JP6097065B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Description
しかし、前記熱交換器を暖房運転時に蒸発器として用いるときには、メインコア部における吸熱により冷媒の気化が可能であるが、メインコア部及びサブクールコア部の両方に冷媒を流通させることとなるため、冷媒流通時の圧損が大きく、暖房能力の低下を招くおそれがあった。
また、上記従来技術の熱交換器は、あくまでも凝縮器としてのみ使用され、凝縮器及び蒸発器の双方の機能を有する熱交換器を想定していない。従って、メインコア部及びサブクールコア部における冷媒の流れ方向やメインコア部及びサブクールコア部を除霜する運転については格別な配慮がなされておらず、熱交換器及びそれが組み込まれる冷媒回路の簡素化及びエネルギー効率の高い除霜運転の実現については依然として課題が残されていた。
好ましくは、メインコア部及びサブクールコア部は、上下方向に離間して配置された一対のヘッダタンクと、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一対のヘッダタンクを連通する複数のチューブと、チューブに設けられたフィンとを有する。
好ましくは、レシーバタンクは、ヘッダタンクに連通される第1の連通孔と、第1の流路に連通される第2の連通孔とを有した1つの連結部材を具備する。
また、前記した熱交換器を凝縮器として使用するときには、流路切換手段により第1の流路に冷媒を流通させ、熱交換器を蒸発器として使用するときには、流路切換手段により第2の流路に冷媒を流通させる。
また、メインコア部及びサブクールコア部を除霜するときに流路切換手段により第2の流路に冷媒を流通させることにより、熱交換器においてレシーバタンクがバイパスされるため、除霜運転時のレシーバタンクにおける冷媒の熱エネルギーロスが防止され、熱交換器の熱交換効率の更なる向上に寄与する。
また、このような熱交換器は車両用空調装置の室外熱交換器として用いられるのが好ましい。
また、メインコア部及びサブクールコア部は、具体的には上下方向に離間して配置された一対のヘッダタンクと、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一対のヘッダタンクを連通する複数のチューブと、チューブに設けられたフィンとを有する構成である。これにより、チューブにおける着霜及び着氷現象の発生を抑制することができ、メインコア部及びサブクールコア部における空気と冷媒との熱交換効率の低下を抑えることができる。
また、レシーバタンクがヘッダタンクに連通される第1の連通孔と、第1の流路に連通される第2の連通孔とを有した1つの連結部材を具備することにより、1部材でヘッダタンク及び第1の流路をレシーバタンクに連通させることができるため、熱交換器の製作を更に容易にし、部品コストを更に低減することができ、熱交換器の構造を更に簡素化することができる。
図1は室外熱交換器 (熱交換器)1が組み込まれる車両空調用のヒートポンプシステム2、及びヒートポンプシステム2が接続されるHVAC(Heating Ventilation & Air Conditioning)ユニット4の概略構成を示し、図2は室外熱交換器1の構造を示す正面図を示す。
メインコア部6及びサブクールコア部10は、互いに平行を成した状態で上下方向に離間して配置された一対のヘッダタンク12,12と、当該ヘッダタンク12,12間において上下方向に延びるように配置されて該上下のヘッダタンク12,12の双方と連通する複数のチューブ14と、隣接するチューブ14間に配置されたフィン16とから構成され、メインコア部6及びサブクールコア部10は隣接して一体的な構造の熱交換コアを構成している。
HVACユニット4は、車両の車室内前方側に搭載され、車両のエンジンルームと車室内とを区画するダッシュパネルDBの車室内側に固定されている。HVACユニット4には、空気の流通方向から順に送風ファン28、室内蒸発器30、室内凝縮器32が内設されている。室内凝縮器32における空気流の上流側には、室内凝縮器32への空気入口を開閉するダンパ34が設けられ、図1中に破線で示すようにしてダンパ34を閉じることで室内凝縮器32をバイパスして空気を流すことができる。
詳しくは、ヒートポンプシステム2は、冷媒が循環する冷媒回路36を備え、冷媒回路36のうちの暖房運転時流路(第2の流路)36aは、図1中に破線矢印で示す冷媒流れ方向に、室外熱交換器1、第1開閉弁38、アキュムレータ40、圧縮機42、室内凝縮器32、第1膨張弁44を順に流通して室外熱交換器1に戻る冷媒流路を形成している。
更に、除湿運転時流路36cは、室外熱交換器1、第1逆止弁46、内部熱交換器48、第2膨張弁50、室内蒸発器30、第2開閉弁52、内部熱交換器48、アキュムレータ40、圧縮機42、室内凝縮器32を順に流通した後、分流路36fにおいて分流され第3開閉弁54を流通した後に合流路36gにおいて合流して最終的にアキュムレータ40に至る除湿専用流路36hを形成している。
このように、暖房、冷房及び除湿運転時の各流路36a,36b,36cは、アキュムレータ40から、圧縮機42、室内凝縮器32、第1膨張弁44を順に流通して室外熱交換器1に至るまでは共用されている。
また、室外熱交換器1のサブクールコア部10の上側のヘッダタンク12には、室外熱交換器1からの冷媒の出口ポート60が設けられ、出口ポート60は暖房、冷房、除湿及び除霜運転時において共用されている。
ダンパ34、及び第1〜第4開閉弁38,52,54、56の各駆動部は、車両を総合的に制御する図示しないECU(電気制御ユニット)に電気的に接続されている。ECUは、暖房運転時流路36aを使用する暖房運転時又は除湿運転時流路36cを使用する除湿運転時にダンパ34を開くことで、送風ファン28から送風される空気が室内凝縮器32に導入される。
一方、冷房運転時には第1開閉弁38を閉弁し、第2開閉弁52の開度を調整することにより室内蒸発器30において気化された冷媒ガスの蒸発圧力を適宜調整し、第3及び第4開閉弁54,56を閉弁する。一方、除湿運転時には第1開閉弁38を開弁し、第2開閉弁52の開度を調整することにより室内蒸発器30において気化された冷媒ガスの蒸発圧力を適宜調整し、第3開閉弁54の開度を適宜調整し、第4開閉弁56を閉弁する。
そして、暖房、冷房、除湿及び除霜運転時に入口ポート62からメインコア部6に流入した冷媒は、各ヘッダタンク12を内部で仕切る複数の仕切り板64を境界として同一方向にダウンフロー又はアップフローの縦流れを繰り返し、メインコア部6に対する通風によって周囲の空気と熱交換を行いながら、全体として図1及び図2で見て右から左に流通する。
また、サブクールコア部10の下側のヘッダタンク12には、冷媒のサブクールコア部入口ポート70が設けられ、サブクールコア部入口ポート70には暖房及び除湿運転時の各流路36a,36cの一部として共用される第2共用流路(第2の流路)72が接続されている。
以下、三方弁82による流路切換制御について詳しく説明する。先ず、ヒートポンプシステム2の暖房運転時には、入口ポート62からメインコア部6に流入した冷媒は、各ヘッダタンク12の仕切り板64を境界としてダウンフロー又はアップフローの縦流れを繰り返し、メインコア部6に対する通風によって周囲の空気と熱交換を行いながら、図1に破線矢印で示すように全体として右から左に流通し、メインコア部出口ポート66から第1共用流路68に流出される。
具体的には、室外熱交換器1を蒸発器として使用する暖房及び除湿運転時と、室外熱交換器1を凝縮器として使用する冷房運転時とで、メインコア部6及びサブクールコア部10の熱交換コアにおける冷媒の流通方向を逆流れにした場合には、冷媒回路36中に各運転時専用の配管や弁の数が必然的に増大し、回路構成が複雑になる。また、専用配管が増えると、冷媒回路36の総配管長が長くなるため、冷媒回路36の冷媒封入量が増大し、室外熱交換器1の熱交換効率低下の要因となるが、本実施例の場合にはこれらを回避することができる。
また、チューブ14に着霜したときには、ヒートポンプシステム2を除霜運転に移行することにより、高温冷媒の熱により融霜され、融霜後にチューブ14の表面に発生する水滴を重力によりチューブ14に沿って下に垂らすことで効率的に除去可能である。
また、メインコア部6とサブクールコア部10とを隣接して一体的に構成することで、室外熱交換器1をコンパクトに構成することができるとともに、室外熱交換器1の製作を容易にし、部品コストを低減することができ、室外熱交換器1の構造を簡素化することができる。
例えば、メインコア部6及びサブクールコア部10のパス数を適宜変更しても良い。
また、室外熱交換器1を蒸発器として使用する暖房及び除湿運転時に、室外熱交換器1においてレシーバタンク8をバイパスして、メインコア部6、サブクールコア部10の順に冷媒が流通するのであれば、室外熱交換器1の構成は前記実施例に限定されない。
また、前記実施例では本発明を車両空調用のHVACユニット4外に設けた室外熱交換器1に用いる場合について説明したが、他の用途の熱交換器及びヒートポンプシステムにも適用可能である。但し、室外熱交換器1を車両用空調装置に用いることにより、前記したようなエネルギー効率の高い除霜運転が可能となるため好適である。
2 ヒートポンプシステム
6 メインコア部
8 レシーバタンク
10 サブクールコア部
12 ヘッダタンク
14 チューブ
16 フィン
36a 暖房運転時流路(第2の流路)
36b 冷房運転時流路(第1の流路)
36d 除霜運転時流路(第2の流路)
68 第1共用流路(第1の流路、第2の流路)
72 第2共用流路(第2の流路)
74 連結部材
76 タンク間連通孔(第1の連通孔)
78 冷房専用流路(第1の流路)
80 冷房用連通孔(第2の連通孔)
82 三方弁(流路切換手段)
Claims (5)
- 熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用する室外熱交換器と、室内蒸発器とを車両用空調装置に備えるヒートポンプシステムであって、
前記熱交換器は、
空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部と、
前記メインコア部を流通した冷媒が流入されるレシーバタンクと、
前記レシーバタンクを流通した液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、
前記メインコア部、前記レシーバタンク、前記サブクールコア部、前記室内蒸発器の順に冷媒を流通させる第1の流路と、
前記レシーバタンクをバイパスして、前記メインコア部、前記サブクールコア部の順に冷媒を流通させる第2の流路と、
前記第1の流路と前記第2の流路とを切り換える流路切換手段と
を備え、
前記熱交換器を前記凝縮器として使用するときには、前記流路切換手段により前記第1の流路に冷媒を流通させ、
前記熱交換器を前記蒸発器として使用するときには、前記流路切換手段により前記第2の流路に冷媒を流通させ、
前記メインコア部及び前記サブクールコア部を除霜するときには、前記流路切換手段により前記第2の流路に冷媒を流通させることを特徴とするヒートポンプシステム。 - 前記第1の流路及び前記第2の流路の前記メインコア部及び前記サブクールコア部における冷媒の流通方向は同一であることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプシステム。
- 前記メインコア部及び前記サブクールコア部は、
上下方向に離間して配置された一対のヘッダタンクと、
前記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前記一対のヘッダタンクを連通する複数のチューブと、
前記チューブに設けられたフィンと
を有することを特徴とする請求項2に記載のヒートポンプシステム。 - 前記メインコア部及び前記サブクールコア部は、互いに隣接して配置されることを特徴とする請求項3に記載のヒートポンプシステム。
- 前記レシーバタンクは、前記ヘッダタンクに連通される第1の連通孔と、前記第1の流路に連通される第2の連通孔とを有した1つの連結部材を具備することを特徴とする請求項4に記載のヒートポンプシステム。
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