JP4492017B2

JP4492017B2 - アキュムレータモジュール

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Publication number: JP4492017B2
Application number: JP2001291358A
Authority: JP
Inventors: 一哉牧薗; 敏夫平田; 泰孝黒田; 山内　　芳幸
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: DE10154375A1; US6530230B2; US20020078702A1; JP2002206823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍機に適用されるアキュムレータに関するもので、高圧側の冷媒圧力（圧縮機の吐出圧）が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍機に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気圧縮圧縮式冷凍機（以下、冷凍機と略す。）では、例えば特開平１０−１９４２１号公報に記載のごとく、冷却された高圧側冷媒と減圧器で減圧された圧縮機に吸入される低圧側冷媒とを熱交換すれば、蒸発器（低圧側熱交換器）に流入する冷媒のエンタルピを小さくしつつ、圧縮機に液相冷媒が吸入されることを防止できるので、冷凍機の効率（成績係数）を向上させながら、圧縮機を保護することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の冷凍機では、高圧側冷媒と低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器をアキュムレータタンク内に収納して部品点数の削減を図っているものの、減圧器と内部熱交換器とを繋ぐ冷媒配管やパッキン等の配管部品を必要とするとともに、これら配管部品の接続作業を必要とするので、さらなる冷凍機の製造原価低減を図ることが難しい。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、冷凍機の部品点数を低減することが可能なアキュムレータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を蓄えるとともに、分離した気相冷媒とを圧縮機（１１０）の吸入側に流出させるアキュムレータタンク（１４０）と、
圧縮機（１１０）にて圧縮された後、冷却された高圧側冷媒を減圧する減圧器（１６１ａ）と、
圧縮機（１１０）にて圧縮された後、冷却された高圧側冷媒と、減圧器（１６１ａ）にて減圧されて圧縮機（１１０）に吸入される前の低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１５０）とを備え、
減圧器（１６１ａ）は、アキュムレータタンク（１４０）に固定され、
さらに、内部熱交換器（１５０）は、アキュムレータタンク（１４０）内に収納されており、
減圧器（１６１ａ）には、内部熱交換器（１５０）と連通する内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）が設けられており、
また、アキュムレータタンク（１４０）の上端側を閉塞するタンク蓋（１４１）には、内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）と内部熱交換器（１５０）とを連通させる冷媒通路（１４４）が設けられており、
アキュムレータタンク（１４０）と内部熱交換器（１５０）との間に形成される隙間の断面積の総和が、冷媒通路（１４４）の通路断面積以上となるように構成されていることを特徴とする。
【０００６】
これにより、減圧器（１６１ａ）と内部熱交換器（１５０）とを繋ぐ配管部品を廃止することができるので、蒸気圧縮式冷凍機の部品点数及び組み立て工数を低減することができる。
【０００７】
ところで、減圧器（１６１ａ）にて冷媒を減圧する際に、減圧器（１６１ａ）内の弁体等が振動して騒音（振動）が発生し易いが、本発明では、アキュムレータタンク（１４０）、減圧器（１６１ａ）及び内部熱交換器（１５０）が一体化されているので、アキュムレータタンク（１４０）及び内部熱交換器（１５０）を含めた減圧器（１６１ａ）の振動系の質量が大きくなり、弁体が振動しても、その他の部位が振動し難くなる。したがって、減圧器（１６１ａ）にて冷媒を減圧する際に発生する騒音（振動）を低減することができる。
【０００９】
また、請求項１に記載の発明では、アキュムレータタンク（１４０）の上端側を閉塞するタンク蓋（１４１）に、内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）と内部熱交換器（１５０）とを連通させる冷媒通路（１４４）を設けているので、減圧器（１６１ａ）と内部熱交換器（１５０）とを繋ぐ冷媒配管を廃止できる。したがって、蒸気圧縮式冷凍機の部品点数及び組み立て工数をさらに低減することができる。
【００１０】
ところで、アキュムレータタンク（１４０）内に導入された冷媒は、内部熱交換器（１５０）の外壁とアキュムレータタンク（１４０）の内壁との間の隙間を流通してアキュムレータタンク（１４０）の下方側に至るが、前記隙間が過度に小さいと、アキュムレータタンク（１４０）における圧力損失が大きくなり、蒸気圧縮式冷凍機の効率が低下してしまう。一方、前記隙間を大きくすると、内部熱交換器（１５０）が小さくなるので、蒸気圧縮式冷凍機の効率（成績係数）が低下してしまう。
【００１１】
これに対して、請求項１に記載の発明では、アキュムレータタンク（１４０）と内部熱交換器（１５０）との間に形成される隙間の断面積の総和が、前記冷媒通路（１４４）の通路断面積以上となるように構成しているから、前記隙間が過度に小さくなることを防止しつつ、内部熱交換器（１５０）をできるだけ大きくすることができる。
【００１２】
なお、請求項２に記載の発明のごとく、アキュムレータタンク（１４０）を筒状に形成し、減圧器（１６１ａ）を筒状に形成されたアキュムレータタンク（１４０）の上端側に固定し、減圧器（１６１ａ）には、前記した内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）の他に、高圧冷媒が流入する高圧冷媒流入口（４３１、４３３）、及び減圧された冷媒を流出する低圧冷媒流出口（４３１、４３３）を設け、そして、内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）をアキュムレータタンク（１４０）の上端側に位置してアキュムレータタンク（１４０）の内方側に向けて開口させ、さらに、高圧冷媒流入口（４３１、４３３）及び低圧冷媒流出口（４３１、４３３）をアキュムレータタンク（１４０）の長手方向と略直交する方向に向けて開口させてもよい。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明のごとく、アキュムレータタンク（１４０）の上端側に、低圧冷媒を導入するための冷媒流入口（１４２ａ）、及び内部熱交換器（１５０）から流出した冷媒を圧縮機（１１０）の吸入側に流出させる冷媒流出口（１４２ｂ）を設けてもよい。
【００１４】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るアキュムレータモジュールを、二酸化炭素を冷媒とする電気自動車用の冷暖房切り替え可能な空調装置（ヒートポンプ式冷凍機）に適用したものであって、図１は本実施形態に係る空調装置（ヒートポンプ式冷凍機）の模式図である。
【００１６】
なお、図１中、一点鎖線で囲まれた機器がヒートポンプ式冷凍機（以下、ヒートポンプと略す。）１００であり、２００は酸素と水素とを化学反応させることにより発電し、その発電した電力を走行用電動モータ（図示ぜず。）に供給する燃料電池（本実施形態では、高分子電解質型燃料電池）である。
【００１７】
１１０は冷媒を吸入圧縮するインバータ制御方式の電動圧縮機（以下、圧縮機と略す。）であり、１２０は室内に吹き出す空気と冷媒とを熱交換する室内熱交換器（以下、室内器と略す。）であり、１３０は室外空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器（以下、室外器と略す。）である。
【００１８】
Ｖは圧縮機１１０から吐出した冷媒を室内器１２０側に流通させる場合と室外器１３０側に流通させる場合とを切り換える切換弁であり、１４０は冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機１１０の吸入側に流出させるとともに、ヒートポンプ中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータタンク（気液分離タンク）である。
【００１９】
なお、アキュムレータタンク１４０は、後述する第１減圧装置１６１及び内部熱交換器１５０と一体化されており、この一体化された（二点鎖線で囲まれた）もの（以下、アキュムレータモジュール４００と呼ぶ。）の詳細は後述する。
【００２０】
また、上記した内部熱交換器１５０は圧縮機１１０にて圧縮された後、室内器１２０又は室外器１３０にて冷却された冷媒（以下、この冷媒を高圧側冷媒と呼ぶ。）とアキュムレータタンク１４０から流出して圧縮機１１０に吸入される冷媒（以下、この冷媒を低圧側冷媒と呼ぶ。）とを熱交換するものである。
【００２１】
１６１は、内部熱交換器１５０と室内器１２０とを結ぶ冷媒通路に設けられて、室内に吹き出す空気を冷却する冷房運転時において室外器１３０から流出した冷媒を減圧する第１減圧装置（冷房用減圧装置）である。
【００２２】
そして、この第１減圧装置１６１は、室外器１３０出口側の冷媒温度に基づいて室外器１３０出口側の冷媒圧力を制御する機械式の膨張弁（減圧器）１６１ａ、膨張弁１６１ａを迂回して冷媒を流通させるバイパス回路１６１ｂ、及びバイパス回路１６１ｂを冷媒が室内器１０２から内部熱交換器１５０側に向けて流通することのみを許容する逆止弁１６１ｃを有して構成されている。
【００２３】
１６２は、室外器１３０と内部熱交換器１５０とを結ぶ冷媒通路に設けられて、室内に吹き出す空気を加熱する暖房運転時において室内器１２０から流出した冷媒を減圧する電気式の第２減圧装置（暖房用減圧装置）であり、この電気式の第２減圧装置（減圧弁）１６２の開度は、後述する電子制御装置により制御されている。
【００２４】
また、３００は車室内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシングであり、この空調ケーシング３００の空気流れ上流側には、室内空気を導入する内気導入口３０１及び室外空気を導入する外気導入口３０２が設けられている。
【００２５】
そして、両道入口３０１、３０２は内外気切換ドア３０３により切り換え開閉される。なお、３０４は車室内に向けて空気を送風する遠心式の送風機である。
【００２６】
また、空調ケーシング３００内のうち送風機３０４より空気流れ下流側には、ヒートポンプ１００の室内器１２０が配設され、室内器１２０の空気流れ下流側にはＦＣスタック２００で発生した廃熱を回収した冷却水（流体）により空気を加熱するヒータコア２１０が配設されている。
【００２７】
３０５はヒータコア２１０を通過する風量（冷却水により加熱された温風）とヒータコア２１０を迂回して下流側に流通する風量（冷風）との風量割合（温風と暖風との混合比）を調節することにより車室内に吹き出す空気の温度を調節するエアミックスドアである。
【００２８】
なお、エアミックスドア３０５（ヒータコア２１０）の空気流れ下流側には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス開口部（図示せず。）と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット開口部（図示せず。）と、フロントガラス（図示せず。）の内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ開口部（図示せず。）とが形成されており、これら開口部の空気上流側部位それぞれには、各開口部を開閉する吹出モード切換ドア（図示せず。）が配設されている。
【００２９】
そして、吹出モード切換ドア、エアミックスドア３０５、及び内外気切換ドア３０３はサーボモータ（駆動手段）Ｍ１〜Ｍ３により駆動されており、これらサーボーモータＭ１〜Ｍ３及び送風機３０４の電動モータＭ４は、図２に示すように、電子制御装置（ＥＣＵ）３１０により制御されている。
【００３０】
また、ＥＣＵ３１０には、室外器１３０から流出する冷媒の圧力を検出する第１圧力センサ（第１圧力検出手段）３１１、室外器１３０から流出する冷媒の温度を検出する第１温度センサ（第１冷媒温度検出手段）３１２、室内器１２０から流出する冷媒の圧力を検出する第２圧力センサ（第２圧力検出手段）３１３、室内器１２０から流出する冷媒の温度を検出する第２温度センサ（第２冷媒温度検出手段）３１４、室外空気の温度を検出する外気温度センサ（外気温度検出手段）３１５、室内器１２０を通過した直後の空気の温度（室内器１２０の温度）を検出する室内器後温度センサ（室内器温度検出手段）３１６、室内空気の温度を検出する内気気温度センサ（内気温度検出手段）３１７、及び車室内に注がれる日射量を検出する日射センサ（日射量検出手段）３１８の検出値、並びに乗員が希望する室内温度を設定入力する温度コントロールパネル３１９に入力された設定値が入力されている。
【００３１】
そして、ＥＣＵ３１０は、センサ３１１〜３１８の検出値及び温度コントロールパネル３１９の設定温度Ｔｓｅｔに基づいて予め設定されたプログラムに従って吹出モード切換ドア（Ｍ１）、エアミックスドア３０５（Ｍ２）、内外気切換ドア３０３（Ｍ３）、送風機３０４（Ｍ４）、電気式の第２減圧装置（減圧弁）１６２、切換弁Ｖ、及び圧縮機１１０を制御する。
【００３２】
次に、アキュムレータモジュール４００について述べる。
【００３３】
図３はアキュムレータモジュール４００の断面模式図であり、図４は図３の上面図であり、図３に示すように、略円筒状に形成された金属製のアキュムレータタンク１４０（以下、タンク１４０を略す。）の上端側に第１減圧装置１６１が固定されて、タンク１４０と第１減圧装置１６１とが一体化されている。
【００３４】
そして、タンク１４０の開口部は、タンク１４０に溶接されたタンク蓋１４１により閉塞されており、このタンク蓋１４１には、室内器１２０又は室外器１３０にて吸入して蒸発した冷媒をタンク１４０内に導入するための冷媒流入口１４２ａ、内部熱交換器１５０から流出した冷媒を圧縮機１１０の吸入側に流出させる冷媒流出口１４２ｂ（図４参照）、及び下方側に向けて凸となるように略Ｊ字状に形成された冷媒排出管１４３が設けられている。
【００３５】
このとき、冷媒排出管１４３は、その一端側がタンク１４０内の液相冷媒の液面より上方側であって、かつ、冷媒流入口１４２ａより下方側にて開口することにより気相冷媒を冷媒排出管１４３内に導入し、その導入した気相冷媒を圧縮機１１０の吸入側に向けて流出する。
【００３６】
因みに、冷媒流入口１４２ａからタンク１４０内に流入する冷媒は、常に、気相状態の冷媒（蒸気冷媒）というものではなく、空調装置の熱負荷が小さいときには、気相冷媒を多く含む気液二相冷媒が流入する。ここで、空調装置の熱負荷とは、冷房運転時にあっては、室内器１２０で必要とする冷房能力（冷凍能力）を意味し、暖房運転時にあっては、室外器１３０で必要とする吸入熱能力（冷凍能力）を意味するものである。
【００３７】
また、冷媒排出管１４３の下端部には、液相冷媒より下方側に溜まった潤滑油（ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）を主成分としたオイル）を吸入するオイル戻し穴（潤滑油吸入口）１４３ａが設けられており、アキュムレータ１４０にて分離蓄えられた潤滑油は、冷媒排出管１４３内を流通する気相冷媒と共に圧縮機１００に吸入される。なお、オイル戻し穴１４３ａには、冷媒排出管１４３内に異物が吸引されることを防止するフィルタ（網状の金属メッシュ）１４３ｂが設けられている。
【００３８】
因みに、潤滑油と液相冷媒とは、実際には図３に示すように完全に分離しているものではない。したがって、ここで言う潤滑油とは、純粋に潤滑油のみを意味するものではなく、潤滑油を多量に含む液相冷媒を意味するものである。
【００３９】
ここで、内部熱交換器１５０は、図５〜７に示すように、吐出側冷媒が流通する渦巻き状に巻かれた扁平チューブ１５１が収納された円筒状のケーシング１５２、及びケーシング１５２に形成された冷媒の流出入用の開口部１５３〜１５６等からなるものである。因みに、図６（図５の上面図）中、Ｂ１、Ｂ２は内部熱交換器１５０をタンク蓋１４１に固定するボルトが挿入されるボルト穴である。
【００４０】
なお、開口部１５３は扁平チューブ（以下、チューブと略す。）１５１に吐出側冷媒を供給するものであり、開口部１５５は熱交換を終えた吐出側冷媒を圧縮機１１０の吸入側に流出させるものである。また、開口部１５４はケーシング１５２内に吸入側冷媒を供給（充填）するものであり、開口部１５６は熱交換を終えた吸入側冷媒をケーシング１２５外に流出させるものである。
【００４１】
ここで、チューブ１５１の扁平面には、図８に示すように、その長手方向全域に渡って突出する複数本の突条１５１ａが押し出し加工又は引く抜き加工にてチューブ１５１と共に一体成形されており、この突条１５１ａの先端が隣り合うチューブ１５１の扁平面に接触することにより隣り合うチューブ１５１間に吸入側冷媒が流れる通路が形成されている。
【００４２】
これにより、冷媒流入口１４２ａからタンク１４０内に流入した冷媒は、図３に示すように、内部熱交換器１５０周りを流れてタンク１４０内の下方側に至り、冷媒排出管１４３を経由してケーシング１５２内に流入した気相冷媒は、チューブ１５１内を流通する高圧側冷媒と熱交換した後、冷媒流出口１４２ｂから圧縮機１１０の吸入側に流出する。
【００４３】
また、図９は第１減圧装置１６１の断面を示しており、以下、第１減圧装置１６１について述べる。
【００４４】
４１０は、高圧側の冷媒温度（この例では、室外器１３０出口側の冷媒温度）に応じて内圧が変化する感温部４１１を有し、感温部４１１の内圧の変化にて機械的に連動して圧力制御弁４００の弁口４１２の開度を調節する制御弁本体（エレメント）であり、４３０は制御弁本体４１０を収納するケーシングである。
【００４５】
なお、ケーシング４３０は、制御弁本体４１０が固定されるとともに、低圧側の熱交換器（この例では、室内器１２０）の入口側に接続されるバルブ流出入口（高圧側冷媒流入口、低圧冷媒流出口）４３１が形成されたケーシング本体部４３２と、ケーシング本体部４３２に制御弁本体４１０を挿入組み付けするための開口部を閉塞するとともに、高圧側の熱交換器（この例では、室外器１３０）出口側に接続されるバルブ流出入口（高圧側冷媒流入口、低圧冷媒流出口）４３３が形成された蓋体４３４とから構成されている。
【００４６】
そして、ケーシング４３０には、内部熱交換器１５０と連通する内部熱交換器側冷媒流出入口（以下、流出入口と略す。）４３５、４３６が形成されており、流出入口４３５はバルブ流出入口４３３側（感温部４１１側）に連通し、流出入口４３６は制御弁本体４１０の弁口４１２の冷媒流れ上流側に連通している。
【００４７】
ここで、ケーシング４３０はタンク蓋１４１と一体化されており、流出入口４３５、４３６は、タンク蓋１４１に形成された冷媒通路１４４を介して内部熱交換器１５０と連通した状態でタンク１４０の内方側に向けて開口し、一方、バルブ流出入口４３１、４３３はタンク１４０の長手方向と略直交する方向（水平方向）に向けて開口している。
【００４８】
なお、以下、バルブ流出入口４３３から流出入口４３５までの冷媒通路を第１冷媒通路（感温室）４３７と呼び、流出入口４３６から弁口４１２までの冷媒通路を第２冷媒通路４３８と呼ぶ。
【００４９】
ところで、制御弁本体４１０の感温部４１１は、第１冷媒通路４３７内に位置して室外器１３０出口側の冷媒温度を感知するものであり、この感温部４１１は、薄膜状のダイヤフラム（圧力応動部材）４１１ａ、ダイヤフラム４１１ａと共に密閉空間（制御室）４１１ｃを形成するダイヤフラムカバー４１１ｂ、及びダイヤフラムカバー４１１ｂと共にダイヤフラム４１１ａを挟み込むようにしてダイヤフラム４１１ａを固定すダイヤフラムサポート４１１ｄから構成されている。
【００５０】
なお、密閉空間４１１ｃ内には、冷媒の温度が０℃での飽和液密度から冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度（本実施形態では約６２５ｋｇ／ｍ³）で封入されており、ダイヤフラム４１１ａを挟んで密閉空間４１１ｃの反対側には、導圧通路４１１ｅを介して第２冷媒通路４３８の圧力が導かれている。
【００５１】
また、４１１ｆは感温部４１１（密閉空間４１１ｃ）に冷媒を封入する封入管であり、この封入管４１１ｆは、第１冷媒通路４３７内の冷媒温度に対して密閉空間４１１ｃ内の冷媒温度を時間差無く追従させるべく、銅などの熱伝導率の高い金属製である。
【００５２】
４１３は弁口４１２の開度を調節するニードル弁体（以下、弁体と略す。）であり、この弁体４１３は、ダイヤフラム４１１ａに接合されて密閉空間４１１ｃの内圧上昇に機械的に連動して弁口４１２の開度を縮小させる向きに可動するように構成されている。
【００５３】
また、４１４は、弁口４１２の開度を縮小させる向きの弾性力を弁体４１３に作用させるバネ（弾性体）であり、弁体４１３はバネ４１４の弾性力と、密閉空間４１１ｃ内外の差圧による力との釣り合いに応じて可動する。
【００５４】
このとき、バネ４１４の初期設定荷重は、調整ナット４１５を回すことにより調節され、その初期設定荷重（弁口４１２を閉じた状態での弾性力）は、冷媒が臨界圧力以下の凝縮域において、所定の過冷却度（本実施形態では約１０℃）を有するように設定されている。具体的には、初期設定荷重における、密閉空間４１１ｃ内での圧力換算で約１［ＭＰａ］である。なお、４１５ａは、調整ナット４１５を回す際にバネ４１４と調節ナット４１５が直接に擦れることを防止するバネ座である。
【００５５】
以上に述べた構成により、膨張弁１６１ａは、超臨界領域では、６２５ｋｇ／ｍ³の等密度線に沿うように、室外器１３０出口側の冷媒温度に基づいて、室外器１３０出口側の冷媒圧力を制御し、凝縮域では、室外器１３０出口側の冷媒の過冷却度が所定値となるように、室外器１３０出口側の冷媒圧力を制御する。このとき、超臨界域においては、高圧制御線ηと６２５ｋｇ／ｍ³の等密度線とは略一致するので、室外器１３０出口側の冷媒圧力が高圧制御線ηに沿うように制御される。
【００５６】
なお、高圧制御線ηとは、サイクルのＣＯＰ（成績係数）が最大となる高圧側の冷媒温度（この例では、室外器１３０出口側の冷媒温度）と高圧側の冷媒圧力（この例では、室外器１３０出口側の冷媒圧力）との関係を示すもので、通常、冷房運転時の高圧制御線ηと暖房運転時の高圧制御線ηとは相違している。
【００５７】
ところで、ダイヤフラムカバー４１１ｂ及びダイヤフラムサポート４１１ｄは、第１冷媒通路４３７と第２冷媒通路４３８とを離隔するとともに、第２冷媒通路４３８側の冷媒が第１冷媒通路４３７側の冷媒によって加熱されることを防止する隔壁部を構成している。
【００５８】
なお、弁体４１３は、弁体４１３の摺動を案内する弁体ホルダを兼ねるダイヤフラムサポート４１１ｄを貫通して第１冷媒通路４３７側から第２冷媒通路４３８（弁口４１２）側に到達しているので、弁体４１３とダイヤフラムサポート４１１ｄとの隙間は、第１冷媒通路４３７からこの隙間を経由して第２冷媒通路４３８に多くの冷媒が流通しない程度としなければならない。
【００５９】
因みに、図９は冷房運転時における冷媒流れを示しており、バルブ流出入口４３３から第１減圧装置１６１（アキュムレータモジュール４００）内に流入した冷媒は、感温部４１１周りを流通して内部熱交換器１５０（チューブ１５１）を通過して弁部４１２に至り、弁部４１２にて減圧された後、バルブ流出入口４３１から第１減圧装置１６１外に流出する。
【００６０】
また、図１０は暖房運転時における冷媒流れを示しており、バルブ流出入口４３１から第１減圧装置１６１（アキュムレータモジュール４００）内に流入した冷媒は、内部熱交換器１５０を経由してバルブ流出入口４３３から第１減圧装置１６１外に流出する。
【００６１】
次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述べる。
【００６２】
本実施形態によれば、タンク１４０に第１減圧装置１６１が固定され、かつ、タンク１４０内に内部熱交換器１５０が収納されて、タンク１４０、第１減圧装置１６１及び内部熱交換器１５０が一体化されているので、第１減圧装置１６１と内部熱交換器１５０とを繋ぐ配管部品を廃止することができる。
【００６３】
したがって、空調装置（ヒートポンプ式冷凍機）の部品点数及び組み立て工数を低減することができるので、空調装置（ヒートポンプ式冷凍機）の製造原価低減を図りつつ、車両への搭載性を向上させることができる。
【００６４】
ところで、第１減圧装置１６１（膨張弁１６１ａ）にて冷媒を減圧する際に、弁体４１３等が振動して騒音（振動）が発生し易いが、本実施形態では、タンク１４０、第１減圧装置１６１及び内部熱交換器１５０が一体化されているので、タンク１４０及び内部熱交換器１５０を含めた第１減圧装置１６１（膨張弁１６１ａ）の振動系の質量が大きくなり、弁体４１３が振動しても、その他の部位が振動し難くなる。したがって、第１減圧装置１６１（膨張弁１６１ａ）にて冷媒を減圧する際に発生する騒音（振動）を低減することができる。
【００６５】
また、流出入口４３５、４３６は、タンク蓋１４１に形成された冷媒通路１４４を介して内部熱交換器１５０と連通しているので、第１減圧装置１６１と内部熱交換器１５０とを繋ぐ冷媒配管を廃止できる。したがって、空調装置（ヒートポンプ式冷凍機）の部品点数及び組み立て工数をさらに低減することができる。
【００６６】
ところで、第１減圧装置１６１（膨張弁１６１ａ）は、往復運動する弁体４１２を有しているので、図９、１０に示すように、第１減圧装置１６１（膨張弁１６１ａ）のうち弁体４１２の長手方向と略平行な部位の寸法Ｌ（図９参照）は、第１減圧装置１６１（膨張弁１６１ａ）のうち弁体４１２の長手方向と略直交する部位の寸法Ｗ（図９参照）に比べて大きくなる。
【００６７】
一方、第１減圧装置１６１（膨張弁１６１ａ）のうち寸法Ｌ方向における端部にバルブ流出入口４３１、４３３を設ければ、第１減圧装置１６１（膨張弁１６１ａ）内において、冷媒流れが巨視的に直線状となるので、冷媒流れスムーズとなる。
【００６８】
したがって、本実施形態のごとく、バルブ流出入口４３１、４３３はタンク１４０の長手方向と略直交する方向（水平方向）に向けて開口させれば、アキュムレータモジュール４００の高さ方向の寸法Ｈ（図３参照）が増大してしまうことを防止できる。
【００６９】
ところで、冷媒流入口１４２ａからタンク１４０内に導入された冷媒は、内部熱交換器１５０の外壁とタンク１４０の内壁との間の隙間δ（図３参照）を流通してタンク１４０の下方側に至るが、隙間δが過度に小さいと、タンク１４０における圧力損失が大きくなり、空調装置（ヒートポンプ式冷凍機）の効率が低下してしまう。一方、隙間δを大きくすると、内部熱交換器１５０が小さくなるので、空調装置（ヒートポンプ式冷凍機）の効率（成績係数）が低下してしまう。
【００７０】
そこで、本実施形態では、隙間δの断面積の総和が冷媒通路１４４の通路断面積以上となるようにして、隙間δが過度に小さくなることを防止しつつ、内部熱交換器１５０（の能力）をできるだけ大きくしている。
【００７１】
なお、内部熱交換器１５０の外径相当寸法ｄ１とは、内部熱交換器１５０の断面を円形状に換算したときの外直径寸法を意味し、タンク１４０の内径相当寸法ｄ２とは、タンク１４０の断面を円形状に換算したときの内直径寸法を意味する。因みに、本実施形態では、内部熱交換器１５０及びタンク１４０は、共に円形断面であるので、内部熱交換器１５０の外直径寸法が外径相当寸法ｄ１となり、タンク１４０の内直径寸法が内径相当寸法ｄ２となる。
【００７２】
（第２実施形態）
第１実施形態では、内部熱交換器１５０の扁平チューブ１５１を渦巻き状に巻いていたが、本実施形態では、図１１に示すように、所定形状にプレス成形されたプレート１５７をその厚み方向に積層することにより、高圧側冷媒が流通する高圧側冷媒通路１５８、及び低圧側冷媒が流通する低圧側冷媒通路１５９を積層方向に交互に形成したものである。なお、１５７ａは伝熱面積を増大させるプレート１５７の一部を打ち出した突起状のフィンである。
【００７３】
このとき、図１２に示すように、積層方向から見て、高圧側冷媒の流通の向き（図１２の実線の矢印）と低圧側冷媒の流通の向き（図１２の破線で示す矢印）とが逆向きとなるようにして、高圧側冷媒流れと低圧側冷媒流れとが対向流れとなるようにしている。
【００７４】
なお、１５８ａ、１５８ｂ、１５９ａ、１５９ｂは、プレート１５７の積層方向に延びて冷媒通路１５８、１５９と連通するヘッダパイプであり、１５８ａは複数の高圧側冷媒通路１５８に連通して各高圧側冷媒通路１５８に冷媒を分配供給するものであり、１５８ｂは複数の高圧側冷媒通路１５８に連通して各高圧側冷媒通路１５８から流出する冷媒を集合させるものである。
【００７５】
また、１５９ａは複数の低圧側冷媒通路１５９に連通して各低圧側冷媒通路１５９に冷媒を分配供給するものであり、１５９ｂは複数の低圧側冷媒通路１５９に連通して各低圧側冷媒通路１５９から流出する冷媒を集合させるものである。
【００７６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷暖房切り替え可能な空調装置（ヒートポンプ式冷凍機）に本発明に係るアキュムレータモジュールを適したが、本発明はこれに限定さされるものではなく、冷房専用の空調装置、暖房専用の空調装置、又はヒートポンプ運転を利用した給湯器等のその他の蒸気圧縮式冷凍機にも適用することができる。
【００７７】
また、上述の実施形態では、二酸化炭素を冷媒とする冷凍機であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばエチレン、エタン、酸化窒素等であってもよい。
【００７８】
また、上述の実施形態では、二酸化炭素を冷媒とした高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、フロンを冷媒とする冷凍機のごとく、高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力未満となるものにもも適用することができる。
【００７９】
また、上述の実施形態では、燃料電池を有する車両に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、走行用駆動源として内燃機関（エンジン）のみを有する車両や電動モータと内燃機関とを組み合わせたハイブリッド車両にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る空調装置における制御系の模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るアキュムレータモジュールの模式断面図である。
【図４】図３の上面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るアキュムレータモジュール内に収納される内部熱交換器の外観図である。
【図６】図５の上面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係るアキュムレータモジュールに使用される内部熱交換器に適用されるチューブの断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係るバルブモジュールの冷房運転時における模式断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係るバルブモジュールの暖房運転時における模式断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係るアキュムレータモジュールに使用される内部熱交換器の断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係るアキュムレータモジュールに使用される内部熱交換器の正面図である。
【符号の説明】
１４０…アキュムレータタンク、１５０…内部熱交換器、
１６１…第１減圧装置。

Claims

減圧した冷媒を蒸発させて吸熱し、その蒸発した冷媒を圧縮機（１１０）にて吸入圧縮する蒸気圧縮式冷凍機に適用され、
冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を蓄えるとともに、分離した気相冷媒を前記圧縮機（１１０）の吸入側に流出させるアキュムレータタンク（１４０）と、
前記圧縮機（１１０）にて圧縮された後、冷却された高圧側冷媒を減圧する減圧器（１６１ａ）と、
前記圧縮機（１１０）にて圧縮された後、冷却された高圧側冷媒と、前記減圧器（１６１ａ）にて減圧されて前記圧縮機（１１０）に吸入される前の低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１５０）とを備え、
前記減圧器（１６１ａ）は、前記アキュムレータタンク（１４０）に固定され、
さらに、前記内部熱交換器（１５０）は、前記アキュムレータタンク（１４０）内に収納されており、
前記減圧器（１６１ａ）には、前記内部熱交換器（１５０）と連通する内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）が設けられており、
また、前記アキュムレータタンク（１４０）の上端側を閉塞するタンク蓋（１４１）には、前記内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）と前記内部熱交換器（１５０）とを連通させる冷媒通路（１４４）が設けられており、
前記アキュムレータタンク（１４０）と前記内部熱交換器（１５０）との間に形成される隙間の断面積の総和が、前記冷媒通路（１４４）の通路断面積以上となるように構成されていることを特徴とするアキュムレータモジュール。
前記アキュムレータタンク（１４０）は筒状に形成されており、
前記減圧器（１６１ａ）は、前記アキュムレータタンク（１４０）の上端側に固定され、
前記減圧器（１６１ａ）には、前記内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）の他に、前記高圧冷媒が流入する高圧冷媒流入口（４３１、４３３）、及び減圧された冷媒を流出する低圧冷媒流出口（４３１、４３３）が設けられ、
前記内部熱交換器側冷媒流出入口（４３５、４３６）は、前記アキュムレータタンク（１４０）の上端側に位置して前記アキュムレータタンク（１４０）の内方側に向けて開口しており、
さらに、前記高圧冷媒流入口（４３１、４３３）及び前記低圧冷媒流出口（４３１、４３３）は、前記アキュムレータタンク（１４０）の長手方向と略直交する方向に向けて開口していることを特徴とする請求項１に記載のアキュムレータモジュール。
前記アキュムレータタンク（１４０）の上端側には、低圧冷媒を導入するための冷媒流入口（１４２ａ）、及び前記内部熱交換器（１５０）から流出した冷媒を前記圧縮機（１１０）の吸入側に流出させる冷媒流出口（１４２ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のアキュムレータモジュール。