JP2024519392A - 複合熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの熱交換器により、暖房、冷房、除湿を最大効率で行うことができる複合熱交換器を提供する。【解決手段】冷媒が循環する一次ループと連携した二次ループに備えられ、その内部に流通する冷却水が冷媒によって加熱又は冷却することで暖房又は冷房を行う複合熱交換器において、２つの熱交換器のコアが並列に配置され、冷却水が２つの熱交換器を順に流れるか、又はそれぞれ独立して流れるようにそれぞれの流入口及び排出口を適切に選択して連結する経路調節用マニホールドが備えられることで、冷房モード又は暖房モード時に、冷却水が２つの熱交換器を順に流れるようにすることで直列に連結されることで熱交換効率を極大化し、除湿モード時に、低温／高温の冷却水が２つの熱交換器をそれぞれ独立して流れるようにすることで除湿を円滑にする。【選択図】図４

Description

本発明は複合熱交換器に関し、より詳しくは、冷媒－冷却水の二次ループシステムにおいて冷却水の流れを制御することで、様々な空調モードを具現できるようにする複合熱交換器に関する。

通常、車両のエンジンルームの内には、エンジンなどの駆動部品だけでなく、車両内の各部品を冷却し、又は車室内の空気温度を調節するため、ラジエータ、インタクーラ、蒸発器、凝縮器などのような様々な熱交換器が備えられる。これらの熱交換器は、一般的に内部に熱交換媒体が流通し、熱交換器の内部の熱交換媒体と熱交換器の外部の空気とが互いに熱交換することで、冷却又は放熱が行われる。このような熱交換器を流れる熱交換媒体は、車両内における部品の冷却のための冷却水、又は空気温度調節のための冷媒など多様である。

車室内の空気温度を調節するための空調システムは、基本的に圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器が１つのループで連結されて冷媒が循環する形態で形成され、ここで蒸発器によって冷却された空気が車室内に送風されることで冷房が行われることになる。このようなシステムは、直接冷房を行う点から直接（ｄｉｒｅｃｔ）冷房システムと言われ、一次ループ（ｌｏｏｐ）とも言われる。

一方、このような一次ループに流通する冷媒は、相当な熱エネルギーを保有しているので、これを用いて別の熱交換媒体（例えば、冷却水）と熱交換させることで他の冷房システムと連携することもある。このように、一次ループに連携する他のシステムを二次ループ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｏｏｐ）という。図１は、一次及び二次ループを有する空調システムの一実施例を示すもので、左側の圧縮機－凝縮器－膨張弁－チラーからなる一次ループには冷媒が循環し、右側のポンプ－チラー－クーラからなる二次ループには冷却水が循環する。

図１の実施例では、チラーで冷媒が冷却水と熱交換することで冷却水を冷却し、低温になった冷却水がクーラを通過する際に周辺の空気を冷却することで室内冷房を行う。特許文献１（「車両用熱交換システム」、２０１９．１１．０６）には、このようなシステムが説明されている。

図１の実施例は、非常に簡単な例示に過ぎず、二次ループを用いて冷房のみを行うが、実際にこのような一次及び二次ループが用いられるシステムはより複雑な構成を有しており、冷媒や冷却水の流れを用いることで、冷房、暖房、除湿などの様々な空調モードを具現することができる。

図２は、一次及び二次ループを有する空調システムの他の実施例であり、図２において、濃い線は、冷媒が通過する経路として一次ループを形成し、薄い線は、冷却水が通過する経路として二次ループを形成する。

図３Ａないし図３Ｃは、図２の空調システムにおいて冷房、暖房、除湿を行う際の冷媒及び冷却水の経路を示すものである。空調に用いられる熱交換器は、図３Ａないし図３Ｃで(1)、(2)で示した第１及び第２熱交換器である。冷房モードでは、図３Ａに示すように、水冷式蒸発器と熱交換して冷却することで低温になった冷却水が第１及び第２熱交換器（(1)）（(2)）を通過し、よって、車室内には低温の空気が送風されて冷房が行われる。

暖房モードでは、図３Ｂに示すように、水冷式凝縮器と熱交換して加熱されることで高温になった冷却水が第１及び第２熱交換器（(1)）（(2)）を通過し、よって、車室内には高温の空気が送風されて暖房が行われる。除湿モードでは、図３Ｃに示すように、水冷式蒸発器と熱交換して冷却することで低温になった冷却水が第１熱交換部（(1)）を通過する際に、空気中の湿気を凝縮させて除湿し、水冷式凝縮器と熱交換して加熱されることで高温になった冷却水が第２熱交換部（(2)）を通過する際に、除湿及び冷却された空気を適切に加熱して中温にし、よって、車室内には除湿された中温の空気が送風されて除湿が行われる。

図３Ａないし図３Ｃより分かるように、図２のシステムは、一次ループである冷媒の流れはそのまま維持し、二次ループである冷却水の流れのみをバルブを用いて適切に調節することで、暖房、冷房、除湿などの様々な空調モードを具現することができる。

しかし、図２のシステムにも下記のような限界がある。まず、図２に詳しく示すように、第１及び第２熱交換器（(1)）（(2)）がそれぞれ別の熱交換器として具現されるため、空調モジュールパッケージの小型化に制約となる。また、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、第１及び第２熱交換器（(1)）（(2)）の両方とも暖房又は冷房に用いられる場合、両熱交換器に冷却水を並列に供給するため、熱交換性能の改善に限界がある。すなわち空気は、送風機によって第１及び第２熱交換器（(1)）（(2)）を順に通過するようになり、冷却水を並列配置された第１及び第２熱交換器（(1)）（(2)）に供給するとき、第１及び第２熱交換器（(1)）（(2)）はほぼ同一の温度を有する。このとき、例えば冷房モードにおいて、空気は、第１熱交換部（(1)）を通過する際に既に冷却が行われたので、第２熱交換部（(2)）に流通する冷却水との温度差があまり大きくなくなり、よって、空気が第２熱交換部（(2)）を通過する際にはあまり活発に熱交換できなくなる。暖房モードの場合にも同様に、実質的に第２熱交換部（(2)）では冷房又は暖房効果を大きく高めにくくなる。

韓国公開特許第２０１９－０１２４９３１号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、冷媒が循環する一次ループと連携した二次ループに備えられ、その内部に流通する冷却水が冷媒によって加熱又は冷却することで暖房又は冷房を行う複合熱交換器において、暖房、冷房、除湿を最大効率で行うことができる複合熱交換器を提供することにある。

具体的には、２つの熱交換器のコアが並列に配置され、冷却水が２つの熱交換器を順に流れるか、又はそれぞれ独立して流れるようにそれぞれの流入口及び排出口を適切に選択して連結する経路調節用マニホールドが備えられることで、冷房モード又は暖房モード時に、冷却水が２つの熱交換器を順に流れるようにすることで（すなわち、直列に連結された効果を出すようにすることで）熱交換効率を極大化し、除湿モード時に、低温／高温の冷却水が２つの熱交換器をそれぞれ独立して流れるようにすることで除湿を円滑に実現し、１つの熱交換器により、暖房、冷房、除湿を最大効率で行える複合熱交換器を提供することにある。

本発明による複合熱交換器（１００）は、圧縮機－凝縮器－膨張弁－蒸発器を含んで冷媒が循環する一次ループと連携して冷媒と熱交換する冷却水が循環する二次ループに備えられ、高温冷却水又は低温冷却水と外部空気を熱交換させることで、冷房、暖房、除湿の中から選択される少なくとも１つの空調モードを行う複合熱交換器（１００）において、外部空気が吹いてくる方向を前方、吹いていく方向を後方とするとき、第１熱交換部（１１０）、及び前記第１熱交換部（１１０）の後方に配置される第２熱交換部（１２０）に備えられた複数の流通口が互いに連結されることで、高温冷却水及び低温冷却水のそれぞれの流入及び排出位置によって、冷却水が前記第１熱交換部（１１０）及び前記第２熱交換部（１２０）を順に流れるか、又は冷却水が前記第１熱交換部（１１０）及び前記第２熱交換部（１２０）のそれぞれを独立して流れるように形成されることを特徴とする。

このとき、前記複合熱交換器（１００）は、高温冷却水及び低温冷却水のそれぞれの流入及び排出位置が外部バルブの調節によって決定されてもよい。

前記第１熱交換部（１１０）は、内部に冷却水流動空間を形成し、互いに一定距離離れて並んで形成される一対の第１タンク（１１１）、前記第１タンク（１１１）に両端が固定され、冷却水流路を形成する複数の第１チューブ（１１２）、１つの前記第１タンク（１１１）に形成され、冷却水を流通させる第１一側流通口（１１３）、他の前記第１タンク（１１１）に形成され、冷却水を流通させる第１他側流通口（１１４）を含んでもよい。

前記第２熱交換部（１２０）は、内部に冷却水流動空間を形成し、互いに一定距離離れて並んで形成される一対の第２タンク（１２１）、前記第２タンク（１２１）に両端が固定され、冷却水流路を形成する複数の第２チューブ（１２２）、１つの前記第２タンク（１２１）に形成され、冷却水を流通させる第２一側流通口（１２３）、他の前記第２タンク（１２１）に形成され、冷却水を流通させる第２他側流通口（１２４）を含んでもよい。

前記複合熱交換器（１００）は、前記第１熱交換部（１１０）、前記第２熱交換部（１２０）、前記第１一側流通口（１１３）と連結される第１連通口（１３１）、前記第１連通口と連通する流路（１）、前記第２一側流通口（１２３）と連結される第２連通口（１３２）、前記第２連通口（１３２）と連通する流路（２）を含み、前記第１一側流通口（１１３）及び前記第２一側流通口（１２３）を連結する一側マニホールド（１３０）、前記第１他側流通口（１１４）と連結される第３連通口（１４３）、前記第３連通口（１４３）と連通する流路（３）、前記第２他側流通口（１２４）と連結される第４連通口（１４４）、前記第４連通口（１４４）と連通する流路（４）を含み、前記第１他側流通口（１１４）及び前記第２他側流通口（１２４）を連結する他側マニホールド（１４０）、を含んでもよい。

このとき、前記複合熱交換器（１００）は、冷房モード時に、低温冷却水が前記流路（１）－前記第１連通口（１３１）－前記第１一側流通口（１１３）－前記第１熱交換部（１１０）－前記第４連通口（１４４）－前記第１他側流通口（１１４）－前記流路（４）－前記流路（３）－前記第３連通口（１４３）－前記第２他側流通口（１２４）－前記第２熱交換部（１２０）－前記第２一側流通口（１２３）－前記第２連通口（１３２）－前記流路（２）を順に通過することによって、低温冷却水が前記第１熱交換部（１１０）－前記第２熱交換部（１２０）を順に流れるように形成されてもよい。

また、前記複合熱交換器（１００）は、暖房モード時に、高温冷却水が前記流路（３）－前記第３連通口（１４３）－前記第２他側流通口（１２４）－前記第２熱交換部－前記第２一側流通口（１２３）－前記２連通口（１３２）－前記流路（２）－前記流路（１）－前記流路（１）－前記第１連通口（１３１）－前記第１一側流通口（１１３）－前記第１熱交換部（１１０）－前記第４連通口（１４４）－前記第１他側流通口（１１４）－前記流路（４）を順に通過することによって、高温冷却水が前記第２熱交換部（１２０）－前記第１熱交換部（１１０）を順に流れるように形成されてもよい。

前記複合熱交換器（１００）は、暖房モード時に、高温冷却水が前記流路（３）－前記第３連通口（１４３）－前記第２他側流通口（１２４）－前記第２熱交換部－前記第２一側流通口（１２３）－前記２連通口（１３２）－前記流路（２）を順に通過することによって、高温冷却水が前記第２熱交換部（１２０）のみを流れるように形成されてもよい。

前記複合熱交換器（１００）は、除湿モード時に、低温冷却水が前記流路（１）－前記第１連通口（１３１）－前記第１一側流通口（１１３）－前記第１熱交換部（１１０）－前記第４連通口（１４４）－前記第１他側流通口（１１４）－前記流路（４）を順に通過し、高温冷却水が前記流路（３）－前記第３連通口（１４３）－前記第２他側流通口（１２４）－前記第２熱交換部－前記第２一側流通口（１２３）－前記２連通口（１３２）－前記流路（２）を順に通過することによって、低温冷却水が前記第１熱交換部（１１０）のみを流れ、高温冷却水が前記第２熱交換部（１２０）のみを流れるように形成されてもよい。

また、前記複合熱交換器（１００）は、前方の一部が複数の前記第１チューブ（１１２）が形成するチューブ列の末端に配置され、後方の一部が複数の前記第１チューブ（１１２）が形成するチューブ列の末端に配置され、チューブ列の両末端で前記第１タンク（１１１）及び前記第２タンク（１１２）を連結するサポート（１０１）、を含んでもよい。

また、前記複合熱交換器（１００）は、互いに並んで配列された前記第１タンク（１１１）及び前記第２タンク（１２１）を互いに連結して一体化させる連結材（１０２）、を含んでもよい。このとき、前記連結材（１０２）は、チューブ列の配列方向に配列される複数の切り欠きが形成されるか、又はチューブ列の配列方向に配列され、互いに分離した複数のバー形態に形成されてもよい。

また、前記複合熱交換器（１００）は、互いに並んで配列された前記第１タンク（１１１）及び前記第２タンク（１２１）の間に介在する断熱材（１０３）、を含んでもよい。

本発明によると、冷媒が循環する一次ループと連携した二次ループに備えられ、その内部に流通する冷却水が冷媒によって加熱又は冷却することで暖房又は冷房を行う複合熱交換器において、冷房モード又は暖房モード時に、冷却水が２つの熱交換器を順に流れるようにすることで（すなわち、直列に連結された効果を出すようにすることで）熱交換効率を極大化し、除湿モード時に、低温／高温の冷却水が２つの熱交換器をそれぞれ独立して流れるようにすることで除湿を円滑に実現することによって、１つの熱交換器により、暖房、冷房、除湿を最大効率で行うことができる。さらに、暖房負荷が小さい場合はハーフ（ｈａｌｆ）暖房モードを具現することができ、システム効率をより向上させる効果もある。

特に本発明によると、このような冷却水の流れを具現するにおいて、２つの熱交換器のコアが並列に配置され、冷却水が２つの熱交換器を順に流れるか、又はそれぞれ独立して流れるようにそれぞれの流入口及び排出口を適切に選択して連結する経路調節用マニホールドが備えられる構造を採用することで、暖房、冷房、除湿を全て行うことができる熱交換器の最適化された新規な構造を提示する。このような本発明の熱交換器構造は、従来に比べて、空調モジュールパッケージの体積を低減することができる。

さらに、本発明によると、互いに分離した２つの熱交換器のコアが並列配置された形態になることで、異なる温度区間の冷却水を用いるときに熱交換効率の低下を最小化することができる効果もある。また、このような分離構造を有することで、冷房モード及び除湿モードで発生する凝縮水の排水が円滑に行われるようにする効果もある。これに加えて、このような分離構造を有することによって、それぞれの熱交換器にバッフルなどを備えて冷却水経路を複雑にする必要がなくなり、これによって製作容易性が遥かに向上する効果もある。

一次及び二次ループを有する空調システムの一実施例である。 一次及び二次ループを有する空調システムの他の実施例である。 図２の空調システムにおいて、冷房、暖房、除湿の遂行時における冷媒及び冷却水の経路を示す。 図２の空調システムにおいて、冷房、暖房、除湿の遂行時における冷媒及び冷却水の経路を示す。 図２の空調システムにおいて、冷房、暖房、除湿の遂行時における冷媒及び冷却水の経路を示す。 本発明の熱交換器の分解斜視図である。 本発明の熱交換器の組立斜視図及び概略構成図である。 本発明の熱交換器の冷房、暖房、除湿時における外部バルブ制御の第１実施例を示す。 本発明の熱交換器の冷房、暖房、除湿時における外部バルブ制御の第２実施例を示す。 本発明の熱交換器の多様な実施例を示す。 本発明の熱交換器の多様な実施例を示す。

以下、添付の図面を参照して、本発明による複合熱交換器を詳しく説明する。

本発明の複合熱交換器（１００）は、圧縮機－凝縮器－膨張弁－蒸発器を含んで冷媒が循環する一次ループと連携して冷媒と熱交換する冷却水が循環する二次ループに備えられる熱交換器である。従来は、２つの独立した熱交換器がそれぞれ高温冷却水又は低温冷却水を流通させるように形成されたが、本発明の複合熱交換器（１００）は、このような２つの独立した熱交換器が一体化された形態に形成される。すなわち、本発明の複合熱交換器（１００）は、高温冷却水又は低温冷却水と外部空気を熱交換させることで、冷房、暖房、除湿の中から選択される少なくとも１つの空調モードを行う。

図４は、本発明の熱交換器の分解斜視図を示し、図５は、本発明の熱交換器の組立斜視図及び概略構成図をそれぞれ示す。

図４及び図５に示すように、本発明の複合熱交換器（１００）は、基本的に外部空気が吹いてくる方向を前方、吹いていく方向を後方とするとき、第１熱交換部（１１０）、及び第１熱交換部（１１０）の後方に配置される第２熱交換部（１２０）に備えられた複数の流通口が互いに連結された形態からなる。一般的に、１つの熱交換器当たり流入口／排出口の２つの流通口が備えられるので、流通口の数は通常４つである。本発明の複合熱交換器（１００）は、このように４つの流通口が互いに連結されることで、高温冷却水及び低温冷却水のそれぞれの流入及び排出位置によって、冷却水が第１熱交換部（１１０）及び第２熱交換部（１２０）を順に流れるか、又は冷却水が第１熱交換部（１１０）及び第２熱交換部（１２０）のそれぞれを独立して流れるように形成されてもよい。

本発明の複合熱交換器（１００）は、言い換えると、第１熱交換部（１１０）及び第２熱交換部（１２０）のそれぞれが従来の２つの熱交換器の役割をするものであると言える。しかし、従来は、２つの独立した熱交換器に同一の温度の冷却水が並列に供給されたので、熱交換性能の向上に限界があったが、本発明では、上述したように連結構造を改善させることで、冷却水が、熱交換器が直列に連結された形態でも流れるようにすることによって、従来に比べて熱交換性能を大きく向上させることができる。

ここで、高温冷却水及び低温冷却水のそれぞれの流入及び排出位置は、外部バルブの調節によって決定されてもよい。一例として、本発明の複合熱交換器（１００）は、図３Ａないし図３Ｃに示すような一次及び二次ループを有する空調システムの第１及び第２熱交換器（(1)）（(2)）に代えることができる。このとき、図３Ａないし図３Ｃに詳しく示すように、このような空調システムには既に様々なバルブが存在しており、これらのバルブを調節することによって高温冷却水及び低温冷却水をどこに流すかを容易に決定することができる。複合熱交換器（１００）においても、このように既設計の空調システムでは、どのような空調モードのときに、どの流路を介してどの温度の冷却水が流れるのかが予め決定されているため、これに合わせて流通口が連結される。

複合熱交換器（１００）の構成をより具体的に説明すると、下記の通りである。上述したように、複合熱交換器（１００）は、通常の熱交換器の形態でなる第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）を含み、図４及び図５に示すように、流通口を適切に連結する一側及び他側のマニホールド（１３０）（１４０）を含んでもよい。各部についてより詳しく説明する。

第１熱交換部（１１０）は、通常の熱交換器の構成と同様に、内部に冷却水流動空間を形成し、互いに一定距離離れて並んで形成される一対の第１タンク（１１１）、第１タンク（１１１）に両端が固定され、冷却水流路を形成する複数の第１チューブ（１１２）、１つの第１タンク（１１１）に形成され、冷却水を流通させる第１一側流通口（１１３）、他の第１タンク（１１１）に形成され、冷却水を流通させる第１他側流通口（１１４）を含む。図面では省略されているが、熱交換性能の向上のために、第１チューブ（１１２）の間に放熱フィンが介在されてもよい。

第２熱交換部（１２０）も、通常の熱交換器の構成と同様に、内部に冷却水流動空間を形成し、互いに一定距離離れて並んで形成される一対の第２タンク（１２１）、第２タンク（１２１）に両端が固定され、冷却水流路を形成する複数の第２チューブ（１２２）、１つの第２タンク（１２１）に形成され、冷却水を流通させる第２一側流通口（１２３）、他の第２タンク（１２１）に形成され、冷却水を流通させる第２他側流通口（１２４）を含む。同様に図面では省略されているが、熱交換性能の向上のために、第２チューブ（１２２）の間に放熱フィンが介在されてもよい。

一側マニホールド（１３０）は、一側に形成される第１一側流通口（１１３）及び第２一側流通口（１２３）と連結されることで、結果的に、一側で第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）を連結する役割をする。すなわち、第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）の一側と対面する一側マニホールド（１３０）の他面には、第１一側流通口（１１３）と連結される第１連通口（１３１）及び第２一側流通口（１２３）と連結される第２連通口（１３２）が形成される。また外部との冷却水の流通が行われるように、一側マニホールド（１３０）には、第１連通口と連通する流路（１）及び第２連通口（１３２）と連通する流路（２）が形成される。図面では、流路（１）及び流路（２）が全て一側マニホールド（１３０）の前方に形成されるように示されているが、周辺システムの流路構成によって配置位置は適切に変更されてもよい。

他側マニホールド（１４０）は、他側に形成される第１他側流通口（１１４）及び第２他側流通口（１２４）と連結されることで、一側マニホールド（１３０）と同様に、他側で第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）を連結する役割をする。すなわち、第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）の他側と対面する他側マニホールド（１４０）の一面には、第１他側流通口（１１４）と連結される第３連通口（１４３）及び第２他側流通口（１２４）と連結される第４連通口（１４４）が形成される。同様に、外部との冷却水の流通が行われるように、他側マニホールド（１３０）には、第３連通口（１４３）と連通する流路（３）及び第４連通口（１４４）と連通する流路（４）が形成される。一側マニホールド（１３０）と同様に、図面では、流路（３）及び流路（４）が全て他側マニホールド（１４０）の前方に形成されるように示されているが、周辺システムの流路構成によって配置位置は適切に変更されてもよい。

以下、高温冷却水及び低温冷却水のそれぞれの流入及び排出位置によって空調モードをどのように具現するかについて具体的に説明する。

図６は、本発明の熱交換器の冷房、暖房、除湿時における外部バルブ制御の第１実施例を示す。図６の左側図面は冷房モード時、中側図面は暖房モード時、右側図面は除湿モード時における冷却水の流れ及び流路の連結関係をそれぞれ示している。図６の左／中／右側の図面において、上側図面の濃い矢印及び中側図面の濃い実線は高温冷却水を示し、薄い矢印及び薄い実線は低温冷却水を示す。

冷房モード時に、低温冷却水流入（Ｃｏｌｄ ＩＮ）が流路（１）と連結され、低温冷却水排出（Ｃｏｌｄ ＯＵＴ）が流路（２）と連結され、流路（３）及び流路（４）は熱交換器の外部で互いに連結される。一方、高温冷却水流入（Ｈｏｔ ＩＮ）及び高温冷却水排出（Ｈｏｔ ＯＵＴ）は、熱交換器の外部で互いに連結されるので、本発明の複合熱交換器（１００）には高温冷却水が流通しない。このように形成されることで、低温冷却水が流路（１）－第１連通口（１３１）－第１一側流通口（１１３）－第１熱交換部（１１０）－第４連通口（１４４）－第１他側流通口（１１４）－流路（４）－流路（３）－第３連通口（１４３）－第２他側流通口（１２４）－第２熱交換部（１２０）－第２一側流通口（１２３）－第２連通口（１３２）－流路（２）を順に通過する。

すなわち、本発明では、冷房モード時に、低温冷却水が第１熱交換部（１１０）－第２熱交換部（１２０）を順に流れるように形成される。従来は、前後方に配置された熱交換器に同一の温度の冷却水が並列に供給されたので、前方の熱交換器を通過して既に冷却した空気が後方の熱交換器を通過するときに温度差があまりないため、熱交換性能が大きく劣るという問題があった。しかし、発明の場合、冷却水が第１熱交換部（１１０）－第２熱交換部（１２０）を順に流れることによって、第１熱交換部（１１０）及び第２熱交換部（１２０）のそれぞれを流れる冷却水の温度範囲が互いに異なるように形成され、これを用いて熱交換性能をさらに向上させることができる。

暖房モード時に、高温冷却水流入（Ｈｏｔ ＩＮ）が流路（３）と連結され、高温冷却水排出（Ｈｏｔ ＯＵＴ）が流路（４）と連結され、流路（１）及び流路（２）は、熱交換器の外部で互いに連結される。一方、低温冷却水流入（Ｃｏｌｄ ＩＮ）及び低温冷却水排出（Ｃｏｌｄ ＯＵＴ）は、熱交換器の外部で互いに連結されるので、本発明の複合熱交換器（１００）には低温冷却水が流通しない。このように形成されることで、高温冷却水が流路（３）－第３連通口（１４３）－第２他側流通口（１２４）－第２熱交換部－第２一側流通口（１２３）－２連通口（１３２）－流路（２）－流路（１）－流路（１）－第１連通口（１３１）－第１一側流通口（１１３）－第１熱交換部（１１０）－第４連通口（１４４）－第１他側流通口（１１４）－流路（４）を順に通過する。

すなわち、本発明では、暖房モード時に、高温冷却水が第２熱交換部（１２０）－第１熱交換部（１１０）を順に流れるように形成される。冷房モード時と同様に、第１熱交換部（１１０）及び第２熱交換部（１２０）のそれぞれを流れる冷却水の温度範囲が互いに異なるように形成されるようにすることで、従来のものより熱交換性能をさらに向上させることができる。

除湿モード時に、低温冷却水流入（Ｃｏｌｄ ＩＮ）が流路（１）と連結され、低温冷却水排出（Ｃｏｌｄ ＯＵＴ）が流路（４）と連結され、高温冷却水流入（Ｈｏｔ ＩＮ）が流路（３）と連結され、高温冷却水排出（Ｈｏｔ ＯＵＴ）が流路（２）と連結される。このように形成されることで、低温冷却水が流路（１）－第１連通口（１３１）－第１一側流通口（１１３）－第１熱交換部（１１０）－第４連通口（１４４）－第１他側流通口（１１４）－流路（４）を順に通過し、高温冷却水が流路（３）－第３連通口（１４３）－第２他側流通口（１２４）－第２熱交換部－第２一側流通口（１２３）－２連通口（１３２）－流路（２）を順に通過する。

すなわち、本発明では、除湿モード時に、低温冷却水が第１熱交換部（１１０）のみを流れ、高温冷却水が第２熱交換部（１２０）のみを流れるように形成される。したがって、空気が前方の第１熱交換部（１１０）を通過する際に冷却されることによって、空気中の湿気が凝縮して除去され、後方の第２熱交換部（１２０）を通過する際に加熱されることによって、適切な温度に調節されて車室内に送風される。

図７は、本発明の熱交換器の冷房、暖房、除湿時における外部バルブ制御の第２実施例を示し、冷房モード及び除湿モードは第１実施例と同一であるが、暖房モードで差異がある。

第２実施例では、暖房モード時に、高温冷却水流入（Ｈｏｔ ＩＮ）が流路（３）と連結され、高温冷却水排出（Ｈｏｔ ＯＵＴ）が流路（２）と連結される。一方、低温冷却水流入（Ｃｏｌｄ ＩＮ）及び低温冷却水排出（Ｃｏｌｄ ＯＵＴ）は、熱交換器の外部で互いに連結されるので、本発明の複合熱交換器（１００）には低温冷却水が流通しない。このように形成されることで、高温冷却水が流路（３）－第３連通口（１４３）－第２他側流通口（１２４）－第２熱交換部－第２一側流通口（１２３）－２連通口（１３２）－流路（２）を順に通過する。

すなわち、第２実施例では、暖房モード時に、高温冷却水が第２熱交換部（１２０）のみを流れるように形成される。上記の第１実施例では、暖房モード時に、高温冷却水が第２熱交換部（１２０）－第１熱交換部（１１０）を順に流れるように形成され、空気が２つの熱交換器を通過する際に２回加熱されるようにした。しかし、暖房負荷があまり高くない場合、すなわち空気を過度に加熱する必要がない場合は、敢えて空気を２つの熱交換器を通過させることなく、１つの熱交換器のみ通過させて１回加熱させてもよい。第２実施例の暖房モードは、このような場合に適用されるのに適しており、熱交換器の半分のみ用いて暖房を行う点から、ハーフ（ｈａｌｆ）暖房モードと区分して称することもある。このようなハーフ暖房モードを用いる場合、不要に過度な空気加熱が行われないため、全体的なシステム効率が向上することができる。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の熱交換器の多様な実施例を示し、多様な付加構成を説明するためのものである。

上述したように、本発明の複合熱交換器（１００）は、実質的に２つの独立した熱交換器のように形成される第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）の流通口を、一側及び他側のマニホールド（１３０）（１４０）で連結することで一体化させる。このように第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）が互いに分離した構造で形成されることで、それぞれの熱交換器の内部に、冷却水の流れを調節するためにバッフルを備える必要がないため、熱交換器の製造性が向上し、冷房モード及び除湿モードで発生する凝縮水を円滑に排水できるなど様々な長所がある。

ところで、このように熱交換部をマニホールドでのみ連結させると、構造的剛性が低下する恐れがある。このような問題を緩和するため、複合熱交換器（１００）は、前方の一部が、複数の第１チューブ（１１２）が形成するチューブ列の末端に配置され、後方の一部が、複数の第１チューブ（１１２）が形成するチューブ列の末端に配置され、チューブ列の両末端で第１タンク（１１１）及び第２タンク（１１２）を連結するサポート（１０１）を含んでもよい。通常、熱交換器のチューブ列の両末端には、熱交換器の剛性を向上させるように、チューブ挿入孔に挿入可能にチューブと同一の外形に形成されるものの、チューブとは異なり内側が空いていないサポートが備えられる。このとき、本発明では、前方及び後方にそれぞれ配置される第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）のサポートを互いに一体化させる。すなわち、サポート（１０１）が備えられることで、第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）の構造的剛性をより補強することができる。

このような構造的剛性をより補強するために、複合熱交換器（１００）は、図８Ａに示すように、互いに並んで配列された第１タンク（１１１）及び第２タンク（１２１）を互いに連結して一体化させる連結材（１０２）をさらに含んでもよい。このとき、連結材（１０２）によるタンク間の不要な熱伝逹が防止される必要がある。これによって、連結材（１０２）は、第１タンク（１１１）及び第２タンク（１２１）を互いに連結はするが、チューブ列の配列方向に配列される複数の切り欠きが形成されることで、連結材（１０２）を介するタンク間の熱伝逹が防止されるようにすることが好ましい。又は、図８Ａに示すように、連結材（１０２）がチューブ列の配列方向に配列され、互いに分離した複数のバー形態に形成されるようにしてもよい。

一方、第１及び第２熱交換部（１１０）（１２０）の間に不要な熱伝逹が行われると、当然全体的な熱交換性能が低下するため、このような熱伝逹を完全に遮断しておくことも好ましい。これによって、複合熱交換器（１００）は、図８Ｂに示すように、互いに並んで配列された第１タンク（１１１）及び第２タンク（１２１）の間に介在する断熱材（１０３）を備えることができる。断熱材（１０３）が備えられることによって、第１及び第２タンク（１１１）（１２１）の間で発生する不要な熱伝逹が根本的に遮断され、熱交換性能の低下を効果的に防止することができる。

本発明は上記実施例に限定されず、適用範囲が多様であることはもちろん、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば誰でも様々な変形実施が可能であることは言うまでもない。

本発明によると、１つの熱交換器により、暖房、冷房、除湿を最大効率で行うことができる大きな効果がある。さらに、暖房負荷が小さい場合は、ハーフ（ｈａｌｆ）暖房モードを具現することができ、システム効率をより向上させる効果もある。また、本発明の熱交換器構造は、従来に比べて、空調モジュールパッケージの体積を低減することができ、製作容易性が遥かに向上する効果も得ることができる。

１００ 複合熱交換器
１０１ サポート
１０２ 連結材
１０３ 断熱材
１１０ 第１熱交換部
１１１ 第１タンク
１１２ 第１チューブ
１１３ 第１入口
１１４ 第１出口
１２０ 第２熱交換部
１２１ 第２タンク
１２２ 第２チューブ
１２３ 第２入口
１２４ 第２出口
１３０ 第１マニホールド
（１）～（４） 流路１～流路４
１３１ 第１入口連通口
１３２ 第１出口連通口
１４０ 第２マニホールド
１４３ 第２入口連通口
１４４ 第２出口連通口

Claims (13)

1. 圧縮機－凝縮器－膨張弁－蒸発器を含んで冷媒が循環する一次ループと連携して冷媒と熱交換する冷却水が循環する二次ループに備えられ、高温冷却水又は低温冷却水と外部空気を熱交換させることで、冷房、暖房、除湿の中から選択される少なくとも１つの空調モードを行う複合熱交換器（１００）において、
   外部空気が吹いてくる方向を前方、吹いていく方向を後方とするとき、
   第１熱交換部（１１０）、及び前記第１熱交換部（１１０）の後方に配置される第２熱交換部（１２０）に備えられた複数の流通口が互いに連結されることで、
   高温冷却水及び低温冷却水のそれぞれの流入及び排出位置によって、冷却水が前記第１熱交換部（１１０）及び前記第２熱交換部（１２０）を順に流れるか、又は冷却水が前記第１熱交換部（１１０）及び前記第２熱交換部（１２０）のそれぞれを独立して流れるように形成されることを特徴とする複合熱交換器。
2. 前記複合熱交換器（１００）は、
   高温冷却水及び低温冷却水のそれぞれの流入及び排出位置が外部バルブの調節によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の複合熱交換器。
3. 前記第１熱交換部（１１０）は、
   内部に冷却水流動空間を形成し、互いに一定距離離れて並んで形成される一対の第１タンク（１１１）、前記第１タンク（１１１）に両端が固定され、冷却水流路を形成する複数の第１チューブ（１１２）、１つの前記第１タンク（１１１）に形成され、冷却水を流通させる第１一側流通口（１１３）、他の前記第１タンク（１１１）に形成され、冷却水を流通させる第１他側流通口（１１４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の複合熱交換器。
4. 前記第２熱交換部（１２０）は、
   内部に冷却水流動空間を形成し、互いに一定距離離れて並んで形成される一対の第２タンク（１２１）、前記第２タンク（１２１）に両端が固定され、冷却水流路を形成する複数の第２チューブ（１２２）、１つの前記第２タンク（１２１）に形成され、冷却水を流通させる第２一側流通口（１２３）、他の前記第２タンク（１２１）に形成され、冷却水を流通させる第２他側流通口（１２４）を含むことを特徴とする請求項３に記載の複合熱交換器。
5. 前記複合熱交換器（１００）は、
   前記第１熱交換部（１１０）、
   前記第２熱交換部（１２０）、
   前記第１一側流通口（１１３）と連結される第１連通口（１３１）、前記第１連通口と連通する流路（１）、前記第２一側流通口（１２３）と連結される第２連通口（１３２）、前記第２連通口（１３２）と連通する流路（２）を含み、前記第１一側流通口（１１３）及び前記第２一側流通口（１２３）を連結する一側マニホールド（１３０）、
   前記第１他側流通口（１１４）と連結される第３連通口（１４３）、前記第３連通口（１４３）と連通する流路（３）、前記第２他側流通口（１２４）と連結される第４連通口（１４４）、前記第４連通口（１４４）と連通する流路（４）を含み、前記第１他側流通口（１１４）及び前記第２他側流通口（１２４）を連結する他側マニホールド（１４０）、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の複合熱交換器。
6. 前記複合熱交換器（１００）は、
   冷房モード時に、
   低温冷却水が前記流路（１）－前記第１連通口（１３１）－前記第１一側流通口（１１３）－前記第１熱交換部（１１０）－前記第４連通口（１４４）－前記第１他側流通口（１１４）－前記流路（４）－前記流路（３）－前記第３連通口（１４３）－前記第２他側流通口（１２４）－前記第２熱交換部（１２０）－前記第２一側流通口（１２３）－前記第２連通口（１３２）－前記流路（２）を順に通過し、
   低温冷却水が前記第１熱交換部（１１０）－前記第２熱交換部（１２０）を順に流れるように形成されることを特徴とする請求項５に記載の複合熱交換器。
7. 前記複合熱交換器（１００）は、
   暖房モード時に、
   高温冷却水が前記流路（３）－前記第３連通口（１４３）－前記第２他側流通口（１２４）－前記第２熱交換部－前記第２一側流通口（１２３）－前記２連通口（１３２）－前記流路（２）－前記流路（１）－前記流路（１）－前記第１連通口（１３１）－前記第１一側流通口（１１３）－前記第１熱交換部（１１０）－前記第４連通口（１４４）－前記第１他側流通口（１１４）－前記流路（４）を順に通過し、
   高温冷却水が前記第２熱交換部（１２０）－前記第１熱交換部（１１０）を順に流れるように形成されることを特徴とする請求項５に記載の複合熱交換器。
8. 前記複合熱交換器（１００）は、
   暖房モード時に、
   高温冷却水が前記流路（３）－前記第３連通口（１４３）－前記第２他側流通口（１２４）－前記第２熱交換部－前記第２一側流通口（１２３）－前記２連通口（１３２）－前記流路（２）を順に通過し、
   高温冷却水が前記第２熱交換部（１２０）のみを流れるように形成されることを特徴とする請求項５に記載の複合熱交換器。
9. 前記複合熱交換器（１００）は、
   除湿モード時に、
   低温冷却水が前記流路（１）－前記第１連通口（１３１）－前記第１一側流通口（１１３）－前記第１熱交換部（１１０）－前記第４連通口（１４４）－前記第１他側流通口（１１４）－前記流路（４）を順に通過し、
   高温冷却水が前記流路（３）－前記第３連通口（１４３）－前記第２他側流通口（１２４）－前記第２熱交換部－前記第２一側流通口（１２３）－前記２連通口（１３２）－前記流路（２）を順に通過し、
   低温冷却水が前記第１熱交換部（１１０）のみを流れ、高温冷却水が前記第２熱交換部（１２０）のみを流れるように形成されることを特徴とする請求項５に記載の複合熱交換器。
10. 前記複合熱交換器（１００）は、
    前方の一部が複数の前記第１チューブ（１１２）が形成するチューブ列の末端に配置され、後方の一部が複数の前記第１チューブ（１１２）が形成するチューブ列の末端に配置され、チューブ列の両末端で前記第１タンク（１１１）及び前記第２タンク（１１２）を連結するサポート（１０１）、
    を含むことを特徴とする請求項５に記載の複合熱交換器。
11. 前記複合熱交換器（１００）は、
    互いに並んで配列された前記第１タンク（１１１）及び前記第２タンク（１２１）を互いに連結して一体化させる連結材（１０２）、
    を含むことを特徴とする請求項５に記載の複合熱交換器。
12. 前記連結材（１０２）は、
    チューブ列の配列方向に配列される複数の切り欠きが形成されるか、
    チューブ列の配列方向に配列されて互いに分離した複数のバー形態に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の複合熱交換器。
13. 前記複合熱交換器（１００）は、
    互いに並んで配列された前記第１タンク（１１１）及び前記第２タンク（１２１）の間に介在する断熱材（１０３）、
    を含むことを特徴とする請求項５に記載の複合熱交換器。

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