(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルの減圧器（３００）と、前記減圧器（３００）にて減圧される前の高圧冷媒と前記減圧器（３００）にて減圧された低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（６００）とが一体化された減圧器一体型熱交換器であって、
前記高圧冷媒が流通する高圧チューブ（６１０）と、
前記低圧冷媒が流通する低圧チューブ（６２０）とを有し、
前記両チューブ（６１０、６２０）を接触させた状態で、前記両チューブ（６１０、６２０）を前記減圧器（３００）のケーシング（３３０）周りに巻き付けたことを特徴とする減圧器一体型熱交換器。
【請求項２】
圧縮機（１００）の吐出圧が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルの減圧器（３００）と、前記減圧器（３００）にて減圧される前の高圧冷媒と前記減圧器（３００）にて減圧された低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（６００）とが一体化された減圧器一体型熱交換器であって、
前記高圧冷媒が流通する高圧チューブ（６１０）と、
前記低圧冷媒が流通する低圧チューブ（６２０）とを有し、
前記両チューブ（６１０、６２０）を接触させた状態で、前記両チューブ（６１０、６２０）を前記減圧器（３００）のケーシング（３３０）周りに巻き付けたことを特徴とする減圧器一体型熱交換器。
【請求項３】
前記低圧チューブ（６２０）は、前記ケーシング（３３０）と前記高圧チューブ（６１０）との間に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の減圧器一体型熱交換器。
【請求項４】
前記高圧チューブ（６１０）のうち前記低圧チューブ（６２０）と接触する部位は、前記低圧チューブ（６２０）に接合されているとともに、その他の部位に比べて肉厚が薄いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の減圧器一体型熱交換器。
【請求項５】
前記低圧チューブ（６２０）のうち前記高圧チューブ（６１０）と接触する部位は、前記高圧チューブ（６１０）に接合されているとともに、その他の部位に比べて肉厚が薄いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の減圧器一体型熱交換器。
【請求項６】
前記ケーシング（３３０）は、略円筒状に形成されており、
さらに、前記両チューブ（６１０、６２０）は、前記ケーシング（３３０）の径方向に重なった状態で接触していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の減圧器一体型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルの減圧器と、減圧器にて減圧される前の高圧冷媒と減圧器にて減圧された低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器とが一体化された減圧器一体型熱交換器に関するもので、高圧冷媒の圧力（圧縮機の吐出圧）が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
超臨界冷凍サイクルによらず、高圧冷媒と低圧冷媒とを熱交換して蒸発器入口側での冷媒のエンタルピを小さくし、蒸発器入口側と出口側とのエンタルピ差を拡大することにより、冷凍サイクルの冷凍能力の増大、及び成績係数の向上を図ったものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記手段では、高圧冷媒と低圧冷媒とを熱交換するための内部熱交換器を必要とするため、新たに内部熱交換器を搭載するスペース及び手間を必要とするという問題がある。
そこで、発明者等は、内部熱交換器と減圧器とを一体化した減圧器一体型熱交換器を試作検討し、上記問題の解決を試みた。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、減圧器一体型熱交換器に適した構造を提供すること目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の点に着目してなされたものである。
すなわち、高圧冷媒が流通する高圧チューブ（６１０）と低圧冷媒が流通する低圧チューブ（６２０）とを単純に接触させて内部熱交換器（６００）を構成すると、両チューブ（６１０、６２０）に外力が作用した際に、両チューブ（６１０、６２０）が容易に曲がり変形してしまうおそれが高い。
【０００６】
これに対して、請求項１〜６に記載の発明では、高圧冷媒が流通する高圧チューブ（６１０）と低圧冷媒が流通する低圧チューブ（６２０）とを接触させた状態で、両チューブ（６１０、６２０）を減圧器（３００）のケーシング（３３０）周りに巻き付けたことを特徴としているので、ケーシング（３３０）が芯材として機能して、両チューブ（６１０、６２０）に外力が作用しても両チューブ（３１０、６２０）が曲がり変形してしまうことを防止できる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、低圧チューブ（６２０）は、ケーシング（３３０）と高圧チューブ（６１０）との間に位置していることを特徴とする。
これにより、低圧チューブ（６２０）を流通する冷媒は、高圧チューブ（６１０）を流通する冷媒に加えて、減圧器（３００）を流通する冷媒とも熱交換をすることとなり、冷凍サイクルの冷凍能力及び成績係数をより向上させることができる。
【０００８】
ところで、各チューブ（６１０、６２０）の肉厚は、内部を流通する冷媒の圧力に加えて、腐食を考慮して決定する必要があるため、各チューブ（６１０、６２０）の肉厚は、必要とする耐圧強度（機械的強度）以上となってしまう。
これに対して、請求項４に記載の発明では、高圧チューブ（６１０）のうち低圧チューブ（６２０）と接触する部位は、前記低圧チューブ（６２０）に接合されているとともに、その他の部位に比べて肉厚が薄いので、高圧チューブ（６１０）、つまり内部熱交換器（６００）の軽量化を図ることができる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、低圧チューブ（６２０）のうち高圧チューブ（６１０）と接触する部位は、高圧チューブ（６１０）に接合されているとともに、その他の部位に比べて肉厚が薄いことを特徴とする。
これにより、請求項４に記載の発明のごとく、内部熱交換器（６００）の軽量化を図ることができる。
【００１０】
因みに、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一例である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る減圧器一体型熱交換器（以下、一体型熱交換器と略す。）を車両用空調装置の超臨界冷凍サイクル（以下、サイクルと略す。）に適用したものであって、図１は、超臨界冷凍サイクルの模式図である。
図１中、１００は車両走行用エンジン（内燃機関）から駆動力を得て冷媒（本実施形態では、二酸化炭素）を吸入圧縮する圧縮機であり、２００は大気（室外空気）と冷媒とを熱交換し、冷媒を冷却する放熱器（ガスクーラ）である。
【００１２】
なお、１１０は、圧縮機１００から吐出する冷媒中から潤滑油（冷凍機油）を分離するオイルセパレータであり、このオイルセパレータ１１０は、分離した潤滑油を圧縮機１００の吸入側に戻し、冷媒を放熱器２００に向けて流出する。
３００は、放熱器２００から流出する冷媒を減圧するとともに、放熱器２００出口側の冷媒温度に基づいて開度を調節することにより、放熱器２００出口側の冷媒圧力（圧縮機１００の吐出圧）を制御する圧力制御弁（減圧器）であり、４００は圧力制御弁３００にて減圧された冷媒を蒸発させて車室内に吹き出す空気を冷却する蒸発器（エバポレータ）である。
【００１３】
５００は蒸発器４００から流出する冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して気相冷媒を流出するとともに、サイクル中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータであり、６００は、アキュムレータ５００から流出する（圧力制御弁３００にて減圧された）低圧冷媒と、圧力制御弁３００にて減圧される前の高圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器である。
【００１４】
そして、本実施形態では、図２に示すように、内部熱交換器６００と圧力制御弁３００とを一体化して一体型熱交換器を構成している。以下、一体型熱交換器について述べる。
図２中、３１０は、放熱器２００出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化する感温部３１１を有し、感温部３１１の内圧の変化にて機械的に連動して圧力制御弁３００の弁口３１２の開度を調節する制御弁本体（エレメント）であり、３３０は制御弁本体３１０を収納する略円筒状のケーシングである。
【００１５】
なお、ケーシング３３０は、制御弁本体３１０が固定されるとともに、蒸発器４００の入口側に接続される第１冷媒出口３３１が形成されたケーシング本体部３３２と、ケーシング本体部３３２に制御弁本体３１０を挿入組み付けするための開口部を閉塞するとともに、放熱器２００出口側に接続される第１冷媒入口３３３が形成された蓋体３３４とから構成されている。
【００１６】
また、ケーシング３３０（蓋体３３４）には、内部熱交換器６００の冷媒入口側に接続される第２冷媒出口３３５、及び内部熱交換器６００の冷媒出口側に接続される第２冷媒入口３３６が形成されている。そして、第２冷媒出口３３５は第１冷媒入口３３３に連通し、第２冷媒入口３３６は、制御弁本体３１０の弁口３１２の冷媒流れ上流側に連通している。
【００１７】
なお、以下、第１冷媒入口３３３から第２冷媒出口３３５までの冷媒通路を第１冷媒通路（感温室）３３７と呼び、第２冷媒入口３３６から弁口３１２までの冷媒通路を第２冷媒通路３３８と呼ぶ。
ところで、制御弁本体３１０の感温部３１１は、第１冷媒通路３３７内に位置して放熱器２００出口側の冷媒温度を感知するものであり、この感温部３１１は、薄膜状のダイヤフラム（圧力応動部材）３１１ａ、ダイヤフラム３１１ａと共に密閉空間（制御室）３１１ｃを形成するダイヤフラムカバー３１１ｂ、及びダイヤフラムカバー３１１ｂと共にダイヤフラム３１１ａを挟み込むようにしてダイヤフラム３１１ａを固定すダイヤフラムサポート３１１ｄから構成されている。
【００１８】
なお、密閉空間３１１ｃ内には、冷媒の温度が０℃での飽和液密度から冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度（本実施形態では約６２５ｋｇ／ｍ3 ）で封入されており、ダイヤフラム３１１ａを挟んで密閉空間３１１ｃの反対側には、導圧通路３１１ｅを介して第２冷媒通路３３８の圧力が導かれている。
また、３１１ｆは感温部３１１（密閉空間３１１ｃ）に冷媒を封入する封入管であり、この封入管３１１ｆは、第１冷媒通路３３７内の冷媒温度に対して密閉空間３１１ｃ内の冷媒温度を時間差無く追従させるべく、銅などの熱伝導率の高い金属製である。
【００１９】
３１３は弁口３１２の開度を調節するニードル弁体（以下、弁体と略す。）であり、この弁体３１３は、ダイヤフラム３１１ａに接合されて密閉空間３１１ｃの内圧上昇に機械的に連動して弁口３１２の開度を縮小させる向きに可動するように構成されている。
また、３１４は、弁口３１２の開度を縮小させる向きの弾性力を弁体３１３に作用させるバネ（弾性体）であり、弁体３１３はバネ３１４の弾性力（以下、この弾性力を閉弁力と呼ぶ。）と、密閉空間３１１ｃ内外の差圧による力（以下、この力を開弁力と呼ぶ。）との釣り合いに応じて可動する。
【００２０】
このとき、バネ３１４の初期設定荷重は、調整ナット３１５を回すことにより調節され、その初期設定荷重（弁口３１２を閉じた状態での弾性力）は、冷媒が臨界圧力以下の凝縮域において、所定の過冷却度（本実施形態では約１０℃）を有するように設定されている。具体的には、初期設定荷重における、密閉空間３１１ｃ内での圧力換算で約１［ＭＰａ］である。なお、３１５ａは、調整ナット３１５を回す際にバネ３１４と調節ナット３１５が直接に擦れることを防止するバネ座である。
【００２１】
以上に述べた構成により、圧力制御弁３００は、超臨界領域では、６２５ｋｇ／ｍ3 の等密度線に沿うように、放熱器２００出口側の冷媒温度に基づいて、放熱器２００出口側の冷媒圧力を制御し、凝縮域では、放熱器２００出口側の冷媒の過冷却度が所定値となるように、放熱器２００出口側の冷媒圧力（圧力制御弁３００の開度）を制御する。
【００２２】
また、６１０は高圧冷媒が流通する複数本の通路を有する多穴扁平高圧チューブ（以下、高圧チューブと略す。）であり、６２０は低圧冷媒が流通する複数本の通路を有する多穴扁平低圧チューブ（以下、低圧チューブと略す。）である。そして、両チューブ６１０、６２０は、図３（ａ）に示すように、ケーシング３３０の径方向に重なるように接触した状態で、ケーシング３３０の周りに巻き付けられているとともに、互いにその接触面にてろう付け接合されている。
【００２３】
また、両チューブ６１０、６２０は、図３（ｂ）に示すように、両チューブ６１０、６２０のうち互いに接触する部位の肉厚ｔ1 がその他の部位の肉厚ｔ2 に比べて薄くなるように、アルミニウム材を押し出し又は引き抜き加工することにより成形されている。
ところで、高圧チューブ６１０の冷媒入口側は第１ジョイントパイプ６３１にろう付け接合され、冷媒出口側は第２ジョイントパイプ６３２に接合されており、両ジョイントパイプ６３１、６３２は、圧力制御弁３００に固定されたジョイントブロック６３０にろう付け接合されている。
【００２４】
なお、ジョイントブロック６３０は、図２に示すように、両ジョイントパイプ６３１、６３２が接合されるブロック本体６３０ａ、並びにブロック本体６３０ａに形成された第１冷媒通路３３７及び第２冷媒通路３３８の一部を閉塞するキャップ６３０ｂから構成されており、ブロック本体６３０ａ及びキャップ６３０ｂは、六角穴付きボルト６３０ｃによりケーシング３３０に固定されている。
【００２５】
因みに、６３０ｄは冷媒がブロック本体６３０ａとキャップ６３０ｂとの隙間から漏れ出ることを防止するＯリング（シール手段）である。
また、低圧チューブ６２０の冷媒入口及び冷媒出口側には、図４に示すように、第３、４ジョイントパイプ６２１、６２２がろう付け接合されており、第３、４ジョイントパイプ６２１、６２２は、低圧チューブ６２０内の冷媒流通方向と高圧チューブ６１０内の冷媒流通方向とが対抗する（逆向きとなる）ように、配設されている。
【００２６】
因みに、６２１ａ、６２２ａは、第３、４ジョイントパイプ６２１、６２２と冷媒配管とを接続するためのユニオン（ジョイント）である。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
ところで、両チューブ６１０、６２０をケーシング３３０に巻き付けることなく、単純に両者６１０、６２０を接触させて内部熱交換器６００を構成すると、内部熱交換器６００（両チューブ６１０、６２０）に外力が作用した際に、両チューブ６１０、６２０が容易に曲がり変形してしまうおそれが高い。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、両チューブ３１０、６２０は、互いに接触した状態でケーシング３３０の周りに巻き付けられているので、ケーシング３３０が芯材として機能して、両チューブ６１０、６２０に外力が作用しても両チューブ３１０、６２０が曲がり変形してしまうことを防止できる。
また、低圧チューブ６２０は、ケーシング３３０と高圧チューブ６１０との間に位置しているので、低圧チューブ６２０を流通する冷媒は、高圧チューブ６１０を流通する冷媒に加えて、圧力制御弁３００（第１冷媒通路３３７及び第２冷媒通路３３８）を流通する冷媒とも熱交換をすることとなる。したがって、蒸発器４００入口側と出口側とのエンタルピ差を更に拡大することができるので、サイクルの冷凍能力及び成績係数をより向上させることができる。
【００２８】
ところで、各チューブ６１０、６２０の肉厚は、内部を流通する冷媒の圧力に加えて、腐食を考慮して決定する必要があるため、各チューブ６１０、６２０の肉厚は、必要とする耐圧強度（機械的強度）以上となってしまう。
そこで、本実施形態では、両チューブ６１０、６２０のうち互いに接触する部位（以下、この部位を接触部位と呼ぶ。）は、直接に大気に晒されることがなく、腐食のおそれがその他の部位に比べて小さいことに着目して、接触部位の肉厚ｔ1 をその他の部位の肉厚ｔ2 に比べて薄くしている。これにより、両チューブ６１０、６２０（内部熱交換器６００）の軽量化をはかることができる。
【００２９】
ところで、上述の実施形態では、二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイクルに本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素等を冷媒とする超臨界サイクル、又はフロンを冷媒とする通常の冷凍サイクル及びヒートポンプにも適用することができる。
また、上述の実施形態では、低圧チューブ６２０を高圧チューブ６１０とケーシング３３０との間に位置させたが、その逆でもよい。
【００３０】
また、上述の実施形態では、両チューブ６１０、６２０をケーシング３３０の径方向に重ねた状態で接触させたが、両チューブ６１０、６２０をケーシング３３０の軸方向（長手方向）に並列に並ぶように配置させて接触させてもよい。
また、上述の実施形態では、両チューブ６１０、６２０は、扁平多穴チューブであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、単純な円管等その他の形状であってもよい。
【００３１】
また、上述の実施形態では、両チューブ６１０、６２０のが接触部位の肉厚ｔ1 をその他の部位の肉厚ｔ2 より薄くしたが、いずれか一方の接触部位の肉厚のみをその他の部位より薄くしてもよい。
また、圧力制御弁３００（減圧器）構造は、上記したものに限定されるものではなく、フロンを冷媒とする通常の冷凍サイクルに適用される温度式膨張弁等その他のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】超臨界冷凍サイクルの模式図である。
【図２】減圧器一体型熱交換器の断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ矢視図であり、（ｂ）は両チューブの断面図である。
【図４】図２のＢ矢視図である。
【符号の説明】
３００…圧力制御弁（減圧器）、３３０…ケーシング、
６００…内部熱交換器、６１０…高圧チューブ、６２０…低圧チューブ。
【図１】
0004006861.tif 000002
【図２】
0004006861.tif 000003
【図３】
0004006861.tif 000004
【図４】
0004006861.tif 000005