熱交換装置およびこれを搭載するハイブリッド車。
【課題】 移動体の空調用熱交換器と駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とをより適切に配置すると共により効率よく機能させる。
【解決手段】 燃料電池車１０の前部に前進方向に対して略垂直な平面に同一面内となるように、且つ、熱交換における作動温度が順に並ぶように上から空調用のコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２を配置して熱交換部３２を構成し、熱交換部３２の後方にファン３４をその中心がコンデンサ６２側に偏心した位置となるよう取り付けると共にＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分に複数のラム圧孔３７を形成したファンシェラウド３６を取り付ける。車速が小さいときにはファン３４の駆動によりコンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２に対する通過風量を確保し、車速が大きいときにはラム圧孔３７からの冷却風によりＦＣ用ラジエータ４２に対する通過風量を確保する。
【解決手段】 燃料電池車１０の前部に前進方向に対して略垂直な平面に同一面内となるように、且つ、熱交換における作動温度が順に並ぶように上から空調用のコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２を配置して熱交換部３２を構成し、熱交換部３２の後方にファン３４をその中心がコンデンサ６２側に偏心した位置となるよう取り付けると共にＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分に複数のラム圧孔３７を形成したファンシェラウド３６を取り付ける。車速が小さいときにはファン３４の駆動によりコンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２に対する通過風量を確保し、車速が大きいときにはラム圧孔３７からの冷却風によりＦＣ用ラジエータ４２に対する通過風量を確保する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置およびこれを搭載するハイブリッド車に関し、詳しくは、移動体に搭載される熱交換装置およびこれを搭載する移動体としてのハイブリッド車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換装置としては、電子部品用冷却水が流通する電子部品用熱交換器と冷凍サイクル用冷媒が流通する冷媒用熱交換器とを同一平面内に配置する複式熱交換器を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、電子部品用熱交換器を上部に冷媒用熱交換器を下部に配置すると共に冷媒用熱交換器内における冷媒の流路を上部から下部に向けてつづら折り状に３段とし、その最下部を凝縮部とすることにより、電子部品用熱交換器から凝縮部への伝熱を小さくして、電子部品用熱交換器と冷媒用熱交換器とに介在させるべき断熱部を廃止している。
【特許文献１】特開２００１−１７４１６８号公報（図１）
【０００３】
また、この種の熱交換装置としては、空調用の熱交換器と駆動源用の熱交換器と電子部品用の熱交換器とが自動車の前部に走行風に対して直列に重なるように配置したものも提案されている。この装置では、電子部品用の熱交換器が最前部に配置され、その後ろに空調用の熱交換器や駆動源用の熱交換器が配置されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハイブリッド自動車などの移動体に搭載される熱交換装置では、乗員室の空気調節に用いられる空調用熱交換器の他に移動体を移動させる駆動源を冷却するために用いられる駆動源用熱交換器、並びに、電子部品を冷却する電子部品用熱交換器も備えるが、これらの熱交換器の搭載位置や移動体の移動状態によっては空調用熱交換器や駆動源用熱交換器、並びに電子部品用熱交換器による冷却が不足する場合が生じる。空調用熱交換器は、移動体の移動速度に拘わらず、室内の熱負荷が一定であれば一定の必要放熱量となる。これに対し、駆動源用熱交換器は駆動源の負荷増大に応じて必要放熱量が多くなるため、移動体の移動速度や加速度よって必要放熱量が変化する。同様に、電子部品用熱交換器は、移動体の移動速度や加速度増大による電子部品の負荷増大に応じて必要放熱量が多くなるため、移動体の移動速度や加速度よって必要放熱量が変化する。このため、空調用熱交換器と駆動源用熱交換器と電子部品用熱交換器の配置や外気の導入を促進するファンの取り付け位置などを考慮する必要がある。
【０００５】
なお、自動車の前部に直列に熱交換器を配置した熱交換装置では、直列に配置した熱交換器のうち前に配置した熱交換器が放熱した場合、後ろに配置した熱交換器は、前に配置した熱交換器が放熱した分だけ空気が温度上昇するため、熱交換器内を流れるＬＬＣもしくは冷媒と空気との温度差がとれなくなり、これにより後ろに配置した熱交換器の放熱量が低下してしまう。特に、ある走行条件では、外気温度と駆動源用熱交換器に入るＬＬＣの温度の差が４０℃程度しかとれない条件があり、この条件下では、前に配置した熱交換器が放熱することにより、駆動源用熱交換器の放熱量が２割程度低下してしまうという現象も見られる。
【０００６】
本発明の熱交換装置は、移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とをより適切に配置することを目的の一つとする。本発明の熱交換装置は、移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とをより効率よく機能
させることを目的の一つとする。さらに、本発明の熱交換装置は、移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とを移動体の移動に応じてより効率よく機能させることを目的の一つとする。本発明のハイブリッド車は、乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とをより適切に配置すると共に効率よく機能させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の熱交換装置およびこれを搭載するハイブリッド車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明の熱交換装置は、
移動体に搭載される熱交換装置であって、
前記移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と前記移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とを含む複数の熱交換器が前記移動体の前部に該移動体の移動方向に対して略垂直な同一平面内となるよう配置される熱交換部と、
該熱交換部の前記空調用熱交換器の後方に配置されたファンと、
少なくとも該空調用熱交換器を覆うように取り付けられたファンシュラウドと、
少なくとも前記駆動源用熱交換器の後方に取り付けられるラム圧孔が形成されたラム圧孔形成部材と、
を備えることを要旨とする。
【０００９】
この本発明の熱交換装置では、移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とを含む複数の熱交換器を移動体の前部に移動体の移動方向に対して略垂直な同一平面内となるよう配置するから、移動体の移動に伴って導入される冷却風を空調用熱交換器にも駆動源用熱交換器にも直接供給することができる。このため、空調用熱交換器と駆動源用熱交換器とをより効率よく機能させることができる。即ち、空調用熱交換器と駆動源用熱交換器とをより適切な配置とすることができるのである。また、熱交換部の空調用熱交換器の後方にファンを配置すると共に空調用熱交換器を覆うようにファンシュラウドを取り付けることにより、移動体の移動速度が小さいときでも空調用熱交換器に冷却風を供給することができる。この結果、空調用熱交換器を効率よく機能させることができる。さらに、駆動源用熱交換器の後方にラム圧孔が形成されたラム圧孔形成部材を取り付けることにより、移動体の移動速度が大きいときに駆動源用熱交換機器に冷却風を多く供給することができる。この結果、駆動源用熱交換機を効率よく機能させることができる。ここで、移動体としてはハイブリッド車を挙げることができる。
【００１０】
こうした本発明の熱交換装置において、前記ファンシュラウドは、前記駆動源用熱交換器の一部を覆うように取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、移動体の移動速度が小さいときでも駆動源用熱交換器の一部に冷却風を供給することができる。この結果、駆動源用熱交換器を効率よく機能させることができる。
【００１１】
また、本発明の熱交換装置において、前記ラム圧孔形成部材に形成されたラム圧孔を開閉する開閉部材を備えるものとすることもできる。こうすれば、開閉部材の開閉によりラム圧孔を機能させることができる。
【００１２】
さらに、本発明の熱交換装置において、前記複数の熱交換器を水平方向に並べて配置してなるものとすることもできるし、前記複数の熱交換器を垂直方向に並べて配置してなるものとすることもできる。後者の場合、前記空調用熱交換器を最上部に配置してなるものとすることもできる。
【００１３】
あるいは、本発明の熱交換装置において、前記複数の熱交換器を作動温度の順に並べて配置してなるものとすることもできる。こうすれば、高温で作動する熱交換器から低温で作動する熱交換器への伝熱を抑制することができる。
【００１４】
本発明の熱交換装置において、前記駆動源用熱交換器は、発電を伴う電力源の冷却に用いられる電力源用熱交換器と、前記電力源から供給される電力を用いて駆動する駆動機器の冷却に用いられる機器用熱交換器とを含む複数の熱交換器であるものとすることもできる。この場合、前記機器用熱交換器は、前記駆動機器を駆動するための電子部品の冷却に用いられる熱交換器であるものとすることもできる。また、前記電力源用熱交換器は、前記電力源としての燃料電池の冷却に用いられる熱交換器であるものとすることもできる。
【００１５】
こうした電力源用熱交換器と機器用熱交換器とを備える態様の本発明の熱交換装置において、前記空調用熱交換器，前記機器用熱交換器，前記電力源用熱交換器の順に並べて配置してなるものとすることもできる。こうすれば、熱交換装置において比較的高温となる電力源用熱交換器から比較的低温となる空調用熱交換器への伝熱を抑制することができる。この結果、空調用熱交換器や機器用熱交換器，電力源用熱交換器を効率よく機能させることができる。
【００１６】
本発明の本発明の熱交換装置において、前記熱交換部は、前記空調用熱交換器の少なくとも一部が前記駆動源用熱交換器の一部に重なるよう該駆動源用熱交換器の前方に配置されてなるものとすることもできる。こうすれば、熱交換部における移動体の移動方向に対して略垂直な同一平面内の寸法を小さくしたり、駆動源用熱交換器の同一平面内の寸法を大きくすると共に前後方向の寸法を小さくすることができる。ここで、電力源用熱交換器と機器用熱交換器とを備える態様としたときには、前記熱交換部は、前記空調用熱交換器の少なくとも一部が前記電力源用熱交換器または前記機器用熱交換器の一方の少なくとも一部に重なるよう対応する熱交換器の前方に配置されてなるものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は本発明の一実施例としての熱交換装置３１を有する冷却システム３０を搭載した燃料電池車１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は実施例の熱交換装置３１の配置を例示する説明図である。実施例の燃料電池車１０は、電力源としての固体高分子型の燃料電池スタックを有する燃料電池装置１２やこの燃料電池装置１２からの直流電力を三相交流電力に変換するインバータ１４，このインバータ１４からの三相交流電力により駆動輪２１を駆動する走行用モータ１６，走行用モータ１６に対して燃料電池装置１２と並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１８，ＤＣ／ＤＣコンバータ１８により充放電されるバッテリ２０などの駆動システム１１と、燃料電池装置１２の図示しない燃料電池スタックを冷却する燃料電池用冷却系４０とインバータ１４や走行用モータ１６を冷却する駆動機器用冷却系５０と乗員室の空調機器の一部としての空調用冷却系６０とラジエータの後方に配置されたファン３４とからなる冷却システム３０と、を搭載する。実施例の熱交換装置３１は、燃料電池用冷却系４０や駆動機器用冷却系５０，空調用冷却系６０の熱交換器により構成されているが、詳細については後述する。なお、説明の容易のために、まず、燃料電池用冷却系４０，駆動機器用冷却系５０，空調用冷却系６０について説明し、その後、実施例の熱交換装置３１について詳述する。
【００１９】
燃料電池用冷却系４０は、車両の走行に伴って導入される冷却風との熱交換により冷却媒体としての冷却水を冷却する燃料電池用ラジエータ（以下、ＦＣ用ラジエータという）
４２と、このＦＣ用ラジエータ４２の冷却水流路と燃料電池スタックに形成された冷却水流路とを連絡して循環流路を形成する連絡管４４と、循環流路に冷却水を循環させるために連絡管４４に設けられたポンプ４６と、連絡管４４の燃料電池スタックの出口近傍に取り付けられて冷却水温度Ｔｗｆｃを検出する温度センサ４８と、温度センサ４８により検出された冷却水温度Ｔｗｆｃに基づいてポンプ４６を駆動制御すると共に同じく冷却水温度Ｔｗｆｃに基づいてファン３４の駆動要求Ｆｒｑ１を設定する燃料電池用電子制御ユニット（以下、ＦＣＥＣＵという）４９と、を備える。実施例では、ファン３４の駆動要求Ｆｒｑ１としては、高（Ｈｉ），中（Ｍ），低（Ｌｏ），停止（Ｓ）を選択して設定するものとした。ＦＣＥＣＵ４９は、こうした燃料電池用冷却系４０のポンプ４６の駆動制御やファン３４の駆動要求Ｆｒｑ１の設定を行なうだけでなく、燃料電池装置１２の運転制御も行なう。したがって、ＦＣＥＣＵ４９は、燃料電池用冷却系４０の制御装置と駆動システム１１における燃料電池装置１２の制御装置とを兼ねている。
【００２０】
駆動機器用冷却系５０は、車両の走行に伴って導入される冷却風との熱交換により冷却媒体としての冷却水を冷却するＥＶ用ラジエータ５２と、このＥＶ用ラジエータ５２の冷却水流路とインバータ１４や走行用モータ１６に形成された冷却水流路とを連絡して循環流路を形成する連絡管５４と、循環流路に冷却水を循環させるために連絡管５４に設けられたポンプ５６と、連絡管５４の走行用モータ１６の出口近傍に取り付けられて冷却水温度Ｔｗｍｇを検出する温度センサ５８と、温度センサ５８により検出された冷却水温度Ｔｗｍｇに基づいてポンプ５６を駆動制御すると共に同じく冷却水温度Ｔｗｍｇに基づいてファン３４の駆動要求Ｆｒｑ２を設定するＥＶ用電子制御ユニット（以下、ＥＶＥＣＵという）５８と、を備える。ファン３４の駆動要求Ｆｒｑ２としては、前述の駆動要求Ｆｒｑ１と同様に、高（Ｈｉ），中（Ｍ），低（Ｌｏ），停止（Ｓ）を選択して設定する。ＥＶＥＣＵ５８は、駆動機器用冷却系５０のポンプ５６の駆動制御やファン３４の駆動要求Ｆｒｑ１の設定を行なうだけでなく、シフトポジションセンサ２３により検出されるシフトレバー２２のポジションやアクセルペダルポジションセンサ２５により検出されるアクセルペダル２４の踏み込み量に応じたアクセル開度，ブレーキペダルポジションセンサ２７により検出されるブレーキペダル２６の踏み込み量としてのブレーキペダルポジション，車速センサ２８により検出される車速Ｖ，走行用モータ１６の回転子の位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置，インバータ１４内に取り付けられた図示しない電流センサからの走行用モータ１６に印加される相電流などに基づいて駆動輪２１に出力すべき駆動トルクを演算すると共にこの演算した駆動トルクが走行用モータ１６から出力されるようインバータ１４を制御する。したがって、ＥＶＥＣＵ５８は、駆動機器用冷却系５０の制御装置と駆動システム１１における走行用モータ１６の制御装置とを兼ねている。
【００２１】
空調用冷却系６０は、冷媒が循環する循環流路として構成されており、冷媒を圧縮し高温高圧のガス状にするコンプレッサ６１と、圧縮された冷媒を外気を用いて冷却し高圧の液状にするコンデンサ６２と、冷却された冷媒を急激に膨張させ低温低圧の霧状にする膨張弁６４と、低温低圧の冷媒と乗員室内の空気とを熱交換させることにより冷媒を蒸発させ低温低圧のガス状にするエバポレータ６６と、エバポレータ６６に取り付けられた冷媒温度センサ６８からの冷媒温度に基づいてコンプレッサ６１を駆動制御すると共に同じく冷媒温度に基づいてファン３４の駆動要求Ｆｒｑ３を設定する空調用電子制御ユニット（以下、エアコンＥＣＵ）６９と、を備える。ファン３４の駆動要求Ｆｒｑ３としては、前述の駆動要求Ｆｒｑ１，Ｆｒｑ２と同様に、高（Ｈｉ），中（Ｍ），低（Ｌｏ），停止（Ｓ）を選択して設定する。
【００２２】
実施例の熱交換装置３１は、燃料電池用冷却系４０のＦＣ用ラジエータ４２と駆動機器用冷却系５０のＥＶ用ラジエータ５２と空調用冷却系６０のコンデンサ６２により構成される熱交換部３２と、この熱交換部３２の後方に配置されたファン３４と、このファン３
４を駆動するモータ３５と、ラム圧孔３７が形成されたファンシェラウド３６と、を備える。
【００２３】
熱交換部３２は、ＦＣ用ラジエータ４２とＥＶ用ラジエータ５２とコンデンサ６２とが、図２に例示するように、燃料電池車１０の前部に燃料電池車１０の前進方向に対して略垂直な平面に同一面内となるように、且つ、熱交換における作動温度が順に並ぶように上から順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２となるよう配置されて構成されている。ここで、コンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２の熱交換における作動温度は、実施例では、コンデンサ６２が４０℃〜６０℃，ＥＶ用ラジエータ５２が５０℃〜７０℃，ＦＣ用ラジエータ４２が６５℃〜８５℃である。このように各冷却系４０，５０，６０の各熱交換器（ＦＣ用ラジエータ４２，ＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２）を同一平面内に配置することにより、車両の走行に伴って導入される冷却風を各熱交換器に直接作用させることができる。また、熱交換における作動温度の順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２と並べることにより、作動温度の高いＦＣ用ラジエータ４２から作動温度の低いコンデンサ６２への伝熱を抑制することができる。
【００２４】
ファン３４は、その中心が熱交換部３２のコンデンサ６２側に偏心した位置となるよう取り付けられており、コンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２に対するファン３４による冷却風の通過風量を多くすることができるようになっている。モータ３５は、燃料電池用冷却系４０や駆動機器用冷却系５０，空調用冷却系６０の制御装置として機能するＦＣＥＣＵ４９やＥＶＥＣＵ５８，エアコンＥＣＵ６９と通信を行なうハイブリッド用電子制御ユニット７９（以下、ＨＶＥＣＵという）により各ＥＣＵ４９，５９，６９からの駆動要求Ｆｒｑ１，Ｆｒｑ２，Ｆｒｑ３に基づいて駆動制御される。
【００２５】
ファンシェラウド３６は、ファン３４の周りをコンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２を覆うように熱交換部３２に取り付けられている。ファンシェラウド３６のＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分には、複数のラム圧孔３７が形成されている。また、ファンシェラウド３６のＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分には、形成された複数のラム圧孔３７を風圧によって開閉する板状の開閉部材３８が取り付けられている。したがって、開閉部材３８は、燃料電池車１０の車速が低いときには閉じた状態となり、燃料電池車１０の車速が高いときには開いた状態となる。
【００２６】
次に、実施例の熱交換装置３１の機能について説明する。熱交換装置３１の性能、即ち、ＦＣ用ラジエータ４２やＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２に要求される性能（特に必要放熱性能）は、燃料電池車１０の車速や燃料電池装置１２，走行用モータ１６などの運転状態により異なる。コンデンサ６２の必要放熱性能は、乗員室の温度などに左右されるが車速Ｖに拘わらず一定である。ＦＣ用ラジエータ４２の必要放熱性能は、燃料電池装置１２の負荷（ＦＣ負荷）が大きいほど大きくなる。燃料電池装置１２の負荷は車速Ｖが大きいほど大きくなることを考えれば、ＦＣ用ラジエータ４２の必要放熱性能は、車速Ｖが大きいほど大きくなる。ＦＣ負荷とＦＣ用ラジエータ４２およびコンデンサ６２の必要放熱性能との関係の一例を図３に示す。ＥＶ用ラジエータ５２の必要放熱性能は、走行用モータ１６から出力するトルクやインバータ１４に流れる電流に基づいて考慮されるものであり、車速Ｖが大きくなるほど大きくなる傾向があるものの、ＦＣ用ラジエータ４２に要求される必要放熱性能ほどではない。一方、ＥＶ用ラジエータ５２の必要放熱性能は、発進時など車速Ｖが小さいときにもある程度の必要放熱性能が要求される。これらのことを考慮すると、ＦＣ用ラジエータ４２に対しては車速Ｖに応じた熱交換器の通過風量が要求され、ＥＶ用ラジエータ５２に対してはある程度車速Ｖに応じた熱交換器の通過風量が要求されると共に車速Ｖが小さいときでもある程度の熱交換器の通過風量が要求され、コンデンサ６２に対して車速Ｖに拘わらずある程度の熱交換器の通過風量が要求される。
実施例の熱交換装置３１では、ＦＣ用ラジエータ４２とＥＶ用ラジエータ５２とコンデンサ６２とを同一平面内に配置した熱交換部３２に対してファン３４をその中心がコンデンサ６２側に偏心した位置となるよう取り付けると共にＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分に複数のラム圧孔３７を形成したファンシェラウド３６を取り付けているのである。即ち、車速が小さいときにはファン３４の駆動によりコンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２に対してある程度の冷却風の通過風量を確保し、車速が大きいときには複数のラム圧孔３７からの冷却風によりＦＣ用ラジエータ４２に対して大きな冷却風の通過風量を確保しているのである。しかも、車速が小さいときに開閉部材３８により複数のラム圧孔３７を閉じることによってファン３４の駆動によるＦＣ用ラジエータ４２に対する冷却風の通過風量の確保も行なっているのである。なお、ファン３４は、ＦＣ用ラジエータ４２の一部にもファン駆動による冷却風の通過風量が得られるように取り付けられているが、その寸法は、車速が小さいときのＦＣ用ラジエータ４２の必要放熱性能が確保できる程度に設計すればよい。
【００２７】
以上説明した実施例の熱交換装置３１によれば、燃料電池用冷却系４０のＦＣ用ラジエータ４２と駆動機器用冷却系５０のＥＶ用ラジエータ５２と空調用冷却系６０のコンデンサ６２とを、燃料電池車１０の前部に燃料電池車１０の前進方向に対して略垂直な平面に同一面内となるように、且つ、熱交換における作動温度が順に並ぶように上から順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２となるように配置することにより、車両の走行に伴って導入される冷却風をコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２に直接供給することができると共に作動温度の高いＦＣ用ラジエータ４２から作動温度の低いコンデンサ６２への伝熱を抑制することができる。即ち、ＦＣ用ラジエータ４２とＥＶ用ラジエータ５２とコンデンサ６２とをより適正な配置とすることができ、ＦＣ用ラジエータ４２とＥＶ用ラジエータ５２とコンデンサ６２とをより効率的に機能させることができる。
【００２８】
また、実施例の熱交換装置３１によれば、熱交換部３２に対してファン３４をその中心がコンデンサ６２側に偏心した位置となるよう取り付けると共にＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分に複数のラム圧孔３７を形成したファンシェラウド３６を取り付けることにより、車速が小さいときにはファン３４の駆動によりコンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２に対してある程度の冷却風の通過風量を確保し、車速が大きいときには複数のラム圧孔３７からの冷却風によりＦＣ用ラジエータ４２に対して大きな冷却風の通過風量を確保することができる。この結果、車速やＦＣ負荷などに応じたＦＣ用ラジエータ４２やＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２の必要放熱性能を確保することができる。しかも、車速に応じて複数のラム圧孔３７を開閉する開閉部材３８を備えることにより、車速が小さいときにはファン３４の駆動によるＦＣ用ラジエータ４２に対する冷却風の通過風量を確保することができると共に車速が大きいときには複数のラム圧孔３７からの冷却風によりＦＣ用ラジエータ４２に対する冷却風の通過風量を確保することができる。
【００２９】
実施例の熱交換装置３１では、熱交換における作動温度の順となるよう上から順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２となるように配置したが、熱交換における作動温度の順になればよいから、上から順にＦＣ用ラジエータ４２，ＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２となるよう配置してもよい。また、熱交換における作動温度を考慮する必要がないときには、上から順にＦＣ用ラジエータ４２，コンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２の配置としたり、ＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２，ＦＣ用ラジエータ４２の配置としたり、コンデンサ６２，ＦＣ用ラジエータ４２，ＥＶ用ラジエータ５２の配置としたり、ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２，コンデンサ６２の配置とするものとしても差し支えない。
【００３０】
実施例の熱交換装置３１では、ＦＣ用ラジエータ４２，ＥＶ用ラジエータ５２，コンデ
ンサ６２を同一平面内となるように配置したが、コンデンサ６２がＥＶ用ラジエータ５２やＦＣ用ラジエータ４２と重なるように配置するものとしてもかまわない。例えば、図４の変形例の燃料電池車１０Ｂに示すように、ＦＣ用ラジエータ４２ＢとＥＶ用ラジエータ５２Ｂとを略垂直な同一平面内にＥＶ用ラジエータ５２Ｂが上となるよう配置し、ＥＶ用ラジエータ５２Ｂの前方にコンデンサ６２Ｂを重ねるように配置するものとしてもよいし、図５の変形例の燃料電池車１０Ｃに示すように、ＦＣ用ラジエータ４２ＣとＥＶ用ラジエータ５２Ｃとを略垂直な同一平面内にＦＣ用ラジエータ４２Ｃが上になるよう配置し、ＦＣ用ラジエータ４２Ｃの一部の前方にコンデンサ６２Ｃを重ねるように配置するものとしてもよい。このように、コンデンサ６２Ｂ，Ｃを重ねるように配置することにより、熱交換部３２のＦＣ用ラジエータ４２ＢとＣＥＶ用ラジエータ５２Ｂ，Ｃとを配置する同一平面内の寸法を小さくしたり、ＦＣ用ラジエータ４２ＢやＣＥＶ用ラジエータ５２Ｂ，Ｃの同一平面内の寸法を大きくすることができると共にその前後方向の厚みを小さくすることができる。
【００３１】
実施例の熱交換装置３１では、垂直方向に上から順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２となるように配置したが、図６の変形例の燃料電池車１０Ｄに例示するように、水平方向に横にＦＣ用ラジエータ４２Ｄ，ＥＶ用ラジエータ５２Ｄ，コンデンサ６２Ｄとなるよう配置するものとしてもよい。この場合、ファン３４Ｄは、その中心がコンデンサ６２Ｄ側に横に偏心した位置となるよう取り付け、ファンシェラウド３６ＤにＦＣ用ラジエータ４２Ｄを覆う部分に複数のラム圧孔３７Ｄを形成すると共に開閉部材３８Ｄを取り付ければよい。なお、水平方向にＦＣ用ラジエータ４２Ｄ，ＥＶ用ラジエータ５２Ｄ，コンデンサ６２Ｄを配置する場合、その順は、ＦＣ用ラジエータ４２Ｄからコンデンサ６２Ｄへの伝熱の抑制を考慮すれば、ＥＶ用ラジエータ５２Ｄが中央に位置する配置が好ましく、ＦＣ用ラジエータ４２Ｄからコンデンサ６２Ｄへの伝熱の抑制を考慮する必要がないときには如何なる順に配置してもよい。また、水平方向に横にＦＣ用ラジエータ４２Ｄ，ＥＶ用ラジエータ５２Ｄ，コンデンサ６２Ｄを配置する場合でもコンデンサ６２ＤがＥＶ用ラジエータ５２ＤやＦＣ用ラジエータ４２Ｄと重なるように配置するものとしてもかまわない。
【００３２】
実施例の冷却システム３０では、電力源として燃料電池装置１２を用いたが、内燃機関と発電機からなる発電装置を用いるものとしてもよい。
【００３３】
実施例では、熱交換装置３１を備える冷却システム３０を燃料電池車１０に搭載するものとして説明したが、熱交換装置３１を備える冷却システム３０を車両以外の船舶や航空機などの移動体に搭載するものとしてもよい。
【００３４】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例としての熱交換装置３１を備える冷却システム３０を搭載した燃料電池車１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例の熱交換装置３１の配置を例示する説明図である。
【図３】ＦＣ負荷とＦＣ用ラジエータ４２およびコンデンサ６２の必要放熱性能との関係の一例を示す説明図である。
【図４】変形例の熱交換装置３１Ｂの配置を例示する説明図である。
【図５】変形例の熱交換装置３１Ｃの配置を例示する説明図である。
【図６】変形例の熱交換装置３１Ｄの配置を例示する説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，１０Ｂ〜１０Ｄ 燃料電池車、１１ 駆動システム、１２ 燃料電池装置、１４
インバータ、１６ 走行用モータ、１８ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０ バッテリ、２１ 駆動輪、２２ シフトレバー、２３ シフトポジションセンサ、２４ アクセルペダル、２５ アクセルペダルポジションセンサ、２６ ブレーキペダル、２７ ブレーキペダルポジションセンサ、２８ 車速センサ、３０ 冷却システム、３１，３１Ｂ〜３１Ｄ 熱交換装置、３２ 熱交換部、３４，３４Ｄ ファン、３５ モータ、３６，３６Ｄ ファンシェラウド、３７，３７Ｄ ラム圧孔、３８，３８Ｄ 開閉部材、４０ 燃料電池用冷却系、４２，４２Ｂ〜４２Ｄ ＦＣ用ラジエータ、４４ 連絡管、４６ ポンプ、４８ 温度センサ、４９ 燃料電池用電子制御ユニット（ＦＣＥＣＵ）、５０ 駆動機器用冷却系、５２，５２Ｂ〜５２Ｄ ＥＶ用ラジエータ、５４ 連絡管、５６ ポンプ、５８ 温度センサ、５８ ＥＶ用電子制御ユニット（ＥＶＥＣＵ）、６０ 空調用冷却系、６１ コンプレッサ、６２，６２Ｂ〜６２Ｄ コンデンサ、６４ 膨張弁、６６ エバポレータ、６８ 冷媒温度センサ、６９ エアコン用電子制御ユニット（エアコンＥＣＵ）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置およびこれを搭載するハイブリッド車に関し、詳しくは、移動体に搭載される熱交換装置およびこれを搭載する移動体としてのハイブリッド車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換装置としては、電子部品用冷却水が流通する電子部品用熱交換器と冷凍サイクル用冷媒が流通する冷媒用熱交換器とを同一平面内に配置する複式熱交換器を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、電子部品用熱交換器を上部に冷媒用熱交換器を下部に配置すると共に冷媒用熱交換器内における冷媒の流路を上部から下部に向けてつづら折り状に３段とし、その最下部を凝縮部とすることにより、電子部品用熱交換器から凝縮部への伝熱を小さくして、電子部品用熱交換器と冷媒用熱交換器とに介在させるべき断熱部を廃止している。
【特許文献１】特開２００１−１７４１６８号公報（図１）
【０００３】
また、この種の熱交換装置としては、空調用の熱交換器と駆動源用の熱交換器と電子部品用の熱交換器とが自動車の前部に走行風に対して直列に重なるように配置したものも提案されている。この装置では、電子部品用の熱交換器が最前部に配置され、その後ろに空調用の熱交換器や駆動源用の熱交換器が配置されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハイブリッド自動車などの移動体に搭載される熱交換装置では、乗員室の空気調節に用いられる空調用熱交換器の他に移動体を移動させる駆動源を冷却するために用いられる駆動源用熱交換器、並びに、電子部品を冷却する電子部品用熱交換器も備えるが、これらの熱交換器の搭載位置や移動体の移動状態によっては空調用熱交換器や駆動源用熱交換器、並びに電子部品用熱交換器による冷却が不足する場合が生じる。空調用熱交換器は、移動体の移動速度に拘わらず、室内の熱負荷が一定であれば一定の必要放熱量となる。これに対し、駆動源用熱交換器は駆動源の負荷増大に応じて必要放熱量が多くなるため、移動体の移動速度や加速度よって必要放熱量が変化する。同様に、電子部品用熱交換器は、移動体の移動速度や加速度増大による電子部品の負荷増大に応じて必要放熱量が多くなるため、移動体の移動速度や加速度よって必要放熱量が変化する。このため、空調用熱交換器と駆動源用熱交換器と電子部品用熱交換器の配置や外気の導入を促進するファンの取り付け位置などを考慮する必要がある。
【０００５】
なお、自動車の前部に直列に熱交換器を配置した熱交換装置では、直列に配置した熱交換器のうち前に配置した熱交換器が放熱した場合、後ろに配置した熱交換器は、前に配置した熱交換器が放熱した分だけ空気が温度上昇するため、熱交換器内を流れるＬＬＣもしくは冷媒と空気との温度差がとれなくなり、これにより後ろに配置した熱交換器の放熱量が低下してしまう。特に、ある走行条件では、外気温度と駆動源用熱交換器に入るＬＬＣの温度の差が４０℃程度しかとれない条件があり、この条件下では、前に配置した熱交換器が放熱することにより、駆動源用熱交換器の放熱量が２割程度低下してしまうという現象も見られる。
【０００６】
本発明の熱交換装置は、移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とをより適切に配置することを目的の一つとする。本発明の熱交換装置は、移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とをより効率よく機能
させることを目的の一つとする。さらに、本発明の熱交換装置は、移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とを移動体の移動に応じてより効率よく機能させることを目的の一つとする。本発明のハイブリッド車は、乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とをより適切に配置すると共に効率よく機能させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の熱交換装置およびこれを搭載するハイブリッド車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明の熱交換装置は、
移動体に搭載される熱交換装置であって、
前記移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と前記移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とを含む複数の熱交換器が前記移動体の前部に該移動体の移動方向に対して略垂直な同一平面内となるよう配置される熱交換部と、
該熱交換部の前記空調用熱交換器の後方に配置されたファンと、
少なくとも該空調用熱交換器を覆うように取り付けられたファンシュラウドと、
少なくとも前記駆動源用熱交換器の後方に取り付けられるラム圧孔が形成されたラム圧孔形成部材と、
を備えることを要旨とする。
【０００９】
この本発明の熱交換装置では、移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とを含む複数の熱交換器を移動体の前部に移動体の移動方向に対して略垂直な同一平面内となるよう配置するから、移動体の移動に伴って導入される冷却風を空調用熱交換器にも駆動源用熱交換器にも直接供給することができる。このため、空調用熱交換器と駆動源用熱交換器とをより効率よく機能させることができる。即ち、空調用熱交換器と駆動源用熱交換器とをより適切な配置とすることができるのである。また、熱交換部の空調用熱交換器の後方にファンを配置すると共に空調用熱交換器を覆うようにファンシュラウドを取り付けることにより、移動体の移動速度が小さいときでも空調用熱交換器に冷却風を供給することができる。この結果、空調用熱交換器を効率よく機能させることができる。さらに、駆動源用熱交換器の後方にラム圧孔が形成されたラム圧孔形成部材を取り付けることにより、移動体の移動速度が大きいときに駆動源用熱交換機器に冷却風を多く供給することができる。この結果、駆動源用熱交換機を効率よく機能させることができる。ここで、移動体としてはハイブリッド車を挙げることができる。
【００１０】
こうした本発明の熱交換装置において、前記ファンシュラウドは、前記駆動源用熱交換器の一部を覆うように取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、移動体の移動速度が小さいときでも駆動源用熱交換器の一部に冷却風を供給することができる。この結果、駆動源用熱交換器を効率よく機能させることができる。
【００１１】
また、本発明の熱交換装置において、前記ラム圧孔形成部材に形成されたラム圧孔を開閉する開閉部材を備えるものとすることもできる。こうすれば、開閉部材の開閉によりラム圧孔を機能させることができる。
【００１２】
さらに、本発明の熱交換装置において、前記複数の熱交換器を水平方向に並べて配置してなるものとすることもできるし、前記複数の熱交換器を垂直方向に並べて配置してなるものとすることもできる。後者の場合、前記空調用熱交換器を最上部に配置してなるものとすることもできる。
【００１３】
あるいは、本発明の熱交換装置において、前記複数の熱交換器を作動温度の順に並べて配置してなるものとすることもできる。こうすれば、高温で作動する熱交換器から低温で作動する熱交換器への伝熱を抑制することができる。
【００１４】
本発明の熱交換装置において、前記駆動源用熱交換器は、発電を伴う電力源の冷却に用いられる電力源用熱交換器と、前記電力源から供給される電力を用いて駆動する駆動機器の冷却に用いられる機器用熱交換器とを含む複数の熱交換器であるものとすることもできる。この場合、前記機器用熱交換器は、前記駆動機器を駆動するための電子部品の冷却に用いられる熱交換器であるものとすることもできる。また、前記電力源用熱交換器は、前記電力源としての燃料電池の冷却に用いられる熱交換器であるものとすることもできる。
【００１５】
こうした電力源用熱交換器と機器用熱交換器とを備える態様の本発明の熱交換装置において、前記空調用熱交換器，前記機器用熱交換器，前記電力源用熱交換器の順に並べて配置してなるものとすることもできる。こうすれば、熱交換装置において比較的高温となる電力源用熱交換器から比較的低温となる空調用熱交換器への伝熱を抑制することができる。この結果、空調用熱交換器や機器用熱交換器，電力源用熱交換器を効率よく機能させることができる。
【００１６】
本発明の本発明の熱交換装置において、前記熱交換部は、前記空調用熱交換器の少なくとも一部が前記駆動源用熱交換器の一部に重なるよう該駆動源用熱交換器の前方に配置されてなるものとすることもできる。こうすれば、熱交換部における移動体の移動方向に対して略垂直な同一平面内の寸法を小さくしたり、駆動源用熱交換器の同一平面内の寸法を大きくすると共に前後方向の寸法を小さくすることができる。ここで、電力源用熱交換器と機器用熱交換器とを備える態様としたときには、前記熱交換部は、前記空調用熱交換器の少なくとも一部が前記電力源用熱交換器または前記機器用熱交換器の一方の少なくとも一部に重なるよう対応する熱交換器の前方に配置されてなるものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は本発明の一実施例としての熱交換装置３１を有する冷却システム３０を搭載した燃料電池車１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は実施例の熱交換装置３１の配置を例示する説明図である。実施例の燃料電池車１０は、電力源としての固体高分子型の燃料電池スタックを有する燃料電池装置１２やこの燃料電池装置１２からの直流電力を三相交流電力に変換するインバータ１４，このインバータ１４からの三相交流電力により駆動輪２１を駆動する走行用モータ１６，走行用モータ１６に対して燃料電池装置１２と並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１８，ＤＣ／ＤＣコンバータ１８により充放電されるバッテリ２０などの駆動システム１１と、燃料電池装置１２の図示しない燃料電池スタックを冷却する燃料電池用冷却系４０とインバータ１４や走行用モータ１６を冷却する駆動機器用冷却系５０と乗員室の空調機器の一部としての空調用冷却系６０とラジエータの後方に配置されたファン３４とからなる冷却システム３０と、を搭載する。実施例の熱交換装置３１は、燃料電池用冷却系４０や駆動機器用冷却系５０，空調用冷却系６０の熱交換器により構成されているが、詳細については後述する。なお、説明の容易のために、まず、燃料電池用冷却系４０，駆動機器用冷却系５０，空調用冷却系６０について説明し、その後、実施例の熱交換装置３１について詳述する。
【００１９】
燃料電池用冷却系４０は、車両の走行に伴って導入される冷却風との熱交換により冷却媒体としての冷却水を冷却する燃料電池用ラジエータ（以下、ＦＣ用ラジエータという）
４２と、このＦＣ用ラジエータ４２の冷却水流路と燃料電池スタックに形成された冷却水流路とを連絡して循環流路を形成する連絡管４４と、循環流路に冷却水を循環させるために連絡管４４に設けられたポンプ４６と、連絡管４４の燃料電池スタックの出口近傍に取り付けられて冷却水温度Ｔｗｆｃを検出する温度センサ４８と、温度センサ４８により検出された冷却水温度Ｔｗｆｃに基づいてポンプ４６を駆動制御すると共に同じく冷却水温度Ｔｗｆｃに基づいてファン３４の駆動要求Ｆｒｑ１を設定する燃料電池用電子制御ユニット（以下、ＦＣＥＣＵという）４９と、を備える。実施例では、ファン３４の駆動要求Ｆｒｑ１としては、高（Ｈｉ），中（Ｍ），低（Ｌｏ），停止（Ｓ）を選択して設定するものとした。ＦＣＥＣＵ４９は、こうした燃料電池用冷却系４０のポンプ４６の駆動制御やファン３４の駆動要求Ｆｒｑ１の設定を行なうだけでなく、燃料電池装置１２の運転制御も行なう。したがって、ＦＣＥＣＵ４９は、燃料電池用冷却系４０の制御装置と駆動システム１１における燃料電池装置１２の制御装置とを兼ねている。
【００２０】
駆動機器用冷却系５０は、車両の走行に伴って導入される冷却風との熱交換により冷却媒体としての冷却水を冷却するＥＶ用ラジエータ５２と、このＥＶ用ラジエータ５２の冷却水流路とインバータ１４や走行用モータ１６に形成された冷却水流路とを連絡して循環流路を形成する連絡管５４と、循環流路に冷却水を循環させるために連絡管５４に設けられたポンプ５６と、連絡管５４の走行用モータ１６の出口近傍に取り付けられて冷却水温度Ｔｗｍｇを検出する温度センサ５８と、温度センサ５８により検出された冷却水温度Ｔｗｍｇに基づいてポンプ５６を駆動制御すると共に同じく冷却水温度Ｔｗｍｇに基づいてファン３４の駆動要求Ｆｒｑ２を設定するＥＶ用電子制御ユニット（以下、ＥＶＥＣＵという）５８と、を備える。ファン３４の駆動要求Ｆｒｑ２としては、前述の駆動要求Ｆｒｑ１と同様に、高（Ｈｉ），中（Ｍ），低（Ｌｏ），停止（Ｓ）を選択して設定する。ＥＶＥＣＵ５８は、駆動機器用冷却系５０のポンプ５６の駆動制御やファン３４の駆動要求Ｆｒｑ１の設定を行なうだけでなく、シフトポジションセンサ２３により検出されるシフトレバー２２のポジションやアクセルペダルポジションセンサ２５により検出されるアクセルペダル２４の踏み込み量に応じたアクセル開度，ブレーキペダルポジションセンサ２７により検出されるブレーキペダル２６の踏み込み量としてのブレーキペダルポジション，車速センサ２８により検出される車速Ｖ，走行用モータ１６の回転子の位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置，インバータ１４内に取り付けられた図示しない電流センサからの走行用モータ１６に印加される相電流などに基づいて駆動輪２１に出力すべき駆動トルクを演算すると共にこの演算した駆動トルクが走行用モータ１６から出力されるようインバータ１４を制御する。したがって、ＥＶＥＣＵ５８は、駆動機器用冷却系５０の制御装置と駆動システム１１における走行用モータ１６の制御装置とを兼ねている。
【００２１】
空調用冷却系６０は、冷媒が循環する循環流路として構成されており、冷媒を圧縮し高温高圧のガス状にするコンプレッサ６１と、圧縮された冷媒を外気を用いて冷却し高圧の液状にするコンデンサ６２と、冷却された冷媒を急激に膨張させ低温低圧の霧状にする膨張弁６４と、低温低圧の冷媒と乗員室内の空気とを熱交換させることにより冷媒を蒸発させ低温低圧のガス状にするエバポレータ６６と、エバポレータ６６に取り付けられた冷媒温度センサ６８からの冷媒温度に基づいてコンプレッサ６１を駆動制御すると共に同じく冷媒温度に基づいてファン３４の駆動要求Ｆｒｑ３を設定する空調用電子制御ユニット（以下、エアコンＥＣＵ）６９と、を備える。ファン３４の駆動要求Ｆｒｑ３としては、前述の駆動要求Ｆｒｑ１，Ｆｒｑ２と同様に、高（Ｈｉ），中（Ｍ），低（Ｌｏ），停止（Ｓ）を選択して設定する。
【００２２】
実施例の熱交換装置３１は、燃料電池用冷却系４０のＦＣ用ラジエータ４２と駆動機器用冷却系５０のＥＶ用ラジエータ５２と空調用冷却系６０のコンデンサ６２により構成される熱交換部３２と、この熱交換部３２の後方に配置されたファン３４と、このファン３
４を駆動するモータ３５と、ラム圧孔３７が形成されたファンシェラウド３６と、を備える。
【００２３】
熱交換部３２は、ＦＣ用ラジエータ４２とＥＶ用ラジエータ５２とコンデンサ６２とが、図２に例示するように、燃料電池車１０の前部に燃料電池車１０の前進方向に対して略垂直な平面に同一面内となるように、且つ、熱交換における作動温度が順に並ぶように上から順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２となるよう配置されて構成されている。ここで、コンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２の熱交換における作動温度は、実施例では、コンデンサ６２が４０℃〜６０℃，ＥＶ用ラジエータ５２が５０℃〜７０℃，ＦＣ用ラジエータ４２が６５℃〜８５℃である。このように各冷却系４０，５０，６０の各熱交換器（ＦＣ用ラジエータ４２，ＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２）を同一平面内に配置することにより、車両の走行に伴って導入される冷却風を各熱交換器に直接作用させることができる。また、熱交換における作動温度の順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２と並べることにより、作動温度の高いＦＣ用ラジエータ４２から作動温度の低いコンデンサ６２への伝熱を抑制することができる。
【００２４】
ファン３４は、その中心が熱交換部３２のコンデンサ６２側に偏心した位置となるよう取り付けられており、コンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２に対するファン３４による冷却風の通過風量を多くすることができるようになっている。モータ３５は、燃料電池用冷却系４０や駆動機器用冷却系５０，空調用冷却系６０の制御装置として機能するＦＣＥＣＵ４９やＥＶＥＣＵ５８，エアコンＥＣＵ６９と通信を行なうハイブリッド用電子制御ユニット７９（以下、ＨＶＥＣＵという）により各ＥＣＵ４９，５９，６９からの駆動要求Ｆｒｑ１，Ｆｒｑ２，Ｆｒｑ３に基づいて駆動制御される。
【００２５】
ファンシェラウド３６は、ファン３４の周りをコンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２を覆うように熱交換部３２に取り付けられている。ファンシェラウド３６のＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分には、複数のラム圧孔３７が形成されている。また、ファンシェラウド３６のＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分には、形成された複数のラム圧孔３７を風圧によって開閉する板状の開閉部材３８が取り付けられている。したがって、開閉部材３８は、燃料電池車１０の車速が低いときには閉じた状態となり、燃料電池車１０の車速が高いときには開いた状態となる。
【００２６】
次に、実施例の熱交換装置３１の機能について説明する。熱交換装置３１の性能、即ち、ＦＣ用ラジエータ４２やＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２に要求される性能（特に必要放熱性能）は、燃料電池車１０の車速や燃料電池装置１２，走行用モータ１６などの運転状態により異なる。コンデンサ６２の必要放熱性能は、乗員室の温度などに左右されるが車速Ｖに拘わらず一定である。ＦＣ用ラジエータ４２の必要放熱性能は、燃料電池装置１２の負荷（ＦＣ負荷）が大きいほど大きくなる。燃料電池装置１２の負荷は車速Ｖが大きいほど大きくなることを考えれば、ＦＣ用ラジエータ４２の必要放熱性能は、車速Ｖが大きいほど大きくなる。ＦＣ負荷とＦＣ用ラジエータ４２およびコンデンサ６２の必要放熱性能との関係の一例を図３に示す。ＥＶ用ラジエータ５２の必要放熱性能は、走行用モータ１６から出力するトルクやインバータ１４に流れる電流に基づいて考慮されるものであり、車速Ｖが大きくなるほど大きくなる傾向があるものの、ＦＣ用ラジエータ４２に要求される必要放熱性能ほどではない。一方、ＥＶ用ラジエータ５２の必要放熱性能は、発進時など車速Ｖが小さいときにもある程度の必要放熱性能が要求される。これらのことを考慮すると、ＦＣ用ラジエータ４２に対しては車速Ｖに応じた熱交換器の通過風量が要求され、ＥＶ用ラジエータ５２に対してはある程度車速Ｖに応じた熱交換器の通過風量が要求されると共に車速Ｖが小さいときでもある程度の熱交換器の通過風量が要求され、コンデンサ６２に対して車速Ｖに拘わらずある程度の熱交換器の通過風量が要求される。
実施例の熱交換装置３１では、ＦＣ用ラジエータ４２とＥＶ用ラジエータ５２とコンデンサ６２とを同一平面内に配置した熱交換部３２に対してファン３４をその中心がコンデンサ６２側に偏心した位置となるよう取り付けると共にＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分に複数のラム圧孔３７を形成したファンシェラウド３６を取り付けているのである。即ち、車速が小さいときにはファン３４の駆動によりコンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２に対してある程度の冷却風の通過風量を確保し、車速が大きいときには複数のラム圧孔３７からの冷却風によりＦＣ用ラジエータ４２に対して大きな冷却風の通過風量を確保しているのである。しかも、車速が小さいときに開閉部材３８により複数のラム圧孔３７を閉じることによってファン３４の駆動によるＦＣ用ラジエータ４２に対する冷却風の通過風量の確保も行なっているのである。なお、ファン３４は、ＦＣ用ラジエータ４２の一部にもファン駆動による冷却風の通過風量が得られるように取り付けられているが、その寸法は、車速が小さいときのＦＣ用ラジエータ４２の必要放熱性能が確保できる程度に設計すればよい。
【００２７】
以上説明した実施例の熱交換装置３１によれば、燃料電池用冷却系４０のＦＣ用ラジエータ４２と駆動機器用冷却系５０のＥＶ用ラジエータ５２と空調用冷却系６０のコンデンサ６２とを、燃料電池車１０の前部に燃料電池車１０の前進方向に対して略垂直な平面に同一面内となるように、且つ、熱交換における作動温度が順に並ぶように上から順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２となるように配置することにより、車両の走行に伴って導入される冷却風をコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２に直接供給することができると共に作動温度の高いＦＣ用ラジエータ４２から作動温度の低いコンデンサ６２への伝熱を抑制することができる。即ち、ＦＣ用ラジエータ４２とＥＶ用ラジエータ５２とコンデンサ６２とをより適正な配置とすることができ、ＦＣ用ラジエータ４２とＥＶ用ラジエータ５２とコンデンサ６２とをより効率的に機能させることができる。
【００２８】
また、実施例の熱交換装置３１によれば、熱交換部３２に対してファン３４をその中心がコンデンサ６２側に偏心した位置となるよう取り付けると共にＦＣ用ラジエータ４２を覆う部分に複数のラム圧孔３７を形成したファンシェラウド３６を取り付けることにより、車速が小さいときにはファン３４の駆動によりコンデンサ６２やＥＶ用ラジエータ５２に対してある程度の冷却風の通過風量を確保し、車速が大きいときには複数のラム圧孔３７からの冷却風によりＦＣ用ラジエータ４２に対して大きな冷却風の通過風量を確保することができる。この結果、車速やＦＣ負荷などに応じたＦＣ用ラジエータ４２やＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２の必要放熱性能を確保することができる。しかも、車速に応じて複数のラム圧孔３７を開閉する開閉部材３８を備えることにより、車速が小さいときにはファン３４の駆動によるＦＣ用ラジエータ４２に対する冷却風の通過風量を確保することができると共に車速が大きいときには複数のラム圧孔３７からの冷却風によりＦＣ用ラジエータ４２に対する冷却風の通過風量を確保することができる。
【００２９】
実施例の熱交換装置３１では、熱交換における作動温度の順となるよう上から順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２となるように配置したが、熱交換における作動温度の順になればよいから、上から順にＦＣ用ラジエータ４２，ＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２となるよう配置してもよい。また、熱交換における作動温度を考慮する必要がないときには、上から順にＦＣ用ラジエータ４２，コンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２の配置としたり、ＥＶ用ラジエータ５２，コンデンサ６２，ＦＣ用ラジエータ４２の配置としたり、コンデンサ６２，ＦＣ用ラジエータ４２，ＥＶ用ラジエータ５２の配置としたり、ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２，コンデンサ６２の配置とするものとしても差し支えない。
【００３０】
実施例の熱交換装置３１では、ＦＣ用ラジエータ４２，ＥＶ用ラジエータ５２，コンデ
ンサ６２を同一平面内となるように配置したが、コンデンサ６２がＥＶ用ラジエータ５２やＦＣ用ラジエータ４２と重なるように配置するものとしてもかまわない。例えば、図４の変形例の燃料電池車１０Ｂに示すように、ＦＣ用ラジエータ４２ＢとＥＶ用ラジエータ５２Ｂとを略垂直な同一平面内にＥＶ用ラジエータ５２Ｂが上となるよう配置し、ＥＶ用ラジエータ５２Ｂの前方にコンデンサ６２Ｂを重ねるように配置するものとしてもよいし、図５の変形例の燃料電池車１０Ｃに示すように、ＦＣ用ラジエータ４２ＣとＥＶ用ラジエータ５２Ｃとを略垂直な同一平面内にＦＣ用ラジエータ４２Ｃが上になるよう配置し、ＦＣ用ラジエータ４２Ｃの一部の前方にコンデンサ６２Ｃを重ねるように配置するものとしてもよい。このように、コンデンサ６２Ｂ，Ｃを重ねるように配置することにより、熱交換部３２のＦＣ用ラジエータ４２ＢとＣＥＶ用ラジエータ５２Ｂ，Ｃとを配置する同一平面内の寸法を小さくしたり、ＦＣ用ラジエータ４２ＢやＣＥＶ用ラジエータ５２Ｂ，Ｃの同一平面内の寸法を大きくすることができると共にその前後方向の厚みを小さくすることができる。
【００３１】
実施例の熱交換装置３１では、垂直方向に上から順にコンデンサ６２，ＥＶ用ラジエータ５２，ＦＣ用ラジエータ４２となるように配置したが、図６の変形例の燃料電池車１０Ｄに例示するように、水平方向に横にＦＣ用ラジエータ４２Ｄ，ＥＶ用ラジエータ５２Ｄ，コンデンサ６２Ｄとなるよう配置するものとしてもよい。この場合、ファン３４Ｄは、その中心がコンデンサ６２Ｄ側に横に偏心した位置となるよう取り付け、ファンシェラウド３６ＤにＦＣ用ラジエータ４２Ｄを覆う部分に複数のラム圧孔３７Ｄを形成すると共に開閉部材３８Ｄを取り付ければよい。なお、水平方向にＦＣ用ラジエータ４２Ｄ，ＥＶ用ラジエータ５２Ｄ，コンデンサ６２Ｄを配置する場合、その順は、ＦＣ用ラジエータ４２Ｄからコンデンサ６２Ｄへの伝熱の抑制を考慮すれば、ＥＶ用ラジエータ５２Ｄが中央に位置する配置が好ましく、ＦＣ用ラジエータ４２Ｄからコンデンサ６２Ｄへの伝熱の抑制を考慮する必要がないときには如何なる順に配置してもよい。また、水平方向に横にＦＣ用ラジエータ４２Ｄ，ＥＶ用ラジエータ５２Ｄ，コンデンサ６２Ｄを配置する場合でもコンデンサ６２ＤがＥＶ用ラジエータ５２ＤやＦＣ用ラジエータ４２Ｄと重なるように配置するものとしてもかまわない。
【００３２】
実施例の冷却システム３０では、電力源として燃料電池装置１２を用いたが、内燃機関と発電機からなる発電装置を用いるものとしてもよい。
【００３３】
実施例では、熱交換装置３１を備える冷却システム３０を燃料電池車１０に搭載するものとして説明したが、熱交換装置３１を備える冷却システム３０を車両以外の船舶や航空機などの移動体に搭載するものとしてもよい。
【００３４】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例としての熱交換装置３１を備える冷却システム３０を搭載した燃料電池車１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例の熱交換装置３１の配置を例示する説明図である。
【図３】ＦＣ負荷とＦＣ用ラジエータ４２およびコンデンサ６２の必要放熱性能との関係の一例を示す説明図である。
【図４】変形例の熱交換装置３１Ｂの配置を例示する説明図である。
【図５】変形例の熱交換装置３１Ｃの配置を例示する説明図である。
【図６】変形例の熱交換装置３１Ｄの配置を例示する説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，１０Ｂ〜１０Ｄ 燃料電池車、１１ 駆動システム、１２ 燃料電池装置、１４
インバータ、１６ 走行用モータ、１８ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０ バッテリ、２１ 駆動輪、２２ シフトレバー、２３ シフトポジションセンサ、２４ アクセルペダル、２５ アクセルペダルポジションセンサ、２６ ブレーキペダル、２７ ブレーキペダルポジションセンサ、２８ 車速センサ、３０ 冷却システム、３１，３１Ｂ〜３１Ｄ 熱交換装置、３２ 熱交換部、３４，３４Ｄ ファン、３５ モータ、３６，３６Ｄ ファンシェラウド、３７，３７Ｄ ラム圧孔、３８，３８Ｄ 開閉部材、４０ 燃料電池用冷却系、４２，４２Ｂ〜４２Ｄ ＦＣ用ラジエータ、４４ 連絡管、４６ ポンプ、４８ 温度センサ、４９ 燃料電池用電子制御ユニット（ＦＣＥＣＵ）、５０ 駆動機器用冷却系、５２，５２Ｂ〜５２Ｄ ＥＶ用ラジエータ、５４ 連絡管、５６ ポンプ、５８ 温度センサ、５８ ＥＶ用電子制御ユニット（ＥＶＥＣＵ）、６０ 空調用冷却系、６１ コンプレッサ、６２，６２Ｂ〜６２Ｄ コンデンサ、６４ 膨張弁、６６ エバポレータ、６８ 冷媒温度センサ、６９ エアコン用電子制御ユニット（エアコンＥＣＵ）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載される熱交換装置であって、
前記移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と前記移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とを含む複数の熱交換器が前記移動体の前部に該移動体の移動方向に対して略垂直な同一平面内となるよう配置される熱交換部と、
該熱交換部の前記空調用熱交換器の後方に配置されたファンと、
少なくとも該空調用熱交換器を覆うように取り付けられたファンシュラウドと、
少なくとも前記駆動源用熱交換器の後方に取り付けられるラム圧孔が形成されたラム圧孔形成部材と、
を備える熱交換装置。
【請求項２】
前記ファンシュラウドは、前記駆動源用熱交換器の一部を覆うように取り付けられてなる請求項１記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記ラム圧孔形成部材に形成されたラム圧孔を開閉する開閉部材を備える請求項１または２記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記複数の熱交換器を水平方向に並べて配置してなる請求項１ないし３いずれか記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記複数の熱交換器を垂直方向に並べて配置してなる請求項１ないし３いずれか記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記空調用熱交換器を最上部に配置してなる請求項５記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記複数の熱交換器を作動温度の順に並べて配置してなる請求項１ないし６いずれか記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記駆動源用熱交換器は、発電を伴う電力源の冷却に用いられる電力源用熱交換器と、前記電力源から供給される電力を用いて駆動する駆動機器の冷却に用いられる機器用熱交換器とを含む複数の熱交換器である請求項１ないし７いずれか記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記機器用熱交換器は、前記駆動機器を駆動するための電子部品の冷却に用いられる熱交換器である請求項５記載の熱交換装置。
【請求項１０】
前記空調用熱交換器，前記機器用熱交換器，前記電力源用熱交換器の順に並べて配置してなる請求項８または９記載の熱交換装置。
【請求項１１】
前記電力源用熱交換器は、前記電力源としての燃料電池の冷却に用いられる熱交換器である請求項８ないし１０いずれか記載の熱交換装置。
【請求項１２】
前記熱交換部は、前記空調用熱交換器の少なくとも一部が前記電力源用熱交換器または前記機器用熱交換器の一方の少なくとも一部に重なるよう対応する熱交換器の前方に配置されてなる請求項８ないし１１いずれか記載の熱交換装置。
【請求項１３】
前記熱交換部は、前記空調用熱交換器の少なくとも一部が前記駆動源用熱交換器の一部に重なるよう該駆動源用熱交換器の前方に配置されてなる請求項１ないし７いずれか記載の熱交換装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３いずれか記載の熱交換装置を搭載する前記移動体としてのハイブリッド車。
【請求項１】
移動体に搭載される熱交換装置であって、
前記移動体の乗員室内の空気調節系に用いられる空調用熱交換器と前記移動体の駆動源の冷却に用いられる駆動源用熱交換器とを含む複数の熱交換器が前記移動体の前部に該移動体の移動方向に対して略垂直な同一平面内となるよう配置される熱交換部と、
該熱交換部の前記空調用熱交換器の後方に配置されたファンと、
少なくとも該空調用熱交換器を覆うように取り付けられたファンシュラウドと、
少なくとも前記駆動源用熱交換器の後方に取り付けられるラム圧孔が形成されたラム圧孔形成部材と、
を備える熱交換装置。
【請求項２】
前記ファンシュラウドは、前記駆動源用熱交換器の一部を覆うように取り付けられてなる請求項１記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記ラム圧孔形成部材に形成されたラム圧孔を開閉する開閉部材を備える請求項１または２記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記複数の熱交換器を水平方向に並べて配置してなる請求項１ないし３いずれか記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記複数の熱交換器を垂直方向に並べて配置してなる請求項１ないし３いずれか記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記空調用熱交換器を最上部に配置してなる請求項５記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記複数の熱交換器を作動温度の順に並べて配置してなる請求項１ないし６いずれか記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記駆動源用熱交換器は、発電を伴う電力源の冷却に用いられる電力源用熱交換器と、前記電力源から供給される電力を用いて駆動する駆動機器の冷却に用いられる機器用熱交換器とを含む複数の熱交換器である請求項１ないし７いずれか記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記機器用熱交換器は、前記駆動機器を駆動するための電子部品の冷却に用いられる熱交換器である請求項５記載の熱交換装置。
【請求項１０】
前記空調用熱交換器，前記機器用熱交換器，前記電力源用熱交換器の順に並べて配置してなる請求項８または９記載の熱交換装置。
【請求項１１】
前記電力源用熱交換器は、前記電力源としての燃料電池の冷却に用いられる熱交換器である請求項８ないし１０いずれか記載の熱交換装置。
【請求項１２】
前記熱交換部は、前記空調用熱交換器の少なくとも一部が前記電力源用熱交換器または前記機器用熱交換器の一方の少なくとも一部に重なるよう対応する熱交換器の前方に配置されてなる請求項８ないし１１いずれか記載の熱交換装置。
【請求項１３】
前記熱交換部は、前記空調用熱交換器の少なくとも一部が前記駆動源用熱交換器の一部に重なるよう該駆動源用熱交換器の前方に配置されてなる請求項１ないし７いずれか記載の熱交換装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３いずれか記載の熱交換装置を搭載する前記移動体としてのハイブリッド車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２６３１（Ｐ２００６−２６３１Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７８６０３（Ｐ２００４−１７８６０３）
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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