JP5531901B2 - 複合型熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載する冷却用熱交換器に関し、特に、隣接する熱交換器同士を連結した複合型熱交換器に関する。

自動車（車両）には、エンジン等の原動機用の冷却水を冷却するための原動機系冷却器、モータ等の冷却水を冷却するための電気系冷却器、及び空調用の冷媒を冷却するための空調用冷却器等が搭載されている。従来の車両では、これら原動機系冷却器、電気系冷却器、及び空調用冷却器を冷却風の流れ方向に対して順に配置する構造が採用されていた。しかしながら、原動機系冷却器、電気系冷却器、及び空調用冷却器を冷却風の流れ方向に対して順に配置する構造では、エンジンルーム内における熱交換器の容積が大きくなってしまい、更に、冷却器が３列に並んでいるためにそれぞれの冷却器で負荷があり、走行条件次第ではそれぞれの冷却器に十分な冷却風が行き渡らないという問題があった。

そこで、これらの問題を解決するために、原動機系冷却器と電気系冷却器とを隣接して配置し、隣接する原動機系冷却器と電気系冷却器とを連結し、更に、原動機系冷却器と電気系冷却器とのそれぞれに配管を用いて空調用冷却器を接続して用いる冷却装置構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器同士を連結する冷却装置構造では、空調用冷却器を原動機系冷却器と電気系冷却器とのそれぞれに接続するために配管が用いられており、この配管によってエンジンルーム内における冷却装置（熱交換器）の占める容積を大きくしてしまうという問題がある。

特開２００５−３４３２２１号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、小さい容積で、且つ、機械的強度が高い複合型熱交換器を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、フィン及びチューブが交互に配置され、チューブの長手方向の両端に第１熱交換器第１タンク及び第１熱交換器第２タンクを有し、第１熱交換器第１タンク側から第１熱交換器第２タンク側に電気系部品を冷却する第１冷却媒体が流れ、第１冷却媒体と冷却風との間で熱交換させる第１熱交換器と、フィン及びチューブが交互に配置され、チューブの長手方向の両端に第２熱交換器第１タンク及び第２熱交換器第２タンクを有し、車両の空調用の第２冷却媒体と冷却風との間で熱交換させる第２熱交換器と、第１熱交換器により冷却風との間で熱交換された第１冷却媒体と第２熱交換器に流入前の第２冷却媒体との間で熱交換させる第３熱交換器とを備える複合型熱交換器であって、第１熱交換器と第２熱交換器は、車両上下方向に沿って隣接して配置され、上側には第１熱交換器が配置され、下側には第２熱交換器が配置されており、第１熱交換器第２タンクの下方側に第２熱交換器第１タンクが配置され、第１熱交換器第１タンクの下方側に第２熱交換器第２タンクが配置されており、第３熱交換器は、第１熱交換器第２タンクと第２熱交換器第１タンクにまたがって配置され、第１熱交換器と第２熱交換器とを連結固定することが可能な第１接続手段を有し、第３熱交換器には、第１熱交換器から流出した第１冷却媒体を第３熱交換器の内部に流入させる第１冷媒入口配管と、第２冷却媒体を第２熱交換器第１タンクの冷媒入口配管へと流出させる第２冷媒出口配管とが設けられている複合型熱交換器であることを要旨とする。

本発明によれば、小さい容積で、且つ、機械的強度が高い複合型熱交換器を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る複合型熱交換器の概略図である。 図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る第３熱交換器の平面図であり、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る第３熱交換器の側面図である。 本発明のその他の実施の形態に係る複合型熱交換器の概略図である。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る複合型熱交換器は、図１に示すように、フィン１０ａ及びチューブ１２ａが交互に配置され、チューブ１２ａの長手方向の両端に第１熱交換器第１タンク３０及び第１熱交換器第２タンク３２を有し、第１熱交換器第１タンク３０側から第１熱交換器第２タンク３２側に電気系部品を冷却する第１冷却媒体が流れ、第１冷却媒体と冷却風との間で熱交換させる第１熱交換器（サブラジエータ）１と、フィン１０ｂ及びチューブ１２ｂが交互に配置され、チューブ１２ｂの長手方向の両端に第２熱交換器第１タンク３４及び第２熱交換器第２タンク３６を有し、車両の空調用の第２冷却媒体と冷却風との間で熱交換させる第２熱交換器（空冷コンデンサ）２と、第１熱交換器により冷却風との間で熱交換された第１冷却媒体と第２熱交換器に流入前の第２冷却媒体との間で熱交換させる第３熱交換器（水冷コンデンサ）４０とを備える複合型熱交換器であって、第１熱交換器１と第２熱交換器２は、車両上下方向に沿って隣接して配置され、上側には第１熱交換器１が配置され、下側には第２熱交換器２が配置されており、第１熱交換器第２タンク３２の下方側に第２熱交換器第１タンク３４が配置され、第１熱交換器第１タンク３０の下方側に第２熱交換器第２タンク３６が配置されており、第３熱交換器４０は、第１熱交換器第２タンク３２と第２熱交換器第１タンク３４にまたがって配置され、第１熱交換器１と第２熱交換器２とを連結固定することが可能な第１接続手段を有する５０，６０。

第１熱交換器１及び第２熱交換器２に備えるフィン１０ａ₁，１０ａ₂，・・・・・１０ａ_n（ｎは自然数）、１０ｂ₁，１０ｂ₂，・・・・・１０ｂ_p（ｐは自然数）は、熱を放熱するために車両前後方向に冷却風を流通させることができるように、冷却風の流通方向に流通経路を有する構造となっている。最外部に配置されるフィン１０ａ₁，１０ａ_n，１０ｂ₁，１０ｂ_pにはレインフォース２０ａ，２０ｂ，２２ａ，２２ｂが設けられている。レインフォース２０，２２は、第１熱交換器１及び第２熱交換器２の強度を補強する役目を担う。

第１熱交換器１及び第２熱交換器２に備えるチューブ１２ａ₁，１２ａ₂，・・・・・１２ａ_m（ｍは自然数）、１２ｂ₁，１２ｂ₂，・・・・・１２ｂ_q（ｑは自然数）は、例えば、扁平な断面形状を有するチューブであり、チューブ内部を冷却水等の第１冷却媒体及び第２冷却媒体が流れる構造となっている。チューブ１０ａ，１０ｂの外面には、対向して平行に設けられた一対の平面部があり、その平面部にフィン１０ａ，１０ｂがろう付け接合されている。

フィン１０、チューブ１２、レインフォース２０，２２は、アルミニウム合金等の金属によって形成される。

第１熱交換器１は、電気系冷却器であり、インバータ、モータ等の電気系部品を冷却する第１冷却媒体と冷却風との間で熱交換させるサブラジエータである。第１熱交換器１には、第１冷却媒体の流通方向Ｆ₁上流側に第１熱交換器第１タンク３０、第１冷却媒体の流通方向Ｆ₁下流側に第１熱交換器第２タンク３２が設けられている。第１熱交換器１は、メインラジエータと同一の冷却媒体を使い、メインラジエータとは別の独立した循環回路を持っている。

第２熱交換器２は、車両の空調用の第２冷却媒体と冷却風との間で熱交換させる空冷コンデンサである。第２熱交換器２のチューブ１０ｂの長手方向の両端には、第２熱交換器第１タンク３４及び第２熱交換器第２タンク３６が設けられている。第２熱交換器第１タンク３４及び第２熱交換器第２タンク３６には、チューブ１０ｂと同数のスリット穴を有しており、このスリット穴を介して全てのチューブ１０ｂと連通している。

第２熱交換器第１タンク３４には、第２冷却媒体を第２熱交換器２の内部に流入させる冷媒入口配管３４ａ、及び第２冷却媒体を第２熱交換器２外部へ流出させる冷媒出口配管３４ｂが設けられている。第２熱交換器第２タンク３６には、配管を介して接続されたリキッドタンク４２が設けられている。リキッドタンク４２は、気相冷媒と液相冷媒を分離して液相冷媒を貯留しておくことができるタンクである。

リキッドタンク４２は、第１熱交換器１の第１熱交換器第１タンク３０と連結固定することが可能な第２接続手段５２を配置することが可能である。この第２接続手段５２を用いて、リキッドタンク４２と第１熱交換器第１タンク３０とを連結固定されることで、第１熱交換器１と第２熱交換器２とを連結固定させることができる。

また、第２熱交換器第１タンク３４及び第２熱交換器第２タンク３６には、それぞれ内部の下側寄りの同じ高さの位置にセパレータ７０が設けられている。セパレータ７０によって、第２熱交換器２は、２つ熱交換部に分けられている。

セパレータ７０より上方側部位の第２熱交換器２は、冷媒入口配管３４ａから流入した気相冷媒と空気とを熱交換させて、第２冷却媒体を凝縮させる凝縮部になっている。凝縮された第２冷却媒体は、リキッドタンク４２に流入する。

一方、セパレータ７０より下方側部位の第２熱交換器２は、リキッドタンク４２から流入した液相冷媒と空気とを熱交換させて液相冷媒を冷却する過冷却部になっている。過冷却部で冷却された第２冷却媒体は冷媒出口配管３４ｂから流出する。

リキッドタンク４２は、第２接続手段を用いて第１熱交換器第１タンク３０と第２熱交換器第２タンクに機械的に固定することができる。リキッドタンク４２が第１熱交換器第１タンク３０と第２熱交換器第２タンク３６にまたがって配置された場合、リキッドタンク４２を第１熱交換器第１タンクと前記第２熱交換器第２タンクとにそれぞれ機械的に固定することで、第１熱交換器１と第２熱交換器２を連結固定することができる。

第２接続手段５２は、図１に示すような帯状のバンドであり、例えば、帯状留め具（ホースバンド）５２である。第２接続手段（帯状留め具）５２は、第１熱交換器第１タンク３０及び第２熱交換器第２タンク３６に設けられたブラケットに固定される構造となっており、更にリキッドタンク４２を保持することが可能である。第２接続手段（帯状留め具）５２は、弾性を有するので、第１熱交換器１及び第２熱交換器２の製造時の寸法誤差を吸収して接続させることが可能である。

第３熱交換器４０は、第１熱交換器１により冷却風との間で熱交換された低温の第１冷却媒体と第２熱交換器に流入前に圧縮機（図示せず）で圧縮された高温の第２冷却媒体との間で熱交換させる水冷コンデンサである。

第３熱交換器４０には、図２（ａ）に示すように、第１熱交換器１から流出した第１冷却媒体を第３熱交換器４０の内部に流入させる第１冷媒入口配管４０ａ、及び第１冷却媒体を第３熱交換器４０の外部へ流出させる第１冷媒出口配管４０ｂが設けられている。また、第３熱交換器４０には、圧縮機（図示せず）で圧縮された第２冷却媒体を第３熱交換器４０の内部に流入させる第２冷媒入口配管４１ａ、及び第２冷却媒体を第２熱交換器第１タンク３４の冷媒入口配管３４ａへと流出させる第２冷媒出口配管４１ｂが設けられている。

第３熱交換器４０は、図１に示すように、第１熱交換器第２タンク３２と第２熱交換器第１タンク３４にまたがって配置されており、第１熱交換器１と第２熱交換器２とを連結固定をする用途としても用いられる。第３熱交換器４０には、第１熱交換器１と第２熱交換器２とを連結固定をするための第１接続手段５０，６０を有する。

第１接続手段５０，６０は、図１及び図２（ｂ）に示すように、例えば、ビス５０とビス穴６０であり、ビス５０をビス穴６０に通してネジ止めする構造になっている。ビス穴６０が図１及び図２（ｂ）に示すように第３熱交換器４０に設けられている場合には、第１熱交換器第２タンク３２及び第２熱交換器第１タンク３４にビス５０の挿入用の穴が開口しているブラケットが設けられ、ブラケット、ビス５０、ビス穴６０によって固定されることで、第３熱交換器４０を接続部材として第１熱交換器１及び第２熱交換器２が連結固定される。ビス穴６０は、第３熱交換器４０側に設けられてもよく、第１熱交換器１及び第２熱交換器２側に設けられてもよい。

実施の形態に係る複合型熱交換器によれば、第１熱交換器１及び第２熱交換器２を連結固定するための接続部材として第３熱交換器４０及びリキッドタンク４２を用いることで、高強度に第１熱交換器１及び第２熱交換器２を連結固定することができる。また、第１熱交換器１及び第２熱交換器２を連結固定するための接続部材として第３熱交換器４０及びリキッドタンク４２は、ビス５０、ビス穴６０、ホースバンド５２等で簡単に固定することができる。

実施の形態に係る複合型熱交換器によれば、第１熱交換器１及び第２熱交換器２を車両上下方向に沿って隣接して配置し、連結固定するのでエンジンルーム内における熱交換器の占める容積を小さくすることができる。また、第３熱交換器（水冷コンデンサ）４０が第１熱交換器１及び第２熱交換器２を連結固定するための接続部材として、それぞれの第１熱交換器第２タンク３２及び第２熱交換器第１タンク３４に接続されているので、接続するための配管が必要なくなり、配管が占めていた容積分も小型化することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、図１で示した複合型熱交換器のビス穴６０は円形であるが、ビス穴６０を図３で示すように、長穴形状にしても構わない。ビス穴６０を長穴形状にすることで、第１熱交換器１及び第２熱交換器２の製造時の寸法誤差を吸収して接続させることが可能になる。

また、ビス５０及びビス穴６０の個数は、決まった個数である必要はなく、設計上可能であれば多数である方が第１熱交換器１及び第２熱交換器２の接続強度が増すので好ましい。また、ビス５０及びビス穴６０が少ない個数で第１熱交換器１及び第２熱交換器２の接続強度を十分に得ることが可能であれば、ビス５０及びビス穴６０は少ない方が容積を小さくすることができるので好ましい。

また、第１接続手段５０，６０として、ビス５０及びビス穴６０を用いて記載したが、第１熱交換器１及び第２熱交換器２を機械的に固定することが可能であればよく、例えば、溶接ナットやクリップを用いることも可能である。

また、図１で示した複合型熱交換器は、第１熱交換器第２タンク３２及び第２熱交換器第１タンク３４にブラケットを設けて接続する構成としているが、タンクではなく第１熱交換器１及び第２熱交換器２の側部フレームにブラケットを設けて接続する構成としてもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

１…第１熱交換器
２…第２熱交換器
１０…フィン
１２…チューブ
２０，２２…レインフォース
３０…第１熱交換器第１タンク
３２…第１熱交換器第２タンク
３４…第２熱交換器第１タンク
３４ａ…冷媒入口配管
３４ｂ…冷媒出口配管
３６…第２熱交換器第２タンク
４０…第３熱交換器
４０ａ…第１冷媒入口配管
４０ｂ…第１冷媒出口配管
４１ａ…第２冷媒入口配管
４１ｂ…第２冷媒出口配管
４２…リキッドタンク
５０，６０…第１接続手段
５２…第２接続手段
７０…セパレータ

Claims (3)

1. フィン及びチューブが交互に配置され、前記チューブの長手方向の両端に第１熱交換器第１タンク及び第１熱交換器第２タンクを有し、前記第１熱交換器第１タンク側から前記第１熱交換器第２タンク側に電気系部品を冷却する第１冷却媒体が流れ、前記第１冷却媒体と冷却風との間で熱交換させる第１熱交換器と、
   フィン及びチューブが交互に配置され、前記チューブの長手方向の両端に第２熱交換器第１タンク及び第２熱交換器第２タンクを有し、車両の空調用の第２冷却媒体と冷却風との間で熱交換させる第２熱交換器と、
   前記第１熱交換器により冷却風との間で熱交換された前記第１冷却媒体と前記第２熱交換器に流入前の前記第２冷却媒体との間で熱交換させる第３熱交換器
   とを備える複合型熱交換器であって、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器は、車両上下方向に沿って隣接して配置され、上側には前記第１熱交換器が配置され、下側には前記第２熱交換器が配置されており、
   前記第１熱交換器第２タンクの下方側に前記第２熱交換器第１タンクが配置され、前記第１熱交換器第１タンクの下方側に前記第２熱交換器第２タンクが配置されており、
   前記第３熱交換器は、前記第１熱交換器第２タンクと前記第２熱交換器第１タンクにまたがって配置され、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを連結固定することが可能な第１接続手段を有し、
   前記第３熱交換器には、前記第１熱交換器から流出した前記第１冷却媒体を前記第３熱交換器の内部に流入させる第１冷媒入口配管と、前記第２冷却媒体を前記第２熱交換器第１タンクの冷媒入口配管へと流出させる第２冷媒出口配管とが設けられていることを特徴とする複合型熱交換器。
2. 前記第１接続手段はビスとビス穴であり、前記第３熱交換器を前記第１熱交換器と前記第２熱交換器に機械的に固定することを特徴とする請求項１に記載の複合型熱交換器。
3. 前記第１熱交換器第１タンクと前記第２熱交換器第２タンクにまたがって配置されるリキッドタンクと、
   前記リキッドタンクを前記第１熱交換器第１タンクと前記第２熱交換器第２タンクとにそれぞれ機械的に固定することで、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器を連結固定することが可能な第２接続手段
   とを更に備え、前記第２接続手段は帯状留め具であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合型熱交換器。

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