(57)【要約】【課題】小型かつ軽量化が可能である冷却システムを提供する。【解決手段】発熱体１００に配置され、水を含んだ冷却液と熱交換する伝熱壁を有する冷却ジャケット部１４０、熱交換によって温度が上昇した冷却液を冷却する放熱手段１５０、冷却ジャケット部１４０と放熱手段１５０との間を連結し、冷却液が循環する循環配管系１６０、および、冷却液を圧送し、冷却液を循環させるための圧送手段１７０を有する冷却システムである。そして、前記伝熱壁は、親水性を備えた微細な凹凸構造体を有し、冷却液の伝熱壁近傍の流れをかく乱させる気泡を発生させる。【選択図】図１
2010139187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に配置され、水を含んだ冷却液と熱交換する伝熱壁を有する冷却ジャケット部、
前記冷却液を冷却する放熱手段、
前記冷却ジャケット部と前記放熱手段との間を連結し、前記冷却液が循環する循環配管系、および、
前記冷却液を圧送し、前記冷却液を循環させるための圧送手段を有し、
前記伝熱壁は、凹凸構造体を有する
ことを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記冷却液が前記放熱手段に導入される前に、前記冷却液の圧力を上昇させる加圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記循環配管系は、前記冷却ジャケット部の冷却液吐出口と、前記放熱手段の冷却液導入口との間を連結する上流側配管を有し、
前記圧送手段は、前記上流側配管に配置され、前記加圧手段を兼ねており、
前記冷却液の圧力は、前記圧送手段によって圧送されることによって上昇する
ことを特徴とする請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記放熱手段を通過した前記冷却液を前記冷却ジャケット部に導入する前に、前記冷却液の圧力を低下させるための減圧手段を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記循環配管系は、前記冷却ジャケット部の冷却液導入口と前記放熱手段の冷却液吐出口との間を連結する下流側配管を有し、
前記減圧手段は、
前記圧送手段と前記冷却ジャケット部との間の配管途中に配置され、前記冷却液の逆流を防止する逆流防止手段、
前記上流側配管と前記下流側配管とを連結するバイパス配管、および、
前記下流側配管に配置されるリリーフ弁を有し、
前記バイパス配管の一端は、前記圧送手段と前記逆流防止手段との間の配管途中に接続され、
前記バイパス配管の他端は、前記リリーフ弁に接続されている
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記冷却液は、溶存気体を含んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項７】
前記凹凸構造体の凹部は、止まり穴からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項８】
前記止まり穴の直径は、４０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の冷却システム。
【請求項９】
前記伝熱壁の表面に配置される被膜を有し、
前記凹凸構造体は、前記被膜に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記被膜は、酸化物からなることを特徴とする請求項９に記載の冷却システム。
【請求項１１】
前記被膜は、前記伝熱壁を陽極酸化することで形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の冷却システム。
【請求項１２】
前記凹凸構造体は、親水性であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項１３】
前記凹凸構造体は、親水性表面に設けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項１４】
前記凹凸構造体は、電気絶縁体からなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却ジャケット部を有する冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関やモータ、インバータなどの移動体装置の動力装置は、冷却ジャケット部を備えた冷却システムを有しており、燃費や製造コストの観点から、冷却システムの小型かつ軽量化の要請がある。このため、冷却ジャケット部において冷却液をプール沸騰させ、潜熱を利用して冷却することで、熱伝達率を向上させ、冷却ジャケット部を小型かつ軽量化することが試みられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開昭５７−６２９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、冷却液を液相および気相に調節するための圧力調整装置などの付帯設備を必要とし、冷却システム全体としての小型かつ軽量化を実現することが困難である問題を有する。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、小型かつ軽量化が可能である冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明は、発熱体またはその周囲に配置され、水を含んだ冷却液と熱交換する伝熱壁を有する冷却ジャケット部、前記熱交換によって温度が上昇した前記冷却液を冷却する放熱手段、前記冷却ジャケット部と前記放熱手段との間を連結し、前記冷却液が循環する循環配管系、および、前記冷却液を圧送し、前記冷却液を循環させるための圧送手段を有する冷却システムである。そして、前記伝熱壁は、凹凸構造体を有し、前記冷却液の流れをかく乱させる気泡を発生させる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、気泡は、伝熱壁の凹凸構造体の固液界面から連続的に発生し、冷却液の低層（伝熱壁に極めて近い層）をかく乱するため、伝熱壁と冷却液との熱交換が促進され、熱伝達係数が向上する。また、例えば、蒸気圧を制御する装置などの付帯設備が不要である。したがって、冷却ジャケット部の伝熱壁（伝熱面積）を縮小したり、冷却液の循環量を削減しても、十分な冷却性能を確保することができる。つまり、小型かつ軽量化が可能である冷却システムを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【０００８】
図１は、実施の形態１に係る冷却システムを説明するための概略図、図２は、図１に示される内燃機関を説明するための断面図、図３は、図２に示されるウォータージャケットの伝熱壁を説明するための断面図である。
【０００９】
実施の形態１に係る冷却システムは、ガソリン自動車等の移動体装置の内燃機関（発熱体）１００を冷却するために適用され、図１に示されるように、ウォータージャケット（冷却ジャケット部）１４０、放熱器（放熱手段）１５０、循環配管系１６０、圧送ポンプ（圧送手段）１７０および減圧装置（減圧手段）１８０を有する。
【００１０】
内燃機関１００は、図２に示されるように、燃料としてガソリンや軽油を用いる原動機であり、シリンダブロック１０２、シリンダヘッド１０４、ピストン１０６および点火プラグ１０８を有し、ウォータージャケット１４０が配置されている。
【００１１】
シリンダブロック１０２は、シリンダを形成し、内燃機関の全体構造を決定する基礎構造体である。シリンダヘッド１０４は、シリンダブロック１０２に取り付けられ、混合気体が燃焼する燃焼室を形成する。ピストン１０６は、燃焼ガス圧力と熱を受けつつ、シリンダブロック１０２のシリンダ内を往復摺動する。点火プラグ１０８は、混合気体を適当な時期に点火爆発させるために使用される。
【００１２】
ウォータージャケット１４０は、シリンダブロック１０２およびシリンダヘッド１０４の一部に形成された空間からなり、冷却水が流通（循環）する。冷却水は、水および添加剤からなる。添加剤は、例えば、グリセリンである。
【００１３】
内燃機関１００が仕事をしている場合、シリンダブロック１０２およびシリンダヘッド１０４は高温になっており、ウォータージャケット１４０は、冷却水と熱交換し、冷却水の温度を上昇させる。
【００１４】
図３に示されるように、ウォータージャケット１４０における冷却液と熱交換する伝熱壁１４６は、親水性を備えた微細な凹凸構造体１４８を有し、後述するように、冷却液の流れをかく乱させる気泡を発生させることで、良好な熱伝達係数を維持しており、例えば、ウォータージャケット１４０の伝熱壁（伝熱面積）を縮小したり、冷却液の循環量を削減しても、十分な冷却性能を確保することができる。
【００１５】
放熱器１５０は、熱交換によって温度が上昇した冷却液を冷却するために使用される熱交換器であり、冷却液の温度が低くなることによって冷却液の飽和ガス溶解量が増すため、冷却液に含まれる気泡を、さらに削減あるいは消失させる作用効果も有する。
【００１６】
循環配管系１６０は、ウォータージャケット１４０と放熱器１５０との間を連結し、冷却液を循環させるために使用され、上流側配管１６２および下流側配管１６４を有する。上流側配管１６２は、ウォータージャケット１４０の冷却液吐出口１４４と放熱器１５０の冷却液導入口１５２との間を連結する。下流側配管１６４は、放熱器１５０の冷却液吐出口１５４とウォータージャケット１４０の冷却液導入口１４２との間を連結する。
【００１７】
圧送ポンプ１７０は、冷却液を圧送し、冷却液を循環させるために使用され、上流側配管１６２に配置されている。圧送ポンプ１７０の形式は、特に限定されないが、冷却システムが良好な熱伝達係数を達成しており、冷却液の循環量を削減可能であるため、例えば、大容量のメカニカルポンプではなく、流量の制御性が良好である小容量の電動ポンプを適用することも可能である。
【００１８】
減圧装置１８０は、放熱器１５０を通過した冷却液の圧力を、ウォータージャケット１４０に導入する前に低下させて、ウォータージャケット１４０内での気泡発生を容易にするために使用され、逆止弁（逆流防止手段）１８２、バイパス配管１８４およびリリーフ弁１８６を有する。
【００１９】
逆止弁１８２は、圧送ポンプ１７０とウォータージャケット１４０との間の配管途中に配置され、ウォータージャケット１４０に対する冷却液の逆流を防止するために使用される。
【００２０】
バイパス配管１８４は、上流側配管１６２と下流側配管１６４とを連結するために使用され、バイパス配管１８４の一端は、圧送ポンプ１７０と逆止弁１８２との間の配管途中に接続され、バイパス配管１８４の他端は、リリーフ弁１８６に接続される。
【００２１】
リリーフ弁１８６は、下流側配管１６４に配置され、放熱器１５０を通過した冷却液の一部を、バイパス配管１８４を経由し、上流側配管１６２に導入するために使用される。
【００２２】
したがって、減圧装置１８０は、放熱器１５０を通過し、下流側配管１６４を経由して導入される冷却液の一部を、リリーフ弁１８６によってバイパス配管１８４に分岐することで、冷却液の圧力を低下させことができる。また、バイパス配管１８４を経由して上流側配管１６２に導入される分岐冷却液を、逆止弁１８２によってウォータージャケット１４０へ逆流することを防止すことで、ウォータージャケット１４０に対する分岐冷却液の影響を排除することができる。つまり、減圧装置１８０は、簡単な機構によって構成されている。
【００２３】
なお、圧送ポンプ１７０は、下流側配管１６４に配置することも可能である。また、減圧装置１８０は、逆止弁１８２、バイパス配管１８４およびリリーフ弁１８６によって形成される形態に限定されない。
【００２４】
次に、図１を参照し、冷却液の流れを説明する。
【００２５】
冷却液導入口１４２を経由し、ウォータージャケット１４０に導入された冷却液は、内燃機関１００が仕事をすることによって高温になっているウォータージャケット１４０の伝熱壁と、熱交換する。この際、伝熱壁は、冷却液の伝熱壁に極めて近い部分のみの流れをかく乱させる気泡を発生させる。
【００２６】
熱交換によって温度が上昇した冷却液は、気泡を一部保持しながら、冷却液吐出口１４４および上流側配管１６２を経由し、圧送ポンプ１７０に導入される。圧送ポンプ１７０は、冷却液を、放熱器１５０に向かって圧送する。この際、冷却液の圧力は、上昇するため、冷却液に含まれる気泡が削減あるいは消失する。つまり、圧送ポンプ１７０は、冷却液が放熱器１５０に導入される前に、冷却液の圧力を上昇させる加圧手段を兼ねており、独立した加圧手段が不要になるため、冷却システムの小型かつ軽量化をさらに図ることができる。
【００２７】
放熱器１５０においては、熱交換によって温度が上昇した冷却液が冷却される。放熱器１５０に導入される冷却液は、気泡が削減あるいは消失しているため、放熱器１５０における熱交換（冷却液の冷却）に対する、気泡による影響すなわち熱交換効率の低下が抑制される。
【００２８】
放熱器１５０を通過した冷却液は、温度が低下し、飽和ガス溶解量が増加しているため、冷却液に含まれる気泡がさらに削減あるいは完全に消失し、下流側配管１６４を経由し、リリーフ弁１８６に導入される。したがって、冷却液に含まれる気泡が、冷却液の循環に伴って循環配管系１６０において蓄積することが抑制される。
【００２９】
リリーフ弁１８６は、放熱器１５０を通過し、下流側配管１６４を経由して導入される冷却液の一部を、バイパス配管１８４に分岐することで、冷却液の圧力を低下させる。
【００３０】
圧力が低下した冷却液は、冷却液導入口１４２を経由し、ウォータージャケット１４０に導入され、内燃機関１００が仕事をすることによって高温になっているウォータージャケット１４０の伝熱壁と、熱交換する。この際、冷却液の圧力は低下しているため、ウォータージャケット１４０において気泡を確実かつ容易に発生させることできる。
【００３１】
一方、バイパス配管１８４を経由して上流側配管１６２に導入される分岐冷却液は、逆止弁１８２によってウォータージャケット１４０への逆流が防止されるため、ウォータージャケット１４０に対する分岐冷却液の影響が排除される。
【００３２】
図４は、気体の飽和溶解量と温度とのとの関係を説明するためのグラフである。
【００３３】
気体は、酸素Ｏ２、窒素Ｎ２および二酸化炭素ＣＯ２であり、水１ｍｌに対する飽和溶解量ｍｌを単位とし、気体の分圧を１気圧の場合で示している。なお、空気は、酸素Ｏ２が２０％、窒素Ｎ２が７８％であるため、接液する気体が空気の場合、酸素Ｏ２および窒素Ｎ２の溶解量はそれぞれ、約０．２および０．８を乗じたものになる。
【００３４】
溶存気体は、冷却液が沸騰（気化）しない低い温度においても、気泡を形成するため、伝熱壁が低温であっても冷却性能を確保することができる。したがって、冷却液は、溶存気体を含んでいることが好ましい。
【００３５】
次に、ウォータージャケットの伝熱壁の凹凸構造体を詳述する。
【００３６】
図５は、ウォータージャケットの伝熱壁の凹凸構造体を説明するための断面図、図６は、伝熱壁における気泡発生頻度と気泡直径との関係を説明するためのグラフである。
【００３７】
凹凸構造体１４８は、ウォータージャケット１４０における冷却液と熱交換する伝熱壁１４６の表面に配置される被膜１４７に形成されている。したがって、ウォータージャケット１４０の形状を変更することなく、伝熱壁１４６に凹凸構造体１４８を配置することができる。
【００３８】
被膜１４７は、酸化物からなり、良好な耐食性を有する。ウォータージャケット１４０の耐食性は、被膜１４７によって確保されるため、ウォータージャケット１４０の材質および冷却液の選択上における自由度が向上する。
【００３９】
凹凸構造体１４８は、伝熱壁１４６の表層に位置し、内燃機関１００が仕事をしている場合、高温になっており、ウォータージャケット１４０を循環する冷却液が接触すると、局部的な温度上昇を引き起こし、気泡を発生させる。気泡は、冷却液の低層（伝熱壁１４６に極めて近い層）をかく乱するため、伝熱壁１４６と冷却液との固液界面での熱交換が促進され、熱伝達係数が向上する。
【００４０】
凹凸構造体１４８に対する冷却液の接触角は、９０度以下であり、凹凸構造体１４８は、冷却液によって濡れるため、良好な親水性を呈し、発生する気泡は、成長することなく、凹凸構造体１４８から容易に離脱して、かく乱効果が持続するため、良好な熱伝達係数が維持される。
【００４１】
なお、伝熱壁１４６の温度が高い部位（熱流束が大きい部位）では、冷却液のバルク温度（主流の温度）が飽和沸騰温度に到達しなくても、冷却液は局所的に高温となり表面沸騰（サブクール沸騰）し、冷却液に含まれる溶存気体の量に係らず、確実に気泡が発生する。また、冷却液は、膜沸騰域に遷移し難く、核沸騰を維持し、連続的に気泡を発生させる。
【００４２】
凹凸構造体１４８の凹部は、止まり穴１４９からなり、止まり穴１４９内に留まった気体が、気泡核となることから、微細な気泡を容易かつ効率的に発生させることができる。
【００４３】
伝熱壁における気泡発生頻度ｆは、図５に示されるように、気泡直径Ｄ０が小さくなるにつれて、増大し、熱伝達係数が大幅に向上する。一方、気泡直径Ｄ０は、止まり穴１４９の直径（形状）に影響される。したがって、止まり穴１４９の直径を調整（制御）することで、伝熱促進効果を高めることが可能である。
【００４４】
止まり穴１４９の直径は、４０ｎｍ未満であると、気泡の離脱性が低下し、７００ｎｍを越えると、止まり穴１４９の形成が困難となる。つまり、良好な気泡の離脱性を有する止まり穴１４９を、容易に形成するためには、止まり穴１４９の直径は、４０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４５】
なお、凹凸構造体１４８の構成（止まり穴１４９の直径）を異ならせた伝熱壁１４６を作成し、気泡の発生状態を、例えば、カメラによって観測し、その結果に基づいて、止まり穴１４９の直径を最適化することも可能である。
【００４６】
次に、被膜の形成方法を説明する。
【００４７】
図７および図８は、伝熱壁に形成される凹凸構造体の一例および別の一例を説明するための写真である。
【００４８】
ウォータージャケット１４０の伝熱壁の素材が、純アルミニウムあるいはアルミニウム合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金鋳物）からなる場合、伝熱壁１４６を陽極酸化することでアルミナからなる被膜１４７を形成することができる。この場合、伝熱壁１４６が、外部から直接加工ができない部位に位置する場合であっても、被膜１４７を広範囲にわたって容易かつ廉価に形成することができるため好ましい。
【００４９】
陽極酸化における被膜形成は、例えば、研磨工程、陽極酸化工程およびエッチング工程を有する。
【００５０】
研磨工程においては、シリンダブロック１０２およびシリンダヘッド１０４におけるウォータージャケット１４０を形成する内壁に、バフ研磨および電解研磨が施され、表面形状が調整される。バフ研磨および電解研磨の一方を、適宜省略することも可能である。また、例えば、伝熱壁が穴の中などの内側に位置する場合、噴射加工や磁気研磨を適用することも可能である。
【００５１】
陽極酸化工程においては、表面形状が調整された前記内壁が、電解液に浸漬され、電圧が印加されることで陽極酸化膜が形成される。
【００５２】
エッチング工程においては、酸化物皮膜が形成された前記内壁は、清浄表面を露出させるため、エッチング液に浸漬される。エッチング液は、例えば、酸系である。
【００５３】
図７は、アルミニウムに対し、シュウ酸を利用した陽極酸化によって形成した被膜の凹凸構造体を示しており、止まり穴の直径は、約１００ｎｍである。一方、図８は、りんご酸を利用した陽極酸化によって形成しかつエッチングによって止まり穴の直径を調整（拡大）した凹凸構造体を示しており、止まり穴の直径は、約３００ｎｍである。
【００５４】
陽極酸化は、アルミニウムに適用する形態に限定されず、例えば、マグネシウムやチタンに適用することも可能である。つまり、陽極酸化被膜を形成する場合におけるウォータージャケット１４０の伝熱壁１４６の素材として、マグネシウムやチタンを採用することができる。
【００５５】
被膜１４７は、化学めっきや電気めっきによって形成することも可能である。さらに、被膜１４７は、電気化学的に形成する形態に限定されず、例えば、被膜を形成し得る材料（例えば、酸化物や無機材料など）を含んでいる塗料あるいはペーストを、伝熱壁に被覆（セラミックコーティング）し、造膜することも可能である。
【００５６】
図９は、伝熱壁に形成される凹凸構造体の別の一例を説明するための断面図である。
【００５７】
凹凸構造体は、被膜に配置する形態に限定されず、例えば、噴射加工や機械加工によって、図９に示されるように、伝熱壁１４６の表面に直接形成することも可能である。噴射加工は、例えば、マイクロブラスト（ショットブラスト）である。機械加工は、超精密切削加工や、マイクロインデンテーション（ホッピング加工）である。
【００５８】
以上のように、実施の形態１においては、冷却システムの伝熱壁は、親水性を備えた微細な凹凸構造体を有し、冷却液の一部の流れをかく乱させる気泡を発生させる。この際、気泡は、伝熱壁の凹凸構造体の固液界面から連続的に発生し、冷却液の低層（伝熱壁に極めて近い層）をかく乱するため、伝熱壁と冷却液との熱交換が促進され、熱伝達係数が向上する。凹凸構造体は、親水性を有するため、発生する気泡は、成長することなく凹凸構造体から容易に離脱して、かく乱効果が持続するため、良好な熱伝達係数が維持される。凹凸構造体は、微細であるため、ウォータージャケットの形状に対する影響が抑制される。また、例えば、蒸気圧を制御する装置などの付帯設備が不要である。したがって、ウォータージャケットの伝熱壁（伝熱面積）を縮小したり、冷却液の循環量を削減しても、十分な冷却性能を確保することができる。小型かつ軽量化が可能である冷却システムを提供することが可能である。
【００５９】
冷却システムは、自動車等の移動体装置の内燃機関を冷却するために適用されるため、移動体装置の小型化、移動体装置の重量低減、燃費の向上などを図ることが可能である。
【００６０】
また、冷却液が放熱器に導入される前に、冷却液の圧力を上昇させる加圧手段を有する。この場合、冷却液の圧力が上昇することで、冷却液に含まれる気泡が削減あるいは消失するため、放熱器における熱交換（冷却液の冷却）に対する気泡の影響を抑制することができる。なお、加圧手段は、圧送ポンプによって兼ねられており、独立した加圧手段が不要になるため、冷却システムの小型かつ軽量化をさらに図ることができる。
【００６１】
放熱器を通過した冷却液は、温度が低下し、飽和ガス溶解量が増加することで、気泡が削減あるいは消失しているため、冷却液に含まれる気泡が、冷却液の循環に伴って循環配管系において蓄積することが抑制される。また、冷却液は、ウォータージャケットに導入される前に、減圧装置によって圧力が低下させられているため、ウォータージャケットにおいて気泡を確実かつ容易に発生させることできる。
【００６２】
減圧装置は、逆止弁、バイパス配管およびリリーフ弁を有している。リリーフ弁は、放熱器を通過し下流側配管を経由して導入される冷却液の一部を、バイパス配管に分岐することで、冷却液の圧力を低下させことができる。また、逆止弁は、バイパス配管を経由して上流側配管に導入される分岐冷却液が、ウォータージャケットへ逆流することを防止するため、分岐冷却液によるウォータージャケットへの影響を排除することができる。つまり、減圧装置を、簡単な機構によって構成している。
【００６３】
冷却液は、溶存気体を含んでいることが好ましい。この場合、冷却液が沸騰（気化）しない低い温度においても、気泡を発生するため、伝熱壁が低温であっても冷却性能を確保することができる。
【００６４】
凹凸構造体に対する冷却液の接触角は、９０度以下であることが好ましい。この場合、凹凸構造体は、冷却液によって濡れるため、良好な親水性を呈し、発生する気泡は、成長することなく凹凸構造体から容易に離脱する。
【００６５】
凹凸構造体の凹部は、止まり穴からなることが好ましい。この場合、止まり穴内に留まった気体が、気泡核となることから、微細な気泡を容易かつ連続的に発生させることができる。
【００６６】
止まり穴の直径は、４０ｎｍ未満であると、気泡の離脱性が低下し、７００ｎｍを越えると、止まり穴の形成が困難となる。そのため、止まり穴の直径は、４０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることが好ましく、これにより、良好な気泡の離脱性を有する止まり穴を、容易に形成することができる。
【００６７】
凹凸構造体は、被膜に形成されているため、ウォータージャケットの形状を変更することなく、伝熱壁に配置することができる。
【００６８】
前記被膜は、酸化物からなり、良好な耐食性を有しており、当該被膜によってウォータージャケットの耐食性が確保されるため、ウォータージャケットの材質および冷却液の選択上における自由度が向上する。
【００６９】
前記被膜は、伝熱壁を陽極酸化することで形成されている。そのため、伝熱壁が、外部から直接加工ができない部位に位置する場合であっても、被膜を容易に形成することができる。
【００７０】
なお、実施の形態１では、親水性を備えた凹凸構造体１４８を用いた形態について説明してきたが、親水性でなくとも上記凹凸構造体１４８の形状を備えていれば気泡発生によって、本発明が解決しようとする課題を達成できることは上述の通り明らかである。ただし、親水性を備えた凹凸構造体であると、発生した気泡は成長することなく凹凸構造体から容易に離脱してかく乱効果が持続するため、良好な熱伝達係数が維持されるためより好ましい結果を得られるものである。以下、実施の形態２および３についても同様である。
【００７１】
また、親水性とは、液体を該当面に滴下した際の接触角が９０度以下と定義され、接触角は、例えば、画像処理式接触角測定装置（協和界面科学ＤＣＡ−ＶＺ型）を用いた液滴法により測定できる。
【００７２】
さらに、親水性の被膜表面に凹凸構造体を設けた場合は、凹凸構造体部のみ親水性である場合に比べて、凹凸部以外の親水性被膜部分だけ親水領域が拡大して、親水性がいっそう向上し、上記したように発生した気泡が成長することなく凹凸構造体からいっそう離脱し易くなって、かく乱効果が持続するため、良好な熱伝達係数がさらに維持されることになる。以下、実施の形態２および３についても同様である。
【００７３】
さらにまた、凹凸構造体は微細であるため、大きな設計変更を伴うことなく通常使用されるような冷却ジャケット部の形状のままで凹凸構造体を設けることが可能であり、冷却液の流れを乱して実使用に影響するような圧力損失増大をもたらすこともない。以下、実施の形態２および３についても同様である。
【００７４】
次に、実施の形態２を説明する。
【００７５】
図１０は、実施の形態２に係る冷却システムを説明するための断面図、図１１は、図１０に示されるウォータージャケットを説明するための断面図である。
【００７６】
実施の形態２は、冷却システムによってハイブリッド車両や電気自動車の駆動に用いられる電動機を冷却する点で、内燃機関を冷却する実施の形態１と概して異なっている。
【００７７】
実施の形態２に係る電動機（発熱体）２００は、軸受２１１によって支持されたロータ２１２、ロータ２１２の外周に配置されるステータコア２１４、電流が供給されるステータコイル２１５、および、モータケース２１７を有する。モータケース２１７は、ステータコア２１４を保持する中空円筒状ステータフレーム２１８と、ステータフレーム２１８の開口端部を閉鎖する中空円筒状カバー２１９とから構成される。
【００７８】
ステータフレーム２１８は、カバー２１９との嵌合部に複数の環状溝２１８Ａを有する。環状溝２１８Ａは、カバー２１９の嵌合部の内壁２１９Ａと一体化して、水密の経路を構成しており、当該経路は、冷却液導入口および冷却液吐出口に連結されている。実施の形態２に係る冷却システムのウォータージャケット（冷却ジャケット部）２４０は、環状溝２１８Ａおよび内壁２１９Ａによって形成され、モータケース２１７に一体化されている。なお、伝熱壁を構成する環状溝２１８Ａの表面には、図１１に示されるように、親水性を備えた微細な凹凸構造体が形成された被膜２４７が配置されている。
【００７９】
したがって、モータケース２１７に配置される冷却液導入口に導入される冷却水は、環状溝２１８Ａと内壁２１９Ａによって形成される経路を流通し、高温となるステータコイル２１５を冷却し、冷却液吐出口から流出する。この際、環状溝２１８Ａに配置される被膜２４７の凹凸構造体は、冷却液に気泡を発生させることで、良好な熱伝達係数を維持する。このため、ウォータージャケット２４０の伝熱壁（伝熱面積）を縮小したり、冷却液の循環量を削減しても、十分な冷却性能を確保することができる。
【００８０】
なお、電動機２００は、リーク電流を嫌う電動部品であるため、凹凸構造体は、電気絶縁体から構成されている。したがって、ウォータージャケット２４０は、電気的な絶縁が確保されるため、リーク電流を抑制することが可能である。
【００８１】
以上のように、実施の形態２においては、電動機用の冷却システムを小型かつ軽量化することにより、ハイブリッド車両や電気自動車の小型化、重量低減、燃費の向上などを図ることが可能である。
【００８２】
また、凹凸構造体は、電気絶縁体から構成されており、ウォータージャケットは、電気的な絶縁が確保されるため、リーク電流を嫌う電動機に適用することが容易である。
【００８３】
次に、実施の形態３を説明する。
【００８４】
図１２は、実施の形態３に係る冷却システムを説明するための断面図、図１３は、図１２に示されるウォータージャケットを説明するための断面図である。
【００８５】
実施の形態３は、冷却システムによってハイブリッド車両や電気自動車の駆動に用いられるインバータ装置を冷却する点で、電動機を冷却する実施の形態２と概して異なっている。
【００８６】
実施の形態３に係るインバータ装置（発熱体）３００は、例えば、電動機の回転数やトルクを制御するために使用され、インバータモジュール３０２、ウォータージャケット（冷却ジャケット部）３４０およびケーシング３０４を有する。
【００８７】
インバータモジュール３０２は、例えば、電力スイッチング回路、制御回路、保護回路、コイルなどを有しており、駆動用電池の直流電力を交流電力に電気的に変換し、電動機に供給するために使用される。
【００８８】
ウォータージャケット３４０は、インバータモジュール３０２とケーシング３０４との間に配置される別体部材であり、インバータ装置３００が稼働することで温度が上昇するインバータモジュール３０２を冷却するために使用される。ウォータージャケット３４０の伝熱壁３４６の表面には、図１３に示されるように、親水性を備えた微細な凹凸構造体が形成された被膜２４７が配置されている。
【００８９】
したがって、ウォータージャケット３４０に配置される冷却液導入口に導入される冷却水は、高温となるインバータモジュール３０２を冷却し、冷却液吐出口から流出する。この際、伝熱壁３４６に配置される被膜３４７の凹凸構造体は、気泡を発生させることで、良好な熱伝達係数を維持する。このため、ウォータージャケット３４０の伝熱壁（伝熱面積）を縮小したり、冷却液の循環量を削減しても、十分な冷却性能を確保することができる。
【００９０】
なお、インバータ装置３００は、リーク電流を嫌う電動部品であるため、凹凸構造体は、電気絶縁体から構成されている。したがって、ウォータージャケット３４０は、電気的な絶縁が確保されるため、リーク電流を抑制することが可能である。
【００９１】
以上のように、実施の形態３においては、インバータ装置用の冷却システムを小型かつ軽量化することにより、ハイブリッド車両や電気自動車の小型量化、重量低減、燃費の向上などを図ることが可能である。
【００９２】
次に、実施の形態４を説明する。
【００９３】
図１４は、実施の形態４に係る冷却システムを説明するための概略図である。
【００９４】
実施の形態４は、放熱器１５０を補助する熱交換器を有する点で、実施の形態１と概して異なっている。
【００９５】
実施の形態４に係る熱交換器４９０は、例えば、内燃機関１００が高負荷運転を行なう際に、放熱器１５０の能力が不足する場合に使用され、蓄熱容器４９２、３方弁４９４，４９５およびバイパス配管４９７，４９８を有する。
【００９６】
蓄熱容器４９２は、冷却液導入口および冷却液吐出口を有し、内部には、０℃以上かつ１００℃以下の融点を有する潜熱蓄熱材料が充填されている。潜熱蓄熱材料は、例えば、パラフィンである。
【００９７】
３方弁４９４，４９５は、下流側配管１６４に配置され、放熱器１５０の冷却液吐出口１５４とリリーフ弁１８６との間に位置している。バイパス配管４９７は、放熱器側の３方弁４９４と蓄熱容器４９２の冷却液導入口とを連結している。バイパス配管４９８は、リリーフ弁側の３方弁４９５と蓄熱容器４９２の冷却液吐出口とを連結している。
【００９８】
次に、冷却液の流れを説明する。
【００９９】
内燃機関１００が仕事をすることによって高温になっているウォータージャケット１４０の伝熱壁と熱交換し、高温となった冷却液は、上流側配管１６２を流れ、逆止弁１８２および圧送ポンプ１７０を経由し、放熱器１５０に導入される。
【０１００】
そして、冷却液は、放熱器１５０によって冷却される。この際、例えば、放熱器１５０の能力が不足し、放熱器１５０を通過した冷却液の温度が所定の値まで低下しない場合、３方弁４９４，４９５が制御される。これにより、放熱器１５０を通過した冷却液は、下流側配管１６４から分岐し、３方弁４９４およびバイパス配管４９７を経由し、蓄熱容器４９２に導入される。
【０１０１】
冷却液は、蓄熱容器４９２に充填されている潜熱蓄熱材料と熱交換し、潜熱蓄熱材料が固体から液体に相変化することにより、冷却される。この際、冷却不足により冷却液に残留している気泡が、確実に削減あるいは消失する。そして、蓄熱容器４９２を通過し、所定の温度となった冷却液は、バイパス配管４９８および３方弁４９５を経由し、下流側配管１６４に導入され、リリーフ弁１８６を経由し、ウォータージャケット１４０に導入される。
【０１０２】
以上のように、実施の形態４においては、放熱器を補助する熱交換器が配置されているため、放熱器１５０の能力が一時的に不足する場合であっても、ウォータージャケット１４０に導入される冷却液の温度を所定の値に制御することが可能である。
【０１０３】
なお、蓄熱容器４９２の潜熱蓄熱材料は、時間の経過とともに液体から固体に相変化することにより、冷却液から除去した熱を、放出するため、当該熱を、例えば、暖房補助の熱源として利用することが可能である。
【０１０４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【０１０５】
例えば、冷却システムは、移動体装置の内燃機関、電動機、インバータ装置を冷却する形態に限定されず、移動体装置に配置されるその他の発熱体の冷却に適用したり、移動体装置以外の装置に配置される発熱体の冷却に適用することも可能である。
【０１０６】
また、実施の形態４に係る放熱器を補助する熱交換器を、実施の形態２や実施の形態３に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】実施の形態１に係る冷却システムを説明するための概略図である。
【図２】図１に示される内燃機関を説明するための断面図である。
【図３】図２に示されるウォータージャケットの伝熱壁を説明するための断面図である。
【図４】気体の飽和溶解量と温度とのとの関係を説明するためのグラフである。
【図５】ウォータージャケットの伝熱壁の凹凸構造体を説明するための断面図である。
【図６】伝熱壁における気泡発生頻度と気泡直径との関係を説明するためのグラフである。
【図７】伝熱壁に形成される凹凸構造体の一例を説明するための写真である。
【図８】伝熱壁に形成される凹凸構造体の別の一例を説明するための写真である。
【図９】伝熱壁に形成される凹凸構造体の別の一例を説明するための断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る冷却システムを説明するための断面図である。
【図１１】図１０に示されるウォータージャケットを説明するための断面図である。
【図１２】実施の形態３に係る冷却システムを説明するための断面図である。
【図１３】図１２に示されるウォータージャケットを説明するための断面図である。
【図１４】実施の形態４に係る冷却システムを説明するための概略図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００  内燃機関（発熱体）、
１０２  シリンダブロック、
１０４  シリンダヘッド、
１０６  ピストン、
１０８  点火プラグ、
１４０  ウォータージャケット（冷却ジャケット部）、
１４２  冷却液導入口、
１４４  冷却液吐出口、
１４６  伝熱壁、
１４７  被膜、
１４８  凹凸構造体、
１４９  止まり穴、
１５０  放熱器、
１５２  冷却液導入口、
１５４  冷却液吐出口、
１６０  循環配管系、
１６２  上流側配管、
１６４  下流側配管、
１７０  圧送ポンプ（圧送手段）、
１８０  減圧装置（減圧手段）、
１８２  逆止弁、
１８４  バイパス配管、
１８６  リリーフ弁、
２００  電動機（発熱体）、
２１１  軸受、
２１２  ロータ、
２１４  ステータコア、
２１５  ステータコイル、
２１７  モータケース、
２１８  ステータフレーム、
２１８Ａ  環状溝、
２１９  カバー、
２１９Ａ  内壁、
２４０  ウォータージャケット（冷却ジャケット部）、
２４７  被膜、
３００  インバータ装置（発熱体）、
３０２  インバータモジュール、
３０４  ケーシング、
３４０  ウォータージャケット（冷却ジャケット部）、
３４６  伝熱壁、
３４７  被膜、
４９０  熱交換器、
４９２  蓄熱容器、
４９４，４９５  ３方弁、
４９７，４９８  バイパス配管。
【図１】
2010139187.tif 000003
【図２】
2010139187.tif 000004
【図３】
2010139187.tif 000005
【図４】
2010139187.tif 000006
【図５】
2010139187.tif 000007
【図６】
2010139187.tif 000008
【図９】
2010139187.tif 000009
【図１０】
2010139187.tif 000010
【図１１】
2010139187.tif 000011
【図１２】
2010139187.tif 000012
【図１３】
2010139187.tif 000013
【図１４】
2010139187.tif 000014
【図７】
2010139187.tif 000015
【図８】
2010139187.tif 000016