JP2017028957A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却対象に対する冷却性能の更なる向上を図る。
【解決手段】ラジエータ，ＰＣＵ，モータにこの順で冷却水を循環させる循環流路において、第１，第２電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）を循環流路のＰＣＵの上流と下流とにそれぞれ配置し、第１，第２電動Ｗ／Ｐの出力が、一定の周期Ｔｒｅｆで変化し、且つ、第１電動Ｗ／Ｐの出力が増加を開始するタイミングｔｉ１にあわせて第２電動Ｗ／Ｐの出力が増加を開始し、第１電動Ｗ／Ｐの出力が減少を開始するタイミングｔｄ１にあわせて第２電動Ｗ／Ｐの出力が減少を開始するように第１，第２電動Ｗ／Ｐを制御する。これにより、ＰＣＵを流通する冷却水の流れを振幅の比較的大きい脈動流とすることができ、ＰＣＵに対する冷却性能の更なる向上を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却装置に関する。

従来、この種の冷却装置としては、発電機と熱交換可能な循環流路に冷却水を圧送する電動ポンプを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷却装置では、電動ポンプの出力がランダムに変動するように電動ポンプを制御する。これにより、循環流路の冷却水の流れが乱流となることが促進され、発電機の冷却を促進している。

特開２０１４−８８４４号公報

上述の冷却装置では、循環流路の冷却水の流れが乱流となることが促進されている。しかし、こうした乱流は循環流路の通水抵抗によって小さくなる（平滑化される）ため、冷却性能が制限されてしまう。そのため、冷却性能の更なる向上が望まれている。

本発明の冷却装置は、冷却性能の更なる向上を図ることを主目的とする。

本発明の冷却装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の冷却装置は、
冷却対象を冷却する冷却装置であって、
前記冷却対象と熱交換可能な循環流路に冷却媒体を圧送する第１，第２ポンプと、
前記第１，第２ポンプを制御する制御手段と、
を備え、
前記第１，第２ポンプは、前記循環流路の前記冷却対象の上流と下流とにそれぞれ配置され、
前記制御手段は、前記第１，第２ポンプの出力がそれぞれ周期的に変化し、且つ、前記第１ポンプの出力が増加を開始するタイミングにあわせて前記第２ポンプの出力が増加し、前記第１ポンプの出力が減少を開始するタイミングにあわせて前記第２ポンプの出力が減少を開始するように、前記第１，第２ポンプを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の冷却装置では、第１，第２ポンプを、循環流路の冷却対象の上流と下流とにそれぞれ配置する。そして、第１，第２ポンプの出力がそれぞれ周期的に変化し、且つ、第１ポンプの出力が増加を開始するタイミングにあわせて第２ポンプの出力が増加し、第１ポンプの出力が減少を開始するタイミングにあわせて第２ポンプの出力が減少を開始するように、第１，第２ポンプを制御する。これにより、冷却対象における冷却媒体の流れを脈動流にすると共に、この脈動流の振幅（脈動幅）を大きくすることができる。この結果、冷却性能の更なる向上を図ることができる。なお、「第１ポンプの出力が増加を開始するタイミングにあわせて第２ポンプの出力が増加を開始し」には、第１ポンプの出力が増加を開始するタイミングに対して、冷却対象内での通水抵抗によって冷却対象を流通する前後における冷却媒体の流れ（脈動流）の位相のずれに対応する時間程度に遅れて、第２ポンプの出力が増加を開始することが含まれる。また、「第１ポンプの出力が減少を開始するタイミングにあわせて第２ポンプの出力が減少を開始し」には、第１ポンプの出力が減少を開始するタイミングに対して、冷却対象内での通水抵抗によって冷却対象を流通する前後における冷却媒体の流れ（脈動流）の位相のずれに対応する時間程度に遅れて、第２ポンプの出力が減少を開始することが含まれる。ここで、「冷却対象」としては、モータや、モータを駆動するインバータが搭載されたパワーコントロールユニットなどとしてもよい。

本発明の一実施例としての冷却装置２０の構成の概略を示す構成図である。 出力指令値Ｐｏｕｔ１＊，Ｐｏｕｔ２＊とＰＣＵ１０の配管１０ａを流通する冷却水の流量の時間変化の一例を示す説明図である。 電動Ｗ／Ｐ２６，２８の出力と循環流路２４のＰＣＵ１０（配管１０ａ），リザーブタンクＲＴ，モータＭＧ，ラジエータ２２内における冷却水の流れの様子を説明するための説明図である。 配管１０ａ内の冷却水の流れの様子の一例を示す説明図である。 消費電力を一定とした場合における実施例の冷却装置２０および第１〜第３比較例の冷却装置の冷却性能の一例を示す説明図である。 冷却性能を一定とした場合における実施例の冷却装置２０および第１〜第２比較例の冷却装置の消費電力の一例を示す説明図である。 変形例の出力指令値Ｐｏｕｔ１＊，Ｐｏｕｔ２＊とＰＣＵ１０の配管１０ａを流通する冷却水の流量の時間変化の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての冷却装置２０の構成の概略を示す構成図である。冷却装置２０は、モータＭＧや、モータＭＧを駆動するためのインバータ等が搭載されたパワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」という）１０を冷却する装置として構成されており、ラジエータ２２と、循環流路２４と、リザーブタンクＲＴと、電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２６，２８と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）３０と、を備える。冷却装置２０は、モータＭＧやＰＣＵ１０と共に、電気自動車などに搭載されるものとしてもよい。なお、実施例では、ＰＣＵ１０が「冷却対象」に相当する。

ラジエータ２２は、冷却水（ＬＬＣ（ロングライフクーラント））と外気との熱交換を行なっている。循環流路２４は、ラジエータ２２，ＰＣＵ１０，モータＭＧにこの順で冷却水を循環させて、ラジエータ２２，ＰＣＵ１０，モータＭＧと熱交換している。循環流路２４は、ＰＣＵ１０の内部を貫通する配管１０ａを一部に含んでいる。リザーブタンクＲＴは、冷却水を一時期的に貯留して、循環流路２４の冷却水量を調整している。

電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２６，２８は、循環流路２４に冷却水を圧送している。電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２６は、ラジエータ２２とＰＣＵ１０との間の位置に配置されている。電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２８は、ＰＣＵ１０とリザーブタンクＲＴとの間の位置に配置されている。すなわち、電動Ｗ／Ｐ２６，２８は、循環流路２４のＰＣＵ１０の上流と下流とに（配管１０ａにおける冷却水の入口側と出口側とに）それぞれ配置されている。

ＥＣＵ３０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備え、装置全体を制御している。ＥＣＵ３０には、冷却水温を検出する温度センサ２４ａからの冷却水温Ｔｗなど、電動Ｗ／Ｐ２６，２８を駆動制御するために必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＥＣＵ３０からは、電動Ｗ／Ｐ２６，２８を駆動制御するために必要な制御信号などが出力ポートを介して出力されている。

こうして構成された実施例の冷却装置２０では、ＥＣＵ３０は、冷却水温Ｔｗに応じて電動Ｗ／Ｐ２６，２８の出力指令値Ｐｏｕｔ１＊，Ｐｏｕｔ２＊を設定し、電動Ｗ／Ｐ２６，２８の出力が設定した出力指令値Ｐｏｕｔ１＊，Ｐｏｕｔ２＊となるように電動Ｗ／Ｐ２６，２８を駆動する。

実施例では、出力指令値Ｐｏｕｔ１＊，Ｐｏｕｔ２＊を、冷却水温Ｔｗが高いほど大きい振幅で一定の周期Ｔｒｅｆで変化し、且つ、出力指令値Ｐｏｕｔ１＊が増加を開始するタイミングｔｉ１にあわせて出力指令値Ｐｏｕｔ２＊が増加を開始し、出力指令値Ｐｏｕｔ１＊が減少を開始するタイミングｔｄ１で出力指令値Ｐｏｕｔ２＊が減少を開始するように設定する。図２は、出力指令値Ｐｏｕｔ１＊，Ｐｏｕｔ２＊とＰＣＵ１０の配管１０ａを流通する冷却水の流量の時間変化の一例を示す説明図であり、図３は、電動Ｗ／Ｐ２６，２８の出力と循環流路２４のＰＣＵ１０（配管１０ａ），リザーブタンクＲＴ，モータＭＧ，ラジエータ２２内における冷却水の流れの様子を説明するための説明図である。実施例では、電動Ｗ／Ｐ２６，２８を一定の周期Ｔｒｅｆで変化する出力指令値Ｐｏｕｔ１＊，Ｐｏｕｔ２＊で駆動するから、図２，図３に示すように、循環流路２４の冷却水の流れは脈動流となる。この脈動流は、図３に示すように、電動Ｗ／Ｐ２６，２８から離れると、通水抵抗によって、振幅が小さくなる。実施例では、電動Ｗ／Ｐ２６，２８を、循環流路２４のＰＣＵ１０の上流と下流とに（配管１０ａの入口側と出口側とに）それぞれ配置することにより、電動Ｗ／Ｐ２６，２８とＰＣＵ１０とを近くに配置している。したがって、配管１０ａを流通する冷却水の流れ（脈動流）の振幅を確保することができる。さらに、出力指令値Ｐｏｕｔ１＊が増加を開始するタイミングｔｉ１で出力指令値Ｐｏｕｔ２＊が増加を開始し、出力指令値Ｐｏｕｔ１＊が減少を開始するタイミングｔｄ１で出力指令値Ｐｏｕｔ２＊が減少を開始するように設定し、設定した出力指令値Ｐｏｕ１＊，Ｐｏｕｔ２＊で電動Ｗ／Ｐ２６，２８を駆動させるから、配管１０ａ内の冷却水の流れを振幅が大きい脈動流とすることができる。図４は、配管１０ａ内の冷却水の流れの様子の一例を示す説明図である。配管１０ａでは、図示するように、配管１０ａの内壁近傍で乱流が発生するから、ＰＣＵ１０に対する冷却性能の更なる向上を図ることができる。

図５は、消費電力を一定とした場合における実施例の冷却装置２０および第１〜第３比較例の冷却装置の冷却性能の一例を示す説明図であり、図６は、冷却性能を一定とした場合における実施例の冷却装置２０および第１〜第２比較例の冷却装置の消費電力の一例を示す説明図である。図５，図６において、第１比較例の冷却装置では、循環流路に配置する電動ポンプの個数を１つとし、電動ポンプが時間変化せず一定の出力で駆動するように電動ポンプを制御する（単体定常制御）。第２比較例の冷却装置では、循環流路に配置する電動ポンプの個数を１つとし、周期的に変化する出力で駆動するように電動ポンプを制御する（単体脈動制御）。第３比較例の冷却装置では、循環流路に配置する電動ポンプを２つとし、時間変化せず一定の出力で駆動するように２つの電動ポンプを制御する（２個定常制御）。図５，図６に示すように、実施例の冷却装置２０は、第１〜第３比較例の冷却装置に比べて、同一の消費電力では冷却性能が高く、同一の冷却性能では消費電力が少ない。このように、実施例の冷却装置２０では、ＰＣＵ１０に対する冷却性能の更なる向上を図ることができる。

以上説明した実施例の冷却装置２０によれば、電動Ｗ／Ｐ２６，２８を循環流路２４のＰＣＵ１０の上流と下流とにそれぞれ配置し、電動Ｗ／Ｐ２６，２８の出力が、一定の周期Ｔｒｅｆで変化し、且つ、電動Ｗ／Ｐ２６の出力が増加を開始するタイミングｔｉ１で電動Ｗ／Ｐ２８の出力が増加を開始し、電動Ｗ／Ｐ２６の出力が減少を開始するタイミングｔｄ１で電動Ｗ／Ｐ２８の出力が減少を開始するように電動Ｗ／Ｐ２６，２８を制御することにより、ＰＣＵ１０に対する冷却性能の更なる向上を図ることができる。

実施例の冷却装置２０では、電動Ｗ／Ｐ２６の出力が増加を開始するタイミングｔｉ１で電動Ｗ／Ｐ２８の出力が増加を開始し、電動Ｗ／Ｐ２６の出力が減少を開始するタイミングｔｄ１で電動Ｗ／Ｐ２８の出力が減少を開始するものとしたが、電動Ｗ／Ｐ２６の出力が増加を開始するタイミングｔｉ１にあわせて電動Ｗ／Ｐ２８の出力が増加を開始し、電動Ｗ／Ｐ２６の出力が減少を開始するタイミングｔｄ１にあわせて電動Ｗ／Ｐ２８の出力が減少を開始すればよいから、例えば、図７に示すように、電動Ｗ／Ｐ２６の出力が増加を開始するタイミングｔｉ１から、通水抵抗に起因するＰＣＵ１０の上流（配管１０ａの入口）とＰＣＵ１０の下流（配管１０ａの出口）とにおける脈動流の位相のずれの分だけ遅れたタイミングｔｉ２で、電動Ｗ／Ｐ２８の出力が増加を開始するものとしたり、電動Ｗ／Ｐ２６の出力が減少を開始するタイミングｔｄ１から、通水抵抗に起因するＰＣＵ１０の上流（配管１０ａの入口）とＰＣＵ１０の下流（配管１０ａの出口）とにおける脈動流の位相のずれの分だけ遅れたタイミングｔｄ２で、電動Ｗ／Ｐ２８の出力が減少を開始するものとしても構わない。こうすれば、ＰＣＵ１０の下流における脈動流の位相と電動Ｗ／Ｐ２８の出力の位相とのずれを小さくすることができ、ＰＣＵ１０の配管１０ａ内の冷却水の流れ（脈動流）の振幅の減少を抑制することができる。

実施例の冷却装置２０では、電動Ｗ／Ｐ２６，２８の出力を一定の周期Ｔｒｅｆで変化させるものとしたが、周期Ｔｒｅｆを一定値とせずに時間に応じて変化するものとしてもよい。

実施例の冷却装置２０では、電動Ｗ／Ｐ２６，２８を、循環流路２４のＰＣＵ１０の上流と下流とにそれぞれ配置するものとしたが、電動Ｗ／Ｐ２６，２８を、循環流路の最も冷却性能を発揮したい対象（例えば、許容温度の上限が低い装置など）の上流と下流とにそれぞれ配置すればよいから、例えばモータＭＧを冷却対象とする場合には、電動Ｗ／Ｐ２６，２８を、循環流路２４のモータＭＧの上流と下流とにそれぞれ配置すればよい。

実施例では、冷却装置２０をＰＣＵ１０やモータＭＧを冷却する装置としたが、冷却対象としてはＰＣＵ１０やモータＭＧに限定されるものではなく、エンジンなど他の作動に伴って温度が変化する装置としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、電動Ｗ／Ｐ２６が「第１ポンプ」に相当し、電動Ｗ／Ｐ２８が「第２ポンプ」に相当し、ＥＣＵ３０が「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、冷却装置の製造産業などに利用可能である。

１０ パワーコントールユニット（ＰＣＵ）、１０ａ 配管、２０ 冷却装置、２２ ラジエータ、２４ 循環流路、２４ａ 温度センサ、２６，２８ 電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）、３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）、ＭＧ モータ、ＲＴ リザーブタンク。

Claims (1)

1. 冷却対象を冷却する冷却装置であって、
   前記冷却対象と熱交換可能な循環流路に冷却媒体を圧送する第１，第２ポンプと、
   前記第１，第２ポンプを制御する制御手段と、
   を備え、
   前記第１，第２ポンプは、前記循環流路の前記冷却対象の上流と下流とにそれぞれ配置され、
   前記制御手段は、前記第１，第２ポンプの出力がそれぞれ周期的に変化し、且つ、前記第１ポンプの出力が増加を開始するタイミングにあわせて前記第２ポンプの出力が増加し、前記第１ポンプの出力が減少を開始するタイミングにあわせて前記第２ポンプの出力が減少を開始するように、前記第１，第２ポンプを制御する、
   冷却装置。

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