熱交換器
【課題】ハイブリッド車両のエンジン停止中におけるオイルクーラの放熱性能を確保できる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、エンジン１０の冷却水を冷却するエンジン用ラジエータ２０と、エンジン用ラジエータ２０を流れる冷却水を貯留するラジエータタンク２３と、ＥＶモータ５０の冷却油を冷却するオイルクーラ６０とを備える。オイルクーラ６０はラジエータタンク２３の内部に配置され、オイルクーラ６０内の冷却油とラジエータタンク２３内の冷却水との間で熱交換して冷却油は冷却される。ラジエータタンク２３には、オイルクーラ６０に対して上方の位置から冷却水を外部へ流出させる熱放出経路１１０が接続されている。熱交換器はさらに、エンジン用ラジエータ２０からエンジン１０へ流れる冷却水の流量を調節するサーモスタット７４を備え、サーモスタット７４の閉弁時にも、冷却油は冷却される。
【解決手段】熱交換器は、エンジン１０の冷却水を冷却するエンジン用ラジエータ２０と、エンジン用ラジエータ２０を流れる冷却水を貯留するラジエータタンク２３と、ＥＶモータ５０の冷却油を冷却するオイルクーラ６０とを備える。オイルクーラ６０はラジエータタンク２３の内部に配置され、オイルクーラ６０内の冷却油とラジエータタンク２３内の冷却水との間で熱交換して冷却油は冷却される。ラジエータタンク２３には、オイルクーラ６０に対して上方の位置から冷却水を外部へ流出させる熱放出経路１１０が接続されている。熱交換器はさらに、エンジン用ラジエータ２０からエンジン１０へ流れる冷却水の流量を調節するサーモスタット７４を備え、サーモスタット７４の閉弁時にも、冷却油は冷却される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関し、特に、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両に用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータに関し、従来、特開２００６−１１８８０３号公報（特許文献１）には、ラジエータタンクの最上部から上方に向かって連絡通路を形成することでエア抜きする構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、車両において、コストダウンのため、オイルクーラをラジエータタンクに内蔵して一体化した構造が採用されている。エンジンとモータとを併用するハイブリッド車両では、エンジンとモータとの両方を駆動源とする走行と、モータのみを駆動源とする走行と、の両方が行なわれるが、モータのみによる走行中、エンジンは停止状態となる。エンジンの停止中にはエンジンの冷却水の温度が上昇しないことから、エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータへの冷却水の循環が停止する。そのため、ラジエータタンクに内蔵されたオイルクーラの放熱性能が減少してしまう課題がある。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ハイブリッド車両のエンジン停止中におけるオイルクーラの放熱性能を確保できる、熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる熱交換器は、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両に用いられる熱交換器であって、エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータと、ラジエータを流れる冷却水を貯留するタンクと、モータの冷却油を冷却するためのオイルクーラと、を備える。オイルクーラはタンクの内部に配置され、オイルクーラ内を流れる冷却油とタンクに貯留された冷却水との間で熱交換することにより、冷却油は冷却される。タンクには、オイルクーラに対して上方の位置から冷却水をタンクの外部へ流出させる経路が接続されている。熱交換器はさらに、ラジエータからエンジンへ流れる冷却水の流量を調節するサーモスタットを備える。サーモスタットの閉弁時にも、冷却油は冷却される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の熱交換器によると、エンジン用ラジエータタンクに内蔵されたオイルクーラの放熱性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】比較例の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図２】図１に示すラジエータタンクの上端近傍の詳細を示す拡大図である。
【図３】実施の形態１の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図４】実施の形態２の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図５】実施の形態３の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図６】実施の形態４の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図７】実施の形態５の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１０】
図１は、比較例の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。まず、図１を参照して、ハイブリッド車両における、オイルクーラ６０を内蔵したラジエータタンク２３を備える、従来の熱交換器の構成について説明する。ハイブリッド車両は、第一の駆動源としてのエンジン１０と、第二の駆動源としてのＥＶ（Electric Vehicle）モータ５０と、を備え、エンジン１０とＥＶモータ５０との少なくともいずれかの動力で走行する。
【００１１】
エンジン１０には、エンジン１０を冷却するための冷却水を循環させるための、ウォータポンプ１１が設けられている。ウォータポンプ１１は、冷却水にエネルギーを与えて、エンジン１０とエンジン用ラジエータ２０とを含む系統を循環して流れるように、冷却水を移送させる。冷却水は、エンジン１０から熱を伝達されて加熱される。加熱された冷却水は、エンジン用ラジエータ２０に流れる。冷却水は、エンジン用ラジエータ２０において、空気の流れと熱交換することにより、冷却される。これにより、エンジン１０で発生する過剰な熱は、エンジン用ラジエータ２０において発散され、エンジン１０が冷却される。
【００１２】
エンジン用ラジエータ２０は、ラジエータコアを含む。ラジエータコアは、ハイブリッド車両に走行に伴って発生する走行風、または、ファンによる強制通風による空冷を利用して、エンジン１０で加熱された冷却水と空気との熱交換を行ない、冷却水を冷却する。ラジエータコアの左右両側に、樹脂製のラジエータタンク２１，２３が配置されている。エンジン用ラジエータ２０は、ラジエータタンク２１，２３がラジエータコアの左右両側に配置される、いわゆるクロスフロー型のラジエータである。
【００１３】
ラジエータタンク２１には、ラジエータタンク２１への冷却水の流入口となる入口ポート２２が設けられている。ラジエータタンク２３には、ラジエータタンク２３からの冷却水の流出口となる出口ポート２４が設けられている。ラジエータタンク２１，２３は、エンジン用ラジエータ２０を流れる冷却水を貯留する。
【００１４】
ウォータポンプ１１からエンジン１０の内部へ供給される冷却水は、図１中の矢印に示すように、配管１６を通ってエンジン１０から流出する。冷却水はその後、配管２６を経由して入口ポート２２からラジエータタンク２１へ流入する。冷却水は、ラジエータタンク２１からラジエータタンク２３へ向かって、ラジエータコア内を図１中の右向き方向に流れ、このとき冷却水は空気と熱交換して冷却される。ラジエータタンク２３へ到達した冷却水は、出口ポート２４から配管２７，２８、サーモスタット７４、配管７９，１８を順に経由して流れ、再度ウォータポンプ１１に流れる。
【００１５】
エンジン１０とエンジン用ラジエータ２０との間を流れる冷媒の経路には、サーモスタット７４が設けられている。サーモスタット７４は、開閉可能な弁体を有する。弁体の開度が増加すると、エンジン用ラジエータ２０に流入する冷却水の流量が増加する。弁体の開度が減少すると、エンジン用ラジエータ２０に流入する冷却水の流量が減少する。弁体は、エンジン１０へ流れる冷却水の水温を感知して開閉することにより、エンジン用ラジエータ２０で熱交換されて冷却される冷却水の流量を調節する。冷却水の流量調整により、エンジン１０は最適に冷却される。
【００１６】
エンジン１０が暖機運転されるときには、サーモスタット７４の弁体は全閉（弁開度０％）とされ、冷却水をエンジン用ラジエータ２０に流さなくする。このとき、ウォータポンプ１１からエンジン１０の内部へ供給される冷却水は、図１に示す配管１６，１７および１８を順に経由して流れ、再度ウォータポンプ１１へ流れる。これにより、エンジン１０で加熱された冷却水がそのままエンジン１０に循環するので、エンジン１０の温度が早期に上昇する。
【００１７】
冷却水はまた、エンジン１０から、ヒータ８１、排気再循環装置８２などの、エンジン１０の補機に供給される。ウォータポンプ１１からエンジン１０の内部へ供給される冷却水は、図１に示す配管８４から配管８５，８６に分岐する。冷却水は、配管８５からヒータ８１を流通して配管８７へ流れ、また、配管８６から排気再循環装置８２を流通して配管８８へ流れる。その後冷却水は、配管８９において再度合流し、配管１８を経由して再度ウォータポンプ１１へ流れる。
【００１８】
図１にはまた、エンジン１０用の密閉式リザーブタンク７０が図示されている。密閉式リザーブタンク７０には、加圧キャップ７１が設けられている。加圧キャップ７１は、密閉式リザーブタンク７０の内部が予め設定された圧力になるまで、図示しないオーバーフローパイプの開口を抑える弁体を備えている。
【００１９】
密閉式リザーブタンク７０は、配管７６を介してエンジン１０に連結され、配管７７を介してラジエータタンク２１に連結され、さらに、配管７８を介して、出口ポート２４とサーモスタット７４との間の配管２７，２８に連結される。エアが混入する冷却水は、エンジン１０から配管７６を経由して密閉式リザーブタンク７０に回収され、またはラジエータタンク２１から配管７７を経由して密閉式リザーブタンク７０に回収される。密閉式リザーブタンク７０の内部で気液分離された冷却水が、配管７８を経由して密閉式リザーブタンク７０から流出し、配管２８、サーモスタット７４、配管７９，１８を順に経由して再度ウォータポンプ１１に流れる。
【００２０】
上述したエンジン１０の冷却系とは別の系統として、インバータの冷却系が設けられている。インバータと冷却水との熱交換を行ないインバータを冷却するインバータ冷却器９４は、インバータ用ラジエータ３０に接続されている。インバータ冷却器９４を流れる冷却水は、ウォータポンプ９２によって移送される。インバータ冷却器９４において加熱された冷却水は、インバータ用ラジエータ３０において、空気の流れと熱交換することにより、冷却される。これにより、インバータで発生する熱がインバータ用ラジエータ３０において発散され、インバータが冷却される。
【００２１】
インバータ用ラジエータ３０は、上述したエンジン用ラジエータ２０と連結部４０を介して連結されている。エンジン用ラジエータ２０とインバータ用ラジエータ３０とは、一体構造に設けられている。インバータ用ラジエータ３０は、エンジン用ラジエータ２０と同様に、ラジエータコアを含み、ラジエータコアにおいて冷却水を冷却する。ラジエータコアの左右両側に、樹脂製のラジエータタンク３１，３３が配置されている。インバータ用ラジエータ３０は、ラジエータタンク３１，３３がラジエータコアの左右両側に配置される、いわゆるクロスフロー型のラジエータである。
【００２２】
ラジエータタンク３１には、ラジエータタンク３１への冷却水の流入口となる入口ポート３２が設けられている。ラジエータタンク３３には、ラジエータタンク３３からの冷却水の流出口となる出口ポート３４が設けられている。
【００２３】
インバータの冷却系には、密閉式リザーブタンク９０が接続されている。密閉式リザーブタンク９０には、加圧キャップ９１が設けられている。加圧キャップ９１は、密閉式リザーブタンク９０の内部が予め設定された圧力になるまで、図示しないオーバーフローパイプの開口を抑える弁体を備えている。エアが混入する冷却水は密閉式リザーブタンク９０の内部で気液分離され、冷却水が密閉式リザーブタンク９０から流出する。
【００２４】
インバータ冷却器９４においてインバータから熱伝達されて加熱された冷却水は、配管９６を経由して密閉式リザーブタンク９０に回収される。密閉式リザーブタンク９０で気液分離された冷却水は、配管９７を経由して密閉式リザーブタンク９０から流出して、ウォータポンプ９２へ流れる。ウォータポンプ９２により、冷却水は配管３６を経由して入口ポート３２からラジエータタンク３１へ流入する。冷却水は、ラジエータタンク３１からラジエータタンク３３へ向かって、ラジエータコア内を図１中の右向き方向に流れ、このとき冷却水は空気と熱交換して冷却される。インバータ用ラジエータ３０で冷却されラジエータタンク３３へ到達した冷却水は、出口ポート３４から配管３７を経由して再度インバータ冷却器９４へ供給され、インバータの冷却に使用される。
【００２５】
エンジン１０およびインバータの冷却系とは異なるさらに別の系統として、ＥＶモータ５０の冷却系が設けられている。ＥＶモータ５０を冷却するための冷却油は、オイルポンプ５１によって移送される。ＥＶモータ５０において加熱された冷却油は、オイルクーラ６０において冷却される。ＥＶモータ５０で発熱する熱が冷却油を冷媒としてオイルクーラ６０へ伝達され、オイルクーラ６０において熱が発散される。これにより、ＥＶモータ５０が冷却される。
【００２６】
ＥＶモータ５０から熱伝達されて加熱された冷却油は、配管５６を経由してオイルポンプ５１へ流れる。オイルポンプ５１により、冷却油は配管５７を経由してオイルクーラ６０へ流入する。オイルクーラ６０で冷却された冷却油は、配管５８を経由して再度ＥＶモータ５０へ流れ、ＥＶモータ５０の冷却に使用される。
【００２７】
オイルクーラ６０は、エンジン用ラジエータ２０の左右両側に配置された一対のラジエータタンク２１，２３のうちの一方の、冷却水の流れの下流側に接続されたラジエータタンク２３の内部に配置されている。ＥＶモータ５０で加熱された冷却油は、オイルクーラ６０へ流入し、オイルクーラ６０において周囲の冷却水と熱交換することにより、冷却される。ラジエータコアで冷却された後の冷却水を貯留するラジエータタンク２３の内部に、オイルクーラ６０が配置される。これにより、オイルクーラ６０へ流入する冷却油と、オイルクーラ６０の周辺の冷却水との温度差が大きくなるので、冷却油をより効率よく冷却できる。
【００２８】
ハイブリッド車両がエンジン１０とＥＶモータ５０との両方を動力源として走行する場合、上述したウォータポンプ１１とオイルポンプ５１とが両方運転する。このとき、オイルクーラ６０へ冷却油が流通し、ラジエータタンク２３内の冷却水はウォータポンプ１１によってエンジン１０へ向かって流れる。そのため、エンジン用ラジエータ２０で冷却された冷却水が常時オイルクーラ６０の周囲に供給されるので、ＥＶモータ５０で加熱された冷却油から熱を周囲の冷却水へ放出でき、オイルクーラ６０において冷却油を効率的に冷却できる。
【００２９】
これに対し、エンジン１０を停止し、ＥＶモータ５０のみを動力源としてハイブリッド車両を走行させるモータ走行の場合、ウォータポンプ１１は停止し、サーモスタット７４は閉弁する。ラジエータタンク２３への冷却水の供給が停止するため、オイルクーラ６０に流れる高温の冷却油からラジエータタンク２３内の冷却水への熱伝達によって、ラジエータタンク２３内の冷却水の水温が高くなる問題が発生する。
【００３０】
図２は、図１に示すラジエータタンク２３の上端近傍の詳細を示す拡大図である。図２に示すように、エンジン用ラジエータ２０は、冷却水がその内部を流通する複数のチューブ２０ａと、チューブ２０ａの周囲に配置された複数のフィン２０ｂとを有する。チューブ２０ａ内を流れる冷却水からフィン２０ｂに熱が伝達され、フィン２０ｂを通り抜けて空気が流通することにより熱が空気へ発散される。このようにエンジン用ラジエータ２０は、チューブ２０ａを流通する冷却水を冷却できる構造を有している。
【００３１】
チューブ２０ａはラジエータタンク２３の内部空間に連通している。ウォータポンプ１１の運転中には、エンジン用ラジエータ２０で冷却され温度の低下した冷却水が、チューブ２０ａからラジエータタンク２３内へ供給されて、オイルクーラ６０の周囲にも流れる。
【００３２】
一方、ウォータポンプ１１の停止中には、オイルクーラ６０の周囲において冷却水が滞留する。チューブ２０ａ内の冷却水は温度が低く比重が大きいので、オイルクーラ６０内の冷却油により加熱された比重の小さい冷却水の、ラジエータタンク２３からチューブ２０ａへの流出が抑制される。そのため、オイルクーラ６０内の高温水とチューブ２０ａ内の低温水との自然対流による入れ替わり現象が損なわれる。かつ、ラジエータタンク２３内の冷却水の熱容量は小さい。
【００３３】
その結果、オイルクーラ６０へ流通する冷却油からオイルクーラ６０の周囲の冷却水へ熱が伝達された後、ラジエータタンク２３内に高温の冷却水が局所的に滞留してしまう虞がある。特に、温度の高い冷却水の比重が相対的に小さくなることから、ラジエータタンク２３内の上部２３ａ付近に高温水が滞留しやすくなる。
【００３４】
高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留すると、エンジン用ラジエータ２０の耐久性が劣化する。たとえば、エンジン用ラジエータ２０に熱応力が発生し、熱歪みを起こし、チューブ２０ａの破損をもたらす、ラジエータタンク２３に用いられるゴム製のシール部材の耐久寿命が劣化する、ラジエータタンク２３を形成する樹脂材料の耐久寿命に悪影響を及ぼす、などが考えられる。そのため、高温水の滞留は、エンジン用ラジエータ２０の耐久性上好ましくない。かつ、オイルクーラ６０の周辺の冷却水の温度が高いと、オイルクーラ６０を流通する冷却油とオイルクーラ６０回りの冷却水との温度差が小さくなり、オイルクーラ６０から冷却水への放熱性能は減少してしまう。
【００３５】
以下に述べられる実施の形態の熱交換器は、このような問題を解決しようとするものである。
【００３６】
（実施の形態１）
図３は、実施の形態１の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。図１と図３とを比較して、実施の形態１の熱交換器では、ラジエータタンク２３に、ラジエータタンク２３から熱を放出するための熱放出経路１１０が接続されている。熱放出経路１１０は、ラジエータタンク２３の外部に配置されている。熱放出経路１１０へ冷却水が流入する流入口となる入口部１１１は、ラジエータタンク２３の最上部に接続されている。熱放出経路１１０から冷却水が流出する流出口となる出口部１１２は、ラジエータタンク２３の中央部下寄りに接続されている。
【００３７】
入口部１１１は、オイルクーラ６０に対して上方の位置に設けられている。出口部１１２は、オイルクーラ６０に対して下方の位置に設けられている。冷却水は、入口部１１１からラジエータタンク２３の外部へ流出し、熱放出経路１１０内を流通して、出口部１１２からラジエータタンク２３の内部へ流入する。
【００３８】
オイルクーラ６０から熱伝達を受けて温度上昇した冷却水は、体積が膨張して比重が小さくなることにより、ラジエータタンク２３内を上昇する。入口部１１１がオイルクーラ６０に対し上側に設けられていることにより、水温の高い冷却水は、入口部１１１から熱放出経路１１０内へ流入する。冷却水が熱放出経路１１０を流れるとき、熱放出経路１１０の外周面から熱が周囲に放出され、冷却水の水温は低下する。ラジエータタンク２３から熱放出経路１１０を形成する配管への熱伝導によっても、ラジエータタンク２３の最上部の温度が下げられる。
【００３９】
冷却水は非圧縮性流体であるので、ラジエータタンク２３内の冷却水が熱放出経路１１０へ流出した分、熱放出経路１１０内の冷却水が押し出される。これにより、熱放出経路１１０から出口部１１２を経由して冷却水がラジエータタンク２３内へ流入し、ラジエータタンク２３内の冷却水が入れ替わる。オイルクーラ６０の配置に対し冷却水の流れの上流側に熱放出経路１１０の出口部１１２を設けることにより、水温の低い冷却水を確実にオイルクーラ６０の周囲に供給する。
【００４０】
このように、自然対流現象によってラジエータタンク２３と熱放出経路１１０とを循環する冷却水の流れが形成されるので、高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留することを抑制できる。モータ走行中の、エンジン１０を停止させウォータポンプ１１を停止させサーモスタット７４を閉弁させた状態においても、オイルクーラ６０の周辺に冷却水の流れを形成できるので、オイルクーラ６０の周辺に相対的に温度の低い冷却水を常に供給できる。したがって、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率の低下を抑制し、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能を確保することができる。かつ、ラジエータタンク２３内の冷却水の過熱を抑制できるので、エンジン用ラジエータ２０の耐久性の劣化を防止することができる。
【００４１】
熱放出経路１１０への冷却水の流通は、自然対流現象によって行なわれ、冷却水の移送のためのポンプなどの追加の動力源は必要ない。そのため、熱放出経路１１０へ冷却水を流通させるための構成を簡略化できる。かつ、外部動力を必要とせずに冷却水を循環させることができるので、ハイブリッド車両の燃費の悪化を回避することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。実施の形態２では、図３に示す実施の形態１と同様に、ラジエータタンク２３から冷却水を流出させるための熱放出経路１２０が設けられている。熱放出経路１２０は、入口部１２１がラジエータタンク２３の最上部に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０と共通の構成を有する。しかし、熱放出経路１２０は、出口部１２２が配管２６に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０とは異なっている。
【００４３】
ラジエータタンク２３の最上部と配管２６とを接続する熱放出経路１２０を設けることにより、実施の形態１と同様に、自然対流現象によってラジエータタンク２３と熱放出経路１２０とを流通する冷却水の流れが形成される。そのため、高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留することを抑制でき、オイルクーラ６０の周辺に相対的に温度の低い冷却水を常に供給できる。したがって、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率の低下を抑制し、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能を確保することができる。
【００４４】
実施の形態２では、ラジエータタンク２３から熱放出経路１２０へ流出した冷却水は、配管２６、ラジエータタンク２１およびエンジン用ラジエータ２０を経由して、ラジエータタンク２３へ還流する。冷却水の循環経路にエンジン用ラジエータ２０が含まれることにより、エンジン用ラジエータ２０において冷却された冷却水をラジエータタンク２３へ戻すことができる。したがって、より温度の低い冷却水をオイルクーラ６０の周囲に供給でき、オイルクーラ６０から周辺の冷却水への熱伝達効率をより向上することができるので、冷却油の放熱性能をより高めることができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。実施の形態３では、図３に示す実施の形態１と同様に、ラジエータタンク２３から冷却水を流出させるための熱放出経路１３０が設けられている。熱放出経路１３０は、入口部１３１がラジエータタンク２３の最上部に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０と共通の構成を有する。しかし、熱放出経路１３０は、出口部１３２が配管７７に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０とは異なっている。
【００４６】
ラジエータタンク２３の最上部と配管７７とを接続する熱放出経路１３０を設けることにより、実施の形態１と同様に、自然対流現象によってラジエータタンク２３と熱放出経路１３０とを流通する冷却水の流れが形成される。そのため、高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留することを抑制でき、オイルクーラ６０の周辺に相対的に温度の低い冷却水を常に供給できる。したがって、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率の低下を抑制し、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能を確保することができる。
【００４７】
実施の形態３では、ラジエータタンク２３から熱放出経路１３０へ流出した冷却水は、配管７７を経由して密閉式リザーブタンク７０へ流れる。密閉式リザーブタンク７０で気液分離された冷却水が、配管７８，２７を経由して、ラジエータタンク２３へ還流する。冷却水の循環経路に密閉式リザーブタンク７０が含まれることにより、冷却水のみをラジエータタンク２３へ戻すことができる。したがって、オイルクーラ６０の周囲により温度の低い冷却水を供給でき、オイルクーラ６０から周辺の冷却水への熱伝達効率をより向上することができるので、冷却油の放熱性能をより高めることができる。
【００４８】
ラジエータタンク２１から密閉式リザーブタンク７０へ向かって冷却水が流れる配管７７に熱放出経路１３０が接続されるので、エンジン１０の暖機性を損なうことなく、オイルクーラ６０における冷却油の放熱性能を向上することができる。
【００４９】
（実施の形態４）
図６は、実施の形態４の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。実施の形態４では、図３に示す実施の形態１と同様に、ラジエータタンク２３から冷却水を流出させるための熱放出経路１４０が設けられている。熱放出経路１４０は、入口部１４１がラジエータタンク２３の最上部に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０と共通の構成を有する。しかし、熱放出経路１４０は、出口部１４２が配管７８に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０とは異なっている。
【００５０】
ラジエータタンク２３の最上部と配管７８とを接続する熱放出経路１４０を設けることにより、実施の形態１と同様に、自然対流現象によってラジエータタンク２３と熱放出経路１４０とを流通する冷却水の流れが形成される。そのため、高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留することを抑制でき、オイルクーラ６０の周辺に相対的に温度の低い冷却水を常に供給できる。したがって、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率の低下を抑制し、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能を確保することができる。
【００５１】
実施の形態４では、ラジエータタンク２３の近傍に延在する配管７８に熱放出経路１４０が接続されるので、熱放出経路１４０の長さをより小さくすることができる。したがって、熱放出経路１４０へ冷却水を流通させるための構成をより簡単にすることができ、熱放出経路１４０の配置計画をより容易にすることができる。
【００５２】
密閉式リザーブタンク７０から冷却水が流出する経路となる配管７８に熱放出経路１４０が接続されるので、エンジン１０の暖機性を損なうことなく、オイルクーラ６０における冷却油の放熱性能を向上することができる。
【００５３】
（実施の形態５）
図７は、実施の形態５の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。実施の形態５では、図５に示す実施の形態３の熱放出経路１３０に加えて、配管７８と配管１７とを接続する熱放出経路１５０が設けられている。熱放出経路１５０の入口部１５１は配管７８に接続され、熱放出経路１５０の出口部１５２は配管１７に接続される。
【００５４】
これにより、ラジエータタンク２３から流出した冷却水を、熱放出経路１３０、配管７７、密閉式リザーブタンク７０、配管７８、熱放出経路１５０、配管１７，２６およびラジエータタンク２１を経由させて、エンジン用ラジエータ２０へ流すことができる。エンジン用ラジエータ２０において冷却された冷却水を、自然循環によってラジエータタンク２３へ流入させて、水温の低い冷却水をオイルクーラ６０の周囲に供給することができる。
【００５５】
または、密閉式リザーブタンク７０から流出する冷却水を、熱放出経路１５０および配管１７，１８を経由して、ウォータポンプ１１へ流すことができる。オイルクーラ６０における冷却油の冷却性能を一時的に自然循環時よりも高めたい場合に、ウォータポンプ１１を起動させる。したがって、水温の低い冷却水をオイルクーラ６０の周辺を経由させて積極的に循環させることができるので、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率を向上させ、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能をさらに向上させることができる。
【００５６】
エンジン１０の停止中にはエンジン１０を冷却するために冷却水を循環させる必要がないので、ウォータポンプ１１は基本的には停止している。停止中のウォータポンプ１１を活用して冷却水を移送することにより、新たな熱交換手段を追加することなく、オイルクーラ６０の放熱量をさらに増加させることができる。ウォータポンプ１１の運転は、冷却油の冷却能力を必要な程度にまで確実に高めることができ、かつ、エンジン１０の暖機性を損なうことを防止できる程度の、断続運転とするのがより望ましい。
【００５７】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１０ エンジン、１１ ウォータポンプ、２０ エンジン用ラジエータ、２１，２３ ラジエータタンク、２３ａ 上部、５０ ＥＶモータ、５１ オイルポンプ、６０ オイルクーラ、７４ サーモスタット、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０ 熱放出経路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関し、特に、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両に用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータに関し、従来、特開２００６−１１８８０３号公報（特許文献１）には、ラジエータタンクの最上部から上方に向かって連絡通路を形成することでエア抜きする構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、車両において、コストダウンのため、オイルクーラをラジエータタンクに内蔵して一体化した構造が採用されている。エンジンとモータとを併用するハイブリッド車両では、エンジンとモータとの両方を駆動源とする走行と、モータのみを駆動源とする走行と、の両方が行なわれるが、モータのみによる走行中、エンジンは停止状態となる。エンジンの停止中にはエンジンの冷却水の温度が上昇しないことから、エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータへの冷却水の循環が停止する。そのため、ラジエータタンクに内蔵されたオイルクーラの放熱性能が減少してしまう課題がある。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ハイブリッド車両のエンジン停止中におけるオイルクーラの放熱性能を確保できる、熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる熱交換器は、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両に用いられる熱交換器であって、エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータと、ラジエータを流れる冷却水を貯留するタンクと、モータの冷却油を冷却するためのオイルクーラと、を備える。オイルクーラはタンクの内部に配置され、オイルクーラ内を流れる冷却油とタンクに貯留された冷却水との間で熱交換することにより、冷却油は冷却される。タンクには、オイルクーラに対して上方の位置から冷却水をタンクの外部へ流出させる経路が接続されている。熱交換器はさらに、ラジエータからエンジンへ流れる冷却水の流量を調節するサーモスタットを備える。サーモスタットの閉弁時にも、冷却油は冷却される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の熱交換器によると、エンジン用ラジエータタンクに内蔵されたオイルクーラの放熱性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】比較例の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図２】図１に示すラジエータタンクの上端近傍の詳細を示す拡大図である。
【図３】実施の形態１の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図４】実施の形態２の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図５】実施の形態３の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図６】実施の形態４の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【図７】実施の形態５の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１０】
図１は、比較例の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。まず、図１を参照して、ハイブリッド車両における、オイルクーラ６０を内蔵したラジエータタンク２３を備える、従来の熱交換器の構成について説明する。ハイブリッド車両は、第一の駆動源としてのエンジン１０と、第二の駆動源としてのＥＶ（Electric Vehicle）モータ５０と、を備え、エンジン１０とＥＶモータ５０との少なくともいずれかの動力で走行する。
【００１１】
エンジン１０には、エンジン１０を冷却するための冷却水を循環させるための、ウォータポンプ１１が設けられている。ウォータポンプ１１は、冷却水にエネルギーを与えて、エンジン１０とエンジン用ラジエータ２０とを含む系統を循環して流れるように、冷却水を移送させる。冷却水は、エンジン１０から熱を伝達されて加熱される。加熱された冷却水は、エンジン用ラジエータ２０に流れる。冷却水は、エンジン用ラジエータ２０において、空気の流れと熱交換することにより、冷却される。これにより、エンジン１０で発生する過剰な熱は、エンジン用ラジエータ２０において発散され、エンジン１０が冷却される。
【００１２】
エンジン用ラジエータ２０は、ラジエータコアを含む。ラジエータコアは、ハイブリッド車両に走行に伴って発生する走行風、または、ファンによる強制通風による空冷を利用して、エンジン１０で加熱された冷却水と空気との熱交換を行ない、冷却水を冷却する。ラジエータコアの左右両側に、樹脂製のラジエータタンク２１，２３が配置されている。エンジン用ラジエータ２０は、ラジエータタンク２１，２３がラジエータコアの左右両側に配置される、いわゆるクロスフロー型のラジエータである。
【００１３】
ラジエータタンク２１には、ラジエータタンク２１への冷却水の流入口となる入口ポート２２が設けられている。ラジエータタンク２３には、ラジエータタンク２３からの冷却水の流出口となる出口ポート２４が設けられている。ラジエータタンク２１，２３は、エンジン用ラジエータ２０を流れる冷却水を貯留する。
【００１４】
ウォータポンプ１１からエンジン１０の内部へ供給される冷却水は、図１中の矢印に示すように、配管１６を通ってエンジン１０から流出する。冷却水はその後、配管２６を経由して入口ポート２２からラジエータタンク２１へ流入する。冷却水は、ラジエータタンク２１からラジエータタンク２３へ向かって、ラジエータコア内を図１中の右向き方向に流れ、このとき冷却水は空気と熱交換して冷却される。ラジエータタンク２３へ到達した冷却水は、出口ポート２４から配管２７，２８、サーモスタット７４、配管７９，１８を順に経由して流れ、再度ウォータポンプ１１に流れる。
【００１５】
エンジン１０とエンジン用ラジエータ２０との間を流れる冷媒の経路には、サーモスタット７４が設けられている。サーモスタット７４は、開閉可能な弁体を有する。弁体の開度が増加すると、エンジン用ラジエータ２０に流入する冷却水の流量が増加する。弁体の開度が減少すると、エンジン用ラジエータ２０に流入する冷却水の流量が減少する。弁体は、エンジン１０へ流れる冷却水の水温を感知して開閉することにより、エンジン用ラジエータ２０で熱交換されて冷却される冷却水の流量を調節する。冷却水の流量調整により、エンジン１０は最適に冷却される。
【００１６】
エンジン１０が暖機運転されるときには、サーモスタット７４の弁体は全閉（弁開度０％）とされ、冷却水をエンジン用ラジエータ２０に流さなくする。このとき、ウォータポンプ１１からエンジン１０の内部へ供給される冷却水は、図１に示す配管１６，１７および１８を順に経由して流れ、再度ウォータポンプ１１へ流れる。これにより、エンジン１０で加熱された冷却水がそのままエンジン１０に循環するので、エンジン１０の温度が早期に上昇する。
【００１７】
冷却水はまた、エンジン１０から、ヒータ８１、排気再循環装置８２などの、エンジン１０の補機に供給される。ウォータポンプ１１からエンジン１０の内部へ供給される冷却水は、図１に示す配管８４から配管８５，８６に分岐する。冷却水は、配管８５からヒータ８１を流通して配管８７へ流れ、また、配管８６から排気再循環装置８２を流通して配管８８へ流れる。その後冷却水は、配管８９において再度合流し、配管１８を経由して再度ウォータポンプ１１へ流れる。
【００１８】
図１にはまた、エンジン１０用の密閉式リザーブタンク７０が図示されている。密閉式リザーブタンク７０には、加圧キャップ７１が設けられている。加圧キャップ７１は、密閉式リザーブタンク７０の内部が予め設定された圧力になるまで、図示しないオーバーフローパイプの開口を抑える弁体を備えている。
【００１９】
密閉式リザーブタンク７０は、配管７６を介してエンジン１０に連結され、配管７７を介してラジエータタンク２１に連結され、さらに、配管７８を介して、出口ポート２４とサーモスタット７４との間の配管２７，２８に連結される。エアが混入する冷却水は、エンジン１０から配管７６を経由して密閉式リザーブタンク７０に回収され、またはラジエータタンク２１から配管７７を経由して密閉式リザーブタンク７０に回収される。密閉式リザーブタンク７０の内部で気液分離された冷却水が、配管７８を経由して密閉式リザーブタンク７０から流出し、配管２８、サーモスタット７４、配管７９，１８を順に経由して再度ウォータポンプ１１に流れる。
【００２０】
上述したエンジン１０の冷却系とは別の系統として、インバータの冷却系が設けられている。インバータと冷却水との熱交換を行ないインバータを冷却するインバータ冷却器９４は、インバータ用ラジエータ３０に接続されている。インバータ冷却器９４を流れる冷却水は、ウォータポンプ９２によって移送される。インバータ冷却器９４において加熱された冷却水は、インバータ用ラジエータ３０において、空気の流れと熱交換することにより、冷却される。これにより、インバータで発生する熱がインバータ用ラジエータ３０において発散され、インバータが冷却される。
【００２１】
インバータ用ラジエータ３０は、上述したエンジン用ラジエータ２０と連結部４０を介して連結されている。エンジン用ラジエータ２０とインバータ用ラジエータ３０とは、一体構造に設けられている。インバータ用ラジエータ３０は、エンジン用ラジエータ２０と同様に、ラジエータコアを含み、ラジエータコアにおいて冷却水を冷却する。ラジエータコアの左右両側に、樹脂製のラジエータタンク３１，３３が配置されている。インバータ用ラジエータ３０は、ラジエータタンク３１，３３がラジエータコアの左右両側に配置される、いわゆるクロスフロー型のラジエータである。
【００２２】
ラジエータタンク３１には、ラジエータタンク３１への冷却水の流入口となる入口ポート３２が設けられている。ラジエータタンク３３には、ラジエータタンク３３からの冷却水の流出口となる出口ポート３４が設けられている。
【００２３】
インバータの冷却系には、密閉式リザーブタンク９０が接続されている。密閉式リザーブタンク９０には、加圧キャップ９１が設けられている。加圧キャップ９１は、密閉式リザーブタンク９０の内部が予め設定された圧力になるまで、図示しないオーバーフローパイプの開口を抑える弁体を備えている。エアが混入する冷却水は密閉式リザーブタンク９０の内部で気液分離され、冷却水が密閉式リザーブタンク９０から流出する。
【００２４】
インバータ冷却器９４においてインバータから熱伝達されて加熱された冷却水は、配管９６を経由して密閉式リザーブタンク９０に回収される。密閉式リザーブタンク９０で気液分離された冷却水は、配管９７を経由して密閉式リザーブタンク９０から流出して、ウォータポンプ９２へ流れる。ウォータポンプ９２により、冷却水は配管３６を経由して入口ポート３２からラジエータタンク３１へ流入する。冷却水は、ラジエータタンク３１からラジエータタンク３３へ向かって、ラジエータコア内を図１中の右向き方向に流れ、このとき冷却水は空気と熱交換して冷却される。インバータ用ラジエータ３０で冷却されラジエータタンク３３へ到達した冷却水は、出口ポート３４から配管３７を経由して再度インバータ冷却器９４へ供給され、インバータの冷却に使用される。
【００２５】
エンジン１０およびインバータの冷却系とは異なるさらに別の系統として、ＥＶモータ５０の冷却系が設けられている。ＥＶモータ５０を冷却するための冷却油は、オイルポンプ５１によって移送される。ＥＶモータ５０において加熱された冷却油は、オイルクーラ６０において冷却される。ＥＶモータ５０で発熱する熱が冷却油を冷媒としてオイルクーラ６０へ伝達され、オイルクーラ６０において熱が発散される。これにより、ＥＶモータ５０が冷却される。
【００２６】
ＥＶモータ５０から熱伝達されて加熱された冷却油は、配管５６を経由してオイルポンプ５１へ流れる。オイルポンプ５１により、冷却油は配管５７を経由してオイルクーラ６０へ流入する。オイルクーラ６０で冷却された冷却油は、配管５８を経由して再度ＥＶモータ５０へ流れ、ＥＶモータ５０の冷却に使用される。
【００２７】
オイルクーラ６０は、エンジン用ラジエータ２０の左右両側に配置された一対のラジエータタンク２１，２３のうちの一方の、冷却水の流れの下流側に接続されたラジエータタンク２３の内部に配置されている。ＥＶモータ５０で加熱された冷却油は、オイルクーラ６０へ流入し、オイルクーラ６０において周囲の冷却水と熱交換することにより、冷却される。ラジエータコアで冷却された後の冷却水を貯留するラジエータタンク２３の内部に、オイルクーラ６０が配置される。これにより、オイルクーラ６０へ流入する冷却油と、オイルクーラ６０の周辺の冷却水との温度差が大きくなるので、冷却油をより効率よく冷却できる。
【００２８】
ハイブリッド車両がエンジン１０とＥＶモータ５０との両方を動力源として走行する場合、上述したウォータポンプ１１とオイルポンプ５１とが両方運転する。このとき、オイルクーラ６０へ冷却油が流通し、ラジエータタンク２３内の冷却水はウォータポンプ１１によってエンジン１０へ向かって流れる。そのため、エンジン用ラジエータ２０で冷却された冷却水が常時オイルクーラ６０の周囲に供給されるので、ＥＶモータ５０で加熱された冷却油から熱を周囲の冷却水へ放出でき、オイルクーラ６０において冷却油を効率的に冷却できる。
【００２９】
これに対し、エンジン１０を停止し、ＥＶモータ５０のみを動力源としてハイブリッド車両を走行させるモータ走行の場合、ウォータポンプ１１は停止し、サーモスタット７４は閉弁する。ラジエータタンク２３への冷却水の供給が停止するため、オイルクーラ６０に流れる高温の冷却油からラジエータタンク２３内の冷却水への熱伝達によって、ラジエータタンク２３内の冷却水の水温が高くなる問題が発生する。
【００３０】
図２は、図１に示すラジエータタンク２３の上端近傍の詳細を示す拡大図である。図２に示すように、エンジン用ラジエータ２０は、冷却水がその内部を流通する複数のチューブ２０ａと、チューブ２０ａの周囲に配置された複数のフィン２０ｂとを有する。チューブ２０ａ内を流れる冷却水からフィン２０ｂに熱が伝達され、フィン２０ｂを通り抜けて空気が流通することにより熱が空気へ発散される。このようにエンジン用ラジエータ２０は、チューブ２０ａを流通する冷却水を冷却できる構造を有している。
【００３１】
チューブ２０ａはラジエータタンク２３の内部空間に連通している。ウォータポンプ１１の運転中には、エンジン用ラジエータ２０で冷却され温度の低下した冷却水が、チューブ２０ａからラジエータタンク２３内へ供給されて、オイルクーラ６０の周囲にも流れる。
【００３２】
一方、ウォータポンプ１１の停止中には、オイルクーラ６０の周囲において冷却水が滞留する。チューブ２０ａ内の冷却水は温度が低く比重が大きいので、オイルクーラ６０内の冷却油により加熱された比重の小さい冷却水の、ラジエータタンク２３からチューブ２０ａへの流出が抑制される。そのため、オイルクーラ６０内の高温水とチューブ２０ａ内の低温水との自然対流による入れ替わり現象が損なわれる。かつ、ラジエータタンク２３内の冷却水の熱容量は小さい。
【００３３】
その結果、オイルクーラ６０へ流通する冷却油からオイルクーラ６０の周囲の冷却水へ熱が伝達された後、ラジエータタンク２３内に高温の冷却水が局所的に滞留してしまう虞がある。特に、温度の高い冷却水の比重が相対的に小さくなることから、ラジエータタンク２３内の上部２３ａ付近に高温水が滞留しやすくなる。
【００３４】
高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留すると、エンジン用ラジエータ２０の耐久性が劣化する。たとえば、エンジン用ラジエータ２０に熱応力が発生し、熱歪みを起こし、チューブ２０ａの破損をもたらす、ラジエータタンク２３に用いられるゴム製のシール部材の耐久寿命が劣化する、ラジエータタンク２３を形成する樹脂材料の耐久寿命に悪影響を及ぼす、などが考えられる。そのため、高温水の滞留は、エンジン用ラジエータ２０の耐久性上好ましくない。かつ、オイルクーラ６０の周辺の冷却水の温度が高いと、オイルクーラ６０を流通する冷却油とオイルクーラ６０回りの冷却水との温度差が小さくなり、オイルクーラ６０から冷却水への放熱性能は減少してしまう。
【００３５】
以下に述べられる実施の形態の熱交換器は、このような問題を解決しようとするものである。
【００３６】
（実施の形態１）
図３は、実施の形態１の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。図１と図３とを比較して、実施の形態１の熱交換器では、ラジエータタンク２３に、ラジエータタンク２３から熱を放出するための熱放出経路１１０が接続されている。熱放出経路１１０は、ラジエータタンク２３の外部に配置されている。熱放出経路１１０へ冷却水が流入する流入口となる入口部１１１は、ラジエータタンク２３の最上部に接続されている。熱放出経路１１０から冷却水が流出する流出口となる出口部１１２は、ラジエータタンク２３の中央部下寄りに接続されている。
【００３７】
入口部１１１は、オイルクーラ６０に対して上方の位置に設けられている。出口部１１２は、オイルクーラ６０に対して下方の位置に設けられている。冷却水は、入口部１１１からラジエータタンク２３の外部へ流出し、熱放出経路１１０内を流通して、出口部１１２からラジエータタンク２３の内部へ流入する。
【００３８】
オイルクーラ６０から熱伝達を受けて温度上昇した冷却水は、体積が膨張して比重が小さくなることにより、ラジエータタンク２３内を上昇する。入口部１１１がオイルクーラ６０に対し上側に設けられていることにより、水温の高い冷却水は、入口部１１１から熱放出経路１１０内へ流入する。冷却水が熱放出経路１１０を流れるとき、熱放出経路１１０の外周面から熱が周囲に放出され、冷却水の水温は低下する。ラジエータタンク２３から熱放出経路１１０を形成する配管への熱伝導によっても、ラジエータタンク２３の最上部の温度が下げられる。
【００３９】
冷却水は非圧縮性流体であるので、ラジエータタンク２３内の冷却水が熱放出経路１１０へ流出した分、熱放出経路１１０内の冷却水が押し出される。これにより、熱放出経路１１０から出口部１１２を経由して冷却水がラジエータタンク２３内へ流入し、ラジエータタンク２３内の冷却水が入れ替わる。オイルクーラ６０の配置に対し冷却水の流れの上流側に熱放出経路１１０の出口部１１２を設けることにより、水温の低い冷却水を確実にオイルクーラ６０の周囲に供給する。
【００４０】
このように、自然対流現象によってラジエータタンク２３と熱放出経路１１０とを循環する冷却水の流れが形成されるので、高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留することを抑制できる。モータ走行中の、エンジン１０を停止させウォータポンプ１１を停止させサーモスタット７４を閉弁させた状態においても、オイルクーラ６０の周辺に冷却水の流れを形成できるので、オイルクーラ６０の周辺に相対的に温度の低い冷却水を常に供給できる。したがって、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率の低下を抑制し、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能を確保することができる。かつ、ラジエータタンク２３内の冷却水の過熱を抑制できるので、エンジン用ラジエータ２０の耐久性の劣化を防止することができる。
【００４１】
熱放出経路１１０への冷却水の流通は、自然対流現象によって行なわれ、冷却水の移送のためのポンプなどの追加の動力源は必要ない。そのため、熱放出経路１１０へ冷却水を流通させるための構成を簡略化できる。かつ、外部動力を必要とせずに冷却水を循環させることができるので、ハイブリッド車両の燃費の悪化を回避することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。実施の形態２では、図３に示す実施の形態１と同様に、ラジエータタンク２３から冷却水を流出させるための熱放出経路１２０が設けられている。熱放出経路１２０は、入口部１２１がラジエータタンク２３の最上部に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０と共通の構成を有する。しかし、熱放出経路１２０は、出口部１２２が配管２６に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０とは異なっている。
【００４３】
ラジエータタンク２３の最上部と配管２６とを接続する熱放出経路１２０を設けることにより、実施の形態１と同様に、自然対流現象によってラジエータタンク２３と熱放出経路１２０とを流通する冷却水の流れが形成される。そのため、高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留することを抑制でき、オイルクーラ６０の周辺に相対的に温度の低い冷却水を常に供給できる。したがって、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率の低下を抑制し、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能を確保することができる。
【００４４】
実施の形態２では、ラジエータタンク２３から熱放出経路１２０へ流出した冷却水は、配管２６、ラジエータタンク２１およびエンジン用ラジエータ２０を経由して、ラジエータタンク２３へ還流する。冷却水の循環経路にエンジン用ラジエータ２０が含まれることにより、エンジン用ラジエータ２０において冷却された冷却水をラジエータタンク２３へ戻すことができる。したがって、より温度の低い冷却水をオイルクーラ６０の周囲に供給でき、オイルクーラ６０から周辺の冷却水への熱伝達効率をより向上することができるので、冷却油の放熱性能をより高めることができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。実施の形態３では、図３に示す実施の形態１と同様に、ラジエータタンク２３から冷却水を流出させるための熱放出経路１３０が設けられている。熱放出経路１３０は、入口部１３１がラジエータタンク２３の最上部に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０と共通の構成を有する。しかし、熱放出経路１３０は、出口部１３２が配管７７に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０とは異なっている。
【００４６】
ラジエータタンク２３の最上部と配管７７とを接続する熱放出経路１３０を設けることにより、実施の形態１と同様に、自然対流現象によってラジエータタンク２３と熱放出経路１３０とを流通する冷却水の流れが形成される。そのため、高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留することを抑制でき、オイルクーラ６０の周辺に相対的に温度の低い冷却水を常に供給できる。したがって、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率の低下を抑制し、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能を確保することができる。
【００４７】
実施の形態３では、ラジエータタンク２３から熱放出経路１３０へ流出した冷却水は、配管７７を経由して密閉式リザーブタンク７０へ流れる。密閉式リザーブタンク７０で気液分離された冷却水が、配管７８，２７を経由して、ラジエータタンク２３へ還流する。冷却水の循環経路に密閉式リザーブタンク７０が含まれることにより、冷却水のみをラジエータタンク２３へ戻すことができる。したがって、オイルクーラ６０の周囲により温度の低い冷却水を供給でき、オイルクーラ６０から周辺の冷却水への熱伝達効率をより向上することができるので、冷却油の放熱性能をより高めることができる。
【００４８】
ラジエータタンク２１から密閉式リザーブタンク７０へ向かって冷却水が流れる配管７７に熱放出経路１３０が接続されるので、エンジン１０の暖機性を損なうことなく、オイルクーラ６０における冷却油の放熱性能を向上することができる。
【００４９】
（実施の形態４）
図６は、実施の形態４の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。実施の形態４では、図３に示す実施の形態１と同様に、ラジエータタンク２３から冷却水を流出させるための熱放出経路１４０が設けられている。熱放出経路１４０は、入口部１４１がラジエータタンク２３の最上部に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０と共通の構成を有する。しかし、熱放出経路１４０は、出口部１４２が配管７８に接続されている点で、実施の形態１の熱放出経路１１０とは異なっている。
【００５０】
ラジエータタンク２３の最上部と配管７８とを接続する熱放出経路１４０を設けることにより、実施の形態１と同様に、自然対流現象によってラジエータタンク２３と熱放出経路１４０とを流通する冷却水の流れが形成される。そのため、高温の冷却水がラジエータタンク２３内に滞留することを抑制でき、オイルクーラ６０の周辺に相対的に温度の低い冷却水を常に供給できる。したがって、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率の低下を抑制し、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能を確保することができる。
【００５１】
実施の形態４では、ラジエータタンク２３の近傍に延在する配管７８に熱放出経路１４０が接続されるので、熱放出経路１４０の長さをより小さくすることができる。したがって、熱放出経路１４０へ冷却水を流通させるための構成をより簡単にすることができ、熱放出経路１４０の配置計画をより容易にすることができる。
【００５２】
密閉式リザーブタンク７０から冷却水が流出する経路となる配管７８に熱放出経路１４０が接続されるので、エンジン１０の暖機性を損なうことなく、オイルクーラ６０における冷却油の放熱性能を向上することができる。
【００５３】
（実施の形態５）
図７は、実施の形態５の熱交換器の構成の概略を示す模式図である。実施の形態５では、図５に示す実施の形態３の熱放出経路１３０に加えて、配管７８と配管１７とを接続する熱放出経路１５０が設けられている。熱放出経路１５０の入口部１５１は配管７８に接続され、熱放出経路１５０の出口部１５２は配管１７に接続される。
【００５４】
これにより、ラジエータタンク２３から流出した冷却水を、熱放出経路１３０、配管７７、密閉式リザーブタンク７０、配管７８、熱放出経路１５０、配管１７，２６およびラジエータタンク２１を経由させて、エンジン用ラジエータ２０へ流すことができる。エンジン用ラジエータ２０において冷却された冷却水を、自然循環によってラジエータタンク２３へ流入させて、水温の低い冷却水をオイルクーラ６０の周囲に供給することができる。
【００５５】
または、密閉式リザーブタンク７０から流出する冷却水を、熱放出経路１５０および配管１７，１８を経由して、ウォータポンプ１１へ流すことができる。オイルクーラ６０における冷却油の冷却性能を一時的に自然循環時よりも高めたい場合に、ウォータポンプ１１を起動させる。したがって、水温の低い冷却水をオイルクーラ６０の周辺を経由させて積極的に循環させることができるので、オイルクーラ６０から冷却水への熱伝達効率を向上させ、オイルクーラ６０からの冷却油の放熱性能をさらに向上させることができる。
【００５６】
エンジン１０の停止中にはエンジン１０を冷却するために冷却水を循環させる必要がないので、ウォータポンプ１１は基本的には停止している。停止中のウォータポンプ１１を活用して冷却水を移送することにより、新たな熱交換手段を追加することなく、オイルクーラ６０の放熱量をさらに増加させることができる。ウォータポンプ１１の運転は、冷却油の冷却能力を必要な程度にまで確実に高めることができ、かつ、エンジン１０の暖機性を損なうことを防止できる程度の、断続運転とするのがより望ましい。
【００５７】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１０ エンジン、１１ ウォータポンプ、２０ エンジン用ラジエータ、２１，２３ ラジエータタンク、２３ａ 上部、５０ ＥＶモータ、５１ オイルポンプ、６０ オイルクーラ、７４ サーモスタット、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０ 熱放出経路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両に用いられる熱交換器であって、
前記エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータと、
前記ラジエータを流れる前記冷却水を貯留するタンクと、
前記モータの冷却油を冷却するためのオイルクーラと、を備え、
前記オイルクーラは前記タンクの内部に配置され、前記オイルクーラ内を流れる前記冷却油と前記タンクに貯留された前記冷却水との間で熱交換することにより、前記冷却油は冷却され、
前記タンクには、前記オイルクーラに対して上方の位置から前記冷却水を前記タンクの外部へ流出させる経路が接続されており、
前記ラジエータから前記エンジンへ流れる前記冷却水の流量を調節するサーモスタットをさらに備え、
前記サーモスタットの閉弁時にも前記冷却油は冷却されることを特徴とする、熱交換器。
【請求項１】
エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両に用いられる熱交換器であって、
前記エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータと、
前記ラジエータを流れる前記冷却水を貯留するタンクと、
前記モータの冷却油を冷却するためのオイルクーラと、を備え、
前記オイルクーラは前記タンクの内部に配置され、前記オイルクーラ内を流れる前記冷却油と前記タンクに貯留された前記冷却水との間で熱交換することにより、前記冷却油は冷却され、
前記タンクには、前記オイルクーラに対して上方の位置から前記冷却水を前記タンクの外部へ流出させる経路が接続されており、
前記ラジエータから前記エンジンへ流れる前記冷却水の流量を調節するサーモスタットをさらに備え、
前記サーモスタットの閉弁時にも前記冷却油は冷却されることを特徴とする、熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５６６１５（Ｐ２０１３−５６６１５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５９３９（Ｐ２０１１−１９５９３９）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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