(57)【要約】【課題】車両の走行時における空気の取り込み量の低下を抑制する。【解決手段】熱交換器２０を通過した空気を空気取込口２３ａより取り込んで空気取出口２３ｂより排出する筒状のダクト２３を備え、ダクト２３は、空気取出口２３ｂに近付くにつれて次第に径が変化する管径変化部２３２を有し、該管径変化部２３２によりダクト内を通過した空気に渦が生じてダクトより車両後方側が負圧となるよう構成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、通過する空気と熱媒体の熱交換を行う熱交換コア部を有する熱交換器（２０）と、
前記熱交換器より前記車両後方側に配置され、前記熱交換器を通過した前記空気を空気取込口（２３ａ）より取り込んで空気取出口（２３ｂ）より排出する筒状のダクト（２３）と、を備え、
前記ダクトは、前記空気取出口に近付くにつれて次第に径が変化する管径変化部（２３２）を有し、該管径変化部により前記ダクト内を通過した前記空気に渦が生じて前記ダクトより車両後方側が負圧となるよう構成されていることを特徴とする車両用冷却装置。
【請求項２】
前記管径変化部は、前記空気取出口に近付くにつれて前記管径が小さくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷却装置。
【請求項３】
前記ダクトは、前記空気取出口側から前記ダクトを見て、前記ダクトの外形より外側で、かつ、前記熱交換器の前記熱交換コア部の外形より内側の領域に、前記熱交換コア部を通過した前記空気が流れる流路が確保されるよう配置されていることを特徴とする請求項請求項１または２に記載の車両用冷却装置。
【請求項４】
前記ダクトの内側に、前記空気取込口より取り込まれた前記空気を前記空気取出口側へ送風する送風ファン（２４）を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両のエンジンを冷却する冷却水はラジエータにて冷却されており、車両の空調装置の冷媒はコンデンサにて冷却されている。そしてラジエータやコンデンサは、通常、車両の走行時に車両前方から取り入れた空気流にて冷却されるように配置されている。
【０００３】
しかし、渋滞によって走行による空気流が不足する場合等を考慮して、一般的には、ラジエータやコンデンサの背面には、走行による空気流と同一方向の空気流を発生可能な冷却ファンが設けられている。そして、当該冷却ファンの空気流を効率よく利用するためにファンシュラウドが設けられ、当該ファンシュラウドにラジエータ、コンデンサ、冷却ファン等が収容されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１０１８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された冷却装置は、車両が停車している場合でも、冷却ファンによる送風によりラジエータやコンデンサが冷却される。また、車両の走行時には、更に、車両前方から取り入れた車速風によってラジエータやコンデンサが冷却され、冷却装置の冷却性能が向上するようになっている。
【０００６】
ところが、上記冷却装置は、冷却ファン等を収容しているファンシュラウドが抵抗となってしまうため、車両の走行速度が高速になるほど冷却装置の車両後方側の背圧が増加してしまい、ラジエータやコンデンサへの冷却用空気の取り込み量が低下してしまうといった問題がある。このように、ラジエータやコンデンサへの冷却用空気の取り込み量が低下すると、ラジエータやコンデンサの冷却能力が低下してしまう。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みたもので、車両の走行時における空気の取り込み量の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車両に搭載され、通過する空気と熱媒体の熱交換を行う熱交換コア部を有する熱交換器（２０）と、熱交換器より車両後方側に配置され、熱交換器を通過した空気を空気取込口（２３ａ）より取り込んで空気取出口（２３ｂ）より排出する筒状のダクト（２３）と、を備え、ダクトは、空気取出口に近付くにつれて次第に径が変化する管径変化部（２３２）を有し、該管径変化部によりダクト内を通過した空気に渦が生じてダクトより車両後方側が負圧となるよう構成されていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、熱交換器より車両後方側に、熱交換器を通過した空気を空気取込口（２３ａ）より取り込んで空気取出口（２３ｂ）より排出する筒状のダクト（２３）を備え、ダクトは、空気取出口に近付くにつれて次第に径が変化する管径変化部（２３２）を有し、該管径変化部によりダクト内を通過した空気に渦が生じてダクトより車両後方側が負圧となるよう構成されているので、この負圧により熱交換器を通過する空気流量の増加が促進され、車両の走行時における冷却用空気の取り込み量の低下を抑制することができる。
【００１０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る冷却装置を搭載した自動車の前端部を示した図である。
【図２】自動車に搭載された冷却装置の構成を示した図である。
【図３】ダクト側から冷却装置を見た図である。
【図４】ダクトの断面図である。
【図５】冷却装置における空気の流れを示した図である。
【図６】比較例と本発明の構成における車速風の流速と放熱量・発熱量との関係を示す特性図である。
【図７】比較例の構成およびダクト直後圧力の特性を示した図である。
【図８】本発明の構成およびダクト直後圧力の特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係る車両用冷却装置の構成について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本車両用冷却装置２を搭載した自動車（車両）の前端部を示した図である。図１において上下の矢印は、車両用空調ユニット１０が車両に搭載された車両搭載状態での向きを示す。すなわち、図１の両端矢印は車両上下を示している。また、図１において左矢印は、車両進行方向（車両前方）を示しており、図１において右矢印は、車両後方を示している。
【００１３】
本冷却装置２は、自動車のエンジンルーム内に搭載されている。エンジンルームは、自動車のボデーで周囲を囲まれて、エンジン（図示せず）等の主要の走行用駆動源が収納される空間である。
【００１４】
自動車のフロントグリル７１には、フロントグリル開口部７２およびフォグランプグリル開口部７３等が設けられている。フロントグリル開口部７２およびフォグランプグリル開口部７３は、それぞれフロントグリル７１において車両進行方向前側に開口するように形成されている。自動車の走行に伴う車速風がフロントグリル開口部７２およびフォグランプグリル開口部７３から車両のエンジンルーム内に取り込まれるようになっている。本冷却装置２は、フロントグリル開口部７２に対して車両進行方向後側に配置されている。
【００１５】
図２は、自動車に搭載された冷却装置２の構成を示した図である。本冷却装置２は、熱交換器２０、ダクト２３および送風ファン２４から構成されている。また、熱交換器２０は、コンデンサ２１およびラジエータ２２から構成されている。
【００１６】
コンデンサ２１は、図示しない車両用冷凍サイクル（空調装置）に用いられる冷媒を冷却する凝縮器である。コンデンサ２１は、冷媒が流通する複数本のチューブ及びフィン（いずれも図示せず）を備えて冷媒と空気とを熱交換させるコンデンサコア部２１１と、コンデンサコア部２１１の両端に設けられ、冷媒が流出入するコンデンサタンク２１２とを備えている。コンデンサ２１は、コンデンサコア部２１１のチューブ内を流通する冷媒とコンデンサコア部２１１のチューブの間を通過する空気とを熱交換させて冷媒を冷却するようになっている。
【００１７】
ラジエータ２２は、エンジン（図示せず）を冷却する冷却水（液体）を冷却するものである。ラジエータ２２は、冷却水が流通する複数本のチューブからなるラジエータコア２２１、ラジエータコア２２１の上部に配設されてチューブに連通するラジエータ上部タンク２２２、ラジエータコア２２１の下部に配設されてチューブに連通するラジエータ下部タンク２２３等から構成されている。コンデンサ２１は、ラジエータコア２２１のチューブ内を流通する冷却水とラジエータコア２２１のチューブの間を通過する空気とを熱交換させて冷却水を冷却する。
【００１８】
コンデンサコア部２１１およびラジエータコア２２１は、通過する空気と熱媒体の熱交換を行う熱交換コア部である。すなわち、コンデンサ２１およびラジエータ２２は、通過する空気と熱媒体の熱交換を行う熱交換コア部を有する熱交換器２０である。
【００１９】
コンデンサ２１およびラジエータ２２は、自動車の走行風（冷却用空気）が空気通過部（コンデンサコア部２１１およびラジエータコア２２１）を通過するようフロントグリル開口部７２に対して車両進行方向後側に配置されている。
【００２０】
ラジエータ２２の車両進行方向後側には、筒状のダクト２３および送風ファン２４が設けられている。すなわち、ダクト２３および送風ファン２４は、熱交換器２０の周囲を車両ボデーに囲まれた車両空間において、車両前方から見て、熱交換器２０より車両後方側に配置されている。
【００２１】
ダクト２３は、図３に示すように、熱交換器２０を通過した冷却用空気を取り込む空気取込口２３ａと、この空気取込口２３ａより取り込んだ冷却用空気を排出する空気取出口２３ｂを有している。なお、図３では、送風ファン２４を省略して示してある。
【００２２】
ダクト２３は、図４に示すように、円筒形状をなす円筒部２３１と、空気取出口２３ｂに近付くにつれて次第に管径が変化する管径変化部２３２と、を有している。円筒部２３１および管径変化部２３２は樹脂により一体成型されている。なお、本冷却装置２におけるダクト２３は、渦の発生を積極的に起こすことにより風の取込量を促進する風レンズと呼ばれる技術を応用したものである。
【００２３】
本実施形態のダクト２３の管径変化部２３２は、空気取出口２３ｂに近付くにつれて管径が小さくなるよう構成されている。すなわち、管径変化部２３２は、空気取出口２３ｂに近付くにつれて窄まった形状をなしている。
【００２４】
また、ダクト２３は、管径変化部２３２の空気取出口２３ｂにおける開口縁部の接線が円筒部２３１の軸線に対して傾斜している。より具体的には、ダクト２３は、管径変化部２３２の空気取出口２３ｂにおける開口縁部の接線が円筒部２３１の軸線と垂直に交わるよう形成されている。
【００２５】
また、ダクト２３は、該ダクト２３の空気取出口２３ｂ側からダクト２３を見て、熱交換器２０の熱交換コア部（コンデンサコア部２１１およびラジエータコア２２１）の外形より内側に収まるよう配置されている。すなわち、ダクト２３は、空気取出口２３ｂ側からダクト２３を見て、ダクト２３の外形より外周側で、かつ、熱交換器２０の熱交換コア部（コンデンサコア部２１１およびラジエータコア２２１）の外形より内側の領域に、空気通過部を通過した空気が流れる流路が確保されるよう設けられている。
【００２６】
送風ファン２４は、図示しない空調制御装置から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち、回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。送風ファン２４は、ダクト２３内に配置されている。送風ファン２４は、空気取込口２３ａより取り込んだ冷却用空気を前記空気取出口側へ送風する。
【００２７】
コンデンサ２１およびラジエータ２２は、自動車のエンジンルーム内に設けられた支持パネル７６に固定されている。ダクト２３は、固定部材２３４によりラジエータ２２に組み付け固定されている。具体的には、ダクト２３は、ダクト２３の空気取込口２３ａとラジエータ２２とが接触するようラジエータ２２に組み付け固定されている。また、送風ファン２４は、図示しないステー（支持部材）を介してダクト２３の内面に固定されている。
【００２８】
次に、本冷却装置２の作動について図５を参照して説明する。
【００２９】
まず、送風ファン２４が作動を開始すると、図５中矢印Ｂ１に示すように、車両前方側からフロントグリル７１のグリル開口部７２を通してエンジンルーム内に冷却用空気として外気が流入する。更に、自動車が走行を開始すると、車両前方側からフロントグリル７１のグリル開口部７２を通してエンジンルーム内に走行風が流入する。
【００３０】
エンジンルーム内に流入した冷却用空気は、熱交換器２０を通過した後、ダクト２３の空気取込口２３ａに取り込まれてダクト２３の内周側を通過する空気と、ダクト２３の外周側を通過する空気に分かれる。
【００３１】
ここで、ダクト２３の空気取込口２３ａに取り込まれた冷却用空気は、ダクト２３の円筒部２３１を通った後、ダクト２３の管径変化部２３２を通って空気取出口２３ｂから排出される。なお、ダクト２３の管径変化部２３２は、空気取出口２３ｂに近付くにつれて次第に管径が小さくなっている。このため、管径変化部２３２の内面に沿って流れる空気は次第に管径変化部２３２の中心軸方向に向きが変わり、空気取出口２３ｂに到達するとダクト２３の内面から剥離する。この剥離により、図５中矢印Ｄに示すように、ダクト２３を通過した空気に渦（剥離渦）が生じてダクト２３の管径変化部２３２より車両後方側の領域が負圧となる。このようにダクト２３の管径変化部２３２より車両後方側の領域が負圧になると、この負圧となった領域に、ダクト２３の外側から熱交換コア部（コンデンサコア部２１１およびラジエータコア２２１）を通過した空気が引き込まれ、熱交換器２０を通過する空気の流量が増加する。このように、ダクト２３を備えたことにより熱交換器２０を通過する空気の流量が促進される。
【００３２】
以上説明したように、本冷却装置２は、熱交換器２０を通過した空気を空気取込口２３ａより取り込んで空気取出口２３ｂより排出する筒状のダクト２３を備え、ダクト２３は、空気取出口２３ｂに近付くにつれて次第に径が変化する管径変化部２３２を有し、該管径変化部２３２によりダクト２３内を通過した空気に渦が生じてダクト２３より車両後方側が負圧となるよう構成されているので、この負圧により熱交換器２０を通過する空気流量の増加が促進され、車両の走行時における冷却用空気の取り込み量の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、管径変化部２３２は、空気取出口２３ｂに近付くにつれて管径が小さくなるよう構成することができる。
【００３４】
また、ダクト２３は、空気取出口２３ｂ側からダクト２３を見て、ダクト２３の外形より外周側で、かつ、熱交換器２０の熱交換コア部の外形より内側の領域に、熱交換コア部を通過した前記空気が流れる流路が確保されるよう配置されているので、熱交換コア部を通過した空気をダクト２３の外周側を通過させてダクト２３より車両後方側へ導くことができる。
【００３５】
また、ダクト２３の内側に、空気取込口２３ａより取り込まれた空気を空気取出口２３ｂ側へ送風する送風ファン２４を備えることもできる。
【００３６】
ここで、冷却装置２の車速風の流速と放熱量について図６を参照して説明する。図６は、冷却装置より車両進行方向後側に燃料電池３０を配置したときの燃料電池３０の発熱量と冷却装置２の放熱量の特性を示した図である。図６中の符号Ｃ１は、図７（ａ）に示す比較例の冷却装置の放熱量（試算値）を示しており、図６中の符号Ｃ２は、図８（ａ）に示す本実施形態の冷却装置２の放熱量（試算値）を示している。なお、図７（ａ）、図８（ａ）において、各冷却装置と燃料電池３０の距離は１００ミリメートルとなっている。また、図７（ａ）、図８（ａ）に示されている各送風ファンは一定の回転数で動作しているものとする。また、図６中の符号Ｅ１は、図７（ａ）、図７（ａ）中に示されている燃料電池３０の発熱量（試算値）を示している。図６中の符号Ｅ１に示すように、燃料電池３０の発熱量は、車速風が速くなるにつれて二次曲線的に増大する。
【００３７】
図７（ａ）に示した比較例の冷却装置は、熱交換器２０と、送風ファン２４と、この送風ファン２４を覆うシュラウド５０を備えた構成となっている。なお、特許文献１に記載された装置と同様に、シュラウド５０に、熱交換器２０および送風ファン２４等が収納される構成となっている。このため、車両の走行時にファンシュラウドが抵抗となり、冷却装置の車両後方側の背圧が増加する構成となっている。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のＦ−Ｆ線の沿った圧力（気圧）分布を示している。
【００３８】
図７（ｂ）に示されるように、比較例の冷却装置は、図７（ａ）中のＦ−Ｆ線の沿った気圧において、送風ファン２４の中央部分の気圧が最も低く、送風ファン２４の中央部分から遠ざかるにつれて気圧は徐々に上昇している。
【００３９】
一方、図８（ａ）に示した本実施形態の冷却装置２は、熱交換器２０の車両進行方向後側に送風ファン２４が設けられ、更に、この送風ファン２４の車両進行方向後側に筒状のダクト２３が設けられている。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）中のＦ−Ｆ線の沿った圧力（気圧）分布を示している。
【００４０】
図８（ｂ）に示されるように、本実施形態の冷却装置２は、図８（ａ）中のＦ−Ｆ線の沿った気圧において、送風ファン２４の中央部分の気圧が最も低く、送風ファン２４の中央部分から遠ざかるにつれて気圧は上昇している。ただし、図８（ｂ）中の領域Ｇに示すように、ダクト２３の管径変化部２３２より車両後方側の部分に、負圧側に若干膨らむ領域が確認できる。この領域は、ダクト２３の管径変化部２３２により生じた渦によって生成されたものである。この領域に、ダクト２３の外側から熱交換コア部（コンデンサコア部２１１およびラジエータコア２２１）を通過した空気が引き込まれ、熱交換器２０を通過する空気の流量が促進される。
【００４１】
（Ａ）自動車の速度（すなわち、車速風の流速）が遅い場合
図６に示すように、自動車の速度（すなわち、車速風の流速）が遅い場合、図６中の符号Ｃ１に示される比較例の冷却装置の放熱量よりも、符号Ｃ２に示される本実施形態の冷却装置２の放熱量の方が大きくなっている。ただし、比較例の冷却装置の放熱量と、本実施形態の冷却装置２の放熱量の差は比較的小さい。また、燃料電池３０の発熱量は、比較例の冷却装置の放熱量と本実施形態の冷却装置２の放熱量のいずれよりも小さくなっている。このため、比較例の冷却装置および本実施形態の冷却装置２の冷却能力で燃料電池３０を十分に冷却することが可能である。
【００４２】
（Ｂ）自動車の速度（すなわち、車速風の流速）が速い場合
自動車の速度（すなわち、車速風の流速）が速くなると、図６中の符号Ｃ１に示される比較例の冷却装置の放熱量よりも、符号Ｃ２に示される本実施形態の冷却装置２の放熱量の方が大きくなる。また、車速風の流速が速くなるほど、本実施形態の冷却装置２の放熱量と比較例の冷却装置の放熱量の差は次第に大きくなる。
【００４３】
ここで、本実施形態の冷却装置２の放熱量は、車速風が３５メートル／秒未満の場合、燃料電池３０の発熱量よりも大きくなっている。すなわち、本実施形態の冷却装置２の冷却能力で燃料電池３０を十分に冷却することが可能である。
【００４４】
しかし、比較例の冷却装置の放熱量は、車速風が３５メートル／秒の場合、燃料電池３０の発熱量よりも大きくなくなる。すなわち、比較例の冷却装置の冷却能力では燃料電池３０を十分に冷却することができなくなる。
【００４５】
上記したように、本実施形態の冷却装置２は、冷却装置２の車両後方側に被冷却対象を配置した構成においても被冷却対象に対する高い冷却性能を得ることができる。
【００４６】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。
【００４７】
（１）上記実施形態では、ダクト２３の空気取込口２３ａとラジエータ２２とが接触するようダクト２３をラジエータ２２に組み付け固定するようにしたが、例えば、ラジエータ２２とダクト２３の接触部の気密性を確保するとともに、ラジエータ２２におけるダクト２３との接触面に傷等が付かないようにするため、ダクト２３の空気取込口２３ａとラジエータ２２との間にシール部材を設けるようにしてもよい。このようなシール部材は、例えば、ウレタン等を用いて構成することができる。
【００４８】
（２）上記実施形態の冷却装置２は、コンデンサ２１およびラジエータ２２から構成された熱交換器２０を冷却するよう構成されているが、コンデンサ２１およびラジエータ２２のいずれか一方を冷却するよう構成してもよい。また、コンデンサ２１およびラジエータ２２以外の熱交換器、例えば、燃料電池を冷却する冷却水を冷却するラジエータを熱交換器２０として冷却するよう構成することもできる。
【００４９】
（３）上記実施形態では、空気取出口２３ｂに近付くにつれてダクト２３の管径変化部２３２の管径が小さくなるよう構成したが、空気取出口２３ｂに近付くにつれてダクト２３の管径変化部２３２の管径が大きくなるよう構成しても、ダクト２３を通過した空気に渦が生じてダクト２３より車両後方側が負圧となり、熱交換器２０を通過する空気流量の増加を促進することができる。
【００５０】
（４）上記実施形態では、ダクト２３の内側を通過する空気の通路断面が円形となっているが、必ずしも円形でなくてもよく、例えば、ダクト２３の内側を通過する空気の通路断面が楕円となっていてもよい。
【００５１】
（５）上記実施形態では、ダクト２３内に送風ファン２４を備えたが、必ずしも送風ファン２４を備える必要はない。送風ファン２４を備えなくても、車両の走行時における空気の取り込み量の低下を抑制するという効果を得ることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５３】
２０    熱交換器
２１    コンデンサ
２２    ラジエータ
２３   ダクト
２３ａ  空気取込口
２３ｂ  空気取出口
２３１  円筒部
２３２  管径変化部
２４    送風ファン
【図１】
2016215866.tif 000003
【図２】
2016215866.tif 000004
【図３】
2016215866.tif 000005
【図４】
2016215866.tif 000006
【図５】
2016215866.tif 000007
【図６】
2016215866.tif 000008
【図７】
2016215866.tif 000009
【図８】
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