JP2005163758A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 更に効果的に制御装置の冷却が可能となる熱交換装置を提供し、制御装置の小型軽量化を図るものである。
【解決手段】 制御装置２４０に内蔵される半導体スイッチング素子からの熱を放熱する放熱部２４１がファンシュラウド２１０の内部に露出するようにして、制御装置２４０の本体部がファンシュラウド２１０の外表面に取付けられる熱交換装置において、冷却用ファン２３０ａ、２３０ｂは、熱交換器１０側からファンシュラウド２１０側に向けて冷却風を発生するものであり、制御装置２４０のファンシュラウド２１０に取付けられる位置を熱交換器１０における熱交換媒体の下流側に対応する領域とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、制御装置内の半導体スイッチング素子にて電動モータの回転数を制御することで、熱交換器用の冷却用ファンの冷却能力を可変可能とする熱交換装置に関するものである。

従来、自動車用の熱交換装置として、特許文献１に示されるように、ラジエータやコンデンサ等の熱交換器に冷却用ファンが設けられ、この冷却用ファンを駆動する電動モータの回転数を制御するために、半導体スイッチング素子を内蔵する制御装置を備えるものが知られている。そして、この制御装置には半導体スイッチング素子から発生する熱の放熱を促進する放熱フィンが設けられており、この放熱フィンがファンシュラウドの内部に露出するようにして、更に、制御装置自身はファンシュラウドの外表面に取付けられるようにしている。

これにより、制御装置が直接的に通風抵抗となることが無く、冷却用ファンの送風能力を向上できると共に、冷却用ファンによって発生した冷却風が、放熱フィンに当たることで、半導体スイッチング素子が内蔵された制御装置を良好に冷却できるようにしている。
特開平１０−２５２４７０号公報

しかしながら、上記文献に記載された熱交換装置では、熱交換媒体の流れる向きと制御装置が配される位置との関係は考慮されておらず、熱交換媒体の流れ方によっては、制御装置が熱交換器を通過した冷却風によって十分に冷却されないという問題点があった。

本発明の目的は、更に効果的に制御装置の冷却が可能となる熱交換装置を提供し、制御装置の小型軽量化を図るものである。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、内部に熱交換媒体が流れる熱交換器（１０）と、熱交換媒体を冷却する冷却風を発生する冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）と、冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）を駆動する電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）と、熱交換器（１０）および冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）の間に設けられ、冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）によって発生する冷却風が熱交換器（１０）を通過するようにガイドするダクト状のファンシュラウド（２１０）と、電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）の回転数を制御するための半導体スイッチング素子を内蔵する制御装置（２４０）とを有し、制御装置（２４０）に設けられ、半導体スイッチング素子からの熱を放熱する放熱部（２４１）がファンシュラウド（２１０）の内部に露出するようにして、制御装置（２４０）がファンシュラウド（２１０）の外表面に取付けられる熱交換装置において、冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）は、熱交換器（１０）側からファンシュラウド（２１０）側に向けて冷却風を発生するものであり、制御装置（２４０）のファンシュラウド（２１０）に取付けられる位置は、熱交換器（１０）における熱交換媒体の下流側に対応する領域としたことを特徴としている。

熱交換器（１０）においては、熱交換媒体と冷却風との熱交換によって、熱交換媒体は上流側から下流側に向けて温度低下していく。よって熱交換器（１０）を通過してファンシュラウド（２１０）内を流れる冷却風の温度は、熱交換媒体の上流側と下流側とでは、温度差の小さくなる下流側の方が低くなるので、この低温の冷却風を積極的に活用することで、より効果的な制御装置（２４０）の冷却が可能となる。ひいては、制御装置（２４０）の小型軽量化に繋げることができる。

そして、請求項２に記載の発明では、熱交換器（１０）は、熱交換媒体が略水平方向に流れるクロスフロータイプの自動車用の熱交換器（１０）であり、制御装置（２４０）が取付けられる位置は、下流側に対応する領域のうち、上側となるようにしたことを特徴としている。

これにより、熱交換装置（１）が車両に搭載された時に、例えば車両のボンネットを開けた状態で上側からの作業によって、制御装置（２４０）への車両側ハーネスの接続を容易に行うことができる。また、車両走行時における下側からの被水を避けることができ、制御装置（２４０）に対して特別な防水機能を設ける必要が無い。

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）および電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）は、ファンシュラウド（２１０）に対して、それぞれ２つずつ設けられると共に、略水平方向に並ぶように配置され、制御装置（２４０）は、電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）の回転数制御を行う際に、制御装置（２４０）に近い側の電動モータ（２２０ａ）を作動状態とすることを特徴としている。

これにより、制御装置（２４０）作動時に冷却風を放熱部（２４１）に確実に当てることができると共に、クロスフロータイプの熱交換器（１０）に対して横長と成るファンシュラウド（２１０）に冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）および電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）を無理なく配置することができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明における第１実施形態の具体的な構成について図１、図２を用いて説明する。第１実施形態は、ラジエータ１０と電動ファン２０とから成り、自動車用エンジンの冷却水を冷却する熱交換装置１に適用したものとしている。尚、図１は熱交換装置１の正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ部における断面図である。

ラジエータ（本発明の熱交換器に対応）１０は、チューブ１１の長手方向が略水平方向を向くようにして複数積層されることで形成されるコア部を有し、このチューブ１１の長手方向両端部が一対のタンク、即ち右タンク１２ａおよび左タンク１２ｂに接続される、いわゆるクロスフロータイプのものとしている。ラジエータ１０は、車両エンジンルーム内のエンジンの前側に搭載され、ここではエンジンからの冷却水（本発明の熱交換媒体に対応）は、右タンク１２ａから流入し、チューブ１１を図１中の右側から左側に向けて流れ、左タンク１２ｂから流出してエンジンに戻るようにしている。

尚、ラジエータ１０の更に前側には、冷却風によって冷凍サイクル内の冷媒を冷却して凝縮液化するコンデンサ（凝縮器）４０が配設されている。

電動ファン２０は、主に、ファンシュラウド２１０、電動モータ２２０ａ、２２０ｂ、冷却用ファン２３０ａ、２３０ｂ、制御装置２４０から成り、ファンシュラウド２１０の四隅近傍に設けられた取付け部２１７によって、上記ラジエータ１０のエンジン側に固定され、ラジエータ１０のコア部に冷却用の空気を送風する。この電動ファン２０は、ここでは、車両のグリル側からエンジン側に向けて、即ちラジエータ１０のコア部からファンシュラウド２１０側に送風空気を吸引する、いわゆる吸込み式電動ファンとしている。

ファンシュラウド（以下、シュラウド）２１０は、ガラス繊維を２５〜３０％程度含有するポリプロピレン材より成り、上記取付け部２１７を含め、以下説明する各部位２１１〜２１６が射出成形により一体で形成されている。シュラウド１１０の外形は、ラジエータのコア部に相当する横長の矩形状を成しており、その内側には略水平方向に並ぶように２つのリング部２１２が形成されている。各リング部２１２の中心には円形のモータ保持部２１３が形成されており、このモータ保持部２１３は、放射状に延びてリング部２１２に接続される複数のモータステー部２１４によって支持されている。

モータ保持部２１３には、電動モータ（以下、モータ）２２０ａ、２２０ｂがそれぞれ固定され、更にリング部２１２内に冷却用ファン（以下、ファン）２３０ａ、２３０ｂがそれぞれ配設されるようにして、各モータ２２０ａ、２２０ｂのシャフト（図示せず）に各ファン２３０ａ、２３０ｂがそれぞれ固定されている。尚、モータ２２０ａ、２２０ｂは、周知の直流フェライトモータであり、後述する制御装置２４０に接続されている。

リング部２１２とシュラウド２１０の外周部との間には滑らかに傾斜するダクト状のシュラウド導風部２１１が形成されており、各ファン２３０ａ、２３０ｂによって吸引される空気をラジエータ１０およびコンデンサ４０のコア部に効率的に導くようにしている。このシュラウド導風部２１１の空気流通側の略中央部には、仕切り板２１５が設けられており、各ファン２３０ａ、２３０ｂの送風領域を区画している。

そして、シュラウド導風部２１１の左上側の隅、即ち、ラジエータ１０の冷却水の下流側領域のうち、上側と成る位置には、半導体スイッチング素子が内蔵された制御装置２４０が設けられている。制御装置２４０は、半導体スイッチング素子の作動によって、各モータ２２０ａ、２２０ｂに供給する電流のＯＮ−ＯＦＦ時間の比率を変化させて平均電流値を可変するものである。

また、制御装置２４０には、上記半導体スイッチング素子から発生する熱の放熱を促進する薄板状の放熱フィン（本発明の放熱部に対応）２４１が複数設けられており、シュラウド導風部２１１に設けられた矩形状の開口部２１６から放熱フィン２４１がシュラウド２１０の内部に露出するように挿入されている。そして、制御装置２４０の本体部は、開口部２１６を閉塞するようにしてシュラウド導風部２１１の外表面に取付けられている。

ＥＣＵ３０は、エンジン、あるいはエアコン（冷房装置）、あるいはその両者を制御する制御用のＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する周知のコンピュータである。ＥＣＵ３０には、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温センサ３１からの検出信号、およびコンデンサ４０の入口側（高圧側）の冷媒圧力を検出する圧力センサ３２からの検出信号が入力されるようにしており、この検出信号を制御装置２４０に出力する。そして、制御装置２４０は、この出力信号に応じて各モータ２２０ａ、２２０ｂへの供給電流値を可変させ、各モータ２２０ａ、２２０ｂの回転数を制御する。

具体的には、各モータ２２０ａ、２２０ｂに供給する電流値は同一と成るようにしており、エアコンがＯＦＦの時には、冷却水温度の上昇に応じて両モータ２２０ａ、２２０ｂの回転数を低回転側から高回転側に可変させる。また、エアコンＯＮの時には、冷却水温度および冷媒圧力の上昇に応じて両モータ２２０ａ、２２０ｂの回転数を低回転側から高回転側に可変させる。このようにモータ２２０ａ、２２０ｂの回転数制御を行う際に、制御装置２４０に近い側のモータ２２０ａは必ず作動状態となるようにしている。

上記のように構成される熱交換装置１においては、制御装置２４０の放熱フィン２４１にファン２３０ａによって発生する冷却風が当たり、この放熱フィン２４１からの放熱によって、内部の半導体スイッチング素子は冷却される。本発明においては、制御装置２４０をラジエータ１０の冷却水の下流側領域と成るように配置しているので、以下の理由により制御装置２４０の冷却効果を高めることができる。

即ち、ラジエータ１０においては、冷却水と冷却風との熱交換によって、冷却水は上流側から下流側に向けて温度低下していく。よってラジエータ１０を通過してシュラウド２１０内を流れる冷却風の温度は、冷却水の上流側と下流側とでは、温度差の小さくなる下流側の方が低くなるので、この低温の冷却風を積極的に活用することで、より効果的な制御装置２４０の冷却が可能となる訳である。ひいては、制御装置２４０の小型軽量化に繋繋げることができる。

また、ラジエータ１０をクロスフロータイプとし、制御装置２４０を冷却水下流側領域のうち、上側に配置するようにしているので、熱交換装置１が車両に搭載された時に、例えば車両のボンネットを開けた状態で上側からの作業によって、制御装置２４０とＥＣＵ３０とのハーネスの接続を容易に行うことができる。また、車両走行時における下側からの被水を避けることができ、制御装置２４０に対して特別な防水機能を設ける必要が無い。

更に、モータ２２０ａ、２２０ｂおよびファン２３０ａ、２３０ｂをそれぞれ２つずつ設け、シュラウド２１０に対して略水平方向に並ぶように配置しており、また、モータ２２０ａ、２２０ｂの回転数制御を行う際に、制御装置２４０に近い側のモータ２２０ａを必ず作動状態とするようにしているので、制御装置２４０作動時に冷却風を放熱フィン２４１に確実に当てることができると共に、クロスフロータイプのラジエータ１０に対して、横長と成るシュラウド２１０に各ファン２３０ａ、２３０ｂおよび各モータ２２０ａ、２２０ｂを無理なく配置することができる。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、シュラウド２１０にモータ２２０ａ、２２０ｂおよびファン２３０ａ、２３０ｂをそれぞれ２つずつ設けた電動ファン１０に適用したものとして説明したが、これに限らず、図３に示すように、１つずつのモータ２２０、ファン２３０とした電動ファン２０に適用しても良い。

また、制御装置２４０に防水機能を持たせ、ＥＣＵ３０とのハーネス接続が車両の下側からでも可能となるようであれば、制御装置２４０は、クロスフローラジエータ１０の下流側の下側に配置するようにしても良い。また、ラジエータ１０としては、チューブ１１の長手方向が略天地方向を向くようして冷却水が上側から下側に流れるバーチカルフロータイプのものとして、制御装置２４０をラジエータ１０の下側に配置するようにしても良い。

第１実施形態における熱交換装置の全体構成を示す正面図である。 図１におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。 第２実施形態における熱交換装置の全体構成を示す正面図である。

符号の説明

１ 熱交換装置
１０ ラジエータ（熱交換器）
２１０ ファンシュラウド
２２０ａ、２２０ｂ 電動モータ
２３０ａ、２３０ｂ 冷却用ファン
２４０ 制御装置
２４０ 放熱フィン

Claims (3)

1. 内部に熱交換媒体が流れる熱交換器（１０）と、
   前記熱交換媒体を冷却する冷却風を発生する冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）と、
   前記冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）を駆動する電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）と、
   前記熱交換器（１０）および前記冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）の間に設けられ、前記冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）によって発生する前記冷却風が前記熱交換器（１０）を通過するようにガイドするダクト状のファンシュラウド（２１０）と、
   前記電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）の回転数を制御するための半導体スイッチング素子を内蔵する制御装置（２４０）とを有し、
   前記制御装置（２４０）に設けられ、前記半導体スイッチング素子からの熱を放熱する放熱部（２４１）が前記ファンシュラウド（２１０）の内部に露出するようにして、前記制御装置（２４０）が前記ファンシュラウド（２１０）の外表面に取付けられる熱交換装置において、
   前記冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）は、前記熱交換器（１０）側から前記ファンシュラウド（２１０）側に向けて前記冷却風を発生するものであり、
   前記制御装置（２４０）の前記ファンシュラウド（２１０）に取付けられる位置は、前記熱交換器（１０）における前記熱交換媒体の下流側に対応する領域としたことを特徴とする熱交換装置。
2. 前記熱交換器（１０）は、前記熱交換媒体が略水平方向に流れるクロスフロータイプの自動車用の熱交換器（１０）であり、
   前記制御装置（２４０）が取付けられる位置は、前記下流側に対応する領域のうち、上側となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
3. 前記冷却用ファン（２３０ａ、２３０ｂ）および前記電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）は、前記ファンシュラウド（２１０）に対して、それぞれ２つずつ設けられると共に、略水平方向に並ぶように配置され、
   前記制御装置（２４０）は、前記電動モータ（２２０ａ、２２０ｂ）の回転数制御を行う際に、前記制御装置（２４０）に近い側の電動モータ（２２０ａ）を作動状態とすることを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。

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