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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024103300
(43)【公開日】2024-08-01
(54)【発明の名称】熱交換器および車両用空調装置
(51)【国際特許分類】
   F28F 9/26 20060101AFI20240725BHJP
   B60H 1/22 20060101ALI20240725BHJP
【FI】
F28F9/26
B60H1/22 651B
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023007565
(22)【出願日】2023-01-20
(71)【出願人】
【識別番号】000001845
【氏名又は名称】サンデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112689
【弁理士】
【氏名又は名称】佐原 雅史
(74)【代理人】
【識別番号】100128934
【弁理士】
【氏名又は名称】横田 一樹
(74)【代理人】
【識別番号】100166833
【弁理士】
【氏名又は名称】白石 直子
(72)【発明者】
【氏名】金子 智
【テーマコード(参考)】
3L065
3L211
【Fターム(参考)】
3L065FA19
3L211AA10
3L211AA11
3L211BA52
3L211DA28
(57)【要約】
【課題】 高効率の熱交換が可能であり、部品点数を削減に伴うコストの削減、また省スペース化が可能であるとともに、装置外装(ケース)の破損を防止可能な熱交換器およびそれを備えた車両用空調装置を提供する。
【解決手段】 熱交換器10は、内部に第1熱媒体m1が流れる複数の熱交換コア11と、仕切り部30Pにより内部が複数の収容室30に区画されたケース3と、を備え、仕切り部30Pを介して隣り合う収容室30のそれぞれに熱交換コア11が収容され、収容室30はそれぞれ内部に第2熱媒体m2が流通し、該第2熱媒体m2と第1熱媒体m1との間で熱交換を行うように構成され、収容室30はそれぞれに第2熱媒体m2の流入口36と流出口37を有し、該収容室30内に第2熱媒体m2を流通させて第2熱媒体m2と第1熱媒体m1との間で熱交換を行うように構成され、それぞれの収容室30の内部において第2熱媒体m2の下流側の流路Fdは、仕切り部30Pから遠い位置に設けられる。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に第1熱媒体が流れる複数の熱交換コアと、
仕切り部により内部が複数の収容室に区画されたケースと、を備え、
前記仕切り部を介して隣り合う収容室のそれぞれに前記熱交換コアが収容され、
前記収容室はそれぞれ内部に第2熱媒体が流通し、該第2熱媒体と前記第1熱媒体との間で熱交換を行うように構成され、
前記収容室はそれぞれに前記第2熱媒体の流入口と流出口を有し、該収容室内に該第2熱媒体を流通させて該第2熱媒体と前記第1熱媒体との間で熱交換を行うように構成され、
それぞれの前記収容室の内部において前記第2熱媒体の下流側の流路は、該第2熱媒体の上流側の流路よりも前記仕切り部から遠い位置に設けられる、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
前記隣り合う収容室のそれぞれの内部において前記第2熱媒体の上流側の流路は、前記仕切り部に近い位置に設けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記隣り合う収容室において、それぞれの前記流入口は前記仕切り部から近い位置に設けられ、それぞれの前記流出口は、該仕切り部から遠い位置に設けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記隣り合う収容室において、それぞれの前記流入口間の距離より前記流出口間の距離が大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記隣り合う収容室をそれぞれ流れる前記第2熱媒体の下流側における温度差は上流側における温度差より大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記隣り合う収容室の一方に加熱器として機能する前記熱交換コアを収容し、他方に冷却器として機能する前記熱交換コアを収容した、
ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
【請求項7】
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の熱交換器を有する車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換器および車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、内側を冷媒が流れるように構成された内部部材と、内部部材を収容する容器であって、内部部材の周囲の空間を冷却水が流れるように構成されたケースと、を備える熱交換器が知られている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の熱交換器は、車両に搭載されるものであり、当該車両を循環する冷媒と冷却水との間で熱交換を行うための熱交換器として構成され、一つの直方体のケースに一つの内部部材が収容されている。
【0003】
また、熱交換器において、凝縮部と蒸発部をヘッダタンクにより組み付ける構成が知られている(例えば、特許文献2参照。)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2020-85340号公報
【特許文献2】特開2020-46101号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、例えば車両用空調装置などにおいては、第1熱媒体(例えば、冷媒)と第2熱媒体(例えば、冷却水など)を熱交換する箇所は複数存在する。このため、特許文献1に記載のような熱交換器をそれぞれ必要な複数箇所に配置すると、部品点数(特に、ケース)の増加に伴うコストアップ、およびスペースの増加などの問題が生じる。
【0006】
また、車両用空調装置の省スペース化を検討する場合、例えば特許文献2に記載の技術のように、熱交換器を構成する凝縮部と蒸発部を近接配置、又は一体化する方法も考えられる。しかしながらこの場合、両者を流れる熱媒体の温度差が大きいため、他の部品(例えば、外装、ケース等)に悪影響を及ぼす恐れがある。特に、熱交換器の外装(ケース)を樹脂材料などにより構成する場合、熱媒体に温度差があることに起因する熱歪みが生じ、ケースが破損する問題がある。
【0007】
そこで本発明は、高効率の熱交換が可能であり、部品点数を削減に伴うコストの削減、また省スペース化が可能であるとともに、装置外装(ケース)の破損を防止可能な熱交換器およびそれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、内部に第1熱媒体が流れる複数の熱交換コアと、仕切り部により内部が複数の収容室に区画されたケースと、を備え、前記仕切り部を介して隣り合う収容室のそれぞれに前記熱交換コアが収容され、前記収容室はそれぞれ内部に第2熱媒体が流通し、該第2熱媒体と前記第1熱媒体との間で熱交換を行うように構成され、前記収容室はそれぞれに前記第2熱媒体の流入口と流出口を有し、該収容室内に該第2熱媒体を流通させて該第2熱媒体と前記第1熱媒体との間で熱交換を行うように構成され、それぞれの前記収容室の内部において前記第2熱媒体の下流側の流路は、該第2熱媒体の上流側の流路よりも前記仕切り部から遠い位置に設けられる、ことを特徴とする熱交換器に係るものである。
【0009】
また、本発明は、上記の熱交換器を備えた車両用空調装置に係るものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、高効率の熱交換が可能であり、部品点数を削減に伴うコストの削減、また省スペース化が可能であるとともに、装置外装(ケース)の破損を防止可能な熱交換器およびそれを備えた車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の実施形態に係る車両用空調装置を示す模式図である。
図2】本実施形態に係る熱交換器を模式的に示す平面図である。
図3】本実施形態に係る熱交換器を模式的に示す平面図である。
図4】本実施形態に係る熱交換器の斜視図である。
図5】本実施形態に係る熱交換コアの斜視図である。
図6】本実施形態に係る熱交換器の変形例を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。また、各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、各図において、部材の大きさ、形状、厚み等を適宜誇張して表現する。
【0013】
図1は、本発明の実施形態に係る熱交換器10を備える車両用空調装置100の主要な構成の一例を示す概略模式図である。本発明の熱交換器10は、第1熱媒体m1と第2熱媒体m2を熱交換する様々な装置に適用可能であるが、その一例として、車両用空調装置100に用いることができる。第1熱媒体m1は例えば冷媒(例えば、R134aやR1234yf等のフロン系冷媒、COやR290等の自然系冷媒など)であり、第2熱媒体m2は、第1熱媒体m1とは異なる熱媒体(例えば、冷却水(LCCや水)、不凍液や冷却油など)である。なお、本実施形態では、冷媒とは、ヒートポンプ(圧縮・凝縮・膨張・蒸発)における状態変化を伴う冷媒回路Rの循環媒体をいう。一方、第2熱媒体m2は、例えば内燃機関やラジエータなどを含む熱媒体回路における循環媒体であって、冷媒のような状態変化を伴わずに熱の吸収と放熱を行う媒体をいうものとする。以下の説明において「冷媒」と称する構成は第1熱媒体m1に対応し、単に「熱媒体」と称する構成は第2熱媒体m2に対応する。
【0014】
本実施形態の車両用空調装置100は、内燃機関のみを動力とする車両に搭載されてもよいが、内燃機関のみを動力とする車両に比べて内燃機関の廃熱のみでは十分な熱量確保が難しいHEV(Hybrid Electric Vehicle)や、内燃機関の廃熱による暖房ができないEV(Electric Vehicle)等の車両に好適に用いられる。HEVやEVのような車両は、バッテリ(例えば、リチウム電池)が搭載され、外部電源からバッテリに充電された電力を、走行用のモータを含むモータユニットに供給することで駆動し、走行する。車両用空調装置100も、バッテリから供給される電力によって駆動する。
【0015】
<全体構成>
図1に示すように本実施形態に係る車両用空調装置100は例えば、小矢印で示す冷媒(第1熱媒体)m1が循環する冷媒回路Rと、大矢印で示す熱媒体(第2熱媒体)m2が循環する第1熱媒体回路5と、熱媒体(第2熱媒体)m2が循環する第2熱媒体回路6を含み、冷媒回路Rを用いたヒートポンプ運転を行うことにより車室内の空調を行う。
【0016】
第1熱媒体回路5は例えば、冷媒回路Rを流れる高温の冷媒m1と熱交換を行う、熱媒体m2が循環する高温側の熱媒体回路である。第2熱媒体回路6は例えば、冷媒回路Rを流れる低温の冷媒m1と熱交換を行う、熱媒体m2が循環する低温側の熱媒体回路である。本実施形態では説明の便宜上、第1熱媒体回路5を高温側熱媒体回路5と称し、第2熱媒体回路6を低温側熱媒体回路6と称する。
【0017】
一例として、高温側熱媒体回路5と低温側熱媒体回路6は配管でつながれており、流れる熱媒体m2は同種となる。しかしながらこれに限らず、高温側熱媒体回路5と低温側熱媒体回路6は配管でつながれていない独立回路であってもよく、その場合、それぞれの熱媒体回路に流れる熱媒体m2は異種であってもよい。
【0018】
<冷媒回路>
冷媒回路Rは、圧縮機1と、熱交換器10と、膨張機構4などが配管(冷媒配管)70により接続されて構成されている。圧縮機1は、冷媒回路Rにおける上流側から冷媒m1を吸入して圧縮し、冷媒m1を高温高圧のガスとして下流側に向けて吐出する。圧縮機1の形式は特に限定されるものではないが、例えばピストン式やスクロール式の電動コンプレッサが採用される。図示は省略するが、冷媒回路Rにおいて圧縮機1の上流側には、冷媒m1からの液分離を行うアキュムレータが設けられている。冷媒回路Rは、圧縮機1によって高温高圧のガスとなった冷媒m1を第1熱交換器10Aに通過させて冷媒m1から放熱させ、冷媒m1を冷却する。第1熱交換器10Aを通過した冷媒m1を、膨張機構4で減圧させ、第2熱交換器10Bを通過させて吸熱させる。そして低圧となっている冷媒m1を再び圧縮機1で圧縮する。この循環を繰り返す。
【0019】
<熱交換器>
本実施形態の熱交換器10は、第1熱交換器10Aと第2熱交換器10Bを含む。第1熱交換器10Aは例えば高温側熱媒体回路5を流れる熱媒体m2と、冷媒回路Rを流れる冷媒m1の間で熱交換を行う。第2熱交換器10Bは例えば低温側熱媒体回路6を流れる熱媒体m2と、冷媒回路Rを流れる冷媒m1との間で熱交換を行う。
【0020】
<第1熱交換器>
第1熱交換器10Aは、冷媒流路CAと熱媒体流路WAを有する冷媒-熱媒体熱交換器であり、冷媒流路CAが冷媒回路Rに接続し、熱媒体流路WAが高温側熱媒体回路5に接続する。この例では第1熱交換器10Aの冷媒流路CAは、冷媒回路Rの一部を構成し、冷媒回路Rにおいて冷媒m1の放熱器(加熱器、凝縮器)として機能する。また第1熱交換器10Aの熱媒体流路WAは高温側熱媒体回路5の一部を構成し、高温側熱媒体回路5において熱媒体m2の吸熱器として機能する。
【0021】
<第2熱交換器>
第2熱交換器10Bは、冷媒流路CBと熱媒体流路WBを有する冷媒-熱媒体熱交換器であり、冷媒流路CBが冷媒回路Rに接続し、熱媒体流路WBが低温側熱媒体回路6に接続する。第2熱交換器10Bの冷媒流路CBは、冷媒回路Rの一部を構成し、冷媒回路Rにおいて冷媒m1の吸熱器(冷却器、蒸発器)として機能する。また第2熱交換器10Bの熱媒体流路WBは低温側熱媒体回路6の一部を構成し、低温側熱媒体回路6において熱媒体m2の放熱器として機能する。
【0022】
<膨張機構>
膨張機構4は、膨張弁やキャピラリチューブ等によって構成され、第1熱交換器10Aを通過した高圧の冷媒m1を減圧、膨張させて低圧の冷媒m1とする。
【0023】
<第1熱媒体回路>
第1熱媒体回路(高温側熱媒体回路)5は、例えば冷媒回路Rの冷媒m1と熱交換が可能な熱媒体m2が循環する回路であり、例えば、循環ポンプ51,第1熱交換器10Aなどが配管(熱媒体配管)71により接続される。第1熱媒体回路5は例えば、不図示の室内熱交換器(例えば、HVAC(Heating Ventilation and Air-Conditioning)ユニットの放熱器など)を経由して熱媒体m2が循環する。
【0024】
<第2熱媒体回路>
第2熱媒体回路(低温側熱媒体回路)6は、冷媒回路Rの冷媒m1と熱交換可能な熱媒体m2が循環する回路であり、例えば、循環ポンプ61,第2熱交換器10Bなどが配管(熱媒体配管71)により接続される。第2熱媒体回路6は例えば、不図示の温調機器(例えば、バッテリーやモーターなど)に設けた熱交換部を経由して熱媒体m2が循環する。
【0025】
図2および図3を参照して本実施形態の熱交換器10について説明する。図2および図3は、本実施形態の熱交換器10の概略構成を示す平面模式図である。図3は、図2に示す構成において、第1収容室30Aおよび第2収容室30Bのそれぞれにおける第2熱媒体m2の流路(白抜き矢印で示す)を模式的に示す図であり、第1熱交換コア11A,第2熱交換コア11Bの図示は省略している。
【0026】
本実施形態の説明においては、上下等の記載を用いるが、上下等の記載は図面における各構成の相対的な関係を示すために便宜的に用いたものである。つまり熱交換器10が図示した状態と上下逆に設置されれば、本実施形態で記載する上方が設置時の下方になる。また、熱交換器10を横倒しに設置して使用すれば、上下方向が横方向になり、斜めに設置して使用すれば、上下方向が斜め上下方向となる。
【0027】
熱交換器10には、第1熱媒体(冷媒)m1と第2熱媒体(冷却水などの熱媒体)m2が流れるが、本実施形態では説明の便宜上、冷媒m1が流通する図示x方向を流通方向x、流通方向xに直角な図示y方向を幅方向y、流通方向xと幅方向yに直角なz方向を積層方向zと称して説明する。冷媒m1は、熱交換器10の内部において折り返すなど流通する方向が変化する場合もあるが、全体として流入側から流出側に向かう方向を流通方向xとする。なお、本願では、xyz方向は+方向と-方向を区別しない。
【0028】
図2を参照して、本実施形態の熱交換器10は、図1に示す回路上分離して示される第1熱交換器10Aと第2熱交換器10Bとが一体となった一つの装置として構成される。熱交換器10は、複数の熱交換コア11(ここでは、第1熱交換コア11Aおよび第2熱交換コア11B)と、1つのケース3を有する。詳細は後述するが、第1熱交換コア11Aは、冷媒m1の流入口34Aと流出口35Aと、その内部に形成される冷媒流路(図1における冷媒流路CA)を有する。第2熱交換コア11Bの構成、およびサイズは第1熱交換コア11Aと同様であり、第2熱交換コア11Bは、冷媒m1の流入口34Bと流出口35Bとその内部に形成される冷媒流路(図1における冷媒流路CB)を有する。これにより、第1熱交換コア11Aおよび第2熱交換コア11Bにはそれぞれの内部に冷媒m1が流れる。なお、本実施形態では一例として第2熱交換コア11Bの構成、およびサイズは第1熱交換コア11Aと同様としているが、これに限らず、第1熱交換コア11Aと第2熱交換コア11Bは構成および/またはサイズの異なる熱交換コアであっても良い。
【0029】
冷媒m1は、冷媒回路Rの循環中にその状態や温度が変化するが、第1熱交換コア11Aの内部においては高温の冷媒m1が流れる。以下、第1熱交換コア11Aを流通する高温の冷媒m1を高温冷媒mh1と称する。また、第1熱交換コア11Aの流入口34Aと流出口35Aを以下、高温冷媒流入口34Aおよび高温冷媒流出口35Aという。
【0030】
一方第2熱交換コア11Bの内部においては低温の冷媒m1が流れる。以下、第2熱交換コア11Bを流通する低温の冷媒m1を低温冷媒mc1と称する。また、第2熱交換コア11Bの流入口34Bと流出口35Bを以下、低温冷媒流入口34Bおよび低温冷媒流出口35Bという。
【0031】
ケース3は、全体が略六面体(例えば略直方体あるいは略立方体)形状であり、中空の内部空間を有する。詳細には、ケース3は積層方向zの両端が開放された略角筒状の本体部33と、本体部33の開放部分を覆う上側カバー部材と下側カバー部材(いずれも図1において不図示)を有する。ケース3は、例えば樹脂材料により構成される。
【0032】
図2図3に示すようにケース3の内部空間は、熱交換コア11が収容可能な収容室30とされる。具体的に、ケース3は複数の収容室30(ここでは、第1収容室30Aと第2収容室30B)を有する。ケース3はその内部空間も外形状に沿う略六面体形状(例えば略直方体形状)であるが、内部空間を二分する仕切り部30Pが設けられている。この仕切り部30Pも例えば樹脂材料により構成され、仕切り部30Pにより内部空間が第1収容室30Aと第2収容室30Bに区画されている。第1収容室30Aと第2収容室30Bはいずれも熱交換コア11が収容可能な形状・サイズを有している。第1収容室30Aに第1熱交換コア11Aが収容されて第1熱交換器10Aが構成される。また第2収容室30Bに第2熱交換コア11Bが収容されて第2熱交換器10Bが構成される。第1収容室30Aの内壁と第1熱交換コア11Aの外表面(この例では第1収容室30Aの内壁と対向する4面)の間は所定の隙間G1が確保され、第2収容室30Bの内壁と第2熱交換コア11Bの外表面(この例では第2収容室30Bの内壁と対向する4面)の間も所定の隙間G2が確保される。また第1収容室30Aの内壁と第1熱交換コア11Aの外表面は密着し、すなわち隙間G1の大きさは実質0(ゼロ)であってもよい。同様に、第2収容室30Bの内壁と第2熱交換コア11Bの外表面は密着し、すなわち隙間G2の大きさは実質0(ゼロ)であってもよい。
【0033】
一例として、ケース3、および第1収容室30A、第2収容室30Bは、それぞれ図2に示す積層方向zから見た平面視において流通方向xの長さが幅方向yの長さよりも長い矩形状(長方形状)である。つまり、平面視において第1収容室30Aは短辺部SS1と長辺部LS1を有し、第2収容室30Bも短辺部SS2と長辺部LS2を有する。そして両収容室30A,30Bは長辺部LS1,LS2が流通方向xに揃うように隣り合って配置される。また、第1収容室30Aの対向する短辺部SS1のうち一方は、仕切り部30Pにより構成され、第2収容室30Bの対向する短辺部SS2の一方と共有されている。つまり、第1収容室30Aと第2収容室30Bは仕切り部30Pを介して隣り合っている。
【0034】
ケース3の本体部33としては、対向する第1側面33Aおよび第2側面33Bと、対向する第3側面33Cおよび第4側面33Dを有する。一方の長辺部LS1,LS2により第1側面33Aが構成され、他方の長辺部LS1,LS2により第2側面22Bが構成される。また、一方の短辺部(ここでは短辺部SS1)により第4側面33Dが構成され、他方の短辺部(ここでは短辺部SS2)により第3側面33Cが構成される。
【0035】
複数の収容室30はそれぞれ熱媒体m2の流入口36(36A,36B)と流出口37(37A,37B)を備え、ケース3(第1収容室30A、第2収容室30B)の内部にはそれぞれ熱媒体m2が流れる。この例では、第2側面33B(第1収容室30Aの長辺部LS1)に、第1収容室30Aに連通する流入口36Aが設けられ、同じく第2側面33B(第2収容室30Bの長辺部LS2)に第2収容室30Bに連通する流入口36Bが設けられる。また、第4側面33D(第1収容室30Aの短辺部SS1)に第1収容室30Aに連通する流出口37Aが設けられ、第3側面33C(第2収容室30Bの短辺部SS2)に、第2収容室30Bに連通する流出口37Bが設けられる。
【0036】
この例では、第1収容室30Aには第1熱交換コア11Aが収容され、その内部に高温の第1熱媒体m1(高温冷媒mh1)が流れる。そして第1収容室30Aには、高温側熱媒体回路5を循環し、この高温冷媒mh1と熱交換する第2熱媒体m2が流れる。第2熱媒体m2は高温側熱媒体回路5の循環中に温度が変化するが、第1収容室30Aを流れる際には車両用空調装置100における高温側の第2熱媒体m2となっている。本実施形態では特に熱交換器10の説明においては、説明の便宜上、第1収容室30Aを流れる第2熱媒体m2を高温側熱媒体mh2と称する。また第1収容室30Aは、高温側熱媒体mh2が流れる高温側収容室であり、以下、第1収容室30Aの流入口36Aを高温側熱媒体流入口36Aといい、第1収容室30Aの流出口37Aを高温側熱媒体流出口37Aという。
【0037】
第2収容室30Bには第2熱交換コア11Bが収容される。第2熱交換コア11Bはその内部に低温の第1熱媒体m1(低温冷媒mc1)が流れる。そして第2収容室30Bには、低温側熱媒体回路6を循環し、この低温冷媒mc1と熱交換する第2熱媒体m2が流れる。この場合、第2収容室30Bを流れる第2熱媒体m2は、車両用空調装置100における低温側の第2熱媒体m2となっており、本実施形態では特に熱交換器10の説明において、低温側熱媒体mc2と称する。また第2収容室30Bは、低温側熱媒体mc2が流れる低温側収容室であり、以下、第2収容室30Bの流入口36Bを低温側熱媒体流入口36Bといい、第2収容室30Bの流出口37Bを低温側熱媒体流出口37Bという。
【0038】
高温側熱媒体流入口36Aから第1収容室30Aに流入した第2熱媒体m2(高温側熱媒体mh2)は、第1収容室30Aの内壁と第1熱交換コア11Aの間の隙間G1および第1熱交換コア11によって形成された隙間(後述する)を流路として高温側熱媒体流出口37Aに向かって流れ、第1熱交換コア11Aの内部を流れる第1熱媒体m1(高温冷媒mh1)との間で熱交換を行う。
【0039】
同様に、低温側熱媒体流入口36Bから第2収容室30Bに流入した第2熱媒体m2(低温側熱媒体mc2)は、第2収容室30Bの内壁と第2熱交換コア11Bの間の隙間G2,および第2熱交換コア11Bによって形成された隙間(後述する)を流路として低温側熱媒体流出口37Bに向かって流れ、第2熱交換コア11Bの内部を流れる第1熱媒体m1(低温冷媒mc1)との間で熱交換を行う。
【0040】
本実施形態の熱交換器10は、2つの熱交換コア11(11A,11B)を1つのケース3に収容する(ケース3を共通化できる)ため、それぞれの熱交換コア11を個別に(単独で)それぞれケースに収容する構成と比較して、部品点数の削減が可能となり、それに伴う低コスト化、および省スペース化が図れる。
【0041】
また、第1収容室30Aおよび第2収容室30Bは仕切り部30Pにより確実に区画され、それぞれに第1熱交換コア11Aおよび第2熱交換コア11Bを収容するため、第1熱交換コア11Aおよび第2熱交換コア11Bを異なる温調対象とすることができる。すなわち、所望の温度帯に温調された第2熱媒体m2をそれぞれ異なる温調対象(第1熱交換コア11A,第2熱交換コア11B)に供給することができる。
【0042】
具体的には、例えば第1熱交換コア11Aを、車両用空調装置100(冷媒回路R)において高温冷媒mh1が流れる高温側熱交換コア11Aとし、第2熱交換コア11Bを、車両用空調装置100(冷媒回路R)において低温冷媒mc1が流れる低温側熱交換コア11Bとしている。
【0043】
ここで、第1収容室30Aと第2収容室30Bは、仕切り部30Pにより確実に仕切られており、第1収容室30Aを流通する高温側熱媒体mh2と第2収容室30Bを流通する低温側熱媒体mc2が混在することはない。その反面、仕切り部30Pは一方の面が高温側熱媒体mh2と接触し、他方の面が低温側熱媒体mc2と接触する状態となっており、一つの(共通の)仕切り部30Pの両面において温度差が生じている状態となっている。この温度差が大きすぎると、特に仕切り部30Pやケース3が樹脂製の場合には、熱歪みが生じる恐れがある。
【0044】
本実施形態では熱媒体m2(高温側熱媒体mh2と低温側熱媒体mc2)の流路を工夫することにより、熱媒体m2の温度差によってケース3に生じる熱歪みを抑制している。以下これについて説明する。
【0045】
図3を参照して、第1収容室30Aにおける高温側熱媒体mh2の流路(高温流路F1)は、高温側熱媒体流入口36Aから高温側熱媒体流出口37Aに向かって流れる。高温側熱媒体mh2は、第1熱交換コア11Aによって区画される熱媒体流路WA(後述する)を通過し、実際には複雑な経路で流れるが、以下の説明では巨視的かつ模式的に、高温側熱媒体流入口36Aから高温側熱媒体流出口37Aに向かう経路として説明する。すなわち、高温流路F1は、高温側熱媒体流入口36Aから高温側熱媒体流出口37Aに向かい、全体としては略L字状に形成される。
【0046】
第2収容室30Bにおける低温側熱媒体mc2の流路(低温流路F2)も同様に、巨視的かつ模式的に説明すると、低温側熱媒体流入口36Bから低温側熱媒体流出口37Bに向かい、全体としては略L字状に形成される。
【0047】
そしてこの例では、高温流路F1の上流側(高温流路F1の中央より上流で特に上流端部を含む高温側熱媒体流入口36A近傍の領域、上流領域Fu1)よりも、高温流路F1の下流側(高温流路F1の中央より下流で特に下流端部を含む高温側熱媒体流出口37A近傍の領域、下流領域Fd1)の方が、仕切り部30Pから遠くなるように構成されている。
【0048】
具体的に、この例では、高温流路F1の上流領域Fu1が仕切り部30Pに近く、高温流路F1の下流領域Fd1が、仕切り部30Pより遠くなるように、高温側熱媒体流入口36Aおよび高温側熱媒体流出口37Aが設けられている。
【0049】
高温側熱媒体流入口36Aは、長辺部LS1(第2側面33B)において仕切り部30Pの近傍に設けられ、高温側熱媒体流出口37Aは、仕切り部30Pに対向する短辺部SS1(第4側面33D)の第1側面33Aよりに設けられる。これにより、高温流路F1は、上流領域Fu1では、仕切り部30Pに沿って幅方向y(第1側面33Aに向かう方向)に流れ、次第に第4側面33Dに向かう流通方向xに流路を曲げて、下流領域Fd1では第1側面33Aに沿って流れる。
【0050】
低温流路F2は、仕切り部30Pを中心に高温流路F1と線対称となるように設けられる。すなわち低温流路F2の上流側(低温流路F2より上流で特に上流端部を含む低温側熱媒体流入口36B近傍の領域、上流領域Fu2)よりも低温流路F2の下流側(低温流路F2より下流で下流端部を含む低温側熱媒体流出口37B近傍の領域、下流領域Fd2)の方が、仕切り部30Pから遠くなるように構成される。
【0051】
具体的に、この例では低温流路F2の上流領域Fu2が仕切り部30Pに近く、低温流路F2の下流領域Fd2が、仕切り部30Pから遠くなるように低温側熱媒体流入口36Bおよび低温側熱媒体流出口37Bが設けられている。
【0052】
低温側熱媒体流入口36Bは、長辺部LS2(第2側面33B)において仕切り部30Pの近傍に設けられ、低温側熱媒体流出口37Bは、仕切り部30Pに対向する短辺部SS2(第3側面33C)の第1側面33Aよりに設けられる。これにより、低温流路F2は、の上流領域Fu2では、仕切り部30Pに沿って幅方向y(第1側面33Aに向かう方向)に流れ、次第に第3側面33Cに向かう流通方向xに流路を曲げて、下流領域Fd2では第1側面33Aに沿って流れる。
【0053】
第1収容室30Aを流れる高温側熱媒体mh2は、第1熱交換コア11Aにより熱交換された高温側熱媒体流出口37A付近が最も高温であり、高温側熱媒体流入口36A付近は、高温側熱媒体流出口37A付近よりも低温である。また、第2収容室30Bを流れる低温側熱媒体mc2は、第2熱交換コア11Bにより熱交換された低温側熱媒体流出口37B付近が最も低温であり、低温側熱媒体流入口36B付近は、低温側熱媒体流出口37B付近よりも高温である。つまり高温側熱媒体流出口37Aと低温側熱媒体流出口37B付近(高温流路F1の下流領域Fd1と低温流路F2の下流領域Fd2)では、高温側熱媒体mh2と低温側熱媒体mc2の温度差が、高温側熱媒体流入口36Aと低温側熱媒体流入口36B付近(高温流路F1の上流領域Fu1と低温流路F2の上流領域Fu2)より大きく、冷媒回路R中で最大となる。
【0054】
そこで本実施形態では、高温側熱媒体流出口37Aと低温側熱媒体流出口37Bをいずれも、仕切り部30Pから(可能な限り)遠い位置に設け、高温流路F1の下流領域Fd1と、低温流路F2の下流領域Fd2を仕切り部30Pから遠くなるように構成した。
【0055】
1つの(共通の)仕切り部30Pを介して(接触して)その両側に温度差が大きい熱媒体m2が流れる場合、樹脂製の仕切り部30Pおよびその周辺のケース3に熱歪みが生じ、ケース3の破損を引き起こす問題がある。本実施形態では、温度差の大きくなる熱媒体m2同士が仕切り部30Pやケース3の他の部位を介して接触する領域(機会)を最小限にできるため、熱媒体m2の温度差によるケース3の熱歪みを抑制できる。
【0056】
また、高温側熱媒体流入口36Aと低温側熱媒体流入口36Bをいずれも、仕切り部30Pに(可能な限り)近い位置に設けている。これにより、高温流路F1の上流領域Fu1と低温流路F2の上流領域Fu2(高温側熱媒体mh2と低温側熱媒体mc2の温度差が小さい領域)は、仕切り部30Pに沿って(接触して)その両側に流れ、両者の温度差が大きくなるにつれ、仕切り部30Pから離れる経路で高温側熱媒体流出口37Aと低温側熱媒体流出口37Bに向かうこととなる。つまり、比較的温度差の小さい高温流路F1の上流領域Fu1と低温流路F2の上流領域Fu2を概ね占有的に仕切り部30Pの近傍に沿わせて流すことができるため、温度差の大きい熱媒体m2が仕切り部30Pの近傍を流れる余地を少なくすることができる。
【0057】
また図2に示すように、それぞれの熱交換コア11A,11B内を流れる冷媒m1は、熱媒体m2に対向するように流通させる。従って、高温冷媒mh1と低温冷媒mc1の温度差に着目した場合にも、概ね熱交換された後の、すなわち温度差の小さい高温冷媒mh1と低温冷媒mc1が仕切り部30P付近を流れることになり、これによっても、ケース3の熱歪みを抑制できる構成となっている。
【0058】
この結果、高温側熱媒体流入口36Aと低温側熱媒体流入口36Bは近づき、高温側熱媒体流出口37Aと低温側熱媒体流出口37Bが互いに(最大限)離間している。つまり、高温側熱媒体流入口36Aと低温側熱媒体流入口36Bの距離(流入口間距離)L1より、高温側熱媒体流出口37Aと低温側熱媒体流出口37Bの距離(流出口間距離)L2が大きくなっている。つまり、流入口間距離L1より、流出口間距離L2を大きくすることで、温度差の大きくなる熱媒体m2同士が仕切り部30Pやケース3の他の部位を介して接触する領域(機会)を最小限にでき、熱媒体m2の温度差によるケース3の熱歪みを抑制できる。
【0059】
更に、図2に示すように、第1収容室30Aと第2収容室30Bは、それらの長辺部LS1,LS2が揃う(延在方向が一致する)ように隣り合わせに配置すると好ましい。この場合、第1収容室30Aは仕切り部30Pに対向する短辺部SS1(または、長辺部LS1の仕切り部30Pから最も遠い位置)に高温側熱媒体流出口37Aを設け、第2収容室30Bは仕切り部30Pに対向する短辺部SS2(または、長辺部LS2の仕切り部30Pから最も遠い位置)に低温側熱媒体流出口37Bを設ける。これにより短辺SS1,SS2が揃うように収容室30A,30Bを隣り合わせに配置する場合と比較して、流出口間距離L2を大きくできる。つまり、高温流路F1の下流領域Fd1と、低温流路F2の下流領域Fd2を最大限に離間させることができ、ケース3の熱歪みを抑制する点においてより好ましい。
【0060】
ここで、流入口36(流入口37)と仕切り部30Pの遠近に関し、「流入口36(流入口37)から仕切り部30Pまでの距離」とは、例えば、「積層方向zから見た平面視における、流入口36および流出口37の開口部OPから仕切り部30Pの面までの垂直距離」をいう。流入口36および流出口37の開口部OPは、収容室30の内面に例えば略円形に開口し、流入口36および流出口37の位置によって、仕切り部30Pの面に対して平行に(対向して)あるいは、仕切り部30Pの面に対して垂直に設けられる。開口部OPが仕切り部30Pの面に対して垂直に設けられる場合(図3の流入口36の場合)には、開口部OPの中心軸C1と仕切り部30Pの厚み方向の中心(を通る面)C0間の垂直距離(図3の距離d1参照)とする。開口部OPが仕切り部30Pの面に対して平行に(対向するように)設けられる場合(図3の流出口37の場合)には、開口部OPの(面)と仕切り部30Pの厚み方向の中心(を通る面)間の垂直距離(図3の距離d2参照)とする。
【0061】
また、流入口間距離L1(流出口間距離L2)は例えば、「積層方向zから見た平面視における開口部OP同士の、仕切り部30Pを横断する垂直距離」をいう。開口部OP同士が仕切り部30Pの面に対して垂直に設けられる場合(図3の流入口36の場合)には、開口部OPの中心軸C1同士の、仕切り部30Pを横断する垂直距離(図3の距離d3参照)とする。開口部OP同士が仕切り部30Pの面に対して平行に(対向するように)設けられる場合(図3の流出口37の場合)には、開口部OPの(面)同士の、仕切り部30Pを横断する垂直距離(図3の距離d4参照)とする。
【0062】
また、上記の例では第1熱交換コア11A(第1収容室30A)側を高温側とし、第2熱交換コア11B(第2収容室30B)側を低温側としているが、これらを入れ替えても同様である(以下の説明においても同様)。
【0063】
以下、図4および図5を参照して、本実施形態の熱交換器10について具体例を挙げてより詳細に説明する。図4および図5に示す熱交換器10の各構成は一例であり、熱交換器10は図4および図5に示す構成に限るものではない。
【0064】
<熱交換器>
図4は熱交換器10の外観斜視図であり、図5は熱交換コア11の斜視図である。図4を参照して、熱交換器10は略六面体の外形状を有するケース3を有しその内部に熱交換コア11が収容される。ケース3は、積層方向zの両端が開口する角筒状の本体部33と、開口を覆う上側カバー部材31と下側カバー部材32を有する。そして第1収容室30A側において、上側カバー部材31の対角位置に、高温冷媒mh1が流入する高温冷媒流入口34Aと、流出する高温冷媒流出口35Aが設けられている。また、第1収容部30Aの側方において、高温側熱媒体mh2が流入する高温側熱媒体流入口36Aがケース3の第2側面33Bに設けられ、高温側熱媒体mh2が流出する高温側熱媒体流出口37Aが第4側面33Dに設けられている。
【0065】
また第2収容室30B側において、上側カバー部材31の対角位置に、低温冷媒mc1が流入する低温冷媒流入口34Bと、流出する低温冷媒流出口35Bが設けられている。また、第2収容部30Bの側方において、低温側熱媒体mc2が流入する低温側熱媒体流入口36Bがケース3の第2側面33Bに設けられ、低温側熱媒体mc2が流出する低温側熱媒体流出口37Bが第3側面33Cに設けられている。
【0066】
図5は、一方の熱交換コア11(例えば、第1熱交換コア11A)の斜視図である。第1熱交換コア11(第1収容室30A)と第2熱交換コア11B(第2収容室30B)は、内部を流れる熱媒体が異なるのみであり、構成は同様であるので、図5においては、第1熱交換コア11Aおよび第2熱交換コア11B、すなわち、高温側および低温側を区別することなく説明する。
【0067】
<熱交換コア>
熱交換コア11(例えば、第1熱交換コア11A)は、積層方向zから見た平面視において対角位置に、2つのパッド15が設けられる。それぞれのパッド15は貫通孔を有し、熱交換コア11の冷媒流入口34(例えば、高温冷媒流入口34A)は、一方のパッド15の貫通孔により構成され、冷媒流出口35(例えば、高温冷媒流出口35A)は、他方のパッド15の貫通孔により構成される。熱交換コア11は、2つのパッド15を除いて、ケース3に収納される。熱交換コア11の主要部はケース3の中に納められ、上側カバー部材31と下側カバー部材32により覆われる(図4参照)。
【0068】
熱交換コア11は、熱交換プレート2を、積層方向zに複数重ねたコア部12と、コア部12の積層方向zにおける上方に設けられる上側エンドプレート13と、コア部12の積層方向zにおける下方に設けられる下側エンドプレート14とを有している。熱交換プレート2、上側エンドプレート13、下側エンドプレート14およびパッド15はアルミニウム製であり、熱交換コア11は、これらのアルミニウム製の部品をアルミニウム用のろう付け等により一体化して形成されている。熱交換コア11は、第2熱媒体m2によりアルミニウム製の熱交換コア11が劣化しないように、外面が樹脂によりコーティングされていてもよい。1つの熱交換プレート2の内部には、冷媒流入口34から冷媒流出口35に向かって流れる冷媒m1の流路(図1に示す冷媒流路CA、CB)が形成されている。また、積層される(上下の)熱交換プレート2の間(流路膨出部221、211)間に隙間が確保され、この隙間が第2熱媒体m2の流路(図1に示す熱媒体流路WA,WB)となる。
【0069】
熱媒体流入口36(例えば高温側熱媒体流入口36A)から収容室30に流入した熱媒体m2は、積層方向zおよび幅方向yに分流して複数の熱交換プレート2の間、およびコア部12の側面とケース3の隙間G1を通過し、熱媒体流出口37(例えば、高温側熱媒体流出口37A)から流出する。結果として、熱媒体m2は、巨視的および模式的には、図3に示すような高温流路F1(低温流路F2も同様)で流れる。そして、それぞれの熱交換コア11において第1熱媒体m1と第2熱媒体m2は対向する方向に流通する。このようにして、熱交換プレート2の内側の第1熱媒体m1と、熱交換プレート2の外側の第2熱媒体m2との間で熱交換が行われる。
【0070】
<変形例>
図6を参照して、本実施形態の変形例について説明する。熱交換器10は、温度差の大きくなる熱媒体m2同士が仕切り部30Pやケース3の他の部位を介して接触する領域(機会)を最小限にできる構成であればよい。図6においては高温流路F1,低温流路F2を大矢印で巨視的且つ模式的に示している。また大矢印の先端側が下流領域Fd1,Fd2であり、基端側が上流領域Fu1,Fu2である。
【0071】
図6の例は、それぞれの収容室30A,30Bおよび熱交換コア11A,11Bの向き(第1熱媒体m1の流通方向x)を図2の構成から90度回転させたものであり、短辺部SS1,SS2が揃うように配置されている。この場合、長辺部LS1,LS2が仕切り部30Pと対向する構成となっており、流入口36および流出口37はいずれも短辺SS1,SS2に設けられる。
【0072】
また、図6に示す構成において、流出口37を長辺部LS1,LS2に設ける構成であってもよい。
【0073】
また、図2に示す構成において、第1収容室30Aと第2収容室30Bの流入口36A,36Bの流入方向を対向させるように設けもよい。具体的には例えば、高温側熱媒体流入口36Aを第1側面33Aに設け、低温側熱媒体流入口36Bを第2側面33Bに設けてもよい。また、短辺部SS1,SS2にそれぞれ設ける流出口37A.37Bの位置を、幅方向yにおいてずらした位置(例えば、一方を第2側面33Bよりの位置、他方を第1側面33Aよりの位置)に設けてもよい。
【0074】
更に、図2に示す構成において、2つの流入口36を、仕切り部30Pの直近ではない位置(例えば、長辺部LS1,LS2のほぼ中央付近など)に設けてもよい。高温側熱媒体mh2と低温側熱媒体mc2の温度差が最大となる高温流路F1の下流領域Fd1と、低温流路F2の下流領域Fd2を仕切り部30Pから離す(上流領域Fu1,Fu2よりも離す)構成であれば、2つの流入口36を、仕切り部30Pの直近に設けなくてもよい。
【0075】
また例えば、図2に示す構成において、高温媒体流出口37Aを、第1側面33Aの第4側面33Dよりに設けてもよいし、低温媒体流出口37Bを、第1側面33Aの第3側面33Dよりに設けるなどしてもよい。
【0076】
図6に示す構成及び上記構成のいずれも、流出口37A、37Bから仕切り部30Pまでの距離を、流入口36A、36Bから仕切り部30Pまでの距離より大きくする構成である。あるいは、流出口間距離L2を流入口間距離L1よりも大きくする構成である。
【0077】
これにより、高温側熱媒体mh2と低温側熱媒体mc2の温度差が最大となる高温流路F1の下流領域Fd1と、低温流路F2の下流領域Fd2を仕切り部30Pから離す(上流領域Fu1,Fu2と仕切り部30Pの距離よりも大きく離す)ことができる。
【0078】
また、図6に示す構成も、高温側熱媒体mh2と低温側熱媒体mc2の温度差が小さい高温流路F1の上流領域Fu1と、低温流路F2の上流領域Fu2を、仕切り部30Pに沿わせることができる。従って、熱媒体m2の温度差によるケース3の熱歪みを抑制できる。
【0079】
なお、図示は省略するが、仕切り部30Pに断熱部材を収容する、あるいは仕切り部30Pを断熱部材で構成してもよい。
【0080】
また、複数の熱交換コア11に設けられる冷媒流路(熱媒体流路も同様)は、すべての熱交換コア11で同様の形状であってもよいし、一または一部の熱交換コア11の冷媒流路の形状が他の熱交換コア11と異なる形状であってもよい。
【0081】
また、収容室30および熱交換コア11の数は3以上であってもよく、隣り合う収容室30内部をそれぞれ流れる第2熱媒体m2の下流側流路Fdが、上流側流路Fuよりも仕切り部30Pから遠い位置に設けられる構成であればよい。
【0082】
以上、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【0083】
1 圧縮機
3 ケース
5 高温側熱媒体回路
6 低温側熱媒体回路
10 熱交換器
11 熱交換コア
11、11A,11B 熱交換コア
15 パッド部
30 収容室
30P 仕切り部
33 本体部
34 冷媒流入口
34A 高温冷媒流入口
34B 低温冷媒流入口
35 冷媒流出口
35A 高温冷媒流出口
35B 低温冷媒流出口
36 流入口
36A 高温側熱媒体流入口
36B 低温側熱媒体流入口
37 流出口
37A 高温側熱媒体流出口
37B 低温側熱媒体流出口
38 流室
70 配管(冷媒配管)
71 配管(熱媒体配管)
F1 高温流路
F2 低温流路
Fu 上流側流路
Fd 下流側流路
Fu1,Fu2 上流領域
Fd1,Fd2 下流領域
R 冷媒回路
m1 冷媒(第1熱媒体)
m2 熱媒体(第2熱媒体)
mc1 低温冷媒
mc2 低温側熱媒体
mh1 高温冷媒
mh2 高温側熱媒体
図1
図2
図3
図4
図5
図6