JPH04203891A - 冷暖房兼用熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する空調装置に
関し、特に蒸発器を冷房、暖房の両用に使用し得る熱交
換器に関する。

［従来の技術］ 蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、蒸発器を冷房、暖房
の両用に使用するものとして、ヒートポンプが公知であ
り、広く使用されている。

しかし、ヒートポンプは複雑、高価であるから、自動車
用空調装置の温水ヒータのように、他の安価な暖房手段
を有する分野に対しては使用されていなかった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、温水等の安価な熱源を有する自動車等の空調装
置においては、温水を利用した暖房装置と蒸気圧縮式冷
凍サイクルを用いた冷房装置とを搭載しており、両装置
を搭載するためのスペースを必要としていた。

そこで、この発明は温まったエンジン冷却水を利用して
冷凍サイクル中の蒸発器（熱交換器）を暖房用にも使用
させることにより、省スペース化を実現させた熱交換器
を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため本発明の熱交換器は、作動流体
である冷媒の通路の熱交換器内への冷媒の流入側及び流
出側に配設され冷媒通路を開閉する開閉手段と、熱交換
器内の冷媒通路途上に設けた冷媒加熱手段と、加熱手段
を作動する手段と、放熱作用をなすフィンとを有する構
成を具備する。

［作用］ 本発明による熱交換器は、冷媒通路の開閉手段が冷媒通
路を開いた場合は、冷媒の加熱手段は作動せず、冷媒は
冷媒通路通過途上で気体化し、放熱フィンを冷却し、熱
交換器から冷却風を送出する。そして、冷媒通路の開閉
手段が冷媒通路を閉塞すると、冷媒は冷媒通路中に密封
状態となり、冷媒通路途上の加熱手段を作動すると、冷
媒を加熱、蒸発させ、放熱フィンを加熱し、熱交換器か
ら温風が送出する。

［実施例］ 以下、本発明を自動車用の空調装置として用いた実施例
を図面に基いて説明する。第１図は本発明の熱交換器を
用いた自動車用冷凍サイクルおよびエンジン冷却水サイ
クルの概略説明図である。

冷凍サイクル（冷房回路）は実線の矢印で示している。

すなわち、熱交換器９０で完全に気化した冷媒は冷媒配
管２０を通って圧縮機１０に送られる。圧縮機１０で昇
圧された冷媒は凝縮器３０で冷却されて凝縮し、液体冷
媒となる。さらに、受液器５０を通過して、膨張弁７０
から低温低圧の霧状冷媒となって、熱交換器９０内に還
流される。そして、熱交換器９０内の冷媒の通路Ａを通
過途上、冷媒は気化熱を奪って気体化し、気体冷媒とな
って、圧縮機１０に送出されるサイクルを形成する。本
発明による冷凍サイクル中には受液器５０と膨張弁７０
との間に逆止弁６０を配設すると共に、熱交換器９０と
圧縮機１０との間に、冷媒通路への開閉手段である第１
バルブ８ｏを配設する。

エンジン冷却水のサイクルは破線の矢印で示している。

すなわち、エンジン５で温められた冷却水は冷却水配管
２５を通って熱交換器９０内に流入し、熱交換器９０内
の冷却通路Ｂを通過して冷却水配管２５からエンジン５
内に還流する。このサイクルには熱交換器９０に流入前
の配管２５に第２バルブ８５を配設する。

次に、冷凍サイクルの冷媒と、エンジン冷却水の冷却水
が流入する熱交換器９０の構造を説明する。

第２図は熱交換器９０の説明図、第３図は熱交換器９０
の側面図である。

熱交換器９０は、断熱材で箱状に構成したケース９Ｉと
、ケース９１内に内装する蛇行状に配設して冷媒通路を
形成するチューブ９２と、隣接するチューブ９２間にロ
ウ付は等の固着手段により取付けたフィン９４とを備え
ている。冷媒通路Ａは膨張弁７０側から排出される冷媒
が熱交換器９０内に流入する冷媒人口９２ａから第１バ
ルブ８０側に設けた冷媒出口９２ｂへと連通している。

ケース９１の下部には冷却水の通路Ｂを形成する水路管
９３を配設する。第２バルブ８５側を冷却水の熱交換器
９０の入口９３ａとじ、エンジンＳに連結する配管２５
に連結する側を冷却水の熱交換器９０からの出口９３ｂ
とする。

水路管９３内にはチューブ９２の下部が水路管９３の上
部管壁を貫通して冷却水通路Ｂ内に挿入している。チュ
ーブ９２の貫通個所の水路管９３の壁面は水分が漏れな
いようにロウ付は等の手段で漏水防止を行っている。

ケース９１の外部の上部分には空気通路Ｃを形成する通
路壁９５を設ける。

次に上記構成の熱交換器９０の作用を説明する。

（１）冷房サイクル中に使用する場合。

冷房サイクルの第１バルブ８０を開き、暖房サイクルの
第２バルブ８５を閉じる。圧縮機１０を駆動させて冷媒
を循環させる。圧縮機１０で気体状の冷媒は吸入、圧縮
され、凝縮器３ｏで冷却、液化され、受液器５０で冷媒
中の水分、ゴミ等を除去される。液体状となった冷媒は
逆止弁６０を通過して膨張弁７０で霧状冷媒となり、熱
交換器９０内に流入する。熱交換器９０内で冷媒通路Ａ
を通過途上に冷媒は周囲の熱を奪って気体状の冷媒とな
り、開口した第１バルブ８０を通過して圧縮機１０に還
流する。そして、冷却された放熱フィン９４の周辺の冷
却空気が、空気通路Ｃの送風と共に車内に送り出される
。

この場合の熱交換器９０は通常の冷房サイクルにおける
蒸発器の作用をなす。

（２）暖房サイクル中に使用する場合。

暖房サイクルの第２バルブ８５を開き、冷房サイクルの
第１バルブ８０を閉塞する。このように設定することに
より、熱交換器９０内の冷媒はその冷媒通路への進行光
を第１バルブ８０で閉塞され、冷媒通路の熱交換器９０
の入口９２ａの流入側は逆止弁６０により冷媒の逆流が
阻止されているので、逆止弁６０と第１バルブ８０との
間で冷媒は冷媒通路Ａ内に密封され、飽和状態となって
いる。この状態で、エンジンを稼働すると、エンジン５
で温められた冷却水は第２バルブ８５を通って熱交換器
９０の冷却水の通路Ｂ内に流入する。

冷却水の通路Ｂ内の温められた冷却水は通路Ｂ内に挿入
する冷媒通路Ａのチューブ９２を温め、内部の飽和状態
に充填している冷媒を加熱する。重力で通路への下部に
滞留している液体状の冷媒は加熱されて沸騰、蒸発する
。蒸気は第４図で矢印Ｕで示す熱交換器９０の上部方向
に冷媒通路Ａ中を上昇する。冷媒通路Ａを上昇途上でチ
ューブ９２に固着するフィン９４との間で熱交換が行わ
れ、フィン９４は加熱され、蒸気は冷えて凝縮する。

液体となった冷媒は重力により図面で矢印りで示すよう
にチューブ９２の管壁を流下して、再度冷媒通路Ａの下
部に溜る。そして、冷却水通路Ｂ内に挿入している冷媒
通路Ａ下部に溜っている液体状の冷媒は、温まった冷却
水で加熱されて蒸発するサイクルを繰り返す。この加熱
されたフィン９４により高温雰囲気となっている空気通
路Ｃに送風すると、加熱空気は空気通路Ｃを通って、車
内に送出される。

この場合の熱交換器９０は熱サイフオン現象により暖房
作用をなす。

また、この実施例は自動車用冷凍サイクルに本発明の熱
交換器を使用しているので、エンジン冷却水を冷媒加熱
手段として熱源に利用し、作動手段としてバルブを使用
しているが、冷媒の加熱手段を電気ヒータ等とし、作動
手段をスイッチ等を使用しても良い。

また、上記実施例では膨張弁７０の上流に逆止弁６０を
設けたが、これを電磁弁とし、第１バルブ８０と同様に
開閉してもよい。

なお、図面に示した実施例では、サーペンタイン型エバ
ポレータを用い、その下部のチューブ曲折部を包囲する
ように冷却水通路Ｂを形成した。

しかしこの熱交換器の構成は、第５図、第６図に図示す
るようにサーペンタイン型エバポレータの下部に冷却水
通路Ｂを接触させるだけでもよい。

第５図、第６図において、熱交換器１００は、冷媒通路
Ａと冷却水通路Ｂとを有する。冷媒通路Ａは多穴管を蛇
行状に成形したチューブ１０１と、チューブ１０１にろ
う付接合されたコルゲートフィン１０２とを有する。冷
却水通路Ｂはチューブ１０１の下部と接触するように蛇
行して設けられたパイプ１０３を有する。この構成によ
ると、従来のサーペンタイン型エバポレータをほぼその
まま用いることができる。

また、第７図に図示するように、エバポレータの下部タ
ンクに冷却水通路を接触させてもよい。

熱交換器２００は、上下のヘッダタンク２０１．２０５
と、両タンク２０１．２０５の間に設けられたチューブ
２０３と、コルケートフィン２０４とを有する。そして
、上部タンク２０１に仕切部２０２が形成されることで
冷媒は上部タンク２０１から下部タンク２０５を通り、
再び上部タンク２０１へ戻る。下部タンク２０５の下部
には冷却水タンク２０６が接合される。なお、下部タン
ク２０５と冷却水タンク２０６との接合はろう付けのほ
かに熱伝導性の良好な接着剤を用いてもよい。

また、第８図に図示するように、エバポレータの下部タ
ンクに冷却水通路を貫通させてもよい。

熱交換器３００は、上下のヘッダタンク３０１．３０５
と両タンク３０１．３０５の間に設けられたチューブ３
０３と、コルゲートフィン３０４とを有し、上部タンク
３０１には第７図と同様に仕切部３０２が形成されてい
る。

そして、下部タンク３０５には冷却水通路Ｂであるパイ
プ３０６か貫通しており、パイプ３０６の外周には熱伝
達性を良好にするためフィン３０７が形成されている。

さらに、積層型エバポレータに本発明を適用してもよく
、この場合には積層型エバポレータの下部を冷却水通路
と接合することで積層型エバポレータ内部の冷媒を加熱
することができる。

「発明の効果」 本発明の熱交換器は冷媒を循環させる通常の冷凍サイク
ルにより、冷却空気を送出すると共に、冷媒を循環させ
ずに熱交換器内に密封し、飽和状態の冷媒を加熱するこ
とにより、温風を送出することができ、１台の熱交換器
で冷暖房に兼用できる空調装置となり、特に自動車等の
搭載容積に制限のある場合等に省スペース化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換器の冷媒および冷却水のサイク
ルの説明図、第２図−は熱交換器のケースおよび水路管
を切断して内面を示した正面図、第３図は熱交換器の側
面図、第４図は暖房時における冷媒の作動説明図、第５
図は冷媒通路と冷却水通路との配設状態の他の実施例を
示す側面図、第６図は上面図、第７図は熱交換機器の他
の実施例を示す側面図、第８図は熱交換器の更に他の実
施例を示す側面図である。 Ａ・・・・・・冷媒通路、　　Ｂ・・・・・・冷却水通
路、Ｃ・・・・・・空気通路、 ５・・・・・・エンジン、　　　１０・・・・圧縮機、
３０・・・・・・凝縮器、　　６０・・・・逆止弁、７
０・・・・・・膨張弁、　　８０・・・・・・第１バル
ブ、８５・・・・・・第２バルブ、 ９０．１００，２００．３００・・・・熱交換器、９１
・・・ケース、 ９２．１０１．２０３．３０３・・・・・・チューブ、
９３・・・・・・水路管、 ９４．１０２．２０４．３０４・・・・・・フィン、９
Ｓ・・・・・通路壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　作動流体である冷媒の通路と、放熱作用をなすフイン
   とを有する熱交換器において、 前記冷媒通路の熱交換器内への冷媒の流入側及び流出側
   に配設され前記冷媒通路を開閉する開閉手段と、 熱交換器内の前記冷媒通路途上に設けた冷媒加熱手段と
   を備え、 前記冷媒通路の開閉手段が冷媒通路を拡開した時、前記
   冷媒の加熱手段を不作動とし、前記冷媒通路の開閉手段
   が冷媒通路を閉塞した時、前記冷媒の加熱手段を作動さ
   せる作動手段を設けたことを特徴とする冷暖房兼用熱交
   換器。