JP2020190378A - 熱交換器およびこれを用いたヒートポンプ式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器に好適に使用され、冷房時および暖房時の圧損の増大および熱交換性能の低下を抑制しうる熱交換器を提供する。【解決手段】ヒートポンプ式冷凍サイクル１の室外熱交換器４の第１ヘッダタンク31が、冷媒入口36を通して冷媒が流入する第１ヘッダ部38と、第１ヘッダ部38に隣接した第２ヘッダ部39とを有し、第２ヘッダタンク32が第１ヘッダ部38および第２ヘッダ部39に通じる熱交換管33が通じる第３ヘッダ部41を有する。第１ヘッダ部38と第２ヘッダ部39との間に、両ヘッダ部38,39間を区画する可動仕切部材43を、第１ヘッダタンク31の長手方向に移動自在に配置する。可動仕切部材43が第１ヘッダタンク31の長手方向に移動することにより、第１ヘッダ部38および第２ヘッダ部39に通じる熱交換管33の数が変わる。【選択図】図２

Description

この発明は、熱交換器およびこれを用いたヒートポンプ式冷凍サイクルに関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図２および図５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を構成するヒートポンプ式冷凍サイクルとして、圧縮機と、車室外に配置され、かつ冷房時に圧縮機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熱を受熱させて蒸発させる室外熱交換器と、車室内に配置されかつ冷房時に減圧された冷媒に熱を受熱させて蒸発させる室内エバポレータと、車室内に配置されかつ暖房時に圧縮機で圧縮された冷媒から熱を放熱して凝縮させる室内コンデンサとを備えており、室外熱交換器が、空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部と、 メインコア部を通過した冷媒が流入するレシーバタンクと、 レシーバタンクを通過した冷媒を空気との熱交換により過冷却するサブクールコア部とを有し、メインコア部およびサブクールコア部が、上下方向に離間して配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間において上下方向に延びるように配置されかつ両ヘッダタンクを通じさせる複数の熱交換管と、隣り合う熱交換管間に設けられたフィンと、メインコア部、レシーバタンク、サブクールコア部の順番に冷媒を通過させる第１の流路と、 第１の流路と反対方向または同一方向にメインコア部のみに冷媒を通過させる第２の流路とを備えており、上側ヘッダタンクにメインコア部に通じ、かつ冷房時冷媒入口と暖房時冷媒出口を兼ねた冷媒流通口が形成され、下側ヘッダタンクにサブクールコア部に通じる冷房時冷媒出口およびメインコア部に通じる暖房時冷媒入口が形成され、第１の流路が冷媒流通口と冷房時冷媒出口との間に設けられ、第２の流路が暖房時冷媒入口と冷媒流通口との間に設けられているヒートポンプ式冷凍サイクルが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１記載のヒートポンプ式冷凍サイクルにおいては、冷房時の冷房時冷媒入口および冷房時冷媒出口と、暖房時の暖房時冷媒入口および暖房時冷媒出口とを切り替えることによって、冷房時に、前記室外熱交換器における前記第１の流路に冷媒を流通させて圧縮機で圧縮された冷媒から熱を放熱して凝縮させ、暖房時に、前記室外熱交換器における前記第２の流路に冷媒を流通させて減圧された冷媒に熱を受熱させて蒸発させることによって、冷房時および暖房時の熱交換性能の低下、ならびに冷房時および暖房時に室外熱交換器を冷媒が通過する際の圧損の増大を抑制している。

特開２０１３−２３１５７３号公報

しかしながら、特許文献１記載のヒートポンプ式冷凍サイクルにおいては、室外熱交換器の構成が複雑になるという問題がある。しかも、冷房時の冷媒の流れ方向および暖房時の冷媒の流れ方向を逆向きにするとともに、冷房時に冷媒が流れる部分と暖房時に冷媒が流れる部分とを変更する必要があり、そのための機構の構成や配管の構成が複雑になってヒートポンプ式冷凍サイクル全体の構成も複雑になるという問題がある。

この発明の目的は、上記問題を解決し、ヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器として使用した場合に、冷房時および暖房時において冷媒の流れ方向を変えることなく、冷媒が流れる際の圧損の増大および熱交換性能の低下を抑制しうるとともに、ヒートポンプ式冷凍サイクル全体の構成が簡易になる熱交換器およびこれを用いたヒートポンプ式冷凍サイクル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)長手方向を上下方向に向けるとともに左右方向に間隔をおいて配置された第１ヘッダタンクおよび第２ヘッダタンクと、長手方向を左右方向に向けた状態で両ヘッダタンク間に上下方向に間隔をおいて配置され、かつ左右両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の熱交換管とを備えており、冷媒が流入する冷媒入口および冷媒が流出する冷媒出口が１つずつ形成されている熱交換器であって、
第１ヘッダタンクが、冷媒入口を通して冷媒が流入する第１ヘッダ部と、第１ヘッダ部に対して第１ヘッダタンクの長手方向に隣接した第２ヘッダ部とを有し、第２ヘッダタンクが、一端部において第１ヘッダ部および第２ヘッダ部に通じる熱交換管の他端部が通じる第３ヘッダ部を有しており、第１ヘッダタンクにおける第１ヘッダ部と第２ヘッダ部との間の部分に、両ヘッダ部間を区画する可動仕切部材が、第１ヘッダタンクの長手方向に移動自在に配置され、可動仕切部材が、第１ヘッダ部の長さが長くなる第１方向と、当該第１方向とは反対側の第２方向とに移動し、これにより第１ヘッダ部および第２ヘッダ部に通じる熱交換管の数が変わるようになされている熱交換器。

2)第１ヘッダタンクに、前記第１方向に移動させられた可動仕切部材に当接して可動仕切部材の移動を阻止する第１ストッパと、前記第２方向に移動させられた可動仕切部材に当接して可動仕切部材の移動を阻止する第２ストッパと、可動仕切部材を、常に第２方向に付勢する付勢手段とが設けられており、第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも大きくなった際に、可動仕切部材が前記第１方向に移動させられて第１ストッパに当接し、第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも小さくなった際に、可動仕切部材が前記第２方向に移動させられて第２ストッパに当接するようになされている上記1)記載の熱交換器。

3)第２ヘッダタンクの第３ヘッダ部に、第１ヘッダ部から熱交換管を通って第３ヘッダ部に流入するとともに、第３ヘッダ部から熱交換管を通って第２ヘッダ部に流出する冷媒の流れに抵抗を付与する抵抗付与手段が設けられている上記1)または2)記載の熱交換器。

4)抵抗付与手段が絞りからなる上記3)記載の熱交換器。

5)第１ストッパおよび第２ストッパが、貫通状の冷媒通過穴が形成された板状体からなる上記2)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

6)第１ストッパの第１ヘッダ部側を向いた面における冷媒通過穴の周囲の部分に、可動仕切部材が第１ストッパに当接した際に両者間を密封するシール部材が配置され、第２ストッパの第２ヘッダ部側を向いた面における冷媒通過穴の周囲の部分に、可動仕切部材が第２ストッパに当接した際に両者間を密封するシール部材が配置されている上記5)記載の熱交換器。

7)圧縮機と、車室外に配置され、かつ冷房時に圧縮機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熱を受熱させて蒸発させる室外熱交換器と、冷房時に室外熱交換器を通過した冷媒を減圧する第１減圧器と、車室内に配置されかつ冷房時に第１減圧器で減圧された冷媒に熱を受熱させて蒸発させる室内エバポレータと、車室内に配置されかつ暖房時に圧縮機で圧縮された冷媒から熱を放熱して凝縮させる室内コンデンサと、暖房時に圧縮機で圧縮されて室内コンデンサを通過した冷媒を減圧する第２減圧器とを備えており、室外熱交換器が、上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の熱交換器からなり、冷房時および暖房時に冷媒が室外熱交換器の冷媒入口から第１ヘッダ部内に流入するようになされているヒートポンプ式冷凍サイクル。

8)室外熱交換器が、上記2)〜6)のうちのいずれかに記載の熱交換器からなり、付勢手段の付勢力が、冷房時における第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも大きくなり、暖房時における第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも小さくなるように設定されている上記7)記載のヒートポンプ式冷凍サイクル。

上記1)〜6)の熱交換器によれば、第１ヘッダタンクが、冷媒入口を通して冷媒が流入する第１ヘッダ部と、第１ヘッダ部に対して第１ヘッダタンクの長手方向に隣接した第２ヘッダ部とを有し、第２ヘッダタンクが、一端部において第１ヘッダ部および第２ヘッダ部に通じる熱交換管の他端部が通じる第３ヘッダ部を有しており、第１ヘッダタンクにおける第１ヘッダ部と第２ヘッダ部との間の部分に、両ヘッダ部間を区画する可動仕切部材が、第１ヘッダタンクの長手方向に移動自在に配置され、可動仕切部材が、第１ヘッダ部の長さが長くなる第１方向と、当該第１方向とは反対側の第２方向とに移動し、これにより第１ヘッダ部および第２ヘッダ部に通じる熱交換管の数が変わるようになされているので、この熱交換器を、上記7)のヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器に使用した場合、冷房時には、可動仕切部材が第１ヘッダ部の長さが長くなる第１方向に移動すると、第１ヘッダ部に通じる熱交換管の数が増加することによって、熱交換性能の低下が抑制されるとともに、冷媒が熱交換器内を流れる際の圧損の増大が抑制される。一方、暖房時には、可動仕切部材が第１ヘッダ部の長さが短くなる第２方向に移動すると、第１ヘッダ部に通じる熱交換管の数が減少することによって、熱交換性能の低下が抑制されるとともに、冷媒が熱交換器内を流れる際の圧損の増大が抑制される。したがって、特許文献１記載のヒートポンプ式冷凍サイクルのように、冷房時の冷房時冷媒入口および冷房時冷媒出口と、暖房時の暖房時冷媒入口および暖房時冷媒出口とを切り替える機構や、室外熱交換器内での冷媒の流れ方向を逆向きにする機構および配管が不要になる。しかも、熱交換器自体の構成も簡易になる。

上記2)の熱交換器によれば、第１ストッパおよび第２ストッパの位置と、付勢手段の付勢力とを適切に設定することにより、冷房時に第１ヘッダ部に通じる熱交換管の数および暖房時に第１ヘッダ部に通じる熱交換管の数を、圧損の増大抑制や熱交換性能の低下を抑制するための適正数にすることが可能になる。

上記3)の熱交換器によれば、冷房時に、第１ヘッダ部内の圧力と第２ヘッダ部内の圧力との圧力差がつきやすくなる。

上記4)の熱交換器によれば、抵抗付与手段の構成が簡易になる。

上記5)の熱交換器によれば、冷房時に可動仕切部材が第１ストッパに当接した際の第１ヘッダ部内での冷媒の流れ、および暖房時に可動仕切部材が第２ストッパに当接した際の第２ヘッダ部内での冷媒の流れに支障を来すことがない。

上記6)の熱交換器によれば、冷房時および暖房時のいずれにおいても第１ヘッダ部から第２ヘッダ部への冷媒のショートカットが防止される。

上記7)および8)のヒートポンプ式冷凍サイクルによれば、冷房時には高圧の気相冷媒が冷媒入口を通って第１ヘッダタンクの第１ヘッダ部内に流入し、暖房時には低圧の液相冷媒が冷媒入口を通って第１ヘッダタンクの第１ヘッダ部内に流入する。

そして、冷房時には、第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも大きくなるので、両者の差により可動仕切部材が第１ヘッダ部の長さが長くなる第１方向に移動し、第１ヘッダ部に通じる熱交換管の数が増加することによって、熱交換性能の低下が抑制されるとともに、冷媒が熱交換器内を流れる際の圧損の増大が抑制される。一方、暖房時には、第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも小さくなるので、両者の差により可動仕切部材が第１ヘッダ部の長さが短くなる第２方向に移動し、第１ヘッダ部に通じる熱交換管の数が減少することによって、熱交換性能の低下が抑制されるとともに、冷媒が熱交換器内を流れる際の圧損の増大が抑制される。したがって、特許文献１記載のヒートポンプ式冷凍サイクルのように、冷房時の冷房時冷媒入口および冷房時冷媒出口と、暖房時の暖房時冷媒入口および暖房時冷媒出口とを切り替える機構や、室外熱交換器内での冷媒の流れ方向を逆向きにする機構および配管が不要になる。しかも、熱交換器自体の構成も簡易になる。

上記8)のヒートポンプ式冷凍サイクルによれば、第１ストッパおよび第２ストッパの位置と、付勢手段の付勢力とを適切に設定することにより、冷房時に第１ヘッダ部に通じる熱交換管の数および暖房時に第１ヘッダ部に通じる熱交換管の数を、圧損の増大抑制や熱交換性能の低下を抑制するための適正数にすることが可能になる。

この発明による熱交換器がヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器に使用されている車両用空調装置を示す概略図である。 図１の車両用空調装置が冷房運転された際の室外熱交換器の全体構成を示す正面図である。 図２の室外熱交換器の第１ヘッダタンクの一部およびその近傍部分を拡大して示す正面から見た垂直断面図である。 図２の室外熱交換器の第２ヘッダタンクの一部およびこれに接続された熱交換管の一部を示す一部切り欠き斜視図である。 図１の車両用空調装置が暖房運転された際の室外熱交換器の全体構成を示す正面図である。 図５の室外熱交換器の一部を拡大して示す正面から見た垂直断面図である。

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はこの発明による熱交換器をヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器に適用した車両用空調装置を概略的に示す。図２は図１の車両用空調装置が冷房運転された際の室外熱交換器の全体構成を示し、図３および図４は図２の室外熱交換器の要部の構成を示す。図５は図１の車両用空調装置が暖房運転された際の室外熱交換器の全体構成を示し、図６は図５の室外熱交換器の要部の構成を示す。

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において、ハイブリッド自動車や電気自動車に好適に用いられる車両用空調装置は、ヒートポンプ式冷凍サイクル(1)と空調ケース(2)とを備えている。

ヒートポンプ式冷凍サイクル(1)は、圧縮機(3)と、車室外に配置され、かつ冷房時に圧縮機(3)で圧縮された冷媒から熱を放熱させるとともに暖房時に減圧された冷媒に熱を受熱させて蒸発させる室外熱交換器(4)と、車室内に配置され、かつ暖房時に圧縮機(3)で圧縮された冷媒から熱を放熱させる室内コンデンサ(5)と、冷房時に室外熱交換器(4)を通過した冷媒を減圧する第１減圧器としての膨張弁(6)と、車室内に配置され、かつ冷房時に膨張弁(6)で減圧された冷媒に熱を受熱させて蒸発させる室内エバポレータ(7)と、暖房時に室内コンデンサ(5)を通過した冷媒を減圧する第２減圧器としての固定絞り弁(8)と、固定絞り弁(8)と並列に設けられ、かつ冷房時に固定絞り弁(8)への冷媒の流れを阻止するとともに暖房時に固定絞り弁(8)のみに冷媒が流れるようにする開閉弁(9)と、冷房時に室内エバポレータ(7)を通過した冷媒を気液２相に分離するとともに、暖房時に室外熱交換器(4)を通過した冷媒を気液２相に分離する気液分離器(10)とを備えており、これらの機器が配管(11)により接続されている。

配管(11)における室外熱交換器(4)の冷媒流出側と気液分離器(10)の冷媒流入側との間には、冷房時のみに冷媒が流れる第１冷房時冷媒流通部(12)、および暖房時のみに冷媒が流れる第１暖房時冷媒流通部(13)が並列状に設けられており、第１冷房時冷媒流通部(12)に膨張弁(6)および室内エバポレータ(7)が配置されている。室外熱交換器(4)から流出した冷媒が第１冷房時冷媒流通部(12)と第１暖房時冷媒流通部(13)とに分流する部分には三方弁(14)が設けられている。また、配管(11)における室内コンデンサ(5)の冷媒流出側と室外熱交換器(4)の冷媒流入側との間には、冷房時のみに冷媒が流れる第２冷房時冷媒流通部(15)、および暖房時のみに冷媒が流れる第２暖房時冷媒流通部(16)が並列状に設けられており、第２冷房時冷媒流通部(15)に開閉弁(9)が設けられ、第２暖房時冷媒流通部(16)に固定絞り弁(8)が設けられている。

したがって、配管(11)は、開閉弁(9)および三方弁(14)の働きによって、冷房時に冷媒を圧縮機(3)、室内コンデンサ(5)、室外熱交換器(4)、膨張弁(6)、室内エバポレータ(7)および気液分離器(10)の間の冷房用回路で循環させ、暖房時に冷媒を圧縮機(3)、室内コンデンサ(5)、固定絞り弁(8)、室外熱交換器(4)および気液分離器(10)の間の暖房用回路で循環させる。

冷房時には、冷媒は、圧縮機(3)で圧縮されて室内コンデンサ(5)を通過した後に室外熱交換器(4)に送られ、室外熱交換器(4)で熱を放熱して凝縮し、ついで膨張弁(6)により減圧された後に室内エバポレータ(7)で熱を奪って蒸発し、ついで気液分離器(10)で気液分離された後に圧縮機(3)に戻される（図１破線矢印参照）。暖房時には、冷媒は、圧縮機(3)で圧縮された後に室内コンデンサ(5)で熱を放熱して凝縮し、ついで固定絞り弁(8)により減圧された後に室外熱交換器(4)で熱を奪って蒸発し、ついで気液分離器(10)で気液分離された後に圧縮機(3)に戻される（図１実線矢印参照）。

空調ケース(2)は、車室内空気と車室外空気とが適当な比率（０〜１００％）で導入される空気導入部(20)と、空気導入部(20)に連なって設けられた空気通路(21)と、空気通路(21)から分岐して互いに並列状に設けられた第１分岐通路(22)および第２分岐通路(23)とを備えている。空気導入部(20)に送風機(24)が配置され、空気通路(21)に室内エバポレータ(7)が配置され、第２分岐通路(23)に室内コンデンサ(5)が配置されている。また、空調ケース(2)に、第１分岐通路(22)および第２分岐通路(23)の上流端を開閉し、室内エバポレータ(7)を通過した後第１分岐通路(22)を流れる空気量と、室内エバポレータ(7)を通過した後第２分岐通路(23)を流れる空気量とを調節するダンパ(25)が設けられている。

そして、上述した車両用空調装置におけるヒートポンプ式冷凍サイクル(1)の室外熱交換器(4)として、本発明の熱交換器が用いられている。

図２および図５に示すように、室外熱交換器(4)は、長手方向を上下方向に向けるとともに左右方向に間隔をおいて配置されたアルミニウム製第１ヘッダタンク(31)およびアルミニウム製第２ヘッダタンク(32)と、幅方向を通風方向（図２および図５の紙面表裏方向）に向けるとともに長手方向を左右方向に向けた状態で両ヘッダタンク(31)(32)間に上下方向に間隔をおいて配置され、かつ左右両端部が両ヘッダタンク(31)(32)に接続された複数のアルミニウム製扁平状熱交換管(33)と、隣り合う熱交換管(33)どうしの間および上下両端の熱交換管(33)の外側に配置されて熱交換管(33)にろう材により接合されたアルミニウム製コルゲートフィン(34)と、上下両端のコルゲートフィン(34)の外側に配置されてコルゲートフィン(34)にろう材により接合されたアルミニウム製サイドプレート(35)とを備えており、冷媒入口(36)および冷媒出口(37)を１つずつ備えている。以下、ろう材による接合をろう付というものとする。

右側の第１ヘッダタンク(31)の上端部に、冷房時に圧縮機(3)により圧縮された高圧の冷媒が流入するとともに、暖房時に固定絞り弁(8)により減圧された低圧の冷媒が流入する冷媒入口(36)が形成され、左側の第２ヘッダタンク(32)の下端部に、冷房時に冷媒が膨張弁(6)に向かって流出するとともに、暖房時に冷媒が気液分離器(10)に向かって流出する冷媒出口(37)が形成されている。

第１ヘッダタンク(31)は、上端側に設けられかつ冷媒入口(36)を通して冷媒が流入する第１ヘッダ部(38)と、第１ヘッダ部(38)に対して第１ヘッダタンク(31)の長手方向下側に隣接した第２ヘッダ部(39)とを有する。第２ヘッダタンク(32)は、右端部において第１ヘッダ部(38)および第２ヘッダ部(39)に通じる熱交換管(33)の左端部が通じる第３ヘッダ部(41)と、第３ヘッダ部(41)に対して第２ヘッダタンク(32)の長手方向下側に隣接し、かつ右端部において第２ヘッダ部(39)に通じる熱交換管(33)の左端部が通じるとともに冷媒出口(37)を通して冷媒が流出する第４ヘッダ部(42)とを有する。

図２、図３、図５および図６に示すように、第１ヘッダタンク(31)における第１ヘッダ部(38)と第２ヘッダ部(39)との間の部分に、両ヘッダ部(38)(39)間を区画する可動仕切部材(43)が、第１ヘッダタンク(31)の長手方向に移動自在に配置されており、可動仕切部材(43)が、第１ヘッダ部(38)の長さが長くなる第１方向（下方）と、当該第１方向とは反対側の第２方向（上方）とに移動し、これにより両ヘッダ部(38)(39)に通じる熱交換管(33)の数が変わるようになされている。

第１ヘッダタンク(31)に、前記第１方向に移動させられた可動仕切部材(43)に当接して可動仕切部材(43)の第１方向への移動を阻止する第１ストッパ(44)と、前記第２方向に移動させられた可動仕切部材(43)に当接して可動仕切部材(43)の第２方向への移動を阻止する第２ストッパ(45)と、可動仕切部材(43)を、常に第２方向に付勢する付勢手段としての圧縮コイルばね(46)とが設けられている。

第１ストッパ(44)および第２ストッパ(45)は、それぞれ貫通状の冷媒通過穴(44a)(45a)が形成された板状体からなり、第１ストッパ(44)の第１ヘッダ部(38)側を向いた面（上面）における冷媒通過穴(44a)の周囲の部分に、可動仕切部材(43)が第１ストッパ(44)に当接した際に両者間を密封するシール部材(47)が配置され、第２ストッパ(45)の第２ヘッダ部(39)側を向いた面（下面）における冷媒通過穴(45a)の周囲の部分に、可動仕切部材(43)が第２ストッパ(45)に当接した際に両者間を密封するシール部材(48)が配置されている。圧縮コイルばね(46)は、第１ヘッダタンク(31)の第２ヘッダ部(39)内における第２ストッパ(45)よりも下方の部分に固定されたばね受け(49)と、可動仕切部材(43)との間に配置されている。ばね受け(49)は環状であり、冷媒通過部(49a)を有する。

圧縮コイルばね(46)の付勢力は、冷房時における第１ヘッダ部(38)内の圧力と第２ヘッダ部(39)内の圧力との差よりも小さく、暖房時における第１ヘッダ部(38)内の圧力と第２ヘッダ部(39)内の圧力との差よりも大きくなるように設定されており、冷房時において第１ヘッダ部(38)内の圧力が、第２ヘッダ部(39)内の圧力と圧縮コイルばね(46)の付勢力との和よりも大きくなった際に可動仕切部材(43)が前記第１方向に移動して第１ストッパ(44)に当接し、暖房時において第１ヘッダ部(38)内の圧力が、第２ヘッダ部(39)内の圧力と圧縮コイルばね(46)の付勢力との和よりも小さくなった際に可動仕切部材(43)が前記第２方向に移動して第２ストッパ(45)に当接する。

可動仕切部材(43)が第１ストッパ(44)に当接した際には、第１ヘッダ部(38)の長さが長くなって右端部が第１ヘッダ部(38)に通じる熱交換管(33)の数が多くなるとともに、第２ヘッダ部(39)の長さが短くなって右端部が第１ヘッダ部(38)に通じる熱交換管(33)の数が少なくなり、可動仕切部材(43)が第２ストッパ(45)に当接した際には、第１ヘッダ部(38)の長さが短くなって右端部が第１ヘッダ部(38)に通じる熱交換管(33)の数が少なくなるとともに、第２ヘッダ部(39)の長さが長くなって右端部が第１ヘッダ部(38)に通じる熱交換管(33)の数が多くなる。

第２ヘッダタンク(32)の第３ヘッダ部(41)と第４ヘッダ部(42)との間の部分に、両ヘッダ部(41)(42)間を区画する仕切部材(51)が固定されている。第２ヘッダタンク(32)の第３ヘッダ部(41)内に、第１ヘッダ部(38)から熱交換管(33)を通って第３ヘッダ部(41)に流入するとともに、第３ヘッダ部(41)から熱交換管(33)を通って第２ヘッダ部(39)に流出する冷媒の流れに抵抗を付与する抵抗付与手段としての絞り(52)が固定されている（図４参照）。絞り(52)は、可動仕切部材(43)が第２ストッパ(45)に当接した際に第１ヘッダ部(38)に通じる全熱交換管(33)のうちの下端の熱交換管(33)よりも下方で、可動仕切部材(43)が第２ストッパ(45)に当接した際に第２ヘッダ部(39)に通じる全熱交換管(33)のうちの上端の熱交換管(33)よりも上方に配置されている。

そして、右端部が第１ヘッダ部(38)に通じるとともに左端部が第３ヘッダ部(41)に通じる複数の熱交換管(33)により、冷媒が第１ヘッダ部(38)から第３ヘッダ部(41)に流れる第１熱交換パス(P1)が構成され、左端部が第３ヘッダ部(41)に通じるとともに右端部が第２ヘッダ部(39)に通じる複数の熱交換管(33)により、冷媒が第３ヘッダ部(41)から第２ヘッダ部(39)に流れる第２熱交換パス(P2)が構成され、右端部が第２ヘッダ部(39)に通じるとともに左端部が第４ダ部に通じる複数の熱交換管(33)により、冷媒が第２ヘッダ部(39)から第４ヘッダ部(42)に流れる第３熱交換パス(P3)が構成されている。

上述した構成の車両用空調装置において、車室内の冷房時には、ヒートポンプ式冷凍サイクル(1)では、開閉弁(9)および三方弁(14)の働きにより冷媒が、配管(11)の上述した冷房用回路に流される（図１破線矢印参照）。また、空調ケース(2)では、図１に破線で示すように、ダンパ(25)の働きにより、室内エバポレータ(7)を通過した空気が第１分岐通路(22)に流されるとともに第２分岐通路(23)には流されない。なお、車室内の冷房時にも、室内エバポレータ(7)を通過した空気が両分岐通路(22)(23)を流れることもある。

ヒートポンプ式冷凍サイクル(1)では、車室内の冷房時には、圧縮機(3)で圧縮されて高圧になった気相冷媒が、室内コンデンサ(5)を通過した後に室外熱交換器(4)の冷媒入口(36)を通って第１ヘッダタンク(31)の第１ヘッダ部(38)内に入り、ついで第１熱交換パス(P1)の熱交換管(33)を通って第２ヘッダタンク(32)の第３ヘッダ部(41)に入った後、第２熱交換パス(P2)の熱交換管(33)を通って第１ヘッダタンク(31)の第２ヘッダ部(39)に入り、ついで第３熱交換パス(P3)の熱交換管(33)を通って第２ヘッダタンク(32)の第４ヘッダ部(42)に入った後冷媒出口(37)から流出する。このとき、第２ヘッダタンク(32)内の絞り(52)の働きと相俟って、第１ヘッダ部(38)内の圧力が、第２ヘッダ部(39)内の圧力と圧縮コイルばね(46)の付勢力との和よりも大きくなるので、両者の差により可動仕切部材(43)が第１ヘッダ部(38)の長さが長くなる第１方向に移動して第１ストッパ(44)に当接し、第１ヘッダ部(38)の長さが長くなって第１ヘッダ部(38)に通じる熱交換管(33)の数が増加する。したがって、熱交換性能の低下が抑制されるとともに、冷媒が熱交換器内を流れる際の圧損の増大が抑制される。

冷媒は、室外熱交換器(4)内を流れる間に熱を放熱して凝縮させられ、凝縮させられた冷媒は、膨張弁(6)により減圧された後に、室内エバポレータ(7)において空気通路(21)を流れる空気から熱を奪って蒸発し、ついで気液分離器(10)において分離された気相冷媒が圧縮機(3)に戻される。室内エバポレータ(7)により熱を奪われた空気は、空気通路(21)から第１分岐通路(22)に入り、車室内に吹き出される。

車室内の暖房時には、ヒートポンプ式冷凍サイクル(1)では、開閉弁(9)および三方弁(14)の働きにより冷媒が、配管(11)の上述した暖房用回路に流される（図１実線矢印参照）。また、空調ケース(2)では、図１に実線で示すように、ダンパ(25)の働きにより、室内エバポレータ(7)を通過した空気が第２分岐通路(23)に流されるとともに第１分岐通路(22)には流されない。なお、車室内の暖房時にも、室内エバポレータ(7)を通過した空気が両分岐通路(22)(23)を流れることもある。

ヒートポンプ式冷凍サイクル(1)では、車室内の暖房時には、圧縮機(3)で圧縮されて高圧になった気相冷媒が、室内コンデンサ(5)において第２分岐通路(23)を流れる空気に熱を放熱して凝縮させられる。室内コンデンサ(5)において冷媒から熱を奪った空気は、車室内に吹き出される。

室内コンデンサ(5)において凝縮させられた冷媒は、固定絞り弁(8)により減圧された後に室外熱交換器(4)の冷媒入口(36)を通って第１ヘッダタンク(31)の第１ヘッダ部(38)内に入り、ついで第１熱交換パス(P1)の熱交換管(33)を通って第２ヘッダタンク(32)の第３ヘッダ部(41)に入った後、第２熱交換パス(P2)の熱交換管(33)を通って第１ヘッダタンク(31)の第２ヘッダ部(39)に入り、ついで第３熱交換パス(P3)の熱交換管(33)を通って第２ヘッダタンク(32)の第４ヘッダ部(42)に入った後冷媒出口(37)から流出する。このとき、第１ヘッダ部(38)内の圧力が、第２ヘッダ部(39)内の圧力と圧縮コイルばね(46)の付勢力との和よりも小さくなるので、両者の差により可動仕切部材(43)が第１ヘッダ部(38)の長さが短くなる第２方向に移動して第２ストッパ(45)に当接し、第１ヘッダ部(38)の長さが短くなって第１ヘッダ部(38)に通じる熱交換管(33)の数が減少する。したがって、熱交換性能の低下が抑制されるとともに、冷媒が熱交換器内を流れる際の圧損の増大が抑制される。

冷媒は、室外熱交換器(4)内を流れる間に車室外の空気から熱を奪って蒸発し、蒸発させられた冷媒は、気液分離器(10)において気液に分離され、気相冷媒が圧縮機(3)に戻される。

この発明による熱交換器は、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ヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器に好適に用いられる。

(1)：ヒートポンプ式冷凍サイクル
(4)：室外熱交換器
(5)：室内コンデンサ
(6)：膨張弁（第１減圧器）
(7)：室内エバポレータ
(8)：固定絞り弁（第２減圧器）
(31)：第１ヘッダタンク
(32)：第２ヘッダタンク
(33)：熱交換管
(36)：冷媒入口
(37)：冷媒出口
(38)：第１ヘッダ部
(39)：第２ヘッダ部
(41)：第３ヘッダ部
(43)：可動仕切部材
(44)：第１ストッパ
(44a)：冷媒通過穴
(45)：第２ストッパ
(45a)：冷媒通過穴
(46)：圧縮コイルばね（付勢手段）
(47)(48)：シール部材
(52)：絞り（抵抗付与手段）

Claims (8)

1. 長手方向を上下方向に向けるとともに左右方向に間隔をおいて配置された第１ヘッダタンクおよび第２ヘッダタンクと、長手方向を左右方向に向けた状態で両ヘッダタンク間に上下方向に間隔をおいて配置され、かつ左右両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の熱交換管とを備えており、冷媒が流入する冷媒入口および冷媒が流出する冷媒出口が１つずつ形成されている熱交換器であって、
   第１ヘッダタンクが、冷媒入口を通して冷媒が流入する第１ヘッダ部と、第１ヘッダ部に対して第１ヘッダタンクの長手方向に隣接した第２ヘッダ部とを有し、第２ヘッダタンクが、一端部において第１ヘッダ部および第２ヘッダ部に通じる熱交換管の他端部が通じる第３ヘッダ部を有しており、第１ヘッダタンクにおける第１ヘッダ部と第２ヘッダ部との間の部分に、両ヘッダ部間を区画する可動仕切部材が、第１ヘッダタンクの長手方向に移動自在に配置され、可動仕切部材が、第１ヘッダ部の長さが長くなる第１方向と、当該第１方向とは反対側の第２方向とに移動し、これにより第１ヘッダ部および第２ヘッダ部に通じる熱交換管の数が変わるようになされている熱交換器。
2. 第１ヘッダタンクに、前記第１方向に移動させられた可動仕切部材に当接して可動仕切部材の移動を阻止する第１ストッパと、前記第２方向に移動させられた可動仕切部材に当接して可動仕切部材の移動を阻止する第２ストッパと、可動仕切部材を、常に第２方向に付勢する付勢手段とが設けられており、第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも大きくなった際に、可動仕切部材が前記第１方向に移動させられて第１ストッパに当接し、第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも小さくなった際に、可動仕切部材が前記第２方向に移動させられて第２ストッパに当接するようになされている請求項１記載の熱交換器。
3. 第２ヘッダタンクの第３ヘッダ部に、第１ヘッダ部から熱交換管を通って第３ヘッダ部に流入するとともに、第３ヘッダ部から熱交換管を通って第２ヘッダ部に流出する冷媒の流れに抵抗を付与する抵抗付与手段が設けられている請求項１または２記載の熱交換器。
4. 抵抗付与手段が絞りからなる請求項３記載の熱交換器。
5. 第１ストッパおよび第２ストッパが、貫通状の冷媒通過穴が形成された板状体からなる請求項２〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器。
6. 第１ストッパの第１ヘッダ部側を向いた面における冷媒通過穴の周囲の部分に、可動仕切部材が第１ストッパに当接した際に両者間を密封するシール部材が配置され、第２ストッパの第２ヘッダ部側を向いた面における冷媒通過穴の周囲の部分に、可動仕切部材が第２ストッパに当接した際に両者間を密封するシール部材が配置されている請求項５記載の熱交換器。
7. 圧縮機と、車室外に配置され、かつ冷房時に圧縮機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熱を受熱させて蒸発させる室外熱交換器と、冷房時に室外熱交換器を通過した冷媒を減圧する第１減圧器と、車室内に配置されかつ冷房時に第１減圧器で減圧された冷媒に熱を受熱させて蒸発させる室内エバポレータと、車室内に配置されかつ暖房時に圧縮機で圧縮された冷媒から熱を放熱して凝縮させる室内コンデンサと、暖房時に圧縮機で圧縮されて室内コンデンサを通過した冷媒を減圧する第２減圧器とを備えており、室外熱交換器が、請求項１〜６のうちのいずれかに記載の熱交換器からなり、冷房時および暖房時に冷媒が室外熱交換器の冷媒入口から第１ヘッダ部内に流入するようになされているヒートポンプ式冷凍サイクル。
8. 室外熱交換器が、請求項２〜６のうちのいずれかに記載の熱交換器からなり、付勢手段の付勢力が、冷房時における第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも大きくなり、暖房時における第１ヘッダ部内の圧力が、第２ヘッダ部内の圧力と付勢手段の付勢力との和よりも小さくなるように設定されている請求項７記載のヒートポンプ式冷凍サイクル。

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