JP4831977B2 - エアコン搭載車両 - Google Patents

Description

本発明は、エアコンを搭載する車両に関する。

従来から、自動車にエアコンが搭載されている。エアコンは、車内で吸収した熱をコンデンサから放出することによって車内の温度を低下させる。

特開２００１−１３８８４０号公報 特開２００４−４２７５９号公報 実登２５９３７９９号公報

しかし、エアコンの冷却能力は、車外からコンデンサに供給される空気量で変動するため、高速走行時に過冷却になるおそれがあった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、車内冷却装置を備えた車両において、冷却能力の変動を抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明は、車両を提供する。この車両は、
前記車両の移動のための動力を供給するとともに、第１の冷却媒体で冷却された動力源と、
第２の冷却媒体を用いて前記車両の室内を冷却する空調装置と、
前記車両の外部から直接的に供給された外気と前記第１の冷却媒体との間で熱交換を行う少なくとも１つの動力源用熱交換器を含む第１の熱交換器と、
前記車両の外部から直接的に供給された外気と前記第２の冷却媒体との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器よりも前記車両の前側に備えられたバンパービームと、
を備え、
前記第２の熱交換器および前記動力源用熱交換器の各々は、前記車両の鉛直方向に並べて配置されており、
前記第２の熱交換器の重心位置は、前記車両が水平面に置かれているときに、前記動力源用熱交換器の各々の重心位置よりも前記バンパービームの重心位置に近い高さに配置されていることを特徴とする。

本発明の車両では、動力源と空調装置の各々の熱交換器は、車両の外部から直接的に供給された外気に放熱するように鉛直方向に並べて配置されて構成されているとともに、空調装置の熱交換器が動力源の熱交換器よりもバンパービームの重心位置に近い高さに配置されている。ここで、車両の外部から直接的に供給された外気とは、たとえば第２の熱交換器を経由することなく、第１の熱交換器に供給されることを意味する。このような外気の供給は、第１の熱交換器と第２の熱交換器の各々に供給される外気の量の独立して設定できるという利点を有する。

これにより、高速走行時に比較的に多くの放熱が要求される動力源の熱交換器に対しては速度の高速化に応じて多くの外気を供給することができる一方、放熱量が走行状態に比較的に依存しない空調装置の熱交換器への外気の供給量は、空気の流れを遮蔽するバンパービームによって変動を抑制することができる。

なお、動力源は、たとえば燃料電池や燃料機関といった電力や駆動力といった車両の移動のための動力を供給する物を意味し、一般に、出力の増加に応じて発熱量も増加するという性質を有する。また、少なくとも１つの動力源用熱交換器とは、たとえば燃料電池用の熱交換器と、直流電力を三相交流電力に変換する駆動回路用の熱交換器と、というように動力源の構成品毎の複数の熱交換器や、あるいは、たとえば燃料電池用の冷却媒体を共有する複数の熱交換器を含む広い意味を有する。

上記車両において、さらに、
前記車両の走行時において、前記バンパービームに向う外気の方向を前記第１の熱交換器の少なくとも１つの重心位置の方向に偏向する外気偏向部材を備えるようにしても良い。

こうすれば、走行速度の増加に応じた第１の熱交換への外気の供給量の増加を、さらに促進することができる。

上記車両において、さらに、
前記第２の熱交換器に供給される外気の前記車両の走行速度の増加に起因する増加を抑制する外気遮蔽部材を備えるようにしても良い。

こうすれば、第２の熱交換器への外気の供給量の走行速度に応じた変動をさらに抑制することができる。

上記車両において、
前記動力源は、燃料電池と、前記燃料電池から供給された電力を駆動力に変換する動力変換部と、を備えるようにしても良い。

燃料電池は作動温度が内燃機関よりも低いため、速度の高速化に応じて多くの外気を供給することが可能な本発明は、顕著な効果を奏することができる。

上記車両において、さらに、
前記第１の熱交換器は、前記燃料電池を冷却するための第１の動力源用熱交換器と、前記動力変換部を冷却するための第２の動力源用熱交換器と、を含み、
前記第１の動力源用熱交換器は、前記第２の動力源用熱交換器と構造的に一体的に構成されているようにしても良い。

こうすれば、動力源用の複数の熱交換器とを一体の構造物として車両に装備することができるので、車両への搭載における生産性の向上を図ることができる。なお、動力源用の複数の熱交換器は、冷却対象の温度が空調装置と比べて近いため、同一あるいは近似する構成となり、一体化しやすいという特徴をも有するという利点もある。

上記車両において、
前記第２の熱交換器は、前記車両が水平面に置かれているときに、前記第１の動力源用熱交換器の重心位置と前記第２の動力源用熱交換器の重心位置の間の高さに配置されているようにしても良い。

こうすれば、３つの熱交換器の中心に近い位置にバンパービームが配置されることになるので、バンパービームによる３つの熱交換器の保護をより確実なものとすることができる。

上記車両において、さらに、
前記前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器の双方を冷却するための冷却ファンを備え、
前記前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器のいずれかの放熱量の増加要求に応じて、前記冷却ファンの回転数を増加させるように構成された制御部を備えるようにしても良い。こうすれば、冷却ファンの数を少なくして構成を簡易なものとするとともに、制御装置をも簡易なものとすることができる。

なお、本発明は、燃料電池によって駆動される車両だけでなく、内燃機関や燃料電池と内燃機関の双方によって駆動される移動体などの装置その他の種々の態様で実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．本発明の実施例における車両システムの概略構成：
Ｂ．変形例：

Ａ．本発明の実施例における車両システム１０の概略構成：
図１は、本発明の実施例における車両システム１０の概略構成を示す説明図である。車両システム１０は、車両主構造（図示せず）と、パワーコントロールユニット１００（以下では、「ＰＣＵ」と呼ぶ。）、エアコンコンプレッサ２００と、燃料電池３００と、ＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０と、エアコンコンデンサ２１０と、燃料電池冷却用ラジエータ３１０と、車両駆動用モーター１２０と、バンパービーム５００と、冷却ファン６００と、ダクト６１０とを備えている。

燃料電池３００は、車両システム１０に移動その外の動力のためのエネルギーを供給する。このエネルギーは、車両システム１０において、駆動力やエアコンを駆動するための電力として利用される。ＰＣＵ１００は、燃料電池３００から供給された直流電力を、図示しないアクセルの踏み込み量に応じた大きさの三相交流電力電力に変換して車両駆動用モーター１２０に供給し、これにより車両システム１０の駆動を制御する。ＰＣＵ１００は、さらに図示しないエアコンコンプレッサ駆動用モータに供給するとともに制御する。

ＰＣＵ１００と燃料電池３００とは、いずれも冷却媒体を用いて冷却されている。ＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０は、ＰＣＵ１００で冷却媒体が吸収した熱を外気に放散する。燃料電池冷却用ラジエータ３１０は、燃料電池３００で冷却媒体が吸収した熱を外気に放散する。エアコンコンデンサ２１０は、エアコンコンプレッサ２００から供給された冷媒の熱を外気に放散する。本図から分かるように、エアコンコンデンサ２１０、ＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０、および燃料電池冷却用ラジエータ３１０は、車両システム１０の鉛直方向に並べて配置されている。

なお、ＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０は、特許請求の範囲における「第１の熱交換器」に含まれる「第２の動力源用熱交換器」に相当する。燃料電池冷却用ラジエータ３１０は、特許請求の範囲における「第１の熱交換器」に含まれる「第１の動力源用熱交換器」に相当する。エアコンコンデンサ２１０は、特許請求の範囲における「第２の熱交換器」に相当する。

燃料電池冷却用ラジエータ３１０やＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０は、高速走行時に多くの熱を放散できることが要求される。燃料電池３００やＰＣＵ１００は、高速走行時において車両駆動用モーター１２０に多くのエネルギーを供給するとともに、多くの熱を発生するからである。このため、燃料電池冷却用ラジエータ３１０は、特に高速走行時に多くの外気が供給されることが要求されることになる。

一方、エアコンコンデンサ２１０は、車両システム１０の室内温度が高い時に多くの熱を放散できることが要求される。車両システム１０の室内温度は高速走行時においては過度な高温となることはないので、エアコンコンデンサ２１０は、むしろ高速走行時においては多くの外気の供給を必要としない。車両システム１０の室内温度が高速走行時においては過度な高温となることがないのは、高速走行時においては、車両システム１０の外面が直接的に外気に冷却されるからである。

このように、エアコンコンデンサ２１０には、燃料電池冷却用ラジエータ３１０やＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０とは異なる仕様が要求されている。すなわち、燃料電池冷却用ラジエータ３１０やＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０が高速走行時において、多くの外気の供給を要求するのに対して、エアコンコンデンサ２１０は、高速走行時においては過度の熱放散となりやすいという性質を有している。

本発明の実施例は、このような特性の相違を考慮して、燃料電池冷却用ラジエータ３１０やＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０には、高速走行時においては多くの外気が供給される一方、エアコンコンデンサ２１０には、高速走行時においても外気の供給量の変動が抑制されるように構成されている。

このような構成は以下のようにして実現されている。すなわち、燃料電池冷却用ラジエータ３１０やＰＣＵ冷却用ラジエータ１１０と、エアコンコンデンサ２１０とには、車両システム１０の外部から直接的に供給された外気に放熱するように構成されているとともに、エアコンコンデンサ２１０が２つのラジエータ３１０、１１０のいずれよりもバンパービーム５００の重心位置に近い高さに配置されている。これにより、高速走行時においては、２つのラジエータ３１０、１１０に多くの外気を供給することができる一方、エアコンコンデンサ２１０への外気の供給量については、空気の流れを遮蔽するバンパービーム５００によって走行速度に起因する変動が抑制されている。

ここで、車両システム１０の外部から直接的に供給された外気とは、たとえばエアコンコンデンサ２１０を経由することなく、他のラジエータ３１０、１１０に供給されることを意味する。従来は、エアコンコンデンサを経由した空気を用いて動力装置用のラジエータを冷却することが広く行われていた。これは、動力装置として作動温度が高い内燃機関が多く使用されていたため、エアコンコンデンサ２１０を経由した空気でも十分な冷却が可能だったからである。

本実施例では、冷却ファン６００（図１）が装備されている。冷却ファン６００は、たとえば停車時や上り坂といった状況において、エアコンコンデンサ２１０や２つのラジエータ３１０、１１０の熱放散量が熱受容量を下回って高温とならないように装備されたものである。

エンジンや燃料電池といった動力装置用の熱交換器と、エアコンコンデンサとは、前述のように異なる要求仕様を有するので、別々に冷却用のファンが設けられるとともに異なる制御則で制御されることが通例である。しかし、本実施例では、このような特性の相違が減殺されているので、共通の冷却ファン６００（複数でも良い）を用いて単一の制御則で簡易に制御することが可能であるという利点をも有する。

Ｂ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。

Ｂ−１．上記実施例において、さらに、図２や図３に示されるように、高速走行時に２つのラジエータ３１０、１１０への外気の供給量をさらに多くするとともに、エアコンコンデンサ２１０への外気の供給量の増加をさらに抑制するための偏向板５１０ａ、５２０ａや遮蔽板５１０ｂ、５２０ｂを備えるようにしても良い。

図２は、上述の実施例で使用されているバンパービーム５００よりも高さが小さいバンパービームに５１０ａに偏向板５１０ａ、５２０ａが備えられた第１変形例を示している。第１変形例は、偏向板５１０ａ、５２０ａによって、高速走行時におけるエアコンコンデンサ２１０への空気の供給量の増大をさらに抑制するとともに、高速走行時における２つのラジエータ３１０、１１０への空気の供給量をさらに増大させることができる。このようにすれば、たとえばバンパービームの高さがエアコンコンデンサの前面投影面の高さよりも低い場合においても本発明の効果を十分に奏することができる。

図３は、バンパービーム５００とエアコンコンデンサ２１０の前面との間の距離が上述の実施例よりも離れているとともに、バンパーパービームに５１０に遮蔽板５１０ｂ、５２０ｂが備えられた第２変形例を示している。第２変形例は、上記距離の増大による上述の実施例の効果の減殺を、遮蔽板５１０ｂ、５１０ｂによって抑制させることができる。このようにすれば、たとえばバンパービームとエアコンコンデンサの前面との間の距離が大きな場合においても本発明の効果を十分に奏することができる。

Ｂ−２．上記実施例では、エアコンコンデンサ２１０と２つのラジエータ３１０、１１０は、別体として構成されているが、たとえば図４に示される第３変形例のように結合部材７００を用いて２つのラジエータ３１０ｃ、１１０ｃを一体として構成するようにしても良い。こうすれば、第１の熱交換器と第３の熱交換器とを一体の構造物として車両に装備することができるので、車両への搭載における生産性の向上を図ることができる。

なお、図４に示される例では、２つのマウント１１５、３１５によってエアコンコンデンサ２１０ｃと２つのラジエータ３１０ｃ、１１０ｃを車両に装備することができる。また、動力源用の２つのラジエータ３１０、１１０は、冷却対象の温度が空調装置と比べて近いため、同一あるいは近似する構成となり、一体化しやすいという特徴をも有するという利点もある。

本発明の実施例における車両システム１０の概略構成を示す説明図。 本発明の第１変形例の偏向板５１０ａ、５２０ａの装備状態を示す説明図。 本発明の第２変形例の遮蔽板５１０ｂ、５２０ｂの装備状態を示す説明図。 本発明の第３変形例における２つのラジエータを示す説明図。

符号の説明

１０…車両システム
１００…パワーコントロールユニット
１１０…ＰＣＵ冷却用ラジエータ
１１５…マウント
１２０…車両駆動用モーター
２００…エアコンコンプレッサ
２１０…エアコンコンデンサ
３００…燃料電池
３１０…燃料電池冷却用ラジエータ
５００…バンパービーム
５１０ａ…偏向板
５１０ｂ…遮蔽板
６００…冷却ファン
６１０…ダクト
７００…結合部材

Claims (9)

1. 車両であって、
   前記車両の移動のための動力を供給するとともに、第１の冷却媒体で冷却された動力源と、
   第２の冷却媒体を用いて前記車両の室内を冷却する空調装置と、
   前記車両の外部から直接的に供給された外気と前記第１の冷却媒体との間で熱交換を行う少なくとも１つの動力源用熱交換器を含む第１の熱交換器と、
   前記車両の外部から直接的に供給された外気と前記第２の冷却媒体との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
   前記第２の熱交換器よりも前記車両の前側に備えられたバンパービームと、
   を備え、
   前記第２の熱交換器および前記動力源用熱交換器の各々は、冷却面が前記車両の鉛直方向と平行になる状態で、前記車両の鉛直方向に並べて配置されており、
   前記第２の熱交換器の重心位置は、前記車両が水平面に置かれているときに、前記動力源用熱交換器の各々の重心位置よりも前記バンパービームの重心位置に近い高さに配置されていることを特徴とする、車両。
2. 車両であって、
   前記車両の移動のための動力を供給するとともに、第１の冷却媒体で冷却された動力源と、
   第２の冷却媒体を用いて前記車両の室内を冷却する空調装置と、
   前記車両の外部から直接的に供給された外気と前記第１の冷却媒体との間で熱交換を行う少なくとも１つの動力源用熱交換器を含む第１の熱交換器と、
   前記車両の外部から直接的に供給された外気と前記第２の冷却媒体との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
   前記第２の熱交換器よりも前記車両の前側に備えられたバンパービームと、
   前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器の双方を冷却するための冷却ファンと、
   を備え、
   前記第２の熱交換器および前記動力源用熱交換器の各々は、前記車両の鉛直方向に並べて配置されており、
   前記第２の熱交換器の重心位置は、前記車両が水平面に置かれているときに、前記動力源用熱交換器の各々の重心位置よりも前記バンパービームの重心位置に近い高さに配置され、
   前記冷却ファンは、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器の双方と対向していることを特徴とする、車両。
3. 請求項１または２に記載の車両であって、さらに、
   前記車両の走行時において、前記バンパービームに向う外気の方向を前記第１の熱交換器の少なくとも１つの重心位置の方向に偏向する外気偏向部材を備える、車両。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の車両であって、さらに、
   前記第２の熱交換器に供給される外気の前記車両の走行速度の増加に起因する増加を抑制する外気遮蔽部材を備える、車両。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の車両であって、
   前記動力源は、燃料電池と、前記燃料電池から供給された電力を駆動力に変換する動力変換部と、を備える、車両。
6. 請求項５記載の車両であって、
   前記第１の熱交換器は、前記燃料電池を冷却するための第１の動力源用熱交換器と、前記動力変換部を冷却するための第２の動力源用熱交換器と、を含み、
   前記第１の動力源用熱交換器は、前記第２の動力源用熱交換器と構造的に一体的に構成されている、車両。
7. 請求項６記載の車両であって、
   前記第２の熱交換器は、前記車両が水平面に置かれているときに、前記第１の動力源用熱交換器の重心位置と前記第２の動力源用熱交換器の重心位置の間の高さに配置されている、車両。
8. 請求項１に記載の車両であって、さらに、
   前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器の双方を冷却するための冷却ファンを備える、車両。
9. 車両であって、
   前記車両の移動のための動力を供給するとともに、第１の冷却媒体で冷却された動力源と、
   第２の冷却媒体を用いて前記車両の室内を冷却する空調装置と、
   前記車両の外部から直接的に供給された外気と前記第１の冷却媒体との間で熱交換を行う少なくとも１つの動力源用熱交換器を含む第１の熱交換器と、
   前記車両の外部から直接的に供給された外気と前記第２の冷却媒体との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
   前記第２の熱交換器よりも前記車両の前側に備えられたバンパービームと、
   を備え、
   前記第２の熱交換器および前記動力源用熱交換器の各々は、前記車両の鉛直方向に並べて配置されており、
   前記第２の熱交換器の重心位置は、前記車両が水平面に置かれているときに、前記動力源用熱交換器の各々の重心位置よりも前記バンパービームの重心位置に近い高さに配置され、
   前記動力源は、燃料電池と、前記燃料電池から供給された電力を駆動力に変換する動力変換部と、を備え、
   前記第１の熱交換器は、前記燃料電池を冷却するための第１の動力源用熱交換器と、前記動力変換部を冷却するための第２の動力源用熱交換器と、を含み、
   前記第１の動力源用熱交換器は、前記第２の動力源用熱交換器と構造的に一体的に構成され、
   前記第２の熱交換器は、前記車両が水平面に置かれているときに、前記第１の動力源用熱交換器の重心位置と前記第２の動力源用熱交換器の重心位置の間の高さに配置されていることを特徴とする、車両。

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