特開 2024-60251 冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024060251

(43)【公開日】2024-05-02

(54)【発明の名称】冷却システム

(51)【国際特許分類】

   F01P 11/00 20060101AFI20240424BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20240424BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240424BHJP

   B60K 11/02 20060101ALI20240424BHJP

   B60L 3/00 20190101ALN20240424BHJP

   B60L 1/00 20060101ALN20240424BHJP

【ＦＩ】

F01P11/00 C

H01L23/46 Z

H05K7/20 P

B60K11/02

B60L3/00 J

B60L1/00 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022167503

(22)【出願日】2022-10-19

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西岡 秀雄

(72)【発明者】

【氏名】細川 孝之

(72)【発明者】

【氏名】三浦 智之

【テーマコード（参考）】

3D038

5E322

5F136

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D038AB01

3D038AC22

3D038AC23

5E322AA07

5E322DA01

5E322DA02

5E322DA04

5E322EA10

5E322FA01

5F136CB06

5F136CB11

5F136CB13

5F136DA27

5F136DA41

5H125AA01

5H125AC12

5H125BA09

5H125FF22

5H125FF23

5H125FF24

(57)【要約】

【課題】２系統の冷媒流路とリザーブタンクを備えた冷却システムにおいて、第１系統と第２系統の間で熱量の移動を抑える。
【解決手段】本明細書が開示する冷却システムは、第１系統流路、第２系統流路、リザーブタンクを備える。リザーブタンクは、第１室と、第１室と同じ高さか第１室よりも低い位置に配置されている第２室と、第１室よりも低い位置に配置されている第３室と第４室
と、中間室を備える。第１室には第１流入口が開口しており、第２室には第１流出口が開口しており、第３室には第２流入口が開口しており、第４室には第２流出口が開口している。第１室と第２室は連通しており、第３室と第４室は連通しており、第１室は中間室を介して第３室と連通している。第１系統流路が第１流入口と第１流出口に接続されており、第２系統流路が第２流入口と第２流出口に接続されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１発熱体を冷却する第１系統流路と、
前記第１発熱体よりも温度の低い第２発熱体を冷却する第２系統流路と、
リザーブタンクと、
を備えている冷媒システムであって、
前記リザーブタンクは、
前記リザーブタンクの外壁に面している第１室と、
前記外壁に面しており、前記第１室と同じ高さか前記第１室よりも低い位置に配置されている第２室と、
前記外壁に面しており、前記第１室よりも低い位置に配置されている第３室と、
前記外壁に面しており、前記第１室よりも低い位置に配置されている第４室と、
少なくとも１つの中間室と、
前記外壁に設けられており、前記第１室に開口している第１流入口と、
前記外壁に設けられており、前記第２室に開口している第１流出口と、
前記外壁に設けられており、前記第３室に開口している第２流入口と、
前記外壁に設けられており、前記第４室に開口している第２流出口と、
を備えており、
前記第１室と前記第２室は連通しており、
前記第３室と前記第４室は連通しており、
前記第１室は、前記中間室を介して前記第３室と連通しており、
前記第１系統流路が前記第１流入口と前記第１流出口に接続されており、
前記第２系統流路が前記第２流入口と前記第２流出口に接続されている、
冷却システム。

【請求項2】

前記第１系統流路は、
前記第１流出口に接続している第１上流路と、
前記第１流入口に接続している第１下流路と、
を含んでおり、
前記第２系統流路は、
前記第２流出口に接続している第２上流路と、
前記第２流入口に接続している第２下流路と、
を含んでおり、
当該冷却システムは、さらに、
前記リザーブタンクから前記第１上流路へ冷媒を流す第１ポンプと、
前記リザーブタンクから前記第２上流路へ冷媒を流す第２ポンプと、
前記第１上流路を前記第１下流路に接続し、前記第２上流路を前記第２下流路に接続する第１状態と、前記第１上流路を前記第２下流路に接続し、前記第１下流路と前記第２上流路は閉鎖する第２状態とを切り替える切替弁と、
を備えている、請求項１に記載の冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、第１発熱体を冷却する第１系統流路と第２発熱体を冷却する第２系統流路を有する冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

液体の冷媒を用いる冷却装置はリザーブタンクを備える。特許文献１に開示のリザーブタンクには、外部から冷媒が流入する。冷媒は、リザーブタンク内で滞留した後にリザーブタンクの外部へ流出する。リザーブタンク内で冷媒が滞留している間に、冷媒から気泡が除去される。

【0003】

特許文献２、３に開示の冷却システムは、２系統の冷媒流路を有するとともに、２系統の冷媒流路が一つのリザーブタンクを共有する。特許文献２には、第１系統と第２系統の間で熱量の移動を抑えるリザーブタンクが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－０８１９７０号公報

【特許文献2】特開２０２２－１３４５８７号公報

【特許文献3】特開２０２１－１６０５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本明細書は、２系統の冷媒流路とそれらに共通のリザーブタンクを備えた冷却システムにおいて、特許文献２の技術よりもさらに、第１系統流路と第２系統流路の間で熱量の移動を抑える技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書が開示する冷却システムは、第１系統流路、第２系統流路、リザーブタンクを備える。第１系統流路は第１発熱体を冷却する。第２系統流路は、第１発熱体よりも温度が低い第２発熱体を冷却する。

【0007】

リザーブタンクは、リザーブタンクの外壁に面している第１室／第２室／第３室／第４室を備える。第２室は、第１室と同じ高さか第１室よりも低い位置に配置されている。第３室と第４室は、第１室よりも低い位置に配置されている。リザーブタンクはさらに、少なくとも１つの中間室と、リザーブタンクの外壁に設けられている第１流入口、第１流出口、第２流入口、第２流出口を備える。第１流入口は第１室に開口しており、第１流出口は第２室に開口している。第２流入口は第３室に開口しており、第２流出口は第４室に開口している。第１室と第２室は連通しており、第３室と第４室は連通している。第１室は、中間室を介して第３室と連通している。

【0008】

第１系統流路が第１流入口と第１流出口に接続されており、第２系統流路が第２流入口と第２流出口に接続されている。第１系統流路を流れる冷媒は、温度が高い第１発熱体を冷却するので、第２系統流路を流れる冷媒よりも温度が高くなる。温度の高い冷媒が第１室に流れ込み、温度の低い冷媒は第３室に流れ込む。第１室は第３室よりも高い位置にあり、第１室と第３室は少なくとも１つの中間室を介して連通している。それゆえ、第１室の冷媒（温度が高い冷媒）は第３室へは移動し難く、第３室の冷媒（温度の低い冷媒）は第１室へ移動し難い。すなわち、第１系統と第２系統の間で熱量の移動が抑えられる。

【0009】

第１系統流路は、第１流出口に接続している第１上流路と、第１流入口に接続している第１下流路を含んでいてよい。第２系統流路は、第２流出口に接続している第２上流路と、第２流入口に接続している第２下流路を含んでいてよい。冷却システムは、さらに、リザーブタンクから第１上流路へ冷媒を流す第１ポンプと、リザーブタンクから第２上流路へ冷媒を流す第２ポンプと、切替弁を備えていてよい。切替弁は、第１上流路を第１下流路に接続し、第２上流路を第２下流路に接続する第１状態と、第１上流路を第２下流路に接続し、第１下流路と第２上流路は閉鎖する第２状態とを切り替えることが可能である。第１状態では、第１系統流路と第２系統流路の間で熱量の移動が少なく、第２状態では第１系統流路と第２系統流路が合体し、第３系統流路として利用することができる。

【0010】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例の冷却システムのブロック図である（第１状態）。

【図2】実施例の冷却システムのブロック図である（第２状態）。

【図3】実施例の冷却システムのリザーブタンクの断面図である。

【図4】変形例のリザーブタンクの側面図である。

【図5】変形例のリザーブタンクの上面図である。

【図6】図５のVI－VI線に沿った断面図である。

【図7】図４のVII－VII線に沿った断面図である。

【図8】図５のVIII－VIII線に沿った断面図である。

【図9】図４のIX－IX線に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図面を参照して実施例の冷却システム２を説明する。図１に、冷却システム２のブロック図を示す。冷却システム２は、第１系統流路１０、第２系統流路２０、切替弁３０、リザーブタンク１００を備える。第１系統流路１０は第１発熱体９１を通過している。第１系統流路１０を流れる冷媒が第１発熱体９１を冷却する。第２系統流路２０は第２発熱体９２を通過している。第２系統流路２０を流れる冷媒が第２発熱体９２を冷却する。冷媒は液体であり、典型的には水である。

【0013】

冷却システム２は、電気自動車に搭載されており、第１発熱体９１は走行用のモータやモータを駆動する交流電力を作る電力変換器である。第２発熱体９２は、バッテリである。第１発熱体９１の発熱量は、第２発熱体９２の発熱量よりも大きい。それゆえ、第１系統流路１０を通過した冷媒の温度は、第２系統流路２０を通過した冷媒の温度よりも高くなる。

【0014】

第１系統流路１０は、第１上流路１１と第１下流路１２を含んでいる。第１上流路１１の一端（上流端）は、リザーブタンク１００の第１流出口１０２に接続されており、他端（下流端）は切替弁３０に接続されている。第１下流路１２の一端（上流端）は切替弁３０に接続されており、他端（下流端）はリザーブタンク１００の第１流入口１０１に接続されている。第１系統流路１０には第１ポンプ１３が備えられている。第１ポンプ１３は、リザーブタンク１００から冷媒を吸い上げて第１上流路１１へ流す。吸い上げられた冷媒は第１発熱体９１、切替弁３０、第１下流路１２を通過してリザーブタンク１００へ戻る。

【0015】

第２系統流路２０は、第２上流路２１と第２下流路２２を含んでいる。第２上流路２１の一端（上流端）は、リザーブタンク１００の第２流出口１０４に接続されており、他端（下流端）は切替弁３０に接続されている。第２下流路２２の一端（上流端）は切替弁３０に接続されており、他端（下流端）はリザーブタンク１００の第２流入口１０３に接続されている。第２系統流路２０には第２ポンプ２３が備えられている。第２ポンプ２３は、リザーブタンク１００から冷媒を吸い上げて第２上流路２１へ流す。吸い上げられた冷媒は第２発熱体９２、切替弁３０、第２下流路２２を通過してリザーブタンク１００へ戻る。

【0016】

なお、第１系統流路１０と第２系統流路２０には、ラジエータなどのデバイスが備えられているが、それらの図示と説明は省略する。

【0017】

切替弁３０は第１状態と第２状態を切り替え可能である。図１は、第１状態を示している。第１状態では、切替弁３０は、第１上流路１１を第１下流路１２に接続し、第２上流路２１を第２下流路２２に接続する。第１状態では、第１系統流路１０と第２系統流路２０はリザーブタンク１００を共有するが、それぞれが独立した冷却回路となる。

【0018】

図２に切替弁３０が第２状態となったときの流路を示す。第２状態では、切替弁３０は、第１上流路１１を第２下流路２２に接続し、第１下流路１２と第２上流路２１を閉鎖する。切替弁３０が第２状態のときに第１ポンプ１３を駆動すると、冷媒は、リザーブタンク１００、第１上流路１１、切替弁３０、第２下流路２２を通り、リザーブタンク１００に戻る。第２状態では、第１系統流路１０と第２系統流路２０が融合し、第３系統流路となる。第３系統流路は、特定の条件のときに活用される。

【0019】

図３に、リザーブタンク１００の断面図を示す。図３の座標系において、＋Ｚ方向は鉛直上方に相当する。

【0020】

リザーブタンク１００の内部空間は、外壁１９９に面している（接している）第１室１１１、第２室１１２、第３室１１３、第４室１１４と、複数の中間室１３１－１３９に分かれている。隣り合う室は隔壁で仕切られているが、いくつかの隔壁には連通孔１４０が設けられている。第２室１１２は、第１室１１１と同じ高さに配置されている。第３室１１３と第４室１１４は、第１室１１１よりも低い位置に配置されている。

【0021】

冷媒４０の液面４０ａは、中間室１３２、１３３、１３４に位置する。液面４０ａよりも上には空気層があり、冷媒４０に含まれる気泡は空気層へと移動し、冷媒４０から分離される。すなわち、リザーブタンク１００は、冷媒４０に含まれる気泡を冷媒４０から分離する役割を有する。

【0022】

外壁１９９には第１流入口１０１、第１流出口１０２、第２流入口１０３、第２流出口１０４が設けられている。第１流入口１０１は第１室１１１に開口している。第１流出口１０２は第２室１１２に開口している。第２流入口１０３は第３室１１３に開口している。第２流出口１０４は第４室１１４に開口している。また、先に述べたように、第１流入口１０１には第１下流路１２が接続されており、第１流出口１０２には第１上流路１１が接続されている。第２流入口１０３には第２下流路２２が接続されており、第２流出口１０４には第２上流路２１が接続されている。

【0023】

また、第１室１１１は、その隣の中間室１３５と連通しており、中間室１３５はその隣の第２室１１２と連通している。別言すれば、第１流入口１０１から第１流出口１０２まで水平方向で連通している。先に述べたように、切替弁３０が第１状態のとき、リザーブタンク１００の第１流出口１０２から出た冷媒は、第１系統流路１０を通り、第１流入口１０１を経てリザーブタンク１００へ戻る。図３の太矢印線Ａが、第１流入口１０１から第１流出口１０２へ向かう冷媒の流れを示している。太矢印線Ａは、第１系統流路１０を流れる冷媒のリザーブタンク１００内での流れを示している。

【0024】

一方、第３室１１３は、その隣の第４室１１４と連通している。切替弁３０が第１状態のとき、リザーブタンク１００の第２流出口１０４から出た冷媒は、第２系統流路２０を通り、第２流入口１０３を経てリザーブタンク１００へ戻る。図３の太矢印線Ｂが、第２流入口１０３から第２流出口１０４へ向かう冷媒の流れを示している。太矢印線Ｂは、第２系統流路２０を流れる冷媒のリザーブタンク１００内での流れを示している。

【0025】

第１室１１１と第３室１１３は直接には連通しておらず、中間室１３５、１３７と、第４室１１４を介して連通している。しかも、第１室１１１と第２室１１２は、第３室１１３と第４室１１４よりも高い位置に位置している。別言すれば、第１流入口１０１と第１流出口１０２は、第２流入口１０３と第２流出口１０４よりも高い位置に位置している。

【0026】

先に述べたように、第１系統流路１０を通る冷媒が冷却する第１発熱体９１は、第２系統流路２０を通る冷媒が冷却する第２発熱体９２よりも熱量が大きい。それゆえ、第１系統流路１０を通過して第１室１１１へ戻ってきた冷媒の温度は、第２系統流路２０を通過して第３室１１３へ戻ってきた冷媒の温度よりも高くなる。温度の高い冷媒は温度の低い冷媒よりも比重が小さくなる。それゆえ、高い位置に配置された第１室１１１の冷媒（温度の高い冷媒）は、低い位置に配置された第３室１１３へは流れ難く、第３室１１３の冷媒（温度の低い冷媒）は第１室１１１には流れ難い。第１系統と第２系統の間で熱量の移動が抑えられる。

【0027】

第１室１１１と第３室１１３が直接には連通しておらず、中間室１３５、１３７を介して連通していることも、第１系統と第２系統の間で熱量の移動が抑えられることに貢献する。

【0028】

さらにまた、第１流入口１０１から第１流出口１０２までを最短で結ぶ流路（すなわち太矢印線Ａ）が、第２流入口１０３から第２流出口１０４までを最短で結ぶ流路（すなわち太矢印線Ｂ）よりも低い位置を通過している。この点も、第１系統と第２系統の間で移動する熱量が少なくなることに貢献する。

【0029】

切替弁３０が第２状態のとき、リザーブタンク１００内の冷媒は、第１流出口１０２、第１上流路１１、第２下流路２２、第２流入口１０３を経てリザーブタンク１００へ戻る。図３の破線矢印線Ｃが、このときのリザーブタンク１００内での冷媒の流れを示している。

【0030】

（変形例）図４－図９を参照して変形例のリザーブタンク２００の構造を説明する。図４は、リザーブタンク２００の側面図であり、図５は、リザーブタンク２００の平面図である。図４－図９でも、＋Ｚ方向が鉛直上方に相当する。

【0031】

リザーブタンク２００の外壁２９９に、第１流入口２０１、第１流出口２０２、第２流入口２０３、第２流出口２０４が設けられている。なお、図４、５では、第２流入口２０３が見えていないが、第２流入口２０３は、第２流出口２０４と同じ高さに配置されている。第１流出口２０２、第２流入口２０３、第２流出口２０４は、第１流入口２０１よりも低い位置に配置されている。

【0032】

図５のVI－VI線に沿った断面を図６に示し、図４のVII－VII線沿った断面を図７に示す。図６に示すように、リザーブタンク２００の内側は、三層構造になっており、下層に、第２室２１２、第３室２１３、第４室２１４が配置されている。なお、第３室２１３は第４室２１４を兼ねている。

【0033】

上層には中間室２３２、２３３、２３４が配置されており、中間層には第１室２１１と中間室２３１が配置されている。第１流入口２０１は第１室２１１に開口しており、第１流出口２０２は第２室２１２に開口している。第２流入口２０３は第３室２１３に開口しており、第２流出口２０４は第４室２１４に開口している。

【0034】

第１流入口２０１、第１流出口２０２、第２流入口２０３、第２流出口２０４のうち、第１流入口２０１だけが、他の口（第１流出口２０２、第２流入口２０３、第２流出口２０４）よりも高い位置に配置されている。第１流出口２０２、第２流入口２０３、第２流出口２０４は、同じ高さ（下層）に配置されている。

【0035】

冷媒４０の液面４０ａは、上層、すなわち、中間室２３２、２３３、２３４に位置する。冷媒４０の中の気泡は、中間室２３２、２３３、２３４に放出される。

【0036】

第２流入口２０３には第２系統流路２０の第２下流路２２が接続されており、第２流出口２０４には第２上流路２１が接続されている。第２ポンプ２３（図１参照）を駆動すると、リザーブタンク２００から第２上流路２１へ冷媒が吸い上げられる。冷媒は、第２上流路２１から切替弁３０と第２下流路２２を通り、リザーブタンク２００へ戻る。第２流入口２０３から入った冷媒は、第３室２１３（すなわち第４室２１４）を通過し、第２流出口２０４から出ていく。図６、７の太矢印線Ｂが、第２流入口２０３から第２流出口２０４へ向かう冷媒の流れを示している。太矢印線Ｂは、第２系統流路２０を流れる冷媒のリザーブタンク２００内での流れを示している。第２系統流路２０の冷媒は、リザーブタンク２００の中では最下層を流れる。

【0037】

図５のVIII－VIII線に沿った断面を図８に示し、図４のIX－IX線沿った断面を図９に示す。第１流入口２０１は第１室２１１に開口しており、第１室２１１には中間室２３１が隣接している。第１室２１１と中間室２３１の間の隔壁には連通孔２４０が設けられており、第１室２１１と中間室２３１は連通している。中間室２３１の下に第２室２１２が位置しており、中間室２３１と第２室２１２の間の隔壁にも連通孔２４０が設けられている。第１室２１１は、中間室２３１を介して第２室２１２と連通している。第２室２１２に第１流出口２０２が開口している。

【0038】

第１ポンプ１３（図１参照）を駆動すると、リザーブタンク２００から第１上流路１１へ冷媒が吸い上げられる。冷媒は、第１上流路１１から切替弁３０と第１下流路１２を通り、リザーブタンク２００へ戻る。第１流入口２０１から入った冷媒は、第１室２１１と中間室２３１と第２室２１２を通過し、第１流出口２０２から出ていく。図８、９の太矢印線Ａが、第１流入口２０１から第１流出口２０２へ向かう冷媒の流れを示している。太矢印線Ａは、第１系統流路１０を流れる冷媒のリザーブタンク２００内での流れを示している。第１系統流路１０の冷媒は、リザーブタンク２００の中では中間層から最下層へと移動する。

【0039】

第１室２１１は第３室２１３よりも上に位置し、第１室２１１と第３室２１３を仕切る隔壁には連通孔が設けられていない。第２室２１２と第３室２１３の間の隔壁にも連通孔２４０が設けられている。第１室２１１と第３室２１３は、中間室２３１と第２室２１２を介して連通している。変形例のリザーブタンク２００も、リザーブタンク１００と同様に、第１系統と第２系統の間で熱量の移動が抑えられる。

【0040】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。第２室は、第１室と同じ高さか第１室よりも低い位置に配置されていればよい。第３室と第４室は、第１室よりも低い位置に配置されている。第１室と第２室は連通している。第１室と第２室は隣り合っていてもよいし、少なくとも１つの中間室を介して連通していてもよい。第３室と第４室は連通している。第３室と第４室は隣り合っていてもよいし、少なくとも１つの中間室を介して連通していてもよい。第１室と第２室は、必ず少なくとも１つの中間室を介して連通する。

【0041】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0042】

２：冷却システム １０：第１系統流路 １１：第１上流路 １２：第１下流路 １３：第１ポンプ ２０：第２系統流路 ２１：第２上流路 ２２：第２下流路 ２３：第２ポンプ ３０：切替弁 ４０：冷媒 ４０ａ：液面 ９１：第１発熱体 ９２：第２発熱体 １００、２００：リザーブタンク １０１、２０１：第１流入口 １０２、２０２：第１流出口 １０３、２０３：第２流入口 １０４、２０４：第２流出口 １１１、２１１：第１室 １１２、２１２：第２室 １１３、２１３：第３室 １１４、２１４：第４室 １３１－１３９、２３１－２３４：中間室 １４０、２４０：連通孔 １９９、２９９：外壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】