(57)【要約】【課題】前後のコアを流れる冷媒の温度差を確保することによって、冷却性能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】本発明の熱交換器１は、冷却風の流れる方向に対して上流側に設置された第２コア２と、冷却風の流れる方向に対して下流側に設置された第１コア３と、第１コア３から第２コア２へ冷媒を流す冷媒通路６とを備え、冷媒通路６を通じて第１コア３から第２コア２へ冷媒を流すことによって、各コアにおける冷媒の流れ方向を同一にし、前後のコアを流れる冷媒の温度差を確保したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の扁平チューブ（９）の間にフィン（１０）を設けた第１、第２コア（３、２）を冷却風の流れ方向に対して前後に設置し、各コアの冷媒入口部（４、７）から冷媒出口部（５、８）へ冷媒を流し、前記第１、第２コア（３、２）を通過する冷却風と熱交換するようにするとともに、一方のコアを流れた冷媒を他方のコアに流通させるように構成した熱交換器であって、
冷却風の流れ方向に対して下流側に第１コア（３）、上流側に第２コア（２）を設置するとともに、前記第１、第２コア（３、２）の冷媒入口部（４、７）及び冷媒出口部（５、８）を互いに隣接させて設け、前記第１コア（３）の冷媒出口部（５）と前記第２コア（２）の冷媒入口部（７）とを冷媒通路（６）により連結し、前記第１コア（３）を流通し冷媒出口部（５）に流入した冷媒を前記冷媒通路（６）により前記第２コア（２）の冷媒入口部（７）に流入させて前記第２コア（２）を流通させることにより、前記第１、第２コア（３、２）における冷媒の冷却風に対する流れ方向を同一にしたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内の空調やエンジン冷却用に利用される熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車室内の空調を行なうための冷凍サイクルの冷媒として、環境への影響が少ない二酸化炭酸（ＣＯ２）が注目されている。このＣＯ２を冷媒として利用した冷凍サイクルでは、臨界温度が低く、冷房時における熱交換器の冷媒は超臨界となっている。
【０００３】
このような熱交換器を高性能化する手法として、従来では冷媒を対向流とする方法があった。また、自動車用の空調装置やエンジン冷却などのコンデンサ、ラジエータにおいては、概対向流となる前後ターンなどの方式が一般によく知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
ここで、従来の熱交換器の構造を図６に基づいて説明する。図６に示すように、従来の熱交換器では、冷却風の流れる方向に対して下流に位置する入口ヘッダタンク４１から冷媒を流入させ、下流側にあるコア４２を通過させて冷却風との間に熱交換させる。そして、ターンヘッダタンク４３で冷媒を下流側のコア４２から上流側のコア４４へターンさせて上流側のコア４４を通過させ、出口ヘッダタンク４５から冷媒を排出していた。
【特許文献１】特開２００４−２２５９６１号公報
【特許文献２】特開平１０−２８８４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７は冷媒の流れ方向と温度との関係を示す模式図である。上述した従来の熱交換器では、図７に示すようにターンヘッダタンク４３近傍の領域Ａにおいて、冷却風に対して下流側のコア４２を流れる冷媒と上流側のコア４４を流れる冷媒の温度がほとんど同一になっている。したがって、上流側のコア４４を通過した冷却風は下流側のコア４２を流れる冷媒の温度近くまで既に温度が上昇しており、冷媒との温度差が少なくなって下流側のコア４２での熱交換が困難になるという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、前後のコア間で温度差を確保して冷却性能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】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１の熱交換器では、複数の扁平チューブの間にフィンを設けた第１、第２コアを冷却風の流れ方向に対して前後に設置し、各コアの冷媒入口部から冷媒出口部へ冷媒を流し、この間前記第１、第２コアを通過する冷却風と熱交換するようにするとともに、一方のコアを流れた冷媒を他方のコアに流通させるように構成した熱交換器であって、 冷却風の流れ方向に対して下流側に第１コア、上流側に第２コアを設置するとともに、前記第１、第２コアの冷媒入口部及び冷媒出口部を互いに隣接させて設け、前記第１コアの冷媒出口部と前記第２コアの冷媒入口部とを冷媒通路により連結し、前記第１コアを流通し冷媒出口部に流入した冷媒を前記冷媒通路により前記第２コアの冷媒入口部に流入させて前記第２コアを流通させることにより、前記第１、第２コアにおける冷媒の冷却風に対する流れ方向を同一にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の熱交換器によれば、冷却風の流れる方向に対して前後にコアを設け、冷却風の下流側となるコアを流れた冷媒を上流側となるコアの冷媒入口側に流入させることにより、各コアにおける冷媒の流れ方向が同一となるようにしたので、前後のコアを流れる冷媒の温度差を確保することができ、これによって冷却風との間に十分な温度差を確保することができるため十分な熱交換が行なわれて冷却性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る熱交換器の構造を示す斜視図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の熱交換器１は、冷却風の流れる方向に対して上流側に設置された第２コア２と、冷却風の流れる方向に対して下流側に設置された第１コア３と、第１コア３へ冷媒を流入させる入口ヘッダタンク４と、第１コア３から冷媒を流出させる出口ヘッダタンク５と、出口ヘッダタンク５から第２コア２の冷媒入口部となる入口ヘッダタンク７へ冷媒を戻す冷媒通路６と、第２コア２へ冷媒を流入させる入口ヘッダタンク７と、第２コア２を流通した冷媒を排出する出口ヘッダタンク８とを備えている。
【００１１】
第２コア２及び第１コア３は、それぞれ複数の扁平チューブ９の間にフィン１０を設けて構成されており、扁平チューブの中を流れる冷媒と冷却風との間で熱交換が行なわれる。本実施形態の第２コア２及び第１コア３は、冷却風の流れる方向に対して前後に設置され、第１コア３を流れた冷媒を冷媒通路６を通じて第２コア２の冷媒入口側に戻して第２コア２へ流すことにより、第２コア２と第１コア３における冷媒の流れ方向が同一になるようにしている。
【００１２】
冷媒通路６は、高圧用配管として用いられるステンレスパイプ等で構成され、出口ヘッダタンク５と入口ヘッダタンク７との間を接続して冷媒を第１コア３から第２コア２へ流している。また、パイプ状の冷媒通路６を設置する代わりに、レインフォース部を冷媒通路として利用してもよい。
【００１３】
次に、このように構成された熱交換器１における冷媒の流れについて説明する。
【００１４】
本実施形態では、熱交換器１で使用される冷媒として、超臨界流体である二酸化炭酸（ＣＯ２）を使用する場合について説明するが、二酸化炭素と同様に圧縮することにより超臨界状態となる他の冷媒を使用してもよい。
【００１５】
まず、冷媒は入口ヘッダタンク４へ流入し、ここで第１コア３を構成する複数の扁平チューブ９に分配されて第１コア３へ流入する。そして、第１コア３を流れて冷却風と熱交換した後に出口ヘッダタンク５で集められた冷媒は冷媒通路６を通って第２コア２の入口ヘッダタンク７へ流入する。そして、第２コア２を構成する複数の扁平チューブ９に分配されて第２コア２へ流入し、第２コア２を流れて冷却風と熱交換した後、出口ヘッダタンク８で集められて外部へ排出される。
【００１６】
図２は第１の実施形態における冷媒の流れ方向と温度との関係を示す模式図である。上述のような経路で冷媒が循環する熱交換器１では、図２に示すように、まず第２コア２で冷媒と冷却風との間で熱交換が行なわれ、その後に第１コア３で冷媒と冷却風との間で熱交換が行なわれる。このとき、第２コア２を通過した冷却風は温度が上昇しているが、第１コア３を流れる冷媒の温度はさらに高いので第２コア２を通過して温度の上昇した冷却風であっても第１コア３を流れる冷媒との温度差が十分あるため冷媒を冷却することができる。
【００１７】
さらに、冷媒通路６を設けて第１コア３の右端から第２コア２の左端へ冷媒を流すようにしたので、第２コア２と第１コア３における冷媒の流れ方向を同一にすることができる。これによって、コアの右端から左端までの全領域にわたって前後のコアを流れる冷媒と冷却風とに温度差を確保することができ、冷却性能を向上させることができる。したがって、従来の熱交換器のように、冷媒をターンさせた領域（図５の領域Ａ）において前後のコアにおける冷媒温度が同一になり、冷却風との温度差が少なくて熱交換がスムーズに行なわれなくなることを防止できる。
【００１８】
このように本実施形態の熱交換器１では、冷却風の流れる方向に対して前後にコアを設け、冷却風の下流側となるコアを流れた冷媒を上流側となるコアの冷媒入口側に戻すことにより、各コアにおける冷媒の流れ方向が同一となるようにしたので、前後のコアを流れる冷媒の温度差を確保することができ、これによって冷却風との間に十分な温度差を設けることができるため十分な熱交換が行なわれて冷却性能を向上させることができる。
【００１９】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図３は本実施形態に係る熱交換器の構造を示す斜視図である。
【００２０】
図３に示すように、本実施形態の熱交換器３１は、第２コア２の一部を冷媒通路３２として利用したことが第１の実施形態と異なっており、その他の構成は第１の実施形態と同様なので詳しい説明は省略する。
【００２１】
本実施形態では、出口ヘッダタンク５の端部を閉鎖するヘッダキャップ１１と、入口ヘッダタンク７の端部を閉鎖するヘッダキャップ１２との間を冷媒通路３２で連通している。これにより、第１コア３を流下してから出口ヘッダタンク５に流入した冷媒を、第２コア２の上部にある冷媒通路３２を冷却風方向に見て右端から左端へ流して入口ヘッダタンク７へ流入させている。この例では、冷媒通路３２の断面積を小さくし過ぎると冷媒による抵抗が大きくなるので、前後のコア面積や冷媒の流通量等に応じて適宜に設定する必要がある。
【００２２】
次に、このように構成された熱交換器３１における冷媒の流れについて説明する。
【００２３】
まず、冷媒は入口ヘッダタンク４へ流入し、ここで第１コア３を構成する複数の扁平チューブ９に分配されて第１コア３へ流入する。そして、第１コア３を流れて冷却風と熱交換した後に出口ヘッダタンク５で集められ、その上部に設けられたヘッダキャップ１１から冷媒通路３２を通って第２コア２の入口ヘッダタンク７の上部に設けられたヘッダキャップ１２へ流入する。さらに、入口ヘッダタンク７から第２コア２を構成する複数の扁平チューブ９に分配されて第２コア２へ流入する。この冷媒は第２コア２を通過する間に冷却風と熱交換した後に出口ヘッダタンク８で集められて外部に排出される。
【００２４】
このように本実施形態の熱交換器３１では、第１コア３の出口ヘッダタンク５の端部を閉鎖するヘッダキャップ１１と、第２コア２の入口ヘッダタンク７の端部を閉鎖するヘッダキャップ１２との間を冷媒通路３２で連通するようにしたので、２つのコア間のスペースを有効に利用しつつ、第１コア３を流れた冷媒を第２コア２の冷媒入口側へ戻して第２コア２と第１コア３における冷媒の流れ方向を同一にすることができ、これによって配管スペースを増やすことなく、冷却性能を向上させることができる。
【００２５】
また、他の構成例として、図４に示すように、入口ヘッダタンク４、７及び出口ヘッダタンク５、８をそれぞれ１つのキャップ１３で連結するようにしてもよい。このヘッダキャップ１３は隣接するヘッダタンク同士を連結するタンク連結部材とキャップとの兼用部品として構成されている。そして、一方のヘッダタンク側が閉鎖され、冷媒通路３２と接続するヘッダタンク側に冷媒通路３２とタンク内部とを連通する開口部が形成されている。このように、１つのヘッダキャップで隣接するヘッダタンク同士を連結することにより、部品数の削減が可能となる。
【００２６】
さらに、他の構成例として、図５に示すように、出口ヘッダタンク５と出口ヘッダタンク８とを一体化し、内部に仕切り壁を設けた構造の出口ヘッダタンク２１としてもよい。この場合も、別体として構成された入口ヘッダタンク４、７及び一体化された出口ヘッダタンク２１のヘッダキャップとしてヘッダキャップ１３を用いることができる。このように、出口ヘッダタンクを一体化した場合には、２つのコア２、３を出口ヘッダタンク２１で連結し、炉内で同時にロウ付け接合することができるので、製造工数の削減が可能となる。
【００２７】
以上、本発明の熱交換器について、図示した実施形態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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱交換器の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る熱交換器における冷媒の流れ方向と温度との関係を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る熱交換器の構造を示す斜視図である。
【図４】隣接するヘッダタンクを１つのキャップで連結した場合の構成を示す斜視図である。
【図５】出口ヘッダタンクを一体化した場合の構成を示す斜視図である。
【図６】従来の熱交換器の構造を説明するための斜視図である。
【図７】従来の熱交換器における冷媒の流れ方向と温度との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、３１  熱交換器
２  第２コア
３  第１コア
４、７  入口ヘッダタンク
５、８  出口ヘッダタンク
６、３２  冷媒通路
９  扁平チューブ
１０  フィン
１３  ヘッダキャップ
３３  仕切り板
【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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