JP2011190982A

JP2011190982A - 熱交換器

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Publication number: JP2011190982A
Application number: JP2010057192A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Ezaki; 秀範江崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: US20110219817A1; JP5200045B2

Abstract

【課題】熱交換器から取り出される空気の温度むらを防止することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】上下方向に複数伸長して形成されたチューブ２１ａおよびチューブ２１ａに接合された放熱フィン２１ｂを備え、冷媒体をチューブ２１ａ内に通すことにより外部からの気体と熱交換する冷媒凝縮部２１と、冷媒体を気液分離するレシーバタンク２２と、上下方向に冷媒体の導出部２３ｃと導入部２３ｄとを備え、冷媒体と外部からの気体とで熱交換を行う冷媒過冷却部２３と、を有し、冷媒体が、冷媒凝縮部２１、レシーバタンク２２、冷媒過冷却部２３の順に通流するとともに、外部からの気体が冷媒過冷却部２３を流れた後、冷媒凝縮部２１に流れるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両用空調装置に用いられる熱交換器に関する。

比較的排熱の少ない燃料電池自動車、電気自動車などでは、それに対応した種々の車両用空調装置が提案されている。この種の車両用空調装置では、ヒートポンプの能力を向上させることが求められており、例えば、コンデンサ（ヒータ）の下流に過冷却部（サブクール部）を設ける技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開平６−３４１７３６号公報（請求項１、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ヒートポンプ能力を向上すべくコンデンサ、過冷却部の順に冷媒が流れるように構成されているが、熱交換器から取り出される空気の温度むらについてはこれまで全く考慮されてこなかった。

本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、熱交換器から取り出される空気の温度むらを防止することができる熱交換器を提供することを課題とする。

本発明は、上下方向に複数伸長して形成されたチューブおよび前記チューブに接合されたフィンを備え、冷媒体を前記チューブ内に通すことにより外部からの気体と熱交換する冷媒凝縮部と、前記冷媒体を気液分離する気液分離部と、上下方向に前記冷媒体の導出部と導入部とを備え、前記冷媒体と前記外部からの気体とで熱交換を行う冷媒過冷却部と、を有し、前記冷媒体が、前記冷媒凝縮部、前記気液分離部、前記冷媒過冷却部の順に通流するとともに、前記外部からの気体が前記冷媒過冷却部を流れた後、前記冷媒凝縮部に流れるように構成したことを特徴とする。

これによれば、チューブを上下方向に伸長して形成するとともに冷媒過冷却部の上下に導出部と導入部とを形成することにより、冷媒凝縮部を流れる冷媒体の流れ方向と冷媒過冷却部を流れる冷媒体の流れ方向とを対向させることが可能になり、熱交換器から取り出される気体の温度を均一にすることが可能になる。

つまり、冷媒凝縮部では、上側から下側に向かって冷媒体が流れることによって、冷媒体の放熱によって気体が冷却され、凝縮した冷媒体（液冷媒）が下側に溜まり、冷媒過冷却部では、下側にある導入部から入って上側にある導出部に向かって冷媒体（液冷媒）が流れることによって、冷媒体の放熱によって気体がさらに冷却される。このように、冷媒凝縮部の上側から下側に向けて冷媒体の温度が下がり、冷媒過冷却部の下側から上側に向けて冷媒体の温度が下がることで、熱交換器の上下方向における温度むらを防止することが可能になる。

また、前記冷媒凝縮部の冷媒入口部に過熱領域を配置し、前記冷媒過冷却部の冷媒出口部に過冷却領域を配置し、前記外部からの気体が前記過冷却領域を流れた後、少なくとも一部が前記過熱領域に流れることを特徴とする。

これによれば、例えば、冷媒入口部の過熱領域には凝縮温度よりも高い温度の冷媒体が流れ、冷媒出口部の過冷却領域には凝縮温度よりも低い温度の冷媒体が流れるので、熱交換器から排出される気体は、中間の凝縮温度に近い温度の気体が排出されることになる。このように、過熱領域と過冷却領域とを配置することにより、熱交換器の上下方向において温度むらのない気体を取り出すことが可能になる。これによって、安定した熱交換性能を得ることが可能になる。

また、前記気液分離部に導出する経路と、外部に冷媒体を導出する経路とを分岐する分岐流路を備えたことを特徴とする。

これによれば、気液分離部の上流側に分岐流路を備えることにより、冷房運転時に気液分離部および冷媒過冷却部に冷媒体を流す必要がない場合、気液分離部側に無駄に冷媒体が流れないようにできる。

本発明によれば、熱交換器から取り出される空気の温度むらを防止することができる熱交換器を提供できる。

第１実施形態の熱交換器を示す分解斜視図である。第１実施形態の熱交換器を示す外観斜視図である。（ａ）は上部ヘッダを示す断面図、（ｂ）は下部ヘッダを示す断面図である。レシーバタンクと冷媒過冷却部との接続部を示す断面図である。本実施形態の熱交換器を車両用空調装置に適用した場合の暖房運転時の冷媒体の流れを示す全体構成図である。本実施形態の熱交換器を車両用空調装置に適用した場合の冷房運転時の冷媒体の流れを示す全体構成図である。本実施形態の熱交換器における作用効果を模式的に示す説明図であり、（ａ）は本実施形態、（ｂ）は比較例である。第２実施形態の熱交換器を示し、（ａ）は一部省略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。第３実施形態の熱交換器を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はチューブの構成を示す斜視図である。冷媒凝縮部および冷媒過冷却部とレシーバタンクとの接続部の構成を示す断面図であり、（ａ）は変形例、（ｂ）は別の変形例である。（ａ）および（ｂ）はチューブの内部構造の変形例であり、（ｃ）〜（ｆ）はヘッダの断面構造の変形例である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
図１および図２に示すように、第１実施形態の熱交換器２０は、熱交換器２０は、冷媒凝縮部２１、レシーバタンク（気液分離部）２２および冷媒過冷却部２３を備え、冷媒凝縮部２１に冷媒過冷却部２３が重ねられて構成されている。

冷媒凝縮部２１は、上下方向（鉛直方向）に伸長する複数本のチューブ２１ａ，２１ａ，・・・が等間隔に配列され、各チューブ２１ａ，２１ａ間にコルゲートタイプの放熱フィン（フィン）２１ｂが設けられて構成されている。なお、チューブ２１ａおよび放熱フィン２１ｂは、熱伝導性（放熱性）の高い金属材料（アルミニウム、銅など）で形成されている。

また、冷媒凝縮部２１は、上部に後記するコンプレッサ１０から吐出された冷媒体を各チューブ２１ａに分配する上部ヘッダ２１ｃと、下部に各チューブ２１ａを通過した冷媒体が集合する下部ヘッダ２１ｄと、を備えている。なお、上部ヘッダ２１ｃと下部ヘッダ２１ｄの詳細については後記する。

レシーバタンク２２は、冷媒凝縮部２１および冷媒過冷却部２３の側部に配置され（図２参照）、冷媒凝縮部２１によって液状化した冷媒体（液冷媒）と液状化しきれなかった冷媒体（ガス冷媒）とを分離する機能（気液分離機能）を有している。

すなわち、レシーバタンク２２は、たて長の筒形状を呈し、液冷媒とガス冷媒とを分離して貯留するタンク部２２ａを有している。なお、タンク部２２ａに導入された冷媒体について、そのなかに含まれる水分の除去がなされるようになっていてもよい。本実施形態では、例えば、タンク部２２ａ内の底部に乾燥剤を充填して水分除去を可能としている。

冷媒過冷却部２３は、レシーバタンク２２から導出された液冷媒と、空調用空気（外部からの気体）Ａとで熱交換を行い、液冷媒をさらに冷却して完全な液冷媒にするものである。

また、冷媒過冷却部２３は、冷媒凝縮部２１と同様な材料で形成されたチューブ２３ａと、このチューブ２３ａを覆う放熱フィン２３ｂとで構成されている。

チューブ２３ａは、水平方向に延びて形成され、冷媒凝縮部２１の両端部に対応する位置でＵ字状に折り返されながら下側から上側に向かって蛇行形状を呈している。

放熱フィン２３ｂは、プレートタイプであり、縦長板状のフィンが複数枚平行に並べられて、蛇行しているチューブ２１ａの周囲を覆うように構成されている。

なお、冷媒凝縮部２１の放熱フィン２１ｂや冷媒過冷却部２３の放熱フィン２３ｂのそれぞれの形状は、空調用空気Ａが冷媒過冷却部２３の放熱フィン２３ｂ間と冷媒凝縮部２１の放熱フィン２１ｂ間の双方を通過できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば双方をコルゲートタイプにするなど、適宜変更することができる。

図３（ａ）に示すように、上部ヘッダ２１ｃは、内部に冷媒体が水平方向に沿って流れる空間を有し、それぞれのチューブ２１ａの上端部が上部ヘッダ２１ｃの底面に形成された貫通孔２１ｃ１に挿入され、上部ヘッダ２１ｃと各チューブ２１ａとが接合されている。これにより、コンプレッサ１０から上部ヘッダ２１ｃに導入された冷媒体は、矢印で示すように、それぞれのチューブ２１ａに分配して導入されて、下方に向けて通流するようになっている。

図３（ｂ）に示すように、下部ヘッダ２１ｄは、内部に冷媒体が水平方向に沿って通流する空間を有し、それぞれのチューブ２１ａの下端部が下部ヘッダ２１ｄの上面に形成された貫通孔２１ｄ１に挿入され、各チューブ２１ａと下部ヘッダ２１ｄとが接合されている。

また、下部ヘッダ２１ｄは、配管２２ｂを介してレシーバタンク２２に接続されている。配管２２ｂは、タンク部２２ａの底部からタンク部２２ａ内を上方に向けて所定長さまで貫通して延びている。この所定長さは、液冷媒が溜まったときに、液冷媒の液面が配管２２ｂの先端（上端）を越えないような位置に設定されているのが望ましい。図３（ａ）では、説明の便宜上、実際よりも所定長さを短くした状態を図示している。

また、下部ヘッダ２１ｄは、レシーバタンク２２と反対側に、後記するコンデンサ３０に向かって流れる配管ａ２（図６参照）が接続されている。なお、本実施形態では、下部ヘッダ２１ｄが分岐流路を構成している。

図４に示すように、冷媒過冷却部２３は、レシーバタンク２２と配管２２ｃを介して接続されている。すなわち、配管２２ｃは、レシーバタンク２２の底部から下方に延びて形成され、冷媒過冷却部２３のチューブ２３ａの入口２３ａ１（導入部２３ｃ）と接続されている。

このように構成された熱交換器２０は、電気自動車（ＥＶ：ElectricVehicle）、燃料電池車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：HybridElectric Vehicle）などの車両Ｖの車両用空調装置１Ａとして利用することができる。

図５および図６に示すように、車両用空調装置１Ａは、コンプレッサ１０と、熱交換器２０と、コンデンサ３０と、自動膨張弁４０と、第１エバポレータ５０と、第２エバポレータ６０と、冷暖切換手段７０と、ＥＣＵ（制御装置）８０と、を含んで構成されている。

コンプレッサ１０は、モータ（またはエンジン）などによって駆動され、冷媒体を吸入、圧縮して、熱交換器２０に向けて高温・高圧の冷媒体を吐出するようになっている。

コンデンサ３０は、凝縮部３１とレシーバタンク３２とで構成され、車両Ｖの前端のボンネット内の空間に配置され、凝縮部３１内を流れる冷媒体が、車両Ｖの前方から導入される外気と熱交換（放熱）を行うようになっている。凝縮部３１は、左右方向に延びる複数本のチューブ（不図示）と放熱フィン（不図示）などで構成されている。

レシーバタンク３２は、凝縮部３１の側部に配置され、前記レシーバタンク２２と同様に、筒状に形成され、冷房運転時に凝縮部３１で液冷媒とガス冷媒とを分離する機能（気液分離機能）を有している。

自動膨張弁４０は、冷媒体の温度に応じて開度を変化させることができ、後記する第１エバポレータ５０（または第２エバポレータ６０）から流出した冷媒体の温度および圧力を検知する手段（不図示）を有し、第１エバポレータ（または第２エバポレータ６０）から流出した冷媒体の温度および圧力に応じて、自動膨張弁４０の開度を変化させ、冷媒体の流量を変化させることができる。

第１エバポレータ５０は、内部を通流する冷媒体が車室内Ｃから排出される空調用空気Ａ（熱源）と熱交換を行うものであり、車両Ｖの荷室Ｄ（トランクルーム）など、空調用空気Ａが車外に排出される車両Ｖの後部に配置されている。すなわち、第１エバポレータ５０では、暖房運転時に、冷媒体を介して車両Ｖの車室内Ｃから車外に排出される空調用空気Ａ（熱源）から熱を取り込むようになっている。熱源としては、車室内Ｃから排出される空調用空気Ａに限定されるものではなく、車両Ｖの駆動部分（モータなど）からの排熱を利用してもよい。

第２エバポレータ６０は、車室内Ｃに配置され、冷媒体と空調用空気Ａとの間で熱交換を行うものであり、空調用空気Ａの流れに対して熱交換器２０よりも上流側に配置されている。

コンプレッサ１０の冷媒体の吐出口１０ｂは、配管ａ１を介して冷媒凝縮部２１の冷媒体の入口２１ａ１と接続され、冷媒凝縮部２１の冷媒体の出口２１ａ２は、電磁弁Ｖ１を備えた配管ａ２を介してコンデンサ３０の冷媒体の入口３０ａと接続されている。なお、電磁弁Ｖ１は、これを閉じることにより、コンデンサ３０への冷媒体の流れを遮断するコンデンサ遮断手段を構成している。

コンデンサ３０の冷媒体の出口３０ｂは、逆止弁Ｖ２を備えた配管ａ３を介して自動膨張弁４０の減圧側の入口４０ａと接続されている。自動膨張弁４０の減圧側の出口４０ｂは、配管ａ４を介して第１エバポレータ５０の冷媒体の入口５０ａと接続されている。なお、逆止弁Ｖ２は、コンデンサ３０から自動膨張弁４０への冷媒体の流れのみを許容する弁である。

第１エバポレータ５０の冷媒体の出口５０ｂは、配管ａ５を介して第２エバポレータ６０の冷媒体の入口６０ａと接続されている。第２エバポレータ６０の冷媒体の出口６０ｂは、配管ａ６を介して自動膨張弁４０の温度検出側の入口４０ｃと接続されている。自動膨張弁４０の温度検出側の出口４０ｄは、配管ａ７を介してコンプレッサ１０の冷媒体の吸入口１０ａと接続されている。

熱交換器２０の冷媒過冷却部２３の出口２３ａ２は、上流側から順に電磁弁Ｖ３、中間絞りＳ、逆止弁Ｖ４を備えた配管ａ８を介して、逆止弁Ｖ２と自動膨張弁４０との間の配管ａ３に合流するように接続されている。なお、逆止弁Ｖ４は、冷媒過冷却部２３から自動膨張弁４０への冷媒体の流れのみを許容する弁である。また、電磁弁Ｖ３は、これを閉じることにより、冷媒体が冷媒過冷却部２３を迂回して流れる過冷却部迂回手段を構成している。

コンデンサ３０の出口３０ｂと逆止弁Ｖ２との間の配管ａ３には、上流側から順に電磁弁Ｖ５、逆止弁Ｖ６を備えた配管ａ９を介して、配管ａ７に合流するように接続されている。なお、逆止弁Ｖ６は、配管ａ３側から配管ａ７側への冷媒体の流れのみを許容する弁である。

配管ａ４と配管ａ５との間には、第１エバポレータ迂回手段として機能する、電磁弁Ｖ７を備えた配管ａ１０が接続されている。

配管ａ５と配管ａ６との間には、第２エバポレータ迂回手段として機能する、電磁弁Ｖ８を備えた配管ａ１１が接続されている。

冷暖切換手段７０は、暖房運転時の冷媒体および空調用空気Ａの流れと、冷房運転時の冷媒体および空調用空気Ａの流れとを切り換えるものであり、第１エバポレータ迂回手段と第２エバポレータ迂回手段とコンデンサ遮断手段と過冷却部迂回手段とともに、エアダンパ７１を含んで構成されている。

エアダンパ７１は、熱交換器２０と第２エバポレータ６０との間の空間に配置され、暖房運転時には、エアダンパ７１が開かれて、車外から車室内Ｃに導入される空調用空気Ａが、第２エバポレータを通過し、かつ、熱交換器２０を通過するように流れが制御される（図５参照）。一方、冷房運転時には、エアダンパ７１が閉じられて、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａが、第２エバポレータ６０を通過し、かつ、熱交換器２０を通過しないように流れが制御される（図６参照）。

ＥＣＵ８０は、電磁弁Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７、Ｖ８を開閉制御するとともに、エアダンパ７１を開閉制御して、暖房運転時と冷房運転時のそれぞれの運転時における冷媒体の流れおよび空調用空気Ａの流れを制御する。

次に、車両用空調装置１Ａの動作について説明する。図５に示す車両Ｖは、暖房運転時を示し、電磁弁Ｖ１，Ｖ７が閉じられている。図６に示す車両Ｖは、冷房運転時を示し、電磁弁Ｖ３，Ｖ５，Ｖ８が閉じられている。

（暖房運転時の動作）
図５に示すように、暖房運転時には、コンプレッサ１０が駆動されると、コンプレッサ１０の吸入口１０ａから吸入され、吐出口１０ｂから吐出された冷媒体は、配管ａ１を介して熱交換器２０に供給される。これにより、高温・高圧の冷媒体（気体）が熱交換器２０に供給されることになる。

コンプレッサ１０から供給された冷媒体は、熱交換器２０の冷媒凝縮部２１に導入され、冷媒凝縮部２１内を上側から下側に向かって流れる際（図１参照）に車外から車室内Ｃに導入される空調用空気Ａと熱交換を行う。すなわち、冷媒体は、空調用空気Ａ（冷たい外気）によって冷却されることにより凝縮され、高温のガス冷媒から低温の液冷媒となる。一方、空調用空気Ａは、凝縮する際に放出される熱によって昇温する。

冷媒凝縮部２１から導出された冷媒体（液冷媒）は、配管２２ｂを介してレシーバタンク２２に導入される。レシーバタンク２２では、冷媒体が気液分離、つまり、液冷媒がタンク部２２ａ（図１参照）の下部に溜まり、冷媒凝縮部２１で液化しきれなかったガス冷媒がタンク部２２ａの上部に溜まる。レシーバタンク２２で気液分離された液冷媒は、レシーバタンク２２の底部から配管２２ｃを介して冷媒過冷却部２３に導入される。

冷媒過冷却部２３の下端に設けられた導入部２３ｃに導入された冷媒体（液冷媒）は、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａ（冷たい外気）と熱交換を行う。冷媒過冷却部２３は、空調用空気Ａの流れに対して、冷媒凝縮部２１よりも上流側（風上側）に位置しているので、空調用空気Ａによって冷媒体がさらに冷やされて凝縮温度よりも低温の液冷媒となる。ここでの処理が、いわゆるサブクール領域となっている。

冷媒過冷却部２３の上端に設けられた導出部２３ｄから導出された液冷媒は、中間絞りＳを通過することによって、液冷媒が減圧される。

中間絞りＳによって減圧された液冷媒は、配管ａ３を介して自動膨張弁４０に導入される。自動膨張弁４０によって減圧された液冷媒は、液体と気体とが混在した状態の冷媒体に変化して、第１エバポレータ５０に導入される。

第１エバポレータ５０では、車室内Ｃから荷室Ｄ（図５参照）に排出される空気用空気Ａと冷媒体とで熱交換を行う。すなわち、冷媒体が第１エバポレータ５０を通過する際、空調用空気Ａが有している熱を吸収して冷媒体が蒸発する。これにより、車室内Ｃの熱を有効に活用することができる。

第１エバポレータ５０から導出された冷媒体は、第２エバポレータ６０を迂回する配管ａ１１を通り、そして、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を通ってコンプレッサ１０に戻る。

暖房運転時における車両用空調装置１Ａでは、ＥＣＵ８０によってエアダンパ７１が全開に制御されることにより、車外から取り込んだ空調用空気Ａが、第２エバポレータ６０と熱交換器２０の双方を通り抜ける。第２エバポレータ６０では、冷媒体が迂回するので熱交換は行われず、熱交換器２０では、冷媒凝縮部２１での放熱によって空調用空気Ａが高温・高圧の冷媒体によって加熱され、暖かい空気が車室内Ｃに導入される。

なお、暖房運転時には、ＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ５が開弁されることで、配管ａ９を介してコンデンサ３０とコンプレッサ１０の吸入口１０ａとが連通する。これにより、コンプレッサ１０を作動させたときに吸入口１０ａに発生する吸引力（負圧）によって、レシーバタンク３２などのコンデンサ３０内に残留した冷媒体（液冷媒）が、配管ａ９を介して吸引されるので、冷媒体を有効に活用することができる。

（冷房運転時の動作）
図６に示すように、冷房運転時には、コンプレッサ１０が駆動されると、コンプレッサ１０で圧縮された冷媒体は、配管ａ１を介して熱交換器２０に供給される。これにより、高温・高圧の冷媒体（気体）が熱交換器２０に供給されることになる。

コンプレッサ１０から供給された冷媒体は、熱交換器２０の冷媒凝縮部２１に導入されるが、エアダンパ７１が全閉状態に制御されているので、冷媒凝縮部２１内を冷媒体が流れても空調用空気Ａと熱交換を行うことはない。したがって、空調用空気Ａが高温・高圧の冷媒体によって加熱されることがない。また、ＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ１が開かれ、電磁弁Ｖ３が閉じられているので、冷媒凝縮部２１を通過した冷媒体は、レシーバタンク２２および冷媒過冷却部２３に流れることなく、配管ａ２を介してコンデンサ３０に導入される。

コンデンサ３０に導入された冷媒体は、凝縮部３１を通過する際に外気と熱交換することによって冷却される。熱交換後の冷媒体は、レシーバタンク３２内において冷媒体が気液分離され、冷媒体から液冷媒が分離される。レシーバタンク３２内の液冷媒は、配管ａ３を介して自動膨張弁４０に導入される。

自動膨張弁４０に導入された液冷媒は、減圧されて、液冷媒とガス冷媒とが混在した状態となる。自動膨張弁４０を通過した冷媒体は、第１エバポレータ５０を迂回する配管ａ１０を通って、第２エバポレータ６０に導入される。

第２エバポレータ６０では、車室内Ｃに導入される空調用空気Ａと冷媒体との熱交換、すなわち、冷媒体が第２エバポレータ６０を通過する際、コンデンサ３０によって冷却された低温の冷媒体が空調用空気Ａの熱を吸収することにより、空調用空気Ａが冷却され、車室内Ｃに導入される。

第２エバポレータ６０から導出された冷媒体は、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を介してコンプレッサ１０に戻る。

冷房運転時における車両用空調装置１Ａでは、エアダンパ７１が全閉に制御されているので、第２エバポレータ６０で冷却された空調用空気Ａは熱交換器２０によって暖められることなく、冷たい空気が車室内Ｃに導入される。

なお、除湿暖房運転時には、暖房運転時の状態に対して、さらにＥＣＵ８０によって電磁弁Ｖ８が閉じられて、冷媒体が第２エバポレータ６０を通るように制御される。なお、暖房運転時の動作と重複する部分については説明を省略する。

すなわち、第１エバポレータ５０から第２エバポレータ６０に導入された冷媒体は、空調用空気Ａの熱を吸収して、空調用空気Ａが冷却される。そして、第２エバポレータ６０から導出された冷媒体は、配管ａ６、自動膨張弁４０、配管ａ７を介してコンプレッサ１０に戻る。

このように、第１エバポレータ５０から導出された冷媒体と、空調用空気Ａとで熱交換を行う第２エバポレータ６０とを備えると、除湿暖房運転時に、第２エバポレータ６０に流入する冷媒体の吸熱によって空調用空気Ａが冷却されるので、外気から取り込まれた空気（空調用空気Ａ）に含まれる水蒸気が除去されて、除湿処理が施される。

以上説明したように第１実施形態の熱交換器２０によれば、チューブ２１ａを上下方向に伸長して形成して、冷媒凝縮部２１を流れる冷媒体の流れ方向を下向きとし、さらに冷媒過冷却部２３の下側に冷媒体の導入部、上側に冷媒体の導出部を形成して、冷媒体の流れ方向を上向きとすることにより、冷媒凝縮部では、冷媒体の温度が上から下に向かって低下し、冷媒過冷却部では、冷媒体の温度が下から上に向かって低下するので、冷媒凝縮部から出る気体の温度を均一にすることが可能になる。

また、第１実施形態の熱交換器２０によれば、冷媒凝縮部２１の冷媒入口部Ｑ１（図３（ａ）参照）に過熱領域Ｒ１を配置し、冷媒過冷却部２３の冷媒出口部Ｑ２（図１参照）に過冷却領域Ｒ２を配置して、空調用空気Ａを過冷却領域Ｒ２に流した後、過熱領域Ｒ１に流すことにより、以下の効果が得られる。

すなわち、図７（ａ）に示すように、冷媒過冷却部２３に車外から冷たい空調用空気Ａが導入されたとき、過冷却領域Ｒ２では、冷媒過冷却部２３で冷やされた凝縮温度よりも低い温度の冷媒体が流れ、過熱領域Ｒ１では、コンプレッサ１０からの凝縮温度よりも高い温度の（気体の）冷媒体が流れるので、過冷却領域Ｒ２および過熱領域Ｒ１の高さ位置において冷媒凝縮部２１から取り出される空調用空気Ａはある暖かい温度（例えば、Ｔａ）の風（気体）になる。ちなみに、冷媒過冷却部２３の冷媒入口部側の領域Ｒ３では、冷媒過冷却部２３に導入されたばかりの凝縮温度に近い冷媒体が流れ、冷媒凝縮部２１の冷媒出口部側の領域Ｒ４では、冷媒凝縮部２１で放熱された凝縮温度に近い冷媒体が流れるので、領域Ｒ３，Ｒ４の高さ位置において冷媒凝縮部２１から取り出される空調用空気Ａは、前記と同様な温度Ｔａの暖かい風（気体）となる。

ちなみに、比較例として、図７（ｂ）に示すように、冷媒凝縮部２１のみに空調用空気Ａを通過させる場合には、冷媒入口側の領域Ｒ１０では、凝縮温度よりも高い温度の冷媒体が流れるので、冷媒凝縮部２１から取り出される空調空気Ａは熱くなり、冷媒出口側の領域Ｒ２０では、凝縮温度に近い冷媒体が流れるので、冷媒凝縮部２１から取り出される空調用空気Ａは暖かくなる。このため冷媒凝縮器２１の上下において、温度むらが発生することになる。

このように、冷媒入口部Ｑ１に配置された冷媒凝縮部２１の過熱領域Ｒ１と、冷媒出口部Ｑ２に配置された冷媒過冷却部２３の過冷却領域Ｒ２に対して、同一の空調用空気Ａが流れるように設定することで、他の領域においても温度にばらつきが発生するのを防止することができ、安定した熱交換性能を得ることが可能になる。なお、同一の空調用空気Ａが流れるとは、過冷却領域Ｒ２を流れる冷媒体で熱交換された空調用空気Ａが過熱領域Ｒ１を流れる冷媒体で熱交換されることを意味している。

また、第１実施形態の熱交換器２０によれば、図３（ｂ）に示すように、冷媒凝縮部２１の下部ヘッダ２１ｄを分岐流路として構成したので、冷房運転時には、電磁弁Ｖ３（図６参照）を閉じることにより、チューブ２１ａを通過した冷媒体がレシーバタンク２２に流れることなく、コンデンサ３０に流れることになる。一方、暖房運転時には、電磁弁Ｖ１（図５参照）を閉じることにより、チューブ２１ａを通過した冷媒体は、コンデンサ３０に向かうことなく、レシーバタンク２２に流れ、さらに冷媒過冷却部２３を通って自動膨張弁４０に導入される。このように、冷房運転時には、レシーバタンク２２および冷媒過冷却部２３に無駄に冷媒体が流れないようすることができる。

図８は第２実施形態の熱交換器を示し、（ａ）は一部省略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。第２実施形態の熱交換器２００は、冷媒凝縮部を構成するチューブと、冷媒過冷却部を構成するチューブとが一体に形成されたものである。

すなわち、図８（ａ）に示すように、熱交換器２００は、上下方向に伸長する複数のチューブ２１０、チューブ２１０間に配置される放熱フィン２２０、上部ヘッダ２３０、下部ヘッダ２４０で構成されている。なお、レシーバタンク２２については、第１実施形態と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。

チューブ２１０は、図８（ｃ）に示すように、略楕円筒形状の筒体２１１と、筒体２１１の内側の空間を２つに区画する隔壁２１２とで構成されている。隔壁２１２は、上下方向にチューブ２１０のほぼ上端から下端まで延びてチューブ２１０内の空間を２分するように配置されている。また、筒体２１１の上端部２１３には、隔壁２１２と対応する位置に凹状の切欠き２１４，２１４が形成されている。なお、筒体２１１の下端部２１５についても、同様にして隔壁２１２と対応する位置に凹状の切欠き２１６が形成されている（図８（ｂ）参照）。

放熱フィン２２０は、コルゲートタイプのフィンであり、チューブ２１０の両側面の全体にわたって配置されている（図８（ａ）参照）。

図８（ｂ）に示すように、上部ヘッダ２３０は、冷媒体の流れ方向から見たときに断面略山型の形状を呈し、各チューブ２１０が接続されるベース２３１と、ベース２３１の上部を覆うカバー２３２と、前記隔壁２１２と対応する位置で、上部ヘッダ２３０の空間を仕切る仕切板２３３とで構成されている。

ベース２３１は、チューブ２１０の並び方向に延びる略プレート状を呈し、チューブ２１０の上端部２１３が挿入される貫通孔２３１ａが、各チューブ２１０と対応する位置に形成されている。カバー２３２は、凸形状を呈し、ベース２３１の上部、レシーバタンク２２側の一端を閉塞するように構成されている。仕切板２３３は、チューブ２１０の並び方向に延びて形成され、チューブ２１０の下端縁部が切欠き２１４に当接するように配置される。

このように形成されたベース２３１、カバー２３２および仕切板２３３は、溶接などによって接合される。なお、空調用空気Ａの風下側に位置するチューブ２１０の流路Ｓ１０の流路断面が、風上側に位置するチューブ２１０の流路Ｓ２０の流路断面よりも大きくなうように形成されている。また、上部ヘッダ２３０内は、流路Ｓ１０に対応する側の流路Ｓ１の流路断面が、流路Ｓ２０に対応する側の流路Ｓ３の流路断面よりも大きくなるよう形成されている。また、下部ヘッダ２４０内についても同様に、流路Ｓ１０に対応する側の流路Ｓ２の流路断面が、流路Ｓ２０に対応する側の流路Ｓ４の流路断面よりも大きくなるように形成されている。

下部ヘッダ２４０は、チューブ２１０の下端部２１５が挿入される貫通孔２４１ａを有するベース２４１、ベース２４１を覆うカバー２４２、仕切板２４３によって、上部ヘッダ２３０と同様に構成されている。なお、下部ヘッダ２４０のレシーバタンク２２側の一端面２４０ａには、流路Ｓ２と連通する配管２２ｂ、流路Ｓ４と連通する配管２２ｃがそれぞれ接続されている。

このように構成された熱交換器２００では、暖房運転時において、コンプレッサ１０から導入された冷媒体が上部ヘッダ２３０の流路Ｓ１、チューブ２１０の流路Ｓ１０、下部ヘッダ２４０の流路Ｓ２を通って、空調用空気Ａが暖められる。空調用空気Ａと熱交換された冷媒体は、配管２２ｂを介してレシーバタンク２２に導入されて気液分離され、配管２２ｃを介して下部ヘッダ２４０の流路Ｓ４に導入される。その後、チューブ２１０の流路Ｓ２０、上部ヘッダ２３０の流路Ｓ３を通って、自動膨張弁４０（中間絞りＳ）に導入される。

つまり、第２実施形態の熱交換器２００では、チューブ２１０の流路Ｓ１０、放熱フィン２２０、上部ヘッダ２３０の流路Ｓ１および下部ヘッダ２４０の流路Ｓ２によって冷媒凝縮部が構成されている。また、第２実施形態では、チューブ２１０の流路Ｓ２０、放熱フィン２２０、上部ヘッダ２３０の流路Ｓ３および下部ヘッダ２４０の流路Ｓ４によって冷媒過冷却部が構成されている。

このように構成された第２実施形態の熱交換器２００によれば、図８（ｂ）に示すように、冷媒入口部Ｑ１に配置された冷媒凝縮部の過熱領域Ｒ１と、冷媒出口部Ｑ２に配置された冷媒過冷却部の過冷却領域Ｒ２に対して、同一の空調用空気Ａが流れるようになるので、他の領域においても同様な温度の空調用空気Ａを取り出すことができ、温度むらを起さずに安定した熱交換性能が得られるようになる。

また、第２実施形態によれば、下部ヘッダ２４０が、レシーバタンク２２に流れる流路と、コンデンサ３０に流れる流路とに分岐する流路Ｓ２（分岐流路）を構成しているので、冷房運転時には、レシーバタンク２２および冷媒過冷却部に無駄に冷媒体が流れないようにすることができる。

図９は第３実施形態の熱交換器を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はチューブの構成を示す斜視図である。第３実施形態の熱交換器３００は、冷媒凝縮部を構成するチューブ３１０と冷媒過冷却部を構成するチューブ３２０とを別々のチューブで構成したものである。

すなわち、熱交換器３００は、上下方向に伸長する複数のチューブ３１０，３２０、チューブ３１０，３２０間に配置される放熱フィン３３０、上部ヘッダ３４０、下部ヘッダ３５０で構成されている。

図９（ｂ）に示すように、チューブ３１０は、流路形状が半トラック形状を呈し、チューブ３２０は、流路形状が半楕円形状を呈している。また、チューブ３１０の平坦な壁面とチューブ３２０の平坦な壁面とが向かい合い、かつ、隙間３６０が形成されるように配置される。

なお、上部ヘッダ３４０が第２実施形態の上部ヘッダ２３０と相違する点は、図９（ａ９に示すように、ベース３４１に、チューブ３１０とチューブ３２０の各上端部が挿入される貫通孔３４１ａ，３４１ｂが形成されている点である。また、下部ヘッダ３５０についても、ベース３５１に、チューブ３１０とチューブ３２０の各上端部が挿入される貫通孔３５１ａ，３５１ｂが形成されている点のみが第２実施形態の下部ヘッダ２４０と異なっている。

また、第３実施形態では、チューブ３１０、放熱フィン２２０、上部ヘッダ３４０の流路Ｓ１および下部ヘッダ３５０の流路Ｓ２によって冷媒凝縮部が構成されている。また、第３実施形態では、チューブ３２０、放熱フィン２２０、上部ヘッダ３４０の流路Ｓ３および下部ヘッダ３５０の流路Ｓ４によって冷媒過冷却部が構成されている。

このように構成された第３実施形態の熱交換器３００によれば、第１実施形態および第２実施形態と同様に、温度むらを起さずに安定した熱交換性能が得られ、また、冷房運転時には、レシーバタンク２２および冷媒過冷却部に無駄に冷媒体が流れないようすることができる。

なお、前記した２実施形態では、下部ヘッダ２４０とレシーバタンク２２とを配管２２ｂ，２２ｃを用いて接続していたが、これに限定されるものではなく、図１０（ａ）に示すように、内部に、下部ヘッダ２４０の流路Ｓ２とレシーバタンク２２とを接続する流路４０１、および下部ヘッダ２４０の流路Ｓ４とレシーバタンク２２とを接続する流路４０２を備えたブロック状の部材４００を用いてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、下部ヘッダ２４０をレシーバタンク２２の底側まで延出して形成し、レシーバタンク２２の上面に開口する連通孔２４５にレシーバタンク２２内の配管２２ｂを接続し、上面に開口する連通孔２４６にレシーバタンク２２の出口の開口部を接続するようにしてもよい。図１０に示す構成は、第１実施形態および第３実施形態に適用してもよい。

また、本発明の各実施形態に示したチューブ２１ａ、２３ａ、２１０、３１０、３２０は、単純な筒体に限定するものではなく、例えば、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、チューブ２１０Ａ，３１０Ａ，３２０Ａに複数の隔壁ｓが内蔵されることで複数の流路が内部に形成されていてもよい。さらに、図８（ｃ）で示した隔壁２１２は、図１１（ａ）のチューブ２１０Ａの隔壁ｓと共用されていてもよい。

さらに、図８に示すヘッダ２３０、２４０および図９に示すヘッダ３４０、３５０は、図１１（ｃ）において、符号２３０Ａに示すように、仕切板とカバーとが一体で形成されていてもよい。また、図１１（ｄ）において、符号２３０Ｂに示すように、カバーとベースと仕切板とが一体に形成されていてもよい。また、図１１（ｅ）において、符号２３０Ｃに示すように、冷媒凝縮部側に形成された山型のヘッダｈ１と冷媒過冷却部側に形成された山型のヘッダｈ２からなる２つのヘッダを対向する側面において接続して、それぞれのヘッダｈ１，ｈ２が互いに当接する面において仕切板の部分を形成してもよい。また、図１１（ｆ）において、符号２３０Ｄに示すように、当接する部分にシール部材ｔを設けるようにしてもよい。

２０，２００，３００熱交換器
２１冷媒凝縮部
２１ａチューブ
２１ｂ放熱フィン（フィン）
２１ｃ上部ヘッダ
２１ｄ下部ヘッダ（分岐流路）
２２レシーバタンク（気液分離部）
２３冷媒過冷却部
２３ｃ導入部
２３ｄ導出部
Ｑ１冷媒入口部
Ｑ２冷媒出口部
Ｒ１過熱領域
Ｒ２過冷却領域

Claims

上下方向に複数伸長して形成されたチューブおよび前記チューブに接合されたフィンを備え、冷媒体を前記チューブ内に通すことにより外部からの気体と熱交換する冷媒凝縮部と、
前記冷媒体を気液分離する気液分離部と、
上下方向に前記冷媒体の導出部と導入部とを備え、前記冷媒体と前記外部からの気体とで熱交換を行う冷媒過冷却部と、を有し、
前記冷媒体が、前記冷媒凝縮部、前記気液分離部、前記冷媒過冷却部の順に通流するとともに、前記外部からの気体が前記冷媒過冷却部を流れた後、前記冷媒凝縮部に流れるように構成したことを特徴とする熱交換器。
前記冷媒凝縮部の冷媒入口部に過熱領域を配置し、
前記冷媒過冷却部の冷媒出口部に過冷却領域を配置し、
前記外部からの気体が前記過冷却領域を流れた後、少なくとも一部が前記過熱領域に流れることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記冷媒凝縮部は、前記気液分離部に導出する経路と、外部に冷媒体を導出する経路とを分岐する分岐流路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。