JP5302068B2 - Boiling cooler - Google Patents
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Description
本発明は、液相冷媒通路の上部に設けられている調圧室の内圧を変化させて、液相冷媒の飽和温度を目標飽和温度範囲に収めるようにした沸騰冷却装置に関する。 The present invention relates to a boiling cooling device in which an internal pressure of a pressure regulating chamber provided in an upper portion of a liquid phase refrigerant passage is changed so that a saturation temperature of the liquid phase refrigerant falls within a target saturation temperature range.
従来、冷媒の気化熱を利用して発熱体の冷却を行う沸騰冷却装置が知られている。この沸騰冷却装置では、冷媒が蒸発する際の気化潜熱を利用して発熱体からの熱を吸収するものであるため、冷媒を液相のまま循環させる一般的な冷却方式に比べて高い冷却効果を得ることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a boiling cooling device that cools a heating element using heat of vaporization of a refrigerant is known. This boiling cooling device absorbs heat from the heating element using the latent heat of vaporization when the refrigerant evaporates, so it has a higher cooling effect than a general cooling system that circulates the refrigerant in the liquid phase. Can be obtained.
例えば特許文献1(特開2001-349681号公報)には、蒸発器と凝縮器(コンデンサ)との底部を下側連通管で連通し、上部を上側連通管で連通すると共に、この上側連通管に圧力調整弁を介装した技術が開示されている。すなわち、同文献に開示されている技術では、蒸発器に貯留されている液相冷媒が、発熱体の熱を吸収して沸騰することで、発熱体が冷却される。又、発熱体からの吸熱により沸騰して気化され冷媒(気相冷媒)は、上側連通管を通り、凝縮器へ流れ、ここで冷却されて液化される。一方、下側連通管には冷却水ポンプが介装されており、この冷却水ポンプの駆動により蒸発器の液面が一定となるように制御される。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-349881), the bottom part of the evaporator and the condenser (condenser) is communicated with a lower communication pipe, and the upper part is communicated with an upper communication pipe. Discloses a technique including a pressure regulating valve. That is, in the technique disclosed in this document, the liquid refrigerant stored in the evaporator absorbs the heat of the heating element and boils, thereby cooling the heating element. Further, the refrigerant (gas phase refrigerant) is boiled and vaporized by the heat absorption from the heating element, passes through the upper communication pipe, flows to the condenser, and is cooled and liquefied there. On the other hand, a cooling water pump is interposed in the lower communication pipe, and the liquid level of the evaporator is controlled to be constant by driving the cooling water pump.
更に、この文献では、上側連通管圧力調整弁の開度により蒸発器の内圧を調整して、冷媒の沸点(飽和温度)を可変させることで、発熱体の温度をほぼ一定に保つようにしている。すなわち、発熱体の温度が目標温度よりも高い場合は、圧力調整弁を大きく開いて蒸発器の内圧を低くし、沸点を下げることで、冷媒の気化を促進させて発熱体の温度を下げる。一方、発熱体の温度が目標温度よりも低い場合は、圧力調整弁を絞り、蒸発器の内圧を高くし、沸点を上げることで、冷媒の気化を抑制し発熱体の温度を上昇させる。 Furthermore, in this document, the temperature of the heating element is kept substantially constant by adjusting the internal pressure of the evaporator according to the opening degree of the upper communication pipe pressure adjusting valve and varying the boiling point (saturation temperature) of the refrigerant. Yes. That is, when the temperature of the heating element is higher than the target temperature, the pressure regulating valve is opened widely to lower the internal pressure of the evaporator and lower the boiling point, thereby promoting the vaporization of the refrigerant and lowering the temperature of the heating element. On the other hand, when the temperature of the heating element is lower than the target temperature, the pressure regulating valve is throttled to increase the internal pressure of the evaporator and raise the boiling point, thereby suppressing the vaporization of the refrigerant and raising the temperature of the heating element.
上述した文献に開示されている技術では、蒸発器と凝縮器との上部を連通する上部連通管の気化冷媒の流量を圧力調整弁で制御することで、冷媒の飽和温度を可変させて、発熱体の温度を一定に保つようにしている。 In the technique disclosed in the above-mentioned document, the saturation temperature of the refrigerant is varied by controlling the flow rate of the vaporized refrigerant in the upper communication pipe communicating with the upper part of the evaporator and the condenser by the pressure regulating valve, thereby generating heat. I try to keep my body temperature constant.
しかし、この気相冷媒の流れは蒸発器と凝縮器との差圧で行われるに過ぎず、例えば発熱体の発熱量が少なく、目標温度が低い場合は、上部連通管を流れる気相冷媒の流量が少ないため、圧力調整弁を開いても蒸発器の内圧を大きく下げることはできず、発熱体の温度を制御することが困難となる。 However, the flow of the gas-phase refrigerant is only performed by the differential pressure between the evaporator and the condenser. For example, when the heat generation amount of the heating element is small and the target temperature is low, the gas-phase refrigerant flowing through the upper communication pipe Since the flow rate is small, the internal pressure of the evaporator cannot be lowered greatly even if the pressure regulating valve is opened, and it becomes difficult to control the temperature of the heating element.
本発明は、上記事情に鑑み、発熱体の発熱量が少なく、この発熱体の温度を一定範囲に保持するめの目標温度が低く設定されていても、発熱体を所定温度範囲で冷却させることのできる沸騰冷却装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention is capable of cooling a heating element within a predetermined temperature range even if the heating value of the heating element is small and the target temperature for keeping the temperature of the heating element within a certain range is set low. An object of the present invention is to provide a boiling cooling device that can be used.
上記目的を達成するため本発明は、発熱体を冷却する液相冷媒が流通する液相冷媒通路と、前記液相冷媒通路内での沸騰により発生した気相冷媒を前記液相冷媒通路へ還流させると共に、該液相冷媒通路に連通されて密閉された循環路が形成される冷媒還流通路と、前記液相冷媒通路の上部に設けられて前記液相冷媒を滞留させる調圧室と、該調圧室の上部に連通されている前記気相冷媒通路に設けられて前記調圧室から該気相冷媒通路側への前記気相冷媒の流通のみを許容する逆止手段と、前記液相冷媒通路に設けられて前記液相冷媒を流動させるポンプユニットと、前記ポンプユニットの動作を制御する制御手段と
を備える沸騰冷却装置において、前記ポンプユニットは前記液相冷媒を前記液相冷媒通路内で双方向に流動可能であり、前記制御手段は、前記調圧室に貯留されている液相冷媒の温度と予め設定されている目標飽和温度とを比較し、該液相冷媒の温度が該目標飽和温度範囲に収まるように前記ポンプユニットを駆動させて前記調圧室の空間圧力を減圧させ、前記液相冷媒の温度を前記目標飽和温度範囲に収めた後、前記調圧室の前記液位と予め設定されている下限液位とを比較し、該液位が該下限液位よりも低い場合は、前記液相冷媒通路の前記調圧室とは前記ポンプユニットを挟んで反対側の液相冷媒の温度と予め設定した目標規定温度とを比較し、 該液相冷媒の温度が該目標規定温度よりも高い場合は速い送り速度で、該液相冷媒の温度が該目標規定温度よりも低い場合は遅い送り速度で前記ポンプユニットを駆動させて前記調圧室の前記液位が予め設定した上限水位になるまで前記液相冷媒を送ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a liquid-phase refrigerant passage through which a liquid-phase refrigerant for cooling a heating element flows, and a gas-phase refrigerant generated by boiling in the liquid-phase refrigerant passage to the liquid-phase refrigerant passage. And a refrigerant recirculation passage that forms a closed circulation path that communicates with the liquid phase refrigerant passage, a pressure adjusting chamber that is provided in an upper portion of the liquid phase refrigerant passage and retains the liquid phase refrigerant, and A non-return means provided in the gas phase refrigerant passage communicating with the upper portion of the pressure regulating chamber and allowing only the gas phase refrigerant to flow from the pressure regulating chamber to the gas phase refrigerant passage side; and the liquid phase In a boiling cooling apparatus including a pump unit provided in a refrigerant passage for causing the liquid phase refrigerant to flow and a control unit for controlling the operation of the pump unit, the pump unit passes the liquid phase refrigerant into the liquid phase refrigerant passage. Can flow in both directions and before The control means compares the temperature of the liquid refrigerant stored in the pressure regulating chamber with a preset target saturation temperature, and the pump so that the temperature of the liquid refrigerant falls within the target saturation temperature range. After the unit is driven to reduce the space pressure in the pressure regulating chamber and the temperature of the liquid-phase refrigerant falls within the target saturation temperature range, the liquid level in the pressure regulating chamber and a preset lower limit liquid level When the liquid level is lower than the lower limit liquid level, the temperature of the liquid-phase refrigerant on the opposite side of the pump unit from the pressure regulating chamber of the liquid-phase refrigerant passage and a preset target The pump is compared with a specified temperature, and when the temperature of the liquid phase refrigerant is higher than the target specified temperature, the pump has a high feed rate, and when the temperature of the liquid phase refrigerant is lower than the target specified temperature, the pump has a low feed rate. The liquid level in the pressure regulating chamber was preset by driving the unit. Until limit water level, characterized in that sending the liquid refrigerant.
本発明によれば、ポンプユニットの動作により液相冷媒を流動させて、この液相冷媒の温度を予め設定した飽和温度に収束するように制御しているので、液相冷媒の飽和温度をより積極的に制御することができる。従って、発熱体の発熱量が少なく、この発熱体の温度を一定範囲に保持するめの目標温度が低く設定されている場合であっても、発熱体を所定温度範囲で冷却させることができる。 According to the present invention, the liquid phase refrigerant is caused to flow by the operation of the pump unit, and the temperature of the liquid phase refrigerant is controlled to converge to a preset saturation temperature. It can be actively controlled. Therefore, even when the heat generation amount of the heat generating element is small and the target temperature for keeping the temperature of the heat generating element within a certain range is set low, the heat generating element can be cooled in the predetermined temperature range.
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1〜図6に本発明の第1実施形態を示す。尚、本実施形態では、沸騰冷却装置を電気自動車に搭載した場合を例示して説明する。この場合、電気自動車には、ハイブリッド電気自動車車、燃料電池車も含まれる。
[First Embodiment]
1 to 6 show a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a case where the boiling cooling device is mounted on an electric vehicle will be described as an example. In this case, the electric vehicle includes a hybrid electric vehicle and a fuel cell vehicle.
図1に示すように、電気自動車には、走行用モータジェネレータ1、この走行用モータジェネレータ1に供給する電力を制御し、或いは走行用モータジェネレータ1からの回生電力を、後述するバッテリ3に供給するインバータ2、インバータ2を介して走行用モータジェネレータ1に電力を供給し、或いは走行用モータジェネレータ1からの回生電力を充電するバッテリ3等が設けられている。走行用モータジェネレータ1、インバータ2は通電時に発熱する発熱体であり、バッテリ3は充放電時に発熱する発熱体である。これら発熱体は発熱温度がエンジンのように高くはなく、従って、冷却温度も50〜60[℃]程度と比較的低い。
As shown in FIG. 1, an electric vehicle controls a traveling
本実施形態では、これら低温発熱体である走行用モータジェネレータ1、インバータ2、バッテリ3を沸騰冷却装置11に設けられている密閉された循環路を流れる冷媒にて冷却するものである。尚、本実施形態では、冷媒として冷却水を採用しているがエタノールであっても良い。又、以下においては、液相冷媒の一例である液相化された冷却水を「冷却水」と称し、気相冷媒の一例である気相化された冷却水を「水蒸気」と称する。又、液相冷媒の液位は、冷却水においては水位と称する。
In the present embodiment, the low-temperature heating element, that is, the
この沸騰冷却装置11の密閉された循環路には、コンデンサ12と調圧室13とが介装されている。又、この密閉された循環路に下部冷却水通路14が設けられており、この下部冷却水通路14の一方の端部がコンデンサ12の底部に連通され、他方の端部が調圧室13の底部に連通されている。尚、この調圧室13は発熱体よりも高い位置に配設されており、又、コンデンサ12の背面に、コンデンサ12に対して冷却風を積極的に流通させる電動式冷却ファン12aが対設されている。
A
更に、密閉された循環路は、調圧室13の上部とリザーバ室16の上部とが上部還流通路17を介して連通され、更に、リザーバ室16の上部とコンデンサ12の上部とが水蒸気還流通路18を介して連通されている。
Further, in the closed circulation path, the upper part of the
下部冷却水通路14は、コンデンサ12の底部と下部溜り室19の上部とを連通する第1冷却水通路14aと、下部溜り室19の底部に連通する第2冷却水通路14bと、この第2冷却水通路14bに分岐接続されている第3冷却水通路14c及び第4冷却水通路14dとを備えている。
The lower
第3冷却水通路14cは走行用モータジェネレータ1の外周を通り、調圧室13の底部に連通されている。又、第4冷却水通路14dはインバータ2、バッテリ3の外周を通り、調圧室13の底部に連通されている。又、第2冷却水通路14bには冷却水ポンプ20が介装されている。この冷却水ポンプ20は冷却水を積極的に流動させるもので、スクリュー式、トロコイド式、ギヤ式等、双方向回転可能な定容量の回転式ポンプであり、以下においては、調圧室13側へ冷却水を送水する運転を正転、この調圧室13側から冷却水を抜水する運転を逆転と称する。尚、この冷却水ポンプ20は双方向回転可能であり、冷却水ポンプ20単体で、本発明のポンプユニットを構成している。
The
又、調圧室13の底部は下部冷却水通路14よりも高い位置にあり、更に、リザーバ室16の底部が下部溜り室19よりも上方に配設されている。又、このリザーバ室16の底部と下部溜り室19の上部とが冷却水還流通路21を介して連通されている。
The bottom of the
又、調圧室13に、この調圧室13に貯留される冷却水の水位(液位)WLを計測する水位センサ22と上部の空間内圧PTを検出する内圧センサ23と冷却水温(上部冷却水温)TW1を検出する水温センサ24とが設けられている。尚、本実施形態では、水位センサ22としてフロート式水位計を採用している。
Further, the
又、上部還流通路17の調圧室13に開口するポート近傍に逆止手段としての逆止弁25が設けられている。この逆止弁25は調圧室13とリザーバ室16との差圧により、調圧室13の内圧がリザーバ室16の内圧よりも高い場合に開弁して、調圧室13の水蒸気をリザーバ室16へ送るものであり、リザーバ室16の内圧が調圧室13の内圧よりも高い場合は閉弁して通路が遮断される。更に、この上部還流通路17のリザーバ室16側近傍に真空引き弁26が連通されている。この真空引き弁26は通常は密閉されており、この真空引き弁26に真空ポンプ(図示せず)を接続し、真空ポンプを作動させると開弁して、沸騰冷却装置11内が減圧される。又、このリザーバ室16に注水口27が設けられている。この注水口27は冷却水を注入するもので、この注水口27はキャップ27aにて密閉されている。
Further, a
更に、このリザーバ室16に、その内圧PAを検出する内圧センサ28が設けられている。又、下部溜り室19に、この下部溜り室19に貯留される冷却水の温度(下部冷却水温)TW2を検出する水温センサ29が配設されている。
Further, an
これら各センサ22,23,24,28,29で検出したパラメータが制御手段としての制御装置30に入力される。又、この制御装置30の出力側に冷却水ポンプ20、冷却ファン12aが接続されている。
Parameters detected by these
制御装置30は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、内蔵メモリには、入力される各バラメータに基づき、冷却水ポンプ20、及び冷却ファン12aを制御するプログラムが記憶されている。
The
制御装置30は、調圧室13に貯留される冷却水の水位WLと空間内圧PTとに基づき冷却水ポンプ20の吐出流量及び回転方向を制御し、更に、リザーバ室16の内圧PAと下部溜り室19に貯留されている冷却水の温度(下部冷却水温)TW2に基づき、冷却ファン12aのON/OFF、及び風量を制御して、冷却水の温度がほぼ一定範囲に収まるように制御する。
The
制御装置30では、冷却水ポンプ20の制御を、図3、図4に示すポンプ駆動制御ルーチンに従って行い、又、冷却ファン12aの制御を、図5に示す冷却ファン制御ルーチンに従って行う。
In the
ところで、工場においては、組立が完了した沸騰冷却装置11に対して冷却水を注入する。この冷却水は、リザーバ室16の注水口27から規定量だけ注入し、注入完了後、キャップ27aで注水口27を密閉する。冷却水を注水している間、冷却水はリザーバ室16と冷却水ポンプ20との間に滞留する。尚、本実施形態では、下部冷却水通路14の容積と下部溜り室19の容積とを加算した値よりもやや多い量を規定量として設定している。
By the way, in the factory, cooling water is injected into the boiling
次いで、リザーバ室16に連通する上部還流通路17に介装されている真空引き弁26に図示しない真空ポンプを取付け吸引する。すると、リザーバ室16の内圧が減圧されるばかりでなく、上部還流通路17に設けられている逆止弁25が開弁して、調圧室13、第2、第3冷却水通路14b,14cの内圧が減圧される。そして、規定圧力(例えば、3〜5[kPa])まで真空引きしたところで、或いは予め設定した真空引き時間が経過したところで、真空引き弁26を閉じ、真空引きを停止する。次いで、冷却水ポンプ20を所定時間正転させて、下部溜り室19に滞留している冷却水を冷却水通路14を経て調圧室13側へ送る。
Next, a vacuum pump (not shown) is attached to the
その後、通常運転を行う。通常運転において、走行用モータジェネレータ1が駆動すると、この走行用モータジェネレータ1、及びインバータ2、バッテリ3等の発熱体が発熱する。これら走行用モータジェネレータ1を含む発熱体が発熱すると、これらを冷却する冷却水が加熱され昇温される。そして、この冷却水が飽和温度に達すると沸騰し、調圧室13の上部空間の水蒸気の圧力(空間内圧PT)が次第に高くなる。走行用モータジェネレータ1を含む発熱体の発熱温度は比較的低く、本実施形態では、これらを冷却する目標冷却温度を約50〜60[℃]に設定している。
Thereafter, normal operation is performed. In the normal operation, when the traveling
次に、制御装置30で実行される冷却水ポンプ20の制御ルーチン、及び冷却ファン12aの制御ルーチンについて説明する。
Next, a control routine for the cooling
通常運転において、図3、図4に示すポンプ駆動制御ルーチンが起動されると、先ず、ステップS1で調圧室13に設けられている水位センサ22で検出した水位WLを読込み、ステップS2で水位WLと予め設定されている上限水位Hwとを比較する。この上限水位Hwは、冷却水ポンプ20で調圧室13に冷却水を注水することのできる許容値であり、沸騰冷却装置11に注入されている冷却水量、冷却水ポンプ20から下部溜り室19側に貯留される冷却水の最小残量等に基づいて設定される。
In the normal operation, when the pump drive control routine shown in FIGS. 3 and 4 is started, first, the water level WL detected by the
そして、水位WLが上限水位Hw未満の場合は(WL<Hw)、ステップS3へ進み、冷却水ポンプ20を高速(H)で正転させ(高送水運転)、ステップS1へ戻る。その結果、比較的速い速度で調圧室13の水位WLが上昇する。尚、調圧室13の水位WLが上昇すると、上部還流通路17内の圧力よりも調圧室13の圧力が高くなるため、逆止弁25が開弁して、内圧が逃がされるので、上部の空間内圧PTは大きく上昇することはない。
If the water level WL is less than the upper limit water level Hw (WL <Hw), the process proceeds to step S3, the cooling
そして、調圧室13の水位WLが上限水位Hwに達した場合(WL≧Hw)、ステップS4へ進み、調圧室13に設けられている内圧センサ23で検出した、調圧室13の上部の空間内圧PTを読込み、ステップS5へ進む。
When the water level WL in the
ステップS5では、空間内圧PTと予め設定した1次規定圧Mpt(例えば10〜15[kPa])とを比較する。そして、PT>Mptの場合、すなわち、水位WLが上限水位Hwに達した直後で空間内圧PTが比較的高い場合は、ステップS6へ進む。ステップS6へ進むと、冷却水ポンプ20を高速(H)で逆転させて(高抜水運転)、ステップS4へ戻る。冷却水ポンプ20を逆転させると、調圧室13に貯留されている冷却水が抜水されるため水位WLが低下して、上部還流通路17の内圧よりも空間内圧PTが低くなる。そのため、逆止弁25が閉弁し、調圧室13の上部空間が密閉状態となる。調圧室13の上部空間が密閉状態のままで水位WLが高速で低下すると、空間内圧PTが比較的速い速度で減少する。
In step S5, the internal pressure PT is compared with a preset primary specified pressure Mpt (for example, 10 to 15 [kPa]). If PT> Mpt, that is, if the spatial pressure PT is relatively high immediately after the water level WL reaches the upper limit water level Hw, the process proceeds to step S6. If it progresses to step S6, the cooling
そして、ステップS4〜S6のルーチンが繰り返し実行されて、空間内圧PTが1次規定圧Mpt以下まで低下した場合(PT≦Mpt)、ステップS7へ進み、冷却水ポンプ20を低速(L)で逆転させ(低抜水運転)、ステップS8へ進む。その結果、調圧室13の水位WLは、空間内圧PTが1次規定圧Mptに達するまでは比較的速い速度で低下し、従って、空間内圧PTも同様に比較的速い速度で低下する。そして、空間内圧PTが1次規定圧Mptに達した後は、ゆっくりと水位WLが低下するため、空間内圧PTも同様に比較的緩やかに減少する。
Then, when the routine of steps S4 to S6 is repeatedly executed and the internal space pressure PT decreases to the primary specified pressure Mpt or less (PT ≦ Mpt), the process proceeds to step S7, and the cooling
ステップS8では、内圧センサ23で検出した空間内圧PTを読込み、ステップS9で、空間内圧PTと予め設定した目標規定圧Lpt(例えば15〜20[kPa])とを比較する。この目標規定圧Lptは、飽和温度に基づいて設定されている。尚、本実施形態では飽和温度を約50〜60[℃]に設定している。
In step S8, the space internal pressure PT detected by the
そして、空間内圧PTが目標規定圧Lptまで低下していない場合は、ステップS7へ戻り、空間内圧PTが目標規定圧Lpt以下となるまでルーチンを繰り返し実行する。 If the internal space pressure PT has not decreased to the target specified pressure Lpt, the process returns to step S7, and the routine is repeatedly executed until the internal space pressure PT becomes equal to or lower than the target specified pressure Lpt.
その後、空間内圧PTが目標規定圧Lpt以下まで低下した場合(PT≦Lpt)、ステップS10へ進む。空間内圧PTが1次規定圧Mpt以下の場合は、冷却水の水位WLが緩やかに低下するため、空間内圧PTを目標規定圧Lptまで精度良く減少させることができる。尚、調圧室13の上部空間の圧力が低下すると、冷却水の飽和温度が低下する。
Thereafter, when the internal pressure PT has decreased to the target specified pressure Lpt or less (PT ≦ Lpt), the process proceeds to step S10. When the space internal pressure PT is equal to or lower than the primary specified pressure Mpt, the coolant water level WL gradually decreases, so that the space internal pressure PT can be accurately reduced to the target specified pressure Lpt. Note that when the pressure in the upper space of the
そして、ステップS10へ進むと、水温センサ24で検出した、調圧室13に貯留されている冷却水の水温(上部冷却水温)TW1を読込み、ステップS11で、上部冷却水温TW1と予め設定した目標飽和温度としての目標上部規定水温Ltw1(本実施形態では、約50〜60[℃])とを比較する。そして、上部冷却水温TW1が目標上部規定水温Ltw1を超過している場合(TW1>Ltw1)、ステップS12へ進み、冷却水ポンプ20の低抜水運転を継続させて、冷却水の飽和温度をゆっくりと低下させる。
Then, when proceeding to step S10, the coolant temperature (upper coolant temperature) TW1 detected by the
一方、上部冷却水温TW1が目標上部規定水温Ltw1未満の場合(TW1≦Ltw1)、冷却水の飽和温度を低下させる必要がないので、ステップS13へ進み、冷却水ポンプ20を停止させて、ステップS14へ進む。従って、例えば電気自動車を始動させた直後であって、走行用モータジェネレータ1、インバータ2、バッテリ3等、沸騰冷却装置11の冷却対象となる発熱体の温度が未だ昇温していない状態では、ステップS13へ進み、冷却水ポンプ20が停止される。
On the other hand, if the upper cooling water temperature TW1 is lower than the target upper specified water temperature Ltw1 (TW1 ≦ Ltw1), it is not necessary to lower the saturation temperature of the cooling water, so the process proceeds to step S13, the cooling
ステップS14へ進むと、水位センサ22で検出した、調圧室13の冷却水の水位WLを読込み、ステップS15で水位WLと、予め設定した下限水位Lwとを比較する。この下限水位Lwは、調圧室13に貯留されている冷却水の許容下限水位であり、予め実験などに基づいて設定されている。発熱体からの熱を吸熱した冷却水は次第に昇温され、飽和温度に達すると沸騰して、調圧室13に発生する水蒸気量が増加する。水蒸気量が増加すると、相対的に冷却水の水位WLが低下する。又、調圧室13内の水蒸気量が増加すると、空間内圧PTが上昇し、逆止弁25が開弁して、水蒸気がリザーバ室16へ送られる。
In step S14, the coolant level WL of the cooling
そして、水位WLが下限水位Lwに達するまで、冷却水ポンプ20の停止状態を継続させる。その後、水位WLが下限水位Lwに達した場合(WL≦Lw)、冷却水ポンプ20を正転させて調圧室13の水位WLを上昇させるべく、ステップS16へ進む。
Then, the cooling
ステップS16では、下部溜り室19に配設されている水温センサ29で検出した、下部溜り室19に貯留されている冷却水の水温(下部冷却水温)TW2を読込み、ステップS17で、予め設定されている目標規定温度としての目標下部規定水温Ltw2(本実施形態では、約50〜60[℃])とを比較する。
In step S16, the coolant temperature (lower coolant temperature) TW2 stored in the
そして、下部冷却水温TW2が目標下部規定水温Ltw2よりも高い場合(TW2>Ltw2)、ステップS3へ戻り、冷却水ポンプ20を高送水運転させて、調圧室13の水位WLを比較的速い速度で上昇させる。一方、下部冷却水温TW2が目標下部規定水温Ltw2よりも低い場合(TW2≦Ltw2)、ステップS18へ進み、冷却水ポンプ20を低速(L)で正転させ(低送水運転)、調圧室13の水位WLを緩やかに上昇させて、ステップS1へ戻る。
When the lower cooling water temperature TW2 is higher than the target lower defined water temperature Ltw2 (TW2> Ltw2), the process returns to step S3, the cooling
ステップS18、或いはステップS3で冷却水ポンプ20を送水運転(正転)させると、調圧室13の水位WLが次第に上昇する。すると、調圧室13の上部空間に充満している水蒸気が、水位WLの上昇に従い、逆止弁25を開弁させ、上部還流通路17を通り、リザーバ室16へ送られる。リザーバ室16に送られた水蒸気の一部は液相化されて冷却水となり底部に滞留する。底部に滞留した冷却水は冷却水還流通路21を通り下部溜り室19に流れる。一方、リザーバ室16に滞留する水蒸気の一部は水蒸気還流通路18を介してコンデンサ12へ送られ、ここで冷却され液相化されて冷却水となり、底部に滞留する。そして、このコンデンサ12の底部に滞留した冷却水が、第1冷却水通路14aを通り、下部溜り室19へ送られる。
When the cooling
この冷却水、及び水蒸気の循環は、冷却水ポンプ20の正転動作(送水運転)によって行われている。すなわち、冷却水ポンプ20が送水運転を行うと、下部溜り室19に滞留している冷却水が第2〜第4冷却水通路14b〜14dを経て調圧室13に送られる。そして、調圧室13の水位WLの上昇に伴い、上部空間に滞留する水蒸気が上部還流通路17を経てリザーバ室16へ送られる。すると、リザーバ室16に滞留する水蒸気、及び冷却水は、調圧室13から送られてくる水蒸気の圧力にて下部溜り室19側へ送り出されて、還元される。
The cooling water and the water vapor are circulated by the forward rotation operation (water supply operation) of the cooling
その結果、例えば下部溜り室19に滞留する冷却水の温度(下部冷却水温)TW2が目標下部規定水温Ltw2よりも高い場合、冷却水ポンプ20を高送水運転させることで、冷却水が循環され、気相化された冷却水(水蒸気)が液相化されて還元されるので、下部溜り室19に滞留する冷却水の温度を低下させることができる。又、この場合、冷却水ポンプ20の送水運転により第2〜第4冷却水通路14b〜14dを流れる冷却水の温度が一時的に上昇する。しかし、水位WLが上限水位Hwに達した場合、冷却水ポンプ20が直ちに逆転して抜水運転へ移行し、調圧室13の内部空間の圧力を減圧して、冷却水の飽和温度を目標上部規定水温Ltw1(例えば50〜60[℃])まで低下されるので、冷却水温が大幅に上昇することはない。
As a result, for example, when the temperature (lower cooling water temperature) TW2 of the cooling water staying in the
その結果、図6に実線で示すように、冷却水ポンプ20の送水運転、抜水運転、及びポンプ停止にて、上部冷却水温TW1を目標冷却水温である目標上部規定水温Ltw1に対して、ある飽和温度範囲(目標飽和温度範囲)で制御することが出来る。又、この場合、例えば目標規定圧Lptを3[kPA]程度にすると、外気温よりも低い飽和温度範囲で上部冷却水温TW1を制御することも可能となる。
As a result, as shown by a solid line in FIG. 6, the upper cooling water temperature TW1 is set to the target upper specified water temperature Ltw1 that is the target cooling water temperature in the water supply operation, the drainage operation, and the pump stop of the cooling
ところで、リザーバ室16の内圧が高い場合、コンデンサ12へ流れる水蒸気量も多くなる。同様に、下部溜り室19に滞留する冷却水の温度(下部冷却水温)TW2が目標下部規定水温Ltw2よりも高いと、発熱体を効率よく冷却することができなくなる。このような場合は、制御装置30において冷却ファン12aを、図5に示す冷却ファン制御ルーチンに従って制御し、コンデンサ12に滞留する水蒸気、及び冷却水を冷却する。
By the way, when the internal pressure of the
このルーチンでは、先ず、ステップS21で、内圧センサ28で検出したリザーバ室16の内圧PAを読込み、ステップS22で、内圧PAと予め設定した目標規定圧としての目標上部規定圧Hpa(例えば8〜10[kPa])とを比較する。そして、この内圧PAが目標上部規定圧Hpaよりも高い場合(PA>Hpa)、ステップS23へ進み、冷却ファン12aを高速回転させて、ステップS21へ戻る。冷却ファン12aが高速回転されると、コンデンサ12を通過する冷却風の風量が増加し、コンデンサ12内に滞留する水蒸気の液相化が促進され、リザーバ室16の内圧PAが低下する。
In this routine, first, in step S21, the internal pressure PA of the
そして、リザーバ室16の内圧PAが目標上部規定圧Hpaに低下するまで、冷却ファン12aを連続的に高速回転させ、内圧PAが目標上部規定圧Hpaまで低下した場合(PA≦Hpa)、ステップS24へ進み、下部溜り室19に滞留する冷却水の温度(下部冷却水温)TW2を読込み、ステップS25で下部冷却水温TW2と予め設定した目標下部規定水温Ltw2とを比較する。
If the cooling
そして、下部冷却水温TW2が目標下部規定水温Ltw2よりも高い場合(TW2>Ltw2)、ステップS26へ進み、冷却ファン12aを低速回転させて、ステップS21へ戻る。その結果、コンデンサ12の下部に滞留する冷却水の気相化が抑制され、リザーバ室16の内圧上昇が抑制される。
When the lower cooling water temperature TW2 is higher than the target lower specified water temperature Ltw2 (TW2> Ltw2), the process proceeds to step S26, the cooling
一方、下部冷却水温TW2が目標下部規定水温Ltw2よりも低い場合は(TW2≦Ltw2)、ステップS27へ進み、冷却ファン12aを停止させてステップS21へ戻る。その結果、リザーバ室16の内圧PAを目標上部規定圧Hpaに対して、ある圧力範囲で制御することが出来る。
On the other hand, if the lower cooling water temperature TW2 is lower than the target lower specified water temperature Ltw2 (TW2 ≦ Ltw2), the process proceeds to step S27, the cooling
このように、本実施形態では、発熱体を冷却する冷却水を、冷却水ポンプ20の正転動作により、水蒸気を冷却して復水させることで循環させ、又、冷却水ポンプ20を逆転させて、空間内圧PTを低下させることで飽和温度を積極的に目標上部規定水温Ltw1(本実施形態では50〜60[℃])まで低下させるようにしたので、発熱体の発熱量が少なく、この発熱体の温度を一定範囲に保持するめの目標温度が低く設定されていても、発熱体を効率よく冷却して、冷却水を目標飽和温度範囲に収めることができる。
As described above, in this embodiment, the cooling water for cooling the heating element is circulated by cooling and condensing the water vapor by the forward rotation operation of the cooling
[第2実施形態]
図7〜図11に本発明の第2実施形態を示す。本実施形態は、上述した第1実施形態の変形例である。第1実施形態では、冷却水ポンプ20として定容量の双方向ポンプを採用したが、本実施形態では、単方向ポンプを採用し、冷却水の流動は、冷却水ポンプ20の上流側と下流側とに配設されている切換弁31,32の切換えで行うようにしたものである。従って、本実施形態では、冷却水ポンプ20と両切換弁31,32とで、本発明のポンプユニットが構成されている。尚、第1実施形態と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
7 to 11 show a second embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the first embodiment described above. In the first embodiment, a constant-capacity bidirectional pump is adopted as the cooling
図7に示すように、下部溜り室19に接続されている第2冷却水通路14bが二股に分岐され、又、第3冷却水通路14cと第4冷却水通路14dとの合流部に、第5冷却水通路14fと第6冷却水通路14gとが接続されている。二股に分岐された第2冷却水通路14bの一方の端部と第5冷却水通路14fの端部とが上流切換弁31を介して冷却水ポンプ20の上流側に接続されている。又、第2冷却水通路14bの他方の端部と第6冷却水通路14gの端部とが下流切換弁32を介して冷却水ポンプ20の下流側に接続されている。
As shown in FIG. 7, the second
本実施形態で採用する冷却水ポンプ20は、ダイヤフラムポンプであり、図示しないが上流側と下流側とには、ポンプ動作時における冷却水の逆流を防止するための逆止弁がそれぞれ介装されている。又、冷却水ポンプ(ダイヤフラムポンプ)20に設けられているダイヤフラムは電磁石をON/OFFさせることでポンプ動作される。
The cooling
又、図8に示すように、本実施形態で採用する各切換弁31,32は、電磁式三方弁であり、同図(a)は両切換弁31,32がOFFの状態、同図(b)は両切換弁31,32がONの状態が示されている。同図(a)に示すように、両切換弁31,32がOFFの状態では、冷却水ポンプ20の下流側に接続する第2冷却水通路14bが冷却水ポンプ20を介して第6冷却水通路14gに連通される。従って、この状態では下部溜り室19に貯留されている冷却水が調圧室13の方向へ送水される(送水運転)。
Further, as shown in FIG. 8, the switching
又、同図(b)に示すように、両切換弁31,32がONの状態では、冷却水ポンプ20の下流側に接続する第5冷却水通路14fが冷却水ポンプ20を介して、冷却水ポンプ20の上流側に接続する第2冷却水通路14bに連通される。従って、この状態では調圧室13側の冷却水が下部溜り室19の方向へ抜水される(抜水運転)。尚、この両切換弁31,32は同図(a)がON、同図(b)がOFFであっても良い。
Further, as shown in FIG. 5B, when both switching
制御装置30では、調圧室13の水位WL、空間内圧PT、上部冷却水温TW1、下部溜り室19の下部冷却水温TW2に基づいて、冷却水ポンプ20、及び両切換弁31,32を動作させて、冷却水温が所定温度範囲に収まるように制御する。この制御は、具体的には、図10、図11に示すポンプ駆動制御ルーチンに従って行われる。尚、このルーチンは、基本的に図3、図4に示すポンプ駆動制御ルーチンと同じ処理が行われるため、同じ処理の行われるステップには、図3、図4に示す符号と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
In the
ステップS2で、調圧室13に貯留されている冷却水の水位WLが上限水位Hw未満と判定されて(WL<Hw)、ステップS3’へ進むと、冷却水ポンプ20を高(H)運転させると共に、両切換弁31,32をOFF動作させ(高送水運転)、ステップS1へ戻る。冷却水ポンプ20の高運転は、電磁石のON/OFFする周期を短くし、ダイヤフラムの往復動作を速くして、冷却水の吐出量を増加させることで行う。
In step S2, when the water level WL of the cooling water stored in the
そして、調圧室13の水位WLが上限水位Hwに達したと判断して(WL≧Hw)、ステップS4へ進み、ステップS4,S5で、内圧センサ23で検出した調圧室13の空間内圧PTと予め設定した1次規定圧Mptとを比較する。そして、PT>Mptの場合、すなわち、水位WLが上限水位Hwに達した直後で空間内圧PTが比較的高い場合は、ステップS6’へ進み、両切換弁31,32をONさせると共に、冷却水ポンプ20を高(H)運転させる。
Then, it is determined that the water level WL in the
図8(b)に示すように、両切換弁31,32がONすると、冷却水ポンプ20に接続される流路が切り替わり、第3、第4冷却水通路14c,14d側に連通する第5冷却水通路14fが冷却水ポンプ20の上流側に接続され、又、下流側に第2冷却水通路14bが接続される。その結果、冷却水ポンプ20は高抜水運転となり、調圧室13の水位WLが比較的速い速度で低下し、空間内圧PTが減少される。
As shown in FIG. 8 (b), when both switching
そして、空間内圧PTが1次規定圧Mpt以下まで低下した場合(PT≦Mpt)、ステップS7’へ進み、冷却水ポンプ20を低(L)運転させ、両切換弁31,32をONさせ(低抜水運転)、ステップS8へ進む。冷却水ポンプ20の低運転は、電磁石のON/OFFする周期を長くし、ダイヤフラムの往復動作間隔を長くし、冷却水の吐出量を減少させることで行う。
When the internal pressure PT has decreased to the primary specified pressure Mpt or less (PT ≦ Mpt), the process proceeds to step S7 ′, the cooling
その後、ステップS8〜S11まで、上述した第1実施形態と同様の処理を行い、ステップS11で、上部冷却水温TW1が目標上部規定水温Ltw1を超過していると判断した場合(TW1>Ltw1)、ステップS12’へ進み、冷却水ポンプ20の低抜水運転を継続させて、冷却水の飽和温度をゆっくりと低下させる。
Thereafter, the same processing as in the first embodiment described above is performed from step S8 to S11. When it is determined in step S11 that the upper cooling water temperature TW1 exceeds the target upper specified water temperature Ltw1 (TW1> Ltw1), Proceeding to step S12 ′, the low water discharge operation of the cooling
一方、ステップS11で、上部冷却水温TW1が目標上部規定水温Ltw1未満と判定された場合は(TW1≦Ltw1)、冷却水の飽和温度を低下させる必要がないので、ステップS13’で、冷却水ポンプ20を停止させると共に、両切換弁31,32をOFFさせ、ステップS14へ進む。そして、ステップS14〜S17まで、上述した第1実施形態と同様の処理を行い、
ステップS17で、下部冷却水温TW2が目標下部規定水温Ltw2よりも高いと判断された場合(TW2>Ltw2)、ステップS3’へ戻り、又、下部冷却水温TW2が目標下部規定水温Ltw2よりも低いと判断された場合(TW2≦Ltw2)、ステップS18’へ進む。ステップS18’へ進むと、低送水運転を実行すべく、冷却水ポンプ20を低運転させると共に、両切換弁31,32をOFF動作させて、ステップS1へ戻る。尚、冷却ファン12aの制御動作は、第1実施形態と同じであるため、説明を省略する。
On the other hand, if it is determined in step S11 that the upper cooling water temperature TW1 is lower than the target upper specified water temperature Ltw1 (TW1 ≦ Ltw1), it is not necessary to lower the saturation temperature of the cooling water, so in step S13 ′, the cooling
If it is determined in step S17 that the lower cooling water temperature TW2 is higher than the target lower specified water temperature Ltw2 (TW2> Ltw2), the process returns to step S3 ′, and if the lower cooling water temperature TW2 is lower than the target lower specified water temperature Ltw2 If it is determined (TW2 ≦ Ltw2), the process proceeds to step S18 ′. If it progresses to step S18 ', in order to perform a low water supply operation, while operating the cooling
このように、本実施形態では、冷却水ポンプ20を単方向ポンプとしたので、上述した第1実施形態の効果に加え、ポンプ駆動回路等の制御機構を単純化することができるばかりでなく、ダイヤフラムポンプ等、非回転式ポンプを採用することも可能となり、製品コストの低減を図ることができる。
Thus, in this embodiment, since the cooling
1…走行用モータジェネレータ、
2…インバータ、
3…バッテリ、
11…沸騰冷却装置、
12…コンデンサ、
12a…電動式冷却ファン、
13…調圧室、
14…下部冷却水通路、
16…リザーバ室、
17…上部還流通路、
18…水蒸気還流通路、
19…下部溜り室、
20…冷却水ポンプ、
21…冷却水還流通路、
22…水位センサ、
23…内圧センサ、
24…水温センサ、
25…逆止弁、
28…内圧センサ、
29…水温センサ、
30…制御装置
Hpa…目標上部規定圧
Hw…上限水位
Lpt…目標規定圧
Ltw1…目標上部規定水温
Ltw2…目標下部規定水温
Lw…下限水位
Mpt…1次規定圧
PA…(リザーバ室の)内圧
PT…(調圧室の)空間内圧
TW1…上部冷却水温
TW2…下部冷却水温
WL…水位
1 ... Motor generator for running,
2 ... Inverter,
3 ... Battery
11 ... Boiling cooler,
12: Capacitor,
12a ... Electric cooling fan,
13 ... pressure regulating chamber,
14 ... Lower cooling water passage,
16 ... reservoir chamber,
17 ... upper return passage,
18 ... water vapor reflux passage,
19 ... Lower chamber,
20 ... cooling water pump,
21 ... Cooling water recirculation passage,
22 ... Water level sensor,
23 ... Internal pressure sensor,
24 ... Water temperature sensor,
25. Check valve,
28 ... Internal pressure sensor,
29 ... Water temperature sensor,
30 ... Control device Hpa ... Target upper specified pressure Hw ... Upper limit water level Lpt ... Target specified pressure Ltw1 ... Target upper specified water temperature Ltw2 ... Target lower specified water temperature Lw ... Lower limit water level Mpt ... Primary specified pressure PA ... Internal pressure PT (in the reservoir chamber) ... Space pressure TW1 (in the pressure regulating chamber) ... Upper cooling water temperature TW2 ... Lower cooling water temperature WL ... Water level
Claims (3)
前記液相冷媒通路内での沸騰により発生した気相冷媒を前記液相冷媒通路へ還流させると共に、該液相冷媒通路に連通されて密閉された循環路が形成される冷媒還流通路と、
前記液相冷媒通路の上部に設けられて前記液相冷媒を滞留させる調圧室と、
該調圧室の上部に連通されている前記気相冷媒通路に設けられて前記調圧室から該気相冷媒通路側への前記気相冷媒の流通のみを許容する逆止手段と、
前記液相冷媒通路に設けられて前記液相冷媒を流動させるポンプユニットと、
前記ポンプユニットの動作を制御する制御手段と
を備える沸騰冷却装置において、
前記ポンプユニットは前記液相冷媒を前記液相冷媒通路内で双方向に流動可能であり、
前記制御手段は、
前記調圧室に貯留されている液相冷媒の温度と予め設定されている目標飽和温度とを比較し、該液相冷媒の温度が該目標飽和温度範囲に収まるように前記ポンプユニットを駆動させて前記調圧室の空間圧力を減圧させ、
前記液相冷媒の温度を前記目標飽和温度範囲に収めた後、前記調圧室の前記液位と予め設定されている下限液位とを比較し、該液位が該下限液位よりも低い場合は、前記液相冷媒通路の前記調圧室とは前記ポンプユニットを挟んで反対側の液相冷媒の温度と予め設定した目標規定温度とを比較し、 該液相冷媒の温度が該目標規定温度よりも高い場合は速い送り速度で、該液相冷媒の温度が該目標規定温度よりも低い場合は遅い送り速度で前記ポンプユニットを駆動させて前記調圧室の前記液位が予め設定した上限水位になるまで前記液相冷媒を送る
ことを特徴とする沸騰冷却装置。 A liquid-phase refrigerant passage through which a liquid-phase refrigerant for cooling the heating element flows;
Refrigerating gas phase refrigerant generated by boiling in the liquid phase refrigerant passage to the liquid phase refrigerant passage, and a refrigerant reflux passage communicating with the liquid phase refrigerant passage to form a closed circulation path;
A pressure regulating chamber provided in an upper portion of the liquid phase refrigerant passage and retaining the liquid phase refrigerant;
Check means provided in the gas-phase refrigerant passage communicating with an upper portion of the pressure-regulating chamber and allowing only the gas-phase refrigerant to flow from the pressure-regulating chamber to the gas-phase refrigerant passage side;
A pump unit that is provided in the liquid phase refrigerant passage and causes the liquid phase refrigerant to flow;
A boiling cooling device comprising a control means for controlling the operation of the pump unit;
The pump unit can flow the liquid-phase refrigerant bidirectionally in the liquid-phase refrigerant passage,
The control means includes
The temperature of the liquid phase refrigerant stored in the pressure regulating chamber is compared with a preset target saturation temperature, and the pump unit is driven so that the temperature of the liquid phase refrigerant falls within the target saturation temperature range. To reduce the space pressure in the pressure regulating chamber ,
After the temperature of the liquid phase refrigerant falls within the target saturation temperature range, the liquid level in the pressure regulating chamber is compared with a preset lower limit liquid level, and the liquid level is lower than the lower limit liquid level. In this case, the temperature of the liquid-phase refrigerant passage is compared with the temperature of the liquid-phase refrigerant on the opposite side of the pump unit with respect to the pressure regulating chamber, and a preset target specified temperature is determined. When the temperature is higher than the specified temperature, the pump unit is driven at a high feed rate, and when the temperature of the liquid-phase refrigerant is lower than the target specified temperature, the liquid level in the pressure adjusting chamber is set in advance. The boiling cooling device, wherein the liquid-phase refrigerant is sent until the upper limit water level is reached.
前記コンデンサに、該コンデンサを冷却する冷却ファンが対設され、
前記制御手段は、前記リザーバ室の内圧と予め設定した目標規定圧とを比較し、該リザーバ室の内圧が該目標規定圧よりも高い場合、前記冷却ファンを駆動させる
ことを特徴とする請求項1に記載の沸騰冷却装置。 A reservoir chamber that retains the gas-phase refrigerant and a condenser that cools the gas-phase refrigerant downstream from the reservoir chamber are provided in the refrigerant reflux passage.
The condenser is provided with a cooling fan for cooling the condenser,
The control means compares the internal pressure of the reservoir chamber with a preset target specified pressure, and drives the cooling fan when the internal pressure of the reservoir chamber is higher than the target specified pressure. cooling apparatus according to 1.
前記制御手段は、前記リザーバ室の内圧と予め設定した目標規定圧とを比較し、該リザーバ室の内圧が該目標規定圧よりも高い場合、前記冷却ファンを高速駆動させ、又前記リザーバ室の内圧が該目標規定圧よりも低い場合、前記コンデンサの下流の前記液相冷媒の温度と前記目標規定温度とを比較し、該液相冷媒の温度が該目標規定温度よりも高い場合、前記冷却ファンを前記低速駆動させる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の沸騰冷却装置。 A reservoir chamber that retains the gas-phase refrigerant and a condenser that cools the gas-phase refrigerant downstream from the reservoir chamber are provided in the refrigerant reflux passage.
The control means compares the internal pressure of the reservoir chamber with a preset target specified pressure, and when the internal pressure of the reservoir chamber is higher than the target specified pressure, drives the cooling fan at a high speed, When the internal pressure is lower than the target specified pressure, the temperature of the liquid phase refrigerant downstream of the condenser is compared with the target specified temperature, and when the temperature of the liquid phase refrigerant is higher than the target specified temperature, the cooling cooling apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that said low-speed drive of the fan.
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