JP2013137182A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】タンク部を除霜し易い熱交換器を提供する。
【解決手段】冷媒(第1流体)の集合あるいは分配を行う第1タンク空間163a、163bを形成するタンク部16cの内部には、第2チューブ43aと連通する第2流体流通空間162c、752eが、第1タンク空間163a、163bに対して区画されて形成されている。そして、タンク部16cの除霜は、第1タンク空間163a、163b内の冷媒よりも高温である第2流体流通空間162c、752e内の冷却水(第2流体)によって行われる。
【選択図】図9

Description

本発明は、3種類の流体間で熱交換可能に構成された複合型の熱交換器に関する。
従来、3種類の流体間で熱交換可能に構成された複合型の熱交換器が知られている。例えば、特許文献1に開示された熱交換器では、冷凍サイクル装置の冷媒と室外空気(外気)との間での熱交換、および冷媒とエンジンを冷却する冷却水との間での熱交換が可能に構成された複合型の熱交換器が開示されている。
具体的には、この特許文献1の熱交換器は、両端部が冷媒の集合および分配を行う冷媒タンクに接続された複数本の直線状の冷媒チューブを積層配置し、積層配置された冷媒チューブの間に、その一端部が冷却水の流通する冷却水タンクに接続されたヒートパイプを冷媒チューブと平行に配置し、冷媒チューブとヒートパイプとの間に形成された外気通路に熱交換促進用のフィンを配置した構成になっている。
そして、特許文献1の冷凍サイクル装置では、この複合型の熱交換器を、冷媒に外気の有する熱および冷却水の有する熱(すなわち、エンジンの廃熱)を吸熱させて冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させる際に、ヒートパイプから伝達されるエンジンの廃熱によって熱交換器の着霜を抑制させるようにしている。
特開平11−157326号公報
しかしながら、従来技術では、第1チューブ(冷媒チューブ)の外表面近傍に生じた霜を融解することに着眼しており、第1流体(冷媒)を第1チューブへ分配あるいは第1チューブから集合させる集合分配用のタンク部(冷媒タンク)の外表面に生じた霜については充分考慮されていない。
このようなタンク部の外表明に生じた霜はチューブの外表面に生じた霜が融解した際の融解水の排出を阻害する原因となるだけでなく、融解水を再凍結させてしまう原因ともなりうる。
本発明は上記点に鑑みて、タンク部を除霜し易い熱交換器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1流体が流通する複数本の第1チューブ(16a)を有し、第1流体と第1チューブ(16a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第1熱交換部(16)と、
第2流体が流通する複数本の第2チューブ(43a)を有し、第2流体と第2チューブ(43a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第2熱交換部(43)と、
第1チューブ(16a)を流通する第1流体の集合あるいは分配を行う第1タンク空間(163a、163b、741)を形成するタンク部(16c、75)とを備え、
複数の第1チューブ(16a)のうち少なくとも1つは、複数の第2チューブ(43a)の間に配置され、
複数の第2チューブ(43a)のうち少なくとも1つは、複数の第1チューブ(16a)の間に配置され、
第1チューブ(16a)と第2チューブ(43a)との間に形成される空間は、第3流体が流通する第3流体用通路(70a)を形成しており、
第3流体用通路(70a)には、第1、第2熱交換部(16、43)における熱交換を促進するとともに、第1チューブ(16a)を流通する第1流体と第2チューブ(43a)を流通する第2流体との間の熱移動を可能とするアウターフィン(50)が配置され、
タンク部(16c、75)の内部には、第2チューブ(43a)と連通する第2流体流通空間(162c、752e)が、第1タンク空間(163a、163b、741)に対して区画されて形成され、且つ、第1チューブ(16a)が接続されているタンク部(16c、75)の接続箇所に対し第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向に隣接して配置され、
第1タンク空間(163a、163b、741)内の第1流体よりも高温である第2流体流通空間(162c、752e)内の第2流体により、タンク部(16c、75)の除霜が行われることを特徴とする。
これによると、タンク部(16c、75)に含まれる第2流体流通空間(162c、752e)内の第2流体からの熱がタンク部(16c、75)の着霜し易い箇所に効果的に伝わるので、タンク部(16c、75)の除霜を促進することができる。ここで、タンク部(16c、75)の除霜が行われるときには、第2流体流通空間(162c、752e)内の第2流体は除霜を行う熱源として機能するので、その第2流体の温度は例えば摂氏0度以上である。一方、第1流体の温度は着霜の原因となっているので例えば摂氏0度以下である。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の熱交換器において、第2流体流通空間(162c、752e)は、第2流体がタンク部(16c、75)の外壁に接触して流通するように形成されていることを特徴とする。
これにより、第2流体からタンク部(16c、75)の外壁への伝熱を向上させて、タンク部(16c、75)の除霜を一層促進することができる。
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の熱交換器において、第2チューブ(43a)の先端が第2流体流通空間(162c)内に突き出ており、
第2流体流通空間(162c)は、第2チューブ(43a)の先端に第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向において接する第2チューブ隣接空間(162d)を含み、
第2チューブ隣接空間(162d)内の第2流体は、相互に隣り合う第1チューブ(16a)と第2チューブ(43a)との間にてタンク部(16c)の外壁に接触していることを特徴とする。
これにより、タンク部(16c、75)の外壁のうち着霜し易い箇所に対し、第2流体流通空間(162c)内の第2流体からの熱を効率よく伝えることができる。
請求項4に記載の発明では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の熱交換器において、第1チューブ(16a)と第2チューブ(43a)とが互いに離間して配設されていることにより、第2流体流通空間(162c、752e)内の第2流体は第1チューブ(16a)に直接接触していないことを特徴とする。
これにより、第2流体流通空間(162c、752e)内の第2流体が第1チューブ(16a)に直接接触している熱交換器の構成と比較して、第2流体流通空間(162c、752e)内にある第2流体からの熱が第1チューブ(16a)に奪われ難いので、その第2流体からの熱を、タンク部(16c、75)の着霜し易い箇所に効率よく伝えることができる。
請求項5に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器において、タンク部(16c)は、その内部空間を第1タンク空間(163a、163b)と第2流体流通空間(162c)とに仕切る中間プレート部材(162)を有し、
中間プレート部材(162)には、第1チューブ(16a)を第1タンク空間(163a、163b)に連通させる連通孔(162a)が形成され、
第1流体が第1チューブ(16a)に流通し且つ第2流体が第2チューブ(43a)に流通することが、中間プレート部材(162)における連通孔(162a)の配置に基づいて定まっていることを特徴とする。
これにより、第1流体および第2流体の各々を複数のチューブ(16a、43a)のうちの何れに流通させるかを、中間プレート部材(162)の構成に応じて簡単に定めることが可能である。
請求項6に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器において、タンク部(16c)は、その内部空間を第1タンク空間(163a、163b)と第2流体流通空間(162c)とに仕切る中間プレート部材(162)を有し、
中間プレート部材(162)は、その厚み方向に第1チューブ(16a)側から順に積層された第1チューブ側プレート部材(801)と仕切りプレート部材(802)とよって構成され、
仕切りプレート部材(802)には、第1チューブ側プレート部材(801)に形成された複数の貫通孔(801a、801b)の一部と重合する複数の貫通孔(802a)が形成されており、
第1流体が第1チューブ(16a)に流通し且つ第2流体が第2チューブ(43a)に流通することが、仕切りプレート部材(802)に形成された貫通孔(802a)の配置に基づいて定まっていることを特徴とする。
請求項7に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器において、第2流体流通空間(162c)は、第1タンク空間(163a、163b)よりも、第1チューブ(16a)の外部に露出した露出部分に近づいて配置されていることを特徴とする。
これにより、タンク部(16c)の除霜を効率良く行うことができる。
請求項8に記載の発明では、請求項7に記載の熱交換器において、タンク部(16c)は、その内部空間を第1タンク空間(163a、163b)と第2流体流通空間(162c)とに仕切る中間プレート部材(162)を有し、
中間プレート部材(162)には、第1チューブ(16a)を第1タンク空間(163a、163b)に連通させる連通孔(162a)が形成され、
第1チューブ(16a)は、連通孔(162a)を貫通して第1タンク空間(163a、163b)に連通していることを特徴とする。
請求項9に記載の発明では、請求項1ないし8のいずれか1つに記載の熱交換器において、第3流体の流れ方向(X)において、第2流体流通空間(162c)の幅(A1)は第2チューブ(43a)の幅(A2)よりも大きくなっていることを特徴とする。
これにより、第2流体の熱をタンク部(16c)の広範囲に伝えやすくなるので、タンク部(16c)の除霜を一層促進することができる。
請求項10に記載の発明では、請求項1ないし9のいずれか1つに記載の熱交換器において、第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向において、第2流体流通空間(162c)の幅(B1)は第2チューブ(43a)の幅(B2)よりも大きくなっていることを特徴とする。
これにより、第2流体の熱をタンク部(16c)の広範囲に伝えやすくなるので、タンク部(16c)の除霜を一層促進することができる。
請求項11に記載の発明では、請求項1ないし10のいずれか1つに記載の熱交換器において、第3流体の流れ方向(X)において、第2流体流通空間(162c)の幅(A1)は第1タンク空間(163a、163b)の幅(A3)よりも大きくなっていることを特徴とする。
これにより、第2流体の熱をタンク部(16c)の広範囲に伝えやすくなるので、タンク部(16c)の除霜を一層促進することができる。
請求項12に記載の発明では、請求項1ないし11のいずれか1つに記載の熱交換器において、タンク部(75)は、第2チューブ(43a)を流通する第2流体の集合あるいは分配を行う第2タンク空間(731)を形成し、
第2流体流通空間(752e)は、第2タンク空間(731)と第2チューブ(43a)との間に配置されていることを特徴とする。なお、第2チューブ(43a)の先端は例えば第2流体流通空間(752e)の一部に入り込んでいても差し支えない。
請求項13に記載の発明では、請求項12に記載の熱交換器において、第3流体の流れ方向(X)において、第2流体流通空間(752e)の幅(A1)は第2タンク空間(731)の幅(A4)よりも小さくなっていることを特徴とする。
これによると、第2流体が流通する空間の幅が、第2タンク空間(731)→第2流体流通空間(752e)→第2チューブ(43a)で順次縮小傾向、第2チューブ(43a)→第2流体流通空間(752e)→第2タンク空間(731)で順次拡大傾向となるので、第2流体の圧力損失が小さくなる。その結果、熱交換器の基礎性能が良好となり、除霜性能も良好となる。
請求項14に記載の発明では、請求項12または13に記載の熱交換器において、第1チューブ(16a)および第2チューブ(43a)は、第3流体の流れ方向(X)に沿って複数列配置され、
第1タンク空間(741)と第2タンク空間(731)とが第3流体の流れ方向(X)に並んで配置されていることを特徴とする。
請求項15に記載の発明では、請求項14に記載の熱交換器において、第1タンク空間(741)のうち第1流体の集合を行う空間(741b)と第1流体の分配を行う空間(741a)とは互いに、第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向に並んで配置され、
第2タンク空間(731)のうち第2流体の集合を行う空間(731b)と第2流体の分配を行う空間(731a)とは互いに、第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向に並んで配置されていることを特徴とする。
これによると、熱交換器に接続される外部配管を、第1、第2チューブ(16a、43a)が積層されているコア部分に対して一方に集約し易いという利点がある。
請求項16に記載の発明では、請求項1ないし11のいずれか1つに記載の熱交換器において、第1チューブ(16a)は、第3流体の流れ方向(X)に沿って複数列配置され、
タンク部(16c)は、第1タンク空間(163a、163b)を第3流体の流れ方向(X)に沿って複数個形成していることを特徴とする。
請求項17に記載の発明では、請求項16に記載の熱交換器において、第2流体流通空間(162c)は、第3流体の流れ方向(X)に延び、複数個の第1タンク空間(163a、163b)にわたって形成されていることを特徴とする。
これによると、第2流体流通空間(162c)を第3流体の流れ方向(X)に大きくすることができるとともに、第2流体流通空間(162c)において第2流体が第3流体の流れ方向(X)に沿った流れとなることで伝熱性を向上させることができる。
請求項18に記載の発明では、請求項1ないし17のいずれか1つに記載の熱交換器において、第1流体および第2流体は互いに異なる流体循環回路に流通する熱媒体であることを特徴とする。
請求項19に記載の発明では、請求項1ないし18のいずれか1つに記載の熱交換器において、蒸気圧縮式の冷凍サイクルにおいて冷媒を蒸発させる蒸発器として用いられる熱交換器であって、
第1流体は、冷凍サイクルの冷媒であり、
第2流体は、外部熱源の有する熱量を吸熱した熱媒体であり、
第3流体は、空気であることを特徴とする。
これによれば、第1流体である冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させた際に蒸発器(熱交換器)に着霜が生じても、第2流体である熱媒体の有する熱量によって、除霜を行うことができる。
請求項20に記載の発明では、請求項1ないし18のいずれか1つに記載の熱交換器において、車両用冷却システムに適用される熱交換器であって、
第1流体は、作動時に発熱を伴う第1車載機器の有する熱量を吸熱した熱媒体であり、
第2流体は、作動時に発熱を伴う第2車載機器の有する熱量を吸熱した熱媒体であり、
第3流体は、空気であることを特徴とする。
ここで、車両には作動時に発熱を伴う様々な車載機器が搭載されており、これらの車載機器の発熱量は、車両の走行状態(走行負荷)に応じてそれぞれ変化する。従って、本請求項に記載の発明によれば、発熱量の大きい車載機器の熱量を、空気のみならず、発熱量の小さい車載機器へ放熱させることも可能となる。なお、作動時に発熱を伴う車載機器としては、エンジン(内燃機関)、走行用電動モータ、インバータ、電気機器等がある。
請求項21に記載の発明では、第1流体が流通する複数本の第1チューブ(16a)を有し、第1流体と第1チューブ(16a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第1熱交換部(16)と、
第2流体が流通する複数本の第2チューブ(43a)を有し、第2流体と第2チューブ(43a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第2熱交換部(43)と、
第1チューブ(16a)に対して第1流体の集合および分配のうち少なくとも一方を行う第1タンク空間(163a、163b)を形成するタンク部(16c)とを備え、
複数の第1チューブ(16a)のうち少なくとも1つは、複数の第2チューブ(43a)の間に配置され、
複数の第2チューブ(43a)のうち少なくとも1つは、複数の第1チューブ(16a)の間に配置され、
第1チューブ(16a)と第2チューブ(43a)との間に形成される空間は、第3流体が流通する第3流体用通路(70a)を形成しており、
第3流体用通路(70a)には、第1、第2熱交換部(43)における熱交換を促進するとともに、第1チューブ(16a)を流通する第1流体と第2チューブ(43a)を流通する第2流体との間の熱移動を可能とするアウターフィン(50)が配置され、
タンク部(16c)は、その外壁を構成する外壁構成部材(161、163)と、外壁構成部材(161、163)の内部に配置される中間プレート部材(162)とを有し、
第1タンク空間(163a、163b)は、外壁構成部材(161、163)と中間プレート部材(162)とで囲まれて形成される空間であって、中間プレート部材(162)よりも第1チューブ(16a)の反対側に位置する空間であり、
中間プレート部材(162)には、第1タンク空間(163a、163b)と第1チューブ(16a)とを連通させるための連通孔(162a)が形成され、
中間プレート部材(162)の側面部(801c)には、外壁構成部材(161)の側壁部(161c)に当接する凸部(801d)が形成され、
側面部(801c)のうち凸部(801d)が形成されていない部位と側壁部(161c)との間には、第1タンク空間(163a、163b)に対して中間プレート部材(162)によって隔てられた隔離空間(803)が形成され、
側壁部(161c)のうち凸部(801d)と当接していない部位には、隔離空間(803)に向かって凹んだ凹部(161d)、または隔離空間(803)に向かって切り欠かれた切り欠き(161e)が形成されていることを特徴とする。
これによると、タンク部(16c)の外壁に形成された凹部(161d)または切り欠き(161e)が排水溝として機能するので、第1熱交換部(16)で除霜された融解水の排水性を向上できる。
また、凹部(161d)は、第1タンク空間(163a、163b)に対して隔てられた隔離空間(803)に向かって凹んだものであり、切り欠き(161e)は、第1タンク空間(163a、163b)に対して隔てられた隔離空間(803)に向かって切り欠かれたものであるので、第1タンク空間(163a、163b)の密閉を損なうことなく、タンク部(16c)の外壁に排水溝を形成することができる。
請求項22に記載の発明では、第1流体が流通する複数本の第1チューブ(16a)を有し、第1流体と第1チューブ(16a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第1熱交換部(16)と、
第2流体が流通する複数本の第2チューブ(43a)を有し、第2流体と第2チューブ(43a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第2熱交換部(43)と、
第1チューブ(16a)に対して第1流体の集合および分配のうち少なくとも一方を行う第1タンク空間(163a、163b、741)を形成するタンク部(16c)とを備え、
複数の第1チューブ(16a)のうち少なくとも1つは、複数の第2チューブ(43a)の間に配置され、
複数の第2チューブ(43a)のうち少なくとも1つは、複数の第1チューブ(16a)の間に配置され、
第1チューブ(16a)と第2チューブ(43a)との間に形成される空間は、第3流体が流通する第3流体用通路(70a)を形成しており、
第3流体用通路(70a)には、第1、第2熱交換部(43)における熱交換を促進するとともに、第1チューブ(16a)を流通する第1流体と第2チューブ(43a)を流通する第2流体との間の熱移動を可能とするアウターフィン(50)が配置され、
タンク部(16c)は、その外壁を構成する外壁構成部材(161、163)と、外壁構成部材(161、163)の内部に配置される中間プレート部材(162)とを有し、
第1タンク空間(163a、163b)は、外壁構成部材(161、163)と中間プレート部材(162)とで囲まれて形成される空間であって、中間プレート部材(162)よりも第1チューブ(16a)の反対側に位置する空間であり、
中間プレート部材(162)には、第1タンク空間(163a、163b)と第1チューブ(16a)とを連通させるための連通孔(162a)が形成され、
中間プレート部材(162)は、第1チューブ(16a)側に位置する第1チューブ側プレート部材(801)と、第1タンク空間(163a、163b)側に位置する仕切りプレート部材(802)とが積層されることによって形成され、
第1チューブ側プレート部材(801)の側面部(801c)には、第1チューブ側プレート部材(801)の内方側に向かって切り込まれた切り込み(801e)が形成され、
外壁構成部材(161)の側壁部(161c)のうち切り込み(801e)に対応する部位には、切り込み(801e)に向かって切り欠かれた切り欠き(161e)、または切り込み(801e)側に凹んだ凹部(161d)が形成されていることを特徴とする。
これによると、タンク部(16c)の外壁に形成された切り欠き(161e)または凹部(161d)が排水溝として機能するので、第1熱交換部(16)で除霜された融解水の排水性を向上できる。
また、切り欠き(161e)または凹部(161d)に対応する切り込み(801e)を第1チューブ側プレート部材(801)に形成し、仕切りプレート部材(802)には切り込みを形成していないので、第1タンク空間(163a、163b)の密閉を損なうことなく、タンク部(16c)の外壁に排水溝を形成することができる。
請求項23に記載の発明では、請求項21または22に記載の熱交換器において、切り欠き(161e)または凹部(161d)は、外壁構成部材(161)の側壁部(161c)では側壁部(161c)の第1チューブ(16a)側の端縁(161f)から側壁部(161c)の内方側に向けて形成されており、
側壁部(161c)の外面上では、第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向における切り欠き(161e)または凹部(161d)の幅寸法が、側壁部(161c)の第1チューブ(16a)側の端縁(161f)から側壁部(161c)の内方側に向かうに従って小さくなっていることを特徴とする。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
第1実施形態のヒートポンプサイクルの暖房運転時の冷媒流路等を示す全体構成図である。 第1実施形態のヒートポンプサイクルの除霜運転時の冷媒流路等を示す全体構成図である。 第1実施形態のヒートポンプサイクルの廃熱回収運転時の冷媒流路等を示す全体構成図である。 第1実施形態のヒートポンプサイクルの冷房運転時の冷媒流路等を示す全体構成図である。 第1実施形態の熱交換器の外観斜視図である。 第1実施形態の熱交換器の分解斜視図である。 第1実施形態の熱交換器の断面図である。 第1実施形態の熱交換器における冷媒および冷却水の流れを説明する模式的な斜視図である。 第2実施形態の熱交換器の断面図である。 第3実施形態のタンク部の断面図である。 (a)は第3実施形態のタンク部の分解斜視図であり、(b)は第3実施形態のタンク部の斜視図である。 第4実施形態のタンク部の断面図である。 (a)は第4実施形態のタンク部の分解斜視図であり、(b)は第4実施形態のタンク部の斜視図である。 第5実施形態の熱交換器の外観斜視図である。 第5実施形態の熱交換器の分解斜視図である。 (a)は第6実施形態の熱交換器の図6のB部に対応する分解斜視図であり、(b)は(a)に対応する部位の外観斜視図を一部断面図としたものであり、(c)は(b)のE−E断面図であり、(d)は(b)のF−F断面図である。 (a)は第7実施形態の熱交換器の図6のB部に対応する分解斜視図であり、(b)は(a)に対応する部位の外観斜視図を一部断面図としたものであり、(c)は(b)のG−G断面図であり、(d)は(b)のH−H断面図である。 第8実施形態の熱交換器の外観斜視図である。 第8実施形態の熱交換器の分解斜視図である。 第8実施形態の熱交換器における冷媒および冷却水の流れを説明する模式的な斜視図である。 第8実施形態の熱交換器における冷媒流れ等を示す断面図である。 第8実施形態の熱交換器における冷却水流れ等を示す断面図である。 図21のM−M断面図である。 図21のN−N断面図である。 第9実施形態のタンク部の断面図である。 第10実施形態の熱交換器の断面図であって、図9に対応する図である。 図26に表されたタンク部の別形態を例示した図であって、図26(c)に対応する断面図である。
(第1実施形態)
第1実施形態を図1〜8に基づいて説明する。本実施形態では、熱交換器70を、車両用空調装置1において車室内送風空気の温調を行うヒートポンプサイクル10に適用している。図1〜4は、本実施形態の車両用空調装置1の全体構成図である。この車両用空調装置1は、内燃機関(エンジン)および走行用電動モータMGから車両走行用の駆動力を得る、いわゆるハイブリッド車両に適用されている。
ハイブリッド車両は、車両の走行負荷等に応じてエンジンを作動あるいは停止させて、エンジンおよび走行用電動モータMGの双方から駆動力を得て走行する走行状態や、エンジンを停止させて走行用電動モータMGのみから駆動力を得て走行する走行状態等を切り替えることができる。これにより、ハイブリッド車両では、車両走行用の駆動力をエンジンのみから得る通常の車両に対して車両燃費を向上させることができる。
ヒートポンプサイクル10は第1流体としての冷媒が循環する流体循環回路で構成されている。具体的に、ヒートポンプサイクル10は、車両用空調装置1において、空調対象空間である車室内へ送風される車室内送風空気を加熱あるいは冷却する機能を果たす蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。従って、このヒートポンプサイクル10は、冷媒流路を切り替えて、熱交換対象流体である車室内送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房運転(加熱運転)、車室内送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房運転(冷却運転)を実行できる。
さらに、このヒートポンプサイクル10では、暖房運転時に冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する後述する複合型の熱交換器70の室外熱交換部16に着いた霜を融解させて取り除く除霜運転、暖房運転時に外部熱源として走行用電動モータMGの有する熱量を冷媒に吸熱させる廃熱回収運転を実行することもできる。なお、図1〜4のヒートポンプサイクル10に示す全体構成図では、各運転時における冷媒の流れを実線矢印で示している。
また、本実施形態のヒートポンプサイクル10では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。この冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
まず、圧縮機11は、エンジンルーム内に配置されて、ヒートポンプサイクル10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機11aを電動モータ11bにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機11aとしては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。
電動モータ11bは、後述する空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動(回転数)が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機11の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態では、電動モータ11bが圧縮機11の吐出能力変更手段を構成する。
圧縮機11の冷媒吐出口には、利用側熱交換器としての室内凝縮器12の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器12は、車両用空調装置1の室内空調ユニット30のケーシング31内に配置されて、その内部を流通する高温高圧冷媒と後述する室内蒸発器20通過後の車室内送風空気とを熱交換させる加熱用熱交換器である。なお、室内空調ユニット30の詳細構成については後述する。
室内凝縮器12の冷媒出口側には、暖房運転時に室内凝縮器12から流出した冷媒を減圧膨張させる暖房運転用の減圧手段としての暖房用固定絞り13が接続されている。この暖房用固定絞り13としては、オリフィス、キャピラリチューブ等を採用できる。暖房用固定絞り13の出口側には、複合型の熱交換器70の室外熱交換部16の冷媒入口側が接続されている。
さらに、室内凝縮器12の冷媒出口側には、室内凝縮器12から流出した冷媒を、暖房用固定絞り13を迂回させて室外熱交換部16側へ導く固定絞り迂回用通路14が接続されている。この固定絞り迂回用通路14には、固定絞り迂回用通路14を開閉する開閉弁15aが配置されている。開閉弁15aは、空調制御装置から出力される制御電圧によって、その開閉作動が制御される電磁弁である。
また、冷媒が開閉弁15aを通過する際に生じる圧力損失は、固定絞り13を通過する際に生じる圧力損失に対して極めて小さい。従って、室内凝縮器12から流出した冷媒は、開閉弁15aが開いている場合には固定絞り迂回用通路14側を介して室外熱交換部16へ流入し、開閉弁15aが閉じている場合には暖房用固定絞り13を介して室外熱交換部16へ流入する。
これにより、開閉弁15aは、ヒートポンプサイクル10の冷媒流路を切り替えることができる。従って、本実施形態の開閉弁15aは、冷媒流路切替手段としての機能を果たす。なお、このような冷媒流路切替手段としては、室内凝縮器12出口側と暖房用固定絞り13入口側とを接続する冷媒回路および室内凝縮器12出口側と固定絞り迂回用通路14入口側とを接続する冷媒回路を切り替える電気式の三方弁等を採用してもよい。
室外熱交換部16は、熱交換器70において内部を流通する低圧冷媒と送風ファン17から送風された外気とを熱交換させる熱交換部である。この室外熱交換部16は、エンジンルーム内に配置されて、暖房運転時には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発用熱交換部として機能し、冷房運転時には、高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換部として機能する。
また、送風ファン17は、空調制御装置から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数(送風空気量)が制御される電動式送風機である。さらに、本実施形態の熱交換器70では、上述の室外熱交換部16と、走行用電動モータMGを冷却する冷却水と送風ファン17から送風された外気とを熱交換させる後述するラジエータ部43とを一体的に構成している。
このため、本実施形態の送風ファン17は、室外熱交換部16およびラジエータ部43の双方に向けて外気を送風する室外送風手段を構成している。なお、室外熱交換部16およびラジエータ部43とを一体的に構成した複合型の熱交換器70の詳細構成については後述する。
室外熱交換部16の出口側には、電気式の三方弁15bが接続されている。この三方弁15bは、空調制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御されるもので、上述した開閉弁15aとともに、冷媒流路切替手段を構成している。
より具体的には、三方弁15bは、暖房運転時には、室外熱交換部16の出口側と後述するアキュムレータ18の入口側とを接続する冷媒流路に切り替え、冷房運転時には、室外熱交換部16の出口側と冷房用固定絞り19の入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。
冷房用固定絞り19は、冷房運転時に室外熱交換部16から流出した冷媒を減圧膨張させる冷房運転用の減圧手段であり、その基本的構成は、暖房用固定絞り13と同様である。冷房用固定絞り19の出口側には、室内蒸発器20の冷媒入口側が接続されている。
室内蒸発器20は、室内空調ユニット30のケーシング31内のうち、室内凝縮器12よりも空気流れの上流側に配置されて、その内部を流通する冷媒と車室内送風空気とを熱交換させ、車室内送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。室内蒸発器20の冷媒出口側には、アキュムレータ18の入口側が接続されている。
アキュムレータ18は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える低圧側冷媒用の気液分離器である。アキュムレータ18の気相冷媒出口には、圧縮機11の吸入側が接続されている。従って、このアキュムレータ18は、圧縮機11に液相冷媒が吸入されてしまうことを抑制して、圧縮機11の液圧縮を防止する機能を果たす。
次に、室内空調ユニット30について説明する。室内空調ユニット30は、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側に配置されて、その外殻を形成するケーシング31内に送風機32、前述の室内凝縮器12、室内蒸発器20等を収容したものである。
ケーシング31は、車室内に送風される車室内送風空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。ケーシング31内の車室内送風空気流れ最上流側には、車室内空気(内気)と外気とを切替導入する内外気切替装置33が配置されている。
内外気切替装置33には、ケーシング31内に内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口が形成されている。さらに、内外気切替装置33の内部には、内気導入口および外気導入口の開口面積を連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる内外気切替ドアが配置されている。
内外気切替装置33の空気流れ下流側には、内外気切替装置33を介して吸入された空気を車室内へ向けて送風する送風機32が配置されている。この送風機32は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される。
送風機32の空気流れ下流側には、室内蒸発器20および室内凝縮器12が、車室内送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、室内蒸発器20は、室内凝縮器12に対して、車室内送風空気の流れ方向上流側に配置されている。
さらに、室内蒸発器20の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器12の空気流れ上流側には、室内蒸発器20通過後の送風空気のうち、室内凝縮器12を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア34が配置されている。また、室内凝縮器12の空気流れ下流側には、室内凝縮器12にて冷媒と熱交換して加熱された送風空気と室内凝縮器12を迂回して加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間35が設けられている。
ケーシング31の空気流れ最下流部には、混合空間35にて混合された空調風を、冷却対象空間である車室内へ吹き出す吹出口が配置されている。具体的には、この吹出口としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出口、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)が設けられている。
従って、エアミックスドア34が室内凝縮器12を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間35にて混合された空調風の温度が調整され、各吹出口から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア34は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。
換言すると、エアミックスドア34は、利用側熱交換器を構成する室内凝縮器12において、圧縮機11吐出冷媒と車室内送風空気との熱交換量を調整する熱交換量調整手段としての機能を果たす。なお、エアミックスドア34は、空調制御装置から出力される制御信号によって作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
さらに、フェイス吹出口、フット吹出口、およびデフロスタ吹出口の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス吹出口の開口面積を調整するフェイスドア、フット吹出口の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ吹出口の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、空調制御装置から出力される制御信号によってその作動が制御される図示しないサーボモータによって駆動される。
次に、ヒートポンプサイクル10で用いられる冷媒とは異なる種類の物質である第2流体としての冷却水が循環する冷却水循環回路40について説明する。この冷却水循環回路40は、図1〜4に示されているように、ヒートポンプサイクル10とは異なる流体循環回路である。具体的に、冷却水循環回路40は、作動時に発熱を伴う車載機器の一つである前述の走行用電動モータMGの内部に形成された冷却水通路に、冷却媒体(熱媒体)としての冷却水(例えば、エチレングリコール水溶液)を循環させて、走行用電動モータMGを冷却する冷却水循環回路である。
この冷却水循環回路40には、冷却水ポンプ41、電気式の三方弁42、複合型の熱交換器70のラジエータ部43、このラジエータ部43を迂回させて冷却水を流すバイパス通路44等が配置されている。
冷却水ポンプ41は、冷却水循環回路40において冷却水を走行用電動モータMGの内部に形成された冷却水通路へ圧送する電動式のポンプであり、空調制御装置から出力される制御信号によって回転数(流量)が制御される。従って、冷却水ポンプ41は、走行用電動モータMGを冷却する冷却水の流量を変化させて冷却能力を調整する冷却能力調整手段としての機能を果たす。
三方弁42は、冷却水ポンプ41の入口側とラジエータ部43の出口側とを接続して冷却水をラジエータ部43へ流入させる冷却水回路、および冷却水ポンプ41の入口側とバイパス通路44の出口側とを接続して冷却水をラジエータ部43を迂回させて流す冷却水回路を切り替える。この三方弁42は、空調制御装置から出力される制御電圧によって、その作動が制御されるもので、冷却水回路の回路切替手段を構成している。
つまり、本実施形態の冷却水循環回路40では、図1等の破線矢印に示すように、冷却水ポンプ41→走行用電動モータMG→ラジエータ部43→冷却水ポンプ41の順に冷却水を循環させる冷却水回路と、冷却水ポンプ41→走行用電動モータMG→バイパス通路44→冷却水ポンプ41の順に冷却水を循環させる冷却水回路とを切り替えることができる。
従って、走行用電動モータMGの作動中に、三方弁42が、冷却水をラジエータ部43を迂回させて流す冷却水回路に切り替えると、冷却水はラジエータ部43にて放熱することなく、その温度を上昇させる。つまり、三方弁42が、冷却水をラジエータ部43を迂回させて流す冷却水回路に切り替えた際には、走行用電動モータMGの有する熱量(発熱量)が冷却水に蓄熱されることになる。
ラジエータ部43は、エンジンルーム内に配置されて、冷却水と送風ファン17から送風された外気とを熱交換させる放熱用熱交換部として機能する。前述の如く、ラジエータ部43は、室外熱交換部16とともに複合型の熱交換器70を構成している。
ここで、図5〜8を用いて、本実施形態の複合型の熱交換器70の詳細構成について説明する。図5は、本実施形態の熱交換器70の外観斜視図であり、図6は、熱交換器70の分解斜視図であり、図7は、熱交換器70の断面図であり、図8は、熱交換器70における冷媒流れおよび冷却水流れを説明するための模式的な斜視図である。
まず、図5、6に示すように、室外熱交換部16(第1熱交換部)およびラジエータ部43(第2熱交換部)は、それぞれ冷媒または冷却水を流通させる複数本のチューブ、この複数本のチューブの両端側に配置されてそれぞれのチューブを流通する冷媒または冷却水の集合あるいは分配を行う一対の集合分配用タンク等を有する、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器構造に構成されている。
より具体的には、室外熱交換部16は、第1流体としての冷媒が流通する複数本の冷媒用チューブ16a(第1チューブ)、および複数本の冷媒用チューブ16aの積層方向に延びて冷媒用チューブ16aを流通する冷媒の集合あるいは分配を行う冷媒側タンク部16c(タンク部)を有し、冷媒用チューブ16aを流通する冷媒と冷媒用チューブ16aの周囲を流れる第3流体としての空気(送風ファン17から送風された外気)とを熱交換させる熱交換部である。
一方、ラジエータ部43は、第2流体としての冷却水が流通する複数本の冷却水用チューブ43a(第2チューブ)、および冷却水用チューブ43aの積層方向に延びて冷却水用チューブ43aを流通する冷却水の集合あるいは分配を行う冷却水側タンク部43cを有し、冷却水用チューブ43aを流通する冷却水と冷却水用チューブ43aの周囲を流れる空気(送風ファン17から送風された外気)とを熱交換させる熱交換部である。
まず、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aとしては、長手方向垂直断面の形状が扁平形状の扁平チューブが採用されている。そして、図6の分解斜視図に示すように、室外熱交換部16の冷媒用チューブ16aおよびラジエータ部43の冷却水用チューブ43aが、それぞれ送風ファン17によって送風された外気の流れ方向Xに沿って2列(複数列)配置されている。
さらに、外気の流れ方向風上側に配列された冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aは、その外表面のうち平坦面同士が互いに平行に、かつ、対向するように所定の間隔を開けて交互に積層配置されている。同様に、外気の流れ方向風下側に配列された冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aについても、所定の間隔を開けて交互に積層配置されている。
換言すると、本実施形態の冷媒用チューブ16aは、冷却水用チューブ43aの間に配置され、冷却水用チューブ43aは、冷媒用チューブ16aの間に配置されている。さらに、冷媒用チューブ16aと冷却水用チューブ43aとの間に形成される空間は、送風ファン17によって送風された外気が流通する外気通路70a(第3流体用通路)を形成している。
そして、この外気通路70aには、室外熱交換部16における冷媒と外気との熱交換およびラジエータ部43における冷却水と外気との熱交換を促進するとともに、冷媒用チューブ16aを流通する冷媒と冷却水用チューブ43aを流通する冷却水との間の熱移動を可能とするアウターフィン50が配置されている。
このアウターフィン50としては、伝熱性に優れる金属の薄板を波状に曲げ成形したコルゲートフィンが採用されており、本実施形態では、このアウターフィン50が、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの双方に接合されていることによって、冷媒用チューブ16aと冷却水用チューブ43aとの間の熱移動を可能としている。
次に、冷媒側タンク部16cおよび冷却水側タンク部43cについて説明する。これらのタンク部16c、43cの基本的構成は同様である。冷却水側タンク部43cは、2列に配置された冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの双方が固定される冷却水側固定用プレート部材431、冷却水側固定用プレート部材431に固定される冷却水側中間プレート部材432、並びに冷却水側タンク形成部材433を有している。
冷却水側中間プレート部材432には、図7(a)の断面図に示すように、冷却水側固定用プレート部材431に固定されることによって、冷却水側固定用プレート部材431との間に冷媒用チューブ16aに連通する複数の空間432cを形成する複数の凹み部432bが形成されている。この空間432cは、外気の流れ方向Xに2列に並んだ冷媒用チューブ16a同士を互いに連通させる冷媒用連通空間としての機能を果たす。
なお、図7(a)では、図示の明確化のため、冷却水側中間プレート部材432に設けられた凹み部432b周辺の断面を図示している。
また、冷却水側中間プレート部材432のうち冷却水用チューブ43aに対応する部位にはその表裏を貫通する第1連通孔432aが設けられ、この第1連通孔432aには冷却水用チューブ43aが貫通している。これにより、冷却水用チューブ43aが冷却水側タンク形成部材433内に形成される空間に連通している。
さらに、冷却水側タンク部43c側の端部では、冷却水用チューブ43aが冷媒用チューブ16aよりも、冷却水側タンク部43c側へ突出している。つまり、冷却水用チューブ43aの冷媒側タンク部16c側の端部と冷媒用チューブ16aの冷媒側タンク部16c側の端部は、不揃いに配置されている。
冷却水側タンク形成部材433は、冷却水側固定用プレート部材431および冷却水側中間プレート部材432に固定されることによって、その内部に冷却水の集合を行う集合空間433aおよび冷却水の分配を行う分配空間433bを形成するものである。具体的には、冷却水側タンク形成部材433は、平板金属にプレス加工を施すことにより、その長手方向から見たときに、二山状(W字状)に形成されている。
そして、冷却水側タンク形成部材433の二山状の中央部433cが冷却水側中間プレート部材432に接合されることによって、集合空間433aおよび分配空間433bが区画されている。なお、本実施形態では、外気の流れ方向Xの風上側に分配空間433bが配置され、さらに、外気の流れ方向Xの風下側に集合空間433aが配置されている。
この中央部433cは、冷却水側中間プレート部材432に形成された凹み部432bに適合する形状に形成されており、集合空間433aと分配空間433bは、冷却水側固定用プレート部材431および冷却水側中間プレート部材432の接合部位から内部の冷却水が漏れないように区画されている。
さらに、前述の如く、冷却水用チューブ43aは、冷却水側中間プレート部材432の第1連通孔432aを貫通して、冷却水側タンク形成部材433の内部に形成される集合空間433aあるいは分配空間433bへ突出していることにより、外気の流れ方向Xの風上側に配列された冷却水用チューブ43aは分配空間433bに連通し、外気の流れ方向Xの風下側に配列された冷却水用チューブ43aは集合空間433aに連通している。
また、冷却水側タンク形成部材433の長手方向一端側には、分配空間433bへ冷却水を流入させる冷却水流入配管434が接続されるとともに、集合空間433aから冷却水を流出させる冷却水流出配管435が接続されている。さらに、冷却水側タンク部43cの長手方向他端側は、閉塞部材によって閉塞されている。
一方、冷媒側タンク部16cについても同様に、2列に配置された冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの双方が固定される冷媒側固定用プレート部材161、冷媒側固定用プレート部材161に固定される冷媒側中間プレート部材162、並びに冷媒側タンク形成部材163を有している。
冷媒側中間プレート部材162には、図7(b)の断面図に示すように、冷媒側固定用プレート部材161に固定されることによって、冷媒側固定用プレート部材161との間に冷却水用チューブ43aに連通する複数の空間162c(第2流体流通空間)を形成する複数の凹み部162bが形成されている。この空間162cは、外気の流れ方向Xに2列に並んだ冷却水用チューブ43a同士を互いに連通させる冷却水用連通空間としての機能を果たす。
また、図7(c)の断面図に示すように、冷媒側中間プレート部材162のうち冷媒用チューブ16aに対応する部位にはその表裏を貫通する第1連通孔162a(連通孔)が設けられ、この第1連通孔162aには冷媒用チューブ16aが貫通している。これにより、冷媒用チューブ16aが冷媒側タンク形成部材163内に形成される空間に連通している。
さらに、冷媒側タンク部16c側の端部では、冷媒用チューブ16aが冷却水用チューブ43aよりも、冷媒側タンク部16c側へ突出している。つまり、冷媒用チューブ16aの冷媒側タンク部16c側の端部と冷却水用チューブ43aの冷媒側タンク部16c側の端部は、不揃いに配置されている。
冷媒側タンク形成部材163は、冷媒側固定用プレート部材161および冷媒側中間プレート部材162に固定されることによって、その内部に冷媒の集合を行う集合空間163a(第1タンク空間)および冷媒の分配を行う分配空間163b(第1タンク空間)を形成するものである。具体的には、冷媒側タンク形成部材163は、平板金属にプレス加工を施すことにより、その長手方向から見たときに、二山状(W字状)に形成されている。
そして、冷媒側タンク形成部材163の二山状の中央部163cが冷媒側中間プレート部材162に接合されることによって、集合空間163aおよび分配空間163b(複数個の第1タンク空間)が区画されている。
なお、本実施形態では、集合空間163aおよび分配空間163bが外気の流れ方向Xに並んで配置されている。具体的には、外気の流れ方向Xの風上側に集合空間163aが配置され、さらに、外気の流れ方向Xの風下側に分配空間163bが配置されている。
この中央部163cは、図6に示すように冷媒側中間プレート部材162に形成された凹み部162bに適合する形状に形成されており、集合空間163aと分配空間163bは、冷媒側固定用プレート部材161および冷媒側中間プレート部材162の接合部位から内部の冷媒が漏れないように区画されている。
さらに、前述の如く、冷媒用チューブ16aは、冷媒側中間プレート部材162の第1連通孔162aを貫通して、冷媒側タンク形成部材163の内部に形成される集合空間163aあるいは分配空間163bへ突出していることにより、外気の流れ方向Xの風上側に配列された冷媒用チューブ16aは集合空間163aに連通し、外気の流れ方向Xの風下側に配列された冷媒用チューブ16aは分配空間163bに連通している。
また、冷媒側タンク形成部材163の長手方向一端側には、分配空間163bへ冷媒を流入させる冷媒流入配管164が接続されるとともに、集合空間163aから冷媒を流出させる冷媒流出配管165が接続されている。さらに、冷媒側タンク形成部材163の長手方向他端側は、閉塞部材によって閉塞されている。
ちなみに、冷却水流入配管434を通じて冷却水側タンク形成部材433の分配空間433bへ流入する冷却媒体(冷却水)の温度は、摂氏0度以上であって且つ冷媒流入配管164を通じて冷媒側タンク形成部材163の分配空間163bへ流入する冷媒の温度よりも高くなっている。
ここで、上述の冷却水用連通空間162cについて詳しく説明する。図7(b)に示すように、冷却水用連通空間162cの少なくとも一部は、冷却水側タンク部43cの外部と、冷媒側固定用プレート部材161のみで隔てられている。したがって、冷却水用連通空間162cでは、冷却水が冷却水側タンク部43cの外壁に接触して流通することができるようになっている。
冷却水用連通空間162cは、集合空間163aおよび分配空間163bに対して冷媒用チューブ16aに近い側に配置されている。言い換えれば、冷却水用連通空間162cは、集合空間163aおよび分配空間163bよりも、冷媒用チューブ16aの外部に露出した露出部分すなわち冷媒用チューブ16aの外周面が外気に触れる露出部分に近づいて配置されている。また、冷却水用連通空間162cは、外気の流れ方向Xに延び、集合空間163aおよび分配空間163bにわたって形成されている。
外気の流れ方向Xにおいて、冷却水用連通空間162cの幅A1は冷却水用チューブ43aの幅A2よりも大きくなっている。また、外気の流れ方向Xにおいて、冷却水用連通空間162cの幅A1は集合空間163aおよび分配空間163bの各々の幅A3よりも大きくなっている。
図7(d)に示すように、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの積層方向において、冷却水用連通空間162cの幅B1は冷却水用チューブ43aの幅B2よりも大きくなっている。
本実施形態の熱交換器70では、図8の模式的な斜視図に示すように、冷媒流入配管164を介して冷媒側タンク部16cの分配空間163bへ流入した冷媒が、2列に並んだ冷媒用チューブ16aのうち、外気の流れ方向Xの風下側に配列された各冷媒用チューブ16aへ流入する。
そして、風下側に配列された各冷媒用チューブ16aから流出した冷媒が、冷却水側タンク部43cの冷却水側固定用プレート部材431と冷却水側中間プレート部材432との間に形成された冷媒用連通空間を介して、外気の流れ方向Xの風上側に配列された各冷媒用チューブ16aへ流入する。
さらに、風上側に配列された各冷媒用チューブ16aから流出した冷媒は、図8の実線矢印で示すように、冷媒側タンク部16cの集合空間163aにて集合して、冷媒流出配管165から流出していく。つまり、本実施形態の熱交換器70では、冷媒が、風下側の冷媒用チューブ16a→冷却水側タンク部43cの冷媒用連通空間→風上側の冷媒用チューブ16aの順にUターンしながら流れることになる。
同様に、冷却水については、風上側の冷却水用チューブ43a→冷媒側タンク部16cの冷却水用連通空間→風下側の冷却水用チューブ43aの順にUターンしながら流れることになる。従って、隣り合う冷媒用チューブ16aを流通する冷媒と冷却水用チューブ43aを流通する冷却水とは、その流れ方向が互いに対向する方向となる。
また、上述した室外熱交換部16の冷媒用チューブ16a、ラジエータ部43の冷却水用チューブ43a、冷媒側タンク部16cの各構成部品、冷却水側タンク部43cの各構成部品およびアウターフィン50は、いずれも同一の金属材料(本実施形態では、アルミニウム合金)で形成されている。
そして、冷媒側中間プレート部材162を挟み込んだ状態で冷媒側固定用プレート部材161と冷媒側タンク形成部材163がかしめによって固定され、また、冷却水側中間プレート部材432を挟み込んだ状態で冷却水側固定用プレート部材431と冷却水側タンク形成部材433が、かしめによって固定されている。
さらに、かしめ固定された状態の熱交換器70全体を加熱炉内へ投入して加熱し、各構成部品表面に予めクラッドされたろう材を融解させ、さらに、再びろう材が凝固するまで冷却することで、各構成部品が一体にろう付けされる。これにより、室外熱交換部16とラジエータ部43とが一体化されている。
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種空調制御機器11、15a、15b、17、41、42等の作動を制御する。
また、空調制御装置の入力側には、車室内温度を検出する内気センサ、外気温を検出する外気センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、室内蒸発器20の吹出空気温度(蒸発器温度)を検出する蒸発器温度センサ、圧縮機11吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサ、室外熱交換部16出口側冷媒温度Teを検出する出口冷媒温度センサ51、走行用電動モータMGへ流入する冷却水温度Twを検出する冷却水温度検出手段としての冷却水温度センサ52等の種々の空調制御用のセンサ群が接続されている。
なお、本実施形態では、冷却水温度センサ52によって、冷却水ポンプ41から圧送された冷却水温度Twを検出しているが、もちろん冷却水ポンプ41に吸入される冷却水温度Twを検出してもよい。
さらに、空調制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネルに設けられた各種空調操作スイッチとしては、車両用空調装置の作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、運転モードの選択スイッチ等が設けられている。
なお、空調制御装置は、圧縮機11の電動モータ11b、開閉弁15a等を制御する制御手段が一体に構成され、これらの作動を制御するものであるが、本実施形態では、空調制御装置のうち、圧縮機11の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が冷媒吐出能力制御手段を構成し、冷媒流路切替手段を構成する各種機器15a、15bの作動を制御する構成が冷媒流路制御手段を構成し、冷却水の回路切替手段を構成する三方弁42の作動を制御する構成が冷却水回路制御手段を構成している。
さらに、本実施形態の空調制御装置は、上述した空調制御用のセンサ群の検出信号に基づいて、室外熱交換部16に着霜が生じているか否かを判定する構成(着霜判定手段)を有している。具体的には、本実施形態の着霜判定手段では、車両の車速が予め定めた基準車速(本実施形態では、20km/h)以下であって、かつ、室外熱交換部16出口側冷媒温度Teが0℃以下のときに、室外熱交換部16に着霜が生じていると判定する。
次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置1の作動を説明する。本実施形態の車両用空調装置1では、車室内を暖房する暖房運転、車室内を冷房する冷房運転を実行することができるとともに、暖房運転時に、除霜運転、廃熱回収運転を実行することができる。以下に各運転における作動を説明する。
(a)暖房運転
暖房運転は、操作パネルの作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって暖房運転モードが選択されると開始される。そして、暖房運転時に、着霜判定手段によって室外熱交換部16の着霜が生じていると判定された際には除霜運転が実行され、冷却水温度センサ52によって検出された冷却水温度Twが予め定めた基準温度(本実施形態では、60℃)度以上になった際には廃熱回収運転が実行される。
まず、通常の暖房運転時には、空調制御装置が、開閉弁15aを閉じるとともに、三方弁15bを室外熱交換部16の出口側とアキュムレータ18の入口側とを接続する冷媒流路に切り替え、さらに、冷却水ポンプ41を予め定めた所定流量の冷却水を圧送するように作動させるとともに、冷却水循環回路40の三方弁42を冷却水がラジエータ部43を迂回して流れる冷却水回路に切り替える。
これにより、ヒートポンプサイクル10は、図1の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられ、冷却水循環回路40は、図1の破線矢印に示すように冷媒が流れる冷却水回路に切り替えられる。
この冷媒流路および冷却水回路の構成で、空調制御装置が上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、検出信号および操作信号の値に基づいて車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度TAOを算出する。さらに、算出された目標吹出温度TAOおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置の出力側に接続された各種空調制御機器の作動状態を決定する。
例えば、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器20の目標蒸発器吹出温度TEOを決定する。
そして、この目標蒸発器吹出温度TEOと蒸発器温度センサによって検出された室内蒸発器20からの吹出空気温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて室内蒸発器20からの吹出空気温度が目標蒸発器吹出温度TEOに近づくように、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号が決定される。
また、エアミックスドア34のサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度TAO、室内蒸発器20からの吹出空気温度および吐出冷媒温度センサによって検出された圧縮機11吐出冷媒温度等を用いて、車室内へ吹き出される空気の温度が車室内温度設定スイッチによって設定された乗員の所望の温度となるように決定される。
なお、通常の暖房運転時、除霜運転時、および廃熱回収運転時には、送風機32から送風された車室内送風空気の全風量が、室内凝縮器12を通過するようにエアミックスドア34の開度を制御してもよい。
そして、上記の如く決定された制御信号等を各種空調制御機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度TAOの算出→各種空調制御機器の作動状態決定→制御電圧および制御信号の出力といった制御ルーチンが繰り返される。なお、このような制御ルーチンの繰り返しは、他の運転時にも基本的に同様に行われる。
通常の暖房運転時のヒートポンプサイクル10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入する。室内凝縮器12へ流入した冷媒は、送風機32から送風されて室内蒸発器20を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する。これにより、車室内送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した高圧冷媒は、開閉弁15aが閉じているので、暖房用固定絞り13へ流入して減圧膨張される。そして、暖房用固定絞り13にて減圧膨張された低圧冷媒は、室外熱交換部16へ流入する。室外熱交換部16へ流入した低圧冷媒は、送風ファン17によって送風された外気から吸熱して蒸発する。
この際、冷却水循環回路40では、冷却水がラジエータ部43を迂回して流れる冷却水回路に切り替えられているので、冷却水が室外熱交換部16を流通する冷媒に放熱することや、冷却水が室外熱交換部16を流通する冷媒から吸熱することはない。つまり、冷却水が室外熱交換部16を流通する冷媒に対して熱的な影響を及ぼすことはない。
室外熱交換部16から流出した冷媒は、三方弁15bが、室外熱交換部16の出口側とアキュムレータ18の入口側とを接続する冷媒流路に切り替えられているので、アキュムレータ18へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ18にて分離された気相冷媒が、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。
以上の如く、通常の暖房運転時には、室内凝縮器12にて圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱量によって車室内送風空気が加熱されて、車室内の暖房を行うことができる。
(b)除霜運転
次に、除霜運転について説明する。ここで、本実施形態のヒートポンプサイクル10のように、室外熱交換部16にて冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる冷凍サイクル装置では、室外熱交換部16における冷媒蒸発温度が着霜温度(具体的には、0℃)以下になってしまうと室外熱交換部16に着霜が生じるおそれがある。
このような着霜が生じると、熱交換器70の外気通路70aが霜によって閉塞されてしまうので、室外熱交換部16の熱交換能力が著しく低下してしまう。そこで、本実施形態のヒートポンプサイクル10では、暖房運転時に、着霜判定手段によって室外熱交換部16の着霜が生じていると判定された際に除霜運転を実行する。
この除霜運転では、空調制御装置が圧縮機11の作動を停止させるとともに、送風ファン17の作動を停止させる。従って、除霜運転時には、通常の暖房運転時に対して、室外熱交換部16へ流入する冷媒流量が減少し、外気通路70aへ流入する外気の風量が減少することになる。
さらに、空調制御装置が冷却水循環回路40の三方弁42を、図2の破線矢印に示すように、冷却水をラジエータ部43へ流入させる冷却水回路に切り替える。これにより、ヒートポンプサイクル10に冷媒は循環することはなく、冷却水循環回路40は、図2の破線矢印に示すように冷媒が流れる冷却水回路に切り替えられる。
従って、ラジエータ部43の冷却水用チューブ43aを流通する冷却水の有する熱量がアウターフィン50を介して、室外熱交換部16に伝熱されて、室外熱交換部16の除霜がなされる。つまり、走行用電動モータMGの廃熱を有効に利用した除霜が実現される。
(c)廃熱回収運転
次に、廃熱回収運転について説明する。ここで、走行用電動モータMGのオーバーヒートを抑制するためには、冷却水の温度は所定の上限温度以下に維持されるとともに、走行用電動モータMGの内部に封入された潤滑用オイルの粘度増加によるフリクションロスを低減するためには、冷却水の温度は所定の下限温度以上に維持されることが望ましい。
そこで、本実施形態のヒートポンプサイクル10では、暖房運転時に、冷却水温度Twが予め定めた基準温度(本実施形態では、60℃)度以上になった際に廃熱回収運転が実行される。この廃熱回収運転では、ヒートポンプサイクル10の三方弁15bについては、通常の暖房運転時と同様に作動させ、冷却水循環回路40の三方弁42については、除霜運転時と同様に、冷却水を図3の破線矢印に示すようにラジエータ部43へ流入させる冷却水回路に切り替える。
従って、図3の実線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された高圧高温冷媒は、通常の暖房運転時と同様に、室内凝縮器12にて車室内送風空気を加熱し、暖房用固定絞り13にて減圧膨張されて16へ流入する。
室外熱交換部16へ流入した低圧冷媒は、三方弁42が冷却水をラジエータ部43へ流入させる冷却水回路に切り替えているので、送風ファン17によって送風された外気の有する熱量とアウターフィン50を介して伝熱される冷却水の有する熱量との双方を吸熱して吸熱して蒸発する。その他の作動は、通常の暖房運転時と同様である。
以上の如く、廃熱回収運転時には、室内凝縮器12にて圧縮機11から吐出された冷媒の有する熱量によって車室内送風空気が加熱されて、車室内の暖房を行うことができる。この際、冷媒が外気の有する熱量のみならず、アウターフィン50を介して伝熱される冷却水の有する熱量を吸熱するので、走行用電動モータMGの廃熱を有効に利用した車室内の暖房を実現できる。
(d)冷房運転
冷房運転は、操作パネルの作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって冷房運転モードが選択されると開始される。この冷房運転時には、空調制御装置が、開閉弁15aを開くとともに、三方弁15bを室外熱交換部16の出口側と冷房用固定絞り19の入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。これにより、ヒートポンプサイクル10は、図4の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
この際、冷却水循環回路40の三方弁42については、冷却水温度Twが基準温度以上になった際には、冷却水をラジエータ部43へ流入させる冷却水回路に切り替え、冷却水温度Twが予め定めた基準温度未満になった際には、冷却水がラジエータ部43を迂回して流れる冷却水回路に切り替えられる。なお、図4では、冷却水温度Twが基準温度以上になった際の冷却水の流れを破線矢印で示している。
冷房運転時のヒートポンプサイクル10では、圧縮機11から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器12へ流入して、送風機32から送風されて室内蒸発器20を通過した車室内送風空気と熱交換して放熱する。室内凝縮器12から流出した高圧冷媒は、開閉弁15aが開いているので、固定絞り迂回用通路14を介して室外熱交換部16へ流入する。室外熱交換部16へ流入した高圧冷媒は、送風ファン17によって送風された外気にさらに放熱する。
室外熱交換部16から流出した冷媒は、三方弁15bが、室外熱交換部16の出口側と冷房用固定絞り19の入口側とを接続する冷媒流路に切り替えられているので、冷房用固定絞り19にて減圧膨張される。冷房用固定絞り19から流出した冷媒は、室内蒸発器20へ流入して、送風機32によって送風された車室内送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内送風空気が冷却される。
室内蒸発器20から流出した冷媒は、アキュムレータ18へ流入して気液分離される。そして、アキュムレータ18にて分離された気相冷媒が、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される。以上の如く、冷房運転時には、室内蒸発器20にて低圧冷媒が車室内送風空気から吸熱して蒸発することによって、車室内送風空気が冷却されて車室内の冷房を行うことができる。
本実施形態の車両用空調装置1では、上記の如く、ヒートポンプサイクル10の冷媒流路および冷却水循環回路40の冷却水回路を切り替えることによって、種々の運転を実行することができる。さらに、本実施形態では、上述した特徴的な熱交換器70を採用しているので、それぞれ運転時に冷媒、冷却水、外気の3種類の流体間で適切な熱交換を行うことができる。
より詳細には、本実施形態の熱交換器70では、室外熱交換部16の冷媒用チューブ16aとラジエータ部43の冷却水用チューブ43aとの間に形成される外気通路70aにアウターフィン50を配置している。そして、このアウターフィン50により、冷媒用チューブ16aと冷却水用チューブ43aとの間の熱移動を可能としている。
これにより、除霜運転時に、アウターフィン50を介して冷却水の有する熱量を室外熱交換部16に伝熱することができるので、走行用電動モータMGの廃熱を室外熱交換部16の除霜のために、有効に利用することができる。
さらに、本実施形態では、除霜運転時に、圧縮機11の作動を停止させて室外熱交換部16へ流入する冷媒流量を減少させているので、アウターフィン50および冷媒用チューブ16aを介して室外熱交換部16に伝熱される熱量が冷媒用チューブ16aを流通する冷媒に吸熱されてしまうことを抑制できる。すなわち、冷却水と冷媒との不必要な熱交換を抑制することができる。
さらに、除霜運転時に、送風ファン17の作動を停止させて外気通路70aへ流入する外気の風量を減少させているので、アウターフィン50を介して室外熱交換部16に伝熱される熱量が外気通路70aを流通する外気に吸熱されてしまうことを抑制できる。すなわち、冷却水と外気との不必要な熱交換を抑制することができる。
また、廃熱回収運転時には、冷媒用チューブ16a、冷却水用チューブ43aおよびアウターフィン50を介して、冷却水と冷媒と熱交換させて、走行用電動モータMGの廃熱を冷媒に吸熱させることができるとともに、冷却水用チューブ43aおよびアウターフィン50を介して、冷却水と外気とを熱交換させて、走行用電動モータMGの不要な廃熱を外気に放熱することができる。
また、通常の暖房運転時には、冷媒用チューブ16aおよびアウターフィン50を介して、冷媒と外気とを熱交換させて、外気の有する熱量を冷媒に吸熱させることができる。さらに、通常の暖房運転時には、冷却水循環回路40の三方弁42を、冷却水がラジエータ部43を迂回して流れる冷却水回路に切り替えているので、不要な冷却水と外気との熱交換を抑制して、冷却水に走行用電動モータMGの廃熱を蓄熱できるとともに、走行用電動モータMGの暖機を促進できる。
さらに、本実施形態の熱交換器70では、冷媒側タンク部16cおよび冷却水側タンク部43cの双方のタンクに、冷媒用チューブ16aと冷却水用チューブ43aの双方を固定する構成を採用しているので、熱交換器の構成を複雑化、大型化させてしまうことを抑制できる。
つまり、冷媒用チューブ16aを流通する冷媒の集合あるいは分配を行うために必須の構成である冷媒側タンク部16c、および冷却水用チューブ43aを流通する冷却水の集合あるいは分配を行うために必須の構成である冷却水側タンク部43cに、双方のチューブ16a、43aを固定するので、双方のチューブ16a、43aの形状を略同等の形状とすることができる。例えば、双方のチューブ16a、43aとして真っ直ぐなチューブを採用することが可能である。
従って、従来技術のように、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aのうち、一方のチューブ16a、43aを湾曲させる構成を採用する必要がなく、熱交換器70全体としての構成が複雑化、大型化してしまうことを抑制できる。
さらに、本実施形態の熱交換器70では、冷媒側中間プレート部材162に、冷媒用チューブ16aを冷媒側タンク形成部材163の内部空間に連通させる第1連通孔162aが形成され、冷却水側中間プレート部材432に、冷却水用チューブ43aを冷却水側タンク形成部材433の内部空間に連通させる第2連通孔432aが形成されている。
これにより、冷媒側タンク部16cおよび冷却水側タンク部43cに、双方のチューブ16a、43aが固定されていても、冷媒側タンク部16cが冷媒用チューブ16aを流通する冷媒の集合あるいは分配を行う機能を果たし、冷却水側タンク部43cが冷却水用チューブ43aを流通する冷却水の集合あるいは分配を行う機能を果たす構成を容易かつ確実に実現できる。
さらに、本実施形態の熱交換器70では、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aが、外気通路70aを流通する外気の流れ方向Xに複数列配置されており、冷媒側固定用プレート部材161と冷媒側中間プレート部材162との間に、外気の流れ方向Xに配置された冷却水用チューブ43a同士を連通させる冷却水用連通空間を形成している。
加えて、冷却水側固定用プレート部材431と冷却水側中間プレート部材432との間に、外気の流れ方向Xに配置された冷媒用チューブ16a同士を連通させる冷媒用連通空間を形成している。
これにより、冷媒側タンク部16cに固定された冷却水用チューブ43aから流出した冷却水を流通させる流路としての冷却水用連通空間162cを冷媒側タンク部16cの内部に形成でき、冷却水側タンク部43cに固定された冷媒用チューブ16aから流出した冷媒を流通させる流路としての冷媒用連通空間432cを冷却水側タンク部43cの内部に形成できるので、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aを外気の流れ方向Xに複数列配置する熱交換器であっても熱交換器全体としての大型化を抑制できる。
さらに、本実施形態の熱交換器70では、冷媒側タンク部16cの内部に形成された冷却水用連通空間162cに、摂氏0度以上であって且つ集合空間163aおよび分配空間163bの冷媒の温度よりも高い冷却水が流通するので、除霜運転時に、冷却水の有する熱量を冷媒側タンク部16cの外壁(具体的には冷媒側固定用プレート部材161および冷媒側タンク形成部材163)に伝熱することができる。その結果、冷媒側タンク部16cの除霜を促進することができる。
また、冷却水用連通空間162cでは、冷却水が冷却水側タンク部43cの外壁に接触して流通することができるようになっているので、冷却水から冷媒側タンク部16cの外壁への伝熱を向上させて、冷媒側タンク部16cの除霜を一層促進することができる。
また、冷却水用連通空間162cは、集合空間163aおよび分配空間163bよりも、冷媒用チューブ16aの外部に露出した露出部分に近づいて配置されているので、冷媒側タンク部16cの除霜を効率良く行うことができる。
また、冷却水用連通空間162cは、外気の流れ方向Xに延び、集合空間163aおよび分配空間163bにわたって形成されているので、冷却水用連通空間162cを外気の流れ方向Xに大きくすることができるとともに、冷却水用連通空間162cにおいて冷却水が外気の流れ方向Xに沿った流れとなることで伝熱性を向上させることができる。
また、外気の流れ方向Xにおいて、冷却水用連通空間162cの幅A1は冷却水用チューブ43aの幅A2よりも大きくなっているので、冷却水の熱を冷媒側タンク部16cの広範囲に伝えやすくなり、ひいては冷媒側タンク部16cの除霜を一層促進することができる。
また、外気の流れ方向Xにおいて、冷却水用連通空間162cの幅A1は集合空間163aおよび分配空間163bの各々の幅A3よりも大きくなっているので、冷却水の熱を冷媒側タンク部16cの広範囲に伝えやすくなり、ひいては冷媒側タンク部16cの除霜を一層促進することができる。特に、冷却水用連通空間162cが集合空間163aおよび分配空間163bに対して第1チューブ16aに近い側に配置されている場合、すなわち、冷却水用連通空間162cが集合空間163aおよび分配空間163bよりも冷媒用チューブ16aの露出部分に近づいて配置されている場合において、集合空間163aおよび分配空間163bを流通する冷媒の冷たい熱が、冷媒側タンク部16cのうち第1チューブ16a側に位置する外壁に伝わるのを抑制できる。
また、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの積層方向において、冷却水用連通空間162cの幅B1は冷却水用チューブ43aの幅B2よりも大きくなっているので、冷却水の熱を冷媒側タンク部16cの広範囲に伝えやすくなり、ひいては冷媒側タンク部16cの除霜を一層促進することができる。
また、図7に示すように、冷却水用チューブ43aは、冷媒側タンク部16c内に形成された冷却水用連通空間162cに連通して接続されているので、熱交換器70は、例えば冷却水用チューブ43aが冷媒側タンク部16cの集合空間163aまたは分配空間163bを横切るような構成を採る必要がない。そのため、集合空間163aおよび分配空間163b内におけるチューブ16a、43aの積層方向への冷媒流れを冷却水用チューブ43aが妨げないように、冷媒側タンク部16cを構成することができる。
また、図7(d)に示すように、冷却水が流通する冷却水用連通空間162cは、その冷却水用連通空間162cに接続された冷却水用チューブ43aと隣り合う冷媒用チューブ16aが接続されている冷媒側タンク部16cの接続箇所(図7(d)のS部分)に対し、チューブ16a、43aの積層方向に隣接して配置されている。例えば、図7(d)に示す幅B1の方が幅B2よりも大きいことから判るように、チューブ16a、43aの積層方向において、冷却水用連通空間162cは、冷媒用チューブ16aに対し、その冷媒用チューブ16aと隣り合う冷却水用チューブ43aよりも近接して配置されている。そして、例えば除霜運転時にて、冷媒側タンク部16cの除霜が、冷媒側タンク部16cの集合空間163a及び分配空間163b内の冷媒よりも高温である冷却水用連通空間162c内の冷却水によって行われる。従って、冷媒側タンク部16cに含まれる冷却水用連通空間162c内にある冷却水からの熱が冷媒側タンク部16cの着霜し易い箇所に効果的に伝わるので、冷媒側タンク部16cの除霜を促進することができる。
また、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aは、その外表面のうち平坦面同士が互いに平行に、かつ、対向するように所定の間隔を開けて交互に積層配置されている。すなわち、図7(d)に示すように、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aは互いに離間して配設されている。これにより、冷媒側タンク部16cでは冷却水用連通空間162cが冷媒用チューブ16a以外の部材により囲まれて区画形成されており、熱交換器70は、冷却水用連通空間162c内の冷却水が冷媒用チューブ16aに直接接触しない構成となっている。従って、冷却水用連通空間162c内の冷却水が冷媒用チューブ16aに直接接触するような構成と比較して、その冷却水からの熱が冷媒用チューブ16aに奪われ難いので、その冷却水からの熱を、冷媒側タンク部16cの着霜し易い箇所に効率よく伝えることができる。
また、図7(d)から判るように、冷媒側タンク部16cにて冷媒側中間プレート部材162に形成された第1連通孔162aの配置と凹み部162bの配置とを互いに入れ替え且つ冷却水側タンク部43cの冷却水側中間プレート部材432でも同様の配置入替えを行えば、各チューブ16a、43aに流通する流体(冷媒、冷却水)を入れ替えることができる。すなわち、冷媒が冷媒用チューブ16aに流通し且つ冷却水が冷却水用チューブ43aに流通することは、冷媒側中間プレート部材162における第1連通孔162aの配置に基づいて定まっている。従って、各流体(冷媒、冷却水)を複数のチューブ16a、43aのうちの何れに流通させるかを、冷媒側中間プレート部材162の構成に応じて簡単に定めることが可能である。
(第2実施形態)
本実施形態では、冷媒側中間プレート部材162は、複数枚のプレート部材が積層されることによって形成されている。
本実施形態の熱交換器70の詳細構成については、図9を用いて説明する。図9(a)は、熱交換器70の断面図であり、第1実施形態の図7(b)に対応する図面である。また、図9(b)は、熱交換器70の断面図であり、第1実施形態の図7(c)に対応する図面である。なお、図9では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面においても同様である。
冷媒側中間プレート部材162は、連通空間形成用プレート部材801および仕切りプレート部材802の2枚のプレート部材が積層されることによって形成されている。連通空間形成用プレート部材801は冷却水用チューブ43a側(図9の上方側)に配置され、仕切りプレート部材802は冷却水用チューブ43aの反対側(図9の下方側)に配置されている。
図9(a)に示すように、連通空間形成用プレート部材801のうち冷却水用チューブ43aに対応する部位には、その表裏を貫通する複数の貫通孔801aが形成されている。複数の貫通孔801aは、外気の流れ方向Xに延びて形成され、冷却水用チューブ43aの反対側から仕切りプレート部材802によって閉塞されている。これにより、貫通孔801aの内側空間は、外気の流れ方向Xに2列に並んだ冷却水用チューブ43a同士を互いに連通させる冷却水用連通空間162cとしての機能を果たす。
図9(b)に示すように、連通空間形成用プレート部材801のうち冷媒用チューブ16aに対応する部位には、その表裏を貫通する複数の貫通孔801bが形成されている。複数の貫通孔801bは、仕切りプレート部材802に形成された貫通孔802aと重合している。
また、図9(c)に示すように、冷却水用チューブ43aの先端は冷却水用連通空間162c内に突き出ており、そのため、その冷却水用チューブ43aの先端にチューブ16a、43aの積層方向において接する冷却水用チューブ隣接空間162dが、冷却水用連通空間162c内に形成されている。すなわち、その冷却水用連通空間162cはその冷却水用チューブ隣接空間162dを含んでいる。そして、冷却水用チューブ隣接空間162d内の冷却水は、相互に隣り合う冷媒用チューブ16aと冷却水用チューブ43aとの間にて冷媒側タンク部16cの外壁に接触している。具体的には、その外壁の一部を構成する冷媒側固定用プレート部材161に接触している。このような構成から、冷媒側タンク部16cの外壁のうち着霜し易い箇所に対し、例えば冷媒用チューブ16aが接続されている側の冷媒側タンク部16cの外壁に対し、冷却水用連通空間162c内の冷却水からの熱を効率よく伝えることができる。なお、冷却水用チューブ隣接空間162dは本発明における第2チューブ隣接空間に対応する。
連通空間形成用プレート部材801の貫通孔801bおよび仕切りプレート部材802の貫通孔802aには冷媒用チューブ16aが貫通している。これにより、冷媒用チューブ16aが冷媒側タンク形成部材163内に形成される空間に連通している。
冷却水用連通空間162cは、上記第1実施形態と同様に形成されている。すなわち、冷却水用連通空間162cの少なくとも一部は、冷却水側タンク部43cの外部と、冷媒側固定用プレート部材161のみで隔てられている。したがって、冷却水用連通空間162cでは、冷却水が冷却水側タンク部43cの外壁に接触して流通することができるようになっている。
冷却水用連通空間162cは、集合空間163aおよび分配空間163bに対して第1チューブ16aに近い側に配置されている。また、冷却水用連通空間162cは、外気の流れ方向Xに延び、集合空間163aおよび分配空間163bの両方にわたって形成されている。
外気の流れ方向Xにおいて、冷却水用連通空間162cの幅A1は冷却水用チューブ43aの幅A2よりも大きくなっている。また、外気の流れ方向Xにおいて、冷却水用連通空間162cの幅A1は集合空間163aおよび分配空間163bの各々の幅A3よりも大きくなっている。
図9(c)に示すように、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの積層方向において、冷却水用連通空間162cの幅B1は冷却水用チューブ43aの幅B2よりも大きくなっている。
このため、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、冷媒側タンク部16cの除霜を促進することができる。
さらに、本実施形態によると、連通空間形成用プレート部材801の貫通孔801a、801bおよび仕切りプレート部材802の貫通孔802aは単純な孔加工によって形成することができるので、上記第1実施形態のように冷媒側中間プレート部材162に凹み部162bを形成する場合と比較して製造が容易である。
(第3実施形態)
本実施形態では、図10および図11に示すように、タンク部16cの側面に、室外熱交換部16で除霜された融解水の排水性を向上させるための排水溝を形成している。
図10は本実施形態のタンク部16cの断面図であり、図11(a)は本実施形態のタンク部16cの分解斜視図であり、図11(b)は本実施形態のタンク部16cの斜視図である。
上述のように、冷媒側タンク部16cは、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの双方が固定される冷媒側固定用プレート部材161(外壁構成部材)、冷媒側固定用プレート部材161に固定される冷媒側中間プレート部材162(中間プレート部材)、並びに冷媒側タンク形成部材163(外壁構成部材)を有している。
冷媒側タンク形成部材163は、冷媒側固定用プレート部材161および冷媒側中間プレート部材162に固定されることによって、その内部に冷媒の集合を行う集合空間163a(第1タンク空間)および冷媒の分配を行う分配空間163b(第1タンク空間)を形成するものである。
冷媒側中間プレート部材162は、連通空間形成用プレート部材801(第1チューブ側プレート部材)および仕切りプレート部材802の2枚のプレート部材が積層されることによって形成されている。連通空間形成用プレート部材801は冷却水用チューブ43a側に配置され、仕切りプレート部材802は冷却水用チューブ43aの反対側に配置されている。
さらに、連通空間形成用プレート部材801の側面部801cには、冷媒側固定用プレート部材161の側壁部161cに当接する凸部801dが局所的に複数個形成されている。
連通空間形成用プレート部材801の側面部801cのうち凸部801dが形成されていない部位と冷媒側固定用プレート部材161の側壁部161cとの間には、集合空間163aおよび分配空間163bに対して仕切りプレート部材802によって隔てられた隔離空間803が形成されている。
冷媒側固定用プレート部材161の側壁部161cのうち連通空間形成用プレート部材801の凸部801dと当接していない部位には、隔離空間803に向かって凹んだ凹部161dが形成されている。具体的に、外気の流れ方向X(図10参照)に沿って側壁部161cを見れば、凹部161dは、側壁部161cではその側壁部161cの冷媒用チューブ16a側の端縁161fから側壁部161cの内方側(図11の矢印AR1方向)に向けて形成されている。そして、側壁部161cの外面上では、チューブ16a、43aの積層方向における凹部161dの幅寸法が、側壁部161cの冷媒用チューブ16a側の端縁161fから側壁部161cの内方側に向かうに従って小さくなっている。
本実施形態によると、室外熱交換部16で除霜された融解水は、冷媒側固定用プレート部材161の凹部161dを流れてタンク部16cの下方側へと流下する。すなわち、冷媒側固定用プレート部材161の凹部161dが排水溝の機能を果たすこととなる。
このため、外気の流れ方向Xにおいて、タンク部16cがチューブ16a、43aよりも外側(図10の左方側および右方側)へ張り出していても、室外熱交換部16で除霜された融解水の排水性を向上させることができる。
また、冷媒側固定用プレート部材161の凹部161dは、集合空間163aおよび分配空間163bに対して仕切りプレート部材802によって隔てられた隔離空間803に向かって凹んでいるので、集合空間163aおよび分配空間163bの密閉を損なうことなく、タンク部16cの側面に排水溝を形成することができる。
(第4実施形態)
上記第3実施形態では、冷媒側固定用プレート部材161に形成された凹部161dが排水溝の機能を果たしているが、本第4実施形態では、図12および図13に示すように、冷媒側固定用プレート部材161に形成された切り欠き161eおよび連通空間形成用プレート部材801に形成された切り込み801eが排水溝の機能を果たしている。
連通空間形成用プレート部材801の側面部801cには、連通空間形成用プレート部材801の内方側に向かって切り込まれた切り込み801eが形成されている。
冷媒側固定用プレート部材161の側壁部161cのうち連通空間形成用プレート部材801の切り込み801eに対応する部位には、隔離空間803および切り込み801eに向かって切り欠かれた切り欠き161eが形成されている。具体的に、外気の流れ方向X(図12参照)に沿って側壁部161cを見れば、切り欠き161eは、側壁部161cではその側壁部161cの冷媒用チューブ16a側の端縁161fから側壁部161cの内方側(図13の矢印AR1方向)に向けて形成されている。そして、側壁部161cの外面上では、チューブ16a、43aの積層方向における切り欠き161eの幅寸法が、側壁部161cの冷媒用チューブ16a側の端縁161fから側壁部161cの内方側に向かうに従って小さくなっている。
本実施形態においても、上記第3実施形態と同様に、室外熱交換部16で除霜された融解水の排水性を向上させることができる。
また、冷媒側固定用プレート部材161の切り欠き161eに対応する切り込み801eを連通空間形成用プレート部材801に形成し、仕切りプレート部材802には切り込みを形成していないので、集合空間163aおよび分配空間163bの密閉を損なうことなく、タンク部16cの側面に排水溝を形成することができる。
なお、切り欠き161eの代わりに、上記第3実施形態の凹部161dと同様の凹部が形成されていてもよい。また、連通空間形成用プレート部材801の凸部801dを廃止して、隔離空間803を形成しないようにしてもよい。
(第5実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、熱交換器70の構成を変更した例を説明する。本実施形態の熱交換器70の詳細構成については、図14、15を用いて説明する。図14は、熱交換器70の外観斜視図であり、第1実施形態の図5に対応する図面である。また、図15は、熱交換器70の分解斜視図であり、第1実施形態の図6に対応する図面である。
まず、図14、15に示すように、本実施形態の熱交換器70の室外熱交換部16およびラジエータ部43も、それぞれ第1実施形態と同様に、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aを有する、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器構造に構成されている。
本実施形態においても、冷媒側タンク部16cおよび冷却水側タンク部43cの基本的構成は互いに同様である。まず、本実施形態の冷媒側タンク部16cは、冷媒側固定用プレート部材161、冷媒側中間プレート部材162を有するとともに、冷媒側タンク形成部材163としての冷媒側集合用タンク形成部材163cおよび冷媒側分配用タンク形成部材163dを有している。
さらに、冷媒側集合用タンク形成部材163cおよび冷媒側分配用タンク形成部材163dは、それぞれ管状部材にて形成されて、その内部に互いに独立した集合空間163aおよび分配空間163bを形成している。
冷媒側分配用タンク形成部材163dの長手方向一端側の端部には、内部に形成された分配空間163bへ冷媒を流入させる冷媒流入口163eが設けられ、他端側の端部は閉塞されている。また、冷媒側集合用タンク形成部材163cの長手方向一端側の端部には、内部に形成された集合空間163aから冷媒を流出させる冷媒流出口163fが設けられ、他端側は閉塞されている。
また、本実施形態の冷媒側中間プレート部材162にも、その表裏を貫通する第1連通孔162aが設けられている。そして、第1連通孔162aを介して、外気の流れ方向Xの風上側に配列された冷媒用チューブ16aが集合空間163aに連通し、外気の流れ方向Xの風下側に配列された冷媒用チューブ16aが分配空間163bに連通している。
さらに、本実施形態の冷媒側中間プレート部材162および冷媒側固定用プレート部材161には、それぞれ冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aに対応する部位に第1実施形態と同様の凹み部が設けられている。
より詳細には、冷媒側中間プレート部材162には、冷却水用チューブ43aに対応する部位に形成された凹み部162bおよび冷媒用チューブ16aに対応する部位に形成された凹み部162cが設けられ、冷媒側固定用プレート部材161には、冷却水用チューブ43aに対応する部位に形成された凹み部161bおよび冷媒用チューブ16aに対応する部位に形成された凹み部161aが設けられている。
従って、冷媒側中間プレート部材162と冷媒側固定用プレート部材161が固定されることによって、冷媒用チューブ16aに対応する部位に形成された凹み部162c、161a同士の間に空間が形成され、冷却水用チューブ43aに対応する部位に形成された凹み部162b、161b同士の間に空間が形成されている。
さらに、冷却水用チューブ43aに対応する部位に形成された凹み部162b、161bは、外気の流れ方向Xに2列に並んだ冷却水用チューブ43aの双方と連通する範囲に延びている。これにより、冷却水用チューブ43aに対応する部位に形成された凹み部162b、161b同士の間に形成される空間は、外気の流れ方向Xに2列に並んだ冷却水用チューブ43a同士を互いに連通させる冷却水用連通空間としての機能を果たしている。
一方、冷却水側タンク部43cについても、冷媒側タンク部16cと同様の構成の冷却水側固定用プレート部材431、冷却水側中間プレート部材432を有するとともに、冷却水側タンク形成部材433としての冷却水側集合用タンク形成部材433eおよび冷却水側分配用タンク形成部材433fを有している。
冷却水側分配用タンク形成部材433fの長手方向一端側の端部には、内部に形成された分配空間433bへ冷媒を流入させる冷媒流入口433eが設けられ、他端側の端部は閉塞されている。また、冷却水側集合用タンク形成部材433eの長手方向一端側の端部には、内部に形成された集合空間433aから冷媒を流出させる冷媒流出口433fが設けられ、他端側は閉塞されている。
さらに、本実施形態の冷却水側中間プレート部材432にも、その表裏を貫通する第2連通孔432aが設けられている。そして、第2連通孔432aを介して、外気の流れ方向Xの風下側に配列された冷却水用チューブ43aが分配空間433bに連通し、外気の流れ方向Xの風上側に配列された冷媒用チューブ16aが集合空間433aに連通している。
また、冷却水側固定用プレート部材431と冷却水側中間プレート部材432との間には、冷却水用チューブ43aに対応する部位に形成された凹み部432c、431b同士の間に空間が形成され、冷媒用チューブ16aに対応する部位に形成された凹み部432b、431a同士の間に冷媒用連通空間が形成されている。
これにより、本実施形態の熱交換器70においても、第1実施形態の図8と全く同様に、冷媒および冷却水を流すことができる。その他のヒートポンプサイクル10(車両用空調装置1)の構成および作動は第1実施形態と全く同様である。従って、本実施形態の車両用空調装置1を作動させても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施形態の熱交換器70では、冷媒側タンク形成部材163として、管状部材にて形成された冷媒側集合用タンク形成部材163cおよび冷媒側分配用タンク形成部材163dを採用し、冷却水側タンク形成部材433として、管状部材にて形成された冷却水側集合用タンク形成部材433eおよび冷却水側分配用タンク形成部材433fを採用している。これにより、冷媒側タンク形成部材163および冷却水側タンク形成部材434を低コストで容易に形成することができる。
さらに、本実施形態の熱交換器70では、冷媒側固定用プレート部材161と冷媒側中間プレート部材162との間に各チューブ16a、43aに連通する空間を形成し、冷却水側固定用プレート部材431と冷却水側中間プレート部材432との間に各チューブ16a、43aに連通する空間を形成する構成を採用している。
これにより、冷媒用チューブ16aを冷却水用チューブ43aよりも冷媒側タンク部16c側へ突出させる構成や、冷却水用チューブ43aを冷媒用チューブ16aよりも冷却水側タンク部43c側へ突出させる構成を採用する必要がない。従って、各チューブ16a、43aの各タンク部16c、43cに対する位置合わせ作業が容易となり、各チューブ16a、43aを(具体的には、各固定用プレート部材161、431)へ容易に固定することができる。
(第6実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、熱交換器70の構成を変更した例を説明する。本実施形態の熱交換器70の詳細構成については、図16を用いて説明する。図16(a)は、本実施形態の熱交換器70の分解斜視図であり、第1実施形態の図6のB部に対応する部位を拡大して示している。また、図16(b)は、図16(a)に対応する部位の外観斜視図を一部断面図としたものである。さらに、図16(c)は、図16(b)のE−E断面図であり、図16(d)は、図16(b)のF−F断面図である。
より具体的には、本実施形態の熱交換器70では、第1実施形態に対して、冷媒側タンク部16cの冷媒側固定用プレート部材161および冷媒側中間プレート部材162、並びに冷却水側タンク部43cの冷却水側固定用プレート部材431および冷却水側中間プレート部材432の構成を変更している。
なお、第1実施形態と同様に、冷媒側タンク部16cおよび冷却水側タンク部43cの基本的構成は互いに同様なので、以下の説明では、冷却水側タンク43cについて説明する。
まず、図16(a)に示すように、本実施形態の冷却水側固定用プレート部材431には、冷却水側分配用タンク形成部材433に向かって凹んだ凹み部431aが形成されている。そして、冷却水側固定用プレート部材431のうち、凹み部431aに冷却水用チューブ43aが固定され、凹み部431aが形成されていない部位に、冷媒用チューブ16aが固定される。
従って、第1実施形態と同様に、冷却水側タンク43c側の端部では、冷却水用チューブ43aが冷媒用チューブ16aよりも、冷媒側タンク部16c側へ突出している。つまり、冷媒用チューブ16aの冷却水側タンク43c側の端部と冷却水用チューブ43aの冷却水側タンク43c側の端部は、不揃いに配置されている。
また、冷却水側中間プレート部材432には、第1実施形態とは逆に、冷却水側分配用タンク形成部材433の反対側に向かって凹んだ凹み部432bが形成されている。この凹み部432bは、冷却水側固定用プレート部材431の凹み部431aに対応する位置に形成され、さらに、凹み部432bには、冷却水用チューブ43aが貫通する第2連通孔432aが形成されている。
このため、図16(b)に示すように、冷却水側固定用プレート部材431および冷却水側中間プレート部材432を固定すると、冷却水側固定用プレート部材431の凹み部431aと冷却水側中間プレート部材432の凹み部432bが当接する。
そして、冷却水用チューブ43aが、図16(c)に示すように、第2連通孔432aを貫通して、冷却水側タンク形成部材433内に形成される集合空間433aあるいは分配空間433bに連通している。
一方、冷却水側固定用プレート部材431の凹み部431aと冷却水側中間プレート部材432の凹み部432bが当接しない部位には、図16(d)に示すように、外気の流れ方向Xに2列に並んだ冷媒用チューブ16a同士を互いに連通させる冷媒用連通空間が形成されている。
その他の熱交換器70の構成は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の熱交換器70においても、第1実施形態の図8と同様に、冷媒および冷却水を流すことができる。その結果、本実施形態の車両用空調装置1を作動させても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施形態の熱交換器70の冷却水側タンク43cでは、冷却水側固定用プレート部材431と冷却水側中間プレート部材432との双方に凹み部431a、432bを形成しているので、冷却水用チューブ43aを冷却水側タンク形成部材433内に形成される空間に容易に連通させることができるとともに、冷媒用連通空間を容易に形成することができる。
さらに、本実施形態の熱交換器70では、冷却水側中間プレート部材432の凹み部432bを冷却水側分配用タンク形成部材433の反対側に向けて凹ませているので、集合空間433aおよび分配空間433bを区画する冷却水側タンク形成部材433の中央部433cを平坦な形状とすることができる。
その結果、冷却水側タンク形成部材433の中央部433cと冷却水側中間プレート部材432とをろう付け接合する際の接合不良を抑制して、集合空間433aおよび分配空間433bとの間のシール不良を抑制できる。
さらに、本実施形態の如く、双方のプレート部材431、432にそれぞれ凹み部431a、432bを形成した場合は、双方の凹み部431a、432bの凹み方向あるいは凹み量を調整することで、冷媒用チューブ16aの冷却水側タンク43c側の端部を冷却水用チューブ43aの冷却水側タンク43c側の端部よりも突出させることなく、これらの端部の位置を揃えることもできる。
なお、上述の説明では、冷媒側タンク部16cについての詳細説明は省略しているが、本実施形態では、冷媒側タンク部16cの冷媒側固定用プレート部材161および冷媒側中間プレート部材162の双方に冷却水側タンク43c側と同様の凹み部が形成されている。
(第7実施形態)
本実施形態では、第5実施形態に対して、熱交換器70の構成を変更した例を説明する。本実施形態の熱交換器70の詳細構成については、図17を用いて説明する。図17(a)は、本実施形態の熱交換器70の分解斜視図であり、図6のB部に対応する部位を拡大して示している。また、図17(b)は、図17(a)に対応する部位の外観斜視図を一部断面図としたものである。さらに、図17(c)は、図17(b)のG−G断面図であり、図17(d)は、図17(b)のH−H断面図である。
なお、第3実施形態と同様に、冷媒側タンク部16cおよび冷却水側タンク部43cの基本的構成は互いに同様なので、以下の説明では、冷却水側タンク43cについて説明し、冷媒側タンク部16cについての詳細説明は省略する。
より具体的には、第2実施形態では、冷却水側タンク形成部材433として、管状部材にて形成された冷却水側集合用タンク形成部材433eおよび冷却水側分配用タンク形成部材433fを採用したが、本実施形態では、図17(a)、(b)に示すように、平板金属にプレス加工を施すことにより形成された上側タンク形成部材433gおよび下側タンク形成部材433hを採用している。
上側タンク形成部材433gおよび下側タンク形成部材433hは、いずれもその長手方向から見たときに、二山状(W字状)に形成されており、これらを最中合わせ状に接合することによって、冷却水の集合空間433aおよび冷却水の分配空間433bが形成されている。
また、図17(c)に示すように、下側タンク形成部材433hには、冷却水側中間プレート部材432の凹み部432cに形成された第2連通孔432aと連通する連通孔が形成されており、これらの連通孔を介して、冷却水用チューブ43aが集合空間433aおよび分配空間433bに連通している。
さらに、図17(d)に示すように、冷媒用チューブ16aに対応する部位に形成された冷却水側中間プレート部材432の凹み部432b、冷却水側固定用プレート部材431の431a同士の間に冷媒用連通空間が形成されている。従って、本実施形態の熱交換器70においても、第1実施形態の図8と同様に、冷媒および冷却水を流すことができ、第5実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、冷却水側タンク形成部材433(冷媒側タンク部16c)をプレス成形で形成された2つの部材433h、433gで形成した例を説明したが、本実施形態のような冷却水側タンク形成部材433(冷媒側タンク部16c)は、押し出し加工または引き抜き加工等によって形成しても低コストで容易に形成することができる。
(第8実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対して、熱交換器70の構成を変更した例を説明する。本実施形態の熱交換器70の詳細構成については、図18〜図24を用いて説明する。図18は本第8実施形態の熱交換器70の外観斜視図であり、図19は熱交換器70の分解斜視図である。
図20は熱交換器70における冷媒流れおよび冷却水流れを説明するための模式的な斜視図である。なお、図20では、ヒートポンプサイクル10における冷媒の流れを実線で示し、冷却水循環回路40における冷却水の流れを破線矢印で示している。
図21(a)および図22(a)は図20のI−I断面図であり、図21(b)および図22(b)は図20のJ−J断面図であり、図21(c)および図22(c)は図20のK−K断面図であり、図21(d)および図22(d)は図20のL−L断面図である。なお、図21の破線矢印は冷媒流れを示しており、図22の破線矢印は冷却水流れを示している。また、図23は図21のM−M断面図であり、図24は図21のN−N断面図である。
まず、図19、20に示すように、複合型の熱交換器70は、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aを交互に積層配置して構成された上流側熱交換部71を備えている。上流側熱交換部71は、冷媒用チューブ16aを流通する冷媒と冷媒用チューブ16aの周囲を流れる第3流体としての空気(送風ファン17から送風された外気)とを熱交換させるとともに、冷却水用チューブ43aを流通する冷却水と冷却水用チューブ43aの周囲を流れる空気(送風ファン17から送風された外気)とを熱交換させる熱交換部である。
上流側熱交換部71の外気流れ下流側には、冷媒用チューブ16aを積層配置して構成された下流側熱交換部72が設けられている。下流側熱交換部72は、冷媒用チューブ16aを流通する冷媒と冷媒用チューブ16aの周囲を流れる空気(送風ファン17から送風された外気)とを熱交換させる熱交換部である。
上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aは、冷却水用チューブ43aの間に配置され、冷却水用チューブ43aは、冷媒用チューブ16aの間に配置されている。また、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aと、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aまたは冷却水用チューブ43aとは、送風ファン17によって送風された外気の流れ方向から見たときに、互いに重合配置されている。
ここで、上流側熱交換部71においては、冷媒用チューブ16aと冷却水用チューブ43aとが1本ずつ交互に配置されているので、冷媒用チューブ16aの合計本数と冷却水用チューブ43aの合計本数とが同じになっている。このため、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの総チューブ本数に対する冷媒用チューブ16aの本数割合(以下、上流側本数割合という)は0.5である。
一方、下流側熱交換部72は、冷媒用チューブ16aのみで構成されている。このため、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの総チューブ本数に対する冷媒用チューブ16aの本数割合(以下、下流側本数割合という)は1である。
したがって、本実施形態の複合型の熱交換器70では、上流側本数割合が下流側本数割合より小さくなっている。
熱交換器70において、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aと冷却水用チューブ43aとの間に形成される空間、および下流側熱交換部72を構成する隣り合う冷媒用チューブ16a間に形成される空間は、送風ファン17によって送風された外気が流通する外気通路70a(第3流体用通路)を形成している。
そして、この外気通路70aには、冷媒と外気との熱交換および冷却水と外気との熱交換を促進するとともに、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aを流通する冷媒と冷却水用チューブ43aを流通する冷却水との間の熱移動、および下流側熱交換部72を構成する隣り合う冷媒用チューブ16aを流通する冷媒同士の熱移動を可能とするアウターフィン50が配置されている。
次に、上流側タンク部73および下流側タンク部74について説明する。積層型の熱交換部70は、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの積層方向に延びる上流側タンク部73と、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aの積層方向に延びる下流側タンク部74を備えている。
上流側タンク部73には、上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aを流通する冷却水の集合あるいは分配を行う上流側冷却水空間731(第2タンク空間)が形成されている。また、下流側タンク部74には、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aの集合あるいは分配を行う下流側冷媒空間741(第1タンク空間)が形成されている。
上流側タンク部73および下流側タンク部74は、一体に形成されている。以下、上流側タンク部73と下流側タンク部74が一体化されたものを、ヘッダタンク75という。
ヘッダタンク75(タンク部)は、外気の流れ方向に2列に配置された冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの双方が固定されるヘッダプレート751、ヘッダプレート751に固定される中間プレート部材752、並びにタンク形成部材753を有している。
タンク形成部材753は、ヘッダプレート751および中間プレート部材752に固定されることによって、その内部に上述した上流側冷却水空間731および下流側冷媒空間741を形成するものである。具体的には、タンク形成部材753は、平板金属にプレス加工を施すことにより、その長手方向から見たときに、二山状(W字状)に形成されている。
そして、タンク形成部材753の二山状の中央部753cが中間プレート部材752に接合されることによって、上流側冷却水空間731および下流側冷媒空間741が区画されている。
中間プレート部材752には、図23および図24の断面図に示すように、ヘッダプレート751に固定されることによって、ヘッダプレート751との間に冷媒用チューブ16aに連通する複数の連通用空間76を形成する複数の凹み部752aが形成されている。
凹み部752aにおける外気流れ下流側、すなわち下流側タンク部74の下流側冷媒空間741と対応する部位には、その表裏を貫通する第1貫通穴752bが形成されている。これにより、連通用空間76と下流側タンク部74の下流側冷媒空間741とが連通している。
このため、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aから連通用空間76に流入した冷媒は、第1貫通穴752bから下流側冷媒空間741に流出する。したがって、この連通用空間76は、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aと下流側タンク部74の下流側冷媒空間741とを連通させる連通路としての機能を果たす。
連通用空間76は、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aおよび下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aのうち、外気の流れ方向から見たときに、互いに重合配置された冷媒用チューブ16aの端部同士を結ぶ方向に延びている。より具体的には、連通用空間76は、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aおよび下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aの端部において、外気の流れ方向に延びている。
また、中間プレート部材752における、上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aに対応する部位には、その表裏を貫通する第2貫通穴752cが設けられている。この第2貫通穴752cには、上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aが貫通している。これにより、上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aが、タンク形成部材753内に形成される上流側冷却水空間731に連通している。
さらに、図19に示すように、上流側熱交換部71におけるヘッダタンク75側の端部では、冷却水用チューブ43aが冷媒用チューブ16aよりも、ヘッダタンク75側へ突出している。つまり、冷媒用チューブ16aのヘッダタンク75側の端部と冷却水用チューブ43aのヘッダタンク75側の端部は、不揃いに配置されている。
一方、中間プレート部材752における、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aのうち連通用空間76と連通しない冷媒用チューブ16aに対応する部位には、その表裏を貫通する第3貫通穴752dが設けられている。この第3貫通穴752dには、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aのうち連通用空間76と連通しない冷媒用チューブ16aが貫通している。これにより、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aのうち連通用空間76と連通しない冷媒用チューブ16aが、タンク形成部材753内に形成される下流側冷媒空間741に連通している。
さらに、図19に示すように、下流側熱交換部72におけるヘッダタンク75側の端部では、連通用空間76と連通しない冷媒用チューブ16aが、連通用空間76と連通する冷媒用チューブ16aよりも、ヘッダタンク75側へ突出している。つまり、隣り合う冷媒用チューブ16aの端部同士は、不揃いに配置されている。
ところで、タンク形成部材753の中央部753cは、中間プレート部材752に形成された凹み部752aに適合する形状に形成されており、上流側冷却水空間731と下流側冷媒空間741は、ヘッダプレート751および中間プレート部材752の接合部位から内部の冷却水または冷媒が漏れないように区画されている。
また、図18に示すように、冷却水用チューブ43aの長手方向一端側(図の紙面上側)に配置される上流側タンク部73の長手方向一端側(図の紙面左側)には、上流側冷却水空間731へ冷却水を流入させる冷却水流入配管434が接続されている。冷却水用チューブ43aの長手方向一端側に配置される上流側タンク部73の長手方向他端側(図の紙面右側)には、上流側冷却水空間731から冷却水を流出させる冷却水流出配管435が接続されている。冷却水用チューブ43aの長手方向他端側(図の紙面下側)に配置される上流側タンク部73の長手方向両端側は、閉塞部材によって閉塞されている。
また、冷媒用チューブ16aの長手方向一端側(図の紙面上側)に配置される下流側タンク部74の長手方向一端側(図の紙面左側)には、下流側冷媒空間741から冷媒を流出させる冷媒流出配管165が接続されている。冷媒用チューブ16aの長手方向一端側に配置される下流側タンク部74の長手方向他端側(図の紙面右側)には、下流側冷媒空間741へ冷媒を流入させる冷媒流入配管164が接続されている。冷媒用チューブ16aの長手方向他端側(図の紙面下側)に配置される下流側タンク部74の長手方向両端側は、閉塞部材によって閉塞されている。
また、図21および図22の模式的な断面図に示すように、冷却水用チューブ43aの長手方向一端側(図18の紙面上側)に配置される上流側タンク部73(以下、第1上流側タンク部730aという)には、上流側冷却水空間731を、第1上流側タンク部730aの長手方向に2つに仕切る上流側仕切部材732が配置されている。
以下、上流側仕切部材732により仕切られた2つの上流側冷却水空間731のうち、冷却水流入配管434と連通する空間を第1上流側冷却水空間731aといい、冷却水流出配管435と連通する空間を第2上流側冷却水空間731bという。また、冷却水用チューブ43aの長手方向他端側(図18の紙面下側)に配置される上流側タンク部73を、第2上流側タンク部730bという。
一方、冷媒用チューブ16aの長手方向一端側(図18の紙面上側)に配置される下流側タンク部74(以下、第1下流側タンク部740aという)には、下流側冷媒空間741を、第1下流側タンク部740aの長手方向に2つに仕切る下流側仕切部材742が配置されている。
以下、下流側仕切部材742により仕切られた2つの下流側冷媒空間741のうち、冷媒流入配管164と連通する空間を第1下流側冷媒空間741aといい、冷媒流出配管165と連通する空間を第2下流側冷媒空間741bという。また、冷媒用チューブ16aの長手方向他端側(図18の紙面下側)に配置される下流側タンク部74を、第2下流側タンク部740bという。
従って、本実施形態の熱交換器70では、図20の模式的な斜視図および図21の模式的な断面図に示すように、冷媒流入配管164を介して第1下流側タンク部740aの第1下流側冷媒空間741aへ流入した冷媒の一部が、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aへ流入し、当該冷媒用チューブ16a内を図の上側から下側に向かって流れる。また、第1下流側タンク部740aの第1下流側冷媒空間741aへ流入した冷媒の他の一部は、ヘッダプレート751と中間プレート部材752との間に形成された連通用空間76を介して、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aへ流入し、当該冷媒用チューブ16a内を図の上側から下側に向かって流れる。
下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aから流出した冷媒は、第2下流側タンク部740bの下流側冷媒空間741にて集合する。また、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aから流出した冷媒は、ヘッダプレート751と中間プレート部材752との間に形成された連通用空間76を介して、第2下流側タンク部740bの下流側冷媒空間741にて集合する。
第2下流側タンク部740bの下流側冷媒空間741にて集合した冷媒は、図の右側から左側に向かって流れる。その後、第2下流側タンク部740bの下流側冷媒空間741にて集合した冷媒の一部は、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aへ流入し、当該冷媒用チューブ16a内を図の下側から上側に向かって流れる。また、第2下流側タンク部740bの下流側冷媒空間741にて集合した冷媒の他の一部は、ヘッダプレート751と中間プレート部材752との間に形成された連通用空間76を介して、下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aへ流入し、当該冷媒用チューブ16a内を図の下側から上側に向かって流れる。
下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aから流出した冷媒は、第1下流側タンク部740aの第2下流側冷媒空間741bにて集合する。また、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aから流出した冷媒は、ヘッダプレート751と中間プレート部材752との間に形成された連通用空間76を介して、第1下流側タンク部740aの第2下流側冷媒空間741bにて集合する。
第1下流側タンク部740aの第2下流側冷媒空間741bにて集合した冷媒は、図の右側から左側に向かって流れ、冷媒流出配管165から流出していく。
一方、本実施形態の熱交換器70では、図20の模式的な斜視図および図22の模式的な断面図に示すように、冷却水流入配管434を介して第1上流側タンク部730aの第1上流側冷却水空間731aへ流入した冷却水が、上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aへ流入し、当該冷却水用チューブ43a内を図の上側から下側に向かって流れる。
上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aから流出した冷却水は、第2上流側タンク部730bの上流側冷却水空間731にて集合する。そして、第2上流側タンク部730bの上流側冷却水空間731にて集合した冷却水は、図の左側から右側に向かって流れる。
その後、第2上流側タンク部730bの上流側冷却水空間731にて集合した冷却水は、上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aへ流入し、当該冷却水用チューブ43a内を図の下側から上側に向かって流れる。上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aから流出した冷却水は、第1上流側タンク部730aの第2上流側冷却水空間731bにて集合する。
第1上流側タンク部730aの第2上流側冷却水空間731bにて集合した冷却水は、図の左側から右側に向かって流れ、冷却水流出配管435から流出していく。
上述した熱交換器70では、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aおよび下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aの双方により室外熱交換部16が構成されており、上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aによりラジエータ部43が構成されている。
また、上述した熱交換器70の冷媒用チューブ16a、冷却水用チューブ43a、ヘッダタンク75の各構成部品およびアウターフィン50は、いずれも同一の金属材料(本実施形態では、アルミニウム合金)で形成されている。そして、中間プレート部材752を挟み込んだ状態でヘッダプレート751とタンク形成部材753がかしめによって固定されている。
さらに、かしめ固定された状態の熱交換器70全体を加熱炉内へ投入して加熱し、各構成部品表面に予めクラッドされたろう材を融解させ、さらに、再びろう材が凝固するまで冷却することで、各構成部品が一体にろう付けされる。これにより、室外熱交換部16とラジエータ部43とが一体化されている。
本実施形態によると、図21に示すように、第1下流側タンク部740aの下流側冷媒空間741のうち冷媒の集合を行う第2下流側冷媒空間741bと冷媒の分配を行う第1下流側冷媒空間741aとは互いに、下流側仕切部材742を介して、チューブ16a、43aの積層方向に並んで配置されている。また、図22に示すように、第1上流側タンク部730aの上流側冷却水空間731のうち冷却水の集合を行う第2上流側冷却水空間731bと冷却水の分配を行う第1上流側冷却水空間731aとは互いに、上流側仕切部材732を介して、チューブ16a、43aの積層方向に並んで配置されている。従って、熱交換器70に接続される外部配管である冷媒流入配管164、冷媒流出配管165、冷却水流入配管434、及び冷却水流出配管435を、図18に示すように、冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aが積層されているコア部分に対して一方に集約し易いという利点がある。
(第9実施形態)
本第9実施形態では、図25に示すように、上記第8実施形態の中間プレート部材752を、複数枚のプレート部材の積層構造としている。
中間プレート部材752は、連通空間形成用プレート部材811および仕切りプレート部材812の2枚のプレート部材が積層されることによって形成されている。
図25(a)は、外気の流れ方向Xにおいて、上流側熱交換部71を構成する冷却水用チューブ43aと下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aとが重合している部位における断面図である。
図25(a)の断面では、連通空間形成用プレート部材811および仕切りプレート部材812のうち冷却水用チューブ43aに対応する部位に、その表裏を貫通する貫通孔811a、812aが形成されており、これらの貫通孔811a、812aは、冷却水用チューブ43aと上流側冷却水空間731とを連通させる冷却水用連通空間752e(第2流体流通空間)を形成している。そのため、その冷却水用連通空間752eは下流側冷媒空間741に対して区画されて形成されている。
冷却水用連通空間752eは、上流側冷却水空間731と冷却水用チューブ43aとの間に配置されている。外気の流れ方向Xにおいて、冷却水用連通空間752eの幅A1は上流側冷却水空間731の幅A4よりも小さくなっている。
また、上流側熱交換部71では冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aが交互に積層配置されているので、冷却水用連通空間752eは、冷媒用チューブ16aが接続されているヘッダタンク75の接続箇所に対し、チューブ16a、43aの積層方向に隣接して配置されている。このことは、前述の第8実施形態において図19の冷却水用チューブ43aの長手方向におけるヘッダプレート751への接続箇所から上流側冷却水空間731に至るまでの冷却水用チューブ43a内の空間が図25の冷却水用連通空間752eに相当すると考えれば、第8実施形態でも同様に解することができる。
また、連通空間形成用プレート部材811および仕切りプレート部材812のうち冷媒用チューブ16aに対応する部位にも、その表裏を貫通する貫通孔811b、812bが形成されており、これらの貫通孔811b、812bは、冷媒用チューブ16aと下流側冷媒空間741とを連通させる冷媒用連通空間752fを形成している。
図25(b)は、外気の流れ方向Xにおいて、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aと下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aとが重合している部位における断面図である。
図25(b)の断面では、連通空間形成用プレート部材811には、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aおよび下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aの両方に連通する貫通孔811cが形成されている。
仕切りプレート部材812のうち下流側冷媒空間741に対応する部位には、その表裏を貫通する貫通孔812cが形成されている。これにより、上流側熱交換部71を構成する冷媒用チューブ16aおよび下流側熱交換部72を構成する冷媒用チューブ16aは、連通空間形成用プレート部材811の貫通孔811cおよび仕切りプレート部材812の貫通孔812cを介して、下流側冷媒空間741と連通している。
本実施形態によると、連通空間形成用プレート部材811の貫通孔811cおよび仕切りプレート部材812の貫通孔812cは単純な孔加工によって形成することができるので、上述の第8実施形態のように中間プレート部材752に凹み部752aを形成する場合と比較して製造が容易である。
また、冷却水用連通空間752eは、冷媒用チューブ16aが接続されているヘッダタンク75の接続箇所に対し、チューブ16a、43aの積層方向に隣接して配置されているので、冷却水用連通空間752e内にある冷却水からの熱がヘッダタンク75の着霜し易い箇所に効果的に伝わり、ヘッダタンク75の除霜を促進することができる。
また、冷却水用連通空間752eは、上流側冷却水空間731と冷却水用チューブ43aとの間に配置されており、外気の流れ方向Xにおいて、冷却水用連通空間752eの幅A1は上流側冷却水空間731の幅A4よりも小さくなっているので、冷却水が流通する空間の幅が、上流側冷却水空間731→冷却水用連通空間752e→冷却水用チューブ43aで順次縮小傾向、冷却水用チューブ43a→冷却水用連通空間752e→上流側冷却水空間731で順次拡大傾向となって、冷却水の圧力損失が小さくなる。その結果、冷却水ポンプ41の電圧を上げることなく冷却水流量を稼ぐことができるので、熱交換器の基礎性能が良好となり、除霜性能も良好となる。
なお、図25(a)において、冷却水用チューブ43aは冷却水用連通空間752e内には入り込んでおらず、冷媒用チューブ16aも冷媒用連通空間752f内には入り込んでいないが、冷却水用チューブ43aの先端が冷却水用連通空間752eの一部に入り込んでいても差し支えない。また、冷媒用チューブ16aの先端も冷媒用連通空間752fの一部に入り込んでいても差し支えない。図25(b)でも同様である。
(第10実施形態)
本実施形態の熱交換器70について図26を用いて説明する。図26(a)は前述の第2実施形態の図9(a)に対応し、図26(b)は第2実施形態の図9(b)に対応し、図26(c)は第2実施形態の図9(c)に対応する。図9と図26とを比較して判るように、本実施形態の熱交換器70は基本的に第2実施形態のものと共通する構成が多い。例えば、図26に示すように、冷媒側タンク部16cは、その内部空間を冷却水用連通空間162cと集合空間163aまたは分配空間163bとに仕切る冷媒側中間プレート部材162を備えている。更に、その冷媒側中間プレート部材162は、その厚み方向に冷媒用チューブ16a側から順に積層された連通空間形成用プレート部材801(第1チューブ側プレート部材801)と仕切りプレート部材802とよって構成されている。
また、図26(a)に示すように、連通空間形成用プレート部材801のうち冷却水用チューブ43aに対応する部位には、図9(a)と同様に複数の貫通孔801aが形成されている。複数の貫通孔801aは、外気の流れ方向Xに並んで配置された2本の冷却水用チューブ43aの両方に亘るように外気の流れ方向Xに延びて形成されており、冷却水用チューブ43aの反対側から仕切りプレート部材802によって閉塞されている。これにより、貫通孔801aの内側空間は、図9(a)と同様に冷却水用連通空間162cとしての機能を果たす。
一方で、図26(b)に示すように、連通空間形成用プレート部材801のうち冷媒用チューブ16aに対応する部位には複数の貫通孔801bが形成されているが、その貫通孔801bは、図9(b)とは異なり、外気の流れ方向Xの上流側と下流側とのそれぞれの冷媒用チューブ16aに個別に対応して形成されている。すなわち、図26(b)において貫通孔801bは、外気の流れ方向Xに並んで設けられている。この貫通孔801b内には冷媒用チューブ16aがそれぞれ連通している。そして、仕切りプレート部材802には、連通空間形成用プレート部材801に形成された複数の貫通孔801a、801bの一部(貫通孔801b)と重合する複数の貫通孔802aが形成されている。具体的には、仕切りプレート部材802の貫通孔802aは連通空間形成用プレート部材801の貫通孔801bと一対一の関係で重合している。これにより、上記上流側の冷媒用チューブ16aはそれに対応する仕切りプレート部材802の貫通孔802aを介して集合空間163aに連通し、上記下流側の冷媒用チューブ16aはそれに対応する仕切りプレート部材802の貫通孔802aを介して分配空間163bに連通する。
また、図26(c)に示すように、冷却水用連通空間162cは、図9(c)と同様にして、その空間内にて冷却水用チューブ43aの先端に接する冷却水用チューブ隣接空間162dを含んでいる。そして、冷却水用チューブ隣接空間162d内の冷却水は、相互に隣り合う冷媒用チューブ16aと冷却水用チューブ43aとの間にて冷媒側タンク部16cの外壁に接触している。
また、第2実施形態では図9(c)に示すように、チューブ16a、43aの長手方向における冷媒用チューブ16aの先端位置は、冷却水用チューブ43aの先端位置に比して冷媒側タンク部16cの集合空間163a側または分配空間163b側にずれているが、本実施形態ではそうはなっていない。具体的に本実施形態では、チューブ16a、43aの長手方向において冷媒用チューブ16a及び冷却水用チューブ43aの先端位置は第2実施形態と同様に互いにずれてもよいが、図26(c)に示すように互いに同じ位置になっている。
本実施形態によれば、前述の第2実施形態と同様に、冷媒側タンク部16cの除霜を促進することができる。また、その第2実施形態でも同様のことであるが、図26(c)から判るように、例えば仕切りプレート部材802において貫通孔802aが冷媒用チューブ16aに対応する位置に形成されることにより、冷媒は冷媒用チューブ16a内から冷媒側タンク部16cの集合空間163a内へと流通し、分配空間163b内から冷媒用チューブ16a内へと流通する。すなわち、冷媒が冷媒用チューブ16aに流通し且つ冷却水が冷却水用チューブ43aに流通することは、仕切りプレート部材802に形成された貫通孔802aの配置に基づいて定まっている。従って、各流体(冷媒、冷却水)を複数のチューブ16a、43aのうちの何れに流通させるかを、仕切りプレート部材802の構成に応じて簡単に定めることが可能である。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、例えば以下のように種々変形可能である。
(1)上述の第1実施形態では、図7に示すように、冷媒側タンク部16c内に冷却水用連通空間を形成し、冷却水側タンク部43c内に冷媒用連通空間を形成した例を説明したが、このような連通空間では、冷却水あるいは冷媒に圧力損失が生じることが懸念される。そのため、連通空間の容積をできるだけ拡大することが望ましい。
例えば、中間プレート部材432(162)の凹み部432b(162b)の凹み量を、チューブ16a(43a)の配列方向(すなわち、外気の流れ方向X)の両側から中央部に向かって徐々に増加させる形状を採用してもよい。
また、チューブ16a(43a)として、その長手方向長さがチューブ16a(43a)の配列方向の両側から中央部に向かって徐々に短くなる形状を採用してもよい。
(2)上述の実施形態では、第1流体としてヒートポンプサイクル10の冷媒を採用し、第2流体として冷却水循環回路40の冷却水を採用し、さらに、第3流体として送風ファン17によって送風された外気を採用した例を説明したが、第1〜第3流体はこれに限定されない。例えば、第3流体として車室内送風空気を採用してもよい。
例えば、第1流体は、ヒートポンプサイクル10の高圧側冷媒であってもよいし、低圧側冷媒であってもよい。
例えば、第2流体は、エンジン、走行用電動モータMGに電力を供給するインバータ等の電気機器等を冷却する冷却水を採用してもよい。また、第2流体として、冷却用のオイルを採用し、第2熱交換部をオイルクーラとして機能させてもよいし、第2流体として、蓄熱剤、蓄冷剤等を採用してもよい。
さらに、本発明の熱交換器70が適用されたヒートポンプサイクル10を据置型空調装置、冷温保存庫、自動販売機用冷却加熱装置等に適用する場合は、第2流体として、ヒートポンプサイクル10の圧縮機の駆動減としてのエンジン、電動モータおよびその他の電気機器等を冷却する冷却水を採用してもよい。
さらに、上述の実施形態では、ヒートポンプサイクル(冷凍サイクル)に本発明の熱交換器70を適用した例を説明したが、本発明の熱交換器70の適用はこれに限定されない。すなわち、3種類の流体間で熱交換を行う装置等に幅広く適用可能である。
例えば、車両用冷却システムに適用される熱交換器として適用することができる。そして、第1流体は、作動時に発熱を伴う第1車載機器の有する熱量を吸熱した熱媒体とし、第2流体は、作動時に発熱を伴う第2車載機器の有する熱量を吸熱した熱媒体とし、第3流体は、室外空気としてもよい。
より具体的には、ハイブリッド車両に適用する場合には、第1車載機器をエンジンEGとし、第1流体をエンジンEGの冷却水とし、第2車載機器を走行用電動モータとし、第2流体を走行用電動モータの冷却水としてもよい。
これらの車載機器の発熱量は、車両の走行状態(走行負荷)に応じてそれぞれ変化するので、エンジンEGの冷却水の温度および走行用電動モータの冷却水の温度も車両の走行状態によって変化する。従って、この例によれば、発熱量の大きい車載機器にて生じた熱量を、空気のみならず、発熱量の小さい車載機器側へ放熱させることが可能となる。
なお、3種類の流体とは、それぞれ物性や成分が異なる流体を意味するだけでなく、同じ物性や成分の流体であっても、温度や、気相、液相といった流体の状態が異なる流体が含まれる意味である。従って、本発明における第1〜第3流体は、互いに物性や成分が異なる流体に限定されない。
(3)上述の実施形態では、室外熱交換部16の冷媒用チューブ16a、ラジエータ部43の冷却水用チューブ43aおよびアウターフィン50をアルミニウム合金(金属)で形成し、ろう付け接合した例を説明したが、もちろん、アウターフィン50を、他の伝熱性に優れる材質(例えば、カーボンナノチューブ等)で形成して、接着等の接合手段によって接合してもよい。
(4)上述の実施形態では、冷却水循環回路40の冷却水回路を切り替える回路切替手段として、電気式の三方弁42を採用した例を説明したが、回路切替手段はこれに限定されない。例えば、サーモスタット弁を採用してもよい。サーモスタット弁は、温度によって体積変化するサーモワックス(感温部材)によって弁体を変位させて冷却媒体通路を開閉する機械的機構で構成される冷却媒体温度応動弁である。従って、サーモスタット弁を採用することで、冷却水温度センサ52を廃止することもできる。
(5)上述の実施形態では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を採用してもよい。さらに、ヒートポンプサイクル10が、圧縮機11吐出冷媒が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。
(6)冷媒用チューブ16aおよび冷却水用チューブ43aの配置は上述の実施形態に限定されない。例えば、冷却水用チューブ43aを、冷媒用チューブ16a二本おきに配置してもよい。すなわち、上流側熱交換部71において、隣り合う冷却水用チューブ43aの間に、二本の冷媒用チューブ16aを配置してもよい。
(7)熱交換器70の流路構成は上述の実施形態に限定されない。例えば、チューブ積層方向一方側のチューブ群と他方側のチューブ群とで冷媒流れがUターンするUターン式、冷媒流れが2回UターンするSターン式、冷媒流れがUターンしない全パス式等の流路構成を採用することができる。また、冷却水流れについても同様に、Uターン式、Sターン式、全パス式等の流路構成を採用することができる。
また、冷媒流れ方向と冷却水流れ方向とが同じになる並行流式、冷媒流れ方向と冷却水流れ方向とが反対になる対向流式等の流路構成を採用することができる。例えば、冷媒用チューブ16aにおける冷媒の流れを外気の流れ方向Xの下流側から外気の流れ方向Xの上流側にUターンさせるようにし、冷却水用チューブ43aにおける冷却水の流れを外気の流れ方向Xの上流側から外気の流れ方向Xの下流側にUターンさせるようにして、隣り合う冷媒用チューブ16aを流通する冷媒と冷却水用チューブ43aを流通する冷却水の流れを、巨視的に見て外気の流れ方向Xに逆方向の流れ(対向流)としてもよい。
(8)上述の第2、第10実施形態などでは、冷媒側固定用プレート部材161に各チューブ16a、43aが接続されているチューブ接続箇所において、冷媒側固定用プレート部材161は冷媒側タンク部16cの外側に膨らんだ凸形状を備えているが、そのような凸形状は必須のものではない。例えば第10実施形態の図26(c)に対応する図であってその凸形状を備えない冷媒側固定用プレート部材161で構成された冷媒側タンク部16cを表す図が、図27として示されている。図27に示す例であっても、第10実施形態と同様に例えば、冷却水用連通空間162cは冷却水用チューブ隣接空間162dを含んでおり、チューブ16a、43aの長手方向において冷媒用チューブ16a及び冷却水用チューブ43aの先端位置は互いに同じ位置になっている。
(9)上述の実施形態において、例えば図26、27に示される冷媒側中間プレート部材162は、連通空間形成用プレート部材801及び仕切りプレート部材802という複数部品から構成されているが、その連通空間形成用プレート部材801と仕切りプレート部材802とを一体とした単一の部品から構成されていても差し支えない。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
16 室外熱交換部(第1熱交換部)
16a 冷媒用チューブ(第1チューブ)
16c 冷媒側タンク部(タンク部)
162 冷媒側中間プレート部材(中間プレート部材)
162a 第1連通孔(連通孔)
162c 冷却水用連通空間(第2流体流通空間)
162d 冷却水用チューブ隣接空間(第2チューブ隣接空間)
163a 集合空間(第1タンク空間)
163b 分配空間(第1タンク空間)
43 ラジエータ部(第2熱交換部)
43a 冷却水用チューブ(第2チューブ)
50 アウターフィン
70a 外気通路(第3流体用通路)

Claims (23)

  1. 第1流体が流通する複数本の第1チューブ(16a)を有し、前記第1流体と前記第1チューブ(16a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第1熱交換部(16)と、
    第2流体が流通する複数本の第2チューブ(43a)を有し、前記第2流体と前記第2チューブ(43a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第2熱交換部(43)と、
    前記第1チューブ(16a)を流通する前記第1流体の集合あるいは分配を行う第1タンク空間(163a、163b、741)を形成するタンク部(16c、75)とを備え、
    前記複数の第1チューブ(16a)のうち少なくとも1つは、前記複数の第2チューブ(43a)の間に配置され、
    前記複数の第2チューブ(43a)のうち少なくとも1つは、前記複数の第1チューブ(16a)の間に配置され、
    前記第1チューブ(16a)と前記第2チューブ(43a)との間に形成される空間は、前記第3流体が流通する第3流体用通路(70a)を形成しており、
    前記第3流体用通路(70a)には、前記第1、第2熱交換部(16、43)における熱交換を促進するとともに、前記第1チューブ(16a)を流通する前記第1流体と前記第2チューブ(43a)を流通する前記第2流体との間の熱移動を可能とするアウターフィン(50)が配置され、
    前記タンク部(16c、75)の内部には、前記第2チューブ(43a)と連通する第2流体流通空間(162c、752e)が、前記第1タンク空間(163a、163b、741)に対して区画されて形成され、且つ、前記第1チューブ(16a)が接続されている前記タンク部(16c、75)の接続箇所に対し前記第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向に隣接して配置され、
    前記第1タンク空間(163a、163b、741)内の前記第1流体よりも高温である前記第2流体流通空間(162c、752e)内の前記第2流体により、前記タンク部(16c、75)の除霜が行われることを特徴とする熱交換器。
  2. 前記第2流体流通空間(162c、752e)は、前記第2流体が前記タンク部(16c、75)の外壁に接触して流通するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記第2チューブ(43a)の先端が前記第2流体流通空間(162c)内に突き出ており、
    前記第2流体流通空間(162c)は、前記第2チューブ(43a)の先端に前記第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向において接する第2チューブ隣接空間(162d)を含み、
    前記第2チューブ隣接空間(162d)内の前記第2流体は、相互に隣り合う前記第1チューブ(16a)と前記第2チューブ(43a)との間にて前記タンク部(16c)の外壁に接触していることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器。
  4. 前記第1チューブ(16a)と前記第2チューブ(43a)とが互いに離間して配設されていることにより、前記第2流体流通空間(162c、752e)内の前記第2流体は前記第1チューブ(16a)に直接接触していないことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の熱交換器。
  5. 前記タンク部(16c)は、その内部空間を前記第1タンク空間(163a、163b)と前記第2流体流通空間(162c)とに仕切る中間プレート部材(162)を有し、
    前記中間プレート部材(162)には、前記第1チューブ(16a)を前記第1タンク空間(163a、163b)に連通させる連通孔(162a)が形成され、
    前記第1流体が前記第1チューブ(16a)に流通し且つ前記第2流体が前記第2チューブ(43a)に流通することが、前記中間プレート部材(162)における前記連通孔(162a)の配置に基づいて定まっていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器。
  6. 前記タンク部(16c)は、その内部空間を前記第1タンク空間(163a、163b)と前記第2流体流通空間(162c)とに仕切る中間プレート部材(162)を有し、
    前記中間プレート部材(162)は、その厚み方向に前記第1チューブ(16a)側から順に積層された第1チューブ側プレート部材(801)と仕切りプレート部材(802)とよって構成され、
    前記仕切りプレート部材(802)には、前記第1チューブ側プレート部材(801)に形成された複数の貫通孔(801a、801b)の一部と重合する複数の貫通孔(802a)が形成されており、
    前記第1流体が前記第1チューブ(16a)に流通し且つ前記第2流体が前記第2チューブ(43a)に流通することが、前記仕切りプレート部材(802)に形成された貫通孔(802a)の配置に基づいて定まっていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器。
  7. 前記第2流体流通空間(162c)は、前記第1タンク空間(163a、163b)よりも、前記第1チューブ(16a)の外部に露出した露出部分に近づいて配置されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器。
  8. 前記タンク部(16c)は、その内部空間を前記第1タンク空間(163a、163b)と前記第2流体流通空間(162c)とに仕切る中間プレート部材(162)を有し、
    前記中間プレート部材(162)には、前記第1チューブ(16a)を前記第1タンク空間(163a、163b)に連通させる連通孔(162a)が形成され、
    前記第1チューブ(16a)は、前記連通孔(162a)を貫通して前記第1タンク空間(163a、163b)に連通していることを特徴とする請求項7に記載の熱交換器。
  9. 前記第3流体の流れ方向(X)において、前記第2流体流通空間(162c)の幅(A1)は前記第2チューブ(43a)の幅(A2)よりも大きくなっていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の熱交換器。
  10. 前記第1、第2チューブ(43a)の積層方向において、前記第2流体流通空間(162c)の幅(B1)は前記第2チューブ(43a)の幅(B2)よりも大きくなっていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の熱交換器。
  11. 前記第3流体の流れ方向(X)において、前記第2流体流通空間(162c)の幅(A1)は前記第1タンク空間(163a、163b)の幅(A3)よりも大きくなっていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の熱交換器。
  12. 前記タンク部(75)は、前記第2チューブ(43a)を流通する前記第2流体の集合あるいは分配を行う第2タンク空間(731)を形成し、
    前記第2流体流通空間(752e)は、前記第2タンク空間(731)と前記第2チューブ(43a)との間に配置されていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載の熱交換器。
  13. 前記第3流体の流れ方向(X)において、前記第2流体流通空間(752e)の幅(A1)は前記第2タンク空間(731)の幅(A4)よりも小さくなっていることを特徴とする請求項12に記載の熱交換器。
  14. 前記第1チューブ(16a)および前記第2チューブ(43a)は、前記第3流体の流れ方向(X)に沿って複数列配置され、
    前記第1タンク空間(741)と前記第2タンク空間(731)とが前記第3流体の流れ方向(X)に並んで配置されていることを特徴とする請求項12または13に記載の熱交換器。
  15. 前記第1タンク空間(741)のうち前記第1流体の集合を行う空間(741b)と前記第1流体の分配を行う空間(741a)とは互いに、前記第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向に並んで配置され、
    前記第2タンク空間(731)のうち前記第2流体の集合を行う空間(731b)と前記第2流体の分配を行う空間(731a)とは互いに、前記第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項14に記載の熱交換器。
  16. 前記第1チューブ(16a)は、前記第3流体の流れ方向(X)に沿って複数列配置され、
    前記タンク部(16c)は、前記第1タンク空間(163a、163b)を前記第3流体の流れ方向(X)に沿って複数個形成していることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載の熱交換器。
  17. 前記第2流体流通空間(162c)は、前記第3流体の流れ方向(X)に延びて、前記複数個の第1タンク空間(163a、163b)にわたるように形成されていることを特徴とする請求項16に記載の熱交換器。
  18. 前記第1流体および前記第2流体は互いに異なる流体循環回路に流通する熱媒体であることを特徴とする請求項1ないし17のいずれか1つに記載の熱交換器。
  19. 蒸気圧縮式の冷凍サイクルにおいて冷媒を蒸発させる蒸発器として用いられる熱交換器であって、
    前記第1流体は、前記冷凍サイクルの冷媒であり、
    前記第2流体は、外部熱源の有する熱量を吸熱した熱媒体であり、
    前記第3流体は、空気であることを特徴とする請求項1ないし18のいずれか1つに記載の熱交換器。
  20. 車両用冷却システムに適用される熱交換器であって、
    前記第1流体は、作動時に発熱を伴う第1車載機器の有する熱量を吸熱した熱媒体であり、
    前記第2流体は、作動時に発熱を伴う第2車載機器の有する熱量を吸熱した熱媒体であり、
    前記第3流体は、空気であることを特徴とする請求項1ないし18のいずれか1つに記載の熱交換器。
  21. 第1流体が流通する複数本の第1チューブ(16a)を有し、前記第1流体と前記第1チューブ(16a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第1熱交換部(16)と、
    第2流体が流通する複数本の第2チューブ(43a)を有し、前記第2流体と前記第2チューブ(43a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第2熱交換部(43)と、
    前記第1チューブ(16a)に対して前記第1流体の集合および分配のうち少なくとも一方を行う第1タンク空間(163a、163b)を形成するタンク部(16c)とを備え、
    前記複数の第1チューブ(16a)のうち少なくとも1つは、前記複数の第2チューブ(43a)の間に配置され、
    前記複数の第2チューブ(43a)のうち少なくとも1つは、前記複数の第1チューブ(16a)の間に配置され、
    前記第1チューブ(16a)と前記第2チューブ(43a)との間に形成される空間は、前記第3流体が流通する第3流体用通路(70a)を形成しており、
    前記第3流体用通路(70a)には、前記第1、第2熱交換部(43)における熱交換を促進するとともに、前記第1チューブ(16a)を流通する前記第1流体と前記第2チューブ(43a)を流通する前記第2流体との間の熱移動を可能とするアウターフィン(50)が配置され、
    前記タンク部(16c)は、その外壁を構成する外壁構成部材(161、163)と、前記外壁構成部材(161、163)の内部に配置される中間プレート部材(162)とを有し、
    前記第1タンク空間(163a、163b)は、前記外壁構成部材(161、163)と前記中間プレート部材(162)とで囲まれて形成される空間であって、前記中間プレート部材(162)よりも前記第1チューブ(16a)の反対側に位置する空間であり、
    前記中間プレート部材(162)には、前記第1タンク空間(163a、163b)と前記第1チューブ(16a)とを連通させるための連通孔(162a)が形成され、
    前記中間プレート部材(162)の側面部(801c)には、前記外壁構成部材(161)の側壁部(161c)に当接する凸部(801d)が形成され、
    前記側面部(801c)のうち前記凸部(801d)が形成されていない部位と前記側壁部(161c)との間には、前記第1タンク空間(163a、163b)に対して前記中間プレート部材(162)によって隔てられた隔離空間(803)が形成され、
    前記側壁部(161c)のうち前記凸部(801d)と当接していない部位には、前記隔離空間(803)に向かって凹んだ凹部(161d)、または前記隔離空間(803)に向かって切り欠かれた切り欠き(161e)が形成されていることを特徴とする熱交換器。
  22. 第1流体が流通する複数本の第1チューブ(16a)を有し、前記第1流体と前記第1チューブ(16a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第1熱交換部(16)と、
    第2流体が流通する複数本の第2チューブ(43a)を有し、前記第2流体と前記第2チューブ(43a)の周囲を流れる第3流体とを熱交換させる第2熱交換部(43)と、
    前記第1チューブ(16a)に対して前記第1流体の集合および分配のうち少なくとも一方を行う第1タンク空間(163a、163b、741)を形成するタンク部(16c)とを備え、
    前記複数の第1チューブ(16a)のうち少なくとも1つは、前記複数の第2チューブ(43a)の間に配置され、
    前記複数の第2チューブ(43a)のうち少なくとも1つは、前記複数の第1チューブ(16a)の間に配置され、
    前記第1チューブ(16a)と前記第2チューブ(43a)との間に形成される空間は、前記第3流体が流通する第3流体用通路(70a)を形成しており、
    前記第3流体用通路(70a)には、前記第1、第2熱交換部(43)における熱交換を促進するとともに、前記第1チューブ(16a)を流通する前記第1流体と前記第2チューブ(43a)を流通する前記第2流体との間の熱移動を可能とするアウターフィン(50)が配置され、
    前記タンク部(16c)は、その外壁を構成する外壁構成部材(161、163)と、前記外壁構成部材(161、163)の内部に配置される中間プレート部材(162)とを有し、
    前記第1タンク空間(163a、163b)は、前記外壁構成部材(161、163)と前記中間プレート部材(162)とで囲まれて形成される空間であって、前記中間プレート部材(162)よりも前記第1チューブ(16a)の反対側に位置する空間であり、
    前記中間プレート部材(162)には、前記第1タンク空間(163a、163b)と前記第1チューブ(16a)とを連通させるための連通孔(162a)が形成され、
    前記中間プレート部材(162)は、前記第1チューブ(16a)側に位置する第1チューブ側プレート部材(801)と、前記第1タンク空間(163a、163b)側に位置する仕切りプレート部材(802)とが積層されることによって形成され、
    前記第1チューブ側プレート部材(801)の側面部(801c)には、前記第1チューブ側プレート部材(801)の内方側に向かって切り込まれた切り込み(801e)が形成され、
    前記外壁構成部材(161)の側壁部(161c)のうち前記切り込み(801e)に対応する部位には、前記切り込み(801e)に向かって切り欠かれた切り欠き(161e)、または前記切り込み(801e)側に凹んだ凹部(161d)が形成されていることを特徴とする熱交換器。
  23. 前記切り欠き(161e)または凹部(161d)は、前記外壁構成部材(161)の側壁部(161c)では前記側壁部(161c)の前記第1チューブ(16a)側の端縁(161f)から前記側壁部(161c)の内方側に向けて形成されており、
    前記側壁部(161c)の外面上では、前記第1、第2チューブ(16a、43a)の積層方向における前記切り欠き(161e)または凹部(161d)の幅寸法が、前記側壁部(161c)の前記第1チューブ(16a)側の端縁(161f)から前記側壁部(161c)の内方側に向かうに従って小さくなっていることを特徴とする請求項21または22に記載の熱交換器。
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