熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステム
【課題】熱交換効率を大幅に高め、且つ、凝縮器及び蒸発器の双方の機能を有し、更には車両空調ヒートポンプシステムのＨＶＡＣユニット外に設けた室外熱交換器に好適な熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部（６）と、メインコア部を通過した冷媒が流入されるレシーバタンク（８）と、レシーバタンクを通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部（１０）とを備え、サブクールコア部は、互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク（２０）間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブ（２２）と、隣接するチューブ間に配置されたフィン（２４）とからなる。
【解決手段】空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部（６）と、メインコア部を通過した冷媒が流入されるレシーバタンク（８）と、レシーバタンクを通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部（１０）とを備え、サブクールコア部は、互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク（２０）間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブ（２２）と、隣接するチューブ間に配置されたフィン（２４）とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムに関し、例えば、凝縮器及び蒸発器の双方の機能を有し、車両空調ヒートポンプシステムのＨＶＡＣ（Heating Ventilation & Air Conditioning）ユニット外に設けた室外熱交換器として用いられる熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱交換器には、空気との熱交換により冷媒を凝縮するコンデンサコア部と、コンデンサコア部からレシーバタンクを通過した冷媒が流入されるレシーバタンクと、レシーバタンクを通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部とを備えたサブクールコンデンサが開示されている（例えば特許文献１参照）。
上記コンデンサコア部及びサブクールコア部は、何れも互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接するチューブ間に配置されたフィンとから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０５２７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷媒の凝縮時には、冷媒の状態変化に伴い気液混合冷媒における液冷媒と冷媒ガスとの密度変化率が著しく変化する。この状態において、液冷媒は冷媒ガスに比して重力の影響を受け易いため、チューブ内を流れる液冷媒中に気泡が発生し、冷媒流れに偏流が発生することがある。特に、冷媒が縦流れ方向となる場合には、液冷媒に対する重力の影響を受け易く、チューブ内で冷媒の偏流が発生し易くなる。従って、上記従来技術の場合のように、気液混合冷媒が流れるサブクールコア部を冷媒縦流れとしたときには、当該コア部における熱交換が円滑に行われず、熱交換器の熱交換効率が低下するおそれがある。
【０００５】
また、上記従来技術の熱交換器はあくまでも凝縮器であり、凝縮器及び蒸発器の双方の機能を有する熱交換器を想定しておらず、また、車両空調ヒートポンプシステムのＨＶＡＣユニット外に設ける室外熱交換器を想定していない。
本発明は上述の事情に基づいてなされ、その目的とするところは、熱交換効率を大幅に高め、且つ、凝縮器及び蒸発器の双方の機能を有し、更には車両空調ヒートポンプシステムのＨＶＡＣユニット外に設けた室外熱交換器に好適な熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の熱交換器は、空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部と、メインコア部を通過した冷媒が流入されるレシーバタンクと、レシーバタンクを通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部とを備え、サブクールコア部は、互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接するチューブ間に配置されたフィンとからなる（請求項１）。
【０００７】
好ましくは、メインコア部は、互いに平行を成した状態で上下方向に沿ってそれぞれ配置された上下のヘッダタンク間において上下方向に沿って配置されて該上下のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接するチューブ間に配置されたフィンとからなる（請求項２）。
本発明のヒートポンプシステムは、メインコア部における冷媒の流れ方向を変更することで熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用するヒートポンプシステムであって、熱交換器を蒸発器として使用するとき、メインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させるバイパス手段を備える（請求項３）。
【０００８】
好ましくは、熱交換器は、熱交換器を凝縮器として使用するときにメインコア部とレシーバタンクとを連通させる連通部を備え、バイパス手段は、熱交換器を蒸発器として使用するときにメインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させた後、連通部に連通される冷媒流路と、冷媒流路のメインコア部入口側に設けられ、熱交換器を凝縮器として使用するときに連通部から冷媒流路側への冷媒流れを阻止する弁とを有する（請求項４）。
【０００９】
一方、本発明のヒートポンプシステムは、メインコア部における冷媒の流れ方向を変更しないで熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用するヒートポンプシステムであって、熱交換器を蒸発器として使用するとき、メインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させるバイパス手段を備える（請求項５）。
好ましくは、熱交換器は、熱交換器を凝縮器として使用するときにメインコア部とレシーバタンクとを連通させる連通部を備え、バイパス手段は、熱交換器を蒸発器として使用するときにメインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させた後、連通部に連通される冷媒流路と、冷媒流路のメインコア部出口側に設けられ、熱交換器を凝縮器として使用するときに連通部から冷媒流路側への冷媒流れを阻止する弁とを有する（請求項６）。
【００１０】
好ましくは、熱交換器を車両空調用のＨＶＡＣユニット外に設けられた室外熱交換器として用いる（請求項７）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器によれば、サブクールコア部を流通する気液混合冷媒を横流れ方向の冷媒流れとすることができる。冷媒の凝縮時には、冷媒の状態変化に伴い気液混合冷媒における液冷媒と冷媒ガスとの密度変化率が著しく変化する。この状態において、液冷媒は冷媒ガスに比して重力の影響を受け易いため、縦配置のチューブ内を流れる液冷媒中に気泡が発生し、冷媒流れに偏流が発生することがある。しかし、サブクールコア部を流れる冷媒を横流れ方向とすることにより、縦流れ方向の場合に比して、液冷媒に対する重力の影響を受け難いため、チューブ内における冷媒の偏流を効果的に抑制することができる。従って、サブクールコア部における空気と冷媒との熱交換を長時間に亘って継続させることができ、熱交換器の熱交換効率の低下を抑制することができる（請求項１）。
【００１２】
また、本発明によれば、メインコア部を流通する冷媒を縦流れ方向の冷媒流れとすることができる。冷媒の蒸発時には、チューブの各表面に凝縮水が生じ、チューブの表面上に保水され、着霜現象が発生することが多く、この霜の層が成長することによって熱交換効率が低下するおそれがある。しかし、メインコア部を流れる冷媒を縦流れ方向とすることにより、上記着霜現象の発生を抑制することができるため、メインコア部における空気と冷媒との熱交換を長時間に亘って継続させることができ、熱交換器の熱交換効率の低下を更に効果的に抑制することができる（請求項２）。
【００１３】
また、本発明のヒートポンプシステムによれば、熱交換器を蒸発器として使用するときは、レシーバタンクによる冷媒の気液分離、サブクールコア部における冷媒の過冷却は不要であるため、冷媒がサブクール部を通過することによる冷媒の無用な圧力損失の増大、ひいては冷媒の無用な流動損失を防止することができ、熱交換器の熱交換効率の低下を更に効果的に抑制することができる（請求項３，５）。
【００１４】
また、本発明によれば、熱交換器を蒸発器として使用するときは、冷媒流路によってメインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させ、一方、熱交換器を凝縮器として使用するときは、弁によって連通部から冷媒流路側への冷媒流れを阻止することができるため、ヒートポンプシステムにおける熱交換器の蒸発器と凝縮器との切り換えを簡単な構成で確実に行うことができる（請求項４）。
【００１５】
また、本発明によれば、メインコア部における冷媒の流れ方向を変更しないで熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用することにより、暖房時入口ポートを冷房時入口ポートとをメインコア部の同側において共用することができる。これにより、メインコア部における冷媒の流れ方向を変更することで熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用する場合に比して、冷媒回路の回路構成を簡素化することができるため、ヒートポンプシステムにおける室外熱交換器の蒸発器と凝縮器との切り換えをより一層簡単な構成で行うことができる（請求項５，６）。
【００１６】
また、本発明によれば、具体的には、熱交換器を車両空調用のＨＶＡＣユニット外に設けられた室外熱交換器として用いるのに好適である（請求項７）。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例に係る室外熱交換器の正面図、室外熱交換器が組み込まれる車両空調ヒートポンプシステムの概略構成、及びヒートポンプシステムが接続されるＨＶＡＣユニットの概略構成を示した図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る室外熱交換器の正面図、室外熱交換器が組み込まれる車両空調ヒートポンプシステムの概略構成、及びヒートポンプシステムが接続されるＨＶＡＣユニットの概略構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明に係る熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムについて図面を参照して説明する。
図１は第１実施例の室外熱交換器１の正面図、室外熱交換器１が組み込まれる車両空調ヒートポンプシステム２の概略構成、及びヒートポンプシステム２が接続されるＨＶＡＣユニット４の概略構成を示している。
【００１９】
室外熱交換器１は、空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部６と、メインコア部６を通過した冷媒が流入されるレシーバタンク８と、レシーバタンク８を通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部１０とを備えている。
メインコア部６は、互いに平行を成した状態で上下方向に沿ってそれぞれ配置された上下のヘッダタンク１２，１２間において上下方向に沿って配置されて該上下のヘッダタンク１２，１２の双方と連通する複数のチューブ１４と、隣接するチューブ１４間に配置されたフィン１６とから構成されている。メインコア部６の左右端部に位置するフィン１６はカバー部材１８に接合されることで、メインコア部６の剛性が確保され、また、左側のカバー部材１８が連結部材１９でレシーバタンク８に連結されている。
【００２０】
一方、本実施形態のサブクールコア部１０は、互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク２０，２０間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンク２０，２０の双方と連通する複数のチューブ２２と、隣接するチューブ２２間に配置されたフィン２４とから構成されている。サブクールコア部１０の上端部に位置するフィン２４がカバー部材２６に接合されることで、サブクールコア部１０の剛性が確保され、また、カバー部材２６が下側のヘッダタンク１２に接合されることで、サブクールコア部１０がメインコア部６に連結されている。
【００２１】
ＨＶＡＣユニット４は、車両の車室内前方側に搭載され、車両のエンジンルームと車室内とを区画するダッシュパネルＤＢの車室内側に固定されている。ＨＶＡＣユニット２には、空気流の方向から順に送風ファン２８、室内蒸発器３０、室内凝縮器３２が内設されている。室内凝縮器３２における空気流の一次側には、室内凝縮器３２の空気入口を開閉するダンパ３４が設けられ、図１中に破線で示すようにしてダンパ３４を閉じることで室内凝縮器３２をバイパスして空気を流すことができる。このようにして送風ファン２８で取り込まれた空気を室内蒸発器３０又は室内凝縮器３２に選択的に通風させることで車室内の空気が所望の設定温度に制御される。
【００２２】
ヒートポンプシステム２は、メインコア部６における冷媒の流れ方向を変更することで、室外熱交換器１を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用可能な構成となっており、室外熱交換器１は、ヒートポンプシステム２の暖房運転時には蒸発器として使用され、冷房運転時には凝縮器として使用される。
ヒートポンプシステム２は、冷媒が循環する冷媒回路３６を備え、冷媒回路３６のうちの暖房運転時流路（冷媒流路、バイパス手段）３６ａには、図１中に実線で示す冷媒流れ方向の順に、室外熱交換器１、第１開閉弁３８、アキュームレータ４０、圧縮機４２、室内凝縮器３２、第１膨張弁４４、逆止弁（弁、バイパス手段）４６が介挿されている。
【００２３】
一方、冷媒回路３６のうちの冷房運転時流路３６ｂには、図１中に破線で示す冷媒流れ方向の順に、室外熱交換器１、第２開閉弁４８、第２膨張弁５０、室内蒸発器３０、アキュームレータ４０、圧縮機４２、室内凝縮器３２、第３開閉弁５２が介挿されている。
冷房運転時流路３６ｂは、アキュームレータ４０から、圧縮機４２、室内凝縮器３２を経て、第３開閉弁５２と第１膨張弁４４との分岐路３６ｃまでは暖房運転時流路３６ａと共用の共用路３６ｄを有して形成されている。
【００２４】
ダンパ３４、及び第１〜第３開閉弁３８，４８，５２の駆動部は、車両を総合的に制御する図示しないＥＣＵ（電気制御ユニット）に電気的に接続されている。ＥＣＵは、冷房運転時流路３６ｂを使用する冷房時には、送風ファン２８から送風される空気をダンパ３４を閉じることで室内凝縮器３２をバイパスして流し、また、第１〜第３開閉弁３８，４８，５２を適宜開閉制御することにより、室外熱交換器１における冷房時の冷媒流れ方向（図１中に破線矢印で示す）が暖房運転時流路３６ａを使用する暖房時の冷媒流れ方向（図１中に実線矢印で示す）の逆になるように制御される。
【００２５】
ここで、本実施形態のヒートポンプシステム２は、室外熱交換器１を蒸発器として使用する暖房運転時には、メインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスして流通させる構成を採用している（バイパス手段）。
詳しくは、暖房運転時流路３６ａの室外熱交換器１に対する暖房時入口ポート５４が下側のヘッダタンク１２の左側端部に設けられ、当該下側のヘッダタンク１２の右側端部には暖房運転時流路３６ａの室外熱交換器１に対する暖房時出口ポート５６が設けられている。
【００２６】
暖房時に暖房時入口ポート５４からメインコア部６に流入した冷媒は、各ヘッダタンク１２を内部で仕切る複数の仕切り板５８を境界としてダウンフロー又はアップフローの縦流れを繰り返し、メインコア部６に対する通風によって空気Ａと熱交換を行いながら、図１の実線矢印で示すように全体として左側から右側に流通し、暖房時出口ポート５６から暖房運転時流路３６ａに送出される。すなわち、暖房運転時における冷媒は室外熱交換器１においてはメインコア部６のみを流通する。
【００２７】
一方、冷房運転時流路３６ｂの室外熱交換器１に対する冷房時入口ポート６０は暖房時出口ポート５６と共用され、暖房時入口ポート５４に一端が連通する入口連通管（連通部）６２がレシーバタンク８の下側側部に接続され、他端がレシーバタンク８内に連通されている。
このように、入口連通管６２は、室外熱交換器１を凝縮器として使用するときにはメインコア部６とレシーバタンク８とを連通させる。一方、室外熱交換器１を蒸発器として使用するときには、入口連通管６２は、メインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスするための暖房運転時流路３６ａが接続された暖房時入口ポート５４と連通されており、相反する連通路の機能を併せ持っている。
【００２８】
しかし、暖房運転時流路３６ａのメインコア部６入口側に、入口連通管６２から暖房運転時流路３６ａ側への冷媒流れを阻止する逆止弁４６を介挿したことにより、冷房時における暖房運転時流路３６ａへの冷媒流入を防止しながら入口連通管６２への冷媒流入を可能としている。
一方、冷房運転時流路３６ｂに第２開閉弁４８を介挿したことにより、暖房時には第２開閉弁４８を閉じることで、レシーバタンク８、サブクールコア部１０、ひいては冷房運転時流路３６ｂの第２開閉弁４８までは冷媒が流入するものの、冷房運転時流路３６ｂの第２開閉弁４８の２次側への冷媒流入が阻止される。これより、レシーバタンク８及びサブクールコア部１０では冷媒の流れが停滞し、レシーバタンク８及びサブクールコア部１０に冷媒が滞留する状態となる。このように、逆止弁４６の存在、及び第２開閉弁４８の閉止によって、暖房時にレシーバタンク８及びサブクールコア部１０を実質的にバイパス可能となり、メインコア部６における冷媒流れを暖房時において冷房時の逆流れにすることが可能となる。
【００２９】
また、入口連通管６２の下側におけるレシーバタンク８の側部には出口連通管６４の一端が接続され、レシーバタンク８内に連通されると共に、出口連通管６４の他端がサブクールコア部１０の左側のヘッダタンク２０内に連通されている。また、サブクールコア部１０の右側のヘッダタンク２０の下側側部には冷房運転時流路３６ｂの室外熱交換器１に対する冷房時出口ポート６６が設けられている。
【００３０】
冷房時に冷房時入口ポート６０からメインコア部６に流入した冷媒は、上述したようにダウンフロー又はアップフローを繰り返し、メインコア部６に対する通風によって空気Ａと熱交換を行いながら、図１の破線矢印で示すように全体として右側から左側に流通し、入口連通管６２を介してレシーバタンク８に流入し気液混合冷媒にされた後、出口連通管６４を介してサブクールコア部１０に優先的に液冷媒が流入される。
【００３１】
サブクールコア部１０に流入した冷媒は、サブクールコア部１０に対する通風によって空気Ａと熱交換を行いながら、図１の破線矢印で示すように全体として左側から右側に横流れで流通することで過冷却により完全に液化された後、冷房時出口ポート６６から冷房運転時流路３６ｂに送出される。すなわち、冷房運転時における冷媒は室外熱交換器１においてはメインコア部６及びサブクールコア部１０の両方を流通する。
【００３２】
以上のように本実施形態では、サブクールコア部１０を流れる冷媒を横流れ方向とすることにより、縦流れ方向の場合に比して、液冷媒に対する重力の影響を受け難いため、チューブ１０内における冷媒の偏流を効果的に抑制することができる。従って、サブクールコア部１０における空気Ａと冷媒との熱交換を長時間に亘って継続させることができ、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、メインコア部６を流れる冷媒を縦流れ方向とすることにより、チューブ１４表面における着霜現象の発生を抑制することができるため、メインコア部６における空気Ａと冷媒との熱交換を長時間に亘って継続させることができ、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を更に効果的に抑制することができる。
また、室外熱交換器１を蒸発器として使用するときは、レシーバタンク８による冷媒の気液分離、サブクールコア部１０における冷媒の過冷却は不要であるため、冷媒がサブクール部１０を通過することによる冷媒の無用な圧力損失の増大、ひいては冷媒の無用な流動損失を防止することができ、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を更に効果的に抑制することができる。
【００３４】
また、室外熱交換器を蒸発器として使用するときは、暖房運転時流路３６ａによってメインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスして流通させ、一方、室外熱交換器１を凝縮器として使用するときは、逆止弁４６によって入口連通管６２側への冷媒流れを阻止することができるため、ヒートポンプシステム２における室外熱交換器１の蒸発器と凝縮器との切り換えを簡単な構成で確実に行うことができる。
【００３５】
図２は第２実施例の室外熱交換器１の正面図、室外熱交換器１が組み込まれる車両空調ヒートポンプシステム６８の概略構成、及びヒートポンプシステム６８が接続されるＨＶＡＣユニット４の概略構成を示している。なお、第１実施例と共通する構成については同符号を付して説明を省略する。
本実施形態のヒートポンプシステム６８は、メインコア部６における冷媒の流れ方向を変更しないで室外熱交換器１を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用可能な構成となっており、室外熱交換器１は、ヒートポンプシステム６８の暖房運転時には蒸発器として使用され、冷房運転時には凝縮器として使用される。
【００３６】
ヒートポンプシステム６８は、冷媒回路３６とは異なる冷媒回路７０を備え、冷媒回路７０のうちの暖房運転時流路（冷媒流路、バイパス手段）７０ａには、図１中に実線で示す冷媒流れ方向の順に、室外熱交換器１、第４開閉弁（バイパス手段、弁）７２、アキュームレータ４０、圧縮機４２、室内凝縮器３２、第１膨張弁４４が介挿されている。
一方、冷媒回路７０のうちの冷房運転時流路７０ｂには、図１中に破線で示す冷媒流れ方向の順に、室外熱交換器１、第２開閉弁４８、第２膨張弁５０、室内蒸発器３０、アキュームレータ４０、圧縮機４２、室内凝縮器３２、第３開閉弁５２が介挿されている。
【００３７】
冷房運転時流路７０ｂは、アキュームレータ４０から、圧縮機４２、室内凝縮器３２を
経て、第３開閉弁５２と第１膨張弁４４との分岐路７０ｃまでは暖房運転時流路７０ａと共用の共用路７０ｄを有して形成されている。
ここで、本実施形態のヒートポンプシステム６８は、メインコア部６における冷媒の流れ方向は暖房運転時及び冷媒運転時において同じであり、室外熱交換器１を蒸発器として使用する暖房運転時には、メインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスして流通させる構成を採用している（バイパス手段）。
【００３８】
詳しくは、暖房運転時流路７０ａの室外熱交換器１に対する暖房時入口ポート５４が下側のヘッダタンク１２の右側端部に設けられ、当該下側のヘッダタンク１２の左側端部には暖房運転時流路７０ａの室外熱交換器１に対する暖房時出口ポート５６が設けられている。
暖房時に暖房時入口ポート５４からメインコア部６に流入した冷媒は、各ヘッダタンク１２を内部で仕切る複数の仕切り板５８を境界としてダウンフロー又はアップフローの縦流れを繰り返し、メインコア部６に対する通風によって空気Ａと熱交換を行いながら、図２の実線矢印で示すように全体として右側から左側に流通し、暖房時出口ポート５６から暖房運転時流路７０ａに送出される。すなわち、暖房運転時における冷媒は室外熱交換器１においてはメインコア部６のみを流通する。
【００３９】
一方、冷房運転時流路７０ｂの室外熱交換器１に対する冷房時入口ポート６０は暖房時入口ポート５４と共用され、暖房時出口ポート５６に一端が連通する入口連通管６２がレシーバタンク８の下側側部に接続され、他端がレシーバタンク８内に連通されている。
このように、入口連通管６２は、室外熱交換器１を凝縮器として使用するときにはメインコア部６とレシーバタンク８とを連通させる。一方、室外熱交換器１を蒸発器として使用するときには、入口連通管６２は、メインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスするための暖房運転時流路７０ａが接続された暖房時出口ポート５６と連通される。
【００４０】
しかし、暖房運転時流路７０ａのメインコア部６出口側に、入口連通管６２から暖房運転時流路７０ａ側への冷媒流れを阻止する第４開閉弁７２を介挿したことにより、冷房時には第４開閉弁７２を閉じることで、暖房運転時流路７０ａの第４開閉弁７２の２次側への冷媒流入が阻止しながら、入口連通管６２への冷媒流入を可能としている。
一方、暖房時には第２開閉弁４８を閉じることで、レシーバタンク８、サブクールコア部１０、ひいては冷房運転時流路７０ｂの第２開閉弁４８までは冷媒が流入するものの、冷房運転時流路３６ｂの第２開閉弁４８の２次側への冷媒流入が阻止される。これより、レシーバタンク８及びサブクールコア部１０では冷媒の流れが停滞し、レシーバタンク８及びサブクールコア部１０に冷媒が滞留する状態となる。このように、第４開閉弁７２の閉止又は第２開閉弁４８の閉止によって、メインコア部６における冷媒流れを暖房時及び冷房時で同じ流れ方向のままで、暖房時にレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスすることができる。
【００４１】
以上のように本実施形態では、第１実施例の場合と同様に、サブクールコア部１０を流れる冷媒を横流れ方向とし、また、メインコア部６を流れる冷媒を縦流れ方向とし、また、冷媒がサブクール部１０を通過することによる冷媒の無用な圧力損失の増大、ひいては冷媒の無用な流動損失を防止することにより、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００４２】
また、冷暖房時の切替においてメインコア部６における冷媒の流れ方向を変更せず、下側のヘッダタンク１２の右側端部に設けられた暖房時入口ポート５４を冷房時入口ポート６０と共用することにより、第１実施例において下側のヘッダタンク１２の左側端部に設けられた共用路３６ｄから下側のヘッダタンク１２の右側端部に設けられた暖房時入口ポート５４まで冷媒配管の引き回しが不要となる。従って、冷媒回路７０の回路構成を簡素化することができるため、ヒートポンプシステム６８における室外熱交換器１の蒸発器と凝縮器との切り換えをより一層簡単な構成で行うことができる。
【００４３】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、第１実施例に示される仕切り板５８の数及び各仕切り板５８の間隔はこれに限定されず、仕切り板５８の数を更に多くし、冷房時のメインコア部６における冷媒の流れ方向で見て、各仕切り板５８の間隔を徐々に狭めるようにしても良い。この場合には、暖房時におけるメインコア部６の冷媒流路の体積をパス割りによって段階的に大きくすることができ、一方、冷房時におけるメインコア部６の冷媒流路の体積をパス割りによって段階的に小さくすることができる。従って、暖房時には冷媒の密度が段階的に小さくなることにより冷媒がより蒸発し易く、冷房時には冷媒の密度が段階的に大きくなることにより冷媒がより凝縮し易くなるため、室外熱交換器１の熱交換効率を更に高めることができる。
【００４４】
一方、第２実施例に示される各仕切り板５８の間隔は、メインコア部６の冷媒の流れ方向が冷暖房時において同じであることから、図２に示されるような等間隔であることが好ましい。
また、上記各実施例では、本発明を車両空調用のＨＶＡＣユニット４外に設けた室外熱交換器１について用いる好適な場合について説明したが、他の用途の熱交換器及びヒートポンプシステムにも適用可能である。
【００４５】
また、上記各実施例では、メインコア部６とサブクールコア部１０とは通風方向に重なることなく上下に連結されているが、この構成に限らず、メインコア部６とサブクールコア部１０とを左右に連結しても良いし、メインコア部６とサブクールコア部１０とを通風方向に重なるようにして連結しても良い。メインコア部６とサブクールコア部１０とを通風方向に重ねる場合には、サブクールコア部１０が通風方向で見て前に配置することで、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を効果的に抑制することができて好ましい。
【００４６】
また、上記各実施例において説明したヒートポンプシステム２及びＨＶＡＣユニット４の構成は種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 室外熱交換器（熱交換器）
２ 車両空調用ヒートポンプシステム（ヒートポンプシステム）
６ メインコア部
８ レシーバタンク
１０ サブクールコア部
１２ ヘッダタンク
１４ チューブ
１６ フィン
２０ ヘッダタンク
２２ チューブ
２４ フィン
３６ａ 暖房運転時流路（冷媒流路、バイパス手段）
４６ 逆止弁（弁、バイパス手段）
６２ 入口連通管（連通部）
６８ 車両空調用ヒートポンプシステム（ヒートポンプシステム）
７０ａ 暖房運転時流路（冷媒流路、バイパス手段）
７２ 第４開閉弁（バイパス手段、弁）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムに関し、例えば、凝縮器及び蒸発器の双方の機能を有し、車両空調ヒートポンプシステムのＨＶＡＣ（Heating Ventilation & Air Conditioning）ユニット外に設けた室外熱交換器として用いられる熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱交換器には、空気との熱交換により冷媒を凝縮するコンデンサコア部と、コンデンサコア部からレシーバタンクを通過した冷媒が流入されるレシーバタンクと、レシーバタンクを通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部とを備えたサブクールコンデンサが開示されている（例えば特許文献１参照）。
上記コンデンサコア部及びサブクールコア部は、何れも互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接するチューブ間に配置されたフィンとから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０５２７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷媒の凝縮時には、冷媒の状態変化に伴い気液混合冷媒における液冷媒と冷媒ガスとの密度変化率が著しく変化する。この状態において、液冷媒は冷媒ガスに比して重力の影響を受け易いため、チューブ内を流れる液冷媒中に気泡が発生し、冷媒流れに偏流が発生することがある。特に、冷媒が縦流れ方向となる場合には、液冷媒に対する重力の影響を受け易く、チューブ内で冷媒の偏流が発生し易くなる。従って、上記従来技術の場合のように、気液混合冷媒が流れるサブクールコア部を冷媒縦流れとしたときには、当該コア部における熱交換が円滑に行われず、熱交換器の熱交換効率が低下するおそれがある。
【０００５】
また、上記従来技術の熱交換器はあくまでも凝縮器であり、凝縮器及び蒸発器の双方の機能を有する熱交換器を想定しておらず、また、車両空調ヒートポンプシステムのＨＶＡＣユニット外に設ける室外熱交換器を想定していない。
本発明は上述の事情に基づいてなされ、その目的とするところは、熱交換効率を大幅に高め、且つ、凝縮器及び蒸発器の双方の機能を有し、更には車両空調ヒートポンプシステムのＨＶＡＣユニット外に設けた室外熱交換器に好適な熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の熱交換器は、空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部と、メインコア部を通過した冷媒が流入されるレシーバタンクと、レシーバタンクを通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部とを備え、サブクールコア部は、互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接するチューブ間に配置されたフィンとからなる（請求項１）。
【０００７】
好ましくは、メインコア部は、互いに平行を成した状態で上下方向に沿ってそれぞれ配置された上下のヘッダタンク間において上下方向に沿って配置されて該上下のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接するチューブ間に配置されたフィンとからなる（請求項２）。
本発明のヒートポンプシステムは、メインコア部における冷媒の流れ方向を変更することで熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用するヒートポンプシステムであって、熱交換器を蒸発器として使用するとき、メインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させるバイパス手段を備える（請求項３）。
【０００８】
好ましくは、熱交換器は、熱交換器を凝縮器として使用するときにメインコア部とレシーバタンクとを連通させる連通部を備え、バイパス手段は、熱交換器を蒸発器として使用するときにメインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させた後、連通部に連通される冷媒流路と、冷媒流路のメインコア部入口側に設けられ、熱交換器を凝縮器として使用するときに連通部から冷媒流路側への冷媒流れを阻止する弁とを有する（請求項４）。
【０００９】
一方、本発明のヒートポンプシステムは、メインコア部における冷媒の流れ方向を変更しないで熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用するヒートポンプシステムであって、熱交換器を蒸発器として使用するとき、メインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させるバイパス手段を備える（請求項５）。
好ましくは、熱交換器は、熱交換器を凝縮器として使用するときにメインコア部とレシーバタンクとを連通させる連通部を備え、バイパス手段は、熱交換器を蒸発器として使用するときにメインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させた後、連通部に連通される冷媒流路と、冷媒流路のメインコア部出口側に設けられ、熱交換器を凝縮器として使用するときに連通部から冷媒流路側への冷媒流れを阻止する弁とを有する（請求項６）。
【００１０】
好ましくは、熱交換器を車両空調用のＨＶＡＣユニット外に設けられた室外熱交換器として用いる（請求項７）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器によれば、サブクールコア部を流通する気液混合冷媒を横流れ方向の冷媒流れとすることができる。冷媒の凝縮時には、冷媒の状態変化に伴い気液混合冷媒における液冷媒と冷媒ガスとの密度変化率が著しく変化する。この状態において、液冷媒は冷媒ガスに比して重力の影響を受け易いため、縦配置のチューブ内を流れる液冷媒中に気泡が発生し、冷媒流れに偏流が発生することがある。しかし、サブクールコア部を流れる冷媒を横流れ方向とすることにより、縦流れ方向の場合に比して、液冷媒に対する重力の影響を受け難いため、チューブ内における冷媒の偏流を効果的に抑制することができる。従って、サブクールコア部における空気と冷媒との熱交換を長時間に亘って継続させることができ、熱交換器の熱交換効率の低下を抑制することができる（請求項１）。
【００１２】
また、本発明によれば、メインコア部を流通する冷媒を縦流れ方向の冷媒流れとすることができる。冷媒の蒸発時には、チューブの各表面に凝縮水が生じ、チューブの表面上に保水され、着霜現象が発生することが多く、この霜の層が成長することによって熱交換効率が低下するおそれがある。しかし、メインコア部を流れる冷媒を縦流れ方向とすることにより、上記着霜現象の発生を抑制することができるため、メインコア部における空気と冷媒との熱交換を長時間に亘って継続させることができ、熱交換器の熱交換効率の低下を更に効果的に抑制することができる（請求項２）。
【００１３】
また、本発明のヒートポンプシステムによれば、熱交換器を蒸発器として使用するときは、レシーバタンクによる冷媒の気液分離、サブクールコア部における冷媒の過冷却は不要であるため、冷媒がサブクール部を通過することによる冷媒の無用な圧力損失の増大、ひいては冷媒の無用な流動損失を防止することができ、熱交換器の熱交換効率の低下を更に効果的に抑制することができる（請求項３，５）。
【００１４】
また、本発明によれば、熱交換器を蒸発器として使用するときは、冷媒流路によってメインコア部を通過した冷媒をレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスして流通させ、一方、熱交換器を凝縮器として使用するときは、弁によって連通部から冷媒流路側への冷媒流れを阻止することができるため、ヒートポンプシステムにおける熱交換器の蒸発器と凝縮器との切り換えを簡単な構成で確実に行うことができる（請求項４）。
【００１５】
また、本発明によれば、メインコア部における冷媒の流れ方向を変更しないで熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用することにより、暖房時入口ポートを冷房時入口ポートとをメインコア部の同側において共用することができる。これにより、メインコア部における冷媒の流れ方向を変更することで熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用する場合に比して、冷媒回路の回路構成を簡素化することができるため、ヒートポンプシステムにおける室外熱交換器の蒸発器と凝縮器との切り換えをより一層簡単な構成で行うことができる（請求項５，６）。
【００１６】
また、本発明によれば、具体的には、熱交換器を車両空調用のＨＶＡＣユニット外に設けられた室外熱交換器として用いるのに好適である（請求項７）。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例に係る室外熱交換器の正面図、室外熱交換器が組み込まれる車両空調ヒートポンプシステムの概略構成、及びヒートポンプシステムが接続されるＨＶＡＣユニットの概略構成を示した図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る室外熱交換器の正面図、室外熱交換器が組み込まれる車両空調ヒートポンプシステムの概略構成、及びヒートポンプシステムが接続されるＨＶＡＣユニットの概略構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明に係る熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステムについて図面を参照して説明する。
図１は第１実施例の室外熱交換器１の正面図、室外熱交換器１が組み込まれる車両空調ヒートポンプシステム２の概略構成、及びヒートポンプシステム２が接続されるＨＶＡＣユニット４の概略構成を示している。
【００１９】
室外熱交換器１は、空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部６と、メインコア部６を通過した冷媒が流入されるレシーバタンク８と、レシーバタンク８を通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部１０とを備えている。
メインコア部６は、互いに平行を成した状態で上下方向に沿ってそれぞれ配置された上下のヘッダタンク１２，１２間において上下方向に沿って配置されて該上下のヘッダタンク１２，１２の双方と連通する複数のチューブ１４と、隣接するチューブ１４間に配置されたフィン１６とから構成されている。メインコア部６の左右端部に位置するフィン１６はカバー部材１８に接合されることで、メインコア部６の剛性が確保され、また、左側のカバー部材１８が連結部材１９でレシーバタンク８に連結されている。
【００２０】
一方、本実施形態のサブクールコア部１０は、互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク２０，２０間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンク２０，２０の双方と連通する複数のチューブ２２と、隣接するチューブ２２間に配置されたフィン２４とから構成されている。サブクールコア部１０の上端部に位置するフィン２４がカバー部材２６に接合されることで、サブクールコア部１０の剛性が確保され、また、カバー部材２６が下側のヘッダタンク１２に接合されることで、サブクールコア部１０がメインコア部６に連結されている。
【００２１】
ＨＶＡＣユニット４は、車両の車室内前方側に搭載され、車両のエンジンルームと車室内とを区画するダッシュパネルＤＢの車室内側に固定されている。ＨＶＡＣユニット２には、空気流の方向から順に送風ファン２８、室内蒸発器３０、室内凝縮器３２が内設されている。室内凝縮器３２における空気流の一次側には、室内凝縮器３２の空気入口を開閉するダンパ３４が設けられ、図１中に破線で示すようにしてダンパ３４を閉じることで室内凝縮器３２をバイパスして空気を流すことができる。このようにして送風ファン２８で取り込まれた空気を室内蒸発器３０又は室内凝縮器３２に選択的に通風させることで車室内の空気が所望の設定温度に制御される。
【００２２】
ヒートポンプシステム２は、メインコア部６における冷媒の流れ方向を変更することで、室外熱交換器１を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用可能な構成となっており、室外熱交換器１は、ヒートポンプシステム２の暖房運転時には蒸発器として使用され、冷房運転時には凝縮器として使用される。
ヒートポンプシステム２は、冷媒が循環する冷媒回路３６を備え、冷媒回路３６のうちの暖房運転時流路（冷媒流路、バイパス手段）３６ａには、図１中に実線で示す冷媒流れ方向の順に、室外熱交換器１、第１開閉弁３８、アキュームレータ４０、圧縮機４２、室内凝縮器３２、第１膨張弁４４、逆止弁（弁、バイパス手段）４６が介挿されている。
【００２３】
一方、冷媒回路３６のうちの冷房運転時流路３６ｂには、図１中に破線で示す冷媒流れ方向の順に、室外熱交換器１、第２開閉弁４８、第２膨張弁５０、室内蒸発器３０、アキュームレータ４０、圧縮機４２、室内凝縮器３２、第３開閉弁５２が介挿されている。
冷房運転時流路３６ｂは、アキュームレータ４０から、圧縮機４２、室内凝縮器３２を経て、第３開閉弁５２と第１膨張弁４４との分岐路３６ｃまでは暖房運転時流路３６ａと共用の共用路３６ｄを有して形成されている。
【００２４】
ダンパ３４、及び第１〜第３開閉弁３８，４８，５２の駆動部は、車両を総合的に制御する図示しないＥＣＵ（電気制御ユニット）に電気的に接続されている。ＥＣＵは、冷房運転時流路３６ｂを使用する冷房時には、送風ファン２８から送風される空気をダンパ３４を閉じることで室内凝縮器３２をバイパスして流し、また、第１〜第３開閉弁３８，４８，５２を適宜開閉制御することにより、室外熱交換器１における冷房時の冷媒流れ方向（図１中に破線矢印で示す）が暖房運転時流路３６ａを使用する暖房時の冷媒流れ方向（図１中に実線矢印で示す）の逆になるように制御される。
【００２５】
ここで、本実施形態のヒートポンプシステム２は、室外熱交換器１を蒸発器として使用する暖房運転時には、メインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスして流通させる構成を採用している（バイパス手段）。
詳しくは、暖房運転時流路３６ａの室外熱交換器１に対する暖房時入口ポート５４が下側のヘッダタンク１２の左側端部に設けられ、当該下側のヘッダタンク１２の右側端部には暖房運転時流路３６ａの室外熱交換器１に対する暖房時出口ポート５６が設けられている。
【００２６】
暖房時に暖房時入口ポート５４からメインコア部６に流入した冷媒は、各ヘッダタンク１２を内部で仕切る複数の仕切り板５８を境界としてダウンフロー又はアップフローの縦流れを繰り返し、メインコア部６に対する通風によって空気Ａと熱交換を行いながら、図１の実線矢印で示すように全体として左側から右側に流通し、暖房時出口ポート５６から暖房運転時流路３６ａに送出される。すなわち、暖房運転時における冷媒は室外熱交換器１においてはメインコア部６のみを流通する。
【００２７】
一方、冷房運転時流路３６ｂの室外熱交換器１に対する冷房時入口ポート６０は暖房時出口ポート５６と共用され、暖房時入口ポート５４に一端が連通する入口連通管（連通部）６２がレシーバタンク８の下側側部に接続され、他端がレシーバタンク８内に連通されている。
このように、入口連通管６２は、室外熱交換器１を凝縮器として使用するときにはメインコア部６とレシーバタンク８とを連通させる。一方、室外熱交換器１を蒸発器として使用するときには、入口連通管６２は、メインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスするための暖房運転時流路３６ａが接続された暖房時入口ポート５４と連通されており、相反する連通路の機能を併せ持っている。
【００２８】
しかし、暖房運転時流路３６ａのメインコア部６入口側に、入口連通管６２から暖房運転時流路３６ａ側への冷媒流れを阻止する逆止弁４６を介挿したことにより、冷房時における暖房運転時流路３６ａへの冷媒流入を防止しながら入口連通管６２への冷媒流入を可能としている。
一方、冷房運転時流路３６ｂに第２開閉弁４８を介挿したことにより、暖房時には第２開閉弁４８を閉じることで、レシーバタンク８、サブクールコア部１０、ひいては冷房運転時流路３６ｂの第２開閉弁４８までは冷媒が流入するものの、冷房運転時流路３６ｂの第２開閉弁４８の２次側への冷媒流入が阻止される。これより、レシーバタンク８及びサブクールコア部１０では冷媒の流れが停滞し、レシーバタンク８及びサブクールコア部１０に冷媒が滞留する状態となる。このように、逆止弁４６の存在、及び第２開閉弁４８の閉止によって、暖房時にレシーバタンク８及びサブクールコア部１０を実質的にバイパス可能となり、メインコア部６における冷媒流れを暖房時において冷房時の逆流れにすることが可能となる。
【００２９】
また、入口連通管６２の下側におけるレシーバタンク８の側部には出口連通管６４の一端が接続され、レシーバタンク８内に連通されると共に、出口連通管６４の他端がサブクールコア部１０の左側のヘッダタンク２０内に連通されている。また、サブクールコア部１０の右側のヘッダタンク２０の下側側部には冷房運転時流路３６ｂの室外熱交換器１に対する冷房時出口ポート６６が設けられている。
【００３０】
冷房時に冷房時入口ポート６０からメインコア部６に流入した冷媒は、上述したようにダウンフロー又はアップフローを繰り返し、メインコア部６に対する通風によって空気Ａと熱交換を行いながら、図１の破線矢印で示すように全体として右側から左側に流通し、入口連通管６２を介してレシーバタンク８に流入し気液混合冷媒にされた後、出口連通管６４を介してサブクールコア部１０に優先的に液冷媒が流入される。
【００３１】
サブクールコア部１０に流入した冷媒は、サブクールコア部１０に対する通風によって空気Ａと熱交換を行いながら、図１の破線矢印で示すように全体として左側から右側に横流れで流通することで過冷却により完全に液化された後、冷房時出口ポート６６から冷房運転時流路３６ｂに送出される。すなわち、冷房運転時における冷媒は室外熱交換器１においてはメインコア部６及びサブクールコア部１０の両方を流通する。
【００３２】
以上のように本実施形態では、サブクールコア部１０を流れる冷媒を横流れ方向とすることにより、縦流れ方向の場合に比して、液冷媒に対する重力の影響を受け難いため、チューブ１０内における冷媒の偏流を効果的に抑制することができる。従って、サブクールコア部１０における空気Ａと冷媒との熱交換を長時間に亘って継続させることができ、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、メインコア部６を流れる冷媒を縦流れ方向とすることにより、チューブ１４表面における着霜現象の発生を抑制することができるため、メインコア部６における空気Ａと冷媒との熱交換を長時間に亘って継続させることができ、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を更に効果的に抑制することができる。
また、室外熱交換器１を蒸発器として使用するときは、レシーバタンク８による冷媒の気液分離、サブクールコア部１０における冷媒の過冷却は不要であるため、冷媒がサブクール部１０を通過することによる冷媒の無用な圧力損失の増大、ひいては冷媒の無用な流動損失を防止することができ、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を更に効果的に抑制することができる。
【００３４】
また、室外熱交換器を蒸発器として使用するときは、暖房運転時流路３６ａによってメインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスして流通させ、一方、室外熱交換器１を凝縮器として使用するときは、逆止弁４６によって入口連通管６２側への冷媒流れを阻止することができるため、ヒートポンプシステム２における室外熱交換器１の蒸発器と凝縮器との切り換えを簡単な構成で確実に行うことができる。
【００３５】
図２は第２実施例の室外熱交換器１の正面図、室外熱交換器１が組み込まれる車両空調ヒートポンプシステム６８の概略構成、及びヒートポンプシステム６８が接続されるＨＶＡＣユニット４の概略構成を示している。なお、第１実施例と共通する構成については同符号を付して説明を省略する。
本実施形態のヒートポンプシステム６８は、メインコア部６における冷媒の流れ方向を変更しないで室外熱交換器１を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用可能な構成となっており、室外熱交換器１は、ヒートポンプシステム６８の暖房運転時には蒸発器として使用され、冷房運転時には凝縮器として使用される。
【００３６】
ヒートポンプシステム６８は、冷媒回路３６とは異なる冷媒回路７０を備え、冷媒回路７０のうちの暖房運転時流路（冷媒流路、バイパス手段）７０ａには、図１中に実線で示す冷媒流れ方向の順に、室外熱交換器１、第４開閉弁（バイパス手段、弁）７２、アキュームレータ４０、圧縮機４２、室内凝縮器３２、第１膨張弁４４が介挿されている。
一方、冷媒回路７０のうちの冷房運転時流路７０ｂには、図１中に破線で示す冷媒流れ方向の順に、室外熱交換器１、第２開閉弁４８、第２膨張弁５０、室内蒸発器３０、アキュームレータ４０、圧縮機４２、室内凝縮器３２、第３開閉弁５２が介挿されている。
【００３７】
冷房運転時流路７０ｂは、アキュームレータ４０から、圧縮機４２、室内凝縮器３２を
経て、第３開閉弁５２と第１膨張弁４４との分岐路７０ｃまでは暖房運転時流路７０ａと共用の共用路７０ｄを有して形成されている。
ここで、本実施形態のヒートポンプシステム６８は、メインコア部６における冷媒の流れ方向は暖房運転時及び冷媒運転時において同じであり、室外熱交換器１を蒸発器として使用する暖房運転時には、メインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスして流通させる構成を採用している（バイパス手段）。
【００３８】
詳しくは、暖房運転時流路７０ａの室外熱交換器１に対する暖房時入口ポート５４が下側のヘッダタンク１２の右側端部に設けられ、当該下側のヘッダタンク１２の左側端部には暖房運転時流路７０ａの室外熱交換器１に対する暖房時出口ポート５６が設けられている。
暖房時に暖房時入口ポート５４からメインコア部６に流入した冷媒は、各ヘッダタンク１２を内部で仕切る複数の仕切り板５８を境界としてダウンフロー又はアップフローの縦流れを繰り返し、メインコア部６に対する通風によって空気Ａと熱交換を行いながら、図２の実線矢印で示すように全体として右側から左側に流通し、暖房時出口ポート５６から暖房運転時流路７０ａに送出される。すなわち、暖房運転時における冷媒は室外熱交換器１においてはメインコア部６のみを流通する。
【００３９】
一方、冷房運転時流路７０ｂの室外熱交換器１に対する冷房時入口ポート６０は暖房時入口ポート５４と共用され、暖房時出口ポート５６に一端が連通する入口連通管６２がレシーバタンク８の下側側部に接続され、他端がレシーバタンク８内に連通されている。
このように、入口連通管６２は、室外熱交換器１を凝縮器として使用するときにはメインコア部６とレシーバタンク８とを連通させる。一方、室外熱交換器１を蒸発器として使用するときには、入口連通管６２は、メインコア部６を通過した冷媒をレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスするための暖房運転時流路７０ａが接続された暖房時出口ポート５６と連通される。
【００４０】
しかし、暖房運転時流路７０ａのメインコア部６出口側に、入口連通管６２から暖房運転時流路７０ａ側への冷媒流れを阻止する第４開閉弁７２を介挿したことにより、冷房時には第４開閉弁７２を閉じることで、暖房運転時流路７０ａの第４開閉弁７２の２次側への冷媒流入が阻止しながら、入口連通管６２への冷媒流入を可能としている。
一方、暖房時には第２開閉弁４８を閉じることで、レシーバタンク８、サブクールコア部１０、ひいては冷房運転時流路７０ｂの第２開閉弁４８までは冷媒が流入するものの、冷房運転時流路３６ｂの第２開閉弁４８の２次側への冷媒流入が阻止される。これより、レシーバタンク８及びサブクールコア部１０では冷媒の流れが停滞し、レシーバタンク８及びサブクールコア部１０に冷媒が滞留する状態となる。このように、第４開閉弁７２の閉止又は第２開閉弁４８の閉止によって、メインコア部６における冷媒流れを暖房時及び冷房時で同じ流れ方向のままで、暖房時にレシーバタンク８及びサブクールコア部１０をバイパスすることができる。
【００４１】
以上のように本実施形態では、第１実施例の場合と同様に、サブクールコア部１０を流れる冷媒を横流れ方向とし、また、メインコア部６を流れる冷媒を縦流れ方向とし、また、冷媒がサブクール部１０を通過することによる冷媒の無用な圧力損失の増大、ひいては冷媒の無用な流動損失を防止することにより、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００４２】
また、冷暖房時の切替においてメインコア部６における冷媒の流れ方向を変更せず、下側のヘッダタンク１２の右側端部に設けられた暖房時入口ポート５４を冷房時入口ポート６０と共用することにより、第１実施例において下側のヘッダタンク１２の左側端部に設けられた共用路３６ｄから下側のヘッダタンク１２の右側端部に設けられた暖房時入口ポート５４まで冷媒配管の引き回しが不要となる。従って、冷媒回路７０の回路構成を簡素化することができるため、ヒートポンプシステム６８における室外熱交換器１の蒸発器と凝縮器との切り換えをより一層簡単な構成で行うことができる。
【００４３】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、第１実施例に示される仕切り板５８の数及び各仕切り板５８の間隔はこれに限定されず、仕切り板５８の数を更に多くし、冷房時のメインコア部６における冷媒の流れ方向で見て、各仕切り板５８の間隔を徐々に狭めるようにしても良い。この場合には、暖房時におけるメインコア部６の冷媒流路の体積をパス割りによって段階的に大きくすることができ、一方、冷房時におけるメインコア部６の冷媒流路の体積をパス割りによって段階的に小さくすることができる。従って、暖房時には冷媒の密度が段階的に小さくなることにより冷媒がより蒸発し易く、冷房時には冷媒の密度が段階的に大きくなることにより冷媒がより凝縮し易くなるため、室外熱交換器１の熱交換効率を更に高めることができる。
【００４４】
一方、第２実施例に示される各仕切り板５８の間隔は、メインコア部６の冷媒の流れ方向が冷暖房時において同じであることから、図２に示されるような等間隔であることが好ましい。
また、上記各実施例では、本発明を車両空調用のＨＶＡＣユニット４外に設けた室外熱交換器１について用いる好適な場合について説明したが、他の用途の熱交換器及びヒートポンプシステムにも適用可能である。
【００４５】
また、上記各実施例では、メインコア部６とサブクールコア部１０とは通風方向に重なることなく上下に連結されているが、この構成に限らず、メインコア部６とサブクールコア部１０とを左右に連結しても良いし、メインコア部６とサブクールコア部１０とを通風方向に重なるようにして連結しても良い。メインコア部６とサブクールコア部１０とを通風方向に重ねる場合には、サブクールコア部１０が通風方向で見て前に配置することで、室外熱交換器１の熱交換効率の低下を効果的に抑制することができて好ましい。
【００４６】
また、上記各実施例において説明したヒートポンプシステム２及びＨＶＡＣユニット４の構成は種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 室外熱交換器（熱交換器）
２ 車両空調用ヒートポンプシステム（ヒートポンプシステム）
６ メインコア部
８ レシーバタンク
１０ サブクールコア部
１２ ヘッダタンク
１４ チューブ
１６ フィン
２０ ヘッダタンク
２２ チューブ
２４ フィン
３６ａ 暖房運転時流路（冷媒流路、バイパス手段）
４６ 逆止弁（弁、バイパス手段）
６２ 入口連通管（連通部）
６８ 車両空調用ヒートポンプシステム（ヒートポンプシステム）
７０ａ 暖房運転時流路（冷媒流路、バイパス手段）
７２ 第４開閉弁（バイパス手段、弁）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部と、
前記メインコア部を通過した冷媒が流入されるレシーバタンクと、
前記レシーバタンクを通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部と
を備え、
前記サブクールコア部は、互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接する前記チューブ間に配置されたフィンとからなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記メインコア部は、互いに平行を成した状態で上下方向に沿ってそれぞれ配置された上下のヘッダタンク間において上下方向に沿って配置されて該上下のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接する前記チューブ間に配置されたフィンとからなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記メインコア部における冷媒の流れ方向を変更することで前記熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用するヒートポンプシステムであって、
前記熱交換器を蒸発器として使用するとき、前記メインコア部を通過した冷媒を前記レシーバタンク及び前記サブクールコア部をバイパスして流通させるバイパス手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記熱交換器は、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記メインコア部と前記レシーバタンクとを連通させる連通部を備え、
前記バイパス手段は、
前記熱交換器を蒸発器として使用するときに前記メインコア部を通過した冷媒を前記レシーバタンク及び前記サブクールコア部をバイパスして流通させた後、前記連通部に連通される冷媒流路と、
前記冷媒流路の前記メインコア部入口側に設けられ、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記連通部から前記冷媒流路側への冷媒流れを阻止する弁と
を有することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記メインコア部における冷媒の流れ方向を変更しないで前記熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用するヒートポンプシステムであって、
前記熱交換器を蒸発器として使用するとき、前記メインコア部を通過した冷媒を前記レシーバタンク及び前記サブクールコア部をバイパスして流通させるバイパス手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記熱交換器は、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記メインコア部と前記レシーバタンクとを連通させる連通部を備え、
前記バイパス手段は、
前記熱交換器を蒸発器として使用するときに前記メインコア部を通過した冷媒を前記レシーバタンク及び前記サブクールコア部をバイパスして流通させた後、前記連通部に連通される冷媒流路と、
前記冷媒流路の前記メインコア部出口側に設けられ、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記連通部から前記冷媒流路側への冷媒流れを阻止する弁と
を有することを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記熱交換器を車両空調用のＨＶＡＣユニット外に設けられた室外熱交換器として用いることを特徴とする請求項４又は６に記載のヒートポンプシステム。
【請求項１】
空気と冷媒との熱交換を行うメインコア部と、
前記メインコア部を通過した冷媒が流入されるレシーバタンクと、
前記レシーバタンクを通過した気液混合冷媒を空気との熱交換により過冷却して液化するサブクールコア部と
を備え、
前記サブクールコア部は、互いに平行を成した状態で左右方向に沿ってそれぞれ配置された左右のヘッダタンク間において左右方向に沿って配置されて該左右のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接する前記チューブ間に配置されたフィンとからなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記メインコア部は、互いに平行を成した状態で上下方向に沿ってそれぞれ配置された上下のヘッダタンク間において上下方向に沿って配置されて該上下のヘッダタンクの双方と連通する複数のチューブと、隣接する前記チューブ間に配置されたフィンとからなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記メインコア部における冷媒の流れ方向を変更することで前記熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用するヒートポンプシステムであって、
前記熱交換器を蒸発器として使用するとき、前記メインコア部を通過した冷媒を前記レシーバタンク及び前記サブクールコア部をバイパスして流通させるバイパス手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記熱交換器は、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記メインコア部と前記レシーバタンクとを連通させる連通部を備え、
前記バイパス手段は、
前記熱交換器を蒸発器として使用するときに前記メインコア部を通過した冷媒を前記レシーバタンク及び前記サブクールコア部をバイパスして流通させた後、前記連通部に連通される冷媒流路と、
前記冷媒流路の前記メインコア部入口側に設けられ、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記連通部から前記冷媒流路側への冷媒流れを阻止する弁と
を有することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記メインコア部における冷媒の流れ方向を変更しないで前記熱交換器を凝縮器又は蒸発器に切り換えて使用するヒートポンプシステムであって、
前記熱交換器を蒸発器として使用するとき、前記メインコア部を通過した冷媒を前記レシーバタンク及び前記サブクールコア部をバイパスして流通させるバイパス手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記熱交換器は、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記メインコア部と前記レシーバタンクとを連通させる連通部を備え、
前記バイパス手段は、
前記熱交換器を蒸発器として使用するときに前記メインコア部を通過した冷媒を前記レシーバタンク及び前記サブクールコア部をバイパスして流通させた後、前記連通部に連通される冷媒流路と、
前記冷媒流路の前記メインコア部出口側に設けられ、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記連通部から前記冷媒流路側への冷媒流れを阻止する弁と
を有することを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記熱交換器を車両空調用のＨＶＡＣユニット外に設けられた室外熱交換器として用いることを特徴とする請求項４又は６に記載のヒートポンプシステム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−６４５９２（Ｐ２０１３−６４５９２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８８６４５（Ｐ２０１２−１８８６４５）
【出願日】平成２４年８月２９日（２０１２．８．２９）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２９日（２０１２．８．２９）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
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