JPWO2014045771A1 - 車両用冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る車両用冷却装置(1)は、ラジエータ(3)と、一端が前記ラジエータ(3)の冷却水出口部(29)に接続され、他端がウォータポンプ(5)に接続され、前記ラジエータ(3)からウォータポンプ(5)へ冷却水(W)を導くラジエータ出口側配管(19)と、該ラジエータ出口側配管(19)の途中部(21)から分岐して上方に向けて延びる分岐管(23)と、該分岐管(23)に接続され、この分岐管(23)を介して前記ラジエータ出口側配管(19)に常時連通している冷却水リザーブタンク(25)と、を備えている。
Description
本発明は、車両用冷却装置に関する。
従来から、車両を走行駆動させるモータやエンジンを冷却する車両用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に記載された車両用冷却装置においては、ラジエータ、ウォータポンプおよびモータ等の発熱機器を冷却回路で冷却する。この冷却回路では、前記ラジエータで冷却した冷却水を配管を介して発熱機器に送給する。
また、前記冷却回路を構成する配管の途中部にはリザーバタンクが配設され、冷却水がリザーバタンクを常時通って配管内を流れるように構成されている。
しかしながら、前述した特許文献1では、冷却水がリザーバタンクを常時通って配管内を流れるため、リザーバタンクの壁面に、気泡が混入した冷却水が衝突し、流水音(ノイズ)が発生するという問題があった。
そこで、本発明は、冷却回路に設けられたリザーバタンクから発生する流水音を低減させることができる車両用冷却装置を提供することを目的としている。
本発明に係る車両用冷却装置は、ラジエータと、一端が前記ラジエータの冷却水出口部に接続され、他端がウォータポンプに接続され、前記ラジエータからウォータポンプへ冷却水を導くラジエータ出口側配管と、該ラジエータ出口側配管の途中部から分岐して上方に向けて延びる分岐管と、該分岐管に接続され、この分岐管を介して前記ラジエータ出口側配管に常時連通している冷却水リザーブタンクと、を備えている。
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。なお、以下の実施形態では、モータで駆動する電気自動車を例にとって説明するが、本発明はエンジンで駆動するガソリン車にも適用が可能である。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る車両用冷却装置1の冷却回路は、ラジエータ3、ウォータポンプ5、DC/DCコンバータ7、インバータ9、および、モータ11を、配管13を介して繋いで構成されている。これらのDC/DCコンバータ7、インバータ9、および、モータ11は、電気自動車に搭載された発熱機器(電気機器)15である。この発熱機器(電気機器)15は、通電によって発熱するため、所定温度に冷却させる必要がある。前記ラジエータ3の背面(後方)には、車室外熱交換器である第1コンデンサ27を介してファン17が配設されている。また、ラジエータ3とウォータポンプ5とを結ぶラジエータ出口側配管19の途中部21には、分岐管23を介して冷却水リザーブタンク25が接続されている。前記ウォータポンプ5によって、配管13内に冷却水Wを流す駆動力を発生させる。
従って、DC/DCコンバータ7、インバータ9、および、モータ11に冷却水Wを流すことにより、これらの発熱機器15で発生した熱を冷却水Wで冷却させる。すると、冷却水Wが熱交換によって暖まるため、ラジエータ3にて冷却水Wを冷却したのち、DC/DCコンバータ7等の発熱機器15に循環させて冷却する。
図2に示すように、モータルーム内の車両後方側には、上下方向に沿ってDC/DCコンバータ7等の発熱機器15が配設されている。具体的には、最も下側にはモータ11が配設され、該モータ11の上側にはインバータ9が配設され、該インバータ9の上側にはDC/DCコンバータ7が配設されている。前記モータ11は、電気自動車を走行させる駆動力を発生させるため、最も大量の熱が発生する。
一方、モータルーム内の車両前方側には、ラジエータ3が配設され、該ラジエータ3の背面側(後方側)には、車室外熱交換器である第1コンデンサ27が配設されている。前記ラジエータ3は、電気自動車に搭載されたDC/DCコンバータ7等の発熱機器15を冷却するために設けられている。
前記ラジエータ3の背面の上端部には、冷却水出口部29が設けられ、該冷却水出口部29から車両後方に向けてラジエータ出口側配管19が延びている。即ち、このラジエータ出口側配管19は、一端(前端)がラジエータ3の冷却水出口部29に接続され、他端(下端)がウォータポンプ5に接続されている。従って、ラジエータ出口側配管19は、ラジエータ3からウォータポンプ5へ冷却水Wを導くように構成されている。換言すれば、ラジエータ出口側配管19は、ラジエータ3の冷却水出口部29から後方に向けて直線状に延びる直線部31と、該直線部31の後端から屈曲して下方に向けて延びる本体部33と、該本体部33の下端から屈曲して前方に延びる屈曲部35とから一体形成されている。そして、前記直線部31の前端がラジエータ3の冷却水出口部29に接続され、屈曲部35の前端がウォータポンプ5の後側に接続されている。これによって、冷却水Wは、ラジエータ3の冷却水出口部29からラジエータ出口側配管19を介してウォータポンプ5に送られる。
前記ウォータポンプ5とDC/DCコンバータ7とは、上下方向に沿って延びるウォータポンプ出口側配管37を介して連結されている。従って、ウォータポンプ5の駆動によって、冷却水Wはウォータポンプ出口側配管37内を上昇してDC/DCコンバータ7に送られる。
前記DC/DCコンバータ7とインバータ9とは、図示しない配管を介して接続されている。従って、冷却水Wは、DC/DCコンバータ7からインバータ9に送られ、該インバータ9から配管を介してモータ11へと送られる。
前記ラジエータ3の背面の下端部には、冷却水入口部39が設けられ、該冷却水入口部39から車両後方に向けてラジエータ入口側配管41が直線状に延びている。即ち、ラジエータ入口側配管41の後端はモータ11に接続され、ラジエータ入口側配管41の前端はラジエータ3の冷却水入口部39に接続されている。従って、モータ11から排出された冷却水Wは、ラジエータ入口側配管41を介してラジエータ3に送られる。
ここで、前記ラジエータ出口側配管19における直線部31の途中部21には、分岐して上方に向けて延びる分岐管23が設けられている。この分岐管23は、T字状管(三方管)であり、ラジエータ出口側配管19に沿って前後方向に延びる本体部43と、該本体部43の前後方向中央部から上方に向けて延びる分岐部45とから構成されている。
この分岐管23の分岐部45には、パイプ47を介して冷却水リザーブタンク25が接続されている。即ち、冷却水リザーブタンク25は、分岐管23に接続され、この分岐管23を介して前記ラジエータ出口側配管19に常時連通している。冷却水リザーブタンク25の上部には、冷却水を注水して補水する開口部を設けるとともに、この開口部には冷却回路内の冷却水Wの温度上昇により、冷却回路内の圧力を高める作用を有する圧力式キャップ26が設けられている。
本実施形態に係るラジエータ3は、横方向に沿って冷却水Wが流れる横流れ式ラジエータである。つまり、図2に示す紙面の手前側と奥側とを交互に冷却水Wが流れるように構成されている。そして、冷却水出口部29は、冷却水入口部39よりも上方に配置されている。
また、前述したように、図2に示すように、ラジエータ3の背面側(後方側)には、第1コンデンサ27が配設されている。従って、第1コンデンサ27の厚さ分だけ、ラジエータ出口側配管19の直線部31の長さが長く形成される。
以上のように、本実施形態に係る車両用冷却装置1は、ラジエータ3と、ラジエータ出口側配管19と、冷却水リザーブタンク25と、を備えている。
次いで、図3に示すように、前記ラジエータ3の冷却水出口部29から前記分岐管23まで気泡49が移動する時間よりも、気泡49が前記ラジエータ出口側配管19の内壁面20の上端まで浮上する時間の方を短く設定している。即ち、冷却水Wが流れる流速が大きすぎると、冷却水W中の気泡49が上方に浮かび上がってラジエータ出口側配管19の内壁面20の上端に到達する前に、気泡49が分岐管23を通り過ぎてしまう。従って、冷却水Wが流れる流速を所定値以下にし、気泡49を浮上させて分岐管23内に確実に流入させ、効率的な気液分離を行うようにすることが好ましい。
ここで、循環水量と配管内径とから、気泡49の配管内の移動速度が求められ、この移動速度とラジエータ3の冷却水出口部29から前記分岐管23までの距離とから、気泡49が移動する時間が求められる。また、気泡49の浮上時間は、浮力と配管内径との関係で求められる。
いいかえれば、冷却回路内の循環水量を基に、気泡49が配管内の径方向に浮上する時間と、配管内の流れ方向を移動する時間とから、ラジエータ3の冷却水出口部29から分岐管23までの好適な長さを決定することもできる。
なお、気液分離を行うためには、分岐管23の本体部43が前後方向に沿って延設されて分岐部45が本体部43に交差して上方に向けて延びていれば良い。即ち、本体部43が上下方向に沿って延設していなければ気液分離を効果的に行うことができる。
次いで、図4を用いて、本発明の実施形態に係る車両用空気調和装置51について説明する。この車両用空気調和装置51は、家庭用空気調和装置と同様な冷暖房兼用のヒートポンプシステム(冷凍サイクル)を利用している。
図4に、車両用空気調和装置51の概略を示す。この図4に示すように、車両前部に位置するモータルーム53内には、車両前後方向に延設されるダクト55を設けてある。ダクト55内には、車両前方側から後方側に向けて、ラジエータ3、車室外熱交換器である第1コンデンサ27、送風機としてのファン17を、これらの順に配置している。第1コンデンサ27は、前記ヒートポンプシステムの一部を構成している。
モータルーム53の車両後方には、ダッシュパネル54を介してモータルーム53と隔てられる車室57を備えている。車室57内には、室内空調ユニット59を配置し、室内空調ユニット59内には前記ヒートポンプシステムの一部を構成する蒸発器61及び第2コンデンサ63を配置している。これら蒸発器61及び第2コンデンサ63は室内熱交換器を構成している。蒸発器61は冷房運転時に使用し、第2コンデンサ63は暖房運転時に使用する。
室内空調ユニット59内には、第2コンデンサ63を配置している第1空調流路65と、第1空調流路65に対して隔壁67によって隔ててある第2空調流路69とが形成されている。隔壁67の蒸発器61側の端部には、車両前後方向に回動可能な開閉扉71を設けてある。開閉扉71は、暖房時には実線で示す位置となって温風が第1空調流路65を流れ、冷房時には二点鎖線で示す位置となって冷風が第2空調流路69を流れる。
第1コンデンサ27と、蒸発器61及び第2コンデンサ63とは、冷媒配管73によって接続されている。冷媒配管73には、モータルーム53内に配置されるコンプレッサ75、二つの膨張弁(オリフィス)77,79、二方弁81及び三方弁83を接続している。ラジエータ3や第1コンデンサ27で熱交換するときに、外気を、ファン17によって、ラジエータ3や第1コンデンサ27に通風させる。
ここで暖房運転時には、図4中のコンプレッサ75で圧縮された高温の冷媒が、第2コンデンサ63を流れることで放熱して凝縮する。このとき、図示しない室内ファンによって外気が矢印Aのように蒸発器61から第2コンデンサ63を経て第1空調流路65を流れることで、温風を車室57内に送り込む。第2コンデンサ63を出た冷媒は、膨張弁77を経て第1コンデンサ27に達して外気から吸熱することによって、冷媒が温度上昇し、三方弁83を経てコンプレッサ75に戻る。このとき、冷媒は、膨張弁79及び蒸発器61を流れない。つまり、三方弁83は、冷媒が第1コンデンサ27から膨張弁79及び蒸発器61をバイパスしてコンプレッサ75に直接流れるように切り替わっている。また、二方弁81は閉じている。このように、車室外熱交換器である第1コンデンサ27は、車室内を暖房するときにヒートポンプシステムの吸熱器として機能する。
次いで、本実施形態による作用効果を説明する。
(1)本実施形態による車両用冷却装置1は、ラジエータ3と、一端が前記ラジエータ3の冷却水出口部29に接続され、他端がウォータポンプ5に接続され、前記ラジエータ3からウォータポンプ5へ冷却水Wを導くラジエータ出口側配管19と、該ラジエータ出口側配管19の途中部21から分岐して上方に向けて延びる分岐管23と、該分岐管23に接続され、この分岐管23を介して前記ラジエータ出口側配管19に常時連通している冷却水リザーブタンク25と、を備えている。
このように、冷却水リザーブタンク25が分岐管23を介して前記ラジエータ出口側配管19に常時連通しているため、ラジエータ出口側配管19内を通る冷却水Wが、冷却水リザーブタンク25を構成する壁面に直接当たらない。従って、配管内を流れる冷却水Wの流水音を効率的に低減させることができる。
また、分岐管23がラジエータ出口側配管19の途中部21に設けられている。従って、ラジエータ3の冷却水出口部29から排出された冷却水Wに含まれる気泡49が上方に浮上しながら流れる。このため、分岐管23を介して冷却水リザーブタンク25内に気泡49が流入し、冷却水Wの気液分離性が向上する。
(2)前記ラジエータ3の冷却水出口部29から前記分岐管23まで気泡49が移動する時間よりも、気泡49が前記ラジエータ出口側配管19の内壁面20の上端まで浮上する時間の方を短く設定している。
冷却水Wが流れる流速が大きすぎると、冷却水W中の気泡49が上方に浮かび上がって分岐管23内に流入する前に分岐管23を冷却水Wが通り過ぎてしまう。従って、冷却水Wが流れる流速を所定値以下にし、移動する気泡49が分岐管23内に流入して、効率的な気液分離を行うようにすることが好ましい。
(3)前記ラジエータ3の背面側に車室外熱交換器である第1コンデンサ27を配置すると共に、前記ラジエータ出口側配管19をラジエータ3から背面側に向けて延在させている。
ラジエータ3の背面側に第1コンデンサ27を配置しているため、ラジエータ出口側配管19の長さを第1コンデンサ27の厚さ分だけ長く設定することができる。これによって、冷却水W中の気泡49がラジエータ出口側配管19の内部を流れる間に上方に浮上するため、気液分離性が向上する。
(4)前記ラジエータ3は、冷却水Wが横方向に沿って流れる横流れ式ラジエータであり、前記ラジエータ3における冷却水出口部29は、冷却水入口部39よりも上方側に配置されている。
冷却水リザーブタンク25に接続される冷却水出口部29が冷却水入口部39よりも上方側に配置されている。このため、冷却水W中の気泡49が冷却水リザーブタンク25に流入しやすくなり、気液分離性が更に向上する。
(5)前記ラジエータ3は、電気自動車に搭載された発熱機器15を冷却する。
電気自動車は、ガソリン車よりも車両の暗騒音が小さいため、小さな音も聞こえやすい性質を有する。従って、冷却水リザーブタンク25で発生する流水音を低減させる効果が、従来のガソリン車よりも高くなる。
(6)前記車室外熱交換器である第1コンデンサ27は、車室内を暖房するときにヒートポンプシステムの吸熱器として機能する。
第1コンデンサ27は、ラジエータ3の背面側に配設されているため、車両が走行する際に発生する走行風によって第1コンデンサ27が冷却されにくい。また、第1コンデンサ27がラジエータ3に近接して配置されているため、第1コンデンサ27が更に冷却しにくい。従って、外気温が低い時においても第1コンデンサ27から吸熱する際の吸熱効率が向上し、車室内を効率的に暖房することができる。
(7)また、本実施形態では、配管13の本数が1本であり、従来の冷却回路よりも少ないため、配管の経路が簡素化される。さらに、本実施形態では、冷却水W中の気泡49の流速を減速させるためにリザーブタンクを大型化させる必要がない。
なお、本発明は前述した実施形態に限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変形および変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、ラジエータ3は横流れ式ラジエータとしたが、冷却水Wが上下方向(縦方向)に沿って流れる縦流れ式ラジエータであっても良い。この場合も、冷却水リザーブタンク25に接続される冷却水出口部29が冷却水入口部39よりも上方側に配置することが好ましい。これにより、冷却水W中の気泡49が冷却水リザーブタンク25に流入しやすくなり、気液分離性が更に向上する。
特願2012―206550号(出願日:2012年9月20日)の全内容は、ここに援用される。
本発明に係る車両用冷却装置によれば、冷却水リザーブタンクが分岐管を介して前記ラジエータ出口側配管に常時連通している。このため、ラジエータ出口側配管内を通る冷却水が、冷却水リザーブタンクを構成する壁面に直接当たらないので、冷却水の流水音を効率的に低減させることができる。
1 車両用冷却装置
3 ラジエータ
5 ウォータポンプ
7 DC/DCコンバータ(発熱機器)
9 インバータ(発熱機器)
11 モータ(発熱機器)
15 発熱機器
19 ラジエータ出口側配管
21 途中部
23 分岐管
25 冷却水リザーブタンク
26 圧力式キャップ
27 第1コンデンサ(車室外熱交換器)
29 冷却水出口部
39 冷却水入口部
49 気泡
3 ラジエータ
5 ウォータポンプ
7 DC/DCコンバータ(発熱機器)
9 インバータ(発熱機器)
11 モータ(発熱機器)
15 発熱機器
19 ラジエータ出口側配管
21 途中部
23 分岐管
25 冷却水リザーブタンク
26 圧力式キャップ
27 第1コンデンサ(車室外熱交換器)
29 冷却水出口部
39 冷却水入口部
49 気泡
本発明に係る車両用冷却装置は、ラジエータと、一端が前記ラジエータの冷却水出口部に接続され、他端がウォータポンプに接続され、前記ラジエータからウォータポンプへ冷却水を導くラジエータ出口側配管と、該ラジエータ出口側配管の途中部から分岐して上方に向けて延びる分岐管と、該分岐管に接続され、この分岐管を介して前記ラジエータ出口側配管に常時連通している冷却水リザーブタンクと、を備えている。また、本発明に係る車両用冷却装置は、ラジエータの冷却水出口部から分岐管まで気泡が移動する時間よりも、気泡がラジエータ出口側配管の内壁面の下端から上端まで浮上する時間の方を短く設定している。
Claims (7)
- ラジエータと、一端が前記ラジエータの冷却水出口部に接続され、他端がウォータポンプに接続され、前記ラジエータからウォータポンプへ冷却水を導くラジエータ出口側配管と、該ラジエータ出口側配管の途中部から分岐して上方に向けて延びる分岐管と、該分岐管に接続され、この分岐管を介して前記ラジエータ出口側配管に常時連通している冷却水リザーブタンクと、を備えたことを特徴とする車両用冷却装置。
- 前記ラジエータの冷却水出口部から前記分岐管まで気泡が移動する時間よりも、気泡が前記ラジエータ出口側配管の内壁面の上端まで浮上する時間の方を短く設定したことを特徴とする請求項1に記載の車両用冷却装置。
- 前記ラジエータの背面側に車室外熱交換器を配置すると共に、前記ラジエータ出口側配管をラジエータから背面側に向けて延在させたことを特徴とする請求項1または2に記載の車両用冷却装置。
- 前記ラジエータは、冷却水が横方向に沿って流れる横流れ式ラジエータであり、前記ラジエータにおける冷却水出口部は、冷却水入口部よりも上方側に配置されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両用冷却装置。
- 前記ラジエータは、冷却水が縦方向に沿って流れる縦流れ式ラジエータであり、前記ラジエータにおける冷却水出口部は、冷却水入口部よりも上方側に配置されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両用冷却装置。
- 前記ラジエータは、電気自動車に搭載された発熱機器を冷却することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の車両用冷却装置。
- 前記車室外熱交換器は、車室内を暖房するときにヒートポンプシステムの吸熱器として機能することを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の車両用冷却装置。
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