(57)【要約】【課題】液冷熱交換部と空冷熱交換部とを備える熱交換器において、タンクの大型化を抑制する。【解決手段】複数の第１の管９およびこれら第１の管９を介して接続された一対のタンク１０を有する空冷熱交換部１８と、第２の流体が流通する第２の管１２を有する液冷熱交換部７と、を備え、第２の管１２が第１の管９ａの内部に設けられている。これにより、タンクの内部に第２の管全体が配設される構造に比べて、タンク１０が大型化するのを抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱体（８）を介して相互に積層された複数の第１の管（９）およびこれら第１の管（９）を介して相互に接続された一対のタンク（１０）を有し、一方の前記タンク（１０ａ）から前記第１の管（９）を介して他方の前記タンク（１０ｂ）へ第１の流体が流通する過程で前記第１の流体を外気によって冷却する空冷熱交換部（１８）と、
前記第１の管（９ａ）の内部に設けられ第２の流体が流通する第２の管（１２，１２Ａ）を有し、前記第２の管（１２，１２Ａ）を介して前記第１の流体と前記第２の流体との熱交換を行なわせる液冷熱交換部（７，７Ａ）と、
を備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第１の流体は、車両駆動装置としての電動機（３）を冷却する電動機用冷却水であって、前記第２の流体は、車室用空調装置（Ａ）で用いられる空調用冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２の管（１２，１２Ａ）が設けられた前記第１の管（９ａ）は、一本であり、当該第２の管（１２，１２Ａ）が設けられた第１の管（９ａ）は、他の全ての第１の管（９ｂ）の下流に配置され、当該第２の管（１２，１２Ａ）が設けられた第１の管（９ａ）には、他の第１の管（９ｂ）を流通した第１の流体が流通することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第２の管（１２，１２Ａ）が設けられた前記第１の管（９ａ）は、一本であり、当該第１の管（９ａ）は、複数の前記第１の管（９）の層における端に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記タンク（１０）には、前記第２の管（１２，１２Ａ）を前記第１の管（９ａ）に挿入するための開口部（１３ａ，１３ｅ）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第２の管（１２）は、Ｕ字形に屈曲された丸管であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第２の管（１２Ａ）は、内部に複数の流通路（２０）を有し、Ｕ字形に屈曲された扁平管であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の流体を外気で冷却する空冷熱交換部、および第１の流体と第２の流体とを熱交換させる液冷熱交換部を備えた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、放熱フィンを介して相互に積層される管および当該管の両端部がそれぞれ連結される一対のタンクを有して車両駆動装置用の冷却水を外気で冷却する空冷熱交換部を備え、この空冷熱交換部のタンクに液冷交換器が一体に設けられた熱交換器がある。そして、この熱交換器では、空冷熱交換部の一方のタンク内に、液冷熱交換部の第２の管が設けられて、この第２の管を流通する高温の空調用冷媒を、タンク内を流通する低温の冷却水により冷却するようになっている。
【特許文献１】特開２００６−１６２１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の熱交換器においては、タンクの内部に第２の管全体を配設するため、タンクが大型化してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、液冷熱交換部と空冷熱交換部とを備える熱交換器において、タンクの大型化を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、放熱体を介して相互に積層された複数の第１の管およびこれら第１の管を介して相互に接続された一対のタンクを有し、一方の前記タンクから前記第１の管を介して他方の前記タンクへ第１の流体が流通する過程で前記第１の流体を外気によって冷却する空冷熱交換部と、前記第１の管の内部に設けられ第２の流体が流通する第２の管を有し、前記第２の管を介して前記第１の流体と前記第２の流体との熱交換を行なわせる液冷熱交換部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、液冷熱交換部の第２の管が空冷熱交換部の第１の管の内部に設けられているので、タンクの内部に第２の管全体が配設される構造に比べて、タンクが大型化するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る熱交換システムを示すシステム構成図、図２は、熱交換システムを概略的に示す斜視図、図３は、サブラジエータを示す正面図、図４は、サブラジエータを示す縦断正面図、図５は、サブラジエータの上端部を示す側面図、図６は、サブラジエータの上端部を示す分解斜視図である。
【０００８】
図１に示すように、本実施形態の熱交換システム１は、内燃機関２および電動機３を車両駆動装置として備えたハイブリット車に設けられている。熱交換システム１は、図１および図２に示すように、内燃機関用冷却水を外気で冷却するラジエータ４と、第１の流体である電動機用冷却水を外気で冷却するサブラジエータ５と、車室用空調装置Ａに用いられる第２の流体である空調用冷媒を外気で冷却するコンデンサ６と、を備えている。そして、サブラジエータ５には、コンデンサ６に接続され電動機用冷却水と空調用冷媒との熱交換を行なう液冷熱交換部７が設けられている。ラジエータ４の冷却風方向（図中矢印Ｗの方向）の上流側には、サブラジエータ５、コンデンサ６および液冷熱交換部７が配置されるとともに、サブラジエータ５の上側に、コンデンサ６が配置されている。
【０００９】
内燃機関２とラジエータ４との間では、ポンプＰ１の作動により内燃機関用冷却水が循環する。同様に、電動機３とサブラジエータ５との間でも、ポンプＰ２の作動により電動機用冷却水が循環し、流入管５ａを介してサブラジエータ５に電動機用冷却水が流入するとともに、流出管５ｂを介してサブラジエータ５から電動機用冷却水が流出する。
【００１０】
車室用空調装置Ａの本体（図示せず）と液冷熱交換部７およびコンデンサ６との間では、空調用冷媒が循環し、車室用空調装置Ａのコンプレッサ（図示せず）から吐出された高圧高温の空調用冷媒が、入口７ａから液冷熱交換部７に流入するとともに、出口７ｂから空調用冷媒がコンデンサ６へ送られた後、コンデンサ６から車室用空調装置Ａのエバポレータ（図示せず）へ低温の空調用冷媒が流出する。
【００１１】
次に、サブラジエータ５について詳しく説明する。サブラジエータ５は、空冷熱交換部１８と液冷熱交換部７とを備えている。
【００１２】
空冷熱交換部１８は、図２および図３に示すように、放熱体である放熱フィン８を介して相互に積層された複数の第１の管９（９ａ、９ｂ）と、これら第１の管９を介して相互に接続された一対のタンク１０（１０ａ，１０ｂ）と、最下層に位置する第１の管９の下方に配置されて一対のタンク１０に掛け渡された補強部材１１と、を有している。この空冷熱交換部１８は、一方のタンク１０ａから第１の管９を介して他方のタンク１０ｂへ第１の流体が流通する過程で第１の流体を外気によって冷却する。なお、ラジエータ４およびコンデンサ６の基本構成は、サブラジエータ５の空冷熱交換部１８と同様である。
【００１３】
第１の管９には、図３および図４に示すように、第１の管９の層のうち最上層に配置された一本の四角筒状の第１の管９ａと、この第１の管９ａよりも下方に配置された多数本の扁平状の第１の管９ｂとがある。即ち、第１の管９ａは、複数の第１の管９の層における端に配置されている。四角筒状の第１の管９ａの内部断面積は、扁平状の第１の管９ｂの内部断面積より大きく設定されている。これら第１の管９の長さは、第１の管９の積層方向に沿ったタンク１０の長さよりも長い。
【００１４】
一方のタンク１０ａの内部は、図４に示すように、板１７によって区画され、四角筒状の第１の管９ａとその他の扁平状の第１の管９ｂとが非連通状態となっている。そして、一方のタンク１０ａにおいては、全ての扁平状の第１の管９ｂと流入管５ａとが連通し、四角筒状の第１の管９ａと流出管５ｂとが連通している。他方のタンク１０ｂ内では、全ての第１の管９同士が連通している。したがって、四角筒状の第１の管９ａは、全ての扁平状の第１の管９ｂの下流に位置しており、四角筒状の第１の管９ａには、扁平状の第１の管９ｂを流通した第１の流体が流通する。
【００１５】
図４ないし図６に示すように、一方のタンク１０ａは、詳しくは、断面コ字状に形成され上下方向に延在し互いに組合わされた状態で角各筒状をなす外壁部材１３，１４と、外壁部材１３，１４の上端に設けられた蓋部材１５および出入口ブロック１６と、外壁部材１３，１４の上端部分とその下側の部分と仕切る仕切り板１７と、外壁部材１３，１４の下端に設けられた蓋部材１９（図３参照）と、を備えて構成されている。
【００１６】
一方の外壁部材１３の壁には、四角筒状第１の管９ａの一端と連通する開口部１３ａと、四角筒状の第１の管９ａの一端が挿入されたスリット１３ｂと、多数本の扁平状の第１の管９ｂの一端がそれぞれ挿入されたスリット１３ｃとが設けられている。また、外壁部材１３には、流出管５ｂの一端が挿入された円孔１３ｄが設けられている。
【００１７】
他方の外壁部材１４は、外壁部材１３のコ字における開口部１３ｅを覆う状態で装着されている。この外壁部材１４の下部には、流入管５ａの一端が挿入された図示しない円穴が設けられている。
【００１８】
他方のタンク１０ｂは、外壁部材１３，１４と、外壁部材１３，１４の上端に設けられた蓋部材１５と、外壁部材１３，１４の下端に設けられた蓋部材１９（図３参照）とを備えて構成されている。なお、他方のタンク１０ｂの外壁部材１３には、円孔１３ｄは、設けられていない。また、他方のタンク１０ｂの外壁部材１４には、流入管５ａの一端が挿入される円穴は設けられていない。
【００１９】
四角筒状の第１の管９ａ内には、空調用冷媒が流通する第２の管１２が設けられており、これら四角筒状の第１の管９ａおよび第２の管１２により、液冷熱交換部７が構成されている。この液冷熱交換部７は、第２の管１２を介して第１の流体と第２の流体との熱交換を行なわせる。
【００２０】
第２の管１２は、Ｕ字形に屈曲された１本の丸管からなり、第１の管９ａの全長に亘って第１の管９ａの内部に延在されている。この第２の管１２の一方の端部は、出入口ブロック１６に設けられた入口７ａと接続され、第２の管１２の他方の端部は、出入口ブロック１６に設けられた出口７ｂと接続されている。
【００２１】
このサブラジエータ５の組み立て手順を簡単に説明する。サブラジエータ５の各接合部には、片側または両側の接合部材を、ロウ材を被材としたクラッド材とすることで、ロウ材が供給される。クラッド材の使用が困難な部材の場合は、ペースト状ロウ材等を接合部へ塗布することで代用する。まず、補強部材１１の上部に、放熱フィン８および扁平第１の管９ｂを交互に積層し、上端に四角筒状第１の管９ａを配置する。そして、第１の管９と放熱フィン８とが密着するように、それらの層に積層方向に所定の荷重を加えた状態で、四角筒状第１の管９ａおよび扁平第１の管９ｂの両端をそれぞれ外壁部材１３のスリット１３ｂ、１３ｃに挿入する。次いで、出入口ブロック１６に第２の管１２、蓋部材１５および仕切り板１７を嵌め込んだ状態で、外壁部材１３の開口部１３ａ，１３ｅから第２の管１２を第１の管９ａ内に挿入する。ここで、外壁部材１３の開口部１３ａ，１３ｅは、第２の管１２を第１の管９ａに挿入するための開口部として機能する。次いで、一方の外壁部材１３の開口部１３ｅに他方の外壁部材１４を装着した後、各接合部をロウ付けで連結する。なお、出入口ブロック１６は比較的熱容量が大きく、ロウ付け時の最高到達温度が若干低くなるため、他の接合部より融点の低いロウ材を用いるのが望ましい。
【００２２】
このような構成において、電動機３を冷却した電動機用冷却水は、流入管５ａを介してサブラジエータ５の一方のタンク１０ａに流入し、各扁平状の第１の管９ｂ内を一方のタンク１０ａ側から他方のタンク１０ｂ側へ流通する。その後、電動機用冷却水は、他方のタンク１０ｂから四角筒状の第１の管９ａに流入して、第１の管９ａ内を他方のタンク１０ｂ側から一方のタンク１０ａ側へ流通し、流出管５ｂを介して流出する。この際、電動機用冷却水は、第１の管９を流通する過程で外気によって冷却される。
【００２３】
一方、車室用空調装置Ａのコンプレッサから吐出された高圧高温の空調用冷媒は、ガスの状態で入口７ａを介して液冷熱交換部７の第２の管１２内を流通する。ここで、本実施形態では、扁平状の第１の管９ｂ内に流入する電動機用冷却水よりも第２の管１２に流入する電動機用冷却水の方が高温となっている。したがって、第２の管１２内の空調用冷媒の熱が第２の管１２を介して第１の管９ａ内の電動機用冷却水に放出され、空調用冷媒は、過熱度が減少した状態、もしくは一部凝縮した状態にて出口７ｂを介してコンデンサ６へ流出する。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態では、液冷熱交換部７の第２の管１２が空冷熱交換部１８の第１の管９ａの内部に設けられているので、タンクの内部に第２の管全体が配設される構造に比べて、タンク１０が大型化するのを抑制することができる。これにより、サブラジエータ５においてタンク１０の前後方向の出っ張り量を抑制することができ、その分、サブラジエータ５とラジエータ４とを合わせた前後方向の幅を小さくすることができ、レイアウト上、有利となる。
【００２５】
また、本実施形態では、第１の管９の長さがタンク１０における第１の管９の積層方向に沿った長さよりも長く、第２の管１２が第１の管９ａの全長に亘って第１の管９ａの内部に延在されている。したがって、第１の管９の積層方向に沿ってタンク１０内に第２の管を延在させる構造に比べて、第２の管１２の長さが長くなりその放熱面積が大きくなるので、その分、サブラジエータ５の大型化を抑制しつつ液冷熱交換部７の熱交換量の増大化を図ることができる。
【００２６】
また、本実施形態では、第２の管１２が設けられた第１の管９ａは、他の全ての第１の管９ｂの下流に配置され、当該第１の管９ａには、他の第１の管９ｂを流通した電動機用冷却水が流通する。したがって、サブラジエータ５で冷却された比較的低い温度の冷却水で、車室用空調装置Ａのコンプレッサから吐出された高圧高温の空調用冷媒を冷却する際、これらの冷却水と空調用冷媒との温度差を大きくして効率よく空調用冷媒を冷却することができる。さらに、本実施形態では、液冷熱交換部７とともに空冷型のコンデンサ６を併用しているので、液冷熱交換部７およびコンデンサ６をそれぞれ小型化することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、第１の管９ａは、複数の第１の管９の層における端に配置されていることにより、複数の第１の管９の層の中間層に、第１の管９ａを設ける場合と比べて、サブラジエータ５を容易に製作することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、タンク１０に、第２の管１２を第１の管９ａに挿入するための開口部１３ａ，１３ｅが設けられていることにより、従来のサブラジエータの組み立て順序および方法をほとんど変更することなく、サブラジエータ５を組み立てることができる。また、ロウ付けを行なう接合部も従来の構造と同等であることから、サブラジエータ５の接合部のロウ付けを確実に行なうことができ、接合部の気密性を確保できる。
【００２９】
また、本実施形態では、第２の管１２は、Ｕ字形に屈曲された丸管であることにより、液冷熱交換部７の構成部品を比較的少なくすることができるとともに、第２の管１２の加工の簡素化を図ることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、第１の管９ａが他の第１の管９ｂよりも大きい内部断面積を有する四角筒状であるので、第１の管９ａが補強部材１１と同様の補強部材としての役割を果たすことができ、この点でも部品点数を削減できるとともに、スペースの有効活用を図ることができる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態を図７ないし図１０に基づいて説明する。図７は、本実施形態に係るサブラジエータを示す縦断正面図、図８は、サブラジエータの上端部を示す側面図、図９は、図７のVII−VII線に沿う断面図、図１０は、第２の管を示す側面図である。なお、前述した第１の実施形態と同じ部分は、同一符号で示し説明も省略する。
【００３２】
本実施形態では、図７ないし図１０に示すように、第１の実施形態に対して、サブラジエータ５Ａにおける液冷熱交換部７Ａの第２の管１２Ａと、出入口ブロック１６Ａとが異なる。
【００３３】
第２の管１２Ａは、Ｕ字形に屈曲された扁平管である。この第２の管１２Ａは、内部に複数の流通路２０を有する。第２の管１２Ａには、当該第２の管１２の両端部が嵌合された板２３が設けられている。
【００３４】
出入口ブロック１６Ａは、一方のタンク１０ａに固定されるブロック本体２４と、このブロック本体２４にネジ２２によって着脱可能に取り付けられる蓋部材２５と、を有している。蓋部材２５には、第２の管１２Ａの一方の端部と連通する入口７ａと、第２の管１２Ａの他方の端部と連通する出口７ｂとが設けられている。そして、蓋部材２５と板２３と第２の管１２Ａとは、あらかじめロウ付け等で接合されており、そこにシール部材２１を装着後、蓋部材２５とブロック本体２４とを、ネジ止めすることで、蓋部材２５とブロック本体２４との間は、シール部材２１によってシールされ、また、第２の管１２Ａがブロック本体２４に固定される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態では、第２の管１２Ａが、内部に複数の流通路２０を有するＵ字形に屈曲された扁平管であるので、空調用冷媒の冷却性能をより向上させることができる。
【００３６】
また、本実施の形態では、第２の管１２Ａがネジ２２と蓋部材２５とによってブロック本体２４に取り付けられる構造であるので、第２の管１２Ａおよび蓋部材２５をブロック本体２４に取り付けない状態でサブラジエータ５Ａの他の部分の接合部をロウ付けした後、第２の管１２Ａを四角筒状の第１の管９ａ内に挿入して出入口ブロック１６Ａをネジ２２により締結することができる。これにより、放熱フィン８および第１の管９と、一対のタンク１０などとを適正な条件でロウ付けするができる。また、第２の管１２Ａは、他の部材より比較的熱容量が大きいため、第２の管１２Ａをブロック本体２４に取付けない状態で他の部材をロウ付けすることにより他の部材に与える熱量の均一化を図れるので、ロウ付け性がより向上する。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。例えば、第２の管１２，１２Ａは、複数の第１の管９に設けても良い。また、第１の管９ａと第２の管１２，１２Ａとを一体成形しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱交換システムを示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る熱交換システムを概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るサブラジエータを示す正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るサブラジエータを示す縦断正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るサブラジエータの上端部を示す側面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るサブラジエータの上端部を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るサブラジエータを示す縦断正面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るサブラジエータの上端部を示す側面図である。
【図９】図７のVII−VII線に沿う断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る第２の管を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
３  電動機（車両駆動装置）
５，５Ａ  サブラジエータ（熱交換器）
７，７Ａ  液冷熱交換部
８  放熱フィン
９，９ａ，９ｂ  第１の管
１０，１０ａ、１０ｂ  タンク
１２  第２の管（丸管）
１２Ａ  第２の管（扁平管）
１３ａ，１３ｅ  開口部
１８  空冷熱交換部
２０  流通路
Ａ  車室用空調装置
【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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