JP2008080899A - 熱交換器の配管構造及びそれを用いた空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーション発生の防止及びコストの低減の双方を可能とする熱交換器の配管構造及びそれを用いた空調装置を提供する。
【解決手段】エンジン冷却水と空気とを熱交換させるヒータコア６にエンジン冷却水を流入させるヒータパイプ１２ａと、ヒータコア６からエンジン冷却水を流出させるヒータパイプ１２ｂとをヒータコア６に接続した熱交換器の配管構造であって、ヒータパイプ１２ｂは、ヒータパイプ１２ａの内径Ａより小さい内径Ｂを有するようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱媒体と所定の流体とを熱交換させる熱交換器の配管構造及びそれを用いた空調装置に関するものである。

従来、車両用空調装置として、ケースの内部に収められたエバポレータやヒータコアにより空調を行い、空調された空気を車室内に向けて吹き出す車両用空調装置が知られている。ヒータコアは、ケース内部を通過する空気をエンジン冷却水と熱交換させることにより加熱する暖房用空調部品であり、エンジン冷却水が循環する冷却水回路の一部を構成している。冷却水回路は主に、エンジンと、エンジンよりも冷却水の流れ下流側に位置するウォータバルブと、ウォータバルブよりも流れ下流側に位置するヒータコアと、ヒータコアよりも流れ下流側に位置するポンプとから構成されている。このうちウォータバルブ及びヒータコアは、車室内又はその近傍に配置される。エンジン、ウォータバルブ、ヒータコア及びポンプは、それぞれヒータホース等を介して接続されている。

ところが、上記の車両用空調装置の冷却水回路においては、例えばウォータバルブのバルブ開度が小さいときにヒータコアやウォータバルブでキャビテーションが発生する場合がある。ヒータコアやウォータバルブは車室内又はその近傍に配置されるため、キャビテーションが発生すると、それにより生じる異音が車室内に伝達されてしまうという問題があった。

特許文献１には、上記の問題を解決する車両用空調装置が開示されている。この車両用空調装置では、ヒータコアよりもエンジン冷却水の流れ下流側のヒータホース内に、ヒータホースの内径より小さい内径を有する略円筒形状のカラーが設けられている。これにより、カラーよりも流れ上流側においてエンジン冷却水の圧力が上昇するため、ヒータコアでのキャビテーションの発生を防止することができる。
特開平９−２０７５３９号公報

しかしながら、上記の車両用空調装置においては、一般的な車両用空調装置の構成に加えてカラーを別途設ける必要があるため、コストが増加してしまうという問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、キャビテーション発生の防止及びコストの低減の双方を可能とする熱交換器の配管構造及びそれを用いた空調装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、熱媒体と所定の流体とを熱交換させる熱交換器本体（６）に熱媒体を流入させる流入側配管（１２ａ）と、熱交換器本体（６）から熱媒体を流出させる流出側配管（１２ｂ）とを熱交換器本体（６）に接続した熱交換器の配管構造であって、流出側配管（１２ｂ）は、流入側配管（１２ａ）の内径（Ａ）より小さい内径（Ｂ）を有することを特徴としている。

これにより、流出側配管（１２ｂ）によって熱媒体の流路が狭められるため、熱交換器本体（６）内及びその上流側における熱媒体の圧力が上昇する。したがって、熱交換器本体（６）及びその上流側でのキャビテーション発生を防止することができる。また、新たな部品を冷却水回路上に別途設ける必要がないため、コストの低減が可能である。

請求項２に記載の発明は、流入側配管（１２ａ）の上流側に第１のホース（１３ａ）が接続され、第１のホース（１３ａ）の内径（Ｃ）より小さい内径（Ｄ）を有する第２のホース（１３ｂ）が流出側配管（１２ｂ）の下流側に接続されていることを特徴としている。

これにより、第２のホース（１３ｂ）によっても熱媒体の流路が狭められるため、熱交換器本体（６）内及びその上流側における熱媒体の圧力がさらに上昇し、キャビテーション発生を防止する効果がさらに高まる。

請求項３に記載の発明は、熱交換器本体（６）はヒータコアであることを特徴としている。

これにより、車室内又はその近傍に配置されるヒータコアにおけるキャビテーションの発生を防止することができるため、キャビテーションにより生じる異音が車室内に伝達されてしまうのを防止することができる。

請求項４に記載の発明のように、上記の熱交換器の配管構造は空調装置に用いることもできる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態における空調装置の全体を示す模式図である。図２は、本実施形態における熱交換器の配管構造およびそれを用いた冷却水回路を示す模式図である。図１及び図２中の一点鎖線は、車室とエンジンルームとの境界線の例を示している。図２中の片矢印は、冷却水の流れ方向を示している。

図１に示すように、車両用空調装置として用いられる空調装置１は、空気が通過する空気通路２ａが内部に形成されたケース２を有している。空気通路２ａには、内気及び外気を選択的に導入する内外気箱４及びファン３と、内外気箱４及びファン３により導入された空気を冷却するエバポレータ５と、エバポレータ５により冷却された空気を加熱するヒータコア６と、エバポレータ５及びヒータコア６により温度が調節された空気を車室内へ吹き出す複数のダクト７とが配置されている。このうちヒータコア６は、空気通路２ａを通過する空気（流体）とエンジンを冷却するエンジン冷却水（熱媒体）とを熱交換させることにより空気を加熱する熱交換器本体である。ヒータコア６は、エンジン冷却水が循環する冷却水回路８の一部を構成する。

冷却水回路８は、図２に示すように、主にエンジン９と、エンジン９よりもエンジン冷却水の流れ下流側に位置し、冷却水の流量を調整するウォータバルブ１１と、ウォータバルブ１１よりも流れ下流側に位置するヒータコア６と、ヒータコア６よりも流れ下流側に位置し、エンジン冷却水を圧送して冷却水回路８内を循環させるポンプ１０とから構成されている。このうちヒータコア６は車室内に配置され、ウォータバルブ１１は車室内又はエンジンルームの車室近傍に配置される。

冷却水回路８を構成するエンジン９、ウォータバルブ１１、ヒータコア６及びポンプ１０には、内部をエンジン冷却水が流れる２本のヒータパイプ１２が流入側配管及び流出側配管としてそれぞれ接続されている。ヒータパイプ１２は例えば金属製である。エンジン９の流出側のヒータパイプ１２とウォータバルブ１１の流入側のヒータパイプ１２とは、内部をエンジン冷却水が流れる例えばゴム製のヒータホース１３を介して接続されている。同様に、ウォータバルブ１１の流出側のヒータパイプ１２とヒータコア６の流入側のヒータパイプ１２、ヒータコア６の流出側のヒータパイプ１２とポンプ１０の流入側のヒータパイプ１２、及びポンプ１０の流出側のヒータパイプ１２とエンジン９の流入側のヒータパイプ１２は、それぞれヒータホース１３を介して接続されている。

本実施形態の空調装置には、エンジン冷却水をヒータコア６に流入させるヒータパイプ（流入側配管）１２ａと、エンジン冷却水をヒータコア６から流出させるヒータパイプ（流出側配管）１２ｂとがヒータコア６に接続された配管構造が用いられ、流出側のヒータパイプ１２ｂの内径Ｂ（例えば１４ｍｍ）は、流入側のヒータパイプ１２ａの内径Ａ（例えば１７ｍｍ）よりも小さくなっている（Ｂ＜Ａ）。ヒータパイプ１２ａの流れ上流側には、ヒータホース（第１のホース）１３ａが接続されている。ヒータパイプ１２ｂの流れ下流側には、ヒータホース（第２のホース）１３ｂが接続されている。尚、図２では、ヒータパイプ１２ａ、１２ｂ及びヒータホース１３ａ、１３ｂについて、それぞれの内径を図示するために内壁を破線で示している。

本実施形態の配管構造及びそれを用いた空調装置は以上のように構成されており、次に、この配管構造及びそれを用いた空調装置の作動について説明する。

エンジン９を冷却することにより温度が上昇したエンジン冷却水は、ウォータバルブ１１のバルブ開度に基づく所定の流量で、ヒータホース１３ａ及びヒータパイプ１２ａ等を介してヒータコア６に流入する。ウォータバルブ１１のバルブ開度は、ヒータコア６に要求される暖房能力に応じて調整される。ヒータコア６に流入したエンジン冷却水は、内外気箱４及びファン３により導入されて空気通路２ａを通過する空気と熱交換する。これにより、空気通路２ａを通過する空気は、エンジン冷却水の流量に応じて加熱される。そして、加熱された空気は、複数のダクト７より車室内に吹き出される。ヒータコア６を通過したエンジン冷却水は、ポンプ１０により吸引されてヒータパイプ１２ｂに流出し、ヒータホース１３ｂ等を介してエンジン９に圧送される。

本実施形態の配管構造及びそれを用いた空調装置では、ヒータパイプ１２ａの内径Ａより小さい内径Ｂを有するヒータパイプ１２ｂが、ヒータコア６の流れ下流側に設けられている。これにより、ヒータパイプ１２ｂによってエンジン冷却水の流路が狭められるため、ヒータコア６内のエンジン冷却水の圧力が上昇する。したがって、車室内又はその近傍に配されるヒータコア６でのキャビテーション発生を防止することができ、キャビテーションにより生じる異音が車室内に伝達されるのを防止することができる。また本実施形態の配管構造及びそれを用いた空調装置によれば、カラーやオリフィス等の新たな部品を冷却水回路８上に別途設ける必要もないため、コストの低減が可能である。さらに本実施形態の配管構造及びそれを用いた空調装置によれば、ヒータパイプ１２ｂによってエンジン冷却水の流路が狭められることにより、ヒータコア６の流れ上流側に設けられるウォータバルブ１１等の機能部品内でのエンジン冷却水の圧力も上昇する。したがって、ウォータバルブ１１等でのキャビテーション発生も防止することができる。

ここで、流出側のヒータホース１３ｂの内径Ｄは、流入側のヒータホース１３ａの内径Ｃより小さくしても良い（Ｄ＜Ｃ）。一般に、１つの冷却水回路内で用いられる複数のヒータホース１３は全て同一径を有しているが、本実施形態ではヒータパイプ１２ｂの内径Ｂがヒータパイプ１２ａの内径Ａより小さいため、ヒータパイプ１２ｂとヒータホース１３ｂとの接続を容易にするためには、ヒータホース１３ｂの内径Ｄも、ヒータパイプ１２ａに接続されるヒータホース１３ａの内径Ｃより小さいことが望ましい。例えば、ヒータパイプ１２ａの外径とほぼ同じ又はそれよりやや小さい内径Ｃを有するヒータホース１３ａと、ヒータパイプ１２ｂの外径とほぼ同じ又はそれよりやや小さい内径Ｄを有するヒータホース１３ｂとが用いられる。

これにより、ヒータホース１３ｂとヒータパイプ１２ｂとの接続が容易になるとともに、ヒータホース１３ｂによっても流路が狭められるため、ヒータコア６内及びウォータバルブ１１内でのエンジン冷却水の圧力がさらに上昇し、キャビテーション発生を防止する効果がさらに高まる。ヒータコア６より下流側での各ヒータパイプ１２及び各ヒータホース１３の内径は、エンジン９に至るまで小径のままでもよいし、途中で拡大しても良い。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、ヒータパイプ１２ａと、ヒータパイプ１２ａの内径Ａよりも小さい内径Ｂを有するヒータパイプ１２ｂとがヒータコア６に接続された配管構造について説明したが、熱媒体と所定の流体とを熱交換させる他の熱交換器本体（例えばラジエータ等）に、熱媒体の流入側配管と流入側配管の内径よりも小さい内径を有する流出側配管とを接続するようにしても良い。これにより上記第１実施形態と同様に、流出側配管によって流路が狭められることにより当該熱交換器本体内での熱媒体の圧力が上昇し、キャビテーション発生を防止することができる。

本発明の第１実施形態における空調装置の全体を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における熱交換器の配管構造及びそれを用いた冷却水回路を示す模式図である。

符号の説明

６ ヒータコア（熱交換器本体）
１２ａ ヒータパイプ（流入側配管）
１２ｂ ヒータパイプ（流出側配管）
１３ａ ヒータホース（第１のホース）
１３ｂ ヒータホース（第２のホース）

Claims (4)

1. 熱媒体と所定の流体とを熱交換させる熱交換器本体（６）に前記熱媒体を流入させる流入側配管（１２ａ）と、前記熱交換器本体（６）から前記熱媒体を流出させる流出側配管（１２ｂ）とを前記熱交換器本体（６）に接続した熱交換器の配管構造であって、
   前記流出側配管（１２ｂ）は、前記流入側配管（１２ａ）の内径（Ａ）より小さい内径（Ｂ）を有することを特徴とする熱交換器の配管構造。
2. 前記流入側配管（１２ａ）の上流側に第１のホース（１３ａ）が接続され、前記第１のホース（１３ａ）の内径（Ｃ）より小さい内径（Ｄ）を有する第２のホース（１３ｂ）が前記流出側配管（１２ｂ）の下流側に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の配管構造。
3. 前記熱交換器本体（６）はヒータコアであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器の配管構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器の配管構造を用いたことを特徴とする空調装置。

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