JP4586562B2 - 車両用冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、冷却水を循環させて車両ユニットの熱を冷却する車両用冷却システムに係り、特に大型のラジエータを搭載した場合でもリザーブタンクの膨張空間を確保することができる車両用冷却システムに関する。

従来、冷却系内に圧力を加えることのできない大気開放型の車両用冷却システムでは、モータや燃料電池などの車両ユニットが冷却配管によってラジエータやリザーブタンクなどにそれぞれ連通され、この冷却配管内を冷却ポンプによって冷却水が循環することによって、車両ユニットで暖められた冷却水がラジエータで放熱されて冷却されるように構成されている。

そして、リザーブタンクは、ラジエータや車両ユニットよりも高い位置に設置されることにより、冷却水の膨張空間を確保するとともに、冷却水に混入したエアを分離している。通常、リザーブタンクは冷却水の主経路に設置されているが、バイパス経路に設置されている場合もあり、この場合にもリザーブタンクは上述した膨張空間を確保する機能とエアを分離する機能を確保するために、ラジエータや車両ユニットよりも高い位置に設置されている。

このような従来の車両用冷却システムのうち主経路にリザーブタンクを設置する車両用冷却システムは、一般的な整備要領書にも記載されており、例えば日産自動車、整備要領書、ハイパーミニＥＡ０型車（資料コードＡ０５３００１）、ＥＶＭ−１２ページ（非特許文献１）に開示されている。
日産自動車、整備要領書、ハイパーミニＥＡ０型車（資料コードＡ０５３００１）、ＥＶＭ−１２ページ

ところで、燃料電池車のようにラジエータに要求される放熱量が大きな車両では、エンジンルーム内のぎりぎりの高さまで大きくした大型ラジエータを搭載する場合がある。

このような場合に、上述した非特許文献１に開示された従来例では、リザーブタンクをラジエータの水位よりも高い位置に設置することが物理的に不可能となり、冷却水の膨張空間を確保することができなくなるとともに、冷却水に混入したエアを分離することもできなくなるという問題点があった。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用冷却システムは、冷却水の熱を放熱するラジエータと、前記冷却水の膨張空間を有するリザーブタンクと、前記ラジエータで放熱した冷却水により冷却される車両ユニットとが冷却配管により環状に接続され、この冷却配管に冷却水を循環させて前記車両ユニットを冷却する車両用冷却システムにおいて、前記リザーブタンクは、前記リザーブタンクの水位が前記ラジエータの水位よりも低くなるように設置され、前記膨張空間は、前記リザーブタンクの壁と前記リザーブタンクの液相とにより密閉され、前記ラジエータと前記リザーブタンクとをつなぐ冷却配管は、その一方を前記ラジエータの上部に接続し、他方を前記リザーブタンクの液相に開放し、前記車両用冷却システムは、冷却水ポンプを駆動して冷却水を前記ラジエータから前記リザーブタンクの液相に放出することを特徴とする。

本発明に係る車両用冷却システムでは、ラジエータとリザーブタンクとをつなぐ冷却配管をリザーブタンクの液相に開放するようにしたので、ラジエータを車両のエンジンルーム内のぎりぎりの高さまで大型化され、リザーブタンクをラジエータより高い位置に設置できない場合であっても、冷却水の膨張空間を確保することができるとともに、ラジエータの上部にエアを滞在させることがなく、また冷却水に混入したエアを分離することができる。

以下、本発明に係わる車両用冷却システムの実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、実施例１に係る車両用冷却システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施例の車両用冷却システム１は、発熱源となる燃料電池やモータなどの車両ユニット２と、循環する冷却水の熱を放熱させるラジエータ３と、運転中の熱膨張により増加した冷却水を貯留するリザーブタンク４とを備え、これらが冷却配管５により環状に接続されている。

本実施例の車両用冷却システム１は、冷却配管５に冷却水を循環させて車両ユニット２を冷却するものであり、冷却系内に圧力を加えることのない大気開放型の冷却システムとして構成されている。

車両ユニット２は車両に搭載された発熱源であり、例えばハイブリット車であればエンジンやモータであり、燃料電池車であれば燃料電池やモータ、インバータなどである。この車両ユニット２の内部には図示しない冷却水流路が形成されており、循環する冷却水により冷却される構成となっている。

ラジエータ３は、車両のエンジンルームに設置された大型のラジエータであり、例えば冷却水への放熱量が大きい燃料電池車などに搭載されるものである。このラジエータ３は、図示しない冷却ファンによって送風される冷却風や車両の走行風によって内部を流通する冷却水の熱を放熱させている。

リザーブタンク４は、冷却配管５を循環する冷却水の一部を貯留しておくもので、運転中の熱膨張によって増加した冷却水を一時的に待避させておく膨張空間を提供するとともに、冷却水に混入したエアを分離させる気液分離の機能を果たしている。本実施例のリザーブタンク４では、ラジエータ３とリザーブタンク４とをつなぐ冷却配管５の端部をリザーブタンク４の液相に開放している。また、リザーブタンク４の上部には、冷却水の注入時に冷却水が注入される冷却水供給口６が設置されている。

ここで、ラジエータ３とリザーブタンク４とをつなぐ冷却配管５の構造を図２に基づいて説明する。

図２に示すように、冷却配管５はリザーブタンク４の接続部２１に接続され、この接続部２１から内挿チューブ２２によってリザーブタンク４の液相に開放されている。また、リザーブタンク４における冷却水の出入り口は、入口側が高く、出口側が低くなるように接続されている。

このように構成された本実施例の車両用冷却システム１において、燃料電池車などのように車両ユニット２の発熱量が非常に大きい場合にはラジエータ３を極力大きくする必要がある。そこで、ラジエータ３はエンジンルーム内のフードぎりぎりの高さまで大型化されている。これによってラジエータ３内の水位はエンジンルームの最も高い位置にまで上昇することになるので、通常であればリザーブタンク４をラジエータ３よりも高い位置に設置することができなくなる。

しかしながら、本実施例の車両用冷却システム１ではラジエータ３よりも低い位置にリザーブタンク４を配置するとともに、ラジエータ３とリザーブタンク４とをつなぐ冷却配管５をリザーブタンク４の液相に開放するように構成したので、ラジエータ３とリザーブタンク４との間は液相で満たされてエアの進入口が塞がれるので、エアが混入することがなく、また水位が最も高くなるラジエータ３の上部におけるエアの滞留を防止することができる。また、運転中に冷却水が熱膨張した場合にはリザーブタンク４の液相の水位を上昇させて膨張空間を提供するので、冷却水を溢れさせてしまうことを防止することができる。

次に、冷却水の注水方法を説明する。リザーブタンク４に冷却水を注水するときには、まずリザーブタンク４の上部に設置された冷却水供給口６を開けて冷却水を自然注入する。すると、注入された冷却水はリザーブタンク４から車両ユニット２、ラジエータ３の順に満たされていく。このとき、自然注入しただけではリザーブタンク４の水位が内挿チューブ２２の下端位置まで来たところで冷却水をそれ以上は注入できなくなり、ラジエータ３の水位も同じ位置となる。したがって、ラジエータ３の上部にエアが溜まることになるが、これ以降は冷却水ポンプを駆動して冷却水を循環させながら冷却水の注水を行うことによって、ラジエータ３の上部に溜まったエアをリザーブタンク４の液相の中に放出することができ、冷却経路内のエアを取り除くことができる。こうしてシステム内に冷却水が満たされて冷却水の注水が完了する。

次に、リザーブタンク４と車両ユニット２との位置関係を図３に基づいて説明する。図３（ａ）に示すように、リザーブタンク４の水位（最低水位）が車両ユニット２の内部水位Ａよりも低い位置になるようにリザーブタンク４を設置してしまうと、車両ユニット２内にエアが溜まってしまうおそれがある。そこで、図３（ｂ）に示すようにリザーブタンク４の水位が車両ユニット２の内部水位Ａと同じか高い位置になるようにリザーブタンク４を配置する。これによって、車両ユニット２内におけるエアの滞留を防止することができる。

このように、本実施例に係る車両用冷却システム１では、ラジエータ３とリザーブタンク４とをつなぐ冷却配管５をリザーブタンク４の液相に開放するようにしたので、ラジエータ３が車両のエンジンルームのルーフぎりぎりまで大型化したことにより、リザーブタンク４をラジエータ３よりも高い位置に設置できない場合であっても、冷却水の膨張空間を確保することができるとともに、ラジエータ３の上部にエアを滞在させることがなく、また冷却水に混入したエアを分離することができる。

さらに、本実施例に係る車両用冷却システム１では、冷却配管５をリザーブタンク４の接続部２１から内挿チューブ２２を介して液相に開放するようにしたので、上方からの作業がし易くなり、また組み付けを容易にすることができる。

図４は、実施例２に係る車両用冷却システムの構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施例の車両用冷却システム４１は、ラジエータ３とリザーブタンク４とをつなぐ冷却配管５をリザーブタンク４の液相に直接接続している。その他の構成は実施例１と同様なので詳しい説明を省略する。

ここで、ラジエータ３とリザーブタンク４を接続する冷却配管５を図５に基づいて説明する。

図５に示すように、ラジエータ３の上部に接続された冷却配管５は、リザーブタンク４の液相に直接接続されて開放されている。本例においても、リザーブタンク４の冷却水の出入り口は、入口側が高く、出口側が低くなるように接続されている。

このように、本実施例に係る車両用冷却システム４１では、冷却配管５をリザーブタンク４の液相に直接接続したので、実施例１に比べて簡単な構造で冷却配管５をリザーブタンク４の液相に開放することができ、これによってリザーブタンク４をラジエータ３より高い位置に設置できない場合であっても、冷却水の膨張空間を確保することができるとともに、ラジエータ３の上部にエアを滞在させることがなく、また冷却水に混入したエアを分離することができる。

図６は、実施例３に係る車両用冷却システムの構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施例の車両用冷却システム６１は、ラジエータ３の上部に冷却水供給口６２を設置し、リザーブタンク４の上部にドレイン配管６３を設置している。その他の構成は実施例２と同様なので詳しい説明を省略する。

このように冷却水供給口６２をラジエータ３の上部に設置したことによって、冷却水供給口６２が本システムの中で最も高い位置になるので、冷却水供給口６２は冷却水の注入口となるだけでなく、エア抜き手段としても機能する。なお、本実施例では冷却水供給口６２をラジエータ３の上部に設置したが、車両用冷却システム６１内で最も高い位置であれば、ラジエータ３の上部でなくてもその他の位置であってもよい。

このようにして設置された冷却水供給口６２から冷却水を注水すると、ラジエータ３から車両ユニット２、リザーブタンク４の順に冷却水で満たされていき、リザーブタンク４も満水の状態となる。その後に運転を開始すると、冷却水が熱膨張し、ドレイン配管６３から余分な冷却水が排出されてリザーブタンク４における冷却水の水位が正常な水位になる。

このように、本実施例に係る車両用冷却システム６１では、車両用冷却システム６１内で最も高い位置に冷却水供給口６２を設置したので、冷却水の注水時においてシステム内を冷却水で満たすことができ、システム内のエアを確実に排出することができる。

図７は、実施例４に係る車両用冷却システムの構成を示すブロック図である。図７に示すように、本実施例の車両用冷却システム７１は、ラジエータ３とリザーブタンク４とをつなぐ冷却配管５に冷却水供給口７２を設置するとともに、ラジエータ３の上部から冷却水供給口７２にエア抜き配管７３を接続した構成となっている。その他の構成は実施例２と同様なので詳しい説明を省略する。

本実施例では、車両用冷却システム７１内の最も高い位置に冷却水供給口７２を設置できない場合に、冷却水供給口７２を任意の位置に設置するとともに、エア抜き配管７３を本システム内で最も高い位置に設けた例を示している。

本例では、図７に示すように、冷却水供給口７２をラジエータ３とリザーブタンク４とをつなぐ冷却配管５に設置しているが、その他の位置であってもよい。また、本例ではエア抜き配管７３をラジエータ３の上部に設置しているが、システム内で最も高い位置に設置されていれば、その他の位置であってもよい。

ここで、冷却水供給口７２とエア抜き配管７３の詳細を図８に基づいて説明する。図８に示すように、冷却水供給口７２はラジエータ３とリザーブタンク４とをつなぐ冷却配管５に設置されており、キャップ８１によって開閉されるように構成されている。そして、エア抜き配管７３は、ラジエータ３の上部から冷却水供給口７２に接続されており、キャップ８１が取り外されているときにのみ外部に開放されるようになっている。これによれば、キャップ８１が取り外されて冷却水供給口７２から冷却水が注水されているときにのみ、エア抜き配管７３は機能することになる。

すなわち、冷却水供給口７２から冷却水の注水を開始してラジエータ３が冷却水で満たされていくと、ラジエータ３の上部に溜まったエアはエア抜き配管７３を通って冷却水供給口７２から排出され、ラジエータ３はエアが溜まることなく満水の状態になる。

このように、本実施例に係る車両用冷却システム７１では、車両用冷却システム７１内で最も高い位置に、冷却水供給口７２が開いているときにのみ機能するエア抜き配管７３を設置したので、システム内の最も高い位置に冷却水供給口７２を設置できない場合でも、冷却水の注水時にエアの溜まり易いシステム内の最も高い位置のエアをエア抜き配管７３によって排出することができ、これにより注水時におけるエア溜まりの発生を防止することができる。また、冷却水供給口７２を任意の位置に設置することができる（請求項５の効果）。

実施例１に係る車両用冷却システムの構成を示すブロック図である。 実施例１に係る車両用冷却システムにおける冷却配管の接続を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は実施例１に係る車両用冷却システムにおけるリザーブタンクの設置位置を説明するための図である。 実施例２に係る車両用冷却システムの構成を示すブロック図である。 実施例２に係る車両用冷却システムにおける冷却配管の接続を説明するための図である。 実施例３に係る車両用冷却システムの構成を示すブロック図である。 実施例４に係る車両用冷却システムの構成を示すブロック図である。 実施例４に係る車両用冷却システムにおけるエア抜き配管の接続を説明するための図である。

符号の説明

１、４１、６１、７１…車両用冷却システム
２…車両ユニット
３…ラジエータ
４…リザーブタンク
５…冷却配管
６、６２、７２…冷却水供給口
２１…接続部
２２…内挿チューブ
６３…ドレイン配管
７３…エア抜き配管
８１…キャップ

Claims (5)

1. 冷却水の熱を放熱するラジエータと、前記冷却水の膨張空間を有するリザーブタンクと、前記ラジエータで放熱した冷却水により冷却される車両ユニットとが冷却配管により環状に接続され、この冷却配管に冷却水を循環させて前記車両ユニットを冷却する車両用冷却システムにおいて、
   前記リザーブタンクは、前記リザーブタンクの水位が前記ラジエータの水位よりも低くなるように設置され、
   前記膨張空間は、前記リザーブタンクの壁と前記リザーブタンクの液相とにより密閉され、
   前記ラジエータと前記リザーブタンクとをつなぐ冷却配管は、その一方を前記ラジエータの上部に接続し、他方を前記リザーブタンクの液相に開放し、
   前記車両用冷却システムは、冷却水ポンプを駆動して冷却水を前記ラジエータから前記リザーブタンクの液相に放出する
   ことを特徴とする車両用冷却システム。
2. 前記冷却配管は、前記リザーブタンクとの接続部から内挿チューブを介して液相に開放されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却システム。
3. 前記冷却配管は、前記リザーブタンクの液相に直接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却システム。
4. 当該車両用冷却システム内で最も高い位置に冷却水供給口を設置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用冷却システム。
5. 当該車両用冷却システム内で最も高い位置に冷却水供給時のみ機能するエア抜き配管を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用冷却システム。

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