JP2021105455A - 室外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構成部品の数を少なくして全体の構成が簡易になり、しかも冷房運転時の性能低下を抑制しうる室外熱交換器提供する。【解決手段】室外熱交換器４は、第１熱交換部30と、第１熱交換部30の冷媒流れ方向下流側に設けられかつ第１熱交換部30を通過した冷媒が流入する第２熱交換部40と、第２熱交換部40の冷媒流れ方向下流側に設けられ、かつ冷媒が第２熱交換部40から流入するとともに流入した冷媒を気液２相に分離する気液分離器50とを備えている。第１熱交換部30が長手方向を上下方向に向けた複数の第１熱交換管33を有し、第２熱交換部40が長手方向を左右方向に向けた複数の第２熱交換管43を有し、気液分離器50が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に液相冷媒を送り出す液相冷媒出口56およびヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房運転時に気相冷媒を送り出す気相冷媒出口55を有している。【選択図】図３

Description

この発明は、室外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３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、冷媒を気液２相に分離して気相冷媒を圧縮機に戻すアキュムレータとを備えており、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、 メインコア部に固定され、かつメインコア部を通過した冷媒が流入するとともに冷媒を気液２相に分離するレシーバタンクと、 レシーバタンクで得られた液相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、冷媒を気液２相に分離するためにアキュムレータおよびレシーバタンクが別々に設けられているので、構成部品の数が増えてコストが高くなる。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。

また、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、暖房運転時にメインコア部の熱交換管およびフィンに生じる着氷を抑制する目的で、結露水や、付着した霜を除霜した際の除霜水の排水性を高めるために、全ての熱交換管が上下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ているが、この場合、冷房運転時においては、冷媒の凝縮が進んで液相冷媒の割合が多くなるメインコア部の下流側部分やサブクールコア部における冷媒が下から上に流れる複数の熱交換管からなる上昇流パスでの液相成分の分流が不均一になる。その結果、冷房運転時の熱交換性能、すなわち冷媒から放熱させて凝縮させる性能が低下する。

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に使用した場合に、構成部品の数を少なくするとともに、ヒートポンプ式冷凍サイクル全体の構成が簡易になり、しかも冷房運転時の性能低下を抑制しうる室外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)冷房および暖房に利用されるヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器であって、
第１熱交換部と、第１熱交換部の冷媒流れ方向下流側に設けられかつ第１熱交換部を通過した冷媒が流入する第２熱交換部と、第２熱交換部の冷媒流れ方向下流側に設けられ、かつ冷媒が第２熱交換部から流入するとともに流入した冷媒を気液２相に分離する気液分離器とを備えており、
第１熱交換部が長手方向を上下方向に向けた複数の第１熱交換管を有し、第２熱交換部が長手方向を左右方向に向けた複数の第２熱交換管を有し、気液分離器が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に液相冷媒を送り出す液相冷媒出口およびヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房運転時に気相冷媒を送り出す気相冷媒出口を有している室外熱交換器。

2)ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時のみに気液分離器の液相冷媒出口から流出した液相冷媒が流入するとともに、流入した冷媒を過冷却する第３熱交換部を備えており、第３熱交換部が長手方向を左右方向に向けた第３熱交換管を有し、第３熱交換管の冷媒流れ方向上流側端部が気液分離器の液相冷媒出口に通じている上記1)記載の室外熱交換器。

3)第１熱交換部が、冷媒が流入する第１入口ヘッダおよび冷媒を第２熱交換部に送り出す第１出口ヘッダを備え、第１入口ヘッダに流入した冷媒が第１熱交換管を流れて第１出口ヘッダに入るようになっており、第２熱交換部が、第１出口ヘッダに通じかつ第１出口ヘッダから流出した冷媒が流入する第２入口ヘッダおよび冷媒を気液分離器に送り出す第２出口ヘッダを備え、第２入口ヘッダに流入した冷媒が第２熱交換管を流れて第２出口ヘッダに入り、第２出口ヘッダに入った冷媒が気液分離器に流入するようになっており、第３熱交換部が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に冷媒を送り出す第３出口ヘッダを備えている上記2)２記載の室外熱交換器。

4)第１熱交換部と第２熱交換部とが左右方向に並んで設けられるとともに、第３熱交換部が第２熱交換部の下方に設けられており、
第１熱交換部が、長手方向を左右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上下１対のヘッダタンクを備えており、いずれか一方のヘッダタンクに第１入口ヘッダが設けられるとともに、第１入口ヘッダが設けられた一方のヘッダタンクまたは他方のヘッダタンクに第１出口ヘッダが設けられ、両ヘッダタンク間に複数の第１熱交換管が左右方向に間隔をおいて配置され、隣り合う第１熱交換管間に第１フィンが配置され、第１熱交換管の上下両端部が上下両ヘッダタンクに接続されており、
第２熱交換部が、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左右１対のヘッダタンクを備えており、第１熱交換部側のヘッダタンクに第２入口ヘッダが設けられるとともに、他方のヘッダタンクに第２出口ヘッダが設けられ、両ヘッダタンク間に複数の第２熱交換管が上下方向に間隔をおいて配置され、隣り合う第２熱交換管間に第２フィンが配置され、第２熱交換管の左右両端部が左右両ヘッダタンクに接続され、第２入口ヘッダが第１熱交換部の第１出口ヘッダに通じるとともに、第２出口ヘッダが気液分離器に通じており、
第３熱交換部の第３出口ヘッダが、第２熱交換部の第２入口ヘッダが設けられたヘッダタンクの下方に設けられており、複数の第３熱交換管が上下方向に間隔をおいて配置され、隣り合う第３熱交換管間に第３フィンが配置され、第３熱交換管の冷媒流れ方向下流側端部が第３出口ヘッダに接続されている上記3)記載の室外熱交換器。

5)気液分離器が、長手方向を上下方向に向けるとともに上下両端が閉鎖された筒状であって、第２熱交換部における第２出口ヘッダが設けられたヘッダタンクの左右方向外側でかつ第２熱交換管とは反対側に配置されており、気液分離器内の上部に気相冷媒を溜めるガス溜部が設けられるとともに、同下部に液相冷媒を溜める液溜部が設けられ、液相冷媒出口が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に、液相冷媒を液溜部から送り出すようになっているとともに、気相冷媒出口が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房運転時に気相冷媒をガス溜部から送り出すようになっている上記4)記載の室外熱交換器。

6)気液分離器の下端が、第２熱交換部における第２出口ヘッダが設けられたヘッダタンクの下端よりも下方に突出しているとともに、当該下方突出部に液溜部の少なくとも一部が存在し、気液分離器の下方突出部に液相冷媒出口が形成されており、第３熱交換管の冷媒流れ方向上流側端部が液相冷媒出口に挿入された状態で、液溜部に通じるように気液分離器の下方突出部に接続されている上記5)記載の室外熱交換器。

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させ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、かつ冷房時に冷媒を通過させるとともに暖房時に圧縮機で圧縮された冷媒から熱を放熱させ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、上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の室外熱交換器からなり、
冷房運転時に、室内コンデンサを通過した冷媒が、室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管および第２熱交換部の第２熱交換管を流れる間に放熱して気液分離器に入り、気液分離器で気液２相に分離された液相冷媒が室内エバポレータに流れて冷房に用いられ、暖房運転時に、室内コンデンサを通過した冷媒が、室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管および第２熱交換部の第２熱交換管を流れる間に受熱して気液分離器に入り、気液分離器で気液２相に分離された気相冷媒が気液分離器から流出して暖房に用いられるようになっているヒートポンプ式冷凍サイクル。

8)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させ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、かつ冷房時に冷媒を通過させるとともに暖房時に圧縮機で圧縮された冷媒から熱を放熱させ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、上記2)〜6)のうちのいずれかに記載の室外熱交換器からなり、
冷房運転時に、室内コンデンサを通過した冷媒が、室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管および第２熱交換部の第２熱交換管を流れる間に放熱して気液分離器に入り、気液分離器で気液２相に分離された液相冷媒が第３熱交換部の第３熱交換管を流れる間に過冷却された後に室内エバポレータに流れて冷房に用いられ、暖房運転時に、室内コンデンサを通過した冷媒が、室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管および第２熱交換部の第２熱交換管を流れる間に受熱して気液分離器に入り、気液分離器で気液２相に分離された気相冷媒が気液分離器から流出して暖房に用いられるようになっているヒートポンプ式冷凍サイクル。

上記1)〜6)の室外熱交換器が、上記7)または8)のヒートポンプ式冷凍サイクルに用いられた場合、冷房運転時には気液分離器で気液２相に分離された冷媒中の液相冷媒が室内エバポレータに送られて冷房に用いられ、暖房運転時には気液分離器で気液２相に分離された冷媒中の気相冷媒が気液分離器から流出して暖房に用いられる。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、レシーバタンクおよびアキュムレータの両者を必要とせず、構成部品の数を削減することが可能になってコストが安くなる。しかも、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。

また、上記1)〜6)の室外熱交換器の第２熱交換部の第２熱交換管が長手方向を左右方向に向けて配置されているので、上記7)または8)のヒートポンプ式冷凍サイクルに用いられた場合、冷房運転時に、第１熱交換部および第２熱交換部で放熱して凝縮した後に気液分離器に流入する際に、液相冷媒の割合が多くなる第２熱交換部の全第２熱交換管への分流を均一化することが可能になり、冷房運転時の熱交換性能、すなわち冷媒から放熱させて凝縮させる性能の低下を抑制することができる。

さらに、上記1)〜6)の室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管が長手方向を上下方向に向けて配置されているので、上記7)または8)のヒートポンプ式冷凍サイクルに用いられた場合、暖房運転時に、着霜が発生しやすい第１熱交換部において、付着した霜を除霜した際の除霜水の排水性が優れたものとなり、除霜水が氷結することによる着氷の発生を抑制することができる。

上記2)の室外熱交換器が、上記7)または8)のヒートポンプ式冷凍サイクルに用いられた場合、冷房運転時には気液分離器で気液２相に分離された冷媒中の液相冷媒が第３熱交換部において過冷却されるので、冷房性能が向上する。また、液相冷媒が流れる第３熱交換部における第３熱交換管への分流を均一化することが可能になり、冷房運転時の熱交換性能、すなわち冷媒から放熱させて凝縮させる性能の低下を抑制することができる。

上記4)の室外熱交換器によれば、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に液相冷媒を過冷却する第３熱交換部が第２熱交換部の下方に設けられているので、メインコア部およびサブクールコア部が左右方向に並んで設けられている特許文献１記載の室外熱交換器に比べて、左右方向の寸法を小さくすることができる。

上記6)の室外熱交換器によれば、特許文献１記載の室外熱交換器に比べて、全体に小型化することができる。

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、冷房運転時に、第１熱交換部および第２熱交換部で放熱して凝縮した後に気液分離器に流入する際に、液相冷媒の割合が多くなる第２熱交換部の全第２熱交換管への分流を均一化することが可能になり、冷房運転時の熱交換性能、すなわち冷媒から放熱させて凝縮させる性能の低下を抑制することができる。

また、暖房運転時に、着霜が発生しやすい第１熱交換部において、付着した霜を除霜した際の除霜水の排水性が優れたものとなり、除霜水が氷結することによる着氷の発生を抑制することができる。

上記8)のヒートポンプ式冷凍サイクルによれば、冷房運転時に、気液分離器か流出して液相冷媒が流れる第３熱交換部の全第３熱交換管への分流を均一化することが可能になり、冷房運転時の熱交換性能、すなわち冷媒から放熱させて凝縮させる性能の低下を抑制することができる。

また、暖房運転時に、着霜が発生しやすい第１熱交換部において、付着した霜を除霜した際の除霜水の排水性が優れたものとなり、除霜水が氷結することによる着氷の発生を抑制することができる。

この発明による室外熱交換器を有するヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた車両用空調装置を示す冷房運転時の概略図である。 この発明による室外熱交換器を有するヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた車両用空調装置を示す暖房運転時の概略図である。 図１および図２の車両用空調装置の室外熱交換器を示す正面図である。

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はこの発明による室外熱交換器を有するヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた車両用空調装置の冷房運転時の状態を概略的に示し、図２は同じく暖房運転時の状態を概略的に示す。また、図３は室外熱交換器を示す。

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および図２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減圧器としての第１固定絞り弁(9)と、第１固定絞り弁(9)と並列に設けられ、かつ冷房時に第１固定絞り弁(9)のみに冷媒が流れるようにするとともに暖房時に第１固定絞り弁(9)への冷媒の流れを阻止する第１開閉弁(10)と、車室内に配置され、かつ冷房時に第１固定絞り弁(9)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(8)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減圧器としての第２固定絞り弁(6)と、第２固定絞り弁(6)と並列に設けられ、かつ冷房時に第２固定絞り弁(6)への冷媒の流れを阻止するとともに暖房時に第２固定絞り弁(6)のみに冷媒が流れるようにする第２開閉弁(7)とを備えており、これらの機器が配管(11)により接続されており、冷媒は、圧縮機(3)、室内コンデンサ(5)、室外熱交換器(4)、室内エバポレータ(8)および圧縮機(3)の順に流れるようになっている。

配管(11)における冷房時に室外熱交換器(4)から冷媒を流出させる冷房時冷媒流出部(12)と、暖房時に室外熱交換器(4)から冷媒を流出させる暖房時冷媒流出部(13)とは途中で合流しており、当該合流部分に三方弁(14)が設けられることによって、冷房時に冷媒が室外熱交換器(4)から冷房時冷媒流出部(12)に流出する場合と、暖房時に冷媒が室外熱交換器(4)から暖房時冷媒流出部(13)流出する場合とに切り替えられるようになっている。また、配管(11)における三方弁(14)と室内エバポレータ(8)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(15)、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(16)が並列状に設けられており、第１冷房時冷媒流通部(15)に第１固定絞り弁(9)が配置されるとともに第１暖房時冷媒流通部(16)に第１開閉弁(10)が配置されている。さらに、配管(11)における室内コンデンサ(5)と室外熱交換器(4)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(17)、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(18)が並列状に設けられており、第２冷房時冷媒流通部(17)に第２開閉弁(7)が配置され、第２暖房時冷媒流通部(18)に第２固定絞り弁(6)が配置されている。

したがって、配管(11)は、三方弁(14)および両開閉弁(7)(10)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)、第１固定絞り弁(9)および室内エバポレータ(8)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)、第２固定絞り弁(6)、室外熱交換器(4)および室内エバポレータ(8)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、ついで第１固定絞り弁(9)により減圧された後に室内エバポレータ(8)で熱を奪って蒸発した後に圧縮機(3)に戻される（図１実線参照）。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、ついで第２固定絞り弁(6)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、気液分離された後に圧縮機(3)に戻される（図２実線参照）。

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(8)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(8)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(8)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、本発明の室外熱交換器(4)が用いられている。

室外熱交換器(4)は、第１熱交換部(30)と、第１熱交換部(30)の冷媒流れ方向下流側に設けられかつ第１熱交換部(30)を通過した冷媒が流入する第２熱交換部(40)と、第２熱交換部(40)の冷媒流れ方向下流側に設けられ、かつ冷媒が第２熱交換部(40)から流入するとともに流入した冷媒を気液２相に分離する気液分離器(50)と、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時のみに気液分離器(50)から流出した液相冷媒が流入するとともに、流入した冷媒を過冷却する第３熱交換部(60)とを備えている。この実施形態では、第１熱交換部(30)の左方に第２熱交換部(40)が設けられ、第２熱交換部(40)の下方に第３熱交換部(60)が設けられている。

図３に詳細に示すように、第１熱交換部(30)は、長手方向を左右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上下１対のアルミニウム製ヘッダタンク(31)(32)と、上下両ヘッダタンク(31)(32)間に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、かつ上下両端部が上下両ヘッダタンク(31)(32)に接続された複数のアルミニウム製第１熱交換管(33)と、隣り合う第１熱交換管(33)間に配置されたコルゲート状のアルミニウム製第１フィン(34)とを備えている。第１熱交換部(30)の下ヘッダタンク(32)が左右方向の中心よりも右側の部分に配置されたアルミニウム製下仕切部材(35)により左右２つの区画に分割され、上ヘッダタンク(31)が左右方向の中心よりも左側でかつ下仕切部材(35)よりも左側の部分に配置されたアルミニウム製上仕切部材(36)により左右２つの区画に分割されている。下ヘッダタンク(32)の右側区画が冷媒が流入する第１入口ヘッダ(37)となるとともに、上ヘッダタンク(31)の左側区画が冷媒が流出する第１出口ヘッダ(38)となっており、下ヘッダタンク(32)に第１入口ヘッダ(37)に通じる冷媒入口(39)が設けられている。

第１熱交換部(30)において、冷媒入口(39)を通して第１入口ヘッダ(37)内に流入した冷媒は、仕切部材(35)よりも右側に配置された複数の第１熱交換管(33)を通って上向きに流れて上ヘッダタンク(31)に入り、ついで両仕切部材(35)(36)間に配置された複数の第１熱交換管(33)を通って下向きに流れて下ヘッダタンク(32)に入り、ついで仕切部材(36)よりも左側に配置された複数の第１熱交換管(33)を通って上向きに流れて第１出口ヘッダ(38)に入る。

なお、図示の例では、第１熱交換部(30)の第１入口ヘッダ(37)が下ヘッダタンクにあり、第１出口ヘッダ(38)が上ヘッダタンク(31)にあるが、これに限定されるものではなく、第１入口ヘッダ(37)が上ヘッダタンク(31)にあり、第１出口ヘッダ(38)が下ヘッダタンク(32)にあってもよい。また、第１熱交換部(30)の第１入口ヘッダ(37)および第１出口ヘッダ(38)の両者が両ヘッダタンク(31)(32)のうちのいずれか一方にあってもよい。

第２熱交換部(40)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左右１対のアルミニウム製ヘッダタンク(41)(42)と、両ヘッダタンク(41)(42)間に長手方向を左右方向に向けた状態で上下方向に間隔をおいて配置され、かつ左右両端部が左右両ヘッダタンク(41)(42)に接続されたアルミニウム製第２熱交換管(43)と、隣り合う第２熱交換管(43)間に配置されたコルゲート状のアルミニウム製第２フィン(44)とを備えている。両ヘッダタンク(41)(42)の上端は同一高さ位置にあり、右ヘッダタンク(41)の下端は左ヘッダタンク(42)の下端よりも下方に位置している。第２熱交換部(40)の右ヘッダタンク(41)が上下方向に間隔をおいて配置された２つのアルミニウム製第１および第２仕切部材(451)(452)により上下３つの区画に分割され、左ヘッダタンク(42)が右ヘッダタンク(41)の２つの仕切部材(451)(452)間の高さ位置に配置されたアルミニウム製第３仕切部材(453)により上下２つの区画に分割されている。右ヘッダタンク(41)の下側の第２仕切部材(452)は、左ヘッダタンク(42)の下端とほぼ同一高さ位置にある。右ヘッダタンク(41)の上端の区画が、第１熱交換部(30)の第１出口ヘッダ(38)に連通部材(46)を介して通じさせられかつ第１出口ヘッダ(38)から流出した冷媒が流入する第２入口ヘッダ(48)となり、左ヘッダタンク(42)の下側の区画が気液分離器(50)に通じさせられかつ冷媒を気液分離器(50)に送り出す第２出口ヘッダ(49)となっている。

第２熱交換部(40)において、第１熱交換部(30)の第１出口ヘッダ(38)から連通部材(46)を通って第２入口ヘッダ(48)内に流入した冷媒は、右ヘッダタンク(41)の第１仕切部材(451)よりも上側に配置された複数の第２熱交換管(43)を通って左向きに流れて左ヘッダタンク(42)の第３仕切部材(453)よりも上側の区画に入り、ついで右ヘッダタンク(41)の第１仕切部材(451)と左ヘッダタンク(42)の第３仕切部材(453)との間に配置された複数の第２熱交換管(43)を通って右向きに流れて右ヘッダタンク(41)の両仕切部材(451)(452)間の区画に入り、ついで左ヘッダタンク(42)の第３仕切部材(453)よりも下側に配置された複数の第２熱交換管(43)を通って左向きに流れて第２出口ヘッダ(49)に入る。

気液分離器(50)は、長手方向を上下方向に向けるとともに上下両端が閉鎖されたアルミニウム製の筒状体からなり、第２熱交換部(40)における第２出口ヘッダ(49)が設けられたヘッダタンクの左右方向外側でかつ第２熱交換管(43)とは反対側、図示の例では第２熱交換部(40)の左ヘッダタンク(42)の左側に配置されて左ヘッダタンク(42)に固定されている。気液分離器(50)は、連通部材(51)を介して第２熱交換部(40)の第２出口ヘッダ(49)に通じさせられており、第２出口ヘッダ(49)から流出した冷媒が連通部材(51)を通って気液分離器(50)内に流入する。気液分離器(50)の下端は、第２熱交換部(40)における第２出口ヘッダ(49)が設けられた左ヘッダタンク(42)の下端よりも下方に突出しており、下方突出部(54)の下端が右ヘッダタンク(41)の下端と同一高さ位置にある。気液分離器(50)内の上部に気相冷媒を溜めるガス溜部(52)が設けられるとともに、同下部に液相冷媒を溜める液溜部(53)が設けられている。気液分離器(50)の上端部に、気液２相に分離した冷媒のうちの気相冷媒をガス溜部(52)から流出させる気相冷媒出口(55)が設けられている。液溜部(53)の少なくとも一部は、気液分離器(50)における左ヘッダタンク(42)よりも下方に突出した下方突出部(54)に存在している。また、下方突出部(54)に、気液２相に分離した冷媒のうちの液相冷媒を流出させる複数の液相冷媒出口(56)が上下方向に間隔をおいて形成されている。

第３熱交換部(60)は、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に冷媒を送り出す第３出口ヘッダ(61)と、長手方向を左右方向に向けた状態で上下方向に間隔をおいて配置され、かつ冷媒流れ方向下流側端部である右端部が第３出口ヘッダ(61)に接続されるとともに冷媒流れ方向上流側端部である左端部が液相冷媒出口(56)に通じている複数のアルミニウム製第３熱交換管(62)と、隣り合う第３熱交換管(62)間に配置されたコルゲート状のアルミニウム製第３フィン(63)とを備えている。第３熱交換部(60)の第３出口ヘッダ(61)は、第２熱交換部(40)の第２入口ヘッダ(48)が設けられた右ヘッダタンク(41)における第２仕切部材(452)よりも下方の区画に設けられており、右ヘッダタンク(41)に、第３出口ヘッダ(61)に通じる冷媒出口(65)が設けられている。気液分離器(50)の下方突出部(54)の液相冷媒出口(56)は、上下方向に間隔をおいて第３熱交換管(62)と同数形成されており、各第３熱交換管(62)の左端部が各液相冷媒出口(56)に挿入されるとともに液溜部(53)に通じた状態で気液分離器(50)に接続されている。

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、両開閉弁(7)(10)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実線参照）。また、空調ケース(2)では、ダンパ(25)の働きにより、室内エバポレータ(8)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(8)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、冷媒入口(39)から室外熱交換器(4)の第１熱交換部(30)の第１入口ヘッダ(37)内に入り、全第１熱交換管(33)を流れて第１出口ヘッダ(38)内に入る。第１出口ヘッダ(38)内に入った冷媒は、連通部材(46)を通って第２熱交換部(40)の第２入口ヘッダ(48)内に入り、全第２熱交換管(43)を流れて第２出口ヘッダ(49)内に入る。第２出口ヘッダ(49)内に入った冷媒は、第１熱交換管(33)および第２熱交換管(43)を流れる間に外気に放熱して気液混相となっており、当該気液混相冷媒が連通部材(51)を通って気液分離器(50)内に流入する。

気液分離器(50)内に流入した冷媒は重力により気液２相に分離され、液相冷媒は重力により気液分離器(50)内の下部に設けられた液溜部(53)に溜まり、気相冷媒は気液分離器(50)内の上部に設けられたガス溜部(52)内に溜まる。液溜部(53)に溜まった液相冷媒は、液相冷媒出口(56)から第３熱交換部(60)の第３熱交換管(62)内に入り、第３熱交換管(62)内を流れる間に過冷却された後、第３出口ヘッダ(61)内に入る。第３出口ヘッダ(61)に入った冷媒は冷媒出口(65)を通って室外熱交換器(4)から流出し、第１固定絞り弁(9)により減圧された後に、室内エバポレータ(8)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、気相冷媒が圧縮機(3)に戻される。室内エバポレータ(8)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、両開閉弁(7)(10)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２実線参照）。また、空調ケース(2)では、ダンパ(25)の働きにより、室内エバポレータ(8)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(8)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調用空気は、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、第２固定絞り弁(6)により減圧された後に室外熱交換器(4)の冷媒入口(39)から室外熱交換器(4)の第１熱交換部(30)の第１入口ヘッダ(37)内に入り、全第１熱交換管(33)を流れて第１出口ヘッダ(38)内に入る。第１出口ヘッダ(38)内に入った冷媒は、連通部材(46)を通って第２熱交換部(40)の第２入口ヘッダ(48)内に入り、全第２熱交換管(43)を流れて第２出口ヘッダ(49)内に入る。第２出口ヘッダ(49)内に入った冷媒は、第１熱交換管(33)および第２熱交換管(43)を流れる間に外気から熱を奪って蒸発して気液混相となっており、当該気液混相冷媒が連通部材(51)を通って気液分離器(50)内に流入する。

気液分離器(50)内に流入した冷媒は重力により気液２相に分離され、液相冷媒は重力により気液分離器(50)内の下部に設けられた液溜部(53)に溜まり、気相冷媒は気液分離器(50)内の上部に設けられたガス溜部(52)内に溜まる。ガス溜部(52)に溜まった気相冷媒は、気相冷媒出口(55)から流出し、室内エバポレータ(8)を通過した後に圧縮機(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
(3)：圧縮機
(4)：室外熱交換器
(5)：室内コンデンサ
(8)：室内エバポレータ
(30)：第１熱交換部
(31)(32)：ヘッダタンク
(33)：第１熱交換管
(34)：第１フィン
(37)：第１入口ヘッダ
(38)：第１出口ヘッダ
(40)：第２熱交換部
(41)(42)：ヘッダタンク
(43)：第２熱交換管
(44)：第２フィン
(48)：第２入口ヘッダ
(49)：第２出口ヘッダ
(50)：気液分離器
(52)：ガス溜部
(53)：液溜部
(54)：下方突出部
(55)：気相冷媒出口
(56)：液相冷媒出口
(60)：第３熱交換部
(61)：第３出口ヘッダ
(62)：第３熱交換管
(63)：第３フィン

Claims (8)

1. 冷房および暖房に利用されるヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器であって、
   第１熱交換部と、第１熱交換部の冷媒流れ方向下流側に設けられかつ第１熱交換部を通過した冷媒が流入する第２熱交換部と、第２熱交換部の冷媒流れ方向下流側に設けられ、かつ冷媒が第２熱交換部から流入するとともに流入した冷媒を気液２相に分離する気液分離器とを備えており、
   第１熱交換部が長手方向を上下方向に向けた複数の第１熱交換管を有し、第２熱交換部が長手方向を左右方向に向けた複数の第２熱交換管を有し、気液分離器が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に液相冷媒を送り出す液相冷媒出口およびヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房運転時に気相冷媒を送り出す気相冷媒出口を有している室外熱交換器。
2. ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時のみに気液分離器の液相冷媒出口から流出した液相冷媒が流入するとともに、流入した冷媒を過冷却する第３熱交換部を備えており、第３熱交換部が長手方向を左右方向に向けた第３熱交換管を有し、第３熱交換管の冷媒流れ方向上流側端部が気液分離器の液相冷媒出口に通じている請求項１記載の室外熱交換器。
3. 第１熱交換部が、冷媒が流入する第１入口ヘッダおよび冷媒を第２熱交換部に送り出す第１出口ヘッダを備え、第１入口ヘッダに流入した冷媒が第１熱交換管を流れて第１出口ヘッダに入るようになっており、第２熱交換部が、第１出口ヘッダに通じかつ第１出口ヘッダから流出した冷媒が流入する第２入口ヘッダおよび冷媒を気液分離器に送り出す第２出口ヘッダを備え、第２入口ヘッダに流入した冷媒が第２熱交換管を流れて第２出口ヘッダに入り、第２出口ヘッダに入った冷媒が気液分離器に流入するようになっており、第３熱交換部が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に冷媒を送り出す第３出口ヘッダを備えている請求項２記載の室外熱交換器。
4. 第１熱交換部と第２熱交換部とが左右方向に並んで設けられるとともに、第３熱交換部が第２熱交換部の下方に設けられており、
   第１熱交換部が、長手方向を左右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上下１対のヘッダタンクを備えており、いずれか一方のヘッダタンクに第１入口ヘッダが設けられるとともに、第１入口ヘッダが設けられた一方のヘッダタンクまたは他方のヘッダタンクに第１出口ヘッダが設けられ、両ヘッダタンク間に複数の第１熱交換管が左右方向に間隔をおいて配置され、隣り合う第１熱交換管間に第１フィンが配置され、第１熱交換管の上下両端部が上下両ヘッダタンクに接続されており、
   第２熱交換部が、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左右１対のヘッダタンクを備えており、第１熱交換部側のヘッダタンクに第２入口ヘッダが設けられるとともに、他方のヘッダタンクに第２出口ヘッダが設けられ、両ヘッダタンク間に複数の第２熱交換管が上下方向に間隔をおいて配置され、隣り合う第２熱交換管間に第２フィンが配置され、第２熱交換管の左右両端部が左右両ヘッダタンクに接続され、第２入口ヘッダが第１熱交換部の第１出口ヘッダに通じるとともに、第２出口ヘッダが気液分離器に通じており、
   第３熱交換部の第３出口ヘッダが、第２熱交換部の第２入口ヘッダが設けられたヘッダタンクの下方に設けられており、複数の第３熱交換管が上下方向に間隔をおいて配置され、隣り合う第３熱交換管間に第３フィンが配置され、第３熱交換管の冷媒流れ方向下流側端部が第３出口ヘッダに接続されている請求項３記載の室外熱交換器。
5. 気液分離器が、長手方向を上下方向に向けるとともに上下両端が閉鎖された筒状であって、第２熱交換部における第２出口ヘッダが設けられたヘッダタンクの左右方向外側でかつ第２熱交換管とは反対側に配置されており、気液分離器内の上部に気相冷媒を溜めるガス溜部が設けられるとともに、同下部に液相冷媒を溜める液溜部が設けられ、液相冷媒出口が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷房運転時に、液相冷媒を液溜部から送り出すようになっているとともに、気相冷媒出口が、ヒートポンプ式冷凍サイクルの暖房運転時に気相冷媒をガス溜部から送り出すようになっている請求項４記載の室外熱交換器。
6. 気液分離器の下端が、第２熱交換部における第２出口ヘッダが設けられたヘッダタンクの下端よりも下方に突出しているとともに、当該下方突出部に液溜部の少なくとも一部が存在し、気液分離器の下方突出部に液相冷媒出口が形成されており、第３熱交換管の冷媒流れ方向上流側端部が液相冷媒出口に挿入された状態で、液溜部に通じるように気液分離器の下方突出部に接続されている請求項５記載の室外熱交換器。
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させ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、かつ冷房時に冷媒を通過させるとともに暖房時に圧縮機で圧縮された冷媒から熱を放熱させ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、請求項１〜６のうちのいずれかに記載の室外熱交換器からなり、
   冷房運転時に、室内コンデンサを通過した冷媒が、室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管および第２熱交換部の第２熱交換管を流れる間に放熱して気液分離器に入り、気液分離器で気液２相に分離された液相冷媒が室内エバポレータに流れて冷房に用いられ、暖房運転時に、室内コンデンサを通過した冷媒が、室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管および第２熱交換部の第２熱交換管を流れる間に受熱して気液分離器に入り、気液分離器で気液２相に分離された気相冷媒が気液分離器から流出して暖房に用いられるようになっているヒートポンプ式冷凍サイクル。
8. 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させ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、かつ冷房時に冷媒を通過させるとともに暖房時に圧縮機で圧縮された冷媒から熱を放熱させ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、請求項２〜６のうちのいずれかに記載の室外熱交換器からなり、
   冷房運転時に、室内コンデンサを通過した冷媒が、室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管および第２熱交換部の第２熱交換管を流れる間に放熱して気液分離器に入り、気液分離器で気液２相に分離された液相冷媒が第３熱交換部の第３熱交換管を流れる間に過冷却された後に室内エバポレータに流れて冷房に用いられ、暖房運転時に、室内コンデンサを通過した冷媒が、室外熱交換器の第１熱交換部の第１熱交換管および第２熱交換部の第２熱交換管を流れる間に受熱して気液分離器に入り、気液分離器で気液２相に分離された気相冷媒が気液分離器から流出して暖房に用いられるようになっているヒートポンプ式冷凍サイクル。
   

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