JP3996244B2 - 収集器熱伝達体構成ユニット及び空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の収集器熱伝達体構成ユニット並びに請求項４の前提部分に記載の空調装置に関するものである。熱伝達体と、以下で収集器と称する冷却剤収集容器は、たとえば車両に使用されるような冷却剤循環を有する空調装置の公知の要素である。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ公開公報ＤＥ４３１９２９３Ａ１とＤＥ４４１０９８６Ａ１には、車両空調装置用の収集器・凝縮器・構成ユニットの形の収集器熱伝達体構成ユニットが記載されており、それらにおいてはパイプ形状に形成された収集器が、パイプ・フィンブロック構造内に組み込まれた凝縮器の側方に配置されており、その場合に隣接している凝縮器収集パイプと流体接続されている。この公知の収集器・凝縮器・構成ユニットは空調装置に使用するように想定されており、そこでは収集器は冷却剤循環内で高圧側において凝縮器の後方に配置されている。
【０００３】
また、上述の種類の空調装置がすでに知られており、そこにおいては収集器は冷却剤循環内で低圧側において蒸発器の後方に配置されており、付加的な構成ユニットとしていわゆる内部の熱伝達体が設けられており、それを介して空冷される凝縮器と膨張機構との間の冷却剤循環の高圧側が収集器とコンプレッサーとの間の低圧側と熱接触している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的な課題は、場所を取らない新規の収集器熱伝達体構成ユニット並びにそれを搭載した、低圧側に配置された収集器と内部の熱伝達体と有する空調装置を提供することである。
【０００５】
本発明はこの問題を、請求項１の特徴を有する収集器熱伝達体構成ユニット並びに請求項４の特徴を有する空調装置を提供することによって解決する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく収集器熱伝達体構成ユニットにおいては、流体を案内する熱伝達体ユニットが収集器、すなわち冷却剤収集容器の内部に配置されており、その熱伝達体ユニットは、熱伝達体ユニットを通して案内される流体が収集容器内に一時貯蔵されかつそれから取り出される冷却剤と熱接触するように、構成されかつ位置決めされている。熱伝達体ユニットを通して案内される流体を供給並びに搬出するために、それに応じた接続導管が収集容器を通して案内されている。このようにして、この構成ユニットを、収集器内に一時貯蔵された後にさらに案内される冷却剤と熱伝達体ユニットを通して案内される流体との間で熱伝達を行おうとする空調装置に使用することが可能になる。その流体は特に冷却剤循環の他の部分における同じ冷却剤とすることができるが、必ずしもそうである必要はない。
【０００７】
さらに、熱伝達体ユニットは互いに離れた巻き部分を備えた少なくとも１つのフラットパイプスパイラルを有するパイプ構造によって実現されている。フラットパイプスパイラルは、離されたフラットパイプ巻き部分によって形成されるスパイラル間隙が収集器から取り出された冷却剤用の螺旋形状の流れ通路を形成するように、収集器ハウジング内に挿入されて、軸方向に覆われている。このようにして引き出された冷却剤は螺旋巻きルートに沿って熱伝達体ユニットのフラットパイプの内部で案内される流体と熱接触する。
【０００８】
１つの実施形態においては、収集器熱伝達体構成ユニットの熱伝達体ユニットは２つのフラットパイプスパイラルを有し、それらは中間底によって分離されて軸方向に並べて配置されており、その場合にフラットパイプスパイラルの２つの半径方向外側または２つの半径方向内側のスパイラル端部が、中間底を通して案内されている接続パイプを介して互いに流体接続している。それぞれ接続部の選択に従ってフラットパイプスパイラルを流れ技術的に直列または並列に接続することができる。同様に２つの付属の螺旋形状の流れ通路も互いに対応する半径方向の端部領域において、中間底に形成された接続開口部を介して互いに接続されており、その場合にそれぞれシステム設計に応じて流れ技術的に直列または並列に接続されている。
【０００９】
また、本発明による空調装置は、本発明による収集器熱伝達体構成ユニットを搭載しており、その場合にその収集器は冷却剤循環の低圧側において蒸発器の後方に配置されており、熱伝達体ユニットは冷却剤循環の高圧側と低圧側との間の熱伝達に用いられる、いわゆる内部の熱伝達体ユニットとして機能する。それによって空調装置の、特に収集器と内部の熱伝達体に関する装置部分のコンパクトな構造が得られる。さらに、内部の熱伝達体の構成ユニットが収集器から分離されているこの種の従来の装置に比較して、そこで必要とされる、収集器と内部の熱伝達体との間の接続箇所を含む接続導線が省かれる。
【００１０】
低圧側におけるコンプレッサーによって吸引された冷却剤の過熱と結び付いた、高圧側における凝縮器の後方の冷却剤のさらなる冷却をもたらす、この種の内部の熱伝達体を使用することによって、所定の空調装置と冷却剤について冷却出力と冷却成績係数の改良が可能であることが、明らかにされている。車両空気調節に使用される空調装置においては、内部の熱伝達体がさらにコンプレッサーを、液体で吸引される冷却剤による損傷から保護する。
【００１１】
１つの実施形態の空調装置においては、内部の熱伝達体は低圧側において収集器の流出側の流れルート内に配置されており、それによってたとえば収集室から引き出される冷却剤の過熱をもたらすことが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態を図面に示し、以下で詳細に説明する。
【００１３】
図１にブロック図で図示されている、車両の空気調節に使用可能な空調装置は、適当な冷却剤を有する冷却剤循環を備えている。冷却剤は高圧側でコンプレッサー１から凝縮器２へ達し、その中において周囲空気流によって冷却される。その後冷却剤は、後述する収集器熱伝達体構成ユニット３の一部である内部の熱伝達体へ達する。この構成ユニット３の内部の熱伝達体の出口側から冷却剤は膨張弁４へ供給される。膨張された冷却剤は蒸発器５を通して案内され、蒸発器の外側に空気が流れ付き、その空気がそれによって冷却されて、車両室内空気調節に用いられる。蒸発器５から冷却剤は低圧側で収集器熱伝達体構成ユニットの収集器部分へ供給され、この収集器部分は冷却剤を一時貯蔵する機能を有する。というのは、異なる駆動条件において装置の高圧側ないしは低圧側で異なる冷却剤量が存在し、冷却剤のそれぞれの差分量を収集器に貯蔵し、ないしはそこから取り出すことができるからである。その後コンプレッサー１がそれぞれ必要とされる量の冷却剤を収集器から引き出す。
【００１４】
収集器熱伝達体構成ユニット３の内部の熱伝達体を介して、該当する高圧導管部分が該当する低圧導管部分と熱接触しており、それによってまず流れ方向において凝縮器２の後方の高圧側において冷却剤がさらに冷却され、そしてまたコンプレッサー１によって収集器から吸引された冷却剤の過熱がもたらされる。ある種の装置において内部の熱伝達体を使用することによって、冷却能力と冷却成績係数の改良が可能であることが、示されている。さらに、このようにしてコンプレッサーは場合によっては液体として吸引される冷却剤による損傷から保護される。
【００１５】
収集器熱伝達体構成ユニット３は別にして、図１の装置は従来のものであって、詳しい説明を必要としない。従って以下においては特に、従来分離されていた２つの空調装置要素、すなわち収集器と熱伝達体を特別な方法で共通の構成ユニットに一体化している、収集器熱伝達体構成ユニット３の本発明に基づく構造について詳細に説明する。
【００１６】
本発明による収集器熱伝達体構成ユニット３の可能な実現方法が、図２と４に図示されている。この構成ユニット３においては、内部の熱伝達体として図１の装置に使用できる熱伝達体ユニット６が収集器７内へ次のようにして、すなわち熱伝達ユニットが円筒状の収集器ハウジング７ａ内でハウジング底７ｂに接して配置されていることによって、組み込まれており、その場合にハウジング７ａの反対の側は、溶接されている湾曲されたカバー７ｃによって閉鎖されている。熱伝達体ユニット６は熱伝達作用する部材として２つの同種のフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂを有し、それらはそれぞれ押出し形成されたフラットパイプを螺旋状に巻くことによって形成されている。フラットパイプスパイラル６ａ、６ｂは互いに離れた螺旋巻きによって形成されているので、各フラットパイプスパイラル６ａ、６ｂのフラットパイプ外側面はそれぞれそれに応じた螺旋状の外側空間８ａ、８ｂを画成する。２つのフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂはそれぞれ円筒状の収集器ハウジング７ａの円筒軸に対して平行な螺旋軸が軸方向に並ぶように、収集器ハウジング７ａ内へ組み込まれており、その場合にそれらは中間底９によって互いに分離されている。一方のフラットパイプスパイラル６ａは収集器ハウジング７ａの底７ｂに接しており、カバープレート２０が熱伝達体ユニット６の反対側の端面を冷却剤収集室１０に対して閉鎖している。２つのフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂはまず中間底９と、そしてさらに収集器ハウジング７ａの底７ｂと、ないしはカバープレート２０とはんだ付けによって堅固に結合されている。
【００１７】
２つのフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂは接続パイプ１１を介して流れ技術的に直列に接続されており、その接続パイプは中間底９に形成された該当する通過開口部１２を通して案内されており、かつ２つの長手スリットを有し、その中に２つのフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂの外側の端部が差し込まれて、密封はんだ付けされている。さらに位置を安定化させるために、接続パイプ１１は収集器ハウジング７ａの内側にはんだ付けされている。従って熱伝達体ユニット６内での流体の案内は一方のフラットパイプスパイラルの半径方向内側の端部からその半径方向外側の端部へ、そこから接続パイプ１１を介して他方のフラットパイプスパイラルの半径方向外側の端部へそしてそのフラットパイプスパイラル内を内側へその半径方向内側の端部へと行われる。フラットパイプスパイラル６ａ、６ｂの半径方向内側の端部へ、接続パイプ１３ａ、１３ｂが収集器ハウジング７ａに形成された該当する孔を通して案内され、かつ収集器ハウジングに溶接されている。２つの接続パイプ１３ａ、１３ｂは中間底９によって分離されて一本の線になっており、従って互いに向き合った端部が中間底９の切欠き内へ挿入されている。それに連続するパイプ部分にそれぞれ軸スリットが形成されており、その中に対応するフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂの半径方向内側の端部が差し込まれて、密封はんだ付けされている。
【００１８】
上述したように、収集器熱伝達体構成ユニット３の収集器機能は、冷却剤一時貯蔵のために用いられる。図４においては、円筒長手軸が水平に配置されている収集器熱伝達体構成ユニット３の代表的な冷却剤液面１４が示されている。冷却剤収集室１０用の接続部としては、まず収集器ハウジング７ａのカバー７ｃを通して案内され、このカバーに溶接された接続パイプ１５が用いられ、図１に示す空調装置に使用する場合には蒸発器５から来る冷却剤がこの接続パイプを介して供給される。さらに、引出しパイプ１７が設けられており、この引出しパイプの一方の端部は収集器ハウジング７ａの円筒縦軸に対して横方向に配置されたＵ字状のアーチ部１７ａとなり、そのアーチ部の１つまたは複数の流入開口部を有する湾曲した中央部分が冷却剤収集室１０の下方領域へ延びており、かつ開放された端部部分１７ｃは収集室１０の上方の領域で終了している。Ｕ字状のパイプアーチ部１７ａはまた軸方向のパイプ部分１７ｃへ移行しており、そのパイプ部分の前端部がカバープレート２０に溶接されており、カバープレート自体はそこに通過孔１８を有し、その通過孔を介して引出しパイプ１７が隣接している螺旋間隙空間８ｂの半径方向内側の領域と流体接続されている。
【００１９】
さらに、２つのスパイラル間隙空間８ａ、８ｂは中間底９の孔１９を介し、その半径方向外側の終端部分を介して互いに流体接続されている。収集器ハウジング７ａの底７ｂの接続開口部１６を介して、隣接するスパイラル間隙空間８ａの半径方向内側の終端部分が外側への接続を有する。このようにして、それぞれのフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂによって形成され、軸方向においてまず中間底９によって、そしてさらにハウジング底７ｂないしはカバープレート２０によって上述の接続開口部まで閉鎖されている２つのスパイラル間隙空間８ａ、８ｂは、収集器熱伝達体構成ユニット３を通して案内されそこで一時貯蔵される冷却剤のための、２つの直列に互いに前後して配置された流れ通路を形成している。その場合に冷却剤は螺旋状の流れ通路空間８ａ、８ｂを通る流れルートに沿って、フラットパイプスパイラル６ａ、６ｂの内部を通して案内される流体と熱接触しており、そのためにフラットパイプは熱伝導性の高い材料からなる。
【００２０】
従って図示の収集器熱伝達体構成ユニット３を使用することによって、フラットパイプスパイラル６ａ、６ｂを通して案内される流体と、収集後にまた引き出される冷却剤との間の熱伝達が可能になる。その場合にそれぞれ収集器熱伝達体構成ユニット３の隣接の空調装置要素への接続に従って向流または並流の熱伝達が得られる。図１に示す装置の好ましい使用においては、高圧側の冷却剤は収集器熱伝達体構成ユニット３の内部の熱伝達体として機能する熱伝達体ユニット６のフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂを通って流れ、先行して行われた一時貯蔵の後にコンプレッサー１によって収集器熱伝達体構成ユニット３から引き出される冷却剤はそれに対して向流で互いに前後して接続された流れ通路空間８ａ、８ｂを通して案内される。そのために収集器熱伝達体構成ユニット３の図２および図４中左の熱伝達体接続パイプ１３ａが凝縮器２から出ている冷却剤高圧導管に接続され、図２および図４中右の熱伝達体接続パイプ１３ｂは膨張弁４へ通じる冷却剤高圧導管に接続されている。蒸発器５から来る低圧導管は収集器熱伝達体構成ユニット３のカバー側の接続パイプ１５へ案内されており、コンプレッサー１へ通じる引出しパイプはハウジング底側の接続開口部１６に接続される。それによって次のような流れ特性が得られる。
【００２１】
冷却剤は高圧側では凝縮器２から、たとえば約３０°Ｃと８０°Ｃの間の温度並びに使用される冷却剤の熱力学的特性に相当する圧力で流入パイプ１３ａを介して第１のフラットパイプスパイラル６ａの半径方向内側の端部へ流入し、その後このスパイラル６ａを螺旋状に通ってその半径方向外側の端部まで螺旋状に外側へ流れて、そこで接続パイプ１１を介して第２のフラットパイプスパイラル６ｂの半径方向外側の端部へ移動する。そこから冷却剤は第２のフラットパイプスパイラル６ｂの半径方向内側の端部まで半径方向内側へ流れて、その後流出パイプ１３ｂを介して冷却されて再び収集器熱伝達体構成ユニット３から出て行く。
【００２２】
低圧側では冷却剤はたとえば約−１０°Ｃと＋２０°Ｃとの間の温度並びに使用される冷却剤の熱力学的特性に相当する圧力で蒸発器５から流入パイプ１５を介して収集室１０へ流入し、その中には装置が決まり通りに充填されている場合には、一般に液体の冷却剤も気体の冷却剤も、そして場合によっては冷却機械オイルも設けられている。引出しパイプ１７のＵ字状アーチ部１７ａの単数又は複数の孔を介してコンプレッサー１の吸引効果によって決められた質量流量の液状の冷却剤が、開放しているパイプ端部１７ｃを介して気体状で流入する冷却剤と共に吸引される。冷却剤は、その後、概ね２相で、カバープレート２０の孔１８を介して、隣接している螺旋状の流れ通路空間８ｂの半径方向内側の領域へ、すなわちフラットパイプ６ａ、６ｂの内部の高圧側の冷却剤の流れ用の流出領域の近傍に、流入する。コンプレッサー１によって吸引された低圧側の冷却剤は、その後、高圧側の冷却剤の流れに対して向流でこの流れ通路空間８ｂ内で半径方向外側へ流れ、その半径方向外側部分において中間底９の接続孔１９を介して他方の流れ通路空間８ａの半径方向外側領域へ達して、そこで冷却剤はさらに高圧側の冷却剤の流れに対して向流で半径方向内側へ螺旋状に流れて、半径方向内側の領域においてハウジング底７ｂの接続開口部１６を介して収集器熱伝達体構成ユニット３を出て行く。
【００２３】
中間底９の接続孔１９を介して直列に接続されている流れ通路空間８ａ、８ｂを通過する間に、コンプレッサーによって吸引された冷却剤が、直列に互いに前後して接続されているフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂの内部を通して案内される冷却剤高圧流と熱接触しており、その場合に加熱されるので、冷却剤が収集器熱伝達体構成ユニット３を出て行く前に、その冷却剤は一般に過熱されて、場合によっては液体の冷却剤がほぼ蒸発される。
【００２４】
上述したように、ここで収集器熱伝達体構成ユニットにより冷却剤収集容器内に一体化されている内部の熱伝達体ユニット６が、図１の空調装置の冷却出力を、高圧側における付加的な冷却剤冷却と低圧側における冷却剤の吸引ガス過熱によって改良する。なお、内部の熱伝達体ユニット６における熱伝達を、上述したように向流で行う代わりに並流で行うことも可能であることは言うまでもなく、そのためには高圧側の接続パイプ１３ａ、１３ｂを交替して接続するだけでよい。さらにもちろん、収集器熱伝達体構成ユニット３の構造を修正することが可能であって、たとえば必要な場合にはフラットパイプスパイラル６ａ、６ｂの巻き部分間の、すなわち流れ通路空間８ａ、８ｂにおける熱伝達をさらに改良するために、伝熱フィンを設けることができる。他の変形例として、２つのフラットパイプスパイラルを接続を然るべく修正することによって流れ技術的に並列に接続することができ、かつ／またはその半径方向内側の端部を互いに結合することができ、その際に後者の場合には接続はその半径方向外側の端部へ導かれる。同様な修正が流れ通路空間８ａ、８ｂについても可能である。
【００２５】
図示の、そして他の本発明による収集器熱伝達体構成ユニットは、図１の空調装置用だけでなく、冷却剤収集容器内に一時貯蔵される冷却剤と、必ずしも装置の本来の冷却剤循環の一部である必要のない他の流体の流れとの間で熱伝達が必要とされる、他のどんな空調装置にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】収集器熱伝達体構成ユニットを有する車両空気調節のための空調装置のブロック図である。
【図２】図１の収集器熱伝達体構成ユニットの縦断面図である。
【図３】収集器熱伝達体構成ユニットに使用される熱伝達体ユニットの概略的な上面図である。
【図４】図１の収集器熱伝達体構成ユニットを図２の縦切断平面に対して垂直の縦切断平面に沿って示す縦断面図である。
【符号の説明】
３…構成ユニット
６…熱伝達体ユニット
７…収集器
７ａ…ハウジング
１３ａ，１３ｂ…パイプ

Claims (4)

1. 流体を導く熱伝達体ユニット（６）と、
   冷却剤を一時貯蔵する収集器（７）と、を備えた、冷却剤の循環する空調装置用収集器熱伝達体構成ユニットにおいて、
   前記熱伝達体ユニット（６）は、前記熱伝達体ユニットを通して案内される流体が前記収集器（７）内に一時貯蔵されかつそこから取り出される冷却剤と熱接触するように、前記収集器（７）のハウジング（７ａ）の内部に配置されており、更に前記熱伝達体ユニットに接続されている流体接続導管（１３ａ、１３ｂ）が前記収集器のハウジング（７ａ）を通して案内されていると共に、前記熱伝達体ユニット（６）が互いに離れた巻き部分を有する少なくとも１つのフラットパイプスパイラル（６ａ、６ｂ）を備えたパイプ構造を有し、スパイラル間隙空間が前記収集器（７）内に一時貯蔵されかつそこから取り出される冷却剤のための螺旋形状の流れ通路（８ａ、８ｂ）を形成するように、前記フラットパイプスパイラルの軸方向両側に、接続部または結合開口部（１２、１６、１８，１９）を有するカバー（７ｂ、９、２０）が付設されていることを特徴とする冷却剤の循環する空調装置用収集器熱伝達体構成ユニット。
2. 前記熱伝達体ユニット（６）が、付属の前記流れ通路（８ａ、８ｂ）を備えた２つの軸方向に並べられた前記フラットパイプスパイラル（６ａ、６ｂ）を有し、前記フラットパイプスパイラルが中間底（９）によって互いに離されており、２つの前記フラットパイプスパイラルの半径方向同じ高さに位置する２つの端部を接続する接続パイプ（１１）用の通過開口部（１２）と、２つの螺旋状の前記流れ通路（８ａ、８ｂ）の半径方向同じ高さに位置する２つの端部領域を接続するための接続開口部（１９）とが前記中間底に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の収集器熱伝達体構成ユニット。
3. 冷却剤循環通路の低圧側において蒸発器（５）の後ろでありかつコンプレッサー（１）の前に配置された収集器と、
   内部の熱伝達体ユニットとを具備し、前記内部の熱伝達体ユニットを介して膨張弁（４）の前の前記冷却剤循環通路の高圧側が低圧側と熱接触する、特には自動車用の、空調装置において、
   前記収集器（７）と前記内部の熱伝達体ユニット（６）が請求項１又は請求項２に記載の収集器熱伝達体構成ユニット（３）によって一体化されて形成されていることを特徴とする空調装置。
4. 収集室（１０）内に収集された冷却剤を収容する引出しパイプ（１７）と収集器熱伝達体構成ユニット（３）の冷却剤引出し接続部（１６）との間の冷却剤の流れの通路の途中に少なくとも１つの流れの通路（８ａ、８ｂ）が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の空調装置。

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