(57)【要約】【課題】簡素な構成によって冷媒が流通する流通路に堆積した異物を剥離可能な熱交換装置を提供する。【解決手段】  熱交換装置１は、冷媒が流通する流通路１４０を有し、流通路１４０を流れる冷媒と電子部品２０とを熱交換させる熱交換器１４と、熱交換器１４に対して冷媒を供給する循環ポンプ１２と、を備える。熱交換装置１は、流通路１４０における少なくとも一部に異物の堆積が予測される際に成立する異物堆積条件の成否を判定する堆積判定部１００ｃを備える。熱交換装置１は、異物堆積条件が成立する場合に、流通路１４０に堆積した異物を剥離させて流通路１４０を洗浄する異物洗浄処理を実行する処理実行部１００ａを備える。処理実行部１００ａは、異物洗浄処理において、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態となるように循環ポンプ１２からの冷媒の供給量を小さくするように構成されている。【選択図】図１
2019186367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却対象（２０、ＡＲｃ）を液状態の冷媒と熱交換させて冷却する熱交換装置であって、
冷媒が流通する流通路（１４０）を有し、前記流通路を流れる冷媒と前記被冷却対象とを熱交換させる熱交換器（１４）と、
前記熱交換器に対して冷媒を供給する冷媒供給ポンプ（１２）と、
前記流通路における少なくとも一部に異物の堆積が予測される際に成立する異物堆積条件の成否を判定する堆積判定部（１００ｃ）と、
前記異物堆積条件が成立する場合に、前記流通路に堆積した異物を剥離させて前記流通路を洗浄する異物洗浄処理を実行する処理実行部（１００ａ）と、を備え、
前記処理実行部は、前記異物洗浄処理において、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態となるように前記冷媒供給ポンプからの冷媒の供給量を小さくする熱交換装置。
【請求項２】
前記処理実行部は、前記異物洗浄処理において、冷媒の沸騰曲線にて示される飽和開始点からバーンアウト点までの範囲のうち、前記飽和開始点よりもバーンアウト点に近い過熱度を目標過熱度とし、冷媒の過熱度が前記目標過熱度に近づくように前記冷媒供給ポンプからの冷媒の供給量を小さくする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記熱交換器に流入する冷媒の流量および前記熱交換器における圧力損失の少なくとも一方に基づいて、前記流通路における閉塞度合を算出する演算部（１００ｂ）を備え、
前記異物堆積条件は、前記閉塞度合が所定の閉塞閾値を上回っている場合に成立する条件を含んでいる請求項１または２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記異物堆積条件は、前記熱交換器の使用開始からの経過時間または前記異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間が所定の基準時間を上回っている場合に成立する条件を含んでいる請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記被冷却対象の発熱量を調整する調整部（２２、ＤＣ）を備え、
前記処理実行部は、前記異物洗浄処理において、前記調整部によって前記被冷却対象の発熱量を大きくする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記処理実行部は、前記冷媒供給ポンプからの冷媒の供給量を小さくしても、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態にならない場合に、前記調整部によって前記被冷却対象の発熱量を大きくする請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記被冷却対象を含む機器の負荷が所定の基準負荷よりも低いと予測される際に成立する低負荷条件の成否を判定する負荷判定部（１００ｅ）を備え、
前記処理実行部は、前記異物堆積条件が成立し、且つ、前記低負荷条件が成立した際に、前記異物洗浄処理を実行する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記低負荷条件は、前記異物洗浄処理を実行する前の冷媒が飽和温度以下である場合に成立する条件を含んでいる請求項７に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記熱交換器は、通電により発熱する電子部品（２０）を前記被冷却対象とし、前記電子部品を冷媒との熱交換によって冷却する部品冷却器で構成されている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱交換装置。
【請求項１０】
前記熱交換器は、過給機（ＳＣ）によって内燃機関（ＥＧ）に過給される過給吸気（ＡＲｃ）を前記被冷却対象とし、前記過給吸気を冷媒との熱交換によって冷却するインタークーラ（１４Ａ）で構成されている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱交換装置。
【請求項１１】
前記冷媒は、錆の発生を抑える防錆剤を含む不凍液で構成される請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、被冷却対象を冷媒との熱交換によって冷却させる熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波によって液状態の冷媒に泡を発生させることで、熱交換器内部の冷媒の流通路に堆積した異物を洗浄する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、熱交換器に対して超音波を発生させる超音波発生部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−６７４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の如く、異物洗浄のために超音波発生部という専用機器を熱交換器に設けると、部品点数の増加や装置の複雑化が避けられない。部品点数の増加や装置の複雑化は、製造コストの増大や製品の適用範囲を狭める要因となることから好ましくない。
【０００５】
本開示は、簡素な構成によって冷媒が流通する流通路に堆積した異物を剥離可能な熱交換装置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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、
被冷却対象（２０、ＡＲｃ）を液状態の冷媒と熱交換させて冷却する熱交換装置であって、
冷媒が流通する流通路（１４０）を有し、流通路を流れる冷媒と被冷却対象とを熱交換させる熱交換器（１４）と、
熱交換器に対して冷媒を供給する冷媒供給ポンプ（１２）と、
流通路における少なくとも一部に異物の堆積が予測される際に成立する異物堆積条件の成否を判定する堆積判定部（１００ｃ）と、
異物堆積条件が成立する場合に、流通路に堆積した異物を剥離させて流通路を洗浄する異物洗浄処理を実行する処理実行部（１００ａ）と、を備える。
【０００７】
そして、処理実行部は、異物洗浄処理において、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態となるように冷媒供給ポンプからの冷媒の供給量を小さくするように構成されている。
【０００８】
これによると、熱交換器の流通路の少なくとも一部に異物の堆積が予測される場合に、冷媒が過熱度を有する状態となるように熱交換器への冷媒の供給量が小さくなる。冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態になると、流通路内に気泡が生じ、この気泡の体積変化や気泡の消滅時に生ずる力によって流通路に堆積した異物を剥離させることが可能となる。
【０００９】
このように、熱交換器への冷媒の供給量を調整することによって異物を剥離させることが可能な構成では、超音波発生部等の専用機器を設ける必要がないので、熱交換装置の簡素化を図ることができる。すなわち、本開示の熱交換装置によれば、簡素な構成で流通路に堆積した異物を剥離させて流通路を洗浄することが可能となる。
【００１０】
ここで、本開示における「冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態」とは、冷媒の過熱度が、沸騰曲線に示される飽和開始点を上回り、且つ、バーンアウト点以下となる状態を意味する。「過熱度」は、被冷却対象と冷媒との伝熱部位の温度と冷媒の飽和温度との温度差であり、例えば、被冷却対象と冷媒との伝熱部位の温度から冷媒の飽和温度を差し引いた値として定義される。
【００１１】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る熱交換装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る熱交換装置における冷媒と電子部品との熱交換を説明するための説明図である。
【図３】第１実施形態に係る熱交換装置における冷媒の流通路に異物が堆積した状態を説明するための説明図である。
【図４】第１実施形態に係る熱交換装置の制御装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態に係る熱交換装置における閉塞度合の算出手法を説明するための説明図である。
【図６】第１実施形態に係る熱交換装置の制御装置が実行する異物洗浄処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】第１実施形態に係る熱交換装置における過熱度の算出手法を説明するための説明図である。
【図８】過熱度と熱伝達率との関係を説明するための説明図である。
【図９】第１実施形態に係る熱交換装置における冷媒供給ポンプの作動を説明するための説明図である。
【図１０】冷媒の流通路に堆積した異物の剥離を説明するための説明図である。
【図１１】第１実施形態に係る熱交換装置における熱伝達率を説明するための説明図である。
【図１２】第２実施形態に係る熱交換装置の概略構成図である。
【図１３】第２実施形態に係る熱交換装置における閉塞度合の算出手法を説明するための説明図である。
【図１４】第３実施形態に係る熱交換装置の概略構成図である。
【図１５】第３実施形態に係る熱交換装置の制御装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図１６】第３実施形態に係る熱交換装置における基準時間の算出手法を説明するための説明図である。
【図１７】第４実施形態に係る熱交換装置の概略構成図である。
【図１８】第４実施形態に係る熱交換装置の制御装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図１９】低負荷条件の成否の判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図２０】第５実施形態に係る熱交換装置の制御装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図２１】第６実施形態に係る熱交換装置の制御装置が実行する異物洗浄処理の一例を示すフローチャートである。
【図２２】第７実施形態に係る熱交換装置の概略構成図である。
【図２３】第７実施形態に係る熱交換装置における冷媒と電子部品との熱交換を説明するための説明図である。
【図２４】第７実施形態に係る熱交換装置における冷媒の流通路に異物が堆積した状態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
【００１４】
（第１実施形態）
本実施形態の熱交換装置１について、図１〜図１１を参照して説明する。熱交換装置１は、被冷却対象を冷媒と熱交換させる装置である。本実施形態の熱交換装置１は、車両に搭載される車載装置であり、車両に搭載された発熱機器等を被冷却対象として当該被冷却対象を冷却する構成になっている。
【００１５】
図１に示すように、熱交換装置１は、冷媒が循環する循環回路１０、冷媒を循環させる循環ポンプ１２、被冷却対象を冷媒と熱交換させて冷却する熱交換器１４、冷媒を放熱させる放熱器１６、制御装置１００を含んで構成されている。
【００１６】
循環回路１０は、閉回路として構成されている。循環回路１０には、液状態の冷媒が充填されている。冷媒は、錆の発生を抑える防錆剤を含む不凍液で構成されている。不凍液は、ロングライククーラントとして知られるものである。不凍液は、例えば、エチレングリコールを含む水に防錆剤、酸化抑制剤等が加えられた液状態の冷媒である。
【００１７】
循環ポンプ１２は、循環回路１０に設けられた電動式のポンプである。循環ポンプ１２は、電動モータを備え、当該電動モータの駆動力によって駆動される。循環ポンプ１２は、電動モータの回転数（すなわち、ポンプ回転数）を変えることで、循環回路１０における冷媒の流量を変更可能になっている。ポンプ回転数は、後述する制御装置１００からの制御信号に応じて変更可能になっている。本実施形態では、循環ポンプ１２が、熱交換器１４に対して冷媒を供給する冷媒供給ポンプを構成している。
【００１８】
熱交換器１４は、循環回路１０に設けられている。熱交換器１４は、冷媒が流通する流通路１４０を形成する複数の冷却管１４２を有し、当該流通路１４０を流れる冷媒と被冷却対象とを熱交換させるものである。
【００１９】
本実施形態の熱交換器１４は、車両に搭載されたインバータに用いられる電子部品２０を冷却対象とし、電子部品２０を冷媒との熱交換によって冷却する部品冷却器で構成されている。熱交換器１４は、複数の冷却管１４２の間に電子部品２０を介在させた状態で、複数の冷却管１４２を積層した積層体として構成されている。
【００２０】
電子部品２０は、通電により発熱する。このため、電子部品２０は、通電により発熱する発熱体を構成している。電子部品２０は、駆動回路２２に接続されている。電子部品２０は、例えば、Ｓｉ基板で構成される半導体素子等の他の半導体素子に比べて高温時の動作特性に優れたＳｉＣ基板で構成される半導体素子が内蔵された半導体モジュールで構成されている。
【００２１】
駆動回路２２は、電子部品２０への通電量を調整するための調整部を構成している。駆動回路２２は、後述する制御装置１００からの制御信号に応じて、電子部品２０への通電量を変更可能に構成されている。
【００２２】
放熱器１６は、循環回路１０における熱交換器１４の冷媒流れ下流側に設けられている。放熱器１６は、熱交換器１４にて昇温した冷媒を外気と熱交換させて放熱させるものである。放熱器１６は、冷媒を貯留する冷媒タンクとしても機能する。なお、放熱器１６は、熱交換器１４にて昇温した冷媒を外気以外の熱媒体との熱交換によって放熱させる構成になっていてもよい。
【００２３】
次に、熱交換装置１の電子制御部を構成する制御装置１００について説明する。制御装置１００は、プロセッサ、メモリ１１０を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。なお、制御装置１００のメモリ１１０は、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。
【００２４】
制御装置１００の入力側には、循環回路１０における冷媒の状態等を検出する手段として、流量センサ１０１、差圧センサ１０２、冷媒温度センサ１０３等が接続されている。
【００２５】
流量センサ１０１は、熱交換器１４に流入する冷媒の流量Ｇｒを検出するセンサである。流量センサ１０１は、循環回路１００における循環ポンプ１２の冷媒出口から熱交換器１４の冷媒入口に至る部位に設けられている。
【００２６】
差圧センサ１０２は、熱交換器１４の冷媒出入口の圧力差を熱交換器１６の圧力損失ΔＰとして検出するセンサである。差圧センサ１０２は、熱交換器１４の冷媒入口側の圧力から熱交換器１４の冷媒出口側の圧力を減算した値を圧力差として出力する構成になっている。
【００２７】
冷媒温度センサ１０３は、熱交換器１４に流入する冷媒の温度（すなわち、冷媒温度Ｔｗ）を検出するセンサである。冷媒温度センサ１０３は、循環回路１００における放熱器１６の冷媒出口から循環ポンプ１２の冷媒入口に至る部位に設けられている。
【００２８】
また、制御装置１００の入力側には、電子部品３０の温度である機器温度Ｔｄを検出する機器温度センサ１０４が接続されている。機器温度センサ１０４は、機器温度Ｔｄを直に検出する構成になっている。なお、機器温度センサ１０４は、電子部品３０への通電量等に基づいて機器温度Ｔｄを間接的に検出する構成になっていてもよい。
【００２９】
さらに、制御装置１００は、車両の運転操作等を制御する車両制御装置１２０に対して、双方向通信可能に接続されている。これにより、制御装置１００は、車両制御装置１２０を介して車両の走行状態等の情報を取得可能になっている。
【００３０】
一方、制御装置１００の出力側には、循環ポンプ１２の電動モータ、電子部品２０の駆動回路２２等が接続されている。制御装置１００は、各種センサ等から取得した情報に基づいて循環ポンプ１２の電動モータ、電子部品２０の駆動回路２２等を制御する。
【００３１】
ここで、制御装置１００には、各種処理を実行する処理実行部、各種条件の成否を判定する判定部、各種演算を行う演算部等を構成するハードウェアおよびソフトウェアが集約されている。
【００３２】
制御装置１００には、例えば、熱交換器１４の流通路１４０に堆積した異物を剥離させて流通路１４０を洗浄する異物洗浄処理を実行する処理実行部１００ａが集約されている。この異物洗浄処理は、冷媒に気泡を発生させ、当該気泡の体積変化や消滅時に生ずる力によって流通路１４０に堆積した異物を剥離させる処理である。
【００３３】
また、制御装置１００には、流通路１４０における閉塞度合ＯＤ等を算出する演算部１００ｂが集約されている。閉塞度合ＯＤは、流通路１４０における目詰まりの目安となる指標である。閉塞度合ＯＤは、異物が堆積していない状態が最小値（例えば、ゼロ％）になり、異物等によって流通路１４０が完全に閉塞された状態が最大値（例えば、１００％）になるように設定される。
【００３４】
さらに、制御装置１００には、流通路１４０における少なくとも一部に異物の堆積が予測される際に成立する異物堆積条件の成否を判定する堆積判定部１００ｃが集約されている。本実施形態の異物堆積条件は、閉塞度合ＯＤが所定の閉塞閾値ＯＤｔｈ１を上回っている場合に成立する条件である。
【００３５】
次に、本実施形態の熱交換装置１の作動について説明する。熱交換装置１は、例えば、車両の起動後に電子部品２０が発熱すると、制御装置１００が循環ポンプ１２を駆動させて電子部品２０の冷却処理を実行する。循環ポンプ１２から吐出された冷媒は、図２に示すように、熱交換器１４の流通路１４０に流入する。この際、電子部品２０の熱が流通路１４０を流れる冷媒に移動することで、電子部品２０が冷却される。熱交換器１４の流通路１４０から流出した冷媒は、放熱器１６に外気に放熱した後、循環ポンプ１２に吸入される。
【００３６】
ここで、流通路１４０を流れる冷媒は、電子部品２０の熱によって昇温する。電子部品２０が高温になる場合、冷媒の温度が飽和温度Ｔｓ付近まで上昇することがある。本発明者らの調査検討によると、冷媒の温度が飽和温度Ｔｓ付近まで上昇すると、冷媒に含まれる防錆剤の一部や水に含まれる不純物が変質して固形化し、この固形化したものが図３に示すように異物として流通路１４０の壁面に堆積することがあった。このような事象は、沸騰により生じた気泡の周囲に冷媒を構成する成分が局所的に濃縮され、水素イオン指数ｐｈが上昇することで、防錆剤や水に含まれる不純物に由来する異物が析出されることで生ずると考えられる。そして、このような異物の堆積は、主に熱交換器１４の熱交換部で生ずることになるが、外部から侵入する異物とは異なり、熱交換器１４の熱交換部におけるどの部分で発生するかの予測が困難である。このため、例えば、熱交換器１４の熱交換部における冷媒流れ上流側に異物を捕捉するフィルタを設置しても、当該フィルタによる異物の捕捉効果を得ることが困難である。なお、不凍液の防錆剤や水に含まれる不純物が固形化して異物として堆積することは、本発明者らの検討の末に見いだされたものである。
【００３７】
流通路１４０に異物が堆積すると、堆積した異物が冷媒と電子部品２０との間の熱移動を妨げる熱抵抗となることで、電子部品２０の冷却性能が低下してしまう。また、流通路１４０に異物が堆積すると、流通路１４０の内壁に形成される微細な凹凸が異物によって平滑化されることで、冷媒と電子部品２０との伝熱面積が小さくなる。このことも電子部品２０の冷却性能の低下を招く要因となる。
【００３８】
これに対して、熱交換装置１は、制御装置１００が異物洗浄処理を含む制御処理を実行する構成になっている。以下、制御装置１００が実行する制御処理の一例について図４に示すフローチャートを参照して説明する。図４に示す制御処理は、例えば、車両の起動後に、周期的または不定期に制御装置１００によって実行される。なお、図４に示す制御処理の各制御ステップは、制御装置１００が実行する各種機能を実現する機能実現部を構成している。
【００３９】
図４に示すように、制御装置１００は、ステップＳ１００で、各種センサや車両制御装置１２０等から各種信号を取得する。そして、制御装置１００は、ステップＳ１１０で、熱交換器１４の流通路１４０の閉塞度合ＯＤを算出する。
【００４０】
ここで、熱交換器１４は、異物によって流通路１４０の閉塞度合ＯＤが高まると、熱交換器１４に流入する冷媒の流量Ｇｒが低下したり、熱交換器１４における圧力損失ΔＰが高くなったりする。このように、流通路１４０における閉塞度合ＯＤは、冷媒の流量Ｇｒや圧力損失ΔＰに強い相関性がある。
【００４１】
そこで、制御装置１００は、図５に示すように、演算部１００ｂが、熱交換器１４に流入する冷媒の流量Ｇｒおよび熱交換器１４における圧力損失ΔＰに基づいて流通路１４０における閉塞度合ＯＤを算出する構成になっている。演算部１００ｂは、例えば、冷媒の流量Ｇｒ、圧力損失ΔＰ、および閉塞度合ＯＤの対応関係が規定された制御マップを参照し、流量センサ１０１の検出値および差圧センサ１０２の検出値に基づいて閉塞度合ＯＤを算出する。なお、演算部１００ｂは、例えば、冷媒の流量Ｇｒ、圧力損失ΔＰ、および閉塞度合ＯＤの対応関係を数式として規定した関数を用いて閉塞度合ＯＤを算出する構成になっていてもよい。
【００４２】
図４に戻り、制御装置１００は、ステップＳ１２０で、閉塞度合ＯＤが所定の閉塞閾値ＯＤｔｈ１よりも大きいか否かを判定する。閉塞閾値ＯＤｔｈ１は、熱交換器１４における電子部品２０の冷却性能が確保可能な値に予め設定されている。なお、閉塞閾値ＯＤｔｈ１は、予め設定された固定値に限らず、例えば、継時的に変化する可変値が採用されていてもよい。
【００４３】
閉塞度合ＯＤが閉塞閾値ＯＤｔｈ１以下である場合、流通路１４０に異物があまり堆積していない状態であり、熱交換器１４にて電子部品２０の冷却を充分に行うことが可能と考えられる。このため、制御装置１００は、ステップＳ１３０で、電子部品２０の冷却処理を実行する。この冷却処理では、循環ポンプ１２のポンプ回転数Ｎを通常の回転数Ｎｎとなるように制御装置１００が循環ポンプ１２を制御する。
【００４４】
一方、閉塞度合ＯＤが閉塞閾値ＯＤｔｈ１よりも大きい場合、流通路１４０に異物が堆積した状態であり、熱交換器１４における電子部品２０の冷却性能が低下する虞がある。このため、制御装置１００は、ステップＳ１４０に移行して、流通路１４０に堆積した異物を剥離させる異物洗浄処理を実行する。この異物洗浄処理の詳細については、図６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４５】
図６に示すように、制御装置１００は、まず、ステップＳ１４１で、流通路１４０を流れる冷媒の過熱度ΔＴを算出する。冷媒の過熱度ΔＴは、冷媒と電子部品２０との伝熱部位の温度と冷媒の飽和温度Ｔｓとの温度差である。
【００４６】
冷媒と電子部品２０との伝熱部位の温度は、電子部品２０の機器温度Ｔｄに相関性を有する。また、冷媒の飽和温度Ｔｓは、熱交換器１４に流入する冷媒の温度である冷媒温度Ｔｗに相関性を有する。このため、冷媒の過熱度ΔＴは、機器温度Ｔｄおよび冷媒温度Ｔｗに相関性を有することになる。
【００４７】
そこで、制御装置１００は、図７に示すように、演算部１００ｂが、電子部品２０の機器温度Ｔｄおよび熱交換器１４に流入する冷媒の温度である冷媒温度Ｔｗに基づいて冷媒の過熱度ΔＴを算出する構成になっている。演算部１００ｂは、例えば、機器温度Ｔｄ、冷媒温度Ｔｗ、および過熱度ΔＴの対応関係が規定された制御マップを参照し、機器温度センサ１０４の検出値および冷媒温度センサ１０３の検出値に基づいて冷媒の過熱度ΔＴを算出する。なお、演算部１００ｂは、例えば、機器温度Ｔｄ、冷媒温度Ｔｗ、および過熱度ΔＴの対応関係を数式として規定した関数を用いて冷媒の過熱度ΔＴを算出する構成になっていてもよい。
【００４８】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ１４２で、目標過熱度ΔＴｔｒを設定する。目標過熱度ΔＴｔｒは、異物洗浄処理の実行時の冷媒の過熱度ΔＴの目標値であり、核沸騰域となる範囲に収まる値に設定される。
【００４９】
図８は、冷媒の沸騰現象の形態を冷媒の過熱度ΔＴと冷媒と電子部品２０との伝熱部位における熱伝達率Ｈとの関係で表した沸騰曲線である。図８に示すように、冷媒の過熱度ΔＴが飽和開始点ΔＴｓ未満となる非沸騰域では、冷媒が沸騰せず、自然対流による熱伝導となる。なお、飽和開始点ΔＴｓは、冷媒に気泡が生じ始める過熱度である。
【００５０】
冷媒の過熱度ΔＴが飽和開始点ΔＴｓを上回る核沸騰域では、沸騰が始まり、熱流束が増大することで、熱伝達率Ｈが大きくなる。核沸騰域では、過熱度ΔＴが大きくなるほど熱伝達率Ｈが大きくなる。核沸騰域は、冷媒の過熱度ΔＴが飽和開始点ΔＴｓからバーンアウト点ΔＴｍまでの領域である。なお、バーンアウト点ΔＴｍは、核沸騰域において熱伝達率Ｈが極大となる過熱度である。
【００５１】
また、冷媒の過熱度ΔＴがバーンアウト点ΔＴｍを上回る膜沸騰域では、冷媒と電子部品２０との伝熱部位付近に蒸気膜が拡がる。このため、膜沸騰域では、伝熱部位付近に形成される蒸気膜が冷媒と電子部品２０との熱交換を妨げる熱抵抗となり、熱伝達率Ｈが低下する。また、膜沸騰域では、伝熱部位付近における気泡の発生が抑制されることで、核沸騰域に比べて異物が剥離され難くなる。
【００５２】
ここで、核沸騰域では、飽和開始点ΔＴｓとバーンアウト点ΔＴｍとの中間点ΔＴｃ付近で熱伝達率Ｈの傾きが極大となる。本実施形態では、核沸騰域のうち、飽和開始点ΔＴｓから中間点ΔＴｃまでの領域を低過熱度域とし、中間点ΔＴｃからバーンアウト点ΔＴｍまでの領域を高過熱度域とする。高過熱度域は、飽和開始点ΔＴｓよりもバーンアウト点ΔＴｍに近い過熱度となる領域でもある。
【００５３】
核沸騰域では、冷媒の過熱度ΔＴが飽和開始点ΔＴｓよりもバーンアウト点ΔＴｍに近い高過熱度域になると、気泡の発泡点が増えること等によって、低過熱度域に比べて、気泡の体積変化や気泡の消滅時に生ずる力が大きくなる傾向がある。このため、高過熱度域は、低過熱度域に比べて、異物を剥離させ易いと考えられる。
【００５４】
そこで、制御装置１００は、目標過熱度ΔＴｔｒを高過熱度域となる過熱度を目標過熱度ΔＴｔｒに設定する。目標過熱度ΔＴｔｒは、例えば、閉塞度合ＯＤが大きいほど高い過熱度となるように設定される。なお、目標過熱度ΔＴｔｒは、可変値ではなく、予め定められた固定値が採用されていてもよい。
【００５５】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ１４３で、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態となるように循環ポンプ１２から熱交換器１４への冷媒の供給量を小さくする。すなわち、制御装置１００は、図９に示すように、冷却処理時のポンプ回転数Ｎｎよりも小さいポンプ回転数Ｎｃとなるように循環ポンプ１２の作動を制御する。
【００５６】
本実施形態の制御装置１００は、飽和開始点ΔＴｓよりもバーンアウト点ΔＴｍに近い過熱度を目標過熱度ΔＴｔｒとし、冷媒の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｔｒに近づくように循環ポンプ１２から熱交換器１４への冷媒の供給量を小さくする。具体的には、制御装置１００は、フィードバック制御によって、冷媒の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｔｒに近づくように循環ポンプ１２のポンプ回転数Ｎを低下させる。
【００５７】
熱交換器１４への冷媒の供給量が低下すると、冷媒と電子部品２０との伝熱部位の温度が上昇する。そして、過熱度ΔＴが核沸騰域に達すると、図１０に示すように、流通路１４０内に気泡が生じ、この気泡の体積変化や気泡の消滅時に生ずる力によって流通路１４０に堆積した異物が剥離する。
【００５８】
図４に戻り、制御装置１００は、ステップＳ１５０で、再び流量センサ１０１の検出値、差圧センサ１０２の検出値等を取得し、取得した情報に基づいて閉塞度合ＯＤを算出する。このステップＳ１５０では、ステップＳ１１０と同様の手法で閉塞度合ＯＤを算出する。このため、ステップＳ１５０における閉塞度合ＯＤの算出手法についての説明を省略する。
【００５９】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ１６０で、冷媒の閉塞度合ＯＤが所定の解除閾値ＯＤｔｈ２を上回っているか否かを判定する。解除閾値ＯＤｔｈ２は、閉塞閾値ＯＤｔｈ１よりも低い値に設定されている。解除閾値ＯＤｔｈ２は、例えば、以下の式Ｆ１で示すように、閉塞閾値ＯＤｔｈ１から所定値αを減算した値に設定される。
【００６０】
ＯＤｔｈ２＝ＯＤｔｈ１−α  …（Ｆ１）
閉塞度合ＯＤが所定の解除閾値ＯＤｔｈ２を上回っている場合、異物の剥離が完了してないと考えられる。このため、制御装置１００は、閉塞度合ＯＤが所定の解除閾値ＯＤｔｈ２を上回っている場合、ステップＳ１４０に戻り異物洗浄処理を継続する。
【００６１】
一方、閉塞度合ＯＤが所定の解除閾値ＯＤｔｈ２以下である場合、異物の剥離が完了していると考えられる。このため、制御装置１００は、閉塞度合ＯＤが所定の解除閾値ＯＤｔｈ２以下である場合、ステップＳ１３０に移行して電子部品２０の冷却処理を実施する。
【００６２】
ここで、本実施形態では、ステップＳ１２０の判定処理を実行する構成が、異物堆積条件の成否を判定する堆積判定部１００ｃを構成している。そして、異物堆積条件は、閉塞度合ＯＤが閉塞閾値ＯＤｔｈ１を上回っている場合に成立する条件になっている。
【００６３】
また、本実施形態では、ステップＳ１２０の処理を実行する構成が、異物洗浄処理を実行する処理実行部１００ａを構成し、ステップＳ１４１の処理を実行する構成等が、流通路１４０における閉塞度合ＯＤを算出する演算部１００ｂを構成している。
【００６４】
以上説明した熱交換装置１によれば、熱交換器１４の流通路１４０の少なくとも一部に異物の堆積が予測される場合に、冷媒が核沸騰域となる過熱度ΔＴを有する状態となるように熱交換器１４への冷媒の供給量を小さくする構成になっている。これによると、流通路１４０内に生ずる気泡の体積変化や気泡の消滅時に生ずる力によって流通路１４０に堆積した異物を剥離させることが可能となる。このような構成では、超音波発生部等の専用機器を設ける必要がないので、熱交換装置１の簡素化を図ることができる。すなわち、本実施形態の熱交換装置１によれば、簡素な構成で流通路１４０に堆積した異物を剥離させて流通路１４０を洗浄することが可能となる。
【００６５】
ここで、図１１は、熱交換器１４を所定期間使用した際の本実施形態の熱交換装置１における熱伝達率Ｈと本実施形態の比較例となる熱交換装置における熱伝達率Ｈとを比較した結果を示している。なお、比較例の熱交換装置では、異物洗浄処理を行わない点が本実施形態の熱交換装置と異なっている。図１１によれば、本実施形態の熱交換装置１では、比較例の熱交換装置に比べて熱伝達率Ｈが１５％程度大きくなっている。このことは、異物洗浄処理によって流通路１４０の異物が洗浄されたことで、熱交換器１４の冷却性能が改善されることを示している。
【００６６】
本実施形態の熱交換装置１は、異物洗浄処理において、飽和開始点ΔＴｓよりもバーンアウト点ΔＴｍに近い過熱度ΔＴを目標過熱度ΔＴｍとし、冷媒の過熱度ΔＴが目標過熱度ΔＴｍに近づくように循環ポンプ１２を作動させる。これによると、気泡の体積変化や気泡の消滅時に生ずる力が大きくなるので、流通路１４０に堆積した異物を剥離させ易くなる。
【００６７】
また、本実施形態の熱交換装置１は、冷媒の流量Ｇｒおよび圧力損失ΔＰから流通路１４０における閉塞度合ＯＤを算出し、当該閉塞度合ＯＤが閉塞閾値ＯＤｔｈ１を上回っている場合に異物洗浄処理を実行するように構成されている。これによると、流通路１４０に異物が堆積した状態で異物洗浄処理を実行することができる。換言すれば、異物が堆積していない状態では異物洗浄処理が実行されないので、不必要な異物洗浄処理の実行を抑えることができる。
【００６８】
さらに、本実施形態の熱交換器１４は、通電により発熱する電子部品２０を被冷却対象とし、電子部品２０を冷媒との熱交換によって冷却する部品冷却器で構成されている。これによると、熱交換器１４における流通路１４０の異物堆積に伴う電子部品２０の冷却不足を簡素な構成で抑制することができる。
【００６９】
特に、本実施形態では、電子部品２０が他の半導体素子と比べて高温時の動作特性に優れたＳｉＣ半導体素子で構成されている。これによると、異物洗浄処理によって熱交換器１４における冷却性能が若干低下しても、電子部品２０の動作を継続させることが可能になる。
【００７０】
（第１実施形態の変形例）
上述の第１実施形態では、異物洗浄処理を実行した後、閉塞度合ＯＤが所定の解除閾値ＯＤｔｈ２以下となる場合に電子部品２０の冷却処理を実施する構成を例示したが、これに限定されない。熱交換装置１は、例えば、異物洗浄処理を実行した後、異物洗浄処理の実行開始から所定時間経過した際に電子部品２０の冷却処理を実施する構成になっていてもよい。
【００７１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の熱交換装置１０について、図１２、図１３を参照して説明する。本実施形態では、閉塞度合ＯＤの算出手法が第１実施形態と相違している。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第１実施形態と同様の部分について説明を省略することがある。
【００７２】
図１２に示すように、熱交換装置１は、熱交換器１４の圧力損失ΔＰを検出するための差圧センサ１０２が省略されている。すなわち、熱交換装置１には、流量センサ１０１、冷媒温度センサ１０３等が設けられるだけで、差圧センサ１０２が設けられていない構成になっている。
【００７３】
そして、図１３に示すように、制御装置１００の演算部１００ｂは、流通路１４０の閉塞度合ＯＤを流量センサ１０１の検出値に基づいて算出する構成になっている。具体的には、演算部１００ｂは、例えば、冷媒の流量Ｇｒと閉塞度合ＯＤとの対応関係が規定された制御マップを参照し、流量センサ１０１の検出値に基づいて閉塞度合ＯＤを算出する。なお、演算部１００ｂは、例えば、冷媒の流量Ｇｒとおよび閉塞度合ＯＤとの対応関係を数式として規定した関数を用いて閉塞度合ＯＤを算出する構成になっていてもよい。
【００７４】
本実施形態の熱交換装置１は、閉塞度合ＯＤの算出手法が異なるものの、その他の構成および作動が第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱交換装置１は、第１実施形態と同様の構成および作動から奏される採用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【００７５】
特に、本実施形態の熱交換装置１は、閉塞度合ＯＤを検出するために差圧センサ１０２を利用していないので、簡素化で流通路１４０に堆積した異物を洗浄できるといった利点がある。
【００７６】
（第２実施形態の変形例）
上述の第２実施形態では、流通路１４０の閉塞度合ＯＤを流量センサ１０１の検出値に基づいて算出する例について説明したが、これに限定されない。熱交換装置１は、例えば、熱交換器１４における圧力損失ΔＰに基づいて閉塞度合ＯＤを算出する構成になっていてもよい。この場合、差圧センサ１０２を備えるものの、流量センサ１０１が不要となるので、簡素化で流通路１４０に堆積した異物を洗浄することが可能になる。
【００７７】
また、熱交換装置１は、例えば、冷媒の流量Ｇｒや圧力損失ΔＰだけでなく、熱交換器１４の使用期間、ポンプ回転数Ｎ、冷媒温度Ｔｗを加味して閉塞度合ＯＤを算出する構成になっていてもよい。
【００７８】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態の熱交換装置１について、図１４〜図１６を参照して説明する。本実施形態では、熱交換器１４の使用開始からの経過時間Ｔｖ等が異物堆積条件の成否を決める因子となっている点が第１実施形態と相違している。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第１実施形態と同様の部分について説明を省略することがある。
【００７９】
本実施形態の熱交換装置１は、制御装置１００が、熱交換器１４の使用開始からの経過時間または異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間を計測可能に構成されている。すなわち、図１４に示すように、制御装置１００には、熱交換器１４の使用開始からの経過時間Ｔｖまたは異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間Ｔｖを計測するためのタイマ部１００ｄが集約されている。このタイマ部１００ｄは、制御装置１００を構成するハードウェアおよびソフトウェアによって実現されている。
【００８０】
ここで、本発明らの知見によれば、流通路１４０における異物の堆積は、熱交換器１４０の使用開始からの経過時間Ｔｖや異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間Ｔｖが長くなるほど生じ易いという傾向がある。
【００８１】
このため、本実施形態の制御装置１００は、流通路１４０の閉塞度合ＯＤではなく、熱交換器１４の使用開始からの経過時間Ｔｖまたは異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間Ｔｖに基づいて、異物洗浄処理を実行する構成になっている。なお、本実施形態の熱交換装置１は、流通路１４０の閉塞度合ＯＤを算出する必要がないので、流量センサ１０１や差圧センサ１０２が設けられていない構成になっている。
【００８２】
以下、本実施形態の制御装置１００が実行する制御処理の一例について図１５を参照して説明する。図１５に示す制御処理は、例えば、車両の起動後に、周期的または不定期に制御装置１００によって実行される。なお、図１５に示す制御処理の各制御ステップは、制御装置１００が実行する各種機能を実現する機能実現部を構成している。
【００８３】
図１５に示すように、制御装置１００は、ステップＳ１００で、各種センサや車両制御装置１２０等から各種信号を取得する。その後、制御装置１００は、ステップＳ１６０で、タイマ部１００ｄを作動させて、熱交換器１４の使用開始からの経過時間Ｔｖまたは異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間Ｔｖを計測する。そして、制御装置１００は、ステップＳ１７０で、上述の経過時間Ｔｖが所定の基準時間Ｔｖｔｈを上回っているか否かを判定する。本実施形態では、ステップＳ１７０の判定処理を実行する構成が、異物堆積条件の成否を判定する堆積判定部１００ｃを構成している。そして、異物堆積条件は、熱交換器１４の使用開始からの経過時間Ｔｖまたは異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間Ｔｖが所定の基準時間Ｔｖｔｈを上回っている場合に成立する条件となっている。
【００８４】
ここで、熱交換装置１の各機器等の使用態様によっては、熱交換器１４の使用開始からの経過時間Ｔｖ等が短くても流通路１４０に異物の堆積が生ずることがあり得る。例えば、循環ポンプ１２が低い能力で稼働されていたり、流通路１４０に流入する冷媒の温度が高い状態が継続されたりすると、短期間で流通路１４０に異物の堆積が生じ得る。
【００８５】
このため、異物堆積条件の判定閾値となる基準時間Ｔｖｔｈは、循環ポンプ１２の稼働状況、冷媒の温度変化に応じて可変する可変閾値になっている。具体的には、制御装置１００は、図１６に示すように、演算部１００ｂが、循環ポンプ１２のポンプ回転数Ｎおよび冷媒温度Ｔｗに基づいて基準時間Ｔｖｔｈを設定する構成になっている。演算部１００ｂは、例えば、循環ポンプ１２が低い能力で稼働する状態や、流通路１４０に流入する冷媒の温度が高い状態が継続している場合に、基準時間Ｔｖｔｈを短い時間に設定する。また、演算部１００ｂは、例えば、循環ポンプ１２が高い能力で稼働する状態や、流通路に流入する冷媒の温度が低い状態が継続している場合に、基準時間Ｔｖｔｈを長い時間に設定する。
【００８６】
図１５に戻り、経過時間Ｔｖが基準時間Ｔｖｔｈ以下である場合、流通路１４０に異物があまり堆積していない状態であり、熱交換器１４にて電子部品２０の冷却を充分に行うことが可能と考えられる。このため、制御装置１００は、ステップＳ１３０で、電子部品２０の冷却処理を実行する。この冷却処理は、第１実施形態で説明したものと同じである。
【００８７】
一方、経過時間Ｔｖが基準時間Ｔｖｔｈよりも大きい場合、流通路１４０に異物が堆積した状態であり、熱交換器１４における電子部品２０の冷却性能が低下する虞がある。このため、制御装置１００は、ステップＳ１４０に移行して、流通路１４０に堆積した異物を剥離させる異物洗浄処理を実行する。この異物洗浄処理は、第１実施形態で説明したものと基本的に同じである。但し、本実施形態の制御装置１００は、異物の剥離に要する時間が経過するまで異物洗浄処理を継続する構成になっている。
【００８８】
ステップＳ１４０の異物洗浄処理が終了すると、制御装置１００は、ステップＳ１９０に移行してタイマリセット処理を実行する。この処理では、タイマ部１００ｄで計時した時間がリセットされる。
【００８９】
本実施形態の熱交換装置１は、異物堆積条件の成否を判定する処理の内容が異なるものの、その他の構成および作動が第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱交換装置１は、第１実施形態と同様の構成および作動から奏される採用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【００９０】
本実施形態の熱交換装置１は、熱交換器１４の使用開始からの経過時間Ｔｖ等が基準時間Ｔｖｔｈを上回っている場合に異物洗浄処理を実行するように構成されている。これによると、流通路１４０に異物が堆積した状態で異物洗浄処理を実行することができる。換言すれば、異物が堆積していない状態では異物洗浄処理が実行されないので、不必要な異物洗浄処理の実行を抑えることができる。
【００９１】
特に、本実施形態の熱交換装置１は、流通路１４０の閉塞度合ＯＤを算出する必要がないので、流量センサ１０１や差圧センサ１０２が不要となる。このため、より簡素な構成で流通路１４０に堆積した異物を剥離させることが可能になる。
【００９２】
（第３実施形態の変形例）
上述の第３実施形態では、異物堆積条件の判定閾値となる基準時間Ｔｖｔｈを可変閾値とする例について説明したが、これに限定されない。基準時間Ｔｖｔｈは、例えば、固定閾値になっていてもよい。
【００９３】
上述の第３実施形態では、異物堆積条件が、経過時間Ｔｖが所定の基準時間Ｔｖｔｈを上回っている場合に成立する条件となっているものを例示したがこれに限定されない。異物堆積条件は、例えば、経過時間Ｔｖが所定の基準時間Ｔｖｔｈを上回っている場合、または、閉塞度合ＯＤが閉塞閾値ＯＤｔｈ１を上回っている場合に成立する条件になっていてもよい。すなわち、異物堆積条件は、経過時間Ｔｖおよび閉塞度合ＯＤの双方を加味して成立する条件になっていてもよい。
【００９４】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１７〜図１９を参照して説明する。本実施形態では、異物堆積条件の成否だけでなく、低負荷条件の成否を加味して異物洗浄処理を実行する構成になっている点が第１実施形態と相違している。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第１実施形態と同様の部分について説明を省略することがある。
【００９５】
本実施形態の熱交換装置１は、制御装置１００が、被冷却対象である電子部品２０を含む機器（例えば、インバータ）の負荷が所定の基準負荷よりも低いと予測される際に成立する低負荷条件の成否を判定可能に構成されている。すなわち、図１７に示すように、制御装置１００には、低負荷条件の成否を判定するための負荷判定部１００ｅが集約されている。この負荷判定部１００ｅは、制御装置１００を構成するハードウェアおよびソフトウェアによって実現されている。
【００９６】
ここで、被冷却対象である電子部品２０を含む機器の負荷が高い場合、被冷却対象の発熱量が大きくなっていると予測されるので、異物洗浄よりも被冷却対象の冷却を優先させる必要がある。そこで、本実施形態の制御装置１００は、異物堆積条件および低負荷成立条件の双方が成立した際に異物洗浄処理を実行する構成になっている。
【００９７】
以下、本実施形態の制御装置１００が実行する制御処理の一例について図１８を参照して説明する。図１８に示す制御処理は、例えば、車両の起動後に、周期的または不定期に制御装置１００によって実行される。なお、図１８に示すステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理は、図４に示す制御処理のステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理と同様であるため、その説明を省略することがある。
【００９８】
図１８に示すように、ステップＳ１２０の判定処理で閉塞度合ＯＤが閉塞閾値ＯＤｔｈ１よりも大きいと判定された場合、制御装置１００は、ステップＳ２００で、低負荷条件が成立したか否かを判定する。この結果、低負荷条件が不成立となる場合、制御装置１００は、ステップＳ１３０で、冷却処理を実行する。一方、低負荷条件が成立する場合、制御装置１００は、ステップＳ１４０で、異物洗浄処理を実行する。
【００９９】
ここで、被冷却対象である電子部品２０を含む機器の負荷が低い場合、被冷却対象の発熱量が小さく、冷媒の受熱量が小さいので、冷媒温度Ｔｗが飽和温度Ｔｓ以下になっている場合が多いと考えられる。このため、低負荷条件は、異物洗浄処理を実行する直前の冷媒温度Ｔｗが飽和温度Ｔｓ以下である場合に成立する条件になっている。以下、制御装置１００が実行する低負荷条件の成否を判定する判定処理について図１９を参照して説明する。
【０１００】
図１９に示すように、制御装置１００は、ステップＳ２０１で、冷媒温度Ｔｗが予め設定された飽和温度Ｔｓ以下であるか否かを判定する。この結果、冷媒温度Ｔｗが飽和温度Ｔｓ以下であれば、制御装置１００は、低負荷条件が成立すると判断する。一方、冷媒温度Ｔｗが飽和温度Ｔｓを上回っている場合、制御装置１００は、低負荷条件が不成立であると判断する。
【０１０１】
ここで、本実施形態では、ステップＳ２００の判定処理を実行する構成が、低負荷条件の成否を判定する負荷判定部１００ｅを構成している。そして、低負荷条件は、異物洗浄処理を実行する直前の冷媒温度Ｔｗが飽和温度Ｔｓ以下である場合に成立する条件となっている。
【０１０２】
以上の如く、本実施形態の熱交換装置１は、低負荷条件の成否を判定する判定処理が追加されているものの、その他の構成および作動が第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱交換装置１は、第１実施形態と同様の構成および作動から奏される採用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【０１０３】
本実施形態の熱交換装置１は、異物堆積条件が成立し、且つ、低負荷条件が成立した際に、異物洗浄処理を実行する構成になっている。これによると、冷却対象である電子部品２０を含む機器の負荷が高い場合には、異物洗浄よりも被冷却対象の冷却を優先されるので、被冷却対象の保護を充分に図ることができる。
【０１０４】
（第４実施形態の変形例）
上述の第４実施形態では、低負荷条件として、冷媒温度Ｔｗが飽和温度Ｔｓ以下となっている際に成立する条件を例示したが、これに限定されない。低負荷条件は、例えば、電子部品２０を含む機器を停止させる処理（例えば、車両の駆動停止処理）の実行時や、電子部品２０を含む機器がアイドル状態（例えば、車両のアイドル状態）となる際に成立する条件になっていてもよい。なお、電子部品２０を含む機器を停止させる処理の実行時や、電子部品２０を含む機器のアイドル状態は、車両制御装置１２から取得した情報に基づいて特定可能である。また、低負荷条件は、車両のメンテナンス時に実行される過度放電処理等の実行時に成立する条件になっていてもよい。
【０１０５】
また、上述の第４実施形態では、第１実施形態で説明した制御処理に対して、低負荷条件の成否を判定する判定処理を追加する例について説明したが、これに限定されない。低負荷条件の成否を判定する判定処理は、例えば、第３実施形態で説明した制御処理に対して追加されていてもよい。
【０１０６】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態の熱交換装置１０について、図２０を参照して説明する。本実施形態では、低負荷条件の成否を判定する判定処理を、異物堆積条件の成否を判定する判定処理に先立って実行する構成になっている点が第４実施形態と相違している。本実施形態では、第４実施形態と異なる部分について主に説明し、第４実施形態と同様の部分について説明を省略することがある。
【０１０７】
図２０に示すように、ステップＳ１００で各種センサや車両制御装置１２０等から各種信号を取得した後、制御装置１００は、ステップＳ２００で、低負荷条件が成立したか否かを判定する。この結果、低負荷条件が不成立となる場合、制御装置１００は、ステップＳ１３０で、冷却処理を実行する。一方、低負荷条件が成立する場合、制御装置１００は、ステップＳ１２０で、流通路１４０の閉塞度合ＯＤを算出する。
【０１０８】
以上の如く、本実施形態の熱交換装置１は、低負荷条件の成否を判定する判定処理を異物堆積条件の成否を判定する判定処理に先立って実行するものの、その他の構成および作動が第４実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱交換装置１は、第４実施形態と同様の構成および作動から奏される採用効果を第４実施形態と同様に得ることができる。
【０１０９】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態の熱交換装置１０について、図２１を参照して説明する。本実施形態では、異物洗浄処理の実行時に、制御装置１００が電子部品２０の発熱量を大きくする点が第１実施形態と相違している。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第１実施形態と同様の部分について説明を省略することがある。
【０１１０】
図２１は、本実施形態の制御装置１００が実行する異物洗浄処理の一例を示すフローチャートである。なお、図２１に示すステップＳ１４１〜Ｓ１４３の処理は、図６に示す制御処理のステップＳ１４１〜Ｓ１４３の処理と同様であるため、その説明を省略することがある。
【０１１１】
図２１に示すように、制御装置１００は、ステップＳ１４３でポンプ回転数Ｎを低下させた後、ステップＳ１４４に移行する。すなわち、制御装置１００は、ステップＳ１４４で、各種センサや車両制御装置１２０等から各種信号を取得する。そして、制御装置１００は、ステップＳ１４５で、流通路１４０を流れる冷媒の過熱度ΔＴを算出する。冷媒の過熱度ΔＴの算出手法は、ステップＳ１４１と同様であるため、その説明を省略する。
【０１１２】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ１４６で、冷媒の過熱度ΔＴが飽和開始点ΔＴｓよりも大きいか否かを判定する。すなわち、制御装置１００は、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態であるか否かを判定する。
【０１１３】
この結果、冷媒の過熱度ΔＴが飽和開始点ΔＴｓよりも大きい場合、異物を剥離可能な状態であると考えられる。このため、制御装置１００は、電子部品２０の発熱量を増大させることなく、異物洗浄処理を抜ける。
【０１１４】
一方、冷媒の過熱度ΔＴが飽和開始点ΔＴｓ以下である場合、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態ではなく、異物の剥離が難しい状態であると考えられる。このため、制御装置１００は、ステップＳ１４７で、電子部品２０の発熱量を増大させる。具体的には、制御装置１００は、電子部品２０の発熱量が増大するように、駆動回路２２によって電子部品２０への通電量を増加させる。
【０１１５】
以上の如く、本実施形態の熱交換装置１は、異物洗浄処理の実行時に制御装置１００が電子部品２０の発熱量を大きくするものの、その他の構成および作動が第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱交換装置１は、第１実施形態と同様の構成および作動から奏される採用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【０１１６】
特に、本実施形態の熱交換装置１は、異物洗浄処理の実行時に被冷却対象である電子部品２０の発熱量を大きくするので、異物洗浄処理の実行時に電子部品２０と冷媒との伝熱部位の温度が上昇する。これに伴い冷媒の過熱度ΔＴが大きくなることで、流通路１４０に堆積した異物を剥離させ易くなる。
【０１１７】
具体的には、熱交換装置１は、循環ポンプ１２による冷媒の供給量の調整だけは冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態にならない場合に、電子部品２０の発熱量を大きくする構成になっている。これによると、異物洗浄処理の実行時に、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態にして、流通路１４０に堆積した異物を剥離させ易くなる。
【０１１８】
（第６実施形態の変形例）
上述の第６実施形態では、異物洗浄処理にて循環ポンプ１２のポンプ回転数Ｎを低下させた後、冷媒の過熱度ΔＴが飽和開始点ΔＴｓよりも大きい場合に限って、電子部品２０の発熱量を増大させる例について説明したが、これに限定されない。
【０１１９】
熱交換装置１は、例えば、異物洗浄処理にて循環ポンプ１２のポンプ回転数Ｎを低下させた後、冷媒の過熱度ΔＴによらず、電子部品２０の発熱量を増大させる構成になっていてもよい。また、熱交換装置１は、例えば、異物洗浄処理にて循環ポンプ１２のポンプ回転数Ｎを低下させた後、電子部品２０の機器温度Ｔｄが所定の温度以下である場合に、電子部品２０の発熱量を増大させる構成になっていてもよい。
【０１２０】
ここで、電子部品２０を含む機器の負荷が高い場合に、電子部品２０の発熱量を増大させると、電子部品２０の発熱量の増大が電子部品２０を含む機器の作動に大きく影響する可能性がある。このため、熱交換装置１は、例えば、異物洗浄処理にて循環ポンプ１２のポンプ回転数Ｎを低下させた後、低負荷条件が成立した場合に、電子部品２０の発熱量を増大させる構成になっていることが望ましい。
【０１２１】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態の熱交換装置１０について、図２２〜図２４を参照して説明する。本実施形態の熱交換装置１は、車両に搭載された過給機ＳＣによって内燃機関ＥＧに過給される過給吸気ＡＲｃが熱交換器１４Ａの被冷却対象になっている点が第１実施形態と異なっている。
【０１２２】
熱交換装置１が搭載される車両には、図２２に示すように、車両を駆動させる内燃機関ＥＧの吸気系に、過給機ＳＣが設けられている。この過給機ＳＣは、内燃機関ＥＧに供給する空気を圧縮し、その密度を高めることで、内燃機関ＥＧの出力を向上させるために設けられている。
【０１２３】
熱交換装置１は、熱交換器１４Ａが、内燃機関ＥＧの吸気系において、内燃機関ＥＧと過給機ＳＣとの間に配置されている。すなわち、熱交換器１４Ａは、過給機ＳＣによって内燃機関ＥＧに過給される過給吸気ＡＲｃを被冷却対象とし、過給吸気ＡＲｃを冷媒との熱交換によって冷却するインタークーラで構成されている。
【０１２４】
ここで、過給機ＳＣには、空気の圧縮能力を調整するための駆動回路ＤＣが設けられている。過給機ＳＣで圧縮された過給吸気ＡＲｃは、その発熱量が駆動回路ＤＣによって調整可能になっている。本実施形態では、駆動回路ＤＣが被冷却対象である過給吸気ＡＲｃの発熱量を調整する調整部を構成している。駆動回路ＤＣは、制御装置１００からの制御信号に応じて、過給吸気ＡＲｃの発熱量を変更可能に構成されている。
【０１２５】
次に、本実施形態の制御装置１００について説明すると、制御装置１００の入力側には、流量センサ１０１、差圧センサ１０２、冷媒温度センサ１０３等が接続されている。また、制御装置１００は、車両制御装置１２０に対して双方向通信可能に接続されている。
【０１２６】
さらに、制御装置１００の入力側には、熱交換器１４Ａに流入する過給吸気ＡＲｃの温度である吸気温度Ｔａを検出する吸気温度センサ１０５が接続されている。吸気温度センサ１０５は、吸気温度Ｔａを直に検出する構成になっている。吸気温度センサ１０５は、冷媒と過給吸気との伝熱部位の温度を把握するために設けられている。吸気温度センサ１０５で検出される吸気温度Ｔａは、冷媒の過熱度ΔＴ等の算出に用いられる。なお、吸気温度センサ１０５は、過給機ＳＣの温度等に基づいて吸気温度Ｔａを間接的に検出する構成になっていてもよい。
【０１２７】
一方、制御装置１００の出力側には、循環ポンプ１２の電動モータ、過給機ＳＣの駆動回路ＤＣ等が接続されている。制御装置１００は、各種センサ等から取得した情報に基づいて循環ポンプ１２の電動モータ、過給機ＳＣの駆動回路ＤＣ等を制御する。本実施形態の熱交換装置１は、他の構成が第１実施形態と同様に構成されている。
【０１２８】
次に、本実施形態の熱交換装置１の作動について説明する。熱交換装置１は、例えば、車両の起動後に過給吸気ＡＲｃの温度が高くなると、制御装置１００が循環ポンプ１２を駆動させて過給吸気ＡＲｃの冷却処理を実行する。循環ポンプ１２から吐出された冷媒は、図２３に示すように、熱交換器１４Ａの流通路１４０に流入する。この際、過給吸気ＡＲｃの熱が流通路１４０を流れる冷媒に移動することで、過給吸気ＡＲｃが冷却される。熱交換器１４の流通路１４０から流出した冷媒は、放熱器１６に外気に放熱した後、循環ポンプ１２に吸入される。
【０１２９】
ここで、流通路１４０を流れる冷媒は、過給吸気ＡＲｃの熱によって昇温する。過給吸気ＡＲｃが高温になる場合、冷媒温度Ｔｗが飽和温度Ｔｓ付近まで上昇することがある。そして、冷媒温度Ｔｗが飽和温度Ｔｓ付近まで上昇すると、冷媒に含まれる防錆剤の一部や水に含まれる不純物が変質して固形化し、この固形化したものが図２４に示すように異物として流通路１４０に堆積することがある。
【０１３０】
このため、本実施形態の熱交換装置１は、制御装置１００が異物洗浄処理を含む制御処理を実行する構成になっている。本実施形態の制御装置１００が実行する制御処理は、第１実施形態で説明した制御処理に対して、被冷却対象が異なるだけ、基本的には同じ処理内容となっている。このため、制御処理１００が実行する制御処理の説明については省略する。
【０１３１】
以上説明した本実施形態の熱交換装置１は、第１実施形態に対して被冷却対象が異なるものの、基本的に同様に構成されている。したがって、本実施形態の熱交換装置１は、第１実施形態と同様の構成および作動から奏される採用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【０１３２】
特に、本実施形態の熱交換装置１は、熱交換器１４Ａが過給吸気ＡＲｃを被冷却対象とするインタークーラで構成されている。これによると、熱交換器１４Ａにおける流通路１４０の異物堆積に伴う過給吸気の冷却不足を簡素な構成で抑制することができる。
【０１３３】
（第７実施形態の変形例）
上述の第７実施形態では、第１実施形態で説明した熱交換器１４の被冷却対象を電子部品２０から過給吸気ＡＲｃに変更した構成を例示したが、これに限定されない。熱交換装置１は、例えば、第２〜第６実施形態で説明した熱交換器１４の被冷却対象を電子部品２０から過給吸気ＡＲｃに変更された構成になっていてもよい。第６実施形態の如く、異物洗浄処理にて循環ポンプ１２のポンプ回転数Ｎを低下させた後に被冷却対象の発熱量を増大させる場合、過給吸気ＡＲｃの温度が高くなるように制御装置１００によって駆動回路ＤＣを制御する構成にすればよい。
【０１３４】
（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
【０１３５】
上述の実施形態では、熱交換装置１として冷媒が循環する循環回路１０を備えるものを例示したが、これに限定されない。熱交換装置１は、例えば、冷媒が循環しない開放型の冷媒回路を備える構成になっていてもよい。
【０１３６】
上述の実施形態では、目標過熱度ΔＴｔｒを沸騰曲線にて示される飽和開始点ΔＴｓよりもバーンアウト点ΔＴｍに近い過熱度に設定するものを例示したが、これに限定されない。熱交換装置１は、例えば、目標過熱度ΔＴｔｒがよりもバーンアウト点ΔＴｍよりも飽和開始点ΔＴｓに近い過熱度に設定される構成になっていてもよい。
【０１３７】
上述の実施形態では、冷媒としてロングライククーラント（すなわち、防錆剤を含む不凍液）が採用されるものを例示したが、これに限定されない。ロングライククーラント以外の冷媒を用いる場合であっても、熱交換器１４の内部に酸化物等の異物が堆積することがあり得る。このため、熱交換装置１は、冷媒として、ロングライククーラント以外の液状態の流体が採用されていてもよい。
【０１３８】
上述の実施形態では、電子部品２０がＳｉＣ半導体素子で構成される例について説明したが、これに限定されない。電子部品２０は、例えば、Ｓｉ半導体素子で構成されていてもよい。
【０１３９】
上述の実施形態では、熱交換装置１として車両に搭載されるものを例示したが、これに限定されない。熱交換装置１は、車両に搭載されるものに限らず、例えば、定置型の機器等に搭載されていてもよい。
【０１４０】
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【０１４１】
上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。
【０１４２】
上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。
【０１４３】
（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、熱交換装置は、熱交換器と、冷媒供給ポンプと、異物堆積条件の成否を判定する堆積判定部と、異物堆積条件が成立する場合に異物洗浄処理を実行する処理実行部と、を備える。そして、処理実行部は、異物洗浄処理において、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態となるように冷媒供給ポンプからの冷媒の供給量を小さくする。
【０１４４】
第２の観点によれば、熱交換装置の処理実行部は、異物洗浄処理において、冷媒の沸騰曲線にて示される飽和開始点からバーンアウト点までの範囲のうち、飽和開始点よりもバーンアウト点に近い過熱度を目標過熱度とする。そして、処理実行部は、冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように冷媒供給ポンプからの冷媒の供給量を小さくする。
【０１４５】
冷媒は、飽和開始点よりもバーンアウト点に近い過熱度になると、気泡の発泡点が増えること等によって、気泡の体積変化や気泡の消滅時に生ずる力が大きくなる。このため、異物洗浄処理において、冷媒がバーンアウト点に近い過熱度となるように熱交換器への冷媒の供給量を小さくすれば、流通路に堆積した異物を剥離させ易くなる。
【０１４６】
ここで、「飽和開始点」は、冷媒に気泡が生じ始める過熱度である。また、「バーンアウト点」は、核沸騰域において熱伝達率が極大となる過熱度である。
【０１４７】
第３の観点によれば、熱交換装置は、熱交換器に流入する冷媒の流量および熱交換器における圧力損失の少なくとも一方に基づいて、流通路における閉塞度合を算出する演算部を備える。そして、異物堆積条件は、閉塞度合が所定の閉塞閾値を上回っている場合に成立する条件を含んでいる。
【０１４８】
流通路に異物が堆積して流通路の閉塞度合が高まると、熱交換器に流入する冷媒の流量が低下したり、熱交換器における圧力損失が高くなったりする。このように、流通路における閉塞度合は、冷媒の流量や圧力損失に強い相関性がある。すなわち、冷媒の流量や圧力損失に基づいて流通路の閉塞度合を把握可能となる。そして、冷媒の流量や圧力損失に基づいて算出した閉塞度合を異物堆積条件の成否を決める因子とすれば、流通路に異物が堆積した状態で異物洗浄処理を実行することができる。換言すれば、異物が堆積していない状態では異物洗浄処理が実行されないので、不必要な異物洗浄処理の実行を抑えて、被冷却対象の冷却を効率よく実施することができる。
【０１４９】
第４の観点によれば、熱交換装置の異物堆積条件は、熱交換器の使用開始からの経過時間または異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間が所定の基準時間を上回っている場合に成立する条件を含んでいる。
【０１５０】
本発明らの知見によれば、流通路における異物の堆積は、熱交換器の使用開始からの経過時間や異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間が長くなるほど生じ易いという傾向がある。このため、熱交換器の使用開始からの経過時間や異物洗浄処理を前回実行してからの経過時間を異物堆積条件の成否を決める因子とすれば、流通路に異物が堆積した状態で異物洗浄処理を実行することができる。換言すれば、異物が堆積していない状態では異物洗浄処理が実行されないので、不必要な異物洗浄処理の実行を抑えて、被冷却対象の冷却を効率よく実施することができる。
【０１５１】
ここで、熱交換装置の各機器等の使用態様によっては、熱交換器の使用開始からの経過時間等が短くても流通路に異物の堆積が生ずることがあり得る。例えば、冷媒供給ポンプが低い能力で稼働されていたり、流通路に流入する冷媒の温度が高い状態が継続されたりすると、短期間で流通路に異物の堆積が生じ得る。
【０１５２】
このため、異物堆積条件の判定閾値となる基準時間は、冷媒供給ポンプの稼働状況、冷媒の温度変化に応じて可変する可変閾値になっていることが望ましい。可変閾値の設定手法としては、例えば、冷媒供給ポンプが低い能力で稼働する状態や、流通路に流入する冷媒の温度が高い状態が継続している場合に、基準時間を短い時間に設定することが挙げられる。また、可変閾値の設定手法としては、例えば、冷媒供給ポンプが高い能力で稼働する状態や、流通路に流入する冷媒の温度が低い状態が継続している場合に、基準時間を長い時間に設定することが挙げられる。
【０１５３】
第５の観点によれば、熱交換装置は、被冷却対象の発熱量を調整する調整部を備える。そして、処理実行部は、異物洗浄処理において、調整部によって被冷却対象の発熱量を大きくする。このように、異物洗浄処理の実行時に被冷却対象の発熱量を大きくすれば、被冷却対象と冷媒との伝熱部位の温度が上昇し、冷媒の過熱度が大きくなるので、流通路に堆積した異物を剥離させ易くなる。
【０１５４】
第６の観点によれば、熱交換装置の処理実行部は、冷媒供給ポンプからの冷媒の供給量を小さくしても、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態にならない場合に、調整部によって被冷却対象の発熱量を大きくする。このように、冷媒の供給量の調整だけは冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態にならない場合に、被冷却対象の発熱量を大きくする構成とすれば、冷媒が核沸騰域となる過熱度を有する状態にすることができる。
【０１５５】
第７の観点によれば、熱交換装置は、被冷却対象を含む機器の負荷が所定の基準負荷よりも低いと予測される際に成立する低負荷条件の成否を判定する負荷判定部を備える。そして、処理実行部は、異物堆積条件が成立し、且つ、低負荷条件が成立した際に、異物洗浄処理を実行する。
【０１５６】
被冷却対象を含む機器の負荷が高い場合、被冷却対象の発熱量が大きくなっていると予測されるので、異物洗浄よりも被冷却対象の冷却を優先させる必要がある。このため、異物洗浄処理は、異物堆積条件および低負荷成立条件の双方が成立した際に実行されることが望ましい。
【０１５７】
第８の観点によれば、熱交換装置の低負荷条件は、異物洗浄処理を実行する前の冷媒が飽和温度以下である場合に成立する条件を含んでいる。被冷却対象を含む機器の負荷が低い場合、被冷却対象の発熱量が小さく、冷媒の受熱量が小さいので、冷媒が飽和温度以下になっている場合が多いと考えられる。このため、低負荷条件は、異物洗浄処理を実行する前の冷媒が飽和温度以下である場合に成立する条件とすることができる。
【０１５８】
第９の観点によれば、熱交換装置の熱交換器は、通電により発熱する電子部品を被冷却対象とし、電子部品を冷媒との熱交換によって冷却する部品冷却器で構成されている。これによると、熱交換器における流通路の異物堆積に伴う電子部品の冷却不足を簡素な構成で抑制することができる。
【０１５９】
第１０の観点によれば、熱交換装置の熱交換器は、過給機によって内燃機関に過給される過給吸気を被冷却対象とし、過給吸気を冷媒との熱交換によって冷却するインタークーラで構成されている。これによると、熱交換器における流通路の異物堆積に伴う過給吸気の冷却不足を簡素な構成で抑制することができる。
【０１６０】
第１１の観点によれば、熱交換装置に用いられる冷媒は、錆の発生を抑える防錆剤を含む不凍液で構成されている。
【０１６１】
本発明者らは、冷媒として防錆剤を含む不凍液を採用し、当該不凍液によって被冷却対象を冷却することを検討している。ところが、不凍液を冷媒として採用した場合、冷媒が飽和温度付近まで上昇すると防錆剤の一部が変質して固形化し、この固形化したものが異物として堆積することがあった。このような異物の堆積は、外部からの侵入する異物とは異なり、熱交換器におけるどの部分で発生するかの予測が困難であり、フィルタ等で対応することが難しい。
【０１６２】
これに対して、本開示の熱交換装置は、熱交換器に供給する冷媒の供給量を小さくすることで流通路内に気泡を生じさせ、当該気泡によって流通路に堆積した異物を剥離させる構成になっているので、効率よく異物の洗浄を行うことができる。
【符号の説明】
【０１６３】
１        熱交換装置
１２      循環ポンプ（冷媒供給ポンプ）
１４      熱交換器
１４０    流通路
２０      電子部品（被冷却対象）
１００ａ  処理実行部
１００ｃ  堆積判定部
【図１】
2019186367.tif 000003
【図２】
2019186367.tif 000004
【図３】
2019186367.tif 000005
【図４】
2019186367.tif 000006
【図５】
2019186367.tif 000007
【図６】
2019186367.tif 000008
【図７】
2019186367.tif 000009
【図８】
2019186367.tif 000010
【図９】
2019186367.tif 000011
【図１０】
2019186367.tif 000012
【図１１】
2019186367.tif 000013
【図１２】
2019186367.tif 000014
【図１３】
2019186367.tif 000015
【図１４】
2019186367.tif 000016
【図１５】
2019186367.tif 000017
【図１６】
2019186367.tif 000018
【図１７】
2019186367.tif 000019
【図１８】
2019186367.tif 000020
【図１９】
2019186367.tif 000021
【図２０】
2019186367.tif 000022
【図２１】
2019186367.tif 000023
【図２２】
2019186367.tif 000024
【図２３】
2019186367.tif 000025
【図２４】
2019186367.tif 000026