少なくとも１つの２ストロークサイクルを有する熱交換器、およびこのような熱交換器を含む空調ループ
本発明は、少なくとも１つの２ストロークサイクルを有する熱交換器（６）に関する。この熱交換器（６）は、２組のチューブ（１９）に分割されたＮ個のチューブ（１９）を含み、この中の第１の組は、第１のコレクタ（２１）と第２のコレクタ（２２）の間にＮ１個のチューブ（１９）を含み、また、この中の第２の組は、第２のコレクタ（２２）と第３のコレクタ（２３）との間にＮ２個のチューブ（１９）を含んでいる。比Ｎ１／Ｎは、１５％と５０％との間にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に装備される暖房、換気、および／または空調の設備の分野に属する。本発明は、熱交換器に関し、この熱交換器は、空調ループの中に一体化されて、これらの設備の構成要素をなしている。本発明はまた、このような空調ループにも関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、通常、暖房、換気、および／または空調の設備を備え、車室の内部に拡散する空気流の空気熱力学的パラメータを調整している。暖房、換気、および／または空調の設備は、主として、１つのハウジングを備え、このハウジングは、少なくとも１つの空気の出口まで空気流を循環させ、空気流は、その出口を通して車室に向かい、ハウジングの外に拡散して行く。ハウジングは、例えば、プラスチック材料から成り、車両のダッシュボードの下に収容されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ハウジングから外部に空気流が拡散される前に、その空気流の温度を調整するために、暖房、換気、および／または空調の設備は、空調ループを有し、その空調ループの内部で冷却流体を循環させる。冷却流体は、例えば、ハイドロフルオロカーボンであり、例えば、Ｒ１３４ａとして知られている流体であるか、または、ハイドロフルオロオレフィンを基本とした化合物であり、特に、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体である。本発明はまた、上記で述べた冷却流体と同様の任意の冷却流体を使用した応用にも関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
空調ループは、車両の外部空気流と熱交換を行うための、車両の前面に設置される外部熱交換器を備えている。外部熱交換器は、外部空気がその中を通り抜けるが、車両の車室に供給されるべき空気には接触していない。外部熱交換器は、少なくとも２つのパスを有する交換器であってよい。すなわち、この交換器は、少なくとも２つの組のチューブを有し、冷却流体は、第１の組のチューブの中を第１の方向に、次に、第１の方向とは逆の方向に、第２の組のチューブの中を流れる。更に具体的には、熱交換器の内部では、冷却流体は、第１のコレクタの第１の区画の中へ入り、第１の組のチューブを通して流れ、そして第２のコレクタから、第２の組のチューブを経て流れ、さらに第１のコレクタの第２の区画から、最終的には外部熱交換器の外部へ排出されるというように、継続して循環する。第１の区画は、第２の区画に並べて配置され、互いに気密とされている。第１のコレクタおよび第２のコレクタは、それぞれ、熱交換器の両側端に配置され、チューブは、これらのコレクタの間に、互いに平行に配置されている。上記した種類の熱交換器を記述している例えば特許文献１（ＥＰ１９８０８１１）を参照されたい。
【０００５】
更に、空調ループは、「暖房モード」、あるいは「冷房モード」で動作するように構成することができる。「暖房モード」では、空調ループの中に含まれる凝縮器として動作する熱交換器を通して、空気を加熱することができ、また「冷房モード」では、空調ループの中にまた含まれる蒸発器として動作する熱交換器を経て、空気流の冷却を行うことができる。空調ループが「暖房モード」で動作する場合には、外部熱交換器は、蒸発器として機能する。すなわち、外部熱交換器の内部では、冷却流体は、外部空気流によって運ばれる熱量を吸収することにより加熱される。空調ループが「冷房モード」で動作する場合には、外部熱交換器は、凝縮器として機能する。すなわち、熱交換器の内部では、冷却流体は、外部空気に熱量を転送することにより冷却される。
【０００６】
ある形態においては、空調ループは、蒸発器と並べて配置されたバイパス管を含んでいる。この場合には、冷却流体は、空調ループの中で、特に外部熱交換器の内部では、常に同じ方向に循環する（「暖房モード」および「冷房モード」で）。
【０００７】
別の形態においては、空調ループは、外部熱交換器の内部で、冷却流体の循環の方向を反転させるようになっている４ウェイバルブを備えている。外部熱交換器の内部で冷却流体の循環の方向を反転させるようになっているこの構成では、冷却流体を、第１の組のチューブ、および第２の組のチューブを通して、または、第２の組のチューブ、および第１の組のチューブを通して循環させることができる。
【０００８】
上記のような熱交換器の設計者は、空調ループの動作モードに拘わらず、また外部熱交換器の内部での冷却流体の循環の方向に拘わらず、熱交換機能が最適化されて、満足のいく熱交換器を得たいと願っている。これにより生ずる一般的な問題は、上記のような熱交換器で、熱交換器が蒸発器または凝縮器として動作するときに、熱交換器内部での冷却流体の循環の方向に拘わらず、また、使用する冷却流体に拘わらず、最も満足のいく熱交換を行うことができる熱交換器の最適な構成を得ることである。
【０００９】
本発明の目的は、自動車の、暖房、換気、および／または空調設備の空調ループと一体化した熱交換器を得ることである。この熱交換器は、空調ループの内部を循環する冷却流体と熱交換器と接触している車両へ流れる外部空気流との間の熱転送に対して、十分に最適化されているものである。また、冷却流体は、ハイドロフルオロカーボン（例えば、Ｒ１３４ａとして知られている流体）、またはハイドロフルオロオレフィンを基本とする化合物（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体）であり、また、空調ループは、「冷房モード」および「暖房モード」で動作することができ、冷却流体の循環の方向は、空調ループの動作モードに従って、熱交換器の内部で反転することができる。本発明の別の目的は、このような空調ループを得ることである。
【００１０】
本発明の熱交換器は、少なくとも２つのパス（２つのパスであることが望ましい）を有する熱交換器であり、２組のチューブに分割されたＮ個のチューブを備えている。この２組のチューブの中の第１の組は、第１のコレクタと第２のコレクタとの間に、Ｎ１個のチューブを有し、第２の組は、第２のコレクタと第３のコレクタとの間に、Ｎ２個のチューブを有している。比Ｎ１／Ｎは、１５％と５０％との間にある。
【００１１】
第１の実施形態においては、比Ｎ１／Ｎは、３５％と５０％との間にある（４０％と５０％との間にあることが望ましい）。比Ｎ１／Ｎは、たとえば３５％、または４０％、または４５％、または約５０％に等しい。
【００１２】
第２の実施形態においては、比Ｎ１／Ｎは、１５％と３５％との間にある（１５％と２５％との間にあることが望ましい）。比Ｎ１／Ｎは、たとえば、１５％、または２０％の程度、またはこれらの値と等しい。
【００１３】
第１のコレクタは、第１の区画と第２の区画とを有し、第３のコレクタは、第１のコレクタの第２の区画によって形成されることが望ましい。
【００１４】
本発明の空調ループは、上記した熱交換器を備えている。
【００１５】
以下に示す詳細な説明を読むことによって、本発明をよりよく理解することができ、また上記以外の特徴、および利点も更に明らかになると思う。なお、この詳細な説明は、添付図面に示す実施形態を参照して行うが、この実施形態は限定的なものではなく、単に、本発明の理解を助けるためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】欧州特許第１９８０８１１号明細書
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態における、２つの動作モードの空調ループのうちの１つを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における、２つの動作モードの空調ループの、別の１つを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における、２つの動作モードの空調ループのうちの１つを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における、２つの動作モードの空調ループの、別の１つを示す図である。
【図５】図１から図４に示した、本発明における第１および第２の実施形態の熱交換器を示す図である。
【図６】図１から図４に示した、本発明における第１および第２の実施形態の熱交換器を示す図である。
【図７】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第１のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気流との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる態様について示すグラフである。
【図８】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第１のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気流との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる態様について示すグラフである。
【図９】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第１のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気流との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる態様について示すグラフである。
【図１０】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第１のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気流との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる態様について示すグラフである。
【図１１】熱交換器の種々の異なる設定に対して、熱交換器の熱的動作性能の変化を示すグラフである。
【図１２】熱交換器の種々の異なる設定に対して、熱交換器の熱的動作性能の変化を示すグラフである。
【図１３】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第２のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる設定に対して示すグラフである。
【図１４】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第２のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる設定に対して示すグラフである。
【図１５】熱交換器の種々の異なる設定に対して、熱交換器の熱的動作性能の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図４は、本発明による空調ループの第１の実施形態と第２の実施形態とを、それぞれ２つの動作モードに対して示している。
【００１９】
図１から図４に示すように、自動車は、暖房、換気、および／または空調設備を備え、車室の内部に放散される空気流の空気熱力学的パラメータを調整するようになっている。暖房、換気、および／または空調の設備は、ハウジング１を備え、このハウジング１は、プラスチック材料で作られて車両のダッシュボードの中に収容されている。暖房、換気、および／または空調設備は、空気流２の循環を導く役割を持ち、空気流２は、少なくとも１つの空気入口から少なくとも１つの空気出口へ循環し、その出口を経て、車両の車室内にある暖房、換気、および／または空調設備のハウジング１の外部に拡散される。
【００２０】
暖房、換気、および／または空調設備は、また、空調ループ３を備えて、空気流２の空気熱力学的パラメータ（特に、空気流２の温度）を調整するために、空気流２を車室の中に拡散させる前に、冷却流体ＦＲを、空調ループ３の内部で循環方向４に循環させる。冷却流体ＦＲは、例えば、ハイドロフルオロカーボン（例えば、Ｒ１３４ａとして知られている流体）、またはハイドロフルオロオレフィンを基本とした化合物（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体）、または他の任意の同様の冷却流体である。
【００２１】
空調ループ３は、圧縮機５と外部熱交換器６とを含み、圧縮機５は、冷却流体ＦＲを圧縮するようになっており、また外部熱交換器６は、車両のところの外部空気流７とアキュムレータ８との間で、熱量の交換を行うようになっている。
【００２２】
ある実施形態においては、アキュムレータ８は、空調ループ３の内部における冷却流体ＦＲの循環方向４に沿って、圧縮機５の上流の近くに配置され、液体状態にある冷却流体ＦＲを集める。
【００２３】
外部熱交換器６は、車両の前面に設置され、外部熱交換器６を通過する外部空気流７と熱交換を行うようになっていることが望ましい。外部熱交換器６は、車両の車室の中に拡散されるべき空気流２が、ハウジング１の内部に循環した後には、それとは接触しない方が有利である。その代わりに、空調ループ３は、内部熱交換器９を備えている。内部熱交換器９はハウジング１の中に収容され、中を空気流２が通過して、空気流２の空気熱力学的パラメータ（特に、その温度）が調整される。
【００２４】
第１の実施形態を、図１および図２に示す。この実施形態においては、空調ループ３は、第１のバイパス管１０を備えている。第１のバイパス管１０は、内部熱交換器９の内部への冷却流体ＦＲの循環を、許可または禁止するように適合なっている。
【００２５】
空調ループ３はまた、第１の膨張器１１を有し、第１の膨張器１１は、空調ループ３の内部における冷却流体ＦＲの循環方向４に沿って、外部熱交換器６と内部熱交換器９との間に配置されている。図１および図２の実施形態において、第１の膨張器１１は、空調ループ３の内部における冷却流体ＦＲの循環方向４にそって、第１のバイパス管１０と外部熱交換器６との間で、外部熱交換器６の上流に配置されている。
【００２６】
空調ループ３はまた、内部凝縮器１２を有し、内部凝縮器１２は、ハウジング１の中に収容され、空調ループ３の内部における冷却流体ＦＲの循環方向４に沿って、圧縮機５の下流すぐのところに配置されている。内部凝縮器１２は、冷却流体ＦＲを冷却する役目を有する。内部凝縮器１２における冷却流体ＦＲを冷却させると、内部凝縮器１２を通過する空気流２は加熱させられる。
【００２７】
空調ループ３はまた、第２の膨張器１３を有し、第２の膨張器１３は、内部凝縮器１２と外部熱交換器６との間に挿入されている。第２の膨張器１３は、第２のバイパス管１４に関連しており、第２の膨張器１３を通して、外部熱交換器６の方へ冷却流体ＦＲを循環させるか、または、第２の膨張器１３を迂回させることにより、内部凝縮器１２から外部熱交換器６の方へ、直接に冷却流体ＦＲを循環させることができる。
【００２８】
図１において、空調ループ３は、「冷房モード」における第１の実施形態に従って動作する。この構成では、冷却流体ＦＲは、圧縮機５から内部凝縮器１２に向かって循環し、第２のバイパス管１４を通して外部熱交換器６に向かって循環する。この構成では、外部熱交換器６は、凝縮器として動作して外部空気流７を加熱する。次に、冷却流体ＦＲは、第１の膨張器１１に循環して行き、その中で冷却流体ＦＲは膨張する。冷却流体ＦＲは、内部熱交換器９に向かって循環して行き、内部熱交換器９は、この構成では、蒸発器として動作して空気流２を冷却する。冷却流体ＦＲは更に、アキュムレータ８に向かって循環して行き、圧縮機５に戻る。この構成により、可能な限りの最大熱量を、外部空気流７に対して転送するようになっている外部熱交換器６が得られる。
【００２９】
図２においては、空調ループ３は、「暖房モード」における第１の実施形態に従って動作する。この場合には、冷却流体ＦＲは、圧縮機５から内部凝縮器１２に向かって循環し、その後、第２の膨張器１３を通して循環し、冷却流体ＦＲは膨張する。その後、外部熱交換器６に向かって循環して行き、外部熱交換器６は、蒸発器として動作して外部空気流７を冷却する。次に、第１のバイパス管１０を通して循環して行き、更にアキュムレータ８に向かって行き、圧縮機５に戻る。この構成により、可能な限りの最大熱量を外部空気流７から収集するように構成された外部熱交換器６を得ることができる。
【００３０】
この第１の実施形態においては、冷却流体ＦＲは、空調ループ３の動作モード（「暖房モード」または「冷房モード」に拘わらず、外部熱交換器６を通して同一の方向に循環する。すなわち、第２の膨張器１３および第２のバイパス管１４に関する、外部熱交換器６の第１の開口１５から、第１の膨張器１１および第１のバイパス管１０に関する、外部熱交換器６の第２の開口１６へ循環する。すなわち、この第１の実施形態においては、第１の開口１５は、外部熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成し、第２の開口１６は、外部熱交換器６の外部への冷却流体ＦＲの出力開口を構成している。
【００３１】
外部熱交換器６が、凝縮器として動作するか、または蒸発器として動作するかは、第１の開口１５の入口と第２の開口１６の出口とにおける冷却流体ＦＲの密度によって決まる。これら両者の密度は、お互いに異なっている。外部熱交換器６が凝縮器として動作するときには、冷却流体ＦＲは、第１の開口１５のところでは、全体または部分が気相であり、また、第２の開口１６のところでは、全体または部分が液相である。従って、第１の開口１５のところの冷却流体ＦＲの密度は、第２の開口１６のところの冷却流体ＦＲの密度よりも低い。外部熱交換器６における熱交換を最適にするためには、外部熱交換器６の入口のところの冷却流体ＦＲの行路部分を最大にすることが必要である。
【００３２】
反対に、外部熱交換器６が、蒸発器として動作するときには、冷却流体ＦＲは、第１の開口１５のところでは、気相と液相との混成であり、一方、第２の開口１６のところでは、冷却流体ＦＲは、全体または部分が気相である。従って、第１の開口１５のところの冷却流体ＦＲの密度は、第２の開口１６のところの冷却流体ＦＲの密度よりも高い。熱交換器６における熱交換を最適にするためには、外部熱交換器６の入口のところの冷却流体ＦＲの行路部分を最小にすることが必要である。
【００３３】
従って、これら２つの相反する最適化の間において、特別に適用可能な解を見出すことが必要になる。本発明は、外部熱交換器６に対して、主要かつ有利な動作特性に基づく解決策を提供するものである。
【００３４】
図３および図４に示す第２の実施形態においては、空調ループ３は、外部熱交換器６の内部で冷却流体ＦＲの循環方向４を反転させるようになっている４ウェイバルブ１７を含んでいる。この構成では、空調ループ３は膨張器１８を含み、膨張器１８は、外部熱交換器６と内部熱交換器９との間で、内部熱交換器９の上流に挿入されている。
【００３５】
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に多くの要素を含んでいる。従って、特に指摘しない限り、これらの要素は、以前に記述したものと同じ特性と仕様とを有する。従って、それらは、第１の実施形態の記述に関連して与えたもの同じである。
【００３６】
図３において、空調ループ３は、「冷房モード」で、第２の実施形態に従って動作する。この構成では、冷却流体ＦＲは、圧縮機５から４ウェイバルブ１７に循環する。４ウェイバルブ１７は、冷却流体ＦＲを外部熱交換器６の第１の開口１５に向かって循環させるように構成されている。冷却流体ＦＲは、外部熱交換器６を通して流れ、第２の開口１６に循環する。外部熱交換器６は、この構成では、凝縮器として動作し、冷却流体ＦＲは、凝縮器の内部で、外部空気流７に熱を転送することにより冷却される。冷却流体ＦＲは、外部熱交換器６から出て膨張器１８へ循環し、膨張器１８の中で膨張する。そして、内部熱交換器９を通して循環する。この構成では、内部熱交換器９は蒸発器として動作し、それを通過する空気流２を冷却する。更に、冷却流体は、再び４ウェイバルブ１７に結合する。４ウェイバルブ１７は、アキュムレータ８に冷却流体ＦＲを循環させ、更に、圧縮機５に再び戻すように構成されている。この構成により、可能な限りの最大熱量を、外部空気流７に対して転送するように構成された外部熱交換器６を得ることができる。
【００３７】
図４において、空調ループ３は、「暖房モード」で、第２の実施形態に従って動作する。この構成では、冷却流体ＦＲは、圧縮機５から４ウェイバルブ１７に循環する。４ウェイバルブ１７は、冷却流体ＦＲを内部熱交換器９に向かって循環させるように構成されている。この構成により、内部熱交換器９は凝縮器として動作し、内部熱交換器９を通して流れる空気流２を加熱する。その後、冷却流体ＦＲは、膨張器１８へ循環し、第２の開口１６を介して外部熱交換器６の中へ入る。冷却流体ＦＲは、外部熱交換器６を通して流れる。外部熱交換器６は蒸発器として動作し、その後、冷却流体ＦＲは、第１の開口１５を介して、外部熱交換器６の外に排出される。冷却流体ＦＲは、冷却流体ＦＲをアキュムレータ８に循環させるように構成された４ウェイバルブ１７に再び流れ、圧縮機５に戻る。この構成により、可能な限りの最大熱量を、外部空気流７から吸収するようになっている外部熱交換器６を得ることができる。
【００３８】
この第２の実施形態においては、冷却流体ＦＲは、空調ループ３の動作モードに従って、外部熱交換器６の内部を反対の方向に循環する。具体的には、「冷房モード」では、冷却流体ＦＲは、４ウェイバルブ１７における第１の開口１５から、膨張器１８に関わる第２の開口１６に循環する。すなわち、この動作モードでは、第１の開口１５は、外部熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成する。また、第２の開口１６は、熱交換器６から外への冷却流体ＦＲの出力開口を構成する。
【００３９】
反対に、「暖房モード」では、冷却流体ＦＲは、膨張器１８における第２の開口１６から、４ウェイバルブ１７に関わる第１の開口１５に循環する。すなわち、この動作モードでは、第１の開口１５は、外部熱交換器６の外への冷却流体ＦＲの出力開口を構成し、第２の開口１６は、熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成する。
【００４０】
冷却流体ＦＲと外部空気流７との間の熱交換を最適にするために、外部熱交換器６の入口のところの冷却流体ＦＲの行路部分と、外部熱交換器６の出口のところの冷却流体ＦＲの行路部分との間の差は、考慮するべき問題とはならない。その理由は、第１の開口１５および第２の開口１６は、入力開口か、または出力開口かのどちらかになるからである。
【００４１】
本発明は、外部熱交換器６を提案するものであり、これにより外部熱交換器６の２つの場合の間で、可能な限りの最良の動作性能を有利に達成することができる。１つの場合では、「冷房モード」と「暖房モード」とにおいて最適化された動作性能を得ることができる。また別の場合で、２つの反対の構成の間で最適な構成を得ることができる。ここでは、第１の開口１５は、熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口であるか、または、熱交換器６から外への冷却流体ＦＲの出力開口であるかによって、最適な構成を得ることができる。第２の開口１６に関しても同様である。
【００４２】
図５および図６に示す熱交換器６によって、所望の結果を達成することができる。両図は、本発明による熱交換器を示すものである。
【００４３】
熱交換器６は、少なくとも２つのパスを有する交換器であり、複数個Ｎのチューブ１９を備えている。チューブ１９は、少なくとも２組のチューブ１９に分割されている。図５および図６の例は、２組だけのチューブ１９を備えている。しかし、本発明は、２組よりも多くの組のチューブ１９を含む熱交換器に対しても等しく適用することができる。
【００４４】
熱交換器６は、２つのパスを有する交換器であり、２つのパスは複数個Ｎのチューブ１９を有し、それらは、２組のチューブ１９に分割されていることが望ましい。図５および図６の例においては、第１の組のチューブ１９は、Ｎ１個のチューブ１９を含んでいる。第２の組のチューブ１９は、Ｎ２個のチューブ１９を含んでいる。従って、熱交換器６のチューブ１９の数Ｎは、第１の組のチューブ１９の数Ｎ１と、第２の組のチューブ１９の数Ｎ２との和に等しい。
【００４５】
第１の組のチューブ１９は、第１のコレクタ２１と第２のコレクタ２２との間に位置している。第１の組のチューブ１９は、第１のコレクタ２１の第１の区画２０と第２のコレクタ２２との間に位置していることが望ましい。
【００４６】
第２の組のチューブ１９は、第２のコレクタ２２と第３のコレクタ２３との間に含まれている。図５および図６に示すように、第３のコレクタは、第１のコレクタ２１の第２の区画２３によって形成されていると有利である。
【００４７】
チューブ１９は、互いに同じものであり、チューブ１９のそれぞれは、互いに等しい断面Ａを有する。そのため、外部熱交換器６の入口のところの冷却流体ＦＲの行路の断面は、第１の組のチューブ１９の数Ｎ１に比例している。同様に、外部熱交換器６の出口のところの冷却流体ＦＲの行路の断面は、第２の組のチューブ１９の数Ｎ２に直接に比例している。
【００４８】
好適な実施形態においては、第１のコレクタ２１と第２のコレクタ２２とは、それぞれ、熱交換器６の反対の端に設けられている。第１のコレクタ２１は、第１の区画２０と第２の区画２３とから構成され、これら２つの区画は、互いに気密になるように構成されている。第１の区画２０は、第２の区画２３に並べて配置されている。第１の区画２０には第１の開口１５が設けられ、また第２の区画２３には第２の開口１６が設けられている。スペーサ２４が２つの隣接したチューブ１９の間に挿入され、冷却流体ＦＲと外部空気流７との間の熱交換を容易にしている。
【００４９】
チューブ１９は互いに並行に配置され、第１の組のＮ１個のチューブ１９は、その中を冷却流体ＦＲが第１の方向Ｓ１に流れ、また、第２の組のＮ２個のチューブ１９は、その中を第１の方向と反対の第２の方向Ｓ２に冷却流体ＦＲが流れる。
【００５０】
ここには示していない別の実施形態においては、第２の組のＮ２個のチューブ１９は、第２の組のＮ２個のチューブ１９の一部に対しては、第１の方向Ｓ１とは反対の方向の第２の方向Ｓ２に冷却流体が流れ、また第２の組のＮ２個のチューブ１９の別の部分に対しては、第１の方向Ｓ１に流れるようになっており、冷却流体は、交互に、および／または継続して流れることができる。
【００５１】
図５に基づいて更に詳細に説明すると、外部熱交換器６の第１の開口１５は、外部熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成している。また、外部熱交換器６の第２の開口１６は、熱交換器６の外に向っての冷却流体ＦＲの出力開口を構成している。図５に示す外部熱交換器６は、図１〜図３に示した動作モードに従って、空調ループ３の中に一体化されるようになっている。
【００５２】
図６において更に詳細に説明すると、外部熱交換器６の第１の開口１５は、外部熱交換器６の外に向かう冷却流体ＦＲの出力開口を構成している。また、外部熱交換器６の第２の開口１６は、熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成している。図６に示す外部熱交換器６は、図４に示した動作モードに従って、空調ループ３の中に一体化されるようになっている。
【００５３】
このような熱交換器６の熱的動作性能は、比Ｎ１／Ｎが１０％と５０％との間にある熱交換器６の特性を好ましいものとする。従って、本発明においては、熱交換器６のＮ個のチューブの中、その半分以下の数のチューブが第１の区画２０と第２のコレクタ２２との間に設けられる。すなわち、本発明においては、熱交換器６は、Ｎ１とＮ２との間の不等式関係を証明している。
【００５４】
このように、熱交換器６の内部において冷却流体ＦＲの循環を分布させることにより、「冷房モード」および「暖房モード」動作に対して、最適な動作性能を得ることができる。またそればかりではなく、それぞれ図５および図６に示した、熱交換器６の内部における冷却流体ＦＲの循環に関して、２つの反対の構成に対しても、最適な動作性能を得ることができる。
【００５５】
従って、このような熱交換器６に対して、比較的任意な形の空調ループ３であって、その内部に冷却流体ＦＲが循環する、空調ループ３の上で最適に動作するようになっている、ユニークな熱交換器６を得ることができる。この場合、冷却流体ＦＲは、ハイドロフルオロカーボン（特に、Ｒ１３４ａとして知られている流体）で構成してもよいし、またはハイドロフルオロオレフィンを基本とした化合物（特に、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体）で構成してもよい。
【００５６】
図７〜図１２では、冷却流体ＦＲはＲ１３４ａであり、外部熱交換器６は、外部空気流７の方向に垂直とされた前面を有する。すなわち、図５および図６に示す面と平行である。前面は、２０ｄｍ2から３１．８ｄｍ2の間である。
【００５７】
図７および図８は、「冷房モード」において、冷却流体ＦＲと外部空気流７との間で交換される電力Ｐの変化を、熱交換器６を通して流れる外部空気流７の流速に対して、比Ｎ１／Ｎの関数として示すものである。流速は、それぞれ、１．５ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、および３ｍ／ｓである。
【００５８】
さらに詳細には、図７は、３１．８ｄｍ2に等しい前面を有する熱交換器６の場合での交換される電力Ｐの変化を示し、また、図８は、２０ｄｍ2に等しい前面を有する熱交換器６の場合での交換される電力Ｐの変化を示している。どちらの場合も、交換される電力Ｐは、比Ｎ１／Ｎが可能な範囲で最も高い値を取るときに最大になる。
【００５９】
図７および図８は、熱交換器６の前面の特定な２つの値に対して、熱交換器６において交換される電力Ｐの変化の２つの例を示しているが、本発明はこれらの値に限定されるものではなく、他の値の前面を有する熱交換器６に対しても、等しく適用することができる。
【００６０】
図９および図１０は、「暖房モード」において、冷却流体ＦＲと外部空気流７との間で交換される電力Ｐの変化を、外部熱交換器６を流れる外部空気流７の温度に対して、比Ｎ１／Ｎの関数として示すものである。温度は、外部熱交換器６の上流で、それぞれ、０℃、−５℃、および−１０℃である。
【００６１】
さらに詳細には、図９は、３１．８ｄｍ2と等しい前面を有する熱交換器６の場合での交換される電力Ｐの変化を示し、また、図１０は、２０ｄｍ2に等しい前面を有する熱交換器６の場合での交換される電力Ｐの変化を示している。どちらの場合も、交換される電力Ｐは、比Ｎ１／Ｎが、可能な範囲で最も低い値を取るときに最大になる。
【００６２】
図７〜図１０は、熱交換器６の前面の特定の２つの値に対して、熱交換器６において交換される電力Ｐの変化の２つの例を示しているが、本発明はこれらの値に限定されるものではなく、他の値の前面を有する熱交換器６に対しても、等しく適用することができる。
【００６３】
従って、考慮する２つのモードのそれぞれにおいて、交換される電力Ｐの積に比例する比Ｒを決定することが可能である。比Ｒの変化は、図１１および図１２に示されている。図１１は、前表面が２０ｄｍ2の場合であり、図１２は、前表面が３１．８ｄｍ2の場合である。図１１および図１２では、比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが、３０％と５０％との間の範囲で最適になる。すなわち、比Ｒは最大になる。さらに詳細には、比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが３５％と４５％との間の範囲で最適になる。できれば、４０％の程度が望ましい。
【００６４】
図１３〜図１５は、図５および図６に示す熱交換器の内部を循環する第２のタイプの冷却流体と熱交換器を通して流れる外部空気との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる設定に対して示すグラフである。
【００６５】
図１３〜図１５では、冷却流体ＦＲはＨＦＯ１２３４ｙｆであり、熱交換器６は、その前面が、３１．８ｄｍ2程度の面積を有する外部空気流７の流れの方向に対して直交するように配置されている。
【００６６】
図１３は、「冷房モード」において冷却流体ＦＲと外部空気流７との間で交換される電力Ｐの変化を、熱交換器６を通して流れる外部空気流７の速度に対して、比Ｎ１／Ｎの関数として示すものである。外部空気流７の速度は、それぞれ、１．５ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、および３ｍ／ｓである。交換される電力Ｐは、比Ｎ１／Ｎが可能な範囲で最も高い値を取るときに最大になる。
【００６７】
図１４は、「暖房モード」において冷却流体ＦＲと外部空気流７との間で交換される電力Ｐの変化を、外部熱交換器６の入り口のところの外部空気流７の温度に対して、比Ｎ１／Ｎの関数として示すものである。温度は、それぞれ、０℃、−５℃、および−１０℃である。交換される電力Ｐは、比Ｎ１／Ｎが可能な範囲で最も低い値を取るときに最大になる。
【００６８】
従って、２つのモードのそれぞれにおいて、交換される電力Ｐの積に比例した比Ｒを決定することが可能である。比Ｒの変化は、図１５に示されている。比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが３５％と５０％との間の範囲で最適になる。すなわち、比Ｒは最大になる。さらに詳細には、比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが４０％と５０％との間の範囲で最適になる。できれば、４５％の程度が望ましい。
【００６９】
また、冷却流体ＦＲとして、ハイドロフルオロカーボン（例えば、Ｒ１３４ａとして知られている流体）、またはハイドロフルオロオレフィンを基本とした化合物（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体）のどちらの場合も、熱交換器６の内部で冷却流体ＦＲの循環の方向が変化する場合には、比Ｎ１／Ｎは、１５％と３５％との間の範囲で最適になる。さらに詳細には、比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが１５％と２５％との間の値を取るときに最適になる。できれば、２０％程度が望ましい。
【００７０】
しかしながら、これらの動作例は、本発明の単なる実施例として挙げたものであることを理解されるべきである。無論のことながら、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、これらは単に例として提供したものである。本発明は、種々の変更、代替の形、および他の変形を含み、これらは、本発明の技術分野における当業者には理解されると思う。また、本発明は、上記した種々の異なる実施形態の全ての組み合わせを含むものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に装備される暖房、換気、および／または空調の設備の分野に属する。本発明は、熱交換器に関し、この熱交換器は、空調ループの中に一体化されて、これらの設備の構成要素をなしている。本発明はまた、このような空調ループにも関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、通常、暖房、換気、および／または空調の設備を備え、車室の内部に拡散する空気流の空気熱力学的パラメータを調整している。暖房、換気、および／または空調の設備は、主として、１つのハウジングを備え、このハウジングは、少なくとも１つの空気の出口まで空気流を循環させ、空気流は、その出口を通して車室に向かい、ハウジングの外に拡散して行く。ハウジングは、例えば、プラスチック材料から成り、車両のダッシュボードの下に収容されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ハウジングから外部に空気流が拡散される前に、その空気流の温度を調整するために、暖房、換気、および／または空調の設備は、空調ループを有し、その空調ループの内部で冷却流体を循環させる。冷却流体は、例えば、ハイドロフルオロカーボンであり、例えば、Ｒ１３４ａとして知られている流体であるか、または、ハイドロフルオロオレフィンを基本とした化合物であり、特に、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体である。本発明はまた、上記で述べた冷却流体と同様の任意の冷却流体を使用した応用にも関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
空調ループは、車両の外部空気流と熱交換を行うための、車両の前面に設置される外部熱交換器を備えている。外部熱交換器は、外部空気がその中を通り抜けるが、車両の車室に供給されるべき空気には接触していない。外部熱交換器は、少なくとも２つのパスを有する交換器であってよい。すなわち、この交換器は、少なくとも２つの組のチューブを有し、冷却流体は、第１の組のチューブの中を第１の方向に、次に、第１の方向とは逆の方向に、第２の組のチューブの中を流れる。更に具体的には、熱交換器の内部では、冷却流体は、第１のコレクタの第１の区画の中へ入り、第１の組のチューブを通して流れ、そして第２のコレクタから、第２の組のチューブを経て流れ、さらに第１のコレクタの第２の区画から、最終的には外部熱交換器の外部へ排出されるというように、継続して循環する。第１の区画は、第２の区画に並べて配置され、互いに気密とされている。第１のコレクタおよび第２のコレクタは、それぞれ、熱交換器の両側端に配置され、チューブは、これらのコレクタの間に、互いに平行に配置されている。上記した種類の熱交換器を記述している例えば特許文献１（ＥＰ１９８０８１１）を参照されたい。
【０００５】
更に、空調ループは、「暖房モード」、あるいは「冷房モード」で動作するように構成することができる。「暖房モード」では、空調ループの中に含まれる凝縮器として動作する熱交換器を通して、空気を加熱することができ、また「冷房モード」では、空調ループの中にまた含まれる蒸発器として動作する熱交換器を経て、空気流の冷却を行うことができる。空調ループが「暖房モード」で動作する場合には、外部熱交換器は、蒸発器として機能する。すなわち、外部熱交換器の内部では、冷却流体は、外部空気流によって運ばれる熱量を吸収することにより加熱される。空調ループが「冷房モード」で動作する場合には、外部熱交換器は、凝縮器として機能する。すなわち、熱交換器の内部では、冷却流体は、外部空気に熱量を転送することにより冷却される。
【０００６】
ある形態においては、空調ループは、蒸発器と並べて配置されたバイパス管を含んでいる。この場合には、冷却流体は、空調ループの中で、特に外部熱交換器の内部では、常に同じ方向に循環する（「暖房モード」および「冷房モード」で）。
【０００７】
別の形態においては、空調ループは、外部熱交換器の内部で、冷却流体の循環の方向を反転させるようになっている４ウェイバルブを備えている。外部熱交換器の内部で冷却流体の循環の方向を反転させるようになっているこの構成では、冷却流体を、第１の組のチューブ、および第２の組のチューブを通して、または、第２の組のチューブ、および第１の組のチューブを通して循環させることができる。
【０００８】
上記のような熱交換器の設計者は、空調ループの動作モードに拘わらず、また外部熱交換器の内部での冷却流体の循環の方向に拘わらず、熱交換機能が最適化されて、満足のいく熱交換器を得たいと願っている。これにより生ずる一般的な問題は、上記のような熱交換器で、熱交換器が蒸発器または凝縮器として動作するときに、熱交換器内部での冷却流体の循環の方向に拘わらず、また、使用する冷却流体に拘わらず、最も満足のいく熱交換を行うことができる熱交換器の最適な構成を得ることである。
【０００９】
本発明の目的は、自動車の、暖房、換気、および／または空調設備の空調ループと一体化した熱交換器を得ることである。この熱交換器は、空調ループの内部を循環する冷却流体と熱交換器と接触している車両へ流れる外部空気流との間の熱転送に対して、十分に最適化されているものである。また、冷却流体は、ハイドロフルオロカーボン（例えば、Ｒ１３４ａとして知られている流体）、またはハイドロフルオロオレフィンを基本とする化合物（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体）であり、また、空調ループは、「冷房モード」および「暖房モード」で動作することができ、冷却流体の循環の方向は、空調ループの動作モードに従って、熱交換器の内部で反転することができる。本発明の別の目的は、このような空調ループを得ることである。
【００１０】
本発明の熱交換器は、少なくとも２つのパス（２つのパスであることが望ましい）を有する熱交換器であり、２組のチューブに分割されたＮ個のチューブを備えている。この２組のチューブの中の第１の組は、第１のコレクタと第２のコレクタとの間に、Ｎ１個のチューブを有し、第２の組は、第２のコレクタと第３のコレクタとの間に、Ｎ２個のチューブを有している。比Ｎ１／Ｎは、１５％と５０％との間にある。
【００１１】
第１の実施形態においては、比Ｎ１／Ｎは、３５％と５０％との間にある（４０％と５０％との間にあることが望ましい）。比Ｎ１／Ｎは、たとえば３５％、または４０％、または４５％、または約５０％に等しい。
【００１２】
第２の実施形態においては、比Ｎ１／Ｎは、１５％と３５％との間にある（１５％と２５％との間にあることが望ましい）。比Ｎ１／Ｎは、たとえば、１５％、または２０％の程度、またはこれらの値と等しい。
【００１３】
第１のコレクタは、第１の区画と第２の区画とを有し、第３のコレクタは、第１のコレクタの第２の区画によって形成されることが望ましい。
【００１４】
本発明の空調ループは、上記した熱交換器を備えている。
【００１５】
以下に示す詳細な説明を読むことによって、本発明をよりよく理解することができ、また上記以外の特徴、および利点も更に明らかになると思う。なお、この詳細な説明は、添付図面に示す実施形態を参照して行うが、この実施形態は限定的なものではなく、単に、本発明の理解を助けるためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】欧州特許第１９８０８１１号明細書
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態における、２つの動作モードの空調ループのうちの１つを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における、２つの動作モードの空調ループの、別の１つを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における、２つの動作モードの空調ループのうちの１つを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における、２つの動作モードの空調ループの、別の１つを示す図である。
【図５】図１から図４に示した、本発明における第１および第２の実施形態の熱交換器を示す図である。
【図６】図１から図４に示した、本発明における第１および第２の実施形態の熱交換器を示す図である。
【図７】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第１のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気流との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる態様について示すグラフである。
【図８】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第１のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気流との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる態様について示すグラフである。
【図９】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第１のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気流との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる態様について示すグラフである。
【図１０】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第１のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気流との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる態様について示すグラフである。
【図１１】熱交換器の種々の異なる設定に対して、熱交換器の熱的動作性能の変化を示すグラフである。
【図１２】熱交換器の種々の異なる設定に対して、熱交換器の熱的動作性能の変化を示すグラフである。
【図１３】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第２のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる設定に対して示すグラフである。
【図１４】図５および図６に示した熱交換器の内部を循環する第２のタイプの冷却流体と熱交換器を通過する外部空気との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる設定に対して示すグラフである。
【図１５】熱交換器の種々の異なる設定に対して、熱交換器の熱的動作性能の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図４は、本発明による空調ループの第１の実施形態と第２の実施形態とを、それぞれ２つの動作モードに対して示している。
【００１９】
図１から図４に示すように、自動車は、暖房、換気、および／または空調設備を備え、車室の内部に放散される空気流の空気熱力学的パラメータを調整するようになっている。暖房、換気、および／または空調の設備は、ハウジング１を備え、このハウジング１は、プラスチック材料で作られて車両のダッシュボードの中に収容されている。暖房、換気、および／または空調設備は、空気流２の循環を導く役割を持ち、空気流２は、少なくとも１つの空気入口から少なくとも１つの空気出口へ循環し、その出口を経て、車両の車室内にある暖房、換気、および／または空調設備のハウジング１の外部に拡散される。
【００２０】
暖房、換気、および／または空調設備は、また、空調ループ３を備えて、空気流２の空気熱力学的パラメータ（特に、空気流２の温度）を調整するために、空気流２を車室の中に拡散させる前に、冷却流体ＦＲを、空調ループ３の内部で循環方向４に循環させる。冷却流体ＦＲは、例えば、ハイドロフルオロカーボン（例えば、Ｒ１３４ａとして知られている流体）、またはハイドロフルオロオレフィンを基本とした化合物（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体）、または他の任意の同様の冷却流体である。
【００２１】
空調ループ３は、圧縮機５と外部熱交換器６とを含み、圧縮機５は、冷却流体ＦＲを圧縮するようになっており、また外部熱交換器６は、車両のところの外部空気流７とアキュムレータ８との間で、熱量の交換を行うようになっている。
【００２２】
ある実施形態においては、アキュムレータ８は、空調ループ３の内部における冷却流体ＦＲの循環方向４に沿って、圧縮機５の上流の近くに配置され、液体状態にある冷却流体ＦＲを集める。
【００２３】
外部熱交換器６は、車両の前面に設置され、外部熱交換器６を通過する外部空気流７と熱交換を行うようになっていることが望ましい。外部熱交換器６は、車両の車室の中に拡散されるべき空気流２が、ハウジング１の内部に循環した後には、それとは接触しない方が有利である。その代わりに、空調ループ３は、内部熱交換器９を備えている。内部熱交換器９はハウジング１の中に収容され、中を空気流２が通過して、空気流２の空気熱力学的パラメータ（特に、その温度）が調整される。
【００２４】
第１の実施形態を、図１および図２に示す。この実施形態においては、空調ループ３は、第１のバイパス管１０を備えている。第１のバイパス管１０は、内部熱交換器９の内部への冷却流体ＦＲの循環を、許可または禁止するように適合なっている。
【００２５】
空調ループ３はまた、第１の膨張器１１を有し、第１の膨張器１１は、空調ループ３の内部における冷却流体ＦＲの循環方向４に沿って、外部熱交換器６と内部熱交換器９との間に配置されている。図１および図２の実施形態において、第１の膨張器１１は、空調ループ３の内部における冷却流体ＦＲの循環方向４にそって、第１のバイパス管１０と外部熱交換器６との間で、外部熱交換器６の上流に配置されている。
【００２６】
空調ループ３はまた、内部凝縮器１２を有し、内部凝縮器１２は、ハウジング１の中に収容され、空調ループ３の内部における冷却流体ＦＲの循環方向４に沿って、圧縮機５の下流すぐのところに配置されている。内部凝縮器１２は、冷却流体ＦＲを冷却する役目を有する。内部凝縮器１２における冷却流体ＦＲを冷却させると、内部凝縮器１２を通過する空気流２は加熱させられる。
【００２７】
空調ループ３はまた、第２の膨張器１３を有し、第２の膨張器１３は、内部凝縮器１２と外部熱交換器６との間に挿入されている。第２の膨張器１３は、第２のバイパス管１４に関連しており、第２の膨張器１３を通して、外部熱交換器６の方へ冷却流体ＦＲを循環させるか、または、第２の膨張器１３を迂回させることにより、内部凝縮器１２から外部熱交換器６の方へ、直接に冷却流体ＦＲを循環させることができる。
【００２８】
図１において、空調ループ３は、「冷房モード」における第１の実施形態に従って動作する。この構成では、冷却流体ＦＲは、圧縮機５から内部凝縮器１２に向かって循環し、第２のバイパス管１４を通して外部熱交換器６に向かって循環する。この構成では、外部熱交換器６は、凝縮器として動作して外部空気流７を加熱する。次に、冷却流体ＦＲは、第１の膨張器１１に循環して行き、その中で冷却流体ＦＲは膨張する。冷却流体ＦＲは、内部熱交換器９に向かって循環して行き、内部熱交換器９は、この構成では、蒸発器として動作して空気流２を冷却する。冷却流体ＦＲは更に、アキュムレータ８に向かって循環して行き、圧縮機５に戻る。この構成により、可能な限りの最大熱量を、外部空気流７に対して転送するようになっている外部熱交換器６が得られる。
【００２９】
図２においては、空調ループ３は、「暖房モード」における第１の実施形態に従って動作する。この場合には、冷却流体ＦＲは、圧縮機５から内部凝縮器１２に向かって循環し、その後、第２の膨張器１３を通して循環し、冷却流体ＦＲは膨張する。その後、外部熱交換器６に向かって循環して行き、外部熱交換器６は、蒸発器として動作して外部空気流７を冷却する。次に、第１のバイパス管１０を通して循環して行き、更にアキュムレータ８に向かって行き、圧縮機５に戻る。この構成により、可能な限りの最大熱量を外部空気流７から収集するように構成された外部熱交換器６を得ることができる。
【００３０】
この第１の実施形態においては、冷却流体ＦＲは、空調ループ３の動作モード（「暖房モード」または「冷房モード」に拘わらず、外部熱交換器６を通して同一の方向に循環する。すなわち、第２の膨張器１３および第２のバイパス管１４に関する、外部熱交換器６の第１の開口１５から、第１の膨張器１１および第１のバイパス管１０に関する、外部熱交換器６の第２の開口１６へ循環する。すなわち、この第１の実施形態においては、第１の開口１５は、外部熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成し、第２の開口１６は、外部熱交換器６の外部への冷却流体ＦＲの出力開口を構成している。
【００３１】
外部熱交換器６が、凝縮器として動作するか、または蒸発器として動作するかは、第１の開口１５の入口と第２の開口１６の出口とにおける冷却流体ＦＲの密度によって決まる。これら両者の密度は、お互いに異なっている。外部熱交換器６が凝縮器として動作するときには、冷却流体ＦＲは、第１の開口１５のところでは、全体または部分が気相であり、また、第２の開口１６のところでは、全体または部分が液相である。従って、第１の開口１５のところの冷却流体ＦＲの密度は、第２の開口１６のところの冷却流体ＦＲの密度よりも低い。外部熱交換器６における熱交換を最適にするためには、外部熱交換器６の入口のところの冷却流体ＦＲの行路部分を最大にすることが必要である。
【００３２】
反対に、外部熱交換器６が、蒸発器として動作するときには、冷却流体ＦＲは、第１の開口１５のところでは、気相と液相との混成であり、一方、第２の開口１６のところでは、冷却流体ＦＲは、全体または部分が気相である。従って、第１の開口１５のところの冷却流体ＦＲの密度は、第２の開口１６のところの冷却流体ＦＲの密度よりも高い。熱交換器６における熱交換を最適にするためには、外部熱交換器６の入口のところの冷却流体ＦＲの行路部分を最小にすることが必要である。
【００３３】
従って、これら２つの相反する最適化の間において、特別に適用可能な解を見出すことが必要になる。本発明は、外部熱交換器６に対して、主要かつ有利な動作特性に基づく解決策を提供するものである。
【００３４】
図３および図４に示す第２の実施形態においては、空調ループ３は、外部熱交換器６の内部で冷却流体ＦＲの循環方向４を反転させるようになっている４ウェイバルブ１７を含んでいる。この構成では、空調ループ３は膨張器１８を含み、膨張器１８は、外部熱交換器６と内部熱交換器９との間で、内部熱交換器９の上流に挿入されている。
【００３５】
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に多くの要素を含んでいる。従って、特に指摘しない限り、これらの要素は、以前に記述したものと同じ特性と仕様とを有する。従って、それらは、第１の実施形態の記述に関連して与えたもの同じである。
【００３６】
図３において、空調ループ３は、「冷房モード」で、第２の実施形態に従って動作する。この構成では、冷却流体ＦＲは、圧縮機５から４ウェイバルブ１７に循環する。４ウェイバルブ１７は、冷却流体ＦＲを外部熱交換器６の第１の開口１５に向かって循環させるように構成されている。冷却流体ＦＲは、外部熱交換器６を通して流れ、第２の開口１６に循環する。外部熱交換器６は、この構成では、凝縮器として動作し、冷却流体ＦＲは、凝縮器の内部で、外部空気流７に熱を転送することにより冷却される。冷却流体ＦＲは、外部熱交換器６から出て膨張器１８へ循環し、膨張器１８の中で膨張する。そして、内部熱交換器９を通して循環する。この構成では、内部熱交換器９は蒸発器として動作し、それを通過する空気流２を冷却する。更に、冷却流体は、再び４ウェイバルブ１７に結合する。４ウェイバルブ１７は、アキュムレータ８に冷却流体ＦＲを循環させ、更に、圧縮機５に再び戻すように構成されている。この構成により、可能な限りの最大熱量を、外部空気流７に対して転送するように構成された外部熱交換器６を得ることができる。
【００３７】
図４において、空調ループ３は、「暖房モード」で、第２の実施形態に従って動作する。この構成では、冷却流体ＦＲは、圧縮機５から４ウェイバルブ１７に循環する。４ウェイバルブ１７は、冷却流体ＦＲを内部熱交換器９に向かって循環させるように構成されている。この構成により、内部熱交換器９は凝縮器として動作し、内部熱交換器９を通して流れる空気流２を加熱する。その後、冷却流体ＦＲは、膨張器１８へ循環し、第２の開口１６を介して外部熱交換器６の中へ入る。冷却流体ＦＲは、外部熱交換器６を通して流れる。外部熱交換器６は蒸発器として動作し、その後、冷却流体ＦＲは、第１の開口１５を介して、外部熱交換器６の外に排出される。冷却流体ＦＲは、冷却流体ＦＲをアキュムレータ８に循環させるように構成された４ウェイバルブ１７に再び流れ、圧縮機５に戻る。この構成により、可能な限りの最大熱量を、外部空気流７から吸収するようになっている外部熱交換器６を得ることができる。
【００３８】
この第２の実施形態においては、冷却流体ＦＲは、空調ループ３の動作モードに従って、外部熱交換器６の内部を反対の方向に循環する。具体的には、「冷房モード」では、冷却流体ＦＲは、４ウェイバルブ１７における第１の開口１５から、膨張器１８に関わる第２の開口１６に循環する。すなわち、この動作モードでは、第１の開口１５は、外部熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成する。また、第２の開口１６は、熱交換器６から外への冷却流体ＦＲの出力開口を構成する。
【００３９】
反対に、「暖房モード」では、冷却流体ＦＲは、膨張器１８における第２の開口１６から、４ウェイバルブ１７に関わる第１の開口１５に循環する。すなわち、この動作モードでは、第１の開口１５は、外部熱交換器６の外への冷却流体ＦＲの出力開口を構成し、第２の開口１６は、熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成する。
【００４０】
冷却流体ＦＲと外部空気流７との間の熱交換を最適にするために、外部熱交換器６の入口のところの冷却流体ＦＲの行路部分と、外部熱交換器６の出口のところの冷却流体ＦＲの行路部分との間の差は、考慮するべき問題とはならない。その理由は、第１の開口１５および第２の開口１６は、入力開口か、または出力開口かのどちらかになるからである。
【００４１】
本発明は、外部熱交換器６を提案するものであり、これにより外部熱交換器６の２つの場合の間で、可能な限りの最良の動作性能を有利に達成することができる。１つの場合では、「冷房モード」と「暖房モード」とにおいて最適化された動作性能を得ることができる。また別の場合で、２つの反対の構成の間で最適な構成を得ることができる。ここでは、第１の開口１５は、熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口であるか、または、熱交換器６から外への冷却流体ＦＲの出力開口であるかによって、最適な構成を得ることができる。第２の開口１６に関しても同様である。
【００４２】
図５および図６に示す熱交換器６によって、所望の結果を達成することができる。両図は、本発明による熱交換器を示すものである。
【００４３】
熱交換器６は、少なくとも２つのパスを有する交換器であり、複数個Ｎのチューブ１９を備えている。チューブ１９は、少なくとも２組のチューブ１９に分割されている。図５および図６の例は、２組だけのチューブ１９を備えている。しかし、本発明は、２組よりも多くの組のチューブ１９を含む熱交換器に対しても等しく適用することができる。
【００４４】
熱交換器６は、２つのパスを有する交換器であり、２つのパスは複数個Ｎのチューブ１９を有し、それらは、２組のチューブ１９に分割されていることが望ましい。図５および図６の例においては、第１の組のチューブ１９は、Ｎ１個のチューブ１９を含んでいる。第２の組のチューブ１９は、Ｎ２個のチューブ１９を含んでいる。従って、熱交換器６のチューブ１９の数Ｎは、第１の組のチューブ１９の数Ｎ１と、第２の組のチューブ１９の数Ｎ２との和に等しい。
【００４５】
第１の組のチューブ１９は、第１のコレクタ２１と第２のコレクタ２２との間に位置している。第１の組のチューブ１９は、第１のコレクタ２１の第１の区画２０と第２のコレクタ２２との間に位置していることが望ましい。
【００４６】
第２の組のチューブ１９は、第２のコレクタ２２と第３のコレクタ２３との間に含まれている。図５および図６に示すように、第３のコレクタは、第１のコレクタ２１の第２の区画２３によって形成されていると有利である。
【００４７】
チューブ１９は、互いに同じものであり、チューブ１９のそれぞれは、互いに等しい断面Ａを有する。そのため、外部熱交換器６の入口のところの冷却流体ＦＲの行路の断面は、第１の組のチューブ１９の数Ｎ１に比例している。同様に、外部熱交換器６の出口のところの冷却流体ＦＲの行路の断面は、第２の組のチューブ１９の数Ｎ２に直接に比例している。
【００４８】
好適な実施形態においては、第１のコレクタ２１と第２のコレクタ２２とは、それぞれ、熱交換器６の反対の端に設けられている。第１のコレクタ２１は、第１の区画２０と第２の区画２３とから構成され、これら２つの区画は、互いに気密になるように構成されている。第１の区画２０は、第２の区画２３に並べて配置されている。第１の区画２０には第１の開口１５が設けられ、また第２の区画２３には第２の開口１６が設けられている。スペーサ２４が２つの隣接したチューブ１９の間に挿入され、冷却流体ＦＲと外部空気流７との間の熱交換を容易にしている。
【００４９】
チューブ１９は互いに並行に配置され、第１の組のＮ１個のチューブ１９は、その中を冷却流体ＦＲが第１の方向Ｓ１に流れ、また、第２の組のＮ２個のチューブ１９は、その中を第１の方向と反対の第２の方向Ｓ２に冷却流体ＦＲが流れる。
【００５０】
ここには示していない別の実施形態においては、第２の組のＮ２個のチューブ１９は、第２の組のＮ２個のチューブ１９の一部に対しては、第１の方向Ｓ１とは反対の方向の第２の方向Ｓ２に冷却流体が流れ、また第２の組のＮ２個のチューブ１９の別の部分に対しては、第１の方向Ｓ１に流れるようになっており、冷却流体は、交互に、および／または継続して流れることができる。
【００５１】
図５に基づいて更に詳細に説明すると、外部熱交換器６の第１の開口１５は、外部熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成している。また、外部熱交換器６の第２の開口１６は、熱交換器６の外に向っての冷却流体ＦＲの出力開口を構成している。図５に示す外部熱交換器６は、図１〜図３に示した動作モードに従って、空調ループ３の中に一体化されるようになっている。
【００５２】
図６において更に詳細に説明すると、外部熱交換器６の第１の開口１５は、外部熱交換器６の外に向かう冷却流体ＦＲの出力開口を構成している。また、外部熱交換器６の第２の開口１６は、熱交換器６の内部への冷却流体ＦＲの入力開口を構成している。図６に示す外部熱交換器６は、図４に示した動作モードに従って、空調ループ３の中に一体化されるようになっている。
【００５３】
このような熱交換器６の熱的動作性能は、比Ｎ１／Ｎが１０％と５０％との間にある熱交換器６の特性を好ましいものとする。従って、本発明においては、熱交換器６のＮ個のチューブの中、その半分以下の数のチューブが第１の区画２０と第２のコレクタ２２との間に設けられる。すなわち、本発明においては、熱交換器６は、Ｎ１とＮ２との間の不等式関係を証明している。
【００５４】
このように、熱交換器６の内部において冷却流体ＦＲの循環を分布させることにより、「冷房モード」および「暖房モード」動作に対して、最適な動作性能を得ることができる。またそればかりではなく、それぞれ図５および図６に示した、熱交換器６の内部における冷却流体ＦＲの循環に関して、２つの反対の構成に対しても、最適な動作性能を得ることができる。
【００５５】
従って、このような熱交換器６に対して、比較的任意な形の空調ループ３であって、その内部に冷却流体ＦＲが循環する、空調ループ３の上で最適に動作するようになっている、ユニークな熱交換器６を得ることができる。この場合、冷却流体ＦＲは、ハイドロフルオロカーボン（特に、Ｒ１３４ａとして知られている流体）で構成してもよいし、またはハイドロフルオロオレフィンを基本とした化合物（特に、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体）で構成してもよい。
【００５６】
図７〜図１２では、冷却流体ＦＲはＲ１３４ａであり、外部熱交換器６は、外部空気流７の方向に垂直とされた前面を有する。すなわち、図５および図６に示す面と平行である。前面は、２０ｄｍ2から３１．８ｄｍ2の間である。
【００５７】
図７および図８は、「冷房モード」において、冷却流体ＦＲと外部空気流７との間で交換される電力Ｐの変化を、熱交換器６を通して流れる外部空気流７の流速に対して、比Ｎ１／Ｎの関数として示すものである。流速は、それぞれ、１．５ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、および３ｍ／ｓである。
【００５８】
さらに詳細には、図７は、３１．８ｄｍ2に等しい前面を有する熱交換器６の場合での交換される電力Ｐの変化を示し、また、図８は、２０ｄｍ2に等しい前面を有する熱交換器６の場合での交換される電力Ｐの変化を示している。どちらの場合も、交換される電力Ｐは、比Ｎ１／Ｎが可能な範囲で最も高い値を取るときに最大になる。
【００５９】
図７および図８は、熱交換器６の前面の特定な２つの値に対して、熱交換器６において交換される電力Ｐの変化の２つの例を示しているが、本発明はこれらの値に限定されるものではなく、他の値の前面を有する熱交換器６に対しても、等しく適用することができる。
【００６０】
図９および図１０は、「暖房モード」において、冷却流体ＦＲと外部空気流７との間で交換される電力Ｐの変化を、外部熱交換器６を流れる外部空気流７の温度に対して、比Ｎ１／Ｎの関数として示すものである。温度は、外部熱交換器６の上流で、それぞれ、０℃、−５℃、および−１０℃である。
【００６１】
さらに詳細には、図９は、３１．８ｄｍ2と等しい前面を有する熱交換器６の場合での交換される電力Ｐの変化を示し、また、図１０は、２０ｄｍ2に等しい前面を有する熱交換器６の場合での交換される電力Ｐの変化を示している。どちらの場合も、交換される電力Ｐは、比Ｎ１／Ｎが、可能な範囲で最も低い値を取るときに最大になる。
【００６２】
図７〜図１０は、熱交換器６の前面の特定の２つの値に対して、熱交換器６において交換される電力Ｐの変化の２つの例を示しているが、本発明はこれらの値に限定されるものではなく、他の値の前面を有する熱交換器６に対しても、等しく適用することができる。
【００６３】
従って、考慮する２つのモードのそれぞれにおいて、交換される電力Ｐの積に比例する比Ｒを決定することが可能である。比Ｒの変化は、図１１および図１２に示されている。図１１は、前表面が２０ｄｍ2の場合であり、図１２は、前表面が３１．８ｄｍ2の場合である。図１１および図１２では、比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが、３０％と５０％との間の範囲で最適になる。すなわち、比Ｒは最大になる。さらに詳細には、比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが３５％と４５％との間の範囲で最適になる。できれば、４０％の程度が望ましい。
【００６４】
図１３〜図１５は、図５および図６に示す熱交換器の内部を循環する第２のタイプの冷却流体と熱交換器を通して流れる外部空気との間で交換される電力の変化を、熱交換器の種々の異なる設定に対して示すグラフである。
【００６５】
図１３〜図１５では、冷却流体ＦＲはＨＦＯ１２３４ｙｆであり、熱交換器６は、その前面が、３１．８ｄｍ2程度の面積を有する外部空気流７の流れの方向に対して直交するように配置されている。
【００６６】
図１３は、「冷房モード」において冷却流体ＦＲと外部空気流７との間で交換される電力Ｐの変化を、熱交換器６を通して流れる外部空気流７の速度に対して、比Ｎ１／Ｎの関数として示すものである。外部空気流７の速度は、それぞれ、１．５ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、および３ｍ／ｓである。交換される電力Ｐは、比Ｎ１／Ｎが可能な範囲で最も高い値を取るときに最大になる。
【００６７】
図１４は、「暖房モード」において冷却流体ＦＲと外部空気流７との間で交換される電力Ｐの変化を、外部熱交換器６の入り口のところの外部空気流７の温度に対して、比Ｎ１／Ｎの関数として示すものである。温度は、それぞれ、０℃、−５℃、および−１０℃である。交換される電力Ｐは、比Ｎ１／Ｎが可能な範囲で最も低い値を取るときに最大になる。
【００６８】
従って、２つのモードのそれぞれにおいて、交換される電力Ｐの積に比例した比Ｒを決定することが可能である。比Ｒの変化は、図１５に示されている。比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが３５％と５０％との間の範囲で最適になる。すなわち、比Ｒは最大になる。さらに詳細には、比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが４０％と５０％との間の範囲で最適になる。できれば、４５％の程度が望ましい。
【００６９】
また、冷却流体ＦＲとして、ハイドロフルオロカーボン（例えば、Ｒ１３４ａとして知られている流体）、またはハイドロフルオロオレフィンを基本とした化合物（例えば、ＨＦＯ１２３４ｙｆとして知られている流体）のどちらの場合も、熱交換器６の内部で冷却流体ＦＲの循環の方向が変化する場合には、比Ｎ１／Ｎは、１５％と３５％との間の範囲で最適になる。さらに詳細には、比Ｒは、比Ｎ１／Ｎが１５％と２５％との間の値を取るときに最適になる。できれば、２０％程度が望ましい。
【００７０】
しかしながら、これらの動作例は、本発明の単なる実施例として挙げたものであることを理解されるべきである。無論のことながら、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、これらは単に例として提供したものである。本発明は、種々の変更、代替の形、および他の変形を含み、これらは、本発明の技術分野における当業者には理解されると思う。また、本発明は、上記した種々の異なる実施形態の全ての組み合わせを含むものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの組のチューブ（１９）に分割されたＮ個のチューブ（１９）を含む、少なくとも２つのパスを有する熱交換器（６）であって、
前記チューブ（１９）の第１の組は、第１のコレクタ（２１）と第２のコレクタ（２２）との間にあるＮ１個のチューブ（１９）を含み、また第２の組は、第２のコレクタ（２２）と第３のコレクタ（２３）との間にあるＮ２個のチューブ（１９）を含み、
比Ｎ１／Ｎが、１５％と５０％との間にあることを特徴とする熱交換器（６）。
【請求項２】
前記比Ｎ１／Ｎは、３５％と５０％の間にあることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器（６）。
【請求項３】
前記比Ｎ１／Ｎは、３５％に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（６）。
【請求項４】
前記比Ｎ１／Ｎは、４０％に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（６）。
【請求項５】
前記比Ｎ１／Ｎは、４５％に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（６）。
【請求項６】
前記比Ｎ１／Ｎは、５５％に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（６）。
【請求項７】
前記比Ｎ１／Ｎは、１５％と３５％との間にあることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器（６）。
【請求項８】
前記比Ｎ１／Ｎは、１５％に等しいことを特徴とする、請求項１または７に記載の熱交換器（６）。
【請求項９】
前記比Ｎ１／Ｎは、２０％に等しいことを特徴とする、請求項１または７に記載の熱交換器（６）。
【請求項１０】
前記第１のコレクタ（２１）は、第１の区画（２０）と第２の区画（２３）とを含み、前記第３のコレクタは、前記第１のコレクタ（２１）の前記第２の区画（２３）によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器（６）。
【請求項１】
２つの組のチューブ（１９）に分割されたＮ個のチューブ（１９）を含む、少なくとも２つのパスを有する熱交換器（６）であって、
前記チューブ（１９）の第１の組は、第１のコレクタ（２１）と第２のコレクタ（２２）との間にあるＮ１個のチューブ（１９）を含み、また第２の組は、第２のコレクタ（２２）と第３のコレクタ（２３）との間にあるＮ２個のチューブ（１９）を含み、
比Ｎ１／Ｎが、１５％と５０％との間にあることを特徴とする熱交換器（６）。
【請求項２】
前記比Ｎ１／Ｎは、３５％と５０％の間にあることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器（６）。
【請求項３】
前記比Ｎ１／Ｎは、３５％に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（６）。
【請求項４】
前記比Ｎ１／Ｎは、４０％に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（６）。
【請求項５】
前記比Ｎ１／Ｎは、４５％に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（６）。
【請求項６】
前記比Ｎ１／Ｎは、５５％に等しいことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（６）。
【請求項７】
前記比Ｎ１／Ｎは、１５％と３５％との間にあることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器（６）。
【請求項８】
前記比Ｎ１／Ｎは、１５％に等しいことを特徴とする、請求項１または７に記載の熱交換器（６）。
【請求項９】
前記比Ｎ１／Ｎは、２０％に等しいことを特徴とする、請求項１または７に記載の熱交換器（６）。
【請求項１０】
前記第１のコレクタ（２１）は、第１の区画（２０）と第２の区画（２３）とを含み、前記第３のコレクタは、前記第１のコレクタ（２１）の前記第２の区画（２３）によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器（６）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公表番号】特表２０１３−５０１９０９（Ｐ２０１３−５０１９０９Ａ）
【公表日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２４１７９（Ｐ２０１２−５２４１７９）
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６０９０３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１８３３２
【国際公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（５１０３３７４１４）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６０９０３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１８３３２
【国際公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（５１０３３７４１４）
【Ｆターム（参考）】
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