(57)【要約】【課題】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を備え、ラジエータの廃熱を利用して暖房時の性能を向上させることのできる車両用熱交換器を提供する。【解決手段】冷却水の放熱を行うラジエータ２と、このラジエータ２に対して冷却風の上流側に設置された第１のガスクーラ３と、ラジエータ２に対して冷却風の下流側に設置された第２のガスクーラ４とを備え、冷房時には第１のガスクーラ３で冷媒の放熱を行い、暖房時には第１及び第２のガスクーラ３、４で吸熱を行うように構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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備えた車両用熱交換器であって、
前記ガスクーラを複数備え、前記ラジエータ（２）に対して冷却風の上流側と下流側にそれぞれ前記ガスクーラ（３、４）を少なくとも一つ設置したことを特徴とする車両用熱交換器。
【請求項２】
冷房時には前記上流側に設置したガスクーラ（３）を使用し、暖房時には前記上流側と下流側に設置した両方のガスクーラ（３、４）を使用することを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換器。
【請求項３】
冷房時には前記エンジン冷却水の温度が所定温度になるまでの間は前記上流側と下流側に設置した両方のガスクーラ（３、４）を使用し、前記エンジン冷却水の温度が所定温度になった後は前記上流側に設置したガスクーラ（３）のみを使用するようにして、暖房時には常に前記上流側と下流側に設置した両方のガスクーラ（３、４）を使用することを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換器。
【請求項４】
冷房時に前記エンジン冷却水の温度が所定温度になるまでの間、前記上流側と下流側に設置した両方のガスクーラ（３、４）を使用するときに、前記上流側のガスクーラ（３）と前記下流側のガスクーラ（４）に対して空調冷媒を並行に流すことを特徴とする請求項３に記載の車両用熱交換器。
【請求項５】
冷房時に前記エンジン冷却水の温度が所定温度になるまでの間、前記上流側と下流側に設置した両方のガスクーラ（３、４）を使用するときに、前記下流側のガスクーラ（４）から前記上流側のガスクーラ（３）へ空調冷媒を直列に流すことを特徴とする請求項３に記載の車両用熱交換器。
【請求項６】
前記下流側に設置したガスクーラ（４）と前記ラジエータ（２）とを一体化したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用熱交換器。
【請求項７】
前記下流側に設置したガスクーラ（４）と前記ラジエータ（２）はフィンを共有し、
前記下流側に設置したガスクーラ（４）のフィン（４０）と前記ラジエータ（２）のフィン（２０）との間には伝熱を妨げる手段が設けられていないことを特徴とする請求項６に記載の車両用熱交換器。
【請求項８】
前記上流側及び下流側に設置した両方のガスクーラ（３、４）と前記ラジエータ（２）とを一体化したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用熱交換器。
【請求項９】
前記上流側及び下流側に設置した両方のガスクーラ（３、４）と前記ラジエータ（２）はフィンを共有し、
前記上流側に設置したガスクーラ（３）のフィン（３０）と前記ラジエータ（２）のフィン（２０）との間には伝熱を妨げる断熱手段（５）が設けられ、前記下流側に設置したガスクーラ（４）のフィン（４０）と前記ラジエータ（２）のフィン（２０）との間には伝熱を妨げる手段が設けられていないことを特徴とする請求項８に記載の車両用熱交換器。
【請求項１０】
前記上流側に設置したガスクーラ（３）のヘッダーパイプ（３１）と前記ラジエータ（２）のヘッダーパイプ（２１）との間には伝熱を妨げる断熱手段（５１）が設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の車両用熱交換器。
【請求項１１】
前記上流側及び下流側に設置したガスクーラ（３、４）と前記ラジエータ（２）はフィンを共有し、
前記上流側のガスクーラ（３）のフィン（３０）と前記ラジエータ（２）のフィン（２０）との間では、前記上流側のガスクーラ（３）の冷媒温度が前記ラジエータ（２）の冷却水温度よりも低い領域には伝熱を妨げる断熱手段（５）が設けられ、前記上流側のガスクーラ（３）の冷媒温度が前記ラジエータ（２）の冷却水温度よりも高い領域には伝熱を妨げる手段が設けられておらず、
前記下流側のガスクーラ（４）のフィン（４０）と前記ラジエータ（２）のフィン（２０）との間には伝熱を妨げる手段が設けられていないことを特徴とする請求項８又は１０に記載の車両用熱交換器。
【請求項１２】
前記下流側のガスクーラ（４）を、前記ラジエータ（２）よりも小型にしたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の車両用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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備えた車両用熱交換器に関し、特にラジエータの廃熱を利用して暖房時の性能を向上させた車両用熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車載用エアコンの冷房サイクルにはフロン冷媒が用いられていたが、オゾン層破壊による地球の温暖化といった環境問題により、脱フロン対策の一つとして二酸化炭素などの炭酸ガスを使用した冷房サイクルが近年では提案されている。
【０００３】
こうした炭酸ガスを冷媒とした冷房サイクルは、原理的にはフロンを使用した冷房サイクルと同じであるが、例えば二酸化炭素の臨界温度は約３１℃とフロンの臨界温度（例えば、Ｒ−１２は１１２℃）に比べて著しく低いので、外気温度が高くなる夏場ではガスクーラにおける二酸化炭素の温度が臨界温度よりも高くなり、凝縮しないという点が異なっている。
【０００４】
このような炭酸ガスを使用した車両用熱交換器において、従来から車両のエンジンルーム内には、エンジン冷却水を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を冷却するためのガスクーラがラジエータと近接して設置されていた。そして、ラジエータ及びガスクーラは車両の進行方向から導入された冷却風が通過することによって、冷却水及び冷媒を放熱させて冷却するように構成されていた。
【０００５】
また、従来の車両用熱交換器としては、車載スペースの制約などの理由から、ガスクーラとラジエータとを一体化したものが提案されている。この従来の熱交換器では、車両用空調装置のコンデンサやガスクーラ、あるいはエンジン冷却水用のラジエータのコア同士を、サイドプレートにおいてスペーサを介して接合している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４７０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された熱交換器では、それぞれのコアとコアとを単に接合して一体化していただけなので、ガスクーラやラジエータを通過した冷却風による廃熱を有効に利用することはできず、廃熱を無駄に放出していた。
【０００７】
ここで、暖房時にはガスクーラにおいて高い吸熱性能が要求されることについて説明する。
【０００８】
まず、冷房時と暖房時における冷媒流量を図１０に基づいて説明する。図１０はコンプレッサ入口における圧力と冷媒流量との関係を示した図であり、同図に示すように暖房時には外気温が低いためにコンプレッサ入口の圧力が低く、冷媒流量が冷房時に比べて減少していることが分かる。また、暖房時には外気と冷媒の温度差が小さくなり、例えば外気が−２０℃のときに冷媒は−６℃程度になるので、ガスクーラの容量はさらに大きなものが必要となる。
【０００９】
次に、冷房時と暖房時に必要となるガスクーラのコアサイズを図１１に基づいて説明する。図１１はガスクーラのコアサイズが同一（幅７００ｍｍ、高さ４００ｍｍ）の場合におけるコアの厚さと性能（仕事量）との関係を示した図である。同図に示すように、暖房時に必要となる吸熱性能が４０００ｗであるとすると、コアの厚さは２８ｍｍ必要となる。また、冷房時に必要な放熱性能を９０００ｗとすると、コアの厚さは１３ｍｍでよいことになる。したがって、暖房時には冷房時の約２倍のコア厚さが必要になる。
【００１０】
上述したように、暖房時にはガスクーラがより大きな吸熱性能を必要としているが、実際には冷房時にラジエータの廃熱の影響を受けないようにするために、ガスクーラはラジエータの前面に設置されている。したがって、ガスクーラが暖房時により多くの熱を吸熱しなければならないにも関わらず、現状ではラジエータの廃熱を利用することまでは考慮されていない。
【００１１】
本発明の目的は、ラジエータによる廃熱を有効に利用して暖房時の性能を向上させることのできる車両用熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、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備えた車両用熱交換器であって、前記ガスクーラを複数備え、前記ラジエータに対して冷却風の上流側と下流側にそれぞれ前記ガスクーラを設置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷房時には前記冷却風の上流側に設置されたガスクーラを使用し、暖房時には前記冷却風の上流側と下流側の両方のガスクーラを使用することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷房時には前記エンジン冷却水の温度が所定温度になるまでの間は前記冷却風の上流側と下流側の両方のガスクーラを使用し、前記所定温度になった後には前記冷却風の上流側のガスクーラのみを使用するようにし、暖房時には常に前記冷却風の上流側と下流側の両方のガスクーラを使用することを特徴とする。  
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、冷房時に前記エンジン冷却水の温度が所定温度になるまでの間、前記冷却風の上流側と下流側の両方のガスクーラを使用するときに、前記上流側のガスクーラと前記下流側のガスクーラに対して、前記空調冷媒を並行に流すことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、冷房時に前記エンジン冷却水の温度が所定温度になるまでの間、前記冷却風の上流側と下流側の両方のガスクーラを使用するときに、前記空調冷媒を前記下流側のガスクーラから前記上流側のガスクーラへと直列に流すことを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却風の下流側のガスクーラを前記ラジエータと一体にすることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記冷却風の下流側のガスクーラと前記ラジエータはフィンを共有しており、前記下流側のガスクーラのフィンと前記ラジエータのフィンとの間は熱が伝達されるようにしてあることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却風の上流側及び下流側のガスクーラを前記ラジエータと一体にすることを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記冷却風の上流側及び下流側のガスクーラと前記ラジエータはフィンを共有しており、前記上流側のガスクーラのフィンと前記ラジエータのフィンとの間には伝熱を妨げる断熱手段が設置され、前記下流側のガスクーラのフィンと前記ラジエータのフィンとの間には熱が伝達されるようにしてあることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項８または９のいずれかに記載の発明において、前記冷却風の上流側のガスクーラのヘッダーパイプと前記ラジエータのヘッダーパイプとの間には伝熱を妨げる断熱手段が設置されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、請求項８または１０のいずれかに記載の発明において、前記冷却風の上流側及び下流側のガスクーラと前記ラジエータはフィンを共有しており、前記上流側のガスクーラのフィンと前記ラジエータのフィンとの間には、前記上流側のガスクーラの冷媒温度が前記ラジエータの冷却水温度よりも低い領域には伝熱を妨げる断熱手段が設置され、前記上流側のガスクーラの冷媒温度が前記ラジエータの冷却水温度よりも高い領域では熱が伝達されるようにしてあり、前記下流側のガスクーラのフィンと前記ラジエータのフィンとの間は熱が伝達されるようにしてあることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却風の下流側のガスクーラを、前記ラジエータよりも小型にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の発明によれば、ラジエータに対して冷却風の上流側と下流側のそれぞれにガスクーラを設置したので、上流側のガスクーラによって冷房時に必要となる性能を確保するとともに、下流側のガスクーラによって暖房時にラジエータの廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、冷房時に上流側に設置されたガスクーラのみを使用するようにしたので、ラジエータの廃熱による影響を防ぐことができ、暖房時には上流側と下流側の両方のガスクーラを使用するので、ラジエータの廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、冷房時に冷却水の温度が所定温度になるまでの間は冷却風の上流側と下流側の両方のガスクーラを使用し、所定温度になった後には上流側のガスクーラのみを使用するようにしたので、エンジンが始動した直後の冷却水の温度が上昇していないときに上流側のガスクーラと下流側のガスクーラの両方を使用して最大限に冷房性能を向上させることができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、上流側のガスクーラと下流側のガスクーラに対して、空調冷媒を並行に流すようにしたので、冷媒の通路抵抗を下げることができ、これによって空調冷媒供給時におけるポンプ動力を減らすことができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、空調冷媒を下流側のガスクーラから上流側のガスクーラへと直列に流すようにしたので、両方のガスクーラを使用して放熱できる時間を長くすることができ、これによって冷房時における放熱性能を向上させることができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、冷却風の下流側のガスクーラをラジエータと一体にしたので、コンパクト化を図ることができるとともに、組み付け工数を減らすこともできる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、冷却風の下流側のガスクーラとラジエータはフィンを共有しており、下流側のガスクーラのフィンとラジエータのフィンとの間は熱が伝達されるようにしてあるので、ラジエータと下流側のガスクーラとの間の伝熱性を良くすることができ、これによって暖房時にラジエータの廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明によれば、冷却風の上流側及び下流側のガスクーラをラジエータと一体にしたので、さらにコンパクト化を図ることができ、組み付け工数もより少なくすることができる。
【００３１】
請求項９に記載の発明によれば、上流側のガスクーラのフィンとラジエータのフィンとの間に伝熱を妨げる断熱手段を設置し、下流側のガスクーラのフィンとラジエータのフィンとの間は熱が伝達されるようにしたので、冷房時にラジエータの廃熱によって放熱性能に影響が出ることを防止できるとともに、暖房時にラジエータの廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【００３２】
請求項１０に記載の発明によれば、冷却風の上流側のガスクーラのヘッダーパイプとラジエータのヘッダーパイプとの間に伝熱を妨げる断熱手段を設置したので、冷房時にラジエータの廃熱による放熱性能への影響をさらに防止することができる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明によれば、上流側のガスクーラのフィンとラジエータのフィンとの間には、冷媒温度がラジエータの冷却水温度よりも低い領域に伝熱を妨げる断熱手段を設置し、冷媒温度がラジエータの冷却水温度よりも高い領域では熱が伝達されるようにしたので、冷房時にラジエータの廃熱による放熱性能への影響を防止できるとともに、冷房時の放熱性能を向上させることもできる。
【００３４】
請求項１２に記載の発明によれば、冷却風の下流側のガスクーラを、ラジエータよりも小型にしたので、よりコンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明に係わる車両用熱交換器を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。なお、各実施例においては、同等部分に同一符号を付して説明するものとする。
【実施例１】
【００３６】
図１は、実施例１に係る車両用熱交換器の構成を示す斜視図である。
【００３７】
本実施例の車両用熱交換器１は、エンジン冷却水の放熱を行うラジエータ２と、このラジエータ２に対して冷却風の上流側に設置され、空調冷媒の熱交換を行う第１のガスクーラ３と、ラジエータ２に対して冷却風の下流側に設置され、空調冷媒の熱交換を行う第２のガスクーラ４とを備えている。
【００３８】
ここで、ラジエータ２は、エンジンで温度上昇した冷却水を放熱して冷却するもので、冷却水はウォーターポンプによってエンジンから冷却水配管を通ってラジエータ２へと循環する。
【００３９】
第１及び第２のガスクーラ３、４は、炭酸ガスを冷媒とした冷房サイクルを構成しており、冷房時には放熱器として機能し、暖房時には蒸発器（吸熱器）として機能する。また、第１及び第２のガスクーラ３、４を循環する冷媒としては、炭酸ガスを利用しているものとして説明するが、従来の冷媒であってもよい。
【００４０】
なお、図１において各ガスクーラ３、４及びラジエータ２への接続配管などについての記載は省略してある。また、ガスクーラ３、４及びラジエータ２のコア部には、その両側にヘッダーパイプが設けられ、片側のヘッダーパイプでは外部から供給される冷媒や冷却水を分配し、もう一方のヘッダーパイプでは冷媒や冷却水を合流させて排出している。ただし、図１ではヘッダーパイプの記載を省略している。
【００４１】
また、図１においてガスクーラはラジエータ２の上流と下流に１つずつ設置した場合について図示しているが、２つ以上のガスクーラを上流と下流にそれぞれ設置するようにしてもよい（他の実施例についても同じ）。
【００４２】
次に、本実施例の車両用熱交換器１の動作を説明する。図１に示すように、本実施例の車両用熱交換器１ではラジエータ２に対して冷却風の上流側に第１のガスクーラ３が設置され、下流側に第２のガスクーラ４が設置されているので、車両前方から導入された冷却風は、まず第１のガスクーラ３と熱交換し、次にラジエータ２と熱交換し、その次に第２のガスクーラ４と熱交換することになる。
【００４３】
したがって、ラジエータ２よりも冷却風の下流側に設置された第２のガスクーラ４では、ラジエータ２を通過して暖められた冷却風が流れ込むので、暖房時には第２のガスクーラ４の吸熱性能を向上させることができる。
【００４４】
また、冷房時にはラジエータ２よりも冷却風の上流側に設置された第１のガスクーラ３が冷房時に必要となる性能を確保するので、十分に冷房を行うことができる。
【００４５】
ここで、１つのガスクーラでコアを厚くした場合と、ガスクーラを２つに分けて合計したコアの厚さが同一になるようにした場合とでは性能は変わらないが、本実施例では第２のガスクーラ４がラジエータ２の廃熱を利用しているので、単にガスクーラを２つに分けた場合よりも吸熱性能を向上させることができる。
【００４６】
また、冷房時に第１のガスクーラ３のみを機能させ、暖房時には第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４の両方を機能するようにしてもよい。
【００４７】
このように冷房時に第１のガスクーラ３のみを機能させるようにしたとしても、冷房時に必要となるガスクーラの容量は暖房時の半分程度であるので、第１のガスクーラ３だけでも十分に冷房することができる。さらに、冷房時におけるラジエータ２の廃熱による放熱性能への影響を防ぐこともできる。そして、暖房時には第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４の両方を機能させることにより、ラジエータ２の廃熱を有効に利用して吸熱性能を向上させることができる。
【００４８】
このように本実施例の車両用熱交換器１では、ラジエータ２の前後にガスクーラ３、４を設置したことにより、上流側の第１のガスクーラ３によって冷房時に必要となる性能を確保するとともに、下流側の第２のガスクーラ４によって暖房時にはラジエータ２の廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【００４９】
また、冷房時に上流側の第１のガスクーラ３のみを機能するようにしたので、ラジエータ２の廃熱による放熱性能への影響を防ぐことができる。
【実施例２】
【００５０】
図２及び図３は本実施例に係る車両用熱交換器における冷媒の流れを説明するための図である。
【００５１】
本実施例の車両用熱交換器１Ａでは、冷房時にラジエータ２を流れる冷却水の温度が所定温度になるまでの間だけ第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４の両方を使用し、冷却水の温度が所定温度以上になったときには第１のガスクーラ３のみを使用するようにしている。ただし、暖房時には常に第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４の両方を使用する。
【００５２】
また、冷房時に冷却水の温度が所定温度になるまでの間、第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４の両方を使用するときに、図２に示すように第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４に対して、冷媒を並行に流すようにしてもよい。
【００５３】
このように冷媒を並行に流すことによって、冷媒の通路抵抗を下げることができるので、冷媒供給時におけるコンプレッサ動力を減らすことができる。
【００５４】
さらに、冷房時に冷却水の温度が所定温度になるまでの間、第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４の両方を使用するときに、図３に示すように冷媒を第２のガスクーラ４から第１のガスクーラ３へと直列に流すようにしてもよい。
【００５５】
ここで、冷房時に第２のガスクーラ４へ流れ込む冷媒（炭酸ガス）の温度は１４０℃程度となるので、ラジエータ２の水温がある程度上昇したとしても、第２のガスクーラ４では冷媒を放熱することができる。したがって、第２のガスクーラ４から第１のガスクーラ３へと直列に冷媒を流すようにすれば、両方のガスクーラを使用して放熱できる時間を長くすることができ、冷房時における放熱性能を向上させることができる。
【００５６】
本実施例の車両用熱交換器１Ａでは、冷房時に冷却水の温度が所定温度になるまでの間は第１及び第２のガスクーラ３、４の両方を使用し、所定温度になった後には第１のガスクーラ３のみを使用するようにしたので、エンジンが始動した直後の冷却水の温度が上昇していないときに第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４の両方を使用して最大限に冷房性能を向上させることができる。
【００５７】
また、第１のガスクーラ３と第２のガスクーラ４に対して、冷媒を並行に流すようにしたので、冷媒の通路抵抗を下げることができ、これによって冷媒供給時におけるコンプレッサ動力を減らすことができる。
【００５８】
さらに、冷媒を第２のガスクーラ４から第１のガスクーラ３へと直列に流すようにしたので、両方のガスクーラを使用して放熱できる時間を長くすることができ、これによって冷房時における放熱性能を向上させることができる。
【実施例３】
【００５９】
図４は、実施例３に係る車両用熱交換器の構成を示す斜視図である。
【００６０】
本実施例の車両用熱交換器１Ｂでは、ラジエータ２と第２のガスクーラ４とを一体化させている。そして、実施例１及び実施例２で説明したのと同様に冷房時及び暖房時の運転を行う。
【００６１】
このようにラジエータ２と第２のガスクーラ４とを一体化させたことにより、第１及び第２の実施例で説明した効果に加えて、コンパクト化を図ることができ、さらに一体化したことにより組み付け工数も少なくすることができる。
【００６２】
また、図４に示すように第２のガスクーラ４とラジエータ２はフィン（２０、４０）を共有するように構成されており、各フィンには熱交換を促進するためのルーバ（図中、符号省略）が形成されている。そして、第２のガスクーラ４のフィン４０とラジエータ２のフィン２０との間には、破線域１００で示すようにスリットなどの伝熱を妨げるものを設けずに熱が伝達されるように構成されている。
【００６３】
したがって、ラジエータ２と第２のガスクーラ４との間の伝熱性を良くすることができ、これによって暖房時にラジエータ２の廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【００６４】
通常、ガスクーラとラジエータとを一体化したＵＣＲでは伝熱を妨げるためにスリットを設けているが、本実施例ではラジエータ２と第２のガスクーラ４との間の熱伝達が少ないのでスリットを設けなくてもよい。
【００６５】
このように本実施例の車両用熱交換器１Ｂでは、第２のガスクーラ４とラジエータ２を一体化したことにより、コンパクト化を図ることができるとともに、組み付け工数も減らすことができる。
【００６６】
さらに、フィンを共有して熱が伝達されるようにしたことによって、ラジエータ２と第２のガスクーラ４との間の伝熱性を良くすることができ、これによって暖房時にラジエータ２の廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【実施例４】
【００６７】
図５は、実施例４に係る車両用熱交換器の構成を示す斜視図である。
【００６８】
本実施例の車両用熱交換器１Ｃは、第１及び第２のガスクーラ３、４とラジエータ２とを一体化させている。そして、実施例１及び実施例２で説明したのと同様に冷房時及び暖房時の運転を行う。
【００６９】
このようにラジエータ２と第１及び第２のガスクーラ３、４とを一体化させたことにより、実施例３と比較して、さらにコンパクト化を図ることができ、同様に組み付け工数もさらに減らすことができる。
【００７０】
また、図５に示すように第１及び第２のガスクーラ３、４とラジエータ２はフィン（２０、３０、４０）を共有するように構成されており、各フィンには熱交換を促進するためのルーバが形成されている。そして、第１のガスクーラ３のフィン３０とラジエータ２のフィン２０との間には、破線域２００に示すように伝熱を妨げるための断熱手段であるスリット５が設けられ、ラジエータ２のフィン２０と第２のガスクーラ４のフィン４０との間には、破線域３００に示すようにスリットなどの伝熱を妨げるものを設けずに熱が伝達されるように構成されている。
【００７１】
このように第１のガスクーラ３とラジエータ２との間にスリット５を設けたことにより、冷房時にラジエータ２から第１のガスクーラ３に熱が伝達して冷房時の放熱性能に影響が出ることを防止するとともに、ラジエータ２と第２のガスクーラ４との間は熱が伝達されるようにしてあるので、ラジエータ２と第２のガスクーラ４との間の伝熱性を良くすることができる。したがって、暖房時にラジエータ２の廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【００７２】
また、第１のガスクーラ３のヘッダーパイプとラジエータ２のヘッダーパイプとの間に伝熱を妨げるための断熱手段であるスリットを設置するようにしてもよい。図６（ａ）は、実施例４に係わる他の車両用熱交換器１Ｄの構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は車両用熱交換器１Ｄを右側面から見た図である。
【００７３】
図６に示すように、本実施例の車両用熱交換器１Ｄは、第１のガスクーラ３のヘッダーパイプ３１とラジエータ２のヘッダーパイプ２１との間にスリット５１が設置されている。
【００７４】
このようにヘッダーパイプ２１、３１の間にスリット５１を設けたことにより、冷房時にラジエータ２から第１のガスクーラ３に熱が伝達して冷房時の放熱性能に影響が出てしまうことを防止することができる。
【００７５】
このように本実施例の車両用熱交換器１Ｄでは、第１及び第２のガスクーラ３、４とラジエータ２をすべて一体化したことにより、第３の実施例と比較してさらにコンパクト化を図ることができ、組み付け工数もより少なくすることができる。
【００７６】
さらに、第１のガスクーラ３とラジエータ２との間にスリット５、５１を設けたことにより、冷房時にラジエータ２の廃熱が放熱性能に影響することを防止できるとともに、ラジエータ２と第２のガスクーラ４との間は熱が伝達されるようにしたので、暖房時にラジエータ２の廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【実施例５】
【００７７】
図７は、実施例５に係る車両用熱交換器の構成を示す図であり、図７（ａ）は車両用熱交換器の正面図、図７（ｂ）は車両用熱交換器を右側面から見た図、図７（ｃ）は（ａ）のＡ領域におけるフィンの構成を示す図、図７（ｄ）は（ａ）のＢ領域におけるフィンの構成を示す図である。
【００７８】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の車両用熱交換器１Ｅは、第１及び第２のガスクーラ３、４とラジエータ２は一体化されてフィンを共有している。
【００７９】
また、本実施例では、冷媒温度がラジエータ２の冷却水温度よりも高いＡ領域では、図７（ｃ）に示すように、第１のガスクーラ３のフィン３０とラジエータ２のフィン２０との間は、破線域４００に示すようにスリットを設けずに熱が伝達されるように構成されている。また、ラジエータ２のフィン２０と第２のガスクーラ４のフィン４０との間は、破線域５００に示すようにスリットを設けずに熱が伝達されるように構成されている。
【００８０】
ここで、ラジエータ２の冷却水の温度は１００℃程度であるのに対して、炭酸ガスである冷媒の温度は冷房時に１００℃から１５０℃となる。したがって、冷媒がガスクーラに流れ込んだ直後は冷媒の温度のほうが冷却水の温度よりも高くなる。そこで、Ａ領域ではスリットを設けずに熱が伝達されるようにしてある。
【００８１】
一方、冷媒の温度がラジエータ２の冷却水温度以下となるＢ領域では、図７（ｄ）に示すように第１のガスクーラ３のフィン３０とラジエータ２のフィン２０との間に、破線域６００で示すように、スリット５が設置されている。
【００８２】
そして、第２のガスクーラ４のフィン４０とラジエータ２のフィン２０との間はすべての領域でスリットを設けずに熱が伝達されるようにしてある。また、ラジエータ２のフィン２０と第２のガスクーラ４のフィン４０との間は、破線域７００に示すようにスリットを設けずに熱が伝達されるように構成されている。
【００８３】
このように本実施例の車両用熱交換器１Ｅでは、冷媒温度がラジエータ２の冷却水温度よりも高いＡ領域では、フィンの間にスリットを設けずに熱が伝達されるようにしたので、冷房時の放熱性能を向上させることができる。逆に、冷媒温度がラジエータ２の冷却水温度よりも低いＢ領域では、フィンの間にスリットを設けて熱が伝達しないようにしたので、冷房時にラジエータ２の廃熱が放熱性能に影響することを防止することができる。
【００８４】
さらに、Ａ、Ｂいずれの領域においても、ラジエータ２と第２のガスクーラ４との間には、スリットを設けずに熱が伝達されるようにしたので、暖房時にラジエータ２の廃熱を利用して吸熱性能を向上させることができる。
【実施例６】
【００８５】
図８は、実施例６に係る車両用熱交換器の構成を示す図であり、図８（ａ）は車両用熱交換器の正面図、図８（ｂ）は車両用熱交換器を右側面から見た図である。
【００８６】
図８に示すように、本実施例の車両用熱交換器１Ｆは、第２のガスクーラ４として、ラジエータ２よりも小型のものを配置している。ここで、例えば暖房時に必要となる吸熱性能を４０００ｗとすると、図１１で説明したように幅７００ｍｍ、高さ４００ｍｍのガスクーラでは２８ｍｍのコア厚さが必要になる。一方、第１のガスクーラ３のコア厚さを１６ｍｍとすると、図１１のグラフから第１のガスクーラ３の性能は３０００ｗと求めることができる。必要となる吸熱性能が４０００ｗなので、１０００ｗ不足することになり、この不足した１０００ｗを第２のガスクーラ４で補うことになる。
【００８７】
そこで、第２のガスクーラ４を第１のガスクーラ３と同一面積（７００ｍｍ×４００ｍｍ）とすると、図１１のグラフから求められるようにコアの厚さが１０ｍｍ程度であっても２０００ｗ以上の性能を得られるので、必要な吸熱性能を超えていることが分かる。したがって、第２のガスクーラ４を小型にしたとしても、必要な吸熱性能を得ることが可能となる。
【００８８】
ここで、ガスクーラの幅が７００ｍｍでコアの厚さが１０ｍｍのときのガスクーラの高さを図９に基づいて求める。図９は、吸熱性能とコアの高さとの関係を示した図で、ラジエータを通過した後の温度毎に測定した結果を示している。
【００８９】
図９に示すように、外気温が−２０℃であったとしても、コア高さが１００ｍｍあれば、ラジエータ通過後の空気温度が５℃上昇して−１５℃になった場合、１０００ｗの吸熱性能を得られることが分かり、図８（ｂ）に示すように第２のガスクーラ４は高さが１００ｍｍの小型のガスクーラにすることができる。ちなみに、外気温が−２０℃のとき、ラジエータ通過後の空気温度が−１５℃以上であれば、コア厚さを２８ｍｍ（ガスクーラ１枚構成）とした場合よりも高い性能を得ることができる。
【００９０】
さらに、第２のガスクーラ４ではラジエータ２を通過した空気の温度が時間的に上昇するので、実際には１０００ｗ以上の吸熱性能を得ることができる。これは、図９の−１０℃、０℃のプロット線から見ても明らかである。例えば、ラジエータ通過後の空気温度が０℃であれば、コア高さ１００ｍｍのガスクーラで２５００ｗの吸熱性能を持つ。
【００９１】
このように本実施例の車両用熱交換器１Ｆでは、第２のガスクーラ４をラジエータ２よりも小型にしたので、よりコンパクト化を図ることができる。
【００９２】
なお、本実施例の構成は、例えば実施例１、２（図１〜図３）のように、第１及び第２のガスクーラ３、４とラジエータ２とをそれぞれ離間して配置した構成に適用することもできる。
【００９３】
以上、本発明に係わる車両用熱交換器について、図示した実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、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備えた車両用熱交換器に関し、特にラジエータの廃熱を利用して暖房時の性能を向上させるための技術として極めて有用である。また、ラジエータの水温が低いディーゼルエンジン車の補助暖房、さらに水温が低い燃料電池車の暖房性能を向上させるための技術として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施例１に係る車両用熱交換器の構成を示す斜視図である。
【図２】実施例２に係る車両用熱交換器における冷媒の流れを説明するための図である。
【図３】実施例２に係る車両用熱交換器における冷媒の流れを説明するための図である。
【図４】実施例３に係る車両用熱交換器の構成を示す斜視図である。
【図５】実施例４に係る車両用熱交換器の構成を示す斜視図である。
【図６】実施例４に係る車両用熱交換器の構成を示す図である。
【図７】実施例５に係る車両用熱交換器の構成を示す図である。
【図８】実施例６に係る車両用熱交換器の構成を示す図である。
【図９】実施例６の車両用熱交換器における吸熱性能とコア高さの関係を説明するための図である。
【図１０】一般的な車両用熱交換器における冷媒流量を説明するための図である。
【図１１】一般的な車両用熱交換器における性能とコア厚さの関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９６】
１（Ａ〜Ｆ）…車両用熱交換器
２…ラジエータ
３…第１のガスクーラ
４…第２のガスクーラ
５、５１…スリット
２０、３０、４０…フィン
２１、３１…ヘッダーパイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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