(57)【要約】【課題】効率性が改善され、応答時間が向上し、圧縮機破損のリスクが低減されたアキュムレータ装置を提供する。【解決手段】本発明は、車両用空調システムのアキュムレータ装置であって、アキュムレータ室を形成するたハウジングを備え、このアキュムレータ室は、流体を受け取り、流体を、気体状態部分と液体状態部分とに分離させるようなアキュムレータ室である。導管は、流体を流体経路に沿って運ぶための通路を形成し、ハウジングを貫通してアキュムレータ室全体に広がり、アキュムレータ室とこの通路との間で伝熱を行うように構成されている。空調システムに用いる場合、アキュムレータ装置は、蒸発器の上流に設置するのが好ましい。【選択図】図２
2006292354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用空調システムのアキュムレータ装置であって、
アキュムレータ室を形成するハウジングと、
このハウジングに貫通して延び且つ上記アキュムレータ室に流体が流れるように上記アキュムレータ室と連通している入口と、
上記ハウジングを貫通して延び且つ上記アキュムレータ室から流体を除去し易くするために上記アキュムレータ室と連通している出口と、
上記ハウジングを貫通して延びる導管であって、この導管が上記アキュムレータ室を横切って延びると共にこのアキュムレータ室内に第１ポートと第２ポート間の通路を形成し、この導管により形成された通路と上記アキュムレータ室との間で伝熱を行うことができるように構成されている上記導管と、
を有することを特徴とするアキュムレータ装置。
【請求項２】
上記導管が、上記導管と上記アキュムレータ室とを互いに流体が流れるように接続する蒸気流出口を形成している請求項１記載のアキュムレータ装置。
【請求項３】
上記アキュムレータ室が気相部と液相部を備えている請求項２記載のアキュムレータ装置。
【請求項４】
上記蒸気流出口が上記気相部に設けられている請求項３記載のアキュムレータ装置。
【請求項５】
上記導管は、上記アキュムレータ室を貫通して非直線状路に沿って延びている請求項１記載のアキュムレータ装置。
【請求項６】
上記非直線状路は、ほぼ蛇行する通路である請求項５記載のアキュムレータ装置。
【請求項７】
上記入口は、上記ハウジングの上部に隣接して位置し、上記出口は、上記ハウジングの下部に隣接して位置している請求項１記載のアキュムレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、車両用空調システムに関し、特に、効率性の改善された車両用空調システムのアキュムレータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から使用されている空調システムは、効率損失や、応答時間不良、圧縮機破損の潜在的リスクを抱えている。一般的に、効率損失が発生するのは、詳細は後述するように、空調サイクルの種々の段階のどこかで、作動流体が相変化を完全に行うことができないときである。応答時間は、空調機操作者がシステムをオンした時と、システムが車両室内に空気を有効に冷却し始めた時との遅延（時間差）を指す。応答時間は、詳細は後述するように、様々な要因やシステムの構造により、望ましくなく低下することがある。更に、圧縮機破損は、作動流体が所望の時に所望の相変化を行うことができないときに生じる場合がある。
【０００３】
従来の空調システムは、典型的に、互いに連続して接続された複数のコンポーネントを備え、冷媒などの作動流体を循環させる。このような空調システム１００が、図１に示されており、このシステムは、圧縮機１０２、凝縮器１０４、膨張装置１０６、蒸発器１０８、及びアキュムレータ装置１１０を備え、その全てが種々の導管を通じて連結されている。
【０００４】
システム１００の作動中は、圧縮機１０２は冷媒を受け取って圧縮する。液体は、非圧縮性であるため、圧縮機１０２が受け取る冷媒は、実質的に気体状態であることが好ましい。事実、大量の液体が圧縮機１０２に入ることができる場合には、圧縮機１０２は、意に反して損壊もしくは破損してしまうことがある。圧縮機１０２は、典型的には、車両のエンジンに連結されたベルトによって駆動されるポンプである。したがって、圧縮機１０２の可動コンポーネントは作動時に潤滑を必要とする。典型的には、油などの潤滑剤が作動流体に混合され、作動コンポーネントを適切に潤滑化する。冷媒は、圧縮機１０２から、比較的高圧なガス１１４となって排出される。
【０００５】
高温、高圧ガス１１４は、圧縮機１０２から出て第１導管１１２を通り、凝縮器１０４に流れ込み、ここで、凝縮器１０４の外部を流れる空気などの二次流体との熱交換プロセスを経て冷却される。高圧の液体冷媒１１８は、少なくとも部分的に凝縮された後、第２導管１１６を通って膨張装置１０６に流れ込み、そこから流れ出すことのできる冷媒の量がこの装置によって調節される。膨張装置１０６は冷媒の圧力を下げ、気液混合冷媒１２２が第３導管１２０を通って蒸発器１０８に流れるようにする。
【０００６】
蒸発器１０８において、低圧かつ低温の気液混合物は、複数の並列伝熱チューブ（図示せず）に流れ込む。外気や、再循環される車両室内からの空気は上記伝熱チューブの間を流れ、比較的冷たい冷媒１２２が上記の比較的暖かい空気から熱を吸収し、蒸発する。その後、空気は乗客室へと送り込まれる。このように、車両室内に入る空気の温度は、圧縮機及び／または膨張弁によって調節される。しかし、気液混合冷媒１２２は不均等に伝熱チューブに送り込まれることがあり、それによって空気が不均等に冷却され、冷媒１２２が不均等に蒸発することになる。その後、気液混合冷媒１２６は第４導管１２４を通って蒸発器１０８を出る。冷媒１２６は、典型的には、大部分が気体状態であるが、比較的少量の液状冷媒もそこに混合される。
【０００７】
冷媒１２６は蒸発器１０８から出て、アキュムレータ装置１１０に流れ込み、そこで液体と気体とに分離される。つまり、アキュムレータ装置１１０は、冷媒を、アキュムレータ装置１１０の上部に位置する気体部１２６ａと、アキュムレータ装置１１０の下部に位置する液体部１２６ｂとに分離させる貯蔵所である。第５導管１２８は圧縮機１０２へとつながっているが、アキュムレータ装置１１０の上端部に位置する端部１３０を備え、冷媒の気体部１２６ａのみがそこに流れ込むことができる。上述したように、潤滑剤はアキュムレータ装置１１０から圧縮機１０２に送り込まれるのが好ましい。したがって、第５導管１２８は、液体部１２６ｂまで伸びているＵ型部１３２を備え、このＵ型部は液体部１２６ｂから油を引き込むための油流出口（図示せず）を有する。比較的少量の冷媒液体部１２６ｂも、油と共に油流出口を通って引き込まれる。この液体部１２６ｂが、蒸発器１０８内よりも圧縮機１０２内で蒸発するため、空調システム１００の相対効率を低下させる。
【０００８】
気相冷媒１３４は、アキュムレータ装置１１０を出た後、圧縮機１０２へと流れ込み、上述のサイクルが再び繰り返される。
【０００９】
長時間電源をオフにした後に、図１に示される空調システム１１０を始動させる場合、冷媒は、典型的には、主としてアキュムレータ装置１１０内に収容されている。故に、冷媒は、蒸発器１０８に到達するまでに、上述のサイクルの大部分（アキュムレータ装置１１０から圧縮機１０２、更に凝縮器１０４、そして膨張装置１０６へ）を通って流れなければならない。したがって、従来の設計では、空調システムを作動させた時間と、車両室内が実際に冷却される時間との間に好ましくない応答時間が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
それゆえに、効率性が改善され、応答時間が向上し、圧縮機破損のリスクが低減されたアキュムレータ装置を提供することが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来技術の制限及び問題点を解決するために、本発明は、改良された空調システムを提供する。本発明のシステムは、流体を受け取ってこの流体が気体部と液体部に分離することを可能にするアキュムレータ室を形成したアキュムレータ装置を備える。導管は、流体を運ぶための通路を形成し、ハウジングを貫通して且つアキュムレータ室全体に亘って延び、アキュムレータ室と導管内の流体との間で伝熱を行うことを可能にする。伝熱をさらに促進させるために、上記導管はアキュムレータ装置を貫通する蛇行通路として延びてもよい。
【００１２】
上記導管は、更に、蒸気流出口を形成し、導管とアキュムレータ室との間で流体交換を行うことを可能にする。より具体的には、上記蒸気流出口はアキュムレータ室の上端部に位置し、それによってアキュムレータ装置内の気相部が蒸気流出口を介して導管に流れ込むことができる。
【００１３】
本空調システムによれば、蒸発器はアキュムレータ装置の下流に位置し、冷媒はアキュムレータ装置から蒸発器へ流れるようになっており、これによって空調システムの応答時間を減らすことができる。
【００１４】
導管を流れる流体の圧力は、アキュムレータ室内の流体圧力よりも小さいため、導管内の流体はアキュムレータ室内の流体によって過熱され、これによってシステムの効率が更に向上する。
【００１５】
本発明の更なる目的、特徴及び利点は、添付の図面及び請求項を参照して、下記の説明を読むことにより、当業者に自明であろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２に示すように、本発明の実施形態による空調システム１０は、互いに複数の導管で連結されている圧縮機１２、凝縮器１４、膨張装置１６、アキュムレータ装置１８、蒸発器２０を備えている。より具体的には、各コンポーネント１２、１４，１６、１８、２０のは、全て、作動流体、例えばＲ−１３４のような冷媒（他の適当な流体も使用可）を循環させるために、閉ループシステムとして、流体が流れるように連結されている。
システム１０の作動時には、圧縮機１２はほぼ気体状態の冷媒を受け取り、圧縮する。圧縮機１２は車両のエンジンに連結されたベルトによって動くポンプ（図示せず）を備えている。圧縮機１２の可動部品間に起こる摩擦を最小限にするため、油などの潤滑剤が典型的に作動流体に混合される。冷媒は、比較的高圧なガス２４となって、第１導管２２を通って圧縮機１２から排出される。
【００１７】
高温で高圧なガス２４は、圧縮機１２から出て、凝縮器１４に流れ込み、第２流体との熱交換プロセスを経て冷却され、高圧の液体になる。より具体的には、図２の凝縮器１４において、冷媒２４は第１ヘッダー２６から入って、二次流体にさらされている複数の熱交換チューブ２８の間を流れ、第２ヘッダー３０へと流れ込み、凝縮器１４から流出する。二次流体は、典型的には、熱交換チューブ２８の間を流れる空気であり、高温で高圧なガス２４から熱を吸収する。空気は加熱されて、車両から外気中へと排出される。冷媒は、冷却されて液相冷媒３２となり、第２導管３４を通って膨張装置１６に流れる。
【００１８】
膨張装置１６は、そこから流れ出すことのできる冷媒量を調節し、冷媒の圧力を本質的に下げる。図２の膨張装置１６はオリフィスチューブ装置であり、そこから流れ出す流体を制限する固定された開口部を有する。なお、通常使われいるもしくは適当な膨張装置を使用してもよい。冷媒は膨張装置１６から第３導管３６を通って流れ、低圧、低温の気液混合物３８となる。
【００１９】
低圧で低温の気液混合物３８は、その後、入口４０を通ってアキュムレータ装置１８に入り、アキュムレータハウジング４７によって定められたアキュムレータ室４６内で、気相部４２と液相部４４とに分離する。より具体的には、アキュムレータ室４６は冷媒の貯蔵所としての機能を果たし、各部４２，４４は異なる密度を持つため、冷媒が分離する。明らかに、液相部４４は、アキュムレータ装置１８の下部に溜まり、気相部４２はアキュムレータ装置の上部に上昇する。
【００２０】
アキュムレータ室４６は、圧縮機１２を潤滑化するために使用される油の貯蔵所としての機能も果たす。図２において、油と液体冷媒は単相の溶液であり、この溶液中、油粒子は冷媒の液相部４４に均等に分配されている。このような均質混合物は、圧縮機１２に均等に油を供給する際に特に有益であるが、他の適当な潤滑剤供給形態を用いてもよい。
【００２１】
液相部４４は、アキュムレータ室４６の出口４８を通って蒸発室２０へとつながる第４導管５０に流れ込み、この蒸発室で二次流体との熱交換が行われて、その後、車両室内に提供される。より具体的には、蒸発室２０において、冷媒の液相部４４は第１ヘッダー５６を通って複数の熱交換チューブ５８へと流れ込み、更に第２ヘッダー６０を通って第５導管５４に流れ込む。冷媒の液相部４４が熱交換チューブ５８を流れている間、外気が伝熱チューブの間を流れ、その後車両室内へと流れ込む。故に、比較的冷たい冷媒が、比較的暖かい外気から熱を吸収し、それにより、必要な場合には、空気及び車両室内を冷却する。
【００２２】
蒸発室２０に入る冷媒は、典型的には、単相流体であるため、流体は均等に熱交換チューブに送り込まれ、空気も均等に冷却される。したがって、上述の、従来使用されている蒸発器に見られるような望ましくない温度勾配が最小限に抑えられるか、または全く見られなくなる。
【００２３】
更に、空調システム１０の起動の際、冷媒は流体貯蔵所（アキュムレータ装置１８）から熱交換部（蒸発器２０）までを、相対的に短い経路を通って流れる。したがって、図２の空調システム１０は車両室内へ流れ込む空気を相対的に迅速に、システムの起動時に冷却し始めることができる。
【００２４】
流体の自然特性により、冷媒の液相部４４は、蒸発時に、温度の上昇を招くことなく熱を吸収することができる。つまり、冷媒によって吸収された熱エネルギーは、温度の上昇よりも蒸発を引き起こすのである。したがって、蒸発器２０を出た冷媒の出力流れ６２は、蒸発器２０に入る液相部４４に比べ、それほど高温にはならない。より具体的には、冷媒が蒸発器２０中を流れるときに生じる圧力低下により、冷媒が空気から熱を吸収するにも関わらず、出力流れ６２は蒸発器２０に入る液相部４４よりも低温になる。
【００２５】
出力流れ６２は、蒸発器２０から流れ出た時点ではその大部分が気体状態である。しかし、冷媒が確実に過熱されるようにするため、またアキュムレータ室４６にある冷媒を予冷するために、第５導管５４がアキュムレータ室４６を通って延びる。より具体的には、第５導管５４はハウジング４７を通って延び、液相部４４と気相部４２の両方を通過する。第５導管５４内において、出力流れ６２はアキュムレータ室４６内の冷媒から分離されているが、熱交換は各流体６２、４４間で起こることができる。更に熱交換を促進するため、第５導管５４は、アキュムレータ室４６内で、渦を巻くもしくは往復して延びる蛇行部７０を備える。
【００２６】
上述したように、出力流れ６２は低圧であり、したがってそこに存在するいかなる液体も冷媒の液相部４４に比べて低温になる。低圧であるため、出力流れ６２はアキュムレータ室４６内の液体部４４よりも低い飽和温度を有する。故に、出力流れ６２の温度がアキュムレータ室４６内の液体部４４との熱交換によって上昇すると、出力流れ６２は過熱される。したがって通路６８に沿って流れる冷媒も実質的に過熱される。更に、アキュムレータ装置１８内の液相部４４は、蒸発器２０に到達する前に出力流れ６２によって冷却され、故に、より効率的に蒸発器２０の間を流れる空気を冷却することができる。
【００２７】
出力流れ６２は、第５導管５４の蛇行部７０を通って流れた後、蒸気流出口５２を通過する。出力流れ６２はアキュムレータ装置１８内にある冷媒の気相部４２よりも低圧のため、実施的に蒸気流出口５２から流出しない。同様に、圧力の相違により気相部４２は蒸気流出口５２を通って流れ、また蒸気流出口５２はそのような流れを通す適切な大きさに設定される。
【００２８】
サイクルのこの時点に至って、蒸発器２０から流れてきた冷媒は、蒸気流出口５２を通って第５導管５４に入った冷媒と一体化され、圧縮機供給流れ７２を形成する。通路６８に沿って流れる冷媒は油と混合されているため、上述した従来の設計のように、第５導管５４に直接液相部４４を取り込む必要はない。さらに、蒸気流出口５２に流れ込む冷媒は、全てもしくは大部分が蒸発した流体であるため、圧縮機供給流れ７２も全てもしくは大部分が蒸発した流体となり、したがって圧縮機１２を破損する可能性が低減される。
【００２９】
以上、上述した詳細な記述は、本発明を説明したものであって、その範囲を制限するものではない。また、請求項及びそれと均等なものは全て、本発明の範囲に含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の空調システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態による空調システムの概略図である。
【図３】図２に示されたアキュムレータ装置の拡大概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  空調システム
１２  圧縮機
１４  凝縮器
１６  膨張装置
１８  アキュムレータ装置
２０  蒸発器
２２  第１導管
２４  高温、高圧ガス
２６  凝縮器第１ヘッダー
２８  熱交換チューブ
３０  凝縮器第２ヘッダー
３２  液相冷媒
３４  第２導管
３６  第３導管
３８  低圧低温気液混合物
４０  入口
４２  気相部
４４  液相部
４６  アキュムレータ室
４７  ハウジング
４８  出口
５０  第４導管
５２  蒸気流出口
５４  第５導管
５６  蒸発器第１ヘッダー
５８  熱交換チューブ
６０  蒸発器第２ヘッダー
６２  冷媒の出力流れ
６８  通路
７０  蛇行部
７２  圧縮機供給流れ
【図１】
2006292354.tif 000003
【図２】
2006292354.tif 000004
【図３】
2006292354.tif 000005