JP2003513836A - 予備減圧装置を備える自動車用空調回路 - Google Patents

予備減圧装置を備える自動車用空調回路

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、冷却流体ループ（１）が圧縮機（２）と、凝縮器（３）と、液体／ガス分離リザーバ（５）と、膨張装置（６）と、蒸発器（７）とを標準的な態様で含む空調ユニットに関する。本発明は、凝縮器（３）とリザーバ（５）との間に挿入された予備膨張装置（４）が流体圧力をその飽和蒸気圧力まで低下するように、１.５〜１４バールの圧力低下を発生できる。リザーバは凝縮器内の過冷却温度を一定に維持することにより、ループ内の流体の損失を補償するよう可変量の液体も含むことができ、よって蒸発器によって加熱容量を吸収できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、冷却液のループ、特に自動車の乗員室用の空調装置のための冷却液
ループに関する。
【０００２】 日本国特許公開第95 81383号は、気相状態の冷却材の圧力を高めることができ
る圧縮機と、圧縮機によって圧縮された冷却材を凝縮し、この冷却材を液相状態
まで過冷却できる凝縮器と、容器から出る冷却材の圧力を低下できる予備減圧装
置と、減圧バルブから出る冷却材を圧縮機へ戻す前に、液相状態から気相状態に
することができる蒸発器とから成る冷却液ループを記載している。
【０００３】 図１は、エンタルピー／圧力座標系にトレースした、空調ループ内の冷却液の
熱力学的サイクルを示すグラフである。この座標系では、ベル形をした曲線Ｌは
、液体とガスが共存するゾーンを囲んでいるが、冷却材は曲線の左側では完全に
液相状態であり、右側では完全に気相状態となっている。
【０００４】 このサイクルは、実質的に水平の底辺を有する台形となっている。圧縮機は、
気相状態の冷却材を、気相ゾーン内に位置するポイントＡから、ポイントＡより
も高いエンタルピーおよび圧力に対応するポイントＢへ運ぶ。
【０００５】 凝縮器では、冷却材は、ポイントＢから水平線分を通って、液体ゾーン内に位
置するポイントＥまで通過する。この線分は、ポイントＣおよびＤにおいて、そ
れぞれ曲線Ｌの右側および左側を通過する。線分ＢＣ、ＣＤおよびＤＥは、気相
状態の冷却材の過熱の戻し、液相状態の冷却材の凝縮、および過冷却にそれぞれ
対応する。
【０００６】 蒸発器の出口において、冷却材はポイントＥと同じエンタルピー値、およびポ
イントＡと同じ圧力値に対応する液相／気相ゾーンに位置するポイントＧにある
。蒸発器では、冷却材はポイントＨで曲線Ｌの右側を通過して、ポイントＡまで
復帰する。
【０００７】 従来の液体冷却材ループでは、冷却材は、熱力学的サイクルのポイントＥにて
分離容器を通過し、減圧バルブ内で線分ＥＧを通過する。ポイントＥは液相ゾー
ン内に位置するので、容器は完全に液体によって満たされており、この容器が含
む冷却材の量は、変化できないようになっている。
【０００８】 ループ内に含まれる液体冷却材の総質量が、特に回路における漏れによって低
下すると、この質量の減少は、凝縮器を犠牲にして行われる。従って、この凝縮
器の過冷却容量が低下し、凝縮器の出口および蒸発器の入口における冷却材のエ
ンタルピーレベルを高め、これにより、蒸発器内のレベルによって吸収される有
効な熱量を減少させるという効果がある。
【０００９】 この問題の１つの解決案は、凝縮器の凝縮部分と過冷却部分との間に分離容器
を配置し、もって、容器内の冷却材の熱力学的状態が飽和曲線上に位置する熱力
学的サイクルのポイントＤに対応し、これによって、回路内の冷却材の総質量に
応じて変わり得る量の冷却材を容器が含むことができるようにすることにより、
従来のアーキテクチャから離脱することにある。
【００１０】 本発明によれば、明細書の導入部に記載のようなループにおいて、冷却材の圧
力をその飽和蒸気圧まで戻すように、１.５〜１４バールの圧力損失を発生でき
る予備減圧装置を、凝縮器と容器との間に設けることによっても、同じ結果を得
ることができる。
【００１１】 この予備減圧装置は、ポイントＥに対応する熱力学的状態から、分離容器内で
冷却材が連続して位置する状態の、飽和曲線上のポイントＦまで流体を運ぶ。次
に減圧バルブは、冷却材をポイントＦからポイントＧまで運ぶ。
【００１２】 日本国特許公開第93 223365号により、凝縮器と容器との間で圧力損失を発生
させる装置を設置することも知られている。しかしながら、この特許出願明細書
から、この圧力損失によって冷却材の圧力が再び飽和蒸気圧に戻ることとはなら
ない。更に、圧力損失として開示されている値は、わずか０.５〜１.０ｋｇ／ｃ
ｍ2であり、この値は、ループの冷却容量のかなりの損失を生じさせる。
【００１３】 本発明の相補的な、または別の任意の特徴は、次のとおりである。
【００１４】 前記予備減圧装置は、４〜１０バールの間の圧力損失を発生できる。
【００１５】 予備減圧装置は、凝縮器から離間する流れの全体が通過するパイプ内に、約０
.２〜７ｍｍ2の間の最小通過断面を構成する制限部を含む。
【００１６】 通路断面は、０.１〜５ｍｍの長さにわたって最小値を実質的に維持する。
【００１７】 最小通路断面は、制限部の上流部または下流部におけるパイプの通路断面の５
０％を越えないようになっている。。
【００１８】 前記通路断面は、制限部の初期領域において徐々に減少し、中間領域において
、その最小値を実質的に維持し、最終領域において、徐々に増加する。
【００１９】 制限部は、ほぼ円筒形のパイプ内に挿入されたインサートによって形成されて
いる。
【００２０】 制限部は、ほぼ円筒形のパイプの壁の厚い部分によって形成されている。
【００２１】 制限された通路は、円筒形壁に隣接している。
【００２２】 制限された通路は、円筒形壁のほぼ中心に位置する。
【００２３】 制限部は、パイプ内に固定用ビードが形成されたワッシャーによって形成され
ている。
【００２４】 予備減圧装置は、凝縮器のマニホールドに取り付けられた出口パイプに収容さ
れている。
【００２５】 前記出口パイプは、分離容器内に収容されており、そのガス収集空間に排出を
行うようになっている。
【００２６】 添付図面を参照して、次の説明を読むことにより、本発明の特徴および利点を
よく理解しうると思う。
【００２７】 図３に略示されているループ１は、圧縮機２と、凝縮器３と、予備減圧装置４
と、分離容器、すなわちシリンダ５と、減圧バルブ６と、液体冷却材が通過する
蒸発器７とを、この順序に含んでいる。
【００２８】 容器５の下方部分は、液相状態の冷却材で満たされており、この容器に進入す
る残留ガスは、液面よりも上に残り、このレベルから下方の液相状態の冷却材だ
けが、減圧バルブ６に向かって送られるように取り出される。
【００２９】 減圧器３−１には、過熱戻し部分が略示されており、ここでは、圧縮器からの
気相状態の冷却材が、液体−ガス平衡温度まで冷却されるようになっており、更
に冷却材が平衡温度まで凝縮される凝縮部分３−２と、液相状態の冷却材が平衡
温度よりも下方の温度に冷却される過冷却部分３−３とが示されている。 同様に、蒸発器は、蒸発器部分７−１と過熱部分７−２とを含んでいる。
【００３０】 図２は、本発明に係わるループ内に含まれる流体の質量ｍの関数としての、凝
縮器における液体／ガス平衡温度（凝縮温度）と、過冷却の後の凝縮器の出口に
おける冷却材の温度との差ΔＴの変化を示す曲線を示す。この曲線は、値ｍ1ま
で増加する第１部分と、ｍ1〜ｍ2までの第２の水平部分と、ｍ2を越えて増加す
る第３部分とから成っている。
【００３１】 値ｍ1およびｍ2は、それぞれ、最低の液面レベルおよび最高の液面レベルに対
応するので、容器５に含まれる冷却材の量の変動により平坦域が得られる。過冷
却の程度、従って、ループの性能は、漏れが冷却材の質量をｍ1に戻るまで、ほ
ぼ一定のままである。
【００３２】 冷却材の初期質量は、安定な作動時間ができるだけ長くなるように、ｍ2の近
くに選択することが好ましい。この平坦域の長さは、液体とガスの分離容量、お
よび容器の容積とによって決まる。
【００３３】 分離容器内の流体の熱力学的状態が熱力学サイクルのポイントＥに対応する、
上記従来のループでは、図２の曲線の平坦域は存在せず、過冷却の程度は、冷却
材の量と共に連続的に変化する。
【００３４】 図５のグラフでは、予備減圧装置は、冷却材の通路に対して直角に配置され、
オリフィス４−２を有するダイヤフラム４−１として例示されている。図示のよ
うに、凝縮器３と、予備減圧装置４と、容器５とを離間させ、接続パイプによっ
て相互に接続しても良い。
【００３５】 予備減圧装置は、その形状および位置にも拘わらず、図４の曲線が示すように
、空調ループによって得られる冷却容量を改善する。図４は、予備減圧装置によ
って発生する圧力損失の関数としてのこの容量の変化を示している。９バールの
圧力損失に対して、冷却容量が最大値を越えると、予備減圧装置がない場合と比
較して、少なくとも１.５〜１４バールの範囲、特に４〜１０バールの範囲の改
善が観察される。
【００３６】 図５は、入口パイプ１１が設けられた入口マニホールド１０と、出口パイプ１
３が設けられた出口マニホールド１２と、マニホールド内に形成された異なるチ
ャンバ間を冷却材が循環する際に通過するチューブ１４のバンクとを含む凝縮器
を略示している。
【００３７】 本発明に係わる予備減圧装置は、マニホールド１２内、またはパイプ１３内、
もしくはこれらを接続した場合、ゾーンＡ内のいずれかに収容することが好まし
い。
【００３８】 図６は予備減圧装置を示す。この予備減圧装置は、出口パイプ１３内に挿入さ
れ、出口パイプの円筒壁の周辺の一部にわたって当接されたインサート２０によ
って形成されており、壁の周辺の他の部分に制限された通路２１が隣接したまま
となっている。
【００３９】 この通路２１は、インサート２０の上流および下流のパイプ１３の通路断面Ｓ
１の５０％を越えない最小通路断面Ｓ２を有する。この断面Ｓ２は、約０.２〜
７ｍｍ2であることが好ましい。投影図の平面では、このインサート２０は、通
路断面が制限部の初期領域で徐々に減少するので台形となっており、その中間領
域で最小値を維持し、最終領域で徐々に増加するようになっている。
【００４０】 図７の変形例では、インサート２０はワッシャー２２に置き換えられており、
このワッシャーは、パイプ１３に直角に配置され、限定された通路を構成する中
心孔２３を有する。限定された通路の通路断面は、ここでは一定であり、制限部
２１の最小通路断面に対して説明した条件を満たしている。
【００４１】 この制限部２３の長さ、すなわちワッシャー２２の厚さは、０.１〜５ｍｍの
間である。ワッシャー２２は、この厚み部分の両側において、パイプ１３の薄い
壁に固定用ビードを設け、壁を変形することによって固定できる。
【００４２】 図８は、出口パイプ１３を示す。この出口パイプ１３は、例えば成形され、凝
縮器のマニホールド１２に機械式に固定された厚い壁を有する。パイプ１３は、
減少断面の中心通路を残す内周リブ２４を有する。このリブ２４は台形となって
おり、このため制限部２５の通路断面は制限部２１と同じように変化する。
【００４３】 図９は、図５の凝縮器と同様な凝縮器３と、出口マニホールド１２の側に結合
された分離容器５とを示し、このマニホールド１２と容器５とは垂直方向に長く
されている。容器５内には、出口パイプ１３が収容されており、この出口パイプ
は上方に延び、凝縮器から離間する残留ガスが集められる空間３０内において、
容器の上方部分に開口するようにカーブしている。
【００４４】 空間３０は、パイプ１３が貫通するフィルタゾーン３２によって、容器の下方
空間３１から分離されている。液相状態の冷却材は、空間３１と連通する下方パ
イプ３３によって容器から離間している。パイプ１３上には、予備減圧装置４が
配置されており、従って容器５内に収容されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 既に説明した熱力学的サイクルのダイヤグラムである。
【図２】 本発明に係わる、ループ内の冷却材の質量の関数として、凝縮器によって発生
させられる過冷却の程度の変化を示すグラフである。
【図３】 本発明に係わる液体冷却材ループの図である。
【図４】 予備減圧装置によって生じる圧力損失の関数としての、本発明に係わるループ
の冷却材容量の変化を示すグラフである。
【図５】 出口マニホールドおよび出口パイプを有し、これらの一方または他方が、本発
明に係わる予備減圧装置を収容するようになっている凝縮器の図である。
【図６】 出口パイプ内に制限部を製造する１つの方法を示す図である。
【図７】 出口パイプ内に制限部を製造する別の方法を示す図である。
【図８】 出口パイプ内に制限部を製造する更に別の方法を示す図である。
【図９】 凝縮器と、予備減圧装置と、分離容器とを含む、単一部品のサブアセンブリの
図である。
【符号の説明】
１ ループ ２ 圧縮機 ３ 凝縮器 ４ 予備減圧装置 ５ 分離容器 ６ 減圧バルブ ７ 蒸発器 １０ 入口マニホールド １１ 入口パイプ １２ 出口マニホールド １３ 出口パイプ １４ チューブ ２０ インサート ２２ ワッシャー ２３ 中心孔または制限部 ２４ リブ ２５ 制限部 ３０ 空間 ３２ 濾過ゾーン ３３ 下方パイプ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 気相状態の冷却材の圧力を上げることができる圧縮機（２）
    と、圧縮機によって圧縮された冷却材を凝縮し、冷却材を液相状態に過冷却する
    ことができる凝縮器（３）と、凝縮器からの液相状態の冷却材の残留ガスを分離
    できる分離容器（５）に送る前に、凝縮器から離間する冷却材の圧力を低下でき
    る予備減圧装置（４）と、分離容器から離間する冷却材の圧力を低下できる減圧
    バルブ（６）と、減圧バルブからの冷却材を圧縮機（２）へ戻す前に冷却材を液
    相状態から気相状態にすることができる蒸発器（７）とを備えた、特に自動車の
    乗員室用の空調装置のための液体冷却材ループ（１）であって、 前記予備減圧装置が、冷却材の圧力を飽和蒸気圧力まで戻すように、１.５〜
    １４バールの圧力損失を発生できるようになっていることを特徴とする液体冷却
    材ループ。
  2. 【請求項２】 前記予備減圧装置が、４〜１０バールの間の圧力損失を発生
    できることを特徴とする、請求項１記載のループ。
  3. 【請求項３】 凝縮器から離間する流れの全体が通過するパイプ（１３）内
    に、約０.２〜７ｍｍ2の間の最小通過断面（Ｓ２）を構成する制限部（２１）を
    、予備減圧装置が含むことを特徴とする、先の請求項のいずれかに記載のループ
    。
  4. 【請求項４】 通路断面が、０.１〜５ｍｍの長さにわたって、最小値（Ｓ
    ２）を実質的に維持していることを特徴とする、請求項３記載のループ。
  5. 【請求項５】 最小通路断面（Ｓ２）が、制限部の上流部または下流部にお
    けるパイプの通路断面（Ｓ１）の５０％を越えないことを特徴とする、請求項３
    または４に記載のループ。
  6. 【請求項６】 前記通路断面が、制限部の初期領域において徐々に減少し、
    中間領域において、その最小値を実質的に維持し、最終領域において、徐々に増
    加することを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載のループ。
  7. 【請求項７】 ほぼ円筒形のパイプ（１３）内に挿入されたインサート（２
    ０）によって、制限部（２１）が形成されていることを特徴とする、請求項３〜
    ６のいずれかに記載のループ。
  8. 【請求項８】 ほぼ円筒形のパイプ（１３）の壁の厚い部分（２４）によっ
    て、制限部（２５）が形成されていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれ
    かに記載のループ。
  9. 【請求項９】 制限された通路（２１）が、円筒形壁（１３）に隣接してい
    ることを特徴とする、請求項７または８に記載のループ。
  10. 【請求項１０】 制限された通路（２３）が円筒形壁（１３）のほぼ中心に
    位置することを特徴とする、請求項７および８のいずれかに記載のループ。
  11. 【請求項１１】 パイプ（１３）内に固定用ビードが形成されたワッシャー
    （２２）によって、制限部（２３）が形成されていることを特徴とする、請求項
    １０記載のループ。
  12. 【請求項１２】 凝縮器のマニホールド（１２）に取り付けられた出口パイ
    プ（１３）に、予備減圧装置が収容されていることを特徴とする、先の請求項の
    いずれかに記載のループ。
  13. 【請求項１３】 前記出口パイプ（１３）が、分離容器（５）内に収容され
    ており、そのガス収集空間（３０）に排出を行うようになっていることを特徴と
    する、請求項１２記載のループ。
JP2000555767A 1998-06-23 1999-06-23 予備減圧装置を備える自動車用空調回路 Pending JP2003513836A (ja)

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