JP2012245865A - 複合熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 複合熱交換器全体をコンパクトにするとともに、部品点数を減らすことができる複合熱交換器を提供する。
【解決手段】一対の第１タンク２ａ間の第１チューブ２ｂ内部を流れる第１媒体を冷却する第１熱交換器２と、一対の第２タンク３ａ間の第２チューブ３ｂ内部を流れる第２媒体を空冷する第２熱交換器３とを備える。第１、第２熱交換器２、３は、上下方向に配置され、第１タンク２ａが第２タンク３ａの最外側側面まで延長される延長部分２ａ'を有する。第２チューブ３ｂは、外側通路６ａと内側通路６ｂとが画成された二重チューブ５で構成され、外側通路６ａの両端側が第２タンク３ａに接続されて第１媒体を流すとともに、内側通路６ｂの両端側が第１タンク２の２ａ'延長部分に接続されて第２媒体を流すことで、第１媒体が、二重管５の内側通路６ｂで第２媒体により液冷され、二重管５以外の第１チューブ２ｂで空冷される。
【選択図】図７

Description

本発明は、たとえばコンデンサやサブラジエータなどの異なる複数の熱交換器を互いに組みつけられて配置した複合熱交換器に関する。

このような従来の複合熱交換器としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。この従来の複合熱交換器にあっては、エンジン冷却用のラジエータの車両前方側の同一平面上に、車室空調用のコンデンサと駆動モータやインバータなどのエンジン以外の部品冷却用のサブラジエータとが配置され、それぞれで冷却水および冷媒を空冷可能にされている。なお、サブラジエータの一方のタンク内部には、水冷コンデンサが配置されて、この車室空調用の冷媒をサブラジエータの冷却水で水冷するようにされている。

特開２０１０−１２１６０４号公報

しかしながら、上記従来の複合熱交換器にあっては、水冷コンデンサをサブラジエータのタンクに内蔵するため、このタンクが大きくならざるを得ず、車両搭載レイアウト上不利となる。また、水冷コンデンサとこれを内蔵する空冷のサブラジエータとの間の接続等のためのブラケット等、部品点数が多くなってしまうといった問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、複合熱交換器全体をコンパクトにするとともに、部品点数を減らすことができるようにした複合熱交換器を提供することにある。

この目的のため、請求項１に記載の本発明による複合熱交換器は、
離間した一対の第１タンク間を複数の第１チューブで接続し、第１チューブ内を流れる第１媒体を冷却する第１熱交換器と、
離間した一対の第２タンク間を複数の第２チューブで接続し第２チューブ内を流れる第２媒体を空冷する第２熱交換器と、
を備え、
第１熱交換器と第２熱交換器とが上下に配置され、
第１タンクが第２タンクの最外側側面まで延長される延長部分を有し、
第２チューブが外側通路と内側通路とが画成された二重チューブで構成され、
この二重チューブの外側通路の両端側が第２タンクに接続されてこれら間で第１媒体を流すとともに、内側通路の両端側が第１タンクの延長部分に接続されてこれら間で第２媒体を流すことにより、第１媒体が、二重管の内側通路においては第２媒体により液冷され、第１チューブにおいては空冷されるようにした、
ことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明による複合熱交換器は、
請求項１に記載の複合熱交換器において、
第１媒体が、冷媒であり、
第２媒体が、冷却水である、
ことを特徴とする。

請求項３に記載の本発明による複合熱交換器は、
請求項１又は請求項２に記載の複合熱交換器において、
第１熱交換器が、コンデンサであり、
第２熱交換器が、サブラジエータである、
ことを特徴とする。

請求項４に記載の本発明による複合熱交換器は、
請求項１乃至３のいずれかに記載の複合熱交換器において、
二重管の内側通路を流れる第１媒体と外側通路を流れる第２媒体とは、流れの方向が対向するようにした、
ことを特徴とする。

請求項１に記載の本発明の複合熱交換器にあっては、第１熱交換器では、第１流体を第１チューブにて空冷するとともに、第２熱交換器の第２チューブを構成する二重チューブにて液冷するようにしたので、複合熱交換器全体をコンパクトにするとともに、部品点数を減らすことができる。

請求項２に記載の本発明の複合熱交換器にあっては、第１媒体を冷媒、また第２媒体を冷却水としたので、コンパクトな装置で冷媒を容易かつ強力に冷却することができる。

請求項３に記載の本発明の複合熱交換器にあっては、第１熱交換器をコンデンサ、第２熱交換器をサブラジエータとしたので、室内空調システム用等の第１媒体を他の冷却システム用の第２媒体で効率よく冷却することができる。

請求項４に記載の本発明の複合熱交換器にあっては、二重管の内側通路を流れる第１媒体と外側通路を流れる第２媒体とは、流れの方向が対向するようにしたので、効率よくまた均一に第１媒体を第２媒体で冷却することができる。

本発明に係る実施例１の複合熱交換器を示す正面図である。 実施例１の複合熱交換器を示す斜視図である。 実施例１の複合熱交換器のサブラジエータで用いられる二重チューブの一端部分の斜視図である。 二重チューブの断面図である。 冷媒と冷却水との流れを示した二重チューブの一部断面図である。 冷媒と冷却水との流れを示した二重チューブとサブラジエータのタンクおよびコンデンサのタンクとの他端側の接続部分の斜視図である。 冷媒と冷却水との流れを示した二重チューブとサブラジエータのタンクおよびコンデンサのタンクとの他端側の接続部分の断面模式側面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

まず、実施例１の複合熱交換器の全体構成を説明する。
この実施例１の複合熱交換器１は、たとえばハイブリッド電気車両に搭載され、図１および図２に示すように、同一平面上で、下方に配置されたコンデンサ（本発明の第１熱交換器に相当）２と、この上方に配置されたサブラジエータ（本発明の第２熱交換器に相当）３と、を有する。コンデンサ２は室内空調用の冷媒（本発明の第１媒体に相当）を冷却する熱交換器であり、サブラジエータ３は図示しない電気モータやインバータといった強電系部品を冷却する冷却水を空冷する熱交換器である。このように構成された複合熱交換器１は、車両搭載時には、エンジン冷却用の冷却水を空冷する図示しないラジエータの前方位置に取り付けられる。

コンデンサ２は、車両搭載時に車両幅方向の左右に離間されて配置される一対のコンデンサタンク２ａと、これらに両端部分がそれぞれ接続されて冷媒を流す複数のコンデンサチューブ２ｂと、を設けたコンデンサコア２ｃを備えている。また、左右両方のコンデンサタンク２ａの上方部は、コンデンサコア２ｃを超えて上方へ延び、サブラジエータタンク３の両左右端に配置されたサブラジエータタンク３ａの両最外側側面に沿うようにされた延長部分２ａ'を有する。

なお、上記コンデンサコア２ｃは、隣り合うコンデンサチューブ２ｂ間に放熱フィンを挿入配置してこれらを交互に積層してもよく、あるいは放熱フィンなしでも良い。また、コンデンサチューブ２ｂとしては、本実施例では扁平チューブを用いるが、これに限られない。

左右両方のコンデンサタンク２ａには、複合熱交換器１をラジエータ側に取り付けるためのブラケットがそれぞれ固定される。また、車両右側（図１中の左側）のコンデンサタンク２ａには、冷媒のインレットポート部とアウトレットポート部とが設けられるとともに、これら間に設けた仕切板にてそのコンデンサタンク２ａの内部空間が上下に分割されている。一方、車両左側（図１中の右側）のコンデンサタンク２ａには気液分離器としてのモジュレータ４が取り付けられている。

サブラジエータ３は、車両搭載時に車両幅方向の左右に離間されて配置されるサブラジエータタンク３ａと、これらに両端部分がそれぞれ接続されて冷却水を流す複数のサブラジエータチューブ３ｂと、を有するサブラジエータコア３ｃを備える。サブラジエータコア３ｃは、コンデンサ２の上方で、かつこの左右のコンデンサタンク２ａの延長部分２ａ'間の隙間スペースに配置された状態で、延長部分２ａ'に取り付けられる。

なお、サブラジエータコア３ｃは、隣り合うサブラジエータチューブ３ｂ間に放熱フィンを挿入配置してこれらを交互に積層してもよく、あるいは放熱フィンなしでも良い。また、サブラジエータチューブ３ｂは、本実施例では扁平チューブを用いるが、これに限られない。ただし、本実施例のサブラジエータチューブ３ｂは、図３〜５に示す二重チューブ５で構成しており、この二重チューブ５の内側チューブ部分５ｂが左右のコンデンサタンク２ａの延長部分２ａ'間に接続されてコンデンサチューブとして機能するが、このことは後で詳細に説明する。

車両左側のサブラジエータタンク３ａの上方部分には冷却水が流入するインレットポート部３ｄが、また車両右側のサブラジエータタンク３ａの下方部分には冷却水が流出するアウトレットポート部３ｅが、それぞれ設けられる。

次に、サブラジエータ３のサブラジエータチューブ３ｂを構成する二重チューブ５の構造につき、図３〜５に基づいて説明する。
同図に示すように、二重チューブ５は、扁平形状の外側チューブ部分５ａとこの内部に離間されて配置された扁平形状の内側チューブ部分５ｂとを有し、これらが、それら間でそれぞれ半径方向に延びる外側支持壁部分５ｃ（本実施例では４個）にて連結支持されている。外側チューブ部分５ａと内側チューブ部分５ｂとの間の隙間には、冷却水が流通する外側通路６ａ（本実施例では４本の通路）が画成される。

一方、内側チューブ部分５ｂは、この内部上面側と内部下面側とを上下方向に連結する内側支持壁部分５ｄ（本実施例では４個））が設けられるとともに、これらにより画成された内部空間が、室内空調用の冷媒が流通する内側通路６ｂ（本実施例では５本の通路）を形成する。

したがって、外側通路６ａを流れる冷却水と内側通路６ｂを流れる冷媒とは、内側チューブ部分５ｂを介して熱交換を行うことになる。したがって、この内側チューブ部分５ｂはこの厚さをできるだけ薄くすることが望ましく、この場合内側支持壁部分５ｄでその強度を確保するようにする。なお、外側支持壁部分や内側支持壁部分の数や位置は、強度や冷却水、冷媒の流通量等を考慮し、必要に応じてそれぞれ設定する。

また、図３に示すように、二重チューブ５の内側チューブ部分５ｂは、その外側チューブ部分の両端部から軸方向へそれぞれ突出させられた突出部分５ｂ'を有する。図３では、二重チューブ５の一端側（車両右側）のみ描いてあり、他端側（車両左側）は省略してあるが、他端側も方向は反対だが一端側と同様に構成する。

そして、図６および図７（これらの図は他端側、すなわち車両左側部分のみを描いてある）に示すように、二重チューブ５の外側チューブ部分５ａの両端部分は、左右のサブラジエータタンク３ａの内部までそれぞれ延ばされて、この内部空間に外側通路６ａが連通するようにされる。

一方、二重チューブ５の内側チューブ部分５ｂの両端部分は、それぞれ左右のサブラジエータタンク３ａを貫通して左右のコンデンサタンク２ａの延長部分２ａ'の内部まで延ばされて、この内部空間に内側通路６ｂが連通するようにされている。

なお、このような二重チューブ５は、たとえば特開２００１−３４１０２７号公報に記載されているようなアルミニウムの押し出し成形方法等によって形成することが可能である。
また、コンデンサ２やサブラジエータ３の他の部分もアルミニウムで形成されている。

次に、上記のように構成した実施例１の複合熱交換器１の作用につき、説明する。
まず、サブラジエータ３の作用について説明する。
サブラジエータ３は、図示しない強電系部品（電気モータやインバータ等）の冷却回路に用いられ、ここでは冷却水（エンジンの冷却水とは別の冷却水）を還流する。この冷却水の還流は、図示しない電動モータ駆動のポンプを用いて行われる。
強電系用冷却回路では、冷却水がサブラジエータ２を通過する空気流により冷却され、この空冷された冷却水が電気モータやインバータ等の強電系部品の冷却部を流れることにより、これらを最適な温度範囲内になるように冷却する。また、強電系部品を冷却した後、冷却水は、図示しない配管を通って、サブラジエータ３のインレットポート部３ｄからその車両右側のサブラジエータタンク３ａに戻される。

車両左側のサブラジエータタンク３ａに入ってきた冷却水は、図６、７中にその流れを矢印で示すように、サブラジエータチューブ３ｂである二重チューブ５の外側通路６ａに入り、ここを通って車両右側のサブラジエータタンク３ａへ向かう。このとき、サブラジエータ３のサブラジエータチューブ３ｂ間の隙間を通過する空気流により冷却水が冷却される。空冷された冷却水は、車両用右側のサブラジエータ３ａに流れ込んだ後、アウトレットポート部３ｅから図示しない配管を通って強電系部品の冷却部へ送り出される。

一方、コンデンサ２は、室内空調用の冷却回路に用いられる。室内空調用の冷却回路は、よく知られた従来の冷却回路と同様に構成され、図示しないコンプレッサで圧縮されて高温・高圧のガス状となった冷媒は、コンプレッサから吐き出されてコンデンサ２のインレットポート部から車両右側のコンデンサタンク２ａの上方部分に入り、ここで以下のように冷却される。

すなわち、車両右側のコンデンサタンク２ａの上方部分に流入した冷媒の一部は、コンデンサチューブ２ａのうち上方側のチューブを通って車両左側のコンデンサタンク２ａの上方部分に流れ込むが、このとき、コンデンサチューブ３ａの隙間を流れる空気流により冷却される。一方残りの冷媒は、車両右側のコンデンサタンク２ａの延長部分２ａ'からサブラジエータ３のサブラジエータチューブ３ｂである二重チューブ５の内側通路６ｂを通って車両左側のコンデンサタンク２ａの延長部分２ａ'に流れ込むが、このとき、その冷媒は、内側通路６ｂの外周を覆う外側通路６ａを冷却水（冷媒とは逆方向に流される）により冷却される。したがって、この二重チューブ５の内側通路６ｂの部分は、実質的に水冷コンデンサとして機能する。

このようにして、コンプレッサで圧縮されて高温・高圧のガス状になった冷媒は、コンデンサ２の上方部分およびサブラジエータ３においてそれぞれ空冷、液冷されて液化された後、モジュレータ４へ導かれる。モジュレータ４では、車両左側のコンデンサタンク２ａの上方部分から流れ込んできた液冷媒気（一部気体を含む）が液分離されて、余分な一部が溜められ、残りの液媒体がコンデンサ２の上方部分とは分離されたその下方部分(サブクール部分)に送られる。

コンデンサ２の下方部分では、モジュレータ４から送られてきた液冷媒を、下方のコンデンサチューブ２ａを通過する際、さらに空気流で過冷却（サブクール）してほぼ完全な液冷媒とする。この液媒体は図示しないエキスパンションバルブへ送られ、ここで膨張・絞りを行うことで、低温・低圧の霧状の冷媒として気化しやすいようにする。この霧状の冷媒は、図示しないエバポレータに送られてここで気化されてそのパイプの周囲を通って車室内へ流れる空気流から熱を奪い、車室へ送風する冷風を作り出す。ここで熱交換して温まった冷媒は、コンプレッサへ送られ、上記サイクルを繰り返す。

以上のように構成した実施例１の複合熱交換器は、以下の効果を有する。
すなわち、実施例１の複合熱交換器では、コンデンサ２を含む冷却回路を流れる冷媒を、サブラジエータ３のサブラジエータチューブ３ｂを構成する二重チューブ５の内側チューブ部分５ｂの内部に形成された内側通路６ｂを通すようにし、この際、内側通路６ｂの外周を覆うように設けられた外側通路６ａを流れて空冷されるサブラジエータ３の冷却水により冷却するようにした。
したがって、この場合の熱交換効率は高く、かつそれらの部品もコンパクトになり、この結果、従来技術のように水冷コンデンサを内蔵するためサブラジエータのタンクが大きくなるといったようなことはなく、車両搭載レイアウトの自由度が大きくなる。
また、従来技術のように水冷コンデンサとサブラジエータとを接続連結するためのブラケット等が不要となり、部品点数を少なくすることが可能となる。

また、二重チューブ５では、コンデンサ２の冷媒とサブラジエータ３の冷却水とを対向する方向（逆方向）に流すようにしたので、二重チューブ５の長手方向に沿ってほぼ均一に冷却することが可能となる。

さらに、二重チューブ５にあっては、支持壁部分５ｃ、５ｄを設けて強度を向上させることで、内側チューブ部分５ｂをより薄肉化することが可能となり、この結果、コンデンサ２の冷媒とサブラジエータ３の冷却水との間の熱交換効率を向上させることができる。

以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

たとえば、本発明の第１熱交換器と第２熱交換器とは、上記実施例１の室内空調用のコンデンサ２や強電系部品冷却用のサブラジエータ３に限られない。
また、本発明の複合熱交換器は、実施例のハイブリッド電気車両への適用に限られず、他の車両その他にも適用可能である。

１ 複合熱交換器
２ コンデンサ（第１熱交換器）
２ａ コンデンサタンク（第１タンク）
２ａ' 延長部分
２ｂ コンデンサチューブ（第１チューブ）
２ｃ コンデンサコア（第１コア）
３ サブラジエータ（第２熱交換器）
３ａ サブラジエータタンク（第２タンク）
３ｂ サブラジエータチューブ（第２チューブ）
３ｃ サブラジエータコア（第２コア）
３ｄ インレットポート部
３ｅ アウトレットポート部
４ モジュレータ
５ 二重チューブ（第２チューブ）
５ａ 外側チューブ部分
５ｂ 内側チューブ部分
５ｃ 外側支持壁部分
５ｄ 内側支持壁部分
６ａ 外側通路
６ｂ 内側通路

Claims (4)

1. 離間した一対の第１タンク間を複数の第１チューブで接続し、該第１チューブ内を流れる第１媒体を冷却する第１熱交換器と、
   離間した一対の第２タンク間を複数の第２チューブで接続し該第２チューブ内を流れる第２媒体を空冷する第２熱交換器と、
   を備え、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とが上下に配置され、
   前記第１タンクが前記第２タンクの最外側側面まで延長される延長部分を有し、
   前記第２チューブが外側通路と内側通路とが画成された二重チューブで構成され、
   該二重チューブの外側通路の両端側が前記第２タンクに接続されてこれら間で前記第１媒体を流すとともに、前記内側通路の両端側が前記第１タンクの延長部分に接続されてこれら間で前記第２媒体を流すことで、前記第１媒体が、前記二重管の内側通路においては前記第２媒体により液冷され、前記第１チューブにおいては空冷されるようにした、
   ことを特徴とする複合熱交換器。
2. 請求項１に記載の複合熱交換器において、
   前記第１媒体は、冷媒であり、
   前記第２媒体は、冷却水である、
   ことを特徴とする複合熱交換器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の複合熱交換器において、
   前記第１熱交換器は、コンデンサであり、
   前記第２熱交換器は、サブラジエータである、
   ことを特徴とする複合熱交換器。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の複合熱交換器において、
   前記二重管の前記内側通路を流れる第１媒体と前記外側通路を流れる第２媒体とは、流れの方向が対向するようにした、
   ことを特徴とする複合熱交換器。
   
   

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