JP3367483B2 - 自動車用空調装置に用いられる受液器付熱交換器 - Google Patents

自動車用空調装置に用いられる受液器付熱交換器

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JP3367483B2
JP3367483B2 JP26113299A JP26113299A JP3367483B2 JP 3367483 B2 JP3367483 B2 JP 3367483B2 JP 26113299 A JP26113299 A JP 26113299A JP 26113299 A JP26113299 A JP 26113299A JP 3367483 B2 JP3367483 B2 JP 3367483B2
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tank
tubes
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liquid receiver
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車用
空調装置に用いて有効な、過冷却部を有する受液器付熱
交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の冷凍装置では、第6図に示すよう
に凝縮器400の下流に受液器としてレシーバ401を
配置していた。レシーバ401の上方部には導入配管4
03が設けられており、凝縮器400で凝縮した冷媒は
導入配管403を介してレシーバ401内に導入され、
レシーバ401内に溜めるようになっている。レシーバ
401内において冷媒は気液分離される。
【0003】また、従来、第37図に示すように、凝縮
器として機能する熱交換器400の途中に、内部に気液
界面を形成し、液冷媒を貯留させるレシーバ401を介
在させるものが知られている。この熱交換器400で
は、凝縮部402で凝縮した冷媒を、レシーバ401の
上方部に設けられた導入配管403を介して流入させ
て、一旦レシーバ401内に溜め、ここで気液分離した
のち、液冷媒のみ導出配管404を介して過冷却部40
5へ導出する。
【0004】ところで、このような熱交換器を凝縮器と
して自動車用空調装置に適用する場合、一般的にエンジ
ン冷却水放熱用のラジエータなどともにエンジンルーム
内に配される。そのため、特に車両走行時において、走
行用エンジンなどによって生じた大きな振動が熱交換器
400に伝達する。そのため、レシーバ401を熱交換
器400に取り付ける場合、レシーバ401の直径を大
きくし、高さを低くしてしっかりと支持できるようにし
ていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記点に鑑み
て案出されたものであり、自動車用空調装置に用いら
れ、過冷却部を有する受液器付熱交換器において、受液
器の径を小型化しても、当該小径の受液器を熱交換器に
しっかりと支持できるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の発明では、内部を冷媒が流れ、並列
に配される複数の偏平チューブと、これらの偏平チュー
ブと熱的に結合されたコルゲートフィンと、偏平チュー
ブの両側に配され、上下方向に延びる第1タンクおよび
第2タンクと、第2タンクの側方に配され、第2タンク
とほぼ同じ方向に且つ第2タンクに対して一定間隙を介
して上下方向に伸びる受液器とを備え、受液器の上流側
が凝縮部として機能し、受液器の下流側が過冷却部とし
て機能する自動車用空調装置に用いられる熱交換器にお
いて、第2タンクと受液器との間で冷媒が流れる冷媒流
路を有するジョイント部によって第2タンクと受液器と
を機械的に接続、結合するとともに、この冷媒流路と接
続される部位よりも上方において、支持部材によって第
2タンクと受液器とを機械的に接続、結合するという構
成を採用する。
【0007】また、本発明の第2の発明では、内部を冷
媒が流れ、並列に配される複数の偏平チューブと、これ
らの偏平チューブと熱的に結合されたコルゲートフィン
と、偏平チューブの両側に配され、上下方向に延びる第
1タンクおよび第2タンクと、第2タンクの側方に配さ
れ、第2タンクとほぼ同じ方向に且つ第2タンクにたい
して一定間隙を介して伸びる受液器とを備え、凝縮部と
過冷却部とを有する自動車用空調装置に用いられる熱交
換器において、第2タンクと受液器との間で冷媒が流れ
る冷媒流路を有するジョイント部によって第2タンクと
受液器とを機械的に接続するとともに、この冷媒流路と
接続される部位と異なる部位において、支持部材によっ
て第2タンクと受液器とを機械的に接続するという構成
を採用する。
【0008】
【作用】本発明の自動車用空調装置に用いられる熱交換
器では、第2タンクと受液器とを冷媒流路を有するジョ
イント部によって機械的に接続、結合し、さらに冷媒流
路よりも上方において第2タンクと受液器とを支持部材
で機械的に接続することにより、第2タンクとほぼ同じ
方向に延びる受液器をしっかりと支持することができ
る。そのため、熱交換器が走行用エンジンが配されるエ
ンジンルーム内に設置され、車両走行時の振動が熱交換
器に伝達しても、受液器をしっかりと支持することがで
きる。このように、本発明によれば、冷媒流路を有する
ジョイント部および支持部材により第2タンクと受液器
とを上下方向において機械的に接続するため、受液器の
形状を第2タンクとほぼ同じく上下方向に延びる形状と
することができる。そのため、受液器の径を小径化して
も、内部に所定量の冷媒を貯留することができ、エンジ
ンルームといった、スペース上制約を受ける空間におい
ても、凝縮部および過冷却部の有効な通風路を小さくす
ることなく、受液器を配することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
き説明する。
【0010】まず、第1図を用いて、冷凍装置の概略を
説明する。図中200は、電磁クラッチを介して自動車
走行用エンジン201により駆動される圧縮機である。
圧縮機200で圧縮吐出された高温高圧の冷媒は冷媒配
管350を介して凝縮器400に供給される。凝縮器4
00で外部空気と熱交換し、液化した冷媒は高温高圧の
まま冷媒配管351を介して減圧手段300に供給され
る。本例では、減圧手段として感温筒311からの信号
に基づき絞り量を可変する温度作動式膨張弁を用いる。
この膨張弁にて減圧膨張され霧状となった冷媒は蒸発器
310に供給される。蒸発器310は車両用空調装置に
配置され、被空調空気と熱交換し、空気中より気化熱を
奪って空気を冷却すると同時に冷媒の蒸発を行う。そし
て、蒸発器310で蒸発した低温低圧の気冷媒は冷媒配
管352を経て圧縮機200に循環する。
【0011】ここで、本発明では、熱交換器400出口
側の冷媒配管中に、受液器をなすモジュレータ100を
配置し、更にその下流側に第9図に示すように過冷却器
を配置している。このモジュレータ100は第2図に示
すように、上下方向に延びる閉空間よりなり、その下方
部が凝縮器400出口側の冷媒配管351より分岐す
る。また、421はこのチューブ420に熱的結合した
コルゲートフィンで、冷媒と空気との熱交換を促進する
ものである。
【0012】第1図より明らかなように、凝縮器400
を通過した冷媒は基本的には、その全量が冷媒配管35
1より膨張弁300側へ流れることになる。しかしなが
ら、冷凍装置冷凍装置に封入された冷媒量が必要量以上
であった場合、逆に冷媒が漏れ出て冷凍装置に封入され
る冷媒量の総量が減少した場合、さらには冷房負荷の変
動に基づき、必要循環冷媒量が変動した時には、余剰冷
媒を溜めておく必要がある。そこで、モジュレータ10
0内の密閉空間によって、この余剰冷媒の収納を行う。
モジュレータ100は凝縮器400の下流側に配置され
ているため、分岐部360は凝縮器400で凝縮した液
冷媒が流れることになる。そのため、モジュレータ10
0内には液冷媒が流入し、液冷媒の状態でモジュレータ
100内に溜めておくことができる。
【0013】第2図ないし第4図は、このモジュレータ
100内での冷媒の充填状況を模式的に示す内面図で、
通常は第2図に示すように余剰冷媒がモジュレータ10
0内に溜められ、モジュレータ100内には気液界面が
形成される。すなわち、第2図の状態では、モジュレー
タ100内に流入する気冷媒と流出する液冷媒との収支
が一致し、安定した液面がモジュレータ100内に形成
されることになる。換言すれば、モジュレータ100内
での冷媒の流入、流出は極めてわずかなものとなり、冷
媒の流出入に伴う気液界面の変動も小さく、モジュレー
タ100には余剰冷媒を収納するのに必要な大きさのみ
要求されることになる。
【0014】冷媒の漏洩、もしくは冷媒負荷の増大によ
り、冷媒不足状態となれば、凝縮器400ではすべての
冷媒が凝縮しきれず、気冷媒が凝縮器400下流に流出
することになる。すなわち、第3図に示すように、気冷
媒がモジュレータ100に多量に供給されることにな
る。この気冷媒の導入を受けて、モジュレータ100内
より液冷媒が冷媒配管351側へ流出される。その結
果、モジュレータ100内での液面は低下する。換言す
れば、モジュレータ100内に溜められていた冷媒が冷
凍装置側で流れ出し、循環冷媒を補うことになる。
【0015】逆に、冷媒の過充填や冷房負荷減少の時に
は、凝縮器400で冷媒が十分に凝縮し、冷媒配管35
1側へは気冷媒が殆ど導出されないことになる。その結
果、第4図に示すように、モジュレータ100には液冷
媒のみが供給され、モジュレータ100内は液冷媒で充
満することになる。このように、冷媒が循環量に比して
過剰となった場合には、過剰分をモジュレータ100内
に収納することで、循環冷媒流量の調整を行うことがで
きる。
【0016】また、第5図に示すように、このモジュレ
ータ100の上部にサイトグラス190を設ければ、上
記状態が目視でき、このモジュレータ100より冷媒不
足や冷媒の過充填を確認することができる。なお、第5
図中180はフロートでモジュレータ100内の気液界
面の確認用に用いられる。また、サイトグラス190は
Oリング198を介してモジュレータ100上面にかし
め固定される。
【0017】以上説明したようなモジュレータを用いれ
ば、循環冷媒の変動をこのモジュレータ内で吸収するこ
とができる。しかも、モジュレータ100はその流入、
流出冷媒に大きな流速を持たないので、内部が比較的安
定し、必要最低限の容積とすることができる。
【0018】続いて、モジュレータを凝縮器として機能
する熱交換器の途中に配置する冷凍装置におけるモジュ
レータの機能について概略的に述べる。
【0019】上述の第37図の例のように、熱交換器4
00の途中にレシーバ401を設け、気液界面を形成す
れば、その上流側は凝縮器として作用し、その下流側は
過冷却器として作用する。第7図はこの過冷却器を用い
た冷却装置の状態を示すモリエル線図であるが、気液界
面の存在によりレシーバ401の配置点が飽和液線上と
なり、それ以降の冷媒は過冷却されることになる。この
ように過冷却がとられるとエンタルピ差を増大させるこ
とができ、結果として冷凍装置の冷却能力が向上できる
ことになる。
【0020】第8図は、受液器としてモジュレータ10
0を用いた冷凍装置の概念図である。この図に示すよう
に、モジュレータ100でも気液界面が形成できる結
果、モジュレータ100配置位置の冷媒状態は飽和液と
なる。したがって、モジュレータ100下流に配置され
た熱交換器は過冷却器となり、過冷却部405を形成す
る。
【0021】なお、凝縮部402での凝縮状態は冷房負
荷によって変動するので、その変動分を第8図中斜線で
示した。そしてこの凝縮部402での凝縮能力の変動は
モジュレータ100内で吸収することができる。すなわ
ち、冷房負荷が高くなり、凝縮部402では十分凝縮し
きれない状態では気冷媒が凝縮部402より導出するこ
とになるが、その気冷媒はモジュレータ100内に吸収
され、モジュレータ100より液冷媒が過冷却部405
側へ導出されることで、過冷却部405では良好な過冷
却をとることができる。
【0022】本発明では、第9図に示すように、モジュ
レータ部100は凝縮部402と過冷却部405との間
に配置される。なお、これらの第1図ないし第5図、お
よび第8図、第9図の図示例では、モジュレータの機能
を説明するため、モジュレータ100の下方部における
接続についてのみ示し、モジュレータ100の上方部で
の接続構造については省略してある。
【0023】次に、本発明者等は、このようにモジュレ
ータ100を熱交換器途中より分岐させた場合、どの位
置で分岐させるのが最も望ましいかについて、実験検討
を行った。第9図に示すように、熱交換器400全体の
面積を1とした場合、過冷却部405の面積をrとし、
この過冷却部面積比を種々変動させて最適位置を測定し
た。第10図は蒸発器に吸入される空気が温度35℃、
湿度60%、流量500m3/hの条件で、かつ熱交換
器400に流入する空気が温度40℃で風速2m/sの
条件の下で測定したもので、サブクール0のものと同一
の冷房能力を得るのに圧縮機200の駆動動力がどの程
度必要か示したものである。すなわち、同一の能力を得
るのに必要なエンジン201のアイドル回転数を測定
し、その結果より圧縮機200の駆動動力を算出したも
のである。
【0024】サブクール面積を多くすれば、冷媒の過冷
却度を大きくすることができ、第7図図示モリエル線図
より明らかなようにエンタルピ差を大きくとることがで
きて冷房能力が増大する。そのため、基本的には、サブ
クール面積を大きくするほど冷房能力が増大し、その結
果、同一の能力を得るのに必要な駆動動力は減少するこ
とになる。
【0025】しかしながら、熱交換器400の放熱面積
を一定の条件の下に過冷却部405の面積を増すこと
は、凝縮部402の面積の減少を来すことになる。その
ため、放熱面積の少ない状態で液化させることが要求さ
れ、凝縮部402の冷媒圧力は上昇する。そして、この
凝縮部402内の冷媒圧力上昇に伴い圧縮機200の駆
動動力は逆に増大することになる。
【0026】第10図図示結果は、この相反する条件を
示したもので、一般的傾向としてはサブクール面積比r
を大きくするほうが望ましいが、この面積比が0.1以
上となれば、もはや圧縮機200の駆動動力はほとんど
減少しなくなることを示している。
【0027】第10図図示の実験結果は、主に圧縮機2
00の駆動に要する動力の観点から行ったものである
が、第1図より明らかなように、圧縮機200は自動車
用走行エンジン201によって駆動されるが、自動車用
走行エンジン冷房能力にかかわらず、自動車走行上の要
求で、その回転数が定められるものである。従って、サ
ブクール面積比も自動車が実際に走行している状態での
望ましい値を定める必要がある。
【0028】第11図はその観点でなされた実験結果を
示すもので、実線Aは自動車が高速で走行し、かつ冷凍
装置への熱負荷が高い状態を示す。具体的には、蒸発器
310に流入する空気温度が35℃で流入空気量が50
0m3/h、かつエンジン201の回転数が3600r
pmの状態を示す。また、実線Bは自動車が中速で走行
し、かつ冷凍装置の熱負荷も中負荷の状態を示す。具体
的には、蒸発器310へ流入する空気の温度が27℃、
400m3/hかつ、エンジン201の回転数が180
0rpmの状態を示す。また、実線Cは、自動車が低速
走行し、かつ冷凍装置の熱負荷も小さい状態を示す。具
体的には、蒸発器310へ流入する空気の温度が25℃
で、300m3/hであり、エンジン201の回転数が
1000rpmの状態を示す。そして、これら各条件の
もとに、サブクールがない冷凍装置に比べて冷房能力、
動力および能力比(Q/L)を測定したものである。前
述の理由により、冷房能力は一般的にサブクール面積を
大きくするほど上昇する。それに対し、動力は凝縮部で
の冷媒圧力上昇の結果、サブクール面積を大きくすれ
ば、それに伴い、動力は大きくなる傾向にある。従っ
て、冷房能力と動力とより最適な能力比(Q/L)を定
める必要がある。本例では、低速低負荷時には、サブク
ール面積を0.3以上とした時、かえって能力比が落ち
てしまうことになる。
【0029】従って、全ての運転状態において、効率よ
く冷凍装置を運転するためには、サブクール面積は0.
1以上、かつ0.3以下に設定することが望ましい。
【0030】本発明者等は、さらに、過冷却部405に
おいて適切な過冷却を得るためには、モジュレータ10
0での冷媒の凝縮が大きな影響を与えることに注目し
た。
【0031】第12図に示すように、凝縮部402およ
び過冷却部405の両端には第1、第2タンク480、
481が配される。第2タンク481内部の、凝縮部4
02と過冷却部405との境界部と対向する部位で凝縮
部405から流出した冷媒はモジュレータ100内部側
に向かうように、その流れの向きが変えられる。モジュ
レータを通過した冷媒は第2タンク481を経て過冷却
部405へと送られる。
【0032】ところで、第12図に示すようにモジュレ
ータ100にも冷却風があたるため、モジュレータ10
0内部で気冷媒の凝縮が生じることがある。ここで、モ
ジュレータ100の気液界面100aは飽和液状態とな
るが、この飽和液状態はモジュレータ100による放熱
冷却の結果として達成されることになる。換言すれば、
モジュレータ100へ流入される状態が多少の乾き度を
有する気液混合流であったとしても、モジュレータ10
0自身の冷却放熱効果によって、気液界面100aが支
持されることになる。すなわち、第12図中100bの
領域においては、多少気冷媒を含む気液混合流であって
も、モジュレータ100内では均衡が得られることにな
る。このことは、過冷却部405の入口部405aでの
冷媒状態が、上述のモジュレータ100の入口部100
bの冷媒状態と同一となることを示し、結果として過冷
却部405には蒸気を含む気液流が供給されることにな
る。従って、過冷却部405では、まず気液混合流中の
気相部分が凝縮し、その後はじめて過冷却が得られるこ
とになる。第12図では、D点ではじめて飽和状態とな
り、過冷却を得ることができる部分はD点以降の過冷却
部405となる。
【0033】ここで凝縮部402を通過した冷媒中の気
冷媒成分のうち、モジュレータ100へ流入する量と過
冷却部405へ流入する量との比をガス流出比とする
と、モジュレータ100から放熱がある場合、過冷却部
405への流出量は、 「気冷媒流出量」=ガス流出比×「モジュレータでの放
熱によるガス凝縮量」 となり、モジュレータ100での凝縮量に応じた分だ
け、気冷媒が過冷却部405へ供給されることになる。
【0034】従って、気冷媒をモジュレータ100側に
積極的に導き、過冷却部405へは流入させないように
することが望まれる。
【0035】ここで、冷媒通路面積をAとし、分岐管開
口面積をA’とすると、冷媒通路を流れる気冷媒量の
A’/A倍の気冷媒が動圧によりモジュレータ100内
に流入することになる。逆に、気冷媒流出比は、A’/
A−A’となり、分岐管開口面積を大きくするほど、気
冷媒流出量は小さくなる。しかしながら、分岐管開口面
積A’を大きくしすぎると、モジュレータ100内の冷
媒流量が大きくなるため、再び気冷媒が冷媒流れから分
離しなくなり、気冷媒流出比が大きくなってしまう。こ
の状態を示したのが第13図であり、このことよりも冷
媒管の面積比A/A’は適切な範囲内で設定することが
望まれることが認められる。
【0036】第14図はモジュレータ分岐部での冷媒状
態を示したもので、第2タンク481内に設けた仕切板
により冷媒流れの向きを変えることによって凝縮部40
2から流出した冷媒はモジュレータ100内部側に導か
れ、気冷媒を分離させることができるものの、冷媒の流
速が大きすぎると、浮力による気冷媒の分離が少ない場
合がある。そこで、分岐部で冷媒流れの一部をさらに分
離し、流速を落とすようにすれば、モジュレータ100
で気冷媒を浮力によって、さらに分離しやすくすること
ができる。
【0037】第15図はこの観点に基づき考案された例
で、モジュレータ100の分岐部に隔壁を設け、この隔
壁に開口面積A’の流入管120を配設するようしたも
のである。流入管120の下流側端部は気液界面よりも
上方側において開口している。また、隔壁の、流入管1
20の隔壁側開口端よりも下方となる部位にも開口部が
形成されており、モジュレータ100の内部において気
液分離した液冷媒が流出する流出部となっている。そし
て、この流入管120の開口面積A’を適宜設定するこ
とで、モジュレータ100内に気冷媒が良好に流入する
ようにしている。
【0038】上述の第13図により、分岐管面積比A/
A’が大きすぎても、また小さくなりすぎても適切な過
冷却は得られないことを示したが、本発明者らはその傾
向をさらに実験により具体的に確かめた。
【0039】第16図はその実験結果を示し、図中実線
Eは冷凍装置を循環する冷媒流量が150kg/hの場
合を示し、実線Fは同じく循環冷媒流量が100kg/
hの状態を示す。また、横軸には流入管の分岐管面積比
A/A’を示し、縦軸には過冷却部405における有効
過冷却部面積比を示す。この有効過冷却部面積比r
0は、熱交換器400の全熱交換表面積に対し、過冷却
部405のうち、実際に冷媒が過冷却となる部位の表面
積の割合を示す。従って、このサブクール面積比r 0
大きいほど、過冷却は良好に取れることになる。第16
図図示実験例では、分岐管面積比が12%以上かつ36
%以下の場合、有効サブクール面積比が良好に得られる
ことが認められる。なお、第15図図示例では、流入管
120がモジュレータ100の上方部で開口するように
したため、上記分岐管面積比A/A’の効果のみなら
ず、気冷媒を直接モジュレータ100の上方部へ導くこ
ともでき、そのことによってもモジュレータ分岐部での
気液冷媒の乾き度を低減することができる。
【0040】次に、本発明者等はモジュレータ100に
望ましい容量につき検討した。
【0041】第17図は、モジュレータ100を概念的
に示すもので、モジュレータ100に必要とされる容量
としては、下方部の充填余裕部131と上方部の変動余
裕部130がある。充填余裕部131は長期間にわたる
使用の結果、冷凍装置より冷媒が漏れる分を補充するも
のである。また、変動余裕部130は、冷凍装置の冷房
負荷の変動に応じて冷凍装置内を循環する必要冷媒流量
の変動に応じるものである。また、変動余裕部131
は、凝縮部402からの液冷媒が動圧を伴って全量流れ
る主流部と、この主流部の上方に位置し、モジュレータ
100内部に流入した冷媒のうち一部を滞留させる滞留
部とから構成される。
【0042】充填余裕部131の容量としては、100
g程度が一般的に求められている。そこで本発明者ら
は、次に変動余裕部130に必要な容量につき検討し
た。これは冷凍装置を種々の運転状態で作動させ、その
時にモジュレータ100内に溜められていた冷媒量を算
定したものである。
【0043】第18図にその実験結果を示す。図中実線
Iは温度15℃、湿度50%の空気の冷却を行う低負荷
運転状態を示し、実線Hは温度27℃、湿度50%の中
負荷運転状態を示し、実線Gは温度35℃、湿度60%
の高負荷運転状態を示す。横軸にはコンプレッサ回転数
を示し、これはコンプレッサ200より吐出される冷媒
量を示す。
【0044】上述のように、モジュレータ100には充
填余裕部131として100gの冷媒が封入されるよう
になっているので、冷凍装置の運転状態変化に起因する
変動余裕部130としては40g程度の量が要求される
ことが認められる。
【0045】本発明者等は、上述の実験検討結果に基づ
いて、モジュレータ100に望ましい仕様を定め、それ
を冷凍装置に取り付けて運転を行った。次にモジュレー
タの具体的構造につき説明する。なお、以下に述べる第
17図の図示例では、モジュレータの概略構造を説明す
るため、モジュレータ100の下方部における接続につ
いてのみ示し、モジュレータ100の上部での接続構造
については省略してある。
【0046】第9図図示例のように、モジュレータ10
0を熱交換器400の途中に配置することで、モジュレ
ータ100分岐部の後流側を過冷却部405として活用
することができ、結果として冷凍装置のエンタルピ差が
増大し、冷凍能力が上昇することになる。しかしなが
ら、前述したようにモジュレータ100を熱交換器40
0途中に配置することは、結果として凝縮部402の有
効面積を減少することになり、それはひいてはコンプレ
ッサ200の高圧圧力の上昇を来すことになる。そこ
で、第9図の実施例において、モジュレータ100を熱
交換器400中に設けたことによってコンプレッサ出口
側の圧力がどのように変化するかにつき本発明者らが実
験を行った。第19図はその実験結果を示し、冷媒封入
量が600g以下の状態が冷媒不足運転状態を示し、冷
媒封入量が800ないし1000g程度の状態が適性封
入冷媒量を示し、冷媒封入量が1200g以上の状態が
冷媒の過充填状態を示す。また、実線Wは第12図に示
すようにモジュレータ100を配置した冷凍装置を示
し、実線Zは第6図に示すような従来のレシーバ401
を用いた例を示す。この第19図の実験結果より、やは
り、本発明のモジュレータを用いれば、コンプレッサ2
00の出口側圧力が上昇することが認められる。しかし
ながら、その上昇割合は、適正冷媒封入時においてはほ
とんど無視できる程度のものであることが確かめられ
る。
【0047】なお、本発明では、第20図に示すように
偏平チューブ482を多数並列配置した熱交換器を用い
る。
【0048】この本発明の熱交換器400は、両側に第
1、第2タンク480、481を配置し、この両タンク
間に偏平チューブ482が多数配置されるものである。
さらに、偏平チューブ482の間にはコルゲートフィン
483がろう付け接合されている。また、第1、第2タ
ンク480,481にはそれぞれ仕切り板484、48
5が配置され、この仕切り板484、485により冷媒
流れが略S字状となるようになっている。そして、本発
明に係わるモジュレータは第2タンク481の下方部よ
り分岐している。
【0049】続いて、本発明のモジュレータ100の具
体的な支持構造を第21図を用いて説明する。図に示す
ように、モジュレータ100は、その下方部がジョイン
ト部150により第2タンク481下方と連通し、ま
た、モジュレータ100の上方部は支持プレート152
によって第2タンク481に固定されており、第23図
に示すように自動車の車体に取付けられた状態で、自動
車の振動を受けてもモジュレータ100を支持する。な
お、第21図には、第2タンク481のジョイント15
0位置に、仕切板が破線で示されている。
【0050】第22図は第21図の側面図で、図のよう
にモジュレータ100は熱交換器400に対し、やや前
方に傾斜したような状態で止められている。これは第2
2図に示すように、熱交換器400およびモジュレータ
100が自動車に搭載された状態で、モジュレータ10
0上方部に配置されたサイトグラス190が作業者より
視認しやすくするためである。モジュレータ100下方
部のジョイント150はボルト151により第2タンク
481に固定されている。また、ジョイント150内に
はモジュレ一夕100内の流入管120と連通する孔1
53とモジュレータ100の下方部に直接連通する孔1
54とが形成されている。なお、本例では分岐部の孔1
53が直径3.5mmに形成されており、流入管120
は内径が5mmに形成されている。また、流入管120
の上方部は支持部490によりモジュレータ100に固
定され、第23図に示すように、自動車の走行時の振動
を受けても、流入管120が揺れ動くことがないように
なっている。
【0051】なお、第23図中符号230はエンジン冷
却水放熱用のラジエータで、電動ファン231の送風に
より熱交換器400とともに冷却されるようになってい
る。そして、熱交換器400およびラジエータ230は
自動車のエンジンルーム内でエンジン201の前方に配
置される。
【0052】第24図は、第23図図示モジュレータ1
00を用いた冷凍装置と、第6図に示すような従来のレ
シーバ401を用いた冷凍装置との冷房能力差を示した
ものである。図中破線Kはレシーバを用いた冷凍装置を
示し、実線Jは第23図図示冷凍装置を示す。なお、領
域Lは自動車が40km/hの速度で走行し、蒸発器に
は車室内空気が循環し、さらに蒸発器に流入する空気量
が大の状態を示す。また領域Mは自動車が60km/h
の速度で走行し、蒸発器には温度35℃、湿度60%の
外部空気が流入し、蒸発器に流入する空気流量が中の状
態を示す。領域Nは自動車が停止している渋滞運転状態
を示し、蒸発器には車室内空気が循環し、かつ蒸発器に
流入する空気流量が大の状態を示す。また、領域Nにお
いて、破線Kで示すレシーバを用いた冷凍装置ではエン
ジンのアイドリング回転数が740rpm、実線Jで示
すモジュレータを用いた冷凍装置ではエンジンのアイド
リング回転数が660rpmとなるよう設定している。
【0053】このようにモジュレータを用いた冷凍装置
ではすべての運転領域において冷房性能を向上させてい
ることが認められる。特に、モジュレータを用いた冷凍
装置では、エンジン201のアイドリング回転数を低減
させた状態で、さらに冷房能力を増大させることがで
き、その結果エンジン201の燃費性能を向上させるこ
ともできる。
【0054】第25図はモジュレータ100の下方部と
熱交換器400の第2タンク481との接続構造の他の
例を示し、このモジュレータ100は熱交換器400の
第2タンク481と接続管126で連通するようにして
いる。この接続管126は、第26図に示すように、内
部が仕切り壁160により流入管120と流出管125
に分割形成されている。また、モジュレータ100の上
方部にはサイトグラス190が固定されており、かつモ
ジュレータ100の変動余裕部130にはフロート18
0が配置されている。従って、サイトクラス190から
フロート180の状態を視認することで冷媒の充填状態
が確かめられる。また、モジュレータ100の下方部に
はドライヤ191が配置されており、冷媒中に混入した
水分をこのドライヤ191によって除去することができ
るようになっている。
【0055】パイプ126のうち流入管120部分に
は、第2タンク481内で流入口128が開口してお
り、この流入口128より気冷媒とともに第2タンク4
81内を通過する冷媒の一部がモジュレータ100に供
給できるようになっている。また、流出管125部分に
は第2タンク481内で流出口129が開口している。
従って、モジュレータ100内の液冷媒はこの流出口よ
り熱交換機の過冷却部405へ向けて流出可能となって
いる。
【0056】なお、第26図図示のパイプ126はアル
ミ合金を引き抜き成形したもので、パイプ126とモジ
ュレータ100との間、およびパイプ126と取り付け
ジョイントとの間はろう付け接合されている。第27図
はパイプ126のうち熱交換器400側の端部を示す斜
視図で、第2タンク481内を流れる冷媒の動圧を受け
て気冷媒がモジュレータ100内へ流入しやすくするよ
うな位置に流入口128が形成されている。そして、こ
の流入口と相反する位置に出口孔129が設けられてい
る。なお、第26図および第27図において流入管部分
120と流出管部分125とを仕切る仕切り壁160は
折り曲げ形成されているが、この仕切り壁160の断面
形状は、上記以外の平滑形状としてもよいことはもちろ
んである。また、仕切り壁160は引き抜き成形で一体
に成形するもののほかに、別体成形された仕切り壁16
0を接続管126に収納するようにしてもよい。
【0057】第28図は本発明のモジュレータ100の
下方部と熱交換器400の第2タンク481との接続構
造のさらに他の例を示すもので、この例ではジョイント
部150に流入通路150aおよび流出通路150bを
形成したものである。流入通路150aは、下流端部が
気液界面より上方で開口する流入管120に連結し、こ
れにより第2タンク481を通通した冷媒の気体部分が
確実にモジュレータ100の上方部へ供給されるように
なっている。
【0058】また、ジョイント部150に流入部および
流出部を形成したことに伴い、ジョイント部156に冷
媒通路158を形成するようになっている。第28図中
に示すように、第2タンク481内部の、凝縮部402
と過冷却部405の間となる部位には仕切板が設けられ
ているため、凝縮部402から流出した冷媒は全量、第
2タンク481および冷媒通路158を介して過冷却部
405に流入する。なお、冷媒流路158を通過する冷
媒の一部は流入管120を介してモジュレータ100内
部に流入する。
【0059】本例では、ジョイント部156が第2タン
ク481にろう付けされ、このタンク側ジョイント部1
56に対し、モジュレータ100側のジョイント部15
0がボルト151によって固定されるようになってい
る。なお、両ジョイント150、156間の気密はOリ
ング157によって達成される。特に、第28図図示例
ではジョイント部156内に形成される冷媒通路が流入
部150aに向かうようになっているので、気冷媒が動
圧を受けて流入部150aへ流れやすくなっている。
【0060】第29図ないし第34図に、このモジュレ
ータ100を用いて、冷媒の充填状態を観察した状態を
示す。第29図および第30図は充填冷媒量が不足して
いる状態を示し、この場合にはモジュレータ100内に
液冷媒がほとんど存在せず、また流入管120より流入
された冷媒中にも気泡が多数混入していることにしてい
る。従って、サイトグラス190からは気泡が白濁とな
って確認できる。
【0061】一方、第31図および第32図は適正冷媒
量の状態を示す。この状態では多少気冷媒を含む気液冷
媒が流入管120よりモジュレータ100内に流入し、
従って気液界面が流入管120の上方部と略一致して形
成できる。そのため、サイトグラス190からは流入管
120部分での液面が確認できる。
【0062】一方、第33図および第34図は冷媒が過
充填となっている状態を示す。この状態ではモジュレー
タ100上方部の変動余裕部130まで全て液冷媒で満
たされることになり、サイトグラス190からは液面が
視認されず、冷媒が過充填となったことが確認できる。
【0063】なお、上述の例ではサイトグラス190を
モジュレータ100の頂部に配設したが、第35図に示
すように流入管120の上方部を直接視認できる位置に
サイトグラス190を配置してもよい。また、第36図
に示すように、サイトグラス190を頂部に配設した場
合であっても、流入管120の上方部を屈曲させ、サイ
トグラス190からは流入管出口部の状態が視認できる
ようにしてもよい。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱交換器
では、第2タンクと受液器の下方部とを冷媒流路を有す
るジョイント部で機械的に接続、結合するとともに、こ
の冷媒流路で接続される部位よりも上方において第2タ
ンクと受液器とを支持部材で支持することによって、走
行用エンジンなどによる車両走行時の振動が熱交換器に
伝達しても、受液器をしっかりと支持することができ
る。
【0065】また、本発明によれば、冷媒流路を有する
ジョイント部および支持部材により第2タンクと受液器
とを上下方向において機械的に接続するため、受液器の
形状を第2タンクとほぼ同じく上下方向に延びる形状と
することができる。そのため、受液器の径を小径化して
も、内部に所定量の冷媒を貯留することができ、エンジ
ンルームといった、スペース上制約を受ける空間におい
ても、凝縮部および過冷却部の有効な通風路を小さくす
ることなく、受液器を配することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例である冷凍装置を示す構成図。
【図2】第1図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。
【図3】第1図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。
【図4】第1図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。
【図5】第1図図示モジュレータの他の例を示す断面
図。
【図6】従来技術のレシーバを用いた冷凍装置の一部を
示す正面図。
【図7】過冷却による冷房状態を示すモリエル線図。
【図8】モジュレータの作動原理を説明する図。
【図9】凝縮部と過冷却部との面積割合を示す正面図。
【図10】サブクール面積比とエンジンのアイドル回転
数との関係を示す説明図。
【図11】サブクール面積比と冷房能力との関係を示す
説明図。
【図12】過冷却部での過冷却状態を説明する図。
【図13】分岐管面積比とモジュレータへの気冷媒流出
比との関係を示す説明図。
【図14】気冷媒の分岐状態を示す説明図。
【図15】流入管を用いたモジュレータの例を示す断面
図。
【図16】分岐管面積比と有効サブクール面積比との関
係を示す説明図。
【図17】モジュレータの充填余裕部と変動余裕部との
位置関係を示す説明図。
【図18】圧縮機の回転数とモジュレータ内の冷媒量と
の関係を示す説明図。
【図19】第12図図示冷凍装置と第6図図示冷凍装置
との冷媒封入量とコンプレッサ出口高圧との関係を示す
説明図。
【図20】本発明の受液器付熱交換器を概略的に示す断
面図。
【図21】第20図図示モジュレータを示す正面図。
【図22】第21図図示モジュレータを示す断面図。
【図23】第20図図示モジュレータの自動車への搭載
状態を示す説明図。
【図24】第23図図示冷凍装置と第6図図示冷凍装置
との冷房能力の関係の差を説明する説明図。
【図25】本発明に係わるモジュレータの下方部と熱交
換器の第2タンクとの接続構造の他の例を示す断面図。
【図26】第25図図示接続管の断面図。
【図27】第25図図示接続管の端部を示す斜視図。
【図28】本発明に係わるモジュレータの下方部と熱交
換器の第2タンクとの接続構造の他の例を示す断面図。
【図29】第28図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。
【図30】第29図図示モジュレータのサイトグラスの
透視状態を示す説明図。
【図31】第28図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。
【図32】第31図図示モジュレータのサイトグラスの
透視状態を示す説明図。
【図33】第28図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。
【図34】第33図図示モジュレータのサイトグラスの
透視状態を示す説明図。
【図35】第28図図示モジュレータの他の例を示す断
面図。
【図36】第28図図示モジュレータの他の例を示す断
面図。
【図37】従来の冷凍装置の一部を示す説明図。
【符号の説明】
100…モジュレータ、200…圧縮機、300…減圧
手段、310…蒸発器、4000…熱交換器、402…
凝縮部、405…過冷却部、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 伸 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 藤原 健一 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 平4−227436(JP,A) 特開 平3−87572(JP,A) 実開 昭63−104955(JP,U) 実開 昭54−4464(JP,U) 実開 平2−63215(JP,U) 実公 昭58−22062(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 39/04 F25B 43/00 F25B 1/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮す
    る凝縮部と、この凝縮部を通過した冷媒を過冷却させる
    過冷却部と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配さ
    れ、前記凝縮部を通過した冷媒を気液分離するとともに
    冷媒を貯留する受液器とを備え、 前記凝縮部および前記過冷却部は、略水平方向に複数本
    平行に配置され、内部を冷媒が流れる偏平状のチューブ
    と、これらのチューブと平行に配置されるとともに前記
    チューブに熱的に結合され、冷媒と通過空気との熱交換
    を促進させるコルゲート形状を有するフィンと、前記チ
    ューブの一端に配され、前記複数のチューブへと冷媒を
    分配する、および/または前記複数のチューブを通過し
    た冷媒を集める、上下方向に延びる形状を有する第1タ
    ンクと、前記チューブの他端に配され、前記複数のチュ
    ーブへと冷媒を分配する、および/または前記複数のチ
    ューブを通過した冷媒を集める、上下方向に延びる形状
    を有する第2タンクと有し、前記第1タンクには内部を
    上流側空間と下流側空間とに区画する第1の仕切板が設
    けられており、この第1の仕切板によって区画された前
    記第1タンク内の上流側空間に導入された冷媒を前記第
    2タンクを介して前記過冷却部へと流入させる自動車用
    空調装置に用いられる受液器付熱交換器であって、 前記第2タンク内部には上流側空間と下流側空間とに区
    画する第2の仕切板が設けられており、この第2の仕切
    板よりも上流側を前記凝縮部とし、前記第2の仕切板よ
    りも下流側を前記過冷却部とし、 前記受液器は前記第2タンクと略平行に且つ前記第2タ
    ンクに対して一定間隙を介して上下方向に延びる筒形形
    状を有し、 前記受液器の下方となる部位には、前記凝縮部から前記
    受液器の内部へと冷媒を導入させる入口部と、前記受液
    器の内部から前記過冷却部へと冷媒を導出させる出口部
    とが形成され、 一端が前記第2タンクの前記凝縮部に開口し、他端が前
    記受液器の下方となる部位に開口し、前記入口部を介し
    て前記凝縮部から前記受液器の内部に冷媒を導入する入
    口側冷媒流路と、一端が前記第2タンクの前記過冷却部
    に開口し、他端が前記受液器の下方となる部位に開口
    し、前記出口部を介して前記受液器の内部から前記過冷
    却部に冷媒を導出する出口側冷媒流路とを有し、前記受
    液器の下方となる部位を前記第2タンクに機械的に接続
    するジョイント部を有し、 前記受液器の上方となる部位は、支持部材によって前記
    第2タンクに機械的に結合されることを特徴とする自動
    車用空調装置に用いられる受液器付熱交換器。
  2. 【請求項2】 圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮す
    る凝縮部と、この凝縮部を通過した冷媒を過冷却させる
    過冷却部と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配さ
    れ、前記凝縮部を通過した冷媒を気液分離するとともに
    冷媒を貯留する受液器とを備え、 前記凝縮部および前記過冷却部は、略水平方向に平行に
    複数配置され、内部を冷媒が流れる偏平状のチューブ
    と、これらのチューブと平行に配置されるとともに前記
    チューブに熱的に結合され、冷媒と通過空気との熱交換
    を促進させるコルゲート形状を有するフィンと、前記チ
    ューブの一端に配され、前記複数のチューブへと冷媒を
    分配する、および/または前記複数のチューブを通過し
    た冷媒を集める、上下方向に延びる形状を有する第1タ
    ンクと、前記チューブの他端に配され、前記複数のチュ
    ーブへと冷媒を分配する、および/または前記複数のチ
    ューブを通過した冷媒を集める、上下方向に延びる形状
    を有する第2タンクと有し、前記第1タンクには内部を
    上流側空間と下流側空間とに区画する第1の仕切板が設
    けられており、この第1の仕切板によって区画された前
    記第1タンク内の上流側空間に導入された冷媒を前記第
    2タンクを介して前記過冷却部へと流入させる自動車用
    空調装置に用いられる受液器付熱交換器であって、 前記第2タンク内部には上流側空間と下流側空間とに区
    画する第2の仕切板が設けられており、この第2の仕切
    板よりも上流側を前記凝縮部とし、前記第2の仕切板よ
    りも下流側を前記過冷却部とし、前記過冷却部は前記凝
    縮部の下方に配され、 前記受液器は前記第2タンクと略平行に且つ前記第2タ
    ンクに対して一定間隙を介して上下方向に延びる筒形形
    状を有し、 一端が前記第2タンクの前記過冷却部に開口し、他端が
    前記受液器の下方となる部位に開口し、前記受液器の内
    部から前記過冷却部に冷媒を導出する冷媒流路を有し、
    前記受液器の下方となる部位を前記第2タンクに機械的
    に接続させるジョイント部を有し、 前記受液器の上方となる部位は、支持部材によって前記
    第2タンクに機械的に結合されることを特徴とする自動
    車用空調装置に用いられる受液器付熱交換器。
  3. 【請求項3】 圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮す
    る凝縮部と、この凝縮部を通過した冷媒を過冷却させる
    過冷却部と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配さ
    れ、前記凝縮部を通過した冷媒を気液分離するとともに
    冷媒を貯留する受液器とを備え、 前記凝縮部および前記過冷却部は、略水平方向に平行に
    複数配置され、内部を冷媒が流れる偏平状のチューブ
    と、これらのチューブと平行に配置されるとともに前記
    チューブに熱的に結合され、冷媒と通過空気との熱交換
    を促進させるコルゲート形状を有するフィンと、前記チ
    ューブの一端に配され、前記複数のチューブへと冷媒を
    分配する、および/または前記複数のチューブを通過し
    た冷媒を集める、上下方向に延びる形状を有する第1タ
    ンクと、前記チューブの他端に配され、前記複数のチュ
    ーブへと冷媒を分配する、および/または前記複数のチ
    ューブを通過した冷媒を集める、上下方向に延びる形状
    を有する第2タンクと有し、前記第1タンクには内部を
    上流側空間と下流側空間とに区画する第1の仕切板が設
    けられており、この第1の仕切板によって区画された前
    記第1タンク内の上流側空間に導入された冷媒を前記第
    2タンクを介して前記過冷却部へと流入させる自動車用
    空調装置に用いられる受液器付熱交換器であって、 前記第2タンク内部には上流側空間と下流側空間とに区
    画する第2の仕切板が設けられており、この第2の仕切
    板よりも上流側を前記凝縮部とし、前記第2の仕切板よ
    りも下流側を前記過冷却部とし、 前記受液器は前記第2タンクと略平行に且つ前記第2タ
    ンクに対して一定間隙を介して上下方向に延びる筒形形
    状を有し、 一端が前記第2タンクの前記凝縮部に開口し、一端が前
    記受液器の下方となる部位に開口し、前記凝縮部から前
    記受液器の内部へと冷媒を導入する冷媒流路を有し、前
    記受液器の下方となる部位を前記第2タンクに機械的に
    接続させるジョイント部を有し、 前記受液器の上方となる部位は、支持部材によって前記
    第2タンクに機械的に結合されることを特徴とする自動
    車用空調装置に用いられる受液器付熱交換器。
  4. 【請求項4】 圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮す
    る凝縮部と、この凝縮部を通過した冷媒を過冷却させる
    過冷却部と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配さ
    れ、前記凝縮部を通過した冷媒を気液分離するとともに
    冷媒を貯留する受液器とを備え、 前記凝縮部および前記過冷却部は、略水平方向に平行に
    複数配置され、内部を冷媒が流れる偏平状のチューブ
    と、これらのチューブと平行に配置されるとともに前記
    チューブに熱的に結合され、冷媒と通過空気との熱交換
    を促進させるコルゲート形状を有するフィンと、前記チ
    ューブの一端に配され、前記複数のチューブへと冷媒を
    分配する、および/または前記複数のチューブを通過し
    た冷媒を集める、上下方向に延びる形状を有する第1タ
    ンクと、前記チューブの他端に配され、前記複数のチュ
    ーブへと冷媒を分配する、および/または前記複数のチ
    ューブを通過した冷媒を集める、上下方向に延びる形状
    を有する第2タンクと有し、前記第1タンクには内部を
    上流側空間と下流側空間とに区画する第1の仕切板が設
    けられており、この第1の仕切板によって区画された前
    記第1タンク内の上流側空間に導入された冷媒を前記第
    2タンクを介して前記過冷却部へと流入させる自動車用
    空調装置に用いられる受液器付熱交換器であって、 前記第2タンク内部には上流側空間と下流側空間とに区
    画する第2の仕切板が設けられており、この第2の仕切
    板よりも上流側を凝縮部とし、前記第2の仕切板よりも
    下流側を過冷却部とし、 前記受液器は前記第2タンクと略平行に且つ前記第2タ
    ンクに対して一定間隙を介して上下方向に延びる筒形形
    状を有し、 前記受液器の下方となる部位には、前記凝縮部から前記
    受液器の内部へと冷媒を導入させる入口部と、前記受液
    器の内部から前記過冷却部へと冷媒を導出させる出口部
    とが形成され、 一端が前記第2タンクの前記凝縮部に開口し、他端が前
    記受液器の下方となる部位に開口し、前記入口部を介し
    て前記凝縮部から前記受液器の内部に冷媒を導入する入
    口側冷媒流路と、一端が前記第2タンクの前記過冷却部
    に開口し、他端が前記受液器の下方となる部位に開口
    し、前記出口部を介して前記受液器の内部から前記過冷
    却部に冷媒を導出する出口側冷媒流路とを有し、前記受
    液器の下方となる部位を前記第2タンクに機械的に接続
    させるジョイント部を有し前記受液器は第2タンクに機
    械的に接続され、 前記入口側冷媒流路および前記出口側冷媒流路とによっ
    て機械的に接合される部位と異なる部位において、支持
    部材によって前記受液器を前記第2タンクに機械的に結
    合することを特徴とする自動車用空調装置に用いられる
    受液器付熱交換器。
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