タンク及び冷却システム
【課題】冷却システムの構成を簡易なものとし、かつタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができるタンク及び当該タンクを備える冷却システムを提供する。
【解決手段】車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクであって、前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有する。
【解決手段】車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクであって、前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輌に搭載される発熱物体を冷却する冷却システムに用いられるタンク及び冷却システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、電気自動車等の車輌に設けられるモータジェネレータ、インバータ、エアコンプレッサ、エアコンユニット等の補機類は、駆動時に発熱する。発熱する補機（発熱物体）類の温度を適正に保つために、冷却水によって冷却する冷却システムが設けられる。
【０００３】
図７は、発熱物体の冷却に使用される一般的な冷却システムの構成を示す模式図である。図７に示すように、冷却システム３は、発熱物体（インバータ３８（インバータ本体）、モータジェネレータ４０（モータジェネレータ本体））を冷却する冷却水を収容するタンク４２と、冷却水を循環させるポンプ４４と、冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器４６と、循環路４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅとを備える。循環路４８ａは、ポンプ４４の吐出側（不図示）とモータジェネレータ４０の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路４８ｂは、モータジェネレータ４０の冷却水排出口（不図示）と熱交換器４６の供給口（不図示）とを接続し、循環路４８ｃは、熱交換器４６の排出口（不図示）とタンク４２の供給口５０とを接続し、循環路４８ｄは、タンク４２の排出口５２とインバータ３８の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路４８ｅは、インバータ３８の冷却水排出口（不図示）とポンプ４４の吸引側（不図示）とを接続するものである。
【０００４】
冷却システムの具体的な動作については後述するが、タンク４２に冷却水を充填した後、ポンプ４４を稼動させることにより、冷却水が、循環路４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅを通り（冷却水の流れは、図７に示す矢印で表している）、発熱物体（インバータ３８、モータジェネレータ４０）と熱交換することによって、発熱物体を冷却する。
【０００５】
図８は、冷却システムに用いられるタンクの模式断面図である。図８に示すようにタンク４２は、タンク４２内を流れる冷却水の冷却水流路５４を形成する隔壁５６と、冷却水を充填する注入口５８と、冷却水を供給排出する供給口５０及び排出口５２と、外壁６０とを有する。タンク４２内の冷却水の流れは、図８に示すように、タンク４２の供給口５０からタンク４２内に冷却水が供給され、隔壁５６により形成された冷却水流路５４に沿って流れ、排出口５２から排出される（図８に示す矢印Ａ）。
【０００６】
車輌の急発進、急停止等の走行状態により、タンク４２内の冷却水の液面６２が変化する場合や、登坂路、降坂路等の路面状態により、タンク４２自体が傾斜する場合には、タンク４２内におけるエアの噛み込みが発生し易くなる。そして、エアの噛み込みが発生し、例えば冷却水と共にエアがポンプ４４内に流入すると、ポンプ４４のエアロックが起こり、冷却システム３の冷却性能が低下する場合がある。
【０００７】
図９は、タンクが傾斜状態にある場合のタンクの模式断面図である。図９に示すように、タンク４２が傾斜すると、タンク４２内の冷却水の液面６２と冷却水流路５４を流れる冷却水との接触面積が増える。このように、液面６２と冷却水流路５４を流れる冷却水との接触面積が増えると、エアの噛み込みが発生し易くなる。
【０００８】
例えば、特許文献１には、エアの噛み込みを抑制するために、冷却水の流量を制御する制御装置を有する冷却システムが提案されている。
【０００９】
エアの噛み込みを抑制するものではないが、例えば、特許文献２には、循環路内のエア抜きを容易にするために、タンクとインバータとを接続するバイパス管路を有する冷却システムが提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−９３３８号公報
【特許文献２】特開２００４−６０５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１の冷却システムでは、タンクにおけるエアの噛み込みを抑制するための制御装置が必要であり、特許文献２の冷却システムでは、循環路内のエア抜きをするためのバイパス管路が必要であるため、冷却システムの部品点数が多くなり、冷却システムの構成を複雑にする場合がある。
【００１２】
また、特許文献２の冷却システムでは、そもそもタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができない。
【００１３】
本発明は、冷却システムの構成を簡易なものとし、かつタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができるタンク及び当該タンクを備える冷却システムである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクであって、前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有する。
【００１５】
また、前記タンクにおいて、前記タンクが、前記発熱物体を収容する収容体と一体形成されたものであることが好ましい。
【００１６】
また、前記タンクにおいて、前記バイパス流路形成手段は、前記タンク内に冷却水が供給される供給口付近に設けられることが好ましい。
【００１７】
また、前記タンクにおいて、前記冷却水バイパス流路の流路長さは、前記冷却水流路の流路長さより短いものであることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクを含む冷却システムであって、前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有する。
【００１９】
また、前記冷却システムにおいて、前記タンクは、前記発熱物体を収容する収容体と一体形成されたものであることが好ましい。
【００２０】
また、前記冷却システムにおいて、前記バイパス流路形成手段は、前記タンク内に冷却水が供給される供給口付近に設けられることが好ましい。
【００２１】
また、前記冷却システムにおいて、前記冷却水バイパス流路の流路長さは、前記冷却水流路の流路長さより短いものであることが好ましい。
【００２２】
また、前記冷却システムにおいて、前記発熱物体は、インバータであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクが、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有することによって、冷却システムの構成を簡易なものとし、かつタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができるタンク及び当該タンクを備える冷却システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式断面図である。図１に示すように冷却システム１は、発熱物体としてのインバータ１０（実質的にはインバータ本体）及びモータジェネレータ１２（実質的にはモータジェネレータ本体）を冷却する冷却水を収容するタンク１４と、冷却水を循環させるポンプ１６と、冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器１８と、循環路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅとを備える。循環路２０ａは、ポンプ１６の吐出側（不図示）とモータジェネレータ１２の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路２０ｂは、モータジェネレータ１２の冷却水排出口（不図示）と熱交換器１８の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路２０ｃは、熱交換器１８の排出口（不図示）とタンク１４の供給口２２とを接続し、循環路２０ｄは、タンク１４の排出口２４とインバータ１０の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路２０ｅは、インバータ１０の冷却水排出口（不図示）とポンプ１６の吸引側（不図示）とを接続するものである。
【００２６】
インバータ１０は、インバータ本体、インバータ本体を収容する収容体、冷却水が流れる冷却水通路、冷却水供給口、冷却水排出口を有する。冷却水通路は、冷却水供給口及び冷却水排出口と連結している。モータジェネレータ１２は、モータジェネレータ本体、モータジェネレータ本体を収容する収容体、冷却水が流れる冷却水通路、冷却水供給口、冷却水排出口を有する。モータジェネレータ１２も同様に、冷却水通路は、冷却水供給口及び冷却水排出口と連結している。
【００２７】
次に、図１に示す冷却システム１の動作について説明する。タンク１４の注入口２６から冷却水を充填した後、ポンプ１６を稼動させる。ポンプ１６の稼動により、冷却水は、循環路２０ａを通り、モータジェネレータ１２（具体的には、不図示の冷却水通路）に供給される。モータジェネレータ１２に供給された冷却水は、発熱したモータジェネレータ１２（実質的にはモータジェネレータ本体）と熱交換して、モータジェネレータ１２を冷却し、モータジェネレータ１２から排出される。排出された冷却水は、循環路２０ｂを通り、熱交換器１８に供給される。供給された冷却水は、熱交換器１８により外気と熱交換して冷却され、熱交換器１８から排出される。排出された冷却水は、循環路２０ｃを通り、タンク１４の供給口２２を介してタンク１４に供給される。冷却水は、後述するタンク１４内の冷却水流路を通り、タンク１４の排出口２４を介して、循環路２０ｄを通り、インバータ１０（具体的には、不図示の冷却水通路）に供給される。インバータ１０に供給された冷却水は、発熱したインバータ１０（実質的にはインバータ本体）と熱交換して、インバータ１０を冷却し、インバータ１０から排出される。排出された冷却水は、循環路２０ｅを通り、ポンプの吸引側に送られる。このように冷却水を循環させることにより、発熱物体を冷却することができる。
【００２８】
図２は、本実施形態に係るタンクの模式断面図である。図２に示すように、タンク１４は、隔壁２８と、隔壁２８を開閉し、バイパス流路形成手段としての弁３０及び制御装置３１と、外壁３３と、注入口２６と、供給口２２と、排出口２４とを有する。
【００２９】
隔壁２８は、タンク１４内を流れる冷却水の冷却水流路３４（図２に示す矢印Ａは、冷却水流路３４を通る冷却水の流れを示している。）を形成するものである。隔壁２８を設けることによって、冷却システム１の通常の動作時において、タンク１４の排出口２４から冷却水が排水される際に、タンク１４内の冷却水の液面３２が排出口２４側に下がることを抑制することができる。そのため、冷却システム１の通常の動作時でのタンク１４におけるエアの噛み込みを抑制することができる。
【００３０】
バイパス流路形成手段としての弁３０及び制御装置３１は、隔壁２８を開閉させ冷却水流路３４と異なる冷却水バイパス流路を形成することができるものである。
【００３１】
タンク１４内におけるエアの噛み込みの発生は、車輌の急発進、急停止、急旋回等の走行状態により、タンク１４内の冷却水の液面３２が変化する場合や、登坂路、降坂路等の路面状態等により、タンク１４自体が傾斜する場合に起こり易い。本実施形態では、制御装置３１により、冷却水の温度、車輌のアクセル開度、車内姿勢等から車輌の走行状態、路面状態等を検出し、弁３０に隔壁２８の開閉の信号を送る。そして、制御装置３１の信号に基づいて、弁３０により隔壁２８の開閉を行い、冷却水流路３４と異なる冷却水バイパス流路を形成することができる。
【００３２】
図３は、本実施形態に係るタンクにおいて、弁が開いた状態の本実施形態に係るタンクの模式断面図である。図３に示すように、バイパス経路手段としての弁３０及び制御装置３１は、タンク１４内におけるエアの噛み込みを抑制するために、隔壁２８を開閉させ、冷却水流路３４の冷却水の流れ（図２に示す矢印Ａ）と異なる冷却水バイパス流路３６（図３に示す矢印Ｂ。矢印Ｂは冷却水バイパス流路３６を通る冷却水の流れを示している。）を形成するものである。
【００３３】
登坂路の路面状態により、タンク１４が傾斜する場合を一例として、本実施形態に係るタンクの動作について説明する。
【００３４】
図４（イ）は、タンクが水平状態にある場合のタンクの動作を説明するための図であり、図４（ロ）は、タンクが傾斜状態にある場合のタンクの動作を説明するための図である。図４（イ），（ロ）に示す矢印Ａは、冷却水流路３４を通る冷却水の流れを示し、矢印Ｂは、冷却水バイパス流路３６を通る冷却水の流れを示している。図４（イ）に示すように、タンク１４が水平である場合には、制御装置３１から弁３０に信号を送らず（又は閉の信号を送る）、弁３０は閉じた状態となる。そのため、タンク１４の供給口２２からタンク１４内に供給される冷却水は、隔壁２８により形成された冷却水流路３４に沿って流れる（図４（イ）に示す矢印Ａ）。このようにタンク１４が水平である場合には、タンク１４内の冷却水の液面３２とタンク１４内を流れる冷却水の接触する面積は少ないため、エアの噛み込みは、ほとんど起こらない。
【００３５】
しかし、登坂路のように車輌が傾斜状態となって、タンク１４が傾斜する場合には、図４（ロ）に示すように、タンク１４内の冷却水の液面３２と冷却水流路３４に沿って流れる冷却水との接触する面積が増え、エアの噛み込みが発生し易くなる。本実施形態では、図４（ロ）に示すように、タンク１４が傾斜した場合には、制御装置３１により路面状態を検出し、弁３０に隔壁２８の開閉の信号が送られる。信号を受けた弁３０により、隔壁２８を開き、冷却水バイパス流路３６が形成される。
【００３６】
これにより、タンク１４の供給口２２からタンク１４内に供給される冷却水は、冷却水バイパス流路３６を通る（図４（ロ）に示す矢印Ｂ）。そのため、冷却水流路３４を通る冷却水の流量が減るか、又は冷却水流路３４を通る冷却水の流速が遅くなるため、エアの噛み込みを抑制することができる。
【００３７】
上記でも説明したように、本実施形態は、登坂路の場合に限られたものでない。車輌の急発進、急停止、急旋回等の走行状態により、タンク１４内の冷却水の液面が変化する場合でも、制御装置３１により、冷却水の温度、車輌のアクセル開度等から走行状態を検出し、弁３０に信号を送ることによって、隔壁２８を開けて冷却水バイパス流路３６を形成し、タンク１４内におけるエアの噛み込みを抑制することができる。車輌の傾斜状態の検出は、制御装置３１にピッキングセンサ等を備えることにより検出することができ、冷却水の温度は、温度センサ等を備えることにより検出することができ、車輌のアクセル開度は、アクセルセンサ等を備えることにより検出することができる。
【００３８】
本実施形態のバイパス流路形成手段は、上記説明した弁３０及び制御装置３１に限定されるものではなく、タンク１４内の冷却水の液面３２の変化等により隔壁２８を開閉させ、冷却水流路３４と異なる冷却水バイパス流路３６を形成することができるものであればよい。例えば、急発進、登坂路等の場合には、モータジェネレータ１２等の発熱量が増加するため、モータジェネレータ１２等を冷却する冷却水の温度も上昇する。そのため、冷却水が所定の温度に達すると変形するような形状記憶合金をバイパス流路形成手段として隔壁２８の一部に設けることにより、隔壁２８を開閉させ冷却水バイパス流路３６を形成するものでもよい。また、登坂路等のようにタンク１４が傾斜するような場合には、タンク１４の傾斜に伴って、自重により隔壁２８を開閉させる弁をバイパス流路形成手段として用いてもよい。
【００３９】
図５は、本発明の他の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式図である。図５に示すように冷却システム２は、発熱物体としてのインバータ及びモータジェネレータ１２を冷却する冷却水を収容するタンク１５と、冷却水を循環させるポンプ１６と、冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器１８と、循環路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｅとを備える。図５に示す冷却システム２において、図１に示す冷却システム１と同様の構成については同一の符号を付している。
【００４０】
図６は、本実施形態に係るタンク１５の構成の一例を示す模式断面図である。図６に示すように、タンク１５は、隔壁２８と、隔壁２８を開閉し、バイパス流路形成手段としての弁３０及び制御種装置３１と、外壁３３ａと、収容体３３ｂと、注入口２６と、供給口２２と、排出口２４とを有する。本実施形態に係るタンク１５は、外壁３３ａとインバータ本体を収容する収容体３３ｂとを一体形成したものであり、収容体３３ｂにも同様に、隔壁２８により冷却水流路３４が形成されている。収容体３３ｂ内には、インバータ本体が配置される。
【００４１】
冷却システムを車輌等に搭載するためのスペースには限界があり、冷却システムが大型化すると、タンクへの冷却水注入をスムーズに行うことができない場合がある。上記構成にすることによって、図１に示すようなタンク１４とインバータ１０とを接続する循環路２０ｄを必要とせず、冷却システムを簡易な構成とすることができる。すなわち、冷却システムの循環路がなくなり、タンクへの冷却水量が減ることで注入をスムーズに行うことができる（冷却水と空気がタンク内にあるため、空気が抜けないと冷却水を注入することができない）。
【００４２】
本実施形態のタンク内の冷却水の流れについて説明する。図６に示すように、タンク１５の供給口２２からタンク１５内に供給される冷却水は、隔壁２８により形成された冷却水流路３４に沿って流れる（図６に示す矢印Ａ）。本実施形態の冷却水流路３４は、インバータ本体の冷却も兼ねている。そして、冷却水流路３４を通った冷却水は、排出口２４から排出される。
【００４３】
本実施形態における、バイパス流路形成手段としての弁３０及び制御種装置３１は、上記説明した通りである。また、バイパス流路形成手段は、弁３０及び制御種装置３１に限られず、上記説明した形状記憶合金、自重により隔壁を開閉させる弁等であってもよい。
【００４４】
本実施形態のタンク（例えば図２に示すタンク１４又は図６にタンク１５）に用いられるバイパス流路形成手段は、隔壁２８を開閉し、冷却水流路３４と異なる冷却水バイパス流路３６を形成することができる箇所に設けられるものであれば特に制限されるものではないが、タンク（タンク１４又は１５）の供給口２２付近に設けられるものであることが好ましい。これにより、タンクの冷却水流路３４を通過する冷却水の流速、流量を抑えて、エアの噛み込みをより抑えることができる。
【００４５】
冷却水バイパス流路（例えば図３に示す冷却水バイパス流路３６）は、冷却水流路３４に流れる冷却水の流量を減らすか、又は冷却水流路３４に流れる冷却水の流速を遅くするためのものであれば、バイパス流路形成手段を複数設けることによって、複数形成されてもよい。また、冷却水バイパス流路３６の流路長さは、冷却水流路３４を通過する冷却水の流速、流量を抑えることができる点で、冷却水流路３４の流路長さより短いものであることが好ましい。
【００４６】
電気自動車等の車輌において、モータジェネレータ１２は、必要に応じて発電機又は回転電機として機能するものである。本実施形態の冷却システムでは、循環路にモータジェネレータを必ずしも設ける必要はない。
【００４７】
インバータ１０は、例えば、モータジェネレータ１２が発電機として機能するとき、スイッチングにより充電圧および発電量を調整し、モータジェネレータ１２が回転電機として機能するときは、車輌搭載の電源からモータジェネレータ１２に電力を供給することができるものである。本実施形態の冷却システムにおいて、冷却する発熱物体は、インバータ１０（実質的にはインバータ本体）であることが好ましい。
【００４８】
以上のように、本実施形態の冷却システムでは、車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクに、タンク内を流れる冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、その隔壁を開閉させ、冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを備えることにより、冷却システムの構成を簡易なものとし、かつタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができる。また、タンクと発熱物体を収容する収容体と一体形成することにより、冷却システムの構成をより簡易なものとすることができる。これらにより、冷却システムを小型化できるため、タンクへの冷却水注入をスムーズに行うことができ、また、冷却システムの冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式断面図である。
【図２】本実施形態に係るタンクの模式断面図である。
【図３】本実施形態に係るタンクにおいて、弁が開いた状態の本実施形態に係るタンクの模式断面図である。
【図４】（イ）は、タンクが水平状態にある場合のタンクの動作を説明するための図であり、（ロ）は、タンクが傾斜状態にある場合のタンクの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式図である。
【図６】本実施形態に係るタンク１５の構成の一例を示す模式断面図である。
【図７】発熱物体の冷却に使用される一般的な冷却システムの構成を示す模式図である。
【図８】冷却システムに用いられるタンクの模式断面図である。
【図９】タンクが傾斜状態にある場合のタンクの模式断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，２，３ 冷却システム、１０，３８ インバータ、１２，４０ モータジェネレータ、１４，１５，４２ タンク、１６，４４ ポンプ、１８，４６ 熱交換器、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ 循環路、２２，５０ 供給口、２４，５２ 排出口、２６，５８ 注入口、２８，５６ 隔壁、３０ 弁、３１ 制御装置、３３，３３ａ，６０ 外壁、３２，６２ 液面、３３ｂ 収容体、３４，５４ 冷却水流路、３６ 冷却水バイパス流路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輌に搭載される発熱物体を冷却する冷却システムに用いられるタンク及び冷却システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、電気自動車等の車輌に設けられるモータジェネレータ、インバータ、エアコンプレッサ、エアコンユニット等の補機類は、駆動時に発熱する。発熱する補機（発熱物体）類の温度を適正に保つために、冷却水によって冷却する冷却システムが設けられる。
【０００３】
図７は、発熱物体の冷却に使用される一般的な冷却システムの構成を示す模式図である。図７に示すように、冷却システム３は、発熱物体（インバータ３８（インバータ本体）、モータジェネレータ４０（モータジェネレータ本体））を冷却する冷却水を収容するタンク４２と、冷却水を循環させるポンプ４４と、冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器４６と、循環路４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅとを備える。循環路４８ａは、ポンプ４４の吐出側（不図示）とモータジェネレータ４０の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路４８ｂは、モータジェネレータ４０の冷却水排出口（不図示）と熱交換器４６の供給口（不図示）とを接続し、循環路４８ｃは、熱交換器４６の排出口（不図示）とタンク４２の供給口５０とを接続し、循環路４８ｄは、タンク４２の排出口５２とインバータ３８の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路４８ｅは、インバータ３８の冷却水排出口（不図示）とポンプ４４の吸引側（不図示）とを接続するものである。
【０００４】
冷却システムの具体的な動作については後述するが、タンク４２に冷却水を充填した後、ポンプ４４を稼動させることにより、冷却水が、循環路４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅを通り（冷却水の流れは、図７に示す矢印で表している）、発熱物体（インバータ３８、モータジェネレータ４０）と熱交換することによって、発熱物体を冷却する。
【０００５】
図８は、冷却システムに用いられるタンクの模式断面図である。図８に示すようにタンク４２は、タンク４２内を流れる冷却水の冷却水流路５４を形成する隔壁５６と、冷却水を充填する注入口５８と、冷却水を供給排出する供給口５０及び排出口５２と、外壁６０とを有する。タンク４２内の冷却水の流れは、図８に示すように、タンク４２の供給口５０からタンク４２内に冷却水が供給され、隔壁５６により形成された冷却水流路５４に沿って流れ、排出口５２から排出される（図８に示す矢印Ａ）。
【０００６】
車輌の急発進、急停止等の走行状態により、タンク４２内の冷却水の液面６２が変化する場合や、登坂路、降坂路等の路面状態により、タンク４２自体が傾斜する場合には、タンク４２内におけるエアの噛み込みが発生し易くなる。そして、エアの噛み込みが発生し、例えば冷却水と共にエアがポンプ４４内に流入すると、ポンプ４４のエアロックが起こり、冷却システム３の冷却性能が低下する場合がある。
【０００７】
図９は、タンクが傾斜状態にある場合のタンクの模式断面図である。図９に示すように、タンク４２が傾斜すると、タンク４２内の冷却水の液面６２と冷却水流路５４を流れる冷却水との接触面積が増える。このように、液面６２と冷却水流路５４を流れる冷却水との接触面積が増えると、エアの噛み込みが発生し易くなる。
【０００８】
例えば、特許文献１には、エアの噛み込みを抑制するために、冷却水の流量を制御する制御装置を有する冷却システムが提案されている。
【０００９】
エアの噛み込みを抑制するものではないが、例えば、特許文献２には、循環路内のエア抜きを容易にするために、タンクとインバータとを接続するバイパス管路を有する冷却システムが提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−９３３８号公報
【特許文献２】特開２００４−６０５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１の冷却システムでは、タンクにおけるエアの噛み込みを抑制するための制御装置が必要であり、特許文献２の冷却システムでは、循環路内のエア抜きをするためのバイパス管路が必要であるため、冷却システムの部品点数が多くなり、冷却システムの構成を複雑にする場合がある。
【００１２】
また、特許文献２の冷却システムでは、そもそもタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができない。
【００１３】
本発明は、冷却システムの構成を簡易なものとし、かつタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができるタンク及び当該タンクを備える冷却システムである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクであって、前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有する。
【００１５】
また、前記タンクにおいて、前記タンクが、前記発熱物体を収容する収容体と一体形成されたものであることが好ましい。
【００１６】
また、前記タンクにおいて、前記バイパス流路形成手段は、前記タンク内に冷却水が供給される供給口付近に設けられることが好ましい。
【００１７】
また、前記タンクにおいて、前記冷却水バイパス流路の流路長さは、前記冷却水流路の流路長さより短いものであることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクを含む冷却システムであって、前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有する。
【００１９】
また、前記冷却システムにおいて、前記タンクは、前記発熱物体を収容する収容体と一体形成されたものであることが好ましい。
【００２０】
また、前記冷却システムにおいて、前記バイパス流路形成手段は、前記タンク内に冷却水が供給される供給口付近に設けられることが好ましい。
【００２１】
また、前記冷却システムにおいて、前記冷却水バイパス流路の流路長さは、前記冷却水流路の流路長さより短いものであることが好ましい。
【００２２】
また、前記冷却システムにおいて、前記発熱物体は、インバータであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクが、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有することによって、冷却システムの構成を簡易なものとし、かつタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができるタンク及び当該タンクを備える冷却システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式断面図である。図１に示すように冷却システム１は、発熱物体としてのインバータ１０（実質的にはインバータ本体）及びモータジェネレータ１２（実質的にはモータジェネレータ本体）を冷却する冷却水を収容するタンク１４と、冷却水を循環させるポンプ１６と、冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器１８と、循環路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅとを備える。循環路２０ａは、ポンプ１６の吐出側（不図示）とモータジェネレータ１２の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路２０ｂは、モータジェネレータ１２の冷却水排出口（不図示）と熱交換器１８の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路２０ｃは、熱交換器１８の排出口（不図示）とタンク１４の供給口２２とを接続し、循環路２０ｄは、タンク１４の排出口２４とインバータ１０の冷却水供給口（不図示）とを接続し、循環路２０ｅは、インバータ１０の冷却水排出口（不図示）とポンプ１６の吸引側（不図示）とを接続するものである。
【００２６】
インバータ１０は、インバータ本体、インバータ本体を収容する収容体、冷却水が流れる冷却水通路、冷却水供給口、冷却水排出口を有する。冷却水通路は、冷却水供給口及び冷却水排出口と連結している。モータジェネレータ１２は、モータジェネレータ本体、モータジェネレータ本体を収容する収容体、冷却水が流れる冷却水通路、冷却水供給口、冷却水排出口を有する。モータジェネレータ１２も同様に、冷却水通路は、冷却水供給口及び冷却水排出口と連結している。
【００２７】
次に、図１に示す冷却システム１の動作について説明する。タンク１４の注入口２６から冷却水を充填した後、ポンプ１６を稼動させる。ポンプ１６の稼動により、冷却水は、循環路２０ａを通り、モータジェネレータ１２（具体的には、不図示の冷却水通路）に供給される。モータジェネレータ１２に供給された冷却水は、発熱したモータジェネレータ１２（実質的にはモータジェネレータ本体）と熱交換して、モータジェネレータ１２を冷却し、モータジェネレータ１２から排出される。排出された冷却水は、循環路２０ｂを通り、熱交換器１８に供給される。供給された冷却水は、熱交換器１８により外気と熱交換して冷却され、熱交換器１８から排出される。排出された冷却水は、循環路２０ｃを通り、タンク１４の供給口２２を介してタンク１４に供給される。冷却水は、後述するタンク１４内の冷却水流路を通り、タンク１４の排出口２４を介して、循環路２０ｄを通り、インバータ１０（具体的には、不図示の冷却水通路）に供給される。インバータ１０に供給された冷却水は、発熱したインバータ１０（実質的にはインバータ本体）と熱交換して、インバータ１０を冷却し、インバータ１０から排出される。排出された冷却水は、循環路２０ｅを通り、ポンプの吸引側に送られる。このように冷却水を循環させることにより、発熱物体を冷却することができる。
【００２８】
図２は、本実施形態に係るタンクの模式断面図である。図２に示すように、タンク１４は、隔壁２８と、隔壁２８を開閉し、バイパス流路形成手段としての弁３０及び制御装置３１と、外壁３３と、注入口２６と、供給口２２と、排出口２４とを有する。
【００２９】
隔壁２８は、タンク１４内を流れる冷却水の冷却水流路３４（図２に示す矢印Ａは、冷却水流路３４を通る冷却水の流れを示している。）を形成するものである。隔壁２８を設けることによって、冷却システム１の通常の動作時において、タンク１４の排出口２４から冷却水が排水される際に、タンク１４内の冷却水の液面３２が排出口２４側に下がることを抑制することができる。そのため、冷却システム１の通常の動作時でのタンク１４におけるエアの噛み込みを抑制することができる。
【００３０】
バイパス流路形成手段としての弁３０及び制御装置３１は、隔壁２８を開閉させ冷却水流路３４と異なる冷却水バイパス流路を形成することができるものである。
【００３１】
タンク１４内におけるエアの噛み込みの発生は、車輌の急発進、急停止、急旋回等の走行状態により、タンク１４内の冷却水の液面３２が変化する場合や、登坂路、降坂路等の路面状態等により、タンク１４自体が傾斜する場合に起こり易い。本実施形態では、制御装置３１により、冷却水の温度、車輌のアクセル開度、車内姿勢等から車輌の走行状態、路面状態等を検出し、弁３０に隔壁２８の開閉の信号を送る。そして、制御装置３１の信号に基づいて、弁３０により隔壁２８の開閉を行い、冷却水流路３４と異なる冷却水バイパス流路を形成することができる。
【００３２】
図３は、本実施形態に係るタンクにおいて、弁が開いた状態の本実施形態に係るタンクの模式断面図である。図３に示すように、バイパス経路手段としての弁３０及び制御装置３１は、タンク１４内におけるエアの噛み込みを抑制するために、隔壁２８を開閉させ、冷却水流路３４の冷却水の流れ（図２に示す矢印Ａ）と異なる冷却水バイパス流路３６（図３に示す矢印Ｂ。矢印Ｂは冷却水バイパス流路３６を通る冷却水の流れを示している。）を形成するものである。
【００３３】
登坂路の路面状態により、タンク１４が傾斜する場合を一例として、本実施形態に係るタンクの動作について説明する。
【００３４】
図４（イ）は、タンクが水平状態にある場合のタンクの動作を説明するための図であり、図４（ロ）は、タンクが傾斜状態にある場合のタンクの動作を説明するための図である。図４（イ），（ロ）に示す矢印Ａは、冷却水流路３４を通る冷却水の流れを示し、矢印Ｂは、冷却水バイパス流路３６を通る冷却水の流れを示している。図４（イ）に示すように、タンク１４が水平である場合には、制御装置３１から弁３０に信号を送らず（又は閉の信号を送る）、弁３０は閉じた状態となる。そのため、タンク１４の供給口２２からタンク１４内に供給される冷却水は、隔壁２８により形成された冷却水流路３４に沿って流れる（図４（イ）に示す矢印Ａ）。このようにタンク１４が水平である場合には、タンク１４内の冷却水の液面３２とタンク１４内を流れる冷却水の接触する面積は少ないため、エアの噛み込みは、ほとんど起こらない。
【００３５】
しかし、登坂路のように車輌が傾斜状態となって、タンク１４が傾斜する場合には、図４（ロ）に示すように、タンク１４内の冷却水の液面３２と冷却水流路３４に沿って流れる冷却水との接触する面積が増え、エアの噛み込みが発生し易くなる。本実施形態では、図４（ロ）に示すように、タンク１４が傾斜した場合には、制御装置３１により路面状態を検出し、弁３０に隔壁２８の開閉の信号が送られる。信号を受けた弁３０により、隔壁２８を開き、冷却水バイパス流路３６が形成される。
【００３６】
これにより、タンク１４の供給口２２からタンク１４内に供給される冷却水は、冷却水バイパス流路３６を通る（図４（ロ）に示す矢印Ｂ）。そのため、冷却水流路３４を通る冷却水の流量が減るか、又は冷却水流路３４を通る冷却水の流速が遅くなるため、エアの噛み込みを抑制することができる。
【００３７】
上記でも説明したように、本実施形態は、登坂路の場合に限られたものでない。車輌の急発進、急停止、急旋回等の走行状態により、タンク１４内の冷却水の液面が変化する場合でも、制御装置３１により、冷却水の温度、車輌のアクセル開度等から走行状態を検出し、弁３０に信号を送ることによって、隔壁２８を開けて冷却水バイパス流路３６を形成し、タンク１４内におけるエアの噛み込みを抑制することができる。車輌の傾斜状態の検出は、制御装置３１にピッキングセンサ等を備えることにより検出することができ、冷却水の温度は、温度センサ等を備えることにより検出することができ、車輌のアクセル開度は、アクセルセンサ等を備えることにより検出することができる。
【００３８】
本実施形態のバイパス流路形成手段は、上記説明した弁３０及び制御装置３１に限定されるものではなく、タンク１４内の冷却水の液面３２の変化等により隔壁２８を開閉させ、冷却水流路３４と異なる冷却水バイパス流路３６を形成することができるものであればよい。例えば、急発進、登坂路等の場合には、モータジェネレータ１２等の発熱量が増加するため、モータジェネレータ１２等を冷却する冷却水の温度も上昇する。そのため、冷却水が所定の温度に達すると変形するような形状記憶合金をバイパス流路形成手段として隔壁２８の一部に設けることにより、隔壁２８を開閉させ冷却水バイパス流路３６を形成するものでもよい。また、登坂路等のようにタンク１４が傾斜するような場合には、タンク１４の傾斜に伴って、自重により隔壁２８を開閉させる弁をバイパス流路形成手段として用いてもよい。
【００３９】
図５は、本発明の他の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式図である。図５に示すように冷却システム２は、発熱物体としてのインバータ及びモータジェネレータ１２を冷却する冷却水を収容するタンク１５と、冷却水を循環させるポンプ１６と、冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器１８と、循環路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｅとを備える。図５に示す冷却システム２において、図１に示す冷却システム１と同様の構成については同一の符号を付している。
【００４０】
図６は、本実施形態に係るタンク１５の構成の一例を示す模式断面図である。図６に示すように、タンク１５は、隔壁２８と、隔壁２８を開閉し、バイパス流路形成手段としての弁３０及び制御種装置３１と、外壁３３ａと、収容体３３ｂと、注入口２６と、供給口２２と、排出口２４とを有する。本実施形態に係るタンク１５は、外壁３３ａとインバータ本体を収容する収容体３３ｂとを一体形成したものであり、収容体３３ｂにも同様に、隔壁２８により冷却水流路３４が形成されている。収容体３３ｂ内には、インバータ本体が配置される。
【００４１】
冷却システムを車輌等に搭載するためのスペースには限界があり、冷却システムが大型化すると、タンクへの冷却水注入をスムーズに行うことができない場合がある。上記構成にすることによって、図１に示すようなタンク１４とインバータ１０とを接続する循環路２０ｄを必要とせず、冷却システムを簡易な構成とすることができる。すなわち、冷却システムの循環路がなくなり、タンクへの冷却水量が減ることで注入をスムーズに行うことができる（冷却水と空気がタンク内にあるため、空気が抜けないと冷却水を注入することができない）。
【００４２】
本実施形態のタンク内の冷却水の流れについて説明する。図６に示すように、タンク１５の供給口２２からタンク１５内に供給される冷却水は、隔壁２８により形成された冷却水流路３４に沿って流れる（図６に示す矢印Ａ）。本実施形態の冷却水流路３４は、インバータ本体の冷却も兼ねている。そして、冷却水流路３４を通った冷却水は、排出口２４から排出される。
【００４３】
本実施形態における、バイパス流路形成手段としての弁３０及び制御種装置３１は、上記説明した通りである。また、バイパス流路形成手段は、弁３０及び制御種装置３１に限られず、上記説明した形状記憶合金、自重により隔壁を開閉させる弁等であってもよい。
【００４４】
本実施形態のタンク（例えば図２に示すタンク１４又は図６にタンク１５）に用いられるバイパス流路形成手段は、隔壁２８を開閉し、冷却水流路３４と異なる冷却水バイパス流路３６を形成することができる箇所に設けられるものであれば特に制限されるものではないが、タンク（タンク１４又は１５）の供給口２２付近に設けられるものであることが好ましい。これにより、タンクの冷却水流路３４を通過する冷却水の流速、流量を抑えて、エアの噛み込みをより抑えることができる。
【００４５】
冷却水バイパス流路（例えば図３に示す冷却水バイパス流路３６）は、冷却水流路３４に流れる冷却水の流量を減らすか、又は冷却水流路３４に流れる冷却水の流速を遅くするためのものであれば、バイパス流路形成手段を複数設けることによって、複数形成されてもよい。また、冷却水バイパス流路３６の流路長さは、冷却水流路３４を通過する冷却水の流速、流量を抑えることができる点で、冷却水流路３４の流路長さより短いものであることが好ましい。
【００４６】
電気自動車等の車輌において、モータジェネレータ１２は、必要に応じて発電機又は回転電機として機能するものである。本実施形態の冷却システムでは、循環路にモータジェネレータを必ずしも設ける必要はない。
【００４７】
インバータ１０は、例えば、モータジェネレータ１２が発電機として機能するとき、スイッチングにより充電圧および発電量を調整し、モータジェネレータ１２が回転電機として機能するときは、車輌搭載の電源からモータジェネレータ１２に電力を供給することができるものである。本実施形態の冷却システムにおいて、冷却する発熱物体は、インバータ１０（実質的にはインバータ本体）であることが好ましい。
【００４８】
以上のように、本実施形態の冷却システムでは、車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクに、タンク内を流れる冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、その隔壁を開閉させ、冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを備えることにより、冷却システムの構成を簡易なものとし、かつタンク内におけるエアの噛み込みを抑制することができる。また、タンクと発熱物体を収容する収容体と一体形成することにより、冷却システムの構成をより簡易なものとすることができる。これらにより、冷却システムを小型化できるため、タンクへの冷却水注入をスムーズに行うことができ、また、冷却システムの冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式断面図である。
【図２】本実施形態に係るタンクの模式断面図である。
【図３】本実施形態に係るタンクにおいて、弁が開いた状態の本実施形態に係るタンクの模式断面図である。
【図４】（イ）は、タンクが水平状態にある場合のタンクの動作を説明するための図であり、（ロ）は、タンクが傾斜状態にある場合のタンクの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る冷却システムの構成の一例を示す模式図である。
【図６】本実施形態に係るタンク１５の構成の一例を示す模式断面図である。
【図７】発熱物体の冷却に使用される一般的な冷却システムの構成を示す模式図である。
【図８】冷却システムに用いられるタンクの模式断面図である。
【図９】タンクが傾斜状態にある場合のタンクの模式断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，２，３ 冷却システム、１０，３８ インバータ、１２，４０ モータジェネレータ、１４，１５，４２ タンク、１６，４４ ポンプ、１８，４６ 熱交換器、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ 循環路、２２，５０ 供給口、２４，５２ 排出口、２６，５８ 注入口、２８，５６ 隔壁、３０ 弁、３１ 制御装置、３３，３３ａ，６０ 外壁、３２，６２ 液面、３３ｂ 収容体、３４，５４ 冷却水流路、３６ 冷却水バイパス流路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクであって、
前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有することを特徴とするタンク。
【請求項２】
請求項１記載のタンクであって、前記タンクは、前記発熱物体を収容する収容体と一体形成されたものであることを特徴とするタンク。
【請求項３】
請求項１又は２記載のタンクであって、前記バイパス流路形成手段は、前記タンク内に冷却水が供給される供給口付近に設けられることを特徴とするタンク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のタンクであって、前記冷却水バイパス流路の流路長さは、前記冷却水流路の流路長さより短いものであることを特徴とするタンク。
【請求項５】
車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクを含む冷却システムであって、
前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有することを特徴とする冷却システム。
【請求項６】
請求項５記載の冷却システムであって、前記タンクは、前記発熱物体を収容する収容体と一体形成されたものであることを特徴とする冷却システム。
【請求項７】
請求項５又は６記載の冷却システムであって、前記バイパス流路形成手段は、前記タンク内に冷却水が供給される供給口付近に設けられることを特徴とする冷却システム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の冷却システムであって、前記冷却水バイパス流路の流路長さは、前記冷却水流路の流路長さより短いものであることを特徴とする冷却システム。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の冷却システムであって、前記発熱物体は、インバータであることを特徴とする冷却システム。
【請求項１】
車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクであって、
前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有することを特徴とするタンク。
【請求項２】
請求項１記載のタンクであって、前記タンクは、前記発熱物体を収容する収容体と一体形成されたものであることを特徴とするタンク。
【請求項３】
請求項１又は２記載のタンクであって、前記バイパス流路形成手段は、前記タンク内に冷却水が供給される供給口付近に設けられることを特徴とするタンク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のタンクであって、前記冷却水バイパス流路の流路長さは、前記冷却水流路の流路長さより短いものであることを特徴とするタンク。
【請求項５】
車輌に搭載された発熱物体を冷却する冷却水を収容するタンクを含む冷却システムであって、
前記タンクは、前記タンク内を流れる前記冷却水の冷却水流路を形成する隔壁と、前記隔壁を開閉させ、前記冷却水流路と異なる冷却水バイパス流路を形成するバイパス流路形成手段とを有することを特徴とする冷却システム。
【請求項６】
請求項５記載の冷却システムであって、前記タンクは、前記発熱物体を収容する収容体と一体形成されたものであることを特徴とする冷却システム。
【請求項７】
請求項５又は６記載の冷却システムであって、前記バイパス流路形成手段は、前記タンク内に冷却水が供給される供給口付近に設けられることを特徴とする冷却システム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の冷却システムであって、前記冷却水バイパス流路の流路長さは、前記冷却水流路の流路長さより短いものであることを特徴とする冷却システム。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の冷却システムであって、前記発熱物体は、インバータであることを特徴とする冷却システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２６５５０５（Ｐ２００８−２６５５０５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１０７３６（Ｐ２００７−１１０７３６）
【出願日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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