热交换器的制造方法
【专利说明】热交换器
[0001]相关申请的相互参照
[0002]本申请基于通过参考而将其公开内容引入本申请的、2012年11月13日申请的日本专利申请2012-249441。
技术领域
[0003]本发明涉及构成为能够在三种流体间进行热交换的复合型的热交换器。
【背景技术】
[0004]以往，已知有构成为能够在三种流体间进行热交换的复合型的热交换器。例如，在专利文献I中公开有一种复合型的热交换器，其将使从制冷循环系统的压缩机排出的排出冷媒(第一流体)与送风空气(第三流体)进行热交换而将排出冷媒所具有的热量向送风空气放热的冷媒放热器、以及使冷却发动机的冷却水(第二流体)与送风空气进行热交换而将冷却水所具有的热量向送风空气放热的散热器作为一个热交换器一体构成。
[0005]具体地说，在专利文献I中公开了如下的热交换器，其将供排出冷媒流动的冷媒用管和供冷却水流动的冷却水用管层叠配置，并在形成于相邻的冷媒用管与冷却水用管之间而供外部气体流通的外部气体通路中配置有能够实现冷媒用管与冷却水用管之间的热移动的外部翅片。由此，不仅能够实现冷媒与送风空气之间的热交换、冷却水与送风空气之间的热交换，还能够实现冷媒与冷却水之间的热交换。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2012-144245号公报
【发明内容】
[0009]然而，通常，在制冷循环系统中，对从冷媒放热器流出的冷媒的过冷却度进行控制，而使循环系统的制冷系数(COP)达到最大。
[0010]在此，根据本申请的发明人的研宄，在上述专利文献I所记载的复合型的热交换器中，在冷媒放热器中的对冷凝后的冷媒进行过冷却的过冷却部中，配置在形成过冷却部的冷媒管与和该冷媒管相邻的冷却水管之间的外部翅片中的、用于使冷却水所具有的热量向外部气体放出的区域过大，用于使排出冷媒所具有的热量向外部气体放出的区域变小。因此，为了使冷媒放热器出口侧的冷媒具有所希望的过冷却度，必须加长形成过冷却部的冷媒管的长度，增大与该冷媒管连接的外部翅片的总面积。
[0011]然而，冷媒放热器中的过冷却部与冷凝部(冷媒放热器中的过冷却部以外的放热部)相比，管壁面的传热率极低。另一方面，形成冷凝部的冷媒管的管壁面处的传热率高，热交换性能高。因此，若加长形成过冷却部的冷媒管的长度，则形成冷凝部的冷媒管的长度变短，作为冷媒放热器整体的热交换性能可能变差。
[0012]本发明鉴于上述点而作成，其目的在于在构成为能够在三种流体间进行热交换的复合型的热交换器中抑制作为热交换器整体的热交换性能的降低。
[0013]根据本发明的一方案，热交换器具有:内部供第一流体流通的多个第一管；内部供第二流体流通的多个第二管；将多个第一管及多个第二管层叠配置、并使第一流体及第二流体所具有的热量向第三流体放出的热交换部；设于多个第一管及多个第二管的周围、供第三流体流通的第三流体用通路；以及配置于第三流体用通路、促进第一流体与第三流体的热交换以及第二流体与第三流体的热交换的外部翅片。外部翅片具有将多个第一管彼此热连接的第一热连接部和将多个第一管与多个第二管热连接的第二热连接部。多个第一管分成多个组，多个第一管的多个组分别是使从同一空间分配出的第一流体向同一方向流动的通道。多个第一管具有形成第一流体流动方向上的最下游侧的通道即最终通道的最下游侧第一管，热交换部具有第一芯部，该第一芯部包括最下游侧第一管。在第一芯部中，第一热连接部的个数比第二热连接部的个数多。
[0014]根据该方案，在包括最下游侧第一管的热交换部中，第一热连接部的个数比第二热连接部的个数多，由此，在配置于由最下游侧第一管构成的热交换部的外部翅片中，用于使第一流体所具有的热量向第三流体放出的区域大于用于使第二流体所具有的热量向第三流体放出的区域。因此，能够使在最下游侧第一管内流通的第一流体所具有的热量充分地向第三流体放出。
[0015]由此，无需为了使热交换器出口侧的第一流体的温度成为所希望的温度而加长最下游侧第一管，即无需缩短未形成最终通道的第一管，因此能够抑制作为热交换器整体的热交换性能的降低。
[0016]需要说明的是，“第一管及第二管层叠配置”是指第一管及第二管以任意的顺序层叠配置，不限定第一管及第二管的配置顺序。此外，“第一热连接部的个数比第二热连接部的个数多”是指包括第二热连接部的个数为O的情况。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的第一实施方式的车辆用空调装置的示意图。
[0018]图2是第一实施方式的复合型的热交换器的立体图。
[0019]图3是第一实施方式的复合型的热交换器的分解立体图。
[0020]图4是图2的IV-1V剖视图。
[0021]图5是图2的V-V剖视图。
[0022]图6是用于说明第一实施方式的复合型的热交换器中的冷媒流动及冷却水流动的示意性的立体图。
[0023]图7是表示过冷却度与冷媒侧的放热性能的关系的特性图。
[0024]图8是本发明的第二实施方式所涉及的复合型的热交换器的第一芯部中的热交换部长边方向的示意性的剖视图。
[0025]图9是用于说明本发明的第三实施方式的复合型的热交换器中的冷媒流动及冷却水流动的示意性的立体图。
[0026]图10是用于说明本发明的第四实施方式的复合型的热交换器中的冷媒流动及冷却水流动的示意性的立体图。
[0027]图11是表示本发明的第五实施方式的热泵循环系统及冷却水回路的供暖运转时的流路等的不意图。
[0028]图12是表示第五实施方式的热泵循环系统及冷却水回路的除霜运转时的流路等的示意图。
[0029]图13是表示第五实施方式的热泵循环系统及冷却水回路的制冷运转时的流路等的示意图。
[0030]图14是表示本发明的第六实施方式的热泵循环系统及冷却水回路的供暖运转时的流路等的不意图。
[0031]图15是表示第六实施方式的热泵循环系统及冷却水回路的暖机运转时的流路等的示意图。
[0032]图16是表示第六实施方式的热泵循环系统及冷却水回路的制冷运转时的流路等的示意图。
[0033]图17是用于说明本发明的变形例的复合型的热交换器中的冷媒流动及冷却水流动的示意性的立体图。
【具体实施方式】
[0034]以下，参照【附图说明】用于实施本发明的多个方式。在各方式中，对与在先的方式中说明过的事项对应的部分标注相同的参照符号，有时省略重复的说明。在各方式中仅对结构的一部分进行说明的情况下，对于结构的其他部分可以应用在先说明过的其他方式。在各实施方式中不仅可以将具体明示能够组合的部分彼此组合，只要组合时不产生特别的障碍，即使没有明示也可以将实施方式彼此局部组合。
[0035](第一实施方式)
[0036]根据图1?图7说明本发明的第一实施方式。在本实施方式中，将本发明的热交换系统应用于从内燃机(发动机)及行驶用电动马达MG获得车辆行驶用的驱动力的、所谓的混合动力车辆的车辆用空调装置I。
[0037]混合动力车辆能够在根据车辆的行驶负载等使发动机动作或停止而从发动机及行驶用电动马达MG这双方获得驱动力来行驶的行驶状态、使发动机停止而仅从行驶用电动马达MG获得驱动力来行驶的行驶状态等之间进行切换。由此，混合动力车辆相对于仅能从发动机获得车辆行驶用的驱动力的通常的车辆而言，能够提高车辆燃料利用率。
[0038]应用于本实施方式的车辆用空调装置I的热交换系统包括:作为蒸气压缩式的制冷循环系统的热泵循环系统10 ;以及供冷却行驶用电动马达MG的冷却水循环的冷却水循环回路40等。
[0039]首先，热泵循环系统10在车辆用空调装置I中发挥冷却向作为空调对象空间的车室内送风的送风空气的功能。在该热泵循环系统10中，采用通常的氟利昂系冷媒作为冷媒，构成高压侧冷媒压力不超过冷媒的临界压力的亚临界制冷循环系统。需要说明的是，在冷媒中混入有用于对压缩机11进行润滑的冷冻机油，冷冻机油的一部分与冷媒一起在循环系统中循环。
[0040]压缩机11是配置在发动机室内、在热泵循环系统10中吸入冷媒、将其压缩并排出的构件，是利用电动马达Ilb对排出容量固定的固定容量型压缩机Ila进行驱动的电动压缩机。作为固定容量型压缩机11a，具体而言，可以采用涡旋型压缩机构、叶片型压缩机构等各种压缩机构。
[0041]电动马达Ilb是由从后述的控制装置输出的控制信号控制其动作(转数)的构件，可以采用交流马达、直流马达中的任一形式。并且，通过该转数控制来变更压缩机11的冷媒排出能力。因此，在本实施方式中，电动马达Ilb构成压缩机11的排出能力变更机构。
[0042]冷媒放热器12的冷媒入口侧与压缩机11的冷媒排出口连接。冷媒放热器12是配置在发动机室内、使从压缩机排出的排出冷媒(第一流体)与从送风风扇13输送来的作为热交换对象流体的外部气体(第三流体)进行热交换而使排出冷媒所具有的热量向外部气体放出的放热用热交换器。
[0043]此外，送风风扇13是由从控制装置输出的控制电压控制运转率、即转数(送风空气量)的电动式送风机。并且，本实施方式的冷媒放热器12与使作为冷却行驶用电动马达MG的热介质的冷却水(第二流体)与从送风风扇13输送来的外部气体进行热交换的后述的散热器(热介质放热器)43 —体构成。
[0044]因此，本实施方式的送风风扇13构成朝向冷媒放热器12及散热器43这双方吹送外部气体的室外送风机构。需要说明的是，一体化了的冷媒放热器12及散热器43(以下，称为复合型的热交换器70)的详细结构在后说明。
[0045]在冷媒放热器12的冷媒出口侧配置有使从冷媒放热器12流出的冷媒气液分离并储存多余液相冷媒的储存器14。并且，在储存器14的液相冷媒出口连接有温度式膨胀阀15的入口侧，在温度式膨胀阀15的出口侧连接有冷媒蒸发器16的冷媒入口侧。
[0046]温度式膨胀阀15是如下的减压机构:具有配置在冷媒蒸发器16出口侧的冷媒通路中的未图示的感温部，基于冷媒蒸发器16出口侧冷媒的温度和压力检测冷媒蒸发器16出口侧冷媒的过热度，以使冷媒蒸发器16出口侧冷媒的过热度成为预先设定的规定范围的值的方式通过机械式的机构调整阀开度(冷媒流量)。
[0047]冷媒蒸发器16是如下的冷却用热交换器:配置在室内空调单元30的壳体31内，使利用温度式膨胀阀15减压膨胀了的低压冷媒与向车室内送风吹送的送风空气进行热交换而使低压冷媒蒸发，从而对送风空气进行冷却。在冷媒蒸发器16的冷媒出口侧连接有压缩机11的冷媒吸入口。
[0048]接下来，对室内空调单元30进行说明。室内空调单元30配置在车室内最前部的仪表盘(仪表板控制台)的内侧，在形成其外壳的壳体31内收容有送风机32、所述的冷媒蒸发器16、电加热器36等。
[0049]壳体31在其内部形成有向车室内吹送的送风空气的空气通路，由具有一定程度的弹性且强度也良好的树脂(例如，聚丙烯)成形。在壳体31内的送风空气流动最上游侧配置有切换导入车室内空气(内部气体)与外部气体的内外部气体切换装置33。
[0050]在内外部气体切换装置33上形成有向壳体31内导入内部气体的内部气体导入口及导入外部气体的外部气体导入口。并且，在内外部气体切换装置33的内部配置有内外部气体切换门，该内外部气体切换门连续地调整内部气体导入口及外部气体导入口的开口面积，使内部气体的风量与外部气体的风量的风量比例变化。
[0051 ] 在内外部气体切换装置33的空气流动下游侧配置有将经由内外部气体切换装置33吸入的空气向车室内吹送的送风机32。该送风机32是通过电动马达驱动离心式多叶片风扇(西洛克风扇)的电动送风机，其转数(送风量)由从控制装置输出的控制电压控制。
[0052]在送风机32的空气流动下游侧，相对于送风空气的流动依次配置有冷媒蒸发器16及电加热器36。换言之，冷媒蒸发器16相对于电加热器36配置在送风空气的流动方向上游侧。电加热器36是具有PTC元件(正特性热敏电阻)、通过控制装置向PTC元件供给电力而发热从而加热通过冷媒蒸发器16后的空气的加热机构。
[0053]并且，在冷媒蒸发器16的空气流动下游侧且电加热器36的空气流动上游侧配置有空气混合门34，该空气混合门34调整通过冷媒蒸发器16后的送风空气中的、通过电加热器36的风量比例。此外，在电加热器36的空气流动下游侧设有混合空间35，该混合空间35使经由电加热器36与冷媒进行热交换而被加热了的送风空气与绕过电加热器36而未被加热的送风空气混合。
[0054]在壳体31的空气流动最下游部配置有将在混合空间35混合后的空调风向作为冷却对象空间的车室内吹出的吹出口。具体地说，作为该吹出口设有朝向车室内的乘坐人员的上半身吹出空调风的面部吹出口、朝向乘坐人员的脚边吹出空调风的足部吹出口、以及朝向车辆前挡风玻璃内侧面吹出空调风的除霜吹出口(均未图示)。
[0055]因此，通过空气混合门34对通过电加热器36的风量的比例进行调整，从而在混合空间35混合了的空调风的温度得以调整，从各吹出口吹出的空调风的温度得以调整。换句话说，空气混合门34构成调整向车室内送风的空调风的温度的温度调整机构。需要说明的是，空气混合门34由动作被从控制装置输出的控制信号控制的未图示的伺服马达驱动。
[0056]并且，在面部吹出口、足部吹出口及除霜吹出口的空气流动上游侧分别配置有调整面部吹出口的开口面积的面部门、调整足部吹出口的开口面积的足部门、调整除霜吹出口的开口面积的除霜门(均未图示)。
[0057]这些面部门、足部门、除霜门构成切换吹出口模式的吹出口模式切换机构，经由连杆机构等由其动作被从控制装置输出的控制信号控制的未图示的伺服马达驱动。
[0058]接下来，对冷