(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と放熱体を巡る循環経路と、
循環経路に冷却液を循環させるポンプと、
循環経路の途中に接続されているリザーブタンクと、
冷却液温度を検出する温度検出装置と、
循環経路に気体が滞留している気体滞留現象の発生確率が高い状態か否かを監視する装置と、
冷却液温度の低温時にポンプ回転数を低下させるとともに冷却液温度の高温時にポンプ回転数を上昇させる第１制御手順と、冷却液が低温で高粘性であっても循環経路に滞留している気体をリザーブタンクに蓄えられている冷却液の液面上へ排出する流速を与えるポンプ回転数に上昇させる第２制御手順を備えており、気体滞留現象の発生確率の高い状態が監視されない間は第１制御手順を採用するとともに、気体滞留現象の発生確率の高い状態が監視されている間は第２制御手順を採用する制御手順を実行するポンプ制御装置と、
を備えている冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、冷却液が循環する冷却装置を開示する。特に、冷却液の循環経路に気体が閉じ込められた場合に、冷却液の流れを利用して循環経路に閉じ込められた気体を循環経路から排出する機能を備えた冷却装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
発熱体と放熱体を巡る循環経路を設け、ポンプによって冷却液を循環させる冷却装置が知られている。冷却液は発熱体から熱を奪って発熱体を冷却し、放熱体から放熱することによって冷却液を冷却する。
上記の冷却装置の場合、循環経路に気体が閉じ込められる現象（気体滞留現象）が発生することがある。例えば、ハイブリッド自動車のインバータ、コンバータ、トランスアクスル等を冷却する循環経路は、特許文献１に開示されているように、複雑に上下動を繰り返しながら伸びており、気体滞留現象が生じやすい。特許文献１の技術では、流路形状を改良することで、気体滞留現象を生じさせない技術を開示している。特許文献１の技術では、流路形状を改良することで、循環経路に閉じ込められた気体を循環経路外に排出する冷却液の流れを作り出す。
【０００３】
冷却液が低温であれば発熱体をよく冷却する。冷却液の流速を低速化しても必要な冷却能力を確保できる。また冷却液を循環させるポンプはエネルギ−を消費する。そこで特許文献２の技術が提案されている。特許文献２の技術では、冷却液が低温であればポンプ回転数を低下させる。この技術によると、ポンプによるエネルギ−消費量を抑えながら、必要な冷却能力を確保することができる。
【０００４】
特許文献３に、気体滞留現象を解消するためのポンプ制御技術が開示されている。この技術では、冷却液が低温であるうちはポンプ回転数を低下させ、冷却液が高温となるとポンプ回転数を上昇させる。この技術によると、冷却液が加熱されるまでの間に、冷却液を低速で循環させる状態と冷却液を高速で循環させる状態を得ることができる。この間に、循環経路に閉じ込められた気体を循環経路外に排出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５８８７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５０９４号公報
【特許文献２】特開２００８−１８０１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の技術は、ポンプによるエネルギ−消費量を抑えながら必要な冷却能力を確保するすぐれた技術であるが、気体滞留現象の発生時に課題が生じる。気体滞留現象は、冷却液の交換直後に生じやすい。すなわち冷却液が加熱されていない低温時に生じやすい。特許文献２の技術では、必要な冷却能力を確保しながらポンプによるエネルギ−消費量を抑えるために、
冷却液の低温時にはポンプ回転数を低下させる。ポンプ回転数を低下させるために、冷却液の流速が低下する。そのために、気体滞留現象が発生していれば、冷却液の流れを利用して滞留気体を押出すことができない。特許文献１に記載の技術を使って気体が排出されやすい流路形状にしておいても、ポンプ回転数を低下させるために滞留気体を循環経路外に排出することができない。
特許文献３の技術では、冷却液が加熱されるまでの間に気体滞留現象を解消する。冷却液が低温である間に気体滞留現象を解消してしまうことができない。気体滞留現象によって特定の発熱体の冷却効率が低下し、冷却液が加熱される以前にその発熱体が異常に加熱されることがある。そのような問題には、特許文献３の技術では対応することができない。
本明細書では、ポンプによるエネルギ−消費量を抑えることと、冷却液の流れを利用して滞留気体を迅速に押出して気体滞留現象を迅速に解消することを両立させる技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書では、発熱体と放熱体を巡る循環経路と、循環経路に冷却液を循環させるポンプと、循環経路の途中に接続されているリザーブタンクと、冷却液温度を検出する温度検出装置と、循環経路内に気体が滞留している気体滞留現象の発生確率が高い状態か否かを監視する装置と、ポンプ制御装置を備えている冷却装置を開示する。
そのポンプ制御装置は、冷却液温度の低温時にはポンプ回転数を低下させるとともに冷却液温度の高温時にはポンプ回転数を上昇させる第１制御手順と、ポンプ回転数を上昇させる第２制御手順を備えており、気体滞留現象の発生確率が高い状態が監視されない間は第１制御手順を採用するとともに、気体滞留現象の発生確率が高い状態が監視されている間は第２制御手順を採用する制御手順を実行する。第２制御手順が採用されると、冷却液が低温で高粘性であっても循環経路に滞留している気体をリザーブタンクに蓄えられている冷却液の液面上へ排出する流速を与えるポンプ回転数に上昇させる。
【０００８】
上記の冷却装置によると、気体滞留現象が生じていない間は、冷却液温度の低温時にはポンプ回転数を低下させるとともに冷却液温度の高温時にはポンプ回転数を上昇させる第１制御手順を採用する。必要な冷却能力を確保しながらポンプによるエネルギ−消費量を抑えることができる。しかしながら、気体滞留現象が生じている確率が高い状態となれば、ポンプ回転数を上昇させる第２制御手順を採用する。ポンプ回転数の上昇によって冷却液の流速が上昇し、上昇した流速によって循環経路に滞留している気体を循環経路外に排出することができる。この際には、冷却液が低温で高粘性であっても循環経路に滞留している気体を循環経路外に排出する流速を与えるポンプ回転数に上昇させる。この結果、冷却液が低温で高粘性であっても気体滞留現象を迅速に解消させることができる。冷却液が加熱されるのを待たないで、気体滞留現象を解消させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書で開示する冷却装置によると、必要な冷却能力を確保しながらポンプによるエネルギ−消費量を抑えることができ、しかも気体滞留現象が生じたら迅速に気体滞留現象を解消することができる。ポンプのエネルギ−消費量を抑えることと、冷却液の流れを利用して気体滞留現象を迅速に解消することを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の循環経路を示す図。
【図２】実施例の循環経路が巡る発熱体と放熱体を示す図。
【図３】気体滞留現象と、気体滞留現象によって冷却能力が低下する様子を示す図。
【図４】冷却水温度とポンプ回転数の関係を示す図。
【図５】ポンプ制御装置が実行する制御手順の第１実施例を示す図。
【図６】ポンプ制御装置が実行する制御手順の第２実施例を示す図。
【図７】ポンプ制御装置が実行する制御手順の第３実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。下記の特徴は、それぞれが技術的有用性を備えており、他の特徴と組み合わせてなくても有用な技術である。
特徴１：第２制御手順で採用するポンプ回転数は、冷却液が低温で高粘性であるときに、循環経路内に滞留している気体を循環経路外に排出するのに十分な流速が得られるポンプ回転数である。そのポンプ回転数に上昇させることから、気体滞留現象が解消する。
特徴２：循環経路にキャップ付きリザーブタンクが設けられており、そのキャップが開放されているときに、気体滞留現象が発生している確率が高いと判別して第２制御手順に切換える。
特徴３：冷却装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車または燃料電池自動車の走行用電気機器を冷却する。
特徴４：特徴３において、自動車のボンネットが開いていれば、気体滞留現象が発生している確率が高いと判別して第２制御手順に切換える。
特徴５：冷却液で冷却されている発熱体の温度が適正温度範囲を超えたときに、気体滞留現象が発生している確率が高いと判別して第２制御手順に切換える。
【実施例】
【００１２】
（実施例１）
実施例１の冷却装置は、図１と図２に示すように、ラジエータ２と、インバータとコンバータ４と、リザーブタンク６と、ポンプ８と、トランスアクスル１０を巡る循環経路１２を備えている。インバータとコンバータ４とトランスアクスル１０は、自動車の走行用電気機器であり、発熱体である。ラジエータ２は、放熱体である。ポンプ８が作動すると、冷却液が循環経路１２を循環する。冷却液は不凍液であり、低温時には粘性が増大する。
【００１３】
図３は、循環経路１２の一部を模式的に示しており、図３に示すように上下動しながら伸びている。上方に湾曲した部分２２には、気体２４（主には空気）が閉じ込められやすい。上方湾曲部分２２には、気体滞留現象が生じやすい。
循環経路１２と発熱体２６が接する部分に気体滞留現象が生じると、発熱体２６と冷却液の間の熱交換現象が低下し、発熱体２６を冷却する能力が低下し、発熱体２６の温度が適正温度以上に昇温する。気体滞留現象が生じたら、それを解消する必要がある。
【００１４】
ポンプ８は、ポンプ制御装置１４によって制御される。循環経路１２には冷却液の温度を検出する装置１６が付設されており、その検出値がポンプ制御装置１４に入力される。
ポンプ制御装置１４は第１制御手順を記憶しており、第１制御手順が選択されている間は、図４のグラフ４２に従ってポンプ回転数を制御する。グラフ４２は、冷却液温度の低温時にはポンプ回転数を低下させるとともに冷却液温度の高温時にはポンプ回転数を上昇させる関係に設定されている。図示のＴ１は、冷却液について想定される最低温度であり、Ｒ１はポンプ８の最低回転数である。Ｔ３は、冷却液について想定される最高温度であり、Ｒ３はポンプ８の最高回転数である。ポンプ制御装置１４が第１制御手順を採用していると、必要な冷却能力を確保しながらポンプ８によるエネルギ−消費量を抑えることができる。第１制御手順には、特許文献２に記載の技術を転用することができる。グラフ４２は直線状であるが、階段状の関係を利用してもよいし、曲線グラフを利用してもよい。
ポンプ制御装置１４は、第２制御手順を記憶しており、気体滞留現象が生じたら、冷却液温度にかかわらず、矢印４０に示すように、ポンプ８の回転数を最高回転数Ｒ３上昇させる。この結果、循環経路に滞留していた気体は冷却液の流れによって押し流され、リザーブタンク６内で液面上に浮上する。この結果、循環経路から気体が排出される。
【００１５】
図４において、冷却液温度Ｔ２とポンプ回転数Ｒ２は、循環経路から気体を排出できる限界を示している。冷却液温度がＴ２以上でポンプ回転数がＲ２以上なら、循環経路から気体を排出できる。冷却液は、低温時には高粘性であり、冷却液温度がＴ２以下ならポンプ回転数をＲ２にしても、冷却液によって気体を押し流す流速は得られない。そこで、気体滞留現象が生じたときに実行する第２制御手順では、ポンプ回転数を最高回転数Ｒ３に上昇させる。ポンプ回転数を最高回転数Ｒ３に上昇させると、冷却液が低温で高粘性であっても、冷却液によって気体を押し流す流速が得られる。
【００１６】
第２制御手順を用意しておかなくても、すなわち第１制御手順のみで制御していても、自動車を運転している間に冷却液温度がＴ２以上に上昇してポンプ回転数がＲ２以上となり、冷却液の流れによって気体が押出される状態が得られる。特許文献３の技術は、その原理を利用している。しかしながら、それまでの間に、例えば図３に示した現象によって、発熱体２６が過熱するといった問題が生じえる。気体滞留現象の発生確率が高い状態を監視し、気体滞留現象の発生確率が高い状態が発生したら第２制御手順に切換え、循環経路から気体を排出する運転に切換える技術が有用である。
【００１７】
気体滞留現象は、循環経路の冷却液を交換した直後に生じやすい。冷却液の交換直後にする試運転の段階では気体滞留現象が発生していることが多い。そこで、ポンプ制御装置１４には図５の制御手順が用意されている。図５の処理は、短時間間隔で繰り返し実行される。
ステップＳ２では、冷却液温度がＴ２以下か否かを判断する。冷却液温度がＴ２以上であれば、冷却液の粘性が低く、ポンプ回転数がＲ２以上に調整されるので、気体が排出されていると判断できる。すなわち、気体滞留現象の発生確率が低い。この場合は、ステップＳ８で第１制御手順に従ってポンプ回転数を制御する。第１制御手順では、冷却液温度を検出し、図４のグラフ４２（マップ化されて記憶されている）から検出された冷却液温度におけるポンプ回転数を特定し、その回転数でポンプ８を運転する。ステップＳ８の第１制御手順によって、冷却液温度の低温時にはポンプ回転数を低下させるとともに冷却液温度の高温時にはポンプ回転数を上昇させる制御が実現される。
【００１８】
ステップＳ２で、冷却液温度がＴ２以下と判断されると、第１制御手順では気体滞留現象を解消できない。そこで、ステップＳ４を実行し、気体滞留現象が発生して可能性の高低を判別する。本実施例では、リザーブタンク６のキャップが開けられているか否かを判別する。リザーブタンク６のキャップが開けられていれば、冷却液の交換直後にする試運転であって、気体滞留現象が発生して可能性が高いと判別する。そう判別されれば、ステップＳ６でポンプ回転数を最高回転数Ｒ３に上昇させる。ステップＳ４で気体滞留現象が発生して可能性が高いと判別されると、ステップＳ８の第１制御手順からステップＳ６の第２制御手順に切換え、冷却液温度と無関係にポンプ回転数を上昇させる。ステップＳ４でリザーブタンク６のキャップが閉じられておれば、気体滞留現象の発生確率は低いと判別して、ステップＳ８に示す第１制御手順を実行する。
図５の処理手順によると、ステップＳ４によって気体滞留現象の発生確率を監視し、可能性が低ければ第１制御手順を採用し、可能性が高ければ第２制御手順に切換える制御手順が実行される。ステップＳ４を実行するポンプ制御装置１４によって、気体滞留現象の発生確率が高い状態か否かを監視する装置が構成されており、ステップＳ６とＳ８を実行するポンプ制御装置１４によって、気体滞留現象の発生確率の高い状態が監視されない間は第１制御手順を採用するとともに気体滞留現象の発生確率の高い状態が監視されたら第２制御手順に切換える制御手順を実行する装置が構成されている。
【００１９】
図６は、気体滞留現象の発生確率の高低を判別する第２実施例を示す。図５のステップＳ４に代えてステップＳ４Ａを採用する。この実施例では、自動車のボンネットを開けてポンプを運転しているのは、冷却液の交換直後にする試運転であって気体滞留現象が発生して可能性が高いと判別する。
図７は、気体滞留現象の発生確率の高低を判別する第３実施例を示す。図５のステップＳ４に代えてステップＳ４Ｂを採用する。この実施例では、インバータ、コンバータあるいはトランスアクスル等の発熱体の温度を監視し、いずれかの温度が適正温度を超えていれば、図３に模式的に示した状態が発生し、滞留気体によって冷却能力が低下していると判別する。
【００２０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、気体滞留現象が発生確率の高低を判別する手法には、実施例に記載したもの以外にも様々に存在する。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２１】
２：ラジエータ（放熱体）
４：インバータ、コンバータ（発熱体）
６：リザーブタンク
８：ポンプ
１０：トランスアクスル（発熱体）
１２：循環経路
１４：ポンプ制御装置
１６：冷却液温度検出装置
【図１】
0005834896.tif 000002
【図２】
0005834896.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005834896.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005834896.tif 000008