(57)【要約】【課題】熱交換器１内に急激な温度差が発生することを避けて熱交換器１への熱衝撃を防止する。【解決手段】冷却水を循環させて車両ユニット３を冷却する車両冷却システムであって、発熱体である車両ユニット３により暖められた冷却水を熱交換器１が冷却し、車両ユニット３及び熱交換器１の間で循環する冷却水が冷却流路７を流れ、熱交換器１を避けて車両ユニット３を循環する冷却水が迂回流路８を流れ、冷却流路７を流れる冷却水の流量と迂回流路８を流れる冷却水の流量との割合を三方弁５が調整し、熱交換器１内における冷却水の熱交換器内冷却水温度Ｔｒを熱交換器内温度センサ１４が計測し、車両ユニット３から流出した冷却水の車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏを車両ユニット出口温度センサ１２が計測し、熱交換器内冷却水温度Ｔｒと第２の車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏとの温度差に応じて三方弁５を制御部１６が制御する。【選択図】図１
2008037302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を循環させて発熱体である車両ユニットを冷却する車両冷却システムであって、
前記車両ユニットにより暖められた冷却水を冷却する熱交換器と、
前記車両ユニット及び前記熱交換器の間で循環する冷却水が流れる冷却流路と、
前記熱交換器を避けて前記車両ユニットを循環する冷却水が流れる迂回流路と、
前記冷却流路を流れる冷却水の流量と前記迂回流路を流れる冷却水の流量との割合を調整する流量制御弁と、
前記熱交換器内における冷却水の第１の温度を計測する第１の温度計測手段と、
前記車両ユニットから流出した冷却水の第２の温度を計測する第２の温度計測手段と、
前記第１の温度と前記第２の温度との温度差に応じて前記流量制御弁を制御する制御部と
を備えることを特徴とする車両冷却システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記第２の温度から前記第１の温度を差し引いた温度差が所定の基準値よりも大きい場合に、前記冷却流路を流れる冷却水流量の割合を高めることを特徴とする請求項１に記載の車両冷却システム。
【請求項３】
前記車両ユニットに流入する冷却水を暖める暖房機を更に備え、
前記制御部は、前記第２の温度から前記第１の温度を差し引いた温度差が所定の基準値よりも大きい場合に、前記暖房機を起動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両冷却システム。
【請求項４】
前記暖房機は、前記熱交換器から前記車両ユニットへ冷却水が流れる流路上であって、前記冷却流路と前記迂回流路との合流点よりも下流側に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の車両冷却システム。
【請求項５】
暖房媒体を循環させることにより車室内を暖房する暖房システムと、
前記暖房媒体から前記車両ユニットに流入する冷却水へ熱を伝える中間熱交換器とを更に備え、
前記制御部は、前記第２の温度から前記第１の温度を差し引いた温度差が所定の基準値よりも大きい場合に、前記中間熱交換器を起動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両冷却システム。
【請求項６】
前記中間熱交換器は、前記熱交換器から前記車両ユニットへ冷却水が流れる流路上であって、前記冷却流路と前記迂回流路との合流点よりも下流側に設置されていることを特徴とする請求項５に記載の車両冷却システム。
【請求項７】
前記熱交換器から流出した冷却水の第３の温度を計測する第３の温度計測手段と、
前記暖房媒体の第４の温度を計測する第４の温度計測手段と、
前記中間熱交換器が設置される流路と前記中間熱交換器が設置されていない流路との分岐点に設置された三方弁とを更に備え、
前記制御部は、前記第４の温度から前記第３の温度を差し引いた温度差に応じて前記三方弁を制御することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の車両冷却システム。
【請求項８】
前記熱交換器よりも上流側に設置され、前記熱交換器に流入する冷却水を冷却するサブシステムを更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の車両冷却システム。
【請求項９】
前記サブシステムとして、前記熱交換器よりも小型の第２の熱交換器を用いることを特徴とする請求項８に記載の車両冷却システム。
【請求項１０】
前記第２の熱交換器として、プレートフィンタイプの熱交換器を用いることを特徴とする請求項９に記載の車両冷却システム。
【請求項１１】
前記第２の熱交換器として、コルゲートフィンタイプの熱交換器を用い、前記第２の熱交換器を風速分布が均一な場所に配置することを特徴とする請求項９に記載の車両冷却システム。
【請求項１２】
前記サブシステムとして暖房媒体を循環させることにより車室内を暖房する暖房システムを用い、前記暖房媒体と冷却水との間で熱交換させることを特徴とする請求項８に記載の車両冷却システム。
【請求項１３】
前記冷却流路は、前記サブシステム及び前記熱交換器を流れる第１流路と前記サブシステムを避けて前記熱交換器を流れる第２流路とに分岐され、
前記制御部は、前記第２の温度から前記第１の温度を差し引いた温度差に応じて前記第１流路と前記第２流路との流量割合を制御することを特徴とする請求項８乃至１２いずれか１項記載の車両冷却システム。
【請求項１４】
前記暖房システムが設置される流路と前記暖房システムが設置されていない流路との分岐点に設置された第２の三方弁を更に備え、
前記制御部は、前記第１の温度、前記第２の温度及び暖房媒体の温度に基づいて前記第２の三方弁を制御することを特徴とする請求項１２に記載の車両冷却システム。
【請求項１５】
前記サブシステムは、前記冷却流路と前記迂回流路との分岐点よりも下流側の前記冷却流路上に設置されていることを特徴とする請求項８記載の車両冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水を循環させて燃料電池などの車両ユニットを冷却する車両冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、例えば高温の流体がもつ熱エネルギーを低温の流体に伝える装置であり、例えばエンジンを冷却するラジエータがこれに当たる。また、近年において開発が行なわれている燃料電池車は、高効率の運転を行なうものの排気損失が小さいためガソリン車に比べて水放熱量が多く大型の熱交換器が用いられている。
【０００３】
この熱交換器に流入する流体の温度が急激に変化した場合、大きな熱膨張あるいは熱収縮が生じて、熱交換器の部品に熱歪みが発生して部品に不具合を発生させる可能性がある。このような熱交換器に流入する流体の急激な温度変化（これを熱衝撃という）の対策として、特許文献１乃至３に記載されているような様々な技術的提案がなされている。
【特許文献１】特開２００４−２９３９８２号公報
【特許文献２】特開２００４−２２５９９０号公報
【特許文献３】特開２００５−０８３６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の特許文献１乃至３に記載された技術は、何れも熱交換器自体の構造によって熱衝撃に対する耐性を高めるものであって、熱交換器に流入する冷却水の温度を管理するものではない。つまり、熱交換器内の冷却水温度冷却対象となる車両ユニット出口の冷却水温度とから、熱交換器に熱衝撃が加わる可能性が高いか否かを判断して、熱交換器内の冷却水温度や熱交換器に流入する冷却水温度を制御するものではない。
【０００５】
更に、燃料電池車に使用される大型の熱交換器において、当該熱交換器内に温度差が発生しやすくなって熱衝撃に対する耐性が良好ではなく、熱交換器のチューブ部分の長さも長くなるためチューブの伸び量が多くなり熱衝撃に対する耐性が良好ではない。これに対して、熱交換器の熱衝撃に対する耐性を考えて小型の熱交換器を車両に複数設置した場合、それぞれの熱交換器の効率が低く車両全体の冷却性能が成り立たなくなるため、少なくとも１つの熱交換器は高効率な大型熱交換器を設置しなければならない。しかし、大きさの異なる複数の熱交換器を設置する場合も、それぞれの熱交換器は大きさやそれぞれの熱交換器を通過する風量分布を考慮した冷却システムが考えられていなかったため、熱交換器の熱衝撃に対する性能を向上させることができないという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、熱交換器自体の構造に関わらず車両ユニットを冷却するための熱交換器への熱衝撃を抑制できる車両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】
【０００７】
本発明の特徴は、冷却水を循環させて車両ユニットを冷却する車両冷却システムであって、発熱体である車両ユニットにより暖められた冷却水を熱交換器によって冷却し、車両ユニット及び熱交換器の間で循環する冷却水が冷却流路を流れ、熱交換器を避けて車両ユニットを循環する冷却水が迂回流路を流れ、冷却流路を流れる冷却水の流量と迂回流路を流れる冷却水の流量との割合を流量制御弁が調整し、熱交換器内における冷却水の第１の温度を第１の温度計測手段が計測し、車両ユニットから流出した冷却水の第２の温度を第２の温度計測手段が計測し、第１の温度と第２の温度との温度差に応じて流量制御弁を制御部が制御することである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係わる車両冷却システムによれば、第１の温度と第２の温度との温度差に応じて流量制御弁の開閉率を変化させることにより、冷却水を熱交換器側へ流して温度差を低く抑えて、熱交換器内に急激な温度差が発生することを避けて熱交換器への熱衝撃を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る車両冷却システムは、図１に示すように、熱交換器１と車両ユニット３の間で冷却水を循環させることにより発熱体である車両ユニット３を冷却するものである。車両ユニット３は、例えば燃料電池車における燃料電池などの発熱体や車両のエンジン等が含まれる。
【００１１】
図１の点線の矢印は、冷却水流れ方向９を示す。車両ユニット３の冷却水出口に冷却水流路６ａの一端が接続され、冷却水流路６ａの他端は電子制御可能な三方弁５（流量制御弁）に接続され、三方弁５（流量制御弁）において冷却水流路６ａは、冷却流路７と、迂回流路８（バイパス流路）とに分岐している。冷却流路７には熱交換器１が接続され、熱交換器１に空気を流すための冷却ファン２が熱交換器１に隣接して設置されている。冷却流路７を流れる冷却水は、熱交換器１内に流れることにより、空気によって冷却された熱交換器１との間で熱交換を行い冷却される。冷却流路７と迂回流路８とは合流して冷却水流路６ｂとなる。
【００１２】
冷却水流路６ｂは車両ユニット３の冷却水入口に接続されている。これにより、冷却流路７には、車両ユニット３と熱交換器１との間で循環する冷却水が流れ、迂回流路８には、熱交換器１を避けて車両ユニット３を循環する冷却水が流れることになる。そして、三方弁５は、冷却流路７を流れる冷却水の流量と迂回流路８を流れる冷却水の流量との割合を調整する。なお、冷却水流路６ａ、６ｂ、冷却流路７、及び迂回流路８は、通常の冷却配管を用いて形成すればよい。温調時において冷却水は主に冷却流路７を流れ、暖機時において冷却水は主に迂回流路８を流れる。
【００１３】
温度センサ１４は、熱交換器１内部に設置され、熱交換器内における冷却水の第１の温度（熱交換器内冷却水温度Ｔｒ）を計測する（以下、熱交換器内温度センサ１４と呼ぶ。）。温度センサ１２は、冷却水流路６ａの車両ユニット３の冷却水出口付近に設置され、車両ユニット３から流出した冷却水の第２の温度（車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏ）を計測する（以下、車両ユニット出口温度センサ１２と呼ぶ。）。また、温度センサ１５は、冷却流路７上の熱交換器１の冷却水出口付近に設置され、熱交換器１から流出した冷却水の温度（熱交換器出口冷却水温度）を計測する（以下、熱交換器出口温度センサ１５と呼ぶ。）。更に、温度センサ１１は、冷却水流路６ｂ上の車両ユニット３の冷却水入口付近に設置され、熱交換器１へ流入する冷却水の温度（車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉ）を計測する（以下、熱交換器入口温度センサ１１と呼ぶ。）。更に、温度センサ１３は、熱交換器１の冷却水入口付近に設定され、熱交換器１に流入する冷却水温度を計測する。
【００１４】
また、車両冷却システムは、冷却流路７と迂回流路８との合流点よりも下流側であって車両ユニット３よりも上流側、つまり冷却水流路６ｂ上に、冷却水を循環させるための冷却水循環ポンプ４と、車両ユニット３に流入する冷却水（ＬＬＣ）を暖めるＬＬＣヒータ１０（暖房機）とが設置されている。ＬＬＣヒータ１０は、暖機の促進時や低外気温での起動補助時に一般的に使われているものである。
【００１５】
制御部１６は、車両冷却システム全体を制御するものであり、例えば、三方弁５の開度（流量割合）、冷却ファン２、冷却水循環ポンプ４、ＬＬＣヒータ１０のオンオフ、駆動量を制御するため、制御信号ＣＴＲを送信する。
【００１６】
制御部１６による車両冷却システムの制御の流れを説明する。制御部１６は、車両ユニット３を起動した後、三方弁５の冷却流路７側を閉じて、迂回流路８側を開とし、冷却水循環ポンプ４を動作させる。冷却水は熱交換器１を流れないため冷却されず、車両ユニット３は暖められる。そして、制御部１６は、三方弁５及び冷却ファン２を制御することにより、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉまたは車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏに応じて、車両ユニット３の温度が最適温度となるように冷却水を温調する。
【００１７】
この冷却水の温調と同時に、制御部１６は、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏから熱交換器内冷却水温度Ｔｒを差し引いた温度差△Tuo-rを演算し、当該温度差△Tuo-rが熱交換器１に熱衝撃を与える可能性がある実験値（例えば５０℃、熱交換器１の構成に依存）以上になったら、冷却水の温調のために三方弁５を開き始めるより先に、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉ及び車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏに関わらず、三方弁５を冷却流路７側へ少し開き、車両ユニット３により暖められた冷却水を冷却流路７側に流すことにより熱交換器１を暖める。
【００１８】
そして、車両ユニット３の暖機が終了して、三方弁５が冷却流路７側へ開き始めた時に、温度差△Tuo-rが５０℃よりも低くなるように制御する。例えば、熱交換器１自体が温度差△Tuo-rを５０℃以下まで保証している構成である場合、温度差△Tuo-rが５０℃以上の時に三方弁５を制御すれば問題ない。また、熱交換器入口冷却水温度Ｔｕｉ及び車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏに拘わらず三方弁５を事前に開く開度は、システムの確認実験等によって決定するが、熱交換器１側に例えば２０％から３０％開けばよい。
【００１９】
近年、開発が行なわれている燃料電池車では、高効率の運転を行なうものの排気損失が少ないためガソリン車に比べて水放熱量が多く大型な熱交換器１が使われる。熱交換器１が大型になると熱交換器１内に温度差が発生しやすくなるため熱衝撃に対する耐性が低下する。また、大型な熱交換器１を使用する場合、冷却水の温度変化によって熱交換器１を構成しているチューブの伸び量が大きくなることと車速や冷却ファン２によって得られる冷却風に偏分布が発生するため、通常の大きさの熱交換器１を使用する場合に比べて熱衝撃に対する耐性が低下する。第１の実施の形態では、熱交換器内冷却水温度Ｔｒと車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏとの温度差△Tuo-rに基づいて三方弁５を制御して、熱交換器内冷却水温度Ｔｒと車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏとの温度差△Tuo-rを小さくするように熱交換器内冷却水温度Ｔｒを制御して熱交換器１の熱衝撃を防止する。
【００２０】
制御部１６は、熱交換器内冷却水温度Ｔｒと熱交換器１に流入する車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏとを計測して、冷却水温度の温度差△Tuo-rが大きく、熱交換器１内に急激な温度差が発生し熱交換器１に熱衝撃が発生する可能性があるか否かを判断する。可能性がある場合には、実際に車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏが高くなって三方弁５を熱交換器１側に開ける開度を大きくすることにより三方弁５を車両ユニット３の温調のために熱交換器１側に動かすより先に、三方弁５を熱交換器１側に開けることができる。よって、熱交換器１内の冷却水温度を事前に高くする及び車両ユニット３の温度を事前に低くすることにより、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏと熱交換器内冷却水温度Ｔｒとの温度差が少なくなるため、熱交換器１の熱衝撃を抑制することができる。また、熱交換器１内に温度を計測するかわりに外気温センサ・吸入空気温センサ・熱交換器１周りの他の温度で熱交換器１内の温度を推定して、代用しても良い。
【００２１】
図２を参照して、図１の車両冷却システムの制御の流れを説明する。
【００２２】
先ずステップＳ１において、起動キーがＯＮに操作されて、車両冷却システムが搭載された車両の車両用電源を起動すると、車両ユニット３を含む車両冷却システムが起動する。なお、車両用電源の起動によって、燃料電池システムも起動する。このとき、三方弁５は、車両ユニット３を暖機するために、冷却流路７側よりも迂回流路８側の開度が高くされる。次のステップＳ２において、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉ、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏ（第２の温度）、熱交換器内冷却水温度Ｔｒ（第１の温度）を計測する。
【００２３】
次のステップＳ３において、制御部１６は、第２の温度（車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏ）から第１の温度（熱交換器内冷却水温度Ｔｒ）を差し引いた温度差△Tuo-rが、５０℃よりも高いか否かを判断する。高い場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、制御部１６によって三方弁５を冷却流路７側へ２０〜３０％開かせ、車両ユニット３により暖められた冷却水を冷却流路７側に流す割合を高くすることにより熱交換器１を暖める。そして、ステップＳ５に進み、制御部１６は、暖機の促進時や低外気温での起動補助時に使われるＬＬＣヒータ１０を起動し、その後、ステップＳ６に進む。
【００２４】
一方、温度差△Tuo-rが、５０℃よりも高くない場合（Ｓ３でＮＯ）、ステップＳ４及びステップＳ５を実施せずにステップＳ６に進み、制御部１６は、三方弁５及び冷却ファン２を制御することにより、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉまたは車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏに応じて、熱交換器入口冷却水温度Ｔｕｉ又は車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏが高いほど熱交換器１によって冷却水を冷却させて車両ユニット３を最適温度とするように冷却水を温調する。
【００２５】
ステップＳ７に進み、制御部１６は、起動キーがＯＦＦに操作されることによって車両用電源が停止され、車両全体が駆動停止されたか否かを判断する。駆動停止されていなければ（ステップＳ７でＮＯ）ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜ステップＳ６を繰り返し実施する。一方、駆動停止されれば（ステップＳ７でＹＥＳ）、車両冷却システムの制御も終了する。なお、車両用電源の停止によって、燃料電池システムも停止する。また、制御部１６は、温度差△Tuo-r＜５０℃になると三方弁５の熱交換器１側を閉じると同時にＬＬＣヒータ１０も停止する。
【００２６】
このように、図２に示した制御の流れにおいて、車両の暖機中にステップＳ４で三方弁５を熱交換器１側に開くことにより、暖機中の冷却水が熱交換器１内を流れることにより冷却され、車両ユニット３の暖機時間に遅れが発生する。そこで、温度差△Tuo-r＞５０℃になった際、制御部１６は、三方弁５を熱交換器１側に開くと同時に暖機の促進時や低外気温での起動補助時に使われるＬＬＣヒータ１０を起動する（ステップＳ５）ことにより、車両ユニット３の暖機時間の遅延を防止できる。
【００２７】
また、三方弁５を車両ユニット３の温調のために熱交換器１側を開に動かすより先に、熱交換器１内の急激な温度変化を防止するために熱交換器１側に開けて熱交換器１内の冷却水温度を暖めることにより、車両ユニット３を流出した冷却水は熱交換器１により冷却され再び車両ユニット３に流入する。よって、車両ユニット３の暖機時間に遅れが発生する。そこで、車両冷却システムによれば、暖機の促進時や低外気温での起動補助時に使われるＬＬＣヒータ１０（暖房機）の発熱により冷却水を暖めることができるため、暖機の遅延を防止するとともに熱交換器１の熱衝撃を防止することができる。また、ＬＬＣヒータ１０の起動により車両ユニット３（この場合は燃料電池）の発電要求が高まり車両ユニット３の暖機促進にも繋がる。
【００２８】
更に、車両冷却システムによれば、ＬＬＣヒータ１０が、熱交換器１から車両ユニット３へ冷却水が流れる冷却水流路６ｂ上であって、冷却流路７と迂回流路８との合流点よりも下流側に設置されているため、暖機の遅延を効率的に解決することができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を説明する。この車両冷却システムは、図１に比べて、暖房媒体流れ方向２７で暖房媒体を循環させることにより車室内を暖房する暖房システム２０と、暖房媒体から車両ユニット３に流入する冷却水へ熱を伝える中間熱交換器２８とを更に備える。暖房システム２０は、車室内の暖房媒体を暖めるヒータ２２と、暖房媒体を循環させる循環ポンプ２１と、暖房媒体の熱と外部の風とを熱交換するヒータコア２３とを備え、ヒータ２２、循環ポンプ２１及びヒータコア２３などを配管２６によって連結して暖房媒体を循環させる。
【００３０】
中間熱交換器２８は、熱交換器１から車両ユニット３へ冷却水が流れる流路上であって、冷却流路７と迂回流路８との合流点よりも下流側の冷却水流路６ｂに設置されている。冷却水流路６ｂには、車両冷却システムの冷却水と暖房システム２０の暖房媒体との間で熱交換を行うためのバイパス流路２９が形成され、バイパス流路２９と冷却水流路６ｂとの分岐点には三方弁３０が設置され、冷却水の流量割合が制御される。中間熱交換器２８は、バイパス流路２９を流れる冷却水と配管２６を流れる暖房媒体との間で熱交換を行う。配管２６上の２カ所に暖房媒体温度センサ２４，２５がそれぞれ設置され、暖房媒体の温度を計測する。
【００３１】
図４を参照して、図３の車両冷却システムの制御の流れを説明する。
【００３２】
先ずステップＳ１１において、車両用電源が起動すると、その後、ステップＳ１２に進み、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉを計測し、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏを計測し、熱交換器内冷却水温度Ｔｒを計測して、制御部１６で取得する。
【００３３】
ステップＳ１３に進み、制御部１６は、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉ及び車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏが、車両ユニット３の目標温度（最適温度）に応じた制御温度Ｔに対して十分に低いか否かを判断する。低い場合（ステップＳ１３にてＹＥＳ）ステップＳ１４に進み、暖房媒体温度センサ２４，２５を用いて暖房システム２０の暖房媒体温度Ｔｈを計測して、制御部１６で取得する。
【００３４】
そしてステップＳ１５に進み、制御部１６は、例えば暖房媒体温度センサ２４，２５で検知された温度値の平均値である暖房媒体温度Ｔｈが車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉよりも高いか否かを判断する。高い時（Ｔｈ＞Ｔｕｉ）、ステップＳ１６に進み、暖房システム２０と車両冷却システムとの間で熱交換を行うために三方弁３０を中間熱交換器２８側に開き、暖房媒体から冷却水へ熱を伝えて車両ユニット３の暖機を促進する。つまり、中間熱交換器２８を用いて暖房システム２０の暖房媒体と車両冷却システムの冷却水との間で熱交換を行う。ステップＳ１７に進み、制御部１６は、ＬＬＣヒータ１０も起動することによって冷却水を暖める。
【００３５】
一方、ステップＳ１５にて、Ｔｈ＞Ｔｕｉではなく高くないと制御部１６で判断した時（Ｔｈ＜Ｔｕｉ）、ステップＳ１６を避けてステップＳ１７へ直接進む。その後、ステップＳ１８に進む。更に一方、ステップＳ１３にてＮＯである場合、ステップＳ１８に進む。
【００３６】
ステップＳ１８において、温度差△Tuo-rが５０℃よりも大きい場合（ステップＳ１８にてＹＥＳ）、ステップＳ１９に進み、三方弁５を熱交換器１側へ２０〜３０％開ける。車両ユニット３の暖機中に三方弁５を開けるため冷却水の温度が下がる。そして、ステップＳ２０に進み、Ｔｈ＞Ｔｕｉか否かを判断する。Ｔｈ＞Ｔｕｉである場合（ステップＳ２０にてＹＥＳ）、ステップＳ２１に進み、制御部１６によって、暖房システム２０と車両冷却システムとの間で熱交換を行うための三方弁３０を開き、暖機時間の遅延を防止する。ステップＳ２２に進み、制御部１６によってＬＬＣヒータ１０を起動する。その後、ステップＳ２４に進む。
【００３７】
一方、ステップＳ１８にて温度差△Tuo-rが５０℃より低い場合（ステップＳ１８にてＮＯ）ステップＳ２３に進み、制御部１６は、三方弁５及び冷却ファン２を制御することにより、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉまたは車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏに応じて冷却水を温調する。その後、ステップＳ２４に進む。
【００３８】
ステップＳ２４において、制御部１６で起動キーがＯＦＦに操作されることによって車両用電源が停止され、車両全体が駆動停止されたか否かを判断する。駆動停止されていなければ（ステップＳ２４でＮＯ）ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜ステップＳ２３を繰り返し実施する。一方、駆動停止されれば（ステップＳ２４でＹＥＳ）、車両冷却システムの制御も終了する。
【００３９】
車両ユニット３から流出した冷却水は熱交換器１により冷却され再び車両ユニット３に流入するため、車両ユニット３の暖機時間に遅れが発生する。車両冷却システムは、暖房システム２０によって暖められた暖房媒体と熱交換器１により冷却された冷却水とが中間熱交換器２８において熱交換させるため、車両ユニット３の暖機時間の遅延を防止するとともに熱交換器１の熱衝撃を抑制することができる。また、暖房システム２０は、暖房媒体と冷却水の双方を暖めるために多くの電力を必要としながら働くため、燃料電池である車両ユニット３の暖機時間を短縮することができる。また、車両冷却システムの冷却水に対して暖房システム２０の暖房媒体の温度が高い場合には、暖房システム２０の暖房媒体により車両ユニット３の暖機を促進することができる。
【００４０】
また、車両冷却システムによれば、中間熱交換器２８が、熱交換器１から車両ユニット３へ冷却水が流れる流路上であって、冷却流路７と迂回流路８との合流点よりも下流側に設置されているため、暖機の遅延を効率的に解決することができる。
【００４１】
更に、車両冷却システムによれば、熱交換器出口側の冷却水温度と暖房システムの冷媒温度を計測することができるため、それぞれの冷媒の温度関係により暖機の遅延を防止できる場合のみ中間熱交換器２８で熱交換するため、暖房システム２０の出力を抑えることができ、暖機時間の遅延も解決することができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図５を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を説明する。この車両冷却システムは、図１に比べて、熱交換器１よりも上流側に設置され、熱交換器１に流入する冷却水を冷却するサブシステム４０を更に備え、車両ユニット３によって暖められた冷却水を熱交換器１に流入させる前にサブシステム４０によって冷却する。その他の構成は、図１の車両冷却システムと同じである。
【００４３】
サブシステム４０としては、熱交換器１よりも小型の第２の熱交換器を用いる。第２の熱交換器の例としては、図６に示すように、プレートフィンタイプの熱交換器を用いることができる。なお、このタイプの熱交換器は、１本のチューブ４２がフィン４１に覆われて構成されているため、熱衝撃は起こらない。
【００４４】
車両冷却システムの制御方法は、第１及び第２の実施の形態と同じであり、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉ及び車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏから冷却水温度が高くなったと判断されるると、三方弁５を冷却流路７側へ開き、熱交換器１を流れる冷却水の流量割合を増加させる。車両ユニット３により暖められた冷却水は、図６に示すプレートフィンタイプの第２の熱交換器を通過して熱交換器１に流れ込むため、第２の熱交換器が設置されていない時に比べて熱交換器１に流入する冷却水温度は低くなり、熱交換器内冷却水温度Ｔｒと熱交換器１に流入する冷却水温度との温度差が小さくなり、熱交換器１の熱衝撃を抑制することができる。
【００４５】
この車両冷却システムによれば、熱交換器１に流入する冷却水を冷却するサブシステム４０が熱交換器１よりも上流側に設置され、車両ユニット３により暖められた冷却水を、サブシステム４０により冷却させた後に熱交換器１内に流入させるため、熱交換器１内の急激な温度変化の発生を防止できるので、熱交換器１の熱衝撃を抑制することができる。
【００４６】
また、車両冷却システムによれば、熱交換器１の上流に設置するサブシステム４０として熱交換器１より小型な第２の熱交換器を設置しているため、熱交換器１には第２の熱交換器により冷却された冷却水が流入するため熱交換器１の熱衝撃を抑制することができると共に、熱交換器１を構成しているチューブの長さも短く第２の熱交換器における風量分布も発生し難いため、熱衝撃による部品の破損は起こりにくい。よって、熱交換器１及び第２の熱交換器の熱衝撃を抑制することができる。
【００４７】
更に、車両冷却システムによれば、第２の熱交換器として熱衝撃が発生し難いプレートフィンタイプの熱交換器を設置しているため、熱交換器１と第２の熱交換器の熱衝撃を抑制することができる。
【００４８】
なお、サブシステム４０である第２の熱交換器は、図７に示すように、熱交換器１より小型なコルゲートフィンタイプの熱交換器を設置してもかまわない。このコルゲートフィンタイプの第２の熱交換器は、冷却流路７に接続されたチューブ４２ａ間に扁平チューブ４２ｂが複数設けられ、当該扁平チューブ４２ｂ間に蛇行状に曲げ加工されたコルゲートフィン４３が収容されている。このような第２の熱交換器は、コルゲートフィン４３に冷風が当てられることによって、当該コルゲートフィン４３と各扁平チューブ４２ｂとの間で熱交換を行う。
【００４９】
また、車両冷却システム自体の構成は、図５と同じであるが、熱交換器１と第２の熱交換器の配置位置の関係は、図８に示すように、熱交換器１と第２の熱交換器を車両前後方向に設置し、熱交換器１の冷却ファン２などにより冷却風量が均一で速い場所４４に第２の熱交換器を設置する。第２の熱交換器は小型なためチューブ４２ｂの伸び量は少なく、風速分布が均一なため熱交換器１を構成しているそれぞれのチューブの伸び量も均一となり熱衝撃が発生しない。よって、熱交換器１にとっては、第２の熱交換器により冷却された冷却水が流入するため熱衝撃を抑制することができる。
【００５０】
更に、図９に示すように、熱交換器１と第２の熱交換器を車両前後方向に設置し、第２の熱交換器は、それぞれのチューブに当たる冷却風量が均一になるように設置する。具体的には、第２の熱交換器（サブシステム４０）の左側は風速が早い場所４４、第２の熱交換器の右側は風速が遅い場所４５に重なるように配置する。第２の熱交換器として横流れ型の小型熱交換器を設置しているため、全体のチューブの伸び量も少なく、熱交換器を構成しているそれぞれのチューブの伸び量が均一になるため第２の熱交換器に熱衝撃が発生しにくくなる。
【００５１】
（第４の実施の形態）
図１０を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を説明する。この車両冷却システムは、冷却流路７が、サブシステム（第２の熱交換器）４０及び熱交換器１を流れる第１流路５２と第２の熱交換器を避けて熱交換器１を流れる第２流路５３とに分岐されたものとして構成されている。第２の熱交換器が設置される第１流路５２と第２の熱交換器が設置されていない第２流路５３との分岐点には、第２の三方弁を設置する。図１０においては、第２の三方弁と図１の三方弁５とが一体となった四方弁５１が配置されている。
【００５２】
制御部１６は、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏから熱交換器内冷却水温度Ｔｒを差し引いた温度差△Tuo-rに応じて四方弁５１を制御して第１流路５２と第２流路５３（冷却流路７）と熱交換器１を通過しない迂回流路８との流量割合を調整する。四方弁５１は、冷却水流路６ａを流れる冷却水を、熱交換器１のみを通過する第１流路５２と、熱交換器１を通過しない迂回流路８と、第２の熱交換器を通過する第１流路５２とに分配する。その他の構成は、図５と同じであり、説明を省略する。
【００５３】
この車両冷却システムは、先ず、車両ユニット出口温度センサ１２により車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏを計測し、熱交換器内温度センサ１４により熱交換器内冷却水温度Ｔｒを計測する。制御部１６は、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏから熱交換器内冷却水温度Ｔｒを差し引いた温度差△Tuo-rに基づいて熱交換器１に熱衝撃が発生する可能性が高いか否かを判断する。熱交換器１の熱衝撃発生の可能性が高い場合のみ、四方弁５１を冷却水が第２の熱交換器を通過する第１流路５２に向けて開く。そのため、熱交換器１には、第２の熱交換器によって冷却された冷却水が流入するため熱衝撃を抑制することができる。
【００５４】
また、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏと熱交換器内冷却水温度Ｔｒとの温度差△Tuo-rが小さく、熱交換器１に熱衝撃が発生する可能性が低い場合、制御部１６によって四方弁５１を制御して、車両ユニット３の温調時には冷却水を第２流路５３に流し、車両ユニット３の暖機時には冷却水を迂回流路８に流す。これにより、第２の熱交換器には冷却水が必要な時のみしか流さなくて良くなる。例えば、温度差△Tuo-r＜５０℃の熱衝撃に対する耐性は熱交換器１自体の部品で保証されているため、四方弁５１を冷却水が第２の熱交換器を流れる流路へ向けて開くのは、温度差△Tuo-r＞５０℃の時で良い。
【００５５】
このように、車両冷却システムは、熱交換器１に冷却水を通過させる第２流路５３及び熱交換器１を通過させない迂回流路８の他に、熱交換器１の熱衝撃を防止するための第２の熱交換器を通過する第１流路５２を更に形成して、これらの流路の間で流量分配を行う四方弁５１を設ける。これにより、熱交換器内冷却水温度Ｔｒと車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏとの関係により、熱交換器１に熱衝撃が発生する可能性が高い時、四方弁５１の第１流路５２側を開とすることにより、熱交換器１の熱衝撃を防止することができる。また、その他の時には、四方弁５１の第２流路５３側を開とすることにより第２の熱交換器をバイパスできるので第２の熱交換器を通過することによる圧力損失を防止することができる。
【００５６】
（第５の実施の形態）
図１１に示すように、第５の実施の形態に係る車両冷却システムは、図３と同様な構成を有する暖房システム２０を用い、暖房システム２０の低温の暖房媒体と熱交換器１に流入する冷却水との間で熱交換させて冷却水の温度を調整する。
【００５７】
この車両冷却システムは、暖房システム２０が設置される流路６１と暖房システム２０が設置されていない流路との分岐点に三方弁６２（第２の三方弁）を設置し、流路６１と暖房システム２０の配管２６との間に、暖房媒体と冷却水との間で熱交換させるための第２の中間熱交換器６３を配置する。制御部１６は、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏ、熱交換器内冷却水温度Ｔｒ及び暖房媒体の温度に基づいて三方弁６２を制御する。
【００５８】
制御部１６による車両冷却システムの制御の流れを説明する。
【００５９】
先ず、熱交換器内温度センサ１４で熱交換器内冷却水温度Ｔｒを計測し、暖房媒体温度センサ２４，２５で暖房システムの暖房媒体温度Ｔｈを計測し、熱交換器入口冷却水温度センサ１３で熱交換器入口冷却水温度Ｔｒｉを計測する。熱交換器入口冷却水温度Ｔｒｉから熱交換器内冷却水温度Ｔｒを差し引いた温度差△Tri-r（＝Tri-Tr）が５０℃よりも大きい場合、暖房媒体温度Ｔｈと熱交換器入口冷却水温度Ｔｒｉとの温度を比較する。Ｔｈ＜Ｔｒｉの時は、暖房システム２０の暖房媒体と冷却水とを熱交換するための三方弁６２を第２の中間熱交換器６３側に開くことにより熱交換器入口冷却水温度Ｔｒｉを下げ、温度差△Tri-rを小さくできるため熱交換器１の熱衝撃を抑制することができる。
【００６０】
また、車両冷却システムによれば、車両ユニット３によって温度が高くなった冷却水と暖房媒体とを熱交換することによって、暖房媒体が暖められるためヒータ２２の出力を抑えることができる。
【００６１】
更に、車両冷却システムによれば、温度差△Tri-r＞５０℃の場合もＴｈ＜Ｔｒｉの時は、暖房システム２０の暖房媒体と冷却水とを熱交換するための三方弁６２を第２の中間熱交換器６３側に開くことにより、暖房媒体は暖められるためヒータ２２の出力を抑えることができる。
【００６２】
更にまた、車両冷却システムによれば、サブシステムとしてヒータ２２を有した暖房システム２０を用い、暖房システム２０の低温の暖房媒体と車両ユニット３によって暖められた冷却水とを熱交換することによって、熱交換器入口冷却水温度Ｔｒｉを下げて熱交換器１内の急激な温度変化の発生を防止できるので、熱交換器１の熱衝撃を抑制することができる。また、暖房媒体は、冷却水によって暖められるため車室内の暖機を促進することができるとともにヒータ２２の出力を抑えることができる。
【００６３】
更にまた、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏと熱交換器内冷却水温度Ｔｒと暖房媒体温度Ｔｈとを計測し、それぞれの温度により暖房システム２０の上流に設置している三方弁６２によって暖房システム２０の暖房媒体と車両冷却システムの冷却水とを熱交換する場合としない場合とを切り替える。例えば、車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏ及び熱交換器内冷却水温度Ｔｒよりも暖房冷媒温度Ｔｈの方が温度が高く、冷却水と暖房媒体とを熱交換しても熱交換器１に流入する冷却水温度を下げることができない場合には、三方弁６２を制御して車両冷却システムと暖房システム２０との熱交換を行なわないようにできる。
【００６４】
更にまた、車両ユニット３によって暖められた冷却水を熱交換器１に流入する前に冷却するためサブシステムを、冷却流路７と迂回流路８とに切り替えることのできる三方弁５よりも下流の冷却流路７上に設置することによって、熱交換器１に流入する冷却水を効率良く事前に冷却することができる。
【００６５】
（第６の実施の形態）
図１２に示すように、第６の実施の形態に係る車両冷却システムは、図１１と同様に、熱交換器１に流入する冷却水を冷却するサブシステムとして図３と同様な構成を有する暖房システム２０を用い、暖房システム２０の暖房媒体と冷却水との間で熱交換させる第２の中間熱交換器６３によって、熱交換器１に流入する冷却水を冷却する。また同時に、暖房システム２０は、図３と同様に、暖房媒体から車両ユニット３に流入する冷却水へ熱を伝える中間熱交換器２８を含んでいる。
【００６６】
図１３を参照して、図１２の車両冷却システムの制御の流れを説明する。
【００６７】
先ず、車両用電源を起動した後（ステップＳ３１）、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉと車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏ及び熱交換器内冷却水温度Ｔｒを計測する（ステップＳ３２）。
【００６８】
制御部１６は、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉと車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏの温度が制御温度Ｔ以下の場合（ステップＳ３３にてＹＥＳ）、暖房システム２０の暖房媒体温度Ｔｈを計測する（ステップＳ３４）。その後、ステップＳ３５に進み、制御部１６は、暖房媒体温度Ｔｈが車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉよりも大きいか否かを判断する。
【００６９】
Ｔｈ＞Ｔｕｉの場合（ステップＳ３５にてＹＥＳ）、熱交換器１より下流に設置している暖房媒体と冷却水とを熱交換するために、制御部１６は、三方弁３０を開き第２の中間熱交換器２８で暖房媒体と冷却水を熱交換して冷却水を暖める（ステップＳ３６）。次に、ステップＳ３７に進み、制御部１６は、ＬＬＣヒータ１０を起動することにより冷却水を暖め車両の暖機を促進する。
【００７０】
その後、ステップＳ３８に進み、制御部１６は、車両ユニット３の車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏから熱交換器内冷却水温度Ｔｒを差し引いた温度差△Tuo-r（=Tuo-Tr）＞５０℃より大きいか否かを判断する。温度差△Tuo-r＞５０℃である場合（ステップＳ３８にてＹＥＳ）、制御部１６は、冷却水を温調するための三方弁５を２０〜３０％だけ熱交換器１側へ開く。このように、三方弁５を少し熱交換器１側へ開くことにより冷却水温度は低下し、暖機時間の遅れが発生する。そのため、ステップＳ４０に進み、制御部１６は、暖房冷媒温度Ｔｈが車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉよりも大きいか否かを判断する。
【００７１】
Ｔｈ＞Ｔｕｉである場合（ステップＳ４０にてＹＥＳ）、熱交換器１より下流に設置している中間熱交換器２８へ冷却水を流して冷却水を暖めるために、制御部１６は、三方弁３０を開き中間熱交換器２８で暖房媒体と冷却水とを熱交換して冷却水を暖める。次のステップＳ４２において、制御部１６は、ＬＬＣヒータ１０を起動することにより冷却水を暖め車両の暖機を促進する。その後、ステップＳ４３に進み、車両ユニット入口冷却水温度Ｔｕｉと車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏにより、三方弁５を熱交換器１側に開き冷却水を温調する。
【００７２】
次に、ステップＳ４４に進み、暖房媒体温度Ｔｈが車両ユニット出口冷却水温度Ｔｕｏよりも低いか否かを判断する。Ｔｈ＜Ｔｕｏである場合（ステップＳ４４にてＹＥＳ）、ステップＳ４５に進み、制御部１６は、三方弁６２を第２の中間熱交換器６３側に開く。これにより、熱交換器１の上流に設置している第２の中間熱交換器６３に冷却水が流れて、暖房媒体と冷却水とが熱交換を行い、冷却水が冷却される。暖房用冷媒と冷却水とを熱交換させることにより、熱交換器１には、暖房システム２０との熱交換により冷却された冷却水が流入するため、熱衝撃を抑制することができる。
【００７３】
また、暖房システム２０も冷却水により暖房媒体を暖められるため、ヒータ２２の出力を抑えることができ、車両としての燃費向上が期待できる。その後、ステップＳ４６に進み、冷却水を温調する。ステップＳ４７において、起動キーがＯＦＦに操作されることによって車両用電源が停止され、車両全体が駆動停止されたか否かを判断する。駆動停止されていなければ（ステップＳ４７でＮＯ）ステップＳ３２に戻り、ステップＳ３２〜ステップＳ４６を繰り返し実施する。一方、駆動停止されれば（ステップＳ４７でＹＥＳ）、車両冷却システムの制御も終了する。
【００７４】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る車両冷却システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る車両冷却システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を示す模式図である。
【図６】プレートフィンタイプの熱交換器の例を示す斜視図である。
【図７】コルゲートフィンタイプの熱交換器の例を示す斜視図である。
【図８】熱交換器１と第２の熱交換器との配置位置の関係を示す斜視図である。
【図９】熱交換器１と第２の熱交換器との配置位置の関係を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係る車両冷却システムの構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態に係る車両冷却システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１  熱交換器
２  冷却ファン
３  車両ユニット
４  冷却水循環ポンプ
５  三方弁
６ａ，６ｂ  冷却水流路
７  冷却流路
８  迂回流路
１０  ＬＬＣヒータ
１１  熱交換器入口温度センサ
１２  車両ユニット出口温度センサ
１３  熱交換器入口冷却水温度センサ
１４  熱交換器内温度センサ
１５  熱交換器出口温度センサ
１６  制御部
２０  暖房システム
２１  循環ポンプ
２２  ヒータ
２３  ヒータコア
２４，２５  暖房媒体温度センサ
２６  配管
２７  暖房冷媒流れ方向２７
２８  中間熱交換器
２９  バイパス流路
３０  三方弁
３３  四方弁
４０  サブシステム
４１  フィン
４２  チューブ
４２ａ  チューブ
４２ｂ  扁平チューブ
４３  コルゲートフィン
５１  四方弁
５２  第１流路
５３  第２流路
６１  流路
６２  三方弁
６３  第２の中間熱交換器
【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】
2008037302.tif 000009
【図８】
2008037302.tif 000010
【図９】
2008037302.tif 000011
【図１０】
2008037302.tif 000012
【図１１】
2008037302.tif 000013
【図１２】
2008037302.tif 000014
【図１３】
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