特開 2024-151661 車両構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024151661

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】車両構造

(51)【国際特許分類】

   F01P 3/20 20060101AFI20241018BHJP

   F01P 7/14 20060101ALI20241018BHJP

   B60K 11/04 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

F01P3/20 L

F01P7/14

F01P3/20 B

B60K11/04 G

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023065187

(22)【出願日】2023-04-12

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100147

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 宏

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 剛行

(72)【発明者】

【氏名】松竹 圭一朗

(72)【発明者】

【氏名】細川 孝之

【テーマコード（参考）】

3D038

【Ｆターム（参考）】

3D038AC22

(57)【要約】

【課題】複数の熱交換回路を車両に配置し易い車両構造を提供する。
【解決手段】熱媒体が循環される複数の熱交換回路を備える車両構造であって、前記複数の熱交換回路は、メイン回路とサブ回路とを備え、さらに、前記メイン回路に直列または並列に接続されたリザーブタンクと、前記サブ回路と前記リザーブタンクとを接続する一本の連絡管とを備える、車両構造。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱媒体が循環される複数の熱交換回路を備える車両構造であって、
前記複数の熱交換回路は、メイン回路とサブ回路とを備え、
さらに、前記メイン回路に直列または並列に接続されたリザーブタンクと、
前記サブ回路と前記リザーブタンクとを接続する一本の連絡管とを備える、
車両構造。

【請求項2】

前記サブ回路は、前記サブ回路の一部を構成する配管に設けられた熱媒体補充用のバルブを備える、請求項１に記載の車両構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱媒体が循環される複数の熱交換回路を備える車両構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、車両に搭載された発熱物体を冷却する冷却システムを開示する。特許文献１に開示される冷却システムは、パワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵ）と、ラジエターと、電動ウォータポンプとがホースで接続された熱交換回路である。ＰＣＵは発熱物体である。ウォータポンプによって熱交換回路に熱媒体を循環させることで、ラジエターにおいて冷却された熱媒体がＰＣＵを冷却する。この冷却システムには、リザーブタンクが直列に接続されている。リザーブタンクは、熱交換回路に混入した気泡を分離する機能を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－９３３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

内燃機関を有する自動車は通常、内燃機関を冷却する一つの熱交換回路を有する。一方、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、および電気自動車（ＢＥＶ）などの電動自動車（ＥＶ）は、複数の熱交換回路を有する。例えば、ＢＥＶは、暖房用のヒータコアの温度を所定範囲に維持するための熱交換回路と、ＰＣＵを冷却するための熱交換回路と、バッテリの温度を所定範囲に維持するための熱交換回路とを有する。

【0005】

複数の熱交換回路は独立しており、各熱交換回路はリザーブタンクを備える。この場合、車両における各熱交換回路の配置が複雑になり易く、車両の生産性が低下し易い。また、小型の車両では、車両における配置空間が限定的であるため、各熱交換回路のリザーブタンクを適切な位置に配置することが難しい場合がある。

【0006】

本発明の目的の一つは、複数の熱交換回路を車両に配置し易い車両構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

＜１＞本発明の一態様に係る車両構造は、
熱媒体が循環される複数の熱交換回路を備える車両構造であって、
前記複数の熱交換回路は、メイン回路とサブ回路とを備え、
さらに、前記メイン回路に直列または並列に接続されたリザーブタンクと、
前記サブ回路と前記リザーブタンクとを接続する一本の連絡管とを備える。

【0008】

＜２＞上記＜１＞に記載される車両構造において、
前記サブ回路は、前記サブ回路の一部を構成する配管に設けられた熱媒体補充用のバルブを備えていても良い。

【発明の効果】

【0009】

上記＜１＞に記載される車両構造では、メイン回路とサブ回路とでリザーブタンクを共用している。リザーブタンクの数が減った分だけ、車両における限られた空間にメイン回路とサブ回路を配置し易い。メイン回路とサブ回路を配置し易いことで、車両の生産性が向上する。また、リザーブタンクの数が減った分だけ、車両の重量が軽減されるし、車両のコストも低減される。

【0010】

上記＜１＞に記載される車両構造では、一本の連絡管によってサブ回路をリザーブタンクに接続している。そのため、後述する実施形態に示されるように、サブ回路において生じた気泡がリザーブタンクに移動し易いが、サブ回路の熱媒体はリザーブタンクに移動し難い。従って、メイン回路の熱媒体とサブ回路の熱媒体とが均一的に混合されることがない。メイン回路とサブ回路とで求められる熱媒体の温度が異なる場合であっても、メイン回路とサブ回路とでリザーブタンクを共用できる。

【0011】

上記＜２＞に記載される車両構造に備わる熱媒体補充用のバルブは、リザーブタンクから熱交換回路に熱媒体を補充する際に使用される。熱媒体補充時に熱媒体補充用のバルブとリザーブタンクとにつながるホースを追加し、サブ回路において熱媒体を循環させることで、サブ回路中に混入した気泡をリザーブタンクに送ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係る車両構造の概略構成図である。

【図2】図２は、図１に示される車両構造におけるリザーブタンクの近傍の概略構成図である。

【図3】図３は、図１に示される車両構造において熱媒体を補充する手順を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る車両構造の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。各図面が示す部材の大きさは、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法を表すものではない。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0014】

＜実施形態１＞
図１は、熱媒体６が循環される複数の熱交換回路１１，１２を備える車両構造１の一例である。熱交換回路１１，１２は、熱源と、熱交換器と、熱媒体を循環させるポンプとを備える。図１には、熱交換回路１１，１２のみが示されており、車両に備わる他の構成の図示は省略されている。本例の車両はＥＶである。ＥＶには、ＨＥＶ、ＢＥＶ、およびＦＣＥＶが含まれる。ＨＥＶには、プラグインハイブリッド自動車、およびシリーズハイブリッド自動車も含まれる。ＦＣＥＶは、水素から電気を発生させる燃料電池を搭載した水素自動車である。

【0015】

本例の熱交換回路１１は、ＥＶの電動ユニット２０の温度を所定範囲に維持するメイン回路２である。一方、熱交換回路１２は、空調のヒータコア３１の温度を所定範囲に維持するサブ回路３である。サブ回路３は複数であっても良い。ＨＥＶおよびＢＥＶでは、電動ユニット２０の他に、図示しないバッテリの温度を所定範囲に維持する熱交換回路が設けられている。バッテリに係る熱交換回路はメイン回路２にもなり得るし、サブ回路３にもなり得る。

【0016】

メイン回路２は、サブ回路３よりも熱負荷が大きい熱交換回路である。言い換えると、サブ回路３は、メイン回路２よりも熱負荷が小さい熱交換回路である。熱負荷は、熱交換回路１１，１２に備わる熱交換器において熱交換される単位時間当たりの熱量である。メイン回路２においては、熱交換器であるラジエター２１において放熱される単位時間当たりの熱量であり、サブ回路３においては、熱交換器であるヒータコア３１において放熱される単位時間当たりの熱量である。

【0017】

熱負荷が大きい熱交換回路では、熱媒体６の流量が大きい。熱媒体６の流量は、熱媒体６を循環させるポンプから吐出される熱媒体６の吐出量である。すなわち、熱交換回路１１と熱交換回路１２のうち、どちらがメイン回路２であるかは、熱交換回路１１，１２を流れる熱媒体６の流量の大きさによって判断できる。

【0018】

本例の車両構造１は、上述したメイン回路２とサブ回路３を備え、さらにリザーブタンク４と連絡管５を備える。以下、本例の車両構造１の各構成を詳細に説明する。

【0019】

≪メイン回路≫
本例のメイン回路２は、熱媒体６によってＥＶの電動ユニット２０の温度を所定範囲に維持する。本例のメイン回路２における熱媒体６は液体である。熱媒体６は例えば、水または不凍液である。本例のメイン回路２において熱媒体６は冷媒として機能する。

【0020】

本例のメイン回路２は、電動ユニット２０とラジエター２１と第一ポンプ２２と配管２５，２６，２７とを備える。配管２５は、熱源である電動ユニット２０と、熱交換器であるラジエター２１とをつなぐ。配管２６は、ラジエター２１と第一ポンプ２２とをつなぐ。配管２７は、第一ポンプ２２と電動ユニット２０とをつなぐ。図１では、メイン回路２における熱媒体６の流通方向が、反時計回りの白抜き矢印で示されている。

【0021】

電動ユニット２０は、車両を駆動する駆動系部材の総称である。電動ユニット２０には、車両を駆動するモータ、および図示しないバッテリからの電力をモータに供給するインバータなどが含まれる。電動ユニット２０は熱源であり、熱媒体６によって冷却される。電動ユニット２０を冷却するために電動ユニット２０に導入される熱媒体６の温度、すなわち配管２７における熱媒体６の温度は例えば６５℃以下である。

【0022】

ラジエター２１は、熱媒体６の熱を車外に放熱することで熱媒体６を冷却する熱交換器である。ラジエター２１は公知の構成を備える。例えばラジエター２１は、複数のフィンを有する本体２１Ｂと、本体２１Ｂの上部に配置されるアッパタンク２１Ｕと、本体２１Ｂの下部に配置されるロアタンク２１Ｌとを備える。図示しないが、ラジエター２１はさらに、本体２１Ｂに風を送るファンを備えていても良い。アッパタンク２１Ｕには、配管２５がつながっている。従って、電動ユニット２０の熱を受け取った熱媒体６は、アッパタンク２１Ｕに流れ込む。熱媒体６の熱は、本体２１Ｂにおいて放熱される。本体２１Ｂで冷却された熱媒体６は、ロアタンク２１Ｌに流れ込み、配管２６を通って第一ポンプ２２に送られる。

【0023】

第一ポンプ２２は公知の構成である。例えば第一ポンプ２２は、渦巻きポンプでも良いしインペラポンプでも良い。第一ポンプ２２は、ラジエター２１によって冷却された熱媒体６を電動ユニット２０に向かって圧送する。

【0024】

電動ユニット２０の発熱量は大きい。従って、電動ユニット２０の温度を所定範囲に維持するためのメイン回路２における熱負荷、すなわちラジエター２１で放熱される熱媒体６の熱量が大きい。このようなメイン回路２では、ラジエター２１における放熱量を確保するために熱媒体６の流量が大きくなる。メイン回路２の流量が大きくなると、メイン回路２内に圧力差ができ易く、熱媒体６中に気泡が発生するキャビテーションが生じ易い。

【0025】

≪サブ回路≫
本例のサブ回路３は、ＥＶにおける暖房のヒータコア３１の温度を所定範囲に維持する。本例のサブ回路３における熱媒体６は、メイン回路２と共用されるため、メイン回路２の熱媒体６と同じである。本例のサブ回路３において熱媒体６は熱媒として機能する。図１では、サブ回路３における熱媒体６の流通方向が、時計回りの白抜き矢印で示されている。

【0026】

本例のサブ回路３は、高電圧ヒータ３０とヒータコア３１と第二ポンプ３２と配管３５，３６，３７，３８を備える。配管３５は、熱源である高電圧ヒータ３０と、熱交換器であるヒータコア３１とをつなぐ。本例の配管３５には熱媒体補充用のバルブ３３（以下、単にバルブ３３と呼ぶ）が設けられている。バルブ３３の用途については後述する。配管３６と配管３７は、ヒータコア３１と第二ポンプ３２とをつなぐ。本例では、配管３６と配管３７とが分岐配管５０によってつながっている。この分岐配管５０には、後述する連絡管５も接続されている。配管３８は、第二ポンプ３２と高電圧ヒータ３０とをつなぐ。

【0027】

高電圧ヒータ３０は、熱媒体６の温度を上昇させる熱源である。高電圧ヒータ３０は公知の構成である。例えば高電圧ヒータ３０の内部には熱媒体６が流れる図示しない配管が配置されており、配管が電気によって高温になることで配管内の熱媒体６の温度が上昇する。

【0028】

ヒータコア３１は、車室に導入する空気を熱媒体６によって加熱する構成である。すなわち、ヒータコア３１は、熱媒体６の熱を空気に放熱する熱交換器である。ヒータコア３１は公知の構成を備える。例えばヒータコア３１の内部には熱媒体６が流れる図示しない配管が配置されている。ヒータコア３１は熱媒体６によって所定の温度範囲に維持される。車室に導入される空気がヒータコア３１を通過することで温められる。その結果、車室の温度が上昇する。ヒータコア３１に導入される熱媒体６の温度、すなわち配管３７における熱媒体６の温度は例えば８０℃以下である。

【0029】

第二ポンプ３２は公知の構成である。例えば第二ポンプ３２は、渦巻きポンプでも良いしインペラポンプでも良い。第二ポンプ３２は、配管３５を通った高電圧ヒータ３０からの熱媒体６をヒータコア３１に向かって圧送する。第二ポンプ３２の出力は第一ポンプ２２の出力よりも小さい。

【0030】

サブ回路３は、ヒータコア３１の温度を所定範囲に維持するためのものである。そのため、サブ回路３の熱負荷、すなわちヒータコア３１で放熱される熱媒体６の熱量は、メイン回路２のラジエター２１で放熱される熱媒体６の熱量よりも小さい。このようなサブ回路３では、ヒータコア３１の温度を維持するための熱媒体６の流量は小さくて良い。ヒータコア３１の温度が所定範囲に維持されている限りにおいて、高電圧ヒータ３０による加熱が停止されても良いし、熱媒体６の循環が停止されても良い。熱媒体６の流量が小さいサブ回路３ではキャビテーションが生じ難い。つまり、サブ回路３では気泡も発生し難い。

【0031】

≪リザーブタンク≫
リザーブタンク４は、メイン回路２とサブ回路３とで共用される。すなわち、メイン回路２とサブ回路３に対して配置されるリザーブタンク４の数は一つである。リザーブタンク４は、メイン回路２とサブ回路３に熱媒体６を補充する際に利用される。また、リザーブタンク４は、熱媒体６に混入した気泡を分離する機能を有する。リザーブタンク４の内部には液相と気相とが形成されている。リザーブタンク４は、気相につながる調圧弁４０を備える。調圧弁４０は、気相の圧力が一定以上になったときに気相の空気をリザーブタンク４の外部に放出する構成である。

【0032】

リザーブタンク４は、熱媒体６に混入した気泡を分離する機能上、キャビテーションが発生し易いメイン回路２における気泡を分離し易いように配置されている。逆説的には、リザーブタンク４を含む熱媒体６の循環路が形成されるようにリザーブタンク４が接続されている熱交換回路１１がメイン回路２であるといえる。本例のリザーブタンク４は、配管２８，２９によってメイン回路２と並列に接続されている。本例の配管２８は、ラジエター２１のアッパタンク２１Ｕとリザーブタンク４とをつなぐ。配管２５からアッパタンク２１Ｕに流れ込んだ熱媒体６の一部は、左向きの白抜き矢印で示されるようにリザーブタンク４に導入される。一方、本例の配管２９は、リザーブタンク４と配管２６とをつなぐ。従って、リザーブタンク４に貯留される熱媒体６の一部は、下向きの白抜き矢印で示されるように配管２９を通ってメイン回路２に戻される。

【0033】

上述したように、メイン回路２とサブ回路３とでリザーブタンク４を共用することで、車両における限られた空間にメイン回路２とサブ回路３を配置し易い。メイン回路２とサブ回路３を配置し易いことで、車両の生産性が向上する。また、リザーブタンク４が減った分だけ、車両の重量が軽減されるし、車両のコストも低減される。

【0034】

本例とは異なり、リザーブタンク４はメイン回路２に直列に接続されていても良い。その場合、例えばリザーブタンク４は、配管２５の途中に配置されても良いし、配管２６の途中に配置されても良いし、配管２７の途中に配置されても良い。

【0035】

≪連絡管≫
本例の車両構造１は一本の連絡管５を備える。連絡管５は、サブ回路３とリザーブタンク４とを接続する。図２に示されるように、本例の連絡管５は、サブ回路３の配管３６と配管３７との間に配置される分岐配管５０に接続されている。本例の分岐配管５０は、水平部５０Ａと、水平部５０Ａの中間部から鉛直下方に延びる垂直部５０Ｂとを備えるＴ字形状である。水平部５０Ａの一方の端部に、ヒータコア３１（図１）から延びる配管３６が接続され、水平部５０Ａの他方の端部に、連絡管５が接続されている。垂直部５０Ｂの端部には、第二ポンプ３２に延びる配管３７が接続されている。

【0036】

配管３６から分岐配管５０の水平部５０Ａに流れ込んだ熱媒体６は、重力の影響によって配管３７に流れ込み易く、連絡管５には流れ込み難い。また、分岐配管５０はリザーブタンク４よりも下方に配置されているため、連絡管５内の熱媒体６はリザーブタンク４に流れ込み難い。そのため、メイン回路２の熱媒体６とサブ回路３の熱媒体６とが均一的に混合されることがない。従って、メイン回路２とサブ回路３とで求められる熱媒体６の温度が異なる場合であっても、メイン回路２とサブ回路３とでリザーブタンク４を共用できる。一方、液体の熱媒体６に含まれる気泡は上方に移動し易く、二点鎖線で示されるように連絡管５を通ってリザーブタンク４に移動し易い。

【0037】

連絡管５におけるリザーブタンク４につながる端部は、配管２９におけるリザーブタンク４につながる端部と平行に配置されている。つまり、リザーブタンク４における連絡管５の開口５ａの向きは、配管２９の開口２９ａの向きと同じ向きになっている。ここで本例では、メイン回路２（図１）から延びる配管２８はリザーブタンク４の側面に接続され、リザーブタンク４からメイン回路２に延びる配管２９はリザーブタンク４の底面に接続されている。また、配管２９の開口２９ａは、連絡管５の開口５ａよりも配管２８に近い位置に配置される。従って、配管２８を通ってリザーブタンク４に流れ込んだ熱媒体６は、白抜き矢印に示すように、配管２９の開口２９ａに向かって流れ易い。連絡管５の開口５ａにおける熱媒体６の流れる方向は上向きであるので、連絡管５からリザーブタンク４に流れ込んだ熱媒体６は、白抜き矢印の熱媒体６の流れに巻き込まれ難い。仮に、連絡管５の開口５ａが図面右向きになっていた場合、連絡管５からリザーブタンク４に流れ込んだ熱媒体６が、白抜き矢印の熱媒体６の流れに巻き込まれ、連絡管５から熱媒体６が吸い出される恐れがある。その場合、サブ回路３の熱媒体６が積極的にメイン回路２に流入し、メイン回路２の熱媒体６の温度が所望の温度範囲から外れる恐れがある。

【0038】

≪リザーブタンクへの熱媒体の補充≫
本例の車両構造１におけるメイン回路２とサブ回路３に熱媒体６を補充する手順を図３に基づいて説明する。図３には主にサブ回路３とリザーブタンク４を図示する。

【0039】

リザーブタンク４に熱媒体６を補充する場合、リザーブタンク４の蓋を開け、リザーブタンク４の内部に熱媒体６を入れる。その際、リザーブタンク４内の熱媒体６に気泡が混入する。この気泡がメイン回路２とサブ回路３に残存すると、電動ユニット２０の冷却とヒータコア３１の保温が阻害される。図１に示されるメイン回路２にはリザーブタンク４が並列に接続されているため、第一ポンプ２２を動作させ、メイン回路２に熱媒体６を循環させるだけで、メイン回路２における気泡をリザーブタンク４に追い出すことができる。一方、サブ回路３は連絡管５のみでリザーブタンク４とつながっているため、サブ回路３から気泡を抜くために時間がかかる。

【0040】

本例の車両構造１は、サブ回路３から気泡を効率的に抜くための構成として配管３５に設けられたバルブ３３を備える。サブ回路３から気泡を抜くにあたり、配管３５のバルブ３３を開放し、バルブ３３とリザーブタンク４とをホース７でつなぐ。この状態で第二ポンプ３２を作動させ、サブ回路３に熱媒体６を循環させる。同時に、メイン回路２においても熱媒体６を循環させる。図３における細線矢印は、サブ回路３における熱媒体６の流れを示している。ホース７によってサブ回路３からリザーブタンク４に積極的に熱媒体６を流す流路が形成されるため、サブ回路３に混入した気泡がリザーブタンク４に送り込まれる。気泡はリザーブタンク４で熱媒体６と分離される。気泡が抜けるとリザーブタンク４における熱媒体６の水位が低下するので、再度、熱媒体６を追加して熱媒体６を循環させる。リザーブタンク４の水位が下がらなくなるまで熱媒体６の追加と熱媒体６の循環を繰り返すことで、熱媒体６の補充が完了する。

【0041】

なお、ホース７におけるリザーブタンク４に配置される端部は、熱媒体６中に配置することが好ましい。ホース７の端部が熱媒体６中に配置されることで、ホース７からリザーブタンク４に熱媒体６が流入したとき、気泡が発生し難い。

【符号の説明】

【0042】

１ 車両構造
１１，１２ 熱交換回路
２ メイン回路
２０ 電動ユニット
２１ ラジエター、２１Ｂ 本体、２１Ｌ ロアタンク、２１Ｕ アッパタンク
２２ 第一ポンプ
２５，２６，２７，２８，２９ 配管、２９ａ 開口
３ サブ回路
３０ 高電圧ヒータ、３１ ヒータコア、３２ 第二ポンプ
３３ 熱媒体補充用のバルブ
３５，３６，３７，３８ 配管
４ リザーブタンク
４０ 調圧弁
５ 連絡管
５ａ 開口
５０ 分岐配管、５０Ａ 水平部、５０Ｂ 垂直部
６ 熱媒体
７ ホース

【図1】

【図2】

【図3】