JP2024089414A - 冷媒ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路の構成要素をユニット化した冷媒ユニットにおいて、互いに異なる機能の熱交換器間の熱移動を抑制し、熱管理システムの性能維持を図ると共に、要求熱量を生成する。
【解決手段】冷媒回路と、前記冷媒回路の構成要素を集約的に支持する支持部材とを備えた冷媒ユニットであって、前記冷媒回路は、減圧装置と、第１熱交換器と、前記第１熱交換器とは機能の異なる複数の第２熱交換器と、を少なくとも有し、前記支持部材において、前記減圧装置を挟んで一方側に前記第１熱交換器、他方側に複数の前記第２熱交換器を配置した、冷媒ユニットを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒ユニットに関するものである。

車両用等の熱管理システムは、冷媒回路の吸放熱を利用して、車室内空調等の温調対象に対する熱管理を行うものである。熱管理システムの心臓部である冷媒回路は、車両等の装置内での集中管理を可能にするため、或いは、スペース効率良く装置内に配備できるようにするために、構成要素をコンパクトにユニット化することが求められている。

ユニット化された冷媒回路（冷媒ユニット）は、冷媒回路の構成要素である、圧縮機、蒸発器又は凝縮器として機能する熱交換器、減圧装置（膨張弁）、気液分離器（アキュムレータ）などを、ベースとなる支持部材に対して集約配置して、ユニットのアッセンブル化を図っている（下記特許文献１参照）。

韓国公開特許第１０－２０２１－００９０００４号公報

前述した従来技術は、板状の支持部材における平坦な支持面に、冷媒回路の構成要素を配置している。つまり、互いに異なる機能の熱交換器が共に支持部材に集約され、両者が近接して配置されているので、両者間に熱移動が生じ得る。このため、各熱交換器において、高温冷媒の温度低下や低温冷媒の温度上昇が生じて、熱管理システムの性能が低下したり、要求熱量を生成することが困難となったりする場合があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、冷媒回路の構成要素をユニット化した冷媒ユニットにおいて、互いに異なる機能の熱交換器間の熱移動を抑制し、熱管理システムの性能維持を図ること、要求熱量を生成すること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明の一態様に係る冷媒ユニットは、以下の構成を具備するものである。
冷媒回路と、前記冷媒回路の構成要素を集約的に支持する支持部材とを備えた冷媒ユニットであって、前記冷媒回路は、減圧装置と、第１熱交換器と、前記第１熱交換器とは機能の異なる複数の第２熱交換器と、を少なくとも有し、前記支持部材において、前記減圧装置を挟んで一方側に前記第１熱交換器、他方側に複数の前記第２熱交換器を配置した、冷媒ユニット。

このような特徴を有する冷媒ユニットは、冷媒回路の構成要素をユニット化した冷媒ユニットにおいて、互いに異なる機能の熱交換器間の熱移動を抑制し、熱管理システムの性能維持を図ることができると共に、要求熱量を生成することができる。

本発明の実施形態に係る冷媒ユニットの斜視図である。 本発明の実施形態に係る冷媒ユニットの斜視図である。 本発明の実施形態に係る冷媒ユニットにおいて、第１固定面側からみた支持部材と各構成要素の位置関係を表す平面図である。 本発明の実施形態に係る冷媒ユニットにおいて、第２固定面側からみた支持部材と各構成要素の位置関係を表す平面図である。 本発明の実施形態に係る冷媒ユニットにおいて、冷房運転時の冷媒の流れを示す参考図である。 本発明の実施形態に係る冷媒ユニットにおいて、暖房運転時の冷媒の流れを示す参考図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１及び図２は、本実施形態に係る冷媒ユニット１０の斜視図である。本実施形態に係る冷媒ユニット１０は、冷媒回路を構成する各構成要素を支持部材１２に固定してユニット化したものであり、例えば、走行用バッテリを備えた車両に搭載され、車室内の空調や車載機器の温度調整などを行う空調装置や熱管理システムに用いられる。

各図に示すように、冷媒ユニット１０は、圧縮機２０、アキュムレータ２２、第１熱交換器３０、第２熱交換器４１，４２、流路方向切替手段としての四方弁６０、膨張弁７１，７２を含む減圧装置７０、及び、電磁弁８１，８２を含む流入出制御装置８０、冷媒流路としての冷媒配管５１，５２Ａ，５２Ｂ，９１～９４によって接続した冷媒回路と、これらを集約的に支持する支持部材１２とを備えている。

支持部材１２は、略矩形状の板状部材である底板部１５と、底板部１５と一体的に形成され、底板部１５の中央部において底板部１５に対して垂直に設けられる略矩形状の板状部材である固定壁１６とを有している。底板部１５及び固定壁１６は、冷媒ユニット１０に備えられた各構成要素と冷媒配管が干渉しない十分な高さ及び幅を有している。

底板部１５は、固定壁１６が設けられている面（図示Ｚ方向上側の面）が冷媒回路の構成要素が配備されて固定される固定面（表面）であり、固定壁１６と反対側の面（図示Ｚ方向下側の面）が冷媒ユニット１０を車体等に取り付けるための取付面（裏面）となっている。底板部１５の取付面の４隅を、ゴムブッシュ１１を介して締結具１３によってそれぞれ締結することで、冷媒ユニット１０を車体等の取付対象に取り付けることができる。

底板部１５における固定面は、固定壁１６によって隔てられる２つの領域１５Ａ，１５Ｂを有している。底板部１５において、領域１５Ａ側には、圧縮機２０、アキュムレータ２２、四方弁６０、及び、流入出制御装置８０が配備され、領域１５Ｂ側には、第１熱交換器３０、第２熱交換器４１，４２、及び、減圧装置７０が配備されている。

固定壁１６は、その両面に冷媒回路の各構成要素が固定される。固定壁１６において、底板部１５の領域１５Ａ側の面が圧縮機２０、アキュムレータ２２、四方弁６０、及び、流入出制御装置８０を固定する第１固定面１６Ａであり、領域１５Ｂ側の面が第１熱交換器３０、第２熱交換器４１，４２、及び、減圧装置７０を固定する第２固定面１６Ｂである。

図３は、第１固定面１６Ａ側から見た冷媒ユニット１０の平面図であり、圧縮機２０、アキュムレータ２２、四方弁６０、及び、流入出制御装置８０の位置関係を示している。

図３に示すように、固定壁１６において、第１固定面１６Ａには、圧縮機２０、アキュムレータ２２、四方弁６０、及び、流入出制御装置８０が固定される。具体的には、圧縮機２０は、底板部１５の領域１５Ａから離間した状態で直接または図示しないブラケットを介して第１固定面１６Ａに固定されている。また、アキュムレータ２２は、図示Ｘ方向において圧縮機２０と隣接し、底板部１５の領域１５Ａから離間した状態で直接または図示しないブラケットを介して第１固定面１６Ａに固定されている。

四方弁６０は、アキュムレータ２２の図示Ｚ方向上部に固定されると共に、図示しないブラケットを介して第１固定面１６Ａに固定されている。ここで、固定壁１６の四方弁６０と第１熱交換器３０とが固定される位置に、固定壁１６を貫通する貫通孔１６３が設けられている。

この貫通孔１６３に、第１熱交換器３０の冷媒流入出口３０Ａ（図５及び図６参照）に設けられた冷媒配管９２の一端との接続部３５が挿入されている。冷媒配管９２の他端は四方弁６０に接続されている。したがって、四方弁６０は、冷媒配管９２と貫通孔１６３に挿入される接続部３５とを介して第２固定面１６Ｂ側に固定される第１熱交換器３０に取り付けられ、固定壁１６を挟んで第１固定面１６Ａ側に固定される。

流入出制御装置８０は、圧縮機２０の上部に固定されている。流入出制御装置８０には、第２熱交換器４１，４２に対応する２つの電磁弁８１，８２と、電磁弁８１，８２に対して冷媒が合流して流入する合流部又は分岐して流出する分岐部となる接続部８３が設けられている。電磁弁８１，８２は、圧縮機２０の上部において、図示Ｘ方向に並んで配置される。電磁弁８１，８２が配置される位置は、第２固定面１６Ｂに固定される第２熱交換器４１，４２の位置に対応している。

ここで、固定壁１６には、貫通孔１６１，１６２が設けられ、貫通孔１６１，１６２には、第２固定面１６Ｂ側に固定される第２熱交換器４１，４２と第１固定面１６Ａ側に固定される電磁弁８１，８２とを接続する接続部（不図示）が挿入される。電磁弁８１，８２は、貫通孔１６１，１６２に挿入される接続部を介して第２熱交換器４１，４２に取り付けられ、固定壁１６を挟んで第２熱交換器４１，４２が設けられる第２固定面１６Ｂと反対側の面である第１固定面１６Ａ側に固定される。

図４は、第２固定面１６Ｂ側からみた冷媒ユニット１０の平面図であり、第１熱交換器３０、第２熱交換器４１，４２、及び、減圧装置７０の位置関係を示している。
図４に示すように、固定壁１６において、第２固定面１６Ｂには、第１熱交換器３０、減圧装置７０、及び、第２熱交換器４１，４２が同一方向（図示Ｘ方向）に並んで配置されている。すなわち、第２固定面１６Ｂにおいて、減圧装置７０を挟んで一方側に第１熱交換器３０、他方側に第２熱交換器４１，４２が固定されている。また、第１熱交換器３０、第２熱交換器４１，４２はいずれも平行に配置されている。

減圧装置７０は、第２熱交換器４１，４２に対応する２つの膨張弁７１，７２と、膨張弁７１，７２の間に、膨張弁７１，７２に対して冷媒が合流して流入する合流部又は分岐して流出する分岐部となる接続部７３とを有している。膨張弁７１，７２は、第１熱交換器３０と第２熱交換器４１，４２との間において、第１熱交換器３０と第２熱交換器４１，４２とが配列される方向（図示Ｘ方向）と直交する方向（図示Ｚ方向）に並んで配置されている。

（第１熱交換器３０及び第２熱交換器４１，４２について）
第１熱交換器３０及び第２熱交換器４１，４２は、冷媒と熱媒体（例えば、水）との熱交換を行う冷媒－熱媒体熱交換器であり、冷媒の熱を、熱媒体回路（図示せず）を介して温調対象に供給することで車室内の空調や車載機器の温調などを行う。

第１熱交換器３０には、冷媒の流通方向に応じて冷媒流入部又は冷媒流出部となる一対の冷媒流入出口３０Ａ，３０Ｂが設けられている（図５及び図６参照）。同様に、第２熱交換器４１には、冷媒の流通方向に応じて冷媒の流入口又は流出口となる一対の冷媒流入出口４１Ａ，４１Ｂが設けられ、第２熱交換器４２には、冷媒の流通方向に応じて冷媒の流入口又は流出口となる一対の冷媒流入出口４２Ａ，４２Ｂが設けられている。各冷媒流入出口には、後述する冷媒配管が接続される（図５及び図６参照）。

本実施形態に係る冷媒ユニット１０では、四方弁６０により冷媒の流通方向を切り替えることが可能であり、第１熱交換器３０及び第２熱交換器４１，４２は、冷媒の流通方向に応じて蒸発器又は凝縮器として機能する。この際、第１熱交換器３０と第２熱交換器４１，４２とは、互いに異なる機能を有するようになっている。

すなわち、冷媒ユニット１０では、四方弁６０を制御して冷媒の流通方向を切り替えることで、第１熱交換器３０を凝縮器として機能させると共に、第２熱交換器４１，４２を蒸発器として機能させるように冷媒を循環させるか、又は、第１熱交換器３０を蒸発器として機能させると共に、第２熱交換器４１，４２を凝縮器として機能させるように冷媒を循環させることができる。

図２、図４に示すように、第１熱交換器３０には、熱媒体回路を循環する熱媒体が流入又は流出する熱媒体配管３０１，３０２が接続され、第２熱交換器４１には、熱媒体回路を循環する熱媒体が流入又は流出する熱媒体配管４１１，４１２が接続され、第２熱交換器４２には、熱媒体回路を循環する熱媒体が流入又は流出する熱媒体配管４２１，４２２が接続されている。

第１熱交換器３０には、熱媒体回路を循環する熱媒体が、熱媒体配管３０１又は熱媒体配管３０２の一方から流入し第１熱交換器３０において冷媒と熱交換して熱媒体配管３０２又は熱媒体配管３０１の他方に流出する。

同様に、第２熱交換器４１には、熱媒体回路を循環する熱媒体が、熱媒体配管４１１又は熱媒体配管４１２の一方から流入し、第２熱交換器４１において冷媒と熱交換して熱媒体配管４１２又は熱媒体配管４１１の他方に流出する。

第２熱交換器４２には、熱媒体回路を循環する熱媒体が、熱媒体配管４２１又は熱媒体配管４２２の一方から流入し、第２熱交換器４２において冷媒と熱交換して熱媒体配管４２２又は熱媒体配管４２１の他方に流出する。

（冷媒回路の各構成要素の接続関係について）
冷媒ユニット１０において、冷媒回路の各構成要素は、次のように接続されている（図５及び図６参照）。圧縮機２０の冷媒吸入口は、冷媒配管９４によってアキュムレータ２２と接続され、圧縮機２０の冷媒吐出口は、冷媒配管９１によって四方弁６０に接続されている。また、四方弁６０は、冷媒配管９２によって第１熱交換器３０の冷媒流入出口３０Ａと接続されると共に、冷媒配管９３によって流入出制御装置８０の接続部８３と接続されている。

冷媒配管９１，９２，９３が四方弁６０に接続されているので、四方弁６０により冷媒の流通方向を切り替えることで、冷媒配管９１，９２を連通させて圧縮機２０から吐出された冷媒を第１熱交換器３０へ流す、又は、冷媒配管９１，９３を連通させて圧縮機２０から吐出された冷媒を流入出制御装置８０（電磁弁８１，８２）を介して第２熱交換器４１，４２に流すことができる。

第１熱交換器３０の冷媒流入出口３０Ｂは、冷媒配管５１によって減圧装置７０の接続部７３と接続されている。減圧装置７０の膨張弁７１は第２熱交換器４１の冷媒流入出口４１Ａと冷媒配管５２Ａによって接続される。同様に、減圧装置７０の膨張弁７２は第２熱交換器４２の冷媒流入出口４２Ａと冷媒配管５２Ｂによって接続される。

第２熱交換器４１の冷媒流入出口４１Ｂは接続部（不図示）を介して電磁弁８１と接続され、第２熱交換器４２の冷媒流入出口４２Ｂは接続部（不図示）を介して電磁弁８２と接続されている。電磁弁８１と電磁弁８２は共に接続部８３を介して冷媒配管９３に接続される。

前述のように、四方弁６０を制御して冷媒の流通方向を切り替えることで、第１熱交換器３０を凝縮器として機能させると共に、第２熱交換器４１，４２を蒸発器として機能させるように冷媒を循環させるか、又は、第１熱交換器３０を蒸発器として機能させると共に、第２熱交換器４１，４２を凝縮器として機能させるように冷媒を循環させることができる。つまり、冷媒ユニット１０では、第１熱交換器３０に高温冷媒が循環すると共に第２熱交換器４１，４２に低温冷媒が循環する場合と、第１熱交換器３０に低温冷媒が循環すると共に第２熱交換器４１，４２に高温冷媒が循環する場合とがあり、いずれの場合においても、第１熱交換器３０と第２熱交換器４１，４２との距離が近いほど、両者の間で熱移動が生じる。

そこで、本実施形態では、第１熱交換器３０と第２熱交換器４１，４２との間に減圧装置７０を配置することで支持部材１２に各構成要素を効率よく配置しながら、第１熱交換器３０に対して第２熱交換器４１，４２を離間させている。これにより、第１熱交換器３０と第２熱交換器４１，４２との間の熱移動をできる限り抑制している。

また、第２熱交換器４２は、第２熱交換器４１が配置されている分だけ第１熱交換器３０から更に離間しているので、第２熱交換器４１に比して第１熱交換器３０からの熱による影響が小さい。よって、温調対象に応じて第２熱交換器４１，４２を適宜用いることで、各温調対象における要求熱量を生成することができる。

（冷媒の流れについて）
次に、このような冷媒ユニット１０における冷媒の循環について図５及び図６を用いて説明する。冷媒ユニット１０では、例えば、空調目的又は温調対象に応じて、四方弁６０によって冷媒の循環方向を切替えることができる。

（１）冷房運転時の冷媒の流れ
例えば、冷媒ユニット１０が用いられる空調装置において冷房運転が行われる場合には、冷媒は以下のように循環する（図５参照）。すなわち、冷媒は、圧縮機２０によって圧縮されて高圧のガス冷媒となって吐出され、冷媒配管９１を流通し、四方弁６０に流入する。高圧のガス冷媒は、四方弁６０から冷媒配管９２を流通し、第１熱交換器３０に流入する。

第１熱交換器３０に流入した冷媒は、第１熱交換器３０において他の熱媒体と熱交換することにより放熱した後に、第１熱交換器３０を流出して冷媒配管５１に流入し、減圧装置７０の接続部７３において分岐し、膨張弁７１，７２に向けて略均等に分流される。膨張弁７１，７２に流入した冷媒は、それぞれ減圧されて膨張し、低圧冷媒となって第２熱交換器４１，４２に流入する。

第２熱交換器４１，４２に流入した低圧冷媒は、第２熱交換器４１，４２において他の熱媒体と熱交換することにより吸熱した後に、第２熱交換器４１，４２から流出する。第２熱交換器４１，４２から流出した冷媒は、それぞれ電磁弁８１，８２を通過し、接続部８３で合流して冷媒配管９３に流れる。

冷媒配管９３に流入した冷媒は、再び四方弁６０に入り、四方弁６０を介してアキュムレータ２２に流入し、アキュムレータ２２から冷媒配管９４を介して圧縮機２０へ戻る。圧縮機２０に流入した冷媒は、再び圧縮され、上記循環を繰り返す。

（２）暖房運転時の冷媒の流れ
例えば、冷媒ユニット１０が用いられる空調装置において暖房運転が行われる場合には、冷媒は以下のように循環する（図６参照）。すなわち、冷媒は、圧縮機２０によって圧縮されて高圧のガス冷媒となって吐出され、冷媒配管９１を流通し、四方弁６０に流入する。高圧のガス冷媒は、四方弁から冷媒配管９３を流通し、流入出制御装置８０の接続部８３において分岐し、電磁弁８１，８２に向けて略均等に分流される。

電磁弁８１，８２を流通した冷媒は、それぞれ第２熱交換器４１，４２に流入し、第２熱交換器４１，４２において他の熱媒体と熱交換することにより放熱した後に、第２熱交換器４１，４２を流出して、減圧装置７０の膨張弁７１，７２にそれぞれ流入する。膨張弁７１，７２において減圧されて膨張し、低圧冷媒となった冷媒は、接続部７３で合流して冷媒配管５１に流れ、第１熱交換器３０に流入する。

第１熱交換器３０に流入した冷媒は、第１熱交換器３０において他の熱媒体と熱交換することにより吸熱した後に、第１熱交換器３０から流出し、冷媒配管９２を流れて四方弁６０を経てアキュムレータ２２に流入し、冷媒配管９４を介して圧縮機２０へ戻る。圧縮機２０に流入した冷媒は、再び圧縮され、上記循環を繰り返す。

以上述べた如く、本実施形態に係る冷媒ユニット１０によれば、冷媒回路の各構成要素が支持部材１２に支持されることでユニット化され、冷媒ユニット１０に備えられた各構成要素が互いに近接して配置されている。このような冷媒ユニット１０において、第１熱交換器３０と、第１熱交換器３０とは機能の異なる第２熱交換器４１，４２との間に減圧装置７０を配置することで、第１熱交換器３０と第２熱交換器４１，４２とを離間して配置している。

これにより、第１熱交換器３０、第２熱交換器４１，４２における熱移動を抑制して、熱移動に起因した熱損失を抑制することができる。つまり、各熱交換器における高温冷媒の温度低下や低温冷媒の温度上昇を抑制し、冷媒ユニット１０が適用される熱管理システムの性能維持を図ることができる。

特に、第２熱交換器４１は、減圧装置７０を挟んで第１熱交換器３０の反対側に位置しているが、第２熱交換器４２は、減圧装置７０に加えて第２熱交換器４１が配置されている分だけ第１熱交換器３０から更に離間しているので、第２熱交換器４１に比して第１熱交換器３０からの熱による影響が小さい。このように、冷媒ユニット１０では、第１熱交換器３０による熱の影響の異なる２つの第２熱交換器４１，４２を、温調対象に応じて適宜用いることで、各温調対象における要求熱量を生成することができる。

また、支持部材１２の固定壁１６に貫通孔１６１，１６２，１６３が設けられ、これら貫通孔１６１，１６２，１６３に、第２熱交換器４１，４２と電磁弁８１，８２との接続部（不図示）、第１熱交換器３０と冷媒配管９２との接続部３５がそれぞれ挿入されている。つまり、第２熱交換器４１，４２と電磁弁８１，８２との接続部、第１熱交換器３０と冷媒配管９２との接続部３５を、固定壁１６を貫通するように設けられている。

これにより、第２熱交換器４１，４２と電磁弁８１，８２との間における冷媒流路の長さ、及び、第１熱交換器３０と冷媒配管９２との間における冷媒流路の長さを、可能な限り短くすることができる。このように、冷媒流路を固定壁１６に貫通させることで、固定壁１６を跨いだり迂回させたりして設けることに比して、冷媒流路をはるかに短くすることができると共に、冷媒流路が支持部材１２の高さ及び幅からはみ出すことがない。したがって、冷媒ユニットの小型化を図ることができると共に、冷媒が流れる流路における冷媒の熱損失や圧力損失を抑えることができる。

なお、支持部材１２と、第２熱交換器４１，４２と電磁弁８１，８２との接続部（不図示）、第１熱交換器３０と冷媒配管９２との接続部３５とは、それぞれ別個独立の構成である。また、貫通孔１６１，１６２，１６３の周縁と各接続部とが接していないことから、冷媒の流路（各接続部）と固定壁１６との間の熱移動が抑制される。

このように本実施形態によれば、冷媒回路の構成要素をユニット化した冷媒ユニットにおいて、互いに異なる機能の熱交換器間の熱移動を抑制し、熱管理システムの性能維持を図ることができると共に、要求熱量を生成することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１０：冷媒ユニット、１１：ゴムブッシュ、１２：支持部材、１３：締結具
１５：底板部、１５Ａ，１５Ｂ：領域、
１６：固定壁、１６Ａ：第１固定面、１６Ｂ：第２固定面、
２０：圧縮機、２２：アキュムレータ、３０：第１熱交換器、
３５：接続部、４１，４２：第２熱交換器、
３０Ａ，３０Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ：冷媒流入出口、
５１，５２Ａ，５２Ｂ，９１～９４：冷媒配管、６０：四方弁、
７０：減圧装置、７１，７２：膨張弁、７３：接続部、
８０：流入出制御装置、８１，８２：電磁弁、８３：接続部、
１６１，１６２，１６３：貫通孔、
３０１，３０２，４１１，４１２，４２１，４２２：熱媒体配管

Claims (3)

1. 冷媒回路と、前記冷媒回路の構成要素を集約的に支持する支持部材とを備えた冷媒ユニットであって、
   前記冷媒回路は、減圧装置と、第１熱交換器と、前記第１熱交換器とは機能の異なる複数の第２熱交換器と、を少なくとも有し、
   前記支持部材において、前記減圧装置を挟んで一方側に前記第１熱交換器、他方側に複数の前記第２熱交換器を配置した、冷媒ユニット。
2. 前記第１熱交換器、前記減圧装置、及び、複数の前記第２熱交換器が、同一の方向に並んで配置されている、請求項１記載の冷媒ユニット。
3. 前記減圧装置は、複数の前記第２熱交換器に対応して複数の減圧部を有し、
   複数の前記減圧部は、前記第１熱交換器、前記減圧装置、及び、複数の前記第２熱交換器が配置された方向と直交する方向に並んで配置されている、請求項２記載の冷媒ユニット。