JP2014114979A - ヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時において隣り合う熱交換管どうしの間に比較的多くの凝縮水が溜まることを抑制しうるヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器を提供する。
【解決手段】室外熱交換器１は、上下方向に間隔をおいて配置された複数の扁平状熱交換管３と、通風方向にのびる波頂部4a、通風方向にのびる波底部4b、および波頂部4aと波底部4bとを連結する連結部4cよりなりかつ隣り合う熱交換管３どうしの間に配置されたコルゲートフィン４とを備えている。コルゲートフィン４の風上側縁部および風下側縁部のうち少なくとも風下側縁部を熱交換管３よりも風下側に突出させる。上下に隣り合う２つのコルゲートフィン４において、上側コルゲートフィン４の波底部4bと下側コルゲートフィン４の波頂部4aとが平面から見て少なくとも一部分で重複している。
【選択図】図１

Description

この発明は、ヒートポンプ式冷凍サイクルに用いられる室外熱交換器に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図１の上下、左右を上下、左右というものとする。

ハイブリッド自動車や、電気自動車などの比較的廃熱の少ない車両の車両用空調装置に用いられるヒートポンプ式冷凍サイクルとして、図４に示す構成のものが知られている。図４に示すヒートポンプ式冷凍サイクル(30)は、圧縮機(31)、車室外に配置され、かつ冷房時に圧縮機(31)で圧縮された冷媒から熱を放熱して凝縮させるとともに暖房時に減圧された冷媒に受熱させて蒸発させる室外熱交換器(32)、冷房時に室外熱交換器(32)を通過した冷媒を減圧する第１減圧器(33)、車室内に配置されかつ冷房時に第１減圧器(33)で減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータ(34)、車室内に配置されかつ暖房時に圧縮機(31)で圧縮された冷媒から熱を放熱して冷媒を凝縮させる室内熱交換器(35)、および暖房時に室内熱交換器(35)を通過した冷媒を減圧する第２減圧器としての膨張弁(36)を備えており、これらの機器が冷房用配管(37)と暖房用配管(38)と除湿用配管(39)とにより接続されている。室外熱交換器(32)は、暖房時に、膨張弁(36)で減圧された冷媒を蒸発させる。

冷房用配管(37)は、冷房時に冷媒を圧縮機(31)、室内熱交換器(35)、室外熱交換器(32)、第１減圧器(33)およびエバポレータ(34)の間で循環させるものである。暖房用配管(38)は、暖房時に冷媒を圧縮機(31)、室内熱交換器(35)、膨張弁(36)および室外熱交換器(32)の間で循環させるものである。除湿用配管(39)は、除湿時に冷媒を圧縮機(31)、室内熱交換器(35)、膨張弁(36)およびエバポレータ(34)の間で循環させるものである。

上述した３つの配管(37)(38)(39)は共有部分を有しており、全配管(37)(38)(39)における室内熱交換器(35)よりも下流側の部分に冷媒の流れ方向を制御する三方弁(41)が設けられ、冷房用配管(37)における室外側熱交換器(32)の下流側とエバポレータ(34)とを接続する第１配管部分(37a)に冷媒を減圧する機能を有しかつ減圧器(33)となる第１電磁弁が設けられ、暖房用配管(38)における室外側熱交換器(32)の下流側と圧縮機(31)とを接続する第２配管部分(38a)に第２電磁弁(42)が設けられ、暖房用配管(38)および除湿用配管(39)における室内側熱交換器(35)の下流側でかつ三方弁(41)の下流側にレシーバ(43)および冷媒を減圧する膨張弁からなる第２の減圧器(36)が設けられている。そして、三方弁(41)および２つの電磁弁(33)(42)の働きによって、冷媒が、冷房用配管(37)、暖房用配管(38)および除湿用配管(39)のいずれか１つに流れるように切り替えられる。

冷房時には、冷媒は、圧縮機(31)で圧縮された後、室内側熱交換器(35)を通過してから室外側熱交換器(32)で熱を放熱し、ついで第１電磁弁(33)により減圧された後にエバポレータ(34)で熱を奪って蒸発し、その後圧縮機(31)に戻される。暖房時には、冷媒は、圧縮機(31)で圧縮された後に室内側熱交換器(35)で熱を放熱し、ついでレシーバ(43)で気液分離された後に膨張弁(36)により減圧され、ついで室外側熱交換器(32)で熱を奪って蒸発した後に圧縮機(31)に戻される。除湿時には、冷媒は、圧縮機(31)で圧縮された後に室内側熱交換器(35)で熱を放熱し、ついで膨張弁(36)により減圧された後にエバポレータ(34)で熱を奪って蒸発し、その後圧縮機(31)に戻される。

上述したヒートポンプ式冷凍サイクル(30)に用いられる室外熱交換器(32)としては、幅方向を通風方向に向けた状態で上下方向に間隔をおいて配置された複数の扁平状熱交換管と、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなりかつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えており、コルゲートフィンの風上側縁部および風下側縁部のうち少なくとも風上側縁部が熱交換管よりも風上側に突出したものが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の室外熱交換器においては、暖房時に、コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水の下方への排水性が十分ではなく、隣り合う熱交換管どうしの間において比較的多くの凝縮水が溜まり、当該凝縮水が早期に凍結し、通風を阻害する。したがって、凍結した凝縮水を解氷するために、冷房運転時と同様な解氷運転を頻繁に行う必要が生じ、暖房効率が低下する。

特開平８−２９０１６号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、暖房運転時において隣り合う熱交換管どうしの間に比較的多くの凝縮水が溜まることを抑制しうるヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)幅方向を通風方向に向けた状態で上下方向に間隔をおいて配置された複数の扁平状熱交換管と、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなりかつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えたヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器において、
コルゲートフィンの風上側縁部および風下側縁部のうち少なくとも風下側縁部が熱交換管よりも風下側に突出しており、上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部と下側コルゲートフィンの波頂部とが、平面から見て少なくとも一部分で重複しているヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。

2)上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部および下側コルゲートフィンの波頂部の平面から見て重複した部分における熱交換管の長手方向の幅が、前記波底部および波頂部の全幅の２／３以上となっている上記1)記載のヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。

3)上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部の数と、下側コルゲートフィンの波頂部の数とが同一である上記1)または2)記載のヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。

4)上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンおよび下側コルゲートフィンの熱交換管の長手方向の幅が同一であり、上側コルゲートフィンと下側コルゲートフィンとは、その間に配置された熱交換管を中心として上下に線対称となるように配置されている上記3)記載のヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。

5)上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部と下側コルゲートフィンの波頂部との上下方向の間隔が１．４ｍｍ以下であり、かつ熱交換管の厚みと等しくなっている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載のヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。

上記1)〜5)の室外熱交換器によれば、コルゲートフィンの風上側縁部および風下側縁部のうち少なくとも風下側縁部が熱交換管よりも風下側に突出しており、上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部と下側コルゲートフィンの波頂部とが、平面から見て少なくとも一部分で重複しているので、上下に隣り合う２つのコルゲートフィンの上側コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水は、風により熱交換管よりも風下側に突出した部分に移動させられ、熱交換管を経て上下に隣り合う２つのコルゲートフィンの下側コルゲートフィンにおける熱交換管よりも風下側に突出した部分に伝わる。このような動作を繰り返すことによって、コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水が下方に排水され、その結果隣り合う熱交換管どうしの間において比較的多くの凝縮水が溜まって早期に凍結することが抑制される。したがって、冷房運転時と同様な解氷運転を頻繁に行う必要がなく、暖房効率の低下が抑制される。

上記2)〜5)の室外熱交換器によれば、上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水は、上側コルゲートフィンにおける熱交換管よりも風下側に突出した部分から同下側コルゲートフィンにおける熱交換管よりも風下側に突出した部分に効率良く伝わり、コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水を効果的に排水することができる。

上記3)の室外熱交換器によれば、コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水の排水溝かが一層向上する。

上記4)の室外熱交換器によれば、室外熱交換器の製造の際に、同一構成のコルゲートフィンを上下逆向きに交互に配置するだけでよく、作業性が向上する。

この発明による室外熱交換器を示す一部を省略した正面図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図１の室外熱交換器におけるコルゲートフィンの他の配置例を示す図１の部分拡大図に相当する図である。 車両用空調装置のヒートポンプ式冷凍サイクルを示す概略図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１はこの発明によるヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器の全体構成を示し、図２および図３は図１の室外熱交換器の要部の構成を示す。

なお、この実施形態の室外熱交換器においては、図１の紙面表側（図２の左側）から図１の紙面裏側（図２の右側）に向かって風が流れるものとする（図２の矢印参照）。

以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

図１および図２において、ヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器(1)は、長手方向を上下方向に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置された１対のアルミニウム製ヘッダタンク(2)と、長手方向を左右方向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けた状態で、両ヘッダタンク(2)間に上下方向に間隔をおいて配置された複数のアルミニウム製熱交換管(3)と、通風方向にのびる波頂部(4a)、通風方向にのびる波底部(4b)、および波頂部(4a)と波底部(4b)とを連結する連結部(4c)よりなり、かつ隣り合う熱交換管(3)どうしの間に配置されて波頂部(4a)および波底部(4b)が熱交換管(3)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(4)とを備えており、一方のヘッダタンク(2)に流入した冷媒が、すべての熱交換管(3)を通過して、前記一方または他方のヘッダタンク(2)から流出するようになっている。図示の例では、波頂部(4a)および波底部(4b)は横断面円弧状である。

ここで、波頂部(4a)および波底部(4b)とは、隣り合う連結部(4c)どうしの間に跨る部分を意味するものとし、換言すれば、隣り合う連結部(4c)どうしが、波頂部(4a)または波底部(4b)によって連結一体化されていることになる。したがって、波頂部(4a)および波底部(4b)の熱交換管(3)の長手方向（左右方向）の幅は、隣り合う連結部(4c)どうしの間隔となる。

コルゲートフィン(4)の連結部(4c)には、連結部(4c)の幅方向（上下方向）にのびる複数のルーバ(6)が、通風方向に並んで形成されている。

コルゲートフィン(4)の風上側縁部および風下側縁部のうち少なくとも風下側縁部は熱交換管(3)よりも風下側に突出している。この実施形態においては、コルゲートフィン(4)の風上側縁部および風下側縁部が、それぞれ熱交換管(3)の風上側縁部および風下側縁部よりも通風方向外側に突出している。突出部を(5)で示す。上下に隣り合う２つのコルゲートフィン(4)において、上側コルゲートフィン(4)の突出部(5)の波底部(4b)と、下側コルゲートフィン(4)の突出部(5)の波頂部(4a)との上下方向の間隔は１．４ｍｍ以下であることが好ましい。当該間隔は、熱交換管(3)の上下方向の厚みと等しくなっており、熱交換管(3)の厚みによって決められる。

上下に隣り合う２つのコルゲートフィン(4)において、上側コルゲートフィン(4)の波底部(4b)と下側コルゲートフィン(4)の波頂部(4a)とは、平面から見て全体に重複しており、上側コルゲートフィン(4)の波底部(4b)および下側コルゲートフィン(4)の波頂部(4a)の幅方向（左右方向）の中心が一致している。したがって、上側コルゲートフィン(4)の波底部(4b)と下側コルゲートフィン(4)の波頂部(4a)とは、平面から見て少なくとも一部分で重複しており、当該重複部分における熱交換管(3)の長手方向（左右方向）の幅が、波底部(4b)および波頂部(4a)の左右方向の全幅の２／３以上となっている。

図示の例では、隣り合う連結部(4c)どうしを一体化する波頂部(4a)および波底部(4b)は横断面円弧状であって、熱交換管(3)に線接触した状態でろう付されているが、これに限定されるものではなく、波頂部(4a)および波底部(4b)は平坦であって、熱交換管(3)に面接触した状態でろう付されていてもよい。

なお、図３に示すように、上側コルゲートフィン(4)の波底部(4b)と下側コルゲートフィン(4)の波頂部(4a)とは、平面から見て一部分で重複していてもよい。この場合、上側コルゲートフィン(4)の波底部(4b)と下側コルゲートフィン(4)の波頂部(4a)との平面から見た重複部分における熱交換管(3)の長手方向（左右方向）の幅(W1)が、波底部(4b)および波頂部(4a)の左右方向の全幅(W)の２／３以上となっていることが好ましい。換言すれば、上側コルゲートフィン(4)の波底部(4b)および下側コルゲートフィン(4)の波頂部(4a)の幅方向（左右方向）の中心間の距離が、波底部(4b)および波頂部(4a)の左右方向の全幅の１／３以下となっていることが好ましい。

上下に隣り合う２つのコルゲートフィン(4)において、上側コルゲートフィン(4)の波底部(4b)の数と、下側コルゲートフィン(4)の波頂部(4a)の数とが同一であることが好ましい。また、上下に隣り合う２つのコルゲートフィン(4)において、上側コルゲートフィン(4)および下側コルゲートフィン(4)の熱交換管(3)の長手方向（左右方向）の幅が同一であり、上側コルゲートフィン(4)と下側コルゲートフィン(4)とは、その間に配置された熱交換管(3)を中心として上下に線対称となるように配置されていてもよい。

上述した室外熱交換器(1)を備えている図４に示すヒートポンプ式冷凍サイクル(30)において、冬季などの暖房時には、上述したように、冷媒は、圧縮機(31)で圧縮された後に室内側熱交換器(35)で熱を放熱し、ついでレシーバ(43)で気液分離された後に膨張弁(36)により減圧され、ついで室外側熱交換器(1)で熱を奪って蒸発した後に圧縮機(31)に戻されるが、このとき室外熱交換器(1)の熱交換管(3)内を流れる冷媒により冷却されて、コルゲートフィン(4)の表面に凝縮水が発生する。コルゲートフィン(4)の表面に発生した凝縮水は、隣り合う熱交換管(3)どうしの間を通過する風により通風方向下流側に押され、風下側の突出部(5)まで移動させられる。

図２に示すように、上下に隣り合う２つのコルゲートフィン(4)のうち上側コルゲートフィン(4)の風下側突出部(5)まで移動させられた凝縮水(C)は、波底部(4b)から熱交換管(3)を経て下側コルゲートフィン(4)の風下側突出部(5)の波頂部(4a)に伝わる。このような動作を繰り返すことによって、コルゲートフィン(4)の表面に発生した凝縮水(C)が下方に排水され、その結果隣り合う熱交換管(3)どうしの間において比較的多くの凝縮水(C)が溜まって早期に凍結することが抑制される。したがって、冷房運転時と同様な解氷運転を頻繁に行う必要がなくなる。

また、隣り合う熱交換管(3)どうしの間において凝縮水(C)が凍結した場合には、上下に隣り合う２つのコルゲートフィン(4)の風上側突出部(5)間にも氷塊が生じる。そして、解氷運転を行うと、溶け出した凝縮水が、上述した風下側突出部(5)間の場合と同様にして下方に排水される。

この発明によるヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器は、比較的廃熱の少ないハイブリッド自動車や電気自動車の車両用空調装置を構成する冷凍サイクルに好適に用いられる。

(1)：ヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器
(3)：熱交換管
(4)：コルゲートフィン
(4a)：波頂部
(4b)：波底部
(4c)：連結部
(5)：突出部

Claims (5)

1. 幅方向を通風方向に向けた状態で上下方向に間隔をおいて配置された複数の扁平状熱交換管と、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなりかつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えたヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器において、
   コルゲートフィンの風上側縁部および風下側縁部のうち少なくとも風下側縁部が熱交換管よりも風下側に突出しており、上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部と下側コルゲートフィンの波頂部とが、平面から見て少なくとも一部分で重複しているヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。
2. 上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部および下側コルゲートフィンの波頂部の平面から見て重複した部分における熱交換管の長手方向の幅が、前記波底部および波頂部の全幅の２／３以上となっている請求項１記載のヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。
3. 上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部の数と、下側コルゲートフィンの波頂部の数とが同一である請求項１または２記載のヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。
4. 上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンおよび下側コルゲートフィンの熱交換管の長手方向の幅が同一であり、上側コルゲートフィンと下側コルゲートフィンとは、その間に配置された熱交換管を中心として上下に線対称となるように配置されている請求項３記載のヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。
5. 上下に隣り合う２つのコルゲートフィンにおいて、上側コルゲートフィンの波底部と下側コルゲートフィンの波頂部との上下方向の間隔が１．４ｍｍ以下であり、かつ熱交換管の厚みと等しくなっている請求項１〜４のうちのいずれかに記載のヒートポンプ式冷凍サイクル用室外熱交換器。

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