JP2018151127A - ヒートポンプサイクルシステム - Google Patents
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Abstract
Description
<第1実施形態>
はじめに、ヒートポンプサイクルシステムの第1実施形態について説明する。
水冷コンデンサ22は、周知の水−冷媒熱交換器である。水冷コンデンサ22は、第1熱交換部220と、第2熱交換部221とを有している。第1熱交換部220は、圧縮機21と第1減圧器23との間に設けられている。すなわち、第1熱交換部220には、圧縮機21において圧縮された冷媒が流れる。第2熱交換部221は、冷却水循環回路40の途中に設けられている。冷却水循環回路40には、第2熱交換部221の他、ヒータコア41、冷却ポンプ42、及びエンジン43が設けられている。冷却ポンプ42は、エンジン43を冷却するためのエンジン冷却水を二点鎖線の矢印で示されるように、すなわちエンジン43、第2熱交換部221、ヒータコア41の順で循環させる。
冷却水循環回路40では、エンジン43及び第2熱交換部221において加熱された冷媒がヒータコア41を流れることにより、ヒータコア41が加熱される。ヒータコア41は、その内部を流れるエンジン冷却水と、空調ダクト31内を流れる空調用空気との間で熱交換を行うことにより空調用空気を加熱する。したがって、水冷コンデンサ22は、圧縮機21から吐出された冷媒の有する熱をエンジン冷却水及びヒータコア41を介して間接的に空調用空気に放熱させる放熱器として機能している。
膨張弁230は、水冷コンデンサ22の第1熱交換部220から流出した冷媒を減圧して吐出する。膨張弁230は、電力の供給に基づき開度の調整が可能な電動式の膨張弁である。膨張弁230により減圧された冷媒は、第1流路W1を通じて熱交換器24へと流れる。
開閉弁232は、バイパス流路231を開閉する電磁弁である。
熱交換コア部240は、矢印z1,z2で示される方向に所定の隙間を有して積層配置される複数のチューブ240cと、隣り合うチューブ240c,240cの間の隙間に配置されるフィン240dとを有している。本実施形態では、矢印z1で示される方向が鉛直方向上方に相当する。また、矢印z2で示される方向が鉛直方向下方に相当する。以下では、矢印z1で示される方向を「鉛直方向上方」とも称する。また、矢印z2で示される方向を「鉛直方向下方」とも称する。さらに、矢印z1,z2で示される方向を「チューブ積層方向」とも称する。
第1タンク241には、熱交換コア部240の各チューブ240cの一端部が接続されている。第1タンク241の内部には、その内部空間を第1内部空間A11と第2内部空間A12とに区画するセパレータ244が設けられている。第1内部空間A11は、メインコア部240aの各チューブ240cの一端部に接続されている。第2内部空間A12は、サブコア部240bの各チューブ240cの一端部に接続されている。
蒸発器27は、第2減圧器26から吐出される冷媒と、空調ダクト31内を流れる空調用空気との間で熱交換を行うことにより、空調用空気を冷却する熱交換器である。蒸発器27では、空調用空気との熱交換により冷媒が蒸発する。蒸発器27は、第4流路W4を介して、第3流路W3における開閉弁25の下流側の部分に接続されている。したがって、蒸発器27において蒸発した冷媒は、第4流路W4及び第3流路W3を介してアキュームレータ28へと流れる。
ヒートポンプサイクルシステム20は、第1流路W1と第2流路W2とを接続して熱交換器24をバイパスするバイパス流路Wbと、第2流路W2に設けられる逆止弁50とを更に備えている。バイパス流路Wbには、絞り機構29が設けられている。逆止弁50は、第2流路W2におけるバイパス流路Wbとの接続部分よりも下流側に配置されている。逆止弁50は、熱交換器24から第2減圧器26に向かう方向の冷媒の流れを許容しつつ、その逆方向の冷媒の流れを規制する。
空調ダクト31内には、空調用空気が矢印Aで示される方向に流れている。空調ダクト31内には、空気流れ方向Aの上流側から下流側に向かって、蒸発器27、ヒータコア41が順に配置されている。空調ダクト31における蒸発器27の下流側には、ヒータコア41の配置される温風通路33と、ヒータコア41の配置されていない冷風通路34とが設けられている。温風通路33は、蒸発器27を通過した空調用空気をヒータコア41により加熱する空気通路である。冷風通路34は、蒸発器27を通過することにより冷却された空調用空気を、ヒータコア41を迂回させて流す空気通路である。
図3に示されるように、車両用空調装置10は、操作装置60と、センサ群61と、空調ECU62とを備えている。
空調ECU62は、車両用空調装置10を冷房モードで作動させる場合、エアミックスドア32を、図1に一点鎖線で示される第2ドア位置に変位させる。また、空調ECU62は、第1減圧器23の開閉弁232を開状態にするとともに、開閉弁25を閉状態にする。これにより、ヒートポンプサイクルシステム20では、図1に実線の矢印で示されるように冷媒が循環するようになる。すなわち、冷媒は、「圧縮機21→水冷コンデンサ22の第1熱交換部220→第1減圧器23の開閉弁232→熱交換器24→逆止弁50→第2減圧器26→蒸発器27→アキュームレータ28→圧縮機21」の順で循環する。
(b)暖房モード
空調ECU62は、車両用空調装置10を暖房モードで作動させる場合、エアミックスドア32を、図4に実線で示される第1ドア位置に変位させる。また、空調ECU62は、第1減圧器23の開閉弁232を閉状態にするとともに、開閉弁25を開状態にする。さらに、空調ECU62は、第2減圧器26を閉状態にする。これにより、ヒートポンプサイクルシステム20では、図4に実線の矢印で示されるように冷媒が循環するようになる。すなわち、冷媒は、「圧縮機21→水冷コンデンサ22の第1熱交換部220→第1減圧器23の膨張弁230→熱交換器24→アキュームレータ28→圧縮機21」の順で循環する。
(1)熱交換器24が凝縮器として作動している場合、サブコア部240bは、液相冷媒を過冷却する過冷却部として機能する。よって、ヒートポンプサイクルシステム20の冷房性能を確保することができる。また、熱交換器24が蒸発器として作動している場合、メインコア部240a及びサブコア部240bの両方に冷媒が流れるため、冷媒を蒸発させ易くなる。よって、ヒートポンプサイクルシステム20の暖房性能を確保することもできる。
次に、第1実施形態のヒートポンプサイクルシステム20の変形例について説明する。
本変形例の空調ECU62は、車両用空調装置10を除湿暖房モードで更に作動させる。除湿暖房モードは、車室内の暖房及び除湿を行う運転モードである。
さらに、空調ECU62は、ヒートポンプサイクルシステム20の暖房時の目標負荷に応じて第1減圧器23の開閉弁232の開閉させることにより、熱交換器24を凝縮器又は蒸発器として作動させる。
また、空調ECU62は、ヒータコア41に供給されている熱量が不足している場合、第1減圧器23の開閉弁232を閉状態にすることにより、熱交換器24を蒸発器として作動させる。この場合、蒸発器27により空調用空気を除湿することもできる。
次に、ヒートポンプサイクルシステム20の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態のヒートポンプサイクルシステム20との相違点を中心に説明する。
(3)バイパス流路Wbは、熱交換器24に形成されている。より詳しくは、バイパス流路Wbは、第1タンク241のセパレータ244に形成されている。これにより、熱交換器24とは別にバイパス流路Wbが設けられている場合と比較すると、バイパス流路Wbを構成するための配管等が不要となるため、部品点数を削減することができる。
次に、第2実施形態のヒートポンプサイクルシステム20の変形例について説明する。
図9に示されるように、本変形例の熱交換器24では、第1タンク241のセパレータ244を板厚方向に貫通する複数の貫通孔によりバイパス流路Wbが構成されている。このような構成であっても、第2実施形態のヒートポンプサイクルシステム20に類似の作用及び効果を得ることができる。
次に、ヒートポンプサイクルシステム20の第3実施形態について説明する。以下、第2実施形態のヒートポンプサイクルシステム20との相違点を中心に説明する。
(5)熱交換器24が凝縮器として作動している場合、第1タンク241の第1内部空間A11に流入する気相冷媒に含まれる潤滑油がセパレータ244の鉛直方向上方z1の部分に貯まる。この潤滑油は、多孔質体250に形成される微小な空隙を通じて第1タンク241の第2内部空間A12に流入する。一方、気相冷媒は、多孔質体250に形成される微小な空隙を通り抜けることが難しい。すなわち、潤滑油のみを選択的に第1タンク241の第2内部空間A12に、換言すれば第2流路W2に導くことができるため、熱交換器24における冷媒の凝縮性能の低下を抑制することができる。
次に、ヒートポンプサイクルシステム20の第4実施形態について説明する。以下、第1実施形態のヒートポンプサイクルシステム20との相違点を中心に説明する。
第1連通路263の一端部には、第1接続口261が形成されている。第1接続口261には、第1流路W1が接続される。第1連通路263の他端部は、第1タンク241の第1内部空間A11に連通されている。すなわち、第1連通路263は、第1接続口261と第1タンク241の第1内部空間A11とを連通させる冷媒流路である。第1連通路263の途中には、第1接続口261から鉛直方向上方z1に向かってに屈曲する屈曲部263aが形成されている。
(8)第1実施形態の第1コネクタ部245及び第2コネクタ部246を一つのコネクタ部260にまとめることができるため、部品点数を削減することができる。また、コネクタ部260にバイパス流路Wbが設けられているため、バイパス流路Wbを構成するための別途の配管等が不要である。この点でも部品点数の削減が図られている。
次に、第4実施形態のヒートポンプサイクルシステム20の変形例について説明する。
図13に示されるように、本変形例の熱交換器24では、バイパス流路Wbに多孔質体250が設けられている。このような構成によれば、第3実施形態の(5)及び(6)に示される作用及び効果に類似の作用及び効果を得ることができる。
次に、ヒートポンプサイクルシステム20の第4実施形態について説明する。以下、第4実施形態のヒートポンプサイクルシステム20との相違点を中心に説明する。
熱交換器24が蒸発器として作動している場合、コネクタ部260の第1連通路263には気相冷媒及び液相冷媒が流れている。このとき、第1タンク241の第1内部空間A11の内圧から第2内部空間A12の内圧を減算した差圧に基づき弁体267に働く力が、スプリング268の弾性力に基づき弁体267に働く力よりも小さければ、弁体267はスプリング268の弾性力によりストッパ部266aに接触した状態となる。すなわち、弁体267は、挿入穴265の底面265aから離座した開状態となる。したがって、第1連通路263を流れる液相冷媒が挿入穴265及びバイパス流路Wbを通じて第1タンク241の第2内部空間A12に流れる。よって、サブコア部240bに液相冷媒が流れ易くなるため、熱交換器24における冷媒の蒸発性能を向上させることができる。
(9)バイパス流路Wbには、バイパス流路Wbを開閉させる弁体267と、弁体267を開状態となるように付勢するスプリング268とが設けられている。弁体267は、第1タンク241の第1内部空間A11の内圧から第2内部空間A12の内圧を減算した差圧に基づき作用する力がスプリング268の付勢力を超えることに基づき閉状態になる。これにより、熱交換器24における冷媒の蒸発性能を向上させることができるとともに、凝縮性能の低下を抑制することもできる。
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第1実施形態のヒートポンプサイクルシステム20では、バイパス流路Wbに絞り機構29が設けられていなくてもよい。
・空調ECU62が提供する手段及び/又は機能は、実体的な記憶装置に記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えば空調ECU62がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により提供することができる。
A12:第2内部空間
W1:第1流路
W2:第2流路
W3:第3流路
Wb:バイパス流路
20:ヒートポンプサイクルシステム
21:圧縮機
22:水冷コンデンサ(放熱器)
23:第1減圧器
24:熱交換器
25:開閉弁
26:第2減圧器
27:蒸発器
28:アキュームレータ
29:絞り機構
240a:メインコア部
240b:サブコア部
241:タンク
243:貯液部
244:セパレータ
250:多孔質体
260:コネクタ部
261:第1接続口
262:第2接続口
263:第1連通路
263a:屈曲部
264:第2連通路
267:弁体
268:スプリング(付勢部材)
Claims (10)
- 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(21)と、
前記圧縮機から吐出される冷媒の有する熱を、空調対象空間に吹き出される空調用空気に放熱させる放熱器(22)と、
前記放熱器から流出した冷媒を減圧させることの可能な第1減圧器(23)と、
前記第1減圧器を通過した冷媒が第1流路(W1)を介して一端部から流入するメインコア部(240a)、前記メインコア部の他端部から流出する液相冷媒を貯める貯液部(243)、及び前記貯液部に接続されるサブコア部(240b)を有し、前記メインコア部及び前記サブコア部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う熱交換器(24)と、
前記サブコア部から第2流路(W2)を介して流出する冷媒を減圧させる第2減圧器(26)と、
前記第2減圧器から流出する冷媒と前記空調用空気との間で熱交換を行うことにより、前記空調用空気を冷却するとともに、前記冷媒を蒸発させる蒸発器(27)と、
前記蒸発器を通過した冷媒を気相冷媒及び液相冷媒に分離して蓄えるとともに、分離された気相冷媒が前記圧縮機に吸入されるアキュームレータ(28)と、
前記第1流路及び前記第2流路を接続し、前記熱交換器をバイパスするバイパス流路(Wb)と、
前記貯液部及び前記アキュームレータを接続する第3流路(W3)と、
前記第3流路を開閉させる開閉弁(25)と、
を備えるヒートポンプサイクルシステム。 - 前記バイパス流路は、
前記熱交換器に形成されている
請求項1に記載のヒートポンプサイクルシステム。 - 前記熱交換器は、
前記メインコア部及び前記サブコア部のそれぞれの一端部に接続されるタンク(241)を更に有し、
前記タンクは、
その内部空間を、前記メインコア部及び前記第1流路に連通される第1内部空間(A11)と、前記サブコア部及び前記第2流路に連通される第2内部空間(A12)とに区画するセパレータ(244)を有し、
前記バイパス流路は、
前記セパレータに形成されている
請求項2に記載のヒートポンプサイクルシステム。 - 前記サブコア部を構成する複数のチューブのそれぞれの一端部は、
前記バイパス流路を流れる冷媒の流れ方向に前記バイパス流路を投影した領域に重なるように配置されている
請求項3に記載のヒートポンプサイクルシステム。 - 前記第2内部空間に配置される多孔質体(250)を更に備え、
前記多孔質体の一端部は、
前記バイパス流路に挿入されている
請求項3又は4に記載のヒートポンプサイクルシステム。 - 前記熱交換器は、
前記メインコア部及び前記サブコア部のそれぞれの一端部に接続されるタンク(241)と、
前記第1流路が接続される第1接続口(261)、及び前記第2流路が接続される第2接続口(262)が一体的に形成されたコネクタ部(260)と、を更に有し、
前記バイパス流路は、
前記コネクタ部に形成されている
請求項1に記載のヒートポンプサイクルシステム。 - 前記タンクは、
その内部空間を、前記メインコア部及び前記第1流路に連通される第1内部空間(A11)と、前記サブコア部及び前記第2流路に連通される第2内部空間(A12)とに区画するセパレータ(244)を有し、
前記コネクタ部は、
前記第1接続口及び前記第1内部空間を連通させるとともに、屈曲部(263a)が形成される第1連通路(263)と、
前記第2接続口及び前記第2内部空間を連通させる第2連通路(264)と、を有し、
前記バイパス流路は、
前記第1連通路の前記屈曲部と前記第2内部空間とを連通するように形成されている
請求項6に記載のヒートポンプサイクルシステム。 - 前記バイパス流路に配置される多孔質体(250)を更に備える
請求項1,2,6,7のいずれか一項に記載のヒートポンプサイクルシステム。 - 前記バイパス流路には、絞り機構(29)が設けられている
請求項1に記載のヒートポンプサイクルシステム。 - 前記熱交換器は、
前記メインコア部及び前記サブコア部のそれぞれの一端部に接続されるタンク(241)を更に有し、
前記タンクは、
その内部空間を、前記メインコア部及び前記第1流路に連通される第1内部空間(A11)と、前記サブコア部及び前記第2流路に連通される第2内部空間(A12)とに区画するセパレータ(244)を有し、
前記バイパス流路には、
前記バイパス流路を開閉させる弁体(267)と、
前記弁体を開状態となるように付勢する付勢部材(268)と、が設けられ、
前記弁体は、
前記第1内部空間の内圧から前記第2内部空間の内圧を減算した差圧に基づき作用する力が前記付勢部材の付勢力を超えることに基づき閉状態になる
請求項1に記載のヒートポンプサイクルシステム。
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