(57)【要約】【課題】蒸発器の凝縮水を適切に利用して凝縮器の凝縮能力を効果的に向上することができる熱交換装置を提供する。【解決手段】熱交換装置(2)は、冷媒を加熱する蒸発器(10)、蒸発器を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器(16)を有する冷媒回路(4)と、蒸発器における熱交換に伴い蒸発器から滴下する凝縮水を回収、循環させて凝縮器を流れる冷媒と熱交換させる水回路(6)とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を加熱する蒸発器、該蒸発器を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器を有する冷媒回路と、
前記蒸発器における熱交換に伴い該蒸発器から滴下する凝縮水を回収、循環させて前記凝縮器を流れる冷媒と熱交換させる水回路とを備えることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記凝縮器は、前記冷媒回路を循環する冷媒が通液される冷媒通路と、前記水回路を循環する凝縮水が通液される水通路とを有し、
前記冷媒通路及び前記水通路はチューブに一体に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記水回路は、前記蒸発器から滴下する凝縮水を一旦貯蔵するタンクと、該タンクに貯蔵された凝縮水を前記水通路へ圧送するポンプとを有し、
前記凝縮器における熱負荷に応じて前記ポンプを駆動する制御手段を具備することを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記凝縮器は、前記チューブが複数積層されてなり、
前記水回路は、複数の前記水通路の入口に凝縮水を拡散させて該水通路に流入させるノズルを有することを特徴とする請求項２または３に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記水回路は、前記水通路の出口に、該水通路内の凝縮水を所定圧力以下に維持しつつ該水通路の外部に排水する真空ポンプを有することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記冷媒回路は、前記蒸発器を経由した冷媒を圧縮し前記凝縮器に向けて吐出する圧縮機と、前記蒸発器を経由後に前記圧縮機に至るまでの冷媒を前記真空ポンプから排水された凝縮水と熱交換させる熱交換器とを有することを特徴とする請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記水回路は、フィルタを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記タンクは、該タンク内に貯蔵される凝縮水が所定液位以上になるとき、凝縮水を前記タンクの外部に排出するフロート弁を有することを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置に係り、詳しくは、車両用空調装置として用いて好適な熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱交換装置は、例えば車両に搭載される空調装置として利用され、冷媒を加熱する蒸発器、該蒸発器を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器を有する冷媒回路を備えている。
そして、特許文献１には、蒸発器における熱交換に伴い蒸発器から滴下する凝縮水を凝縮器の表面に直接に噴射し、凝縮器の凝縮能力を補助する散水装置を備えた熱交換装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３７２３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、凝縮器の表面に噴射された凝縮水を回収することができないため、外気温が高い場合などには凝縮水量が不足して凝縮器の凝縮能力を継続的かつ充分に確保することができないとの問題がある。
また、凝縮器の表面に凝縮水を噴射した後に凝縮器の表面の水分に塵埃が付着し、凝縮器が汚れ、凝縮器の凝縮能力が低下するおそれがある。
【０００４】
更に、凝縮器の表面に凝縮水を噴射する際に、車両のエンジンルーム内に水分が飛散し、エンジンルーム内の他の部品に悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、蒸発器の凝縮水を適切に利用して凝縮器の凝縮能力を効果的に向上することができる熱交換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】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の熱交換装置は、冷媒を加熱する蒸発器、蒸発器を経由した冷媒を凝縮させる凝縮器を有する冷媒回路と、蒸発器における熱交換に伴い蒸発器から滴下する凝縮水を回収、循環させて凝縮器を流れる冷媒と熱交換させる水回路とを備えることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、凝縮器は、冷媒回路を循環する冷媒が通液される冷媒通路と、水回路を循環する凝縮水が通液される水通路とを有し、冷媒通路及び水通路はチューブに一体に形成されてなることを特徴としている。
【０００６】
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、水回路は、蒸発器から滴下する凝縮水を一旦貯蔵するタンクと、タンクに貯蔵された凝縮水を水通路へ圧送するポンプとを有し、凝縮器における熱負荷に応じてポンプを駆動する制御手段を具備することを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項２または３において、凝縮器は、チューブが複数積層されてなり、水回路は、複数の水通路の入口に凝縮水を拡散させて水通路に流入させるノズルを有することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項５記載の発明では、請求項２乃至４の何れかにおいて、水回路は、水通路の出口に、水通路内の凝縮水を所定圧力以下に維持しつつ水通路の外部に排水する真空ポンプを有することを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項５において、冷媒回路は、蒸発器を経由した冷媒を圧縮し凝縮器に向けて吐出する圧縮機と、蒸発器を経由後に圧縮機に至るまでの冷媒を真空ポンプから排水された凝縮水と熱交換させる熱交換器とを有することを特徴としている。
【０００８】
更にまた、請求項７記載の発明では、請求項１乃至６の何れかにおいて、水回路は、フィルタを有することを特徴としている。
また、請求項８記載の発明では、請求項３乃至７の何れかにおいて、タンクは、タンク内に貯蔵される凝縮水が所定液位以上になるとき、凝縮水をタンクの外部に排出するフロート弁を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の本発明の熱交換装置によれば、蒸発器における熱交換に伴い蒸発器から滴下する凝縮水を回収、循環させて凝縮器を流れる冷媒と熱交換させる水回路を備える。これにより、凝縮器の熱負荷が大きいときには、凝縮器にて冷媒の凝縮に供した凝縮水を回収して再利用することができるため、凝縮器の凝縮能力を継続的かつ充分に確保することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、凝縮器は、冷媒回路を循環する冷媒が通液される冷媒通路と、水回路を循環する凝縮水が通液される水通路とを有し、冷媒通路及び水通路はチューブに一体に形成されてなる。これにより、凝縮器において凝縮水と冷媒とを熱交換させる際に、凝縮器やその冷媒通路の表面の水分に塵埃が付着することを防止することができる。従って、凝縮器の汚れ、ひいては汚れの付着による凝縮器の凝縮能力の低下を防止することができるため、凝縮器の凝縮能力を更に確実に確保することができるとともに、凝縮器の耐久性やメンテナンス性をも向上することができる。
【００１１】
しかも、凝縮器周辺の熱交換装置を構成する他の機器や部品に凝縮水が飛散することを防止することができるため、凝縮器のみならず熱交換装置全体の耐久性やメンテナンス性を向上することができる。
更に、請求項３記載の発明によれば、水回路は、蒸発器から滴下する凝縮水を一旦貯蔵するタンクと、タンクに貯蔵された凝縮水を水通路へ圧送するポンプとを有し、凝縮器における熱負荷に応じてポンプを駆動する制御手段を具備する。これにより、凝縮器における熱負荷に応じてタンクに貯蔵した凝縮水を凝縮器に適宜供給することができるため、凝縮器の凝縮能力をより一層確実に確保することができる。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、凝縮器は、チューブが複数積層されてなり、水回路は、複数の水通路の入口に凝縮水を拡散させて水通路に流入させるノズルを有する。これにより、各チューブの各水通路に万遍なく凝縮水を流入させることができ、凝縮器全体において凝縮水が冷媒から蒸発潜熱を効率的に奪うことができるため、凝縮器の凝縮能力を向上することができる。
【００１３】
また、請求項５記載の発明によれば、水回路は、水通路の出口部に、水通路内の凝縮水を所定圧力以下に維持しつつ水通路の外部に排水する真空ポンプを有する。これにより、水通路内を凝縮水が蒸発する圧力にすることができるため、蒸発した凝縮水、即ち蒸気によって冷媒からの蒸発潜熱を効率的に奪うことができるため、凝縮器の凝縮能力を更に向上することができる。
【００１４】
更に、請求項６記載の発明によれば、冷媒回路は、蒸発器を経由した冷媒を圧縮し凝縮器に向けて吐出する圧縮機と、蒸発器を経由後に圧縮機に至るまでの冷媒を真空ポンプから排水された凝縮水と熱交換させる熱交換器とを有する。これにより、蒸発器を経由後に圧縮機に至るまでの低温低圧冷媒によって、真空ポンプから排水される気液混合状態の凝縮水を確実に液相にしてからタンクに戻すことができるため、水回路における凝縮水の循環効率が向上し、ひいては凝縮器の凝縮能力を更に向上することができる。
【００１５】
更にまた、請求項７記載の発明によれば、水回路は、フィルタを有することにより、水回路を循環する凝縮水の汚れを除去することができるため、凝縮器の凝縮能力及び耐久性並びにメンテナンス性を更に向上することができる。
また、請求項８記載の発明によれば、タンクは、タンク内に貯蔵される凝縮水が所定液位以上になるとき、凝縮水をタンクの外部に排出するフロート弁を有する。これにより、タンク内の余分な凝縮水はオーバーフローさせて排出することができ、タンクには凝縮器の凝縮能力、ひいては熱交換装置の熱交換能力に合致した凝縮水量が常時確保されるため、凝縮器の凝縮能力をより一層確実に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の熱交換装置の一例を模式的に示しており、この熱交換装置２は例えば車両用空調装置として用いられ、冷媒回路４と水回路６とから構成されている。
冷媒回路４は、冷媒が循環する冷媒循環路８に、冷媒の流れ方向から順に蒸発器１０、内部熱交換器（熱交換器）１２、圧縮機１４、凝縮器１６、膨張弁１８が介挿されて閉回路をなしている。
【００１７】
蒸発器１０は、車両の車室内の空気と蒸発器１０の冷媒通路１０ａを流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、車室内の空気を熱源として冷媒を加熱して蒸発させることにより、冷媒回路４側に車室内の空気の熱を回収し、車室内を所望の空調温度に調整している。
内部熱交換器１２は、蒸発器１０を経由後に圧縮機１４に至るまでの低温低圧冷媒を水回路６を循環する凝縮水、詳しくは後で詳述する真空ポンプ３０から排水される気液混合状態の凝縮水と熱交換させている。
【００１８】
圧縮機１４は、内部熱交換器１２を経由した冷媒を圧縮して過熱蒸気の状態としている。
凝縮器１６は、圧縮機１４から吐出される冷媒を凝縮液化する熱交換器であって、凝縮器１６内の冷媒通路１６ａに外気を送風するためのファン１７を備えている。
ファン１７による送風によって外気の熱で凝縮された液冷媒は、内部熱交換器１２を経て膨張弁１８に送出され、膨張弁１８を経由して膨張、減圧された後に蒸発器１０に向けて送出される。
【００１９】
このように構成される冷媒回路４では、蒸発器１０における熱交換に伴い、蒸発器１０の冷媒通路１０ａの表面に車室内の空気に含まれる水分が凝縮した凝縮水が付着し、蒸発器１０の下方に滴下する。水回路６は、この凝縮水を回収して循環させ、凝縮器１６、即ち冷媒通路１６ａを流れる冷媒の凝縮液化に利用している。
詳しくは、水回路６は、凝縮水が循環する水循環路２０に、凝縮水の流れ方向から順にタンク２２、ポンプ２４、フィルタ２６、ノズル２８、凝縮器１６内に設けられる水通路１６ｂ、真空ポンプ３０、内部熱交換器１２が介挿されて閉回路をなしている。
【００２０】
タンク２２には、水循環路２０の他、蒸発器１０から延びる凝縮水の回収路３２が接続され、蒸発器１０から滴下する凝縮水は回収路３２を介してタンク２２に一旦貯蔵され、そこからタンク２２に装着されたポンプ２４にて水通路１６ｂ側へ圧送される。
ポンプ２４は、車両や熱交換装置２を総合的に制御する図示しない電子制御装置（制御手段）に電気的に接続され、水通路１６ｂを流れる凝縮水の温度および／または凝縮器１６の周囲の温度および／または凝縮器１６内における冷媒の凝縮圧力、即ち凝縮器１６の熱負荷に応じて駆動され、凝縮器１６における熱負荷に応じた量の凝縮水をタンク２２から水通路１６ｂ側に供給する。尚、車室内の空調を含めた環境や車両の運転状況などに応じ、車室内の快適性や車両の省燃費制御などと同調させてポンプ２４を駆動しても良い。
【００２１】
図２のタンク２２の要部拡大図に示されるように、タンク２２内の上部には、タンク２２内まで延びる回収路３２の下端開口部３２ａにフロート弁３４が設けられ、このフロート弁３４は通常は開弁され、回収路３２を流れる凝縮水は下端開口部３２ａからタンク２２内に流入する。
一方、タンク２２に貯蔵される凝縮水が所定液位を超えると、フロート弁３４が凝縮水の浮力により閉弁し、下端開口部３２ａを閉塞する。回収路３２には排水路３６が接続されており、回収路３２を流れる凝縮水は、フロート弁３４の閉弁によってタンク２２内に流入することなく排水路３６を流れてタンク２２の外部へ排出される。
【００２２】
フィルタ２６は、水循環路２０を循環する凝縮水の汚れを水通路１６ｂの上流側にて除去している。
ノズル２８は、水通路１６ｂの入口近傍にて水循環路２０の流路を狭めている。
真空ポンプ３０は、その圧送能力を可変に構成された例えばダイアフラム式のポンプであって、水通路１６ｂを流れる凝縮水をタンク２２に向けて圧送する。
【００２３】
ここで、図３の凝縮器１６の斜視図に示されるように、水通路１６ｂは凝縮器１６内で冷媒通路１６ａと一体化されたチューブ３８内に形成され、凝縮器１６は、このチューブ３８の他、フィン４０、分配部材４２Ａ，４２Ｂから構成されている。
チューブ３８は、その両端、即ち冷媒通路１６ａ及び水通路１６ｂの出入り口が開口した平板状をなして複数設けられ、フィン４０を介して積層されている。
【００２４】
フィン４０は、波板状に形成され、積層されるチューブ３８間にてこれらチューブ３８に当接されるとともに、チューブ３８に沿って設けられている。また、各フィン４０は各チューブ３８とともに分配部材４２Ａ，４２Ｂに例えばロー付け固定されている。
ここで、フィン４０を設けることにより、冷媒は凝縮水との熱交換に加え、ファン１７による送風によっても効果的に冷却されるが、冷媒の蒸発潜熱はフィン４０自体をも冷却するため、ファン１７による送風がフィン４０により冷却され、冷媒の凝縮液化を促進する。
【００２５】
分配部材４２Ａ，４２Ｂは、有底有蓋のパイプ状に形成され、各分配部材４２Ａ，４２Ｂ内には各チューブ３８の両端開口がそれぞれ位置づけられている。
詳しくは、図４の図３、Ａ−Ａ方向からみた凝縮器１６の要部断面図に示されるように、チューブ３８は、冷媒通路１６ａと水通路１６ｂとが隔壁１６ｃにより仕切られて構成されている。
【００２６】
また、図５の図４、Ｂ−Ｂ方向からみたチューブ３８の断面図にも示されるように、冷媒通路１６ａは複数の小通路１６ｄに分割されている。
一方、各分配部材４２Ａ，４２Ｂ内の長手方向には、冷媒通路１６ａが開口される空間Ｓａと水通路１６ｂが開口される空間Ｓｂとを各チューブ３８の隔壁１６ｃの位置にて仕切る仕切り部材４４Ａ，４４Ｂがそれぞれ延設され、各仕切り部材４４Ａ，４４Ｂの一部は各チューブ３８の隔壁１６ｃの位置に差し込み固定されている。
【００２７】
また、分配部材４２Ａには、冷媒循環路８及び水循環路２０が接続部材４６Ａを介して接続される。即ち、冷媒及び凝縮水は、接続部材４６Ａを介して分配部材４２Ａの各空間Ｓａ，Ｓｂにそれぞれ流入し、各チューブの３８の通路１６ａ，１６ｂにそれぞれ分配して流入される。この際、凝縮水はノズル２８を介して空間Ｓｂに流入されることにより、各チューブ３８の各水通路１６ｂに拡散されて流入される。
【００２８】
一方、分配部材４２Ｂには、冷媒循環路８及び水循環路２０が接続部材４６Ｂを介して接続されている。即ち、冷媒及び凝縮水は、通路１６ａ，１６ｂを経てそれぞれ分配部材４２Ｂの各空間Ｓａ，Ｓｂに分配されて流入され、接続部材４６Ｂを介してそれぞれ冷媒循環路８及び水循環路２０に流出される。
このようにして構成される凝縮器１６では、図３中では凝縮器１６の右上部分から流入された冷媒及び凝縮水が右側から左側に向けて熱交換しながら並行して流れ、この際に凝縮水が冷媒からの蒸発潜熱を奪って冷媒を冷却した後に、凝縮器１６の左下部分から凝縮器１６の外部へ流出される。
【００２９】
ここで、真空ポンプ３０は水通路１６ｂを流れる凝縮水の温度、即ち凝縮器１６の熱負荷に応じて水通路１６ｂ内の空気静圧を凝縮水が蒸発される圧力に減圧している。
具体的には、凝縮水の温度が３０℃〜４０℃と仮定すると、水の蒸気圧曲線によれば、水通路１６ｂ内が０．５ｂａｒ以下になるように真空ポンプ３０を駆動することにより、凝縮水は水通路１６ｂ内において蒸発される。そして、真空ポンプ３０から排出された気液混合状態の凝縮水は、内部熱交換器１２にて蒸発器１０を経由後に圧縮機１４に至るまでの低温低圧冷媒によって液相にされた後、タンク２２に戻される。
【００３０】
以上のように、本実施形態では、水回路６を備えることにより、凝縮器１６の熱負荷が大きいときには、凝縮器１６にて冷媒の凝縮に供した凝縮水を回収して再利用することができるため、凝縮器１６の凝縮能力を継続的かつ充分に確保することができる。
また、冷媒通路１６ａ及び水通路１６ｂをチューブ３８に一体に形成することにより、凝縮器１６において凝縮水と冷媒とを熱交換させる際に、凝縮器１６やその冷媒通路１６ａの表面の水分に塵埃が付着することを防止することができる。従って、凝縮器１６の汚れ、ひいては汚れの付着による凝縮器１６の凝縮能力の低下を防止することができるため、凝縮器１６の凝縮能力を更に確実に確保することができるとともに、凝縮器１６の耐久性やメンテナンス性をも向上することができる。
【００３１】
しかも、凝縮器１６周辺の熱交換装置２を構成する他の機器や部品、ひいては車両のエンジンルーム内に凝縮水が飛散することを防止することができるため、凝縮器１６のみならず熱交換装置２全体、ひいては車両全体の耐久性やメンテナンス性を向上することができる。
更に、凝縮器１６における熱負荷に応じてタンク２２に貯蔵した凝縮水を凝縮器１６に適宜供給することにより、凝縮器１６の凝縮能力をより一層確実に確保することができる。
【００３２】
更にまた、水回路６がノズル２８を有することにより、各チューブ３８の各水通路１６ｂに万遍なく凝縮水を流入させることができ、凝縮器１６全体において、凝縮水が冷媒から蒸発潜熱を効率的に奪うことができるため、凝縮器１６の凝縮能力を向上することができる。
また、水回路６が真空ポンプ３０を有することにより、凝縮水温度が３０℃〜４０℃と仮定すると、水通路１６ｂ内を例えば０．５ｂａｒ程度の圧力にし、水通路１６ｂ内の凝縮水を蒸発させて冷媒から蒸発潜熱を効率的に奪うことができるため、凝縮器１６の凝縮能力を更に向上することができる。
【００３３】
更に、内部熱交換器１２にて蒸発器１０を経由後に圧縮機１４に至るまでの冷媒を真空ポンプから排水された凝縮水と熱交換させることにより、蒸発器１０を経由後に圧縮機１４に至るまでの低温低圧冷媒によって、真空ポンプ３０から排水される気液混合状態の凝縮水を確実に液相にしてからタンク２２に戻すことができるため、水回路６における凝縮水の循環効率が向上し、ひいては凝縮器１６の凝縮能力を更に向上することができる。
【００３４】
更にまた、水回路６がフィルタ２６を有することにより、水回路１６ｂを循環する凝縮水の汚れを除去することができるため、凝縮器１６の凝縮能力、耐久性及びメンテナンス性を更に向上することができる。
また、タンク２２がフロート弁３４を有することにより、タンク２２内の余分な凝縮水はオーバーフローさせて排出することができ、タンク２２には凝縮器１６の凝縮能力、ひいては熱交換装置２の熱交換能力に合致した凝縮水量が常時確保されるため、凝縮器１６の凝縮能力をより一層確実に確保することができる。
【００３５】
更に、本実施形態の凝縮器１６は、従来の凝縮器の分配部材及び接続部材のみを変更することで実現でき、経済性にも優れる。更にまた、本実施形態の実現に伴い追加された部品のコストは凝縮器１６の凝縮能力向上に伴う熱交換装置２のライフサイクル運転コストの節減によって充分に減価償却可能である。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、内部熱交換器１２は、蒸発器１０を経由後に圧縮機１４に至るまでの低温低圧冷媒を真空ポンプ３０から排水される気液混合状態の凝縮水と熱交換させているが、これに加えて上記低温低圧冷媒を冷媒通路１６ａから流出した高圧冷媒と熱交換させるようにしても良く、この場合には冷媒回路４の熱効率の更なる向上が図れて好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱交換装置の模式図である。
【図２】図１のタンクの要部拡大図である。
【図３】図１の凝縮器の斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ方向からみた凝縮器の要部断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ方向からみたチューブの断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
２  熱交換装置
４  冷媒回路
６  水回路
１０  蒸発器
１２  内部熱交換器（熱交換器）
１６  凝縮器
１６ａ  冷媒通路
１６ｂ  水通路
２２  タンク
２４  ポンプ
２６  フィルタ
２８  ノズル
３０  真空ポンプ
３４  フロート弁
３８  チューブ
【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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