JP6544294B2

JP6544294B2 - 熱交換器

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Publication number: JP6544294B2
Application number: JP2016094797A
Authority: JP
Inventors: 大畑　創; 創大畑; 三枝　弘; 弘三枝
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: JP2017203578A

Description

本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用され、所定の条件下で吸熱器として機能する熱交換器に関する。

従来、車両用の空調装置に適用される蒸気圧縮式の冷凍サイクルは、車室内の暖房時に外気から吸熱する吸熱器（例えば、蒸発器）として機能し、車室内の冷房時に外気に放熱する放熱器（例えば、凝縮器）として機能する室外熱交換器を備えるものがある。

室外熱交換器には、搭載性の向上を図るために薄幅化が要求されているが、単に室外熱交換器を薄幅化すると、圧力損失が増加して熱交換器における熱交換性能が低下してしまうという背反がある。

これに対して、上下方向に延びる複数のチューブ、および各チューブの長手方向の両端部に接続された一対のヘッダタンクを備える構成とし、上方側のヘッダタンクで冷媒の流れをターンさせる室外熱交換器が採用されることがある。

ここで、蒸発器において、ヘッダタンクにおける液冷媒が流れ難いチューブの接続位置よりも冷媒流れ下流側に、タンク内流路の一部を縮小させる縮小部を設けることで、液冷媒が流れ難い箇所に液冷媒を流す構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−６４１３６号公報

ところで、上方側のヘッダタンクで冷媒の流れをターンさせる熱交換器では、複数のチューブのうち、上方側のヘッダタンクからの冷媒が流入するチューブ群において、液冷媒が一部のチューブに偏って流れる傾向がある。本発明者の知見によれば、複数のチューブのうち、上方側のヘッダタンクからの冷媒が流入するチューブ群において、奥側のチューブに渇き度の低い冷媒（液冷媒）が流れ難い傾向があることが判っている。なお、奥側のチューブは、上方側のヘッダタンクにおける冷媒流れ下流側に接続されるチューブである。

そこで、本発明者らは、上方側のヘッダタンクのうち、上方側のヘッダタンクへ冷媒を流出させるチューブ群と上方側のヘッダタンクからの冷媒が流入するチューブ群との境となる位置（ターン位置）に縮小部を設定し、奥側のチューブに液冷媒を流すことを考えた。

しかしながら、上方側のヘッダタンクにおけるターン位置に縮小部を設定する場合、縮小部を通過する際に液冷媒の流速が増加して、縮小部が設定された部位の冷媒流れ直後のチューブに液冷媒が殆ど流れなくなってしまうことが判った。

すなわち、上方側のヘッダタンクにおけるターン位置に縮小部を設定する構成では、液冷媒が流れ難い箇所が新たに生じてしまうことになり、熱交換器における熱交換性能の向上を図ることが難しい。

本発明は上記点に鑑みて、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用され、所定の条件下で吸熱器として機能する熱交換器において、熱交換性能の向上を図ることを目的とする。

請求項１に記載の発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用され、所定の条件下で吸熱器として機能する熱交換器を対象としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、冷媒の流通路が形成された複数のチューブ（５１）を積層して構成される積層体（４０）と、複数のチューブの長手方向の両端部に接続された一対のヘッダタンク（４１、４２）と、を備える。

複数のチューブそれぞれは、長手方向における一方の端部が他方の端部よりも上方側に位置するように配設されている。そして、一対のヘッダタンクのうち、一方の端部に接続されたヘッダタンクを上方側タンク（４２）とし、他方の端部に接続されたヘッダタンクを下方側タンク（４１）としたとする。この際、下方側タンク（４１）の内部には、複数のチューブにおける積層体の積層方向に隣接する第１のチューブ群（４０Ａ）に冷媒を分配する分配空間（４１１）、および第１のチューブ群に隣接する第２のチューブ群（４０Ｂ）からの冷媒を集合させる集合空間（４１２）が設定されている。また、上方側タンク（４２）の内部には、第１のチューブ群および第２のチューブ群の双方に連通して、第１のチューブ群からの冷媒を第２のチューブ群に導く連通空間（４２１）が設定されている。

そして、連通空間には、上方側タンクの内部の流路断面積を縮小させる縮小部（４６）が設定されており、縮小部は、連通空間のうち、第１のチューブ群における第２のチューブ群に最も近いチューブの接続位置よりも冷媒流れ上流側に設定されている。

これによれば、上方側タンクにおける縮小部の冷媒流れ直後に、第１のチューブ群に属するチューブが位置することになる。このため、縮小部を通過した際に渇き度の低い液冷媒の流速が増加しても、ターン直後のチューブ、すなわち、第２のチューブ群における第１のチューブ群に近接するチューブに対して渇き度の低い液冷媒を流すことができる。

また、本構成では、上方側タンクの連通空間のうち、第１のチューブ群側に縮小部を設定しているので、第２のチューブ群において渇き度の低い冷媒が流れ難い箇所が新たに生じてしまうこともない。

従って、本構成によれば、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用され、所定の条件下で吸熱器として機能する熱交換器において、熱交換性能の向上を図ることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の実施形態に係る車両用空調装置の全体構成を示す概略図である。本発明の実施形態に係る室外熱交換器の模式的な正面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。本発明の実施形態に係る室外熱交換器における冷媒の流れを説明するための説明図である。本発明の比較例に係る室外熱交換器の上方側タンク内の冷媒流れを説明するための説明図である。本発明の比較例に係る室外熱交換器の全体における液冷媒およびガス冷媒の分布を説明するための説明図である。図２のＶＩＩ部の拡大図である。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。上方側タンクの内部に設定される絞りプレート（縮小部）の斜視図である。図８のＸ−Ｘ断面図である。本発明の実施形態に係る室外熱交換器の上方側タンク内の冷媒流れを説明するための説明図である。本発明の実施形態に係る室外熱交換器の全体における液冷媒およびガス冷媒の分布を説明するための説明図である。

以下、本発明を実施する一実施形態について図１〜図１２を参照して説明する。本実施形態では、図１に示す車両用空調装置１０の室外熱交換器２５に本発明の熱交換器を適用した例について説明する。

車両用空調装置１０は、空調対象空間である車室内を空調する装置である。車両用空調装置１０は、車室内を冷房する冷房モード、車室内を暖房する暖房モードに切替可能に構成されている。本実施形態の車両用空調装置１０は、図１に示すように、蒸気圧縮式の冷凍サイクル２０および室内空調ユニット３０を備える。

冷凍サイクル２０は、蒸発器２１および凝縮器２２を流れる冷媒の相変化を利用することにより、運転モードを車室内を冷房する冷房モードおよび車室内を暖房する暖房モードに切替可能に構成されている。なお、冷凍サイクル２０は、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）、ＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等が採用されている。

本実施形態の冷凍サイクル２０は、電動圧縮機２３、凝縮器２２、暖房用固定絞り２６、室外熱交換器２５、三方弁２９、冷房用膨張弁２４、蒸発器２１、およびアキュムレータ２７を備える。冷凍サイクル２０は、上述の構成要素が配管により環状に接続されることによって環状の回路として構成されている。

ここで、暖房用固定絞り２６の上流側および下流側の冷媒通路には、暖房用固定絞り２６をバイパスする高圧側バイパス通路２６ａが接続されている。高圧側バイパス通路２６ａには、暖房用固定絞り２６と並列関係にある電磁弁２６ｂが設けられている。

また、室外熱交換器２５の出口側の冷媒通路は、三方弁２９を分岐点として、蒸発器２１に至る分岐通路２４ｂと、冷房用膨張弁２４および蒸発器２１をバイパスしてアキュムレータ２７の例ビア入口側に至る低圧側バイパス通路２４ａとに分かれている。なお、低圧側バイパス通路２４ａは、冷房用膨張弁２４の上流側と蒸発器２１の下流側とを接続する冷媒通路である。

また、分岐通路２４ｂは、蒸発器２１の出口側からも延設され、アキュムレータ２７の冷媒入口側で低圧側バイパス通路２４ａに接続されている。蒸発器２１の入口側における分岐通路２４ｂには、冷房用膨張弁２４が設けられている。

三方弁２９は、室外熱交換器２５から流出した冷媒を、低圧側バイパス通路２４ａおよび分岐通路２４ｂのいずれか一方に流れるように切り替える流路切替弁である。三方弁２９は、図示しない制御装置からの制御信号に応じて、その作動が制御される。

電動圧縮機２３は、図示しない蓄電池である車載バッテリからの給電によって駆動し、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する圧縮機である。電動圧縮機２３は、回転数制御が可能なように構成されている。具体的には、電動圧縮機２３は、図示しないインバータにより周波数が調整された交流電圧が印加されてそのモータの回転速度が制御される。インバータは、図示しない制御装置によって制御される。

凝縮器２２は、電動圧縮機２３から吐出された冷媒が流入し、暖房モード時に高圧の冷媒と温風導入通路３１ａを流れる空気との熱交換により、空気を加熱する加熱用熱交換器（放熱器）である。

暖房用固定絞り２６は、暖房モード時に凝縮器２２を通過した後の冷媒を減圧する減圧手段である。具体的には、暖房用固定絞り２６は、高温高圧の液冷媒を減圧して低温低圧の気液二相状態の冷媒（以下、気液二相冷媒と呼ぶことがある。）とする固定絞りである。

電磁弁２６ｂは、高圧側バイパス通路２６ａを流れる冷媒を流通および遮断する開閉弁である。電磁弁２６ｂは、冷房モードと暖房モードとを切り替えるために設けられている。電磁弁２６ｂは、図示しない制御装置によって、暖房モード時に高圧側バイパス通路２６ａを閉鎖し、冷房モード時に高圧側バイパス通路２６ａを開放するように制御される。

室外熱交換器２５は、車両の車室外（例えば、車両のボンネットの内部空間）に配置されて、室外器用送風機２８により強制的に送風される車室外空気（外気）と冷媒とを熱交換させる熱交換器である。

本実施形態の室外熱交換器２５は、暖房モード時に暖房用固定絞り２６で減圧された冷媒が流入して外気から吸熱し、冷房モード時に暖房用固定絞り２６を迂回した冷媒が流入して外気へ放熱する。すなわち、本実施形態の室外熱交換器２５は、所定の条件下で吸熱器として機能する。具体的には、本実施形態の室外熱交換器２５は、暖房モード時に外気から吸熱する吸熱器として機能し、冷房モード時に外気に放熱する放熱器として機能する。

冷房用膨張弁２４は、冷房モード時に蒸発器２１に流入させる冷媒を減圧する減圧手段である。具体的には、冷房用膨張弁２４は、高温高圧の液冷媒を減圧して低温低圧の気液二相冷媒とする温度式膨張弁で構成されている。

蒸発器２１は、冷凍サイクル２０の運転時に内部を流れる冷媒の吸熱作用によって車室内へ送風される空気を冷却する冷却用熱交換器（吸熱器）である。なお、本実施形態の蒸発器２１には、暖房モード時に冷媒が流れないようになっている。

アキュムレータ２７は、電動圧縮機２３に流入する前の冷媒を気液分離するタンクである。アキュムレータ２７には、低圧側バイパス通路２４ａを通過した冷媒、または分岐通路２４ｂから蒸発器２１を通過した冷媒が流入する。アキュムレータ２７は、電動圧縮機２３にガス冷媒を供給すると共に、電動圧縮機２３にオイルを供給する部材として機能する。アキュムレータ２７に流入する気液二相冷媒は、アキュムレータ２７で気液分離された後、ガス冷媒とオイルとが電動圧縮機２３に吸入される。

本実施形態の冷凍サイクル２０は、暖房モード時に、図示しない制御装置によって、三方弁２９が低圧側バイパス通路２４ａに冷媒が流れるように切り替え制御されると共に、電磁弁２６ｂが閉に制御される。これにより、冷凍サイクル２０における暖房モード時の冷媒経路は、図１の黒矢印で示すように、電動圧縮機２３、凝縮器２２、暖房用固定絞り２６、室外熱交換器２５、三方弁２９、アキュムレータ２７となる。

また、本実施形態の冷凍サイクル２０は、冷房モード時に、図示しない制御装置によって、三方弁２９が分岐通路２４ｂに冷媒が流れるように切り替え制御されると共に、電磁弁２６ｂが開に制御される。これにより、冷凍サイクル２０における冷房モード時の冷媒経路は、図１の白抜矢印で示すように、電動圧縮機２３、凝縮器２２、電磁弁２６ｂ、室外熱交換器２５、三方弁２９、冷房用膨張弁２４、蒸発器２１、アキュムレータ２７となる。

次に、室内空調ユニット３０に関して説明する。室内空調ユニット３０は、車室内に空調風を提供するためのユニットである。室内空調ユニット３０は、例えば、車室内前方のインストルメントパネルの裏側に設けられている。

室内空調ユニット３０は、外殻を構成すると共に、内部に空気の通風路を形成する空調ケース３１を備える。空調ケース３１は、複数のケース部材からなり、例えばポリプロピレン等の樹脂成形品として構成されている。

空調ケース３１の空気流れ最上流側には、車室内空気（内気）と外気とを切替導入する内外気切替装置３２が配置されている。内外気切替装置３２は、内気の導入口３２ａおよび外気の導入口３２ｂの開口面積を、内外気切替ドア３２ｃで調整することで、空調ケース３１内への内気および外気の導入割合を変化させる装置である。

内外気切替装置３２の空気流れ下流側には、内外気切替装置３２から導入される空気を車室内へ向けて送風する送風機３３が配置されている。送風機３３は、シロッコファン等の遠心ファン３３ａを電動モータ３３ｂにて駆動する電動送風機である。送風機３３は、図示しない制御装置からの制御信号に応じて電動モータ３３ｂの回転数が制御される。

送風機３３の空気流れ下流側には、蒸発器２１および凝縮器２２が、送風空気の流れに対して、蒸発器２１、凝縮器２２の順に配置されている。換言すると、蒸発器２１は、凝縮器２２に対して空気流れ上流側に配置されている。

空調ケース３１内には、蒸発器２１通過後の送風空気を、凝縮器２２に導く温風導入通路３１ａと、凝縮器２２を迂回して流す冷風バイパス通路３１ｂとが設定されている。また、空調ケース３１内には、蒸発器２１の空気流れ下流側であって、かつ、凝縮器２２の空気流れ上流側にエアミックスドア３４が配置されている。

エアミックスドア３４は、蒸発器２１通過後の送風空気のうち、温風導入通路３１ａを通過させる風量と冷風バイパス通路３１ｂを通過させる風量との風量割合を調整して、車室内へ吹き出す空気の温度を調整する温度調整部として機能する。エアミックスドア３４は、図示しない制御装置からの制御信号に応じてその作動が制御される。

さらに、空調ケース３１内には、温風導入通路３１ａおよび冷風バイパス通路３１ｂの空気流れ下流側に、凝縮器２２を通過した温風、並びに、冷風バイパス通路３１ｂを通過した冷風を合流させる合流空間３１ｃが形成されている。

空調ケース３１の空気流れ最下流部には、合流空間３１ｃにて合流した送風空気を、車室内へ吹き出す複数の開口穴が形成されている。図示しないが、空調ケース３１には、開口穴として、車両前面の窓ガラスの内面に向けて空気を吹き出すデフロスタ開口穴、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴が形成されている。

また、図示しないが、各開口穴の空気流れ上流側には、各開口穴の開口面積を調整する吹出モードドアとして、デフロスタドア、フェイスドア、フットドアが配置されている。これら吹出モードドアは、図示しない制御装置によって、その作動が制御される。

さらに、各開口穴の空気流れ下流側は、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口、およびデフロスタ吹出口に接続されている。

次に、車両用空調装置１０の作動に関して説明する。図示しない制御装置は、運転モードが冷房モードの場合、エアミックスドア３４を温風導入通路３１ａの閉鎖位置に制御すると共に、電磁弁２６ｂを開状態に制御し、さらに、三方弁２９を分岐通路２４ｂに冷媒が流れるように制御する。

冷房モード時の冷媒の流れは、前述のように図１の白抜き矢印で示した流れであり、電動圧縮機２３から吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器２２に流入するが、凝縮器２２を空気が通過しないため、凝縮器２２での放熱量は少ない。

凝縮器２２から流出した冷媒は、高圧側バイパス通路２６ａを通って室外熱交換器２５に流入し、室外熱交換器２５内を通過する際に室外器用送風機２８により送風された空気に放熱して気液二相冷媒となる。その後、気液二相冷媒は、分岐通路２４ｂに流れ、冷房用膨張弁２４で減圧されて蒸発器２１に流入し、送風機３３によって空調ケース３１内の通風路を流れる送風空気から吸熱して蒸発器２１内で蒸発する。そして、冷媒はアキュムレータ２７で気液分離された後、電動圧縮機２３に吸入される。なお、蒸発器２１で吸熱され冷却された冷風は、主にフェイス吹出し開口を介して乗員の上半身に向けて吹き出される。

また、図示しない制御装置は、運転モードが暖房モードの場合、エアミックスドア３４を冷風バイパス通路３１ｂの閉鎖位置に制御すると共に、電磁弁２６ｂを閉状態に制御し、さらに、三方弁２９を低圧側バイパス通路２４ａに冷媒が流れるように制御する。

暖房モード時の冷媒の流れは、前述のように図１の黒矢印で示した流れであり、電動圧縮機２３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２２に流入し凝縮器２２内を通過する際に温風導入通路３１ａを流れる空気に放熱する。

凝縮器２２から流出した冷媒は、暖房用固定絞り２６に流入し、暖房用固定絞り２６によって減圧される。暖房用固定絞り２６で減圧された冷媒は、室外熱交換器２５に流入し、室外熱交換器２５内を通過する際に室外器用送風機２８により送風された空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器２５を通過した冷媒は低圧側バイパス通路２４ａを流れ、アキュムレータ２７で気液分離された後、電動圧縮機２３に吸入される。

次に、本実施形態の室外熱交換器２５の基本構成について、図２、図３を参照して説明する。室外熱交換器２５は、前述のように冷房モード時に放熱器として機能し、暖房モード時に吸熱器として機能する。

図２に示すように、室外熱交換器２５は、外気と冷媒とを熱交換させる熱交換コア４０、および熱交換コア４０に対して冷媒を分配または熱交換コア４０から流出した冷媒を集合させる一対のヘッダタンク４１、４２を含んで構成されている。

熱交換コア４０は、内部に冷媒の流通路が形成された複数のチューブ５１の積層体で構成されている。本実施形態の熱交換コア４０は、複数のチューブ５１の積層体の積層方向に複数のチューブ５１が一列に並ぶように構成されている。なお、本実施形態では、複数のチューブ５１の積層体の積層方向を単にチューブ積層方向と呼ぶことがある。

複数のチューブ５１は、長手方向の一方の端部が他方の端部よりも上方側に位置するように配設されている。具体的には、本実施形態の複数のチューブ５１は、上下方向に沿って延びるように配列されている。複数のチューブ５１は、それぞれ扁平な断面を有する単穴あるいは多穴の管で構成され、隣り合うチューブ５１の扁平面が並行となるように、互いに所定の間隔を設けて配列されている。

隣り合うチューブ５１の間に形成される隙間は、外気が流通する空間を構成している。本実施形態の熱交換コア４０は、外気と冷媒との熱交換を促進するために、隣り合うチューブ５１の間に形成される隙間に図示しないフィンが配置されている。

複数のチューブ５１の長手方向の両端部には、複数のチューブ５１の内部に形成される冷媒の流通路に連通する一対のヘッダタンク４１、４２が接続されている。本実施形態では、一対のヘッダタンク４１、４２のうち、複数のチューブ５１の下端側に接続されるヘッダタンクが下方側タンク４１を構成し、複数のチューブ５１の上端側に接続されるヘッダタンクが上方側タンク４２を構成している。

下方側タンク４１の内部には、図３に示すセパレータ４３が設けられている。セパレータ４３は、下方側タンク４１の内部空間を仕切る仕切り部材である。本実施形態では、下方側タンク４１の内部に１つのセパレータ４３が設けられている。

これにより、本実施形態の下方側タンク４１の内部空間は、図２に示すように、セパレータ４３によって２つの空間４１１、４１２に仕切られている。また、熱交換コア４０を構成する複数のチューブ５１は、下方側タンク４１内部の２つの空間４１１、４１２に対応して、第１のチューブ群４０Ａと第２のチューブ群４０Ｂとに区分される。なお、第１のチューブ群４０Ａは、複数のチューブ５１のうち、下方側タンク４１における一方の空間４１１を区画形成する部位に接続されたチューブ群である。また、第２のチューブ群４０Ｂは、複数のチューブ５１のうち、下方側タンク４１における他方の空間４１２を区画形成する部位に接続されたチューブ群である。

また、下方側タンク４１には、チューブ積層方向の一端側に下方側タンク４１の内部に冷媒を導入するための入口側コネクタ４４が接続されている。本実施形態の入口側コネクタ４４は、暖房用固定絞り２６または高圧側バイパス通路２６ａを通過した冷媒を下方側タンク４１に導入する部材である。

入口側コネクタ４４は、下方側タンク４１の内部に形成された２つの空間４１１、４１２のうち一方の空間４１１に連通している。本実施形態では、下方側タンク４１の内部に形成された一方の空間が、複数のチューブ５１におけるチューブ積層方向に隣接する第１のチューブ群４０Ａに冷媒を分配する分配空間４１１を構成している。

さらに、下方側タンク４１には、チューブ積層方向の他端側に下方側タンク４１の内部から冷媒を導出するための出口側コネクタ４５が接続されている。本実施形態の出口側コネクタ４５は、熱交換コア４０を通過した冷媒を室外熱交換器２５側から三方弁２９側に導出する部材である。

出口側コネクタ４５は、下方側タンク４１の内部に形成された２つの空間４１１、４１２のうち他方の空間４１２に連通している。本実施形態では、下方側タンク４１の内部に形成された他方の空間が、第１のチューブ群４０Ａに隣接する第２のチューブ群４０Ｂから流出した冷媒を集合させる集合空間４１２を構成している。

続いて、上方側タンク４２の内部には、第１のチューブ群４０Ａおよび第２のチューブ群４０Ｂの双方と連通して、第１のチューブ群４０Ａからの冷媒を第２のチューブ群４０Ｂに導く連通空間４２１が形成されている。なお、本実施形態の上方側タンク４２は、下方側タンク４１と異なり、その内部空間が仕切られていない。

このように構成される室外熱交換器２５では、図４に示すように、入口側コネクタ４４から導入された冷媒が、下方側タンク４１の分配空間４１１に流入し、第１のチューブ群４０Ａに分配される。そして、第１のチューブ群４０Ａに分配された冷媒は、下方側から上方側へと上昇する際に外気と熱交換した後、上方側タンク４２の連通空間４２１に流入する。

上方側タンク４２の連通空間４２１に流入した冷媒は、下方側タンク４１のセパレータ４３が配置された位置に対応するターン位置ＴＰで流れが方向転換し、第１のチューブ群４０Ａに隣接する第２のチューブ群４０Ｂに分配される。そして、第２のチューブ群４０Ｂに分配された冷媒は、上方側から下方側へと下降する際に外気と熱交換した後、下方側タンク４１の集合空間４１２に流入する。下方側タンク４１の集合空間４１２に流入した冷媒は、出口側コネクタ４５から外部に排出される。

このように、本実施形態の室外熱交換器２５は、第１のチューブ群４０Ａを通過した冷媒が、上方側タンク４２でＵターンして、第２のチューブ群４０Ｂに流入する構成となっている。

ここで、上方側タンク４２で冷媒の流れをターンさせる構成では、第２のチューブ群４０Ｂにおいて、渇き度の低い冷媒（例えば、液冷媒）が一部に偏って流れる傾向がある。本発明者らの知見によれば、特に第２のチューブ群４０Ｂにおける奥側のチューブ５１に液冷媒が流れ難いことが判っている。なお、第２のチューブ群４０Ｂにおける奥側のチューブ５１は、チューブ積層方向において、第２のチューブ群４０Ｂにおける第１のチューブ４０Ａから離れたチューブである。

以下、上方側タンク４２で冷媒の流れをターンさせる構成において、第２のチューブ群４０Ｂにおける奥側のチューブ５１に液冷媒が流れ難くなる要因について説明する。

まず、暖房モードの場合、室外熱交換器２５には、暖房用固定絞り２６で減圧された低温低圧の気液二相冷媒が流入して、流入した気液二相冷媒が熱交換コア４０にて蒸発する。この際、熱交換コア４０では、第１のチューブ群４０Ａに乾き度が低い液リッチな冷媒が流れる。そして、第１のチューブ群４０Ａを通過した冷媒は、上方側タンク４２の連通空間４２１にてターン（すなわち、方向転換）して、第２のチューブ群４０Ｂに流入する。

ここで、上方側タンク４２の連通空間４２１には、第１のチューブ群４０Ａを通過した液リッチな冷媒が流入する。上方側タンク４２の連通空間４２１に流入した液冷媒は、その自重によって、第２のチューブ群４０Ｂにおける第１のチューブ群４０Ａに近いチューブ５１に流れ易くなる。このため、暖房モードの場合には、第２のチューブ群４０Ｂにおける第１のチューブ群４０Ａから最も離れたチューブ５１に液冷媒が流れ難くなる。

一方、冷房モードの場合、室外熱交換器２５には、電動圧縮機２３で圧縮された高温高圧のガス冷媒が流入して、流入したガス冷媒が熱交換コア４０にて凝縮する。この際、熱交換コア４０では、第１のチューブ群４０Ａに乾き度が大きいガスリッチな冷媒が流れる。そして、第１のチューブ群４０Ａを通過した冷媒は、上方側タンク４２の連通空間４２１にてターン（すなわち、方向転換）して、第２のチューブ群４０Ｂに流入する。

ここで、上方側タンク４２の連通空間４２１には、第１のチューブ群４０Ａにて外気との熱交換器により凝縮した液冷媒の一部が流入する。上方側タンク４２の連通空間４２１に流入した液冷媒は、その自重によって、第２のチューブ群４０Ｂにおける第１のチューブ群４０Ａに近いチューブ５１に流れ易くなる。

このため、冷房モードの場合にも、暖房モードと同様に、第２のチューブ群４０Ｂにおける第１のチューブ群４０Ａから最も離れたチューブ５１に液冷媒が流れ難くなる。ただし、冷房モードの場合、暖房モードの場合に比べて、上方側タンク４２の連通空間４２１に乾き度が大きいガスリッチな冷媒が流れ易い。このため、冷房モードの場合、暖房モードの場合に比べて、第２のチューブ群４０Ｂにおける液冷媒の偏りによる熱交換性能への影響が小さい。

これに対して、本発明者らは、上方側タンク４２の連通空間４２１のうち、第１のチューブ群４０Ａと第２のチューブ群４０Ｂとの境となる位置（ターン位置ＴＰ）に縮小部ＲＰを設定することを考えた。

以下、上方側タンク４２の連通空間４２１のうち、ターン位置ＴＰに縮小部ＲＰを設定した構成におけるターン位置ＴＰ付近における冷媒の流れを図５、図６を参照して説明する。

ここで、図５は、本実施形態の比較例に係る室外熱交換器ＣＥにおける上方側タンク４２のターン位置ＴＰ付近における冷媒の流れを説明するための断面図である。なお、図５は、図２のＶＩＩ部における上方側タンク４２の断面図に相当している。また、図６は、本実施形態の比較例に係る室外熱交換器ＣＥの暖房モード時における液冷媒およびガス冷媒の分布を説明するための説明図である。なお、図６では、熱交換コア４０におけるガス冷媒がリッチな領域（ガスリッチな領域）を点ハッチングで示し、熱交換コア４０における液冷媒がリッチな領域（液リッチな領域）をクロスハッチングで示している。

図５に示すように、本実施形態の比較例に係る室外熱交換器ＣＥでは、上方側タンク４２に流入した冷媒が縮小部ＲＰを通過する際に流速が増加することで、慣性によって液冷媒が上方側タンクＵＴの奥側のチューブ５１に向かって流れ易くなる。

しかしながら、本実施形態の比較例に係る室外熱交換器ＣＥでは、縮小部ＲＰを通過する際に液冷媒の流速が増加することで、縮小部ＲＰが設定された部位の冷媒流れ直後のチューブ５１に液冷媒が殆ど流れなくなってしまう。

このため、本実施形態の比較例に係る室外熱交換器ＣＥでは、図６に示すように、第２のチューブ群４０Ｂにおいて、第１のチューブ群４０Ａに隣接する領域がガスリッチな領域となる。ガスリッチな領域は、蒸発潜熱による吸熱効果が生じ難い領域であり、当該領域が拡大すると室外熱交換器２５の熱交換性能が低下してしまう。

これらを鑑みて、本実施形態では、図７に示すように、上方側タンク４２の連通空間４２１のうち、第１のチューブ群４０Ａにおける第２のチューブ群４０Ｂに最も近いチューブ５１よりも冷媒流れ上流側に縮小部を構成する絞りプレート４６を設定している。

本実施形態では、連通空間４２１のうち、第１のチューブ群４０Ａにおける第２のチューブ群４０Ｂから最も離れたチューブ５１の接続位置よりも第２のチューブ群４０Ｂに最も近いチューブ５１の接続位置に近い位置に絞りプレート４６を設定している。なお、図７では、連通空間４２１のうち、第１のチューブ群４０Ａにおける第２のチューブ群４０Ｂ側から３つのチューブ５１の分だけ離れた位置に絞りプレート４６を設定した構成を例示している。

絞りプレート４６は、上方側タンク４２の内部の流路断面積を縮小させる部材である。本実施形態の絞りプレート４６は、図８、図９に示すように、上方側タンク４２の内部空間を閉塞可能な大きさを有すると共に、表裏を貫通する貫通穴４６１が形成された板状部材で構成されている。

本実施形態では、液冷媒がガス冷媒よりも低い位置に流れ易い点を考慮して、絞りプレート４６の高さ方向の中央よりも下方側に貫通穴４６１を形成している。また、本実施形態では、絞りプレート４６における圧力損失を抑えるために、貫通穴４６１を上下方向に短軸、幅方向に長軸を有する楕円状としている。

ここで、絞りプレート４６の貫通穴４６１の下端４６１ａが、上方側タンク４２の内部に突き出るチューブ５１の端部５１ａよりも下方側となる場合、貫通穴４６１を通過した冷媒がチューブ５１の端部に衝突し易くなってしまう。

このため、本実施形態では、図１０に示すように、絞りプレート４６の貫通穴４６１の下端４６１ａが、上方側タンク４２の内部に突き出るチューブ５１の端部５１ａよりも上方側となる構成としている。すなわち、本実施形態では、絞りプレート４６の貫通穴４６１の下端４６１ａの高さＨ１を、上方側タンク４２の内部に突き出るチューブ５１の端部５１ａの高さＨ２よりも高くしている。

続いて、本実施形態の室外熱交換器２５における上方側タンク４２の連通空間４２１におけるターン位置ＴＰ付近における冷媒の流れを図１１、図１２を参照して説明する。

ここで、図１１は、図２のＶＩＩ部における上方側タンク４２の断面図である。また、図１２は、本実施形態に係る室外熱交換器２５の暖房モード時における液冷媒およびガス冷媒の分布を説明するための説明図である。なお、図１２では、熱交換コア４０におけるガス冷媒がリッチな領域（ガスリッチな領域）を点ハッチングで示し、熱交換コア４０における液冷媒がリッチな領域（液リッチな領域）をクロスハッチングで示している。

本実施形態に係る室外熱交換器２５では、上方側タンク４２に流入した冷媒が絞りプレート４６の貫通穴４６１を通過する際に流速が増加することで、慣性によって液冷媒が上方側タンクＵＴの奥側のチューブ５１に向かって流れ易くなる。

ここで、本実施形態に係る室外熱交換器２５では、上方側タンク４２の連通空間４２１のうち、第１のチューブ群４０Ａにおける第２のチューブ群４０Ｂに最も近いチューブ５１の接続位置よりも冷媒流れ上流側に絞りプレート４６を設定している。

これにより、本実施形態に係る室外熱交換器２５では、図１１に示すように、上方側タンク４２の連通空間４２１における絞りプレート４６の冷媒流れ直後に、第１のチューブ群４０Ａに属するチューブ５１が位置することになる。このため、絞りプレート４６の貫通穴４６１を通過した際に渇き度の低い液冷媒の流速が増加しても、液冷媒の自重によって、第２のチューブ群４０Ｂにおける第１のチューブ群４０Ａに近接するチューブ５１に対して液冷媒を流すことができる。

また、本実施形態に係る室外熱交換器２５では、第１のチューブ群４０Ａ側に絞りプレート４６を設定しているので、比較例の如く第２のチューブ群４０Ｂにおいて液相冷媒が流れに難い箇所が新たに生じてしまうこともない。

以上説明した本実施形態に係る室外熱交換器２５では、図１２に示すように、第２のチューブ群４０Ｂにおいて、第１のチューブ群４０Ａに隣接する領域にも液リッチな領域が形成される。このように、本実施形態に係る室外熱交換器２５では、第２のチューブ群４０Ｂにおける液リッチな領域、すなわち、第２のチューブ群４０Ｂにける蒸発潜熱による吸熱効果が生ずる領域が拡大する。このため、室外熱交換器２５の熱交換性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、連通空間４２１のうち、第１のチューブ群４０Ａにおける第２のチューブ群４０Ｂから最も離れたチューブ５１の接続位置よりも第２のチューブ群４０Ｂに最も近いチューブ５１の接続位置に近い位置に絞りプレート４６を設定している。このため、絞りプレート４６の貫通穴４６１によって上方側タンク４２の内部における冷媒の流速が増加することで、上方側タンク４２における冷媒流れ下流側まで渇き度の低い液冷媒が到達し易くなる。このため、第２のチューブ群４０Ｂにおける第１のチューブ群４０Ａから離れたチューブ５１に対しても渇き度の低い液冷媒が流れ易くなるので、室外熱交換器２５の熱交換性能の向上を図ることができる。

ここで、本実施形態の室外熱交換器２５は、吸熱器として機能する暖房モード時に、気液二相状態の冷媒が流入する。このように、気液二相状態の冷媒が流入する熱交換器では、ガス冷媒が流入する熱交換器に比べて、液冷媒が豊富な冷媒が上方側タンク４２に流入し易くなることで、第２のチューブ群４０Ｂの一部に液冷媒が偏る傾向が顕著となる。

このため、上方側タンク４２の連通空間４２１のうち、第１のチューブ群４０Ａにおける第２のチューブ群４０Ｂに最も近いチューブ５１の接続位置よりも冷媒流れ上流側に絞りプレート４６を設定する構成は、本実施形態の室外熱交換器２５に好適である。

また、上方側タンク４２の連通空間４２１に絞りプレート４６を設定する構成は、上方側タンク４２の連通空間４２１の一部を縮小することで実現可能である。このような構造は、熱交換器を薄幅化しても実現可能であることから、薄幅化が要求される室外熱交換器２５の熱交換性能の向上を図る手段として好適である。

（他の実施形態）
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態では、車両用空調装置１０の冷凍サイクル２０の室外熱交換器２５に本発明を適用する例について説明したが、これに限定されない。本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用され、吸熱器として機能する熱交換器であれば、車両用空調装置１０の冷凍サイクル２０に限らず、様々な用途の熱交換器に適用可能である。

上述の実施形態では、冷媒の流れが上方側タンク４２でＵターンする室外熱交換器２５において、上方側タンク４２に絞りプレート４６を設定する例について説明したが、これに限定されない。例えば、冷媒の流れが下方側タンク４１および上方側タンク４２の双方でターンするＳターン型の室外熱交換器２５において、上方側タンク４２に絞りプレート４６を設定してもよい。

上述の実施形態では、暖房モード時に吸熱器として機能し、冷房モード時に放熱器として機能する室外熱交換器２５の上方側タンク４２に絞りプレート４６を設定する例について説明したが、これに限定されない。例えば、冷房モード時に吸熱器として機能する蒸発器２１の上方側タンクに絞りプレートを設定してもよい。

上述の実施形態では、上方側タンク４２に１つの絞りプレート４６を設定する例について説明したが、これに限定されない。上方側タンク４２に複数の絞りプレート４６を設定するようにしてもよい。この場合、複数の絞りプレート４６の一部が、第１のチューブ群４０Ａにおける第２のチューブ群４０Ｂから最も離れたチューブ側の位置に設定されていてもよい。

上述の実施形態では、絞りプレート４６によって上方側タンク４２の連通空間４２１に縮小部を形成する例について説明したが、これに限定されない。例えば、上方側タンク４２の一部に内側に窪む凹部を設け、当該凹部によって上方側タンク４２の連通空間４２１に縮小部を形成してもよい。

上述の実施形態では、暖房モード時に凝縮器２２を通過した後の冷媒を減圧する減圧手段を暖房用固定絞り２６で構成する例について説明したが、これに限定されない。例えば、暖房モード時に凝縮器２２を通過した後の冷媒を減圧する減圧手段が、冷房用膨張弁２４と同様の膨張弁で構成されていてもよい。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、熱交換器は、上方側タンクの連通空間に上方側タンクの内部の流路断面積を縮小させる縮小部が設定されている。そして、縮小部は、上方側タンクの連通空間のうち、第１のチューブ群における第２のチューブ群に最も近いチューブの接続位置よりも冷媒流れ上流側に設定されている。

また、第２の観点によれば、熱交換器は、縮小部が、連通空間のうち、第１のチューブ群における第２のチューブ群から最も離れたチューブの接続位置よりも第１のチューブ群における第２のチューブ群に最も近いチューブの接続位置に近い位置に設定されている。これによれば、縮小部において上方側タンクの内部における冷媒の流速が増加することで、上方側タンクにおける冷媒流れ下流側まで渇き度の低い液冷媒が到達し易くなる。このため、第２のチューブ群における第１のチューブ群から離れたチューブに対しても渇き度の低い液冷媒が流れ易くなるので、熱交換器の熱交換性能の向上を図ることができる。

また、第３の観点によれば、熱交換器は、上方側タンクおよび下方側タンクのうち、一方のタンクに冷媒を導入する入口側コネクタが接続されている。そして、一方のタンクには、所定の条件下で、入口側コネクタを介して気液二相状態の冷媒が流入する構成となっている。

気液二相状態の冷媒が流入する熱交換器では、ガス冷媒が流入する熱交換器に比べて、液冷媒が豊富な冷媒が、上方側タンクに流入し易くなることから、第２のチューブ群の一部に液冷媒が偏る傾向が顕著となる。

このため、上方側タンクの連通空間のうち、第１のチューブ群における第２のチューブ群に最も近いチューブの接続位置よりも冷媒流れ上流側に縮小部を設定する構成は、気液二相状態の冷媒が流入する熱交換器に好適である。

また、第４の観点によれば、熱交換器は、冷媒と車室外空気とを熱交換させる室外熱交換器として構成される。そして、熱交換器は、冷凍サイクルの運転モードが車室内を冷房する冷房モードとなる際に冷媒を放熱させる放熱器として機能し、冷凍サイクルの運転モードが車室内を暖房する暖房モードとなる際に吸熱器として機能するように構成されている。

上方側タンクの連通空間のうち、第１のチューブ群における第２のチューブ群に最も近いチューブの接続位置よりも冷媒流れ上流側に縮小部を設定する構成は、上方側タンクの連通空間の一部を縮小することで実現可能である。このような構造は、熱交換器を薄幅にしても実現可能であるため、薄幅化が要求される室外熱交換器における熱交換性能の向上を図る手段として好適である。

２０冷凍サイクル
４０熱交換コア（積層体）
４０Ａ第１のチューブ群
４０Ｂ第２のチューブ群
４１下方側タンク（一対のヘッダタンク）
４１１分配空間
４１２集合空間
４２上方側タンク（一対のヘッダタンク）
４２１連通空間
４６絞りプレート（縮小部）

Claims

蒸気圧縮式の冷凍サイクル（２０）に適用され、所定の条件下で吸熱器として機能する熱交換器であって、
冷媒の流通路が形成された複数のチューブ（５１）を積層して構成される積層体（４０）と、
前記複数のチューブの長手方向の両端部に接続された一対のヘッダタンク（４１、４２）と、を備え、
前記複数のチューブそれぞれは、前記長手方向における一方の端部が他方の端部よりも上方側に位置するように配設されており、
前記一対のヘッダタンクのうち、前記一方の端部に接続されたヘッダタンクを上方側タンク（４２）とし、前記他方の端部に接続されたヘッダタンクを下方側タンク（４１）としたとき、
前記下方側タンク（４１）の内部には、前記複数のチューブにおける前記積層体の積層方向に隣接する第１のチューブ群（４０Ａ）に冷媒を分配する分配空間（４１１）、および前記第１のチューブ群に隣接する第２のチューブ群（４０Ｂ）からの冷媒を集合させる集合空間（４１２）が設定されており、
前記上方側タンク（４２）の内部には、前記第１のチューブ群および前記第２のチューブ群の双方に連通して、前記第１のチューブ群からの冷媒を前記第２のチューブ群に導く連通空間（４２１）が設定されており、
前記連通空間には、前記上方側タンクの内部の流路断面積を縮小させる縮小部（４６）が設定されており、
前記縮小部は、前記連通空間のうち、前記第１のチューブ群における前記第２のチューブ群に最も近いチューブの接続位置よりも冷媒流れ上流側に設定されている熱交換器。
前記縮小部は、前記連通空間のうち、前記第１のチューブ群における前記第２のチューブ群から最も離れたチューブの接続位置よりも前記第１のチューブ群における前記第２のチューブ群に最も近いチューブの接続位置に近い位置に設定されている請求項１に記載の熱交換器。
前記上方側タンクおよび前記下方側タンクのうち、一方のタンクには、冷媒を導入する入口側コネクタ（４４）が接続されており、
前記一方のタンクには、前記所定の条件下で、前記入口側コネクタを介して気液二相状態の冷媒が流入する構成となっている請求項１または２に記載の熱交換器。
冷媒と車室外空気とを熱交換させる室外熱交換器として構成され、前記冷凍サイクルの運転モードが車室内を冷房する冷房モードとなる際に冷媒を放熱させる放熱器として機能し、前記冷凍サイクルの前記運転モードが前記車室内を暖房する暖房モードとなる際に前記吸熱器として機能する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。