(57)【要約】【課題】本明細書は、Ｕ字の流路を有している冷却器を傾斜配置にて用いる場合に空気が溜まり難い構造を提供する。【解決手段】本明細書が開示する冷却器１０は、液体冷媒の流入口５ａと流出口５ｂをつなぐＵ字の流路１５を備えており、流入口５ａと流出口５ｂが水平方向に並んでいるとともに、流路１５のＵ字の折り返し部分が流入口５ａと流出口５ｂよりも高くなるように傾斜配置されて用いられる。その冷却器１０の流路１５は、液体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。その流路１５は、Ｕ字のカーブの内側から外側にかけて複数の平行な狭流路に区画されている。上記の冷却器１０では、カーブ内側の狭流路に突起１６が設けられている。突起１６がカーブ内側の狭流路の流路抵抗を高め、カーブ外側の狭流路を流れる冷媒流量が増え、空気が流路から追い出され易くなる。【選択図】図２
2017092207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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に並んでいるとともに、前記流路のＵ字の折り返し部分が前記流入口と前記流出口よりも高くなるように傾斜配置されている冷却器であり、
前記流路は、
液体冷媒の流れ方向に交差する断面が横長の扁平形状であり、
Ｕ字のカーブの内側から外側にかけて複数の平行な狭流路に区画されており、カーブの内側の前記狭流路の中に突起が設けられている、冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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）。特許文献１の冷却器は、電気自動車のインバータに用いられ、電力変換用の半導体素子を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０１８７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｕ字の流路を備えた冷却器を、流入口と流出口が水平方向に並んでいるとともに、流路のＵ字の折り返し部分が流入口と流出口よりも高くなるように傾斜配置して用いることがある。そのような配置を採用すると、Ｕ字の折り返し部分に空気が溜まり易くなる。本明細書は、Ｕ字の流路を有している冷却器を上記した傾斜配置にて用いる場合に空気が溜まり難い構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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に並んでいるとともに、流路のＵ字の折り返し部分が流入口と流出口よりも高くなるように傾斜配置されて用いられる。その冷却器の流路は、液体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。その流路は、Ｕ字のカーブの内側から外側にかけて複数の平行な狭流路に区画されている。上記の冷却器では、カーブ内側の狭流路に突起を設ける。横長の流路が少なくとも３以上の狭流路に区画されている場合には、少なくともカーブの最内側の狭流路に突起を設ける。一般に、Ｕ字の流路の場合、カーブ外側の流路長さがカーブ内側の流路長さに比べて長くなるため、カーブ外側ほど、流路抵抗が大きい。しかも、Ｕ字の折り返し部分が流入口と流出口よりも高くなるように傾斜配置されているので、カーブの外側の狭流路に空気が溜まり易くなる。本明細書が開示する冷却器は、カーブ内側の狭流路に突起を設けて流路抵抗を大きくすることにより、カーブ外側の狭流路を流れる液体冷媒の流量を増加させ、カーブ外側の流路に空気が留まり難くする。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。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ハウジングと電力制御ユニットの側面図である。
【図２】冷却器をＸＹ平面で切断した断面図である。
【図３】III−III線によって冷却器をＹＺ平面で切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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は、２組の３相交流を供給する。
【０００９】
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、Ｚ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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。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ＹＺ平面で切断した断面図である。
【００１２】
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５ａと流出口をつなぐＵ字の流路１５を備えている。流入口５ａと流出口５ｂがＹ軸方向、即ち、水平方向に並んでいる。流入口５ａと流出口５ｂは、冷却器１０の前端１０ａの側に位置し、流路１５のＵ字の折り返し部分は、後端１０ｂの側に位置する。即ち、冷却器１０は、流路１５のＵ字の折り返し部分が流入口５ａと流出口５ｂ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１５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５ａから冷媒が供給され、冷媒はＵ字形の流路１５を流れ、流出口５ｂ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１５を通過する間にＺ軸方向上方に隣接する電圧コンバータ６０から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は流出口５ｂから排出される。流入口５ａと流出口５ｂ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。
【００１３】
流路１５は、Ｕ字のカーブの内側から外側にかけて複数の平行な狭流路１５ａ−１５ｅに区画されている。そして、カーブ内側の狭流路の流路抵抗がカーブ外側の狭流路の流路抵抗よりも大きくなるように、内側の狭流路の中に突起１６（突起１６ａ〜１６ｄ）が設けられている。突起１６ａから突起１６ｄは、カーブ最外側の狭流路１５ｅを除き、他の狭流路１５ａ〜１５ｄに設けられている。なお、流路１５を複数の平行な狭流路に分ける仕切りは、フィンの役割を果たす。
【００１４】
図２と図３において、理解し易いように、突起１６にはドットハッチングを施してある。図２は冷却器１０をＸＹ平面で切断した断面図であり、突起１６の長さを理解しやすい。また、図３は図２の冷却器１０をIII−III線によってＹＺ平面で切断した断面図であり、突起１６の高さを理解しやすい。図３では、流路１５の高さをＨ１、突起１６ａと１６ｂの高さをＨ２、突起１６ｃと１６ｄの高さをＨ３としている。いずれの突起１６ａ〜１６ｄも、狭流路１５ａ〜１５ｄの断面前部を塞ぐことはなく、各狭流路の断面の一部を覆っている。
【００１５】
図２、３において、冷却器１０の狭流路１５ａには長さ２０ｍｍ、高さ２．５ｍｍ（＝Ｈ２）の突起１６ａが設けられている。狭流路１５ｂには長さ１０ｍｍ、高さ２．５ｍｍ（＝Ｈ２）の突起１６ｂが設けられている。狭流路１５ｃには長さ２０ｍｍ、高さ２．０ｍｍ（＝Ｈ３）の突起１６ｃが設けられている。狭流路１５ｄには長さ１０ｍｍ、高さ２．０ｍｍ（＝Ｈ３）の突起１６ｄが設けられている。なお、実施例では狭流路１５ｅには、突起は設けられていない。また、流路１５の高さは、一律４．０ｍｍ（＝Ｈ１）である。これらの数値は、流路１５に流れる冷媒の流量を均一化するために調節されるものであり、冷却器１０の形状、大きさ等により変化しうるものである。上記の数値は一例にすぎないことに注意されたい。
【００１６】
次に、冷却器１０の効果について説明する。Ｕ字形状の冷却器においては、通常、カーブ内側の流路ほど、その距離が短い。すなわち、カーブ内側の流路に流入した冷媒が、その流路よりもカーブ外側の流路に流入した冷媒よりも早く排出口に到達する。そうすると、流入口に流入した冷媒は優先的により内側の流路に流れることになる。その結果として、よりカーブ内側の流路に流入する冷媒の量が多いことになる。別言すると、よりカーブ外側の流路に流入する冷媒の量が少ないことになる。流量が少ないと、流路に存在する空気を冷媒の流れにより冷却器の外部に排出することが不十分になることがある。すなわち、冷却器１０では、カーブ外側の狭流路において、空気が滞留してしまい、その結果その狭流路に対応する位置において冷却器と隣接する電子部品の冷却効率が低下してしまう。
【００１７】
このような不都合を防ぐため、冷却器１０では、上述したように狭流路１５ａ〜１５ｄに突起１６ａ〜１６ｄが設けられている。すなわち、各狭流路１５ａ−１５ｅに流れる冷媒の流量を均一化し、カーブ外側の流路（狭流路１５ｅ）において、空気が滞留することを防ぐために、突起１６ａ〜１６ｄがカーブ内側の狭流路（狭流路１５ａ〜１５ｄ）に設けられている。一番冷媒が流れる狭流路１５ａには、高さＨ２の突起１６ａが設けられている。次に冷媒が流れる狭流路１５ｂにも同様に高さＨ２の突起１６ｂが設けられている。しかし、突起１６ｂよりも突起１６ａの方が長さが長く、すなわち、突起１６ａの方が突起１６ｂよりも体積が大きいため、冷媒の流量がより制限される。このようにして、狭流路１５ａと狭流路１５ｂに流れる冷媒の流量が均一に調整されることになる。同様にして、狭流路１５ｃには、高さＨ３の突起１６ｃが設けられている。次に冷媒が流れる狭流路１５ｄにも同様に高さＨ３の突起１６ｄが設けられている。しかし、突起１６ｄよりも突起１６ｃの方が長さが長く、すなわち、突起１６ｃの方が突起１６ｄよりも体積が大きいため、冷媒の流量がより制限される。このようにして、狭流路１５ｃと狭流路１５ｄに流れる冷媒の流量が均一に調整されることになる。また、突起１６ｂと１６ｃは、図２、３に示すように高さも長さも異なるが、狭流路１５ｂと１５ｃに流れる冷媒の流量が均一化されるように設計されている。突起１６ａ〜１６ｄにより、狭流路１５ａ〜１５ｄに流れる冷媒の流量が均一化される。そして、その冷媒の流量は狭流路１５ｅに流れる冷媒の流量に等しくなるように調整される。このことから、全ての狭流路１５ａ〜１５ｅにおいて流れる冷媒の流量はほぼ等しく、カーブ外側の狭流路１５ｅに空気が滞留することを防ぐことができる。その結果、カーブ外側の狭流路１５ｅに対応する位置において冷却器１０と隣接する電圧コンバータ６０の一部分の冷却効率を他の部分と同程度に確保することができる。
【００１８】
カーブ内側の狭流路に設けられた突起とカーブ外側に設けられた突起の定性的な関係ｔについて補足する。突起の体積は、Ｕ字のカーブの内側に近いほど大きくなるように設定されている。各狭流路の流路抵抗の大きさは、突起の体積に対して正の相関を有する。即ち、突起の体積が大きいほど、流路抵抗は大きくなる。一般に、Ｕ字の流路では、カーブ内側の流路長さがカーブ外側の流路長さよりも短くなるため、カーブ内側の流路抵抗はカーブ外側の流路抵抗よりも小さくなる。Ｕ字のカーブの内側に近いほど体積が大きい突起群は、カーブ内側と外側で流路抵抗を均一化する。
【００１９】
実施例の冷却器１０に関する留意点を述べる。狭流路の流路抵抗は、突起１６の位置に依存しない。ただし、実施例の冷却器１０では、突起１６は、冷却対象である電圧コンバータ６０が設置される範囲は避けて設けてある。
【００２０】
実施例の冷却器１０では、隣り合う狭流路を区画する仕切り板は、隣り合う狭流路を完全に区分けている。仕切り板は、一部に、隣り合う狭流路間を連通する隙間を有していてもよい。
【００２１】
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。
【符号の説明】
【００２２】
２  ：車載構造
３  ：モータ
４  ：デファレンシャルギア
５ａ：流入口
５ｂ：流出口
６  ：動力分配機構
１０：冷却器
１５：流路
１６：突起
２０：電力制御ユニット
２１：パワーケーブル
３０：トランスアクスル
３７：冷媒供給管
３８：冷媒排出管
３９：フロントブラケット
４０：リアブラケット
６０：電圧コンバータ
【図１】
2017092207.tif 000003
【図２】
2017092207.tif 000004
【図３】
2017092207.tif 000005