(57)【要約】【課題】空気側の圧力損失による風量の減少を低減させ、より簡便な構造で着霜を融解する発熱量を得ることができるヒータを有する車室外熱交換器およびこれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。【解決手段】長手方向に延在するとともにそれぞれの長手方向軸線が略平行となる状態で対向配置された一対のタンクと、一対のタンク間に延設されるとともに、それぞれの端部が対応するタンクに連通するようにタンクの前記長手方向に所定間隔をもって配列された複数の熱交換チューブ１と、隣り合う熱交換チューブ１間に配置され、熱交換チューブ１の延設方向に所定ピッチを有するように形成されたコルゲートフィン２と、を備えた車室外熱交換器であって、空気流れ方向に対向する熱交換チューブ１の上流部に沿ってヒータ４が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延在するとともにそれぞれの長手方向軸線が略平行となる状態で対向配置された一対のタンクと、
一対の前記タンク間に延設されるとともに、それぞれの端部が対応する前記タンクに連通するように前記タンクの前記長手方向に所定間隔をもって配列された複数の熱交換チューブと、
隣り合う前記熱交換チューブ間に配置され、前記熱交換チューブの延設方向に所定ピッチを有するように形成されたコルゲートフィンと、
を備えた車室外熱交換器であって、
空気流れ方向に対向する前記熱交換チューブの上流部に沿ってヒータが設けられていることを特徴とする車室外熱交換器。
【請求項２】
前記ヒータは、空気流れ方向から見た場合の前記熱交換チューブの板厚よりも細くなるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車室外熱交換器。
【請求項３】
前記ヒータは、
前記熱交換チューブの上流部に沿って設けられたヒータ本体部と、
隣り合う前記ヒータ本体部同士を電気的に接続するとともに前記熱交換チューブと前記タンクとの接合部近傍に設けられたヒータ接続部と、を有し、
前記ヒータ本体部が前記ヒータ接続部で折り返して接続されることによって、連続した蛇行形状とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車室外熱交換器。
【請求項４】
前記フィンは、前記熱交換チューブよりも空気流れ方向上流側へ突出して設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車室外熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の車室外熱交換器を備えていることを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータを有する車室外熱交換器およびこれを備えた車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルを利用したヒートポンプ装置は、冷媒の蒸発および凝縮による潜熱を利用して一方の熱交換器から他方の熱交換器に熱を移動させる装置である。ヒートポンプ装置は、冷房や暖房を行う空気調和装置、空気の熱で湯を沸かすヒートポンプ式給湯装置や冷房装置、あるいは食品などを冷凍保存するための冷凍装置などに利用されている。これらは冷凍サイクル装置とも呼ばれ、一般にヒートポンプ装置という呼称は外部から熱を取り入れ、その熱を暖房などに積極的に利用する場合に用いられている。
【０００３】
電気自動車では、暖房用にエンジン排熱が利用できない。また、エンジンと電気モータを利用するハイブリッド車においても省燃費のため極力エンジンを停止する制御がなされるため、冷媒を用いたヒートポンプ暖房、若しくはクーラントを媒体とした電気ヒータによる暖房が検討されている。暖房運転に使用する消費電力は非常に大きく、高効率暖房としてのヒートポンプが求められている。
【０００４】
しかし、低外温時（例えば−１０℃）のヒートポンプ暖房では、空気中の水分が凝縮し室外熱交換器に着霜（フロスト）が起こり暖房能力低下を招く可能性がある。家庭用ルームエアコン等では着霜が発生すると、暖房運転から冷房運転へ切り替えるリバース運転を行い、室外熱交換器の除霜を行っている。車両用ヒートポンプシステムで同様な除霜を実施すると暖房運転が停止してしまい、視界確保の保安基準を満足できないという問題があった。
【０００５】
これらの着霜によるトラブルの対策について開示された文献として、下記特許文献１がある。
【０００６】
特許文献１には、誘導加熱によってヒートポンプ装置に用いられる熱交換器を効率よく加熱することができるヒートポンプ用熱交換器が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２１０１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、室外熱交換器のフィンとは別に誘導加熱のための電熱線を設けて、そこに流れる電流により熱交換器に誘導電流を流し、発生する熱量により着霜を融解しているが、同形態ではフィンの風上側に付加物を設ける必要があった。これにより、空気側圧力損失の増加により風量が減少し、室外熱交換器の性能が低下して十分な暖房性能を確保できないという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、空気側の圧力損失による風量の減少を低減させ、より簡便な構造で着霜を融解する発熱量を得ることができるヒータを有する車室外熱交換器およびこれを備えた車両用空調装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のヒータを有する車室外熱交換器およびこれを備えた車両用空調装置は以下の手段を採用する。
【００１１】
本発明の車室外熱交換器は、長手方向に延在するとともにそれぞれの長手方向軸線が略平行となる状態で対向配置された一対のタンクと、一対の前記タンク間に延設されるとともに、それぞれの端部が対応する前記タンクに連通するように前記タンクの前記長手方向に所定間隔をもって配列された複数の熱交換チューブと、隣り合う前記熱交換チューブ間に配置され、前記熱交換チューブの延設方向に所定ピッチを有するように形成されたコルゲートフィンと、を備えた車室外熱交換器であって、空気流れ方向に対向する前記熱交換チューブの上流部に沿ってヒータが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
コルゲートフィンとチューブが積層された熱交換器を車室外熱交換器に適用する。このコルゲートタイプの熱交換器表面は、フィンとチューブが露出した状態となるので、空気流れ方向に対向する熱交換チューブの上流部にヒータを設置することが可能となる。空気流れ方向の熱交換チューブ上流部に沿ってヒータを設置するため、ヒータ自体が圧力損失を招くことを可及的に避けることができ、圧力損失への影響を低減させることができる。
空気圧損への影響を低減させることにより、風量減少による熱交換器の性能低下を最小限に抑制できる。ヒータには、例えばニクロム線が用いられる。
【００１３】
さらに、本発明にかかる車室外熱交換器では、前記ヒータは、空気流れ方向から見た場合の前記熱交換チューブの板厚よりも細くなるように設けられていることを特徴とする。
【００１４】
空気流れ方向から見た場合の熱交換チューブの板厚よりも細いヒータを用いることにより、さらに空気圧損への影響を低減させることができる。
【００１５】
さらに、本発明にかかる車室外熱交換器では、前記ヒータは、前記熱交換チューブの上流部に沿って設けられたヒータ本体部と、隣り合う前記ヒータ本体部同士を電気的に接続するとともに前記熱交換チューブと前記タンクとの接合部近傍に設けられたヒータ接続部と、を有し、前記ヒータ本体部が前記ヒータ接続部で折り返して接続されることによって、連続した蛇行形状とされていることを特徴とする。
【００１６】
ヒータ本体部同士を電気的に接続するとともに前記ヒータ接続部で折り返して接続することによって、連続した蛇行形状として配置している。蛇行形状に形成することで従来よりもヒータの長さを確保することができる。これによって、低外気温時等の大きい融解熱が必要な場合にも、融解熱を供給することができる。
【００１７】
さらに、本発明にかかる車室外熱交換器では、前記フィンは、前記熱交換チューブよりも空気流れ方向上流側へ突出して設けられていることを特徴とする。
【００１８】
熱交換チューブよりも空気流れ方向上流側へ突出して設けることにより、熱交換チューブ間に設けられたフィンの両端部でヒータを挟み込んで支持することができる。
【００１９】
さらに、本発明の車両用空調装置は、上記に記載の車室外熱交換器を備えていることを特徴とする。
【００２０】
車両用空調装置は、空気側の圧力損失による風量の減少を低減させ、より簡便な構造で着霜を融解する発熱量を得ることができるヒータを有する車室外熱交換器が備えられている。これにより、車両用ヒートポンプの暖房運転を停止する必要がないため、車両の視界確保の保安基準を満たすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、空気流れ方向に対向する熱交換チューブの上流部に沿ってヒータが設けられているため、空気側の圧力損失への影響を低減させることができる。したがって、風量減少による熱交換器の性能低下を最小限に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒータを有する熱交換器の部分断面斜視図である。
【図２】図１に示したヒータの設置例を示した横断面図である。
【図３】本発明に係るヒータを有する車室外熱交換器の正面図である。
【図４】図１に示したヒータの固定手段の変形例を示した部分断面斜視図である。
【図５】図１に示したヒータの固定手段の変形例を示した部分断面斜視図である。
【図６】図１に示したヒータの固定手段の変形例を示した部分横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係るヒータを有する車室外熱交換器（以下、単に「熱交換器」という）およびこれを備えた車両用空調装置の一実施形態について、図１から図３を用いて説明する。
【００２４】
図３には、本実施形態に係る車室外熱交換器（以下「熱交換器」という。）７の正面図が示されている。熱交換器７は、コルゲートタイプとされており、車両空調装置の一構成要素として用いられる。熱交換器７は、車室外の空気と冷媒とが熱交換するようになっており、ヒートポンプ運転による暖房運転時には蒸発器として使用され、冷房運転時には凝縮器として使用される。車室外の空気は、図３において正面から流れ込むようになっている。
【００２５】
熱交換器７は、長手方向に延在するとともにそれぞれの長手方向軸線が略平行となる状態で対向配置された一対のタンク６を備えている。一対のタンク６間には、これらタンク６間にわたって延在するように複数の熱交換チューブ１が設けられている。それぞれの熱交換チューブ１の両端は、タンク６に連通するように設置されている。複数の熱交換チューブ１は、タンク６の長手方向に所定間隔をもって配列されている。
隣り合う熱交換チューブ１間には、熱交換チューブ１の延設方向に所定ピッチを有するように折り曲げられて形成されたコルゲートフィン２が設けられている。
【００２６】
図１には、図３に示した熱交換器７の部分断面斜視図が示されている。同図には、空気が流れる方向が矢印５にて示されている。熱交換チューブ１は、偏平形状とされており、偏平面が空気流れ方向に沿うように配置されている。この熱交換チューブ１の上流部すなわち熱交換チューブ１の先端に沿って、ヒータ４が設けられている。これにより、ヒータ４は、熱交換チューブ１の空気流れの上流側に配置されることになる。ヒータ４としては、供給された電力によって発熱する例えばニクロム線が用いられる。
ヒータ４を固定する固定具には、例えば、クリップなどの固定具が用いられる。クリップをコルゲートフィン２の間に差し込み、熱交換チューブ１の後に引っ掛けるようにしてヒータ４を固定する。またクリップは、縦方向に複数個所設けてヒータ４を固定している。
【００２７】
図２に示されるように、ヒータ４は、矢印５の空気流れ方向から見た場合の熱交換チューブ１の板厚Ｂよりも細くなる板厚Ａとなるように設けられている。
【００２８】
図１に示されているように、熱交換チューブ１に狭持されるコルゲートフィン２のフィン上には、ルーバ３が設けられている。
【００２９】
図３に示されているように、ヒータ４は、熱交換チューブ１の上流部に沿って設けられたヒータ本体部４ａと、隣り合うヒータ本体部４ａ同士を電気的に接続するヒータ接続部４ｂとを備えている。ヒータ接続部４ｂは、熱交換チューブ１とタンク６との接合部近傍に設けられている。ヒータ本体部４ａがヒータ接続部４ｂで折り返して接続されることによって、連続した蛇行形状とされている。
【００３０】
次に上記構成のヒータを有する車室外熱交換器およびこれを備えた車両用空調装置の動作について説明する。
図１に示すように、矢印５の方向に流れる空気は、熱交換チューブ１間を流れコルゲートフィン２に接触しながら流される。コルゲートフィン２に接触しながら流れる空気は、隣り合う熱交換チューブ１の管壁を介して、熱交換チューブ１内を流れる図示しない冷媒と熱交換される。また、コルゲートフィン２のフィン上に設けられたルーバ３により、空気の伝熱性が向上する。
【００３１】
ヒートポンプ運転時には、熱交換器７は蒸発器として使用されるので、例えば−１０℃以下とされた低外温時には、熱交換器７の表面に霜が付着する。フロストセンサ等によって着霜が検出されると、図示しない制御部の指令によって、ヒータ４へと電力が供給される。これにより、ヒータ４が発熱し、熱交換器７の表面に付着した霜が熔解される。
【００３２】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
図１に示すように、矢印５の空気流れ方向の熱交換チューブ１上流部に沿ってヒータ４を設置したので、ヒータ４自体が圧力損失を招くことを可及的に避けることができる。これにより、圧力損失への影響を低減させることができる。空気圧損への影響を低減させることにより、風量減少による熱交換器７の性能低下を最小限に抑制できる。
【００３３】
ヒータ４は、矢印５の空気流れ方向から見た場合の熱交換チューブ１の板厚Ｂよりも細くなる板厚Ａとなるように設けられている。これにより、矢印５の空気流れ方向から見た場合の熱交換チューブ１の板厚Ｂよりも細い板厚Ａとなるヒータ４を用いることにより、さらに空気圧損への影響を低減させることができる。
【００３４】
また、ヒータ本体部４ａ同士をヒータ接続部４ｂによって電気的に接続するとともに、ヒータ接続部４ｂで折り返して接続することによって、連続した蛇行形状として配置することとした。蛇行形状に形成することでヒータ４の長さを確保することができるので、低外気温時等の大きい融解熱が必要な場合にも、十分な融解熱を供給することができる。さらに、熱交換器７のチューブ１側面から吸熱させることができるため、ヒートポンプサイクルにおける圧縮機吸入圧力を上昇させることができる。これにより、暖房性能を向上させることができる。
【００３５】
〔変形例〕
次に、ヒータ４の固定方法に関する変形例について、図４〜図６を用いて説明する。
図４に示されているように、本実施形態では、コルゲートフィン２のフィン先端部２ａを、熱交換チューブ１よりも空気流れ方向上流側へ突出して設けられている。コルゲートフィン２の先端部２ａを、熱交換チューブ１よりも矢印５の空気流れ方向上流側へ突出して設けられている。これにより、熱交換チューブ１間に図示しない対称となって設けられたコルゲートフィン２の両端部で、ヒータ４を挟み込んで支持することができる。また、ヒータ４を挟み込んで支持することから、熱交換チューブ１の形状は、偏平形状とされる。
【００３６】
図５で示されているように、熱交換チューブ１の空気流れ方向の上流部となる先端部に、ヒータ４を囲った状態で固定するヒータ固定部１ａを設置する。ヒータ固定部１ａは、熱交換チューブ１の先端部と同様の形状とされており、熱交換チューブ１が先端側（上流側）に延長された外形状となっている。ヒータ４とヒータ固定部１ａとの固定方法は、例えば、ヒータ固定部１ａの内面と熱交換チューブ１の先端とを挟み込んで固定しても良いし、熱伝導率の良い金属材料を充填して固定するようにしても良い。
【００３７】
また、図６に示されるように、第２熱交換チューブの先端を爪形状１ｂに変形させて、ヒータ４を挟みこみようにしても良い。この第２熱交換チューブ１ａを設けることにより、ヒータ４を安定して固定することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    熱交換チューブ
１ａ  ヒータ固定部
１ｂ  爪形状
２    コルゲートフィン
２ａ  先端部
３    ルーバ
４    ヒータ
４ａ  ヒータ本体部
４ｂ  ヒータ接続部
６    タンク
７    熱交換器
【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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