３４を経由して、冷却部３０へ冷媒液が移送される。

次にステップ（Ｓ３０）において、冷媒温度の計測値が、目標とする冷媒温度のしきい値以上であるかどうかを、再度判断する。冷媒温度の計測値が依然として目標値以上であると判断されれば、ポンプ７０の運転が続行される。冷却部３０の出口の冷媒温度の計測値が目標値未満であると判断されれば、続いてステップ（Ｓ４０）において、ポンプ７０を停止する。つまり、ポンプ７０の運転は、冷却部３０の出口の冷媒温度の計測値が目標値未満にまで低下したと判断されるまで、続行される。

その後制御フローはリターンされ、再度ステップ（Ｓ１０）での冷却部３０の出口の冷媒温度の監視へと戻る。ステップ（Ｓ１０）において冷媒温度の計測値が目標値未満であると判断された場合もまた、制御フローはリターンされ、冷却部３０の出口の冷媒温度の監視が続けられる。

冷却部３０の出口における冷媒の状態を監視して、ＨＶ機器の冷却が不十分であると判断された場合にのみポンプ７０を運転し、ＨＶ機器が十分に冷却されていると判断された場合にはポンプ７０の運転を行なわない。このような簡単な制御によって、ポンプ７０を起動または停止させることができる。加えて、ポンプ７０を設けるための構成は、ポンプ７０自身、ポンプ７０へ冷媒液を供給するための吸込経路７４、およびポンプ７０から冷媒通路３４へ冷媒液を戻すための吐出経路７６のみの、非常にシンプルかつコンパクトな構成である。したがって、簡単で安価な構成によって、冷却装置１内を循環する自然回流式の冷却システムと、ポンプ７０を利用した強制対流式の冷却システムとを両立でき、両システムのメリットを享受することができる。

図１に示すように、本実施の形態では、吸込経路７４の上流側の端部は、気液分離器４０内の液相の冷媒を貯留する液溜め部に接続されている。このような構成とすれば、十分な量の液相の冷媒を貯留する気液分離器４０から直接冷媒液を吸込経路７４へ流出させ、確実に冷媒液をポンプ７０に供給することができる。そのため、液体を移送する仕様のポンプ７０のトラブルを抑制することができるので望ましい。一方、冷媒通路３４の途中から吸込経路７４を分岐させてもよく、この場合、吸込経路７４の長さを短くできるので簡単で安価な構成にすることができ、また吸込経路７４の配置計画もより容易になる。

図４は、変形例のアスピレータ８０の構成の詳細を示す模式図である。図５は、図４中に示すＶ−Ｖ線に沿うアスピレータ８０の断面模式図である。図２に示すアスピレータ８０では、吐出経路７６の直立管７７および平行管７８が冷媒通路３４の内部に配置されたが、この構成に限られるものではない。たとえば図４に示すように、平行管７８を冷媒通路３４よりも大径の配管とし、冷媒通路３４を周方向に囲う形状に平行管７８を配置し、平行管７８の内部に冷媒通路３４が挿通されてもよい。

このような構成としても、ポンプ７０の起動時に、冷媒通路３４から冷却部３０へ流れる冷媒の流量を確保できる。かつ、ポンプ７０から吐出される冷媒液の平行管７８から冷媒通路３４内への噴流によって、冷媒通路３４内に負圧を発生させ、冷媒通路３４内部の冷媒液の流れを促進させることができる。これにより冷却装置１内部を循環する冷媒の流れが形成されるので、ポンプ７０を停止させたときに、自然回流式の冷却システムにスムーズに移行することができる。

さらに、平行管７８を冷媒通路３４の外側に配置することにより、冷媒通路３４の内部の障害物を低減できるので、冷却装置１を自然循環する冷媒液の流れに対する圧力損失を低減できる。したがって、冷媒液をより流れ易くした、好適な自然回流式冷却システムを提供することができる。

図６は、他の変形例のアスピレータ８０の構成の詳細を示す模式図である。図６に示すように、冷媒通路３４の外部に、冷媒通路３４の延在方向に沿って平行管７８を配置し、冷媒通路３４の一部に形成された開口部を経由して平行管７８から冷媒通路３４へ噴出する冷媒液の流れを形成してもよい。このような構成としても、上述した変形例のアスピレータ８０と同様の効果を得ることができる。

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。

冷却装置１は、発熱源を冷却部３０で冷却するための装置として単独で設けられてもよい。または冷却装置１は、圧縮機、凝縮器、減圧器および蒸発器を備え室内用空調装置として使用される、蒸気圧縮式冷凍サイクルに組み込まれて設けられ、圧縮機の運転中および停止中の両方において確実に発熱源を冷却できるシステムを構成してもよい。この場合、凝縮器を熱交換器１４として使用してもよい。凝縮器が複数設けられるのであれば、上流側の第一の凝縮器を熱交換器１４とし、複数の凝縮器間を流通する冷媒で発熱源を冷却するように冷却部３０を配置し、第一の凝縮器の上流側と冷却部３０の下流側とを連通する冷媒の経路を設けてもよい。

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。

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ハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などの車両における、電気機器の冷却に、特に有利に適用され得る。

１ 冷却装置、１４ 熱交換器、２２，３４，３６ 冷媒通路、３０ 冷却部、４０ 気液分離器、６０ 地面、７０ ポンプ、７１ 温度センサ、７２ 配線、７４ 吸込経路、７６ 吐出経路、７７ 直立管、７８ 平行管、７９ 開口、８０ アスピレータ。

Claims (3)

1. 発熱源へ冷媒を循環させて前記発熱源を冷却する冷却装置であって、
   前記冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器と、
   前記熱交換器から前記発熱源へ流れる液状の前記冷媒を貯留する蓄液器と、
   前記蓄液器から前記発熱源へ流れる前記冷媒の経路に並列に接続されたポンプと、
   前記ポンプから吐出された前記冷媒が前記経路へ戻る位置に配置されたアスピレータとを備え、前記冷媒は前記アスピレータを経由して前記経路へ流入し、
   前記アスピレータは、前記蓄液器と前記発熱源とを連通する冷媒通路の延在方向と平行に配置された平行管を有し、前記平行管は前記冷媒通路を周方向に囲う形状に配置され、前記平行管の内部に前記冷媒通路が挿通される、冷却装置。
2. 前記ポンプから吐出され前記経路へ戻る前記冷媒の流れ方向を、前記蓄液器から前記発熱源へ向かう方向に規制する、流れ規制部を備える、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記発熱源を冷却した後の前記冷媒の状態を示すデータを取得するセンサを備え、
   前記ポンプは、前記データに基づいて起動または停止する、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。

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