JP2000097518A

JP2000097518A - 受液器付熱交換器

Info

Publication number: JP2000097518A
Application number: JP11261133A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Matsuo; 弘樹松尾; Yasushi Yamanaka; 康司山中; Takahisa Suzuki; 隆久鈴木; Shin Nishida; 伸西田; Kenichi Fujiwara; 健一藤原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JP3365368B2

Abstract

(57)【要約】【目的】凝縮部と過冷却部とを有する熱交換器におい
て、受液器をコンパクトに結合し、熱交換器および受液
器の総合的なスペースの低減を図る。【構成】熱交換器４００は偏平チューブ４８２、コル
ゲート形状のフィン４８３、第１タンク４８０および第
２タンク４８１、モジュレータ１００により構成され
る。モジュレータ１００は第２タンク４８１に接続され
る。第２タンク４８１の内部において、凝縮部４０２の
チューブ４８２のうち最も過冷却部４０５側のチューブ
と、過冷却部４０５のチューブ４８２のうち最も凝縮部
４０２側のチューブとの間となる部位に、第２タンク部
４８１内部を仕切る第２の仕切板が廃される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車用
空調装置に用いて有効な、過冷却部を有する熱交換器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍装置では、第６図に示すよう
に凝縮器４００の下流に、受液器としてレシーバ４０１
を配置していた。レシーバ４０１の上方部には導入配管
４０３が設けられており、熱交換器４００で凝縮した冷
媒は導入配管４０３を介してレシーバ４０１内に導入さ
れ、レシーバ４０１内に溜めるようになっている。レシ
ーバ４０１内において冷媒は気液分離される。

【０００３】また、従来、第３４図に示すように、凝縮
器として機能する熱交換器４００の途中にレシーバ４０
１を設け、気液界面を形成するものが知られている。こ
の熱交換器４００では、凝縮部４０２で凝縮した冷媒
を、レシーバ４０１の上方部に設けられた導入配管４０
３を介して流入させて、一旦レシーバ４０１内に溜め、
ここで気液分離したのち、液冷媒のみ導出配管４０４を
介して過冷却部４０５へ導出する。

【０００４】ところで、従来の熱交換器では、第６図お
よび第３４図に示すように、熱交換器４００とレシーバ
４０１とを別体に形成する場合、熱交換器４００とレシ
ーバ４０１とを連通させる導入配管４０３および導出配
管４０４を取り回す必要があり、組付け作業が煩雑とな
る。

【０００５】また、特に、自動車用空調装置に用いる場
合、熱交換器４００はエンジンルームといったスペース
上限られた空間に配されるため、導入配管４０３および
導出配管４０４を取り回すために十分なスペースを割く
ことができないといった問題点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記点に鑑み
て案出されたものであり、凝縮部と過冷却部とを有する
熱交換器において、受液器をコンパクトに結合し、熱交
換器および受液器の総合的なスペースの低減を図ること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、略同一形状を有する凝縮部チューブと
過冷却部チューブとをそれぞれ複数平行配置して、その
一端、他端にそれぞれ第１タンク、第２タンクを配置し
たので、第１タンクおよび第２タンクにおいて冷媒の分
配や集合を行うことができる。特に、第１タンク、第２
タンクのそれぞれの凝縮部チューブ開口端と過冷却チュ
ーブの開口端との間に第１の仕切板、第２の仕切板を配
置したので、この第１の仕切板、第２の仕切板の上流側
を凝縮部空間、下流側を過冷却部空間とすることができ
る。すなわち、凝縮部空間、過冷却部空間を熱交換器の
第１タンク、第２タンク内に形成することができ、しか
も両空間を第１、第２の仕切板を挟んで隣接させること
ができる。

【０００８】そして、本発明では、熱交換器の第２タン
ク側方に、受液器を第２タンクとは別の空間として、第
２タンクと略平行に配置した結果、第２タンク内の凝縮
部空間と受液器との間、および受液器と第２タンク内の
過冷却部空間との間を近接させることができ、熱交換器
と受液器とを合せた空間を全体として小さくすることが
でき、受液器付熱交換器をコンパクトなものとすること
ができる。

【０００９】さらに、本発明では、第２タンクに、凝縮
部空間の冷媒を受液器内部に導く入口側流路の開口部、
および受液器内部の液冷媒を過冷却部空間に導く出口側
流路の開口部をそれぞれ設けるため、凝縮部空間から受
液器を経て過冷却部空間へとむかう冷媒の流れは第２仕
切板を挟んでＵターンすることになる。

【００１０】その結果、冷媒流れに、流れ方向に大きな
変動が加わることになる。そのため、凝縮部空間におい
て凝縮しきれず、凝縮部空間出口において液冷媒中に含
まれていた気冷媒も、この流れ方向の大きな変動を受け
た結果、分離されやすくなる。即ち、冷媒流れに流れ方
向の大きな変動を与えた結果、受液器内部における気冷
媒の分離が効果的に行われることになり、熱交換器の過
冷却部における過冷却が一層効率的に行われる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
き説明する。

【００１２】まず、第１図を用いて、冷凍装置の概略を
説明する。図中２００は自動車走行用エンジン２０１に
より駆動される圧縮機である。圧縮機２００で圧縮吐出
された高温高圧の冷媒は冷媒配管３５０を介して凝縮器
４００に供給される。凝縮器４００で外部空気と熱交換
し、液化した冷媒は高温高圧のまま冷媒配管３５１を介
して減圧手段３００に供給される。本例では、減圧手段
として感温筒３１１からの信号に基づき絞り量を可変す
る温度作動式膨張弁を用いる。この膨張弁にて減圧膨張
され霧状となった冷媒は蒸発器３１０に供給される。蒸
発器３１０は車両用空調装置に配置され、被空調空気と
熱交換し、空気中より気化熱を奪って空気を冷却すると
同時に冷媒の蒸発を行う。そして、蒸発器３１０で蒸発
した低温低圧の気冷媒は冷媒配管３５２を経て圧縮機２
００に循環する。

【００１３】ここで本発明では、熱交換器４００出口側
の冷媒配管中に、受液器をなすモジュレータ１００を配
置し、更にその下流側に第９図に示すように過冷却器を
配置している。このモジュレータ１００は第２図に示す
ように、上下方向に延びる閉空間よりなり、その下方部
が凝縮器４００出口側の冷媒配管３５１より分岐する。
また、４２１はこのチューブ４２０に熱的結合したコル
ゲートフィンで、冷媒と空気との熱交換を促進するもの
である。

【００１４】第１図より明らかなように、凝縮器４００
を通過した冷媒は基本的には、その全量が冷媒配管３５
１より膨張弁３００側へ流れることになる。しかしなが
ら、冷凍装置冷凍装置に封入された冷媒量が必要量以上
であった場合、逆に冷媒が漏れ出て冷凍装置に封入され
る冷媒量の総量が減少した場合、さらには冷房負荷の変
動に基づき、必要循環冷媒量が変動した時には、余剰冷
媒を溜めておく必要がある。そこで、モジュレータ１０
０内の密閉空間によって、この余剰冷媒の収納を行う。
モジュレータ１００は凝縮器４００の下流側に配置され
ているため、分岐部３６０は凝縮器４００で凝縮した液
冷媒が流れることになる。そのため、モジュレータ１０
０内には液冷媒が流入し、液冷媒の状態でモジュレータ
１００内に溜めておくことができる。

【００１５】第２図ないし第４図は、このモジュレータ
１００内での冷媒の充填状況を模式的に示す内面図で、
通常は第２図に示すように余剰冷媒がモジュレータ１０
０内に溜められ、モジュレータ１００内には気液界面が
形成される。すなわち、第２図の状態では、モジュレー
タ１００内に流入する気冷媒と流出する液冷媒との収支
が一致し、安定した液面がモジュレータ１００内に形成
されることになる。換言すれば、モジュレータ１００内
での冷媒の流入、流出は極めてわずかなものとなり、冷
媒の流出入に伴う気液界面の変動も小さく、モジュレー
タ１００には余剰冷媒を収納するのに必要な大きさのみ
要求されることになる。

【００１６】冷媒の漏洩、もしくは冷媒負荷の増大によ
り、冷媒不足状態となれば、凝縮器４００ではすべての
冷媒が凝縮しきれず、気冷媒が凝縮器４００下流に流出
することになる。この気冷媒の導入を受けて、モジュレ
ータ１００内より液冷媒が冷媒配管３５１側へ流出され
る。その結果、モジュレータ１００内での液面は低下す
る。換言すれば、モジュレータ１００内に溜められてい
た冷媒が冷凍装置側で流れ出し、循環冷媒を補うことに
なる。

【００１７】逆に、冷媒の過充填や冷房負荷減少の時に
は、凝縮器４００で冷媒が十分に凝縮し、冷媒配管３５
１側へは気冷媒が殆ど導出されないことになる。その結
果、第４図に示すように、モジュレータ１００には液冷
媒のみが供給され、モジュレータ１００内は液冷媒で充
満することになる。すなわち、第３図に示すように、気
冷媒がモジュレータ１００に多量に供給されることにな
る。このように、冷媒が循環量に比して過剰となった場
合には、過剰分をモジュレータ１００内に収納すること
で、循環冷媒流量の調整を行うことができる。

【００１８】また、第５図に示すように、このモジュレ
ータ１００の上部にサイトグラス１９０を設ければ、上
記状態が目視でき、このモジュレータ１００より冷媒不
足や冷媒の過充填を確認することができる。なお、第５
図中１８０はフロートでモジュレータ１００内の気液界
面の確認用に用いられる。また、サイトグラス１９０は
Ｏリング１９８を介してモジュレータ１００上面にかし
め固定される。

【００１９】以上説明したようなモジュレータを用いれ
ば、循環冷媒の変動をこのモジュレータ内で吸収するこ
とができる。しかも、モジュレータ１００はその流入、
流出冷媒に大きな流速を持たないので、内部が比較的安
定し、必要最低限の容積とすることができる。

【００２０】続いて、モジュレータを凝縮器として機能
する熱交換器の途中に配置する冷凍装置におけるモジュ
レータの機能について概略的に述べる。

【００２１】上述の第３４図の例のように、熱交換器４
００の途中にレシーバ４０１を設け、気液界面を形成す
れば、その上流側は凝縮器として作用し、その下流側は
過冷却器として作用する。第７図はこの過冷却器を用い
た冷却装置の状態を示すモリエル線図であるが、気液界
面の存在によりレシーバ４０１の配置点が飽和液線上と
なり、それ以降の冷媒は過冷却されることになる。この
ように過冷却がとられるとエンタルピ差を増大させるこ
とができ、結果として冷凍装置の冷却能力が向上できる
ことになる。

【００２２】第８図は、受液器としてモジュレータ１０
０を用いた冷凍装置の概念図である。この図に示すよう
に、モジュレータ１００でも気液界面が形成できる結
果、モジュレータ１００配置位置の冷媒状態は飽和液と
なる。したがって、モジュレータ１００下流に配置され
た熱交換器は過冷却器となり、過冷却部４０５を形成す
る。なお、これらの第１図ないし第４図、および第８
図、第９図の図示例では、モジュレータの機能を説明す
るため、モジュレータ１００の構造の概略を示す。

【００２３】なお、凝縮部４０２での凝縮状態は冷房負
荷によって変動するので、その変動分を第８図中斜線で
示した。そしてこの凝縮部４０２での凝縮能力の変動は
モジュレータ１００内で吸収することができる。すなわ
ち、冷房負荷が高くなり、凝縮部４０２では十分凝縮し
きれない状態では気冷媒が凝縮部４０２より導出するこ
とになるが、その気冷媒はモジュレータ１００内に吸収
され、モジュレータ１００より液冷媒が過冷却部４０５
側へ導出されることで、過冷却部４０５では良好な過冷
却をとることができる。

【００２４】本発明では、第９図に示すように、モジュ
レータ部１００は凝縮部４０２と過冷却部４０５との間
に配置される。

【００２５】次に、本発明者等は、このようにモジュレ
ータ１００を熱交換器途中より分岐させた場合、どの位
置で分岐させるのが最も望ましいかについて、実験検討
を行った。第９図に示すように、熱交換器４００全体の
面積を１とした場合、過冷却部４０５の面積をｒとし、
この過冷却部面積比を種々変動させて最適位置を測定し
た。第１０図は蒸発器に吸入される空気が温度３５℃、
湿度６０％、流量５００ｍ³／ｈの条件で、かつ熱交換
器４００に流入する空気が温度４０℃で風速２ｍ／ｓの
条件の下で測定したもので、サブクール０のものと同一
の冷房能力を得るのに圧縮機２００の駆動動力がどの程
度必要か示したものである。すなわち、同一の能力を得
るのに必要なエンジン２０１のアイドル回転数を測定
し、その結果より圧縮機２００の駆動動力を算出したも
のである。

【００２６】サブクール面積を多くすれば、冷媒の過冷
却度を大きくすることができ、第７図図示モリエル線図
より明らかなように、エンタルピ差を大きくとることが
でき、冷房能力が増大する。そのため、基本的には、サ
ブクール面積を大きくするほど冷房能力が増大し、その
結果、同一の能力を得るのに必要な駆動動力は減少する
ことになる。

【００２７】しかしながら、熱交換器４００の放熱面積
を一定の条件の下に過冷却部４０５の面積を増すこと
は、凝縮部４０２の面積の減少を来すことになる。その
ため、放熱面積の少ない状態で液化させることが要求さ
れ、凝縮部４０２の冷媒圧力は上昇する。そして、この
凝縮部４０２内の冷媒圧力上昇に伴い圧縮機２００の駆
動動力は逆に増大することになる。

【００２８】第１０図図示結果は、この相反する条件を
示したもので、一般的傾向としてはサブクール面積比ｒ
を大きくするほうが望ましいが、この面積比が０．１以
上となれば、もはや圧縮機２００の駆動動力はほとんど
減少しなくなることを示している。

【００２９】第１０図図示の実験結果は、主に圧縮機２
００の駆動に要する動力の観点から行ったものである
が、第１図より明らかなように、圧縮機２００は自動車
走行用エンジン２０１によって駆動されるが、自動車走
行用エンジンは、冷房能力にかかわらず、自動車走行上
の要求で、その回転数が定められるものである。従っ
て、サブクール面積比も自動車が実際に走行している状
態での望ましい値を定める必要がある。

【００３０】第１１図はその観点でなされた実験結果を
示すもので、実線Ａは自動車が高速で走行し、かつ冷凍
装置への熱負荷が高い状態を示す。具体的には、蒸発器
３１０に流入する空気温度が３５℃で流入空気量が５０
０ｍ³／ｈ、かつエンジン２０１の回転数が３６００ｒ
ｐｍの状態を示す。また、実線Ｂは自動車が中速で走行
し、かつ冷凍装置の熱負荷も中負荷の状態を示す。具体
的には、蒸発器３１０へ流入する空気の温度が２７℃、
４００ｍ³／ｈかつ、エンジン２０１の回転数が１８０
０ｒｐｍの状態を示す。また、実線Ｃは、自動車が低速
走行し、かつ冷凍装置の熱負荷も小さい状態を示す。具
体的には、蒸発器３１０へ流入する空気の温度が２５℃
で、３００ｍ³／ｈであり、エンジン２０１の回転数が
１０００ｒｐｍの状態を示す。そして、これら各条件の
もとに、サブクールがない冷凍装置に比べて冷房能力、
動力および能力比（Ｑ／Ｌ）を測定したものである。前
述の理由により、冷房能力は一般的にサブクール面積を
大きくするほど上昇する。それに対し、動力は凝縮部で
の冷媒圧力上昇の結果、サブクール面積を大きくすれ
ば、それに伴い、動力は大きくなる傾向にある。従っ
て、冷房能力と動力とより最適な能力比（Ｑ／Ｌ）を定
める必要がある。本例では、低速低負荷時には、サブク
ール面積を０．３以上とした時、かえって能力比が落ち
てしまうことになる。

【００３１】従って、全ての運転状態において、効率よ
く冷凍装置を運転するためには、サブクール面積は０．
１以上で０．３以下に設定することが望ましい。

【００３２】本発明者等は、さらに、過冷却部４０５に
おいて適切な過冷却を得るためには、モジュレータ１０
０での冷媒の凝縮が大きな影響を与えることに注目し
た。

【００３３】第１２図に示すように、凝縮部４０２およ
び過冷却部４０５の両端には第１、第２タンク４８０、
４８１が配される。第２タンク４８１内部の、凝縮部４
０２と過冷却部４０５との境界部と対向する部位で凝縮
部４０５から流出した冷媒はモジュレータ１００内部側
に向かうように、その流れの向きが変えられる。モジュ
レータを通過した冷媒は第２タンク４８１を経て過冷却
部４０５へと送られる。なお、第１２図には、第２タン
ク４８１の、凝縮部４０２と過冷却部４０５との境界と
なる部位には仕切板が実線で示されている。凝縮部４０
２と過冷却部４０５との境界となる部位において、凝縮
部４０２から流出した冷媒はその流れの向きを大きく変
え、モジュレータ１００を経て、最終的に過冷却部４０
５へと流れる。

【００３４】ところで、第１２図に示すようにモジュレ
ータ１００にも冷却風があたるため、モジュレータ１０
０内部で気冷媒の凝縮が生じることがある。ここで、モ
ジュレータ１００の気液界面１００ａは飽和液状態とな
るがこの飽和液状態はモジュレータ１００による放熱冷
却の結果として達成されることになる。換言すれば、モ
ジュレータ１００へ流入される状態が多少の乾き度を有
する気液混合流であったとしても、モジュレータ１００
自身の冷却放熱効果によって、気液界面１００ａが保持
されることになる。すなわち、第１２図中１００ｂの領
域においては、多少気冷媒を含む気液混合流であって
も、モジュレータ１００内では均衡が得られることにな
る。このことは、過冷却部４０５の入口部４０５ａでの
冷媒状態が、上述のモジュレータ１００の入口部１００
ｂの冷媒状態と同一となることを示し、結果として過冷
却部４０５には蒸気を含む気液流が供給されることにな
る。従って、過冷却部４０５では、まず気液混合流中の
気相部分が凝縮し、その後はじめて過冷却が得られるこ
とになる。第１２図では、Ｄ点ではじめて飽和状態とな
り、過冷却を得ることができる部分はＤ点以降の過冷却
部４０５となる。

【００３５】ここで凝縮部４０２を通過した冷媒中の気
冷媒成分のうち、モジュレータ１００へ流入する量と過
冷却部４０５へ流入する量との比をガス流出比とする
と、モジュレータ１００から放熱がある場合、過冷却部
４０５への流出量は、「気冷媒流出量」＝ガス流出比×
「モジュレータでの放熱によるガス凝縮量」となり、モ
ジュレータ１００での凝縮量に応じた分だけ、気冷媒が
過冷却部４０５へ供給されることになる。

【００３６】従って、気冷媒をモジュレータ１００側に
積極的に導き、過冷却部４０５へは流入させないように
することが望まれる。

【００３７】ここで、冷媒通路面積をＡとし、分岐管開
口面積をＡ’とすると、冷媒通路を流れる気冷媒量の
Ａ’／Ａ倍の気冷媒が動圧によりモジュレータ１００内
に流入することになる。逆に、気冷媒流出比は、Ａ’／
Ａ−Ａ’となり、分岐管開口面積を大きくするほど、気
冷媒流出量は小さくなる。しかしながら、分岐管開口面
積Ａ’を大きくしすぎると、モジュレータ１００内の冷
媒流量が大きくなるため、再び気冷媒が冷媒流れから分
離しなくなり、気冷媒流出比が大きくなってしまう。こ
の状態を示したのが第１３図であり、このことよりも冷
媒管の面積比Ａ／Ａ’は適切な範囲内で設定することが
望まれることが認められる。

【００３８】第１４図はモジュレータ分岐部での冷媒状
態を示したもので、第２タンク４８１内に設けた仕切板
により冷媒流れの向きを変えることによって凝縮部４０
２から流出した冷媒はモジュレータ１００内部側に導か
れ、気冷媒を分離させることができるものの、冷媒の流
速が大きすぎると、浮力による気冷媒の分離が少ない場
合がある。そこで、分岐部で冷媒流れの一部をさらに分
離し、流速を落とすようにすれば、モジュレータ１００
で気冷媒を浮力によって、さらに分離しやすくすること
ができる。

【００３９】第１５図はこの観点に基づき考案された例
で、モジュレータ１００の分岐部に隔壁を設け、この隔
壁に開口面積Ａ’の流入管１２０を配設するようしたも
のである。流入管１２０の下流側端部は気液界面よりも
上方側において開口している。また、隔壁の、流入管１
２０の隔壁側開口端よりも下方となる部位にも開口部が
形成されており、モジュレータ１００の内部において気
液分離した液冷媒が流出する流出部となっている。そし
て、この流入管１２０の開口面積Ａ’を適宜設定するこ
とで、モジュレータ１００内に気冷媒が良好に流入する
ようにしている。

【００４０】上述の第１３図により、分岐管面積比Ａ／
Ａ’が大きすぎても、また小さくなりすぎても適切な過
冷却は得られないことを示したが、本発明者らはその傾
向をさらに実験により具体的に確かめた。

【００４１】第１６図はその実験結果を示し、図中実線
Ｅは冷凍装置を循環する冷媒流量が１５０ｋｇ／ｈの場
合を示し、実線Ｆは同じく循環冷媒流量が１００ｋｇ／
ｈの状態を示す。また、横軸には流入管の分岐管面積比
Ａ／Ａ’を示し、縦軸には過冷却部４０５における有効
過冷却部面積比を示す。この有効過冷却部面積比ｒ
₀は、熱交換器４００の全熱交換表面積に対し、過冷却
部４０５のうち、実際に冷媒が過冷却となる部位の表面
積の割合を示す。従って、このサブクール面積比ｒ ₀が
大きいほど、過冷却は良好に取れることになる。第１６
図図示実験例では、分岐管面積比が１２％以上かつ３６
％以下の場合、有効サブクール面積比が良好に得られる
ことが認められる。なお、第１５図図示例では、流入管
１２０がモジュレータ１００の上方部で開口するように
したため、上記分岐管面積比Ａ／Ａ’の効果のみなら
ず、気冷媒を直接モジュレータ１００の上方部へ導くこ
ともでき、そのことによってもモジュレータ分岐部での
気液冷媒の乾き度を低減することができる。

【００４２】次に、本発明者等はモジュレータ１００に
望ましい容量につき検討した。

【００４３】第１７図は、モジュレータ１００を概念的
に示すもので、モジュレータ１００に必要とされる容量
としては、下方部の充填余裕部１３１と上方部の変動余
裕部１３０がある。充填余裕部１３１は長期間にわたる
使用の結果、冷凍装置より冷媒が漏れる分を補充するも
のである。また、変動余裕部１３０は、冷凍装置の冷房
負荷の変動に応じて冷凍装置内を循環する必要冷媒流量
の変動に応じるものである。また、変動余裕部１３１
は、凝縮部４０２からの液冷媒が動圧を伴って全量流れ
る主流部と、この主流部の上方に位置し、モジュレータ
１００内部に流入した冷媒のうち一部を滞留させる滞留
部とから構成される。なお、第１７図の図示例では、モ
ジュレータの機能を説明するため、モジュレータ１００
の構造の概略を示す。

【００４４】充填余裕部１３１の容量としては、１００
ｇ程度が一般的に求められている。そこで本発明者ら
は、次に変動余裕部１３０に必要な容量につき検討し
た。これは冷凍装置を種々の運転状態で作動させ、その
時にモジュレータ１００内に溜められていた冷媒量を算
定したものである。

【００４５】第１８図にその実験結果を示す。図中実線
Ｉは温度１５℃、湿度５０％の空気の冷却を行う低負荷
運転状態を示し、実線Ｈは温度２７℃、湿度５０％の中
負荷運転状態を示し、実線Ｇは温度３５℃、湿度６０％
の高負荷運転状態を示す。横軸にはコンプレッサ回転数
を示し、これはコンプレッサ２００より吐出される冷媒
量を示す。

【００４６】上述のように、モジュレータ１００には充
填余裕部１３１として１００ｇの冷媒が封入されるよう
になっているので、冷凍装置の運転状態変化に起因する
変動余裕部１３０としては４０ｇ程度の量が要求される
ことが認められる。

【００４７】本発明者等は、上述の実験検討結果に基づ
いて、モジュレータ１００に望ましい使用を定め、それ
を冷凍装置に取り付けて運転を行った。

【００４８】第９図図示例のように、モジュレータ１０
０を熱交換器４００の途中に配置することで、モジュレ
ータ１００分岐部の後流側を過冷却部４０５として活用
することができ、結果として冷凍装置のエンタルピ差が
増大し、冷凍能力が上昇することになる。しかしなが
ら、前述したようにモジュレータ１００を熱交換器４０
０途中に配置することは、結果として凝縮部４０２の有
効面積を減少することになり、それはひいてはコンプレ
ッサ２００の高圧圧力の上昇を来すことになる。そこ
で、第９図の実施例において、モジュレータ１００を熱
交換器４００中に設けたことによってコンプレッサ出口
側の圧力がどのように変化するかにつき本発明者らが実
験を行った。第１９図はその実験結果を示し、冷媒封入
量が６００ｇ以下の状態が冷媒不足運転状態を示し、冷
媒封入量が８００ないし１０００ｇ程度の状態が適性封
入冷媒量を示し、冷媒封入量が１２００ｇ以上の状態が
冷媒の過充填状態を示す。また、実線Ｗは第１２図に示
すようにモジュレータ１００を配置した冷凍装置を示
し、実線Ｚは第６図に示すような従来のレシーバ４０１
を用いた例を示す。この第１９図の実験結果より、やは
り、本発明のモジュレータを用いれば、コンプレッサ２
００の出口側圧力が上昇することが認められる。しかし
ながら、その上昇割合は、適正冷媒封入時においてはほ
とんど無視できる程度のものであることが確かめられ
る。

【００４９】なお、本発明では、第２０図にその概略を
示したが、偏平チューブ４８２を多数並列配置した熱交
換器を用いる。

【００５０】この本発明の熱交換器４００は、両側に第
１、第２タンク４８０、４８１を配置し、この両タンク
間に偏平チューブ４８２が多数配置されるものである。
さらに、偏平チューブ４８２の間にはコルゲートフィン
４８３がろう付け接合されている。また、第１、第２タ
ンク４８０，４８１にはそれぞれ仕切り板４８４、４８
５が配置され、この仕切り板４８４、４８５により冷媒
流れが略Ｓ字状となるようになっている。そして、本発
明に係わるモジュレータは一方の第２タンク４８１の下
方部より分岐している。

【００５１】続いて、本発明の要部である、モジュレー
タ１００および第２タンク４８１の具体的な構造につい
て第２１図を用いて説明する。モジュレータ１００は、
その下方部がジョイント部１５０により第２タンク４８
１下方と連通し、また、モジュレータ１００の上方部は
支持プレート１５２によって第２タンク４８１に固定さ
れている。なお、第２１図には、第２タンク４８１のジ
ョイント１５０位置に、仕切板が破線で示されている。

【００５２】第２２図は第２１図の側面図で、図のよう
にモジュレータ１００は熱交換器４００に対し、やや前
方に傾斜したような状態で止められている。これは第２
２図に示すように、熱交換器４００およびモジュレータ
１００が自動車に搭載された状態で、モジュレータ１０
０上方部に配置されたサイトグラス１９０が作業者より
視認しやすくするためである。モジュレータ１００下方
部のジョイント１５０はボルト１５１により第２タンク
４８１に固定されている。また、ジョイント１５０内に
はモジュレ一夕１００内の流入管１２０と連通する孔１
５３とモジュレータ１００の下方部に直接連通する孔１
５４とが形成されている。なお、本例では分岐部の孔１
５３が直径３．５ｍｍに形成されており、流入管１２０
は内径が５ｍｍに形成されている。また、流入管１２０
の上方部は支持部４９０によりモジュレータ１００に固
定され、流入管１２０が揺れ動くことがないようになっ
ている。

【００５３】なお、第２３図中符号２３０はエンジン冷
却水放熱用のラジエータで、電動ファン２３１の送風に
より熱交換器４００とともに冷却されるようになってい
る。そして、熱交換器４００およびラジエータ２３０は
自動車のエンジンルーム内でエンジン２０１の前方に配
置される。

【００５４】第２４図は、第２３図図示モジュレータ１
００を用いた冷凍装置と、第６図に示すような従来のレ
シーバ４０１を用いた冷凍装置との冷房能力差を示した
ものである。図中破線Ｋはレシーバを用いた冷凍装置を
示し、実線Ｊは第２３図図示冷凍装置を示す。なお、領
域Ｌは自動車が４０ｋｍ／ｈの速度で走行し、蒸発器に
は車室内空気が循環し、さらに蒸発器に流入する空気量
が大の状態を示す。また領域Ｍは自動車が６０ｋｍ／ｈ
の速度で走行し、蒸発器には温度３５℃、湿度６０％の
外部空気が流入し、蒸発器に流入する空気流量が中の状
態を示す。領域Ｎは自動車が停止している渋滞運転状態
を示し、蒸発器には車室内空気が循環し、かつ蒸発器に
流入する空気流量が大の状態を示す。また、領域Ｎにお
いて、破線Ｋで示すレシーバを用いた冷凍装置ではエン
ジンのアイドリング回転数が７４０ｒｐｍ、実線Ｊで示
すモジュレータを用いた冷凍装置ではエンジンのアイド
リング回転数が６６０ｒｐｍとなるよう設定している。

【００５５】このようにモジュレータを用いた冷凍装置
ではすべての運転領域において冷房性能を向上させてい
ることが認められる。特に、モジュレータを用いた冷凍
装置では、エンジン２０１のアイドリング回転数を低減
させた状態で、さらに冷房能力を増大させることがで
き、その結果エンジン２０１の燃費性能を向上させるこ
ともできる。

【００５６】第２５図は本発明の熱交換器の具体的な構
造を示すもので、この例ではジョイント部１５０に流入
通路１５０ａおよび流出通路１５０ｂを形成したもので
ある。流入通路１５０ａは、下流端部が気液界面より上
方で開口する流入管１２０に連結し、これにより第２タ
ンク４８１を通通した冷媒の気体部分が確実にモジュレ
ータ１００の上方部へ供給されるようになっている。

【００５７】また、ジョイント部１５０に流入部および
流出部を形成したことに伴い、ジョイント部１５６に冷
媒通路１５８を形成するようになっている。第２５図中
に示すように、第２タンク４８１内部の、凝縮部４０２
と過冷却部４０５の間となる部位には仕切板が設けられ
ているため、凝縮部４０２から流出した冷媒は第２タン
ク４８１および冷媒通路１５８を介して過冷却部４０５
に流入する。なお、冷媒流路１５８を通過する冷媒の一
部は流入管１２０を介してモジュレータ１００内部に流
入する。

【００５８】本例では、ジョイント部１５６が第２タン
ク４８１にろう付けされ、このタンク側ジョイント部１
５６に対し、モジュレータ１００側のジョイント部１５
０がボルト１５１によって固定されるようになってい
る。なお、両ジョイント１５０、１５６間の気密はＯリ
ング１５７によって達成される。特に、第２５図図示例
ではジョイント部１５６内に形成される冷媒通路が流入
部１５０ａに向かうようになっているので、気冷媒が動
圧を受けて流入部１５０ａへ流れやすくなっている。

【００５９】第２６図ないし第３１図に、このモジュレ
ータ１００を用いて、冷媒の充填状態を観察した状態を
示す。第２６図および第２７図は充填冷媒量が不足して
いる状態を示し、この場合にはモジュレータ１００内に
液冷媒がほとんど存在せず、また流入管１２０より流入
された冷媒中にも気泡が多数混入していることにしてい
る。従って、サイトグラス１９０からは気泡が白濁とな
って確認できる。

【００６０】一方、第２８図および第２９図は適正冷媒
量の状態を示す。この状態では多少気冷媒を含む気液冷
媒が流入管１２０よりモジュレータ１００内に流入し、
従って気液界面が流入管１２０の上方部と略一致して形
成できる。そのため、サイトグラス１９０からは流入管
１２０部分での液面が確認できる。

【００６１】一方、第３０図および第３１図は冷媒が過
充填となっている状態を示す。この状態ではモジュレー
タ１００上方部の変動余裕部１３０まで全て液冷媒で満
たされることになり、サイトグラス１９０からは液面が
視認されず、冷媒が過充填となったことが確認できる。

【００６２】なお、上述の例ではサイトグラス１９０を
モジュレータ１００の頂部に配設したが、第３２図に示
すように流入管１２０の上方部を直接視認できる位置に
サイトグラス１９０を配置してもよい。また、第３３図
に示すように、サイトグラス１９０を頂部に配設した場
合であっても、流入管１２０の上方部を屈曲させ、サイ
トグラス１９０からは流入管出口部の状態が視認できる
ようにしてもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の受液器付
熱交換器では、複数の凝縮部チューブおよび複数の過冷
却部チューブの両端に第１タンク、第２タンクをそれぞ
れ配置した熱交換器において、第１タンク、第２タンク
内に第１、第２仕切板をそれぞれ配置することによっ
て、第１、第２タンク内に凝縮部空間と過冷却部空間と
を形成することができる。

【００６４】特に、第２タンクに、凝縮部空間の冷媒を
受液器内部に導く入口側流路の開口部、および受液器内
部の液冷媒を過冷却部空間に導く出口側流路の開口部を
それぞれ設けるため、凝縮部空間から受液器を経て過冷
却部空間へとむかう冷媒の流れを第２の仕切板を挟んで
Ｕターンさせることになる。そのため、冷媒流れに、流
れ方向に大きな変動が加り、凝縮部空間出口において液
冷媒中に含まれていた気冷媒を分離しやすくすることが
できる。その結果、受液器内部における気冷媒の分離を
効果的に行うことができ、熱交換器の過冷却部における
過冷却を効率的に行うことができる。また、受液器を第
２タンクの側方に配置することにより、第２タンクの凝
縮部空間と受液器との間、受液器と第２タンクの過冷却
部との間を近接させることができ、熱交換器と受液器と
を合せた空間とを小さくすることができ、受液器付熱交
換器全体をコンパクト化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考例である冷凍装置示す構成図。

【図２】第１図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。

【図３】第１図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。

【図４】第１図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。

【図５】第１図図示モジュレータの他の例を示す断面
図。

【図６】従来技術のレシーバを用いた冷凍装置の一部を
示す正面図。

【図７】過冷却による冷房状態を示すモリエル線図。

【図８】モジュレータの作動原理を説明する図。

【図９】凝縮部と過冷却部との面積割合を示す正面図。

【図１０】サブクール面積比とエンジンのアイドル回転
数との関係を示す説明図。

【図１１】サブクール面積比と冷房能力との関係を示す
説明図。

【図１２】本発明の一実施例を示す図であり、過冷却部
での過冷却状態を説明する図。

【図１３】分岐管面積比とモジュレータへの気冷媒流出
比との関係を示す説明図。

【図１４】気冷媒の分岐状態を示す説明図。

【図１５】流入管を用いたモジュレータの例を示す断面
図。

【図１６】分岐管面積比と有効サブクール面積比との関
係を示す説明図。

【図１７】モジュレータの充填余裕部と変動余裕部との
位置関係を示す説明図。

【図１８】圧縮機の回転数とモジュレータ内の冷媒量と
の関係を示す説明図。

【図１９】第１２図図示冷凍装置と第６図図示冷凍装置
との冷媒封入量とコンプレッサ出口高圧との関係を示す
説明図。

【図２０】本発明の受液器付熱交換器を概略的に示す断
面図。

【図２１】第２０図図示モジュレータを示す正面図。

【図２２】第２１図図示モジュレータを示す断面図。

【図２３】第２０図図示モジュレータの自動車への搭載
状態を示す説明図。

【図２４】第２３図図示冷凍装置と第６図図示冷凍装置
との冷房能力の関係の差を説明する説明図。

【図２５】本発明に係わる受液器熱交換器の他の例を示
す断面図。

【図２６】第２５図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。

【図２７】第２６図図示モジュレータのサイトグラスの
透視状態を示す説明図。

【図２８】第２５図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。

【図２９】第２８図図示モジュレータのサイトグラスの
透視状態を示す説明図。。

【図３０】第２５図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。

【図３１】第３０図図示モジュレータのサイトグラスの
透視状態を示す説明図。

【図３２】第２５図図示モジュレータの他の例を示す断
面図。

【図３３】第２５図図示モジュレータの他の例を示す断
面図。

【図３４】従来の冷凍装置の一部を示す説明図。

【符号の説明】

１００…モジュレータ、２００…圧縮機、３００…減圧
手段、３１０…蒸発器、４０００…熱交換器、４０２…
凝縮部、４０５…過冷却部、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木隆久愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者西田伸愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者藤原健一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮す
る凝縮部と、この凝縮部を通過した冷媒を過冷却させる
過冷却部と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配さ
れ、前記凝縮部を通過した冷媒を気液分離するとともに
冷媒を貯留する受液器とを備える受液器付熱交換器であ
って、前記凝縮部は、略水平方向に複数平行配置される偏平状
の凝縮部チューブと、この凝縮部チューブに熱的に結合
し、凝縮部チューブ内を流れる冷媒と空気との熱交換を
促進させる凝縮部フィンとを備え、前記過冷却部は、略水平方向に複数平行配置される偏平
状の過冷却部チューブと、この過冷却部チューブに熱的
に結合し、過冷却部チューブ内を流れる冷媒と空気との
熱交換を促進させる過冷却部フィンとを備え、上下方向に伸びる筒形形状をなし、前記複数の凝縮部チ
ューブおよび前記複数の過冷却チューブの一端が内部に
挿入される第１タンクと、上下方向に伸びる筒形形状をなし、前記第１タンクと平
行に配され、前記複数の凝縮部チューブおよび前記複数
の過冷却チューブの他端が内部に挿入される第２タンク
と、前記第１タンク内で、前記複数の凝縮部チューブのう
ち、最も前記過冷却部チューブ側の前記凝縮部チューブ
の一端と、前記複数の過冷却部チューブのうち、最も前
記凝縮部チューブ側の前記過冷却部チューブの一端との
間に介在し、前記第１タンクの内部空間を凝縮部空間と
過冷却部空間とに区画する第１の仕切板と、前記第２タンク内で、前記複数の凝縮部チューブのう
ち、最も前記過冷却部チューブ側の前記凝縮部チューブ
の一端と、前記複数の過冷却部チューブのうち、最も前
記凝縮部チューブ側の前記過冷却部チューブの一端との
間に介在し、前記第２タンクの内部空間を凝縮部空間と
過冷却部空間とに区画する第２の仕切板とを有し、かつ、前記受液器は前記第２タンクの側方に、前記第２
タンクと略平行に上下方向に伸びるよう平行配置され、前記第２タンク内の前記凝縮部空間の冷媒を前記受液器
内部に導く入口側流路の前記第２タンク側開口部が、前
記第２の仕切板の前記凝縮部空間側に開口し、前記受液器内部の液冷媒を第２タンク内の前記過冷却部
空間に導く出口側流路の前記第２タンク側開口部が、前
記第２の仕切板の前記過冷却部空間側に開口しているこ
とを特徴とする受液器付熱交換器。
【請求項２】前記複数の凝縮部チューブのうち、最も
前記過冷却部チューブ側の前記凝縮部チューブ、および
前記複数の過冷却部チューブのうち、最も前記凝縮部チ
ューブ側の前記過冷却部チューブは前記第２の仕切板近
傍に配されていることを特徴とする請求項１記載の受液
器付熱交換器。