JP2005106431A - 熱交換器モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 上流側に配置された熱交換コアを十分に補強しつつ、下流側に熱交換器に十分な量の熱交換用空気を供給する。
【解決手段】 補強プレート3d、4dのうち冷却風流れと略直交する壁面3e、4eに空気が流通することができる貫通穴3f、4fを設ける。これにより、第2ラジエータ3および室外熱交換器4の冷却風流れ下流側に配置された第1ラジエータ2に十分な量の冷却風を供給することができる。また、補強プレート3d、4dは、冷却風流れと略直交する壁面3e、4eを有して構成されれているので、補強プレート3d、4dにて熱交換コア3c、4cを十分に補強することができる。したがって、上流側に配置された熱交換コア3c、4cを十分に補強しつつ、下流側に熱交換器、つまり第1ラジエータ2に十分な量の熱交換用空気を供給することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複数個の熱交換器からなる熱交換器モジュールに関するものである。
複数個の熱交換器を空気流れに対して並列に配置した場合、従来は、第1の熱交換コアと第2の熱交換コアとの間に、空気の流通方向と平行な平面を有して構成されたプレートを配置して2つの熱交換コア間に断熱用の空隙を構成している(例えば、特許文献1参照)。
特開平10−111086号公報
しかし、特許文献1に記載の発明では、プレートが空気の流通方向と平行となるように配置されているので、空気の流通方向と平行な軸に関するプレートの断面二次モーメントを大きくすることができず、プレートにて熱交換コアを十分に補強することができない。
これに対しては、空気の流通方向と略直交するように2つの熱交換コア間にプレートを配置すれば、プレートの厚みを厚くすることなく、空気の流通方向と平行な軸に関するプレートの断面二次モーメントを大きくすることができ、プレートにて熱交換コアを十分に補強することができるものの、プレートが空気の流通方向と略直交するように配置されるため、以下に述べる問題が新たに発生する。
すなわち、プレートが空気の流通方向と略直交すると、当然ながら、プレートが配置された部位、つまり2つの熱交換コア間を空気が通過することができない。
このため、この2つの熱交換コアの空気流れ下流側に他の熱交換器が配置されている場合には、2つの熱交換コアの空気流れ下流側に配置された他の熱交換器に、十分な量の熱交換用空気を供給することができないので、下流側に配置された熱交換器の能力を十分に発揮させることができない。
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規な熱交換器モジュールを提供し、第2には、上流側に配置された熱交換コアを十分に補強しつつ、下流側に熱交換器に十分な量の熱交換用空気を供給することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、流体が流れる複数本のチューブ(2a)、およびチューブ(2a)の外表面に設けられたフィン(2b)を有する第1熱交換器(2)と、流体が流れる複数本のチューブ(3a)およびチューブ(3a)の外表面に設けられたフィン(3b)を有して構成された熱交換コア、ならびに空気流れに対して交差する壁面(3e)を有して構成された熱交換コアを補強する補強プレート(3d)を備え、第1熱交換器(2)の空気流れ上流側に配置された第2熱交換器(3)と、流体が流れる複数本のチューブ(4a)チューブ(4a)の外表面に設けられたフィン(4b)を有して構成された熱交換コア、ならびに空気流れに対して交差する壁面(4e)を有して構成された熱交換コアを補強する補強プレート(4d)を備え、第1熱交換器(2)の空気流れ上流側にて空気流れに対して第2熱交換器(3)と並列に配置された配置された第3熱交換器(4)と具備し、第2熱交換器(3)の補強プレート(3d)の壁面(3e)および第3熱交換器(4)の補強プレート(4d)の壁面(4e)のうち少なくとも一方には、空気が流通することができる貫通穴(3f、4f)が設けられていることを特徴とする。
そして、本発明では、補強プレート(4d)の壁面(4e)のうち少なくとも一方には、空気が流通することができる貫通穴(3f、4f)が設けられているので、第2熱交換器(3)および第3熱交換器(4)の空気流れ下流側に配置された第1熱交換器(2)に十分な量の熱交換用の空気を供給することができる。
また、補強プレート(3d、4d)は、冷却風流れと略直交する壁面(3e、4e)を有して構成されれているので、補強プレート(3d、4d)の厚みを厚くすることなく、冷却風の流通方向と平行な軸に関するプレートの断面二次モーメントを大きくすることができ、補強プレート(3d、4d)にて熱交換コアを十分に補強することができる。
したがって、上流側に配置された熱交換コアを十分に補強しつつ、下流側に熱交換器に十分な量の熱交換用空気を供給することができる。
請求項2に記載の発明では、補強プレート(3d、4d)は、空気の流通方向と平行な断面において、空気の流通方向と直交する方向が開口するように略コの字状に形成されていることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明では、貫通穴(3f、4f)が設けられた補強プレート(3d、4d)を空気の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積に対する、貫通穴(3f、4f)を空気の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積の比は、0.5以上、0.9以下であることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明では、第2熱交換器(3)と第3熱交換器(4)との間を空気の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積に対する、貫通穴(3f、4f)を含んで形成される第2熱交換器(3)と第3熱交換器(4)との間に形成される空気通路(5)を空気の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積との比は、熱交換コアを空気の流通方向と直交する面に投影したときの空気通路の占める割合より大きいことを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明では、貫通穴(3f、4f)は、補強プレート(3d、4d)に複数個設けられていることを特徴とする。
これにより、貫通穴(3f、4f)と貫通穴(3f、4f)との間に柱部が形成されるので、補強プレート(3d、4d)の曲げ剛性や壁面3e、4eの座屈強度が大きく低下してしまうことを防止できる。
請求項6に記載の発明では、第1熱交換器(2)と第2熱交換器(3)または第3熱交換器(4)との距離(L)は、20mm以下の所定寸法であることを特徴とするものである。
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係る熱交換器モジュールをハイブリッド自動車用の冷却装置に適用したものであって、図1は本実施形態に係る熱交換器モジュール1の特徴を示す斜視図であり、図2は本実施形態に係る熱交換器モジュール1の車両搭載状態を示す図である。
そして、本実施形態に係る熱交換器モジュール1は、図2に示すように、走行用の内燃機関(図示せず。)を冷却するエンジン冷却水と空気とを熱交換する第1ラジエータ2、走行用の電動モータ(図示せず。)およびこの電動モータに駆動電流を制御するインバータ回路等の駆動回路を冷却するインバータ冷却水と空気とを熱交換する第2ラジエータ3、並びに車両用空調装置(蒸気圧縮式冷凍機)の室外熱交換器4等から構成されている。
また、第2ラジエータ3と室外熱交換器4とは、第1ラジエータ2の冷却風流れ上流側にて互いに冷却風流れに対して並列に配置されており、本実施形態では、第2ラジエータ3は、室外熱交換器4の上方側に配置されている。
ここで、第1ラジエータ2は、図1に示すように、エンジン冷却水が流れる扁平状のチューブ2aおよびこのチューブ2aの扁平面に接合されたフィン2bからなる熱交換コア2c、チューブ2aの長手方向両端側にて複数本のチューブ2aと連通するヘッダタンク(図示せず。)、並びに熱交換コア2cの端部にてチューブ2aと平行に延びて熱交換コア2cを補強する補強プレート2d等からなるものである。
そして、本実施形態では、冷却風の流通方向、つまり車両前後方向と平行な断面において、補強プレート2dの断面形状が冷却風の流通方向と直交する方向、つまり鉛直方向が開口する略コの字形状となるように補強プレート2dをプレス成形するとともに、チューブ2a、フィン2b、ヘッダタンクおよび補強プレート2dを全てアルミニウム合金等の金属製として、これらをろう接にて一体接合している。
ここで、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」(東京電機大学出版局)に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。
因みに、融点が450℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が450℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。
また、第2ラジエータ3も第1ラジエータ2と同様な構造であり、具体的には、インバータ冷却水が流れる扁平状のチューブ3aおよびこのチューブ3aの扁平面に接合されたフィン3bからなる熱交換コア3c、チューブ3aの長手方向両端側にて複数本のチューブ3aと連通するヘッダタンク(図示せず。)、並びに熱交換コア3cの端部にてチューブ3aと平行に延びて熱交換コア3cを補強する断面コの字状の補強プレート3d等からなるもので、本実施形態では、チューブ3a、フィン3b、ヘッダタンクおよび補強プレート3dを全てアルミニウム合金等の金属製として、これらをろう接にて一体接合している。
また、室外熱交換器4も第1ラジエータ2と同様な構造であり、具体的には、冷媒が流れる扁平状のチューブ4aおよびこのチューブ4aの扁平面に接合されたフィン4bからなる熱交換コア4c、チューブ4aの長手方向両端側にて複数本のチューブ4aと連通するヘッダタンク(図示せず。)、並びに熱交換コア4cの端部にてチューブ4aと平行に延びて熱交換コア4cを補強する断面コの字状の補強プレート4d等からなるもので、本実施形態では、チューブ4a、フィン4b、ヘッダタンクおよび補強プレート4dを全てアルミニウム合金等の金属製として、これらをろう接にて一体接合している。
なお、本実施形態では、チューブ2a、3a、4aの長手方向を水平方向と一致させているとともに、フィン2b、3b、4bとして、空気流れを乱して熱伝達率を向上させるルーバが形成された波状のコルゲートフィンを採用している。
そして、室外熱交換器4側の補強プレート3dおよび第2ラジエータ3側の補強プレート4dのうち冷却風流れに対して直交する壁面3e、4e、つまり補強プレート3d、4dのうち互いに対向する壁面には、空気が流通することができる複数個の貫通穴3f、4fが設けられている。
このとき、本実施形態では、貫通穴3fの総断面積および個数は、貫通穴3fが設けられた補強プレート3dを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sdに対する、貫通穴3fを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sfの比(=Sf/Sd)が0.5以上、0.9以下となるように設定されている。
同様に、貫通穴4fの総断面積および個数は、貫通穴4fが設けられた補強プレート4dを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sdに対する、貫通穴3fを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sfの比(=Sf/Sd)を0.5以上、0.9以下となるように設定されている。
なお、本実施形態では、第2ラジエータ3と室外熱交換器4とは、ブラケット(図示せず。)を介して補強プレート3d、4dにて機械的に連結されている。
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
本実施形態では、補強プレート3d、4dのうち冷却風流れと略直交する壁面3e、4eに空気が流通することができる貫通穴3f、4fが設けられているので、第2ラジエータ3および室外熱交換器4の冷却風流れ下流側に配置された第1ラジエータ2に十分な量の冷却風を供給することができる。
また、補強プレート3d、4dは、冷却風流れと略直交する壁面3e、4eを有して構成されれているので、補強プレート3d、4dの厚みを厚くすることなく、冷却風の流通方向と平行な軸に関するプレートの断面二次モーメントを大きくすることができ、補強プレート3d、4dにて熱交換コア3c、4cを十分に補強することができる。
したがって、上流側に配置された熱交換コア3c、4cを十分に補強しつつ、下流側に配置された熱交換器、つまり第1ラジエータ2に十分な量の熱交換用空気を供給することができる。
ところで、冷却風流れと略直交する壁面3e、4eにて補強プレート3d、4dを構成しているものの、壁面3e、4eに貫通穴3f、4fが形成されているので、補強プレート3d、4dの曲げ剛性や壁面3e、4eの座屈強度が大きく低下してしまうおそれがある。
しかし、本実施形態では、複数個の貫通穴3f、4fにて冷却風が通り抜ける通風孔を構成しているので、貫通穴3f、4fと貫通穴3f、4fとの間に柱部3g、4g(図1参照)が形成され、補強プレート3d、4dの曲げ剛性や壁面3e、4eの座屈強度が大きく低下してしまうことを防止できる。
したがって、例えば第2ラジエータ3および室外熱交換器4をろう接すべく、ワイヤー等の治具を第2ラジエータ3および室外熱交換器4に巻き付けてチューブ3a、4a等を仮固定したときに、補強プレート3d、4dが変形してしまうことを防止でき得る。
なお、本実施形態では、貫通穴面積比(=Sf/Sd)を0.5以上、0.9以下として、下流側に配置された第1ラジエータ2への冷却風量を確保しながら、補強プレート3d、4dの強度を確実に確保している。
因みに、第1ラジエータ2と第2ラジエータ3および室外熱交換器4との距離L(図1参照)が十分に大きい場合には、貫通穴3f、4fが無くても下流側の第1ラジエータ2に冷却風を供給することができるものの、距離Lが大きくなると、車両への搭載性が悪化するので、本実施形態では、第1ラジエータ2と第2ラジエータ3および室外熱交換器4との距離Lを20mm以下としている。
(第2実施形態)
第1実施形態では、貫通穴3f、4fの総断面積および個数は、貫通穴3f、4fが設けられた補強プレート3d、4dを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sdに対する、貫通穴3fを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sfの比(=Sf/Sd)が0.5以上、0.9以下となるように設定されていたが、本実施形態は、補強プレート3dと補強プレート4dとの隙間も考慮して、貫通穴3f、4fの総断面積および個数を設定するものである。
すなわち、第2ラジエータ3と室外熱交換器4との間を冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積S1に対する、貫通穴3f、4fを含んで形成される第2ラジエータ3と室外熱交換器4との間に形成される空気通路、つまり補強プレート3dと補強プレート4dとの隙間5(図3参照)を冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積S2との比I(=S2/S1)を、熱交換コア3c、4cを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの空気通路の占める割合Cより大きくしたものであり、S1、S2およびCは、以下の数式で示される。
S1=L1×W
S2=L2×W−Σs
C={(Tp−B)×W}/(Tp×W)=(Tp−B)×W/Tp
但し、
L1:熱交換コア3cと熱交換コア4cとの距離(図3参照)
W:チューブ3aまたはチューブ4aの長手方向寸法(図3参照)
Tp:チューブ3a間のピッチ寸法またはチューブ4a間のピッチ寸法(図3参照)
B:チューブ3aの厚み寸法またはチューブ4aの厚み寸法(図3参照)
s:貫通穴3f、4fの断面積
Σs:貫通穴3f、4fの断面積の総和
なお、本実施形態では、チューブ3a間のピッチ寸法とチューブ4a間のピッチ寸法とは同一寸法であり、チューブ3aの厚み寸法とチューブ4aの厚み寸法とは同一であるので、いずれの寸法を用いてよいが、寸法が相違するときは、チューブ間のピッチ寸法については大きい方の寸法を採用し、チューブの厚み寸法については小さい方を採用することが望ましい。
因みに、L2>L1×(Tp−B)/Tpの場合は、貫通穴3f、4fが無くても十分な風量を得ることができ得る。
(第3実施形態)
本実施形態は、第2ラジエータ3と室外熱交換器4との連結構造に関するものである。
すなわち、図4(a)に示すように、第2ラジエータ3と室外熱交換器4とを補強プレート3dと補強プレート4dとで連結するとともに、両プレート3d、4dとを連結するに当たっては、図4(b)に示すように、補強プレート3dを挟むコの字部6a、および補強プレート4dを挟むコの字部6bおよび両コの字部6a、6bを繋ぐ繋ぎ部6cからなる金属(本実施形態では、冷間圧延鋼板)製のブラケット6をボルト7等の締結手段にて補強プレート3dおよび補強プレート4dに固定したものである。
なお、ブラケット6は、貫通穴3f、4fを塞ぐことがないように構成されている。
(その他の実施形態)
第1実施形態では、貫通穴3fの総断面積および個数は、貫通穴3fが設けられた補強プレート3dを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sdに対する、貫通穴3fを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sfの比(=Sf/Sd)が0.5以上、0.9以下となるように設定され、同様に、貫通穴4fの総断面積および個数は、貫通穴4fが設けられた補強プレート4dを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sdに対する、貫通穴3fを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sfの比(=Sf/Sd)を0.5以上、0.9以下となるように設定されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、貫通穴3fおよび貫通穴4fの総断面積および個数が、補強プレート3dおよび補強プレート4dを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sdに対する、貫通穴3fを冷却風の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積Sfの比(=Sf/Sd)が0.5以上、0.9以下となるようにしてもよい。
つまり第2ラジエータ3の貫通穴面積比(=Sf/Sd)が0.5以上、0.9以下となっていなくても、室外熱交換器4の貫通穴面積比(=Sf/Sd)と合わせると、平均として、貫通穴面積比(=Sf/Sd)が0.5以上、0.9以下となっていればよい。
また、上述の実施形態では、貫通穴3fと貫通穴4fとを同一の大きさとしたが、本実施形態は、これ限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、補強プレート3dおよび補強プレート4dに貫通穴が設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばいずれか一方のみに貫通穴を設けてもよい。
また、上述の実施形態では、第2熱交換器をインバータ等を冷却するラジエータとし、第3熱交換器を空調装置の室外熱交換器4としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第2熱交換器をオイルクーラとしてもよい。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
本発明の第1実施形態に係る熱交換器モジュールの特徴を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器モジュールの車両搭載状態を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る熱交換器モジュールの特徴を示す斜視図である。 (a)は本発明の第3実施形態に係る熱交換器モジュールの特徴を示す斜視図であり、(b)は(a)の拡大断面図である。
符号の説明
1…熱交換器モジュール、2…第1ラジエータ、2a…チューブ、2b…フィン、
2c熱交換コア、2d…補強プレート、3…第2ラジエータ、3a…チューブ、
3b…フィン、3c熱交換コア、3d…補強プレート、3f…貫通穴、
4…室外熱交換器、4a…チューブ、4b…フィン、4c熱交換コア、
4d…補強プレート、4f…貫通穴。

Claims (6)

  1. 流体が流れる複数本のチューブ(2a)、および前記チューブ(2a)の外表面に設けられたフィン(2b)を有する第1熱交換器(2)と、
    流体が流れる複数本のチューブ(3a)および前記チューブ(3a)の外表面に設けられたフィン(3b)を有して構成された熱交換コア、ならびに空気流れに対して交差する壁面(3e)を有して構成された前記熱交換コアを補強する補強プレート(3d)を備え、前記第1熱交換器(2)の空気流れ上流側に配置された第2熱交換器(3)と、
    流体が流れる複数本のチューブ(4a)および前記チューブ(4a)の外表面に設けられたフィン(4b)を有して構成された熱交換コア、ならびに空気流れに対して交差する壁面(4e)を有して構成された前記熱交換コアを補強する補強プレート(4d)を備え、前記第1熱交換器(2)の空気流れ上流側にて空気流れに対して前記第2熱交換器(3)と並列に配置された配置された第3熱交換器(4)と具備し、
    前記第2熱交換器(3)の前記補強プレート(3d)の壁面(3e)および前記第3熱交換器(4)の前記補強プレート(4d)の壁面(4e)のうち少なくとも一方には、空気が流通することができる貫通穴(3f、4f)が設けられていることを特徴とする熱交換器モジュール。
  2. 前記補強プレート(3d、4d)は、空気の流通方向と平行な断面において、空気の流通方向と直交する方向が開口するように略コの字状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  3. 前記貫通穴(3f、4f)が設けられた前記補強プレート(3d、4d)を空気の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積に対する、前記貫通穴(3f、4f)を空気の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積の比は、0.5以上、0.9以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器モジュール。
  4. 前記第2熱交換器(3)と前記第3熱交換器(4)との間を空気の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積に対する、前記貫通穴(3f、4f)を含んで形成される前記第2熱交換器(3)と前記第3熱交換器(4)との間に形成される空気通路(5)を空気の流通方向と直交する面に投影したときの投影面積との比は、前記熱交換コアを空気の流通方向と直交する面に投影したときの空気通路の占める割合より大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器モジュール。
  5. 前記貫通穴(3f、4f)は、前記補強プレート(3d、4d)に複数個設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器モジュール。
  6. 前記第1熱交換器(2)と前記第2熱交換器(3)または前記第3熱交換器(4)との距離(L)は、20mm以下の所定寸法であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の熱交換器モジュール。
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