JP2007001369A - 車両用空調装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】必要な内部熱交換量を確保しつつ、内部熱交換器の車両搭載性を良好にし、内部熱交換器を安価に製造することが可能な車両用空調装置を提供する。
【解決手段】室外熱交換器と、室内熱交換器と、高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルを有し、室外熱交換器と前記内部熱交換器に、同じ横断面形状の、内部に複数の孔が並列に延設された並列多孔扁平管を用いたことを特徴とする車両用空調装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用空調装置に関し、とくに、自然系冷媒である炭酸ガスを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを有し、いわゆる内部熱交換器を備えた冷凍サイクルに好適な車両用空調装置に関する。
車両用空調装置における蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒として、自然系冷媒である炭酸ガスを用いている場合は、圧縮機、ガスクーラ（室外熱交換器）、内部熱交換器、膨張弁、蒸発器（室内熱交換器）、アキュームレータ（気液分離器）からなる冷凍サイクルを構成しているのが一般的である（例えば、特許文献１）。このうち内部熱交換器は、冷凍サイクル内の高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換を行うものである。
ところが、従来の内部熱交換器は二重管構造をとる場合が多く、必要な内部熱交換量を確保するには、例えば１ｍ以上の長さが必要となり、車両への搭載性について問題を抱えている。
車両への搭載性を向上するために、内部熱交換器を室外熱交換器と一体化して構成する提案がなされているが（特許文献２）、この提案では、通常の構成を有する室外熱交換器に（例えば、そのヘッダー側に）、単に別の内部熱交換器が付加されて一体化されているにすぎないので、その熱交換器全体として複雑かつ大型のものになりやすく、製造コストも高い。
また、特許文献３には、内部熱交換器用の管として、内部に複数の孔が並列に延設された並列多孔扁平管が記載されているが、高圧冷媒流通用の孔と低圧冷媒流通用の孔が異なるサイズの孔に形成されており、特別な専用管を作成する必要がある。そのため、内部熱交換器が高価なものとなる。
特公平７−１８６０２号公報 特開２００４−１２０９７号公報 特開２００３−１２１０８６号公報
そこで本発明の課題は、必要な内部熱交換量を確保しつつ、内部熱交換器の車両搭載性を良好にすることが可能で、しかも、内部熱交換器を安価に製造することが可能な車両用空調装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、室外熱交換器と、室内熱交換器と、高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、前記室外熱交換器と前記内部熱交換器に、同じ横断面形状の、内部に複数の孔が並列に延設された並列多孔扁平管を用いたことを特徴とするものからなる。つまり、室外熱交換器に使用される通常の並列多孔扁平管と同じ横断面形状の並列多孔扁平管を用いて内部熱交換器を構成するのである。
この車両用空調装置においては、上記室外熱交換器と上記内部熱交換器が一体化されていることが好ましい。同じ横断面形状の並列多孔扁平管を用いるので、後述の実施態様の如く、複雑な構造を採用することなく、容易に室外熱交換器と内部熱交換器が一体化され、車両への搭載性が向上されるとともにこれら機器全体の軽量化も可能になり、しかも、内部熱交換器自身も安価に製造可能となる。さらに、搭載スペースが有効に利用されるので、限られた搭載スペースでありながら、必要な内部熱交換量が容易に確保される。
この本発明に係る車両用空調装置は、より具体的には、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、気液分離器、圧縮機の順に冷媒を循環させる冷凍サイクルを有し、室外熱交換器と膨張弁の間の高圧冷媒と、気液分離器と圧縮機の間の低圧冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器を備えた車両用空調装置において、前記室外熱交換器と前記内部熱交換器を一体化するとともに、前記室外熱交換器と前記内部熱交換器に、同じ横断面形状の、内部に複数の孔が並列に延設された並列多孔扁平管を用いたことを特徴とする車両用空調装置として構成することができる。
上記車両用空調装置においては、室外熱交換器と内部熱交換器が一体化された熱交換器を構成する並列多孔扁平管の一部に前記低圧冷媒を流すことで内部熱交換器が形成されている構造とすることができる。
また、少なくとも一部の並列多孔扁平管の孔列中の一部の孔のみに低圧冷媒を流し、それ以外の孔に高圧冷媒を流すことで内部熱交換器が形成されている構造とすることもできる。この場合、並列多孔扁平管の孔列中の中央部に位置する孔に低圧冷媒を流し、それ以外の孔に高圧冷媒を流すことで内部熱交換器が形成されるようにすることができる。また、より効率のよい内部熱交換を行うために、並列多孔扁平管における低圧冷媒と高圧冷媒の流れ方向を対向流とすることが好ましい。
また、上記車両用空調装置においては、低圧冷媒を流している並列多孔扁平管と高圧冷媒を流している並列多孔扁平管とが、あるいは、低圧冷媒および高圧冷媒を流している並列多孔扁平管同士が、実質的に互いに密着するように積層されていることが好ましい。
また、上記車両用空調装置においては、低圧冷媒を流している並列多孔扁平管と高圧冷媒を流している並列多孔扁平管の数量により、あるいは、低圧冷媒および高圧冷媒を流している並列多孔扁平管の数量により、内部熱交換器の熱交換能力を調節することが可能である。
また、上記車両用空調装置においては、低圧冷媒および高圧冷媒を流している並列多孔扁平管を挟むように、高圧冷媒のみを流している並列多孔扁平管が配列されている構造を採用することもできる。
また、室外熱交換器と内部熱交換器が一体化されている場合、内部熱交換器を構成するヘッダパイプの内側が、高圧冷媒の領域と低圧冷媒の領域とに分割されている構造とすることができる。この場合、例えば、内部熱交換器を構成する並列多孔扁平管の端部形状を凸型とし、その凸部に対応する位置の孔に低圧冷媒が流れ、それ以外の孔に高圧冷媒が流れるように、並列多孔扁平管の端部への嵌合部品が形成されている構造を採用することができる。
このような車両用空調装置においては、内部熱交換器の少なくとも一部が、室外熱交換器冷却用の外気の通風経路以外に位置するように搭載されていてもよい。
本発明に係る車両用空調装置によれば、室外熱交換器と内部熱交換器に、同じ横断面形状の並列多孔扁平管を用いたので、内部熱交換器を、必要な内部熱交換量を確保しつつ、安価に製造でき、しかも、容易に車両搭載性に優れた構造に構成することが可能となる。とくに、室外熱交換器と内部熱交換器との一体化が容易になり、該一体化により、車両搭載性を一層向上できるとともに、軽量化、さらなる低コスト化も可能になる。
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。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置を示しており、とくに、室外熱交換器と内部熱交換器を一体化した場合の例を示している。図１において、１は蒸気圧縮式の冷凍サイクルを示しており、該冷凍サイクル１は、圧縮機２、室外熱交換器と内部熱交換器が一体化された熱交換器３、膨張弁５、室内熱交換器としての蒸発器６、気液分離器７を備えている。送風機８によってダクト９内を送られる空調用空気は、蒸発器６内で蒸発される冷媒と熱交換され、車室内へと送られる。コントローラ１０は、蒸発器６の出口側に設けられた室内熱交換器温度センサ１１からの検出信号を参照して、圧縮機２に駆動制御信号を送る。
図４に、比較のために、従来の一般的な蒸気圧縮式の冷凍サイクルを示す。図１に示した構成に比べ、内部熱交換器１２が室外熱交換器４とは別に設けられている。その他の構成は、実質的に図１に示したものと同じであるので、図１と同一の符号を付すことにより説明を省略する。
図１に示した車両用空調装置においては、冷媒としての炭酸ガスが、圧縮機２→一体化熱交換器３（ガスクーラ（室外熱交換器）→内部熱交換器）→膨張弁５→蒸発器（室内熱交換器）６→アキュームレータ（気液分離器７）→一体化熱交換器３（内部熱交換器）→圧縮機２の順に循環される。この内部熱交換器はガスクーラ（室外熱交換器）と一体に構成されている。
図２に一体化熱交換器３を、図３（Ａ）に、図２（Ａ）における右下部分のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面を、それぞれ示す。図２において、一体化熱交換器３は、圧縮機２から冷媒が導入され、膨張弁５へと冷媒を送るガスクーラ（室外熱交換器）部２１と、気液分離器７から冷媒が導入され、圧縮機２へと冷媒を送り、この低圧冷媒とガスクーラ（室外熱交換器）部２１を通る高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器部２２とが一体化されたものである。図２における矢印は外部エアの流れ方向を示している。この内部熱交換器部２２の少なくとも一部は、室外熱交換器としてのガスクーラ部２１冷却用の外気の通風経路以外に位置するように搭載されていてもよい。
このガスクーラ（室外熱交換器）部２１と内部熱交換器部２２には、同じ横断面形状の並列多孔扁平管が用いられている。同じ横断面形状とすることにより、量産する場合に、内部熱交換器部２２用並列多孔扁平管として別の型が不要になり、材料も同じものが使用できるため、安価にかつ容易に製造できる。
この並列多孔扁平管は、例えば図３（Ｂ）に示すような横断面形状を有する。つまり、扁平管２４の内部に複数の孔２５が並列に延設されて（図示例では６個の同じサイズの孔２５が一列に配列されて）、並列多孔扁平管２３が構成されている。本実施態様では、内部熱交換器部２２において、ガスクーラ（室外熱交換器）部２１を流れる高圧冷媒の一部が、並列多孔扁平管２３の孔列中の外側に位置する孔２５内を流れ、気液分離器７から流出した低圧冷媒は、並列多孔扁平管２３の孔列中の中央部に位置する孔２５内を流れ、高圧冷媒と低圧冷媒の流れ方向が対向流とされて両者間で熱交換が行われるようになっている。
この内部熱交換器部２２における高圧冷媒と低圧冷媒の分離は、例えば図３（Ａ）に示すように、並列多孔扁平管２３の端部で行われる。図示例では、内部熱交換器部２２を構成するヘッダパイプ３１の内側が、高圧冷媒の領域３２と低圧冷媒の領域３３とに分割されている。そして、並列多孔扁平管２３の端部形状を凸型とし、その凸部３４に対応する位置の孔に低圧冷媒が流れ（図３（Ｂ））、その両側に位置する孔に高圧冷媒が流れるように（図３（Ｂ））、並列多孔扁平管２３の端部への嵌合部品（パッド３５）が形成されている。パッド３５には、配管３６の端部のフランジ３７が接続される。
このように構成された並列多孔扁平管２３が、複数、例えば互いに密着するように積層されている。
上記のように１本の並列多孔扁平管２３の内部に低圧冷媒が流れる孔２５と高圧冷媒が流れる孔２５とを混在させる構成以外に、低圧冷媒を流している並列多孔扁平管と高圧冷媒を流している並列多孔扁平管とをそれぞれ別の並列多孔扁平管とし、それらを互いに密着するように積層することも可能である。さらに、図３（Ｂ）に示したような低圧冷媒および高圧冷媒を流している並列多孔扁平管２３（１本、複数積層の両方を含む）に対し、それを挟むように、高圧冷媒のみを流している並列多孔扁平管を配列することも可能である。このようにすれば、低圧冷媒の流路が高圧冷媒の流路で囲まれることになり、熱交換性能上好ましい形態を形成できる。
内部熱交換量は、上記のような低圧冷媒を流している並列多孔扁平管と高圧冷媒を流している並列多孔扁平管の数量により、あるいは、低圧冷媒および高圧冷媒を流している並列多孔扁平管の数量により、能力調節することが可能である。要求される内部熱交換能力に応じて、これらの本数を設定すればよい。
このように、図２、図３に示した実施態様では、効率よく内部熱交換器と室外熱交換器を一体化でき、かつ、要求される内部熱交換能力も容易に達成できる。一体化により、優れた車両搭載性が得られ、軽量化も可能となる。
本発明に係る車両用空調装置は、とくに、自然系冷媒である炭酸ガスを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに好適なものである。
本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略全体構成図である。 図１の一体化熱交換器の正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）である。 （Ａ）は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う、一体化熱交換器の拡大部分断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う、並列多孔扁平管の拡大横断面図である。 比較のために示した従来の車両用空調装置の概略全体構成図である。
符号の説明
１ 冷凍サイクル
２ 圧縮機
３ 室外熱交換器と内部熱交換器が一体化された熱交換器
４ 室外熱交換器（従来装置）
５ 膨張弁
６ 室内熱交換器としての蒸発器
７ 気液分離器
８ 送風機
９ ダクト
１０ コントローラ
１１ 室内熱交換器温度センサ
１２ 内部熱交換器（従来装置）
２１ ガスクーラ（室外熱交換器）部
２２ 内部熱交換器部
２３ 並列多孔扁平管
２４ 扁平管
２５ 孔
３１ ヘッダパイプ
３２ 高圧冷媒領域
３３ 低圧冷媒領域
３４ 凸部
３５ 並列多孔扁平管の端部への嵌合部品としてのパッド
３６ 配管
３７ フランジ

Claims (13)

  1. 室外熱交換器と、室内熱交換器と、高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、前記室外熱交換器と前記内部熱交換器に、同じ横断面形状の、内部に複数の孔が並列に延設された並列多孔扁平管を用いたことを特徴とする車両用空調装置。
  2. 前記室外熱交換器と前記内部熱交換器が一体化されている、請求項１に記載の車両用空調装置。
  3. 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、気液分離器、圧縮機の順に冷媒を循環させる冷凍サイクルを有し、室外熱交換器と膨張弁の間の高圧冷媒と、気液分離器と圧縮機の間の低圧冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器を備えた車両用空調装置において、前記室外熱交換器と前記内部熱交換器を一体化するとともに、前記室外熱交換器と前記内部熱交換器に、同じ横断面形状の、内部に複数の孔が並列に延設された並列多孔扁平管を用いたことを特徴とする車両用空調装置。
  4. 前記室外熱交換器と前記内部熱交換器が一体化された熱交換器を構成する並列多孔扁平管の一部に前記低圧冷媒を流すことで内部熱交換器が形成されている、請求項２または３に記載の車両用空調装置。
  5. 少なくとも一部の並列多孔扁平管の孔列中の一部の孔のみに低圧冷媒を流し、それ以外の孔に高圧冷媒を流すことで内部熱交換器が形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用空調装置。
  6. 並列多孔扁平管の孔列中の中央部に位置する孔に低圧冷媒を流し、それ以外の孔に高圧冷媒を流すことで内部熱交換器が形成されている、請求項５に記載の車両用空調装置。
  7. 並列多孔扁平管における低圧冷媒と高圧冷媒の流れ方向を対向流とする、請求項５または６に記載の車両用空調装置。
  8. 低圧冷媒を流している並列多孔扁平管と高圧冷媒を流している並列多孔扁平管とが、あるいは、低圧冷媒および高圧冷媒を流している並列多孔扁平管同士が、実質的に互いに密着するように積層されている、請求項１〜７のいずれかに記載の車両用空調装置。
  9. 低圧冷媒を流している並列多孔扁平管と高圧冷媒を流している並列多孔扁平管の数量により、あるいは、低圧冷媒および高圧冷媒を流している並列多孔扁平管の数量により、内部熱交換器の熱交換能力が調節されている、請求項１〜８のいずれかに記載の車両用空調装置。
  10. 低圧冷媒および高圧冷媒を流している並列多孔扁平管を挟むように、高圧冷媒のみを流している並列多孔扁平管が配列されている、請求項１〜９のいずれかに記載の車両用空調装置。
  11. 内部熱交換器を構成するヘッダパイプの内側が、高圧冷媒の領域と低圧冷媒の領域とに分割されている、請求項２〜１０のいずれかに記載の車両用空調装置。
  12. 内部熱交換器を構成する並列多孔扁平管の端部形状を凸型とし、その凸部に対応する位置の孔に低圧冷媒が流れ、それ以外の孔に高圧冷媒が流れるように、並列多孔扁平管の端部への嵌合部品が形成されている、請求項１１に記載の車両用空調装置。
  13. 内部熱交換器の少なくとも一部が、室外熱交換器冷却用の外気の通風経路以外に位置するように搭載されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の車両用空調装置。
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