JP2019002349A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】第１の熱交換器を流れる冷却媒体と第２の熱交換器を流れる冷却媒体とを放熱器で冷却している冷却システムにおいて、第１の熱交換器への適切な温度の冷却媒体の供給をする。
【解決手段】冷却媒体と第１の流体との間で熱交換する第１の熱交換器３と、冷却媒体と第２の流体９との間で熱交換する第２の熱交換器５と、冷却媒体と外気との間で熱交換する第１の放熱器７とを有し、第１の熱交換器３は、第１熱交換部１７と第２熱交換部１９とを備えて構成されており、第２熱交換部５は、冷却媒体の流れ方向で、第２の熱交換器５の上流側に配置されている冷却システム１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却システムに係り、たとえば、エアコンの水冷凝縮器（エアーコンディションナの水冷コンデンサ）と水冷ＣＡＣ（チャージエアークーラ）等の水冷冷却器を有するものに関する。

従来、エアコンの水冷凝縮器を流れる冷却水と、水冷ＣＡＣ等の水冷冷却器を流れる冷却水とをラジエータ（放熱器；サブラジエータ）で冷却している車両用熱交換システム（冷却システム）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２０１５／０２７５７４２号明細書

ところで、エアーコンディショナの水冷凝縮器（第１の熱交換器）を流れる冷却水（冷却媒体）と水冷ＣＡＣ等の水冷冷却器（第２の熱交換器）を流れる冷却水とを、サブラジエータで冷却する車両の冷却システムでは、エアーコンディショナの冷凍サイクルにおける冷媒の過冷却度の確保のために、水冷凝縮器（水冷コンデンサ）に適切な温度の冷却水の供給が望まれる。

本発明は、第１の熱交換器を流れる冷却媒体と第２の熱交換器を流れる冷却媒体とを放熱器で冷却している冷却システムにおいて、第１の熱交換器への適切な温度の冷却媒体の供給をすることができる冷却システムを提供することを目的とする。

本発明は、冷却媒体と第１の流体との間で熱交換する第１の熱交換器と、冷却媒体と第２の流体との間で熱交換する第２の熱交換器と、前記冷却媒体と外気との間で熱交換する第１の放熱器とを有し、前記第１の熱交換器は、第１熱交換部と第２熱交換部とを備えて構成されており、前記第２熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第２の熱交換器の上流側に配置されている冷却システムである。

本発明によれば、第１の熱交換器を流れる冷却媒体と第２の熱交換器を流れる冷却媒体とを放熱器で冷却している冷却システムにおいて、第１の熱交換器への適切な温度の冷却媒体の供給をすることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る冷却システムの概略構成を示す図である。 １つ目の変形例に係る冷却システムの概略構成を示す図である。 ２つ目の変形例に係る冷却システムの概略構成を示す図である。 ３つ目の変形例に係る冷却システムの概略構成を示す図である。

本発明の実施形態に係る冷却システム１は、たとえば、自動車等の車両に搭載されて使用されるものであり、図１で示すように、第１の熱交換器（たとえば、エアーコンディショナの水冷凝縮器；以下、「水冷凝縮器」という）３と、第２の熱交換器（たとえば、ＣＡＣ（チャージエアクーラ）の水冷冷却器；以下、「水冷冷却器」という）５と、第１の放熱器（たとえば、サブラジエータ）７とを備えて構成されている。

水冷凝縮器３は、冷却媒体（たとえば、冷却水）と、第１の流体（たとえば、エアーコンディショナの冷媒）との間で熱交換するようになっている（冷却水を用いて冷媒を冷却するようになっている）。

水冷冷却器５は、冷却水と第１の流体とは異なる第２の流体９との間で熱交換するようになっている（冷却水を用いて第２の流体９を冷却するようになっている）。第２の流体９として、たとえば、ターボチャージャもしくはスーパーチャージャ等で圧縮され車両の内燃機関での燃料の燃焼に使用される圧縮空気（吸気）を掲げることができる。

サブラジエータ７は、冷却水と外気との間で熱交換するようになっている（冷却水の熱量を外気に放出して冷却水を冷却するようになっている）。

なお、冷却システム１では、水冷凝縮器３と水冷冷却器５とサブラジエータ７とが冷却水用配管経路１１でつながっており、水冷凝縮器３と水冷冷却器５とサブラジエータ７とを冷却水が流れる（循環する）ようになっている。

また、冷却システム１では、水冷凝縮器３と冷凍サイクル１３とが冷媒用配管経路１５でつながっている。なお、冷凍サイクル１３は、図示しない膨張弁とエバポレータとコンプレッサとを備えて構成されており、冷媒用配管経路１５によって、水冷凝縮器３と膨張弁とエバポレータとコンプレッサとを冷媒が流れる（循環する）ようになっている。

エアーコンディショナの水冷凝縮器３は、第１熱交換部１７と第２熱交換部１９とを備えて構成されている。第２熱交換部１９は、サブラジエータ７から各熱交換器３、５に向かう冷却水の流れ方向で、水冷冷却器（第２の熱交換器）５の上流側に配置されている。したがって、サブラジエータ７から出てきた冷却水は、水冷凝縮器３の第２熱交換部１９を通って冷媒を冷やした後に、水冷冷却器５へ流れるようになっている。

なお、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７は、冷媒の主凝縮部（主冷却部）になっており、水冷凝縮器３の第２熱交換部１９は、冷媒の過冷却部になっている。

そして、エアーコンディショナのコンプレッサで圧縮された冷媒が、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７と第２熱交換部１９とをこの順に通り冷却されるようになっている。すなわち、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７で冷却された冷媒は、水冷凝縮器３の第２熱交換部１９でさらに冷却（過冷却）されるようになっている。

水冷凝縮器３の第１熱交換部１７は、各熱交換器３、５からサブラジエータ７に向かう冷却水の流れ方向で、水冷冷却器５の下流側に配置されている。

また、水冷冷却器５は、第３熱交換部（高温側熱交換部；高温側冷却部）２１と第４熱交換部（低温側熱交換部；低温側冷却部）２３とを備えて構成されており、吸気９は、第３熱交換部２１と第４熱交換部２３とをこの順に通過することで、冷却水との間で熱交換されるようになっている。

水冷凝縮器３の第２熱交換部１９は、サブラジエータ７から各熱交換器３、５に向かう冷却水の流れ方向で、水冷冷却器５の第３熱交換部２１の上流側に配置されており、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７は、サブラジエータ７から各熱交換器３、５に向かう冷却水の流れ方向で、水冷冷却器５の第４熱交換部２３の下流側に配置されている。

図１で示す冷却システム１についてさらに説明すると、冷却水用配管経路１１は、第１の部位２５と、第２の部位２７と、第３の部位２９と、第４の部位３１と、第５の部位３３と、第６の部位３５とを備えて構成されている。

第１の部位２５は、サブラジエータ７の冷却水出口７ｔと水冷凝縮器３の第２熱交換部１９の冷却水入口１９ｎとをつないでいる。第２の部位２７は、水冷凝縮器３の第２熱交換部１９の冷却水出口１９ｔと水冷冷却器５の第３熱交換部２１の冷却水入口２１ｎとをつないでいる。第３の部位２９は、水冷冷却器５の第３熱交換部２１の冷却水出口２１ｔサブラジエータ７の冷却水入口７ｎとをつないでいる。

第４の部位３１は、第１の部位２５の中間部２５ｍと水冷凝縮器３の第４熱交換部２３の冷却水入口２３ｎとをつないでいる。第５の部位３３は、水冷凝縮器３の第４熱交換部２３の冷却水出口２３ｔと水冷凝縮器３の第１熱交換部１７の冷却水入口１７ｎとをつないでいる。第６の部位３５は、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７の冷却水出口１７ｔと第３の部位２９の中間部２９ｍとをつないでいる。

また、たとえば、サブラジエータ７の冷却水出口７ｔと第１の部位２５の中間部２５ｍとの間における第１の部位２５の部位には、冷却水の流れ（冷却水用配管経路１１の矢印参照）を作るポンプ（図示せず）が設けられている。ポンプは、たとえば電動ポンプで構成されており冷却水の吐出量を変えることができるようになっている。

冷媒用配管経路１５は、冷凍サイクル１３と水冷凝縮器３の第１熱交換部１７とをつないでいる第７の部位３７と、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７と水冷凝縮器３の第２熱交換部１９とをつないでいる第８の部位３９と、水冷凝縮器３の第２熱交換部１９と冷凍サイクル１３とをつないでいる第９の部位４１とを備えて構成されている。そして、冷媒の流れ（冷媒用配管経路１５の矢印参照）が生成されるようになっている。

次に冷却システム１の動作を説明する。

まず、冷却水用配管経路１１を通って、水冷凝縮器３と水冷冷却器５とサブラジエータ７とに冷却水が流れており、サブラジエータ７で冷却水が冷却されているものとする。また、冷媒用配管経路１５を通って、水冷凝縮器３と冷凍サイクル１３とに冷媒が流れているものとする。

このとき、サブラジエータ７を出てきた冷却水は、中間部２５ｍで分かれ第２熱交換部１９と第４熱交換部２３に流れる。

第２熱交換部１９に流れた冷却水は、第２熱交換部１９で冷媒から熱をうばって冷媒を冷やし、この後、第３熱交換部２１に流れて吸気９から熱を奪って吸気９を冷やす。

第４熱交換部２３に流れた冷却水は、第４熱交換部２３で吸気９から熱をうばって吸気９を冷やし、この後、第１熱交換部１７に流れて冷媒から熱を奪って冷媒を冷やす。

第３熱交換部２１から出てきた冷却水と、第１熱交換部１７から出てきた冷却水とは、中間部２９ｍで合流してサブラジエータ７に入る。

吸気９は、第３熱交換部２１と第４熱交換部２３をこの順に流れ、次第に冷却される。なお、すでに理解されるように、第４熱交換部２３を流れる冷却水の温度は、第３熱交換部２１を流れる冷却水の温度よりも低くなっている。

冷媒は、第１熱交換部１７と第２熱交換部１９をこの順に流れ、次第に冷却される。なお、すでに理解されるように、第２熱交換部１９を流れる冷却水の温度は、第１熱交換部１７を流れる冷却水の温度よりも低くなっている。

冷却システム１によれば、冷却水とエアーコンディショナの冷媒との間で熱交換する水冷凝縮器３と、冷却水とエンジンへの吸気９との間で熱交換する水冷冷却器５と、冷却水と外気との間で熱交換するサブラジエータ７とを有し、水冷凝縮器３が、第１熱交換部（冷媒の主凝縮部）１７と第２熱交換部（冷媒の過冷却部）１９とを備えて構成されており、冷媒の過冷却部１９が水冷冷却器５の上流側に配置されているので、水冷凝縮器３の過冷却部１９に温度の低い冷却水を供給することができ、水冷凝縮器３での冷媒の過冷却度を確保し冷凍サイクル状態を良好な状態にすることができる。

さらに説明すると、従来の自動車用空調装置（エアーコンディショナ）の冷凍サイクルの凝縮器（空冷凝縮器）では、空気を用いて凝縮器（空冷コンデンサ）を流れる冷凍サイクルの冷媒を冷却する。これに対して、水冷凝縮器を用いて冷凍サイクルの冷媒を冷却する場合は、サブラジエータ等の空冷放熱器で空冷された冷却水を用いて冷凍サイクルの冷媒を冷却するので、冷却水を介する分、水冷凝縮器出口での冷媒の過冷却度がとりにくくなり（凝縮器出口冷媒の温度が高くなり）、空調（冷房）性能に影響を及ぼすおそれがある。また、空調性能確保のために空調システムを大型化する等の対策が必要になる。

さらに、従来のものにおいて、水冷冷却器（水冷ＣＡＣ）と水冷凝縮器（水冷コンデンサ）とを単純に並列接続している冷却システムでは、水冷ＣＡＣ、水冷コンデンサそれぞれの流量が全流量の１／２程度になり、それぞれの冷却性能が低下してしまう。また一方のユニット（水冷冷却器、水冷凝縮器の一方の機器）が冷却不要の場合においても通水するので（冷却水を流すので）冷却効率が悪くなる。

これに対して、冷却システム１では、冷媒の過冷却部１９が水冷冷却器５の上流側に配置されているので、サブラジエータ７を出てきた温度の低い冷却水を直接用いて、水冷凝縮器３の冷媒過冷却部１９で冷凍サイクルの冷媒を冷却することでき、エアーコンディショナの冷媒の温度を、サブラジエタータ７から出てきた直後の冷却水の温度まで下げることができ、水冷凝縮器３（過冷却部１９）の出口における冷媒過冷却度を適切にとることができる。

上述したように、水冷凝縮器３を用いても、空冷凝縮器での凝縮器出口の冷媒温度に近づけることができる。なお、エアーコンディショナの冷媒を過冷却することで、冷媒をガス状態から確実に液状体にすることができる。

また、冷却システム１によれば、サブラジエータ７で冷却された冷却水の総てが水冷冷却器５を流れるので、冷却水の全流量を吸気９の冷却に使用することができで水冷冷却器５での冷却性能を確保することができる。

また、冷却システム１によれば、水冷凝縮器３の主凝縮部１７が水冷冷却器５の第４熱交換部２３の下流側に配置されているので、水冷冷却器５の第４熱交換部２３での吸気９の冷却に使用された冷却水を有効利用して、水冷凝縮器３の過冷却部１９で冷却される前の冷媒の温度を下げることができ、水冷凝縮器３での冷媒の過冷却度を確実に確保することができる。

ところで、図２で示すように、第１熱交換部１７や第２熱交換部１９の配置を変更してもよい。

図２で示す冷却システム１ａは、第１熱交換部１７や第２熱交換部１９の配置位置（設置位置）が変更されている点が、図１で示す冷却システム１とは異なり、その他の点は、冷却システム１と同様に構成されて、ほぼ同様に動作する。

すなわち、図２で示す冷却システム１ａでは、水冷凝縮器３の第２熱交換部１９が、冷却水の流れ方向で、水冷冷却器５の第４熱交換部２３の上流側に配置されており、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７が、冷却水の流れ方向で、水冷冷却器５の第３熱交換部２１の下流側に配置されている。

冷却システム１ａによれば、水冷凝縮器３の過冷却部１９が水冷冷却器５の第４熱交換部２３の上流側に配置されているので、発熱量が少ない水冷凝縮器３の過冷却部１９での冷媒の冷却に使用され温度上昇の少ない冷却水を用いて、比較的低くなるまで吸気９を冷却することができる。

また、図３で示すように、第１熱交換部１７や第２熱交換部１９の配置を変更してもよい。

図３で示す冷却システム１ｂは、第１熱交換部１７や第２熱交換部１９の配置位置が変更されている点や、水冷冷却器５の第３熱交換部２１が、第２の放熱器（ラジエータ）４３を流れる冷却媒体（たとえば冷却水）を用いて、吸気９を冷却する点が、図１や図２で示す冷却システム１、１ａとは異なり、その他の点は、冷却システム１、１ａと同様に構成されて、ほぼ同様に動作する。

すなわち、図３で示す冷却システム１ｂでは、水冷凝縮器３の第２熱交換部１９が、冷却水の流れ方向で、水冷冷却器５の第４熱交換部２３の上流側に配置されており、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７が、冷却水の流れ方向で、水冷冷却器５の第４熱交換部２３の下流側に配置されている。

また、図３で示す冷却システム１ｂには、冷却水を冷却するラジエータ４３が設けられている。ラジエータ４３は、車両のエンジンの冷却にも使用されるようになっており、ラジエータ４３を流れる冷却水は、サブラジエータ７等を流れる冷却水から分離しておりサブラジエータ７を流れる冷却水と混ざることない。また、常態では、ラジエータ４３を流れる冷却水の温度は、サブラジエータ７を流れる冷却水の温度より高くなっている。

図３で示す冷却システム１ｂでは、水冷冷却器５の第３熱交換部２１には、サブラジエータ７ではなく、ラジエータ４３で冷却された冷却水が流れるようになっている。

冷却システム１ｂによれば、ラジエータ４３が設けられており、水冷冷却器５の第３熱交換部２１に、ラジエータ４３で冷却された冷却水が流れるように構成されているので、ラジエータ４３で冷却された冷却水を用いて吸気９を冷却することができる。これにより、サブラジエータ７の負担を軽減することができ、サブラジエータ７を小型化することができる。

なお、図３で示す冷却システム１ｂにおいて、水冷冷却器５の第３熱交換部２１に、ラジエータ４３ではなく、サブラジエータ７で冷却された冷却水が流れるようになっていれもよい。

また、図４で示すように、第１熱交換部１７や第２熱交換部１９の配置を変更してもよい。

図４で示す冷却システム１ｃは、第１熱交換部１７や第２熱交換部１９の配置位置が変更されている点が、図１や図２で示す冷却システム１、１ａとは異なり、その他の点は、冷却システム１、１ａと同様に構成されて、ほぼ同様に動作する。

すなわち、冷却システム１ｃでは、冷却水の流れ方向で、水冷凝縮器３の第１熱交換部１７が水冷冷却器５の第３熱交換部２１の上流側に配置されており、冷却水の流れ方向で、水冷凝縮器３の第２熱交換部１９が水冷冷却器５の第４熱交換部２３の上流側に配置されている。

なお、上記説明では、第２の熱交換器５での冷却対象としてエンジンでの燃料の燃焼に使用される吸気９を例に掲げて説明したが、第２の熱交換器５での冷却対象として、ＥＧＲ（排気再循環）によって原動機に供給される給気を採用してもよいし、ＥＧＲによって原動機に供給される給気を含んでいる空気を採用してもよいし、その他の気体を採用してもよい。であってもよい。

１ 冷却システム
３ 第１の熱交換器（水冷凝縮器）
５ 第２の熱交換器（水冷冷却器）
７ 第１の放熱器（サブラジエータ）
９ 第２の流体（吸気）
１７ 第１熱交換部
１９ 第２熱交換部
２１ 第３熱交換部
２３ 第４熱交換部
４３ 第２の放熱器（ラジエータ）

Claims (8)

1. 冷却媒体と第１の流体との間で熱交換する第１の熱交換器と、
   冷却媒体と第２の流体との間で熱交換する第２の熱交換器と、
   前記冷却媒体と外気との間で熱交換する第１の放熱器と、
   を有し、前記第１の熱交換器は、第１熱交換部と第２熱交換部とを備えて構成されており、前記第２熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第２の熱交換器の上流側に配置されていることを特徴とする冷却システム。
2. 請求項１に記載の冷却システムにおいて、
   前記第１熱交換部は、前記第１の流体の主凝縮部であり、前記第２熱交換部は、前記第１の流体の過冷却部であることを特徴とする冷却システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の冷却システムにおいて、
   前記第１熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第２の熱交換器の下流側に配置されていることを特徴とする冷却システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の冷却システムにおいて、
   前記第２の熱交換器は、第３熱交換部と第４熱交換部とを備えて構成されており、
   前記第２熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第３熱交換部の上流側に配置されており、前記第１熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第４熱交換部の下流側に配置されているか、
   もしくは、
   前記第２熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第４熱交換部の上流側に配置されており、前記第１熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第３熱交換部の下流側に配置されているか、
   もしくは、
   前記第１熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第４熱交換部の下流側に配置されており、前記第２熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第４熱交換部の上流側に配置されていることを特徴とする冷却システム。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の冷却システムにおいて、
   第２の放熱器が設けられており、
   前記第２の熱交換器は、第３熱交換部と第４熱交換部とを備えて構成されており、
   前記第３熱交換部には、前記第２の放熱器で冷却された冷却媒体が流れるように構成されていることを特徴とする冷却システム。
6. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の冷却システムにおいて、
   前記第２の熱交換器は、第３熱交換部と第４熱交換部とを備えて構成されており、
   前記第１熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第３熱交換部の上流側に配置されており、前記第２熱交換部は、前記冷却媒体の流れ方向で、前記第４熱交換部の上流側に配置されていることを特徴とする冷却システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の冷却システムにおいて、
   前記第１の熱交換器は、エアーコンディショナの水冷凝縮器であり、
   前記第１熱交換部は、水冷凝縮器の主凝縮部であり、
   前記第２熱交換部は、水冷凝縮器の過冷却部であることを特徴とする冷却システム。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の冷却システムにおいて、
   前記第２の熱交換器は、水冷冷却器であり、
   前記第２の熱交換器は、第３熱交換部と第４熱交換部とを備えており、
   前記第３熱交換部は、水冷冷却器の高温側冷却部であり、
   前記第４熱交換部は、水冷冷却器の低温側冷却部であることを特徴とする冷却システム。

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