JP2004239479A - 放熱器および車両搭載構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、圧縮機100から吐出される高圧の冷媒を冷却する放熱器本体200を有し、放熱器本体200が受ける冷却風の温度分布の中で温度の高い部分に、放熱器本体200の冷媒流入部250を配置した。
これにより、冷却風の温度分布で温度の高い部分が有っても、冷媒温度の高い放熱器本体200の冷媒流入部250付近に流入するので、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、放熱器での冷却効率を向上させることができる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧側(圧縮機吐出側)の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクル(以下、超臨界サイクルと呼ぶ。)に適用される放熱器および車両搭載構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置において、高圧側の放熱器(コンデンサ、ガスクーラ)は一般的に車両の前方に設置され、車両走行時に受ける風や冷却ファンの風により熱交換器内部の冷媒を冷却している。また、この高圧側の放熱器は、車両搭載上一般的に水平方向に長く、水直方向には短くなっている。そして、現在多く用いられているマルチフロータイプのコンデンサでは、ヘッダタンクを水直方向に2本設置し、その2本のヘッダタンク間を水直方向に冷媒チューブとコルゲートフィンとを積層して構成されている。
【0003】
冷媒チューブを水直方向に積層している理由は、▲1▼比較的短い水直方向に冷媒チューブを積層することで、チューブとフィンの部品点数を少なくできる、▲2▼比較的短い水直方向にヘッダタンクを設置することで、ヘッダタンクによるデッドスペースを減少できる、等の理由からである。図12は、フロン冷媒による冷凍サイクルのp−h線図である。現行のフロン冷媒における凝縮器(コンデンサ)20では、内部の冷媒は凝縮域にあり、前面風の温度は40〜50℃、入口冷媒温度は80〜90℃、出口冷媒温度は65〜75℃程度である。
【0004】
一方、図13は、二酸化炭素(以下、CO2と記す。)冷媒による冷凍サイクルのp−h線図である。CO2冷媒における放熱器(ガスクーラ)20では、内部の冷媒は一般に超臨界状態であり、前面風の温度は40〜50℃、入口冷媒温度は110〜120℃、出口冷媒温度は45〜55℃程度である。このようにCO2冷媒の放熱器では、出口冷媒温度は前面風温度に近い温度まで冷却される。
【0005】
また、CO2冷媒の放熱器のように熱交換器内部での冷媒の温度変化が大きい場合、フロン冷媒等で多く採用されているような直交流タイプ(図14)よりも前後Uターン等の直交対向流タイプ(図15)にした方が、熱交換効率が良くなることが一般的に知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
また、CO2冷媒はその使用圧が高圧であることから、高耐圧とする為に冷媒流路孔を小径化することが有効であり、冷媒熱伝達特性上も冷媒流路の小径化が有効である(例えば、特許文献2参照。)。尚、図13での900は内部熱交換器であり、図12〜15での図中の符号は後述する実施形態中の符号と対応するものである。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−288476号公報
【0008】
【特許文献1】
特開2001−194081号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
問題点▲1▼
図16は、問題点を説明する説明図である。実際の車両では放熱器20の前方に、インタークーラ700やオイルクーラ800等の補助熱交換器が配置される場合も多い。また、地面から熱(地熱)の放射やエンジンルームからの熱風巻き込み等から放熱器20の下方側に流入する冷却風が加熱されたりして、放熱器20に対する冷却風は温度分布を有する場合が殆どである。
【0010】
因みに、発明者等の試験検討によると、外気温度が40℃の場合には、下方側には約55℃の冷却風が流入し、一方、上方側には約45℃の冷却風が流入することを確認しており、この例から明らかなように、放熱器20の上方側と下方側とでは、大きな温度差がある。前述の通り、放熱器出口の冷媒温度は冷却風温度近くまで冷却されるので、冷却風の温度が上ると、その性能低下が著しくなる。
【0011】
問題点▲2▼
放熱器の冷媒流れを直交対向流とした場合(図15参照)、冷媒流入部250側のヘッダタンクと冷媒流出部260側のヘッダタンクとが近接するため、冷媒流出部260側のヘッダタンク内の冷たい冷媒が冷媒流入部250側のヘッダタンク内の熱い冷媒によって再加熱されてしまい、性能が低下してしまう。
【0012】
問題点▲3▼
CO2冷媒はフロン冷媒と比べて粘性が高いので、冷媒側圧力損失が増大する。また、前述の通り冷媒流路孔が小径化傾向にあるため、冷媒側圧力損失が更に増大する、等の問題がある。
【0013】
問題点▲4▼
図17は、二酸化炭素冷媒による冷凍サイクルの放熱器内での冷媒温度の変化を示すグラフであり、図18は、別の問題点を説明する説明図である。放熱器20の冷媒流入部250付近の冷媒温度は110〜120℃位であり、そこを通過した冷却風の温度は70〜80℃位になる。
【0014】
一方、図18に示すように放熱器20の後方に設置されるラジエータ600は、冷却水流出部620付近での内部の流体温度は70℃位であるので、図18中B部付近でラジエータ600内部の流体を再加熱してしまう場合があり、ラジエータの放熱性能を低下させてしまう。尚、図16・18での図中の符号は後述する実施形態中の符号と対応するものである。
【0015】
本発明は、上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、第1の目的は冷媒の冷却効率を向上させる、第2の目的は冷媒側の圧力損失を小さくする、第3の目的はラジエータの放熱性能を確保する超臨界サイクルの放熱器および車両搭載構造を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1ないし請求項13に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、圧縮機(100)から吐出される高圧の冷媒を冷却する放熱器本体(200)を有し、放熱器本体(200)が受ける冷却風の温度分布の中で温度の高い部分に、放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)を配置したことを特徴とする。
【0017】
これにより、冷却風の温度分布で温度の高い部分が有っても、冷媒温度の高い放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)付近に流入するので、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、放熱器での冷却効率を向上させることができる。
【0018】
請求項2に記載の発明では、放熱器に、内部にて少なくとも1回以上冷媒流路が折り返し、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の熱交換器を用いたことを特徴とする。これにより、例えば放熱器本体(200)下方に流入する冷却風温度が高い場合は、直交流構造の冷媒流入部(250)側の冷媒流路を下方に配置することにより、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0019】
請求項3に記載の発明では、放熱器本体(200)中での冷媒の流れが、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の第1部分と、冷却風と冷媒との流れが直交するうえ冷媒の流れが対向する直交対向流構造の第2部分とを併せ持つことを特徴とする。
【0020】
これにより、従来の前後Uターン(図15参照)のように冷媒流入部(250)側のヘッダタンクと冷媒流出部(260)側のヘッダタンクとが隣接して接近することがなく、冷媒流出部(260)側のヘッダタンク内の冷たい冷媒が冷媒流入部(250)側のヘッダタンク内の熱い冷媒によって再加熱されてしまうことによる性能低下を阻止することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0021】
請求項4に記載の発明では、放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)側を直交対向流構造としたことを特徴とする。これは、図17に示す通り、放熱器本体(200)内の冷媒温度が大きく変化するのは、冷媒流入部(250)付近であるため、冷媒流入部(250)付近で直行対向流構造とするだけでも単純な直交流構造と比べて熱交換効率が大幅に向上する。
【0022】
請求項5に記載の発明では、放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)側を直交流構造としたことを特徴とする。これにより、例えば放熱器本体(200)下方に流入する冷却風温度が極端に高い場合、冷媒流入部(250)側を直交流構造として下方に配置し、冷媒流出部(260)側を上方で直交対向流構造とすることで冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0023】
請求項6に記載の発明では、放熱器本体(200)において直交流構造の第1部分と直交対向流構造の第2部分とは同一種類の冷媒チューブ(270)が用いられることを特徴とする。これにより、直交流構造の部分(全パス)の冷媒チューブ(270)に直交流構造の部分(前後Uターン)と同一種類の冷媒チューブ(270)を使用できるため、部品種類を削減することができる。
【0024】
請求項7に記載の発明では、補助熱交換器(700)の冷却風下流側に放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)を配置したことを特徴とする。
【0025】
これは、冷媒の流れが直交流構造の第1部分と直交対向流構造の第2部分とを併せ持っている放熱器(200)において、補助熱交換器(700)の冷却風下流側に冷媒流入部(250)を配置することにより、補助熱交換器(700)を通過して冷却風の温度が高くても冷媒温度の高い冷媒流入部(250)付近に流入するので、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、放熱器本体(200)での冷却効率を向上させることができる。
【0026】
請求項8に記載の発明では、水平方向に複数本並んだ状態で各々が垂直方向に延びると共に、冷媒が流通する冷媒チューブ(270)と、冷媒チューブ(270)の長手方向両端側に配設され、複数本の冷媒チューブ(270)と連通するヘッダタンクとを有することを特徴とする。これにより、冷媒チューブ(270)を縦に配置することで冷媒チューブ(270)の本数が増え、また冷媒チューブ(270)の長さを短くできることから、冷媒側圧力損失は大幅に軽減することができる。
【0027】
請求項9に記載の発明では、放熱器中での冷媒の流れが、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の第1部分と、冷却風と冷媒との流れが直交するうえ冷媒の流れが対向する直交対向流構造の第2部分とを併せ持つことを特徴とする。
【0028】
これにより、従来の前後Uターン(図15参照)のように冷媒流入部(250)側のヘッダタンクと冷媒流出部(260)側のヘッダタンクとが隣接して接近することがなく、冷媒流出部(260)側のヘッダタンク内の冷たい冷媒が冷媒流入部(250)側のヘッダタンク内の熱い冷媒によって再加熱されてしまうことによる性能低下を阻止することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0029】
また、水平長手方向で冷却風の温度分布に温度勾配がある場合、温度の高い冷媒流入部(250)側と温度の低い冷媒流出部(260)側との方向を合わせることにより、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0030】
請求項10に記載の発明では、放熱器本体(200)は内部にて冷媒流路が冷却風の通風方向に少なくとも2回以上折り返すように構成されていることを特徴とする。これにより、直交対向流による熱交換効率の向上効果はさらに増大するうえ、隣り合うヘッダタンク同士の温度差は小さくなるため、ヘッダタンク間の熱移動による性能低下を抑えることができる。
【0031】
請求項11に記載の発明では、放熱器本体(200)は、水平方向に複数本並んだ状態で各々が垂直方向に延びると共に、冷媒が流通する冷媒チューブ(270)と、冷媒チューブ(270)の長手方向両端側に配設され、複数本の冷媒チューブ(270)と連通するヘッダタンクとを有することを特徴とする。これにより、折り返しを増やしても冷媒チューブ(270)を縦に配置することで冷媒チューブ(270)の本数が増え、また冷媒チューブ(270)の長さを短くできるので、冷媒側圧力損失は大幅に軽減することができる。
【0032】
請求項12に記載の発明では、高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる車両用の超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルの一部を構成する放熱器が、エンジンの冷却水を冷却するラジエータ(600)の冷却風上流側に配置され、圧縮機(100)から吐出される高圧の冷媒を冷却する車両搭載構造であって、ラジエータ(600)の冷却水流入部(610)の冷却風上流側に放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)を配置したことを特徴とする。
【0033】
これにより、放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)付近を通過して冷却風の温度が高くなっても、冷却水温度の高いラジエータ(600)の冷却水流入部(610)付近に流入するので、冷却風と冷却水との間で十分な温度差を確保することができ、ラジエータ(600)の放熱性能を確保することができる。
【0034】
請求項13に記載の発明では、放熱器本体(200)は、二酸化炭素を冷媒として用いていることを特徴とする。これは、本発明が二酸化炭素を冷媒として高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる放熱器および車両搭載構造に好適なことによる。尚、上記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一例である。
【0035】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。本実施形態は、本発明に係る超臨界サイクル用の放熱器を車両用空調装置に適用したものであって、図1は、超臨界冷凍サイクル(車両用空調装置)の車両搭載状態を示す模式図であり、図2は本実施形態に係る熱交換器群の構成を示す斜視図である。
【0036】
図1中、100は車両走行用エンジン(図示せず。)から駆動力を得て、冷媒(本実施形態では、二酸化炭素)を吸入圧縮する圧縮機であり、20は圧縮機100から吐出される高圧の冷媒を冷媒流入部250から導入し、空気(冷却風)と熱交換して冷媒を冷却する放熱器である。尚、放熱器20の詳細は、後述する。
【0037】
300は、放熱器20から流出する冷媒を減圧すると共に、放熱器20の冷媒流出部260側の冷媒温度に基づいて、超臨界サイクルの成績係数(COP)が最大となるように放熱器20の冷媒流出部260側の冷媒温度を制御する圧力制御弁である。尚、この圧力制御弁300は、特願平8−33962号に記載されたものと同等の機能を有するものであるので、本明細書では、詳細説明を省略する。
【0038】
400は、圧力制御弁300にて減圧された冷媒を蒸発させて冷凍能力(冷房能力)を発揮する蒸発器であり、500は、蒸発器400から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機100の吸入側に流出させると共に、超臨界サイクル中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ(気液分離手段)である。
【0039】
次に、図2を例に本実施形態に係る熱交換器群の構成について述べる。本実施形態では、直交流構造の放熱器20の前方下部に、インタークーラ700等の補助熱交換器を設置して搭載した例である。そしてインタークーラ700の後方に放熱器20の冷媒流入部250付近を配置している。また、放熱器20の冷却風下流側にはエンジンの冷却水を冷却するラジエータ600が配置されて車両に搭載されている。
【0040】
インタークーラ700の流体流路は1パス(全パス)で構成されており、右側の図示しないヘッダタンクに流体流入部710が形成され、そこから流入した高温の流体は右から左へと流れて冷却され、左側の図示しないヘッダタンクに形成された流体流出部720から流入する。
【0041】
放熱器20の本体200は、本実施形態では直交流構造の熱交換コア部(上下Uターン)で構成されている。270は、上下方向に複数本並んだ状態でその各々が水平方向に延びると共に、冷媒が流通する多数本の冷媒チューブであり、この冷媒チューブ270には、押し出し加工又は引き抜き加工により内部に冷媒が流通する冷媒通路が複数本形成されている。そして、この冷媒チューブ270と、その間に配設された波状のコルゲートフィン280とにより、冷媒を冷却する熱交換コア部が構成されている。
【0042】
また、冷媒チューブ270の長手方向両端側には、多数本の冷媒チューブ270に連通する図示しないヘッダタンクが配設されている。そして、図2の図示しない右側のヘッダタンク下側には、圧縮機100から吐出した高温冷媒が流入する冷媒流入部250が形成され、同じく図示しない右側のヘッダタンク上側には、熱交換を終えた冷媒が流出する冷媒流出部260が形成されている。
【0043】
このため、放熱器20内を流通する冷媒は、放熱器20内を下から上にUターンして流通する。つまり、冷媒流入部250から流入した高温冷媒は下側の第1冷媒流路210を右から左へと流れ、左端に設けられた図示しないヘッダタンク部で上方へ折り返し、上側の第2冷媒流路220を左から右へと流れ、冷却された冷媒が冷媒流出部260から流出する流れとなっている。
【0044】
ラジエータ600の流体流路は、本実施形態では下から上への1パス(全パス)で構成されており、下側の図示しないヘッダタンクに冷却水流入部610が形成され、そこから流入した高温の冷却水は下から上へと流れて冷却され、上側の図示しないヘッダタンクに形成された冷却水流出部620から流入する。
【0045】
ラジエータ600は、水平方向に複数本並んだ状態でその各々が水直方向に延びると共に、冷却水が流通する多数本の冷却水チューブ630と、その間に配設された波状のコルゲートフィン640とにより、冷却水を冷却する熱交換コア部が構成されている。但し、ラジエータ600の冷却水流路は1パス(全パス)で構成されており、下側の図示しないヘッダタンクに冷却水流入部610が形成され、そこから流入した高温の冷却水は下から上へと流れて冷却され、上側の図示しないヘッダタンクに形成された冷却水流出部620から流入する。
【0046】
本実施形態の特徴は、まず、放熱器本体200が受ける冷却風の温度分布の中で温度の高い部分に、放熱器本体200の冷媒流入部250を配置している。これにより、冷却風の温度分布で温度の高い部分が有っても、冷媒温度の高い放熱器本体200の冷媒流入部250付近に流入するので、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、放熱器での冷却効率を向上させることができる。
【0047】
従って、超臨界サイクルの放熱器20において、冷媒の冷却効率を向上させることができるので、空調装置(超臨界サイクル)の冷房能力(冷凍能力)を向上させることができる。
【0048】
また、放熱器20に、内部にて少なくとも1回以上冷媒流路が折り返し、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の熱交換器を用いている。これにより、例えば放熱器本体200下方に流入する冷却風温度が高い場合は、直交流構造の冷媒流入部250側の冷媒流路を下方に配置することにより、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0049】
また、放熱器本体200は、二酸化炭素を冷媒として用いている。これは、本発明が二酸化炭素を冷媒として高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる放熱器および車両搭載構造に好適なことによる。尚、後述する第9実施形態と同様の考え方で、本実施形態では、温度の高い冷媒が放熱器20下側の冷媒流入部250から流入するので、その冷却風下流側のラジエータ600も下側の冷却水流入部610から温度の高い冷却水が流入するように配置している。
【0050】
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。この放熱器20は、第1冷媒流路210と第2冷媒流路220とで直交対向流構造の熱交換コア部(前後Uターン)を構成していると共に、これらの上方に設けられた第3冷媒流路230を直交流構造の熱交換コア部(全パス)で構成している。
【0051】
冷媒流入部250から流入した高温冷媒は、下方奥側の第1冷媒流路210を右から左へと流れ、左端に設けられた図示しないヘッダタンク部で前方へ折り返し、手前の第2冷媒流路220を左から右へと流れ、右端に設けられた図示しないヘッダタンク部で上方へと折り返し、上方の第3冷媒流路230を右から左へと流れ、冷却された冷媒が冷媒流出部260から流出する流れとなっている。
【0052】
本実施形態での特徴は、放熱器本体200中での冷媒の流れが、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の第1部分と、冷却風と冷媒との流れが直交するうえ冷媒の流れが対向する直交対向流構造の第2部分とを併せ持っている。
【0053】
これにより、従来の前後Uターン(図15参照)のように冷媒流入部250側のヘッダタンクと冷媒流出部260側のヘッダタンクとが隣接して接近することがなく、冷媒流出部260側のヘッダタンク内の冷たい冷媒が冷媒流入部250側のヘッダタンク内の熱い冷媒によって再加熱されてしまうことによる性能低下を阻止することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0054】
また、放熱器本体200の冷媒流入部250側を直交対向流構造としている。これは、図17に示す通り、放熱器本体200内の冷媒温度が大きく変化するのは、冷媒流入部250付近であるため、冷媒流入部250付近で直行対向流構造とするだけでも単純な直交流構造と比べて熱交換効率が大幅に向上する。
【0055】
(第3実施形態)
図4は、本発明の第3実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。この放熱器20は、第1冷媒流路210で直交流構造の熱交換コア部(全パス)を構成していると共に、これの上方に設けられた第2冷媒流路220と第3冷媒流路230とで直交対向流構造の熱交換コア部(前後Uターン)で構成している。
【0056】
冷媒流入部250から流入した高温冷媒は、下方の第1冷媒流路210を右から左へと流れ、左端に設けられた図示しないヘッダタンク部で上方へ折り返し、上方奥側の第2冷媒流路220を左から右へと流れ、右端に設けられた図示しないヘッダタンク部で前方へと折り返し、上方手前側の第3冷媒流路230を右から左へと流れ、冷却された冷媒が冷媒流出部260から流出する流れとなっている。
【0057】
本実施形態での特徴は、放熱器本体200の冷媒流入部250側を直交流構造としている。これにより、例えば放熱器本体200下方に流入する冷却風温度が極端に高い場合、冷媒流入部250側を直交流構造として下方に配置し、冷媒流出部260側を上方で直交対向流構造とすることで冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0058】
尚、本実施形態は、図4に示すような放熱器20に限定されるものではなく、図5に示すように、直交流構造の部分210・220を増やしても良い。図5は、その変形例を示す斜視図である。この放熱器20は、第1冷媒流路210と第2冷媒流路220とで直交流構造の熱交換コア部(全パス)を構成していると共に、これらの上方に設けられた第3冷媒流路230と第4冷媒流路240とで直交対向流構造の熱交換コア部(前後Uターン)で構成している。
【0059】
冷媒流入部250から流入した高温冷媒は、最下方の第1冷媒流路210を左から右へと流れ、右端に設けられた図示しないヘッダタンク部で1つ上方へ折り返し、中段の第2冷媒流路220を右から左へと流れ、左端に設けられた図示しないヘッダタンク部で更に上方へと折り返し、上方奥側の第3冷媒流路230を左から右へと流れ、右端に設けられた図示しないヘッダタンク部で前方へと折り返し、上方手前側の第4冷媒流路240を右から左へと流れ、冷却された冷媒が冷媒流出部260から流出する流れとなっている。
【0060】
これにより、高温冷却風の範囲が広い場合でも冷媒の冷却効率を向上させることができる。これは、冷媒流路毎の冷媒圧損をほぼ均一化し、冷媒分配が良好になるという効果もある。
【0061】
(第4実施形態)
図6は、本発明の第4実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。本実施形態の放熱器20は、第2実施形態の放熱器20と同じ(図3参照)冷媒流れであるが、図6に示すように、直交流構造の熱交換コア部(全パス)の冷媒チューブ270&フィンと、直交対向流構造の熱交換コア部(前後Uターン)の冷媒チューブ270&フィンとで同一種類のもので構成し、第3冷媒流路230を2つの平行する冷媒流路で構成している点のみ異なる。これにより、部品種類を削減することができる。
【0062】
(第5実施形態)
図7は、本発明の第5実施形態における熱交換器群の構成を示す斜視図である。本実施形態では、第2〜4実施形態で示した放熱器20(図8は図3の放熱器20で構成した例)の前方下部に、インタークーラ700等の補助熱交換器を設置して搭載した例である。
【0063】
そしてインタークーラ700の後方に放熱器20の冷媒流入部250付近を配置している。また、本実施形態では温度の高い冷媒が放熱器20下側の冷媒流入部250から流入するので、その冷却風下流側のラジエータ600も下側の冷却水流入部610から温度の高い冷却水が流入するように配置している。
【0064】
本実施形態での特徴は、冷媒の流れが直交流構造の第1部分と直交対向流構造の第2部分とを併せ持っている放熱器20においても、補助熱交換器700の冷却風下流側に冷媒流入部250を配置している。これにより、補助熱交換器700を通過して冷却風の温度が高くても冷媒温度の高い冷媒流入部250付近に流入するので、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、放熱器200での冷却効率を向上させることができる。
【0065】
(第6実施形態)
図8は、本発明の第6実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。この放熱器20は、冷媒チューブ270を水平方向に積層したうえ、冷媒の流れが直交流構造の部分と直交対向流構造の部分とを併せ持っている放熱器200としている。第1冷媒流路210と第2冷媒流路220とで直交対向流構造の熱交換コア部(前後Uターン)を構成していると共に、これらの左側に設けられた第3冷媒流路230を直交流構造の熱交換コア部(全パス)で構成している。
【0066】
冷媒流入部250から流入した高温冷媒は、右側奥の第1冷媒流路210を下から上へと流れ、上端に設けられた図示しないヘッダタンク部で下方へ折り返し、右側手前の第2冷媒流路220を上からしたへと流れ、下端に設けられた図示しないヘッダタンク部で左側へと折り返し、左側の第3冷媒流路230を下から上へと流れ、冷却された冷媒が冷媒流出部260から流出する流れとなっている。
【0067】
本実施形態での特徴は、まず、水平方向に複数本並んだ状態で各々が垂直方向に延びると共に、冷媒が流通する冷媒チューブ270と、冷媒チューブ270の長手方向両端側に配設され、複数本の冷媒チューブ270と連通するヘッダタンクとを有することにある。このように、冷媒チューブ270を縦に配置することで冷媒チューブ270の本数が増え、また冷媒チューブ270の長さを短くできることから、冷媒側圧力損失は大幅に軽減することができる。
【0068】
また、放熱器20中での冷媒の流れが、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の第1部分と、冷却風と冷媒との流れが直交するうえ冷媒の流れが対向する直交対向流構造の第2部分とを併せ持っている。
【0069】
これにより、従来の前後Uターン(図15参照)のように冷媒流入部25)側のヘッダタンクと冷媒流出部260側のヘッダタンクとが隣接して接近することがなく、冷媒流出部260側のヘッダタンク内の冷たい冷媒が冷媒流入部250側のヘッダタンク内の熱い冷媒によって再加熱されてしまうことによる性能低下を阻止することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0070】
また、水平長手方向で冷却風の温度分布に温度勾配がある場合、温度の高い冷媒流入部250側と温度の低い冷媒流出部260側との方向を合わせることにより、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【0071】
(第7実施形態)
図9は、本発明の第7実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。放熱器20は、本実施形態では直交対向流構造の熱交換コア部で構成され、図9に示すのように前後Sターンとなっている。
【0072】
冷媒流入部250から流入した高温冷媒は一番奥側の第1冷媒流路210を右から左へと流れ、左端に設けられた図示しないヘッダタンク部で1つ前方へ折り返し、中央の第2冷媒流路220を左から右へと流れ、右端に設けられた図示しないヘッダタンク部でもう1つ前方へと折り返し、手前の第3冷媒流路230を右から左へと流れて冷却された冷媒が冷媒流出部260から流出する流れとなっている。
【0073】
本実施形態での特徴は、内部にて冷媒流路が冷却風の通風方向に少なくとも2回以上折り返すように構成されていることにある。これにより、直交対向流による熱交換効率の向上効果はさらに増大するうえ、隣り合うヘッダタンク同士の温度差は小さくなるため、ヘッダタンク間の熱移動による性能低下を抑えることができる。
【0074】
(第8実施形態)
図10は、本発明の第8実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。上記した第7実施形態(図9)の構造を上下で折り返す前後Sターンとしたものである。
【0075】
冷媒流入部250から流入した高温冷媒は一番奥側の第1冷媒流路210を下から上へと流れ、上端に設けられた図示しないヘッダタンク部で1つ前方へ折り返し、中央の第2冷媒流路220を上から下へと流れ、下端に設けられた図示しないヘッダタンク部でもう1つ前方へと折り返し、手前の第3冷媒流路230を下から上へと流れて冷却された冷媒が冷媒流出部260から流出する流れとなっている。
【0076】
本実施形態での特徴は、水平方向に複数本並んだ状態で各々が垂直方向に延び、且つ、冷媒が流通する冷媒チューブ270と、冷媒チューブ270の長手方向両端側に配設され、複数本の冷媒チューブ270と連通するヘッダタンクとを有するうえ、内部にて冷媒流路が冷却風の通風方向に少なくとも2回以上折り返していることである。
【0077】
これにより、折り返しを増やしても冷媒チューブ270を縦に配置することで冷媒チューブ270の本数が増え、また冷媒チューブ270の長さを短くできることから、冷媒側圧力損失は大幅に軽減することができる。
【0078】
(第9実施形態)
図11は、本発明の第9実施形態における熱交換器群の構成を示す斜視図である。放熱器20の本体200は、本実施形態では直交対向流構造の熱交換コア部(前後Uターン)で構成されており、冷媒流入部250から流入した高温冷媒は奥側の第1冷媒流路210を右から左へと流れ、左端に設けられた図示しないヘッダタンク部で前方へ折り返し、手前の第2冷媒流路220を左から右へと流れ、冷却された冷媒が冷媒流出部260から流出する流れとなっている。
【0079】
本実施形態での特徴は、ラジエータ600の冷却水流入部610の冷却風上流側に放熱器本体200の冷媒流入部250を配置している。超臨界サイクルでは、高圧側(放熱器20内)の冷媒は、凝縮(相変化)することなく、その温度を低下させながら冷媒流入部250側から冷媒流出部260側に向けて流通するので、冷媒流入部250側の冷媒温度の方が冷媒流出部260側の冷媒温度より高くなる。
【0080】
本実施形態では、温度が高い冷媒が放熱器200の右側から流入するので、ラジエータ600も右側から温度が高い冷却水が流入するようにしている。これにより、放熱器200の冷媒流入部250付近を通過して冷却風の温度が高くなっても、冷却水温度の高いラジエータ600の冷却水流入部610付近に流入するので、冷却風と冷却水との間で十分な温度差を確保することができ、ラジエータ600の放熱性能を確保することができる。
【0081】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、二酸化炭素を冷媒とする超臨界サイクルであったが、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素等の超臨界域で使用する冷媒であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る放熱器を搭載した車両の模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態における熱交換器群の構成を示す斜視図である。
【図3】本発明の第2実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。
【図4】本発明の第3実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。
【図5】本発明の第3実施形態における放熱器の変形例を示す斜視図である。
【図6】本発明の第4実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。
【図7】本発明の第5実施形態における熱交換器群の構成を示す斜視図である。
【図8】本発明の第6実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。
【図9】本発明の第7実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。
【図10】本発明の第8実施形態における放熱器の構造を示す斜視図である。
【図11】本発明の第9実施形態における熱交換器群の構成を示す斜視図である。
【図12】フロン冷媒による冷凍サイクルのp−h線図である。
【図13】二酸化炭素冷媒による冷凍サイクルのp−h線図である。
【図14】従来の直交流タイプの放熱器を示す斜視図である。
【図15】従来の直交対向流タイプの放熱器を示す斜視図である。
【図16】問題点を説明する説明図である。
【図17】二酸化炭素冷媒による冷凍サイクルの放熱器内での冷媒温度の変化を示すグラフである。
【図18】別の問題点を説明する説明図である。
【符号の説明】
100…圧縮機
200…放熱器本体
250…冷媒流入部
260…冷媒流出部
270…冷媒チューブ
600…ラジエータ
610…冷却水流入部
700…インタークーラ(補助熱交換器)
Claims (13)
- 高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、圧縮機(100)から吐出される高圧の冷媒を冷却する放熱器本体(200)を有し、前記放熱器本体(200)が受ける冷却風の温度分布の中で温度の高い部分に、前記放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)を配置したことを特徴とする放熱器。
- 前記放熱器に、内部にて少なくとも1回以上冷媒流路が折り返し、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の熱交換器を用いたことを特徴とする請求項1に記載の放熱器。
- 高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、圧縮機(100)から吐出される高圧の冷媒を冷却する放熱器本体(200)を有し、前記放熱器本体(200)中での冷媒の流れが、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の第1部分と、冷却風と冷媒との流れが直交するうえ冷媒の流れが対向する直交対向流構造の第2部分とを併せ持つことを特徴とする放熱器。
- 前記放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)側を直交対向流構造としたことを特徴とする請求項3に記載の放熱器。
- 前記放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)側を直交流構造としたことを特徴とする請求項3に記載の放熱器。
- 前記放熱器本体(200)において直交流構造の第1部分と直交対向流構造の第2部分とは同一種類の冷媒チューブ(270)が用いられることを特徴とする請求項3に記載の放熱器。
- 請求項1または請求項3に記載の放熱器を用いた車両搭載構造であって、補助熱交換器(700)の冷却風下流側に前記放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)を配置したことを特徴とする車両搭載構造。
- 二酸化炭素を冷媒として高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、圧縮機(100)から吐出される高圧の冷媒を冷却する放熱器であって、水平方向に複数本並んだ状態で各々が垂直方向に延びると共に、冷媒が流通する冷媒チューブ(270)と、前記冷媒チューブ(270)の長手方向両端側に配設され、前記複数本の冷媒チューブ(270)と連通するヘッダタンクとを有することを特徴とする放熱器。
- 前記放熱器中での冷媒の流れが、冷却風と冷媒との流れが直交する直交流構造の第1部分と、冷却風と冷媒との流れが直交するうえ冷媒の流れが対向する直交対向流構造の第2部分とを併せ持つことを特徴とする請求項8に記載の放熱器。
- 高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、圧縮機(100)から吐出される高圧の冷媒を冷却する放熱器本体(200)を有し、前記放熱器本体(200)は内部にて冷媒流路が冷却風の通風方向に少なくとも2回以上折り返すように構成されていることを特徴とする放熱器。
- 前記放熱器本体(200)は、水平方向に複数本並んだ状態で各々が垂直方向に延びると共に、冷媒が流通する冷媒チューブ(270)と、前記冷媒チューブ(270)の長手方向両端側に配設され、前記複数本の冷媒チューブ(270)と連通するヘッダタンクとを有することを特徴とする請求項10に記載の放熱器。
- 高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる車両用の超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルの一部を構成する放熱器が、エンジンの冷却水を冷却するラジエータ(600)の冷却風上流側に配置され、圧縮機(100)から吐出される高圧の冷媒を冷却する車両搭載構造であって、前記ラジエータ(600)の冷却水流入部(610)の冷却風上流側に前記放熱器本体(200)の冷媒流入部(250)を配置したことを特徴とする車両搭載構造。
- 二酸化炭素を冷媒として用いていることを特徴とする請求項1、3、10のいずれかに記載の放熱器。
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-
2003
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