JPWO2018168683A1

JPWO2018168683A1 - 冷却材および冷却装置

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Publication number: JPWO2018168683A1
Application number: JP2018532186A
Authority: JP
Inventors: 山口　博司; 博司山口; 晴彦山崎; 達夫川口
Original assignee: SAKURA SEIYUSHO CO. LTD.; Doshisha Co Ltd
Current assignee: SAKURA SEIYUSHO CO. LTD.; Doshisha Co Ltd
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: JP7029754B2; WO2018168683A1

Abstract

人体への悪影響を軽減することが可能な冷却材および冷却装置を提供する。車両に搭載された原動機を冷却するための冷却装置１Ａであって、原動機２を冷却するために、エチレングリコールを含むことなく、凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを主成分とする冷却材を使用するものであり、冷却材を循環させる冷却材用流路３と、冷却材用流路３内の冷却材を流動させるポンプ４と、を備え、ポンプ４は、歯車によって冷却材を流動させるギアポンプであることを特徴とする。

Description

本発明は、冷却材および冷却装置に関する。

従来から、車両に搭載された原動機（例えば、エンジン）を冷却するための冷却材として、エチレングリコールを主成分とする不凍液が用いられている（例えば、特許文献１参照）。冷却材として要求される性能として、−３０℃以下の凝固点を有することが挙げられる。エチレングリコールを主成分とする不凍液は、この性能を有する。

特開平１１−１７９７５６号公報

しかしながら、従来の冷却材、すなわちエチレングリコールを主成分とする不凍液は、毒性が強く、人体へ悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、人体への悪影響を軽減することが可能な冷却材および冷却装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷却材は、
車両に搭載された原動機を冷却するための冷却材であって、
エチレングリコールを含むことなく、
凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを主成分とすることを特徴とする。

上記冷却材において、
前記ポリオールエステルには、磁気機能性材料が分散されており、
前記磁気機能性材料は、平均粒径が１０μｍ以下であり、かつ常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温特性を有することが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る冷却装置は、
車両に搭載された原動機を冷却するための冷却装置であって、
エチレングリコールを含むことなく、凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを含む冷却材と、
前記冷却材を循環させる冷却材用流路と、
前記冷却材用流路内の前記冷却材を流動させるポンプと、
を備え、
前記ポンプは、歯車によって前記冷却材を流動させるギアポンプであることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の他の実施形態に係る冷却装置は、
車両に搭載された原動機を冷却するための冷却装置であって、
エチレングリコールを含むことなく、凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを含み、平均粒径が１０μｍ以下であり、かつ常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温特性を有する磁気機能性材料が分散されている冷却材と、
前記冷却材を循環させる冷却材用流路と、
前記冷却材用流路に設けられ、前記冷却材を冷却させる冷却部と、
前記冷却部内の第１領域および前記第１領域に隣接した前記冷却部外の第２領域において、磁場を発生させる磁場発生部と、を備えることを特徴とする。

上記冷却装置は、
前記冷却材用流路内の前記冷却材を流動させるポンプをさらに備え、
前記ポンプは、歯車によって前記冷却材を流動させるギアポンプであるよう構成できる。

上記冷却装置は、
前記冷却材用流路内の前記冷却材を流動させるポンプを備えないよう構成できる。

上記冷却装置において、
前記原動機は、前記モータおよび前記モータを駆動するインバータからなり、
前記冷却部は、前記インバータに隣接して設けられ、
前記磁場発生部は、前記第２領域である前記インバータ内において磁場を発生させる
構成にすることができる。

本発明によれば、人体への悪影響を軽減することが可能な冷却材および冷却装置を提供することができる。

第１実施形態に係るエンジン用冷却装置を示す図である。第１実施形態に係るモータ用冷却装置を示す図である。（Ａ）は流路における磁気駆動効果を説明するための図である。（Ｂ）は（Ａ）の流路における磁場および磁化の分布図である。第２実施形態に係るエンジン用冷却装置を示す図である。第２実施形態に係るモータ用冷却装置を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る冷却材および冷却装置の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
（冷却材）
本実施形態に係る冷却材は、自動車等の車両に搭載された原動機（例えば、エンジンまたはモータ）を冷却するためのものである。本実施形態に係る冷却材は、エチレングリコールを含むことなく、凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステル（ＰＯＥ）を主成分として含む（例えば、６０体積％以上含む）不凍液である。このようなポリオールエステルとして、例えば、ネオペンチルグリコールジエステルを用いることができる。

本実施形態のポリオールエステルは、上記のとおり凝固点が−７０℃以下であるため、冷却材として要求される性能（−３０℃以下の凝固点を有すること）を充足する。また、ポリオールエステルは、エチレングリコールと同程度の粘度にすることができるが、エチレングリコールとは異なり、毒性が弱く、人体へ悪影響を及ぼすおそれはほとんどない。さらに、ポリオールエステルは、エチレングリコールよりも、潤滑性、耐熱性、低温流動性、難燃性、生分解性に優れている。

したがって、本実施形態に係る冷却材によれば、エチレングリコールを含まないため、人体への悪影響を軽減することができる。しかも、本実施形態に係る冷却材は、ポリオールエステルを主成分とするため、省エネルギー化や冷却材としての長寿命化を実現することができる。

（エンジン用冷却装置）
次に、本実施形態に係る冷却装置として、自動車等の車両に搭載されたエンジンを冷却するためのエンジン用冷却装置について説明する。

図１に、本実施形態に係るエンジン用冷却装置１Ａを示す。エンジン用冷却装置１Ａは、エンジン２を冷却するために本実施形態に係る冷却材を使用する。エンジン用冷却装置１Ａは、冷却材を循環させる環状の冷却材用流路３と、冷却材用流路３内の冷却材を流動させるポンプ４と、冷却材を冷却させるラジエータ５（本発明の「冷却部」に相当）と、冷却材の温度に応じて流路を切り替えるバルブ６と、を備える。

ポンプ４と、バルブ６と、冷却材用流路３の大部分（バルブ６の右側の部分）は、エンジン２内に設けられている。ラジエータ５と、冷却材用流路３の一部（バルブ６とラジエータ５とを接続する部分）は、エンジン２外に設けられている。

バルブ６は、冷却材の温度を検出する温度検出手段を備える。バルブ６は、冷却材の温度が予め設定された所定の温度よりも高い場合、冷却材がエンジン２の内外を通過するように経路を切り替える一方、冷却材の温度が予め設定された所定の温度よりも低い場合、冷却材がエンジン２内のみを循環するように経路を切り替える。

ポンプ４は、歯車によって冷却材を流動させるギアポンプである。冷却材がエチレングリコールを主成分とする不凍液の場合、エチレングリコールの潤滑性が低いことから、ギアポンプでエチレングリコールを流動させることはできないため、一般にターボポンプが用いられる。これに対して、本実施形態に係るエンジン用冷却装置１Ａは、エチレングリコールを含むことなく、ポリオールエステルを主成分とする不凍液を使用するため、ポンプ４としてギアポンプを用いることができる。

ギアポンプはターボポンプよりも小型であるため、本実施形態に係るエンジン用冷却装置１Ａによれば、エチレングリコールからなる冷却材を使用する従来のエンジン用冷却装置に比べて、装置全体の小型化が可能になる。

（モータ用冷却装置）
次に、本実施形態に係る冷却装置として、電気自動車等の車両に搭載されたモータおよびモータ駆動用のインバータを冷却するためのモータ用冷却装置について説明する。

図２に、本実施形態に係るモータ用冷却装置１１Ａを示す。モータ用冷却装置１１Ａは、モータ１２ａおよびインバータ１２ｂを冷却するために本実施形態に係る冷却材を使用する。モータ用冷却装置１１Ａは、冷却材を循環させる環状の冷却材用流路１３と、冷却材用流路１３内の冷却材を流動させるポンプ１４と、冷却材を冷却させるラジエータ１５（本発明の「冷却部」に相当）と、を備える。

モータ用冷却装置１１Ａは、上記のエンジン用冷却装置１Ａと同様に、ポンプ１４としてギアポンプを用いている。したがって、本実施形態に係るモータ用冷却装置１１Ａによれば、エチレングリコールからなる冷却材を使用する従来のエンジン用冷却装置に比べて、装置全体の小型化が可能になる。

［第２実施形態］
（冷却材）
本実施形態に係る冷却材は、自動車等の車両に搭載された原動機（例えば、エンジンまたはモータ）を冷却するためのものである。本実施形態に係る冷却材は、エチレングリコールを含むことなく、凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを主成分とする（例えば、６０体積％以上含む）不凍液である点において、第１実施形態と共通している。

一方、本実施形態に係る冷却材は、ポリオールエステルに磁気機能性材料が分散されている点において、第１実施形態と相違している。本実施形態の磁気機能性材料は、平均粒径が１０μｍ以下であり、かつ常温域（例えば、５℃〜３５℃）での温度上昇に伴い磁化が減少する感温特性を有する磁性粒子（例えば、マンガン亜鉛フェライト）である。なお、磁気機能性材料は、上記磁性粒子を母液（例えば、水）中に分散させた磁性流体でもよい。

磁気機能性材料は、磁場を印加すると磁化を持った物質としてふるまう。例えば、図３に示すように、磁石を用いて左右対称な磁場Ｈを印加すると、磁気機能性材料は、磁場Ｈに応じた磁化Ｍをもつ。ここで、磁場Ｈの一方側の領域（図３の左側の領域）を冷却部で冷却すると、本実施形態の磁気機能性材料は感温特性を有するため、磁気機能性材料の磁化Ｍは、冷却された磁場Ｈの一方側の領域において、他方側の領域（図３の右側の領域）よりも大きくなる。その結果、一方側の領域における磁気体積力Ｆ１は、他方側の領域における磁気体積力Ｆ２よりも大きくなり、図３の左側から右側に向かう駆動力（磁気駆動効果）が発生する。

したがって、本実施形態に係る冷却材によれば、感温特性を有する磁気機能性材料を含むため、磁気駆動効果を利用して冷却材の流動性を向上させることができる。

図４に、本実施形態に係るエンジン用冷却装置１Ｂを示す。エンジン用冷却装置１Ｂは、第２実施形態に係る冷却材を使用する。エンジン用冷却装置１Ｂは、第１実施形態に係るエンジン用冷却装置１Ａに、磁石７（本発明の「磁場発生部」に相当）を追加したものである。

磁石７は、例えば図３に示すように、一対の永久磁石を異極並列配置したものを使用することができる。磁石７は、ラジエータ５内の第１領域および当該第１領域に隣接したラジエータ５外の第２領域において、磁場を発生させるように設けられている。

具体的には、磁石７は、ラジエータ５と、ラジエータ５とポンプ４とを接続する冷却材用流路３（図４では、ラジエータ５とバルブ６とを接続する冷却材用流路３）と、に磁場を発生させるように、両者の上側および／または下側に設けられている。このように磁石７を設けることで、磁気機能性材料の磁化Ｍは、ラジエータ５内の領域において、ラジエータ５外の冷却材用流路３内の領域よりも大きくなる。その結果、ラジエータ５内の領域における磁気体積力は、ラジエータ５外の冷却材用流路３内の領域における磁気体積力よりも大きくなり、ラジエータ５からポンプ４に向かう駆動力（磁気駆動効果）が発生する。

したがって、本実施形態に係るエンジン用冷却装置１Ｂによれば、磁気駆動効果を利用して冷却材の流動性を向上させることができるため、ポンプ４として第１実施形態よりもさらに小さいギアポンプを使用することができる。また、要求される流動性によっては、ポンプ４を省略して、ポンプ４を備えていないエンジン用冷却装置を実現することもできる。

図５に、本実施形態に係るモータ用冷却装置１１Ｂを示す。モータ用冷却装置１１Ｂは、第２実施形態に係る冷却材を使用する。モータ用冷却装置１１Ｂは、第１実施形態に係るモータ用冷却装置１１Ａのラジエータ１５の位置をインバータ１２ｂの上流側近傍に変更し、磁石１７（本発明の「磁場発生部」に相当）を追加したものである。

冷却材の流れ方向に沿ってラジエータ１５、インバータ１２ｂの順に配置することで、ラジエータ１５内の冷却材は冷却される一方、インバータ１２ｂ内の冷却材はインバータ１２ｂの熱により加熱される。これにより不均一な温度分布が発生する。

磁石１７は、例えば図３に示すように、一対の永久磁石を異極並列配置したものを使用することができる。磁石１７は、ラジエータ１５内の第１領域および当該第１領域に隣接したインバータ１２ｂ内の第２領域において磁場を発生させるように、両者の上側および／または下側に設けられている。

このように磁石１７を設けることで、磁気機能性材料の磁化Ｍは、ラジエータ１５内の領域において、インバータ１２ｂ内の領域よりも大きくなる。その結果、ラジエータ１５内の領域における磁気体積力は、インバータ１２ｂ内の領域における磁気体積力よりも大きくなり、ラジエータ１５からインバータ１２ｂに向かう駆動力（磁気駆動効果）が発生する。

したがって、本実施形態に係るモータ用冷却装置１１Ｂによれば、磁気駆動効果を利用して冷却材の流動性を向上させることができるため、ポンプ１４として第１実施形態よりもさらに小さいギアポンプを使用することができる。また、要求される流動性によっては、ポンプ１４を省略して、ポンプを備えていないモータ用冷却装置を実現することもできる。

以上、本発明に係る冷却材および冷却装置の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。

例えば、磁石７、１７の構成、配置、数は適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、永久磁石を用いているが、電磁石を用いてもよい。また、上記実施形態では、１個の磁石７、１７を用いているが、２個以上の磁石７、１７を用いてもよい。

また、本発明に係る冷却材は、車両に搭載された原動機を冷却するための冷却材であって、エチレングリコールを含むことなく、凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを主成分とするものであれば、適宜構成を変更することができる。

上記第１実施形態に係る冷却材を使用する冷却装置は、冷却材用流路と、ギアポンプと、を備えるのであれば、適宜構成を変更することができる。上記第２実施形態に係る冷却材を使用する冷却装置は、冷却材用流路と、冷却材を冷却させる冷却部と、磁場発生部と、を備えるのであれば、適宜構成を変更することができる。

１Ａ、１Ｂエンジン用冷却装置
２エンジン
３冷却材用流路
４ポンプ
５ラジエータ
６バルブ
７磁石
１１Ａ、１１Ｂモータ用冷却装置
１２ａモータ
１２ｂインバータ
１３冷却材用流路
１４ポンプ
１５ラジエータ
１７磁石

Claims

車両に搭載された原動機を冷却するための冷却材であって、
エチレングリコールを含むことなく、
凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを主成分とする
ことを特徴とする冷却材。
前記ポリオールエステルには、磁気機能性材料が分散されており、
前記磁気機能性材料は、平均粒径が１０μｍ以下であり、かつ常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温特性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却材。
車両に搭載された原動機を冷却するための冷却装置であって、
エチレングリコールを含むことなく、凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを含む冷却材と、
前記冷却材を循環させる冷却材用流路と、
前記冷却材用流路内の前記冷却材を流動させるポンプと、
を備え、
前記ポンプは、歯車によって前記冷却材を流動させるギアポンプである
ことを特徴とする冷却装置。
車両に搭載された原動機を冷却するための冷却装置であって、
エチレングリコールを含むことなく、凝固点が−７０℃以下の潤滑油であるポリオールエステルを含み、平均粒径が１０μｍ以下であり、かつ常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温特性を有する磁気機能性材料が分散されている冷却材と、
前記冷却材を循環させる冷却材用流路と、
前記冷却材用流路に設けられ、前記冷却材を冷却させる冷却部と、
前記冷却部内の第１領域および前記第１領域に隣接した前記冷却部外の第２領域において、磁場を発生させる磁場発生部と、を備える
ことを特徴とする冷却装置。
前記冷却材用流路内の前記冷却材を流動させるポンプをさらに備え、
前記ポンプは、歯車によって前記冷却材を流動させるギアポンプである
ことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
前記冷却材用流路内の前記冷却材を流動させるポンプを備えない
ことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
前記原動機は、前記モータおよび前記モータを駆動するインバータからなり、
前記冷却部は、前記インバータに隣接して設けられ、
前記磁場発生部は、前記第２領域である前記インバータ内において磁場を発生させる
ことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。