冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種冷卻裝設(shè)在車輛上的發(fā)熱源的冷卻系統(tǒng)，包括：壓縮機，所述壓縮機使致冷劑循環(huán)；第一熱交換器，所述第一熱交換器在所述致冷劑和外部空氣之間進行熱交換；減壓器，所述減壓器使所述致冷劑減壓；第二熱交換器，所述第二熱交換器在所述致冷劑和空調(diào)用空氣之間進行熱交換；和冷卻裝置，所述冷卻裝置設(shè)置于在所述第一熱交換器和所述減壓器之間流動的所述致冷劑的路徑上并利用所述致冷劑來冷卻所述發(fā)熱源。在所述冷卻裝置的內(nèi)部設(shè)置有使所述致冷劑由于毛細管現(xiàn)象而上升的毛細管現(xiàn)象發(fā)生部。
【專利說明】冷卻系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷卻系統(tǒng)，更特別地涉及一種利用蒸氣壓縮式致冷循環(huán)來冷卻裝設(shè)在車輛上的發(fā)熱源的冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，利用馬達(電機)的驅(qū)動力行駛的混合動力車輛、燃料電池車輛、電動車輛等作為環(huán)境問題的對策之一變成了關(guān)注的焦點。在此類車輛中，諸如電動機、發(fā)電機、逆變器、變換器和電池之類的電氣裝置交換電力而發(fā)熱。因此，需要對這些電氣裝置進行冷卻。于是，已提出一種利用被用作車輛空調(diào)裝置的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)來冷卻發(fā)熱元件的技術(shù)。
[0003]例如，日本專利申請公報N0.2006-290254( JP2006-290254A)記載了一種用于混合動力車輛的冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)包括:壓縮機，該壓縮機能夠?qū)氩嚎s氣態(tài)致冷劑；主冷凝器，該主冷凝器能夠利用周圍空氣來冷卻高壓氣態(tài)致冷劑以使高壓氣態(tài)致冷劑冷凝；蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器能夠使低溫液態(tài)致冷劑蒸發(fā)以冷卻致冷物體；以及減壓單元和熱交換器，該熱交換器能夠從馬達吸熱，并且第二減壓單元與所述減壓單元和蒸發(fā)器并聯(lián)連接。
[0004]日本專利申請公報N0.2007-69733( JP2007-69733A)記載了一種系統(tǒng)，其中與空調(diào)用空氣進行熱交換的熱交換器和與發(fā)熱元件進行熱交換的熱交換器彼此并聯(lián)配置在從膨脹閥延伸到壓縮機的致冷劑管路中，并且利用用于空調(diào)裝置的致冷劑來冷卻發(fā)熱元件。日本專利申請公報N0.2001-309506 (JP2001-309506A)記載了一種冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)使車輛空調(diào)致冷循環(huán)的致冷劑循環(huán)通過對車輛驅(qū)動馬達執(zhí)行驅(qū)動控制的逆變器線路部的冷卻部件，并且在不需要冷卻空調(diào)用空氣流的情況下，抑制通過車輛空調(diào)致冷循環(huán)的蒸發(fā)器對空調(diào)用空氣流進行的冷卻。
[0005]另一方面，關(guān)于用于供致冷劑流通的冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，日本專利申請公報N0.2008-218718 (JP2008-218718A)記載了一種殼體內(nèi)部的空間由壁面分隔以形成多個收納部并且然后冷卻劑收納在收納部中以由此即使在冷卻劑的液面相對于殼體的下表面傾斜時也將冷卻劑保持在收納部內(nèi)的結(jié)構(gòu)。日本專利申請公報N0.2010-107153(JP2010-107153A)記載了一種蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器包括致冷劑供給單元和管芯，所述致冷劑供給單元儲存從液管流入其中的致冷劑液并供給致冷劑液，所述管芯通過毛細管力移送致冷劑液。
[0006]在冷卻裝設(shè)在車輛上的發(fā)熱源時，可使致冷劑液流過用于冷卻發(fā)熱源的冷卻部以通過致冷劑和發(fā)熱源之間的熱交換來冷卻發(fā)熱源。在車輛正在坡路上行駛時，車輛的位置傾斜，并且相應(yīng)地冷卻部的位置傾斜。因而，冷卻部內(nèi)的致冷劑液的液面相對于冷卻部傾斜。存在對用于使致冷劑液在冷卻部內(nèi)流動的驅(qū)動力根據(jù)冷卻部的姿態(tài)而減小的擔憂。在這種情況下，存在致冷劑液不會沿致冷劑液在冷卻部內(nèi)流動的方向到達所有區(qū)域且結(jié)果發(fā)熱源的冷卻不充分的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種不論車輛的姿態(tài)如何都能夠可靠地冷卻發(fā)熱源的冷卻系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的一個方面涉及一種冷卻發(fā)熱源的冷卻系統(tǒng)。所述冷卻系統(tǒng)包括:壓縮機，所述壓縮機使致冷劑循環(huán)；第一熱交換器，所述第一熱交換器在所述致冷劑和外部空氣之間進行熱交換；減壓器，所述減壓器使所述致冷劑減壓；第二熱交換器，所述第二熱交換器在所述致冷劑和空調(diào)用空氣之間進行熱交換；和冷卻裝置，所述冷卻裝置設(shè)置于在所述第一熱交換器和所述減壓器之間流動的所述致冷劑的路徑上并利用所述致冷劑來冷卻所述發(fā)熱源。在所述冷卻裝置的內(nèi)部設(shè)置有使所述致冷劑由于毛細管現(xiàn)象而上升的毛細管現(xiàn)象發(fā)生部。
[0009]在上述冷卻系統(tǒng)中，所述毛細管現(xiàn)象發(fā)生部可以是通過對所述冷卻裝置的底部的內(nèi)表面進行表面加工而形成的。
[0010]在上述冷卻系統(tǒng)中，所述毛細管現(xiàn)象發(fā)生部可沿流過所述冷卻裝置的所述致冷劑的流動方向延伸。
[0011]在上述冷卻系統(tǒng)中，所述發(fā)熱源可與所述冷卻裝置的底部的外表面熱接觸。上述冷卻系統(tǒng)還可包括:第一管路，所述致冷劑經(jīng)所述第一管路在所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動；第二管路，所述致冷劑經(jīng)所述第二管路在所述冷卻裝置和所述減壓器之間流動；和連通管路，所述連通管路提供所述第一管路和所述第二管路之間的流體連通。
[0012]利用根據(jù)本發(fā)明的所述方面的冷卻系統(tǒng)，不論車輛的姿態(tài)如何都能可靠地冷卻裝設(shè)在車輛上的發(fā)熱源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標記表示相似的要素，并且其中:
[0014]圖1是示出根據(jù)一個實施例的冷卻系統(tǒng)的構(gòu)型的示意圖；
[0015]圖2是示出蒸氣壓縮式致冷循環(huán)中的致冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖；
[0016]圖3是示出在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)的運轉(zhuǎn)期間冷卻HV裝置的致冷劑流的示意圖；
[0017]圖4是示出在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)的停止期間冷卻HV裝置的致冷劑流的示意圖；
[0018]圖5是冷卻裝置的部分剖視圖；
[0019]圖6是冷卻通路的底部的內(nèi)表面的部分放大的透視圖；
[0020]圖7是示出正在平坦道路上行駛的車輛的示意圖；
[0021]圖8是示出在車輛正在平坦道路上行駛時冷卻通路內(nèi)的致冷劑液的狀態(tài)的剖視圖；
[0022]圖9是示出正在上坡路上行駛的車輛的示意圖；
[0023]圖10是示出在車輛正在上坡路上行駛時冷卻通路內(nèi)的致冷劑液的狀態(tài)的剖視圖；
[0024]圖11是示出正在下坡路上行駛的車輛的示意圖；以及
[0025]圖12是示出在車輛正在下坡路上行駛時冷卻通路內(nèi)的致冷劑液的狀態(tài)的剖視圖。
【具體實施方式】
[0026]在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。注意，在以下附圖中，同樣的附圖標記表示相同或?qū)?yīng)的部分并且不重復(fù)其說明。
[0027]圖1是示出根據(jù)本實施例的冷卻系統(tǒng)I的構(gòu)型的示意圖。如圖1所示，冷卻系統(tǒng)I包括蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10。蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10例如裝設(shè)在車輛上以便冷卻車輛的車廂。例如，當用于冷卻的開關(guān)被打開時或者當車輛的車廂內(nèi)的溫度被自動調(diào)節(jié)為設(shè)定溫度的自動控制模式被選擇并且車廂內(nèi)的溫度高于設(shè)定溫度時，執(zhí)行利用蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的冷卻。
[0028]蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10包括壓縮機12、用作第一熱交換器的熱交換器14、熱交換器15、作為減壓器的一個示例的膨脹閥16、和用作第二熱交換器的熱交換器18。蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10還包括氣液分離器40。氣液分離器40配置在熱交換器14和熱交換器15之間的致冷劑路徑上。
[0029]壓縮機12由作為動力源為車輛配備的馬達或發(fā)動機致動，并且絕熱地壓縮致冷劑氣體以獲得過熱的致冷劑氣體。壓縮機12在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的運轉(zhuǎn)期間導(dǎo)入并壓縮從熱交換器18流來的氣態(tài)致冷劑，并且將高溫和高壓的氣態(tài)致冷劑放出到致冷劑管路21。壓縮機12將致冷劑放出到致冷劑管路21以由此使致冷劑在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中循環(huán)。
[0030]熱交換器14和15使在壓縮機12中被壓縮的過熱的致冷劑氣體以恒定壓力向外部介質(zhì)放熱并且變成致冷劑液。從壓縮機12放出的高壓的氣態(tài)致冷劑在熱交換器14和15中向周圍放熱而冷卻以由此冷凝(液化)。各熱交換器14和15包括管和翅片。管供致冷劑流通。翅片用于在流過管的致冷劑和熱交換器14或15周圍的空氣之間進行熱交換。各熱交換器14和15在致冷劑和隨著車輛行駛而產(chǎn)生的自然通風或由來自諸如發(fā)動機冷卻用散熱器風扇等的冷卻風扇的強制通風供給的冷卻空氣之間進行熱交換。由于熱交換器14和15中的熱交換，致冷劑的溫度下降，并且致冷劑液化。
[0031]膨脹閥16使流過致冷劑管路25的高壓的液態(tài)致冷劑經(jīng)小孔噴射而膨脹成低溫和低壓的霧狀的致冷劑。膨脹閥16使在熱交換器14和15中冷凝的致冷劑液減壓成處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸汽。注意，用于使致冷劑液減壓的減壓器并不限于執(zhí)行節(jié)流膨脹的膨脹閥16 ;作為替代，減壓器可以是毛細管。
[0032]在熱交換器18的內(nèi)部流動的霧狀的致冷劑氣化而從導(dǎo)入成與熱交換器18接觸的周圍空氣吸熱。熱交換器18使用通過膨脹閥16減壓的低溫和低壓的致冷劑來從流到車輛的車廂的空調(diào)用空氣吸收在致冷劑的濕蒸汽蒸發(fā)成致冷劑氣體時需要的氣化熱，以由此冷卻車輛的車廂。由熱交換器18吸熱以降低其溫度的空調(diào)用空氣流入車輛的車廂內(nèi)以冷卻車輛的車廂。致冷劑在熱交換器18中從周圍吸熱而被加熱。
[0033]熱交換器18包括管和翅片。管供致冷劑流通。翅片用于在流過管的致冷劑和熱交換器18周圍的空氣之間進行熱交換。濕蒸汽狀態(tài)的致冷劑流過所述管。當致冷劑流過所述管時，致冷劑經(jīng)由翅片將車輛的車廂內(nèi)的空氣的熱作為蒸發(fā)潛熱吸收而蒸發(fā)，并且還由于顯熱而變成過熱的蒸汽。氣化的致冷劑經(jīng)由致冷劑管路27流入壓縮機12中。壓縮機12壓縮從熱交換器18流來的致冷劑。
[0034]蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10還包括致冷劑管路21、致冷劑管路22、23和24、致冷劑管路25、致冷劑管路26和致冷劑管路27。致冷劑管路21提供壓縮機12和熱交換器14之間的流體連通，并且用作第一管路。致冷劑管路22、23和24提供熱交換器14和熱交換器15之間的流體連通。致冷劑管路25提供熱交換器15和膨脹閥16之間的流體連通。致冷劑管路26提供膨脹閥16和熱交換器18之間的流體連通，并且用作第三管路。致冷劑管路27提供熱交換器18和壓縮機12之間的流體連通，并且用作第四管路。
[0035]致冷劑管路21是用于使致冷劑從壓縮機12流到熱交換器14的管路。致冷劑在壓縮機12和熱交換器14之間從壓縮機12的出口經(jīng)致冷劑管路21流向熱交換器14的入口。致冷劑管路22至25是用于使致冷劑從熱交換器14流到膨脹閥16的管路。致冷劑在熱交換器14和膨脹閥16之間從熱交換器14的出口經(jīng)致冷劑管路22至25流向膨脹閥16的入口。
[0036]致冷劑管路26是用于使致冷劑從膨脹閥16流到熱交換器18的管路。致冷劑在膨脹閥16和熱交換器18之間從膨脹閥16的出口經(jīng)致冷劑管路26流向熱交換器18的入口。致冷劑管路27是用于使致冷劑從熱交換器18流到壓縮機12的管路。致冷劑在熱交換器18和壓縮機12之間從熱交換器18的出口經(jīng)致冷劑管路27流向壓縮機12的入口。
[0037]蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10形成為使得壓縮機12、熱交換器14和15、膨脹閥16以及熱交換器18通過致冷劑管路21至27聯(lián)接。注意，用在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中的致冷齊U可以是例如二氧化碳、諸如丙烷和異丁烷之類的烴、氨、水等。
[0038]氣液分離器40將從熱交換器14流出的致冷劑分離成氣態(tài)致冷劑和液態(tài)致冷劑。作為液態(tài)致冷劑的致冷劑液和作為氣態(tài)致冷劑的致冷劑蒸汽被儲存在氣液分離器40的內(nèi)部。致冷劑管路22和23以及致冷劑管路34聯(lián)接到氣液分離器40。
[0039]致冷劑在熱交換器14的出口側(cè)處于混合地包含飽和液和飽和蒸汽的濕蒸汽氣液兩相狀態(tài)。從熱交換器14流出的致冷劑經(jīng)致冷劑管路22供給到氣液分離器40。從致冷劑管路22流入氣液分離器40中的處于氣液兩相狀態(tài)的致冷劑在氣液分離器40內(nèi)分離成氣體和液體。氣液分離器40將由熱交換器14冷凝的致冷劑分離成液態(tài)致冷劑液和氣態(tài)致冷劑蒸汽并且暫時儲存它們。
[0040]分離出的致冷劑液經(jīng)由致冷劑管路34流出到氣液分離器40的外部。致冷劑管路34的配置在氣液分離器40內(nèi)的液體中的端部形成供液態(tài)致冷劑從氣液分離器40流出的流出口。分離出的致冷劑蒸汽經(jīng)由致冷劑管路23流出到氣液分離器40的外部。致冷劑管路23的配置在氣液分離器40內(nèi)的氣體中的端部形成供氣態(tài)致冷劑從氣液分離器40流出的流出口。從氣液分離器40輸送的氣態(tài)致冷劑蒸汽在用作第三熱交換器的熱交換器15中向周圍放熱而被冷卻以由此冷凝。
[0041]在氣液分離器40的內(nèi)部，致冷劑液蓄積在下側(cè)，而致冷劑蒸汽蓄積在上側(cè)。從氣液分離器40輸送致冷劑液的致冷劑管路34的端部聯(lián)接到氣液分離器40的底部。僅致冷劑液從氣液分離器40的底側(cè)經(jīng)由致冷劑管路34輸送到氣液分離器40的外部。從氣液分離器40輸送致冷劑蒸汽的致冷劑管路23的端部聯(lián)接到氣液分離器40的頂部。僅致冷劑蒸汽從氣液分離器40的頂側(cè)經(jīng)由致冷劑管路23輸送到氣液分離器40的外部。通過這樣做，氣液分離器40能使氣態(tài)致冷劑和液態(tài)致冷劑可靠地彼此分離。[0042]供致冷劑從熱交換器14的出口流向膨脹閥16的入口的路徑包括致冷劑管路22、致冷劑管路23、致冷劑管路24和致冷劑管路25。致冷劑管路22從熱交換器14的出口側(cè)延伸到氣液分離器40。致冷劑管路23使致冷劑蒸汽從氣液分離器40流出，并通過流量調(diào)節(jié)閥28 (稍后說明)。致冷劑管路24聯(lián)接到熱交換器15的入口側(cè)。致冷劑管路25使致冷劑從熱交換器15的出口側(cè)流到膨脹閥16。
[0043]在熱交換器14和熱交換器15之間流動的致冷劑的路徑包括致冷劑管路34和致冷劑管路36。致冷劑管路34提供氣液分離器40和冷卻裝置30之間的流體連通。致冷劑管路36用作第二管路，并提供冷卻裝置30和致冷劑管路24之間的流體連通。致冷劑液從氣液分離器40經(jīng)由致冷劑管路34流到冷卻裝置30。通過冷卻裝置30的致冷劑經(jīng)由致冷劑管路36回到致冷劑管路24。冷卻裝置30設(shè)置在從熱交換器14流向熱交換器15的致冷劑的路徑上。
[0044]圖1所示的D點表示致冷劑管路23、致冷劑管路24和致冷劑管路36之間的聯(lián)接點。亦即，D點表示致冷劑管路23的下游側(cè)(更接近熱交換器15的一側(cè))端部、致冷劑管路24的上游側(cè)(更接近熱交換器14的一側(cè))端部和致冷劑管路36的下游側(cè)端部。致冷劑管路23形成從氣液分離器40延伸到D點的路徑的在從氣液分離器40流向膨脹閥16的致冷劑的路徑內(nèi)的部分。
[0045]冷卻系統(tǒng)I還包括與致冷劑管路23并列配置的致冷劑路徑。冷卻裝置30設(shè)置在該致冷劑路徑中。冷卻裝置30包括混合動力車輛(HV)裝置31和冷卻通路32。HV裝置31是裝設(shè)在車輛上的電氣裝置。冷卻通路32是供致冷劑流過的管路。HV裝置31是發(fā)熱源的一個示例。冷卻通路32的一個端部連接到致冷劑管路34。冷卻通路32的另一個端部連接到致冷劑管路36。
[0046]與氣液分離器40和圖1所示的D點之間的致冷劑管路23并列連接的致冷劑路徑包括位于冷卻裝置30的上游側(cè)(更接近氣液分離器40的一側(cè))的致冷劑管路34、冷卻裝置30中所包括的冷卻通路32和位于冷卻裝置30的下游側(cè)(更接近熱交換器15的一側(cè))的致冷劑管路36。致冷劑管路34是用于使液態(tài)致冷劑從氣液分離器40流到冷卻裝置30的管路。致冷劑管路36是用于使致冷劑從冷卻裝置30流到D點的管路。D點是致冷劑管路23和24與致冷劑管路36之間的分支點。
[0047]從氣液分離器40流出的致冷劑液經(jīng)由致冷劑管路34流向冷卻裝置30。流到冷卻裝置30并經(jīng)由冷卻通路32流動的致冷劑從用作發(fā)熱源的HV裝置31吸熱以冷卻HV裝置31。冷卻裝置30使用在氣液分離器40中分離出的液態(tài)致冷劑來冷卻HV裝置31。流過冷卻通路32的致冷劑在冷卻裝置30中與HV裝置31進行熱交換以冷卻HV裝置31，并且致冷劑被加熱。致冷劑還從冷卻裝置30經(jīng)由致冷劑管路36流向D點，并經(jīng)由致冷劑管路24到達熱交換器15。
[0048]冷卻裝置30構(gòu)造成能夠在HV裝置31和冷卻通路32中的致冷劑之間進行熱交換。在本實施例中，冷卻裝置30例如具有形成為使得冷卻通路32的外周面與HV裝置31的殼體直接接觸的冷卻通路32。冷卻通路32具有與HV裝置31的殼體鄰接的部分。在該部分，可在流過冷卻通路32的致冷劑和HV裝置31之間進行熱交換。
[0049]HV裝置31直接連接到形成蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中從熱交換器14延伸到熱交換器15的致冷劑路徑的一部分的冷卻通路32的外周面，并且被冷卻。HV裝置31配置在冷卻通路32的外部，從而HV裝置31不會干涉在冷卻通路32內(nèi)部流動的致冷劑流。因此，蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的壓力損失不會增大，從而可在不增大壓縮機12的動力的情況下冷卻HV裝置31。
[0050]或者，冷卻裝置30可包括介設(shè)在HV裝置31和冷卻通路32之間的任選的已知熱管。在這種情況下，HV裝置31經(jīng)由該熱管連接到冷卻通路32的外周面，并且熱從HV裝置31經(jīng)由該熱管傳遞到冷卻通路32，以由此冷卻HV裝置31。HV裝置31用作用于加熱所述熱管的加熱部，并且冷卻通路32用作用于冷卻所述熱管的冷卻裝置，以由此提高冷卻通路32和HV裝置31之間的傳熱效率，從而可提高HV裝置的冷卻效率。例如，可使用管芯式(Wick)熱管。
[0051]可通過該熱管將熱可靠地從HV裝置31傳遞到冷卻通路32，從而HV裝置31和冷卻通路32之間可存在一定距離，并且不需要冷卻通路32的復(fù)雜配置來使冷卻通路32與HV裝置31相接觸。結(jié)果，可提高HV裝置31的配置靈活性。
[0052]HV裝置31包括交換電力而發(fā)熱的電氣裝置。該電氣裝置例如包括用于將直流電力變換為交流電力的逆變器、作為旋轉(zhuǎn)電機的電動發(fā)電機、作為蓄電裝置的電池、用于使電池的電壓升壓的變換器和用于使電池的電壓降壓的DC/DC變換器中的至少任一者。電池為二次電池，例如鋰離子電池和鎳金屬氫化物電池。可使用電容器代替電池。
[0053]熱交換器18配置在供空氣流過的管道90的內(nèi)部。熱交換器18在致冷劑和流過管道90的空調(diào)用空氣之間進行熱交換以調(diào)節(jié)空調(diào)用空氣的溫度。管道90具有管道入口 91和管道出口 92。管道入口 91是供空調(diào)用空氣流入管道90中的入口。管道出口 92是供空調(diào)用空氣從管道90流出的出口。在管道90內(nèi)部在管道入口 91附近配置有風扇93。
[0054]隨著風扇93被驅(qū)動，空氣流過管道90。當風扇93運轉(zhuǎn)時，空調(diào)用空氣經(jīng)由管道入口 91流入管道90中。流入管道90中的空氣可以是外部空氣或者可以是車輛的車廂內(nèi)的空氣。圖1中的箭頭95表示流經(jīng)熱交換器18并與蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中的致冷劑進行熱交換的空調(diào)用空氣流。在冷卻運轉(zhuǎn)期間，空調(diào)用空氣在熱交換器18中被冷卻，并且致冷劑接收從空調(diào)用空氣傳遞的熱而被加熱。箭頭96表示由熱交換器18調(diào)節(jié)溫度并且從管道90經(jīng)由管道出口 92流出的空調(diào)用空氣流。
[0055]致冷劑經(jīng)過通過由致冷劑管路21至27順次連接壓縮機12、熱交換器14和15、膨脹閥16以及熱交換器18而形成的致冷劑循環(huán)路徑，以在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中循環(huán)。致冷劑在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中流動而順次經(jīng)過圖1所示的A、B、C、D、E和F點，并且致冷劑在壓縮機12、熱交換器14和15、膨脹閥16以及熱交換器18之間循環(huán)。
[0056]圖2是示出蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中的致冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。在圖2中，橫軸表示致冷劑的比洽(單位:kj/kg),而縱軸表示致冷劑的絕對壓力(單位:MPa)。圖中的曲線為致冷劑的飽和蒸氣線和飽和液線。圖2示出當致冷劑熱從熱交換器14的出口處的致冷劑管路22經(jīng)由氣液分離器40流入致冷劑管路34中、冷卻HV裝置31并從致冷劑管路36經(jīng)由D點回到熱交換器15的入口處的致冷劑管路24時致冷劑在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中的各點(即，A、B、C、D、E和F點)的熱力學(xué)狀態(tài)。
[0057]如圖2所示，導(dǎo)入壓縮機12中的處于過熱蒸汽狀態(tài)的致冷劑(A點)在壓縮機12中沿等比熵線被絕熱地壓縮。隨著致冷劑被壓縮，致冷劑的壓力和溫度上升而成為高溫和高壓的具有高過熱度的過熱蒸汽(B點)，并且然后致冷劑流到熱交換器14。從壓縮機12放出的氣態(tài)致冷劑在熱交換器14中向周圍放熱而冷卻以由此冷凝(液化)。由于熱交換器14中的熱交換，致冷劑的溫度降低，并且致冷劑液化。熱交換器14中的高壓的致冷劑蒸汽在熱交換器14中從具有恒定壓力的過熱蒸汽變成干飽和蒸汽，并且釋放冷凝潛熱以逐漸液化成處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸汽。處于氣液兩相狀態(tài)的致冷劑中的冷凝的致冷劑處于飽和液狀態(tài)(C點)。
[0058]致冷劑在氣液分離器40中分離成氣態(tài)致冷劑和液態(tài)致冷劑。分離成氣體和液體的致冷劑內(nèi)處于液相的致冷劑液從氣液分離器40經(jīng)由致冷劑管路34流到冷卻裝置30的冷卻通路32以冷卻HV裝置31。在冷卻裝置30中，向隨著經(jīng)過熱交換器14而冷凝的處于飽和液狀態(tài)的液態(tài)致冷劑放熱，以由此冷卻HV裝置31。致冷劑通過與HV裝置31進行熱交換而被加熱，并且致冷劑的干燥度增大。致冷劑接收來自HV裝置31的潛熱而部分地氣化成混合地包含飽和液和飽和蒸汽的濕蒸汽(D點)。
[0059]此后，致冷劑流入熱交換器15中。致冷劑的濕蒸汽在熱交換器15中與外部空氣進行熱交換而被冷卻以由此再次冷凝，隨著全部致冷劑冷凝而變成飽和液，并且進一步放出顯熱而變成過冷卻液(E點)。此后，致冷劑經(jīng)由致冷劑管路25流入膨脹閥16中。在膨脹閥16中，處于過冷卻液狀態(tài)的致冷劑被節(jié)流膨脹，并且致冷劑的溫度和壓力在比焓不變的情況下降低而變成處于氣液混合狀態(tài)的低溫和低壓的濕蒸汽(F點)。
[0060]來自膨脹閥16的處于濕蒸汽狀態(tài)的致冷劑經(jīng)由致冷劑管路26流入熱交換器18中。處于濕蒸汽狀態(tài)的致冷劑流入熱交換器18的管中。當致冷劑流過熱交換器18的管時，致冷劑經(jīng)由翅片將車輛的車廂內(nèi)的空氣的熱作為蒸發(fā)潛熱吸收而以恒定壓力蒸發(fā)。當全部致冷劑變成干飽和蒸汽時，致冷劑蒸汽通過顯熱而進一步升溫而變成過熱蒸汽(A點)。此后，致冷劑經(jīng)由致冷劑管路27導(dǎo)入壓縮機12中。壓縮機12壓縮從熱交換器18流來的致冷劑。
[0061]按照上述循環(huán)，致冷劑在壓縮狀態(tài)、冷凝狀態(tài)、節(jié)流膨脹狀態(tài)和蒸發(fā)狀態(tài)之間連續(xù)地重復(fù)變化。注意，在上文對蒸氣壓縮式致冷循環(huán)的描述中描述的是理論致冷循環(huán)；然而，在實際的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中，當然需要考慮壓縮機12中的損失、致冷劑的壓力損失和熱損失。
[0062]在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的運轉(zhuǎn)期間，在致冷劑在用作蒸發(fā)器的熱交換器18中蒸發(fā)時，致冷劑從車輛的車廂內(nèi)的空氣吸收氣化熱，以由此冷卻車廂。此外，從熱交換器14流出并由氣液分離器40分離成氣體和液體的高壓的液態(tài)致冷劑流到冷卻裝置30并與HV裝置31進行熱交換以由此冷卻HV裝置31。冷卻系統(tǒng)I通過利用用于對車輛的車廂進行空氣調(diào)節(jié)的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10來冷卻HV裝置31，該HV裝置是裝設(shè)在車輛上的發(fā)熱源。注意，冷卻HV裝置31所需的溫度理想地至少低于HV裝置31的目標溫度范圍的上限。
[0063]為了冷卻熱交換器18中的被冷卻部而設(shè)置的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10用于冷卻HV裝置31，從而為了冷卻HV裝置31不需要設(shè)置諸如專用的水循環(huán)泵和冷卻風扇之類的裝置。因此，可減少冷卻系統(tǒng)I冷卻HV裝置31所需的部件，以使得可簡化系統(tǒng)構(gòu)型，從而可降低冷卻系統(tǒng)I的制造成本。此外，為了冷卻HV裝置31不需要運轉(zhuǎn)諸如泵和冷卻風扇之類的動力源，并且不需要用于使動力源運轉(zhuǎn)的動力消耗。因此，可降低用于冷卻HV裝置31的動力消耗。
[0064]在熱交換器14中，致冷劑僅需被冷卻成濕蒸汽狀態(tài)。處于氣液混合狀態(tài)的致冷劑由氣液分離器40分離，并且僅處于飽和液狀態(tài)的致冷劑液被供給到冷卻裝置30。接收來自HV裝置31的氣化潛熱而部分地氣化的處于濕蒸汽狀態(tài)的致冷劑在熱交換器15中被再次冷卻。在處于濕蒸汽狀態(tài)的致冷劑完全冷凝為飽和液之前，致冷劑以恒定溫度發(fā)生狀態(tài)變化。熱交換器15使液態(tài)致冷劑以冷卻車輛的車廂所需的過冷卻度進一步過冷卻。不需要過度增大致冷劑的過冷卻度，從而可降低各熱交換器14和15的容量。因而，可確保用于冷卻車廂的冷卻性能，并且可減小各熱交換器14和15的尺寸，從而可獲得尺寸減小且有利于安裝在車輛上的冷卻系統(tǒng)1。
[0065]形成從熱交換器14的出口朝膨脹閥16的入口的致冷劑路徑的一部分的致冷劑管路23設(shè)置在熱交換器14和熱交換器15之間。不經(jīng)過冷卻裝置30的致冷劑管路23以及形成經(jīng)過冷卻裝置30以冷卻HV裝置31的致冷劑路徑的致冷劑管路34和36和冷卻通路32作為供致冷劑從氣液分離器40流向膨脹閥16的路徑彼此并列設(shè)置。包括致冷劑管路34和36的用于冷卻HV裝置31的冷卻系統(tǒng)與致冷劑管路23并列連接。因此，僅一部分從熱交換器14流出的致冷劑流到冷卻裝置30。冷卻HV裝置31所需的量的致冷劑流到冷卻裝置30，并且適當?shù)乩鋮sHV裝置31。因而，可防止HV裝置31的過冷卻。
[0066]從熱交換器14直接流到熱交換器15的致冷劑的路徑和從熱交換器14經(jīng)由冷卻裝置30流到熱交換器15的致冷劑的路徑彼此并列設(shè)置，并且僅使一部分致冷劑流到致冷劑管路34和36。通過這樣做，可降低致冷劑流過用于冷卻HV裝置31的冷卻系統(tǒng)時的壓力損失。并非全部致冷劑都流到冷卻裝置30。因此，可降低與經(jīng)由冷卻裝置30的致冷劑流動相關(guān)的壓力損失，且相應(yīng)地可降低使壓縮機12運轉(zhuǎn)以使致冷劑循環(huán)所需的電力消耗。
[0067]當經(jīng)過膨脹閥16之后的低溫和低壓的致冷劑被用于冷卻HV裝置31時，熱交換器18中車廂內(nèi)的空氣的冷卻性能下降并且用于冷卻車廂的冷卻性能下降。與此相比，在根據(jù)本實施例的冷卻系統(tǒng)1中，在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中，從壓縮機12放出的高壓致冷劑通過用作第一冷凝器的熱交換器14和用作第二冷凝器的熱交換器15兩者冷凝。兩級熱交換器14和15配置在壓縮機12和膨脹閥16之間，并且用于冷卻HV裝置31的冷卻裝置30設(shè)置在熱交換器14和熱交換器15之間。熱交換器15設(shè)置在從冷卻裝置30流向膨脹閥16的致冷劑的路徑上。
[0068]通過在熱交換器15中充分地冷卻接收來自HV裝置31的蒸發(fā)潛熱而被加熱的致冷劑，致冷劑在膨脹閥16的出口處具有冷卻車輛的車廂原本所需的溫度和壓力。因此，可充分地增大當致冷劑在熱交換器18中蒸發(fā)時從外部接收的熱量。以此方式，通過將熱交換器15的散熱性能設(shè)定成能充分地冷卻致冷劑，可在對用于冷卻車廂的冷卻性能沒有任何影響的情況下冷卻HV裝置31。因而，能可靠地確保用于冷卻HV裝置31的冷卻性能和用于冷卻車廂的冷卻性能兩者。
[0069]當從熱交換器14流到冷卻裝置30的致冷劑冷卻HV裝置31時，致冷劑從HV裝置31受熱而被加熱。隨著致冷劑被加熱到飽和蒸汽溫度以上并且全部量的致冷劑在冷卻裝置30中氣化，致冷劑和HV裝置31之間的熱交換量減小，并且HV裝置31無法被有效地冷卻，此外，致冷劑在管路內(nèi)流動時的壓力損失增大。因此，希望在熱交換器14中充分地冷卻致冷劑，使得全部量的致冷劑在冷卻HV裝置31之后不會氣化。
[0070]具體地，使熱交換器14的出口處的致冷劑的狀態(tài)與飽和液接近，并且典型地，在熱交換器14的出口處致冷劑被置于飽和液線上的狀態(tài)。由于熱交換器14能以此方式充分地冷卻致冷劑，故熱交換器14使致冷劑放熱的散熱性能比熱交換器15的散熱性能高。通過在具有較高散熱性能的熱交換器14中充分地冷卻致冷劑，已從HV裝置31受熱的致冷劑可被維持在濕蒸汽狀態(tài)，并且可避免致冷劑和HV裝置31之間的熱交換量減小，從而可充分地冷卻HV裝置31。冷卻HV裝置31之后處于濕蒸汽狀態(tài)的致冷劑在熱交換器15中被再次有效地冷卻，并被冷卻成低于飽和溫度的過冷卻液狀態(tài)。因而，可提供確保用于冷卻車廂的冷卻性能和用于冷卻HV裝置31的冷卻性能兩者的冷卻系統(tǒng)1。
[0071]在熱交換器14的出口處處于氣液兩相狀態(tài)的致冷劑在氣液分離器40中被分離成氣體和液體。在氣液分離器40中分離出的氣態(tài)致冷劑經(jīng)由致冷劑管路23和24流動并直接供給到熱交換器15。在氣液分離器40中分離出的液態(tài)致冷劑經(jīng)由致冷劑管路34流動并被供給到冷卻裝置30以冷卻HV裝置31。液態(tài)致冷劑是處于剛好飽和的液態(tài)的致冷劑。通過僅從氣液分離器40取得液態(tài)致冷劑并使該液態(tài)致冷劑流到冷卻裝置30，熱交換器14的性能可被完全用來冷卻HV裝置31，從而可提供用于冷卻HV裝置31的具有提高的冷卻性能的冷卻系統(tǒng)1。
[0072]在氣液分離器40的出口處處于飽和液狀態(tài)的致冷劑被導(dǎo)入冷卻HV裝置31的冷卻通路32中，以由此使得可最大限度地減少在包括致冷劑管路34和36以及冷卻管路32的用于冷卻HV裝置31的冷卻系統(tǒng)中流動的致冷劑內(nèi)的氣態(tài)致冷劑。因此，可抑制由于在用于冷卻HV裝置31的冷卻系統(tǒng)中流動的致冷劑蒸汽的流速的增大而引起的壓力損失的增大，并且可降低用于使致冷劑流動的壓縮機12的電力消耗，從而可避免蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的性能的惡化。
[0073]處于飽和液狀態(tài)的致冷劑液被儲存在氣液分離器40的內(nèi)部。氣液分離器40用作將作為液態(tài)致冷劑的致冷劑液暫時儲存在內(nèi)部的儲器。當預(yù)定量的致冷劑液被儲存在氣液分離器40中時，在負荷變動時可維持從氣液分離器40流到冷卻裝置30的致冷劑的流量。由于氣液分離器40具有儲存液體的功能、用作對抗負荷變動的緩沖器并且能吸收負荷變動，故可穩(wěn)定用于冷卻HV裝置31的冷卻性能。
[0074]返回參照圖1，冷卻系統(tǒng)1包括流量調(diào)節(jié)閥28。流量調(diào)節(jié)閥28在從熱交換器14朝膨脹閥16的致冷劑路徑上配置在形成并列連接路徑之一的致冷劑管路23中。流量調(diào)節(jié)閥28改變其閥開度以增大或減小在致冷劑管路23中流動的致冷劑的壓力損失，以由此選擇性地調(diào)節(jié)在致冷劑管路23中流動的致冷劑的流量和在包括冷卻通路32的用于冷卻HV裝置31的冷卻系統(tǒng)中流動的致冷劑的流量。
[0075]例如，當流量調(diào)節(jié)閥28完全關(guān)閉而將閥開度設(shè)定為0%時，來自熱交換器14的全部量的致冷劑經(jīng)由氣液分離器40流入致冷劑管路34中。當流量調(diào)節(jié)閥28的閥開度增大時，在從熱交換器14流到致冷劑管路22的致冷劑內(nèi)，經(jīng)由致冷劑管路23直接流到熱交換器15的致冷劑的流量增大并且經(jīng)由致冷劑管路34流到冷卻通路32以冷卻HV裝置31的致冷劑的流量減小。當流量調(diào)節(jié)閥28的閥開度減小時，在從熱交換器14流到致冷劑管路22的致冷劑內(nèi)，經(jīng)由致冷劑管路23直接流到熱交換器15的致冷劑的流量減小并且經(jīng)由冷卻通路32流動以冷卻HV裝置31的致冷劑的流量增大。
[0076]隨著流量調(diào)節(jié)閥28的閥開度增大，冷卻HV裝置31的致冷劑的流量減小，從而用于冷卻HV裝置31的冷卻性能下降。隨著流量調(diào)節(jié)閥28的閥開度減小，冷卻HV裝置31的致冷劑的流量增大，從而用于冷卻HV裝置31的冷卻性能提高。流量調(diào)節(jié)閥28用于使得可最佳地調(diào)節(jié)流到HV裝置31的致冷劑的量，從而能可靠地防止HV裝置31的過度冷卻，并且此外，能可靠地降低與用于冷卻HV裝置31的冷卻系統(tǒng)中的致冷劑流動相關(guān)的壓力損失和用于使致冷劑循環(huán)的壓縮機12的電力消耗。
[0077]冷卻系統(tǒng)1還包括連通管路51。連通管路51提供供致冷劑在壓縮機12和熱交換器14之間流動的致冷劑管路21與位于使致冷劑流過冷卻裝置30的致冷劑管路34和36之間的冷卻裝置30的下游側(cè)的致冷劑管路36之間的流體連通。在致冷劑管路36和連通管路51中設(shè)置有選擇閥52。選擇閥52切換連通管路51與致冷劑管路21和36之間的流體連通狀態(tài)。選擇閥52在開啟狀態(tài)和封閉狀態(tài)之間切換，以由此允許或中斷致冷劑經(jīng)由連通管路51的流動。致冷劑管路36被分成位于來自連通管路51的分支部的上游側(cè)的致冷劑管路36a和位于來自連通管路51的分支部的下游側(cè)的致冷劑管路36b。
[0078]通過利用選擇閥52切換致冷劑的路徑，可使冷卻HV裝置31之后的致冷劑流到任一條選定的路徑，亦即，經(jīng)由致冷劑管路36b和24流到熱交換器15或經(jīng)由連通管路51和致冷劑管路21流到熱交換器14。
[0079]更具體地，設(shè)置有兩個閥57和58作為選擇閥52。在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的冷卻運轉(zhuǎn)期間，閥57完全打開(閥開度為100%)并且閥58完全關(guān)閉(閥開度為0%)，并且流量調(diào)節(jié)閥28的閥開度被調(diào)節(jié)成使得足量的致冷劑流過冷卻裝置30。通過這樣做，能可靠地使在冷卻HV裝置31之后流過冷卻通路36a的致冷劑經(jīng)由致冷劑管路36b流到熱交換器15。另一方面，在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的停止期間，閥58完全打開并且閥57完全關(guān)閉，并且此外，流量調(diào)節(jié)閥28完全關(guān)閉。通過這樣做，可使在冷卻HV裝置31之后流過致冷劑管路36a的致冷劑經(jīng)由連通管路51流到熱交換器14，從而可形成使致冷劑在冷卻裝置30和熱交換器14之間循環(huán)的環(huán)形路徑。
[0080]圖3是示出在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的運轉(zhuǎn)期間冷卻HV裝置31的致冷劑流的示意圖。圖4是示出在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的停止期間冷卻HV裝置31的致冷劑流的示意圖。圖3示出當蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10運轉(zhuǎn)時(亦即，當壓縮機12運轉(zhuǎn)以使致冷劑流過整個蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10時)的致冷劑流。另一方面，圖4示出當蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10停止時(亦即，當壓縮機12停止以使致冷劑經(jīng)由將冷卻裝置30連接到熱交換器14的環(huán)形路徑循環(huán)時)的致冷劑流。
[0081]如圖3所示，在壓縮機12被驅(qū)動并且蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10運轉(zhuǎn)的“空調(diào)裝置運轉(zhuǎn)模式”期間，流量調(diào)節(jié)閥28的閥開度被調(diào)節(jié)成使得足量的致冷劑流過冷卻裝置30。選擇閥52被操作成使致冷劑從冷卻裝置30經(jīng)由熱交換器15流到膨脹閥16。亦即，當閥57完全打開并且閥58完全關(guān)閉時，使致冷劑流過整個冷卻系統(tǒng)1的致冷劑路徑被選擇。因此，可確保蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的冷卻性能，并且可有效地冷卻HV裝置31。
[0082]如圖4所示，在壓縮機12停止并且蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10停止的“熱管運轉(zhuǎn)模式”期間，選擇閥52被操作成使致冷劑從冷卻裝置30循環(huán)到熱交換器14。亦即，當閥57完全關(guān)閉、閥58完全打開并且流量調(diào)節(jié)閥28完全關(guān)閉時，致冷劑不會流到致冷劑管路36b，而是流經(jīng)連通管路51。通過這樣做，形成了閉合的環(huán)形路徑。該閉合的環(huán)形路徑從熱交換器14順次經(jīng)由致冷劑管路22和致冷劑管路34延伸到冷卻裝置30，進一步順次經(jīng)過致冷劑管路36a、連通管路51和致冷劑管路21并且回到熱交換器14。
[0083]致冷劑可在不運轉(zhuǎn)壓縮機12的情況下經(jīng)由環(huán)形路徑在熱交換器14和冷卻裝置30之間循環(huán)。當致冷劑冷卻HV裝置31時，致冷劑接收來自HV裝置31的蒸發(fā)潛熱而蒸發(fā)。通過與HV裝置31進行熱交換而氣化的致冷劑蒸汽順次經(jīng)由致冷劑管路36a、連通管路51和致冷劑管路21流到熱交換器14。在熱交換器14中，致冷劑蒸汽被車輛的行駛風或來自發(fā)動機冷卻用散熱風扇的通風冷卻而冷凝。在熱交換器14中液化的致冷劑液經(jīng)由致冷劑管路22和34回到冷卻裝置30。
[0084]以此方式，通過經(jīng)過冷卻裝置30和熱交換器14的環(huán)形路徑形成了其中HV裝置31用作加熱部并且熱交換器14用作冷卻部的熱管。因而，當蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10停止時，亦即，當用于車輛的冷卻器也停止時，能可靠地冷卻HV裝置31而不需要起動壓縮機12。由于壓縮機12無需始終運轉(zhuǎn)來冷卻HV裝置31，故降低了壓縮機12的動力消耗，以由此使得可提高車輛的燃料經(jīng)濟性，并且此外延長壓縮機12的壽命，從而可提高壓縮機12的可靠性。
[0085]圖3和圖4示出地面60。冷卻裝置30在垂直于地面60的豎直方向上配置在熱交換器14的下方。在使致冷劑在熱交換器14和冷卻裝置30之間循環(huán)的環(huán)形路徑中，冷卻裝置30配置在下方，而熱交換器14配置在上方。熱交換器14配置在比冷卻裝置30高的位置。
[0086]在這種情況下，在冷卻裝置30中被加熱并氣化的致冷劑蒸汽在環(huán)形路徑內(nèi)上升，到達熱交換器14，在熱交換器14中被冷卻，冷凝成液態(tài)致冷劑，通過重力作用在環(huán)形路徑內(nèi)下降，并返回冷卻裝置30。亦即，由冷卻裝置30、熱交換器14和連接它們的致冷劑路徑形成熱虹吸式熱管。由于可通過形成該熱管來提高從HV裝置31到熱交換器14的傳熱效率，因此當蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10也停止時，HV裝置31可被進一步有效地冷卻而不需要附加的動力。
[0087]切換連通管路51與致冷劑管路21和36之間的流體連通狀態(tài)的選擇閥52可以是上述一對閥57和58或者可以是配置于致冷劑管路36和連通管路51之間的分支部的三通閥。在任何情況下，在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的運轉(zhuǎn)和停止兩者期間，HV裝置31都可被有效地冷卻。閥57和58僅需具有簡單結(jié)構(gòu)以便能開啟或封閉致冷劑管路，因此閥57和58并不昂貴，并且兩個閥57和58用于使得可提供成本更低的冷卻系統(tǒng)1。另一方面，可認為配置三通閥所需的空間比配置兩個閥57和58所需的空間小，并且三通閥用于使得可提供具有進一步減小的尺寸和優(yōu)良的車輛搭載性的冷卻系統(tǒng)1。
[0088]冷卻系統(tǒng)1還包括止回閥54。止回閥54在比致冷劑管路21和連通管路51之間的連接部更接近壓縮機12的一側(cè)配置在壓縮機12和熱交換器14之間的致冷劑管路21中。止回閥54允許致冷劑從壓縮機12流向熱交換器14并阻止致冷劑沿反方向流動。通過這樣做，在圖4所示的熱管運轉(zhuǎn)模式期間，能可靠地形成用于使致冷劑在熱交換器14和冷卻裝置30之間循環(huán)的閉環(huán)致冷劑路徑。
[0089]在不設(shè)置止回閥54的情況下，致冷劑可從連通管路51流到鄰近壓縮機12的致冷劑管路21。通過設(shè)置止回閥54，能可靠地阻止致冷劑從連通管路51流向鄰近壓縮機12的一側(cè)，從而可利用形成環(huán)形致冷劑路徑的熱管防止用于冷卻HV裝置31的冷卻性能在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10停止期間下降。因而，當用于車輛的車廂的冷卻器也停止時，可有效地冷卻HV裝置31。
[0090]此外，當在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的停止期間閉環(huán)致冷劑路徑中的致冷劑量不足時，壓縮機12僅短時間運轉(zhuǎn)，以由此使得可經(jīng)由止回閥54向該閉環(huán)路徑供給致冷劑。通過這樣做，可增加閉環(huán)中的致冷劑量，以由此增大熱管中的熱交換量。因而，可確保熱管中的致冷劑量，從而可避免HV裝置31由于致冷劑量不足而冷卻不充分。
[0091]在下文中，將說明冷卻裝置30的詳細結(jié)構(gòu)。圖5是冷卻裝置30的部分剖視圖。用作發(fā)熱源的HV裝置31包括多個HV裝置31a至31d。HV裝置31a至31d裝設(shè)在基底70上。HV裝置31a至31d例如是逆變器和/或變換器中包括的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。HV裝置31 (31a至31d)經(jīng)由基底70與冷卻通路32的底部65的外表面69熱接觸。如上所述，基底70可與外表面69直接接觸或者在基底70和外表面69之間可介設(shè)有熱管。
[0092]冷卻裝置30中包括的冷卻通路32呈容器(罐、箱)狀。致冷劑流過冷卻通路32的內(nèi)部空間。冷卻通路32具有入口端部61和出口端部63。入口端部61是致冷劑管路34聯(lián)接到的端部。出口端部63是致冷劑管路36聯(lián)接到的端部。圖5中在左側(cè)示出的入口端部61具有通孔62。流過致冷劑管路34的致冷劑經(jīng)由通孔62流入冷卻通路32中。圖5中在右側(cè)示出的出口端部63具有通孔64。致冷劑從冷卻通路32經(jīng)由通孔64流出，并流到致冷劑管路36。
[0093]冷卻通路32還具有底部65。底部65形成冷卻通路32的豎直下側(cè)的一部分。在冷卻通路32的內(nèi)部流動的液態(tài)致冷劑從入口端部61沿著底部65流向出口端部63。底部65具有內(nèi)表面66和外表面69。在冷卻通路32內(nèi)流動的液態(tài)致冷劑與底部65的內(nèi)表面66接觸。內(nèi)表面66是致冷劑液與之接觸的接觸面。
[0094]圖6是冷卻通路32的底部65的內(nèi)表面66的部分放大的透視圖。如圖6所示，內(nèi)表面66進行了表面加工以由此形成多個脊部67和多個槽部(凹槽)68。脊部67和槽部68從冷卻通路32的入口端部61朝出口端部63延伸。亦即，脊部67和槽部68沿在冷卻通路32內(nèi)流動的致冷劑的流動方向延伸。
[0095]內(nèi)表面66為了形成脊部67和槽部68而進行的表面加工可以是任意已知的加工。例如，在內(nèi)表面66上形成有小的凹槽以使內(nèi)表面66部分地凹進，由此形成脊部67和槽部68，或者小翅片在內(nèi)表面66上被組裝成從內(nèi)表面66部分地突出，以由此形成脊部67和槽部68。此外，內(nèi)表面66的形狀并不限于具有脊部67和槽部68的形狀。例如，在內(nèi)表面66中可形成有多個孔隙以形成呈多孔形狀的底部65，或者網(wǎng)狀部件可被組裝在內(nèi)表面66上。
[0096]內(nèi)表面66進行加工以由此形成液態(tài)致冷劑可用以由于毛細管現(xiàn)象而從下側(cè)移動到上側(cè)的毛細管現(xiàn)象發(fā)生部。在如圖6所示地構(gòu)成的內(nèi)表面66的情況下，槽部68用作毛細管現(xiàn)象發(fā)生部。亦即，當冷卻通路32傾斜成使得入口端部61和出口端部63中的一者位于上側(cè)并且另一者位于下側(cè)時，致冷劑液能從入口端部61和出口端部63中配置在下側(cè)的一者經(jīng)槽部68朝配置在上側(cè)的一者上升。
[0097]圖7是示出正在平坦道路上行駛的車輛100的示意圖。圖8是示出在車輛100正在平坦道路上行駛時冷卻通路32內(nèi)的致冷劑液80的狀態(tài)的剖視圖。當車輛100正在圖7所示的平坦地面60上行駛時，冷卻裝置30維持與地面60平行。因此，如圖8所示,冷卻通路32的底部65基本水平地配置，并且致冷劑液80的液面也基本水平。如參照圖1和圖2所述，液態(tài)致冷劑從入口端部61流入冷卻通路32中，并且致冷劑液80被儲存在冷卻通路32的內(nèi)部。致冷劑液80與冷卻通路32的整個底部65接觸，從而多個HV裝置31a至31d被均勻地冷卻。在冷卻通路32的內(nèi)部通過致冷劑液80的由于致冷劑和HV裝置31之間的熱交換所導(dǎo)致的蒸發(fā)而產(chǎn)生的致冷劑蒸汽從冷卻通路32經(jīng)由出口端部63的通孔64流出。
[0098]圖9是示出正在上坡路上行駛的車輛100的示意圖。圖10是示出在車輛100正在上坡路上行駛時冷卻通路32內(nèi)的致冷劑液80的狀態(tài)的剖視圖。當?shù)孛?0相對于水平面傾斜并且車輛100如圖9所示正在傾斜地面60上上坡行駛時，冷卻通路32傾斜成使得入口端部61相對位于上側(cè)并且出口端部63相對位于下側(cè)，如圖10所示。因此，冷卻通路32的底部65也傾斜成使得鄰近入口端部61的一側(cè)位于較高的位置并且鄰近出口端部63的一側(cè)位于較低的位置。
[0099]在這種情況下，經(jīng)由入口端部61的通孔62流入冷卻通路32中的致冷劑從鄰近位于相對高的位置的入口端部61的一側(cè)流向鄰近出口端部63的一側(cè)，并且致冷劑液80在位于相對低的位置的出口端部63處形成液池。致冷劑液80持續(xù)地從入口端部61流到出口端部63以維持致冷劑液80與冷卻通路32的整個底部65接觸的狀態(tài)。因此，多個HV裝置31a至31d被均勻地冷卻。
[0100]圖11是示出正在下坡路上行駛的車輛100的示意圖。圖12是示出在車輛100正在下坡上行駛時冷卻通路32內(nèi)的致冷劑液80的狀態(tài)的剖視圖。當?shù)孛?0相對于水平面傾斜并且車輛如圖11所示正在傾斜地面60上下坡行駛時，冷卻通路32傾斜成使得入口端部61相對位于下側(cè)并且出口端部63相對位于上側(cè)，如圖12所示。因此，冷卻通路32的底部65也傾斜成使得鄰近入口端部61的一側(cè)位于較低的位置并且鄰近出口端部63的一側(cè)位于較高的位置。
[0101]在這種情況下，流入冷卻通路32中的致冷劑由于傾斜的底部65而在位于相對低的位置的入口端部61處形成液池。這里，根據(jù)本實施例的冷卻通路32的底部65的內(nèi)表面66具有用作毛細管現(xiàn)象發(fā)生部并參照圖6說明了的多個槽部68。因此，致冷劑液80流過槽部而由于毛細管現(xiàn)象從鄰近入口端部61的一側(cè)朝鄰近出口端部63的一側(cè)上升。
[0102]通過利用毛細管現(xiàn)象而使致冷劑液沿致冷劑液在冷卻裝置30內(nèi)流動的方向均勻地到達所有區(qū)域，以由此維持致冷劑液80在出口端部63也與底部65接觸的狀態(tài)。利用毛細管現(xiàn)象作為驅(qū)動力在槽部68內(nèi)流向出口端部63的致冷劑液80的量小，使得液面不會達到內(nèi)表面66的高度。然而，由于致冷劑液80的流動，在整個底部65上保持致冷劑液80與底部65接觸的狀態(tài)。因此，用于冷卻HV裝置31的冷卻性能在底部65內(nèi)的位置之間不會變動。亦即，鄰近入口端部61的HV裝置31a和鄰近出口端部63的HV裝置31d由致冷劑液80以相同的冷卻性能冷卻。因而，多個HV裝置31a至31d可被均勻地冷卻。
[0103]當冷卻通路32隨著車輛100的行駛而傾斜并且然后產(chǎn)生致冷劑液80與冷卻通路32的底部65部分地不接觸的狀態(tài)(干涸)時，用于冷卻位于該部分的任一個HV裝置31的冷卻性能下降。結(jié)果，發(fā)生多個HV裝置31無法被均勻地冷卻的問題。與之相比，在根據(jù)本實施例的冷卻系統(tǒng)1中，冷卻通路32的底部65的內(nèi)表面66具有毛細管現(xiàn)象發(fā)生部。通過這樣做，即使當車輛100傾斜時，也會使致冷劑液由于毛細管現(xiàn)象而上升，以由此可保持整個底部65與致冷劑液80接觸的狀態(tài)。因此，可避免HV裝置31被不均勻地冷卻的問題的發(fā)生。
[0104]根據(jù)冷卻裝置30裝設(shè)在車輛100上的條件，可設(shè)想冷卻通路32即使在車輛100正在平坦道路上行駛的情況下也可能傾斜。在這種情況下，同樣設(shè)置了毛細管現(xiàn)象發(fā)生部而由此可如上述情形中一樣使致冷劑液由于毛細管現(xiàn)象而上升，從而不論冷卻裝置30裝設(shè)的條件如何都可保持整個底部65與致冷劑液80接觸的狀態(tài)，并且可確保用于冷卻HV裝置31的冷卻性能。
[0105]在參照圖3說明的“空調(diào)裝置運轉(zhuǎn)模式”期間，由于壓縮機12被驅(qū)動，故用于使致冷劑在冷卻通路32內(nèi)流動的驅(qū)動力大，并且難以發(fā)生干涸。與此相比，在參照圖4說明的“熱管運轉(zhuǎn)模式”期間，在冷卻裝置30和熱交換器14之間輕微發(fā)生的壓力差和由于重力而從熱交換器14供給到冷卻裝置30的液態(tài)致冷劑作為用于使致冷劑流入冷卻通路32中的驅(qū)動力而起作用。亦即，在“熱管運轉(zhuǎn)模式”期間，作用在致冷劑上的驅(qū)動力相對小，并且致冷劑的流量相對低，從而易于發(fā)生干涸。
[0106]因此，在包括連通管路51以使得可在“空調(diào)裝置運轉(zhuǎn)模式”和“熱管運轉(zhuǎn)模式”之間切換的根據(jù)本實施例的冷卻系統(tǒng)1的情況下，冷卻通路32內(nèi)部的底部65的內(nèi)表面66特別期望地具有毛細管現(xiàn)象發(fā)生部。毛細管現(xiàn)象發(fā)生部由上述槽部68等形成以產(chǎn)生驅(qū)動力。通過這樣做，在致冷劑的流量同樣低的“熱管運轉(zhuǎn)模式”期間，能更可靠地將處于液態(tài)的致冷劑供給到整個底部65。因而，可進一步抑制干涸的發(fā)生，從而可更均勻地冷卻HV裝置31。
[0107]注意，在上述實施例中，利用HV裝置31作為示例描述了冷卻裝設(shè)在車輛上的電氣裝置的冷卻系統(tǒng)1。該電氣裝置并不限于所說明的電氣裝置，例如逆變器和電動發(fā)電機。該電氣裝置可以是任何電氣裝置，只要該電氣裝置在操作時發(fā)熱即可。在存在多個要冷卻的電氣裝置的情況下，多個電氣裝置理想地具有共同的冷卻目標溫度范圍。用于冷卻的目標溫度范圍是作為電氣裝置在其中操作的溫度環(huán)境的適當溫度范圍。
[0108]上文說明了本發(fā)明的實施例。上述實施例應(yīng)被視為在每個方面都僅僅是說明性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍并非由以上說明而是由所附權(quán)利要求指定，并且意圖包括與所附權(quán)利要求的范圍等同的含義和范圍內(nèi)的所有改型。
[0109]根據(jù)本發(fā)明的方面的冷卻系統(tǒng)可特別有利地適用于在配備有諸如電動發(fā)電機和逆變器之類的電氣裝置的車輛如混合動力車輛、燃料電池車輛和電動車輛中利用用于冷卻車廂的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)來冷卻電氣裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種冷卻裝設(shè)在車輛上的發(fā)熱源的冷卻系統(tǒng)，其特征在于包括: 壓縮機，所述壓縮機使致冷劑循環(huán)； 第一熱交換器，所述第一熱交換器在所述致冷劑和外部空氣之間進行熱交換； 減壓器，所述減壓器使所述致冷劑減壓； 第二熱交換器，所述第二熱交換器在所述致冷劑和空調(diào)用空氣之間進行熱交換；和冷卻裝置，所述冷卻裝置設(shè)置于在所述第一熱交換器和所述減壓器之間流動的所述致冷劑的路徑上并利用所述致冷劑來冷卻所述發(fā)熱源，所述冷卻裝置包括使所述致冷劑由于毛細管現(xiàn)象而上升的毛細管現(xiàn)象發(fā)生部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述毛細管現(xiàn)象發(fā)生部是通過對所述冷卻裝置的底部的內(nèi)表面進行表面加工而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述冷卻裝置的底部的內(nèi)表面具有多個凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述毛細管現(xiàn)象發(fā)生部沿流過所述冷卻裝置的所述致冷劑的流動方向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述發(fā)熱源與所述冷卻裝置的底部的外表面熱接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述發(fā)熱源與所述冷卻裝置的底部的外表面直接接觸或者經(jīng)由熱管與所述外表面接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，還包括: 第一管路，所述致冷劑經(jīng)所述第一管路在所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動； 第二管路，所述致冷劑經(jīng)所述第二管路在所述冷卻裝置和所述減壓器之間流動；和 連通管路，所述連通管路提供所述第一管路和所述第二管路之間的流體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，還包括: 第三管路，所述致冷劑經(jīng)所述第三管路在所述減壓器和所述第二熱交換器之間流動；和 第四管路，所述致冷劑經(jīng)所述第四管路在所述第二熱交換器和所述壓縮機之間流動。
【文檔編號】B60H1/00GK103717421SQ201280037024
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月26日
【發(fā)明者】城島悠樹, 川上芳昭, 高橋榮三, 佐藤幸介, 內(nèi)田和秀, 大野雄一 申請人:豐田自動車株式會社