(57)【要約】【課題】簡単な構成であるにも拘わらず、所望の冷凍効率を確保する。【解決手段】コンプレッサ２から吐出させた冷媒を、車外側熱交換器３、冷媒減圧手段４、及び、車内側熱交換器５を介してコンプレッサ２に戻して循環させる冷凍サイクル１を備える。前記車外側熱交換器３から前記冷媒減圧手段４に向かって冷媒が流動する高圧部と、前記車内側熱交換器５から前記コンプレッサ２に向かって冷媒が流動する低圧部との間で熱交換させる内部熱交換器６を設ける。前記内部熱交換器６に、前記高圧部を流動する冷媒からオイルを分離するオイル分離手段１８〜２１と、該オイル分離手段１８〜２１により分離したオイルを減圧し、前記低圧部へと還流させるオイル減圧手段２２，２３とを一体的に設ける。【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、車外側熱交換器、冷媒減圧手段、及び、車内側熱交換器を介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備え、前記車外側熱交換器から前記冷媒減圧手段に向かって冷媒が流動する高圧部と、前記車内側熱交換器から前記コンプレッサに向かって冷媒が流動する低圧部との間で熱交換させる内部熱交換器を設けた車両用空調装置において、
前記内部熱交換器に、前記高圧部を流動する冷媒からオイルを分離するオイル分離手段と、該オイル分離手段により分離したオイルを減圧し、前記低圧部へと還流させるオイル減圧手段とを一体的に設けたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記内部熱交換器への冷媒の入口に前記オイル分離手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記内部熱交換器を、一対のヘッダに、熱交換可能に配置した一対のチューブをそれぞれ接続してなる構成とし、前記車外側熱交換器から冷媒が流入する入口側ヘッダ内を遮蔽板によって分離することにより、前記オイル分離手段となるオイル分離室と冷媒室とに分離し、前記遮蔽板に、前記チューブでの冷媒の流動方向に対して平行に位置をずらせて貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記入口側ヘッダに、第２の遮蔽板を設けることにより、前記オイル分離室で分離されたオイルを回収するオイル回収室を形成し、該オイル回収室で回収されたオイルを、コンプレッサへと冷媒が流出する出口側ヘッダに流出させる連通部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記連通部にオイル減圧手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置として、冷媒が循環する冷凍サイクルの途中にオイルセパレータを設けることにより、サイクル効率を高めるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、放熱器と第１減圧器との間にオイルセパレータを設け、そこで分離した潤滑油を第２減圧器で減圧した後、コンプレッサの吸入側に戻すようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２７４８９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記車両用空調装置では、オイルセパレータが放熱器のヘッダに設けられている。このため、放熱器では、オイルセパレータの占有スペース分、放熱面積が減少し、所望の放熱能力を得るために大型化しなければならないという問題がある。
【０００６】
また、放熱器は車両前方部に配置されるため、分離したオイルをコンプレッサに戻すためのオイル戻し管が長大化すると共に、耐振動性等を考慮した配管レイアウトとしなければならず、設計が非常に困難となり、コストアップを招来する。
【０００７】
そこで、本発明は、簡単な構成であるにも拘わらず、所望の冷凍効率を確保することのできる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【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、車外側熱交換器、冷媒減圧手段、及び、車内側熱交換器を介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備え、前記車外側熱交換器から前記冷媒減圧手段に向かって冷媒が流動する高圧部と、前記車内側熱交換器から前記コンプレッサに向かって冷媒が流動する低圧部との間で熱交換させる内部熱交換器を設けた車両用空調装置において、
前記内部熱交換器に、前記高圧部を流動する冷媒からオイルを分離するオイル分離手段と、該オイル分離手段により分離したオイルを減圧し、前記低圧部へと還流させるオイル減圧手段とを一体的に設けたものである。
【０００９】
この構成により、車外側熱交換器にオイル分離手段を設ける必要がなくなり、大型化することなく、所望の放熱性能を発揮させることができる。また、オイル分離手段で、内部熱交換器の高圧部を流動する冷媒からオイルを分離し、このオイルを高圧部に隣接する低圧部に還流するだけであるので、構成を非常に簡略化することができる。冷媒は、車外側熱交換器を通過する際、外気に放熱されることにより温度低下するので、オイルが分離されやすくなる。また、分離されたオイルがオイル減圧手段によって減圧されるため、コンプレッサへとスムーズに還流させることができる。このため、冷凍サイクルのサイクル効率が向上する。
【００１０】
前記内部熱交換器への冷媒の入口に前記オイル分離手段を配置すると、内部熱交換器内へのオイルの侵入を必要最小限に抑えて、圧損や伝熱性能の悪化を適切に防止することが可能となる点で好ましい。
【００１１】
前記内部熱交換器を、一対のヘッダに、熱交換可能に配置した一対のチューブをそれぞれ接続してなる構成とし、前記車外側熱交換器から冷媒が流入する入口側ヘッダ内を遮蔽板によって分離することにより、前記オイル分離手段となるオイル分離室と冷媒室とに分離し、前記遮蔽板に、前記チューブでの冷媒の流動方向に対して平行に位置をずらせて貫通孔を形成すると、簡単な構成であるにも拘わらず、オイルの分離を適切に行わせることが可能となる点で好ましい。
【００１２】
前記入口側ヘッダに、第２の遮蔽板を設けることにより、前記オイル分離室で分離されたオイルを回収するオイル回収室を形成し、該オイル回収室で回収されたオイルを、コンプレッサへと冷媒が流出する出口側ヘッダに流出させる連通部を設けると、配管レイアウトを考慮不要な簡単な構成で、耐振動性に優れ、より一層、オイルを分離しやすく構成可能となる点で好ましい。
【００１３】
前記連通部にオイル減圧手段を設けると、コンプレッサに還流させるオイルを気化させることができ、圧損等を適切に防止することが可能となる点で好ましい。
【００１４】
なお、前記冷媒には二酸化炭素を使用することができる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクル１を示す。この冷凍サイクル１では、コンプレッサ２から吐出された冷媒が、車外側熱交換器３、冷媒減圧手段である膨張弁４、及び、車内側熱交換器５を介してコンプレッサ２に戻って循環する。車外側熱交換器３から膨張弁４に向かう高圧冷媒と、車内側熱交換器５からコンプレッサ２に向かう低圧冷媒とは、内部熱交換器６によって熱交換可能となっている。
【００１７】
コンプレッサ２は、エンジン７の駆動力が図示しないクラッチを介して伝達され、所定回転数で駆動することにより、冷媒を高温・高圧状態として吐出する。
【００１８】
車外側熱交換器３は車両前方部に配設され、通過する高温・高圧の冷媒と外気との間で熱交換し、冷媒を冷却する。
【００１９】
膨張弁４は、通過する冷媒を気化しやすい状態に減圧する。
【００２０】
車内側熱交換器５は、車内前方部に配設した空調ユニット８内に設けられ、内部を通過する冷媒が気化することにより、空調ユニット８を通過する空気を冷却・除湿する。空調ユニット８には、車内側熱交換器５の下流側にエアミックスダンパ９が設けられ、通過する冷風が分流されている。分流された一方の冷風は、内部をエンジン冷却水が流動するヒータコア１０で加熱され、残る他方の冷風と混合されて所望温度に温調された後、車内に送風される。
【００２１】
内部熱交換器６は、図２に示すように、隣接して設けた第１ヘッダ１１及び第４ヘッダ１４と、第２ヘッダ１２及び第３ヘッダ１３とを所定間隔で配置し、第１ヘッダ１１と第２ヘッダ１２の間、及び、第３ヘッダ１３と第４ヘッダ１４との間を、扁平状の第１チューブ１５、及び、第２チューブ１６でそれぞれ接続したものである。第１ヘッダ１１には、車外側熱交換器３側からの高圧冷媒が流入する。この高圧冷媒は、第１チューブ１５を介して第２ヘッダ１２に流入し、その後、車内側熱交換器５側へと流出する。第３ヘッダ１３には、車内側熱交換器５からの低圧冷媒が流入する。この低圧冷媒は、第２チューブ１６を介して第４ヘッダ１４に流入し、その後、コンプレッサ２側へと流出する。
【００２２】
第１ヘッダ１１は第１遮蔽板１７によって長手方向に２分割され、第１チューブ１５が接続されるオイル分離室１８と、冷媒室１９とが形成されている。第１遮蔽板１７には、長手方向に沿って２列で複数の貫通孔１７ａが形成されている。貫通孔１７ａは、流出する冷媒が第１チューブ１５に直接流入しないように、その流動方向に対して平行に変位した両側に位置している。これにより、冷媒が一旦第１遮蔽板１７に衝突し、冷媒からのオイルの分離を適切に行わせることが可能となる。
【００２３】
また、第１ヘッダ１１の下部には第２遮蔽板２０が設けられ、オイル回収室２１が形成されている。第２遮蔽板２０には、前記冷媒室１９に連通する複数の連通孔２０ａが形成され、冷媒から分離されたオイルが回収されるようになっている。オイル回収室２１と第４ヘッダ１４とは連通管２２によって連通され、回収されたオイルは第４ヘッダ１４を介してコンプレッサ２へと還流されるようになっている。連通管２２内にはオイル減圧手段である絞り部（オリフィス）２３が形成され、オイルは減圧される。
【００２４】
第１チューブ１５及び第２チューブ１６は、熱伝導性に優れた金属材料等で形成される板状材に所定間隔で複数の連通孔１５ａ及び１６ａをそれぞれ形成したもので、押出や鋳造等により加工され、耐圧性に優れている。第１チューブ１５と第２チューブ１６とは、両端の各ヘッダ１１，１２と１３，１４とへの接続部分を除き、互いに面接触するように一体化されている。この面接触部分で高圧冷媒と低圧冷媒との間での熱交換が行われるようになっている。第１ヘッダ１１及び第１チューブ１５から第２ヘッダ１２に続くラインが高圧部であり、第３ヘッダ１３及び第２チューブ１６から第４ヘッダ１４に続くラインが低圧部である。
【００２５】
次に、前記構成の冷凍サイクル１を備えた車両用空調装置の動作について説明する。
【００２６】
コンプレッサ２を駆動することにより、冷媒が圧縮されて高温・高圧状態となって吐出する。吐出した冷媒は、車外側熱交換器３に流入し、外気に放熱され、内部熱交換器６の高圧部を通過する。
【００２７】
高圧部では、冷媒が第１ヘッダ１１の冷媒室１９に流入し、第１遮蔽板１７の貫通孔１７ａを介してオイル分離室１８へと流動する。このとき、冷媒中に含まれるオイルは、冷媒に比べて比重が大きいため、自重により下方へと移動する。そして、第２遮蔽板２０の連通孔２０ａを介してオイル回収室２１に回収される。オイル回収室２１に回収されたオイルは、連通管２２を介して第４ヘッダ１４へと流出する。連通管２２にはオイル減圧手段である絞り部２３が形成されているため、オイルは減圧される。
【００２８】
一方、オイル分離室１８へと流動した冷媒は、第１チューブ１５を介して第２ヘッダ１２へと流動する。第１チューブ１５は、前述の通り、第１遮蔽板１７に対して垂直で、貫通孔１７ａに対して平行に位置がずれて第１ヘッダ１１に接続されているため、冷媒室１９に流入した冷媒が直接貫通孔１７ａを介してオイル分離室１８へと流入することがない。このため、冷媒中に含まれるオイルを効果的にオイル回収室２１へと回収することが可能である。
【００２９】
第１チューブ１５では、流動する高温・高圧の冷媒は面接触した第２チューブ１６を流動する低温・低圧の冷媒に対して放熱し、さらに冷却されて第２ヘッダ１２へと流入する。
【００３０】
冷却された高温・高圧の冷媒は、その後、第２ヘッダ１２から流出し、膨張弁４を通過して気化しやすい状態まで減圧された後、車内側熱交換器５に流入する。車内側熱交換器５では、冷媒が気化することにより、空調ユニット８内を流動する空気を冷却・除湿する。車内側熱交換器５で部分的に気化した冷媒は、内部熱交換器６の低圧部を通過し、低温・低圧となる。
【００３１】
低圧部では、冷媒が第３ヘッダ１３に流入し、第２チューブ１６を介して第４ヘッダ１４へと流動する。冷媒は、第２チューブ１６を通過する際、前述のように、高圧部を流動する高温・高圧の冷媒から吸熱して温度上昇する。したがって、低温・低圧の冷媒が完全に気化して過熱状態となる。また、還流するオイルも、連通管２２を流動する際、絞り部２３を通過することにより減圧されるので、高圧のオイルがコンプレッサ２に還流することがなく、不具合を発生させることはない。
【００３２】
【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、内部熱交換器にオイル分離手段とオイル減圧手段とを一体的に設けたので、構成を簡略化して配管レイアウトを容易に行うことができると共に、安価に制作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る車内側熱交換器の冷凍サイクルを示す概略図である。
【図２】図１の内部熱交換器を示す斜視図である。
【図３】図２の縦断面図である。
【符号の説明】
１…冷凍サイクル
２…コンプレッサ
３…車外側熱交換器
４…膨張弁（冷媒減圧手段）
５…車内側熱交換器
６…内部熱交換器
７…エンジン
８…空調ユニット
９…エアミックスダンパ
１０…ヒータコア
１１…第１ヘッダ
１２…第２ヘッダ
１３…第３ヘッダ
１４…第４ヘッダ
１５…第１チューブ
１６…第２チューブ
１７…第１遮蔽板
１８…オイル分離室
１９…冷媒室
２０…第２遮蔽板
２１…オイル回収室
２２…連通管
２３…絞り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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