(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気（ＡＲ）から吸熱する冷媒（ＲＦ）が流される複数の冷媒チューブ（１６ａ、６１６ａ）、および前記冷媒に熱を供給するための媒体（ＷＴ）が流される複数の媒体チューブ（４３ａ、６４３ａ）を含む複数のチューブと、
隣接して配置された前記チューブの間に形成された複数の空気通路（１６ｂ、４３ｂ）に設けられ、隣接する前記チューブに接合された複数のフィン（５０、４５０）とを備え、
前記空気の流入側において、前記冷媒チューブと前記媒体チューブとが並んで配置されており、
前記フィン（５０、４５０）は、少なくとも前記媒体チューブ側において前記媒体チューブより前記空気（ＡＲ）の流れの上流側に向けて突出する突出部（５０ｂ、４５０ｂ）を有しており、
前記突出部は、前記冷媒チューブの近傍に霜の塊（ＦＲ）が厚く形成され、前記媒体チューブの近傍に霜の塊が薄く形成され、霜の塊が前記媒体チューブに到達する前に、前記空気の流れの上流側に面する端部（５０ｃ、４５０ｃ）が霜の塊で閉塞された後でも、前記突出部の前記媒体チューブ側の側部から前記空気通路へ前記空気を導入するように突出しており、
前記媒体チューブに流れる媒体は、除霜のための熱を供給するための除霜媒体であって、
前記空気の流入側において、前記冷媒チューブの両側に前記媒体チューブを位置させて、それらが並んで配置されており、
前記突出部は、前記冷媒チューブより、前記空気の流れの上流側に向けて突出し、
前記冷媒チューブの両側に配置された２つの前記突出部は、前記冷媒チューブの上流側において除霜によって生成した融解水を流すことができる隙間（５０ｄ）をそれらの間に形成しており、
複数の前記チューブは、重力方向の上下方向へ延びるように配置されており、前記隙間（５０ｄ）は、前記冷媒チューブ（１６ａ）に沿って延びていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記突出部は、前記冷媒チューブの近傍に霜の塊が厚く形成され、前記媒体チューブの近傍に霜の塊が薄く形成され、霜の塊が前記媒体チューブに到達する前に、前記空気の流れの上流側に面する端部が霜の塊で閉塞された後でも、前記突出部の前記媒体チューブ側の側部だけから前記空気通路へ前記空気を導入するように突出していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
複数の前記チューブは、前記空気の流れの上流側に位置する上流列と、前記上流列より下流側に位置する下流列とを形成するように配置されており、
前記上流列にある前記媒体チューブは、前記下流列にある前記冷媒チューブの前記空気の流れの上流側に位置付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記媒体は、エンジンの冷却水であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】
複数の前記チューブは、前記空気の流れの上流側に位置する上流列と、前記上流列より下流側に位置する下流列とを形成するように配置されており、
少なくとも前記上流列において前記冷媒チューブの両側に前記媒体チューブが位置するように、前記冷媒チューブと前記媒体チューブとが交互に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記冷媒チューブは、エンジンルーム内に配置された室外熱交換器を提供し、
前記媒体チューブは、ラジエータを提供することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記冷媒チューブの両側に配置された２つの前記フィンは、前記冷媒チューブに複数の山部を接合したコルゲートフィンであって、
複数の前記山部は、上下方向に沿って、前記冷媒チューブの両側に交互に位置づけられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項８】
前記フィンは、前記冷媒チューブに複数の山部を接合したコルゲートフィンであって、
前記冷媒チューブの高さ（Ｔｈｒ）は、前記フィンのピッチ（Ｆｐ）の半分より小さい（Ｔｈ＜Ｆｐ／２）ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項９】
前記冷媒チューブの高さ（Ｔｈｒ）は、前記媒体チューブの高さ（Ｔｈｗ）より小さい（Ｔｈｒ＜Ｔｈｗ）ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱交換器（７０）と、
前記冷媒チューブに冷媒を流し、冷媒に吸熱した熱を利用側熱交換器（１２）に供給する冷媒回路（１０）と、
前記媒体チューブに前記媒体を流す媒体回路（４０）と、
前記熱交換器における前記媒体の温度（Ｔ２）を、前記冷媒チューブ内の冷媒が吸熱するときの前記冷媒の温度（Ｔ１）より高い温度に制御する制御装置（１００）とを備えることを特徴とするヒートポンプサイクル。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記媒体の温度（Ｔ２）を、前記空気の温度（Ｔ３）と前記冷媒の温度（Ｔ１）との間に制御する（Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１）ことを特徴とする請求項１０に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記媒体の温度（Ｔ２）を、前記空気の温度（Ｔ３）および前記冷媒の温度（Ｔ１）より高く制御する（Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１）ことを特徴とする請求項１０に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項１３】
請求項４から請求項９のいずれかに記載の熱交換器（７０）と、
前記冷媒チューブに冷媒を流し、冷媒に吸熱した熱を利用側熱交換器（１２）に供給する冷媒回路（１０）と、
前記媒体チューブに前記媒体を流す媒体回路（４０）とを備え、
前記媒体チューブ（４３ａ）に流される前記媒体は、外部熱源（ＨＳ）からの熱を蓄える蓄熱媒体であって、
前記媒体回路は、前記冷媒チューブ内の冷媒が吸熱するときの温度より高い温度に、前記外部熱源（ＨＳ）の温度を維持することを特徴とするヒートポンプサイクル。
【請求項１４】
前記媒体回路は、前記冷媒チューブ（１６ａ）に流される冷媒に吸熱される熱を供給することを特徴とする請求項１３に記載のヒートポンプサイクル。
【請求項１５】
前記冷媒回路は、除霜時に、前記冷媒チューブ（１６ａ）に流される冷媒によって除霜のための熱を供給することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のヒートポンプサイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示された発明は、除霜に適した熱交換器およびその熱交換器を備えるヒートポンプサイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ヒートポンプサイクルと、その蒸発器の除霜制御を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２１９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、除霜によって生じる融解水の排出性に関して、十分な配慮が払われていない。このため、融解水をすばやく排出することができない。融解水は、除霜の進行を妨げることがある。例えば、融解水は、除霜のための熱を奪うことがある。また、別の側面では、融解水が熱交換器の表面に残留すると、再度氷結するという問題点があった。したがって、従来技術は除霜性能の面において改良が必要であった。
【０００５】
また、特許文献１の技術では、チューブからチューブへ向けて霜の塊がまっすぐに成長するから、熱交換器の空気通路が早期に閉塞するという問題点があった。したがって、従来技術は、耐着霜性能の面において改良が必要であった。
【０００６】
さらに、別の観点では、特許文献１の技術では、熱源の熱が有効活用されない。このため、すばやい除霜が困難であった。
【０００７】
開示された発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐着霜性能が改善された熱交換器およびそれを備えるヒートポンプサイクルを提供することである。
【０００８】
開示された発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、除霜性能が改善された熱交換器およびそれを備えるヒートポンプサイクルを提供することである。
【０００９】
開示された発明の他の目的は、除霜性能が改善され、しかも耐着霜性能が改善された熱交換器およびそれを備えるヒートポンプサイクルを提供することである。
【００１０】
開示された発明のさらに他の目的は、発明者らが特願２０１１−１２３１９９号において提案したヒートポンプサイクルに適用して好適な熱交換器およびそれを備えるヒートポンプサイクルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用することができる。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、空気（ＡＲ）から吸熱する冷媒（ＲＦ）が流される複数の冷媒チューブ（１６ａ、６１６ａ）、および冷媒に熱を供給するための媒体（ＷＴ）が流される複数の媒体チューブ（４３ａ、６４３ａ）を含む複数のチューブと、隣接して配置されたチューブの間に形成された複数の空気通路（１６ｂ、４３ｂ）に設けられ、隣接するチューブに接合された複数のフィン（５０、４５０）とを備え、空気の流入側において、冷媒チューブと媒体チューブとが並んで配置されており、フィン（５０、４５０）は、少なくとも媒体チューブ側において媒体チューブより空気（ＡＲ）の流れの上流側に向けて突出する突出部（５０ｂ、４５０ｂ）を有しており、突出部は、冷媒チューブの近傍に霜の塊（ＦＲ）が厚く形成され、媒体チューブの近傍に霜の塊が薄く形成され、霜の塊が媒体チューブに到達する前に、空気の流れの上流側に面する端部（５０ｃ、４５０ｃ）が霜の塊で閉塞された後でも、突出部の媒体チューブ側の側部から空気通路へ空気を導入するように突出しており、媒体チューブに流れる媒体は、除霜のための熱を供給するための除霜媒体であって、空気の流入側において、冷媒チューブの両側に媒体チューブを位置させて、それらが並んで配置されており、突出部は、冷媒チューブより、空気の流れの上流側に向けて突出し、冷媒チューブの両側に配置された２つの突出部は、冷媒チューブの上流側において除霜によって生成した融解水を流すことができる隙間（５０ｄ）をそれらの間に形成しており、複数のチューブは、重力方向の上下方向へ延びるように配置されており、隙間（５０ｄ）は、冷媒チューブ（１６ａ）に沿って延びていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、冷媒チューブには、空気から吸熱する冷媒が流される。冷媒チューブは、低温になるから、冷媒チューブおよびフィンには霜が発生する。霜は、冷媒チューブの近傍において大きく成長する。フィンは、媒体チューブ側において空気の流れの上流側に向けて突出する突出部を有する。媒体チューブには、冷媒に熱を供給するための媒体が流される。突出部の側部は、媒体チューブの近傍に位置付けられるから、側部は霜によって覆われにくい。よって、霜が発生しても、側部から空気を導入することができる。この構成によると、着霜による空気通路の閉塞を抑制できるから、耐着霜性に優れた熱交換器が提供される。
この構成によると、冷媒チューブには、空気から吸熱する冷媒が流される。冷媒チューブは、低温になるから、冷媒チューブおよびフィンには霜が発生する。霜は、冷媒チューブの近傍において大きく成長する。冷媒チューブの両側に配置された２つのフィンは、それらのそれぞれが突出部を有する。突出部は、冷媒チューブより、空気の流れの上流側において、除霜によって生成した融解水を流すことができる隙間を形成する。媒体チューブには、除霜のための媒体が流される。このとき、熱交換器上に発生した霜は融かされ、融解水となる。融解水は、冷媒チューブの近傍において多く発生する。隙間は冷媒チューブの上流側に形成されるから、融解水を効率的に流すことができる。このため、除霜性能を改善することができる。
この構成によると、隙間は、冷媒チューブに沿って、すなわち重力方向の上下方向に延びている。よって、融解水が重力によって流れやすい。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、突出部は、冷媒チューブの近傍に霜の塊が厚く形成され、媒体チューブの近傍に霜の塊が薄く形成され、霜の塊が媒体チューブに到達する前に、空気の流れの上流側に面する端部が霜の塊で閉塞された後でも、突出部の媒体チューブ側の側部だけから空気通路へ空気を導入するように突出していることを特徴とする。この構成によると、フィンの上流側の端部が閉塞されるほどに霜が成長しても、側部から空気を導入できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、複数のチューブは、空気の流れの上流側に位置する上流列と、上流列より下流側に位置する下流列とを形成するように配置されており、上流列にある媒体チューブと、下流列にある冷媒チューブとは、空気の流れ方向に沿って重複して位置付けられていることを特徴とする。この構成によると、上流列において媒体の熱の一部が空気に供給されても、下流列において空気から冷媒チューブに熱が供給される。よって、媒体の熱が効率的に冷媒に供給される。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、媒体は、エンジンの冷却水であることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、複数のチューブは、空気の流れの上流側に位置する上流列と、上流列より下流側に位置する下流列とを形成するように配置されており、少なくとも上流列において冷媒チューブの両側に媒体チューブが位置するように、冷媒チューブと媒体チューブとが交互に配置されていることを特徴とする。この構成によると、冷媒チューブを広い範囲に分散させることができる。この結果、着霜を広い範囲に分散させることができる。さらに、冷媒チューブの隣に媒体チューブが位置する。このため、除霜のための熱を、冷媒チューブの近傍に成長した霜の塊に効率的に伝えることができる。また、上流列に位置する冷媒チューブの上流側に、突出部の間の隙間を形成することができる。この結果、上流列に成長しやすい霜の塊からの融解水を効率的に流すことができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、冷媒チューブは、エンジンルーム内に配置された室外熱交換器を提供し、媒体チューブは、ラジエータを提供することを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、冷媒チューブの両側に配置された２つのフィンは、冷媒チューブに複数の山部を接合したコルゲートフィンであって、複数の山部は、上下方向に沿って、冷媒チューブの両側に交互に位置づけられていることを特徴とする。この構成によると、上下方向に沿って、山部が冷媒チューブの両側に交互に位置づけられている。上から下へ流れる融解水は、両側に位置する山部に左右交互に接触しながら流れ落ちてゆく。このため、融解水が水滴となって溜まることが抑制される。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、フィンは、冷媒チューブに複数の山部を接合したコルゲートフィンであって、冷媒チューブの高さ（Ｔｈｒ）は、フィンのピッチ（Ｆｐ）の半分より小さい（Ｔｈ＜Ｆｐ／２）ことを特徴とする。この構成によると、突出部の間に形成される隙間の高さは、冷媒チューブの高さＴｈｒに相当するから、隙間の高さをフィンピッチの半分より小さくすることができる。この結果、融解水は、隙間に流れ易くなる。コルゲートフィンの襞の間に融解水が溜まることが抑制される。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、冷媒チューブの高さ（Ｔｈｒ）は、媒体チューブの高さ（Ｔｈｗ）より小さい（Ｔｈｒ＜Ｔｈｗ）ことを特徴とする。この構成によると、冷媒チューブの上流側におけるフィン間の隙間を狭く形成し、媒体チューブの上流側におけるフィン間の隙間を広く形成することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱交換器（７０）と、冷媒チューブに冷媒を流し、冷媒に吸熱した熱を利用側熱交換器（１２）に供給する冷媒回路（１０）と、媒体チューブに媒体を流す媒体回路（４０）と、熱交換器における媒体の温度（Ｔ２）を、冷媒チューブ内の冷媒が吸熱するときの冷媒の温度（Ｔ１）より高い温度に制御する制御装置（１００）とを備えることを特徴とする。この構成によると、着霜による空気通路の閉塞を抑制できるから、耐着霜性に優れたヒートポンプサイクルが提供される。熱交換器における冷媒の温度より、熱交換器における媒体の温度が高く制御されることにより、突出部の側部への着霜が抑制される。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、制御装置は、媒体の温度（Ｔ２）を、空気の温度（Ｔ３）と冷媒の温度（Ｔ１）との間に制御する（Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１）ことを特徴とする。この構成によると、空気の熱が冷媒へ供給される。また、媒体の熱が冷媒へ供給される。さらに、空気の熱の一部は媒体を経由して冷媒に供給される。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、制御装置は、媒体の温度（Ｔ２）を、空気の温度（Ｔ３）および冷媒の温度（Ｔ１）より高く制御する（Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１）ことを特徴とする。この構成によると、空気の熱が冷媒へ供給される。また、媒体の熱が冷媒へ供給される。さらに、媒体の熱の一部は空気を経由して冷媒に供給される。
【００２６】
このヒートポンプサイクルは、上流列にある媒体チューブと、下流列にある冷媒チューブとが、空気の流れ方向に沿って重複して位置付けられている熱交換器に適している。この構成によると、上流列において媒体の熱の一部が空気に供給されても、下流列において空気から冷媒チューブに熱が供給される。よって、媒体の熱が効率的に冷媒に供給される。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、請求項４から請求項９のいずれかに記載の熱交換器（７０）と、冷媒チューブに冷媒を流し、冷媒に吸熱した熱を利用側熱交換器（１２）に供給する冷媒回路（１０）と、媒体チューブに媒体を流す媒体回路（４０）とを備え、媒体チューブ（４３ａ）に流される媒体は、外部熱源（ＨＳ）からの熱を蓄える蓄熱媒体であって、媒体回路は、冷媒チューブ内の冷媒が吸熱するときの温度より高い温度に、外部熱源（ＨＳ）の温度を維持することを特徴とする。この構成によると、除霜性能に優れた熱交換器を備えるヒートポンプサイクルが提供される。媒体チューブに流れる媒体の温度を、冷媒チューブ内の冷媒によって吸熱するときの温度よりも高くすることができる。しかも、除霜のための熱が蓄熱媒体に蓄えられる。この結果、大きい熱量を媒体チューブから霜へ供給することができる。大量の除霜のための熱量によって融解水が大量に生じても、隙間が融解水の通路として機能するから、融解水が迅速に排出される。このため、大量の除霜のための熱量によって除霜性能が改善されるとともに、融解水の迅速な排出によって除霜性能がさらに改善される。
【００２８】
請求項１４に記載の発明は、媒体回路は、冷媒チューブ（１６ａ）に流される冷媒に吸熱される熱を供給することを特徴とする。この構成によると、除霜媒体チューブ内に流される媒体によって、冷媒チューブの冷媒への吸熱が促進される。この結果、冷媒チューブの中の冷媒に多くの熱を吸熱させることができる。
【００２９】
請求項１５に記載の発明は、冷媒回路は、除霜時に、冷媒チューブ（１６ａ）に流される冷媒によって除霜のための熱を供給することを特徴とする。この構成によると、除霜媒体チューブから除霜のための熱が供給されるとともに、冷媒チューブからも除霜のための熱が供給される。このため、除霜性能が改善される。
【００３０】
なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】開示された発明の第１実施形態に係るヒートポンプサイクルの暖房運転時の流路を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の除霜運転時の流路を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態の廃熱回収運転時の流路を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態の冷房運転時の流路を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の除霜制御を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態の熱交換器の斜視図である。
【図７】第１実施形態の熱交換器の分解斜視図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を示す断面図である。
【図９】第１実施形態の熱交換器における流体の流れを示す斜視図である。
【図１０】図６のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。
【図１１】第１実施形態の熱交換器の一部分を拡大して示す正面図である。
【図１２】第１実施形態の熱交換器上の霜の成長を示す模式図である。
【図１３】第１実施形態の熱交換器の一部分を拡大して示す斜視図である。
【図１４】第１実施形態の熱交換器の一部分を拡大して示す斜視図である。
【図１５】第１比較例の熱交換器上の霜の変化を示す模式図である。
【図１６】第２比較例の熱交換器上の霜の変化を示す模式図である。
【図１７】第１実施形態の熱交換器上の霜の縮退を示す模式図である。
【図１８】開示された発明の第２実施形態に係る除霜運転時の流路を示すブロック図である。
【図１９】第２実施形態の熱交換器上の霜の縮退を示す模式図である。
【図２０】開示された発明の第３実施形態に係る熱交換器の断面図である。
【図２１】開示された発明の第４実施形態に係る熱交換器の断面図である。
【図２２】第４実施形態の熱交換器上の霜の成長を示す模式図である。
【図２３】開示された発明の第５実施形態の廃熱回収運転時の流路を示すブロック図である。
【図２４】第５実施形態の制御処理を示すフローチャートである。
【図２５】第５実施形態の熱交換器上の熱流を示す模式図である。
【図２６】第５実施形態の熱交換器上の熱流を示す模式図である。
【図２７】開示された発明の第６実施形態に係る熱交換器の断面図である。
【図２８】熱交換器上の霜の成長の他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、図面を参照しながら開示された発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００３３】
（第１実施形態）
図１において、開示された発明のひとつの実施形態によって、車両用の空調装置１が提供される。空調装置１は、開示された発明を適用したヒートポンプサイクル２を備える。ヒートポンプサイクル２は、開示された発明を適用した熱交換器７０を備える。ヒートポンプサイクル２は、冷媒回路１０と、冷却水回路４０とを含む。
【００３４】
空調装置１は、走行用の動力を、内燃機関（エンジン）および電動発電機から得る、いわゆるハイブリッド車両に適合されている。ヒートポンプサイクル２は、ハイブリッド車両のエンジン、電動発電機、インバータ回路、電池、制御回路などの少なくともひとつを外部熱源ＨＳとして利用する。外部熱源ＨＳとして、作動時に発熱を伴う車載機器の一つを利用することができる。冷却水回路４０は、外部熱源ＨＳを冷却し、適正な温度に保つための冷却系統でもある。空調装置１は、エンジンのみを動力源とする車両、ハイブリッド車両、および電動機のみを動力源とする車両のいずれかに利用することができる。近年の車両においては、動力源から供給される廃熱が少ない。このため、動力源からの廃熱だけに依存していたのでは、室外熱交換器１６へ霜の抑制、および／または除霜を図ることが困難である。この実施形態は、動力源からの廃熱を有効に利用して、室外熱交換器１６への霜の抑制、および／または除霜を実行できるヒートポンプサイクル２を提供する。
【００３５】
空調装置１は、空調対象空間である車室内に向けて空気ＵＲを送風する空調ユニット３０を備える。空調装置１は、ヒートポンプサイクル２および空調ユニット３０を制御する制御装置（ＣＮＴＲ）１００を備える。
【００３６】
空調ユニット３０は、車室内に配置されている。空調ユニット３０は、車室に向けて送られる空気ＵＲのダクトを提供するケーシング３１を備える。空調ユニット３０は、ケーシング３１に、送風機３２、室内凝縮器１２、室内蒸発器２０などの部品を配置して構成されている。ケーシング３１内の最上流部には、車室内の空気と、車室外の空気とを選択的に、または混合して導入する内外気切替装置３３が配置されている。内外気切替装置３３の下流側には、空気ＵＲを送風するための送風機３２が配置されている。送風機３２の下流側には、室内蒸発器２０および室内凝縮器１２が、空気ＵＲの流れに対して、この順に配置されている。室内蒸発器２０は、室内凝縮器１２に対して、上流側に配置されている。室内蒸発器２０は、その内部を流通する冷媒と空気ＵＲとを熱交換させ、空気ＵＲを冷却する冷却用熱交換器である。室内凝縮器１２は、その内部を流れる高温高圧冷媒と室内蒸発器２０通過後の空気ＵＲとを熱交換させる加熱用熱交換器である。室内蒸発器２０の下流側であって、かつ、室内凝縮器１２の上流側には、エアミックスドア３４が配置されている。エアミックスドア３４は、室内蒸発器２０通過後の空気ＵＲのうち、室内凝縮器１２を通過する割合を調整する。室内凝縮器１２の下流側には、混合空間３５が設けられている。混合空間３５は、室内凝縮器１２にて加熱された空気ＵＲと、室内凝縮器１２を迂回して加熱されていない空気ＵＲとを混合させる。混合空間３５の下流は、吹出口を介して車室内に連通している。
【００３７】
冷媒回路１０は、可逆運転可能な蒸気圧縮式冷凍サイクルによって提供される。冷媒回路１０は、空調装置１の暖房用の冷媒サイクルである。冷媒回路１０は、追加的に、冷房用の冷凍サイクルを兼ねることができる。冷媒回路１０は、車室外の空気ＡＲを熱源として利用する狭義のヒートポンプサイクルを提供する。冷媒回路１０は、冷媒系統とも呼ばれる。冷媒回路１０は、後述する冷媒チューブ１６ａに冷媒ＲＦを流し、冷媒ＲＦに吸熱した熱を利用側熱交換器１２に供給する。
【００３８】
冷媒回路１０は、車室内へ送風される空気ＵＲを加熱、または冷却する。冷媒回路１０は、流路を切り替えることによって、空気ＵＲを加熱して車室内を暖房する暖房運転、および空気ＵＲを冷却して車室内を冷房する冷房運転を実行できる。冷媒回路１０は、暖房運転の間に冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器１６に着いた霜を融解させて取り除く除霜運転を実行できる。さらに、冷媒回路１０は、暖房運転の間に、外部熱源ＨＳの熱を冷媒に吸熱させる廃熱回収運転を実行することができる。複数の運転モードは、制御装置１００によって切換えられる。
【００３９】
圧縮機１１は、エンジンルーム内に配置されている。圧縮機１１は、冷媒回路１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。圧縮機１１は、スクロール型、ベーン型などの圧縮機構部１１ａと、圧縮機構部１１ａを駆動する電動モータ１１ｂとを備える。電動モータ１１ｂは、制御装置１００によって制御される。圧縮機１１の吐出側には、利用側熱交換器としての室内凝縮器１２が設けられている。
【００４０】
室内凝縮器１２の下流には、暖房用の固定絞り１３が設けられている。固定絞り１３は、暖房運転時に室内凝縮器１２から流出した冷媒を減圧膨張させる。固定絞り１３は、暖房運転用の減圧手段である。固定絞り１３は、オリフィス、キャピラリチューブなどによって提供することができる。固定絞り１３の下流には、室外熱交換器１６が設けられている。さらに、室内凝縮器１２の下流には、固定絞り１３を迂回するための通路１４が設けられている。通路１４は、室内凝縮器１２から流出した冷媒を、固定絞り１３を迂回させて室外熱交換器１６へ導く。通路１４には、通路１４を開閉する開閉弁１５ａが配置されている。開閉弁１５ａは、電磁弁である。開閉弁１５ａにおける圧力損失は、固定絞り１３における圧力損失より十分に小さい。従って、開閉弁１５ａが開いている場合には冷媒は専ら通路１４を流れる。一方、開閉弁１５ａが閉じている場合には冷媒は固定絞り１３を流れる。これにより、開閉弁１５ａは、冷媒回路１０の流路を切り替える。開閉弁１５ａは、冷媒流路の切替手段としての機能を果たす。切替手段は、電気式の三方弁によって提供されてもよい。
【００４１】
室外熱交換器１６は、内部を流通する低圧冷媒と空気ＡＲとを熱交換させる。室外熱交換器１６は、エンジンルーム内に配置されている。室外熱交換器１６は、暖房運転時には、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する蒸発器として機能する。室外熱交換器１６は、冷房運転時には、高圧冷媒を放熱させる放熱器として機能する。室外熱交換器１６は、ラジエータ４３と一体的に構成されている。ラジエータ４３は、冷却水回路４０の冷却水と空気ＡＲとを熱交換させる。
【００４２】
送風ファン１７は、室外熱交換器１６に空気ＡＲを送風する電動式送風機である。送風ファン１７は、室外熱交換器１６およびラジエータ４３の双方に向けて空気ＡＲを送風する室外送風手段を提供している。室外熱交換器１６およびラジエータ４３は、熱交換器７０または複合熱交換器７０と呼ばれる。
【００４３】
室外熱交換器１６の下流には、電気式の三方弁１５ｂが接続されている。三方弁１５ｂは、制御装置１００によって制御される。三方弁１５ｂは、開閉弁１５ａとともに、冷媒流路の切替手段を構成している。三方弁１５ｂは、暖房運転時には、室外熱交換器１６の出口とアキュムレータ１８の入口とを熱交換器を介することなく直接的に接続する。三方弁１５ｂは、冷房運転時には、室外熱交換器１６の出口と固定絞り１９の入口とを接続する。固定絞り１９は、冷房用の減圧手段である。固定絞り１９は、冷房運転時に室外熱交換器１６から流出した冷媒を減圧膨張させる。固定絞り１９は、固定絞り１３と同様の構成を有する。
【００４４】
固定絞り１９の下流には、室内蒸発器２０が設けられている。室内蒸発器２０の下流には、アキュムレータ１８が設けられている。暖房運転時に三方弁１５ｂによって形成される、三方弁１５ｂからアキュムレータ１８に直接的に連通する流路は、室外熱交換器１６下流の冷媒を室内蒸発器２０を迂回させて流す通路２０ａを構成している。アキュムレータ１８は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える低圧冷媒用の気液分離器である。アキュムレータ１８の気相冷媒出口には、圧縮機１１が設けられている。アキュムレータ１８は、圧縮機１１への液相冷媒の吸入を抑制することにより、圧縮機１１の液圧縮を防止する機能を果たす。
【００４５】
冷却水回路４０は、外部熱源ＨＳから冷媒回路１０に熱を供給する熱源装置である。冷却水回路４０は、熱運搬媒体かつ蓄熱媒体として利用される冷却水を流すことができる。冷却水回路４０は、熱交換器７０を除霜するための熱を供給する除霜用の熱源装置でもある。外部熱源ＨＳを含む冷却水回路４０は、水系統、または外部熱源系統と呼ばれる。冷却水回路４０は、除霜のための熱を供給するための除霜媒体を流すための除霜媒体回路４０とも呼ばれる。冷却水回路４０は、後述する水チューブ４３ａに除霜のための媒体を流す。水チューブ４３ａに流される媒体は、除霜のための熱を供給する外部熱源ＨＳからの熱を蓄える蓄熱媒体である。しかも、冷却水回路４０は、冷媒チューブ１６ａ内の冷媒が吸熱するときの温度より高い温度に、外部熱源ＨＳの温度を維持する。冷却水回路４０は、熱交換器７０の着霜を抑制するための熱を供給する熱源装置でもある。冷却水回路４０は、着霜を抑制するための媒体を流すための媒体回路４０とも呼ばれる。
【００４６】
冷却水回路４０は、外部熱源ＨＳに冷却水を循環させて、外部熱源ＨＳを冷却する冷却媒体循環回路である。冷却水回路４０には、ポンプ４１、電気式の三方弁４２、ラジエータ４３、ラジエータ４３を迂回させて冷却水を流すためのバイパス通路４４などの部品を備える。ポンプ４１は、冷却水回路４０に冷却水を圧送する電動式のポンプである。三方弁４２は、冷却水回路４０における流路を切り替える。三方弁４２は、外部熱源ＨＳとラジエータ４３とを通る流路と、外部熱源ＨＳとバイパス通路４４とを通る流路とを切り替える。三方弁４２によって冷却水がバイパス通路４４に流され、ラジエータ４３を迂回するとき、冷却水はラジエータ４３にて放熱することなく、その温度を上昇させる。言い換えると、このとき、冷却水に蓄熱される。ラジエータ４３は、エンジンルーム内に配置されて冷却水と送風ファン１７から送風された空気ＡＲとを熱交換させる放熱用熱交換器である。ラジエータ４３は、室外熱交換器１６と一体的に構成されて、熱交換器７０を構成している。三方弁４２によって冷却水がラジエータ４３に流されるとき、冷却水はラジエータ４３にて放熱される。冷却水は、空気ＵＲおよび／または冷媒に熱を与える。
【００４７】
熱交換器７０は、冷媒ＲＦ、冷却水ＷＴ、および空気ＡＲの二者間の熱交換を提供する。熱交換器７０は、冷媒ＲＦと冷却水ＷＴとの間、冷媒ＲＦと空気ＡＲとの間、および冷却水ＷＴと空気ＡＲとの間の熱交換を提供する。熱交換器７０は、冷媒または冷却水を流通させる複数のチューブ、複数のチューブの両端に配置された集合タンクおよび分配タンクなどの部品を有する。
【００４８】
室外熱交換器１６は、内部に冷媒を流通させる複数の冷媒チューブ１６ａを有している。冷媒チューブ１６ａは、空気から吸熱する冷媒ＲＦが流される熱交換用のチューブである。冷媒チューブ１６ａは、長手方向に垂直な断面の形状が扁平形状の扁平チューブである。ラジエータ４３は、内部に冷却水を流通させる複数の水チューブ４３ａを有している。水チューブ４３ａは、除霜のための熱を供給するための媒体が流される熱交換用のチューブである。水チューブ４３ａは、除霜のための媒体を流すための除霜媒体チューブとも呼ばれる。水チューブ４３ａは、長手方向に垂直な断面の形状が扁平形状の扁平チューブである。以下、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとをチューブ１６ａ、４３ａと呼ぶ。
【００４９】
複数のチューブ１６ａ、４３ａは、それらの外表面の広い平坦面が、空気ＡＲの流れに対してほぼ平行となるように配置されている。複数のチューブ１６ａ、４３ａは、互いに所定の間隔を開けて配置されている。複数のチューブ１６ａ、４３ａの周囲には、空気ＡＲが流れるための空気通路１６ｂ、４３ｂが形成されている。空気通路１６ｂ、４３ｂは、放熱用空気通路、および／または吸熱用空気通路として使われる。
【００５０】
複数のチューブ１６ａ、４３ａは、空気ＡＲの流れに直交する方向に列をなすように配置されている。さらに、複数のチューブ１６ａ、４３ａは、空気ＡＲの流れ方向に沿って多列をなすように配置されている。図示されるように、複数のチューブ１６ａ、４３ａは、二列をなすように配置することができる。複数のチューブ１６ａ、４３ａは、空気ＡＲの流れ方向の上流側に位置する上流列と、上流列より下流側に位置する下流列とを形成するように配置されている。
【００５１】
上流列においては、少なくとも一部において、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとが隣接している。上流列においては、少なくとも一部において、冷媒チューブ１６ａの両側に水チューブ４３ａを位置させることができる。上流列においては、少なくとも一部において、水チューブ４３ａの両側に冷媒チューブ１６ａを位置させることができる。上流列においては、少なくとも一部において、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとを交互に位置させることができる。少なくとも上流列において冷媒チューブ１６ａの両側に水チューブ４３ａが位置するように、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとが交互に配置されている。つまり、熱交換器７０においては、空気ＡＲの流入側において、冷媒チューブ１６ａの両側に水チューブ４３ａを位置させて、それらが並んで配置されている。この構成によると、冷媒チューブを広い範囲に分散させることができる。この結果、着霜を広い範囲に分散させることができる。さらに、冷媒チューブの隣に除霜媒体チューブが位置する。このため、除霜のための熱を、冷媒チューブの近傍に成長した霜の塊に効率的に伝えることができる。
【００５２】
下流列においては、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとを上流列と同じに配置することができる。これに代えて、下流列においては、冷媒チューブ１６ａのみ、または水チューブ４３ａのみを配置してもよい。
【００５３】
複数のチューブ１６ａ、４３ａは、多数の水チューブ４３ａが上流列に位置し、少数の水チューブ４３ａが下流列に位置するように配置することができる。また、複数のチューブ１６ａ、４３ａは、水チューブ４３ａが上流列にのみ位置するように配置することができる。これにより、空気ＡＲの流れの上流側にラジエータ４３が主として配置され、下流側に室外熱交換器１６が主として配置された構成が提供される。
【００５４】
空気通路１６ｂ、４３ｂには、フィン５０が配置されている。フィン５０は、チューブ１６ａ、４３ａと空気ＡＲとの熱交換を促進させるためのアウターフィンである。フィン５０は、列において隣接する２つのチューブ１６ａ、４３ａに接合されている。さらに、フィン５０は、空気ＡＲの流れ方向に位置する２つのチューブ１６ａ、４３ａに接合されている。よって、ひとつのフィン５０には、少なくとも４本のチューブ１６ａ、４３ａが接合されている。フィン５０は、室外熱交換器１６とラジエータ４３とを一体化している。フィン５０は、伝熱性に優れる金属の薄板により作られている。フィン５０は、薄板を波状に曲げ成形したコルゲートフィンである。フィン５０は、冷媒ＲＦと空気ＡＲとの熱交換を促進する。フィン５０は、冷却水ＷＴと空気ＡＲとの熱交換を促進する。少なくとも一部のフィン５０は、冷媒チューブ１６ａおよび水チューブ４３ａの双方に接合されている、よって、フィン５０は、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとの間の熱移動を可能とする機能も果たす。ひとつの冷媒チューブ１６ａの両側に配置された２つのフィン５０は、冷媒チューブ１６ａの両面に複数の山部を接合したコルゲートフィンである。
【００５５】
室外熱交換器１６のタンクおよびラジエータ４３のタンクは、少なくとも部分的に、同一部材にて形成することができる。冷媒チューブ１６ａ、水チューブ４３ａ、タンク、およびフィン５０はアルミニウム合金で作られている。これらの部品は、ろう付け接合されている。
【００５６】
熱交換器７０は、チューブ１６ａ、４３ａとフィン５０とが配置されたコア部と、コア部の両端に配置されたタンク部とを備える。コア部に配列されたチューブ１６ａ、４３ａは、空気ＡＲの流れ方向に関して、少なくとも上流列と下流列とを含む複数の列を構成している。２つのタンク部のそれぞれは、コア部に隣接する内側タンクと、コア部から離れて位置する外側タンクとを有する。内側タンクと外側タンクとは、コア部の端部において、コア部の端部のほぼ全体を覆うように広がっている。よって、コア部の一端には、内側タンクと外側タンクとが積層して配置されている。コア部の他端にも、内側タンクと外側タンクとが積層して配置されている。
【００５７】
複数のチューブ１６ａ、４３ａの一部は、内側タンクの内部と連通するように接続され、複数のチューブ１６ａ、４３ａの残部は外側タンクの内部と連通するように接続されている。これら残部は、内側タンクの壁を貫通して延びている。チューブ１６ａ、４３ｂは、コア部の内部において、分散して配置されている。チューブ１６ａ、またはチューブ４３ａは、コア部の内部において偏った分布を形成するように配置することができる。コア部におけるチューブ１６ａ、４３ａの配置は、室外熱交換器１６とラジエータ４３とに要求される熱交換の性能に適合するように設定されている。熱交換器７０は、チューブ１６ａ、４３ａの比較的自由な配置を可能とする。例えば、チューブ１６ａ、またはチューブ４３ａは、空気ＡＲの流れ方向に沿って上流列と下流列とに分散して配置されている。言い換えると、上流列または下流列において、チューブ１６ａおよびチューブ４３ａを混在させることが可能である。
【００５８】
制御装置１００は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクによって提供されうる。プログラムは、制御装置１００によって実行されることによって、制御装置１００をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置１００を機能させる。制御装置１００が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。
【００５９】
制御装置１００は、機器１１、１５ａ、１５ｂ、１７、４１、４２の作動を制御する。制御装置１００には、複数のセンサが接続されている。複数のセンサには、車室内の温度を検出する内気温検出手段としての内気センサ、室外の空気の温度を検出する外気センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、室内蒸発器２０の吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ、および圧縮機１１吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサを含むことができる。さらに、複数のセンサには、室外熱交換器１６出口側冷媒温度Ｔｅを検出する出口冷媒温度センサ５１、および走行用電動モータＭＧへ流入する冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温度検出手段としての冷却水温度センサ５２を含むことができる。
【００６０】
制御装置１００は、冷媒回路１０に流れる冷媒量、および流路を制御する制御手段を提供する。冷媒量は、圧縮機１１の冷媒吐出能力を調節することによって制御される。冷媒の流路は、機器１５ａ、１５ｂを制御することによって制御される。また、制御装置１００は、冷却水回路における冷却水の流れ、および流路を制御する制御手段を提供する。冷却水の流れはポンプ４１を制御することによって制御される。冷却水の流路は三方弁４２２を制御することによって制御される。
【００６１】
さらに、制御装置１００は、複数のセンサの検出信号、および／またはタイマに基づいて、室外熱交換器１６に着霜が生じているか否かを判定する着霜判定手段を提供する。着霜判定手段では、走行中の車両の車速が予め定めた基準車速、例えば２０ｋｍ／ｈを下回り、かつ、室外熱交換器１６出口側冷媒温度Ｔｅが予め定めた基準温度、例えば０°Ｃを下回るときに、室外熱交換器１６に着霜が生じていると判定する。制御装置１００は、室外熱交換器１６に付着した霜を除去するための除霜制御を実行する除霜制御手段を提供する。除霜制御手段は、ヒートポンプサイクル２を制御する。
【００６２】
制御装置１００は、冷却水の温度が所定の上限温度を下回り、かつ、所定の下限温度を上回るように冷却水回路４０を制御する。制御装置１００は、熱交換器７０における冷却水ＷＴの温度Ｔ２を、冷媒チューブ１６ａ内の冷媒ＲＦが吸熱するときの冷媒ＲＦの温度Ｔ１より高い温度（Ｔ２＞Ｔ１）に制御する。制御装置１００は、空調装置１によって冷房運転（ＣＯＯＬ）、または暖房運転を選択的に提供するように空調装置１を制御する。さらに、制御装置１００は、暖房運転時に、通常暖房運転（ＨＥＡＴ１）、除霜運転（ＤＥＦＲＯＳＴ）、廃熱回収運転（ＨＥＡＴ２）を提供するように空調装置１を制御する。通常暖房運転中に、着霜判定手段によって着霜が判定されると、除霜運転に移行する。通常暖房運転中に、冷却水温度センサ５２によって検出された冷却水温度Ｔｗが予め定めた基準温度、例えば６０°Ｃを上回る場合には、廃熱回収運転に移行する。さらに、復帰条件が満たされると通常暖房運転に戻る。
【００６３】
（ａ）通常暖房運転（ＨＥＡＴ１）
通常暖房運転時には、車室外の空気ＡＲを熱源として、室内凝縮器１２によって空気ＵＲを加熱することにより、車室内の暖房が実行される。通常暖房運転は、車両の利用者によって操作されるスイッチによって起動される。冷媒回路１０は、開閉弁１５ａが閉弁し、三方弁１５ｂが室外熱交換器１６とアキュムレータ１８とを流路２０ａを介して接続し、圧縮機１１が運転するように制御される。これにより、冷媒回路１０は、図１の実線矢印に示すように冷媒が流れる冷媒流路に切り替えられる。冷却水回路４０は、ポンプ４１が所定流量の冷却水を圧送し、三方弁４２がバイパス通路４４に冷却水を流すように制御される。冷却水回路４０は、図１の破線矢印に示すように冷却水が流れる回路に切り替えられる。
【００６４】
通常暖房運転時の冷媒回路・BR>P０では、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器１２へ流入する。室内凝縮器１２へ流入した冷媒は、送風機３２から送風されて室内蒸発器２０を通過した空気ＵＲと熱交換して放熱する。これにより、空気ＵＲが加熱される。室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒は、固定絞り１３へ流入して減圧膨張される。
【００６５】
固定絞り１３にて減圧膨張された低圧冷媒は、室外熱交換器１６へ流入する。室外熱交換器１６へ流入した低圧冷媒は、送風ファン１７によって送風された空気ＡＲから吸熱して蒸発する。この際、冷却水回路４０では、冷却水がバイパス通路４４に流れるから、熱交換器７０における冷却水から冷媒への放熱、および冷媒から冷却水への吸熱が抑制される。言い換えると、冷却水と冷媒との間の熱的な相互影響関係が抑制される。
【００６６】
室外熱交換器１６から流出した冷媒は、アキュムレータ１８へ流入して気液分離される。アキュムレータ１８にて分離された気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。
【００６７】
（ｂ）除霜運転（ＤＥＦＲＯＳＴ）
除霜運転時には、冷却水回路４０から得られる熱によって室外熱交換器１６に付着した霜が解かされる。除霜運転では、制御装置１００が圧縮機１１の作動を停止させるとともに、送風ファン１７の作動を停止させる。従って、除霜運転時には、通常の暖房運転時に対して、室外熱交換器１６へ流入する冷媒流量が減少し、熱交換器７０に流入する空気ＡＲの風量が減少する。さらに、制御装置１００は、図２の破線矢印に示すように冷却水がラジエータ４３を通過するように、三方弁４２を切り替える。従って、ラジエータ４３の水チューブ４３ａを流通する冷却水の有する熱がフィン５０を介して、室外熱交換器１６に伝熱されて、室外熱交換器１６の除霜がなされる。つまり、外部熱源ＨＳの廃熱を有効に利用した除霜が実現される。
【００６８】
熱交換器７０は、金属部材で構成されたフィン５０を配置して、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとの間の熱移動を可能としている。これにより、除霜運転時に、フィン５０を介して冷却水の有する熱を室外熱交換器１６に伝熱することができる。この結果、除霜運転時間の短縮化を図ることができる。
【００６９】
さらに、除霜運転時に、圧縮機１１の作動を停止させることによって、室外熱交換器１６へ流入する冷媒流量を除霜運転へ移行する前より減少、例えば０（ゼロ）とする。よって、熱が冷媒チューブ１６ａを流通する冷媒に吸熱されてしまうことを抑制できる。換言すると、除霜運転時に、圧縮機１１の作動を停止させて室外熱交換器１６における冷媒の吸熱量を低下させているので、外部熱源ＨＳを含む冷却水回路４０の熱を除霜のために有効に利用することができる。さらに、除霜運転時に、送風ファン１７の作動を停止させることによって、熱交換器７０へ流入する空気ＡＲの風量を減少、例えば０（ゼロ）とする。よって、熱が空気ＡＲに吸熱されてしまうことを抑制できる。さらに、冷媒回路１０では、外部熱源ＨＳの熱を冷却水回路４０に蓄熱させている。従って、蓄熱された熱によって、短時間で除霜を完了させることができる。
【００７０】
（ｃ）廃熱回収運転（ＨＥＡＴ２）
廃熱回収運転時には、外部熱源ＨＳを熱源として、車室内の暖房が実行される。冷却水回路４０の熱は、空気ＡＲに放熱することができるが、所定の条件が成立すると、冷却水回路４０の熱を冷媒回路１０に渡すことにより暖房能力を高める廃熱回収運転が実行される。例えば、暖房運転時に、冷却水温度Ｔｗが予め定めた基準温度、例えば６０°Ｃを上回ると、廃熱回収運転を実行することができる。
【００７１】
廃熱回収運転では、三方弁１５ｂは、通常の暖房運転と同様に制御される。三方弁４２は、除霜運転と同様に制御される。従って、図３の実線矢印に示すように、圧縮機１１から吐出された高圧高温冷媒は、室内凝縮器１２にて空気ＵＲを加熱し、固定絞り１３にて減圧膨張されて室外熱交換器１６へ流入する。室外熱交換器１６へ流入した低圧冷媒は、空気ＡＲの有する熱と、フィン５０を介して伝熱される冷却水の有する熱との双方を吸熱して蒸発する。このように、冷却水回路４０は、冷媒チューブ１６ａに流される冷媒ＲＦに吸熱される熱を供給する。この構成によると、水チューブ４３ａ内に流される冷却水ＷＴによって、冷媒チューブ１６ａの冷媒ＲＦへの吸熱が促進される。この結果、冷媒チューブ１６ａの中の冷媒ＲＦに多くの熱を吸熱させることができる。この結果、外部熱源ＨＳの廃熱を有効に利用した暖房を実現できる。
【００７２】
（ｄ）冷房運転（ＣＯＯＬ）
冷房運転時には、車室内の冷房が実行される。冷房運転は、車両の利用者によって操作されるスイッチによって起動される。冷媒回路１０は、開閉弁１５ａが開き、三方弁１５ｂが室外熱交換器１６と固定絞り１９とを接続し、圧縮機１１が運転されるように制御される。冷媒回路１０には、図４の実線矢印に示すように冷媒が流れる。冷却水回路４０は、冷却水温度Ｔｗが基準温度を上回ると三方弁４２が冷却水をラジエータ４３へ流入させ、冷却水温度Ｔｗが基準温度を下回ると三方弁４２が冷却水をバイパス通路４４へ迂回させるように制御される。図４では、冷却水温度Ｔｗが基準温度を上回った際の冷却水の流れを破線矢印で示している。
【００７３】
冷媒回路１０では、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒が室内凝縮器１２へ流入して、空気ＵＲと熱交換して放熱する。室内凝縮器１２から流出した高圧冷媒は、通路１４を介して室外熱交換器１６へ流入する。室外熱交換器１６へ流入した高圧冷媒は、送風ファン１７によって送風された空気ＡＲにさらに放熱する。室外熱交換器１６から流出した冷媒は、固定絞り１９にて減圧膨張される。固定絞り１９から流出した冷媒は、室内蒸発器２０へ流入して、空気ＵＲから吸熱して蒸発する。これにより、空気ＵＲが冷却される。室内蒸発器２０から流出した冷媒は、アキュムレータ１８へ流入して気液分離され、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。
【００７４】
図５は、暖房運転中に実行される除霜制御への移行のための制御を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、室外熱交換器１６に着霜が生じ、除霜を行うか否かを判定する。ステップＳ２００では、除霜制御中の空調状態の変化を抑制するように空調ユニット３０の空調モードを制御する。ステップＳ３００では、除霜制御を実行する。ステップＳ３００では、除霜制御の開始と、除霜制御の完了とを制御する。ステップＳ４００では、空調ユニット３０を除霜運転の開始前の空調モードに戻す。ステップＳ５００では、空調装置１の停止が要求されているか否かを判定する。空調装置１の停止が要求されていない場合には、ステップＳ１００へ戻り、空調装置１の停止が要求されている場合には、制御を終了する。
【００７５】
図６−図１０において、熱交換器７０は、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器である。図６および図７に示すように、冷媒チューブ１６ａおよび水チューブ４３ａは、空気ＡＲの流れ方向に沿って２列をなすように配置されている。冷媒チューブ１６ａおよび水チューブ４３ａは、上流列および下流列の両方において、交互に配置されている。従って、吸熱用の空気通路１６ｂと放熱用の空気通路４３ｂとは、共有されている。共通化された通路１６ｂ、４３ｂには、フィン５０が配置されている。フィン５０は、それに隣接するチューブ１６ａ、４３ａに接合されている。複数のチューブ１６ａ、チューブ４３ａと、複数のフィン５０とが積層され、接合されることによって熱交換部が形成されている。この熱交換部は、冷媒ＲＦと、冷却水ＷＴと、空気ＡＲとを含む複数、例えば３つの流体の間の熱交換を提供している。
【００７６】
複数のチューブ１６ａ、チューブ４３ａの長手方向一端側、図中の下方には、冷媒および冷却水の集合または分配のための第１タンク１６ｃが配置されている。第１タンクは、冷媒の受け入れと、冷媒の排出とを担うから、冷媒タンクとも呼ばれる。第１タンクは、冷却水をひとつの水チューブ４３ａから他の水チューブ４３ａへ案内する連結部も提供する。
【００７７】
第１タンク１６ｃは、２列に配置された冷媒チューブ１６ａおよび水チューブ４３ａに接続される接続プレート部材１６１、接続プレート部材１６１に固定される中間プレート部材１６２、および、第１タンク部材１６３を有する。接続プレート部材１６１には、複数のチューブ１６ａ、４３ａに対応する部位にはその表裏を貫通する貫通穴が設けられている。それらの貫通穴には、複数のチューブ１６ａ、１６ｂが貫通して配置され、固定されている。
【００７８】
中間プレート部材１６２の冷媒チューブ１６ａに対応する部位にはその表裏を貫通する貫通穴１６２ａが設けられている。貫通穴１６２ａには冷媒チューブ１６ａが貫通して配置されている。第１タンク１６ｃでは、冷媒チューブ１６ａが水チューブ４３ａよりも、第１タンク１６ｃ側へ突出している。第１タンク部材１６３は、接続プレート部材１６１および中間プレート部材１６２に固定されることによって、その内部に冷媒の集合を行う集合空間１６３ａおよび冷媒の分配を行う分配空間１６３ｂを形成する。第１タンク部材１６３は、平板金属にプレス加工を施すことにより、その長手方向から見たときに、Ｗ字状に形成されている。第１タンク部材１６３の中央部は中間プレート部材１６２に接合されている。集合空間１６３ａと分配空間１６３ｂとは互いに独立の空間として区画されている。空気ＡＲの上流側に集合空間１６３ａが配置され、下流側に分配空間１６３ｂが配置されている。
【００７９】
第１タンク部材１６３の長手方向両端には、板状の蓋部材が固定されている。分配空間１６３ｂの一端には、冷媒を流入させる入口配管１６４が接続されている。集合空間１６３ａの一端には、冷媒を流出させる出口配管１６５が接続されている。
【００８０】
複数のチューブ１６ａ、チューブ４３ａの長手方向他端側、図中の上方には、冷媒および冷却水の集合または分配のための第２タンク４３ｃが配置されている。第２タンクは、冷却水の受け入れと、冷却水の排出とを担うから、水タンクとも呼ばれる。第２タンクは、冷媒をひとつの冷媒チューブ１６ａから他の冷媒チューブ１６ａへ案内する連結部も提供する。
【００８１】
第２タンク４３ｃは、基本的に第１タンク１６ｃと同様の構成を備える。第２タンク４３ｃは、接続プレート部材４３１、中間プレート部材４３２、および、第２タンク部材４３３を備える。中間プレート部材４３２の水チューブ４３ａに対応する部位にはその表裏を貫通する貫通穴４３２ａが設けられている。貫通穴４３２ａには水チューブ４３ａが貫通して配置され、固定されている。第２タンク４３ｃでは、水チューブ４３ａが冷媒チューブ１６ａよりも、第２タンク４３ｃ側へ突出している。さらに、第２タンク部材４３３は、冷却水の集合を行う集合空間４３３ａおよび冷却媒体の分配を行う分配空間４３３ｂを形成する。空気ＡＲの上流側に分配空間４３３ｂが配置され、下流側に集合空間４３３ａが配置されている。
【００８２】
第２タンク部材４３３の長手方向両端には、板状の蓋部材が固定されている。分配空間４３３ｂの一端には、冷却水を流入させる入口配管４３４が接続されている。集合空間４３３ａの一端には、冷媒を流出させる出口配管４３５が接続されている。
【００８３】
図８に示すように、中間プレート部材１６２、４３２と接続プレート部材１６１、４３１との間には、連通部を提供する空間ＣＮＣが形成される。中間プレート部材１６２、４３２には、複数の凹み部１６２ｂ、４３２ｂが形成されている。複数の凹み部１６２ｂ、４３２ｂは、中間プレート部材１６２、４３２が接続プレート部材１６１、４３１に固定されることによって、中間プレート部材１６２、４３２と接続プレート部材１６１、４３１との間にチューブ４３ａ、１６ａに連通する複数の空間ＣＮＣを形成する。中間プレート部材１６２と接続プレート部材１６１との間に形成された空間ＣＮＣは、空気ＡＲの流れ方向に２列に並んだ２つの水チューブ４３ａを互いに連通させる。中間プレート部材４３２と接続プレート部材４３１との間に形成された空間ＣＮＣは、空気ＡＲの流れ方向に２列に並んだ２つの冷媒チューブ１６ａを互いに連通させる。
【００８４】
図９に示すように、冷媒ＲＦと冷却水ＷＴとは、熱交換器７０内のほとんどの部分において対向流となって流れる。実線の矢印は、冷媒ＲＦの流れを示す。破線の矢印は、冷却水ＷＴの流れを示す。
【００８５】
冷媒ＲＦは入口配管１６４を介して第１タンク１６ｃの分配空間１６３ｂへ流入し、下流列の冷媒チューブ１６ａへ流入する。冷媒は、下流列の冷媒チューブ１６ａ内を、図中の下から上へ流れる。下流列の冷媒チューブ１６ａから流出した冷媒は、第２タンク４３ｃの空間ＣＮＣを介して、上流列の冷媒チューブ１６ａへ流入する。冷媒は、上流列の冷媒チューブ１６ａを図中の上から下へ流れる。上流列の冷媒チューブ１６ａから流出した冷媒は、第１タンク１６ｃの集合空間１６３ａにて集合した後に、出口配管１６５から流出する。よって、熱交換器７０では、冷媒が、下流列から上流列へＵターン状に流れる。
【００８６】
冷却水ＷＴは入口配管４３４を介して第２タンク４３ｃの分配空間４３３ｂへ流入し、上流列の水チューブ４３ａへ流入する。冷却水は、上流列の水チューブ４３ａ内を、図中の上から下へ流れる。上流列の水チューブ４３ａから流出した冷媒は、第１タンク１６ｃの空間ＣＮＣを介して、下流列の水チューブ４３ａへ流入する。冷却水は、下流列の水チューブ４３ａを図中の下から上へ流れる。下流列の水チューブ４３ａから流出した冷却水は、第２タンク４３ｃの集合空間４３３ａにて集合した後に、出口配管４３５から流出する。よって、熱交換器７０では、冷却水が、上流列から下流列へＵターン状に流れる。
【００８７】
冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとは、ひとつの冷媒チューブ１６ａの隣に、フィン５０を介してひとつの水チューブ４３ａが位置するように配置されている。この配置は、冷媒チューブ１６ａの近傍に成長する霜に、熱を水チューブ４３ａから効率的に伝えるために有効である。熱交換器７０の上流列の少なくとも一部分において、ひとつの冷媒チューブ１６ａを２つの水チューブ４３ａの間に配置している。また、熱交換器７０の上流列の少なくとも一部分において、ひとつの水チューブ４３ａを２つの冷媒チューブ１６ａの間に配置している。言い換えると、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとは、少なくとも上流列において、交互に配置されている。さらに、冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとは、下流列においても、交互に配置することができる。
【００８８】
冷媒チューブ１６ａが吸熱するための空気通路１６ｂと、水チューブ４３ａが放熱するための空気通路４３ｂとが、共通の空気通路によって提供されている。このため、冷媒チューブ１６ａの近傍に成長した霜を、水チューブ４３ａの熱によって効率的に除霜することができる。
【００８９】
図１０に示すように、フィン５０は、空気ＡＲとの熱交換を促進するためのルーバー５０ａを有する。ルーバー５０ａは、チューブ１６ａ、４３ａの間に対応する範囲に形成することができる。フィン５０は、上流列をなす複数のチューブ１６ａ、４３ａの上流端ＦＤより、空気ＡＲの流れの上流に向けて突出する突出部５０ｂを有する。突出部５０ｂは、ルーバー５０ａを備えない板状部分によって提供することができる。フィン５０は、空気ＡＲの流れの上流側に、上流端５０ｃを有する。フィン５０は、空気ＡＲの流れの上流側へ向けてのみ突出するように配置することができる。
【００９０】
フィン５０は、少なくとも水チューブ４３ａ側において水チューブ４３ａより空気ＡＲの流れの上流側に向けて突出する突出部５０ｂを有する。突出部５０ｂの水チューブ４３ａ側には、側部がある。この側部は、フィン５０の山の頂面と谷の開口とを含む。突出部５０ｂの側部は、水チューブ４３ａの近傍に位置付けられるから、側部は霜によって覆われにくい。よって、霜が発生しても、側部から空気ＡＲを導入することができる。この構成によると、着霜による空気通路の閉塞を抑制できるから、耐着霜性に優れた熱交換器７０が提供される。
【００９１】
冷媒チューブ１６ａの両側に配置された２つのフィン５０は、冷媒チューブ１６ａより空気ＡＲの流れの上流側に向けて、隙間５０ｄを形成するように突出している。２つのフィン５０の間であって、それらの間に配置されたチューブ１６ａ、４３ａより上流側には、隙間５０ｄが形成される。言い換えると、２つのフィン５０は、冷媒チューブ１６ａの上流側において、除霜によって生成した融解水ＤＷを流すことができる隙間５０ｄをそれらの間に形成する突出部５０ｂをそれぞれ有する。フィン５０は、隙間５０ｄが、突出部５０ｂ上に付着した霜が溶けて生成される融解水ＤＷの排出通路を提供できる程度に突出している。隙間５０ｄは、上流列に配置されたすべての冷媒チューブ１６ａの上流側に形成される。隙間５０ｄは、上流列に配置されたすべての水チューブ４３ａの上流側にも形成される。
【００９２】
図１１に示すように、複数のチューブ１６ａ、４３ａは、重力方向の上下方向へ延びるように配置されている。隙間５０ｄは、冷媒チューブ１６ａに沿って延びている。よって、隙間５０ｄは、熱交換器７０の車両への設置状態において、重力方向の上下に延びている。よって、融解水が重力によって流れやすい。隙間５０ｄは、チューブ１６ａ、４３ａのほぼ全長にわたって溝状に延びている。
【００９３】
隙間５０ｄは、チューブ１６ａ、４３ａの高さＴｈｒ、Ｔｈｗに相当する幅を有している。冷媒チューブ１６ａは高さＴｈｒを有する。水チューブ４３ａは高さＴｈｗを有する。この実施形態では、高さＴｈｒと高さＴｈｗとは同じである。チューブ１６ａ、４３ａの高さＴｈｒ、Ｔｈｗは、フィン５０の平均的なピッチＦｐの半分より小さい。冷媒チューブ１６ａの高さＴｈｒは、フィン５０のピッチＦｐの半分より小さい（Ｔｈ＜Ｆｐ／２）。この実施形態では、Ｔｈｒ＜Ｆｐ／２、かつＴｈｗ＜Ｆｐ／２に設定されている。Ｆｐ／２は、フィン５０のひとつの襞の幅に相当する。この構成は、フィン５０の襞から隙間５０ｄへの融解水ＤＷの排出を促進するために貢献する。この構成によると、突出部５０ｂの間に形成される隙間５０ｄの高さは、冷媒チューブ１６ａの高さＴｈｒに相当するから、隙間５０ｄの高さをフィンピッチＦｐの半分より小さくすることができる。この結果、融解水は、隙間５０ｄに流れ易くなる。この結果、コルゲートフィン５０の襞の間に融解水が溜まることが抑制される。
【００９４】
隙間５０ｄの両側には、フィン５０の複数の山部と谷部とが対向して位置付けられている。例えば、右側のフィン５０の谷部と、左側のフィン５０の山部とが、上下方向においてほぼ対応する位置に位置づけられている。融解水ＤＷは、これら複数の山の上を伝うようにして流れ落ちてゆく。融解水ＤＷは、その表面張力によって、フィン５０の表面上において水滴をなすことがある。隙間５０ｄの両側に位置する複数の山部は、融解水ＤＷの水滴が山部から山部へ次々と移動してゆく程度に近い距離に位置付けられている。
【００９５】
冷媒チューブ１６ａの両側に位置する２つのフィン５０は、フィン５０の山部が、冷媒チューブ１６ａの両側の多くの範囲において、ほぼ交互に位置するように配置されている。複数の山部は、上下方向に沿って、冷媒チューブ１６ａの両側に交互に位置づけられている。フィン５０は、変形しやすいため、冷媒チューブ１６ａの全域において上記交互配置を実現することは困難である。しかし、フィン５０の山数の設定と、フィン５０の位置の設定により、冷媒チューブ１６ａの長さ方向の多くの範囲、例えば半分を超える範囲で上記交互配置を実現することができる。この構成は、隙間５０ｄ内において上から下への融解水ＤＷの流れを促進するために貢献する。上から下へ流れる融解水は、両側に位置する山部に左右交互に接触しながら流れ落ちてゆく。この結果、隙間５０ｄ内に融解水が水滴となって溜まることが抑制される。
【００９６】
図１２は、フィン５０上における霜の塊ＦＲの成長の過程を段階０から段階４によって示している。段階０では霜が付着していない。図１３は、段階０に相当する斜視図である。段階０では、空気ＡＲは、フィン５０の上流端５０ｃの間の開口からまっすぐに流入する。段階０では、フィン５０の全体が霜に阻害されることなく熱交換に貢献する。
【００９７】
暖房運転によって冷媒チューブ１６ａが冷えると、霜の塊ＦＲが徐々に成長してゆく。段階１から段階４に図示されるように、霜の塊ＦＲは、フィン５０の表面から徐々に成長する。霜の塊ＦＲは、冷媒チューブ１６ａの近傍から成長を開始する。霜の塊ＦＲは、冷媒チューブ１６ａから、隣に位置する水チューブ４３ａに向けて徐々に成長する。この結果、霜の塊ＦＲの成長過程においては、冷媒チューブ１６ａの近傍に厚く、水チューブ４３ａの近傍に薄く霜の塊ＦＲが形成される。この結果、霜の塊ＦＲは、フィン５０上の空気通路を、冷媒チューブ１６ａの近傍から水チューブ４３ａへ向けて徐々に閉塞してゆく。
【００９８】
さらに、霜の塊ＦＲは、空気ＡＲの上流側においてより大きく、厚く成長する。これは、上流から湿度の高い空気ＡＲが供給されるからである。この結果、霜の塊ＦＲは、フィン５０上の空気通路を、上流端から下流側へ向けて徐々に閉塞してゆく。しかも、霜の塊ＦＲは、フィン５０の上流端５０ｃより上流に向けて延び出してゆく。この結果、霜の塊ＦＲはフィン５０の上流端５０ｃの周囲に、厚く成長してゆく。
【００９９】
段階１および段階２では、上流端５０ｃに厚い霜の塊ＦＲが形成されている。空気ＡＲは、依然として、上流端５０ｃの間から流入することができる。フィン５０の山部と山部との間の谷部は、フィン５０の側方にも開口している。言い換えると、フィン５０は、チューブ１６ａ、４３ａより上流側において、空気ＡＲの流れ方向と直交する方向、すなわちチューブ１６ａ、４３ａの列方向に向けても開口している。このため、空気ＡＲの一部は、フィン５０の側部からも空気通路１６ｂ、４３ｂに流入する。この結果、霜の塊ＦＲが形成された後でも、空気通路１６ｂ、４３ｂへの空気ＡＲの入口が大きく維持される。したがって、霜の塊ＦＲが成長しても、空気ＡＲの流量の低下が抑制されるから、霜の付着に起因する熱交換器７０の熱交換性能の低下が抑制される。
【０１００】
霜の塊ＦＲがさらに成長すると、上流端５０ｃの間が完全に閉塞される。しかし、霜の塊ＦＲが上流端５０ｃの間を閉塞しても、まだ、水チューブ４３ａの上流側においては、フィン５０の側部を通して空気ＡＲが空気通路１６ｂ、４３ｂに流入できる。図１４は、段階３に相当する斜視図である。図示されるように、着霜が進行すると、霜の塊ＦＲが上流端５０ｃの間の隙間を閉塞する。フィン５０の端部の開口はほぼ完全に閉塞されることがある。このような状態においても、冷媒チューブ１６ａの隣に配置された水チューブ４３ａより、空気ＡＲの流れの上流側に、空気ＡＲの入口が残される。したがって、霜の塊ＦＲが成長しても、空気ＡＲの流量の低下が抑制されるから、霜の付着に起因する熱交換器７０の熱交換性能の低下が抑制される。
【０１０１】
霜の塊ＦＲがさらに成長すると、霜の塊ＦＲは隣の水チューブ４３ａに到達し、空気通路１６ｂ、４３ｂを完全に閉塞する。段階４は、完全に閉塞された状態を示している。
【０１０２】
フィン５０の突出量は、段階３に図示されるような、フィン５０の側部から空気ＡＲが流れ込む状態を作り出すように設定されている。つまり、フィン５０は、空気の流れの上流側に面する端部が霜の塊ＦＲで閉塞されても、突出部５０ｂの側部から空気通路１６ｂ、４３ｂへ空気ＡＲを導入することができるように突出している。言い換えると、フィン５０は、霜の塊ＦＲの成長過程において、霜の塊ＦＲが隣りの水チューブ４３ａに到達する前に、霜の塊ＦＲが上流端５０ｃの間の隙間を閉塞するほどに突出している。この結果、フィンの上流側の端部が閉塞されるほどに霜が成長しても、側部から空気を導入できる。
【０１０３】
このように、この実施形態によると、霜の付着に起因する熱交換器７０の熱交換性能の低下が抑制される。言い換えると、耐着霜性能が向上する。
【０１０４】
図１５は、第１実施形態と対比するための第１比較例ＣＭＰ１を示す。第１比較例においては、フィン５０ｍが用いられている。このフィン５０ｍは、突出部を備えない。霜の塊ＦＲが成長すると、段階３において霜の塊ＦＲは、隣の水チューブ４３ａに到達する。しかも、第１比較例においては、フィン５０ｍの上流端５０ｎが突出していない。このため、霜の塊ＦＲが上流端５０ｎを閉塞すると同時に、霜の塊ＦＲは水チューブ４３ａに到達する。このため、空気通路１６ｂ、４３ｂへの空気ＡＲの流入が阻害される。図１２と図１５との対比によって明らかなように、実施形態によると、フィン５０の上流端５０ｃが上流列のチューブ１６ａ、４３ａより突出しているから、空気通路１６ｂ、４３ｂの閉塞が抑制される。
【０１０５】
図１６は、第１実施形態と対比するための第２比較例ＣＭＰ２を示す。第２比較例においては、フィン５０が用いられている。しかし、第２比較例においては、上流列には冷媒チューブ１６ａだけが配置されている。この第２比較例によると、フィン５０上には、その両側から霜の塊ＦＲが成長してゆく。このため、段階１においてフィン５０上の空気通路１６ｂがすべて閉塞される。しかも、上流列に冷媒チューブ１６ａだけを配置すると、霜の発生が上流列に集中する。このため、空気通路１６ｂの閉塞が早く発生する。図１２と図１６との対比によって明らかなように、上流列の少なくとも一部において冷媒チューブ１６ａと水チューブ４３ａとを隣接させることにより、空気通路１６ｂの閉塞が抑制される。しかも、冷媒チューブ１６ａが熱交換器７０の広い範囲に分散して配置されることにより、霜の発生が熱交換器７０の広い範囲に分散される。この結果、空気通路１６ｂ、４３ｂの閉塞が抑制される。
【０１０６】
図１７は、フィン５０上における霜の塊ＦＲの縮退の過程を段階０から段階２によって示している。段階０は、霜の塊ＦＲによって空気通路１６ｂ、４３ｂが閉塞された状態である。除霜運転によって水チューブ４３ａに温水が供給されると、霜の塊ＦＲが徐々に縮退する。霜の塊ＦＲは、段階１に示されるように、冷媒チューブ１６ａの近傍に向けて縮退してゆく。段階２は、除霜が完了した状態を示す。
【０１０７】
水チューブ４３ａの熱は、フィン５０を通して伝わる。このため、水チューブ４３ａの近傍から、フィン５０に沿って除霜が進行する。冷媒チューブ１６ａの近傍は熱容量が大きく、残留する低温冷媒の影響下にあるから、霜の塊ＦＲが残りやすい。さらに、水チューブ４３ａの熱は、霜の塊ＦＲを通して伝わる。この結果、霜の塊ＦＲが大きく成長した突出部５０ｂの上においては、霜の塊ＦＲの温度が比較的早く上昇する。この結果、突出部５０ｂの上においては、霜の塊ＦＲは急速に縮退する。この実施形態では、突出部５０ｂは、水チューブ４３ａから離れた位置に霜の塊ＦＲが成長することを助長する。しかし、突出部５０ｂ上に霜の塊ＦＲが大きく成長した後であっても、突出部５０ｂ上の霜の塊ＦＲは急速に縮退するから、突出部５０ｂによる除霜時間の延長は少ない。
【０１０８】
この実施形態では、外部熱源ＨＳが発生する単位時間あたりの熱量は小さい。しかし、外部熱源ＨＳの熱は、冷却水回路４０に蓄えられる。冷却水回路４０は、その熱媒体として用いられている冷却水の熱容量とその部品の熱容量とによって、大きな熱量を蓄えることができる。しかも、除霜運転時に冷却水をラジエータ４３に供給することによって、大きい熱量を除霜のために供給することができる。エンジン、電動発電機、インバータ回路、電池、制御回路などの少なくともひとつを、その適正温度に維持するための冷却水回路４０は、単位時間あたりに、大きい熱量を除霜のために供給することができる。例えば、冷却水回路４０が供給する熱量は、冷媒回路１０をホットガスサイクルとして運転することによって冷媒チューブ１６ａに供給される熱量の１０倍程度に達することがある。このように、この実施形態によると、冷却水回路４０に蓄えられた熱によって、大きい熱量を除霜のために利用できるから、突出部５０ｂを設けても、急速な除霜が可能である。
【０１０９】
霜の塊ＦＲが縮退するとき、霜が溶けて生成される融解水ＤＷは、熱交換器７０を構成する部材の表面を流れ落ちてゆく。融解水ＤＷの少なくとも一部は、隙間５０ｄを流れ落ちてゆく。隙間５０ｄは、霜の塊ＦＲが多く付着していた突出部５０ｂに隣接して形成されている。よって、隙間５０ｄは、突出部５０ｂの近傍における融解水ＤＷを効率的に流す流路を提供する。
【０１１０】
この実施形態では、上述のように、単位時間あたりに供給される除霜のための熱量が大きいからから、単位時間あたりに発生する融解水ＤＷの量が多い。隙間５０ｄは、そのような大量の融解水ＤＷを効率的に流す流路を提供する。
【０１１１】
突出部５０ｂにおいて除霜が進みやすいから、隙間５０ｄは、除霜の初期から排水路として機能する。水チューブ４３ａの上流側に位置する隙間５０ｄは、除霜の初期において有効な排水路を提供する。また、冷媒チューブ１６ａの上流側に位置する隙間５０ｄは、除霜の中期から後期において有効な排水路を提供する。
【０１１２】
水チューブ４３ａから供給された熱は、霜を融かすために利用される。しかし、水チューブ４３ａから供給された熱は、霜が融けた後も、融解水ＤＷに奪われる。この実施形態によると、隙間５０ｄが融解水ＤＷの流出を促進するから、水チューブ４３ａから供給された熱の融解水ＤＷによる持ち去りが抑制される。これにより、除霜の進行がさらに促進される。この結果、除霜運転を早期に終了することができる。さらに、早期に暖房運転を再開することができる。また、熱交換器７０上への水滴の残留が抑制されるから、水滴の再氷結による空気通路１６ｂ、４３ｂの減少を抑制することができる。
【０１１３】
このように、この実施形態によると、霜を迅速に除去することができる。このため、除霜に要する時間の短縮および／または除霜に要する熱量の抑制が可能である。言い換えると、除霜性能が向上する。
【０１１４】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷却水回路４０からの熱だけで除霜運転を実行した。これに加えて、冷媒チューブ１６ａに高温の冷媒を流してもよい。このような除霜運転は、ホットガス除霜運転とも呼ばれる。この実施形態では、冷媒回路１０は、除霜時に、冷媒チューブ１６ａに流される冷媒ＲＦによって除霜のための熱を供給する。
【０１１５】
図１８は、ホットガス除霜運転における冷媒の流れを示す。エアミックスドア３４は、室内凝縮器１２における熱交換を抑制するために、室内凝縮器１２への空気通路を閉じている。圧縮機１１から吐出された冷媒は、弁１５ａを通して、高温のまま室外熱交換器１６に流入する。なお、圧縮機１１から吐出された高温冷媒を、室外熱交換器１６に直接的に導入するホットガス通路を付加してもよい。
【０１１６】
図１９は、除霜運転時に、水チューブ４３ａに高温の水を供給するとともに、冷媒チューブ１６ａに高温の冷媒を供給した場合の霜の塊ＦＲの縮退の過程を示す。この実施形態によると、霜の塊ＦＲは、水チューブ４３ａから冷媒チューブ１６ａに向けて縮退するとともに、同時に、冷媒チューブ１６ａから水チューブ４３ａに向けても縮退する。この構成においても、隙間５０ｄは、融解水ＤＷを排出するための流路を提供する。この構成によると、水チューブ４３ａから除霜のための熱が供給されるとともに、冷媒チューブ１６ａからも除霜のための熱が供給される。このため、除霜性能が改善される。
【０１１７】
（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、チューブ１６ａ、４３ａの高さは、Ｔｈｒ＝Ｔｈｗとした。これに代えて、図２０に示すように、冷媒チューブ１６ａの高さＴｈｒは、水チューブ４３ａの高さＴｈｗより小さくする（Ｔｈｒ＜Ｔｈｗ）ことができる。この構成によると、冷媒チューブ１６ａの上流側におけるフィン間の隙間５０ｄを狭く形成し、水チューブ４３ａの上流側におけるフィン間の隙間５０ｄを広く形成することができる。この構成は、冷媒チューブ１６ａの前における排水性と、水チューブ４３ａの前における排水性とに差を与える。これにより、融解水ＤＷの分布に応じた排水性の分布を熱交換器７０上に形成することができる。
【０１１８】
（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図２１は、この実施形態の熱交換器７０の断面図である。この実施形態では、フィン５０に代えて、フィン４５０が採用されている。この実施形態では、フィン４５０は、水チューブ４３ａ側においてのみ水チューブ４３ａより空気ＡＲの流れの上流に向けて突出している。この実施形態では、フィン４５０は、冷媒チューブ１６ａ側において冷媒チューブ１６ａより突出していない。よって、フィン４５０は、冷媒チューブ１６ａの上流側に排水のための隙間５０ｄを区画しない。
【０１１９】
フィン４５０は、空気ＡＲの流れに対して傾斜した上流端４５０ｃを有する。上流端４５０ｃは、冷媒チューブ１６ａ側において上流端ＦＤと一致する。上流端４５０ｃは、水チューブ４３ａ側において上流端ＦＤより空気ＡＲの流れの上流側へ向けて突出している。
【０１２０】
図２２は、この実施形態ＥＭＢ４における霜ＦＲの成長の過程を示している。この実施形態でも、先行する実施形態と同様に、フィン４５０の側部から空気ＡＲを導入することができる。図示されるように、フィン４５０上に霜ＦＲが成長した後であっても、水チューブ４３ａの上流側においては、フィン４５０の側部を通して空気ＡＲが空気通路１６ｂ、４３ｂに流入できる。
【０１２１】
段階２に図示されるように、冷媒ＲＦの温度をＴ１、冷却水ＷＴの温度をＴ２、空気ＡＲの温度をＴ３とする。ヒートポンプサイクル２の多くの運転状態において、Ｔ２＞Ｔ１、かつＴ３＞Ｔ１の関係が得られる。しかも、突出部４５０ｂは、冷媒チューブ１６ａから最も離れた部位でもある。一方、突出部４５０ｂは、冷媒チューブ１６ａより水チューブ４３ａに近い。このため、突出部４５０ｂにおいては、温度Ｔ２に近い高い温度が得られる。特に、フィン４５０の水チューブ４３ａ側の側部においては、温度Ｔ２の前後の温度が得られる。この結果、段階２と段階３とにおける霜ＦＲの成長は緩慢である。霜ＦＲが上流端４５０ｃを覆うように広がってゆく過程には長時間を要する。よって、霜ＦＲによる空気通路１６ｂ、４３ｂの閉塞を抑制でき、耐着霜性を改善することができる。このような利点は、少なくとも水チューブ４３ａ側において、フィン４５０が水チューブ４３ａより空気ＡＲの流れの上流に向けて突出する構成により提供される。
【０１２２】
（第５実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図２３は、この実施形態の廃熱回収運転時の流路を示す。
【０１２３】
ヒートポンプサイクル２は、熱交換器７０における冷媒ＲＦの温度Ｔ１を検出する温度センサ５５１を備える。ヒートポンプサイクル２は、熱交換器７０における冷却水ＷＴの温度Ｔ２を検出する温度センサ５５２を備える。ヒートポンプサイクル２は、熱交換器７０における空気ＡＲの温度Ｔ３を検出する温度センサ５５３を備える。
【０１２４】
制御装置１００は、温度Ｔ２を目標温度に制御する温度制御部（Ｔ２−ＣＯＮＴＲＯＬ）５００を備える。温度制御部５００は、冷却水ＷＴの温度Ｔ２を目標温度に制御するように冷却水回路４０の機器を制御する。具体的には、温度制御部５００は、ポンプ４１、および／または三方弁４２を制御することができる。温度制御部５００は、温度センサ５５１、５５２、５５３から温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を入力する。温度制御部５００は、廃熱回収量を調節するように、温度Ｔ２の目標温度を設定する。目標温度は、第１関係Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１、第２関係Ｔ３＝Ｔ２＞Ｔ１、または第３関係Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１が満たされるように設定される。制御装置１００は、冷却水ＷＴから廃熱を回収しないとき、または少量の廃熱を回収するとき、第１関係または第２関係を実現するように目標温度を設定する。制御装置１００は、冷却水ＷＴから大量の廃熱を回収するとき、第３関係を実現するように目標温度を設定する。
【０１２５】
図２４は、制御装置１００において実行される制御処理Ｓ１を示すフローチャートである。制御処理Ｓ１は、温度制御部５００を提供する。ステップＳ２では、制御装置１００は、熱交換器７０における冷媒ＲＦの温度Ｔ１、熱交換器７０における冷却水ＷＴの温度Ｔ２、および熱交換器７０における空気ＡＲの温度Ｔ３を入力する。これらの温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、それぞれ、センサ５５１、５５２、５５３から入力される。ステップＳ３では、制御装置１００は、温度Ｔ２が目標温度に接近し、一致するように冷却水回路４０をフィードバック制御する。
【０１２６】
制御装置１００は、熱交換器７０における媒体（冷却水ＷＴ）の温度Ｔ２を、冷媒チューブ１６ａ、５１６ａ内の冷媒ＲＦが吸熱するときの冷媒ＲＦの温度Ｔ１より高い温度（Ｔ２＞Ｔ１）に制御する。熱交換器７０における冷媒ＲＦの温度Ｔ１より、熱交換器７０における媒体の温度Ｔ２が高く制御されることにより、突出部５０ｂの側部への着霜が抑制される。この結果、着霜による空気通路の閉塞を抑制できるから、耐着霜性に優れたヒートポンプサイクル２が提供される。
【０１２７】
制御装置１００は、媒体の温度Ｔ２を、空気ＡＲの温度Ｔ３と冷媒ＲＦの温度Ｔ１との間に制御する（Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１）ことがある。この場合、空気ＡＲの熱が冷媒ＲＦへ供給される。また、媒体（冷却水ＷＴ）の熱が冷媒ＲＦへ供給される。さらに、空気ＡＲの熱の一部は媒体を経由して冷媒ＲＦに供給される。
【０１２８】
制御装置１００は、媒体の温度Ｔ２を、空気ＡＲの温度Ｔ３および冷媒ＲＦの温度Ｔ１より高く制御する（Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１）ことがある。この場合、空気ＡＲの熱が冷媒ＲＦへ供給される。また、媒体の熱が冷媒ＲＦへ供給される。さらに、媒体の熱の一部は空気ＡＲを経由して冷媒ＲＦに供給される。
【０１２９】
図２５に図示されるように、複数のチューブ１６ａ、４３ａ、５１６ａは、空気ＡＲの流れの上流側に位置する上流列と、上流列より下流側に位置する下流列とを形成するように配置されている。上流列にある
水チューブ４３ａと、下流列にある冷媒チューブ５１６ａとは、空気ＡＲの流れ方向に沿って重複して位置付けられている。言い換えると、空気ＡＲの流れ方向に関して、水チューブ４３ａの下流には、冷媒チューブ５１６ａが配置されている。この構成によると、上流列において冷却水ＷＴの熱の一部が空気ＡＲに供給されても、下流列において空気ＡＲから冷媒チューブ５１６ａに熱が供給される。よって、冷却水ＷＴの熱が効率的に冷媒ＲＦに供給される。
【０１３０】
温度関係がＴ３＞Ｔ２＞Ｔ１であるとき、熱流Ｑａｒ、熱流Ｑａｗ、および熱流Ｑｗｒｆが生じる。Ｔ３＞Ｔ１であるため、空気ＡＲがもつ熱は熱流Ｑａｒによって冷媒ＲＦに放熱される。同時に、Ｔ３＞Ｔ２であるため、空気ＡＲがもつ熱は熱流Ｑａｗによって冷却水ＷＴにも放熱される。Ｔ２＞Ｔ１であるため、冷却水ＷＴがもつ熱は、フィン５０を経由する熱流Ｑｗｒｆによって冷媒ＲＦに放熱される。よって、熱源としての空気ＡＲの熱と、冷却水ＷＴの熱とが冷媒に回収される。
【０１３１】
さらに、空気ＡＲの温度は熱交換器７０上を流れる過程で低下するから、熱交換器７０上には部分的にＴ２＞Ｔ３となる部分が生じることがある。この場合、冷却水ＷＴがもつ熱は、空気ＡＲを経由する熱流Ｑｗｒａによって冷媒ＲＦに放熱される。冷却水ＷＴがもつ熱は、空気ＡＲに放熱される。冷却水ＷＴから熱を得た空気ＡＲは、下流列の冷媒チューブ５１６ａの近傍を流れる。このため、空気ＡＲがもつ熱は、冷媒チューブ５１６ａに流れる冷媒ＲＴに放熱される。したがって、冷却水ＷＴがもつ熱は、一旦は空気ＡＲに放熱されるが、その多くの部分が、冷媒ＲＦに吸熱され、回収される。よって、熱源としての空気ＡＲの熱が効率的に回収される。
【０１３２】
図２６に図示されるように、温度関係がＴ２＞Ｔ３＞Ｔ１であるとき、空気ＡＲから冷却水ＷＴへの熱流Ｑａｗは生じない。この場合、Ｔ２＞Ｔ３であるため、冷却水ＷＴから空気ＡＲを経由して冷媒ＲＦに到達する熱流Ｑｗｒａは、熱源としての冷却水ＷＴの熱を効率的に回収するために貢献する。このヒートポンプサイクル２は、上流列にある媒体チューブ４３ａと、下流列にある冷媒チューブ５１６ａとが、空気の流れ方向に沿って重複して位置付けられている熱交換器７０に適している。この構成によると、上流列において媒体の熱の一部が空気ＡＲに供給されても、下流列において空気ＡＲから冷媒チューブ５１６ａに熱が供給される。よって、媒体の熱が効率的に冷媒ＲＦに供給される。
【０１３３】
（第６実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図２７に図示されるように、この実施形態でも、フィン５０は、少なくとも水チューブ６４３ａ側において水チューブ６４３ａより空気ＡＲの流れの上流に向けて突出している。この実施形態でも、フィン５０は、冷媒チューブ６１６ａ側において冷媒チューブ６１６ａより空気ＡＲの流れの上流に向けて突出している。
【０１３４】
空気ＡＲの流れ方向に関する冷媒チューブ６１６ａの幅は、水チューブ６４３ａの幅より大きい。言い換えると、空気ＡＲの流れ方向に関する水チューブ６４３ａの幅は、冷媒チューブ６１６ａの幅より小さい。空気ＡＲの流れ方向に関する冷媒チューブ６１６ａの上流端は、水チューブ６４３ａの上流端より空気ＡＲの流れの上流に向けて突出している。言い換えると、空気ＡＲの流れ方向に関する水チューブ６４３ａの上流端は、冷媒チューブ６１６ａの上流端より空気ＡＲの流れの下流に向けて後退している。上流列をなす複数の冷媒チューブ６１６ａは、上流端ＦＤＲを規定する。上流列をなす複数の水チューブ６４３ａは、上流端ＦＤＷを規定する。
【０１３５】
フィン５０は、少なくとも上流端ＦＤＷより、空気ＡＲの流れの上流に向けて突出する突出部５０ｂを有する。突出部５０ｂは、上流端ＦＤＲより、空気ＡＲの流れの上流に向けて突出する。この結果、冷媒チューブ６１６ａの上流側には、排水のための隙間５０ｄが区画されている。
【０１３６】
この実施形態では、幅が異なる冷媒チューブ６１６ａと水チューブ６４３ａとによって図示の配置を提供した。これに代えて、同じ幅または異なる幅の冷媒チューブと水チューブとを空気流れ方向にずらして配置してもよい。この構成でも、水チューブの空気流れ上流側において、フィン５０が空気流れ上流側に向けて突出するようにフィン５０を位置付けることができる。
【０１３７】
また、この実施形態では、フィン５０の上流端５０ｃを、冷媒チューブ６１６ａの上流端ＦＤＲより上流側に配置した。これに代えて、上流端５０ｃと上流端ＦＤＲとを一致させてもよい。この場合、フィン５０は、水チューブ６４３ａ側においてのみ、水チューブ６４３ａより空気ＡＲの流れの上流に向けて突出する。この場合、隙間５０ｄは形成されない。この構成でも、水チューブの空気流れ上流側において、フィン５０が空気流れ上流側に向けて突出するようにフィン５０を位置付けることができる。
【０１３８】
この構成によると、フィン５０上に霜が成長した後であっても、水チューブ６４３ａの上流側においては、フィン５０の側部を通して空気ＡＲが空気通路１６ｂ、４３ｂに流入できる。
【０１３９】
（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、開示された発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【０１４０】
例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。
【０１４１】
また、フィン５０は、空気ＡＲの流れの下流にも向けて突出してもよい。また、フィン５０に代えて、ルーバー５０ａを備えないフィンを採用してもよい。また、突出部５０ｂにもルーバー５０ａを形成してもよい。
【０１４２】
上記実施形態では、冷却水回路４０は、冷媒回路１０に熱を与える熱源としてだけ利用された。これに代えて、冷却水回路４０を、冷媒回路１０から熱を奪う補助放熱装置として利用してもよい。例えば、冷房運転時に、冷媒回路１０から冷却水回路４０に熱を放出してもよい。また、冷却水回路４０には、ラジエータ４３に加えて、冷却水と空気ＡＲとの熱交換により冷却水から放熱するための熱交換器を備えてもよい。
【０１４３】
上記実施形態では、除霜用の熱源装置を冷却水回路４０によって提供した。これに代えて、除霜のための熱量を蓄えることができる熱媒体を流す流体回路を用いることができる。例えば、冷却水回路４０に代えて、冷媒を流す回路を用いてもよい。
【０１４４】
上記実施形態の熱交換器７０上の霜は、図２８に図示されるように成長する場合がある。この例では、図中の第１段階に図示されるように、霜は、フィン５０の流れ方向の上流端から成長を開始する。しかも、霜は、フィン５０の幅方向の中央部から成長を開始する。このような霜の成長は、フィン５０の上流部における空気の高い湿度と、ルーバー５０ａが提供する高い熱交換性能とに起因する。霜がこの例のように成長する場合であっても、図示の構成によると、フィンの側部において空気ＡＲの通路が長期間にわたって形成される。
【符号の説明】
【０１４５】
１  空調装置、  ２  ヒートポンプサイクル、
１０  冷媒回路、  ４０  冷却水回路、
１２  室内凝縮器（利用側熱交換器）、
１６  室外熱交換器、  １６ａ、５１６ａ、６１６ａ  冷媒チューブ、
４３  ラジエータ、  ４３ａ、６４３ａ  水チューブ（媒体チューブ）、
５０、４５０  フィン、  ５０ａ  ルーバー、
５０ｂ、４５０ｂ  突出部、  ５０ｃ、４５０ｃ  上流端、  ５０ｄ  隙間、
７０  熱交換器、
ＡＲ  空気、  ＲＦ  冷媒、  ＷＴ  冷却水（媒体）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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