JP2006316747A

JP2006316747A - 車両用熱交換装置

Info

Publication number: JP2006316747A
Application number: JP2005142020A
Authority: JP
Inventors: Jun Hoshi; 潤星
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却（放熱）ができる車両用熱交換装置の提供。
【解決手段】（１）車両走行風および冷却ファン風を受ける位置に配置されたラジエータ１の熱交換領域１４を流路が互いに並列な複数の領域に分割し、該複数の領域に流れる冷媒流量をラジエータ１の熱交換領域１４の風速分布に応じて互いに異ならせるよう制御した車両用熱交換装置。
（２）前記ラジエータ１は熱交換領域１４を冷媒が横方向に流れるサイドフローのラジエータである（１）記載の車両用熱交換装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用熱交換装置に関する。

従来の車両用ラジエータ１０１は、一般に、図９、図１０に示すように、左右のラジエータタンク１０２、１０３に１つづつ冷媒通路口１０４、１０５を有する構造となっている。
また、実公平０７−３０９０３号公報は、車両用ラジエータを２分割し、車両走行条件に応じて、冷媒流れを変えることを開示している。
実公平０７−３０９０３号公報

図９、図１０の車両用ラジエータ、および実公平０７−３０９０３号公報の車両用ラジエータでは、風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した冷媒流量分配になっていないので、最適な冷却（放熱）ができないという課題があった。

本発明の目的は、風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却（放熱）ができる車両用熱交換装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）車両走行風および冷却ファン風を受ける位置に配置されたラジエータの熱交換領域を流路が互いに並列な複数の領域に分割し、該複数の領域に流れる冷媒流量をラジエータの熱交換領域の風速分布に応じて互いに異ならせるよう制御した車両用熱交換装置。
（２）前記ラジエータは熱交換領域を冷媒が横方向に流れるサイドフローのラジエータである（１）記載の車両用熱交換装置。
（３）風速が高い領域ほど冷媒流量が多くなるように、前記ラジエータの熱交換領域の複数の領域を流れる冷媒流量を制御した（１）記載の車両用熱交換装置。
（４）ラジエータの熱交換領域の複数の領域が、ラジエータグリル後方の領域Ａと、バンパー後方の領域Ｂと、バンパー開口後方の領域Ｃを含む（３）記載の車両用熱交換装置。
（５）低速走行時かつファンＯＮ時に、領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣを互いにほぼ等しくした（４）記載の車両用熱交換装置。
（６）高速走行時に、領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣをＱＣ＞ＱＡ＞ＱＢとした（４）記載の車両用熱交換装置。
（７）前記ラジエータの熱交換領域の複数の領域の各領域には、冷媒通路が接続されるとともに該冷媒通路に流量制御弁が設けられ、該流量制御弁を制御することにより前記ラジエータ内の熱交換領域の複数の領域を流れる冷媒流量を制御した（３）記載の車両用熱交換装置。
（８）前記ラジエータは左右のタンクを有し、該左右のタンクは前記ラジエータの熱交換領域の複数の領域に対応する複数のタンク部分を有しており、各タンク部分は各々冷媒通路口を有しており、各タンク部分の冷媒通路口の径は、ラジエータの熱交換領域が複数の領域に分割されずかつ左右のタンクがそれぞれ単一の冷媒通路口を有する従来の場合の冷媒通路口径より小とされ、その分、前記ラジエータの熱交換領域の左右方向寸法が前記従来の場合のラジエータの熱交換領域の左右方向寸法より大とされている（１）記載の車両用熱交換装置。

上記（１）の車両用熱交換装置によれば、ラジエータの熱交換領域を複数の領域に分割し、該複数の領域に流れる冷媒流量をラジエータの熱交換領域の風速分布に応じて互いに異ならせるよう制御したので、車速風に応じて最大・最適な熱交換が可能となり、風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却（放熱）ができる。
上記（２）の車両用熱交換装置によれば、ラジエータは熱交換領域を冷媒が横方向に流れるサイドフローのラジエータであり、車両左右方向に延びるバンパーの風のさえぎりによる風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却（放熱）ができる。
上記（３）の車両用熱交換装置によれば、風速が高い領域ほど冷媒流量が多くなるように、ラジエータの熱交換領域の複数の領域を流れる冷媒流量を制御したので、車速風に応じて最大・最適な熱交換が可能となる。
上記（４）の車両用熱交換装置によれば、ラジエータの熱交換領域の複数の領域が、ラジエータグリル後方の領域Ａと、バンパー後方の領域Ｂと、バンパー開口後方の領域Ｃを含むので、ラジエータグリル、バンパー、バンパー開口による風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却（放熱）ができる。
上記（５）の車両用熱交換装置によれば、低速走行時かつファンＯＮ時に、領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣを互いにほぼ等しくしたので、低速走行時かつファンＯＮ時には、ラジエータ冷却風速分布が領域Ａ、Ｂ、Ｃでほぼ同じであるため、最適な冷媒分配となり、最適な冷却（放熱）ができる。
上記（６）の車両用熱交換装置によれば、高速走行時に、領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣをＱＣ＞ＱＡ＞ＱＢとしたので、高速走行時には、ラジエータ冷却風速分布が領域Ｃ＞Ａ＞Ｂであるため、最適な冷媒分配となり、最適な冷却（放熱）ができる。
上記（７）の車両用熱交換装置によれば、ラジエータの熱交換領域の複数の領域の各領域には、冷媒通路が接続されるとともに該冷媒通路に流量制御弁が設けられるので、流量制御弁を制御することによりラジエータ内の熱交換領域の複数の領域を流れる冷媒流量を制御することができる。
上記（８）の車両用熱交換装置によれば、タンク部分の冷媒通路口の径が従来の場合の冷媒通路口径より小とされているので、その分、ラジエータの熱交換領域の左右方向寸法が従来の場合のラジエータの熱交換領域の左右方向寸法より大となり、熱交換性能が上昇する。

以下に、本発明の車両用熱交換装置２０を、図１〜図８を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の車両用熱交換装置２０は、車両駆動源５（たとえば、エンジン車ではエンジン、燃料電池車では燃料電池、以下、エンジン５で説明する）を冷却する熱交換器（ラジエータ）１を含む。本発明の車両用熱交換装置２０は、エンジン５とラジエータ１を接続する冷媒通路４（たとえば、ホース、以下、ホース４で説明する）と、ホース４途中に設けられた流量制御弁（流量調整バルブ）３、および流量制御弁３に電気的に接続された制御装置（ＥＣＵ）６と、を含んでもよい。

ラジエータ１は熱交換領域１４を冷媒（冷却水）が横方向に流れるサイドフローのラジエータである。
図２において、８はバンパー（バンパーカバー）、９はバンパーリーンホース、１０はラジエータグリル、１１はバンパー開口である。
ラジエータ１の熱交換領域１４の複数の領域は、たとえば、ラジエータグリル後方の領域Ａと、バンパー後方の領域Ｂと、バンパー開口後方の領域Ｃを含む。

本発明の車両用熱交換装置２０では、ラジエータ１は車体１２のフロントコンパートメント１３内で車両走行風および冷却ファン７風を受ける位置に配置され、ラジエータ１の熱交換領域１４が流路が互いに並列な複数（たとえば、図示例では３つ）の領域Ａ、Ｂ、Ｃに分割されており、該複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃに流れる冷媒（冷却水）流量がラジエータ１の熱交換領域１４の風速分布に応じて互いに異ならせてある。

この場合、風速が高い領域ほど冷媒流量が多くなるように、ラジエータ１の熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量を制御してある。
ラジエータ１の熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃの各領域には、冷媒通路４が接続されるとともに該冷媒通路４に流量制御弁３が設けられ、該流量制御弁３を制御することによりラジエータ１内の熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量を制御するようにしてある。

ラジエータ１の熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃの冷媒流量は、つぎのように、熱交換領域１４の風速分布に応じて、制御装置（ＥＣＵ）６によって制御される。
低速走行時かつファンＯＮ時には、領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣを互いにほぼ等しくするように、複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃの冷媒流量が制御装置（ＥＣＵ）６によって制御される。
高速走行時には、領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣをＱＣ＞ＱＡ＞ＱＢとするように、複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃの冷媒流量が制御装置（ＥＣＵ）６によって制御される。

図７、図８に示すように、ラジエータ１は左右のタンク１５を有し、左右のタンク１５はラジエータ１の熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃに対応する複数のタンク部分を有しており、各タンク部分は各々冷媒通路口（ラジエータパイプ）２を有しており、各タンク部分の冷媒通路口２の径Ｄ１は、ラジエータの熱交換領域が複数の領域に分割されずかつ左右のタンクがそれぞれ単一の冷媒通路口を有する従来（図９、図１０）の場合の冷媒通路口径Ｄ２より小とされ、その分、図７、図８に示すように、ラジエータ１の熱交換領域１４の左右方向寸法Ｌ１が従来（図９、図１０）の場合のラジエータの熱交換領域の左右方向寸法Ｌ２より大とされている。

つぎに、本発明の車両用熱交換装置２０の作用・効果を説明する。
本発明の車両用熱交換装置２０では、ラジエータ１の熱交換領域１４を複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃに分割し、該複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃに流れる冷媒流量をラジエータ１の熱交換領域１４の風速分布に応じて互いに異ならせるよう制御したので、車速風に応じて最大・最適な熱交換が可能となり、風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却（放熱）ができる。

風速バラツキがラジエータ性能を悪化する理由を、図６を参照して説明する。
平均風速Ｖａでのラジエータ性能（ウ）に対して、風速バラツキがある場合は（ア）の部分の性能悪化と、（イ）の部分の性能向上が付加される。図６に示す通り、（ア）の部分の面積＞（イ）の部分の面積、となるため、性能は悪化する。

本発明では、低速走行時かつファンＯＮ時（車速風が小で、ファン風速が主となり、ラジエータ冷却風速分布が領域Ａ、Ｂ、Ｃでほぼ同じ）に、図４に示すように、（流量制御弁３によって各領域を流れる冷却水の通水抵抗をほぼ等しくして）領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣを互いにほぼ等しくしたので、各領域Ａ、Ｂ、Ｃで最適な冷却（放熱）ができる。

また、高速走行時（車速風が主で、ラジエータ冷却風速分布が領域Ｃ＞Ａ＞Ｂとなる）に、図５に示すように、（流量制御弁３によって各領域を流れる冷却水の通水抵抗をＣ＜Ａ＜Ｂとして）領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣをＱＣ＞ＱＡ＞ＱＢとしたので、高速走行時には、冷却性能が大の領域Ｃに多量の冷媒流量が流れるようにし、最適な流量分配と最適な冷却（放熱）ができるようになる。また、冷却性能が大の領域Ｃの風速バラツキは小であるため、図６で説明した性能悪化も小となる。

また、本発明では、ラジエータ１は熱交換領域１４を冷媒が横方向に流れるサイドフローのラジエータであり、車両左右方向に延びるバンパー８の風のさえぎりによる風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却（放熱）ができる。
また、風速が高い領域ほど冷媒流量が多くなるように、ラジエータの熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣを制御したので、車速風に応じて最大・最適な熱交換が可能となる。

また、ラジエータ１の熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃが、ラジエータグリル後方の領域Ａと、バンパー後方の領域Ｂと、バンパー開口後方の領域Ｃを含むので、ラジエータグリル１０、バンパー８、バンパー開口１１による風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却（放熱）ができる。

ラジエータ１の熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃの各領域には、冷媒通路４が接続されるとともに該冷媒通路４に流量制御弁３が設けられるので、流量制御弁３を制御することによりラジエータ１内の熱交換領域１４の複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量を制御することができる。車速とファンＯＮ信号が制御装置（ＥＣＵ）６に送られ、ＥＣＵ６からの信号で流量制御弁３を、低速走行時かつファンＯＮ時はＡ＝Ｂ＝Ｃの通水抵抗となるように、高速走行時にはＣ＜Ａ＜Ｂの通水抵抗となるように、制御することにより、上記の風速バラツキが冷却性能に与える影響を考慮した、最適な冷却を行うことができる。

また、本発明（図７、図８）では、タンク１５部分の冷媒通路口２（ａ、ｂ、ｃ）の径Ｄ１が従来（図９、図１０）の場合の冷媒通路口径Ｄ２より小とされているので、その分、本発明（図７、図８）では、ラジエータ１の熱交換領域１４の左右方向寸法１が従来（図９、図１０）の場合のラジエータの熱交換領域の左右方向寸法Ｌ２より大となり、熱交換領域面積が大となって、熱交換性能が上昇する。

本発明の車両用熱交換装置の系統図である。本発明の車両用熱交換装置の概略断面図である。従来（Ａ）を本発明（Ｂ）に変えた時のラジエータの概略正面図である。本発明の車両用熱交換装置における、車速が低速かつファンＯＮ時の、ラジエータ性能、頻度対車風速のグラフにおけるラジエータ性能、流量、風速バラツキ間の関係を示すグラフである。本発明の車両用熱交換装置における、車速が高速時の、ラジエータ性能、頻度対車風速のグラフにおけるラジエータ性能、流量、風速バラツキ間の関係を示すグラフである。従来の車両用熱交換装置における、風速バラツキが熱交換器の性能を悪化させる理由を説明するための、ラジエータ性能、頻度対車風速のグラフである。本発明の熱交換装置のラジエータの、パイプ径を従来のパイプ径より小とした場合の、概略正面図である。図７の熱交換装置のラジエータの、パイプ径を従来のパイプ径より小とした場合の、概略側面図である。従来の熱交換装置のラジエータの概略正面図である。図９の熱交換装置のラジエータの概略側面図である。

符号の説明

１ラジエータ
２ラジエータパイプ
３流量制御弁（流量調整バルブ）
４ホース
５車両駆動源（たとえば、エンジン）
６制御装置（ＥＣＵ）７冷却ファン
８バンパーカバー
９バンパーリーンホース
１０ラジエータグリル
１１バンパー開口
１２車体
１３フロントコンパートメント
１４熱交換領域
１５タンク
２０車両用熱交換装置

Claims

車両走行風および冷却ファン風を受ける位置に配置されたラジエータの熱交換領域を流路が互いに並列な複数の領域に分割し、該複数の領域に流れる冷媒流量をラジエータの熱交換領域の風速分布に応じて互いに異ならせるよう制御した車両用熱交換装置。
前記ラジエータは熱交換領域を冷媒が横方向に流れるサイドフローのラジエータである請求項１記載の車両用熱交換装置。
風速が高い領域ほど冷媒流量が多くなるように、前記ラジエータの熱交換領域の複数の領域を流れる冷媒流量を制御した請求項１記載の車両用熱交換装置。
ラジエータの熱交換領域の複数の領域が、ラジエータグリル後方の領域Ａと、バンパー後方の領域Ｂと、バンパー開口後方の領域Ｃを含む請求項３記載の車両用熱交換装置。
低速走行時かつファンＯＮ時に、領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣを互いにほぼ等しくした請求項４記載の車両用熱交換装置。
高速走行時に、領域Ａ、Ｂ、Ｃを流れる冷媒流量ＱＡ、ＱＢ、ＱＣをＱＣ＞ＱＡ＞ＱＢとした請求項４記載の車両用熱交換装置。
前記ラジエータの熱交換領域の複数の領域の各領域には、冷媒通路が接続されるとともに該冷媒通路に流量制御弁が設けられ、該流量制御弁を制御することにより前記ラジエータ内の熱交換領域の複数の領域を流れる冷媒流量を制御した請求項３記載の車両用熱交換装置。
前記ラジエータは左右のタンクを有し、該左右のタンクは前記ラジエータの熱交換領域の複数の領域に対応する複数のタンク部分を有しており、各タンク部分は各々冷媒通路口を有しており、各タンク部分の冷媒通路口の径は、ラジエータの熱交換領域が複数の領域に分割されずかつ左右のタンクがそれぞれ単一の冷媒通路口を有する従来の場合の冷媒通路口径より小とされ、その分、前記ラジエータの熱交換領域の左右方向寸法が前記従来の場合のラジエータの熱交換領域の左右方向寸法より大とされている請求項１記載の車両用熱交換装置。