热交换器的制作方法

相关申请的相互参照

本申请是基于2017年10月11日申请的日本专利申请2017-197822号，要求其优先权，并将该专利申请的全部内容通过参照而编入本说明书中。

本发明涉及一种在进行制冷工作及制热工作的热泵系统中使用的热交换器。

背景技术：

作为在进行制冷工作及制热工作的热泵系统中使用的热交换器，已知有下述专利文献1所记载的热交换器。在下述专利文献1所记载的热交换器中，在制冷时，高温高压的气相制冷剂流入冷凝用热交换部，被冷却而成为气液二相的制冷剂而流入受液部。流入到受液部的气液二相制冷剂饱和后的液相制冷剂流入过冷却用热交换部，被过冷却后流入利用侧热交换器。另一方面，在制热时，低压的气液二相制冷剂流入冷凝用热交换部，并进行热交换而蒸发，成为气相制冷剂而流入受液部。流入到受液部的气相制冷剂不流过过冷却用热交换部而回流到压缩机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-236404号公报

在专利文献1中，在制热时存在如下要解决的技术问题。作为制热时的第一技术问题，由于在制热运转时仅使用冷凝用热交换部而不使用过冷却用热交换部，因此不能活用热交换器的芯部整体，与体型相比，存在制热性能低的技术问题。作为制热时的第二技术问题，由于比容积大的气相制冷剂绕过过冷却用热交换部流动，因此存在制冷剂压损增大、制热性能降低的技术问题。作为制热时的第三技术问题，由于是从上方将气液二相制冷剂导入热交换器的芯部的结构，因此存在流过冷凝用热交换部的制冷剂的分配性恶化、制热性能降低的技术问题。

在专利文献1中，在制冷时存在如下要解决的技术问题。作为制冷时的第一技术问题，在设置有与贮存液体制冷剂的贮液器接合成一体、并在制冷工作时及制热工作时切换制冷剂的流动的制冷剂调整部的情况下，由于流入制冷剂调整部的是高温高压的气相制冷剂，因此存在如下技术问题：在热交换器内流动的制冷剂被加热而过冷却度不足，从而制冷性能降低。作为制冷时的第二技术问题，存在由于过冷却度不足而导致在流入膨胀阀的制冷剂中混入气相制冷剂而产生异常声音的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够提高制热性能及制冷性能，并且能够抑制制冷时产生异常声音的热交换器。

本发明提供一种热交换器，在进行制冷工作及制热工作的热泵系统中使用，该热交换器具备：热交换部，在制冷工作时及制热工作时，该热交换部在制冷剂与外部气体之间进行热交换；以及制冷剂调整部，该制冷剂调整部与贮存液体制冷剂的贮液器接合为一体，并在制冷工作时及制热工作时切换制冷剂的流动。热交换器设置有：供制冷剂流入的流入口；在制冷工作时供制冷剂流出的制冷流出口；以及在制热工作时供制冷剂流出的制热流出口，流入口与制热流出口之间的距离被配置为比流入口与制冷流出口之间的距离短。

由于与流入口与冷气流出口之间的距离相比，流入口与暖气流出口之间的距离变短，因此促进了流入口与暖气流出口之间的传热。因此，在制热时，由于进入热交换器之前的制冷剂的焓与流出热交换器之后的制冷剂的焓的差增大，因此制热性能提高。另外，由于从流入口导入的气液二相制冷剂的干燥度降低，因此制冷剂的密度增加，制冷剂的压损降低，因此制热性能提高。进而，通过使从流入口导入的气液二相制冷剂的干燥度下降，从而气液二相制冷剂的液相成分增多，制冷剂的分配性提高，制热性能提高。

由于与流入口与制热流出口之间的距离相比，流入口与制冷流出口之间的距离变长，因此能够抑制流入口与制冷流出口之间的传热。当促进流入口与制冷流出口之间的传热时，则担心因焓差的减少而引起的压缩机动力恶化、因过冷却度降低而引起的不良情况。通过抑制流入口与制冷流出口之间的传热，能够抑制因焓差的减少而引起的压缩机动力恶化。另外，通过抑制过冷却度的降低，能够避免因流入到蒸发器的制冷剂的干燥度增加而引起的蒸发器的制冷剂压损增加、因分配恶化而引起的制冷性能降低。进而，还能够抑制在流入减压器的流入制冷剂中混入气相制冷剂而引起的异常声音的产生。

附图说明

图1是表示作为实施方式的热交换器的图。

图2是表示使用了图1所示的热交换器的制冷循环的一例的图。

图3是表示作为变形例的热交换器的图。

图4是表示作为变形例的热交换器的图。

图5是表示作为变形例的热交换器的图。

图6是用于说明图1所示的连接器部件的图。

图7是用于说明图1所示的连接器部件的图。

图8是用于说明图3所示的连接器部件的图。

图9是用于说明图3所示的连接器部件的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实施方式进行说明。为了便于理解说明，在各附图中对相同的构成要素尽可能标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图1所示，本实施方式的热交换器2具备上游侧热交换部20、下游侧热交换部21以及贮液器22。上游侧热交换部20具有两个上游侧芯201、202和集管箱203、204、205。在本实施方式中，作为一例示出了具有两个上游侧芯201、202的结构，但芯既可以是一个，也可以是三个以上。上游侧芯201、202是在内部流动的制冷剂与在外部流动的空气之间进行热交换的部分，该上游侧芯201、202具有供制冷剂通过的管和设置在管之间的翅片。

在上游侧芯201的上游侧端安装有集管箱203。在上游侧芯202的下游侧端安装有集管箱205。在上游侧芯201的下游侧端及上游侧芯202的上游侧端安装有跨这双方配置的集管箱204。

在集管箱203连接有连接流路221。在集管箱205连接有连接流路222。从连接流路221流入的制冷剂从集管箱203流入到上游侧芯201。流经上游侧芯201的制冷剂流入集管箱204。流经集管箱204的制冷剂流入上游侧芯202。流经上游侧芯202的制冷剂流入集管箱205。流入到集管箱205的制冷剂向连接流路222流出。

连接流路222是设置于贮液器22的流路。连接流路222与贮液器22的贮液空间224连接。流出到连接流路222的制冷剂流入贮液空间224内部。

贮液器22是形成有贮液空间224的大致圆筒状的贮液器。贮液空间224是将从连接流路222流入的气液二相制冷剂分离为液相制冷剂和气相制冷剂，并储存液相制冷剂的部分。在贮液器22设置有流入流路225、连接流路221、连接流路222、制热流出流路226以及连接流路223。在流入流路225的端部形成有流入口225a。在制热流出流路226的端部形成有制热流出口226a。

在贮液空间224连接有连接流路222、连接流路223以及流出流路112。连接流路222是连接上游侧热交换部20和贮液器22的流路。连接流路223是连接贮液器22和下游侧热交换部21的流路。从连接流路223流出的液相制冷剂流入下游侧热交换部21。流出流路112是使气相制冷剂从贮液器22流出的流路。

下游侧热交换部21具有集管箱211、下游侧芯212以及集管箱213。在集管箱213连接有制冷流出流路227。在制冷流出流路227的端部形成有制冷流出口227a。集管箱213设置于下游侧芯212的下游侧端。在下游侧芯212的上游侧端设置有集管箱211。在集管箱211连接有连接流路223。

液相制冷剂从连接流路223流入集管箱211，并且液相制冷剂从集管箱211流入下游侧芯212。下游侧芯212是在内部流动的制冷剂与在外部流动的空气之间进行热交换的部分，该下游侧芯212具有供制冷剂通过的管和设置在管之间的翅片。因此，流入到下游侧芯212的液相制冷剂一边被过冷却一边流向集管箱213。

从下游侧芯212流入到集管箱213的液相制冷剂向制冷流出流路227流出。制冷流出流路227在制冷流出口227a与构成制冷循环装置的膨胀阀所连接的流路相连，在膨胀阀之前连接有蒸发器。

在贮液器22的上方设置有制冷剂调整部10。在制冷剂调整部10设置有流入流路110、流出流路111、流出流路112以及连接流路113。流入流路110以与流入流路225连接的方式配置。流出流路111以与制热流出流路226连接的方式配置。连接流路113以面向贮液空间224的方式设置，在制冷剂调整部10的内部与流出流路111连接。连接流路113以与连接流路221连接的方式配置。

流入流路225及流入流路110是供从压缩机流入的高压制冷剂流入的流路。连接流路221及连接流路113是使流入的制冷剂直接以高压或低压向上游侧热交换部20流出的流路。

流出流路112是供从贮液空间224流出的气相制冷剂流入的流路。流出流路111是将流入到流出流路112的制冷剂向压缩机送出的流路。

在制冷剂调整部10设置有节流部101、开闭阀102以及流量调整阀103。关于节流部101、开闭阀102以及流量调整阀103，与应用热交换器2的制冷循环的一例一起在后面叙述。

接着，参照图2对应用本实施方式的热交换器2的制冷循环的一例进行说明。如图2所示，制冷循环装置71应用于车辆用空调装置7。车辆用空调装置7是通过调整向作为空调对象空间的车室内吹送的送风空气的温度来调整车室内的温度的装置。车辆用空调装置7具有制冷循环装置71、冷却水循环回路72以及空调单元73。

制冷循环装置71能够选择性地切换为制冷模式和制热模式，该制冷模式是通过冷却送风空气来对车室内进行制冷的模式，该制热模式是通过加热送风空气来对车室内进行制热的模式。制冷循环装置71是由使制冷剂循环的热泵回路构成的蒸汽压缩式的制冷循环装置。

制冷循环装置71具备减压器30、蒸发器31、储液器32、压缩机33、水冷冷凝器34以及热交换器2。作为在制冷循环装置71中循环的制冷剂，例如能够使用hfc系制冷剂、hfo系制冷剂。在制冷剂中混入有用于润滑压缩机33的油、即制冷机油。因此，制冷机油的一部分与制冷剂一起在制冷循环装置71中循环。

压缩机33在制冷循环装置71中从吸入口吸入制冷剂并压缩，并且将通过压缩而成为过热状态的制冷剂从排出口排出。压缩机33是电动式压缩机。从排出口排出的制冷剂流向水冷冷凝器34。

水冷冷凝器34是公知的水制冷剂热交换器。水冷冷凝器34具有第一热交换部341和第二热交换部342。

第一热交换部341设置在压缩机33的排出口和热交换器2之间。即，从压缩机33排出的制冷剂流向第一热交换部341。

第二热交换部342设置于供发动机冷却水流动的冷却水循环回路72的中途。在冷却水循环回路72中，冷却水通过冷却泵37循环。冷却水按照第二热交换部342、加热器芯35、冷却泵37、发动机36的顺序循环。

在水冷冷凝器34中，在第一热交换部341内流动的制冷剂与在第二热交换部342中流动的冷却水之间进行热交换，由此利用制冷剂的热来加热冷却水，并且冷却制冷剂。从第一热交换部341流出的制冷剂向热交换器2的制冷剂调整部10流动。

在冷却水循环回路72中，通过在发动机36及第二热交换部342中被加热的制冷剂流经加热器芯35，从而加热器芯35被加热。加热器芯35配置于空调单元73的壳体39内。加热器芯35通过在其内部流动的冷却水与在壳体39内流动的送风空气之间进行热交换来加热送风空气。水冷冷凝器34作为散热器发挥作用，该散热器使从压缩机33排出并流入第一热交换部341的制冷剂所具有的热经由冷却水和加热器芯35间接地向送风空气散热。

制冷剂调整部10的节流部101及开闭阀102作为压力调整部发挥作用。节流部101及开闭阀102相当于压力调整部，该压力调整部对流入上游侧热交换部20的制冷剂的压力进行调整，以能够对制冷剂在热交换器2的上游侧热交换部20中从外部气体吸热的制热模式和制冷剂在热交换器2的上游侧热交换部20中向外部气体散热的制冷模式进行切换。

从水冷冷凝器34的第一热交换部341流出的制冷剂通过流入流路225流向节流部101。节流部101对从水冷冷凝器34的第一热交换部341流出的制冷剂进行减压并排出。作为节流部101，例如能够使用节流开度固定的喷嘴、节流孔等，但也可以使用节流开度变动的结构。从节流部101排出的制冷剂通过连接流路221流向上游侧热交换部20。

旁通流路114是使从第一热交换部341流出的制冷剂绕过节流部601而导向上游侧热交换部20的制冷剂流路。开闭阀102是开闭旁通流路114的电磁阀。

在制热模式时，开闭阀102成为关闭状态。由此，在制热模式时，从水冷冷凝器34的第一热交换部341流出的制冷剂通过流经节流部101而被减压，并流向上游侧热交换部20。

另一方面，在制冷模式时，开闭阀102成为全开状态。由此，在制冷模式时，从水冷冷凝器34的第一热交换部341流出的制冷剂绕过节流部101而流经旁通流路114。从第一热交换部341流出的制冷剂流向上游侧热交换部20而不被减压。

热交换器2是配置于发动机室内的车辆前方侧的室外热交换器。热交换器2具有上游侧热交换部20、贮液器22、下游侧热交换部21以及制冷剂调整部10。

从作为压力调整部的节流部101及开闭阀102流出的制冷剂流入上游侧热交换部20。上游侧热交换部20是在流入的制冷剂与由未图示的送风风扇吹送的作为车室外的空气的外部气体之间进行热交换的部分。在制热模式时，上游侧热交换部20作为通过在流入的制冷剂与外部气体之间进行热交换从而使制冷剂蒸发的蒸发器发挥作用。另外，在制冷模式时，上游侧热交换部20作为通过在流入的制冷剂与外部气体之间进行热交换从而冷却制冷剂的冷凝器发挥作用。

贮液器22将从上游侧热交换部20流出的制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂，并能够使气相制冷剂和液相制冷剂分别流出以及贮存液相制冷剂。贮液器22将分离出的气相制冷剂向制热流出流路226排出，并且将分离出的液相制冷剂向制冷流出流路227排出。

制热流出流路226在制热流出口226a与制冷剂流路712连接。制冷剂流路712与制冷剂流路711的中途部分连接。制冷剂流路711是将从减压器30流出的制冷剂向压缩机33的吸入口引导的流路。制热流出流路226是将从贮液器22排出的气相制冷剂向压缩机33引导的流路。

液相制冷剂从贮液器22流入下游侧热交换部21。下游侧热交换部21是通过在流入的液相制冷剂与外部气体之间进行热交换，从而进一步提高热交换器2中的制冷剂的热交换效率的部分。具体而言，在制热模式时，下游侧热交换部21通过在流入的液相制冷剂与外部气体之间进行热交换来使液相制冷剂蒸发。由此，能够使在上游侧热交换部20中未完全蒸发而残留的液相制冷剂蒸发，因此，提高了热交换器2中的作为蒸发器的功能。但是，该下游侧热交换部21由于搭载空间的关系，管根数少、制冷剂流路面积少，因此为了避免制冷剂压损增加，也可以做成不使制冷剂流动的工作。另外，在制冷模式时，下游侧热交换部21作为通过在流入的液相制冷剂与外部气体之间进行热交换从而进一步冷却液相制冷剂的过冷却器发挥作用。由此，提高了热交换器2中的作为冷凝器的功能。

从下游侧热交换部21流出的制冷剂经由制冷流出流路227及与制冷流出流路227连接的制冷剂流路713流入减压器30。减压器30对流入的制冷剂进行减压并排出。由减压器30减压后的制冷剂流入蒸发器31。另外，从蒸发器31排出的制冷剂流入减压器30。减压器30是通过机械机构使流入蒸发器31的制冷剂减压膨胀，以使得从蒸发器31排出的制冷剂的过热度成为预先设定的规定范围的温度感应型的机械式膨胀阀。

从减压器30排出的制冷剂流入蒸发器31。蒸发器31是在制冷模式时通过在内部流动的制冷剂与在空调单元73的壳体39内流动的送风空气之间进行热交换来冷却送风空气的热交换器。在蒸发器31中，制冷剂通过在送风空气与制冷剂之间进行热交换而蒸发。蒸发后的制冷剂从蒸发器31排出，经由减压器30及制冷剂流路711流入压缩机33的吸入口。

流量调整阀103设置在从流出流路112到制热流出流路226的中途部分。流量调整阀103由通过调整其开度而能够变更制热流出流路226的流路截面积的电磁阀构成。通过调整流量调整阀103的开度，能够调整在制热流出流路226中流动的制冷剂的流量。

空调单元73具备壳体39和送风通路切换门38。在壳体39内流动有送风空气。在壳体39内，从送风空气的流动方向的上游侧朝向下游侧依次配置有蒸发器31和加热器芯35。蒸发器31通过在内部流动的制冷剂与送风空气之间进行热交换来冷却送风空气。在壳体39中的蒸发器31的下游侧，设置有配置有加热器芯35的暖风通路和未配置有加热器芯35的冷风通路。

送风通路切换门38构成为能够位移到第一门位置和第二门位置，该第一门位置是堵塞冷风通路而开放暖风通路的图中实线所示的位置，该第二门位置是堵塞暖风通路而开放冷风通路的图中虚线所示的位置。在壳体39中的暖风通路及冷风通路的空气流动方向的下游侧形成有向车室内开口的未图示的多个开口部。

在空调单元73中，在制热模式时，送风通路切换门38位于实线的第一门位置。由此，由于通过了蒸发器31的送风空气通过暖风通路，所以送风空气被加热器芯35加热并向下游侧流动。另一方面，在制冷模式时，送风通路切换门38位于虚线的第二门位置。由此，由于通过了蒸发器31的送风空气通过冷风通路，因此在蒸发器31冷却了的送风空气直接向下游侧流动。

本实施方式的热交换器2是在进行制冷工作及制热工作的热泵系统中使用的热交换器，具有：上游侧热交换部20及下游侧热交换部21，该上游侧热交换部20及下游侧热交换部21是在制冷工作时及制热工作时在制冷剂与外部气体之间进行热交换的热交换部；以及制冷剂调整部10，该制冷剂调整部10与贮存液体制冷剂的贮液器22接合为一体，在制冷工作时及制热工作时切换制冷剂的流动。在热交换器2中，设置有供制冷剂流入的流入口225a、在制冷工作时供制冷剂流出的制冷流出口227a以及在制热工作时供制冷剂流出的制热流出口226a，流入口225a与制热流出口226a之间的距离配置为比流入口225a与制冷流出口227a之间的距离短。

在本实施方式中，由于与流入口225a与制冷流出口227a之间的距离相比，流入口225a与制热流出口226a之间的距离变短，因此促进了流入口225a与制热流出口226a之间的传热。因此，在制热时，由于进入热交换器2之前的制冷剂的焓与流出热交换器2之后的制冷剂的焓的差增大，因此制热性能提高。另外，由于从流入口225a导入的气液二相制冷剂的干燥度降低，因此制冷剂的密度增加，制冷剂的压损降低，因此制热性能提高。进而，通过使从流入口225a导入的气液二相制冷剂的干燥度下降，从而气液二相制冷剂的液相成分增多，制冷剂的分配性提高，制热性能提高。

在本实施方式中，由于与流入口225a与制热流出口226a之间的距离相比，流入口225a与制冷流出口227a之间的距离变长，因此能够抑制流入口225a与制冷流出口227a之间的传热。当促进流入口225a与制冷流出口227a之间的传热时，则担心因焓差的减少而引起的压缩机动力恶化、因过冷却度降低而引起的不良情况。通过抑制流入口225a与制冷流出口227a之间的传热，能够抑制因焓差的减少而引起的压缩机动力恶化。另外，通过抑制过冷却度的降低，能够避免因流入蒸发器31的制冷剂的干燥度增加而引起的蒸发器31的制冷剂压损增加、因分配恶化而引起的制冷性能降低。进而，还能够抑制在流入减压器30的流入制冷剂中混入气相制冷剂而引起的异常声音的产生。

另外，在本实施方式的热交换器2中，在流入口225a和制热流出口226a之间设置有热传递部件27。在本实施方式中，以流入流路225与制热流出流路226之间的贮液器22的一部分侧壁作为热传递部件27。通过在流入口225a与制热流出口226a之间设置热传递部件27，能够进一步促进流入口225a与制热流出口226a之间的传热。

另外，如图1、6、7所示，在本实施方式的热交换器2中，流入口225a和制热流出口226a由单一的连接器部件25构成。图6是更具体地表示图1中的连接器部件25的图。图7是在图6中从观察流入口225a及制热流出口226a的方向表示连接器部件25的图。进而，如图3、8、9所示的热交换器2a那样，也可以由单一的连接器部件25a构成流入口225aa、制热流出口226aa以及热传递部件27a。图8是更具体地表示图3中的连接器部件25a的图。图9是从图8中观察流入口225aa及制热流出口226aa的方向表示连接器部件25a的图。通过由单一的连接器部件25a构成流入口225aa、制热流出口226aa以及热传递部件27a，能够简便地实现促进流入口225aa与制热流出口226aa之间的传热性的结构。

进而，连接器部件25a以流入口225aa和制热流出口226aa之间被热传递部件27a填埋的方式连接。由于流入口225aa和制热流出口226aa之间通过热传递部件27a连接，所以能够充分地确保传热路径，能够进一步促进流入口225aa与制热流出口226aa之间的传热。

另外，在本实施方式的热交换器2及热交换器2a中，制冷流出口227a设置于与连接器部件25、25a不同的部件。更具体地说，制冷流出口227a设置于制冷流出流路227的端部，该制冷流出流路227与构成下游侧热交换部21的集管箱213连接。通过在与设置有流入口225a、225aa以及制热流出口226a、226aa的连接器部件25、25a不同的部件设置制冷流出口227a，能够抑制流入口225a、225aa与制冷流出口227a之间的传热。

进而，如图4所示的热交换器2b那样，也能够将制冷流出口227ba设置于贮液器22b。在热交换器2b中，仅设置上游侧热交换部20b，而不设置相当于下游侧热交换部21的热交换部。制冷流出口227ba设置于与贮液器22b连接的制冷流出流路227b的端部。

另外，在本实施方式的热交换器2、2a、2b中，流入口225a、225aa以及制热流出口226a、226aa配置成，流入口225a、225aa中的制冷剂的流动方向与制热流出口226a、226aa中的制冷剂的流动方向成为对流。通过配置为流入口225a、225aa以及制热流出口226a、226aa各自的制冷剂的流动方向成为对流，进一步促进了流入口225a、225aa与制热流出口226a、226aa之间的传热。

另外，在本实施方式的热交换器2、2a、2b中，在贮液器22、22b的长度方向上，按照流入口225a、225aa、制热流出口226a、226aa、制冷流出口227a、227ba的顺序配置流入口225a、225aa、制热流出口226a、226aa、制冷流出口227a、227ba。

由于在流入口225a、225aa与制热流出口226a、226aa之间没有配置制冷流出口227a、227ba，因此能够促进流入口225a、225aa与制热流出口226a、226aa之间的传热。由于在流入口225a、225aa与制冷流出口227a、227ba之间配置有制热流出口226a、226aa，因此在制冷时，制热流出口226a、226aa及与其连接的流路承担隔热层的作用，能够抑制流入口225a、225aa与制冷流出口227a、227ba之间的传热，从而避免热损害。

进而，如图5所示的热交换器2c那样，也可以将从连接流路222流入的制冷剂直接导入到制冷剂调整部10c内部。从连接流路222流入的制冷剂从制冷剂导入口115c流入制冷剂调整部10c内部。如图5所示，当流量调整阀103c位于最上方时，流出流路112c开放，制冷剂流向贮液空间224。另一方面，当流量调整阀103c位于最下方时，流出流路112c被闭塞，制冷剂朝向制热流出口226a流动。

以上，参照具体例对本实施方式进行了说明。然而，本发明不限于这些具体示例。本领域技术人员在这些具体实施例中适当修改的实施例只要具备本发明的特征，就包含于本发明的范围内。上述各具体例所具备的各要素及其配置、条件、形状等并不限定于例示的内容而能够适当变更。上述各具体例所具备的各要素，只要不产生技术上的矛盾，就能够适当改变组合。