(57)【要約】【課題】蒸発器および膨張弁が隔壁までの距離の短い場所に設置している場合でも、二重管による内部熱交換器が熱交換に必要な長さを確保できるようにする。【解決手段】蒸発器３および膨張弁２と隔壁１との間に、膨張弁２の入口に接続される内管１１ａを蒸発器３の出口に接続される外管１１ｂで囲うように配置して構成される第１二重管１１を設け、エンジンルーム内に内管１２ａを外管１２ｂで囲うように配置して構成される第２二重管１２を、第１二重管１１を延長するような形式で設け、隔壁１のところで、第１二重管１１と第２二重管１２との接続部が外れないように配管繋止部材１５で繋ぎ止めて、１つの内部熱交換器１０とした。【選択図】図１
2008207630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクル内にて凝縮された高温・高圧冷媒と蒸発された低温・低圧冷媒との間で熱交換を行う車両用空調装置の内部熱交換器において、
車室内に設置される膨張弁の入口および蒸発器の出口から車両のエンジンルームと車室とを隔てる隔壁までの間に設置され、第１内管を囲うように第１外管が配置される第１二重管と、
前記エンジンルーム内に配置され、第２内管を囲うように第２外管が配置され、前記隔壁にて前記第２内管および前記第２外管が前記第１二重管の前記第１内管および前記第１外管にそれぞれ接続される第２二重管と、
前記第１二重管および前記第２二重管をこれらの接続部が外れないように繋ぎ止める配管繋止部材と、
を備えていることを特徴とする車両用空調装置の内部熱交換器。
【請求項２】
前記第２二重管は、前記第２外管に圧縮機吸入配管に接続するための継手部材が接合されており、前記第２内管が前記継手部材を貫通して外部に延出されていることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置の内部熱交換器。
【請求項３】
前記第２二重管は、前記第２内管が高温・高圧冷媒を導入する配管と一体に形成されていることを特徴とする請求項２記載の車両用空調装置の内部熱交換器。
【請求項４】
前記第１二重管は、前記第２二重管が接続される側とは反対の側の端部にて前記第１内管および前記第１外管と接合されることにより、前記第１内管のほぼ中央位置にて軸線方向外側に延びていて中央開口部が前記第１内管と前記第１外管との間に形成される空間に連通するように形成された高圧通路の筒状体と、前記筒状体の周囲の一部が前記第１内管と接合している側の端面まで貫通形成された低圧通路とを有する連結部材を備え、
前記第２二重管は、前記第１二重管が接続される側とは反対の側にて、前記第２内管と前記第２外管との間に形成される通路を塞ぐとともに前記通路に高温・高圧冷媒を導入する配管が接合され、前記第２内管がその接合位置よりも外側に延出されていて圧縮機吸入配管に接続するための継手を構成していることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置の内部熱交換器。
【請求項５】
前記第１二重管は、その両側の端部にて、前記第１内管のほぼ中央位置にて軸線方向外側に延びていて中央開口部が前記第１内管と前記第１外管との間に形成される空間に連通するように形成された高圧通路の筒状体と、前記筒状体の周囲の一部が前記第１内管と接合している側の端面まで貫通形成された低圧通路とを有する連結部材をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置の内部熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用空調装置の内部熱交換器に関し、特に車両用空調装置の冷凍サイクルの中で凝縮器を出た高温の冷媒と圧縮機に戻る低温の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置においては、地球温暖化に係る環境問題から、冷凍サイクルの使用冷媒を代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）から自然冷媒（二酸化炭素）に切り換えることが提案されている。冷媒に二酸化炭素を使用した冷凍サイクルにおいても、システムの基本的な構成は同じであるが、一般には、システムの効率を上げるために、内部熱交換器が使用されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
内部熱交換器は、圧縮機によって圧縮された高温・高圧の冷媒を冷却するガスクーラから膨張弁に至る経路を流れる冷媒と、アキュムレータから圧縮機に至る経路を流れる冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。これによって、ガスクーラを出た冷媒が内部熱交換器によってさらに冷却されることで膨張弁および蒸発器の入口の冷媒のエンタルピを低下させ、また、アキュムレータから吸い出された冷媒が内部熱交換器によってさらに過熱されることで圧縮機の入口の冷媒のエンタルピを上昇させるので、システムの効率、すなわち、成績係数および冷凍能力を向上させることができる。
【０００４】
これに対して、冷媒にＨＦＣ−１３４ａまたはこれと同等もしくは類似の特性を有するガスを使用した冷凍サイクルにおいても、内部熱交換器を取り入れたシステムが考えられており、システムの効率が改善されるものと期待されている。
【０００５】
このような内部熱交換器は、その内部に、高温・高圧の冷媒を流す高圧通路と低温・低圧の冷媒を流す低圧通路とを有し、これらを流れる冷媒が互いに熱交換できるように構成されている。高圧通路は、その入口側にレシーバから凝縮された液冷媒が送り込まれる配管が接続され、出口側には、その液冷媒を膨張弁へ送り出す配管に接続されている。低圧通路は、その入口側に蒸発器を出た冷媒が送り込まれる配管が接続され、出口側には、その冷媒を圧縮機の入口へ送り出す配管が接続されている。
【０００６】
これに対し、出願人は、冷凍サイクルの中に内部熱交換器という独立した装置を設置する代わりに冷凍サイクルの配管自体を内部熱交換器として機能させることを提案している（特願２００６−３３８１５２）。この提案によれば、高温・高圧の冷媒を流す高圧配管と低温・低圧の冷媒を流す低圧配管とを同心状に配置した二重管で構成し、内管を流れる冷媒と、内管と外管との間の隙間を流れる冷媒との間で、内管を介して熱交換を行うようにしている。二重管は、その一方の端部において、高圧配管を蒸発器に隣接配置された膨張弁の入口に接続し、低圧配管を蒸発器の出口に接続している。二重管の他方の端部には、二重管の通路を分岐する管継手が取り付けられている。その管継手は、車両のエンジンルームと車室とを隔てる隔壁において、分岐された独立する２つの開口部を有する端面がエンジンルーム内に露出するように設置され、エンジンルーム内に設置されるレシーバからの高圧配管および圧縮機への低圧配管を個々に取り付けるようにしている。これは、エンジンルーム内の組み立て手順において、高圧系の配管は、先に配管しておくことができるが、低圧系の配管については、圧縮機がエンジンに装着されている関係上、エンジンルームに最終的にエンジンが載置された後に、圧縮機に配管することになるため、エンジンルーム内の低圧系の配管と高圧系の配管とは、車室内の蒸発器および膨張弁と別々に接続する必要があるからである。つまり、上記の提案では、車室内に設置された蒸発器および膨張弁と隔壁との間を二重管で接続し、この車室内の配管である二重管を内部熱交換器として機能させるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−１０８３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、蒸発器および膨張弁と隔壁との間を配管する二重管を内部熱交換器として機能させる構成は、車両によって蒸発器および膨張弁の車室内での設置場所が異なるため、必ずしも有効に機能しないことがある。たとえば、蒸発器および膨張弁が隔壁の近傍に配置されるような場合、蒸発器および膨張弁と隔壁との間を配管する二重管は、必然的に短くなってしまうので、熱交換器として使用するには、熱交換に必要な長さを十分に確保できなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、蒸発器および膨張弁と隔壁との間を配管する二重管が短い場合においても、熱交換に必要な長さを十分に確保することができる車両用空調装置の内部熱交換器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】
【０００９】
本発明では上記問題を解決するために、冷凍サイクル内にて凝縮された高温・高圧冷媒と蒸発された低温・低圧冷媒との間で熱交換を行う車両用空調装置の内部熱交換器において、車室内に設置される膨張弁の入口および蒸発器の出口から車両のエンジンルームと車室とを隔てる隔壁までの間に設置され、第１内管を囲うように第１外管が配置される第１二重管と、前記エンジンルーム内に配置され、第２内管を囲うように第２外管が配置され、前記隔壁にて前記第２内管および前記第２外管が前記第１二重管の前記第１内管および前記第１外管にそれぞれ接続される第２二重管と、前記第１二重管および前記第２二重管をこれらの接続部が外れないように繋ぎ止める配管繋止部材と、を備えていることを特徴とする車両用空調装置の内部熱交換器が提供される。
【００１０】
このような車両用空調装置の内部熱交換器によれば、途中で分離して接続可能な第１二重管および第２二重管で構成したので、室内側で第１二重管の長さが短くて第１二重管による熱交換が不足するようなことがあっても、それをエンジンルーム側に配置した第２二重管によって補うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の車両用空調装置の内部熱交換器は、第１二重管および第２二重管を車室側とエンジンルーム側とに分けて配置できるので、蒸発器および膨張弁が隔壁に近い位置に配置されるようにレイアウトされた車両においても、熱交換に必要な長さをエンジンルーム側にも振り分けることが可能になるという利点がある。また、内部熱交換器の一部がエンジンルーム側に延長して配置されることで、圧縮機吸入配管と接続される側の端部が作業時にアクセスしにくい隔壁よりも車両前方に位置することになるので、エンジンルームにエンジンを搭載した後にエンジンに装着されている圧縮機との間で行われる圧縮機吸入配管の接続作業が容易になる、という効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る内部熱交換器および膨張弁の装着例を示す図である。
車両用空調装置の冷凍サイクルでは、車両のエンジンルーム内に図示はしないが圧縮機と、凝縮器と、レシーバとが設置され、隔壁１によって隔てられた車室内に膨張弁２および蒸発器３が配置されている。図示の例では、膨張弁２は、蒸発器３の入口および出口を覆うように蒸発器３の端面に取り付けられたケース４の中に収容されていて、その中で、冷媒の出口が蒸発器３の入口に接続されている。この車室内側にある膨張弁２および蒸発器３は、内部熱交換器１０を介して、エンジンルーム内にあるレシーバおよび圧縮機と接続される。
【００１３】
この内部熱交換器１０は、隔壁１を境にして車室内側の第１二重管１１とエンジンルーム内側の第２二重管１２とに分離された形になっている。第１二重管１１は、内管１１ａを囲うように外管１１ｂが同心状に配置されることによって構成され、第２二重管１２も同様に、内管１２ａを囲うように外管１２ｂが同心状に配置されることによって構成されている。
【００１４】
第１二重管１１の内管１１ａは、ケース４の側面に開口された開口部を貫通して中に延出され、ケース４内に収容されている膨張弁２の入口に直接接続されて、膨張弁２に高温・高圧の冷媒を供給するようにしている。外管１１ｂは、ケース４の側面の開口部に接続されており、蒸発器３を出た低温・低圧の冷媒がケース４を介して内管１１ａとの間の空間へ導入するようにしている。
【００１５】
第１二重管１１は、屈曲可能に作られているので、ケース４に取り付けられる側とは反対側の端部を補強するために、外管１１ｂに筒状の補強部材１４を接合しており、これの外周には緩衝支持材１３を取り付けている。この緩衝支持材１３は、第１二重管１１の弾力性によって隔壁１に押し付けられながら補強部材１４を隔壁１の貫通孔１ａを貫通配置した状態に支持するようにしている。
【００１６】
一方、第２二重管１２は、その内管１２ａを第１二重管１１の内管１１ａに接続し、外管１２ｂを補強部材１４に接続している。補強部材１４と外管１２ｂとの接続部には、配管繋止部材１５が配置され、補強部材１４および外管１２ｂに形成されたリブを互いに拘束することで、その接続部が外れないように繋ぎ止めている。また、その接続部の側とは反対側の外管１２ｂの端部には、図示の例では、Ｌ字状に屈曲された継手部材１６が接合されている。この継手部材１６は、エンジンルームにエンジンが載置された後に、そのエンジンに装着されている圧縮機の吸入配管が接続される。また、この図示の例では、第２二重管１２の内管１２ａは、継手部材１６を貫通して外部に延出され、その貫通部分はろう付けにより気密に接合されている。この外部に延出されている部分は、高温・高圧冷媒を導入する配管となっている。
【００１７】
以上の構成の内部熱交換器を含む冷凍サイクルの動作について説明する。なお、図中の矢印は、冷媒の流れ方向を示している。
まず、図示はしないが、エンジンルーム内では、圧縮機がエンジンにより駆動されて冷媒を圧縮し、その圧縮された高温・高圧の冷媒は凝縮器にて凝縮され、凝縮された冷媒は、レシーバにて気液に分離され、気液分離された液冷媒が、内部熱交換器１０に導入される。内部熱交換器１０に導入された液冷媒は、第２二重管１２の内管１２ａおよび第１二重管１１の内管１１ａを通って流れ、膨張弁２へ送られる。膨張弁２では、その液冷媒を絞り膨張させることにより低温・低圧の冷媒にして蒸発器３へ送られる。蒸発器３では、送り込まれた冷媒が車室内の空気と熱交換されることにより蒸発され、これによって車室内の空気が冷やされる。蒸発器３にて蒸発された冷媒は、ケース４を通って内部熱交換器１０に導入される。内部熱交換器１０に導入された冷媒は、第１二重管１１の内管１１ａと外管１１ｂとの間の通路および第２二重管１２の内管１２ａと外管１２ｂとの間の通路を通って流れ、継手部材１６から吸入配管を通って圧縮機に吸入される。
【００１８】
ここで、膨張弁２は、蒸発器３を出た冷媒の温度および圧力に応じて蒸発器３へ送り出す冷媒の流量を制御しており、これによって、蒸発器３を通過する冷媒は完全に蒸発され、さらに、蒸発器３を出た冷媒は所定の過熱度を有するように制御される。
【００１９】
また、内部熱交換器１０では、第２二重管１２の内管１２ａおよび第１二重管１１の内管１１ａを流れる高温・高圧の冷媒と第１二重管１１の内管１１ａと外管１１ｂとの間および第２二重管１２の内管１２ａと外管１２ｂとの間の通路を流れる低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行っている。これにより、膨張弁２に入る冷媒は内部熱交換器１０によってさらに冷却されることで膨張弁２の入口、さらには蒸発器３の入口の冷媒のエンタルピが低下され、同時に、圧縮機へ吸入される冷媒が内部熱交換器１０によってさらに過熱されることで圧縮機の入口の冷媒のエンタルピが上昇されるので、蒸発器３の入口と圧縮機の入口とのエンタルピ差と圧縮機の入口と出口とのエンタルピ差との比で表される成績係数を向上させることができ、これに伴い、冷凍能力およびシステムの効率を向上させることができるようになる。
【００２０】
以上の内部熱交換器１０によれば、接続可能に途中で分離する構成にしたので、膨張弁２および蒸発器３から隔壁１の貫通孔１ａまでの距離が短い車両においても、第２二重管１２によってエンジンルームの中まで延長させることにより、熱交換するのに第１二重管１１だけでは不足する長さを確保することができるようになる。
【００２１】
また、この内部熱交換器１０では、高圧の冷媒を第１二重管１１の内管１１ａおよび第２二重管１２の内管１２ａに流すようにしたので、たとえ、これらの内部の接続部分において冷媒漏れが生じたとしても、漏れるのは低圧側の通路であるので、大気に漏れる虞はない。
【００２２】
図２は第２の実施の形態に係る内部熱交換器を示す図であって、（Ａ）は第１二重管の一部を示す断面図、（Ｂ）は第２二重管の一部を示す断面図である。なお、この図２において、図１に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２３】
この第２の実施の形態に係る内部熱交換器は、内管と外管との間に形成される通路に、第１の実施の形態に係る内部熱交換器１０では、蒸発器３から圧縮機へ戻る低圧の冷媒を流していたのに対し、高圧の冷媒を流すようにした点で異なっている。
【００２４】
第１二重管１１が接続される膨張弁２およびケース４の構造は図１に示したものと同じであって、ケース４の側面に開口している開口部のほぼ中心に膨張弁２の入口が位置しているので、この内部熱交換器では、膨張弁２およびケース４が接続される側の第１二重管１１の構造を変更している。すなわち、第１二重管１１は、図２の（Ａ）に示したように、膨張弁２およびケース４が接続される側の端部（図では上端）に冷媒の流れ方向を変更する連結部材１７が接合されている。この連結部材１７は、そのほぼ中央の位置にケース４の方向に延びる筒状部１７ａが形成されている。この筒状部１７ａの中央開口部は、奥行き方向のほぼ中央まで延びており、さらにそこから、側面に貫通するように形成されている。これにより、筒状部１７ａは、内部熱交換器の高圧通路を構成し、膨張弁２の入口に接続されることになる。また、連結部材１７は、その筒状部１７ａの周囲の一部が反対側（図では下端）の端面まで略Ｕ字断面形状に貫通形成された低圧通路１７ｂを有している。この下端側の端面は、筒状に形成されており、これと第１二重管１１の内管１１ａとが接合されている。さらに、連結部材１７は、その高圧通路が開口する位置よりも先端側にて第１二重管１１の外管１１ｂと接合されている。これにより、第１二重管１１の内管１１ａの内側とその外側における冷媒の流れを入れ替えることができる。
【００２５】
一方、第２二重管１２は、第１二重管１１が接続される側とは反対の側にて内管１２ａが拡管されており、拡管されることによって外管１２ｂと接触される部分が互いに接合されて内管１２ａと外管１２ｂとの間に形成される通路を塞いでいる。外管１２ｂは、内管１２ａとの接合部近傍において高温・高圧冷媒を導入する高圧配管５が接合されている。また、内管１２ａは、拡管されている部分が圧縮機吸入配管に接続するための継手を構成している。
【００２６】
ここで、第１二重管１１と第２二重管１２との隔壁１における接続については、一般に行われている二重管同士の接続方法にて行われる。
この内部熱交換器では、第１二重管１１の内管１１ａと外管１１ｂとの間および第２二重管１２の内管１２ａと外管１２ｂとの間に形成される通路に高温・高圧の冷媒を流すようにしたので、第１二重管１１の外管１１ｂおよび第２二重管１２の外管１２ｂが常に高温になる。このため、内部熱交換器は、結露することはないので、その外周を断熱材で覆う必要がなくなる。
【００２７】
図３は第３の実施の形態に係る内部熱交換器を示す断面図である。なお、この図３において、図１および図２に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２８】
この第３の実施の形態に係る内部熱交換器は、車室内とエンジンルーム内とで冷媒の流れ方向を入れ替えている。車室内側の第１二重管１１では、その内管１１ａと外管１１ｂとの間の通路に高温・高圧の冷媒を流し、内管１１ａに低温・低圧の冷媒を流すようにしている。エンジンルーム内の第２二重管１２では、内管１１ａに高温・高圧の冷媒を流し、内管１２ａと外管１２ｂとの間の通路に低温・低圧の冷媒を流すようにしている。
【００２９】
そのため、第１二重管１１は、その両端に、冷媒の流れ方向を変更する連結部材１７，１８を備えている。膨張弁２およびケース４と接続される連結部材１７については、第２の実施の形態に係る内部熱交換器のものと同じであり、そのほぼ中央の位置にて軸線方向外方に延びる筒状部１７ａには、膨張弁２の入口の開口部へ連結する高圧配管１９が接合されている。エンジンルーム内にて第２二重管１２と接続される連結部材１８は、そのほぼ中央の位置にて軸線方向外方に延びる筒状部１８ａには、第２二重管１２の内管１２ａが連結される高圧配管２０が接合されている。連結部材１８の外側の筒状部１８ｂは、第２二重管１２の外管１２ｂが挿入され、配管繋止部材１５によって互いに結合されるような形状に形成されている。
【００３０】
第２二重管１２は、第１の実施の形態に係る内部熱交換器１０のものと同じであり、外管１２ｂの端部には、Ｌ字状の継手部材１６が接合され、その継手部材１６を貫通して内管１２ａが外部に延出されている。この内管１２ａの端部には、レシーバとの間に配管される高圧配管５が接合されている。
【００３１】
以上、第１ないし第３の好適な実施の形態として、第１二重管１１の外管１１ｂおよび第２二重管１２の外管１２ｂに低圧の冷媒または高圧の冷媒を流す場合と、第１二重管１１の外管１１ｂに高圧の冷媒を流し、第２二重管１２の外管１２ｂには低圧の冷媒を流すような構成例について説明したが、第１二重管１１の外管１１ｂに低圧の冷媒を流し、第２二重管１２の外管１２ｂに高圧の冷媒を流すという組み合わせでも良いことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施の形態に係る内部熱交換器および膨張弁の装着例を示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係る内部熱交換器を示す図であって、（Ａ）は第１二重管の一部を示す断面図、（Ｂ）は第２二重管の一部を示す断面図である。
【図３】第３の実施の形態に係る内部熱交換器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  隔壁
１ａ  貫通孔
２  膨張弁
３  蒸発器
４  ケース
５  配管
１０  内部熱交換器
１１  第１二重管
１１ａ  内管
１１ｂ  外管
１２  第２二重管
１２ａ  内管
１２ｂ  外管
１３  固定部材
１４  補強部材
１５  配管繋止部材
１６  継手部材
１７  連結部材
１７ａ  筒状部
１７ｂ  低圧通路
１８  連結部材
１８ａ，１８ｂ  筒状部
１９，２０  高圧配管
【図１】
2008207630.tif 000003
【図２】
2008207630.tif 000004
【図３】
2008207630.tif 000005