JP2013178033A - Heat exchanger and vehicle heat pump air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気自動車に外部熱交換器として搭載するのに好適の熱交換器及びこれを備えた車両用ヒートポンプ式空調機に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger suitable for mounting as an external heat exchanger in an electric vehicle and a vehicle heat pump air conditioner equipped with the heat exchanger.
例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの原動機を備えない電気自動車の車両用空調機として、図9に示すようなものが実用化されている。
つまり、図9に示すように、この車両用空調機は、冷媒回路100と温水回路110とを備えている。冷媒回路100は、圧縮機101と、凝縮器(外部熱交換器、いわゆる、室外機)103と、膨張弁104と、蒸発器(内部熱交換器、いわゆる、室内機)105とをこの順で、冷媒回路100内に備えている。温水回路110は、リザーバタンク111と、温水ポンプ112と、温水PTCヒータ113と、ヒータコア114とをこの順で備えている。車室内には、蒸発器105及びヒータコア114の背面から送風する送風機121が室内機として装備される。
For example, a vehicle air conditioner for an electric vehicle that does not include a prime mover such as a gasoline engine, a diesel engine, or a gas engine has been put to practical use as shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 9, the vehicle air conditioner includes a
冷房運転時には、温水回路110の作動を停止して、圧縮機101を作動させて、冷媒回路100内で、圧縮機101,凝縮器(室外機)103,膨張弁104,蒸発器(室内機)105の順で冷媒を循環させる。これにより、圧縮機101で圧縮され高温,高圧になった冷媒は凝縮器103において熱を放出して冷却され凝縮される。凝縮された冷媒は膨張弁104において断熱膨張することにより冷却され、その後、蒸発器105において送風機121から送風される空気の熱を奪い冷却して、自身はその分だけ温度上昇して再び圧縮器101に進む。このような冷媒の循環(冷凍サイクル)によって、車室内が冷房される。
During the cooling operation, the operation of the
暖房運転時には、冷媒回路100を停止して、温水ポンプ112を作動させて、温水回路110内で、リザーバタンク111,温水ポンプ112,温水PTCヒータ113,ヒータコア114の順で水を循環させる。これにより、温水PTCヒータ113において水が温められてヒータコア114に送られて、ヒータコア114において送風機121から送風される空気を加温し、自身はその分だけ温度低下して再びリザーバタンク111に進む。このような温水の循環(ヒートポンプサイクル)によって、車室内が暖房される。
During the heating operation, the
なお、このように暖房時の熱源として温水PTCヒータ113を使用するのは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの原動機を備えない電気自動車の場合、エンジンの排熱を利用できないためであり、この代わりに温水PTCヒータを使用しているのである。
また、このような装置構成では、電気自動車に搭載された走行用の大容量のモータ/ジェネレータ(電動発電機、以下、単にモータという)130及び図示しないバッテリケース内のバッテリを冷却する冷却装置として、水冷式の冷却回路140が装備されている。この水冷式冷却回路140は、リザーバタンク141と、ラジエータ(放熱器)142と、ポンプ143とをこの順で備え、冷水ポンプ143とリザーバタンク141との間の冷却水流路に、モータ130及び図示しないバッテリケースが備えられる。
In addition, the reason why the hot
Moreover, in such a device configuration, as a cooling device that cools a large capacity motor / generator (motor generator, hereinafter simply referred to as a motor) 130 and a battery in a battery case (not shown) mounted on an electric vehicle. A water-cooled
ラジエータ142は冷媒回路100の凝縮器103と共に、冷却ファン150によって外気を利用して冷却される。これにより、ラジエータ142で放熱されて冷やされた冷却水はモータ130やバッテリケースに送られて、モータ130やバッテリケース内のバッテリを冷却する。この冷却時の熱交換によって加熱された冷却水は、再びラジエータ142に進んで冷やされる。
The
しかし、温水PTCヒータ113は電力を利用する電気ヒータであるため、電気自動車の場合、この温水PTCヒータ113の電力消費分だけバッテリの充電電力量が低下する。このため、暖房運転を行うと車両の航続距離が低下することが課題となる。
また、冷房時に用いる冷媒回路(冷凍サイクル)100と、暖房時に用いる温水回路(温水サイクル)110の2系統が、空調装置として必要になるのでコスト高となる。
However, since the hot
In addition, two systems of a refrigerant circuit (refrigeration cycle) 100 used during cooling and a hot water circuit (hot water cycle) 110 used during heating are required as an air conditioner, resulting in high costs.
また、モータやバッテリを水冷式で冷却しており、冷却対象のバッテリ(特に、リチウムイオン電池)は水に対する潜在的な発熱リスクを持つので、水を使用しない代替冷却方法が望ましい。
ところで、ヒートポンプ式空調機は、冷房運転と暖房運転とを切り替えることができ、家庭用や業務用の建物用のエアコン(いわゆる、ヒートポンプエアコン)として広く普及している。
In addition, the motor and the battery are cooled by a water cooling method, and the battery to be cooled (particularly, a lithium ion battery) has a potential heat generation risk for water, so an alternative cooling method that does not use water is desirable.
By the way, the heat pump type air conditioner can switch between a cooling operation and a heating operation, and is widely used as an air conditioner for home use or business use (so-called heat pump air conditioner).
ただし、外気温度が極端に低い(例えば、−10℃以下)時に、暖房運転を開始する場合、外部熱交換器である蒸発器の熱交換部に、着霜し氷結(フロスト)していると、暖房能力が低下するだけでなく、極端なケースでは継続的に運転できない可能性がある。
建物用の空調機では、このような着霜,氷結が外部熱交換器に発生した場合、室内機の送風を停止して、暖房と逆サイクル運転(即ち、冷凍サイクル運転)をする除霜運転をすることによって、氷結した蒸発器(外部熱交換器)に高温の冷媒を流すことで解氷し、暖房を間欠的に実施(デフロスト運転)することで暖房運転を継続することを可能としている。
However, when the heating operation is started when the outside air temperature is extremely low (for example, −10 ° C. or less), the heat exchange part of the evaporator, which is an external heat exchanger, is frosted and frozen (frosted). Not only does the heating capacity decrease, but it may not be able to operate continuously in extreme cases.
In a building air conditioner, when such frosting or icing occurs in an external heat exchanger, the defrosting operation is performed in which the ventilation of the indoor unit is stopped and heating and reverse cycle operation (ie, refrigeration cycle operation) are performed. It is possible to continue the heating operation by performing defrosting by intermittently performing heating (defrost operation) by flowing a high-temperature refrigerant through the frozen evaporator (external heat exchanger). .
例えば特許文献1には、車両用空調機に関するものではないが、水回路を流れる水を加熱する通常運転と、この通常運転の逆サイクルとなる除霜運転とを、循環する冷媒を用いて行なう、ヒートポンプ装置が記載されている。このヒートポンプ装置の、室外機は、除霜運転時に、圧縮器から吐出された冷媒の一部を、バイパスさせる回路を備え、制御装置が、このバイパス回路の設けられた弁を水熱交換器の水入口及び水出口の各水温度に基づいて開閉制御して、除霜運転時にこの弁が開の場合、水熱交換器の冷媒入口及び冷媒出口の各冷媒温度に基づいてバイパス回路の第3膨張弁の開度を調整する。これにより、水熱交換器を用いて高効率で除霜運転を実施できるとしている。
For example,
なお、特許文献2には、室外機として設けられる熱交換器である蒸発器について、コルゲートフィンを横傾斜させて、フィン上の水滴を流下させて、結露を防止しようとする技術が記載されている。
ところで、特許文献1には車両用空調機に適用することは記載されていないが、車両用空調機においても、ヒートポンプ式空調機を適用して、冷凍サイクルを用いて、冷媒が流れる方向を逆として、ヒートポンプサイクルを構成することで、1系統の回路のみで空調装置を実現することができる。
しかしながら、車両用空調機の場合、厳寒時の起動時において、車外側にある熱交換器に着霜が生じている可能性がある。ヒートポンプ式空調機の場合には、着霜が生じた場合には、除霜運転を実施して除霜することができる。しかし、この除霜のためには、着霜が生じていることや、除霜運転によって除霜が完了したことをどのように認識して、適切に除霜運転を実施するかが課題となる。
By the way, although it is not described in
However, in the case of a vehicle air conditioner, there is a possibility that frost formation has occurred in the heat exchanger on the outside of the vehicle at the time of start-up in severe cold. In the case of a heat pump type air conditioner, when frost formation occurs, it can be defrosted by performing a defrosting operation. However, for this defrosting, how to recognize that frost formation has occurred and that the defrosting has been completed by the defrosting operation, and appropriately performing the defrosting operation becomes a problem. .
そこで、着霜が生じ難い熱交換器の構造が要望される。
この点、特許文献2の技術はフィンを横傾斜させて水を滴下させるため、着霜を防ぐ上でも有効であると考えられるが、フィンを横傾斜させるとフィンのサイド部に付着した水が毛細管現象で残存し、着霜を招くおそれがある。
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたもので、電気自動車の車両用空調機にヒートポンプ式空調機を適用して、ヒートポンプ回路のみで冷房及び暖房を実施できるようにした場合にも、外部熱交換器への着霜による暖房運転停止を回避できる熱交換器を提供することを目的とする。
Therefore, there is a demand for a heat exchanger structure in which frost formation hardly occurs.
In this regard, the technique of
The present invention was devised in view of such problems, and even when a heat pump type air conditioner is applied to a vehicle air conditioner of an electric vehicle so that cooling and heating can be carried out only by a heat pump circuit, external heat can be applied. It aims at providing the heat exchanger which can avoid the heating operation stop by the frost formation to an exchanger.
(1)上記目的を達成するために、本発明の熱交換器は、冷媒回路内に、圧縮機,外部熱交換器,膨張弁,内部熱交換器をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機に、前記外部熱交換器として装備される熱交換器であって、縦方向に並んで複数設けられ冷媒の流通するチューブと、前記チューブの相互間に横向きに配設されたフィンと、を備え、前記フィンもしくは前記チューブの少なくとも一面には撥水性能を持つコート層が設けられていることを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, a heat exchanger according to the present invention is a vehicle heat pump air conditioner having a compressor, an external heat exchanger, an expansion valve, and an internal heat exchanger in a refrigerant circuit. A heat exchanger equipped as the external heat exchanger, comprising a plurality of tubes arranged in a longitudinal direction and through which refrigerant flows, and fins disposed laterally between the tubes, A coating layer having water repellency is provided on at least one surface of the fin or the tube.
(2)前記フィンもしくは前記チューブは、外気流入方向に向いて後傾斜または前傾斜していることが好ましい。
(3)前記フィンもしくは前記チューブには、切り込みが入れられて折り曲げ片部が形成され、前記折り曲げ片部の形成によって、穴が形成されていることが好ましい。
(4)この場合、前記フィンもしくは前記チューブは、外気流入方向に向いて後傾斜し、折り曲げ片部も外気流入方向に向いて後傾斜していることが好ましい。
(2) It is preferable that the fin or the tube is inclined rearward or forwardly toward the outside air inflow direction.
(3) It is preferable that the fin or the tube is cut to form a bent piece portion, and a hole is formed by forming the bent piece portion.
(4) In this case, it is preferable that the fin or the tube is inclined backward toward the outside air inflow direction, and the bent piece portion is inclined backward toward the outside air inflow direction.
(5)また、本発明の車両用ヒートポンプ式空調機は、冷媒回路内に、圧縮機,外部熱交換器,膨張弁,内部熱交換器をそなえた車両用ヒートポンプ式空調機であって、前記外部熱交換器として請求項1〜4の何れか1項に記載の熱交換器が用いられていることを特徴としている。
(6)前記圧縮機と前記外部熱交換器との間に、除霜運転時に前記圧縮機から前記外部熱交換器に高圧冷媒を供給するためのバイパス流路が設けられていることが好ましい。
(5) The vehicle heat pump air conditioner according to the present invention is a vehicle heat pump air conditioner having a compressor, an external heat exchanger, an expansion valve, and an internal heat exchanger in a refrigerant circuit, The heat exchanger according to any one of
(6) It is preferable that a bypass channel is provided between the compressor and the external heat exchanger for supplying high-pressure refrigerant from the compressor to the external heat exchanger during a defrosting operation.
本発明の熱交換器によれば、撥水性能を持つコート層により、フィンもしくはチューブの表面に水が付着し難くなり、フィン表面での着霜も生じ難く、フィンでの氷結も起こり難い。
また、フィンもしくはチューブの後傾斜或いは前傾斜によって、フィンもしくはチューブの表面に水が付着しても速やかに滴下するので、その分だけフィン表面での着霜も生じ難く、フィンもしくはチューブの表面での氷結も起こり難い。進入する外気との接触面積を増大させるので熱交換性能も向上する。
According to the heat exchanger of the present invention, due to the water-repellent coating layer, water hardly adheres to the fin or tube surface, frost formation on the fin surface hardly occurs, and icing on the fin hardly occurs.
Also, even if water adheres to the surface of the fin or tube due to the back or front inclination of the fin or tube, it will drop quickly, so frosting on the surface of the fin is less likely to occur. Freezing is unlikely to occur. Since the contact area with the incoming outside air is increased, heat exchange performance is also improved.
さらに、折り曲げ片部及び穴の形成により、穴によってフィンもしくはチューブの表面に乗った水滴等も速やかに滴下され、この点からも、フィンもしくはチューブの表面での着霜も生じ難く、フィンもしくはチューブの表面での氷結も起こり難い。この場合も、進入する外気との接触面積を増大させるので熱交換性能も向上する。
したがって、電気自動車等の車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器に適用すれば、着霜対策を施した空調機を低コストで実現することができる。
In addition, the formation of the bent piece and the hole allows water droplets or the like on the surface of the fin or tube to be quickly dropped by the hole, and also from this point, frosting on the surface of the fin or tube hardly occurs. Freezing is unlikely to occur on the surface. Also in this case, the heat exchange performance is improved because the contact area with the outside air entering is increased.
Therefore, when applied to an external heat exchanger of a heat pump air conditioner for a vehicle such as an electric vehicle, an air conditioner with a countermeasure against frost formation can be realized at low cost.
以下、図面により本発明の実施の形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機を説明する。
図1は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の構成を示す図、図2〜図7は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の外部熱交換器の構成を示す図、図8は本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機の運転方法を説明する図である。各図を用いて順に説明する。なお、本実施形態にかかる車両は走行用モータ及び走行用モータに接続されたバッテリを備えた電気自動車であるものとする。
Hereinafter, the heat pump type air conditioner for vehicles concerning an embodiment of the invention is explained with a drawing.
1 is a diagram showing a configuration of a vehicle heat pump air conditioner according to the present embodiment, FIGS. 2 to 7 are diagrams showing a configuration of an external heat exchanger of the vehicle heat pump air conditioner according to the present embodiment, and FIG. These are figures explaining the operating method of the heat pump type air conditioner for vehicles concerning this embodiment. This will be described in order with reference to the drawings. In addition, the vehicle concerning this embodiment shall be an electric vehicle provided with the battery connected to the motor for driving and the motor for driving.
まず、本実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機(以下、カーエアコンともいう)を説明する。
図1(a),(b)に示すように、このカーエアコンは、圧縮機1と、切替弁2と、外部熱交換器(室外機)3と、膨張弁4と、内部熱交換器(室内機)5とをこの順で、冷媒回路10内に備えている。圧縮機1にアキュムレータ6が付設され、圧縮機1の吐出圧が安定化されるようになっている。内部熱交換器5にはファン5aが付設されて室内機が構成され、車両の内部の空気(内気)又は外部の空気(外気)を内部熱交換器5に通過させて冷却又は加熱して車室内に送風するようになっている。また、外部熱交換器3には、外気を導入するためのファン7が付設されている。
First, a heat pump type air conditioner for a vehicle according to the present embodiment (hereinafter also referred to as a car air conditioner) will be described.
As shown in FIGS. 1A and 1B, this car air conditioner includes a
また、カーエアコンの各部を自動制御するために、制御装置としてエアコンECU(Electric Control Unit,電子制御装置〕50が装備されている。エアコンECU50は、マイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスである。エアコンECU50は、例えば、エアコンの自動運転時には、設定温度、内気温度(車室内の気温)及び外気温度の各センサ検出値に基づいて、切替弁2について自動で制御する。また、エアコン操作スイッチの指令情報に基づいても各部を制御する。
In order to automatically control each part of the car air conditioner, an air conditioner ECU (Electric Control Unit) 50 is provided as a control device, which is an LSI device in which a microprocessor, ROM, RAM, etc. are integrated. For example, during the automatic operation of the air conditioner, the
冷媒回路10は、圧縮機1と切替弁2との間の流路11と、切替弁2と外部熱交換器3との間の流路12と、外部熱交換器3と膨張弁4との間の流路13と、膨張弁4と内部熱交換器5との間の流路14と、内部熱交換器5と圧縮機1との間の流路15と、切替弁2とアキュムレータ6との間の流路16と、アキュムレータ6と圧縮機1との間の流路17と、を備えて構成される。
The
また、内部熱交換器5と圧縮機1との間の流路15と、膨張弁4と外部熱交換器3との間の流路13とを連絡し、膨張弁4及び内部熱交換器5を迂回するように、除霜運転回路を構成するバイパス流路19が介装されている。流路15の内部熱交換器5側には開閉弁20が、バイパス流路19側には開閉弁21が、それぞれ設けられている。なお、除霜運転のためには、圧縮機1の直下流から外部熱交換器3に送る冷媒は、比較的高温であるので大流量の冷媒を要さない。したがって、バイパス流路19には、冷媒回路10の他の流路11〜17に較べて比較的細い菅を適用でき、軽量化及び低コスト化に寄与する。
Further, the
暖房運転時に、開閉弁20を閉鎖し開閉弁21を開放すると、圧縮機11で圧縮され高温,高圧になった冷媒の一部がバイパス流路19を経て外部熱交換器3に流入し、外部熱交換器3を加熱して除霜できる除霜運転となる。また、暖房運転時や冷房運転時には、開閉弁20を開放し開閉弁21を閉鎖する。これらの切り換え制御には、エアコンECU50が外気温や外部熱交換器3の入口冷媒温度と出口冷媒温度との差に基づいて実施する。
During the heating operation, when the on-off
つまり、エアコンECU50は、車両の始動後、図示しない外気温センサ(外気温度検出手段)によってこの時点で検出された外気温、或いは、始動前の直近の所定時間に検出された外気温の履歴或いは平均値に基づいた外気温が、予め設定された基準温度以下である場合に、除霜運転開始条件が成立したとして、除霜運転を開始する。
通常、外気温が−10℃以下に下がると、外部熱交換器3に着霜があるものと推定でき、基準温度は例えば−10℃とすることができる。
That is, the
Usually, when the outside air temperature falls to −10 ° C. or lower, it can be estimated that the
また、外部熱交換器3の冷媒入口3Aにこの冷媒入口3Aを通過する冷媒の温度(冷媒入口温度)を検出する第1温度センサ(第1冷媒温度検出手段)41が設けられ、部熱交換器3の冷媒で口3Bにこの冷媒出口3Bを通過する冷媒の温度(冷媒出口温度)を検出する第2温度センサ(第2冷媒温度検出手段)42が設けられている。
エアコンECU50は、除霜運転中には、第1及び第2温度センサにより検出された冷媒入口温度T1と冷媒出口温度T2との差(T1−T2、出入口温度差)が予め設定された閾値T0未満になったら除霜運転から暖房運転に切り換え可能とする。この「切り換え可能」とは、「暖房指令があったら切り換えを許可する」という意味である。
The
During the defrosting operation, the
除霜運転中には、冷媒が除霜のために熱を奪われるため、冷媒入口温度T1よりも冷媒出口温度T2の方が温度低下するが、除霜が進むにしたがって、この温度低下は小さくなるので、出入口温度差(T1−T2)は小さくなり、試験等によって閾値T0を適切に設定すれば、除霜が完了した状態を推定することができる。
さらに、本車両には、何れも図示しないが、走行用モータ及びバッテリを冷却する冷却装置を備えており、この冷却装置には、暖房運転時又は除霜運転時に、外部熱交換器3に進入する前の冷媒を冷却装置に供給する第1供給路22と、冷却装置の通過後の加温冷媒を外部熱交換器3の上流に戻す第1戻り路23とを有しても良い(図1(a)参照)。
During the defrosting operation, in accordance with the refrigerant is deprived of heat for defrosting, but towards the coolant outlet temperature T 2 than the refrigerant inlet temperature T 1 is lowered temperature, proceeds defrosting, the temperature drop Therefore, the inlet / outlet temperature difference (T 1 −T 2 ) becomes small, and if the threshold value T 0 is appropriately set by a test or the like, the state where the defrosting is completed can be estimated.
Further, the vehicle is provided with a cooling device that cools the running motor and the battery (not shown). The cooling device enters the
また、本車両には、さらに、上記冷却装置には、冷房運転時に、内部熱交換器5に進入する前の低温冷媒を前記冷却装置に供給する第2供給路24と、前記冷却装置の通過後の加温冷媒を内部熱交換器5の下流に戻す第2戻り路25とを有しても良い(図1(b)参照)。
また、外部熱交換器3は、図2に示すように、内部に冷媒が流通するチューブ31が曲折しながら通っており、チューブ31の周囲にはフィン32が設けられている。図2には、これらの詳細形状は図示しないが、冷媒は冷媒入口3Aからチューブ31に流入し、チューブ31内を流通する間にフィン32を介して外気との熱交換によって吸熱又は放熱して冷媒出口3Bから流出していく。
The vehicle further includes a
Further, as shown in FIG. 2, the
本実施形態では、外部熱交換器3の正面視において、チューブ31の主要部(屈曲部を除いた部分)は縦方向(鉛直方向)に、各フィン32は横方向(水平方向)に延在しているが、熱交換器の態様としてはチューブ31の主要部(屈曲部を除いた部分)は横方向(水平方向)に、各フィン32は縦方向(鉛直方向)に延在するものもあり、これについては後述する。
In the present embodiment, in the front view of the
また、図2では、チューブ31を模式的に記載しており、もっと密な本数に曲折していても良く、もっと粗く曲折していても良い。
なお、チューブ31は、図3に示すように、断面が長円の扁平形状に形成され、フィン32はチューブ31の主要部(屈曲部を除いた部分)の扁平面の相互間に固設されている。また、本実施形態では、フィン32もチューブ31と同様に曲折しながらチューブ31の扁平面の間に介在し、チューブ31と接合する部分と、チューブ31の扁平面の相互間に介在する部分とに分けることができ、チューブ31の扁平面の相互間に介在する部分については、後述するように特徴的な構造が適用されている。
もちろん、チューブ31やフィン32の全体構造はこのような曲折構造に限るものではなく、後述する特徴的な構成を部分的に有していれば、全体構造はこの限りではない。
ここで、本外部熱交換器3の特徴的な点を説明する。
Moreover, in FIG. 2, the
As shown in FIG. 3, the
Of course, the entire structure of the
Here, the characteristic point of this
図3に示すように、本外部熱交換器3のフィン32は、何れも表面(少なくとも上面)に、撥水性能を持つコート層が設けられている。このコート層として、例えばテフロン(登録商標)等のフッ素樹脂の溶射による加工が考えられる。このコート層により、フィン32の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン32表面での着霜も生じ難く、フィン32表面での氷結も起こり難い。
As shown in FIG. 3, each of the
なお、このコート層は、フィン32の全面及びチューブ31の全面に加工することが外部熱交換器3全体への水が付着防止に有効であるが、フィン32及びチューブ31の各面のうち、最も水が付着し易い一つの面のみにコート層を加工するだけでも有効である。最も水が付着し易い面とは、一般的には鉛直上方を向いた面(傾斜して上方を向いた面を含む)となるが、走行方向を向いた面(傾斜して走行方向を向いた面を含む)も水が付着し易い面といえる。
In addition, although this coat layer is effective for preventing water from adhering to the entire
そして、各フィン32は、正面視においては図2に示すように横方向(水平方向)に延在しているが、側面視においては図3,図5に示すように、熱交換をする外気(フレッシュエア)の流れ(水平方向とする)に対して傾斜して設けられている。図3,図5に示す第1例及び図4に示す第2例では、外気の流れ方向下流側を上昇させるように外気に向かって前傾斜させているが、図6に示す第3例や、図7に示す第4例のように、外気の流れ方向下流側を下降させるように外気に向かって後傾斜させてもよい。このような傾斜によって、フィン32の表面に水が付着しても速やかに滴下するので、その分だけフィン32表面での着霜も生じ難く、フィン32表面での氷結も起こり難い。
Each
また、ここでは、各フィン32は、傾斜するフィン本体32a〜32cに、切り込みが入れられて、折り曲げ片部33a〜33cが折り曲げ形成されている。フィン本体32a〜32cには、この折り曲げ片部33a〜33cの形成によって、穴34a〜34cが形成されている。折り曲げ片部33a〜33cは、進入する外気との接触面積を増大させながら、穴34a〜34cによってフィン32表面にある水滴等も速やかに滴下され、この点からも、フィン32表面での着霜も生じ難く、フィン32表面での氷結も起こり難い。
In addition, here, each
折り曲げ片部33a〜33cは、図3,図5に示す第1例や図6に示す第3例のように、フィン32の両側のチューブ31相互間を結ぶ方向に折り目を形成し、折り曲げ片部33a,33cの先端が上下するように折り曲げたり、図4に示す第2例や、図7に示す第4例のように、フィン32の傾斜方向に沿って折り目を形成し、折り曲げ片部33bの先端が上下するように折り曲げたり、いくつものバリエーションが考えられる。
As shown in FIGS. 3 and 5 and the third example shown in FIG. 6, the
フィン32の前傾斜や後傾斜、折り曲げ片部33a〜33cの形態によって、水滴等の滴下性能も異なるが、この点は後述する。
なお図3〜図7の例ではフィン32を傾斜させているが、これに限定せず、外部熱交換器3全体を後傾状態又は前傾状態に傾斜させることにより、フィン32を水平面に対して後傾斜又は前傾斜させてもよい。この場合、フィン32をチューブ31に対して傾斜させずにチューブ31の主要部の延在方向と直交する方向に向けて形成しても、外部熱交換器3全体を傾斜させることによってフィン32も傾斜することになる。
The dropping performance of water droplets and the like varies depending on the front and rear inclinations of the
3 to 7, the
本発明の一実施形態にかかる車両用ヒートポンプ式空調機は、上述のように構成されているので、以下のように冷房運転や暖房運転が実施される。
まず、冷房運転時には、図1(b)に示すように、エアコンECU50の制御により切替弁2が暖房運転時とは逆方向の流れを生成して、冷媒回路10内で、圧縮機1,外部熱交換器3,膨張弁4,内部熱交換器5の順で冷媒を循環させる。また、この時には、開閉弁20は開放され、開閉弁21は閉鎖され、除霜運転回路を構成するバイパス流路19には冷媒は流通しない。したがって、外部熱交換器3を利用して冷房運転が行なわれる。
Since the vehicle heat pump air conditioner according to the embodiment of the present invention is configured as described above, the cooling operation and the heating operation are performed as follows.
First, at the time of cooling operation, as shown in FIG. 1B, the switching
これにより、圧縮機1で圧縮され高温,高圧になった冷媒は外部熱交換器3において走行風等による外気によって熱を放出して冷却され凝縮される。この際、外部熱交換器3は凝縮器(コンデンサ)として機能する。凝縮された冷媒は膨張弁4において断熱膨張することにより冷却され、その後、内部熱交換器5において周囲の空気の熱を奪い、自身はその分だけ温度上昇して圧縮器1に進む。この際、内部熱交換器5は蒸発器(エバポレータ)として機能する。このような冷媒の循環(冷凍サイクル)によって、内部熱交換器5の設置された車室内が冷房される。
As a result, the refrigerant that has been compressed by the
一方、暖房運転時には、図1(a)に示すように、エアコンECU50の制御により切替弁2が冷房運転時とは逆方向の流れを生成して、冷媒回路10内で、圧縮機1,内部熱交換器5,膨張弁4,外部熱交換器3の順で冷媒を循環させる。
これにより、圧縮機1で圧縮され高温,高圧になった冷媒は内部熱交換器5において熱を放出して冷却され凝縮される。この際、内部熱交換器5は凝縮器(コンデンサ)として機能する。凝縮された冷媒は膨張弁4において断熱膨張することにより冷却され、その後、外部熱交換器3において周囲の空気の熱を奪い、自身はその分だけ温度上昇して圧縮器1に進む。この際、外部熱交換器3は蒸発器(エバポレータ)として機能する。このような冷媒の循環(ヒートポンプサイクル)によって、内部熱交換器5の設置された室内が暖房される。
On the other hand, during the heating operation, as shown in FIG. 1 (a), the switching
As a result, the refrigerant that has been compressed by the
また、この時に、外部熱交換器3で着霜した或いは着霜の可能性の高い場合は、開閉弁20を閉鎖し開閉弁21を開放して除霜運転回路を構成するバイパス流路19に冷媒を流通させ、除霜運転をする。
特に、本空調機では、車両の始動時には、図8のフローチャートに示すように除霜運転が実施される。なお、図8において、「F」は除霜運転時には「1」、その他の場合には「0」とする制御フラグである。図8のフローチャートは始動後所定周期で繰り返される。
At this time, if the
In particular, in this air conditioner, when the vehicle is started, the defrosting operation is performed as shown in the flowchart of FIG. In FIG. 8, “F” is a control flag that is “1” during the defrosting operation and “0” in other cases. The flowchart of FIG. 8 is repeated at a predetermined cycle after startup.
図8に示すように、まず、制御フラグFが0であるか否かを判定し(ステップS10)、制御フラグFが0であれば、図示しない外気温センサ(外気温度検出手段)によってこの時点で検出された外気温、或いは、始動前の直近の所定時間に検出された外気温の履歴或いは平均値に基づいた外気温が、予め設定された基準温度以下であるか否かを判定する(ステップS20)。
As shown in FIG. 8, first, it is determined whether or not the control flag F is 0 (step S10). If the control flag F is 0, this time is detected by an outside air temperature sensor (outside air temperature detecting means) (not shown). It is determined whether or not the outside air temperature detected in
ここで、外気温が基準温度以下であれば、着霜が生じていると判断して除霜運転開始条件が成立し、除霜運転を実施する(ステップS30)。そして、制御フラグFを1にセットする(ステップS40)。一方、外気温が基準温度よりも高ければ、着霜が生じていないとして除霜運転開始条件は成立せず、暖房指令があれば暖房運転を実施する(ステップS50)。そして、制御フラグFを0にセットする(ステップS60)。 Here, if the outside air temperature is equal to or lower than the reference temperature, it is determined that frost formation has occurred, the defrosting operation start condition is established, and the defrosting operation is performed (step S30). Then, the control flag F is set to 1 (step S40). On the other hand, if the outside air temperature is higher than the reference temperature, the defrosting operation start condition is not satisfied because frost formation has not occurred, and if there is a heating command, the heating operation is performed (step S50). Then, the control flag F is set to 0 (step S60).
除霜運転を実施すると、次周期では、ステップS10からステップS70に進み、冷媒入口温度T1と冷媒出口温度T2との差(|T1−T2|、出入口温度差)が予め設定された閾値T0未満であるか判定して、出入口温度差(|T1−T2|)閾値T0未満になったら除霜運転から暖房運転に切り換える(ステップS50)。そして、制御フラグFを0にセットする(ステップS60)。 When carrying out the defrosting operation, the next cycle, the process proceeds from step S10 to step S70, the difference between the refrigerant inlet temperature T 1 of the coolant outlet temperature T 2 (| T 1 -T 2 |, inlet and outlet temperature difference) is set in advance It was determined to whether it is less than the threshold T 0, inlet and outlet temperature difference (| T 1 -T 2 |) switched to the heating operation from defrosting operation When becomes less than the threshold value T 0 (step S50). Then, the control flag F is set to 0 (step S60).
したがって、本車両用ヒートポンプ式空調機によれば、車両用空調機にヒートポンプ式空調機を適用して、ヒートポンプ回路のみで冷房及び暖房を実施できるようになる。この反面、外部熱交換器3への着霜があると暖房運転に支障を来たし、特に、寒冷地の極低温時には、車両の始動時に外部熱交換器3に着霜が生じやすくなる。この点、始動時に、車外に配置される外部熱交換器3への着霜があるかどうかを外気温から適正に判断し、除霜運転を行なうことによって始動時に着霜した状態での暖房運転の開始を回避することができる。また、外部熱交換器3の出入口温度差から簡便な手法で適切に除霜完了を判定して、暖房運転を開始することができる。
Therefore, according to the vehicle heat pump air conditioner, the heat pump air conditioner can be applied to the vehicle air conditioner, and cooling and heating can be performed only by the heat pump circuit. On the other hand, if the
さらに、走行用モータ及びバッテリを冷却する冷却装置には、暖房運転時又は除霜運転時には、第1供給路22及び第1戻り路23を利用して、また、冷房運転時に、第2供給路24及び第2戻り路25を利用して、密封性の高い冷媒を供給して、走行用モータ及びバッテリを冷却することができる。このため、バッテリとして一般的なリチウムイオン電池を用いた車両において、水を使用することによる潜在的な発熱リスクを回避することができる。
Further, the cooling device that cools the traveling motor and the battery uses the
暖房運転時又は除霜運転時には、走行用モータ及びバッテリを冷却すると同時に、温度上昇させたい冷媒の温度を上昇させることができ効果的である。
また、本外部熱交換器3のフィン32は、表面(少なくとも上面)に、撥水性能を持つコート層が設けられているので、このコート層により、フィン32の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン32表面での着霜も生じ難く、フィン32表面での氷結も起こり難い。
At the time of heating operation or defrosting operation, the temperature of the refrigerant to be increased in temperature can be increased at the same time as the traveling motor and the battery are cooled, which is effective.
In addition, since the
また、各フィン32は、走行風やファン7によって形成される外気の流れ方向に向かって後傾斜或いは前傾斜しているので、フィン32の表面に水が付着し難く、また、付着した水滴もフィン32の後縁又は前縁から速やかに滴下しやすい。このような傾斜によって、フィン32の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン32表面での着霜も生じ難く、フィン32表面での氷結も起こり難い。図3,図5に示すように、熱交換をする外気(フレッシュエア)の流れ(水平方向とする)に対して傾斜して設けられている。図3,図5に示す第1例や図4に示す第2例では、外気の流れ方向下流側を上昇させるように外気に向かって前傾斜させているが、図6に示す第3例や、図7に示す第4例のように、外気の流れ方向下流側を下降させるように外気に向かって後傾斜させてもよい。このような傾斜によって、進入する外気が直接当たる面積を増大させるため熱交換性能が向上し、フィン32の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン32の表面での着霜も生じ難く、フィン32表面での氷結も起こり難い。
Further, since each
また、傾斜するフィン本体32a〜32cに、折り曲げ片部33a〜33cが折り曲げ形成され、穴34a〜34cが形成されているので、折り曲げ片部33a〜33cは、進入する外気との接触面積を増大させるため熱交換性能が向上し、穴34a〜34cによってフィン32表面に乗った水滴等も速やかに滴下され、この点からも、フィン32の表面に水が付着し難いので、その分だけフィン32表面での着霜も生じ難く、フィン32表面での氷結も起こり難い。
In addition, since the
図5〜図7に、走行風を白抜きの矢印で示し、フィン32の上に乗った水滴を白丸で示し、その動きを矢印で示しているが、走行風を利用して、水滴を除去する点では、フィン32も折り曲げ片部33も、走行風(外気)に向かって後傾斜している方が、水滴を速やかに除去でき、しかも、走行風に直接あたる面積も増大するので、効果的である。この点からは、図6に示す第3例が最も効果的といえる。
なお、図5(b),図6(b)に示すように、折り曲げ片部33は各フィン32に複数(各変形例では2つ)設けてもよい。
5-7, the running wind is indicated by a white arrow, the water drop on the
In addition, as shown in FIG.5 (b) and FIG.6 (b), you may provide the bending piece part 33 with two or more in each fin 32 (two in each modification).
〔その他〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態を適宜変更して実施することができる。
[Others]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, the said embodiment can be changed suitably and can be implemented.
例えば上記の実施形態では室外機入口および出口に設置した温度センサ、図示しない外気温度センサを用いて除霜運転開始条件の判定を行っているが、制御ロジックを密に行なうために、バイパス流路などに温度センサを追加しても良く、これを制御ロジックの判定条件に用いても良い。
また、切替手段としての開閉弁20,21は単に全閉もしくは全開のみ行なうオンオフ制御でなく、開閉弁の中間開度を用いたPIC制御などを適用しても良い。
For example, in the above embodiment, the defrosting operation start condition is determined using the temperature sensors installed at the inlet and outlet of the outdoor unit and the outside air temperature sensor (not shown). For example, a temperature sensor may be added, and this may be used as a determination condition of the control logic.
Further, the on-off
また、チューブもしくはフィンは、折り曲げ片部や穴がなくても良く、傾斜も必須ではない。折り曲げ片部も実施形態のように平板でなくても良い。
さらに、上記の実施形態では、熱交換器の正面視において、チューブ31を縦方向(鉛直方向)に、フィン32を横方向(水平方向)に配向しているが、本発明にかかるチューブ及びフィンの配向方向はこれに限定されるものではない。チューブが横方向(水平方向)、フィンが縦方向(鉛直方向)でも良い。
Further, the tube or fin may not have a bent piece or a hole, and the inclination is not essential. The bent piece may not be a flat plate as in the embodiment.
Further, in the above embodiment, the
この場合、チューブの主要部(屈曲部以外)の扁平面を走行風に対して前傾斜又は後傾斜させることが好ましい。また、外部熱交換器全体を後傾状態又は前傾状態に傾斜させることにより、チューブの扁平面を水平面に対して後傾斜又は前傾斜させてもよい。この場合、チューブの主要部の扁平面をフィンに対して傾斜させずにフィンの延在方向と直交する方向に向けて形成しても、外部熱交換器全体を傾斜させることによってチューブの扁平面も傾斜することになる。 In this case, it is preferable that the flat surface of the main part (other than the bent part) of the tube is inclined forward or backward with respect to the traveling wind. Further, the flat surface of the tube may be inclined backward or forward with respect to the horizontal plane by inclining the entire external heat exchanger in the backward inclined state or the forward inclined state. In this case, even if the flat surface of the main part of the tube is formed in a direction perpendicular to the extending direction of the fin without being inclined with respect to the fin, the flat surface of the tube is formed by inclining the entire external heat exchanger. Will also be inclined.
また、実施形態では、水滴の付着を防止するため、撥水性能を持つコート層を、フィンの少なくとも1面(特に上向き面)に設けているが、チューブの少なくとも1面(特に上向き面)に設けても良い。特に、チューブが横方向(水平方向)に延在している場合には、チューブの扁平面の上向き面等への水滴の付着を防止するために有効になる。 In the embodiment, a coat layer having water repellency is provided on at least one surface (particularly upward surface) of the fin in order to prevent water droplets from adhering to the tube. It may be provided. In particular, when the tube extends in the lateral direction (horizontal direction), this is effective for preventing the adhesion of water drops to the upward surface of the flat surface of the tube.
1 圧縮機
2 切替弁
3 外部熱交換器(室外機)
3A 冷媒入口
3B 冷媒出口
4 膨張弁
5 内部熱交換器(室内機)
5a ファン
6 アキュムレータ
7 ファン
10 冷媒回路
11〜17 冷媒回路の流路
19 バイパス流路(除霜運転回路)
20,21 切替手段としての開閉弁
22 第1供給路
23 第1戻り路
24 第2供給路
25 第2戻り路
31チューブ
32 フィン
32a〜32c フィン本体
33a〜33c 折り曲げ片部
34a〜34c 穴
41 第1温度センサ(第1冷媒温度検出手段)
42 第2温度センサ(第2冷媒温度検出手段)
50 制御装置としてのエアコンECU
1
20, 21 On-off valve as switching means 22
42 2nd temperature sensor (2nd refrigerant temperature detection means)
50 Air conditioner ECU as control device
Claims (6)
縦方向に並んで複数設けられ冷媒の流通するチューブと、
前記チューブの相互間に横向きに配設されたフィンと、を備え、
前記フィンもしくは前記チューブの少なくとも一面には撥水性能を持つコート層が設けられている
ことを特徴とする、熱交換器。 A heat exchanger equipped with a compressor, an external heat exchanger, an expansion valve, and an internal heat exchanger in a refrigerant circuit as a vehicle heat pump air conditioner as the external heat exchanger,
A plurality of tubes arranged side by side in the longitudinal direction and through which refrigerant flows;
Fins disposed laterally between the tubes, and
A heat exchanger, wherein a coat layer having water repellency is provided on at least one surface of the fin or the tube.
ことを特徴とする、請求項1記載の熱交換器。 2. The heat exchanger according to claim 1, wherein the fin or the tube is inclined backward or forwardly toward an outside air inflow direction.
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the fin or the tube is cut to form a bent piece portion, and a hole is formed by forming the bent piece portion. .
ことを特徴とする、請求項3記載の熱交換器。 4. The heat exchanger according to claim 3, wherein the fin or the tube is inclined backward toward the outside air inflow direction, and the bent piece portion is inclined toward the outside air inflow direction.
前記外部熱交換器として請求項1〜4の何れか1項に記載の熱交換器が用いられている
ことを特徴とする、車両用ヒートポンプ式空調機。 A heat pump air conditioner for a vehicle having a compressor, an external heat exchanger, an expansion valve, and an internal heat exchanger in the refrigerant circuit,
The heat exchanger of any one of Claims 1-4 is used as the said external heat exchanger, The heat pump type air conditioner for vehicles characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする、請求項5記載の車両用ヒートポンプ式空調機。 The bypass channel for supplying a high-pressure refrigerant from the compressor to the external heat exchanger at the time of defrosting operation is provided between the compressor and the external heat exchanger. Item 6. A heat pump air conditioner for a vehicle according to Item 5.
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