(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記従来の統合冷却システムにあっては、サブ・ラジエータ内部に水冷熱交換器を配置しており、水冷熱交換器の内部には高圧の冷却媒体が流れるようになっているため、水冷熱交換器からサブ・ラジエータ内に冷媒液体が漏れると、サブ・ラジエータの熱交換効率が低下したり、サブ・ラジエータ側の冷却回路の内部圧力が高まってサブ・ラジエータやこの冷却回路の部品を損傷してしまったりしてしまう。
【0005】
この対策を行うには、水冷熱交換器の液密性およびサブ・ラジエータ側の冷却回路の部品の耐圧力性を高めなければならず、これらを徹底しようとすると非常に高価で、かつ重量や寸法が大きなものになってしまう。
【0006】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、異なる冷却回路にそれぞれ設けた2つの熱交換器で異なる冷却媒体をそれぞれ冷却するとともに一方の冷却媒体を他方の冷却媒体で冷却するようにした冷却システムにおいて、一方の冷却媒体が他方の冷却媒体中に漏れても、他方の冷却媒体側の冷却回路の部品の損傷を防止でき、かつその冷却回路での最低限の冷却機能を確保できるようにした統合冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この目的のため、請求項1に記載の本発明による統合冷却システムは、流入側タンクおよび流出側タンクの間のコア部で第1冷却媒体を冷却する第1熱交換器を有する第1冷却回路と、前記流出側タンクの内部に配置されて前記第1冷却媒体で第2冷却媒体を冷却する第2熱交換器を有し、該第2熱交換器での前記第2冷却媒体の圧力が前記第1冷却媒体の圧力より高くなる第2冷却回路と、を備え、前記流出側タンクに所定圧以上で開放して該流出側タンクの内外を連通可能と
し、流出側タンク内の第1冷却媒体の一部を流出側タンクの外部へ流出させる開放部を、
流出側タンクの側面の上方位置に設け、前記流出側タンクの底部内面から開放部下端までの距離を、開放部が開放して流出側タンク内の第1冷却媒体の一部が流出側タンクの外部へ流出したとき、前記底部内面から前記開放部下端までの容積内に、前記第1冷却回路に最低限必要な前記第1冷却媒体の量
が確保
される距離に設定した、ことを特徴とする。
【0008】
また、請求項2に記載の本発明による統合冷却システムは、
請求項1に記載の統合冷却システムにおいて、
前記開放部を、リリーフバルブとした、
ことを特徴とする。
【0009】
また、請求項3に記載の本発明による統合冷却システムは、
前記開放部を、脆弱部とした、
ことを特徴とする。
【0010】
請求項4に記載の本発明による統合冷却システムは、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の統合冷却システムにおいて、
第2熱交換器を、開放部より下方に配置した、
ことを特徴とする。
【0011】
また、請求項5に記載の本発明による統合冷却システムは、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の統合冷却システムにおいて、
開放部を、流出側タンクの、第1熱交換器幅方向の側面に設けた、
ことを特徴とする。
【0012】
また、請求項6に記載の本発明による統合冷却システムは、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の統合冷却システムにおいて、
開放部から吐出された第1冷却媒体の外部への放出方向を変更するガイド部材を流出側タンクに取り付けた、
ことを特徴とする。
【0013】
また、請求項7に記載の本発明による統合冷却システムは、
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の統合冷却システムにおいて、
第1冷却回路が、第1冷却媒体である冷却水を流す強電系部品用冷却回路であり、第2冷却回路が、第2冷却媒体である空調用冷却媒体を流す空調用冷却回路である、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
請求項1に記載の本発明の統合冷却システムにあっては、第2冷却媒体が第1冷却媒体中に漏れても、開放部を開放してこれより上の第1冷却媒体を外部へ逃がして圧力を減少させることで第1冷却媒体側の第1冷却回路の部品の損傷を防止でき、かつ開放部より下側の部分位置まで第1冷却媒体の量を確保することで第1冷却回路での最低限の冷却機能を確保することができる。また、第2熱交換器が第1熱交換器の流出側タンク内に配置されているので、第2熱交換器での熱交換効率を向上させることができる。
【0015】
請求項2に記載の本発明の統合冷却システムにあっては、開放部をリリーフバルブで構成したので、第2冷却媒体が第1冷却媒体中に漏れてこれが所定圧以上に上昇するのを、確実に抑制することができる。
【0016】
請求項3に記載の本発明の統合冷却システムにあっては、開放部を、脆弱部で構成したので、第2冷却媒体が第1冷却媒体中に漏れてこれが所定圧以上に上昇するのを、確実かつ安価に抑制することができる。
【0017】
請求項4に記載の本発明の統合冷却システムにあっては、第2熱交換器を、開放部より下方に配置したので、第2冷却媒体が第1冷却媒体中に漏れても、第2冷却回路で冷却機能を発揮できる量の第2冷却媒体が第2冷却回路中に残っている間は、第2熱交換器で第2冷却媒体を十分に冷却することができる。
【0018】
請求項5に記載の本発明の統合冷却システムにあっては、開放部を、第1熱交換器幅方向の側面に設けた、流出側タンクの開放部が開放した場合に、第1冷却媒体の外部への放出方向を第1熱交換器の幅方向へ向けることで、その前後にある他の機器に第1冷却媒体がかかるのを防止することができる。
【0019】
請求項6に記載の本発明の統合冷却システムにあっては、開放部から吐出された第1冷却媒体の外部への放出方向を変更するガイド部材を流出側タンクに取り付けたので、開放部を設けた流出側タンクを変更することなく、開放部から外部へ捨てられる第1冷却媒体の放出方向を第1熱交換器の幅方向から厚さ方向へと変えることができる。
【0020】
請求項7に記載の本発明の統合冷却システムにあっては、第1冷却回路を、第1冷却媒体である冷却水を流す強電系部品用冷却回路とし、第2冷却回路を、第2冷却媒体である空調用冷却媒体を流す空調用冷却回路としたので、ハイブリッド車や電気自動車の空調システムおよび強電系部品の冷却システムに最適に適用することができる。
【実施例1】
【0023】
まず、実施例1の統合冷却システムの全体構成を
図1に基づいて説明する。
実施例1の統合冷却システムは、内燃機関と電気モータとを搭載し、いずれか一方および両方での駆動が可能なハイブリッド車に用いられる。
【0024】
この実施例1の統合冷却システムは、空調システムの冷却媒体の空調用冷却回路ACと、電気モータやインバータ等の強電部品を冷却する冷却水の強電系部品冷却回路ECと、を備えている。これらの空調用冷却回路ACと強電系部品冷却回路ECとは、水冷コンデンサ5で互いの冷却媒体間で熱交換が可能なように統合されている。
なお、強電系部品冷却回路ECは本発明の第1冷却回路に、また空調用冷却回路ACは、本発明の第2冷却回路にそれぞれ相当する。
【0025】
空調用冷却回路ACは、空冷コンデンサ1と、エクスパンション・バルブ2と、エバポレータ3と、コンプレッサ4と、水冷コンデンサ5と、 これら間を接続するパイプ等の流路と、を有する。
これらの部品間を流れる冷却媒体としては、たとえばHFC-134a(化学式:CH
2FCF
3)を用いる。冷却媒体の流れ方向は、
図1中、矢印で示してある。
なお、空冷コンデンサ1は、強電系部品冷却回路ECの一部をも構成する。また、冷却媒体HFC-134aは、本発明の第2冷却媒体に相当する。
【0026】
空冷コンデンサ1は、互いに離間した流入側のタンクおよび流出側のタンクと、これら両タンク間を接続する複数のチューブ(あるいは交互に配列したチューブと冷却フィン)を有するコア部と、を有する。流入側タンクから流入した冷却媒体は、流出側タンクへ向かってコア部を流れる間に、冷却媒体と走行風(車両が停止している場合にはモーター・ファンによる強制風)との間で熱交換が行われ、冷却される。
ここで空気冷却された冷却媒体は、流路12を通ってエクスパンション・バルブ2へ流れる。
【0027】
エクスパンション・バルブ2は、空冷コンデンサ1で冷やされ過冷却液となった冷却媒体を低圧にするとともに絞ることで、冷却媒体を低温かつ低圧の霧状の冷媒として気化しやすいようにする。このようにした気化された冷却媒体は、流路13を通ってエバポレータ3へと送られる。
【0028】
エバポレータ3は、車室内に配設され図示を省略したエアコン・ユニットの送風ダクト内に配置されていて、エクスパンション・バルブ2を通過して減圧膨張した低温低圧の冷却媒体を、送風機の空気流を受けて蒸発させ、送風ダクト内を車室へ向けて流れる空気流を冷却する。
エバポレータ3から出た冷却媒体は、流路14を通ってコンプレッサ4の入口へ送り出される。
【0029】
コンプレッサ4は、エバポレータ3から送られてきた冷却媒体を圧縮して高圧にするもので、たとえば吐出容量可変形のコンプレッサで構成し、図示しないコントローラから図示しない容量制御用電磁弁に出力される容量制御信号に対応して吐出容量が変化(数%〜100%)するようにしている。このコンプレッサ4は、図示を省略した電磁クラッチ又はディレクト・プーリ(電磁クラッチなし)を介して図示しない電動モータによってベルト駆動される。
コンプレッサ4の出口から吐き出された冷却媒体は、流路15を通って水冷コンデンサ5の入口へ送られる。
【0030】
水冷コンデンサ5は、流出側タンク8の内部に配置され、この上方側から冷却媒体が流入され、その下方側から流出されるとともに、その水冷コンデンサ5の外周に沿って流出側タンク8内を強電系回路ECの冷却水が流されることで、冷却媒体と冷却水との間で熱交換が行なわれ、冷却媒体を冷却可能としている。
水冷コンデンサ5から流出した冷却媒体は、流路16を通って空冷コンデンサ1へと戻される。
なお、水冷コンデンサ5は、本発明の第2熱交換器に相当する。
【0031】
なお、同図中には明示しないが、空冷コンデンサ1とエクスパンション・バルブ2との間にリキッド・タンクを設けて、空冷コンデンサ1で液化された高圧中温の液化冷媒に含まれる水分やゴミをフィルタ部で取り除くとともに、余分な冷媒を一時的に溜めておき、急冷時等に冷却媒体が十分に供給できるようにしてもよい。
【0032】
一方、強電系冷却回路ECは、水冷コンデンサ5と、サブ・ラジエータ6と、図示しない強電部品冷却部と、これらを接続するパイプ等の流路と、を有し、これらの間を冷却水が流れるようにしてある。
なお、サブ・ラジエータ6は本発明の第1熱交換器に、また冷却水は本発明の第1冷却媒体にそれぞれ相当する。
【0033】
水冷コンデンサ5は、上記で説明したように、強電系冷却回路ECを流れる冷却水で空調用冷却回路ACを流れる冷却媒体を冷却可能である。
水冷コンデンサ5から流出した冷却水は、流路を通って強電系部品冷却部7へ送られる。
【0034】
サブ・ラジエータ6は、図示しない内燃エンジン冷却用のメイン・ラジエータの近くに配置され、樹脂製の、離間された流入側のタンク7および流出側のタンク8と、これらの両タンク7、8間を接続する複数のチューブおよび隣り合うチューブ間に配置された冷却フィンを有するコア部6aと、を備えている。冷却水は、流入側タンク7の上方側に設けられたインレット・ポート7aから流入し、コア部6aを通って流出側タンク8の下方側に設けられたアウトレット・ポート8aから流出する。
【0035】
なお、サブ・ラジエータ6の上部には、デガス・タンク9が取り付けられている。デガス・タンク9は、上面に圧力キャップが設けられるとともに、パイプ10aを介して流入側タンク7の上方部分に設けられた流入ポート7aに、またパイプ10bを介して流出側タンク8の下方部分に設けられた流出ポート8aに接続されている。冷却水中の空気や気体をここに集めて溜め、外部へ放出するようにしてある。また、その内部には、冷却水が入っており、強電系部品用冷却回路ECを循環する冷却水の量の変化に応じて冷却水を溜めたり供給したりする。冷却水が過大となったときは外部へ放水するオーバーフロー・パイプ11が取り付けられている。
【0036】
また、サブ・ラジエータ6の流出側タンク8の外側側面の上方位置には、
図2に示すように、タンクの肉厚をその部分だけ他の部分より薄くした脆弱部80と、この外周で下方に開口したガイド部材81とが設けられている。ガイド部材81には、放出パイプ17が取り付けられている。
なお、脆弱部80は、本発明の開放部に相当する。
【0037】
万が一、冷却媒体が冷却水に入ったとき、冷却媒体が膨張して強電系部品冷却回路ECの内部圧力が高くなって強電系部品冷却回路ECの部品が破損するのを避けるため、内部圧力が所定値以上になったら、脆弱部80が破損してガイド部材81を介して冷却水や冷却媒体の一部を流出側タンク8の側面上方から外側へ吐き出すように、脆弱部80の破断強度を設定してある。
【0038】
また、流出側タンク8の底部内面から脆弱部80の下端までの距離Lは、脆弱部80が破断して上記冷却水の一部が外部へ流出した場合でも、流出側タンク8の底部内面から脆弱部80の下端までの容積内に、強電系部品冷却回路ECを機能させるのに最低限必要な量の冷却水を確保できる大きさに設定してある。
【0039】
強電系部品冷却部で温められた冷却水は、流入側タンク7から流入して流出側タンク8へ向かってコア部6aを流れる際に、走行風(ただし、車両が停止しているときはモーター・ファンによる強制風)と冷却水との間で熱交換を行い、冷却水を冷却して流路を通って水冷コンデンサ5へ送られる。
【0040】
強電系部品冷却部は、電気モータのケース内部に形成した冷却通路やインバータのケースの底部に形成した冷却通路等であって、これらにサブ・ラジエータ6で冷却された冷却水を流すことで、電気モータやインバータ等の強電系部品で発熱した熱を奪うことでこれらを冷却する。
強電系部品を冷却することで温められた冷却水は、流路を通ってサブ・ラジエータ6へ送られる。
【0041】
以上のように構成された統合冷却システムの作用について、以下に説明する。
空調用冷却回路ACでは、冷却媒体は空冷コンデンサ1で空冷されて過冷却液の状態となって流路12を通ってエクスパンション・バルブ2に送られる。
エクスパンション・バルブ2では、過冷却液の状態の冷却媒体を低圧化して絞ることにより、低温かつ低圧の霧状の冷媒として気化しやすいようにする。このようにして気化された冷却媒体は、流路13を通ってエバポレータ3へ送られ、ここでエクスパンション・バルブ2を通過して減圧膨張した低温低圧の冷却媒体を、送風機の空気流を受けて蒸発させ、低温になった冷却媒体で、送風ダクト内を車室へ向けて流れる空気流を冷却し、車室内を冷房する。
エバポレータ3で熱交換して温められた冷却媒体は、流路14を通ってコンプレッサ4に送られる。
【0042】
コンプレッサ4では、冷却媒体が圧縮して高圧にされた(したがって温度も上昇する)後、流路15、第1切換えバルブV1を通って水冷コンデンサ5へ送られる。
冷却媒体は、水冷コンデンサ5を通過するとき、強電系部品冷却回路ECの冷却水と熱交換を行って冷却され、流路16を通って空冷コンデンサ1でさらに冷却されて流路12を通ってエクスパンション・バルブ2へ送られる。
このようにして、冷却媒体は、空調用冷却回路ACを循環する。
【0043】
一方、強電系部品回路ECでは、強電系部品冷却部で電気モータやインバータ等の強電系部品を冷却して温められた冷却水は、流路を通ってサブ・ラジエータ6に送られる。冷却水は、サブ・ラジエータ6で空冷され流路を通って水冷コンデンサ5に送られる。
水冷コンデンサ5では、サブ・ラジエータ6で冷却された低温の冷却水と、空調用冷却回路ACのコンプレッサ4から水冷コンデンサ5に流入してきた冷却媒体との間で熱交換が行われ、冷却媒体は冷却水で冷却された後、流路を通って強電系部品冷却部に送られる。
冷却水は、水冷コンデンサ5で若干温められるものの、強電部品を冷却するには十分低い温度であるので、強電系部品を冷却して流路を通ってサブ・ラジエータ6へ戻る。このようにして、冷却水は強電系部品冷却回路ECを循環する。
【0044】
以上が、通常時の作動である。
これに対し、万が一、空調用冷却回路ACの流出側タンク8内にある部分、すなわち水冷コンデンサ5やこの水冷コンデンサ5に接続された流入側および流出側パイプの流出側タンク8内にある部分が破損して冷却媒体が冷却水中に漏れると、冷却媒体が気化し始め強電系部品冷却回路EC内の内圧が高まって来る。
この内圧が所定圧になると、強電系部品冷却回路ECの一部を構成し、強度が一番弱い、流出側タンク8の脆弱部80を破断する。
【0045】
脆弱部80が破断すると、この脆弱部80の下端より上にある冷却水は、脆弱部80からガイド部材81を介してこの開口から流出側タンク8の外側側面から外部へ放出される。この場合の流出方向は、サブ・ラジエータ6の幅方向外側であるので、他の車載部品にはできるだけ当たらないようにしてある。
【0046】
上記一部冷却水の放出により、強電系部品冷却回路ECの内圧の上昇は抑えられ、強電系部品冷却回路ECの部品の破損は避けられる。
また、冷却水は、流出側タンク8の脆弱部80の下端(そこから距離Lの位置にある)より下の部分は流出しないので、強電系部品冷却回路ECを機能させるのに最低限必要な量は確保される。これにより、空調用冷却回路ACが失陥しても、強電系部品用冷却回路ECの最低限の冷却機能は確保され、強電系部品を冷却し続ける。
【0047】
なお、冷却水に漏れ込んだ冷却媒体はほぼ気化し、一部が流出側タンク8の脆弱部80より上の部分に溜まり、残りが脆弱部80を通ってガイド部材81から外部へ出ていく。
【0048】
以上説明したように、本実施例の統合冷却システムは、以下の効果を有する。
本実施例の統合冷却システムにあっては、サブ・ラジエータ6の流出側タンク8内に水冷コンデンサ5を配置するとともに、強電系部品用冷却回路ECに必要な最低限以上の容量を確保可能な流出側タンク8の高さLに脆弱部80を設けた。
これにより、万が一、サブ・ラジエータ6の流出側タンク8内で強電系部品用冷却回路ECの冷却水に空調用冷却回路ACの冷却媒体が漏れて流れ込んで気化して流出側タンク8内の圧力が上昇したとしても、流出側タンク8の上方に設けた脆弱部80が破断して、漏れた冷却媒体を脆弱部80の下端より上にある冷却水とともに、外部へ放出する。
【0049】
この場合、脆弱部80より下にある冷却水は外部に漏れ続けることはなく、強電系用冷却回路ECに最低限必要な冷却水の量は、確保されるので、電気モータ、インバータ、バッテリ等の強電系部品の冷却を確保し続けることができる。
一方、水冷コンデンサ5が流出側短期8内に配置されているので、正常時にあっては、サブ・ラジエータ6のコア部6aで冷却されて流出側タンク8へ流入してきた冷却水で冷却媒体を冷却するので、その冷却効率を向上させることができる。
【0050】
また、脆弱部80を水冷コンデンサ5の上方の位置に設けたので、空調用冷却回路AC内の冷却媒体が漏れても、この空調用冷却回路AC内の冷却媒体が冷却に必要な量が確保されている間は、水冷コンデンサ5内にある冷却媒体をその全周にある冷却水で冷却し続けることが可能となる。
【0051】
また、脆弱部80を流出側タンク8の側面に設けるとともに、脆弱部80とガイド部材81の開口をサブ・ラジエータ6の幅方向、したがって車両幅方向へ向けた。
これにより、脆弱部80を通って外部へ放出される冷却水が他の補機類にかかって不具合を起こすのを避けることが可能となる。
【0052】
次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例1と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。