(57)【要約】【課題】内部熱交換器としての熱交換性能を維持しつつ、気液分離器本来の機能である気液分離性能を向上させることが可能な、内部熱交換器一体型気液分離器としての気液分離器モジュールを提供する。【解決手段】圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、減圧装置で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、放熱器の出口側冷媒と圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに設けられ、内部熱交換器が前記気液分離器内に一体的に組み込まれた気液分離器モジュールにおいて、内部熱交換器を、気液分離器の内部を上下室に区画するように気液分離器内に配置したことを特徴とする気液分離器モジュール。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、該放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を前記圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、前記放熱器の出口側冷媒と前記圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに設けられ、前記内部熱交換器が前記気液分離器内に一体的に組み込まれた気液分離器モジュールにおいて、前記内部熱交換器を、前記気液分離器の内部を上下室に区画するように前記気液分離器内に配置したことを特徴とする気液分離器モジュール。
【請求項２】
前記気液分離器の冷媒流入口が前記内部熱交換器よりも下側に配置されている、請求項１に記載の気液分離器モジュール。
【請求項３】
前記気液分離器の冷媒流出口が前記内部熱交換器よりも上側に配置されている、請求項１または２に記載の気液分離器モジュール。
【請求項４】
前記気液分離器内において、前記内部熱交換器によって区画された下室にて気液分離が行われる、請求項１〜３のいずれかに記載の気液分離器モジュール。
【請求項５】
前記気液分離器内において、前記内部熱交換器によって区画された下室から上室へと気相状態の冷媒が流される、請求項１〜４のいずれかに記載の気液分離器モジュール。
【請求項６】
前記気液分離器内において、前記内部熱交換器によって区画された下室で気液分離された気相状態の冷媒が全量、バイパスされることなく前記内部熱交換器を通過されて上室へ流入される、請求項１〜５のいずれかに記載の気液分離器モジュール。
【請求項７】
使用される冷媒が二酸化炭素からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の気液分離器モジュール。
【請求項８】
車両用空調装置の冷凍サイクルに設けられる、請求項１〜７のいずれかに記載の気液分離器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル中に設けられる気液分離器モジュールに関し、とくに、気液分離器内に内部熱交換器を一体的に組み込んだ、車両用空調装置の冷凍サイクル等に用いて好適な気液分離器モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気圧縮式の冷凍サイクル、とくに、超臨界域を含む冷凍サイクル、例えば、二酸化炭素等の自然系冷媒を使用する冷凍サイクルにおいては、冷凍サイクルの効率向上のため、放熱器の出口側冷媒と圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器を具備させる技術が一般的に広く知られている。そして、この種の冷凍サイクルにおいて、部品点数の削減、省スペース化等のために、気液分離器と内部熱交換器を一体化する技術も提案されている（例えば、特許文献１〜５）。
【０００３】
この一体化は、次のような思想に基づく技術である。例えば図６に示す冷凍サイクル１０１は、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機１０２と、圧縮機１０２から吐出された冷媒を冷却する放熱器１０３と、放熱器１０３の出口側冷媒を減圧する減圧装置１０４と、減圧装置１０４で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器１０５と、蒸発器１０５で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機１０２の吸入側に流出させる気液分離器１０６と、放熱器１０３の出口側冷媒と圧縮機１０２の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器１０７とを備えているが、この内部熱交換器１０７を例えば気液分離器１０６内に組み込んで一体化されたモジュール１０８として構成するものである。
【特許文献１】特開平１０−１９４２１号公報
【特許文献２】特開２００２−２０６８２３号公報
【特許文献３】特開２００４−１００９７４号公報
【特許文献４】特開２００５−２９９９４９号公報
【特許文献５】特開２００６−４４６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記特許文献１〜５で開示されているような構造においては、気液分離器と内部熱交換器の一体化により部品点数は低減するものの、気液分離器の基本性能である気液分離性能に関しては、積極的に向上することが意図されていない。したがって、冷凍サイクルの部品点数の削減や省スペース化等は達成できるかも知れないが、気液分離性能の向上による冷凍サイクルの性能向上は期待できない。
【０００５】
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、内部熱交換器としての熱交換性能を維持しつつ、気液分離器本来の機能である気液分離性能を向上させることが可能な、内部熱交換器一体型気液分離器としての気液分離器モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る気液分離器モジュールは、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、該放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を前記圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、前記放熱器の出口側冷媒と前記圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに設けられ、前記内部熱交換器が前記気液分離器内に一体的に組み込まれた気液分離器モジュールにおいて、前記内部熱交換器を、前記気液分離器の内部を上下室に区画するように前記気液分離器内に配置したことを特徴とするものからなる。
【０００７】
つまり、この気液分離器モジュールにおいては、気液分離器の内部が、内部熱交換器によって明確に上室と下室とに区画されるので、気液分離器内における冷媒流は必然的にこの内部熱交換器を通過することになる。とくに、気相状態の冷媒流が内部熱交換器を通過することにより、その気相冷媒流が内部熱交換器によって過熱され、過熱された後に気液分離器から流出されることになる。したがって、気液分離器から流出される冷媒は、より完全に気相状態とされ、内部熱交換器の熱交換性能が維持されつつ、気液分離器本来の機能である気液分離性能が向上されることになる。
【０００８】
この本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記気液分離器の冷媒流入口が上記内部熱交換器よりも下側に配置されていることが好ましい。すなわち、分離された液相冷媒は気液分離器内の下部に溜められるので、このような配置により、冷媒を内部熱交換器よりも下側から流入させ、分離された気相冷媒を効率よく内部熱交換器を通過させた後、過熱された気相冷媒を気液分離器から流出させることができるようになる。
【０００９】
また、上記気液分離器の冷媒流出口が上記内部熱交換器よりも上側に配置されていることが好ましい。上記同様の理由から、内部熱交換器通過により過熱され、より完全に気相状態とされた冷媒を効率よく気液分離器から流出させることができるようになる。
【００１０】
また、本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記気液分離器内において、上記内部熱交換器によって区画された下室にて気液分離が行われることが好ましい。分離された液相冷媒は気液分離器内の下部に溜められるので、下室で気液分離が行われることにより、分離された気相冷媒を効率よく内部熱交換器を通過させることができるようになる。このように、上記気液分離器内において、上記内部熱交換器によって区画された下室から上室へと気相状態の冷媒が流される構造とすることが好ましい。
【００１１】
とくに本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記気液分離器内において、上記内部熱交換器によって区画された下室で気液分離された気相状態の冷媒が全量、バイパスされることなく上記内部熱交換器を通過されて上室へ流入されることが好ましい。これは、内部熱交換器が気液分離器内を完全に横断するように配置されることによって、すなわち、内部熱交換器によって気液分離器内が明確にかつ完全に上下室に区画されることによって達成できる。下室で気液分離された気相状態の冷媒が全量内部熱交換器を通過されることにより、通過冷媒流がより効率よく過熱され、上室へ流入される冷媒は一層完全な気相状態とされた後流出されることになり、一層望ましい気液分離性能が得られることになる。
【００１２】
さらに、本発明は超臨界域を含む冷凍サイクルに、とくに使用される冷媒が二酸化炭素である場合に好適なものである。冷媒が二酸化炭素等の場合には、高圧仕様の機器が多くなり、機器が大型化、コストアップする傾向にあるため、冷凍サイクル全体の小型化、コストダウンが難しくなるが、本発明の適用により、内部熱交換器に熱交換性能を維持しつつ、気液分離性能の向上を達成でき、併せて、内部熱交換器と気液分離器の一体化により、効果的に冷凍サイクルの小型化、コストダウンを図ることが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係る気液分離器モジュールは、とくに小型化、コストダウンの要求が高い車両用空調装置の冷凍サイクルに用いて最適なものである。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明に係る気液分離器モジュールによれば、内部熱交換器に要求される熱交換性能については実質的にそのまま維持しつつ、気液分離器内において分離された気相冷媒が確実に内部熱交換器を通過するようにして、該通過による過熱によってより完全な気相状態になるようにすることにより、気液分離器本来の機能である気液分離性能を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図５は、本発明の一実施態様に係る気液分離器モジュールを示している。なお、冷凍サイクル全体の構成は、図６に示した構成に準じることとし、図６における内部熱交換器と気液分離器の一体化モジュール１０８に相当する部分が、図１〜図５に示されている。
【００１６】
図１〜図４において、１は気液分離器モジュール全体を示しており、気液分離器モジュール１は、気液分離器２内に内部熱交換器３が一体的に組み込まれたものとして構成されている。この気液分離器２は、図６に示したような蒸発器１０５で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機１０２の吸入側に流出させるものであり、内部熱交換器３は、放熱器１０３の出口側冷媒と圧縮機１０２の吸入側冷媒との間で熱交換を行うものである。内部熱交換器３は、気液分離器２の内部を上室４と下室５に区画するために、気液分離器２の内部を横断するように配置されている。本実施態様では、気液分離器２の内部が上室４と下室５とに完全に区画されるように、内部熱交換器３と気液分離器２の胴体６との間、および内部熱交換器３の中央部に生じる隙間にそれぞれ仕切り材７が充填されている。
【００１７】
内部熱交換器３には、気液分離器２の上部外側まで延びる、放熱器１０３側からの出口冷媒８を流入させる流入管９と、減圧装置１０４側へと冷媒１０を流出させる流出管１１が接続されている。気液分離器２には、その上部外側から、蒸発器１０５からの気液混合冷媒１２を気液分離器２内へ流入させる流入管１３が設けられているとともに、気液分離器２内で分離された気相冷媒１４を圧縮機１０２側へと流出させる流出管１５が接続されている。気液分離器２の流入管１３は、内部熱交換器３を貫通して、内部熱交換器３によって区画された気液分離器２の下室５まで延びており、そこで下室５内に開口されている（開口端１６）。気液分離器２の流出管１５は、内部熱交換器３を貫通して、内部熱交換器３によって区画された気液分離器２の下室５まで延び、そこでＵ字状に折れ曲がって上方に延び、再び内部熱交換器３を貫通し、内部熱交換器３によって区画された気液分離器２の上室４まで延びて、そこで上室４内に開口されている（開口端１７）。
【００１８】
このように構成された気液分離器モジュール１においては、内部熱交換器３には、放熱器１０３側からの出口冷媒８が流入管９に流入され、内部熱交換器３内を図３の矢印で示される冷媒流１８の如く流れた後、流出冷媒１０として流出管１１を介して減圧装置１０４側へと流出される。一方、気液分離器２には、図５に示すように、蒸発器１０５で蒸発され、気液混合状態にある冷媒１２が、流入管１３を介して気液分離器２の下室５へと流入される。下室５に流入された冷媒の流れ１９が、気相冷媒と液相冷媒とに分離され、液相冷媒２０は下室５内の下部側に溜まる。分離された気相冷媒は、図５に示す気相冷媒流２１のように、内部熱交換器３を通過して上室４内に流入する。この気相冷媒は、内部熱交換器３を通過する際に、内部熱交換器３との熱交換により過熱され、より完全な気相状態とされた後、開口端１７から流出管１５内に流入し、Ｕ字状の流出管１５を通して（流出管１５内の通過冷媒流２２）、吸入冷媒１４として圧縮機１０２の吸入側に流出される。
【００１９】
このように、内部熱交換器３によって気液分離器２の内部が上室４と下室５とに区画され、蒸発器１０５から気液分離器２に流入される冷媒が下室５へと流入されて気液分離され、分離された気相冷媒が下室５から上室４へ移動される際、確実に内部熱交換器３を通過することで、とくに本実施態様のようにその全量が内部熱交換器３を確実に通過することで、気相冷媒が過熱されて一層完全な気相状態とされた後、流出管１５を介して圧縮機１０２の吸入側に流出される。したがって、内部熱交換器３の熱交換性能は実質的にそのまま維持されつつ、気液分離器２の気液分離性能が大幅に向上されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明に係る気液分離器モジュールは、気液分離器内に内部熱交換器を一体的に組み込んだあらゆる冷凍サイクルに適用でき、とくに二酸化炭素を使用冷媒とする冷凍サイクル、中でも車両用空調装置の冷凍サイクルに用いて好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施態様に係る気液分離器モジュールの側面図である。
【図２】図１の気液分離器モジュールの平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿って見た気液分離器モジュールの横断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿って見た気液分離器モジュールの横断面図である。
【図５】図１の気液分離器モジュールの冷媒の流れ状態を示す、図２のＣ方向から見た一部断面表示側面図である。
【図６】本発明の気液分離器モジュールが適用可能な、従来の冷凍サイクルの構成の一例を示す概略機器系統図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  気液分離器モジュール
２  気液分離器
３  内部熱交換器
４  上室
５  下室
６  気液分離器の胴体
７  仕切り材
８  放熱器側からの出口冷媒
９  流入管
１０  減圧装置側へ流出される冷媒
１１  流出管
１２  蒸発器からの気液混合冷媒
１３  流入管
１４  圧縮機側へ流出される気相冷媒
１５  流出管
１６、１７  開口端
１８  内部熱交換器内の冷媒流
１９  下室に流入された冷媒の流れ
２０  液相冷媒
２１  気相冷媒流
２２  流出管内の通過冷媒流
１０１  冷凍サイクル
１０２  圧縮機
１０３  放熱器
１０４  減圧装置
１０５  蒸発器
１０６  気液分離器
１０７  内部熱交換器
１０８  一体化モジュール
【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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