JP2005156067A - 熱交換器モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器モジュールの空気流れ下流側に他の熱交換器を配置せざるを得ない場合であっても、下流側に配置された他の熱交換器に多くの熱交換用の空気を供給することができるようにする。
【解決手段】 室外熱交換器３の補強プレート３ｄおよび第１ラジエータ２の補強プレート２ｄが冷却風流れにおいて直列に並んで重なった状態で両補強プレート２ｄ、３ｄをボルト５にて結合する。これにより、第１熱交換コア２ｃと第２熱交換コア３ｃとの距離ｈが小さくなるので、多くの冷却用の空気を下流側に配置された第２ラジエータ３に供給することができ得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数個の熱交換器からなる熱交換器モジュールに関するものである。

ラジエータやコンデンサ等の熱交換器は、通常、流体が流れる複数本のチューブおよびチューブの外表面に設けられたフィンを有して構成された熱交換コア、ならびにこの熱交換コアを補強する補強プレート等から構成されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、従来は、金属製のブラケットの一端側をボルトにて補強プレートに組み付け、ブラケットの他端側をボルトにて車両ボディに組み付けることにより、熱交換器を車両等に組み付けていた。
特許第３３０１１５８号公報

ところで、近年、車両用空調装置のコンデンサとエンジンオイルやＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）を冷却するオイルクーラとを空気流れに対して並列に配置した状態でコンデンサとオイルクーラとを一体化する、またはエンジン（内燃機関）用のラジエータと走行用電動モータおよび電動モータに駆動電流を供給するインバータ回路等を冷却するラジエータとを空気流れに対して並列に配置した状態で両ラジエータを一体化するといった、複数個の熱交換器からなる熱交換器モジュールの必要性が増大している。

そこで、発明者は、補強プレートに固定されたブラケットを介して２つの熱交換器を一体化した熱交換器モジュールを検討したが、この熱交換器モジュールでは、第１の熱交換器の熱交換コアと第２の熱交換器の熱交換コアとの間に２本の補強プレートおよびブラケットが配置されることとなる。

このため、第１の熱交換器の熱交換コアと第２の熱交換器の熱交換コアとの間は、２本の補強プレートおよびブラケットにて閉塞された状態となるので、仮に、熱交換器モジュールの空気流れ下流側に他の熱交換器を配置せざるを得ない場合には、下流側に配置された他の熱交換器の熱交換コアのうち、第１の熱交換器の熱交換コアと第２の熱交換器の熱交換コアとの間に対応する部位に、十分な量の熱交換用の空気を供給することができなくなるおそれがある。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な熱交換器モジュールを提供し、第２には、仮に、熱交換器モジュールの空気流れ下流側に他の熱交換器を配置せざるを得ない場合であっても、下流側に配置された他の熱交換器に多くの熱交換用の空気を供給することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、流体が流れる複数本のチューブ（２ａ）およびチューブ（２ａ）の外表面に設けられたフィン（２ｂ）を有して構成された熱交換コア（２ｃ）、ならびに熱交換コア（２ｃ）を補強する補強プレート（２ｄ）を備える第１熱交換器（２）と、流体が流れる複数本のチューブ（３ａ）およびチューブ（３ａ）の外表面に設けられたフィン（３ｂ）を有して構成された熱交換コア（３ｃ）、ならびに熱交換コア（３ｃ）を補強する補強プレート（３ｄ）を備え、空気流れに対して第１熱交換器（２）と並列に配置された配置された第２熱交換器（３）と、第１熱交換器（２）の補強プレート（２ｄ）と第２熱交換器（３）の補強プレート（３ｄ）とが、空気流れにおいて直列に並んで重なった状態で両補強プレート（２ｄ、３ｄ）を機械的に結合する締結手段（５ｂ）とを具備することを特徴とする。

これにより、第１熱交換器（２）の熱交換コア（２ｃ）と第２熱交換器（３）の熱交換コア（３ｃ）との距離が、検討品に係る熱交換器モジュールにおけるコア間距離に比べて小さくなるので、本発明に係る熱交換器モジュールは、検討品に係る熱交換器モジュールに比べて多くの熱交換用の空気を下流側に配置された熱交換器に供給することができる。

請求項２に記載の発明では、両補強プレート（２ｄ、３ｄ）は、空気の流通方向において互いに対向する壁面（２ｅ、３ｅ）有して断面形状が略コの字状に形成されており、さらに、壁面（２ｅ、３ｅ）が、空気流れにおいて直列に並んで重なった状態で締結手段（５ｂ）により結合されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明では、締結手段は、壁面（２ｅ、３ｅ）を貫通するボルト（５）であることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明では、締結手段は、壁面（２ｅ、３ｅ）を貫通するリベット（５ｂ）であることを特徴とするものである。

因みに、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。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る熱交換器モジュールをハイブリッド自動車用の冷却装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る熱交換器モジュール１の特徴を示す図であり、図２は熱交換器モジュール１を空気の流通方向から見た正面図であり、図３は本実施形態に係る熱交換器モジュール１の車両搭載状態を示す図である。

そして、本実施形態に係る熱交換器モジュール１は、図１に示すように、走行用の電動モータ（図示せず。）およびこの電動モータに駆動電流を制御するインバータ回路等の駆動回路を冷却するインバータ冷却水と空気とを熱交換する第１ラジエータ２、並びに車両用空調装置（蒸気圧縮式冷凍機）の室外熱交換器３等から構成されている。

また、第１ラジエータ２と室外熱交換器３とは、第２ラジエータ４の冷却風流れ上流側にて互いに冷却風流れに対して並列に配置されており、本実施形態では、第１ラジエータ２は、室外熱交換器３の上方側に配置されている。

なお、熱交換器モジュール１、つまり第１ラジエータ２および室外熱交換器３の空気流れ下流側には、図３に示すように、走行用の内燃機関（図示せず。）を冷却するエンジン冷却水と空気とを熱交換する第２ラジエータ４が配置されている。

ここで、第１ラジエータ２は、図１に示すように、インバータ冷却水が流れる扁平状のチューブ２ａおよびこのチューブ２ａの扁平面に接合されたフィン２ｂからなる第１熱交換コア２ｃ、チューブ２ａの長手方向両端側にて複数本のチューブ２ａと連通するヘッダタンク２ｆ、並びに第１熱交換コア２ｃの端部にてチューブ２ａと平行に延びて第１熱交換コア２ｃを補強する補強プレート２ｄ等からなるものである。

そして、本実施形態では、図２に示すように、冷却風の流通方向、つまり車両前後方向と平行な断面において、補強プレート２ｄの断面形状が冷却風の流通方向と直交する方向、つまり鉛直方向が開口する略コの字形状となるように補強プレート２ｄをプレス成形するとともに、チューブ２ａ、フィン２ｂ、ヘッダタンク２ｆおよび補強プレート２ｄを全てアルミニウム合金等の金属製として、これらをろう接にて一体接合している。

ここで、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。

因みに、融点が４５０℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が４５０℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。

なお、第２ラジエータ３も第１ラジエータ２と同様な構造であり、具体的には、エンジン２冷却水が流れる扁平状のチューブ（図示せず。）およびこのチューブの扁平面に接合されたフィン（図示せず。）なる熱交換コア、チューブの長手方向両端側にて複数本のチューブと連通するヘッダタンク（図示せず。）、並びに熱交換コアの端部にてチューブ３ａ行に延びて熱交換コアを補強する断面コの字状の補強プレート等からなるもので、本実施形態では、チューブ、フィン、ヘッダタンクおよび補強プレートを全てアルミニウム合金等の金属製として、これらをろう接にて一体接合している。

また、室外熱交換器３も第１ラジエータ２と同様な構造であり、具体的には、図１に示すように、冷媒が流れる扁平状のチューブ３ａおよびこのチューブ３ａの扁平面に接合されたフィン３ｂからなる第２熱交換コア３ｃ、チューブ３ａの長手方向両端側にて複数本のチューブ３ａと連通するヘッダタンク３ｆ、並びに第２熱交換コア３ｃの端部にてチューブ３ａと平行に延びて第２熱交換コア３ｃを補強する断面コの字状の補強プレート３ｄ等からなるもので、本実施形態では、チューブ３ａ、フィン３ｂ、ヘッダタンク３ｆおよび補強プレート３ｄを全てアルミニウム合金等の金属製として、これらをろう接にて一体接合している。

なお、本実施形態では、チューブ２ａ、３ａの長手方向を水平方向と一致させているとともに、フィン２ｂ、３ｂとして、空気流れを乱して熱伝達率を向上させるルーバが形成された波状のコルゲートフィンを採用している。

また、ヘッダタンク２ｆ、３ｆには、熱交換器モジュール１を車両に組み付けるためのブラケット１ａ（図１参照）がろう接に接合されている。

そして、室外熱交換器３側の補強プレート２ｄおよび第１ラジエータ２側の補強プレート３ｄのうち冷却風流れに対して直交する壁面２ｅ、３ｅ、つまり補強プレート２ｄ、３ｄのうち互いに対向する壁面は、図２に示すように、冷却風流れにおいて直列に並んで重なった状態で両補強プレート２ｄ、３ｄを貫通するボルト５およびナット５ａにて機械的に結合されている。

なお、本実施形態では、第１ラジエータ２の壁面２ｅと室外熱交換器３の壁面３ｅとが、冷却風の流れに対して交互に位置するように冷却風流れにおいて直列に並んで重なっているが、後述するように本発明はこれに限定されるものではない。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態においても、第１熱交換コア２ｃと第２熱交換コア３ｃとの間は、室外熱交換器３の補強プレート３ｄおよび第１ラジエータ２の補強プレート２ｄにて閉塞れた状態となるものの、本実施形態では、室外熱交換器３の補強プレート３ｄおよび第１ラジエータ２の補強プレート２ｄが冷却風流れにおいて直列に並んで重なった状態で締結手段をなすボルト５にて機械的に結合されているので、第１熱交換コア２ｃと第２熱交換コア３ｃとの距離ｈ（図２参照）が、図４に示すように、検討品に係る熱交換器モジュール１におけるコア間距離ｈｏに比べて小さくなる。

したがって、本実施形態に係る熱交換器モジュール１は、検討品に係る熱交換器モジュール１に比べて多くの冷却用の空気を下流側に配置された第２ラジエータ３に供給することができる。

なお、図４（ａ）は本実施形態に係る熱交換器モジュール１を示し、図４（ｂ）は検討品に係る熱交換器モジュール１を示す。

また、本実施形態では、第１熱交換コア２ｃと第２熱交換コア３ｃとの距離ｈが検討品より小さくなるので、図４に示すように、熱交換器モジュール１の外形寸法を拡大することなく、第１熱交換コア２ｃおよび第２熱交換コア３ｃ、または第１熱交換コア２ｃもしくは第２熱交換コア３ｃのいずれかを大きくすることができる。

また、両補強プレート２ｄ、３ｄの壁面２ｅ、３ｅが接触するように両補強プレート２ｄ、３ｄを冷却風の流通方向に重ねているので、熱交換器モジュール１のうち冷却風の流通方向と平行な部位の寸法を小さくすることができる。

また、本実施形態では、室外熱交換器３の補強プレート３ｄと第１ラジエータ２の補強プレート２ｄとを締結手段をなすボルト５にて直接的に結合しているので、検討品と異なり、ブラケットを必要としない。したがって、検討品に比べて部品点数および組み立て工数を低減することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、第１ラジエータ２の壁面２ｅと室外熱交換器３の壁面３ｅとが、冷却風の流れに対して交互に位置するように冷却風流れにおいて直列に並んで重なっていたが、本実施形態は、図５に示すように、第１ラジエータ２の補強プレート２ｄが室外熱交換器３の補強プレート３ｄ内に収まるように両補強プレート２ｄ、３ｄを空気流れにおいて直列に並んで重ねて機械的に結合したものである。

（第３実施形態）
第２実施形態では、第１ラジエータ２の補強プレート２ｄが室外熱交換器３の補強プレート３ｄ内に収まるように両補強プレート２ｄ、３ｄを空気流れにおいて直列に並んで重ねて機械的に結合したが、本実施形態は、図６に示すように、室外熱交換器３の補強プレート３ｄが第１ラジエータ２の補強プレート２ｄ内に収まるように両補強プレート２ｄ、３ｄを空気流れにおいて直列に並んで重ねて機械的に結合したものである。

（第４実施形態）
上述の実施形態では、締結手段としてボルト５を採用したが、本実施形態は、図７に示すように、締結手段としてリベット５ｂを採用したものである。

なお、図７は、第１実施形態に係る熱交換器モジュール１の構造に対して本実施形態を適用したものであるが、本実施形態は、図７に示すものに限定されるものではなく、第２〜３実施形態に係る熱交換器モジュール１のいずれかに対して適用してもよい。

（第５実施形態）
第１〜３実施形態では、ボルト５が補強プレート２ｄ、３ｄを貫通しているので、ボルト５締め付けると、補強プレート２ｄ、３ｄが潰れるおそれがあるので、本実施形態は、図８に示すブロック６を互いに対向する壁面２ｅ、３ｅ間に配置した状態でボルト５を締め付けるものである。

なお、ブロック６は、補強プレート２ｄ、３ｄにろう接しておくことが望ましい。また、ブロック６には、ボルト５との干渉を避けるための逃げ６ａが設けられている。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、第１熱交換器をインバータ等を冷却するラジエータとし、第２熱交換器を空調装置の室外熱交換器３としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第１熱交換器をオイルクーラとする、または第１熱交換器を第１ラジエータ２と第２熱交換器を第２ラジエータ４としてもよい。

特許請求の範囲に記載された締結手段は、上述の実施形態に示されたボルト５またはリベット５ｂに限定されるものではない。

また、上述の実施形態では、チューブ長手方向が略水平に延びるよう配された熱交換器どうしを連結部材によって連結した熱交換器モジュールについて述べたが、第１熱交換器のチューブの長手方向と、第２熱交換器のチューブの長手方向とが同じ方向に延びる熱交換器同士を連結させた熱交換器モジュールであればよく、例えば、チューブの長手方向が略鉛直方向である熱交換器どうしを連結させた熱交換器モジュールであってもよい。

また、上述の実施形態では、本発明を車両用の冷却装置および熱交換器モジュールに適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器モジュールを空気の流通方向から見た正面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器モジュールの特徴を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器モジュールの車両搭載状態を示す図である。 （ａ）は本実施形態に係る熱交換器モジュールを示す図であり、（ｂ）は検討品に係る熱交換器モジュールを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器モジュールの特徴を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る熱交換器モジュールの特徴を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る熱交換器モジュールの特徴を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るブロックを示す図である。

符号の説明

１…熱交換器モジュール、２…第１ラジエータ（第１熱交換器）、
２ａ…チューブ、２ｂ…フィン、２ｃ…第１熱交換コア、
２ｄ…補強プレート、３…室外熱交換器（第２熱交換器）、３ａ…チューブ、
３ｂ…フィン、３ｃ…第２熱交換コア、３ｄ…補強プレート。

Claims (4)

1. 流体が流れる複数本のチューブ（２ａ）および前記チューブ（２ａ）の外表面に設けられたフィン（２ｂ）を有して構成された熱交換コア（２ｃ）、ならびに前記熱交換コア（２ｃ）を補強する補強プレート（２ｄ）を備える第１熱交換器（２）と、
   流体が流れる複数本のチューブ（３ａ）および前記チューブ（３ａ）の外表面に設けられたフィン（３ｂ）を有して構成された熱交換コア（３ｃ）、ならびに前記熱交換コア（３ｃ）を補強する補強プレート（３ｄ）を備え、空気流れに対して前記第１熱交換器（２）と並列に配置された配置された第２熱交換器（３）と、
   前記第１熱交換器（２）の補強プレート（２ｄ）と前記第２熱交換器（３）の補強プレート（３ｄ）とが、空気流れにおいて直列に並んで重なった状態で両補強プレート（２ｄ、３ｄ）を機械的に結合する締結手段（５ｂ）とを具備することを特徴とする熱交換器モジュール。
2. 前記両補強プレート（２ｄ、３ｄ）は、空気の流通方向において互いに対向する壁面（２ｅ、３ｅ）有して断面形状が略コの字状に形成されており、
   さらに、前記壁面（２ｅ、３ｅ）が、空気流れにおいて直列に並んで重なった状態で前記締結手段（５ｂ）により結合されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器モジュール。
3. 前記締結手段は、前記壁面（２ｅ、３ｅ）を貫通するボルト（５）であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器モジュール。
4. 前記締結手段は、前記壁面（２ｅ、３ｅ）を貫通するリベット（５ｂ）であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器モジュール。

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