JPH1073381A - 熱交換器および空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた性能を維持しつつ小型化可能な空調装
置および該空調装置に用いて最適な熱交換器を提供す
る。 【解決手段】 熱交換用空気の通過方向い対して入口、
出口側の少なくとも一方の管配列面が互いに異なる２面
以上に形成され、かつ、熱交換器本体内で前記熱交換用
空気が分流または合流することを特徴とする多管式熱交
換器、および該多管式熱交換器を有する空調装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば自動車等
の車両に用いられる空調装置および該空調装置に適用さ
れる熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、車両用空調装置としては、た
とえば図１２に示すようなものが知られている。図にお
いて、２００は車両用空調装置を示しており、装置２０
０内には熱交換用空気の通路１００が形成されている。
１０１は、回動式のダンパを示しており、ダンパ１０１
の回動量を調整することにより、車室内側吸入口１１２
および／または車室外側吸入口１１３の開度調整が行わ
れ、通路１００内に熱交換用空気としての車室内空気
（ＲＥＣ）および／または車室外空気（ＦＲＥ）が吸入
されるようになっている。

【０００３】通路１００内には、熱交換用空気の流通方
向（図１２矢印）の上流側から順にブロワ１０２、熱交
換器１０３、ヒータ１０４が設けられている。また、熱
交換器１０３とヒータ１０４との間にはダンパ１０５が
設けられており、ダンパ１０５の調整によりヒータ１０
４内への熱交換用空気の流入量およびエアミックスの度
合が制御されるようになっている。

【０００４】また、通路１００のヒータ１０４の下流側
からは、吐出路１０６、１０７、１０８が分岐されてお
り、通路１００と各吐出路１０６、１０７、１０８との
間にはダンパ１０９、１１０、１１１が設けられてい
る。

【０００５】上記のような空調装置２００においては、
吸入口１１２および／または吸入口１１３を介して通路
１００内に吸入された熱交換用空気は、熱交換器１０３
を通過し、さらに場合によってはヒータ１０４を通過し
た後、ダンパ１０９、１１０、１１１の回動により通路
１００と選択的に連通される一つあるいは複数の吐出路
から車室内へと吐出されるようになっている。

【０００６】より具体的には、冷房時においては、熱交
換器１０３を稼働させ、ダンパ１０５を全閉状態にして
ヒータ１０４内への熱交換用空気の流入を遮断してヒー
タ１０４を停止する。また、暖房時においては、熱交換
器１０３を停止させ、ダンパ１０５を全開状態にして、
熱交換器１０３を通過した熱交換用空気の主流の風向を
ヒータ１０４方向に向けた状態にしてヒータ１０４を稼
働させる。また、エアミックス時においては、熱交換器
１０３を稼働させ、ダンパ１０５を図１２に示すように
半開状態にして通路１００内を流通する熱交換用空気の
主流の一部にヒータ１０４方向への指向性を付与しヒー
タ１０４を稼働する。そして、熱交換器１０３を通過し
た熱交換用空気と、熱交換器１０３を通過した後さらに
ヒータ１０４を通過した熱交換用空気とがヒータ１０４
の下流側で混合されて温度調整され、１つまたは複数の
吐出路から吐出されるようになっている。

【０００７】つまり、上記のような空調装置２００にお
いては、通路１００内に設けられたダンパ１０５の回動
量を調整することにより、熱交換用空気の主流の一部ま
たは全部に特定の指向性を付与することにより各モード
が選定されるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱交換
器１０３とヒータ１０４との間にダンパ１０５を設け、
該ダンパ１０５の回動により熱交換用空気の主流の風向
を変更制御する方法においては、通路１００内に熱交換
用空気の主流の風向を変化させるための通路スペース
（図１２においては、熱交換器１０３とヒータ１０４と
の間）およびダンパ１０５の回動用のスペースを確保し
ておかなければならず、通路１００の拡大、延長ひいて
は空調装置自身の大型化を招くおそれがある。一方、近
年のエアバッグ、ナビゲータシステム搭載車両の普及に
伴い、車両用空調装置の分野においては、装置の一層の
小型化が望まれている。このため、上記従来の空調装置
では上記要請に十分に対応できないおそれがある。また
単に装置を小型化したのでは、熱交換性能の低下は免れ
ない。

【０００９】本発明の課題は、優れた熱交換性能を維持
しつつ小型化の要請に十分に対応できる空調装置および
該空調装置に最適な熱交換器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の熱交換器は、熱交換用空気の通過方向に対
して入口、出口側の少なくとも一方の管配列面が互いに
異なる２面以上に形成され、かつ、熱交換器本体内で前
記熱交換用空気が分流または合流することを特徴とする
ものからなる。

【００１１】上記課題を解決するために、本発明の空調
装置は、熱交換用空気の通過方向に対して入口、出口側
の少なくとも一方の管配列面が互いに異なる２面以上に
形成され、かつ、熱交換器本体内で前記熱交換器用空気
が分流または合流する多管式熱交換器を有することを特
徴とするものからなる。

【００１２】上記のような熱交換器においては、熱交換
用空気の通過方向に対して入口、出口側の少なくとも一
方の管配列面が互いに異なる２面以上に形成されてい
る。上記のような管配列面から入っていく熱交換用空気
の流れ、あるいは該管配列面から出ていく熱交換用空気
の流れは、管が多管状態に配列されている熱交換器本体
内においては、圧損や管の配列の仕方、熱交換器出口で
の指向性等の影響により、合流したり分流したりする。
つまり、熱交換用空気の主流が合流されたり、分岐され
たりし、熱交換器本体内で該主流に所定の指向性が付与
された後、熱交換器本体から出ていく。この合流や分流
の仕方を最適に設計することにより、熱交換器本体内
で、主流に所望の指向性を付与することが可能となり、
熱交換器外における特別の指向性制御手段の省略が可能
となる。

【００１３】したがって、上記熱交換器を用いれば、空
調装置の熱交換用空気の通路内に主流の風向を変更する
ためのスペースを設けて、通路内において熱交換用空気
の主流の風向を変更する必要はなくなるので、通路の縮
小、すなわち空調装置の小型化を、優れた性能を維持し
つつ効果的に達成することができる。

【００１４】なお、上記熱交換器においては、形成され
る管配列面に応じて熱交換器本体形状等を多様に変化さ
せることができるので、設計上の自由度の向上に寄与す
ることも可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の熱交換器の望ま
しい実施の形態について、図面を参照して説明する。図
１および図２は、本発明の第１実施態様に係る熱交換器
８０を示している。図において、１は上タンクを示して
おり、２は下タンクを示している。一対の上下タンク
１、２間には複数の円管３が延設され、上下タンク１、
２は円管３を介して連通、接続されている。つまり、本
実施態様における熱交換器８０は、多管式熱交換器から
なっている。

【００１６】上下タンク１、２は、図２に示すように横
断面が略三角形に形成されている。また、上下タンク
１、２を連通する複数の円管３により３つの管配列面
４、５、６が形成されている。より詳しくは、図１の矢
印で示す熱交換器８０の熱交換用空気の通過方向入口側
には管配列面４が形成され、一方、出口側には互いに異
なる管配列面５、６が形成されている。

【００１７】本実施態様に係る熱交換器８０において
は、熱交換用空気の通過方向に対して入口側には管配列
面４が、一方、出口側には互いに異なる面としての管配
列面５、６が形成されている。上記のような管配列面
４、５、６を形成すべく円管３を配列すると、図２に示
すように面４の中央部における熱交換用空気の通過方向
に沿って配列される円管３の数が最も多く、端部７、８
方向に徐々に上記方向に沿う円管３の数は減少するよう
な配列になる。

【００１８】このため、面４から流入する熱交換用空気
の主流には、圧損の最も大きい中央部から分岐し、より
圧損の小さい端部７、８方向へと流れる指向性が付与さ
れるので、該指向性が付与された主流は、主として二つ
の流れに分流し、面５、６から流出する（図２の実線矢
印）。したがって、熱交換器８０を通過する熱交換用空
気は、該熱交換器８０の本体内において分流されること
になる。

【００１９】一方、熱交換用空気の通過方向に対して入
口側に面５、６を、出口側に面４を配置すると、面５、
６から流入する熱交換用空気には、圧損の大きい中央部
を迂回し端部７、８方向側への指向性が付与されるの
で、面５、６から流入した熱交換用空気は熱交換器８０
内で合流され面４から流出する（図２の点線矢印）。

【００２０】図３は、本発明の第２実施態様に係る熱交
換器８１を示している。本実施態様においては、上下タ
ンク９、１０は、図３に示すように横断面略台形台状に
形成されている。上下タンク９、１０は複数の円管３に
連通されている。また、本実施態様においては、複数の
円管３により４つの管配列面１１、１２、１３、１４が
形成されている。たとえば、図３の実線矢印方向から熱
交換用空気を流入させる場合には、面１１が入口側に、
出口側には面１２、１３、１４が配置される。

【００２１】本実施態様においては、面１１の中央部に
おいては、実線矢印の熱交換用空気の通過方向に沿って
多数の円管３が配列されているが、端部１５、１６側の
上記方向には面１２、１４が形成されるために中央部に
比べて円管３の配列数は減少している。このため、面１
１から流入した熱交換用空気の主流の一部には、より圧
損の小さい面１２、１４方向への指向性が付与され、熱
交換用空気の主流は、大きく３つに分流され各面１２、
１３、１４から流出する。

【００２２】一方、熱交換用空気の通過方向に対して入
口側に面１２、１３、１４を、出口側に面１１を配置す
ると、各入口側面１２、１３、１４から流入した熱交換
用空気は、熱交換器８１内で１つに合流され面１１から
外部へ流出する（図３の点線矢印）。

【００２３】図４は、本発明の第３実施態様に係る熱交
換器８２を示している。本実施態様においては、上下タ
ンク１７、１８は横断面略台形状に形成されている。上
下タンク１７、１８は、複数の円管３により互いに連通
されている。そして、複数の円管３により管配列面１
９、２０、２１、２２が形成されている。

【００２４】本実施態様のような構成においても、熱交
換用空気が図４の実線矢印方向から流入した場合には熱
交換器８２内で熱交換用空気を分流できる。一方、熱交
換用空気が図４の点線矢印方向から流入した場合には熱
交換器８２内において熱交換用空気を合流することがで
きる。

【００２５】図５は、本発明の第４実施態様に係る熱交
換器８３を示している。本実施態様においては、上下タ
ンク２３、２４は図５に示すように横断面略Ｌ字型にな
っており、上下タンク２３、２４は複数の円管３により
連通されている。そして、円管３により管配列面２５、
２６、２７、２８が形成されている。たとえば、熱交換
用空気が図５の実線矢印方向から流入する場合には、入
口側には２５、２６、出口側には面２７、２８が配置さ
れるようになっている。一方、図５の点線矢印方向から
熱交換用空気が流入する場合には、入口、出口側の面が
逆転するようになっている。

【００２６】本実施態様においては、図５の実線矢印方
向から流入する熱交換用空気には、熱交換用空気が集中
し圧損の増大する中央部（面２５、２６の境界部）から
圧損のより小さな端部２９、３０方向への指向性が付与
されるので、および、管配列状態によって同様の指向性
が付与されるので、熱交換器８３内で熱交換用空気が分
流され面２７、２８から外部へ流出する。

【００２７】一方、図５の点線矢印方向から流入する場
合においては、面２７、２８から流入した熱交換用空気
は、熱交換器８２内で合流し面２５、２６から外部へと
流出する。

【００２８】図６は、本発明の第５実施態様に係る熱交
換器８４を示している。本実施態様においては、上下タ
ンク３１、３２はその横断面が図６に示すように半円環
形状に形成されている。上下タンク３１、３２は複数の
円管３により互いに連通されている。そして、円管３に
より管配列面３３、３４、３５、３６が形成されてい
る。面３４、３６は半円弧状に形成されている。本実施
態様においては、たとえば熱交換用空気が図６の実線矢
印方向から流入する場合には、面３３、３４、３５が入
口側に、面３６が出口側に配置されるようになってい
る。一方、熱交換用空気が図６の点線矢印方向から流入
する場合には、入口、出口側の面の配置が逆転するよう
になっている。

【００２９】本実施態様においては、図６の実線矢印方
向から熱交換用空気が流入する場合には、入口側の面３
３、３４、３５から熱交換器８４内に流入することにな
るが、面３３、３５から流入する熱交換用空気はとくに
圧損の小さな図６のＡ矢印で示すような短絡的な経路を
通過する。このため、該部分における流れに他の部分の
流れが引っ張られ、熱交換器８４内に流入した熱交換用
空気には円弧状に拡がるような指向性が付与され、出口
側の円弧状の面３６の全体から流出する。このような構
成は、熱交換器８４が冷却器であり、その熱交換器８４
を備えた空調装置がクーラとして使用される場合、熱交
換器８４内における通過空気の冷却用領域を広くとるこ
とができ、かつ、冷却された空気を均一にしかも広く分
散させて流出させることができるので、特に有効であ
る。

【００３０】一方、図６の点線矢印方向から熱交換用空
気が流入する場合には、熱交換器８４内の円管３の配列
により面３４に向かう指向性が付与されるので熱交換用
空気は熱交換器８４内において合流される。この場合に
おいても、熱交換用空気の流入面の面積を広くとること
ができ、かつ、熱交換器８４内における通過空気の冷却
用領域も広くとることができるので、熱交換能力の増大
を達成できる。

【００３１】図７は、本発明の第６実施態様に係る空調
装置８５を示している。空調装置８５内には、熱交換用
空気の通路４０が設けられており、通路４０内には熱交
換器８１が設けられている。また、通路４０は分岐路４
１、４２、４３に分岐されており、各分岐路４１、４
２、４３は熱交換器８２の面１２、１３、１４に向けて
開口されている。

【００３２】本実施態様に係る空調装置８５において
は、たとえば、図７の実線矢印方向から熱交換用空気が
流入する場合には、該熱交換用空気は上記第２実施態様
に記載したように熱交換器８１内において分流され面１
２、１３、１４から流出し分岐路４１、４２、４３内へ
と流入する。このような構成は、熱交換器８１が冷却器
であり、その熱交換器８１を備えた空調装置８５がクー
ラとして使用される場合、熱交換器８１内における通過
空気の冷却用領域を広くとることができ、かつ、冷却さ
れた空気を適切な複数の方向に効率よく分流させて流出
させることができるので、特に有効である。

【００３３】一方、図７の点線矢印で示すように、各分
岐路４１、４２、４３から、面１２、１３、１４を介し
て熱交換器８１内に流入した熱交換用空気は、熱交換器
８１内において合流され面１１を通して通路４０へと流
出する。この場合においては、各分岐路４１、４２、４
３から流入される空気を熱交換器８１本体内で効率よく
合流させることができ、均一な流れとして流出させるこ
とができるので、熱交換器８１の熱交換能力の増大を達
成できる。

【００３４】したがって、本実施態様においては、従来
の空調装置のように、熱交換用空気の通路内に分流また
は合流のためのスペースを設けることなく、熱交換用空
気を容易に分流または合流することができるので、通路
の縮小、ひいては空調装置８５の小型化を達成すること
ができる。

【００３５】図８は、本発明の第７実施態様に係る空調
装置８６を示している。空調装置８６内には熱交換用空
気の通路４４が形成されており、該通路４４内に熱交換
器８０が設けられている。この熱交換器８０の管配列面
６に対向させてヒータ２０４が設けられている。ヒータ
２０４の下流側には、ヒータ２０４を通過する空気の流
量を制御するダンパ２０５が設けられている。また、熱
交換器８０の管配列面５に対向させて、この面５からの
空気流出量を制御するダンパ２１４が設けられている。
他の構成部材は、実質的に図１２に示したものと同等の
もので、回動式のダンパ２０１の回動量を調整すること
により、車室内側吸入口２１２および／または車室外側
吸入口２１３の開度調整が行われ、通路４４内に熱交換
用空気としての車室内空気（ＲＥＣ）および／または車
室外空気（ＦＲＥ）が吸入されるようになっている。通
路４４のヒータ２０４の下流側において、吐出路２０
６、２０７、２０８が分岐されており、通路４４と各吐
出路２０６、２０７、２０８との間にはダンパ２０９、
２１０、２１１が設けられている。

【００３６】本実施態様においては、図の矢印方向に流
入する熱交換用空気の主流は、第１実施態様に記載した
ように熱交換器８０内において２つの流れに分流しよう
とする。つまり、ダンパ２０５およびダンパ２１４が開
かれている場合には、熱交換器８０通過後に管配列面６
から流出しヒータ２０４を通過する流れと、管配列面５
から流出しヒータ２０４を通過しない流れとに、熱交換
器８０内において分流することができるので、図１２に
示した従来装置に比べ、通路４４の延設方向の縮小が可
能となり装置全体の小型化を達成することができる。ダ
ンパ２０５が閉じられダンパ２１４が開かれている場合
（主として冷房モード）には、熱交換器８０を通過する
空気は管配列面５からのみ流出する。ダンパ２１４が閉
じられダンパ２０５が開かれている場合（主として暖房
モード）には、熱交換器８０を通過する空気は管配列面
６からのみ流出する。ダンパ２０５およびダンパ２１４
の両方が開かれている場合、あるいは、それらダンパ２
０５、２１４のそれぞれの開度が調整されている（主と
してエアミックスモード）場合には、熱交換器８０内に
おいて２つの流れに分流し、それぞれ所定の流量で管配
列面５、６から流出する。

【００３７】図９は、本発明の第８実施態様に係る空調
装置８７を示している。本実施態様においては、前述の
熱交換器８３と同等あるいは類似の構成を有する熱交換
器４５が通路４６内に配置され、通路４６は、熱交換器
４５の上流側で、熱交換器４５の管配列面４５ａと管配
列面４５ｂに対応する通路４６ａと通路４６ｂとに分岐
されており、熱交換器４５の下流側で、熱交換器４５の
管配列面４５ｃと管配列面４５ｄに対応する一つの通路
４６に合流している。この熱交換器４５の下流側にはヒ
ータ４７が配置されており、ヒータ４７の上流側に、ヒ
ータ４７を通過する空気の流量を制御するダンパ４８が
設けられている。このような構成においては、熱交換器
４５の横断面形状が、上流側へと突出するように折れ曲
がり、かつ、空気流入側の面が管配列面４５ａと管配列
面４５ｂとの２面に構成されているので、空気流入側の
面の面積を広く取ることができ、熱交換器４５が冷却器
である場合、空調装置８７の冷房能力の向上を達成でき
る。また、熱交換器４５の管配列面４５ｃと管配列面４
５ｄが上流側に向けて折れ曲がるように形成されている
ので、この管配列面４５ｃと管配列面４５ｄの直下流側
に空間４９が形成されることになる。この空間４９を、
ダンパ４８作動用の空間として利用できるから、熱交換
器４５とヒータ４７との距離を比較的短くしても、ヒー
タ４７の上流側にダンパ４８を配置でき、かつ、該ダン
パ４８に所望の動作を行わせることができる。熱交換器
４５とヒータ４７との距離を短くすることにより、通路
４６の長さを短くでき、空調装置８７全体の小型化を達
成できる。

【００３８】なお、本発明に係る熱交換器は、多様な横
断面形状を採用することができるので、熱交換器の設計
上の自由度を向上することができるとともに、空調装置
の限定された通路内に熱交換器を効率良く配設すること
ができる。

【００３９】また、本発明に係る熱交換器および該熱交
換器を備えた空調装置においては、互いに異なる２面以
上の管配列面の形状によっては、熱交換用空気の通路断
面方向における風量分布の均等化効果を奏することも可
能である。

【００４０】たとえば図１０に横断面三角形の多管式熱
交換器８０を用いた場合を例示するように、熱交換器８
０の入口側では、通路４４の横断面方向に中央部ではよ
り風量が大で、通路壁側では該通路壁との接触により、
より風量が小となっていた風量分布が、熱交換器８０内
における分流作用により、熱交換器８０の出口側では均
等化された風量分布になることが可能となる。このよう
に熱交換後の空気流が均等な風量分布を有することは、
熱交換器８０の熱交換機能を最も効率よく発揮させるこ
とにつながり、空調装置全体としての性能向上に寄与す
ることができる。

【００４１】図１１は、同様の作用、効果が期待できる
別の例を示しており、通路４４内に横断面台形の多管式
熱交換器８２を設けた場合を示している。この場合も同
様に、熱交換器８２の入口側で、通路中央部が風量大、
通路壁側で風量小となっている風量分布が、熱交換器８
２内における分流作用により、熱交換器８２の出口側で
は均等化された風量分布となる。したがって、熱交換器
８２の熱交換機能が最も効率よく発揮され、空調装置全
体としての性能が向上される。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱交換器
によるときは、熱交換器本体内において、通過する熱交
換用空気を分流または合流することができ、分流、合流
機能に関して、スペースを節約することができる。

【００４３】また、本発明に係る空調装置は、通過する
熱交換用空気を熱交換器内において分流または合流可能
な熱交換器を有しているので、熱交換用空気の通路の縮
小が可能になり、装置全体の小型化を達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施態様に係る熱交換器の斜視図
である。

【図２】図１の熱交換器の横断面図である。

【図３】本発明の第２実施態様に係る熱交換器の横断面
図である。

【図４】本発明の第３実施態様に係る熱交換器の横断面
図である。

【図５】本発明の第４実施態様に係る熱交換器の横断面
図である。

【図６】本発明の第５実施態様に係る熱交換器の横断面
図である。

【図７】本発明の第６実施態様に係る空調装置の概略構
成図である。

【図８】本発明の第７実施態様に係る空調装置の概略構
成図である。

【図９】本発明の第８実施態様に係る空調装置の概略構
成図である。

【図１０】本発明における風量分布均等化の一例を示す
空調装置の概略構成図である。

【図１１】本発明における風量分布均等化の別の例を示
す空調装置の概略構成図である。

【図１２】従来の空調装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１、９、１７、２３、３１ 上タンク ２、１０、１８、２４、３２ 下タンク ３ 円管 ４、５、６、１１、１２、１３、１４、２５、２６、２
７、２８、３３、３４、３５、３６、４５ａ、４５ｂ、
４５ｃ、４５ｄ 管配列面 ７、８、１５、１６、２９、３０ 端部 ４０、４４，４６ 通路 ４１、４２、４３、４６ａ、４６ｂ 分岐路 ４５、４７、２０４ ヒータ ４５、８０、８１、８２、８３、８４ 熱交換器 ８５、８６、８７ 空調装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換用空気の通過方向に対して入口、
   出口側の少なくとも一方の管配列面が互いに異なる２面
   以上に形成され、かつ、熱交換器本体内で前記熱交換用
   空気が分流または合流することを特徴とする多管式熱交
   換器。
2. 【請求項２】 熱交換用空気の通過方向に対して入口、
   出口側の少なくとも一方の管配列面が互いに異なる２面
   以上に形成され、かつ、熱交換器本体内で前記熱交換器
   用空気が分流または合流する多管式熱交換器を有するこ
   とを特徴とする空調装置。