自動車用空調装置に用いられる熱交換器
【課題】媒体の流通する熱交換器における圧力損失の低減を図り、所望圧力で前記媒体を流通させて安定的な熱交換を行う。
【解決手段】自動車１８におけるフロント部分には、室外熱交換器２４が配置され、該室外熱交換器２４は、例えば、暖房運転が行われる際に冷媒の導入される第１ポート４４と、前記第１ポート４４から内部に導入された前記冷媒を、外部へと導出する第２ポート４６とを含む。そして、第２ポート４６の通路径Ｄ２が、第１ポート４４の通路径Ｄ１に対してほぼ２倍を超え、且つ、ほぼ２．８倍以内となる範囲内で設定されている。
【解決手段】自動車１８におけるフロント部分には、室外熱交換器２４が配置され、該室外熱交換器２４は、例えば、暖房運転が行われる際に冷媒の導入される第１ポート４４と、前記第１ポート４４から内部に導入された前記冷媒を、外部へと導出する第２ポート４６とを含む。そして、第２ポート４６の通路径Ｄ２が、第１ポート４４の通路径Ｄ１に対してほぼ２倍を超え、且つ、ほぼ２．８倍以内となる範囲内で設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷房機能及び暖房機能を兼ね備えた自動車用空調装置に用いられ、自動車の車室内に送風される空気を冷却・加熱するための車両用空調装置に用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、冷媒の流通方向を切り換えることによって車室内に冷気を供給する冷房運転と、前記車室内に暖気を供給する暖房運転とを行うことが可能な自動車用空調装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００３】
この自動車用空調装置では、例えば、暖房運転時においては、圧縮機で圧縮された冷媒が切換弁の切換作用下に室内に配置された熱交換器へと供給され、該熱交換器で熱交換された後、自動車の前方に配置された別の熱交換器へと供給され、蒸発した後、再び前記圧縮機へと循環するサイクルとしている。また、冷房運転時には、上述した切換弁を切り換えることによって、冷媒を暖房運転時とは反対方向に流通させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７０７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、媒体を流通させて熱交換を行う際における圧力損失の低減を図り、所望圧力で前記媒体を流通させて安定的な熱交換を行うことが可能な自動車用空調装置に用いられる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明は、自動車の車室内へ供給される空気を、冷却又は加熱する自動車用空調装置に用いられる熱交換器において、
前記熱交換器は、ハウジングと、
該ハウジングの側部に設けられ、暖房運転時において熱交換を行うための媒体が供給される第１通路と、
前記第１通路と同様に前記ハウジングの側部に設けられ、前記暖房運転時において、前記ハウジング内を循環した前記媒体を外部へと排出する第２通路と、
を備え、
前記第２通路の内径が、前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定されることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、熱交換器を構成するハウジングの側部に、暖房運転時において、熱交換を行うために媒体が供給される第１通路と、前記ハウジング内を循環した前記媒体を外部へと排出する第２通路とを備え、前記第２通路の内径を、前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定している。
【０００８】
従って、媒体が第１通路から導入されハウジングを通じて熱交換された後、第２通路から導出される暖房運転時において、前記第２通路の内径を前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定することにより、暖房運転時における圧力損失を低減することができ、前記媒体を所望圧力で下流側へと流通させることができると共に、冷房運転時における圧力損失を増加させることもない。その結果、自動車の車室内へ供給される空気を冷却又は加熱可能な熱交換器において、暖房運転時における圧力損失を低減し、暖房性能を向上させることができ、しかも、冷房運転時においても、冷房性能を低下させることなく所望の冷房性能を維持することが可能となる。
【０００９】
また、第２通路の内径を、第１通路の内径に対してほぼ２．８倍より小さく設定するとさらに好適である。
【００１０】
さらに、第１通路の内径を、５ｍｍに設定し、第２通路の内径を、１０ｍｍを超過し、且つ、１４ｍｍ未満の範囲内に設定するとよい。
【００１１】
さらにまた、第１通路を、ハウジングの側部に形成された第１ポート又は配管とし、第２通路を、前記ハウジングの側部に形成された第２ポート又は配管とするとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１３】
すなわち、熱交換器を構成するハウジングの側部に、暖房運転時において、熱交換を行うために媒体が供給される第１通路と、前記ハウジング内を循環した前記媒体を外部へと排出する第２通路とを備え、前記第２通路の内径を、前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定することにより、前記媒体が第１通路から導入され第２通路から導出される暖房運転時において、熱交換器における圧力損失を低減することができ、前記媒体を所望圧力で下流側へと流通させることができると共に、冷房運転時における圧力損失を増加させることもない。その結果、自動車の車室内へ供給される空気を冷却又は加熱可能な熱交換器において、暖房運転時における圧力損失を低減し、暖房性能を向上させることができ、しかも、冷房運転時においても、所望の冷房性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係る熱交換器が適用される自動車用空調装置の全体構成図である。
【図２】図１の自動車用空調装置におけるシャッタ近傍の拡大図である。
【図３】図１の自動車用空調装置における室外熱交換器を示す外観斜視図である。
【図４】暖房運転時における室外熱交換器の第２ポートの通路径と圧力損失との関係を示す特性曲線図である。
【図５】図１の自動車用空調装置の暖房運転時を示す概略回路構成図である。
【図６】図５の冷房運転時を示す概略回路構成図である。
【図７】図７Ａは、暖房運転時における従来の熱交換器と本願発明の熱交換器における圧力損失の関係を示す比較図であり、図７Ｂは、冷房運転時における従来の熱交換器と本願発明の熱交換器における圧力損失の関係を示す比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る自動車用空調装置に用いられる熱交換器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１６】
図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る熱交換器が用いられた自動車用空調装置を示す。
【００１７】
この自動車用空調装置１０は、図１及び図２に示されるように、冷媒（媒体）を吸入圧縮する圧縮機１２と、冷媒の供給方向を制御する四方弁１４と、前記四方弁１４から前記圧縮機１２に向かう前記冷媒の通路中に配設されるアキュムレータ１６と、自動車１８の室内に連通するユニット２０内に配設される室内熱交換器２２と、前記自動車１８のフロント部分に配設される室外熱交換器（熱交換器）２４と、前記室内熱交換器２２及び室外熱交換器２４間に配設される開度調整可能な２つの第１及び第２電磁弁２６、２８と、前記圧縮機１２、前記第１及び第２電磁弁２６、２８等を駆動制御する制御装置３０とを備える。
【００１８】
室内熱交換器２２には、室内ファン３２が近接して配置される。また、ユニット２０の室内側には、デフロスタ吹出口３４、フェイス吹出口３６及びフット吹出口３８がそれぞれ設けられ、各吹出口３４、３６、３８は、ダンパ４０により開閉可能に構成される。
【００１９】
また、室外熱交換器２４には、図３に示されるように、内部に冷媒が流通する流路を有した本体部（ハウジング）４２と、例えば、暖房運転が行われる際に該本体部４２に冷媒が導入される第１ポート（第１通路）４４と、前記第１ポート４４から導入された前記冷媒を、前記本体部４２の内部を通じて外部へと導出する第２ポート（第２通路）４６とを含む。なお、第１ポート４４は、例えば、冷房運転時においては、四方弁１４の切換作用下に４２の内部を流通した冷媒が導出される出口側のポートとして機能し、反対に、第２ポート４６は、前記冷媒が前記本体部４２へと導入される入口側のポートとして機能する。
【００２０】
第１及び第２ポート４４、４６は、例えば、本体部４２における同一側面に設けられ、互いに所定間隔離間して配置されると共に、前記側面から突出した管状に形成される。そして、第１及び第２ポート４４、４６には、冷媒の流通する配管（第１通路、第２通路）４７ａ、４７ｂがそれぞれ接続されている（図３参照）。
【００２１】
この第２ポート４６の通路径Ｄ２（内径）は、例えば、第１ポート４４の通路径Ｄ１が５ｍｍに設定された場合、第２ポート４６の通路径Ｄ２は、１０ｍｍを超え、且つ、１４ｍｍ以内となる範囲内（１０＜Ｄ２≦１４）に設定される。換言すれば、第２ポート４６の通路径Ｄ２は、第１ポート４４の通路径Ｄ１（内径）に対してほぼ２倍を超え、且つ、ほぼ２．８倍以下となる大きさに設定される（２×Ｄ１＜Ｄ２≦２．８×Ｄ１）。
【００２２】
この第２ポート４６の通路径Ｄ２は、暖房運転時において該第２ポート４６における圧力損失の変化に基づいて設定される。その詳細について、図４を参照しながら簡単に説明する。なお、図４は、自動車用空調装置１０の暖房運転状態において、室外熱交換器２４における第１ポート４４の通路径Ｄ１を、例えば、５ｍｍとし、第２ポート４６の通路径Ｄ２を変化させた場合に該第２ポート４６側で生じる圧力損失の変化を示した特性曲線図である。
【００２３】
この図４から諒解されるように、第２ポート４６の通路径Ｄ２と圧力損失との関係は、前記第２ポート４６の通路径を大きくするのに伴って前記圧力損失が徐々に小さくなる。詳細には、第２ポート４６の通路径Ｄ２が、１０ｍｍを超えた辺りから圧力損失の変化率が小さくなることが諒解されるため、該通路径Ｄ２が１０ｍｍを超え、すなわち、第１ポート４４における通路径Ｄ１のほぼ２倍を超過するように設定することが好ましい。
【００２４】
換言すれば、第２ポート４６の通路径Ｄ２を、１０ｍｍ以下（Ｄ２≦１０）とした場合には、急激に圧力損失が増加していることが諒解されるため、前記通路径Ｄ２をこの範囲内に設定することは好ましくない。
【００２５】
また、圧力損失は、第２ポート４６の通路径Ｄ２を約１４ｍｍに設定した辺りから、その変化率が小さくなることが諒解されるため、前記通路径Ｄ２を、１４ｍｍ以内、すなわち、第１ポート４４における通路径Ｄ１のほぼ２．８倍以内となるように設定することが好ましい。なお、通路径Ｄ２は、上述した１４ｍｍ以上とした場合でも、図６から諒解されるように圧力損失が小さく、且つ、その変化率も小さいため、この範囲内に設定するようにしてもよい。
【００２６】
図１及び図２に示されるように、自動車１８のエンジン４８は、ウォーターポンプ５０によって流動する冷却水が供給されるウォータージャケット５２を備える。ウォータージャケット５２には、室外熱交換器２４に近接配置されるラジエータ５４がサーモスタット５６を介して接続される。なお、サーモスタット５６とウォーターポンプ５０とは、バイパス通路５８によって接続される。
【００２７】
ラジエータ５４には、図２に示すように、一対の室外ファン６０が近接して配置される。この室外ファン６０は、リード線６２を介してそれぞれ制御装置３０に接続され、該制御装置３０によって駆動制御されている。
【００２８】
また、室外ファン６０は、制御装置３０からの駆動信号が入力されていない非駆動状態においては、空転するように設けられている。
【００２９】
ウォータージャケット５２には、ユニット２０内に配設されるヒータコア６４がウォーターバルブ６６を介して接続される。なお、室内熱交換器２２とヒータコア６４との間には、ヒータコア６４を室内熱交換器２２から遮断するためのダンパ６８が配設される。
【００３０】
一方、室外熱交換器２４及びラジエータ５４と自動車１８の外部とを連通するダクト７０には、該ダクト７０を開閉するための複数のシャッタ７２が配設される。各シャッタ７２は、図示しない駆動部による駆動作用下に支軸７４を介してダクト７０に回動可能に設けられる。なお、この駆動部は、例えば、通電作用下に駆動するステッピングモータを有したアクチュエータからなる。
【００３１】
なお、上述した室外熱交換器２４においては、第１ポート４４の通路径Ｄ１と、第２ポート４６の通路径Ｄ２が、それぞれ略一定径で設定される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、第１及び第２ポート４４、４６を、図示しない他の配管等に対して加締めて接続する際、前記通路径Ｄ１、Ｄ２が部分的に小さくなることが想定される。換言すれば、第１及び第２ポート４４、４６は、部分的に半径内方向に縮径している。
【００３２】
一般的に、圧力損失は、流体の流通する通路径が最も小さくなる部位（最小径部位）に起因して増加するため、上述したような場合には、流体の圧力損失に起因する通路径Ｄ１、Ｄ２は、半径内方向に縮径し、最も小径となる部位に設定されることとなる。
【００３３】
また、例えば、第１及び第２ポート４４、４６の通路径Ｄ１、Ｄ２と比較し、該第１及び第２ポート４４、４６に接続される配管４７ａ、４７ｂの内周径の方が小さく設定されている場合には、該第１ポート４４に接続される一方の配管４７ａの内周径に対して、前記第２ポート４６に接続される他方の配管４７ｂの内周径が、ほぼ２倍を超えるように形成すればよい。
【００３４】
本発明の実施の形態に係る熱交換器が用いられた自動車用空調装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３５】
先ず、自動車用空調装置１０において暖房運転を行う場合の動作について図１及び図５を参照しながら説明する。
【００３６】
例えば、自動車１８の外気温が略１０℃以下の暖房モード域の際、シャッタ７２が回動してダクト７０を閉塞状態とする。すなわち、図示しない駆動部の駆動作用下にシャッタ７２が支軸７４を中心として回動させダクト７０を閉塞する。
【００３７】
次に、ドライバＤが、自動車用空調装置１０の図示しない操作パネルを操作し、暖房運転を選択すると、ダンパ４０が動作し、デフロスタ吹出口３４、フェイス吹出口３６及びフット吹出口３８の開閉状態が適宜設定されると共に、圧縮機１２から吐出される冷媒が室内熱交換器２２側に供給されるように、四方弁１４が図５の状態に切り換えられる。
【００３８】
そして、圧縮機１２で圧縮され吐出された冷媒は、四方弁１４を介して室内熱交換器２２に供給されて凝縮される。この際、室内ファン３２によって供給された空気は、室内熱交換器２２によって加温された後、ヒータコア６４を介して選択されたデフロスタ吹出口３４、フェイス吹出口３６又はフット吹出口３８から室内に供給される。
【００３９】
また、エンジン４８によって加熱された冷却水は、ウォーターポンプ５０により、ウォータージャケット５２からウォーターバルブ６６を介してヒータコア６４に供給されている。従って、室内ファン３２によって室内熱交換器２２に供給され加温された空気は、ヒータコア６４を通過することでさらに加温され、室内に供給される。
【００４０】
一方、室内熱交換器２２に供給された冷媒は、全開状態に設定されている第１電磁弁２６から所定の開度に設定された第２電磁弁２８に供給されることで霧状の低温低圧の冷媒となった後、第１ポート４４を介して室外熱交換器２４に供給されて蒸発する。そのとき、蒸発する冷媒が室外熱交換器２４の周囲の空気から冷却熱を汲み上げる。
【００４１】
そして、蒸発した冷媒は、室外熱交換器２４の第２ポート４６から導出され、四方弁１４を経てアキュムレータ１６に供給された後、冷媒の気体の部分が圧縮機１２によって吸入されることにより、冷房運転が継続される。
【００４２】
次に、自動車用空調装置１０において冷房運転を行う場合の動作について図１及び図６を参照しながら説明する。
【００４３】
例えば、自動車１８の外気温が高い冷房モード域の際、シャッタ７２はダクト７０を開成状態としている。すなわち、図示しない駆動部の駆動作用下にシャッタ７２が支軸７４を中心として回動させダクト７０を開成している。
【００４４】
次に、ドライバＤが、自動車用空調装置１０の図示しない操作パネルを操作し、冷房運転を選択すると、ダンパ４０が動作し、デフロスタ吹出口３４、フェイス吹出口３６及びフット吹出口３８の開閉状態が適宜設定されると共に、圧縮機１２から吐出される冷媒が室外熱交換器２４側に供給されるように、四方弁１４が図６の状態に切り換えられる。また、ウォーターバルブ６６が閉塞され、ヒータコア６４に対する冷却水の供給が阻止される。
【００４５】
そして、圧縮機１２で圧縮され吐出された冷媒は、四方弁１４を介して室外熱交換器２４の第２ポート４６へと導入され、該室外熱交換器２４の本体部４２で凝縮されると共に、室外ファン６０によって取り込まれた外気により冷却される。
【００４６】
次いで、冷媒は、第２電磁弁２８を介して第１電磁弁２６に供給され、霧状になった後、室内熱交換器２２において蒸発することにより、室内ファン３２によって供給された外気を冷却し、室内を冷房する。蒸発した冷媒は、四方弁１４からアキュムレータ１６に供給された後、冷媒の気体の部分が圧縮機１２によって吸入されることにより、冷房運転が継続される。
【００４７】
以上のように、本実施の形態では、室外熱交換器２４を構成する本体部４２の側面に、例えば、暖房運転が行われる際に該本体部４２に冷媒が導入される第１ポート４４と、前記第１ポート４４から導入された前記冷媒を、前記本体部４２の内部を通じて外部へと導出する第２ポート４６とが設けられ、管状に形成された第１及び第２ポート４４、４６は、該第２ポート４６の通路径Ｄ２（内径）が、第１ポート４４の通路径Ｄ１（内径）に対してほぼ２倍を超え、且つ、ほぼ２．８倍以内となる範囲内で設定されている。
【００４８】
一般的に、従来から冷房機能と暖房機能とを兼ね備えた自動車用空調装置１０に用いられる熱交換器においては、冷房運転のみを想定した第１及び第２ポート４４、４６の通路径Ｄ１、Ｄ２に設定されており、前記第１ポート４４の通路径Ｄ１と、前記第２ポート４６の通路径Ｄ２との比率が、１：１．５に設定されている。この場合、冷房運転時には何ら問題がないが、暖房運転時において、冷媒の導出される第２ポート４６側での圧力損失が大きく、該圧力損失の増加に起因して前記冷媒の流量低下が発生するため、暖房性能の低下を招くと共に、前記冷媒の流量低下に伴った圧縮機１２の耐久性の低下が懸念される。
【００４９】
これに対して、本願発明では、暖房運転時において冷媒の導入される第１ポート４４の通路径Ｄ１に対する第２ポート４６の通路径Ｄ２の比率を大きく設定することにより、暖房運転時における暖房性能を向上させつつ、圧力損失の低減を図ることができる（図７Ａ参照）。また、圧力損失が生じた際に懸念される冷媒の流量低下を回避することができ、圧縮機１２の耐久性低下を防止することができる。
【００５０】
また、冷房運転時においても、冷房性能を維持しつつ、冷媒の圧力損失を若干だけ低減することができる（図７Ｂ参照）。
【００５１】
すなわち、室外熱交換器２４において、第２ポート４６の通路径Ｄ２を、第１ポート４４の通路径Ｄ１に対してほぼ２倍を超え、且つ、ほぼ２．８倍以内の通路径となるように設定することにより、暖房運転時における暖房性能を向上させつつ圧力損失を低減することが可能となり、しかも、冷房運転時における前記圧力損失も若干だけ低減することができる。
【００５２】
なお、本発明に係る自動車用空調装置に用いられる熱交換器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５３】
１０…自動車用空調装置 １２…圧縮機
１４…四方弁 １８…自動車
２２…室内熱交換器 ２４…室外熱交換器
２６…第１電磁弁 ２８…第２電磁弁
３０…制御装置 ３２…室内ファン
４２…本体部 ４４…第１ポート
４６…第２ポート ４８…エンジン
５４…ラジエータ ６０…室外ファン
６４…ヒータコア ７０…ダクト
７２…シャッタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷房機能及び暖房機能を兼ね備えた自動車用空調装置に用いられ、自動車の車室内に送風される空気を冷却・加熱するための車両用空調装置に用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、冷媒の流通方向を切り換えることによって車室内に冷気を供給する冷房運転と、前記車室内に暖気を供給する暖房運転とを行うことが可能な自動車用空調装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００３】
この自動車用空調装置では、例えば、暖房運転時においては、圧縮機で圧縮された冷媒が切換弁の切換作用下に室内に配置された熱交換器へと供給され、該熱交換器で熱交換された後、自動車の前方に配置された別の熱交換器へと供給され、蒸発した後、再び前記圧縮機へと循環するサイクルとしている。また、冷房運転時には、上述した切換弁を切り換えることによって、冷媒を暖房運転時とは反対方向に流通させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７０７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、媒体を流通させて熱交換を行う際における圧力損失の低減を図り、所望圧力で前記媒体を流通させて安定的な熱交換を行うことが可能な自動車用空調装置に用いられる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明は、自動車の車室内へ供給される空気を、冷却又は加熱する自動車用空調装置に用いられる熱交換器において、
前記熱交換器は、ハウジングと、
該ハウジングの側部に設けられ、暖房運転時において熱交換を行うための媒体が供給される第１通路と、
前記第１通路と同様に前記ハウジングの側部に設けられ、前記暖房運転時において、前記ハウジング内を循環した前記媒体を外部へと排出する第２通路と、
を備え、
前記第２通路の内径が、前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定されることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、熱交換器を構成するハウジングの側部に、暖房運転時において、熱交換を行うために媒体が供給される第１通路と、前記ハウジング内を循環した前記媒体を外部へと排出する第２通路とを備え、前記第２通路の内径を、前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定している。
【０００８】
従って、媒体が第１通路から導入されハウジングを通じて熱交換された後、第２通路から導出される暖房運転時において、前記第２通路の内径を前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定することにより、暖房運転時における圧力損失を低減することができ、前記媒体を所望圧力で下流側へと流通させることができると共に、冷房運転時における圧力損失を増加させることもない。その結果、自動車の車室内へ供給される空気を冷却又は加熱可能な熱交換器において、暖房運転時における圧力損失を低減し、暖房性能を向上させることができ、しかも、冷房運転時においても、冷房性能を低下させることなく所望の冷房性能を維持することが可能となる。
【０００９】
また、第２通路の内径を、第１通路の内径に対してほぼ２．８倍より小さく設定するとさらに好適である。
【００１０】
さらに、第１通路の内径を、５ｍｍに設定し、第２通路の内径を、１０ｍｍを超過し、且つ、１４ｍｍ未満の範囲内に設定するとよい。
【００１１】
さらにまた、第１通路を、ハウジングの側部に形成された第１ポート又は配管とし、第２通路を、前記ハウジングの側部に形成された第２ポート又は配管とするとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１３】
すなわち、熱交換器を構成するハウジングの側部に、暖房運転時において、熱交換を行うために媒体が供給される第１通路と、前記ハウジング内を循環した前記媒体を外部へと排出する第２通路とを備え、前記第２通路の内径を、前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定することにより、前記媒体が第１通路から導入され第２通路から導出される暖房運転時において、熱交換器における圧力損失を低減することができ、前記媒体を所望圧力で下流側へと流通させることができると共に、冷房運転時における圧力損失を増加させることもない。その結果、自動車の車室内へ供給される空気を冷却又は加熱可能な熱交換器において、暖房運転時における圧力損失を低減し、暖房性能を向上させることができ、しかも、冷房運転時においても、所望の冷房性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係る熱交換器が適用される自動車用空調装置の全体構成図である。
【図２】図１の自動車用空調装置におけるシャッタ近傍の拡大図である。
【図３】図１の自動車用空調装置における室外熱交換器を示す外観斜視図である。
【図４】暖房運転時における室外熱交換器の第２ポートの通路径と圧力損失との関係を示す特性曲線図である。
【図５】図１の自動車用空調装置の暖房運転時を示す概略回路構成図である。
【図６】図５の冷房運転時を示す概略回路構成図である。
【図７】図７Ａは、暖房運転時における従来の熱交換器と本願発明の熱交換器における圧力損失の関係を示す比較図であり、図７Ｂは、冷房運転時における従来の熱交換器と本願発明の熱交換器における圧力損失の関係を示す比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る自動車用空調装置に用いられる熱交換器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１６】
図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る熱交換器が用いられた自動車用空調装置を示す。
【００１７】
この自動車用空調装置１０は、図１及び図２に示されるように、冷媒（媒体）を吸入圧縮する圧縮機１２と、冷媒の供給方向を制御する四方弁１４と、前記四方弁１４から前記圧縮機１２に向かう前記冷媒の通路中に配設されるアキュムレータ１６と、自動車１８の室内に連通するユニット２０内に配設される室内熱交換器２２と、前記自動車１８のフロント部分に配設される室外熱交換器（熱交換器）２４と、前記室内熱交換器２２及び室外熱交換器２４間に配設される開度調整可能な２つの第１及び第２電磁弁２６、２８と、前記圧縮機１２、前記第１及び第２電磁弁２６、２８等を駆動制御する制御装置３０とを備える。
【００１８】
室内熱交換器２２には、室内ファン３２が近接して配置される。また、ユニット２０の室内側には、デフロスタ吹出口３４、フェイス吹出口３６及びフット吹出口３８がそれぞれ設けられ、各吹出口３４、３６、３８は、ダンパ４０により開閉可能に構成される。
【００１９】
また、室外熱交換器２４には、図３に示されるように、内部に冷媒が流通する流路を有した本体部（ハウジング）４２と、例えば、暖房運転が行われる際に該本体部４２に冷媒が導入される第１ポート（第１通路）４４と、前記第１ポート４４から導入された前記冷媒を、前記本体部４２の内部を通じて外部へと導出する第２ポート（第２通路）４６とを含む。なお、第１ポート４４は、例えば、冷房運転時においては、四方弁１４の切換作用下に４２の内部を流通した冷媒が導出される出口側のポートとして機能し、反対に、第２ポート４６は、前記冷媒が前記本体部４２へと導入される入口側のポートとして機能する。
【００２０】
第１及び第２ポート４４、４６は、例えば、本体部４２における同一側面に設けられ、互いに所定間隔離間して配置されると共に、前記側面から突出した管状に形成される。そして、第１及び第２ポート４４、４６には、冷媒の流通する配管（第１通路、第２通路）４７ａ、４７ｂがそれぞれ接続されている（図３参照）。
【００２１】
この第２ポート４６の通路径Ｄ２（内径）は、例えば、第１ポート４４の通路径Ｄ１が５ｍｍに設定された場合、第２ポート４６の通路径Ｄ２は、１０ｍｍを超え、且つ、１４ｍｍ以内となる範囲内（１０＜Ｄ２≦１４）に設定される。換言すれば、第２ポート４６の通路径Ｄ２は、第１ポート４４の通路径Ｄ１（内径）に対してほぼ２倍を超え、且つ、ほぼ２．８倍以下となる大きさに設定される（２×Ｄ１＜Ｄ２≦２．８×Ｄ１）。
【００２２】
この第２ポート４６の通路径Ｄ２は、暖房運転時において該第２ポート４６における圧力損失の変化に基づいて設定される。その詳細について、図４を参照しながら簡単に説明する。なお、図４は、自動車用空調装置１０の暖房運転状態において、室外熱交換器２４における第１ポート４４の通路径Ｄ１を、例えば、５ｍｍとし、第２ポート４６の通路径Ｄ２を変化させた場合に該第２ポート４６側で生じる圧力損失の変化を示した特性曲線図である。
【００２３】
この図４から諒解されるように、第２ポート４６の通路径Ｄ２と圧力損失との関係は、前記第２ポート４６の通路径を大きくするのに伴って前記圧力損失が徐々に小さくなる。詳細には、第２ポート４６の通路径Ｄ２が、１０ｍｍを超えた辺りから圧力損失の変化率が小さくなることが諒解されるため、該通路径Ｄ２が１０ｍｍを超え、すなわち、第１ポート４４における通路径Ｄ１のほぼ２倍を超過するように設定することが好ましい。
【００２４】
換言すれば、第２ポート４６の通路径Ｄ２を、１０ｍｍ以下（Ｄ２≦１０）とした場合には、急激に圧力損失が増加していることが諒解されるため、前記通路径Ｄ２をこの範囲内に設定することは好ましくない。
【００２５】
また、圧力損失は、第２ポート４６の通路径Ｄ２を約１４ｍｍに設定した辺りから、その変化率が小さくなることが諒解されるため、前記通路径Ｄ２を、１４ｍｍ以内、すなわち、第１ポート４４における通路径Ｄ１のほぼ２．８倍以内となるように設定することが好ましい。なお、通路径Ｄ２は、上述した１４ｍｍ以上とした場合でも、図６から諒解されるように圧力損失が小さく、且つ、その変化率も小さいため、この範囲内に設定するようにしてもよい。
【００２６】
図１及び図２に示されるように、自動車１８のエンジン４８は、ウォーターポンプ５０によって流動する冷却水が供給されるウォータージャケット５２を備える。ウォータージャケット５２には、室外熱交換器２４に近接配置されるラジエータ５４がサーモスタット５６を介して接続される。なお、サーモスタット５６とウォーターポンプ５０とは、バイパス通路５８によって接続される。
【００２７】
ラジエータ５４には、図２に示すように、一対の室外ファン６０が近接して配置される。この室外ファン６０は、リード線６２を介してそれぞれ制御装置３０に接続され、該制御装置３０によって駆動制御されている。
【００２８】
また、室外ファン６０は、制御装置３０からの駆動信号が入力されていない非駆動状態においては、空転するように設けられている。
【００２９】
ウォータージャケット５２には、ユニット２０内に配設されるヒータコア６４がウォーターバルブ６６を介して接続される。なお、室内熱交換器２２とヒータコア６４との間には、ヒータコア６４を室内熱交換器２２から遮断するためのダンパ６８が配設される。
【００３０】
一方、室外熱交換器２４及びラジエータ５４と自動車１８の外部とを連通するダクト７０には、該ダクト７０を開閉するための複数のシャッタ７２が配設される。各シャッタ７２は、図示しない駆動部による駆動作用下に支軸７４を介してダクト７０に回動可能に設けられる。なお、この駆動部は、例えば、通電作用下に駆動するステッピングモータを有したアクチュエータからなる。
【００３１】
なお、上述した室外熱交換器２４においては、第１ポート４４の通路径Ｄ１と、第２ポート４６の通路径Ｄ２が、それぞれ略一定径で設定される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、第１及び第２ポート４４、４６を、図示しない他の配管等に対して加締めて接続する際、前記通路径Ｄ１、Ｄ２が部分的に小さくなることが想定される。換言すれば、第１及び第２ポート４４、４６は、部分的に半径内方向に縮径している。
【００３２】
一般的に、圧力損失は、流体の流通する通路径が最も小さくなる部位（最小径部位）に起因して増加するため、上述したような場合には、流体の圧力損失に起因する通路径Ｄ１、Ｄ２は、半径内方向に縮径し、最も小径となる部位に設定されることとなる。
【００３３】
また、例えば、第１及び第２ポート４４、４６の通路径Ｄ１、Ｄ２と比較し、該第１及び第２ポート４４、４６に接続される配管４７ａ、４７ｂの内周径の方が小さく設定されている場合には、該第１ポート４４に接続される一方の配管４７ａの内周径に対して、前記第２ポート４６に接続される他方の配管４７ｂの内周径が、ほぼ２倍を超えるように形成すればよい。
【００３４】
本発明の実施の形態に係る熱交換器が用いられた自動車用空調装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３５】
先ず、自動車用空調装置１０において暖房運転を行う場合の動作について図１及び図５を参照しながら説明する。
【００３６】
例えば、自動車１８の外気温が略１０℃以下の暖房モード域の際、シャッタ７２が回動してダクト７０を閉塞状態とする。すなわち、図示しない駆動部の駆動作用下にシャッタ７２が支軸７４を中心として回動させダクト７０を閉塞する。
【００３７】
次に、ドライバＤが、自動車用空調装置１０の図示しない操作パネルを操作し、暖房運転を選択すると、ダンパ４０が動作し、デフロスタ吹出口３４、フェイス吹出口３６及びフット吹出口３８の開閉状態が適宜設定されると共に、圧縮機１２から吐出される冷媒が室内熱交換器２２側に供給されるように、四方弁１４が図５の状態に切り換えられる。
【００３８】
そして、圧縮機１２で圧縮され吐出された冷媒は、四方弁１４を介して室内熱交換器２２に供給されて凝縮される。この際、室内ファン３２によって供給された空気は、室内熱交換器２２によって加温された後、ヒータコア６４を介して選択されたデフロスタ吹出口３４、フェイス吹出口３６又はフット吹出口３８から室内に供給される。
【００３９】
また、エンジン４８によって加熱された冷却水は、ウォーターポンプ５０により、ウォータージャケット５２からウォーターバルブ６６を介してヒータコア６４に供給されている。従って、室内ファン３２によって室内熱交換器２２に供給され加温された空気は、ヒータコア６４を通過することでさらに加温され、室内に供給される。
【００４０】
一方、室内熱交換器２２に供給された冷媒は、全開状態に設定されている第１電磁弁２６から所定の開度に設定された第２電磁弁２８に供給されることで霧状の低温低圧の冷媒となった後、第１ポート４４を介して室外熱交換器２４に供給されて蒸発する。そのとき、蒸発する冷媒が室外熱交換器２４の周囲の空気から冷却熱を汲み上げる。
【００４１】
そして、蒸発した冷媒は、室外熱交換器２４の第２ポート４６から導出され、四方弁１４を経てアキュムレータ１６に供給された後、冷媒の気体の部分が圧縮機１２によって吸入されることにより、冷房運転が継続される。
【００４２】
次に、自動車用空調装置１０において冷房運転を行う場合の動作について図１及び図６を参照しながら説明する。
【００４３】
例えば、自動車１８の外気温が高い冷房モード域の際、シャッタ７２はダクト７０を開成状態としている。すなわち、図示しない駆動部の駆動作用下にシャッタ７２が支軸７４を中心として回動させダクト７０を開成している。
【００４４】
次に、ドライバＤが、自動車用空調装置１０の図示しない操作パネルを操作し、冷房運転を選択すると、ダンパ４０が動作し、デフロスタ吹出口３４、フェイス吹出口３６及びフット吹出口３８の開閉状態が適宜設定されると共に、圧縮機１２から吐出される冷媒が室外熱交換器２４側に供給されるように、四方弁１４が図６の状態に切り換えられる。また、ウォーターバルブ６６が閉塞され、ヒータコア６４に対する冷却水の供給が阻止される。
【００４５】
そして、圧縮機１２で圧縮され吐出された冷媒は、四方弁１４を介して室外熱交換器２４の第２ポート４６へと導入され、該室外熱交換器２４の本体部４２で凝縮されると共に、室外ファン６０によって取り込まれた外気により冷却される。
【００４６】
次いで、冷媒は、第２電磁弁２８を介して第１電磁弁２６に供給され、霧状になった後、室内熱交換器２２において蒸発することにより、室内ファン３２によって供給された外気を冷却し、室内を冷房する。蒸発した冷媒は、四方弁１４からアキュムレータ１６に供給された後、冷媒の気体の部分が圧縮機１２によって吸入されることにより、冷房運転が継続される。
【００４７】
以上のように、本実施の形態では、室外熱交換器２４を構成する本体部４２の側面に、例えば、暖房運転が行われる際に該本体部４２に冷媒が導入される第１ポート４４と、前記第１ポート４４から導入された前記冷媒を、前記本体部４２の内部を通じて外部へと導出する第２ポート４６とが設けられ、管状に形成された第１及び第２ポート４４、４６は、該第２ポート４６の通路径Ｄ２（内径）が、第１ポート４４の通路径Ｄ１（内径）に対してほぼ２倍を超え、且つ、ほぼ２．８倍以内となる範囲内で設定されている。
【００４８】
一般的に、従来から冷房機能と暖房機能とを兼ね備えた自動車用空調装置１０に用いられる熱交換器においては、冷房運転のみを想定した第１及び第２ポート４４、４６の通路径Ｄ１、Ｄ２に設定されており、前記第１ポート４４の通路径Ｄ１と、前記第２ポート４６の通路径Ｄ２との比率が、１：１．５に設定されている。この場合、冷房運転時には何ら問題がないが、暖房運転時において、冷媒の導出される第２ポート４６側での圧力損失が大きく、該圧力損失の増加に起因して前記冷媒の流量低下が発生するため、暖房性能の低下を招くと共に、前記冷媒の流量低下に伴った圧縮機１２の耐久性の低下が懸念される。
【００４９】
これに対して、本願発明では、暖房運転時において冷媒の導入される第１ポート４４の通路径Ｄ１に対する第２ポート４６の通路径Ｄ２の比率を大きく設定することにより、暖房運転時における暖房性能を向上させつつ、圧力損失の低減を図ることができる（図７Ａ参照）。また、圧力損失が生じた際に懸念される冷媒の流量低下を回避することができ、圧縮機１２の耐久性低下を防止することができる。
【００５０】
また、冷房運転時においても、冷房性能を維持しつつ、冷媒の圧力損失を若干だけ低減することができる（図７Ｂ参照）。
【００５１】
すなわち、室外熱交換器２４において、第２ポート４６の通路径Ｄ２を、第１ポート４４の通路径Ｄ１に対してほぼ２倍を超え、且つ、ほぼ２．８倍以内の通路径となるように設定することにより、暖房運転時における暖房性能を向上させつつ圧力損失を低減することが可能となり、しかも、冷房運転時における前記圧力損失も若干だけ低減することができる。
【００５２】
なお、本発明に係る自動車用空調装置に用いられる熱交換器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５３】
１０…自動車用空調装置 １２…圧縮機
１４…四方弁 １８…自動車
２２…室内熱交換器 ２４…室外熱交換器
２６…第１電磁弁 ２８…第２電磁弁
３０…制御装置 ３２…室内ファン
４２…本体部 ４４…第１ポート
４６…第２ポート ４８…エンジン
５４…ラジエータ ６０…室外ファン
６４…ヒータコア ７０…ダクト
７２…シャッタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車室内へ供給される空気を、冷却又は加熱する自動車用空調装置に用いられる熱交換器において、
前記熱交換器は、ハウジングと、
該ハウジングの側部に設けられ、暖房運転時において熱交換を行うための媒体が供給される第１通路と、
前記第１通路と同様に前記ハウジングの側部に設けられ、前記暖房運転時において、前記ハウジング内を循環した前記媒体を外部へと排出する第２通路と、
を備え、
前記第２通路の内径が、前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定されることを特徴とする自動車用空調装置に用いられる熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器において、
前記第２通路の内径は、前記第１通路の内径に対してほぼ２．８倍より小さく設定されることを特徴とする自動車用空調装置に用いられる熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱交換器において、
前記第１通路の内径は、５ｍｍに設定され、前記第２通路の内径は、１０ｍｍを超過し、且つ、１４ｍｍ以内となる範囲内で設定されることを特徴とする自動車用空調装置に用いられる熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記第１通路は、前記ハウジングの側部に形成された第１ポート又は配管からなり、前記第２通路は、前記ハウジングの側部に形成された第２ポート又は配管からなることを特徴とする自動車用空調装置に用いられる熱交換器。
【請求項１】
自動車の車室内へ供給される空気を、冷却又は加熱する自動車用空調装置に用いられる熱交換器において、
前記熱交換器は、ハウジングと、
該ハウジングの側部に設けられ、暖房運転時において熱交換を行うための媒体が供給される第１通路と、
前記第１通路と同様に前記ハウジングの側部に設けられ、前記暖房運転時において、前記ハウジング内を循環した前記媒体を外部へと排出する第２通路と、
を備え、
前記第２通路の内径が、前記第１通路の内径に対してほぼ２倍を超えるように設定されることを特徴とする自動車用空調装置に用いられる熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器において、
前記第２通路の内径は、前記第１通路の内径に対してほぼ２．８倍より小さく設定されることを特徴とする自動車用空調装置に用いられる熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱交換器において、
前記第１通路の内径は、５ｍｍに設定され、前記第２通路の内径は、１０ｍｍを超過し、且つ、１４ｍｍ以内となる範囲内で設定されることを特徴とする自動車用空調装置に用いられる熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記第１通路は、前記ハウジングの側部に形成された第１ポート又は配管からなり、前記第２通路は、前記ハウジングの側部に形成された第２ポート又は配管からなることを特徴とする自動車用空調装置に用いられる熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−６３０８４（Ｐ２０１１−６３０８４Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４２０２（Ｐ２００９−２１４２０２）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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