CN102869942A

CN102869942A - 车室内热交换器

Info

Publication number: CN102869942A
Application number: CN2011800213286A
Authority: CN
Inventors: 松元雄一; 饭野祐介
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2013-01-09
Also published as: JP2011230655A; EP2565571A1; WO2011136047A1; EP2565571A4; US20130048260A1

Abstract

一种车室内热交换器，能提高配置在车室内送风流路并作为冷凝器工作的热交换器的热效率。在作为冷凝器起作用的车室内热交换器（1）中，将多个制冷剂流通管道（11）层叠而成的一对管道组（13A、13B）彼此相对地并排配置在送风方向上，在制冷剂流通管道（11）的轴向一端侧分体且彼此分开间隔地配置有：入口侧上水箱（14A），该入口侧上水箱（14A）具有制冷剂入口（14a），并与一方的管道组（13A）的各制冷剂流通管道（11）连通地连接；以及出口侧上水箱（14B），该出口侧上水箱（14B）具有制冷剂出口（14b），并与另一方的管道组（13B）的各制冷剂流通管道（11）连通地连接，在制冷剂流通管道（11）的轴向另一端侧配置有与一对管道组（13A、13B）的各制冷剂流通管道（11）连通地连接的一个中间上水箱（15）。

Description

车室内热交换器

技术领域

本发明涉及一种车用热泵装置中的车室内热交换器。

背景技术

在专利文献1中，装载有发动机的车辆的热泵装置（空调装置）是逆流式热泵装置，在该逆流式热泵装置中，当使处于气液混合状态的制冷剂从蒸发器的入口侧朝与送风方向相交的一个方向流通之后，使其反转而朝相反方向流通而作为气体状制冷剂从位于与入口侧同一侧的出口侧流出，来抑制送风至车室内的制冷空气的温度分布不均。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许公报，特许第3214318号

发明内容

发明所要解决的技术问题

另一方面，在电动汽车或装载小型发动机的混合动力车中，由于很难通过利用发动机排热的加热器芯体（heater core）来进行制热，因此，可考虑使热泵循环的车室内热交换器作为冷凝器工作来进行制热。

这样，在将车室内热交换器用作冷凝器的情况下，采用在上述蒸发器中所使用的逆流式制冷剂流路在抑制制热空气的温度分布不均方面上是有效的。

但是，在作为冷凝器工作的热交换器中，供高温高压的气体状制冷剂流入的制冷剂入口侧与冷凝而变为低温的液体制冷剂流出的制冷剂出口侧的温度差会增大至30℃左右（在蒸发器中为10℃左右）。

因此，担心因上述高温的制冷剂入口侧与低温的制冷剂出口侧之间的热交换，而使热交换器的效率、进而使热泵循环的热效率降低。

本发明着眼于上述现有的技术问题而作，其目的在于使来自作为冷凝器工作的车室内热交换器的制热空气的温度分布均匀化，并抑制热交换器入口侧与出口侧的热交换来维持良好的热效率。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明具有第一发明至第三发明，

其是配置在车室内的送风流路上、至少作为冷凝器起作用的车用热泵装置的热交换器，在第一发明至第三发明中具有共同的下述结构。

使将多个制冷剂流通管道层叠而成的一对管道组彼此相对地并排配置在上述送风流路的送风方向上。

在上述制冷剂流通管道的轴向一端侧配置有：入口侧上水箱，该入口侧上水箱具有制冷剂入口，并与一方的上述管道组的各制冷剂流通管道连通地连接；以及出口侧上水箱，该出口侧上水箱具有制冷剂出口，并与另一方的上述管道组的各制冷剂流通管道连通地连接。

在上述制冷剂流通管道的轴向另一端侧配置有与上述一对管道组的各制冷剂流通管道连通地连接的一个中间上水箱。

此外，在第一发明中，分体且空开间隔地配置入口侧上水箱和出口侧上水箱。

此外，在第二发明中，隔着隔热层一体地形成出入口侧上水箱的入口侧上水箱和出口侧上水箱。

此外，在第三发明中，一体地形成出入口侧上水箱的入口侧上水箱和出口侧上水箱，且将上述制冷剂入口和上述制冷剂出口形成在上述各水箱的制冷剂流通管道层叠方向的相反侧的各端部上。

发明效果

在第一发明至第三发明的共同结构中，

形成有逆流式制冷剂流路，在该逆流式制冷剂流路中，从制冷剂入口导入入口侧上水箱内的制冷剂经过入口侧的管道组的制冷剂流通管道流至中间上水箱内，并从该中间上水箱经由出口侧的管道组的制冷剂流通管道而流至出口侧上水箱内，并从上述制冷剂出口流出。

根据上述制冷剂流路形态，由于在热交换器的送风流路截面整个区域中，入口侧管道组的温度与出口侧管道组的温度平均后的温度变得均匀，因此，可使经过热交换器后的制热空气的温度分布均匀化。

此外，在第一发明中，由于分体地形成且空开间隔地配置入口侧上水箱和出口侧上水箱，因此，可抑制入口侧上水箱周边的高温的制冷剂与出口侧上水箱周边的低温的制冷剂的热交换来良好地维持热效率。

此外，在第二发明中，因隔热层的存在可抑制入口侧上水箱周边的高温的制冷剂与出口侧上水箱周边的低温的制冷剂的热交换来良好地维持热效率，且通过将两个水箱形成一体能提高强度，并可提高热交换器的组装性。

此外，在第三发明中，由于将温度最高的制冷剂入口和温度最低的制冷剂出口形成在两个水箱间离开最远的位置上，因此，可抑制这些温度差较大的区域间的热交换来良好地维持热效率，且通过将两个水箱形成一体能提高强度，并可提高热交换器的组装性。

附图说明

图1是表示包括本发明的车室内热交换器的车用空调装置中的制冷剂回路的大致情况的图。

图2是第一实施方式的车室内热交换器的立体图。

图3是第一实施方式的车室内热交换器的主要部分横剖视图。

图4是第二实施方式的车室内热交换器的立体图。

图5是第二实施方式的车室内热交换器的主要部分横剖视图。

图6是第三实施方式的车室内热交换器的立体图。

图7是第三实施方式的车室内热交换器的主要部分横剖视图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示包括本发明的车室内热交换器的车用热泵装置（空调装置）中的制冷剂回路的大致情况的图。

将配置在车室内的送风通路51上的车室内热交换器1、配置在车室外的车室外热交换器2、四通切换阀3、压缩器4、并联连接的膨胀阀5A、5B及单向阀6A、6B通过制冷剂配管7循环连接，来构成上述空调装置。

在车室内送风通路51上配置有风扇52，利用风扇51对车室内空气进行送风，并使其经由车室内热交换器1循环来进行制冷或制热。

在制热时，四通阀3切换成图示的实线状态，在压缩器4中被加压的制冷剂经由四通阀3流入车室内热交换器1，并与车室内空气进行热交换（散热）而被冷凝液化。利用上述热交换，来对车室内空气进行加热。利用风扇51将加热后的车室内空气送风至车室内，并对车室内进行制热。

此外，反复进行如下循环：液体制冷剂经过单向阀6A流至膨胀阀5B，减压而呈雾状后流入车室外热交换器2，与外部气体进行热交换（吸热）来汽化（气体化）之后，返回压缩器4的吸入口并被再次加压。

此外，在制冷时，由压缩器4的驱动进行加压的制冷剂经由处于图示虚线状态的四通阀3而流入车室外热交换器2，并与外部气体进行热交换（散热）来对气体制冷剂进行冷凝液化。上述液体制冷剂经过单向阀6B流至膨胀阀5A，被减压而呈雾状后流入车室内热交换器1。

雾状的制冷剂与车室内空气进行热交换（吸热）并蒸发而呈气体状，来对车室内空气进行冷却。利用风扇51将冷却后的车室内空气送风至车室内，并对车室内进行制冷。气体状的制冷剂返回压缩器4的吸入口并被再次加压，反复进行上述循环。

如上所述，在制热时，作为冷凝器工作的车室内热交换器1如下所述构成。另外，在制热时作为冷凝器工作时和在制冷时作为蒸发器工作时，热交换器1的制冷剂流通方向是相反的，以下，对作为冷凝器工作时的制冷剂流通方向进行说明。

图2～图4表示车室内热交换器1的第一实施方式。

通过波纹翅片12在上下方向上将具有扁平的通路截面的多个制冷剂流通管道11层叠来形成一对管道组13A、13B，使这一对管道组13A、13B彼此相对，并在送风流路1的送风方向上隔开间隔地配置两列。各制冷剂流通管道11与波纹翅片12可通过焊接等方式固定。

在上述两列管道组13A、13B的管道轴方向两侧分别配置有朝制冷剂流通管道11的层叠方向延伸的上水箱。

配置在上述管道的轴向一方侧（图示左侧）的上水箱由入口侧上水箱14A和出口侧上水箱14B分体形成，并相互隔着间隔配置。入口侧上水箱14A及出口侧上水箱14B例如由盖构件封闭圆形管构件的上下端面，且如后所述，具有开设用于供各制冷剂流通管道11的端部插入的多个孔的形状。

在入口侧上水箱14A上，将送风方向下游侧的管道组13A的各制冷剂流通管道11的一端部插入相对应的孔来与水箱内部连通，并利用焊接等方式固定。

在入口侧上水箱14A的上部，与外部的上游侧制冷剂配管7连接的制冷剂入口管14a与水箱内部连通，并通过焊接方式连接。

在出口侧上水箱14B上，将送风方向上游侧的管道组13B的各制冷剂流通管道11的一端部插入相对应的孔来与水箱内部连通，并利用焊接等方式固定。

在出口侧上水箱14B的下端部，与外部的下游侧制冷剂配管7连接的制冷剂出口管14b与水箱内部连通，并通过焊接方式连接。

制冷剂入口管14a及制冷剂出口管14b形成为各自的前端部气密地贯通车室内送风流路50的通路壁，并在车室外与外部的上游侧制冷剂配管7及下游侧制冷剂配管7连接。

此外，配置在管道的轴方向另一侧（图示右侧）的中间上水箱15由一个箱形成，将两个管道组13A、13B所有的制冷剂流通管道11的端部插入对应形成的孔内，使其连通并通过焊接等方式固定。

参照图3，对在如上所述构成的车室内热交换器1中，在制热时作为冷凝器工作时的制冷剂的流动进行说明。

从上游侧的制冷剂配管7经由制冷剂入口管14a流入入口侧上水箱14A内的高压/高温的气体状制冷剂在该入口侧上水箱14内扩散，并经过管道组13A的各制冷剂流通管道11流至相反侧的中间上水箱15内。

在中间上水箱15内汇流的制冷剂朝相反方向调头，经过送风方向上游侧的管道组13B的各制冷剂流通管道11而流至出口水箱14B内，并从制冷剂出口罐14b向下游侧的制冷剂配管7流出。

制冷剂在如上所述流过两个管道组13A、13B的各制冷剂流通管道11时，与和上述各管道11的外表面不断接触而流通的送风空气进行热交换来散热，并且与同样被和上述外表面接触的送风空气冷却的波纹翅片12进行热交换来散热，藉此来有效地进行冷却并冷凝液化。

此外，根据上述逆流式制冷剂流路，送风方向下游侧的管道组13A中的、靠近高温的气体状制冷剂以高密度流通的制冷剂入口的区域与送风方向上游侧的管道组13B中的、靠近冷凝后的低温的液体制冷剂流通的制冷剂出口的区域在送风方向上是重叠的。

另一方面，越是靠近相反侧的中间上水箱15，则在送风方向下游侧及上游侧的各管道组13A、13B中流通的制冷剂温度（或气液比例）之差会缩小。

即，在送风流路截面的整个区域内，送风方向下游侧管道组13A的制冷剂温度（气液比例）与上游侧管道组13B的制冷剂温度（气液比例）的平均值（平均温度或平均气液比例）变得均匀。藉此，可使经过车室内热交换器1进行热交换并向车室内送风的制热空气的温度变得均匀，能进行舒适的制热。

但是，在作为冷凝器工作的车室内热交换器1中，如上所述，制冷剂入口周边与制冷剂出口周边的温度差特别大。

例如，在通过使用发动机冷却水的加热器芯体进行车室内制热的情况下，因与空气的热交换，而使出入口温度差为10℃左右（显热变化），在制冷时将车室内热交换器1用作蒸发器（蒸发器）的情况下，出入口温度差也为10℃左右（潜热变化）。

与此相对的是，在使车室内热交换器1作为冷凝器工作的情况下，制冷剂在入口侧以高温的完全气体状态流入，在出口侧以散热并冷凝后的低温的液体状态流出，出入口温度差会达到30℃左右（潜热变化）。

如上所述，一旦在温度差较大的入口侧与出口侧进行热交换，则出口侧的液化后的低温的制冷剂会被入口侧的高温的气体状制冷剂再加热，而使热交换效率降低。

因此，在本第一实施方式中，由入口侧上水箱14A和出口侧上水箱14B来分体形成并空开间隔配置，而形成出入口侧上水箱。

藉此，能有效地抑制入口侧上水箱14A内的高温的气体状制冷剂与出口侧上水箱14B内的冷却后的低温的液体制冷剂之间的热交换，并能充分地抑制热效率的降低。

此外，由于形成为在车室外将制冷剂入口管14a及制冷剂出口管14b与制冷剂配管7连接的结构，因此，即便在出现该连接松开、脱开等情况下，也能避免制冷剂漏出到车室内而对乘客带来影响。

此外，由于将制冷剂出口管14b配置在出口水箱14B的下端部，因此，液体制冷剂及制冷剂中所含的油可顺畅地从制冷剂出口管14b流出，能防止其滞留在出口水箱14B的下部，从而能维持良好的热效率。

图4及图5表示第二实施方式，其是将制冷剂的出入口侧上水箱21一体化的构件。

与第一实施方式同样地，将由圆形管构件（也可以是通过挤压成型）形成的入口侧上水箱构件21A和出口侧上水箱21B用与入口侧上水箱构件21A和出口侧上水箱21B的圆形截面相互外接的一对板21C、21D连接，形成用盖构件将上下端的外形截面整体封闭的形状来进行一体化。其它结构与第一实施方式相同，制冷剂入口管21a及制冷剂出口管21b连接在一体化的出入口侧上水箱21的对应位置上。

若如上所述进行一体化，则由入口侧上水箱构件21A及出口侧上水箱构件21B的相邻的壁部、一对板21C、21D和上下端的盖构件围成的空间被夹设为空气隔热层22。因此，在一体化的水箱中，由于上述空气隔热层22的存在，能尽力抑制在入口侧上水箱构件21A内的高温的气体状制冷剂与出口侧上水箱构件21B内的低温的液体制冷剂之间的热交换，并能良好地维持热效率。

此外，能通过将入口侧上水箱和出口侧上水箱一体化为出入口侧上水箱21来提高水箱的强度，并且能通过将两个管道组13A、13B在管道轴方向的两侧分别与一体化的水箱连接支承来提高热交换器1整体的强度。

此外，通过将水箱一体化，就能将两个管道组13A、13B的制冷剂流通管道11同时组装在入口侧上水箱构件21A及出口侧上水箱构件21B上，能提高热交换器的制造效率。

图6及图7表示第三实施方式，其表示将制冷剂的出入口侧上水箱一体化的另一形态。

出入口侧上水箱31一体形成为具有与中间上水箱15相同外形的箱型，通过间壁32将水箱内部空间划分为与入口侧的管道组13A连通地连接的入口侧上水箱31A和与出口侧的管道组13B连通地连接的出口侧上水箱31B。

在此，在入口侧上水箱31A的上端部连接有制冷剂入口管31a，并在出口侧上水箱31B的下端部连接有制冷剂出口管31b。

在此，制冷剂入口管31a周边的区域由于是高温的气体状制冷剂刚流入后的部分，因而温度最高，另一方面，制冷剂出口管31b周边的区域因冷却后的液体制冷剂从管道组13B的各制冷剂流通管道11流出并合流而温度最低。

此外，由于将制冷剂入口管31a和制冷剂出口管31b配置在出入口侧上水箱31的分开最远的对角位置上，因此，能如上所述使热交换器中温度最高的区域与温度最低的区域尽可能地远。因此，可抑制在上述高温区域与低温区域间的热交换，并能维持良好的热效率。

此外，与第二实施方式一样，能通过出入口侧上水箱31的一体化来提高水箱的强度，通过将两个管道组13A、13B在管道轴方向的两侧上分别与一体化的水箱连接支承来提高热交换器1整体的强度，以及能将两个管道组13A、13B的制冷剂流通管道11分别同时安装在一体化的水箱上来提高热交换器的制造效率。

此外，例如能通过使用具有相同外形的构件来使出入口侧上水箱31A与中间上水箱31B通用化，并将分体的分隔板连接来形成间壁32，来实现成本降低。

在如上所述的实施方式中，将车室内热交换器1形成为在冷凝器和蒸发器之间切换工作的结构，但也可以将本发明的结构应用在如下结构的系统的冷凝器上，其中，在车室内送风流路上分体设置冷凝器和蒸发器，并根据制冷制热来进行切换。

此外，也可以在上下方向上配置很多列供各制冷剂流通管道贯通的平板状翅片，以代替波纹翅片。

(符号说明)

1 车室内热交换器

2 车室外热交换器

7 制冷剂配管

11 制冷剂流通管道

13A、13B 管道组

14A 入口侧上水箱

14B 出口侧上水箱

14a 制冷剂入口管

14b 制冷剂出口管

15 中间上水箱

21A 入口侧上水箱构件

21B 出口侧上水箱构件

21C、21D 板

21a 制冷剂入口管

21b 制冷剂出口管

31 出入口侧上水箱

31A 出入口侧上水箱

31a 制冷剂入口管

31b 制冷剂出口管

32 间壁

51 送风流路

52 风扇

Claims

1.一种车辆用热泵装置的热交换器，其配置在车室内的送风流路上，并至少作为冷凝器起作用，其特征在于，

将多个制冷剂流通管道层叠而成的一对管道组彼此相对地并排配置在所述送风流路的送风方向上，

在所述制冷剂流通管道的轴向一端侧分体且彼此空开间隔地配置有：

入口侧上水箱，该入口侧上水箱具有制冷剂入口，并与一方的所述管道组的各制冷剂流通管道连通地连接；以及

出口侧上水箱，该出口侧上水箱具有制冷剂出口，并与另一方的所述管道组的各制冷剂流通管道连通地连接，

在所述制冷剂流通管道的轴向另一端侧配置有与所述一对管道组的各制冷剂流通管道连通地连接的一个中间上水箱。

2.一种车辆用热泵装置的热交换器，其配置在车室内的送风流路上，并至少作为冷凝器起作用，其特征在于，

在所述制冷剂流通管道的轴向一端侧隔着隔热层一体地配置有：

3.一种车辆用热泵装置的热交换器，其配置在车室内的送风流路上，并至少作为冷凝器起作用，其特征在于，

在所述制冷剂流通管道的轴向一端侧一体地配置有：

所述制冷剂入口与所述制冷剂出口形成在各所述水箱的所述制冷剂流通管道层叠方向的相反侧的各端部上，

4.如权利要求1至3中任一项所述的车室内热交换器，其特征在于，多个所述制冷剂流通管道沿上下方向配置，所述制冷剂出口配置在所述出口侧上水箱的下端部。

5.如权利要求1至3中任一项所述的车室内热交换器，其特征在于，所述制冷剂入口及所述制冷剂出口在车室外与外部的制冷剂配管连接。