JP4124160B2

JP4124160B2 - 発熱体冷却装置および冷却加熱装置

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Publication number: JP4124160B2
Application number: JP2004141076A
Authority: JP
Inventors: 恒吏高橋; 栄三高橋; 幸彦武田; 健松永
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: JP2005320936A

Description

本発明は、発熱体を冷却する発熱体冷却装置および冷却加熱装置に関し、車両に搭載される内燃機関（エンジン）、電動モータ等の発熱体の冷却に適用して好適である。

従来、ポンプハウジング内に２つのポンプ室を有し、共通の駆動部により各ポンプ室内の翼を回転させるポンプが特許文献１にて知られている（以下、従来例と称す）。

従来例のポンプでは、ポンプハウジングに第１、第２ポンプ室を仕切る仕切り部が形成されている。そして、仕切り部を貫通し、各ポンプ室内の翼が配置される回転軸と、貫通部に配置されて両ポンプ室間のシールを行う軸封部材とが備えられている。

従来例では、図７に示すようにエンジンから吸熱した冷却水流れが前席熱交換器５４に流れる前席側通路５２と、後席熱交換器５５に流れる後席側通路５３とに分岐しており、前席側通路５２には第１ポンプ室１２ｃが配置され、後席側通路５３には第２ポンプ室１２ｄが配置されている。したがって、第１ポンプ室１２ｃ内の翼３２と第２ポンプ室１２ｄ内の翼３３を回転させて、前席側通路５２および後席側通路５３で冷却水を流すことができる。
特許第３０１４９９１号公報

従来例では、２つのポンプ室がほぼ同じ圧力の前席側通路５２と後席側通路５３に配置されているので、ポンプ室間の圧力差が生じず軸封部材のシール性能に問題が生じない。本発明者らは、後述の図１のようにハイブリッド車両に搭載されるエンジン２４から吸熱した冷却水が空調用空気を加熱するヒータ２５を有するヒータ回路２２と、電動モータ１７および電気機器１５、１８の冷却回路１１にそれぞれポンプ室１２ｃ、１２ｄを配置して各回路１１、２２の冷却水を循環することを検討した。ここで、ヒータ回路２２内の冷却水は、第１ポンプ室１２ｃの翼３２に加え、エンジン２４からの動力で駆動する機械駆動式ポンプ２３によっても循環されるようになっている。

これによると、ヒータ回路２２の圧力が電気機器冷却回路１１の圧力よりも高くなるため、圧力差により第１ポンプ室１２ｃと第２ポンプ室１２ｄとの間をシールしている軸封部材に大きな力が掛かってしまう。このような状態で時間が経過すると、最悪の場合には軸封部材の変形、ひび割れなどが発生し、シール性能が低下して第１ポンプ室１２ｃ内の流体と第２ポンプ室内１２ｄの流体が混ざってしまう場合があることが、本発明者らの検討により分かった。

本発明は、上記点に鑑み、第１、第２ポンプ室の翼と、第１、第２ポンプ室に位置する回転軸と、両ポンプ室間のシールを行う軸封部材とを有するポンプにより、圧力差のある２つの回路の流体を循環させる発熱体冷却装置において、ポンプ内の軸封部材のシール性能の低下を軽減することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ポンプハウジング（１２ａ）内を第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）とに仕切る仕切部材（１２ｉ）と、各ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）内に配置される翼（３２、３３）と、翼（３２、３３）が配置され、仕切部材（１２ｉ）を貫通する回転軸（３１）と、仕切部材（１２ｉ）の貫通部に配置され、両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）とを有する第１ポンプ手段（１２）と、第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱し、第１放熱器（１３）で放熱する流体が流れる第１冷却回路（１１）と、第２発熱体（２４）から吸熱し、ヒータ（２５）で放熱する流体が流れるヒータ回路（２２）と、ヒータ回路（２２）に配置され、ヒータ回路（２２）の流体を循環させる第２ポンプ手段（２３）とを備え、
第１ポンプ室（１２ｃ）の翼（３２）がヒータ回路（２２）内の流体を循環し、第２ポンプ室（１２ｄ）の翼（３３）が第１冷却回路（１１）内の流体を循環し、第２ポンプ手段（２３）から吐出される流体は、ヒータ（２５）に流入した後に第１ポンプ室（１２ｃ）に流入するようになっていることを特徴としている。

ところで、第１ポンプ手段（１２）と第２ポンプ手段（２３）を同時に作動させる場合には、第２冷却回路（２１）を流れる流体は、両ポンプ手段（１２、２３）から圧力を受けるため、第２冷却回路（２１）に配置される第１ポンプ室（１２ｃ）は第２ポンプ室（１２ｄ）よりも圧力が高くなる。

しかし、本発明によると第１ポンプ室（１２ｃ）は第２放熱器（２７）の下流側に配置されるため、第２ポンプ手段（２３）が流体を流すために高めた流体圧力が第２放熱器（２７）の通過時の圧損により低くなっている。したがって、第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）との圧力差を小さくできる。

これによると、両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）に掛かる力を小さくできるため、経時による軸封部材（３４）の変形、ひび割れの発生を軽減できる。つまり、軸封部材（３４）のシール性能の低下を軽減することができる。

なお、第２冷却回路（２１）に第１ポンプ室（１２ｃ）を配置するのは、第２ポンプ手段（２３）が停止しても、第２冷却回路（２１）の冷却水を循環させるためである。

また、請求項２に記載の発明では、発熱体冷却装置において、ポンプハウジング（１２ａ）内を第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）とに仕切る仕切部材（１２ｉ）と、各ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）内に配置される翼（３２、３３）と、翼（３２、３３）が配置され、仕切部材（１２ｉ）を貫通する回転軸（３１）と、仕切部材（１２ｉ）の貫通部に配置され、両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）とを有する第１ポンプ手段（１２）と、第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱し、第１放熱器（１３）で放熱する流体が流れる第１冷却回路（１１）と、第２発熱体（２４）から吸熱し、第２放熱器（２７）で放熱する流体が流れる第２冷却回路（２１）と、第２発熱体（２４）から吸熱して高温状態となった流体が流れるとともに、流体により加熱対象を加熱するヒータ（２５）を有するヒータ回路（２２）と、第２冷却回路（２１）に配置され、第２冷却回路（２１）およびヒータ回路（２２）に流体を循環させる第２ポンプ手段（２３）とを備え、
第１ポンプ室（１２ｃ）の翼（３２）がヒータ回路（２２）内の流体を循環し、第２ポンプ室（１２ｄ）の翼（３３）が第１冷却回路（１１）内の流体を循環し、第１ポンプ室（１２ｃ）がヒータ回路（２２）においてヒータ（２５）よりも流体流れ下流側の部位に配置されることを特徴としている。

ところで、第１冷却回路（１１）、第２冷却回路（２１）、ヒータ回路（２２）の全てで流体を循環させる時には、第１ポンプ手段（１２）、第２ポンプ手段（２３）を同時に作動させる。この時、第１ポンプ手段（１２）は第１冷却回路（１１）とヒータ回路（２２）の流体を循環し、第２ポンプ手段（２３）は第２冷却回路（２１）とヒータ回路（２２）の流体を循環する。

この時、ヒータ回路（２２）を流れる流体は、両ポンプ手段（１２、２３）から圧力を受けるため、ヒータ回路（２２）に配置される第１ポンプ室（１２ｃ）は第２ポンプ室（１２ｄ）よりも圧力が高くなる。

しかし、本発明によると第１ポンプ室（１２ｃ）はヒータ（２５）の下流側に配置されるため、第２ポンプ手段（２３）が流体を流すために高めた流体圧力がヒータ（２５）の通過時の圧損により低くなっている。したがって、第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）との圧力差を小さくできる。

なお、ヒータ回路（２２）に第１ポンプ室（１２ｃ）を配置するのは、第２ポンプ手段（２３）が停止しても、ヒータ回路（２２）の冷却水を循環して、第２発熱体（２４）および流体の余熱でヒータ（２５）に加熱性能を発揮させるためである。

また、請求項３に記載の発明では、発熱体冷却装置において、ポンプハウジング（１２ａ）内を第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）とに仕切る仕切部材（１２ｉ）と、各ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）内に配置される翼（３２、３３）と、翼（３２、３３）が配置され、仕切部材（１２ｉ）を貫通する回転軸（３１）と、仕切部材（１２ｉ）の貫通部に配置され、両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）とを有する第１ポンプ手段（１２）と、第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱し、第１放熱器（１３）で放熱する流体が流れる第１冷却回路（１１）と、第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱し、第２放熱器（２７）で放熱する流体が流れる第２冷却回路（２１）と、第２発熱体（２４）から吸熱して高温状態となった流体が流れるとともに、流体により加熱対象を加熱するヒータ（２５）を有するヒータ回路（２２）と、第２冷却回路（２１）に配置され、第２冷却回路（２１）およびヒータ回路（２２）に流体を循環させる第２ポンプ手段（２３）とを備え、
第１ポンプ室（１２ｃ）の翼（３２）がヒータ回路（２２）内の流体を循環し、第２ポンプ室（１２ｄ）の翼（３３）が第１冷却回路（１１）内の流体を循環し、第２冷却回路（２１）およびヒータ回路（２２）には、第１冷却回路（１１）よりも高温の流体が流れるようになっており、第２ポンプ室（１２ｄ）が第１冷却回路（１１）において第１発熱体（１５、１７、１８）よりも流体流れ下流側、かつ第１放熱器（１３）よりも流体流れ上流側の部位に配置されることを特徴としている。

本発明では、第２冷却回路（２１）および前記ヒータ回路（２２）に、第１冷却回路（１１）よりも高温の流体が流れるようになっているため、第１ポンプ室（１２ｃ）が配置されるヒータ回路（２２）の流体と、第２ポンプ室（１２ｄ）が配置される第１冷却回路（１１）の流体に温度差が生じてしまう。

しかし、請求項３では、第２ポンプ室（１２ｄ）が第１発熱体（１５、１７、１８）よりも流体流れ下流側、かつ第１放熱器（１３）よりも流体流れ上流側の部位、つまり第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱後の第１冷却回路（１１）において最も流体の温度が高い位置に配置される。したがって、第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）との温度差を小さくできる。

これによると、両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）に発生する温度差による熱応力を小さくできるため、経時による軸封部材（３４）の変形、ひび割れの発生を軽減できる。つまり、軸封部材（３４）のシール性能の低下を軽減することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の発熱体冷却装置において、第１ポンプ室（１２ｃ）をヒータ回路（２５）において、ヒータ（２５）よりも流体流れ下流側部位に配置すれば、請求項３で述べた軸封部材（３４）に発生する熱応力を小さくできるとともに、請求項２と同様の理由により第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）との圧力差を小さくできる。

これらが相まって、経時による軸封部材（３４）の変形、ひび割れの発生を軽減でき、軸封部材（３４）のシール性能の低下をより軽減することができる。

なお、ヒータ（２５）よりも流体流れ下流側部位は、ヒータ（２５）で加熱対象を加熱、つまり加熱対象に放熱した流体が流れるため、より第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）との温度差を小さくできる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項２ないし４のいずれか１つに記載の発熱体冷却装置において、第１発熱体を少なくとも車両走行用のモータ（１７）を含む電気機器（１５、１７、１８）とし、第２発熱体を車両に搭載される内燃機関（２４）とし、第２ポンプ手段を内燃機関（２４）からの動力を受けて駆動する機械駆動式ポンプ（２３）として、ヒータ（２５）が車両の車室内へ流れる空調用空気を加熱すれば、具体的に請求項２ないし４に記載の効果を有する発熱体冷却装置を構成することができる。

なお、ヒータ通路（２２）に第１ポンプ室（１２ｃ）を配置しているのは、内燃機関（２４）が停止、つまり機械駆動式ポンプ（２３）が停止した場合にヒータ回路（２２）内の流体を循環して流体が持つ余熱を使用してヒータ（２５）で空調用空気を加熱するためである。

また、請求項６に記載の発明では、冷却加熱装置において、ポンプハウジング（１２ａ）内を第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）とに仕切る仕切部材（１２ｉ）と、各ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）内に配置される翼（３２、３３）と、翼（３２、３３）が配置され、仕切部材（１２ｉ）を貫通する回転軸（３１）と、仕切部材（１２ｉ）の貫通部に配置され、両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）とを有する第１ポンプ手段（１２）と、冷却手段（４５）に吸熱されて低温状態となった流体が流れるとともに、流体により冷却対象を冷却するクーラ（４７）を有する低温流体回路（４６）と、発熱体（２４）から吸熱し、放熱器（２７）で放熱する流体が流れる冷却回路（２１）と、発熱体（２４）から吸熱して高温状態となった流体が流れるとともに、流体により加熱対象を加熱するヒータ（２５）を有するヒータ回路（２２）と、冷却回路（２１）に配置され、冷却回路（２１）およびヒータ回路（２２）に流体を循環させる第２ポンプ手段（２３）とを備え、
第１ポンプ室（１２ｃ）内の翼（３２）がヒータ回路（２２）の流体を循環し、第２ポンプ室（１２ｄ）内の翼（３３）が低温流体回路（１１）の流体を循環し、第１ポンプ室（１２ｃ）がヒータ回路（２２）においてヒータ（２５）よりも流体流れ下流側の部位に配置されることを特徴としている。

本発明では冷却回路（２１）、ヒータ回路（２２）、低温流体回路（４６）の全てで流体を循環させる時には、第１ポンプ手段（１２）、第２ポンプ手段（２２）を同時に駆動する。この時、第１ポンプ手段（１２）は第１冷却回路（１１）とヒータ回路（２２）の流体を流し、第２ポンプ手段（２３）は第２冷却回路（２１）とヒータ回路（２２）の流体を流す。

また、請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の冷却加熱装置を備えた車両用空調装置であって、圧縮機（４２）により冷媒が閉回路内で循環する冷凍サイクル（４１）を備え、
冷却手段を冷凍サイクル（４１）に配置され、低温流体回路（４６）の流体から吸熱して低圧の冷媒を蒸発させる熱交換器（４５）とし、発熱体を車両に搭載される内燃機関（２４）とし、第２ポンプ手段を内燃機関（２４）からの動力を受けて駆動する機械駆動式ポンプ（２３）として、請求項６で述べた効果を有し、クーラ（４７）が車両の車室内へ流れる空調用空気を冷却し、さらにヒータ（２５）が車両の車室内へ流れる空調用空気を加熱する車両用空調装置を具体的に構成してもよい。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１は、本発明の発熱体冷却装置をエンジンと走行用モータの２つの走行駆動源を有するハイブリッド車両に適用した第１実施形態を示している。一般的に、走行用モータおよび走行用モータを動作させる電気機器の耐熱温度（誤作動なく作動可能な温度を指す）とエンジンの運転に適した温度には差がある。エンジンの運転に適した温度は約１００℃、電気機器の耐熱温度は約６５℃である。

したがって、第１実施形態の発熱体冷却装置には、第１発熱体である走行用モータ１７、発電機１８、インバータ１５等の電気機器を冷却する第１冷却回路１１（以下電気機器冷却回路と称す）と、第２発熱体であるエンジン２４を冷却する第２冷却回路２１（図１中太線部分、以下エンジン冷却回路と称す）が備えられている。冷却回路１１、２１には、それぞれ熱を移動させる熱媒体である冷却水が流れている。

まず、冷却水の流れに沿って電気機器冷却回路１１を説明する。冷却水は電気機器冷却回路１１に配置された第１ポンプ手段であるポンプ１２により、電子機器冷却回路１１内を循環する。このポンプ１２の構造については後述する。

ポンプ１２から吐出された冷却水は、第１放熱器である電気機器放熱器１３へ流入する。電気機器放熱器１３では、冷却水が送風機１３ａから送風される空気へ放熱、言い換えると冷却水が送風空気により冷却される。

電気機器放熱器１３で放熱した冷却水はインバータ１５へ流れ、インバータ１５の熱を吸熱する。インバータ１５は周知のように車両電源の直流電圧を交流電圧に変換して、例えば走行用モータ１７等に給電するとともに、交流電圧の周波数を変化させることによりモータ１７等の回転数を制御するものである。なお、インバータ１５は他の電子機器１７、１８よりも耐熱温度が低いため、電気機器放熱器１３のすぐ下流に配置されており、放熱直後の低温状態の冷却水がインバータ１５を冷却するようになっている。

インバータ１５から吸熱した冷却水は、リザーバタンク１６に流入する、リザーバタンク１６は電気機器冷却回路１１の余剰冷却水を溜めるものである。このリザーバタンク１６から流出した冷却水は、走行用モータ１７および発電機１８へ流れ、走行用モータ１７および発電機１８から吸熱する。ここで、走行用モータ１７は電力による駆動で車両を移動させるものであり、発電機１８は主として走行用モータ１３に給電する電気を発電するものである。

この走行用モータ１７および発電機１８から吸熱した冷却水は、再びポンプ１２へ吸引、吐出されて電気機器冷却回路１１を循環する。

次に、エンジン冷却回路２１について説明すると、エンジン冷却回路２１は周知のエンジン冷却回路と同様の構成であり、このエンジン冷却回路２１にはエンジン２４から動力を得て駆動する機械式ポンプ２３が配置されている。

機械式ポンプ２３から吐出された冷却水は、エンジン２４へ流れてエンジン２４の熱を吸熱する。エンジン２４から吸熱した冷却水の流れは、ヒータ２５へ向かうヒータ通路２２と、エンジン放熱器２７へ向かうエンジン冷却回路２１とに分岐する。ヒータ通路２２へ流れた冷却水は、ヒータ２５にてブロワ２６により車室内へ流れる空気を加熱、つまり車室内空気へ放熱した後に、エンジン冷却回路２１におけるエンジン放熱器２７と機械式ポンプ２３との間の部位でエンジン冷却回路２１に合流して、再び機械式ポンプ２３へ吸引、吐出される。なお、本実施形態ではヒータ通路２２において、ヒータ２５の冷却水流れ下流側部位にポンプ１２が配置されている。

一方、エンジン冷却回路２１を流れた冷却水は、エンジン放熱器２７にて送風機２７ａから送風される空気へ放熱する。なお、エンジン冷却回路２１には冷却水が一定温度以上の場合には冷却水をエンジン放熱器２７（エンジン冷却回路２１）へ流し、冷却水が一定温度より低い場合には冷却水をエンジン放熱器２７（エンジン冷却回路２１）へは流さずにヒータ通路２２のみを流すサーモスタット２８が備えられている。

ところで、周知のように長時間駐車後のエンジン始動時などエンジン２４、つまり冷却水の温度が低い場合にはエンジン２４の運転効率（例えば、燃費）が低い。しかし、サーモスタット２８により冷却水が一定温度より低い時は、冷却水がエンジン放熱器２７で放熱しないため、エンジン２４が速やかに運転効率の高い温度（以下暖機温度と称す）にまで温まる、つまりエンジン２４の暖機時間を短くすることができる。一方、冷却水温度が所定温度よりも高い時は、エンジン２４から吸熱した冷却水の熱をエンジン放熱器２７で放熱させることができる。

次に、図２を使用してポンプ１２の構造を説明すると、ポンプ１２のケースであるホンプハウジング１２ａ内には、駆動手段であるモータ部１２ｂと第１、第２の２つのポンプ室１２ｃ、１２ｄが配置されている。本実施形態では、第１ポンプ室１２ｃはヒータ通路２２に配置され、第２ポンプ室１２ｄは電気機器冷却回路１１に配置されている（図１参照）。

本実施形態のポンプ構造について、図２を使用してより詳細に説明すると、ポンプハウジング１２ａ内の空間は、隔壁１２ｈにより図２中の左右に分割されている。隔壁１２ｈは、例えば、樹脂などの非磁性体を材料として成形されており、ポンプハウジング１２ａに固定されている。

図２中の左側の空間には、モータ部１２ｂが配置されている。本実施形態のモータ部１２ｂには、磁界発生手段であるコイル１２ｅが配置されている。なお、１２ｆはモータ部１２ｂの駆動回路である。

図２中の右側の空間には、第１、第２ポンプ室１２ｃ、１２ｄが配置されている。第１、第２ポンプ室１２ｃ、１２ｄの間にはポンプ室仕切板１２ｉが配置されている。このポンプ室仕切板１２ｉには、回転軸３１が回転可能に嵌合する孔が形成されている。さらに、第１、第２ポンプ室１２ｃ、１２ｄには、それぞれ冷却水が流入する流入口１２ｊ、１２ｍ、冷却水が流出する流出口１２ｋ、１２ｎ、および回転軸３１と一体の翼３２、３３が配置されている。第１ポンプ室１２ｃ内には翼３２が配置されており、第２ポンプ室１２ｄ内には翼３３が配置されている。

この翼３２、３３は、回転軸方向Ｒから流入する冷却水（矢印Ｅ、Ｆ）を回転軸３１の回転方向（遠心方向）から流出させる（矢印Ｇ、Ｈ）、いわゆる遠心式ポンプと同様の翼形状をしている。なお、モータ部１２ｂ側に近い第２ポンプ室１２ｄの翼３３には、モータ部１２ｂの周囲を囲む形状のマグネット部３３ａが形成されている。マグネット部３３ａには磁気を帯びた部材、例えば磁石が配置されている。

また、第１ポンプ室１２ｃと第２ポンプ室１２ｄとの間には、両ポンプ室１２ｃ、１２ｄ間のシールを行う軸封部材３４が備えられている。この軸封部材としては、Ｏリング、特許文献１に記載のようなポンプ室の圧力差によりシール材を回転軸に圧接させるもの、特開２００１−１３２６３４号公報、または特開２００３−３０７２２４号公報に記載のようなリップ型シールなど、第１、第２ポンプ室１２ｃ、１２ｄ間のシールができるものであって、回転軸３１が回転可能なものであればよい。

なお、１２ｐはポンプ１２を固定するためのブラケットである。また、本実施形態では、電子制御装置（ＥＣＵ、図示せず）により、ポンプ１２の回転数、送風機１３ａ、２７ａおよびブロワ２６の送風量などを制御している。さらに、温度センサ１４、２９などのセンサ信号もＥＣＵに入力される。

次に、上記構成において本実施形態のポンプ１２の作動を説明すると、ＥＣＵからの信号がコネクタ１２ｇを介して駆動回路１２ｆに入力されると、コイル１２ｅに電流が流れ磁界（磁力）が発生する。この磁力を翼３３のマグネット部３３ａが受けると、回転軸３１を軸として翼３３が回転する。さらに、回転軸３１と一体の翼３２も回転する。

この翼３２、３３の回転により、冷却水が流入口１２ｊ、１２ｍからポンプ室１２ｃ、１２ｄ内に吸引され（矢印Ｅ、Ｆ）、回転軸３１の回転方向（遠心方向）に位置する流出口１２ｋ、１２ｎから吐出する（矢印Ｇ、Ｈ）。このようなポンプ１２の作動により、電気機器冷却回路１１の冷却水とヒータ通路２２の冷却水を循環させている。

電気機器冷却回路１１の冷却水は、走行用モータ１７、発電機１８、インバータ１５から吸熱して、この熱を電子機器放熱器１３で放熱する。これにより走行用モータ１７、発電機１８、インバータ１５が作動による発熱で耐熱温度を超えてしまうことを防止している。なお、ＥＣＵはインバータ１５の冷却水流れ上流の水温センサ１４の検出温度がインバータ１７の耐熱温度以上とならないように送風機１３ａの送風量（放熱器１３への熱負荷）を制御している。

また、エンジン冷却回路２１では、冷却水の温度が低くサーモスタット２８が通路を閉じている場合には、冷却水がヒータ通路２２のみを流れる。一方、冷却水の温度が高くサーモスタット２８が通路を開いている場合には、冷却水がヒータ通路２２とエンジン冷却回路２１を流れる。これによりエンジン２４が効率の悪い低温や、運転に最適な温度以上となることを防止している。なお、ＥＣＵはエンジン２４の冷却水流れ上流の水温センサ２９の検出温度がエンジン２４の運転に最適な温度以上とならないように送風機２７ａの送風量（放熱器２７への熱負荷）を制御している。

次に、第１実施形態による作用効果を列挙すると、（１）ヒータ通路２２において、ポンプ１２（第１ポンプ室１２ｃ）をより圧力の低い位置に配置したため、第１ポンプ室１２ｃと第２ポンプ室１２ｄの圧力差を小さくして軸封部材３４のシール性能の低下を軽減することができる。

本実施形態では、エンジンが停止、つまり機械式ポンプ２３が停止した場合でも、エンジン２４および冷却水が持つ余熱を使用してヒータ２５で空調用空気を加熱するために、ヒータ回路２２に電動のポンプ１２（第１ポンプ室１２ｃ）が配置されている。

したがって、電気機器冷却回路１１、エンジン冷却回路２１、ヒータ回路２２の全てで冷却水を循環させる時には、ポンプ１２、機械式ポンプ２３を同時に駆動する。この時、ポンプ１２は電気機器冷却回路１１とヒータ回路２２の冷却水を流し、機械式ポンプ２３はエンジン冷却回路２１とヒータ回路２２の流体を流す。

この時、ヒータ回路２２を流れる流体は、両方のポンプ１２、２３から圧力を受けるため、ヒータ回路２２に配置される第１ポンプ室１２ｃは第２ポンプ室１２ｄよりも圧力が高くなる。

ここで、図３に第１ポンプ室１２ｃが配置されるヒータ通路位置と軸封部材３４に掛かる圧力との関係を示す。機械式ポンプ２３により昇圧された冷却水は、エンジン２４、ヒータ２５、およびこれらの間をつないでいる配管などを通過する際に圧力を失っていく。したがって、図１中の点Ａ（エンジン２４通過直後）での圧力よりも、ヒータ回路２２における最下流部位（図１中の点Ｂ）での圧力の方が低い。つまり、電気機器冷却回路１１の冷却水との圧力差ΔＰＡよりもΔＰＢの方が値が小さくなっている。

なお、図３中のＰ_２１は、第１ポンプ室１２ｃが配置されるエンジン冷却回路２１（ヒータ通路２２）に与えられる系統圧力（一例として８８ｋＰａ）である。この系統圧力によりエンジン冷却回路２１（ヒータ通路２２）内の冷却水の沸点を上昇させている。また、図３中のＰ_２１は、第２ポンプ室１２ｄが配置される電気機器冷却回路１１に与えられる系統圧力（一例として２９ｋＰａ）である。電気機器の耐熱温度は、一般的に冷却水の沸点よりも低いため電気機器冷却回路１１の系統圧力は低くなる。

しかし、本実施形態によると第１ポンプ室１２ｃがヒータ回路２２において圧力が低い位置に配置される。したがって、第１ポンプ室１２ｃと第２ポンプ室１２ｄとの圧力差を最も小さくできる。

これによると、両ポンプ室１２ｃ、１２ｄ間のシールを行う軸封部材３４に掛かる力を小さくできるため、経時による軸封部材３４の変形、ひび割れの発生を軽減できる。つまり、軸封部材３４のシール性能の低下を軽減することができる。

（２）電気機器冷却回路１１において、ポンプ１２をより温度の高い位置に配置したため、第１ポンプ室１２ｃと第２ポンプ室１２ｄの温度差を小さくして軸封部材３４のシール性能の低下を軽減することができる。

ところで、前述したようにエンジン２４の最適運転温度（約１００℃）と電気機器の耐熱温度（約６５℃）には差がある。つまり、エンジン冷却回路２１およびヒータ回路２２を流れる冷却水は、電気機器冷却回路１１を流れる冷却水よりも温度が高い。

図４は、第１ポンプ室１２ｃが配置されるヒータ通路位置と、冷却水温度との関係を示している。水温は、エンジン２４での吸熱で上昇し、ヒータ２５での放熱（加熱対象の加熱）により低下する。したがって、図１中の点Ａ（エンジン２４通過直後）での温度よりも、ヒータ回路２２における最下流部位（図１中の点Ｂ）での温度の方が低い。つまり、電気機器冷却回路１１の冷却水との温度差ΔＴＡよりもΔＴＢの方が値が小さくなっている。なお、図４中のＴ_１１は、第２ポンプ室１２ｄが配置される電気機器冷却回路１１の耐熱温度（約６５℃）であり、エンジン冷却回路２１の温度との比較のために記載している。

また、図５は第２ポンプ室１２ｄが配置される電気機器冷却回路１１位置と、冷却水温度との関係を示している。水温は、電気機器１５、１７、１８での吸熱で上昇し、電気機器放熱器１３での放熱により低下する。したがって、図１中の点Ｄ（電気機器１５、１７、１８通過直後）での温度よりも、図１中の点Ｄ（電気機器放熱器１３通過直後）での温度の方が低い。つまり、ヒータ通路２２の冷却水との温度差ΔＴＣよりもΔＴＤの方が値が小さくなっている。なお、図５中のＴ_２２は、第１ポンプ室１２ｃが配置されるヒータ通路２２の温度（エンジン２４の最適運転温度、約１００℃）であり、電気機器冷却回路１１の温度との比較のために記載している。

本実施形態では、第１ポンプ室１２ｃをヒータ通路２２における低温部位、つまりヒータ２５の流体流れ下流側部位に配置し、第２ポンプ室１２ｄを電気機器冷却回路１１における高温部位、つまり電気機器１５、１７、１８の流体流れ下流側かつ電気機器放熱器１３の上流部位に配置している。したがって、第１ポンプ室１２ｃと第２ポンプ室１２ｄとの温度差を最も小さくできる。

これによると、両ポンプ室１２ｃ、１２ｄ間のシールを行う軸封部材３４に温度差により発生する熱応力を小さくできるため、経時による軸封部材３４の変形、ひび割れの発生を軽減できる。つまり、軸封部材３４のシール性能の低下を軽減することができる。

（３）電気で駆動するポンプ１２をヒータ通路２２に配置したため、エンジン２４の動力により駆動する機械式ポンプ２３が停止していても、ヒータ通路２２の冷却水を循環して冷却水およびエンジン２４の余熱により、ヒータ２５に加熱性能を発揮させることができる。

（４）ポンプ１２はホンプハウジング１２ａ内の２つのポンプ室１２ｃ、１２ｄにそれぞれ配置される翼３２、３３を１つのモータ部１２ｂで回転させて独立した電子機器冷却回路１１とヒータ通路２２の冷却水を循環させている。したがって、冷却回路１１およびヒータ通路２２にそれぞれポンプを配置した場合に比べてポンプ数を半減することができる。これにより、発熱体冷却装置全体としてのコストを低減することができる。

また、ポンプ数が半減したため、発熱体冷却装置としての搭載空間が減少、つまり搭載性を向上することができる。これにより、より狭い空間に発熱体冷却装置を配置することができる。

（５）電気機器冷却回路１１の配管とヒータ回路２２の配管がポンプ１２に集約されるため、各回路１１、２２にポンプが配置されており、ポンプの位置が離れている場合に比べて配管を容易に組み付けることができる。

（６）仕切り板１２ｈにより、モータ部１２ｂを密封空間内に配置し、モータ部１２ｂのコイル部ｅが発生する磁力により、仕切り板１２ｈを介して翼３３（マグネット部３３ａ）を回転させている。このため、モータ部１２ｂをより確実にシールされた密封空間内で駆動させることができる。これにより、水分に弱い電気部品を有するモータ部１２ｂに冷却水が流入してモータ部１２ｂが破損することを防止できる。

（第２実施形態）
本実施形態では図６に示すように、ポンプ１２の第１ポンプ室１２ｃがヒータ通路２２に配置され、第２ポンプ室１２ｄが低温流体回路である冷房冷水回路４６に配置されている。エンジン冷却回路２１、ヒータ通路２２、ポンプ１２の構成、およびヒータ通路２２におけるポンプ１２の配置場所は、第１実施形態と同様である。

まず、冷凍サイクル回路４１について説明する。この冷凍サイクル回路４１は、周知の冷凍サイクルを形成するものであって、圧縮機４２はエンジン２４等から動力を受けて回路４１内の冷媒を吸引圧縮する。圧縮された冷媒は、放熱器４３で送風機４３ａからの空気へ放熱する。放熱後の冷媒は、減圧器４４で減圧され液相状態となって水冷媒熱交換器４５に流入する。水冷媒熱交換器４５では、冷房冷水回路４６を流れる水の熱を冷凍サイクル回路４１の冷媒が吸熱する。この吸熱により冷媒は蒸発して気相状態となる。蒸発後の冷媒は、再び圧縮機４２で吸引圧縮される。

水冷媒熱交換器４５で冷媒に吸熱（冷却）された水は、冷房冷水回路４６に配置される第２ポンプ室１２ｄにより、回路４６内を循環している。冷却された水は冷却器４７へ流入する。この冷却器４７では、水がブロワ２６により車室内空間へ流れる空気から吸熱する。いいかえると、車室内空間へ流れる空気が水により冷却される。

本実施形態では、冷却器４７は請求項中のクーラに相当し、水冷媒熱交換器４５は冷却手段に相当する。また、エンジン２４は発熱体に相当する。

冷却器４７およびヒータ２５は、車室内へ流れる空気通路を形成する空調ケース４９内に配置されている。そして、冷却器４７で冷却された後にヒータ２５を通過して加熱される空気と、ヒータ２５をバイパスする空気の割合をエアミックスドア４８により変化させて車室内へ吹出す空気の温度を変化させている。

これによると、ヒータ通路２２において、ポンプ１２をより圧力の低い位置に配置したため、第１ポンプ室１２ｃと第２ポンプ室１２ｄの圧力差を小さくして軸封部材３４のシール性能の低下を軽減することができる。

したがって、エンジン冷却回路２１、ヒータ回路２２、冷房冷水回路４６の全てで冷却水を循環させる時には、ポンプ１２、機械式ポンプ２２を同時に駆動する。この時、ポンプ１２はヒータ回路２２と冷房冷水回路４６の冷却水を流し、機械式ポンプ２３はエンジン冷却回路２１とヒータ回路２２の流体を流す。この時、ヒータ回路２２を流れる流体は、両方のポンプ１２、２３から圧力を受けるため、ヒータ回路２２に配置される第１ポンプ室１２ｃは第２ポンプ室１２ｄよりも圧力が高くなる。

しかし、本実施形態によると第１ポンプ室１２ｃがヒータ回路２２において圧力が低い位置（図１、図３の点Ｂ）に配置される。したがって、第１ポンプ室１２ｃと第２ポンプ室１２ｄとの圧力差を最も小さくできる。これによると、両ポンプ室１２ｃ、１２ｄ間のシールを行う軸封部材３４に掛かる力を小さくできるため、経時による軸封部材３４の変形、ひび割れの発生を軽減できる。つまり、軸封部材３４のシール性能の低下を軽減することができる。

また、ポンプ１２がホンプハウジング１２ａ内の２つのポンプ室１２ｃ、１２ｄにそれぞれ配置される翼３２、３３を１つのモータ部１２ｂで回転させて独立したヒータ通路２２と冷房冷水回路４６の冷却水を循環させている。したがって、ヒータ通路２２および冷房冷水回路４６にそれぞれポンプを配置した場合に比べてポンプ数を半減することができる。これにより、発熱体冷却装置全体としてのコストを低減することができる。

また、ポンプ数が半減したため、車両用空調装置としての搭載空間が減少、つまり搭載性を向上することができる。これにより、より狭い空間に車両用空調装置を配置することができる。

また、ヒータ回路２２の配管と冷房冷水回路４６の配管がポンプ１２に集約されるため、各回路２２、４６にポンプが配置されており、ポンプの位置が離れている場合に比べて配管を容易に組み付けることができる。

また、ポンプ１２は電気により駆動するため、エンジン停止時に圧縮機４２が停止しても冷房冷水回路４６内の水を循環させて、水が持つ熱容量により冷却器４７において車室内へ流れる空気からの吸熱能力を発揮することができる。また、電気で駆動するポンプ１２をヒータ通路２２に配置したため、エンジン２４の動力により駆動する機械式ポンプ２３が停止していても、ヒータ通路２２の冷却水を循環して冷却水およびエンジン２４の余熱により、ヒータ２５に加熱性能を発揮させることができる。

なお、本実施形態においても第１実施形態で述べた作用効果（６）を発揮することができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、電気機器が発電機１８とインバータ１５の例を示したが、電気機器は電圧を変換する変圧器であるＤＣ−ＤＣコンバータなど作動により発熱する機器であればよい。また、モータの回転数を切り換える変速ギヤなど電気機器による駆動で発熱する発熱体から吸熱してもよい。

また、上述の実施形態では、車両の発熱源を冷却する例を示したが、本発明は車両などの移動体に搭載される発熱源に限らず、定置固定された発熱源を冷却流体で冷却する２つの冷却回路の冷却水をポンプ１２で循環しても効果を発揮することができる。なお、冷却流体で冷却される発熱源としては、冷凍サイクル放熱器、乾燥剤吸着発熱など物理変化による発熱や、燃焼器や燃料電池などの化学反応による発熱や、二次電池や電気部品の各種変換ロス等の発熱など様々である。

また、上述の実施形態では、電子機器が冷却回路１１において直列的に配置されていたが、耐熱温度が近い機器を並列的に配置してもよい。

また、上述の実施形態では、ポンプ１２の翼３２、３３が軸方向Ｒからの流体を遠心方向へ流す遠心式の形状であったが、遠心方向からの流体を遠心方向へながす貫流式の形状であってもよい。

また、上述の実施形態では、モータ部１２ｂが隔壁１２ｈにより密封された空間に配置され、隔壁１２ｈを介して翼３３を回転させた例を示した。しかし、隔壁１２ｈを貫通する回転軸に翼３２、３３を一体結合し、回転軸にポンプ室とモータ空間との間をシールする軸封手段（シール部材）を配置してモータ部１２ｂ（モータ空間）への冷却水の進入を防ぐものであってもよい。

本発明の第１実施形態に係る発熱体冷却装置を示す模式図である。第１実施形態のポンプの構造を示す模式図である。図１のヒータ通路における位置とシール部にかかる圧力との関係を示す図である。図１のヒータ通路における位置と冷却水の温度との関係を示す図である。図１の電気機器冷却回路における位置と冷却水の温度との関係を示す図である。本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置を示す模式図である。特許文献１に係るポンプを熱交換器へ流れる冷却水の循環に使用した従来例を示す回路図である。

符号の説明

１１…電気機器冷却回路（第１冷却回路）、１２…ポンプ（第１ポンプ手段）、
１２ａ…ポンプハウジング、１２ｃ…第１ポンプ室、１２ｄ…第２ポンプ室、
１２ｉ…ポンプ室仕切板（仕切部材）、１３…電気機器放熱器（第１放熱器）、
１５…インバータ（第１発熱体、電気機器）、１７…走行用モータ（第１発熱体）、
１８…発電機（第１発熱体、電気機器）、
２１…エンジン冷却回路（第１冷却回路、冷却回路）、
２３…機械駆動式ポンプ（第２ポンプ手段）、
２４…エンジン（第２発熱体、発熱体、内燃機関）、２５…ヒータ、
２７…エンジン放熱器（第２放熱器、放熱器）、３１…回転軸、
３２、３３…翼、３４…軸封部材。

Claims

ポンプハウジング（１２ａ）内を第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）とに仕切る仕切部材（１２ｉ）と、各ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）内に配置される翼（３２、３３）と、前記翼（３２、３３）が配置され、前記仕切部材（１２ｉ）を貫通する回転軸（３１）と、前記仕切部材（１２ｉ）の貫通部に配置され、前記両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）とを有する第１ポンプ手段（１２）と、
第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱し、第１放熱器（１３）で放熱する流体が流れる第１冷却回路（１１）と、
第２発熱体（２４）から吸熱し、ヒータ（２５）で放熱する流体が流れるヒータ回路（２２）と、
前記ヒータ回路（２２）に配置され、前記ヒータ回路（２２）の流体を循環させる第２ポンプ手段（２３）とを備え、
前記第１ポンプ室（１２ｃ）の前記翼（３２）が前記ヒータ回路（２２）内の前記流体を循環し、
前記第２ポンプ室（１２ｄ）の前記翼（３３）が前記第１冷却回路（１１）内の前記流体を循環し、
前記第２ポンプ手段（２３）から吐出される前記流体は、前記ヒータ（２５）に流入した後に前記第１ポンプ室（１２ｃ）に流入するようになっていることを特徴とする発熱体冷却装置。
ポンプハウジング（１２ａ）内を第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）とに仕切る仕切部材（１２ｉ）と、各ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）内に配置される翼（３２、３３）と、前記翼（３２、３３）が配置され、前記仕切部材（１２ｉ）を貫通する回転軸（３１）と、前記仕切部材（１２ｉ）の貫通部に配置され、前記両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）とを有する第１ポンプ手段（１２）と、
第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱し、第１放熱器（１３）で放熱する流体が流れる第１冷却回路（１１）と、
第２発熱体（２４）から吸熱し、第２放熱器（２７）で放熱する流体が流れる第２冷却回路（２１）と、
前記第２発熱体（２４）から吸熱して高温状態となった流体が流れるとともに、前記流体により加熱対象を加熱するヒータ（２５）を有するヒータ回路（２２）と、
前記第２冷却回路（２１）に配置され、前記第２冷却回路（２１）および前記ヒータ回路（２２）に流体を循環させる第２ポンプ手段（２３）とを備え、
前記第１ポンプ室（１２ｃ）の前記翼（３２）が前記ヒータ回路（２２）内の前記流体を循環し、
前記第２ポンプ室（１２ｄ）の前記翼（３３）が前記第１冷却回路（１１）内の前記流体を循環し、
前記第１ポンプ室（１２ｃ）は、前記ヒータ回路（２２）において前記ヒータ（２５）よりも流体流れ下流側の部位に配置されることを特徴とする発熱体冷却装置。
ポンプハウジング（１２ａ）内を第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）とに仕切る仕切部材（１２ｉ）と、各ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）内に配置される翼（３２、３３）と、前記翼（３２、３３）が配置され、前記仕切部材（１２ｉ）を貫通する回転軸（３１）と、前記仕切部材（１２ｉ）の貫通部に配置され、前記両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）とを有する第１ポンプ手段（１２）と、
第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱し、第１放熱器（１３）で放熱する流体が流れる第１冷却回路（１１）と、
前記第１発熱体（１５、１７、１８）から吸熱し、第２放熱器（２７）で放熱する流体が流れる第２冷却回路（２１）と、
前記第２発熱体（２４）から吸熱して高温状態となった流体が流れるとともに、前記流体により加熱対象を加熱するヒータ（２５）を有するヒータ回路（２２）と、
前記第２冷却回路（２１）に配置され、前記第２冷却回路（２１）および前記ヒータ回路（２２）に流体を循環させる第２ポンプ手段（２３）とを備え、
前記第１ポンプ室（１２ｃ）の前記翼（３２）が前記ヒータ回路（２２）内の前記流体を循環し、
前記第２ポンプ室（１２ｄ）の前記翼（３３）が前記第１冷却回路（１１）内の前記流体を循環し、
前記第２冷却回路（２１）および前記ヒータ回路（２２）には、前記第１冷却回路（１１）よりも高温の前記流体が流れるようになっており、
前記第２ポンプ室（１２ｄ）は、前記第１冷却回路（１１）において前記第１発熱体（１５、１７、１８）よりも流体流れ下流側、かつ前記第１放熱器（１３）よりも流体流れ上流側の部位に配置されることを特徴とする発熱体冷却装置。
前記第１ポンプ室（１２ｃ）は、前記ヒータ回路（２５）において前記ヒータ（２５）よりも流体流れ下流側部位に配置されることを特徴とする請求項３に記載の発熱体冷却装置。
前記第１発熱体は、車両に搭載される電気機器（１５、１７、１８）であり、
前記第２発熱体は、車両に搭載される内燃機関（２４）であり、
前記第２ポンプ手段は、前記内燃機関（２４）からの動力を受けて駆動する機械駆動式ポンプ（２３）であり、
前記ヒータ（２５）が前記車両の車室内へ流れる空調用空気を加熱することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の発熱体冷却装置。
ポンプハウジング（１２ａ）内を第１ポンプ室（１２ｃ）と第２ポンプ室（１２ｄ）とに仕切る仕切部材（１２ｉ）と、各ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）内に配置される翼（３２、３３）と、前記翼（３２、３３）が配置され、前記仕切部材（１２ｉ）を貫通する回転軸（３１）と、前記仕切部材（１２ｉ）の貫通部に配置され、前記両ポンプ室（１２ｃ、１２ｄ）間のシールを行う軸封部材（３４）とを有する第１ポンプ手段（１２）と、
冷却手段（４５）に吸熱されて低温状態となった流体が流れるとともに、前記流体により冷却対象を冷却するクーラ（４７）を有する低温流体回路（４６）と、
発熱体（２４）から吸熱し、放熱器（２７）で放熱する流体が流れる冷却回路（２１）と、
前記発熱体（２４）から吸熱して高温状態となった流体が流れるとともに、前記流体により加熱対象を加熱するヒータ（２５）を有するヒータ回路（２２）と、
前記冷却回路（２１）に配置され、前記冷却回路（２１）および前記ヒータ回路（２２）に流体を循環させる第２ポンプ手段（２３）とを備え、
前記第１ポンプ室（１２ｃ）の前記翼（３２）が前記ヒータ回路（２２）の前記流体を循環し、
前記第２ポンプ室（１２ｄ）の前記翼（３３）が前記低温流体回路（１１）の前記流体を循環し、
前記第１ポンプ室（１２ｃ）は、前記ヒータ回路（２２）において前記ヒータ（２５）よりも流体流れ下流側の部位に配置されることを特徴とする冷却加熱装置。
請求項６に記載の冷却加熱装置を備えた車両用空調装置であって、
圧縮機（４２）により冷媒が閉回路内で循環する冷凍サイクル（４１）を備え、
前記冷却手段は、前記冷凍サイクル（４１）に配置され、前記低温流体回路（４６）の前記流体から吸熱して低圧の冷媒を蒸発させる熱交換器（４５）であり、
前記発熱体は、車両に搭載される内燃機関（２４）であり、
前記第２ポンプ手段は、前記内燃機関（２４）からの動力を受けて駆動する機械駆動式ポンプ（２３）であり、
前記クーラ（４７）が前記車両の車室内へ流れる空調用空気を冷却し、
さらに、前記ヒータ（２５）が前記車両の車室内へ流れる空調用空気を加熱することを特徴とする車両用空調装置。