(57)【要約】【課題】小型かつ軽量で、耐圧性能及び熱交換性能に優れた内部熱交換器を提供する。【解決手段】連通部材６とヘッダタンク７ａ，７ｂとで構成する。連通部材６は、高圧冷媒が流動する高圧冷媒流路１１と、低圧冷媒が流動する低圧冷媒流路１２とを備えた構成とする。高圧側ヘッダタンク７ｂは前記高圧冷媒流路１１の両端部にそれぞれ接続する。低圧側ヘッダタンク７ａは、前記低圧冷媒流路１２の両端部にそれぞれ接続する。コンプレッサ１から吐出させた冷媒を、コンデンサ２、膨張弁３、及びエバポレータ４からコンプレッサ１に戻して循環させる冷凍サイクルの途中に設ける。コンデンサ２からエバポレータ４に向かう高圧冷媒と、エバポレータ４からコンプレッサ１に向かう低圧冷媒との間で熱交換させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサから吐出させた冷媒を、コンデンサ、膨張弁、及びエバポレータからコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルの途中に設けられ、コンデンサからエバポレータに向かう高圧冷媒と、エバポレータからコンプレッサに向かう低圧冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器において、
前記高圧冷媒が流動する高圧冷媒流路と、前記低圧冷媒が流動する低圧冷媒流路とを備えた連通部材と、
前記高圧冷媒流路の両端部にそれぞれ接続される高圧側ヘッダタンクと、
前記低圧冷媒流路の両端部にそれぞれ接続される低圧側ヘッダタンクとを備えたことを特徴とする内部熱交換器。
【請求項２】
前記連通部材は、高圧冷媒流路の周囲に低圧冷媒流路を形成され、前記高圧冷媒流路の両端部を延設し、前記低圧側ヘッダタンクを貫通させた位置で、前記高圧側ヘッダタンクに接続し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】
前記高圧側ヘッダタンクを前記低圧側ヘッダタンクの内部に収容し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４】
前記高圧側ヘッダタンクの一部を前記低圧側ヘッダタンクの外部に突出させて保持可能としたことを特徴とする請求項３に記載の内部熱交換器。
【請求項５】
前記各ヘッダタンクを、筒状部と、該筒状部の端部を覆う蓋部とで構成し、該蓋部に接続用配管を一体化したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内部熱交換器。
【請求項６】
前記高圧側ヘッダタンクと前記低圧側ヘッダタンクの端部を閉鎖するキャップを一体化したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の内部熱交換器。
【請求項７】
前記冷凍サイクルは超臨界サイクルであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内部熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に車両用空調装置の冷凍サイクルに使用される内部熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内部熱交換器として、複数の挿通孔を形成された高圧チューブと低圧チューブとを面接触させて熱交換可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１７９９５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の内部熱交換器では、両チューブの一方の平面を面接触させただけであるため、残る他方の平面は熱交換に寄与しない。このため、所望の伝熱面積を確保しようとすると、それだけチューブを大型化する必要が生じる。また、冷媒に二酸化炭素を使用する場合等、耐圧が要求される環境であれば、チューブの板厚を大きくする必要があり、内部熱交換器の重量が増大するという問題がある。また、チューブを長尺なものとして大型化を図ると、内部を流動する冷媒の圧力損失が大きくなるという別の問題も発生する。
【０００５】
そこで、本発明は、小型かつ軽量で、耐圧性能及び熱交換性能に優れた内部熱交換器を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、コンプレッサから吐出させた冷媒を、コンデンサ、膨張弁、及びエバポレータからコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルの途中に設けられ、コンデンサからエバポレータに向かう高圧冷媒と、エバポレータからコンプレッサに向かう低圧冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器において、
前記高圧冷媒が流動する高圧冷媒流路と、前記低圧冷媒が流動する低圧冷媒流路とを備えた連通部材と、
前記高圧冷媒流路の両端部にそれぞれ接続される高圧側ヘッダタンクと、
前記低圧冷媒流路の両端部にそれぞれ接続される低圧側ヘッダタンクとを備えたものである。
【０００７】
この構成により、各ヘッダタンクを、流動する冷媒の圧力の違いに応じた耐圧構造とすることができ、低圧側ヘッダタンクを薄肉として軽量化を図ることが可能となる。
【０００８】
前記連通部材は、高圧冷媒流路の周囲に低圧冷媒流路を形成され、前記高圧冷媒流路の両端部を延設し、前記低圧側ヘッダタンクを貫通させた位置で、前記高圧側ヘッダタンクに接続すると、体積が大きくなる低圧側冷媒流路を短くすることができ、軽量化を図ることが可能となる点で好ましい。
【０００９】
前記高圧側ヘッダタンクを前記低圧側ヘッダタンクの内部に収容すると、高圧側ヘッダタンクの内外での圧力差を小さく抑えることができ、高圧側ヘッダタンクの板厚を抑えて軽量化を図ることが可能となる点で好ましい。
【００１０】
前記高圧側ヘッダタンクの一部を前記低圧側ヘッダタンクの外部に突出させて保持可能とすると、組立性を向上できる点で好ましい。
【００１１】
前記各ヘッダタンクを、筒状部と、該筒状部の端部を覆う蓋部とで構成し、該蓋部に接続用配管を一体化すると、組立性を向上できる点で好ましい。
【００１２】
前記高圧側ヘッダタンクと前記低圧側ヘッダタンクの端部を閉鎖するキャップを一体化すると、組立性を向上できる点で好ましい。
【００１３】
なお、前記冷凍サイクルには超臨界サイクルを使用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る内部熱交換器５を備えた車両用空調装置を示す。この車両用空調装置は、コンプレッサ１から吐出させた冷媒が、コンデンサ２、膨張弁３、及びエバポレータ４を介してコンプレッサ１に戻って循環する冷凍サイクルを備えている。冷凍サイクルの途中には内部熱交換器５が設けられ、この内部熱交換器５により、コンデンサ２からエバポレータ４に流動する冷媒と、エバポレータ４からコンプレッサ１に流動する冷媒との間の熱交換を行い、エバポレータ４の入口と出口との間で冷媒のエンタルピ差を高め、エバポレータ４の冷却能力を増大させることが可能となっている。なお、ここでは、冷媒には二酸化炭素が使用され、超臨界状態（冷媒温度が３０℃以上で、かつ、冷媒圧力が７．４ＭＰａ以上）で循環するようになっている。
【００１６】
コンプレッサ１は、図示しないエンジンの駆動力が伝達され、冷媒を高温・高圧状態として吐出させる。コンデンサ２は、車両前方部に配設され、内部を通過する冷媒から外気に放熱させる。膨張弁３は、冷媒を気化しやすい状態に減圧する。エバポレータ４は、車内前方部に配設した空調ユニット１００内に配設され、通過する内気又は外気を冷却・除湿する。
【００１７】
内部熱交換器５は、図２に示すように、連通部材６の両端部にヘッダタンク７ａ，７ｂを接続した構成である。
【００１８】
連通部材６は、内管８と外管９とからなる扁平チューブ１０で構成されている。内管８内が高圧冷媒流路１１であり、内管８と外管９とで区画される空間が低圧冷媒流路１２である。内管８は、外管９の両端部から突出する延設部１３を備えている。
【００１９】
ヘッダタンク７ａでは低圧冷媒が流入・流出し、ヘッダタンク７ｂでは高圧冷媒が流入・流出する。低圧側ヘッダタンク７ａには、連通部材６の外管９が貫通して接続される外管接続部１４と、この外管接続部１４の対向位置に形成され、内管８が貫通する内管貫通部１５とが形成されている。高圧側ヘッダタンク７ｂには、低圧側ヘッダタンク７ａを貫通して突出する内管８の延設部１３が接続される内管接続部１６が形成されている。低圧側ヘッダタンク７ａは、高圧側ヘッダタンク７ｂに比べて流路断面積が大きくなっている。なお、ヘッダタンク７ａ，７ｂの上端開口部と下端開口部は、キャップ（蓋部）１７ａと１７ｂによってそれぞれ閉鎖されている。低圧側ヘッダタンク７ａの下端開口部を閉鎖する各キャップ１７ａには、低圧冷媒流入管１８、低圧冷媒流出管１９がそれぞれ接続されている。また、高圧側ヘッダタンク７ｂの下端開口部を閉鎖する各キャップ１７ｂには、高圧冷媒流入管２０、高圧冷媒流出管２１がそれぞれ接続されている。
【００２０】
次に、前記構成の車両用空調装置の動作について説明する。
【００２１】
コンプレッサ１の駆動により、冷媒が高温・高圧の超臨界状態となって吐出され、コンデンサ２で外気に放熱された後、内部熱交換器５の高圧側ヘッダタンク７ｂに流入する。高圧側ヘッダタンク７ｂに流入した冷媒は、内管８内の高圧冷媒流路１１を流動して他方の高圧側ヘッダタンク７ｂから流出する。このとき、低圧冷媒流路１２を流動する冷媒に放熱される。高圧側ヘッダタンク７ｂから流出した冷媒は、膨張弁３を通過して気化しやすい状態に減圧され、車内の空調ユニット１００に配設したエバポレータ４を通過する。エバポレータ４では、冷媒は空調ユニット１００を通過する空気から吸熱して一部気化する。エバポレータ４から流出した冷媒は、内部熱交換器５の低圧側ヘッダタンク７ａに流入し、低圧冷媒流路１２を流動して他方の低圧側ヘッダタンク７ａから流出する。このとき、高圧冷媒流路１１を流動する冷媒から吸熱して気化し、スーパーヒート状態となる。このため、アキュムレータを必要とすることなく、コンプレッサ１に流入させることが可能である。
【００２２】
なお、前記実施形態では、低圧側ヘッダタンク７ａの外部に高圧側ヘッダタンク７ｂを配設するようにしたが、図３に示すように、内部に配設してもよい。外部に配設した場合、高圧側ヘッダタンク７ｂの内外の圧力差は、高圧冷媒の圧力と大気圧との差で決まる。これに対し、高圧側ヘッダタンク７ｂを低圧側ヘッダタンク７ａの内部に配設した場合、高圧側ヘッダタンク７ｂの内外の圧力差は、高圧冷媒と低圧冷媒の圧力差で決まる。したがって、高圧側ヘッダタンク７ｂの内外での圧力差を小さく抑えることができ、薄肉に形成して軽量化を図ることが可能となる。
【００２３】
ヘッダタンク７ａ，７ｂの上端開口部と下端開口部を閉鎖するキャップ（蓋部）は、次のように構成されている。すなわち、ヘッダタンク７ａ，７ｂの上端開口部を閉鎖するキャップ３０には、低圧側ヘッダタンク７ａに係合する外径側筒状部３０ａと、高圧側ヘッダタンク７ｂに係合する内径側筒状部３０ｂとが形成されている。これら筒状部３０ａ，３０ｂにより、低圧側ヘッダタンク７ａと高圧側ヘッダタンク７ｂとは径方向に位置決めされる。一方、ヘッダタンク７ａ，７ｂの下端開口部を閉鎖するキャップ（蓋部）は、外管用キャップ３１と内管用キャップ３２とで構成されている。外管用キャップ３１は、高圧側ヘッダタンク７ｂが貫通する開口部３１ａを有する。高圧側ヘッダタンク７ｂの下端側内部は、第３キャップ３３の上端鍔部３３ａによって閉鎖され、その小径管３３ｂにより膨張弁としての機能が発揮される。なお、内管用キャップ３２には、前記小径管３３ｂが貫通する貫通孔３２ａが形成されている。
【００２４】
また、前記実施形態では、扁平チューブ１０を独立した内管８と外管９とで構成したが、これらを長手方向（冷媒の流動方向）に沿って設けた複数のリブ（図示せず）によって一体化するようにしてもよい。また、このようなリブは、内管８内に形成するようにしてもよい。そして、これらリブの働きにより冷媒を偏りなく流動させることが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、連通部材を、高圧冷媒が流動する高圧冷媒流路と、低圧冷媒が流動する低圧冷媒流路とを備えた構成としたので、薄肉で軽量な構成としても、耐圧性に優れ、所望の熱交換効率を達成することができる。しかも、連通部材の高圧冷媒流路の両端部に高圧側ヘッダタンクをそれぞれ接続し、低圧冷媒流路の両端部に低圧側ヘッダタンクをそれぞれ接続するようにしたので、各ヘッダタンクを必要とされる耐圧性能に応じた板厚とすることができ、軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】図１に示す内部熱交換器の分解一部破断斜視図である。
【図３】他の実施形態に係る内部熱交換器の分解一部破断斜視図である。
【符号の説明】
１…コンプレッサ
２…コンデンサ
３…膨張弁
４…エバポレータ
５…内部熱交換器
６…連通部材
７ａ…低圧側ヘッダタンク
７ｂ…高圧側ヘッダタンク
８…内管
９…外管
１０…扁平チューブ
１１…高圧冷媒流路
１２…低圧冷媒流路
【図１】
2004184049.tif 000003
【図２】
2004184049.tif 000004
【図３】
2004184049.tif 000005