JP5920179B2 - 熱交換器およびそれを備えるヒートポンプサイクル - Google Patents
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Description
この構成によると、冷媒チューブには、空気から吸熱する冷媒が流される。冷媒チューブは、低温になるから、冷媒チューブおよびフィンには霜が発生する。霜は、冷媒チューブの近傍において大きく成長する。冷媒チューブの両側に配置された2つのフィンは、それらのそれぞれが突出部を有する。突出部は、冷媒チューブより、空気の流れの上流側において、除霜によって生成した融解水を流すことができる隙間を形成する。媒体チューブには、除霜のための媒体が流される。このとき、熱交換器上に発生した霜は融かされ、融解水となる。融解水は、冷媒チューブの近傍において多く発生する。隙間は冷媒チューブの上流側に形成されるから、融解水を効率的に流すことができる。このため、除霜性能を改善することができる。
この構成によると、隙間は、冷媒チューブに沿って、すなわち重力方向の上下方向に延びている。よって、融解水が重力によって流れやすい。
図1において、開示された発明のひとつの実施形態によって、車両用の空調装置1が提供される。空調装置1は、開示された発明を適用したヒートポンプサイクル2を備える。ヒートポンプサイクル2は、開示された発明を適用した熱交換器70を備える。ヒートポンプサイクル2は、冷媒回路10と、冷却水回路40とを含む。
通常暖房運転時には、車室外の空気ARを熱源として、室内凝縮器12によって空気URを加熱することにより、車室内の暖房が実行される。通常暖房運転は、車両の利用者によって操作されるスイッチによって起動される。冷媒回路10は、開閉弁15aが閉弁し、三方弁15bが室外熱交換器16とアキュムレータ18とを流路20aを介して接続し、圧縮機11が運転するように制御される。これにより、冷媒回路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。冷却水回路40は、ポンプ41が所定流量の冷却水を圧送し、三方弁42がバイパス通路44に冷却水を流すように制御される。冷却水回路40は、図1の破線矢印に示すように冷却水が流れる回路に切り替えられる。
除霜運転時には、冷却水回路40から得られる熱によって室外熱交換器16に付着した霜が解かされる。除霜運転では、制御装置100が圧縮機11の作動を停止させるとともに、送風ファン17の作動を停止させる。従って、除霜運転時には、通常の暖房運転時に対して、室外熱交換器16へ流入する冷媒流量が減少し、熱交換器70に流入する空気ARの風量が減少する。さらに、制御装置100は、図2の破線矢印に示すように冷却水がラジエータ43を通過するように、三方弁42を切り替える。従って、ラジエータ43の水チューブ43aを流通する冷却水の有する熱がフィン50を介して、室外熱交換器16に伝熱されて、室外熱交換器16の除霜がなされる。つまり、外部熱源HSの廃熱を有効に利用した除霜が実現される。
廃熱回収運転時には、外部熱源HSを熱源として、車室内の暖房が実行される。冷却水回路40の熱は、空気ARに放熱することができるが、所定の条件が成立すると、冷却水回路40の熱を冷媒回路10に渡すことにより暖房能力を高める廃熱回収運転が実行される。例えば、暖房運転時に、冷却水温度Twが予め定めた基準温度、例えば60°Cを上回ると、廃熱回収運転を実行することができる。
冷房運転時には、車室内の冷房が実行される。冷房運転は、車両の利用者によって操作されるスイッチによって起動される。冷媒回路10は、開閉弁15aが開き、三方弁15bが室外熱交換器16と固定絞り19とを接続し、圧縮機11が運転されるように制御される。冷媒回路10には、図4の実線矢印に示すように冷媒が流れる。冷却水回路40は、冷却水温度Twが基準温度を上回ると三方弁42が冷却水をラジエータ43へ流入させ、冷却水温度Twが基準温度を下回ると三方弁42が冷却水をバイパス通路44へ迂回させるように制御される。図4では、冷却水温度Twが基準温度を上回った際の冷却水の流れを破線矢印で示している。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷却水回路40からの熱だけで除霜運転を実行した。これに加えて、冷媒チューブ16aに高温の冷媒を流してもよい。このような除霜運転は、ホットガス除霜運転とも呼ばれる。この実施形態では、冷媒回路10は、除霜時に、冷媒チューブ16aに流される冷媒RFによって除霜のための熱を供給する。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、チューブ16a、43aの高さは、Thr=Thwとした。これに代えて、図20に示すように、冷媒チューブ16aの高さThrは、水チューブ43aの高さThwより小さくする(Thr<Thw)ことができる。この構成によると、冷媒チューブ16aの上流側におけるフィン間の隙間50dを狭く形成し、水チューブ43aの上流側におけるフィン間の隙間50dを広く形成することができる。この構成は、冷媒チューブ16aの前における排水性と、水チューブ43aの前における排水性とに差を与える。これにより、融解水DWの分布に応じた排水性の分布を熱交換器70上に形成することができる。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図21は、この実施形態の熱交換器70の断面図である。この実施形態では、フィン50に代えて、フィン450が採用されている。この実施形態では、フィン450は、水チューブ43a側においてのみ水チューブ43aより空気ARの流れの上流に向けて突出している。この実施形態では、フィン450は、冷媒チューブ16a側において冷媒チューブ16aより突出していない。よって、フィン450は、冷媒チューブ16aの上流側に排水のための隙間50dを区画しない。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図23は、この実施形態の廃熱回収運転時の流路を示す。
水チューブ43aと、下流列にある冷媒チューブ516aとは、空気ARの流れ方向に沿って重複して位置付けられている。言い換えると、空気ARの流れ方向に関して、水チューブ43aの下流には、冷媒チューブ516aが配置されている。この構成によると、上流列において冷却水WTの熱の一部が空気ARに供給されても、下流列において空気ARから冷媒チューブ516aに熱が供給される。よって、冷却水WTの熱が効率的に冷媒RFに供給される。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図27に図示されるように、この実施形態でも、フィン50は、少なくとも水チューブ643a側において水チューブ643aより空気ARの流れの上流に向けて突出している。この実施形態でも、フィン50は、冷媒チューブ616a側において冷媒チューブ616aより空気ARの流れの上流に向けて突出している。
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、開示された発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
10 冷媒回路、 40 冷却水回路、
12 室内凝縮器(利用側熱交換器)、
16 室外熱交換器、 16a、516a、616a 冷媒チューブ、
43 ラジエータ、 43a、643a 水チューブ(媒体チューブ)、
50、450 フィン、 50a ルーバー、
50b、450b 突出部、 50c、450c 上流端、 50d 隙間、
70 熱交換器、
AR 空気、 RF 冷媒、 WT 冷却水(媒体)。
Claims (15)
- 空気(AR)から吸熱する冷媒(RF)が流される複数の冷媒チューブ(16a、616a)、および前記冷媒に熱を供給するための媒体(WT)が流される複数の媒体チューブ(43a、643a)を含む複数のチューブと、
隣接して配置された前記チューブの間に形成された複数の空気通路(16b、43b)に設けられ、隣接する前記チューブに接合された複数のフィン(50、450)とを備え、
前記空気の流入側において、前記冷媒チューブと前記媒体チューブとが並んで配置されており、
前記フィン(50、450)は、少なくとも前記媒体チューブ側において前記媒体チューブより前記空気(AR)の流れの上流側に向けて突出する突出部(50b、450b)を有しており、
前記突出部は、前記冷媒チューブの近傍に霜の塊(FR)が厚く形成され、前記媒体チューブの近傍に霜の塊が薄く形成され、霜の塊が前記媒体チューブに到達する前に、前記空気の流れの上流側に面する端部(50c、450c)が霜の塊で閉塞された後でも、前記突出部の前記媒体チューブ側の側部から前記空気通路へ前記空気を導入するように突出しており、
前記媒体チューブに流れる媒体は、除霜のための熱を供給するための除霜媒体であって、
前記空気の流入側において、前記冷媒チューブの両側に前記媒体チューブを位置させて、それらが並んで配置されており、
前記突出部は、前記冷媒チューブより、前記空気の流れの上流側に向けて突出し、
前記冷媒チューブの両側に配置された2つの前記突出部は、前記冷媒チューブの上流側において除霜によって生成した融解水を流すことができる隙間(50d)をそれらの間に形成しており、
複数の前記チューブは、重力方向の上下方向へ延びるように配置されており、前記隙間(50d)は、前記冷媒チューブ(16a)に沿って延びていることを特徴とする熱交換器。 - 前記突出部は、前記冷媒チューブの近傍に霜の塊が厚く形成され、前記媒体チューブの近傍に霜の塊が薄く形成され、霜の塊が前記媒体チューブに到達する前に、前記空気の流れの上流側に面する端部が霜の塊で閉塞された後でも、前記突出部の前記媒体チューブ側の側部だけから前記空気通路へ前記空気を導入するように突出していることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 複数の前記チューブは、前記空気の流れの上流側に位置する上流列と、前記上流列より下流側に位置する下流列とを形成するように配置されており、
前記上流列にある前記媒体チューブは、前記下流列にある前記冷媒チューブの前記空気の流れの上流側に位置付けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱交換器。 - 前記媒体は、エンジンの冷却水であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱交換器。
- 複数の前記チューブは、前記空気の流れの上流側に位置する上流列と、前記上流列より下流側に位置する下流列とを形成するように配置されており、
少なくとも前記上流列において前記冷媒チューブの両側に前記媒体チューブが位置するように、前記冷媒チューブと前記媒体チューブとが交互に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の熱交換器。 - 前記冷媒チューブは、エンジンルーム内に配置された室外熱交換器を提供し、
前記媒体チューブは、ラジエータを提供することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の熱交換器。 - 前記冷媒チューブの両側に配置された2つの前記フィンは、前記冷媒チューブに複数の山部を接合したコルゲートフィンであって、
複数の前記山部は、上下方向に沿って、前記冷媒チューブの両側に交互に位置づけられていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の熱交換器。 - 前記フィンは、前記冷媒チューブに複数の山部を接合したコルゲートフィンであって、
前記冷媒チューブの高さ(Thr)は、前記フィンのピッチ(Fp)の半分より小さい(Th<Fp/2)ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の熱交換器。 - 前記冷媒チューブの高さ(Thr)は、前記媒体チューブの高さ(Thw)より小さい(Thr<Thw)ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の熱交換器。
- 請求項1から請求項9のいずれかに記載の熱交換器(70)と、
前記冷媒チューブに冷媒を流し、冷媒に吸熱した熱を利用側熱交換器(12)に供給する冷媒回路(10)と、
前記媒体チューブに前記媒体を流す媒体回路(40)と、
前記熱交換器における前記媒体の温度(T2)を、前記冷媒チューブ内の冷媒が吸熱するときの前記冷媒の温度(T1)より高い温度に制御する制御装置(100)とを備えることを特徴とするヒートポンプサイクル。 - 前記制御装置は、前記媒体の温度(T2)を、前記空気の温度(T3)と前記冷媒の温度(T1)との間に制御する(T3>T2>T1)ことを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプサイクル。
- 前記制御装置は、前記媒体の温度(T2)を、前記空気の温度(T3)および前記冷媒の温度(T1)より高く制御する(T2>T3>T1)ことを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプサイクル。
- 請求項4から請求項9のいずれかに記載の熱交換器(70)と、
前記冷媒チューブに冷媒を流し、冷媒に吸熱した熱を利用側熱交換器(12)に供給する冷媒回路(10)と、
前記媒体チューブに前記媒体を流す媒体回路(40)とを備え、
前記媒体チューブ(43a)に流される前記媒体は、外部熱源(HS)からの熱を蓄える蓄熱媒体であって、
前記媒体回路は、前記冷媒チューブ内の冷媒が吸熱するときの温度より高い温度に、前記外部熱源(HS)の温度を維持することを特徴とするヒートポンプサイクル。 - 前記媒体回路は、前記冷媒チューブ(16a)に流される冷媒に吸熱される熱を供給することを特徴とする請求項13に記載のヒートポンプサイクル。
- 前記冷媒回路は、除霜時に、前記冷媒チューブ(16a)に流される冷媒によって除霜のための熱を供給することを特徴とする請求項13または請求項14に記載のヒートポンプサイクル。
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