JP3937973B2

JP3937973B2 - Refrigeration cycle equipment

Info

Publication number: JP3937973B2
Application number: JP2002233206A
Authority: JP
Inventors: 薫都築; 哲滋信田; 良一真田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: JP2004067061A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、気液分離器を一体に構成した凝縮器を備える冷凍サイルク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特願2001-117278 の特許出願において、従来のレシーバサイクル及びアキュムレータサイクルとは異なる新たな方式により、蒸発器の出口冷媒に与えられる過熱度を調整する冷凍サイクル装置を提案している。
この冷凍サイクル装置は、気液分離器を一体に構成した凝縮器を備え、その凝縮器には、冷媒の流れ方向に第１熱交換部と第２熱交換部とが設けられている。
【０００３】
気液分離器は、気液分離した液冷媒を貯留するタンク室を有すると共に、圧縮機から吐出された冷媒の一部と、凝縮器の第１熱交換部から第２熱交換部へ流れる液冷媒の一部とが流入して混合する混合室を備える。
混合室で混合された混合冷媒は、流入通路を通ってタンク室に流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離された後、凝縮器の第２熱交換部に導入される。これにより、圧縮機から吐出される冷媒の過熱度に応じてタンク室に溜まる液冷媒量が変化し、その液冷媒量の増減に伴ってサイクル内を循環する冷媒流量が変化するため、結果的に蒸発器の出口冷媒に与えられる過熱度を制御することができる。
【０００４】
ところが、上記の気液分離器は、混合室とタンク室とを連通する流入通路がタンク室の円筒内周面に開口しているため、タンク室に内圧が掛かった時に、通路孔の周辺に応力が集中して最大発生応力が大きくなり、気液分離器の耐圧寿命が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、タンク室の内周面に開口する開口部の形状を見直すことにより、タンク室の耐圧寿命を向上させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明は、気液分離器を一体に構成した凝縮器を備える冷凍サイクル装置であって、凝縮器は、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる熱交換部を有し、気液分離器は、気液二相の混合冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して貯留するタンク室と、このタンク室の上流側に設けられる第１の混合室と、タンク室の下流側に設けられる第２の混合室と、圧縮機から吐出された冷媒の一部を熱交換部の上流から第１の混合室へ導くバイパス通路と、熱交換部で凝縮した液冷媒の一部を熱交換部の途中から分岐して第１の混合室へ導く分岐通路と、第１の混合室とタンク室とを連通して、第１の混合室で混合された混合冷媒をタンク室へ導く流入通路と、タンク室の上部と第２の混合室とを連通して、タンク室から気相冷媒を第２の混合室へ導くガス戻し通路と、タンク室の下部と第２の混合室とを連通して、タンク室から液相冷媒を第２の混合室へ導く液戻し通路と、第２の混合室と熱交換部とを連通して、第２の混合室で混合された混合冷媒を熱交換部へ導く流出通路とを備えることを特徴とする。
（請求項２の発明）
請求項１に記載した冷凍サイクル装置において、タンク室は、断面円形の内周面を有する円筒形状に設けられ、流入通路は、タンク室の内周面に開口する開口部の形状が、タンク室の周方向に所定距離はなれて向かい合う第１の半円形と第２の半円形とを互いに接線で結んだ異形の長孔形状を有し、且つ第１の半円形より第２の半円形の方が曲率半径が大きいことを特徴とする。
この構成によれば、タンク室の内部に所定の圧力を導入して強度解析を実施した結果、開口部の形状が丸孔や長孔（楕円形）の場合と比較して、開口部周辺に発生する最大発生応力を低減できた。
【０００９】
（請求項３の発明）
請求項２に記載した冷凍サイクル装置において、ガス戻し通路は、タンク室の内周面に開口する開口部の形状が、タンク室の周方向に所定距離はなれて向かい合う第１の半円形と第２の半円形とを互いに接線で結んだ異形の長孔形状を有し、且つ第１の半円形より第２の半円形の方が曲率半径が大きいことを特徴とする。
請求項２の発明と同様、タンク室の耐圧強度を向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の冷凍サイクル装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施例の冷凍サイクル装置１は、車両用空調装置に使用されるもので、図２に示す様に、圧縮機２、気液分離器３を備える凝縮器４、減圧装置５、及び蒸発器６等より構成され、冷媒配管７によって環状に接続されている。
圧縮機２は、電磁クラッチ２ａを介して車両エンジンＥによりベルト駆動され、蒸発器６から吸引したガス冷媒を高温、高圧に圧縮して吐出する。
【００１１】
気液分離器３は、凝縮器４と一体に構成され、気液分離して貯留する液冷媒量を圧縮機２の吐出冷媒が持つ過熱度に応じて調整する。
凝縮器４は、圧縮機２から吐出された冷媒を外気と熱交換させて冷却する。この凝縮器４は、車両走行時に生じる走行風を受けて冷却される部位、具体的にはエンジンルーム内の最前部等に設置され、走行風及び冷却ファン（図示せず）の送風空気により冷却される。
凝縮器４と気液分離器３の具体的な構成については下述する。
【００１２】
減圧装置５は、凝縮器４を通過した冷媒を減圧するもので、例えば、オリフィス、ノズル、キャピラリチューブ等の固定絞りが用いられる。
蒸発器６は、周知の如く空調装置のダクト（ユニットケース）内に配置され、減圧装置５を通過した低圧冷媒を、図示しないブロワより送風される空気と熱交換させて蒸発させる。蒸発器６で冷却された空気は、図示しないヒータコアで温度調節された後、車室内へ吹き出される。
【００１３】
次に、凝縮器４と気液分離器３の構成について説明する。
凝縮器４は、図１に示す様に、冷媒を外気と熱交換させる熱交換部８と、熱交換部８の左右両側に配置される一組のヘッダタンク９、１０より構成される。
熱交換部８は、冷媒通路を形成する複数本のチューブ１１と、このチューブ１１の表面に接合される放熱フィン１２とで構成され、各チューブ１１の両端部がそれぞれヘッダタンク９、１０の内部に差し込まれて接合（ろう付け）されている。
【００１４】
一組のヘッダタンク９、１０は、それぞれの内部空間において各チューブ１１同士を連通している。
一方のヘッダタンク９は、内部空間が２枚のセパレータ１３、１４によって上下方向に３つの空間（上から順に第１空間９ａ、第２空間９ｂ、第３空間９ｃ）に仕切られている。この一方のヘッダタンク９の第１空間９ａに相当する部位には、圧縮機２から吐出された冷媒を導入するための入口ジョイント１５が接合（ろう付け）されている。この入口ジョイント１５には、圧縮機２と凝縮器４とを繋ぐ冷媒配管７ａ（図２参照）が接続される。
【００１５】
他方のヘッダタンク１０は、内部空間が１枚のセパレータ１６によって上下方向に２つの空間（上側が上部空間１０ａ、下側が下部空間１０ｂ）に仕切られている。このセパレータ１６は、一方のヘッダタンク９の下側セパレータ１４より低い位置に配置されている。
この他方のヘッダタンク１０の下部空間１０ｂに相当する部位には、冷媒を取り出すための出口ジョイント１７が接合（ろう付け）されている。この出口ジョイント１７には、凝縮器４と減圧装置５とを繋ぐ冷媒配管７ｂ（図２参照）が接続される。
【００１６】
気液分離器３は、図３に示す様に、気液分離した液冷媒を貯留するタンク室１８と、このタンク室１８に近接して設けられる第１の混合室１９と第２の混合室２０を有し、接合板２１を介して一方のヘッダタンク９に接合（ろう付け）されている。
接合板２１は、例えばアルミニウム板の両面に予めろう材をクラッドしたもので、凝縮器４と気液分離器３とを組み付ける際に一体ろう付けされる。
【００１７】
タンク室１８は、第１の混合室１９及び第２の混合室２０と共に、タンク本体３Ａの上下方向に延びて形成され、タンク室１８の上下両端開口部が上側キャップ２２と下側キャップ２３（図５参照）とでそれぞれ気密に閉塞されている。
タンク本体３Ａは、例えばアルミニウム製であり、タンク室１８と第１の混合室１９及び第２の混合室２０とが一体に押出成形されている。
【００１８】
タンク室１８の下端部には、下側キャップ２３を固定するための雌ねじリング２４が挿入され、タンク室１８の内周面に気密に接合（ろう付け）されている。雌ねじリング２４は、タンク本体３Ａと同じアルミニウム製であり、円筒形状を有し、図４に示す様に、下部内周面に雌ねじ部２４ａが設けられている。また、長手方向（図４の上下方向）の略中央部（雌ねじ部２４ａより上方）には、気液分離によってタンク室１８に貯留された液冷媒を流出させる流出口２４ｂが１カ所開口している。更に、雌ねじリング２４の外周面には、ろう材を保持するための周溝２４ｃが３カ所凹設され、上端部の外周面には、タンク室１８に対して周方向に位置決めを行うためのキー溝２４ｄが凹設されている。
【００１９】
下側キャップ２３は、樹脂製であり、図５に示す様に、自身の下部側に雄ねじ部２３ａが設けられている。また、雄ねじ部２３ａの上部にシール用のＯリング２５が装着され、そのＯリング２５の上部に液冷媒を濾過するフィルタ２６が保持されている。
この下側キャップ２３は、気液分離器３と共に凝縮器４全体を一体ろう付けにて組み付けた後、雄ねじ部２３ａを雌ねじリング２４の雌ねじ部２４ａに締め付けて固定され、Ｏリング２５によってシール性が確保されている（図６参照）。なお、気液分離器３のタンク室１８には、下側キャップ２３を締め付ける前に、冷媒中の水分を吸着する乾燥剤（図示しない）が挿入される。
【００２０】
この下側キャップ２３には、以下に説明するサブキャップ２７が固定されている。
サブキャップ２７は、下側キャップ２３と同じく樹脂製であり、図５に示す様に、下側キャップ２３の上端面に超音波溶着されている。このサブキャップ２７は、タンク室１８に貯留された液冷媒を通すための通路（図示せず）を有し、この通路の下流端に冷媒流量を規制する液戻し孔２７ａ（φ1mm ）が形成されている。
【００２１】
また、サブキャップ２７の外周には、液戻し孔２７ａの上部側にシール用のＯリング２９が装着されている。なお、サブキャップ２７の通路には、冷媒中に含まれる異物を除去するためのフィルタ（図示せず）が配置されている。
このサブキャップ２７は、図６に示す様に、下側キャップ２３と共に雌ねじリング２４の内部に挿入されて、雌ねじリング２４に設けられた流出口２４ｂより上方に配置され、Ｏリング２９によってシール性が確保されている。
【００２２】
第１の混合室１９と第２の混合室２０は、下端開口部が共通の下側キャップ３０によって気密に閉塞され、上端開口部がタンク室１８と共通の上側キャップ２２によって気密に閉塞されている。
第１の混合室１９は、圧縮機２から吐出された冷媒の一部が前記の入口ジョイント１５を介して流入し、且つ熱交換部８で凝縮した液冷媒の一部が一方のヘッダタンク９から分岐通路３１（図２参照）を通って流入する。第１の混合室１９に流入したガス冷媒と液冷媒は、第１の混合室１９で十分に混合した後、流入通路３２（図２参照）を通って気液分離器３のタンク室１８に流入する。
【００２３】
入口ジョイント１５は、図３に示す様に、一方のヘッダタンク９の第１空間９ａに挿入される第１パイプ部１５ａと、第１の混合室１９に挿入される第２パイプ部１５ｂ（本発明のバイパス通路）とを有し、圧縮機２から吐出された冷媒を一方のヘッダタンク９（第１空間９ａ）と第１の混合室１９とに分岐して導入することができる。但し、第１パイプ部１５ａの流路断面積に比較して、第２パイプ部１５ｂの流路断面積の方が十分小さく設定されている。
【００２４】
分岐通路３１は、接合板２１を介して対向する一方のヘッダタンク９の壁部と第１の混合室１９の壁部、及び接合板２１を貫通する貫通孔によって形成され、一方のヘッダタンク９の第２空間９ｂと第１の混合室１９とを連通している。
流入通路３２は、第１の混合室１９と気液分離器３のタンク室１８との間を貫通する４本の貫通孔（図７(a) 参照）によって形成され、第１の混合室１９の上部とタンク室１８の上部とを連通している。
【００２５】
この流入通路３２を構成する貫通孔は、タンク室１８の内周面に開口する孔形状が流星形に設けられている。具体的には、図７(b) に示す様に、タンク室１８の周方向（図７(b) の左右方向）に所定距離はなれて向かい合う第１の半円形３２ａと第２の半円形３２ｂとを互いに接線３２ｃで結んだ異形の長孔形状を有し、且つ第１の半円形３２ａより第２の半円形３２ｂの方が曲率半径が大きく設定されている。なお、流入通路３２を構成する４本の貫通孔は、気液分離器３の上下方向に一定の間隔を保って形成されている。
【００２６】
第２の混合室２０は、気液分離器３で気液分離されたガス冷媒がタンク室１８からガス戻し通路３３を通って流入すると共に、気液分離された液冷媒がタンク室１８から液戻し通路３４を通って流入する。第２の混合室２０に流入したガス冷媒と液冷媒は、第２の混合室２０で混合した後、第２の混合室２０から流出通路３５（図２参照）を通って一方のヘッダタンク９の第３空間９ｃへ流入する。
【００２７】
ガス戻し通路３３は、気液分離器３のタンク室１８と第２の混合室２０との間を貫通する４本の貫通孔（図７(a) 参照）によって形成され、タンク室１８の上部と第２の混合室２０の上部とを連通している。なお、４本の貫通孔は、気液分離器３の上下方向に一定の間隔を保って形成され、且つ流入通路３２を構成する４本の貫通孔より上部側に設けられている。
【００２８】
液戻し通路３４は、ガス戻し通路３３と同様に、気液分離器３のタンク室１８と第２の混合室２０との間を貫通する貫通孔によって形成され、雌ねじリング２４の流出口２４ｂと第２の混合室２０の下部とを連通している。但し、ガス戻し通路３３の通路断面積に比較して、液戻し通路３４の通路断面積の方が十分小さく設定されている。
流出通路３５は、接合板２１を介して対向する一方のヘッダタンク９の壁部と第２の混合室２０の壁部、及び接合板２１を貫通する貫通孔によって形成され、一方のヘッダタンク９の第３空間９ｃと第２の混合室２０とを連通している。
【００２９】
次に、冷凍サイクル装置１の作動を図８に示すモリエル線図、及び図９に示す凝縮器４の模式図に基づいて説明する。なお、図８に示す▲１▼〜▲６▼は、それぞれ図９に示す▲１▼〜▲６▼に対応し、▲１▼は入口ジョイント１５、▲２▼は他方のヘッダタンク１０の上部空間１０ａ、▲３▼は一方のヘッダタンク９の第２空間９ｂ、▲４▼は一方のヘッダタンク９の第３空間９ｃ、▲５▼は第１の混合室１９、▲６▼は他方のヘッダタンク１０の下部空間１０ｂに相当する。
また、図８に示すＡ〜Ｈは、それぞれ図９に示す冷媒Ａ〜Ｈに対応している。
【００３０】
圧縮機２から吐出された高温、高圧のガス冷媒は、入口ジョイント１５で二方向に分岐され、一方の冷媒（Ａ）が第１パイプ部１５ａを通って一方のヘッダタンク９の第１空間９ａに流入した後、チューブ１１の内部を流れる際に外気と熱交換（冷却）されて凝縮しながら他方のヘッダタンク１０の上部空間１０ａへ流れ込み、他方の冷媒（Ｅ）が第２パイプ部１５ｂを通って第１の混合室１９へ流入する。
【００３１】
他方のヘッダタンク１０に流れ込んだ冷媒は、上部空間１０ａで流れ方向を反転し、一部の凝縮液（Ｂ）が一方のヘッダタンク９の第２空間９ｂに流入し、残りの凝縮液（Ｃ）が一方のヘッダタンク９の第３空間９ｃに流入する。
一方のヘッダタンク９の第２空間９ｂに流入した凝縮液（もしくは気液２相冷媒）は、第２空間９ｂから分岐通路３１を通って第１の混合室１９へ流入し（Ｆ）、入口ジョイント１５を介して第１の混合室１９へ流入するガス冷媒（Ｅ）と混合して所定の乾き度を持った気液２相状態となる。この混合冷媒は、流入通路３２を通って気液分離器３のタンク室１８に流入する。
【００３２】
タンク室１８に流入した冷媒は、密度差により気液分離され、タンク室１８の下方側に液冷媒が溜まり、上方側にガス冷媒が集まる。
タンク室１８のガス冷媒（Ｇ）は、ガス戻し通路３３を通って第２の混合室２０に流入し、液冷媒（Ｈ）は、サブキャップ２７の液戻し孔２７ａを通過して流量調整された後、雌ねじリング２４の流出口２４ｂから液戻し通路３４へ流れ込み、その液戻し通路３４を通って第２の混合室２０に流入する。第２の混合室２０で混合された冷媒は、第２の混合室２０から流出通路３５を通って一方のヘッダタンク９の第３空間９ｃに流入する。
【００３３】
一方のヘッダタンク９の第３空間９ｃに流入した冷媒（Ｄ：チューブ１１を通って流入した液冷媒と、タンク室１８から流出通路３５を通って流入した冷媒）は、チューブ１１を通って他方のヘッダタンク１０の下部空間１０ｂへ流れ込み、出口ジョイント１７を介して凝縮器４の外部に流出する。
凝縮器４から流出した冷媒は、減圧装置５で減圧されて蒸発器６に送られ、蒸発器６で車室内へ送風される空気より吸熱して蒸発した後、圧縮機２に吸引される。
【００３４】
上記の冷凍サイクル装置１によれば、圧縮機２から吐出された冷媒の一部と、凝縮器４の熱交換部８で凝縮液化した冷媒とが第１の混合室１９に流入して混合するため、この混合冷媒は、所定の乾き度を有する気液２相冷媒となる。この気液２相冷媒が第１の混合室１９から気液分離器３のタンク室１８に流入して気液分離されるため、タンク室１８に溜まる液冷媒量は、圧縮機２の吐出冷媒が持つ過熱度に応じて変化する。
タンク室１８の液冷媒量が変化すると、サイクル内を循環する冷媒流量が変化（増減）するため、その冷媒流量に応じて蒸発器６の出口冷媒に与えられる過熱度を制御することができる。
【００３５】
次に、タンク室１８の耐圧評価を実施した結果について説明する。
まず、タンク室１８の内周面に開口する流入通路３２（貫通孔）の孔形状を▲１▼円形、▲２▼長孔形（楕円形）、▲３▼流星形（本発明の形状）とし、それぞれタンク室１８に所定の圧力（4.41MPa ）を導入して強度解析を行った。その結果、▲１▼円形の場合は、図１０（ａ）に示す様に、タンク室１８の上下方向に対向する２カ所に応力集中が見られ、特に孔の下側で最大応力２１１ＭＰａが発生した。
【００３６】
▲２▼長孔形（楕円形）の場合は、図１０（ｂ）に示す様に、４カ所に応力が分散しているが、それでも最大応力１２４ＭＰａが発生している。
▲３▼流星形の場合は、図１０（ｃ）に示す様に、第１の半円形３２ａと第２の半円形３２ｂとを結ぶ接線３２ｃ全体に応力が分散し、且つ最大応力１０５ＭＰａと、三者の中で一番低い値を示し、特に▲１▼円形の場合と比較すると、最大応力が約半分に低減している。
【００３７】
続いて、加圧繰返し試験を実施した。この試験は、タンク室１８に所定の圧力を繰返し加えた時に、気液分離器３が破壊するまでの繰返し回数によって破壊強度を評価するものである。結果として、▲１▼円形と▲２▼長孔形（楕円形）の場合は、所望の耐圧強度を満足する規格（繰返し回数）よりかなり低い回数で破壊したのに対し、▲３▼流星形の場合は、規格を超えることができ、所望の耐圧強度を満足することができた。
また、タンク室１８の内周面に開口する流入通路３２の孔形状を▲３▼流星形とした場合には、孔周辺の最大発生応力を低減できるだけでなく、▲１▼円形、▲２▼長孔形（楕円形）の場合と比較して、同じタンク室１８の内周面に開口するガス戻し通路３３の孔周辺に発生する応力も低減する結果が得られた（図１１参照）。
【００３８】
（本実施例の効果）
本実施例の気液分離器３は、タンク室１８の内周面に開口する流入通路３２の孔形状を流星形（第１の半円形３２ａと第２の半円形３２ｂとを互いに接線３２ｃで結んだ異形の長孔形状）としたことにより、孔周辺の発生応力が分散して最大発生応力を低減できるので、気液分離器３の耐圧寿命を向上できる。
【００３９】
（変形例）
上記実施例では、タンク室１８の内周面に開口する流入通路３２の孔形状を流星形としたが、同じくタンク室１８の内周面に開口するガス戻し通路３３の孔形状を流星形としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】気液分離器と凝縮器の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】冷凍サイクルの基本構成図である。
【図３】入口ジョイントの接続状態を示す断面図である。
【図４】雌ねじリングの断面図である。
【図５】下側キャップとサブキャップの側面図である。
【図６】雌ねじリングに下側キャップを締め付けて固定した状態を示す断面図である。
【図７】タンク室の内部を示す斜視図(a) とタンク室の内周面に開口する孔形状を示す正面図(b) である。
【図８】冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図９】冷媒の流れを説明する作動説明図である。
【図１０】孔形状の違いによる応力の発生状態を比較した図面である。
【図１１】タンク室の耐圧評価を比較した図面である。
【符号の説明】
１冷凍サイクル装置
２圧縮機
３気液分離器
４凝縮器
８熱交換部
１５ａ第２パイプ部（バイパス通路）
１８タンク室
１９第１の混合室
２０第２の混合室
３１分岐通路
３２流入通路
３２ａ第１の半円形
３２ｂ第２の半円形
３２ｃ接線
３３ガス戻し通路
３４液戻し通路
３５流出通路 [0001]
[Technical field to which the invention belongs]
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a refrigerated silke apparatus including a condenser in which a gas-liquid separator is integrally formed .
[0002]
[Prior art]
In the patent application of Japanese Patent Application No. 2001-117278, the present applicant has proposed a refrigeration cycle apparatus that adjusts the degree of superheat given to the outlet refrigerant of the evaporator by a new method different from the conventional receiver cycle and accumulator cycle. Yes.
This refrigeration cycle apparatus includes a condenser in which a gas-liquid separator is integrated, and the condenser is provided with a first heat exchange section and a second heat exchange section in the refrigerant flow direction.
[0003]
The gas-liquid separator has a tank chamber for storing the liquid refrigerant separated into gas and liquid, a part of the refrigerant discharged from the compressor, and a liquid flowing from the first heat exchange unit to the second heat exchange unit of the condenser. A mixing chamber in which a part of the refrigerant flows and mixes is provided.
The mixed refrigerant mixed in the mixing chamber flows into the tank chamber through the inflow passage, is separated into the gas refrigerant and the liquid refrigerant, and is then introduced into the second heat exchange section of the condenser. As a result, the amount of liquid refrigerant that accumulates in the tank chamber changes according to the degree of superheat of the refrigerant discharged from the compressor, and the flow rate of refrigerant circulating in the cycle changes as the amount of liquid refrigerant increases and decreases. It is possible to control the degree of superheat given to the outlet refrigerant of the evaporator.
[0004]
However, the gas-liquid separator described above has an inflow passage communicating the mixing chamber and the tank chamber that opens to the cylindrical inner peripheral surface of the tank chamber, so that when an internal pressure is applied to the tank chamber, The stress is concentrated and the maximum generated stress is increased, resulting in a problem that the pressure-resistant life of the gas-liquid separator is reduced.
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to improve the pressure-resistant life of the tank chamber by reviewing the shape of the opening that opens to the inner peripheral surface of the tank chamber .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
(Invention of Claim 1)
The present invention is a refrigeration cycle apparatus including a condenser in which a gas-liquid separator is integrally formed, the condenser having a heat exchange unit that condenses the refrigerant discharged from the compressor, and the gas-liquid separator is A tank chamber for storing a gas-liquid two-phase mixed refrigerant separated into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant, a first mixing chamber provided upstream of the tank chamber, and a downstream of the tank chamber The second mixing chamber, a bypass passage that leads a part of the refrigerant discharged from the compressor from the upstream of the heat exchange unit to the first mixing chamber, and a part of the liquid refrigerant condensed in the heat exchange unit. A branch passage that branches from the middle of the section and leads to the first mixing chamber, and an inflow passage that connects the first mixing chamber and the tank chamber to lead the mixed refrigerant mixed in the first mixing chamber to the tank chamber And the upper part of the tank chamber and the second mixing chamber communicate with each other to guide the gas-phase refrigerant from the tank chamber to the second mixing chamber. A return passage, a liquid return passage that communicates the lower part of the tank chamber and the second mixing chamber, guides the liquid refrigerant from the tank chamber to the second mixing chamber, and the second mixing chamber and the heat exchanger. And an outflow passage for communicating the mixed refrigerant mixed in the second mixing chamber to the heat exchanging portion .
(Invention of Claim 2)
2. The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the tank chamber is provided in a cylindrical shape having an inner peripheral surface having a circular cross section, and the inflow passage has a shape of an opening that opens to the inner peripheral surface of the tank chamber. The first semicircular shape and the second semicircular shape that are opposed to each other at a predetermined distance in the circumferential direction have a deformed oblong hole shape that is tangent to each other, and the second semicircular shape is more than the first semicircular shape. Is characterized by a large radius of curvature.
According to this configuration, as a result of conducting a strength analysis by introducing a predetermined pressure into the inside of the tank chamber , compared to the case where the shape of the opening is a round hole or a long hole (ellipse), the area around the opening is The maximum generated stress was reduced.
[0009]
(Invention of Claim 3 )
3. The refrigeration cycle apparatus according to claim 2 , wherein the gas return passage has a first semicircular shape and a second semicircular shape facing each other with a predetermined distance in the circumferential direction of the tank chamber. And the semicircular shape of the second semicircular shape is tangent to each other, and the second semicircular shape has a larger radius of curvature than the first semicircular shape.
Similar to the invention of claim 2 , the pressure resistance of the tank chamber can be improved.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
It will now be described with reference to embodiments of the refrigeration cycle apparatus of the present invention with reference to the accompanying drawings.
The refrigeration cycle apparatus 1 of the present embodiment is used in a vehicle air conditioner. As shown in FIG. 2, a compressor 4, a condenser 4 including a gas-liquid separator 3, a decompression device 5, and an evaporator. 6 and the like, and connected in a ring shape by a refrigerant pipe 7.
The compressor 2 is belt-driven by the vehicle engine E via the electromagnetic clutch 2a, and compresses and discharges the gas refrigerant sucked from the evaporator 6 to a high temperature and a high pressure.
[0011]
The gas-liquid separator 3 is configured integrally with the condenser 4 and adjusts the amount of liquid refrigerant to be stored after gas-liquid separation according to the degree of superheat of the refrigerant discharged from the compressor 2.
The condenser 4 cools the refrigerant discharged from the compressor 2 by exchanging heat with the outside air. The condenser 4 is installed at a portion that is cooled by receiving the traveling wind generated during traveling of the vehicle, specifically, at the foremost part in the engine room, and is cooled by the traveling wind and air blown from a cooling fan (not shown). Is done.
Specific configurations of the condenser 4 and the gas-liquid separator 3 will be described below.
[0012]
The decompression device 5 decompresses the refrigerant that has passed through the condenser 4. For example, a fixed throttle such as an orifice, a nozzle, or a capillary tube is used.
The evaporator 6 is disposed in a duct (unit case) of the air conditioner as is well known, and evaporates the low-pressure refrigerant that has passed through the decompression device 5 by exchanging heat with air blown from a blower (not shown). The air cooled by the evaporator 6 is blown out into the passenger compartment after the temperature is adjusted by a heater core (not shown).
[0013]
Next, the structure of the condenser 4 and the gas-liquid separator 3 is demonstrated.
As shown in FIG. 1, the condenser 4 includes a heat exchanging portion 8 that exchanges heat between the refrigerant and the outside air, and a pair of header tanks 9 and 10 that are disposed on the left and right sides of the heat exchanging portion 8.
The heat exchanging portion 8 is composed of a plurality of tubes 11 forming a refrigerant passage and heat radiating fins 12 joined to the surface of the tubes 11, and both ends of each tube 11 are inside the header tanks 9 and 10, respectively. It is inserted into and joined (brazed).
[0014]
The set of header tanks 9 and 10 communicates the tubes 11 in each internal space.
One header tank 9 has an internal space divided into three spaces (first space 9a, second space 9b, and third space 9c in order from the top) by two separators 13 and 14 in the vertical direction. An inlet joint 15 for introducing the refrigerant discharged from the compressor 2 is joined (brazed) to a portion corresponding to the first space 9 a of the one header tank 9. The inlet joint 15 is connected to a refrigerant pipe 7a (see FIG. 2) that connects the compressor 2 and the condenser 4.
[0015]
The other header tank 10 has an internal space partitioned into two spaces (upper space 10a on the upper side and lower space 10b on the lower side) by a separator 16 in the vertical direction. The separator 16 is disposed at a position lower than the lower separator 14 of one header tank 9.
An outlet joint 17 for taking out the refrigerant is joined (brazed) to a portion corresponding to the lower space 10 b of the other header tank 10. The outlet joint 17 is connected to a refrigerant pipe 7b (see FIG. 2) that connects the condenser 4 and the decompression device 5.
[0016]
As shown in FIG. 3, the gas-liquid separator 3 includes a tank chamber 18 that stores the liquid refrigerant separated into gas and liquid, and a first mixing chamber 19 and a second mixing chamber that are provided in the vicinity of the tank chamber 18. 20 and is joined (brazed) to one header tank 9 via a joining plate 21.
The joining plate 21 is obtained by, for example, clad a brazing material on both surfaces of an aluminum plate in advance, and is integrally brazed when the condenser 4 and the gas-liquid separator 3 are assembled.
[0017]
The tank chamber 18, together with the first mixing chamber 19 and the second mixing chamber 20, is formed to extend in the vertical direction of the tank body 3A, and the upper and lower ends of the tank chamber 18 have upper and lower caps 22 and 23 ( And (see FIG. 5).
The tank body 3A is made of, for example, aluminum, and the tank chamber 18, the first mixing chamber 19 and the second mixing chamber 20 are integrally formed by extrusion.
[0018]
A female thread ring 24 for fixing the lower cap 23 is inserted into the lower end portion of the tank chamber 18 and is airtightly joined (brazed) to the inner peripheral surface of the tank chamber 18. The female screw ring 24 is made of the same aluminum as the tank main body 3A, has a cylindrical shape, and has a female screw portion 24a on the lower inner peripheral surface as shown in FIG. In addition, an outlet 24b for allowing the liquid refrigerant stored in the tank chamber 18 to flow out by gas-liquid separation is opened at one location in a substantially central portion (above the female screw portion 24a) in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 4). Yes. Further, three circumferential grooves 24c for holding the brazing material are recessed in the outer peripheral surface of the female screw ring 24, and the outer peripheral surface of the upper end portion is positioned in the circumferential direction with respect to the tank chamber 18. A key groove 24d is recessed.
[0019]
The lower cap 23 is made of resin, and as shown in FIG. 5, a male screw portion 23 a is provided on the lower side of the lower cap 23. Further, a sealing O-ring 25 is mounted on the upper part of the male screw part 23a, and a filter 26 for filtering the liquid refrigerant is held on the upper part of the O-ring 25.
The lower cap 23 is assembled by fixing the whole condenser 4 together with the gas-liquid separator 3 by integral brazing, and then is fixed by tightening the male screw portion 23a to the female screw portion 24a of the female screw ring 24, and is sealed by the O-ring 25. Is secured (see FIG. 6). A desiccant (not shown) that adsorbs moisture in the refrigerant is inserted into the tank chamber 18 of the gas-liquid separator 3 before the lower cap 23 is tightened.
[0020]
A sub-cap 27 described below is fixed to the lower cap 23.
The sub cap 27 is made of resin like the lower cap 23 and is ultrasonically welded to the upper end surface of the lower cap 23 as shown in FIG. The sub-cap 27 has a passage (not shown) for passing the liquid refrigerant stored in the tank chamber 18, and a liquid return hole 27a (φ1 mm) for regulating the refrigerant flow rate is formed at the downstream end of the passage. ing.
[0021]
Further, a sealing O-ring 29 is attached to the outer periphery of the subcap 27 on the upper side of the liquid return hole 27a. Note that a filter (not shown) for removing foreign substances contained in the refrigerant is disposed in the passage of the subcap 27.
As shown in FIG. 6, the sub cap 27 is inserted into the female screw ring 24 together with the lower cap 23, and is disposed above the outlet 24 b provided in the female screw ring 24. Is secured.
[0022]
The first mixing chamber 19 and the second mixing chamber 20 have a lower end opening that is airtightly closed by a common lower cap 30 and an upper end opening that is airtightly closed by an upper cap 22 that is common to the tank chamber 18. Yes.
In the first mixing chamber 19, a part of the refrigerant discharged from the compressor 2 flows in through the inlet joint 15, and a part of the liquid refrigerant condensed in the heat exchange unit 8 is in one header tank 9. And flows through the branch passage 31 (see FIG. 2). The gas refrigerant and the liquid refrigerant flowing into the first mixing chamber 19 are sufficiently mixed in the first mixing chamber 19, and then passed through the inflow passage 32 (see FIG. 2) to the tank chamber 18 of the gas-liquid separator 3. Inflow.
[0023]
As shown in FIG. 3, the inlet joint 15 includes a first pipe portion 15 a inserted into the first space 9 a of one header tank 9 and a second pipe portion 15 b (main book) inserted into the first mixing chamber 19. The refrigerant discharged from the compressor 2 can be branched and introduced into one header tank 9 (first space 9a) and the first mixing chamber 19. However, the flow passage cross-sectional area of the second pipe portion 15b is set to be sufficiently smaller than the flow passage cross-sectional area of the first pipe portion 15a.
[0024]
The branch passage 31 is formed by a wall portion of one header tank 9, a wall portion of the first mixing chamber 19, and a through-hole penetrating the joint plate 21, which face each other with the joint plate 21 therebetween. The second space 9b and the first mixing chamber 19 communicate with each other.
The inflow passage 32 is formed by four through holes (see FIG. 7 (a)) penetrating between the first mixing chamber 19 and the tank chamber 18 of the gas-liquid separator 3. And the upper part of the tank chamber 18 are communicated with each other.
[0025]
The through hole constituting the inflow passage 32 is provided with a meteor-like hole shape that opens to the inner peripheral surface of the tank chamber 18. Specifically, as shown in FIG. 7 (b), the first semicircular 32a and the second semicircular 32b facing each other with a predetermined distance in the circumferential direction of the tank chamber 18 (the left-right direction in FIG. 7 (b)). Are connected to each other by a tangent line 32c, and the radius of curvature of the second semicircle 32b is set larger than that of the first semicircle 32a. The four through holes constituting the inflow passage 32 are formed at a constant interval in the vertical direction of the gas-liquid separator 3.
[0026]
In the second mixing chamber 20, the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator 3 flows from the tank chamber 18 through the gas return passage 33, and the gas refrigerant separated from the tank chamber 18 is liquid. It flows through the return passage 34. The gas refrigerant and the liquid refrigerant that have flowed into the second mixing chamber 20 are mixed in the second mixing chamber 20, and then flow out from the second mixing chamber 20 through the outflow passage 35 (see FIG. 2) to one header tank 9. Into the third space 9c.
[0027]
The gas return passage 33 is formed by four through holes (see FIG. 7 (a)) that pass through between the tank chamber 18 and the second mixing chamber 20 of the gas-liquid separator 3. And the upper part of the second mixing chamber 20 communicate with each other. The four through holes are formed at regular intervals in the vertical direction of the gas-liquid separator 3 and are provided on the upper side of the four through holes constituting the inflow passage 32.
[0028]
Similarly to the gas return passage 33, the liquid return passage 34 is formed by a through-hole penetrating between the tank chamber 18 of the gas-liquid separator 3 and the second mixing chamber 20, and the outlet 24 b of the female screw ring 24. The lower part of the second mixing chamber 20 is in communication. However, the passage sectional area of the liquid return passage 34 is set to be sufficiently smaller than the passage sectional area of the gas return passage 33.
The outflow passage 35 is formed by a wall portion of one header tank 9, a wall portion of the second mixing chamber 20, and a through-hole penetrating the joint plate 21, with the joint plate 21 facing each other. The third space 9c and the second mixing chamber 20 are communicated with each other.
[0029]
Next, the operation of the refrigeration cycle apparatus 1 will be described based on the Mollier diagram shown in FIG. 8 and the schematic diagram of the condenser 4 shown in FIG. Note that (1) to (6) shown in FIG. 8 correspond to (1) to (6) shown in FIG. 9, respectively, (1) is the inlet joint 15, and (2) is the upper part of the other header tank 10. The space 10a, (3) is the second space 9b of one header tank 9, (4) is the third space 9c of one header tank 9, (5) is the first mixing chamber 19, and (6) is the other This corresponds to the lower space 10 b of the header tank 10.
Further, A to H shown in FIG. 8 correspond to the refrigerants A to H shown in FIG. 9, respectively.
[0030]
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 2 is branched in two directions by the inlet joint 15, and one refrigerant (A) passes through the first pipe portion 15 a and the first space 9 a of one header tank 9. After flowing into the tube 11, when it flows through the inside of the tube 11, it exchanges heat with the outside air (cooling) and condenses and flows into the upper space 10 a of the other header tank 10, and the other refrigerant (E) flows through the second pipe portion 15 b. And flows into the first mixing chamber 19.
[0031]
The refrigerant flowing into the other header tank 10 reverses the flow direction in the upper space 10a, a part of the condensate (B) flows into the second space 9b of the one header tank 9, and the remaining condensate (C ) Flows into the third space 9 c of one header tank 9.
The condensate (or gas-liquid two-phase refrigerant) that has flowed into the second space 9b of one header tank 9 flows from the second space 9b through the branch passage 31 into the first mixing chamber 19 (F). The gas refrigerant (E) flowing into the first mixing chamber 19 through the joint 15 is mixed to be in a gas-liquid two-phase state having a predetermined dryness. This mixed refrigerant flows into the tank chamber 18 of the gas-liquid separator 3 through the inflow passage 32.
[0032]
The refrigerant flowing into the tank chamber 18 is separated into gas and liquid due to the density difference, the liquid refrigerant is accumulated on the lower side of the tank chamber 18, and the gas refrigerant is collected on the upper side.
The gas refrigerant (G) in the tank chamber 18 flows into the second mixing chamber 20 through the gas return passage 33, and the liquid refrigerant (H) passes through the liquid return hole 27a of the subcap 27 and the flow rate is adjusted. After that, it flows into the liquid return passage 34 from the outlet 24 b of the female screw ring 24, and flows into the second mixing chamber 20 through the liquid return passage 34. The refrigerant mixed in the second mixing chamber 20 flows into the third space 9c of one header tank 9 from the second mixing chamber 20 through the outflow passage 35.
[0033]
The refrigerant flowing into the third space 9c of one header tank 9 (D: liquid refrigerant flowing through the tube 11 and refrigerant flowing from the tank chamber 18 through the outflow passage 35) passes through the tube 11 and the other. Flows into the lower space 10 b of the header tank 10 and flows out of the condenser 4 through the outlet joint 17.
The refrigerant flowing out of the condenser 4 is decompressed by the decompression device 5 and sent to the evaporator 6. The refrigerant 6 absorbs heat from the air blown into the vehicle interior and evaporates, and is then sucked into the compressor 2.
[0034]
According to the refrigeration cycle apparatus 1 described above, a part of the refrigerant discharged from the compressor 2 and the refrigerant condensed and liquefied in the heat exchange unit 8 of the condenser 4 flow into the first mixing chamber 19 and mix. Therefore, this mixed refrigerant becomes a gas-liquid two-phase refrigerant having a predetermined dryness. Since this gas-liquid two-phase refrigerant flows into the tank chamber 18 of the gas-liquid separator 3 from the first mixing chamber 19 and is gas-liquid separated, the amount of liquid refrigerant that accumulates in the tank chamber 18 is the refrigerant discharged from the compressor 2 It changes according to the degree of superheat that has.
When the amount of liquid refrigerant in the tank chamber 18 changes, the flow rate of the refrigerant circulating in the cycle changes (increases / decreases), so that the degree of superheat given to the outlet refrigerant of the evaporator 6 can be controlled according to the flow rate of the refrigerant.
[0035]
Next, the results of the pressure resistance evaluation of the tank chamber 18 will be described.
First, the shape of the inflow passage 32 (through hole) that opens to the inner peripheral surface of the tank chamber 18 is (1) circular, (2) long hole (ellipse), and (3) meteor (shape of the present invention). Then, a predetermined pressure (4.41 MPa) was introduced into each tank chamber 18 for strength analysis. As a result, in the case of (1) circular, as shown in FIG. 10 (a), stress concentration is observed at two locations facing the vertical direction of the tank chamber 18, and a maximum stress of 211 MPa is generated particularly below the hole. did.
[0036]
{Circle around (2)} In the case of the long hole shape (elliptical shape), as shown in FIG. 10B, the stress is dispersed in four places, but the maximum stress is still 124 MPa.
(3) In the case of a meteor shape, as shown in FIG. 10C, the stress is distributed over the entire tangent line 32c connecting the first semicircle 32a and the second semicircle 32b, and the maximum stress is 105 MPa. It shows the lowest value among the three, and the maximum stress is reduced to about half compared to the case of (1) circular shape.
[0037]
Subsequently, a pressure repetition test was performed. In this test, the breaking strength is evaluated by the number of repetitions until the gas-liquid separator 3 breaks when a predetermined pressure is repeatedly applied to the tank chamber 18. As a result, in the case of (1) circular and (2) oblong holes (elliptical), it was destroyed at a number of times considerably lower than the standard (number of repetitions) satisfying the desired pressure resistance, whereas (3) meteor shape In the case of, the standard could be exceeded and the desired pressure strength could be satisfied.
Further, when the hole shape of the inflow passage 32 opened to the inner peripheral surface of the tank chamber 18 is (3) meteor shape, not only the maximum stress generated around the hole can be reduced, but also (1) circular, (2) Compared with the case of the long hole shape (elliptical shape), the result of reducing the stress generated around the hole of the gas return passage 33 opened on the inner peripheral surface of the same tank chamber 18 was obtained (see FIG. 11).
[0038]
(Effect of this embodiment)
In the gas-liquid separator 3 of the present embodiment, the shape of the inflow passage 32 that opens to the inner peripheral surface of the tank chamber 18 is meteoroid (the first semicircular 32a and the second semicircular 32b are mutually connected by a tangent line 32c. Since the generated stress around the hole is dispersed and the maximum generated stress can be reduced, the pressure-resistant life of the gas-liquid separator 3 can be improved.
[0039]
(Modification)
In the above embodiment, the hole shape of the inflow passage 32 that opens to the inner peripheral surface of the tank chamber 18 is a meteor shape, but the hole shape of the gas return passage 33 that also opens to the inner peripheral surface of the tank chamber 18 is a meteor shape. Also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a gas-liquid separator and a condenser.
FIG. 2 is a basic configuration diagram of a refrigeration cycle.
FIG. 3 is a sectional view showing a connection state of the inlet joint.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an internal thread ring.
FIG. 5 is a side view of a lower cap and a sub cap.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a lower cap is fastened and fixed to a female thread ring.
FIG. 7 is a perspective view (a) showing the inside of the tank chamber and a front view (b) showing the shape of a hole opened in the inner peripheral surface of the tank chamber.
FIG. 8 is a Mollier diagram of a refrigeration cycle.
FIG. 9 is an operation explanatory diagram illustrating the flow of refrigerant.
FIG. 10 is a drawing comparing the state of stress generation due to the difference in hole shape.
FIG. 11 is a comparison of pressure resistance evaluation of tank chambers.
[Explanation of symbols]
1 refrigeration cycle apparatus 2 compressor 3 gas-liquid separator 4 the condenser 8 the heat exchange unit 15a second pipe section (bypass passage)
18 Tank chamber 19 First mixing chamber
20 Second mixing chamber 31 Branch passage 32 Inflow passage 32a First semicircular 32b Second semicircular 32c Tangent 33 Gas return passage 34 Liquid return passage
35 outflow passage

Claims

A refrigeration silke apparatus comprising a condenser with an integrated gas-liquid separator,
The condenser has a heat exchange part that condenses the refrigerant discharged from the compressor,
The gas-liquid separator is
A tank chamber that separates and stores a gas-liquid two-phase mixed refrigerant into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant;
A first mixing chamber provided upstream of the tank chamber;
A second mixing chamber provided downstream of the tank chamber;
A bypass passage for leading a part of the refrigerant discharged from the compressor from the upstream of the heat exchange section to the first mixing chamber;
A branch passage that branches a part of the liquid refrigerant condensed in the heat exchange section from the middle of the heat exchange section and leads to the first mixing chamber;
An inflow passage that communicates the first mixing chamber and the tank chamber and guides the mixed refrigerant mixed in the first mixing chamber to the tank chamber;
A gas return passage that communicates the upper part of the tank chamber and the second mixing chamber and guides the gas-phase refrigerant from the tank chamber to the second mixing chamber;
A liquid return passage that communicates the lower part of the tank chamber and the second mixing chamber and guides the liquid-phase refrigerant from the tank chamber to the second mixing chamber;
A refrigeration cycle apparatus comprising: an outflow passage that communicates the second mixing chamber and the heat exchange unit and guides the mixed refrigerant mixed in the second mixing chamber to the heat exchange unit.

In the refrigeration cycle apparatus according to claim 1,
The tank chamber is provided in a cylindrical shape having an inner peripheral surface with a circular cross section,
In the inflow passage, the shape of the opening that opens to the inner peripheral surface of the tank chamber connects the first semicircle and the second semicircle facing each other at a predetermined distance in the circumferential direction of the tank chamber by a tangent line. A refrigeration cycle apparatus having an irregularly shaped long hole shape and having a radius of curvature larger in the second semicircular than in the first semicircular .

In the refrigeration cycle apparatus according to claim 2,
In the gas return passage, the shape of the opening that opens to the inner peripheral surface of the tank chamber is such that the first semicircle and the second semicircle that face each other at a predetermined distance in the circumferential direction of the tank chamber are tangent to each other. A refrigeration cycle apparatus having a connected irregularly shaped long hole shape, wherein the radius of curvature of the second semicircle is larger than that of the first semicircle.