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.
(実施の形態1)
図1は、冷却装置1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100と、電動機である駆動ユニット200と、PCU(Power Control Unit)700と、走行用バッテリ400と、を含んで構成され、エンジン100と駆動ユニット200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1は、エンジンと電動機とを動力源とするハイブリッド車両のみならず、電動機のみを動力源とする車両(本明細書では、両者を包含して電気自動車という)にも適用可能である。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a vehicle 1000 to which the cooling device 1 is applied. A vehicle 1000 according to the present embodiment includes an engine 100 that is an internal combustion engine, a drive unit 200 that is an electric motor, a PCU (Power Control Unit) 700, and a traveling battery 400. This is a hybrid vehicle using the drive unit 200 as a power source. Note that the cooling device 1 of the present invention is not limited to a hybrid vehicle that uses an engine and an electric motor as power sources, but also to a vehicle that uses only an electric motor as a power source (in this specification, both are referred to as an electric vehicle). Applicable.
エンジン100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200は、エンジン100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100および駆動ユニット200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200は、ケーブル500を介してPCU700と電気的に接続される。また、PCU700は、ケーブル600を介して走行用バッテリ400と電気的に接続される。
Engine 100 may be a gasoline engine or a diesel engine. Drive unit 200 generates a driving force for driving vehicle 1000 together with engine 100. Engine 100 and drive unit 200 are both provided in the engine room of vehicle 1000. Drive unit 200 is electrically connected to PCU 700 via cable 500. PCU 700 is electrically connected to traveling battery 400 via cable 600.
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1000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。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the cooling device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the cooling device 1 includes a vapor compression refrigeration cycle 10. The vapor compression refrigeration cycle 10 is mounted on the vehicle 1000 in order to cool the inside of the vehicle, for example. The cooling using the vapor compression refrigeration cycle 10 is selected, for example, when the switch for performing the cooling is turned on or the automatic control mode for automatically adjusting the temperature of the vehicle interior to the set temperature is selected. This is performed when the temperature in the passenger compartment is higher than the set temperature.
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、第三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、第二熱交換器としての熱交換器18と、を含む。蒸気圧縮式冷凍サイクル10はまた、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た気液分離器40を含む。
The vapor compression refrigeration cycle 10 includes a compressor 12, a heat exchanger 14 as a first heat exchanger, a heat exchanger 15 as a third heat exchanger, an expansion valve 16 as an example of a decompressor, And a heat exchanger 18 as a second heat exchanger. The vapor compression refrigeration cycle 10 also includes a gas-liquid separator 40 disposed on the refrigerant path between the heat exchanger 14 and the heat exchanger 15.
圧縮機12は、車両に搭載されたモータまたはエンジンを動力源として作動し、冷媒ガスを断熱的に圧縮して過熱状態冷媒ガスとする。圧縮機12は、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の作動時に熱交換器18から流通する冷媒を吸入圧縮して、冷媒通路21に高温高圧の気相冷媒を吐出する。圧縮機12は、冷媒通路21に冷媒を吐出することで、蒸気圧縮式冷凍サイクル10に冷媒を循環させる。
The compressor 12 operates using a motor or engine mounted on the vehicle as a power source, and compresses the refrigerant gas in an adiabatic manner to form an overheated refrigerant gas. The compressor 12 sucks and compresses the refrigerant flowing from the heat exchanger 18 when the vapor compression refrigeration cycle 10 is operated, and discharges a high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant into the refrigerant passage 21. The compressor 12 circulates the refrigerant in the vapor compression refrigeration cycle 10 by discharging the refrigerant into the refrigerant passage 21.
熱交換器14,15は、圧縮機12において圧縮された過熱状態冷媒ガスを、外部媒体へ等圧的に放熱させて冷媒液とする。圧縮機12から吐出された高圧の気相冷媒は、熱交換器14,15において周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮(液化)する。熱交換器14,15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、を含む。
The heat exchangers 14 and 15 dissipate the superheated refrigerant gas compressed in the compressor 12 isothermally to an external medium to obtain a refrigerant liquid. The high-pressure gas-phase refrigerant discharged from the compressor 12 is condensed (liquefied) by releasing heat to the surroundings in the heat exchangers 14 and 15 and being cooled. The heat exchangers 14 and 15 include tubes through which the refrigerant flows, and fins for exchanging heat between the refrigerant flowing through the tubes and the air around the heat exchangers 14 and 15.
熱交換器14,15は、冷却風と冷媒との間で、熱交換を行なう。冷却風は、車両の走行によって発生する自然の通風によって熱交換器14,15に供給されてもよい。または冷却風は、コンデンサファン42もしくはエンジン冷却用のラジエータファンなどの、外気供給用ファンからの強制通風によって熱交換器14,15に供給されてもよい。熱交換器14,15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。
The heat exchangers 14 and 15 exchange heat between the cooling air and the refrigerant. The cooling air may be supplied to the heat exchangers 14 and 15 by natural ventilation generated by traveling of the vehicle. Alternatively, the cooling air may be supplied to the heat exchangers 14 and 15 by forced ventilation from an external air supply fan such as the condenser fan 42 or a radiator fan for cooling the engine. By the heat exchange in the heat exchangers 14 and 15, the temperature of the refrigerant is lowered and the refrigerant is liquefied.
膨張弁16は、冷媒通路25を流通する高圧の液相冷媒を小さな孔から噴射させることにより膨張させて、低温・低圧の霧状冷媒に変化させる。膨張弁16は、熱交換器14,15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。
The expansion valve 16 expands by injecting a high-pressure liquid-phase refrigerant flowing through the refrigerant passage 25 from a small hole, and changes it into a low-temperature / low-pressure mist refrigerant. The expansion valve 16 depressurizes the refrigerant liquid condensed by the heat exchangers 14 and 15 to obtain wet steam in a gas-liquid mixed state.
熱交換器18は、その内部を流通する霧状冷媒が気化することによって、熱交換器18に接触するように導入された周囲の空気の熱を吸収する。熱交換器18は、膨張弁16によって減圧された冷媒を用いて、冷媒の湿り蒸気が蒸発して冷媒ガスとなる際の気化熱を、車両の室内へ流通する空調用空気から吸収して、車両の室内の冷房を行なう。熱が熱交換器18に吸収されることによって温度が低下した空調用空気が車両の室内に再び戻されることによって、車両の室内の冷房が行なわれる。冷媒は、熱交換器18において周囲から吸熱し加熱される。
The heat exchanger 18 absorbs heat of ambient air introduced so as to come into contact with the heat exchanger 18 by vaporizing the mist refrigerant flowing through the heat exchanger 18. The heat exchanger 18 uses the refrigerant depressurized by the expansion valve 16 to absorb the heat of vaporization when the refrigerant's wet vapor evaporates into the refrigerant gas from the air conditioning air flowing into the vehicle interior, Cool the interior of the vehicle. The air-conditioning air whose temperature has been reduced by the heat being absorbed by the heat exchanger 18 is returned again to the vehicle interior, thereby cooling the vehicle interior. The refrigerant absorbs heat from the surroundings in the heat exchanger 18 and is heated.
熱交換器18は、冷媒を流通するチューブと、チューブ内を流通する冷媒と熱交換器18の周囲の空気との間で熱交換するためのフィンと、を含む。チューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流通する。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27を経由して圧縮機12へ流通する。圧縮機12は、熱交換器18から流通する冷媒を圧縮する。
The heat exchanger 18 includes a tube through which the refrigerant flows, and fins for exchanging heat between the refrigerant flowing through the tube and the air around the heat exchanger 18. A wet steam refrigerant circulates in the tube. When the refrigerant circulates in the tube, it evaporates by absorbing the heat of the air in the vehicle interior as latent heat of evaporation via the fins, and further becomes superheated steam by sensible heat. The vaporized refrigerant flows to the compressor 12 via the refrigerant passage 27. The compressor 12 compresses the refrigerant flowing from the heat exchanger 18.
蒸気圧縮式冷凍サイクル10はまた、圧縮機12と熱交換器14とを連通する冷媒通路21と、熱交換器14と熱交換器15とを連通する冷媒通路22,23,24と、熱交換器15と膨張弁16とを連通する冷媒通路25と、膨張弁16と熱交換器18とを連通する冷媒通路26と、熱交換器18と圧縮機12とを連通する冷媒通路27と、を含む。
The vapor compression refrigeration cycle 10 also includes a refrigerant passage 21 that communicates the compressor 12 and the heat exchanger 14, a refrigerant passage 22, 23, and 24 that communicates the heat exchanger 14 and the heat exchanger 15, and heat exchange. A refrigerant passage 25 communicating with the heat exchanger 15 and the expansion valve 16, a refrigerant passage 26 communicating with the expansion valve 16 and the heat exchanger 18, and a refrigerant passage 27 communicating with the heat exchanger 18 and the compressor 12. Including.
冷媒通路21は、冷媒を圧縮機12から熱交換器14に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路21を経由して、圧縮機12と熱交換器14との間を、圧縮機12の出口から熱交換器14の入口へ向かって流れる。冷媒通路22〜25は、冷媒を熱交換器14から膨張弁16に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路22〜25を経由して、熱交換器14と膨張弁16との間を、熱交換器14の出口から膨張弁16の入口へ向かって流れる。
The refrigerant passage 21 is a passage for circulating the refrigerant from the compressor 12 to the heat exchanger 14. The refrigerant flows between the compressor 12 and the heat exchanger 14 from the outlet of the compressor 12 toward the inlet of the heat exchanger 14 via the refrigerant passage 21. The refrigerant passages 22 to 25 are passages for circulating the refrigerant from the heat exchanger 14 to the expansion valve 16. The refrigerant flows between the heat exchanger 14 and the expansion valve 16 from the outlet of the heat exchanger 14 toward the inlet of the expansion valve 16 via the refrigerant passages 22 to 25.
冷媒通路26は、冷媒を膨張弁16から熱交換器18に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路26を経由して、膨張弁16と熱交換器18との間を、膨張弁16の出口から熱交換器18の入口へ向かって流れる。冷媒通路27は、冷媒を熱交換器18から圧縮機12に流通させるための通路である。冷媒は、冷媒通路27を経由して、熱交換器18と圧縮機12との間を、熱交換器18の出口から圧縮機12の入口へ向かって流れる。
The refrigerant passage 26 is a passage for circulating the refrigerant from the expansion valve 16 to the heat exchanger 18. The refrigerant flows between the expansion valve 16 and the heat exchanger 18 from the outlet of the expansion valve 16 toward the inlet of the heat exchanger 18 via the refrigerant passage 26. The refrigerant passage 27 is a passage for circulating the refrigerant from the heat exchanger 18 to the compressor 12. The refrigerant flows between the heat exchanger 18 and the compressor 12 from the outlet of the heat exchanger 18 toward the inlet of the compressor 12 via the refrigerant passage 27.
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21〜27によって連結されて構成される。なお、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の冷媒としては、たとえば二酸化炭素、プロパンやイソブタンなどの炭化水素、アンモニア、フロン類または水などを用いることができる。
The vapor compression refrigeration cycle 10 is configured by connecting a compressor 12, heat exchangers 14 and 15, an expansion valve 16, and a heat exchanger 18 through refrigerant passages 21 to 27. As the refrigerant of the vapor compression refrigeration cycle 10, for example, carbon dioxide, hydrocarbons such as propane and isobutane, ammonia, chlorofluorocarbons or water can be used.
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22,23と、冷媒通路34とが連結されている。
The gas-liquid separator 40 separates the refrigerant flowing out from the heat exchanger 14 into a gas phase refrigerant and a liquid phase refrigerant. Inside the gas-liquid separator 40, a refrigerant liquid that is a liquid phase refrigerant and a refrigerant vapor that is a gas phase refrigerant are stored. Refrigerant passages 22 and 23 and a refrigerant passage 34 are connected to the gas-liquid separator 40.
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。
On the outlet side of the heat exchanger 14, the refrigerant is in a gas-liquid two-phase wet steam state in which a saturated liquid and a saturated steam are mixed. The refrigerant that has flowed out of the heat exchanger 14 is supplied to the gas-liquid separator 40 through the refrigerant passage 22. The gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the gas-liquid separator 40 from the refrigerant passage 22 is separated into a gas phase and a liquid phase inside the gas-liquid separator 40. The gas-liquid separator 40 separates the refrigerant condensed by the heat exchanger 14 into a liquid refrigerant liquid and a gaseous refrigerant vapor and temporarily stores them.
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。分離された冷媒蒸気は、冷媒通路23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内の気相中に配置された冷媒通路23の端部は、気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から導出された気相の冷媒蒸気は、熱交換器14と膨張弁16との間に設けられた熱交換器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。
The separated refrigerant liquid flows out of the gas-liquid separator 40 via the refrigerant passage 34. The end of the refrigerant passage 34 disposed in the liquid phase in the gas-liquid separator 40 forms an outlet for the liquid-phase refrigerant from the gas-liquid separator 40. The separated refrigerant vapor flows out of the gas-liquid separator 40 via the refrigerant passage 23. An end portion of the refrigerant passage 23 arranged in the gas phase in the gas-liquid separator 40 forms an outlet from the gas-liquid separator 40 for the gas-phase refrigerant. The vapor-phase refrigerant vapor derived from the gas-liquid separator 40 is condensed by releasing heat to the surroundings and cooling in the heat exchanger 15 provided between the heat exchanger 14 and the expansion valve 16.
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。気液分離器40から冷媒蒸気を導出する冷媒通路23の端部は、気液分離器40の天井部に連結されている。冷媒通路23を経由して、気液分離器40の天井側から冷媒蒸気のみが気液分離器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。
Inside the gas-liquid separator 40, the refrigerant liquid accumulates on the lower side and the refrigerant vapor accumulates on the upper side. The end portion of the refrigerant passage 34 for leading the refrigerant liquid from the gas-liquid separator 40 is connected to the bottom of the gas-liquid separator 40. Only the refrigerant liquid is sent out of the gas-liquid separator 40 from the bottom side of the gas-liquid separator 40 via the refrigerant passage 34. The end portion of the refrigerant passage 23 for leading the refrigerant vapor from the gas-liquid separator 40 is connected to the ceiling portion of the gas-liquid separator 40. Only the refrigerant vapor is sent out of the gas-liquid separator 40 from the ceiling side of the gas-liquid separator 40 via the refrigerant passage 23. As a result, the gas-liquid separator 40 can reliably separate the gas-phase refrigerant and the liquid-phase refrigerant.
熱交換器14の出口から膨張弁16の入口へ向かって流れる冷媒が流通する経路は、熱交換器14の出口側から気液分離器40へ至る冷媒通路22と、気液分離器40から冷媒蒸気を流出させ後述する流量調整弁28を経由する冷媒通路23と、熱交換器15の入口側へ連結される冷媒通路24と、熱交換器15の出口側から冷媒を膨張弁16へ流通させる冷媒通路25と、を含む。冷媒通路23は、気液分離器40で分離された気相冷媒が流れるための通路である。
The path through which the refrigerant flowing from the outlet of the heat exchanger 14 toward the inlet of the expansion valve 16 flows is the refrigerant passage 22 extending from the outlet side of the heat exchanger 14 to the gas-liquid separator 40 and from the gas-liquid separator 40 to the refrigerant. The refrigerant flows through the expansion valve 16 from the refrigerant passage 23 through which the steam flows out and passes through a flow rate adjusting valve 28 described later, the refrigerant passage 24 connected to the inlet side of the heat exchanger 15, and the outlet side of the heat exchanger 15. Refrigerant passage 25. The refrigerant passage 23 is a passage through which the gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 40 flows.
熱交換器14と熱交換器15との間を流通する冷媒の経路はまた、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と冷媒通路24とを連通する冷媒通路36と、を含む。冷媒通路34を経由して、気液分離器40から冷却部30へ冷媒液が流れる。冷却部30を通過した冷媒は、冷媒通路36を経由して、冷媒通路24へ戻る。冷却部30は、熱交換器14から熱交換器15へ向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。
The refrigerant path that flows between the heat exchanger 14 and the heat exchanger 15 also connects the refrigerant passage 34 that connects the gas-liquid separator 40 and the cooling unit 30, and the cooling unit 30 and the refrigerant passage 24. Refrigerant passage 36. The refrigerant liquid flows from the gas-liquid separator 40 to the cooling unit 30 via the refrigerant passage 34. The refrigerant that has passed through the cooling unit 30 returns to the refrigerant passage 24 via the refrigerant passage 36. The cooling unit 30 is provided on a refrigerant path that flows from the heat exchanger 14 toward the heat exchanger 15.
図2に示すD点は、冷媒通路23と冷媒通路24と冷媒通路36との連結点を示す。つまりD点は、冷媒通路23の下流側(熱交換器15に近接する側)の端部、冷媒通路24の上流側(熱交換器14に近接する側)の端部、および、冷媒通路36の下流側の端部を示す。冷媒通路23は、気液分離器40から膨張弁16へ向かう冷媒が流通する経路の、気液分離器40からD点へ至る一部を形成する。
A point D shown in FIG. 2 indicates a connection point of the refrigerant passage 23, the refrigerant passage 24, and the refrigerant passage 36. That is, the point D is an end portion on the downstream side (side near the heat exchanger 15) of the refrigerant passage 23, an end portion on the upstream side (side near the heat exchanger 14) of the refrigerant passage 24, and the refrigerant passage 36. The downstream end of is shown. The refrigerant passage 23 forms a part of the path through which the refrigerant from the gas-liquid separator 40 to the expansion valve 16 flows, from the gas-liquid separator 40 to the point D.
冷却装置1は、冷媒通路23と並列に配置された冷媒の経路を備え、冷却部30は、当該冷媒の経路上に設けられている。冷却部30は、熱交換器14と膨張弁16との間を気液分離器40から熱交換器15へ向けて流れる冷媒の経路において並列に接続された複数の通路のうちの、一方に設けられている。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、冷媒が流通する配管である冷却通路32とを含む。EV機器31は、発熱源の一例である。冷却通路32の一方の端部は、冷媒通路34に接続される。冷却通路32の他方の端部は、冷媒通路36に接続される。
The cooling device 1 includes a refrigerant path arranged in parallel with the refrigerant passage 23, and the cooling unit 30 is provided on the refrigerant path. The cooling unit 30 is provided in one of a plurality of passages connected in parallel in the path of the refrigerant flowing between the heat exchanger 14 and the expansion valve 16 from the gas-liquid separator 40 toward the heat exchanger 15. It has been. The cooling unit 30 includes an EV (Electric Vehicle) device 31 that is an electric device mounted on an electric vehicle, and a cooling passage 32 that is a pipe through which a refrigerant flows. The EV device 31 is an example of a heat source. One end of the cooling passage 32 is connected to the refrigerant passage 34. The other end of the cooling passage 32 is connected to the refrigerant passage 36.
気液分離器40と図2に示すD点との間の冷媒通路23に並列に接続された冷媒の経路は、冷却部30よりも上流側(気液分離器40に近接する側)の冷媒通路34と、冷却部30に含まれる冷却通路32と、冷却部30よりも下流側(熱交換器15に近接する側)の冷媒通路36と、を含む。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D点に冷媒を流通させるための通路である。D点は、冷媒通路23,24と、冷媒通路36と、の分岐点である。
The refrigerant path connected in parallel to the refrigerant passage 23 between the gas-liquid separator 40 and the point D shown in FIG. 2 is the refrigerant on the upstream side (the side close to the gas-liquid separator 40) from the cooling unit 30. A passage 34, a cooling passage 32 included in the cooling unit 30, and a refrigerant passage 36 downstream of the cooling unit 30 (side closer to the heat exchanger 15) are included. The refrigerant passage 34 is a passage through which a liquid-phase refrigerant flows from the gas-liquid separator 40 to the cooling unit 30. The refrigerant passage 36 is a passage for circulating the refrigerant from the cooling unit 30 to the point D. Point D is a branch point between the refrigerant passages 23 and 24 and the refrigerant passage 36.
気液分離器40から流出した冷媒液は、冷媒通路34を経由して、冷却部30へ向かって流通する。冷却部30へ流通し、冷却通路32を経由して流れる冷媒は、発熱源としてのEV機器31から熱を奪って、EV機器31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32へ流れる液相の冷媒を用いて、EV機器31を冷却する。冷却部30において、冷却通路32内を流通する冷媒と、EV機器31と、が熱交換することにより、EV機器31は冷却され、冷媒は加熱される。冷媒はさらに冷媒通路36を経由して冷却部30からD点へ向かって流通し、冷媒通路24を経由して熱交換器15へ至る。
The refrigerant liquid that has flowed out of the gas-liquid separator 40 flows through the refrigerant passage 34 toward the cooling unit 30. The refrigerant flowing to the cooling unit 30 and flowing through the cooling passage 32 takes heat from the EV device 31 as a heat generation source and cools the EV device 31. The cooling unit 30 cools the EV device 31 using a liquid-phase refrigerant that is separated in the gas-liquid separator 40 and flows to the cooling passage 32 via the refrigerant passage 34. In the cooling unit 30, the refrigerant flowing in the cooling passage 32 and the EV device 31 exchange heat, whereby the EV device 31 is cooled and the refrigerant is heated. The refrigerant further flows from the cooling unit 30 toward the point D via the refrigerant passage 36 and reaches the heat exchanger 15 via the refrigerant passage 24.
冷却部30は、冷却通路32においてEV機器31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、EV機器31の筐体に冷却通路32の外周面が直接接触するように形成された冷却通路32を有する。冷却通路32は、EV機器31の筐体と隣接する部分を有する。当該部分において、冷却通路32を流通する冷媒と、EV機器31との間で、熱交換が可能となる。
The cooling unit 30 is provided so as to have a structure capable of exchanging heat between the EV device 31 and the refrigerant in the cooling passage 32. In the present embodiment, the cooling unit 30 includes, for example, the cooling passage 32 formed so that the outer peripheral surface of the cooling passage 32 directly contacts the housing of the EV device 31. The cooling passage 32 has a portion adjacent to the housing of the EV device 31. In this portion, heat exchange can be performed between the refrigerant flowing through the cooling passage 32 and the EV device 31.
EV機器31は、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の熱交換器14から熱交換器15に至る冷媒の経路の一部を形成する冷却通路32の外周面に直接接続されて、冷却される。冷却通路32の外部にEV機器31が配置されるので、冷却通路32の内部を流通する冷媒の流れにEV機器31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、EV機器31を冷却することができる。
The EV device 31 is directly connected to the outer peripheral surface of the cooling passage 32 that forms part of the refrigerant path from the heat exchanger 14 to the heat exchanger 15 of the vapor compression refrigeration cycle 10 to be cooled. Since the EV device 31 is disposed outside the cooling passage 32, the EV device 31 does not interfere with the flow of the refrigerant flowing through the cooling passage 32. Therefore, since the pressure loss of the vapor compression refrigeration cycle 10 does not increase, the EV device 31 can be cooled without increasing the power of the compressor 12.
代替的には、冷却部30は、EV機器31と冷却通路32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EV機器31は、冷却通路32の外周面にヒートパイプを介して接続され、EV機器31から冷却通路32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。EV機器31をヒートパイプの加熱部とし冷却通路32をヒートパイプの冷却部とすることで、冷却通路32とEV機器31との間の熱伝達効率が高められるので、EV機器31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。
Alternatively, the cooling unit 30 may include any known heat pipe that is disposed between the EV device 31 and the cooling passage 32. In this case, the EV device 31 is connected to the outer peripheral surface of the cooling passage 32 via a heat pipe, and is cooled by transferring heat from the EV device 31 to the cooling passage 32 via the heat pipe. Heat transfer efficiency between the cooling passage 32 and the EV device 31 can be increased by using the EV device 31 as a heat pipe heating portion and the cooling passage 32 as a heat pipe cooling portion. Therefore, the cooling efficiency of the EV device 31 can be increased. Can be improved. For example, a wick-type heat pipe can be used.
ヒートパイプによってEV機器31から冷却通路32へ確実に熱伝達することができるので、EV機器31と冷却通路32との間に距離があってもよく、EV機器31に冷却通路32を接触させるために冷却通路32を複雑に配置する必要がない。その結果、EV機器31の配置の自由度を向上することができる。
Since heat can be reliably transferred from the EV device 31 to the cooling passage 32 by the heat pipe, there may be a distance between the EV device 31 and the cooling passage 32, and the cooling passage 32 is brought into contact with the EV device 31. Therefore, it is not necessary to arrange the cooling passage 32 in a complicated manner. As a result, the degree of freedom of arrangement of the EV device 31 can be improved.
EV機器31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昇圧コンバータ、バッテリの電圧を降圧するためのDC/DCコンバータなどの、少なくともいずれか一つを含む。バッテリは、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池等の二次電池である。バッテリに代えてキャパシタが用いられてもよい。
The EV device 31 includes an electric device that generates heat when power is transferred. The electrical equipment includes, for example, an inverter for converting DC power to AC power, a motor generator that is a rotating electrical machine, a battery that is a power storage device, a boost converter that boosts the voltage of the battery, and a voltage that lowers the voltage of the battery. It includes at least one of a DC / DC converter and the like. The battery is a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. A capacitor may be used instead of the battery.
熱交換器18は、空気が流通するダクト90の内部に配置されている。熱交換器18は、冷媒とダクト90内を流通する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。ダクト90は、ダクト90に空調用空気が流入する入口であるダクト入口91と、ダクト90から空調用空気が流出する出口であるダクト出口92と、を有する。ダクト90の内部の、ダクト入口91の近傍には、空調用ファン93が配置されている。空調用ファン93には、空調用ファン93を回転駆動させるモータ94が連結されている。
The heat exchanger 18 is disposed inside a duct 90 through which air flows. The heat exchanger 18 exchanges heat between the refrigerant and the air-conditioning air flowing through the duct 90 to adjust the temperature of the air-conditioning air. The duct 90 has a duct inlet 91 that is an inlet through which air-conditioning air flows into the duct 90, and a duct outlet 92 that is an outlet through which air-conditioning air flows out from the duct 90. An air conditioning fan 93 is arranged in the vicinity of the duct inlet 91 inside the duct 90. The air conditioning fan 93 is connected to a motor 94 that rotationally drives the air conditioning fan 93.
空調用ファン93が駆動することにより、ダクト90内に空気が流通し、熱交換器18に空気が供給される。空調用ファン93が稼働すると、ダクト入口91を経由してダクト90の内部へ空調用空気が流入する。ダクト90へ流入する空気は、外気であってもよく、車両の室内の空気であってもよい。図2中の矢印95は、熱交換器18を経由して流通し、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の冷媒と熱交換する空調用空気の流れを示す。冷房運転時には、熱交換器18において空調用空気が冷却され、冷媒は空調用空気からの熱伝達を受けて加熱される。矢印96は、熱交換器18で温度調節され、ダクト出口92を経由してダクト90から流出する、空調用空気の流れを示す。
When the air conditioning fan 93 is driven, air flows through the duct 90 and air is supplied to the heat exchanger 18. When the air conditioning fan 93 is in operation, the air conditioning air flows into the duct 90 via the duct inlet 91. The air flowing into the duct 90 may be outside air or air in the vehicle interior. An arrow 95 in FIG. 2 indicates the flow of air-conditioning air that circulates through the heat exchanger 18 and exchanges heat with the refrigerant of the vapor compression refrigeration cycle 10. During the cooling operation, the air-conditioning air is cooled in the heat exchanger 18, and the refrigerant is heated by receiving heat transfer from the air-conditioning air. An arrow 96 indicates the flow of air-conditioning air that is temperature-adjusted by the heat exchanger 18 and flows out of the duct 90 via the duct outlet 92.
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21〜27によって順次接続された冷媒循環流路を通って、蒸気圧縮式冷凍サイクル10内を循環する。蒸気圧縮式冷凍サイクル10内を、図2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と熱交換器14,15と膨張弁16と熱交換器18とに冷媒が循環する。
The refrigerant passes through the refrigerant circulation passage in which the compressor 12, the heat exchangers 14 and 15, the expansion valve 16, and the heat exchanger 18 are sequentially connected by the refrigerant passages 21 to 27, and passes through the vapor compression refrigeration cycle 10. Circulate. The refrigerant flows through the vapor compression refrigeration cycle 10 through the points A, B, C, D, E, and F shown in FIG. 2 in order, and the compressor 12 and the heat exchangers 14 and 15 The refrigerant circulates through the expansion valve 16 and the heat exchanger 18.
図3は、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の冷媒の状態を示すモリエル線図である。図3中の横軸は、冷媒の比エンタルピーを示し、縦軸は、冷媒の絶対圧力を示す。比エンタルピーの単位はkJ/kgであり、絶対圧力の単位はMPaである。図中の曲線は、冷媒の飽和蒸気線および飽和液線である。
FIG. 3 is a Mollier diagram showing the state of the refrigerant in the vapor compression refrigeration cycle 10. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the specific enthalpy of the refrigerant, and the vertical axis indicates the absolute pressure of the refrigerant. The unit of specific enthalpy is kJ / kg, and the unit of absolute pressure is MPa. The curves in the figure are the saturated vapor line and saturated liquid line of the refrigerant.
図3中には、熱交換器14の出口の冷媒通路22から気液分離器40を経由して冷媒通路34へ流入し、EV機器31を冷却し、冷媒通路36からD点を経由して熱交換器15の入口の冷媒通路24へ戻る、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。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路21、冷媒通路22、冷媒通路34、冷媒通路36および冷媒通路24〜27は、第一通路を形成する。
In FIG. 3, the refrigerant flows from the refrigerant passage 22 at the outlet of the heat exchanger 14 into the refrigerant passage 34 via the gas-liquid separator 40, cools the EV device 31, and passes through the point D from the refrigerant passage 36. The thermodynamic state of the refrigerant at each point in the vapor compression refrigeration cycle 10 (ie, points A, B, C, D, E, and F) returning to the refrigerant passage 24 at the inlet of the heat exchanger 15 is shown. A path through which the refrigerant flows, that is, the refrigerant path 21, the refrigerant path 22, the refrigerant path 34, the refrigerant path 36, and the refrigerant paths 24 to 27 form a first path.
図3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)、冷媒は熱交換器14へと流れる。圧縮機12から吐出された気相冷媒は、熱交換器14において周囲に放熱し冷却されることによって、凝縮(液化)する。熱交換器14における外気との熱交換によって、冷媒の温度は低下し冷媒は液化する。熱交換器14へ入った高圧の冷媒蒸気は、熱交換器14において等圧のまま過熱蒸気から乾き飽和蒸気になり、凝縮潜熱を放出し徐々に液化して気液混合状態の湿り蒸気になる。気液二相状態である冷媒のうち、凝縮した冷媒は飽和液の状態である(C点)。
As shown in FIG. 3, the superheated vapor refrigerant (point A) sucked into the compressor 12 is adiabatically compressed in the compressor 12 along the isoentropic curve. As the compressor is compressed, the pressure and temperature of the refrigerant rise and become high-temperature and high-pressure superheated steam with a high degree of superheat (point B), and the refrigerant flows to the heat exchanger 14. The gas-phase refrigerant discharged from the compressor 12 is condensed (liquefied) by releasing heat to the surroundings in the heat exchanger 14 and being cooled. By the heat exchange with the outside air in the heat exchanger 14, the temperature of the refrigerant is lowered and the refrigerant is liquefied. The high-pressure refrigerant vapor that has entered the heat exchanger 14 changes from superheated steam to dry saturated vapor while maintaining the same pressure in the heat exchanger 14, releases latent heat of condensation, gradually liquefies, and becomes wet vapor in a gas-liquid mixed state. . Of the refrigerant in the gas-liquid two-phase state, the condensed refrigerant is in a saturated liquid state (point C).
冷媒は気液分離器40において気相冷媒と液相冷媒とに分離される。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の冷却通路32へ流れ、EV機器31を冷却する。冷却部30において、熱交換器14を通過して凝縮された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、飽和液と飽和蒸気とが混合した湿り蒸気となる(D点)。
The refrigerant is separated into a gas phase refrigerant and a liquid phase refrigerant in the gas-liquid separator 40. Among the gas-liquid separated refrigerant, the liquid-phase refrigerant liquid flows from the gas-liquid separator 40 through the refrigerant passage 34 to the cooling passage 32 of the cooling unit 30 to cool the EV device 31. In the cooling unit 30, the EV device 31 is cooled by releasing heat to the liquid refrigerant in the saturated liquid state that is condensed after passing through the heat exchanger 14. By the heat exchange with the EV device 31, the refrigerant is heated and the dryness of the refrigerant increases. The refrigerant receives the latent heat from the EV device 31 and partially evaporates to become wet steam in which the saturated liquid and saturated steam are mixed (point D).
その後冷媒は、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過冷却された過冷却液になる(E点)。その後冷媒は、冷媒通路25を経由して膨張弁16に流入する。膨張弁16において、過冷却液状態の冷媒は絞り膨張され、比エンタルピーは変化せず温度と圧力とが低下して、低温低圧の気液混合状態の湿り蒸気となる(F点)。
Thereafter, the refrigerant flows into the heat exchanger 15. The wet steam of the refrigerant is condensed again by exchanging heat with the outside air in the heat exchanger 15 and is condensed again. When all of the refrigerant is condensed, it becomes a saturated liquid and further subcooled by releasing sensible heat. Become liquid (point E). Thereafter, the refrigerant flows into the expansion valve 16 via the refrigerant passage 25. In the expansion valve 16, the refrigerant in the supercooled liquid state is squeezed and expanded, the specific enthalpy does not change, the temperature and pressure are reduced, and the low temperature and low pressure gas-liquid mixed vapor is obtained (point F).
膨張弁16から出た湿り蒸気状態の冷媒は、冷媒通路26を経由して熱交換器18へ流入する。熱交換器18のチューブ内には、湿り蒸気状態の冷媒が流入する。冷媒は、熱交換器18のチューブ内を流通する際に、フィンを経由して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、等圧のまま蒸発する。全ての冷媒が乾き飽和蒸気になると、さらに顕熱によって冷媒蒸気は温度上昇して、過熱蒸気となる(A点)。その後冷媒は、冷媒通路27を経由して圧縮機12に吸入される。圧縮機12は、熱交換器18から流通する冷媒を圧縮する。
The wet steam refrigerant that has flowed out of the expansion valve 16 flows into the heat exchanger 18 via the refrigerant passage 26. A wet steam refrigerant flows into the tube of the heat exchanger 18. When the refrigerant circulates in the tube of the heat exchanger 18, it absorbs the heat of the air in the vehicle interior via the fins as latent heat of vaporization, and evaporates at a constant pressure. When all the refrigerants are dry and become saturated vapor, the temperature of the refrigerant vapor further rises due to sensible heat and becomes superheated vapor (point A). Thereafter, the refrigerant is sucked into the compressor 12 via the refrigerant passage 27. The compressor 12 compresses the refrigerant flowing from the heat exchanger 18.
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 compression refrigeration cycle 10, it is necessary to consider the loss in the compressor 12, the pressure loss of the refrigerant, and the heat loss. Of course there is.
蒸気圧縮式冷凍サイクル10の運転中に、冷媒は、蒸発器として作用する熱交換器18において蒸発する際に気化熱を車両の室内の空気から吸収して、車室内の冷房を行なう。加えて、熱交換器14から流出し気液分離器40で気液分離された高圧の液冷媒が冷却部30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、車両に搭載された発熱源であるEV機器31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、EV機器31を冷却するために必要とされる温度は、少なくともEV機器31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。
During the operation of the vapor compression refrigeration cycle 10, the refrigerant absorbs heat of vaporization from the air in the vehicle interior when evaporating in the heat exchanger 18 acting as an evaporator, thereby cooling the vehicle interior. In addition, the high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the heat exchanger 14 and separated into gas and liquid by the gas-liquid separator 40 flows to the cooling unit 30, and heat-exchanges with the EV device 31 to cool the EV device 31. The cooling device 1 cools an EV device 31 that is a heat source mounted on a vehicle by using a vapor compression refrigeration cycle 10 for air conditioning in a vehicle interior. The temperature required for cooling the EV device 31 is desirably a temperature lower than the upper limit value of the target temperature range as the temperature range of the EV device 31.
熱交換器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、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、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、EV機器31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、EV機器31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、EV機器31の冷却のための消費動力を低減することができる。
Since the EV equipment 31 is cooled using the vapor compression refrigeration cycle 10 provided to cool the part to be cooled in the heat exchanger 18, a dedicated water circulation pump is used to cool the EV equipment 31. Or it is not necessary to provide equipment, such as a cooling fan. Therefore, the configuration necessary for the cooling device 1 of the EV device 31 can be reduced and the device configuration can be simplified, so that the manufacturing cost of the cooling device 1 can be reduced. In addition, it is not necessary to operate a power source such as a pump or a cooling fan for cooling the EV device 31, and power consumption for operating the power source is not required. Therefore, power consumption for cooling the EV device 31 can be reduced.
熱交換器14では、冷媒を湿り蒸気の状態にまで冷却すればよく、気液混合状態の冷媒は気液分離器40により分離され、飽和液状態の冷媒液のみが冷却部30へ供給される。EV機器31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、熱交換器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。熱交換器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、液相冷媒を過冷却する。冷媒の過冷却度を過度に大きくする必要がないので、熱交換器14,15の容量を低減することができる。したがって、車室用の冷房能力を確保でき、かつ、熱交換器14,15のサイズを低減することができるので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。
In the heat exchanger 14, it is only necessary to cool the refrigerant to a wet steam state, the refrigerant in the gas-liquid mixed state is separated by the gas-liquid separator 40, and only the refrigerant liquid in the saturated liquid state is supplied to the cooling unit 30. . The refrigerant in the state of wet steam that has received the latent heat of vaporization from the EV device 31 and is partially vaporized is cooled again by the heat exchanger 15. The refrigerant changes its state at a constant temperature until the wet vapor state refrigerant is condensed and completely saturated. The heat exchanger 15 further subcools the liquid refrigerant to a degree of supercooling necessary for cooling the vehicle interior. Since it is not necessary to excessively increase the degree of supercooling of the refrigerant, the capacity of the heat exchangers 14 and 15 can be reduced. Therefore, the cooling capacity for the passenger compartment can be ensured, and the size of the heat exchangers 14 and 15 can be reduced, so that the cooling device 1 that is downsized and advantageous for in-vehicle use can be obtained.
熱交換器14の出口から膨張弁16の入口へ向かう冷媒の経路の一部を形成する冷媒通路23は、熱交換器14と熱交換器15との間に設けられている。気液分離器40から膨張弁16へ向かう冷媒が流通する経路として、冷却部30を通過しない経路である冷媒通路23と、冷却部30を経由してEV機器31を冷却する冷媒の経路である冷媒通路34,36および冷却通路32と、が並列に設けられる。冷媒通路34,36を含むEV機器31の冷却系は、冷媒通路23と並列に接続されている。そのため、熱交換器14から流出した冷媒の一部のみが、冷却部30へ流れる。EV機器31の冷却のために必要な量の冷媒を冷却部30へ流通させ、EV機器31は適切に冷却される。したがって、EV機器31が過冷却されることを防止できる。
A refrigerant passage 23 that forms a part of the refrigerant path from the outlet of the heat exchanger 14 to the inlet of the expansion valve 16 is provided between the heat exchanger 14 and the heat exchanger 15. The refrigerant flow from the gas-liquid separator 40 to the expansion valve 16 is a refrigerant path 23 that is a path that does not pass through the cooling unit 30 and a refrigerant path that cools the EV device 31 via the cooling unit 30. The refrigerant passages 34 and 36 and the cooling passage 32 are provided in parallel. The cooling system of the EV device 31 including the refrigerant passages 34 and 36 is connected in parallel with the refrigerant passage 23. Therefore, only a part of the refrigerant that has flowed out of the heat exchanger 14 flows to the cooling unit 30. An amount of refrigerant necessary for cooling the EV device 31 is circulated to the cooling unit 30, and the EV device 31 is appropriately cooled. Therefore, it is possible to prevent the EV device 31 from being overcooled.
熱交換器14から直接熱交換器15へ流れる冷媒の経路と、熱交換器14から冷却部30を経由して熱交換器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34,36へ流通させることで、EV機器31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。全ての冷媒が冷却部30に流れないので、冷却部30を経由する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。
A refrigerant path flowing directly from the heat exchanger 14 to the heat exchanger 15 and a refrigerant path flowing from the heat exchanger 14 to the heat exchanger 15 via the cooling unit 30 are provided in parallel, and only a part of the refrigerants are provided. Is allowed to flow through the refrigerant passages 34 and 36, so that pressure loss when the refrigerant flows into the cooling system of the EV device 31 can be reduced. Since all the refrigerant does not flow to the cooling unit 30, it is possible to reduce pressure loss related to the circulation of the refrigerant passing through the cooling unit 30, and accordingly, consumption necessary for the operation of the compressor 12 for circulating the refrigerant. Electric power can be reduced.
膨張弁16を通過した後の低温低圧の冷媒をEV機器31の冷却に使用すると、熱交換器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、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、第一の凝縮器としての熱交換器14と、第二の凝縮器としての熱交換器15と、の両方によって凝縮される。圧縮機12と膨張弁16との間に二段の熱交換器14,15を配置し、EV機器31を冷却する冷却部30は、熱交換器14と熱交換器15との間に設けられている。熱交換器15は、冷却部30から膨張弁16に向けて流れる冷媒の経路上に設けられている。
When the low-temperature and low-pressure refrigerant that has passed through the expansion valve 16 is used for cooling the EV device 31, the cooling capacity of the air in the passenger compartment in the heat exchanger 18 decreases, and the cooling capacity for the passenger compartment decreases. On the other hand, in the cooling device 1 of the present embodiment, the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 12 in the vapor compression refrigeration cycle 10 is converted into the heat exchanger 14 as the first condenser, and the second It is condensed by both the heat exchanger 15 as a condenser. The two-stage heat exchangers 14 and 15 are disposed between the compressor 12 and the expansion valve 16, and the cooling unit 30 that cools the EV device 31 is provided between the heat exchanger 14 and the heat exchanger 15. ing. The heat exchanger 15 is provided on the path of the refrigerant that flows from the cooling unit 30 toward the expansion valve 16.
EV機器31から蒸発潜熱を受けて加熱された冷媒を熱交換器15において十分に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、熱交換器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熱交換器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、EV機器31を冷却することができる。したがって、EV機器31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。
The refrigerant heated by receiving the latent heat of vaporization from the EV device 31 is sufficiently cooled in the heat exchanger 15, so that the refrigerant at the outlet of the expansion valve 16 has a temperature originally required for cooling the vehicle interior. And having pressure. Therefore, the amount of heat received from the outside when the refrigerant evaporates in the heat exchanger 18 can be sufficiently increased. Thus, by defining the heat dissipation capability of the heat exchanger 15 that can sufficiently cool the refrigerant, the EV device 31 can be cooled without affecting the cooling capability of cooling the air in the passenger compartment. Therefore, both the cooling capacity of the EV device 31 and the cooling capacity for the passenger compartment can be reliably ensured.
熱交換器14から冷却部30へ流れる冷媒は、EV機器31を冷却するときに、EV機器31から熱を受け取り加熱される。冷却部30において冷媒が飽和蒸気温度以上に加熱され冷媒の全量が気化すると、冷媒とEV機器31との熱交換量が減少してEV機器31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、EV機器31を冷却した後に冷媒の全量が気化しない程度に、熱交換器14において十分に冷媒を冷却するのが望ましい。
The refrigerant flowing from the heat exchanger 14 to the cooling unit 30 receives heat from the EV device 31 and is heated when the EV device 31 is cooled. When the refrigerant is heated to the saturated vapor temperature or higher in the cooling unit 30 and the entire amount of the refrigerant is vaporized, the amount of heat exchange between the refrigerant and the EV device 31 is reduced, and the EV device 31 cannot be efficiently cooled. Pressure loss during flow increases. Therefore, it is desirable to cool the refrigerant sufficiently in the heat exchanger 14 so that the entire amount of the refrigerant does not vaporize after the EV device 31 is cooled.
具体的には、熱交換器14の出口における冷媒の状態を飽和液に近づけ、典型的には熱交換器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熱交換器14が有する結果、熱交換器14の冷媒から熱を放出させる放熱能力は、熱交換器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熱交換器14において冷媒を十分に冷却することにより、EV機器31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EV機器31との熱交換量の減少を回避できるので、EV機器31を十分に効率よく冷却することができる。EV機器31を冷却した後の湿り蒸気の状態の冷媒は、熱交換器15において効率よく再度冷却され、飽和温度を下回る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EV機器31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。
Specifically, the state of the refrigerant at the outlet of the heat exchanger 14 is brought close to the saturated liquid, and typically, the refrigerant is on the saturated liquid line at the outlet of the heat exchanger 14. As a result of the heat exchanger 14 having the ability to sufficiently cool the refrigerant in this way, the heat dissipating ability for releasing heat from the refrigerant of the heat exchanger 14 is higher than the heat dissipating ability of the heat exchanger 15. By sufficiently cooling the refrigerant in the heat exchanger 14 having a relatively large heat dissipation capability, the refrigerant that has received heat from the EV device 31 can be kept in a wet steam state, and heat exchange between the refrigerant and the EV device 31 can be achieved. Since the decrease in the amount can be avoided, the EV device 31 can be cooled sufficiently efficiently. The refrigerant in the state of wet steam after cooling the EV device 31 is efficiently cooled again in the heat exchanger 15 and cooled to the state of the supercooled liquid below the saturation temperature. Therefore, it is possible to provide the cooling device 1 that secures both the cooling capacity for the passenger compartment and the cooling capacity of the EV device 31.
熱交換器14の出口において気液二相状態にある冷媒は、気液分離器40内において、気相と液相とに分離される。気液分離器40で分離された気相冷媒は、冷媒通路23,24を経由して流れ直接熱交換器15に供給される。気液分離器40で分離された液相冷媒は、冷媒通路34を経由して流れ、冷却部30に供給されてEV機器31を冷却する。この液相冷媒は、過不足の全くない真に飽和液状態の冷媒である。気液分離器40から液相の冷媒のみを取り出し冷却部30へ流すことにより、熱交換器14の能力を最大限に活用してEV機器31を冷却することができるので、EV機器31の冷却能力を向上させた冷却装置1を提供することができる。
The refrigerant in a gas-liquid two-phase state at the outlet of the heat exchanger 14 is separated into a gas phase and a liquid phase in the gas-liquid separator 40. The gas-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 40 flows through the refrigerant passages 23 and 24 and is directly supplied to the heat exchanger 15. The liquid phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 40 flows through the refrigerant passage 34 and is supplied to the cooling unit 30 to cool the EV device 31. This liquid-phase refrigerant is a truly saturated liquid refrigerant with no excess or deficiency. By extracting only the liquid-phase refrigerant from the gas-liquid separator 40 and flowing it to the cooling unit 30, the EV device 31 can be cooled by utilizing the capacity of the heat exchanger 14 to the maximum, so that the EV device 31 is cooled. The cooling device 1 with improved performance can be provided.
気液分離器40の出口で飽和液の状態にある冷媒をEV機器31を冷却する冷却通路32に導入することにより、冷媒通路34,36および冷却通路32を含むEV機器31の冷却系を流れる冷媒のうち、気相状態の冷媒を最小限に抑えることができる。そのため、EV機器31の冷却系を流れる冷媒蒸気の流速が早くなり圧力損失が増大することを抑制でき、冷媒を流通させるための圧縮機12の消費電力を低減できるので、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の性能の悪化を回避することができる。
By introducing the refrigerant in a saturated liquid state at the outlet of the gas-liquid separator 40 into the cooling passage 32 for cooling the EV device 31, the refrigerant flows through the cooling system of the EV device 31 including the refrigerant passages 34 and 36 and the cooling passage 32. Among the refrigerants, the gas-phase refrigerant can be minimized. Therefore, the flow velocity of the refrigerant vapor flowing through the cooling system of the EV device 31 can be prevented from increasing and the pressure loss can be suppressed, and the power consumption of the compressor 12 for circulating the refrigerant can be reduced. Therefore, the vapor compression refrigeration cycle 10 The deterioration of the performance can be avoided.
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、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 inside the gas-liquid separator 40. The gas-liquid separator 40 functions as a liquid accumulator that temporarily stores a liquid refrigerant that is a liquid refrigerant. By storing a predetermined amount of the refrigerant liquid in the gas-liquid separator 40, the flow rate of the refrigerant flowing from the gas-liquid separator 40 to the cooling unit 30 can be maintained even when the load changes. Since the gas-liquid separator 40 has a liquid reservoir function and becomes a buffer against load fluctuations and can absorb the load fluctuations, the cooling performance of the EV device 31 can be stabilized.
図2に戻って、冷却装置1は、流量調整弁28を備える。流量調整弁28は、熱交換器14から膨張弁16へ向かう冷媒の経路において、並列に接続された経路のうちの一方を形成する、冷媒通路23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、冷媒通路23を流れる冷媒の圧力損失を増減させることにより、冷媒通路23を流れる冷媒の流量と、冷却通路32を含むEV機器31の冷却系を流れる冷媒の流量と、を任意に調節する。
Returning to FIG. 2, the cooling device 1 includes a flow rate adjusting valve 28. The flow regulating valve 28 is disposed in the refrigerant passage 23 that forms one of the paths connected in parallel in the refrigerant path from the heat exchanger 14 to the expansion valve 16. The flow rate adjusting valve 28 varies the valve opening degree and increases / decreases the pressure loss of the refrigerant flowing through the refrigerant passage 23, whereby the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant passage 23 and the cooling system of the EV device 31 including the cooling passage 32. The flow rate of the refrigerant flowing through is arbitrarily adjusted.
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、熱交換器14を出た冷媒の全量が気液分離器40から冷媒通路34へ流入する。流量調整弁28の弁開度を大きくすれば、熱交換器14から冷媒通路22へ流れる冷媒のうち、冷媒通路23を経由して熱交換器15へ直接流れる流量が大きくなり、冷媒通路34を経由して冷却通路32へ流れEV機器31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、熱交換器14から冷媒通路22へ流れる冷媒のうち、冷媒通路23を経由して熱交換器15へ直接流れる流量が小さくなり、冷却通路32を経由して流れEV機器31を冷却する冷媒の流量が大きくなる。
For example, when the flow rate adjustment valve 28 is fully closed and the valve opening degree is 0%, the entire amount of the refrigerant that has exited the heat exchanger 14 flows from the gas-liquid separator 40 into the refrigerant passage 34. If the valve opening degree of the flow rate adjustment valve 28 is increased, the flow rate of the refrigerant flowing from the heat exchanger 14 to the refrigerant passage 22 directly flowing to the heat exchanger 15 via the refrigerant passage 23 increases, and the refrigerant passage 34 is The refrigerant flows through the cooling passage 32 and cools the EV device 31 to reduce the flow rate of the refrigerant. If the valve opening degree of the flow rate adjusting valve 28 is reduced, the flow rate of the refrigerant flowing from the heat exchanger 14 to the refrigerant passage 22 directly flowing to the heat exchanger 15 via the refrigerant passage 23 is reduced, and the cooling passage 32 is The flow rate of the refrigerant that cools the EV device 31 through the flow increases.
流量調整弁28の弁開度を大きくするとEV機器31を冷却する冷媒の流量が小さくなり、EV機器31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EV機器31を冷却する冷媒の流量が大きくなり、EV機器31の冷却能力が向上する。流量調整弁28を使用して、EV機器31に流れる冷媒の量を最適に調節できるので、EV機器31の過冷却を確実に防止することができ、加えて、EV機器31の冷却系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。
When the valve opening degree of the flow rate adjusting valve 28 is increased, the flow rate of the refrigerant that cools the EV device 31 is decreased, and the cooling capacity of the EV device 31 is decreased. When the valve opening degree of the flow rate adjusting valve 28 is reduced, the flow rate of the refrigerant that cools the EV device 31 is increased, and the cooling capacity of the EV device 31 is improved. Since the amount of the refrigerant flowing to the EV device 31 can be optimally adjusted using the flow rate adjusting valve 28, the overcooling of the EV device 31 can be reliably prevented, and in addition, the refrigerant of the cooling system of the EV device 31 It is possible to reliably reduce the pressure loss and the power consumption of the compressor 12 for circulating the refrigerant.
冷却装置1はさらに、連通路51を備える。連通路51は、圧縮機12と熱交換器14との間を冷媒が流通する冷媒通路21と、冷却部30に冷媒を流通させる冷媒通路34,36のうち冷却部30に対し下流側の冷媒通路36と、を連通する。冷媒通路36は、連通路51との分岐よりも上流側の冷媒通路36aと、連通路51との分岐よりも下流側の冷媒通路36bと、に二分割される。
The cooling device 1 further includes a communication path 51. The communication passage 51 is a refrigerant downstream of the cooling unit 30 among the refrigerant passage 21 through which the refrigerant flows between the compressor 12 and the heat exchanger 14 and the refrigerant passages 34, 36 through which the refrigerant flows through the cooling unit 30. The passage 36 communicates with the passage 36. The refrigerant passage 36 is divided into a refrigerant passage 36 a upstream from the branch with the communication passage 51 and a refrigerant passage 36 b downstream from the branch with the communication passage 51.
冷媒通路36および連通路51には、連通路51と冷媒通路21,36との連通状態を切り替える切替弁52が設けられている。切替弁52は、その開閉を切り替えることにより、連通路51を経由する冷媒の流通を可能または不可能にする。切替弁52を使用して冷媒の経路を切り替えることにより、EV機器31を冷却した後の冷媒を、冷媒通路36b,24を経由させて熱交換器15へ、または、連通路51および冷媒通路21を経由して熱交換器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。
The refrigerant passage 36 and the communication passage 51 are provided with a switching valve 52 that switches the communication state between the communication passage 51 and the refrigerant passages 21 and 36. The switching valve 52 enables or disables the circulation of the refrigerant via the communication path 51 by switching its opening and closing. By switching the refrigerant path using the switching valve 52, the refrigerant after cooling the EV device 31 passes through the refrigerant passages 36 b and 24 to the heat exchanger 15, or the communication passage 51 and the refrigerant passage 21. Any of the paths to the heat exchanger 14 via can be arbitrarily selected and distributed.
より具体的には、切替弁52として二つの開閉弁57,58が設けられている。切替弁52は、第一開閉弁としての開閉弁57と、第二開閉弁としての開閉弁58と、を含む。開閉弁57は、冷媒通路36bに設けられ、冷媒通路36bの連通と遮断とを切り替える。開閉弁57の開閉を切り替えることにより、冷媒通路36bを含む第一通路の連通状態が切り替えられる。開閉弁58は、連通路51に設けられ、連通路51の連通と遮断とを切り替える。開閉弁58の開閉を切り替えることにより、連通路51を含む後述する第二通路の連通状態が切り替えられる。
More specifically, two on-off valves 57 and 58 are provided as the switching valve 52. The switching valve 52 includes an on-off valve 57 as a first on-off valve and an on-off valve 58 as a second on-off valve. The on-off valve 57 is provided in the refrigerant passage 36b and switches between communication and blocking of the refrigerant passage 36b. By switching the opening / closing of the on-off valve 57, the communication state of the first passage including the refrigerant passage 36b is switched. The on-off valve 58 is provided in the communication path 51 and switches between communication and blocking of the communication path 51. By switching the opening / closing of the on-off valve 58, the communication state of the second passage, which will be described later, including the communication passage 51 is switched.
蒸気圧縮式冷凍サイクル10の冷房運転中には、開閉弁57を全開(弁開度100%)とし開閉弁58を全閉(弁開度0%)とし、流量調整弁28の弁開度を冷却部30に十分な冷媒が流れるように調整する。これにより、EV機器31を冷却した後の冷媒通路36aを流通する冷媒を、冷媒通路36bを経由させて、確実に熱交換器15へ流通させることができる。
During the cooling operation of the vapor compression refrigeration cycle 10, the opening / closing valve 57 is fully opened (valve opening degree 100%), the opening / closing valve 58 is fully closed (valve opening degree 0%), and the valve opening degree of the flow control valve 28 is set. It adjusts so that sufficient refrigerant | coolant may flow into the cooling part 30. FIG. Thereby, the refrigerant | coolant which distribute | circulates the refrigerant path 36a after cooling the EV apparatus 31 can be reliably distribute | circulated to the heat exchanger 15 via the refrigerant path 36b.
一方、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の停止中には、開閉弁58を全開とし開閉弁57を全閉とし、さらに流量調整弁28を全閉とする。これにより、EV機器31を冷却した後の冷媒通路36aを流通する冷媒を、連通路51を経由させて熱交換器14へ流通させ、圧縮機12を経由せずに冷却部30と熱交換器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。
On the other hand, while the vapor compression refrigeration cycle 10 is stopped, the open / close valve 58 is fully opened, the open / close valve 57 is fully closed, and the flow rate adjustment valve 28 is fully closed. Accordingly, the refrigerant flowing through the refrigerant passage 36a after cooling the EV device 31 is circulated to the heat exchanger 14 via the communication passage 51, and the cooling unit 30 and the heat exchanger are not passed through the compressor 12. 14 can form an annular path for circulating the refrigerant.
図4は、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の運転中の、EV機器31を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図5は、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の停止中の、EV機器31を冷却する冷媒の流れを示す模式図である。図6は、冷却装置1の運転モード毎の圧縮機12、流量調整弁28および開閉弁57,58の設定を示す図である。図6中に示す運転モードのうち「エアコン運転モード」とは、図4に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル10を運転させる場合、すなわち圧縮機12を運転させて蒸気圧縮式冷凍サイクル10の全体に冷媒を流通させる場合を示す。一方「ヒートパイプ運転モード」とは、図5に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル10を停止させる場合、すなわち、圧縮機12を停止させ、冷却部30と熱交換器14とを結ぶ環状の経路を経由させて冷媒を循環させる場合を示す。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a refrigerant flow for cooling the EV device 31 during operation of the vapor compression refrigeration cycle 10. FIG. 5 is a schematic diagram showing the flow of the refrigerant that cools the EV device 31 while the vapor compression refrigeration cycle 10 is stopped. FIG. 6 is a diagram illustrating settings of the compressor 12, the flow rate adjustment valve 28, and the on-off valves 57 and 58 for each operation mode of the cooling device 1. Among the operation modes shown in FIG. 6, the “air-conditioner operation mode” refers to a case where the vapor compression refrigeration cycle 10 shown in FIG. 4 is operated, that is, the compressor 12 is operated and a refrigerant is introduced into the entire vapor compression refrigeration cycle 10. Is shown. On the other hand, the “heat pipe operation mode” refers to a case where the vapor compression refrigeration cycle 10 shown in FIG. 5 is stopped, that is, the compressor 12 is stopped and an annular path connecting the cooling unit 30 and the heat exchanger 14 is passed. In this case, the refrigerant is circulated.
図4および図6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「エアコン運転モード」のときには、流量調整弁28は、冷却部30に十分な冷媒が流れるように、弁開度を調整される。切替弁52は、冷媒を冷却部30から熱交換器15を経由して膨張弁16へ流通させるように操作される。すなわち、開閉弁57を全開にし開閉弁58を全閉にすることで、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。そのため、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、EV機器31を効率よく冷却することができる。
As shown in FIGS. 4 and 6, when in the “air conditioner operation mode” in which the compressor 12 is driven and the vapor compression refrigeration cycle 10 is operating, the flow rate adjustment valve 28 allows sufficient refrigerant to flow through the cooling unit 30. Thus, the valve opening is adjusted. The switching valve 52 is operated so that the refrigerant flows from the cooling unit 30 to the expansion valve 16 via the heat exchanger 15. That is, the refrigerant path is selected so that the refrigerant flows through the entire cooling device 1 by fully opening the on-off valve 57 and fully closing the on-off valve 58. Therefore, the cooling capacity of the vapor compression refrigeration cycle 10 can be ensured and the EV device 31 can be efficiently cooled.
図5および図6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「ヒートパイプ運転モード」のときには、冷媒を冷却部30から熱交換器14へ循環させるように切替弁52を操作する。すなわち、開閉弁57を全閉にし開閉弁58を全開にし、さらに流量調整弁28を全閉にすることで、冷媒は冷媒通路36aから冷媒通路36bへは流れず連通路51を経由して流通する。これにより、熱交換器14から、冷媒通路22と冷媒通路34とを順に経由して冷却部30へ至り、さらに冷媒通路36a、連通路51、冷媒通路21を順に経由して熱交換器14へ戻る、閉じられた環状の経路が形成される。このときの冷媒が流れる経路、すなわち冷媒通路21、冷媒通路22、冷媒通路34、冷媒通路36aおよび連通路51は、第二通路を形成する。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the “heat pipe operation mode” in which the compressor 12 is stopped and the vapor compression refrigeration cycle 10 is stopped, the refrigerant is circulated from the cooling unit 30 to the heat exchanger 14. The switching valve 52 is operated. That is, the on-off valve 57 is fully closed, the on-off valve 58 is fully opened, and the flow rate adjustment valve 28 is fully closed, so that the refrigerant does not flow from the refrigerant passage 36a to the refrigerant passage 36b but flows through the communication passage 51. To do. Accordingly, the heat exchanger 14 reaches the cooling unit 30 through the refrigerant passage 22 and the refrigerant passage 34 in order, and further passes through the refrigerant passage 36a, the communication passage 51, and the refrigerant passage 21 in order to the heat exchanger 14. A closed, closed circular path is formed. A path through which the refrigerant flows, that is, the refrigerant path 21, the refrigerant path 22, the refrigerant path 34, the refrigerant path 36a, and the communication path 51 form a second path.
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、熱交換器14と冷却部30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から蒸発潜熱を受けて蒸発する。EV機器31との熱交換により気化された冷媒蒸気は、冷媒通路36a、連通路51および冷媒通路21を順に経由して、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、コンデンサファン42もしく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。
Via this annular path, the refrigerant can be circulated between the heat exchanger 14 and the cooling unit 30 without operating the compressor 12. When the EV device 31 is cooled, the refrigerant receives evaporation latent heat from the EV device 31 and evaporates. The refrigerant vapor evaporated by heat exchange with the EV device 31 flows to the heat exchanger 14 through the refrigerant passage 36a, the communication passage 51, and the refrigerant passage 21 in order. In the heat exchanger 14, the refrigerant vapor is cooled and condensed by the running air of the vehicle or the ventilation from the condenser fan 42 or the radiator fan for cooling the engine. The refrigerant liquid liquefied by the heat exchanger 14 returns to the cooling unit 30 via the refrigerant passages 22 and 34.
このように、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、EV機器31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。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、EV機器31を確実に冷却することができる。EV機器31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の消費動力を低減して車両の燃費を向上することができ、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。
In this way, a heat pipe is formed by the annular path passing through the cooling unit 30 and the heat exchanger 14, with the EV device 31 as a heating unit and the heat exchanger 14 as a cooling unit. Therefore, even when the vapor compression refrigeration cycle 10 is stopped, that is, when cooling for the vehicle is stopped, the EV device 31 can be reliably cooled without having to start the compressor 12. Since it is not necessary to always operate the compressor 12 for cooling the EV equipment 31, the power consumption of the compressor 12 can be reduced and the fuel consumption of the vehicle can be improved. In addition, the compressor 12 has a long service life. Therefore, the reliability of the compressor 12 can be improved.
電気自動車の乗員は、車内前方の計器盤に設けられた空調用のコントロールパネルを操作することによって、車室内の冷房をONからOFFへ切り替える。この操作に伴い、EV機器31を冷却するための冷却装置1の運転モードが、エアコン運転モードからヒートパイプ運転モードへ切り替えられる。つまり、圧縮機12が停止されるとともに、開閉弁57が全閉とされる。これにより、圧縮機12から吐出された冷媒を冷却部30へ流してEV機器31を冷却するための第一通路が遮断される。加えて、流量調整弁28が全閉とされ、開閉弁58が全開とされる。これにより、熱交換器14と冷却部30との間に自然循環により冷媒を循環させるための第二通路が連通され、圧縮機12を経由せずに冷却部30に冷媒を供給できるようになる。
An occupant of an electric vehicle switches the cooling of the passenger compartment from ON to OFF by operating an air conditioning control panel provided on an instrument panel in front of the vehicle. With this operation, the operation mode of the cooling device 1 for cooling the EV device 31 is switched from the air conditioner operation mode to the heat pipe operation mode. That is, the compressor 12 is stopped and the on-off valve 57 is fully closed. Thereby, the 1st channel | path for flowing the refrigerant | coolant discharged from the compressor 12 to the cooling part 30 and cooling the EV apparatus 31 is interrupted | blocked. In addition, the flow rate adjustment valve 28 is fully closed and the on-off valve 58 is fully opened. As a result, the second passage for circulating the refrigerant by natural circulation is communicated between the heat exchanger 14 and the cooling unit 30, and the refrigerant can be supplied to the cooling unit 30 without going through the compressor 12. .
切替弁52の開閉が切り替えられることにより、第一通路の連通と第二通路の連通とが切り替えられる。これにより、第一通路が連通し第二通路が遮断された状態のエアコン運転モードから、第一通路が遮断され第二通路が連通した状態のヒートパイプ運転モードへの、EV機器31を冷却するための冷却装置1の運転モードの切替が行なわれる。このようにして、圧縮機12が停止した状態においても、冷却装置1によるEV機器31の冷却能力が維持される。
By switching the opening / closing of the switching valve 52, the communication of the first passage and the communication of the second passage are switched. Thereby, the EV device 31 is cooled from the air conditioner operation mode in which the first passage is communicated and the second passage is blocked to the heat pipe operation mode in which the first passage is blocked and the second passage is communicated. Therefore, the operation mode of the cooling device 1 is switched. In this way, even when the compressor 12 is stopped, the cooling capacity of the EV device 31 by the cooling device 1 is maintained.
図4および図5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。
4 and 5 show the ground surface 60. The cooling unit 30 is disposed below the heat exchanger 14 in the vertical direction perpendicular to the ground 60. In an annular path for circulating the refrigerant between the heat exchanger 14 and the cooling unit 30, the cooling unit 30 is disposed below and the heat exchanger 14 is disposed above. The heat exchanger 14 is disposed at a position higher than the cooling unit 30.
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(すなわち第二通路)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EV機器31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、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、EV機器31をより効率よく冷却することができる。
In this case, the refrigerant vapor heated and vaporized in the cooling unit 30 rises in the annular path and reaches the heat exchanger 14, is cooled in the heat exchanger 14, is condensed and becomes a liquid refrigerant, and acts by gravity. It descends in the annular path and returns to the cooling unit 30. That is, a thermosiphon heat pipe is formed by the cooling unit 30, the heat exchanger 14, and the refrigerant path (that is, the second passage) connecting them. Since the heat transfer efficiency from the EV device 31 to the heat exchanger 14 can be improved by forming the heat pipe, the EV can be applied without applying power even when the vapor compression refrigeration cycle 10 is stopped. The device 31 can be cooled more efficiently.
冷却装置1はさらに、逆止弁54を備える。逆止弁54は、圧縮機12と熱交換器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に近接する側に、配置されている。逆止弁54は、圧縮機12から熱交換器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5に示すヒートパイプ運転モードのとき、熱交換器14と冷却部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。
The cooling device 1 further includes a check valve 54. The check valve 54 is disposed on the refrigerant passage 21 between the compressor 12 and the heat exchanger 14 on the side closer to the compressor 12 than the connection point between the refrigerant passage 21 and the communication passage 51. The check valve 54 allows the refrigerant flow from the compressor 12 to the heat exchanger 14 and prohibits the reverse refrigerant flow. In this way, in the heat pipe operation mode shown in FIG. 5, a closed loop refrigerant path for circulating the refrigerant between the heat exchanger 14 and the cooling unit 30 can be reliably formed.
逆止弁54がない場合、冷媒が連通路51から圧縮機12側の冷媒通路21へ流れる虞がある。逆止弁54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EV機器31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、EV機器31を効率よく冷却することができる。
If the check valve 54 is not provided, the refrigerant may flow from the communication passage 51 to the refrigerant passage 21 on the compressor 12 side. By providing the check valve 54, the flow of the refrigerant from the communication path 51 toward the compressor 12 can be surely prohibited. Therefore, the stop of the vapor compression refrigeration cycle 10 using the heat pipe formed by the annular refrigerant path is used. It is possible to prevent a decrease in the cooling capacity of the EV device 31 at the time. Therefore, the EV device 31 can be efficiently cooled even when the cooling for the passenger compartment of the vehicle is stopped.
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54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EV機器31の冷却が不十分となることを回避することができる。
In addition, when the amount of refrigerant in the closed loop refrigerant path is insufficient while the vapor compression refrigeration cycle 10 is stopped, the compressor 12 is operated only for a short time, thereby passing through the check valve 54. Thus, the refrigerant can be supplied to the closed loop path. Thereby, the refrigerant | coolant amount in a closed loop can be increased and the heat exchange processing amount of a heat pipe can be increased. Therefore, since the amount of refrigerant in the heat pipe can be ensured, it is possible to avoid insufficient cooling of the EV device 31 due to insufficient refrigerant amount.
連通路51と冷媒通路21,36との連通状態を切り替える切替弁52としては、上述した一対の開閉弁57,58を使用してもよく、または、冷媒通路36と連通路51との分岐に配置された三方弁を使用してもよい。開閉弁57,58は、冷媒通路の開閉ができる単純な構造であればよいので安価であり、二つの開閉弁57,58を使用することにより、より低コストな冷却装置1を提供することができる。一方、二つの開閉弁57,58を配置するよりも三方弁の配置に要する空間はより小さくてよいと考えられ、三方弁を使用することにより、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。
As the switching valve 52 that switches the communication state between the communication passage 51 and the refrigerant passages 21, 36, the pair of on-off valves 57, 58 described above may be used. An arranged three-way valve may be used. The on-off valves 57 and 58 are inexpensive because they have a simple structure capable of opening and closing the refrigerant passage. By using the two on-off valves 57 and 58, it is possible to provide the cooling device 1 at a lower cost. it can. On the other hand, it is considered that the space required for the arrangement of the three-way valve may be smaller than the arrangement of the two on-off valves 57, 58. 1 can be provided.
切替弁52が二つの開閉弁57,58を含む場合と、切替弁52が三方弁である場合とのいずれにおいても、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、EV機器31を効率よく冷却することができる。冷媒通路36と連通路51との分岐に第一開閉弁として三方弁を配置し、冷媒通路21と連通路51との分岐に三方弁を第二開閉弁としてさらに配置してもよい。この場合、連通路51と冷媒通路21との連通状態をより確実に切り替えることができるので、冷媒通路21と連通路51との間に冷媒の流れをより確実に形成でき、または冷媒通路21と連通路51との間の冷媒の流れをより確実に遮断することができる。冷媒通路21と連通路51との分岐に配置された三方弁は、連通路51から圧縮機12へ向かう冷媒の流れを禁止するようにその開閉を設定できるので、この場合、逆止弁54を省略することが可能である。
In both cases where the switching valve 52 includes two on-off valves 57 and 58 and when the switching valve 52 is a three-way valve, the EV equipment 31 is used both when the vapor compression refrigeration cycle 10 is operated and when it is stopped. Can be efficiently cooled. A three-way valve may be disposed as a first on-off valve at the branch between the refrigerant passage 36 and the communication passage 51, and a three-way valve may be further disposed at the branch between the refrigerant passage 21 and the communication passage 51 as a second on-off valve. In this case, since the communication state between the communication passage 51 and the refrigerant passage 21 can be switched more reliably, the refrigerant flow can be more reliably formed between the refrigerant passage 21 and the communication passage 51, or The flow of the refrigerant between the communication passage 51 can be more reliably blocked. Since the three-way valve arranged at the branch of the refrigerant passage 21 and the communication passage 51 can be set to open / close so as to prohibit the flow of refrigerant from the communication passage 51 to the compressor 12, in this case, the check valve 54 is provided. It can be omitted.
以下、本実施の形態の冷却装置1の制御について説明する。図7は、制御部80の構成の詳細を示すブロック図である。図7に示す制御部80は、冷却装置1の制御を実行するECU(Electric Control Unit)81を備える。ECU81は、エアコンスイッチ82から、エアコンのONまたはOFFを示す信号を受ける。エアコンスイッチ82は、たとえば車室内の前方側の計器盤に設けられている。車両の乗員がエアコンスイッチ82を操作することにより、エアコンのONとOFFとが切り替えられ、車室内の冷房が開始または停止される。
Hereinafter, control of the cooling device 1 of this Embodiment is demonstrated. FIG. 7 is a block diagram showing details of the configuration of the control unit 80. The control unit 80 illustrated in FIG. 7 includes an ECU (Electric Control Unit) 81 that performs control of the cooling device 1. The ECU 81 receives a signal indicating ON / OFF of the air conditioner from the air conditioner switch 82. The air conditioner switch 82 is provided, for example, on an instrument panel on the front side in the passenger compartment. When the vehicle occupant operates the air conditioner switch 82, the air conditioner is switched between ON and OFF, and cooling of the vehicle interior is started or stopped.
ECU81は、温度入力部84から、温度を示す信号を受ける。温度入力部84には、冷却部30に流入する冷媒および冷却部30から流出する冷媒の温度を検出するセンサから、冷却部30の出入口での冷媒の温度が入力される。温度入力部84にはまた、冷却装置1の近傍の外気の温度、および熱交換器18における熱交換によって温度が調節された空調用空気の温度が入力されてもよい。
ECU 81 receives a signal indicating temperature from temperature input unit 84. The temperature of the refrigerant at the inlet / outlet of the cooling unit 30 is input to the temperature input unit 84 from sensors that detect the temperature of the refrigerant flowing into the cooling unit 30 and the refrigerant flowing out of the cooling unit 30. The temperature input unit 84 may also be input with the temperature of the outside air near the cooling device 1 and the temperature of the air-conditioning air whose temperature is adjusted by heat exchange in the heat exchanger 18.
制御部80はまた、圧縮機12の起動および停止を制御する圧縮機制御部85と、モータ44,94の回転数を制御するモータ制御部86と、流量調整弁28および開閉弁57,58の開閉を制御するバルブ制御部87と、を備える。制御部80はまた、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などのメモリ89を有する。メモリ89に記憶された制御プログラムに従ってECU81が各種の処理を実行することにより、冷却装置1が制御される。
The control unit 80 also includes a compressor control unit 85 that controls the start and stop of the compressor 12, a motor control unit 86 that controls the number of revolutions of the motors 44 and 94, and the flow rate adjustment valve 28 and the on-off valves 57 and 58. And a valve control unit 87 that controls opening and closing. The control unit 80 also includes a memory 89 such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory). The cooling device 1 is controlled by the ECU 81 executing various processes according to the control program stored in the memory 89.
圧縮機制御部85は、ECU81から伝送された制御命令を受け取り、圧縮機12の起動または停止を指令する信号C1を圧縮機12へ伝送する。バルブ制御部87は、ECU81から伝送された制御命令を受け取り、流量調整弁28の開度を指令する信号V1を流量調整弁28へ伝送し、開閉弁57の開閉設定を指令する信号V2を開閉弁57へ伝送し、開閉弁58の開閉設定を指令する信号V3を開閉弁58へ伝送する。モータ制御部86は、ECU81から伝送された制御命令を受け取り、モータ44の回転数を指令する信号M1をモータ44へ伝送し、モータ94の回転数を指令する信号M2をモータ94へ伝送する。
The compressor control unit 85 receives the control command transmitted from the ECU 81, and transmits a signal C <b> 1 commanding activation or stop of the compressor 12 to the compressor 12. The valve control unit 87 receives the control command transmitted from the ECU 81, transmits a signal V1 for instructing the opening degree of the flow regulating valve 28 to the flow regulating valve 28, and opens and closes a signal V2 for instructing opening / closing setting of the on / off valve 57. The signal V 3 is transmitted to the valve 57, and a signal V 3 for commanding the opening / closing setting of the opening / closing valve 58 is transmitted to the opening / closing valve 58. The motor control unit 86 receives the control command transmitted from the ECU 81, transmits a signal M 1 for instructing the rotation speed of the motor 44 to the motor 44, and transmits a signal M 2 for instructing the rotation speed of the motor 94 to the motor 94.
ECU81は、エアコンのONまたはOFFおよび温度入力部84に入力された各種の温度に基づいて、圧縮機12の運転および停止、モータ44,94の回転数、流量調整弁28の開度、ならびに切替弁52の開閉設定を制御する。ECU81は、冷却装置1の運転モードを切り替える運転モード切替手段としての機能を有する。
The ECU 81 operates and stops the compressor 12, the number of rotations of the motors 44 and 94, the opening degree of the flow rate adjustment valve 28, and the switching based on the ON / OFF of the air conditioner and various temperatures input to the temperature input unit 84. Controls the opening / closing setting of the valve 52. The ECU 81 has a function as an operation mode switching unit that switches the operation mode of the cooling device 1.
モータ44は、コンデンサファン42に連結されており、コンデンサファン42を回転駆動する。モータ44の回転数を変更すると、熱交換器14における冷媒と外気との間の熱交換量が制御される。モータ44の回転数を増加しコンデンサファン42の回転速度を大きくすると、熱交換器14へ供給される空気の流量が増加し、熱交換器14における冷媒と外気との熱交換量が増加するので、熱交換器14の冷媒冷却能力が向上する。モータ44の回転数を減少しコンデンサファン42の回転速度を小さくすると、熱交換器14へ供給される空気の流量が減少し、熱交換器14における冷媒と外気との熱交換量が減少するので、熱交換器14の冷媒冷却能力が減少する。
The motor 44 is connected to the condenser fan 42 and rotationally drives the condenser fan 42. When the rotation speed of the motor 44 is changed, the heat exchange amount between the refrigerant and the outside air in the heat exchanger 14 is controlled. If the rotational speed of the motor 44 is increased and the rotational speed of the condenser fan 42 is increased, the flow rate of air supplied to the heat exchanger 14 increases, and the amount of heat exchange between the refrigerant and the outside air in the heat exchanger 14 increases. The refrigerant cooling capacity of the heat exchanger 14 is improved. If the rotational speed of the motor 44 is reduced and the rotational speed of the condenser fan 42 is reduced, the flow rate of air supplied to the heat exchanger 14 is reduced, and the amount of heat exchange between the refrigerant and the outside air in the heat exchanger 14 is reduced. The refrigerant cooling capacity of the heat exchanger 14 is reduced.
モータ94の回転数を変更すると、熱交換器18における冷媒と空調用空気との間の熱交換量が制御される。モータ94の回転数を増加し空調用ファン93の回転速度を大きくすると、熱交換器18へ供給される空調用空気の流量が増加し、熱交換器18における冷媒と空調用空気との熱交換量が増加するので、熱交換器18で空調用空気を冷却する冷房能力が向上する。モータ94の回転数を減少し空調用ファン93の回転速度を小さくすると、熱交換器18へ供給される空調用空気の流量が減少し、熱交換器18における冷媒と空調用空気との熱交換量が減少するので、熱交換器18における冷房能力が減少する。
When the number of revolutions of the motor 94 is changed, the amount of heat exchange between the refrigerant and the air for air conditioning in the heat exchanger 18 is controlled. When the rotational speed of the motor 94 is increased and the rotational speed of the air conditioning fan 93 is increased, the flow rate of the air conditioning air supplied to the heat exchanger 18 is increased, and heat exchange between the refrigerant and the air conditioning air in the heat exchanger 18 is performed. Since the amount increases, the cooling capacity for cooling the air-conditioning air by the heat exchanger 18 is improved. When the rotational speed of the motor 94 is decreased and the rotational speed of the air conditioning fan 93 is decreased, the flow rate of the air conditioning air supplied to the heat exchanger 18 is decreased, and heat exchange between the refrigerant and the air conditioning air in the heat exchanger 18 is performed. Since the amount decreases, the cooling capacity in the heat exchanger 18 decreases.
図8は、冷却装置1の制御方法の一例を示すフローチャートである。図8には、冷却装置1の運転モードをエアコン運転モードからヒートパイプ運転モードへ切り替えるときの制御フローの一例が示されている。
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a method for controlling the cooling device 1. FIG. 8 shows an example of a control flow for switching the operation mode of the cooling device 1 from the air conditioner operation mode to the heat pipe operation mode.
図8に示すように、まずステップ(S10)において、流量調整弁28が閉止される。流量調整弁28の開度が0%にされることにより、冷媒通路23を経由する冷媒の流れがなくなる。これにより、熱交換器14で凝縮された冷媒が冷媒通路23を経由して流れなくなる。熱交換器14で凝縮された冷媒は、気液分離器40内に貯留される。気液分離器40から流出する冷媒は、その全部が冷媒通路34を経由して冷却部30へ向かって流れる。
As shown in FIG. 8, first, in step (S10), the flow rate adjustment valve 28 is closed. By setting the opening degree of the flow rate adjusting valve 28 to 0%, there is no refrigerant flow through the refrigerant passage 23. Thereby, the refrigerant condensed in the heat exchanger 14 does not flow through the refrigerant passage 23. The refrigerant condensed in the heat exchanger 14 is stored in the gas-liquid separator 40. All of the refrigerant flowing out of the gas-liquid separator 40 flows toward the cooling unit 30 via the refrigerant passage 34.
次にステップ(S20)において、開閉弁57を閉止する。このとき、開閉弁57と開閉弁58との両方が開度0%に設定され、冷却部30と熱交換器15との間の冷媒の経路が遮断されるので、冷却部30から熱交換器15へ向かう冷媒の流れが停止される。冷却部30においてEV機器31と熱交換した後の冷媒が熱交換器18へ流れなくなる一方、圧縮機12は運転を継続している。
Next, in step (S20), the on-off valve 57 is closed. At this time, both the opening / closing valve 57 and the opening / closing valve 58 are set to 0% in opening, and the refrigerant path between the cooling unit 30 and the heat exchanger 15 is blocked. The refrigerant flow toward 15 is stopped. While the refrigerant after heat exchange with the EV device 31 in the cooling unit 30 does not flow to the heat exchanger 18, the compressor 12 continues to operate.
この状態では、圧縮機12で断熱圧縮され熱交換器14で凝縮された冷媒液が気液分離器40内に流入し、気液分離器40への冷媒液の供給が継続されるが、冷媒液は気液分離器40から流出しない。そのため、気液分離器40内に貯留された液状の冷媒の量が増加することになる。なお図9は、図8に示すステップ(S20)後の冷却装置1の状態を示す模式図である。図9中の点線は、冷媒通路のうち、冷媒の流れがない経路を示す。
In this state, the refrigerant liquid adiabatically compressed by the compressor 12 and condensed by the heat exchanger 14 flows into the gas-liquid separator 40 and the supply of the refrigerant liquid to the gas-liquid separator 40 is continued. The liquid does not flow out from the gas-liquid separator 40. For this reason, the amount of liquid refrigerant stored in the gas-liquid separator 40 increases. FIG. 9 is a schematic diagram showing the state of the cooling device 1 after the step (S20) shown in FIG. The dotted line in FIG. 9 shows a path | route without a refrigerant | coolant flow among refrigerant paths.
次にステップ(S30)において、コンデンサファン42の回転数を増加する。モータ制御部86からモータ44へ信号M1を伝送することにより、モータ44の回転数を増加する。モータ44の回転数増加に伴って、モータ44に連結されたコンデンサファン42の回転数も増加する。コンデンサファン42を高速回転させることにより、コンデンサファン42から熱交換器14へ供給される風量が増加する。そのため、熱交換器14における冷媒と外気との熱交換量が増加し、熱交換器14において冷媒を冷却する能力が増大する。
Next, in step (S30), the rotational speed of the condenser fan 42 is increased. By transmitting the signal M1 from the motor control unit 86 to the motor 44, the rotation speed of the motor 44 is increased. As the rotational speed of the motor 44 increases, the rotational speed of the condenser fan 42 connected to the motor 44 also increases. By rotating the condenser fan 42 at a high speed, the amount of air supplied from the condenser fan 42 to the heat exchanger 14 increases. Therefore, the amount of heat exchange between the refrigerant and the outside air in the heat exchanger 14 increases, and the ability to cool the refrigerant in the heat exchanger 14 increases.
これにより、熱交換器14における冷媒の液化が促進されるので、熱交換器14の出口において液相の状態にある冷媒の量が増加する。典型的には、熱交換器14において全ての冷媒が液化され、熱交換器14から流出し冷媒通路22を流れる冷媒は飽和液または過冷却液の状態である。このように熱交換器14での冷媒冷却能力を向上させることにより、より効率的に気液分離器40内に貯留される冷媒液の量を増加させることができる。
Thereby, since the liquefaction of the refrigerant in the heat exchanger 14 is promoted, the amount of the refrigerant in the liquid phase at the outlet of the heat exchanger 14 increases. Typically, all the refrigerant is liquefied in the heat exchanger 14, and the refrigerant flowing out of the heat exchanger 14 and flowing through the refrigerant passage 22 is in a saturated liquid or supercooled liquid state. Thus, by improving the refrigerant cooling capacity in the heat exchanger 14, the amount of the refrigerant liquid stored in the gas-liquid separator 40 can be increased more efficiently.
ステップ(S20)〜(S30)で圧縮機12の運転を所定時間継続し気液分離器40内の液冷媒の量を増加させた後、次にステップ(S40)において、圧縮機12を停止する。続いてステップ(S50)において開閉弁58を開放し、開閉弁58の開度を100%にして、冷却部30から連通路51を経由して熱交換器14へ流れる冷媒の経路を形成する。これにより、冷却装置1の運転モード切替のための機器の設定が全て完了し、冷却装置1の運転モードは図5および図6に示すヒートパイプ運転モードになる。開閉弁58の開閉の切替によって切替弁52の切替が完了し、圧縮機12が停止状態でのEV機器31の冷却が開始されて、図5に示す閉ループ状の経路内を冷媒が循環する。
After the operation of the compressor 12 is continued for a predetermined time in steps (S20) to (S30) to increase the amount of liquid refrigerant in the gas-liquid separator 40, the compressor 12 is then stopped in step (S40). . Subsequently, in step (S50), the on-off valve 58 is opened, the opening degree of the on-off valve 58 is set to 100%, and a path for the refrigerant flowing from the cooling unit 30 to the heat exchanger 14 via the communication path 51 is formed. Thereby, the setting of all the devices for switching the operation mode of the cooling device 1 is completed, and the operation mode of the cooling device 1 becomes the heat pipe operation mode shown in FIGS. 5 and 6. Switching of the switching valve 52 is completed by switching the opening / closing of the opening / closing valve 58, cooling of the EV device 31 is started while the compressor 12 is stopped, and the refrigerant circulates in the closed loop path shown in FIG.
以上説明したように、本実施の形態の冷却装置1は、圧縮機12を駆動させる「エアコン運転モード」と圧縮機12を停止させる「ヒートパイプ運転モード」との両方の運転モードで、発熱源であるEV機器31を冷却できる。ヒートパイプ運転モードでは、圧縮機12を起動する必要なくEV機器31を確実に冷却できるので、EV機器31の冷却のために圧縮機12を常時運転する必要はない。そのため、圧縮機12の消費動力を低減して車両の燃費を向上することができ、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。
As described above, the cooling device 1 according to the present embodiment generates heat sources in both the “air conditioner operation mode” for driving the compressor 12 and the “heat pipe operation mode” for stopping the compressor 12. The EV device 31 can be cooled. In the heat pipe operation mode, the EV device 31 can be reliably cooled without the need to start the compressor 12, and therefore it is not necessary to always operate the compressor 12 for cooling the EV device 31. Therefore, the power consumption of the compressor 12 can be reduced and the fuel consumption of the vehicle can be improved. In addition, the life of the compressor 12 can be extended, so the reliability of the compressor 12 can be improved.
冷却装置1の運転モードの切り替えのための圧縮機12の起動または停止に合わせて、切替弁52の開閉状態を制御する。これにより、エアコン運転モードとヒートパイプ運転モードとの切り替えを確実に行なうことができ、各運転モード毎の適切な経路に冷媒を流通させることができる。
The open / close state of the switching valve 52 is controlled in accordance with the start or stop of the compressor 12 for switching the operation mode of the cooling device 1. Thereby, switching between an air-conditioner operation mode and a heat pipe operation mode can be performed reliably, and a refrigerant | coolant can be distribute | circulated to the suitable path | route for each operation mode.
冷却装置1の運転モードの切り替えは、電気自動車の乗員が手動でコントロールパネルを操作してエアコンのON/OFFを切り替えることにより、行なうことができる。車室内の空調が必要ない場合に、乗員がエアコンをOFFにすれば、ヒートパイプ運転モードでEV機器31を冷却するように、冷却装置1の運転モードが切り替えられる。ヒートパイプ運転モードを選択すると圧縮機12は停止するので、圧縮機12の運転時間をより短縮することができる。その結果、圧縮機12の消費動力低減と、圧縮機12の信頼性向上との効果を、より顕著に得ることができる。
Switching of the operation mode of the cooling device 1 can be performed by a passenger of the electric vehicle manually operating the control panel to switch the air conditioner on / off. When air conditioning in the passenger compartment is not necessary, if the passenger turns off the air conditioner, the operation mode of the cooling device 1 is switched so as to cool the EV device 31 in the heat pipe operation mode. Since the compressor 12 stops when the heat pipe operation mode is selected, the operation time of the compressor 12 can be further shortened. As a result, the effects of reducing the power consumption of the compressor 12 and improving the reliability of the compressor 12 can be obtained more significantly.
サーモサイフォン式のヒートパイプを形成する閉ループ状の冷媒の経路内で冷媒を移動させる駆動力は、液状の冷媒に作用する重力、および、ガス状の冷媒に作用する浮力のみとなる。「エアコン運転モード」のときと比較して、「ヒートパイプ運転モード」のときには、冷媒に作用する駆動力が相対的に小さくなる。特に、「エアコン運転モード」から「ヒートパイプ運転モード」への切替のために圧縮機12を停止させた直後、液冷媒を循環させる駆動力が一気に低下し、その結果、冷却部30に冷媒液が供給されず冷却部30で冷媒がガス化してEV機器31が十分に冷却されない状態(ドライアウト)が発生することが懸念される。
The driving force for moving the refrigerant in the closed loop refrigerant path forming the thermosiphon heat pipe is only gravity acting on the liquid refrigerant and buoyancy acting on the gaseous refrigerant. Compared to the “air conditioner operation mode”, the driving force acting on the refrigerant is relatively small in the “heat pipe operation mode”. In particular, immediately after the compressor 12 is stopped for switching from the “air conditioner operation mode” to the “heat pipe operation mode”, the driving force for circulating the liquid refrigerant is reduced at a stretch, and as a result, the refrigerant liquid is supplied to the cooling unit 30. Is not supplied, and the refrigerant is gasified in the cooling unit 30, and there is a concern that the EV device 31 may not be sufficiently cooled (dry out).
本実施の形態の冷却装置1では、切替弁52の切替および圧縮機12の停止の順序を工夫することにより、閉ループ状の冷媒の経路を形成する以前に、開閉弁57および開閉弁58の両方が全閉の状態において圧縮機12の運転が継続される。圧縮機12が冷媒に駆動力を与え、熱交換器14で凝縮された液冷媒を気液分離器40へ流入させることにより、気液分離器40内の液冷媒の量が増加している。圧縮機12を停止させ、発熱源であるEV機器31を冷却するための冷媒の駆動力が低下するときに、気液分離器40から冷媒液を冷媒通路34へ流通させる。これにより、ループ式ヒートパイプシステムの初期駆動力を増加させ、冷却部30へ供給される液相冷媒の流量の低下を抑制する。
In the cooling device 1 of the present embodiment, both the on-off valve 57 and the on-off valve 58 are formed before the closed-loop refrigerant path is formed by devising the order of switching the switching valve 52 and stopping the compressor 12. The operation of the compressor 12 is continued in the fully closed state. The compressor 12 gives a driving force to the refrigerant, and the liquid refrigerant condensed in the heat exchanger 14 flows into the gas-liquid separator 40, whereby the amount of the liquid refrigerant in the gas-liquid separator 40 is increased. When the compressor 12 is stopped and the driving force of the refrigerant for cooling the EV device 31 that is a heat source is reduced, the refrigerant liquid is circulated from the gas-liquid separator 40 to the refrigerant passage 34. Thereby, the initial driving force of the loop heat pipe system is increased, and a decrease in the flow rate of the liquid-phase refrigerant supplied to the cooling unit 30 is suppressed.
このように、気液分離器40に貯留された冷媒液を冷媒循環経路に補充することにより、冷却部30へ流れる液相状態の冷媒の流量を確保できる。そのため、「ヒートパイプ運転モード」の始動時のEV機器31の冷却能力の低下を抑制し、EV機器31の冷却性能を確保して、EV機器31を安定して冷却することができる。したがって、ドライアウトの発生を抑制でき、またはドライアウトが発生しても早期にドライアウトを解消できるので、EV機器31の温度上昇を効果的に抑制することができる。
In this way, by replenishing the refrigerant circulation path with the refrigerant liquid stored in the gas-liquid separator 40, it is possible to secure the flow rate of the liquid-phase refrigerant flowing to the cooling unit 30. Therefore, a decrease in the cooling capacity of the EV device 31 at the start of the “heat pipe operation mode” can be suppressed, the cooling performance of the EV device 31 can be secured, and the EV device 31 can be stably cooled. Therefore, the occurrence of dryout can be suppressed, or even if the dryout occurs, the dryout can be eliminated at an early stage, so that the temperature rise of the EV device 31 can be effectively suppressed.
冷却装置1の制御を改善することにより、冷媒の流れを切り替える前に気液分離器40に所定時間(たとえば数秒間など、気液分離器40内の冷媒液を十分に増加できる時間)冷媒を供給し続け、気液分離器40に液冷媒を溜めることができる。「ヒートパイプ運転モード」への運転モード切替時に閉ループ状の冷媒の経路に液冷媒を追加供給するための新たな部品または機器類を必要としない。そのため、運転モード切替時にEV機器31の冷却能力を確実に維持することを可能とし、かつ冷却装置1に構成を追加することによるコストの増加および装置の大型化を回避することができる。
By improving the control of the cooling device 1, the refrigerant is supplied to the gas-liquid separator 40 for a predetermined time (for example, a time during which the refrigerant liquid in the gas-liquid separator 40 can be sufficiently increased, for example, several seconds) before switching the refrigerant flow. The liquid refrigerant can be stored in the gas-liquid separator 40 by continuing the supply. When the operation mode is switched to the “heat pipe operation mode”, there is no need for new parts or devices for additionally supplying the liquid refrigerant to the closed loop refrigerant path. Therefore, it is possible to reliably maintain the cooling capacity of the EV device 31 when the operation mode is switched, and it is possible to avoid an increase in cost and an increase in the size of the device due to the addition of the configuration to the cooling device 1.
(実施の形態2)
図10は、冷却装置1の制御方法の他の例を示すフローチャートである。図10には、冷却装置1の運転モードをエアコン運転モードからヒートパイプ運転モードへ切り替えるときの制御フローの他の例が示されている。(Embodiment 2)
FIG. 10 is a flowchart illustrating another example of the control method of the cooling device 1. FIG. 10 shows another example of the control flow when the operation mode of the cooling device 1 is switched from the air conditioner operation mode to the heat pipe operation mode.
図10に示すように、まずステップ(S110)において、実施の形態1のステップ(S10)と同様に流量調整弁28が閉止され、冷媒は冷媒通路23を経由して流れなくなる。
As shown in FIG. 10, first, in step (S <b> 110), the flow rate adjustment valve 28 is closed as in step (S <b> 10) of the first embodiment, and the refrigerant does not flow through the refrigerant passage 23.
次にステップ(S120)において、空調用ファン93の回転数を低下させる。モータ制御部86からモータ94へ信号M2を伝送することにより、モータ94の回転数を減少する。モータ94の回転数減少に伴って、モータ94に連結された空調用ファン93の回転数も減少する。空調用ファン93を低速回転または停止させることにより、空調用ファン93から熱交換器18へ供給される風量が低下する。そのため、熱交換器18における冷媒と空調用空気との熱交換量が減少し、熱交換器18における冷媒の気化が抑制される。熱交換器18での冷媒を加熱する能力を低下させると、熱交換器18から流出する冷媒の過熱度が低下する。
Next, in step (S120), the rotational speed of the air conditioning fan 93 is decreased. By transmitting the signal M2 from the motor controller 86 to the motor 94, the rotational speed of the motor 94 is reduced. As the rotational speed of the motor 94 decreases, the rotational speed of the air conditioning fan 93 connected to the motor 94 also decreases. By rotating or stopping the air conditioning fan 93 at a low speed, the amount of air supplied from the air conditioning fan 93 to the heat exchanger 18 is reduced. Therefore, the amount of heat exchange between the refrigerant in the heat exchanger 18 and the air for air conditioning is reduced, and the vaporization of the refrigerant in the heat exchanger 18 is suppressed. When the ability to heat the refrigerant in the heat exchanger 18 is reduced, the degree of superheat of the refrigerant flowing out of the heat exchanger 18 is reduced.
膨張弁16として、低コストで制御回路も不用な温度式膨張弁が用いられる。膨張弁16は、熱交換器18の出口における冷媒の温度を感知して、冷媒の温度に従って自動的に開度を変更する。熱交換器18での冷媒の温度上昇を抑制し、熱交換器18出口での冷媒の過熱度を減少して冷媒の温度を相対的に低下させることに伴い、膨張弁16の開度が自動的に減少して、膨張弁16を経由して流れる冷媒の流量が低下する。典型的には、膨張弁16の弁開度を0%にまで減少させ、これにより膨張弁16を経由する冷媒の流れを遮断する。つまり、ステップ(S120)で空調用ファン93の回転数を低下させることによって、膨張弁16の開度が減少することになる。
As the expansion valve 16, a temperature type expansion valve that is low in cost and does not require a control circuit is used. The expansion valve 16 senses the temperature of the refrigerant at the outlet of the heat exchanger 18 and automatically changes the opening according to the temperature of the refrigerant. The expansion valve 16 automatically opens as the temperature of the refrigerant in the heat exchanger 18 is suppressed, the degree of superheating of the refrigerant at the outlet of the heat exchanger 18 is reduced, and the temperature of the refrigerant is relatively lowered. And the flow rate of the refrigerant flowing through the expansion valve 16 decreases. Typically, the valve opening of the expansion valve 16 is reduced to 0%, thereby interrupting the flow of refrigerant through the expansion valve 16. That is, the opening degree of the expansion valve 16 is reduced by reducing the rotational speed of the air conditioning fan 93 in step (S120).
図11は、図10に示すステップ(S120)後の冷却装置1の状態を示す模式図である。図11中の点線は、冷媒通路のうち、冷媒の流れがない経路を示す。膨張弁16の開度が減少し、典型的には膨張弁16の開度が0%になることにより、膨張弁16を経由して熱交換器18へ向かう冷媒の流れが停止される。このとき、圧縮機12は運転を継続しているため、気液分離器40内に貯留された液状の冷媒の量が増加することになる。またこの状態では、冷却部30で熱交換した冷媒は熱交換器15へ流れることを許容され、冷却部30で加熱され一部気化した冷媒は熱交換器15で再度凝縮されて液化する。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the state of the cooling device 1 after the step (S120) shown in FIG. The dotted line in FIG. 11 shows the path | route without a refrigerant | coolant flow among refrigerant paths. When the opening degree of the expansion valve 16 decreases and typically the opening degree of the expansion valve 16 becomes 0%, the flow of the refrigerant toward the heat exchanger 18 via the expansion valve 16 is stopped. At this time, since the compressor 12 continues to operate, the amount of liquid refrigerant stored in the gas-liquid separator 40 increases. In this state, the refrigerant that has exchanged heat with the cooling unit 30 is allowed to flow to the heat exchanger 15, and the refrigerant that has been heated by the cooling unit 30 and partially vaporized is condensed again and liquefied by the heat exchanger 15.
次にステップ(S130)において、コンデンサファン42の回転数を増加する。モータ44の回転数を増加し、モータ44に連結されたコンデンサファン42を高速回転させることにより、コンデンサファン42から熱交換器14へ供給される風量が増加する。これにより、熱交換器14における冷媒の液化が促進されるので、熱交換器14の出口において液相の状態にある冷媒の量が増加する。熱交換器14での冷媒冷却能力を向上させることにより、より効率的に気液分離器40内に貯留される冷媒液の量を増加させることができる。
Next, in step (S130), the rotational speed of the condenser fan 42 is increased. By increasing the rotation speed of the motor 44 and rotating the condenser fan 42 connected to the motor 44 at a high speed, the amount of air supplied from the condenser fan 42 to the heat exchanger 14 is increased. Thereby, since the liquefaction of the refrigerant in the heat exchanger 14 is promoted, the amount of the refrigerant in the liquid phase at the outlet of the heat exchanger 14 increases. By improving the refrigerant cooling capacity in the heat exchanger 14, the amount of the refrigerant liquid stored in the gas-liquid separator 40 can be increased more efficiently.
ステップ(S120)〜(S130)で圧縮機12の運転を所定時間継続し気液分離器40内の液冷媒の量を増加させた後、次にステップ(S140)において、圧縮機12を停止する。続いてステップ(S150)において、切替弁52の開閉設定を切り替える。具体的には、開閉弁57を閉止し開閉弁57の開度を0%にするとともに、開閉弁58を開放し開閉弁58の開度を100%にする。これにより、冷却装置1の運転モード切替のための機器の設定が全て完了し、冷却装置1の運転モードは図5および図6に示すヒートパイプ運転モードになる。開閉弁57,58の開閉の切替が完了すると、圧縮機12が停止状態でのEV機器31の冷却が開始され、図5に示す閉ループ状の経路内を冷媒が循環する。
After the operation of the compressor 12 is continued for a predetermined time in steps (S120) to (S130) to increase the amount of liquid refrigerant in the gas-liquid separator 40, the compressor 12 is then stopped in step (S140). . Subsequently, in step (S150), the switching setting of the switching valve 52 is switched. Specifically, the opening / closing valve 57 is closed to make the opening degree of the opening / closing valve 57 0%, and the opening / closing valve 58 is opened to make the opening degree of the opening / closing valve 58 100%. Thereby, the setting of all the devices for switching the operation mode of the cooling device 1 is completed, and the operation mode of the cooling device 1 becomes the heat pipe operation mode shown in FIGS. 5 and 6. When the switching between opening and closing of the on-off valves 57 and 58 is completed, cooling of the EV device 31 is started while the compressor 12 is stopped, and the refrigerant circulates in the closed loop path shown in FIG.
実施の形態2の冷却装置1では、実施の形態1と同様に、閉ループ状の冷媒の経路を形成する以前に、圧縮機12の運転を継続して気液分離器40内の液冷媒の量を増加する。圧縮機12を停止させるとき、気液分離器40から冷媒液を冷媒通路34へ流通させ冷媒液を補充することにより、冷却部30へ流れる液相状態の冷媒の流量を確保できる。そのため、「ヒートパイプ運転モード」の始動時のEV機器31の冷却能力の低下を抑制し、EV機器31の冷却性能を確保して、EV機器31を安定して冷却することができる。したがって、ドライアウトの発生を抑制でき、またはドライアウトが発生しても早期にドライアウトを解消できるので、EV機器31の温度上昇を効果的に抑制することができる。
In the cooling device 1 according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, before the closed-loop refrigerant path is formed, the operation of the compressor 12 is continued and the amount of liquid refrigerant in the gas-liquid separator 40 is increased. Increase. When the compressor 12 is stopped, the flow rate of the liquid-phase refrigerant flowing to the cooling unit 30 can be secured by flowing the refrigerant liquid from the gas-liquid separator 40 to the refrigerant passage 34 and supplementing the refrigerant liquid. Therefore, a decrease in the cooling capacity of the EV device 31 at the start of the “heat pipe operation mode” can be suppressed, the cooling performance of the EV device 31 can be secured, and the EV device 31 can be stably cooled. Therefore, the occurrence of dryout can be suppressed, or even if the dryout occurs, the dryout can be eliminated at an early stage, so that the temperature rise of the EV device 31 can be effectively suppressed.
実施の形態1で説明した、開閉弁57,58の両方を全閉にした状態で圧縮機12を運転を所定時間継続する場合、EV機器31の発熱量が多いと、冷却部30で加熱され気化した冷媒が冷却部30に滞留することになる。冷却部30では飽和液状態の冷媒が蒸発するときの潜熱を利用してEV機器31を冷却しているので、ガス冷媒が冷却部30内に充満するとドライアウトが発生してEV機器31から冷媒への熱伝達量が著しく低下し、その結果EV機器31の冷却が不十分になる可能性がある。
When the operation of the compressor 12 is continued for a predetermined time with both of the on-off valves 57 and 58 described in the first embodiment being fully closed, if the EV device 31 generates a large amount of heat, it is heated by the cooling unit 30. The vaporized refrigerant stays in the cooling unit 30. The cooling unit 30 cools the EV device 31 using latent heat generated when the refrigerant in the saturated liquid state evaporates. Therefore, when the gas refrigerant fills the cooling unit 30, dryout occurs and the refrigerant is discharged from the EV device 31. There is a possibility that the amount of heat transfer to the battery will be significantly reduced, and as a result, the cooling of the EV device 31 may be insufficient.
これに対し、実施の形態2の冷却装置1では、冷却部30内で発生したガス冷媒を熱交換器15で液化させることができるので、冷却部30に冷媒蒸気が溜まることを抑制できる。したがって、EV機器31が冷却不足となることを回避できるので、EV機器31の冷却能力をさらに確実に確保することができる。車両の走行状態により、または冷却部30における冷却対象の機器の種類により、発熱源の発熱量が多い場合に、実施の形態2の制御で発熱源を冷却することにより、発熱源をさらに確実に冷却することができる。熱交換器15に冷却風を供給するファンの回転数を変化させれば、熱交換器15における冷媒の冷却能力を向上でき、EV機器31の冷却能力を一層確実に確保することができる。
On the other hand, in the cooling device 1 according to the second embodiment, the gas refrigerant generated in the cooling unit 30 can be liquefied by the heat exchanger 15, so that the refrigerant vapor can be prevented from accumulating in the cooling unit 30. Therefore, since the EV device 31 can be prevented from being insufficiently cooled, the cooling capacity of the EV device 31 can be more reliably ensured. When the heat generation amount of the heat generation source is large due to the running state of the vehicle or the type of equipment to be cooled in the cooling unit 30, the heat generation source is further reliably cooled by cooling the heat generation source by the control of the second embodiment. Can be cooled. If the rotational speed of the fan that supplies the cooling air to the heat exchanger 15 is changed, the cooling capacity of the refrigerant in the heat exchanger 15 can be improved, and the cooling capacity of the EV device 31 can be ensured more reliably.
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。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the configurations of the embodiments may be appropriately combined. In addition, it should be considered that the embodiment disclosed this time is 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.