(57)【要約】【課題】吐出ガス冷媒の一部を分岐させ、気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整するようにしたサイクルを、気液分離器が付随する凝縮器の内部構造を簡素化しつつ成立させることが可能な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】圧縮機と、一対のヘッダーパイプを有する凝縮器と、該凝縮器を通過した冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、該蒸発器を通過した冷媒を圧縮機に吸入させる冷凍サイクル装置であって、凝縮器を冷媒の流れ方向に配列された第１熱交換部と第２熱交換部とに区画するとともに、該第１熱交換部と第２熱交換部の間に気液分離器を設け、該気液分離器で分離されたガス冷媒を第２熱交換部に導入し凝縮させるようにした冷凍サイクル装置において、凝縮器の一方のヘッダーパイプ自身の内部に上下方向に延びる隔壁を設けて該ヘッダーパイプ内を互いに連通する２室に区画することにより、該ヘッダーパイプ自身に気液分離器の機能を持たせたことを特徴とする冷凍サイクル装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、一対のヘッダーパイプと該ヘッダーパイプ間に延設された熱交換チューブとを有し前記圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器を通過した冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、該蒸発器を通過した冷媒を前記圧縮機に吸入させる冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器を冷媒の流れ方向に配列された第１熱交換部と第２熱交換部とに区画するとともに、該第１熱交換部と第２熱交換部の間に気液分離器を設け、該気液分離器で分離されたガス冷媒を前記第２熱交換部に導入し凝縮させるようにした冷凍サイクル装置において、前記凝縮器の一方のヘッダーパイプ自身の内部に上下方向に延びる隔壁を設けて該ヘッダーパイプ内を互いに連通する２室に区画することにより、該ヘッダーパイプ自身に前記気液分離器の機能を持たせたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第１熱交換部の熱交換チューブが、前記区画された２室のうちの一方の第１室内へと延び、前記第２熱交換部の熱交換チューブが、他方の第２室内へと延びている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記隔壁の上下端と前記一方のヘッダーパイプの上下壁との間にそれぞれ隙間が形成され、上部隙間が前記第１室と第２室との間のガス冷媒通路、下部隙間が冷凍機油戻し通路として構成されている、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記隔壁が、前記一方のヘッダーパイプの周壁形成部材と一体の部材から構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記一方のヘッダーパイプが、その上下端を閉塞するエンドキャップを備えている、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
車両用空調装置に用いられるものからなる、請求項１〜５のいずれか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、冷凍サイクル装置に関し、とくに、圧縮機吐出冷媒過熱度により蒸発器出口冷媒過熱度を制御できるようにした冷凍サイクル装置の凝縮部の機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両用空調装置に設けられる冷凍サイクル装置の基本制御構成は、蒸発器出口冷媒の過熱度制御（いわゆる、レシーバサイクル）と、凝縮器出口冷媒の過冷却度制御（いわゆる、アキュムレータサイクル）とに大別される。レシーバサイクルでは、通常、温度式膨張弁により蒸発器出口冷媒の過熱度を所定の範囲（通常、５〜２０ｄｅｇ．）で制御し、アキュムレータサイクルでは、通常、固定絞りを用いて制御するが、凝縮器出口冷媒の過冷却度は、固定絞りの流量特性とサイクル高圧圧力と冷媒流量とにより、成り行きで通常０〜２０ｄｅｇ．の範囲で変動する。
【０００３】
このような一般的な技術に対し、特許文献１には、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器を第１凝縮部と第２凝縮部とに分割するとともにその間に気液分離器を設け、吐出ガス冷媒の一部を分岐させ、該気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整することにより、固定絞りにおいても、蒸発器出口冷媒の過熱度を所望の値に制御することを可能にした技術が開示されている。
【０００４】
ところが、この特許文献１に示されるような、吐出ガス冷媒の一部を分岐させ、気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整するサイクルに使用される凝縮器においては、特許文献２〜４にも示されているように、該凝縮器に付随する高圧側気液分離器の内部構造および、凝縮器のヘッダーパイプと気液分離器との間の冷媒流路の連通構造が複雑になるため、コスト高を招く他、通常外部からの検知が困難である内部における冷媒リークの可能性が増大するという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−３２３２７４号公報
【特許文献２】特開２０００−７４５２７号公報
【特許文献３】特開２００３−１３０４９７号公報
【特許文献４】特開２００３−１７０７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、上記のような吐出ガス冷媒の一部を分岐させ、気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整するようにしたサイクルを、気液分離器が付随する凝縮器の内部構造を簡素化しつつ成立させることが可能な冷凍サイクル装置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、本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、一対のヘッダーパイプと該ヘッダーパイプ間に延設された熱交換チューブとを有し前記圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器を通過した冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、該蒸発器を通過した冷媒を前記圧縮機に吸入させる冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器を冷媒の流れ方向に配列された第１熱交換部と第２熱交換部とに区画するとともに、該第１熱交換部と第２熱交換部の間に気液分離器を設け、該気液分離器で分離されたガス冷媒を前記第２熱交換部に導入し凝縮させるようにした冷凍サイクル装置において、前記凝縮器の一方のヘッダーパイプ自身の内部に上下方向に延びる隔壁を設けて該ヘッダーパイプ内を互いに連通する２室に区画することにより、該ヘッダーパイプ自身に前記気液分離器の機能を持たせたことを特徴とするものからなる。
【０００７】
すなわち、前述の特許文献１に開示の冷凍サイクル装置においては、その一部（例えば、特許文献１の請求項２１）に、気液分離器を凝縮器ヘッダーパイプの一方に一体に構成した態様も記載されているものの、基本的には、ヘッダーパイプと気液分離器とは別部材として構成されており、個別に別々の機能を有する部材同士が単に一体化されているにすぎないため、前述した問題点、つまり、凝縮器のヘッダーパイプと気液分離器との間の冷媒流路の連通構造の複雑化、コスト高、内部における冷媒リークの可能性の増大の問題点は、依然として解消されていない。しかし、本発明に係る冷凍サイクル装置では、凝縮器の一方のヘッダーパイプ自身の内部に上下方向に延びる隔壁を設けて該ヘッダーパイプ内を互いに連通する２室に区画することにより、該ヘッダーパイプ自身に所定の気液分離器の機能を持たせたため、この気液分離器部を備え第１熱交換部および第２熱交換部を有している凝縮器自体の内部が大幅に簡素化されるとともに、凝縮器自体の内部位置としての第１熱交換部と第２熱交換部との間の位置に目標とする気液分離器の機能が付与された部位が構成されるため、冷媒リークの可能性のある部位が全く無くなることになるので、内部構造の簡素化、コストダウン、冷媒リークの可能性の除去のすべてが達成されることになる。
【０００８】
この本発明に係る冷凍サイクル装置においては、上記第１熱交換部の熱交換チューブが、上記の区画された２室のうちの一方の第１室内へと延び、上記第２熱交換部の熱交換チューブが、他方の第２室内へと延びている構造を採用できる。この構造により、第１熱交換部と第２熱交換部との間の位置に、確実に、目標とする機能を備えた気液分離器が内部構成されることになり、簡素な構成でありながら、この気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整することによりサイクルの蒸発器出口の冷媒過熱度を制御するという、目的とする制御をより確実に行うことができるようになる。
【０００９】
また、上記隔壁の上下端と上記一方のヘッダーパイプの上下壁との間には、それぞれ隙間が形成されていることが好ましい。このようにすれば、上部隙間を上記第１室と第２室との間のガス冷媒通路、下部隙間を第１室から第２室への、ひいては圧縮機等の機器への冷凍機油戻し通路として構成することが可能となる。つまり、この気液分離器の機能を備えたヘッダーパイプが、気液分離機能のみならず、底部側に溜まる冷凍機油の戻し通路としての機能も有することになる。
【００１０】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置においては、上記隔壁が、上記一方のヘッダーパイプの周壁形成部材と一体の部材（同一の部材）から構成されている構造を採用することもできる。例えば、後述の実施態様に示すように、一枚物の平板状素材から、湾曲あるいは折り曲げ加工により、ヘッダーパイプを、その横断面で見た場合、周壁部の一部を形成する素材が続いて隔壁部を形成し、しかる後に、周壁部の残りの部分を形成する構造とすることが可能である。
【００１１】
さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置においては、とくに上記の如く隔壁が一方のヘッダーパイプの周壁形成部材と一体の部材から構成されている構造においては、その一方のヘッダーパイプが、その上下端を閉塞するエンドキャップを備えている構造とすることが好ましい。このようにすれば、隔壁をヘッダーパイプ内に挿入した後、あるいは、隔壁とヘッダーパイプの周壁形成部材とを一体の部材から構成した後、ヘッダーパイプの上下端を容易に閉塞することができ、容易に気液分離器の機能を備えたヘッダーパイプを構成することができる。
【００１２】
この本発明に係る冷凍サイクル装置は、それが適用される用途としては特に限定されないものの、例えば、構造の簡素化、コストダウンの要求が高い車両用空調装置に特に好適なものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、凝縮器の一方のヘッダーパイプ自身の内部に隔壁を設けて単に該ヘッダーパイプ内を互いに連通する２室に区画するだけのごく簡単な構成にて、該ヘッダーパイプ自身に所定の気液分離器の機能を持たせたので、この気液分離器部を備えた凝縮器自体の内部を大幅に簡素化できるとともに、凝縮器の第１熱交換部から気液分離器部を通して第２熱交換部に至る部分の構造を簡素化でき、冷凍サイクル装置全体としての簡素化、とくに気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整することにより、固定絞りを設けた場合においても、蒸発器出口冷媒の過熱度を所望の値に制御することを可能にした冷凍サイクル装置全体としての簡素化を達成できる。構造の簡素化により、冷凍サイクル装置全体としてコストダウンをはかることができる。また、ヘッダーパイプ自身の内部に目標とする気液分離器の機能を付与できるので、従来構造におけるような気液分離器とヘッダーパイプ間の冷媒流路の連通構造部分が無くなり、冷媒リークの可能性を除去できる。
【００１４】
また、隔壁の上下端とヘッダーパイプの上下壁との間にそれぞれ隙間を形成した構成とすれば、このヘッダーパイプ自身に気液分離器の機能を持たせるとともに、適切な冷凍機油戻し通路としての機能も付与することができる。さらに、このヘッダーパイプの上下端をエンドキャップで閉塞する構成とすれば、隔壁上下端における隙間を一層容易に形成でき、製造も容易化できる。
【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。
まず、気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整することにより、固定絞りを設けた場合においても、蒸発器出口冷媒の過熱度を所望の値に制御することを可能にした冷凍サイクル装置、いわゆる高圧側アキュムレータサイクルについて説明する。なお、この技術の基本思想は、前述の特許文献１に開示されている。
【００１６】
図１は、この冷凍サイクル装置の一例の概略機器系統とモリエル線図を併せ示している。図１において、１は冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、２は圧縮機１から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器を示しており、凝縮器２は、冷媒の流れ方向に配列された第１熱交換部２ａと第２熱交換部２ｂとに区画されている。これら第１熱交換部２ａと第２熱交換部２ｂの間に気液分離器３が設けられ、該気液分離器３で分離されたガス冷媒が第２熱交換部２ｂに導入されて凝縮されるようになっている。凝縮器２を通過した冷媒は、減圧装置としての固定絞り４で減圧され、減圧された冷媒が蒸発器５で蒸発された後、再び圧縮機１に吸入される。図２に示した冷凍サイクル装置では、さらに、気液分離器３で分離され気液分離器３内に溜められた液冷媒の底部に溜まる冷凍機油を下流側（図示例では気液分離器３の下流側）に戻す冷凍機油戻し通路６が追加されている。
【００１７】
圧縮機１における圧縮は基本的に断熱圧縮で等エントロピ変化であり、吐出冷媒ガスの状態が決まると、吸入側冷媒（蒸発器５の出口側冷媒）の過熱度が決まる。したがって、吸入側冷媒の過熱度が成り行きで変動するとしても、予め第１熱交換部２ａの熱交換量を適切に設定しておくことにより、吸入側冷媒の過熱度を０〜２０℃程度の範囲に制御することが可能となる。例えば、圧縮機吐出冷媒ガスの過熱度が増大する場合には、第１熱交換部２ａから気液分離器３に流入する冷媒が過熱域の状態となって、気液分離器３内に溜まる液冷媒量を減少させるから、サイクル内循環冷媒流量が増加される。その結果、上記吸入側冷媒の過熱度の増大が抑制される。一方、圧縮機吐出冷媒ガスの過熱度が減少する場合には、第１熱交換部２ａから気液分離器３に流入する冷媒が気液２相の状態となって、気液分離器３内に溜まる液冷媒量を増大させるから、サイクル内循環冷媒流量が減少される。その結果、上記吸入側冷媒の過熱度の減少が抑制される。このように、吐出冷媒ガスの過熱度および吸入側冷媒（蒸発器５の出口側冷媒）の過熱度が所定範囲に調整されることになる。したがって、固定絞り４を設けた場合においても、蒸発器出口冷媒の過熱度を所望の値に制御することが可能になる。
【００１８】
一対のヘッダーパイプと該ヘッダーパイプ間に延設された熱交換チューブとを有し前記圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器を通過した冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、該蒸発器を通過した冷媒を前記圧縮機に吸入させる冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器を冷媒の流れ方向に配列された第１熱交換部と第２熱交換部とに区画するとともに、該第１熱交換部と第２熱交換部の間に気液分離器を設け、該気液分離器で分離されたガス冷媒を前記第２熱交換部に導入し凝縮させるようにした冷凍サイクル装置において、前記凝縮器の一方のヘッダーパイプ自身の内部に上下方向に延びる隔壁を設けて該ヘッダーパイプ内を互いに連通する２室に区画することにより、該ヘッダーパイプ自身に前記気液分離器の機能を持たせたことを特徴とするものからなる。
【００１９】
このような冷凍サイクル装置において、本発明は、とくに第１熱交換部２ａから気液分離器３を通して第２熱交換部２ｂに至る部分に対して適用される。
【００２０】
図３に、本発明の一実施態様に係る冷凍サイクル装置における凝縮器構成部分を示す。図３において、１１は凝縮器全体を示しており、凝縮器１１は、一対のヘッダーパイプ１２ａ、１２ｂと、該ヘッダーパイプ１２ａ、１２ｂ間に延設された熱交換チューブ１３と、熱交換チューブ１３間および最外層の熱交換チューブ１３の外側に配置されたアウターフィン１４と、上下端に配置されたエンドプレート１５ａ、１５ｂを有するものからなる。ヘッダーパイプ１２ｂには、冷媒の入口パイプ１６と出口パイプ１７が取り付けられており、内部が仕切板１８によって２室に分割されている。この凝縮器１１は、冷媒の流れ方向（図の矢印方向）に配列された第１熱交換部１１ａ（仕切板１８の上部側部分）と第２熱交換部１１ｂ（仕切板１８の下部側部分）とに区画されており、第１熱交換部１１ａと第２熱交換部１１ｂの間に気液分離器１９が設けられている。入口パイプ１６から導入された冷媒は、第１熱交換部１１ａから気液分離器１９内に流入し、気液分離器１９で分離されたガス冷媒を第２熱交換部１１ｂに導入されて凝縮され、出口パイプ１７からサイクルの下流側に送られる。
【００２１】
気液分離器１９は、凝縮器１１の一方のヘッダーパイプ１２ａ自身の内部に構成されている。つまり、ヘッダーパイプ１２ａと気液分離器１９とは互いに別の部材として構成されるのではなく、ヘッダーパイプ１２ａ自身に気液分離器１９の機能が次のように付与されている。ヘッダーパイプ１２ａ自身の内部には、上下方向に延びる隔壁２０が設けられ、該ヘッダーパイプ１２ａ内が互いに連通する２室（第１室２１と第２室２２）に区画されている。ヘッダーパイプ１２ａの上下部は、エンドキャップ２３ａ、２３ｂによって閉塞されており、隔壁２０の上下端と上下のエンドキャップ２３ａ、２３ｂとの間にはそれぞれ隙間２４ａ、２４ｂが形成されている。これらの隙間２４ａ、２４ｂを介して第１室２１と第２室２２が互いに連通している。このうち、主として第１室２１が気液分離器１９として機能し、第１室２１内の下部側に分離された液冷媒２５が溜められるとともに、分離されたガス冷媒２６は上部側の隙間２４ａを通して第２室２２へと流入されるようになっている。下部側の隙間２４ｂを通しては、主として、溜められた液冷媒２５の底部側に溜まる冷凍機油２７が、第１室２１から第２室２２へと流入されるようになっている。したがって、下部側の隙間２４ｂは冷凍機油２７をサイクル中へと戻す冷凍機油戻し通路を構成している。
【００２２】
本実施態様では、ヘッダーパイプ１２ａの周壁部と隔壁２０とは同一の板状素材から構成されている。図３（Ａ）に示すように、板状素材を湾曲または曲げ加工することによりヘッダーパイプ１２ａの周壁の一部が形成され、そこから湾曲または屈曲加工することにより隔壁２０が形成され、さらに湾曲または屈曲加工し、湾曲または曲げ加工することにより、ヘッダーパイプ１２ａの周壁の残りの部分が形成される。ヘッダーパイプ１２ａの周壁部と隔壁２０を形成した後、上下部のエンドキャップ２３ａ、２３ｂで閉塞することにより、ヘッダーパイプ１２ａが完成する。通常一つのヘッダーパイプの内部を２室に仕切る際、隔壁とエンドキャップの間に生じる隙間を密閉してそのリークに対する保証と検知は技術的に困難なことが多いが、本実施態様においては、隔壁２０とエンドキャップ２３ａ、２３ｂの間に生じる隙間２４ａ、２４ｂを利用してガス冷媒通路および冷凍機油戻し通路としていることから、隙間２４ａ、２４ｂを密閉する必要性は無く、さらに製造容易な構造となっている。
【００２３】
また本実施態様では、第１熱交換部１１ａの熱交換チューブ１３は、第２室２２および隔壁２０を貫通通過したのち第１室２１内まで延びており、第２熱交換部１１ｂの熱交換チューブ１３は、第２室２２内から第２熱交換部１１ｂ側へと延びている。したがって、ごく簡単な構成にて、第１熱交換部１１ａ、気液分離器１９の機能部としての第１室２１、第２室２２、第２熱交換部１１ｂの順の所定の通路構造が構成されている。
【００２４】
このように構成された、気液分離器１９部を含む凝縮器１１部分においては、入口パイプ１６から導入された冷媒は、第１熱交換部１１ａにおける外部流体との熱交換により冷却、凝縮されて気液分離器１９としての第１室２１内に流入され、そこで気液分離されて、分離されたガス冷媒２６が隙間２４ａを通して第２室２２内に送られ、そこから第２熱交換部１１ｂに導入されて第２熱交換部１１ｂにおける外部流体との熱交換により冷却、凝縮された後、出口パイプ１７からサイクルの下流側に送られる。第１室２１内には、気液分離された液冷媒２５が溜められるが、このうち比重によって底部側に存在する冷凍機油が、隙間２４ｂを通して第２室２２内に送られ、そこからサイクル中へと戻され、圧縮機１等の潤滑に供される。
【００２５】
したがって、全体として、前述の図２に示した冷凍サイクルと同等の装置が構成されることになる。この冷凍サイクル装置においては、凝縮器１１の一方のヘッダーパイプ１２ａ自身の内部に隔壁２０を設けた簡単な構成にて、該ヘッダーパイプ１２ａ自身に所定の気液分離器１９の機能を持たせることができるので、この気液分離器１９部分を備えた凝縮器１１自体の内部、凝縮器１１の第１熱交換部１１ａから気液分離器１９部分を通して第２熱交換部１１ｂに至る部分の構造を大幅に簡素化でき、冷凍サイクル装置全体としても大幅に簡素化できる。したがって、全体としての構造を簡素化しつつ、気液分離器１９内に溜まる液冷媒量を調整することにより、固定絞り４を設けた場合においても、蒸発器５の出口冷媒の過熱度を所望の値に制御することを可能にした、目標とする、いわゆる高圧側アキュムレータサイクルを構成する冷凍サイクル装置が実現されることになる。構造の簡素化により冷凍サイクル装置全体としてコストダウンをはかることもでき、ヘッダーパイプ１２ａ自身の内部に目標とする気液分離器の機能を付与できるので、従来構造におけるような気液分離器とヘッダーパイプ間の冷媒流路の連通構造部分が無くなり、冷媒リークの可能性も除去できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の係る冷凍サイクル装置は、いわゆる高圧側アキュムレータサイクルを構成する冷凍サイクル装置であればあらゆる冷凍サイクル装置に適用可能であり、とくに構造簡素化、コストダウンの要求が高い車両用空調装置用として好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明で対象とする冷凍サイクル装置の一例を示す、モリエル線図を併せ示した概略機器系統図である。
【図２】図１の装置に冷凍機油戻し通路を付加した冷凍サイクル装置の概略機器系統図である。
【図３】本発明の一実施態様に係る冷凍サイクル装置における凝縮器構成部分を示し、（Ａ）は、（Ｂ）の凝縮器の正面図におけるＡ−Ａ線に沿う横断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の横断面図におけるＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  圧縮機
２  凝縮器
２ａ  第１熱交換部
２ｂ  第２熱交換部
３  気液分離器
４  減圧装置としての固定絞り
５  蒸発器
６  冷凍機油戻し通路
１１  凝縮器
１１ａ  第１熱交換部
１１ｂ  第２熱交換部
１２ａ、１２ｂ  ヘッダーパイプ
１３  熱交換チューブ
１４  アウターフィン
１５ａ、１５ｂ  エンドプレート
１６  入口パイプ
１７  出口パイプ
１８  仕切板
１９  気液分離器
２０  隔壁
２１  第１室
２２  第２室
２３ａ、２３ｂ  エンドキャップ
２４ａ、２４ｂ  隙間
２５  液冷媒
２６  ガス冷媒
２７  冷凍機油
【図１】
2007285591.tif 000003
【図２】
2007285591.tif 000004
【図３】
2007285591.tif 000005