(57)【要約】【課題】内部熱交換器の高圧側と低圧側とで、冷媒の温度が逆転した場合には、熱交換を行うことがない内部熱交換器を得る。【解決手段】冷媒の循環により空気の冷却を行う冷凍サイクル１に設けられ、膨張弁４より上流の高圧側通路８を流動する冷媒とエバポレータ５より下流の低圧側通路９を流動する冷媒との熱交換を行う内部熱交換器７において、前記高圧側通路８と前記低圧側通路９との間に、潜熱を利用して前記高圧側通路８から前記低圧側通路９へ熱伝達を行う熱伝達素子１０を介在させた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の循環により空気の冷却を行う冷凍サイクル（１）に設けられ、膨張弁（４）より上流の高圧側通路（８）を流動する冷媒とエバポレータ（５）より下流の低圧側通路（９）を流動する冷媒との熱交換を行う内部熱交換器（７）において、
前記高圧側通路（８）と前記低圧側通路（９）との間に、潜熱を利用して前記高圧側通路（８）から前記低圧側通路（９）へ熱伝達を行う熱伝達素子（１０）を介在させたことを特徴とする内部熱交換器。
【請求項２】
前記熱伝達素子（１０）が、熱伝導性を有する密閉ケース（１１）と、この密閉ケース（１１）に封入される作動流体（１２）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の内部熱交換器。
【請求項３】
前記作動流体（１２）が、水、アルコール、および代替フロン類に属する新代替物質ＨＦＣのいずれかからなることを特徴とする請求項２に記載の内部熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の循環により取入れ空気の冷却を行う冷凍サイクルに設けられる内部熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンプレッサで加圧させた冷媒を、コンデンサにて外気との熱交換を行い冷却し、膨張弁を通過させることで減圧し、エバポレータにて蒸発させてコンプレッサに戻す冷凍サイクルにおいて、膨張弁より上流の高圧側通路とエバポレータより下流の低圧側通路との両方に接合される内部熱交換器を設けて、上記の高圧側通路を流動する比較的高温の冷媒と上記の低圧側通路を通る比較的低温の冷媒との間で熱交換を行う構造が知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
この従来技術にあっては、内部熱交換器で膨張弁より上流の高圧側通路を流動する冷媒を冷却することにより、膨張弁を介してエバポレータへ流入する冷媒の温度が低下するのでエバポレータの冷却能力を向上させることができる。
【特許文献１】特開２０００−３２０９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来技術にあっては、外気温度が低下すると、コンデンサにて外気との熱交換により冷却される冷媒の温度が下がり、内部熱交換器の高圧側に流入する冷媒の温度が低くなるため、内部熱交換器の高圧側の冷媒の温度が低圧側の冷媒の温度よりも低くなる現象が生じることがある。
【０００５】
ここで、エバポレータからコンプレッサに液体状冷媒が供給されると、コンプレッサが破壊されるおそれがあるので、エバポレータからコンプレッサに供給される冷媒は完全に気化されている必要があるが、上記従来の構造では、内部熱交換器の高圧側と低圧側とで温度の逆転現象が生じた場合には、低圧側の冷媒が、それよりも温度の低い高圧側の冷媒によって冷却されてしまうため、コンプレッサに液体状冷媒が供給されてしまうおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、内部熱交換器の高圧側と低圧側とで、冷媒の温度が逆転した場合には、熱交換を行うことがない内部熱交換器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にあっては、冷媒の循環により空気の冷却を行う冷凍サイクルに設けられ、膨張弁より上流の高圧側通路を流動する冷媒とエバポレータより下流の低圧側通路を流動する冷媒との熱交換を行う内部熱交換器において、前記高圧側通路と前記低圧側通路との間に、潜熱を利用して前記高圧側通路から前記低圧側通路へ熱伝達を行う熱伝達素子を介在させたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、膨張弁より上流の高圧側通路とエバポレータより下流の低圧側通路との間に介在させた熱伝達素子により、上記の高圧側通路から低圧側通路へ熱伝達を行うので、膨張弁を介してエバポレータへ流入する冷媒の温度が低下してエバポレータの冷却能力が向上する。一方、外気温度が低下し、上記の高圧側通路を流動する冷媒の温度が低圧側通路を流動する冷媒の温度よりも低くなった場合、上記の熱伝達素子による上記の高圧側通路と低圧側通路との熱伝達を行わないので熱交換を阻止できる。これにより、エバポレータより下流の低圧側通路を流動する冷媒が過度に冷却されてコンプレッサに液体状冷媒が供給されることがないので、コンプレッサの破壊を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、車両用空調装置等に適用される冷凍サイクルを例示する。
【００１０】
（第１実施形態）図１は、本実施形態にかかる内部熱交換器を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４は、本実施形態の内部熱交換器を備える冷凍サイクルのブロック図である。
【００１１】
冷凍サイクル、例えば、図４に示す炭酸ガスエアコン１は、炭酸ガスからなる冷媒を加圧吐出するコンプレッサ２と、外気との熱交換によりコンプレッサ２から送られる冷媒を冷却するコンデンサ（ガスクーラ）３と、このコンデンサ３から送られる冷媒を減圧する膨張弁４と、この膨張弁４から送られる冷媒を蒸発させることにより取込み空気を冷却するエバポレータ５と、このエバポレータ５から送られる冷媒を受け入れるとともに、冷媒の気液分離を行い気体状の冷媒をコンプレッサ２へ送り出すアキュームレータ６とを備えている。
【００１２】
そして、本実施形態の内部熱交換器７は、図１〜図４に示すように、膨張弁４の上流側に設けられる高圧側通路８と、アキュームレータ６の下流側に設けられる低圧側通路９と、これらの高圧側通路８および低圧側通路９の間に介在して、潜熱を利用して高圧側通路８から低圧側通路９へ熱伝達を行う熱伝達素子１０とから構成されている。この熱伝達素子１０は、熱伝導性を有し、筺体からなり内部に密閉空間が形成される密閉ケース１１と、この密閉ケース１１に封入される作動流体、例えば水１２とからなっており、密閉ケース１１の密閉空間から空気などの非凝縮性のガスが排出されたほぼ真空状態で、密閉空間の容積より少ない体積の水１２が封入されている。
【００１３】
高圧側通路８は、所定間隔をおいて並列され、水平方向に延びる一対のヘッダタンク１３，１４と、この一対のヘッダタンク１３，１４に両端が連通され、密閉ケース１１の下面に接合される高圧伝熱管１５とから構成されており、一方のヘッダタンク１３の一端には、コンデンサ３に接続される高圧入口１６が設けられ、他方のヘッダタンク１４の一端には、膨張弁４に接続される高圧出口１７が設けられている。
【００１４】
同様に、低圧側通路９は、上記のヘッダタンク１３，１４の上方に配置され、所定間隔をおいて並列されて水平方向に延びる一対のヘッダタンク１８，１９と、この一対のヘッダタンク１８，１９に両端が連通され、密閉ケース１１の上面に接合される低圧伝熱管２０とから構成されており、一方のヘッダタンク１８の一端には、アキュームレータ６に接続される低圧入口２１が設けられ、他方のヘッダタンク１９の一端には、コンプレッサ２に接続される低圧出口２２が設けられている。
【００１５】
本実施形態にあっては、高圧側通路８を流動する冷媒の温度が低圧側通路９を流動する冷媒の温度よりも高い場合、高圧側通路８の熱が密閉ケース１１を介して水１２に伝達されると、水１２が真空状態で封入されているため沸騰して水蒸気が上方の内壁面に達する。
【００１６】
次いで、密閉ケース１１の上面に低圧伝熱管２０が接合されているので、低圧伝熱管２０を介して低圧伝熱管２０内の冷媒により吸熱されるとともに、密閉ケース１１内の水１２は放熱により凝縮して液状となり、下方の内壁面に落下する。
【００１７】
このようにして熱伝達素子１０内の水１２の潜熱により高圧側通路８から低圧側通路９へ熱伝達が行われるので、高圧側通路８の冷媒の温度が下がり、低圧伝熱管２０内の冷媒の温度が上がる。
【００１８】
一方、外気温度が低下し、高圧側通路８を流動する冷媒の温度が低下し、低圧側通路９を流動する冷媒の温度よりも低くなった場合、密閉ケース１１の上方の内壁面で水１２の冷却凝縮が行われないので、熱伝達素子１０により高圧側通路８から低圧側通路９へ熱伝達されない。また、低圧側通路９を流動する冷媒の温度が比較的高くても、低圧側通路９は密閉ケース１１内の下方に溜まる水１２から離隔しており、低圧側通路９の熱により水１２を加熱することがないので、低圧側通路９から高圧側通路８への熱伝達も行われない。
【００１９】
以上の本実施形態によれば、高圧側通路８を流動する冷媒の温度が比較的高い場合、熱伝達素子１０により高圧側通路８から低圧側通路９へ熱伝達を行うので、高圧側通路８を介してエバポレータ５へ流入する冷媒の温度が低下してエバポレータ５の冷却能力が向上する。また、高圧側通路８を流動する冷媒の温度が低圧側通路９を流動する冷媒の温度よりも低くなった場合、熱伝達素子１０による高圧側通路８と低圧側通路９との熱伝達を行わないので、エバポレータ５より下流の低圧側通路９を流動する冷媒が過度に冷却されることを防止できる。
【００２０】
なお、本実施形態では、密閉ケース１１が筺体から構成された場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、密閉ケースを、内部に密閉空間が形成される引抜き管などの扁平管により構成することもできる。また、本実施形態では、密閉ケース１１に水１２を封入した場合を例示したが、その他の作動流体として、アルコールおよび代替フロン類に属する新代替物質ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ・Ｆｌｕｏｒｏ・Ｃａｒｂｏｎ）のいずれかを用いることもでき、上記の新代替物質ＨＦＣにはＲ１３４ＲおよびＲ１５２Ｒが含まれている。
【００２１】
（第２実施形態）図５は、本実施形態にかかる内部熱交換器を示す斜視図、図６は、図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図７は、図５の内部熱交換器が傾いた状態を示す断面図である。なお、図５〜図７において前述した図１〜図４に示すものと同様のものには同一符号を付してある。
【００２２】
図５〜図７に示す本実施形態の内部熱交換器３０は、前述した図１〜図４に示すものと比べて、熱伝達素子３１の構造が異なっており、その他の構成は基本的に同様である。すなわち、熱伝達素子３１では、密閉ケース３２内に車両幅方向へ延びる複数の仕切り壁３３を設けることにより、密閉ケース３２内を複数の密閉室３４に区画して、各密閉室３４の密閉空間から空気などの非凝縮性のガスが排出されたほぼ真空状態で、密閉空間の容積より少ない体積の水３５が封入されている。
【００２３】
本実施形態にあっては、高圧側通路８を流動する冷媒の温度が低圧側通路９を流動する冷媒の温度よりも高い場合、高圧側通路８の熱が密閉ケース３２を介して各密閉室３４内の水３５に伝達されると、水３５が沸騰して水蒸気が上方の内壁面に達し、水蒸気が液体状へ状態変化する際に放熱し、その熱が低圧伝熱管２０の内部の冷媒に吸収され、高圧側通路８から低圧側通路９へ熱伝達が行われる。このとき、各密閉室３４内の水３５は放熱により凝縮して液状となり、下方の内壁面に落下する。
【００２４】
一方、外気温度が低下し、高圧側通路８を流動する冷媒の温度が低下し、低圧側通路９を流動する冷媒の温度よりも低くなった場合、各密閉室３４内の上方の内壁面で水３５の冷却凝縮が行われないので、熱伝達素子３１により高圧側通路８から低圧側通路９へ熱伝達されない。また、低圧側通路９を流動する冷媒の温度が比較的高くても、低圧側通路９は各密閉室３４の下方に溜まる水３５から離隔しており、低圧側通路９の熱で水３５を加熱することがないので、低圧側通路９から高圧側通路８への熱伝達も行われない。
【００２５】
以上の本実施形態によっても、高圧側通路８を流動する冷媒の温度が比較的高い場合、熱伝達素子３１により高圧側通路８から低圧側通路９へ熱伝達を行うので、高圧側通路８を介してエバポレータ５へ流入する冷媒の温度が低下してエバポレータ５の冷却能力が向上する。また、高圧側通路８を流動する冷媒の温度が低圧側通路９を流動する冷媒の温度よりも低くなった場合、熱伝達素子３１による高圧側通路８と低圧側通路９との熱伝達を行わないので、エバポレータ５より下流の低圧側通路９を流動する冷媒が過度に冷却されることを防止できる。さらに、本実施形態にあっては、車両が前後方向に傾いた場合、図７に示すように各密閉室３４内の下方の内壁面が水３５で覆われる状態を保ち、かつ水３５が各密閉室３４内の上方の内壁面に接していないので、水３５の潜熱を利用して高圧側通路８から低圧側通路９への熱伝達を行う効果を維持できる。
【００２６】
なお、本実施形態では、密閉ケース３２内に車両幅方向へ延びる複数の仕切り壁３３を設けることにより複数の密閉室３４に区画した場合を例示したが、車両前後方向へ延びる複数の仕切り壁も設けることもできる。この場合、車両が幅方向に傾いても各密閉室内の下方の内壁面が水で覆われ、かつ水が各密閉室内の上方の内壁面に接していないので、水の潜熱を利用して高圧側通路８から低圧側通路９へ熱伝達を行う効果を維持できる。また、本実施形態では、密閉ケース１１に水３５を封入した場合を例示したが、その他の作動流体として、アルコールおよび代替フロン類に属する新代替物質ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ・Ｆｌｕｏｒｏ・Ｃａｒｂｏｎ）のいずれかを用いることもでき、上記の新代替物質ＨＦＣにはＲ１３４ＲおよびＲ１５２Ｒが含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内部熱交換器を示す斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る内部熱交換器を備える冷凍サイクルのブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る内部熱交換器を示す斜視図。
【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図７】図５の内部熱交換器が傾いた状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１  炭酸ガスエアコン（冷凍サイクル）
４  膨張弁
５  エバポレータ
７  内部熱交換器
８  高圧側通路
９  低圧側通路
１０  熱伝達素子
１１  密閉ケース
１２  水（作動流体）
【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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