电气设备的冷却装置制造方法

电气设备的冷却装置制造方法
【专利摘要】电气设备的冷却装置具备用于对变换器元件(110)进行冷却的冷却部(30)。冷却部(30)包含：热容元件(130)，其具有设置变换器元件(110)的表面(131)和配置在表面(131)的背侧的背面(136)，形成配置在表面(131)与背面(136)之间的热容元件内容器(150)，传递由变换器元件(110)产生的热；空冷散热片(140)，其设置在背面(136)，对通过热容元件(130)而传递的热进行散热；空调制冷剂配管(120)，其设置在表面(131)，形成供车厢空调用制冷剂流通的制冷剂通路(32)；以及水泵(158)，其向热容元件内容器(150)供给冷却水或从热容元件内容器(150)排出冷却水。根据这样的结构，可提供冷却效率优异的电气设备的冷却装置。
【专利说明】电气设备的冷却装置
【技术领域】
[0001]本发明一般而言涉及搭载于车辆的电气设备的冷却装置，更加特定而言涉及并用使用车厢空调用制冷剂的冷却和使用散热片构造的冷却的电气设备的冷却装置。
【背景技术】
[0002]关于以往的电气设备的冷却装置，例如在日本特开2007-69733号公报中，公开了以有效地冷却电池等发热体并且谋求制热性能的提高为目的的、利用车辆用空调装置的发热体冷却系统(专利文献I)。在专利文献I所公开的发热体冷却系统中，在从膨胀阀向压缩机的制冷剂通路，并联地配置有与空调用空气进行热交换的热交换器和与发热体进行热交换的热交换器，利用空调装置用制冷剂来冷却发热体。
[0003]另外，在日本特开2005-90862号公报中，公开了以利用蒸气压缩式制冷循环来有效地冷却HV设备为目的的冷却系统(专利文献2)。在专利文献2所公开的冷却系统中，在绕过空调用的制冷循环的减压器、蒸发器以及压缩机的旁通通路，设置有用于对发热体进行冷却的发热体冷却装置。
[0004]另外，在日本特开2008-109131号公报中，公开了热效率高，完全内置于半导体模块，以避免流体的污染和/或泄露的问题且容易进行模块的安装/更换为目的的冷却系统(专利文献3)。在专利文献3所公开的冷却系统中，在壳体内划定的凹处配设有电力设备。制冷剂流体主动地在壳体内循环，并且在壳体结合有针散热片。
[0005]另外，在日本特开2002-270748号公报中，公开了冷却能力高，且以消除制造时以及运转时由热应力引起的绝缘破坏的危险而具备高的可靠性为目的的半导体模块以及电极变换装置(专利文献4)。在专利文献4所公开的半导体模块中，在基底板接合有在内部具有流通路的导体部件。在导体部件，通过焊锡接合有功率半导体元件。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2007-69733号公报
[0009]专利文献2:日本特开2005-90862号公报
[0010]专利文献3:日本特开2008-109131号公报
[0011]专利文献4:日本特开2002-270748号公报

【发明内容】

[0012]发明要解决的问题
[0013]如在上述专利文献中公开的那样，作为对搭载于车辆的电气设备进行冷却的冷却装置，提出了利用用于车厢内的空调的蒸气压缩式制冷循环的技术的方案。在这样的冷却装置中，为了避免车辆的燃料经济性的恶化和/或空调能力的下降，需要提高利用车厢空调用制冷剂进行的电气设备的冷却效率。
[0014]于是，本发明的目的在于解决上述问题，提供冷却效率优异的电气设备的冷却装置。
[0015]用于解决问题的手段
[0016]按照本发明的电气设备的冷却装置是搭载于车辆的电气设备的冷却装置。电气设备的冷却装置具备冷却部，其用于对电气设备所包含的发热源进行冷却。冷却部包含:传热部件，其具有设置发热源的第I表面和配置在第I表面的背侧的第2表面，形成配置在第I表面与第2表面之间的热传递介质空间，传递由发热源产生的热；散热片部，其设置在第2表面，对通过传热部件而传递的热进行散热；制冷剂通路形成部件，其设置在第I表面，形成供车厢空调用制冷剂流通的制冷剂通路；以及供给排出部，其向热传递介质空间供给或从热传递介质空间排出与在制冷剂通路中流通的制冷剂不同的热传递介质。
[0017]根据这样地构成的电气设备的冷却装置，由发热源产生、经过传热部件传递的热在形成制冷剂通路的制冷剂通路形成部件和散热片部散热。在本发明中，制冷剂通路形成部件和散热片部隔着传热部件而设置在相反侧，制冷剂通路形成部件和发热源设置在相同侦牝所以能够在抑制从散热片部向制冷剂通路形成部件的热传递的同时，促进从发热源向制冷剂通路形成部件的热传递。此时，配置在热传递介质空间的热传递介质成为吸收从发热源传递到传热部件的热并将其向散热片部传递的热传递的介质。配置在热传递介质空间的热传递介质通过吸热而逐渐温度上升，但是通过供给排出部，能够将温度上升了的热传递介质替换为新的热传递介质。因此，根据本发明，能够提高电气设备的冷却效率。
[0018]另外，优选的是，电气设备的冷却装置还具备:循环通路，其构成蒸气压缩式制冷循环，车辆空调用制冷剂在该循环通路中循环；连接通路，其将循环通路与制冷剂通路之间连接；以及切换阀，其设置在连接通路的路径上，允许或者切断循环通路与制冷剂通路之间的制冷剂流动。 [0019]根据这样地构成的电气设备的冷却装置，通过切换阀的动作，能够选择性地利用使用车厢空调用制冷剂的冷却。
[0020]另外，优选的是，在循环通路与制冷剂通路之间的制冷剂流动被切断的状态下，热传递介质被填充到热传递介质空间。在循环通路与制冷剂通路之间的制冷剂流动被允许的状态下，使热传递介质空间为空隙。
[0021]根据这样地构成的电气设备的冷却装置，在循环通路与制冷剂通路之间的制冷剂流动被切断的状态下，由发热源产生的热从传热部件通过配置在热传递介质空间的热传递介质而被热传递至散热片部。另一方面，在循环通路与制冷剂通路之间的制冷剂流动被允许的状态下，由发热源产生的热从传热部件被热传递至制冷剂通路形成部件。此时，成为空隙的热传递介质空间作为绝热层而发挥功能，从而抑制从散热片部向制冷剂通路形成部件的热传递。
[0022]另外，优选的是，电气设备的冷却装置还具备--第I温度测定部，其用于测定传热部件的温度；和控制部，其基于由第I温度测定部测定出的传热部件的温度Tl来控制切换阀的动作。控制部在Tl的值为θ ι(θ I为预先设定的阈值)以上的情况下，使切换阀动作，以允许循环通路与制冷剂通路之间的制冷剂流动。
[0023]根据这样地构成的电气设备的冷却装置，在传热部件的温度Tl为预先设定的阈值Θ I以上的情况下，判断为通过散热片部进行的冷却不充分，追加使用车厢空调用的制冷剂的冷却。由此，与始终利用使用车厢空调用的制冷剂的冷却的情况相比较，能够提高能量的利用效率。
[0024]另外，优选的是，冷却部还包含容器，该容器与热传递介质空间连通而设置，能够存积热传递介质。容器具有散热部，该散热部从存积于容器的热传递介质向容器的周围散热。
[0025]根据这样地构成的电气设备的冷却装置，能够在容器准备通过散热部散热而变为了低温的热传递介质来作为替换在热传递介质空间中温度上升了的热传递介质的热传递介质。
[0026]另外，优选的是，冷却部包含设置在不同位置的第I容器和第2容器来作为容器。根据这样地构成的电气设备的冷却装置，能够自如地在热传递介质空间与第I容器及第2容器之间替换热传递介质。
[0027]另外，优选的是，电气设备的冷却装置还具备--第I温度测定部，其用于测定传热部件的温度;第2温度测定部和第3温度测定部，其分别用于测定存积于第I容器和第2容器的热传递介质的温度；以及控制部，其基于由第I温度测定部测定出的传热部件的温度Tl、和由第2温度测定部及第3温度测定部测定出的热传递介质的温度，控制供给排出部的动作。控制部在Tl的值为Θ2(Θ2为预先设定的阈值)以上的情况下，使供给排出部动作，以一边将存积于第I容器和第2容器中热传递介质的温度低的一方的容器的热传递介质供给到热传递介质空间，一边将配置在热传递介质空间的热传递介质排出到第I容器和第2容器中热传递介质的温度高的一方的容器。
[0028]根据这样地构成的电气设备的冷却装置，在传热部件的温度Tl为预先设定的阈值Θ 2以上的情况下，判断为通过现状的配置在热传递介质空间的热传递介质而从发热源向散热片部的热传递不充分，一边将存积于第I容器和第2容器中热传递介质的温度低的一方的容器的热传递介质供给到热传递介质空间，一边将配置在热传递介质空间的热传递介质排出到第I容器和第2容器中热传递介质的温度高的一方的容器。由此，能够抑制配置在热传递介质空间的热传递介质的温度上升，促进从发热源向散热片部的热传递。
[0029]另外，优选的是，第I容器设置在车厢内，第2容器设置在车厢外。
[0030]根据这样地构成的电气设备的冷却装置，由于第I容器的周围环境和第2容器的周围环境表现出互不相同的温度变化，所以通过各容器的散热部的热传递介质的散热性产生差异。因此，能够在第I容器和第2容器以互不相同的时机准备冷却了的热传递介质。
[0031]发明效果
[0032]如以上说明的那样，按照本发明，能够提供冷却效率优异的电气设备的冷却装置。【专利附图】

【附图说明】
[0033]图1是表示应用本发明的实施方式的电气设备的冷却装置的车辆的概略图。
[0034]图2是示意性地示出本发明的实施方式的电气设备的冷却装置的结构的图。
[0035]图3是表示图2中的蒸气压缩式制冷循环的制冷剂的状态的莫里尔曲线图。
[0036]图4是表示蒸气压缩式制冷循环的运转中的、对EV设备进行冷却的制冷剂的流动的示意图。
[0037]图5是表示蒸气压缩式制冷循环的停止中的、对EV设备进行冷却的制冷剂的流动的示意图。[0038]图6是表示在本发明的实施方式的电气设备的冷却装置中、流量调整阀以及切换阀的通断状态的图。
[0039]图7是示出图2中的冷却部的构造的剖视图。
[0040]图8是示出用于比较的冷却部的构造的剖视图。
[0041]图9是表示本发明的实施方式的电气设备的冷却装置的控制系统的框图。
[0042]图10是表示在图7中的冷却部中、散热片冷却时的状态的剖视图。
[0043]图11是表示在图7中的冷却部中、空调制冷剂冷却时的状态的剖视图。
[0044]图12是表示图7中的冷却部的控制流程的流程图。
[0045]图13是表示图7中的冷却部的变形例的剖视图。
【具体实施方式】
[0046]参照附图，来说明本发明的实施方式。此外，在以下参照的附图中，对于相同或者与其相当的部件，附上相同编号。
[0047]图1是表示应用本发明的实施方式的电气设备的冷却装置的车辆的概略图。
[0048]车辆1000具有作为内燃机的发动机100、作为电动机的驱动单元200、PCU (PowerControl Unit:功率控制单元)700以及行驶用电池400，是以发动机100以及驱动单元200为动力源的混合动力机动车。
[0049]发动机100可以是汽油发动机，也可以是柴油发动机。驱动单元200与发动机100一起产生驱动车辆1000的驱动力。发动机100与驱动单元200 —起设置在车辆1000的发动机舱内。驱动单元200通过电缆500与P⑶700电连接。P⑶700通过电缆600与行驶用电池400电连接。
[0050]图2是示意性地示出本发明的实施方式的电气设备的冷却装置的结构的图。
[0051]参照图2，本实施方式的电气设备的冷却装置具备蒸气压缩式制冷循环10。蒸汽压缩式制冷循环10例如搭载于车辆1000，以进行车厢内的制冷。使用蒸汽压缩式制冷循环10的制冷例如在打开了用于进行制冷的开关的情况下、或者选择了以自动地使车厢内的温度成为设定温度的方式进行调整的自动控制模式且车厢内的温度比设定温度高的情况下进行。
[0052]蒸汽压缩式制冷循环10具有压缩机12、作为第一热交换器的热交换器14、热交换器15、作为减压器的一例的膨胀阀16以及作为第二热交换器的热交换器18。蒸汽压缩式制冷循环10还具有配置在热交换器14与热交换器15之间的制冷剂的路径上的气液分离器40。
[0053]压缩机12以搭载于车辆的马达或者发动机为动力源进行工作，绝热地压缩制冷剂气体而使其成为过热状态制冷剂气体。压缩机12在蒸汽压缩式制冷循环10的工作时，吸入并压缩从热交换器18流出的制冷剂，向制冷剂通路21排出高温高压的气相制冷剂。压缩机12通过向制冷剂通路21排出制冷剂，使制冷剂在蒸汽压缩式制冷循环10内循环。
[0054]热交换器14、15使在压缩机12中压缩了的过热状态制冷剂气体向外部介质等压地散热，而使其成为制冷剂液。从压缩机12排出的高压的气相制冷剂通过在热交换器14、15中向周围散热而被冷却，从而冷凝(液化)。热交换器14、15具有:供制冷剂流通的管道；和散热片，其用于在流通于管道内的制冷剂与热交换器14、15的周围的空气之间进行热交换。
[0055]热交换器14、15在冷却风与制冷剂之间进行热交换。冷却风可以通过因车辆行驶而产生的自然通风来供给到热交换器14、15。或者，冷却风也可以通过来自冷凝器风扇42或者发动机冷却用散热器风扇等冷却风扇的强制通风来供给到热交换器14、15。通过在热交换器14、15的热交换,制冷剂的温度下降,制冷剂液化。
[0056]膨胀阀16通过使在制冷剂通路25中流通的高压的液相制冷剂从小的孔喷射来使其膨胀，使其变化为低温/低压的雾状制冷剂。膨胀阀16对通过热交换器14、15而冷凝了的制冷剂液进行减压，使其成为气液混合状态的湿蒸气。此外，用于对制冷剂液进行减压的减压器不限于节流膨胀的膨胀阀16，也可以是毛细管。
[0057]热交换器18通过在其内部流通的雾状制冷剂气化，吸收以与热交换器18接触的方式导入的周围的空气的热。热交换器18使用通过膨胀阀16减压后的制冷剂，来从流向车厢内的空调用空气吸收制冷剂的湿蒸气蒸发而成为制冷剂气体时的气化热，从而进行车厢内的制冷。通过使被热交换器18吸收热而温度下降后的空调用空气再次回到车厢内，来进行车厢内的制冷。制冷剂在热交换器18中从周围吸热而被加热。
[0058]热交换器18具有:供制冷剂流通的管道；和散热片，其用于在流通于管道内的制冷剂与热交换器18的周围的空气之间进行热交换。在管道内，湿蒸气状态的制冷剂流通。制冷剂在管道内流通时，经由散热片吸收车厢内的空气的热作为蒸发潜热，从而蒸发，进一步因显热而成为过热蒸气。气化后的制冷剂经由制冷剂通路27流向压缩机12。压缩机12对从热交换器18流出的制冷剂进行压缩。
[0059]蒸气压缩式制冷循环10具有:制冷剂通路21，其将压缩机12和热交换器14连通；制冷剂通路22、23、24，其将热交换器14和热交换器15连通；制冷剂通路25，其将热交换器15和膨胀阀16连通；制冷剂通路26，其将膨胀阀16和热交换器18连通；以及制冷剂通路27，其将热交换器18和压缩机12连通。
[0060]制冷剂通路21是用于使制冷剂从压缩机12流通到热交换器14的通路。制冷剂经由制冷剂通路21，从压缩机12的出口朝向热交换器14的入口在压缩机12与热交换器14之间流动。制冷剂通路22?25是用于使制冷剂从热交换器14流通到膨胀阀16的通路。制冷剂经由制冷剂通路22?25，从热交换器14的出口朝向膨胀阀16的入口在热交换器14与膨胀阀16之间流动。
[0061]制冷剂通路26是用于使制冷剂从膨胀阀16流通到热交换器18的通路。制冷剂经由制冷剂通路26，从膨胀阀16的出口朝向热交换器18的入口在膨胀阀16与热交换器18之间流动。制冷剂通路27是用于使制冷剂从热交换器18流通到压缩机12的通路。制冷剂经由制冷剂通路27，从热交换器18的出口朝向压缩机12的入口在热交换器18与压缩机12之间流动。
[0062]蒸气压缩式制冷循环10构成为压缩机12、热交换器14、15、膨胀阀16以及热交换器18通过制冷剂通路21?27连接。此外，作为蒸气压缩式制冷循环10的制冷剂，例如可以使用二氧化碳、丙烷和/或异丁烷等碳氢化合物、氨气、氟利昂类或者水等。
[0063]气液分离器40设置在热交换器14与热交换器15之间的制冷剂的路径上。气液分离器40将从热交换器14流出的制冷剂分离为气相制冷剂和液相制冷剂。在气液分离器40的内部，储藏有作为液相制冷剂的制冷剂液和作为气相制冷剂的制冷剂蒸气。在气液分离器40，连接有制冷剂通路22、23和制冷剂通路34。
[0064]在热交换器14的出口侧，制冷剂处于饱和液和饱和蒸气混合的气液二相状态的湿蒸气状态。从热交换器14流出的制冷剂通过制冷剂通路22向气液分离器40供给。从制冷剂通路22流入气液分离器40的气液二相状态的制冷剂在气液分离器40的内部被分离为气相和液相。气液分离器40将通过热交换器14冷凝后的制冷剂分离为液体状的制冷剂液和气体状的制冷剂蒸气，并暂时存储。
[0065]被分离出的制冷剂液经由制冷剂通路34，向气液分离器40的外部流出。配置在气液分离器40内的液相中的制冷剂通路34的端部形成供液相制冷剂从气液分离器40流出的流出口。被分离出的制冷剂蒸气经由制冷剂通路23，向气液分离器40的外部流出。配置在气液分离器40内的气相中的制冷剂通路23的端部形成供气相制冷剂从气液分离器40流出的流出口。从气液分离器40导出的气相的制冷剂蒸气通过在作为第3热交换器的热交换器15向周围散热而被冷却，从而冷凝。
[0066]在气液分离器40的内部，制冷剂液存积在下侧，制冷剂蒸气存积在上侧。从气液分离器40导出制冷剂液的制冷剂通路34的端部连接在气液分离器40的底部。仅制冷剂液经由制冷剂通路34从气液分离器40的底侧向气液分离器40的外部送出。从气液分离器40导出制冷剂蒸气的制冷剂通路23的端部连接于气液分离器40的顶部。仅制冷剂蒸气经由制冷剂通路23从气液分离器40的顶侧向气液分离器40的外部送出。由此，气液分离器40能够可靠地进行气相制冷剂与液相制冷剂的分离。
[0067]从热交换器14的出口朝向膨胀阀16的入口流动的制冷剂所流通的路径具有:制冷剂通路22，其从热交换器14的出口侧延伸到气液分离器40 ;制冷剂通路23，其使制冷剂蒸气从气液分离器40流出，并经过后述流量调整阀28 ;制冷剂通路24，其连接于热交换器15的入口侧；以及制冷剂通路25，其使制冷剂从热交换器15的出口侧向膨胀阀16流通。制冷剂通路23是供通过气液分离器40分离出的气相制冷剂流动的通路。
[0068]在热交换器14与热交换器15之间流通的制冷剂的路径具有:制冷剂通路34，其将气液分离器40和冷却部30连通；和制冷剂通路36，其将冷却部30和制冷剂通路24连通。制冷剂液经由制冷剂通路34从气液分离器40流向冷却部30。通过冷却部30后的制冷剂经由制冷剂通路36向制冷剂通路24返回。冷却部30设置在从热交换器14朝向热交换器15流动的制冷剂的路径上。
[0069]图2所示的D点表示制冷剂通路23、制冷剂通路24与制冷剂通路36的连接点。即，D点表示制冷剂通路23的下游侧(邻近热交换器15侧)的端部、制冷剂通路24的上游侧(邻近热交换器14侧)的端部以及制冷剂通路36的下游侧的端部。制冷剂通路23形成从气液分离器40流向膨胀阀16的制冷剂所流通的路径中从气液分离器40到D点这一部分。
[0070]本实施方式的电气设备的冷却装置具备与制冷剂通路23并联地配置的制冷剂的路径，冷却部30设置在该制冷剂的路径上。冷却部30设置于在热交换器14与膨胀阀16之间从气液分离器40朝向热交换器15流动的制冷剂的路径中并联连接的多个通路中的一方。冷却部30包含作为搭载于车辆的电气设备的EV(Electric Vehicle:电动车辆)设备31和供车厢空调用制冷剂流通的制冷剂通路32。EV设备31包含在其运动时发热的发热源。制冷剂通路32的一方的端部与制冷剂通路34连接。制冷剂通路32的另一方的端部与制冷剂通路36连接。
[0071]与在气液分离器40与图2所示的D点之间的制冷剂通路23并联连接的制冷剂的路径具有:比冷却部30靠上游侧(邻近气液分离器40 —侧)的制冷剂通路34 ;冷却部30所包含的制冷剂通路32 ；以及比冷却部30靠下游侧(邻近热交换器15 —侧)的制冷剂通路36。制冷剂通路34是用于使液相的制冷剂从气液分离器40流通到冷却部30的通路。制冷剂通路36是用于使制冷剂从冷却部30流通到D点的通路。D点是制冷剂通路23、24与制冷剂通路36的分支点。
[0072]从气液分离器40流出的制冷剂液经由制冷剂通路34，朝向冷却部30流通。向冷却部30流通且经由制冷剂通路32流动的制冷剂从作为电气设备的EV设备31所包含的发热源获取热，来使EV设备31冷却。冷却部30使用在气液分离器40中分离出且经由制冷剂通路34流向制冷剂通路32的液相的制冷剂，来冷却EV设备31。在冷却部30中，通过在制冷剂通路32内流通的制冷剂与EV设备31所包含的发热源进行热交换，EV设备31被冷却，制冷剂被加热。制冷剂进而经由制冷剂通路36从冷却部30朝向D点流通，经由制冷剂通路24而到达热交换器15。
[0073]冷却部30设置为具有能够在制冷剂通路32中在EV设备31与制冷剂之间进行热交换的构造。对于冷却部30的构造，之后会详细地说明。
[0074]EV设备31配置在冷却通路32的外部。这种情况下，EV设备31不会干涉在制冷剂通路32的内部流通的制冷剂的流动。因此，蒸气压缩式制冷循环10的压力损失不会增大，所以能够不增大压缩机12的动力地、冷却EV设备31。
[0075]EV设备31是通过电力的授受会伴随发热的电气设备。电气设备例如包含用于将直流电力变换为交流电力的变换器、作为旋转电机的电动发电机、作为蓄电装置的电池、用于对电池的电压进行升压的升压转换器、用于对电池的电压进行降压的DC/DC转换器等中的至少任一个。电池是锂离子电池或者镍氢电池等二次电池。也可以取代电池而使用电容器。
[0076]热交换器18配置在供空气流通的导管90的内部。热交换器18在制冷剂与在导管90内流通的空调用空气之间进行热交换，来调节空调用空气的温度。导管90具有:导管入口 91，其作为空调用空气流入导管90的入口 ；和导管出口 92，其作为空调用空气从导管90流出的出口。在导管90的内部的导管入口 91的附近，配置有风扇93。
[0077]通过风扇93驱动，空气在导管90内流通。当风扇93工作时，空调用空气经由导管入口 91而流入导管90的内部。流入导管90的空气既可以是外部空气，也可以是车厢内的空气。图2中的箭头95示出经由热交换器18而流通并与蒸气压缩式制冷循环10的制冷剂进行热交换的空调用空气的流动。在制冷运转时，在热交换器18中空调用空气被冷却，制冷剂接受来自空调用空气的热传递而被加热。箭头96示出被热交换器18调节了温度而经由导管出口 92从导管90流出的空调用空气的流动。
[0078]制冷剂通过由制冷剂通路21?27依次连接压缩机12、热交换器14、15、膨胀阀16以及热交换器18而成的制冷剂循环流路，而在蒸气压缩式制冷循环10内循环。制冷剂以依次通过图2所示的A点、B点、C点、D点、E点以及F点的方式流动,制冷剂在压缩机12、热交换器14、15、膨胀阀16以及热交换器18循环。
[0079]图3是表示图2中的蒸气压缩式制冷循环10的制冷剂的状态的莫里尔曲线图。图3中的横轴表示制冷剂的比焓，纵轴表示制冷剂的绝对压力。比焓的单位是kj/kg，绝对压力的单位是MPa。图中的曲线是制冷剂的饱和蒸气线和饱和液线。
[0080]在图3中，示出蒸气压缩式制冷循环10中的各点(即A、B、C、D、E以及F点)的制冷剂的热力学状态，在该蒸气压缩式制冷循环10中，制冷剂从热交换器14的出口的制冷剂通路22经由气液分离器40流入制冷剂通路34，冷却EV设备31，然后从制冷剂通路36经由D点向热交换器15的入口的制冷剂通路24返回。此时制冷剂所流动的路径、即制冷剂通路21、制冷剂通路22、制冷剂通路34、制冷剂通路36以及制冷剂通路24?27形成第I通路。
[0081]参照图3，吸入压缩机12的过热蒸气状态的制冷剂(A点)在压缩机12中沿等比熵线被绝热压缩。伴随压缩，制冷剂的压力和温度上升，而成为高温高压的过热度大的过热蒸气(B点)，然后制冷剂向热交换器14流动。从压缩机12排出的气相制冷剂在热交换器14向周围散热而被冷却，从而冷凝(液化)。通过在热交换器14中与外部空气的热交换，制冷剂的温度下降，从而制冷剂液化。已进入热交换器14的高压的制冷剂蒸气在热交换器14中保持等压地从过热蒸气变为干饱和蒸气，放出冷凝潜热而逐渐液化，成为气液混合状态的湿蒸气。在处于气液二相状态的制冷剂中，冷凝了的制冷剂处于饱和液的状态(C点)。
[0082]制冷剂在气液分离器40中分离为气相制冷剂和液相制冷剂。在气液分离后的制冷剂中，液相的制冷剂液从气液分离器40经由制冷剂通路34向冷却部30的制冷剂通路32流动，来冷却EV设备31。在冷却部30中，EV设备31向通过热交换器14而冷凝了的饱和液状态的液制冷剂放出热，从而被冷却。通过与EV设备31的热交换，制冷剂被加热，制冷剂的干度增大。制冷剂通过从EV设备31接受潜热而部分气化，从而成为饱和液和饱和蒸气混合了的湿蒸气(D点)。
[0083]其后,制冷剂流入热交换器15。制冷剂的湿蒸气通过在热交换器15中与外部空气进行热交换而被冷却，从而再次冷凝，当全部制冷剂冷凝时成为饱和液，进一步放出显热而成为过冷却了的过冷却液(E点)。其后，制冷剂经由制冷剂通路25流入膨胀阀16。在膨胀阀16中，过冷却液状态的制冷剂节流膨胀，比焓不变化而温度和压力下降，从而成为低温低压的气液混合状态的湿蒸气(F点)。
[0084]从膨胀阀16流出的湿蒸气状态的制冷剂经由制冷剂通路26向热交换器18流入。湿蒸气状态的制冷剂流入热交换器18的管道内。制冷剂通过在热交换器18的管道内流通时，经由散热片吸收车厢内的空气的热作为蒸发潜热，从而保持等压地蒸发。当所有的制冷剂成为干饱和蒸气时，制冷剂蒸气进一步因显热而温度上升，成为过热蒸气(A点)。其后，制冷剂经由制冷剂通路27而被吸入压缩机12。压缩机12对从热交换器18流出的制冷剂进行压缩。
[0085]制冷剂按照这样的循环，连续地反复进行压缩、冷凝、节流膨胀、蒸发的状态变化。此外，在上述蒸气压缩式制冷循环的说明中，对理论制冷循环进行了说明，但是在实际的蒸气压缩式制冷循环10中，当然需要考虑压缩机12的损失、制冷剂的压力损失以及热损失。
[0086]在蒸气压缩式制冷循环10的运转中，制冷剂在作为蒸发器而起作用的热交换器18中蒸发时，从车厢内的空气吸收气化热，来进行车厢内的制冷。除此之外，从热交换器14流出而通过气液分离器40气液分离后的高压的液制冷剂向冷却部30流通，与EV设备31进行热交换，从而冷却EV设备31。本实施方式的电气设备的冷却装置利用车厢内的空调用蒸气压缩式制冷循环10，来冷却作为搭载于车辆的发热源的EV设备31。此外，优选的是，为了冷却EV设备31所需要的温度至少是低于作为EV设备31的温度范围而成为目标的温度范围的上限值的温度。
[0087]利用为了在热交换器18中冷却被冷却部而设置的蒸气压缩式制冷循环10，来进行EV设备31的冷却，所以无需为了 EV设备31的冷却而再设置专门的水循环泵或者冷却风扇等设备。因此，能够减少EV设备31的冷却装置所需的结构，能够简化装置结构，所以能够减少冷却装置的制造成本。除此之外，无需为了 EV设备31的冷却而使泵、冷却风扇等动力源运转，无需用于使动力源运转的消耗动力。因此，能够减少用于EV设备31的冷却的消耗动力。
[0088]在热交换器14中，只要将制冷剂冷却到湿蒸气的状态即可，气液混合状态的制冷剂通过气液分离器40分离，仅饱和液状态的制冷剂液向冷却部30供给。从EV设备31接受蒸发潜热而部分气化的湿蒸气的状态的制冷剂通过热交换器15而再次被冷却。制冷剂在一定的温度下进行状态变化，直到使湿蒸气状态的制冷剂冷凝而完全成为饱和液。热交换器15进一步过冷却液相制冷剂，直到液相制冷剂达到车厢内的制冷所需要的程度的过冷却度。因为无需过度增大制冷剂的过冷却度，所以能够减少热交换器14、15的容量。因此，能够得到如下电气设备的冷却装置:其能够确保车厢用的制冷能力，且能够减少热交换器14、15的尺寸，所以小型化而有利于车载用。
[0089]形成从热交换器14的出口流向膨胀阀16的入口的制冷剂的路径的一部分的制冷剂通路23设置在热交换器14与热交换器15之间。作为从气液分离器40流向膨胀阀16的制冷剂所流通的路径，不通过冷却部30的路径即制冷剂通路23、与经由冷却部30冷却EV设备31的制冷剂的路径即制冷剂通路34、36以及制冷剂通路32并联地设置。包含制冷剂通路34、36的EV设备31的冷却系统与制冷剂通路23并联连接。因此，从热交换器14流出的制冷剂的仅一部分向冷却部30流动。使EV设备31的冷却所需要的量的制冷剂向冷却部30流通，适当地冷却EV设备31。因此，能够防止EV设备31被过冷却。
[0090]通过并联地设置直接从热交换器14向热交换器15流动的制冷剂的路径、和经由冷却部30从热交换器14向热交换器15流动的制冷剂的路径，并仅使一部分的制冷剂向制冷剂通路34、36流通，能够减少制冷剂在EV设备31的冷却系统中流动时的压力损失。因为并不是所有的制冷剂都流动到冷却部30，所以能够减少与经由冷却部30的制冷剂的流通相关的压力损失，与此相伴，能够减少用于使制冷剂循环的压缩机12的运转所需要的消耗电力。
[0091]若将通过膨胀阀16后的低温低压的制冷剂使用于EV设备31的冷却，则热交换器18的车厢内的空气的冷却能力减小，车厢用的制冷能力下降。与此相对，在本实施方式的电气设备的冷却装置中，在蒸气压缩式制冷循环10中，从压缩机12排出的高压的制冷剂通过作为第I冷凝器的热交换器14和作为第2冷凝器的热交换器15的双方而冷凝。在压缩机12与膨胀阀16之间配置两级热交换器14、15，冷却EV设备31的冷却部30设置在热交换器14与热交换器15之间。热交换器15设置在从冷却部30朝向膨胀阀16流动的制冷剂的路径上。
[0092]通过在热交换器15中充分地冷却从EV设备31接受蒸发潜热而被加热了的制冷齐U，从而在膨胀阀16的出口，制冷剂具有车厢内的制冷本来所需要的温度以及压力。因此，能够充分地增大制冷剂在热交换器18中蒸发时从外部接受的热量。这样，通过确定能够充分地冷却制冷剂的热交换器15的散热能力，能够不影响冷却车厢内的空气的制冷的能力地、冷却EV设备31。因此，能够可靠地确保EV设备31的冷却能力和车厢用的制冷能力的双方。
[0093]从热交换器14向冷却部30流动的制冷剂在冷却EV设备31时，从EV设备31接受热而被加热。若在冷却部30中制冷剂被加热到饱和蒸气温度以上而导致所有的制冷剂都气化，则制冷剂与EV设备31的热交换量减小而变得不能有效率地冷却EV设备31，另外，制冷剂在配管内流动时的压力损失也增大。因此，优选的是，在热交换器14中将制冷剂充分地冷却到在冷却EV设备31后并不是所有的制冷剂都气化的程度。
[0094]具体而言，使热交换器14的出口的制冷剂的状态接近饱和液，典型地是在热交换器14的出口使制冷剂成为处在饱和液线上的状态。如果热交换器14具有能够这样地充分冷却制冷剂的能力，则热交换器14的使热从制冷剂放出的散热能力变得比热交换器15的散热能力高。通过在散热能力相对较大的热交换器14中充分地冷却制冷剂，能够使从EV设备31接受了热的制冷剂保持湿蒸气的状态，能够避免制冷剂与EV设备31的热交换量减小，所以能够充分地、效率高地冷却EV设备31。冷却EV设备31后的湿蒸气的状态的制冷剂在热交换器15中被高效率地再次冷却，直到冷却到低于饱和温度的过冷却液的状态。因此，能够提供确保车厢用的制冷能力和EV设备31的冷却能力的双方的电气设备的冷却装置。
[0095]在热交换器14的出口处于气液二相状态的制冷剂在气液分离器40内，分离为气相和液相。通过气液分离器40而分离出的气相制冷剂流经制冷剂通路23、24，而直接供给到热交换器15。通过气液分离器40而分离出的液相制冷剂流经制冷剂通路34，而供给到冷却部30来冷却EV设备31。该液相制冷剂是完全没有余缺的真正的饱和液状态的制冷齐U。通过从气液分离器40仅取出液相的制冷剂并使其向冷却部30流动，能够最大限度地活用热交换器14的能力来冷却EV设备31，所以能够提供提高了 EV设备31的冷却能力的电气设备的冷却装置。
[0096]通过将在气液分离器40的出口处于饱和液的状态的制冷剂导入冷却EV设备31的制冷剂通路32，能够将在包含制冷剂通路34、36以及制冷剂通路32的EV设备31的冷却系统中流动的制冷剂中的气相状态的制冷剂限制为最小限度。因此，能够抑制在EV设备31的冷却系统中流动的制冷剂蒸气的流速变快而压力损失增大，能够减少用于使制冷剂流通的压缩机12的消耗电力，所以能够避免蒸气压缩式制冷循环10的性能的恶化。
[0097]在气液分离器40的内部储存有饱和液状态的制冷剂液。气液分离器40作为在其内部暂时储存作为液态的制冷剂的制冷剂液的蓄液器而发挥功能。通过在气液分离器40内存积预定量的制冷剂液，在负载变动时也能够维持从气液分离器40向冷却部30流动的制冷剂的流量。气液分离器40具有储液功能，成为针对负载变动的缓冲器而能够吸收负载变动，所以能够使EV设备31的冷却性能稳定。
[0098]参照图2，本实施方式的电气设备的冷却装置具备流量调整阀28。流量调整阀28配置在制冷剂通路23上，该制冷剂通路23形成从热交换器14流向膨胀阀16的制冷剂的路径中的并联连接的路径中的一方。流量调整阀28通过变动其阀开度，来增减在制冷剂通路23中流动的制冷剂的压力损失，从而任意地调节在制冷剂通路23中流动的制冷剂的流量和在包含制冷剂通路32的EV设备31的冷却系统中流动的制冷剂的流量。
[0099]例如，若将流量调整阀28设为全闭而使阀开度为0%，则所有流出热交换器14的制冷剂都从气液分离器40流入制冷剂通路34。若增大流量调整阀28的阀开度，则从热交换器14向制冷剂通路22流动的制冷剂中的、经由制冷剂通路23而直接向热交换器15流动的流量变大，经由制冷剂通路34向制冷剂通路32流动来冷却EV设备31的制冷剂的流量变小。若减小流量调整阀28的阀开度，则从热交换器14向制冷剂通路22流动的制冷剂中的、经由制冷剂通路23直接向热交换器15流动的流量变小，流经制冷剂通路32来冷却EV设备31的制冷剂的流量变大。
[0100]若增大流量调整阀28的阀开度，则冷却EV设备31的制冷剂的流量变小，EV设备31的冷却能力下降。若减小流量调整阀28的阀开度，则冷却EV设备31的制冷剂的流量变大，EV设备31的冷却能力提高。因为能够使用流量调整阀28，将在EV设备31中流动的制冷剂的量调节为最佳，所以能够可靠地防止EV设备31的过冷却，除此之外，能够可靠地减少与EV设备31的冷却系统的制冷剂的流通相关的压力损失和用于使制冷剂循环的压缩机12的消耗电力。
[0101]本实施方式的电气设备的冷却装置还具备制冷剂通路51。制冷剂通路51将制冷剂在压缩机12与热交换器14之间流通的制冷剂通路21、与使制冷剂在冷却部30中流通的制冷剂通路34、36中的比冷却部30靠下游侧的制冷剂通路36连通。制冷剂通路36被分割为比与制冷剂通路51的分支靠上游侧的制冷剂通路36a、和比与制冷剂通路51的分支靠下游侧的制冷剂通路36b的两部分。
[0102]在制冷剂通路36和制冷剂通路51设置有对制冷剂通路51与制冷剂通路21、36的连通状态进行切换的切换阀52。切换阀52通过切换其通断，使经由制冷剂通路51的制冷剂的流通能够进行或者不能进行。通过使用切换阀52来切换制冷剂的路径，能够任意地选择使冷却EV设备31后的制冷剂经由制冷剂通路36b、24向热交换器15流通或者经由制冷剂通路51和制冷剂通路21向热交换器14流通中的任一个路径。
[0103]更具体而言，设置有两个阀57、58作为切换阀52。在蒸气压缩式制冷循环10的制冷运转中，使阀57全开(阀开度100%)且使阀58全闭(阀开度0% )，调整流量调整阀28的阀开度，以使充足的制冷剂在冷却部30中流动。由此，能够可靠地使冷却EV设备31后在制冷剂通路36a中流通的制冷剂经由制冷剂通路36b向热交换器15流通。
[0104]另一方面，在蒸气压缩式制冷循环10的停止中，使阀58全开且使阀57全闭，进而使流量调整阀28全闭。由此，能够形成如下环状的路径:使冷却EV设备31后在制冷剂通路36a中流通的制冷剂经由制冷剂通路51向热交换器14流通，使制冷剂不经由压缩机12而在冷却部30与热交换器14之间循环。
[0105]图4是表示蒸气压缩式制冷循环10的运转中的冷却EV设备的制冷剂的流动的示意图。图5是表示蒸气压缩式制冷循环10的停止中的冷却EV设备的制冷剂的流动的示意图。图6是表示在本发明的实施方式的电气设备的冷却装置中、流量调整阀以及切换阀的通断状态的图。
[0106]图6中所示的运转模式中的“空调运转模式”，表示图4所示的使蒸气压缩式制冷循环10运转的情况，即使压缩机12运转来使制冷剂在蒸气压缩式制冷循环10的整体中流通的情况。另一方面，所谓“热管运转模式”，表示图5所示的使蒸气压缩式制冷循环10停止的情况，即使压缩机12停止来使制冷剂经由连结冷却部30和热交换器14的环状的路径而循环的情况。
[0107]参照图4以及图6，在使压缩机12驱动而蒸气压缩式制冷循环10运转的“空调运转模式”时，调整流量调整阀28的阀开度，以使充足的制冷剂流动到冷却部30。操作切换阀52，以使制冷剂从冷却部30经由热交换器15向膨胀阀16流通。S卩，通过使阀57全开且使阀58全闭，从而以制冷剂在电气设备的冷却装置的整体中流动的方式选择制冷剂的路径。因此，能够确保蒸气压缩式制冷循环10的冷却能力，并且能够高效率地冷却EV设备31。
[0108]参照图5以及图6，在使压缩机12停止而蒸气压缩式制冷循环10停止的“热管运转模式”时，操作切换阀52，以使制冷剂从冷却部30向热交换器14循环。S卩，通过使阀57全闭且使阀58全开，进而使流量调整阀28全闭，制冷剂从制冷剂通路36a不是向制冷剂通路36b流动，而是流经制冷剂通路51。由此，形成如下闭环状的路径:从热交换器14，依次经由制冷剂通路22和制冷剂通路34而到达冷却部30，进而依次经由制冷剂通路36a、制冷剂通路51、制冷剂通路21而向热交换器14返回。此时的制冷剂所流动的路径，即制冷剂通路21、制冷剂通路22、制冷剂通路34、制冷剂通路36a以及制冷剂通路51形成第2通路。
[0109]经由该环状的路径，能够不使压缩机12工作地、使制冷剂在热交换器14和冷却部30之间循环。制冷剂在冷却EV设备31时，从EV设备31接受蒸发潜热而蒸发。因与EV设备31的热交换而气化了的制冷剂蒸气依次经由制冷剂通路36a、制冷剂通路51以及制冷剂通路21，向热交换器14流动。在热交换器14中，通过车辆的行驶风、或者来自冷凝器风扇42或发动机冷却用散热器风扇的通风，制冷剂蒸气被冷却而冷凝。在热交换器14液化了的制冷剂液经由制冷剂通路22、34，向冷却部30返回。
[0110]这样，由经由冷却部30和热交换器14的环状的路径，形成以EV设备31为加热部且以热交换器14为冷却部的热管。因此，在蒸气压缩式制冷循环10停止时，即车辆用的制冷停止时，也能够无需起动压缩机12地、可靠地冷却EV设备。不需要为了 EV设备的冷却而始终运转压缩机12，从而能够减少压缩机12的消耗动力而提高车辆的燃料经济性，除此之外，因为能够延长压缩机12的使用寿命，所以能够提高压缩机12的可靠性。
[0111]在图4和图5中图不了地面60。在相对于地面60垂直的竖直方向上,冷却部30配置在比热交换器14靠下方。在使制冷剂在热交换器14与冷却部30之间循环的环状的路径中，冷却部30配置在下方，热交换器14配置在上方。热交换器14配置在比冷却部30高的位置。
[0112]这种情况下，被冷却部30加热而气化了的制冷剂蒸气在环状的路径内上升而到达热交换器14，在热交换器14中被冷却、冷凝而成为液制冷剂，通过重力的作用在环状的路径内下降而向冷却部30返回。S卩，由冷却部30、热交换器14以及将它们连结起来的制冷齐IJ的路径(即第2通路)，形成热虹吸式的热管。因为通过形成热管，能够提高从EV设备向热交换器14的热传递效率，所以在蒸气压缩式制冷循环10停止时，也能够不施加动力地、更高效率地冷却EV设备31。
[0113]作为对制冷剂通路51与制冷剂通路21、36的连通状态进行切换的切换阀52，可以使用上述一对阀57、58，或者也可以使用配置在制冷剂通路36与制冷剂通路51的分支的三通阀。在任一种情况下，都能够在蒸气压缩式制冷循环10的运转时以及停止时的双方，有效地冷却EV设备。阀57、58只要是能够进行制冷剂通路的通断的简单的构造即可，所以便宜，通过使用两个阀57、58，能够提供更低成本的电气设备的冷却装置。另一方面，考虑到三通阀的配置所需的空间会比配置两个阀57、58小，通过使用三通阀，能够提供更小型化的车辆搭载性优异的电气设备的冷却装置。
[0114]本实施方式的电气设备的冷却构造还具备单向阀54。单向阀54配置在压缩机12与热交换器14之间的制冷剂通路21的比制冷剂通路21与制冷剂通路51的连接部位邻近压缩机12的一侧。单向阀54允许从压缩机12朝向热交换器14的制冷剂的流动，并且禁止其反向的制冷剂的流动。这样，在图5所示的热管运转模式时，能够可靠地形成使制冷剂在热交换器14与冷却部30之间循环的闭环状的制冷剂的路径。
[0115]在没有单向阀54的情况下，存在制冷剂从制冷剂通路51向压缩机12侧的制冷剂通路21流动的危险。通过具备单向阀54，能够可靠地禁止从制冷剂通路51朝向压缩机12侧的制冷剂的流动，所以能够防止使用由环状的制冷剂路径形成的热管的蒸气压缩式制冷循环10的停止时的EV设备31的冷却能力的下降。因此，在车辆的车厢用的制冷停止时，也能够高效率地冷却EV设备31。
[0116]另外，在蒸气压缩式制冷循环10的停止中，在闭环状的制冷剂的路径内的制冷剂的量不足的情况下，通过仅短时间运转压缩机12，能够经由单向阀54向闭环路径供给制冷齐U。由此，能够使闭环内的制冷剂量增加，使热管的热交换处理量增大。因此，能够确保热管的制冷剂量，所以能够避免因制冷剂量的不足而导致EV设备31的冷却变得不充分。
[0117]S卩，本实施方式的电气设备的冷却装置具备:作为供车辆空调用制冷剂循环的循环通路的制冷剂通路21?27，其构成蒸气压缩式制冷循环；作为将制冷剂通路21?27与制冷剂通路32之间连接的连接通路的制冷剂通路34、36、51 ;以及切换阀52 (阀57以及阀58)，其设置在制冷剂通路34、36、51的路径上，允许或者切断制冷剂通路21?27与制冷剂通路32之间的制冷剂流动。
[0118]图7是示出图2中的冷却部的构造的剖视图。参照图7，冷却部30具有热容元件130、空冷散热片140以及A/C(Air Conditioner空调)制冷剂配管120。
[0119]热容元件130由热传导性优异的材料形成。热容元件130由铝和/或铜等金属形成。热容元件130形成为大致长方体形状。热容元件130具有表面131和配置在其背侧的背面136。表面131和背面136相互平行地延伸。但不限于此,表面131和背面136也可以形成为在这些表面延伸的延长线上相交。
[0120]在表面131设置有多个变换器元件110。变换器元件110在图2中的EV设备31为变换器的情况下，作为该变换器所包含的发热源而设置。多个变换器元件110彼此隔开间隔地配置在表面131上。多个变换器元件110配置成等间隔。多个变换器元件110也可以根据变换器元件110的发热量的条件而以无规则的间隔配置。多个变换器元件110隔着热容元件130而与空冷散热片140设置在相反侧。
[0121]在表面131还设置有多个空调制冷剂配管120。空调制冷剂配管120形成图2中的制冷剂通路32。空调制冷剂配管120配置在彼此相邻的变换器元件110之间。空调制冷剂配管120配置在距设置在其两侧的2个变换器元件110距离相等的位置。
[0122]在背面136设置有空冷散热片140。空冷散热片140由热传导性优异的材料形成。空冷散热片140由铝和/或铜等金属形成。空冷散热片140从背面136突出，向远离热容元件130的方向延伸。空冷散热片140具有与背面136连接的根部146和设置在从背面136突出的顶端的顶端部141。在从正面观察背面136的情况下，空冷散热片140设置在与设置有多个变换器元件110的区域重叠的区域。车辆的行驶风或者来自未图示的风扇的送风作为冷却风而供给到空冷散热片140。
[0123]变换器元件110与空调制冷剂配管120之间的距离优选为小于空冷散热片140与空调制冷剂配管120之间的距离。
[0124]在热容元件130形成有热容元件内容器150。热容元件内容器150由表面131与背面136之间的中空部形成。在从正面观察背面136的情况下，热容元件内容器150设置在与设置有多个变换器元件110的区域重叠的区域。在热容元件内容器150配置热传递介质。在热容元件内容器150配置不同于在制冷剂通路32中流通的空调制冷剂的热传递介质。在热容元件内容器150配置具有比在制冷剂通路32中流通的空调制冷剂的比热大的比热的热传递介质。在本实施方式中，在热容元件内容器150配置冷却水(LLC: long lifecoolant长效冷却剂)。
[0125]冷却部30还具有作为供给排出部的水泵158和容器156。
[0126]水泵158伴随其驱动而向热容元件内容器150供给冷却水或从热容元件内容器150排出冷却水。容器156具有能够存积冷却水的形状。容器156具有有底的圆筒形状。容器156与热容元件内容器150连通而设置。水泵158设置在容器156与热容元件内容器150相连通的路径上。水泵158伴随其驱动而将存积于容器156的冷却水转移至热容元件内容器150或将配置在热容元件内容器150的冷却水转移至容器156。
[0127]水泵158内置有在停止时切断热容元件内容器150与容器156之间的连通、在驱动时开放热容元件内容器150与容器156之间的连通的阀构造。这种阀构造也可以与水泵158分开设置。
[0128]此外，对热容元件内容器150供给冷却水或从热容元件内容器150排出冷却水的装置不限于水泵158，例如也可以是设置在容器156内的活塞构造。
[0129]在本实施方式中，作为容器156，设置有客舱容器156A和发动机舱容器156B。客舱容器156A和发动机舱容器156B设置在车辆上的不同位置。
[0130]客舱容器156A设置在温度被调整了的空调用空气所能够流入的车厢内。在本实施方式中，客舱容器156A设置在车辆的乘员空间即客舱。发动机舱容器156B设置在与空调用空气所能够流入的车厢内区划开的车厢外。在本实施方式中，发动机舱容器156B设置在收容图1中的发动机100的发动机舱。发动机舱容器156B设置在流入发动机舱内的行驶风的路径上。
[0131]在本实施方式中，作为水泵158，设置有水泵158A和水泵158B。水泵158A与客舱容器156A对应而设置，水泵158B与发动机舱容器156B对应而设置。
[0132]容器156具有空冷散热片157。空冷散热片157形成为褶皱状，以增加容器156与其周围空间的接触面积。空冷散热片157作为用于从存积于容器156的冷却水向容器156的周围空间散热的散热部而设置。
[0133]伴随EV设备31的运转，多个变换器元件110发热。由变换器元件110产生的热经过热容元件130而被配置在热容元件内容器150的冷却水吸收，然后以配置在热容元件内容器150的冷却水为介质而传递至空冷散热片140，向供给到空冷散热片140的冷却风散热。另外，由变换器元件110产生的热经过热容元件130以及空调制冷剂配管120，向在制冷剂通路32中流通的制冷剂散热。
[0134]S卩，在本实施方式的电气设备的冷却装置中，对于EV设备31的冷却，并用使用空冷散热片140的冷却(散热片冷却)和使用在制冷剂通路32中流通的车厢空调用制冷剂的冷却(空调制冷剂冷却)。
[0135]图8是表示用于比较的冷却部的构造的剖视图。参照图8，在本比较例中，空调制冷剂配管120内置于热容元件130。在表面131设置有多个变换器元件110，在背面136设置有空冷散热片140。在变换器元件110与空冷散热片140之间配置有空调制冷剂配管120。
[0136]在具备这样的结构的比较例中，从变换器元件110侧观察，空调制冷剂配管120和空冷散热片140配置在相同侧。在空调制冷剂配管120中流通的制冷剂的温度比向空冷散热片140供给的冷却风的温度低，所以在这种情况下，在空调制冷剂配管120中流通的制冷剂不仅吸收由变换器元件110产生的热，还从供给到空冷散热片140的冷却风(空气)大量地吸热。其结果，有可能损害空调制冷剂冷却的由变换器元件110产生的热的散热效果。
[0137]参照图7，对此，在本实施方式的电气设备的冷却装置中，空调制冷剂配管120和空冷散热片140隔着热容元件130而设置在相反侧，空调制冷剂配管120和变换器元件110设置在相同侧。根据这样的结构，既能抑制从空冷散热片140向在空调制冷剂配管120中流通的空调制冷剂的散热，又能促进从变换器元件110向在空调制冷剂配管120中流通的空调制冷剂的散热。由此，能够提高在空调制冷剂冷却时的EV设备31的冷却效率。
[0138]图9是表示本发明的实施方式中的电气设备的冷却装置的控制系统的框图。
[0139]参照图7和图9，本实施方式中的电气设备的冷却装置具有:A/C_EOT(ElectronicControl Unit电子控制单元)180、热容元件用温度传感器160、散热片用温度传感器170、客舱容器用温度传感器185以及发动机舱容器用温度传感器190。
[0140]A/C_ECU180控制搭载于车辆的空调(A/C，Air Conditioner空调)，并且控制用于冷却EV设备31的空调制冷剂冷却。热容元件用温度传感器160设置在热容元件130，测定热容元件130的温度。散热片用温度传感器170设置在空冷散热片140，测定空冷散热片140的温度。客舱容器用温度传感器185设置在客舱容器156A,测定存积于客舱容器156A的冷却水的温度。发动机舱容器用温度传感器190设置在发动机舱容器156B,测定存积于发动机舱容器156B的冷却水的温度。
[0141]在本实施方式中，热容元件用温度传感器160设置在表面131的附近。热容元件用温度传感器160与表面131之间的距离小于热容元件用温度传感器160与背面136之间的距离。另外，散热片用温度传感器170设置在从背面136突出的空冷散热片140的顶端部141。由此，能够在排除通过在空调制冷剂配管120流通的空调制冷剂进行的冷却的影响的同时测定空冷散热片140的温度。
[0142]在本实施方式的电气设备的冷却构造中，基于分别由热容元件用温度传感器160、散热片用温度传感器170、客舱容器用温度传感器185以及发动机舱容器用温度传感器190测定出的热容元件130、空冷散热片140、存积于客舱容器156A的冷却水的温度以及存积于发动机舱容器156B的冷却水的温度，来控制切换阀52 (阀57、58)和水泵158 (158A、158B)的动作。
[0143]图10是表示在图7中的冷却部中、散热片冷却时的状态的剖视图。图11是表示在图?中的冷却部中、空调制冷剂冷却时的状态的剖视图。图12是表示图7中的冷却部的控制流程的流程图。
[0144]参照图7、图9以及图12，将冷却模式的初始条件设为散热片冷却，将存积于容器156的冷却水的初始条件设为客舱容器156Α为满水，发动机舱容器156Β为空。此时，在热容元件内容器150填充有冷却水。另外，阀57和阀58全闭，空调制冷剂冷却的工作关闭。由变换器元件110产生的热经过热容元件130以配置在热容元件内容器150的冷却水为介质而传递至空冷散热片140，向供给到空冷散热片140的冷却风散热。
[0145]以上述初始条件为基础，首先，通过热容元件用温度传感器160测定热容元件130的温度Tl。A/C_ECT180对热容元件130的温度Tl是否为预先设定的Θ 2以上进行判断(SlOl)。Θ 2是依靠现状的散热片冷却不足以抑制热容元件130的温度上升率、需要重置热容元件内容器150内的冷却水作为热容所持有的热时的温度(例如，50°C )。
[0146]在Τ1〈 Θ 2的情况下，返回SlOl的步骤。在Tl≥Θ 2的情况下，接下来通过散热片用温度传感器170测定空冷 热片140的温度Τ2。A/C_ECT180对空冷散热片140的温度T2是否为Θ 2以上进行判断(S102)。
[0147]在Τ2〈 Θ 2的情况下，返回SlOl的步骤。在Τ2≥Θ 2的情况下，接下来通过客舱容器用温度传感器185和发动机舱容器用温度传感器190测定存积于客舱容器156Α的冷却水的温度Τ4和存积于发动机舱容器156Β的冷却水的温度Τ3。A/C_ECT180对存积于客舱容器156A的冷却水的温度T4是否为存积于发动机舱容器156B的冷却水的温度T3以下进行判断(S103)。
[0148]在T4 < T3的情况下，接下来通过热容元件用温度传感器160测定热容元件130的温度Tl。A/C_ECT180对热容元件130的温度Tl是否为预先设定的Θ I以上进行判断(S104)。Θ I是估计若热容元件130的温度进一步上升、则变换器元件110会超过元件耐热温度的温度(例如，60°C )。
[0149]参照图9、图10以及图12，在Τ1〈 Θ I的情况下，A/C_EOT180使水泵158A和水泵158B动作(S105)，以一边将存积于客舱容器156A和发动机舱容器156B中冷却水的温度较低的一方即客舱容器156A的冷却水逐渐供给到热容元件内容器150，一边将配置在热容元件内容器150的冷却水逐渐排出到客舱容器156A和发动机舱容器156B中冷却水的温度较高的一方即发动机舱容器156B。
[0150]由此，在客舱容器156A内准备的低温的冷却水逐渐移至热容元件内容器150，既能抑制配置在热容元件内容器150的冷却水的温度上升，又能继续执行散热片冷却。另一方面，从热容元件内容器150排出到发动机舱容器156B的高温的冷却水通过空冷散热片157而散热。
[0151]参照图9、图11以及图12，在S104的步骤中为Tl≥Θ I的情况下，A/C_ECT180使水泵158B动作，以将配置在热容元件内容器150的冷却水供给到发动机舱容器156B。进而，A/C_EOT180在空调运转模式时，分别使阀57和阀58全开和全闭，在热管运转模式时，分别使阀57和阀58全闭和全开(S106)。
[0152]由此，热容元件内容器150成为空隙，并且A/C制冷剂冷却的工作开启，空调制冷剂向制冷剂通路32流通。由变换器元件110产生的热经过热容元件130和空调制冷剂配管120，向在制冷剂通路32中流通的空调制冷剂散热。另外，成为空隙的热容元件内容器150作为绝热层发挥功能，从而能够抑制从空冷散热片140向在空调制冷剂配管120中流通的制冷剂的散热。
[0153]参照图12，在S103的步骤中Τ4ΧT3的情况下，使水泵158A和水泵158B动作，以使存积于客舱容器156A的冷却水通过热容元件内容器150而移动到发动机舱容器156B(S107)。由此，在被判定为周围空间的温度更低的发动机舱容器156B中使冷却水冷却。
[0154]接下来，通过热容元件用温度传感器160测定热容元件130的温度Tl。A/C_EOT180对热容元件130的温度Tl是否为预先设定的Θ 2以上进行判断(S108)。在Τ1〈 Θ 2的情况下，返回SlOl的步骤。在Tl≥Θ 2的情况下，A/C_EOT180对热容元件130的温度Tl是否为预先设定的Θ I以上进行判断(S109)。 [0155]在Tl≥Θ I的情况下，A/C_EOT180使水泵158A动作，以将配置在热容元件内容器150的冷却水供给到客舱容器156A。进而，A/C_EOT180在空调运转模式时，分别使阀57和阀58全开和全闭，在热管运转模式时，分别使阀57和阀58全闭和全开(S106)。
[0156]在S109的步骤中为Τ1〈 Θ I的情况下，A/C_ECU180使水泵158A和水泵158B动作，以一边将存积于发动机舱容器156B的冷却水逐渐供给到热容元件内容器150，一边将配置在热容元件内容器150的冷却水逐渐排出到客舱容器156A(SllO)。其后，返回SlOl的步骤。
[0157]在S106的步骤之后，通过热容元件用温度传感器160测定热容元件130的温度Tl。A/C_ECT180对热容元件130的温度Tl是否为预先设定的Θ I以上进行判断(Slll)。在Tl≥Θ I的情况下，返回S106的步骤。在Τ1〈 Θ I的情况下，通过热容元件用温度传感器160测定热容元件130的温度Tl。A/C_ECT180对热容元件130的温度Tl是否为预先设定的Θ 2以上进行判断(SI 12)。在T2≥Θ 2的情况下，返回S104的步骤。在Τ2〈 Θ 2的情况下，返回SlOl的步骤。
[0158]根据这样的结构，基本上，通过使用空冷散热片140的散热片冷却来使由变换器元件110产生的热散热，在只进行散热片冷却会导致冷却能力不足的情况下和/或大气温度高的情况下等，使空调制冷剂冷却工作。由此，与始终利用空调制冷剂冷却的情况相比较，能够提高能量的利用效率，避免车辆的燃料经济性的恶化和/或空调能力的下降
[0159]另外，在本实施方式中，客舱容器156Α设置在客舱，发动机舱容器156Β设置在发动机舱。这种情况下，客舱容器156Α的周围环境与发动机舱容器156Β的周围环境表现出互不相同的温度变化，因此在各容器中的冷却水的散热性产生差别。因此，可以不时地选择处于更低周围环境的客舱容器156Α和发动机舱容器156Β,来实施冷却水的散热。例如,在车辆行驶于寒冷地的情况下，处于车辆空调的影响下的客舱内的温度几乎恒定，相对于此，发动机舱内的温度在发动机起动时为低温，逐渐温度上升。这种情况下，在发动机起动时，在设置于发动机舱的发动机舱容器156Β中实施冷却水的散热,其后,在设置于客舱内的客舱容器156Α中实施冷却水的散热。
[0160]此外，在本实施方式中，在通过冷却水冷却和散热片冷却进行的冷却模式时，使空调制冷剂冷却的工作停止，但是在空调制冷剂冷却的模式为热管运转模式的情况下，也可以使空调制冷剂冷却工作。另外，在本实施方式中，作为容器156，设置了客舱容器156Α和发动机舱容器156Β,但是也可以设置3个以上的多个容器156。另外,在本实施方式中，为了对变换器元件110的温度状态进行判断，在热容元件130设置了温度传感器，但是这种温度传感器也可以设置在变换器元件110自身。
[0161]图13是表示图7中的冷却部的变形例的剖视图。参照图13，在本变形例中，作为容器156，并没有设置图7中的发动机舱容器156B，而是仅设置了客舱容器156A。与此相配合地，作为水泵158，仅设置了与客舱容器156A相应的水泵158A。
[0162]在本变形例中，在Τ1〈 Θ I的情况下，将冷却水填充到热容元件内容器150内，来实施散热片冷却。另外，在Tl ^ Θ I的情况下，将冷却水从热容元件内容器150转移到客舱容器156Α，在客舱容器156Α中实施冷却水的散热，并且使空调制冷剂流通到制冷剂通路32，实施空调制冷剂冷却。
[0163]若对以上说明的本发明的实施方式的电气设备的冷却装置的构造进行总结而说明，则本实施方式的电气设备的冷却装置是作为搭载于车辆的电气设备的EV设备31的冷却装置。电气设备的冷却装置具备用于对EV设备31所包含的作为发热源的变换器元件110进行冷却的冷却部30。冷却部30包含:作为传热部件的热容元件130，其具有设置变换器元件Iio的作为第I表面的表面131和配置在表面131的背侧的作为第2表面的背面136，形成配置在表面131与背面136之间的作为热传递介质空间的热容元件内容器150，传递由变换器元件110产生的热；作为散热片部的空冷散热片140，其设置在背面136，对通过热容元件130传递的热进行散热；作为制冷剂通路形成部件的空调制冷剂配管120，其设置在表面131，形成供车厢空调用的制冷剂流通的制冷剂通路32 ;以及作为供给排出部的水泵158，其相对于热容元件内容器150供给排出不同于在制冷剂通路32中流通的制冷剂的作为热传递介质的冷却水。[0164]根据这样地构成的本发明实施方式的电气设备的冷却构造，通过将空调制冷剂配管120设置在变换器元件110的附近且远离空冷散热片140的位置，既能抑制从空冷散热片140向空调制冷剂配管120的热传递，又能促进从变换器元件110向空调制冷剂配管120的热传递。另外，通过在热容元件130中形成供供给排出冷却水的热容元件内容器150，将填充于热容元件内容器150的冷却水设为从变换器元件110向空冷散热片140的热传递的介质。此时，能够将吸收由变换器元件110产生的热而温度上升了的冷却水替换为低温的冷却水。
[0165]此外，应用本发明的使用空调制冷剂的电气设备的冷却装置不限于图2中所示的冷却系统。例如，可以设为通过使热交换器14具有将制冷剂过冷却的冷却性能、从而省略了热交换器15的冷却系统，也可以设为将以与热交换器18不同的目的吸收周围的空气的热的热交换器设置为与热交换器18并联的冷却系统。
[0166]另外，本发明的电气设备的冷却装置不仅能够应用于以发动机和电动机为动力源的混合动力机动车，还能够应用于仅以电动机为动力源的电动汽车。
[0167]产业上的可利用性
[0168]本发明例如适用于搭载电动发电机以及变换器等电气设备的混合动力机动车和/或电动汽车等车辆。
[0169]附图标记说明
[0170]10蒸气压缩式制冷循环，12压缩機，14、15、18热交换器，16膨胀阀，21、22、23、24、
25、26、27、32、34、36、36a、36b、51制冷剂通路，28流量调整阀，30冷却部，31EV设备，40气液分离器，42冷凝器风扇，52切换阀，54单向阀，57、58阀，60地面，90导管，91导管入口，92导管出口，93风扇，100发动机，110变换器元件，120空调制冷剂配管，130热容元件，131表面，136背面，140、157空冷散热片，141顶端部，146根部，150热容元件内容器，156容器，156A客舱容器，156B发动机舱容器，158、158A、158B水泵，160热容元件用温度传感器，170散热片用温度传感器，185客舱容器用温度传感器，190发动机舱容器用温度传感器，200驱动单元，400行驶用电池，500、600电缆，1000车辆。
【权利要求】
1.一种电气设备的冷却装置，是搭载于车辆的电气设备的冷却装置， 具备冷却部(30)，其用于对电气设备(31)所包含的发热源(110)进行冷却， 所述冷却部(30)包含: 传热部件(130)，其具有设置所述发热源(110)的第I表面(131)和配置在所述第I表面(131)的背侧的第2表面(136)，形成配置在所述第I表面(131)与所述第2表面(136)之间的热传递介质空间(150)，传递由所述发热源(110)产生的热； 散热片部(140)，其设置在所述第2表面(136)，对通过所述传热部件(130)而传递的热进行散热； 制冷剂通路形成部件(120)，其设置在所述第I表面(131)，形成供车厢空调用制冷剂流通的制冷剂通路(32);以及 供给排出部(158)，其向所述热传递介质空间(150)供给或从所述热传递介质空间(150)排出与在所述制冷剂通路(32)中流通的制冷剂不同的热传递介质。
2.根据权利要求1所述的电气设备的冷却装置，还具备: 循环通路(21、22、23、24、25、26、27)，其构成蒸气压缩式制冷循环，车辆空调用制冷剂在该循环通路(21、22、23、24、25、26、27)中循环； 连接通路(34、36、51)，其将所述循环通路(21、22、23、24、25、26、27)与所述制冷剂通路(32)之间连接；以及 切换阀(52)，其设置在所述连接通路(34、36、51)的路径上，允许或者切断所述循环通路(21、22、23、24、25、26、27)与所述制冷剂通路(32)之间的制冷剂流动。
3.根据权利要求2所述的电气设备的冷却装置， 在所述循环通路(21、22、23、24、25、26、27)与所述制冷剂通路(32)之间的制冷剂流动被切断的状态下，热传递介质被填充到所述热传递介质空间(150)，在所述循环通路(21、22、23、24、25、26、27)与所述制冷剂通路(32)之间的制冷剂流动被允许的状态下，使所述热传递介质空间(150)为空隙。
4.根据权利要求2所述的电气设备的冷却装置，还具备: 第I温度测定部(160)，其用于测定所述传热部件(130)的温度；和控制部(180)，其基于由所述第I温度测定部(160)测定出的所述传热部件(130)的温度Tl，控制所述切换阀(52)的动作， 所述控制部(180)，在Tl的值为Θ I以上的情况下，使所述切换阀(52)动作，以允许所述循环通路(21、22、23、24、25、26、27)与所述制冷剂通路(32)之间的制冷剂流动，所述Θ I为预先设定的阈值。
5.根据权利要求1所述的电气设备的冷却装置， 所述冷却部(30)还包含容器(156)，该容器(156)与所述热传递介质空间(150)连通而设置，能够存积热传递介质， 所述容器(156)具有散热部(157)，该散热部(157)从存积于所述容器(156)的热传递介质向所述容器(156)的周围散热。
6.根据权利要求5所述的电气设备的冷却装置， 所述冷却部(30)包含设置在不同位置的第I容器(156A)和第2容器(156B)来作为所述容器(156)。
7.根据权利要求6所述的电气设备的冷却装置，还具备: 第1温度测定部(160)，其用于测定所述传热部件(130)的温度； 第2温度测定部(185)和第3温度测定部(190)，其分别用于测定存积于所述第I容器(156A)和所述第2容器(156B)的热传递介质的温度；以及 控制部(180)，其基于由所述第I温度测定部(160)测定出的所述传热部件(130)的温度Tl、和由所述第2温度测定部(185)及所述第3温度测定(190)测定出的热传递介质的温度，控制所述供给排出部(158)的动作， 所述控制部(180)，在Tl的值为Θ 2以上的情况下，使所述供给排出部(158)动作，以一边将存积于所述第I容器(156A)和所述第2容器(156B)中的热传递介质的温度低的一方的容器的热传递介质供给到所述热传递介质空间(150)，一边将配置在所述热传递介质空间(150)的热传递介质排出到所述第I容器(156A)和所述第2容器(156B)中的热传递介质的温度高的一方的容器，所述Θ2为预先设定的阈值。
8.根据权利要求6所述的电气设备的冷却装置， 所述第1容器(156A)设置在车厢内，所述第2容器(156B)设置在车厢外。
【文档编号】H01L23/36GK103946043SQ201180074834
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2011年11月16日 优先权日:2011年11月16日
【发明者】新井邦彦 申请人:丰田自动车株式会社