WO2017029882A1 - 熱交換器及びヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

暖房運転時に室外熱交換器で溜まり込んでいる冷媒量を低減し、暖房運転時の適正冷媒量を減らすことが可能な熱交換器及びヒートポンプシステムを提供することを目的とする。車外熱交換器（１１）は、中空状の第１ヘッダー（３１）と、第１ヘッダー（３１）に対向して設けられ、中空状の第２ヘッダー（３２）と、第１ヘッダー（３１）と第２ヘッダー（３２）の間に設けられ、第１ヘッダー（３１）と第２ヘッダー（３２）と連通する複数のチューブ（３３）とを備え、第１ヘッダー（３１）には、第１ヘッダー（３１）の内部を区切る仕切板（３５）が設けられ、第１ヘッダー（３１）には、第１ヘッダー（３１）の上端部と仕切板（３５）の間において仕切板（３５）側に第１開口部（３６）が形成され、蒸発器として機能するとき、冷媒は第１ヘッダー（３１）又は第２ヘッダー（３２）の下部側から供給され、第１開口部（３６）が冷媒の流出口となる。

Description

熱交換器及びヒートポンプシステム

　本発明は、熱交換器及びヒートポンプシステムに関するものである。

　電気自動車（ＥＶ車）、エンジンを搭載している電動車両（ＨＥＶ車、ＰＨＥＶ車）等に用いられる車両用空調システムでは、エンジン冷却水等の燃焼排熱を利用した暖房運転を行うことができない。このため、電動圧縮機を用いたヒートポンプ方式の空調システムが考えられている。

　下記の特許文献１では、車室外蒸発器と車室外凝縮器が別に設けられ、通常暖房運転用の冷凍サイクルには、車室外蒸発器が接続され、冷房運転用の冷凍サイクルには、車室外凝縮器が接続される構成が開示されている。

特開２０１４－８８０６０号公報 特開２０１３－２３１５７３号公報

　特許文献１で開示された技術と異なり、室外熱交換器が蒸発器と凝縮器の両方の機能を有し、室外熱交換器が、暖房運転時に蒸発器として機能し、冷房運転時に凝縮器として機能することで、ヒートポンプシステムの構成を簡便にできる。

　上記の特許文献２では、ヒートポンプシステムに適用され、蒸発器及び凝縮器の双方の機能を有する室外熱交換器に関する技術が開示されている。しかし、特許文献２で開示された室外熱交換器では、複雑な冷媒の流し方が行われており、室外熱交換器に接続する配管や追加のバルブが必要である。

　発明者らは、蒸発器と凝縮器の両方の機能を有する室外熱交換器を用いるヒートポンプシステムにおいて、暖房運転時の適正冷媒量と、冷房運転時の適正冷媒量が異なり、暖房運転時の適正冷媒量は、冷房運転時に比べて多いという知見を得た。

　従来、ヒートポンプシステムでは、最大冷房時の評価から適正冷媒量とレシーバ容量を選定している。これに対し、蒸発器と凝縮器の両方の機能を有する室外熱交換器を用いるヒートポンプシステムを適用する場合、暖房運転時の適正冷媒量を考慮する必要があるため、従来のヒートポンプシステムに比べて、冷媒量のバッファ機能を有するレシーバ容量を拡大することが考えられる。しかし、ヒートポンプシステム全体の容量が大きくなったり、レシーバ容量の拡大によってコストが増加するという問題が生じる。

　暖房運転時にレシーバ以外の構成要素で冷媒が溜まっており、暖房運転時の適正冷媒量と、冷房運転時の適正冷媒量の差を低減するには、この溜まり込み量を低減する必要がある。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、暖房運転時に室外熱交換器で溜まり込んでいる冷媒量を低減し、暖房運転時の適正冷媒量を減らすことが可能な熱交換器及びヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

　本発明の第１態様に係る熱交換器は、中空状の第１ヘッダーと、前記第１ヘッダーに対向して設けられ、中空状の第２ヘッダーと、前記第１ヘッダーと前記第２ヘッダーの間に設けられ、前記第１ヘッダーと前記第２ヘッダーと連通する複数のチューブとを備え、前記第１ヘッダーには、前記第１ヘッダーの内部を区切る仕切板が設けられ、前記第１ヘッダーには、前記第１ヘッダーの上端部と前記仕切板の間において前記仕切板側に第１開口部が形成され、蒸発器として機能するとき、冷媒は前記第１ヘッダー又は前記第２ヘッダーの下部側から供給され、前記第１開口部が前記冷媒の流出口となる。

　この構成によれば、冷媒は、第１ヘッダーとチューブと第２ヘッダーとを流通可能である。蒸発器として機能するとき、冷媒は、第１ヘッダー又は第２ヘッダーの下部側から供給され、その後、第１ヘッダーの上端部と仕切板の間において、仕切板側に形成された第１開口部から流出する。第１開口部が仕切板側に形成されることから、第１ヘッダーの上端部まで液化した冷媒が溜まることなく、第１開口部が形成された高さで、第１開口部を介して液化した冷媒を流出させることができる。その結果、液冷媒が第１ヘッダー内部で溜まり込む量を抑制できる。

　本発明の第１態様において、前記第１ヘッダーには、前記第１開口部よりも前記第１ヘッダーの上端部側において、第２開口部が形成され、凝縮器として機能するとき、冷媒は、前記第２開口部から供給され、前記第１ヘッダー又は前記第２ヘッダーの下部側へ流れる。

　この構成によれば、凝縮器として機能するとき、冷媒は、第２開口部から供給され、その後、第１ヘッダー又は第２ヘッダーの下部側へ流れる。第２開口部は、第１開口部よりも第１ヘッダーの上端部側に形成されることから、蒸発器として機能する場合において、第２開口部付近や、第２開口部に接続された配管で冷媒が液化したとしても、第１開口部から冷媒を排出することができる。

　本発明の第２態様に係るヒートポンプシステムは、上述の熱交換器と、前記熱交換器が接続され、前記熱交換器が蒸発器として機能するとき、冷媒が流通する第１回路と、前記熱交換器が接続され、前記熱交換器が凝縮器として機能するとき、冷媒が流通する第２回路とを備える。

　本発明の第２態様において、ヒートポンプシステムは、前記熱交換器、前記第１回路及び前記第２回路を備え、車両用空調システムとして適用される。

　本発明によれば、暖房運転時に室外熱交換器で溜まり込んでいる冷媒量を低減し、暖房運転時の適正冷媒量を減らすことができる。

本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システムの概略構成図（冷媒回路図）である。 本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システムの熱交換器を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システムの熱交換器を示す部分拡大正面図である。

　以下に、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システム１及び車外熱交換器１１について、図面を参照して説明する。
　まず、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システム１について、図１を用いて説明する。
　本実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システム１は、ＨＶＡＣユニット（Heating　Ventilation　and　Air　Conditioning　Unit）２と、冷暖房が可能なヒートポンプ式冷媒回路３とを備えている。ヒートポンプ式車両用空調システム１は、例えば、エンジンを搭載している電動車両（ＰＨＥＶ車）に適用される。

　ＨＶＡＣユニット２は、車室内からの内気又は外気のいずれかを切替え導入し、下流側に圧送するブロア４と、ブロア４に連なる空気流路５中の上流側に配設される車内蒸発器６と、その下流側に配設され、温水等の熱媒体（ブライン）が熱媒体循環回路７を介して循環可能とされているヒータコア８と、ヒータコア８を流通する空気量とバイパスする空気量の割合を調整して車室内に吹き出される温調風の温度を調整するエアミックスダンパ９とを備えている。

　このＨＶＡＣユニット２は、例えば、車室側のインストルメントパネル内に設置され、温調風を車室内に向けて開口されている複数の吹出し口から選択的に車室内へと吹き出す構成としたものである。

　なお、ヒータコア８に温水等の熱媒体を循環する熱媒体循環回路７には、後述するヒートポンプ式冷媒回路３側の冷媒／熱媒体熱交換器１６の他に、ＰＨＥＶ車のエンジンからの排熱、モータあるいはインバータ等の車両駆動機器からの排熱等の排熱回収機器、更にはＰＴＣヒータ等の熱源機器が設けられ、多様な熱が暖房用熱源として有効に利用できる構成とされている。

　冷房サイクルと暖房サイクルとに切替え可能なヒートポンプ式冷媒回路３は、冷媒を圧縮する電動圧縮機１０と、車外熱交換器（冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として機能する。）１１と、レシーバ１２と、開閉弁機能付きの第１減圧手段１３と、ＨＶＡＣユニット２内に設けられている車内蒸発器６とがこの順に冷媒配管１４を介して接続されている閉サイクルの冷房用冷媒回路（冷房サイクル）１５を備えている。この冷房用冷媒回路１５は、エンジン駆動方式の車両に適用されている現行の車両用空調システムに用いられている冷媒回路とほぼ同等のものとすることができる。

　また、ヒートポンプ式冷媒回路３には、電動圧縮機１０からの吐出配管１４Ａに、電動圧縮機１０から吐出された高温高圧冷媒ガスと、ヒータコア８への熱媒体循環回路７を循環する熱媒体とを熱交換する冷媒／熱媒体熱交換器１６が設けられているとともに、その下流側に三方切替え弁１７が設けられている。この三方切替え弁１７には、暖房用バイパス回路１８が接続され、その他端がレシーバ１２に接続されることにより、暖房時、冷媒／熱媒体熱交換器１６で凝縮された冷媒をレシーバ１２内に導入できる構成とされている。

　また、レシーバ１２の出口冷媒配管１４Ｃと、車外熱交換器１１の冷房運転時の冷媒出口側（車外熱交換器１１の一端側）との間に、開閉弁機能付きの第２減圧手段１９を備えた暖房用の第２回路２０が接続されるとともに、車外熱交換器１１の冷房運転時の冷媒入口側（車外熱交換器１１の他端側）と、電動圧縮機１０への吸入配管１４Ｆとの間に、電磁弁２１を備えた暖房用の第３回路２２が接続されている。

　これによって、電動圧縮機１０、冷媒／熱媒体熱交換器１６、三方切替え弁１７、暖房用バイパス回路１８、レシーバ１２、開閉弁機能付きの第２減圧手段１９を備えた第２回路２０、車外熱交換器１１及び電磁弁２１を備えた第３回路２２がこの順に吐出配管１４Ａ，冷媒配管１４Ｂ（暖房用バイパス回路１８），出口冷媒配管１４Ｃ，冷媒配管１４Ｄ（第２回路２０），冷媒配管１４Ｅ（第３回路２２），吸入配管１４Ｆを介して接続される閉サイクルの暖房用冷媒回路（暖房サイクル）２３が構成可能とされている。なお、車外熱交換器１１に対しては、外気を流通させるためのファン２４が付設されている。

　更に、上記レシーバ１２は、三方切替え弁１７からの暖房用バイパス回路１８及び車外熱交換器１１からの冷媒配管１４が接続される２つの冷媒流入口に逆止弁２５，２６が一体的に組み込まれた逆止弁付きレシーバ１２とされている。及び開閉弁機能付きの第１減圧手段１３及び第２減圧手段１９として、電磁弁付き温度式自動膨張弁を用いることができる。電磁弁付き温度式自動膨張弁は、車内蒸発器６の冷媒入口側及び、又は、蒸発器として機能する車外熱交換器１１の冷媒入口側に設けられるものであり、電磁弁と、温度式自動膨張弁とが一体化されたものである。電磁弁は、電磁コイルへの通電により可動鉄心が軸方向に進退し、弁体が入口側流路を開閉する構成とされている。温度式自動膨張弁は、車内蒸発器６又は車外熱交換器１１で蒸発した冷媒が流通する出口側冷媒流路５５内の冷媒の温度と圧力とを感知して、弁の開度が調整される構成とされている。なお、電磁弁と温度式自動膨張弁は、独立した個別の標準的な電磁弁、温度式自動膨張弁を直列に接続して構成したものとしてもよい。

　上記の電磁弁付き温度式自動膨張弁は、車内蒸発器６又は蒸発器として機能する車外熱交換器１１の一方又は双方を使った運転時、電磁弁を開とし、入口側流路を介して温度式自動膨張弁で断熱膨張された冷媒を車内蒸発器６又は車外熱交換器１１に供給する。電磁弁付き温度式自動膨張弁を用いれば、各蒸発器出口の冷媒過熱度が一定となるように温度式自動膨張弁で冷媒流量を自動制御することができる。これによって、冷媒圧力検出手段及び冷媒温度検出手段を必要とする電子膨張弁を使用したシステムに比べ、構成を簡素化し、低コスト化することができる。

　なお、本発明おいては、開閉弁機能付きの第１減圧手段１３及び第２減圧手段１９として、電磁弁付き温度式自動膨張弁に代え、電子膨張弁を用いてもよく、電子膨張弁の使用を除外するものではない。

　上記のヒートポンプ式車両用空調システム１において、冷房モード時、電動圧縮機１０により圧縮された冷媒は、実線矢印で示されるように、冷媒／熱媒体熱交換器１６、三方切替え弁１７、凝縮器として機能する車外熱交換器１１、レシーバ１２、開閉弁機能付きの第１減圧手段１３、車内蒸発器６をこの順に流通し、再び電動圧縮機１０に戻る冷房用冷媒回路（冷房サイクル）１５内を循環する。

　一方、暖房モード時、電動圧縮機１０により圧縮された冷媒は、破線矢印で示されるように、冷媒／熱媒体熱交換器１６、三方切替え弁１７、暖房用バイパス回路１８、レシーバ１２、開閉弁機能付きの第２減圧手段１９を備えた第２回路２０、蒸発器として機能する車外熱交換器１１、電磁弁２１を備えた第３回路２２をこの順に流通し、再び電動圧縮機１０に戻る暖房用冷媒回路（暖房サイクル）２３内を循環する。そして、冷媒／熱媒体熱交換器１６において、熱媒体循環回路７内を循環する温水等の熱媒体（ブライン）を加熱し、ヒータコア８に供給する。

　以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　まず、冷房モード時、電動圧縮機１０で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出配管１４Ａにより冷媒／熱媒体熱交換器１６、三方切替え弁１７を経て凝縮器として機能する車外熱交換器１１に導かれ、ここでファン２４により通風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、第２減圧手段１９を構成する電磁弁付き温度式自動膨張弁の電磁弁が閉とされているため、逆止弁２６を経てレシーバ１２に導入され、いったん貯留された後、出口冷媒配管１４Ｃを経て第１減圧手段１３に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車内蒸発器６に供給される。

　車内蒸発器６でブロア４から送風されてくる内気又は外気と熱交換されて蒸発した冷媒は、吸入配管１４Ｆを経て電動圧縮機１０に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返されることになる。この冷房用冷媒回路１５は、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行システムの冷房サイクルと何ら変わるものではなく、そのまま共用化することができる。車内蒸発器６を通過する過程で冷媒と熱交換することにより冷却された内気又は外気は、車室内に吹き出されることによって、車室内の冷房に供される。
　なお、冷房モードの間、冷媒／熱媒体熱交換器１６及びヒータコア８に熱媒体を循環する熱媒体循環回路７を閉じることにより、冷媒／熱媒体熱交換器１６での熱交換を中断させることができる。

　また、暖房モード時、電動圧縮機１０で圧縮された冷媒は、吐出配管１４Ａを経て冷媒／熱媒体熱交換器１６に導かれ、熱媒体循環回路７を循環する熱媒体と熱交換して凝縮液化し、熱媒体を加熱する。この熱媒体は、ヒータコア８に循環され、暖房に供されることになる。冷媒／熱媒体熱交換器１６で凝縮された冷媒は、三方切替え弁１７、暖房用バイパス回路１８を経てレシーバ１２に導入され、いったん貯留された後、第１減圧手段１３を構成する電磁弁付き温度式自動膨張弁の電磁弁が閉とされているため、出口冷媒配管１４Ｃ、第２回路２０を経て第２減圧手段１９に導かれ、ここで減圧された気液二相状態となり、車外熱交換器１１に供給される。

　この際、車外熱交換器１１とレシーバ１２間を接続する冷媒配管１４内の冷媒は、逆止弁２６に対して順方向となるが、冷媒配管１４内は低圧、レシーバ１２内は高圧であることから、その圧力差で逆止弁２６は閉状態を維持し、冷媒が車外熱交換器１１側から冷媒配管１４を経てレシーバ１２に流れることはなく、従って、車外熱交換器１１に供給された冷媒は、蒸発器として機能する車外熱交換器１１でファン２４により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱して蒸発された後、電磁弁２１を備えた第３回路２２、吸入配管１４Ｆを経て電動圧縮機１０に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返されることになり、この暖房用冷媒回路２３により、外気を熱源にしてヒートポンプ暖房を行うことができる。

　斯くして、本実施形態によると、現行システムの冷房用冷媒回路とほぼ同等の冷房用冷媒回路１５に対して、冷媒／熱媒体熱交換器１６、三方切替え弁１７、暖房用バイパス回路１８、第２減圧手段１９を有する第２回路２０及び電磁弁２１を有する第３回路２２を追加してヒートポンプ式冷媒回路３を構成し、更に上流側に車内蒸発器６、下流側に温水等のブラインが循環可能なヒータコア８を配設した現行システムのＨＶＡＣと同様のＨＶＡＣユニット２を用いることにより、冷房モード時、車内蒸発器６及び車外熱交換器１１（凝縮器として機能）の２枚の熱交換器を機能させ、暖房モード時、冷媒／熱媒体熱交換器１６及び車外熱交換器１１（蒸発器として機能）の２枚の熱交換器を機能させることにより、冷房運転及び暖房運転を行わせることができる。

　従って、電動圧縮機１０の仕事量に見合った最大限の能力で効率のよい冷房運転、暖房運転を行い、冷暖房能力を向上させることができるとともに、最小限の暖房用機器を追加してヒートポンプ式車両用空調システム１を構成することができ、構成の簡素化、小型化、低コスト化を図ることができる。

　また、ＨＶＡＣユニット２として、車内蒸発器６の下流側に温水を含む熱媒体が循環されるタイプのヒータコア８を配置した現行システムと同等のＨＶＡＣをそのまま流用することができるため、車両の駆動機器であるエンジン、モータ、インバータ等の排熱を熱媒体により回収し、あるいはその熱媒体をＰＴＣヒータ等により加熱して暖房用熱源とすることができる等、多様な熱源を利用して暖房することが可能となる。更に、冷媒／熱媒体熱交換器１６を電動圧縮機１０の吐出配管１４Ａに設け、その下流側に三方切替え弁１７を設けているため、三方切替え弁１７をＣＲＦＭ２７側に設置することができ、車両への搭載性を向上させることができる。

　更に、上記ヒートポンプ式車両用空調システム１の組み込まれるレシーバ１２が、冷媒流入口に逆止弁２５，２６が組み込まれた逆止弁付きレシーバ１２とされているため、運転モードにより使用されない冷房用又は暖房用の冷媒回路１５，２３をレシーバ１２の冷媒流入口に組み込まれた逆止弁２５，２６で遮断し、それら冷媒回路１５，２３への冷媒の逆流を阻止することができる。従って、使用されない冷媒回路１５，２３への冷媒流れを防止できるとともに、レシーバ１２、逆止弁２５，２６を個別にヒートポンプ式冷媒回路３に設けたものに比べ、フランジ等の接続用部品を低減し、ヒートポンプ式冷媒回路３の簡素化、低コスト化を図ることができる。

　従って、運転モードに応じ、その開閉弁機能を用いて第１減圧手段１３及び第２減圧手段１９を切替え使用することができるとともに、暖房モード時において、車外熱交換器１１及び車内蒸発器６を併用した運転を行うことができる。

　以下、図２及び図３を参照して、本実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調システム１に適用される車外熱交換器１１について説明する。

　本実施形態に係る車外熱交換器１１は、いわゆるマルチフロー型の熱交換器であり、２本のヘッダー３１，３２間にチューブ３３とフィン３４が配置されており、一方の第１ヘッダー３１に流入した冷媒が、複数のチューブ３３に分岐して流れ、その後、各チューブ３３に分岐して流れた冷媒は、他方の第２ヘッダー３２で合流する。

　車外熱交換器１１は、２本のヘッダー３１，３２が対向する２辺を構成し、ほぼ板形状を有している。車外熱交換器１１の一面側から空気が供給され、一面に対し裏側の他面側から空気が排出される。空気が車外熱交換器１１を通過するとき、チューブ３３内部を流れる冷媒と熱交換が行われる。

　車外熱交換器１１は、上述したような、例えば、ヒートポンプシステムの冷媒回路に適用され、かつ、冷房運転時には、凝縮器として機能し、暖房運転時には、蒸発器として機能する。すなわち、車外熱交換器１１が凝縮器として機能するとき、車外熱交換器１１に流入する冷媒が有する熱が、外部へ放出され、冷媒が冷却される。このとき、車外熱交換器１１には気体の冷媒が流入し、車外熱交換器１１内で冷媒が液化する。

　一方、車外熱交換器１１が蒸発器として機能するとき、車外熱交換器１１に流入する冷媒は、外部の熱を吸収し、冷媒が加熱される。このとき、車外熱交換器１１には第２減圧手段１９を通過した液体と気体の二相冷媒が流入し、車外熱交換器１１内で冷媒が気化する。

　車外熱交換器１１は、上下方向に延設される２本のヘッダー３１，３２と、２本のヘッダー３１，３２間に配置されるチューブ３３と、２本のチューブ３３間に隣接して配置されるフィン３４などから構成される。
　ヘッダー３１，３２、チューブ３３及びフィン３４には、例えばアルミニウム合金等の合金、アルミニウム等の金属が用いられる。

　ヘッダー３１，３２は、それぞれ、中空の筒形状であって、複数のチューブ３３が上下方向にほぼ等間隔で固定される。ヘッダー３１，３２内部とチューブ３３内部は連通し、両者の内部を冷媒が流通する。

　２本のヘッダー３１，３２は、それぞれ、第１ヘッダー３１と、第２ヘッダー３２である。仕切板が第１ヘッダー３１と第２ヘッダー３２の内部に１枚ずつ設けられる場合、冷媒は、第１ヘッダー３１から第２ヘッダー３２へ、その後、第２ヘッダー３２から第１ヘッダー３１へ、さらに、第１ヘッダー３１から第２ヘッダー３２へと、車外熱交換器１１内を折り返して流れる。

　第１ヘッダー３１は、車外熱交換器１１が凝縮器として機能するとき、冷媒が流入する入口側となり、蒸発器として機能するとき、冷媒が流出する出口側となる。第２ヘッダー３２は、車外熱交換器１１が凝縮器として機能するとき、冷媒が流出する出口側となり、蒸発器として機能するとき、冷媒が流入する入口側となる。

　チューブ３３は、扁平形状で、内部にはチューブ３３の長手方向に延びる複数の流通路が形成される。複数の流通路は、チューブ３３の幅方向に並列配置される。チューブ３３の一端は、第１ヘッダー３１と接続され、チューブ３３の他端は、第２ヘッダー３２と接続される。

　フィン３４は、薄板が複数配置されたものであり、車外熱交換器１１の一面から他面側に空気が流通できるように複数の薄板間には隙間が設けられている。フィン３４は、上部と下部でチューブ３３と接しており、チューブ３３を流れる冷媒の熱が伝達される。

　本実施形態に係るマルチフロー型車外熱交換器１１は、凝縮器として機能するとき、第１ヘッダー３１の開口部から流入した冷媒は、第１ヘッダー３１の上方から下方に向かって流れつつ、第１ヘッダー３１に接続された各チューブ３３の流通路に流入する。チューブ３３の流通路に流入した冷媒は、第２ヘッダー３２に向かって流れ、第２ヘッダー３２に流入する。第２ヘッダー３２に流入した冷媒は、上方から下方に向かって流れて、第２ヘッダー３２の開口部から流出する。

　次に、本実施形態に係る車外熱交換器１１のヘッダー３１，３２について詳細に説明する。
　ヘッダー３１，３２の内部には、上述したとおり、仕切板３５が設けられてもよいし、仕切板が設けられなくてもよい。仕切板が設けられない場合、ヘッダー３１，３２は、ヘッダー３１，３２に接続された全てのチューブ３３に対して連通する。そのため、ヘッダー３１，３２に流入した冷媒は、冷媒を効率良く流通させることが難しいが、全てのチューブ３３に対して流通可能である。

　仕切板が第１ヘッダー３１と第２ヘッダー３２に１枚ずつ設けられる場合、各ヘッダー３１，３２の内部は、ヘッダー３１，３２の最上面３１ａ，３２ａと仕切板３５間、及び、仕切板３５とヘッダー３１，３２の最下面３１ｂ，３２ｂに分割される。そして、ヘッダー３１，３２内部の分割空間は、その分割空間において接続されたチューブ３３に対して連通する。そのため、ヘッダー３１，３２の各分割空間に流入した冷媒は、その分割空間に接続されたチューブ３３に対してのみ流通する。これにより、冷媒を、第１ヘッダー３１から第２ヘッダー３２へ、その後、第２ヘッダー３２から第１ヘッダー３１へ、さらに、第１ヘッダー３１から第２ヘッダー３２へと、車外熱交換器１１内を折り返して流すことができる。

　なお、１本のヘッダー３１，３２に２枚以上の仕切板３５が設けられて、仕切板３５が隣接する仕切板３５間に分割空間が形成されてもよい。この場合、冷媒は、車外熱交換器１１内を２往復以上する。また、第１ヘッダー３１のみに仕切板３５が設けられ、第２ヘッダー３２には仕切板３５が設けられなくてもよい。この場合、冷媒は、車外熱交換器１１内を１往復のみする。

　次に、第１ヘッダー３１と第２ヘッダー３２に設けられる開口部３６，３７，３８、すなわち、冷媒入口部、冷媒出口部について説明する。

　第１ヘッダー３１には、第１ヘッダー３１の最上面３１ａと仕切板３５で区切られる分割空間の全高さのうち、低い位置に第１開口部３６が形成される。例えば、第１開口部３６は、仕切板３５の近傍に設けられることが望ましく、仕切板３５と、仕切板３５から分割空間の全高さのうち１／３の高さ程度の位置の間に設けられてもよい。
　第１開口部３６は、車外熱交換器１１が蒸発器として機能するとき、冷媒が流出する冷媒出口部となる。

　また、第１ヘッダー３１には、第１開口部３６よりも高い位置であって、第１ヘッダー３１の最上面と仕切板３５で区切られる分割空間において、第２開口部３７が形成される。
　第２開口部３７は、車外熱交換器１１が凝縮器として機能するとき、冷媒が流入する冷媒入口部となる。

　第１開口部３６と第２開口部３７は、第１ヘッダー３１において別々に設けられることから、車外熱交換器１１に配管を接続する際、開口部が共通化されて配管を分岐させる場合に比べて、配管作業が容易になる。

　第２ヘッダー３２には、第２ヘッダー３２の最下面の近傍に第３開口部３８が形成される。
　第３開口部３８は、車外熱交換器１１が凝縮器として機能するとき、冷媒が流出する冷媒出口部となり、蒸発器として機能するとき、冷媒が流入する冷媒入口部となる。

　車外熱交換器１１が蒸発器として機能するとき、冷媒は第３開口部３８から流入して、車外熱交換器１１の下部から上部に向けて冷媒が流れる。これにより、液化した冷媒は、常に車外熱交換器１１の下部に溜まった状態で存在し、上部から下部へ冷媒を流す場合に比べて、車外熱交換器１１内部での圧力損失の増加を抑制できる。

　また、冷媒が流出する冷媒出口部となる第１開口部３６が第１ヘッダー３１の分割空間の低い位置に形成されることから、車外熱交換器１１が蒸発器として機能する場合において、車外熱交換器１１の出口に至る冷媒の全てをガス化できなかったとき、第１開口部３６の高さで、第１開口部３６を介して液冷媒を外部に排出できる。液冷媒が第１ヘッダー３１内部で溜まり込む量を抑制できる。

　さらに、車外熱交換器１１が蒸発器として機能する場合において、第１開口部３６よりも高い位置の第２開口部３７付近や、第２開口部３７に接続された配管で冷媒が液化したとしても、第１ヘッダー３１の分割空間の低い位置に形成された第１開口部３６から冷媒を流出させることができる。

　以上より、蒸発器と凝縮器の両方の機能を実現する車外熱交換器１１において、蒸発器として機能するときに冷媒が流出する冷媒出口部となる第１開口部３６が、凝縮器として機能するときに冷媒が流入する第２開口部３７とは別に形成される。

　また、第１開口部３６は、第２開口部３７よりも低い位置で、第１ヘッダー３１の分割空間の低い位置に形成される。従来、蒸発器と凝縮器の両方の機能を実現する車外熱交換器１１において、蒸発器として機能するときの冷媒出口部と、凝縮器として機能するときの冷媒入口部の取付位置は、ヘッダーの最上部であった。この場合、車外熱交換器１１のヘッダーの最上部に到達する位置まで余剰冷媒が溜まってしまう。その結果、余剰冷媒量が多くなるという問題があるが、本実施形態によれば、余剰の液冷媒が第１ヘッダー３１内部で溜まり込む量を抑制できる。

　更に、従来、蒸発器と凝縮器の両方の機能を実現する車外熱交換器１１において、蒸発器として機能するときの冷媒出口部と、凝縮器として機能するときの冷媒入口部の取付位置は、同一高さであるか、開口部を一つだけ設けて両方を兼用するかであった。この場合、蒸発器として機能するとき、凝縮器として機能するときに用いられる冷媒入口部や、凝縮器用の冷媒入口部に接続された配管で液化した冷媒は、液冷媒が冷媒出口部と同一高さになるまで排出されないか、又は、車外熱交換器１１から全く排出されない。これに対し、本実施形態では、第１開口部３６は、第２開口部３７よりも低い位置で、第１ヘッダー３１の分割空間の低い位置に形成されるため、第２開口部３７付近や、第２開口部３７に接続された配管で冷媒が液化したとしても、第１開口部３６から冷媒を流出させることができる。

１　ヒートポンプ式車両用空調システム
２　ＨＶＡＣユニット
３　ヒートポンプ式冷媒回路
６　車内蒸発器
７　熱媒体循環回路
８　ヒータコア
１０　電動圧縮機
１１　車外熱交換器
１２　レシーバ（逆止弁付きレシーバ）
１３　第１減圧手段
１４Ａ　吐出配管
１４Ｆ　吸入配管
１５　冷房用冷媒回路（冷房サイクル）
１６　冷媒／熱媒体熱交換器
１７　三方切替え弁
１８　暖房用バイパス回路
１９　第２減圧手段
２０　第２回路
２１　電磁弁
２２　第３回路
２３　暖房用冷媒回路（暖房サイクル）
３１　ヘッダー，第１ヘッダー
３２　ヘッダー，第２ヘッダー
３３　チューブ
３４　フィン
３５　仕切板
３６　開口部，第１開口部
３７　開口部，第２開口部
３８　開口部，第３開口部
 

Claims (4)

1. 　中空状の第１ヘッダーと、
   　前記第１ヘッダーに対向して設けられ、中空状の第２ヘッダーと、
   　前記第１ヘッダーと前記第２ヘッダーの間に設けられ、前記第１ヘッダーと前記第２ヘッダーと連通する複数のチューブと、
   を備え、
   　前記第１ヘッダーには、前記第１ヘッダーの内部を区切る仕切板が設けられ、
   　前記第１ヘッダーには、前記第１ヘッダーの上端部と前記仕切板の間において前記仕切板側に第１開口部が形成され、
   　蒸発器として機能するとき、冷媒は前記第１ヘッダー又は前記第２ヘッダーの下部側から供給され、前記第１開口部が前記冷媒の流出口となる熱交換器。
2. 　前記第１ヘッダーには、前記第１開口部よりも前記第１ヘッダーの上端部側において、第２開口部が形成され、
   　凝縮器として機能するとき、冷媒は、前記第２開口部から供給され、前記第１ヘッダー又は前記第２ヘッダーの下部側へ流れる請求項１に記載の熱交換器。
3. 　請求項１又は２に記載の熱交換器と、
   　前記熱交換器が接続され、前記熱交換器が蒸発器として機能するとき、冷媒が流通する第１回路と、
   　前記熱交換器が接続され、前記熱交換器が凝縮器として機能するとき、冷媒が流通する第２回路と、
   を備えるヒートポンプシステム。
4. 　前記熱交換器、前記第１回路及び前記第２回路を備え、車両用空調システムとして適用される請求項３に記載のヒートポンプシステム。
    

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