JP2006266114A

JP2006266114A - 熱交換装置

Info

Publication number: JP2006266114A
Application number: JP2005082391A
Authority: JP
Inventors: Susumu Iizuka; 進飯塚
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】コンデンサとラジエータを対面配置した際にラジエータからのコンデンサの加熱を抑制することにより、エアコンＯＦＦ時の冷却ファンの作動を防止する。
【解決手段】並列に配置された複数のチューブ２２，３２と、隣り合うチューブ２２，３２の間に狭持されたアウターフィン２３，３３とからなる熱交換部２０，３０と、これらチューブの両端に連通接続されたヘッダタンク２１，３１とを備え、チューブ２２，３２とヘッダタンク２１，３１内を熱交換媒体が流通する熱交換器２，３を複数備え、熱交換部２０，３０を通過する空気の方向に沿ってこれら熱交換器２，３が熱交換可能に近接配置された熱交換装置の最も風上側に配置される熱交換器２の熱交換部２０を凝縮部２４と過冷却部２５とから構成し、凝縮部２４の風下側に他の熱交換器３を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用冷凍サイクルのコンデンサ等の放熱器と、車両用ラジエータとからなる熱交換装置に関する。

自動車においては、水冷エンジン内を循環する冷却水を冷却するラジエータと、冷凍サイクル内を循環する冷媒を冷却するするコンデンサとが対面するように配置されている。ラジエータは、運転中に冷却水温度が所定の温度（例えば、１０５℃）以下となるように走行風、および冷却ファンによる強制風によって冷却される。一方、コンデンサ内を循環する冷媒は、車室内の温度を調節するために利用されるため、冷却水よりも低い温度にする必要がある。このため、コンデンサはラジエータよりも走行風、および強制風の上流側に配置される。また、冷却ファンは走行風におけるラジエータの下流側に配置される。

以上のような配置からなる熱交換装置において、近年、省スペース等の要請により、コンデンサとラジエータとの間隔を小さくすることがなされているとともに、コンデンサとラジエータとをアウターフィンによって連結することによりこれらを一体化することもなされている。
特開２００１−９０５３８号公報

上述したようにコンデンサとラジエータとを接近させて配置した場合には、ラジエータの輻射熱によってコンデンサが加熱され易く、コンデンサが加熱されることによりコンデンサ内の冷媒が加熱され、コンデンサ内の圧力を下げるために車載のエアコンがＯＦＦの場合であっても冷却ファンが作動する。このため、電力消費量が多くなる問題を有している。特に、コンデンサとラジエータとを一体化した一体型のものでは、アウターフィンを介して熱がコンデンサに伝えられるため、この現象がさらに顕著に現れている。

本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、コンデンサとラジエータとを近接して配置したり、コンデンサとラジエータとを一体化した構造であっても、冷却ファンの作動を少なくして電力消費を低減させることが可能な熱交換装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明の熱交換装置は、並列に配置された複数のチューブと、隣り合う該チューブの間に狭持されたアウターフィンとからなる熱交換部と、これらチューブの両端に連通接続されたヘッダタンクとを備え、該チューブと該ヘッダタンク内を熱交換媒体が流通する熱交換器を複数備え、熱交換部を通過する空気流の流れに沿ってこれら熱交換器が熱交換可能に近接配置された熱交換装置であって、最も風上側に配置される熱交換器の前記熱交換部が凝縮部と過冷却部とから構成され、該凝縮部の風下側に他の熱交換器が配置されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱交換装置であって、過冷却部を通過した空気流が風下側熱交換器をバイパスするバイパス通路が設けられたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の熱交換装置であって、前記凝縮部と前記過冷却部との境界部から前記風下側熱交換器の前記バイパス通路側縁部に向かって延設される仕切板が設けられたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、並列に配置された複数のチューブと、隣り合う該チューブの間に狭持されたアウターフィンとからなる熱交換部と、これらチューブの両端に連通接続されたヘッダタンクとを備え、該チューブと該ヘッダタンク内を熱交換媒体が流通する熱交換器を複数備え、熱交換部を通過する空気流の方向に沿ってこれら熱交換器がアウターフィンを共有することで一体的に組付けられた熱交換装置であって、最も風上側に配置される熱交換器の熱交換部が凝縮部と過冷却部とから構成され、該凝縮部と風下側熱交換器とがアウターフィンを共有することで一体的に組付けられたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、並列に配置された複数のチューブと、隣り合う該チューブの間に狭持されたアウターフィンとからなる熱交換部と、これらチューブの両端に連通接続されたヘッダタンクとを備え、該チューブと該ヘッダタンク内を熱交換媒体が流通する熱交換器を複数備え、熱交換部を通過する空気流の方向に沿ってこれら熱交換器がアウターフィンを共有することで一体的に組付けられた熱交換装置であって、最も風上側に配置される熱交換器の熱交換部が凝縮部と過冷却部とから構成され、風下側熱交換器の該過冷却部と対面する領域に流入する前記熱交換媒体の流量を制限する冷却水流量制限手段が設けられたことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の熱交換装置であって、前記冷却水流量制限手段は、前記風下側熱交換器の該過冷却部と対面する前記領域の前記ヘッダタンク内に熱交換媒体の流れを制限するように配置された邪魔板であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５、または請求項６のいずれかに記載の熱交換装置であって、前記冷却水流量制限手段は、風下側熱交換器における過冷却部と対面する前記領域よりも上方に配置された冷却水出口であることを特徴とする。

請求項１〜３記載の発明によれば、放熱器の過冷却部がラジエータと対面しない構造となっているため、ラジエータの輻射熱によって過冷却部が加熱されることを抑制することができる。これにより、放熱器による冷媒の冷却を確実に行うことができるため、エアコンＯＦＦ時における冷却ファンの作動を防止することができ、電力消費を低減させることができる。

請求項４記載の発明によれば、放熱器の過冷却部とラジエータとがアウターフィンによって連結されていないため、放熱器とラジエータとを一体化した構造であっても、ラジエータの熱が放熱器の過冷却部に伝達されることを抑制することができ、エアコンＯＦＦ時における冷却ファンの作動を防止することができ、電力消費を低減させることができる。

請求項５〜７記載の発明によれば、ラジエータにおける過冷却部との対面部分に、冷却水の流量を制限する冷却水流量制限手段が設けられたため、放熱器とラジエータとを一体化した構造であっても、ラジエータの熱が放熱器の過冷却部に伝達されることを抑制することができ、エアコンＯＦＦ時における冷却ファンの作動を防止することができ、電力消費を低減させることができる。

以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。

[第１実施形態]
図１は本発明の第１実施形態における熱交換装置であり、図２はその概略を示す側面図である。

この実施形態の熱交換装置１は、複数の熱交換器としてのコンデンサ２、およびラジエータ３と、送風機としての冷却ファン４とを備えており、コンデンサ２とラジエータ３とが対面するように配置されている。この実施形態において、コンデンサ２とラジエータ３とは接近して配置されている。

コンデンサ２は、冷凍サイクル内を循環する冷媒と空気との間で熱交換をして冷媒を冷却する。ラジエータ３は、所謂水冷エンジン内を循環する冷却水と空気との間で熱交換をして冷却水を冷却する。

エンジンルーム内において、コンデンサ２が空気流の最も上流側に配置され、ラジエータ３はコンデンサ２よりも空気流の下流側に配置される。冷却ファン４はラジエータ３のさらに下流側に配置されており、回転駆動されることによりコンデンサ２からラジエータ３に抜ける空気流を生成する。この空気流はコンデンサ２を通過して上述した冷媒の冷却を行った後、ラジエータ３を通過して上述した冷却水の冷却を行う。

コンデンサ２は、図１に示すように、パイプ状となって上下方向に延びる左右のヘッダタンク２１，２１と、左右のヘッダタンク２１，２１の間を横方向に延びてヘッダタンク２１，２１を連結する複数のチューブ２２と、上下で隣接したチューブ２２の間に配設されて冷媒と空気との熱交換を促進するアウターフィン２３とを備えている。

コンデンサ２におけるこれらのチューブ２２、およびアウターフィン２３からなる熱交換部２０は、上部が凝縮部２４となっており、下部が過冷却部２５となっている。過冷却部２５は図１（ａ）における一点鎖線よりも下側の部分であり、一点鎖線よりも上側の部分が凝縮部２４である。これらの凝縮部２４、および過冷却部２５は、気液分離部２６を介して連結されている。

気液分離部２６は凝縮部２４の下流側と過冷却部２５の上流側とを連結するように設けられるものであり、左側のヘッダタンク２１に沿って立設されるように配置されている。この気液分離部２６は、冷凍サイクルを循環する冷媒を貯液すると共に、気液分離を行うものである。すなわち、凝縮部２４から気液分離部２６に冷媒が導入されると、気液分離部２６内で気液分離が行われ、分離された液相冷媒が過冷却部２５に供給される。

この実施形態におけるコンデンサ２では、凝縮部２４が上下３段に分割されており、右側のヘッダタンク２１の上部には冷媒入口２１ａが取り付けられると共に、同タンク２１の下部には冷媒出口２１ｂが取り付けられている。冷媒は、冷媒入口２１ａから右側のヘッダタンク２１に導入された後、破線矢印で示すように上下３段の凝縮部２４を流動した後、気液分離部２６に入って気液分離され、その後、過冷却部２５に導入されて過冷却され冷媒出口２１ｂから排出される。

ラジエータ３は、上下方向に延びる左右のヘッダタンク３１，３１と、左右のヘッダタンク３１，３１の間を横方向に連結するチューブ３２（図７参照）と、チューブの間に配設されたアウターフィン３３（図７参照）とを備えている。一方のヘッダタンク３１の上部には冷却水入口３１ａが設けられ、他方のヘッダタンク３１の下部には冷却水出口３１ｂが設けられている。また、ラジエータ３は、エンジンの冷却水が冷却水入口３１ａから導入され、チューブを通過する際に、チューブ３２とアウターフィン３３からなる熱交換部３０で空気流と熱交換することにより冷却水が冷却され、冷却水出口３１ｂから排出されてエンジンに戻される。

冷却ファン４は、図２に示すようにラジエータ３の空気流下流側に配置され、回転駆動することにより図２の矢印で示すコンデンサ２からラジエータ３に抜ける空気流を生成する。

以上の構造において、コンデンサ２とラジエータ３とは輻射熱による熱交換が可能に熱交換部２０，３０同士が対面して近接配置されているが、コンデンサ２の過冷却部２５はラジエータ３の熱交換部３０とは対面しない構造となっている。すなわち、コンデンサ２の凝縮部２４はラジエータ３の熱交換部３０と対面しているが、過冷却部２５はラジエータ３の下部よりも下方に突設されており、過冷却部２５はラジエータ３とは対面しない位置に配置されている。

このような構成とすることにより、ラジエータ３の輻射熱によって過冷却部２５が加熱されることを抑制することができる。このため、コンデンサ２による冷媒の冷却を確実に行うことができ、エアコンＯＦＦ時における冷却ファン４の作動を防止することができ、電力消費を低減させることができる。

［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態を示す。この実施形態においても、コンデンサ２が空気流の上流側に配置され、ラジエータ３が下流側に配置され、ラジエータ３の下流側に冷却ファン４が配置されている。また、コンデンサ２とラジエータ３とは輻射熱による熱交換が可能に対面するように近接配置されるが、過冷却部２５はラジエータ３と対面しないように構成されている。

これに加えて、ラジエータ３の下方にはバイパス通路４１が設けられている。バイパス通路４１はラジエータ３における過冷却部２５と対面部分にガイド板４２を配置することにより形成されるものであり、ガイド板４２は過冷却部２５を通過した空気をラジエータ３に導くことなくラジエータ３をバイパスするように案内する。

このようなバイパス通路４１を形成した構造では、コンデンサ２の過冷却部２５を通過した空気がラジエータ３の下部に留まることなく、ラジエータ３をバイパスして通過する。このため、ラジエータ３の輻射熱が過冷却部２５に伝達することなく、ラジエータ３による過冷却部２５の加熱を抑制することができ、エアコンＯＦＦ時の冷却ファン４の作動を防止することができる。

［第３実施形態］
図４は本発明の第３実施形態を示す。この実施形態においても、コンデンサ２が空気流の上流側に配置され、ラジエータ３が下流側に配置され、ラジエータ３の下流側に冷却ファン４が配置されている。また、コンデンサ２とラジエータ３とは輻射熱による熱交換が可能に対面するように近接配置されるが、過冷却部２５はラジエータ３と対面しないように構成されている。

これに加えて、この実施形態では、過冷却部２５を通過した空気がラジエータ３側に流れることを制限する空気流制限手段が設けられている。空気流制限手段は、コンデンサ２の過冷却部２５の上端部と、ラジエータ３の下端部とを連結する仕切板４５により構成されるものである。仕切板４５はコンデンサ２の過冷却部２５の下流側をラジエータ３と遮断するように作用する。これにより、過冷却部２５を通過した空気は、ラジエータ３側に流れることがない。従って、ラジエータ３の輻射熱が過冷却部２５に伝達することがなく、ラジエータ３による過冷却部２５の加熱を抑制することかできる。

［第４実施形態］
図５は本発明の第４実施形態を示す。この実施形態では、第１実施形態の構造に加えてラジエータ３の下部に遮蔽板４６が配置されている。遮蔽板４６はコンデンサ２の過冷却部２５に対応した位置となるようにラジエータ３の下部に配置されており、過冷却部２５を通過した空気流４７が増速されてラジエータ３の方向に流れるように作用する。これにより、過冷却部２５の下流側に空気が留まることがなく、空気の対流等によってラジエータ３の熱が過冷却部２５に伝達することがなくなる。従って、ラジエータ３による過冷却部２５の加熱を抑制することができ、エアコンＯＦＦ時の冷却ファンの作動を防止することができる。

［第５実施形態］
図６は本発明の第５実施形態を示す。この実施形態では、コンデンサ２とラジエータ３とがアウターフィン５１によって一体的に組付けられた構造となっている。この場合においても、コンデンサ２が空気流の上流側に配置され、ラジエータ３が空気流の下流側に配置され、ラジエータ３の下流側に冷却ファン４が配置される。コンデンサ２は図１と同様に、凝縮部２４、過冷却部２５、および気液分離部２６を有している。またコンデンサ２とラジエータ３とは対面するように配置されている。

アウターフィン５１は、コンデンサ２の後面とラジエータ３の前面とを連結するものであり、上下方向に沿ってコンデンサ２、およびラジエータ３の間に複数が設けられている。この実施形態において、コンデンサ２の過冷却部２５とラジエータ３との間には、アウターフィン５１が設けられることがなく、過冷却部２５と、過冷却部２５に対応したラジエータ３の下部とはアウターフィン５１によって連結されない構造となっている。すなわち、コンデンサ２とラジエータ３とをアウターフィン５１によって連結した後、過冷却部２５と過冷却部２５に対応したラジエータ３の下部との間のアウターフィン５１を切断して除去することにより、これらが連結されない構造となっている。

このようにコンデンサ２とラジエータ３とをアウターフィン５１によって連結した一体構造であっても、過冷却部２５と過冷却部２５に対応したラジエータ３の下部が非連結構造となっているため、ラジエータ３の熱がコンデンサ２の過冷却部２５に伝達されることを抑制することができる。これにより、エアコンＯＦＦ時における冷却ファン４の作動を防止することができ、電力消費を低減させることができる。また、この実施例の場合、コンデンサ２とラジエータ３のチューブ２２、３２の長手方向は同一となるから、コンデンサ２の過冷却部２５を流れる冷媒流れを、対面領域のラジエータの冷却水流れを同一流れ方向にする様に配置することでコンデンサ２の過冷却部２５出口側への加熱をさらに抑制できる。

［第６実施形態］
図７は本発明の第６実施形態を示し、符号３２はラジエータ３におけるチューブであり、左右のヘッダタンク３１，３１（図１参照）を横方向に連結することにより冷却水を左右のヘッダタンク３１，３１の間で流動させるように作用する。また、符号３３は隣接するチューブ３２を連結するアウターフィンであり、冷媒と空気との熱交換を促進させるように作用する。

この実施形態においても、図５に示す第５実施形態と同様に、コンデンサ２とラジエータ３とが対面した状態でアウターフィン５１によって連結された一体構造となっている。ここで、コンデンサ２の過冷却部２５はラジエータ３の下端よりも下方に位置するように配置されており、これにより過冷却部２５とラジエータ３の下部とはアウターフィン５１によって連結されることのない構造となっている。従って、ラジエータ３の熱が過冷却部２５に伝達されることを抑制することができ、エアコンＯＦＦ時における冷却ファン４の作動を防止することができる。また、この実施例では、コンデンサ２の過冷却部２５出口側タンク２１と、ラジエータの冷却水の出口側タンク３１を熱交換部に対して同一側に配置することでコンデンサ２の過冷却部２５出口側タンクへの加熱をさらに抑制できる。

［第７実施形態］
図８は本発明の第６実施形態を示す。この実施形態においても、コンデンサ２とラジエータ３とが対面した状態でアウターフィン５１によって連結された一体構造となっている。図８はラジエータ３を示し、その熱交換部３０全面がコンデンサ２の熱交換部２０と対面するようになっている。このラジエータ３において、破線で囲んだ領域はコンデンサ２における過冷却部２５との対面領域５３であり、この対面領域５３には邪魔板５５が設けられている。邪魔板５５は左右のヘッダタンク３１，３１の内部における上記対面領域５３に設けられており、ラジエータ３の対面領域５３における冷却水の流量を制限するように作用する。

また、この実施形態では、一方のヘッダタンク３１（右側のヘッダタンク）に冷却水出口３１ｂが設けられるが、この冷却水出口３１ｂは対面領域５３の上部に位置するように設けられている。このように冷却水出口３１ｂを設けることにより、冷却水入口３１ａからラジエータ３内に導入された冷却水は対面領域５３に流れることなく、冷却水出口３１ｂから排出される。従って、ラジエータ３の対面領域５３における冷却水の流量を制限することができる。

このような実施形態では、ラジエータ３におけるコンデンサ２の過冷却部２５との対面領域５３を流れる冷却水を制限することができるため、対面領域５３におけるチューブ３２やアウターフィン３３の表面温度を下げることができる。これにより、ラジエータ３の熱が過冷却部２５に伝達することを抑制することができ、エアコンＯＦＦ時における冷却ファン４の作動を防止することができる。また、コンデンサ２の過冷却部２５を流れる冷媒流れを、対面領域５３のラジエータの冷却水流れを同一流れ方向（図８では紙面左から右）にする様に配置することでコンデンサ２の過冷却部２５出口側への加熱を抑制できる。

なお、この実施形態では対面領域５３に邪魔板５５を設けると共に、対面領域５３の上部に冷却水出口３１ｂを設けているが、これらのいずれか一方の手段を設けることによっても同様に作用することができる。また、これに限らず、対面領域５３におけるチューブ３２の出入口を完全に塞いで冷却水が流れないようにしても同様に作用することができる。

本発明の第１実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図である。第１実施形態の概要を説明する側面図である。第２実施形態の概要を説明する側面図である。第３実施形態の概要を説明する側面図である。第４実施形態の概要を説明する側面図である。第５実施形態の概要を説明する側面図の要部拡大図である。第６実施形態の概要を説明する斜視図の要部拡大図である。第７実施形態の概要を説明する正面図である。

符号の説明

１…熱交換装置
２…熱交換器（最も風上側の熱交換器）
３…熱交換器（風下側熱交換器）
２０…熱交換部
２１…ヘッダタンク
２２…チューブ
２３…アウターフィン
２４…凝縮部
２５…過冷却部
３０…熱交換部
３１…ヘッダタンク
３１ｂ…冷却水出口
３２…チューブ
３３…アウターフィン
４１…バイパス通路
４５…仕切板
５１…アウターフィン
５３…対面する領域
５５…邪魔板（冷却水流量制限手段）

Claims

並列に配置された複数のチューブ（２２，３２）と、隣り合う該チューブ（２２，３２）の間に狭持されたアウターフィン（２３，３３）とからなる熱交換部（２０，３０）と、これらチューブの両端に連通接続されたヘッダタンク（２１，３１）とを備え、該チューブ（２２，３２）と該ヘッダタンク（２１，３１）内を熱交換媒体が流通する熱交換器（２，３）を複数備え、熱交換部（２０，３０）を通過する空気流の流れに沿ってこれら熱交換器（２，３）が熱交換可能に近接配置された熱交換装置であって、
最も風上側に配置される熱交換器（２）の前記熱交換部（２０）が凝縮部（２４）と過冷却部（２５）とから構成され、
該凝縮部（２４）の風下側に他の熱交換器（３）が配置されたことを特徴とする熱交換装置。
請求項１記載の熱交換装置であって、
過冷却部（２５）を通過した空気流が風下側熱交換器（３）をバイパスするバイパス通路（４１）が設けられたことを特徴とする熱交換装置。
請求項２記載の熱交換装置であって、
前記凝縮部（２４）と前記過冷却部（２５）との境界部から前記風下側熱交換器（３）の前記バイパス通路（４１）側縁部に向かって延設される仕切板（４５）が設けられたことを特徴とする熱交換装置。
並列に配置された複数のチューブ（２２，３２）と、隣り合う該チューブ（２２，３２）の間に狭持されたアウターフィン（５１）とからなる熱交換部（２０，３０）と、これらチューブの両端に連通接続されたヘッダタンク（２１，３１）とを備え、該チューブ（２２，３２）と該ヘッダタンク（２１，３１）内を熱交換媒体が流通する熱交換器（２，３）を複数備え、熱交換部（２０，３０）を通過する空気流の方向に沿ってこれら熱交換器（２，３）がアウターフィン（５１）を共有することで一体的に組付けられた熱交換装置であって、
最も風上側に配置される熱交換器（２）の熱交換部（２０）が凝縮部（２４）と過冷却部（２５）とから構成され、
該凝縮部（２４）と風下側熱交換器（３）とがアウターフィン（５１）を共有することで一体的に組付けられたことを特徴とする熱交換装置。
並列に配置された複数のチューブ（２２，３２）と、隣り合う該チューブ（２２，３２）の間に狭持されたアウターフィン（５１）とからなる熱交換部（２０，３０）と、これらチューブの両端に連通接続されたヘッダタンク（２１，３１）とを備え、該チューブ（２２，３２）と該ヘッダタンク（２１，３１）内を熱交換媒体が流通する熱交換器（２，３）を複数備え、熱交換部（２０，３０）を通過する空気流の方向に沿ってこれら熱交換器（２，３）がアウターフィン（５１）を共有することで一体的に組付けられた熱交換装置であって、
最も風上側に配置される熱交換器（２）の熱交換部（２０）が凝縮部（２４）と過冷却部（２５）とから構成され、
風下側熱交換器（３）の該過冷却部（２５）と対面する領域（５３）に流入する前記熱交換媒体の流量を制限する冷却水流量制限手段（５５，３１ｂ）が設けられたことを特徴とする熱交換装置。
請求項５記載の熱交換装置であって、
前記冷却水流量制限手段は、前記風下側熱交換器（３）の該過冷却部（２５）と対面する前記領域（５３）の前記ヘッダタンク（２１，３１）内に熱交換媒体の流れを制限するように配置された邪魔板（５５）であることを特徴とする熱交換装置。
請求項５、または請求項６のいずれかに記載の熱交換装置であって、
前記冷却水流量制限手段は、風下側熱交換器（３）における過冷却部（２５）と対面する前記領域（５３）よりも上方に配置された冷却水出口（３１ｂ）であることを特徴とする熱交換装置。