JP2016147559A

JP2016147559A - 自動車

Info

Publication number: JP2016147559A
Application number: JP2015024788A
Authority: JP
Inventors: 浩司木田; Koji Kida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-08-18

Abstract

【課題】車両内での通風経路の占有スペースの増大が抑制された自動車を提供する。
【解決手段】車両内を風が通過する第１通風経路Ｄ１上に配置されファン６５を有した第１ラジエータ６１と、前記車両内を風が通過する第２通風経路Ｄ２上に配置され第２ラジエータ６４ａと、前記第２通風経路Ｄ２上にあり前記第２ラジエータ６４ａよりも下流側に配置され、前記第２ラジエータ６４ａを流通する冷媒よりも高温の冷媒が流通する空冷式熱交換器６８と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車に関する。

自動車の動力源等を冷却する冷却装置では、冷媒の放熱を促進するためにラジエータが用いられる。例えば特許文献１には、メインのＦＣラジエータの横側に、補助的なサブラジエータを配置した構成が開示されている。また、特許文献２には、ラジエータと分離した空冷式オイルクーラをラジエータの後方の端に配置して、空冷式オイルクーラの冷却用の給気ダクトを設けた構成が開示されている。

特開２０１３−０９９９８２号公報特開２００６−１２３５７９号公報

例えば、特許文献１のように中央に配置されたＦＣラジエータの横側にサブラジエータを配置し、特許文献２のようにＦＣラジエータの後方にありサブラジエータとは反対側の隅に空冷式オイルクーラを配置することが考えられる。しかしながらこの場合、サブラジエータと空冷式オイルクーラとの冷却用の通風経路を個別に確保する必要がある。このように通風経路を個別に設けると、車両内での通風経路の占有スペースが増大するおそれがある。

本発明は、車両内での通風経路の占有スペースの増大が抑制された自動車を提供するものである。

本発明は、車両内を風が通過する第１通風経路上に配置されファンを有した第１ラジエータと、前記車両内を風が通過する第２通風経路上に配置され第２ラジエータと、前記第２通風経路上にあり前記第２ラジエータよりも下流側に配置され、前記第２ラジエータを流通する冷媒よりも高温の冷媒が流通する空冷式熱交換器と、を備えたことを特徴とする自動車を提供する。

本発明によれば、車両内での通風経路の占有スペースの増大が抑制された自動車を提供できる。

車両を模式的に示した側面図である。車両の一部を模式的に示した上面図である。変形例である車両の一部を模式的に示した上面図である。

本実施例に係る自動車の車両１について説明する。図１は、車両１を模式的に示した側面図である。図２は、車両１の一部を模式的に示した上面図である。図１に示すように、車両１は、燃料電池２、燃料タンク３、空調装置５、冷却装置６が搭載されている。

燃料電池２は、車両１のフロアパネルの下方に配置され、車両１を走行させるための電力を発生させる。燃料電池２は、多数の単セルを積層したスタック構造を有している。単セルは、電解質膜の一方の面に空気極、他方の面に燃料極、空気極及び燃料極を両側から挟む一対のセパレータ、を有する。一方のセパレータの水素ガス通路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス通路に酸化ガスが供給されて、反応ガスの化学反応により電力が発生する。

燃料タンク３は、車両１の後方側に配置され、燃料電池２に供給する水素ガスを貯蔵している。燃料タンク３から燃料電池２に供給される水素ガスの流量は、アクセル開度等によって定まる要求電力に応じて、図示しない制御装置及び流量調整弁等により制御されている。

モータ４は、燃料電池２から供給される電力によって駆動力を発生させる。かかる駆動力によって車両１に複数設けられた車輪７が回転し、車両１が走行する。尚、モータ４には、モータ４の動力を車輪７に伝達するためのトランスアクスル機構４ａが設けられている。トランスアクスル機構４ａは、減速機構及び差動機構を備えている。

空調装置５は、車両１の室内温度を調整する。空調装置５は、図示しないコンプレッサとエバポレータとの間で冷媒を循環させ、室内の熱を外部に移動させる一般的な方式のものである。

冷却装置６は、主にＦＣラジエータ６１と、ＥＶラジエータ６２と、空調ラジエータ６３と、サブラジエータ６４ａ、オイルクーラ６８を含み、燃料電池２、モータ４、トランスアクスル機構４ａを冷却する。

上記の複数のラジエータ及びオイルクーラは、冷却対象である各装置との間で不図示の配管を介して循環する冷媒が流通する。各ラジエータ及びオイルクーラはそれぞれ通風部を有し、当該通風部を通過する風が冷媒から熱を奪い冷媒の放熱を促進される。これにより各装置が冷媒により冷却される。尚、ＦＣラジエータ６１は、左右に配置された一対のタンクと、一対のタンク間に接続された複数のチューブとを備え、複数のチューブの間を風が流れることにより、チューブ内を流れる冷媒の放熱が促進される。従って、通風部は、複数のチューブの間を空気が流れる空間を意味する。ＥＶラジエータ６２、空調ラジエータ６３、サブラジエータ６４ａ、オイルクーラ６８も同様である。通風部への風の供給は、ファン６５、小型ファン６６により車両１のバンパフェイス部分の通風口８から外気を導入して後方に流すことにより行われる。

ＦＣラジエータ６１は、燃料電池２を冷却する冷媒の放熱を促進する。この冷媒が燃料電池２の反応熱を奪うことにより、燃料電池２が冷却される。ＦＣラジエータ６１の通風部６１１を風が通過することにより、ＦＣラジエータ６１内を流通する冷媒の放熱が促進される。

ＥＶラジエータ６２は、モータ４を冷却する冷媒の放熱を促進する。モータ４は、燃料電池２から供給される電力によって駆動し、この駆動中に温度が上昇する。駆動に伴って上昇するモータ４の熱量を冷媒が奪うことにより、モータ４が冷却される。ＥＶラジエータ６２の通風部６２１を風が通過することにより、ＥＶラジエータ６２内を流通する冷媒の放熱が促進される。

空調ラジエータ６３は、空調装置５が室内から奪った熱を外気に放出する。空調ラジエータ６３の通風部６３１を風が通過することにより、コンプレッサとエバポレータとの間で循環する冷媒の放熱を促進し、空調装置５による室内の空調機能を維持する。

ＦＣラジエータ６１、ＥＶラジエータ６２、空調ラジエータ６３は、車両１の後方から前方に順に近接配置され、通風部６１１、６２１、６３１を重ねた状態で一列に配置されている。ＦＣラジエータ６１の更に後方には、ファンシュラウド６７を介してファン６５が近接して配置されている。

ファン６５は、通風口８から導入した外気を後方、即ち図１の右方向に流し、上記通風部６１１、６２１、６３１を風が通過する。図２に示すように、ファン６５は、車両１の左右方向に一対に設けられている。通風口８から車両１内の略中央を流れて空調ラジエータ６３、ＥＶラジエータ６２、ＦＣラジエータ６１を順に通過する風の経路を第１通風経路Ｄ１と称する。

ファンシュラウド６７は、ＦＣラジエータ６１とファン６５との間において、両者の外周を取り囲む導風板である。ファンシュラウド６７によりＦＣラジエータ６１とファン６５との間から漏れる空気の量が低減され、ファン６５により生じた風が冷却に有効利用される。ファンシュラウド６７は、ＦＣラジエータ６１の後方側に取り付けられており、ファンシュラウド６７を介してファン６５がＦＣラジエータ６１に取り付けられている。このようにＦＣラジエータ６１は、２つのファン６５を有している。従って、ＦＣラジエータ６１は、風が通過する第１通風経路Ｄ１上に配置されファン６５を有した第１ラジエータの一例である。

図２に示すように、車両１の内部には、車体前後に延びた一対の梁であるサイドメンバ９ａ、９ｂが配置されている。ＦＣラジエータ６１、ＥＶラジエータ６２、空調ラジエータ６３、ファン６５、及びファンシュラウド６７は、サイドメンバ９ａ、９ｂ間の空間内に配置されている。また、通常運転時では、ＦＣラジエータ６１、ＥＶラジエータ６２、空調ラジエータ６３内をそれぞれ流通する冷媒の温度は、空調ラジエータ６３、ＥＶラジエータ６２、ＦＣラジエータ６１の順に大きくなる。従って、比較的低温の冷媒が流通する空調ラジエータ６３が車両１の最も前方側に配置されており、比較的高温の冷媒が流通するＦＣラジエータ６１が車両の最も後方側に配置されている。尚、図２では、ＦＣラジエータ６１、ＥＶラジエータ６２、空調ラジエータ６３の順に大きいがこれに限定されない。

サブラジエータ６４ａは、ＦＣラジエータ６１と同様に燃料電池２を冷却する冷媒の放熱を促進し、ＦＣラジエータ６１の冷却性能を補う。ＦＣラジエータ６１、サブラジエータ６４ａには不図示の配管を介して同一の冷媒が流通する。サブラジエータ６４ａは、ＦＣラジエータ６１等よりも左側にあり左ヘッドランプ１０ａの下方に、通風部６４１ａが車両１の左前方を向くように配置されている。サブラジエータ６４ａは、サイドメンバ９ａの先端の左側面に、金属製のブラケット１１ａを介して固定されている。

このようにＦＣラジエータ６１に加えてサブラジエータ６４ａが設けられているので、一般的な自動車の動力源である内燃機関よりも作動温度が低い燃料電池２の冷却に適している。尚、スペースの抑制を考慮して、サブラジエータ６４ａにはファンが取り付けられておらず、ＦＣラジエータ６１よりも小型に形成されている。

オイルクーラ６８は、トランスアクスル機構４ａを冷却するため冷媒であるオイルの放熱を促進する空冷式熱交換器である。オイルがトランスアクスル機構４ａの熱を奪うことにより、トランスアスクル機構４ａが冷却される。尚、オイルクーラ６８は、パワーステアリング機構を冷却するものであってもよい。

オイルクーラ６８はサブラジエータ６４ａの後方側に配置され、サブラジエータ６４ａの通風部６４１ａ、オイルクーラ６８の通風部６８１が重なるように配置され、サブラジエータ６４ａとオイルクーラ６８とに隙間が生じないように接触した状態でブラケット１１ａに一体に保持されている。オイルクーラ６８もサブラジエータ６４ａと同様に、ファンが取り付けられていない。また、オイルクーラ６８の大きさはサブラジエータ６４ａと同程度である。

小型ファン６６は、図１に示すようにファン６５よりも高さが低い位置に配置され、サブラジエータ６４ａ及びオイルクーラ６８よりも後方に配置され、通風口８から導入した外気を後方に流し、上記の通風部６４１ａ、６８１を風が通過する。通風口８からサブラジエータ６４ａ、オイルクーラ６８を順に通過する風の経路を第２通風経路Ｄ２と称する。サブラジエータ６４ａは、風が通過する第２通風経路上に配置された第２ラジエータの一例である。第１通風経路Ｄ１は、車両１内を前方から後方側に略直線上に延びているのに対し、第２通風経路Ｄ２は、車両１内の前方から左側へ湾曲している。

このようにオイルクーラ６８は、第２通風経路Ｄ２上のサブラジエータ６４ａよりも下流側に配置されており、サブラジエータ６４ａとオイルクーラ６８とは第２通風経路Ｄ２を共用している。例えば、サブラジエータ６４ａとオイルクーラ６８とを離れて配置した場合、両者の通風経路を個別に確保する必要があり、車両１内でのこれら通風経路の占有スペースが増大するおそれがある。本実施例では、サブラジエータ６４ａと同様にオイルクーラ６８も第２通風経路Ｄ２上に配置されているので、車両１内での通風経路の占有スペースの増大が抑制されている。また、サブラジエータ６４ａ、オイルクーラ６８はブラケット１１ａにより共通に保持されているため、ブラケットを個別に設ける場合よりも部品点数が削減されコストが低減される。

ここで、オイルクーラ６８をＦＣラジエータ６１とファン６５との間に配置して、ファン６５によるオイルクーラ６８の放熱効率を確保することも考えられる。しかしながらこの場合、ＦＣラジエータ６１とファン６５との間隔を増大させる必要があり、車両１内でのこれらの占有スペースが増大するおそれがある。また、ＦＣラジエータ６１とオイルクーラ６８との大きさの差により、ＦＣラジエータ６１の後方にデッドスペースが生じるおそれもある。本実施例ではオイルクーラ６８と同程度の大きさを有したサブラジエータ６４ａの後方側にオイルクーラ６８が配置されているので、占有スペースの増大やデッドスペースの発生が抑制されている。

ここで、サブラジエータ６４ａを流通する冷媒の温度は約９０度であるのに対して、オイルクーラ６８を流通する冷媒であるオイルの温度は約１３０度である。本実施例では、比較的低温の冷媒が流通するサブラジエータ６４ａを前方側に配置し、比較的高温の冷媒が流れるオイルクーラ６８をサブラジエータ６４ａの後方側に配置している。従って、オイルクーラ６８は、第２ラジエータを流通する冷媒の温度よりも高い温度の冷媒が流通する空冷式熱交換器の一例である。

例えば、サブラジエータ６４ａの前方側にオイルクーラ６８を配置した場合、比較的高温のオイルクーラ６８を通過して高温となった風がサブラジエータ６４ａを通過するため、サブラジエータ６４ａの放熱効率が低下するおそれがある。本実施例ではサブラジエータ６４ａの後方側にオイルクーラ６８が配置されているので、上記のようなサブラジエータ６４ａの放熱効率の低下が抑制されている。

オイルクーラ６８は、ＦＣラジエータ６１のタンク内に設けられる水冷式オイルクーラの代わりに設けられている。例えばＦＣラジエータ６１のタンク内に水冷式オイルクーラを設けると、車両１内での占有スペースの増大は抑制されるが、ＦＣラジエータ６１内での冷媒の圧力損失が増大して流量が低下し、放熱効率が低下するおそれがある。本実施例では、水冷式オイルクーラの代わりに空冷式のオイルクーラ６８を設けることにより、上記のような冷媒の放熱効率の低下を抑制して、燃料電池２の冷却性能の低下を抑制している。

図３は、変形例である車両１ａの一部を模式的に示した上面図である。右ヘッドランプ１０ｂの下方であり、右側のサイドメンバ９ｂの右側面にブラケット１１ｂを介してサブラジエータ６４ｂが固定されている。サブラジエータ６４ｂの通風部６４１ｂは、車両１ａの前方右側を向くように配置されている。サブラジエータ６４ｂは、ＦＣラジエータ６１を補助するためのものである。サブラジエータ６４ｂは、第３通風経路Ｄ３上に設けられる。第３通風経路Ｄ３は、車両１ａ内の前方から右側へ湾曲している。サブラジエータ６４ａに加えてサブラジエータ６４ｂが設けられているので、燃料電池２を冷却する冷媒の放熱が更に促進される。

このように、両側にそれぞれサブラジエータ６４ａ、６４ｂが配置されている場合には、例えばオイルクーラ６８内を流通する冷媒であるオイルの流通経路を考慮して、サブラジエータ６４ａ、６４ｂの何れか一方の後方にオイルクーラ６８を配置してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記実施例では、第２ラジエータの一例としてＦＣラジエータ６１を補助するサブラジエータ６４ａを説明したがこれに限定されない。例えば、第２ラジエータはＥＶラジエータ６２又は空調ラジエータ６３を補助するために設けられたものであってもよい。この場合も、通常運転時では、第２ラジエータ内を流通する冷媒の温度は、オイルクーラ６８内を流通する冷媒の温度よりも低い。

上記実施例では燃料電池２の電力により駆動するモータ４を動力源とした車両１を例に説明したが、これに限定されない。例えば、モータ４の代わりに内燃機関を動力源として採用した車両であってもよい。この場合、車両には燃料電池２は搭載されず、ＦＣラジエータ６１、サブラジエータ６４ａの代わりに内燃機関を冷却する冷媒の放熱を促進する第１及び第２ラジエータが設けられる。また、この場合、オイルクーラ６８の代わりに、トランスミッション機構又はパワーステアリング機構を冷却するためのオイルの放熱を促進する空冷式熱交換器が設けられる。

また、燃料電池ではなく２次電池の電力により駆動するモータ４を動力源とした車両であってもよい。この場合、ＦＣラジエータ６１の代わりに、２次電池を冷却する冷媒が流通するラジエータ又はＥＶラジエータ６２を第１ラジエータとして採用される。また、この場合、２次電池を冷却する冷媒が流通するラジエータ、ＥＶラジエータ６２、空調ラジエータ６３の何れかを補助するためのラジエータを第２ラジエータとして用いられる。

１車両
２燃料電池
４モータ
６１ＦＣラジエータ（第１ラジエータ）
６４ａサブラジエータ（第２ラジエータ）
６５ファン
６８オイルクーラ（空冷式熱交換器）

Claims

車両内を風が通過する第１通風経路上に配置されファンを有した第１ラジエータと、
前記車両内を風が通過する第２通風経路上に配置され第２ラジエータと、
前記第２通風経路上にあり前記第２ラジエータよりも下流側に配置され、前記第２ラジエータを流通する冷媒よりも高温の冷媒が流通する空冷式熱交換器と、を備えたことを特徴とする自動車。