JP2010048510A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】感温筒と膨張弁とを細いキャピラリチューブで接続する構成において、キャピラリチューブの保護を必要としない構成にする。
【解決手段】二重管式の内部熱交換器１０の低圧通路を構成する内管１４の出口近傍に保持部材２６によって感温筒２４を固定し、内部熱交換器１０のエバポレータ側に接続されたケース３０の中に設置した膨張弁２０の感温室とは、内部熱交換器１０の低圧通路の中に設置したキャピラリチューブ２２によって接続する。キャピラリチューブ２２は、外部に露出することなく内部熱交換器１０の中に収容されるため、特別な保護手段を必要としない。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍サイクルに関し、特に膨張弁および内部熱交換器を備えた自動車用空調装置の冷凍サイクルに関する。

図６は自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム構成図である。
自動車用空調装置では、コンプレッサ１０１と、コンデンサ１０２と、レシーバ１０３と、膨張弁１０４と、エバポレータ１０５とを配管により接続して冷凍サイクルを構成している。自動車用空調装置は、さらに、レシーバ１０３から膨張弁１０４へ供給される高温・高圧の液冷媒と、エバポレータ１０５からコンプレッサ１０１へ戻される低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器１０６を備えている。

膨張弁１０４は、キャピラリチューブ１０７によって接続された感温筒１０８を有し、この感温筒１０８は、内部熱交換器１０６とコンプレッサ１０１との間の低圧配管に密着固定されている。感温筒１０８には、活性炭などの吸着材と、この吸着材によって吸着・放出されるガスとが封入されている（たとえば、特許文献１参照）。

以上の構成の冷凍サイクルにおいて、コンプレッサ１０１は、走行用エンジンにより駆動されて冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、コンデンサ１０２にて外気との熱交換により凝縮され、レシーバ１０３に送られる。レシーバ１０３は、冷凍サイクル内の余剰冷媒を蓄えておくとともに凝縮された冷媒を気液に分離する機能を有している。レシーバ１０３から送り出された高温・高圧の液冷媒は、内部熱交換器１０６を介して膨張弁１０４に供給され、ここで絞り膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒になる。この霧状の冷媒は、エバポレータ１０５にて車室内の空気との熱交換により蒸発される。蒸発された冷媒は、膨張弁１０４および内部熱交換器１０６を介してコンプレッサ１０１に戻される。

このとき、感温筒１０８は、内部熱交換器１０６の低圧通路出口に接続された低圧配管を流れる冷媒の温度を感知し、その冷媒温度に対応する圧力をキャピラリチューブ１０７を介して膨張弁１０４に伝達されている。したがって、膨張弁１０４は、感温筒１０８から伝達された圧力とエバポレータ１０５から導入された冷媒の圧力との圧力差に応じて、エバポレータ１０５へ導出する冷媒の流量を制御する。また、内部熱交換器１０６では、膨張弁１０４に送り込まれる冷媒は、コンプレッサ１０１に戻される冷媒によって過冷却され、コンプレッサ１０１に戻される冷媒は、膨張弁１０４に送り込まれる冷媒によって過熱され、冷凍サイクルの成績係数の向上に寄与している。膨張弁１０４は、内部熱交換器１０６の低圧通路出口側の過熱度を検出して開度を制御しているので、内部熱交換器１０６を出てコンプレッサ１０１に戻される冷媒が所定の過熱度を維持するように、エバポレータ１０５に送り込む冷媒の流量を制御することになる。
特開平５−５５７８号公報

しかしながら、内部熱交換器の低圧通路出口側に接続される低圧配管に感温筒を密着固定し、その感温筒と膨張弁とをキャピラリチューブで接続する構成は、キャピラリチューブが細く破断しやすいので、それを保護するための余分な部材が必要になるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、キャピラリチューブの保護を必要としない冷凍サイクルを提供することを目的とする。

本発明では上記問題点を解決するために、膨張弁および内部熱交換器を備えた冷凍サイクルにおいて、前記膨張弁の感温筒およびその中の圧力を伝達するキャピラリチューブが前記内部熱交換器の低圧通路内に配置されていることを特徴とする冷凍サイクルが提供される。

このような冷凍サイクルによれば、キャピラリチューブを内部熱交換器の中に設置して外部に露出しないようにしたことで、キャピラリチューブを保護するための余分な部材が不要になる。

上記構成の冷凍サイクルは、膨張弁の感温室と感温筒とを接続するキャピラリチューブを内部熱交換器の中に設置したため、キャピラリチューブによって保護されることになるので、キャピラリチューブを保護するための特別な手段の設置が不要になるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態について、自動車用空調装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る冷凍サイクルの要部を示す断面図、図２は冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図である。なお、図１の中の矢印は、冷媒の流れ方向を示している。

この実施の形態では、内部熱交換器１０は、二重管式の熱交換器であり、外管１２とその中に収容された内管１４とが同軸に配置されている。内管１４は、軸方向には波形に形成されて、その山または谷の部分が螺旋の形状に形成された伝熱管である。これにより、内部熱交換器１０を曲げるときに、外管１２の曲げに追従して内管１４を容易に曲げることができ、外管１２と内管１４との間に形成される冷媒通路が確保されるため密着して塞がれてしまうこともない。外管１２と内管１４との間に形成される冷媒通路は、高圧通路として使用し、内管１４は、低圧通路として使用する。

内部熱交換器１０の一端側では、外管１２の端部が内管１４に溶接により接合されて高圧通路を塞ぎ、その近傍にて、レシーバから延びる高圧配管１６が高圧通路に連通するように接合されている。内管１４は、その端部にねじ孔を有する配管固定部材１８が設けられており、コンプレッサの吸入口に接続されるフレキシブルチューブの接続金具をボルトで固定できるようにしている。

内部熱交換器１０の他端側には、膨張弁２０が配置される。この膨張弁２０は、ケース３０の中に通路形成部材３２とともに収容される。ケース３０の開口端は、内部熱交換器１０の外管１２が嵌合され、Ｏリングによりシールされ、その連結部分がパイプクランプによって固定されている。

ケース３０は、内部熱交換器１０の外管１２と嵌合される第１開口部を有し、この第１開口部の軸線に直交する方向にエバポレータの冷媒入口管３４および冷媒出口管３６が嵌合される第２および第３開口部を有している。第２開口部が形成されている側のケース３０の内壁面は、第１開口部の軸線からの距離が第１開口部の開口端に向けて漸次増加する傾斜平面を有している。

通路形成部材３２は、ケース３０の中で、内部熱交換器１０の高圧通路をエバポレータの冷媒入口に連通させる第１冷媒通路と、エバポレータの冷媒出口を内部熱交換器１０の低圧通路に連通させる第２冷媒通路とを有し、第１冷媒通路の途中に膨張弁２０が装着される構造になっている。通路形成部材３２は、内部熱交換器１０を接続したとき、外管１２と内管１４との間に形成される高圧通路が第１冷媒通路と連通し、内管１４が第２冷媒通路と連通するようになっている。通路形成部材３２は、第１冷媒通路のエバポレータ側開口端面が傾斜平面と同じ傾斜角度を有するとともに開口端回りの端面にＯリングを保持していて、第１開口部からケース３０に挿入したときに、Ｏリングが第２開口部の周囲に圧接されて第１冷媒通路がケース３０の第２開口部に接続されるようになっている。

膨張弁２０は、通路形成部材３２の第１冷媒通路に介在されて冷媒の流量を調整する弁部と、その弁部を制御するパワーエレメントとを備えている。パワーエレメントは、ダイヤフラムによって仕切られた感温室を有し、その感温室は、キャピラリチューブ２２を介して感温筒２４が接続されている。このキャピラリチューブ２２および感温筒２４は、内部熱交換器１０の低圧通路を構成する内管１４の中に配置され、この実施の形態では、感温筒２４は、低圧通路の出口側近傍の位置に配置され、保持部材２６によって保持されている。この保持部材２６は、たとえば、感温筒２４を貫通して保持させる円筒部およびこれから三方に延出された脚部を有している。感温筒２４の中には、活性炭などの吸着材と、この吸着材によって吸着・放出される二酸化炭素などのガスとが封入されている。パワーエレメントのダイヤフラムによって仕切られた弁部側の感圧室には、均圧管２８が接続されている。この均圧管２８は、内管１４の中に配置され、その自由端は、感温筒２４の近傍に開口されており、その近傍の圧力を感知して膨張弁２０の感圧室に伝達するようにしている。

なお、キャピラリチューブ２２および均圧管２８は、図示はしないが、感温筒２４の保持部材２６のような適当な保持手段を利用し、それぞれ内管１４の中に適当なピッチを以て保持されており、外部より与えられる振動によって内管１４に衝突することがないようにしている。

以上の構成を有する冷凍サイクルは、図２に示したように動作する。すなわち、コンプレッサは、気相の冷媒を吸い込んで圧縮し、高温・高圧の冷媒を吐出する（Ａ点→Ｂ点）。コンプレッサから吐出された冷媒は、コンデンサにて外気との熱交換により凝縮され、レシーバに蓄えられ、ここで気液分離された液冷媒が内部熱交換器１０で過冷却されて膨張弁２０に送り込まれる（Ｂ点→Ｃ点）。膨張弁２０では、液冷媒が断熱膨張されて、低温・低圧の気液二相の冷媒になり、エバポレータに送られる（Ｃ点→Ｄ点）。エバポレータでは、気液二相の冷媒が車室内の空気と熱交換されることで蒸発され、蒸発された冷媒は、内部熱交換器１０で過熱されてコンプレッサに送り込まれる（Ｄ点→Ａ点）。膨張弁２０は、その感温筒２４および均圧管２８によって内部熱交換器１０の低圧通路の出口（すなわち、コンプレッサの吸入口のＡ点）における冷媒の温度および圧力を感知している。これにより、膨張弁２０は、内部熱交換器１０の低圧通路を出る冷媒の温度に対応する圧力と均圧管２８により感知した圧力との圧力差に基づいて弁部の弁リフトを制御し、感温筒２４の近傍の冷媒の過熱度が所定の過熱度を維持するようにエバポレータに供給する冷媒の流量を調整している。

図３は第２の実施の形態に係る冷凍サイクルの要部を示す断面図、図４は感温筒設置場所の断面図である。なお、この図３において、図１に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この実施の形態では、均圧管を省略している。これは、感温筒２４が設置されている内部熱交換器１０の低圧通路が十分大きな通路断面積を有していてそこを冷媒が通過するときの圧力損失が小さく、実質的に無視できることを利用したものである。したがって、感温筒２４のある内部熱交換器１０の低圧通路の出口側圧力は、その低圧通路の入口側圧力で代表させており、そのために、膨張弁２０の均圧管が接続されるべき位置には、ケース３０内の低圧冷媒を導入する均圧孔が設けられている。

また、内部熱交換器１０の低圧通路の中にて感温筒２４を保持している保持部材２６は、図４に示したようなＳ字断面を有する板ばねで構成している。保持部材２６は、そのばね作用を利用して感温筒２４を内管１４の内壁に押し付けることで、内管１４の中に感温筒２４を固定している。

さらに、内部熱交換器１０の低圧通路の中に配置されるキャピラリチューブ２２については、これを螺旋状に巻いた状態にしている。好ましくは、このキャピラリチューブ２２は、図３に示したように、内管１４に形成された波形の螺旋方向とは逆向きの方向に螺旋形に巻かれており、しかも、その巻きのピッチは、内管１４の波形のピッチよりも十分に大きなものにしている。

図５は第３の実施の形態に係る冷凍サイクルの要部を示す断面図である。なお、この図５において、図３に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この実施の形態では、感温筒２４を内部熱交換器１０の低圧通路の出口近傍ではなく、低圧通路の入口と出口との間の任意の位置に設置している。一般には、第１および第２の実施の形態のように、膨張弁２０により内部熱交換器１０の低圧通路の出口における冷媒の過熱度を制御している。しかし、内部熱交換器１０の低圧通路を流れる冷媒の流量によっては冷媒の過熱上限値が低圧通路の出口よりも内側に変化することがあるので、出口側からたとえば内部熱交換器１０の低圧通路の３分の１程度内側に入った位置における冷媒の過熱度を制御するようにした方が良い場合がある。この第３の実施の形態では、このような場合に、たとえば平均的な冷凍負荷のときの冷媒流量から求めた過熱上限値となる位置に感温筒２４を設け、膨張弁２０は、その位置における冷媒の過熱度を制御することになる。

第１の実施の形態に係る冷凍サイクルの要部を示す断面図である。 冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図である。 第２の実施の形態に係る冷凍サイクルの要部を示す断面図である。 感温筒設置場所の断面図である。 第３の実施の形態に係る冷凍サイクルの要部を示す断面図である。 自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム構成図である。

符号の説明

１０ 内部熱交換器
１２ 外管
１４ 内管
１６ 高圧配管
１８ 配管固定部材
２０ 膨張弁
２２ キャピラリチューブ
２４ 感温筒
２６ 保持部材
２８ 均圧管
３０ ケース
３２ 通路形成部材
３４ 冷媒入口管
３６ 冷媒出口管

Claims (7)

1. 膨張弁および内部熱交換器を備えた冷凍サイクルにおいて、
   前記膨張弁の感温筒およびその中の圧力を伝達するキャピラリチューブが前記内部熱交換器の低圧通路内に配置されていることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記感温筒は、前記低圧通路の出口近傍に配置されている請求項１記載の冷凍サイクル。
3. 前記感温筒は、前記低圧通路の中に支持手段によって固定されている請求項１記載の冷凍サイクル。
4. 前記キャピラリチューブは、前記低圧通路の内壁に沿って螺旋状に巻かれていることにより前記低圧通路の中に支持されている請求項１記載の冷凍サイクル。
5. 前記膨張弁は、前記低圧通路の入口側に連通する冷媒通路の中に配置されている請求項１記載の冷凍サイクル。
6. 前記内部熱交換器は、同軸配置の外管および内管を有する二重管によって構成され、前記外管と前記内管との間に形成される冷媒通路を高圧通路とし、前記内管を前記感温筒および前記キャピラリチューブが配置される前記低圧通路とした請求項１記載の冷凍サイクル。
7. 前記低圧通路の中に均圧管を配置し、前記感温筒近傍の圧力を感知して前記膨張弁の感圧室に伝達するようにした請求項１記載の冷凍サイクル。

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