特許 5700717 冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5700717

(24)【登録日】2015年2月27日

(45)【発行日】2015年4月15日

(54)【発明の名称】冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20150326BHJP

   F25B 6/04 20060101ALI20150326BHJP

   F28D 1/053 20060101ALI20150326BHJP

   F28D 7/16 20060101ALI20150326BHJP

   B60H 1/32 20060101ALI20150326BHJP

   B60K 11/04 20060101ALI20150326BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 101G

   F25B6/04 C

   F28D1/053 A

   F28D7/16 F

   B60H1/32 624F

   B60H1/32 613E

   B60K11/04 G

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-126274(P2013-126274)

(22)【出願日】2013年6月17日

(65)【公開番号】特開2015-1339(P2015-1339A)

(43)【公開日】2015年1月5日

【審査請求日】2014年9月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】カルソニックカンセイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100167520

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 良太

(72)【発明者】

【氏名】河上 浩布

(72)【発明者】

【氏名】辻本 直也

【審査官】 松井 裕典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２４７１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４５８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８３１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１８３２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５２８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１１２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２１６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６４４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８７２２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１８５３６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００６０３４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 岩崎 充，原 潤一郎，回谷 雄一，熱交換器のシステム効率を向上する薄型統合冷却システムの開発，自動車技術会論文集，日本，公益社団法人自動車技術会，２０１２年 １月２５日，Vol.43，No.1，第９７−１０２頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ １／００−１３／００

Ｆ２８Ｆ ９／００

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ６／０４

Ｂ６０Ｈ １／００

Ｆ０１Ｐ ３／１８

Ｆ０１Ｐ １１／１０

Ｂ６０Ｋ １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１流体を空気によって冷却する第１熱交換器と、
第２流体を空気によって冷却する第２熱交換器と、
前記第１熱交換器から排出された前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換可能するとともに、前記第１流体および前記第２流体を空気によって冷却する第３熱交換器とを備え、前記第３熱交換器から排出された前記第２流体が前記第２熱交換器に流入する冷却装置であって、
前記第３熱交換器において前記第１流体の温度が、前記第２流体の温度よりも高い場合に、前記第１流体の少なくとも一部を、前記第３熱交換器の少なくとも一部をバイパスして流す流量調整手段を備えることを特徴とする冷却装置。

【請求項2】

請求項１に記載の冷却装置であって、
前記流量調整手段は、
前記第３熱交換器をバイパスする第１バイパス配管と、
前記第１バイパス配管へ流入する前記第１流体の流量を調整する第１流量調整弁とを備えることを特徴とする冷却装置。

【請求項3】

請求項１に記載の冷却装置であって、
前記流量調整手段は、
前記第３熱交換器の一部をバイパスする第２バイパス配管と、
前記第２バイパス配管によって前記第３熱交換器から排出される前記第１流体の流量を調整する第２流量調整弁とを備えることを特徴とする冷却装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記流量調整手段は、前記第３熱交換器から排出された前記第１流体の温度が、前記第１流体によって発熱体を冷却するための上限温度よりも高い場合には、前記第１流体の少なくとも一部を、前記第３熱交換器の少なくとも一部をバイパスして流すことを特徴とする冷却装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記流量調整手段は、前記第３熱交換器に流入する前記第２流体の温度が、前記第１流体によって前記第２流体を冷却させる必要がない温度よりも低い場合には、前記第１流体の少なくとも一部を、前記第３熱交換器の少なくとも一部をバイパスして流すことを特徴とする冷却装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とは鉛直方向に沿って並列に配置され、
前記第３熱交換器は、前記第１熱交換器、または前記第２熱交換器の側方に配置されることを特徴とする冷却装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記第１熱交換器は、空気と冷却水との間で熱交換を行うサブラジエータであり、
前記第２熱交換器は、空気と冷媒との間で熱交換を行う空調装置用の空冷コンデンサであり、
前記第３熱交換器は、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行うとともに、前記冷却水および前記冷媒と空気との間で熱交換を行う空調装置用の水冷コンデンサであることを特徴とする冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は冷却装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、空冷凝縮器に空調用冷媒を流入させる前に、水冷凝縮器によって空調用冷媒を冷却させる冷却装置において、水冷凝縮器によって空調用冷媒を冷却する電気系冷却水の温度が、空調用冷媒の温度以上である場合には、空調用冷媒を、水冷凝縮器をバイパスさせて空冷凝縮器に流入させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１９９２０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上記の冷却装置では、電気系冷却水の温度が空調用冷媒の温度以上である場合に、空調用冷媒を、水冷凝縮器をバイパスさせて空冷凝縮器に流入させているので、空冷凝縮器のみで空調用冷媒を冷却しなければならない。

【0005】

そのため、上記する場合であっても空調用冷媒を十分に冷却するためには大型の空冷凝縮器を用いる、または冷却性能が高い空冷凝縮器を用いなければならない。

【0006】

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、電気系冷却水を用いて水冷凝縮器によって空調用冷媒を冷却できない場合であっても、空冷凝縮器に流入する空調用冷媒の温度を低くし、大型の空冷凝縮器、または冷却性能が高い空冷凝縮器を用いずに、空冷凝縮器で空調用冷媒を冷却することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様に係る冷却装置は、第１流体を空気によって冷却する第１熱交換器と、第２流体を空気によって冷却する第２熱交換器と、前記第１熱交換器から排出された前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換可能するとともに、前記第１流体および前記第２流体を空気によって冷却する第３熱交換器とを備え、前記第３熱交換器から排出された前記第２流体が前記第２熱交換器に流入する冷却装置であって、前記第３熱交換器において前記第１流体の温度が、前記第２流体の温度よりも高い場合に、前記第１流体の少なくとも一部を、前記第３熱交換器の少なくとも一部をバイパスして流す流量調整手段を備える。

【発明の効果】

【0008】

この態様によると、第１流体の温度が、第２流体の温度よりも高い場合に、第１流体を第３熱交換器をバイパスさせることで、第３熱交換器には第２流体を流入させて、第２流体が第３熱交換器を流れる間に、例えば、第２流体を空気によって冷却し、第２熱交換器に流入する第２流体の温度を低くすることができる。そのため、大型の第２熱交換器、または冷却能力の高い第２熱交換器を用いずに、第２熱交換器によって第２流体を冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態の冷却装置の概略斜視図である。

【図2】第１実施形態の冷却装置の概略ブロック図である。

【図3】三方弁の切替制御を説明するフローチャートである。

【図4】第２実施形態の冷却装置の概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の第１実施形態の冷却装置１について図を用いながら説明する。ここでは、車両に搭載された冷却装置１について説明するが、これに限られることはない。

【0011】

図１は本実施形態の冷却装置１の概略斜視図である。図２は本実施形態の冷却装置１の概略ブロック図である。図１、図２において冷却水の流れを実線で示し、冷媒の流れを破線で示す。

【0012】

冷却装置１は、サブラジエータ２と、空冷コンデンサ３と、水冷コンデンサ４と、コントローラ５とを備える。

【0013】

サブラジエータ２は、車両のモータや、インバータなどを循環して、これらの発熱体を冷却して温度が高くなった冷却水を走行風によって冷却する。冷却水は、サブラジエータ２によって後述する第１所定温度よりも低い温度に冷却される。

【0014】

空冷コンデンサ３は、車両の空調装置を循環し、コンプレッサ（図示せず）によって加圧され、水冷コンデンサ４から排出された冷媒を走行風によって冷却して凝縮する。空冷コンデンサ３とサブラジエータ２とは、鉛直方向に沿って並列に配置される。

【0015】

水冷コンデンサ４は、コンプレッサと空冷コンデンサ３との間に配置され、コンプレッサによって加圧された冷媒が流入する。また、水冷コンデンサ４は、冷却水の流れ方向に対してサブラジエータ２の下流側に配置され、サブラジエータ２から排出された冷却水が冷却水配管６を介して流入可能となっている。水冷コンデンサ４は、サブラジエータ２によって冷却された冷却水が冷却水配管６を介して流入すると、冷却水と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を冷却する。また、水冷コンデンサ４は、サブラジエータ２、および空冷コンデンサ３の側方に配置され、後述するバイパス配管８を冷却水が流れ、冷却水が水冷コンデンサ４に流入しない場合であっても、水冷コンデンサ４を流れる間に冷媒を例えば水冷コンデンサ４の周囲の空気（走行風）によって冷却する。

【0016】

冷却水配管６には、三方弁７が配置されており、三方弁７を介してバイパス配管８が接続される。バイパス配管８は、冷却水配管６と、水冷コンデンサ４から冷却水を排出する排出配管９とに接続しており、三方弁７によって冷却水配管６とバイパス配管８とが連通すると、水冷コンデンサ４をバイパスして冷却水を水冷コンデンサ４の下流側（モータや、インバータなど）に流すことができる。三方弁７によって冷却水配管６とバイパス配管８とが遮断されると、冷却水は水冷コンデンサ４に流入する。

【0017】

三方弁７は、コントローラ５からの信号に基づいて、アクチュエータ（図示せず）によって冷却水配管６とバイパス配管８との連通状態を切り替える。

【0018】

コントローラ５は、水冷コンデンサ４の出口側における冷却水の温度を検出する第１温度センサ２０からの信号と、水冷コンデンサ４の入口における冷媒の温度を検出する第２温度センサ２１からの信号とに基づいて、三方弁７を切り替える信号を出力する。第１温度センサ２０は、バイパス配管８と排出配管９とが合流する箇所の直下流に設けられる。

【0019】

次に、本実施形態における三方弁７の切替制御について図３のフローチャートを用いて説明する。

【0020】

ステップＳ１００では、コントローラ５は、第１温度センサ２０からの信号に基づいて冷却水温度Ｔｗを検出する。

【0021】

ステップＳ１０１では、コントローラ５は、検出した冷却水温度Ｔｗが第１所定温度よりも高いかどうか判定する。第１所定温度は、モータやインバータなどを冷却するために必要な上限温度であり、予め設定されており、例えば６２℃である。処理は、冷却水温度Ｔｗが第１所定温度よりも高い場合には、ステップＳ１０２に進み、冷却水温度Ｔｗが第１所定温度以下である場合にはステップＳ１０３に進む。

【0022】

ステップＳ１０２では、コントローラ５は、第１フラグを「１」に設定する。第１フラグは、冷却水温度Ｔｗが第１所定温度よりも高い場合に「１」となる。なお、第１フラグは初期値として「０」に設定されている。

【0023】

ステップＳ１０３では、コントローラ５は、第１フラグが「１」となっているかどうか、つまり前回までの処理で冷却水温度Ｔｗが第１所定温度よりも高いと判定されているかどうか判定する。処理は、第１フラグが「１」となっている場合には、ステップＳ１０４に進み、第１フラグが「０」の場合にはステップＳ１０６に進む。

【0024】

ステップＳ１０４では、コントローラ５は、冷却水温度Ｔｗが第２所定温度よりも高いかどうか判定する。第２所定温度は、第１所定温度よりも低い温度であり、冷却水温度Ｔｗが一旦第１所定温度よりも高くなった後に、冷却水が冷却されたと判定可能な温度であり、例えば第２所定温度は６０℃である。処理は、冷却水温度Ｔｗが第２所定温度よりも高い場合にはステップＳ１０６に進み、冷却水温度Ｔｗが第２所定温度以下の場合にはステップＳ１０５に進む。

【0025】

ステップＳ１０５では、コントローラ５は、第１フラグを「０」に設定する。

【0026】

ステップＳ１００からステップＳ１０５では、コントローラ５は、冷却水温度Ｔｗが第１所定温度よりも高くなると、冷却水温度Ｔｗが第２所定温度以下となるまで、第１フラグを「１」にする。

【0027】

ステップＳ１０６では、コントローラ５は、第２温度センサ２１からの信号に基づいて水冷コンデンサ４に流入する冷媒温度Ｔｒを検出する。

【0028】

ステップＳ１０７では、コントローラ５は、冷媒温度Ｔｒが第３所定温度よりも低いかどうか判定する。第３所定温度は、水冷コンデンサ４において冷却水によって冷媒を冷却する必要がなく、冷却水によって冷媒を冷却しなくても空冷コンデンサ３によって冷媒を冷却することができると判定可能な温度であり、予め設定されている。処理は、冷媒温度Ｔｒが第３所定温度よりも低い場合にはステップＳ１０９に進み、冷媒温度Ｔｒが第３所定温度以上である場合にはステップＳ１０８に進む。

【0029】

ステップＳ１０８では、コントローラ５は、冷却水温度Ｔｗと冷媒温度Ｔｒとを比較する。コントローラ５は、冷却水温度Ｔｗが冷媒温度Ｔｒよりも高い場合には、水冷コンデンサ４に冷却水を流入させると、冷媒が冷却水から受熱し、冷媒の温度が高くなると判定する。処理は、冷却水温度Ｔｗが冷媒温度Ｔｒよりも高い場合にはステップＳ１０９に進み、冷却水温度Ｔｗが冷媒温度Ｔｒ以下である場合にはステップＳ１１０に進む。

【0030】

なお、ここでは、第１温度センサ２０からの信号に基づいた冷却水温度Ｔｗと冷媒温度Ｔｒとを比較したが、サブラジエータ２から排出された冷却水の温度を検出し、検出した温度と冷媒温度Ｔｒとを比較してもよい。

【0031】

ステップＳ１０９では、コントローラ５は、第２フラグを「１」に設定する。第２フラグは、冷媒温度Ｔｒが第３所定温度よりも低い場合、または冷却水温度Ｔｗが冷媒温度Ｔｒよりも高い場合に「１」となる。なお、第２フラグは初期値として「０」に設定されている。

【0032】

ステップＳ１１０では、コントローラ５は、第２フラグを「０」に設定する。

【0033】

ステップＳ１１１では、コントローラ５は、第１フラグが「１」、もしくは第２フラグが「１」となっているかどうか判定する。処理は、第１フラグ、もしくは第２フラグが「１」となっている場合にはステップＳ１１２に進み、第１フラグ、および第２フラグが「０」となっている場合にはステップＳ１１３に進む。

【0034】

ステップＳ１１２では、コントローラ５は、三方弁７によって冷却水配管６とバイパス配管８とを連通させて、水冷コンデンサ４をバイパスさせて冷却水を流す。

【0035】

第１フラグが「１」である場合には、冷却水温度Ｔｗが高く、モータやインバータなどを十分に冷却することができない。そのため、第１フラグが「１」の場合には、水冷コンデンサ４をバイパスさせて冷却水を流し、モータやインバータなどを冷却する冷却水の温度が高くなることを抑制する。

【0036】

冷媒温度Ｔｒが第３所定温度よりも低く、第２フラグが「１」となっている場合には、水冷コンデンサ４において冷却水によって冷却しなくても、空冷コンデンサ３によって冷媒を十分に冷却して凝縮させることができる。そのため、水冷コンデンサ４をバイパスさせて冷却水を流し、冷却水の温度が高くなることを抑制する。また、冷却水温度Ｔｗが冷媒温度Ｔｒよりも高く、第２フラグが「１」となっている場合には、冷却水を水冷コンデンサ４に流入させると、冷却水によって冷媒が温められ、冷媒の温度が高くなる。そのため、水冷コンデンサ４をバイパスさせて冷却水を流し、冷媒の温度が高くなることを抑制する。

【0037】

ステップＳ１１３では、コントローラ５は、三方弁７によって冷却水配管６とバイパス配管８とを遮断し、冷却水を水冷コンデンサ４に流入させる。これにより、冷却水によって冷媒が冷却される。

【0038】

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

【0039】

冷却水温度Ｔｗが冷媒温度Ｔｒよりも高い場合には、バイパス配管８によって水冷コンデンサ４をバイパスさせて冷却水を流す。これにより、冷媒が冷却水によって温められることを抑制することができ、さらに水冷コンデンサ４には冷媒が流入するので、水冷コンデンサ４を流れる間に水冷コンデンサ４の周囲の空気などによって冷媒を冷却することができる。そのため、空冷コンデンサ３に流入する冷媒の温度を下げることができ、大型の空冷コンデンサ３、または冷却性能の高い空冷コンデンサ３を用いずに、冷媒を冷却することができる。

【0040】

冷却水温度Ｔｗが第１所定温度よりも高い場合には、バイパス配管８によって水冷コンデンサ４をバイパスさせて冷却水を流す。これにより、冷却水の温度が高くなることを抑制し、温度が高い冷却水がモータやインバータなどに流入することを抑制し、モータやインバータなどを十分に冷却することができる。

【0041】

冷媒温度Ｔｒが第３所定温度よりも低く、水冷コンデンサ４によって冷却水を用いて冷媒を冷却しなくても空冷コンデンサ３によって冷媒を十分に冷却することができる場合には、冷却水を、バイパス配管８によって水冷コンデンサ４をバイパスさせる。これにより、冷却水の温度が高くなることを抑制し、その後空調装置の負荷が高くなった場合に、温度が低い冷却水によって、水冷コンデンサ４で冷媒を冷却し、空冷コンデンサ３による冷媒の冷却不足を抑制することができる。

【0042】

水冷コンデンサ４を、サブラジエータ２、および空冷コンデンサ３の側方に配置することで、冷却水を、水冷コンデンサ４をバイパスさせている場合でも、走行風によって水冷コンデンサ４を冷却することができる。

【0043】

次に本発明の第２実施形態について図を用いながら説明する。

【0044】

図４は、本実施形態の冷却装置１の概略ブロック図である。第２実施形態については第１実施形態と異なる部分を説明する。本実施形態の冷却装置１は、水冷コンデンサ４の一部をバイパスして冷却水を流すことが可能な第２バイパス配管１１を備える。

【0045】

第２バイパス配管１１は、水冷コンデンサ４において冷却水が流れる流路の途中に連通しており、流路の途中から冷却水を排出することができる。第２バイパス配管１１は、三方弁１２を介して排出配管９と接続しており、三方弁１２を切り替えて第２バイパス配管１１と排出配管９とを連通させると、水冷コンデンサ４の一部をバイパスして冷却水が排出配管９に流れる。

【0046】

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

【0047】

本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0048】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0049】

なお、上記実施形態では、冷却水の全流量を水冷コンデンサ、または第１バイパス配管８（第２バイパス配管１１）に流すかどうか三方弁７（三方弁１２）によって切り替えているが、第１バイパス配管８（第２バイパス配管１１）に流れる冷却水の流量を流量制御弁などによって調整してもよい。

【符号の説明】

【0050】

１ 冷却装置
２ サブラジエータ
３ 空冷コンデンサ
４ 水冷コンデンサ
５ コントローラ
７ 三方弁（第１流量調整弁）
８ 第１バイパス配管（バイパス配管）
１１ 第２バイパス配管（バイパス配管）
１２ 三方弁（第２流量調整弁）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】