JP2004278948A

JP2004278948A - Heat exchanger for car air conditioner

Info

Publication number: JP2004278948A
Application number: JP2003072271A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kurosawa; 美暁黒澤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchanger for a car air conditioner capable of effectively utilizing the waste heat energy from the heated radiator water. SOLUTION: This heat exchanger for a car air conditioner is provided with a refrigerant circuit comprising a compressor (electric compressor) 10. The refrigerant flowing in the refrigerant circuit, the radiator water and the cooling air can exchange the heat to each other. A double pipe 51 composed of an inner passage (inner pipe 52) and an outer passage (between the inner pipe 52 and an outer pipe 53), is mounted. A fin 54 is heat exchangeably mounted in the double pipe 51. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機を備えて冷媒回路が構成されるカーエアコン用の熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より一般的な自動車に用いられているカーエアコンは、エンジン（内燃機関）にてカーエアコンを構成する圧縮機が駆動されていた（エンジン駆動圧縮機）。この圧縮機から吐出され、車室外熱交換器に流入した高温のガス冷媒は、車室外送風機により車室外の空気と熱交換されて放熱し、凝縮液化された後、膨張弁を介して車室内に設けられた車室内熱交換器に流入する。液冷媒はそこで蒸発し、周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。この車室内熱交換器は、車室内送風機にて循環される車室内の空気と熱交換し、車室内を冷却して空調を行う。そして、車室内熱交換器から出た冷媒は圧縮機に戻るサイクルを繰り返すものであった（特許文献１参照）。
【０００３】
該カーエアコンが搭載された自動車はエンジン駆動で走行している。エンジンは、始動すると加熱されるため冷却しなくてはならない。そこでエンジンを冷却するために冷却水回路が設けられ、この冷却水回路に循環ポンプとラジエータとを設けている。そして、冷却水にエンジンの熱を一旦蓄えて循環ポンプによりラジエータに循環させ、室外送風機でラジエータに空気を送風している。これにより、エンジンで加熱されて冷却水に蓄えられた熱を廃熱してラジエータ水を所定の温度に維持すると共に、エンジンの温度を所定の温度に維持していた。また、車室内の暖房時は冷却水を室内熱交換器に循環させ、室内送風機にて室内熱交換器を送風することにより車室内を暖房していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３４０４９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カーエアコンが取り付けられた車室内の冷房時は勿論のこと暖房時でも、エンジンで加熱された冷却水が予め設定された所定の温度を超えると、室外送風機でラジエータに送風して冷却水の熱を廃熱していた。このため、エンジンで加熱された冷却水の熱エネルギーが無駄になってしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、加熱されたラジエータ水からの廃熱エネルギーを有効に利用することができるカーエアコン用熱交換器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のカーエアコン用熱交換器は、圧縮機を備えて冷媒回路が構成されるものであって、冷媒回路中を流れる冷媒と、ラジエータ水と、冷却風とを相互に熱交換可能としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明のカーエアコン用熱交換器は、上記に於いて、内側通路と外側通路からなる二重管と、この二重管に交熱的に取り付けられたフィンとから構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明のカーエアコン用熱交換器は、請求項１に加えて、外管と、この外管内に配設された内管と、外管に交熱的に取り付けられたフィンとから構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明のカーエアコン用熱交換器は、請求項１に加えて、マイクロチューブと、このマイクロチューブに交熱的に取り付けられた配管及びフィンとから構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、カーエアコンが取り付けられた車室内の暖房時に、エンジンからの廃熱エネルギーを本発明の熱交換器により冷媒回路で回収して、車室内の暖房に利用することができる。該熱交換器内を流通するカーエアコンの冷媒を、エンジンを冷却するラジエータ水を廃熱で加熱しているので、熱交換器が着霜してしまうのを未然に抑えることができる。これにより、熱交換器の除霜運転が不要となるので、例えば従来のように熱交換器の除霜運転に格別な熱エネルギーを利用する必要がなくなる。
【００１２】
また、エンジン駆動車でハイブリッド車や燃料電池車のように、ラジエータ水が蓄えた廃熱エネルギーをエンジン停止後の始動時に冷媒回路で汲み上げて暖房に利用することができる。また、車室内の冷房時には熱交換器の熱エネルギーをラジエータ水に放出することが可能となる。従って、エンジンからの廃熱エネルギーを有効に利用することができるようになるものである。
【００１３】
特に、燃料電池自動車の場合には、燃料電池を起動する際に熱が必要となるが、圧縮機を運転して本発明の熱交換器の冷媒の熱を燃料電池を起動する際放熱させることで、冷媒回路から燃料電池起動時に必要な熱エネルギーを供給することが可能となる。従って、ラジエータ水の廃熱エネルギーを燃料電池起動時や車室内の暖房、及び、熱交換器の除霜運転時に利用することが可能となり、総じて、エネルギーの大幅な効率アップを図ることができるようになるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明のカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの暖房時の冷媒回路図、図２は本発明のカーエアコン用熱交換器近傍の模式図、図３は本発明のカーエアコン用熱交換器の一部拡大縦断面図をそれぞれ示している。本発明は、少なくともエンジン駆動自動車又はハイブリッド自動車等に適用可能であり、以下の実施例ではエンジン駆動自動車を例に説明する。
【００１５】
図１において、１はハイブリッド自動車（以降自動車と称す）で、この自動車１にはエンジン２と、カーエアコン用の熱交換器（以降２重管型熱交換器と称す）５０とが搭載されている。２重管型熱交換器５０は、所謂プレートフィン型の熱交換器で、自動車１の人が乗車しない車室外に取り付けられて使用するもので、ロータリーコンプレッサ等にて構成された圧縮機として二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式の電動のコンプレッサ（以降電動コンプレッサと称す）１０が設けられている。該電動コンプレッサ１０には図示しないモータが設けられており、このモータは、自動車１に車載されたバッテリにて回転し電動コンプレッサ１０を駆動する。
【００１６】
そして、電動コンプレッサ１０の吐出側の配管１０Ａは、電磁弁１１を介してマイクロチューブ型の室内熱交換器１３（暖房用）に接続され、室内熱交換器１３の出口側の配管１３Ａは、減圧装置としての第１の膨張弁１４に接続されている。第１の膨張弁１４の出口側の配管１４Ａは、逆止弁１６に接続され、逆止弁１６の出口側の配管１６Ａは、２重管型熱交換器５０に設けられた配管（後述する内管５２）に接続されている（図２）。尚、逆止弁１６は冷媒を室内熱交換器１３側から２重管型熱交換器５０側へ流通させ、２重管型熱交換器５０側から室内熱交換器１３側へ流通するのを阻止する。
【００１７】
２重管型熱交換器５０に設けられた内管５２の出口側の配管５０Ａは、マイクロチューブ型の室外熱交換器９に接続され、室外熱交換器９の出口側の配管９Ａは第２の膨張弁３３を介して室内熱交換器としてのマイクロチューブ型の冷却器３４に接続されている。そして、冷却器３４の出口側は電磁弁３５に接続され、電磁弁３５の出口側の配管３５Ａは、アキュムレータ３２に接続されている。アキュムレータ３２の出口側は、電動コンプレッサ１０の吸込側に接続されて環状のカーエアコンの冷媒回路を構成している。
【００１８】
また、室外熱交換器９の出口側の配管９Ａは、分岐してバイパス電磁弁３１に接続され、バイパス電磁弁３１の出口側は、電磁弁３５の出口側の配管３５Ａに接続されている。尚、室内熱交換器１３は、電動コンプレッサ１０から出た高温のガス冷媒と車室内の空気とを熱交換して車室内の暖房を行うものである。
【００１９】
室内熱交換器１３の出口側の配管１３Ａは分岐しバイパス電磁弁１５を介して第１の膨張弁１４の出口側の配管１４Ａに接続されており、この第１の膨張弁１４とバイパス電磁弁１５とは並列に設けられている。また、前記、電動コンプレッサ１０の吐出側の配管１０Ａは、分岐して電磁弁１７、逆止弁１８を介して前記逆止弁１６の出口側の配管１６Ａに接続されている。尚、逆止弁１６は室内熱交換器１３側から冷媒を２重管型熱交換器５０側へ流通させ、２重管型熱交換器５０側から室内熱交換器１３側へ流通するのを阻止する。
【００２０】
尚、２重管型熱交換器５０、電動コンプレッサ１０、室外熱交換器９及び後述するエンジン２の冷却水回路に設けられたラジエータ４１は、前述同様人が乗車しない車室外に設置され、室外熱交換器９はラジエータ４１よりも自動車１の進行方向前方に立設されている。また、室内熱交換器１３及び冷却器３４は、人が乗車する車室内に設置されている。そして、室内熱交換器１３と冷却器３４とは併設されると共に、冷却器３４側に図示しない車室内送風機が設けられ、当該車室内送風機はそれら室内熱交換器１３と冷却器３４で熱交換した熱を車室内に循環させて車室内の空調を行う。
【００２１】
一方、エンジン２が始動するとエンジン２は加熱されるため、冷却しなくてはならない、そこでエンジン２は従来より冷却水（以降ラジエータ水と称す）を循環させて冷却している。即ち、エンジン２を冷却するためのラジエータ水の出口側に循環ポンプ４０が設けられており、この循環ポンプ４０の出口側の配管４０Ａは、プレートフィン型のラジエータ４１に接続されている。ラジエータ４１の出口側の配管４１Ａは前記２重管型熱交換器５０に設けられた後述する外管５３に接続されて２重管型熱交換器５０の配管内を通り出口側の配管２Ａからエンジン２に戻る環状の、エンジン２の冷却水回路を構成している。
【００２２】
循環ポンプ４０の出口側の配管４０Ａは、分岐しバイパス電磁弁４２を介してラジエータ４１の出口側の配管４１Ａに接続されると共に、ラジエータ４１の出口側の配管４１Ａは、分岐しバイパス電磁弁４３を介して２重管型熱交換器５０の出口側の配管２Ａに接続されている。即ち、バイパス電磁弁４２は、ラジエータ４１と並列に、バイパス電磁弁４３は、２重管型熱交換器５０と並列に設けられている。
【００２３】
また、ラジエータ４１は、前記室外熱交換器９と並列に設置されると共に、２重管型熱交換器５０は、室外熱交換器９の後方上側（この場合、ラジエータ４１の上側となる）に並列に設置される。また、室外熱交換器９及び２重管型熱交換器５０には、それら室外熱交換器９及び２重管型熱交換器５０の熱を放熱するための図示しない車室外送風機がそれぞれ設けられている。
【００２４】
ここで、２重管型熱交換器５０は、蛇行して設けられた配管（以降二重管５１と称す）に所定の間隔を存して交熱的に複数の放熱フィン（プレートフィン）５４が設けられている（図３）。二重管５１は、外管５３内に内管５２が設けられた配管で、内部中空の内管５２（本発明の内側通路に相当）と、この内管５２と所定の間隔を存して外側を覆う外管５３とから構成されており、外管５３は複数のフィン５４に予め設けられた挿通孔（図示せず）に圧入されることにより交熱的に取り付けられている。該フィン５４は外管５３に直交して取り付けられると共に、各フィン５４は所定の間隔を存して外管５３に取り付けられている。そして、各フィン５４の間に車室外送風機から空気が送風（図中黒矢印方向）される。
【００２５】
そして、前記エンジン２を冷却するラジエータ水を、内管５２と外管５３との間（本発明の外側通路に相当）を二重管５１の一側から他側方向（図３実線矢印方向）に向かって流通させ、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を、内管５２内を二重管５１の他側から一側方向（図３点線矢印方向）に向かって流通させる。即ち、内管５２内を流通する冷媒と、内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水とを二重管５１内を相互に逆方向に流通させている。これにより、熱交換効率の向上を図っている。尚、室外熱交換器９、室内熱交換器１３、冷却器３４及びラジエータ４１は従来より周知の熱交換器或いは冷却器であるため、詳細な説明を省略する。
【００２６】
以上の構成で次にカーエアコンの動作を説明する。尚、最初に自動車１の車室内の暖房運転例を図１を参照して説明する。また、カーエアコンの冷媒回路内の冷媒は、地球環境にやさしく可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒であるＣＯ_２（二酸化炭素）が使用されるものとし、車室内の暖房運転時には冷媒回路に設けられた電磁弁１１とパイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４２は開き、冷媒回路に設けられたバイパス電磁弁１５、電磁弁１７、３５及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４３は閉じているものとする。
【００２７】
まず、自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンも駆動されてラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０によってエンジン２の冷却水回路内を循環する。詳しくは、ラジエータ水は循環ポンプ４０から出てバイパス電磁弁４２を通り２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。
【００２８】
２重管型熱交換器５０の配管内に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換した後、エンジン２に戻りエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときの冷媒の流れを図中実線矢印で示している）。尚、バイパス電磁弁４２は閉じていないが、並列に設けられたラジエータ４１内はラジエータ水の流通抵抗があるためラジエータ水は殆どバイパス電磁弁４２側を流通するので、２重管型熱交換器５０の配管内での冷媒とラジエータ水との熱交換には殆ど支障は生じない。
【００２９】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出されて電磁弁１１を通り室内熱交換器１３に流入した高温のガス冷媒は、車室内送風機により車室内の空気と熱交換する。これによって車室内の暖房が行われる。そして、車室内の空気と熱交換して放熱された冷媒は、第１の膨張弁１４で絞られた後、２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。
【００３０】
２重管型熱交換器５０の配管内に流入した冷媒はそこで蒸発して周囲から熱を吸収する。即ち、冷媒は内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水から熱エネルギーを吸収して加熱される。そして、２重管型熱交換器５０の配管内から出た冷媒は、室外熱交換器９に流入しそこで外気で更に加熱されて気化した後、バイパス電磁弁３１を通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。
【００３１】
即ち、２重管型熱交換器５０の配管内では、エンジン２で加熱されてラジエータ水に蓄えられた廃熱で、第１の膨張弁１４で絞られ減圧されて蒸発し冷却された冷媒を加熱している。そして、加熱された冷媒を電動コンプレッサ１０で圧縮して更に加熱した熱エネルギーを室外熱交換器９に流入させているので、エンジン２で加熱された廃熱エネルギーを車室内の暖房として有効に利用することができる。２重管型熱交換器５０内では冷却された冷媒でラジエータ水を冷却することができる。
【００３２】
次に、自動車１の車室内の冷房運転例を図４を参照して説明する。尚、カーエアコンの冷媒回路及びエンジン２の冷却水回路は図１同様に構成されているものとする。また、車室内の冷房運転時には、冷媒回路に設けられた電磁弁１７、３５は開き、冷媒回路に設けられた電磁弁１１とパイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４２、４３は閉じているものとする。
【００３３】
そして、前述同様自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されてラジエータ水の温度がエンジン２の廃熱により予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０から配管４０Ａ、ラジエータ４１内で冷却された後、２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。２重管型熱交換器５０に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換した後、エンジン２に戻りエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときの冷媒の流れを図中実線矢印で示している）。
【００３４】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は電磁弁１７を通り２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。２重管型熱交換器５０の配管内に流入した冷媒は、内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水と熱交換し放熱した後、室外熱交換器９内に流入し更に冷却される。
【００３５】
室外熱交換器９内に流入し冷却された冷媒は、第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。この冷却器３４は、車室内送風機にて循環される車室内の空気と熱交換し、車室内を冷却した後、電磁弁３５を通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。
【００３６】
前記２重管型熱交換器５０及び室外熱交換器９は、車室外送風機にて車室外の空気で冷却され、２重管型熱交換器５０の配管内では高温の冷媒とラジエータ水とが熱交換し、室外熱交換器９内の冷媒と併設されたラジエータ４１内のラジエータ水は室外送風機にて室外熱交換器９側から車室外の空気で冷却される。この場合、２重管型熱交換器５０に流入する以前約＋１００℃〜＋１５０℃あった冷媒温度は、室外熱交換器９を出たところで外気温近くまで冷却される。
【００３７】
即ち、２重管型熱交換器５０の配管内では、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒はラジエータ水と熱交換して車室外に放熱される。放熱された冷媒は更に室外熱交換器９にて車室外に放熱されて冷却され第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮し車室内を冷房するようにしているので、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を効果的に放熱することができる。
【００３８】
次に、自動車１の車室内の除湿運転例を図５を参照して説明する。尚、カーエアコンの冷媒回路及びエンジン２の冷却水回路は図１同様に構成されているものとする。また、車室内の除湿運転時には、冷媒回路に設けられた電磁弁１１、３５、バイパス電磁弁１５、及び、エンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４３は開き、冷媒回路に設けられた電磁弁１７とバイパス電磁弁３１、及び、エンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４２は閉じているものとする。
【００３９】
そして、前述同様自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されて加熱されたラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０からラジエータ４１内に流入しそこで放熱され所定の温度以下に冷却された後、バイパス電磁弁４３を通りエンジン２に戻る循環を繰り返す（このときのラジエータ水の流れを図中実線矢印で示している）。尚、２重管型熱交換器５０の配管内ではラジエータ水の流通抵抗があるため殆どのラジエータ水はバイパス電磁弁４３側を流通するので、２重管型熱交換器５０の配管内での冷媒とラジエータ水との熱交換には殆ど支障は生じない。
【００４０】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は電磁弁１１を通り室内熱交換器１３内に流入する。室内熱交換器１３内に流入した高温のガス冷媒は、車室内送風機により室内熱交換器１３を通過する空気と熱交換し放熱する。放熱した冷媒はバイパス電磁弁１５を通り２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。
【００４１】
２重管型熱交換器５０はラジエータ水の流れがバイパス電磁弁４３にてバイパスされているため、この場合は働かない。
【００４２】
そして、室外熱交換器９内で所定の温度以下まで冷却された冷媒は、凝縮液化し第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。このとき、車室内送風機にて循環する車室内の空気は冷却器３４を通過する過程で冷却され、これによって水分が取り除かれて除湿される。
【００４３】
そして、冷却器３４を出た冷媒は、アキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。即ち、所定の車室内温度の空気は車室内送風機にて冷却器３４で冷却されて除湿された後、室内熱交換器１３で暖められて元の車室内温度に戻る。これにより、車室内は冷房及び暖房されることなく除湿だけが行われる。
【００４４】
即ち、自動車１の車室内の暖房時には、エンジン２からの廃熱エネルギーを、蛇行した二重管５１を備えた２重管型熱交換器５０によりカーエアコンの冷媒回路で回収し、室内熱交換器１３で車室内に放熱しているので、車室内の暖房にラジエータ水の廃熱エネルギーを効果的に利用することが可能となる。また、車室内の冷房時には、２重管型熱交換器５０で電動のコンプレッサ１０で圧縮された高温、高圧の冷媒（ＣＯ_２）の熱をラジエータ水に放熱することができるので、冷房能力を一層向上させることができる。
【００４５】
次に、図６には他の実施例の熱交換器（２重管型熱交換器５０）を用いたカーエアコンの冷媒回路を示している。この場合、カーエアコンの冷媒回路には車室内の冷却を行う冷却器３４が設けられ、ラジエータ４１の冷却水回路には車室内の暖房を行う室内熱交換器４５が設けられている。即ち、電動コンプレッサ１０の吐出側の配管１０Ａは、２重管型熱交換器５０（二重管５１の内管５２）に接続され、２重管型熱交換器５０の出口側は第３の膨張弁２０を介して室外熱交換器９に接続されている。
【００４６】
室外熱交換器９の出口側の配管９Ａは、第２の膨張弁３３を介して室内熱交換器としてのプレートフィン型の冷却器３４に接続されている。そして、冷却器３４の出口側は電磁弁３５に接続され、電磁弁３５の出口側の配管３５Ａは、アキュムレータ３２に接続されている。アキュムレータ３２の出口側は、電動コンプレッサ１０の吸込側に接続されて環状のカーエアコンの冷媒回路を構成している。
【００４７】
また、室外熱交換器９の出口側の配管９Ａは、分岐してバイパス電磁弁３１に接続され、バイパス電磁弁３１の出口側は、電磁弁３５の出口側の配管３５Ａに接続されている。即ち、バイパス電磁弁３１は、室外熱交換器９と並列に接続されている。そして、前述同様２重管型熱交換器５０、電動コンプレッサ１０、室外熱交換器９及び後述するエンジン２の冷却水回路に設けられたラジエータ４１は人が乗車しない車室外に設置され、室外熱交換器９はラジエータ４１よりも自動車１の進行方向前方よりも自動車１の進行方向前方に立設されている。
【００４８】
一方、エンジン２は前述同様冷却水により冷却される。即ち、エンジン２を冷却するための冷却水の出口側に循環ポンプ４０が設けられ、この循環ポンプ４０の出口側の配管４０Ａは前記２重管型熱交換器５０の配管（外管５３）に接続されている。２重管型熱交換器５０の配管（外管５３）の出口側の配管５３Ａはラジエータ４１に接続され、ラジエータ４１の出口側は電磁弁４４に接続されている。
【００４９】
電磁弁４４の出口側の配管４４Ａはプレートフィン型の室内熱交換器４５（暖房用）に接続され、室内熱交換器４５の出口側の配管４５Ａがエンジン２に接続される環状のエンジン２の冷却水回路を構成している。また、２重管型熱交換器５０（外管５３）の出口側の配管５３Ａは分岐してバイパス電磁弁４６に接続され、バイパス電磁弁４６の出口側は電磁弁４４の出口側の配管４４Ａに接続されている。即ち、バイパス電磁弁４６は、ラジエータ４１と並列に設けられている。
【００５０】
そして、エンジン２の冷却水回路のバイパス電磁弁４６が開き、電磁弁４４が閉じている場合は、ラジエータ水は、２重管型熱交換器５０の配管内を通りラジエータ４１をバイパスして室内熱交換器４５内に流入すると共に、バイパス電磁弁４６が閉じ、電磁弁４４が開いている場合は、ラジエータ水は、２重管型熱交換器５０からラジエータ４１内を通り室内熱交換器４５内に流入する。
【００５１】
また、電磁弁４４の出口側の配管４４Ａは分岐してバイパス電磁弁４７に接続され、バイパス電磁弁４７は室内熱交換器４５の出口側の配管４５Ａに接続されている。即ち、バイパス電磁弁４７は、室内熱交換器４５と並列に設けられている。そして、バイパス電磁弁４７が開いている場合、ラジエータ水は２重管型熱交換器５０或いはラジエータ４１を通り室内熱交換器４５をバイパスしてエンジン２に戻ると共に、バイパス電磁弁４７が閉じている場合、ラジエータ水は２重管型熱交換器５０或いはラジエータ４１を通り、更に室内熱交換器４５内を通りエンジン２に戻る。
【００５２】
また、前述同様室内熱交換器４５及び冷却器３４は、人が乗車する車室内に設置されている。そして、室内熱交換器４５と冷却器３４とは併設されると共に、冷却器３４側に図示しない車室内送風機が設けられ、当該車室内送風機はそれら室内熱交換器４５と冷却器３４で熱交換した熱を車室内に循環させる。また、２重管型熱交換器５０の配管内では冷媒とラジエータ水を前述の如く逆方向に流通させている。他前述同様に構成されている。
【００５３】
以上の構成で次にカーエアコンの動作を説明する。尚、最初に自動車１の車室内の暖房運転例を説明する。この場合もカーエアコンの冷媒回路内の冷媒は、地球環境にやさしく可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒であるＣＯ_２（二酸化炭素）が使用されるものとし、車室内の暖房運転時には、冷媒回路に設けられたバイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４６は開き、冷媒回路に設けられた電磁弁３５及びエンジン２の冷却水回路に設けられた電磁弁４４、バイパス電磁弁４７は閉じているものとする。
【００５４】
まず、自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されて加熱されたラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０によってエンジン２の冷却水回路を循環する。即ち、所定の温度に加熱されたラジエータ水は循環ポンプ４０から出て出口側の配管４０Ａから２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。２重管型熱交換器５０に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換して更に加熱された後、出口側の配管５３Ａで分岐してバイパス電磁弁４６を通り室内熱交換器４５内に流入する。
【００５５】
室内熱交換器４５に流入したラジエータ水は、そこで車室内送風機により車室内の空気と熱交換して放熱し、これによって車室内の暖房が行われる。そして、車室内の空気と熱交換して放熱し、これによって冷却されたラジエータ水は、室内熱交換器４５出て出口側の配管４５Ａからエンジン２に戻りエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときのラジエータ水の流れを図中実線矢印で示している）。
【００５６】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は、吐出側の配管１０Ａから２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。２重管型熱交換器５０の配管内に流入した高温の冷媒は、内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水と熱交換して冷却される。このとき、冷媒と熱交換したラジエータ水は更に加熱されるので、室内熱交換器４５で車室内の暖房を効果的に行うことができる。
【００５７】
そして、２重管型熱交換器５０の配管内で冷却された冷媒は２重管型熱交換器５０を出て第３の膨張弁２０で絞られた後、室外熱交換器９に流入し蒸発する。そして、室外送風機にて室外熱交換器９は空気と熱交換して車室外に熱を放熱する。放熱した冷媒は配管９Ａからバイパス電磁弁３１を通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。
【００５８】
即ち、２重管型熱交換器５０の配管内では、電動コンプレッサ１０から吐出された高温冷媒の廃熱エネルギーでエンジン２の冷却水回路内のラジエータ水を加熱し、この加熱されたラジエータ水を室内熱交換器４５に流入させて、車室内を暖房するようにしているので、電動コンプレッサ１０から吐出された高温冷媒の熱エネルギーを車室内の暖房として利用することができる。特に、エンジン２でラジエータ水が加熱されないエンジン２始動時などに、車室内の暖房に有効である。また、ＨＥＶなどのエンジンの廃熱が少ないものの暖房やエンジンストップ時に有効である。
【００５９】
次に、自動車１の車室内の冷房運転例を図７を参照して説明する。尚、カーエアコンの冷媒回路及びエンジン２の冷却水回路は図６同様に構成されているものとする。また、車室内の冷房運転時には、カーエアコンの冷媒回路に設けられた電磁弁３５及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４４、４７は開き、カーエアコンの冷媒回路に設けられたパイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４６は閉じているものとする。また、エンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４７が開いた状態で配管４４Ａは室内熱交換器４５に連通しているが、室内熱交換器４５内ではラジエータ水の抵抗が大きく、ラジエータ水の殆どはバイパス電磁弁４７側を流通することになるので、冷却器３４での車室内の冷房運転には支障が生じない。
【００６０】
そして、前述同様自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されて加熱されたラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０から２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。２重管型熱交換器５０に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換して温度上昇した後ラジエータ４１に流入する。即ち、ラジエータ水は２重管型熱交換器５０で温度上昇するが、ラジエータ４１に流入したときラジエータ水は車室外送風機にて車室外の空気で所定の温度以下に冷却される。そして、ラジエータ４１を出たラジエータ水は、バイパス電磁弁４７を通りエンジン２に戻ってエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときの冷媒の流れを図中実線矢印で示している）。
【００６１】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は、２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。２重管型熱交換器５０の配管内に流入した冷媒は、内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水と熱交換して放熱する。放熱した冷媒は２重管型熱交換器５０を出て第３の膨張弁２０で絞られた後、室外熱交換器９に流入し、そこで蒸発して周囲の空気の熱を吸収する。
【００６２】
そして、室外熱交換器９を出た冷媒は、第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入する。冷却器３４に流入した冷媒は、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。係る、冷却器３４内の冷媒は、車室内送風機にて循環される車室内の空気と熱交換し、車室内を冷却した後、電磁弁３５を通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。
【００６３】
即ち、２重管型熱交換器５０の配管内では、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒とラジエータ水とが熱交換して冷媒の熱は車室外に放熱される。放熱された冷媒は更に室外熱交換器９にて放熱されて冷却され第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収して車室内を冷房するようにしているので、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を効果的に放熱することができる。
【００６４】
次に、自動車１の車室内の除湿運転例を図８を参照して説明する。尚、カーエアコンの冷媒回路及びエンジンの冷却水回路は図６同様に構成されているものとする。また、車室内の除湿運転時には、冷媒回路に設けられた電磁弁３５及びエンジン２の冷却水回路に設けられた電磁弁４４は開き、冷媒回路に設けられたバイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４６、バイパス電磁弁４７は閉じているものとする。
【００６５】
そして、前述同様自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されて加熱されたラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０から２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。２重管型熱交換器５０に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換して温度上昇した後ラジエータ４１に流入する。即ち、ラジエータ水は２重管型熱交換器５０で温度上昇するが、ラジエータ４１に流入したときラジエータ水は車室外送風機にて車室外の空気で所定の温度以下に冷却される。
【００６６】
そして、ラジエータ４１を出たラジエータ水は、電磁弁４４から配管４４Ａを通り室内熱交換器４５に流入する。室内熱交換器４５に流入したラジエータ水は、そこで車室内送風機により車室内の空気と熱交換して放熱し、これによって車室内の暖房が行われる。そして、車室内の空気と熱交換して放熱し、これによって冷却されたラジエータ水は、室内熱交換器４５を出て出口側の配管４５Ａからエンジン２に戻りエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときのラジエータ水の流れを図中実線矢印で示している）。
【００６７】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は、２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。２重管型熱交換器５０の配管内に流入した冷媒は、内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水と熱交換して放熱する。放熱した冷媒は２重管型熱交換器５０を出て第３の膨張弁２０で絞られた後、室外熱交換器９に流入し、そこで蒸発して周囲の空気の熱を吸収し冷却する。この場合、車室外送風機にて冷却された室外熱交換器９が送風されその空気でラジエータ４１が冷却されるのでラジエータ水を好適に冷却することができる。
【００６８】
そして、室外熱交換器９を出た冷媒は、第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。このとき、車室内送風機にて循環する車室内の空気は冷却器３４を通過する過程で冷却され、これによって水分が取り除かれて除湿される。そして、冷媒は冷却器３４を出て電磁弁３５、配管３５Ａを通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。この場合、所定の車室内温度の空気は車室内送風機にて冷却器３４で冷却されて除湿された後、室内熱交換器４５で暖められて元の車室内温度に戻る。これにより、車室内は所定の温度を保持した状態で除湿だけを行うことができる。
【００６９】
このように、自動車１の車室内の暖房時に、エンジン２からの廃熱エネルギーを蛇行した二重管５１を備えた２重管型熱交換器５０によりカーエアコンの冷媒回路で回収することにより、当該エンジン２の廃熱エネルギーを効果的に車室内の暖房に利用することが可能となる。また、２重管型熱交換器５０の配管内を流通する冷媒を、エンジン２を冷却するラジエータ水の廃熱エネルギーで加熱しているので、２重管型熱交換器５０に着霜が発生するなどの不都合を未然に抑えることができる。
【００７０】
これにより、２重管型熱交換器５０の除霜運転が不要となるので、従来のように２重管型熱交換器５０の除霜運転に格別な熱エネルギーを利用する必要がなくなる。特に、ＣＯ_２を冷媒とした電動コンプレッサ１０において、エンジン２で加熱されてラジエータ水に蓄えられた廃熱エネルギーを、従来のようにラジエータ４１で放熱して車室外に廃熱しなくても、２重管型熱交換器５０の配管内に流通させることでカーエアコンの冷媒回路で汲み上げることができ高効率、及び、除霜運転が不要となる。
【００７１】
また、車室内の冷房時はＣＯ_２の高圧、高温の熱をラジエータ水に放熱するようにしているので、冷媒回路の廃熱エネルギーを効果的に放熱することが可能となる。また、２重管型熱交換器５０はラジエータ水の廃熱エネルギーを空気中に放熱する働きをさせることができるので、カーエアコンの停止時には２重管型熱交換器５０を通常のエンジン２の冷却水回路のラジエータ４１として使用することで、２重管型熱交換器５０を有効に利用することが可能となる。
【００７２】
次に、図９には本発明のカーエアコン用の熱交換器５０に用いられる他の配管を示している。この場合、配管は外管６０とこの外管６０内に配設された内管６１とから構成されており、内管６１は内部中空型の複数（この場合、３本）の細い配管（以降細管６１Ａと称す）にて構成され、外管６０と各細管６１Ａとの間は所定の間隔を存して設けられている。そして、外管６０と各細管６１Ａとの間はエンジン２の冷却水回路に連通すると共に、各細管６１Ａ内はカーエアコンの冷媒回路に連通している。即ち、前述の２重管型熱交換器５０に、外管６０内に複数の細管６１Ａにて構成された内管６１から成る二重管５１を設けている。外管６０には前述の二重管５１同様、所定の間隔を存して複数の放熱フィン５４（図９では図示せず）が交熱的に設けられている。他は前述同様に構成されている。尚、複数の細管６１Ａを３本としたが、細管６１Ａは３本に限らず、１本、２本或いは３本以上でも差し支えない。
【００７３】
そして、エンジン２を冷却するラジエータ水を、細管６１Ａと外管６０との間を二重管５１の一側から他側方向に向かって流通させ、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を、各細管６１Ａ内を二重管５１の他側から一側方向に向かって流通させる。即ち、各細管６１Ａ内を流通する冷媒と、各細管６１Ａと外管６０との間を流通するラジエータ水とを相互に逆方向に流通させる。このように、外管６０内に複数の細管６１Ａにて構成される内管６１を設けているので、ラジエータ水と冷媒との熱交換効率を一層向上させることができる。
【００７４】
次に、図１０には本発明のカーエアコン用の熱交換器５０に用いられる他の配管を示している。この場合、配管は内部中空の水管６２と、内部に複数の細孔６３Ａが設けられたマイクロチューブ６３とから構成されている。該水管６２及びマイクロチューブ６３は、例えば、アルミニウムなどの金属にて構成され、断面略楕円形（若しくは長円形。この場合、断面長手方向の寸法約１５ｍｍ、断面幅寸法約２ｍｍ）の扁平チューブで、水管６２とマイクロチューブ６３とを相互に密着して熱交換性能を向上させている。即ち、配管は水管６２とマイクロチューブ６３とを交熱的に取り付けている。
【００７５】
該水管６２とマイクロチューブ６３には二重管５１同様、所定の間隔を存して複数の放熱フィン５４（図１０では図示せず）が交熱的に設けられている。そして、水管６２内部はエンジン２の冷却水回路に連通すると共に、マイクロチューブ６３の各細孔６３Ａ内はカーエアコンの冷媒回路に連通している。他は前述同様に構成されている。尚、水管６２とマイクロチューブ６３は、断面略楕円形の一側側面を直線に形成して密着させ、水管６２とマイクロチューブ６３の熱交換性能を更に向上させても良い。
【００７６】
そして、エンジン２を冷却するラジエータ水を、配管（水管６２）の一側から他側方向に向かって流通させ、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を、配管（マイクロチューブ６３の各細孔６３Ａ）の他側から一側方向に向かって流通させる。即ち、マイクロチューブ６３の各細孔６３Ａ内を流通する冷媒と、水管６２内を流通するラジエータ水とを相互に逆方向に流通させる。このように、複数の細孔６３Ａを備えたマイクロチューブ６３と、水管６２とを交熱的に設けているので、ラジエータ水と冷媒との熱交換効率を更に向上させることができる。
【００７７】
次に、図１１には本発明のカーエアコン用の熱交換器５０に用いられる更に他の配管を示している。この場合、配管は内部に複数の細孔６４Ａ、６４Ａ（径が大きい）と細孔６４Ｂ（径が小さい）・・が設けられたマイクロチューブ６４から構成されている。該マイクロチューブ６４は、例えば、アルミニウムなどの金属にて構成され、断面略楕円形（若しくは長円形。この場合、断面長手方向の寸法約１５ｍｍ、断面幅寸法約２ｍｍ）の扁平チューブである。
【００７８】
該マイクロチューブ６４には二重管５１同様、所定の間隔を存して複数の放熱フィン５４（図１１では図示せず）が交熱的に設けられている。そして、細孔６４Ａはエンジン２の冷却水回路に連通すると共に、細孔６４Ｂはカーエアコンの冷媒回路に連通している。他は前述同様に構成されている。
【００７９】
そして、エンジン２を冷却するラジエータ水を、細孔６４Ａ、６４Ａの一側から他側方向に向かって流通させ、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を、細孔６４Ｂ・・の他側から一側方向に向かって流通させる。即ち、マイクロチューブ６４の細孔６４Ｂ・・内を流通する冷媒と、細孔６４Ａ、６４Ａ内を流通するラジエータ水とを相互に逆方向に流通させ、マイクロチューブ６４の壁を介して熱交換させる。これにより、ラジエータ水と冷媒とを効率的に熱交換させることができる。
【００８０】
尚、実施例ではカーエアコン用熱交換器をエンジン２を搭載した自動車１に使用したが、カーエアコン用熱交換器はエンジン２を搭載した自動車１に限らず、ハイブリッドカー（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などに用いても差し支えない。この場合、ラジエータ水が蓄えたエンジン２或いは電池の廃熱エネルギーを、エンジン２停止後の始動時に冷媒回路で汲み上げて暖房に利用することができる。従って、エンジンからの廃熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、カーエアコンが取り付けられた車室内の暖房時に、エンジンからの廃熱エネルギーを本発明の熱交換器により冷媒回路で回収して、車室内の暖房に利用することができる。該熱交換器内を流通するカーエアコンの冷媒を、エンジンを冷却するラジエータ水の廃熱で加熱しているので、熱交換器が着霜してしまうのを未然に抑えることができる。これにより、熱交換器の除霜運転が不要となるので、例えば従来のように熱交換器の除霜運転に格別な熱エネルギーを利用する必要がなくなる。
【００８２】
また、エンジン駆動車でハイブリッド車や燃料電池車のように、ラジエータ水が蓄えた廃熱エネルギーをエンジン停止後の始動時に冷媒回路で汲み上げて暖房に利用することができる。また、車室内の冷房時には熱交換器の熱エネルギーをラジエータ水に放出することが可能となる。従って、エンジンからの廃熱エネルギーを有効に利用することができるようになるものである。
【００８３】
特に、燃料電池自動車の場合には、燃料電池を起動する際に熱が必要となるが、圧縮機を運転して本発明の熱交換器の冷媒の熱を燃料電池を起動する際放熱させることで、冷媒回路から燃料電池起動時に必要な熱エネルギーを供給することが可能となる。従って、ラジエータ水の廃熱エネルギーを燃料電池起動時や車室内の暖房、及び、熱交換器の除霜運転時に利用することが可能となり、総じて、エネルギーの大幅な効率アップを図ることができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの暖房時の冷媒回路図である。
【図２】本発明のカーエアコン用熱交換器近傍の模式図である。
【図３】本発明のカーエアコン用熱交換器の一部拡大縦断面図である。
【図４】本発明のカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの冷房時の冷媒回路図である。
【図５】本発明のカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの除湿時の冷媒回路図である。
【図６】もう一つのカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの暖房時の冷媒回路図である。
【図７】もう一つのカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの冷房時の冷媒回路図である。
【図８】もう一つのカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの除湿時の冷媒回路図である。
【図９】カーエアコン用熱交換器を構成する他の配管の斜視図である。
【図１０】カーエアコン用熱交換器を構成するもう一つの配管の斜視図である。
【図１１】カーエアコン用熱交換器を構成する更にもう一つの配管の斜視図である。
【符号の説明】
１自動車
２エンジン
９室外熱交換器
１０電動コンプレッサ（圧縮機）
１３室内熱交換器
１４第１の膨張弁
３３第２の膨張弁
３４凝縮器
４０循環ポンプ
４１ラジエータ
４２バイパス電磁弁
４３バイパス電磁弁
４５室内熱交換器
５０２重管型熱交換器（カーエアコン用熱交換器）
５１二重管
５２内管
５３外管
５４フィン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchanger for a car air conditioner including a compressor and a refrigerant circuit.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a car air conditioner used for a general automobile, a compressor constituting the car air conditioner is driven by an engine (internal combustion engine) (engine driven compressor). The high-temperature gas refrigerant discharged from the compressor and flowing into the exterior heat exchanger is heat-exchanged with air outside the vehicle by an exterior blower to radiate heat, condensed and liquefied, and then condensed and liquefied. Flows into the vehicle interior heat exchanger provided in the vehicle. The liquid refrigerant evaporates there and exerts a cooling function by absorbing heat from the surroundings. The vehicle interior heat exchanger exchanges heat with the air in the vehicle interior circulated by the vehicle interior blower, cools the vehicle interior, and performs air conditioning. And the refrigerant | coolant which came out of the vehicle interior heat exchanger repeated the cycle which returns to a compressor (refer patent document 1).
[0003]
An automobile equipped with the car air conditioner is driven by an engine. When the engine starts, it heats up and must be cooled. Therefore, a cooling water circuit is provided for cooling the engine, and a circulation pump and a radiator are provided in the cooling water circuit. Then, the heat of the engine is temporarily stored in the cooling water, circulated to the radiator by the circulation pump, and air is blown to the radiator by the outdoor blower. Thus, the radiator water is maintained at a predetermined temperature while the heat stored in the cooling water heated by the engine is waste heat, and the temperature of the engine is maintained at the predetermined temperature. Further, when heating the vehicle interior, the cooling water is circulated through the indoor heat exchanger, and the interior heat exchanger is blown by the indoor blower to heat the vehicle interior.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-340495 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the cooling water heated by the engine exceeds a predetermined temperature, the cooling water is blown to the radiator by the outdoor blower, not only during the cooling of the cabin equipped with the car air conditioner but also during the heating. Was wasting heat. For this reason, there has been a problem that the thermal energy of the cooling water heated by the engine is wasted.
[0006]
The present invention has been made to solve the problems of the related art, and provides a heat exchanger for a car air conditioner that can effectively use waste heat energy from heated radiator water. Aim.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
That is, the heat exchanger for a car air conditioner of the present invention has a refrigerant circuit including a compressor, and can mutually exchange heat between the refrigerant flowing in the refrigerant circuit, the radiator water, and the cooling air. It is characterized by having.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger for a car air conditioner, comprising: a double pipe comprising an inner passage and an outer passage; and fins attached to the double pipe by heat exchange. It is characterized by the following.
[0009]
The heat exchanger for a car air conditioner according to the third aspect of the present invention, in addition to the first aspect, further comprises an outer tube, an inner tube disposed in the outer tube, and fins attached to the outer tube by heat exchange. It is characterized by comprising.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger for a car air conditioner according to the first aspect, further comprising a microtube, and a pipe and fins which are heat-exchangeably attached to the microtube. .
[0011]
According to the present invention, at the time of heating a vehicle interior equipped with a car air conditioner, waste heat energy from an engine can be recovered by the refrigerant circuit by the heat exchanger of the present invention and used for heating the vehicle interior. Since the radiator water for cooling the engine is heated by the waste heat of the refrigerant of the car air conditioner flowing through the heat exchanger, frost formation on the heat exchanger can be suppressed beforehand. This eliminates the need for the defrosting operation of the heat exchanger, so that it is not necessary to use special heat energy for the defrosting operation of the heat exchanger as in the related art, for example.
[0012]
Further, as in an engine-driven vehicle such as a hybrid vehicle or a fuel cell vehicle, the waste heat energy stored in the radiator water can be pumped up by the refrigerant circuit at the time of starting after the engine is stopped and used for heating. In addition, it is possible to release the heat energy of the heat exchanger to the radiator water during the cooling of the passenger compartment. Therefore, the waste heat energy from the engine can be effectively used.
[0013]
In particular, in the case of a fuel cell vehicle, heat is required to start the fuel cell.However, it is necessary to operate the compressor to release the heat of the refrigerant in the heat exchanger of the present invention when starting the fuel cell. Thus, it is possible to supply necessary heat energy from the refrigerant circuit at the time of starting the fuel cell. Therefore, it becomes possible to use the waste heat energy of the radiator water at the time of starting the fuel cell, heating the interior of the vehicle compartment, and at the time of the defrosting operation of the heat exchanger, so that the energy efficiency can be greatly increased as a whole. It becomes something.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a car air conditioner provided with the heat exchanger for a car air conditioner of the present invention during heating, FIG. 2 is a schematic diagram showing the vicinity of the heat exchanger for a car air conditioner of the present invention, and FIG. FIG. 2 shows a partially enlarged vertical cross-sectional view of the heat exchanger. The present invention is applicable to at least an engine-driven vehicle or a hybrid vehicle. In the following embodiments, an engine-driven vehicle will be described as an example.
[0015]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a hybrid vehicle (hereinafter, referred to as a vehicle). The vehicle 1 has an engine 2 and a heat exchanger (hereinafter, referred to as a double-pipe heat exchanger) 50 for a car air conditioner. I have. The double-pipe heat exchanger 50 is a so-called plate-fin heat exchanger which is mounted outside the cabin where no person of the automobile 1 rides, and is used as a compressor composed of a rotary compressor or the like. Carbon (CO ₂ ) Is used as a refrigerant, and an internal intermediate pressure type multi-stage compression type electric compressor (hereinafter referred to as an electric compressor) 10 is provided. The electric compressor 10 is provided with a motor (not shown), and the motor rotates by a battery mounted on the automobile 1 and drives the electric compressor 10.
[0016]
A pipe 10A on the discharge side of the electric compressor 10 is connected to a micro-tube type indoor heat exchanger 13 (for heating) via an electromagnetic valve 11, and a pipe 13A on the outlet side of the indoor heat exchanger 13 is depressurized. It is connected to a first expansion valve 14 as a device. A pipe 14A on the outlet side of the first expansion valve 14 is connected to the check valve 16, and a pipe 16A on the outlet side of the check valve 16 is a pipe provided in the double-pipe heat exchanger 50 (described later). It is connected to the inner tube 52 (FIG. 2). The check valve 16 allows the refrigerant to flow from the indoor heat exchanger 13 to the double-pipe heat exchanger 50 and to flow from the double-pipe heat exchanger 50 to the indoor heat exchanger 13. Block.
[0017]
The outlet pipe 50A of the inner pipe 52 provided in the double pipe heat exchanger 50 is connected to the microtube outdoor heat exchanger 9, and the outlet pipe 9A of the outdoor heat exchanger 9 is the second pipe. Is connected to a micro-tube type cooler 34 as an indoor heat exchanger through an expansion valve 33 of the same type. The outlet side of the cooler 34 is connected to the solenoid valve 35, and a pipe 35 A on the outlet side of the solenoid valve 35 is connected to the accumulator 32. The outlet side of the accumulator 32 is connected to the suction side of the electric compressor 10 to form a refrigerant circuit of an annular car air conditioner.
[0018]
The outlet pipe 9A of the outdoor heat exchanger 9 is branched and connected to the bypass solenoid valve 31, and the outlet side of the bypass solenoid valve 31 is connected to the outlet pipe 35A of the solenoid valve 35. The indoor heat exchanger 13 heats the interior of the vehicle by exchanging heat between the high-temperature gas refrigerant discharged from the electric compressor 10 and the air in the vehicle.
[0019]
The pipe 13A on the outlet side of the indoor heat exchanger 13 branches and is connected to the pipe 14A on the outlet side of the first expansion valve 14 via the bypass solenoid valve 15, and the first expansion valve 14 and the bypass solenoid valve are connected. 15 are provided in parallel. The pipe 10A on the discharge side of the electric compressor 10 is branched and connected to a pipe 16A on the outlet side of the check valve 16 via a solenoid valve 17 and a check valve 18. The check valve 16 allows the refrigerant to flow from the indoor heat exchanger 13 to the double-pipe heat exchanger 50 and to flow from the double-pipe heat exchanger 50 to the indoor heat exchanger 13. Block.
[0020]
The double-tube heat exchanger 50, the electric compressor 10, the outdoor heat exchanger 9, and the radiator 41 provided in the cooling water circuit of the engine 2, which will be described later, are installed outside the cabin where no one gets on the vehicle, as described above. The heat exchanger 9 is provided upright ahead of the radiator 41 in the traveling direction of the vehicle 1. Further, the indoor heat exchanger 13 and the cooler 34 are installed in a passenger compartment where a person gets on. The indoor heat exchanger 13 and the cooler 34 are provided side by side, and a not-shown interior air blower is provided on the side of the cooler 34, and the indoor heat exchanger 13 exchanges heat with the indoor heat exchanger 13 and the cooler 34. The generated heat is circulated in the vehicle interior to perform air conditioning in the vehicle interior.
[0021]
On the other hand, when the engine 2 is started, the engine 2 is heated and must be cooled. Therefore, the engine 2 has conventionally been cooled by circulating cooling water (hereinafter referred to as radiator water). That is, the circulating pump 40 is provided on the outlet side of the radiator water for cooling the engine 2, and the pipe 40 A on the outlet side of the circulating pump 40 is connected to the plate-fin type radiator 41. A pipe 41A on the outlet side of the radiator 41 is connected to an outer pipe 53 described later provided in the double-pipe heat exchanger 50, passes through the pipe of the double-pipe heat exchanger 50, and from the pipe 2A on the outlet side. An annular cooling water circuit of the engine 2 returning to the engine 2 is formed.
[0022]
A pipe 40A on the outlet side of the circulation pump 40 branches and is connected to a pipe 41A on the outlet side of the radiator 41 via a bypass solenoid valve 42, and a pipe 41A on the outlet side of the radiator 41 branches and is connected to a bypass solenoid valve 43. Is connected to the pipe 2 A on the outlet side of the double-pipe heat exchanger 50. That is, the bypass solenoid valve 42 is provided in parallel with the radiator 41, and the bypass solenoid valve 43 is provided in parallel with the double-pipe heat exchanger 50.
[0023]
The radiator 41 is installed in parallel with the outdoor heat exchanger 9, and the double-pipe heat exchanger 50 is located above the rear side of the outdoor heat exchanger 9 (in this case, above the radiator 41). Installed in parallel. Further, the outdoor heat exchanger 9 and the double-pipe heat exchanger 50 are respectively provided with an unillustrated outdoor blower for radiating the heat of the outdoor heat exchanger 9 and the double-pipe heat exchanger 50. ing.
[0024]
Here, the double-pipe heat exchanger 50 is provided with a plurality of heat-dissipating fins (plate fins) 54 in a meandering manner (hereinafter, referred to as a double pipe 51) at predetermined intervals with heat exchange. Is provided (FIG. 3). The double pipe 51 is a pipe in which an inner pipe 52 is provided inside an outer pipe 53. The double pipe 51 is provided with a hollow inner pipe 52 (corresponding to an inner passage of the present invention) and a predetermined distance from the inner pipe 52. An outer tube 53 covers the outside, and the outer tube 53 is heat-exchanged by being press-fitted into insertion holes (not shown) provided in advance in the plurality of fins 54. The fins 54 are mounted orthogonally to the outer tube 53, and the fins 54 are mounted on the outer tube 53 at a predetermined interval. Then, air is blown between the fins 54 from the outside fan (in the direction indicated by the black arrow in the figure).
[0025]
The radiator water for cooling the engine 2 is supplied between the inner pipe 52 and the outer pipe 53 (corresponding to the outer passage of the present invention) from one side of the double pipe 51 to the other side (in the direction of the solid line arrow in FIG. 3). , And the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 flows in the inner pipe 52 from the other side of the double pipe 51 in one direction (the direction of the dotted arrow in FIG. 3). That is, the refrigerant flowing in the inner pipe 52 and the radiator water flowing between the inner pipe 52 and the outer pipe 53 are made to flow in the opposite direction in the double pipe 51. Thereby, the heat exchange efficiency is improved. Since the outdoor heat exchanger 9, the indoor heat exchanger 13, the cooler 34, and the radiator 41 are conventionally known heat exchangers or coolers, detailed description thereof will be omitted.
[0026]
Next, the operation of the car air conditioner having the above configuration will be described. First, an example of a heating operation in the passenger compartment of the automobile 1 will be described with reference to FIG. In addition, the refrigerant in the refrigerant circuit of the car air conditioner is a natural refrigerant in consideration of flammability and toxicity, which is friendly to the global environment. ₂ (Carbon dioxide) is used, and the solenoid valve 11 and the bypass solenoid valve 31 provided in the refrigerant circuit and the bypass solenoid valve 42 provided in the cooling water circuit of the engine 2 are opened during the heating operation of the vehicle interior, It is assumed that the bypass solenoid valve 15, the solenoid valves 17, 35 provided in the circuit, and the bypass solenoid valve 43 provided in the cooling water circuit of the engine 2 are closed.
[0027]
First, when the engine 2 of the automobile 1 is started and the car air conditioner is driven to raise the temperature of the radiator water to a predetermined temperature or higher, the radiator water is circulated in the cooling water circuit of the engine 2 by the circulation pump 40. I do. Specifically, the radiator water flows out of the circulation pump 40 and flows into the pipe of the double pipe heat exchanger 50 (between the outer pipe 53 and the inner pipe 52 of the double pipe 51) through the bypass solenoid valve 42.
[0028]
The radiator water that has flowed into the pipes of the double-pipe heat exchanger 50 exchanges heat therewith with the refrigerant in the inner pipe 52, and then returns to the engine 2 and repeats the circulation for cooling the engine 2 (the flow of the refrigerant at this time). Are indicated by solid arrows in the figure). Although the bypass solenoid valve 42 is not closed, since the radiator 41 provided in parallel has a flow resistance of the radiator water, the radiator water almost flows through the bypass solenoid valve 42 side. The heat exchange between the refrigerant and the radiator water in the 50 pipes is hardly affected.
[0029]
When the motor is rotated by the battery mounted on the automobile 1 and the electric compressor 10 is driven and driven, the high-temperature gas refrigerant discharged from the electric compressor 10 and flowing into the indoor heat exchanger 13 through the solenoid valve 11 is The heat is exchanged with the air in the vehicle compartment by the vehicle interior blower. This heats the vehicle interior. The refrigerant radiated by exchanging heat with the air in the vehicle cabin is throttled by the first expansion valve 14 and then in the pipe of the double-pipe heat exchanger 50 (in the inner pipe 52 of the double pipe 51). ).
[0030]
The refrigerant flowing into the pipes of the double-pipe heat exchanger 50 evaporates there and absorbs heat from the surroundings. That is, the refrigerant absorbs heat energy from the radiator water flowing between the inner pipe 52 and the outer pipe 53 in the course of flowing through the inner pipe 52 and is heated. The refrigerant flowing out of the pipe of the double-pipe heat exchanger 50 flows into the outdoor heat exchanger 9, where it is further heated by outside air and vaporized, then passes through the bypass solenoid valve 31 and is separated into gas and liquid by the accumulator 32. After that, only the refrigerant gas is sucked into the electric compressor 10 (the flow of the refrigerant at this time is indicated by a dotted arrow in the figure).
[0031]
That is, in the pipe of the double-pipe heat exchanger 50, the waste heat heated by the engine 2 and stored in the radiator water is used to remove the refrigerant that has been throttled down by the first expansion valve 14, decompressed, evaporated, and cooled. Heating. Since the heated refrigerant is compressed by the electric compressor 10 and the heat energy further heated flows into the outdoor heat exchanger 9, the waste heat energy heated by the engine 2 is effectively used for heating the vehicle interior. can do. In the double tube heat exchanger 50, the radiator water can be cooled by the cooled refrigerant.
[0032]
Next, an example of a cooling operation in the passenger compartment of the automobile 1 will be described with reference to FIG. Note that the refrigerant circuit of the car air conditioner and the cooling water circuit of the engine 2 are configured as in FIG. During the cooling operation in the passenger compartment, the solenoid valves 17 and 35 provided in the refrigerant circuit are opened, and the solenoid valve 11 and the bypass solenoid valve 31 provided in the refrigerant circuit and the bypass solenoid valve provided in the cooling water circuit of the engine 2 are provided. The valves 42 and 43 are assumed to be closed.
[0033]
When the engine 2 of the automobile 1 is started and the car air conditioner is driven to raise the temperature of the radiator water to a predetermined temperature or more due to the waste heat of the engine 2 as described above, the radiator water is supplied from the circulation pump 40 to the piping. After being cooled in the radiator 41 at 40A, it flows into the pipe of the double pipe heat exchanger 50 (between the outer pipe 53 and the inner pipe 52 of the double pipe 51). The radiator water that has flowed into the double-pipe heat exchanger 50 exchanges heat therewith with the refrigerant in the inner pipe 52, and then returns to the engine 2 and repeats the circulation of cooling the engine 2 (the flow of the refrigerant at this time is shown in FIG. Indicated by solid arrows).
[0034]
When the motor is rotated by the battery mounted on the automobile 1 and the electric compressor 10 is driven and driven, the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 passes through the solenoid valve 17 and is supplied to the double-pipe heat exchanger 50. It flows into the pipe (the inner pipe 52 of the double pipe 51). The refrigerant that has flowed into the pipes of the double-pipe heat exchanger 50 exchanges heat with the radiator water flowing between the inner pipe 52 and the outer pipe 53 in the process of flowing through the inner pipe 52 and radiates heat. It flows into the heat exchanger 9 and is further cooled.
[0035]
The refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 9 and cooled is throttled by the second expansion valve 33 and then flows into the cooler 34, where it evaporates and absorbs heat from the surroundings, thereby exhibiting a cooling effect. I do. The cooler 34 exchanges heat with the air in the cabin circulated by a cabin blower, cools the cabin, passes through a solenoid valve 35 and is separated into gas and liquid by an accumulator 32, and then only the refrigerant gas is electrically operated. The refrigerant is sucked into the compressor 10 (the flow of the refrigerant at this time is indicated by a dotted arrow in the figure).
[0036]
The double-pipe heat exchanger 50 and the outdoor heat exchanger 9 are cooled by air outside the cabin by a blower outside the cabin, and high-temperature refrigerant and radiator water pass through the pipe of the double-pipe heat exchanger 50. The heat exchange is performed, and the radiator water in the radiator 41 provided together with the refrigerant in the outdoor heat exchanger 9 is cooled by the outdoor heat exchanger 9 from the outdoor heat exchanger 9 side by the air outside the vehicle compartment. In this case, the refrigerant temperature which was about + 100 ° C. to + 150 ° C. before flowing into the double-pipe heat exchanger 50 is cooled to near the outside air temperature when it exits the outdoor heat exchanger 9.
[0037]
That is, in the pipe of the double-pipe heat exchanger 50, the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 exchanges heat with radiator water and is radiated outside the vehicle compartment. The radiated refrigerant is further radiated to the outside of the vehicle in the outdoor heat exchanger 9, cooled, throttled by the second expansion valve 33, then flows into the cooler 34, where it evaporates and absorbs heat from the surroundings. As a result, a cooling effect is exhibited to cool the vehicle interior, so that the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 can be effectively radiated.
[0038]
Next, an example of dehumidifying operation in the cabin of the automobile 1 will be described with reference to FIG. Note that the refrigerant circuit of the car air conditioner and the cooling water circuit of the engine 2 are configured as in FIG. During the dehumidifying operation in the vehicle interior, the solenoid valves 11 and 35 and the bypass solenoid valve 15 provided in the refrigerant circuit, and the bypass solenoid valve 43 provided in the cooling water circuit of the engine 2 are opened and provided in the refrigerant circuit. It is assumed that the solenoid valve 17 and the bypass solenoid valve 31 which are provided and the bypass solenoid valve 42 provided in the cooling water circuit of the engine 2 are closed.
[0039]
Then, as described above, when the engine 2 of the automobile 1 is started, and the temperature of the heated radiator water is increased by driving the car air conditioner to a predetermined temperature or higher, the radiator water flows from the circulation pump 40 into the radiator 41. After flowing in, the heat is radiated there and cooled to a predetermined temperature or less, the circulation returning to the engine 2 through the bypass solenoid valve 43 is repeated (the flow of the radiator water at this time is indicated by a solid line arrow in the figure). Since the radiator water has a flow resistance in the pipe of the double-pipe heat exchanger 50, most of the radiator water flows through the bypass solenoid valve 43 side. There is almost no hindrance in the heat exchange between the refrigerant and the radiator water.
[0040]
When the motor is rotated by a battery mounted on the automobile 1 and the electric compressor 10 is driven, the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 flows into the indoor heat exchanger 13 through the electromagnetic valve 11. . The high-temperature gas refrigerant flowing into the indoor heat exchanger 13 exchanges heat with air passing through the indoor heat exchanger 13 by a vehicle interior blower and radiates heat. The radiated refrigerant flows into the pipe of the double-pipe heat exchanger 50 (the inner pipe 52 of the double pipe 51) through the bypass solenoid valve 15.
[0041]
The double-pipe heat exchanger 50 does not work in this case because the flow of the radiator water is bypassed by the bypass solenoid valve 43.
[0042]
Then, the refrigerant cooled to a predetermined temperature or lower in the outdoor heat exchanger 9 is condensed and liquefied, throttled by the second expansion valve 33, flows into the cooler 34, evaporates there, and removes heat from the surroundings. It exerts a cooling effect by absorbing. At this time, the air in the cabin circulating in the cabin blower is cooled in the process of passing through the cooler 34, thereby removing moisture and dehumidifying.
[0043]
After the refrigerant that has exited the cooler 34 is separated into gas and liquid by the accumulator 32, only the refrigerant gas is sucked into the electric compressor 10 (the flow of the refrigerant at this time is indicated by a dotted arrow in the figure). That is, the air having a predetermined temperature in the cabin is cooled by the cooler 34 by the blower in the cabin, dehumidified, and then heated by the indoor heat exchanger 13 to return to the original cabin temperature. Thereby, only the dehumidification is performed without cooling and heating the vehicle interior.
[0044]
That is, when heating the interior of the cabin of the automobile 1, waste heat energy from the engine 2 is recovered by the refrigerant circuit of the car air conditioner by the double-tube heat exchanger 50 having the meandering double pipe 51, and the indoor heat exchange is performed. Since the heat is radiated into the vehicle interior by the heater 13, the waste heat energy of the radiator water can be effectively used for heating the vehicle interior. In addition, when cooling the vehicle interior, the high-temperature, high-pressure refrigerant (CO 2) compressed by the electric compressor 10 in the double-pipe heat exchanger 50 is used. ₂ Can be radiated to the radiator water, so that the cooling capacity can be further improved.
[0045]
Next, FIG. 6 shows a refrigerant circuit of a car air conditioner using a heat exchanger (double-tube heat exchanger 50) of another embodiment. In this case, a cooler 34 for cooling the passenger compartment is provided in a refrigerant circuit of the car air conditioner, and an indoor heat exchanger 45 for heating the passenger compartment is provided in a cooling water circuit of the radiator 41. That is, the pipe 10A on the discharge side of the electric compressor 10 is connected to the double-pipe heat exchanger 50 (the inner pipe 52 of the double pipe 51), and the outlet side of the double-pipe heat exchanger 50 is the third pipe. It is connected to the outdoor heat exchanger 9 via an expansion valve 20.
[0046]
The pipe 9A on the outlet side of the outdoor heat exchanger 9 is connected via a second expansion valve 33 to a plate-fin type cooler 34 as an indoor heat exchanger. The outlet side of the cooler 34 is connected to the solenoid valve 35, and a pipe 35 A on the outlet side of the solenoid valve 35 is connected to the accumulator 32. The outlet side of the accumulator 32 is connected to the suction side of the electric compressor 10 to form a refrigerant circuit of an annular car air conditioner.
[0047]
The outlet pipe 9A of the outdoor heat exchanger 9 is branched and connected to the bypass solenoid valve 31, and the outlet side of the bypass solenoid valve 31 is connected to the outlet pipe 35A of the solenoid valve 35. That is, the bypass solenoid valve 31 is connected in parallel with the outdoor heat exchanger 9. As described above, the double-tube heat exchanger 50, the electric compressor 10, the outdoor heat exchanger 9, and a radiator 41 provided in a cooling water circuit of the engine 2, which will be described later, are installed outside the passenger compartment where no one gets on the vehicle. The exchanger 9 is provided upright ahead of the radiator 41 in the traveling direction of the vehicle 1 than ahead of the radiator 41 in the traveling direction of the vehicle 1.
[0048]
On the other hand, the engine 2 is cooled by the cooling water as described above. That is, the circulation pump 40 is provided on the outlet side of the cooling water for cooling the engine 2, and the pipe 40 A on the outlet side of the circulation pump 40 is connected to the pipe (outer pipe 53) of the double-pipe heat exchanger 50. It is connected. The pipe 53A on the outlet side of the pipe (outer pipe 53) of the double-pipe heat exchanger 50 is connected to the radiator 41, and the outlet side of the radiator 41 is connected to the solenoid valve 44.
[0049]
The pipe 44A on the outlet side of the solenoid valve 44 is connected to a plate fin type indoor heat exchanger 45 (for heating), and the pipe 45A on the outlet side of the indoor heat exchanger 45 is connected to the engine 2 of the annular engine 2. Constructs a cooling water circuit. The outlet pipe 53A of the double-pipe heat exchanger 50 (outer pipe 53) branches off and is connected to the bypass solenoid valve 46. The outlet side of the bypass solenoid valve 46 is connected to the outlet pipe 44A of the solenoid valve 44. It is connected to the. That is, the bypass solenoid valve 46 is provided in parallel with the radiator 41.
[0050]
When the bypass solenoid valve 46 of the cooling water circuit of the engine 2 is opened and the solenoid valve 44 is closed, the radiator water passes through the pipe of the double-pipe heat exchanger 50 and bypasses the radiator 41 to be indoors. When the bypass solenoid valve 46 is closed and the solenoid valve 44 is open while flowing into the heat exchanger 45, the radiator water flows from the double tube heat exchanger 50 through the radiator 41 to the indoor heat exchanger 45. Flows into.
[0051]
The outlet pipe 44A of the solenoid valve 44 is branched and connected to the bypass solenoid valve 47. The bypass solenoid valve 47 is connected to the outlet pipe 45A of the indoor heat exchanger 45. That is, the bypass solenoid valve 47 is provided in parallel with the indoor heat exchanger 45. When the bypass solenoid valve 47 is open, the radiator water passes through the double-pipe heat exchanger 50 or the radiator 41, bypasses the indoor heat exchanger 45, returns to the engine 2, and closes the bypass solenoid valve 47. If so, the radiator water passes through the double-tube heat exchanger 50 or the radiator 41, and further passes through the indoor heat exchanger 45 and returns to the engine 2.
[0052]
In addition, as described above, the indoor heat exchanger 45 and the cooler 34 are installed in a vehicle compartment where a person gets on. The indoor heat exchanger 45 and the cooler 34 are provided side by side, and a not-shown interior air blower is provided on the side of the cooler 34, and the indoor heat exchanger 45 exchanges heat with the indoor heat exchanger 45 and the cooler 34. The generated heat is circulated into the passenger compartment. In the pipe of the double-pipe heat exchanger 50, the refrigerant and the radiator water are circulated in the opposite directions as described above. Other configurations are the same as those described above.
[0053]
Next, the operation of the car air conditioner having the above configuration will be described. First, an example of a heating operation in the passenger compartment of the automobile 1 will be described. In this case as well, the refrigerant in the refrigerant circuit of the car air conditioner is a natural refrigerant in consideration of flammability and toxicity, which is friendly to the global environment. ₂ (Carbon dioxide) is used, and during a heating operation in the vehicle interior, the bypass solenoid valve 31 provided in the refrigerant circuit and the bypass solenoid valve 46 provided in the cooling water circuit of the engine 2 are opened and provided in the refrigerant circuit. It is assumed that the solenoid valve 35 provided, the solenoid valve 44 provided in the cooling water circuit of the engine 2 and the bypass solenoid valve 47 are closed.
[0054]
First, when the engine 2 of the automobile 1 is started and the temperature of the heated radiator water rises above a predetermined temperature by driving the car air conditioner, the radiator water is supplied to the cooling water circuit of the engine 2 by the circulation pump 40. Circulate. That is, the radiator water heated to a predetermined temperature exits from the circulation pump 40 and passes through the outlet pipe 40A into the pipe of the double-pipe heat exchanger 50 (between the outer pipe 53 and the inner pipe 52 of the double pipe 51). Flow). The radiator water that has flowed into the double-pipe heat exchanger 50 exchanges heat with the refrigerant in the inner pipe 52 and is further heated. Then, the radiator water branches at the outlet pipe 53A, passes through the bypass solenoid valve 46, and passes through the indoor heat exchanger. It flows into the exchanger 45.
[0055]
The radiator water that has flowed into the indoor heat exchanger 45 exchanges heat with the air in the vehicle interior by a vehicle interior blower and radiates heat, thereby heating the vehicle interior. Then, the radiator water exchanges heat with the air in the vehicle cabin and dissipates heat, and the radiator water cooled thereby exits the indoor heat exchanger 45, returns to the engine 2 from the pipe 45A on the outlet side, and repeats the circulation for cooling the engine 2. The flow of the radiator water at that time is indicated by a solid line arrow in the figure).
[0056]
When the motor is rotated by the battery mounted on the automobile 1 and the electric compressor 10 is driven, the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 is discharged from the discharge-side pipe 10A to the double-pipe heat exchanger. It flows into the pipe 50 (the inner pipe 52 of the double pipe 51). The high-temperature refrigerant that has flowed into the pipes of the double-pipe heat exchanger 50 is cooled by exchanging heat with radiator water flowing between the inner pipe 52 and the outer pipe 53 in the course of flowing through the inner pipe 52. You. At this time, the radiator water that has exchanged heat with the refrigerant is further heated, so that the indoor heat exchanger 45 can effectively heat the vehicle interior.
[0057]
The refrigerant cooled in the pipe of the double-pipe heat exchanger 50 exits the double-pipe heat exchanger 50, is throttled by the third expansion valve 20, and then flows into the outdoor heat exchanger 9. Evaporate. Then, the outdoor heat exchanger 9 exchanges heat with air by the outdoor blower to radiate heat to the outside of the vehicle compartment. After the radiated refrigerant passes through the bypass solenoid valve 31 from the pipe 9A and is separated into gas and liquid by the accumulator 32, only the refrigerant gas is sucked into the electric compressor 10 (the flow of the refrigerant at this time is indicated by a dotted arrow in the figure). .
[0058]
That is, in the pipe of the double-pipe heat exchanger 50, the radiator water in the cooling water circuit of the engine 2 is heated by waste heat energy of the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10, and the heated radiator water is removed. Since the vehicle is heated by flowing into the indoor heat exchanger 45, the heat energy of the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 can be used as heating of the vehicle interior. In particular, it is effective for heating the interior of the vehicle compartment when starting the engine 2 in which the radiator water is not heated by the engine 2. Further, although the waste heat of the engine such as the HEV is small, it is effective at the time of heating or stopping the engine.
[0059]
Next, an example of a cooling operation in the passenger compartment of the automobile 1 will be described with reference to FIG. Note that the refrigerant circuit of the car air conditioner and the cooling water circuit of the engine 2 are configured as in FIG. Further, during the cooling operation in the passenger compartment, the solenoid valve 35 provided in the refrigerant circuit of the car air conditioner and the bypass solenoid valves 44 and 47 provided in the cooling water circuit of the engine 2 are opened and provided in the refrigerant circuit of the car air conditioner. It is assumed that the bypass solenoid valve 31 and the bypass solenoid valve 46 provided in the cooling water circuit of the engine 2 are closed. Further, the pipe 44A communicates with the indoor heat exchanger 45 in a state where the bypass solenoid valve 47 provided in the cooling water circuit of the engine 2 is open, but the resistance of the radiator water is large in the indoor heat exchanger 45, Most of the radiator water flows through the bypass solenoid valve 47 side, so that the cooling operation in the vehicle interior by the cooler 34 does not interfere.
[0060]
Then, as described above, when the engine 2 of the automobile 1 is started and the temperature of the heated radiator water is increased to a predetermined temperature or higher by driving the car air conditioner, the radiator water is supplied from the circulation pump 40 to the double pipe type. It flows into the pipe of the heat exchanger 50 (between the outer pipe 53 and the inner pipe 52 of the double pipe 51). The radiator water that has flowed into the double-pipe heat exchanger 50 heat-exchanges with the refrigerant in the inner pipe 52 there and rises in temperature before flowing into the radiator 41. That is, the temperature of the radiator water rises in the double-pipe heat exchanger 50, but when the radiator water flows into the radiator 41, the radiator water is cooled to a predetermined temperature or less by the air outside the vehicle compartment by the external fan. Then, the radiator water that has exited the radiator 41 returns to the engine 2 through the bypass solenoid valve 47 and repeats the circulation for cooling the engine 2 (the flow of the refrigerant at this time is indicated by a solid line arrow in the figure).
[0061]
When the motor is rotated by the battery mounted on the automobile 1 and the electric compressor 10 is driven and driven, the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 is supplied into the pipe of the double-pipe heat exchanger 50. Into the inner pipe 52 of the heavy pipe 51). The refrigerant that has flowed into the pipes of the double-pipe heat exchanger 50 exchanges heat with the radiator water flowing between the inner pipe 52 and the outer pipe 53 in the process of flowing through the inner pipe 52 and radiates heat. The radiated refrigerant exits the double tube heat exchanger 50, is throttled by the third expansion valve 20, and then flows into the outdoor heat exchanger 9, where it evaporates and absorbs the heat of the surrounding air.
[0062]
Then, the refrigerant that has exited the outdoor heat exchanger 9 is throttled by the second expansion valve 33 and then flows into the cooler 34. The refrigerant flowing into the cooler 34 evaporates there and absorbs heat from the surroundings, thereby exerting a cooling function. The refrigerant in the cooler 34 exchanges heat with the air in the vehicle interior circulated by the vehicle interior blower, cools the vehicle interior, passes through the solenoid valve 35, and is separated into gas and liquid by the accumulator 32, and then the refrigerant Only gas is sucked into the electric compressor 10 (the flow of the refrigerant at this time is indicated by a dotted arrow in the figure).
[0063]
That is, in the pipe of the double-pipe heat exchanger 50, the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 and the radiator water exchange heat, and the heat of the refrigerant is radiated outside the vehicle compartment. The radiated refrigerant is further radiated by the outdoor heat exchanger 9, cooled, throttled by the second expansion valve 33, and then flows into the cooler 34, where it evaporates and absorbs heat from the surroundings, and Is cooled, so that the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 can be effectively radiated.
[0064]
Next, an example of dehumidifying operation in the cabin of the automobile 1 will be described with reference to FIG. It is assumed that the refrigerant circuit of the car air conditioner and the cooling water circuit of the engine are configured as in FIG. Further, during the dehumidifying operation in the vehicle interior, the solenoid valve 35 provided in the refrigerant circuit and the solenoid valve 44 provided in the cooling water circuit of the engine 2 open, and the bypass solenoid valve 31 provided in the refrigerant circuit and the cooling of the engine 2 are opened. It is assumed that the bypass solenoid valve 46 and the bypass solenoid valve 47 provided in the water circuit are closed.
[0065]
Then, as described above, when the engine 2 of the automobile 1 is started and the temperature of the heated radiator water is increased to a predetermined temperature or higher by driving the car air conditioner, the radiator water is supplied from the circulation pump 40 to the double pipe type. It flows into the pipe of the heat exchanger 50 (between the outer pipe 53 and the inner pipe 52 of the double pipe 51). The radiator water that has flowed into the double-pipe heat exchanger 50 heat-exchanges with the refrigerant in the inner pipe 52 there and rises in temperature before flowing into the radiator 41. That is, the temperature of the radiator water rises in the double-pipe heat exchanger 50, but when the radiator water flows into the radiator 41, the radiator water is cooled to a predetermined temperature or less by the air outside the vehicle compartment by the external fan.
[0066]
Then, the radiator water that has exited the radiator 41 flows into the indoor heat exchanger 45 from the solenoid valve 44 through the pipe 44A. The radiator water that has flowed into the indoor heat exchanger 45 exchanges heat with the air in the vehicle interior by a vehicle interior blower and radiates heat, thereby heating the vehicle interior. The radiator water exchanges heat with the air in the passenger compartment to radiate heat, and the radiator water cooled thereby returns from the indoor heat exchanger 45, returns to the engine 2 from the outlet pipe 45A, and repeats circulation for cooling the engine 2 ( The flow of the radiator water at this time is indicated by a solid line arrow in the figure).
[0067]
When the motor is rotated by the battery mounted on the automobile 1 and the electric compressor 10 is driven and driven, the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 is supplied into the pipe of the double-pipe heat exchanger 50. Into the inner pipe 52 of the heavy pipe 51). The refrigerant that has flowed into the pipes of the double-pipe heat exchanger 50 exchanges heat with the radiator water flowing between the inner pipe 52 and the outer pipe 53 in the process of flowing through the inner pipe 52 and radiates heat. The radiated refrigerant exits the double tube heat exchanger 50, is throttled by the third expansion valve 20, and then flows into the outdoor heat exchanger 9, where it evaporates and absorbs the heat of the surrounding air to cool. . In this case, the radiator 41 is cooled by the air blown from the outdoor heat exchanger 9 cooled by the outdoor blower, so that the radiator water can be suitably cooled.
[0068]
Then, the refrigerant that has exited the outdoor heat exchanger 9 is throttled by the second expansion valve 33 and then flows into the cooler 34, where it evaporates and absorbs heat from the surroundings to exert a cooling effect. At this time, the air in the cabin circulating in the cabin blower is cooled in the process of passing through the cooler 34, thereby removing moisture and dehumidifying. Then, the refrigerant exits the cooler 34, passes through the electromagnetic valve 35, the pipe 35A, and is separated into gas and liquid by the accumulator 32. Then, only the refrigerant gas is sucked into the electric compressor 10 (the flow of the refrigerant at this time is indicated by a dotted arrow in the drawing). ). In this case, the air having a predetermined temperature in the vehicle compartment is cooled by the cooler 34 by the vehicle interior blower, dehumidified, and then heated by the indoor heat exchanger 45 to return to the original vehicle interior temperature. Thereby, only the dehumidification can be performed in a state where the vehicle interior is maintained at the predetermined temperature.
[0069]
As described above, when heating the interior of the cabin of the automobile 1, the waste heat energy from the engine 2 is recovered by the refrigerant circuit of the car air conditioner by the double-pipe heat exchanger 50 having the meandering double pipe 51, The waste heat energy of the engine 2 can be effectively used for heating the vehicle interior. Further, since the refrigerant flowing through the pipes of the double-pipe heat exchanger 50 is heated by waste heat energy of the radiator water for cooling the engine 2, frost is formed on the double-pipe heat exchanger 50. Inconvenience such as doing can be suppressed beforehand.
[0070]
This eliminates the need for the defrosting operation of the double-pipe heat exchanger 50, and eliminates the need to use special thermal energy for the defrosting operation of the double-pipe heat exchanger 50 as in the related art. In particular, CO ₂ In the electric compressor 10 using the refrigerant as the refrigerant, the waste heat energy stored in the radiator water that has been heated by the engine 2 is dissipated by the radiator 41 as in the related art, and the waste heat energy is not discharged outside the vehicle compartment. By circulating through the piping of the exchanger 50, it can be pumped up by the refrigerant circuit of the car air conditioner, and high efficiency and defrosting operation are not required.
[0071]
Also, when cooling in the cabin, CO ₂ The high-pressure, high-temperature heat is radiated to the radiator water, so that the waste heat energy of the refrigerant circuit can be radiated effectively. Further, since the double-pipe heat exchanger 50 can function to radiate waste heat energy of the radiator water into the air, the double-pipe heat exchanger 50 is connected to the normal engine 2 when the car air conditioner is stopped. By using it as the radiator 41 of the cooling water circuit, the double tube heat exchanger 50 can be used effectively.
[0072]
Next, FIG. 9 shows another pipe used for the heat exchanger 50 for a car air conditioner of the present invention. In this case, the pipe is composed of an outer pipe 60 and an inner pipe 61 provided in the outer pipe 60. The inner pipe 61 is a plurality of (in this case, three) thin pipes of an inner hollow type (hereinafter, three pipes). The outer tube 60 and each of the thin tubes 61A are provided at a predetermined interval. The space between the outer tube 60 and each of the small tubes 61A communicates with the cooling water circuit of the engine 2, and the inside of each of the small tubes 61A communicates with the refrigerant circuit of the car air conditioner. That is, the double tube heat exchanger 50 is provided with a double tube 51 including an inner tube 61 formed of a plurality of thin tubes 61A in an outer tube 60. Similar to the above-described double tube 51, the outer tube 60 is provided with a plurality of radiating fins 54 (not shown in FIG. 9) at predetermined intervals so as to exchange heat. Others are configured as described above. Although the plurality of thin tubes 61A are three, the number of the thin tubes 61A is not limited to three, but may be one, two, or three or more.
[0073]
Then, the radiator water for cooling the engine 2 is caused to flow between the thin tube 61A and the outer tube 60 from one side of the double tube 51 toward the other side, and the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 is The inside of each thin tube 61A is circulated from the other side of the double tube 51 toward one side. That is, the refrigerant flowing in each of the small tubes 61A and the radiator water flowing between each of the small tubes 61A and the outer tube 60 are made to flow in mutually opposite directions. As described above, since the inner tube 61 including the plurality of thin tubes 61A is provided in the outer tube 60, the heat exchange efficiency between the radiator water and the refrigerant can be further improved.
[0074]
Next, FIG. 10 shows another pipe used for the heat exchanger 50 for a car air conditioner of the present invention. In this case, the pipe is composed of a water pipe 62 having a hollow inside and a microtube 63 provided with a plurality of pores 63A inside. The water pipe 62 and the microtube 63 are made of, for example, a metal such as aluminum, and are flat tubes having a substantially elliptical cross section (or an elliptical shape; in this case, a dimension in the longitudinal direction of the cross section is about 15 mm and a cross section is about 2 mm). The water pipe 62 and the microtube 63 are in close contact with each other to improve the heat exchange performance. That is, the water pipe 62 and the microtube 63 are attached with heat exchange.
[0075]
Like the double tube 51, the water tube 62 and the micro tube 63 are provided with a plurality of radiating fins 54 (not shown in FIG. 10) at predetermined intervals so as to be insulated. The inside of the water pipe 62 communicates with the cooling water circuit of the engine 2, and the inside of each micropore 63 A of the microtube 63 communicates with the refrigerant circuit of the car air conditioner. Others are configured as described above. Note that the water tube 62 and the microtube 63 may be formed so that one side surface of a substantially elliptical cross section is formed in a straight line and adhered to each other to further improve the heat exchange performance between the water tube 62 and the microtube 63.
[0076]
Then, the radiator water for cooling the engine 2 is caused to flow from one side of the pipe (water pipe 62) to the other side, and the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 is supplied to the pipe (each micropore of the microtube 63). 63A) Flow from the other side toward one side. That is, the refrigerant flowing in each of the micropores 63A of the microtube 63 and the radiator water flowing in the water pipe 62 are caused to flow in mutually opposite directions. As described above, since the microtube 63 having the plurality of pores 63A and the water tube 62 are provided in a heat exchange manner, the heat exchange efficiency between the radiator water and the refrigerant can be further improved.
[0077]
Next, FIG. 11 shows still another piping used for the heat exchanger 50 for a car air conditioner of the present invention. In this case, the pipe is constituted by a microtube 64 in which a plurality of fine holes 64A, 64A (large diameter) and fine holes 64B (small diameter) are provided. The microtube 64 is made of, for example, a metal such as aluminum, and is a flat tube having a substantially elliptical cross section (or an elliptical shape; in this case, a dimension in the longitudinal direction of the cross section is about 15 mm, and a cross sectional dimension is about 2 mm).
[0078]
Similar to the double tube 51, the microtube 64 is provided with a plurality of radiating fins 54 (not shown in FIG. 11) at predetermined intervals so as to heat exchange. The small holes 64A communicate with the cooling water circuit of the engine 2, and the small holes 64B communicate with the refrigerant circuit of the car air conditioner. Others are configured as described above.
[0079]
Then, the radiator water for cooling the engine 2 flows from one side of the fine holes 64A, 64A toward the other side, and the high-temperature refrigerant discharged from the electric compressor 10 flows from the other side of the fine holes 64B. Distribute toward one side. That is, the refrigerant flowing through the pores 64B of the microtube 64 and the radiator water flowing through the pores 64A, 64A flow in opposite directions to each other, and heat is exchanged through the wall of the microtube 64. . Thus, heat exchange between the radiator water and the refrigerant can be efficiently performed.
[0080]
In the embodiment, the heat exchanger for the car air conditioner is used for the car 1 equipped with the engine 2. However, the heat exchanger for the car air conditioner is not limited to the car 1 equipped with the engine 2, but may be a hybrid car (HEV) or a fuel cell. It may be used for a car (FCEV), an electric car (EV), and the like. In this case, the waste heat energy of the engine 2 or the battery stored in the radiator water can be pumped up by the refrigerant circuit at the time of starting after the engine 2 is stopped and used for heating. Therefore, the waste heat energy from the engine can be effectively used.
[0081]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, when heating a vehicle interior equipped with a car air conditioner, waste heat energy from the engine is recovered in the refrigerant circuit by the heat exchanger of the present invention and used for heating the vehicle interior. can do. Since the refrigerant of the car air conditioner flowing through the heat exchanger is heated by the waste heat of the radiator water for cooling the engine, it is possible to prevent the heat exchanger from being frosted. This eliminates the need for the defrosting operation of the heat exchanger, so that it is not necessary to use special heat energy for the defrosting operation of the heat exchanger as in the related art, for example.
[0082]
Further, as in an engine-driven vehicle such as a hybrid vehicle or a fuel cell vehicle, the waste heat energy stored in the radiator water can be pumped up by the refrigerant circuit at the time of starting after the engine is stopped and used for heating. In addition, it is possible to release the heat energy of the heat exchanger to the radiator water during the cooling of the passenger compartment. Therefore, the waste heat energy from the engine can be effectively used.
[0083]
In particular, in the case of a fuel cell vehicle, heat is required to start the fuel cell.However, it is necessary to operate the compressor to release the heat of the refrigerant in the heat exchanger of the present invention when starting the fuel cell. Thus, it is possible to supply necessary heat energy from the refrigerant circuit at the time of starting the fuel cell. Therefore, it becomes possible to use the waste heat energy of the radiator water at the time of starting the fuel cell, heating the interior of the vehicle compartment, and at the time of the defrosting operation of the heat exchanger, so that the energy efficiency can be greatly increased as a whole. It becomes something.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram at the time of heating of a car air conditioner provided with a heat exchanger for a car air conditioner of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing the vicinity of a heat exchanger for a car air conditioner according to the present invention.
FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the heat exchanger for a car air conditioner of the present invention.
FIG. 4 is a refrigerant circuit diagram during cooling of a car air conditioner provided with the heat exchanger for a car air conditioner of the present invention.
FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram at the time of dehumidification of a car air conditioner provided with the heat exchanger for car air conditioners of the present invention.
FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram during heating of a car air conditioner provided with another heat exchanger for car air conditioners.
FIG. 7 is a refrigerant circuit diagram at the time of cooling of a car air conditioner provided with another heat exchanger for a car air conditioner.
FIG. 8 is a refrigerant circuit diagram of a car air conditioner provided with another heat exchanger for a car air conditioner at the time of dehumidification.
FIG. 9 is a perspective view of another pipe constituting the heat exchanger for a car air conditioner.
FIG. 10 is a perspective view of another pipe constituting a heat exchanger for a car air conditioner.
FIG. 11 is a perspective view of yet another pipe constituting a heat exchanger for a car air conditioner.
[Explanation of symbols]
1 car
2 Engine
9 outdoor heat exchanger
10. Electric compressor (compressor)
13 Indoor heat exchanger
14 First expansion valve
33 Second expansion valve
34 condenser
40 Circulation pump
41 radiator
42 Bypass solenoid valve
43 Bypass solenoid valve
45 Indoor heat exchanger
50 Double tube heat exchanger (heat exchanger for car air conditioner)
51 Double tube
52 inner tube
53 outer tube
54 fins

Claims

A heat exchanger for a car air conditioner including a compressor and forming a refrigerant circuit,
A heat exchanger for a car air conditioner, wherein the refrigerant flowing in the refrigerant circuit, the radiator water, and the cooling air can exchange heat with each other.

2. The heat exchanger for a car air conditioner according to claim 1, wherein the heat exchanger comprises a double pipe comprising an inner passage and an outer passage, and fins which are heat-exchangeably attached to the double pipe.

2. The heat exchanger for a car air conditioner according to claim 1, further comprising an outer tube, an inner tube disposed in the outer tube, and fins attached to the outer tube in a heat-exchange manner.

2. The heat exchanger for a car air conditioner according to claim 1, wherein the heat exchanger comprises a microtube, a pipe and fins attached to the microtube in a heat-exchange manner.