(57)【要約】【課題】測定すべき流体の温度を正確に検出することができる流体温度検出装置を提供する。【解決手段】温度を検出すべき流体が流れる主流路１０の一部に設けられ、前記主流路に流れる流体の一部を分流させる分流路１３と、前記分流路に流れる流体に臨んで設けられた検出部１６を含み、前記流体の温度を検出する温度検出手段１５と、を有する流体温度検出装置１において、前記分流路から下流側の第２主流路１２の流路断面積Ｓ２が、前記分流路から上流側の第１主流路１１の流路断面積Ｓ１より大きく設定されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度を検出すべき流体が流れる主流路の一部に設けられ、前記主流路に流れる流体の一部を分流させる分流路と、
前記分流路に流れる流体に臨んで設けられた検出部を含み、前記流体の温度を検出する温度検出手段と、を有する流体温度検出装置において、
前記分流路から下流側の第２主流路の流路断面積が、前記分流路から上流側の第１主流路の流路断面積より大きい流体温度検出装置。
【請求項２】
前記主流路は断面が円形の流路であり、
前記第２主流路の流路径が、前記第１主流路の流路径より大きい請求項１に記載の流体温度検出装置。
【請求項３】
前記主流路は断面が非円形の流路であり、
前記第２主流路の断面をその断面積に基づいて円形と仮定した場合の仮定流路径が、前記第２主流路の断面をその断面積に基づいて円形と仮定した場合の仮定流路径より大きい請求項１に記載の流体温度検出装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記分流路の先端の内壁面に接触して設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体温度検出装置。
【請求項５】
前記検出部以外の分流路に臨む前記温度検出手段の先端部は、前記分流路の先端の内壁面により取り囲まれている請求項４に記載の流体温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の温度を検出する流体温度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サーミスタなどの温度検出素子を用いて流体の温度を検出するものとして、水道管にＬ字状屈曲部分を設け、このＬ字状屈曲部分の上流側水路又は下流側水路に対向する位置にサーミスタを設けたものが知られている（特許文献１）。この流体温度検出装置では、迅速かつ正確に水温を検出するために、サーミスタの水道管内に突出する部分の全長を、この突出する部分の全長に対して直交する水道管の内径よりも長くなるように設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４２４７３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、上記従来技術は、サーミスタの温度検出素子を主たる流路中に臨ませる構造であるため、これが流体の流通抵抗となり円滑な流体の循環を阻害するという問題がある。このためこれに代えて、主たる流路から分岐した分流路を形成し、ここにサーミスタの検出素子を臨ませる構造も考えられるが、この種の分流路においては流体が淀むことから、分流路の流体温度と主たる流路の流体温度に差が生じ、正確な流体温度の検出ができないという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、測定すべき流体の温度を正確に検出することができる流体温度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、温度を検出すべき流体が流れる主流路の一部に分流路を設けてここに温度検出手段の検出部を臨ませた流体温度検出装置において、分流路から下流側の主流路の流路断面積を、分流路から上流側の主流路の流路断面積より大きく設定することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、分流路より下流側の主流路における流体の流速が、分流路より上流側の主流路における流体の流速に比べて遅くなるので、この速度勾配に起因する流体の渦度の大きさは、上流側の方が大きくなる。これにより、分流路内を攪拌する渦流れが増加して分流路における流体の滞留が減少するので、分流路の流体温度を主流路の流体温度に近づけることができる。その結果、流体の流通抵抗を低下させることなく、測定すべき主流路の流体温度を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流体温度検出装置を適用したパワーモジュールの冷却装置を示す斜視図である。
【図２】図１のパワーモジュールの冷却装置の一つの冷却水流路を下から見た斜視図である。
【図３】図１に示すパワーモジュールの冷却装置の全体構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示すパワーモジュールの冷却装置の他例の全体構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示すパワーモジュールの冷却装置のさらに他例の全体構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る流体温度検出装置を示す斜視図である。
【図７】図６に示す流体温度検出装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る流体温度検出装置は、液体又は気体の温度を検出するものであって、その液体又は気体が流れる主流路の一部に分流路が設けられ、ここにサーミスタなどの温度検出素子を設けたものであれば適用することができる。本発明に係る流体温度検出装置が適用される装置やシステムは、その技術分野に何ら限定されず適用することができる。以下、その一例として電気自動車に搭載されるＩＧＢＴなどの発熱素子を冷却するためのパワーモジュールの冷却装置２に本発明の流体温度検出装置１を適用したものを説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１はパワーモジュールの冷却装置２の一例を示す斜視図であり、発熱素子としてのパワーモジュール３に冷却装置２を構成するヒートシンク２３が設けられている。本例の冷却装置３は、いわゆる水冷式ヒートシンク２３であって、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた材料で形成されたヒートシンク本体の内部に、水などの液体冷媒が循環する流路１０が蛇行して形成されている。以下、この液体冷媒が流れる流路を特に主流路１０という。図１示すヒートシンク２３にあっては、左端の主流路１０の入口から液体冷媒が導入され、点線で示す内部の蛇行流路を経由したのち、右端の主流路１０の出口から導出される。この間に、相対的に低温の液体冷媒と、発熱したパワーモジュール３との間で熱交換が行われ、これによりパワーモジュール３が冷却されることになる。
【００１１】
なお図１では図示を省略したが、図３に示すように液体冷媒は循環ポンプ２１によって循環し、当該循環ポンプ２１の駆動はコントローラ２２によって制御される。そして、主流路１０を流れる液体冷媒の温度を本発明に係る流体温度検出装置１で検出し、パワーモジュール３の発熱量が増加して液体冷媒の温度が予め設定された閾値温度を超えた場合には、液体冷媒の循環量を増加させるようにコントローラ２２から循環ポンプ２１へ指令信号を出力する。逆に、パワーモジュール３の発熱量が減少して流体温度検出装置１で検出された液体冷媒の温度が閾値温度未満になった場合には、液体冷媒の循環量を減少または停止するようにコントローラ２２から循環ポンプ２１へ指令信号を出力する。
【００１２】
図２は、図１の水冷式ヒートシンク２３の一つの主流路１０をヒートシンク２３の下側から見た斜視図であり、液体冷媒は同図の右下から左上に向かって主流路１０内を流れるものとする。本例のパワーモジュールの冷却装置２では、主流路１０の一部である分岐部１４に分流路１３が形成され、この分流路１３に温度センサ１５が設けられている。本例のヒートシンク２３はアルミダイキャスト等により形成した成形体であり、主流路１０はその断面が矩形状に形成されている。図１及び図２では主流路１０を簡略化して示すが、具体的には上下２分割されたダイキャスト成形体を合わせることで主流路１０が形成される。
【００１３】
この一つの主流路１０の下面に矩形状の開口部１７が形成され（図３参照）、この開口部１７を含むように断面矩形状の分流路１３が溶接等により接合されている。本例の分流路１３は、図２及び図３に示すように、さらに先端でＬ字状に屈曲され、その末端に温度センサ１５が装着されている。なお、分流路１３の形状は、図示するようにＬ字状に屈曲されたものに限定されず、単に直胴状の分流路１０であってもよい。
【００１４】
本例の分流路１３が設けられた主流路１０は、図３に示すように、分流路１３が設けられた分岐部１４を境界にして、分岐部１４から下流側の主流路（以下、この範囲の主流路を第２主流路１２という）の流路断面積Ｓ２が、分岐部１４から上流側の主流路（以下、この範囲の州流路１０を第１主流路１１という）の流路断面積Ｓ１より大きく設定されている。この場合、第１主流路１１の流路断面積をヒートシンク２３に形成された一般主流路１０の断面積と等しく設定して、第２主流路１２の流路断面積を部分的に拡大してもよいし、逆に第２主流路１２の流路断面積をヒートシンク２３に形成された一般主流路１０の断面積と等しく設定して、第１主流路１１の流路断面積を部分的に縮小してもよい。
【００１５】
本例の主流路１０は、第１主流路１１及び第２主流路１２を含めて、断面が流通方向に一様な矩形状に形成されたものであるが、仮に断面が円形であると仮定すると、その断面積から円形に換算した場合の第１主流路１１の仮定流路径が、第２主流路１２の仮定流路径より大きく設定されているとも換言できる。さらに、本例の流体温度検出装置１では、第１主流路１１を流れる液体冷媒の流速Ｖ１が、分流路１３が設けられた分岐部１４を境にして遅くなるようにする、すなわち第２主流路１２を流れる液体冷媒の流速Ｖ２に比べて速く（Ｖ１＞Ｖ２）すればよいので、第１主流路１１と第２主流路１２の断面積の形状が液体冷媒の流通方向に一様でない場合は、流路断面積を流通方向に積分するなどして平均断面積を算出し、第２主流路１２の平均断面積が第１主流路の平均断面積より大きくなるように設定すればよい。
【００１６】
本例の温度センサ１５としては、温度変化に対して電気抵抗が変化する素子が検出部１６とされたＮＴＣサーミスタ，ＰＴＣサーミスタ，ＣＴＲサーミスタなどの各種サーミスタなどを用いることができるが、これに限定されるものではなくその他の一般的な温度センサも用いることができる。温度センサ１５は、その検出部１６が分流路１３内の液体冷媒に接触するように分流路１３の先端部に臨んで装着されている。なお、図示は省略するが温度センサ１５と分流路１３の装着部との間には液体冷媒が漏洩するのを防止するシール部材などが設けられている。
【００１７】
そして、温度センサ１５で検出された分流路１３内の液体冷媒の温度の検出信号はコントローラ２２に出力される。具体的には、コントローラ２２から検出部１６の素子に所定電圧を印加した場合に流れる電流をコントローラ２２で検出するか、あるいはコントローラ２２から検出部１６の素子に所定の電流を流した場合の電圧をコントローラ２２で検出する。コントローラ２２は、パワーモジュール３の発熱量が増加して温度センサ１５で検出された液体冷媒の温度が予め設定された閾値温度を超えた場合には、液体冷媒の循環量を増加させるようにコントローラ２２から循環ポンプ２１へ指令信号を出力する。逆に、パワーモジュール３の発熱量が減少して温度センサ１５で検出された液体冷媒の温度が閾値温度未満になった場合には、液体冷媒の循環量を減少または停止するようにコントローラ２２から循環ポンプ２１へ指令信号を出力する。なお、図３の循環ポンプ２１を含む主流路１０に熱交換器などの冷却器を設け、循環ポンプ２１による液体冷媒の循環量を制御すること代えて或いはこれに加えて、コントローラ２２により温度センサ１５で検出された液体冷媒の温度に応じて冷却器の冷却能力を制御してもよい。
【００１８】
なお、分流路１３に温度センサ１５を設けるにあたり、図３に示すように検出部１６が分流路１３の液体冷媒に接触するように臨ませるが、分流路１３の先端部はどうしても液体冷媒が滞留する。このため、温度センサ１５の検出部１６を分流部１３のＬ字状屈曲部の主流路１０側に設けて、滞留しない液体冷媒の温度を検出してもよい。またこれに代えて、図４に示すように温度センサ１５の検出部１６を分流路１３の先端の内壁面に接触して設けたり、さらに図５に示すように検出部１６のみが分流路１３に臨むように、分流路１３の先端の内壁面を検出部１６以外の温度センサ１５の先端部を取り囲む形状にしたりしてもよい。こうすることで、温度センサ１５による検出温度がより主流路を流れる液体冷媒の温度に近似することになる。
【００１９】
次に作用を説明する。
本例の流体温度検出装置１による液体冷媒の渦度を示すと図３の矢印のようになる。すなわち、分流路１３が設けられた分岐部１４より上流側の第１主流路１１においては、当該第１主流路１１の内壁面の境界層により渦度ａの流れが生じている。この渦度ａは、分岐部１４に達して境界層が消滅することにより、一旦分岐部１４に開放されるが、分岐部１４より下流側の第２主流路１２の内壁面の境界層により渦度ｂの流れが再形成される。このため、その渦度ｂ分は分岐部１４から再び第２主流路１２に取り込まれる。その結果として、主流路１０から分流路１３に供給される渦度はａ−ｂとなる。その他、分流路１３に供給される渦度として、分流路１３に当接する主流路１０を流れる液体冷媒の速度勾配から受ける渦度ｃがあるので、主流路１０から分流路１３に供給される渦度の合計値はａ−ｂ＋ｃとなる。
【００２０】
本例においては、第２主流路１２の流路断面積Ｓ２を第１主流路１１の流路断面積Ｓ１より大きくすることで分岐部１４より下流の液体冷媒の流速が小さくなる構成としているため、速度勾配に起因する渦度の強さはａ＞ｂとなり、分流路１３に供給される渦度の合計値ａ−ｂ＋ｃをより大きくすることができる。その結果、分流路１３内を攪拌する渦流れｄが増大し、分流路１３における液体冷媒の滞留が緩和されるので、温度センサ１５により検出される温度が主流路１０を流れる液体冷媒の温度に近づくことになる。なお、本例の流体温度検出装置１は主流路１０に検出部１６を臨ませていないので、主流路１０を流れる液体冷媒の流通抵抗となることはない。
【００２１】
《第２実施形態》
上述した第１実施形態は、本発明に係る流体温度検出装置１をパワーモジュールの冷却装置２に適用したものであるが、一般的な配管を流れる流体の温度を検出する場合に適用することもできる。図６は本発明の他の実施の形態に係る流体温度検出装置１を示す斜視図、図７は図６に示す流体温度検出装置１の要部断面図である。本例は断面が円形の配管を流れる液体又は気体の温度を検出する装置として本発明を具現化したものであり、図６において、流体は右上から左下に向かって主流路１０内を流れるものとする。
【００２２】
図６に示すように、本例の流体温度検出装置１は、温度を検出すべき流体が流れる主流路１０の一部に、当該主流路１０に流れる流体の一部を分流させる分流路１３が設けられている。具体的には、第１主流路１１の配管と第２主流路１２の配管とが分岐部１４を構成する管継手により接続され（以下、管継手１４ともいう。）、この管継手１４に分流路１３が設けられ、さらにこの分流路１３に流れる流体に臨んで温度センサ１５が設けられている。本例の分流路１３は、図６及び図７に示すように、さらに先端でＬ字状に屈曲され、その末端に温度センサ１５が装着されている。なお、分流路１３の形状は、図示するようにＬ字状に屈曲されたものに限定されず、単に直胴状の分流路１０であってもよい。
【００２３】
なお、分流路１３に温度センサ１５を設けるにあたり、図７に示すように検出部１６が分流路１３の液体冷媒に接触するように臨ませるが、分流路１３の先端部はどうしても液体冷媒が滞留する。このため、温度センサ１５の検出部１６を分流部１３のＬ字状屈曲部の主流路１０側に設けて、滞留しない液体冷媒の温度を検出してもよい。またこれに代えて、上述した第１実施形態と同様に、図４に示すように温度センサ１５の検出部１６を分流路１３の先端の内壁面に接触して設けたり、さらに図５に示すように検出部１６のみが分流路１３に臨むように、分流路１３の先端の内壁面を検出部１６以外の温度センサ１５の先端部を取り囲む形状にしたりしてもよい。こうすることで、温度センサ１５による検出温度がより主流路を流れる液体冷媒の温度に近似することになる。
【００２４】
また本例では、分流路１３が設けられた管継手１４から下流側の第２主流路１２の配管径Ｄ２は、管継手１４から上流側の第１主流路１１の配管径Ｄ１より大きく設定されている。すなわち、流路断面積で比較すると、分流路１３が設けられた管継手１４から下流側の第２主流路１２の流路断面積Ｓ２が、管継手１４から上流側の第１主流路１１の流路断面積Ｓ１より大きく設定されている。
【００２５】
次に作用を説明する。
本例の流体温度検出装置１による液体冷媒の渦度を示すと、上述した第１実施形態と同様に、図７の矢印のようになる。すなわち、分流路１３が設けられた分岐部１４より上流側の第１主流路１１においては、当該第１主流路１１の内壁面の境界層により渦度ａの流れが生じている。この渦度ａは、分岐部１４に達して境界層が消滅することにより、一旦分岐部１４に開放されるが、分岐部１４より下流側の第２主流路１２の内壁面の境界層により渦度ｂの流れが再形成される。このため、その渦度ｂ分は分岐部１４から再び第２主流路１２に取り込まれる。その結果として、主流路１０から分流路１３に供給される渦度はａ−ｂとなる。その他、分流路１３に供給される渦度として、分流路１３に当接する主流路１０を流れる液体冷媒の速度勾配から受ける渦度ｃがあるので、主流路１０から分流路１３に供給される渦度の合計値はａ−ｂ＋ｃとなる。
【００２６】
本例においては、第２主流路１２の配管径Ｄ２（又は流路断面積Ｓ２）を第１主流路１１の配管径Ｄ１（又は流路断面積Ｓ１）より大きくすることで分岐部１４より下流の液体冷媒の流速が小さくなる構成としているため、速度勾配に起因する渦度の強さはａ＞ｂとなり、分流路１３に供給される渦度の合計値ａ−ｂ＋ｃをより大きくすることができる。その結果、分流路１３内を攪拌する渦流れｄが増大し、分流路１３における液体冷媒の滞留が緩和されるので、温度センサ１５により検出される温度が主流路１０を流れる液体冷媒の温度に近づくことになる。なお、本例の流体温度検出装置１は主流路１０に検出部１６を臨ませていないので、主流路１０を流れる液体冷媒の流通抵抗となることはない。
【００２７】
上記温度センサ１５は本発明に係る温度検出手段に相当する。
【符号の説明】
【００２８】
１…流体温度検出装置
１０…主流路
１１…第１主流路
１２…第２主流路
１３…分流路
１４…分岐部
１５…温度センサ
１６…検出部
１７…開口部
Ｓ１…第１主流路の流路断面積
Ｓ２…第２主流路の流路断面積
Ｄ１…第１主流路の配管径
Ｄ２…第２主流路の配管径
２…冷却装置
２１…循環ポンプ
２２…コントローラ
２３…ヒートシンク
３…パワーモジュール（被冷却物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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