JP2008014629A - 内部熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】費用効果のよい仕方で製造可能なアキュムレータ付き内部熱交換器を提供する。
【解決手段】特に車両ＨＶＡＣの冷媒回路用のアキュムレータ付き内部熱交換器１は、外側筒体２及びプレート３，４から成るケースと、ケース内に隙間を構成した状態で同心配置されたプラスチック製低圧冷媒用アキュムレータ８と、高圧冷媒用フィン付き管６とを有する。プレートは各々、連結プレート５を備える。アキュムレータ８内には、冷媒入口１４及び出口１５を備えたＵ字形吸引管７が設けられると共にアキュムレータ８の上方領域内には冷媒の液体相と蒸気相を分離する偏向装置１１が設けられる。蒸気入口は、アキュムレータ内で偏向装置の下に配置され、かくして液体冷媒から保護され、冷媒出口は、アキュムレータ８の外部に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に自動車用ＨＶＡＣにおける冷媒回路のための複合型コンポーネントとして設計されたアキュムレータ付き内部熱交換器に関する。

複合型アキュムレータ付き内部熱交換器は、両方の単一コンポーネントの機能を一コンポーネントの状態に一体化している。複合型コンポーネントは、好ましくは、特に車両空調（エアコン）用の冷媒回路の状態で移動式Ｒ７４４−冷凍プラントに用いられている。単一コンポーネントと比較して、複合型の、かくしてコンパクトなコンポーネント“AccuIHX”は、エンジンコンパートメント内の限られた空間に良好に適合し、更に、システム全体として移動式冷凍プラントの費用に好ましい影響を及ぼしている。

冷媒機械又はヒートポンプでは、アキュムレータは、動作条件の差に起因して種々の量の冷媒を捕捉するよう蒸発器の下流側に配置されており、保守間隔中における漏れ損失のバランスを取るための冷媒備蓄を保持している。内部熱交換器は、過冷システム内の熱を高温高圧側から低温低圧側（吸引側）に移送するよう機能し、かかる熱は、それぞれ加熱され又は過熱される。

アキュムレータと内部熱交換器を組み合わせることは、同心状に配置された２つの容器を同軸状に設けることによって実施できる。環状隙間内には、即ち、内側容器と外側容器との間には、内部熱交換器が設けられる。大抵の場合、内部熱交換器は、内側容器と外側容器との間の隙間内に同軸状に配置された管コイルに熱交換器管を巻き付けて構成したものである。かかる管コイルは、円滑な管、フィン付き管、又は管の束で構成されている場合がある。

独国特許出願公開第３１１９４４０号明細書から、冷凍プラント用のプラント熱交換器が知られており、この熱交換器は、外側容器内に配置された内側容器を有し、両方の容器相互間の空間内には、凝縮器から蒸発器に流れる冷媒の管コイルが設けられている。蒸発器の出口ラインは、かかる空間に通じ、この空間を通って、オーバーフロー管が、内側容器に連結され、この内側容器から、圧縮器内への吸引が行なわれる。この実施形態は、缶状外側容器が種々の冷媒ラインに必要な連結部を備えなければならないので高価であるという問題を例外なく提起している。

かかる連結部に関し、管内端部を好ましくは内部からケースのカバーに連結しなければならない。当該技術分野において知られている現行の解決策は、管コイルの円筒形端部を外側ケース中に導き入れ、溶接、ろう付け、はんだ付け、又はねじ連結を用いて外部に密着させるということを特徴としている。コンポーネントの別の連結部は、相変わらず、AccuIHXの内部から引き込まれた同一の管端部のところで行なわれる第２のねじ連結によってである。

かかる解決策は、コンポーネントから長く突き出た連結箇所が非常に損傷しやすいという欠点がある。

もう１つの欠点は、管が、容器のカバー又は底部を通って引き込まれたとき、冶金学的接合、例えば溶接、ろう付け、又ははんだ付けにより互いに連結され、多大な労力を必要とするプロセスが高価であって信頼性が非常に低いということにある。したがって、例えば、冶金学的接合中における熱入力は、材料の機械的性質に悪影響を及ぼす場合がある。この結果、機械的寸法決めは、厚い壁を利用しなければならず、又は高品質材料を用いなければならず、加えて、その加工は高価である。さらに、外部から冶金学的に接合する場合、費用効果のよい設計を実現することができない。

独国特許出願公開第１９９０３８３３号明細書から、一体形収集器−熱交換器ユニットが知られており、このユニットは、この場合も又、手の込んだ形の容器から成り、かかる容器は、それに応じて複雑精巧な設計の冷媒連結部を有する。

独国特許出願公開第３１１９４４０号明細書 独国特許出願公開第１９９０３８３３号明細書

技術の現状に対する解決策の特定の欠点は、ケースを所望するほど効率的には製造できないということである。というのは、手の込んだ幾何学的形状を得るには、種々の材料加工ステップが必要であり、とりわけ、複雑であって且つ費用がかり、しかも漏れを生じやすい。

本発明の目的は、当該技術分野のコンポーネントについて有利な連結及び密封技術を特徴とする費用効果のよい仕方で製造可能なアキュムレータ付き内部熱交換器を提供することにある。

本発明の課題は、特に車両ＨＶＡＣの冷媒回路用のアキュムレータ付き内部熱交換器であって、圧力保持管状外側筒体及びカバープレート並びにボトムプレートから成るケースと、ケース内に隙間を構成した状態で同心状に配置された低圧状態冷媒用の熱伝導性に乏しい材料、好ましくはプラスチック製のアキュムレータと、コイルの形態でアキュムレータと外側筒体との間の隙間内に配置された高圧状態の冷媒用のフィン付き管とを有するアキュムレータ付き内部熱交換器によって解決される。

２つのコンポーネント、例えばアキュムレータと内部熱交換器を連結する技術的思想は、本発明において構成されるものとして特に有利である。というのは、高圧用途の場合はまさしく、コンポーネントの安定性を追加の材料又は特別な設計上の手立てによって費用をかけて確保しなければならないからである。アキュムレータを管状外側筒体で形成された圧力保持ケース内に組み込んだ結果として、アキュムレータケースの耐圧性は不要であり、それにより、相当の材料の節約が得られる。この結果、重量及びコストが減少し、これは、コンポーネントのまさしく移動用途についてはかなり有利である。この技術的思想の実現の結果として、アキュムレータケースを薄肉プラスチックコンポーネントとして設計できる。

材料、例えばプラスチック、セラミック、更に、被覆金属又は多層複合材料が、アキュムレータ包囲体用の熱の不良導体として用いられる。かくして、内部熱交換器からアキュムレータへの入熱は、最小限に抑えられる。これは、同心状に配置されたより高温の内部熱交換器によってアキュムレータ機能に悪影響を及ぼさないようにする上で必要不可欠である。入熱により、冷媒が蒸発し、この冷媒は、液体の形態で蓄えられ、かくして、冷凍プラント全体のＣＯＰに悪影響を及ぼす。

カバープレート及びボトムプレートは各々、冷媒ライン用の連結部を備えた連結プレートを備える。

アキュムレータ内には、冷媒蒸気用の冷媒入口及び冷媒出口を備えたＵ字形吸引管が設けられると共にアキュムレータの上方領域内には、冷媒の液体相と蒸気相を分離する偏向装置が設けられる。

吸引管の蒸気入口は、液体冷媒がアキュムレータ内で偏向装置の下に位置しているので、液体冷媒から保護され、これに対して、冷媒出口は、アキュムレータの外部に配置される。

好ましくはコイルの領域にのみフィンが設けられたフィン付き管は、その端部が好ましくはねじ山によってカバープレート及びボトムプレート内に密封的に一体化される。

本発明の技術的思想は、複合型コンポーネントの基本要素が容易に製造できるコンポーネントから成るように設計されていることにある。

具体的に説明すると、アキュムレータ付き内部熱交換器のケースは、管状外側筒体と、一様なカバープレートと、一様なボトムプレートとから成るよう設計されている。したがって、先行技術の比較可能なコンポーネントの手の込んだ設計の容器底部は不要である。カバープレート及びボトムプレートの一体設計が特に好ましく、その結果、標準化による製造及びコスト上の利点が得られる。

内部熱交換器のフィン付き管をねじ継手の使用によりカバープレート及びボトムプレートに連結できることは、本発明のコンポーネントの有利な製造に結び付く。かくして、溶接、ろう付け、又ははんだ付けによるフィン付き管の冶金学的連結を行なって製造する際の望ましくない作用効果が、本実施形態では回避される。ねじ継手の密封要件は、漏れがフィン付き管とコンポーネントの内部との間で内部でのみ且つ冷媒回路の作動中にのみ起こるので、比較的甘い。より厳しい密封要件が課される外部への連結部は、カバープレート及びボトムプレートの連結プレートのところに配置され、自動車用冷凍用途に認可された連結技術を用いて作ることができる。さらに、アキュムレータをプラスチック材料で作ることができるので有利であり、それにより、軽量化が実質的に得られると共に複合型コンポーネントを移動式冷凍プラントに用いた場合に付随する利点が得られる。

本発明の有利な実施形態によれば、低圧入口、低圧出口、及び蒸気入口は、アキュムレータ付き内部熱交換器の中心軸線上に同心状に配置される。

外側筒体、カバープレート、及びボトムプレートは、好ましくは、アルミニウムで作られるが、原理的には、他の全ての適当な金属を使用できる。さらに、カバープレート及びボトムプレートを単純な環状溶接部又はろう付け結合部又ははんだ付け結合部により外側筒体に連結できるという製造上の利点が得られる。

さらに、カバープレート及びボトムプレートのところの連結プレートが冷媒ライン用の標準化連結部を備えているので有利であり、低圧冷媒ライン用の連結部は、コンポーネントの中心軸線に配置され、高圧冷媒ライン用の連結部は、容器中心の外部に位置し、従って、冷媒ラインを組み立てる際に結果的に独自の割り当てが行なわれる。

また、アキュムレータのところにボトムプレートに平行に形成されたスペーサによってウォームアップされた低圧冷媒質量流量のための容積部を提供すると有利である。

製造の際、アキュムレータの吸引管を２つの部分で組み立て、一方の部品は、蒸気出口を備えた直管として構成され、他方の部品は、蒸気入口の上端部が中心線と同軸に配置されると共にＵ字形曲り部をアキュムレータのところに形成されたスペーサリング又はクリップシステムによりアキュムレータの中央でアキュムレータの下方部分のところに位置決めすることができるよう変形されると、有利である。

さらに、Ｕ字形曲り部に設けられた油吸引穴及び吸引管の蒸気入口が、フィルタを備えると、有利である。

多蒸発器型ＨＶＡＣ用の本発明の特定の実施形態によれば、カバープレートのところの連結プレートは、数個の低圧入口及び数個の高圧出口を備えるのがよい。

アキュムレータ内の偏向装置が、液体冷媒を収集する手段を備え、この手段が、液体冷媒をアキュムレータの下方領域内に導き入れることができれば、本発明の特に効率的な実施形態が結果として得られる。好ましくは、冷媒を収集する手段は、雨どいの形態をしたイーブ（eave）として構成される。偏向装置は、吸引管の蒸気入口が偏向装置の下に位置していることを特徴とする本発明の技術的思想によれば、半球形、円錐形、又は放物面であるように設計されるのがよい。これにより、冷媒は、複合型コンポーネントの作動中、液滴として蒸気入口内に同伴されることはなく、これとは異なり、かかる蒸気入口内への液滴としての同伴が生じた場合、結果的に、アキュムレータの分離及び貯蔵性能が低下することになる。

本発明の別の細部、特徴及び利点は、添付の図面を参照して実施形態の実施例についての以下の説明を読むと一層明らかになろう。

図１には、本発明のアキュムレータ付き内部熱交換器１の概略斜視図が示されている。必須要件として、この構造体は、カバープレート３及びボトムプレート４を備えた管状の外側筒体２から成っている。カバープレート３及びボトムプレート４は、この例に示すように、内部熱交換器１の外側ケースを円筒形管の一部及び２つの標準化カバープレート３及びボトムプレート４から費用効果のよい仕方で製造できるよう同一コンポーネントである。

カバープレート３及びボトムプレート４は、冷媒回路の冷媒ラインを連結できる連結プレート５を備えている。したがって、連結プレート５は、高圧冷媒、例えば二酸化炭素の場合であっても外部への密封に関する要件を満たす対応の冷媒ラインコネクタを備えている。

カバープレート３及びボトムプレート４の中央には、好ましくは、低圧ガス連結部又は低圧入口１０及び低圧出口１２（この図には示されていない）がそれぞれ設けられている。

図２では、内部熱交換器のアキュムレータ８は、縦断面で示されている。

コイルの領域にのみフィンが設けられたフィン付き管６が、中心軸線１６及び外側筒体２に同心状に形成された隙間内にコイルの形態をなして配置されており、フィン付き管６の端部は、ねじ継手によりカバープレート３及びボトムプレート４に連結されている。ねじ継手に加えて、更に、Ｏリング又は確実動作の連結要素の形態をした密封要素を設けるのがよい。

アキュムレータ８は、熱伝導性が貧弱であるが、コンポーネント全体の重量が明らかに減少するよう軽量のプラスチック材料で構成されている。

さらに、アキュムレータ８は、その下縁部のところにスペーサ１３を備えており、これらスペーサは、ボトムプレート４に垂直な方向にアキュムレータ８を間隔保持している。このようにしてアキュムレータ８とボトムプレート４との間に形成された容積部内で、低圧ガスが、フィン付き管６の空間を流通した後に、低圧出口１２まで流れる。アキュムレータ８の内部には、吸引管７が２部品構造体として設けられている。蒸気入口１４がガスフィルタ１８により保護された吸引管７は、アキュムレータ８内に設けられた偏向装置１１の下に位置決めされており、従って、低圧入口１０を通って入った混合状態の液体／蒸気冷媒が偏向装置１１に当たるようになっている。低圧冷媒の液体成分は、偏向装置１１のところの液体冷媒を吸引管７に沿ってアキュムレータ８の下方部分内に収集する手段１７上でこれに沿って流れる。好ましくは、液体冷媒収集手段１７は、雨どいの形態をしたイーブ（eave）として構成されている。蒸気冷媒は、吸引管７の保護状態の蒸気入口１４に流入し、Ｕ字形吸引管７を通り、そしてその蒸気出口１５に流れ、この蒸気出口は、アキュムレータ８の外部に設けられている。次に、冷媒蒸気は、アキュムレータ８と外側筒体２との間の隙間を通って高圧列のフィン付き管６のフィンから熱を吸収し、その後、上述したように低圧出口１２を通ってアキュムレータ付き内部熱交換器１を出る。

油フィルタ９が、吸引管７のＵ字形領域内で油吸引穴の上方に配置されている。

図３には、高圧入口及び出口１９を通るアキュムレータ付き内部熱交換器の縦断面が示されている。かくして、吸引管７の枝管は、互いに前後に配置され、他方、内部熱交換器の高圧連結部１９は、断面図によりカバープレート３及びボトムプレート４に設けられた状態で示されている。カバープレート３及びボトムプレート４のところでのフィン付き管６の管端部の連結部は、連結プレート５によって構成されている。カバープレート３及びボトムプレート４の連結プレート５は、自動車用途に認可された冷媒ライン用の雄型又は雌型連結要素を備えている。

アキュムレータ付き内部熱交換器の概略斜視図である。 吸引管７を通るアキュムレータ付き内部熱交換器の縦断面図である。 高圧入口及び出口を通るアキュムレータ付き内部熱交換器の縦断面図である。

符号の説明

１ アキュムレータ−内部熱交換器AccuIHX
２ 外側筒体
３ カバープレート
４ ボトムプレート
５ 連結プレート
６ フィン付き管
７ 吸引管
８ アキュムレータ
９ 油フィルタ
１０ 低圧入口
１１ 偏向装置
１２ 低圧出口
１３ スペーサ
１４ 蒸気入口吸引管
１５ 蒸気出口吸引管
１６ AccuIHX の中心軸線
１７ 液体冷媒／イーブを収集する手段
１８ ガスフィルタ
１９ 内部熱交換器の高圧連結部

Claims (11)

1. 車両ＨＶＡＣの冷媒回路用のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）であって、
   −圧力保持管状外側筒体（２）及びカバープレート（３）並びにボトムプレート（４）を備えたケースと、
   −前記ケース内に隙間を構成した状態で同心状に配置された低圧状態の冷媒用の熱伝導性に乏しい材料、好ましくはプラスチック製のアキュムレータ（８）と、
   −高圧状態の冷媒用のフィン付き管（６）とを有し、前記フィン付き管（６）は、コイルの形態で前記アキュムレータ（８）と前記外側筒体（２）との間の前記隙間内に配置され、
   −前記カバープレート及び前記ボトムプレート（４）は各々、冷媒ライン用の連結部を備えた連結プレート（５）を備え、
   −前記アキュムレータ（８）内には、冷媒蒸気用の冷媒入口（１４）及び冷媒出口（１５）を備えたＵ字形吸引管（７）が設けられると共に前記アキュムレータ（８）の上方領域内には、前記冷媒の液体相と蒸気相を分離する偏向装置（１１）が設けられ、
   −前記蒸気入口（１４）は、前記アキュムレータ（８）内で前記偏向装置（１１）の下に配置され、かくして液体冷媒から保護され、前記冷媒出口（１５）は、前記アキュムレータ（８）の外部に配置され、
   −前記フィン付き管（６）は、その端部がねじ山によって前記カバープレート（３）及び前記ボトムプレート（４）内に密封的に一体化されている、アキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
2. 前記低圧入口（１０）、前記低圧出口（１２）、及び蒸気入口（１４）は、前記アキュムレータ付き内部熱交換器（１）の中心軸線（１６）上に同心状に配置されている請求項１記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
3. 前記外側筒体（２）、前記カバープレート（３）、及び前記ボトムプレート（４）は、アルミニウムで作られている請求項１又は２記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
4. 前記カバープレート（３）と前記ボトムプレート（４）の前記連結プレート（５）は、自動車用途に認可された冷媒ライン用の雄型又は雌型連結要素を備えている請求項１乃至３の何れか１項に記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
5. 前記アキュムレータ（８）のところには、前記アキュムレータ（８）を前記カバープレート（３）に対して水平方向に間隔保持するスペーサ（１３）が設けられている請求項１乃至４の何れか１項に記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
6. 前記吸引管（７）は、２つの部品で組み立てられ、一方の部品は、前記蒸気出口（１５）を備えた直管として構成され、他方の部品は、前記蒸気入口（１４）の上端部が前記中心線（１６）と同軸に配置されると共にＵ字形曲り部を前記アキュムレータ（８）のところに形成されたスペーサリング又はクリップシステムにより前記アキュムレータ（８）の中央で前記アキュムレータ（８）の下方部分のところに位置決めすることができるよう変形されている請求項１乃至５の何れか１項に記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
7. 前記Ｕ字形曲り部に設けられた油吸引穴が、油フィルタ（９）を備え、前記吸引管（７）の前記蒸気入口（１４）は、ガスフィルタ（１８）を備えている請求項１乃至６の何れか１項に記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
8. 前記カバープレート（３）の前記連結プレート（５）は、数個の低圧入口（１０）及び数個の高圧出口を備える請求項１乃至７の何れか１項に記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
9. 前記偏向装置（１１）は、前記液体冷媒（１７）を収集する手段を備え、前記手段により、前記液体冷媒を前記アキュムレータ（８）の下方領域内に流入させることができる請求項１乃至８の何れか１項に記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
10. 前記液体冷媒（１７）を収集する前記手段は、雨どいの形態をしたイーブ（eave）として構成されている請求項１乃至９の何れか１項に記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。
11. 前記偏向装置（１１）は、半球形、円錐形、又は放物面であるように設計されている請求項１乃至１０の何れか１項に記載のアキュムレータ付き内部熱交換器（１）。

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