(57)【要約】【課題】冷媒の温度の解析にかかる時間を短縮する。【解決手段】冷媒と気体との間で熱交換させる熱交換器３の周辺における気体の流れを三次元のＣＡＥ解析で算出する事前解析工程と、事前解析工程の解析結果に基づき、熱交換器３の通過後に再び熱交換器３を通過するように回り込む気体の割合αを特定する特定工程と、特定工程で特定された割合αを用いて熱交換器３の通過前における気体の温度Ｔcを予測し、予測した気体の温度Ｔcを用いて一次元のＣＡＥ解析で冷媒の温度を算出する主解析工程とを備える。【選択図】図１
2020140354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器内を流通する冷媒と前記熱交換器を通過する気体との間で熱交換させる前記熱交換器の周辺における前記気体の流れを三次元のＣＡＥ解析で算出する事前解析工程と、
前記事前解析工程の解析結果に基づき、前記熱交換器の通過後に再び前記熱交換器を通過するように回り込む前記気体の割合を特定する特定工程と、
前記特定工程で特定された前記割合を用いて前記熱交換器の通過前における前記気体の温度を予測し、予測した前記気体の温度を用いて一次元のＣＡＥ解析で前記冷媒の温度を算出する主解析工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする、冷媒温度解析方法。
【請求項２】
前記事前解析工程では、前記熱交換器の通過前における前記気体の速度である通過前速度ごとに前記気体の流れを算出し、
前記特定工程では、前記通過前速度と前記割合とを関連付けたマップを作成することで前記割合を特定し、
前記主解析工程では、前記マップを参照して前記通過前速度ごとの前記冷媒の温度を算出する
ことを特徴とする、請求項１記載の冷媒温度解析方法。
【請求項３】
前記事前解析工程では、任意に選択された代表する複数の前記通過前速度のみについての前記気体の流れを算出し、
前記特定工程では、前記複数の通過前速度に含まれない前記通過前速度についての前記割合を補間により特定する
ことを特徴とする、請求項２記載の冷媒温度解析方法。
【請求項４】
前記主解析工程では、前記気体が前記熱交換器を通過する前後のエネルギーバランスを表す方程式に、前記特定工程で特定された前記割合を適用することで、前記気体の温度を予測する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷媒温度解析方法。
【請求項５】
前記熱交換器には、車両のエンジンルームに搭載されて前記車両のエンジンを冷却するラジエータが含まれ、
前記気体が、前記車両の外部から前記エンジンルームに導入される空気である
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷媒温度解析方法。
【請求項６】
熱交換器内を流通する冷媒と前記熱交換器を通過する気体との間で熱交換させる前記熱交換器の周辺における前記気体の流れを三次元のＣＡＥ解析で算出する事前解析部と、
前記事前解析部の解析結果に基づき、前記熱交換器の通過後に再び前記熱交換器を通過するように回り込む前記気体の割合を特定する特定部と、
前記特定部で特定された前記割合を用いて前記熱交換器の通過前における前記気体の温度を予測し、予測した前記気体の温度を用いて一次元のＣＡＥ解析により前記冷媒の温度を算出する主解析部と、
を備えたことを特徴とする、冷媒温度解析装置。
【請求項７】
熱交換器内を流通する冷媒と前記熱交換器を通過する気体との間で熱交換させる前記熱交換器の周辺における前記気体の流れを三次元のＣＡＥ解析で算出する事前解析工程と、
前記事前解析工程の解析結果に基づき、前記熱交換器の通過後に再び前記熱交換器を通過するように回り込む前記気体の割合を特定する特定工程と、
前記特定工程で特定された前記割合を用いて前記熱交換器の通過前における前記気体の温度を予測し、予測した前記気体の温度を用いて一次元のＣＡＥ解析により前記冷媒の温度を算出する主解析工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする、冷媒温度解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器で気体と熱交換される冷媒の温度を解析するための方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、数値流体力学（ＣＦＤ；Computational Fluid Dynamics）解析や有限要素解析（ＦＥＡ；Finite Element Analysis）をはじめとするＣＡＥ（Computer-aided Engineering）解析が知られている。ＣＡＥ解析は、コンピュータ上で擬似的なモデルに対してシミュレーションを行う解析手法であって、一般に製品の設計開発段階で利用される。例えば特許文献１には、車両の熱管理システムの設計において、パワートレインの放熱率をＣＡＥ解析により決定する手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０５８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば車両に設けられる冷却，空調システムの設計では、熱交換器内を流通する冷媒の温度の予測，検討が行われる。このような冷媒の温度は、熱交換器を通過する気体の流れ（速度，質量流量）及びその温度や、熱交換器の放熱性能（単位時間当たりの放熱量）等に影響されることが知られている。このため、従来は、気体の流れ及び温度を算出するための三次元のＣＡＥ解析（以下、「３Ｄ解析」という）と、熱交換器の放熱量を算出するための一次元のＣＡＥ解析（以下、「１Ｄ解析」という）とを連成させることで、冷媒の温度が算出されていた。
【０００５】
しかしながら、上記のように３Ｄ解析と１Ｄ解析とを連成させて冷媒の温度を算出する手法では、３Ｄ解析と１Ｄ解析とが常にセットで実施されるため、３Ｄ解析よりも短時間で完了するという１Ｄ解析のメリットが損なわれていた。このように、従来の手法では、１Ｄ解析のメリットが活かされておらず、冷媒の温度の解析にかかる時間が長期化するという課題があった。
【０００６】
本件は、上記のような課題に鑑み案出されたもので、冷媒の温度の解析にかかる時間を短縮することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）ここで開示する冷媒温度解析方法は、熱交換器内を流通する冷媒と前記熱交換器を通過する気体との間で熱交換させる前記熱交換器の周辺における前記気体の流れを三次元のＣＡＥ解析で算出する事前解析工程と、前記事前解析工程の解析結果に基づき、前記熱交換器の通過後に再び前記熱交換器を通過するように回り込む前記気体の割合を特定する特定工程と、前記特定工程で特定された前記割合を用いて前記熱交換器の通過前における前記気体の温度を予測し、予測した前記気体の温度を用いて一次元のＣＡＥ解析で前記冷媒の温度を算出する主解析工程と、をコンピュータに実行させる。
【０００８】
（２）前記事前解析工程では、前記熱交換器の通過前における前記気体の速度である通過前速度ごとに前記気体の流れを算出し、前記特定工程では、前記通過前速度と前記割合とを関連付けたマップを作成することで前記割合を特定し、前記主解析工程では、前記マップを参照して前記通過前速度ごとの前記冷媒の温度を算出することが好ましい。
（３）この場合、前記事前解析工程では、任意に選択された代表する複数の前記通過前速度のみについての前記気体の流れを算出し、前記特定工程では、前記複数の通過前速度に含まれない前記通過前速度についての前記割合を補間により特定することが好ましい。
【０００９】
（４）前記主解析工程では、前記気体が前記熱交換器を通過する前後のエネルギーバランスを表す方程式に、前記特定工程で特定された前記割合を適用することで、前記気体の温度を予測することが好ましい。
（５）前記熱交換器には、車両のエンジンルームに搭載されて前記車両のエンジンを冷却するラジエータが含まれ、前記気体が、前記車両の外部から前記エンジンルームに導入される空気であることが好ましい。
【００１０】
（６）ここで開示する冷媒温度解析装置は、熱交換器内を流通する冷媒と前記熱交換器を通過する気体との間で熱交換させる前記熱交換器の周辺における前記気体の流れを三次元のＣＡＥ解析で算出する事前解析部と、前記事前解析部の解析結果に基づき、前記熱交換器の通過後に再び前記熱交換器を通過するように回り込む前記気体の割合を特定する特定部と、前記特定部で特定された前記割合を用いて前記熱交換器の通過前における前記気体の温度を予測し、予測した前記気体の温度を用いて一次元のＣＡＥ解析により前記冷媒の温度を算出する主解析部と、を備えている。
【００１１】
（７）ここで開示する冷媒温度解析プログラムは、熱交換器内を流通する冷媒と前記熱交換器を通過する気体との間で熱交換させる前記熱交換器の周辺における前記気体の流れを三次元のＣＡＥ解析で算出する事前解析工程と、前記事前解析工程の解析結果に基づき、前記熱交換器の通過後に再び前記熱交換器を通過するように回り込む前記気体の割合を特定する特定工程と、前記特定工程で特定された前記割合を用いて前記熱交換器の通過前における前記気体の温度を予測し、予測した前記気体の温度を用いて一次元のＣＡＥ解析により前記冷媒の温度を算出する主解析工程と、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
三次元のＣＡＥ解析で算出した気体の流れに基づき、熱交換器を回り込む気体の割合を特定し、この割合を用いて熱交換器の通過前における気体の温度を予測するため、気体の温度を三次元のＣＡＥ解析で算出しなくても、一次元のＣＡＥ解析で冷媒の温度を算出できる。よって、気体の温度を算出するための三次元のＣＡＥ解析を省略できるとともに、三次元のＣＡＥ解析と一次元のＣＡＥ解析とを連成させる必要がないため、冷媒の温度の解析にかかる時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】解析対象としての、車両のエンジンルームの構成を例示した模式図である。
【図２】冷媒温度解析装置の構成を例示したブロック図である。
【図３】冷媒温度解析方法の手順を例示したフローチャートである。
【図４】想定される車両の走行パターンを例示したグラフであり、縦軸が走行速度を示し、横軸が時間を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して、実施形態としての冷媒温度解析方法、冷媒温度解析装置及び冷媒温度解析プログラム（以下、単に「解析方法」，「解析装置」，「解析プログラム」という）について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１５】
［１．概要］
本実施形態に係る解析方法、解析装置及び解析プログラムは、熱交換器内を流通する冷媒の温度を解析するためのものである。熱交換器は、冷媒と気体との間で熱交換させる装置であって、気体が流れる空間に配置され、この気体が通過可能となるように構成される。熱交換器の具体例としては、冷媒としての気体又は液体を冷却するラジエータ（放熱器）や、冷媒としての蒸気（高温，高圧の気体）を凝縮させるコンデンサ（凝縮器）が挙げられる。
【００１６】
冷媒の温度は、熱交換器を通過する気体の流れ（速度，質量流量）及びその温度や、熱交換器の放熱性能（単位時間当たりの放熱量）等に影響されることが知られている。このため、従来は、熱交換器の周辺における気体の流れ及び温度を算出するための三次元のＣＡＥ解析（以下、「３Ｄ解析」という）と、熱交換器の放熱量を算出するための一次元のＣＡＥ解析（以下、「１Ｄ解析」という）とを連成させることで、冷媒の温度が算出されていた。すなわち、従来は、３Ｄ解析の結果と１Ｄ解析の結果とを相互に受け渡すことで、冷媒の温度を算出する手法が用いられていた。しかしながら、このような従来の手法では、３Ｄ解析と１Ｄ解析とが常にセットで実施されるため、３Ｄ解析よりも短時間で完了するという１Ｄ解析のメリットが損なわれていた。
【００１７】
そこで、本実施形態では、３Ｄ解析で気体の流れのみを算出し、気体の温度の算出は３Ｄ解析では行わないようにするとともに、３Ｄ解析と１Ｄ解析とを分離して１Ｄ解析のメリットを活かすことで、冷媒の温度の解析にかかる時間の短縮を図る。具体的には、事前に（１Ｄ解析の実施前に）、気体の流れを３Ｄ解析で算出し、この３Ｄ解析の結果に基づいて、気体の温度を予測するためのパラメータを特定する。そして、冷媒の温度を算出する段階では、事前に特定しておいたパラメータを用いて気体の温度を予測し、予測した気体の温度を用いて冷媒の温度を１Ｄ解析で算出する。
【００１８】
このように、本実施形態では、従来３Ｄ解析で算出していた気体の温度を、３Ｄ解析で算出する代わりに上述したパラメータを用いて予測する。これにより、気体の温度を算出するための３Ｄ解析が省略可能となるため、従来と比べて３Ｄ解析にかかる時間が短縮される。
【００１９】
また、本実施形態では、事前に実施した３Ｄ解析の結果に基づいてパラメータを特定しておくため、冷媒の温度を算出する段階では、このパラメータを用いて気体の温度を予測し、予測した温度を用いて冷媒の温度を１Ｄ解析で算出することができる。したがって、３Ｄ解析と１Ｄ解析とを常にセットで実施しなくても、１Ｄ解析で冷媒の温度が算出されるため、３Ｄ解析よりも短時間で完了するという１Ｄ解析のメリットを活かすことができる。
【００２０】
ここで、上述したパラメータとは、具体的には、熱交換器の通過後に再び熱交換器を通過するように回り込む気体の割合である。以下、この割合を「回り込み率」ともいう。回り込み率は、より詳細には、熱交換器の正面と背面とを規定した場合に、正面側から背面側へ熱交換器を通過する気体の質量流量に対し、このように熱交換器を通過した後に熱交換器の周囲を回り込んで背面側から正面側へ戻る気体の質量流量の比率に相当する。
【００２１】
［２．解析モデル］
図１に示すように、実施形態では、車両１のエンジンルーム２に搭載されたラジエータ３（熱交換器）を例に挙げ、ラジエータ３内を流通するエンジン冷却水（冷媒）の温度Ｔt（以下、「水温Ｔt」ともいう）を算出する場合について説明する。水温Ｔtの算出は、例えば車両１の設計開発段階で行われる。一般に、車両ではエンジン冷却水の熱を利用して室内が暖房されることから、本実施形態で算出された水温Ｔtは、例えば、車両１が所定のパターンで走行する場合における室内の暖房性能の検討に用いることができる。以下、車両１の進行方向を前方とし、この反対方向を後方とする。
【００２２】
エンジンルーム２は、車両１のエンジン４が配置される空間であって、車両１の前部に設けられている。エンジンルーム２には、車両１の前端部に形成された開口２ａを通じて、車両１の外部から空気（気体）が導入される。
【００２３】
ラジエータ３は、上述したエンジン冷却水と、ラジエータ３を通過する空気（気体）との間で熱交換させることにより、エンジン冷却水を冷却する放熱器である。ラジエータ３で冷却されたエンジン冷却水は、エンジン４に形成された図示しない冷却水路に供給され、この冷却水路を流れる過程でエンジン４を冷却する。このため、ラジエータ３は、エンジン４を冷却する機能をもつ。
【００２４】
本実施形態のエンジンルーム２には、上述したラジエータ３及びエンジン４のほかに、コンデンサ５及びファン６が搭載されている。コンデンサ５は、車両１の室内空調用に設けられた熱交換器である。コンデンサ５は、詳細には、コンデンサ５内を流通する蒸気と、コンデンサ５を通過する空気との間で熱交換させることにより、蒸気を凝縮させる凝縮器である。コンデンサ５は、ラジエータ３の前方に配置される。
【００２５】
以下、ラジエータ３及びコンデンサ５をまとめて「熱交換ユニット７」ともいう。本実施形態の熱交換ユニット７は、開口２ａの直後方に位置する。開口２ａを通じてエンジンルーム２に導入された空気は、熱交換ユニット７をその前方から後方に向かって通過する。ファン６は、熱交換ユニット７を通過する空気の流れを生成する送風機であって、熱交換ユニット７の後方（すなわち、ラジエータ３の後方）に配置される。
【００２６】
本実施形態では、車両１の形状を三次元で再現した３Ｄモデルが作成，設定される。車両１の３Ｄモデルには、開口２ａやエンジンルーム２やエンジンルーム２内の熱交換ユニット７が再現されている。そして、この３Ｄモデルに対して３Ｄ解析が実施され、熱交換ユニット７の周辺（本実施形態ではエンジンルーム２内）における空気の流れが算出される。また、本実施形態では、エンジン冷却水の循環経路を一次元で再現した１Ｄモデルが作成，設定される。そして、この１Ｄモデルに対して１Ｄ解析が実施され、水温Ｔtが算出される。
【００２７】
［３．装置構成］
図２に示すように、本実施形態の冷媒温度解析装置１０（以下、「解析装置１０」ともいう）は、水温Ｔtを算出するためのコンピュータプログラム８（冷媒温度解析プログラム）を実行可能な汎用のコンピュータである。解析装置１０は、ＣＰＵ１１（Central Processing Unit），メモリ１２〔Read Only Memory（ＲＯＭ），Random Access Memory（ＲＡＭ）等〕，外部記憶装置１３〔Hard Disk Drive（ＨＤＤ），Solid State Drive（ＳＳＤ），光学ドライブ，フラッシュメモリ，リーダライター等〕，入力装置１４（キーボード，マウス等），出力装置１５（ディスプレイ，プリンター装置等）及び通信装置１６（無線または有線の送受信装置）を備える。これらは、解析装置１０の内部に設けられたバス１７（制御バス，データバス等）を介して互いに通信可能に接続される。本実施形態のコンピュータプログラム８は、外部記憶装置１３にインストールされる。
【００２８】
なお、コンピュータプログラム８は、光学ドライブ，フラッシュメモリ，リーダライター等で読み取り可能な記録媒体９に記録されていてもよいし、解析装置１０が接続可能なネットワーク上のオンラインストレージに記録されていてもよい。いずれにしても、コンピュータプログラム８は、解析装置１０のＨＤＤ，ＳＳＤ等にダウンロードされ、あるいはＣＰＵ１１，メモリ１２に読み込まれることで、実行可能となる。
【００２９】
本実施形態のＣＰＵ１１は、外部記憶装置１３にインストールされたプログラムをメモリ１２上に読み込んで実行し、計算結果を出力装置１５に出力する。上述した３Ｄモデルは、例えば、汎用の三次元ＣＡＤ（Computer-aided Design）ソフトウェアで作成されたデータをコンピュータプログラム８に流用することによって設定される。上述した１Ｄモデルは、例えば、入力装置１４からの入力によって設定される。また、３Ｄ解析及び１Ｄ解析における各入力値（すなわち、空気の流れの算出及び水温Ｔtの算出に必要なデータ）は、入力装置１４からの入力に基づいて、あるいは予め与えられた値として設定される。
【００３０】
これらの算出に必要なデータには、例えば、エンジンルーム２及びそこに配置される各種装置（具体的には、開口２ａ，ラジエータ３，コンデンサ５等）の形状データや位置データ，エンジン冷却水の循環経路の構成データ，想定される車両１の走行速度ｖ′等が含まれる。走行速度ｖ′としては、車両１が実現可能な車速値であって切りの良い複数の値（例えば、40，60，80，100，…[km/h]）が予め設定される。
【００３１】
コンピュータプログラム８には、水温Ｔtを算出するための要素として、事前解析部８ａ，特定部８ｂ及び主解析部８ｃが設けられる。これらの要素８ａ，８ｂ，８ｃは、ソフトウェアで実現されるものに限られず、電子回路（ハードウェア）によって実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとが併用されて実現されてもよい。
【００３２】
事前解析部８ａは、上述した３Ｄ解析を実施する。具体的には、事前解析部８ａは、上述した３Ｄモデルを設定し、この３Ｄモデルに入力値を与えて、熱交換ユニット７の周辺における空気の流れを３Ｄ解析により算出する。この空気の流れは、熱交換ユニット７の通過前における空気の速度ｖ（以下、「通過前速度ｖ」という）に応じて変化する。このため、本実施形態の事前解析部８ａは、熱交換ユニット７の周辺における空気の流れを通過前速度ｖごとに算出する。詳細には、事前解析部８ａは、想定される走行速度ｖ′の各々に対して算出した通過前速度ｖを代表値（任意に選択した代表する複数の通過前速度ｖ）と見做し、これらの代表値のみについての空気の流れを３Ｄ解析で算出する。
【００３３】
特定部８ｂは、事前解析部８ａによる３Ｄ解析の結果に基づき、上記の回り込み率αを特定する。本実施形態の特定部８ｂは、事前解析部８ａで算出された空気の流れに基づき、上記の回り込み率αを算出（特定）するとともに、二種類の質量流量ｍa，ｍrも算出する。
【００３４】
二種類の質量流量ｍa，ｍrのうちの一方は、具体的には図１に示すように、開口２ａからエンジンルーム２に導入される（開口２ａを通過する）空気の質量流量ｍa[g/s]であり、他方は、熱交換ユニット７を通過する（熱交換ユニット７に導入される）空気の質量流量ｍr[g/s]である。また、回り込み率αは、上記の概要で説明した、熱交換ユニット７の通過後に再び熱交換ユニット７を通過するように、熱交換ユニット７の外側を回り込む空気の割合である。
【００３５】
本実施形態の特定部８ｂは、上述した通過前速度ｖと三つの値ｍa，ｍr，αとを関連付けたマップを作成することにより、回り込み率αを特定する。特定部８ｂで作成されるマップは、具体的には下記の表１に示すように、事前解析部８ａによる３Ｄ解析の結果から算出された各値ｖ，ｍa，ｍr，αの対応関係をまとめたものである。すなわち、本実施形態のマップには、想定される複数の走行速度ｖ′ごとに各値ｖ，ｍa，ｍr，αが規定される。なお、表１では、具体的な値を省略してドット（・・・）を付している。
【００３６】
【表１】
2020140354.tif 000003
【００３７】
ただし、本実施形態の３Ｄ解析では通過前速度ｖの代表値のみについての空気の流れが算出されることから、特定部８ｂは、代表値に含まれない通過前速度ｖについてのｍa，ｍr及びαを補間により特定する。具体的には、特定部８ｂは、まず通過前速度ｖの代表値とそれらに対応するｍa，ｍr及びαとの関係性から、通過前速度ｖとｍa，ｍr及びαとの関係式を算出する。次いで、特定部８ｂは、代表値に含まれない通過前速度ｖをこの関係式に代入することで、代表値に含まれない通過前速度ｖについてのｍa，ｍr及びαを特定する。なお、このように補間により特定されたｍa，ｍr及びαも、通過前速度ｖの代表値に対応するｍa，ｍr，αと共に上記のマップに規定される。
【００３８】
主解析部８ｃは、上述した１Ｄ解析を実施する。具体的には、主解析部８ｃは、特定部８ｂで特定された回り込み率αを用いて、熱交換ユニット７の通過前における空気の温度Ｔc（以下、「通過前温度Ｔc」という）を予測し、予測した通過前温度Ｔcと上記の通過前速度ｖとを用いて水温Ｔtを１Ｄ解析で算出する。
【００３９】
本実施形態の主解析部８ｃは、空気が熱交換ユニット７を通過する前後のエネルギーバランスを表す方程式から通過前温度Ｔcを予測する。ここで、エネルギーバランスについて説明する。図１に示すように、熱交換ユニット７の通過前における（コンデンサ５に入る直前の）空気の単位時間当たりのエンタルピーの変化量Ｅin[J/s]は、開口２ａからエンジンルーム２に入る空気の単位時間当たりのエンタルピーの変化量Ｅa[J/s]と、熱交換ユニット７の後方から前方へ回り込む空気の単位時間当たりのエンタルピーの変化量Ｅα[J/s]との和で表される（Ｅin＝Ｅa＋Ｅαである）。このため、下記の式１が成立する。なお、運動エネルギーは、寄与が小さいため省略している。
【００４０】
【数１】
2020140354.tif 000004
【００４１】
式１中のｃpは、空気の定圧比熱[J/(g・K)]であり、周知の値を適用できる。また、式１中のＴaは、開口２ａにおける空気の温度[K]又は想定される外気温[K]であり、例えば、想定される車両１の使用環境に応じて予め設定される。式１中のＴeは、エンジンルーム２内（具体的には、熱交換ユニット７よりも後方）の空気の温度[K]である。式１では、左辺がＥinに相当し、右辺の第一項がＥaに相当し、右辺の第二項がＥαに相当する。
【００４２】
一方、熱交換ユニット７の通過後における（ラジエータ３を出た直後の）空気の単位時間当たりのエンタルピーの変化量Ｅout[J/s]は、上記のＥinと、熱交換ユニット７で冷媒から放出される単位時間当たりの放熱エンタルピーの変化量ＥQ[J/s]との和で表される（Ｅout＝Ｅin＋ＥQである）。このため、下記の式２が成立する。
【００４３】
【数２】
2020140354.tif 000005
【００４４】
式２中のＱ1は、コンデンサ５で冷媒から放出されて空気に与えられる単位時間当たりの熱量（放熱量）[J/s]である。同様に、Ｑ2は、ラジエータ３でエンジン冷却水から放出されて空気に与えられる単位時間当たりの熱量（放熱量）[J/s]である。式２では、左辺がＥoutに相当し、右辺の第一項がＥinに相当し、右辺の第二項及び第三項がＥQに相当する。
【００４５】
式１と式２とを連立させてＴeを消去し、通過前温度Ｔcについて解くと、下記の式３が得られる。以下、式３を「温度予測式」という。
【００４６】
【数３】
2020140354.tif 000006
【００４７】
主解析部８ｃは、上記の温度予測式中の各変数ｍa，ｍr，α，Ｑ1及びＱ2に値を代入して通過前温度Ｔcを算出（予測）する。なお、上述したように、温度予測式中のｃp及びＴaは、予め設定された固定値である。本実施形態の主解析部８ｃは、温度予測式中のｍa，ｍr及びαについては、特定部８ｂで作成されたマップを参照し、マップから取得した値を適用する。これにより、主解析部８は、通過前速度ｖごとの水温Ｔcを算出する。
【００４８】
また、主解析部８ｃは、温度予測式中のＱ1及びＱ2については、通過前温度Ｔcを用いて算出した値を適用する。すなわち、本実施形態では、通過前温度Ｔcの算出（予測）で放熱量Ｑ1，Ｑ2が用いられ、放熱量Ｑ1，Ｑ2の算出で通過前温度Ｔcが用いられる。初回の計算では、通過前温度Ｔc及び放熱量Ｑ1，Ｑ2がいずれも未知であるため、主解析部８ｃは、通過前温度Ｔc又は放熱量Ｑ1，Ｑ2として所定のデフォルト値（初期値）を与える。通過前温度Ｔcのデフォルト値としては、例えば外気温が採用される。放熱量Ｑ1，Ｑ2のデフォルト値としては、例えば既存の車両のデータが利用される。
【００４９】
［４．フローチャート］
図３は、解析装置１０がコンピュータプログラム８を実行する際の手順（解析方法）を示すフローチャートである。ステップＳ１は、初期設定のステップである。ステップＳ１では、解析に必要な各種のデータが用意され、あるいは外部記憶装置１３や入力装置１４等から入力される。
【００５０】
ステップＳ２，Ｓ３は、事前解析部８ａにおいて実施される処理（事前解析工程）である。ステップＳ２では、ステップＳ１で用意されたデータに基づき、３Ｄモデルが設定される。続くステップＳ３では、ステップＳ２で設定された３Ｄモデルに対して想定される複数の走行速度ｖ′ごとに３Ｄ解析が実施され、熱交換ユニット７の周辺における空気の流れが算出される。ステップＳ３では、想定される走行速度ｖ′ごとに独立して３Ｄ解析を実施することができる。なお、走行速度ｖ′ごとに実施する３Ｄ解析では、算出された空気の流れが定常状態となったときの値が最終的な算出結果とされる。
【００５１】
ステップＳ４は、特定部８ｂにおいて実施される処理（特定工程）である。ステップＳ４では、ステップＳ３で実施された３Ｄ解析の結果に基づき、走行速度ｖ′と各値ｖ，ｍa，ｍr，αとの関係を規定したマップが作成される。このとき、上述した代表値に含まれない通過前速度ｖについての各値ｍa，ｍr，αは、補間により特定される。これにより、通過前温度Ｔcを予測するための各値ｍa，ｍr，αが特定される。
【００５２】
ステップＳ５〜Ｓ９は、主解析部８ｃにおいて実施される処理（主解析工程）である。ステップＳ５では、ステップＳ１で用意されたデータに基づき、１Ｄモデルが設定される。続くステップＳ６では、解析時点（時間ｔn=k）における通過前温度Ｔcと走行速度ｖ′に対応する通過前速度ｖとが１Ｄモデルに入力され、放熱量Ｑ1，Ｑ2及び水温Ｔtが１Ｄ解析により算出される。ステップＳ６では、一つの解析時点での計算をループさせ、水温Ｔtが収束したときの値がその時点での解析結果とされる。なお、初回の計算時（時間ｔn=0）の通過前温度Ｔcとしては、デフォルト値が入力される。そして、ステップＳ７では、時間ｔn=kにおける解析結果から得られた放熱量Ｑ1，Ｑ2と、ステップＳ４で作成されたマップから得られる各値ｍa，ｍr，αとが参照され、上記の温度予測式から新たな通過前温度Ｔc′が予測される。
【００５３】
ステップＳ８では、解析が所定の時間（ｔn=m）まで行われたか否かが判断される。この所定の時間（ｔn=m）は、解析すべき全ての時点についての解析が行われるように、適宜設定される。解析が所定の時間まで行われていない場合（ｔn=k＜ｔn=m）は、ステップＳ９において時間が進められ（ｔn=kがｔn=k+1とされ）、進められた後の時間（ｔn=k+1）のパラメータに基づき、再びステップＳ６〜Ｓ８の処理（１Ｄ解析）が実施される。なお、ステップＳ９で進められる時間は、単位時間に限らず、解析を行うべき各時点や求められる解析精度などを考慮して、適宜設定される。
【００５４】
このようにして、解析すべき全ての時点についての解析が終わるまで、時間軸に沿って１Ｄ解析が行われる。そして、所定の時間以上まで解析が行われた場合（時間ｔn=k≧ｔn=m）に、解析が終了する。
【００５５】
［５．作用］
図４は、想定される車両１の走行速度ｖ′の変化をステップ状に近似して表したグラフである。このグラフにおいて、縦軸は走行速度ｖ′を示し、横軸は時間ｔを示している。車両１の設計開発段階では、例えば、走行速度ｖ′の変化後の各点Ｐ1〜Ｐ13が水温Ｔtの計算対象とされ、これらの点Ｐ1〜Ｐ13に対応する時点ｔ1〜ｔ13の各水温Ｔtが算出される。なお、水温Ｔtは、エンジン４の発熱量に応じて変化することから、走行速度ｖ′が高いほど高くなり、また、走行時間が長いほど高くなる傾向にある。このため、走行速度ｖ′が互いに等しい二つの点（例えば点Ｐ2とＰ8）では、水温Ｔtは等しくならない可能性が高い。
【００５６】
従来の手法で水温Ｔtを算出する場合は、３Ｄ解析と１Ｄ解析とを連成させるため、計算対象となる各点Ｐ1〜Ｐ13について、３Ｄ解析と１Ｄ解析とをセットで実施することとなる。この場合、計算対象となる点の個数だけ、３Ｄ解析と１Ｄ解析との双方が実施されることから、想定される複数の走行速度ｖ′における水温Ｔtの解析時間が長期化しやすい。また、従来の手法では、空気の流れと通過前温度Ｔcとの双方が３Ｄ解析で算出されるため、一回の３Ｄ解析にかかる時間も長期化しやすい。
【００５７】
これに対し、本実施形態の手法では、従来３Ｄ解析で算出していた通過前温度Ｔcが回り込み率αを用いて予測され、予測された回り込み率αを用いて水温Ｔtが１Ｄ解析で算出されるため、３Ｄ解析と１Ｄ解析とを常にセットで実施しなくても水温Ｔtが算出される。また、本実施形態の３Ｄ解析では空気の流れのみが算出されることから、走行速度ｖ′が等しい複数の点（例えば点Ｐ2とＰ8）については、３Ｄ解析の結果を共用できる。つまり、走行速度ｖ′が等しければ、熱交換ユニット７の周辺における空気の流れも等しくなると見做せるため、本実施形態の手法では、計算対象となる点Ｐ1〜Ｐ13のうち、走行速度ｖ′が等しい点については、３Ｄ解析を事前に一回だけ実施すれば済む。
【００５８】
したがって、本実施形態の手法を用いる場合は、３Ｄ解析の実施回数が低減されるため、想定される複数の走行速度ｖ′における水温Ｔtの解析時間が短縮される。また、本実施形態の手法では、通過前温度Ｔcの３Ｄ解析が省略されるため、一回の３Ｄ解析にかかる時間も短縮される。
【００５９】
［６．効果］
（１）上述した解析方法，解析装置１０及びコンピュータプログラム８では、３Ｄ解析で算出された空気の流れに基づいて回り込み率αが特定される。そして、この回り込み率αを用いて通過前温度Ｔcが予測され、予測された通過前温度Ｔcを用いて水温Ｔtが１Ｄ解析で算出される。このように、従来は３Ｄ解析で算出されていた通過前温度Ｔcが回り込み率αを用いて予測されるため、通過前温度Ｔcを３Ｄ解析で算出しなくても、水温Ｔtを１Ｄ解析で算出することができる。したがって、通過前温度Ｔcの３Ｄ解析が省略可能となるため、３Ｄ解析にかかる時間を短縮することができる。よって、水温Ｔtの解析にかかる時間を短縮することができる。
【００６０】
また、上述した回り込み率αは３Ｄ解析の結果に基づいて特定されるため、事前に（１Ｄ解析の実施前に）３Ｄ解析を実施して回り込み率αを特定しておけば、１Ｄ解析を実施するだけで水温Ｔtを算出することができる。したがって、３Ｄ解析と１Ｄ解析とを常にセットで実施しなくても、水温Ｔtを算出することができる。よって、３Ｄ解析よりも短時間で完了するという１Ｄ解析のメリットを活かすことができる。
【００６１】
（２）水温Ｔtは、空気の通過前速度ｖに応じて変化する。このため、通過前速度ｖごとに空気の流れを３Ｄ解析で算出し、通過前速度ｖと回り込み率αとの関係が規定されたマップを作成することで回り込み率αを特定すれば、このマップを１Ｄ解析で参照することにより、様々な通過前速度ｖに対する水温Ｔtを短時間で且つ精度よく算出することができる。
【００６２】
（３）代表する複数の通過前速度ｖのみについての空気の流れを３Ｄ解析で算出し、これらの通過前速度ｖに含まれない通過前速度ｖについての回り込み率αは補間により特定すれば、３Ｄ解析で算出していない通過前速度ｖについても回り込み率αを特定できる。このため、より様々な通過前速度ｖに対する水温Ｔtを短時間で且つ精度よく算出することができる
【００６３】
（４）空気が熱交換ユニット７を通過する前後のエネルギーバランスを表す方程式に回り込み率αを適用すれば、通過前温度Ｔcを精度よく予測することができる。よって、水温Ｔtの算出精度を高めることができる。
【００６４】
（５）車両１のエンジンルーム２に搭載されたラジエータ３を解析対象の熱交換器とすれば、車両１の様々な走行パターンにおける水温Ｔtを容易に算出することができる。よって、車両１の設計開発時間の短縮と設計開発コストの削減とに寄与することができる。
【００６５】
［７．その他］
上述した実施形態では、通過前速度ｖと回り込み率αとを関連付けたマップを作成することで回り込み率αを特定する場合について説明したが、例えば、様々な通過前速度ｖを想定しない場合には、マップが省略されてもよい。また、マップには、少なくとも通過前速度ｖと回り込み率αとの関係が規定されていればよく、上述した質量流量ｍa，ｍrは別のマップに規定されてもよい。
【００６６】
上述した冷媒温度解析方法の手順は一例である。３Ｄモデルは、３Ｄ解析が実施される時点で設定されていればよいため、３Ｄモデルを設定する工程（ステップＳ２）は、上述した事前解析工程よりも前に実施されてもよい。同様に、１Ｄモデルは、１Ｄ解析が実施される時点で設定されていればよいため、１Ｄモデルを設定する工程（ステップＳ５）は、上述した主解析工程よりも前（例えば、３Ｄモデルの設定と同時）に実施されてもよい。
【００６７】
上述した解析モデルも一例である。上述した解析方法，解析装置及び解析プログラムは、コンデンサ５が省略された解析モデルや、ラジエータ３及びコンデンサ５以外の熱交換器が追加された解析モデルに対しても適用可能である。また、これらの解析方法，解析装置及び解析プログラムは、上述した水温Ｔtに代えて、コンデンサ５で冷却される冷媒の温度を解析するために用いられてもよい。なお、解析対象の熱交換器は、冷媒と気体との間で熱交換させるものであればよく、車両１に搭載されるものに限られないとともに、空気以外の気体が通過するものであってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  車両
２  エンジンルーム
３  ラジエータ（熱交換器）
４  エンジン
５  コンデンサ（熱交換器）
８  コンピュータプログラム（冷媒温度解析プログラム）
８ａ  事前解析部
８ｂ  特定部
８ｃ  主解析部
１０  解析装置（コンピュータ，冷媒温度解析装置）
α  回り込み率（割合）
Ｔc  通過前温度
Ｔt  水温（冷媒の温度）
ｖ  通過前速度
【図１】
2020140354.tif 000007
【図２】
2020140354.tif 000008
【図３】
2020140354.tif 000009
【図４】
2020140354.tif 000010