JP2015158302A - 複合熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】第１熱交換器の上流に第２熱交換器と第３熱交換器を配置した複合熱交換器において、第２熱交換器と第３熱交換器のいずれか一方の冷却性能を向上させることのできる複合熱交換器の提供を目的とする。
【解決手段】本発明では、空気との間で熱交換を行う第１熱交換器と、第１熱交換器の上流位置に配置され、空気との間で熱交換を行う第２熱交換器と、第１熱交換器の上流位置で、第２熱交換器と重ならない位置に配置され、空気との間で熱交換を行う第３熱交換器とを備える複合熱交換器であって、第１〜３熱交換器は、間隔を置いて配置された複数のチューブと、隣接するチューブの間に設ける波形のフィンを備え、第１〜３熱交換器を通る空気とチューブ内を流れる各冷媒との間でそれぞれ熱交換を行い、第２熱交換器に対向する領域の第１熱交換器のフィン間隔と、第３熱交換器に対向する領域の第１熱交換器のフィン間隔とを異ならせたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載される複合熱交換器に関する。

図６，７や特許文献１，２に示すように、従来より複合熱交換器は種々提案されている。

図６に示すように、複合熱交換器が用いられる冷却サイクル１００は、車両の駆動源であるエンジンＥと、車両に配置される電子機器等の駆動を制御する駆動回路１０１と、冷媒を冷却する熱交換器１０２と、冷媒の循環を駆動する第１ポンプＰ１、第２ポンプＰ２とを備えている。

図７に示すように、熱交換器１０２は、エンジンＥを冷却するメインラジエータ１０３と、駆動回路１０１を冷却するサブラジエータ１０５と、冷媒を冷却するコンデンサ１０４とを備えている。

メインラジエータ１０３は、左右一対のタンク１０６と、タンク１０６間を連結する図示しない複数のチューブと、チューブの間に配置されるフィンとを備えており、一対のタンク１０６には、それぞれ冷媒入口部１０６ａと、冷媒出口部１０６ｂとが設けられている。

サブラジエータ１０５は、メインラジエータ１０３の冷却風上流側に配置され、メインラジエータ１０３と同様に一対のタンク１１２と、チューブ１１３と、フィン１１４とを備えており、一対のタンク１１２にはそれぞれ冷媒入口部１１２ａと、冷媒出口部１１２ｂとが設けられている。

コンデンサ１０４は、メインラジエータ１０３の冷却風上流側に配置されるとともに、サブラジエータ１０５と並列になるように配置されている。また、コンデンサ１０４もメインラジエータ１０３とサブラジエータ１０５と同様に、一対のタンク１０９と、チューブ１１０と、フィン１１１とを備えており、一対のタンク１０９にはそれぞれ冷媒入口部１０９ａと、冷媒出口部１０９ｂとが設けられている。

このような複合熱交換器を用いる冷却サイクル１００は、第１ポンプＰ１が駆動することによりエンジンＥを介した冷媒がメインラジエータ１０３の冷媒入口部１０６ａから一方のタンク１０６へ流入し、チューブを介して他方のタンク１０６へ冷媒が流れ、他方のタンク１０６から冷媒出口部１０６ｂを介した冷媒が第１ポンプＰ１に流入し、エンジンＥとメインラジエータ１０３間を冷媒が循環する。また、冷媒がメインラジエータ１０３のチューブを流れる際に、冷却風との間で熱交換することで冷媒が冷却される。

また、第２ポンプＰ２が駆動することにより駆動回路１０１を介した冷媒がサブラジエータ１０５の冷媒入口部１１２ａから一方のタンク１１２へ流入し、チューブ１１３を介して他方のタンク１１２へ冷媒が流れ、他方のタンク１１２から冷媒出口部１１２ｂを介した冷媒が第２ポンプＰ２に流入し、駆動回路１０１とサブラジエータ１０５間を冷媒が循環する。

さらに、図示しないコンプレッサによって圧縮された冷媒が、コンデンサ１０４の冷媒入口部１０９ａから一方のタンク１０９へ流入し、チューブ１１０を介して他方のタンク１０９へ冷媒が流れ、他方のタンク１０９から冷媒出口部１０９ｂを介して図示しないエバポレータへ冷媒が流れる。また、冷媒がチューブ１１０を流れる際に、冷却風との間で熱交換することで、コンデンサ１０４内を流れる冷媒を冷却している。

また、特許文献２に開示されているように、ハイブリッド車に搭載される複合熱交換器１０２は、従来の自動車に比べて車両に搭載される部品が多くなるため、熱交換器に省スペース化が求められており、メインラジエータの冷却風上流側に空調用コンデンサとサブラジエータが配置されている。

特開２００４−２６２３３０号公報 特開２００６−２１７４９号公報

従来の複合熱交換器１０２では、コンデンサ１０４とサブラジエータ１０５と並列に並べ、メインラジエータ１０３と略同等の面積となるように上下に配置している。

ところが、コンデンサ１０４とサブラジエータ１０５のどちらか一方の冷却性能を向上させたい場合がある。例えば、ハイブリッド車に搭載される場合等は多数の電機製品が車両に搭載されるため、従来よりも駆動回路を冷却する必要があり、駆動回路を冷却する冷媒が流れるサブラジエータ１０５の高い冷却性能が求められるという課題があった。

そこで、本発明では、第１熱交換器の冷却風上流に第２熱交換器と第３熱交換器を配置した複合熱交換器において、第２熱交換器と第３熱交換器のいずれか一方の冷却性能を向上させることのできる複合熱交換器の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、空気との間で熱交換を行う第１熱交換器２と、前記第１熱交換器２の空気流れ方向の上流位置に配置され、空気との間で熱交換を行う第２熱交換器４と、前記第１熱交換器２の空気流れ方向の上流位置で、前記第２熱交換器４と重ならない位置に配置され、空気との間で熱交換を行う第３熱交換器３とを備える複合熱交換器１であって、前記第１〜３熱交換器２，３，４は、間隔を置いて配置された複数のチューブ９，１５，２１と、隣接する前記チューブ９，１５，２１の間に設ける波形のフィン１１，１７，２３を備え、前記第１〜３熱交換器２，３，４を通る空気と前記チューブ９，１５，２１内を流れる各冷媒との間でそれぞれ熱交換を行い、前記第２熱交換器４に対向する領域の前記第１熱交換器２のフィン間隔と、前記第３熱交換器３に対向する領域の前記第１熱交換器２のフィン間隔とを異ならせたことを特徴とする。また、前記第２熱交換器４に対向する前記第１熱交換器２の領域Ａのフィン１１Ａの間隔が、前記第３熱交換器３に対向する第１熱交換器２の領域Ｂのフィン１１Ｂの間隔よりも大きいことを特徴とする。さらに、前記第３熱交換器３に対向する前記第１熱交換器２の領域Ｂのフィン１１Ｂの間隔が、前記第２熱交換器４に対向する第１熱交換器２の領域Ａのフィン１１Ａの間隔よりも大きいことを特徴とする。加えて、前記第１〜３熱交換器２，３，４は、前記チューブ９，１５，２１の両端にそれぞれ一対のタンク７，１３，１９を有し、一対の前記タンク７，１３，１９は、略同じ幅を有することを特徴とする。さらにまた、前記第２熱交換器４及び前記第３熱交換器３の一対の前記タンク１３，１９は、前記第１熱交換器２のタンクに固定することを特徴とする。さらにまた、前記第１熱交換器（２）は、エンジン冷却水を冷却するメインラジエータであり、前記第２熱交換器（４）は、コンデンサであり、前記第３熱交換器（３）は、車載電子部品冷却水を冷却するサブラジエータであることを特徴とする。

本発明によれば、第１熱交換器２のフィン間隔を広くした領域では、複合熱交換器１を通過する空気抵抗が小さくなるために、その領域に配置された第２熱交換器又は第３熱交換器の冷却性能を向上させることができる。

本発明の複合熱交換器の分解斜視図である。 本発明のメインラジエータの分解正面図である。 本発明の複合熱交換器の前方側斜視図である。 本発明の複合熱交換器の後方側斜視図である。 本発明の複合熱交換器の概略側面図である。 従来の複合熱交換器が用いられた冷却サイクルの概略図である。 従来の複合熱交換器の斜視図である。

以下、本発明の実施形態及び変形例について、図１〜５を用いて詳細に説明する。

〔実施形態〕
図１〜５に示すように、冷却サイクルに用いられる複合熱交換器１は、メインラジエータ２と、メインラジエータ２の冷却風上流側に配置されるコンデンサ３と、メインラジエータ２の冷却風上流側に配置され、かつ、コンデンサ３の上方に配置されるサブラジエータ４とを備えている。

図２に示すように、メインラジエータ２は、一対のタンク７と、一対のタンク７間を連結する複数のチューブ９と、複数のチューブ９間に配置されるフィン１１（１１Ａ，１１Ｂ）とを備えている。

一対のタンク７は、冷却風の送風方向に対して左右方向に配置されており、一対のタンク７の一方側のタンク７には、冷媒入口部７ａが形成され、他方側のタンク７には、冷媒出口部７ｂが形成されている。

フィン１１（１１Ａ，１１Ｂ）は、チューブ９間において波形状に形成されている。この波形状のフィン間隔（以下「フィンピッチ」）は、図１に示すようにＡ領域とＢ領域とで異なっており、Ａ領域のフィン１１ＡのフィンピッチＰ２は、Ｂ領域のフィン１１ＢのフィンピッチＰ１よりも波形の幅が広く形成されている。

Ｂ領域のフィン１１Ｂは、従来のメインラジエータにおいて使用されているものと同様のフィンピッチを適用し、Ａ領域のフィン１１Ａについては、Ｂ領域のフィンピッチよりも広ければよく、通風抵抗によってフィンピッチは適宜設計変更可能である。

なお、Ａ領域とは、後述するサブラジエータ４に対向する領域であり、Ｂ領域は、後述するコンデンサ３に対向する領域である。

メインラジエータ２の冷却風上流側に配置されるコンデンサ３は、一対のタンク１３と、一対のタンク１３間を連結する複数のチューブ１５と、複数のチューブ１５間に積層するように配置される波形のフィン１７とを備えている。

コンデンサ３の一対のタンク１３には、図示しない冷媒入口部と冷媒出口部がそれぞれ形成されている。

メインラジエータ２の冷却風上流側で、かつ、コンデンサ３の上方に配置されるサブラジエータ４は、一対のタンク１９と、一対のタンク１９間を連結する複数のチューブ２１と、複数のチューブ２１間に積層するように配置される波形のフィン２３とを備えている。一対のタンク１９の一方側のタンク１９には、冷媒入口部１９ａが形成され、他方側のタンク１９には、冷媒出口部１９ｂが形成されている。

コンデンサ３のタンク１３とサブラジエータ４とタンク１９とを連結するように連結ブラケット６がボルトにより固定されており、コンデンサ３のタンク１３とサブラジエータ４のタンク１９との間に跨るようにしてリキッドタンク５が固定されている。

次に、本実施形態の複合熱交換器１内を流れる冷媒の冷却について説明する。

図示しないエンジン等を介した冷媒は、冷媒入口部７ａから一方側のタンク７に流入し、タンク７からチューブ９を介して他方側のタンク７へ流入する。他方側のタンク７へ流入した冷媒は、冷媒出口部７ｂから図示しないエンジン等へ冷媒が流れる。

図示しないコンプレッサによって圧縮された冷媒は、図示しない冷媒入口から一方側のタンク１３に流入し、タンク１３からチューブ１５を介して他方側のタンク１３へ流入する。他方側のタンク１３へ流入した冷媒は、図示しない冷媒出口からリキッドタンク５を介して図示しないエバポレータへ冷媒が流れる。

図示しない駆動回路を介した冷媒は、冷媒入口部１９ａから一方側のタンク１９に流入し、タンク１９からチューブ２１を介して他方側のタンク１９へ流入する。他方側のタンク１９へ流入した冷媒は、冷媒出口部１９ｂから図示しない駆動回路へ冷媒が流れる。

なお、上述したメインラジエータ２、コンデンサ３、サブラジエータ４のチューブ９，１５，２１内を冷媒が流れる際、図５に示すように冷却風がチューブ９，１５，２１及びフィン１１，１７，２３を通過することにより、チューブ９，１５，２１内を流れる冷媒と冷却風との間で熱交換が行われ、冷媒を冷却している。

本実施形態によれば、メインラジエータ２のコンデンサ３に対向するＢ領域よりも、メインラジエータ２のサブラジエータ４に対向するＡ領域のフィン１１Ａの波形の間隔を大きくしたことにより、メインラジエータ２のＡ領域を通過する冷却風の通風抵抗が小さくなるため、サブラジエータ４を通過する冷却風の風速が早くなる。

すなわち、サブラジエータ４内を流れる冷媒と冷却風との間の熱交換が促進され、サブラジエータ４内を流れる冷媒を十分に冷却することができるため、冷却性能を向上させることができる。なお、メインラジエータ２のフィンピッチＰ２はフィンピッチＰ１よりも広くなるが、サブラジエータ４を通過する冷却風が、通風抵抗の減少により従来の熱交換器よりも通過する冷却風の風速が早くなることによって、サブラジエータ４での放熱量が小さくなることなく、従来と遜色なく冷却性能を確保することができる。

さらに、メインラジエータ２のタンク７と、サブラジエータ４及びコンデンサ３のタンク１３，１９とが固定されることにより、レイアウト性を高めることができ、さらに、複合熱交換器１を車両に取り付ける際の固定が容易となる。

また、本実施形態においては、サブラジエータ４とコンデンサ３とが冷却風の送風方向に対して上下方向（天地方向）に並べられた例について説明したが、冷却風の送風方向に対して左右方向（天地方向に対して直交方向）に並べたものであってもよい。なお、サブラジエータとコンデンサを左右方向に並べた場合、本実施形態と同様に、サブラジエータと対向するメインラジエータの領域のフィンピッチを広くすればよい。

さらに、サブラジエータ４のタンク１９内に水冷コンデンサを配置してもよく、タンク１９内に水冷コンデンサを配置することで、より効果的に冷媒を冷却することができる。

〔変形例〕
上述した実施形態では、サブラジエータ４の冷却性能を向上させるため、サブラジエータ４に対向するメインラジエータ２のフィンピッチを広くしているが、本変形例ではコンデンサ３の冷却性能を向上させることができる。すなわち、コンデンサ３の冷却性能を向上させる場合には、コンデンサ３に対向するメインラジエータ２のフィンピッチを広く形成すればよい。

つまり、本変形例によれば、コンデンサ３に対向するメインラジエータ２の領域を通過する冷却風の風速を早くすることができるため、コンデンサ３を通過する冷却風によって、コンデンサ３内を流れる冷媒を十分に冷却することができる。

１ 複合熱交換器
２ 第１熱交換器（メインラジエータ）
３ 第３熱交換器（コンデンサ）
４ 第２熱交換器（サブラジエータ）

上記の課題を解決するために、本発明では、空気とエンジン冷却水との間で熱交換を行うメインラジエータ２と、前記メインラジエータ２の空気流れ方向の上流位置に配置され、空気と車載電子部品冷却水との間で熱交換を行うサブラジエータ４と、前記メインラジエータ２の空気流れ方向の上流位置で、前記サブラジエータ４と重ならない位置に配置され、空気との間で熱交換を行うコンデンサ３とを備える複合熱交換器１であって、前記メインラジエータ２、前記コンデンサ３及び前記サブラジエータ４は、間隔を置いて配置された複数のチューブ９，１５，２１と、隣接する前記チューブ９，１５，２１の間に設ける波形のフィン１１，１７，２３を備え、前記メインラジエータ２、前記コンデンサ３及び前記サブラジエータ４を通る空気と前記チューブ９，１５，２１内を流れる各冷媒との間でそれぞれ熱交換を行い、前記サブラジエータ４に対向する前記メインラジエータ２の領域Ａのフィン１１Ａの間隔が、前記コンデンサ３に対向する前記メインラジエータ２の領域Ｂのフィン１１Ｂの間隔よりも大きいことを特徴とする。また、前記メインラジエータ２、前記コンデンサ３及び前記サブラジエータ４は、前記チューブ９，１５，２１の両端にそれぞれ一対のタンク７，１３，１９を有し、一対の前記タンク７，１３，１９は、略同じ幅を有することを特徴とする。さらにまた、前記サブラジエータ４及び前記コンデンサ３の一対のタンク１３，１９は、前記メインラジエータ２のタンクに固定することを特徴とする。

本発明によれば、メインラジエータ２のフィン間隔を広くした領域では、複合熱交換器１を通過する空気抵抗が小さくなるために、その領域に配置されたサブラジエータ４の冷却性能を向上させることができる。

Claims (6)

1. 空気との間で熱交換を行う第１熱交換器（２）と、
   前記第１熱交換器（２）の空気流れ方向の上流位置に配置され、空気との間で熱交換を行う第２熱交換器（４）と、
   前記第１熱交換器（２）の空気流れ方向の上流位置で、前記第２熱交換器（４）と重ならない位置に配置され、空気との間で熱交換を行う第３熱交換器（３）とを備える複合熱交換器（１）であって、
   前記第１〜３熱交換器（２，３，４）は、間隔を置いて配置された複数のチューブ（９，１５，２１）と、
   隣接する前記チューブ（９，１５，２１）の間に設ける波形のフィン（１１，１７，２３）を備え、
   前記第１〜３熱交換器（２，３，４）を通る空気と前記チューブ（９，１５，２１）内を流れる各冷媒との間でそれぞれ熱交換を行い、
   前記第２熱交換器（４）に対向する領域の前記第１熱交換器（２）のフィン間隔と、前記第３熱交換器（３）に対向する領域の前記第１熱交換器（２）のフィン間隔とを異ならせたことを特徴とする複合熱交換器（１）。
2. 請求項１記載の複合熱交換器（１）であって、
   前記第２熱交換器（４）に対向する前記第１熱交換器（２）の領域（Ａ）のフィン（１１Ａ）の間隔が、前記第３熱交換器（３）に対向する第１熱交換器（２）の領域（Ｂ）のフィン（１１Ｂ）の間隔よりも大きいことを特徴とする複合熱交換器（１）。
3. 請求項１記載の複合熱交換器（１）であって、
   前記第３熱交換器（３）に対向する前記第１熱交換器（２）の領域（Ｂ）のフィン（１１Ｂ）の間隔が、前記第２熱交換器（４）に対向する第１熱交換器（２）の領域（Ａ）のフィン（１１Ａ）の間隔よりも大きいことを特徴とする複合熱交換器（１）。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合熱交換器（１）であって、
   前記第１〜３熱交換器（２，３，４）は、前記チューブ（９，１５，２１）の両端にそれぞれ一対のタンク（７，１３，１９）を有し、一対の前記タンク（７，１３，１９）は、略同じ幅を有することを特徴とする複合熱交換器（１）。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合熱交換器（１）であって、
   前記第２熱交換器（４）及び前記第３熱交換器（３）の一対の前記タンク（１３，１９）は、前記第１熱交換器（２）のタンクに固定することを特徴とする複合熱交換器（１）。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合熱交換器（１）であって、
   前記第１熱交換器（２）は、エンジン冷却水を冷却するメインラジエータであり、
   前記第２熱交換器（４）は、コンデンサであり、
   前記第３熱交換器（３）は、車載電子部品冷却水を冷却するサブラジエータであることを特徴とする複合熱交換器（１）。

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