JP5395890B2 - 車両の温度感受性ユニットを冷却するための冷却装置及び冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の温度によって影響を受けやすい温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットを冷却するための冷却装置に関し、冷却回路内の冷媒の少なくとも一部の容積を液化するための凝縮装置と、この凝縮装置の下流に配置されたエバポレータとを備え、このエバポレータに冷媒が流され、温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットの熱がエバポレータに供給される。

車両の温度感受性ユニットとは、車両作動時に加熱されるユニットを意味し、ユニットの性能は、この加熱によって少なくとも一時的に影響を受ける可能性がある。この加熱は、ユニット自体の作動の、及び／又は、例えば駆動ユニットの廃熱又は太陽光からの入力など、外部からの熱入力の、結果であり得る。

特に、ハイブリッド車及び／又は電気自動車では、駆動用蓄電池、特にリチウム・イオン電池などの電気部品ユニットが熱を発生し、この場合、電気部品ユニットによって発生した熱量は、電気部品ユニットの負荷状態に左右される。しかしながら、電池の寿命が非常に短くなるのを防止するには、リチウム・イオン電池を２０℃〜３０℃の温度領域で作動させるのが適当である。

電気部品ユニット、特にリチウム・イオン電池を冷やすために、車室の冷却用に設計された空冷装置のエバポレータを電池に配置することができる。電気部品ユニットは、空冷装置の冷却回路内を循環する冷媒がエバポレータを流れ、電気部品ユニットの熱がエバポレータに供給されることにより冷却することができる。車室を冷却するための空冷装置は、一般的に、気体状の冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒の、少なくとも一部の容積を液化する凝縮装置と、圧縮された冷媒を膨張させる、エバポレータの上流に取り付けられた膨張ユニットと、を有している。

この場合、空冷装置を使って車室を冷却する必要のない涼しい環境であっても、電気部品ユニットから熱が放出され、エバポレータにその熱が供給されると、空冷装置のコンプレッサを作動させなければならないという事態は、空冷装置のエネルギー必要量の観点では不利であると考えられる。

特許文献１に述べられているように、その代替として、電子部品ユニットを冷却するために、空冷装置の冷却回路から独立した冷却水回路を設けることができる。この冷却水回路は、冷却水として、塩水、特に水とグリサンチンの混合物を含むことができる。この冷却水は、車室を冷やすために設けられている空冷装置を利用して冷やされる。ここでは、冷却水が、車内を冷やす空冷装置の冷却回路に配置されているエバポレータによって冷やされる。冷やされた冷却水は、独立した冷却水回路を介して電子部品ユニットに送られる。

このような冷却装置では、独立した冷却水回路内の冷却水を冷やす際、特に、空冷装置の冷却回路に組み込まれているエバポレータを使用する場合、熱伝達系の効率が悪くなる。

さらに、従来技術から、周辺温度が低い場合は、独立した冷却水回路の冷却水（水とグリコールの混合物など）を、周辺空気によって冷やすことが知られている。独立した冷却水回路を車両の周辺空気によって冷やす場合、冷却水を冷やすラジエータが、空気油圧式及び熱に関して不利な形で、例えばエンジン水を冷やすために設けられている別のラジエータ部分に配置されているか、又は流体技術的には比較的不利な形で、車両のアンダーボディ部分に配置されている。

独国特許出願公開第１０１２８１６４Ａ１号明細書

本発明の課題は、車両の温度感受性ユニットを特に効率的に冷やすことのできる、冒頭に述べた種類の冷却装置を提供することである。

この課題は、本発明に基づき、請求項１の特徴を有する冷却装置および請求項１６の特徴を有する方法によって解決される。本発明の適切な発展形態を備える有利な実施形態は、従属請求項に示されている。

車両の温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットを冷却するための本発明に基づく冷却装置は、冷却回路内の冷媒の少なくとも一部の容積を液化するための凝縮装置と、この凝縮装置の下流に配置されたエバポレータとを備えており、このエバポレータに冷媒が流され、温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットの熱がこのエバポレータに供給される。この冷却装置は、ポンプ装置を有しており、このポンプ装置によって、液化された冷媒の少なくとも一部の容積がエバポレータに流される。

このポンプ装置は、液体ポンプ装置として形成されており、液化された冷媒の一部の容積を送るために設計されている。これに対して、冷却回路のコンプレッサは、気体状の冷媒を圧縮して送るために設計されており、コンプレッサに液体の冷媒が流されると、コンプレッサの性能に影響が及ぶ。

本発明は、車両を取り囲む周辺空気の温度が２０℃よりも低い場合、極めて少ないエネルギー投入量、すなわちポンプ装置の作動に必要なエネルギー投入量だけを使って、温度感受性ユニットの熱を周辺に排出することができるという考え方に基づいている。ここでは、このポンプ装置が、凝縮装置によって液化された冷媒の少なくとも一部の容積をエバポレータに流し、温度感受性ユニットから熱が潜熱の形で奪われ、その熱は、液化された冷媒を気体に移行させるために用いられる。これによって、車両の温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットの冷却が極めて効率的に行われる。

車両がスムーズに走行しているときなど、周辺空気が凝縮装置の周囲をよく流れている場合、電気部品ユニットの冷却は、電気部品ユニットの負荷条件に応じて、特にポンプ装置の間欠的作動により、周辺温度が２７℃以下の場合でも行われる。

この場合さらに有利であるのは、空気油圧式にとって特に有利な車両位置に配置できる凝縮装置が、温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットの極めて効率的な排熱に役立つという点である。これに対して、従来技術から知られている独立した冷却水回路を用いて、温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットを冷やす場合は、冷却水を冷やすラジエータが凝縮装置の前に置かれ、空気油圧式及び熱に関して不利な形で配置されているか、又は熱に関して及び流体技術的には不利な範囲、例えば車両のアンダーボディ、ホイールボックス又は同様の範囲に配置されている。

独立した冷却水回路を省略することにより、冷却装置を極めて小型化し、低コストで製造することができる。

同様に、温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットの冷却は、異なる熱伝達媒体、例えば冷媒と冷却水などとの間で熱が移行する際に、熱伝達損失が生じないようにすることによって、とりわけ効率的に行うことができる。

さらに、冷媒を温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットに送る冷却回路のラインは、冷却水を運ぶ独立した冷却水回路のラインよりも実質的に小さい断面積で済む。

その上、液体の冷媒を気化することによる、温度感受性ユニット、特に電気部品ユニットの冷却は、温度感受性ユニットをほぼ定温状態にする。このことは、気化による温度感受性ユニットの直接冷却の場合、まず、冷媒が完全に気化してから、冷媒の加熱が起こることに基づいている。気化しない液体の冷却水（例えば独立した冷却水回路に用いられる水とグリコールの混合物など）によって温度感受性ユニットを冷やす場合、冷却水は、温度感受性ユニットを通って流れる際に加熱される。このことによって、まず、温度感受性ユニットの冷却が低効率になり、冷やされた温度感受性ユニット内では、約５°Ｋの温度差が生じることがある。

気化する冷媒によって温度感受性ユニットを直接冷やすことにより、独立した冷却水回路を冷却に利用する場合よりもさらに高い周辺温度での冷却が可能である。

本発明の有利な実施形態においては、特に潜水ポンプとして形成されているポンプ装置が、凝縮装置の下流に配置された、液化された冷媒の一部の容積を集める収集装置に配置されている。これによって、ポンプ装置は、特に優れた始動性能を有する。このポンプ装置は、特に収集装置に一体化して形成することができるため、収集装置を装着するためにいずれにせよ冷却回路に設けられる断路箇所に加えて、さらに断路箇所を設ける必要はない。

さらに、冷却回路がエバポレータの下流及び凝縮装置の上流に、冷媒を圧縮するコンプレッサを有している場合は有利であり、この場合、圧縮した冷媒を膨張させる膨張要素がエバポレータの前に接続されており、ポンプ装置によってエバポレータに冷媒が流れる際にコンプレッサをバイパスするためのバイパス装置が設けられている。このことによって、周辺温度が比較的高い場合、例えば周辺温度が２５℃以上あり、周辺空気の温度が温度感受性ユニットの温度を上回っている場合でも、温度感受性ユニットを冷却することが可能となる。この場合、凝縮装置の冷媒を液化するために、コンプレッサによって圧縮された冷媒を凝縮装置に送る必要がある。

ポンプ装置によってエバポレータに冷媒が流れる際に、コンプレッサをバイパスするバイパス装置は、有利な方法では、チェックバルブを有することができ、ポンプ装置によってエバポレータに冷媒が流れる際に、冷媒はこのチェックバルブを通って流れることができる。これによって、バイパス装置の閉及び／又は開を、作動段階に応じて、とりわけ簡単に行うことができる。圧縮した冷媒を凝縮装置に送るためにコンプレッサを作動させる場合、圧力がチェックバルブに作用するため、チェックバルブがバイパス装置を閉める。

コンプレッサを使って、冷媒に圧力を加えることができ、この圧力は、冷媒がポンプ装置を通る際にポンプ装置によって加えられる最大の動圧よりも大きい。すなわち、このコンプレッサは、チェックバルブとして作用するポンプ装置に冷媒を通過させることができる。

この追加又は代替として、コンプレッサによってエバポレータに冷媒を送るときにポンプ装置をバイパスするために、特にチェックバルブを有するバイパス装置を設けることができる。これによって、コンプレッサ作動時に、冷媒が障害なくポンプ装置を迂回して流れることができるようになる。バイパス装置がチェックバルブを有している場合は、ポンプ装置が作動している時に、収集装置でバイパス流が形成されるのを防ぐ。

さらに、膨張要素を迂回するため、冷媒が通過できる迂回装置が設けられている場合は有利であり、この迂回装置は、第１の遮断装置によって遮断可能である。これによって、液化された冷媒の少なくとも一部の容積を、スロットルなしで送ることができるため、冷媒はポンプ装置によって極めて効率的にエバポレータに送られる。液化された冷媒の一部の容積を送るポンプ装置によって加えられる出力は、これによって最小化することができる。そのため、車両の周辺空気温度が２０℃より低い場合、コンプレッサが作動停止になっても、ポンプ装置を用いて、３０Ｗ以下のエネルギー投入量で温度感受性ユニットを効率的に冷やすことができる。電気部品ユニットの熱が供給されるエバポレータの最大温度は、ここでは約３０℃である。従って、電気部品ユニットを冷やすための車両の必要エネルギー量は、極めて低い。

本発明のもう１つの有利な実施形態では、膨張要素に第２の遮断装置が割り当てられており、これを用いて、冷媒が膨張要素を通過するのを遮断することができる。これにより、ポンプ装置が作動している場合、液化した冷媒がスロットルなしにエバポレータに流れ込むことが確実になる。

もちろん、第１の遮断装置と第２の遮断装置を、例えば、３方向バルブに一体化して形成することもできる。

冷却回路が、車室を冷やすもう１つのエバポレータを有している場合はさらに有利であり、このエバポレータの前に、コンプレッサによって圧縮された冷媒を膨張させるもう１つの膨張要素が接続されている。これによって、冷却回路作動時には、コンプレッサによって、すなわち周辺温度が比較的高い場合、温度感受性ユニットに割り当てられているエバポレータともう１つのエバポレータの両方に圧縮された冷媒を流すことができる。従って、一方で、電気部品ユニットの効率的な冷却が保証されると同時に、冷却回路によって、快適な車室の冷房を行うことができる。

もう１つの有利な点として、冷却回路内のポンプ装置により、ポンプ装置の上流と下流との間の最大圧力差が調整可能であることを指摘することができ、この最大圧力差を使って、もう１つの膨張要素が閉位置に移行可能になっている。このことによって、比較的涼しい周辺状況において、車室の冷房が必要なく、温度感受性ユニットだけを冷やす必要がある場合、ポンプ装置から送られる液化した冷媒の一部の容積が、温度感受性ユニットに割り当てられているエバポレータに確実に供給される。ここでは、もう１つの膨張要素を、例えばサーモスタット式膨張バルブとして形成することができる。

この追加として、好ましくはこの代替として、もう１つの膨張要素に、もう１つの遮断装置を割り当てることができ、これを用いて、冷媒がもう１つの膨張要素を通って流れるのを遮断することができる。

本発明のもう１つの有利な実施形態では、もう１つの膨張要素が開位置に移行可能であり、この開位置では、冷媒が、少なくとも実質的に遮断されることなく、このもう１つの膨張要素を通って流れることができる。ここでは、もう１つの膨張要素を、電気制御可能な膨張要素として形成することができるため、液化した冷媒の一部の容積をエバポレータに流す際、スロットルを使わずに、車室を冷やすエバポレータにこの液化冷媒を供給することができる。

このことは、例えば内気循環などで車室を流れる空気が、熱入力の上昇により周辺温度を上回る温度まで加熱される場合にとりわけ有効である。この加熱は、車両の内燃機関、ブロワモータ、及び／又はその他の電気構成部品の作動によって生じる。とりわけ、高負荷での内燃機関及び／又は排気装置の作動、及び／又は強い太陽光によって、車室を流れる空気はさらに加熱される。この場合、車室を冷やすために設けられている、もう１つのエバポレータの前では、車両の周辺温度よりも明らかに１０°Ｋ以上も上回る温度が生じることがある。

車室を冷やすために設けられているもう１つのエバポレータに、ポンプ装置によって冷媒が流されることにより、冷却回路のコンプレッサが作動する必要なく、快適な温度の空気が車室に流れ込んで、周辺温度以上に加熱された空気を冷やすことができる。内燃機関の作動と一緒に、コンプレッサが駆動される場合、コンプレッサの作動停止は必然的に燃料節約につながる。

さらに、膨張要素と複数の遮断装置又は複数の膨張要素と複数の遮断装置が、負荷モジュールに一体化されて形成されている場合は、有利である。このことによって、冷却回路内で個々のコンポーネントを別々に接続する場合よりも、冷却回路に配置する断路箇所を少なくすることができる。それによって、冷却回路の漏れが軽減される。

内部の熱交換器がコンプレッサの前に接続されており、この熱交換器によって、液化された冷媒とエバポレータから流出する冷媒との間で熱が交換される場合、有利であるのは、ポンプユニットによってエバポレータに冷媒が送られる際に、特に膨張要素をバイパスして流れることのできる、内部の熱交換器をバイパスするためのバイパス装置を冷却回路が有していることである。これによって、凝縮装置での温度と、温度感受性ユニットを冷やすために割り当てられているエバポレータでの温度の差を、有効に利用することができる。

本発明に基づく冷却装置に関して説明されている好ましい実施形態及び利点は、本発明に基づく車両の電気部品ユニットの冷却方法にも適用される。

以下に説明される有利な実施例及び図に基づいて、本発明のさらなる利点、特徴及び詳細が示され、図の中では、同一の要素又は機能を同じくする要素には同一の番号が付されている。

車両の電気部品ユニットを冷やすための冷却装置の第１の実施例。凝縮装置により液化された冷媒が、ポンプ装置によってエバポレータに送られ、電気部品ユニットの熱をこのエバポレータに供給することができる。 図１による冷却装置内に配置されているコンプレッサによって電気部品ユニットを冷やす方法を示す圧力−エンタルピー線図。 図１によるポンプ装置によって電気部品ユニットを冷やす場合の冷却過程を表す圧力−エンタルピー線図。 第２の実施例に基づく、電気部品ユニット及びエバポレータ内の空気を冷やす冷却装置。このエバポレータを介して、空気が車室に供給される。 第３の実施例に基づく、電気部品ユニットを冷やす冷却装置。

図１には、電気部品ユニット１２を冷やす冷却装置１０が図示されており、ここでの電気部品ユニットは、車両（図示されていない）のリチウム・イオン電池として形成されている。もちろん、この電気部品ユニット１２は、燃料電池又は負荷がかかると熱を排出する同様のユニットとしても、又は外部の熱入力の結果加熱される温度感受性ユニットとしても形成することができる。

電気部品ユニット１２を冷やすために、このユニットにエバポレータ１４が配置されており、このエバポレータは、冷却装置１０の冷却回路１６に組み込まれている。この冷却回路１６の中には、さらに凝縮装置１８が配置され、この凝縮装置を用いて、冷却回路１６内を循環する冷媒を液化することができる。

凝縮装置１８の下流には、凝縮装置１８によって液化された冷媒を集める収集装置２０が配置されている。ここでは潜水ポンプとして形成されているポンプ装置２２が、収集装置の中に配置され、液化した冷媒を送るために設計されている。

特に、周辺温度が２０℃より低い場合、凝縮装置１８内の冷媒が液化され、液化した状態でエバポレータ１４に供給される。エバポレータ１４の温度が周辺温度を超えると、エバポレータ１４内の液化した冷媒は、部分的又は完全に気化され、凝縮装置１８に再び流れ込み、そこで再度、少なくとも部分的に液化される。エバポレータ１４内の液化した冷媒を気化させるために、ここでは、電気部品ユニット１２の熱がエバポレータ１４に送られ、それによって電気部品ユニット１２が冷やされる。

図１で分かるように、冷却回路１６では、凝縮装置１８の前にコンプレッサ２４が接続されている。液化した冷媒がポンプ装置２２によってエバポレータ１４に送られると、エバポレータ１４からくる、少なくとも部分的に気化した冷媒は、コンプレッサ２４をバイパスするバイパス装置２６を介してコンプレッサ２４を通り過ぎる。

このバイパス装置２６はチェックバルブ２８を有しており、ポンプ装置２２によってエバポレータ１４に冷媒が送られると、冷媒はこのチェックバルブを通って流れることができる。このチェックバルブ２８とバイパス装置２６とは、ここではコンプレッサ２４の中に一体化して形成されている。従って、チェックバルブ２８を備えたバイパス装置２６を設けることにより、コンプレッサ２４を配置する場合にいずれにせよ設けなければならない断路箇所３０を、それ以上冷却回路１６内に設ける必要がなくなる。このことが重要であるのは、図１において、冷却回路１６の構成部品の上流と下流にそれぞれ図示されている断路箇所３０の数が増加すると、冷却装置１０に生じる漏れの可能性が高くなると考えられるためである。

収集装置２０の中に配置されているチェックバルブ３２は、ポンプ装置２２と平行に配置されているため、コンプレッサ２４によってエバポレータ１４に冷媒が流される場合に、ポンプ装置２２をバイパスすることができる。

このコンプレッサ２４は、周辺温度とエバポレータ１４の温度との差が、電気部品ユニット１２を冷やすのに十分でない場合、エバポレータ１４に冷媒を流すために用いられる。しかしながら、特に、周辺温度が２０℃より低い場合には、ポンプ装置２２を使って液化した冷媒をエバポレータ１４に送ることにより、電気部品ユニット１２の冷却を行うことができる。

コンプレッサ２４を使って冷媒をエバポレータ１４に送る場合、圧縮されて、凝縮装置１８の中で液化した冷媒は、エバポレータ１４の前に接続されている膨張要素３４によって膨張する。この膨張要素３４は、固定スロットルとして形成することができる。

液化した冷媒がポンプ装置２２によって収集装置２０からエバポレータ１４に送られる場合、液化した冷媒をスロットルなしにエバポレータ１４に供給できるようにするため、冷却回路１６内の第１の遮断装置３６が開けられ、ここから膨張要素３４を避ける迂回装置３８を通ることができるようになる。

これに対して、膨張させた冷媒をエバポレータ１４に流す場合、すなわちコンプレッサ２４が作動している場合、第１の遮断装置３６によって迂回装置３８が遮断される。同時に、膨張要素３４の前に接続されている第２の遮断装置４０が開く。

もちろん、遮断装置３６、４０及び膨張要素３４は、負荷モジュール４２の中に一体化して形成することができ、これによって、断路箇所３０の数を増やさないようにすることができる。

図１に基づき、冷却回路１６は、もう１つのエバポレータ４４を有しており、このエバポレータは、車室を冷やすために設けられている。このもう１つのエバポレータ４４は、冷却回路１６の中で、電気部品ユニット１２を冷やすエバポレータ１４と平行に接続されている。

車室の冷却と同時に電気部品ユニットの冷却を行うために冷却装置１０を作動する場合、すなわち、周辺温度が比較的高い場合は、コンプレッサ２４が作動しているため、冷媒は冷却回路１６を循環する。

車室を冷やすためのもう１つのエバポレータ４４の前には、図１に従って、もう１つの膨張要素４６が接続されており、これを用いて、コンプレッサ２４により圧縮され、凝縮装置１８で液化された冷媒を膨張させることができる。このもう１つの膨張要素４６は、サーモスタット式膨張バルブとして形成することができる。

図１に示されている冷却装置１０の実施例に従って、このもう１つの膨張要素４６の前には、もう１つの遮断装置４８が接続されており、この遮断装置によって、もう１つの膨張要素４６の通り抜けが遮断される。もちろん、もう１つの膨張要素４６とその前に接続されている遮断装置４８とを同様に負荷モジュール４２に一体化して形成することもできる。これによって、冷却回路１６内の断路箇所３０の数がさらに減少する。

サーモスタット式膨張バルブとして形成されている膨張要素４６には、図１に従って、温度センサ５０が割り当てられており、このセンサを用いて、もう１つのエバポレータ４４の下流で温度を検知することができる。

さらに、図１で分かるように、凝縮装置１８と収集装置２０との間には、圧力センサ５２が配置されている。

さらに、内部の熱交換器５４がコンプレッサ２４の前に接続されているのが図１に示されており、この熱交換器によって、圧縮された冷媒とエバポレータ１４、４４から流出する冷媒との間で熱を交換することができる。内部の熱交換器５４によって、冷却装置１０の効率が向上する。さらに、この内部の熱交換器５４があるために、低コストの固定スロットルとして形成された、エバポレータ１４の前に接続されている膨張要素３４を使用する場合も、もう１つのエバポレータ４４が作動しなくても、液状の冷媒がコンプレッサ２４に供給されることはない。

ポンプ装置２２の上流と下流との圧力差が低い場合いは特に、例えばサーモスタット式膨張バルブとして設計されているもう１つの膨張要素４６が閉位置にあれば、もう１つの膨張ユニット４６の前に接続された遮断装置４８は省略することができる。膨張要素４６が閉位置に移動する、このような僅かな圧力差は、この場合の冷却回路１６においては、ポンプ装置２２によってエバポレータ１４に冷媒が送られる場合に生じる。

図２は圧力−エンタルピー線図を示し、縦座標には、対数によって冷却回路１６内の冷媒の圧力ｐが示され、もう一方の軸には冷媒のエンタルピーｈが示されている。

線５６は、電気部品ユニット１２を冷やす場合の、図１による冷却回路内にある冷媒の状態変化を表し、この場合、エバポレータ１４に冷媒を送るために、コンプレッサ２４が作動する。図２による圧力−エンタルピー線図では、さらに位相境界線５８が示され、この線は最高地点６０までは上昇し、最高地点６０以降は下降している。最高地点６０は、同時に臨界点となるため、この臨界点に割り当てられる圧力ｐを超える場合、臨界超過の状態が存在する。

圧力ｐが臨界点より下にある場合、図２に従って、比較的低いエンタルピー値では、冷媒が液体の状態にある。位相境界線５８によって上方が区切られている領域６２では、液体の冷媒と気体の冷媒とが存在している。冷媒のエンタルピー値が比較的高い場合、冷媒は完全に気相として存在する。

線５６のコーナー地点Ａは、コンプレッサ２４の入口で、圧力ｐが比較的低く、エンタルピーｈが比較的大きい冷媒の状態を表している。コーナー地点Ｂは、コンプレッサ２４によって圧縮された、気化している冷媒の状態を表している。

凝縮装置１８及びこの後に接続されている内部の熱交換器５４においては、高圧の冷媒が、定圧で液化される。冷媒の液化状態は、図２の線５６のコーナー地点Ｃによって表されている。膨張要素３４又は４６による膨張の際、冷媒の圧力ｐは、圧力差Δｐの部分が減少し、この圧力差は、コンプレッサ２４によって冷媒を圧縮する際に加えられる。

図２に示されている温度線６４は、周辺空気の温度Ｔ_Ｕを表している。この温度は、図２において第２の温度線６６により示されている電気部品ユニット１２での温度Ｔ_Battよりも高い。

エバポレータ１４又は４４及び内部の熱交換器５４において、液相から気化することによって冷媒が熱を吸収し、冷媒のエンタルピーは、図２に示されているエンタルピー差Δｈの部分が定圧で変化し、この差は、線５６のコーナー地点ＤとＡとの間隔に該当する。図２から、電気部品ユニット１２の熱を排出するため、すなわち、コンプレッサ２４を介するエンタルピー差によって冷媒を作用させるのに、比較的高い、圧力差Δｐに該当する圧力変化を利用できることが明らかである。

図３は、図２による圧力−エンタルピー線図の線６８を示し、これは、ポンプ装置２２によってエバポレータ１４に冷媒が流れた場合の、冷媒の状態変化を表している。

ここでは、周辺空気の温度Ｔｕを表す温度線６４が、温度線６６の下に位置しており、周辺空気の温度Ｔｕは、エバポレータ１４によって冷やされる電気部品ユニット１２の温度よりも低い。線６８のコーナー地点Ｃは、凝縮装置１８の下流後に存在する液状の冷媒の状態を表している。ポンプ装置２２によって、液状の冷媒の圧力は、最低でも図３に示されている圧力差Δｐだけ上昇し、該当する冷媒の状態は、コーナー地点Ａによって示されている。

エバポレータ１４において電気部品ユニット１２から熱を吸収することによって液状の冷媒が気体の冷媒に移行する場合、冷媒のエンタルピーｈは、比較的大きなエンタルピー差Δｈの部分が変化する。コーナー地点Ｂ、すなわちエバポレータ１４の下流で、完全に気体となっている冷媒は、凝縮装置１８により液化される。このことは、図３において、コーナー地点Ｂとコーナー地点Ｃとを結ぶ線６８によって示されている。

線６８は、図３から分かるように、温度線６４、６６を境界とする領域の範囲内に完全に収まっている。この領域内における冷媒の状態変化では、冷媒によって電気部品ユニット１２から奪われる熱量、すなわち冷媒に伝達可能なエンタルピー差Δｈが、図２に示されているエンタルピー差Δｈよりも大きい。

図３から分かるように、冷媒の気化及び液化は、ポンプ装置２２により液状の冷媒が流されるエバポレータ１４によって電気部品ユニット１２が直接冷やされる場合、ほぼ同じ圧力ｐレベルで行われる。

図４は、冷却装置１０のもう１つの実施例を示し、この装置は、もう１つのエバポレータ４４の前に、制御によって開位置に移行可能なもう１つの代替の膨張要素７０が接続されているという点で、図１に示されている冷却装置１０と異なっている。

もう１つの代替の膨張要素７０は、電気制御による膨張バルブとして、例えばマグネットバルブとして形成することができる。もう１つの膨張要素７０の閉位置では、この膨張要素７０がシャットオフバルブとして作用する。制御により調整可能なもう１つの膨張要素７０は、その開位置において、スロットルなしにほぼ通過可能である。

もう１つの膨張要素７０の開位置への移行機能は、もう１つのエバポレータ４４の前にある空気が、周辺空気温度Ｔ_Ｕよりも高い温度Ｔ_Ｌである場合に利用することができる。例えば、車両の空冷装置内のもう１つのエバポレータ４４に流れ込む空気は、特に高負荷で作動している内燃機関及び／又は排気装置からの熱入力によって、及び／又は電気モーター、電気構成部品及び同様のものからの廃熱によって、周辺空気温度Ｔ_Ｕを５°Ｋ〜１０°Ｋも上回る温度まで加熱されることがある。この熱入力は、内気循環及び／又は強い太陽光によってさらに上昇する。

この場合、空冷装置内の加熱された空気は、ポンプ装置２２がスロットルなしに液化した冷媒をもう１つのエバポレータ４４に送ることによって、周辺空気温度Ｔ_Ｕの上半分に満たない温度にまで冷やすことができる。コンプレッサ２４は、ここでは作動しない。従って、周辺空気温度Ｔ_Ｕがもう１つのエバポレータ４４前の空気温度Ｔ_Ｕよりも低い場合、車室は、極めて効率的に、燃料を節約しながらポンプ装置２２の作動によって冷やすことができる。

図５は、冷却装置１０のもう１つの実施例を示し、この装置は、実質的に図１に示されている冷却装置１０の実施形態に対応している。しかし、図５による冷却装置１０には、内部の熱交換器５４をバイパスするバイパス装置７２が設けられている。

このバイパス装置７２は、エバポレータ１４の前に接続されている、例えば固定スロットルとして形成された膨張要素３４もバイパスする。図１では、収集装置２０の中にポンプ装置２２と平行に配置されているチェックバルブ３２が、図５では、膨張要素３４の下流、及びバイパス装置７２が負荷モジュール４２に合流する合流部の上流に配置されている。

膨張要素３４に割り当てられている遮断装置４０は、負荷モジュール４２内で、バイパス装置７２の合流部の下流に配置されている。

バイパス装置７２によって内部の熱交換器５４を迂回することにより、エバポレータ１４での気化の際に電気部品ユニット１２から熱を奪うため、液化した冷媒での低いエンタルピーｈはとりわけ有効である。

もちろん、もう１つのエバポレータ４４の前に接続されている構成部品を負荷モジュール４２に一体化して形成することもでき、この構成部品は、図５に従って、サーモスタット式膨張バルブとして形成されているもう１つの膨張要素４６を有し、遮断装置４８はこのもう１つの膨張要素４６の前に接続されている。

Claims (13)

1. 冷却回路（１６）内の冷媒の少なくとも一部の容積を液化するための凝縮装置（１８）と、該凝縮装置（１８）の下流に配置されたエバポレータ（１４）と、を備え、該エバポレータに前記冷媒が流され、電気部品ユニット（１２）の熱が前記エバポレータに供給される、車両の電気部品ユニット（１２）を冷却するための冷却装置であって、
   前記冷却装置（１０）がポンプ装置（２２）を有しており、該ポンプ装置によって、液化された冷媒の少なくとも一部の容積が前記エバポレータに流されること、
   前記冷却回路（１６）が、前記エバポレータ（１４）の下流及び前記凝縮装置（１８）の上流に、前記冷媒を圧縮するコンプレッサ（２４）を有し、圧縮された前記冷媒を膨張する膨張要素（３４）が前記エバポレータ（１４）の前に接続されていること、
   前記冷却回路（１６）が、車室を冷やすもう１つのエバポレータ（４４）を有しており、該エバポレータの前に、前記コンプレッサ（２４）によって圧縮された前記冷媒を膨張させるもう１つの膨張要素（４６、７０）が接続されていること、
   前記ポンプ装置（２２）によって前記エバポレータ（１４）に冷媒が流される際に、前記コンプレッサをバイパスするためバイパス装置（２６）が設けられていること、および
   前記コンプレッサ（２４）によって前記エバポレータ（１４）と同時に前記もう１つのエバポレータ（４４）に前記冷媒を流す場合、前記ポンプ装置（２２）をバイパスするため、チェックバルブ（３２）を有するバイパス装置が設けられていることを特徴とする冷却装置。
2. 水中ポンプとして形成されている前記ポンプ装置（２２）が、前記凝縮装置（１８）の下流に配置された、液化された前記冷媒の一部の容積を集める収集装置（２０）に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記バイパス装置（２６）が、チェックバルブ（２８）を有しており、前記ポンプ装置（２２）によって前記エバポレータ（１４）に前記冷媒が流されると、該冷媒は前記チェックバルブを通って流れることを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記コンプレッサ（２４）を使って、前記冷媒に圧力を加えることができ、該圧力は、前記冷媒が前記ポンプ装置（２２）を通る際に前記ポンプ装置（２２）によって加えられる最大の動圧よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置。
5. 前記膨張要素（３４）を迂回するため、前記冷媒が通過できる迂回装置（３８）が設けられ、該迂回装置は、第１の遮断装置（３６）によって遮断可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記膨張要素（３４）に、第２の遮断装置（４０）が割り当てられており、該遮断装置を用いて、前記膨張要素（３４）の通過を遮断できることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却装置。
7. 前記冷却回路（１６）内の前記ポンプ装置（２２）により、該ポンプ装置（２２）の上流と下流との間の最大圧力差が調整可能であり、この最大圧力差を使って、前記もう１つの膨張要素（４６）が閉位置に移行可能であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却装置。
8. 前記もう１つの膨張要素（４６）に、もう１つの遮断装置（４８）が割り当てられており、該遮断装置を用いて、前記もう１つの膨張要素（４６）の通過を遮断できることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却装置。
9. 前記もう１つの膨張要素（７０）が、開位置に移行可能であり、該開位置では、前記冷媒が、少なくとも実質的に遮断されることなく、前記もう１つの膨張要素（７０）を通って流れることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却装置。
10. 前記膨張要素（３４）と複数の前記遮断装置（３６、４０）又は複数の前記膨張要素（３４、４６、７０）と複数の前記遮断装置（３６、４０、４８）が、負荷モジュール（４２）に一体化されて形成されていることを特徴とする、請求項５、６又は５、６及び９に記載の冷却装置。
11. 内部の熱交換器（５４）が、前記コンプレッサ（２４）の前に接続されており、前記熱交換器によって、液化された前記冷媒と前記エバポレータ（１４、４４）から流出する前記冷媒との間で熱を交換することができることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
12. 前記冷却回路（１６）が、前記エバポレータ（１４、４４）に前記ポンプ装置（２２）によって前記冷媒が流れる際に、前記膨張要素（３４）をバイパスして流れることのできる、前記内部の熱交換器（５４）をバイパスするためのバイパス装置（７２）を有していることを特徴とする、請求項１１に記載の冷却装置。
13. 凝縮装置（１８）によって、冷却回路（１６）内の冷媒の少なくとも一部の容積が液化され、該凝縮装置（１８）の下流に配置されたエバポレータ（１４）に前記冷媒が流され、電気部品ユニット（１２）の熱が前記エバポレータ（１４）に供給される、車両の電気部品ユニット（１２）の冷却方法であって、
    ポンプ装置（２２）によって、液化された前記冷媒の少なくとも一部の容積が前記エバポレータ（１４）に流されること、
    前記冷却回路（１６）が、前記エバポレータ（１４）の下流及び前記凝縮装置（１８）の上流に、前記冷媒を圧縮するコンプレッサ（２４）を有し、圧縮された前記冷媒を膨張する膨張要素（３４）が前記エバポレータ（１４）の前に接続されていること、
    前記冷却回路（１６）が、車室を冷やすもう１つのエバポレータ（４４）を有しており、該エバポレータの前に、前記コンプレッサ（２４）によって圧縮された前記冷媒を膨張させるもう１つの膨張要素（４６、７０）が接続されていること、
    前記ポンプ装置（２２）によって前記エバポレータ（１４）に冷媒が流される際に、前記コンプレッサをバイパスするためバイパス装置（２６）が設けられていること、および
    前記コンプレッサ（２４）によって前記エバポレータ（１４）と同時に前記もう１つのエバポレータ（４４）に前記冷媒を流す場合、前記ポンプ装置（２２）をバイパスするため、チェックバルブ（３２）を有するバイパス装置が設けられていることを特徴とする方法。
    

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