| 【発明の名称】 |
冷凍サイクル |
| 【発明者】 |
【氏名】反田 清
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| 【要約】 |
【課題】内部熱交換における熱交換を簡単な構成で行えるようにする。
【解決手段】コンプレッサ１とコンデンサ２と膨張弁６とエバポレータ７とを少なくとも有すると共に、上記膨張弁６の上流側とエバポレータ７の下流側との冷媒の熱交換を行う冷凍サイクルにおいて、一端が上記膨張弁の上流側の配管５に接触し、他端が上記エバポレータの下流側の配管８に接触したヒートパイプ４を設け、このヒートパイプ４で上記熱交換を行うようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくともコンプレッサとコンデンサと膨張弁とエバポレータとを有すると共に、上記膨張弁の上流側とエバポレータの下流側との冷媒の熱交換を行う冷凍サイクルにおいて、一端が上記膨張弁の上流側の配管に接触し、他端が上記エバポレータの下流側の配管に接触したヒートパイプを設け、このヒートパイプで上記熱交換を行うようにしたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】 ヒートパイプの凝縮部と蒸発部とを冷媒配管に沿わせるように接触した請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】 冷媒配管の一部に、冷媒を一時貯留するタンクを設け、ヒートパイプの凝縮部と蒸発部をこのタンクに接続した請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】 ヒートパイプの凝縮部と蒸発部を冷媒配管の内部に一部挿入した請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項５】 ヒートパイプを複数本配設した請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項６】 ヒートパイプの凝縮部を蒸発部よりも上向きとした請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項７】 ヒートパイプの伝熱量を、冷媒の過熱度又はコンプレッサの吐出温度に応じて制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、膨張弁の上流側とエバポレータの下流側との間で熱交換を行う構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、図１０に示すように、コンプレッサ１とコンデンサ２とリキッドタンク３と膨張弁６とエバポレータ７とから成る冷凍サイクルにおいて、内部熱交換器４０を設けたものが公知である。なお、図中の５は膨張弁６の上流側の配管（高圧ライン）であり、８はエバポレータ７の下流側の配管（低圧ライン）である。上記コンプレッサ１がオンすると、冷凍サイクル内の冷媒はコンプレッサ１からコンデンサ２、リキッドタンク３、内部熱交換器４０、膨張弁６、エバポレータ７、内部熱交換器４０、コンプレッサ１という順で回路を循環する。この過程における動作を、図１１のモリエル線図Ｗ（ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ａ）を用いて説明する。
【０００３】図１１において、モリエル線図Ｗでは、上記コンプレッサ１からの高温高圧のガス状冷媒（ａ→ｂ）は、コンデンサ２にて凝縮液化し（ｂ→ｃ）、リキッドタンク３に流れ込む。この冷媒は、内部熱交換器４０に流れ込み、エバポレータ７を通過したより低温の冷媒によって過冷却される（ｃ→ｄ）。この過冷却された液状冷媒は、膨張弁６に至り、当該膨張弁６によって断熱膨張して低温低圧の液状冷媒となった後、エバポレータ７に導かれて取入空気との熱交換が行われる。膨張弁６を通過してエバポレータ７に導かれる冷媒は、内部熱交換器４０にて十分に冷却されて、乾き度の小さい冷媒となって当該エバポレータ７に導入される。これにより、旧来のモリエル線図Ｙ（ａ’→ｂ’→ｃ→ｅ’→ａ’）で動作する冷凍サイクルと比較して、エバポレータ７の冷却能力が向上する。この低温低圧の液状冷媒は、エバポレータ７を通過して受熱することにより、低温のままガス状冷媒となり、内部熱交換器４０に導かれ、上述したようにリキッドタンク３からの冷媒を冷却した後、コンプレッサ１に戻される（ｅ→ａ）。
【０００４】すなわち、旧来の冷凍サイクルでは、図１１のＹのモリエル線図（ａ’→ｂ’→ｃ→ｅ’→ａ’）となるのに対し、この冷凍サイクルではＷのモリエル線図（ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ａ）に基づく動作が行われるので、冷房能力を向上できる。
【０００５】上記内部熱交換器４０は、コアケースを有しており、このコアケースの内部に複数のコアが積層し、コアの内部とガス冷媒の流入口及び流出口とを連通させる一方で、コアの外部とコアケースとの間の空間を液冷媒の流入口及び流出口と連通させて構成したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これによればリキッドタンク３からの液冷媒と、エバポレータ７からのガス冷媒とを混合させないで熱交換が行えるものの、内部熱交換器４０が多数のコアを積層した複雑な構造によって構成されるので、製品自体のコスト高を招く欠点があった。従って、本発明は簡単な構成で熱交換を可能として低コスト化を図り、又後付け装着を可能とし、かつ取付けを簡単にすると共に、内部熱交換時の圧力損失を減少させることで、冷凍サイクルの効率をより向上するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれば、一端が上記膨張弁の上流側の配管に接触し、他端が上記エバポレータの下流側の配管に接触したヒートパイプを設け、このヒートパイプで熱交換を行うようにした。
【０００８】請求項２の発明によれば、ヒートパイプの凝縮部と蒸発部とを冷媒配管に沿わせるように接触した。
【０００９】請求項３の発明によれば、冷媒配管の一部に、冷媒を一時貯留するタンクを設け、ヒートパイプの凝縮部と蒸発部をこのタンクに接続した。
【００１０】請求項４の発明によれば、ヒートパイプの凝縮部と蒸発部を冷媒配管の内部に一部挿入した。
【００１１】請求項５の発明によれば、ヒートパイプを複数本配設した。
【００１２】請求項６の発明によれば、ヒートパイプの凝縮部を蒸発部より上向きとした。
【００１３】請求項７の発明によれば、ヒートパイプの伝熱量を、冷媒の過熱度又はコンプレッサの吐出温度に応じて制御するようにした。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明による車両用空気調和装置の一実施の形態を示す図であり、図１０と同じものは同一符号を用いている。この場合、膨張弁６の上流側すなわち、リキッドタンク３と膨張弁６との間の配管（高圧ライン）５と、エバポレータ７の下流側すなわち、エバポレータ７とコンプレッサ１との間の配管（低圧ライン）８は、互いに平行配置となったヒートパイプ４の接続部５ａ，８ａを有している。互いに平行な接続部５ａと接続部８ａとの間にヒートパイプ４が配設されている。ヒートパイプ４は、図２に示すように、一端の蒸発部４ａが、配管５の接続部５ａの側面に当接し、その他端の凝縮部４ｂが配管８の接続部８ａの側面に当接してブリッジ接続され、このような状態でヒートパイプ４と接続部５ａ，８ａとは断熱材４ｃで全体がモールドして一体化されている。
【００１５】ヒートパイプ４は、管の内壁に毛細管構造を持たせた金属パイプ製の外筒の内部を真空にし、作動液として少量の水や代替フロンなどを密封したもので、上記外筒の蒸発部４ａを加熱すると作動液が蒸発し（蒸発潜熱による熱の吸収）、蒸気流となって低温部の凝縮部４ｂへ高速移動する。作動液は次に管壁に接触し冷却されて凝縮（凝縮潜熱による熱の放出）し、凝縮液は毛細管現象または重力により加熱部へと戻り、再び蒸発→移動→凝縮のサイクルを繰り返して、熱を連続的に輸送する。このことにより、配管５の接続部５ａと、配管８の接続部８ａとの間で熱交換が可能となり、配管５内の冷媒を冷却できる。
【００１６】このような構成によれば、図１１のヒートパイプを有する冷凍サイクルの動作を示すモリエル線図Ｘ（ａａ→ｂｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ａａ）に基づき冷凍サイクルが作動する。すなわち、コンプレッサ１はエンジンなどを駆動源としてエバポレータ７で熱交換された低温低圧のガス状冷媒を圧縮し、高温高圧のガス状冷媒とする。図１１のモリエル線図Ｘではａａ→ｂｂに相当する。コンデンサ２は、コンプレッサ１で高温高圧とされたガス状冷媒を外気との熱交換によって凝縮させる。リキッドタンク３は、コンデンサ２にて気液混合状態となった中温高圧の冷媒に対し、液体冷媒を抽出するものであり、このリキッドタンク３を通過して抽出された液状冷媒はそのまま膨張弁６に導かれ、ここで断熱膨張して低温低圧の冷媒とされる。本実施の形態１では、ヒートパイプ４の熱交換作用に基づき、膨張弁６にて断熱膨張させる前に、中温高圧の液状冷媒を十分に過冷却し、この上で断熱膨張させる。すなわち、リキッドタンク３と膨張弁６との間の配管５の冷媒を、ヒートパイプ４を用いてエバポレータ７とコンプレッサ１との間の配管８の冷媒で冷却するものである。
【００１７】このヒートパイプ４による熱交換作用により本実施の形態１では、図１１に示すモリエル線図Ｘ（ａａ→ｂｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ａａ）に基づく動作が行われ、内部熱交換器４０を有するモリエル線図Ｗに基づく動作とほぼ同価な冷房能力の向上が図れる。しかも、冷媒が内部熱交換器４０中の複雑な経路を経て流れることがないので、動力が低減できて、熱交換効率を向上できる。
【００１８】実施の形態２．なお、ヒートパイプ４は図３に示すように、ヒートパイプ４の本体に対し両端側の蒸発部４ａ及び凝縮部４ｂを直角に同方向に曲げて、全体としてＵ字型をなし、蒸発部４ａ及び凝縮部４ｂを、配管５の接続部５ａ，配管８の接続部８ａに沿わせて当接させ、接続するようにしても良い。これによれば、蒸発部４ａと接続部５ａ及び凝縮部４ｂと接続部８ａとの間の伝熱効果をより高めることができ、ヒートパイプ４による熱交換効率を向上できる。
【００１９】実施の形態３．また、図４に示すように、配管８の接続部８ａ及び配管５の接続部５ａとを通過する冷媒を一時貯留可能なタンク４ｄ，４ｅを設け、このタンク４ｄ，４ｅにヒートパイプ４の両端を嵌合して接続しても良い。これにより、ヒートパイプ４と接続部５ａ，８ａとの間の伝熱効率を高めることができる。
【００２０】実施の形態４．また、図５に示すように、ヒートパイプ４はその両端を配管８の接続部８ａ及び配管５の接続部５ａ中に嵌入するようにして取付けても良い。これによれば、冷媒が直接ヒートパイプの両端の蒸発部４ａ及び凝縮部４ｂに触れるので、伝熱効率を高めることができる。
【００２１】実施の形態５．また、図６に示すように、配管８の接続部８ａ及び配管５の接続部５ａとの間に、接続部８ａ，接続部５ａとを両側より挟むように２本のヒートパイプ４ｍ，４ｎを接続し、両ヒートパイプ４ｍ，４ｎの一部を断熱材４ｃで一体化して構成しても良い。これにより、さらに熱交換効率を向上できる。
【００２２】実施の形態６．なお、図３ないし図６に示す本実施の形態２ないし５では、ヒートパイプ４について、凝縮部４ｂを蒸発部４ａよりも上側に位置させて、縦向き配置とした。これによれば、ヒートパイプ４の凝縮部４ｂで凝縮して生成された作動液は重力で落下して下側に流れやすくなるため、凝縮部４ｂ側を上側に位置させることで、ヒートパイプ４内の作動液の循環能力を向上できるため、ヒートパイプの熱交換効率を向上できる。
【００２３】実施の形態７．また、本発明では図７に示すように、電磁部４ｇへの入力信号で内部に設けた冷媒量調整弁部４ｈを調整して、熱交換効率を調整し得るようにヒートパイプ４を作動液の調整型として構成し、コントローラ４ｔを設け、このコントローラ４ｔで温度センサ４ｉと圧力センサ４ｊとで検出される温度，圧力より演算して求めた過熱度により上記電磁部４ｇを制御可能として構成しても良い。このような構成における冷凍サイクルの動作を図８に示すフローチャートを用いて以下説明する。まず、ステップＳ１でフローをスタートし、ステップＳ２でコントローラ４ｔが温度センサ４ｉ及び圧力センサ４ｊの信号を入力し、ステップＳ３で過熱度を演算して求め、ステップＳ４で過熱度が所定値か否かの判定を行い、所定値でなければステップＳ５で過熱度と所定値の比較を行い、この比較の結果、過熱度が所定値より小さければ開信号（ヒートポンプ４による熱交換量大）を送り、過熱度が所定値より大きければ閉信号（ヒートポンプ４による熱交換量小）を送ってヒートパイプ４の熱交換を制御する。上記開信号でヒートポンプ４による熱交換量を大きくして過熱度を大きくでき、閉信号で熱交換量を絞ることができるので、過熱度を小さくできる。したがって過熱度の自動調整ができる。
【００２４】実施の形態８．なお、図９に示すように、コンプレッサの吐出温度を検出するセンサ４ｙを設けて、このセンサ４ｙにより検出されるコンプレッサの吐出温度に基づいて、ヒートパイプ４の電磁部４ｇを制御して、ヒートパイプ４の伝熱量を制御することで、熱交換量を調整しても良い。
【００２５】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、一端が上記膨張弁の上流側の配管に接触し、他端が上記エバポレータの下流側の配管に接触したヒートパイプを設け、このヒートパイプで上記熱交換を行うようにしたので、熱交換部分の構造が簡単となり、コスト低減が図れ、また、ヒートパイプの取付けで良いので後付けが可能で、かつ取付けが容易となり、しかも能力を向上できる。
【００２６】請求項２の発明によれば、ヒートパイプの凝縮部と蒸発部とを冷媒配管に沿わせるように接触したので、ヒートパイプと冷媒配管との伝熱効率を向上できる。
【００２７】請求項３の発明によれば、冷媒配管の一部に、冷媒を一時貯留するタンクを設け、ヒートパイプの凝縮部と蒸発部をこのタンクに接続したので、ヒートパイプに冷媒配管の内を確実に伝熱できる。
【００２８】請求項４の発明によれば、ヒートパイプの凝縮部と蒸発部を冷媒配管の内部に一部挿入したので、ヒートパイプに冷媒配管の内を確実に伝熱できる。
【００２９】請求項５の発明によれば、ヒートパイプを複数本配設したので、ヒートパイプによる熱交換率を高めることができる。
【００３０】請求項６の発明によれば、ヒートパイプの凝縮部を蒸発部よりも上向きとしたので、ヒートパイプ内の作動液の循環効率を向上できる。
【００３１】請求項７の発明によれば、ヒートパイプの伝熱量を、冷媒の過熱度又はコンプレッサの吐出温度に応じて制御するようにしたので、過熱度、コンプレッサ吐出温度の自動調整が可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３３３３
【氏名又は名称】株式会社ボッシュオートモーティブシステム
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| 【出願日】 |
平成１１年５月１３日（１９９９．５．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０２９６
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 純一
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２０９０９（Ｐ２０００−３２０９０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１３２８１２ |
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