JP4487926B2 - クーリングモジュール - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器とシュラウドとを一体に組み付けたクーリングモジュールに関する。

従来より、自動車用エンジンオイルの冷却を行うオイルクーラをラジエータの下部タンク内に配設し、エンジン冷却水によりエンジンオイルの冷却を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公平７−２１３９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、オイルクーラをラジエータの下部タンク内に配設するため、オイルクーラにより下部タンクのサイズが制約される。このため、下部タンクのサイズを小さくすることができない。したがって、ラジエータの搭載スペースを変更しない場合、コア部のサイズを大きくすることができず、ラジエータの冷却性能を向上させることができないという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、熱交換器の冷却能力を向上させることができるクーリングモジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、空気とチューブを通過する第１の流体との熱交換を行うコア部（１０）と、コア部（１０）の両端に設けられ、チューブと連通するタンク部（１１ａ、１１ｂ）とを有する第１の熱交換器（１）と、第１の熱交換器（１）の空気流れ下流側に配置され、第１の熱交換器（１）に空気を供給する送風機（２）を保持するとともに、第１の熱交換器（１）から送風機（２）に至る空気通路を形成するシュラウド（３）とを備えるクーリングモジュールであって、シュラウド（３）の空気流れ下流側には、第１の流体が流入する流体流路（４）が配設されており、流体流路（４）の内部には、第２の流体が通過する第２の熱交換器（６）が設けられており、第２の熱交換器（６）は、第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行うことを第１の特徴としている。

このように、第２の熱交換器（６）をシュラウド（３）に形成した流体流路（４）内に配設するため、第１の熱交換器（１）のタンク部（１１ｂ）のサイズが第２の熱交換器（６）により制約されない。このため、第１の熱交換器（１）においてタンク部（１１ｂ）のサイズを小さくし、その分コア部（１０）のサイズを大きくすることができる。これにより、第１の熱交換器（１）の冷却性能を向上させることが可能となる。

そして、元々、シュラウド（３）の空気流れ下流側の面には何も他部品が搭載されないことから、そのスペースに流体流路（４）を設け、流体流路（４）内に第２の熱交換器（６）を配設することで、搭載スペースを変更せずに、第１の熱交換器（１）の冷却性能を向上させることが可能となる。

また、本発明では、シュラウド（３）の空気流れ下流側には、第１の流体を少なくともコア部（１０）をバイパスさせて流体流路（４）に流入させるバイパス経路（８）と、第１の流体の流路をコア部（１０）側とバイパス経路（８）側とに切り替える流路切替弁（９）とが設けられていることを第２の特徴としている。

元々、シュラウド（３）の空気流れ下流側の面には何も他部品が搭載されない。このため、そのスペースにバイパス経路（８）および流路切替弁（９）を配置することで、バイパス経路（８）および流路切替弁（９）の設置スペースを充分に確保し、レイアウトの自由度を高めることが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に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）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態のクーリングモジュールは車両用であり、このクーリングモジュールは、通常、車両の前端部に搭載される。

図１は本第１実施形態に係るクーリングモジュールを車両後方側からみた状態を示す正面図で、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

図１、図２に示すように、クーリングモジュールは、図示しないエンジン（内燃機関）の冷却水と外気とを熱交換させて冷却水を冷却するラジエータ１と、ラジエータ１に冷却風を送風する電動送風機２と、電動送風機２を保持するとともに、電動送風機２により誘起される空気流がラジエータ１に流れるように空気流をガイドするシュラウド３とを備えている。なお、ラジエータ１が本発明の第１の熱交換器に相当しており、冷却水が本発明の第１の流体に相当している。

ラジエータ１は、エンジン冷却水が流通する金属製（例えば、アルミニウム合金製）のラジエータチューブ（図示せず）を有している。このラジエータチューブは冷却水が流れる管であり、空気の流通方向（紙面垂直方向）が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように水平方向に複数本平行に配置されている。また、ラジエータチューブの両側の扁平面には波状に成形されたフィン（図示せず）が接合されており、このフィンにより空気との伝熱面積を増大させて冷却水と空気との熱交換を促進している。なお、以下、ラジエータチューブおよびフィンからなる略矩形状の熱交換部をコア部１０と呼ぶ。

ラジエータチューブの長手方向両端部には、ラジエータチューブの長手方向と直交する方向（本実施形態では、鉛直方向）に延びて複数のラジエータチューブと連通する金属製（例えば、アルミニウム合金製）の上部タンク１１ａおよび下部タンク１１ｂが設けられている。上部タンク１１ａは、複数本のラジエータチューブの長手方向上端（鉛直方向上端）に接続されて、複数本のラジエータチューブにエンジン冷却水を分配し、下部タンク１１ｂは、複数本のラジエータチューブの長手方向下端（鉛直方向下端）に接続されて、複数本のラジエータチューブから流出するエンジン冷却水を集合させる。なお、上部タンク１１ａおよび下部タンク１１ｂが、本発明のタンク部に相当している。

また、上部タンク１１ａには、入口パイプ１２ａが形成されており、エンジン冷却水がこの入口パイプ１２ａより上部タンク１１ａに流入する。一方、下部タンク１１ｂには、出口パイプ１２ｂが形成されており、エンジン冷却水は、この出口パイプ１２ｂよりエンジン（図示せず）側に流出する。

シュラウド３は、樹脂製（例えば、ガラス繊維入りポリプロピレン製）であって、ラジエータ１のコア部１０の空気流れ下流側の面を覆うように配設されている。より詳細には、シュラウド３は、電動送風機２に隣接するリング状の部位から、コア部１０の外周部に向かってラジエータ１側に突出するように湾曲しながら延びている。

シュラウド３における電動送風機２の鉛直方向下側には、冷却水流路４が設けられている。冷却水流路４の一端側は、下部タンク１１ｂの出口パイプ１２ｂに連結されており、他端側は、エンジン（図示せず）のエンジン冷却水入口側に接続される冷却水流出口５に連結されている。また、図２に示すように、冷却水流路４を形成する樹脂製の冷却水流路壁部４ａは、シュラウド３の車両後方側（空気流れ下流側）の面に溶着等により接合されている。

冷却水流路４の内部には、オイルクーラ６が、エンジン冷却水の流れに沿うように設けられている。オイルクーラ６は、オイルが流通する複数枚の扁平状オイルチューブ（図示せず）を有しており、オイルとエンジン冷却水とを熱交換してオイルを冷却するものである。オイルとしては、エンジン内の摺動部を潤滑するエンジンオイル、あるいはオートマチックトランスミッション用フルード（ＡＴＦ）等のオイルが用いられる。なお、オイルクーラが本発明の第２の熱交換器に相当し、オイルが本発明の第２の流体に相当している。

次に、本第１実施形態のクーリングモジュールの作動を説明する。

まず、ラジエータ１は、入口パイプ１２ａより導入したエンジン冷却水を、上部タンク１１ａにおいて各ラジエータチューブ（図示せず）に分配する。各ラジエータチューブを流れる際、エンジン冷却水は、電動送風機２より送られる冷却風と熱交換し、エンジン冷却水水温が下げられる。ラジエータチューブ通過時に冷却されたエンジン冷却水は、下部タンク１１ｂに流入する。したがって、下部タンク１１ｂには、冷却後の比較的低温のエンジン冷却水が流れることとなる。

そして、下部タンク１１ｂ内のエンジン冷却水は、出口パイプ１２ｂより冷却水流路４側へ流出する。冷却水流路４を流れる際、エンジン冷却水は、オイルクーラ６内のオイルと熱交換し、オイル温度が下げられる。オイルを冷却したエンジン冷却水は、冷却水流出口５よりエンジン（図示せず）側へ流出する。

ところで、従来のクーリングモジュールでは、図３（ａ）に示すように、オイルクーラＪ６を下部タンクＪ１１ｂ内に配設するため、オイルクーラＪ６により下部タンクＪ１１ｂのサイズが制約される。このため、コア部Ｊ１０のサイズを大きくすることができなかった。

これに対し、本実施形態のクーリングモジュールでは、図３（ｂ）に示すように、オイルクーラ６をシュラウド３に形成した冷却水流路４内に配設し、下部タンク１１ｂ内に配設しないため、下部タンク１１ｂのサイズがオイルクーラ６により制約されない。このため、下部タンク１１ｂのサイズを小さくし、その分コア部１０のサイズを大きくすることができる。これにより、ラジエータ１の冷却性能を向上させることが可能となる。

そして、元々、シュラウド３の車両後方側の面には何も他部品が搭載されないことから、そのスペースにオイルクーラ６を内蔵した冷却水流路４を設けることで、搭載スペースを変更せずに、ラジエータ１の冷却性能を向上させることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４および図５に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図４は本第２実施形態に係るエンジン冷却回路図であり、（ａ）はエンジン冷却水高温時を示し、（ｂ）エンジン１００の暖機運転時を示している。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態では発熱体であるエンジン１００を冷却するための冷却水が巡回するエンジン冷却回路が備えられている。エンジン冷却回路に配置される水ポンプ７は、エンジン冷却水を循環させるものであり、バイパス経路８は、ラジエータ１を迂回させて冷却水を流す迂回路である。エンジン冷却回路とバイパス経路８との合流点には、バイパス経路８に流れるエンジン冷却水流量を調整するための流路切替弁９が設けられている。流路切替弁９は、サーモスタットのような機械式弁を好適に用いることができるが、電動制御弁を用いてもよい。

図５は、本第２実施形態に係るクーリングモジュールを車両後方側からみた状態を示す正面図である。

図５に示すように、バイパス経路８および流路切替弁９は、シュラウド３の車両後方側（空気流れ下流側）の面に配設されている。より詳細には、バイパス経路８は、シュラウドの車両後方側の面において、電動送風機２に沿うように鉛直方向上方から下方に渡って配置されている。また、バイパス経路８の一端は流路切替弁９に接続されており、他端は冷却水流路４の出口パイプ１２ｂ側の端部に接続されている。また、バイパス経路８を形成する樹脂製のバイパス経路壁部８ａは、上記第１実施形態の欄で説明した冷却水流路壁部４ａ（図２参照）と同様に、シュラウド３の車両後方側の面に溶着等により接合されている。

次に、本第２実施形態のクーリングモジュールの作動を説明する。

エンジン冷却水が高温である場合（例えば、車両走行時等）、図４（ａ）に示すように、エンジン１００を冷却して高温になったエンジン冷却水は、ラジエータ１にて冷却される。ラジエータ１を通過したエンジン冷却水は、オイルクーラ６を冷却した後、再びエンジン１００へ流入する。

一方、エンジン１００の暖機運転時においては、図４（ｂ）に示すように、エンジン１００を冷却して高温になったエンジン冷却水は、バイパス経路８に流入してオイルクーラ６に流れ、その後、再びエンジン１００へ流入する。このとき、エンジン冷却水はラジエータ１にて冷却されないため、温度の高いままオイルクーラ６に流れる。このため、オイルを早期に昇温させることができるため、燃費を向上させることが可能となる。

以上説明したように、シュラウド３にラジエータ１を迂回するバイパス経路８および流路切替弁９を設けることで、暖機時にエンジン冷却水をラジエータ１を通過させずにオイルクーラ６のみに流すことができる。これにより、オイルを早期に昇温させることができるため、燃費を向上させることができる。そして、元々、シュラウド３の車両後方側の面には何も他部品が搭載されないことから、そのスペースにバイパス経路８および流路切替弁９を配置することで、バイパス経路８および流路切替弁９の設置スペースを充分に確保し、レイアウトの自由度を高めることが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態においては、シュラウド３と一体に組み付けられる第１の熱交換器としてラジエータ１を用いたが、それに加えて、車両用冷凍サイクル（空調装置）内を循環する冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を冷却するコンデンサを一体に組み付けてもよい。このとき、コンデンサはラジエータ１よりも空気流れ上流側、すなわち、車両前方側に配置される。

また、上記第２実施形態においては、バイパス経路８を、ラジエータ１のコア部１０、上部タンク１１ａおよび下部タンク１１ｂをバイパスさせるように構成したが、コア部１０のみをバイパスさせるように構成してもよい。

第１実施形態に係るクーリングモジュールを車両後方側からみた状態を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 クーリングモジュールを示す断面透過図であり、（ａ）は従来の構成を示し、（ｂ）は第１実施形態の構成を示している。 第２実施形態に係るエンジン冷却回路図であり、（ａ）は高水温時を示し、（ｂ）は暖機時を示している。 第２実施形態に係るクーリングモジュールを車両後方側からみた状態を示す正面図である。

符号の説明

１…ラジエータ（第１の熱交換器）、２…電動送風機（送風機）、３…シュラウド、４…冷却水流路（流体流路）、６…オイルクーラ（第２の熱交換器）、８…バイパス経路、９…流路切替弁、１０…コア部、１１ａ…上部タンク（タンク部）、１１ｂ…下部タンク（タンク部）。

Claims (1)

1. 空気とチューブを通過する第１の流体との熱交換を行うコア部（１０）と、前記コア部（１０）の両端に設けられ、前記チューブと連通するタンク部（１１ａ、１１ｂ）とを有する第１の熱交換器（１）と、前記第１の熱交換器（１）の空気流れ下流側に配置され、前記第１の熱換器（１）に空気を供給する送風機（２）を保持するとともに、前記第１の熱交換器（１）から前記送風機（２）に至る空気通路を形成するシュラウド（３）とを備えるクーリングモジュールであって、
   前記シュラウド（３）の空気流れ下流側には、前記第１の流体が流入する流体流路（４）が配設されており、
   前記流体流路（４）の内部には、第２の流体が通過する第２の熱交換器（６）が設けられており、
   前記第２の熱交換器（６）は、前記第１の流体と前記第２の流体との間で熱交換を行い、
   前記シュラウド（３）の空気流れ下流側には、前記第１の流体を少なくとも前記コア部（１０）をバイパスさせて前記流体流路（４）に流入させるバイパス経路（８）と、前記第１の流体の流路を前記コア部（１０）側と前記バイパス経路（８）側とに切り替える流路切替弁（９）とが設けられていることを特徴とするクーリングモジュール。

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