(57)【要約】【課題】  蒸発器の複数の冷媒通路に対する冷媒分配の均一化効果を向上する。【解決手段】  凝縮器出口側の高圧液冷媒を膨張弁（第１減圧手段）５により液相のまま中間圧まで減圧し、この液相の中間圧冷媒を蒸発器６の入口タンク６ａにて複数のチューブ６ｂに分配するとともに、各チューブ６ｂの入口部に設けた絞り（第２減圧手段）７ａにより中間圧冷媒を低圧の気液２相状態に減圧する。【選択図】        図５
2005226866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器（２）出口側の高圧液冷媒を中間圧に減圧する第１減圧手段（５）と、
前記第１減圧手段（５）で減圧された中間圧冷媒を複数の冷媒流れに分配する冷媒分配手段（６ａ、９、６ｅ〜６ｇ）と、
前記冷媒分配手段（６ａ、９、６ｅ〜６ｇ）通過後の中間圧冷媒を低温低圧の気液２相状態に減圧する第２減圧手段（７ａ）と、
前記第２減圧手段（７ａ）通過後の低圧冷媒を蒸発させる複数の冷媒通路（６ｂ、６ｈ〜６ｊ）を有する蒸発器（６）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第２減圧手段（７ａ）を前記蒸発器（６）の前記複数の冷媒通路（６ｂ、６ｈ〜６ｊ）の入口部にそれぞれ形成したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷媒分配手段（９）の出口側で、かつ、前記蒸発器（６）の前記複数の冷媒通路（６ｈ〜６ｊ）の入口側に位置する複数の冷媒分配通路（９ａ、９ｂ、９ｃ）を有し、
前記複数の冷媒分配通路（９ａ、９ｂ、９ｃ）にそれぞれ前記第２減圧手段（７ａ）を形成したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第２減圧手段は固定絞り（７ａ）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第１減圧手段は、前記蒸発器（６）の出口側冷媒の過熱度が所定値となるように絞り通路の開度を調節する膨張弁（５）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記第１減圧手段（５）の入口冷媒を過冷却する過冷却手段（４）を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発器の複数の冷媒通路への冷媒分配を均一化できる冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用冷凍サイクル装置では、高圧液冷媒を減圧する減圧手段として一般に膨張弁を用い、この膨張弁にて高圧液冷媒を低温低圧の気液２相状態に減圧し、この気液２相状態の低圧冷媒を冷媒分配器により複数の冷媒通路に分配し、この複数の冷媒通路の低圧冷媒を蒸発器にて送風空気から吸熱して蒸発するようにしている。
【０００３】
しかし、気液２相状態の低圧冷媒では、気相冷媒と液相冷媒の密度差により気相冷媒の流れと液相冷媒の流れの偏りが発生しやすいので、蒸発器の複数の冷媒通路に対して気液２相状態の低圧冷媒の分配が不均一となる。この結果、蒸発器内冷媒通路の温度分布が大きくなり、蒸発器の冷却性能を悪化させる原因となっている。
【０００４】
そこで、特許文献１には、冷媒分配器入口側の配管曲げ部に渦発生部を設けて、冷媒分配器における複数の冷媒通路への冷媒分配の均一化を図るものが提案されている。
【特許文献１】特開平５−１８６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来技術においても、減圧手段により減圧された後の気液２相状態の低圧冷媒に対して渦流を発生するので、気相冷媒と液相冷媒の密度差による冷媒の流れの偏りを十分解消できない。そのため、蒸発器の冷却性能の改善効果が不十分である。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、蒸発器の複数の冷媒通路に対する冷媒分配の均一化効果を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、凝縮器（２）出口側の高圧液冷媒を中間圧に減圧する第１減圧手段（５）と、第１減圧手段（５）で減圧された中間圧冷媒を複数の冷媒流れに分配する冷媒分配手段（６ａ、９、６ｅ〜６ｇ）と、冷媒分配手段（６ａ、９、６ｅ〜６ｇ）通過後の中間圧冷媒を低温低圧の気液２相状態に減圧する第２減圧手段（７ａ）と、第２減圧手段（７ａ）通過後の低圧冷媒を蒸発させる複数の冷媒通路（６ｂ、６ｈ〜６ｊ）を有する蒸発器（６）とを備えることを特徴としている。
【０００８】
これによると、第１減圧手段（５）および第２減圧手段（７ａ）の絞り度合いの配分を調整することにより、第１減圧手段（５）にて高圧液冷媒を飽和液線付近の中間圧まで減圧することができる。
【０００９】
従って、第１減圧手段（５）にて液相状態のまま冷媒を減圧できるので、液相状態のまま中間圧冷媒を冷媒分配手段（６ａ、９、６ｅ〜６ｇ）にて複数の冷媒流れに分配することができる。この結果、蒸発器（６）の複数の冷媒通路（６ｂ、６ｈ〜６ｊ）に対して冷媒を均一に分配でき、蒸発器（６）の冷却性能を向上できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、第２減圧手段（７ａ）を蒸発器（６）の複数の冷媒通路（６ｂ、６ｈ〜６ｊ）の入口部にそれぞれ形成したことを特徴とする。
【００１１】
これによると、蒸発器（６）の複数の冷媒通路（６ｂ、６ｈ〜６ｊ）の入口部で液相の中間圧冷媒を低圧の気液２相状態に減圧して直ちに複数の冷媒通路（６ｂ、６ｈ〜６ｊ）に流入できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、冷媒分配手段（９）の出口側で、かつ、蒸発器（６）の複数の冷媒通路（６ｈ〜６ｊ）の入口側に位置する複数の冷媒分配通路（９ａ、９ｂ、９ｃ）を有し、
この複数の冷媒分配通路（９ａ、９ｂ、９ｃ）にそれぞれ第２減圧手段（７ａ）を形成してもよい。
【００１３】
請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、第２減圧手段は、具体的には固定絞り（７ａ）で構成できる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、第１減圧手段は、具体的には蒸発器（６）の出口側冷媒の過熱度が所定値となるように絞り通路の開度を調節する膨張弁（５）で構成できる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、第１減圧手段（５）の入口冷媒を過冷却する過冷却手段（４）を備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、蒸発器出入口冷媒間のエンタルピ差を拡大して蒸発器（６）の冷却性能を向上できるとともに、第１減圧手段（５）の入口冷媒が過冷却度を持つことにより、第１減圧手段（５）にて高圧冷媒を所定の中間圧まで減圧しても、中間圧冷媒を液相域に維持できる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１は本実施形態を冷凍車に適用した場合の冷凍サイクル装置を示す。圧縮機１は、図示しない車載エンジン等により駆動され、冷媒を圧縮するものである。
【００１９】
凝縮器２は、圧縮機１から吐出された高温高圧の吐出ガス冷媒を外気と熱交換して冷却し、凝縮させる。受液器３は、凝縮器２の出口冷媒が導入され、この出口冷媒の気液を分離して余剰液冷媒を溜めるとともに、液冷媒を導出する。
【００２０】
受液器３の出口側は内部熱交換器４の高圧側通路４ａを通過して膨張弁５の入口側に接続される。内部熱交換器４は高圧側通路４ａと低圧側通路４ｂとを熱伝導可能に接触配置し、受液器３出口側の高圧液冷媒を低温の低圧冷媒により冷却して、高圧液冷媒を過冷却する。
【００２１】
膨張弁５は、内部熱交換器４出口側の高圧液冷媒を中間圧Ｐｍ（図４のモリエル線図参照）に減圧する第１減圧手段である。ここで、中間圧Ｐｍはモリエル線図の飽和液線付近の圧力であり、膨張弁５は基本的には高圧液冷媒を液相域内で減圧するものである。
【００２２】
なお、膨張弁５は温度作動式膨張弁のなかで、一般に外部均圧式と称されるタイプのものである。外部均圧式の膨張弁５は周知のごとく冷媒絞り通路を開閉する弁体部５ａと、この弁体部５ａの開度を調整するダイヤフラム機構部５ｂとを有している。このダイヤフラム機構部５ｂの一方の圧力室５ｃに後述する蒸発器７の出口冷媒温度に応じた圧力を作用させ、他方の圧力室５ｄに蒸発器７の出口冷媒圧力を作用させる。
【００２３】
これにより、膨張弁５では蒸発器７の出口冷媒の過熱度に応じて弁体部５ａの開度、すなわち、冷媒絞り通路の開度を増減し、蒸発器出口冷媒の過熱度を所定値に調整する。ここで、弁体部５ａにより開閉される冷媒絞り通路の開口面積（内径）は、後述の理由により通常のサイクル構成における膨張弁の冷媒絞り通路に比較して十分大きくしてある。
【００２４】
蒸発器６は冷凍車の庫内を冷却する冷却用熱交換器であって、本例では、膨張弁５で減圧された中間圧冷媒が流入する入口側タンク６ａと、所定間隔を開けて並列配置された多数本のチューブ６ｂと、出口側タンク６ｃとを備えている。
【００２５】
多数本のチューブ６ｂは、冷媒が並列に流れる多数の冷媒通路を構成するものであって、本例では各チューブ６ｂを扁平多穴チューブにより構成している。この扁平多穴チューブは、図２（ａ）に示すように断面長円状の扁平断面形状のチューブであって、アルミニュウムの押し出し成形により多数の冷媒通路穴６ｄを並列に一体形成している。
【００２６】
各チューブ６ｂの両端部は、入口側タンク６ａと出口側タンク６ｃのチューブ挿入穴内に挿入され、各タンク６ａ、６ｃ内部と連通する。
【００２７】
図３は、入口側タンク６ａとチューブ６ｂの入口端部との接合部を示すもので、入口側タンク６ａは、凹形状のタンク本体部６ａ１と板状のコアプレート６ａ２とにより構成されている。この板状のコアプレート６ａ２には各チューブ６ｂの入口端部に対応してチューブ挿入穴６ａ３が設けられている。このチューブ挿入穴６ａ３はバーリング加工により筒状の打ち出し部を有する形状になっている。このチューブ挿入穴６ａ３に各チューブ６ｂの入口端部を挿入する。
【００２８】
その後に、、図２（ａ）（ｂ）に示すように各チューブ６ｂの入口端面に、多数の絞り穴７ａを有する絞り板部材７を配置し、絞り板部材７をチューブ端面に一体に接合する。ここで、絞り穴７ａは各チューブ６ｂの多数の冷媒通路穴６ｄにそれぞれ対応して設けられている。絞り穴７ａは冷媒通路穴６ｄよりも開口面積が十分小さい固定絞りであり、上記中間圧液冷媒を低温低圧の気液２相状態に減圧する第２減圧手段を構成する。
【００２９】
各チューブ６ｂの冷媒通路穴６ｄの断面形状は円形、長円状、矩形状等の形状であるから、絞り穴７ａの形状も冷媒通路穴６ｄの断面形状に対応した形状にすることが好ましい。
【００３０】
なお、絞り板部材７を蒸発器６の各構成部材６ａ、６ｂ、６ｃと同様にアルミニュウム合金材で構成することにより、蒸発器６の一体ろう付け工程において絞り板部材７をチューブ６ｂの入口端部に接合できる。
【００３１】
また、図２では絞り板部材７を１本のチューブ６ｂの断面形状相当の大きさに形成する例を示しているが、絞り板部材７を多数本のチューブ６ｂの断面形状をカバーする大きさに形成し、１枚の絞り板部材７に多数本のチューブ６ｂの全部の冷媒通路穴６ｄに対応する絞り穴７ａを形成すれば、１枚の絞り板部材７にて多数本のチューブ６ｂへの流入冷媒を減圧する第２減圧手段を構成できる。
【００３２】
また、本実施形態では、蒸発器６を、多数本のチューブ６ｂ相互間にフィンを配置しないフィンレスの熱交換器構成にし、多数本のチューブ６ｂにより蒸発器６への送風空気（庫内空気）を直接冷却する構成にしているが、必要に応じて多数本のチューブ６ｂ相互間にフィンを配置してもよいことはもちろんである。
【００３３】
蒸発器６の出口配管８は、前述した内部熱交換器４の低圧側通路４ｂを介して圧縮機１の吸入側に接続される。
【００３４】
次に、本実施形態による作用効果を図４のモリエル線図に基づいて説明する。図４のａ点は圧縮機吐出後の高圧過熱ガスの状態であり、ｂ点は冷媒の気液界面が存在する受液器３内部の冷媒状態すなわち、飽和液の状態である。ｃ点は内部熱交換器４の高圧側通路４ａの出口部の冷媒状態すなわち、所定の過冷却度を持った高圧過冷却液の状態である。
【００３５】
そして、ｄ点は第１減圧手段をなす膨張弁５により減圧された中間圧冷媒の状態であり、ｅ点は第２減圧手段をなす絞り穴７ａにより再度減圧された低圧冷媒の状態である。ｆ点は蒸発器６の出口部での低圧過熱状態であり、更に、ｇ点は内部熱交換器４の低圧側通路４ｂ出口部の冷媒状態すなわち、ｆ点よりも更に過熱度が所定量増加した低圧過熱状態である。
【００３６】
ところで、高圧ＰＨと中間圧Ｐｍとの差ΔＰ１（ΔＰ１＝ＰＨ−Ｐｍ）が第１減圧手段をなす膨張弁５の減圧量であり、中間圧Ｐｍと低圧ＰＬとの差ΔＰ２（ΔＰ２＝Ｐｍ−ＰＬ）が第２減圧手段をなす絞り穴７ａの減圧量である。このΔＰ１＋ΔＰ２の合計減圧量が通常の冷凍サイクルでの膨張弁による減圧量となるようにしてある。
【００３７】
このため、通常の冷凍サイクルでの膨張弁に比較して、本実施形態の膨張弁５では、減圧量をΔＰ１に減らすため、弁体部５ａにより開閉される冷媒絞り通路の開口面積（内径）を十分大きくしてある。
【００３８】
これにより、中間圧Ｐｍを飽和液線付近に位置させて、膨張弁５による冷媒減圧作用を実質上、液相域内で行うことができる。
【００３９】
この結果、膨張弁５の出口冷媒が飽和液の状態となり、液相状態のまま膨張弁５の出口冷媒を蒸発器６の入口タンク６ａ内に流入させることができる。それ故、入口タンク６ａでは液相状態の冷媒を多数本のチューブ６ｂに分配できるので、各チューブ６ｂへの冷媒分配を均一化できる。
【００４０】
図５（ａ）は本発明による冷媒分配作用を示し、図５（ｂ）は従来技術による冷媒分配作用を示す。なお、斜線部は冷媒の液相状態を示し、細かい点々は冷媒の気相状態を示している。本発明によると、絞り穴７ａの上流側までは冷媒の液相状態が維持され、絞り穴７ａの下流側で初めて冷媒が気液２相状態に変化する。
【００４１】
これに反し、従来技術では膨張弁５が唯一の減圧手段であり、膨張弁５によって高圧液冷媒を一挙に低圧の気液２相状態まで減圧するので、蒸発器６の入口タンク６ａ内に気液２相状態の低圧冷媒が流入してくる。この結果、入口タンク６ａによる冷媒分配に際して、液相冷媒と気相の冷媒との密度差による分配不均一がどうしても発生してしまう。
【００４２】
本発明によると、入口タンク６ａにて液相状態のまま冷媒を多数本のチューブ６ｂに分配できるので、各チューブ６ｂへの冷媒分配を均一化できる。
【００４３】
（第２実施形態）
第１実施形態では、蒸発器６の入口タンク６ａが冷媒分配手段として作用する例について説明したが、第２実施形態では、図６に示すように蒸発器６の冷媒流れ上流側に冷媒分配器９を設ける冷凍サイクルに対して本発明を適用するものである。
【００４４】
第２実施形態を図６に基づいて具体的に説明すると、冷媒分配器９は膨張弁５出口の減圧後の中間圧液冷媒を複数の冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃに分配するものである。なお、図６では、冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃとして３本の配管を図示しているが、これは単なる一例を図示しているだけであり、実際は、冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃとして８本程度の配管を設けることが多い。
【００４５】
冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃの下流端部にはそれぞれ蒸発器６の複数の入口タンク６ｅ、６ｆ、６ｇが接続され、この入口タンク６ｅ、６ｆ、６ｇにはそれぞれ蒸発器６の複数本のチューブ６ｈ、６ｉ、６ｊの入口端部が接続される。なお、図６の図示例では、各チューブ６ｈ、６ｉ、６ｊをそれぞれ５本ずつ設けている。
【００４６】
従って、第２実施形態によると、上記中間圧液冷媒は、冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃを通過した後、複数の入口タンク６ｅ、６ｆ、６ｇ内に流入し、この入口タンク６ｅ、６ｆ、６ｇ内で再度、複数本のチューブ６ｈ、６ｉ、６ｊに分配される。
【００４７】
各チューブ６ｈ、６ｉ、６ｊの出口端部には各入口タンク６ｅ、６ｆ、６ｇに対応する出口タンク６ｋ、６ｍ、６ｎを設け、複数本のチューブ６ｈ、６ｉ、６ｊからの冷媒流れを各出口タンク６ｋ、６ｍ、６ｎ内部でそれぞれ集合する。そして、出口タンク６ｋ、６ｍ、６ｎからの冷媒流れを更に冷媒集合管６ｐ、６ｑ、６ｒを通過して出口配管８において１つの流れに集合する。
【００４８】
このような冷凍サイクルにおいて、各チューブ６ｈ、６ｉ、６ｊの入口端部付近には、図７に示すように上記中間圧液冷媒を再度減圧する第２減圧手段としての絞り７ａを設ける。この絞り７ａは、各チューブ６ｈ、６ｉ、６ｊを第１実施形態のように扁平多穴チューブで構成する場合は第１実施形態と同様の構成にすればよい。
【００４９】
また、各チューブ６ｈ、６ｉ、６ｊを金属薄板の張り合わせで構成する場合は金属薄板のプレス成形にて絞り７ａを構成することができる。これによれば、絞り７ａを各チューブ６ｈ、６ｉ、６ｊに一体形成できる。
【００５０】
第２実施形態においても、冷媒分配器９および入口タンク６ｅ、６ｆ、６ｇにてそれぞれ液相域の中間圧冷媒を分配できるので、第１実施形態と同様に冷媒分配の均一化効果を発揮できる。
【００５１】
（第３実施形態）
第１、第２実施形態では、第２減圧手段をなす絞り７ａを蒸発器６のチューブ６ｂ、６ｈ、６ｉ、６ｊの入口部付近に形成する例について説明したが、第３実施形態では、図８に示すように、膨張弁５出口の減圧後の中間圧液冷媒を冷媒分配器９により複数の冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃに分配する構成を持つ冷凍サイクル（この冷媒分配構成は図６と同じ）において、複数の冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃにそれぞれ第２減圧手段をなす絞り７ａを設けるものである。
【００５２】
冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃは管体であるので、絞り７ａは具体的には、図９に示すように冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃの内径よりも所定量小さい内径を有するリング状部品で構成すればよい。すなわち、このリング状部品を各冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃ内に挿入して接合することにより、絞り７ａを構成できる。
【００５３】
もちろん、各冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃの形成方法を工夫して各冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃの内壁面に絞り７ａを一体形成してもよい。
【００５４】
第３実施形態においても、冷媒分配器９では液相域の中間圧冷媒を複数の冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃに分配するので、冷媒分配器９から複数の冷媒分配管９ａ、９ｂ、９ｃに対する冷媒分配を均一に行うことができる。
【００５５】
（他の実施形態）
上述の各実施形態では、内部熱交換器４を用いて、膨張弁５の入口側の高圧液冷媒を過冷却するようにしているが、内部熱交換器４を廃止し、その代わりに、凝縮器２として、圧縮機吐出冷媒を凝縮する凝縮用熱交換部と、この凝縮用熱交換部の出口冷媒の気液を分離して液冷媒を溜める受液器と、この受液器から導出される液冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部とを有する構成を採用してもよい。このようにしても、膨張弁５の入口側の高圧液冷媒に所定の過冷却度を持たせることができる。
【００５６】
また、内部熱交換器４を廃止し、その代わりに、受液器３の出口部と膨張弁５の入口側との間の高圧液配管に放熱促進用のフィンを設けて、車両走行風により高圧液配管を積極的に冷却することにより、膨張弁５の入口側の高圧液冷媒を過冷却するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態による冷凍サイクル図である。
【図２】（ａ）は図１の蒸発器の要部の分解斜視図、（ｂ）は（ａ）の接合状態の斜視図である。
【図３】図１の蒸発器の要部断面図である。
【図４】第１実施形態による冷凍サイクルの作動を示すモリエル線図である。
【図５】（ａ）は第１実施形態による作用効果の説明図、（ｂ）は従来技術による不具合の説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態による冷凍サイクル図である。
【図７】図６の蒸発器のチューブ入口部の拡大断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態による冷凍サイクル図である。
【図９】図８の冷媒分配管の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
２…凝縮器、５…膨張弁（第１減圧手段）、６…蒸発器、
６ａ、６ｅ〜６ｇ…入口タンク（冷媒分配手段）、
６ｂ、６ｈ〜６ｊ…チューブ（冷媒通路）、７ａ…絞り（第２減圧手段）、
９…冷媒分配器（冷媒分配手段）。
【図１】
2005226866.tif 000003
【図２】
2005226866.tif 000004
【図３】
2005226866.tif 000005
【図４】
2005226866.tif 000006
【図５】
2005226866.tif 000007
【図６】
2005226866.tif 000008
【図７】
2005226866.tif 000009
【図８】
2005226866.tif 000010
【図９】
2005226866.tif 000011