JP2007303747A - 冷凍サイクルおよび冷凍サイクル用部品組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスクーラ１００で安定的に冷媒を冷却する。
【解決手段】ガスクーラ１００の冷却風流れ上流側に、冷凍サイクル内の低圧冷媒が流通する低圧冷媒配管部として内部熱交換器２００や冷媒ホースＨ２の金具部分Ｋを配置し、内部熱交換器２００や金具部分Ｋと熱交換して冷却された冷却風がガスクーラ１００を通過するようにしている。
これによれば、放熱器としてのガスクーラ１００を冷却する冷却風の温度を、内部熱交換器２００や金具部分Ｋと熱交換させて低下させることにより、車種やバリエーションによって冷却風の温度分布が変化する場合や、ガスクーラ１００の冷媒出入口位置の設置自由度が限られる場合でも、安定的に冷媒を冷却することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式の冷凍サイクル、およびその冷凍サイクルに用いる冷凍サイクル用部品組立体の構造に関するものであり、車両用空調装置などの冷凍サイクルに適用して有効である。

図７は、従来の車両用冷凍サイクルの概要構成を説明する模式図であり、図８は、図７の車両用冷凍サイクルの模式図である。従来、車両用空調装置などの冷凍サイクルにおいて、高圧側の放熱器（コンデンサ、ガスクーラ）１００は一般的に車両の前方に設置され、車両走行時に受ける風や冷却ファンの風によって熱交換器内部の冷媒を冷却している。なお、図７または図８中の説明しない符号は、後述する本発明の実施形態中の符号と対応しており、ここでの説明は省略する。

そして、このような冷凍サイクルにおける従来技術の１つとして、例えば下記特許文献１に記載の発明では、冷却風の温度分布の中で温度の高い部分に放熱器の冷媒入口側の冷媒パス部を配置し、冷却風の温度分布の中で温度の低い部分に放熱器の冷媒出口側の冷媒パス部を配置することで冷媒の冷却効率の向上を図っている。
特開２００４−２３９４７９号公報

しかしながら、冷却風の温度分布は車両によって異なるうえ、同じ車種においても、グリル形状、エンジン、ラジエータ、冷却ファン、インタークーラなどのバリエーションによって温度分布は変化する。一方、放熱器の冷媒出入口位置は、車両内の設置スペースや、異なる仕様のシステム（例えば、二酸化炭素冷媒による超臨界サイクルのシステムとフロン冷媒による亜臨界サイクルのシステム）での設置互換性からの制約などによって設置自由度が限られるため、なかなか理想の冷却配置とならないという問題点がある。

また、圧縮機吸入前の低圧冷媒と放熱器下流の高圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を有する冷凍サイクルでは、部品点数ならびに配管接続箇所が増えるため、冷凍サイクルの組み立て作業の工数が増えるという他の問題点がある。加えて、例えば、車両のように、冷凍サイクル用部品を車体などへ搭載する用途にあっては、冷凍サイクル部品の車体への組み付け作業の工数が増えるというさらに他の問題点がある。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものである。

本発明の目的は、放熱器で安定的に冷媒を冷却することのできる冷凍サイクルおよび冷凍サイクル用部品組立体を提供することにある。

本発明の他の目的は、組み立て作業性が改善された冷凍サイクルおよび冷凍サイクル用部品組立体を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、車両などへの搭載作業性が改善された冷凍サイクルおよび冷凍サイクル用部品組立体を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項１６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
圧縮機（１０）から吐出した高圧冷媒を冷却流体によって冷却する高圧側熱交換器（１００）と、
高圧冷媒を減圧する減圧手段（３００）と、
低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（４００）と、
圧縮機（１０）に吸入される低圧冷媒と高圧側熱交換器（１００）から流出した高圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（２００）とを有する冷凍サイクルにおいて、
高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に、冷凍サイクル内の低圧冷媒が流通する低圧冷媒配管部（２００、Ｋ、Ｐ２〜４）を配置し、低圧冷媒配管部（２００、Ｋ、Ｐ２〜４）と熱交換して冷却された冷却流体が高圧側熱交換器（１００）を通過するようにしたことを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、放熱器としての高圧側熱交換器（１００）を冷却する冷却流体としての冷却風の温度を、低圧冷媒配管部（２００、Ｋ、Ｐ２〜４）と熱交換させて低下させることにより、車種やバリエーションによって冷却風の温度分布が変化する場合や、高圧側熱交換器（１００）の冷媒出入口位置の設置自由度が限られる場合でも、安定的に冷媒を冷却することができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の冷凍サイクルにおいて、低圧冷媒配管部（２００、Ｋ、Ｐ２〜４）と熱交換して冷却された冷却流体が、高圧側熱交換器（１００）の冷媒最終パス部近傍領域を通過するようにしたことを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、冷却風で冷却されて温度の低くなった冷媒が流れる冷媒最終パス部近傍領域を、低圧冷媒配管部（２００、Ｋ、Ｐ２〜４）で冷却されて一段低い温度となった冷却風でさらに冷却することにより、冷媒の冷却効率をさらに向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクルにおいて、低圧冷媒配管部（２００）は、高圧冷媒通路（２００ａ）の外周側に低圧冷媒通路（２００ｂ）を備える内部熱交換器（２００）であることを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、低圧冷媒通路（２００ｂ）を外周側に備える内部熱交換器（２００）を高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に配置することにより、低圧冷媒通路（２００ｂ）を流れる低圧冷媒は、二重管（２０１）の外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクルにおいて、低圧冷媒配管部（Ｋ）は、内部熱交換器（２００）から流出する低圧冷媒を圧縮機（１０）に吸入させる冷媒ホース（Ｈ２）の金具部分（Ｋ）であることを特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、低圧冷媒が流れる冷媒ホース（Ｈ２）のうち金具部分（Ｋ）を高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に配置することにより、金具部分（Ｋ）内を流れる低圧冷媒は、その外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクルにおいて、低圧冷媒配管部（Ｐ２）は、減圧手段（３００）で減圧された低圧冷媒を低圧側熱交換器（４００）に流入させる金属製の第２冷媒パイプ（Ｐ２）であることを特徴としている。この請求項５に記載の発明によれば、低圧冷媒が流れる第２冷媒パイプ（Ｐ２）の一部分を高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に配置することにより、第２冷媒パイプ（Ｐ２）内を流れる低圧冷媒は、その外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクルにおいて、さらに、液相冷媒と気相冷媒とを分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、圧縮機（１０）の吸入側に気相冷媒を供給する気液分離器（５００）を備え、低圧冷媒配管部（Ｐ３）は、低圧側熱交換器（４００）から流出する低圧冷媒を気液分離器（５００）に流入させる金属製の第３冷媒パイプ（Ｐ３）であることを特徴としている。

この請求項６に記載の発明によれば、低圧冷媒が流れる第３冷媒パイプ（Ｐ３）の一部分を高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に配置することにより、第３冷媒パイプ（Ｐ３）内を流れる低圧冷媒は、その外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクルにおいて、さらに、液相冷媒と気相冷媒とを分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、圧縮機（１０）の吸入側に気相冷媒を供給する気液分離器（５００）を備え、低圧冷媒配管部（Ｐ４）は、気液分離器（５００）から流出する低圧冷媒を内部熱交換器（２００）に流入させる金属製の第４冷媒パイプ（Ｐ４）であることを特徴としている。

この請求項７に記載の発明によれば、低圧冷媒が流れる第４冷媒パイプ（Ｐ４）の一部分を高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に配置することにより、第４冷媒パイプ（Ｐ４）内を流れる低圧冷媒は、その外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

また、請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の冷凍サイクルにおいて、圧縮機（１０）の吐出圧は、冷媒の臨界圧力以上であることを特徴としている。この請求項８に記載の発明によれば、超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いて好適なことによる。

また、請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の冷凍サイクルにおいて、冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴としている。この請求項９に記載の発明によれば、二酸化炭素冷媒が実施容易なことによる。

また、請求項１０に記載の発明では、圧縮機（１０）から吐出した高圧冷媒を冷却する高圧側熱交換器（１００）と、
圧縮機（１０）に吸入される低圧冷媒と高圧側熱交換器（１００）から流出した高圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（２００）とを備え、
高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に、内部熱交換器（２００）を配置し、内部熱交換器（２００）と熱交換して冷却された冷却流体が高圧側熱交換器（１００）を通過するように、高圧側熱交換器（１００）と内部熱交換器（２００）とを一体的に構成したことを特徴としている。

この請求項１０に記載の発明によれば、対象としているサイクル部品の中で大物である高圧側熱交換器（１００）に関連部品である内部熱交換器（２００）を一体的に搭載して、高圧側熱交換器（１００）を車体に固定することで関連部品も搭載されるよう事前に組み立てたものである。

これにより、部品組立体としてコンパクトに構成できるうえ、内部熱交換器（２００）の組み付け性を向上させることができる。また、１つの部品組立体として扱えることより、運搬などでの取り扱い性や車体への装着作業性などを向上させることができる。なお、ここでの「一体」は、高圧側熱交換器（１００）のコア部（１０１）および左右一対のヘッダータンク部（１４０）の一部を共用するような融合した関係の一体であっても良いし、溶接のような強固な連結やクランプ（２０６）やねじなどでの緩やかな連結による連結された関係での一体であっても良い。

また従来、高圧側熱交換器（１００）後側のエンジンスペース内に配置していた内部熱交換器（２００）を高圧側熱交換器（１００）の前面側に搭載することとなるため、従来の内部熱交換器（２００）や配管のスペースをエンジンスペースで有効に使うことができる。また、一般的に高圧側熱交換器（１００）はラジエータ（６００）の前面側に配置される。従って内部熱交換器（２００）を高圧側熱交換器（１００）の前面側に構成すると、高圧側熱交換器（１００）を車体に固定した後の配管接続作業も、車体前方側（反ラジエータ側）で行える部分が増えることより、作業性を向上させることができる。

また、請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の冷凍サイクル用部品組立体において、さらに、高圧側熱交換器（１００）から流出する高圧冷媒を内部熱交換器（２００）に流入させる第１配管部（Ｐ１）を一体的に構成したことを特徴としている。この請求項１１に記載の発明によれば、さらに一部の配管として第１配管部（Ｐ１）を事前組み付けしておくことで、第１配管部（Ｐ１）の組み付け性を向上させることができるうえ、車体上での配管接続作業を減らすことができる。

また、請求項１２に記載の発明では、請求項１０または請求項１１に記載の冷凍サイクル用部品組立体において、さらに、高圧冷媒を減圧する減圧手段（３００）を一体的に構成したことを特徴としている。この請求項１２に記載の発明によれば、さらに関連部品として減圧手段（３００）を事前組み付けしておくことで、減圧手段（３００）の組み付け性を向上させることができるうえ、車体上での配管接続作業を減らすことができる。

また、請求項１３に記載の発明では、請求項１０ないし請求項１２のうちいずれか１項に記載の冷凍サイクル用部品組立体において、高圧側熱交換器（１００）と、内部熱交換器（２００）とが、共通のブラケット（７０１）を有することを特徴としている。この請求項１３に記載の発明によれば、ブラケットやねじなどの部品点数、それらの組み付け作業、取り付けスペース、取り付け作業スペースなどを減らすことができる。

また、請求項１４に記載の発明では、請求項１０ないし請求項１３のうちいずれか１項に記載の冷凍サイクル用部品組立体において、内部熱交換器（２００）は、高圧冷媒流入部（２０２）と高圧冷媒流出部（２０３）とが近くなる構造としたことを特徴としている。

この請求項１４に記載の発明によれば、高圧冷媒経路上において内部熱交換器（２００）の下流に配置された減圧手段（３００）の近傍に、制御対象としての高圧圧力が現れる部位を配置することができる。この結果、高圧側熱交換器（１００）出口の圧力を目標圧力とするように減圧手段（３００）の開度を調節する圧力制御装置を適用する場合には、減圧手段（３００）の近傍での温度、圧力の検出が可能となる。

圧力制御装置としては、感温式流体アクチュエータを用いた装置、あるいはセンサと制御回路と電動アクチュエータとを用いた電気的制御装置を用いることができる。感温式流体アクチュエータを用いる場合には、その装置の小型化が可能となる。例えば圧力伝達管の長さを短くしたり、弁開度操作機構の体格を小型化したりすることができる。さらに、典型的な一例では、単一のブロック内に可変弁と感温部とを配置したいわゆるボックス型の減圧装置を採用することができる。

なお、必ずしも内部熱交換器（２００）自体をＵターン形状とする必要はなく、内部熱交換器（２００）の高圧冷媒流入部（２０２）もしくは高圧冷媒流出部（２０３）からの配管の端部を他方の冷媒流出入部に近づけて配置した構造のものであっても良い。

また、請求項１５に記載の発明では、請求項１２に記載の冷凍サイクル用部品組立体において、減圧手段（３００）は、感温部（３０１）を冷媒流路外に有するキャピラリータイプの膨張弁（３００Ａ）であり、感温部（３０１）を第１配管部（Ｐ１）に接触させていることを特徴としている。

この請求項１５に記載の発明によれば、高圧側熱交換器（１００）から流出する高圧冷媒を内部熱交換器（２００）に流入させる第１配管部（Ｐ１）が感温部（３０１）の設置に最適であり、キャピラリータイプの膨張弁（３００Ａ）を容易に構成することができる。

また、請求項１６に記載の発明では、請求項１２に記載の冷凍サイクル用部品組立体において、減圧手段（３００）は、感温部を冷媒流路内に有するボックスタイプの膨張弁（３００Ｂ）であり、感温部を、高圧側熱交換器（１００）の冷媒流出部（１９２）と内部熱交換器（２００）の高圧冷媒流入部（２０２）との間に配設していることを特徴としている。

この請求項１８に記載の発明によれば、感温部を、高圧側熱交換器（１００）の冷媒流出部（１９２）と内部熱交換器（２００）の高圧冷媒流入部（２０２）との間に配設することで、ボックスタイプの膨張弁（３００Ｂ）を容易に構成することができる。なお、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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について添付した図１ないし図４を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した第１実施形態の車両用冷凍サイクルの模式図であり、図２は、図１中の点線枠内に対応する本発明を適用した冷凍サイクル用部品組立体の正面図である。

本実施形態は、本発明に係る冷凍サイクルおよび冷凍サイクル用部品組立体を、熱交換媒体として二酸化炭素冷媒（以下、ＣＯ_２冷媒）を用いた超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルの車両用空調装置に適用したものである。なお、冷媒としてはＣＯ_２冷媒の他に、エチレン、エタン、酸化窒素などであっても良い。そして本実施形態では、夏場などの空調熱負荷が大きいときには、高圧冷媒の圧力、つまり圧縮機１０の吐出圧を冷媒の臨界圧力以上まで上昇させて必要な冷房（冷凍）能力を得ている。

次に、本冷凍サイクルの構成部品を、冷媒の流れに沿って説明する。まず圧縮機１０は、図示しない車両走行用エンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮するものである。そして、圧縮機１０から吐出された高圧冷媒は、フレキシブルな冷媒ホースＨ１を通ってガスクーラ１００に供給される。ガスクーラ１００は、車両走行時に受ける風や図示しない冷却ファンから送られる風を冷却風（冷却流体）として、その冷却風と圧縮機１０から吐出される高圧冷媒とを熱交換して高圧冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。

図３は、図２中のガスクーラ１００の概要構造を説明する正面図である。まず、ガスクーラ１００単体の概要構造を、この図３を用いて説明する。ガスクーラ１００は、コア部１０１および左右一対のヘッダータンク部１４０から構成され、これらを構成する以下説明の各部材は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成っている。そしてその各部材を、嵌合、かしめ、治具固定などによって組み立てられ、各部材表面の必要部位に予め設けられたろう材により一体にろう付けされる。

コア部１０１は、内部を冷媒が流通する複数の熱交換用のチューブ１１０と、波形に形成された複数の熱交換用のフィン１２０とが交互に配列（積層）されている。チューブ１１０は、扁平な断面を有する。またチューブ１１０は、その長手方向に沿って延びる冷媒流路を、その内部にて区画形成している。チューブ１１０内の冷媒流路は、チューブ１１０の幅方向に並べられた複数の丸断面の流路により提供される。なお、各流路は、四辺形断面や三角形断面などに置き換え可能である。

複数のチューブ１１０は、その扁平な広い側面が平行となるように、互いに平行に配置され、それらの間に冷却風を流すために、所定間隔離れて配列されている。なお、この実施形態ではフィン１２０とともに配列されているが、フィン１２０を備えることなくチューブ１１０のみを配列する構成であっても良い。そして、上下配列方向最外方のフィン１２０の更に両外方には、断面コの字状に開口する強度部材としてのサイドプレート１３０が配設されている。

そしてこれらは一体にろう付けされている。このコア部１０１の図３中左右部、即ち、複数のチューブ１１０の長手方向におけるチューブ端部には、チューブ１１０の配列方向に延びる一対のヘッダータンク部１４０が設けられている。ヘッダータンク部１４０には、各チューブ１１０の端部が挿入されて接合され、ヘッダータンク部１４０の内部に設けられた流通部１５１とチューブ１１０の内部とが互いに連通するようにろう付けされている。

そして、両ヘッダータンク部１４０の長手方向両端部には、エンドキャップ１８０がろう付けされ、流通部１５１によって形成される開口部を閉塞するようになっている。また、図１中左側のヘッダータンク部１４０内には、内部の流通部１５１を仕切るセパレータ１４１がろう付けされている。

そして、左側のヘッダータンク部１４０のセパレータ１４１よりも上側には、入口ジョイント１９１がろう付けされ、セパレータ１４１よりも下側には冷媒流出部としての出口ジョイント１９２がろう付けされ、左側のヘッダータンク部１４０内の流通部１５１と連通するようになっている。

そして、入口ジョイント１９１から流入した高圧冷媒は、左側のヘッダータンク部１４０のセパレータ１４１よりも上側の流通部１５１からセパレータ１４１よりも上側の各チューブ１１０に分配されて右側へと流れながら冷却風と熱交換して放熱し、右側のヘッダータンク部１４０の流通部１５１内に流出して集合される。

次に、その流通部１５１内を下方へと流れ、今度はセパレータ１４１よりも下側の各チューブ１１０に分配されて左側へと流れながら冷却風と熱交換してさらに放熱し、左側のヘッダータンク部１４０のセパレータ１４１よりも下側の流通部１５１内に流出して集合されて出口ジョイント１９２から流出する流れ構造となっている。

ガスクーラ１００から流出した冷媒は、金属製の第１冷媒パイプ（第１配管部）Ｐ１を通って内部熱交換器２００の高圧冷媒流入部２０２に流入する（図２参照）。内部熱交換器２００は低圧冷媒配管部の１つである。第１冷媒パイプＰ１は、ガスクーラ１００の出口ジョイント１９２と内部熱交換器２００の高圧冷媒流入部２０２とを接続するパイプであり、この第１冷媒パイプＰ１もガスクーラ１００、内部熱交換器２００との部品組立体として事前組み付けしており、これらと一体的に構成している。

内部熱交換器２００は、圧縮機１０に吸入される低圧冷媒と、ガスクーラ１００から流出した高圧冷媒とを熱交換させる熱交換器である。図４は、図２中の内部熱交換器２００の二重管２０１の構造を説明する断面斜視図である。本実施形態に係る内部熱交換器２００は、図４に示すように、内側（中心側）の高圧冷媒通路２００ａと、その高圧冷媒通路２００ａを取り巻くように外側（外周側）に配置された低圧冷媒通路２００ｂとが同軸上に並ぶように二重管構造となっている。

また、本実施形態での内部熱交換器２００は、二重管２０１を折り曲げてＵターンした形状とし、高圧冷媒流入部２０２と高圧冷媒流出部２０３とが近くなる構造としている。そして、本実施形態で内部熱交換器２００は、ガスクーラ１００のヘッダータンク部１４０およびサイドプレート１３０から延出された複数個のクランプ２０６によってガスクーラ１００と一体的に構成されている。なお、クランプ２０６はゴムパッキン２０７を介して内部熱交換器２００（二重管２０１）を支持している。

また本実施形態では、ガスクーラ１００の冷却風流れ上流側（前面側）に、冷凍サイクル内の低圧冷媒が流通する低圧冷媒配管部として内部熱交換器２００を配置し、内部熱交換器２００外側の低圧冷媒通路２００ｂを流通する低圧冷媒と熱交換して冷却された冷却風がガスクーラ１００を通過するようにしている。より好ましくは、内部熱交換器２００と熱交換して冷却された冷却風が、ガスクーラ１００の冷媒最終パス部近傍領域を通過するようにしている。

内部熱交換器２００の高圧冷媒通路２００ａを通って高圧冷媒流出部２０３（図２参照）に至った冷媒は、その高圧冷媒流出部２０３に接続された減圧手段３００に流入する。なお本実施形態では、減圧手段３００として感温筒（感温部）３０１を冷媒流路外に有するキャピラリータイプの膨張弁３００Ａで構成しており、感温筒３０１を先の第１冷媒パイプＰ１に接触させている。

そして、膨張弁３００Ａの本体部は内部熱交換器２００の高圧冷媒流出部２０３に接続して、ガスクーラ１００、内部熱交換器２００、第１冷媒パイプＰ１との部品組立体として事前組み付けしており、これらと一体的に構成している。そして、ガスクーラ１００に関連部品を事前搭載した部品組立体として、車体へは共通のブラケット７０１にて組み付け固定している。

膨張弁３００Ａは、高圧冷媒を等エンタルピ的に減圧膨脹させるとともに、ガスクーラ１００の冷媒出口側における冷媒温度に基づいて高圧冷媒の圧力を制御する減圧手段である。膨張弁３００Ａで減圧された低圧冷媒は、金属製の第２冷媒パイプＰ２を通ってエバポレータ４００に供給される。第２冷媒パイプＰ２は低圧冷媒配管部の１つである。

エバポレータ４００は、減圧された低圧冷媒と車室内に吹き出す空気とを熱交換することによって低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器である。なお、エバポレータ４００は、車室内に搭載された図示しない空調ユニット内に収納されていて、車室内に吹き出す空気を冷却するものである。エバポレータ４００で蒸発した低圧冷媒は、金属製の第３冷媒パイプＰ３を通ってアキュムレータ５００に供給される。第３冷媒パイプＰ３は低圧冷媒配管部の１つである。

アキュムレータ５００は、液相冷媒と気相冷媒とを分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、圧縮機１０の吸入側に気相冷媒および分離抽出された冷凍機用オイルを供給する気液分離器である。そして、アキュムレータ５００からの気相冷媒と冷凍機用オイルは、金属製の第４冷媒パイプＰ４を通って内部熱交換器２００の低圧冷媒流入部２０４（図２参照）に供給される。第４冷媒パイプＰ４は低圧冷媒配管部の１つである。

内部熱交換器２００の低圧冷媒流入部２０４に流入した低圧冷媒は、二重管２０１外側の低圧冷媒通路２００ｂを流通して高圧冷媒通路２００ａを流通する高圧冷媒と二重管２０１のさらに外側（外部）を流通する冷却風とを冷却しながら低圧冷媒流出部２０５（図２参照）に至る。

そして、内部熱交換器２００の低圧冷媒流出部２０５から流出する低圧冷媒は、フレキシブルな冷媒ホースＨ２を通って圧縮機１０に吸引される。なお、冷媒ホースＨ２の金具部分Ｋは低圧冷媒配管部の１つとなっており、ガスクーラ１００の冷却風流れ上流側（前面側）、より好ましくはガスクーラ１００の冷媒最終パス部近傍領域の冷却風上流側に配置することにより、ここでも冷却風を冷却し、その冷却された冷却風をガスクーラ１００に供給することができる。なお、図１中に２点鎖線で示すのは、ラジエータ６００である。

ガスクーラ１００は、ほぼ内部熱交換器２００に沿って高圧冷媒が流れるＵターン状の冷媒経路を提供している。内部熱交換器２００は、ガスクーラ１００の空気流入側に敷設されている。長方形のガスクーラ１００の正面領域うち、主として高圧冷媒経路の下流側領域に、低圧冷媒配管部としての内部熱交換器２００が配置される。内部熱交換器２００は、ガスクーラ１００の側部から、熱交換のためのコア部と平行に延び出して配置されている。

内部熱交換器２００は、ガスクーラ１００の正面領域の中央部やや上方領域を水平方向に沿って延びる部位と、側部に沿って上下方向に延びる部位と、正面領域の下部を水平方向に延びる部位とを有する。よって、内部熱交換器２００は、ガスクーラ１００の正面領域のうち、高圧冷媒経路の下流側領域により多くの部位が存在するように偏って配置されている。内部熱交換器２００は、ガスクーラ１００の冷媒出口１９２の近傍に集中的に配置されているともいえる。

内部熱交換器２００は、低圧冷媒の入口が、低圧冷媒出口よりも、車両搭載状態における上方に位置させて配置されている。内部熱交換器２００は、ガスクーラ１００の周辺部のヘッダタンクなどに固定された固定部材としてのクランプ２０６によって固定されている。

内部熱交換器２００は、その２つの高圧冷媒出入口と２つの低圧冷媒出入口とを、ガスクーラ１００の周辺部に位置させている。ガスクーラ１００と内部熱交換器２００とは、ガスクーラ１００の一つの側部に冷媒の出入口を配置している。この結果、組立体は、２つの冷媒入口と、２つの冷媒出口とを、ガスクーラ１００のひとつの側部に集中して配置した構成を提供する。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、ガスクーラ１００の冷却風流れ上流側に、冷凍サイクル内の低圧冷媒が流通する低圧冷媒配管部として内部熱交換器２００や冷媒ホースＨ２の金具部分Ｋを配置し、内部熱交換器２００や金具部分Ｋと熱交換して冷却された冷却風がガスクーラ１００を通過するようにしている。

これによれば、放熱器としてのガスクーラ１００を冷却する冷却風の温度を、内部熱交換器２００や金具部分Ｋと熱交換させて低下させることにより、車種やバリエーションによって冷却風の温度分布が変化する場合や、ガスクーラ１００の冷媒出入口位置の設置自由度が限られる場合でも、安定的に冷媒を冷却することができる。

また、内部熱交換器２００や金具部分Ｋと熱交換して冷却された冷却風が、ガスクーラ１００の冷媒最終パス部近傍領域を通過するようにしたことを特徴としている。これによれば、冷却風で冷却されて温度の低くなった冷媒が流れる冷媒最終パス部近傍領域を、内部熱交換器２００や金具部分Ｋで冷却されて一段低い温度となった冷却風でさらに冷却することにより、冷媒の冷却効率をさらに向上させることができる。

また、上記低圧冷媒配管部の１つとして、高圧冷媒通路２００ａの外周側に低圧冷媒通路２００ｂを備える内部熱交換器２００を用いている。これによれば、低圧冷媒通路２００ｂを外周側に備える内部熱交換器２００をガスクーラ１００の冷却風流れ上流側に配置することにより、低圧冷媒通路２００ｂを流れる低圧冷媒は、二重管２０１の外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

また、上記低圧冷媒配管部の１つとして、内部熱交換器２００から流出する低圧冷媒を圧縮機１０に吸入させる冷媒ホースＨ２の金具部分Ｋを用いている。これによれば、低圧冷媒が流れる冷媒ホースＨ２のうち金具部分Ｋをガスクーラ１００の冷却風流れ上流側に配置することにより、金具部分Ｋ内を流れる低圧冷媒は、その外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

また、圧縮機１０の吐出圧は、冷媒の臨界圧力以上としている。これは、超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いて好適なことによるものである。また、冷媒として二酸化炭素が用いられている。これは、二酸化炭素冷媒が実施容易なことによるものである。

また、冷凍サイクルに用いる冷凍サイクル用部品組立体として、ガスクーラ１００と内部熱交換器２００とを一体的に構成している。これによれば、対象としているサイクル部品の中で大物であるガスクーラ１００に関連部品である内部熱交換器２００を一体的に搭載して、ガスクーラ１００を車体に固定することで関連部品も搭載されるよう事前に組み立てたものである。

これにより、部品組立体としてコンパクトに構成できるうえ、内部熱交換器２００の組み付け性を向上させることができる。また、１つの部品組立体として扱えることより、運搬などでの取り扱い性や車体への装着作業性などを向上させることができる。なお、ここでの「一体」は、ガスクーラ１００のコア部１０１および左右一対のヘッダータンク部１４０の一部を共用するような融合した関係の一体であっても良いし、溶接のような強固な連結やクランプ２０６やねじなどでの緩やかな連結による連結された関係での一体であっても良い。

また従来、ガスクーラ１００後側のエンジンスペース内に配置していた内部熱交換器２００をガスクーラ１００の前面側に搭載することとなるため、従来の内部熱交換器２００や配管のスペースをエンジンスペースで有効に使うことができる。また、一般的にガスクーラ１００はラジエータ６００の前面側に配置される。従って内部熱交換器２００をガスクーラ１００の前面側に構成すると、ガスクーラ１００を車体に固定した後の配管接続作業も、車体前方側（反ラジエータ側）で行える部分が増えることより、作業性を向上させることができる。

またさらに、ガスクーラ１００から流出する高圧冷媒を内部熱交換器２００に流入させる第１配管部Ｐ１を一体的に構成している。これによれば、さらに一部の配管として第１配管部Ｐ１を事前組み付けしておくことで、第１配管部Ｐ１の組み付け性を向上させることができるうえ、車体上での配管接続作業を減らすことができる。

またさらに、減圧手段３００を一体的に構成ししている。これによれば、さらに関連部品として減圧手段３００を事前組み付けしておくことで、減圧手段３００の組み付け性を向上させることができるうえ、車体上での配管接続作業を減らすことができる。

この実施形態では、ガスクーラ１００に、内部熱交換器２００、第１配管部Ｐ１および減圧手段３００のすべてが一体的に連結されて組立体とされている。ガスクーラ１００は、内部熱交換器２００などを支持するフレームを提供している。また、ガスクーラ１００、内部熱交換器２００、第１配管部Ｐ１および減圧手段３００が、共通のブラケット７０１で車体に支持されている。ブラケット７０１は、ガスクーラ１００の周囲に分散して設けられ、ガスクーラ１００に固定されている。

ブラケット７０１は、ボルト、あるいはフックなどの支持手段によって冷凍サイクルの搭載対象部物としての車体に固定される。これによれば、ブラケットやねじなどの部品点数、それらの組み付け作業、取り付けスペース、取り付け作業スペースなどを減らすことができる。ガスクーラ１００に、少なくとも内部熱交換器２００が一体的に連結されて組立体とされ、その組立体が、ブラケット７０１によって車体に固定されても良い。ブラケット７０１の一部は、ピン状の形態として提供されうる。

また、内部熱交換器２００は、高圧冷媒流入部２０２と高圧冷媒流出部２０３とが近くなる構造としている。これによれば、高圧冷媒経路上において内部熱交換器２００の下流に配置された減圧手段３００の近傍に、制御対象としての高圧圧力が現れる部位を配置することができる。この結果、減圧手段３００の近傍での温度、圧力の検出が可能となる。

なお、必ずしも内部熱交換器２００自体をＵターン形状とする必要はなく、内部熱交換器２００の高圧冷媒流入部２０２もしくは高圧冷媒流出部２０３からの配管の端部を他方の冷媒流出入部に近づけて配置した構造のものであっても良い。

また、減圧手段３００は、感温筒３０１を冷媒流路外に有するキャピラリータイプの膨張弁３００Ａであり、感温筒３０１を第１配管部Ｐ１に接触させている。これによれば、ガスクーラ１００から流出する高圧冷媒を内部熱交換器２００に流入させる第１配管部Ｐ１が感温筒３０１の設置に最適であり、キャピラリータイプの膨張弁３００Ａを容易に構成することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態における車両用の冷凍サイクルの模式図である。上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では減圧手段３００として、感温部を冷媒流路内に有するボックスタイプの膨張弁３００Ｂを用いており、感温部を、ガスクーラ１００の出口ジョイント１９２と内部熱交換器２００の高圧冷媒流入部２０２との間に配設している。

なお、図５の模式図では、ガスクーラ１００の出口ジョイント１９２に接続した第１冷媒パイプＰ１の他端と、内部熱交換器２００の高圧冷媒流入部２０２との間に膨張弁３００Ｂの感温部を配設しているが、第１冷媒パイプＰ１を用いない構成であっても良い。これによれば、感温部を、ガスクーラ１００の出口ジョイント１９２と内部熱交換器２００の高圧冷媒流入部２０２との間に配設することで、ボックスタイプの膨張弁３００Ｂを容易に構成することができる。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態における車両用の冷凍サイクルの模式図である。上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、冷却風を冷却する低圧冷媒配管部として第４冷媒パイプＰ４を用いて、この第４冷媒パイプＰ４をガスクーラ１００の冷却風流れ上流側（前面側）、より好ましくはガスクーラ１００の冷媒最終パス部近傍領域の冷却風上流側に配置するように取り回したものである。

第４冷媒パイプＰ４は、アキュムレータ５００から流出する低圧冷媒を内部熱交換器２００に流入させる金属製の冷媒パイプである。これによれば、低圧冷媒が流れる第４冷媒パイプＰ４の一部分をガスクーラ１００の冷却風流れ上流側に配置することにより、第４冷媒パイプＰ４内を流れる低圧冷媒は、その外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

なお、冷却風を冷却する低圧冷媒配管部としては、第２冷媒パイプＰ２や第３冷媒パイプＰ３の一部分を用いて取り回すようにしても良い。第２冷媒パイプＰ２は、図１に示すように、減圧手段３００で減圧された低圧冷媒をエバポレータ４００に流入させる金属製の冷媒パイプである。また、第３冷媒パイプＰ３は、エバポレータ４００から流出する低圧冷媒をアキュムレータ５００に流入させる金属製の冷媒パイプである。

これらによれば、低圧冷媒が流れる第２、第３冷媒パイプＰ２、Ｐ３の一部分をガスクーラ１００の冷却風流れ上流側に配置することにより、第２、第３冷媒パイプＰ２、Ｐ３内を流れる低圧冷媒は、その外側を流れる冷却風と熱交換してこれを冷却することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、二酸化炭素を冷媒とする超臨界サイクルであったが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えばフロン冷媒などを用いて圧縮機の吐出圧が冷媒の臨界圧力以下の亜臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルに本発明を適用しても良い。

本発明を適用した第１実施形態の車両用冷凍サイクルの模式図である。 図１中の点線枠内に対応する本発明を適用した冷凍サイクル用部品組立体の正面図である。 図２中のガスクーラ１００の概要構造を説明する正面図である。 図２中の内部熱交換器２００の二重管２０１の構造を説明する断面斜視図である。 本発明の第２実施形態における車両用の冷凍サイクルの模式図である。 本発明の第３実施形態における車両用の冷凍サイクルの模式図である。 従来の車両用冷凍サイクルの概要構成を説明する模式図である。 図７の車両用冷凍サイクルの模式図である。

符号の説明

１０…圧縮機
１００…ガスクーラ（高圧側熱交換器）
１９２…出口ジョイント（冷媒流出部）
２００…内部熱交換器（低圧冷媒配管部）
２００ａ…高圧冷媒通路
２００ｂ…低圧冷媒通路
２０２…高圧冷媒流入部
２０３…高圧冷媒流出部
３００…減圧手段
３００Ａ…キャピラリータイプの膨張弁
３００Ｂ…ボックスタイプの膨張弁
３０１…感温筒（感温部）
４００…エバポレータ（低圧側熱交換器）
５００…アキュムレータ（気液分離器）
７０１…ブラケット
Ｈ２…冷媒ホース
Ｋ…金具部分（低圧冷媒配管部）
Ｐ１…第１冷媒パイプ（第１配管部）
Ｐ２〜４…第２〜４冷媒パイプ（低圧冷媒配管部）

Claims (16)

1. 冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
   前記圧縮機（１０）から吐出した高圧冷媒を冷却流体によって冷却する高圧側熱交換器（１００）と、
   高圧冷媒を減圧する減圧手段（３００）と、
   低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（４００）と、
   前記圧縮機（１０）に吸入される低圧冷媒と前記高圧側熱交換器（１００）から流出した高圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（２００）とを有する冷凍サイクルにおいて、
   前記高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に、冷凍サイクル内の低圧冷媒が流通する低圧冷媒配管部（２００、Ｋ、Ｐ２〜４）を配置し、前記低圧冷媒配管部（２００、Ｋ、Ｐ２〜４）と熱交換して冷却された冷却流体が前記高圧側熱交換器（１００）を通過するようにしたことを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記低圧冷媒配管部（２００、Ｋ、Ｐ２〜４）と熱交換して冷却された冷却流体が、前記高圧側熱交換器（１００）の冷媒最終パス部近傍領域を通過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。
3. 前記低圧冷媒配管部（２００）は、高圧冷媒通路（２００ａ）の外周側に低圧冷媒通路（２００ｂ）を備える前記内部熱交換器（２００）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル。
4. 前記低圧冷媒配管部（Ｋ）は、前記内部熱交換器（２００）から流出する低圧冷媒を前記圧縮機（１０）に吸入させる冷媒ホース（Ｈ２）の金具部分（Ｋ）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル。
5. 前記低圧冷媒配管部（Ｐ２）は、前記減圧手段（３００）で減圧された低圧冷媒を前記低圧側熱交換器（４００）に流入させる金属製の第２冷媒パイプ（Ｐ２）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル。
6. さらに、液相冷媒と気相冷媒とを分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、前記圧縮機（１０）の吸入側に気相冷媒を供給する気液分離器（５００）を備え、
   前記低圧冷媒配管部（Ｐ３）は、前記低圧側熱交換器（４００）から流出する低圧冷媒を前記気液分離器（５００）に流入させる金属製の第３冷媒パイプ（Ｐ３）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル。
7. さらに、液相冷媒と気相冷媒とを分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、前記圧縮機（１０）の吸入側に気相冷媒を供給する気液分離器（５００）を備え、
   前記低圧冷媒配管部（Ｐ４）は、前記気液分離器（５００）から流出する低圧冷媒を前記内部熱交換器（２００）に流入させる金属製の第４冷媒パイプ（Ｐ４）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル。
8. 前記圧縮機（１０）の吐出圧は、冷媒の臨界圧力以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の冷凍サイクル。
9. 冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の冷凍サイクル。
10. 圧縮機（１０）から吐出した高圧冷媒を冷却する高圧側熱交換器（１００）と、
    前記圧縮機（１０）に吸入される低圧冷媒と前記高圧側熱交換器（１００）から流出した高圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器（２００）とを備え、
    前記高圧側熱交換器（１００）の冷却流体流れ上流側に、前記内部熱交換器（２００）を配置し、前記内部熱交換器（２００）と熱交換して冷却された冷却流体が前記高圧側熱交換器（１００）を通過するように、前記高圧側熱交換器（１００）と前記内部熱交換器（２００）とを一体的に構成したことを特徴とする冷凍サイクル用部品組立体。
11. さらに、前記高圧側熱交換器（１００）から流出する高圧冷媒を前記内部熱交換器（２００）に流入させる第１配管部（Ｐ１）を一体的に構成したことを特徴とする請求項１０に記載の冷凍サイクル用部品組立体。
12. さらに、高圧冷媒を減圧する減圧手段（３００）を一体的に構成したことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の冷凍サイクル用部品組立体。
13. 前記高圧側熱交換器（１００）と、前記内部熱交換器（２００）とが、共通のブラケット（７０１）を有することを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のうちいずれか１項に記載の冷凍サイクル用部品組立体。
14. 前記内部熱交換器（２００）は、高圧冷媒流入部（２０２）と高圧冷媒流出部（２０３）とが近くなる構造としたことを特徴とする請求項１０ないし請求項１３のうちいずれか１項に記載の冷凍サイクル用部品組立体。
15. 前記減圧手段（３００）は、感温部（３０１）を冷媒流路外に有するキャピラリータイプの膨張弁（３００Ａ）であり、前記感温部（３０１）を前記第１配管部（Ｐ１）に接触させていることを特徴とする請求項１２に記載の冷凍サイクル用部品組立体。
16. 前記減圧手段（３００）は、感温部を冷媒流路内に有するボックスタイプの膨張弁（３００Ｂ）であり、前記感温部を、前記高圧側熱交換器（１００）の冷媒流出部（１９２）と前記内部熱交換器（２００）の前記高圧冷媒流入部（２０２）との間に配設していることを特徴とする請求項１２に記載の冷凍サイクル用部品組立体。

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