(57)【要約】【課題】放熱性能を低下させることなしにオイルの滞留をなくしハンチングを防止することができる熱交換器を提供する。【解決手段】第１ヘッダタンク４０の風下側から上方に向けて冷媒を流し、第２ヘッダタンク５０でＵターンさせ、風上側から下方に向けて冷媒を流すように構成した。第２ヘッダタンク５０や第１熱交換器コア２０の内部に滞留するオイルを冷媒とともに下方向に流すことができる。また、１パスに比べて熱交換領域が大きくなるとともに、冷媒のターンが容易になるため３パスに比べて通路抵抗を低減することできる。したがって、放熱性能を低下させることなしにオイルの滞留をなくしハンチングを防止することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調用の冷媒を冷却風により冷却する熱交換器であって、
冷却風の流れ方向に対して前後に配置された第１熱交換器コア（２０）、第２熱交換器コア（３０）と、
独立した２つのタンク部（４３、４４）を備え、冷却風の風下側となるタンク部（４３）が前記第２熱交換器コア（３０）の冷媒入口側と連通し、風上側となるタンク部（４４）が前記第１熱交換器コア（２０）の冷媒出口側と連通するとともに、前記風下側となるタンク部（４３）から冷媒を導入し、前記風上側となるタンク部（４４）から冷媒を排出する、下方に設けられた第１ヘッダタンク（４０）と、
前記第２熱交換器コア（３０）の冷媒出口側および前記第１熱交換器コア（２０）の冷媒入口側とそれぞれ連通し、前記第２熱交換器コア（３０）を通過した冷媒を前記第１熱交換器コア（２０）側に流入させる、上方に設けられた第２ヘッダタンク（５０）と、
を備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器において、独立した２つのタンク部（４３、４４）を、冷却風の流れ方向から見て前後に分離して配置したことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか一項に記載の熱交換器において、独立した２つのタンク部（４３、４４）の間に長手方向に沿ってスリット（４１ａ、４２ａ）を設け、前記２つのタンク部（４３、４４）を少なくとも一箇所で連結したことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器の風下側に、エンジン冷却水を冷却するラジエータ（７０）を設けて一体化したことを特徴とする一体型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両用の空調装置として用いられる熱交換器に関し、詳しくは一体型コンデンサ・ラジエータ（以下、適宜にＵＣＲ）に適した熱交換器の構造に関する。
【０００２】
なお以下の説明においては、ＣＯ２冷媒に対応した一体型ガスクーラ・ラジエータについてもＵＣＲという。
【背景技術】
【０００３】
一般に、自動車の前部に設けられたエンジンルーム内には、車両駆動用のエンジンを始めとして、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータや、空調装置の冷媒を冷却して凝縮させるコンデンサ（ガスクーラ）等の熱交換器、冷却ファン等が搭載されている。このうち、コンデンサとラジエータはエンジンルーム内において、コンデンサが風上側、ラジエータが風下側に位置するように近接して前後に配置されている。また、コンデンサとラジエータとを一つに組み合わせた一体型コンデンサ・ラジエータも普及しつつある。
【０００４】
ところで、空調装置の冷凍サイクルには冷媒とコンプレッサ潤滑用のオイルとが循環している。この冷凍サイクルにおいて、冷媒を凝縮するコンデンサ内部に液冷媒やオイルが滞留すると一時的に冷媒通路が狭くなるため冷媒圧力が高まる。そして、この圧力が一定圧力以上になると滞留していたオイルが冷媒により押し流されて圧力は低下する。冷凍サイクルの稼動中にこのような冷媒圧力の上昇、下降が繰り返されると冷凍サイクルのハンチングを引き起こし、それに伴って空調空気の温度も変動してしまうという不具合を生じる。とくに冷媒を縦方向に流す縦流れタイプのコンデンサではオイルの滞留によるハンチングが起こりやすい傾向があり、オイルを流れやすくするためには横流れタイプとすることが望ましい。
【０００５】
上述したＵＣＲでは、フィン共通化のため、コンデンサと同じくラジエータの流れも横流れとしている。しかし、ラジエータでは冷却通路内に残る空気のエア抜きや、および熱交換の通風面積を稼ぐために、縦流れタイプとすることが望ましい。また、ラジエータは、車体前部のクロスメンバーの間にレイアウトするので、横流れタイプの場合は、冷却風の流れないクロスメンバーを避けて熱交換部を配置するため、ラジエータの通風面積が小さくなる。このため厚みを増やして対応しているが、これではエンジンルーム内のスペースを有効に活かせなくなってしまう。
【０００６】
そこで、横流れタイプのコンデンサと、縦流れタイプのラジエータとを組み合わせた熱交換器が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、縦流れタイプのコンデンサに関して、連通するチューブエレメント同士を膨出状のヘッダーで連通接続させるようにした熱交換器が提案されている（特許文献２参照）。同じく縦流れタイプのコンデンサに関して、熱交換領域を３パスとし、冷媒が上向き流れとなるパスの通路面積やインナーフィンの通路抵抗を小さくして流速を高め、オイルを排出しやくするようにしたものが提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−３１１５９７号公報
【特許文献２】特開平７−３３２８９０号公報
【特許文献３】特開平１０−２２０９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の熱交換器では、コンデンサとラジエータのフィン方向が異なるため、ＵＣＲとして構成した場合には部品の一体化や構造の簡素化を図ることができず、低コスト化が難しいものとなる。また、上記特許文献２に記載の熱交換器では、１パスであればオイルの滞留による影響は少ないが、その場合には、コンデンサの冷媒入口から冷媒出口までの距離が短くなるため、放熱性能の低下が懸念される。さらに、上記特許文献３に記載のコンデンサでは、パスの通路面積調整やインナーフィンの通路抵抗調整により流速を調整しているため、製品仕様や使用状況によっては冷媒の通路抵抗が上がってしまうことが考えられる。
【０００９】
この発明の目的は、放熱性能を低下させることなしにオイルの滞留によるハンチングを防止することができる熱交換器と、上記目的に加えてＵＣＲとして構成した場合に低コスト化を図ることができる一体型熱交換器とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に係わる熱交換器は、空調用の冷媒を冷却風により冷却する熱交換器であって、冷却風の流れ方向に対して前後に配置された第１熱交換器コア、第２熱交換器コアと、独立した２つのタンク部を備え、冷却風の風下側となるタンク部が前記第２熱交換器コアの冷媒入口側と連通し、風上側となるタンク部が前記第１熱交換器コアの冷媒出口側と連通するとともに、前記風下側となるタンク部から冷媒を導入し、前記風上側となるタンク部から冷媒を排出する、下方に設けられた第１ヘッダタンクと、前記第２熱交換器コアの冷媒出口側および前記第１熱交換器コアの冷媒入口側とそれぞれ連通し、前記第２熱交換器コアを通過した冷媒を前記第１熱交換器コア側に流入させる、上方に設けられた第２ヘッダタンクとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係わる熱交換器は、請求項１において、独立した２つのタンク部を、冷却風の流れ方向から見て前後に分離して配置したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係わる熱交換器は、請求項１又は２のいずれか一項において、独立した２つのタンク部の間に長手方向に沿ってスリットを設け、前記２つのタンク部を少なくとも一箇所で連結したことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係わる一体型熱交換器は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器の風下側に、エンジン冷却水を冷却するラジエータを設けて一体化したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、第１ヘッダタンクの風下側から上方に向けて冷媒を流し、第２ヘッダタンクでターンさせ、風上側から下方に向けて冷媒を流すようにしたので、ヘッダタンクや熱交換器コアの内部のオイルを冷媒とともに下方向に流すことができる。したがって、冷凍サイクルの稼動中に冷媒圧力が上昇、下降することがなく、ハンチングを抑えることができるため、空調空気の温度を一定に保つことが可能となる。
【００１５】
また、冷媒の通路が２パスとなるため、１パスに比べて熱交換領域が大きくなるとともに、冷媒のターンが容易になるため３パスに比べて通路抵抗を低減することができる。このため、縦流れタイプの熱交換器でありながら、放熱性能を低下させることなしにオイルの滞留を防止し、ハンチングを防止することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、第１ヘッダタンクの風下側となるタンク部に導入された冷媒の熱が、第１熱交換器コアから第２熱交換器コアを通過する間に冷却風と熱交換して低温となった冷媒に伝わることがないので、熱交換効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、高温の冷媒が導入される風下側のタンク部から低温の冷媒が排出される風上側のタンク部側へ熱がより伝わりにくくなるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、縦流れタイプのラジエータと組み合わせることにより、部品の一体化や構造の簡素化を図ることができるため、低コスト化を実現することができる。また、車体のクロスメンバー間にレイアウトした場合でも、上下のヘッダタンクをクロスメンバーの裏側に配置することができるため、横流れタイプのラジエータのように通風面積が小さくならず、また厚みを増やす必要もないので、エンジンルーム内のスペースを有効に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係わる熱交換器および一体型熱交換器の実施形態について説明する。ここでは、本発明に係わる熱交換器をＣＯ２を冷媒とする縦流れタイプのガスクーラに適用した例について説明する。
【００２０】
図１は本実施形態に係わるガスクーラの斜視図、図２は図１の縦断面図である。本実施形態に係わるガスクーラ１０は、図１に示すように、内部を流通する冷媒と冷却風６０との間で熱交換を行う第１熱交換器コア２０、第２熱交換器コア３０と、これら第１熱交換器コア２０、第２熱交換器コア３０の上下端部に接合された第１ヘッダタンク４０、第２ヘッダタンク５０とを備えている。
【００２１】
第１熱交換器コア２０、第２熱交換器コア３０は、内部に冷媒通路となる図示せぬチューブ穴が複数形成された多穴管構造のチューブ２１と、波形に成形された冷却用のフィン２２とを交互に積層した構造となっている。そして、冷却風６０の流れ方向に対して第１熱交換器コア２０、第２熱交換器コア３０の順に前後に配置されている。
【００２２】
第１ヘッダタンク４０は、図２に示すように第１、第２熱交換器コア２０、３０の下方に配置され、２つのプレート４１、４２とを重ね合わせてロウ付け接合したもので、内部には冷媒の流通路となる断面略半円形の第１タンク部４３、第２タンク部４４が形成されている。これら第１タンク部４３、第２タンク部４４は第１ヘッダタンク４０本体の中央部で仕切られており、内部で連通しない独立したタンク部として構成されている。なお、第１タンク部４３には冷媒供給パイプが、また第２タンク部４４には冷媒排出パイプがそれぞれ接続されている（いずれも図示を省略）。
【００２３】
この第１ヘッダタンク４０のうち、冷却風６０の流れ方向から見て風下側となる第１タンク部４３は第２熱交換器コア３０の冷媒入口側と連通し、風上側となる第２タンク部４４が第１熱交換器コア２０の冷媒出口側と連通している。これによって、冷媒は風下側となる第１タンク部４３から導入され、風上側となる第２タンク部４４から排出されることになる。
【００２４】
第２ヘッダタンク５０は、図２に示すように、第１熱交換器コア２０、３０の上方に配置され、２つのプレート５１、５２とを重ね合わせてロウ付け接合したもので、内部には冷媒の流通路となる断面略半円形の第１タンク部５３、第２タンク部５４が形成されている。これら第１タンク部５３、第２タンク部５４の間には連通路５５が形成されており、両タンク部は内部で連通するように構成されている。
【００２５】
この第２ヘッダタンク５０のうち、第１タンク部５３は第２熱交換器コア３０の冷媒出口側と連通し、第２タンク部５４は第１熱交換器コア２０の冷媒入口側と連通している。これにより、第２熱交換器コア３０を通過した冷媒は第２ヘッダタンク５０の第１タンク部５３から連通路５５を経て第２タンク部５４へ流れ込み、さらに第１熱交換器コア２０へ流入することになる。
【００２６】
上記のように構成されたガスクーラ１０において、第１ヘッダタンク４０の第１タンク部４３から導入された冷媒は、第２熱交換器コア３０のチューブ穴２１ａ（図２参照）を上向きに流れて第２ヘッダタンク５０の第１タンク部５３へ流れ込む。そして、冷媒は連通路５５から第２タンク部５４へ流れ込み、さらに第１熱交換器コア２０のチューブ穴２１ａを下向きに流れて第１ヘッダタンク４０の第２タンク部４４へ流れ込み、ここから外部に排出される。この間、冷媒が各熱交換器コアを通過した際に、冷媒の流れ方向と直交する方向から流れる冷却風６０との間で熱交換が行われる。
【００２７】
図３は、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍サイクルの作用を示すｐ−ｈ線図であり、冷房時のサイクルバランスを表している。図３において、臨界点以上となっている高圧側の（ａ−ｂ）の区間がガスクーラでの変化を示している。外気温度が４０℃等の高負荷時においては、冷媒はガスクーラ１０の出口付近でもガス状態であり、縦流れでも流速の早い状態を保つことができるため、オイルの滞留を生じることはない。一方、外気温度が１５℃等の低負荷時においては、冷媒は凝縮するため液冷媒となる。しかし、冷媒は１パス目（第２熱交換器コア３０）を通過する際はガス状態であり流速の早い状態であるのでオイルを排出しやすく、また２パス目（第１熱交換器コア２０）では下方向に向けての流れとなり、液冷媒は自重により下方に流れるため、オイルを容易に排出することができるので滞留させることがない。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の構成によれば、第１ヘッダタンク４０の風下側から上方に向けて冷媒を流し、第２ヘッダタンク５０でＵターンさせ、風上側から下方に向けて冷媒を流すようにしたので、第２ヘッダタンク５０や第１熱交換器コア２０の内部にオイルを冷媒とともに滞留させずに下方向に流すことができる。したがって、冷凍サイクルの稼動中に冷媒圧力が上昇、下降することがなく、ハンチングを抑えることができるため、空調空気の温度を一定に保つことが可能となる。
【００２９】
また、本実施形態の構成では冷媒の通路を２パスとしているため、１パスに比べて熱交換領域が大きくなるとともに、冷媒のターンが容易になるため３パスに比べて通路抵抗を低減することできる。このため、縦流れタイプのガスクーラでありながら、放熱性能を低下させることなしにオイルの滞留によるハンチングを防止することができる。
【００３０】
また、冷媒を第１ヘッダタンク４０の風下側（第１タンク部４３）から導入するようにしたので、第１、第２熱交換器コアを通過した冷却風の吹き返しが生じても、冷媒との温度差を大きくすることができるため、放熱性能に与える影響を少なくすることができる。
【００３１】
また、第１タンク部４３および第２タンク部４４は、冷却風の流れ方向から見て前後に分離して配置されているため、第１ヘッダタンク４０の第１タンク部４３に導入された冷媒の熱が、第１熱交換器コア２０から第２熱交換器コア３０を通過する間に冷却風と熱交換して低温となった冷媒に伝わることがないので、熱交換効率を向上させることができる。
【００３２】
また、図２に示すように、第１タンク部４３および第２タンク部４４を構成するプレート４１、４２の中央部分に長手方向に沿ってスリット４１ａ、４２ａを設け、これら２つのタンク部４３、４４を少なくとも一箇所（好ましくは複数箇所）で連結するようにしてもよい。このようなスリット４１ａ、４２ａを設けることにより、高温の冷媒が導入される第１タンク部４３から低温の冷媒が排出される第２タンク部４４側へ熱がより伝わりにくくなるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００３３】
さらに、上記のようなスリット４１ａ、４２ａを設けた場合には、図２に示すように、第１タンク部４３と第２タンク部４４との間を覆うように遮蔽部材４５を貼り付けるようにしてもよい。このような遮蔽部材４５を設けることにより、風上側の第１熱交換器コア２０を通過した冷却風がスリット４１ａ、４２ａから下方に抜けてしまうのを防ぐことができるので、スリット４１ａ、４２ａによる熱交換効率の低下を抑えることができる。なお、遮蔽部材４５としては、第１タンク部４３から第２タンク部４４側へ熱が伝わりにくくするため、熱伝導率の低い樹脂材料を用いる。
【００３４】
また、本実施形態のガスクーラ１０は、図４に示すように、ラジエータと一体化してＵＣＲとして構成することもできる。図４は、ガスクーラ１０の風下側に縦流れタイプのラジエータ７０を設けて一体化したＵＣＲ１００の縦断面図を示している。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態のガスクーラ１０は、縦流れタイプのラジエータ７０と組み合わせることにより、部品の一体化や構造の簡素化を図ることができるため、低コスト化を実現することができる。また、車体のクロスメンバー間にレイアウトした場合でも、横流れタイプのラジエータのように通風面積が小さくならず、また厚みを増やす必要もないので、エンジンルーム内のスペースを有効に活用することができる。これによれば、エンジンの冷却能力を向上し、かつ横流れタイプのラジエータに比べてコンパクト化を図ることができる。しかも、エンジン冷却水の液量も少なくすることができるので、車両の軽量化にも貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係わるガスクーラの斜視図。
【図２】図１の縦断面図。
【図３】ＣＯ２冷媒を用いた冷凍サイクルの作用を示すｐ−ｈ線図。
【図４】実施形態のガスクーラをＵＣＲとして構成した場合の断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０…ガスクーラ
２０…第１熱交換器コア
２１…チューブ
２１ａ…チューブ穴
２２…フィン
３０…第２熱交換器コア
４０…第１ヘッダタンク
４３…第１タンク部
４４…第２タンク部
５０…第２ヘッダタンク
５３…第１タンク部
５４…第２タンク部
５５…連通路
６０…冷却風
７０…ラジエータ
１００…ＵＣＲ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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