JP3861787B2 - 複合熱交換器及びこれを備える自動車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温流体と、これよりも温度が高い冷却対象としての高温流体とが交差して流れるタイプの熱交換器を備える複合熱交換器に関し、詳細には、ラジエータ等の直接型熱交換器において、放熱面積を増大させるためのフィンのピッチを１つのコア内で変化させることにより冷却性能を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放熱面積を増大させるためのフィンを備える熱交換器において、フィンのピッチは、１つのコア内で均一に設定されるのが一般的である。このような均一ピッチのフィンを備える熱交換器では、放熱量が大きくなる運転状態において、次のような事態が生じる。自動車のラジエータについていえば、前記運転状態としてのエンジンの高出力時において、高温流体としてのエンジン冷却水が冷却される一方、低温流体としての外気がこの大きな放熱量により温められることで、両流体間の温度差が充分ではなくなり、エンジン冷却水を所望の温度まで冷却することができなくなるのである。
【０００３】
ここで、特開２００１−３３０３８７号公報には、自動車のエアコン用コンデンサのコア内で、フィンの諸元としてのルーバの数を変化させることが記載されている（段落番号００３０）。また、この公報には、フィンの諸元としてフィンのピッチが掲げられており、このピッチを変化させることによりフィンの諸元を変化させることが記載されている（段落番号００６８）。
【０００４】
【特許文献】
特開２００１−３３０３８７号公報（段落番号００３０，００６８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この公報に記載されている発明は、熱交換器において、高温流体の流れに沿う平面を境に、冷却効率が過剰な部分のフィンの諸元を変化させることで、各側における冷却性能の適正化を図るためのものであり、高温流体下流域における冷却性能の改善を通じて、熱交換器全体としての冷却性能を向上させるためのものではない。また、フィンの諸元としてフィンのピッチが掲げられているが、このピッチを具体的にどのように設定するのかは、明らかにされていない。
【０００６】
そこで、本発明は、フィンのピッチを変化させることによる高温流体下流域における冷却性能の改善を通じて、熱交換器全体としての冷却性能を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、低温流体と、これよりも温度が高い冷却対象としての第１の高温流体とが交差して流れる熱交換器において、放熱面積を増大させるためのフィンのピッチを、第１の高温流体の流れに関する下流側の第１の部分において、上流側の第２の部分よりも広く設定する。特に、本発明では、このような構成の熱交換器を第１の熱交換器として、第１の熱交換器と、これとは別の、第２の高温流体のための第２の熱交換器とを含んで複合熱交換器を構成し、第２の熱交換器の中心を、第１の熱交換器の中心よりも第１の高温流体の流れに関する上流側に設定する。
このような構成によれば、フィンのピッチが広い第１の部分において、低温流体の通過量が相対的に増大するので、放熱量が大きい場合であっても流体間の温度差が確保され、第１の熱交換器により高温流体を所望の温度まで冷却することが可能となる。また、第２の熱交換器の中心を第１の熱交換器の中心に対して上記のようにずらして設定したことで、第１の部分における低温流体の通過量の減少を抑え、第１の熱交換器の冷却性能を改善することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る自動車用複合熱交換器１の全体図であり、前斜め上方から見た状態で示している。
この複合熱交換器１は、第１の熱交換器としてのラジエータ１１と、第２の熱交換器としてのエアコン用コンデンサ（以下「コンデンサ」という。）２１とを組み合わせたものであり、コンデンサ２１が、ラジエータ１１に対して自動車の進行方向前側に位置している。
【０００９】
図２は、ラジエータ１１の正面図である。ラジエータ１１のコアＣは、高温流体流通管としてのウォーターチューブ１２と、隣り合うウォーターチューブ１２の間に挟み込まれた波板１３とを含んで構成されている。ウォーターチューブ１２と波板１３とは、ろう付けして固定されている。コアＣにおいて、ウォーターチューブ１２は、上下に延伸しており、その上下両端は、ヘッダプレート（図示せず）に嵌め込まれている。上側ヘッダプレートに上蓋１４が取り付けられ、下側ヘッダプレートに下蓋１５が取り付けられている。
図３は、波板１３の拡大図である。波板１３は、フィンとしてのコルゲートフィン（以下「フィン」という。）１３ａ，１３ｂを形成している。波板１３において、フィン１３ａ，１３ｂには、放熱効果を高めるための鎧戸状のルーバ１３１が形成されている。また、フィンのピッチＰが基準線Ａ１（図２）を境に、その上下各側で異ならせて設定されている。すなわち、コアＣのうち基準線Ａ１の下側に対応する第１のコア部分Ｃａについて、フィン１３ａのピッチが比較的に広いピッチＰ１に設定される一方、基準線Ａ１の上側に対応する第２のコア部分Ｃｂについて、フィン１３ｂのピッチがＰ１よりも狭いピッチＰ２に設定されている。この基準線Ａ１は、要求されるラジエータ冷却性能に応じて、エンジン冷却水の流れに直交する方向に設定されるものであり、ここでは、ラジエータ１１の中心線に一致している。なお、フィンのピッチＰとは、フィンの隣り合う山同士の間又は隣り合う谷同士の間の寸法をいう。
【００１０】
一方、コンデンサ２１は、一般的なエアコン用コンデンサであってよい。第２の高温流体としてのエアコン用冷却媒体（以下「冷媒」という。）は、このコンデンサ２１を進行方向に向かって右から左へ、すなわち、ラジエータ１１におけるエンジン冷却水の流れに直交する方向に流れる。
このようなラジエータ１１及びコンデンサ２１で構成される複合熱交換器１は、自動車のフロントボディー５１に対して、図４のように設置され、エンジンルームのエンジン前方に配置される。同図において、ラジエータ１１及びコンデンサ２１は、それぞれのブラケット６１，６２によりフロントボディー５１のラジエータサポート５２に固定されている。ここで、これらのブラケット６１，６２とラジエータサポート５２とが係合した状態で、コンデンサ２１の中心軸Ｂ１（図１）が、ラジエータ１１の中心軸Ａ１よりも上方に位置するように設定されている。
また、フロントボディー５１には、外気を取り込むための第１及び第２の開口部としての開口部５３，５４が、バンパー５５を挟んで上下２箇所に設けられている。上側開口部（第２の開口部に相当する。）５４には、ラジエータグリル５６が嵌め込まれる。また、下側開口部（第１の開口部に相当する。）５３は、上側開口部５４よりも広く形成されている。
【００１１】
図５は、フロントボディー５１の開口部５３，５４と、複合熱交換器１との関係を示したものである。また、図の右側に、上端をｚ＝０として下向きにｚ軸を設定したときの、このｚ軸上のラジエータ各部における通過風量Ｇａ、放熱率ＫＡ、エンジン冷却水及び外気間の温度差ΔＴ、及び放熱量Ｑを記載している。同図のように、開口部５３，５４のうち、下側開口部５３の下流に広いピッチＰ１のフィン１３ａが設けられた第１のコア部分Ｃａが、上側開口部５４の下流に狭いピッチＰ２のフィン１３ｂが設けられた第２のコア部分Ｃｂが配置される。
【００１２】
ここで、図１を参照して、複合熱交換器１の動作を説明する。第１の高温流体としてのエンジン冷却水は、エンジンのウォータージャケットから、入口側冷却水通路としてのアッパーホース３１を通ってラジエータ１１の上蓋１４内に流入する。そして、各ウォーターチューブ１２に分配され、ウォーターチューブ１２において、低温流体としての外気との熱交換により冷却される。エンジン冷却水は、ウォーターチューブ１２を出ると、下蓋１５内で合流し、出口側冷却水通路としてのロアホース３２を介してウォータージャケットに戻される。
【００１３】
以上に述べた第１の実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
第１に、本実施形態では、ラジエータ１１において、フィンのピッチＰを基準線Ａ１の各側で異ならせ、エンジン冷却水の流れに関して基準線Ａ１よりも下流側のフィン１３ａのピッチを、上流側のフィン１３ｂのピッチＰ２よりも広いＰ１に設定することとした。これにより、広いピッチのフィン１３ａが設けられた第１のコア部分Ｃａにおいて、通過風量Ｇａが相対的に増大し、エンジン冷却水と外気との温度差ΔＴが拡大されることとなる。ここで、第１のコア部分Ｃａのフィンのピッチが広げられたことで、その部分Ｃａにおける放熱率ＫＡが図５のように低下する。しかしながら、通過風量Ｇａの増大と、これに伴う温度差ΔＴの拡大とにより放熱量Ｑが増大することで、エンジン冷却水をより低い温度まで冷却することが可能となる。これは、放熱率ＫＡの低下よりも、放熱量Ｑの増大による影響が大きいためである。
【００１４】
第２に、コンデンサ２１の中心軸Ｂ１を、ラジエータ１１の中心軸Ａ１よりもエンジン冷却水の流れに関して上流側に設定した。これにより、複合熱交換器１において、広いピッチのフィン１３ａが設けられた第１のコア部分Ｃａに外気が流入し易くなるので、この部分Ｃａにおける通過風量Ｇａの減少を抑え、ラジエータ１１の冷却性能を改善することができる。
【００１５】
第３に、自動車のボディー５１において、ラジエータ１１の第１のコア部分Ｃａを、比較的に広いフロントボディー下側開口部５３の下流に配置するとともに、狭いピッチのフィン１３ｂが設けられた第２のコア部分Ｃｂを、フロントボディー上側開口部５４の下流に配置した。これにより、第１のコア部分Ｃａに向けてより多くの外気を取り込むことが可能となるので、ラジエータ１１の冷却性能を効果的に発揮させることができる。
【００１６】
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
図６は、第２の実施形態に係る自動車用複合熱交換器１０１の全体図であり、前斜め上方から見たときの状態で示している。
この複合熱交換器１０１は、ラジエータ１１とコンデンサ１２１とを組み合わせたものである。ラジエータ１１は、第１の実施形態と同様に構成され、高温流体流通管としてのウォーターチューブがコアＣ内を上下に延伸しており、隣り合うウォーターチューブの間には、各部Ｃａ，ＣｂでフィンのピッチＰを異ならせた波板が挟み込まれている。一方、コンデンサ１２１は、前述のコンデンサ２１とは冷媒の流れる方向が異なっており、このコンデンサ１２１において、冷媒は、上から下へ、すなわち、ラジエータ１１におけるエンジン冷却水の流れと同じ方向に流れる。これらラジエータ１１及びコンデンサ１２１の位置関係も同様であり、コンデンサ１２１の中心軸Ｂ２が、ラジエータ１１の中心軸Ａ１よりも上方に設定されている。
【００１７】
従って、第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、ラジエータ１１のうち基準線Ａ１よりも下側の第１のコア部分Ｃａでフィンのピッチを広げたことで、この部分Ｃａにおける通過風量Ｇａを増大させ、冷却性能を向上させることができる。また、コンデンサ１２１の中心軸Ｂ２をラジエータ１１の中心軸Ａ１の上方に配置したことで、第１のコア部分Ｃａにおける通過風量Ｇａの減少を抑えることができる。
【００１８】
以上では、自動車のラジエータを第１の熱交換器とする複合熱交換器に本発明を適用した場合を例に説明したが、本発明は、オイルクーラ又はエアコン用コンデンサ等の、ラジエータ以外の熱交換器を第１の熱交換器とする複合熱交換器に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る自動車用複合熱交換器
【図２】同上複合熱交換器のラジエータ
【図３】同上ラジエータのフィン
【図４】第１の実施形態に係る複合熱交換器とフロントボディーとの位置関係
【図５】同上複合熱交換器に関するラジエータ冷却性能評価特性
【図６】本発明の第２の実施形態に係る自動車用複合熱交換器
【符号の説明】
１，１０１…自動車用複合熱交換器、１１…第１の熱交換器としてのラジエータ、１２…高温流体流通管としてのウォーターチューブ、１３…波板、１３ａ，１３ｂ…フィンとしてのコルゲートフィン、１３１…ルーバ、２１，１２１…第２の熱交換器としてのコンデンサ、５１…フロントボディー、５３…第１の開口部、５４…第２の開口部、５５…バンパー、Ｃａ…ラジエータの第１のコア部分、Ｃｂ…ラジエータの第２のコア部分、Ｃ…ラジエータのコア。

Claims (4)

1. 低温流体の通路と交差するように配設された、低温流体よりも温度が高い第１の高温流体を流すための高温流体流通管と、この高温流体流通管に沿って所定のピッチで設置された、放熱面積を増大させるための複数のフィンとを含んで構成され、前記フィンのピッチが、第１の高温流体の流れに関する下流側の第１の部分において、上流側の第２の部分よりも広く設定された第１の熱交換器と、
   第１の熱交換器とは別の、低温流体よりも温度が高い第２の高温流体のための第２の熱交換器とを含んで構成され、
   第２の熱交換器の中心が、第１の熱交換器の中心よりも第１の高温流体の流れに関する上流側に設定された複合熱交換器。
2. 第１の熱交換器が自動車のラジエータであり、第２の熱交換器がその自動車のエアコン用コンデンサである請求項１に記載の複合熱交換器。
3. 前記複数のフィンが一体のコルゲートフィンである請求項１又は２に記載の複合熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の複合熱交換器を備える自動車であって、
   自動車のボディーに低温流体としての外気を取り入れるための開口部が形成され、
   この開口部が、フィンのピッチが広い前記第１の部分の上流に位置する第１の開口部と、フィンのピッチが狭い前記第２の部分の上流に位置する第２の開口部とを含んで構成され、
   第１の開口部が、第２の開口部よりも広く形成された自動車。

Images