(57)【要約】【課題】多区画一体型ハイブリッド熱交換器を提供する。【解決手段】本発明は、内燃機関用ラジエーター部と電装用ラジエーター部が各々冷却水の独立流動が可能な構造を維持しながら一体型に組み立てられ、前記内燃機関用ラジエーター部及び電装用ラジエーター部の両側に連結設置される２個のラジエータータンクは、内部がバッフルで区画されると共に、各ラジエータータンクには、内燃機関用冷却水流入口及び電装用冷却水流入口と内燃機関用冷却水排出口及び電装用冷却水排出口が設置され、前記内燃機関用ラジエーター部と電装用ラジエーター部との間には各々のラジエーター部と連通する最小１つのサブラジエーター部が設置され、このサブラジエーター部が熱衝撃を防止し、熱抵抗機能を発揮することができるようにした多区画一体型ハイブリッド熱交換器であることを特徴とする。【選択図】  図１
2010121922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用ラジエーター部と電装用ラジエーター部が各々冷却水の独立流動が可能な構造を維持しながら一体型に組み立てられ、前記内燃機関用ラジエーター部及び電装用ラジエーター部の両側に連結設置される２個のラジエータータンクは、内部がバッフルで区画されると共に、各ラジエータータンクには、内燃機関用冷却水流入口及び電装用冷却水流入口と内燃機関用冷却水排出口及び電装用冷却水排出口が設置され、前記内燃機関用ラジエーター部と電装用ラジエーター部との間には各々のラジエーター部と連通する最小１つのサブラジエーター部が設置され、このサブラジエーター部が熱衝撃を防止し、熱抵抗機能を発揮することができるようにしたことを特徴とする多区画一体型ハイブリッド熱交換器。
【請求項２】
前記サブラジエーター部は、上下に配置される内燃機関用ラジエーター部と電装用ラジエーター部との間に並んで位置され、両側のラジエータータンク内のバッフルに形成されるバイパス孔を通して内燃機関用ラジエーター部及び電装用ラジエーター部と各々連通しながら、冷却水の流れを交換することができるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の多区画一体型ハイブリッド熱交換器。
【請求項３】
前記内燃機関用ラジエーター部及び電装用ラジエーター部とサブラジエーター部は、必要な熱容量によってコアの厚さを異にして設定することができるようにしたことを特徴とする、請求項１または２に記載の多区画一体型ハイブリッド熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多区画一体型ハイブリッド熱交換器に係り、より詳しくは、ハイブリッド車両において、電装系冷却システムと内燃機関冷却システムを一つに統合し、熱衝撃防止及び熱抵抗機能のためのラジエーター部を具備して冷却性能及び耐久性能を向上することができる多区画一体型ハイブリッド熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ハイブリッド車両はエンジンとモーターを搭載してこれを同時に駆動したり、選択的に駆動して駆動力を得る車両である。
【０００３】
このようなハイブリッド車両は、定速走行及び初期駆動時にはモーターにより駆動され、上り坂走行またはバッテリー放電モード時は内燃機関により作動されて燃費を向上させる装置である。
【０００４】
ここで、モーターを含む電気部品は作動時に熱が発生し、部品の入出力特性を最上の状態に維持するために部品の温度上昇を抑制する冷却装置を設置する必要がある。
【０００５】
特に、バッテリーの場合、全体的な充放電効率を最上に維持するためには適正温度を維持しなければならない。
【０００６】
それ故、バッテリーの充放電により発生する熱は、冷却装置を利用して冷却させて適性温度を維持する。
【０００７】
例えば、ハイブリッド車両の場合、モーター駆動による走行時にインバーターで電流の相変化（交流→直流）による熱と、モーター及び発電機の作動による熱が発生するが、このような電装系を冷却するためにモーターを駆動する際、電動ポンプ→インバーター→インバーター貯蔵タンク→ラジエーターへ冷却水が循環する形態の電装系冷却システムを具備している。
【０００８】
従って、ハイブリッド冷却システムは、駆動源によって電装系冷却システムと内燃機関冷却システムなどの２つの冷却システムで運用される。
【０００９】
このようなハイブリッド冷却システムの場合、内燃機関及び電装モーターの駆動有無、ウォーターポンプの流量、冷却水の温度によって流体的に分離された一体型ラジエーターの内部圧力は相互異なる場合があり、電圧は同じでも動圧は異なり得る。
【００１０】
最近は冷却効率の向上、レイアウト設計の有利性、部品数及び費用の節減などの利点を提供する統合型冷却システム、即ち、電装系冷却システムと内燃機関冷却システムを１つに統合した冷却システムが提示されている。
【００１１】
例えば、特許文献１と特許文献２には既存の内燃機関ラジエーターを内燃機関用と電装用として分割使用する方式が開示されている。
【００１２】
しかし、上のような特許文献１や特許文献２の場合は、常用温度（１１２℃）が高い内燃機関用ラジエーターと常用温度（８０℃）が低い電装用ラジエーターが直接接触しているため、隔壁及びコア部に熱が持続的に伝導する現象が発生し、これにより電装用ラジエーターの温度が上昇しながら電装品の効率が低下し、電装系を駆動する時に出力が低下するという問題点がある。
【００１３】
更に、零下の気温（−２０℃）で低温始動する際、内燃機関は停止しており、電装システムのみ駆動しており、電装用ラジエーターに電装品作動により上昇した温度（６０℃）の冷却水が突然流入すると、これと直接的に接触する隔壁部、コア部、コアとヘッダー接合部などで低温側の収縮力と高温側の膨張力が同時に発生して熱衝撃が発生するという問題点がある。
【００１４】
このような状況が長期間累積すると、接触部で疲労によるリークが直接発生し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−１１９５６０号公報
【特許文献２】特開平１０−２５９７２１号公報
【特許文献３】米国特許第６，１２４，６４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電装用ラジエーターと内燃機関用ラジエーター間の内部圧力の差により流体移動を減らして冷却水が混合することなく、各々独立流動が可能な構造を維持しながら一体型に統合する一方、電装用ラジエーターと内燃機関用ラジエーターとの間の緩衝役割をする連通構造のサブラジエーターを具備して熱衝撃の防止及び熱抵抗の向上を図ることができる新しい概念の冷却システムを具現することで、熱衝撃を効果的に減少させることができ、熱伝導に対する熱抵抗機能を向上させることができるなど、冷却システムの全体的な冷却効率と耐久性能を高めることができる多区画一体型ハイブリッド熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するために、本発明で提供する多区画一体型ハイブリッド熱交換器は、内燃機関用ラジエーター部と電装用ラジエーター部が各々冷却水の独立流動が可能な構造を維持しながら一体型に組み立てられ、前記内燃機関用ラジエーター部及び電装用ラジエーター部の両側に連結設置される２個のラジエータータンクは、内部がバッフルで区画されると共に、各ラジエータータンクには、内燃機関用冷却水流入口及び電装用冷却水流入口と内燃機関用冷却水排出口及び電装用冷却水排出口が設置され、前記内燃機関用ラジエーター部と電装用ラジエーター部との間には各々のラジエーター部と連通する最小１つのサブラジエーター部が設置され、このサブラジエーター部が熱衝撃を防止し、熱抵抗機能を発揮することができるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
このように各ラジエーター部との熱衝撃の防止及び熱抵抗用サブラジエーター部が流体的に連動するようにすることで、車両の低温始動時に電装用ラジエーター部の一部冷却水をサブラジエーター部に迂回させて内燃機関用ラジエーター部に送水することができ、従って、温度勾配を漸進的に形成することによって熱衝撃を減少させることができる一方、前記サブラジエーター部が中間で緩衝地帯の役割を行うことができるため、高温側の内燃機関用ラジエーター部と低温側の電装用ラジエーター部間の熱伝導を減らすことができるなど、熱伝導に対する熱抵抗機能を高めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る多区画一体型ハイブリッド熱交換器は、下記のような長所がある。
【００２０】
１）熱衝撃の減少−各部のラジエーター温度を漸進的に形成して熱い冷却水の急な流入による熱衝撃を減少させることができる。
【００２１】
２）熱伝導最小化による電装システム冷却性能の向上−高温の内燃機関用ラジエーターから低温の電装用ラジエーターへの熱伝導を最小化することができる。
【００２２】
３）電装品効率の向上及び出力低下の防止−電装用ラジエーター部への熱伝導が最小化されることにより電装用ラジエーター冷却性能を向上させることができる。
【００２３】
４）耐久性能の向上−熱衝撃の減少により耐久疲労を改善することができる。
【００２４】
５）費用の減少−各々２個の熱交換器を適用する時に比べて１個のヘッダーとタンクに電装システム冷却用コア部と内燃機関冷却用コア部を適用することで、原価を節減することができる。
【００２５】
６）工程の短縮−クリンチング工程を１ヶ所削除することで、一度に２個以上のコア部を溶接することができる。
【００２６】
７）重量の減少及び構造の単純化−２個の熱交換器を適用する時に比べてタンクとヘッダーを各１個ずつ廃止することで重量を減らすことができ、構造を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例による多区画一体型ハイブリッド熱交換器を表す概略図である。
【図２】本発明の一実施例による多区画一体型ハイブリッド熱交換器で、低温始動時の冷却水の流れを表す概略図である。
【図３】本発明の一実施例による多区画一体型ハイブリッド熱交換器で、高速及び上り坂を走行する際の冷却水の流れを表す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明に係る多区画一体型ハイブリッド熱交換器について、添付した図面を参照して詳しく説明すると下記の通りである。
【００２９】
図１は、本発明の一実施例による多区画一体型ハイブリッド熱交換器を表す概略図である。
【００３０】
図１に図示するように、電装系冷却システムと内燃機関冷却システムの２つの冷却システムを採択しているハイブリッド冷却システムで、多区画一体型ハイブリッド熱交換器は各々の独立した流動構造を有する電装用ラジエーターと内燃機関用ラジエーターを１つの一体型構造に組み立て、これと各ラジエーター側と連通すると共に各ラジエーターを区画しながら、緩衝地帯の役割を行う熱衝撃を防止しながら熱抵抗用ラジエーターを介在することで、電装系冷却システムの稼動時に熱衝撃を効果的に減少させることができ、またラジエーター間の熱伝導を減らすことができるなど、冷却システムの全体的な冷却効率と耐久性能を向上させるようにしたものである。
【００３１】
このために、内燃機関用ラジエーター部１０と電装用ラジエーター部１１が上下に並んで配置されながら、各々独立的な冷却水の流動経路を有する形態に組み立てられ、前記内燃機関用ラジエーター部１０及び電装用ラジエーター部１１の両側には各ラジエーター部側と連通するラジエータータンク１２ａ，１２ｂが各々設置され、特に、２個のラジエータータンク１２ａ，１２ｂの内部には互いに間隔を置いて配置される１対のバッフル１３が設置され、タンクの内部空間は上下に区画される。
【００３２】
従って、前記ラジエータータンク１２ａ，１２ｂの内部はバッフル１３を基準として上側には内燃機関用ラジエーター部１０側と通じ、下側には電装用ラジエーター部１１側と通じる。
【００３３】
冷却水の流入と排出のために、タンク内部がバッフル１３で区画されているラジエータータンク１２ａ，１２ｂの上部空間側には内燃機関用冷却水流入口１４と内燃機関用冷却水排出口１６が両側に各々設置され、下部空間側には電装用冷却水流入口１５と電装用冷却水排出口１７が両側に各々設置される。
【００３４】
ここで、各流入口の位置は排出口の位置より高い位置となるようにすることが好ましい。
【００３５】
このような冷却水流入口及び排出口を利用して内燃機関系統及び電装系統の２種の冷却回路を構成することができる。
【００３６】
例えば、内燃機関用冷却水排出口１６→エンジンウォーターポンプ２２→内燃機関２３→内燃機関用冷却水流入口１４に連結する内燃機関系統の冷却回路を構成することができ、また電装用冷却水排出口１７→電動ウォーターポンプ２５→インバーター２６→貯蔵タンク２４ｂ→ＩＳＧ２５→電装用冷却水流入口１５に連結する電装系統の冷却回路を構成することができる。
【００３７】
更に、前記ラジエータータンク１２ａの上部に設置されているキャップ２０の一方から延長されるラインは貯蔵タンク２４ａ側に連結される。
【００３８】
また、前記内燃機関用ラジエーター部１０及び電装用ラジエーター部１１と後述するサブラジエーター部１８は、必要な熱容量によってコアの厚さを異にして設定することができる。
【００３９】
例えば、電装系統の電装用品が大容量化される場合、電装用ラジエーター部１１の内部に設置するコアの厚さを大容量の熱交換に適合したサイズに設定することができる。
【００４０】
特に、本発明では内燃機関用ラジエーター部１０と電装用ラジエーター部１１との間に別途の空間として区画されるサブラジエーター部１８を配置し、このサブラジエーター部１８にて熱衝撃を防止することができるようにし、また熱抵抗機能を発揮することができる形態を提供する。
【００４１】
このために、上下に配置されている内燃機関用ラジエーター部１０と電装用ラジエーター部１１との間にはサブラジエーター部１８が並んで位置され、この時のサブラジエーター部１８はラジエータータンク１２ａ，１２ｂ内の１対のバッフル１３が組成する空間と連通する構造を持つ。
【００４２】
更に、前記各対のバッフル１３の片方にはバイパス孔１９が形成されているため、サブラジエーター部１８の一方は電装用ラジエーター部１１のタンク側と、もう一方は内燃機関用ラジエーター部１０のタンク側と各々通じる。
【００４３】
即ち、前記サブラジエーター部１８の前端側（図面の右側）は電装用ラジエーター部１１の冷却水流入側と連通し、後端側（図面の左側）は内燃機関用ラジエーター部１０の冷却水排出側と連通する。
【００４４】
これによって、電装用ラジエーター部１１に流入する冷却水の一部がサブラジエーター部１８に送られ、場合によっては内燃機関用ラジエーター部１０から排出される極めて少ない量の冷却水がサブラジエーター部１８に送られる。
【００４５】
このように、２個のラジエーター部との間に別途のラジエーター部が連通する構造で介在され、この時に介在されるラジエーター部が一部の冷却水の流れを受容すると同時に、各ラジエーター間の直接的な接触を遮断することで、熱交換器が受ける熱衝撃を減少させることができ、また熱交換器間の熱伝導を減少させることができる。
【００４６】
従って、このように構成された多区画一体型ハイブリッド熱交換器で運転条件による冷却水の流れを見てみると下記の通りである。
【００４７】
図２は、本発明の一実施例による多区画一体型ハイブリッド熱交換器で、低温始動時の冷却水の流れを表す概略図である。
【００４８】
図２に図示したように、ハイブリッド車両の場合、低温始動時には電装システムは駆動されるが、内燃機関が燃費の向上のために駆動されない。
【００４９】
低温始動時、電装システムの電動ウォーターポンプ２５の作動によりインバーター２６を通過して温度が上昇した冷却水が電装用ラジエーター部１１に流入する。
【００５０】
このとき、電装用冷却システムの電動ウォーターポンプ２５の作動により圧力が上昇するが、内燃機関冷却水ステムの冷却水はエンジンウォーターポンプ２２の未作動により圧力差が発生する。
【００５１】
これによって、電装用冷却水流入口１５を通して流入する高温の冷却水は、大部分が電装用ラジエーター部１１を経由して電装用冷却水排出口１７に排出され、圧力差により一部はバイパス孔１９を通してサブラジエーター部１８に迂回して内燃機関用ラジエーター部１０の排出側ラジエータータンク１２ｂに送られる。
【００５２】
このように迂回した冷却水は、流動経路部の温度、即ちサブラジエーター部１８内の温度を上昇させて温度勾配を電装部＞サブラジエーター部＞内燃機関部の形態に漸進的に形成する。
【００５３】
このように迂回した経路の温度勾配が漸進的に形成されることによって、熱による膨張力が同一経路上に漸進的に形成される。
【００５４】
結局、漸進的に膨張力が形成されながら既存の直接接触部（隔壁部、コア部、コアとヘッダー接合部など）で同時に両側に形成されていた低温部の収縮力と高温部の膨張力が生成される仕様に比べて熱衝撃が縮小する。
【００５５】
従って、熱衝撃の縮小によって疲労累積によるリーク発生率を減らすことができる。
【００５６】
図３は、本発明の一実施例による多区画一体型ハイブリッド熱交換器で、高速及び上り坂を走行する際の冷却水の流れを表す概略図である。
【００５７】
図３に図示したように、高速及び上り坂走行時の内燃機関のウォーターポンプの流量は、電装システムのウォーターポンプ流量対比１０倍以上の流量を送水する。
【００５８】
このように迂回する高温の冷却水の量は、サブラジエーター部１８の幅と面積が小さく通路抵抗の増加により少量のみが迂回する。
【００５９】
前記迂回した少量の高温の冷却水はサブラジエーター部１８を経由しながら冷却された後、電装用ラジエーター部１１に送られる。
【００６０】
このように、高温の冷却水がサブラジエーター部１８を経ながら中低温に変わり電装用ラジエーター部１１に流入されるため、電装システムの冷却水温度を上昇させることなく、冷却水の温度の上昇による電装品効率及び出力低下を防止することができる。
【００６１】
一方、上のようにサブラジエーター部１８を含む一体型熱交換器は熱伝導に対する熱抵抗機能を発揮することができる。
【００６２】
内燃機関用ラジエーターには１１０℃の高温の冷却水が流動し、電装用ラジエーターには７０℃の中低温の冷却水が流動するが、各部はコアのフィンとチューブに連結されて多量の熱が高温から低温部に熱伝導が成される。
【００６３】
しかしながら、内燃機関用ラジエーターと電装用ラジエーターとの間に熱衝撃防止及び熱抵抗用ラジエーターを設置することで、温度差が未設置仕様に比べて小さくなり（４０℃以下）、熱伝導の量を減らすことができる。
【００６４】
このように、内燃機関ラジエーターと電装系ラジエーターとの間に熱衝撃防止及び熱抵抗用ラジエーターが介在する構造を適用することで、熱衝撃を減少することができ、熱伝導を減らすことができ、結局、内燃機関冷却システムだけでなく電装系システムの冷却水性能と耐久性能を大きく向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ハイブリッド車両において、電装系冷却システムと内燃機関冷却システムを一つに統合する多区画一体型ハイブリッド熱交換器の分野に適用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１０  内燃機関用ラジエーター部
１１  電装用ラジエーター部
１２ａ、１２ｂ  ラジエータータンク
１３  バッフル
１４  内燃機関用冷却水流入口
１５  電装用冷却水流入口
１６  内燃機関用冷却水排出口
１７  電装用冷却水排出口
１８  サブラジエーター部
１９  バイパス孔
２０  キャップ
２１  ヘッダー
２２  エンジンウォーターポンプ
２３  内燃機関
２４ａ  貯蔵タンク
２４ｂ  貯蔵タンク
２５  電動ウォーターポンプ
２６  インバーター
２７  ＩＳＧ
【図１】
2010121922.tif 000003
【図２】
2010121922.tif 000004
【図３】
2010121922.tif 000005