WO2014045771A1

WO2014045771A1 - 車両用冷却装置

Info

Publication number: WO2014045771A1
Application number: PCT/JP2013/071996
Authority: WO
Inventors: 章寛小池; 陽平徳田
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2014-03-27
Also published as: JPWO2014045771A1; JP5888425B2

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

車両用冷却装置

　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。

特開２００６－６７７３５号公報

　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。

本発明の実施形態による車両用冷却装置の冷却回路を示す概略図である。本発明の実施形態による車両用冷却装置の側面図である。ラジエータにおける冷却水出口部の近傍を示す拡大断面図である。本発明の実施形態に係る車両用空気調和装置を示す概略図である。

　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

Claims

　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。