JP3764904B2 - 冷凍サイクルおよび冷凍サイクルの受液器容積決定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷媒循環量が変動する車両用空気調和装置、車両用冷凍装置、車両用冷蔵装置等の冷凍サイクルに関するもので、特に冷媒凝縮器、受液器、過冷却器およびサイトグラスを冷媒配管により順次接続してなる車両用空気調和装置の冷凍サイクル、および冷凍サイクルの受液器容積算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空気調和装置の冷凍サイクルを構成する冷媒凝縮器と受液器（レシーバ）は、冷凍サイクルの高圧側に接続されているため、高圧が加わっても変形や破損が生じない高強度の構造でなければならない。したがって、冷媒凝縮器のヘッダや受液器等の高圧容器は、構造上の条件として円筒形状にすることが多い。
【０００３】
このような構造上の条件を満たすため、冷媒凝縮器と受液器とを別個独立して配設した冷凍サイクルが一般的であるが、冷媒凝縮器の出口と受液器の入口とを接続するパイプ等の継手が必要となり、部品点数の低減、つまり製品コストや組付作業工数の低減が困難であると共に、冷媒凝縮器と受液器とでそれぞれ独立した取付スペースが必要となるため、冷凍サイクル機器の小型化による車両搭載性向上の要望に応えることができないという不具合が生じていた。
【０００４】
この不具合を解消するため、例えば冷媒圧縮機の吐出口より冷媒が流入する入口側ヘッダー、この入口側ヘッダーにて分配された冷媒を空気と熱交換させて凝縮させる複数本の凝縮用チューブ、これらの凝縮用チューブの出口に接続された出口側ヘッダー、この出口側ヘッダーの背壁に接続され、内部に気液分離室が形成された受液器、この受液器の上端開口に嵌め込まれ、サイトグラスを設けたサイトグラスボディ、および受液器内に収容されたドライヤ等から構成された受液器一体型冷媒凝縮器が提案されている〔特許文献１参照〕。
【０００５】
ところが受液器一体型冷媒凝縮器の場合、受液器の必要容量は、サイトグラスでの泡消えに必要な量、冷媒洩れに対する余裕量、車両の運転条件の違いによる冷媒変動量の総和となるため、一般に３５０（ｃｃ）〜４００（ｃｃ）程必要である。この容量を確保し、且つ冷媒凝縮器の出口側ヘッダーに取り付けるには、受液器の断面積を大きくする必要がある。
【０００６】
従って、この受液器一体型冷媒凝縮器においては、冷媒凝縮器と受液器とを接続するパイプが不要となっても、受液器のサイズが大型となるため、出口側ヘッダーよりコアの幅方向への張出部分の体格が増加するので、冷媒凝縮器にとって冷媒と空気との熱交換に寄与しないデッドスペースが増加することになる。
【０００７】
特に、車両搭載スペースが一定であれば、受液器のサイズ、つまりデッドスペースが増加した分だけ、冷媒凝縮器の有効放熱面積が小さくなり、冷凍サイクルの効率を低下させるという問題点が生じる。したがって、冷凍サイクルの効率を考慮すればできる限り受液器を小さくする必要がある。また、受液器と冷媒凝縮器とが別体であっても、省冷媒という見方をすれば受液器はできる限り小型化することが望ましい。
【０００８】
そこで、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機と、その冷媒圧縮機より流入した冷媒を凝縮させる複数の凝縮用チューブ部と、これら凝縮用チューブ部より流入した冷媒を合成させる冷媒合成部を有する冷媒凝縮器と、この冷媒凝縮器の冷媒合成部より流入した冷媒を気液分離して液相冷媒のみ流出させる受液器と、この受液器より流入した冷媒を分配する冷媒分配部と、およびこの冷媒分配部より分配された冷媒を過冷却する過冷却用チューブ部を有する過冷却器と、この過冷却器より流入した冷媒の状態を観察するためのサイトグラスと、このサイトグラスより流入した冷媒を膨張させる温度作動式膨張弁と、この温度作動式膨張弁より流入した冷媒を蒸発させる冷媒蒸発器とを備えた冷凍サイクルからなり、前記受液器の必要容量（内容積）をＶＲ、前記冷媒凝縮器の容量（内容積）と前記過冷却器の容量（内容積）との和をＶＣＯＮＤ、前記冷媒蒸発器の容量（内容積）をＶＥＶＡ、前記過冷却用チューブ部の容量（内容積）をＶＳＣ、前記冷媒合成部の容量（内容積）と前記冷媒分配部の容量（内容積）との和をＶｈとしたとき、下記式を満足する技術手段を採用する方法が提案された〔特許文献２参照〕。
【０００９】
【数４】

【００１０】
上記方法に従えば、受液器の小型化が図れるとともに、凝縮器のコアの有効放熱面積への縮小を防止することができる。ところが、車種に応じて冷凍サイクルの構成要素への仕様が多様であり、かつ冷房負荷の変化幅も大きいことから、冷凍サイクルの全体容積を測定し難く、上記関係式を採用するには限界があった。
【００１１】
また、受液器一体型凝縮器は、凝縮器の製造時におけるブレージング（ロウ付け）の際、受液器の大きさにより熱容量が変り、凝縮器が均一に加熱されずに、局部的にブレージング不良が発生し、製品を量産する際に不良品が発生するとの問題があった。ブレージング不良を防止するために受液器の容積を縮小することはできるものの、凝縮器と受液器との相関関係を適確に関連させていなかったし、さらに受液器の冷媒貯有量の減少による冷房負荷変化に伴い安定に冷媒供給が行われないため、冷凍サイクルの効率が低下するとの問題もあった。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−４３２７１号公報（１〜２頁）
【特許文献２】
特開平９−３３１３９号公報（１〜２頁）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明の目的は、圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、および蒸発器から構成された冷凍サイクルにおいて、凝縮器の容積と受液器容積との相関関係を導き、これを利用することで受液器の容積を簡単に決定できるようにした冷凍サイクル、および受液器容積算出方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、および蒸発器からなる冷凍サイクルにおいて、受液器の容積（ＲＶ）は、凝縮器の全体容積（ＣＶＴ）と下記関係式を満たしていることを特徴とする冷凍サイクル、および受液器容積算出方法である。
【００１５】
【数５】

【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る自動車用空気調和装置の冷凍サイクル図である。冷凍サイクル１００は、圧縮機２００、凝縮器３００、受液器４００、膨張弁５００および蒸発器６００からなっている。
【００１７】
冷凍サイクル１００における冷媒は、圧縮機２００で圧縮され高温、高圧状態で凝縮器２００に送出される。凝縮器２００を通過して液になり、受液器４００を経由して膨張弁５００を通り低温・低圧となり蒸発器６００に流入した後、周囲の空気と熱交換して気体となり、圧縮機２００に送出され循環されることになる。
【００１８】
上記の如き冷凍サイクル１００を構成する部品のうち、凝縮器３００は、図２に示すように、並列に並ぶ多数のチューブ３０１と、チューブ３０１間に交互に介在する複数のフィン３０２からなるコア３０３を作っている。
【００１９】
チューブ３０１の一端部は第１ヘッダー３１０に、他端部は第２ヘッダー３１１に連結され、ヘッダー３１０、３１１のそれぞれの両端部は、キャップ３３０、３３１によって密閉されている。第１ヘッダー３１０の上部には、流入パイプ３４０が連結され、その下部には流出パイプ３４１が連結される。図２には流入パイプ３４０と流出パイプ３４１はともに第１ヘッダー３１０に形成されるように示されているが、流出パイプ３４１は第２ヘッダー３１１に連結するようになっていてもよい。すなわち、流入パイプ３４０と流出パイプ３４１の位置は、多重流路の個数、その他状況に応じて任意に決められるものである。
【００２０】
第１ヘッダー３１０および第２ヘッダー３１１のそれぞれの内部には、バッフル３５０が配置されて冷媒流路を決めることになり、さらに、それぞれの冷媒流路は複数のチューブ３０１によって決められる。
【００２１】
凝縮器３００の最外殻部は、一対のサイドプレート３２０、３２１となっている。
【００２２】
上記のような構成となる凝縮器によって凝縮されて液状になった冷媒は、凝縮器３００の流出パイプ３４１に導管３４２を通して連結された受液器４００に送出されて貯蔵される。受液器４００には一定量の冷媒が貯蔵されていることから、熱交換の負荷に伴って急激に変動する冷媒循環量の変動に適切に対処できることができる。
【００２３】
受液器４００の内部には、冷媒から水分を除去するための乾燥剤（図示せず）を内蔵することもでき、また受液器４００の下部には開閉可能に結合される下部キャップ（図示せず）をさらに備えることもできる。これまでの説明は、凝縮器３００と受液器４００とが切り放された場合について述べてきた。
【００２４】
図３は、本発明における別の実施の形態である別個独立した受液器がヘッダの側面に配設された形態を示している。凝縮器３００をなす一対のヘッダー３１０、３１１中のいずれかの一つ、図においては、第２ヘッダー３１１に受液器４００を形成して、流入パイプ３４０を通して凝縮器３００に流入された気相の冷媒は凝縮器３００内の冷媒流路を通過して凝縮され、第１ヘッダー３１０、第２ヘッダー３１１を通って気相と液相とに分けられ、凝縮された冷媒は、通路３６０、３６１、３６２を通って受液器４００に流出させ、受液器４００内で再度、気相と液相とに分けることによって、凝縮器３００から排出される冷媒はほぼ液相の状態になる。
【００２５】
ここで、受液器４００の内部には、凝縮器によって液相に凝縮された冷媒から水分を除く乾燥剤４１０をさらに備えることができる。さらに、受液器の下部側を開閉する下部キャップ４２０をさらに備えることができる。
【００２６】
本発明のまたの実施の形態として、図４に示すように、第１ヘッダー３１０、第２ヘッダー３１１をそれぞれ上下水平に配置して、その間に複数のチューブ３０１を垂直に設けて冷媒を垂直に流動させて受液器４００を経由するようにするダウンフロータイプとすることもできる。
【００２７】
本発明の目的は、圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、および蒸発器から構成された冷凍サイクルにおいて、凝縮器の容積と受液器の容積との相関関係を導き、これを利用して受液器４００の容積を容易に算出することにある。具体的に、圧縮機２００と、凝縮器３００と、受液器４００と、膨張弁５００、および蒸発器６００が冷媒パイプを介して順次連設されて冷媒が流動されるように構成された冷凍サイクルにおいて、凝縮器３００の全体容積をＣＶＴとし、受液器４００の容積をＲＶとすると、受液器４００の容積ＲＶは、下記の関係式（１）の範囲で決定される。
【００２８】
【数６】

【００２９】
受液器４００が、上記関係式（１）の範囲にあるとき、冷房負荷の変化に応じて安定的な冷媒供給が行われ、冷凍サイクルが低下しない。実験の結果によって得られた受液器の最適容積ＲＶは、下記の関係式（２）の範囲内にある。
【００３０】
【数７】

【００３１】
さらに、受液器４００が乾燥剤４１０と下部キャップ４２０を備えた場合、冷媒が占める空間である受液器４００の内部空間容積ＲＩＶは、下記の関係式３の範囲で決定される。
【００３２】
【数８】

【００３３】
受液器４００が関係式（３）のごとき範囲である場合、冷房負荷の変化に応じて安定的な冷媒供給が行われ、冷凍サイクルが低下されないことを確認した。実験結果によって得られた受液器の内部容積ＲＩＶは、次の関係式（４）の範囲内にある。
【００３４】
【数９】

【００３５】
一方、本発明は圧縮機２００と、凝縮器３００と、受液器４００と、膨張弁５００、および蒸発器６００が冷媒パイプを介して順次連設されて冷媒が流動されるように構成された冷凍サイクルの受液器４００の容積決定方法において、凝縮器３００の全体容積をＣＶＴとし、受液器４００の容積をＲＶとすると、受液器４００の容積ＲＶは、下記の関係式（５）の範囲内で決定することができる。
【００３６】
【数１０】

【００３７】
関係式（５）の範囲にあるとき、実験結果によって得られた受液器４００の容積ＲＶは、下記の関係式（６）の範囲にある。
【００３８】
【数１１】

【００３９】
図５は、凝縮器３００の全体容積ＣＶＴと受液器４００の容積ＲＶとの関係をグラフで示している。図中の線Ａは、凝縮器３００の全体容積ＣＶＴの変化に対して受液器４００の容積ＲＶの最大値の変化を示し、線Ｂは凝縮器の全体容積ＣＶＴの変化に対して受液器４００の容積ＲＶの最小値の変化を示している。つまり、本発明において、受液器４００の容積ＲＶは、凝縮器の全体容積ＣＶＴに対して線Ａと線Ｂとの間の容積によって決定される。
【００４０】
図６は、本発明による凝縮器の全体容積ＣＶＴの変化に応じて決定された容積ＲＶを適用された受液器がヘッダの側面に別個独立して配設された形態の凝縮器と、冷房システムの全体容積に応じて決定された容積を適用された受液器がヘッダの側面に別個独立して配設された形態の凝縮器を実車にそれぞれ適用された結果と、理想的な受液器容積との関係を示したものである。
【００４１】
図６から、本発明による凝縮器の全体容積ＣＶＴの変化に応じて決定された容積ＲＶを有する受液器４００は、冷房システムの全体容積の変化に応じて決定された容積を有する受液器と同様、理想的な受液器容積に近い容積となることが分る。
【００４２】
従って、冷房システムの全体容積の変化に応じて受液器４００の容積ＲＶを決定する必要がなく、凝縮器３００の全体容積ＣＶＴの変化に応じて受液器４００の容積ＲＶを決定しても、冷房負荷の変化に応じて安定的な冷媒供給が行われ、冷凍サイクルが低下することもない。
【００４３】
以上、本発明の原理を例示するための好ましき実施の形態と関連させて説明した。本発明は、上記に挙げた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲の内で変更、修正が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
上記のごとく構成された本発明に係る受液器の容積決定方法によって、凝縮器の全体容積の変化に応じて受液器４００の容積ＲＶを決定しても冷房負荷変動に十分対処することができる。さらに、受液器がヘッダの側面に別個独立して配設された形態の凝縮器に適用してもブレージング不良が発生しない範囲内の最適容積を決定できることから、受液器４００に対する最適の容積を手軽に決定することができる。かように決定された容積を有する受液器４００を適用された受液器がヘッダの側面に別個独立して配設された形態の凝縮器をブレージングする際、ブレージング不良を減らすことによって、受液器がヘッダの側面に別個独立して配設された形態の凝縮器の生産性、および製造コストダウンが図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動車用空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図２】本発明の実施の形態である凝縮器の一例を示す図である。
【図３】本発明における別の実施の形態である別個独立した受液器がヘッダの側面に配設された形態を示す断面図である。
【図４】本発明における又別の実施の形態であるダウンフロータイプの凝縮器を示す図である。
【図５】凝縮器の全体容積ＣＶＴと受液器の容積ＲＶとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明による凝縮器の全体容積ＣＶＴの変化に応じて決定された容積ＲＶを適用された受液器一体型凝縮器と、冷房システムの全体容積に応じて決定された容積を適用された一体型凝縮器を実車にそれぞれ適用された結果と、理想的な受液器容積との関係を示したものである。
【符号の説明】
１００： 冷凍サイクル
２００： 圧縮機
３００： 凝縮器
３０１： チューブ
３０２： フィン
３０３： コア
３１０： 第１ヘッダー
３１１： 第２ヘッダー
３２０、３２１： サイドプレート
３３０、３３１： キャップ
３４０： 流入パイプ
３４１： 流出パイプ
３４２： 導管
３５０： バッフル
３６０、３６１、３６２： 通路
４００： 受液器
４１０： 乾燥剤
４２０： 下部キャップ
５００： 膨張弁
６００： 蒸発器

Claims (8)

1. 圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、および蒸発器からなる冷凍サイクルにおいて、受液器は、凝縮器のヘッダとは別個独立して配設され、かつその容積（ＲＶ）は、凝縮器の全体容積（ＣＶＴ）と下記関係式を満たしていることを特徴とする冷凍サイクル。
   

   
2. 前記受液器の容積（ＲＶ）は、２２０（ｃｃ）≦ＲＶ≦３５０（ｃｃ）の範囲を満足することを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
3. 前記受液器内に、さらに乾燥剤と下部キャップを備えている場合には、冷媒の占める空間である受液器の内部空間容積（ＲＩＶ）は、凝縮器の全体容積（ＣＶＴ）と下記関係式を満たしていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
   

   
4. 前記受液器の内部空間容積（ＲＩＶ）は、１５０（ｃｃ）≦ＲＩＶ≦２５０（ｃｃ）の範囲を満足することを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル。
5. 前記凝縮器は、第１、第２ヘッダーと、前記第１、第２ヘッダーを相互に連通されるように連結する複数のチューブと、前記チューブのそれぞれの間に介在するフィンと、前記第１、第２ヘッダー中のいずれかに設けられる冷媒流入口及び冷媒排出口とからなることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
6. 前記凝縮器は、上下に離隔されるように位置する第１、第２ヘッダーと、前記第１、第２ヘッダーを相互に連通されるように連結する複数のチューブと、前記チューブのそれぞれの間に介在するフィンと、前記第１、第２ヘッダー中のいずれかに設けられる冷媒流入口及び冷媒排出口とからなることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
7. 圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁および蒸発器からなる冷凍サイクルにおいて、受液器は、凝縮器のヘッダとは別個独立して配設され、かつその容積（ＲＶ）は、凝縮器の全体容積（ＣＶＴ）と下記関係式を満たすようにすることを特徴とする冷凍サイクルの受液器容積決定方法。
   

   
8. 前記受液器の容積（ＲＶ）は、２２０（ｃｃ）≦ＲＶ≦３５０
   （ｃｃ）の範囲を満足することを特徴とする請求項７記載の冷凍サイクルの受液器
   容積算出方法

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