JP2008180486A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】よりコンパクトな構成で、かつより簡単に製造することが可能な、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行う熱交換器を得る。
【解決手段】サブラジエータ４およびコンデンサ５の間に、サブラジエータ４に接続されて前記第１冷媒が流通する穴２３と、コンデンサ５に接続されて第２冷媒が流通する穴２３とが形成されて当該第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を行う水冷コンデンサ６を設けた。
【選択図】図４

Description

本発明は、第１冷媒を冷却する第１熱交換ユニットおよび第２冷媒を冷却する第２熱交換ユニットを備えた車両用の熱交換器に関する。

従来、交互に積層される複数組の放熱フィンおよびチューブと、当該チューブの両端がそれぞれ連結される一対のタンクとを有して車両駆動装置用の冷却水を空気で冷却する第１熱交換ユニット、および前記の冷却水と空調用冷媒との熱交換を行う第２熱交換ユニットを備えるとともに、第１熱交換ユニットのタンク内に、前記の空調用媒体の流体通路を設けて、この流体通路を流通する高温の空調用冷媒を、前記のタンク内を流通する低温の冷却水により冷却した後、空調用冷媒を第２熱交換ユニットで二次的に冷却する熱交換器が提案されている。（例えば特許文献１）。
特開２００６−１６２１７６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている従来技術では、第１熱交換ユニットのタンク内に空調用媒体の流体通路が内蔵されているため、前記のタンクが前後、左右、および上下のいずれかの方向、もしくは全ての方向に大型化し、これに伴って、例えばエンジン室内で隣接して配置される空調用コンデンサ、ラジエータ等の他の熱交換器との間の隙間を拡大する必要があり、レイアウトの面で不利になるという問題があった。また、第１熱交換ユニットのタンクの構造が複雑になるため、組立て性や接合部のロウ付け性が劣るという問題もあった。

そこで、本発明は、よりコンパクトな構成で、かつより簡単に製造することが可能な、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行う熱交換器を得ることを目的とする。

請求項１の発明は、第１冷媒を冷却する第１熱交換ユニット（４，４Ａ）および第２冷媒を冷却する第２熱交換ユニット（５，５Ａ）を備えるとともに、これらの第１熱交換ユニット（４，４Ａ）および第２熱交換ユニット（５，５Ａ）が、それぞれ積層される複数の放熱フィン（７，１２）およびチューブ（８，１３）と、該チューブ（８，１３）の両端がそれぞれ連結される一対のタンク（２０ｆ，２０ｉ，２０ｈ，２０ｊ）とを有する熱交換器において、前記第１熱交換ユニット（４，４Ａ）に接続されて前記第１冷媒が流通する第１流路（２２，３２）と前記第２熱交換ユニット（５，５Ａ）に接続されて前記第２冷媒が流通する第２流路（２３，３３）とを有して当該第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を行う細長い第３熱交換ユニット（６，６Ａ）を、前記第１熱交換ユニット（４，４Ａ）と第２熱交換ユニット（５，５Ａ）との間に設け、前記第３熱交換ユニット（６，６Ａ）には、その長手方向に沿って相互に並行して伸びる複数の穴（２２，２３，３２，３３）が形成され、それら複数の穴（２２，２３，３２，３３）が前記第１流路（２２，３２）および第２流路（２３，３３）として用いられることを特徴とする。

請求項２の発明は、前記第１熱交換ユニット（４，４Ａ）のタンク（２０ｆ，２０ｉ）および前記第２熱交換ユニット（５，５Ａ）のタンク（２０ｈ，２０ｊ）を、管状部材（２０ａ，２０ｂ）を隔壁（２４，２５，２６，３６）で仕切ることで形成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、前記第３熱交換ユニット（６，６Ａ）において、その長手方向に沿って第１冷媒と前記第２冷媒を相互に対向する方向に流通させたことを特徴とする。

請求項４の発明は、前記第１冷媒は、車両走行用電動機（２）を冷却する冷却水であって、前記第２冷媒は、車室内空調装置で用いられる空調用冷媒であることを特徴とする。

請求項５の発明は、前記第１冷媒は、内燃機関の過給空気を冷却する冷却水であって、前記第２冷媒は、車室内空調装置で用いられる空調用冷媒であることを特徴とする。

請求項６の発明は、第３熱交換ユニット（６，６Ａ）では、第１熱交換ユニット（４，４Ａ）から排出された後の第１冷媒と、第２熱交換ユニット（５，５Ａ）に導入される前の第２冷媒とを熱交換させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、第３熱交換ユニットが第１熱交換ユニットと第２熱交換ユニットの間に介在する構成としたため、第１熱交換ユニットのタンク内で第１媒体と第２媒体の熱交換を行う構成を有する従来例と比べて、当該タンク、ひいては全体的に小型化を図ることができる。また、一般に、この種の熱交換器では、放熱フィンおよびチューブに沿う方向が積層方向よりも長いから、かかる構成によれば、第３熱交換ユニットが放熱フィンおよびチューブに沿う方向に延設することになって、その分、従来のように第１熱交換ユニットのタンク内で熱交換を行わせる場合に比べて、所要の熱交換区間を確保しやすくなり、ひいては、第３熱交換ユニットの断面積が拡大するのを抑制できて、この点でも、より小型化することが可能となる。

また、第３熱交換ユニットに、その長手方向に沿って相互に並行して伸びる複数の穴を形成し、それら複数の穴を第１流路および第２流路として用いるため、一体化されて剛性の高い第３熱交換ユニットを容易に得ることができて、製造コストを抑制しながら熱交換器の信頼性を向上することができる。

請求項２の発明によれば、第１熱交換ユニットのタンクおよび第２熱交換ユニットのタンクを、管状部材を隔壁で仕切ることで形成したため、第１熱交換ユニットと第２熱交換ユニットとでタンクを構成する部材を一つにした分、部品点数が減る上、熱交換器全体として剛性を高くできて、製造コストを抑制しながら熱交換器の信頼性を向上することができる。

請求項３の発明によれば、冷媒を相互に対向する方向に流通させることで、冷媒同士の最大温度差を高めて、熱交換効率を高めることができる。

請求項４の発明によれば、本発明にかかる熱交換器を電動機と空調装置とを備える車両に適用することができる。

請求項５の発明によれば、本発明にかかる熱交換器を内燃機関の過給機と空調装置とを備える車両に適用することができる。

請求項６の発明によれば、冷媒同士の最大温度差を高めて、熱交換効率を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態にかかる熱交換器を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態にかかる熱交換器を示すブロック図、図２は、熱交換器の斜視図、図３は、熱交換器の正面図、図４は、熱交換器の縦断面図、図５は、第３熱交換ユニットの断面図、図６は、熱交換器の一部の分解斜視図である。

図１および図２に示すように、本実施形態にかかる熱交換器１は、例えば図示しない内燃機関および電動機２を車両駆動装置として備えたハイブリット電気自動車等に設けられるものであって、内燃機関用の冷却水を空気で冷却するラジエータ３と、電動機２や電子部品用および内燃機関の過給空気の冷却水（第１冷媒）を空気で冷却するサブラジエータ（第１熱交換ユニット）４と、空調用冷媒（第２冷媒）を冷却するコンデンサ（第２熱交換ユニット）５と、冷却水で空調用冷媒を冷却する水冷コンデンサ（第３熱交換ユニット）６とを備えている。具体的には、図２に示すように、ラジエータ３の冷却風方向の上流側で、下側から、コンデンサ５、水冷コンデンサ６、およびサブラジエータ４の順に設けられている。

内燃機関とラジエータ３との間では、ポンプ（図示せず）の作動によって冷却水が循環する。また、電動機２とサブラジエータ４との間では、他のポンプＰの作動によって冷却水が循環し、流入管４ａを介してサブラジエータ４に冷却水が流入するとともに、排出管４ｂを介してサブラジエータ４から冷却水が流出する。

一方、車室内空調装置（図示せず）、水冷コンデンサ６、およびコンデンサ５の間では空調用冷媒が循環し、車室内空調装置の圧縮機（コンプレッサ）から吐出された高圧高温の冷媒が、入口部５ａから水冷コンデンサ６を経てコンデンサ５に導入され、冷却された冷媒が出口部５ｂを介して空調装置のエバポレータへ向けて流出する。

サブラジエータ４は、上下方向へ交互に積層される複数組の放熱フィン７および扁平チューブ（チューブ）８と、該扁平チューブ８の両端がそれぞれ連結される一対の管状部材２０ａ，２０ｂと、放熱フィン７および扁平チューブ８の積層方向の上端部を補強する補強部材１０とを備えている。

コンデンサ５は、上下方向へ積層される複数の放熱フィン１２および扁平チューブ（チューブ）１３と、該扁平チューブ１３の両端がそれぞれ連結される一対の管状部材２０ａ，２０ｂと、放熱フィン１２および扁平チューブ１３の積層方向の下端部を補強する補強部材１５とを備えている。

上述したように、サブラジエータ４およびコンデンサ５は管状部材２０ａ，２０ｂを共用しているが、管状部材２０ａ，２０ｂは、その長手方向中間部において、隔壁２４，２５，２６で仕切られており、これにより、管状部材２０ａ，２０ｂの内部に、サブラジエータ４用のタンク２０ｆ，２０ｉと、コンデンサ５用のタンク２０ｈ，２０ｊとが形成されている。

水冷コンデンサ（第３熱交換ユニット）６は、サブラジエータ４とコンデンサ５との間で、放熱フィン７，１２および扁平チューブ８，１３の長手方向に沿って横架されている。

この水冷コンデンサ６の本体部２１は、長手方向に沿って相互に並行して伸びる複数の穴２２，２３を有している。本実施形態では、図５に示すように、水冷コンデンサ６の本体部２１の内部には、断面中央部に円筒壁２１ａによって囲まれる断面略円形の穴２３と、当該円筒壁２１ａから外周壁２１ｃまで放射状に伸びる放射壁２１ｂによって仕切られた複数（四つ）の穴２２とが形成されており、このうち穴２２が冷却水（第１冷媒）が流通する第１流路として用いられ、穴２３が空調用冷媒（第２冷媒）が流通する第２流路として用いられている。

本体部２１の軸方向両端部では、外周壁２１ｃおよび放射壁２１ｂが切除されて、円筒壁２１ａのみが長手方向に突出しており、穴２３の長手方向一端部が入口部５ａに連通し、他端部は連通路２０ｋに連通している。一方、穴２２は、管状部材２０ａの管内に臨み、隔壁２４，２５，２６によって仕切られた部分に連通している。具体的には、穴２２の長手方向一方側（管状部材２０ｂ側）は、サブラジエータ４のタンク２０ｉに連通しており、他方側（管状部材２０ａ側）は、隔壁２４，２５によって上下のタンク２０ｆ，２０ｈの双方と隔絶された排出タンク２０ｇに連通している。

この第１実施形態にあっては、横方向の両端部で上下方向に伸びる管状部材２０ａ，２０ｂの側壁には、水冷コンデンサ６の本体部２１用の差込孔２０ｄ、および扁平チューブ８，１３用の差込孔２０ｅが形成されており、扁平チューブ８，１３および本体部２１をこれら差込孔２０ｄ，２０ｅに嵌入することで、仮組みされる。

各部材の接合部分については、少なくとも一方に、ロウ材を皮材とするクラッド材を使用するか、または、あらかじめペースト状のロウ材などを塗布しておき、サブラジエータ４、コンデンサ５、および水冷コンデンサ６を積層方向へ適宜な圧縮力で圧縮した状態で、各接合部をロウ付けして一体化される。

電動機２を冷却した比較的高温の冷却水は、流入管４ａを介してサブラジエータ４の一方のタンク２０ｆに流入して各扁平チューブ８内を図４の左方向へ流通し、その際に冷却風により冷却される。当該冷却水は、扁平チューブ８から他方のタンク２０ｉに流入し、当該タンク２０ｉからは第１流路としての穴２２を経由して排出タンク２０ｇに流入し、排出管４ｂから排出される。

一方、空調装置の圧縮機から吐出された高圧高温の冷媒は、ガスの状態で入口部５ａを介して水冷コンデンサ６の第２流路としての穴２３を経由してコンデンサ５のタンク２０ｊに流入し、扁平チューブ１３内を図５の右方向へ流通して、その際に冷却風により冷却される。当該冷媒は、扁平チューブ１３から他方のタンク２０ｈに流入し、出口部５ｂから排出される。冷却水と冷媒は、水冷コンデンサ６を流通する際に相互に熱交換することになる。

以上の第１実施形態によれば、水冷コンデンサ６がコンデンサ５とサブラジエータ４との間に介在する構成としたため、コンデンサあるいはサブラジエータのタンク内で冷却水と冷媒との熱交換を行う従来例と比べて、当該タンク、ひいては熱交換器１全体の小型化を図ることができる。また、一般に、この種の熱交換器では、放熱フィン１２および扁平チューブ１３に沿う方向が積層方向よりも長いから、かかる構成によれば、水冷コンデンサ６が放熱フィン７，１２および扁平チューブ８，１３に沿う方向に延設することになって、その分、従来のようにコンデンサあるいはサブラジエータのタンク内で熱交換を行わせる場合に比べて、所要の熱交換区間を確保しやすくなり、ひいては、水冷コンデンサ６の断面積が拡大するのを抑制できて、この点でも小型化に資することになる。

また、コンデンサあるいはサブラジエータのタンクを上記従来技術に比べて小さくできる分、当該タンクに隣接して設けられる放熱フィン７，１２および扁平チューブ８，１３を長くすることができ、熱交換効率を高めることができる。

さらに、サブラジエータ４が冷却風の下流側に突出していないので、冷却風の下流側に隣接するラジエータ３との距離を減少でき、さらに、サブラジエータ４の高さ寸法も比較的小さく、下方で隣接するコンデンサ５との距離を減少できるので、この点でもレイアウト上、有利である。

また、第１実施形態にあっては、車両走行用電動機２を冷却する冷却水をサブラジエータ４で冷却し、ラジエータ３と併用するので、これらのラジエータ３およびサブラジエータ４をそれぞれ小型化することができる。同様に、車室内空調装置で用いられる空調用冷媒を水冷コンデンサ６およびコンデンサ５で冷却するので、水冷コンデンサ６およびコンデンサ５をそれぞれ小型化することができる。

また、第１実施形態にあっては、サブラジエータ４で冷却された比較的低温の冷却水が水冷コンデンサ６の第１流路としての穴２３に流入するとともに、この水冷コンデンサ６の第２流路としての穴２２に車室内空調装置の圧縮機より吐出された高温高圧の空調用冷媒が流入するので、これらの冷却水と空調用冷媒との温度差を高めることができ、水冷コンデンサ６における熱交換効率を高めることができる。かかる効果は、冷却水と空調用冷媒との流通方向を相互に対向させることで、より一層高めることができる。

なお、一般に空冷型より水冷型の熱伝達が大幅に良く、その分、小型化できるが、冷媒凝縮温度と冷却水との温度差が比較的小さいため、冷却水にて冷媒を完全に凝縮させる場合、冷却水を冷却するサブラジエータ４を大型にする必要がある。しかし、本実施形態では、上述したように水冷コンデンサ６で冷却水と空調用冷媒との温度差を大きくして効率を良くするとともに、コンデンサ５を併用することで、小型化を可能としている。

また、水冷コンデンサ６に、その長手方向に伸びる複数の穴２２，２３を形成し、それら複数の穴２２，２３を第１流路および第２流路として用いるため、一体化されて剛性の高い水冷コンデンサ６を容易に得ることができて、製造コストを抑制しながら熱交換器１の信頼性を向上することができる。

さらに本実施形態によれば、サブラジエータ４のタンク２０ｆ，２０ｉおよびコンデンサ５のタンク２０ｈ，２０ｊを、管状部材２０ａ，２０ｂを隔壁２４，２５，２６で仕切ることで形成したため、サブラジエータ４とコンデンサ５とでタンク２０ｆ，２０ｉ，２０ｈ，２０ｊを構成する部材を一つにした分、部品点数が減る上、熱交換器１全体として剛性を高くできて、製造コストを抑制しながら熱交換器１の信頼性を向上することができる。

また、本実施形態にあっては、従来の組付け順序、組付け方法、およびロウ付け時の拘束方法をほとんど変更することなくサブラジエータ４、コンデンサ５、および水冷コンデンサ６の組付けを行うことができるとともに、各接合部も従来の構造とほぼ同様であることから、接合部のロウ付け性を損なうことなくより確実にシールを確保できる。

（第２実施形態）図７は、本発明の第２実施形態にかかる熱交換器を示す縦断面図、図８は、第３熱交換ユニットの断面図（図７のVIII-VIII断面図）、図９は、熱交換器の一部の分解斜視図である。なお、本実施形態にかかる熱交換器１Ａは、上記第３実施形態にかかる熱交換器１と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素には共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態でも、サブラジエータ４とコンデンサ５との間に、第３熱交換ユニットとしての水冷コンデンサ６Ａが介在している。この水冷コンデンサ６Ａも、サブラジエータ４Ａおよびコンデンサ５Ａの放熱フィン７，１２および扁平チューブ８，１３の長手方向に沿って細長い形状を有している。

水冷コンデンサ６Ａの本体部３１には、その長手方向に沿って複数の穴３２，３３が形成されており、穴３２は冷却水が通る第１流路として用いられ、穴３３は冷媒が通る第２流路として用いられる。

ただし、図８，９に示すように、本実施形態では、第１流路としての穴３２は、上下に長い扁平な断面形状を有しており、前後方向に一定間隔で複数設けられる一方、穴３３は、断面略円形を有して、相互に隣接する穴３２，３２間の隙間で、上下方向に複数並べて設けられている。

図９に示すように、穴３２の長手方向両端部は、プラグ３４によって封止される一方、図８にも示すように、本体部３１の上端面には端面と平行に伸びる切欠溝３５が形成される。このとき、切欠溝３５は、穴３２が露出する深さに形成し、切欠溝３５の底面に穴３２の開口部３２ａが形成されるようにしてある。

そして、図９に示すように、本体部３１の長手方向両端部には、本体部３１の長手方向端部を嵌入する切欠３６ａが形成された薄板状の隔壁３６が装着される。この隔壁３６は、一方の管状部材２０ｂ内を仕切って、当該管状部材２０ｂ内にタンク２０ｉ，２０ｊを形成するとともに、他方の管状部材２０ａ内を仕切って、当該管状部材２０ａ内に冷却水の流出タンク３０ａおよび冷媒の流入タンク３０ｂを形成している。

かかる構成では、電動機２を冷却した比較的高温の冷却水は、サブラジエータ４で冷却風により冷却された後、タンク２０ｉから開口部３２ａを介して穴３２内に流入する。穴３２内に流入した冷却水は、図７の右方向へ流動して、開口部３２ａを介して冷却水の流出タンク３０ａに流入し、排出管４ｂから流出する。

一方、空調装置の圧縮機から吐出された高圧高温の冷媒は、入口部５ａから流入し、流入タンク３０ｂを経由して穴３３内に流入する。穴３３内に流入した冷媒は、図７の左方向へ流動して、タンク２０ｊ内に流入する。その後冷媒は、タンク２０ｊから扁平チューブ１３内を流動して、他方側のタンク２０ｈ内へ流入し、図示しない出口部から排出される。冷却水と冷媒は、水冷コンデンサ６Ａを流通する際に相互に熱交換することになる。

また、本実施形態によれば、穴３３の数を多くするとともに、その両側に穴３２を隣接して配置した分、穴３２からの放熱面積（穴３２の内壁の表面積）ならびに穴３３による吸熱面積（穴３３の内壁の表面積）を上記第１実施形態より大きくできて、熱交換効率を高めることができる。

また、本体部３１の熱容量が小さくなる分、周辺部品との熱容量差が減り、ロウ付け性が向上するという利点もある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、水冷コンデンサの扁平な断面を有する穴の姿勢は、幅方向が水平であってもよいし鉛直であってもよい。

また、冷却水や冷媒の流量等は、第３熱交換ユニットにおける熱交換特性や流路抵抗によって適宜に決定されるべきであることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態にかかる熱交換器を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態にかかる熱交換器の斜視図である。 本発明の第１実施形態にかかる熱交換器の正面図である。 本発明の第１実施形態にかかる熱交換器の縦断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる熱交換器の第３熱交換ユニットの断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる熱交換器の一部の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態にかかる熱交換器を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる熱交換器の第３熱交換ユニットの断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる熱交換器の一部の分解斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ 熱交換器
２ 電動機（車両駆動装置）
３ ラジエータ
４，４Ａ サブラジエータ（第１熱交換ユニット）
５，５Ａ コンデンサ（第２熱交換ユニット）
６，６Ａ 水冷コンデンサ（第３熱交換ユニット）
７，１２ 放熱フィン
８，１３ 扁平チューブ（チューブ）
２０ａ，２０ｂ 管状部材
２０ｆ，２０ｉ （第１熱交換ユニットの）タンク
２０ｈ，２０ｊ （第２熱交換ユニットの）タンク
２２，３２ 穴（第１流路）
２３，３３ 穴（第２流路）
２４，２５，２６，３６ 隔壁

Claims (6)

1. 第１冷媒を冷却する第１熱交換ユニット（４，４Ａ）および第２冷媒を冷却する第２熱交換ユニット（５，５Ａ）を備えるとともに、これらの第１熱交換ユニット（４，４Ａ）および第２熱交換ユニット（５，５Ａ）が、それぞれ積層される複数の放熱フィン（７，１２）およびチューブ（８，１３）と、該チューブ（８，１３）の両端がそれぞれ連結される一対のタンク（２０ｆ，２０ｉ，２０ｈ，２０ｊ）とを有する熱交換器において、
   前記第１熱交換ユニット（４，４Ａ）に接続されて前記第１冷媒が流通する第１流路（２２，３２）と前記第２熱交換ユニット（５，５Ａ）に接続されて前記第２冷媒が流通する第２流路（２３，３３）とを有して当該第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を行う細長い第３熱交換ユニット（６，６Ａ）を、前記第１熱交換ユニット（４，４Ａ）と第２熱交換ユニット（５，５Ａ）との間に設け、
   前記第３熱交換ユニット（６，６Ａ）には、その長手方向に沿って相互に並行して伸びる複数の穴（２２，２３，３２，３３）が形成され、それら複数の穴（２２，２３，３２，３３）が前記第１流路（２２，３２）および第２流路（２３，３３）として用いられることを特徴とする熱交換器。
2. 前記第１熱交換ユニット（４，４Ａ）のタンク（２０ｆ，２０ｉ）および前記第２熱交換ユニット（５，５Ａ）のタンク（２０ｈ，２０ｊ）を、管状部材（２０ａ，２０ｂ）を隔壁（２４，２５，２６，３６）で仕切ることで形成したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第３熱交換ユニット（６，６Ａ）において、その長手方向に沿って第１冷媒と前記第２冷媒を相互に対向する方向に流通させたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記第１冷媒は、車両走行用電動機（２）を冷却する冷却水であって、前記第２冷媒は、車室内空調装置で用いられる空調用冷媒であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の熱交換器。
5. 前記第１冷媒は、内燃機関の過給空気を冷却する冷却水であって、前記第２冷媒は、車室内空調装置で用いられる空調用冷媒であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の熱交換器。
6. 第３熱交換ユニット（６，６Ａ）では、第１熱交換ユニット（４，４Ａ）から排出された後の第１冷媒と、第２熱交換ユニット（５，５Ａ）に導入される前の第２冷媒とを熱交換させることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。

Images