JP6465220B2 - 冷却装置 - Google Patents

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関連出願への相互参照

本出願は、２０１５年１２月９日に出願された日本出願番号２０１５−２４０４９５号に基づくものであって、ここにその記載内容を援用する。

本開示は、走行風が導入される部位に走行風と冷却対象流体とを熱交換させる放熱器が配置された車両に適用される冷却装置に関する。

従来、車両の走行風が導入される地点にラジエータを配置し、同ラジエータの後方にエンジンを配置したエンジン冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、主に車両の高速走行時における空気抵抗を抑えるために、ラジエータとエンジンとの間、或いは、ラジエータの前方に、ラジエータ前方からエンジンへ送風する羽根なし送風機を設ける構成が開示されている。

特開２０１２−６７７２１号公報

ところで、本発明者らの検討によれば、特許文献１に開示された送風機は、ラジエータの外周を囲むように環状に構成されている。このような構成では、例えば、車両の低速走行時等のように走行風が期待できない状況において、ラジエータの外周側に空気が流れるものの、ラジエータの中央部分に空気が殆ど流れなくなってしまう。この結果、ラジエータにおける有効な放熱面積が小さくなってしまう。

このように、特許文献１に記載のエンジン冷却装置は、車両の走行時における空気抵抗が抑えられるものの、車両の走行状態によってラジエータの有効な放熱面積が小さくなってしまう。このような問題は、エンジンを放熱させるラジエータを備える車両に限らず、走行風と冷却対象流体とを熱交換させる放熱器を備える車両においても生ずる。

本開示は、走行風と冷却対象流体とを熱交換させる放熱器の有効な放熱面積を確保しつつ、車両の走行時における空気抵抗を抑えることが可能な冷却装置を提供することを目的とする。

本開示の１つの観点によれば、冷却装置は、走行風が導入される部位に走行風と冷却対象流体とを熱交換させる放熱器が配置された車両に適用される。

冷却装置は、走行風が流通する空間から外れた位置に配置され、空気を供給するポンプと、走行風が導入される導入口に配置されたフロントグリルと、を備える。そして、フロントグリルは、放熱器と対向する位置に設けられて、内部を空気が流通可能に構成された中空状の支柱部材を少なくとも１つ有している。また、ポンプは、空気の吐出部から吐出された空気が支柱部材の内部空間に流入するように、吐出部が支柱部材に接続されている。さらに、支柱部材には、放熱器に対向する部位に、内部を流れる空気を吹き出す空気吹出部が設けられている。

これによれば、ポンプを走行風が流通する空間から外れた位置に配置すると共に、フロントグリルの支柱部材の内部空間をポンプからの空気を流通させるダクトとして利用しているので、車両走行時の空気抵抗の増加を抑えることができる。

さらに、支柱部材における放熱器に対向する部位から空気を吹き出す構成としているので、放熱器の周囲から空気を吹き出す構成に比べて、放熱器における空気が流通する面積を確保することができる。

従って、放熱器における有効な放熱面積を確保しつつ、車両の走行時における空気抵抗を抑えることが可能な冷却装置を実現することができる。

第１実施形態の冷却装置の概略構成図である。 第１実施形態の冷却装置のフロントグリルを示す正面図である。 第１実施形態の冷却装置の上面図である。 第１実施形態の冷却装置の空気流れを示す概略構成図である。 ラジエータの熱交換部の温度分布を説明するための説明図である。 第２実施形態の冷却装置のフロントグリルを示す正面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。 第２実施形態の冷却装置の上面図である。 第３実施形態の冷却装置の概略構成図である。 第３実施形態の冷却装置の空気流れを示す概略構成図である。

以下、本開示を実施する形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。

また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。

以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。各図面に図示した矢印ＤＲ１、矢印ＤＲ２、および矢印ＤＲ３は、冷却装置１０が搭載された車両１の向きを示している。すなわち、各図面では、矢印ＤＲ１が車両の前後方向、矢印ＤＲ２が車両の上下方向、矢印ＤＲ３が車両の左右方向を示している。

冷却装置１０は、走行風が導入される部位に走行風と冷却対象流体とを熱交換させる放熱器が配置された車両に適用される。本実施形態では、冷却装置１０を、走行風が導入される部位にエンジンＥＧの冷却水を放熱させるラジエータ１３が配置された車両１に適用した例について説明する。

自動車である車両１には、車両１における前方側に走行用の駆動源であるエンジンＥＧを収容するエンジンルームＥＲが形成されている。車両１には、エンジンＥＧよりも前方側にエンジンルームＥＲに走行風を導入する導入口２が形成されている。本実施形態では、エンジンルームＥＲが、走行風が導入される部位を構成する。

導入口２には、フロントグリル１１が設けられている。フロントグリル１１は、車両の前方側からエンジンルームＥＲへと空気を取り込むために設けられている。フロントグリル１１の詳細については後述する。

エンジンルームＥＲには、フロントグリル１１とエンジンＥＧとの間に冷却モジュール１２が配置されている。冷却モジュール１２は、ラジエータ１３、およびコンデンサ１４で構成される。

本実施形態の冷却モジュール１２は、コンデンサ１４がラジエータ１３に対して固定され、ラジエータ１３が車両の構造体に固定されている。なお、冷却モジュール１２では、ラジエータ１３の方がコンデンサ１４よりも高温となる。このため、ラジエータ１３がコンデンサ１４よりも後方側に位置するように配置されている。

ラジエータ１３は、エンジンＥＧを冷却する熱交換器である。具体的には、ラジエータ１３は、エンジンＥＧの内部を循環する冷却水であるエンジン冷却水と外気とを熱交換させることで、エンジン冷却水を放熱させる放熱器である。なお、エンジン冷却水は、図示しないウォータポンプによりその流量が調整される。

本実施形態のラジエータ１３は、図２、図３に示すように、エンジン冷却水と外気とを熱交換させる熱交換部１３１、入口側タンク部１３２、および出口側タンク部１３３を備える。

入口側タンク部１３２は、熱交換部１３１にエンジン冷却水を供給するタンクである。本実施形態の入口側タンク部１３２は、熱交換部１３１の右側に設置されている。なお、本実施形態では、入口側タンク部１３２がラジエータ１３におけるエンジン冷却水の入口部を構成する。

また、出口側タンク部１３３は、熱交換部１３１から流出した冷媒を集合させて排出するタンクである。本実施形態の出口側タンク部１３３は、熱交換部１３１の左側に設置されている。従って、本実施形態の熱交換部１３１は、車両１の左右方向ＤＲ３において、入口側タンク部１３２、および出口側タンク部１３３で挟まれている。なお、本実施形態では、出口側タンク部１３３がラジエータ１３におけるエンジン冷却水の出口部を構成する。

コンデンサ１４は、車室内を空調する空調装置の一構成要素である蒸気圧縮式の冷凍サイクルの放熱器を構成する。具体的には、コンデンサ１４は、図示しない冷凍サイクルの圧縮機から吐出された吐出冷媒と外気とを熱交換させて、冷媒を放熱させる放熱器である。

次に、本実施形態のフロントグリル１１の詳細について説明する。本実施形態のフロントグリル１１は、ラジエータ１３の熱交換部１３１に対向する位置に配置されている。本実施形態のフロントグリル１１は、内部を空気が流通可能なように中空状に形成された複数の支柱部材１１１を有する。

具体的には、本実施形態のフロントグリル１１は、左右方向ＤＲ３に延びる５つの支柱部材１１１、当該５つの支柱部材１１１の両端部において上下方向ＤＲ２に延びる２つの支柱部材１１１を有している。複数の支柱部材１１１は、内部に形成された空気流路１１１ａが連通するように互いに接続されている。

図１に示すように、複数の支柱部材１１１には、ラジエータ１３に対向する部位に、内部を流れる空気を吹き出す空気吹出部１１１ｂが設けられている。空気吹出部１１１ｂは、図示しないが、その内部を流れる空気がラジエータ１３側に向かって噴出されるように、微細な憤孔や薄幅のスリット等で構成される。本実施形態の空気吹出部１１１ｂは、支柱部材１１１におけるラジエータ１３に対向する部位の全域に設けられている。

また、フロントグリル１１には、空気を供給するポンプ１５が接続されている。ポンプ１５は、複数の支柱部材１１１の内部空間である空気流路１１１ａに空気を圧送するための電動ポンプである。本実施形態の支柱部材１１１は、その内部の空気流路１１１ａがポンプ１５からの空気を流通させるダクトとして機能する。

ポンプ１５は、走行風等の空気抵抗とならないように、走行風が流通する空間から外れた位置に配置されている。具体的には、ポンプ１５は、フロントバンパーＦＢの下部の空間に配置されている。なお、ポンプ１５は、走行風等の空気抵抗とならない位置であれば、フロントバンパーＦＢの下部の空間以外に配置されていてもよい。

本実施形態のポンプ１５は、羽根車１５１、羽根車１５１を収容するケース１５２、羽根車１５１から吐出された空気を支柱部材１１１の空気流路１１１ａに導く吹出ダクト部１５３を有している。

吹出ダクト部１５３は、羽根車１５１から吐出された空気が支柱部材１１１の空気流路１１１ａに流入するように、空気の吐出部を構成する空気流れ下流側の部位が支柱部材１１１に接続されている。

ここで、支柱部材１１１の内部空間をポンプ１５からの空気を流通させるダクトとして利用する場合、支柱部材１１１の空気流路１１１ａにおける空気抵抗が大きくなってしまうことが懸念される。

そこで、本実施形態では、ポンプ１５を、軸流ポンプや斜流ポンプに比べて、静圧が高い、すなわち空気を送り出す力が強い遠心ポンプで構成している。なお、羽根車１５１は、シロッコファン、ターボファンのいずれを採用してもよい。

次に、本実施形態の冷却装置１０の作動を説明する。本実施形態の冷却装置１０は、車両１の高速走行時等のように、エンジンルームＥＲ内に導入される走行風が充分に期待できる場合、ポンプ１５を稼働させずに、走行風によってラジエータ１３等を放熱させる。

このように、ポンプ１５を稼働させずに走行風によってラジエータ１３等を冷却する場合、走行風がラジエータ１３等に導入されるように、車両走行時の空気抵抗を抑える必要がある。

これに対して、本実施形態の冷却装置１０は、ポンプ１５を走行風が流通する空間から外れた位置に配置すると共に、フロントグリル１１の支柱部材１１１の空気流路１１１ａをポンプ１５からの空気を流通させるダクトとして利用している。

このため、ラジエータ１３側へ空気を供給する装置が、走行風の空気抵抗とならないので、車両の高速走行時における空気抵抗係数Ｃｄを低下させることができる。この結果、空気抵抗によるエネルギ損失を抑えることができるので、車両１の燃費向上を図ることができる。

一方、本実施形態の冷却装置１０は、車両１の低速走行時等のように、エンジンルームＥＲ内に導入される走行風が充分に期待できない場合、ポンプ１５を稼働させて、ポンプ１５で発生させた気流によってラジエータ１３等を放熱させる。

本実施形態の冷却装置１０は、通電によってポンプ１５が稼働すると、ポンプ１５から吐出された空気が複数の支柱部材１１１の内部空間である空気流路１１１ａに供給される。複数の支柱部材１１１の空気流路１１１ａに供給された空気は、空気吹出部１１１ｂから噴出される。そして、空気吹出部１１１ｂから噴出された噴出空気は、図４に示すように、コンデンサ１４、ラジエータ１３の順に通過した後に、車両後方のエンジンＥＧ側へ排出される。

このように、本実施形態では、フロントグリル１１の支柱部材１１１におけるラジエータ１３に対向する部位から空気を吹き出す構成としている。これによれば、ラジエータ１３の周囲から空気を吹き出す構成に比べて、ラジエータ１３における空気が流通する面積を充分に確保することができる。

以上説明した本実施形態の冷却装置１０によれば、ラジエータ１３における有効な放熱面積を確保しつつ、車両１の走行時における走行風の空気抵抗を抑えることが可能となる。

さらに、本実施形態では、ポンプ１５を、軸流ポンプや斜流ポンプに比べて、静圧が高い遠心ポンプで構成している。これによれば、本実施形態の冷却装置１０の如く、支柱部材１１１の内部空間をポンプ１５からの空気を流通させるダクトとして利用する構成においても、ラジエータ１３側へ向けて充分に空気を供給することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図５〜図９を参照して説明する。本実施形態では、複数の支柱部材１１１の空気吹出部１１１ｂをラジエータ１３の温度分布を考慮して設定している点が第１実施形態と相違している。

図５は、ラジエータ１３の熱交換部１３１の左右方向ＤＲ３における温度分布を示している。図５に示すように、ラジエータ１３におけるエンジン冷却水の温度は、エンジン冷却水の入口部である入口側タンク部１３２付近が最も高温となり、エンジン冷却水の出口部である出口側タンク部１３３に向かって低下する。同様に、エンジン冷却水と外気との温度差ΔＴは、入口側タンク部１３２付近が最も大きくなり、エンジン冷却水の出口部である出口側タンク部１３３に向かって小さくなる。

そこで、本実施形態のフロントグリル１１は、図６、図７に示すように、複数の支柱部材１１１における入口側タンク部１３２付近にだけ空気吹出部１１１ｂを設ける構成としている。すなわち、本実施形態のフロントグリル１１は、図６、図８に示すように、出口側タンク部１３３付近に空気吹出部１１１ｂを設けない構成としている。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態では、第１実施形態と同様の構成を有しているので、第１実施形態と同様の効果を奏する。

特に、本実施形態では、複数の支柱部材１１１における入口側タンク部１３２付近に空気吹出部１１１ｂを設ける構成としている。このため、本実施形態の冷却装置１０では、図９に示すように、ラジエータ１３の熱交換部１３１における入口側タンク部１３２に近い部位に対して偏って空気が供給される。

これによれば、ポンプ１５における空気の吐出量を制限したとしても、空気吹出部１１１ｂから吹き出された空気と、ラジエータ１３におけるエンジン冷却水との温度差を確保して、熱交換効率の向上を図ることができる。換言すれば、ポンプ１５の動力を抑えつつ、ラジエータ１３における熱交換効率の向上を図ることが可能となる。

ここで、本実施形態では、熱交換部１３１における入口側タンク部１３２に近い部位に偏って空気が供給されるように、複数の支柱部材１１１の入口側タンク部１３２付近に空気吹出部１１１ｂを設ける例について説明したが、これに限定されない。例えば、複数の支柱部材１１１における空気吹出部１１１ｂの開口面積を入口側タンク部１３２から出口側タンク部１３３に向かって小さくするようにしてもよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１０、図１１を参照して説明する。本実施形態では、冷却装置１０に対して送風機１６を追加している点が第１実施形態と相違している。

図１０に示すように、本実施形態の冷却装置１０は、ラジエータ１３の空気流れ下流側の空間、すなわち、ラジエータ１３とエンジンＥＧとの間の空間から空気を吸い込む送風機１６を備える。本実施形態の送風機１６は、吸い込んだ空気が外部に排出されるように、車両１の下部の外部と連通するタイヤ付近に配置されている。なお、送風機１６は、車両１の走行風の空気抵抗となり難い位置であれば、タイヤ付近以外に配置してもよい。

本実施形態の冷却装置１０は、送風機１６を作動させると、図１１に示すように、ラジエータ１３とエンジンＥＧとの間の空間から空気が吸い出される。これにより、ラジエータ１３の空気流れ下流側の空間の圧力を低下し、ラジエータ１３の前後に圧力差が生ずることで、ラジエータ１３側からエンジンＥＧ側に向かう気流が発生する。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の冷却装置１０は、第１実施形態と同様の構成を有しているので、第１実施形態と同様の効果を奏する。

加えて、本実施形態の冷却装置１０は、送風機１６によってラジエータ１３とエンジンＥＧとの間の空間から空気を吸い込む構成としている。これによれば、ラジエータ１３の前後の圧力差によって、ラジエータ１３側からエンジンＥＧ側へ向かう気流を発生させることが可能となる。これにより、ラジエータ１３の熱交換部１３１を通過する空気の流量が増加するので、ラジエータ１３における放熱能力を充分に確保することが可能となる。

また、本実施形態の如く、ラジエータ１３とエンジンＥＧとの間の空間から車両１の下部へ空気を排出する構成では、ラジエータ１３を通過した空気が車両１の下部へと流れやすくなるので、車両１における空気抵抗係数Ｃｄを小さく維持することが可能となる。このことは、エンジンＥＧやエンジンルームＥＲ内の補機等を冷却する観点でも有効である。

（他の実施形態）
以上、本開示を実施する代表的な形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の各実施形態では、冷却装置１０を、走行風が導入される部位にエンジンＥＧの冷却水を放熱させるラジエータ１３が配置された車両１に適用した例について説明したが、これに限定されない。車両には、コンデンサ１４やインタークーラ等の放熱器が、走行風が導入される部位に配置されることがある。このため、コンデンサ１４やインタークーラ等の放熱器を備える車両１にも、冷却装置１０を適用可能である。

上述の各実施形態の如く、複数の支柱部材１１１それぞれに空気吹出部１１１ｂを設ける構成とすることが望ましいが、これに限定されない。例えば、複数の支柱部材１１１のうち、少なくとも１つの支柱部材１１１に対して空気吹出部１１１ｂを設ける構成としてもよい。

上述の各実施形態の如く、ポンプ１５を遠心ポンプで構成することが望ましいが、これに限定されない。例えば、ポンプ１５を軸流ポンプや斜流ポンプで構成するようにしてもよい。

上述の各実施形態では、ラジエータ１３として、熱交換部１３１の右側に入口側タンク部１３２が配置され、左側に出口側タンク部１３３が配置されたものを例示したが、これに限定されない。ラジエータ１３としては、例えば、熱交換部１３１の左側に入口側タンク部１３２が配置され、右側に出口側タンク部１３３が配置されたものを用いてもよい。また、ラジエータ１３としては、熱交換部１３１の上下に入口側タンク部１３２、および出口側タンク部１３３が配置されたものを用いてもよい。

上述の各実施形態では、フロントグリル１１を構成する複数の支柱部材１１１のうち、左右方向ＤＲ３に延びる支柱部材１１１の数が、上下方向ＤＲ２に延びる支柱部材１１１の数よりも多い例について説明したが、これに限定されない。

例えば、フロントグリル１１を構成する複数の支柱部材１１１のうち、上下方向ＤＲ２に延びる支柱部材１１１の数が、左右方向ＤＲ３に延びる支柱部材１１１の数よりも多い構成としてもよい。また、上下方向ＤＲ２に延びる支柱部材１１１と左右方向ＤＲ３に延びる支柱部材１１１とが同数となる構成としてもよい。また、複数の支柱部材１１１は、上下方向ＤＲ２や左右方向ＤＲ３に延びている必要はなく、上下方向ＤＲ２や左右方向ＤＲ３に対して交差する方向に延びるように配置されていてもよい。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、冷却装置は、ポンプに接続された支柱部材における放熱器と対向する部位に、放熱器側に向かって空気を吹き出す空気吹出部が設けられた構成となっている。

また、第２の観点によれば、冷却装置は、空気吹出部が、支柱部材のうち、少なくとも放熱器における冷却対象流体の出口部側よりも入口部側に近い部位に設けられた構成となっている。

このように、空気吹出部を放熱器における冷却対象流体の出口部側よりも入口部側に近い部位に設ける構成とすれば、空気吹出部から吹き出す空気と、放熱器における冷却対象流体との温度差を確保して、熱交換効率の向上を図ることができる。

また、第３の観点によれば、冷却装置は、放熱器の空気流れ下流側の空間から空気を吸い込む送風機を備える。このように、送風機によって放熱器の空気流れ下流側の空間から空気を吸い込む構成とすれば、放熱器の前後の圧力差によって、放熱器を通過する気流を発生させることが可能となる。これにより、車両の走行時における空気抵抗を抑えつつ、放熱器における放熱能力を充分に確保することができる。

ここで、フロントグリルの支柱部材の内部空間をポンプからの空気を流通させるダクトとして利用する場合、支柱部材の内部空間における空気抵抗が大きくなってしまうことが懸念される。

この点を鑑みて、第４の観点では、冷却装置のポンプを遠心ポンプで構成している。このように、ポンプを、軸流ポンプや斜流ポンプに比べて、静圧が高い遠心ポンプで構成することで、放熱器側へ向けて空気を充分に噴出させることが可能となる。

Claims (4)

1. 走行風が導入される部位に、前記走行風と冷却対象流体とを熱交換させる放熱器（１３）が配置された車両に適用される冷却装置であって、
   前記走行風が流通する空間から外れた位置に配置され、空気を供給するポンプ（１５）と、
   前記走行風が導入される導入口（２）に配置されたフロントグリル（１１）と、を備え、
   前記フロントグリルは、前記放熱器と対向する位置に設けられて、内部を空気が流通可能に構成された中空状の支柱部材（１１１）を少なくとも１つ有しており、
   前記ポンプは、空気の吐出部から吐出された空気が前記支柱部材の内部空間に流入するように、前記吐出部が前記支柱部材に接続されており、
   前記支柱部材には、前記放熱器に対向する部位に、内部を流れる空気を吹き出す空気吹出部（１１１ｂ）が設けられている冷却装置。
2. 前記空気吹出部は、前記支柱部材のうち、少なくとも前記放熱器における前記冷却対象流体の出口部（１３３）側よりも入口部（１３２）側に近い部位に設けられている請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記放熱器の空気流れ下流側の空間から空気を吸い込む送風機（１６）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記ポンプは、遠心ポンプで構成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却装置。

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