JP5556697B2 - 冷媒放熱器 - Google Patents
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Description
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)から吐出された冷媒と車室内へ送風される送風空気とを熱交換させて、過熱度を有する気相冷媒のエンタルピを、気液二相冷媒を経て液相冷媒となるまで低下させる冷媒放熱器であり、
冷媒が流通する複数のチューブ(121)と、複数のチューブ(121)の積層方向に延びて複数のチューブ(121)を流通する冷媒の集合あるいは分配を行う一対のヘッダタンク(122、123)とを備え、
複数のチューブ(121)には、一端側から気相冷媒を流入させて他端側から流出させる第1チューブ群(121a)、および、第1チューブ群(121a)から流出した冷媒を他端側から流入させて液相冷媒となるまでエンタルピが低下した冷媒を一端側から流出させる第2チューブ群(121b)が設けられており、
一対のヘッダタンク(122、123)のうち一端側に配置されるヘッダタンク(122)の内部空間は、少なくとも第1チューブ群(121a)に連通する第1空間(122a)および第2チューブ群(121b)に連通する第2空間(122b)に区画されていることを特徴とする。
このように、第2チューブ群(121b)から流出する液相冷媒の過冷却度(SC)の上限を規定することにより、後述の図6に例示するように車室内への送風空気の温度分布を抑制できる。
これに加えて、請求項1に記載の発明では、複数のチューブ(121)の本数をXとし、第1チューブ群(121a)の本数のXに対する割合をYとし、複数のチューブ(121)のうち冷媒と送風空気との熱交換に寄与する部位の長手方向長さをW(単位:mm)としたときに、
{(−0.0008W 2 +0.109W+19.952)X 2 +(0.036W 2 +1.7791W−1876.6)X−0.2536W 2 −32.173W+50886}/10 5 ≦Y≦(14.748X 2 −999.97X−0.216W 2 +263.48W+46893.5)/10 5 となっており、
さらに、85≦W≦350となっているとともに、10≦X≦50となっていることを特徴とする。
これによれば、請求項1に記載の発明では、複数のチューブ(121)の本数Xに対する第1チューブ群(121a)を構成するチューブ(121)の本数の割合Yを調整することによって、第1熱交換領域の一端側から吹き出される送風空気の温度と第2熱交換領域の一端側から吹き出される送風空気の温度との温度差を容易に調整することができる。これにより、後述の第1実施形態に例示するように車室内への送風空気の温度分布抑制をより適切に実現できる。
冷媒が流通する複数のチューブ(121)と、複数のチューブ(121)の積層方向に延びて複数のチューブ(121)を流通する冷媒の集合あるいは分配を行う一対のヘッダタンク(122、123)とを備え、
複数のチューブ(121)には、一端側から過熱度を有する気相冷媒を流入させて他端側から流出させる第1チューブ群(121a)、および、第1チューブ群(121a)から流出した冷媒を他端側から流入させて気液二相冷媒となるまでエンタルピが低下した冷媒を一端側から流出させる第2チューブ群(121b)が設けられており、
一対のヘッダタンク(122、123)のうち一端側に配置されるヘッダタンク(122)の内部空間は、少なくとも前記第1チューブ群(121a)に連通する第1空間(122a)および前記第2チューブ群(121b)に連通する第2空間(122b)に区画されており、
過熱度を有する気相冷媒の過熱度(SH)は、予め定めた基準過熱度(KSH)以下になっており、第2チューブ群(121b)から流出する冷媒は、気液二相冷媒であり、第2チューブ群(121b)から流出する気液二相冷媒の乾き度は、0.25以下となっており、
複数のチューブ(121)の本数をXとし、第1チューブ群(121a)の本数のXに対する割合をYとし、複数のチューブ(121)のうち冷媒と送風空気との熱交換に寄与する部位の長手方向長さをW(単位:mm)としたときに、
{(−0.0008W 2 +0.109W+19.952)X 2 +(0.036W 2 +1.7791W−1876.6)X−0.2536W 2 −32.173W+50886}/10 5 ≦Y≦(14.748X 2 −999.97X−0.216W 2 +263.48W+46893.5)/10 5 となっており、
さらに、85≦W≦350となっているとともに、10≦X≦50となっていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明では、上記のように第2チューブ群(121b)から気液二相冷媒が流出するようになっており、これに伴って、第2チューブ群(121b)から流出する気液二相冷媒の乾き度が、0.25以下となることを限定している。
このように、第2チューブ群(121b)から流出する気液二相冷媒の乾き度の上限を規定することにより、後述の図10に例示するように車室内への送風空気の温度分布を抑制できる。
請求項2に記載の発明では、上記のように第2チューブ群(121b)から気液二相冷媒が流出する点で請求項1に記載の発明と相違しているが、他の点は請求項1に記載の発明と同じである。
このため、請求項2に記載の発明においても、請求項1に記載の発明と同様に、複数のチューブ(121)の本数Xに対する第1チューブ群(121a)を構成するチューブ(121)の本数の割合Yを調整することによって、第1熱交換領域の一端側から吹き出される送風空気の温度と第2熱交換領域の一端側から吹き出される送風空気の温度との温度差を容易に調整することができる。これにより、請求項2に記載の発明においても、後述の第2実施形態に例示するように車室内への送風空気の温度分布抑制をより適切に実現できる。
−0.569H+129.41≦W≦−0.5487H+458.77
となっていることを特徴とする。
−0.6059H+152.23≦W≦−0.5692H+382.69
となっていてもよい。
ところで、一般的な車両用空調装置では、冷媒放熱器から吹き出される送風空気に水平方向の温度分布が生じると、運転席側へ吹き出される送風空気と助手席側へ吹き出される送風空気との温度差が拡大してしまう。
従って、請求項5、6に記載の発明のように複数のチューブ(121)が水平方向に延びる構成とすることにより、送風空気の水平方向での温度分布を抑制することができるので、運転席側への吹出空気と助手席側への吹出空気との温度差を縮小できる。この効果は、車両用空調装置への適用において、実用上極めて有効である。
図1〜図9により、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の冷媒放熱器12を備えるヒートポンプサイクル10(蒸気圧縮式の冷凍サイクル)を、車両用空調装置1に適用している。図1、図2は、本実施形態の車両用空調装置1の全体構成図である。なお、車両用空調装置1は、エンジン(内燃機関)から走行用駆動力を得る通常のエンジン車両のみならず、ハイブリッド車両や電気自動車等種々の車両に適用できる。
ΔT=abs(0.3256×SC−3.0881)…(F1)
なお、abs()は、絶対値を取ることを表す関数である。従って、左右平均温度差ΔTを5℃以下とするためには、過冷却度SCを24.7℃以下とすることが望ましい。さらに、より一層、左右平均温度差ΔTを縮小して3℃以下とするためには、過冷却度SCを18.6℃以下とすることが望ましい。
{(−0.0008W2+0.109W+19.952)X2+(0.036W2+1.7791W−1876.6)X−0.2536W2−32.173W+50886}/105≦Y≦(14.748X2−999.97X−0.216W2+263.48W+46893.5)/105 …(F2)
これにより、冷媒放熱器12から流出する液相冷媒の過冷却度SCが24.7℃以下(具体的には、18.6℃以下)となる冷媒放熱器12が容易に実現でき、左右平均温度差ΔTを3℃以下に縮小できる。
−0.569H+129.41≦W≦−0.5487H+458.77…(F3)
これにより、左右平均温度差ΔTを容易に5℃以下とすることができる。
−0.6059H+152.23≦W≦−0.5692H+382.69…(F4)
さらに、本発明者の検討によれば、数式F3、F4の関係式を満たすように長手方向長さWおよび積層高さHを決定することで、一般的な車両用空調装置に搭載される冷媒放熱器で採用されている69.4≦H≦357.4の範囲で、左右平均温度差ΔT縮小効果を得ることができることが判っている。
暖房運転は、操作パネルの作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって暖房運転モードが選択されると開始される。暖房運転時には、空調制御装置が、開閉弁15aを閉じるとともに、三方弁15bを室外熱交換器16の出口側とアキュムレータ18の入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。これにより、ヒートポンプサイクル10は、図1の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
冷房運転は、操作パネルの作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって冷房運転モードが選択されると開始される。この冷房運転時には、空調制御装置が、開閉弁15aを開くとともに、三方弁15bを室外熱交換器16の出口側と冷房用固定絞り19の入口側とを接続する冷媒流路に切り替える。これにより、ヒートポンプサイクル10は、図2の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。
第1実施形態では、冷媒放熱器12から流出する冷媒(具体的には、第2チューブ群121bから流出する冷媒)が、過冷却度を有する液相冷媒となる例を説明したが、本実施形態では、冷媒放熱器12から流出する冷媒が気液二相冷媒となる例を説明する。
ΔT=5.4629×X−3.6523…(F5)
従って、左右平均温度差ΔTを5℃以下とするためには、乾き度Xを0.25以下とすることが望ましい。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
11 圧縮機
12 冷媒放熱器
121 チューブ
121a 第1チューブ群
121b 第2チューブ群
122、123 ヘッダタンク
122a 流入空間(第1空間)
122b 流出空間(第2空間)
Claims (6)
- 車両用空調装置に適用される蒸気圧縮式の冷凍サイクル(10)における冷媒放熱器であって、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)から吐出された冷媒と車室内へ送風される送風空気とを熱交換させて、過熱度を有する気相冷媒のエンタルピを、気液二相冷媒を経て液相冷媒となるまで低下させる冷媒放熱器であり、
冷媒が流通する複数のチューブ(121)と、
前記複数のチューブ(121)の積層方向に延びて前記複数のチューブ(121)を流通する冷媒の集合あるいは分配を行う一対のヘッダタンク(122、123)とを備え、
前記複数のチューブ(121)には、一端側から前記過熱度を有する気相冷媒を流入させて他端側から流出させる第1チューブ群(121a)、および、前記第1チューブ群(121a)から流出した冷媒を前記他端側から流入させて液相冷媒となるまでエンタルピが低下した冷媒を前記一端側から流出させる第2チューブ群(121b)が設けられており、
前記一対のヘッダタンク(122、123)のうち前記一端側に配置されるヘッダタンク(122)の内部空間は、少なくとも前記第1チューブ群(121a)に連通する第1空間(122a)および前記第2チューブ群(121b)に連通する第2空間(122b)に区画されており、
前記過熱度を有する気相冷媒の過熱度(SH)は、予め定めた基準過熱度(KSH)以下になっており、
前記第2チューブ群(121b)から流出する冷媒は、過冷却度を有する液相冷媒であり、
前記第2チューブ群(121b)から流出する液相冷媒の過冷却度(SC)は、24.7℃以下となっており、
前記複数のチューブ(121)の本数をXとし、
前記第1チューブ群(121a)の本数のXに対する割合をYとし、
前記複数のチューブ(121)のうち前記冷媒と前記送風空気との熱交換に寄与する部位の長手方向長さをW(単位:mm)としたときに、
{(−0.0008W 2 +0.109W+19.952)X 2 +(0.036W 2 +1.7791W−1876.6)X−0.2536W 2 −32.173W+50886}/10 5 ≦Y≦(14.748X 2 −999.97X−0.216W 2 +263.48W+46893.5)/10 5 となっており、
さらに、85≦W≦350となっているとともに、10≦X≦50となっていることを特徴とする冷媒放熱器。 - 車両用空調装置に適用される蒸気圧縮式の冷凍サイクル(10)における冷媒放熱器であって、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)から吐出された冷媒と車室内へ送風される送風空気とを熱交換させて、過熱度を有する気相冷媒のエンタルピを、気液二相冷媒となるまで低下させる冷媒放熱器であり、
冷媒が流通する複数のチューブ(121)と、
前記複数のチューブ(121)の積層方向に延びて前記複数のチューブ(121)を流通する冷媒の集合あるいは分配を行う一対のヘッダタンク(122、123)とを備え、
前記複数のチューブ(121)には、一端側から前記過熱度を有する気相冷媒を流入させて他端側から流出させる第1チューブ群(121a)、および、前記第1チューブ群(121a)から流出した冷媒を前記他端側から流入させて気液二相冷媒となるまでエンタルピが低下した冷媒を前記一端側から流出させる第2チューブ群(121b)が設けられており、
前記一対のヘッダタンク(122、123)のうち前記一端側に配置されるヘッダタンク(122)の内部空間は、少なくとも前記第1チューブ群(121a)に連通する第1空間(122a)および前記第2チューブ群(121b)に連通する第2空間(122b)に区画されており、
前記過熱度を有する気相冷媒の過熱度(SH)は、予め定めた基準過熱度(KSH)以下になっており、
前記第2チューブ群(121b)から流出する冷媒は、気液二相冷媒であり、
前記第2チューブ群(121b)から流出する気液二相冷媒の乾き度は、0.25以下となっており、
前記複数のチューブ(121)の本数をXとし、
前記第1チューブ群(121a)の本数のXに対する割合をYとし、
前記複数のチューブ(121)のうち前記冷媒と前記送風空気との熱交換に寄与する部位の長手方向長さをW(単位:mm)としたときに、
{(−0.0008W 2 +0.109W+19.952)X 2 +(0.036W 2 +1.7791W−1876.6)X−0.2536W 2 −32.173W+50886}/10 5 ≦Y≦(14.748X 2 −999.97X−0.216W 2 +263.48W+46893.5)/10 5 となっており、
さらに、85≦W≦350となっているとともに、10≦X≦50となっていることを特徴とする冷媒放熱器。 - 前記複数のチューブ(121)のうち前記冷媒と前記送風空気との熱交換に寄与する部位の長手方向長さをW(単位:mm)とし、前記複数のチューブ(121)の積層方向最上位部から積層方向最下位部へ至る積層高さH(単位:mm)としたときに、
−0.569H+129.41≦W≦−0.5487H+458.77
となっていることを特徴とする請求項1または2に記載の冷媒放熱器。 - 前記複数のチューブ(121)のうち前記冷媒と前記送風空気との熱交換に寄与する部位の長手方向長さをW(単位:mm)とし、前記複数のチューブ(121)の積層方向最上位部から積層方向最下位部へ至る積層高さH(単位:mm)としたときに、
−0.6059H+152.23≦W≦−0.5692H+382.69
となっていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷媒放熱器。 - 前記複数のチューブ(121)は、水平方向に延びており、
前記第1チューブ群(121a)は、前記第2チューブ群(121b)よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の冷媒放熱器。 - 前記複数のチューブ(121)は、水平方向に延びており、
前記第1チューブ群(121a)は、前記第2チューブ群(121b)よりも上方に配置されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の冷媒放熱器。
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