CN107856493A - 热交换器及使用该热交换器的车用空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种热交换器，不需要额外供给电力，利用简单的结构就能避免在散热翅片间产生结霜的不良情况，并能抑制热交换效率降低。为了实现该目的，本发明的热交换器具有：一对集管，一对上述集管具有制冷剂的流入口和流出口；多个热交换管道，多个上述热交换管道在遍及上述集管间的范围内并排配设，并且在内部供制冷剂流通；以及多个散热翅片，多个上述散热翅片配设于各热交换管道之间，其特征是，上述散热翅片的比上述热交换管道更朝空气流入侧突出的端部成为结霜诱导部，在各散热翅片的各结霜诱导部之间分别设置一个以上的利用通风而摆动的挠性的振动片。

Description

热交换器及使用该热交换器的车用空调装置

技术领域

本发明涉及构成例如在车用空调装置中使用的制冷剂回路的热交换器。

背景技术

以往，采用并流型(日文：パラレルフロータイプ)的热交换器作为在车辆等中使用的热交换器。这种并流型的热交换器例如包括：一对集管，一对上述集管分别配置于制冷剂流入侧和制冷剂流出侧；截面扁平的制冷剂配管，上述制冷剂配管在遍及上述集管的范围内配置有多个；以及波纹状的散热翅片，上述散热翅片配置在相邻的制冷剂配管之间。上述并流型的热交换器通过缩窄散热翅片的间隔来实现热交换效率的提高。

在将上述并流型的热交换器作为热源侧热交换器使用的情况下，在冬季的制热运转中，低温制冷剂流入上述热交换器。一旦低温制冷剂流入上述热交换器，则在热交换器的散热翅片表面会产生结霜。若在散热翅片产生结霜，则散热翅片彼此的间隔会变得进一步变窄，而使通风量减少，从而由上述热交换器实现的热交换效率降低。由于上述热交换器的热交换效率的降低会导致运转效率的降低，因此，以往，在制热运转中，会暂时使制热运转停止，而进行使高温制冷剂流入上述热交换器以使霜融化的除霜运转。

然而，由于上述除霜运转会使制热运转停止或是使制热运转减弱，因此，会对使用者造成不适感。因而，以往开发了各种用于对上述热交换器中产生的结霜进行抑制的方法。

例如，在专利文献1中，公开有一种热交换器，以通过促进附着于翅片表面的水的滑落而在较长期间内抑制翅片表面的结霜为目的，而具有：制冷剂流动管体，上述制冷剂流动管体供制冷剂流动；翅片，上述翅片以与上述制冷剂流动管体接触的方式配置；表面处理膜，上述表面处理膜形成于上述制冷剂流动管体和/或上述翅片的表面，从而使附着于上述表面的水容易流动；以及振动部，上述振动部配置成与上述制冷剂流动管体和翅片中的至少一方接触，并且上述振动部以预先确定的频率振动。

专利文献1中公开的热交换器通过在翅片等施加振动等机械能，而使附着于翅片表面的水的滑落性提高，以将水排出至热交换器的外部，从而抑制热交换器的表面上的结霜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013－190170号公报

然而，在专利文献1中，必须对用于使热交换器振动的振动部进行电力供给，存在电气配线变得复杂的问题。始终会因振动而产生不必要的噪音。另外，由于热交换器自身会因振动部而振动，因此，与通常的使用形态相比，在连接部位及固定部位容易出现松动，零件也可能破损。

综上所述，从市场来看，期望开发一种不需要额外供给电力，利用简单的结构就能避免在散热翅片间出现结霜的不良情况，从而能抑制热交换效率降低的热交换器。

发明内容

因此，本案发明人等在锐意研究下，实现了提供一种利用简单的结构就能避免在散热翅片间产生结霜，并能实现高热交换效率的热交换器。

即，本发明的热交换器具有：一对集管，一对上述集管具有制冷剂的流入口和流出口；多个热交换管道，多个上述热交换管道在遍及上述集管间的范围内并排配设，并且在内部供制冷剂流通；以及多个散热翅片，多个上述散热翅片配设于各热交换管道之间，其特征是，上述散热翅片的比上述热交换管道更朝空气流入侧突出的端部成为结霜诱导部，在各散热翅片的各结霜诱导部之间分别具有一个以上的利用通风而摆动的挠性的振动片。

在本发明中，较为理想的是，上述振动片位于各散热翅片的上述结霜诱导部之间，上述振动片的空气流入侧端部被支点固定于各散热翅片，上述振动片的空气流出侧端部为自由端。

在本发明中，较为理想的是，各上述振动片通过配置于空气流入侧的基端部，而被支点固定于上述散热翅片。

在本发明中，较为理想的是，各上述振动片至少与供低温制冷剂流动的、位于制冷剂上游侧的上述热交换管道对应地配置。

在本发明中，较为理想的是，在将遍及上述集管间的范围内配设的制冷剂上游侧的热交换管道的整体长度设为1时，各上述振动片设置于至少与制冷剂入口侧1/3以上的范围对应的位置处。

在本发明中，较为理想的是，上述振动片相对于上述基端部呈规定角度地倾斜配置。

在本发明中，较为理想的是，上述振动片的上述自由端呈分叉形状。

在本发明中，较为理想的是，上述振动片呈螺旋状。

在本发明中，较为理想的是，上述振动片在延伸方向上具有多个孔。

本案发明的车用空调装置的特征是将上述热交换器作为室外热交换器使用。

根据本发明的热交换器，促进比其它部分优先地使散热翅片的比热交换管道更朝空气流入侧突出的结霜诱导部结霜，藉此，能在与热交换管道对应地设置的散热翅片间产生结霜，从而能避免空气阻力降低的不良情况。成为，在比其它部分更容易结霜的散热翅片的结霜诱导部之间具有利用通风而摆动的挠性的振动片，藉此，能抑制向上述结霜诱导部的霜附着。藉此，即使在外部气温较低时，也能抑制作为室外热交换器使用的热交换器的空气流路被霜或冰封闭，能抑制因通风阻力的增加或导热阻碍引起的制热性能的降低，从而能实现稳定的制热运转。

附图说明

图1是具有本实施方式的热交换器(室外热交换器)的热泵式车用空调装置的示意结构图。

图2是表示室外热交换器的结构的主视图。

图3是从与空气流通方向正交的方向对图2的热交换器进行观察的局部放大图。

图4是图3的热交换器的散热翅片的结霜诱导部的放大图。

图5是对在遍及散热翅片的全宽范围内设置有振动片的状态进行说明的主视图。

图6是对从散热翅片的制冷剂流入侧端部直至中央部的范围内具有振动片的状态进行说明的主视图。

图7是对图5的保持脚进行说明的热交换器的侧剖视图。

图8是说明图6的保持脚的热交换器的侧剖视图。

图9是表示具有两片振动片的实例的局部放大图。

图10是表示将两片振动片倾斜配置的另一实施方式的局部放大图。

图11是表示将两片振动片倾斜配置的另一实施方式的局部放大图。

图12是表示将两片振动片倾斜配置的另一实施方式的局部放大图。

图13是表示将两片振动片倾斜配置的另一实施方式的局部放大图。

图14是表示将两片振动片倾斜配置的另一实施方式的局部放大图。

图15是表示将振动片的自由端设为分叉形状的另一实施方式的局部放大图。

图16是表示将振动片设为螺旋形状的另一实施方式的局部放大图。

图17是表示具有多个孔的振动片的实施方式的局部放大图。

(符号说明)

1 热泵式车用空调装置

2 压缩机

3 室内散热器

4 室外膨胀阀

5 室外热交换器

6 室内膨胀阀

7 室内热交换器

8 储罐

10 HVAC单元

11 空气流通管路

12 室内送风机

13 挡板

15 室外热交换器用送风机

21、22 集管

23、24 热交换管道

25 散热翅片

26 制冷剂流入口

27 制冷剂流出口

28 端盖

29 隔板

30 结霜诱导部

31 振动片

31A 空气流入侧端部

31B 空气流出侧端部

32 基端部

33 保持脚

34 中间保持脚

具体实施方式

以下，参照附图对作为本发明实施方式的热交换器及使用该热交换器的热泵式车用空调装置1进行说明。图1是具有本实施方式的热交换器(室外热交换器)的热泵式车用空调装置1的示意结构图，图2是表示室外热交换器5的结构的主视图。

本实施方式的热泵式车用空调装置1进行汽车的车室内的空气调节(制热、制冷、除湿、换气)。如图1所示，上述热泵式车用空调装置1通过制冷配管使压缩机2、室内散热器3、室外膨胀阀4、室外热交换器5、室内膨胀阀6、室内热交换器7以及储罐8等依次连接，以构成制冷剂回路R，其中，上述压缩机2对制冷剂进行压缩，上述室内散热器3使从压缩机2排出的高温高压制冷剂在车室内散热，上述室外膨胀阀4作为在制热时使制冷剂减压膨胀的减压元件，上述室外热交换器5在制冷剂与外部气体之间进行热交换，以在制冷时起到散热器的作用，在制热时起到蒸发器的作用，上述室内膨胀阀6作为使制冷剂减压膨胀的减压元件，上述室内热交换器7在制冷时和除湿时起到蒸发器的作用。

使车室内空气在形成于内部的空气流通管路11通气循环以进行上述车室内空气的调节的HVAC(Heating Ventilation&Air Conditioner：采暖、通风和空调)单元10配置于车辆的车室内前方，并固定在对车辆的发动机舱和车室内进行划分的前围板(日文：ダッシュパネル)的靠车室内一侧。上述HVAC单元10从流通的空气的上游侧依次配设有室内送风机(鼓风机)12、室内热交换器7以及室内散热器3。在室内散热器3的空气的上游侧设置有挡板13，上述挡板13对空气向上述室内散热器3的流入进行控制。通过关闭上述挡板13，能使空气绕过室内散热器3流通。

在制冷剂回路R中夹设有用于对制冷剂流路进行切换的多个电子开闭阀等，通过对上述电子开闭阀进行切换，空调装置1执行制冷运转、制热运转、除湿运转等。室外热交换器5通常配置于车辆的发动机舱，在制热运转时，低温的制冷剂流入并蒸发，并从因车辆的行驶和/或利用配设于旁边的室外热交换器用送风机15而通风的外部气体中吸取热量。即，制冷剂回路R变成热泵，室外热交换器5起到制冷剂的蒸发器的作用。在此，以下，对本发明的室外热交换器5进行详细说明。

相当于本发明的热交换器的室外热交换器5是所谓的并流型的热交换器，如图2所示，室外热交换器5例如具有：平行地配置的圆筒形的一对集管21、22；多个热交换管道23、24，多个上述热交换管道23、24遍及上述集管21、22间并排地配置，并且多个上述热交换管道23、24供制冷剂在内部流通；以及多个散热翅片25，多个上述散热翅片25配置于多个热交换管道23、24之间。

为了使上述室外热交换器5高效地进行在内部流通的制冷剂与外部气体之间的热交换，较为理想的是，构成上述室外热交换器5的集管21、22、各热交换管道23、24以及散热翅片25由具有高导热性、加工性好的材料构成。作为具有高导热性的材料，除了列举铝或铝合金以外，也能采用铜等。

在本实施方式中，一对集管21、22由能供制冷剂在内部流通的中空的管状构件构成，并以隔开规定间隔的方式平行地配置。在本实施方式中，在一方的集管21的一端部形成有制冷剂流入口26，并且在该集管21的另一端部形成有制冷剂流出口27。没有形成制冷剂流入口26和制冷剂流出口27的另一方的集管22的两端部被端盖28封闭。此外，在上述集管21、22的外周面形成有未图示的插通孔，上述插通孔以将在遍及上述集管21、22间平行地配置的多个热交换管道23、24连通的状态进行连接。在本实施方式中，在上述集管21内部设置有隔板29，在比隔板29更靠制冷剂流入口26一侧，连接有使制冷剂朝同一方向流动的热交换管道23，在比隔板29更靠制冷剂流出口27一侧，连接有使制冷剂朝与热交换管道23相反一侧的方向流动的热交换管道24。在此，虽然将集管的形状设为圆筒形，但并不限定于该形状。

热交换管道23、24例如由形成有制冷剂流路的扁平管道构成，上述制冷剂流路使制冷剂在内部流通。如上所述，多个热交换管道23、24以在遍及平行配置的一对集管21、22间的范围内相对于上述集管21、22垂直的方式，等间隔地平行配设。较为理想的是，上述集管21、22与热交换管道23、24端部之间的连接部例如通过焊料接合。

根据上述结构，在本实施方式中，从制冷剂流入口26流入集管21内的制冷剂经由热交换管道23流入集管22内，流入上述集管22内的制冷剂经由热交换管道24流入集管21内之后，从制冷剂流出口27流出至外部。

另外，在本实施方式中，虽然以制冷剂在一对集管21、22之间折返一次的结构为例进行了说明，但即使采用在各集管21、22进一步设置隔板而使制冷剂折返多次的结构，也没有问题。

散热翅片25是在上述相邻且平行配设的热交换管道23、24彼此之间配置的翅片构件。各散热翅片25是将平板折曲成波纹状(波浪状)而形成的构件，并配置成与各热交换管道23或24抵接。较为理想的是，和集管21、22与热交换管道23、24间的接合同样地，上述热交换管道23、24和各散热翅片25例如通过焊料接合。

本发明的热交换器的特征是，上述散热翅片25的比热交换管道23、24更朝空气流入侧突出的端部成为结霜诱导部30，在各散热翅片25的各结霜诱导部30、30间具有利用通风而摆动的振动片31。在此，参照附图，对设置于上述结霜诱导部30处的振动片31进行说明。图3是从与本实施方式的热交换器5的空气流通方向正交的方向观察到的局部放大图，图4是图3的热交换器5的散热翅片25的结霜诱导部30部分的放大图，图5是对在遍及散热翅片25的全宽的范围内设有振动片31的状态进行说明的主视图，图6是对从散热翅片25的制冷剂入口遍及中央部的范围内设有振动片31的状态进行说明的主视图，图7是对图5的保持脚33、34进行说明的热交换器5的侧剖视图，图8是对图6的保持脚33进行说明的热交换器5的侧剖视图。在各图中，涂黑箭头表示制冷剂的流通方向，空心箭头表示空气的流通方向。

如上所述，散热翅片25配置于相邻的热交换管道23、24彼此之间，但在上述空气流通方向上，散热翅片25的长度形成为比热交换管道23或24的长度长。在从与空气的流通方向正交的方向观察时，散热翅片25的仅比热交换管道23、24更朝空气流入侧突出的端部形成结霜诱导部30。在低温制冷剂流入时，和与热交换管道23、24相邻的部分相比，上述结霜诱导部30处于低温，因此，与其它部分相比，上述结霜诱导部30容易优先产生结霜。由于将上述结霜诱导部30设为比其它部分优先处于低温，因此，较为理想的是，在与空气的流通方向正交的方向上，上述结霜诱导部30的突出尺寸为散热翅片25整体尺寸的20％至50％。

此外，在各散热翅片25的相邻的结霜诱导部30、30之间设置有振动片31。振动片31由容易因向热交换器5内的通风而发生摆动的挠性材料构成。作为挠性材料，能使用以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或氯乙烯等为代表的树脂。

如图3和图4所示，该振动片31构成为在朝向热交换器5的空气的流通方向上，从散热翅片25的空气流入侧端部向着热交换管道23或24的空气流入侧端部延伸。振动片31的空气流入侧端部31A通过基端部32支点固定，振动片31的空气流出侧端部31B形成为自由端，其中，上述基端部32位于热交换器5的空气流入侧，且沿着集管21或22的延伸方向延伸。此外，如图5所示，上述振动片31配置成沿着热交换管道23或24、或是散热翅片25的延伸方向延伸。

较为理想的是，各振动片31配置成至少与供低温制冷剂流动的、位于制冷剂上游侧的热交换管道23对应，较为理想的是，在将在遍及集管21、22间的范围内配设的制冷剂上游侧的热交换管道23的整体长度设为1时，各振动片31设置于至少与制冷剂入口侧1/3以上的范围对应的位置。这是由于通过以与供更容易结霜的低温制冷剂流动的热交换管道对应的方式设置振动片31，能有效地抑制结霜。另外，图5表示在遍及散热翅片25的全宽的范围内设置有振动片31的情况，图6表示在从散热翅片25的制冷剂流入端部遍及中央附近的范围内设置有振动片31的情况。在上述图5和图6中，为了将振动片31以容易理解的方式图示，省略了散热翅片25的一部分来进行图示。

此外，如图7和图8所示，上述振动片31在热交换管道23的延伸方向上的两端部具有保持脚33，上述保持脚33朝向空气的流通方向出口侧延伸，也可通过将上述保持脚33***散热翅片25间，来将上述振动片31保持于散热翅片25。此时，如图5所示，在振动片31在热交换管道23的延伸方向上形成长条的情况下，也可在该振动片31的中间部分形成一个以上的中间保持脚34，并使该中间保持脚34***并保持于散热翅片25间。

此外，配置于各上述结霜诱导部30间的振动片31也可将各自固定于散热翅片25的相邻的基端部32彼此连接。藉此，能使安装作业性提高，并且即使在振动片31脱开的情况下，也能抑制脱落的不良情况。

如以上详述那样，采用了本发明的热交换器5的散热翅片25具有比热交换管道23、24更朝空气流入侧突出的结霜诱导部30，因此，在低温制冷剂流入时，上述结霜诱导部30能优先产生结霜。在本发明中，由于在相邻的结霜诱导部30、30间设置有利用通风而摆动的挠性的振动片31，因此，对结霜进行诱导的散热翅片25的空气流入侧端部会因通风而使振动片31摆动，从而通过因该摆动带来的振动或是振动片31的自由端31B的晃动而直接与振动片31接触，藉此，能抑制霜附着。此外，即使在没有直接接触振动片31的情况下，通过上述振动片31使结霜诱导部30、30间的空气层扰动，藉此，也能通过空气流来抑制霜附着。因此，在将具有该振动片31的热交换器5作为室外热交换器使用的情况下，即使在外部气温较低时，也能通过流入的低温制冷剂来抑制空气流路被霜或冰封闭，并能抑制因通风阻力的增加或导热阻碍引起的制热性能的降低。藉此，将上述热交换器5作为室外热交换器使用的车用空调装置能实现稳定的制热运转。

虽然如图4所示采用各上述振动片31在各结霜诱导部30、30间设置一片的结构，但还可以如图9所示采用设置两片以上的结构。藉此，通过增加在结霜诱导部30、30间摆动的振动片31，能提高结霜抑制效率。

此外，如图9所示，虽然本发明的热交换器的振动片31的空气流入侧端部31A可从结霜诱导部30、30间的中间附近相对于基端部32大致垂直地设置，但也可以如图4所示，将振动片31的空气流入侧端部31A设置于任一方的结霜诱导部30一侧，并相对于上述基端部32呈规定角度地倾斜配置。藉此，振动片31通过利用表面承受流入热交换器5内的空气流，能使振动量增加，从而能提高结霜抑制效率。另外，图10至图14表示将两片振动片31倾斜配置的另一实施例。

另外，如图15所示，本发明的热交换器的振动片31也可以使空气流出侧端部、即自由端31B形成为分叉形状。通过将振动片31的自由端31B形成为分叉形状，能将附着于结霜诱导部30表面的霜更有效地刮下。

此外，作为另一实施方式，如图16所示，振动片31也可形成为螺旋状。此时，螺旋状的振动片31既可以仅为一片，也可以为两片以上。由于振动片31呈螺旋状，因此，振动片31能更有效地承受流入热交换器5内的空气流，能使振动量增加，从而能提高结霜抑制效率。

另外，作为另一实施方式，如图17所示，振动片31也可在延伸方向上具有多个孔。由于上述振动片31具有多个孔，因此，能抑制上述结霜诱导部30、30间的空气流量的减少，并且能通过宽幅的振动片31将结霜诱导部30表面的结霜刮下。

另外，在上述实施方式中，虽然列举出了具有在该热交换器5中使制冷剂与外部气体进行热交换的基本功能的结构为例，对利用振动片31抑制结霜的结构进行了说明，但形成于热交换器5的制冷剂流路的结构并不限定于此，也能采用现有的热交换器。例如，也可将收容箱(日文：レシーバタンク)和使从收容箱流出的液体制冷剂进一步与空气热交换的过冷却部作为室外热交换器一体地构成。

本发明的热交换器能通过利用因车辆的行驶或室外热交换器用送风机15而通风的空气流发生摆动的振动片，主动地抑制处于低温的散热翅片的结霜诱导部的结霜。藉此，本发明的热交换器作为在外部气体较低时进行制热运转的车用空调装置的室外热交换器特别有用。

Claims (10)

1.一种热交换器，具有：一对集管，一对所述集管具有制冷剂的流入口和流出口；多个热交换管道，多个所述热交换管道在遍及所述集管间的范围内并排配设，并且在内部供制冷剂流通；以及多个散热翅片，多个所述散热翅片配设于各热交换管道之间，

其特征在于，

所述散热翅片的比所述热交换管道更朝空气流入侧突出的端部成为结霜诱导部，

在各散热翅片的各结霜诱导部之间分别设置有一个以上的利用通风而摆动的挠性的振动片。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述振动片位于各散热翅片的所述结霜诱导部之间，所述振动片的空气流入侧端部被支点固定于各散热翅片，所述振动片的空气流出侧端部为自由端。

3.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，

各所述振动片通过配置于空气流入侧的基端部，而被支点固定于所述散热翅片。

4.如权利要求1至3中任一项所述的热交换器，其特征在于，

各所述振动片至少与供低温制冷剂流动的、位于制冷剂上游侧的所述热交换管道对应地配置。

5.如权利要求4所述的热交换器，其特征在于，

在将遍及所述集管间的范围内配设的制冷剂上游侧的热交换管道的整体长度设为1时，各所述振动片设置于至少与制冷剂入口侧1/3以上的范围对应的位置处。

6.如权利要求3至5中任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述振动片相对于所述基端部呈规定角度地倾斜配置。

7.如权利要求2至6中任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述振动片的所述自由端呈分叉形状。

8.如权利要求1至7中任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述振动片呈螺旋状。

9.如权利要求1至8中任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述振动片在延伸方向上具有多个孔。

10.一种车用空调装置，其特征在于，

将权利要求1至9中任一项所述的热交换器作为室外热交换器使用。