JP2022165028A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却装置の小型化を図りつつ冷却性能を向上させる。【解決手段】一態様の冷却装置は、曲面を有する車両部品を備える車両に搭載される。この冷却装置は、車両の一対の側面のうち一方の側面に車両部品の曲面に対向して配置されたラジエータと、ラジエータと車両部品との間に配置され、ラジエータから曲面に外気を送風するラジエータファンと、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、冷却装置に関する。

ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池自動車等の電動自動車に搭載された電装部品を冷却する冷却装置が知られている。例えば、特許文献１には、車体を前後方向に貫通するダクトと、ダクトに設けられた複数の熱交換器とを備え、車両後部に配置されたインバータと当該複数の熱交換器との間で冷媒を循環させてインバータを冷却することが記載されている。

特開２０１９－７３１３５号公報

近年、電装部品の高性能化に伴って電装部品の発熱量が増加しており、冷却装置の冷却性能の向上が求められている。一方で、車両寸法の制約上、冷却装置の搭載スペースには限りがある。特許文献１に記載の装置では、車体を前後方向に貫通するダクトによって外気を車両後部まで導いているため大きな搭載スペースが要求される。

そこで本開示は、冷却装置の小型化を図りつつ冷却性能を向上させることを目的とする。

一態様では、曲面を有する車両部品を備える車両に搭載される冷却装置が提供される。この冷却装置は、車両の一対の側面のうち一方の側面に車両部品の曲面に対向して配置されたラジエータと、ラジエータと車両部品との間に配置され、ラジエータから曲面に外気を送風するラジエータファンと、を備える。

本態様の冷却装置では、ラジエータが車両の一方の側面に配置されているので、外気を車両の前部から後部まで導くダクトが不要となり、冷却装置の小型化を図ることができる。また、この冷却装置では、ラジエータが車両部品の曲面に対向して配置され、ラジエータファンによって外気がラジエータから曲面に送風される。これにより、ラジエータを通過した外気は車両部品の曲面に沿って流れることとなり、外気の流れ抵抗が減少する。その結果、ラジエータへの外気の導入効率が改善することとなり、冷却装置の冷却性能を向上させることができる。

一実施形態の冷却装置は、ラジエータを含む複数のラジエータと、ラジエータファンを含む複数のラジエータファンであり、複数のラジエータと車両部品との間にそれぞれ配置された、該複数のラジエータファンと、を更に備え、複数のラジエータは、一方の側面に配置され、冷媒が流れる冷媒流路によって互いに直列に接続されていてもよい。複数のラジエータを一方の側面に配置することにより、複数のラジエータを両方の側面に配置した場合と比較して冷媒流路を短くすることできので、冷却装置の小型化を図ることができる。また、複数のラジエータを直列に接続することにより、冷却性能を向上させることができる。

一実施形態では、一対の側面が、車両の前後方向に延在し、車幅方向に対向する一対のサイドカバーであり、一対のサイドカバーのうち一方のサイドカバーには外気を導入するための開口が形成され、ラジエータは開口を覆うように配置されていてもよい。サイドカバーに形成された開口を覆うようにラジエータを配置することによって、サイドカバーに沿って流れる外気をラジエータに導入することができる。

一実施形態では、車両部品が、円筒形状を有する水素タンクであってもよい。ラジエータを通過した外気を水素タンクの湾曲した側面に沿って流すことにより、外気の流れ抵抗を小さくすることができる。その結果、冷却装置の冷却性能を向上させることができる。

本発明の種々の態様によれば、冷却装置の小型化を図りつつ冷却性能を向上させることができる。

一実施形態に係る冷却装置を備える車両を示す斜視図である。 図１の車両を概略的に示す平面図である。 図１の車両を概略的に示す側面図である。 水素タンク周辺の構造を示す斜視図である。 冷媒の循環経路の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

図１は、一実施形態に係る冷却装置が搭載される車両を示す斜視図である。図２は、図１に示す車両１の構成を概略的に示す平面図であり、図３は、車両１の構成を概略的に示す側面図である。なお、説明の便宜上、図２では車両１の荷台３を省略して図示しており、図３では車両１の荷台３及びサイドカバー１２を省略して図示している。

車両１は、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池自動車等、電力によってモータを駆動して走行する電動車両である。以下では、車両１は、モータ７、インバータ８、バッテリ９及び水素タンク１０を備え、不図示の燃料電池によって発電された電力によってモータ７を駆動する燃料電池自動車であるものとして説明する。以下の説明では、車両１の前進方向及び後退方向を車両１の前後方向といい、車両１を後方から見たときの車幅方向を左右方向という。

図１及び図２に示すように、車両１は、積載物を搭載可能なトラックであり、キャブ２、荷台３、車体フレーム４及び一対のサイドカバー１２を備えている。キャブ２は、車両１の運転席が配置される部分である。荷台３は、積載物を搭載する部分であり、キャブ２の後方に配置されている。キャブ２及び荷台３は、車体フレーム４上に支持されている。

図２に示すように、車体フレーム４は、車両１の前後方向に延在する一対のサイドレール４ａと、車両１の左右方向に延在し、一対のサイドレール４ａを互いに連結する複数のクロスメンバ４ｂとを含む。一対のサイドレール４ａ及び複数のクロスメンバ４ｂは、例えばＩ字鋼によって構成される。

一対のサイドレール４ａには、フロントアクスル介して左右一対の前輪５が取り付けられる共に、リアアクスルを介して左右一対の後輪６が取り付けられている。後輪６は、左右のそれぞれに２輪のタイヤが連結された、いわゆるダブルタイヤであってもよい。車両１は、２組のダブルタイヤを後輪６として備えている。

車体フレーム４には、モータ７、インバータ８及びバッテリ９が固定されている。モータ７、インバータ８及びバッテリ９は、車両１を駆動する電装部品であり、例えば荷台３の下方において一対のサイドレール４ａに固定されている。すなわち、これらの電装部品は、車両１の後部に配置されている。モータ７、インバータ８及びバッテリ９は、作動時に高温となって発熱する発熱体である。

また、車体フレーム４には、水素タンク１０が固定されている。水素タンク１０は、電力を生成するための水素を燃料電池に供給する電力供給源（車両部品）である。水素タンク１０は、円筒形状を有し、その側面は曲面１０ａを構成している。図２に示す実施形態では、車両１は、一対のサイドレール４ａの外側に４つの水素タンク１０を搭載している。なお、水素タンク１０は、一対のサイドレール４ａの両側に搭載されていてもよいし、一対のサイドレール４ａの一方側のみに搭載されていてもよい。図４は、水素タンク１０周辺の構造を示す斜視図である。図４に示すように、水素タンク１０は、例えば一対のサイドレール４ａの外側に締結された水素タンクブラケット１４に支持されている。

図１に示すように、一対のサイドカバー１２は、一対のサイドレール４ａの側方を覆うように配置されており、荷台３の側面と共に車両１の側面を構成する。一対のサイドカバー１２は、例えば矩形板状をなしており、荷台３の下方に配置されている。図１に示すように、一対のサイドカバー１２は、前輪５と後輪６との間に配置された一対の第１のサイドカバー１２ａと、後輪６の後方に配置された一対の第２のサイドカバー１２ｂを含む。一対のサイドカバー１２は、車両１の下部への物体の巻き込みを防止すると共に、車両１の側方の空気の流れを整えて空気抵抗を小さくする機能を有する。

図１に示すように、一対の第１のサイドカバー１２ａには、１又は複数の開口１２ｓが形成されている。図１に示す例では、車両１の右側の第１のサイドカバー１２ａに前後方向に沿って配列された４つの開口１２ｓが形成されている。一方、左側の第１のサイドカバー１２ａには開口１２ｓは形成されていない。すなわち、複数の開口１２ｓは、一対のサイドカバー１２のうち一方のサイドカバー１２のみに形成されている。これら複数の開口１２ｓは、一対のサイドレール４ａの右側に配置された水素タンク１０に対向する位置に形成されている。車両１の走行時に、複数の開口１２ｓは外気を導入する外気導入口として機能する。

車両１には、冷却装置２０が搭載されている。冷却装置２０は、ラジエータ２２及びラジエータファン２４を含み、ラジエータ２２と電装部品との間で冷媒を循環させることで電装部品を冷却する。一実施形態では、図２及び図３に示すように、冷却装置２０は、複数のラジエータ２２及び複数のラジエータファン２４を備えていてもよい。複数のラジエータ２２は、一方のサイドカバー１２に形成された複数の開口１２ｓをそれぞれ覆うように配置されている。すなわち、複数のラジエータ２２は、キャブ２の後方において車両１の一対のサイドカバー１２のうち一方のサイドカバー１２に水素タンク１０に対向するように配置される。

より詳細には、図４に示すように、複数のラジエータ２２は、水素タンク１０に対向する位置においてラジエータブラケット１６に支持されている。ラジエータブラケット１６は、水素タンクブラケット１４を介して一対のサイドレール４ａに固定されている。複数のラジエータ２２は、複数の開口１２ｓから導入された外気が通過する際に、その内部を流れる冷媒の熱を外気に放熱して当該冷媒を冷却する。

図５は、冷媒の循環経路の一例を示している。図５に示すように、一実施形態では、複数のラジエータ２２と、電装部品であるモータ７、インバータ８及びバッテリ９とは、冷媒を循環させる流路である冷媒流路２６を介して互いに接続されている。冷媒流路２６には、冷媒が冷媒流路２６を循環するように冷媒を圧送するポンプ２８が接続されている。図５に示すように、複数のラジエータ２２は、冷媒流路２６を介して互いに直列に接続されていてもよい。複数のラジエータ２２が直列に接続されるとは、複数のラジエータ２２のうち一のラジエータ２２の出口と、複数のラジエータ２２のうち別のラジエータ２２の入口とが冷媒流路２６によって互いに接続された状態を意味する。複数のラジエータ２２を直列に接続することにより、一のラジエータ２２で冷却された冷媒が別のラジエータ２２で更に冷却される。その結果、冷媒の冷却性能が向上する。

上記のように、複数のラジエータ２２は、導入された外気と冷媒との間の熱交換によって冷媒を冷却する。複数のラジエータ２２によって冷却された冷媒は、冷媒流路２６を通ってモータ７、インバータ８及びバッテリ９に供給され、これらの電装部品を冷却する。モータ７、インバータ８及びバッテリ９の熱によって加熱された冷媒は、複数のラジエータ２２に戻され、再び冷却される。このようにして、冷却装置２０は、車両１に搭載された電装部品を冷却する。

複数のラジエータファン２４は、複数のラジエータ２２と水素タンク１０との間にそれぞれ配置され、ラジエータ２２から水素タンク１０の曲面１０ａへ向けて送風する。これら複数のラジエータファン２４の送風によって、複数のラジエータ２２から水素タンク１０へ向かう気流が生成され、複数の開口１２ｓから複数のラジエータ２２への外気の導入が促進される。

複数のラジエータ２２を通過して冷媒と熱交換した外気は、水素タンク１０の曲面１０ａに沿って流れ、車体フレーム４の隙間を通過して車外に排出される。このとき、外気が水素タンク１０の曲面１０ａに沿って流れることにより、例えば一対のサイドレール４ａ等の曲面を有さない部品に沿って流れた場合よりも、外気が複数のラジエータ２２に導入されてから車外に排出されるまでの外気の流れ抵抗が小さくなる。すなわち、外気の導入箇所から排出箇所まで外気が流れやすくなり、これに伴って複数のラジエータ２２への外気の導入効率が改善する。その結果、冷却装置２０の冷却性能が向上する。

上述した冷却装置２０では、複数のラジエータ２２が車両１の一対のサイドカバー１２に配置されているので、ダクト等によって外気を車両の前部から後部まで導かずに、車両１の後部に配置されたモータ７、インバータ８及びバッテリ９といった電装部品を冷却することができる。したがって、冷却装置２０の小型化を図ることが可能となる。また、冷却装置２０では、複数のラジエータ２２が直列に接続されているので、圧力損失による冷媒の流速低下を抑制することができ、その結果、冷却性能を高めることができる。また、複数のラジエータ２２を直列に接続することによって、冷媒流路２６の分岐に起因する圧力損失の差の発生を防止することができ、その結果、冷却性能の不均一性を抑制することができる。

さらに、上述した冷却装置２０では、複数のラジエータ２２が一対のサイドカバー１２のうち一方（右側）にのみ配置されている。複数のラジエータ２２を一対のサイドカバー１２の一方に集約することによって、複数のラジエータ２２を一対のサイドカバー１２の両側に配置した場合と比較して、冷媒流路２６を短くすることできる。

さらに、この冷却装置２０では、複数のラジエータ２２が水素タンク１０の曲面１０ａに対向して配置され、ラジエータファン２４によって外気が複数のラジエータ２２から曲面１０ａに向けて送風される。これにより、外気の流れ抵抗が減少し、複数のラジエータ２２への外気の導入効率を改善することができる。その結果、冷却装置２０の冷却性能を向上させることができる。

以上、種々の実施形態に係る冷却装置について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。

例えば、上記実施形態では、冷却装置２０が複数のラジエータ２２及び複数のラジエータファン２４を備えているが、冷却装置２０は、少なくとも１つのラジエータ２２及び少なくとも１つのラジエータファン２４を備えていればよい。

また、上記実施形態では、ラジエータ２２が水素タンク１０の曲面１０ａに対向するように配置されているが、ラジエータ２２は、曲面を有する車両部品であれば水素タンク以外の車両部品に対向して配置されていてもよい。例えば、バッテリ又は燃料電池が曲面を有している場合には、ラジエータ２２は、これらバッテリ又は燃料電池の曲面に対向するように配置されてもよい。ラジエータに対向する車両部品がバッテリ又は燃料電池であっても、外気がバッテリ又は燃料電池の曲面に沿って流れることで、外気の流れ抵抗を小さくすることができるので、冷却装置２０の冷却性能を向上させることができる。

上記実施形態では、車両１が燃料電池自動車であるが、車両は、ハイブリッド車や電気自動車等の任意の電動自動車であってもよい。また、車両の種類は、トラックに限定されず、例えばトレーラー、バン、バス又は乗用車であってもよい。

ラジエータ２２は、車両１の一対の側面のうち一方の側面に設けられていればよく、必ずしもサイドカバー１２に配置されていなくてもよい。上記実施形態では、冷却装置２０の冷却対象物として、モータ７、インバータ８及びバッテリ９を冷却する例について説明したが、冷却対象物はこれらの電装部品に限定されるものではない。

１…車両、１０…水素タンク、１０ａ…曲面、１２…サイドカバー、１２ｓ…開口、２０…冷却装置、２２…ラジエータ、２４…ラジエータファン、２６…冷媒流路。

Claims (4)

1. 曲面を有する車両部品を備える車両に搭載される冷却装置であって、
   前記車両の一対の側面のうち一方の側面に前記車両部品の前記曲面に対向して配置されたラジエータと、
   前記ラジエータと前記車両部品との間に配置され、前記ラジエータから前記曲面に外気を送風するラジエータファンと、
   を備える、冷却装置。
2. 前記ラジエータを含む複数のラジエータと、
   前記ラジエータファンを含む複数のラジエータファンであり、前記複数のラジエータと前記車両部品との間にそれぞれ配置された、該複数のラジエータファンと、
   を更に備え、
   前記複数のラジエータは、前記一方の側面に配置され、冷媒が流れる冷媒流路によって互いに直列に接続されている、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記一対の側面が、前記車両の前後方向に延在し、車幅方向に対向する一対のサイドカバーであり、
   前記一対のサイドカバーのうち一方のサイドカバーには外気を導入するための開口が形成され、
   前記ラジエータは前記開口を覆うように配置されている、請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記車両部品が、円筒形状を有する水素タンクである、請求項１～３の何れか一項に記載の冷却装置。
   
   

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