JP4338566B2 - 車両用熱交換器 - Google Patents

Description

この発明は、空調用の熱交換器であるガスクーラと、エンジン冷却用の熱交換器であるラジエータとを一体化した車両用熱交換器に関する。

以下の説明においては、ガスクーラとラジエータ（それぞれ分割されたものを含む）を適宜に熱交換器と言い換えるものとする。

車両のエンジンルーム内には、エンジン冷却水（以下、冷却水という）を循環して冷却するためのラジエータが設置され、その前方には、空調冷媒（以下、冷媒という）を冷却させるガスクーラがラジエータと近接して設置されている。そして、車両の進行方向から導入した冷却風をラジエータ及びガスクーラの熱交換領域となるコア部に通過させて、コア部内を循環する冷却水や冷媒を放熱により冷却するように構成されている。

従来より、これらガスクーラとラジエータとを一体化したものが知られている。このうち、従来冷媒（Ｒ１３４ａなど）のガスクーラとラジエータとを一体化した熱交換器では、ガスクーラを風流れ方向に対して上流側に、またラジエータを下流側にそれぞれ配置した構造となっている。また、ガスクーラとラジエータのそれぞれ冷却フィンはサイドプレート等により連結されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１４７０９４号公報

近年、環境への配慮から従来冷媒に代わって炭酸ガスを冷媒とするガスクーラが主流になりつつある。このような炭酸ガス冷媒のガスクーラとラジエータとを一体化した熱交換器についても、従来冷媒と同じくガスクーラを風流れ方向に対して上流側に、またラジエータを下流側にそれぞれ配置した構造となる。

しかしながら、このような配置とした場合、ラジエータの中低温エリアとなる上部と、ガスクーラの高温エリアとなる上部とが冷却風の流れ方向で重なり、ラジエータの中低温エリアの温度が下がらないためにラジエータ性能が悪化するおそれがある。とくに、冷却水の出口温度が下がらずに高温になるとオーバーヒート等の発生が懸念される。また、ガスクーラ内は温度変化領域が存在しているため、ラジエータからガスクーラへのフィン間熱伝導によりガスクーラの低温エリアでの出口温度が下がらないと、ガスクーラ性能が悪化することが考えられる。さらに、ガスクーラの冷媒によるヒートポンプ暖房時（ガスクーラの冷媒を逆流させて蒸発器とする）には、ラジエータ下流の通過風温度という熱源があるにもかかわらず、ガスクーラはラジエータの上流側に配置されているため、その熱源を受け取ることができず、熱効率が悪いものとなっていた。

本発明の目的は、ガスクーラ及びラジエータの総合放熱量を最大限に発揮することができ、また各々の熱交換器の熱信頼性を向上させることができる車両用熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、空調冷媒用のガスクーラとエンジン冷却水用のラジエータとを一体化した車両用熱交換器であって、前記ガスクーラを、空調冷媒の冷却工程時に高温エリアとなる第１ガスクーラ部と、中低温エリアとなる第２ガスクーラ部とに分割し、前記ラジエータを、エンジン冷却水の冷却時に高温エリアとなる第１ラジエータ部と、中低温エリアとなる第２ラジエータ部とに分割し、前記第１ガスクーラ部と前記第１ラジエータ部とを冷却風の流れ方向の下流側に配置し、前記第２ガスクーラ部と前記第２ラジエータ部とを冷却風の流れ方向の上流側に配置し、冷却風の流れ方向において、前記第１ガスクーラ部を下流側の上側に配置し、前記第１ラジエータ部を下流側の下側に配置するとともに、前記第２ガスクーラ部を上流側の下側に配置し、前記第２ラジエータ部を上流側の上側に配置したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記第１，第２ガスクーラ部と前記第１，第２ラジエータ部とを一体構造としたことを特徴とする。

請求項３の発明は、空調冷媒用のガスクーラとエンジン冷却水用のラジエータとを一体化した車両用熱交換器であって、前記ガスクーラを、空調冷媒の冷却工程時に高温エリアとなる第１ガスクーラ部と、中低温エリアとなる第２ガスクーラ部とに分割し、前記ラジエータを、エンジン冷却水の冷却時に高温エリアとなる第１ラジエータ部と、中低温エリアとなる第２ラジエータ部とに分割し、前記第１ガスクーラ部と前記第１ラジエータ部とを冷却風の流れ方向の下流側に配置し、前記第２ガスクーラ部と前記第２ラジエータ部とを冷却風の流れ方向の上流側に配置し、前記第１ガスクーラ部と前記第１ラジエータ部とを一体構造として、冷却風の流れ方向の下流側に配置するとともに、前記第２ガスクーラ部と前記第２ラジエータ部とを一体構造として、冷却風の流れ方向の上流側に配置したことを特徴とする。

請求項４の発明は、空調冷媒用のガスクーラとエンジン冷却水用のラジエータとを一体化した車両用熱交換器であって、前記ガスクーラを、空調冷媒の冷却工程時に高温エリアとなる第１ガスクーラ部と、中低温エリアとなる第２ガスクーラ部とに分割し、前記ラジエータを、エンジン冷却水の冷却時に高温エリアとなる第１ラジエータ部と、中低温エリアとなる第２ラジエータ部とに分割し、前記第１ガスクーラ部と前記第１ラジエータ部とを冷却風の流れ方向の下流側に配置し、前記第２ガスクーラ部と前記第２ラジエータ部とを冷却風の流れ方向の上流側に配置し、前記第１ガスクーラ部と前記第２ラジエータ部とを一体構造として、上側に配置するとともに、前記第１ラジエータ部と前記第２ガスクーラ部とを一体構造として、下側に配置したことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記第１ラジエータ部はエンジンユニット側から送られてくるエンジン冷却水の入口部と、放熱後のエンジン冷却水を排出する出口部とを備え、前記第２ラジエータ部は前記第１ラジエータ部から排出されたエンジン冷却水の入口部と放熱後のエンジン冷却水を排出する出口部とを備え、前記第１ラジエータ部の入口部と前記エンジンユニット側との間を冷却水流路により接続し、また前記第１ラジエータ部の出口部と前記第２ラジエータ部の入口部との間を冷却水流路により接続するとともに、前記第１ラジエータ部の入口部の手前から分岐して前記冷却水流路と合流するバイパス流路を設けたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５において、前記バイパス流路の途中に低温で少流量のエンジン冷却水を流通させる流量調整手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、それぞれの熱交換器において高温エリアとなる第１ガスクーラ部と第１ラジエータ部とを下流側に配置したため、各熱交換器は上流側に配置された中低温エリアとなる熱交換器と重なって、この中低温エリアを通過した冷却風により冷却されることから、冷媒、冷却水の出口温度を下げることができる。とくに、冷却水の出口温度が下げられるため、ラジエータの性能を悪化させることがなく、オーバーヒート等の発生を防止することができる。

また、第２ラジエータ部は冷却風の全面通過により温度が下げられるため、エアコン稼働による放熱性能の影響が少なくなる。よって、ラジエータを小型化することが可能となり、重量や厚みも減らすことができる。

また、低温エリアとなる第２ガスクーラ部は冷却風の全面通過により温度が下げられるため、第１ラジエータ部からのフィン間熱伝導による影響が少なく、冷媒の出口温度を下げることができることから、ガスクーラ性能の悪化を防ぐことができる。加えて、ヒートポンプ暖房時には第１ラジエータ部からのフィン間熱伝導により第２ガスクーラ部の暖房性能を向上させることができる。

さらに、ヒートポンプ暖房時に第１ガスクーラ部が第２ラジエータ部の通過風温度を受け取ることができるため、熱効率を向上させることができる。

したがって、本発明に係わる車両用熱交換器よれば、ガスクーラ及びラジエータの総合放熱量を最大限に発揮することが可能となり、また各々の熱交換器の熱信頼性を向上させることができる。

本発明に係わる車両用熱交換器の実施例について説明する。以下の実施例に示すガスクーラ（１１，１２）は炭酸ガス冷媒のガスクーラとする（ただし、Ｒ１３４ａ冷媒のガスクーラを適用することも可能である）。

図１は、実施例１に係わる車両用熱交換器の全体構成図であり、各熱交換器のコア部を示している。図２は図１の分解斜視図であり、冷媒及び冷却水の流れ方向を示している。

なお図１、図２では、分割された各ガスクーラ間及び各ラジエータ間の接続配管については図示を省略している。また、実際のガスクーラ及びラジエータのコア部には、その両側にタンク部が設けられ、外部から供給される冷媒や冷却水を分配し、一方で合流させて排出しているが、本実施例ではタンク部についての図示を省略し、冷媒や冷却水の入口部、出口部をそれぞれのガスクーラ及びラジエータのコア部に描いている。

本実施例に係わる車両用熱交換器１０は、図１に示すように、ガスクーラとラジエータとを各々２分割するとともに、分割された各熱交換器において高温エリアとなる方を冷却風１００の流れ方向において下流側に配置した構造となっている。

ガスクーラは、第１ガスクーラ部１１と第２ガスクーラ部１２とに分割されている。このうち、冷媒の冷却工程時に高温エリアとなる第１ガスクーラ部１１は、冷却風１００の流れ方向において下流側の上側に配置されている。また、冷媒の冷却工程時に中低温エリアとなる第２ガスクーラ部１２は、冷却風１００の流れ方向において上流側の下側に配置されている。

ラジエータは、第１ラジエータ部２１と第２ラジエータ部２２とに分割されている。このうち、冷却水の冷却時に高温エリアとなる第１ラジエータ部２１は、冷却風１００の流れ方向において下流側の下側に配置されている。また、冷却水の冷却時に中低温エリアとなる第２ラジエータ部２２は、冷却風１００の流れ方向において上流側の上側に配置されている。

また図２に示すように、第１ガスクーラ部１１は、図示しないコンプレッサ側から送り出された冷媒の入口部１１Ａと、冷却後の冷媒を第２ガスクーラ部１２へ排出する出口部１１Ｂとを備えている。また第２ガスクーラ部１２は、第１ガスクーラ部１１から排出された冷媒の入口部１２Ａと、冷却後の冷媒をサイクル側へ送り出す出口部１２Ｂとを備えている。

図２の符号１０１で示す矢印は冷媒の流れ方向を示している。ただし、冷媒の流れる経路は一例を示したものであり、図示の例に限定されるものではない。

第１ラジエータ部２１は、図示しないエンジンユニット側から送り出された冷却水の入口部２１Ａと、冷却後の冷却水を第２ラジエータ部２２へ排出する出口部２１Ｂとを備えている。また第２ラジエータ部２２は、第１ラジエータ部２１から排出された冷却水の入口部２２Ａと、冷却後の冷却水をエンジンユニット側へ送り出す出口部２２Ｂとを備えている。

図２の符号１０２で示す矢印は冷却水の流れ方向を示している。ただし、冷却水の流れる経路は一例を示したものであり、図示の例に限定されるものではない。

本実施例では、第１ガスクーラ部１１，第２ガスクーラ部１２と、第１ラジエータ部２１，第２ラジエータ部２２とからなる４部品を、図示しないブラケット等により連結して物理的に一体構造としている。また、それぞれの熱交換器における図示しない冷却フィンはサイドプレート等により連結されている。

上記構成によれば、それぞれの熱交換器において高温エリアとなる第１ガスクーラ部１１と第１ラジエータ部２１とを下流側に配置したため、各熱交換器は上流側に配置された中低温エリアとなる熱交換器と重なって、この中低温エリアを通過した冷却風により冷却されることから、冷媒、冷却水の出口温度を下げることができる。とくに、冷却水の出口温度が下げられるため、ラジエータの性能を悪化させることがなく、オーバーヒート等の発生を防止することができる。加えて、第２ラジエータ部２２は冷却風１００の全面通過により温度が下げられるため、エアコン稼働による放熱性能の影響が少なくなる。よって、ラジエータを小型化することが可能となり、重量や厚みも減らすことができる。

また、低温エリアとなる第２ガスクーラ部１２は冷却風１００の全面通過により温度が下げられるため、第１ラジエータ部２１からのフィン間熱伝導による影響が少なく、冷媒の出口温度を下げることができることから、ガスクーラ性能の悪化を防ぐことができる。加えて、ヒートポンプ暖房時には第１ラジエータ部２１からのフィン間熱伝導により第２ガスクーラ部１２の暖房性能を向上させることができる。

さらに、ヒートポンプ暖房時に第１ガスクーラ部１１が第２ラジエータ部２２の通過風温度を受け取るることができるため、熱効率を向上させることができる。 したがって、本実施例の車両用熱交換器１０によれば、ガスクーラ及びラジエータの総合放熱量を最大限に発揮することが可能となり、また各々の熱交換器の熱信頼性を向上させることができる。

次に、分割された各熱交換器の構成例を実施例２、実施例３として説明する。なお実施例２、３では、分割された各熱交換器の配置のみを模式的に示すものとし、図１と同等部分については同一符号を付して説明する。

図３は、実施例２に係わる車両用熱交換器の分解斜視図である。

実施例２に係わる車両用熱交換器２０では、第１ガスクーラ部１１と第１ラジエータ部２１とを一体構造として、冷却風１００の下流側に配置するとともに、第２ガスクーラ部１２と第２ラジエータ部２２とを一体構造として、冷却風１００の上流側に配置している。また、それぞれの熱交換器における図示しない冷却フィンはサイドプレート等により連結されている。

このように、中低温エリアとなる熱交換器同士を一体構造の集合体とし、また高温エリアとなる熱交換器同士を一体構造の集合体として、冷却風１００の流れ方向に沿って２つの集合体を前後に重ねて配置することにより、各熱交換器を機能的に一体構造とすることができる。

図４は、実施例３に係わる車両用熱交換器の分解斜視図である。

実施例３に係わる車両用熱交換器３０では、冷却風１００の下流側に位置する第１ガスクーラ部１１と、上流側に位置する第２ラジエータ部２２とを一体構造の集合体として上側に配置している。また、冷却風１００の下流側に位置する第１ラジエータ部２１と、上流側に位置する第２ガスクーラ部１２とを一体構造の集合体として下側に配置している。本実施例では、それぞれの集合体において図示しない冷却フィンを共有する構造となっている。

このように、それぞれ上側に位置する熱交換器同士を一体構造の集合体とし、また下側に位置する熱交換器同士を一体構造の集合体として、２つの集合体を上下に重ねて配置することにより、各熱交換器を機能的に一体構造とすることができる。とくに本実施例の構成では、上下の集合体を湾曲して配置することもできるため、エンジンルーム内におけるデザインの自由度を向上させることができる。

図５は、実施例４に係わる車両用熱交換器の分解斜視図であり、とくに第１ラジエータ部２１へ供給される冷却水の流路を示している。

実施例４では、実施例１と同じ車両用熱交換器１０を例として説明する。なお図２では、符号１０２で示される矢印を冷却水の流れる方向として説明したが、図５においては、符号１０２をラジエータ部の接続配管を示すものとして説明する。

図５に示すように、第１ラジエータ部２１の入口部２１Ａは、図示しないエンジンユニット側から送り出される冷却水の流路である冷却水流路１０２Ａと接続されている。また、第１ラジエータ部２１の出口部２１Ｂは、第２ラジエータ部２２の入口部２２Ａと冷却水流路１０２Ｃにより接続されている。さらに、冷却水流路１０２Ａには、第１ラジエータ部２１の入口部２１Ａの手前から第２ラジエータ部２２の入口部２２Ａ（冷却水流路１０２Ｃ）へ分岐するバイパス流路１０２Ｂが接続されている。流路１０２Ａと入口部２１Ａとの間にはサーモスタッド２４が接続されている。バイパス流路１０２Ｂの途中には、低温で少流量の冷却水を流通させる流量調整弁２３が設けられている。

上記構成によれば、低温時では流量調整弁２３が開いて、少流量の冷却水がバイパス流路１０２Ｂから第２ラジエータ部２２へ流れ込むため、−２０℃の外気温でも、第２ラジエータ部２２の全面温度が数℃上昇すれば（例えば−１０℃）、蒸発器として使用しているガスクーラ１１は十分な吸熱効果を得ることができ、暖房性能が大幅に向上する。また、外気５〜１０℃程度で比較的湿度が高い気候での暖房時においては、ラジエータ２２に少量の温水が流れ込むことにより、蒸発器として使用しているガスクーラ１１の前面空気温度が上がるとともに、相対湿度も下がるので、蒸発器として使用しているガスクーラ１１の熱交換フィン及びチューブが凍結しにくくなり、連続した暖房運転が可能となるとともに、暖房性能が向上する。

実施例１に係わる車両用熱交換器の全体構成図。 図１の分解斜視図。 実施例２に係わる車両用熱交換器の分解斜視図。 実施例３に係わる車両用熱交換器の分解斜視図。 実施例４に係わる車両用熱交換器の分解斜視図。

符号の説明

１０…車両用熱交換器
１１…第１ガスクーラ部
１１Ａ，１２Ａ，２１Ａ，２２Ａ…入口部
１１Ｂ，１２Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂ…出口部
１２…第２ガスクーラ部
２１…第１ラジエータ部
２２…第２ラジエータ部
２３…流量調整弁
２４…サーモスタッド
１００…冷却風
１０２Ａ…冷却水流路
１０２Ｂ…バイパス流路
１０２Ｃ…冷却水流路

Claims (6)

1. 空調冷媒用のガスクーラとエンジン冷却水用のラジエータとを一体化した車両用熱交換器であって、
   前記ガスクーラを、空調冷媒の冷却工程時に高温エリアとなる第１ガスクーラ部（１１）と、中低温エリアとなる第２ガスクーラ部（１２）とに分割し、
   前記ラジエータを、エンジン冷却水の冷却時に高温エリアとなる第１ラジエータ部（２１）と、中低温エリアとなる第２ラジエータ部（２２）とに分割し、
   前記第１ガスクーラ部（１１）と前記第１ラジエータ部（２１）とを冷却風の流れ方向の下流側に配置し、前記第２ガスクーラ部（１２）と前記第２ラジエータ部（２２）とを冷却風の流れ方向の上流側に配置し、
   冷却風の流れ方向において、前記第１ガスクーラ部（１１）を下流側の上側に配置し、前記第１ラジエータ部（２１）を下流側の下側に配置するとともに、前記第２ガスクーラ部（１２）を上流側の下側に配置し、前記第２ラジエータ部（２２）を上流側の上側に配置したことを特徴とする車両用熱交換器。
2. 前記第１（１１），第２ガスクーラ部（１２）と前記第１（２１），第２ラジエータ部（２２）とを一体構造としたことを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換器。
3. 空調冷媒用のガスクーラとエンジン冷却水用のラジエータとを一体化した車両用熱交換器であって、
   前記ガスクーラを、空調冷媒の冷却工程時に高温エリアとなる第１ガスクーラ部（１１）と、中低温エリアとなる第２ガスクーラ部（１２）とに分割し、
   前記ラジエータを、エンジン冷却水の冷却時に高温エリアとなる第１ラジエータ部（２１）と、中低温エリアとなる第２ラジエータ部（２２）とに分割し、
   前記第１ガスクーラ部（１１）と前記第１ラジエータ部（２１）とを冷却風の流れ方向の下流側に配置し、前記第２ガスクーラ部（１２）と前記第２ラジエータ部（２２）とを冷却風の流れ方向の上流側に配置し、
   前記第１ガスクーラ部（１１）と前記第１ラジエータ部（２１）とを一体構造として、冷却風の流れ方向の下流側に配置するとともに、前記第２ガスクーラ部（１２）と前記第２ラジエータ部（２２）とを一体構造として、冷却風の流れ方向の上流側に配置したことを特徴とする車両用熱交換器。
4. 空調冷媒用のガスクーラとエンジン冷却水用のラジエータとを一体化した車両用熱交換器であって、
   前記ガスクーラを、空調冷媒の冷却工程時に高温エリアとなる第１ガスクーラ部（１１）と、中低温エリアとなる第２ガスクーラ部（１２）とに分割し、
   前記ラジエータを、エンジン冷却水の冷却時に高温エリアとなる第１ラジエータ部（２１）と、中低温エリアとなる第２ラジエータ部（２２）とに分割し、
   前記第１ガスクーラ部（１１）と前記第１ラジエータ部（２１）とを冷却風の流れ方向の下流側に配置し、前記第２ガスクーラ部（１２）と前記第２ラジエータ部（２２）とを冷却風の流れ方向の上流側に配置し、
   前記第１ガスクーラ部（１１）と前記第２ラジエータ部（２２）とを一体構造として、上側に配置するとともに、前記第１ラジエータ部（２１）と前記第２ガスクーラ部（１２）とを一体構造として、下側に配置したことを特徴とする車両用熱交換器。
5. 前記第１ラジエータ部（２１）はエンジンユニット側から送られてくるエンジン冷却水の入口部（２１Ａ）と、放熱後のエンジン冷却水を排出する出口部（２１Ｂ）とを備え、前記第２ラジエータ部（２２）は前記第１ラジエータ部（２１）から排出されたエンジン冷却水の入口部（２２Ａ）と放熱後のエンジン冷却水を排出する出口部（２２Ｂ）とを備え、
   前記第１ラジエータ部（２１）の入口部（２１Ａ）と前記エンジンユニット側との間を冷却水流路（１０２Ａ）により接続し、また前記第１ラジエータ部（２１）の出口部（２１Ｂ）と前記第２ラジエータ部（２２）の入口部（２２Ａ）との間を冷却水流路（１０２Ｃ）により接続するとともに、前記第１ラジエータ部（２１）の入口部（２１Ａ）の手前から分岐して前記冷却水流路（１０２Ｃ）と合流するバイパス流路（１０２Ｂ）を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用熱交換器。
6. 前記バイパス流路（１０２Ｂ）の途中に低温で少流量のエンジン冷却水を流通させる流量調整手段（２３）を設けたことを特徴とする請求項５に記載の車両用熱交換器。

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