冷却系统的制作方法
冷却系统的制作方法
【专利摘要】一种用于冷却发热源的冷却系统，包括：冷却单元（30），所述冷却单元构造成利用流过所述冷却单元的冷却剂来冷却所述发热源；热交换器（14），所述热交换器构造成在所述冷却剂和外部空气之间进行热交换；蓄液装置（40），所述蓄液装置构造成储存液态的所述冷却剂；用于所述冷却剂的第一通路（22），所述第一通路连接在所述热交换器和所述蓄液装置之间；用于所述冷却剂的第二通路，所述第二通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，并且包括主通路（34）和副通路（74），所述主通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，所述副通路的至少一部分与所述主通路分离；泵（70），所述泵设置在所述副通路上。
【专利说明】冷却系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷却系统，特别是一种被设计成通过使冷却剂循环到冷却发热源的冷却单元来冷却所述发热源的冷却系统。
【背景技术】
[0002]依靠由电动机产生的驱动力行驶的车辆如混合动力车辆(HV)、燃料电池车辆和电动车辆作为解决环境问题的对策正在引起人们的关注。此类车辆中的电气设备——包括电机、发电机、逆变器、变换器和电池-由于电力交换而发热。因此，必须冷却电气设备。
[0003]已提出利用通常被用作车辆空调系统的蒸气压缩式致冷循环来冷却发热体的技术。例如，日本专利申请公报N0.11-23081 (JP11-23081A)描述了这样一种装置，该装置设置有冷却单元，该冷却单元构造成使得致冷循环中的中间压力的冷却剂冷却发热设备，该装置还设置有电气膨胀阀，所述电气膨胀阀分别配置在冷却单元的上游和下游并且其孔口可由外部信号控制，从而利用中间压力的冷却剂来冷却发热设备。
[0004]日本专利申请公报N0.2005-90862 (JP2005-90862A)描述了一种冷却系统，在该冷却系统中，在用于绕过空调用致冷循环中的减压器、蒸发器和压缩机的旁通通路上设置有用于冷却发热体的发热体冷却装置。此外，日本专利申请公报N0.2007-69733(JP2007-69733A)描述了一种系统，在该系统中，在从膨胀阀延伸到压缩机的冷却剂通路上并列配置有用于与空调用空气进行热交换的热交换器和用于与发热体进行热交换的另一个热交换器，从而借助用于空调装置的冷却剂来冷却发热体。
[0005]在JP2005-90862A和JP2007-69733A描述的冷却系统中，在蒸气压缩式致冷循环中包含有用于冷却发热源(如电气设备)的冷却通路，并且当要冷却该发热源时，在通过减压器之后处于气液两相状态的冷却剂被导入冷却剂通路中以冷却发热源。如果用于冷却发热源的冷却剂的流量减小，则可能导致用于冷却发热源的性能的恶化。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种能够以稳定和可靠的方式冷却发热源的冷却系统。
[0007]本发明的一个方面涉及一种冷却系统。该冷却系统用于冷却发热源，并且包括冷却单元、热交换器、蓄液装置、用于冷却剂的第一通路和第二通路、第二通路以及泵。所述冷却单元构造成利用流过所述冷却单元的冷却剂来冷却所述发热源。所述热交换器构造成在所述冷却剂和外部空气之间进行热交换。所述蓄液装置构造成储存液态的所述冷却剂。用于所述冷却剂的第一通路连接在所述热交换器和所述蓄液装置之间。用于所述冷却剂的第二通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，并且包括主通路和副通路，所述主通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，所述副通路的至少一部分与所述主通路分离。所述泵设置在所述副通路上。
[0008]在上述方面中，所述蓄液装置可用作用于将所述冷却剂分离成气相冷却剂和液相冷却剂的气液分离器。[0009]在上述方面中，所述副通路的一端可连接到所述蓄液装置并且所述副通路的另一端连接到所述主通路。
[0010]在上述方面中，所述冷却系统还可包括导流单元，所述导流单元构造成将从所述泵放出并流入所述主通路中的所述冷却剂的流动方向引导为从所述蓄液装置朝向所述冷却单元的方向。
[0011]在上述方面中，所述冷却系统还可包括配置在从所述泵放出的所述冷却剂流入所述第一通路中的位置处的抽吸器。在此方面中，所述冷却剂可从所述副通路经由所述抽吸器流入所述第一通路中。
[0012]在上述方面中，所述冷却系统还可包括传感器，所述传感器用于获取表示在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的状态的数据。在此方面中，所述泵可基于所述数据被启动或停止。
[0013]在上述方面中，如果在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的温度低于预定阈值，则所述泵可被停止。当所述冷却剂在流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后的温度等于或高于所述预定阈值时，所述泵可被启动。
[0014]根据上述方面的冷却系统能够确保流到发热源的冷却剂的充分流量，并且由此能够在防止用于发热源的冷却能力下降的同时稳定地冷却发热源。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]在下文参照附图对本发明的示例性实施例的详细说明中将描述本发明的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0016]图1是示出冷却系统的构型的示意图；
[0017]图2是详细示出图1所示的抽吸器的构型的示意图；
[0018]图3是示出用于泵的运转控制的流程图；
[0019]图4是详细示出根据一个修改示例的抽吸器的构型的示意图；
[0020]图5是沿图4中的线V-V截取的抽吸器的示意性剖视图；以及
[0021]图6是详细示出根据另一个修改示例的抽吸器的构型的示意图。
【具体实施方式】
[0022]将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的示例性优选实施例，在附图中相同或对应的部分用相同的附图标记表示并且不重复其说明。
[0023]图1是示出冷却系统I的构型的示意图。如图1所示，冷却系统I具有热交换器
14、冷却单元30和气液分离器40。冷却系统I还包括互连在热交换器14和气液分离器40之间的冷却剂通路22、互连在气液分离器40和冷却单元30之间的冷却剂通路34、以及互连在冷却单元30和热交换器14之间的冷却剂通路36。冷却系统I通过借助冷却剂通路22,34和36连接热交换器14、气液分离器40和冷却单元30而构成。冷却剂通路22可视为本发明的第一通路，并且冷却剂通路34可视为本发明的主通路。
[0024]冷却剂在冷却系统I内循环，从而通过冷却剂循环通道，在该冷却剂循环通道中，热交换器14、冷却单元30和气液分离器40借助冷却剂通路22、34和36顺次连接。在冷却系统I内循环的冷却剂可以例如是二氧化碳、诸如丙烷或异丁烯之类的碳氢化合物、氨、碳氟化合物、或水。
[0025]热交换器14通过使冷却剂蒸气向外部介质放热而将冷却剂蒸气变换成冷却剂液。热交换器14包括用于使冷却剂循环的管以及用于在循环通过该管的冷却剂和热交换器14周围的空气之间进行热交换器的翅片。热交换器14在冷却剂和作为通过车辆的行驶而产生的自然风或由诸如用于冷却发动机的散热风扇之类的冷却风扇产生的强制风而供给的冷却空气之间进行热交换。热交换器14进行的热交换使冷却剂温度下降，藉此使冷却剂液化。
[0026]气液分离器40配置在从热交换器14流到冷却单元30的冷却剂的通路上。气液分离器40将从热交换器14流出的冷却剂分离成气相冷却剂和液相冷却剂。在气液分离器40内储存有作为液相冷却剂的冷却剂液和作为气相冷却剂的冷却剂蒸气。气液分离器40连接到冷却剂通路22和34以及后文要说明的抽吸通路74。
[0027]在热交换器14的出口处，冷却剂处于其中饱和液和饱和蒸气相混合的气液两相状态的湿蒸气状态。从热交换器14流出的冷却剂经冷却剂通路22供给到气液分离器40。从冷却剂通路22流入气液分离器40中的处于气液两相状态的冷却剂在气液分离器40的内部分离成气相和液相。气液分离器40将由热交换器14冷凝的冷却剂分离成呈液体形式的冷却剂液和呈气体形式的冷却剂蒸气，并暂时储存它们。
[0028]分离出的冷却剂液从气液分离器40经由冷却剂通路34流出。配置在气液分离器40内的液相中的冷却剂通路34的端部限定出用于从气液分离器40流出的液相冷却剂的出口。在气液分离器40的内部，冷却剂液蓄积在下侧，而冷却剂蒸气蓄积在上侧。用于将冷却剂液从气液分离器40导出的冷却剂通路34的端部连接到气液分离器40的底部。仅冷却剂液从气液分离器40的底侧被送出到气液分离器40的外部并经冷却剂通路34送出。这样送出的冷却剂液使气液分离器40能够以可靠的方式使气相冷却剂与液相冷却剂分离。
[0029]冷却单元30包括混合动力车辆设备和冷却通路，所述混合动力车辆设备是装设在车辆上的电气设备，所述冷却通路是供冷却剂循环通过的管道。HV设备是发热源的一个示例。冷却通路的一个端部连接到冷却剂通路34。冷却通路的另一个端部连接到冷却剂通路36。冷却剂通路34是用于使液相冷却剂从气液分离器40循环到冷却单元30的通路。冷却剂通路36是用于使冷却剂从冷却单元30循环到热交换器14的通路。
[0030]已在气液分离器40中进行气液分离的冷却剂的处于液相的冷却剂液从气液分离器40经由冷却剂通路34循环到冷却单元30。循环到冷却单元30并流过冷却通路的冷却剂通过从HV设备吸热来冷却HV设备，该HV设备是发热源。冷却单元30利用由气液分离器40分离并经由冷却剂通路34流入冷却通路中的液相冷却剂来冷却HV设备。在冷却单元30中，流过冷却通路的冷却剂与HV设备进行热交换，藉此HV设备被冷却且冷却剂被加热。
[0031]冷却单元30构造成使得能在冷却通路中能进行HV设备和冷却剂之间的热交换。在此实施例中，冷却单元30具有形成为使得冷却通路的外周例如与HV设备的壳体直接接触的冷却通路。该冷却通路具有与HV设备壳体邻接的部分。HV设备和在冷却通路中流动的冷却剂之间的热交换能在冷却通路的该部分中进行。
[0032]HV设备通过与形成用于在冷却系统I中循环的冷却剂的通路的一部分的冷却通路的外周直接接触而被冷却。由于HV设备配置在冷却通路的外部，故HV设备不会干涉在冷却通路内循环的冷却剂的流动。因此，能在不增大影响在冷却系统I中循环的冷却剂的压力损失的情况下冷却HV设备。
[0033]或者，冷却单元30可设置有介设在HV设备和冷却通路之间的任意常规热管。在这种情况下，HV设备经由该热管连接到冷却通路的外周，使得HV设备通过从HV设备经由热管到冷却通路的热传递而被冷却。能通过使用HV设备作为用于加热热管的加热单元并使用冷却通路作为用于冷却热管的冷却单元来提高冷却通路和HV设备之间的热传递效率，藉此能提高HV设备的冷却效率。热管可以例如是管芯(wick)式热管。
[0034]热管确保从HV设备到冷却通路的可靠热传递，并允许HV设备与冷却通路间隔开，这消除了对冷却通路进行复杂配置来建立HV设备和冷却通路之间的直接接触的需要。这可提高HV设备的配置自由度。
[0035]HV设备包括由于电力交换而发热的电气设备。电气设备包括用于将直流电力变换成交流电力的逆变器、作为电动机的电动发电机、作为蓄电装置的电池、用于使电池的电压升压的变换器和用于使电池的电压降压的DC/DC变换器中的至少任一者。电池是二次电池，例如锂离子电池或镍金属氢化物电池。可使用电容器代替电池。
[0036]冷却剂通路22是使冷却剂从热交换器14循环到气液分离器40的路径。冷却剂从热交换器14的出口朝向气液分离器40的入口在热交换器14和气液分离器40之间经由冷却剂通路22流动。冷却剂通路34是使冷却剂从气液分离器40循环到冷却单元30的路径。冷却剂从气液分离器40的出口朝向冷却单元30的入口在气液分离器40和冷却单元30之间经由冷却剂通路34流动。冷却剂通路36是使冷却剂从冷却单元30循环到热交换器14的路径。冷却剂从冷却单元30的出口朝向热交换器14的入口在冷却单元30和热交换器14之间经由冷却剂通路36流动。
[0037]冷却剂通过在冷却HV设备时从HV设备接收蒸发潜热而气化。通过与HV设备进行热交换而蒸发的冷却剂蒸气经由冷却剂通路36流到热交换器14。在热交换器14中，冷却剂蒸气由车辆的行驶风或来自发动机冷却用散热风扇的风冷却并冷凝。由热交换器14液化的冷却剂液经由冷却剂通路22和34回到冷却单元30。
[0038]经过冷却单元30和热交换器14的环状通路构成热管，在该热管中HV设备用作加热单元且热交换器14用作冷却单元。由于HV设备能借助该热管冷却，故不需要设置用于冷却HV设备的特殊设备，例如水循环泵或冷却风扇。这使得可减少用于HV设备的冷却系统I所需的部件数量并简化系统构型，从而使冷却系统I的制造成本降低。此外，不需要运转用于例如向泵或冷却风扇供给动力以冷却HV设备的动力源，且因此不会消耗动力来运转该动力源。结果，能降低用于冷却HV设备的动力消耗。
[0039]图1示出地面60。冷却单元30在与地面60垂直的竖直方向上配置在比热交换器14低的位置处。在用于使冷却剂在热交换器14和冷却单元30之间循环的环状通路中，冷却单元30配置在下方的位置，而热交换器14配置在上方的位置。热交换器14配置在比冷却单元30高的位置。
[0040]利用该配置，在冷却单元30中被加热并蒸发的冷却剂蒸气在环状通路中上升而到达热交换器14。冷却剂蒸气然后在热交换器14中被冷却并冷凝而变成液体冷却剂，该液体冷却剂由于重力作用而在环状通路中下降并返回冷却单元30。这意味着由冷却单元30、热交换器和连接在二者之间的冷却剂通路形成了热虹吸式热管。该热管的形成提高了从冷却单元30到热交换器14的热传递效率，并且因此能够在不依赖于任何动力的情况下有效地冷却HV设备。
[0041]冷却剂液以饱和液的状态储存在气液分离器40的内部。气液分离器40用作用于将冷却剂液暂时储存在其内部的蓄液装置，所述冷却剂液是液态的冷却剂。预定量的冷却剂液储存在气液分离器40内使得即使在负荷变动期间也能维持从气液分离器40流到冷却单元30的冷却剂的流量。由于气液分离器40具有蓄液功能并且能够通过吸收负荷变动而用作抵抗负荷变动的缓冲器，故能获得HV设备的稳定冷却性能。
[0042]用于使从气液分离器40的出口朝向冷却单元30的入口流动的冷却剂循环的通路包括互连在气液分离器40和冷却单元30之间的冷却剂通路34、用于使冷却剂液循环到泵70的抽吸通路74、以及放出通路76。抽吸通路74可视为本发明的副通路。
[0043]抽吸通路74是互连在气液分离器40和泵70之间以使由气液分离器40分离的液相冷却剂循环到泵70的通路。冷却剂从气液分离器40的出口朝向泵70的入口在气液分离器40和泵70之间经抽吸通路74流动。
[0044]在冷却剂通路34与放出通路76会合的位置处设置有抽吸器80。放出通路76是互连在泵70和抽吸器80之间以使从泵70放出的冷却剂经由抽吸器80循环到冷却剂通路34的通路。冷却剂从泵70的出口朝向抽吸器80在泵70和抽吸器80之间经放出通路76流动。
[0045]从气液分离器40直接延伸到抽吸器80并形成冷却剂通路34 —部分的通路构成第一路径。包括抽吸通路74、泵70和放出通路76并从气液分离器40经由泵70延伸到抽吸器80的通路构成第二路径。第一路径和第二路径并列连接。冷却系统I具有从气液分离器40延伸到抽吸器80的多个通路，并且这些通路并列连接。泵70设置在作为这些并列连接的通路之一的第二路径上。
[0046]在冷却单元30的在冷却剂流动方向上的下游配置有用于测量从冷却单元30流出的冷却剂的温度的温度传感器71。通过利用温度传感器71获取与从冷却单元30流出的冷却剂的温度有关的数据来检查作为发热源的HV设备的冷却状态。由温度传感器71获取的数据通过配线72传送到泵70。泵70被控制成基于该数据而被启动或停止。
[0047]当从冷却单元30流出的冷却剂的温度低于预定阈值时，判定为HV设备被充分冷却并且停止泵70。相反，当从冷却单元30流出的冷却剂的温度等于或高于预定阈值时，判定为HV设备未被充分冷却并且启动泵70。通过启动泵70，冷却剂液经放出通路76被强制供给到冷却剂通路34，藉此从冷却剂流动通路34供给到冷却单元30的冷却剂液的流量增大。流过冷却单元30的冷却通路的冷却剂液的增加可提高用于HV设备的冷却能力。
[0048]根据该构型，当判定为在泵70停止期间用于HV设备的冷却能力不足时，泵70能被立即启动以强制输送冷却剂液，使得液相冷却剂被供给到冷却单元30。由此能快速恢复用于HV设备的冷却能力以降低HV设备的温度，藉此能有效地避免HV设备的过热。例如，当车辆正在爬坡时，HV设备的负荷可急剧增大并且HV设备的发热量可急剧上升。在这种情况下，可利用泵70将冷却剂液强制供给到冷却单元30以提高用于HV设备的冷却能力。
[0049]由于泵70配置在与冷却剂通路34并列连接的冷却剂通路上，故泵70在其停止期间不会阻碍从气液分离器40经冷却剂通路34流到冷却单元30的冷却剂流。因此，能利用在冷却单元30中蒸发的冷却剂蒸气的浮力和作用于在热交换器14中液化的冷却剂液的重力作为驱动力来形成在冷却系统I内循环的冷却剂流而不需要从外部供给的动力。由于能基于热管的原理从冷却单元30向热交换器14传热，故能利用自然循环式的冷却系统可靠地冷却发热源而不妨害动力节省。
[0050]当无法仅通过冷却剂的自然循环来充分冷却发热源时，泵70被启动以增大供给到冷却单元30的冷却剂液的流量。例如，如果在HV设备由于马达停止而不发热且很少量的冷却剂正在流动时发生需要快速和显著冷却的事件(如车辆的急加速)，则由于冷却剂流的响应延迟而无法仅通过冷却剂的自然循环来充分冷却HV设备。为了克服该问题，泵70能被启动以补偿冷却剂的不足并提高冷却发热源的能力。相应地，能迅速解决冷却发热源的能力不足。此外，泵70的设置也可提高冷却系统I的最大冷却性能。
[0051]除了监测冷却单元30的出口处的温度的温度传感器71之外，还能在冷却单元30的出口处配置压力传感器以监测从冷却单元30流出的冷却剂的压力，以便判定是否需要利用泵70将冷却剂液供给到冷却单元30。利用适当的传感器，不仅能获取与温度和压力有关的数据，而且能获得指示冷却剂的状态的任意其它数据，只要能在冷却HV设备之后通过获取指示冷却单元30下游的冷却剂的状态的数据来控制泵70的启动和停止即可。
[0052]图2是详细示出图1所示的抽吸器80的构型的示意图。如图2所示,供从泵70放出的冷却剂液流动的放出通路76具有直立管77和平行管78。直立管77配置成与冷却剂通路34延伸的方向交叉地(典型地，垂直地)延伸。直立管77配置贯穿冷却剂通路34的壁地在冷却剂通路34的内部和外部之间延伸。平行管78配置在冷却剂通路34的内部。平行管78与冷却剂通路34延伸的方向平行地配置。
[0053]图2中的实线箭头Al表示从泵70放出、在平行管78的内部流动并经开口 79流入冷却剂通路34中的冷却剂液流。图2中的虚线箭头A2表示从气液分离器40流入冷却剂通路34中并到达抽吸器80的冷却剂液流。平行管78相对于冷却剂通路34定位成使得在平行管78的内部流动的冷却剂的流动方向与在冷却剂通路34的内部流动的冷却剂的流动方向平行。
[0054]平行管78用作用于调节冷却剂的流动方向的流动调节单元。当平行管78被适当地配置时，从泵70放出并回到冷却剂通路34的冷却剂的流动方向被引导成使得冷却剂沿着从气液分离器40经冷却剂通路34直接流到冷却单元30的冷却剂的流动方向流动。通过利用该流动调节单元调节回到冷却剂通路34的冷却剂的流动方向，可抑制在从泵70放出的冷却剂流到冷却剂通路34时发生的压力损失。这进一步提高了通过泵70的启动增大通向冷却单元30的冷却剂液的流量的效果。此外，也能进一步提高由于从放出通路76喷出到冷却剂通路34中的冷却剂的粘性而促进冷却剂通路34内的冷却剂液的流动的效果。
[0055]流动调节单元可具有除上述构型以外的任意其它构型。例如，在冷却剂流中以及冷却剂通路34和放出通路76之间的合流点的上游可设置有止回阀。然而，在此实施例中，通过将平行管78配置成沿着冷却剂通路34中冷却剂的流动方向延伸来引导回到冷却剂通路34的冷却剂的流动方向，从而使冷却剂经位于冷却剂的流动方向上的下游侧的开口 79进入冷却剂通路34。以此方式，能使构型简单且成本低。此外，流动调节单元能以适当的方式形成，因为能抑制在冷却剂通路34中循环的冷却剂的压力损失的增大。
[0056]抽吸器80配置在从泵70放出的冷却剂回到冷却剂通路34的位置。冷却剂液从放出通路76中的平行管78喷出到冷却剂通路34中而在冷却剂通路34中形成喷流。该喷流在冷却剂通路34的内部产生该喷流周围的负压。负压的产生允许抽吸器80实现其利用冷却剂液的流动在冷却剂通路34中形成减压状态的功能。
[0057]冷却剂通路34中的冷却剂液沿如图2所示的右侧方向朝由抽吸器80形成的负压产生区域流动。冷却剂的流动促进了冷却剂通路34中的冷却剂液的流动。另外，从平行管78喷出的喷流的粘性也可促进冷却剂通路34中的冷却剂液的流动。通过利用从放出通路76中的平行管78喷出的冷却剂作为驱动流来形成经冷却剂通路34的内部朝向冷却单元30流动的冷却剂流。冷却剂通路34中的该冷却剂流变成将在冷却系统I内自然循环的冷却剂流。
[0058]因而，能通过启动泵70而在冷却剂通路34中产生驱动流，藉此能确保从冷却剂通路34流到冷却单元30的冷却剂的流量。当泵70此后停止时，允许系统平顺地过渡为自然循环的冷却系统，因为在冷却系统I中循环的冷却剂流已经形成。
[0059]图3是示出用于泵70的运转控制的流程图。参照图3，将对与由温度传感器71获取的冷却单元30的出口处的冷却剂温度联动的用于泵70的运转控制进行说明。
[0060]首先，在步骤(SlO)中，利用温度传感器71检测在冷却HV设备之后冷却单元30的出口处的冷却剂的温度。判定冷却剂温度的测定值是否等于或高于目标冷却剂温度阈值。当判定为冷却剂温度的测定值等于或高于目标值时，控制处理转到步骤(S20)，其中泵70被启动以使得冷却剂液从泵70放出到放出通路76中。泵70的运转为冷却剂液提供了能量，藉此冷却剂液经由放出通路76和冷却剂通路34移送到冷却单元30。
[0061]接下来，在步骤(S30)中，再次判定冷却剂温度的测定值是否等于或高于目标冷却剂温度阈值。如果判定为冷却剂温度的测定值仍等于或高于目标值，则使泵70继续运转。如果判定为冷却单元30的出口处的冷却剂的测定温度值低于目标值，则在步骤(S40)中使泵70停止。这意味着在判定为冷却单元30的出口处的冷却剂的测定温度值已下降到低于目标值之前使泵70继续运转。
[0062]然后该控制流再次回到步骤(S10)，其中监测冷却单元30的出口处的冷却剂温度。当在步骤(SlO)中判定为冷却剂温度的测定值低于目标值时，控制流也返回，从而继续监测冷却单元30的出口处的冷却剂温度。
[0063]泵70仅在因监测冷却单元30的出口处的冷却剂的状态而判定为HV设备未被充分冷却时运转，而泵70在判定为HV设备被充分冷却时不运转。泵70能通过如上所述的这种简单的控制而启动或停止。此外，用于设置泵70的构型也是由泵70本身、用于向泵70供给冷却剂液的抽吸通路74和用于使冷却剂液从泵70回到冷却剂通路34的放出通路76构成的非常简单和紧凑的构型。因而，该简单和成本低的构型使得可将用于使冷却剂在冷却系统I内自然循环的冷却系统与用于利用泵70使冷却剂强制循环的冷却系统相结合，并允许使用者孚有两种系统的优点。
[0064]根据本发明的该实施例，如图1所示，抽吸通路74的上游端连接到气液分离器40中用于容纳液相冷却剂的蓄液器。这种构型使得可使容纳足量液相冷却剂的气液分离器40将冷却剂液直接放出到抽吸通路74，并可靠地将冷却剂液供给到泵70。因此，能抑制专用于移送液体的泵70中可能出现的问题。此外，抽吸通路74可在冷却剂通路34的中间分支。在这种情况下，能缩短抽吸通路74的长度，这使得可实现简单和低成本的构型并使得易于布置抽吸通路74。[0065]图4是详细示出根据一个修改示例的抽吸器80的构型的示意图。图5是沿着图4中的线V-V截取的抽吸器80的示意性剖视图。尽管在图2所示的抽吸器80中，放出通路76的直立管77和平行管78配置在冷却剂通路34的内部，但本发明并不限于该构型。如图4所示，例如，平行管78可形成为具有比冷却剂通路34大的直径以便在周向上包围冷却剂通路34，而冷却剂通路34可插入成贯穿平行管78的内部。
[0066]该构型还能够确保在泵70启动时从冷却剂通路34流到冷却单元30的冷却剂的充分流量。此外，能通过由从泵70经平行管78放出到冷却剂通路34中的冷却剂液的喷流在冷却剂通路34中产生的负压来促进冷却剂通路34内的冷却剂液的流动。在冷却系统I的内部循环的冷却剂流的形成使得在泵70停止时能够平顺地过渡为自然循环的冷却系统。
[0067]此外，由于平行管78配置在冷却剂通路34的外部，能减少冷却剂通路34中存在的障碍物，这又会降低在冷却系统I中自然循环的冷却剂液流的压力损失。因此，能提供进一步有利于冷却剂液的流动的自然循环式冷却系统。
[0068]图6是详细示出根据另一个修改示例的抽吸器80的构型的示意图。如图6所示，平行管78可沿冷却剂通路34延伸的方向配置在冷却剂通路34的外部，从而形成从平行管78经形成在冷却剂通路34的一部分中的开口喷出到冷却剂通路34中的冷却剂液流。该构型也能提供与根据上述修改示例的抽吸器80相同的效果。
[0069]前文已就用于冷却装设在车辆上的电气设备的冷却系统I对实施例进行了说明，其中以HV设备作为这种电气设备的示例。然而，电气设备并不限于在上文中举例说明的逆变器、电动发电机等，而可以是任意电气设备，只要该电气设备由于其运转而发热即可。当存在多件要冷却的电气设备时，这些多件电气设备理想地具有被设定为目标冷却温度范围的共同温度范围。目标冷却温度范围是适合作为用于操作电气设备的温度环境的温度范围。
[0070]冷却系统I可单独设置为用于利用冷却单元30冷却发热源的装置。或者，冷却系统I可结合在具有压缩机、冷凝器、减压器和蒸发器的蒸气压缩式致冷循环中并用作室内用空调装置，从而构成能够在压缩机的运转和停止期间可靠地冷却发热源的系统。在这种情况下，可使用冷凝器作为热交换器14。当设置了多个冷凝器时，上游侧的第一个冷凝器被用作热交换器14并且冷却单元30在冷却剂通路设置成将第一个冷凝器的上游侧与冷却单元30的下游侧连接的情况下配置，从而利用循环通过各冷凝器的冷却剂冷却发热源。
[0071 ] 在上述实施例中，抽吸通路74连接到冷却剂通路34，并且冷却剂从抽吸通路74经由抽吸器80流入冷却剂通路34中。作为一修改示例，供从气液分离器40放出的冷却剂流过的通路可直接连接到冷却单元30，使得从气液分离器40放出的冷却剂流入冷却单元30中。
[0072]尽管前文已对本发明的示例性实施例进行了说明，但应该理解的是，本文中公开的这些实施例在所有方面都仅仅是说明性的而不是限制性的。本发明的范围并非由前文的说明而是由所附权利要求限定，并且权利要求的范围的所有等同物以及该范围内的所有变更和修改都将被解释为包含在本发明中。
[0073]根据本发明的冷却系统特别有利地适用于具有装设在其上的电气设备(如电动发电机和逆变器)的车辆(如HV、燃料电池车辆和电动车辆)中的电气设备的冷却。
【权利要求】
1.一种用于冷却发热源的冷却系统，其特征在于包括: 冷却单元，所述冷却单元构造成利用流过所述冷却单元的冷却剂来冷却所述发热源； 热交换器，所述热交换器构造成在所述冷却剂和外部空气之间进行热交换； 蓄液装置，所述蓄液装置构造成储存液态的所述冷却剂； 用于所述冷却剂的第一通路，所述第一通路连接在所述热交换器和所述蓄液装置之间； 用于所述冷却剂的第二通路，所述第二通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，并且包括主通路和副通路，所述主通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，所述副通路的至少一部分与所述主通路分离；和泵，所述泵设置在所述副通路上。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述蓄液装置用作用于将所述冷却剂分离成气相冷却剂和液相冷却剂的气液分离器。
3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，其中，所述副通路的一端连接到所述蓄液装置并且所述副通路的另一端连接到所述主通路。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，还包括导流单元，所述导流单元构造成将从所述泵放出并流入所述主通路中的所述冷却剂的流动方向引导为从所述蓄液装置朝向所述冷却单元的方向。
5.根据权利要求3或4所述的冷却系统，还包括配置在从所述泵放出的所述冷却剂流入所述主通路中的位置处的抽吸器， 其中，所述冷却剂从所述副通路经由所述抽吸器流入所述主通路中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，还包括传感器，所述传感器用于获取表示在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的状态的数据， 其中，所述泵基于所述数据被启动或停止。
7.根据权利要求6所述的冷却系统，其中: 所述冷却剂的状态是所述冷却剂的温度，并且 当在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的温度低于预定阈值时，所述泵被停止；并且 当在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的温度等于或高于所述预定阈值时，所述泵被启动。
【文档编号】B60K11/02GK103717429SQ201280037314
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2011年8月8日
【发明者】川上芳昭, 城岛悠树, 高桥荣三, 佐藤幸介, 大野雄一, 内田和秀 申请人:丰田自动车株式会社
【专利摘要】一种用于冷却发热源的冷却系统，包括：冷却单元（30），所述冷却单元构造成利用流过所述冷却单元的冷却剂来冷却所述发热源；热交换器（14），所述热交换器构造成在所述冷却剂和外部空气之间进行热交换；蓄液装置（40），所述蓄液装置构造成储存液态的所述冷却剂；用于所述冷却剂的第一通路（22），所述第一通路连接在所述热交换器和所述蓄液装置之间；用于所述冷却剂的第二通路，所述第二通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，并且包括主通路（34）和副通路（74），所述主通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，所述副通路的至少一部分与所述主通路分离；泵（70），所述泵设置在所述副通路上。
【专利说明】冷却系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷却系统，特别是一种被设计成通过使冷却剂循环到冷却发热源的冷却单元来冷却所述发热源的冷却系统。
【背景技术】
[0002]依靠由电动机产生的驱动力行驶的车辆如混合动力车辆(HV)、燃料电池车辆和电动车辆作为解决环境问题的对策正在引起人们的关注。此类车辆中的电气设备——包括电机、发电机、逆变器、变换器和电池-由于电力交换而发热。因此，必须冷却电气设备。
[0003]已提出利用通常被用作车辆空调系统的蒸气压缩式致冷循环来冷却发热体的技术。例如，日本专利申请公报N0.11-23081 (JP11-23081A)描述了这样一种装置，该装置设置有冷却单元，该冷却单元构造成使得致冷循环中的中间压力的冷却剂冷却发热设备，该装置还设置有电气膨胀阀，所述电气膨胀阀分别配置在冷却单元的上游和下游并且其孔口可由外部信号控制，从而利用中间压力的冷却剂来冷却发热设备。
[0004]日本专利申请公报N0.2005-90862 (JP2005-90862A)描述了一种冷却系统，在该冷却系统中，在用于绕过空调用致冷循环中的减压器、蒸发器和压缩机的旁通通路上设置有用于冷却发热体的发热体冷却装置。此外，日本专利申请公报N0.2007-69733(JP2007-69733A)描述了一种系统，在该系统中，在从膨胀阀延伸到压缩机的冷却剂通路上并列配置有用于与空调用空气进行热交换的热交换器和用于与发热体进行热交换的另一个热交换器，从而借助用于空调装置的冷却剂来冷却发热体。
[0005]在JP2005-90862A和JP2007-69733A描述的冷却系统中，在蒸气压缩式致冷循环中包含有用于冷却发热源(如电气设备)的冷却通路，并且当要冷却该发热源时，在通过减压器之后处于气液两相状态的冷却剂被导入冷却剂通路中以冷却发热源。如果用于冷却发热源的冷却剂的流量减小，则可能导致用于冷却发热源的性能的恶化。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种能够以稳定和可靠的方式冷却发热源的冷却系统。
[0007]本发明的一个方面涉及一种冷却系统。该冷却系统用于冷却发热源，并且包括冷却单元、热交换器、蓄液装置、用于冷却剂的第一通路和第二通路、第二通路以及泵。所述冷却单元构造成利用流过所述冷却单元的冷却剂来冷却所述发热源。所述热交换器构造成在所述冷却剂和外部空气之间进行热交换。所述蓄液装置构造成储存液态的所述冷却剂。用于所述冷却剂的第一通路连接在所述热交换器和所述蓄液装置之间。用于所述冷却剂的第二通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，并且包括主通路和副通路，所述主通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，所述副通路的至少一部分与所述主通路分离。所述泵设置在所述副通路上。
[0008]在上述方面中，所述蓄液装置可用作用于将所述冷却剂分离成气相冷却剂和液相冷却剂的气液分离器。[0009]在上述方面中，所述副通路的一端可连接到所述蓄液装置并且所述副通路的另一端连接到所述主通路。
[0010]在上述方面中，所述冷却系统还可包括导流单元，所述导流单元构造成将从所述泵放出并流入所述主通路中的所述冷却剂的流动方向引导为从所述蓄液装置朝向所述冷却单元的方向。
[0011]在上述方面中，所述冷却系统还可包括配置在从所述泵放出的所述冷却剂流入所述第一通路中的位置处的抽吸器。在此方面中，所述冷却剂可从所述副通路经由所述抽吸器流入所述第一通路中。
[0012]在上述方面中，所述冷却系统还可包括传感器，所述传感器用于获取表示在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的状态的数据。在此方面中，所述泵可基于所述数据被启动或停止。
[0013]在上述方面中，如果在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的温度低于预定阈值，则所述泵可被停止。当所述冷却剂在流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后的温度等于或高于所述预定阈值时，所述泵可被启动。
[0014]根据上述方面的冷却系统能够确保流到发热源的冷却剂的充分流量，并且由此能够在防止用于发热源的冷却能力下降的同时稳定地冷却发热源。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]在下文参照附图对本发明的示例性实施例的详细说明中将描述本发明的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0016]图1是示出冷却系统的构型的示意图；
[0017]图2是详细示出图1所示的抽吸器的构型的示意图；
[0018]图3是示出用于泵的运转控制的流程图；
[0019]图4是详细示出根据一个修改示例的抽吸器的构型的示意图；
[0020]图5是沿图4中的线V-V截取的抽吸器的示意性剖视图；以及
[0021]图6是详细示出根据另一个修改示例的抽吸器的构型的示意图。
【具体实施方式】
[0022]将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的示例性优选实施例，在附图中相同或对应的部分用相同的附图标记表示并且不重复其说明。
[0023]图1是示出冷却系统I的构型的示意图。如图1所示，冷却系统I具有热交换器
14、冷却单元30和气液分离器40。冷却系统I还包括互连在热交换器14和气液分离器40之间的冷却剂通路22、互连在气液分离器40和冷却单元30之间的冷却剂通路34、以及互连在冷却单元30和热交换器14之间的冷却剂通路36。冷却系统I通过借助冷却剂通路22,34和36连接热交换器14、气液分离器40和冷却单元30而构成。冷却剂通路22可视为本发明的第一通路，并且冷却剂通路34可视为本发明的主通路。
[0024]冷却剂在冷却系统I内循环，从而通过冷却剂循环通道，在该冷却剂循环通道中，热交换器14、冷却单元30和气液分离器40借助冷却剂通路22、34和36顺次连接。在冷却系统I内循环的冷却剂可以例如是二氧化碳、诸如丙烷或异丁烯之类的碳氢化合物、氨、碳氟化合物、或水。
[0025]热交换器14通过使冷却剂蒸气向外部介质放热而将冷却剂蒸气变换成冷却剂液。热交换器14包括用于使冷却剂循环的管以及用于在循环通过该管的冷却剂和热交换器14周围的空气之间进行热交换器的翅片。热交换器14在冷却剂和作为通过车辆的行驶而产生的自然风或由诸如用于冷却发动机的散热风扇之类的冷却风扇产生的强制风而供给的冷却空气之间进行热交换。热交换器14进行的热交换使冷却剂温度下降，藉此使冷却剂液化。
[0026]气液分离器40配置在从热交换器14流到冷却单元30的冷却剂的通路上。气液分离器40将从热交换器14流出的冷却剂分离成气相冷却剂和液相冷却剂。在气液分离器40内储存有作为液相冷却剂的冷却剂液和作为气相冷却剂的冷却剂蒸气。气液分离器40连接到冷却剂通路22和34以及后文要说明的抽吸通路74。
[0027]在热交换器14的出口处，冷却剂处于其中饱和液和饱和蒸气相混合的气液两相状态的湿蒸气状态。从热交换器14流出的冷却剂经冷却剂通路22供给到气液分离器40。从冷却剂通路22流入气液分离器40中的处于气液两相状态的冷却剂在气液分离器40的内部分离成气相和液相。气液分离器40将由热交换器14冷凝的冷却剂分离成呈液体形式的冷却剂液和呈气体形式的冷却剂蒸气，并暂时储存它们。
[0028]分离出的冷却剂液从气液分离器40经由冷却剂通路34流出。配置在气液分离器40内的液相中的冷却剂通路34的端部限定出用于从气液分离器40流出的液相冷却剂的出口。在气液分离器40的内部，冷却剂液蓄积在下侧，而冷却剂蒸气蓄积在上侧。用于将冷却剂液从气液分离器40导出的冷却剂通路34的端部连接到气液分离器40的底部。仅冷却剂液从气液分离器40的底侧被送出到气液分离器40的外部并经冷却剂通路34送出。这样送出的冷却剂液使气液分离器40能够以可靠的方式使气相冷却剂与液相冷却剂分离。
[0029]冷却单元30包括混合动力车辆设备和冷却通路，所述混合动力车辆设备是装设在车辆上的电气设备，所述冷却通路是供冷却剂循环通过的管道。HV设备是发热源的一个示例。冷却通路的一个端部连接到冷却剂通路34。冷却通路的另一个端部连接到冷却剂通路36。冷却剂通路34是用于使液相冷却剂从气液分离器40循环到冷却单元30的通路。冷却剂通路36是用于使冷却剂从冷却单元30循环到热交换器14的通路。
[0030]已在气液分离器40中进行气液分离的冷却剂的处于液相的冷却剂液从气液分离器40经由冷却剂通路34循环到冷却单元30。循环到冷却单元30并流过冷却通路的冷却剂通过从HV设备吸热来冷却HV设备，该HV设备是发热源。冷却单元30利用由气液分离器40分离并经由冷却剂通路34流入冷却通路中的液相冷却剂来冷却HV设备。在冷却单元30中，流过冷却通路的冷却剂与HV设备进行热交换，藉此HV设备被冷却且冷却剂被加热。
[0031]冷却单元30构造成使得能在冷却通路中能进行HV设备和冷却剂之间的热交换。在此实施例中，冷却单元30具有形成为使得冷却通路的外周例如与HV设备的壳体直接接触的冷却通路。该冷却通路具有与HV设备壳体邻接的部分。HV设备和在冷却通路中流动的冷却剂之间的热交换能在冷却通路的该部分中进行。
[0032]HV设备通过与形成用于在冷却系统I中循环的冷却剂的通路的一部分的冷却通路的外周直接接触而被冷却。由于HV设备配置在冷却通路的外部，故HV设备不会干涉在冷却通路内循环的冷却剂的流动。因此，能在不增大影响在冷却系统I中循环的冷却剂的压力损失的情况下冷却HV设备。
[0033]或者，冷却单元30可设置有介设在HV设备和冷却通路之间的任意常规热管。在这种情况下，HV设备经由该热管连接到冷却通路的外周，使得HV设备通过从HV设备经由热管到冷却通路的热传递而被冷却。能通过使用HV设备作为用于加热热管的加热单元并使用冷却通路作为用于冷却热管的冷却单元来提高冷却通路和HV设备之间的热传递效率，藉此能提高HV设备的冷却效率。热管可以例如是管芯(wick)式热管。
[0034]热管确保从HV设备到冷却通路的可靠热传递，并允许HV设备与冷却通路间隔开，这消除了对冷却通路进行复杂配置来建立HV设备和冷却通路之间的直接接触的需要。这可提高HV设备的配置自由度。
[0035]HV设备包括由于电力交换而发热的电气设备。电气设备包括用于将直流电力变换成交流电力的逆变器、作为电动机的电动发电机、作为蓄电装置的电池、用于使电池的电压升压的变换器和用于使电池的电压降压的DC/DC变换器中的至少任一者。电池是二次电池，例如锂离子电池或镍金属氢化物电池。可使用电容器代替电池。
[0036]冷却剂通路22是使冷却剂从热交换器14循环到气液分离器40的路径。冷却剂从热交换器14的出口朝向气液分离器40的入口在热交换器14和气液分离器40之间经由冷却剂通路22流动。冷却剂通路34是使冷却剂从气液分离器40循环到冷却单元30的路径。冷却剂从气液分离器40的出口朝向冷却单元30的入口在气液分离器40和冷却单元30之间经由冷却剂通路34流动。冷却剂通路36是使冷却剂从冷却单元30循环到热交换器14的路径。冷却剂从冷却单元30的出口朝向热交换器14的入口在冷却单元30和热交换器14之间经由冷却剂通路36流动。
[0037]冷却剂通过在冷却HV设备时从HV设备接收蒸发潜热而气化。通过与HV设备进行热交换而蒸发的冷却剂蒸气经由冷却剂通路36流到热交换器14。在热交换器14中，冷却剂蒸气由车辆的行驶风或来自发动机冷却用散热风扇的风冷却并冷凝。由热交换器14液化的冷却剂液经由冷却剂通路22和34回到冷却单元30。
[0038]经过冷却单元30和热交换器14的环状通路构成热管，在该热管中HV设备用作加热单元且热交换器14用作冷却单元。由于HV设备能借助该热管冷却，故不需要设置用于冷却HV设备的特殊设备，例如水循环泵或冷却风扇。这使得可减少用于HV设备的冷却系统I所需的部件数量并简化系统构型，从而使冷却系统I的制造成本降低。此外，不需要运转用于例如向泵或冷却风扇供给动力以冷却HV设备的动力源，且因此不会消耗动力来运转该动力源。结果，能降低用于冷却HV设备的动力消耗。
[0039]图1示出地面60。冷却单元30在与地面60垂直的竖直方向上配置在比热交换器14低的位置处。在用于使冷却剂在热交换器14和冷却单元30之间循环的环状通路中，冷却单元30配置在下方的位置，而热交换器14配置在上方的位置。热交换器14配置在比冷却单元30高的位置。
[0040]利用该配置，在冷却单元30中被加热并蒸发的冷却剂蒸气在环状通路中上升而到达热交换器14。冷却剂蒸气然后在热交换器14中被冷却并冷凝而变成液体冷却剂，该液体冷却剂由于重力作用而在环状通路中下降并返回冷却单元30。这意味着由冷却单元30、热交换器和连接在二者之间的冷却剂通路形成了热虹吸式热管。该热管的形成提高了从冷却单元30到热交换器14的热传递效率，并且因此能够在不依赖于任何动力的情况下有效地冷却HV设备。
[0041]冷却剂液以饱和液的状态储存在气液分离器40的内部。气液分离器40用作用于将冷却剂液暂时储存在其内部的蓄液装置，所述冷却剂液是液态的冷却剂。预定量的冷却剂液储存在气液分离器40内使得即使在负荷变动期间也能维持从气液分离器40流到冷却单元30的冷却剂的流量。由于气液分离器40具有蓄液功能并且能够通过吸收负荷变动而用作抵抗负荷变动的缓冲器，故能获得HV设备的稳定冷却性能。
[0042]用于使从气液分离器40的出口朝向冷却单元30的入口流动的冷却剂循环的通路包括互连在气液分离器40和冷却单元30之间的冷却剂通路34、用于使冷却剂液循环到泵70的抽吸通路74、以及放出通路76。抽吸通路74可视为本发明的副通路。
[0043]抽吸通路74是互连在气液分离器40和泵70之间以使由气液分离器40分离的液相冷却剂循环到泵70的通路。冷却剂从气液分离器40的出口朝向泵70的入口在气液分离器40和泵70之间经抽吸通路74流动。
[0044]在冷却剂通路34与放出通路76会合的位置处设置有抽吸器80。放出通路76是互连在泵70和抽吸器80之间以使从泵70放出的冷却剂经由抽吸器80循环到冷却剂通路34的通路。冷却剂从泵70的出口朝向抽吸器80在泵70和抽吸器80之间经放出通路76流动。
[0045]从气液分离器40直接延伸到抽吸器80并形成冷却剂通路34 —部分的通路构成第一路径。包括抽吸通路74、泵70和放出通路76并从气液分离器40经由泵70延伸到抽吸器80的通路构成第二路径。第一路径和第二路径并列连接。冷却系统I具有从气液分离器40延伸到抽吸器80的多个通路，并且这些通路并列连接。泵70设置在作为这些并列连接的通路之一的第二路径上。
[0046]在冷却单元30的在冷却剂流动方向上的下游配置有用于测量从冷却单元30流出的冷却剂的温度的温度传感器71。通过利用温度传感器71获取与从冷却单元30流出的冷却剂的温度有关的数据来检查作为发热源的HV设备的冷却状态。由温度传感器71获取的数据通过配线72传送到泵70。泵70被控制成基于该数据而被启动或停止。
[0047]当从冷却单元30流出的冷却剂的温度低于预定阈值时，判定为HV设备被充分冷却并且停止泵70。相反，当从冷却单元30流出的冷却剂的温度等于或高于预定阈值时，判定为HV设备未被充分冷却并且启动泵70。通过启动泵70，冷却剂液经放出通路76被强制供给到冷却剂通路34，藉此从冷却剂流动通路34供给到冷却单元30的冷却剂液的流量增大。流过冷却单元30的冷却通路的冷却剂液的增加可提高用于HV设备的冷却能力。
[0048]根据该构型，当判定为在泵70停止期间用于HV设备的冷却能力不足时，泵70能被立即启动以强制输送冷却剂液，使得液相冷却剂被供给到冷却单元30。由此能快速恢复用于HV设备的冷却能力以降低HV设备的温度，藉此能有效地避免HV设备的过热。例如，当车辆正在爬坡时，HV设备的负荷可急剧增大并且HV设备的发热量可急剧上升。在这种情况下，可利用泵70将冷却剂液强制供给到冷却单元30以提高用于HV设备的冷却能力。
[0049]由于泵70配置在与冷却剂通路34并列连接的冷却剂通路上，故泵70在其停止期间不会阻碍从气液分离器40经冷却剂通路34流到冷却单元30的冷却剂流。因此，能利用在冷却单元30中蒸发的冷却剂蒸气的浮力和作用于在热交换器14中液化的冷却剂液的重力作为驱动力来形成在冷却系统I内循环的冷却剂流而不需要从外部供给的动力。由于能基于热管的原理从冷却单元30向热交换器14传热，故能利用自然循环式的冷却系统可靠地冷却发热源而不妨害动力节省。
[0050]当无法仅通过冷却剂的自然循环来充分冷却发热源时，泵70被启动以增大供给到冷却单元30的冷却剂液的流量。例如，如果在HV设备由于马达停止而不发热且很少量的冷却剂正在流动时发生需要快速和显著冷却的事件(如车辆的急加速)，则由于冷却剂流的响应延迟而无法仅通过冷却剂的自然循环来充分冷却HV设备。为了克服该问题，泵70能被启动以补偿冷却剂的不足并提高冷却发热源的能力。相应地，能迅速解决冷却发热源的能力不足。此外，泵70的设置也可提高冷却系统I的最大冷却性能。
[0051]除了监测冷却单元30的出口处的温度的温度传感器71之外，还能在冷却单元30的出口处配置压力传感器以监测从冷却单元30流出的冷却剂的压力，以便判定是否需要利用泵70将冷却剂液供给到冷却单元30。利用适当的传感器，不仅能获取与温度和压力有关的数据，而且能获得指示冷却剂的状态的任意其它数据，只要能在冷却HV设备之后通过获取指示冷却单元30下游的冷却剂的状态的数据来控制泵70的启动和停止即可。
[0052]图2是详细示出图1所示的抽吸器80的构型的示意图。如图2所示,供从泵70放出的冷却剂液流动的放出通路76具有直立管77和平行管78。直立管77配置成与冷却剂通路34延伸的方向交叉地(典型地，垂直地)延伸。直立管77配置贯穿冷却剂通路34的壁地在冷却剂通路34的内部和外部之间延伸。平行管78配置在冷却剂通路34的内部。平行管78与冷却剂通路34延伸的方向平行地配置。
[0053]图2中的实线箭头Al表示从泵70放出、在平行管78的内部流动并经开口 79流入冷却剂通路34中的冷却剂液流。图2中的虚线箭头A2表示从气液分离器40流入冷却剂通路34中并到达抽吸器80的冷却剂液流。平行管78相对于冷却剂通路34定位成使得在平行管78的内部流动的冷却剂的流动方向与在冷却剂通路34的内部流动的冷却剂的流动方向平行。
[0054]平行管78用作用于调节冷却剂的流动方向的流动调节单元。当平行管78被适当地配置时，从泵70放出并回到冷却剂通路34的冷却剂的流动方向被引导成使得冷却剂沿着从气液分离器40经冷却剂通路34直接流到冷却单元30的冷却剂的流动方向流动。通过利用该流动调节单元调节回到冷却剂通路34的冷却剂的流动方向，可抑制在从泵70放出的冷却剂流到冷却剂通路34时发生的压力损失。这进一步提高了通过泵70的启动增大通向冷却单元30的冷却剂液的流量的效果。此外，也能进一步提高由于从放出通路76喷出到冷却剂通路34中的冷却剂的粘性而促进冷却剂通路34内的冷却剂液的流动的效果。
[0055]流动调节单元可具有除上述构型以外的任意其它构型。例如，在冷却剂流中以及冷却剂通路34和放出通路76之间的合流点的上游可设置有止回阀。然而，在此实施例中，通过将平行管78配置成沿着冷却剂通路34中冷却剂的流动方向延伸来引导回到冷却剂通路34的冷却剂的流动方向，从而使冷却剂经位于冷却剂的流动方向上的下游侧的开口 79进入冷却剂通路34。以此方式，能使构型简单且成本低。此外，流动调节单元能以适当的方式形成，因为能抑制在冷却剂通路34中循环的冷却剂的压力损失的增大。
[0056]抽吸器80配置在从泵70放出的冷却剂回到冷却剂通路34的位置。冷却剂液从放出通路76中的平行管78喷出到冷却剂通路34中而在冷却剂通路34中形成喷流。该喷流在冷却剂通路34的内部产生该喷流周围的负压。负压的产生允许抽吸器80实现其利用冷却剂液的流动在冷却剂通路34中形成减压状态的功能。
[0057]冷却剂通路34中的冷却剂液沿如图2所示的右侧方向朝由抽吸器80形成的负压产生区域流动。冷却剂的流动促进了冷却剂通路34中的冷却剂液的流动。另外，从平行管78喷出的喷流的粘性也可促进冷却剂通路34中的冷却剂液的流动。通过利用从放出通路76中的平行管78喷出的冷却剂作为驱动流来形成经冷却剂通路34的内部朝向冷却单元30流动的冷却剂流。冷却剂通路34中的该冷却剂流变成将在冷却系统I内自然循环的冷却剂流。
[0058]因而，能通过启动泵70而在冷却剂通路34中产生驱动流，藉此能确保从冷却剂通路34流到冷却单元30的冷却剂的流量。当泵70此后停止时，允许系统平顺地过渡为自然循环的冷却系统，因为在冷却系统I中循环的冷却剂流已经形成。
[0059]图3是示出用于泵70的运转控制的流程图。参照图3，将对与由温度传感器71获取的冷却单元30的出口处的冷却剂温度联动的用于泵70的运转控制进行说明。
[0060]首先，在步骤(SlO)中，利用温度传感器71检测在冷却HV设备之后冷却单元30的出口处的冷却剂的温度。判定冷却剂温度的测定值是否等于或高于目标冷却剂温度阈值。当判定为冷却剂温度的测定值等于或高于目标值时，控制处理转到步骤(S20)，其中泵70被启动以使得冷却剂液从泵70放出到放出通路76中。泵70的运转为冷却剂液提供了能量，藉此冷却剂液经由放出通路76和冷却剂通路34移送到冷却单元30。
[0061]接下来，在步骤(S30)中，再次判定冷却剂温度的测定值是否等于或高于目标冷却剂温度阈值。如果判定为冷却剂温度的测定值仍等于或高于目标值，则使泵70继续运转。如果判定为冷却单元30的出口处的冷却剂的测定温度值低于目标值，则在步骤(S40)中使泵70停止。这意味着在判定为冷却单元30的出口处的冷却剂的测定温度值已下降到低于目标值之前使泵70继续运转。
[0062]然后该控制流再次回到步骤(S10)，其中监测冷却单元30的出口处的冷却剂温度。当在步骤(SlO)中判定为冷却剂温度的测定值低于目标值时，控制流也返回，从而继续监测冷却单元30的出口处的冷却剂温度。
[0063]泵70仅在因监测冷却单元30的出口处的冷却剂的状态而判定为HV设备未被充分冷却时运转，而泵70在判定为HV设备被充分冷却时不运转。泵70能通过如上所述的这种简单的控制而启动或停止。此外，用于设置泵70的构型也是由泵70本身、用于向泵70供给冷却剂液的抽吸通路74和用于使冷却剂液从泵70回到冷却剂通路34的放出通路76构成的非常简单和紧凑的构型。因而，该简单和成本低的构型使得可将用于使冷却剂在冷却系统I内自然循环的冷却系统与用于利用泵70使冷却剂强制循环的冷却系统相结合，并允许使用者孚有两种系统的优点。
[0064]根据本发明的该实施例，如图1所示，抽吸通路74的上游端连接到气液分离器40中用于容纳液相冷却剂的蓄液器。这种构型使得可使容纳足量液相冷却剂的气液分离器40将冷却剂液直接放出到抽吸通路74，并可靠地将冷却剂液供给到泵70。因此，能抑制专用于移送液体的泵70中可能出现的问题。此外，抽吸通路74可在冷却剂通路34的中间分支。在这种情况下，能缩短抽吸通路74的长度，这使得可实现简单和低成本的构型并使得易于布置抽吸通路74。[0065]图4是详细示出根据一个修改示例的抽吸器80的构型的示意图。图5是沿着图4中的线V-V截取的抽吸器80的示意性剖视图。尽管在图2所示的抽吸器80中，放出通路76的直立管77和平行管78配置在冷却剂通路34的内部，但本发明并不限于该构型。如图4所示，例如，平行管78可形成为具有比冷却剂通路34大的直径以便在周向上包围冷却剂通路34，而冷却剂通路34可插入成贯穿平行管78的内部。
[0066]该构型还能够确保在泵70启动时从冷却剂通路34流到冷却单元30的冷却剂的充分流量。此外，能通过由从泵70经平行管78放出到冷却剂通路34中的冷却剂液的喷流在冷却剂通路34中产生的负压来促进冷却剂通路34内的冷却剂液的流动。在冷却系统I的内部循环的冷却剂流的形成使得在泵70停止时能够平顺地过渡为自然循环的冷却系统。
[0067]此外，由于平行管78配置在冷却剂通路34的外部，能减少冷却剂通路34中存在的障碍物，这又会降低在冷却系统I中自然循环的冷却剂液流的压力损失。因此，能提供进一步有利于冷却剂液的流动的自然循环式冷却系统。
[0068]图6是详细示出根据另一个修改示例的抽吸器80的构型的示意图。如图6所示，平行管78可沿冷却剂通路34延伸的方向配置在冷却剂通路34的外部，从而形成从平行管78经形成在冷却剂通路34的一部分中的开口喷出到冷却剂通路34中的冷却剂液流。该构型也能提供与根据上述修改示例的抽吸器80相同的效果。
[0069]前文已就用于冷却装设在车辆上的电气设备的冷却系统I对实施例进行了说明，其中以HV设备作为这种电气设备的示例。然而，电气设备并不限于在上文中举例说明的逆变器、电动发电机等，而可以是任意电气设备，只要该电气设备由于其运转而发热即可。当存在多件要冷却的电气设备时，这些多件电气设备理想地具有被设定为目标冷却温度范围的共同温度范围。目标冷却温度范围是适合作为用于操作电气设备的温度环境的温度范围。
[0070]冷却系统I可单独设置为用于利用冷却单元30冷却发热源的装置。或者，冷却系统I可结合在具有压缩机、冷凝器、减压器和蒸发器的蒸气压缩式致冷循环中并用作室内用空调装置，从而构成能够在压缩机的运转和停止期间可靠地冷却发热源的系统。在这种情况下，可使用冷凝器作为热交换器14。当设置了多个冷凝器时，上游侧的第一个冷凝器被用作热交换器14并且冷却单元30在冷却剂通路设置成将第一个冷凝器的上游侧与冷却单元30的下游侧连接的情况下配置，从而利用循环通过各冷凝器的冷却剂冷却发热源。
[0071 ] 在上述实施例中，抽吸通路74连接到冷却剂通路34，并且冷却剂从抽吸通路74经由抽吸器80流入冷却剂通路34中。作为一修改示例，供从气液分离器40放出的冷却剂流过的通路可直接连接到冷却单元30，使得从气液分离器40放出的冷却剂流入冷却单元30中。
[0072]尽管前文已对本发明的示例性实施例进行了说明，但应该理解的是，本文中公开的这些实施例在所有方面都仅仅是说明性的而不是限制性的。本发明的范围并非由前文的说明而是由所附权利要求限定，并且权利要求的范围的所有等同物以及该范围内的所有变更和修改都将被解释为包含在本发明中。
[0073]根据本发明的冷却系统特别有利地适用于具有装设在其上的电气设备(如电动发电机和逆变器)的车辆(如HV、燃料电池车辆和电动车辆)中的电气设备的冷却。
【权利要求】
1.一种用于冷却发热源的冷却系统，其特征在于包括: 冷却单元，所述冷却单元构造成利用流过所述冷却单元的冷却剂来冷却所述发热源； 热交换器，所述热交换器构造成在所述冷却剂和外部空气之间进行热交换； 蓄液装置，所述蓄液装置构造成储存液态的所述冷却剂； 用于所述冷却剂的第一通路，所述第一通路连接在所述热交换器和所述蓄液装置之间； 用于所述冷却剂的第二通路，所述第二通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，并且包括主通路和副通路，所述主通路连接在所述蓄液装置和所述冷却单元之间，所述副通路的至少一部分与所述主通路分离；和泵，所述泵设置在所述副通路上。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述蓄液装置用作用于将所述冷却剂分离成气相冷却剂和液相冷却剂的气液分离器。
3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，其中，所述副通路的一端连接到所述蓄液装置并且所述副通路的另一端连接到所述主通路。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，还包括导流单元，所述导流单元构造成将从所述泵放出并流入所述主通路中的所述冷却剂的流动方向引导为从所述蓄液装置朝向所述冷却单元的方向。
5.根据权利要求3或4所述的冷却系统，还包括配置在从所述泵放出的所述冷却剂流入所述主通路中的位置处的抽吸器， 其中，所述冷却剂从所述副通路经由所述抽吸器流入所述主通路中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，还包括传感器，所述传感器用于获取表示在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的状态的数据， 其中，所述泵基于所述数据被启动或停止。
7.根据权利要求6所述的冷却系统，其中: 所述冷却剂的状态是所述冷却剂的温度，并且 当在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的温度低于预定阈值时，所述泵被停止；并且 当在所述冷却剂流过所述冷却单元以冷却所述发热源之后所述冷却剂的温度等于或高于所述预定阈值时，所述泵被启动。
【文档编号】B60K11/02GK103717429SQ201280037314
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2011年8月8日
【发明者】川上芳昭, 城岛悠树, 高桥荣三, 佐藤幸介, 大野雄一, 内田和秀 申请人:丰田自动车株式会社
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