(57)【要約】【課題】軽量化を図るとともに、耐食性を向上させることのできる熱交換器を提供する。【解決手段】加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３には、耐食性の高い物質からなる防食層７０を設けている。これにより、冷媒流通ユニット５０及び熱媒体流通ユニット６０の板厚を大きくすることなく、腐食によって孔が開くことを抑制することができるので、軽量化を図ることができるとともに、耐食性を向上させることが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車室外に設けられた冷媒回路に接続され、二酸化炭素冷媒、可燃性を有する冷媒または毒性を有する冷媒と液体の熱媒体とを熱交換するアルミニウム製またはアルミニウム合金製の熱交換器であって、
外面側には、耐食性の高い物質からなる防食層が形成されている
熱交換器。
【請求項２】
熱媒体が流通する熱媒体流路の内面側には、防食層が形成されている
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
冷媒が流通する複数の冷媒流路と、
熱媒体が流通する複数の熱媒体流路と、を備え、
複数の冷媒流路と複数の熱媒体流路は、互いに交互に積層されている
請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
防食層は、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂からなる
請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】
冷媒回路は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒と熱媒体とを熱交換する加熱用熱交換器と、加熱用熱交換器から流出した冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張弁において膨張した冷媒と熱媒体とを熱交換する冷却用熱交換器と、を有し、
加熱用熱交換器及び冷却用熱交換器のうちの少なくとも加熱用熱交換器として用いられる
請求項１乃至４のいずれかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両用空気調和装置に適用される熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の水と冷媒とを熱交換する熱交換器は、ステンレス等の金属で形成することで、耐食性を向上させている。しかし、車両に搭載される熱交換器は、軽量化が求められるため、アルミニウム合金で形成したものが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
アルミニウム合金製の熱交換器は、ステンレス製の熱交換器と比較して、耐食性が低いため、耐食性を向上させる対策が求められる。
【０００４】
そこで、冷媒と空気とを熱交換するフィンチューブ式熱交換器を、アルミニウム合金によって形成する場合には、チューブを形成するアルミニウム合金よりも電位の低いアルミニウム合金でフィンを形成することで、チューブの耐食性を向上させることが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６７９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、例えば水等の液体の熱媒体と冷媒とを熱交換する水冷媒熱交換器は、冷媒が流通する冷媒流路と、熱媒体が流通する熱媒体流路とを互いに隣接させて冷媒と熱媒体との熱交換を行っている。このため、水冷媒熱交換器では、フィンチューブ式熱交換器のように、電位の低い部材を用いる部分がなく、電位差を用いることによって耐食性の向上を図ることが困難である。したがって、水冷媒熱交換器では、要求される耐食性を満たすために、アルミニウム合金の板厚を大きくしなければならず、軽量化の妨げとなることが考えられる。
【０００７】
本発明の目的とするところは、軽量化を図るとともに、耐食性を向上させることのできる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】
【０００８】
本発明は、前記目的を達成するために、車両の車室外に設けられた冷媒回路に接続され、二酸化炭素冷媒、可燃性を有する冷媒または毒性を有する冷媒と液体の熱媒体とを熱交換するアルミニウム製またはアルミニウム合金製の熱交換器であって、外面側には、耐食性の高い物質からなる防食層が形成されている。
【０００９】
これにより、冷媒と液体の冷媒を熱交換する熱交換器の外面側が防食層で覆われることから、熱交換器を構成する部材の板厚を大きくすることなく、腐食によって孔が開くことが抑制される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱交換器を構成する部材の板厚を大きくすることなく、腐食によって孔が開くことを抑制することができるので、軽量化を図ることができるとともに、耐食性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。
【図２】熱交換器の全体斜視図である。
【図３】熱交換器の平面図である。
【図４】図３におけるＡ１−Ａ１断面図である。
【図５】図３におけるＡ２−Ａ２断面図である。
【図６】図３におけるＡ３−Ａ３断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１乃至図６は、本発明の一実施形態を示すものである。
【００１３】
本発明の熱交換器を備えた車両用空気調和装置１は、図１に示すように、車両の車室Ａ内に設けられた空調ユニット１０と、車室Ａ外に設けられた冷媒回路２０と、車室Ａ内及び車室Ａ外にわたって構成された加熱用熱媒体回路３０及び冷却用熱媒体回路４０と、を備えている。
【００１４】
空調ユニット１０は、車室Ａ内に供給する空気を流通させるための空気流通路１１を有し、空気流通路１１の一端側に空気吸入口１１ａが設けられ、空気流通路１１の他端側に空気吐出口１１ｂが設けられている。空気流通路１１の一端側には、シロッコファン等の送風機１２が設けられている。送風機１２は、車室Ａ外の空気及び車室Ａ内の空気の一方または両方を空気吸入口１１ａから流入させ、空気流通路１１を流通した空気を空気吐出口１１ｂから車室Ａ内に向けて流出させる。
【００１５】
また、空気流通路１１における送風機１２の空気流通方向下流側には、空気流通路１１を流通する空気を冷却するための冷却器１３が設けられている。さらに、空気流通路１１における冷却器１３の空気流通方向下流側には、空気流通路１１を流通する空気を加熱するための加熱器１４が設けられている。冷却器１３及び加熱器１４は、それぞれ加熱用熱媒体回路３０及び冷却用熱媒体回路４０を流通する熱媒体と、空気流通路１１を流通する空気と、を熱交換するためのフィンとチューブとからなる熱交換器である。
【００１６】
冷媒回路２０は、冷媒を圧縮して吐出するための圧縮機２１と、冷媒と加熱用熱媒体回路３０を流通する熱媒体とを熱交換するための加熱用熱交換器２２と、冷媒と冷却用熱媒体回路４０を流通する熱媒体とを熱交換するための冷却用熱交換器２３と、冷媒と車室Ａ外の空気とを熱交換するための室外熱交換器２４と、冷却用熱交換器２３に流入する冷媒と冷却用熱交換器２３から流出した冷媒とを熱交換するための内部熱交換器２５と、冷媒の流路を切り替えるための三方弁２６と、複数の電磁弁２７と、複数の逆止弁２８と、複数の膨張弁２９と、を有し、これらはアルミニウム製またはアルミニウム合金製の管によって接続されている。
【００１７】
ここで、冷媒回路２０には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。冷媒としての二酸化炭素は、圧縮機２１から吐出されたときの圧力（高圧側の圧力）が他の冷媒と比較して高いため（例えば、７．５ＭＰａ以上）、冷媒回路２０が破損した場合に人体に損傷を与える可能性がある。また、冷媒回路２０から漏洩した二酸化炭素が車室Ａ内に侵入した場合には、車室Ａ内の乗員の思考能力の低下や健康状態の悪化等の影響を及ぼす可能性がある。このため、冷媒回路２０は、冷媒回路２０の破損時や二酸化炭素の漏洩時における車室Ａ内の乗員の保護の観点から、エンジンルーム等の車室Ａ外に配置される。
【００１８】
冷媒回路２０には、三方弁２６の流路と複数の電磁弁２７のそれぞれの開閉を切り替えることによって、冷媒の流路が設定される。冷媒回路２０は、冷房・除湿冷房用流路と、暖房用流路と、第１除湿暖房用流路と、第２除湿暖房用流路と、の切り替えが可能である。冷房・除湿冷房用流路は、圧縮機２１から吐出された冷媒を、加熱用熱交換器２２、室外熱交換器２４、膨張弁２９、冷却用熱交換器２３、の順に流通させて圧縮機２１に吸入させる流路である。暖房用流路は、圧縮機２１から吐出された冷媒を、加熱用熱交換器２２、膨張弁２９、室外熱交換器２４の順に流通させて圧縮機２１に吸入させる流路である。第１除湿暖房用流路は、圧縮機２１から吐出された冷媒を、加熱用熱交換器２２に流入させ、加熱用熱交換器２２から流出した冷媒の一部を、膨張弁２９、室外熱交換器２４の順に流通させて圧縮機２１に吸入させるとともに、加熱用熱交換器２２から流出したその他の冷媒を、膨張弁２９、冷却用熱交換器２３の順に流通させて圧縮機２１に吸入させる流路である。第２除湿暖房用流路は、圧縮機２１から吐出された冷媒を、加熱用熱交換器２２、膨張弁２９、冷却用熱交換器２３の順に流通させて圧縮機２１に吸入させる流路である。
【００１９】
加熱用熱媒体回路３０は、加熱器１４の熱媒体流路と加熱用熱交換器２２の熱媒体流路とをアルミニウム製またはアルミニウム合金製の管によって接続することで構成されている。加熱用熱媒体回路３０には、加熱器１４と加熱用熱交換器２２との間で熱媒体を循環させるための第１ポンプ３１が接続されている。加熱用熱媒体回路３０には、熱媒体として、例えば、エチレングリコール等の不凍液が充填されている。
【００２０】
冷却用熱媒体回路４０は、冷却器１３の熱媒体流路と冷却用熱交換器２３の熱媒体流路とをアルミニウム製またはアルミニウム合金製の管によって接続することで構成されている。冷却用熱媒体回路４０には、冷却器１３と冷却用熱交換器２３との間で熱媒体を循環させるための第２ポンプ４１が接続されている。冷却用熱媒体回路４０には、熱媒体として、例えば、エチレングリコール等の不凍液が充填されている。
【００２１】
この車両用空気調和装置１では、加熱用熱交換器２２において、冷媒回路２０を流通する冷媒が放熱して加熱用熱媒体回路３０を流通する熱媒体が加熱される。加熱用熱交換器２２において加熱された熱媒体は、加熱器１４において放熱し、空気流通路１１を流通する空気を加熱する。また、冷却用熱交換器２３においては、冷媒回路２０を流通する冷媒が吸熱して冷却用熱媒体回路４０を流通する熱媒体が冷却される。冷却用熱交換器２３において冷却された熱媒体は、冷却器１３において吸熱し、空気流通路１１を流通する空気を冷却する。図１の矢印では、冷媒回路２０を冷房・除湿冷房用流路に設定し、圧縮機２１、第１ポンプ３１及び第２ポンプ４１を駆動することで、空気流通路１１を流通する空気を冷却して除湿し、目標の温度に加熱して車室Ａ内に供給する除湿冷房運転を示している。
【００２２】
本発明の熱交換器としての加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３は、それぞれアルミニウム製またはアルミニウム合金製の部材からなる。加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３は、図２及び図３に示すように、冷媒が流通する冷媒流通ユニット５０と、熱媒体が流通する熱媒体流通ユニット６０と、を有している。
【００２３】
冷媒流通ユニット５０は、冷媒流入ヘッダ５１と、冷媒流出ヘッダ５２と、冷媒流入ヘッダ５１と冷媒流出ヘッダ５２とを互いに連通する複数の冷媒チューブ５３と、を有している。
【００２４】
冷媒流入ヘッダ５１及び冷媒流出ヘッダ５２は、それぞれ押出成型または電縫管によって円筒状に形成されるとともに、両端部が閉鎖された部材である。冷媒流入ヘッダ５１の一端部には、冷媒流入ヘッダ５１内に冷媒を流入させるための冷媒流入管５１ａが接続されている。また、冷媒流出ヘッダ５２の一端部には、冷媒流出ヘッダ５２から冷媒を流出させるための冷媒流出管５２ａが接続されている。冷媒流入ヘッダ５１と冷媒流出ヘッダ５２は、それぞれ中心軸を上下方向に向けて配置されるとともに、互いに間隔をおいて配置されている。
【００２５】
冷媒チューブ５３は、押出成型または板材の折り曲げによって扁平形状に形成された直線状に延びる部材であり、図４乃至図６に示すように、内部に複数の冷媒流路５３ａが設けられている。冷媒チューブ５３は、厚さ方向の両側に平坦部が設けられている。複数の冷媒チューブ５３は、平坦部同士を対向させて互いに間隔をおいて配置され、一端が冷媒流入ヘッダ５１に接続され、他端が冷媒流出ヘッダ５２に接続されている。
【００２６】
熱媒体流通ユニット６０は、図２及び図５に示すように、冷媒流出ヘッダ５２に隣接する端部側において冷媒チューブ５３の幅方向両外側を上下方向に延びる一対の熱媒体流入ヘッダ部６０ａと、図２及び図６に示すように、冷媒流入ヘッダ５１に隣接する端部側において冷媒チューブ５３の幅方向両外側を上下方向に延びる一対の熱媒体流出ヘッダ部６０ｂと、図２及び図４に示すように、一対の熱媒体流入ヘッダ部６０ａと一対の熱媒体流出ヘッダ部６０ｂとの間において複数の冷媒チューブ５３の間及び複数の冷媒チューブ５３の上下方向両外側を冷媒チューブ５３に沿って延びる複数の熱媒体流路としての熱媒体流通部６０ｃと、を有している。
【００２７】
熱媒体流通ユニット６０は、複数の熱媒体流通部６０ｃそれぞれの上側に位置する複数の上側流路形成板６１と、複数の熱媒体流通部６０ｃそれぞれの下側に位置する複数の下側流路形成板６２と、上側流路形成板６１と下側流路形成板６２との間に形成される熱媒体流通部６０ｃに配置される伝熱フィン６３と、を有している。
【００２８】
複数の上側流路形成板６１、複数の下側流路形成板６２及び複数の伝熱フィン６３は、それぞれ板状部材のプレス加工によって形成される。
【００２９】
上側流路形成板６１及び下側流路形成板６２は、長手方向両端側の幅寸法が冷媒チューブ５３の幅寸法よりも大きく形成され、長手方向の両端部を除く部分の幅寸法が冷媒チューブ５３の幅寸法と略同一に形成されている。
【００３０】
上側流路形成板６１の長手方向の両端側のそれぞれには、上方に延びる筒状に形成され、上方に隣り合う下側流路形成板６２に接続される幅方向一対の連通管６１ａが形成されている。
【００３１】
下側流路形成板６２の長手方向の両端側のそれぞれには、下方に隣り合う上側流路形成板６１の連通管６１ａの先端部が接続される幅方向一対の接続孔６２ａが形成されている。
【００３２】
一対の熱媒体流入ヘッダ部６０ａ及び一対の熱媒体流出ヘッダ部６０ｂは、上側流路形成板６１及び下側流路形成板６２を上下方向に交互に積層し、上側流路形成板６１の連通管６１ａを上方に隣り合う下側流路形成板６２の接続孔６２ａに接続することによって形成される。一対の熱媒体流入ヘッダ部６０ａ及び一対の熱媒体流出ヘッダ部６０ｂの上部は、連通管６１ａが設けられていない上側流路形成板６１によって閉鎖されている。一対の熱媒体流入ヘッダ部６０ａ及び一対の熱媒体流出ヘッダ部６０ｂの下部は、接続孔６２ａが設けられていない下側流路形成板６２によって閉鎖されている。最も上側に位置する上側流路形成板６１には、一対の熱媒体流入ヘッダ部６０ａの間に位置する部分に熱媒体流入管６０ｄが接続され、一対の熱媒体流出ヘッダ部６０ｂの間に位置する部分に熱媒体流出管６０ｅが接続されている。
【００３３】
伝熱フィン６３は、熱媒体流通部６０ｃの幅方向に向かって波形状に形成された板状の部材であり、上側の頂部が上側流路形成板６１に接続され、下側の頂部が下側流路形成板６２に接続される。
【００３４】
加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３は、冷媒流通ユニット５０を構成する冷媒流入ヘッダ５１、冷媒流出ヘッダ５２及び複数の冷媒チューブ５３と、熱媒体流通ユニット６０を構成する複数の上側流路形成板６１、複数の下側流路形成板６２及び複数の伝熱フィン６３と、をそれぞれ組み付けた状態で、ロウ付けにより接合される。
【００３５】
また、加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３は、外面側及び熱媒体流通ユニット６０の内面側に、例えば、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の耐食性の高い物質からなる防食層７０が形成されている。防食層７０は、例えば、カチオン電着塗装によって加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３の外面側及び熱媒体流通ユニット６０の内面側に形成される。
【００３６】
以上のように構成された熱交換器としての加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３では、冷媒回路２０を流通する冷媒と加熱用熱媒体回路３０及び冷却用熱媒体回路４０を流通する熱媒体との熱交換を行う。
【００３７】
冷媒回路２０を流通する冷媒は、図２に示すように、冷媒流通ユニット５０において、冷媒流入管５１ａ、冷媒流入ヘッダ５１、複数の冷媒チューブ５３、冷媒流出ヘッダ５２、冷媒流出管５２ａの順に流通する。
【００３８】
また、加熱用熱媒体回路３０（冷却用熱媒体回路４０）を流通する熱媒体は、図２に示すように、熱媒体流通ユニット６０において、熱媒体流入管６０ｄ、一対の熱媒体流入ヘッダ部６０ａ、複数の熱媒体流通部６０ｃ、一対の熱媒体流出ヘッダ部６０ｂ、熱媒体流出管６０ｅの順に流通する。
【００３９】
このように、本実施形態の熱交換器によれば、加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３の外面側には、耐食性の高い物質からなる防食層７０が形成されている。
【００４０】
これにより、冷媒流通ユニット５０及び熱媒体流通ユニット６０の板厚を大きくすることなく、腐食によって孔が開くことを抑制することができるので、軽量化を図ることができるとともに、耐食性を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、熱媒体流通ユニット６０の内面側には、防食層７０が形成されている。
【００４２】
これにより、熱媒体流通ユニット６０において、内側を流通する熱媒体による腐食を低減することができるので、熱媒体流通ユニット６０の板厚を小さくすることができ、軽量化を図ることができる。
【００４３】
また、冷媒流通ユニット５０の冷媒チューブ５３と熱媒体流通ユニット６０の熱媒体流通部６０ｃとは、互いに交互に積層されている。
【００４４】
これにより、冷媒チューブ５３と熱媒体流通部６０ｃとを積層した加熱用熱交換器２２や冷却用熱交換器２３の外面側を防食層７０によって覆うことにより、冷媒流通ユニット５０及び熱媒体流通ユニット６０の内外における熱の伝達を遮断する性能が高くなり、加熱用熱交換器２２や冷却用熱交換器２３における熱交換効率を向上させることが可能となる。
【００４５】
また、防食層７０は、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂からなる。
【００４６】
これにより、カチオン電着塗装等によって加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３の外面側や熱媒体流通ユニット６０の内面側の全体にわたって均一に防食層７０を形成することが可能となる。
【００４７】
尚、前記実施形態では、加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３において冷媒と熱交換する熱媒体として不凍液を示したが、これに限られるものではない。冷媒と熱交換する熱媒体としては、水等の液体を適用することが可能である。
【００４８】
また、前記実施形態では、高圧側の圧力が他の冷媒と比べて高くなる二酸化炭素冷媒が冷媒回路２０に充填される車両用空気調和装置１を示したが、これに限られるものではない。例えば、アンモニアガス等、可燃性を有する冷媒や毒性を有する冷媒は、車室Ａ内に漏洩した場合に車室Ａ内の乗員に対して悪影響を及ぼす可能性がある。このため、冷媒回路２０は、冷媒の漏洩時における車室Ａ内の乗員の保護の観点から、エンジンルーム等の車室Ａ外に配置されることが望ましい。したがって、可燃性を有する冷媒や毒性を有する冷媒が冷媒回路に充填される車両用空気調和装置においても、本発明を適用することで前記実施形態と同様の効果を奏する。
【００４９】
また、前記実施形態では、加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３における外面側及び熱媒体流通ユニット６０の内面側に、耐食性の高い物質からなる防食層７０を形成したものを示している。前記実施形態の耐食性の高い物質を、熱媒体流通ユニット６０の一対の熱媒体流入ヘッダ部６０ａ及び一対の熱媒体流出ヘッダ部６０ｂの外周部の隙間に充填した場合には、耐食性を向上させるだけでなく、隙間への水の浸入を防止することができる。これにより、熱交換器が低温の環境下において使用される場合において、隙間に侵入した水が凍って体積が増加することによる熱交換器の破損を抑制することが可能となる。
【００５０】
また、前記実施形態では、加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３に対して防食層７０を形成したものを示したが、これに限られるものではない。加熱用熱交換器２２及び冷却用熱交換器２３のうちの少なくとも加熱用熱交換器２２に対して防食層７０を形成すれば、冷媒回路２０において高圧側となる加熱用熱交換器２２の防食性を向上させることが可能となるので、冷媒回路２０の耐久性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
２０…冷媒回路、２１…圧縮機、２２…加熱用熱交換器、２３…冷却用熱交換器、２９…膨張弁、５０…冷媒流通ユニット、６０…熱媒体流通ユニット、７０…防食層。
【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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