JP2007186047A

JP2007186047A - 車両用熱交換器

Info

Publication number: JP2007186047A
Application number: JP2006004954A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kaitani; 雄一回谷; Junichiro Hara; 潤一郎原; Mitsuru Iwasaki; 充岩崎
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】エンジンと電動機とを搭載したハイブリッド自動車の冷却系において、コンデンサを大型化することなく、また軽衝突においてもコンデンサを破損しにくい構造とする。
【解決手段】本発明の熱交換器ユニット１００は、コンデンサ１０２とサブラジエータ１０３とを、ラジエータ１０１より前方であって、冷却風Ｗの流れ方向と直交する同一平面内に配置し、且つサブラジエータ１０３をコンデンサ１０２の下方に隣接して設置したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両用熱交換器に関し、詳しくは、駆動源としてエンジンと電動機とを搭載したハイブリッド自動車における冷却系（ラジエータ、コンデンサ、サブラジエータ）の設置構造に関する。

従来、駆動源としてエンジンと電動機とを搭載したハイブリッド自動車には、エンジン用の冷却水（エンジン冷却水）を冷却するためのエンジン冷却系用ラジエータや、エアコンなどの空調用の冷媒（空調用冷媒）を冷却するためのコンデンサ、さらには電動機などの電気部品用の冷却水（電気系冷却水）を冷却するためのサブラジエータなどが搭載されている。

このようなハイブリッド車の冷却系に関する従来技術としては、エンジン前方にエンジン冷却用ラジエータを、その前方に空調用のコンデンサを、さらにその前方のフロントグリル側に電動機冷却系用のサブラジエータを順次設置した構造の車両用熱交換器が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−２７６３６４号公報

上記従来例に示されるような車両用熱交換器では、図８に示すように、熱交換器ユニットとなるエンジン冷却用のラジエータ２０１、空調用のコンデンサ２０２、および電動機冷却系用のサブラジエータ２０３を、車両前部のエンジンルーム内に前後方向に並べて設置しているため、最前方のサブラジエータ２０３はフロントグリル下部に突き出して設置されることになり、車両前方での軽衝突でも破損しやすいという問題点があった。

また、コンデンサ２０２の上部（冷媒入口側）ではフロントグリル側からの冷却風により冷却されるため、内部を流れる冷媒は温度を下げながら下部へ流れる。しかし、コンデンサ２０２の下部（冷媒出口側）では前方のサブラジエータ２０３との熱交換により昇温された冷却風（ただし、冷媒よりは低温）により冷却されるため、冷媒と冷却風との温度差が小さく、この部分での熱交換性能が低下してしまうことになる。これを補うために熱交換領域を大きくすることが考えられるが、その場合はコンデンサ２０２の大型化を招くことになる。

この発明は、コンデンサを大型化することなく、また軽衝突においてもコンデンサを破損しにくい構造の車両用熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係わる車両用熱交換器は、走行用の動力装置として、少なくともエンジンと電動機とを備えた車両に用いられる車両用熱交換器であって、前記エンジン用のエンジン冷却水と冷却風との間で熱交換させるラジエータと、空調用の冷却媒体と冷却風との間で熱交換させるコンデンサと、前記電動機用の電気系冷却水と冷却風との間で熱交換させるサブラジエータとを備え、前記コンデンサと前記サブラジエータとを、前記ラジエータより前方であって、前記冷却風の流れ方向と直交する同一平面内に配置し、且つ前記サブラジエータを前記コンデンサの下方に隣接して設置したことを特徴とする。

上記構成によれば、コンデンサとサブラジエータとを冷却風の流れ方向と直交する同一平面内に隣接して設置しているため、フロントグリルから送られてくる冷却風は、これらコンデンサとサブラジエータとにそれぞれ直接に作用することになり、従来例のようにコンデンサの熱交換性能の低下を招くことがない。したがって、コンデンサでの熱交換性能を補うために熱交換領域を大きくする必要がなく、コンデンサの大型化を回避することができる。

また、熱交換器ユニットを３列配置した従来例に対し、本発明では２列配置となっているため、ユニット全体の厚みを少なくすることができる。これによれば、サブラジエータがフロントグリル下部に突き出すことがないので、軽衝突程度では破損しにくくすることができる。

以下、本発明に係わる車両用熱交換器を、エンジンおよび電動機を動力装置として備えるハイブリッド電気自動車の冷却システムに適用した場合について説明する。

図１は、実施例１に係わる冷却システムの概略構成図である。本実施例の冷却システムは、動力装置として搭載されたエンジン１１と電動機１３のほか、空調装置の冷媒を冷却するための熱交換器ユニット１００として、エンジン冷却水を冷却するラジエータ１０１と、空調用の冷却媒体を冷却するコンデンサ１０２と、電気系冷却水を冷却するサブラジエータ１０３とを備えている。

ラジエータ１０１は、エンジン１１で温度上昇したエンジン冷却水と冷却風Ｗとの間で熱交換することによりエンジン冷却水を冷却する熱交換器でありエンジン冷却水はウォータポンプ１２によってエンジン１１から冷却水配管を通じてラジエータ１０１へ循環している。

コンデンサ１０２は、空調用の冷却媒体（以下、冷媒）と冷却風Ｗとの間で熱交換させることにより冷媒を冷却する熱交換器であり、図示しないコンプレッサで圧縮・昇温された冷媒をコンデンサ１０２で冷却した後、図示しないエバポレータへ送り出している。なお、コンデンサ１０２の両側に配置されたヘッダタンク（符号略）の内部には仕切板１０４（図２参照）が所定位置に挿入され、コンデンサ１０２に流入した冷媒を反対側のヘッダタンクへ向けてターンさせている。

サブラジエータ１０３は、電動機１３用の電気系冷却水と冷却風Ｗとの間で熱交換させることにより電気系冷却水を冷却する熱交換器であり、電気系冷却水はウォータポンプ１４によって電動機１３から冷却水配管を通じてサブラジエータ１０３へ循環している。

図２は、実施例１における熱交換器ユニット１００の設置構造を示す斜視図である。図２に示すように、本実施例では、コンデンサ１０２とサブラジエータ１０３とを、ラジエータ１０１よりも冷却風Ｗの流れ方向前方に設置している。そして、コンデンサ１０２とサブラジエータ１０３とを冷却風Ｗの流れ方向と直交する同一平面内で、且つサブラジエータ１０３をコンデンサ１０２の下方に隣接して設置している。

本実施例の構成によれば、コンデンサ１０２とサブラジエータ１０３とを冷却風Ｗの流れ方向と直交する同一平面内に隣接して設置しているため、フロントグリルから送られてくる冷却風Ｗは、これらコンデンサ１０２とサブラジエータ１０３とにそれぞれ直接に作用することになり、上述した従来例（図８）のようにコンデンサの熱交換性能の低下を招くことがない。したがって、コンデンサ１０２での熱交換性能を補うために熱交換領域を大きくする必要がなく、コンデンサ１０２の大型化を回避することができる。

また、従来例の熱交換器ユニットが３列配置であったのに対して、本実施例では２列配置となっているため、ユニット全体の厚みを少なくすることができる。これによれば、サブラジエータ１０３がフロントグリル下部に突き出すことがないので、軽衝突程度では破損しにくくすることができ、さらにはエンジンルーム内でのレイアウト設計の自由度を高めることができる。

また、コンデンサは通常、熱交換性能を高めるために、複数のパスに冷媒を流すようにしており、また冷媒に含まれるオイルをコンプレッサに戻す必要があるため、冷媒入口を上段、出口を下段とするのが一般的である。したがって、サブラジエータ１０３をコンデンサ１０２の上部に隣接して設置すると、コンデンサ１０２の上段が比較的高温であるため、コンデンサ１０２の冷媒よりも低温の電機系冷却水が流れるサブラジエータ１０３へ伝熱してしまい、サブラジエータ１０３の熱交換性能低下を招いてしまう。しかしながら、本実施例の構成では、サブラジエータ１０３をコンデンサ１０２の下方に隣接して設置しているため、コンデンサ１０２からサブラジエータ１０３への伝熱量を抑えることができ、サブラジエータ１０３の熱交換性能の低下を防ぐことができる。

また、コンデンサ１０２の上段は高温であることから、ラジエータ１０１に流れ込む冷却風Ｗも上段側は比較的高温となっている。そして、ラジエータ１０１においても、高温のエンジン冷却水が上段から流れ込んでいる。このように、ラジエータ１０１に流れ込む冷却風Ｗのうち、高温となる風（エンジン冷却水よりは低温）がラジエータ１０１の上段に流れ込めば、エンジン冷却水との温度差が確保できるため、熱交換性能を向上させることができる。

さらに、熱交換器ユニット１００の構成を２列配置としたことにより、下段では従来例の３列配置に比べて冷却風Ｗの通気抵抗が減少するため、全面積に平均的な通気抵抗となる。このため、風速が増加するとともに通過空気量にも偏りが無くなることになり、この点からも熱交換性能を向上させることができる。

次に、上記実施例１の構成にエアガイドを設置した例について説明する。図３および図４は実施例１における熱交換器ユニットの設置構造を示す側面図であり、図３はアイドリングや低速走行時の状態を示す側面図、図４は高速走行時の状態を示す側面図である。図３（図４）において、１は車両前方のエンジンルーム、２はエンジンルーム１の上面を覆うボンネット、３はバンパレインホース、４はフロントバンパ、５はフロントグリルである。熱交換器ユニット１００はフロントグリル５の後方に冷却ファン（吸入型）７とともに設置されている。

フロントグリル５には、フロントバンパ４の上下に通風路６ａ、６ｂが設けられており、各通通路から冷却風Ｗが取り込まれるように構成されている。また、下方に設けられた通風路６ｂのエンジンルーム１側には、コンデンサ１０２とサブラジエータ１０３への冷却風の配風量を制御するエアガイド２１（配風手段）が設置されている。このエアガイド２１は、回転軸２２を中心として矢印方向に回動自在に支承され、図示しないバネとストッパにより付勢されて、常時はガイド端２１ａが上方に位置するように取り付けられている（図３の位置）。

通常、エンジンルーム１内に流れ込む冷却風Ｗの量は、フロントグリル５の通風路６ａ、６ｂの開口面積の関係から、上方に設けられた通風路６ａよりも下方に設けられた通風路６ｂの方が多くなる。このため、サブラジエータ１０３をコンデンサ１０２の下方に隣接して設置することにより、サブラジエータ１０３により多くの冷却風を送ることができるようになる。したがって、サブラジエータ１０３を小型化することができ、その分、装置全体の大きさを変えずにコンデンサ１０２を大型化することができる。

また、上述したように、エンジンルーム１内に流れ込む冷却風Ｗの量は、上方に設けられた通風路６ａの方が少ないため、アイドリングや低速走行時にコンデンサ１０２を通過する冷却風Ｗの速度は低く、熱交換量が高速走行時に比べて小さくなってしまう。しかしながら、アイドリングや低速走行時にはエアガイド２１にかかる風圧が小さく、図３に示すように、エアガイド２１のガイド端２１ａは上方に位置してコンデンサ１０２側に向くため、冷却風Ｗの配風量をコンデンサ１０２側により多くすることができ、コンデンサ１０２の熱交換量を増加させることができる。

一方、高速走行時にはエアガイド２１にかかる風圧が大きくなり、図４に示すように、エアガイド２１のガイド端２１ａは下方に回動してサブラジエータ１０３側に向くため、冷却風Ｗの配風量はサブラジエータ１０３側に多くなり、導入した冷却風Ｗをより効率良く利用することができる（ただし、コンデンサ１０２には十分な量の冷却風Ｗが通過している）。

図５および図６は実施例１における冷却系装置の他の設置構造を示す側面図であり、図５はアイドリングや低速走行時の状態を示す側面図、図６は高速走行時の状態を示す側面図である。

本例では、図５（図６）に示すように、通風路６ｂのエアガイド２１が上下２段に設置され、さらに通風路６ｂのエンジンルーム１側にもエアガイド２３が設置されている。このエアガイド２３は、回転軸２４を中心として矢印方向に回動自在に支承され、図示しないバネとストッパにより付勢されて、常時はガイド端２３ａが下方に位置するように取り付けられている（図５の位置）。また、フロントグリル５の下方に形成された開口部８には、エアガイド２５が設置されている。このエアガイド２５は、回転軸２６を中心として矢印方向に回動自在に支承され、図示しないバネとストッパにより付勢されて、常時はガイド端２５ａが上方に位置するように取り付けられている（図５の位置）。さらに、バンパレインホース３の後方には、冷却風Ｗの流れを整流するためのエアガイド２７が設置されている。

本実施例において、アイドリングや低速走行時には各エアガイドにかかる風圧が小さいため、図５に示すように、２つのエアガイド２１のそれぞれのガイド端２１ａは上方に位置してコンデンサ１０２側に向き、またエアガイド２３のガイド端２３ａは下方に位置してコンデンサ１０２側に向くことになる。このため、冷却風Ｗの配風量をコンデンサ１０２側により多くすることができ、コンデンサ１０２の熱交換量を増加させることができる。

一方、高速走行時には各エアガイドにかかる風圧が大きくなり、図６に示すように、２つのエアガイド２１のそれぞれのガイド端２１ａは下方に回動してコンデンサ１０２側に向くので、冷却風Ｗをよりコンデンサ１０２側に導入することができる。また、エアガイド２５のガイド端２５ａは下方に回動して開口部８が大きく開くため、冷却風Ｗの配風量はサブラジエータ１０３側に多くなり、導入した冷却風Ｗをより効率良く利用することができる。また、エアガイド２３のガイド端２３ａは上方に回動して、冷却風Ｗの配風量はコンデンサ１０２側により多くなるため、下側のエアガイド２１、２５で冷却風Ｗをサブラジエータ１０３側に多く流しながら、コンデンサ１０２での熱交換量も増加させることができる。また、いずれも場合も、エアガイド２７により、バンパレインホース３の後方における冷却風Ｗの流れを整流することができる。

したがって、図５および図６に示す構成例では、エアガイド２１、２３、２５、２７を設置したことにより、走行速度に応じてコンデンサ１０２、サブラジエータ１０３に流れる冷却風Ｗの風量をより最適化することができる。また、冷却風Ｗを淀みなく、且つよりスムーズに流すことができるので、エンジンルーム１内での通路抵抗を少なくすることができ、風量を増加させることができる。とくに、下方の開口部８に設置したエアガイド２５は、アイドリングや低速走行時には吹き戻しを減少させつつ、高速走行時には開口部８が大きく開くため、より多くの冷却風Ｗを導入することができる。

また、各エアガイドは風圧によりガイド端が上方または下方に回動する構成としたため、風圧に応じてガイド端の向きを無段階に変化させることができ、アクチュエータ等を使用することなしに冷却風Ｗの配風量を制御することが可能となる。とくに、サブラジエータをハイブリッド電気自動車の電動機冷却用とした場合、高速走行時には低速時に比べて、要求される冷却量が増加するため、上述のようなエアガイドによる配風の制御がより効果的となる。また上記構造によれば、アクチュエータ等を駆動するための電力を不要とし、且つエアガイドを軽量で小型なものとすることができる。

図７は、実施例２における熱交換器ユニット１００Ａの設置構造を示す斜視図である。図７に示すように、本実施例では、コンデンサとサブラジエータとを一体化したコンデンサ／サブラジエータユニット１０５を、ラジエータ１０１よりも冷却風Ｗの流れ方向前方に設置している。このコンデンサ／サブラジエータユニット１０５は、図示しない冷却フィン、チューブ等の部品が共通一体化され、コアの上部は空調用の冷媒を冷却するコンデンサ部１０６、下部は電気系冷却水を冷却するサブラジエータ部１０７となっている。

このように、一体型のコンデンサ／サブラジエータユニット１０５を用いた場合でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。とくに、本実施例によれば、部品の一体化、構造簡素化により部品点数を少なくして低コストを実現することができる。また、一体型とすることにより軽量化できると同時に、外形寸法を変えずに、コンデンサとサブラジエータ間の隙間分だけコア体積を大きくすることができ、熱交換性能を向上させることができる。さらに、サブラジエータがコンデンサの下方であるため、サブラジエータ下部とコンデンサ上部との接続部付近での温度差が小さくなり、熱応力の点からも有利となる。また、図７に示すように、コンデンサ部１０６の最下段における冷媒の流れと、サブラジエータ部１０７における電気系冷却水の流れを並行流とすることにより、双方の温度差をより少なくすることができるため、熱交換性能の低下を抑えることができ、また双方間での熱伝達量を少なくすることができる。

なお、コンデンサ／サブラジエータユニットとしては、コンデンサ部にリキッドタンクを接続したサブクーラー付きのものを用いることもできる。

以上説明した実施例では、コンデンサ１０２の下方に設置したサブラジエータ１０３を電動機等の冷却水を冷却するものとして説明したが、他の発熱体を冷却する媒体の冷却器としても同様の効果を得ることができる。

実施例１に係わる冷却システムの概略構成図。実施例１における熱交換器ユニットの設置構造を示す斜視図。実施例１における熱交換器ユニットの設置構造においてアイドリングや低速走行時の状態を示す側面図。実施例１における熱交換器ユニットの設置構造において高速走行時の状態を示す側面図。実施例１における熱交換器ユニットの他の設置構造においてアイドリングや低速走行時の状態を示す側面図。実施例１における熱交換器ユニットの他の設置構造において高速走行時の状態を示す側面図。実施例２における熱交換器ユニットの設置構造を示す斜視図である。従来例の車両用熱交換器を示す斜視図である。

符号の説明

１…エンジンルーム
２…ボンネット
３…バンパレインホース
４…フロントバンパ
５…フロントグリル
６ａ、６ｂ…通風路
８…開口部
１１…エンジン
１２、１４…ウォータポンプ
１３…電動機
２１、２３、２５、２７…エアガイド
２１ａ、２３ａ、２５ａ…ガイド端
２２、２４、２６…回転軸
１００、１００Ａ…熱交換器ユニット
１０１…ラジエータ
１０２…コンデンサ
１０３…サブラジエータ
１０４…仕切板
１０５…コンデンサ／サブラジエータユニット
１０６…コンデンサ部
１０７…サブラジエータ部

Claims

走行用の動力装置として、少なくともエンジンと電動機とを備えた車両に用いられる車両用熱交換器であって、前記エンジン用のエンジン冷却水と冷却風との間で熱交換させるラジエータ（１０１）と、空調用の冷却媒体と冷却風との間で熱交換させるコンデンサ（１０２）と、前記電動機用の電気系冷却水と冷却風との間で熱交換させるサブラジエータ（１０３）とを備え、
前記コンデンサ（１０２）と前記サブラジエータ（１０３）とを、前記ラジエータ（１０１）より前方であって、前記冷却風の流れ方向と直交する同一平面内に配置し、且つ前記サブラジエータ（１０３）を前記コンデンサ（１０２）の下方に隣接して設置したことを特徴とする車両用熱交換器。