冷卻設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種冷卻設(shè)備，該冷卻設(shè)備冷卻充電器（71），該充電器用于在接收來自電源的電力供應(yīng)時(shí)對(duì)蓄電池（72）充電，該冷卻設(shè)備包括：壓縮機(jī)（12），其使制冷劑循環(huán)；熱交換器（14）和熱交換器（15），其進(jìn)行制冷劑和外部空氣之間的熱交換；膨脹閥（16），其降低制冷劑的壓力；熱交換器（18），其進(jìn)行制冷劑和空調(diào)空氣之間的熱交換；冷卻單元（70），其設(shè)置在制冷劑在熱交換器（15）和膨脹閥（16）之間流動(dòng)的路徑上，以使用制冷劑冷卻充電器（71）；制冷劑通路（22），制冷劑通過該制冷劑通路在壓縮機(jī)（12）和熱交換器（14）之間流動(dòng)；制冷劑通路（26），制冷劑通過該制冷劑通路在冷卻單元（70）和膨脹閥（16）之間流動(dòng)；和連接通路（52），其將制冷劑通路（22）和制冷劑通路（26）連接。
【專利說明】冷卻設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷卻設(shè)備，并且更加具體地涉及一種使用蒸汽壓縮致冷循環(huán)冷卻對(duì)蓄電池充電的充電器的冷卻設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為環(huán)境問題的對(duì)策，使用來自馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力行駛的混合動(dòng)力車輛(HV)、燃料電池車輛、電動(dòng)汽車等已經(jīng)受到關(guān)注。在這種類型的車輛中，電氣裝置諸如馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、換流器、轉(zhuǎn)換器和電池在電力轉(zhuǎn)移期間產(chǎn)生熱量。因此有必要冷卻這些電氣裝置。因此，已經(jīng)提出了使用作為車輛空調(diào)設(shè)備采用的蒸汽壓縮致冷循環(huán)對(duì)發(fā)熱體進(jìn)行冷卻的技術(shù)。
[0003]例如，日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2005-90862 (JP2005-90862A)公開了一種冷卻系統(tǒng)，在該冷卻系統(tǒng)中，用于冷卻發(fā)熱體的發(fā)熱體冷卻裝置被設(shè)置在旁通通路中，該旁通通路繞過空調(diào)致冷循環(huán)的減壓器、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)。
[0004]附帶說一句，當(dāng)使用蒸汽壓縮致冷循環(huán)執(zhí)行加熱操作時(shí)，由于在外部熱交換器上結(jié)霜，熱交換容量降低。響應(yīng)于該問題，日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.6-24235 (JP6-24235A)提出一項(xiàng)用于防止在外部熱交換器上結(jié)霜的技術(shù)，這是通過組合使用熱量存儲(chǔ)系統(tǒng)的空調(diào)與使用蒸汽壓縮致冷循環(huán)的空調(diào)實(shí)現(xiàn)的，從而在加熱操作期間，由外部熱交換器產(chǎn)生的暖空氣被供應(yīng)到蒸汽壓縮致冷循環(huán)的外部熱交換器。
[0005]同時(shí)，已經(jīng)在相關(guān)技術(shù)中提出了用于冷卻安裝在車輛中的充電器的各項(xiàng)技術(shù)。例如，日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2010-81704 (JP2010-81704A)公開了一項(xiàng)技術(shù)，在該項(xiàng)技術(shù)中，循環(huán)通路被形成為將充電器連接到散熱器并且使冷卻水在充電器和散熱器之間循環(huán)，通過驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇以將空氣傳輸?shù)缴崞鳎瑹崃勘挥行У貜牧鬟^散熱器的冷卻水排出，通過驅(qū)動(dòng)泵使得通過散熱器排出熱量的冷卻水流動(dòng)到充電器，并且在充電器和冷卻水之間進(jìn)行熱交換從而充電器被冷卻。
[0006]日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.4-275492 (JP4-275492A)公開了一種冷卻設(shè)備，在該冷卻設(shè)備中，通過整流來自電源的電力而對(duì)電池充電的充電器設(shè)置在電動(dòng)汽車中，形成冷卻劑循環(huán)路徑的管道被鋪設(shè)成通過充電器，并且使用冷卻劑泵使得冷卻劑通過冷卻劑循環(huán)路徑循環(huán)。
[0007]日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2009-143509( JP2009-143509A)公開了一項(xiàng)技術(shù)，在該項(xiàng)技術(shù)中，在充電期間產(chǎn)生熱量的電池被布置成使得在電池和冷卻空氣之間發(fā)生熱交換，由此在充電期間產(chǎn)生的一定量的熱量被輻射到冷卻空氣從而對(duì)電池進(jìn)行冷卻。JP2009-143509A還公開了一項(xiàng)技術(shù)，在該項(xiàng)技術(shù)中，被來自電池的廢熱加熱的暖空氣通過設(shè)置在熱泵中的熱交換器，以便在蒸發(fā)過程期間使用，使得在暖空氣中包括的一定量的熱量作為用于熱量循環(huán)的蒸發(fā)過程的熱源被回收。
[0008]當(dāng)在寒冷天氣期間或者在寒冷地點(diǎn)中使用采用蒸汽壓縮致冷循環(huán)的空調(diào)設(shè)備時(shí)，發(fā)生在加熱操作期間在外部熱交換器上結(jié)霜的問題。當(dāng)在外部熱交換器上結(jié)霜時(shí)，在制冷劑和大氣之間的熱交換被削弱，并且因此通過以強(qiáng)制方式實(shí)現(xiàn)冷卻操作從而除霜來執(zhí)行除霜操作。在除霜操作期間，即使不需要加熱操作，也應(yīng)該致動(dòng)壓縮機(jī)，并且因此壓縮機(jī)的功耗增加。JP6-24235A公開了一項(xiàng)通過防止在外部熱交換器上結(jié)霜來避免除霜操作的技術(shù)，但是在該情形中，需要將暖空氣供應(yīng)到外部熱交換器的系統(tǒng)，并且因此由于需要操作泵，設(shè)備構(gòu)造變得復(fù)雜并且功耗的增加發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]對(duì)上述問題加以考慮地設(shè)計(jì)出本發(fā)明，并且本發(fā)明提供了一種冷卻設(shè)備，該冷卻設(shè)備使用蒸汽壓縮致冷循環(huán)冷卻用于對(duì)蓄電池充電的充電器，其中能夠抑制在熱交換器上結(jié)霜而不增加構(gòu)造的復(fù)雜度和功耗。
[0010]為此目的,本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種冷卻設(shè)備，該冷卻設(shè)備冷卻充電器，該充電器用于在接收來自電源的電力供應(yīng)時(shí)對(duì)蓄電池充電，該冷卻設(shè)備包括:壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)使制冷劑循環(huán)；第一熱交換器和第二熱交換器，該第一熱交換器和第二熱交換器進(jìn)行在制冷劑和外部空氣之間的熱交換；減壓器，該減壓器降低制冷劑的壓力；第三熱交換器，該第三熱交換器進(jìn)行在制冷劑和空調(diào)空氣之間的熱交換；冷卻單元，該冷卻單元設(shè)置在制冷劑在第二熱交換器和減壓器之間流動(dòng)的路徑上，以便使用制冷劑冷卻充電器；第一通路，制冷劑通過該第一通路在壓縮機(jī)和第一熱交換器之間流動(dòng)；第二通路，制冷劑通過該第二通路在冷卻單元和減壓器之間流動(dòng)；和連接通路，該連接通路將第一通路和第二通路連接。
[0011]上述冷卻設(shè)備可以進(jìn)一步包括切換閥，該切換閥切換第一通路和連接通路之間的連通狀態(tài)。
[0012]上述冷卻設(shè)備可以進(jìn)一步包括另一個(gè)冷卻單元，所述另一個(gè)冷卻單元設(shè)置在制冷劑在第一熱交換器和第二熱交換器之間流動(dòng)的路徑上，以便使用制冷劑冷卻發(fā)熱源。該冷卻設(shè)備可以進(jìn)一步包括在第一熱交換器和第二熱交換器之間并聯(lián)連接的第三通路和第四通路，其中該另一個(gè)冷卻單元設(shè)置在第四通路中。該冷卻設(shè)備可以進(jìn)一步包括制冷劑截流閥，該制冷劑截流閥切斷制冷劑通過第四通路的流動(dòng)。
[0013]上述冷卻設(shè)備可以進(jìn)一步包括流量控制閥，該流量控制閥調(diào)節(jié)流過第三通路的制冷劑的流量。該冷卻設(shè)備可以進(jìn)一步包括四通閥，該四通閥在從壓縮機(jī)到第一熱交換器的制冷劑流動(dòng)和從壓縮機(jī)到第三熱交換器的制冷劑流動(dòng)之間切換。進(jìn)而，在上述冷卻設(shè)備中，切換閥可以是三通閥，該三通閥設(shè)置在第一通路上的中途處，以便切換如下三個(gè)通路的相應(yīng)的連通狀態(tài)，即:在第一通路中的在切換閥和四通閥之間的通路；在第一通路中的在切換閥和第一熱交換器之間的通路；以及連接通路。
[0014]利用上述根據(jù)本發(fā)明的冷卻設(shè)備，能夠抑制在熱交換器上結(jié)霜而不增加構(gòu)造的復(fù)雜度和功耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]將參考附圖在本發(fā)明的示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)說明中描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件，并且其中:
[0016]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的冷卻設(shè)備的構(gòu)造并且示出在冷卻操作期間制冷劑的流動(dòng)的概略圖表；
[0017]圖2是示出在圖1所示蒸汽壓縮致冷循環(huán)的冷卻操作期間制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖；
[0018]圖3是示出在圖1所示四通閥已經(jīng)被切換的狀態(tài)中的冷卻設(shè)備，并且示出在加熱操作期間制冷劑的流動(dòng)的概略圖表；
[0019]圖4是示出在蒸汽壓縮致冷循環(huán)的加熱操作期間制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖；并且
[0020]圖5是示出當(dāng)蒸汽壓縮致冷循環(huán)停止時(shí)用于冷卻充電器的制冷劑的流動(dòng)的概略圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0021]將在下面基于附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。注意在以下附圖中，相同或者相應(yīng)的部分已經(jīng)被賦予相同的附圖標(biāo)記，并且不對(duì)其進(jìn)行重復(fù)說明。
[0022]圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的冷卻設(shè)備的構(gòu)造的概略圖表。如在圖1中所示，冷卻設(shè)備I包括蒸汽壓縮致冷循環(huán)10。蒸汽壓縮致冷循環(huán)10安裝在車輛中，以便例如冷卻和加熱車輛的車輛內(nèi)部。當(dāng)例如用于執(zhí)行冷卻的開關(guān)打開或者用于自動(dòng)地將車輛的客廂中的溫度調(diào)節(jié)到設(shè)定溫度的自動(dòng)控制模式已經(jīng)被選擇并且客廂中的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，使用蒸汽壓縮致冷循環(huán)10進(jìn)行冷卻。當(dāng)例如用于執(zhí)行加熱的開關(guān)打開或者自動(dòng)控制模式已經(jīng)被選擇并且客廂中的溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，使用蒸汽壓縮致冷循環(huán)10進(jìn)行加熱。
[0023]蒸汽壓縮致冷循環(huán)10包括壓縮機(jī)12、用作第一熱交換器的熱交換器14、用作第二交換器的熱交換器15、用作減壓器的一個(gè)實(shí)例的膨脹閥16和用作第三熱交換器的熱交換器18。蒸汽壓縮致冷循環(huán)10還包括四通閥13。四通閥13被設(shè)置成能夠在從壓縮機(jī)12朝向熱交換器14行進(jìn)的制冷劑流動(dòng)和從壓縮機(jī)12朝向熱交換器18行進(jìn)的制冷劑流動(dòng)之間切換。
[0024]使用安裝在車輛中的馬達(dá)或者發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源對(duì)壓縮機(jī)12進(jìn)行操作，以將制冷劑氣體絕熱地壓縮成過熱制冷劑氣體。壓縮機(jī)12抽吸并且壓縮當(dāng)蒸汽壓縮致冷循環(huán)10被操作時(shí)流動(dòng)的氣相制冷劑，并且排出高溫、高壓氣相制冷劑。通過排出制冷劑，壓縮機(jī)12使制冷劑通過蒸汽壓縮致冷循環(huán)10循環(huán)。
[0025]熱交換器14、15、18分別包括:制冷劑流過的管子；和鰭片，該鰭片進(jìn)行流過管子的制冷劑和在熱交換器14、15、18的周邊上的空氣之間的熱交換。熱交換器14、15、18進(jìn)行在制冷劑和由隨著車輛行駛而產(chǎn)生的自然風(fēng)供應(yīng)的空氣流或者和由風(fēng)扇供應(yīng)的空氣流之間的熱交換。熱交換器14、15、18被串聯(lián)連接，使得在冷卻操作和加熱操作這兩者期間流過蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的全部的制冷劑均通過熱交換器14、15、18。
[0026]膨脹閥16通過經(jīng)由小孔噴射液相制冷劑而使高壓液相制冷劑膨脹。結(jié)果，高壓液相制冷劑被改變成低溫、低壓薄霧形式的制冷劑。膨脹閥16減小被冷凝的制冷劑液體的壓力以產(chǎn)生處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸汽。注意用于減小制冷劑液體的壓力的減壓器不限于執(zhí)行節(jié)流膨脹的膨脹閥16，而是還可以是毛細(xì)管。
[0027]蒸汽壓縮致冷循環(huán)10進(jìn)一步包括制冷劑通路21到29。通過使用制冷劑通路21到29將壓縮機(jī)12、熱交換器14和熱交換器15、膨脹閥16和熱交換器18相互連接而形成蒸汽壓縮致冷循環(huán)10。
[0028]制冷劑通路21將壓縮機(jī)12與四通閥13連接。制冷劑通過制冷劑通路21從壓縮機(jī)12流動(dòng)到四通閥13。制冷劑通路22將四通閥13與熱交換器14連接。制冷劑通過制冷劑通路22從四通閥13和熱交換器14之一流動(dòng)到另一個(gè)。制冷劑通路23將熱交換器14與熱交換器15連接。制冷劑通過制冷劑通路23從熱交換器14和熱交換器15之一流動(dòng)到
另一個(gè)。
[0029]制冷劑通路23包括形成制冷劑通路23的一部分的通路形成部分23a。制冷劑通路24是與通路形成部分23a并聯(lián)設(shè)置的制冷劑路徑。將在下面描述的冷卻單元30被設(shè)置在制冷劑通路24上。流過制冷劑通路24的制冷劑被供應(yīng)到冷卻單元30以冷卻將在下面描述的發(fā)熱源。
[0030]制冷劑通路25將熱交換器15與冷卻單元70連接。制冷劑通過制冷劑通路25從熱交換器15和冷卻單元70之一流動(dòng)到另一個(gè)。制冷劑通路26將冷卻單元70與膨脹閥16連接。制冷劑通過制冷劑通路26從冷卻單元70和膨脹閥16之一流動(dòng)到另一個(gè)。
[0031]制冷劑通路27將膨脹閥16與熱交換器18連接。制冷劑通過制冷劑通路27從膨脹閥16和熱交換器18之一流動(dòng)到另一個(gè)。制冷劑通路28將熱交換器18與四通閥13連接。制冷劑通過制冷劑通路28從熱交換器18和四通閥13之一流動(dòng)到另一個(gè)。制冷劑通路29將四通閥13與壓縮機(jī)12連接。制冷劑通過制冷劑通路29從四通閥13流動(dòng)到壓縮機(jī)12。
[0032]注意，例如，二氧化碳、碳?xì)浠衔镏T如丙烷或者異丁烷、氨、水等可以被用作蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的制冷劑。
[0033]冷卻單元70設(shè)置在制冷劑在熱交換器15和膨脹閥16之間流動(dòng)的路徑上。冷卻單元70包括充電器71和冷卻通路74，該冷卻通路74由制冷劑流過的管道構(gòu)成。冷卻通路74的一個(gè)端部被連接到制冷劑通路25，而冷卻通路74的另一個(gè)端部被連接到制冷劑通路26。
[0034]充電器71經(jīng)由電線73被電連接到可充電/可放電蓄電池72。充電器71包括功率轉(zhuǎn)換開關(guān)元件，以便將從外部電源供應(yīng)的電力轉(zhuǎn)換成預(yù)定充電電壓(直流電)。經(jīng)歷充電器71的功率轉(zhuǎn)換的電力被供應(yīng)到蓄電池72，并且蓄電池72由此被充電。
[0035]流動(dòng)到冷卻單元70從而通過冷卻通路74的制冷劑通過從充電器71吸收熱量來冷卻充電器71。冷卻單元70被構(gòu)造成使得能夠進(jìn)行充電器71和冷卻通路74中的制冷劑之間的熱交換。在該實(shí)施例中，冷卻單元70包括冷卻通路74，冷卻通路74被形成為使得其外周邊表面直接地接觸例如充電器71的外殼。冷卻通路74包括與充電器71的外殼相鄰的部分。在該部分中，能夠進(jìn)行流過冷卻通路74的制冷劑和充電器71之間的熱交換。
[0036]充電器71通過被直接連接到冷卻通路74的外周邊表面而被冷卻，該冷卻通路74形成制冷劑路徑的在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的熱交換器15和膨脹閥16之間的一部分。因?yàn)槌潆娖?1被設(shè)置在冷卻通路74的外部上，所以充電器71并不與流過冷卻通路74的內(nèi)部的制冷劑流動(dòng)干涉。相應(yīng)地，在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10中的壓力損失并不增加，并且因此在不增加壓縮機(jī)12的功率時(shí)，充電器71能夠被冷卻。
[0037]可替代地，冷卻單元70可以包括任意的常規(guī)熱管道，該熱管道介于充電器71和冷卻通路74之間。在該情形中，充電器71經(jīng)由熱管道而被連接到冷卻通路74的外周邊表面，并且由于熱量經(jīng)由熱管道從充電器71被傳遞到冷卻通路74而被冷卻。通過設(shè)定充電器71作為熱管道加熱部分并且設(shè)定冷卻通路74作為熱管道冷卻部分，在冷卻通路74和充電器71之間的熱傳遞效率能夠提高，從而導(dǎo)致冷卻充電器71的效率的提高。例如，可以使用毛細(xì)作用加熱管道。
[0038]通過使用熱管道，熱量能夠被可靠地從充電器71傳遞到冷卻通路74，并且因此充電器71和冷卻通路74可以相互遠(yuǎn)離，由此消除以復(fù)雜的布置設(shè)置冷卻通路74以確保冷卻通路74接觸充電器71的需要。結(jié)果，充電器71的安置自由度能夠提高。
[0039]在熱交換器14和熱交換器15之間的制冷劑路徑包括被并聯(lián)連接的、用作第三通路的通路形成部分23a和用作第四通路的制冷劑通路24。作為不同于冷卻充電器71的冷卻單元70的另一個(gè)冷卻單元，冷卻單元30被設(shè)置在制冷劑通路24上。通過設(shè)置冷卻單元30，制冷劑通路24被劃分成在冷卻單元30的熱交換器14側(cè)上的制冷劑通路24a和在冷卻單元30的熱交換器15側(cè)上的制冷劑通路24b。冷卻單元30包括:混合動(dòng)力車輛(HV)裝置31，該混合動(dòng)力車輛(HV)裝置31是安裝在車輛中的電氣裝置；和冷卻通路32，該冷卻通路32是制冷劑流過的管道。HV裝置31用作發(fā)熱源的一個(gè)實(shí)例。冷卻通路32的一個(gè)端部被連接到制冷劑通路24a。冷卻通路32的另一個(gè)端部被連接到制冷劑通路24b。
[0040]HV裝置31包括在電力轉(zhuǎn)移期間產(chǎn)生熱量的電氣裝置。電氣裝置包括例如將直流電電力轉(zhuǎn)換成交流電電力的換流器、用作旋轉(zhuǎn)電機(jī)的馬達(dá)/發(fā)電機(jī)、用作存儲(chǔ)裝置的電池、升高電池的電壓的轉(zhuǎn)換器、降低電池的電壓的直流電/直流電(DC/DC)轉(zhuǎn)換器等中的至少一個(gè)。電池是二次電池諸如鋰離子電池或者鎳氫電池?？梢蕴娲姵氐厥褂秒娙萜?。
[0041]冷卻設(shè)備I包括并不通過冷卻單元30的、作為在熱交換器14和熱交換器15之間的制冷劑路徑的通路形成部分23a。冷卻設(shè)備I還包括作為與通路形成部分23a并聯(lián)地設(shè)置的另一個(gè)制冷劑路徑的制冷劑通路24。冷卻單元30設(shè)置在制冷劑通路24中。在熱交換器14和熱交換器15之間的制冷劑路徑分叉，使得制冷劑的一部分流動(dòng)到冷卻單元30。
[0042]制冷劑經(jīng)由冷卻通路32流過制冷劑通路24。在流過冷卻通路32時(shí)，制冷劑通過從HV裝置31吸收熱量來冷卻HV裝置31。冷卻單元30被構(gòu)造成使得能夠進(jìn)行HV裝置31和冷卻通路32中的制冷劑之間的熱交換。在該實(shí)施例中，冷卻單元30包括冷卻通路32，冷卻通路32被形成為使得其外周邊表面直接接觸例如HV裝置31的外殼。冷卻通路32包括鄰近于HV裝置31的外殼的部分。在這個(gè)部分中，能夠進(jìn)行流過冷卻通路32的制冷劑和HV裝置31之間的熱交換。
[0043]HV裝置31通過被直接連接到冷卻通路32的外周邊表面而被冷卻，該冷卻通路32形成從蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的熱交換器14延伸到膨脹閥16的制冷劑路徑的一部分。因?yàn)镠V裝置31被設(shè)置在冷卻通路32的外部上，所以HV裝置31并不與流過冷卻通路32的內(nèi)部的制冷劑流動(dòng)干涉。相應(yīng)地，在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10中的壓力損失并不增加，并且因此HV裝置31能夠被冷卻而不增加壓縮機(jī)12的功率。可替代地，冷卻單元30可以包括任意的常規(guī)熱管道，該熱管道以與用于冷卻充電器71的冷卻單元70相同的方式介于HV裝置31和冷卻通路32之間。
[0044]用作通過冷卻單元30的制冷劑路徑的制冷劑通路24和用作不通過冷卻單元30的路徑的通路形成部分23a被并聯(lián)地設(shè)置在熱交換器14和熱交換器15之間。因此，在熱交換器14和熱交換器15之間流動(dòng)的制冷劑的僅一部分流動(dòng)到冷卻單元30中。使用于冷卻在冷卻單元30中的HV裝置31所需要的量的制冷劑流動(dòng)到制冷劑通路24，使得HV裝置31被適當(dāng)?shù)乩鋮s。結(jié)果，能夠防止HV裝置31的過冷卻。因?yàn)椴⒎侨康闹评鋭┝鲃?dòng)到冷卻單元30，所以能夠減小在通過制冷劑通路24和冷卻通路32的制冷劑流中的壓力損失，并且結(jié)果，能夠減小操作壓縮機(jī)12以便使制冷劑循環(huán)所需要的電力的量。
[0045]冷卻設(shè)備I還包括流量控制閥51。流量控制閥51被設(shè)置在通路形成部分23a中。通過改變流量控制閥51的閥門開度，流過通路形成部分23a的制冷劑的壓力損失增加或者減小，并且結(jié)果，流量控制閥51如所期那樣調(diào)節(jié)流過通路形成部分23a的制冷劑的流量以及流過制冷劑通路24和冷卻通路32的制冷劑的流量。
[0046]例如，當(dāng)流量控制閥51完全關(guān)閉使得其閥門開度被設(shè)定為0%時(shí)，在熱交換器14和熱交換器15之間流動(dòng)的全部的制冷劑流動(dòng)到制冷劑通路24和冷卻通路32中。當(dāng)流量控制閥51的閥門開度增加時(shí)，在熱交換器14和熱交換器15之間流動(dòng)的制冷劑中的、流過通路形成部分23a的制冷劑的流量增加，而流過制冷劑通路24和冷卻通路32以便冷卻HV裝置31的制冷劑的流量降低。當(dāng)流量控制閥51的閥門開度減小時(shí)，在熱交換器14和熱交換器15之間流動(dòng)的制冷劑中的、流過通路形成部分23a的制冷劑的流量降低，而流過制冷劑通路24和冷卻通路32以便冷卻HV裝置31的制冷劑的流量增加。
[0047]當(dāng)流量控制閥51的閥門開度增加時(shí)，冷卻HV裝置31的制冷劑的流量降低，從而導(dǎo)致冷卻HV裝置31的能力降低。當(dāng)流量控制閥51的閥門開度減小時(shí)，冷卻HV裝置31的制冷劑的流量增加，從而導(dǎo)致冷卻HV裝置31的能力提高。通過使用流量控制閥51，流動(dòng)到冷卻單元30的制冷劑的量能夠被調(diào)節(jié)為最佳量，并且因此能夠可靠地防止HV裝置31的過冷卻。而且，能夠可靠地減小在通過制冷劑通路24和冷卻通路32的制冷劑流中的壓力損失和使制冷劑循環(huán)所需要的壓縮機(jī)12的功耗。
[0048]熱交換器18被設(shè)置在空氣流過的管40的內(nèi)側(cè)。通過進(jìn)行制冷劑和空調(diào)空氣之間的熱交換，熱交換器18調(diào)節(jié)流過管40的空調(diào)空氣的溫度。管40包括:管入口 41，該管入口41是空調(diào)空氣流動(dòng)到管40中的入口 ；和管出口 42，該管出口 42是空調(diào)空氣流出管40的出口。風(fēng)扇43在管入口 41附近被設(shè)置在管40的內(nèi)側(cè)。
[0049]當(dāng)風(fēng)扇43被驅(qū)動(dòng)時(shí)，空氣流過管道40。當(dāng)風(fēng)扇43被操作時(shí)，空調(diào)空氣通過管入口 41流動(dòng)到管40的內(nèi)部中。流動(dòng)到管40中的空氣可以是外部空氣或者在車輛的客廂中的空氣。在圖1和圖3中的箭頭45示意流過熱交換器18從而與蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的制冷劑交換熱量的空調(diào)空氣的流動(dòng)。在冷卻操作期間的熱交換器18中，在制冷劑從空調(diào)空氣接收熱傳遞從而被加熱時(shí)，空調(diào)空氣被冷卻。在加熱操作期間的熱交換器18中，在制冷劑向空調(diào)空氣傳遞熱量從而被冷卻時(shí)，空調(diào)空氣被加熱。箭頭46示意在于熱交換器18中經(jīng)歷溫度調(diào)節(jié)之后通過管出口 42流出管40的空調(diào)空氣的流動(dòng)。
[0050]在冷卻操作期間，制冷劑在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10內(nèi)流動(dòng)從而如在圖1中所示順序地通過點(diǎn)A、點(diǎn)B、點(diǎn)C、點(diǎn)D、點(diǎn)E、點(diǎn)F和點(diǎn)G。因此，制冷劑在壓縮機(jī)12、熱交換器14和
15、膨脹閥16和熱交換器18之間循環(huán)。通過使用制冷劑通路21到29，制冷劑通過順序地連接壓縮機(jī)12、熱交換器14、膨脹閥16和熱交換器18形成的制冷劑循環(huán)通路在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10內(nèi)循環(huán)。
[0051]圖2是示出在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的冷卻操作期間制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。圖2中的橫坐標(biāo)示出制冷劑的比焓(單位:kj/kg)，而縱坐標(biāo)示出制冷劑的絕對(duì)壓力(單位:MPa)。在圖表中的曲線表示制冷劑的飽和蒸汽線和飽和液體線。圖2示出在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的每一個(gè)點(diǎn)(即點(diǎn)A、B、C、D、E、F和G)處制冷劑的熱力學(xué)狀態(tài)，在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10中，制冷劑經(jīng)由熱交換器14從壓縮機(jī)12流動(dòng)到制冷劑通路24a中，冷卻HV裝置31，經(jīng)由熱交換器15從制冷劑通路24b流動(dòng)到制冷劑通路25中，冷卻充電器71，并且然后經(jīng)由膨脹閥16和熱交換器18返回壓縮機(jī)12。
[0052]如在圖2中所示，在過熱蒸汽狀態(tài)中被抽吸到壓縮機(jī)12中的制冷劑(點(diǎn)A)沿著幾何熵線在壓縮機(jī)12中絕熱地壓縮。在制冷劑被壓縮時(shí)，其壓力和溫度升高從而制冷劑轉(zhuǎn)變成高溫、高壓、高度過熱蒸汽(點(diǎn)B)。制冷劑然后流動(dòng)到熱交換器14。
[0053]進(jìn)入熱交換器14的高壓制冷劑蒸汽通過在熱交換器14中與外部空氣交換熱量而被冷卻。結(jié)果，制冷劑排放顯熱從而在保持恒壓時(shí)從過熱蒸汽改變成干燥飽和蒸汽。冷凝潛熱被排放使得制冷劑逐漸地液化，由此轉(zhuǎn)變成處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸汽，并且當(dāng)制冷劑被完全地冷凝時(shí)，形成飽和液體(點(diǎn)C)。通過向外部介質(zhì)恒壓地排放在壓縮機(jī)12中壓縮的過熱制冷劑氣體的熱量，熱交換器14形成制冷劑液體。從壓縮機(jī)12排出的氣相制冷劑通過向熱交換器14的周邊排放其熱量使得制冷劑被冷卻而被冷凝(液化)。由于在熱交換器14中進(jìn)行熱交換，制冷劑的溫度降低從而制冷劑液化。
[0054]流出熱交換器14的飽和液體狀態(tài)制冷劑通過制冷劑通路24a在熱交換器14和冷卻單元30之間流動(dòng)，從而流動(dòng)到冷卻單元30中。制冷劑通路24a是制冷劑從熱交換器14流動(dòng)到冷卻單元30的通路。在冷卻單元30中，熱量被排放到在通過熱交換器14時(shí)被冷凝的液體制冷劑，由此HV裝置31被冷卻。通過與HV裝置31執(zhí)行熱交換，制冷劑被加熱，并且結(jié)果，制冷劑的干燥度增加。當(dāng)制冷劑從HV裝置31接收潛熱從而其一部分蒸發(fā)時(shí)，制冷劑轉(zhuǎn)變成混合飽和液體和飽和蒸汽的濕蒸汽(點(diǎn)D)。
[0055]制冷劑然后通過制冷劑通路24b在冷卻單元30和熱交換器15之間流動(dòng)，從而流動(dòng)到熱交換器15中。制冷劑通路24b是制冷劑在冷卻單元30和熱交換器15之間流動(dòng)的通路。制冷劑的濕蒸汽在熱交換器15中與外部空氣交換熱量從而被再次冷凝，并且當(dāng)制冷劑被完全冷凝時(shí)，該制冷劑形成飽和液體。此外，制冷劑排放顯熱從而形成過冷液體(點(diǎn)E)。
[0056]被熱交換器15過冷卻的高壓制冷劑通過制冷劑通路25流動(dòng)到冷卻單元70并且冷卻充電器71。由于與充電器71進(jìn)行熱交換，制冷劑的過冷卻程度降低。換言之，處于過冷卻液體狀態(tài)的制冷劑的溫度升高從而接近液體制冷劑飽和溫度(點(diǎn)F)。接著，制冷劑通過制冷劑通路26流動(dòng)到膨脹閥16中。在膨脹閥16中，處于過冷卻液體狀態(tài)的制冷劑被節(jié)流-膨脹，使得在其比焓保持不變時(shí)制冷劑的溫度和壓力降低。結(jié)果，制冷劑轉(zhuǎn)變成處于氣液混合狀態(tài)的低溫、低壓濕蒸汽(點(diǎn)G)。
[0057]從膨脹閥16排出的濕蒸汽狀態(tài)制冷劑通過制冷劑通路25流動(dòng)到熱交換器18中。濕蒸汽狀態(tài)制冷劑流動(dòng)到熱交換器18的管子中。在流過熱交換器18的管子時(shí)，制冷劑作為蒸發(fā)潛熱經(jīng)由鰭片從車輛的客廂中的空氣吸收熱量，并且結(jié)果，制冷劑在保持恒壓時(shí)蒸發(fā)。當(dāng)制冷劑完全轉(zhuǎn)變成干燥飽和蒸汽時(shí)，制冷劑蒸汽的溫度利用顯熱進(jìn)一步升高，并且結(jié)果，形成過熱蒸汽(點(diǎn)A)。在熱交換器18中，制冷劑吸收周邊熱量從而被加熱。蒸發(fā)的制冷劑然后經(jīng)由制冷劑通路28、四通閥13和制冷劑通路29而被抽吸到壓縮機(jī)12中。壓縮機(jī)12壓縮從熱交換器18流動(dòng)的制冷劑。根據(jù)這個(gè)循環(huán)，制冷劑反復(fù)地并且連續(xù)地經(jīng)歷幾個(gè)狀態(tài)變化，即壓縮、冷凝、節(jié)流膨脹和蒸發(fā)。
[0058]注意，在蒸汽壓縮致冷循環(huán)的以上說明中描述了理論致冷循環(huán)。然而，顯然在實(shí)際蒸汽壓縮致冷循環(huán)10中，在壓縮機(jī)12中的損失和在制冷劑中的壓力損失和熱損失應(yīng)該被加以考慮。[0059]在冷卻操作期間，在流過熱交換器18的內(nèi)部的薄霧形式的制冷劑蒸發(fā)時(shí)，熱交換器18從被引入從而接觸熱交換器18的周邊空氣吸收熱量。通過吸收當(dāng)制冷劑的濕蒸汽從流動(dòng)到車輛的客廂中的空調(diào)空氣蒸發(fā)成制冷劑氣體時(shí)產(chǎn)生的蒸發(fā)熱量，熱交換器18使用壓力被膨脹閥16減小的制冷劑來冷卻車輛的客廂。當(dāng)其熱量被熱交換器18吸收時(shí)溫度降低的空調(diào)空氣流動(dòng)到車輛的客廂中，并且結(jié)果，車輛的客廂被冷卻。
[0060]在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10被操作時(shí)，制冷劑通過從熱交換器18中的空調(diào)空氣吸收蒸發(fā)熱量來冷卻客廂。另外，從熱交換器14排出的高壓液體制冷劑流動(dòng)到冷卻單元30中并且通過與HV裝置31交換熱量來冷卻HV裝置31。此外，從熱交換器15排出的高壓液體制冷劑流動(dòng)到冷卻單元70中并且通過與充電器71交換熱量來冷卻充電器71。因此，冷卻設(shè)備I使用用于對(duì)車輛的客廂進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的蒸汽壓縮致冷循環(huán)10冷卻用作安裝在車輛中的發(fā)熱源的HV裝置31和充電器71。注意HV裝置31將被冷卻到的溫度優(yōu)選地至少低于用作HV裝置31的溫度范圍的目標(biāo)溫度范圍的上限值。
[0061]圖3是示出在四通閥13已經(jīng)被切換的狀態(tài)下冷卻設(shè)備I的概略圖表。比較圖1和3，四通閥13已經(jīng)被旋轉(zhuǎn)90°，由此切換從四通閥13排出從壓縮機(jī)12的出口流動(dòng)到四通閥13中的制冷劑的路徑。在圖1所示冷卻操作期間，被壓縮機(jī)12壓縮的制冷劑從壓縮機(jī)12朝向熱交換器14流動(dòng)。在另一方面，在圖3所示加熱操作期間，被壓縮機(jī)12壓縮的制冷劑從壓縮機(jī)12朝向熱交換器18流動(dòng)。
[0062]在加熱操作期間，制冷劑在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10內(nèi)流動(dòng)從而如在圖3中所示順序地通過點(diǎn)A、點(diǎn)B、點(diǎn)G、點(diǎn)F、點(diǎn)E、點(diǎn)D和點(diǎn)C。因此，制冷劑在壓縮機(jī)12、熱交換器18、膨脹閥16和熱交換器14、15之間循環(huán)。通過使用制冷劑通路21到29，制冷劑通過順序地連接壓縮機(jī)12、熱交換器18、膨脹閥16和熱交換器14、15而形成的制冷劑循環(huán)通路在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10內(nèi)循環(huán)。
[0063]圖4是示出在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的加熱操作期間制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。圖4中的橫坐標(biāo)示出制冷劑的比焓(單位:kj/kg)，而縱坐標(biāo)示出制冷劑的絕對(duì)壓力(單位:MPa)。在圖表中的曲線表示制冷劑的飽和蒸汽線和飽和液體線。圖4示出在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的每一個(gè)點(diǎn)(即點(diǎn)A、B、G、F、E、D和C)處制冷劑的熱力學(xué)狀態(tài)，在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10中，制冷劑經(jīng)由熱交換器18和膨脹閥16從壓縮機(jī)12流動(dòng)到制冷劑通路26中，冷卻充電器71，經(jīng)由熱交換器15從制冷劑通路25流動(dòng)到制冷劑通路24中，冷卻HV裝置31，并且然后經(jīng)由熱交換器14從制冷劑通路23返回壓縮機(jī)12。
[0064]如在圖4中所示，在過熱蒸汽狀態(tài)中被抽吸到壓縮機(jī)12中的制冷劑(點(diǎn)A)沿著幾何熵線在壓縮機(jī)12中絕熱地壓縮。在制冷劑被壓縮時(shí)，其壓力和溫度升高使得制冷劑轉(zhuǎn)變成高溫、高壓、高度過熱蒸汽(點(diǎn)B)。制冷劑然后流動(dòng)到熱交換器18。
[0065]流動(dòng)到熱交換器18中的高壓制冷劑蒸汽在熱交換器18中被冷卻從而在保持恒壓時(shí)從過熱蒸汽改變?yōu)楦稍镲柡驼羝?。冷凝潛熱被排出使得制冷劑逐漸地液化，由此轉(zhuǎn)變成處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸汽，并且當(dāng)制冷劑被完全冷凝時(shí)，形成飽和液體。此外，顯熱被排出使得形成過冷卻液體(點(diǎn)G)。通過向外部介質(zhì)恒壓地排放在壓縮機(jī)12中壓縮的過熱制冷劑氣體的熱量，熱交換器18形成制冷劑液體。從壓縮機(jī)12排出的氣相制冷劑通過向熱交換器18的周邊排放其熱量使得制冷劑被冷卻而被冷凝(液化)。由于在熱交換器18中進(jìn)行的熱交換，制冷劑的溫度降低從而制冷劑液化。因此，制冷劑通過向熱交換器18的周邊輻射其熱量而被冷卻。
[0066]被熱交換器18液化的高壓液相制冷劑通過制冷劑通路27流動(dòng)到膨脹閥16中。在膨脹閥16中，過冷卻液體狀態(tài)制冷劑被節(jié)流膨脹，使得在制冷劑的比焓保持不變時(shí)其溫度和壓力降低，并且結(jié)果，形成處于氣液混合狀態(tài)的低溫、低壓濕蒸汽(點(diǎn)F)。溫度被膨脹閥16降低的制冷劑通過制冷劑通路26流動(dòng)到冷卻單元70的冷卻通路74中并且冷卻充電器71。由于與充電器71進(jìn)行熱交換，制冷劑被加熱使得制冷劑的干燥度增加。當(dāng)制冷劑從充電器71接收潛熱時(shí)，制冷劑的一部分蒸發(fā)，從而導(dǎo)致濕蒸汽狀態(tài)制冷劑中的飽和蒸汽的比例增加(點(diǎn)E)。
[0067]從冷卻單元70排出的濕蒸汽狀態(tài)制冷劑通過制冷劑通路25流動(dòng)到熱交換器15中。濕蒸汽狀態(tài)制冷劑流動(dòng)到熱交換器15的管子中。在流過管子時(shí)，制冷劑作為蒸發(fā)潛熱經(jīng)由鰭片從外部空氣吸收熱量，并且結(jié)果，制冷劑在保持恒壓時(shí)蒸發(fā)。由于在熱交換器15中與外部空氣進(jìn)行熱交換，制冷劑被加熱使得制冷劑的干燥度增加。當(dāng)制冷劑在熱交換器15中接收潛熱時(shí)，制冷劑的一部分蒸發(fā)，從而導(dǎo)致在濕蒸汽狀態(tài)制冷劑中的飽和蒸汽的比例增加(點(diǎn)D)。
[0068]從熱交換器15排出的濕蒸汽狀態(tài)制冷劑通過制冷劑通路24b流動(dòng)到冷卻單元30的冷卻通路32中并且冷卻HV裝置31。在冷卻單元30中，當(dāng)熱量被排放到混合飽和液體和飽和蒸汽的濕蒸汽狀態(tài)制冷劑時(shí)，HV裝置31被冷卻。由于與HV裝置31進(jìn)行熱交換，制冷劑被加熱使得制冷劑的干燥度增加。當(dāng)制冷劑從HV裝置31接收潛熱時(shí)，制冷劑的一部分蒸發(fā)，從而導(dǎo)致在濕蒸汽狀態(tài)制冷劑中的飽和蒸汽的比例增加(點(diǎn)C)。
[0069]從冷卻單元30排出的濕蒸汽狀態(tài)制冷劑通過制冷劑通路23流動(dòng)到熱交換器14中。濕蒸汽狀態(tài)制冷劑流動(dòng)到熱交換器14的管子中。在流過管子時(shí)，制冷劑作為蒸發(fā)潛熱經(jīng)由鰭片從外部空氣吸收熱量，并且結(jié)果，制冷劑在保持恒壓時(shí)蒸發(fā)。當(dāng)制冷劑完全轉(zhuǎn)變成干燥飽和蒸汽時(shí)，制冷劑蒸汽的溫度被顯熱進(jìn)一步升高，并且結(jié)果，制冷劑蒸汽轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽(點(diǎn)A)。蒸發(fā)的制冷劑經(jīng)由制冷劑通路22、四通閥13和制冷劑通路29而被抽吸到壓縮機(jī)12中。壓縮機(jī)12壓縮從熱交換器14流動(dòng)的制冷劑。根據(jù)這個(gè)循環(huán)，制冷劑反復(fù)地并且連續(xù)地經(jīng)歷幾個(gè)狀態(tài)變化，即壓縮、冷凝、節(jié)流膨脹和蒸發(fā)。
[0070]在加熱操作期間，在流過熱交換器18的內(nèi)部的制冷劑蒸汽被冷凝時(shí)，熱交換器18向被引入從而接觸熱交換器18的周邊空氣添加熱量。通過向流動(dòng)到車輛的客廂中的空調(diào)空氣排放當(dāng)制冷劑氣體冷凝成制冷劑濕蒸汽時(shí)產(chǎn)生的冷凝熱量，熱交換器18使用被壓縮機(jī)12絕熱地壓縮的高溫、高壓制冷劑加熱車輛的客廂。在從熱交換器18接收熱量之后溫度增加的空調(diào)空氣流動(dòng)到車輛的客廂中，并且結(jié)果，車輛的客廂被加熱。
[0071]在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10被操作時(shí)，通過在熱交換器18中向客廂中的空氣排放冷凝熱量，制冷劑加熱車輛的客廂。另外，通過膨脹閥16的低溫、低壓液體制冷劑流動(dòng)到冷卻單元70中并且通過與充電器71交換熱量來冷卻充電器71。進(jìn)而，從熱交換器15排出的制冷劑流動(dòng)到冷卻單元30中并且通過與HV裝置31交換熱量來冷卻HV裝置31。因此，冷卻設(shè)備I使用用于對(duì)車輛的客廂進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的蒸汽壓縮致冷循環(huán)10冷卻用作安裝在車輛中的發(fā)熱源的HV裝置31和充電器71。
[0072]如上所述，根據(jù)該實(shí)施例的冷卻設(shè)備I包括四通閥13，該四通閥13在冷卻操作和加熱操作期間切換制冷劑流過蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的方向。在冷卻操作期間，通過使得被膨脹閥16節(jié)流膨脹的低溫、低壓制冷劑從熱交換器18中的空調(diào)空氣吸收熱量來冷卻客廂。在加熱操作期間，通過使得被壓縮機(jī)12絕熱地壓縮的高溫、高壓制冷劑向熱交換器18中的空調(diào)空氣排放熱量來加熱客廂。冷卻設(shè)備I因此能夠在冷卻操作和加熱操作這兩者期間適當(dāng)?shù)厥褂脝蝹€(gè)熱交換器18調(diào)節(jié)流動(dòng)到車輛的客廂中的空調(diào)空氣的溫度。相應(yīng)地，無需設(shè)置兩個(gè)熱交換器來與空調(diào)空氣交換熱量，并且結(jié)果，冷卻設(shè)備I的成本和尺寸這兩者的降低均能夠得以實(shí)現(xiàn)。
[0073]此外，制冷劑流動(dòng)到冷卻單元70中，以便通過與充電器71交換熱量來冷卻充電器71，并且流動(dòng)到冷卻單元30中以便通過與HV裝置31交換熱量來冷卻HV裝置31。冷卻設(shè)備I因此使用對(duì)車輛的客廂進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的蒸汽壓縮致冷循環(huán)10冷卻用作安裝在車輛中的發(fā)熱源的HV裝置31和充電器71。因此，通過與熱交換器18中的空調(diào)空氣進(jìn)行熱交換而使用被設(shè)置用于冷卻和加熱車輛的客廂的蒸汽壓縮致冷循環(huán)10來冷卻HV裝置31和充電器71。
[0074]無需為了冷卻HV裝置31和充電器71而設(shè)置專用裝置諸如水循環(huán)泵或者冷卻風(fēng)扇。因此，冷卻設(shè)備I為了冷卻HV裝置31和充電器71所需要的構(gòu)造的數(shù)目能夠減小，從而能夠簡化冷卻設(shè)備I的構(gòu)造，并且結(jié)果，冷卻設(shè)備I的制造成本能夠降低。進(jìn)而，無需為了冷卻HV裝置31和充電器71而操作泵、冷卻風(fēng)扇等的電源，并且因此無需消耗電力以操作這種電源。結(jié)果，為了冷卻HV裝置31和充電器71而消耗的電力的量的降低能夠得以實(shí)現(xiàn)。
[0075]HV裝置31通過被直接連接到冷卻通路32的外周邊表面而被冷卻，該冷卻通路32形成在熱交換器14和熱交換器15之間流動(dòng)的制冷劑的路徑的一部分。充電器71通過被直接連接到冷卻通路74的外周邊表面而被冷卻，該冷卻通路74形成在熱交換器15和膨脹閥16之間流動(dòng)的制冷劑的路徑的一部分。因?yàn)镠V裝置31和充電器71被設(shè)置在冷卻通路32的外部上，所以HV裝置31和充電器71并不與流過冷卻通路32的內(nèi)部的制冷劑流動(dòng)干涉。相應(yīng)地，在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10中的壓力損失并不增加，并且因此HV裝置31和充電器71能夠被冷卻而不增加壓縮機(jī)12的功率。
[0076]當(dāng)在冷卻操作期間使用已經(jīng)通過膨脹閥16的低溫、低壓制冷劑冷卻HV裝置31和充電器71時(shí)，熱交換器18冷卻空調(diào)空氣的能力劣化，從而導(dǎo)致客廂冷卻能力降低。在另一方面，利用根據(jù)該實(shí)施例的冷卻設(shè)備1，尚未通過膨脹閥16的高壓制冷劑被用于冷卻HV裝置31和充電器71。制冷劑在冷卻HV裝置31之后在熱交換器15中被冷卻至充分過冷卻狀態(tài)，并且即使在冷卻充電器71之后也被維持在過冷卻狀態(tài)中。因此，HV裝置31和充電器71能夠被冷卻而不影響冷卻客廂中的空氣的能力。
[0077]在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10中，從壓縮機(jī)12排出的高壓制冷劑被熱交換器14和熱交換器15這兩者冷凝。當(dāng)制冷劑在熱交換器15中被充分冷卻時(shí)，制冷劑在膨脹閥16的出口處具有起初需要的用于冷卻車輛的客廂的溫度和壓力。相應(yīng)地，能夠使得在于熱交換器18中蒸發(fā)時(shí)由制冷劑從外部接收的熱量的量足夠大。
[0078]制冷劑在熱交換器15中被冷卻直至該制冷劑轉(zhuǎn)變成過冷卻液體，由此過冷卻液體制冷劑利用來自充電器71的顯熱被加熱到稍微地低于飽和溫度的溫度。制冷劑然后通過膨脹閥16，由此轉(zhuǎn)變成低溫、低壓濕蒸汽。在膨脹閥16的出口處，制冷劑具有起初需要的用于冷卻車輛的客廂的溫度和壓力。熱交換器14的輻射容量得以確定使得制冷劑能夠被充分地冷卻。
[0079]熱交換器15的規(guī)格(更加具體地，熱交換器15的尺寸或者熱交換性能)被如此確定，使得在通過熱交換器15之后液相制冷劑的溫度低于冷卻客廂所需要的溫度。熱交換器15的規(guī)格被如此確定，使得熱交換器14具有如下輻射容量，該輻射容量以推測(cè)的由制冷劑從充電器71接收的熱量的數(shù)大于在充電器71不被冷卻的情形中使用的蒸汽壓縮致冷循環(huán)的熱交換器的輻射容量。
[0080]通過以該方式確定熱交換器15的輻射容量使得制冷劑能夠被充分地冷卻，充電器71能夠被冷卻而不影響冷卻客廂中的空氣的能力。結(jié)果，能夠可靠地確保冷卻充電器71的能力和冷卻客廂的能力這兩者。
[0081]在根據(jù)該實(shí)施例的蒸汽壓縮致冷循環(huán)10中，熱交換器14、15在壓縮機(jī)12和膨脹閥16之間被布置在兩個(gè)層級(jí)中，并且用作HV裝置31的冷卻系統(tǒng)的冷卻單元30被設(shè)置在熱交換器14和熱交換器15之間。如在圖2中所示，在冷卻操作期間，制冷劑僅需要在熱交換器14中被冷卻到飽和液體狀態(tài)。在從HV裝置31接收蒸發(fā)潛熱之后部分地蒸發(fā)的濕蒸汽狀態(tài)制冷劑然后在熱交換器15中被再次冷卻。制冷劑的狀態(tài)在恒定溫度下改變直至濕蒸汽狀態(tài)制冷劑已經(jīng)完全地冷凝成飽和液體。進(jìn)而，熱交換器15將制冷劑冷卻到冷卻充電器71和車輛的客廂這兩者所需要的過冷卻程度。
[0082]在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10僅在壓縮機(jī)12和膨脹閥16之間設(shè)有作為熱交換器的熱交換器14的構(gòu)造的情形中，然后在冷卻操作期間，應(yīng)該由熱交換器14執(zhí)行與客廂的冷卻以及HV裝置31和充電器71的冷卻對(duì)應(yīng)的熱交換量。相應(yīng)地，制冷劑應(yīng)該在熱交換器14中被從飽和液體狀態(tài)進(jìn)一步冷卻直至制冷劑呈現(xiàn)預(yù)定的過冷卻程度。當(dāng)處于過冷卻液體狀態(tài)的制冷劑被冷卻時(shí)，制冷劑的溫度接近大氣溫度，從而導(dǎo)致制冷劑的冷卻效率降低，并且因此應(yīng)該增加熱交換器14的容量。結(jié)果，熱交換器14的尺寸增加，對(duì)于車輛安裝冷卻設(shè)備I而言，這是不利的。在另一方面，當(dāng)減小熱交換器14的尺寸以便車輛安裝時(shí)，熱交換器14的輻射容量降低。結(jié)果，在膨脹閥16的出口處充分地降低制冷劑的溫度可以是不可能的，從而導(dǎo)致冷卻客廂的能力不足。
[0083]通過在壓縮機(jī)12和膨脹閥16之間在兩個(gè)層級(jí)中布置熱交換器14、15，無需增加制冷劑的過冷卻程度，并且能夠相應(yīng)地減小熱交換器14、15的容量。因此，能夠減小熱交換器14、15的尺寸，并且結(jié)果，在這里獲得的冷卻設(shè)備I是足夠小的從而適合于在車輛中安裝。
[0084]當(dāng)從熱交換器14流動(dòng)到冷卻單元30中的制冷劑冷卻HV裝置31時(shí)，制冷劑被來自HV裝置31的熱量加熱。當(dāng)被加熱的制冷劑在冷卻單元30中蒸發(fā)時(shí)，在制冷劑和HV裝置31之間的熱交換量降低，使得HV裝置31不再能夠被有效地冷卻并且在通過管道流動(dòng)時(shí)在制冷劑中發(fā)生的壓力損失增加。因此，制冷劑優(yōu)選地在熱交換器14中被充分地冷卻以確保在冷卻HV裝置31之后制冷劑并不蒸發(fā)。
[0085]更加具體地，使得在熱交換器14的出口處的制冷劑的狀態(tài)接近飽和液體，使得通常，在熱交換器14的出口處，制冷劑的狀態(tài)存在于飽和液體線上。當(dāng)熱交換器14以該方式設(shè)有充分地冷卻制冷劑的能力時(shí)，用于從制冷劑排出熱量的熱交換器14的輻射容量超過熱交換器15的輻射容量地提高。通過在具有相對(duì)大的輻射容量的熱交換器14中充分地冷卻制冷劑，在從HV裝直31接收熱量之后，制冷劑能夠被保持在濕蒸汽狀態(tài)中，由此避免在制冷劑和HV裝置31之間的熱交換量的減小，并且結(jié)果，HV裝置31能夠被有效且充分地冷卻。在冷卻HV裝置31之后，濕蒸汽狀態(tài)制冷劑在熱交換器15中再次被有效地冷卻到過冷卻液體狀態(tài)。因此，利用在這里提供的冷卻設(shè)備1，能夠確保冷卻客廂的能力和冷卻HV裝置31的能力這兩者。
[0086]在加熱操作期間，制冷劑在冷卻單元70中被從充電器71吸收的熱量加熱，在熱交換器15中被從外部空氣吸收的熱量進(jìn)一步加熱，進(jìn)而進(jìn)一步在冷卻單元30中被從HV裝置31吸收的熱量加熱，并且再進(jìn)一步在熱交換器14中被從外部空氣吸收的熱量加熱。通過在冷卻單元70、熱交換器15、冷卻單元30和熱交換器14的全部中加熱制冷劑，制冷劑能夠在熱交換器14的出口處被加熱到充分過熱蒸汽狀態(tài)，并且因此在關(guān)于車輛的客廂維持優(yōu)良的加熱性能時(shí)，HV裝置31和充電器71能夠被適當(dāng)?shù)乩鋮s。因?yàn)橹评鋭┍焕鋮s單元30、70加熱并且來自HV裝置31和充電器71的廢熱被有效地用于加熱客廂，所以性能系數(shù)能夠提高，并且能夠減小用于在加熱操作期間在壓縮機(jī)12中絕熱地壓縮制冷劑所消耗的電力的量。
[0087]如在圖4中所示，在加熱操作期間，被膨脹閥16節(jié)流膨脹的低溫制冷劑流過熱交換器14、15。因此，當(dāng)外部空氣溫度是低的時(shí)，可能在熱交換器14、15上結(jié)霜。能夠通過執(zhí)行冷卻操作使得高溫制冷劑流動(dòng)到熱交換器14、15來移除在熱交換器14、15上形成的霜。然而，在該情形中，即使沒有獲得加熱效果，壓縮機(jī)12也應(yīng)該被致動(dòng)，并且結(jié)果，發(fā)生功耗的增加。
[0088]因此，根據(jù)該實(shí)施例的冷卻設(shè)備I包括:用作第一通路的制冷劑通路22，制冷劑通過該第一通路在壓縮機(jī)12和熱交換器14之間流動(dòng)；用作第二通路的制冷劑通路26，制冷劑通過該第二通路在冷卻單元70和膨脹閥16之間流動(dòng)；和連接通路52，該連接通路52連接制冷劑通路22、26。經(jīng)由連接通路52，制冷劑能夠從制冷劑通路22直接流入制冷劑通路26和從制冷劑通路26直接流入制冷劑通路22。
[0089]用作用于切換制冷劑流的切換閥的三通閥53被設(shè)置于在連接通路52和制冷劑通路22之間的分叉點(diǎn)處。通過設(shè)置三通閥53，制冷劑通路22被劃分成在三通閥53的熱交換器14側(cè)上的制冷劑通路22a和在三通閥53的四通閥13側(cè)上的制冷劑通路22b。三通閥53切換制冷劑通路22和連接通路52之間的連通狀態(tài)。三通閥53的打開/關(guān)閉狀態(tài)被設(shè)定成使得制冷劑通路22a和制冷劑通路22b相互連通或者制冷劑通路22a和連接通路52相互連通。
[0090]圖5是示出當(dāng)蒸汽壓縮致冷循環(huán)10停止時(shí)冷卻充電器71的制冷劑流的概略圖表。當(dāng)在圖3所示加熱操作期間必須在熱交換器14、15上執(zhí)行除霜操作時(shí)，通過操作三通閥53切換三通閥53的打開/關(guān)閉狀態(tài)使得制冷劑從連接通路52流動(dòng)到制冷劑通路22a中。此外，膨脹閥16被完全關(guān)閉。此時(shí)無需使制冷劑通過整個(gè)蒸汽壓縮致冷循環(huán)10循環(huán)，并且因此壓縮機(jī)12停止。通過操作三通閥53使得制冷劑從連接通路52流動(dòng)到制冷劑通路22a中并且使得制冷劑通過連接通路52，如在圖5中所示，封閉環(huán)形路徑形成，在該封閉環(huán)形路徑上，制冷劑按照如下次序通過制冷劑通路26、連接通路52和制冷劑通路22a從冷卻單元70流動(dòng)到熱交換器14，通過制冷劑通路23流動(dòng)到熱交換器15中，并且然后通過制冷劑通路25返回冷卻單元70。
[0091]在不操作壓縮機(jī)12時(shí)，制冷劑能夠在如上所述地形成的封閉環(huán)形制冷劑路徑上在熱交換器14、15和冷卻單元70之間循環(huán)。當(dāng)制冷劑在冷卻單元70中冷卻充電器71時(shí)，制冷劑從充電器71接收蒸發(fā)潛熱從而蒸發(fā)。在冷卻單元70中蒸發(fā)的制冷劑蒸汽按照如下次序相繼地通過制冷劑通路26、連接通路52和制冷劑通路22a流動(dòng)到熱交換器14、15。在熱交換器14、15中，制冷劑蒸汽被來自車輛的行進(jìn)中的風(fēng)或者來自散熱器風(fēng)扇的氣流冷卻和冷凝。在熱交換器14、15中被液化的制冷劑液體然后通過制冷劑通路25返回冷卻單元70。
[0092]因此，由通過冷卻單元70和熱交換器14，15的環(huán)形路徑形成冷卻單元70用作加熱部分并且熱交換器14、15用作冷卻部分的熱管道。因此，當(dāng)蒸汽壓縮致冷循環(huán)10停止時(shí)，或者換言之當(dāng)車輛冷卻/加熱停止時(shí)，在不致動(dòng)壓縮機(jī)12時(shí)，充電器71能夠被可靠地冷卻。因?yàn)閴嚎s機(jī)12不必總是能夠被操作以便冷卻充電器71，所以壓縮機(jī)12的功耗能夠減小，從而導(dǎo)致車輛的燃料效率提高。而且，壓縮機(jī)12的壽命能夠延長，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)12的可靠性提高。
[0093]圖5不出地表面60。在垂直于地表面60的豎直方向上,冷卻單兀70被設(shè)置在熱交換器14、15下面。在用于使制冷劑在熱交換器14、15和冷卻單元70之間循環(huán)的環(huán)形路徑上，冷卻單元70被設(shè)置在下側(cè)上并且熱交換器14、15被設(shè)置在上側(cè)上。因此，熱交換器
14、15被設(shè)置在比冷卻單元70更高的位置中。
[0094]在該情形中，通過沿著環(huán)形路徑向上行進(jìn)，被冷卻單元70加熱并蒸發(fā)的制冷劑蒸汽到達(dá)熱交換器14、15。制冷劑蒸汽在熱交換器14、15中被冷卻并且由此冷凝成液體制冷齊U，由此使得液體制冷劑通過重力作用沿著環(huán)形路徑向下行進(jìn)從而返回冷卻單元70。換言之，由冷卻單元70、熱交換器14和15以及連接這些構(gòu)件的制冷劑路徑形成熱虹吸式熱管道。通過形成熱管道，能夠提高從冷卻單元70到熱交換器14、15的熱傳遞效率，并且因此即使當(dāng)蒸汽壓縮致冷循環(huán)10停止時(shí)也能夠在功率不增加時(shí)更有效地冷卻充電器71。
[0095]此外，通過使用充電器71的廢熱使得制冷劑蒸汽流動(dòng)到熱交換器14、15，熱交換器14、15能夠被加熱，并且結(jié)果，能夠從熱交換器14、15除霜。因?yàn)槟軌蛟诓粓?zhí)行常規(guī)的除霜操作(即蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的冷卻操作)時(shí)從熱交換器14、15除霜，所以能夠避免在除霜操作期間空調(diào)空氣被冷卻，從而導(dǎo)致客廂的溫度降低的情況。
[0096]能夠經(jīng)由簡單地通過將連接通路52和三通閥53添加到蒸汽壓縮致冷循環(huán)10獲得的簡單構(gòu)造在熱交換器14、15上執(zhí)行除霜操作。通過根據(jù)熱管道的原理被反復(fù)地蒸發(fā)和冷凝，制冷劑在冷卻單元70和熱交換器14、15之間循環(huán)，并且因此不需要任何電力使得制冷劑流動(dòng)。因此，無需操作壓縮機(jī)以使得制冷劑流動(dòng)，并且結(jié)果，能夠有效地從熱交換器14、15移除結(jié)霜而不致使與壓縮機(jī)的操作有關(guān)的功耗增加。
[0097]圖5示出通過改變?cè)O(shè)置于在制冷劑通路22和連接通路52之間的分叉點(diǎn)處的三通閥53的打開/關(guān)閉狀態(tài)將制冷劑引入連接通路52中的實(shí)例。然而，用于將制冷劑引入連接通路52中并且形成封閉環(huán)形制冷劑路徑的構(gòu)造不限于該實(shí)例。例如，三通閥可以被設(shè)置于在制冷劑通路26和連接通路52之間的分叉點(diǎn)處。然而，注意，在該情形中，需要單獨(dú)的閥門阻擋制冷劑從制冷劑通路22向壓縮機(jī)12的流動(dòng)。利用圖5所示構(gòu)造，能夠通過以關(guān)閉狀態(tài)設(shè)定蒸汽壓縮致冷循環(huán)10的膨脹閥16來阻斷制冷劑從制冷劑通路26向熱交換器18的流動(dòng)。換言之，優(yōu)選的是能夠可靠地形成封閉環(huán)形制冷劑路徑而無需將另外的閥門添加到制冷劑通路26。
[0098]可以通過替代三通閥53地在連接通路52和制冷劑通路22b之間設(shè)置兩個(gè)打開/關(guān)閉閥門并且將該兩個(gè)打開/關(guān)閉閥門之一設(shè)定在打開狀態(tài)中而將另一個(gè)設(shè)定在關(guān)閉狀態(tài)中來切換在制冷劑通路22和連接通路52之間的連通狀態(tài)。可以利用能夠打開和關(guān)閉制冷劑路徑的任何簡單結(jié)構(gòu)形成在該情形中使用的打開/關(guān)閉閥門，并且因此可以使用低成本的閥門從而能夠以較低的成本提供冷卻設(shè)備I。在另一方面，設(shè)置三通閥53所需要的空間可以小于設(shè)置兩個(gè)打開/關(guān)閉閥門需要的空間，并且因此，使用三通閥53，在這里提供的冷卻設(shè)備I能夠減小尺寸，從而使得能夠更加易于在車輛中安裝。
[0099]此外，在制冷劑通路24 (24a)中作為制冷劑截流閥設(shè)置打開/關(guān)閉閥門34，制冷劑通過該制冷劑通路24 (24a)流動(dòng)到冷卻單元30。在圖1和圖3所示冷卻和加熱操作期間，應(yīng)該使得制冷劑流動(dòng)到冷卻單元30，以便冷卻HV裝置31，并且因此打開/關(guān)閉閥門34被設(shè)定在打開狀態(tài)中。在另一方面，當(dāng)在車輛靜止并且無人處于車輛中時(shí)使用充電器71對(duì)蓄電池72進(jìn)行充電時(shí)，不需要冷卻和加熱操作。在該情形中，HV裝置31不必被冷卻，并且因此，如在圖5中所示，能夠通過以關(guān)閉狀態(tài)設(shè)定打開/關(guān)閉閥門34來阻斷制冷劑向制冷劑通路24的流動(dòng)。
[0100]結(jié)果，能夠防止制冷劑流動(dòng)到制冷劑通路24，制冷劑通過該制冷劑通路24流動(dòng)到冷卻單元30。因?yàn)槿苛康闹评鋭┩ㄟ^制冷劑通路23從熱交換器14流動(dòng)到熱交換器15，所以在通過制冷劑通路24和冷卻通路32的制冷劑流中的壓力損失能夠被可靠地減小，從而能夠進(jìn)一步提高在蒸汽壓縮致冷循環(huán)10停止時(shí)冷卻充電器71的效率。
[0101]以上描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是相應(yīng)的實(shí)施例的構(gòu)造可以被適當(dāng)?shù)亟M合。此外，在這里所公開的實(shí)施例是關(guān)于所有要點(diǎn)的實(shí)例，并且因此不被視為限制。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求的范圍而非以上說明限定，并且旨在包括與權(quán)利要求的范圍等價(jià)的定義和在該范圍內(nèi)的所有的變型。
[0102]根據(jù)本發(fā)明的冷卻設(shè)備可以被特別有利地應(yīng)用于使用蒸汽壓縮致冷循環(huán)冷卻充電器，該蒸汽壓縮致冷循環(huán)用于冷卻包括充電器的車輛，諸如混合動(dòng)力車輛或者電動(dòng)汽車的客廂，該充電器在接收來自外部電源的電力供應(yīng)時(shí)對(duì)可充電/可放電蓄電池充電。
【權(quán)利要求】
1.一種冷卻設(shè)備，所述冷卻設(shè)備冷卻充電器，所述充電器用于在接收來自電源的電力供應(yīng)時(shí)對(duì)蓄電池充電，所述冷卻設(shè)備包括: 壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)壓縮所述冷卻設(shè)備中的制冷劑，以便使所述制冷劑循環(huán)； 第一熱交換器，所述第一熱交換器進(jìn)行所述制冷劑和外部空氣之間的熱交換； 第二熱交換器，所述第二熱交換器進(jìn)行所述制冷劑和所述外部空氣之間的熱交換； 減壓器，所述減壓器降低所述制冷劑的壓力； 第三熱交換器，所述第三熱交換器進(jìn)行所述制冷劑和空調(diào)空氣之間的熱交換； 第一冷卻單元，所述第一冷卻單元設(shè)置在所述制冷劑在所述第二熱交換器和所述減壓器之間流動(dòng)的路徑上，以便使用所述制冷劑冷卻所述充電器； 第一通路，所述制冷劑通過所述第一通路在所述壓縮機(jī)和所述第一熱交換器之間流動(dòng)； 第二通路，所述制冷劑通過所述第二通路在所述第一冷卻單元和所述減壓器之間流動(dòng)；和 連接通路，所述連接通路將所述第一通路和所述第二通路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包括: 切換閥，所述切換閥切換所述第一通路和所述連接通路之間的連通狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包括: 第二冷卻單元，所述第二冷卻單元設(shè)置在所述制冷劑在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間流動(dòng)的路徑上，以便使用所述制冷劑冷卻發(fā)熱源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包括: 第三通路，所述第三通路連接在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間；和第四通路，所述第四通路在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間與所述第三通路并聯(lián)連接， 其中，所述第二冷卻單元設(shè)置在所述第四通路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包括: 制冷劑截流閥，所述制冷劑截流閥切斷所述制冷劑通過所述第四通路的流動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包括: 流量控制閥，所述流量控制閥調(diào)節(jié)流過所述第三通路的所述制冷劑的流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的冷卻設(shè)備，進(jìn)一步包括: 四通閥，所述四通閥在從所述壓縮機(jī)到所述第一熱交換器的制冷劑流動(dòng)和從所述壓縮機(jī)到所述第三熱交換器的制冷劑流動(dòng)之間切換。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻設(shè)備，包括切換閥，所述切換閥切換所述第一通路和所述連接通路之間的連通狀態(tài)，其中，所述切換閥是三通閥，所述三通閥設(shè)置在所述第一通路上的中途處，以便切換如下三個(gè)通路的相應(yīng)的連通狀態(tài)，即:在所述第一通路中的在所述切換閥和所述四通閥之間的通路；在所述第一通路中的在所述切換閥和所述第一熱交換器之間的通路；以及所述連接通路。
【文檔編號(hào)】B60H1/00GK103476612SQ201280018785
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月18日
【發(fā)明者】川上芳昭, 城島悠樹, 高橋榮三, 佐藤幸介, 內(nèi)田和秀, 大野雄一 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社