JP7248395B2

JP7248395B2 - 車両用冷却装置

Info

Publication number: JP7248395B2
Application number: JP2018163260A
Authority: JP
Inventors: 大介坂本; 俊介阿嘉; 哲也池田; 光志乗貞; 聡太岡部; 悦子鎌倉; 将孝南川; 純一末松; 真志柴田
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2023-03-29
Anticipated expiration: 2038-08-31
Also published as: CN112585024B; WO2020045312A1; CN112585024A; JP2020032958A; US20210348543A1

Description

本発明は、車両用冷却装置に関し、特に、２つの空冷式熱交換器が並べて配置される車両用冷却装置の構造に関する。

車両には、複数の空冷式熱交換器が搭載される。例えば、ハイブリッド車両には、エアコンディショナの冷凍サイクル内を循環する冷媒を冷却するコンデンサ、エンジンの冷却水を冷却するエンジン冷却用ラジエータ、および、電動機に駆動電力を供給するインバータの冷却水を冷却するインバータ冷却用ラジエータが搭載される。

特許文献１には、コンデンサとエンジン冷却用ラジエータとが、車両前部において、車両前後方向に並べて配置された構造が開示されている。２つの熱交換器の車両後方側には、それらに空気を供給する吸引式の２つの冷却ファンが配置されている。

特開２００７－３２６４３１号公報

２つの空冷式熱交換器が並べて配置される車両用冷却装置において、冷却性能を向上させるための各熱交換器と各冷却ファンとの配置関係について十分な検討がなされておらず、改善の余地がある。

本発明の目的は、車体内に並べて配置される２つの空冷式熱交換器の冷却性能を向上させることにある。

本発明の車両用冷却装置は、車両上下方向または車両左右方向に並べて配置された空冷式の第１および第２熱交換器と、前記第１および第２熱交換器の並列配置面と車両前後方向で重なるように配置された第１および第２冷却ファンと、を備え、前記第１冷却ファンは、車両正面視で、外郭が前記第１および第２熱交換器の並列配置面の第１の内角を形成する２辺に接するように配置され、前記第２冷却ファンは、車両正面視で、外郭が前記第１および第２熱交換器の並列配置面の前記第１の内角と対向する第２の内角を形成する２辺に接するように配置され、前記第１の内角は前記第１熱交換器の正面の１つの内角であり、前記第１熱交換器のその内角の側の端面には、前記第１熱交換器の冷却対象である第１冷媒が流出する前記第１熱交換器の冷媒流出部が配置されており、前記第１熱交換器の冷媒流出部は、車両正面視で、前記第１冷却ファンの外郭がその冷媒流出部がある端面を表す辺に接する位置に隣り合うように配置されており、前記第２の内角は前記第２熱交換器の正面の１つの内角であり、前記第２熱交換器のその内角の側の端面には、前記第２熱交換器の冷却対象である第２冷媒が流出する前記第２熱交換器の冷媒流出部が配置されており、前記第２熱交換器の冷媒流出部は、車両正面視で、前記第２冷却ファンの外郭がその冷媒流出部がある端面を表す辺に接する位置に隣り合うように配置されている、ことを特徴とする。
また、本発明の車両用冷却装置は、車両上下方向または車両左右方向に並べて配置された空冷式の第１および第２熱交換器を備え、前記第１熱交換器の冷却対象である第１冷媒が流出する前記第１熱交換器の冷媒流出部と、前記第２熱交換器の冷却対象である第２冷媒が流出する前記第２熱交換器の冷媒流出部とは、当該２つの熱交換器の並列配置面上の対角線に沿って離れた対極の両端に配置され、前記第１熱交換器の冷媒流出部に対向して配置された第１冷却ファンと、前記第２熱交換器の冷媒流出部に対向して配置された第２冷却ファンと、を備える、ことを特徴とする。

この構造によれば、２つの熱交換器（第１および第２熱交換器）が車両上下方向または車両左右方向に並べて配置されるため、車両前後方向に並べて配置された場合のように冷却風が一方の熱交換器を通った後に他方の熱交換器を通ることがなく、各熱交換器の冷却性能のばらつきを抑制することができる。また、第１冷却ファンと第２冷却ファンが、２つの熱交換器の並列配置面上の対角線に沿って離れた対極の両端に対向して配置されるため、２つの冷却ファンの径を大きくしてもそれらが互いに重なりにくく、径の大きな２つの冷却ファンを２つの熱交換器に対向させて、それらの多くの部分（面積）に冷却風を送風することができる。よって、２つの熱交換器の冷却性能を向上させることができる。また、各冷却ファンが各熱交換器の冷媒流出部に対向しているので、冷却ファンにより冷却された熱交換器内の冷媒が、冷却ファンの送風の一部が熱交換器を通過して再び熱交換器へ戻ってくる熱い逆風により温められることを抑制することができる。

本発明の車両用冷却装置において、前記第１冷却ファンと前記第２冷却ファンとは車両前後方向に重ならない、としても好適である。

この構造によれば、第１冷却ファンと第２冷却ファンとを同一平面上に並ばせることができるので、車両前後方向のスペースを省略することができる。

本発明によれば、並べて配置される２つの空冷式熱交換器の冷却性能を向上させることができる。

冷却装置の要部を模式的に示す、車両正面側から見た図である。図１のＡ－Ａ断面図である。別の実施形態における冷却装置の要部を模式的に示す、車両正面側から見た図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。以下で述べる形状等は、説明のための例示であって、車両や冷却装置の仕様等に合わせて適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。各図において、矢印Ｆｒは車両前方向、矢印Ｕｐは車両上方向、矢印Ｌｈは車両左方向を示している。

図１は、車両用冷却装置１０の要部を模式的に示す、車両正面側から見た図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。本実施形態の車両用冷却装置１０は、ハイブリッド車両の前部のエンジンルームに搭載される。以下、車両用冷却装置１０を、単に冷却装置１０と言う。

冷却装置１０は、電動機へ駆動電力を供給したり電動機から回生電力を受付けるインバータの冷却水を冷却するインバータ冷却用ラジエータ１２と、エアコンディショナの冷凍サイクル内を循環する冷媒を冷却するコンデンサ１４と、エンジンの冷却水を冷却するエンジン冷却用ラジエータ１６（図２参照）と、２つの押込み式の電動ファン２０，２２と、１つの吸引式の機械式ファン２４（図２参照）とを備える。インバータ冷却用ラジエータ１２、コンデンサ１４、および、エンジン冷却用ラジエータ１６は、いずれも空冷式の熱交換器である。以下、インバータ冷却用ラジエータ１２を熱交換器または第１熱交換器と、コンデンサ１４を熱交換器または第２熱交換器と、エンジン冷却用ラジエータ１６を熱交換器または第３熱交換器とも言う。また、電動ファン２０を第１冷却ファンと、電動ファン２２を第２冷却ファンとも言う。

冷却装置１０は、電動ファン２０，２２および機械式ファン２４が回転することにより、車両のフロントグリルから冷却空気を吸い込み、熱交換器１２，１４，１６に当てることにより、それらの中を通る冷却水や冷媒と熱交換させる。

インバータ冷却用ラジエータ１２は、車両正面視で、車両左右方向に長辺を有する長方形状で、車両前後方向に所定の厚みを有する。ラジエータ１２には、車両左側（図１の右側）の端面上部に冷却水流入部３０（冷媒流入部）が配置されており、車両右側（図１の左側）の端面下部に冷却水流出部３２（冷媒流出部）が配置されている。冷却水流入部３０と冷却水流出部３２のそれぞれには、管３８，４０のそれぞれが接続されている。インバータ側からの熱い冷却水（第１冷媒）は、管３８を通って冷却水流入部３０からラジエータ１２内に流入する。そして、冷却水は、ラジエータ１２内を通って冷却されて、冷却水流出部３２から排出される。排出された冷却水は、管４０を通って再びインバータ側へ戻る。

コンデンサ１４も、車両正面視で、車両左右方向に長辺を有する長方形状で、車両前後方向に所定の厚みを有する。コンデンサ１４には、車両左側（図１の右側）の端面上部に冷媒流入部３４が配置されており、同じ端面の下部に冷媒流出部３６が配置されている。冷媒流入部３４と冷媒流出部３６のそれぞれには、管４２，４４のそれぞれが接続されている。冷凍サイクルの一部を構成するコンプレッサからの熱い冷媒（第２冷媒）は、管４２を通って冷媒流入部３４からコンデンサ１４内に流入する。そして、冷媒は、コンデンサ１４内を通って冷却されて、冷媒流出部３６から排出される。排出された冷媒は、管４４を通ってエバポレータ側へ流れる。

エンジン冷却用ラジエータ１６も、図示されていないが、車両正面視で、車両左右方向に長辺を有する長方形状で、車両前後方向に所定の厚みを有する。エンジン冷却用ラジエータ１６は、車両の上下左右方向の平面において、インバータ冷却用ラジエータ１２とコンデンサ１４の面積を合わせた面積を有している。エンジン冷却用ラジエータ１６は、冷却水流入部（不図示）と冷却水流出部（不図示）を有し、エンジンからの熱い冷却水が、冷却水流入部からラジエータ１６内に流入し、ラジエータ１６内を通って冷却されて、冷却水流出部から排出される。排出された冷却水は、エンジン側へ戻る。

押込み式の電動ファン２０は、回転翼５２と、回転翼５２に接続された回転軸（不図示）と、回転軸を介して回転翼５２を回転させるモータ（不図示）と、回転翼５２の外周側に設けられたファンケーシング４６とを備える。同様に、押込み式の電動ファン２２は、回転翼５４と、回転翼５４に接続された回転軸（不図示）と、回転軸を介して回転翼５４を回転させるモータ（不図示）と、回転翼５４の外周側に設けられたファンケーシング４８とを備える。図２に示す吸引式の機械式ファン２４は、エンジンの駆動力が伝達されることで回転翼５６が回転するファンであり、回転翼５６と、回転翼５６に接続された回転軸（不図示）とを備える。

図１に示すように、インバータ冷却用ラジエータ１２（第１熱交換器）とコンデンサ１４（第２熱交換器）とは、車両上下方向に並べて配置される。第１熱交換器１２の冷却水流出部３２（冷媒流出部）と、第２熱交換器１４の冷媒流出部３６とは、当該２つの熱交換器１２，１４の並列配置面上の対角線に沿って離れた対極の両端に配置される。２つの熱交換器１２，１４の車両前方側に電動ファン２０（第１冷却ファン）および電動ファン２２（第２冷却ファン）が配置され、電動ファン２０は、第１熱交換器１２の冷媒流出部３２に対向して配置され、電動ファン２２は、第２熱交換器１４の冷媒流出部３６に対向して配置される。電動ファン２０および電動ファン２２の車両前後方向の位置は、同一の位置であり、すなわち、同一平面上に配置されている。

図２に示すように、エンジン冷却用ラジエータ１６（第３熱交換器）は、第１熱交換器１２と第２熱交換器１４の車両後方側に配置される。また、第３熱交換器１６の車両後方側には、機械式ファン２４が配置される。なお、機械式ファン２４の回転軸の車両左右方向の位置は、図１に示す第１熱交換器１２および第２熱交換器１４の車両左右方向の幅の中心付近にある。図２に示すように、機械式ファン２４の回転翼５６の外周側にはファンシュラウド５０が設けられており、ファンシュラウド５０は、第３熱交換器１６の車両後方側の外周端に接続されて、機械式ファン２４の周りを覆うように車両後方側へ延びている。

例えば、車両のアイドリング時にはエンジンの回転数が低くなり、エンジンの駆動力で回転する機械式ファン２４の回転数も低くなる。また、電動機により車両を駆動させる場合にはエンジンを停止させるため、機械式ファン２３の回転が停止する。このような機械式ファン２３の回転数が低い場合、或いは、回転が停止している場合でも、本実施形態の冷却装置１０は、電動ファン２０，２２を備えているため、それらを回転駆動させることにより、各熱交換器１２，１４，１６に求められる冷却性能を確保できるようになっている。

次に、本実施形態の冷却装置１０の作用効果について説明する。本実施形態の冷却装置１０は、以上で説明した第１熱交換器１２および第２熱交換器１４と、電動ファン２０（第１冷却ファン）および電動ファン２２（第２冷却ファン）との配置関係により、以下に示す非常に有利な作用効果を有する。

本実施形態の冷却装置１０は、第１熱交換器１２および第２熱交換器１４が、車両上下方向に並べて配置されるため、それらが車両前後方向に並べて配置された場合のように冷却風が一方の熱交換器を通った後に他方の熱交換器を通ることがなく、２つの熱交換器１２，１４の冷却性能のばらつきを抑制することができる。

また、本実施形態の冷却装置１０によれば、図１に示すように、第１冷却ファン２０と第２冷却ファン２２が、２つの熱交換器１２，１４の並列配置面上の対角線に沿って離れた対極の両端に対向して配置される。そのため、第１および第２冷却ファン２０，２２の径を大きくしてもそれらが互いに重なりにくく、径の大きな第１および第２冷却ファン２０，２２を２つの熱交換器１２，１４に対向させて、それらの多くの部分（面積）に冷却風を送風することができる。よって、２つの熱交換器１２，１４の冷却性能を向上させることができる。

なお、例えば、第１および第２冷却ファン２０，２２のうち一方を、熱交換器１２，１４の車両前方側に配置し、他方を熱交換器１２，１４の車両後方側に配置することが考えられる。この場合には、第１および第２冷却ファン２０，２２の各々の径を大きくしてもそれらが互いに重なり合う（一方のファンが他方のファンの障害になる）問題は生じない。しかし、本実施形態のように、熱交換器１２，１４の車両後方側に第３熱交換器１６や機械式ファン２４が配置されている場合には、熱交換器１２，１４の車両後方側にスペースが無いため、そこに第１および第２冷却ファン２０，２２のうちの一方を配置することは難しい。熱交換器１２，１４の車両後方側に第３熱交換器１６や機械式ファン２４が配置されていない場合には、そこに第１および第２冷却ファン２０，２２のうちの一方を配置することはできる。しかし、その場合でも、熱交換器１２，１４の同じ側（車両前方側または車両後方側）に、第１および第２冷却ファン２０，２２の両方をそろえて配置した場合に比べて、冷却装置１０の車両前後方向の厚み（体格）が大きくなってしまう。したがって、本実施形態のように、熱交換器１２，１４の同じ側（車両前方側または車両後方側）に、第１および第２冷却ファン２０，２２の両方を配置することが必要であり、或いは、好ましい。

また、機械式ファン２４の回転が停止している場合には、図２に示すように、第１冷却ファン２０および第２冷却ファン（図２では不図示）の回転による冷却風１００が第１熱交換器１２（または第２熱交換器１４）および第３熱交換器１６を通過した後、一部が再び各熱交換器１２，１４，１６側へ戻る逆風１０２を生じることがある。逆風１０２は、各熱交換器１２（または１４），１６を通過した風であり、機械式ファン２４付近でエンジンルーム内の熱を巻き込んだ風であるため、非常に高温であり得る。このような逆風１０２が各熱交換器１２，１４に戻ってくると、各熱交換器１２，１４内の冷却水や冷媒が逆風１０２により温められてしまう（受熱してしまう）可能性がある。しかし、本実施形態の冷却装置１０によれば、図１に示すように、第１冷却ファン２０が第１熱交換器１２の冷却水流出部３２（冷媒流出部）に対向しているので、第１冷却ファン２０により冷却された第１熱交換器１２内の冷却水（第１冷媒）は、逆風により温められることなく、そのまま第１熱交換器１２から排出することができる。同様に、第２冷却ファン２２が第２熱交換器１４の冷媒流出部３６に対向しているので、第２冷却ファン２２により冷却された第２熱交換器１４内の冷媒（第２冷媒）は、逆風により温められることなく、そのまま第２熱交換器１４から排出することができる。

また、本実施形態の冷却装置１０は、図２に示すように、第１冷却ファン２０の回転翼５２の外周側にあるファンケーシング４６が導風板として機能して、第１冷却ファン２０が熱い逆風１０２を吸い込むことを抑制することができる。同様に、図１に示されている第２冷却ファン２２の回転翼５４の外周側にあるファンケーシング４８が導風板として機能して、第２冷却ファン２２が熱い逆風を吸い込むことを抑制することができる。これにより、２つの熱交換器１２，１４の冷却性能をさらに向上させることができる。

また、本実施形態の冷却装置１０は、第１冷却ファン２０と第２冷却ファン２２とが車両前後方向に重ならず、第１冷却ファン２０と第２冷却ファン２２とが同一平面上に並べて配置されているので、車両前後方向のスペースを省略することができる。

以上で説明した実施形態の冷却装置１０は、第１熱交換器１２および第２熱交換器１４を、車両上下方向に並べて配置した構造であった。しかし、図３に示すように、第１熱交換器１２および第２熱交換器１４を、車両左右方向に並べて配置した構造であってもよい。図３に示す冷却装置１０は、図１に示した冷却装置１０を左へ９０度回転させたものである。このような冷却装置１０でも、上記した作用効果を得ることができる。

また、以上で説明した実施形態の冷却装置１０は、２つの熱交換器１２，１４の車両後方側に、第３熱交換器１６と機械式ファン２４とを設けた構造であった。しかし、第３熱交換器１６と機械式ファン２４とは必須ではなく、それらが存在しなくても、上記した作用効果を得ることができる。

また、以上で説明した実施形態の冷却装置１０は、２つの熱交換器１２，１４の車両前方側に、２つの押込み式の電動ファン２０，２２を配置した構造であった。しかし、第３熱交換器１６や機械式ファン２４が存在しないような場合には、２つの熱交換器１２，１４の車両後方側に、２つの吸引式の電動ファン２０，２２を配置してもよい。

１０冷却装置（車両用冷却装置）、１２ラジエータ（熱交換器，第１熱交換器）、１４コンデンサ（熱交換器，第２熱交換器）、１６ラジエータ（熱交換器，第３熱交換器）、２０電動ファン（第１冷却ファン）、２２電動ファン（第２冷却ファン）、２４機械式ファン、３０冷却水流入部（冷媒流入部）、３２冷却水流出部（冷媒流出部）、３４冷媒流入部、３６冷媒流出部、３８，４０，４２，４４管、４６，４８ファンケーシング、５０ファンシュラウド、５２，５４，５６回転翼、１００冷却風、１０２逆風。

Claims

車両用冷却装置であって、
車両上下方向または車両左右方向に並べて配置された空冷式の第１および第２熱交換器と、
前記第１および第２熱交換器の並列配置面と車両前後方向で重なるように配置された第１および第２冷却ファンと、を備え、
前記第１冷却ファンは、車両正面視で、外郭が前記第１および第２熱交換器の並列配置面の第１の内角を形成する２辺に接するように配置され、
前記第２冷却ファンは、車両正面視で、外郭が前記第１および第２熱交換器の並列配置面の前記第１の内角と対向する第２の内角を形成する２辺に接するように配置され、
前記第１の内角は前記第１熱交換器の正面の１つの内角であり、前記第１熱交換器のその内角の側の端面には、前記第１熱交換器の冷却対象である第１冷媒が流出する前記第１熱交換器の冷媒流出部が配置されており、
前記第１熱交換器の冷媒流出部は、車両正面視で、前記第１冷却ファンの外郭がその冷媒流出部がある端面を表す辺に接する位置に隣り合うように配置されており、
前記第２の内角は前記第２熱交換器の正面の１つの内角であり、前記第２熱交換器のその内角の側の端面には、前記第２熱交換器の冷却対象である第２冷媒が流出する前記第２熱交換器の冷媒流出部が配置されており、
前記第２熱交換器の冷媒流出部は、車両正面視で、前記第２冷却ファンの外郭がその冷媒流出部がある端面を表す辺に接する位置に隣り合うように配置されている、
ことを特徴とする車両用冷却装置。
請求項１に記載の車両用冷却装置であって、
前記第１冷却ファンと前記第２冷却ファンとは車両前後方向に重ならない、
ことを特徴とする車両用冷却装置。