JP2015190690A - 車両用冷却装置、及び、これに使用される膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換性が良く、しかも、冷媒用配管に孔加工を施すことなくヒートパイプを使用できる車両用冷却装置及びこれに使用される膨張弁を提供する。【解決手段】コンデンサ４からの高温高圧の冷媒を減圧する膨張弁５と、膨張弁５で減圧された低温低圧の冷媒を空気との間で熱交換させるエバポレータ６とを有し、膨張弁５のボディ１０には、コンデンサ４からの冷媒が通る高圧側通路１５と、エバポレータ６からの冷媒が通る低圧側通路１６とが設けられ、各通路１５、１６の間を貫通する設置孔１７には、熱交換部２４，２５が各通路１５の冷媒に接触する状態でヒートパイプ２０が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクルを備えた車両用冷却装置、及び、これの冷凍サイクルに使用される膨張弁に関する。

従来より、図４に示すように、冷凍サイクル１０１の高圧側と低圧側の熱交換をヒートパイプ１０２を使用して行う車両用冷却装置１００が提案されている（特許文献１参照）。図４において、車両用冷却装置１００の冷凍サイクル１０１は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１０３と、コンプレッサ１０３からの高温高圧の冷媒を冷却するコンデンサ１０４と、コンデンサ１０４からの冷媒を溜めると共に、冷媒を気液に分離するリキッドタンク１０５と、リキッドタンク１０５からの冷媒を減圧する膨張弁１０６と、膨張弁１０６で減圧された低温低圧の冷媒を外気などの空気との間で熱交換させるエバポレータ１０７とを備えている。エバポレータ１０７から流出した冷媒はコンプレッサ１０３に戻ることにより、冷媒は冷凍サイクル１０１内を循環する。リキッドタンク１０５からの高温高圧の冷媒が通る高圧側配管１０８と、エバポレータ１０７からの低圧低温の冷媒が通る低圧側配管１０９との間には、各配管１０８、１０９の冷媒の熱交換を行うヒートパイプ１０２が設けられている。

このヒートパイプ１０２は、次にようにして設置される。つまり、ヒートパイプ１０２は、図５に示すように、各配管１０８，１０９の外面に接触した状態で保持部材１１０により各配管１０８，１０９に固定されている。又、ヒートパイプ１０２は、図６に示すように、ヒートパイプ１０２の両端の熱交換部１０２ａ，１０２ｂが各配管１０８，１０９内に突出するようにして固定されている。

特開２０００−３２０９０９号公報

しかしながら、前記従来例において、図５の場合には、ヒートパイプ１０２が各配管１０８，１０９内の冷媒に直接接していないため、熱交換性が悪いという問題がある。一方、図６の場合には、ヒートパイプ１０２の両端の熱交換部１０２ａ，１０２ｂが各配管１０８，１０９内に突出して冷媒に直接接しているため、熱交換性が良いが、各配管１０８，１０９に孔加工する必要がある。特に、高圧側配管１０８は高圧の冷媒が流れるため、上記のように高圧側配管１０８に孔加工を施すことを避けたい。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、熱交換性が良く、しかも、冷媒用配管に孔加工を施すことなくヒートパイプを使用できる車両用冷却装置、及び、これに使用される膨張弁を提供することを目的とする。

本発明は、冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記コンプレッサからの高温高圧の冷媒を冷却するコンデンサと、前記コンデンサからの高温高圧の冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁で減圧された低温低圧の冷媒を空気との間で熱交換させるエバポレータとを有する冷凍サイクルを備えた車両用冷却装置において、前記膨張弁のボディには、前記コンデンサからの冷媒が通る高圧側通路と、前記エバポレータからの冷媒が通る低圧側通路と、前記高圧側通路と前記低圧側通路の間を貫通する設置孔とが設けられ、前記設置孔には、２つの熱交換部が前記高圧側通路の冷媒と前記低圧側通路の冷媒にそれぞれ接触する状態でヒートパイプが設けられたことを特徴とする。

高圧高温の冷媒を減圧する膨張弁であって、ボディに設けられ、コンデンサからの冷媒が通る高圧側通路と、前記ボディに設けられ、エバポレータからの冷媒が通る低圧側通路と、前記ボディに設けられ、前記高圧側通路と前記低圧側通路の間を貫通する設置孔と、２つの熱交換部が前記高圧側通路の冷媒と前記低圧側通路の冷媒にそれぞれ接触する状態で前記設置孔に設置されたヒートパイプとを備えたことを特徴とする。

前記設置孔は、前記高圧側通路側が前記ヒートパイプ（２０）の外径よりも孔断面が広く形成されていることが好ましい。前記ヒートパイプの断熱部の外周面と前記設置孔の内周面との間に気密部材が介在されることが好ましい。前記低圧側通路側には、前記ヒートパイプを前記ボディに位置保持する保持部材が配置されていることが好ましい。

本発明によれば、ヒートパイプの蒸発部及び凝縮部が高圧側通路の冷媒と低圧側通路の冷媒にそれぞれ直接接触しているので、高圧側通路の冷媒と低圧側通路の冷媒の間でより効率的に熱交換を行うことができる。従って、熱交換性が良い。しかも、ヒートパイプを膨張弁のボディ内に設置したので、冷媒用配管に孔加工を施すことなくヒートパイプを使用できる。

本発明の一実施形態を示し、車両用冷却装置に備えられる冷凍サイクルの概略構成図である。 本発明の一実施形態を示し、膨張弁の断面図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）はヒートパイプの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。 一従来例を示し、車両用冷却装置に備えられる冷凍サイクルの概略構成図である。 一従来例を示し、ヒートパイプの設置状態を説明する断面図である。 他の従来例を示し、ヒートパイプの設置状態を説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の一実施形態を示す。図１に示すように、本実施形態の車両用冷却装置は、冷媒が循環する冷凍サイクル２を備えている。この冷凍サイクル２は、冷媒を圧縮するコンプレッサ３と、コンプレッサ３からの高温高圧の冷媒を冷却するコンデンサ４と、コンデンサ４からの高温高圧の冷媒を減圧する温度調整式の膨張弁５と、膨張弁５で減圧された低温低圧の冷媒を外気などの空気との間で熱交換させるエバポレータ６とを有する。

図２に示すように、膨張弁５は、ボディ１０を有している。このボディ１０の一方の側部には、コンデンサ４からの高温高圧の冷媒を受け入れる第１ポート１１と、この第１ポート１１の上方に配置され、低温低圧の冷媒をコンプレッサ３へ供給する第４ポート１４とが設けられている。ボディ１０の他方の側部には、高温高圧の冷媒をエバポレータ６へ供給する第２ポート１２と、この第２ポート１２の上方に配置され、エバポレータ６からの低温低圧の冷媒を受け入れる第３ポート１３とが設けられている。

第１ポート１１と第２ポート１２は、高圧側通路１５によって接続されている。高圧側通路１５は、入口側通路１５ａ及び出口側通路１５ｂと、各通路１５ａ、１５ｂと直交する方向（上下方向）に延びて、各通路１５ａ、１５ｂを連通する連通路１５ｃとから構成されている。連通路１５ｃには、高圧側通路１５を通る冷媒の流量を調整する弁部３０が設けられている。第３ポート１３と第４ポート１４は、高圧側通路１５に較べて大径の低圧側通路１６によって接続されている。

ボディ１０には、高圧側通路１５の入口側通路１５ａと低圧側通路１６の間を貫通し、ヒートパイプ２０が設置される第１設置孔（設置孔）１７と、ボディ１０の上端から低圧側通路１６を通って連通路１５ｃまで貫通する第２設置孔１８とが設けられている。第１設置孔１７は、その低圧側通路１６側がヒートパイプ２０の径よりも少し大きく形成された大径部１７ａと、高圧側通路１５側に形成された円錐状の凹部１７ｃと、大径部１７ａと凹部１７ｃの間に形成され、ヒートパイプ２０の径とほぼ同じ径に形成された小径部１７ｂとから構成されている。凹部１７ｃは、上端から下端に向かって径が次第に大きく形成された円錐形である。これにより、第１設置孔１７は、高圧側通路１５側（下端側）がヒートパイプ２０の外径よりも孔断面が広く形成されている。

ヒートパイプ２０の後述する凝縮部２５は、低圧側通路１６に突出する状態で配置されている。ヒートパイプ２０の後述する蒸発部２４は、少し先端のみ高圧側通路１５に突出する状態で凹部１７ｃに配置されている。

第２設置孔１８には、低圧側通路１６を通る冷媒の温度及び圧力を感知して弁部３０を制御する制御部４０が設置されている。

図３（ａ）,（ｂ）に示すように、ヒートパイプ２０は、作動液２１が封入された有底筒状の円筒管２２と、この円筒管２２の内周に設けられ、上下方向に延びる多数の細管２３とから構成されている。ヒートパイプ２０の下部には、高圧側通路１５の冷媒と熱交換を行い、内部の作動液２１が蒸発する蒸発部（熱交換部）２４が形成されている。ヒートパイプ２０の上部には、低圧側通路１６の冷媒との間で熱交換を行い、内部の作動液２１が冷却される凝縮部（熱交換部）２５が形成されている。蒸発部２４と凝縮部２５との間には、作動液２１が上下方向に流動する断熱部２６が形成される。この断熱部２６には、多数の細管２３が配置されている。

ヒートパイプ２０は、第１設置孔１７に設置されている。ヒートパイプ２０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、密閉された円筒菅２２を有する。円筒菅２２には、上下端部を除いて内周面に細管２３が全周に亘って設けられている。ヒートパイプ２０は、下端部及び上端部が熱交換部である蒸発部２４及び凝縮部２５として形成されている。ヒートパイプ２０は、熱交換部以外の中央部が断熱部２６として形成されている。円筒菅２２内には、作動液２１が収容されている。差動液２１は、蒸発部２４で高圧側通路１５の冷媒と熱交換し、高圧側通路１５の冷媒を冷却する。熱交換した差動液２１は、円筒菅２２内を上昇する。上昇した作動液２１は、凝縮部２５で低圧側通路１６の冷媒との間で熱交換し、冷却されて液化する。液化された差動液２１は、細管２３を介して毛細管現象等により降下し、蒸発部２４まで流下する。これにより、ヒートパイプ２０の作動液２１は、蒸発部２４及び凝縮部２５で熱交換を行いながら円筒管２２内を循環する。

図２に示すように、第１設置孔１７の低圧側通路１６側には、ヒートパイプ２０をボディ１０に位置保持する筒状の保持部材２７が設けられている。ヒートパイプ２０下部の蒸発部２４は、凹部１７ｃに挿入されると共に、凹部１７ｃより入口側通路１５ａに少しだけ突出している。ヒートパイプ２０上部の凝縮部２５は、低圧側通路１６の中心軸位置近傍まで突出している。これにより、第１設置孔１７には、蒸発部２４及び凝縮部２５が高圧側通路１５の冷媒と低圧側通路１６の冷媒にそれぞれ直接接触する状態でヒートパイプ２０が設けられている。

保持部材２７は、低圧側通路１６を横切って配置され、凹部１７ｃの近傍に至るまで第１設置孔１７に挿入されている。保持部材２７の下端には、ボディ１０との間でＯリング等の気密部材５０を挟持するフランジ部２８が設けられている。気密部材５０は、ヒートパイプ２０の断熱部２６の外周面と第１設置孔１７の内周面との間に介在し、ヒートパイプ２０とボディ１０との間をシールする。保持部材２７の上部には、低圧側通路１６の冷媒が通り抜ける複数の切欠き部２９が設けられているので、低圧側通路１６の冷媒がヒートパイプ２０上部の凝縮部２５と直接接触して熱交換が可能である。

弁部３０は、連通路１５ｃを開閉する球状の弁体３１と、ボディ１０と一体に形成される弁座３２とから構成されている。弁座３２の下方には、弁体３１を受ける弁体受け３３と、弁体受け３３を介して弁体３１を閉じる方向に付勢する巻ばね３４と、巻ばね３４の付勢力を調整する調整ねじ３５とが設けられている。

弁作動部４０は、ボディ１０の上端から低圧側通路１６を横切って配置され、第２設置孔１８の途中まで挿入される感温筒部４１と、この感温筒部４１及び第２設置孔１８の残り部分に挿通され、下端が弁体３１に当接するシャフト４２と、シャフト４２の上端が固定されたダイヤフラム４４とを有する。ダイヤフラム４４は、密閉空間４３内の基準ガス圧力と低圧側通路１６内の圧力差に応じて中央の上下位置が変位する。このダイヤフラム４４の変位でシャフト４２を介して弁部３０の開度が調整される。

上記構成において、コンプレッサ３で圧縮された高温高圧の冷媒がコンデンサ４にて冷却される。コンデンサ４からの冷媒は、ボディ１０の第１ポート１１より膨張弁５に流入し、高圧側通路１５を通って減圧された後、第２ポート１２より流出する。膨張弁５からの冷媒は、エバポレータ６に流入して外気などの空気との間で熱交換される。次に、エバポレータ６からの冷媒は、ボディ１０の第３ポート１３を介して低圧側通路１６を通った後、第４ポート１４よりコンプレッサ３へ流出する。このとき、ヒートパイプ２０の作動液２１が循環しながら、蒸発部２４で高圧側通路１５の冷媒と熱交換して冷媒の吸熱を行うと共に、凝縮部２５で低圧側通路１６の冷媒と熱交換して作動液２１の放熱を行う。これにより、コンデンサ４で冷却された高温高圧の冷媒が更に冷却される。

以上説明したように、膨張弁５のボディ１０には、コンデンサ４からの冷媒が通る高圧側通路１５と、エバポレータ６からの冷媒が通る低圧側通路１６と、高圧側通路１５と低圧側通路１６の間を貫通する第１設置孔１７とが設けられ、第１設置孔１７には、２つの熱交換部である蒸発部２４及び凝縮部２５が高圧側通路１５の冷媒と低圧側通路１６の冷媒にそれぞれ接触する状態でヒートパイプ２０が設けられている。従って、ヒートパイプ２０の蒸発部２４及び凝縮部２５が高圧側通路１５の冷媒と低圧側通路１６の冷媒にそれぞれ直接接触しているため、熱交換性が良く、しかも、冷媒用配管に孔加工を施すことなくヒートパイプ２０を使用できる。ヒートパイプ２０の熱交換作用によって、高圧側通路１５の高温高圧の冷媒は、サブクールされるため、エバポレータ６の性能向上に寄与する。 ヒートパイプ２０は、熱膨張弁５のボディ１０内に配置されるので、ヒートパイプ２０の断熱部２６が大気に接触しない構造となり、断熱部２６が大気との熱の授受が行わず、大気への熱ロスが発生しない。つまり、図６の従来例では、ヒートパイプの断熱部が大気に開放されるため、熱ロスが生じるが、本発明では大気への熱ロスを生じない。図５に示す構造では、大気との接触を防止することができるが、ヒートパイプの全外周を覆うように保持部材を構成する必要があり、部品点数、組み付け工数の増加等をもたらす。

高圧側通路１５の入口側通路１５ａを通る冷媒が凹部１７ｃに流入してヒートパイプ２０の蒸発部２４と直接接触するので、蒸発部２４で高圧側通路１５の冷媒との熱交換を十分に行うことできる。これにより、ヒートパイプ２０の熱交換性の向上を図ることができる。又、ヒートパイプ２０の熱交換性が良好であるので、ヒートパイプ２０を高圧側通路１５の入口側通路１５ａに大きく突出させる必要がなく、高圧側通路１５を通る冷媒の流路抵抗を抑制することができる。又、ヒートパイプ２０による高圧側の冷媒の圧損失を抑制できる。

気密部材５０によりヒートパイプ２０の断熱部２６の外周面と第１設置孔１７の内周面との間がシールされているので、高圧側通路１５から低圧側通路１６へ冷媒が洩れることを防止できる。

ヒートパイプ２０をボディ１０に位置保持する保持部材２７が低圧側通路１６側に配置されているので、小径の高圧側通路１５を通る高圧の冷媒の流路抵抗が保持部材２７により増加することを避けることができる。

なお、上記実施形態では、温度調整式の膨張弁５を例示したが、本発明はこれに限定されず、他の膨張弁であっても適用することができる。

２ 冷凍サイクル
３ コンプレッサ
４ コンデンサ
５ 膨張弁
６ エバポレータ
１０ ボディ
１５ 高圧側通路
１６ 低圧側通路
１７ 第１設置孔（設置孔）
２０ ヒートパイプ
２４ 蒸発部（熱交換部）
２５ 凝縮部（熱交換部）
２７ 保持部材
５０ 気密部材

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮するコンプレッサ（３）と、前記コンプレッサ（３）からの高温高圧の冷媒を冷却するコンデンサ（４）と、前記コンデンサ（４）からの高温高圧の冷媒を減圧する膨張弁（５）と、前記膨張弁（５）で減圧された低温低圧の冷媒を空気との間で熱交換させるエバポレータ（６）とを有する冷凍サイクル（２）を備えた車両用冷却装置（１）において、
   前記膨張弁（５）のボディ（１０）には、前記コンデンサ（４）からの冷媒が通る高圧側通路（１５）と、前記エバポレータ（６）からの冷媒が通る低圧側通路（１６）と、前記高圧側通路（１５）と前記低圧側通路（１６）の間を貫通する設置孔（１７）とが設けられ、
   前記設置孔（１７）には、２つの熱交換部（２４，２５）が前記高圧側通路（１５）の冷媒と前記低圧側通路（１６）の冷媒にそれぞれ接触する状態でヒートパイプ（２０）が設けられたことを特徴とする車両用冷却装置。
2. 請求項１記載の車両用冷却装置であって、
   前記設置孔（１７）は、前記高圧側通路（１５）側が前記ヒートパイプ（２０）の外径よりも孔断面が広く形成されていることを特徴とする車両用冷却装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の車両用冷却装置であって、
   前記ヒートパイプ（２０）の断熱部（２６）の外周面と前記設置孔（１７）の内周面との間に気密部材（５０）が介在されることを特徴とする車両用冷却装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用冷却装置であって、
   前記低圧側通路（１６）側には、前記ヒートパイプ（２０）を前記ボディ（１０）に位置保持する保持部材（２７）が配置されていることを特徴とする車両用冷却装置。
5. 高圧高温の冷媒を減圧する膨張弁（５）であって、
   ボディ（１０）に設けられ、高温高圧の冷媒を冷却するコンデンサ（４）からの冷媒が通る高圧側通路（１５）と、
   前記ボディ（１０）に設けられ、低温低圧の冷媒を空気との間で熱交換させるエバポレータ（６）からの冷媒が通る低圧側通路（１６）と、
   前記ボディ（１０）に設けられ、前記高圧側通路（１５）と前記低圧側通路（１６）の間を貫通する設置孔（１７）と、
   ２つの熱交換部（２４，２５）が前記高圧側通路（１５）の冷媒と前記低圧側通路（１６）の冷媒にそれぞれ接触する状態で前記設置孔（１７）に設置されたヒートパイプ（２０）とを備えたことを特徴とする膨張弁（５）。
6. 請求項５記載の膨張弁（５）であって、
   前記設置孔（１７）は、前記高圧側通路（１５）側が前記ヒートパイプ（２０）の外径よりも孔断面が広く形成されていることを特徴とする膨張弁（５）。
7. 請求項５又は請求項６記載の膨張弁（５）であって、
   前記ヒートパイプ（２０）の断熱部（２６）の外周面と前記設置孔（１７）の内周面との間に気密部材（５０）が介在されることを特徴とする膨張弁（５）。
8. 請求項５〜請求項７のいずれかに記載の膨張弁（５）であって、
   前記低圧側通路（１６）側には、前記ヒートパイプ（２０）を前記ボディ（１０）に位置保持する保持部材（２７）が配置されていることを特徴とする膨張弁（５）。

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