WO2014002369A1

WO2014002369A1 - ヒートポンプサイクル

Info

Publication number: WO2014002369A1
Application number: PCT/JP2013/003220
Authority: WO
Inventors: 安野　真士
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-01-03
Also published as: JP2014009868A

Abstract

　ヒートポンプサイクルにおいて、室外熱交換器（２５）に流れる冷媒は、下方から流入しＵターン（１往復）して上方から流出する。下部から冷媒を流入させ、上部から冷媒を流出させる場合、冷媒が他方のヘッダタンク（４２）内でターンするときに慣性力で他方のヘッダタンク（４２）内を大回りしようとする。しかし他方のヘッダタンク（４２）内で上方に向かうときに、液冷媒の自重によって、下方に向かう力が作用するので大回りを抑制することができる。これによって蒸発器および凝縮器の機能が切り替わる室外熱交換器（２５）であっても、内部を流れる冷媒の流量分布が偏ることを抑制することができ、空気からの吸熱量を多くすることができる。

Description

ヒートポンプサイクル

関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１２年６月２８日に出願された日本特許出願２０１２－１４５９２４を基にしている。

　本開示は、車両用空調装置に用いられるヒートポンプサイクルに関する。

　従来の熱交換器は、たとえばカーエアコンに用いられ、冷凍サイクルを構成する。冷凍サイクルに用いられる熱交換器は、凝縮器および蒸発器などとして機能し、内部を流れる冷媒と外部を流れる空気とを熱交換するように構成される。

　このような熱交換器は、コア部と、コア部の両側に配された一対のタンクとを備えている。コア部は、内部に冷媒が流通するチューブを複数本、上下方向に間隔をあけて並べ、隣り合うチューブ間にチューブの表面に接合させたフィンを設けて構成されている。隣り合うチューブ間は空気が流れる通路を形成しており、この空気はチューブ内部を流通する冷媒と熱交換される。

　一対のタンクは、上下方向に延びる直方体状である。一対のタンクのうち一方のタンクには、冷媒が流入する冷媒流入口と冷媒が流出する冷媒流出口とが設けられている。また一方のタンク内の上下方向の中央には、一方のタンク内の空間を上半分の空間と下半分の空間に区画する仕切り板が設けられている。そして冷媒流入口は、一方のタンクの上方に設けられる。冷媒流出口は、一方のタンクの下方に設けられる。

　一方のタンクの冷媒流入口から流入した冷媒は、一方のタンク内の上半分の空間を経て、コア部の上半分に配置されているチューブ内部を通って水平方向に沿って他方のタンクに向かって流れる。そして、上半分のチューブを通過した冷媒が他方のタンク内の上半分に流入する。他方のタンクの上半分に流入した冷媒は、他方のタンク内を下方向に移動し、コア部の下半分に配置されているチューブ内部を通って水平方向の一方のタンクに向かって流れる。そして下半分のチューブを流れた冷媒は、一方のタンク内の下半分の空間に流入して、冷媒流出口から外部に向けて流出する。このように熱交換器には、冷媒が一方のタンクから他方のタンクへ流れ、再び一方のタンクへ戻ってくるように、冷媒がＵターンするように流れる流路が形成されている（たとえば特許文献１参照）。

　電気自動車に搭載されるヒートポンプ式の空調装置では、車室外に設けられる室外熱交換器を備えている。室外熱交換器は、暖房時は蒸発器として機能し、冷房時は凝縮器として機能する。蒸発器として機能する場合、乾き度が小さい冷媒が室外熱交換器に流入する。そして冷媒が室外熱交換器内を流れるにつれて、空気から吸熱して徐々に蒸発が進み、気体の冷媒が占める割合が増えて、乾き度が大きい冷媒が流出する。

特開２００９－２０４２１９号公報

　前述のように冷媒は室外熱交換器内をＵターンして流れ、他方のタンク内が冷媒の流れ方向が変更される部分となる。本願の発明者の検討によると、他方のタンク内の冷媒流れに着目すると、一方のタンクから上半分のチューブを経て流れてきた冷媒は、慣性力で特に液冷媒が奥の方、すなわち他方のタンクの下方に向かって、大回りして流れようとする。さらに他方のタンクの上半分に流入した冷媒は、ガス冷媒よりも重い液冷媒の自重によって、他方のタンクの下方に向かって流れようとする。このように慣性力と自重とによって、他方のタンクの下方に向かって液冷媒が多く流れるので、下半分のチューブのうち下方側に位置するチューブに液冷媒が流れ込みやすくなる。したがって下半分のチューブのうち、上方側に位置するチューブには、液冷媒が流れ込みにくくなる。

　このように液冷媒が流れ込みにくく冷媒流量が少ないチューブがあるので、このチューブでの空気からの吸熱量が少なくなるおそれがある。したがって室外熱交換器全体でみると、冷媒流量が少ないチューブに起因して、吸熱量が少なくなる場合がある。

　そこで、本発明は、蒸発器および凝縮器として機能可能な室外熱交換器であって、空気からの吸熱量を多くすることができる室外熱交換器を備えたヒートポンプサイクルを提供することを目的とする。

　本開示の一態様によると、冷媒が流通するヒートポンプサイクルであって、ヒートポンプサイクルは、蒸発器または凝縮器に切り替え可能な熱交換器を備えている。熱交換器は、内部を冷媒が流れ、上下方向に間隔をあけて配置される複数のチューブと、上下方向に延び、チューブの長さ方向の両端に配置されてチューブがそれぞれ接続される一対のタンクと、一対のタンクのうち、少なくとも一方のタンクに設けられ、上下方向への冷媒の流通を阻止するようにタンク内の空間を仕切る少なくとも１つの仕切り部と、一対のタンクのいずれか一方に設けられて、冷媒が流入する入口部と、一対のタンクのいずれか一方に設けられて、冷媒が流入する出口部とを含んでいる。少なくとも１つの仕切り部のうち、上下方向において最も下方の仕切り部は、入口部が設けられたタンクに設けられ、入口部は、最も下方の仕切り部よりも下方に位置している。少なくとも１つの仕切り部のうち、上下方向において最も上方の仕切り部は、出口部が設けられたタンクに設けられ、出口部は、最も上方の仕切り部よりも上方に位置している。一対のタンク内の空間と、タンクに接続される複数のチューブの内部とは、冷媒が流れるように接続され、チューブの内部およびタンク内の空間を冷媒が流れている状態では、上下方向は鉛直方向に一致しており、チューブの長さ方向は水平方向に一致している。

　このように、少なくともいずれか一方のタンクには、少なくとも１つ仕切り部が設けられる。さらに最も下方に位置する仕切り部の下方に、冷媒の入口部が設けられ、最も上方に位置する仕切り部の上方に冷媒の出口部が設けられる。したがって入口部は、出口部の下方に位置する。入口部または出口部が一方のタンクに設けられる場合と、入口部がいずれか一方のタンクに設けられ、出口部がいずれか他方のタンクに設けられる場合との二つの場合がある。いずれの場合でも入口部および出口部を備えるタンクには、仕切り部が設けられる。したがって入口部および出口部の両方を一方のタンクが有する場合であっても、下方の入口部からタンク内に流入した冷媒は、仕切り部によって邪魔されて上方の出口部に直接至ることはない。

　タンクにはチューブの一端が接続されているので、入口部から一方のタンク内に流入した冷媒は、チューブの内部を流れて他方のタンクに向かう。そしてチューブの他端に接続される他方のタンク内に流入し、他方のタンク内を上方に向かって流れる。他方のタンクに仕切り部がある場合には、上方に向かって仕切り部まで流れ、仕切り部がない場合には、他方のタンクの上端まで流れる。そして、再び他方のタンクに接続されるチューブの他端からチューブの内部に流入し、一方のタンクに向かう。そしてチューブの一端に接続される一方のタンク内に流入し、一方のタンク内を上方に向かって流れる。一方のタンクの上方に仕切り部がある場合には、上方に向かって仕切り部まで流れ、仕切り部がない場合には、出口部があるので、出口部から流出する。仕切り部がある場合は、再びチューブの一端からチューブの内部に流入し、他方のタンクに向かう。そして、一方のタンクと他方のタンクとを行き交い、出口部に至るまで、上方へ向かって流れる。

　熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒の乾き度が小さい状態で、熱交換器に流入する。そして冷媒が流れるにつれて、空気から吸熱して徐々に蒸発が進み、乾き度が大きい状態で冷媒が流出する。本発明のように下部から冷媒を流入させ、上部から冷媒を流出させる場合、冷媒をタンク内で方向変換させる部分がある。このような部分では、チューブから流れてきた冷媒は、慣性力で特に液冷媒が奥の方、すなわちタンクの上方に向かって、大回りして流れようとする。しかしタンクに流入した冷媒は、液冷媒の自重によって、タンクの下方に向かって流れようとする。このように慣性力が自重によって抑制される。したがって各チューブを流れる液冷媒の流量分布が偏ることを抑制することができる。

　また熱交換器が凝縮器として機能する場合、蒸発器の場合と逆に、乾き度が大きい状態の冷媒が熱交換器に流入する。そして冷媒が流れるにつれて、徐々に凝縮が進み、乾き度が小さい状態で冷媒が流出する。前述のように本発明では下部から冷媒を流入させるので、慣性によるＵターンの影響で、冷媒のうち液冷媒が大回りしようとする。しかし上方に向かうときに、液冷媒の自重によって、下方に向かう力が作用するので大回りを抑制することができる。したがって各チューブを流れる液冷媒の流量分布が偏ることを抑制することができる。

　したがって蒸発器および凝縮器の機能が切り替え可能な熱交換器であっても、内部を流れる冷媒の流量分布が偏ることを抑制することができる。これによって蒸発器として機能する場合、各チューブに流れる冷媒を一様に近づけることができるので、全体として空気からの吸熱量を多くすることができる。したがって各チューブを流れる冷媒を確実に熱交換させて、冷媒を蒸発または凝縮して、ヒートポンプサイクルにおける凝縮器または蒸発器としての機能を達成することができる。

本開示の第１実施形態の車両用空調装置を示す概略図である。第１実施形態の室外熱交換器を示す概略正面図である。暖房モードの場合の冷媒の温度分布を示す比較図である。本開示の第２実施形態の室外熱交換器を示す概略正面図である。本開示の第３実施形態の室外熱交換器を示す概略正面図である。

　以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
　本発明の第１実施形態に関して、図１～図３を用いて説明する。本実施形態の車両用空調装置１０は、ヒートポンプサイクル２０および空調ユニット３０を備え、図１に示す構成部品を用いて空調運転を行うものである。車両用空調装置１０は、例えばハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等に使用することができる。車両用空調装置１０は、暖房運転および冷房運転を行うように構成されている。図１に示すヒートポンプサイクル２０は、ヒートポンプサイクルの一例であり、その冷媒流れは、暖房運転時には後述する暖房運転サイクルとなり、冷房運転時には後述する冷房運転サイクルとなる。

　先ず、ヒートポンプサイクル２０に関して説明する。ヒートポンプサイクル２０は、サイクル内を流れる冷媒（例えば、二酸化炭素等の超臨界圧以上になる冷媒）の状態変化を利用することにより、冷房用の蒸発器２１と暖房用の室内熱交換器２２によって車室内空間に対して冷房および暖房を行うことができる。

　図１に示すように、ヒートポンプサイクル２０は、電動圧縮機２３、室内熱交換器２２、暖房用固定絞り２６、室外熱交換器２５、三方弁２９、冷房用固定絞り２４、蒸発器２１およびアキュムレータ２７を備えており、これらを配管により環状に接続することによりサイクルが形成されている。

　また三方弁２９には、冷房用固定絞り２４および蒸発器２１をバイパスする第１バイパス通路２４ａが接続されている。したがって第１バイパス通路２４ａは、冷房用固定絞り２４の上流側と蒸発器２１の下流側とを接続している。換言すると、第１バイパス通路２４ａは、三方弁２９と、蒸発器２１とアキュムレータ２７との間の冷媒通路とを接続する。

　また暖房用固定絞り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をバイパスする第２バイパス通路２６ａが接続されている。第２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。

　室外熱交換器２５の出口側から延びる冷媒通路は、三方弁２９から、蒸発器２１の入口側に接続される分岐通路２４ｂと、冷房用固定絞り２４および蒸発器２１をバイパスしてアキュムレータ２７の吸入側に接続される第１バイパス通路２４ａとに分岐している。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の吸入側で第１バイパス通路２４ａに接続するようになっている。蒸発器２１の入口側における分岐通路２４ｂには、冷房用固定絞り２４が設けられている。三方弁２９は、室外熱交換器２５からの冷媒を、第１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。

　電動圧縮機２３は、蓄電池である車載バッテリ（図示せず）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り、回転数制御が可能なように構成されている。電動圧縮機２３は、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、車載バッテリから直流電源の供給を受け、制御装置によって制御される。電動圧縮機２３は、冷媒の圧縮容量を無段階に可変できる可変容量式の圧縮機でもある。

　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、三方弁２９から第１バイパス通路２４ａを通過した冷媒、または蒸発器２１から分岐通路２４ｂ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にガス冷媒を循環させるための気液分離機能、および電動圧縮機２３にオイルを循環させる機能を備える。アキュムレータ２７に流入する気液２層冷媒は、アキュムレータ２７で気液分離されたあと、ガス冷媒と適切なオイルとが電動圧縮機２３に吸入される。

　室内熱交換器２２は、電動圧縮機２３から吐出された冷媒が流入し、暖房運転サイクル時に高圧の冷媒と温風通路３１ａを流れる空気とが熱交換して、当該空気を加熱する加熱用熱交換器である。

　暖房用固定絞り２６は、暖房運転サイクル時に室内熱交換器２２で冷却された冷媒を減圧する膨張弁（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２相冷媒とする固定絞りである。

　電磁弁２６ｂは、第２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替るために設けられる。電磁弁２６ｂは、暖房運転サイクル時に第２バイパス通路２６ａを閉鎖し、冷房運転サイクル時に第２バイパス通路２６ａを開放するように構成される。

　室外熱交換器２５は、車両の車室外に配置されており、室外器用送風機２８により強制的に送風される外気と冷媒とを熱交換する熱交換器である。室外熱交換器２５では、暖房運転サイクル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、冷房運転サイクル時に高圧の冷媒が放熱するようになる。したがって室外熱交換器２５は、流入する冷媒の状態に応じて蒸発器および凝縮器の機能が切り替わる熱交換器である。室外熱交換器２５は、蒸発器および凝縮器に切り替え可能な熱交換器の一例として用いられても良い。すなわち、室外熱交換器２５は、蒸発器および凝縮器のどちらとしても用いることができる両用熱交換器として用いてもよい。

　冷房用固定絞り２４は、冷房運転サイクル時に蒸発器２１に流入させる冷媒を減圧する膨張弁（減圧手段）である。具体的には、冷房用固定絞り２４は、高温高圧の液冷媒を減圧して低温低圧の気液２相冷媒とする固定絞りである。

　蒸発器２１は、暖房運転サイクル時に冷媒が流れないようになっており、冷房サイクル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ようになる。

　暖房運転サイクル時には、三方弁２９が第１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、電磁弁２６ｂが閉に制御される。これにより、ヒートポンプサイクル２０における暖房運転サイクルの冷媒経路は、順に、アキュムレータ２７、電動圧縮機２３、室内熱交換器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（図１の破線の矢印参照）。

　冷房運転サイクル時には、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、分岐通路２４ｂが開に制御される。これにより、ヒートポンプサイクル２０における冷房運転サイクルの冷媒経路は、順に、アキュムレータ２７、電動圧縮機２３、室内熱交換器２２、電磁弁２６ｂ、室外熱交換器２５、三方弁２９、冷房用固定絞り２４、蒸発器２１、アキュムレータ２７となる（図１の一点鎖線の矢印参照）。

　次に、空調ユニット３０に関して説明する。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。空調ユニット３０は、空調ケース３１を外郭とし、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。空調ケース３１は、内部に空気の通風路を備え、一方側に空気取入口である外気吸入口３２ａおよび内気吸入口３２ｂが形成される。通風路の他方側には、車室内に吹き出される空気調節された空気（以下、空調空気とする）が通過するフェイス吹出し開口（図示せず）、フット吹出し開口（図示せず）、デフ吹出し開口（図示せず）が形成されている。空調ケース３１は、複数のケース部材からなり、その材質は例えばポリプロピレン等の樹脂成形品である。

　フェイス吹出し開口は、車室内の乗員の上半身に向かって吹き出される空調空気が通過する開口である。フット吹出し開口は、車室内の乗員の足元に吹き出される空調空気が通過する開口である。デフ吹出し開口は、車両のフロントガラスの内面に吹き出される空調空気が通過する開口である。これらの各開口は、それぞれ吹出しダクト（図示せず）を介して車室内空間に接続されており、吹出し開口切替えドア（図示せず）によって吹出しモードに対応してそれぞれ開閉される。

　空調ケース３１は、一方側に、内外気設定ドア３２を備える内外気切替箱３２ｃと、その吸込部が外気吸入口３２ａと内気吸入口３２ｂに接続されている空調用送風機３３と、を備えている。内気吸入口３２ｂと外気吸入口３２ａとは、内外気設定ドア３２によって、空気取入れモードに対応してその開放、閉鎖が切替え自在、または開放度合いが調整自在に行われる。すなわち、内外気設定ドア３２は、そのドア本体がサーボモータ等のアクチュエータで角度調整されることによって、外気および内気の少なくとも一方を空気取入口から空調ケース３１内に取り入れることができるようになっている。内外気設定ドア３２を制御して、内気循環モードと、外気導入モードと、これらの中間のモード（内気循環および外気導入の両方を有するモード）とを切り替えることができる。

　例えば、冬季等の暖房時には、外気導入モードを行うことにより外気吸入口３２ａから湿度の低い外気を導入し、通風路を通して空調してフロントガラスの内面に吹き出すことにより防曇効果を高めることができる。また、内気循環モードを行うことにより内気吸入口３２ｂから温度の高い内気を導入し、通風路を通して空調し乗員の足元に向けて吹き出すことにより暖房負荷を軽減することができる。

　空調用送風機３３は、遠心多翼ファン３３ａ（例えばシロッコファン）とこれを駆動するモータ３３ｍとからなる。遠心多翼ファン３３ａの周囲は、スクロールケーシング３３ｃで囲まれている。空調用送風機３３の吹出口は、遠心多翼ファン３３ａの遠心方向に延びるように設けられた通風路に接続されている。この通風路は、送風空気の上流側から順に、冷却用熱交換器である蒸発器２１が横断する通路と、蒸発器２１の送風空気下流側に配置される冷風通路３１ｂおよび温風通路３１ａと、冷風通路３１ｂと温風通路３１ａとを流れてきた空気が混合される空気混合空間部３１ｃと、からなっている。空調用送風機３３の下流側に蒸発器２１が配置され、蒸発器２１よりもさらに下流に室内熱交換器２２およびエアミックスドア３４が配置されている。

　蒸発器２１は、空調用送風機３３直後の通路全体を横断するように配置されており、空調用送風機３３から吹き出された空気の全部が通過するようになっている。蒸発器２１は、冷房運転時において内部を流れる冷媒の吸熱作用によって冷風通路３１ｂに流入する手前の送風空気を冷却する冷却用熱交換器として機能する。

　温風通路３１ａには室内熱交換器２２が配置されており、温風通路３１ａは、エアミックスドア３４によって開放および閉鎖されるようになっている。エアミックスドア３４は、空気取入口から取り入れた空気のうち、室内熱交換器２２を通過させる空気（温風）の風量を調整する風量調整手段である。蒸発器２１を通過した空気は、エアミックスドア３４によって、室内熱交換器２２を通る空気と室内熱交換器２２を迂回する空気とに風量比率が自在に分けられるようになっている。

　エアミックスドア３４は、アクチュエータであるサーボモータによりそのドア本体位置を変化させることで、温風通路３１ａおよび冷風通路３１ｂのそれぞれの一部または全部を塞ぐことができる。そして、エアミックスドア３４による温風通路３１ａの開度とは、室内熱交換器２２を通過できる空気の通風路が開放される割合のことであり、０から１００％の範囲で調整可能になっている。また、エアミックスドア３４による冷風通路３１ｂの開度は、温風通路３１ａの開度に反比例して変化するようになっており、これも０から１００％の範囲で調整可能になっている。

　室内熱交換器２２は、電動圧縮機２３から吐出された冷媒が流入し、暖房運転サイクル時に内部を流れる冷媒の放熱作用によって温風通路３１ａを流れる送風空気を加熱する加熱用熱交換器として機能する。

　制御装置は、図示は省略するが、各運転状態に応じて、ヒートポンプサイクル２０を構成する各部品の作動、室外器用送風機２８の作動、内外気設定ドア３２の作動およびエアミックスドア３４の作動等を制御する。

　次に、車両用空調装置１０の作動に関して説明する。制御装置は、運転モードが冷房運転の場合、エアミックスドア３４を温風通路３１ａが閉状態に制御し、電磁弁２６ｂを開状態に制御し、三方弁２９を分岐通路２４ｂに冷媒が流れるように制御する。

　冷房運転時の冷媒の流れは、前述のように図１の一点鎖線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室内熱交換器２２に流入するが、室内熱交換器２２を通過する送風量がないため、室内熱交換器２２での放熱量は少ない。そして冷媒は、第２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内を通るときに室外器用送風機２８により送風された空気に熱を奪われて冷却され霧状冷媒となる。その後、霧状冷媒は、分岐通路２４ｂに流れ、冷房用固定絞り２４で減圧されて蒸発器２１に流入し、空調用送風機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。蒸発器２１で吸熱され冷却された冷風はさらに通風路を進んで主にフェイス吹出し開口から乗員の上半身に向けて吹き出されて車室内を冷房する。

　次に、暖房運転が行われた場合の冷媒の流れを説明する。制御装置は、運転モードが暖房運転の場合、電磁弁２６ｂを閉状態に制御し、三方弁２９を第１バイパス通路２４ａに冷媒が流れるように制御する。

　暖房運転時の冷媒の流れは、前述のように図１の破線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、室内熱交換器２２に流入し室内熱交換器２２内を通るときに温風通路３１ａを通る送風空気に熱を奪われて冷却され放熱する。そして冷媒は、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内を通るときに室外器用送風機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で蒸発したガス冷媒は第１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、室外熱交換器２５の具体的な構成に関して図２を用いて説明する。室外熱交換器２５は、前述のようにヒートポンプサイクル２０に用いられるので、冷房時には凝縮器として機能し、暖房時には蒸発器として機能する。室外熱交換器２５は、熱交換コア４０とヘッダタンク４１，４２とを含んで構成される。

　熱交換コア４０は、複数のチューブ５１，５２とフィン（図示せず）とを含んで構成される。複数のチューブ５１，５２は、上下方向に間隔をあけて複数本並んだ状態でその各々が水平方向に延びるように配置される。図２では、理解を容易にするため、１本１本のチューブは示さずチューブの集合体として示している。チューブ５１，５２の内部は、冷媒が流れる冷媒通路が形成されている。チューブ５１，５２は、たとえば押し出し加工により内部に冷媒が流通する冷媒通路が複数本形成されている。

　フィンは、隣接するチューブ５１，５２間に配設される。フィンは、上下方向および左右方向を含む仮想平面で切断した断面形状が、たとえば波状に形成される。フィンとチューブ５１，５２の外周面は、熱的に結合されている。フィンは、空気との熱交換面積を増やすために設けられる。このような複数のチューブ５１，５２とフィンとによって、冷媒と空気とを熱交換する熱交換コア４０が構成されている。

　また、チューブ５１，５２の長手方向両端部には、多数本のチューブ５１，５２に連通するヘッダタンク４１，４２がそれぞれ接続されている。したがって一対のヘッダタンク４１，４２内の空間には、ヘッダタンク４１，４２に接続される複数のチューブ５１，５２の内部の冷媒が流入または流出する。換言すると、一対のヘッダタンク４１，４２内の空間は、チューブ５１，５２の冷媒通路にそれぞれ繋がっている。

　一方（図２の左方）のヘッダタンク４１内の空間は、仕切り板（セパレータ）４３によって複数の空間、本実施形態では２つの空間に仕切られている。仕切り板４３は、左右方向に延び、上下方向への冷媒の流通を阻止するように一方のヘッダタンク４１内の空間を仕切っている。したがって一方のヘッダタンク４１内では、上方の空間の冷媒が下方の空間に至ることが仕切り板４３によって阻止されている。他方（図２の右方）のヘッダタンク４２内の空間は、仕切られておらず１つの空間を形成している。仕切り板４３は、上下方向への冷媒の流通を阻止するようにタンク４１、４２内の空間を仕切る仕切り部の一例として用いられてもよい。

　そして、一方（図２の左方）のヘッダタンク４１の仕切り板４３の下方側には、電動圧縮機２３から吐出した冷媒が流入する冷媒流入口（入口部）４４が形成される。また一方のヘッダタンク４１の仕切り板４３の上方側には、熱交換を終えた冷媒が流出する冷媒流出口４５（出口部）が形成されている。そして室外熱交換器２５は、冷媒流出口４５が冷媒流入口４４より上方側（鉛直方向の上方）に位置するように車両に搭載される。また室外熱交換器２５は、チューブ５１，５２が鉛直方向に直行する水平方向に沿って延びるよう車両に搭載される。したがってチューブ５１，５２の内部およびヘッダタンク４１，４２内の空間を冷媒が流れている状態では、上下方向は鉛直方向に延びており、チューブ５１，５２の長さ方向は水平方向に延びていることになる。上下方向が鉛直方向に延びているとは、上下方向と鉛直方向とが平行である場合に限るものではなく、上下方向が鉛直方向に対してたとえば±４５度の範囲で傾いていてもよい。また同様に、長さ方向が水平方向に延びているとは、長さ方向と水平方向とが平行である場合に限るものではなく、長さ方向が鉛直方向に対してたとえば±４５度の範囲で傾いていてもよい。

　このため、室外熱交換器２５内を流通する冷媒は、図２の矢印で示すように、室外熱交換器２５内を蛇行（往復）しながら下方側から上方側に向かって流通する。換言すると、室外熱交換器２５への冷媒の流し方が、下入れ上出しとなる。

　具体的には、冷房モードの場合、電動圧縮機２３で圧縮された高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器２５に流入し、室外熱交換器２５で凝縮される。このとき冷媒は図２に示すように室外熱交換器２５の下側の冷媒流入口４４を介して、第１パス５１に入る。第１パス５１とは、複数のチューブ５１，５２のうち、一方のヘッダタンク４１の仕切り板４３の下方側の空間に繋がっているチューブの総称である。第１パス５１を流れた冷媒は、右方へ向かって流れ、他方のヘッダタンク４２内に流入する。

　他方のヘッダタンク４２内に流入した冷媒は他方のヘッダタンク４２内を昇り、室外熱交換器２５上側の第２パス５２に流入する。第２パス５２とは、複数のチューブ５１，５２のうち、一方のヘッダタンク４１の仕切り板４３の上方側の空間に繋がっているチューブの総称である。第２パス５２に流れた冷媒は、左方へ向かって流れ、一方のヘッダタンク４１の仕切り板４３の上方側の空間に流入する。そして一方のヘッダタンク４１内に流入した冷媒は冷媒流出口４５から、三方弁２９に向けて流出する。

　このように冷房モードの場合、室外熱交換器２５を凝縮器として使用するが、第１パス５１は乾き度が大きいガスリッチ、第２パス５２は乾き度が小さい液リッチの状態になる。第１パス５１を通過した冷媒は、他方のヘッダタンク４２内を昇り、第２パス５２に流入して他方のヘッダタンク４２内で方向変換（ターン）する際、液冷媒は慣性によって奥側、すなわち上方に向かって流れ、大回りしようとする。しかし液冷媒の自重によって、大回りを阻止する方向（下方）に重力が作用する。したがって液冷媒が大回りすることを抑制し、第２パス５２を流れる冷媒の流量分布が偏ることを抑制することができる。ここでガス冷媒は、気体なので元々自重も軽く慣性の影響も受けにくいので、ガス冷媒の流量分布については元々偏りが小さい。

　次に、暖房モードの場合、暖房用固定絞り２６で減圧された低温低圧の気液２層の冷媒が室外熱交換器２５に流入し、室外熱交換器２５で蒸発される。このとき冷媒は図２に示すように冷房モードと同様に、冷媒流入口４４から一方のヘッダタンク４１に流入し、順次、第１パス５１、他方のヘッダタンク４２、第２パス５２、一方のヘッダタンク４１と流れ、冷媒流出口４５から三方弁２９に向けて流出する。

　図３では、本実施形態の下入れ上出しの冷媒流れを左側に示し、比較例として上入れ下出しの冷媒流れを右側に示す。図３に示すように、暖房モードの場合、室外熱交換器２５を蒸発器として使用するが、第１パス５１は液リッチ、第２パス５２はガスリッチの状態になる。下部から冷媒を流入させ、上部から冷媒を流出させる場合、冷媒が他方のヘッダタンク４２内でターンするときに慣性力で他方のヘッダタンク４２内を大回りしようとする。しかし他方のヘッダタンク４２内で上方に向かうときに、液冷媒の自重によって、下方に向かう力が作用するので大回りを抑制することができる。したがって第２パス５２を流れる冷媒の流量分布が偏ることを抑制することができる。よって図３に示すように、第２パス５２の入口部分の冷媒温度分布は一様である。換言すると、第２パス５２の各チューブに冷媒がほぼ均等に流入していることがわかる。このように温度分布が良好なため、室外熱交換器２５は蒸発器として吸熱量を多くすることができる。したがって室外熱交換器２５は、凝縮器としても蒸発器としても熱交換性を損なうことなく、効率よく熱交換する熱交換器として用いることができる。

　これに対して比較例では、上方の第２パス５２を流れた冷媒は、慣性による大回りと液冷媒の自重によって、他方のヘッダタンク４２の下方に多く液冷媒が流れ、結果として第１パス５１の下方側に冷媒が集まっていることがわかる。したがって第１パス５１の中央から上方は高温の空気が流れて熱交換に寄与していないことがわかる。このように比較例では、第１パス５１では液自重とターンの慣性により冷媒の流れにくい箇所が発生し、熱交換出来ない部分が生じ蒸発器としての性能を著しく低下することになる。

　以上説明したように本実施形態のヒートポンプサイクル２０では、室外熱交換器２５に流れる冷媒は、下方から流入しＵターン（１往復）して上方から流出する。これによって図３に示したように、蒸発器および凝縮器の機能が切り替わる室外熱交換器２５であっても、内部を流れる冷媒の流量分布が偏ることを抑制することができる。これによって各チューブ５１，５２を流れる冷媒と空気との熱交換の度合いを一様に近づけることができ、効率よく熱交換することができる。したがって各チューブ５１，５２を流れる冷媒を確実に熱交換させて、冷媒を蒸発または凝縮して、ヒートポンプサイクル２０における凝縮器または蒸発器としての機能を達成することができる。

（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に関して、図４を用いて説明する。本実施形態では、冷媒流れがＵターンではなく、Ｓターンである点に特徴を有する。

　一方（図４の左方）のヘッダタンク４１内の空間は、第１仕切り板４３ａによって２つの空間に仕切られている。また他方（図４の右方）のヘッダタンク４２内の空間は、第２仕切り板４３ｂによって２つの空間に仕切られている。第１仕切り板４３ａおよび第２仕切り板４３ｂは、上記仕切り部の例として用いられてもよい。

　第２仕切り板４３ｂは、第１仕切り板４３ａの上方に位置する。また冷媒流出口４５は、最も上方に位置する仕切り板４３ａを備えるヘッダタンク、すなわち第２仕切り板４３ｂを備える他方のヘッダタンク４２に設けられる。そして冷媒流出口４５は、最も上方に位置する第２仕切り板４３ｂよりも上方に設けられる。また冷媒流入口４４は、最も下方に位置する第１仕切り板４３ａを備えるヘッダタンク、すなわち第１仕切り板４３ａを備える一方のヘッダタンク４１に設けられる。そして冷媒流入口４４は、最も下方に位置する第１仕切り板４３ａの下方に設けられる。

　このため、室外熱交換器２５Ａ内を流通する冷媒は、図４の矢印で示すように、室外熱交換器２５Ａ内を蛇行（Ｓターン）しながら下方側から上方側に向かって流通する。具体的には、電動圧縮機２３からの冷媒は室外熱交換器２５Ａの下側の冷媒流入口４４を介して、第１パス５１に入る。第１パス５１とは、複数のチューブのうち、一方のヘッダタンク４１の第１仕切り板４３ａの下方側の空間に繋がっているチューブの総称である。第１パス５１を流れた冷媒は、右方へ向かって流れ、他方のヘッダタンク４２内に流入する。

　他方のヘッダタンク４２内に流入した冷媒は、第２仕切り板４３ｂまで昇り、第２パス５２に流入する。第２パス５２とは、複数のチューブのうち、一方のヘッダタンク４１の第１仕切り板４３ａの上方と他方の仕切り板４３の第２仕切り板４３ｂの下方の空間に繋がっているチューブの総称である。第２パス５２に流れた冷媒は、左方へ向かって流れ、一方のヘッダタンク４１の第１仕切り板４３ａの上方側の空間に流入する。

　一方のヘッダタンク４１内に流入した冷媒は、一方のヘッダタンク４１の上端まで昇り、第３パス５３に流入する。第３パス５３とは、複数のチューブのうち、他方のヘッダタンク４２の第２仕切り板４３ｂの上方側の空間に繋がっているチューブの総称である。第３パス５３に流れた冷媒は、右方へ向かって流れ、他方のヘッダタンク４２の第２仕切り板４３ｂの上方側の空間に流入する。そして他方のヘッダタンク４２内に流入した冷媒は冷媒流出口４５から、三方弁２９に向けて流出する。

　このように本実施形態では、室外熱交換器２５Ａ内を冷媒が１往復反して、上方の冷媒流出口４５に至る。このような構成であっても、前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。室外熱交換器２５Ａは、蒸発器および凝縮器に切り替え可能な熱交換器の一例として用いられてもよい。

（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態に関して、図５を用いて説明する。本実施形態では、冷媒流れがＵターンではなく、Ｗターンである点に特徴を有する。

　一方（図５の左方）のヘッダタンク４１内の空間は、第１仕切り板４３ａおよび第３仕切り板４３ｃによって３つの空間に仕切られている。また他方（図５の右方）のヘッダタンク４２内の空間は、第２仕切り板４３ｂによって２つの空間に仕切られている。第１仕切り板４３ａ、第２仕切り板４３ｂおよび第３仕切り板４３ｃは上記仕切り部の例として用いられてもよい。

　第２仕切り板４３ｂは、第１仕切り板４３ａの上方であって、第３仕切り板４３ｃの下方に位置する。また冷媒流出口４５は、最も上方に位置する仕切り板４３を備えるヘッダタンク、すなわち第３仕切り板４３ｃを備える一方のヘッダタンク４１に設けられる。そして冷媒流出口４５は、最も上方に位置する第３仕切り板４３ｃよりも上方に設けられる。また冷媒流入口４４は、最も下方に位置する仕切り板４３を備えるヘッダタンク、すなわち第１仕切り板４３ａを備える一方のヘッダタンク４１に設けられる。そして冷媒流入口４４は、最も下方に位置する第１仕切り板４３ａの下方に設けられる。

　このため、室外熱交換器２５Ｂ内を流通する冷媒は、図４の矢印で示すように、室外熱交換器２５Ｂ内を蛇行（Ｗターン）しながら下方側から上方側に向かって流通する。具体的には、電動圧縮機２３からの冷媒は室外熱交換器２５Ｂの下側の冷媒流入口４４を介して、第１パス５１に入る。第１パス５１とは、複数のチューブのうち、一方のヘッダタンク４１の第１仕切り板４３ａの下方側の空間に繋がっているチューブの総称である。第１パス５１を流れた冷媒は、右方へ向かって流れ、他方のヘッダタンク４２内に流入する。

　他方のヘッダタンク４２内に流入した冷媒は、第２仕切り板４３ｂまで昇り、第２パス５２に流入する。第２パス５２とは、複数のチューブのうち、一方のヘッダタンク４１の第１仕切り板４３ａの上方と他方のヘッダタンク４２の第２仕切り板４３ｂの下方の空間に繋がっているチューブの総称である。第２パス５２に流れた冷媒は、左方へ向かって流れ、一方のヘッダタンク４１の第１仕切り板４３ａと第３仕切り板４３ｃとの間の空間に流入する。

　一方のヘッダタンク４１内に流入した冷媒は、第３仕切り板４３ｃまで昇り、第３パス５３に流入する。第３パス５３とは、複数のチューブのうち、他方のヘッダタンク４２の第２仕切り板４３ｂの上方と一方の仕切り板４３の第３仕切り板４３ｃの下方の空間に繋がっているチューブの総称である。第３パス５３に流れた冷媒は、右方へ向かって流れ、他方のヘッダタンク４２の第２仕切り板４３ｂの上方の空間に流入する。

　他方のヘッダタンク４２内に流入した冷媒は、他方のヘッダタンク４２の上端まで昇り、第４パス５４に流入する。第４パス５４とは、複数のチューブのうち、一方のヘッダタンク４１の第３仕切り板４３ｃの上方側の空間に繋がっているチューブの総称である。第４パス５４に流れた冷媒は、左方へ向かって流れ、一方のヘッダタンク４１の第３仕切り板４３ｃの上方側の空間に流入する。そして一方のヘッダタンク４１内に流入した冷媒は冷媒流出口４５から、三方弁２９に向けて流出する。

　このように本実施形態では、室外熱交換器２５Ｂ内を冷媒が２往復して、上方の冷媒流出口４５に至る。このような構成であっても、前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。室外熱交換器２５Ｂは、蒸発器および凝縮器に切り替え可能な熱交換器の一例として用いられてもよい。

（その他の実施形態）
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本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、本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。本発明の範囲は、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。

　前述の第１実施形態では、冷房用固定絞り２４および暖房用固定絞り２６は、開口面積が固定の膨張弁（減圧手段）であったが、固定絞りに限るものではなく、例えば冷媒通路の開口面積を調整自在にする電子制御弁によって構成してもよい。

　また前述の第１から第３実施形態では、各パスの上下方向の間隔は、互いに等しいが、このような構成に限るものではない。たとえば第１パス５１のチューブの本数を、第２パス５２よりも多くしてもよいし、その逆であってもよい。また各パスのチューブの内径は、互いに等しくてもよく、各パス毎に異なっていてもよい。

　また前述の第１実施形態では、１つのヘッダタンク４１を仕切り板４３によって仕切っているが、２つのヘッダタンクを一方側に上下方向に並べるように構成してもよい。またヘッダタンクの内壁自体が絞るように形成して、仕切り部を形成してもよい。換言すると、仕切り部は、ヘッダタンクと別体であってもよいし、ヘッダタンクと一体であってもよい。

　前述の第１から第３実施形態では、冷媒流れはＵターン（１往復）、Ｓターン（１往復半導体）、Ｗターン（２往復）の構成であったが、これに限るものではなく、少なくとも１往復以上であればよく、２往復半以上であってもよい。

Claims

　冷媒が流通するヒートポンプサイクルであって、
　蒸発器または凝縮器に切り替え可能な熱交換器（２５、２５Ａ、２５Ｂ）を備え、
　前記熱交換器は、
　　内部を前記冷媒が流れ、上下方向に間隔をあけて配置される複数のチューブ（５１、５２、５３、５４）と、
　　前記上下方向に延び、前記チューブの長さ方向の両端に配置されて前記チューブがそれぞれ接続される一対のタンク（４１、４２）と、
　　前記一対のタンクのうち、少なくとも一方のタンク（４１）に設けられ、前記上下方向への冷媒の流通を阻止するように前記少なくとも一方のタンク内の空間を仕切る少なくとも１つの仕切り部（４３，４３ａ、４３ｂ、４３ｃ）と、
　　前記一対のタンクのいずれか一方に設けられて、前記冷媒が流入する入口部（４４）と、
　　前記一対のタンクのいずれか一方に設けられて、前記冷媒が流入する出口部（４４）と、を含み、
　前記少なくとも１つの仕切り部のうち、前記上下方向において最も下方の仕切り部は、前記入口部が設けられた前記タンクに設けられ、
　前記入口部は、前記最も下方の仕切り部よりも下方に位置し、
　前記少なくとも１つの仕切り部のうち、前記上下方向において最も上方の仕切り部は、前記出口部が設けられた前記タンクに設けられ、
　前記出口部は、前記最も上方の仕切り部よりも上方に位置し、
　前記一対のタンク内の空間と、前記タンクに接続される前記複数のチューブの内部とは、前記冷媒が流れるように接続され、
　前記チューブの内部および前記タンク内の空間を前記冷媒が流れている状態では、前記上下方向は鉛直方向に一致しており、前記チューブの長さ方向は水平方向に一致しているヒートポンプサイクル。
　前記仕切り部（４３）の数は、１つであり、
　前記一対のタンクのうち前記仕切り部が設けられた前記タンクに、前記入口部および前記出口部が設けられている請求項１に記載のヒートポンプサイクル。