JP4089428B2 - 空冷式熱交換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行用エンジンと走行用モータとを備えたハイブリッド自動車の冷凍サイクル内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器、走行用エンジンを冷却する冷却水（第１冷却水）を空冷するラジエータ（第１ラジエータ）、および走行用モータに関連する電気部品を冷却する冷却水（第２冷却水）を空冷するラジエータ（第２ラジエータ）の配置および構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハイブリッド自動車の室外熱交換器における冷媒の空冷と、第１ラジエータにおける第１冷却水の空冷と、第２ラジエータにおける第２冷却水の空冷とを同時に行う空冷式熱交換装置では、室外熱交換器と第１ラジエータと第２ラジエータとを空気の流れ方向に直列的に配設して装置構成を簡略化したものや（例えば特許文献１参照）、室外熱交換器と第１ラジエータと第２ラジエータとを空気の流れ方向に直列的に配設した空冷式熱交換装置において空冷ファンの回転速度を走行用モータに関連する電気部品の温度に応じて制御するもの（例えば特許文献２参照）などがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８７４３５公報（第５―８頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−２２３５０５公報（第３―５頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、省スペース化の要求から特許文献１または特許文献２のごとく、第１ラジエータ、第２ラジエータ、室外熱交換器の３つを空気の流れ方向に直列的に配置するのではなく、第１ラジエータと第２ラジエータとを一体化して一体型ラジエータとし、室外熱交換器および一体型ラジエータの２つを空気の流れ方向に対して直列的に配設することが検討されている。
ここで、走行用エンジンを冷却する第１冷却水の温度は１１０℃まで許容されているため、室外熱交換器で冷媒から放熱を受けた空気でも十分に空冷が可能である。しかし、走行用モータに関連する電気部品を冷却する第２冷却水の温度は、電気部品を保護するため６５℃以下にする必要があり、室外熱交換器で冷媒から放熱を受けた空気では６５℃以下まで空冷できないおそれがある。
【０００５】
【発明の目的】
本発明の目的は、室外熱交換器、第１ラジエータおよび第２ラジエータを備えたハイブリッド自動車の空冷式熱交換装置において、第１ラジエータと第２ラジエータとを一体化して省スペース化しても、第２ラジエータで第２冷却水を６５℃以下に空冷することができる空冷式熱交換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明によれば、冷媒を空冷する室外熱交換器と、この室外熱交換器よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、第１冷却水を空冷する第１ラジエータ、およびこの第１ラジエータの上下方向の一方側に第１ラジエータと並列的に配設されて第２冷却水を空冷する第２ラジエータを有する一体型ラジエータとを備えたハイブリッド自動車用の空冷式熱交換装置において、第２ラジエータへ流入する空気の温度を、第１ラジエータへ流入する空気の温度よりも低くすることにより、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなるので、第１ラジエータと第２ラジエータとを一体化して省スペース化しても第２ラジエータで第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【０００７】
また、請求項１に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側にのみ対向するように設けられていることを特徴とする。
これにより、室外熱交換器で冷媒からの放熱を受けていない空気を第２ラジエータへ流入させることができるので、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなる。さらに第２ラジエータの上流側には障害がなく空気抵抗が小さいため、第２冷却水を空冷する空気の流量が第１冷却水を空冷する空気の流量よりも大きくなる。以上により、第２冷却水の空冷効果を高めることができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分にのみ冷媒を流すことを特徴とする。
これにより、第２ラジエータへ流入する空気は室外熱交換器で冷媒からの放熱を受けていないので、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなる。以上により、請求項１と同様の効果が得られる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の発明によれば、冷媒を空冷する室外熱交換器と、この室外熱交換器よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、第１冷却水を空冷する第１ラジエータ、およびこの第１ラジエータの上下方向の一方側に第１ラジエータと並列的に配設されて第２冷却水を空冷する第２ラジエータを有する一体型ラジエータとを備えたハイブリッド自動車用の空冷式熱交換装置において、第２ラジエータへ流入する空気の流量を、第１ラジエータへ流入する空気の流量よりも大きくすることにより、第２冷却水を空冷する空気の流量が第１冷却水を空冷する空気の流量よりも大きくなるので、第１ラジエータと第２ラジエータとを一体化して省スペース化しても第２ラジエータで第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側にのみ対向するように設けられていることを特徴とする。
これにより、室外熱交換器で冷媒からの放熱を受けていない空気を第２ラジエータへ流入させることができるので、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなる。さらに第２ラジエータの上流側には障害がなく空気抵抗が小さいため、第２冷却水を空冷する空気の流量が第１冷却水を空冷する空気の流量よりも大きくなる。以上により、第２冷却水の空冷効果を高めることができる。
【００１１】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分にのみ冷媒を流すことを特徴とする。
これにより、第２ラジエータへ流入する空気は室外熱交換器で冷媒からの放熱を受けていないので、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなる。以上により、請求項３と同様の効果が得られる。
【００１２】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分の空気抵抗を、第２ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分の空気抵抗よりも大きくしたことを特徴とする。
これにより、第２ラジエータへ流入する空気の流量が第１ラジエータに流入する空気の流量よりも大きくなるので、第２冷却水を空冷する空気の流量が第１冷却水を空冷する空気の流量よりも大きくなる。以上により、第２冷却水の空冷効果をさらに高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態の構成〕
本発明の第１実施形態の構成を図１に基づいて説明する。第１実施形態にかかる空冷式熱交換装置２は、走行用エンジン８１と走行用モータ（図示せず）とを備えたハイブリッド自動車１のエンジンルーム１１内の最前部に配置される。空冷式熱交換装置２の前方には、走行風（空気）をエンジンルーム１１内に導くフロントグリル１２が、フロントバンパ１３の上側で、かつボンネット１４の前端下側に備えられている。
【００１４】
空冷式熱交換装置２は、冷凍サイクル３内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器４と、室外熱交換器４よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて走行用エンジン８１を冷却する第１冷却水を空冷する第１ラジエータ５、およびこの第１ラジエータ５の上下方向の下方側に第１ラジエータ５と並列的に配設されて走行用モータに関連する電気部品（以下、関連電気部品と呼ぶ）９１を冷却する第２冷却水を空冷する第２ラジエータ６を有する一体型ラジエータ７と、一体型ラジエータ７よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されてフロントグリル１２を介して空気を導く空冷ファン２１を備える。
【００１５】
関連電気部品９１は、車載主バッテリ（図示せず）の直流電力を所定の三相交流電力に変換し、さらにこの三相交流電力をエンジン制御装置（図示せず）の指令に応じて変換して走行用モータに出力し、走行用モータの回転速度を制御する走行モータ用インバータ（図示せず）や、車載主バッテリの直流電力を所定の直流電力に下降変換してハイブリッド自動車１に搭載される補機類を作動させる補機バッテリ（図示せず）に出力し、この補機バッテリを充電するＤＣＤＣコンバータ（図示せず）や、補機バッテリの直流電力を所定の三相交流電力に変換し、さらにこの三相交流電力をＥＣＵの指令に応じて変換して冷媒圧縮機３１の駆動モータ（図示せず）に出力し、冷媒圧縮機３１の回転速度を制御するエアコン用インバータ（図示せず）などである。
【００１６】
室外熱交換器４は第１ラジエータ５の空気の流れ方向の上流側にのみ設けられており、室外熱交換器４の下側の空間、すなわち第２ラジエータ６の空気の流れ方向の上流側は、フロントグリル１２を介して導入された空気を、直接第２ラジエータ６へ導くバイパス通路２２をなしている。
【００１７】
室外熱交換器４を有する冷凍サイクル３はガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒とする冷媒圧縮機３１と、室外熱交換器４にて空冷され液化した液冷媒を膨張させる冷媒膨張弁３２と、ハイブリッド自動車１の室内へ導入される空気から液冷媒の気化熱を奪うことで冷却・除湿を行う冷媒蒸発器３３とを備え、冷媒圧縮機３１、室外熱交換器４、冷媒膨張弁３２、冷媒蒸発器３３の順に冷媒が流れるように冷媒配管３４で連結されている。
【００１８】
第１ラジエータ５は、走行用エンジン８１および第１冷却水を循環させる動力を付与する第１冷却水ポンプ８２などで第１冷却水回路８を構成し、第１冷却水ポンプ８２、走行用エンジン８１、第１ラジエータ５の順に第１冷却水が流れるように第１冷却水配管８３で連結されている。
第２ラジエータ６は、関連電気部品９１および第２冷却水を循環させる動力を付与する第２冷却水ポンプ９２などで第２冷却水回路９を構成し、第２冷却水ポンプ９２、関連電気部品９１、第２ラジエータ６の順に第２冷却水が流れるように第２冷却水配管９３で連結されている。
【００１９】
〔第１実施形態の作用〕
冷凍サイクル３では、冷媒圧縮機３１によって吐出された高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器４で、フロントグリル１２を介して空冷ファン２１によって導入された空気（以下、空冷風と呼ぶ）によって冷却され液化し液冷媒となる。液冷媒は冷媒膨張弁３２で霧状に膨張され、冷媒蒸発器３３でハイブリッド自動車１の室内へ導入される空気の冷却・除湿を行って気化し、再度、冷媒圧縮機３１で高温高圧に圧縮されてサイクルを繰り返す。
【００２０】
第１冷却水回路８では、第１冷却水ポンプ８２によって吐出された第１冷却水が走行用エンジン８１に送られて走行用エンジン８１を冷却する。その後、第１冷却水は第１ラジエータ５に送られ、室外熱交換器４を通過した空冷風によって冷却され、再度、第１冷却水ポンプ８２によって吐出される。
第２冷却水回路９では、第２冷却水ポンプ９２によって吐出された第２冷却水が関連電気部品９１に送られて関連電気部品９１を冷却する。その後、第２冷却水は第２ラジエータ６で、バイパス通路２２を通過した空冷風によって冷却され、再度、第２冷却水ポンプ９２によって吐出される。
【００２１】
これにより、空冷風の一部は室外熱交換器４にて高温高圧のガス冷媒から放熱を受けて温度が高くなった後、第１ラジエータ５へ導かれ第１冷却水を空冷するが、１１０℃を上限とする空冷は十分に可能であり走行用エンジン８１の高温化を防止して適性運転を可能にしている。
一方、空冷風の残りの部分はバイパス通路２２を通過し室外熱交換器４で高温高圧のガス冷媒から放熱を受けることなく、第２ラジエータ６へ導かれ第２冷却水を空冷するため、６５℃を上限とする空冷が可能になり関連電気部品９１の高温化を防止して性能を維持できる。
【００２２】
〔第１実施形態の効果〕
以上のように、冷凍サイクル３内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器４と、室外熱交換器４よりも空冷風の流れ方向の下流側に直列的に配設されて走行用エンジン８１を冷却する第１冷却水を空冷する第１ラジエータ５、およびこの第１ラジエータ５の上下方向の下側に第１ラジエータ５と並列的に配設されて関連電気部品９１を冷却する第２冷却水を空冷する第２ラジエータ６を有する一体型ラジエータ７とを備えたハイブリッド自動車１の空冷式熱交換装置２において、室外熱交換器４を第１ラジエータ５の空冷風の流れ方向の上流側にのみ設けることによって、室外熱交換器４で冷媒から放熱を受けていない空冷風が第２ラジエータ６へ流入するため、第２ラジエータ６へ流入する空冷風の温度を第１ラジエータ５へ流入する空冷風の温度よりも低くすることができる。さらに第２ラジエータ６の上流側には室外熱交換器４がなく空気抵抗が小さいため、第２ラジエータ６へ流入する空冷風の流量が第１ラジエータ５に流入する空冷風の流量よりも大きくなる。これによって、第１ラジエータ５と第２ラジエータ６とを一体化して省スペース化しても第２ラジエータ６で第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【００２３】
〔第２実施形態の構成〕
本発明の第２実施形態では図２に示すごとく、第１ラジエータ５および第２ラジエータ６の両方ともに空冷風の流れ方向の上流側に室外熱交換器４が設けられている。
室外熱交換器４は図４（ａ）に示すごとく、空冷風と熱交換を行うコア部４１と、その両端に配置されて冷媒の分配および集約を行うタンク部４２Ａ、４２Ｂとからなる。さらにコア部４１は室外熱交換器４の上下方向に２つに分けられ、上部は第１ラジエータ５と対向し、主としてガス冷媒の顕熱除去を行うガス冷媒冷却部４３をなす。コア部４１の下部は第２ラジエータ６と対向し、主としてガス冷媒から潜熱を奪いガス冷媒を凝縮液化させる冷媒凝縮部４４をなす。また、ガス冷媒の入口部４５はタンク部４２Ａの上部に設けられ、コア部４１でガス冷媒が凝縮液化されて生じた液冷媒の出口部４６はタンク部４２Ｂの下部に設けられている。
【００２４】
〔第２実施形態の作用〕
冷媒圧縮機３１で高温高圧にされたガス冷媒は入口部４５からタンク部４２Ａの上部に入り、ガス冷媒冷却部４３をなす各チューブ（図示せず）に分配されて空冷風により冷却される。そしてタンク部４２Ｂの上部に一旦集約された後、再度、ガス冷媒冷却部４３をなす各チューブに分配されて空冷風により冷却される。この間にガス冷媒は図３および図４（ａ）のＡ点からＢ点に示すごとく冷媒凝縮温度まで冷却され一部は凝縮液化して液冷媒となり、タンク部４２Ａの中間部に集約される。その後、気液二相となった冷媒はタンク部４２Ａの下部に導かれ、冷媒凝縮部４４をなす各チューブ（図示せず）に分配されて空冷風により冷却され、ほぼ完全に液冷媒にされた後、タンク部４２Ｂの下部に集約され、出口部４６から冷媒膨張弁３２へと導かれる。
ガス冷媒冷却部４３を通過した空冷風は、第１ラジエータ５に導かれ第１冷却水の空冷を行う。一方、冷媒凝縮部４４を通過した空冷風は、第２ラジエータ６に導かれ第２冷却水の空冷を行う。
【００２５】
〔第２実施形態の効果〕
以上のように室外熱交換器４において空冷風は、ガス冷媒冷却部４３では温度の高いガス冷媒から放熱を受け、冷媒凝縮部４４では冷媒凝縮温度まで冷却された冷媒から放熱を受けるため、冷媒凝縮部４４を通過した空冷風の温度は、ガス冷媒冷却部４３を通過した空冷風よりも低い。このため、第２ラジエータ６へ流入する空冷風の温度は、第１ラジエータ５へ流入する空冷風よりも低くなる。これによって第１ラジエータ５と第２ラジエータ６とを一体化して省スペース化しても第２ラジエータ６で第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【００２６】
〔第３実施形態の構成〕
本発明の第３実施形態では図５に示すごとく、第１ラジエータ５および第２ラジエータ６の両方ともに空冷風の流れ方向の上流側に室外熱交換器４が設けられている。
室外熱交換器４は図４（ｂ）に示すごとく、空冷風と熱交換を行うコア部４１と、その両端に配置されて冷媒の分配および集約を行うタンク部４２Ａ、４２Ｂと、液冷媒を一時的に蓄えるレシーバ４７とからなる。さらにコア部４１は室外熱交換器４の上下方向に２つに分けられ、上部は第１ラジエータ５と対向し、主としてガス冷媒の顕熱除去および凝縮液化を行うガス冷媒凝縮部４８をなす。コア部４１の下部は第２ラジエータ６と対向し、主として液冷媒をさらに冷却する過冷却部４９をなす。
【００２７】
〔第３実施形態の作用〕
冷媒圧縮機３１で高温高圧にされたガス冷媒は入口部４５からタンク部４２Ａの上部に入り、ガス冷媒凝縮部４８をなす各チューブ（図示せず）に分配されて空冷風により冷却される。そして、タンク部４２Ｂの上部に一旦集約された後、再度、ガス冷媒凝縮部４８をなす各チューブに分配されて空冷風により冷却される。この間にガス冷媒はほぼ全量、液化凝縮されて液冷媒となりタンク部４２Ａの中間部に集約される。その後、液冷媒はレシーバ４７に導かれ冷媒蒸発器３３での必要量に応じて、タンク部４２Ａの下部へ供給され過冷却部４９をなす各チューブ（図示せず）に分配されて空冷風により過冷却される。そしてタンク部４２Ｂの下部に集約され、出口部４６から冷媒膨張弁３２へと導かれる。
【００２８】
〔第３実施形態の効果〕
以上のように室外熱交換器４において、ガス冷媒凝縮部４８には冷媒凝縮温度より高い温度のガス冷媒、およびほぼ冷媒凝縮温度に等しい温度の液冷媒が流れ、過冷却部４９には冷媒凝縮温度以下まで過冷却された液冷媒が流れるため、過冷却部４９を通過した空冷風の温度は、ガス冷媒凝縮部４８を通過した空冷風よりも低い。このため、第２ラジエータ６へ流入する空冷風の温度は、第１ラジエータ５へ流入する空冷風よりも低くなる。これによって第１ラジエータ５と第２ラジエータ６とを一体化して省スペース化しても第２ラジエータ６で第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【００２９】
〔他の実施形態〕
第１実施形態では一体型ラジエータ７において、第１ラジエータ５の上下方向の下側に第２ラジエータ６が備えられていたが、第１ラジエータ５の上下方向の上側に第２ラジエータ６を備えるようにしてもよい。この場合、室外熱交換器４の上側の空間がバイパス通路２２をなし、第２ラジエータ６に導かれる空冷風は、室外熱交換器４から放熱を受けずにバイパス通路２２を通過して第２ラジエータ６に導かれる。
【００３０】
また、空冷風の分散を防ぎ空冷風を集中的に室外熱交換器４および一体型ラジエータ７に導くため、室外熱交換器４および一体型ラジエータ７の周囲をダクトの機能を有するシュラウドによって取り囲む必要がある場合には、室外熱交換器４のうち第２ラジエータ６と対向している部分（第２ラジエータ対向部）には冷媒を流さない構造にして、第２ラジエータ６に導かれる空冷風の温度が上がらないようにしてもよい。さらに第２ラジエータ対向部にも冷媒を流す場合には、第２ラジエータ６に導かれる空冷風の温度が上がらないようにするため、第２ラジエータ対向部の伝熱係数が第１ラジエータ５に対向する部分よりも小さくなるようにしてもよい。具体的には、第２ラジエータ対向部のフィン（図示せず）のピッチやチューブ（図示せず）のピッチを、第１ラジエータ５に対向する部分よりも大きくしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の空冷式熱交換装置、冷凍サイクル、第１冷却水回路および第２冷却水回路の全体構成を示した構成図である。
【図２】第２実施形態の空冷式熱交換装置を示した構成図である。
【図３】第２実施形態における空冷式熱交換装置の室外熱交換器における冷媒の流れ方向の冷媒温度の推移を示すグラフ図である。
【図４】第２実施形態および第３実施形態の空冷式熱交換装置の室外熱交換器における冷媒の流れを示す模式図である。
【図５】第３実施形態の空冷式熱交換装置を示した構成図である。
【符号の説明】
１ ハイブリッド自動車
２ 空冷式熱交換装置
３ 冷凍サイクル
４ 室外熱交換器
５ 第１ラジエータ
６ 第２ラジエータ
７ 一体型ラジエータ
８ 第１冷却水回路
８１ 走行用エンジン
９ 第２冷却水回路
９１ 関連電気部品
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行用エンジンと走行用モータとを備えたハイブリッド自動車の冷凍サイクル内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器、走行用エンジンを冷却する冷却水（第１冷却水）を空冷するラジエータ（第１ラジエータ）、および走行用モータに関連する電気部品を冷却する冷却水（第２冷却水）を空冷するラジエータ（第２ラジエータ）の配置および構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハイブリッド自動車の室外熱交換器における冷媒の空冷と、第１ラジエータにおける第１冷却水の空冷と、第２ラジエータにおける第２冷却水の空冷とを同時に行う空冷式熱交換装置では、室外熱交換器と第１ラジエータと第２ラジエータとを空気の流れ方向に直列的に配設して装置構成を簡略化したものや（例えば特許文献１参照）、室外熱交換器と第１ラジエータと第２ラジエータとを空気の流れ方向に直列的に配設した空冷式熱交換装置において空冷ファンの回転速度を走行用モータに関連する電気部品の温度に応じて制御するもの（例えば特許文献２参照）などがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８７４３５公報（第５―８頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−２２３５０５公報（第３―５頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、省スペース化の要求から特許文献１または特許文献２のごとく、第１ラジエータ、第２ラジエータ、室外熱交換器の３つを空気の流れ方向に直列的に配置するのではなく、第１ラジエータと第２ラジエータとを一体化して一体型ラジエータとし、室外熱交換器および一体型ラジエータの２つを空気の流れ方向に対して直列的に配設することが検討されている。
ここで、走行用エンジンを冷却する第１冷却水の温度は１１０℃まで許容されているため、室外熱交換器で冷媒から放熱を受けた空気でも十分に空冷が可能である。しかし、走行用モータに関連する電気部品を冷却する第２冷却水の温度は、電気部品を保護するため６５℃以下にする必要があり、室外熱交換器で冷媒から放熱を受けた空気では６５℃以下まで空冷できないおそれがある。
【０００５】
【発明の目的】
本発明の目的は、室外熱交換器、第１ラジエータおよび第２ラジエータを備えたハイブリッド自動車の空冷式熱交換装置において、第１ラジエータと第２ラジエータとを一体化して省スペース化しても、第２ラジエータで第２冷却水を６５℃以下に空冷することができる空冷式熱交換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明によれば、冷媒を空冷する室外熱交換器と、この室外熱交換器よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、第１冷却水を空冷する第１ラジエータ、およびこの第１ラジエータの上下方向の一方側に第１ラジエータと並列的に配設されて第２冷却水を空冷する第２ラジエータを有する一体型ラジエータとを備えたハイブリッド自動車用の空冷式熱交換装置において、第２ラジエータへ流入する空気の温度を、第１ラジエータへ流入する空気の温度よりも低くすることにより、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなるので、第１ラジエータと第２ラジエータとを一体化して省スペース化しても第２ラジエータで第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【０００７】
また、請求項１に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側にのみ対向するように設けられていることを特徴とする。
これにより、室外熱交換器で冷媒からの放熱を受けていない空気を第２ラジエータへ流入させることができるので、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなる。さらに第２ラジエータの上流側には障害がなく空気抵抗が小さいため、第２冷却水を空冷する空気の流量が第１冷却水を空冷する空気の流量よりも大きくなる。以上により、第２冷却水の空冷効果を高めることができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分にのみ冷媒を流すことを特徴とする。
これにより、第２ラジエータへ流入する空気は室外熱交換器で冷媒からの放熱を受けていないので、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなる。以上により、請求項１と同様の効果が得られる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の発明によれば、冷媒を空冷する室外熱交換器と、この室外熱交換器よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、第１冷却水を空冷する第１ラジエータ、およびこの第１ラジエータの上下方向の一方側に第１ラジエータと並列的に配設されて第２冷却水を空冷する第２ラジエータを有する一体型ラジエータとを備えたハイブリッド自動車用の空冷式熱交換装置において、第２ラジエータへ流入する空気の流量を、第１ラジエータへ流入する空気の流量よりも大きくすることにより、第２冷却水を空冷する空気の流量が第１冷却水を空冷する空気の流量よりも大きくなるので、第１ラジエータと第２ラジエータとを一体化して省スペース化しても第２ラジエータで第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側にのみ対向するように設けられていることを特徴とする。
これにより、室外熱交換器で冷媒からの放熱を受けていない空気を第２ラジエータへ流入させることができるので、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなる。さらに第２ラジエータの上流側には障害がなく空気抵抗が小さいため、第２冷却水を空冷する空気の流量が第１冷却水を空冷する空気の流量よりも大きくなる。以上により、第２冷却水の空冷効果を高めることができる。
【００１１】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分にのみ冷媒を流すことを特徴とする。
これにより、第２ラジエータへ流入する空気は室外熱交換器で冷媒からの放熱を受けていないので、第２冷却水を空冷する空気の温度が第１冷却水を空冷する空気の温度よりも低くなる。以上により、請求項３と同様の効果が得られる。
【００１２】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の発明は、室外熱交換器が第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分の空気抵抗を、第２ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分の空気抵抗よりも大きくしたことを特徴とする。
これにより、第２ラジエータへ流入する空気の流量が第１ラジエータに流入する空気の流量よりも大きくなるので、第２冷却水を空冷する空気の流量が第１冷却水を空冷する空気の流量よりも大きくなる。以上により、第２冷却水の空冷効果をさらに高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態の構成〕
本発明の第１実施形態の構成を図１に基づいて説明する。第１実施形態にかかる空冷式熱交換装置２は、走行用エンジン８１と走行用モータ（図示せず）とを備えたハイブリッド自動車１のエンジンルーム１１内の最前部に配置される。空冷式熱交換装置２の前方には、走行風（空気）をエンジンルーム１１内に導くフロントグリル１２が、フロントバンパ１３の上側で、かつボンネット１４の前端下側に備えられている。
【００１４】
空冷式熱交換装置２は、冷凍サイクル３内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器４と、室外熱交換器４よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて走行用エンジン８１を冷却する第１冷却水を空冷する第１ラジエータ５、およびこの第１ラジエータ５の上下方向の下方側に第１ラジエータ５と並列的に配設されて走行用モータに関連する電気部品（以下、関連電気部品と呼ぶ）９１を冷却する第２冷却水を空冷する第２ラジエータ６を有する一体型ラジエータ７と、一体型ラジエータ７よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されてフロントグリル１２を介して空気を導く空冷ファン２１を備える。
【００１５】
関連電気部品９１は、車載主バッテリ（図示せず）の直流電力を所定の三相交流電力に変換し、さらにこの三相交流電力をエンジン制御装置（図示せず）の指令に応じて変換して走行用モータに出力し、走行用モータの回転速度を制御する走行モータ用インバータ（図示せず）や、車載主バッテリの直流電力を所定の直流電力に下降変換してハイブリッド自動車１に搭載される補機類を作動させる補機バッテリ（図示せず）に出力し、この補機バッテリを充電するＤＣＤＣコンバータ（図示せず）や、補機バッテリの直流電力を所定の三相交流電力に変換し、さらにこの三相交流電力をＥＣＵの指令に応じて変換して冷媒圧縮機３１の駆動モータ（図示せず）に出力し、冷媒圧縮機３１の回転速度を制御するエアコン用インバータ（図示せず）などである。
【００１６】
室外熱交換器４は第１ラジエータ５の空気の流れ方向の上流側にのみ設けられており、室外熱交換器４の下側の空間、すなわち第２ラジエータ６の空気の流れ方向の上流側は、フロントグリル１２を介して導入された空気を、直接第２ラジエータ６へ導くバイパス通路２２をなしている。
【００１７】
室外熱交換器４を有する冷凍サイクル３はガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒とする冷媒圧縮機３１と、室外熱交換器４にて空冷され液化した液冷媒を膨張させる冷媒膨張弁３２と、ハイブリッド自動車１の室内へ導入される空気から液冷媒の気化熱を奪うことで冷却・除湿を行う冷媒蒸発器３３とを備え、冷媒圧縮機３１、室外熱交換器４、冷媒膨張弁３２、冷媒蒸発器３３の順に冷媒が流れるように冷媒配管３４で連結されている。
【００１８】
第１ラジエータ５は、走行用エンジン８１および第１冷却水を循環させる動力を付与する第１冷却水ポンプ８２などで第１冷却水回路８を構成し、第１冷却水ポンプ８２、走行用エンジン８１、第１ラジエータ５の順に第１冷却水が流れるように第１冷却水配管８３で連結されている。
第２ラジエータ６は、関連電気部品９１および第２冷却水を循環させる動力を付与する第２冷却水ポンプ９２などで第２冷却水回路９を構成し、第２冷却水ポンプ９２、関連電気部品９１、第２ラジエータ６の順に第２冷却水が流れるように第２冷却水配管９３で連結されている。
【００１９】
〔第１実施形態の作用〕
冷凍サイクル３では、冷媒圧縮機３１によって吐出された高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器４で、フロントグリル１２を介して空冷ファン２１によって導入された空気（以下、空冷風と呼ぶ）によって冷却され液化し液冷媒となる。液冷媒は冷媒膨張弁３２で霧状に膨張され、冷媒蒸発器３３でハイブリッド自動車１の室内へ導入される空気の冷却・除湿を行って気化し、再度、冷媒圧縮機３１で高温高圧に圧縮されてサイクルを繰り返す。
【００２０】
第１冷却水回路８では、第１冷却水ポンプ８２によって吐出された第１冷却水が走行用エンジン８１に送られて走行用エンジン８１を冷却する。その後、第１冷却水は第１ラジエータ５に送られ、室外熱交換器４を通過した空冷風によって冷却され、再度、第１冷却水ポンプ８２によって吐出される。
第２冷却水回路９では、第２冷却水ポンプ９２によって吐出された第２冷却水が関連電気部品９１に送られて関連電気部品９１を冷却する。その後、第２冷却水は第２ラジエータ６で、バイパス通路２２を通過した空冷風によって冷却され、再度、第２冷却水ポンプ９２によって吐出される。
【００２１】
これにより、空冷風の一部は室外熱交換器４にて高温高圧のガス冷媒から放熱を受けて温度が高くなった後、第１ラジエータ５へ導かれ第１冷却水を空冷するが、１１０℃を上限とする空冷は十分に可能であり走行用エンジン８１の高温化を防止して適性運転を可能にしている。
一方、空冷風の残りの部分はバイパス通路２２を通過し室外熱交換器４で高温高圧のガス冷媒から放熱を受けることなく、第２ラジエータ６へ導かれ第２冷却水を空冷するため、６５℃を上限とする空冷が可能になり関連電気部品９１の高温化を防止して性能を維持できる。
【００２２】
〔第１実施形態の効果〕
以上のように、冷凍サイクル３内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器４と、室外熱交換器４よりも空冷風の流れ方向の下流側に直列的に配設されて走行用エンジン８１を冷却する第１冷却水を空冷する第１ラジエータ５、およびこの第１ラジエータ５の上下方向の下側に第１ラジエータ５と並列的に配設されて関連電気部品９１を冷却する第２冷却水を空冷する第２ラジエータ６を有する一体型ラジエータ７とを備えたハイブリッド自動車１の空冷式熱交換装置２において、室外熱交換器４を第１ラジエータ５の空冷風の流れ方向の上流側にのみ設けることによって、室外熱交換器４で冷媒から放熱を受けていない空冷風が第２ラジエータ６へ流入するため、第２ラジエータ６へ流入する空冷風の温度を第１ラジエータ５へ流入する空冷風の温度よりも低くすることができる。さらに第２ラジエータ６の上流側には室外熱交換器４がなく空気抵抗が小さいため、第２ラジエータ６へ流入する空冷風の流量が第１ラジエータ５に流入する空冷風の流量よりも大きくなる。これによって、第１ラジエータ５と第２ラジエータ６とを一体化して省スペース化しても第２ラジエータ６で第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【００２３】
〔第２実施形態の構成〕
本発明の第２実施形態では図２に示すごとく、第１ラジエータ５および第２ラジエータ６の両方ともに空冷風の流れ方向の上流側に室外熱交換器４が設けられている。
室外熱交換器４は図４（ａ）に示すごとく、空冷風と熱交換を行うコア部４１と、その両端に配置されて冷媒の分配および集約を行うタンク部４２Ａ、４２Ｂとからなる。さらにコア部４１は室外熱交換器４の上下方向に２つに分けられ、上部は第１ラジエータ５と対向し、主としてガス冷媒の顕熱除去を行うガス冷媒冷却部４３をなす。コア部４１の下部は第２ラジエータ６と対向し、主としてガス冷媒から潜熱を奪いガス冷媒を凝縮液化させる冷媒凝縮部４４をなす。また、ガス冷媒の入口部４５はタンク部４２Ａの上部に設けられ、コア部４１でガス冷媒が凝縮液化されて生じた液冷媒の出口部４６はタンク部４２Ｂの下部に設けられている。
【００２４】
〔第２実施形態の作用〕
冷媒圧縮機３１で高温高圧にされたガス冷媒は入口部４５からタンク部４２Ａの上部に入り、ガス冷媒冷却部４３をなす各チューブ（図示せず）に分配されて空冷風により冷却される。そしてタンク部４２Ｂの上部に一旦集約された後、再度、ガス冷媒冷却部４３をなす各チューブに分配されて空冷風により冷却される。この間にガス冷媒は図３および図４（ａ）のＡ点からＢ点に示すごとく冷媒凝縮温度まで冷却され一部は凝縮液化して液冷媒となり、タンク部４２Ａの中間部に集約される。その後、気液二相となった冷媒はタンク部４２Ａの下部に導かれ、冷媒凝縮部４４をなす各チューブ（図示せず）に分配されて空冷風により冷却され、ほぼ完全に液冷媒にされた後、タンク部４２Ｂの下部に集約され、出口部４６から冷媒膨張弁３２へと導かれる。
ガス冷媒冷却部４３を通過した空冷風は、第１ラジエータ５に導かれ第１冷却水の空冷を行う。一方、冷媒凝縮部４４を通過した空冷風は、第２ラジエータ６に導かれ第２冷却水の空冷を行う。
【００２５】
〔第２実施形態の効果〕
以上のように室外熱交換器４において空冷風は、ガス冷媒冷却部４３では温度の高いガス冷媒から放熱を受け、冷媒凝縮部４４では冷媒凝縮温度まで冷却された冷媒から放熱を受けるため、冷媒凝縮部４４を通過した空冷風の温度は、ガス冷媒冷却部４３を通過した空冷風よりも低い。このため、第２ラジエータ６へ流入する空冷風の温度は、第１ラジエータ５へ流入する空冷風よりも低くなる。これによって第１ラジエータ５と第２ラジエータ６とを一体化して省スペース化しても第２ラジエータ６で第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【００２６】
〔第３実施形態の構成〕
本発明の第３実施形態では図５に示すごとく、第１ラジエータ５および第２ラジエータ６の両方ともに空冷風の流れ方向の上流側に室外熱交換器４が設けられている。
室外熱交換器４は図４（ｂ）に示すごとく、空冷風と熱交換を行うコア部４１と、その両端に配置されて冷媒の分配および集約を行うタンク部４２Ａ、４２Ｂと、液冷媒を一時的に蓄えるレシーバ４７とからなる。さらにコア部４１は室外熱交換器４の上下方向に２つに分けられ、上部は第１ラジエータ５と対向し、主としてガス冷媒の顕熱除去および凝縮液化を行うガス冷媒凝縮部４８をなす。コア部４１の下部は第２ラジエータ６と対向し、主として液冷媒をさらに冷却する過冷却部４９をなす。
【００２７】
〔第３実施形態の作用〕
冷媒圧縮機３１で高温高圧にされたガス冷媒は入口部４５からタンク部４２Ａの上部に入り、ガス冷媒凝縮部４８をなす各チューブ（図示せず）に分配されて空冷風により冷却される。そして、タンク部４２Ｂの上部に一旦集約された後、再度、ガス冷媒凝縮部４８をなす各チューブに分配されて空冷風により冷却される。この間にガス冷媒はほぼ全量、液化凝縮されて液冷媒となりタンク部４２Ａの中間部に集約される。その後、液冷媒はレシーバ４７に導かれ冷媒蒸発器３３での必要量に応じて、タンク部４２Ａの下部へ供給され過冷却部４９をなす各チューブ（図示せず）に分配されて空冷風により過冷却される。そしてタンク部４２Ｂの下部に集約され、出口部４６から冷媒膨張弁３２へと導かれる。
【００２８】
〔第３実施形態の効果〕
以上のように室外熱交換器４において、ガス冷媒凝縮部４８には冷媒凝縮温度より高い温度のガス冷媒、およびほぼ冷媒凝縮温度に等しい温度の液冷媒が流れ、過冷却部４９には冷媒凝縮温度以下まで過冷却された液冷媒が流れるため、過冷却部４９を通過した空冷風の温度は、ガス冷媒凝縮部４８を通過した空冷風よりも低い。このため、第２ラジエータ６へ流入する空冷風の温度は、第１ラジエータ５へ流入する空冷風よりも低くなる。これによって第１ラジエータ５と第２ラジエータ６とを一体化して省スペース化しても第２ラジエータ６で第２冷却水を６５℃以下に空冷することが可能になる。
【００２９】
〔他の実施形態〕
第１実施形態では一体型ラジエータ７において、第１ラジエータ５の上下方向の下側に第２ラジエータ６が備えられていたが、第１ラジエータ５の上下方向の上側に第２ラジエータ６を備えるようにしてもよい。この場合、室外熱交換器４の上側の空間がバイパス通路２２をなし、第２ラジエータ６に導かれる空冷風は、室外熱交換器４から放熱を受けずにバイパス通路２２を通過して第２ラジエータ６に導かれる。
【００３０】
また、空冷風の分散を防ぎ空冷風を集中的に室外熱交換器４および一体型ラジエータ７に導くため、室外熱交換器４および一体型ラジエータ７の周囲をダクトの機能を有するシュラウドによって取り囲む必要がある場合には、室外熱交換器４のうち第２ラジエータ６と対向している部分（第２ラジエータ対向部）には冷媒を流さない構造にして、第２ラジエータ６に導かれる空冷風の温度が上がらないようにしてもよい。さらに第２ラジエータ対向部にも冷媒を流す場合には、第２ラジエータ６に導かれる空冷風の温度が上がらないようにするため、第２ラジエータ対向部の伝熱係数が第１ラジエータ５に対向する部分よりも小さくなるようにしてもよい。具体的には、第２ラジエータ対向部のフィン（図示せず）のピッチやチューブ（図示せず）のピッチを、第１ラジエータ５に対向する部分よりも大きくしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の空冷式熱交換装置、冷凍サイクル、第１冷却水回路および第２冷却水回路の全体構成を示した構成図である。
【図２】第２実施形態の空冷式熱交換装置を示した構成図である。
【図３】第２実施形態における空冷式熱交換装置の室外熱交換器における冷媒の流れ方向の冷媒温度の推移を示すグラフ図である。
【図４】第２実施形態および第３実施形態の空冷式熱交換装置の室外熱交換器における冷媒の流れを示す模式図である。
【図５】第３実施形態の空冷式熱交換装置を示した構成図である。
【符号の説明】
１ ハイブリッド自動車
２ 空冷式熱交換装置
３ 冷凍サイクル
４ 室外熱交換器
５ 第１ラジエータ
６ 第２ラジエータ
７ 一体型ラジエータ
８ 第１冷却水回路
８１ 走行用エンジン
９ 第２冷却水回路
９１ 関連電気部品
Claims (5)
- 走行用エンジンと走行用モータとを備えたハイブリッド自動車に搭載されて、冷凍サイクル内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器と、
この室外熱交換器よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、前記走行用エンジンを冷却する第１冷却水を空冷する第１ラジエータ、およびこの第１ラジエータの上下方向の一方側に前記第１ラジエータと並列的に配設されて、前記走行用モータに関連する電気部品を冷却する第２冷却水を空冷する第２ラジエータを有する一体型ラジエータとを備えたハイブリッド自動車用の空冷式熱交換装置において、
前記第２ラジエータへ流入する空気の温度は、前記第１ラジエータへ流入する空気の温度よりも低くし、
前記室外熱交換器は、前記第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側にのみ対向するように設けられていることを特徴とする空冷式熱交換装置。 - 走行用エンジンと走行用モータとを備えたハイブリッド自動車に搭載されて、冷凍サイクル内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器と、
この室外熱交換器よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、前記走行用エンジンを冷却する第１冷却水を空冷する第１ラジエータ、およびこの第１ラジエータの上下方向の一方側に前記第１ラジエータと並列的に配設されて、前記走行用モータに関連する電気部品を冷却する第２冷却水を空冷する第２ラジエータを有する一体型ラジエータとを備えたハイブリッド自動車用の空冷式熱交換装置において、
前記第２ラジエータへ流入する空気の温度は、前記第１ラジエータへ流入する空気の温度よりも低くし、
前記室外熱交換器は、前記第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分にのみ冷媒を流すことを特徴とする空冷式熱交換装置。 - 走行用エンジンと走行用モータとを備えたハイブリッド自動車に搭載されて、冷凍サイクル内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器と、
この室外熱交換器よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、前記走行用エンジンを冷却する第１冷却水を空冷する第１ラジエータ、およびこの第１ラジエータの上下方向の一方側に前記第１ラジエータと並列的に配設されて、前記走行用モータに関連する電気部品を冷却する第２冷却水を空冷する第２ラジエータを有する一体型ラジエータとを備えたハイブリッド自動車用の空冷式熱交換装置において、
前記第２ラジエータへ流入する空気の流量は、前記第１ラジエータへ流入する空気の流量よりも大きくし、
前記室外熱交換器は、前記第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側にのみ対向するように設けられていることを特徴とする空冷式熱交換装置。 - 走行用エンジンと走行用モータとを備えたハイブリッド自動車に搭載されて、冷凍サイクル内を循環する冷媒を空冷する室外熱交換器と、
この室外熱交換器よりも空気の流れ方向の下流側に直列的に配設されて、前記走行用エンジンを冷却する第１冷却水を空冷する第１ラジエータ、およびこの第１ラジエータの上下方向の一方側に前記第１ラジエータと並列的に配設されて、前記走行用モータに関連する電気部品を冷却する第２冷却水を空冷する第２ラジエータを有する一体型ラジエータとを備えたハイブリッド自動車用の空冷式熱交換装置において、
前記第２ラジエータへ流入する空気の流量は、前記第１ラジエータへ流入する空気の流量よりも大きくし、
前記室外熱交換器は、前記第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分にのみ冷媒を流すことを特徴とする空冷式熱交換装置。 - 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の空冷式熱交換装置において、
前記室外熱交換器は、前記第１ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分の空気抵抗を前記第２ラジエータの空気の流れ方向の上流側に対向する部分の空気抵抗よりも大きくしたことを特徴とする空冷式熱交換装置。
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