JP2001121947A - 空調システム用熱交換装置 - Google Patents

空調システム用熱交換装置

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JP2001121947A
JP2001121947A JP30384299A JP30384299A JP2001121947A JP 2001121947 A JP2001121947 A JP 2001121947A JP 30384299 A JP30384299 A JP 30384299A JP 30384299 A JP30384299 A JP 30384299A JP 2001121947 A JP2001121947 A JP 2001121947A
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exchange device
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heat
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Paul Buriruppu Nierusu
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両用空調システムの熱交換装置を提供す
る。 【解決手段】 本空調システム用熱交換装置は第１中央
熱交換要素、および一対の第２外部熱交換要素により構
成され、前記熱交換要素は熱伝達液のための１以上の流
路を形成する。複数の熱電ユニットが横並びの関係で各
第２熱交換要素と第１熱交換要素間に横並びの関係でサ
ンドイッチ構成され、熱が第１熱交換要素から各第２熱
交換要素へ伝達されるようになっている。前記流路は複
数インサートにより形成されてよく、前記インサートは
シート金属により形成され、前記熱交換要素内に形成さ
れたキャビティ内に配置される。各インサートは波形断
面を有し、かつ前記流路は波形部の長手方向に延在して
よい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は車両の室内等比較的
狭い空間の空気を冷却するための空調システム用熱交換
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】かかる熱交換装置はＷＯ９７／２２４８
６に開示のタイプに属し、各々が熱搬送液もしくは熱伝
達液用の１以上の流路を形成する複数の熱交換要素、お
よび熱伝導接触するように横並びの関係で配置されると
共に前記熱交換要素間にサンドイッチ構成されたペルチ
エ素子等を複数の熱電ユニットを含む。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】かかる熱交換要素が利
用される空間が制限された自動車またはその他の車両の
室内を冷却するために使用される場合、熱交換装置の設
置に必要な空間を最小限にすることが重要である。本発
明の他の課題は、動力消費に関してその加熱装置の冷却
能力を最大にするために上記タイプの熱交換装置の効率
を高めることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
る空調システム用熱交換装置により達成される。本発明
による熱交換装置は、複数の熱交換要素を含み、その各
々が熱伝達液のための１以上の流路を形成し、かつ熱伝
導接触するように複数の熱電ユニットが横並びの関係で
配置されかつ前記熱交換要素間にサンドイッチ構成され
た空調システム用熱交換装置において、第１中央熱交換
要素および一対の第２外部熱交換要素を含み、前記熱電
ユニットは熱が第１中央熱交換要素から第２外部熱交換
要素の各々へ伝達されるべく前記各第２外部熱交換要素
と前記第１中央熱交換要素との間に配置されていること
を特徴とする。
【０００５】２層の熱電ユニットを有するかかる熱交換
装置は対応する能力を有する既知タイプの同様装置より
も更にコンパクトに形成できる。上記課題を解決するた
めに、本発明は更に他の形態の空調システム用の熱交換
装置を提供する。この熱交換装置は、各々が内部に熱伝
達液用の複数の流路を形成している第１および第２熱交
換要素、および横並びの関係で配置されかつ前記第１お
よび第２熱交換要素間にサンドイッチ構成された複数の
熱電ユニットを含み、かつ前記流路が複数のインサート
により形成され、前記インサートはシート金属もしくは
金属プレートで形成されかつ前記熱交換要素内に形成さ
れたキャビティ内に配置されていることを特徴とする。
好適形態として、第１中央熱交換要素および一対の第２
外部熱交換要素を含み、前記熱電ユニットは熱が第１中
央熱交換要素から前記各第２外部熱交換要素へ伝達され
るように前記各第２外部熱交換要素と前記第１中央熱交
換要素との間に配置されてよい。
【０００６】このタイプの熱交換装置の冷却能力は前記
第１および第２熱交換要素を流れる前記熱伝達液の温度
差がそれぞれ大きいときに急速に低下する。そのため
に、その冷却能力は、前記温度差が６０−７０度である
場合には殆どゼロに低下する。熱交換装置の動力消費は
この温度差から事実上独立である。従って、前記熱交換
装置の効率を最大にするために、熱伝達面と熱伝達液間
の温度差は実施可能な限り小さく維持されるべきであ
る。このことは、５−８°Ｃ未満等の小さい温度差およ
び穏やかな圧力損失により前記熱交換装置が比較的高い
熱負荷、例えば８０−１００ｋＷ／ｍ２を除去できるも
のであるべきであることを意味する。
【０００７】これらの要求は、前記熱交換要素へ流れる
熱伝達液とその熱交換要素間にサンドイッチ構成された
熱電ユニットとの間への非常に効率的な熱伝達を可能に
する本発明による熱交換装置により満たされる。更に、
前記熱電ユニットが２層構成され、その各層が第１中央
熱交換要素と第２外部熱交換要素間にサンドイッチ構成
されたときに、前記熱交換要素の流路は複数のインサー
トにより形成され、前記インサートはシート金属で形成
されかつ前記熱交換要素内に形成されたキャビティ内に
配置されてよい。
【０００８】前記インサートは、ステンレス鋼、銅、真
鍮、アルミニウム、銀、またはそれらの合金等良好な熱
伝導性を有するシート状金属から、例えばプレスかつ／
またはスタンピングにより、形成されてよい。例えば、
各インサートは波状断面形態であってよく、かつ前記流
路はかかる波状部の長手方向に延在してよい。好適形態
において、前記各波形インサートは前記流路の長手方向
に延在する波形部に分割され、それにより連続的波形部
は横切る方向にオフセットしている。
【０００９】かかる波形インサートの波形部の高さを増
すことは熱交換装置の効率を低下させる傾向がある。し
かしながら、熱交換装置の効率は２以上のインサートが
前記各キャビティ内に相互に積み上げられて２以上の層
の流路を形成するときに向上する。積上げたインサート
により形成される流路の高さを低くするために、１つの
波形インサートの横切る方向に隣接する一対の波頭を隣
接する波形インサートの波窪の底面と当接するように配
置して２以上の層により複数の同延流路を形成してよ
い。
【００１０】前記熱交換要素はその両端もしくは両側に
位置決めされた熱伝達液のための入口および出口を有し
てよい。この場合、前記流路はその入口および出口と連
通するマニホールド室間に実質的直線状に延在してよ
い。しかしながら、用途によっては、前記熱交換要素の
少なくとも１つは前記熱交換要素の同一側に位置決めさ
れた熱伝達液のための入口および出口を含むことが望ま
しい。この場合、前記流路は前記入口と連絡する第１部
を含み、第２部は前記第１部と実質的に同延し、かつ連
結部が前記入口と前記出口を相互に連結している。
【００１１】原則的に、前記熱交換要素は、三角形、四
角形、六角形、円形または楕円形等のいずれの形状であ
ってよく、前記各熱交換要素は細長い好適には矩形の形
状を有する。このように、前記各熱交換要素は平坦なブ
ロック形態であってよい。一例として、前記各熱交換要
素は平面的封止対向面を形成する矩形フレーム部、およ
び前記フレーム部の封止面を密閉する一対のカバー部材
を含み、前記カバー部材間にキャビティを形成するもの
であってよい。ただし、好適形態において、前記熱交換
要素の少なくとも１つは側面を有する平坦な熱交換体か
ら成り、前記キャビティは前記側面内に形成された陥没
または窪みにより形成され、かつカバー部材が前記陥没
または窪みを被覆かつ封止している。
【００１２】前記熱交換要素が矩形もしくは同様形状の
場合、前記流路の連結部は前記第１部および第２部に対
して実質的直角に延在してよい。更に、前記入口および
出口は、前記流路の入口部および出口部と実質的同一方
向に延在する前記入口および出口を横切って延在する連
結路を介して、それぞれ前記流路の第１部および第２部
へ連結されていてよい。
【００１３】前記インサートは前記流路の入口部、出口
部、および連結部に関するインサート部から成り、前記
流路の前記入口部かつ／または出口部に関するインサー
ト部、および前記流路の連結部に関するインサート部の
それぞれ隣接するエッジはそれぞれの流路部により形成
された流路の方向と鋭角を形成していてよい。このよう
に、前記インサート部をバイアスに切断することによ
り、その間に９０°等の所望角度を形成する流路部を形
成することができる。そのようにして、前記隣接するエ
ッジは流路方向を約９０°変化させるべくそれぞれの流
路方向と余角を形成していてよい。
【００１４】以下、添付図面を参照して本発明を更に詳
細に説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１および２は、ＷＯ９７／２２
４８６に開示されかつ図９に線図で示した空調システム
等の自動車その他の車両用の空調システムに使用されて
よい熱交換装置１０を線図で示す。熱交換装置１０は、
アルミニウム等の金属で形成された一対のプレート状要
素１１および１２から成る。浅いＵ形陥没または窪み１
３が要素１１および１２の各々に形成され、かつその陥
没は図示されていないカバープレートで被覆されて、各
熱交換装置１１および１２内にキャビティを形成するよ
うにされてよい。各熱交換装置１１，１２は熱伝達液の
入口１４および出口１５を有し、これは、例えば凍結防
止添加剤または適宜低凍結点を有する他の水性液を含む
水であってよい。各入口１４および出口１５は熱交換要
素内に形成されたＵ形陥没１３またはキャビティのそれ
ぞれの自由端部と連通する。
【００１６】図１および２の形態において、一対のかか
る熱交換要素はボルト１６またはその他の取外し自在締
結手段により共に締結される。複数のプレート状ペルチ
エ素子１７は上で引用したＷＯ９７／２２４８６に記載
されたと同様に熱交換要素１１および１２のカバープレ
ート間にサンドイッチ構成される。このように、液体流
路が熱交換装置１０の各熱交換要素１１および１２内に
形成されている点の他に、図１および２に示した熱交換
装置はＷＯ９７／２２４８６の図２〜６に開示の熱交換
装置に対応する。
【００１７】本発明による熱交換装置において、液体入
口１４から出口１５へ延びる複数の同延流路１８は図７
および８に示されたＵ形陥没内に形成される。同延流路
１８は銅または銅合金等の良好な熱伝導性シート金属か
ら形成された分離インサート部１９，２０により形成さ
れる。図７および８に最良に示されたように、これらの
インサート部は波頭２１と谷２２を有する波状断面形態
であってよい。図７および８に示されたように、各イン
サート部１９および２０の波頭２１は横切る方向におい
てスペーシング“ｄ”によりオフセットする連続的長手
に分割されてよく、それにより熱交換装置の効率が改善
される。選択的に、所謂鎧張り板状のフィンインサート
等の他の種類のインサート部が使用されてよい。
【００１８】図１に示されたように、インサート部２０
は直角三角形の形状であってよい。隣接する直角三角形
の斜辺２３で形成された流路の方向は９０°を２回シフ
トして流路方向を反転させる。図１および２の形態にお
いて、熱交換要素１１は『温熱交換機』であってよく、
その入口１４および出口１５は自動車のラジエータへ接
続されてよい（図９の線図参照）。この場合、熱交換要
素１２は、『冷熱交換機』であってよく、その入口およ
び出口は図９に示された室内冷房機へ接続される。
【００１９】本発明による熱交換装置の他の形態に関す
る続く説明において、図１および２のパーツおよび要素
に対応するものは同一参照番号により示されている。図
３および４は図１および２に示されたものよりもコンパ
クトな熱交換装置１０の変形形態を示す。図３および４
に示された熱交換装置は中央に配置された単一の『冷』
熱交換機要素１２および２つの外部『温』熱交換要素１
１から成り、かつぺルチエ素子１７は中央の熱交換要素
１２と各外部熱交換要素１１との間にサンドイッチ構成
される。熱交換要素１１および１２の各々は図１および
２に関して説明しかつ図３に示したと実質的に同様に配
置されたインサート部と共にキャビティを含む。各ぺル
チエ素子１７の冷側は中央の熱交換要素１１と接触し、
他方、ぺルチエ素子１７の暖側は外部熱交換要素１１と
接触する。中央熱交換要素１２の入口および出口は室内
冷房機に接続され（図９）かつ２つの外部熱交換要素１
１は並列に接続されてよいが、自動車のラジエータに直
列に接続されるのが好ましい。
【００２０】図４の形態において、液体入口１４および
出口１５は反対方向へ延びている。設置理由から、これ
らの入口および出口は一方向にのみ延在するのが望まし
い。これは中央熱交換要素１２を反転させ、かつ外部熱
交換要素１１の入口１４および出口１５を僅かに外方へ
折り曲げることにより可能になる。選択的に、図４に示
された熱交換装置の中央熱交換要素１２を図６に示され
た熱交換要素と置換することにより達成できる。外部熱
交換要素１１は図３のタイプのものであってよく、かつ
同様に図５に示されたタイプであってよい。図６に示さ
れたように、液体入口１４および出口１５を横切る方向
の間隔は広くなり、その入口および出口が熱交換要素１
１の両側で流路と連絡するようになっている。これは先
に説明したように流れ方向を９０°シフトさせることに
より得られる。
【００２１】外装に関する単一の最重要パラメタは波形
インサート部１９および２０の幾何学が図７に示されス
ペーシング“ｄ”であること、および最大値が０．８ｍ
ｍ〜１．２ｍｍまたは約１ｍｍであることを知見した。
インサート部１９および２０の波またはフィンの高さお
よび長さはある程度重要である。波の高さの増大は熱伝
達面積をより大きくするのみならず、圧力降下の減少さ
せる。ただし、例えば４ｍｍから１２ｍｍ間の高さの変
化に対して、空調システム全体の総効率は殆ど変化しな
い。これは、波の高さの増大およびその結果としての熱
伝達面の増大は波形面のフィン効率を低下させる傾向が
あり、相対的に低い波に対しても非常に高い熱伝達係数
（数１０，０００Ｗ／ｍ２Ｋまで）により０．３の値を
越えないことにより説明できる。実用上の理由から、熱
交換要素内に形成されたキャビティの高さは６ー１０ｍ
ｍよりも低くない高さである。従って、２層（図８）ま
たはそれ以上のインサート層を積み上げることにより有
利になる。図８に示されたように、これらのインサート
は、上インサートの谷または波窪２２が下インサートの
一対の隣接する波頭２１と係合するように配置して、２
層の流路１８を形成するようにすることが好ましい。例
えば、６個のぺルチエ素子１７を『冷』中央熱交換要素
１２と各外部『温』熱交換要素１１間に横並びの関係で
配置してサンドイッチ構成してよい。
【００２２】上述の形態について種々の補正および変更
が本発明の範囲内で行えることは理解されるであろう。
本発明はここに参考として含まれるＷＯ９７／２２４８
６に開示の熱交換装置の改良である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱交換装置の第１形態の平面図で
あり、上カバー部は除去されている。
【図２】図１の形態の側面図である。
【図３】本発明による熱交換装置の第２形態の図１に対
応する平面図である。
【図４】図３の形態の側面図である。
【図５】本発明による熱交換装置の第３形態の熱交換要
素の平面図であり、上カバー部は除去されている。
【図６】本発明による熱交換装置の第３形態の熱交換要
素の平面図であり、上カバー部は除去されている。
【図７】熱交換装置の熱交換要素内に配置されたインサ
ートの形態を示す部分拡大断面図である。
【図８】相互に積上げた図７のタイプのインサートを示
す部分断面図である。
【図９】本発明による熱交換要素を含む空調システムの
線図である。
【符号の説明】
１０…熱交換装置 １１，１２…熱交換要素 １４…入口 １５…出口 １７…ぺルチエ素子 １８…流路 １９，２０…インサート部

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の熱交換要素を含み、その各々が熱
    伝達液のための１以上の流路を形成し、かつ熱伝導接触
    するように複数の熱電ユニットが横並びの関係で配置さ
    れかつ前記熱交換要素間にサンドイッチ構成された空調
    システム用熱交換装置において、前記熱交換装置は第１
    中央熱交換要素および一対の第２外部熱交換要素を含
    み、前記熱電ユニットは熱が第１中央熱交換要素から第
    ２外部熱交換要素の各々へ伝達されるべく前記各第２外
    部熱交換要素と前記第１中央熱交換要素との間に配置さ
    れていることを特徴とする、空調システム用熱交換要
    素。
  2. 【請求項２】 第１および第２熱交換要素を含み、その
    各々が熱伝達液のための複数の流路を形成し、かつ複数
    の熱電ユニットが横並びの関係で配置されかつ前記熱交
    換要素間にサンドイッチ構成された空調システム用熱交
    換装置において、前記流路はインサートにより形成さ
    れ、前記インサートはシート金属で形成されかつ前記熱
    交換要素内に形成されたキャビティ内に配置されている
    ことを特徴とする、空調システム用熱交換要素。
  3. 【請求項３】 第１中央熱交換要素および一対の第２外
    部熱交換要素を含み、前記熱電ユニットは熱が第１中央
    熱交換要素から前記各第２外部熱交換要素へ伝達される
    ように前記各第２外部熱交換要素と前記第１中央熱交換
    要素との間に配置されている、請求項２の熱交換装置。
  4. 【請求項４】 前記流路は複数のインサートにより形成
    され、前記インサートはシート金属で形成されかつ前記
    熱交換要素内に形成されたキャビティ内に配置されてい
    る、請求項１の熱交換装置。
  5. 【請求項５】 前記各インサートは波形断面形状を有
    し、前記流路は前記波形インサートの長手方向に延在す
    る、請求項２〜４のいずれか１の熱交換装置。
  6. 【請求項６】 前記各波形インサートは前記流路の長手
    方向に延在する波形部に分割され、それにより連続的波
    形部は横切る方向にオフセットしている、請求項５の熱
    交換装置。
  7. 【請求項７】 ２以上のインサートが２以上の層の流路
    を形成すべく前記各キャビティ内に相互に積み上げられ
    ている、請求項２〜６のいずれか１の熱交換装置。
  8. 【請求項８】 １つの波形インサートの横切る方向に隣
    接する一対の波頭は隣接する波形インサートの波窪と当
    接して２以上の層により複数の同延流路を形成してい
    る、請求項５〜７のいずれか１の熱交換装置。
  9. 【請求項９】 前記熱交換要素の少なくとも１つは前記
    熱交換要素の同一側に位置決めされた熱伝達液のための
    入口および出口を含み、前記流路は前記入口と連絡する
    第１部を含み、第２部は前記第１部と実質的に同延し、
    かつ連結部が前記入口と前記出口を相互に連結してい
    る、請求項１〜８のいずれか１の熱交換装置。
  10. 【請求項１０】 前記各熱交換要素は細長い好適には矩
    形の形状を有する、請求項１〜９のいずれか１の熱交換
    装置。
  11. 【請求項１１】 前記各熱交換要素は平坦なブロック形
    状を有する、請求項１〜１０のいずれか１の熱交換装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記熱交換要素の少なくとも１つは側
    面を有する平坦な熱交換体から成り、前記キャビティは
    前記側面内に形成された陥没または窪みにより形成さ
    れ、かつカバー部材が前記陥没または窪みを被覆かつ封
    止している、請求項２〜１１のいずれか１の熱交換装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記流路の連結部は前記第１部および
    第２部に対して実質的直角に延在する、請求項９〜１２
    のいずれか１の熱交換装置。
  14. 【請求項１４】 前記入口および出口は、前記流路の入
    口部および出口部と実質的同一方向に延在する前記入口
    および出口を横切って延在する連結路を介して、それぞ
    れ前記流路の第１部および第２部へ連結されている、請
    求項９〜１３のいずれか１の熱交換装置。
  15. 【請求項１５】 前記インサートは前記流路の入口部、
    出口部、および連結部に関するインサート部から成り、
    前記流路の前記入口部かつ／または出口部に関するイン
    サート部、および前記流路の連結部に関するインサート
    部のそれぞれ隣接するエッジはそれぞれの流路部により
    形成された流路の方向と鋭角を形成している、請求項９
    〜１４のいずれか１の熱交換装置。
  16. 【請求項１６】 前記隣接するエッジは流路方向を約９
    ０°変化させるべくそれぞれの流路方向と余角を形成し
    ている、請求項１５の熱交換装置。
  17. 【請求項１７】 車両室内用空調システムに使用され
    る、請求項１〜１６のいずれか１の熱交換装置。
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