JP6023006B2 - Cooling system - Google Patents
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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。 The present invention relates to a cooling device, and more particularly to a cooling device that cools a heat generation source using a vapor compression refrigeration cycle.
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２００５−９０８６２号公報（特許文献１）、特開２０１２−１９２８１５号公報（特許文献２）参照）。 In recent years, attention has been focused on hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles, and the like that travel with the driving force of a motor as one of the environmental countermeasures. In such a vehicle, electric devices such as a motor, a generator, an inverter, a converter, and a battery generate heat when power is transferred. Therefore, it is necessary to cool these electric devices. Thus, a technique for cooling a heating element using a vapor compression refrigeration cycle used as a vehicle air conditioner has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-90862 (Patent Document 1), Japanese Patent Laid-Open No. 2012). -192815 (patent document 2)).
一方、蒸気圧縮式冷凍サイクル内に複数の冷媒の経路を設け、運転条件の変動に伴って冷媒が流れる経路を切り替える技術が種々提案されている（たとえば特開平６−２５５３５１号公報（特許文献３）参照）。 On the other hand, various technologies have been proposed in which a plurality of refrigerant paths are provided in the vapor compression refrigeration cycle, and the paths through which the refrigerant flows in accordance with fluctuations in operating conditions are disclosed (for example, JP-A-6-255351 (Patent Document 3). )reference).
蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して発熱体を冷却する場合、発熱体の発生する熱量の変動、蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成する各機器の運転状態の変動、または外気温度の変動などに起因して、蒸気圧縮式冷凍サイクル内を循環する冷媒の流量が変化する。複数の冷媒の経路を切り替え可能な蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、サイクル内を循環する冷媒の流量が変動すると、冷媒の経路を切り替えたときに冷媒の流量が不足し、その結果発熱体の冷却効率が低下する場合がある。 When cooling a heating element using a vapor compression refrigeration cycle, it may be caused by fluctuations in the amount of heat generated by the heating element, fluctuations in the operating state of each device constituting the vapor compression refrigeration cycle, or fluctuations in the outside air temperature, etc. Thus, the flow rate of the refrigerant circulating in the vapor compression refrigeration cycle changes. In a vapor compression refrigeration cycle in which a plurality of refrigerant paths can be switched, if the flow rate of the refrigerant circulating in the cycle fluctuates, the refrigerant flow rate becomes insufficient when the refrigerant path is switched, resulting in the cooling efficiency of the heating element. May decrease.
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、発熱源の冷却効率を常に確保できる、冷却装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a main object thereof is to provide a cooling device that can always ensure the cooling efficiency of the heat generation source.
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、圧縮機と、第一熱交換器および第二熱交換器と、減圧器と、冷却部と、第一通路と、第二通路と、切替弁と、制御部とを備えている。圧縮機は、冷却装置に冷媒を循環させる。第一熱交換器および第二熱交換器は、直列に接続されており、冷媒と外気との間で熱交換し冷媒を凝縮する。減圧器は、第一熱交換器および第二熱交換器で凝縮された液状の冷媒を減圧する。冷却部は、第一熱交換器と第二熱交換器との間に接続されており、冷媒を用いて発熱源を冷却する。第一通路は、圧縮機から吐出された冷媒を第一熱交換器を経由して冷却部へ流すための冷媒の通路である。第二通路は、圧縮機を経由せず第二熱交換器と冷却部との間に冷媒を循環させるための冷媒の通路である。切替弁は、第一熱交換器から冷却部へ向かう冷媒の流れと、第一熱交換器から減圧器へ向かう冷媒の流れとを切り替える。制御部は、冷却装置を制御する。制御部は、冷媒が第一熱交換器から冷却部へ向かう設定から冷媒が第一熱交換器から減圧器へ向かう設定へ切り替える際に、圧縮機の運転条件を調整し、その後切替弁を操作する。 A cooling device according to the present invention is a cooling device that cools a heat source, and includes a compressor, a first heat exchanger and a second heat exchanger, a decompressor, a cooling unit, a first passage, Two passages, a switching valve, and a controller are provided. The compressor circulates the refrigerant through the cooling device. The first heat exchanger and the second heat exchanger are connected in series and exchange heat between the refrigerant and the outside air to condense the refrigerant. The decompressor decompresses the liquid refrigerant condensed in the first heat exchanger and the second heat exchanger. The cooling unit is connected between the first heat exchanger and the second heat exchanger, and cools the heat generation source using the refrigerant. The first passage is a refrigerant passage for flowing the refrigerant discharged from the compressor to the cooling unit via the first heat exchanger. The second passage is a refrigerant passage for circulating the refrigerant between the second heat exchanger and the cooling unit without passing through the compressor. The switching valve switches between a refrigerant flow from the first heat exchanger toward the cooling unit and a refrigerant flow from the first heat exchanger toward the decompressor. The control unit controls the cooling device. The control unit adjusts the operating condition of the compressor and then operates the switching valve when switching from the setting where the refrigerant goes from the first heat exchanger to the cooling unit to the setting where the refrigerant goes from the first heat exchanger to the decompressor. To do.
上記冷却装置において好ましくは、制御部は、冷媒が第一熱交換器から冷却部へ向かうように切替弁が設定されている状態において、圧縮機の回転数を増加または減少し、冷媒が第一熱交換器から減圧器へ向かうように切替弁を切り替えた後に、圧縮機の回転数を元に戻す。 Preferably, in the cooling device, the control unit increases or decreases the rotation speed of the compressor in a state where the switching valve is set so that the refrigerant is directed from the first heat exchanger to the cooling unit, and the refrigerant is After switching the switching valve so as to go from the heat exchanger to the decompressor, the rotational speed of the compressor is restored.
上記冷却装置において好ましくは、第一熱交換器で凝縮された液状の冷媒を貯留する第一蓄液器をさらに備えている。 Preferably, the cooling device further includes a first accumulator that stores the liquid refrigerant condensed in the first heat exchanger.
上記冷却装置において好ましくは、第二熱交換器で凝縮された液状の冷媒を貯留する第二蓄液器をさらに備えている。 Preferably, the cooling device further includes a second accumulator that stores the liquid refrigerant condensed in the second heat exchanger.
上記冷却装置において好ましくは、第一蓄液器内に貯留された液状の冷媒の量を検出する第一液量センサをさらに備えており、制御部は、第一液量センサにより検出された冷媒の量に基づいて圧縮機の運転条件を調整する。 Preferably, the cooling device further includes a first liquid amount sensor that detects an amount of the liquid refrigerant stored in the first liquid reservoir, and the control unit is a refrigerant detected by the first liquid amount sensor. The compressor operating condition is adjusted based on the amount of the compressor.
上記冷却装置において好ましくは、第二蓄液器内に貯留された液状の冷媒の量を検出する第二液量センサをさらに備えており、制御部は、第二液量センサにより検出された冷媒の量に基づいて圧縮機の運転条件を調整する。 Preferably, the cooling device further includes a second liquid amount sensor that detects an amount of the liquid refrigerant stored in the second accumulator, and the control unit detects the refrigerant detected by the second liquid amount sensor. The compressor operating condition is adjusted based on the amount of the compressor.
本発明の冷却装置によると、常に高い発熱源の冷却効率を確保することが可能になる。 According to the cooling device of the present invention, it is possible to always ensure high cooling efficiency of the heat source.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
［車両１０００の構成］
図１は、冷却装置が適用される車両１０００の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る車両１０００は、内燃機関であるエンジン２００と、電動機である駆動ユニット３００と、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）７００と、走行用の電池であるバッテリ４００と、を含んで構成されており、エンジン２００と駆動ユニット３００とを動力源とするハイブリッド車両である。なお、本発明の冷却装置は、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。
[Configuration of vehicle 1000]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
エンジン２００は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。駆動ユニット３００は、エンジン２００とともに車両１０００を駆動する駆動力を発生させる。エンジン２００および駆動ユニット３００は、ともに車両１０００のエンジンルーム内に設けられている。駆動ユニット３００は、ケーブル５００を介してＰＣＵ７００と電気的に接続されている。ＰＣＵ７００は、ケーブル６００を介してバッテリ４００と電気的に接続されている。
The
［冷却装置１の構成］
図２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２に示すように、冷却装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を備えている。蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、車両の車内の冷房を行なうための空調装置として車両１０００に搭載されている。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。
[Configuration of Cooling Device 1]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the
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、第二熱交換器としての熱交換器１５と、減圧器の一例としての膨張弁１６と、第三熱交換器としての熱交換器１８と、を含んでいる。
The vapor
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、高温高圧の気相冷媒を吐出し、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０に冷媒を循環させる。
The
熱交換器１４，１５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１４，１５の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンと、を含んでいる。熱交換器１４，１５は、圧縮機１２において圧縮された気相冷媒を、外部媒体へ等圧的に放熱させて冷媒液とする。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１４，１５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などの、モータからの駆動力を受けて回転し空気の流れを発生させる外気供給用ファンの強制通風によって、熱交換器１４，１５に供給されてもよい。
The
膨張弁１６は、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１４，１５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。膨張弁１６は、温度式膨張弁であってもよく、電気式の膨張弁であってもよい。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、毛細管であってもよい。
The
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、を含んでいる。チューブ内には、膨張弁１６によって減圧された湿り蒸気状態の冷媒が流通する。熱交換器１８は、チューブ内を流通する霧状冷媒が蒸発（気化）して冷媒ガスとなる際の気化熱を、熱交換器１８に接触するように導入された周囲の空調用空気から吸収する。
The
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、冷媒通路２１〜２９を含んでいる。冷媒通路２１は、圧縮機１２と熱交換器１４とを接続し、圧縮機１２の出口から熱交換器１４の入口へ冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２２〜２５は、熱交換器１４と熱交換器１５とを接続し、熱交換器１４の出口から熱交換器１５の入口へ冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２６，２７は、熱交換器１５と膨張弁１６とを接続し、熱交換器１５の出口から膨張弁１６の入口へ冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２８は、膨張弁１６と熱交換器１８とを接続し、膨張弁１６の出口から熱交換器１８の入口へ冷媒を流通させるための通路である。冷媒通路２９は、熱交換器１８と圧縮機１２とを接続し、熱交換器１８の出口から圧縮機１２の入口へ冷媒を流通させるための通路である。
The vapor
なお、本明細書中において「接続」とは、何らの部材も介在せずに直接接続された場合と、何らかの部材を介在して間接的に接続された場合との双方を含む概念である。 In the present specification, “connection” is a concept including both a case where direct connection is made without any member and a case where connection is made indirectly via some member.
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０は、圧縮機１２、熱交換器１４，１５、膨張弁１６および熱交換器１８が、冷媒通路２１〜２９によって直列に接続されて構成されている。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。
The vapor
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、レシーバタンク４４を含んでいる。レシーバタンク４４は、熱交換器１４に含まれるチューブの出口側に接続されている。レシーバタンク４４は、熱交換器１４の出口に接続されている。レシーバタンク４４は、熱交換器１４と熱交換器１５との間の冷媒の経路上に配置されている。
The vapor
熱交換器１４で凝縮された冷媒は、熱交換器１４の出口側において、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。レシーバタンク４４は、熱交換器１４から流出しレシーバタンク４４へ流入する冷媒を気液分離して貯留する。レシーバタンク４４は、気液二相状態の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、一時的に蓄えている。レシーバタンク４４は、その内部に熱交換器１４で凝縮された液状の冷媒を一時的に貯留する、第一蓄液器としての機能を有している。
The refrigerant condensed in the
レシーバタンク４４には、冷媒通路２２が連結されている。レシーバタンク４４で気液分離された冷媒液は、冷媒通路２２を経由して、レシーバタンク４４の外部へ流出する。冷媒通路２２の端部は、レシーバタンク４４内に液相の冷媒が溜められる冷媒液貯留部に接続されており、冷媒液がレシーバタンク４４から流出するための通路を形成している。
The
レシーバタンク４４の内部において、冷媒液は下側に溜まる。レシーバタンク４４から冷媒液を導出する冷媒通路２２の端部は、レシーバタンク４４の底部に連結されている。冷媒通路２２を経由してレシーバタンク４４の底側から冷媒液のみがレシーバタンク４４の外部へ送り出されるので、レシーバタンク４４は、気相冷媒と液相冷媒とを確実に分離することができる。
In the
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、レシーバタンク４５を含んでいる。レシーバタンク４５は、熱交換器１５に含まれるチューブの出口側に接続されている。レシーバタンク４５は、熱交換器１５の出口に接続されている。レシーバタンク４５は、熱交換器１５と膨張弁１６との間の冷媒の経路上に配置されている。
The vapor
冷媒は、熱交換器１５において周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮する。この凝縮した冷媒が、レシーバタンク４５へ流入する。レシーバタンク４５は、負荷に応じて冷媒を膨張弁１６に供給できるように、熱交換器１５で液化された冷媒液を、その内部に一時的に蓄えている。レシーバタンク４５は、その内部に熱交換器１５で凝縮された液状の冷媒を一時的に貯留する第二蓄液器としての機能を有しており、液相冷媒のみを膨張弁１６に向けて流出させる。
The refrigerant is condensed by releasing heat to the surroundings in the
レシーバタンク４５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。冷媒液はレシーバタンク４５の底部側に貯留されている。レシーバタンク４５には、冷媒通路２６が接続されている。冷媒通路２６の端部は、レシーバタンク４５の下部空間に接続されている。冷媒通路２６を経由してレシーバタンク４５の底側から冷媒液のみがレシーバタンク４５の外部へ送り出される。
The
レシーバタンク４５の内部に、液体の冷媒を濾過するストレーナと、冷媒中に含まれる水分を除去する乾燥剤とを配置し、冷媒はストレーナと乾燥剤との積層構造を経由してレシーバタンク４５の上部空間から下部空間へ落下する構成としてもよい。レシーバタンク４５内に乾燥剤を設けることにより、冷凍サイクル内の水分を除去でき、かつ、レシーバタンク４５内にストレーナを設けることにより、膨張弁１６の上流側で異物が除去されて膨張弁１６の詰まりを防ぐことができるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の性能低下を防止することができる。
Inside the
レシーバタンク４５には、ポンプ４８が接続されている。ポンプ４８は、レシーバタンク４５に貯留された液状の冷媒を移送する。ポンプ４８は、レシーバタンク４５内に配置されてもよい。またはポンプ４８は、レシーバタンク４５の出口側の、冷媒液が流れる冷媒通路２６に配置されてもよい。
A
レシーバタンク４４から熱交換器１５へ向かって流れる冷媒の経路には、冷却部３０が設けられている。冷却部３０は、電気自動車に搭載される電気機器であるＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）機器３１と、冷媒が内部を流通する冷却器３２とを含んでいる。ＥＶ機器３１は、発熱源の一例である。冷却器３２は、熱交換器１４と熱交換器１５との間の冷媒の経路に設けられており、熱交換器１４の出口に接続されているとともに熱交換器１５の入口に接続されている。
A cooling
ＥＶ機器３１は、電力の授受によって発熱する電気機器を含んでいる。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んでいる。
The
レシーバタンク４４と熱交換器１５とを接続する冷媒の経路は、レシーバタンク４４と冷却器３２とを接続する冷媒通路２３，２４と、冷却部３０に含まれている冷却器３２と、冷却器３２と熱交換器１５とを接続する冷媒通路２５とを含んでいる。冷媒通路２３，２４は、冷却器３２よりも上流側（レシーバタンク４４に近接する側）の冷媒の経路であり、冷媒通路２３，２４を経由して、レシーバタンク４４から冷却器３２へ冷媒液が流れる。冷媒通路２５は、冷却器３２よりも下流側（熱交換器１５に近接する側）の冷媒の経路であり、冷却器３２を通過した冷媒は、冷媒通路２５を経由して、熱交換器１５へ流れる。冷却器３２の入口側は冷媒通路２４に接続され、冷却器３２の出口側は冷媒通路２５に接続されている。
The refrigerant path connecting the
レシーバタンク４４の内部には、飽和液状態の冷媒液が貯留されている。レシーバタンク４４内に所定量の冷媒液が溜められることにより、負荷変動時にもレシーバタンク４４から冷却器３２へ流れる冷媒の流量を維持できる。レシーバタンク４４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、ＥＶ機器３１の冷却性能を安定させることができる。
A refrigerant liquid in a saturated liquid state is stored in the
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０はまた、四方弁５０を備えている。四方弁５０は、熱交換器１４からレシーバタンク４４を経由して冷却器３２へ向かう冷媒の流れと、熱交換器１４からレシーバタンク４４を経由して膨張弁１６へ向かう冷媒の流れと、を切り替え可能に配置されている。
The vapor
四方弁５０には冷媒通路２３が接続されている。冷媒通路２３は、レシーバタンク４４と四方弁５０とを連通している。四方弁５０は、レシーバタンク４４および冷媒通路２３を介して、熱交換器１４の出口側と接続されている。熱交換器１４で凝縮しレシーバタンク４４で気液分離された冷媒液は、冷媒通路２３を経由して四方弁５０へ流入する。
A
四方弁５０には冷媒通路２４が接続されている。冷媒通路２４は、四方弁５０と冷却器３２とを連通している。四方弁５０は、冷媒通路２４を介して冷却器３２の入口側と接続されている。冷却器３２へ供給される冷媒は、四方弁５０から流出し冷媒通路２４を経由して冷却器３２へ至る。
A
四方弁５０には冷媒通路２６が接続されている。冷媒通路２６は、レシーバタンク４５と四方弁５０とを連通している。熱交換器１５で凝縮しレシーバタンク４５で気液分離した冷媒が、冷媒通路２６を経由して四方弁５０へ流入する。四方弁５０は、冷媒通路２６を介して、レシーバタンク４５の出口側と接続されている。
A
四方弁５０には冷媒通路２７が接続されている。冷媒通路２７は、四方弁５０と膨張弁１６とを連通している。四方弁５０は、冷媒通路２７を介して膨張弁１６の入口側と接続されている。膨張弁１６へ供給される冷媒は、四方弁５０から流出し冷媒通路２７を経由して膨張弁１６へ至る。
A
冷却装置１は、温度センサ５１を含んでいる。温度センサ５１は、冷却器３２の出口に設けられており、冷却器３２から流出する冷媒の温度を検出する。温度センサ５１は、発熱源であるＥＶ機器３１の発熱量を検出する熱源センサとしての機能を有している。冷却部３０においてＥＶ機器３１と熱交換した後の、冷媒通路２５を流れる冷媒の温度の代表値を検出可能な位置に、一つの温度センサが設けられてもよい。または、冷媒通路２５の複数箇所において冷媒の温度を検出する複数の温度センサが設けられてもよい。複数の温度センサを設ける場合、冷媒の温度をより正確に計測でき、冷媒の温度に従ってＥＶ機器３１の発熱量をより正確に算出できるので、ＥＶ機器３１の発熱量に基づく冷却装置１の制御の信頼性を向上できるので望ましい。
The
冷却装置１はまた、レシーバタンク４４内に貯留された液状の冷媒の量を検出する第一液量センサとしての液量センサ５４と、レシーバタンク４５内に貯留された液状の冷媒の量を検出する第二液量センサとしての液量センサ５５とを含んでいる。液量センサ５４，５５は、冷媒液の液面を検出可能なレベル計であってもよく、レシーバタンク内の冷媒液の圧力によって液量を検出する仕様のセンサであってもよく、またはその他の液相冷媒の量を検出可能な任意の液量センサであってもよい。
The
［蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の動作］
冷媒は、圧縮機１２と熱交換器１４，１５と膨張弁１６と熱交換器１８とが冷媒通路２１〜２９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。このとき冷媒は、熱交換器１４の出口のレシーバタンク４４から冷媒通路２２〜２４を経由して冷却器３２へ流入し、冷却器３２においてＥＶ機器３１と熱交換することでＥＶ機器３１を冷却し、冷却器３２から冷媒通路２５を経由して熱交換器１５の入口側へ戻る。圧縮機１２の起動中の、圧縮機１２から吐出された冷媒が熱交換器１４を経由して冷却器３２へ流れるときの経路、すなわち冷媒通路２１〜２９は、第一通路を形成する。
[Operation of Vapor Compression Refrigeration Cycle 10]
The refrigerant passes through the refrigerant circulation flow path in which the
冷媒が第一通路を経由して流れ発熱源を冷却するときの、冷媒の状態について説明する。圧縮機１２に吸入された冷媒は、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、冷媒は、圧縮機１２の出口において高温高圧の過熱度の大きい過熱蒸気になる。
The state of the refrigerant when the refrigerant flows through the first passage and cools the heat generation source will be described. The refrigerant sucked into the
圧縮機１２において断熱圧縮された冷媒は、熱交換器１４へと流れ、熱交換器１４において冷却される。圧縮機１２から吐出された高圧の気相冷媒は、熱交換器１４における外気との熱交換によって周囲に放熱し、凝縮（液化）する。熱交換器１４へ入った冷媒蒸気は、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、飽和液と飽和蒸気とが混合した気液混合状態の湿り蒸気になる。
The refrigerant adiabatically compressed in the
熱交換器１４で完全に液化しない程度まで冷やされた気液二相状態の冷媒は、レシーバタンク４４において、飽和蒸気状態の冷媒蒸気と飽和液状態の冷媒液とに気液分離される。気液分離された冷媒のうち、飽和液状態の冷媒液が、冷媒通路２２〜２４を経由して冷却器３２へ流れる。冷却器３２へ流通する冷媒は、ＥＶ機器３１と冷媒との温度差に応じて、ＥＶ機器３１から熱を奪って、ＥＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、飽和液状態の液冷媒に熱を放出することで、ＥＶ機器３１が冷却される。ＥＶ機器３１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、ＥＶ機器３１から潜熱を受け取って一部気化することにより、冷却器３２の出口において、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となる。
The gas-liquid two-phase refrigerant cooled to such an extent that it is not completely liquefied by the
冷却器３２から流出した冷媒は、冷媒通路２５を経由して、熱交換器１５に流入する。冷媒の湿り蒸気は、熱交換器１５において周囲に放熱し外気と熱交換して冷却されることにより再度凝縮され、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飽和温度以下にまで過冷却された過冷却液になる。熱交換器１５で冷媒を過冷却液にするのは、その後の膨張弁１６での減圧量、冷媒流量および冷房能力の制御を容易にするためである。
The refrigerant that has flowed out of the cooler 32 flows into the
熱交換器１５で過冷却液まで冷却された冷媒は、レシーバタンク４５へ流入し、レシーバタンク４５の内部に過冷却液状態の冷媒が蓄積される。レシーバタンク４５から流出した冷媒液は、冷媒通路２６，２７を経由して、膨張弁１６に流入する。膨張弁１６において、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。
The refrigerant cooled to the supercooled liquid in the
膨張弁１６によって減圧された湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路２８を経由して熱交換器１８へ流入する。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、等圧のまま蒸発し、低圧高温ガスとなる。全ての冷媒が乾き飽和蒸気になると、さらに顕熱を吸収して冷媒蒸気は温度上昇し、過熱蒸気となる。
The wet vapor state refrigerant decompressed by the
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空調用空気の熱を吸収する。熱交換器１８は、冷媒が蒸発する際の気化熱を、空調用空気から吸収する。熱交換器１８において冷媒に吸熱され温度が低下した空調用空気が車両の室内に供給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を経由して蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環する冷媒と、空調用空気と、の熱交換によって、空調用空気の温度が調節される。その後冷媒は、冷媒通路２９を経由して圧縮機１２に吸入される。
The
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。
In accordance with such a cycle, the refrigerant continuously repeats the compression, condensation, throttle expansion, and evaporation state changes. In the above description of the vapor compression refrigeration cycle, the theoretical refrigeration cycle is described. However, in the actual vapor
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の運転中に、冷媒は、空調用空気を冷却して車室内の冷房を行なうとともに、冷却器３２へ流通しＥＶ機器３１と熱交換することでＥＶ機器３１を冷却する。冷却装置１は、車両に搭載されたＥＶ機器３１を、車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。
During the operation of the vapor
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環する冷媒を用いてＥＶ機器３１の冷却が行なわれるので、ＥＶ機器３１の冷却のために必要な構成を低減でき、装置構成を単純化できる。そのため、冷却装置１のコストを低減することができる。冷却器３２の上流側に設けられたレシーバタンク４４が液だめ機能を有し液冷媒のバッファとなるので、ＥＶ機器３１の冷却能力を安定させることができ、冷却性能低下を防止することができる。
Since the
［四方弁５０を用いた経路切替］
四方弁５０は、熱交換器１４の出口側と冷却器３２の入口側とが四方弁５０を介して連通し、かつ、熱交換器１５の出口側と膨張弁１６の入口側とが四方弁５０を介して連通するように設定することが可能である。図２に示すこのような四方弁５０の開閉設定を、本明細書では第一状態と称する。四方弁５０を第一状態に設定することにより、レシーバタンク４４から冷媒を冷却器３２に供給することができ、かつ、ＥＶ機器３１と熱交換した冷媒を熱交換器１５で再度凝縮した後膨張弁１６へ流通させることができる。
[Route switching using the four-way valve 50]
In the four-
四方弁５０はまた、熱交換器１４の出口側と膨張弁１６の入口側とが四方弁５０を介して連通し、かつ、熱交換器１５の出口側と冷却器３２の入口側とが四方弁５０を介して連通するように設定することが可能である。図３は、四方弁５０を切り替えた状態の冷却装置１を示す模式図である。図３に示す上述した四方弁５０の開閉設定を、本明細書では第二状態と称する。四方弁５０は、第一状態と第二状態とを切替可能に設けられている。四方弁５０を第二状態に切り替えることにより、ＥＶ機器３１を冷却した後の冷媒を熱交換器１５へ流通させ、圧縮機１２を経由せずに熱交換器１５と冷却器３２との間に冷媒を循環させる閉ループ状の経路を形成することができる。
In the four-
蒸気圧縮式冷凍サイクル１０の通常運転中には、四方弁５０を第一状態に設定することにより、圧縮機１２から吐出された冷媒を熱交換器１４を経由して冷却器３２に供給してＥＶ機器３１の冷却能力を確保し、かつ、熱交換器１８で空調用空気を冷却することにより、車両の車内の冷房能力を確保することができる。
During normal operation of the vapor
一方、外気温が非常に高く車両を走行させていない状態において、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を起動し圧縮機１２を運転すると、圧縮機１２出口における冷媒の圧力が高くなり、冷媒の飽和温度が高くなり、そのため冷却器３２を通過する冷媒の温度も高くなり、ＥＶ機器３１の冷却能力が不足する虞がある。この場合、四方弁５０を第二状態に切り替えると、熱交換器１５の出口側から四方弁５０を経由して冷却器３２へつながる経路が形成され、四方弁５０を経由して冷却器３２と熱交換器１５との間に冷媒を循環させる、閉じられた環状の経路を形成することができる。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路２４〜２６は、第二通路を形成する。
On the other hand, when the vapor
この環状の経路を経由して、圧縮機１２を経由することなく、熱交換器１５と冷却器３２との間に冷媒を循環させることができる。冷媒は、ＥＶ機器３１を冷却するとき、ＥＶ機器３１からの熱伝達により加熱される。冷却器３２において加熱された冷媒は、熱交換器１５へ流れ、熱交換器１５において、車両の走行風、または、外気供給用ファンからの通風により、冷却される。熱交換器１５で液化した冷媒液は、レシーバタンク４５に貯められ、冷却器３２へ供給される。冷却器３２および熱交換器１５を経由する環状の経路によって、ＥＶ機器３１を加熱部とし熱交換器１５を冷却部とする、ヒートパイプが形成される。
The refrigerant can be circulated between the
冷却器３２および熱交換器１５を接続している第二通路を冷媒が循環して、ヒートパイプを用いてＥＶ機器３１を冷却するときの冷媒の状態について説明する。冷媒は、熱交換器１５において、熱交換器１５のチューブ内を流通する際に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１５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。冷媒は、熱交換器１５において凝縮潜熱を放出し等圧のまま徐々に液化して気液混合状態の湿り蒸気になる。気液二相状態の冷媒は、レシーバタンク４５へ流れ、レシーバタンク４５において、飽和蒸気状態の冷媒蒸気と飽和液状態の冷媒液とに気液分離される。
A state of the refrigerant when the refrigerant circulates through the second passage connecting the cooler 32 and the
レシーバタンク４５から流出する飽和液状態の冷媒が、冷媒通路２６、四方弁５０および冷媒通路２４を経由して冷却器３２へ流れ、ＥＶ機器３１を冷却する。冷却部３０において、液冷媒に熱を放出することで、ＥＶ機器３１が冷却される。ＥＶ機器３１との熱交換により、冷媒が加熱され、等圧のまま徐々に蒸発して、冷媒の乾き度が増大する。典型的には、冷却部３０において、全ての冷媒が乾き飽和蒸気になるまで冷媒とＥＶ機器３１との熱交換が行なわれる。ＥＶ機器３１との熱交換により一部または全部が気化された冷媒は、冷却器３２から流出して冷媒通路２５を順に経由して、熱交換器１５へ戻る。
The saturated liquid refrigerant flowing out of the
酷暑時のアイドル状態においては、四方弁５０を切り替えることにより、圧縮機１２、熱交換器１４、膨張弁１６および熱交換器１８を経由するエアコンサイクルと、冷却器３２、熱交換器１５およびレシーバタンク４５を経由するＥＶ機器３１の冷却サイクルとを分離する。これにより、室内の冷房能力を確保することができる。かつ、熱交換器１５を凝縮器、冷却器３２を蒸発器とするループ式のヒートパイプが作動することによって、ＥＶ機器３１を冷却する冷媒の温度を低く保つことができる。したがって、ＥＶ機器３１の冷却能力の不足を回避でき、ＥＶ機器３１を確実に冷却できる。
In the idling state during extreme heat, switching the four-
ＥＶ機器３１の冷却のために圧縮機１２の動力は必要なく、省動力でＥＶ機器３１を冷却可能であるので、圧縮機１２の消費動力を低減でき、省電費化を達成することができる。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。レシーバタンク４５が液だめ機能を有し液冷媒のバッファとなるので、冷却器３２へ流れる液冷媒の流量を確保でき、ＥＶ機器３１の冷却能力を安定させることができる。
The power of the
レシーバタンク４５から流出する液相の冷媒の経路に、ポンプ４８が設けられている。ポンプ４８は、冷媒の駆動力を発生し、レシーバタンク４５から冷却器３２へ冷媒を移送する。ポンプ４８を設けることにより、確実にレシーバタンク４５から冷却器３２に冷媒を連続的に供給することが可能になるので、ＥＶ機器３１の冷却能力を確実に確保することができる。ポンプ４８により移送される冷媒は液冷媒であり、ポンプ４８の消費動力は圧縮機１２と比較して小さいので、省電費化を達成することができる。
A
［ＥＣＵ８０の構成］
図４は、ＥＣＵ（Electric Control Unit）８０の一部構成を示す機能ブロック図である。図４を参照して、本実施の形態における冷却装置１を制御するための制御装置としての、ＥＣＵ８０について説明する。ＥＣＵ８０は、入力インターフェイス８１と、演算処理部８２と、出力インターフェイス８６と、記憶部８９とを備えて構成されている。
[Configuration of ECU 80]
FIG. 4 is a functional block diagram showing a partial configuration of an ECU (Electric Control Unit) 80. Referring to FIG. 4,
入力インターフェイス８１は、冷却器３２から流出する冷媒の温度を示す信号Ｔを温度センサ５１から受信し、レシーバタンク４４内の冷媒液の貯留量を示す信号Ｌ１を液量センサ５４から受信し、レシーバタンク４５内の冷媒液の貯留量を示す信号Ｌ２を液量センサ５５から受信する。入力インターフェイス８１は、受信したこれらの信号を、演算処理部８２に送信する。
The
演算処理部８２は、演算処理によって実現される制御機能を示す、複数の機能ブロックを有している。演算処理部８２は、検出部８３と、判断部８４と、制御部８５とを含んでいる。検出部８３は、信号Ｔに基づいて、冷却器３２から流出する冷媒の温度を検出する。検出部８３はまた、信号Ｌ１に基づいて、レシーバタンク４４内の冷媒液の貯留量を検出する。検出部８３はまた、信号Ｌ２に基づいて、レシーバタンク４５内の冷媒液の貯留量を検出する。
The
判断部８４は、冷却器３２から流出する冷媒の温度と予め定められた温度閾値とを比較して、冷媒の温度が正常範囲内にあるか否かを判断する。判断部８４はまた、レシーバタンク４４，４５内に溜まった液量が、下限閾値以下の少量、上限閾値以上の多量、下限閾値と上限閾値との間の適量のいずれであるか判断する。制御部８５は、判断部８４による冷媒温度の判断結果およびレシーバタンク４４，４５内の液量の判断結果に従って、冷却装置１を制御する。
The
記憶部８９には、各種情報、プログラム、閾値、マップなどが記憶されている。演算処理部８２は、必要に応じてデータを記憶部８９から読み出したり、記憶部８９にデータを格納したりする。
The storage unit 89 stores various information, programs, threshold values, maps, and the like. The
制御部８５は、冷却装置１を用いてＥＶ機器３１を最適に冷却するための制御信号を生成する。制御信号は、出力インターフェイス８６を経由して、冷却装置１を構成している各種の機器に出力される。より具体的には、膨張弁１６の開度に対応した制御信号Ｖ１が膨張弁１６に出力され、四方弁５０の設定に対応した制御信号Ｖ２が四方弁５０に出力され、圧縮機１２の運転条件に対応した制御信号Ｃが圧縮機１２に出力され、ポンプ４８の運転条件に対応した制御信号Ｐがポンプ４８に出力される。これにより、冷却装置１は、四方弁５０による経路切替時に、冷却器３２出口の冷媒の温度およびレシーバタンク４４，４５内の液量に従って、冷却器３２に適切な量の冷媒を供給して、ＥＶ機器３１の冷却能力を確保する。
The
なお、図４には、ＥＣＵ８０を使用した冷却装置１の制御によって実現される制御機能のうち、本実施の形態に係る冷却装置１の制御に関連する一部の機能に対応する機能ブロックのみが、代表的に示されている。図示された各機能ブロックは、いずれも演算処理部８２であるＣＰＵが記憶部８９に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能してもよいが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは、記憶媒体に記録されて車両１０００に搭載される。
In FIG. 4, only the functional blocks corresponding to some functions related to the control of the
［冷却装置１の制御方法］
図５は、冷却装置１の制御方法を示すフローチャートである。図５を参照して、ＥＶ機器３１を冷却するための運転モードを通常運転モードから液体ポンプ運転モードへ切り替える場合の制御について説明する。なお「通常運転モード」とは、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を使用したエアコン運転中、すなわち圧縮機１２の運転中に、圧縮機１２から吐出された冷媒を冷却器３２へ流しＥＶ機器３１を冷却する、図２に示す冷却装置１の運転モードを指す。「液体ポンプ運転モード」とは、ポンプ４８を冷媒の移送の動力源として熱交換器１５と冷却器３２との間に冷媒を循環させてＥＶ機器３１を冷却する、図３に示す冷却装置１の運転モードを指す。
[Control Method of Cooling Device 1]
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for controlling the
図５に示すように、まずステップＳ１０において、エアコン運転を行ない、圧縮機１２を運転する。このとき、圧縮機１２から吐出された冷媒が蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環し、冷房運転を行なう。
As shown in FIG. 5, first, in step S10, the air conditioner operation is performed, and the
次にステップＳ２０において、発熱源としてのＥＶ機器３１が発熱する。このとき、蒸気圧縮式冷凍サイクル１０を循環する冷媒が冷却器３２にも流れ、冷却器３２を流れる冷媒とＥＶ機器３１との熱交換によってＥＶ機器３１の冷却を行なう。次にステップＳ３０において、液体ポンプ運転モードへの切り替え条件を確認する。
Next, in step S20, the
たとえば、温度センサ５１によって検出された冷媒の温度が予め定められた閾値以上であることを、冷却装置１を通常運転モードから液体ポンプ運転モードへ切り替える条件としてもよい。この場合、ステップＳ３０では、冷媒の温度が閾値以上であるか否かの判断が行なわれる。このとき図４に示す検出部８３は、入力インターフェイス８１を介して、温度センサ５１により検出された信号Ｔを受け取り、信号Ｔに基づいて冷却器３２の出口の冷媒の温度を検出する。判断部８４は、記憶部８９から冷媒の温度の閾値を読み出し、冷却器３２の出口の冷媒温度と冷媒温度の閾値とを比較して、冷媒の温度が閾値以上であるかを判断する。
For example, the condition that the
冷媒の温度が上昇し閾値以上になる場合とは、たとえば酷暑環境において車両１０００がアイドル状態にある場合などが考えられる。冷媒の温度がある温度（Ｘ℃）以上のときに圧縮機１２の運転による冷媒の循環ではＥＶ機器３１を冷却することができなくなる場合であれば、冷媒温度の閾値をＸ℃に設定してもよい。または、冷媒温度のオーバーシュートを考慮して、冷媒温度の閾値をＸ℃よりも低い温度に設定してもよい。
The case where the temperature of the refrigerant rises and becomes equal to or greater than a threshold value may be, for example, a case where the
ステップＳ３０の判断において、液体ポンプ運転モードへの切り替え条件が満たされておらず、判断の結果がＮＯである場合には、ステップＳ４０に進み、エアコンの運転条件の見直しが行なわれる。つまり、冷房およびＥＶ機器３１の冷却の現在の状態と、求められる冷房性能および／または求められるＥＶ機器３１の冷却性能とを比較して、圧縮機１２の運転回転数を増加または減少する。圧縮機１２の回転数の増減に伴って、圧縮機１２から吐出される冷媒の圧力および温度が増減され、これにより冷媒能力およびＥＶ機器３１の冷却能力が調整される。図４に示す制御部８５は、出力インターフェイス８６を介して圧縮機１２に制御信号Ｃを伝送し、圧縮機１２の運転回転数を制御する。
If it is determined in step S30 that the condition for switching to the liquid pump operation mode is not satisfied and the result of the determination is NO, the process proceeds to step S40, and the operating condition of the air conditioner is reviewed. That is, the current state of cooling and cooling of the
ステップＳ３０の判断において、液体ポンプ運転モードへの切り替え条件が満たされており、判断の結果がＹＥＳである場合には、ステップＳ１００に進み、通常運転モードから液体ポンプ運転モードへの、運転モードの切り替えが行なわれる。運転モードを切り替えるサブルーチンの詳細については後述する。 If it is determined in step S30 that the condition for switching to the liquid pump operation mode is satisfied and the determination result is YES, the process proceeds to step S100, and the operation mode is switched from the normal operation mode to the liquid pump operation mode. Switching takes place. Details of the subroutine for switching the operation mode will be described later.
ステップＳ４０におけるエアコンの運転条件の見直し後、および、ステップＳ１００の運転モードの切り替え後、制御フローはリターンされる。 After reviewing the air conditioner operating conditions in step S40 and after switching the operating mode in step S100, the control flow is returned.
図６は、冷却装置１の運転モードを切り替えるサブルーチンを示すフローチャートである。図６を参照して、ステップＳ１００で行なわれる運転モードの切り替えについて、詳細を説明する。
FIG. 6 is a flowchart showing a subroutine for switching the operation mode of the
液体ポンプ運転モードへの切り替えが行なわれるとき、まず図６に示すステップＳ１１０において、レシーバタンク４５内に溜められた液状の冷媒を移送するためのポンプ４８の運転を開始する。図４に示す制御部８５は、出力インターフェイス８６を介してポンプ４８に制御信号Ｐを伝送し、ポンプ４８を起動する。続いてステップＳ１２０において、第二蓄液器としてのレシーバタンク４５内に溜められている冷媒液の量が少量であるか否かを判断する。
When switching to the liquid pump operation mode is performed, first, in step S110 shown in FIG. 6, operation of the
このとき図４に示す検出部８３は、入力インターフェイス８１を介して、液量センサ５５により検出された信号Ｌ２を受け取り、信号Ｌ２に基づいてレシーバタンク４５内に貯留された液状の冷媒の量を検出する。判断部８４は、記憶部８９から蓄液量の下限閾値を読み出し、レシーバタンク４５内の蓄液量と蓄液量の下限閾値とを比較して、蓄液量が下限閾値を下回っているか否かを判断する。
At this time, the
ステップＳ１２０の判断においてレシーバタンク４５内の冷媒液の量が少量であると判断されると、ステップＳ１２１へ進み、第一蓄液器としてのレシーバタンク４４内に溜められている冷媒液の量が多量であることを確認する。検出部８３は、入力インターフェイス８１を介して、液量センサ５４により検出された信号Ｌ１を受け取り、信号Ｌ１に基づいてレシーバタンク４４内に貯留された液状の冷媒の量を検出する。判断部８４は、記憶部８９から蓄液量の上限閾値を読み出し、レシーバタンク４４内の蓄液量と蓄液量の上限閾値とを比較して、蓄液量が上限閾値を上回っていることを確認する。
If it is determined in step S120 that the amount of the refrigerant liquid in the
なお、冷媒の流れやすさは圧力バランスで決定され、レシーバタンク４４に溜まる液量は、ＥＶ機器３１の発熱量に従って変動する。つまり、ＥＶ機器３１の発熱量が大きいと、冷却器３２を流れる冷媒の圧力が高くなるため、熱交換器１４と冷却器３２との圧力差が小さく圧力勾配が小さくなる。そのため、レシーバタンク４４から冷却器３２へ冷媒が流れにくくなる。一方、冷却器３２と熱交換器１５との圧力差が大きく圧力勾配が大きくなるので、冷却器３２からレシーバタンク４５へ冷媒が流れやすくなる。その結果、レシーバタンク４４に液が大量に溜まる現象が発生することになる。
The ease of flow of the refrigerant is determined by the pressure balance, and the amount of liquid accumulated in the
レシーバタンク４４，４５内の蓄液量は、液量センサ５４，５５を用いて検出するほか、冷媒液の圧力に基づいて推定してもよく、または発熱源が予め定められた温度閾値以上になってからの経過時間によって推定してもよい。
The liquid storage amount in the
次にステップＳ１２２において、圧縮機１２の回転数を増加する。制御部８５は、出力インターフェイス８６を介して、圧縮機１２に制御信号Ｃを伝送し、圧縮機１２の回転数を一定割合（たとえば、現状の回転数の１０％）または一定回転数（たとえば、１０００ｒｐｍ）増加する。ＥＣＵ８０の演算処理部８２に含まれている制御部８５は、液量センサ５５により検出されたレシーバタンク４５内の液冷媒の量に基づいて、液冷媒の貯留量が少量の場合に圧縮機１２の回転数を増加する制御を行なう。このとき、四方弁５０はまだ切り替えられておらず、冷媒通路２３，２４を連通して熱交換器１４の出口から冷却器３２へ向かう冷媒の流れを形成するように四方弁５０は設定されている。
Next, in step S122, the rotation speed of the
圧縮機１２の回転数を増加することにより、熱交換器１４および熱交換器１５の放熱バランスが変化し、熱交換器１５側で過冷却される冷媒量が増加する。そうすると、熱交換器１４の出口側のレシーバタンク４４には冷媒液が溜まらなくなる。その結果、レシーバタンク４４内に溜められている冷媒液の量が減少するとともに、レシーバタンク４５により多くの冷媒液が溜められ、レシーバタンク４５内の冷媒液の量が増加する。
By increasing the rotation speed of the
ステップＳ１２２の後、ステップＳ１２０の判断に戻り、レシーバタンク４５内の冷媒液の量が再度確認される。再度のステップＳ１２０の判断において、レシーバタンク４５内の冷媒液の量が依然として少量であると判断されると、圧縮機１２の回転数をさらに増加する制御が行なわれる。圧縮機１２の回転数を増加させた状態に維持する時間は、液量センサ５５により検出されたレシーバタンク４５内の冷媒液の量に基づいて、決定される。
After step S122, the process returns to the determination in step S120, and the amount of the refrigerant liquid in the
ステップＳ１２０の判断においてレシーバタンク４５内の冷媒液の量が少量でないと判断されると、ステップＳ１３０に進み、レシーバタンク４５内に溜められている冷媒液の量が適量であるか否かを判断する。判断部８４は、記憶部８９から蓄液量の下限閾値および上限閾値を読み出し、検出部８３が検出したレシーバタンク４５内の蓄液量が下限閾値と上限閾値との間の範囲にあるか否かを判断する。
If it is determined in step S120 that the amount of the refrigerant liquid in the
ステップＳ１３０の判断においてレシーバタンク４５内の冷媒液の量が適量でないと判断されると、ステップＳ１４０に進み、レシーバタンク４５内に溜められている冷媒液の量が多量であるか否かを判断する。判断部８４は、記憶部８９から蓄液量の上限閾値を読み出し、検出部８３が検出したレシーバタンク４５内の蓄液量が上限閾値を上回っているか否かを判断する。
If it is determined in step S130 that the amount of the refrigerant liquid in the
ステップＳ１４０の判断においてレシーバタンク４５内の冷媒液の量が多量であると判断されると、ステップＳ１４１へ進み、レシーバタンク４４内に溜められている冷媒液の量が少量であることを確認する。判断部８４は、記憶部８９から蓄液量の下限閾値を読み出し、検出部８３が検出したレシーバタンク４４内の蓄液量と蓄液量の下限閾値とを比較して、蓄液量が下限閾値を下回っていることを確認する。
If it is determined in step S140 that the amount of the refrigerant liquid in the
続いてステップＳ１４２において、圧縮機１２の回転数を減少する。制御部８５は、出力インターフェイス８６を介して、圧縮機１２に制御信号Ｃを伝送し、圧縮機１２の回転数を一定割合（たとえば、現状の回転数の５％）または一定回転数（たとえば、５００ｒｐｍ）減少する。ＥＣＵ８０の演算処理部８２に含まれている制御部８５は、液量センサ５５により検出されたレシーバタンク４５内の液冷媒の量に基づいて、液冷媒の貯留量が多量の場合に圧縮機１２の回転数を減少する制御を行なう。このとき、四方弁５０はまだ切り替えられておらず、冷媒通路２３，２４を連通して熱交換器１４の出口から冷却器３２へ向かう冷媒の流れを形成するように四方弁５０は設定されている。
Subsequently, in step S142, the rotational speed of the
ステップＳ１４２における圧縮機１２の回転数の減少量を、ステップＳ１２２における回転数の増加量と異なる値、たとえば回転数の増加量の半分とすることにより、ステップＳ１２２で回転数を増加した圧縮機１２がステップＳ１４２における回転数減少によって元の同じ回転数に戻ることを回避することができる。これにより、レシーバタンク４５内の冷媒液の量をより精密に制御することが可能になる。
The
圧縮機１２の回転数を減少することにより、熱交換器１４および熱交換器１５の放熱バランスが変化し、熱交換器１５側で過冷却される冷媒量が減少する。そうすると、熱交換器１５の出口側のレシーバタンク４５には冷媒液が溜まらなくなる。その結果、レシーバタンク４５内に溜められている冷媒液の量が減少するとともに、レシーバタンク４４により多くの冷媒液が溜められ、レシーバタンク４４内の冷媒液の量が増加する。
By reducing the rotational speed of the
ステップＳ１４２の後、ステップＳ１２０の判断に戻り、レシーバタンク４５内の冷媒液の量が再度確認される。再度のレシーバタンク４５内の冷媒液の量の判断において、レシーバタンク４５内の冷媒液の量が依然として多量である場合には、再度のステップＳ１４２における処理によって、圧縮機１２の回転数をさらに増加する制御が行なわれる。圧縮機１２の回転数を減少させた状態に維持する時間は、液量センサ５５により検出されたレシーバタンク４５内の冷媒液の量に基づいて、決定される。
After step S142, the process returns to the determination of step S120, and the amount of the refrigerant liquid in the
ステップＳ１３０の判断においてレシーバタンク４５内の冷媒液の量が適量であると判断されると、ステップＳ１３１へ進み、レシーバタンク４４内に溜められている冷媒液の量が適量であることを確認する。判断部８４は、記憶部８９から蓄液量の下限閾値および上限閾値を読み出し、検出部８３が検出したレシーバタンク４４内の蓄液量が下限閾値と上限閾値との間の範囲にあることを確認する。
If it is determined in step S130 that the amount of the refrigerant liquid in the
続いてステップＳ１５０において、四方弁５０を切り替える。制御部８５は、出力インターフェイス８６を介して四方弁５０に制御信号Ｖ２を伝送し、四方弁５０の開閉設定を、上述した第一状態から第二状態へと切り替える。これにより、四方弁５０を経由して流れる冷媒の経路が切り替えられ、熱交換器１４の出口から冷却器３２を経由せずに膨張弁１６へ向かう冷媒の流れが形成されるとともに、ポンプ４８の移送する冷媒が冷却器３２と熱交換器１５とを循環して流れるようになる。
Subsequently, in step S150, the four-
四方弁５０を切り替えた後に、ステップＳ１６０において、圧縮機１２の回転数を元の回転数へ戻す。制御部８５は、出力インターフェイス８６を介して、圧縮機１２に制御信号Ｃを伝送し、圧縮機１２の回転数を、ステップＳ１１０においてポンプ４８の運転を開始したときの回転数へ戻す操作を行なう。すなわち、ステップＳ１２２において圧縮機１２の回転数を増加した場合には、ステップＳ１６０において圧縮機１２の回転数を減少する。ステップＳ１４２において圧縮機１２の回転数を減少した場合には、ステップＳ１６０において圧縮機１２の回転数を増加する。レシーバタンク４４，４５内の液量が当初より適量であったため圧縮機１２の回転数の増減が行なわれていない場合には、圧縮機１２の回転数はそのまま維持される。このようにして、通常運転モードから液体ポンプ運転モードへの運転モードの切り替えが完了する。
After switching the four-
以上説明したように、本実施の形態の冷却装置１は、四方弁５０の開閉設定の切替によってＥＶ機器３１を冷却するための運転モードを通常運転モードから液体ポンプ運転モードへ切り替える際に、圧縮機１２の運転条件を調整し、その後四方弁５０を操作する。具体的には、四方弁５０の切り替えの際にレシーバタンク４４内に大量の液体が溜まっており、かつレシーバタンク４５内の液量が少ないときには、圧縮機１２の回転数を増加する。圧縮機１２の回転数を調整して熱交換器１４，１５の放熱バランスを変化させることにより、レシーバタンク４４内の液量を減少すると同時にレシーバタンク４５内の液量を増加することができる。
As described above, the
他方、四方弁５０の切り替えの際にレシーバタンク４５内に大量の液体が溜まっており、かつレシーバタンク４４内の液量が少ないときには、圧縮機１２の回転数を減少する。この場合、レシーバタンク４５内の液量を減少すると同時にレシーバタンク４４内の液量を増加することができる。
On the other hand, when a large amount of liquid is accumulated in the
レシーバタンク４４，４５内の液量を適量に調節した時点で、四方弁５０の開閉設定を変更して、冷却装置１の運転モードを切り替える。これにより、熱交換器１５と冷却器３２との間に冷媒を循環させる閉ループ状の経路内の冷媒量が不足することを防止できる。したがって、運転モード切り替え後にも、ＥＶ機器３１の冷却性能を高く保つことができる。運転モード切り替えにより、エアコンサイクルとＥＶ機器３１の冷却サイクルとが分離されるが、両サイクル内に分配される冷媒の流量を最適化できるので、十分な冷房性能およびＥＶ機器３１の高い冷却効率とを常に確保することができる。
When the amount of liquid in the
なお、これまでの実施の形態においては、レシーバタンク４５内に貯留された液状の冷媒の量を判断し、レシーバタンク４５内の蓄液量が少量の場合に圧縮機１２の回転数を増加し、レシーバタンク４４内の冷媒液量を減少するとともにレシーバタンク４５内の冷媒液量を増加する例について説明した。この例に替えて、レシーバタンク４４内に貯留された液状の冷媒の量を液量センサ５４で検出し、レシーバタンク４４内の蓄液量に基づいて、圧縮機１２の運転条件を調整してもよい。つまり、レシーバタンク４４内の蓄液量が多量であると判断された場合に、圧縮機１２の回転数を増加することにより、レシーバタンク４４内の冷媒液量を減少するとともにレシーバタンク４５内の冷媒液量を増加するように制御してもよい。
In the embodiments described so far, the amount of liquid refrigerant stored in the
この場合の圧縮機１２の回転数を増加させた状態に維持する時間は、液量センサ５４により検出されたレシーバタンク４４内の冷媒液の量に基づいて、決定される。制御部８５は、出力インターフェイス８６を介して圧縮機１２に制御信号Ｃを伝送し、圧縮機１２の回転数を増加する制御を行なう。同様に、レシーバタンク４４内の蓄液量が少量であると判断された場合には、圧縮機１２の回転数を減少する。これにより、レシーバタンク４４およびレシーバタンク４５の両方に貯留された冷媒液の量を、適切な量に調整することができる。
The time for maintaining the increased number of rotations of the
また、ＥＶ機器３１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。
Moreover, the
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。
Furthermore, the heat generation source cooled by the
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。 Although the embodiment of the present invention has been described as above, the embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
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、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。 The cooling device of the present invention is an electrical device using a vapor compression refrigeration cycle for cooling the interior of a vehicle such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and an electric vehicle equipped with electrical devices such as a motor generator and an inverter. It can be applied particularly advantageously to cooling.
１ 冷却装置、１０ 蒸気圧縮式冷凍サイクル、１２ 圧縮機、１４，１５，１８ 熱交換器、１６ 膨張弁、２１〜２９ 冷媒通路、３０ 冷却部、３１ ＥＶ機器、３２ 冷却器、４４，４５ レシーバタンク、４８ ポンプ、５０ 四方弁、５１ 温度センサ、５４，５５ 液量センサ、５７，５８ 三方弁、８１ 入力インターフェイス、８２ 演算処理部、８３ 検出部、８４ 判断部、８５ 制御部、８６ 出力インターフェイス、８９ 記憶部、１０００ 車両。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
冷媒を循環させるための圧縮機と、
前記冷媒と外気との間で熱交換し前記冷媒を凝縮する、直列に接続された第一熱交換器および第二熱交換器と、
前記第一熱交換器および前記第二熱交換器で凝縮された液状の前記冷媒を減圧する減圧器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に接続され、前記冷媒を用いて前記発熱源を冷却する冷却部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記第一熱交換器を経由して前記冷却部へ流す第一通路と、
前記圧縮機を経由せず前記第二熱交換器と前記冷却部との間に前記冷媒を循環させる第二通路と、
前記第一熱交換器から前記冷却部へ向かう前記冷媒の流れと、前記第一熱交換器から前記減圧器へ向かう前記冷媒の流れと、を切り替える切替弁と、
前記冷却装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記冷媒が前記第一熱交換器から前記冷却部へ向かう設定から前記冷媒が前記第一熱交換器から前記減圧器へ向かう設定へ切り替える際に、前記圧縮機の運転条件を調整し、その後前記切替弁を操作する、冷却装置。 A cooling device for cooling a heat source,
A compressor for circulating the refrigerant;
A first heat exchanger and a second heat exchanger connected in series to exchange heat between the refrigerant and outside air to condense the refrigerant;
A decompressor for decompressing the liquid refrigerant condensed in the first heat exchanger and the second heat exchanger;
A cooling unit connected between the first heat exchanger and the second heat exchanger and cooling the heat source using the refrigerant;
A first passage through which the refrigerant discharged from the compressor flows to the cooling unit via the first heat exchanger;
A second passage for circulating the refrigerant between the second heat exchanger and the cooling unit without passing through the compressor;
A switching valve for switching between the flow of the refrigerant from the first heat exchanger toward the cooling unit and the flow of the refrigerant from the first heat exchanger toward the decompressor;
A control unit for controlling the cooling device,
The control unit changes the operating condition of the compressor when the refrigerant is switched from a setting in which the refrigerant is directed from the first heat exchanger to the cooling unit to a setting in which the refrigerant is directed from the first heat exchanger to the decompressor. A cooling device that adjusts and then operates the switching valve.
前記制御部は、前記第一液量センサにより検出された前記冷媒の量に基づいて前記圧縮機の運転条件を調整する、請求項３に記載の冷却装置。 A first liquid amount sensor for detecting the amount of the liquid refrigerant stored in the first liquid reservoir;
The cooling device according to claim 3, wherein the control unit adjusts an operating condition of the compressor based on an amount of the refrigerant detected by the first liquid amount sensor.
前記制御部は、前記第二液量センサにより検出された前記冷媒の量に基づいて前記圧縮機の運転条件を調整する、請求項４に記載の冷却装置。 A second liquid amount sensor for detecting the amount of the liquid refrigerant stored in the second liquid reservoir;
The cooling device according to claim 4, wherein the control unit adjusts an operating condition of the compressor based on an amount of the refrigerant detected by the second liquid amount sensor.
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