JP2014178082A - 冷却装置及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギの消費量を低減することが可能な冷却装置及び冷却方法を提供する。
【解決手段】実施形態の冷却装置は、媒体の循環回路と、循環回路の一部に設けられた熱交換器と、循環回路の一部に設けられた冷却部と、循環回路の熱交換器と冷却部の間に設けられ、潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、蓄熱槽を迂回するバイパス回路と、媒体の流れを蓄熱槽またはバイパス回路のいずれかに切り替え可能な制御弁と、潜熱蓄熱材の温度を測定する測定部を備える。また、温度を利用して潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態かどうかを判定する判定部と、潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態の場合に、媒体の流れをバイパス回路から蓄熱槽に切り替えるように制御弁を制御する制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、冷却装置及び冷却方法に関する。

媒体を循環させて発熱体（モータやバッテリー、インバータ等）を冷却する冷却装置では、発熱体は媒体に対して熱を与えることにより冷却される。このとき、媒体は流路の一部に設けられたラジエータに対して発熱体から受け取った熱を与えることにより、熱はこのラジエータの表面から空気中に放出される。また、ラジエータからの放熱を促進するために、電動ファンを回転させることによりラジエータに対して空気流を発生させて、必要な冷却能力を得る方法が一般的に用いられる。しかしながら、このような冷却装置では、電動ファンを長時間にわたって回転させるために、エネルギ（例えば電力量）の消費量が増大してしまう。

特開２００９−２８７４５５号公報

エネルギの消費量を低減することが可能な冷却装置及び冷却方法を提供する。

実施形態の冷却装置は、媒体を一方向に循環するための閉じた循環回路と、循環回路の一部に設けられ、発熱体が放出する熱を媒体に与える熱交換器と、循環回路の一部に設けられ、媒体を冷却する冷却部と、循環回路の熱交換器と冷却部の間に設けられ、通過する媒体から熱を受け取る潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、循環回路の一部と接続し、蓄熱槽を迂回するバイパス回路と、媒体の流れを蓄熱槽またはバイパス回路のいずれかに切り替え可能な制御弁と、潜熱蓄熱材の温度を測定する測定部を備える。また、温度を利用して潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態かどうかを判定する判定部と、潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態の場合に、媒体の流れをバイパス回路から蓄熱槽に切り替えるように制御弁を制御する制御部とを備える。

実施形態の冷却方法は、媒体を一方向に循環するための閉じた循環回路と、循環回路の一部に設けられ、発熱体が放出する熱を媒体に与える熱交換器と、循環回路の一部に設けられ、媒体を冷却する冷却部と、循環回路の熱交換器と冷却部の間に設けられ、通過する媒体から熱を受け取る潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽とを備える冷却装置における冷却方法であって、判定部が、潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態かどうかを判定し、潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態と判定されている場合に、潜熱蓄熱材に熱を蓄熱する。

第一の実施形態に係る冷却装置を示すブロック図。 第一の実施形態に係る潜熱蓄熱材の蓄熱状態を説明する図。 第一の実施形態に係る判定部を示すフローチャート。 第一の実施形態に係る制御部を示すフローチャート。 第一の実施形態に係る制御部を示すフローチャート。 第二の実施形態に係る冷却装置を示すブロック図。 第二の実施形態に係る決定部を示すフローチャート。 第二の実施形態に係る判定部を示すフローチャート。 第二の実施形態に係る判定部を示すフローチャート。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

（第一の実施形態）
冷却装置１０００は、例えばモータやバッテリー、インバータまたそれらを制御する電子制御ユニット（Electronic Control Unit ;ECU）等を有する電気自動車（車両）において、稼働に伴い発熱するモータやバッテリー、インバータ等（以下、発熱体１０）の付近に熱交換器１５を設ける。この冷却装置１０００では、熱交換器１５において循環回路１０１を循環する媒体に対して発熱体１０の熱を与え、循環回路１０１の一部に設けたラジエータ３１から媒体が得た熱を外部に放出することを繰り返し、発熱体１０を冷却することができる。また、この場合、ラジエータ（冷却部）３１における熱の放出効果を高めるために、ラジエータ３１に対して空気流を発生させる電動ファン（発生部）３２が併用されることが多い。

本実施形態の冷却装置１０００ではさらに、循環回路１０１の一部に、潜熱蓄熱材２５を有する蓄熱槽２０を設け、循環回路１０１を循環する媒体の熱を潜熱蓄熱材２５に蓄積することができる。すなわち、潜熱蓄熱材２５を媒体の熱を奪う冷却源として用いる。潜熱蓄熱材２５が容量の上限まで蓄熱されていない状態にあって、更なる蓄熱が可能な場合に、媒体の熱を潜熱蓄熱材２５が奪うことで、潜熱蓄熱材２５はこの熱を蓄える。

このため、潜熱蓄熱材２５が媒体の熱を蓄積している間、電動ファン３２を回転させる必要がない（または、低速での回転で充分）ので、エネルギの消費量を抑えつつ発熱体を冷却することができる。これにより、例えばラジエータのみを冷却源として、長時間にわたって電動ファンを回転させる（潜熱蓄熱材を冷却源として用いず）場合と比較すると、エネルギ（例えば電力量）の消費量を低減することができる。

潜熱蓄熱材２５は、加熱によって融解点を越えると相変化して液体となる。潜熱蓄熱材２５の温度がさらに上昇して容量の上限を超える場合には、潜熱蓄熱材２５への蓄熱を停止し、たとえば電動ファン３２を回転させてラジエータ３１から媒体の熱を放出することで冷却する。

蓄熱後たとえばモータを切った場合などで発熱体１０からの熱が減少またはなくなると、潜熱蓄熱材２５の温度は次第に低下していく。このとき、潜熱蓄熱材２５の温度が凝固点以下になっても相変化が生じない状態、すなわち過冷却状態となる。たとえばモータをしばらく停止後に再度起動した際などで、潜熱蓄熱材２５が過冷却状態になっている場合には、発核装置１５０によって潜熱蓄熱材２５に刺激を与えると、一気に凝固熱（潜熱）を放出することができる。これによって潜熱蓄熱材２５の温度が低下して蓄熱が可能となる。

図１の循環回路１０１は熱交換のために媒体が循環する流路である。媒体は、熱交換により得た熱を輸送することができる液体または気体であり、本実施形態では例えば水を用いる。

さらに、冷却装置１０００は、潜熱蓄熱材２５の温度（第１温度）を測定する第１測定部１３０と、循環回路１０１を循環する媒体の温度（第２温度）を測定する第２測定部１４０と、循環回路１０１の一部に接続され、蓄熱槽２０をバイパスするバイパス回路１０２と、媒体の流路を切り替え可能な制御弁１０３を備える。制御弁１０３は、媒体が蓄熱槽２０を通る流れとなるように、またはバイパス回路１０２を通る流れとなるように、いずれかの流路に切り替える。

図１の冷却装置１０００は、さらに制御装置２００、記憶装置３００を備える。なお、制御装置２００としては、CPUやMPU等の演算処理装置を用いる。記憶装置３００としては、メモリやHDD等の記録媒体を用いる。

制御装置２００は、第1測定部１３０、第2測定部１４０、発核装置１５０から必要なデータ（後述する第１温度、第2温度、過冷却状態など）を周期的に取得し、記憶装置３００に記憶している。制御装置２００は、判定部４１と制御部４２を有し、記憶装置３００内のデータなどを用いて、制御弁１０３や電動ファン３２などを制御する。

以下、図１の冷却装置１０００を詳細に説明する。

循環回路１０１は、熱交換器１５、蓄熱槽２０、ラジエータ３１を環状に接続するパイプであって、このパイプ中を媒体が循環する。すなわち、図１では熱交換器１５と蓄熱槽２０との間、蓄熱槽２０とラジエータ３１との間、ラジエータ３１と熱交換器１５との間を接続する。なお、循環回路１０１は媒体と発熱体１０間、及び媒体と潜熱蓄熱材２５間での熱交換を可能とするために、熱交換をする部分において熱伝導性に優れる金属材料（例えば銅）であることが好ましい。媒体は、熱交換器１５、蓄熱槽２０、ラジエータ３１を順次通過することで、発熱体１０、潜熱蓄熱材２５との熱交換を繰り返しながら循環回路１０１を循環する。媒体は、循環回路１０１内を図示しないポンプ等により駆動される。

潜熱蓄熱材２５は、熱交換により固相及び液相の間で相変化することが可能であり、液相において過冷却状態を取り得る材料である。また、過冷却状態のときに衝撃や電圧印加等の入力を与えることで、発核し固相に相変化する材料である。潜熱蓄熱材２５は、この固相への相変化に伴い潜熱を放出する。本実施形態では例えば酢酸ナトリウム水和物を用いる。

発熱体１０は、電気自動車の運転の際に稼働することで発生する熱を、熱交換器１５を介して循環回路１０１を循環する媒体に対して与える。

なお、発熱体１０がモータであって、例えばモータの内部を貫通するウォータジャケットを有する場合には、このウォータジャケットを循環回路１０１に接続することができる。このとき、発熱体１０は、媒体がウォータジャケット内を通過する際に、熱を熱交換により媒体に対して与える。

蓄熱槽２０は、循環回路１０１の熱交換器１５の下流に設けられ、潜熱蓄熱材２５を収容する容器である。ここで、下流（または、上流）とは、循環回路１０１内の媒体が流れる方向を基準に定義される。蓄熱槽２０は、容器の内部を貫通する管（図示せず）を循環回路１０１に接続する。制御弁１０３がONの場合、蓄熱槽２０の管内を、発熱体１０と熱交換した後の媒体が通過する。この際に、潜熱蓄熱材２５が熱交換により媒体の熱を受け取る。

蓄熱槽２０は、さらに過冷却状態にある潜熱蓄熱材２５を発核させるための発核装置１５０を収納する。発核装置１５０は、後述の制御部４２に制御されて、過冷却状態にある潜熱蓄熱材２５に対して衝撃や電圧印加等のトリガを加える（ＯＮする）ことにより、潜熱蓄熱材２５の過冷却状態を解消させ固相へと相変化させる。この際に、潜熱蓄熱材１５は潜熱を放出する。

第１測定部１３０は、蓄熱槽２０の内部に設けられる温度センサである。第１測定部１３０は、蓄熱槽２０内の潜熱蓄熱材２５の第１温度を測定する。また、第２測定部１４０は、熱交換器１５と蓄熱槽２０の間に設けられる温度センサである。第２測定部１４０は、熱交換器１５と蓄熱槽２の間を通過する媒体の第２温度を測定する。この実施形態では、第2温度として、発熱体１０との熱交換により熱を受け取った後の高温の媒体の温度としている。第１測定部１３０が周期的に測定した第１温度及び第２測定部１４０が周期的に測定した第２温度は、温度の時間履歴として記憶装置３００に格納することができる。なお、第２測定部１４０は、ラジエータ３１と熱交換器１５の間に設けられてもよい。

バイパス回路１０２は、制御弁１０３がOFFの場合に、蓄熱槽２０の上流の第１分岐点Aから下流の第２分岐点Bまで、媒体の流路をバイパスする。

ラジエータ３１は、内部を通過する媒体から熱を受け取り、熱伝達により表面からラジエータ３１の外部へ熱を放出することで媒体を冷却する。ラジエータ３１は、熱の放出を促進するために電気自動車の走行に伴う空気流（走行風）が当たる場所、例えば電気自動車の前方（ドライバーが車両の運転席に座った際に向く方向）に設けられることが好ましい。また、ラジエータ３１の表面には表面積を増加させるために図示しない放熱フィンを複数設けることが好ましい。

電動ファン３２は、回転することで、ラジエータ３１に向けて空気流を発生させ、ラジエータ３１を冷却する。後述の制御部４２が制御して、電動ファン３２のＯＮ（回転）／ＯＦＦ（停止）を切り替え、さらには回転数を変化することで、ラジエータ３１に当たる空気流の風量を調整する。したがって、ラジエータ３１に当たる空気流の風量を調整することで、ラジエータ３１の表面温度を冷却し、ラジエータ３１の内部を通過する媒体の温度を冷却する。

図１の制御装置２００は、潜熱蓄熱材２５の蓄熱状態を判定する判定部４１、発熱体１０を冷却するための制御モードを判定し、この制御モードに従って電動ファン３２、制御弁１０３、発核装置１５０等を制御する制御部４２、を演算処理装置の論理モジュールとして有する。

本実施形態において、判定部４１が判定する潜熱蓄熱材２５の蓄熱状態には、潜熱蓄熱材２５の蓄熱量が容量の上限に達していない状態、すなわち潜熱として熱を蓄えることが可能な状態である「蓄熱可能状態」と、蓄熱量が容量の上限に達している状態である「満蓄熱状態」がある。また、潜熱蓄熱材２５が融点の温度より低い温度であっても、液相の状態を保持する「過冷却状態」と、潜熱蓄熱材２５が融点の温度より低い温度の場合には、固相状態となる「非過冷却状態」がある。

冷却装置１０００は、例えば発熱体１０が稼働中、潜熱蓄熱材２５の第１温度が上昇している場合には、制御部４２を「第１制御モード」とする。この「第１制御モード」では、潜熱蓄熱材２５に蓄熱が可能な場合に、媒体の熱を潜熱蓄熱材２５に蓄熱する。また、潜熱蓄熱材２５の蓄熱量の上限まで熱を蓄熱した場合に、電動ファン３２を回転させてラジエータ３１から媒体の熱を放出する。

冷却装置１０００は、例えば発熱体１０の稼働を開始した時点で、潜熱蓄熱材２５の第１温度が一定または減少している場合に、制御部４２を「第２制御モード」とする。この「第２制御モード」では、潜熱蓄熱材２５が過冷却状態である場合に、発核装置１５０によって潜熱蓄熱材２５を発核させ、凝固熱（潜熱）を外部に放出する。

図２は、潜熱蓄熱材２５の蓄熱状態を説明する図である。なお、図２では、時刻T０に発熱体１０の稼働を開始し、時刻T３に発熱体１０の稼働を停止している。

図２（a）は、発熱体１０が発熱時（潜熱蓄熱材２５を加熱時）の潜熱蓄熱材２５の温度（絶対温度[K]）変化の一例を示している。図２（a）において、時刻T０からT１まで潜熱蓄熱材２５は固相状態にあり、時間経過に従い温度は増加する。時刻T１からT２まで潜熱蓄熱材２５は固相から液相への相変化の状態にあり、この間温度は一定である。時刻T２以降、潜熱蓄熱材２５は液相の状態にあり、時間経過に従い再び温度は増加する。図２（b）は、図２（a）に対応する潜熱蓄熱材２５の蓄熱能力[W]の一例を示している。潜熱蓄熱材２５は、相変化を開始する時刻Ｔ１から終了する時刻T２までに、発核により放出可能な潜熱を蓄えている。時刻Ｔ１以前及び時刻T２以降は、潜熱蓄熱材２５の温度上昇に寄与する顕熱を蓄えている。すなわち、本実施形態においては、固相から液相への相変化が終了する時点を基準として、この時点よりも前の状態を「蓄熱可能状態」とする。

図２（c）は、潜熱蓄熱材２５が過冷却不可能な状態における非発熱時（非加熱時）の潜熱蓄熱材２５の温度変化の一例を示している。図２（c）において、時刻T３からT４まで潜熱蓄熱材２５は液相状態にあり、時間経過に従い温度は減少する。T４からT５まで潜熱蓄熱材２５は液相から固相へ相変化の状態にあり、この間温度は一定である。時刻T５以降、潜熱蓄熱材２５は固相の状態にあり、時間経過に従い再び温度は減少する。また、図２（d）は、潜熱蓄熱材２５が過冷却可能な状態における非発熱時（非加熱時）の潜熱蓄熱材２５の温度変化の一例を示している。図２（d）において、時刻T３からT４まで潜熱蓄熱材２５は液相状態にあり、時間経過に従い温度は減少する。さらに時刻T４以降も、潜熱蓄熱材２５は相変化することなく、液相を保持したまま、時間経過に従い温度は減少する。すなわち、この場合、時刻T４以降、潜熱蓄熱材２５は過冷却状態にある。

図３は、判定部４１のフローチャートである。なお、判定部４１は、例えば電気自動車の運転開始と同時に処理を開始し、運転の間一定の時間間隔で以下のフローの処理を行うことができる。

Ｓ１００１では、媒体の第２温度と許容温度とを比較する。ここで、許容温度とは、媒体及び発熱体１０が許容し得る温度の上限値である。この許容温度としては、媒体の沸点温度（１００℃）以下の値であって、さらに発熱体１０の耐熱温度に近く、耐熱温度よりも低い値で事前に定めることができる。

Ｓ１００１では、第２温度が許容温度以下の場合にはS１００２に進む。また、第２温度が許容温度を超えている場合にはS１１０３に進み、制御部４２は、制御弁１０３を「OFF」に切り替えて媒体をバイパスさせ、強制的に電動ファン３２を「ＯＮ」にする。なお、このとき制御弁１０３は「ON」としてもよい。

Ｓ１００２では、記憶装置３００に格納された潜熱蓄熱材２５の第１温度の時間履歴を参照して、第１温度の変化量δを算出する。第１温度の変化量δとしては、例えば第１温度の時間履歴の微分値を計算することで求めることもできるし、第１温度の差分を計算することで求めることもできる。また、微分値または差分の一定の時間間隔についての平均値を算出することで求めてもよい。

Ｓ１００３では、第１温度の変化量δが０より大きい（＞０）場合には、第１制御モードであると判定してＳ１００４に、第１温度の変化量δが０以下（≦０）場合には、第２制御モードであると判定してＳ１００７に、それぞれ進む。

Ｓ１００４では、潜熱蓄熱材２５の第１温度と閾値Aとを比較する。ここで閾値Aとは潜熱蓄熱材２５の融点の温度を示す値である。この閾値Ａとしては、予め実験等により得られた値を記憶装置３００に格納しておくことができる。

Ｓ１００４で、第１温度が閾値Ａ以下の場合、S１００５において、潜熱蓄熱材２５の蓄熱状態を「蓄熱可能状態」と判定し、この判定結果（蓄熱フラグ＝１）を記憶装置３００に格納する。また、第１温度が閾値Ａより大きい場合、Ｓ１００６において、「満蓄熱状態」と判定し、この判定結果（蓄熱フラグ＝０）を記憶装置３００に格納する。

Ｓ１００７では、潜熱蓄熱材２５が過冷却状態かどうかを判定する。過冷却状態の場合には、S１００８において「過冷却状態」（過冷却フラグ＝１）の判定結果を記憶装置３００に格納する。過冷却状態でない場合には、Ｓ１００９において「非過冷却状態」（過冷却フラグ＝０）の判定結果を記憶装置３００に格納する。

なお、Ｓ１００７では、例えば、潜熱蓄熱材２５の第１温度の時間履歴を参照して、蓄熱量の推定値を算出し、予め実験等により得られた過冷却状態になるときの蓄熱量の実験値と、蓄熱量の推定値とを比較することで、推定値が実験値以上の場合に過冷却状態と判定することができる。

図４及び図５は、制御部４２のフローチャートである。なお、制御部４２は、例えば電気自動車の運転開始と同時に処理を開始し、運転の間一定の時間間隔で以下のフローの処理を行うことができる。

図４は、図３において第１制御モードに進んだ場合のフローチャートである。

Ｓ１１０１では、潜熱蓄熱材２５の蓄熱状態を確認して、蓄熱可能状態（蓄熱フラグ＝１）である場合にはＳ１１０２に進み、満蓄熱状態（蓄熱フラグ＝０）である場合にはＳ１１０３に進む。

Ｓ１１０２では、制御部４２は、制御弁１０３を「ON」に切り替え、媒体の熱を潜熱蓄熱材２５に蓄熱させる。また、電動ファンをＯＦＦにする。

Ｓ１１０３では、制御部４２は、制御弁１０３を「OFF」に切り替えて、媒体をバイパスさせる。また、電動ファン３２を「ＯＮ」にし、媒体の第２温度と目標温度を比較して、第２温度を目標温度に近づけるように電動ファン３２の回転数を制御する。電動ファン３２の回転数の制御にはP制御、PI制御、PID制御等のアルゴリズムを用いることができる。第２温度と目標値の差と、電動ファン３２の回転数とを対応付けたテーブルを予め記憶装置３００に格納しておくことで、制御部４２は、このテーブルを参照して電動ファン３２の回転数を制御することもできる。

この第１制御モードによれば、潜熱蓄熱材２５が蓄熱可能状態の場合には、媒体の熱を潜熱蓄熱材２５が蓄熱することにより、発熱体１０を冷却することができる。このとき、電動ファン３２はＯＦＦなので、電動ファン３２を動作（回転）させるためエネルギ（電力量）の消費量を低減することができる。これにより、発熱体１０の冷却に伴うトータルのエネルギの消費量を低減することができる。

また、潜熱蓄熱材２５が満蓄熱状態の場合には、電動ファン３２を常時併用した、比較的高い冷却能力により、媒体の第２温度が高温の場合であってもラジエータ３１からの放熱により、発熱体１０を冷却することができる。また、媒体の第２温度が比較的低温での場合には、電動ファン３２は低回転数に制御されるので、電動ファン３２を動作（回転）させるためのエネルギの消費量を比較的低く抑えることができる。

図５は、図３において第２制御モードに進んだ場合のフローチャートである。

Ｓ１２０１では、潜熱蓄熱材２５の蓄熱状態を確認して、過冷却状態（過冷却フラグ＝１）の場合にはＳ１２０２に進み、非過冷却状態（過冷却フラグ＝０）の場合にはＳ１２０３に進む。

Ｓ１２０２では、制御部４２は、制御弁１０３を「ＯＮ」に切り替えて、媒体をバイパスさせ、電動ファン３２を「ＯＮ」にする。この間に、発核装置１５０を「ＯＮ」にすることで、過冷却状態の潜熱蓄熱材２５を発核させ、潜熱蓄熱材２５の熱を媒体に与えて、ラジエータ３１により冷却装置１００の外部に放出する。

Ｓ１２０３では、潜熱蓄熱材２５の第１温度と閾値Ｂとを比較する。ここで、閾値Ｂとは、潜熱蓄熱材２５の融点の温度よりも低い温度として事前に設定される値である。この閾値Ｂは、潜熱蓄熱材２５が発核により熱を放出した後、充分に温度が低下したかどうかを判別するための閾値である。

Ｓ１２０３では、潜熱蓄熱材２５の第１温度が閾値Ｂを超える場合には制御モードを第２制御モードに維持し、潜熱蓄熱材２５の第１温度が閾値Ｂ以下の場合には制御モードを第１制御モードに切り替える。

この第２制御モードによれば、例えば発熱体１０の稼動を開始した時点で、過冷却状態の潜熱蓄熱材２５を発核させて潜熱を放出させる。これにより、潜熱蓄熱材２５を蓄熱可能状態にすることができるので、制御モードを第１制御モードに切り替えることができる。

なお、判定部４１及び制御部４２の処理は、例えば発熱体１０がバッテリーの場合には、発熱体１０が充電スタンド等の外部電源に接続され、充電が開始されたタイミングで処理を開始し、充電の間逐次上述の処理を行うものであってもよい。また、例えば電気自動車の運転を終了したタイミングで処理を終了することができる。

また、Ｓ１１０２において、制御部４２は、電動ファン３２をＯＦＦにすることが好ましいが、Ｓ１２０３と同様の方法で電動ファン３２の回転数を制御してもよい。この場合であっても、他の冷却源を併用しているために電動ファン３２は低回転数で済むので、エネルギの消費量を低減させることができる。

本実施形態の冷却装置１０００によれば、潜熱蓄熱材２５を冷却源とする制御モードを有しているので、通常の制御モードとして電動ファン３２を併用する場合と比較すると、発熱体１０の冷却に伴うトータルのエネルギ消費量を低減させることができる。また、過冷却状態を取り得る潜熱蓄熱材２５を冷却源として用いることで、潜熱蓄熱材２５の蓄熱・放熱のタイミングを任意に調整することができる。

（第二の実施形態）
図６は、第二の実施形態に係る冷却装置２０００を示すブロック図である。なお、図１の冷却装置１０００と同一の構成には同一の符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。

冷却装置２０００は、複数の蓄熱槽２０を備えている。各蓄熱槽２０の上流には制御弁１０４が設けられている。この制御弁１０４は、制御部４２に制御されることで、蓄熱槽２０への媒体の流路をＯＮ（通過）／ＯＦＦ（遮断）に切り替えが可能である。判定部４１は、各蓄熱槽２０の潜熱蓄熱材２５毎に蓄熱可能かどうかを判定する。この際、判定された各潜熱蓄熱材２５の蓄熱状態を記憶装置３００に格納しておく。なお、判定部４１の処理については第一の実施形態と同様とし、詳細な説明は省略する。

図７は判定部４１のフローチャート、図８及び９は制御部４２のフローチャートである。なお、図７乃至図９において、図３乃至図５と同一の処理については同一の符号を付している。

図７のＳ２００１において、判定部４１は、全ての潜熱蓄熱材２５について蓄熱フラグがセットされたかどうかを確認する。全ての潜熱蓄熱材２５について蓄熱フラグがセットされていない場合には、Ｓ１００４に戻り、蓄熱フラグがセットされていない潜熱蓄熱材２５の温度と閾値Ａとを比較する。

また、Ｓ２００２において、判定部４１は、全ての潜熱蓄熱材２５について過冷却フラグがセットされたかどうかを確認する。全ての潜熱蓄熱材２５について過冷却フラグがセットされていない場合には、Ｓ１００７に戻り、過冷却フラグがセットされていない潜熱蓄熱材２５が過冷却状態かどうかを判定する。

図８のＳ２１０１では、各蓄熱槽２０の潜熱蓄熱材２５のうちいずれかの潜熱蓄熱材２５が蓄熱可能状態かどうかを確認する。少なくとも１つの潜熱蓄熱材２５の蓄熱フラグが１にセットされている場合にはＳ１１０２に進み、全ての潜熱蓄熱材２５の蓄熱フラグが０にセットされている場合にはＳ１１０３に進む。

Ｓ１１０２において、制御部４２は、制御弁１０３をＯＮに切り替えると共に、記憶装置３００を参照することで、蓄熱可能状態と判定された潜熱蓄熱材２５を含む蓄熱槽２０の上流の制御弁１０４を制御して、ＯＮに切り替える。また、その他の制御弁１０４を制御して、ＯＦＦに切り替える。この際、複数の潜熱蓄熱材２５が蓄熱可能状態の場合には、この中でいずれか１つの制御弁１０４をＯＮに切り替える。この場合には、予め各蓄熱槽２０に優先順位を割り当てておき、この優先順に切り替えることができる。

図９のS２２０１において、判定部４１は、各蓄熱槽２０の潜熱蓄熱材２５のうちいずれかの潜熱蓄熱材２５が過冷却状態かどうかを確認する。少なくとも１つの潜熱蓄熱材２５の過冷却フラグが１にセットされている場合にはS１２０２に進み、全ての潜熱蓄熱材２５の過冷却フラグが０にセットされている場合にはS２２０３に進む。

Ｓ１２０２において、制御部４２は、制御弁１０３をＯＮに切り替えると共に、記憶装置３００を参照することで、過冷却状態と判定された潜熱蓄熱材２５を含む蓄熱槽２０の上流の制御弁１０４を制御して、ＯＮに切り替える。また、その他の制御弁１０４を制御して、ＯＦＦに切り替える。そして、この過冷却状態と判定された潜熱蓄熱材２５を含む蓄熱槽２０が備える発核装置１５０を「ＯＮ」にすることで、過冷却状態の潜熱蓄熱材２５を発核させ、潜熱蓄熱材２５の熱を放出する。この際、複数の潜熱蓄熱材２５が過冷却状態の場合には、この中でいずれか１つの制御弁１０４をＯＮに切り替える。この場合には、予め各蓄熱槽２０に優先順位を割り当てておき、この優先順に切り替えることができる。

なお、Ｓ１２０２では、過冷却状態の潜熱蓄熱材２５が複数ある場合には、過冷却状態の潜熱蓄熱材２５の全てを順次発核させてもよい。また、媒体の第２温度が許容温度以下の場合には順次発核させて、第２温度が許容温度を超えた場合には、過冷却状態の潜熱蓄熱材２５が残っていたとしても第１制御モードに切り替えてもよい。

Ｓ２２０３においては、判定部４１は、全ての潜熱蓄熱材２５の第１温度が閾値Ｂ以下の場合には制御モードを第１制御モードに切り替え、いずれかの潜熱蓄熱材２５の第１温度が閾値Ｂを超える場合には制御モードを第２制御モードに維持する。

本実施形態の冷却装置２０００によれば、複数の潜熱蓄熱材２５を備えることで、潜熱蓄熱材２５による冷却能力を向上させることができる。すなわち、複数の潜熱蓄熱材２５のうちいずれかが蓄熱可能状態であれば、制御モードをエネルギ消費量が比較的低い第１制御モードとすることができる。これにより、第１制御モードにする時間を増加させることができるので、結果的に冷却装置２０００としてのエネルギ消費量をさらに低減させることが可能となる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の冷却装置または冷却方法によれば、発熱体の冷却に伴うエネルギの消費量を低減することが可能となる。

これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０・・・発熱体
１５・・・熱交換器
２０・・・蓄熱槽
２５・・・潜熱蓄熱材
３１・・・ラジエータ
３２・・・電動ファン
４１・・・判定部
４２・・・制御部
１０１・・・循環回路
１０２・・・バイパス回路
１０３・・・制御弁
１０４・・・制御弁
１３０・・・第１測定部
１４０・・・第２測定部
１５０・・・発核装置
２００・・・制御装置
３００・・・記憶装置
１０００、２０００・・・冷却装置

Claims (6)

1. 媒体を一方向に循環するための閉じた循環回路と、
   前記循環回路の一部に設けられ、発熱体が放出する熱を前記媒体に与える熱交換器と、
   前記循環回路の一部に設けられ、前記媒体を冷却する冷却部と、
   前記循環回路の前記熱交換器と前記冷却部の間に設けられ、通過する前記媒体から熱を受け取る潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、
   前記熱交換器と前記蓄熱槽の間の第１分岐点および前記蓄熱槽と前記冷却部の間の第２分岐点において前記循環回路と接続するバイパス回路と、
   前記媒体の流れを前記蓄熱槽または前記バイパス回路のいずれかに切り替え可能な制御弁と、
   前記潜熱蓄熱材の温度を測定する測定部と、
   前記温度を利用して前記潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態かどうかを判定する判定部と、
   前記潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態の場合に、前記媒体の流れを前記バイパス回路から前記蓄熱槽に切り替えるように前記制御弁を制御する制御部と、
   を備える冷却装置。
2. 前記制御部は、前記潜熱蓄熱材が蓄熱不可能な状態の場合に、前記媒体の流れを前記蓄熱槽から前記バイパス回路に切り替えるように制御弁を制御する、
   請求項１記載の冷却装置。
3. 過冷却状態の前記潜熱蓄熱材を発核させる発核装置を備え、
   前記判定部は、さらに前記潜熱蓄熱材が過冷却状態かどうかを判定し、
   前記制御部は、前記潜熱蓄熱材が過冷却状態と判定されている場合に、前記媒体の流れを前記バイパス回路から前記蓄熱槽に切り替えるとともに、前記発核装置を動作させる、
   請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記冷却部に対して空気流を発生する発生部をさらに備え、
   前記制御部は、前記媒体の流れを前記バイパス回路に切り替えた場合に、前記発生部を駆動する、
   請求項１に記載の冷却装置。
5. 媒体を一方向に循環するための閉じた循環回路と、
   前記循環回路の一部に設けられ、発熱体が放出する熱を前記媒体に与える熱交換器と、
   前記循環回路の一部に設けられ、前記媒体を冷却する冷却部と、
   前記循環回路の前記熱交換器と前記冷却部の間に設けられ、通過する前記媒体から熱を受け取る潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、
   を備える冷却装置における冷却方法であって、
   判定部が、前記潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態かどうかを判定し、前記潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態と判定されている場合に、前記潜熱蓄熱材に熱を蓄熱する冷却方法。
6. モータ、バッテリー、インバータを備える車両に搭載される冷却装置であって、
   媒体を一方向に循環するための閉じた循環回路と、
   前記循環回路の一部に設けられ、前記モータ、前記バッテリー、前記インバータのいずれかが放出する熱を前記媒体に与える熱交換器と、
   前記車両の前方に、かつ前記循環回路の一部に設けられ、前記媒体を冷却するラジエータと、
   前記循環回路の前記熱交換器と前記ラジエータの間に設けられ、通過する前記媒体から熱を受け取る潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、
   前記熱交換器と前記蓄熱槽の間の第１分岐点および前記蓄熱槽と前記ラジエータの間の第２分岐点において前記循環回路と接続するバイパス回路と、
   前記媒体の流れを前記蓄熱槽または前記バイパス回路のいずれかに切り替え可能な制御弁と、
   前記潜熱蓄熱材の温度を測定する測定部と、
   前記温度を利用して前記潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態かどうかを判定する判定部と、
   前記潜熱蓄熱材が蓄熱可能な状態の場合に、前記媒体の流れを前記バイパス回路から前記蓄熱槽に切り替えるように前記制御弁を制御する制御部と、
   を備える冷却装置。

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