JPWO2014045983A1 - 車両空調用冷凍サイクル及び熱交換器 - Google Patents
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Abstract
車両空調用冷凍サイクルの冷暖房性能を向上すること。車両の室外の空気と冷媒との間で熱の交換を行う熱交換器１００は、複数のチューブ１１０の一方の端部がそれぞれ接続された第１ヘッダ１４０と、複数のチューブの他方の端部がそれぞれ接続された第２ヘッダ１５０と、第１配管継手１６０及び第２配管継手１７０と、を備え、第１ヘッダ及び第２ヘッダの内部は、それぞれ仕切り手段１４１，１５１により仕切られており、複数のチューブは、前記仕切り手段により仕切られた第１ヘッダ及び第２ヘッダの内部の間隔に応じて複数のチューブ群を構成し、更に車両の上下方向に対して一方の端部が上向き且つ他方の端部が下向きに配置されており、冷房運転時に冷媒を流出する第１配管継手又は第２配管継手は、第２ヘッダに設けられており、チューブ群は、３つ以上構成されている。
Description
本発明は、車両の室内の冷暖房を行う車両空調用冷凍サイクルに関するものであり、冷房時には冷凍サイクルの放熱器として使用するとともに暖房時にはヒートポンプの吸熱器として使用する熱交換器の、その好適な条件を特定することにより、冷暖房性能を向上したものである。
一般に、車両の室内の暖房は、内燃式エンジンの熱を利用して行われている。これに対し、電気自動車やハイブリッドカーのように、車両駆動系の熱量が比較的少ないものは、室内の冷房を行う冷凍サイクルを、暖房を行うヒートポンプとしても作動することができるものを採用しており、このような冷凍サイクルにて、冷房及び暖房をそれぞれ行う構成が採用されている。特許文献１には、この種の装置が開示されている。
冷凍サイクルにて冷暖房を行う場合、車両の室外の空気と冷媒との間で熱の交換を行う熱交換器は、冷房時には冷凍サイクルの放熱器として使用し、暖房時にはヒートポンプの吸熱器として使用する。
このような熱交換器については、吸熱器として使用する際に結露水が凍結して通風量が低減し、熱交換の効率が低下するという問題がある。特に、車両に搭載するものは、熱交換の性能と搭載スペースとの関係から、空気と接触する面が稠密な構造となっているため、凍結に対する対策が重要である。
例えば、特許文献２乃至４には、互いに平行に配置された複数のチューブを備えたものであって、複数のチューブを、車両の上下方向に対して、一方の端部が上向き且つ他方の端部が下向きとなるように配置した熱交換器が開示されている。このような構成は、複数のチューブを水平に配置してなる熱交換器と比較すると、結露水がチューブを伝って流れ落ちやすくなるという利点がある。また、凍結が進行した際には、一時的に冷凍サイクルの放熱器として使用することにより、凍結状態を解消することが可能である。つまり回復運転である。溶けた水がチューブを伝って流れ落ちやすい構造であれば、回復運転の時間が短縮されるという利点もある。
特許文献１：特許第３４８６８５１号公報
特許文献２：特開平９−２８０７５４号公報
特許文献３：特開２００４−１７７０８２号公報
特許文献４：特開２００４−２７１１４３号公報
特許文献２：特開平９−２８０７５４号公報
特許文献３：特開２００４−１７７０８２号公報
特許文献４：特開２００４−２７１１４３号公報
車両の室外の空気と冷媒との間で熱の交換を行う熱交換器は、放熱器として使用する場合の放熱性能と、吸熱器として使用する場合の吸熱性能とを両立する構成が必要である。
また、この種の熱交換器は、複数のチューブの両端部を一対のヘッダにそれぞれ接続するとともに、一対のヘッダの所定の位置に冷媒を流入及び流出する第１配管継手及び第２配管継手を設けて構成されている。通常、冷媒の熱交換効率を向上するためには、流通する冷媒全体について熱交換が均等になされるように構成するとよいとされる。具体的には、各ヘッダの内部をそれぞれ仕切り手段にて仕切り、複数のチューブが、仕切り手段により仕切られた各ヘッダの内部の間隔に応じて、複数のチューブ群を構成している。すなわち、冷媒の熱の交換を均等化するべく、冷媒が複数のチューブ群を流通してヘッダ間を複数回移動するように設定する。
ここで、前述したように、複数のチューブを、車両の上下方向に対して、一方の端部が上向き且つ他方の端部が下向きとなるように配置する場合は、冷媒が上昇するチューブ群と、冷媒が下降するチューブ群とが交互に並ぶこととなる。故に、チューブ群によって冷媒の流通状態が大きく異なるという事情があり、熱交換効率を向上するためには、かかる事情を踏まえつつ更なる構造的工夫が必要であると考えられる。
本願発明者は、冷暖房を行う車両空調用冷凍サイクルにおいて、このような熱交換器に求められる放熱性能、吸熱性能、及び凍結対策を考慮しつつ試作と実験を繰返した上で、鋭意検討の末に極めて優れた構成の特定に至り、本発明を達成した次第である。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両空調用冷凍サイクルの冷暖房性能を向上することである。
本願第１請求項に記載した発明は、冷媒を圧縮するコンプレッサ（１０）と、圧縮された前記冷媒を膨張する膨張装置（２０）と、車両の室外の空気と前記冷媒との間で熱の交換を行う第１熱交換器（１００）と、前記車両の室内の空気と前記冷媒との間で熱の交換を行う第２熱交換器（３０）と、冷房運転時と暖房運転時とで前記冷媒の流れを切換える冷媒流路切換手段（４０）と、を備え、
前記第１熱交換器（１００）は、互いに平行に配置された複数のチューブ（１１０）と、前記複数のチューブ（１１０）の間に設けられた複数のコルゲートフィン（１２０）と、前記複数のチューブ（１１０）の一方の端部がそれぞれ接続された第１ヘッダ（１４０）と、前記複数のチューブ（１１０）の他方の端部がそれぞれ接続された第２ヘッダ（１５０）と、前記第１ヘッダ（１４０）又は前記第２ヘッダ（１５０）に設けられた第１配管継手（１６０）と、前記第１ヘッダ（１４０）又は前記第２ヘッダ（１５０）に設けられた第２配管継手（１７０）と、を備え、
前記第１ヘッダ（１４０）及び前記第２ヘッダ（１５０）の内部は、それぞれ仕切り手段（１４１，１５１）により仕切られており、
前記複数のチューブ（１１０）は、前記仕切り手段（１４１，１５１）により仕切られた前記第１ヘッダ（１４０）及び前記第２ヘッダ（１５０）の内部の間隔に応じて複数のチューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を構成し、
前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の一方から流入した前記冷媒が、前記車両の室外の空気と熱の交換をしつつ前記複数のチューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を通過して、前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の他方から流出する車両空調用冷凍サイクル（１）において、
前記複数のチューブ（１１０）は、前記車両の上下方向に対して、前記一方の端部が上向き且つ前記他方の端部が下向きに配置されており、
前記冷房運転時に前記冷媒を流出する前記第１配管継手（１６０）又は前記第２配管継手（１７０）は、前記第２ヘッダ（１５０）に設けられており、
前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、３つ以上構成されていることを特徴とする車両空調用冷凍サイクル（１）である。
前記第１熱交換器（１００）は、互いに平行に配置された複数のチューブ（１１０）と、前記複数のチューブ（１１０）の間に設けられた複数のコルゲートフィン（１２０）と、前記複数のチューブ（１１０）の一方の端部がそれぞれ接続された第１ヘッダ（１４０）と、前記複数のチューブ（１１０）の他方の端部がそれぞれ接続された第２ヘッダ（１５０）と、前記第１ヘッダ（１４０）又は前記第２ヘッダ（１５０）に設けられた第１配管継手（１６０）と、前記第１ヘッダ（１４０）又は前記第２ヘッダ（１５０）に設けられた第２配管継手（１７０）と、を備え、
前記第１ヘッダ（１４０）及び前記第２ヘッダ（１５０）の内部は、それぞれ仕切り手段（１４１，１５１）により仕切られており、
前記複数のチューブ（１１０）は、前記仕切り手段（１４１，１５１）により仕切られた前記第１ヘッダ（１４０）及び前記第２ヘッダ（１５０）の内部の間隔に応じて複数のチューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を構成し、
前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の一方から流入した前記冷媒が、前記車両の室外の空気と熱の交換をしつつ前記複数のチューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を通過して、前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の他方から流出する車両空調用冷凍サイクル（１）において、
前記複数のチューブ（１１０）は、前記車両の上下方向に対して、前記一方の端部が上向き且つ前記他方の端部が下向きに配置されており、
前記冷房運転時に前記冷媒を流出する前記第１配管継手（１６０）又は前記第２配管継手（１７０）は、前記第２ヘッダ（１５０）に設けられており、
前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、３つ以上構成されていることを特徴とする車両空調用冷凍サイクル（１）である。
本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の数が偶数であり、前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の双方が、前記第２ヘッダ（１５０）に設けられていることを特徴とする車両空調用冷凍サイクル（１）である。
本願第３請求項に記載した発明は、請求項１又は２において、前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の数が４〜６の範囲であることを特徴とする車両空調用冷凍サイクル（１）である。
本願第４請求項に記載した発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記チューブ（１１０）の長さが０．９ｍ以下であることを特徴とする車両空調用冷凍サイクル（１）である。
本願第５請求項に記載した発明は、請求項４において、前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）における前記冷媒の流路の総断面積が１５０〜５００ｍｍ２であることを特徴とする車両空調用冷凍サイクル（１）である。
本願第６請求項に記載した発明は、車両の室内の冷暖房を行う車両空調用冷凍サイクルに用いられ、前記車両の室外の空気と冷媒との間で熱の交換を行うものであり、
互いに平行に配置された複数のチューブ（１１０）と、前記複数のチューブ（１１０）の間に設けられた複数のコルゲートフィン（１２０）と、前記複数のチューブ（１１０）の一方の端部がそれぞれ接続された第１ヘッダ（１４０）と、前記複数のチューブ（１１０）の他方の端部がそれぞれ接続された第２ヘッダ（１５０）と、前記第１ヘッダ（１４０）又は前記第２ヘッダ（１５０）に設けられた第１配管継手（１６０）と、前記第１ヘッダ（１４０）又は前記第２ヘッダ（１５０）に設けられた第２配管継手（１７０）と、を備え、
前記第１ヘッダ（１４０）及び前記第２ヘッダ（１５０）の内部は、それぞれ仕切り手段（１４１，１５１）により仕切られており、
前記複数のチューブ（１１０）は、前記仕切り手段（１４１，１５１）により仕切られた前記第１ヘッダ（１４０）及び前記第２ヘッダ（１５０）の内部の間隔に応じて複数のチューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を構成し、
前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の一方から流入した前記冷媒が、前記車両の室外の空気と熱の交換をしつつ前記複数のチューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を通過して、前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の他方から流出する熱交換器（１００）において、
前記複数のチューブ（１１０）は、前記車両の上下方向に対して、前記一方の端部が上向き且つ前記他方の端部が下向きに配置されており、前記冷房運転時に前記冷媒を流出する前記第１配管継手（１６０）又は前記第２配管継手（１７０）は、前記第２ヘッダ（１５０）に設けられており、前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、３つ以上構成されていることを特徴とする熱交換器（１００）である。
互いに平行に配置された複数のチューブ（１１０）と、前記複数のチューブ（１１０）の間に設けられた複数のコルゲートフィン（１２０）と、前記複数のチューブ（１１０）の一方の端部がそれぞれ接続された第１ヘッダ（１４０）と、前記複数のチューブ（１１０）の他方の端部がそれぞれ接続された第２ヘッダ（１５０）と、前記第１ヘッダ（１４０）又は前記第２ヘッダ（１５０）に設けられた第１配管継手（１６０）と、前記第１ヘッダ（１４０）又は前記第２ヘッダ（１５０）に設けられた第２配管継手（１７０）と、を備え、
前記第１ヘッダ（１４０）及び前記第２ヘッダ（１５０）の内部は、それぞれ仕切り手段（１４１，１５１）により仕切られており、
前記複数のチューブ（１１０）は、前記仕切り手段（１４１，１５１）により仕切られた前記第１ヘッダ（１４０）及び前記第２ヘッダ（１５０）の内部の間隔に応じて複数のチューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を構成し、
前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の一方から流入した前記冷媒が、前記車両の室外の空気と熱の交換をしつつ前記複数のチューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を通過して、前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の他方から流出する熱交換器（１００）において、
前記複数のチューブ（１１０）は、前記車両の上下方向に対して、前記一方の端部が上向き且つ前記他方の端部が下向きに配置されており、前記冷房運転時に前記冷媒を流出する前記第１配管継手（１６０）又は前記第２配管継手（１７０）は、前記第２ヘッダ（１５０）に設けられており、前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、３つ以上構成されていることを特徴とする熱交換器（１００）である。
本願第７請求項に記載した発明は、請求項６において、前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の数が偶数であり、前記第１配管継手（１６０）及び前記第２配管継手（１７０）の双方が前記第２ヘッダ（１５０）に設けられていることを特徴とする熱交換器（１００）である。
本願第８請求項に記載した発明は、請求項６又は７において、前記チューブ群の数が４〜６の範囲であることを特徴とする熱交換器である。
本願第９請求項に記載した発明は、請求項６乃至８のいずれかにおいて、前記チューブ（１１０）の長さが０．９ｍ以下であることを特徴とする熱交換器（１００）である。
本願第１０請求項に記載した発明は、請求項９において、前記チューブ群（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）における前記冷媒の流路の総断面積が１５０〜５００ｍｍ２であることを特徴とする熱交換器（１００）である。
本発明によれば、車両空調用冷凍サイクルの冷暖房性能を向上することができる。
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１に示す車両空調用冷凍サイクル１は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１０と、圧縮された冷媒を膨張する膨張装置２０と、車両の室外の空気と冷媒との間で熱の交換を行う第１熱交換器１００と、車両の室内の空気と冷媒との間で熱の交換を行う第２熱交換器３０と、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切換える冷媒流路切換手段４０とを備えたものである。図例した冷媒流路切換手段４０は、いわゆる四方弁である。コンプレッサ１０には、アキュムレータ５０で分離された気体状の冷媒が送られる。冷媒を循環する流路は、コンプレッサ１０、膨張装置２０、第１熱交換器１００、第２熱交換器３０、冷媒流路切換手段４０、及びアキュムレータ５０を配管で接続して構成されている。冷房運転時には、コンプレッサ１０で圧縮された冷媒が第１熱交換器１００で冷却され、膨張装置２０で膨張され、第２熱交換器３０で車両の室内の空気を冷却する（図１（ａ）参照）。暖房運転時には、コンプレッサ１０で圧縮された冷媒が第２熱交換器３０で車両の室内の空気を加熱し、膨張装置２０で膨張され、第１熱交換器１００で加熱される（図１（ｂ）参照）。すなわち、第１熱交換器１００を流通する冷媒は、冷房運転時に室外の空気へ放熱し、暖房運転時に室外の空気から吸熱する。
図２及び図３に示すように、第１熱交換器１００は、互いに平行に配置された複数のチューブ１１０と、複数のチューブ１１０の間に設けられた複数のコルゲートフィン１２０と、複数のチューブ１１０の一方の端部がそれぞれ接続された第１ヘッダ１４０と、複数のチューブ１１０の他方の端部がそれぞれ接続された第２ヘッダ１５０と、第１ヘッダ１４０又は第２ヘッダ１５０に設けられた第１配管継手１６０と、第１ヘッダ１４０又は第２ヘッダ１５０に設けられた第２配管継手１７０と、を備えたものである。尚、図中の１３０は、補強部材たるサイドプレートである。
第１ヘッダ１４０及び第２ヘッダ１５０の内部は、仕切り手段１４１，１５１によりそれぞれ所定の間隔で仕切られている。複数のチューブ１１０は、仕切り手段１４１，１５１により仕切られた第１ヘッダ１４０及び第２ヘッダ１５０の内部の間隔に応じて複数のチューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを構成している。チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、３つ以上構成されている。第１配管継手１６０及び第２配管継手１７０の一方から流入した冷媒は、車両の室外の空気と熱の交換をしつつ複数のチューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通過して第１配管継手１６０及び第２配管継手１７０の他方から流出する。
複数のチューブ１１０は、車両の上下方向に対して一方の端部が上向き且つ他方の端部が下向きに配置されている。
冷房運転時に冷媒を流出する第１配管継手１６０又は第２配管継手１７０は、第２ヘッダ１５０に設けられている。
図例した第１熱交換器１００は、冷房運転時に冷媒が第１配管継手１６０から流入し、第２配管継手１７０から流出するものである。すなわち、第２配管継手１７０が第２ヘッダ１５０に設けられている。暖房運転時には、四方弁により冷媒が逆流するので、冷媒が第２配管継手１７０から流入し、第１配管継手１６０から流出する。
冷房運転時に冷媒を流入する第１配管継手１６０又は第２配管継手１７０は、チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの数が奇数であれば第１ヘッダ１４０に設けられ、偶数であれば第２ヘッダ１５０に設けられる。
図例した第１熱交換器１００は、チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが４つ構成されたものである。チューブ群の数が偶数であり、第１配管継手１６０及び第２配管継手１７０の双方が第２ヘッダ１５０に設けられている。第１配管継手１６０が第１ヘッダ１４０に設けられていると、第１配管継手１６０に接続する配管の高さと、第２配管継手１７０に接続する配管の高さとが大きく異なることとなるが、本例によればそれらの高さを同じ又はほぼ同じにすることが可能である。故に、配管構造が簡素化され且つ配管接続作業も容易になるという利点がある。
チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしては、冷房運転時に冷媒が上昇するチューブ群Ａ，Ｃと、冷媒が下降するチューブ群Ｂ，Ｄとが交互に構成されている。暖房運転時には、チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける冷媒の上昇と下降が逆転する。
各チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおけるチューブの本数は、流路の総断面積が等しくなるように同じ本数となっている。図例した各チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ１０本のチューブ１１０から構成されている。望ましいチューブ１１０の本数は、６〜１５本の範囲である。尚、各チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおけるチューブ１１０の本数は、基本的には同じとするが、車両における第１熱交換器１００の搭載スペースを有効に利用する等の理由から、それぞれの本数に１本又は２本の違いがあってもよい。
本例の場合、チューブ１１０の長さＬＴは、０．９ｍ以下とし、０．１５〜０．９０ｍの範囲に設定されている。複数のチューブ１１０及び複数のコルゲートフィン１２０の占める幅Ｗは、０．４０〜０．８０ｍの範囲に設定されている。チューブ１１０のピッチは、６〜１０ｍｍの範囲に設定されている。また、各チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける冷媒の流路の総断面積は、１５０〜５００ｍｍ２の範囲に設定されている。冷房運転時における第１熱交換器１００の冷媒流量は、５０〜２５０ｋｇ／ｈの範囲となっている。暖房運転時における第１熱交換器１００の冷媒流量は、５０〜１５０ｋｇ／ｈの範囲となっている。
このような構成によると、第１熱交換器１００は、結露水がチューブ１１０を伝って流れ落ちやすいうえに、放熱性能、吸熱性能が満足に確保される。その結果、車両空調用冷凍サイクルの冷暖房性能が向上する。以下に、その考え方を説明する。
本願発明者の実験によれば、暖房運転時に冷媒が上昇するチューブ群Ｂ，Ｄは、そのとき冷媒が下降するチューブ群Ａ，Ｃと比較すると、表面の凍結が遅いことが判明した。暖房運転時に熱交換器１００の内部に流入する冷媒は、気体状の冷媒と液体状の冷媒とが混合したものである。冷媒が下降するチューブ群Ａ，Ｃには、液体状の冷媒が滞留しにくいと考えられる。冷媒が蒸発するスペースが確保され、吸熱が十分になされる。これに対し、冷媒が上昇するチューブ群Ｂ，Ｄには、液体状の冷媒が滞留しやすいと考えられる。液体状の冷媒が滞留していると、吸熱はなされるものの冷媒が蒸発するスペースが少ないので、急激な吸熱がなされずに凍結が比較的遅くなる。よって、暖房運転時に冷媒が上昇するチューブ群Ｂ，Ｄと、冷媒が下降するチューブ群Ａ，Ｃとを構成することにより、全面凍結を遅らせることが可能となる。空気の通風路、すなわち複数のチューブ１１０と複数のコルゲートフィン１２０との隙間の全体が凍結してしまう事態が生じにくい構成となっている。実験によると、吸熱性能も満足に確保された。
また、冷房運転時には、凝縮した液体状の冷媒を速やかに第１熱交換器１００から流出することが望ましい。冷房運転時に熱交換器１００の内部に流入する冷媒は、気体状の冷媒である。放熱しながら複数のチューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを流通し、放熱により凝縮した液体状の冷媒の割合が徐々に増える。そこで、冷房運転時に冷媒を流出する第１配管継手１６０又は第２配管継手１７０は、第２ヘッダ１５０に設ける構成とした。このような構成にしたので、冷房運転時に冷媒が最後に通過するチューブ群Ｄでは冷媒が下降することになり、液体状の冷媒がそのチューブ群Ｄに滞留する事態を回避することがでる。液体状の冷媒を速やかに流出すれば、気体状の冷媒が放熱するスペースが確保される。その結果、放熱性能が確実に向上する。実験によると、チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを３つ以上構成することにより、放熱性能も満足に確保された。
冷房運転時に冷媒が上昇するチューブ群Ａ，Ｃは、凝縮した冷媒が滞留しやすいという事情がある。この点、チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの数を増やすと、各チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける冷媒の流路の総断面積が小さくなり、冷媒の流速が速まる。その結果、冷媒の流れが円滑となり、凝縮した冷媒が滞留しやすいという事情が改善される。尤も、チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの数を増やしすぎると、各チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける冷媒の流路の総断面積が小さくなり、冷媒が流れにくくなるという事情もある。その場合、コンプレッサ１０の動力が増える。これらの事情を踏まえて、冷房運転時及び暖房運転時におけるそれぞれの性能を確かめつつ試作実験を行ったところ、チューブ群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの実用的な数は３〜８の範囲であり、最適な数は４〜６の範囲であった。
本願発明者は、優れた冷暖房性能を得るべく第１熱交換器１００の試作と検証実験を繰返し、本例の車両空調用冷凍サイクル１を完成させた次第である。本例の構成が極めて有効であることは、条件が異なる試作品との比較実験によっても確認されている。
以上説明したように、本例の車両空調用冷凍サイクルは、車両の室外の空気と冷媒との間で熱の交換を行う第１熱交換器の好適な条件を特定することにより、冷暖房性能を向上してなるものである。尚、本例における各部の構成は、特許請求の範囲に記載した技術的範囲において適宜に設計変更が可能であり、図例説明したものに限定されないことは勿論である。
例えば、本例では冷媒流路切換え手段として四方弁を採用したが、或いは特許文献１に開示された装置のように、膨張装置と第２熱交換器とをそれぞれ２つ設け、開閉弁にて流路を切換えることにより、冷房運転時と暖房運転時とで使用する膨張装置及び第２熱交換器を切換えるように構成することも可能である。この場合、冷媒は逆流しない。
本発明は、電気自動車やハイブリッドカーに搭載される車両空調用冷凍サイクルとして好適に利用することが可能である。
１ 車両空調用冷凍サイクル
１０ コンプレッサ
２０ 膨張装置
３０ 第２熱交換器
４０ 冷媒流路切換え手段
５０ アキュムレータ
１００ 第１熱交換器
１１０ チューブ
１２０ コルゲートフィン
１３０ サイドプレート
１４０ 第１ヘッダ
１４１ 仕切り手段
１５０ 第２ヘッダ
１５１ 仕切り手段
１６０ 第１配管継手
１７０ 第２配管継手
１０ コンプレッサ
２０ 膨張装置
３０ 第２熱交換器
４０ 冷媒流路切換え手段
５０ アキュムレータ
１００ 第１熱交換器
１１０ チューブ
１２０ コルゲートフィン
１３０ サイドプレート
１４０ 第１ヘッダ
１４１ 仕切り手段
１５０ 第２ヘッダ
１５１ 仕切り手段
１６０ 第１配管継手
１７０ 第２配管継手
Claims (10)
- 冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された前記冷媒を膨張する膨張装置と、車両の室外の空気と前記冷媒との間で熱の交換を行う第１熱交換器と、前記車両の室内の空気と前記冷媒との間で熱の交換を行う第２熱交換器と、冷房運転時と暖房運転時とで前記冷媒の流れを切換える冷媒流路切換手段と、を備え、
前記第１熱交換器は、互いに平行に配置された複数のチューブと、前記複数のチューブの間に設けられた複数のコルゲートフィンと、前記複数のチューブの一方の端部がそれぞれ接続された第１ヘッダと、前記複数のチューブの他方の端部がそれぞれ接続された第２ヘッダと、前記第１ヘッダ又は前記第２ヘッダに設けられた第１配管継手と、前記第１ヘッダ又は前記第２ヘッダに設けられた第２配管継手と、を備え、
前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダの内部は、それぞれ仕切り手段により仕切られており、前記複数のチューブは、前記仕切り手段により仕切られた前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダの内部の間隔に応じて複数のチューブ群を構成し、前記第１配管継手及び前記第２配管継手の一方から流入した前記冷媒が前記車両の室外の空気と熱の交換をしつつ前記複数のチューブ群を通過して前記第１配管継手及び前記第２配管継手の他方から流出する車両空調用冷凍サイクルにおいて、
前記複数のチューブは、前記車両の上下方向に対して、前記一方の端部が上向き且つ前記他方の端部が下向きに配置されており、
前記冷房運転時に前記冷媒を流出する前記第１配管継手又は前記第２配管継手は、前記第２ヘッダに設けられており、
前記チューブ群は、３つ以上構成されていることを特徴とする車両空調用冷凍サイクル。 - 前記チューブ群の数が偶数であり、前記第１配管継手及び前記第２配管継手の双方が前記第２ヘッダに設けられていることを特徴とする請求項１記載の車両空調用冷凍サイクル。
- 前記チューブ群の数が４〜６の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の車両空調用冷凍サイクル。
- 前記チューブの長さが０．９ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の車両空調用冷凍サイクル。
- 前記チューブ群における前記冷媒の流路の総断面積が１５０〜５００ｍｍ２であることを特徴とする請求項４記載の車両空調用冷凍サイクル。
- 車両の室内の冷暖房を行う車両空調用冷凍サイクルに用いられ、前記車両の室外の空気と冷媒との間で熱の交換を行うものであり、
互いに平行に配置された複数のチューブと、前記複数のチューブの間に設けられた複数のコルゲートフィンと、前記複数のチューブの一方の端部がそれぞれ接続された第１ヘッダと、前記複数のチューブの他方の端部がそれぞれ接続された第２ヘッダと、前記第１ヘッダ又は前記第２ヘッダに設けられた第１配管継手と、前記第１ヘッダ又は前記第２ヘッダに設けられた第２配管継手と、を備え、
前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダの内部は、それぞれ仕切り手段により仕切られており、前記複数のチューブは、前記仕切り手段により仕切られた前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダの内部の間隔に応じて複数のチューブ群を構成し、前記第１配管継手及び前記第２配管継手の一方から流入した前記冷媒が前記車両の室外の空気と熱の交換をしつつ前記複数のチューブ群を通過して前記第１配管継手及び前記第２配管継手の他方から流出する熱交換器において、
前記複数のチューブは、前記車両の上下方向に対して、前記一方の端部が上向き且つ前記他方の端部が下向きに配置されており、
前記冷房運転時に前記冷媒を流出する前記第１配管継手又は前記第２配管継手は、前記第２ヘッダに設けられており、
前記チューブ群は、３つ以上構成されていることを特徴とする熱交換器。 - 前記チューブ群の数が偶数であり、前記第１配管継手及び前記第２配管継手の双方が前記第２ヘッダに設けられていることを特徴とする請求項６記載の熱交換器。
- 前記チューブ群の数が４〜６の範囲であることを特徴とする請求項６又は７記載の熱交換器。
- 前記チューブの長さが０．９ｍ以下であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか記載の熱交換器。
- 前記チューブ群における前記冷媒の流路の総断面積が１５０〜５００ｍｍ２であることを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
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