(57)【要約】【課題】冷凍サイクルの性能向上と冷凍サイクルの低コスト化を共に図ることができる内部熱交換器を提供する。【解決手段】内部熱交換器４Ａは、貯液室１２を有する密閉ケース１１と、冷凍サイクルのコンデンサの冷媒出口側と膨張弁の冷媒入口側の間に接続され、貯液室１２の下方位置に開口部１３を有する高圧側配管８と、冷凍サイクルのエバポレータの冷媒出口側に接続され、貯液室１２を貫通する低圧側配管１０とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯液室（１２）を有する密閉ケース（１１）と、
冷凍サイクル（１）のコンデンサ（３）の冷媒出口側に接続され、前記貯液室（１２）に開口する第１高圧側配管部（８）,（８Ａ）と、
前記冷凍サイクル（１）の減圧手段（５）の冷媒入口側に接続され、前記貯液室（１２）の下方位置に開口する第２高圧側配管部（８）,（８Ｂ）と、
前記冷凍サイクル（１）のエバポレータ（６）の冷媒出口側に接続され、前記貯液室（１２）を貫通する低圧側配管（１０）とを備えたことを特徴とする内部熱交換器（４Ａ）〜（４Ｅ）。
【請求項２】
請求項１記載の内部熱交換器（４Ａ）〜（４Ｃ）であって、
前記第１高圧側配管部（８Ａ）と前記第２高圧側配管部（８Ｂ）は、前記貯液室（１２）の下方位置に開口部（１３）を有する１本の高圧側配管（８）にて構成されたことを特徴とする内部熱交換器（４Ａ）〜（４Ｃ）。
【請求項３】
請求項２に記載の内部熱交換器（４Ｃ）であって、
前記開口部（１３）は、軸方向に長い長孔であることを特徴とする内部熱交換器（４Ｃ）。
【請求項４】
請求項１に記載の内部熱交換器（４Ｄ），（４Ｅ）であって、
前記第１高圧側配管部（８Ａ）と前記第２高圧側配管部（８Ｂ）は、前記貯液室（１２）にそれぞれ開口された別体の配管であることを特徴とする内部熱交換器（４Ｄ），（４Ｅ）。
【請求項５】
請求項４に記載の内部熱交換器（４Ｄ），（４Ｅ）であって、
前記第１高圧側配管部（８Ａ）と前記第２高圧側配管部（８Ｂ）は、互いの端部の開口部（１３ａ），（１３ｂ）が離間していることを特徴とする内部熱交換器（４Ｄ），（４Ｅ）。
【請求項６】
請求項４に記載の内部熱交換器（４Ｄ）であって、
前記第１高圧側配管部（８Ａ）と前記第２高圧側配管部（８Ｂ）は、互いの端部の開口部（１３ａ），（１３ｂ）が離間し、且つ、双方の開口部（１３ａ），（１３ｂ）の位置がオフセットしていることを特徴とする内部熱交換器（４Ｄ）。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の内部熱交換器（４Ａ）〜（４Ｅ）を冷凍サイクル（１）に備えたことを特徴とする車両用空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮式（ヒートポンプ式）の冷凍サイクル内に配置され、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒間で熱交換を行う内部熱交換器、及び、これを備えた車両用空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部熱交換器を備えた冷凍サイクルが従来より提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この種の冷凍サイクルの一従来例が図７に示されている。図７において、冷凍サイクル５０は、冷媒を圧縮するコンプレッサ５１と、このコンプレッサ５１からの高温高圧の冷媒を放熱させるコンデンサ５２と、このコンデンサ５２で冷却された高圧の冷媒を一時的に貯留し、液冷媒のみを流出するリキッドタンク５３と、このリキッドタンク５３からの高温の液冷媒と下記するエバポレータ５６からの低温の冷媒の間で熱交換させる内部熱交換器５４と、この内部熱交換器５４からの高圧側の液冷媒を減圧する膨張弁５５と、この膨張弁５５で減圧された低温低圧の冷媒より吸熱するエバポレータ５６とを備えている。
【０００３】
冷凍サイクル５０の高圧側の冷媒と低圧側の冷媒同士を内部熱交換器５４で熱交換させる。これによって、図８に示すように、高圧側の冷媒（コンプレッサ５１の出口側冷媒と膨張弁５５の入口側冷媒間）のエンタルピー差と、低圧側の冷媒（膨張弁５５の出口側冷媒とコンプレッサ５１の入口側冷媒間）のエンタルピー差が共に拡大し、冷凍サイクル５０の性能が向上する。特に、ｐ−ｈ特性線のエンタルピー差が小さい冷媒を使用する冷凍サイクル５０にあって、有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０６６８８号公報
【特許文献２】特開２０００−３２０９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の内部熱交換器５４を備えた冷凍サイクル５０は、コスト高になる。そのため、冷凍サイクル５０の性能向上と冷凍サイクルの低コスト化を共に図ることができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、冷凍サイクルの性能向上と冷凍サイクルの低コスト化を共に図ることができる内部熱交換器、及び、これを備えた車両用空気調和装置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】
【０００７】
本発明は、貯液室を有する密閉ケースと、冷凍サイクルのコンデンサの冷媒出口側に接続され、前記貯液室に開口する第１高圧側配管部と、前記冷凍サイクルの減圧手段の冷媒入口側に接続され、前記貯液室の下方位置に開口する第２高圧側配管部と、前記冷凍サイクルのエバポレータの冷媒出口側に接続され、前記貯液室を貫通する低圧側配管とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
前記第１高圧側配管部と前記第２高圧側配管部は、前記貯液室の下方位置に開口部を有する１本の高圧側配管にて構成することが好ましい。前記開口部は、軸方向に長い長孔であることが好ましい。
【０００９】
前記第１高圧側配管部と前記第２高圧側配管部は、前記貯液室にそれぞれ開口された別体の配管であっても良い。前記第１高圧側配管部と前記第２高圧側配管部は、互いの端部の開口部が離間していることが好ましい。前記第１高圧側配管部と前記第２高圧側配管部は、互いの端部の開口部が離間し、且つ、双方の開口部の位置がオフセットしていることが好ましい。
【００１０】
車両用空気調和装置の冷凍サイクルに内部熱交換器を備えるものを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンデンサより第１高圧側配管部を通って内部熱交換器内に入った高圧側の冷媒は、第１高圧側配管部が開口している貯液室に入り込み、貯液室に溜まった高圧側の高温冷媒と低圧側配管を通過する低圧側の低温冷媒とが熱交換するため、高圧側の冷媒は冷却され、低圧側の冷媒は加熱される。又、冷凍サイクルの冷媒循環量は、貯液室に溜まる冷媒量によって調整されると共に、第２高圧側配管が貯液室の下方位置に開口し、貯液室に溜まった冷媒の内の液冷媒が減圧手段に供給されるため、内部熱交換器がリキッドタンクの機能を兼用し、冷凍サイクルに別途リキッドタンクを配置する必要がない。以上より、冷凍サイクルの性能向上と冷凍サイクルの低コスト化を共に図ることができる。
【００１２】
また、内部熱交換器は、密閉ケースと高圧側の配管と低圧側の配管を主要な構成部品とし、冷凍サイクルを構成する配管を一部利用可能であるため、非常に単純な構造で、しかも、低コストに作製可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、車両用空気調和装置の冷凍サイクルの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示し、内部熱交換器の概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示し、内部熱交換器の概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示し、内部熱交換器の概略断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示し、内部熱交換器の概略断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態を示し、内部熱交換器の概略断面図である。
【図７】従来例を示し、車両用空気調和装置の冷凍サイクルの概略構成図である。
【図８】従来例の冷凍サイクルのＰ−Ｈ特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態を示す。この第１実施形態に係る車両用空気調和装置は、蒸気圧縮式（ヒートポンプ式）の冷凍サイクル１を備えている。冷凍サイクル１は、コンプレッサ２とコンデンサ３と内部熱交換器４Ａと減圧手段である膨張弁５とエバポレータ６と、これらの間をそれぞれ接続して冷媒を循環させる高圧側配管７，８及び低圧側配管９、１０とを備えている。冷媒は、ＨＦＯ１２３４ｙｆが使用されている。
【００１６】
コンプレッサ２は、冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒として吐出する。
【００１７】
コンデンサ３は、高温高圧の冷媒と空気との間で熱交換する。この熱交換によってコンデンサ３を通過した冷媒は冷却され、コンデンサ３を通過した空気は加熱される。
【００１８】
内部熱交換器４Ａは、コンデンサ３を通過した高温の冷媒とエバポレータ６を通過した冷温の冷媒との間で熱交換し、コンデンサ３を通過した冷媒を更に冷却する。内部熱交換器４Ａの詳しい構成については、下記に詳述する。
【００１９】
膨張弁５は、内部熱交換器４を通過した冷媒を膨張（減圧）させて低温低圧のガス冷媒としてエバポレータ６に送出する。
【００２０】
エバポレータ６は、膨張弁５から送出された低温の冷媒と空気との間で熱交換する。この熱交換によってエバポレータ６を通過した冷媒は加熱され、空気は冷却される。
【００２１】
車両用空気調和装置は、エバポレータ６を空気の冷却源として利用したり、コンデンサ３を空気の加熱源として利用することによって所望温度の空調風を作製する。
【００２２】
次に、内部熱交換器４Ａの構成を説明する。図２に示すように、内部熱交換器４Ａは、貯液室１２を有する密閉ケース１１と、コンデンサ３の冷媒出口側に接続され、貯液室１２に開口する第１高圧側配管部８Ａと、膨張弁５の冷媒入口側に接続され、貯液室１２に開口する第２高圧側配管部８Ｂと、エバポレータ６の冷媒出口側に接続され、貯液室１２を同じく貫通する低圧側配管１０とを備えている。
【００２３】
密閉ケース１１は、円筒形状であり、円筒部１１ａと、この円筒部１１ａの上下面を閉塞する上蓋部１１ｂ及び下蓋部１１ｃとから構成されている。密閉ケース１１は、その軸方向が上下方向（重力方向）に対して斜めに配置されている。
【００２４】
第１高圧側配管部８Ａと第２高圧側配管部８Ｂは、この第１実施形態では、貯液室１２の下方位置に開口部１３を有する１本の高圧側配管８にて構成されている。つまり、高圧側配管８は、コンデンサ３の冷媒出口と膨張弁５の冷媒入口との間を接続する高圧側配管８の一部を利用している。
【００２５】
高圧側配管８は、ストレート形状であり、密閉ケース１１の上蓋部１１ｂと下蓋部１１ｃを出入口として貯液室１２を貫通している。従って、高圧側配管８は、その軸方向が上下方向に対して斜めに配置されている。高圧側配管８は、コンデンサ３から膨張弁５に向かって流れる冷媒が貯液室１２内を下方から上方に流れるよう配置されている。
【００２６】
開口部１３は、貯液室１２の下方位置に設けられている。開口部１３は、コンデンサ３を通過した冷媒を貯液室１２に流出させる第１高圧側配管部８Ａの開口と、膨張弁５に冷媒を送出する第２高圧側配管部８Ｂの開口との双方を兼用している。開口部１３は、例えば複数の円孔である。
【００２７】
低圧側配管１０は、エバポレータ６の冷媒出口とコンプレッサ２の冷媒入口との間を接続する低圧側配管１０の一部である。低圧側配管１０は、ストレート形状であり、高圧側配管８と同じく、密閉ケース１１の上蓋部１１ｂと下蓋部１１ｃを出入口として貯液室１２を貫通している。低圧側配管１０は、エバポレータ６からコンプレッサ２に向かって流れる冷媒が貯液室１２内を上方から下方に流れるよう配置されている。つまり、低圧側配管１０と高圧側配管８は、冷媒の流れる方向が逆になっている。
【００２８】
上記構成において、コンデンサ３より高圧側配管８を通って内部熱交換器４Ａ内に入った高圧側の冷媒は、冷凍サイクル１の冷媒循環量に応じて開口部１３より貯液室１２に入り込む。貯液室１２には冷凍サイクル１の冷媒循環量に応じて冷媒を溜まる。貯液室１２には低圧側配管１０が貫通しているため、貯液室１２に溜まった高圧側の高温冷媒と低圧側の低温冷媒とが熱交換し、高圧側の冷媒は冷却され、低圧側の冷媒は加熱される。これにより、高圧側の冷媒の過冷却度（サブクール）が向上し、低圧側の冷媒の過熱度（スーパーヒート）が向上する。
【００２９】
又、冷凍サイクル１の冷媒循環量は、貯液室１２に溜まる冷媒量によって調整されると共に、高圧側配管８の開口部１３が貯液室１２の下方位置に開口し、貯液室１２に溜まった冷媒の内の液冷媒が膨張弁５に供給される。従って、内部熱交換器４Ａがリキッドタンクの機能を兼用し、冷凍サイクル１には別途リキッドタンクを配置する必要がない。以上より、冷凍サイクル１の性能向上と冷凍サイクル１の低コスト化を共に図ることができる。
【００３０】
また、内部熱交換器４Ａは、密閉ケース１２と高圧側の配管と低圧側の配管を主要な構成部品とし、冷凍サイクル１１を構成する配管を一部利用可能であるため、非常に単純な構造で、しかも、低コストに作製可能である。特に、この実施形態にあっては、第１高圧側配管部８Ａと第２高圧側配管部８Ｂは、貯液室１２の下方位置に開口部１３を有する１本の高圧側配管８にて構成されている。従って、内部熱交換器４Ａの構成を更に単純化できる。
【００３１】
高圧側配管８の開口部１３は、貯液室１２の下方位置に開口している。従って、貯液室１２内の冷媒量の変動に関わらず安定的に液冷媒を膨張弁５に供給できる。
【００３２】
冷媒は、エンタルピー差がＨＦＣ１３４ａよりも小さいＨＦＯ１２３４ｙｆが使用されているが、内部熱交換器４Ａの熱交換性能の向上によってシステム性能をＨＦＣ１３４ａと同等、若しくはこれ以上にすることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態を示す。図３に示すように、第２実施形態の内部熱交換器４Ｂは、前記第１実施形態のものと比較するに、高圧側配管８と低圧側配管１０が互いの外面を密着して配置されている点が相違する。例えば、二重配管によって構成されている。
【００３４】
他の構成は、前記第１実施形態のものと同様であるため、重複説明を回避する。図面の同一構成箇所には、第１実施形態と同一符号を付して明確化を図る。
【００３５】
この第２実施形態でも前記第１実施形態と同様の理由によって、冷凍サイクルの性能向上と冷凍サイクルの低コスト化を共に図ることができる。
【００３６】
高圧側配管８内の高圧側の高温冷媒と低圧側配管１０内の低圧側の冷温冷媒が直接に熱交換するため、熱交換性能が向上する。これにより、冷凍サイクルの更なる性能向上を図ることができる。
【００３７】
また、高圧側配管８と低圧側配管１０を二重配管とすることにより、内部熱交換器４Ｂの構成を更に単純化できる。又、材料費を安く抑えることができる。
【００３８】
（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態を示す。図４に示すように、第３実施形態の内部熱交換器４Ｃは、前記第１実施形態のものと比較するに、高圧側配管８の開口部１３の構成が相違する。つまり、開口部１３は、軸方向に長い長孔として構成されている。
【００３９】
他の構成は、前記第１実施形態のものと同様であるため、重複説明を回避する。図面の同一構成箇所には、第１実施形態と同一符号を付して明確化を図る。
【００４０】
この第３実施形態でも前記第１実施形態と同様の理由によって、冷凍サイクルの性能向上と冷凍サイクルの低コスト化を共に図ることができる。
【００４１】
開口部１３は、軸方向に長い長孔として構成されている。従って、コンデンサ３からの冷媒中にガス冷媒が混入している場合には、液冷媒より比重の軽いガス冷媒が開口部１３より貯液室１２に入り込む確率が非常に高くなる。つまり、気液分離性能が非常に良くなり、膨張弁５にガス冷媒を送出するという事態を防止できる。又、コンデンサ３から高圧側配管８を通って流れてきた冷媒は、そのまま高圧側配管８を通って流出せずに貯液室１２に入り込む確率が非常に高いため、流れてきた冷媒の圧力（動圧）が貯液室１２に作用して貯液室１２の圧力（静圧）を上昇させることができる。貯液室１２の圧力上昇によって、貯液室１２内の液冷媒が高圧側配管８に押し出され易くなる。これにより、安定的に液冷媒を膨張弁５に供給できる。
【００４２】
（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態を示す。図５に示すように、第４実施形態の内部熱交換器４Ｄは、前記第１実施形態のものと比較するに、第１高圧側配管部８Ａと第２高圧側配管部８Ｂが別体の配管にて構成されている点が相違する。そして、第１高圧側配管部８Ａと第２高圧側配管部８Ｂは、互いの端部の開口部１３ａ，１３ｂがＤ１寸法だけ離間し、且つ、双方の開口部１３ａ，１３ｂの位置がオフセットしている。
【００４３】
他の構成は、前記第１実施形態のものと同様であるため、重複説明を回避する。図面の同一構成箇所には、第１実施形態と同一符号を付して明確化を図る。
【００４４】
この第４実施形態でも前記第１実施形態と同様の理由によって、冷凍サイクルの性能向上と冷凍サイクルの低コスト化を共に図ることができる。
【００４５】
第１高圧側配管部８Ａと第２高圧側配管部８Ｂは、互いの端部の開口部１３ａ，１３ｂが離間している。従って、コンデンサ３からの冷媒中にガス冷媒が混入している場合には、ガス冷媒が開口部１３ａより貯液室１２に確実に入り込む。つまり、気液分離性能が非常に良くなり、膨張弁５にガス冷媒を送出するという事態を防止できる。
【００４６】
第１高圧側配管部８Ａと第２高圧側配管部８Ｂは、双方の開口部１３ａ，１３ｂの位置がオフセットしている。従って、コンデンサ３から第１高圧側配管部８Ａを通って流れてきた冷媒は、そのまま第２高圧側配管部８Ｂを通って流出せずに貯液室１２に入り込む確率が非常に高いため、流れてきた冷媒の圧力（動圧）が貯液室１２に作用して貯液室１２の圧力（静圧）を上昇させることができる。貯液室１２の圧力上昇によって、貯液室１２内の液冷媒が第２高圧側配管部８Ｂに押し出され易くなる。これにより、安定的に液冷媒を膨張弁５に供給できる。
【００４７】
（第５実施形態）
図６は本発明の第５実施形態を示す。図６に示すように、第５実施形態の内部熱交換器４Ｄは、前記第４実施形態のものと比較するに、第１高圧側配管部８Ａと第２高圧側配管部８Ｂの端部の開口部１３ａ，１３ｂ間が十分な間隔Ｄ２（Ｄ２＞Ｄ１）を持って離間して配置されている。
【００４８】
他の構成は、前記第４実施形態のものと同様であるため、重複説明を回避する。図面の同一構成箇所には、第４実施形態と同一符号を付して明確化を図る。
【００４９】
この第５実施形態でも前記第１実施形態と同様の理由によって、冷凍サイクルの性能向上と冷凍サイクルの低コスト化を共に図ることができる。
【００５０】
第１高圧側配管部８Ａと第２高圧側配管部８Ｂの双方の開口部１３ａ，１３ｂ間が十分な距離だけ離間しているので、第４実施形態のものと略同様な理由によって、気液分離性能が非常に良く、又、貯液室１２内の液冷媒が第２高圧側配管部８Ｂに押し出され易くなるという効果がある。
【符号の説明】
【００５１】
１  冷凍サイクル
３  コンデンサ
４Ａ〜４Ｅ  内部熱交換器
５  膨張弁（減圧手段）
６  エバポレータ
８  高圧側配管
８Ａ  第１高圧側配管部
８Ｂ  第２高圧側配管部
１０  低圧側配管
１３，１３ａ，１３ｂ  開口部
【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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【図７】
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【図８】
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