JP6073601B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Description
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。
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を用いたヒートポンプシステムを提供することにある。
好ましくは、バイパス手段は、熱交換器が介挿され、冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒回路を構成する暖房運転時流路と、メインコア部のヘッダタンクと暖房運転時流路とに連通する暖房時出口ポートと、暖房時出口ポートとレシーバタンクとに連通する連通部と、暖房運転時流路の暖房時出口ポート側に設けられ、熱交換器を凝縮器として使用するときに暖房運転時流路側への冷媒流れを阻止する弁とを有し、連通部は、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一方、熱交換器を蒸発器として使用するときにレシーバタンク及びサブクールコア部をバイパスする(請求項4)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
Claims (5)
- 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、
前記熱交換器は、
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り、
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、
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、前記上下のヘッダタンクの内部を仕切る複数の仕切り板とからなり、
前記メインコア部に流入した冷媒は、前記仕切り板を境界としてダウンフロー又はアップフローの縦流れが繰り返し許容され、
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し、
前記上下のヘッダタンクの内部における前記各仕切り板の間隔は、冷房時の前記メインコア部における冷媒の流れ方向で見て、徐々に狭まっている、ことを特徴とするヒートポンプシステム。 - 前記バイパス手段は、
前記熱交換器が介挿され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記冷媒回路を構成する暖房運転時流路と、
前記メインコア部の前記ヘッダタンクと前記暖房運転時流路とに連通する暖房時入口ポートと、
前記暖房時入口ポートと前記レシーバタンクとに連通する連通部と、
前記暖房運転時流路の前記暖房時入口ポート側に設けられ、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記暖房運転時流路側への冷媒流れを阻止する弁と
を有し、
前記連通部は、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一方、前記熱交換器を蒸発器として使用するときに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することを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプシステム。 - 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、
前記熱交換器は、
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り、
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、
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、前記上下のヘッダタンクの内部を仕切る複数の仕切り板とからなり、
前記メインコア部に流入した冷媒は、前記仕切り板を境界としてダウンフロー又はアップフローの縦流れが繰り返し許容され、
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し、
前記上下のヘッダタンクの内部における前記各仕切り板の間隔は等間隔である、
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。 - 前記バイパス手段は、
前記熱交換器が介挿され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記冷媒回路を構成する暖房運転時流路と、
前記メインコア部の前記ヘッダタンクと前記暖房運転時流路とに連通する暖房時出口ポートと、
前記暖房時出口ポートと前記レシーバタンクとに連通する連通部と、
前記暖房運転時流路の前記暖房時出口ポート側に設けられ、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに前記暖房運転時流路側への冷媒流れを阻止する弁と
を有し、
前記連通部は、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一方、前記熱交換器を蒸発器として使用するときに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。 - 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2又は4に記載のヒートポンプシステム。
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