JP5910517B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
蒸気圧縮式の冷凍サイクルの冷媒が流通する複数の冷媒用チューブおよび冷媒と熱交換する熱媒体が流通する複数の熱媒体用チューブを積層配置することによって構成された熱交換部(52a)と、
複数の冷媒用チューブに対して冷媒の集合または分配を行う冷媒用タンク空間、および複数の熱媒体用チューブに対して熱媒体の集合または分配を行う熱媒体用タンク空間のうち少なくとも一方が形成されたタンク部(52b、52c)とを備え、
熱交換部(52a)およびタンク部(52b、52c)は、板状部材同士が接合されていることによって形成され、
熱交換部(52a)として、冷凍サイクルの高圧側における冷媒と熱媒体とを熱交換させる第1熱交換部(52n)、および冷凍サイクルの低圧側における冷媒と熱媒体とを熱交換させる第2熱交換部(52m)が設けられ、
タンク部(52b、52c)には、冷媒用タンク空間へ冷媒を流入させる冷媒入口(52h、52l)、冷媒用タンク空間から冷媒を流出させる冷媒出口(52f、52j)、熱媒体用タンク空間へ熱媒体を流入させる熱媒体入口(52e、52i)、および熱媒体用タンク空間から熱媒体を流出させる熱媒体出口(52g、52k)が形成され、
冷媒入口(52h、52l)、冷媒出口(52f、52j)、熱媒体入口(52e、52i)および熱媒体出口(52g、52k)のうち少なくとも1つは、タンク部(52b、52c)のうち冷媒用チューブおよび熱媒体用チューブの積層方向における両端部(52o、52p)同士の間に配置されており、
冷媒入口(80a、80c)、冷媒出口(80b、80d)、熱媒体入口(80f、80h)および熱媒体出口(80e、80g)のうち少なくとも1つは、板状部材(806)同士の間に配置された複数の部材(810、811、814)によって形成されており、
複数の部材(814)は、第1熱交換部(801a)と第2熱交換部(801b)との境界に配置されていることを特徴とする。
上記目的を達成するため、請求項9に記載の発明では、
蒸気圧縮式の冷凍サイクルの冷媒が流通する複数の冷媒用チューブおよび冷媒と熱交換する熱媒体が流通する複数の熱媒体用チューブを積層配置することによって構成された熱交換部(52a)と、
複数の冷媒用チューブに対して冷媒の集合または分配を行う冷媒用タンク空間、および複数の熱媒体用チューブに対して熱媒体の集合または分配を行う熱媒体用タンク空間のうち少なくとも一方が形成されたタンク部(52b、52c)とを備え、
熱交換部(52a)およびタンク部(52b、52c)は、板状部材同士が接合されていることによって形成され、
熱交換部(52a)として、冷凍サイクルの高圧側における冷媒と熱媒体とを熱交換させる第1熱交換部(52n)、および冷凍サイクルの低圧側における冷媒と熱媒体とを熱交換させる第2熱交換部(52m)が設けられ、
タンク部(52b、52c)には、冷媒用タンク空間へ冷媒を流入させる冷媒入口(52h、52l)、冷媒用タンク空間から冷媒を流出させる冷媒出口(52f、52j)、熱媒体用タンク空間へ熱媒体を流入させる熱媒体入口(52e、52i)、および熱媒体用タンク空間から熱媒体を流出させる熱媒体出口(52g、52k)が形成され、
冷媒入口(52h、52l)、冷媒出口(52f、52j)、熱媒体入口(52e、52i)および熱媒体出口(52g、52k)のうち少なくとも1つは、タンク部(52b、52c)のうち冷媒用チューブおよび熱媒体用チューブの積層方向における両端部(52o、52p)同士の間に配置されており、
第1熱交換部(801a)と第2熱交換部(801b)との間には、第1流体と第2流体との熱交換を行う補助熱交換部(801c)が設けられ、
第1流体は、冷媒または熱媒体であり、
第2流体は、冷媒または熱媒体であり、
第1流体および第2流体のうち少なくとも1つは、第1熱交換部(801a)および第2熱交換部(801b)のうち少なくとも1つから流出した冷媒または熱媒体であることを特徴とする。
以下、第1参考例を図1〜図15に基づいて説明する。第1参考例は、後述する第1実施形態の前提となる形態である。図1に示す車両用冷却システム10(車両用熱管理システム)は、車両が備える各種機器(冷却または加熱を要する機器)や車室内を適切な温度に冷却するために用いられる。
上記第1参考例では、第1切替弁19の出口19dと第2切替弁20の入口20bとの間に排気ガス冷却器17が接続されているが、本第1実施形態では、図16に示すように、第1切替弁19の出口19dと第2切替弁20の入口20bとの間に凝縮器50(被冷却機器)およびヒータコア51が接続されている。
上記第1実施形態では、冷凍サイクル22の低圧冷媒を冷却水冷却器14で蒸発させ、車室内への送風空気をクーラコア18で冷却しているが、本第2実施形態では、図24に示すように、冷凍サイクル22の低圧冷媒を冷却水冷却器14および蒸発器55で蒸発させ、車室内への送風空気を冷凍サイクル22の蒸発器55で冷却している。
本第3実施形態では、図29に示すように、上記第2実施形態に対して吸気冷却器65(被冷却機器)を追加している。吸気冷却器65は、エンジン用過給器で圧縮されて高温になった吸気と冷却水とを熱交換して吸気を冷却する熱交換器である。吸気は30℃程度まで冷却されるのが好ましい。
上記第1実施形態では、ラジエータ13が第2切替弁20の出口20eと第1ポンプ11の吸入側との間に接続されているが、本第4実施形態では、図33に示すように、ラジエータ13が第1切替弁19の出口19gと第2切替弁20の入口20gとの間に接続されている。
上記各実施形態では、被冷却機器として冷却水冷却器14、電池冷却器15、インバータ冷却器16、排気ガス冷却器17、クーラコア18、凝縮器50および吸気冷却器65が設けられている例を示したが、本第5実施形態では、図36に示すように、被冷却機器として吸気冷却器65、燃料冷却器66および車載電子機器冷却器67が設けられている。
上記第2実施形態では、熱交換器61のタンク部61cのうち冷却水冷却器14および過冷却器60を構成している部位に冷却水の出口61gおよび冷却水の入口61nが形成されているが、本第6実施形態では、図37に示すように、冷却水の出口61gおよび冷却水の入口61nが廃止され、仕切部61dのうちタンク部61cの内部空間を冷却水冷却器14のタンク空間と過冷却器60のタンク空間とに仕切る部位に、冷媒が流通する孔61pが形成されている。
上記第6実施形態では、冷却水冷却器14、凝縮器50および過冷却器60が1つの熱交換器61で構成されているが、本第7実施形態では、図38に示すように、冷却水冷却器14、凝縮器50および膨張弁25が一体化されている。
上記第1参考例では、外気センサ42で検出された外気温に応じて運転モードを切り替えるようになっているが、本第2参考例では、インバーターの温度および電池の温度に応じて運転モードを切り替えるようになっている。
本第3参考例では、図45に示すように、上記第1参考例の構成に加えて、冷却水を貯留する冷却水タンク70を備えている。
上記第3参考例では、第1冷却水回路と第2冷却水回路とが互いにポンプの吸入側で連通されているが、本第4参考例では、図46に示すように、第1冷却水回路と第2冷却水回路とが互いにポンプの吐出側で連通されている。
本第8実施形態は、上記第1実施形態における冷却水冷却器14および凝縮器50の構造をより具体的に示すものである。
上記第8実施形態では、多数の板状部材806の配置向きが、チューブ積層方向一端に位置する板状部材806Aを除いて、互いに同一向きになっているが、本第9実施形態では、図56、図57に示すように、多数の板状部材806の配置向きが、空隙形成部809を中心に互いに反対になっている。
上記第8実施形態では、冷却水入口80f、80hおよび冷却水出口80e、80gは、板状部材806の張出部806aにあけられた孔によって形成されているが、本第10実施形態では、図58、図59に示すように、冷却水入口80f、80hおよび冷却水出口80e、80gは、板状部材806とは別個の一対の開口部形成部材810(複数の部材)によって形成されている。
上記第10実施形態では、一対の開口部形成部材810が板状部材806の上縁部および下縁部のそれぞれに差し込まれているが、本第11実施形態では、図60、図61に示すように、一対の開口部形成部材811(複数の部材)が板状部材806の上端部から下端部まで延びて、板状部材806同士の間に挟まれて積層されている。
上記第8実施形態では、凝縮器50の冷却水出口80eが1つ形成されているが、本第12実施形態では、図62に示すように、凝縮器50の冷却水出口80eが複数形成されている。
上記第8実施形態では、熱交換器80が冷却水冷却器14および凝縮器50を構成しているが、本第13実施形態では、図63、図64に示すように、熱交換器80が、冷却水冷却器14、凝縮器50および補助熱交換器83を構成している。
本第14実施形態では、上記第13実施形態に対して、補助熱交換器83を流れる流体(内部熱交換器の場合は冷媒)の入口および出口(以下、流体入口および流体出口と言う。)の配置が変更されている。
本第15実施形態は、上記第7実施形態における冷却水冷却器14、凝縮器50および膨張弁25の構造をより具体的に示すものである。
上記実施形態および参考例は、以下のように種々変形可能である。
52b、52c タンク部
52n 第1熱交換部
52m 第2熱交換部
52h、52l 冷媒入口
52f、52j 冷媒出口
52e、52i 熱媒体入口(冷却水入口)
52g、52k 熱媒体出口(冷却水出口)
52o、52p タンク部の両端部
Claims (20)
- 蒸気圧縮式の冷凍サイクルの冷媒が流通する複数の冷媒用チューブおよび前記冷媒と熱交換する熱媒体が流通する複数の熱媒体用チューブを積層配置することによって構成された熱交換部(52a)と、
前記複数の冷媒用チューブに対して冷媒の集合または分配を行う冷媒用タンク空間、および前記複数の熱媒体用チューブに対して前記熱媒体の集合または分配を行う熱媒体用タンク空間のうち少なくとも一方が形成されたタンク部(52b、52c)とを備え、
前記熱交換部(52a)および前記タンク部(52b、52c)は、板状部材同士が接合されていることによって形成され、
前記熱交換部(52a)として、前記冷凍サイクルの高圧側における前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる第1熱交換部(52n)、および前記冷凍サイクルの低圧側における前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる第2熱交換部(52m)が設けられ、
前記タンク部(52b、52c)には、前記冷媒用タンク空間へ前記冷媒を流入させる冷媒入口(52h、52l)、前記冷媒用タンク空間から前記冷媒を流出させる冷媒出口(52f、52j)、前記熱媒体用タンク空間へ熱媒体を流入させる熱媒体入口(52e、52i)、および前記熱媒体用タンク空間から前記熱媒体を流出させる熱媒体出口(52g、52k)が形成され、
前記冷媒入口(52h、52l)、前記冷媒出口(52f、52j)、前記熱媒体入口(52e、52i)および前記熱媒体出口(52g、52k)のうち少なくとも1つは、前記タンク部(52b、52c)のうち前記冷媒用チューブおよび前記熱媒体用チューブの積層方向における両端部(52o、52p)同士の間に配置されており、
前記冷媒入口(80a、80c)、前記冷媒出口(80b、80d)、前記熱媒体入口(80f、80h)および前記熱媒体出口(80e、80g)のうち少なくとも1つは、前記板状部材(806)同士の間に配置された複数の部材(810、811、814)によって形成されており、
前記複数の部材(814)は、前記第1熱交換部(801a)と前記第2熱交換部(801b)との境界に配置されていることを特徴とする熱交換器。 - 前記第1熱交換部(50a)と前記第2熱交換部(14a)との間には、前記第1熱交換部(50a)から流出した前記冷媒を減圧させる減圧手段(25)が設けられ、
前記第2熱交換部(14a)には、前記減圧手段(25)で減圧された前記冷媒が流入することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。 - 前記冷媒用タンク空間として、前記第1熱交換部(50a)から流出した前記冷媒を前記減圧手段(25)に流入させる冷媒用第1タンク空間(50i)と、前記減圧手段(25)から流出した前記冷媒を前記第2熱交換部(14a)に流入させる冷媒用第2タンク空間(14i)とが設けられ、
前記冷媒用第1タンク空間(50i)および前記冷媒用第2タンク空間(14i)は、前記積層方向から見たときに互いに重なり合う位置に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の熱交換器。 - 前記減圧手段(25)は、前記第1熱交換部(50a)から流出した冷媒を減圧させて前記第2熱交換部(14a)へ流入させる減圧流路(25c)を有し、
前記冷媒用第1タンク空間(50i)、前記減圧流路(25c)および前記冷媒用第2タンク空間(14i)は互いに、前記積層方向に直線状に並んで配置されていることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。 - 前記減圧手段(25)は、前記第1熱交換部(801a)から流出した冷媒を減圧させて前記第2熱交換部(801b)へ流入させる減圧流路(25c)を有し、
前記減圧流路(25c)の入口(25d)および出口(25e)は、前記積層方向から見たときに互いに異なる位置に配置されており、
前記冷媒用第1タンク空間(803b)と前記入口(25d)との間、および前記出口(25e)と前記冷媒用第2タンク空間(803b)との間のうち少なくとも一方には、前記冷媒が流通する冷媒流路(815a)を形成する冷媒流路形成部材(815)が設けられ、
前記冷媒流路(815a)は、前記積層方向に対して非平行になっていることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。 - 前記第1熱交換部(801a)と前記第2熱交換部(801b)との間には、前記第1熱交換部(801a)と前記第2熱交換部(801b)との間の熱移動を抑制する空隙(809a)を形成する空隙形成部(809)が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記空隙形成部(809)は、前記板状部材(806)同士の間に配置された複数の部材(806C)同士が接合されていることによって形成されていることを特徴とする請求項6に記載の熱交換器。
- 前記板状部材(806)は、前記第1熱交換部(801a)と前記第2熱交換部(801b)とで配置向きが互いに反対になっており、
前記空隙形成部(809)は、配置向きが前記チューブ積層方向に互いに反対になっている2つの前記板状部材(806C)同士が接合されていることによって形成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の熱交換器。 - 蒸気圧縮式の冷凍サイクルの冷媒が流通する複数の冷媒用チューブおよび前記冷媒と熱交換する熱媒体が流通する複数の熱媒体用チューブを積層配置することによって構成された熱交換部(52a)と、
前記複数の冷媒用チューブに対して冷媒の集合または分配を行う冷媒用タンク空間、および前記複数の熱媒体用チューブに対して前記熱媒体の集合または分配を行う熱媒体用タンク空間のうち少なくとも一方が形成されたタンク部(52b、52c)とを備え、
前記熱交換部(52a)および前記タンク部(52b、52c)は、板状部材同士が接合されていることによって形成され、
前記熱交換部(52a)として、前記冷凍サイクルの高圧側における前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる第1熱交換部(52n)、および前記冷凍サイクルの低圧側における前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる第2熱交換部(52m)が設けられ、
前記タンク部(52b、52c)には、前記冷媒用タンク空間へ前記冷媒を流入させる冷媒入口(52h、52l)、前記冷媒用タンク空間から前記冷媒を流出させる冷媒出口(52f、52j)、前記熱媒体用タンク空間へ熱媒体を流入させる熱媒体入口(52e、52i)、および前記熱媒体用タンク空間から前記熱媒体を流出させる熱媒体出口(52g、52k)が形成され、
前記冷媒入口(52h、52l)、前記冷媒出口(52f、52j)、前記熱媒体入口(52e、52i)および前記熱媒体出口(52g、52k)のうち少なくとも1つは、前記タンク部(52b、52c)のうち前記冷媒用チューブおよび前記熱媒体用チューブの積層方向における両端部(52o、52p)同士の間に配置されており、
前記第1熱交換部(801a)と前記第2熱交換部(801b)との間には、第1流体と第2流体との熱交換を行う補助熱交換部(801c)が設けられ、
前記第1流体は、前記冷媒または前記熱媒体であり、
前記第2流体は、前記冷媒または前記熱媒体であり、
前記第1流体および前記第2流体のうち少なくとも1つは、前記第1熱交換部(801a)および前記第2熱交換部(801b)のうち少なくとも1つから流出した前記冷媒または前記熱媒体であることを特徴とする熱交換器。 - 前記冷媒入口(80a、80c)、前記冷媒出口(80b、80d)、前記熱媒体入口(80f、80h)および前記熱媒体出口(80e、80g)のうち少なくとも1つは、前記板状部材(806)同士の間に配置された複数の部材(810、811、814)によって形成されていることを特徴とする請求項9に記載の熱交換器。
- 前記複数の部材(814)は、前記第1熱交換部(801a)と前記第2熱交換部(801b)との境界に配置されていることを特徴とする請求項10に記載の熱交換器。
- 前記補助熱交換部(801c)は、前記第1流体が流通する第1流体用チューブ(812)および前記第2流体が流通する第2流体用チューブ(813)を積層配置することによって構成され、
前記第1流体用チューブ(812)は、前記冷媒用チューブまたは前記熱媒体用チューブであり、
前記第2流体用チューブ(813)は、前記冷媒用チューブまたは前記熱媒体用チューブであり、
前記第1流体用チューブ(812)および前記第2流体用チューブ(813)のうち一方のチューブは、他方のチューブに挟まれて配置されていることを特徴とする請求項9ないし11のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 前記第1流体は、前記第1熱交換部(801a)から流出した前記冷媒または前記熱媒体であり、
前記第2流体は、前記第2熱交換部(801b)から流出した前記冷媒または前記熱媒体であることを特徴とする請求項9ないし12のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 前記タンク部(802、803)には、前記第1熱交換部(801a)から流出した前記第1流体を前記補助熱交換部(801c)に流入させる第1流体用タンク空間(803b)と、前記第2熱交換部(801b)から流出した前記第2流体を前記補助熱交換部(801c)に流入させる第2流体用タンク空間(802b)とが形成され、
前記第1流体用タンク空間(803b)は、前記冷媒用タンク空間または前記熱媒体用タンク空間であり、
前記第2流体用タンク空間(802b)は、前記冷媒用タンク空間または前記熱媒体用タンク空間であり、
前記第1流体用タンク空間(803b)は、前記第1熱交換部(801a)に対応する部位と前記補助熱交換部(801c)に対応する部位とが前記積層方向から見たときに重なり合っており、
前記第2流体用タンク空間(802b)は、前記第2熱交換部(801b)に対応する部位と前記補助熱交換部(801c)に対応する部位とが前記積層方向から見たときに重なり合っていることを特徴とする請求項13に記載の熱交換器。 - 前記冷媒出口(52f、52j)および前記熱媒体出口(52g、52k)のうち少なくとも1つは、前記第1熱交換部(52n)と前記補助熱交換部(801c)との境界部である第1境界部(61d)と、前記補助熱交換部(801c)と前記第2熱交換部(52m)との境界部である第2境界部(61d)との間に配置されていることを特徴とする請求項9ないし14のいずれか1つに記載の熱交換器。
- 前記冷媒出口(80b、80d)および前記熱媒体出口(80e、80g)のうち少なくとも1つは、前記板状部材(806)同士の間に配置された複数の部材(814)によって形成され、
前記複数の部材(814)は、前記第1熱交換部(801a)と前記補助熱交換部(801c)との間、および前記補助熱交換部(801c)と前記第2熱交換部(801b)との間のうち少なくとも一方に配置されていることを特徴とする請求項9ないし14のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 前記複数の部材(814)は、前記冷媒用チューブ(804)および前記熱媒体用チューブ(805)の長手方向において前記板状部材(806)の一端部から他端部まで延びており、
前記冷媒出口(52f、52j)および前記熱媒体出口(52g、52k)のうち前記複数の部材(814)によって形成される出口は、前記冷媒用チューブ(804)および
前記熱媒体用チューブ(805)の一端側および他端側の両方に配置されていることを特徴とする請求項16に記載の熱交換器。 - 前記板状部材(806)は、前記複数の部材(810、811、814)を中心に、配置向きが前記チューブ積層方向に互いに反対になっていることを特徴とする請求項1ないし8、10、11、16、17のいずれか1つに記載の熱交換器。
- 前記冷媒入口(52h、52l)、前記冷媒出口(52f、52j)、前記熱媒体入口(52e、52i)および前記熱媒体出口(52g、52k)のうち少なくとも1つは、前記両端部(52o、52p)同士の間において、前記積層方向に対して直交する方向を向いて開口していることを特徴とする請求項1ないし18のいずれか1つに記載の熱交換器。
- 前記板状部材(806)は、前記第1熱交換部(801a)と前記第2熱交換部(801b)との境界を中心に、配置向きが前記チューブ積層方向に互いに反対になっていることを特徴とする請求項1ないし19のいずれか1つに記載の熱交換器。
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