JP2019021786A - 冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、冷媒の流入口と流出口をつなぐＵ字の流路を有する冷却器に関し、気泡を留まり難くすることと、圧力損失を抑えることの両立を図る。
【解決手段】冷却器１０は、冷媒の流入口１２と流出口１３をつなぐＵ字の流路１４を備えている。流路１４のＵ字の折り返し部分１８に、冷媒の流れ方向に沿って延びているとともに、折り返し部分１８の湾曲の内側と外側を結ぶ方向で並んでいる複数のフィン１６ａ、１６ｂが設けられている。流路１４は複数のフィン１６ａ、１６ｂによって複数の狭隘流路１４ａ−１４ｃに区画されている。折り返し部分１８の湾曲の内側の狭隘流路１４ａの幅が、湾曲の外側の狭隘流路１４ｃの幅よりも大きくなっている。また、折り返し部分１８の湾曲の内側の狭隘流路１４ａの高さが、湾曲の外側の狭隘流路１４ｃの高さよりも高くなっている。
【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、液体冷媒の流入口と流出口をつなぐＵ字の流路を備えた冷却器に関する。

液体冷媒の流入口と流出口をつなぐＵ字の流路を備えた冷却器が知られている（例えば特許文献１−３）。特許文献１の冷却器は、流路のＵ字の折り返し部分に複数のフィンを備えている。複数のフィンは、液体冷媒の流れ方向に沿っているとともにＵ字の折り返し部分の湾曲の内側と外側を結ぶ方向に並んでいる。複数のフィンによって、流路は複数の狭隘流路に区画される。

特開２０１６−１６３４７８号公報 特開２０１６−０９３０６０号公報 特開２００９−１８８１８１号公報

液体冷媒を使う冷却器では、液体冷媒の中に気泡が混在することがある。流路の途中に気泡が留まると冷却性能が低下する。流路のＵ字の折り返し部分が複数の狭隘流路に区画されていると、湾曲の外側の狭隘流路では、気泡が溜まり易くなる傾向がある。フィンの数を増やし、狭隘流路の断面積を小さくすると、気泡は溜まり難くなるが、流路の圧力損失が大きくなってしまう。気泡を溜まり難くすることと、圧力損失を抑えることの両立を図る技術が望まれている。

本明細書が開示する冷却器は、液体冷媒の流入口と流出口をつなぐＵ字の流路を備えており、流入口と流出口が水平方向で並んでいる。流路のＵ字の折り返し部分に、液体冷媒の流れ方向に沿って延びているとともに、折り返し部分の湾曲の内側と外側を結ぶ方向で並んでいる複数のフィンが設けられている。流路は複数のフィンによって複数の狭隘流路に区画されている。ここで、折り返し部分の湾曲の内側の狭隘流路の幅が、湾曲の外側の狭隘流路の幅よりも大きくなっている。さらに、折り返し部分の湾曲の内側の狭隘流路の高さが、湾曲の外側の狭隘流路の高さよりも高くなっている。即ち、湾曲の内側の狭隘流路の断面積が外側の狭隘流路の断面積よりも大きくなっている。湾曲の外側の狭隘流路は流路断面積が小さく冷媒の流れが速くなり、気泡が溜まり難くなる。一方、湾曲の内側の狭隘流路は流路断面積が大きく圧力損失が小さい。上記した冷却器は、気泡が溜まり難く、かつ、圧力損失を抑えることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の冷却器を備えている電力制御ユニットの側面図である。 冷却器を図中のＸＹ平面で切断した断面図である。 図２のIII−III線に沿って冷却器をＸＺ平面で切断した断面図である。

図面を参照して実施例の冷却器を説明する。実施例の冷却器は、ハイブリッド車の電力制御ユニットに内蔵されている。電力制御ユニットは、走行用のモータに所望の電力を供給し、モータを制御するデバイスである。図１は、ハイブリッド車に搭載されるトランスアクスル３０と電力制御ユニット２０の側面図である。「側面」とは、車幅方向（図中のＨ軸方向）から見たときの図である。トランスアクスル３０は、走行用のモータ３のほか、動力分配機構６とデファレンシャルギア４を収容している。動力分配機構６は、エンジン（不図示）の出力トルクとモータ３の出力トルクを合成／分配するギアセットである。動力分配機構６は、状況に応じて、エンジンの出力トルクを分割してデファレンシャルギア４とモータ３へ伝達する。その場合、モータ３はエンジンの出力トルクで逆駆動され、発電する。

電力制御ユニット２０は、モータ３を駆動するデバイスである。より詳しくは、電力制御ユニット２０は、不図示の高電圧バッテリの電力を昇圧した後、交流に変換してモータ３へ供給する。電力制御ユニット２０は、また、モータ３が発電した交流電力を直流電力に変換し、さらに降圧する場合がある。降圧された電力によって高電圧バッテリが充電される。以下では、説明を簡単にするために、「電力制御ユニット２０」を略して「ＰＣＵ２０」と表記する。ＰＣＵは、Power Control Unitの略である。ＰＣＵ２０とトランスアクスル３０の内部のモータ３は、パワーケーブル２１で電気的に接続されている。説明を省略したが、トランスアクスル３０は２個の３相交流モータを収容しており、６本のパワーケーブル２１は、２組の３相交流を供給する。

ＰＣＵ２０は、トランスアクスル３０の上面との間に隙間を有して支持されている。ＰＣＵ２０は、その前側がフロントブラケット３９によって支持されており、後側がリアブラケット４０によって支持されている。トランスアクスル３０の上面は、前方が低く、後方が高くなっている。それゆえ、ＰＣＵ２０は、前下がりの姿勢でトランスアクスル３０の上に支持されている。図中のＦＨＶ座標系は、車両を基準にした座標系であり、Ｆ軸が車両前方を示しており、Ｈ軸が車両側方を示しており、Ｖ軸が車両上方を示している。別言すれば、Ｆ軸とＨ軸は水平方向に延びており、Ｖ軸は垂直方向に延びている。図中のＸＹＺ座標系は、外形が直方体であるＰＣＵ２０を基準とした座標系であり、Ｘ軸は、ＰＣＵ２０の下面に沿って、Ｆ軸に対して前下がりに傾斜して車両前方へ延びている。Ｚ軸は、ＰＣＵの前面に沿って、Ｖ軸に対して傾斜して上方へ延びている。Ｙ軸は車幅方向に水平に延びている。

ＰＣＵ２０には冷却器１０が内蔵されている。冷却器１０は、ＰＣＵ２０の中で、水平方向（図中のＦ軸方向）に対して傾斜して配置されている。説明の便宜上、冷却器１０において、車両前方側の端を前端１０ａと称し、車両後方側の端を後端１０ｂと称する。冷却器１０は、後端１０ｂが前端１０ａよりも高くなるように傾斜して配置されている。ＰＣＵ２０の前面には、冷媒を冷却器に供給する冷媒供給管３７と冷媒排出管３８が接続されている。

冷却器１０は、ＰＣＵ２０の内部に収容されている電子部品、例えば、電圧コンバータ６０などを冷却する。電圧コンバータ６０は、冷却器１０の下面に接するように配置されている。以下、図２、３を用いて、冷却器１０の構造を詳しく説明する。図２は冷却器１０をＸＹ平面で切断した断面図である。図３は図２の冷却器１０をIII−III線によってＸＺ平面で切断した断面図である。

先に述べたように、図中の座標系のＸ軸は、水平方向に対して前下がりに傾いている。冷却器１０は、後端１０ｂが前端１０ａよりも高くなるように傾斜して用いられる。Ｙ軸は水平方向を向いている。図２に示すように、冷却器１０は、冷媒の流入口１２と流出口１３をつなぐＵ字の流路１４を備えている。図中の白抜き矢印Ａ、Ｂは、冷媒の流れ方向を示している。流入口１２と流出口１３がＹ軸方向、即ち、水平方向に並んでいる。流入口１２と流出口１３は、冷却器１０の前端１０ａの側に位置し、流路１４のＵ字の折り返し部分１８は、後端１０ｂの側に位置する。冷却器１０は、流路１４のＵ字の折り返し部分１８が流入口１２と流出口１３よりも高くなるように傾斜配置されている。また、図２、３に示すように、流路１４は、冷媒の流れ方向に交差する断面が横長の扁平形状である。冷却器１０において、流入口１２から冷媒が供給され、冷媒はＵ字形の流路１４を流れ、流出口１３から排出される。冷媒は、液体であり、典型的には水、あるいは、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）である。冷媒は、冷却器１０の流路１４を通過する間にＺ軸方向下方に隣接する電圧コンバータ６０（図１参照）から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は流出口１３から排出される。流入口１２と流出口１３には不図示の冷媒循環路とラジエータとポンプが接続されており、排出された冷媒はラジエータで冷却されて再び冷却器１０へ供給される。

流路１４には、冷媒の流れ方向に沿って延びている複数のフィン１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂが設けられている。フィン１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは、冷却器１０の筐体１９の上面と下面に接続している。フィン１５ａは、流入口１２の近くに配置されており、流入する冷媒を整流する。フィン１５ｂは流出口１３の近くに配置されており、冷却器１０から流出する直前の冷媒を整流する。

フィン１６ａ、１６ｂは、折り返し部分１８に設けられている。フィン１６ａ、１６ｂは、折り返し部分１８の湾曲に沿って延びているとともに、折り返し部分１８の湾曲の内側と外側を結ぶ方向で並んでいる。流路１４は、複数のフィン１６ａ、１６ｂによって、複数の細長い狭隘流路１４ａ、１４ｂ、１４ｃに区画されている。折り返し部分１８の湾曲の最も内側に位置する狭隘流路１４ａは、筐体１９の内壁１９ａとフィン１６ａで挟まれた空間である。折り返し部分１８の湾曲の最も外側に位置する狭隘流路１４ｃは、筐体１９の外壁１９ｂとフィン１６ｂで挟まれた空間である。折り返し部分１８の湾曲の内側と外側の中間に位置する狭隘流路１４ｂは、２個のフィン１６ａ、１６ｂで挟まれた空間である。

折り返し部分１８に相当する筐体１９の下面に電圧コンバータ６０が取り付けられている（図１参照）。フィン１６ａ、１６ｂは、筐体１９の上面と下面に接続されており、電圧コンバータ６０の熱の冷媒へ伝達を促進する。

図２のIII-III線に沿って冷却器１０を切断した断面を図３に示す。図３に示すように、狭隘流路１４ａ−１４ｃの流路幅Ｗａ−Ｗｃの間には、Ｗａ＞Ｗｂ＞Ｗｃの関係が成立する。また、狭隘流路１４ａ−１４ｃの流路高さＨａ−Ｈｃの間には、Ｈａ＞Ｈｂ＞Ｈｃの関係が成立する。即ち、複数の狭隘流路１４ａ−１４ｃは、折り返し部分１８の湾曲の内側ほど流路幅と高さが大きくなっている。別言すれば、折り返し部分１８の湾曲の内側の狭隘流路１４ａの幅Ｗａは、それよりも外側の狭隘流路１４ｂの幅Ｗｂよりも大きくなっており、湾曲の内側の狭隘流路１４ａの高さＨａが、それよりも外側の狭隘流路１４ｂの高さＨｂよりも高くなっている。折り返し部分１８の湾曲の内側の狭隘流路１４ｂの幅Ｗｂは、それよりも外側の狭隘流路１４ｃの幅Ｗｃよりも大きくなっており、湾曲の内側の狭隘流路１４ｂの高さＨｂが、それよりも外側の狭隘流路１４ｃの高さＨｃよりも高くなっている。即ち、複数の狭隘流路１４ａ−１４ｃは、折り返し部分１８の湾曲の内側ほど流路断面積が大きくなっている。

狭隘流路１４ａ−１４ｃの上記関係による利点を説明する。液体の冷媒には気泡が混在することがある。折り返し部分１８では、湾曲の外側ほど気泡が留まり易い。特に、実施例の冷却器１０は、折り返し部分１８が冷媒の流入口１２と流出口１３よりも高くなるように傾斜配置されている。この傾斜配置によって、一層、折り返し部分１８の湾曲の外側の狭隘流路１４ｃに気泡が留まり易くなる。実施例の冷却器１０では、折り返し部分１８の湾曲の外側の狭隘流路１４ｃの流路断面積を小さくする。そうすることで、狭隘流路１４ｃを流れる冷媒の流速を高め、気泡を追い出し易くする。一方、気泡が留まり難い折り返し部分１８の湾曲の内側の狭隘流路１４ａの流路断面積を大きくする。そうすることで、流路１４の全体の圧力損失の増大を抑える。冷却器１０は、圧力損失の増大を抑えることと、気泡を留まり難くすることの両立を図っている。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の冷却器１０ではＵ字の折り返し部分１８に２個のフィン１６ａ、１６ｂが設けられていた。フィンの数は２個に限られない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

３：モータ
４：デファレンシャルギア
６：動力分配機構
１０：冷却器
１２：流入口
１３：流出口
１４：流路
１４ａ−１４ｃ：狭隘流路
１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ：フィン
１８：折り返し部分
１９：筐体
２０：電力制御ユニット
３０：トランスアクスル
３７：冷媒供給管
３８：冷媒排出管
６０：電圧コンバータ

Claims (1)

1. 液体冷媒の流入口と流出口をつなぐＵ字の流路を備えており、前記流入口と前記流出口が水平方向で並んでいる冷却器であり、
   前記流路のＵ字の折り返し部分に、前記液体冷媒の流れ方向に沿って延びているとともに、前記折り返し部分の湾曲の内側と外側を結ぶ方向で並んでいる複数のフィンが設けられており、
   前記流路は複数の前記フィンによって複数の狭隘流路に区画されており、
   前記湾曲の内側の前記狭隘流路の幅が、前記湾曲の外側の前記狭隘流路の幅よりも大きくなっており、前記湾曲の内側の前記狭隘流路の高さが、前記湾曲の外側の前記狭隘流路の高さよりも高くなっている、冷却器。

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