JP4718716B2 - Gas cooler and in-vehicle air conditioner - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスクーラ及び車載用空調装置に係り、特に、車両への搭載性を向上させたガスクーラ及び車載用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の車載用空調装置の一例を示す構成図である。空調装置本体としてのケーシング５０は、その内空間が車室内へ導入される空気の流路となるもので、後述するように種々の構成機器を収容している。
送風ブロワ５１は、内気口５２あるいは外気口５３を通じてケーシング５０内に空気を導入するものであり、この導入された空気はエバポレータ５４を通過する。なお、符号５５は、内気口５２と外気口５３との切り換えを行う内外気切換ダンパである。
エバポレータ５４の導入空気の下流側には、エアミックスダンパ５６及びヒータコア（加熱器）５７が設けられている。また、図中の符号５８，５９，６０はそれぞれフェイス吹出口、フット吹出口、デフロスト吹出口を示しており、各吹出口５８，５９，６０は、それぞれがフェイスダンパ６１、フットダンパ６２、デフロストダンパ６３によって開閉される。なお、各吹出口５８，５９，６０は図示しないダクトを介して車室内に通じている。
制御装置６４は、送風ブロワ５１の制御、各ダンパ５５，５６，６１，６２，６３を駆動するためのモータ（図示せず）の制御、さらには後述する圧縮機６６のオン・オフ等の制御を行うものである。
【０００３】
このように構成された車載用空調装置では、内気口５２あるいは外気口５３より導入した空気は、その全量がエバポレータ５４を通り、後述する冷凍サイクル６５の冷媒と熱交換して冷却される。この後、ヒータコア５７を通過して加熱される空気量はエアミックスダンパ５６の開度に応じて分配されるので、所定の温度に調整されて吹出口５８，５９，６０の少なくとも１つから車室内に導入される。なお、ヒータコア５７には、一般的には図示しない内燃機関の駆動源を冷却して高温となった冷却水が供給されるようになっている。
【０００４】
次に、冷凍サイクル６５について説明すると、圧縮機６６は図示しない駆動源（例えば車両走行用のエンジン等）から駆動力を得て駆動し、気相状態の冷媒を圧縮する。ガスクーラ（放熱器）６７は、圧縮機６６で圧縮された冷媒を外気等との間で熱交換して冷却する。符号の６８は、ガスクーラ６７の出口側で冷媒を減圧して低温低圧の気液二相状態とする絞り装置である。
エバポレータ５４は、車室内の空気冷却手段をなす蒸発器（吸熱器）で、気液二相状態の冷媒は蒸発器内で気化（蒸発）する際に、車室内空気あるいは車室外空気から蒸発潜熱を奪って冷却する。そして、圧縮機６６、ガスクーラ６７、絞り装置６８及びエバポレータ５４は冷媒配管６９により直列に接続され、冷媒が状態変化を繰り返して循環する冷凍サイクルとしての閉回路を構成する。
ここで用いられる冷媒には、例えばＲ１３４ａといった代替フロン冷媒などがある。このＲ１３４ａがエバポレータ５４の内部で蒸発することにより、送風ブロワ５１より送られる空気から吸熱し、冷却を行う。なお、圧縮機６６、ガスクーラ６７、及び絞り装置６８はエンジンルーム内などに設置されている。
【０００５】
ところで、近年、地球環境の保全に対する関心が高まっているが、車載用空調装置の冷媒として従来用いられているＲ１３４ａといった代替フロンは、地球温暖化に対して影響を与えることが懸念されている。このため、このような代替フロン冷媒に代わる物質として、元来自然界に存在する物質、いわゆる自然冷媒を用いた車載用空調装置の研究が行われている。
このような自然冷媒の候補として、二酸化炭素（ＣＯ2）が注目されている。このＣＯ2は、地球温暖化に対する寄与が代替フロンよりもはるかに小さいだけでなく、可燃性がないうえ、基本的には人体に無害である。
【０００６】
このような背景から、二酸化炭素を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ2冷凍サイクルと略す）が提案されている。このＣＯ2冷凍サイクルの作動は、フロンを使用した従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルと同様である。すなわち、図６（ＣＯ2モリエル線図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機で気相状態のＣＯ2を圧縮し（Ａ−Ｂ）、この高温圧縮の超臨界状態のＣＯ2を放熱器（ガスクーラ）にて冷却する（Ｂ−Ｃ）。そして、減圧器（絞り装置）により減圧して（Ｃ−Ｄ）、気液二相状態となったＣＯ2をエバポレータで蒸発させて（Ｄ−Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外部流体を冷却する。
【０００７】
しかしながら、ＣＯ2の臨界温度は約３１℃と従来の冷媒であるフロンの臨界温度と比べて低いので、夏場等外気温の高いときには、放熱器側でのＣＯ2の温度がＣＯ2の臨界点温度よりも高くなってしまう。つまり、放熱器出口側においてＣＯ2は凝縮しない（線分ＢＣが飽和液線ＳＬと交差しない）。
また、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力と放熱器出口側でのＣＯ2温度によって決定され、放熱器出口側でのＣＯ2温度は放熱器の放熱能力と外気温度（制御不可）とによって決定されるので、放熱器出口での温度は、実質的には制御することができない。従って、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力（放熱器出口側圧力）を制御することによって制御可能となる。つまり、夏場等外気温の高いときには、十分な冷却能力（エンタルピ差）を確保するためには、モリエル線図にＥ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｅで示されるように、放熱器出口側圧力を高くする必要がある。そのために、圧縮機の運転圧力は、従来のフロンを用いた冷凍サイクルに比べて高くする必要がある。
【０００８】
車載用空調装置を例にすると、前記圧縮機の運転圧力は、従来のＲ１３４（フロン）では０．３ＭＰａ程度であるのに対して、ＣＯ2では４ＭＰａ程度と高くなり、また、運転停止圧力は、Ｒ１３４（フロン）では１．５ＭＰａ程度であるのに対して、ＣＯ2では１０ＭＰａ程度と高くなる。
【０００９】
さて、上述したＣＯ2冷媒の冷凍サイクルにおいて、その能力増大要求に対する応答速度を改善するためには、インタークーラと呼ばれる熱交換器の設置が有効であることが知られている。このインタークーラは、ガスクーラ（放熱器）を通過した液冷媒とエバポレータ（蒸発器）を通過した気体冷媒との間で熱交換を行うように構成された熱交換器（いわゆる向流型熱交換器）であり、例えば図７に示すように、高温高圧冷媒流路７１と低温低圧冷媒流路７２とを２重管構造にして、多重のトラック（長円）巻きや円形巻きの立体構造としたインタークーラ７０が従来より採用されている。
【００１０】
しかしながら、上述したインタークーラ７０を車載用空調装置に採用する場合、その設置位置は、圧縮機６６やガスクーラ６７などと同様にエンジンルーム内とするのが一般的である。このため、上述した従来構造（立体構造）のインタークーラ７０では、駆動源のエンジンやトランスミッションなど各種の機器類が密に配置されたエンジンルーム内に適当な設置スペースを確保するのが困難な状況にある。換言すれば、従来のフロン冷媒を使用した車載用空調装置では不要のインタークーラ７０を新たに設置するためには、立体的に大きなスペースを確保する必要が生じるため、車両側においてエンジンルーム内のレイアウトを大幅に変更するなどの対応が必要とされる。
また、上記のような２重管構造にあっては、熱交換効率に限度があり、さらに、良好な熱交換を行うことが可能なインタークーラが要求されている。
【００１１】
ここで、本発明のガスクーラに用いるインタークーラについて説明する。
なお、このインタークーラは、例えば、特願２００１−３７１８４記載によるものである。
このインタークーラは、高温高圧状態の冷媒が流される複数の高温高圧冷媒伝熱管と、低温低圧状態の冷媒が流される複数の低温低圧冷媒伝熱管とが交互に積層されて構成され、これらの高温高圧冷媒伝熱管及び低温低圧冷媒伝熱管は、冷媒が通される複数の冷媒流路が幅方向へ配列された断面扁平形状に形成されている。
また、このインタークーラは、両端部がそれぞれ連結されたヘッダを有し、該ヘッダは高温高圧冷媒伝熱管の端部を連結された高温高圧冷媒ヘッダ部と、低温低圧冷媒伝熱管の端部を連結された低温低圧冷媒ヘッダ部とを有している。
また、高温高圧冷媒ヘッダ部と低温低圧冷媒ヘッダ部には、高温高圧冷媒伝熱管の冷媒流路及び低温低圧冷媒伝熱管の冷媒流路がそれぞれ連通する連通路が形成されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＣＯ2冷媒による車載用空調装置は、インタークーラを用いることが要求されている。しかし、車両のエンジンルーム内にインタークーラを含めた車載用空調装置を配置することは、機器類が密に配置されたエンジンルーム内に適当なスペースを確保する上では困難である。よって、エンジンルーム前方に設けられているガスクーラに熱交換器であるインタークーラ及びオイルクーラと、オイルセパレータとを一体化させることで、小型化させ、エンジンルーム内の狭隘なスペースに収めることができるようにすることが要求されている。
【００１３】
また、従来のＣＯ2冷媒を用いた車載用空調装置は、ガスクーラと、インタークーラと、オイルクーラと、オイルセパレータとが分散配置されている。このことはエンジンルーム内のスペースを確保する問題点に加え、架装する際における冷媒配管の取り廻しが必要とされ、冷媒配管による熱損失、部品点数の増加、質量の増加、及び架装の繁雑さが生じる。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、車両のエンジンルーム内に容易に設置することができるＣＯ2冷媒等を用いたガスクーラ及び車載用空調装置を提供すること目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機にて圧縮された冷媒を、外気との間にて熱交換させるガスクーラにおいて、
前記ガスクーラの機能を担うガスクーラ部と、高温高圧状態の冷媒と低温低圧状態の冷媒とを熱交換させるインタークーラ部と、前記圧縮機から吐出された冷媒から潤滑油を採集するオイルセパレータと、前記オイルセパレータによって採集された潤滑油を冷却するオイルクーラ部とが一体化されていることを特徴としている。
【００１６】
このような構成としたことで、エンジンルーム内にガスクーラ部と異なる位置に配置させていたインタークーラ部が、ガスクーラ部と一体化されることによって、インタークーラ部を設置するためのスペースを確保する必要がなくなる。また、ガスクーラ部とインタークーラ部とを連通させる冷媒配管は低減されることとなり、冷媒の熱損失が軽減される。
また、エンジンルーム内にガスクーラ部と異なる位置に配置させていたインタークーラ部と前記オイルクーラ部とが、ガスクーラ部と一体化されることにより、インタークーラ部とオイルクーラ部とが設置されていたスペースを確保する必要がなくなる。また、ガスクーラ部とオイルクーラ部とが一体化されることは、ガスクーラ部の冷却に用いられている冷却風を用いてオイルクーラ部の潤滑油が冷却されることとなる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のガスクーラであって、前記ガスクーラ部及び前記インタークーラ部は、それぞれ両端が、前記ガスクーラ部及び前記インタークーラ部とを連通させる冷媒流路が形成された複合ヘッダ部にて接続されていることを特徴としている。
【００２０】
このような構成としたことで、ガスクーラ部及びインタークーラ部の両端にそれぞれ備えられていた各ヘッダ部が一体化された複合ヘッダ部として形成され、これによりガスクーラ部とインタークーラ部とが一体化されることとなる。また、ガスクーラ部から送出された冷媒は、直接複合ヘッダ部の冷媒流路を介してインタークーラ部に送出されるため、冷媒配管による接続を低減し、冷媒の熱損失を抑えることになる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のガスクーラであって、前記複合ヘッダ部には、前記オイルクーラ部と連通する潤滑油流路が形成され、前記オイルクーラ部は、その両端が前記複合ヘッダ部に接続されて一体化されていることを特徴としている。
【００２２】
このような構成としたことで、オイルクーラ部の両端に備えられていたオイルクーラのヘッダ部が複合ヘッダ部に形成され、これによって一体化されることとなる。また、複合ヘッダ部には潤滑油流路が形成されることによって、オイルクーラ部への冷媒配管が低減されることとなる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のガスクーラであって、前記オイルセパレータは、前記複合ヘッダ部の片側に一体化されて設けられていることを特徴としている。
【００２４】
このような構成としたことで、エンジンルーム内にガスクーラ部と異なる位置に配置させていたオイルセパレータが、ガスクーラ部と一体化されることにより、オイルセパレータが設置されるスペースを確保する必要がなくなる。また、オイルクーラ部とガスクーラ部への冷媒配管が低減されることに加え、潤滑油流路が複合ヘッダ部に形成されるため、潤滑油を送油するための配管は必要なくなる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のガスクーラであって、前記ガスクーラ部と、前記オイルクーラ部と、前記インタークーラ部とは、上下方向に積層された縦置きとされていることを特徴としている。
【００２６】
このような構成としたことで、従来のガスクーラと同じ奥行き寸法で構成され、且つ従来の冷却能力を低下させることなく配置されることとなる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のガスクーラであって、前記インタークーラ部は、前記ガスクーラ部及び前記オイルクーラ部よりも下方に設けられていることを特徴としている。
【００２８】
すなわち、インタークーラ部は、高温高圧冷媒伝熱管と低温低圧冷媒伝熱管とによって熱交換が行われるため、外気から導入される冷却風を必要としない。よって、このような構成としたことで、冷却風が送風されにくいガスクーラの下方にインタークーラ部を設けることが可能であり、熱交換において冷却風が必要とされるガスクーラ部、及びオイルクーラ部とを優先的に冷却風が導入される位置に設けることが可能となる。
【００２９】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載のガスクーラであって、前記ガスクーラ部と前記オイルクーラ部とは、隣接して配置されることを特徴としている。
【００３０】
すなわち、ガスクーラ部は外気から導入される冷却風によって熱交換が行われるため、冷却風が導入される位置に配置される必要がある。また、オイルクーラにおける潤滑油の冷却過程においても冷却風を必要とされる。よって、このような構成とすることで、ガスクーラ部とオイルクーラ部とを隣接して配置することにより、冷却風を共有して熱交換が行われることとなる。
【００３１】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項記載のガスクーラであって、前記インタークーラ部は、高温高圧状態の冷媒が流される複数の高温高圧冷媒伝熱管と、低温低圧状態の冷媒が流される複数の低温低圧冷媒伝熱管とが交互に積層されて構成され、これら冷媒伝熱管は、冷媒が通される複数の冷媒流路が幅方向へ配列された断面偏平形状に形成されていることを特徴としている。
【００３２】
このように、冷媒どうしの熱交換が行われる熱交換部を構成する、高温高圧状態の冷媒が流される高温高圧冷媒伝熱管と、低温低圧状態の冷媒が流される低温低圧冷媒伝熱管とが、それぞれ冷媒が通される複数の冷媒流路を幅方向へ配列させた断面偏平状態に形成され、さらに、これらが交互に積層された構成としたことで、高温高圧状態の冷媒と、低温低圧状態の冷媒とが極めて効率的に熱交換される。このような構成は複合ヘッダ部の構成を導くことができ、ガスクーラ部との一体化が容易に行えることとなる。
【００３３】
請求項９記載の発明は、ケーシング内に導入された空気を冷却するエバポレータが、ＣＯ２等の低超臨界温度を有する冷媒における冷凍サイクルの一部を構成する車載用空調装置において、
前記冷凍サイクルに、請求項１〜８のいずれか１項記載のガスクーラが設けられていることを特徴としている。
【００３４】
すなわち、インタークーラ部とガスクーラ部とが少なくとも一体化されたガスクーラが用いられた車載用空調装置は、小型化されるとともに構造の簡略化が図られる。しかも、冷媒どうしの熱交換に優れたインタークーラ部が備えられたガスクーラであるため、例えば、自動車等の車両のエンジンルームなどの狭隘な設置場所への組み込み作業性を大幅に向上させることができるとともに、冷凍サイクルの能力増大要求に対する応答速度を効率良く改善することができ、冷凍サイクルの能力を向上させることとなる。
なお、低超臨界温度を有する冷媒とは、臨界温度がＲ１３４ａよりも低い冷媒であり、より具体的にいえば、例えばＣＯ2冷媒を指すものとする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスクーラ及び車載用空調装置の一実施形態について、図を用いて説明する。
図１には、本発明の一実施形態を示すＣＯ2冷媒を用いた車載用空調装置の冷凍サイクルの構成図が示されている。
符号１は、気相状態のＣＯ2冷媒を圧縮する圧縮機１を示し、図示しない駆動源（例えば内燃機関エンジン等）から駆動力を得て駆動する。符号２は、圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒を外気等との間で熱交換して冷却するガスクーラ部２を示している。
符号３は後述するインタークーラ部７の出口側の配管に設けられた高圧調整弁３を示し、冷媒の高圧力を制御するとともに減圧器を兼ねたものである。ＣＯ2冷媒は、この高圧調整弁３により減圧されて低温低圧の気液二相状態のＣＯ2となり、さらに絞り抵抗１３（絞り手段）により減圧される。
符号４は、車室内の空気冷却手段（蒸発器）として機能するエバポレータ４を示し、気液二相状態のＣＯ2はエバポレータ４内で気化（蒸発）する際に、車室内空気から蒸発潜熱を奪って車室内空気をクーラファン１１を用いて効率良く冷却する。
符号５は、液体冷媒５ａを貯留する液溜容器５を示し、この液溜容器５にはエバポレータ４出口側の冷媒配管６が貫通しており、液溜容器５内の液体冷媒５ａと冷媒配管６内の液体冷媒とが熱交換される構成になっている。液溜容器５の冷媒配管６用貫通部は、液溜容器５内が密閉空間となるようにシール（図示せず）されている。また、液溜容器５の底部は、連通管５ｂにより、高圧調整弁３及び絞り抵抗１３間の冷媒配管６に連通されている。
符号７は、熱交換器のインタークーラ部７を示している。ガスクーラ部２を通過した高温高圧の液体冷媒とエバポレータ４を通過した低温低圧の気体冷媒との間で熱交換を行う向流型熱交換器であり、このインタークーラ部７は、ＣＯ2冷凍サイクルの能力増大要求に対する応答速度を改善する機能を有するものである。なお、インタークーラ部７の構造及び設置位置については、後で詳細に説明する。
【００３６】
そして、圧縮機１、ガスクーラ部２、インタークーラ部７、高圧調整弁３、絞り抵抗１３、エバポレータ４、インタークーラ部７の順に冷媒配管６等によって接続されて、閉回路（ＣＯ2冷凍サイクル）が形成されている。なお、符号８は、圧縮機１から吐出された冷媒より潤滑油を採集するオイルセパレータ８を示し、採集された潤滑油は、オイルクーラ部９を通過して冷却され、油戻し管１２を通って圧縮機１内に戻される。
【００３７】
ここでガスクーラ部２と、インタークーラ部７とが少なくとも一体化されているガスクーラを、複合型ガスクーラ１０（ガスクーラ）とし、以下説明する。
本発明の一実施の形態を示す図１〜３においては、ガスクーラ部２とインタークーラ部７とオイルクーラ部９とオイルセパレータ８とが一体化された複合型ガスクーラ１０を示している。
【００３８】
図２は、本発明の一実施の形態を説明する一体化された複合型ガスクーラ１０及び冷媒回路の概略構成図である。
図３は、本発明の一実施の形態を説明する一体化された複合型ガスクーラ１０の構成及び構造を説明する斜視図であり、（ａ）は全体を示し、（ｂ）はインタークーラ部７の端部を拡大して示している。
図２及び図３に示されるように、ガスクーラ部２と、オイルクーラ部９と、インタークーラ部７とが上方から順に重ね合わされた複合型ガスクーラ１０が形成されている。このような複合型ガスクーラ１０を形成する方法として、各熱交換器に備えられている各ヘッダ部が一体化された複合ヘッダ部１４が用いられて形成されている。さらに、この複合ヘッダ部１４には、各熱交換器を連通させるための冷媒流路を兼ね備えており、冷媒配管６の設置を低減させている。
また、図３に示されるように、複合ヘッダ部１４の片側内部にはオイルセパレータ８が形成されている。
【００３９】
複合型ガスクーラ１０を循環する冷媒の流れについて説明する。
圧縮機１から吐出された冷媒は、図３（ａ）に示される高圧冷媒用複合型ガスクーラ入口１４ａから複合型ガスクーラ１０に入り、複合ヘッダ部１４の片側に一体化されて設けられた油分離室であるオイルセパレータ８によって潤滑油と冷媒ガスとに分離される。分離された冷媒ガスは、図２に示されるガスクーラ部２の右側上部からガスクーラ部２に送入される。冷媒ガスはガスクーラ部２の内部に形成された各仕切壁２ａによって図２に示すような循環経路を辿り、外気から導入される空気によって冷却され液化される。液化された高温高圧状態の冷媒は、ガスクーラ部２の左側下部から複合ヘッダ部１４へ送出される。
【００４０】
複合ヘッダ部１４に送入された冷媒は、複合ヘッダ部１４の一部を構成する両側に備えられた図３に図示されない奥側の高温高圧冷媒ヘッダ部を通過する。ここにいう奥側とは、図３の左側を意味する。ここを通過した冷媒は、図３に図示されない奥側の高温高圧冷媒ヘッダ部に接続されたインタークーラ部７を構成する数層の高温高圧冷媒伝熱管７ｂに導かれる（図３（ｂ）参照）。高温高圧冷媒伝熱管７ｂを流れる高温高圧冷媒は、後述する数層の低温低圧冷媒伝熱管７ｄを流れる低温低圧冷媒により熱交換される。
高温高圧冷媒伝熱管７ｂによって熱交換された冷媒は、他方側（図３の手前側）の高温高圧冷媒ヘッダ部７ａに送出され、高圧冷媒用複合型ガスクーラ出口１４ｂから連通する冷媒配管６を流動してエバポレータ４に送出される。
【００４１】
エバポレータ４において低温低圧状態となった冷媒は、冷媒配管６を流動して低圧冷媒用複合型ガスクーラ入口１４ｃに入る。さらに冷媒は、複合ヘッダ部１４の一部を構成する低温低圧冷媒ヘッダ部７ｃへ送入され（図３（ｂ）参照）、低温低圧冷媒ヘッダ部７ｃに接続された数層の低温低圧冷媒伝熱管７ｄに導かれ、上述した高温高圧冷媒伝熱管７ｂを流れる高温高圧冷媒との間で熱交換される。低温低圧冷媒伝熱管７ｄを通過した冷媒は、再び低温低圧冷媒ヘッダ部７ｃに入り、低圧冷媒用複合型ガスクーラ出口１４ｄから送出されて、圧縮機１に戻り閉回路を辿ることとなる。
【００４２】
次にオイルクーラ部９について図４を用いて説明する。図４は、本発明の一実施形態の複合型ガスクーラ１０の一部を構成するオイルクーラ部９の構成及び構造を説明する概略斜視図である。
オイルクーラ部９は、外気と高温の潤滑油との間で熱交換する熱交換器であり、複合ヘッダ部１４の一部を構成するオイルクーラヘッダ部９ａと、冷媒の流れ方向を導く仕切壁９ｂと、冷媒の熱交換が行われる偏平管９ｃと、熱交換の状態を高めるコルゲートフィン９ｄとから構成されている。なお、オイルセパレータ８は、図４において複合ヘッダ部１４に一体化されていない状態にて示されている。
【００４３】
圧縮機１から吐出された冷媒は、オイルセパレータ８において潤滑油と冷媒ガスとに分離され、圧縮機１内部の潤滑により高温となった潤滑油は、複合ヘッダ部１４の一部を構成するオイルクーラヘッダ部９ａに送入される。送入された冷媒は、仕切壁９ｂと偏平管９ｃとを辿り、オイルクーラ部９の内部を循環する。また、上述のように循環する冷媒は、偏平管９ｃに接合されたコルゲートフィン９ｄが用いられることにより、効率良く冷却風との熱交換が行われる。熱交換により冷却された潤滑油は、再び圧縮機１に戻る経路を辿ることとなる。
【００４４】
本発明の実施形態において、インタークーラ部７は複合型ガスクーラ１０のオイルクーラ部９及びガスクーラ部２よりも下方の最下部に配置させるものとした。これは冷却風を必要とするガスクーラ部２とオイルクーラ部９とを複合型ガスクーラ１０の中心部に配置するようにし、導入される空気との熱交換が促進されるようにしたためである。一方、インタークーラ部７は、冷媒どうしでの熱交換によるものであるため、冷却風が必要とされず、冷却風である空気が流入されにくい位置への配置が可能とされている。
【００４５】
また、オイルクーラ部９は、複合型ガスクーラ１０の一部を構成し、ガスクーラ部２に隣接するように設けるものとした。これはオイルクーラ部９は潤滑油の冷却に必要な冷却風が必要とされるためであり、ガスクーラ部２と隣接されることで冷却風を共有することができるためである。
【００４６】
これまで説明した本実施形態は、いずれもＣＯ2を冷媒とした空調装置として説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えばＣＯ2冷媒のように臨界温度が低い他の冷媒を用いた場合に適用することも可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガスクーラ及び車載用空調装置によれば、下記の効果を得ることができる。
請求項１記載のガスクーラによれば、ガスクーラ部とインタークーラ部とが一体化された構成により、インタークーラが設置されていたスペースを確保する必要がなくなり、車載用空調装置の小型化がなされるため、狭隘なエンジンルーム内に配置する際に有利となる。また、冷媒配管が不要となることで熱損失が減少し、効率的な冷媒の熱交換が可能となる。
【００４８】
また、ガスクーラ部とインタークーラ部とともに、オイルクーラ部が一体化された構成により、インタークーラ及びオイルクーラが設置されていたスペースを確保する必要がなくなり、車載用空調装置の小型化がなされるため、狭隘なエンジンルーム内に配置する際に有利となる。
【００４９】
請求項２記載のガスクーラによれば、複合ヘッダ部によって一体化された構成により、各熱交換器の両端部にそれぞれ設けられていたヘッダ部を一体化することとなり、各熱交換器の一体化を容易に行うことができる。
また、複合ヘッダ部は内部に冷媒流路を備えるため、各熱交換器どうしは冷媒配管による接続が不要となり、冷媒の熱損失が減少し効率的な熱交換が行うことができる。
【００５０】
請求項３記載のガスクーラによれば、オイルクーラ部においてさらに複合ヘッダ部によって一体化される構成により、各熱交換器の両端部にそれぞれ設けられていたヘッダ部が一体化されるとともに、各熱交換器の一体化を容易に行うことができる。
【００５１】
請求項４記載のガスクーラによれば、複合ヘッダ部にオイルセパレータが形成された構成により、オイルセパレータが設置されていたスペースを確保する必要がなくなり、車載用空調装置の小型化がなされる。よって、狭隘なエンジンルーム内に配置する際に有利となる。また、複合ヘッダ部の内部に形成されたオイルセパレータは、直接ガスクーラとインタークーラとに接続されるため、これらと連通させる冷媒配管の必要はなくなり、装置の装着を容易化することができる。
【００５２】
請求項５記載のガスクーラによれば、ガスクーラ部と、オイルクーラ部と、インタークーラ部とが上下方向に重ねて配置される構成により、従来のガスクーラと同じ奥行き寸法にてガスクーラを形成することができる。よって、車載用空調装置の小型化がなされるため、狭隘なエンジンルーム内に配置する際に有利となる。
【００５３】
請求項６記載のガスクーラによれば、インタークーラ部は一体化されたガスクーラの下方に配置された構成により、冷却風を必要とするガスクーラ部とオイルクーラ部とを優先的に冷却風が導入される位置に設けることが可能となる。よって、ガスクーラと外気との間での熱交換を低下させることなくガスクーラを小型化して形成することができる。
【００５４】
請求項７記載のガスクーラによれば、ガスクーラ部とオイルクーラ部とを隣接して配置する構成としたことにより、冷却風を共有して冷媒の熱交換を行うことができる。
【００５５】
請求項８記載のガスクーラによれば、インタークーラ部は、冷媒どうしの熱交換が行われる熱交換部を構成する高温高圧状態の冷媒が流される高温高圧冷媒伝熱管、及び低温低圧状態の冷媒が流される低温低圧冷媒伝熱管が、それぞれ冷媒が通される複数の冷媒流路を幅方向へ配列させた断面偏平状態に形成され、さらに、これらが交互に積層された構成となっている。
よって、高温高圧状態の冷媒と、低温低圧状態の冷媒とを極めて効果的に熱交換させることができるとともに、小型なインタークーラ部を有する車載用空調装置が形成でき、狭隘なエンジンルーム内に配置する際に有利となる。
【００５６】
請求項９記載の車載用空調装置によれば、上述のような一体化されたガスクーラを用いた構成により、車載用空調装置の小型化及び構造の簡略化が図られ、さらに、車両のエンジンルームなどの狭隘なスペースへの組み込み作業性を大幅に向上させることができる。
また、冷凍サイクルの能力増大要求に対する応答速度を効率良く改善することができ、冷凍サイクルの能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を説明する車載用空調装置の冷凍サイクルの概略構成図である。
【図２】 本発明の一実施の形態を説明する複合型ガスクーラ及び冷媒回路の概略構成図である。
【図３】 本発明の一実施の形態を説明する複合型ガスクーラの構成及び構造を説明する斜視図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はインタークーラ部の端部の部分拡大図である。
【図４】 本発明の一実施の形態を説明する複合型ガスクーラの一部を構成するオイルクーラ部の概略斜視図である。
【図５】 従来の車載用空調装置の一例を示す構成図である。
【図６】 ＣＯ2のモリエル線図である。
【図７】 従来のインタークーラを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は２重管構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ ガスクーラ部（放熱器）
３ 高圧調整弁
４ エバポレータ（蒸発器）
７ インタークーラ部
８ オイルセパレータ
９ オイルクーラ部
１０ 複合型ガスクーラ
１４ 複合ヘッダ部
１４ａ 高圧冷媒用複合型ガスクーラ入口
１４ｂ 高圧冷媒用複合型ガスクーラ出口
１４ｃ 低圧冷媒用複合型ガスクーラ入口
１４ｄ 低圧冷媒用複合型ガスクーラ出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas cooler and an in-vehicle air conditioner, and more particularly, to a gas cooler and an in-vehicle air conditioner that have improved mountability on a vehicle.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional in-vehicle air conditioner. The casing 50 as the air conditioner main body has an inner space serving as a flow path for air introduced into the vehicle interior, and accommodates various components as will be described later.
The blower blower 51 introduces air into the casing 50 through the inside air port 52 or the outside air port 53, and this introduced air passes through the evaporator 54. Reference numeral 55 denotes an inside / outside air switching damper that switches between the inside air port 52 and the outside air port 53.
An air mix damper 56 and a heater core (heater) 57 are provided on the downstream side of the air introduced into the evaporator 54. Reference numerals 58, 59, and 60 in the figure indicate a face outlet, a foot outlet, and a defrost outlet, respectively. Each of the outlets 58, 59, and 60 has a face damper 61, a foot damper 62, and a defrost damper, respectively. It is opened and closed by 63. In addition, each blower outlet 58,59,60 is connected to the vehicle interior via the duct which is not shown in figure.
The control device 64 controls the blower blower 51, controls motors (not shown) for driving the dampers 55, 56, 61, 62, and 63, and controls on / off of the compressor 66 described later. Is to do.
[0003]
In the vehicle-mounted air conditioner configured as described above, the entire amount of air introduced from the inside air port 52 or the outside air port 53 passes through the evaporator 54 and is cooled by exchanging heat with the refrigerant of the refrigeration cycle 65 described later. Thereafter, the amount of air heated through the heater core 57 is distributed in accordance with the opening degree of the air mix damper 56. Therefore, the amount of air is adjusted to a predetermined temperature and is sent from at least one of the outlets 58, 59, 60 to the vehicle. It is introduced indoors. In general, the heater core 57 is supplied with cooling water that has become a high temperature by cooling a drive source of an internal combustion engine (not shown).
[0004]
Next, the refrigeration cycle 65 will be described. The compressor 66 is driven by obtaining a driving force from a driving source (not shown) (for example, an engine for driving a vehicle) to compress the refrigerant in the gas phase. The gas cooler (heat radiator) 67 cools the refrigerant compressed by the compressor 66 by exchanging heat with the outside air or the like. Reference numeral 68 denotes a throttling device that depressurizes the refrigerant on the outlet side of the gas cooler 67 to form a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase state.
The evaporator 54 is an evaporator (heat absorber) that serves as an air cooling means in the passenger compartment. When the gas-liquid two-phase refrigerant is vaporized (evaporated) in the evaporator, the latent heat of vaporization is generated from the passenger compartment air or the passenger compartment air. Take away and cool. The compressor 66, the gas cooler 67, the expansion device 68, and the evaporator 54 are connected in series by a refrigerant pipe 69, and constitute a closed circuit as a refrigeration cycle in which the refrigerant circulates by repeatedly changing its state.
The refrigerant used here includes, for example, an alternative chlorofluorocarbon refrigerant such as R134a. When this R134a evaporates inside the evaporator 54, heat is absorbed from the air sent from the blower blower 51, and cooling is performed. The compressor 66, the gas cooler 67, and the expansion device 68 are installed in the engine room.
[0005]
By the way, in recent years, interest in the preservation of the global environment has increased, but there is concern that alternative chlorofluorocarbons such as R134a conventionally used as a refrigerant for in-vehicle air conditioners will affect global warming. For this reason, research on in-vehicle air conditioners using substances that naturally exist in nature, so-called natural refrigerants, is being conducted as an alternative to such alternative CFC refrigerants.
As a candidate for such a natural refrigerant, carbon dioxide (CO2) Is attracting attention. This CO2Not only is the contribution to global warming much smaller than alternative CFCs, but it is not flammable and basically harmless to the human body.
[0006]
From such a background, a vapor compression refrigeration cycle using carbon dioxide (hereinafter referred to as CO 2).2Abbreviated refrigeration cycle). This CO2The operation of the refrigeration cycle is the same as that of a conventional vapor compression refrigeration cycle using Freon. That is, FIG. 6 (CO2As shown by A-B-C-D-A of the Mollier diagram)2(A-B) and CO in the supercritical state of this high temperature compression2Is cooled by a radiator (gas cooler) (BC). Then, the pressure is reduced by a pressure reducer (throttle device) (CD), and CO in a gas-liquid two-phase state is obtained.2Is evaporated by an evaporator (D-A), and latent heat of evaporation is taken from an external fluid such as air to cool the external fluid.
[0007]
However, CO2Since the critical temperature of the refrigerant is about 31 ° C, which is lower than the critical temperature of the conventional refrigerant, Freon, when the outside air temperature is high, such as in summer, the CO on the radiator side2The temperature of CO is2It becomes higher than the critical point temperature. That is, CO at the outlet side of the radiator2Does not condense (the line segment BC does not intersect the saturated liquid line SL).
Also, the state of the radiator outlet side (C point) is the discharge pressure of the compressor and the CO at the radiator outlet side.2Determined by temperature, CO on the outlet side of the radiator2Since the temperature is determined by the heat dissipation capability of the radiator and the outside air temperature (uncontrollable), the temperature at the radiator outlet cannot be controlled substantially. Therefore, the state of the radiator outlet side (point C) can be controlled by controlling the discharge pressure (radiator outlet side pressure) of the compressor. In other words, when the outside air temperature is high, such as in summer, in order to ensure sufficient cooling capacity (enthalpy difference), the radiator outlet side pressure is set as shown by EF-G-H-E in the Mollier diagram. Need to be high. Therefore, the operating pressure of the compressor needs to be higher than that of a conventional refrigeration cycle using Freon.
[0008]
Taking an in-vehicle air conditioner as an example, the operating pressure of the compressor is about 0.3 MPa in the conventional R134 (Freon), whereas CO 22Is about 4 MPa, and the shutdown pressure is about 1.5 MPa for R134 (Freon), while it is about CO2.2Then, it becomes as high as about 10 MPa.
[0009]
Now, the above-mentioned CO2In a refrigerant refrigeration cycle, it is known that the installation of a heat exchanger called an intercooler is effective in order to improve the response speed to the capacity increase request. This intercooler is a heat exchanger (so-called countercurrent heat exchanger) configured to exchange heat between the liquid refrigerant that has passed through the gas cooler (heat radiator) and the gas refrigerant that has passed through the evaporator (evaporator). For example, as shown in FIG. 7, the high-temperature / high-pressure refrigerant flow path 71 and the low-temperature / low-pressure refrigerant flow path 72 have a double-pipe structure to form a three-dimensional structure of multiple tracks (oval) winding or circular winding. An intercooler 70 is conventionally employed.
[0010]
However, when the above-described intercooler 70 is employed in an in-vehicle air conditioner, the installation position is generally in the engine room, like the compressor 66 and the gas cooler 67. For this reason, in the above-described intercooler 70 having the conventional structure (three-dimensional structure), it is difficult to secure an appropriate installation space in an engine room in which various devices such as a drive source engine and a transmission are densely arranged. It is in. In other words, in order to newly install an unnecessary intercooler 70 in an in-vehicle air conditioner using a conventional chlorofluorocarbon refrigerant, it is necessary to secure a large three-dimensional space. It is necessary to take measures such as drastically changing the layout.
Further, in the double pipe structure as described above, there is a limit in heat exchange efficiency, and an intercooler capable of performing good heat exchange is required.
[0011]
Here, the intercooler used for the gas cooler of this invention is demonstrated.
In addition, this intercooler is based on Japanese Patent Application 2001-37184 description, for example.
This intercooler is configured by alternately laminating a plurality of high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer tubes through which high-temperature and high-pressure refrigerant flows and a plurality of low-temperature and low-pressure refrigerant heat transfer tubes through which low-temperature and low-pressure refrigerant flows. The high-pressure refrigerant heat transfer tube and the low-temperature low-pressure refrigerant heat transfer tube are formed in a flat cross-sectional shape in which a plurality of refrigerant flow paths through which the refrigerant passes are arranged in the width direction.
The intercooler also has a header having both ends connected to each other, and the header includes a high-temperature / high-pressure refrigerant header section connected to an end of the high-temperature / high-pressure refrigerant heat transfer pipe and an end section of the low-temperature / low-pressure refrigerant heat transfer pipe. And a low-temperature and low-pressure refrigerant header portion connected to each other.
The high-temperature and high-pressure refrigerant header part and the low-temperature and low-pressure refrigerant header part are formed with communication paths through which the refrigerant flow path of the high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer pipe and the refrigerant flow path of the low-temperature and low-pressure refrigerant heat transfer pipe respectively communicate.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As mentioned above, CO2An in-vehicle air conditioner using a refrigerant is required to use an intercooler. However, it is difficult to arrange an in-vehicle air conditioner including an intercooler in an engine room of a vehicle in order to secure an appropriate space in the engine room in which devices are densely arranged. Therefore, by integrating the intercooler and oil cooler, which are heat exchangers, and the oil separator with the gas cooler provided in front of the engine room, it is possible to reduce the size and fit in a narrow space in the engine room. It is required to do so.
[0013]
In addition, conventional CO2In an in-vehicle air conditioner using a refrigerant, a gas cooler, an intercooler, an oil cooler, and an oil separator are dispersedly arranged. In addition to the problem of securing space in the engine room, this requires the handling of refrigerant piping when installing, and heat loss due to the refrigerant piping, an increase in the number of parts, an increase in mass, and There is complexity.
[0014]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can be easily installed in an engine room of a vehicle.2It is an object of the present invention to provide a gas cooler using a refrigerant or the like and an in-vehicle air conditioner.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  The invention according to claim 1 is a gas cooler for exchanging heat between the refrigerant compressed by the compressor and the outside air.
  A gas cooler section that functions as the gas cooler, and an intercooler section that exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant and the low-temperature and low-pressure refrigerant.An oil separator that collects lubricating oil from the refrigerant discharged from the compressor; and an oil cooler that cools the lubricating oil collected by the oil separator;Is characterized by being integrated.
[0016]
  By adopting such a configuration, the intercooler unit that has been arranged in a different position from the gas cooler unit in the engine room is integrated with the gas cooler unit, thereby securing a space for installing the intercooler unit. There is no need. Moreover, the refrigerant | coolant piping which connects a gas cooler part and an intercooler part will be reduced, and the heat loss of a refrigerant | coolant will be reduced.
In addition, the intercooler unit and the oil cooler unit, which had been arranged in a different position from the gas cooler unit in the engine room, were integrated with the gas cooler unit, so that the intercooler unit and the oil cooler unit were installed. There is no need to secure space. Further, the integration of the gas cooler part and the oil cooler part means that the lubricating oil in the oil cooler part is cooled by using the cooling air used for cooling the gas cooler part.
[0019]
  Claim2The described invention is claimed.1The gas cooler unit and the intercooler unit are both connected at both ends by a composite header unit in which a refrigerant flow path is formed to communicate the gas cooler unit and the intercooler unit. It is characterized by.
[0020]
By adopting such a configuration, each header portion provided at both ends of the gas cooler portion and the intercooler portion is formed as an integrated header portion, thereby integrating the gas cooler portion and the intercooler portion. Will be. Moreover, since the refrigerant sent from the gas cooler part is sent directly to the intercooler part via the refrigerant flow path of the composite header part, the connection by the refrigerant pipe is reduced and the heat loss of the refrigerant is suppressed.
[0021]
  Claim3The described invention is claimed.2In the gas cooler described above, the composite header portion is formed with a lubricating oil passage communicating with the oil cooler portion, and the oil cooler portion is integrated with both ends thereof connected to the composite header portion. It is characterized by being.
[0022]
By adopting such a configuration, the header portions of the oil cooler provided at both ends of the oil cooler portion are formed in the composite header portion, thereby being integrated. In addition, a lubricating oil passage is formed in the composite header portion, so that refrigerant piping to the oil cooler portion is reduced.
[0023]
  Claim4The described invention is claimed.2Or3It is a gas cooler of description, Comprising: The said oil separator is integrated and provided in the one side of the said composite header part, It is characterized by the above-mentioned.
[0024]
By adopting such a configuration, the oil separator that has been arranged in a different position from the gas cooler in the engine room is integrated with the gas cooler so that it is not necessary to secure a space for installing the oil separator. . Further, in addition to reducing the refrigerant piping to the oil cooler and the gas cooler, the lubricating oil flow path is formed in the composite header portion, so that piping for feeding the lubricating oil is not necessary.
[0025]
  Claim5The described invention is claimed.1~4The gas cooler according to any one of the above, wherein the gas cooler part, the oil cooler part, and the intercooler part are vertically stacked in a vertical direction.
[0026]
By adopting such a configuration, it is configured with the same depth dimension as that of the conventional gas cooler, and is disposed without reducing the conventional cooling capacity.
[0027]
  Claim6The invention described in claims 1 to54. The gas cooler according to claim 1, wherein the intercooler portion is provided below the gas cooler portion and the oil cooler portion.
[0028]
That is, the intercooler section does not require cooling air introduced from outside air because heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer tube and the low-temperature and low-pressure refrigerant heat transfer tube. Therefore, with such a configuration, it is possible to provide an intercooler portion below the gas cooler where the cooling air is difficult to blow, and the gas cooler portion and the oil cooler portion that require cooling air in heat exchange, Can be provided at a position where cooling air is preferentially introduced.
[0029]
  Claim7The described invention is claimed.1~6It is a gas cooler of any one of these, Comprising: The said gas cooler part and the said oil cooler part are arrange | positioned adjacently, It is characterized by the above-mentioned.
[0030]
That is, since the gas cooler unit exchanges heat with the cooling air introduced from the outside air, it is necessary to arrange the gas cooler at a position where the cooling air is introduced. Cooling air is also required in the cooling process of the lubricating oil in the oil cooler. Therefore, by setting it as such a structure, heat exchange is performed by sharing cooling air by arrange | positioning a gas cooler part and an oil cooler part adjacently.
[0031]
  Claim8The invention described in claims 1 to72. The gas cooler according to claim 1, wherein the intercooler section includes a plurality of high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer tubes through which a high-temperature and high-pressure state refrigerant flows and a plurality of low-temperature and low-pressure refrigerant heat transfer tubes through which a low-temperature and low-pressure state refrigerant flows. These refrigerant heat transfer tubes are characterized in that they are formed in a flat cross-sectional shape in which a plurality of refrigerant flow paths through which the refrigerant passes are arranged in the width direction.
[0032]
Thus, a high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer tube through which a refrigerant in a high-temperature and high-pressure state flows and a low-temperature and low-pressure refrigerant heat transfer tube through which a low-temperature and low-pressure state refrigerant flows constitute a heat exchange unit in which heat exchange between the refrigerants is performed. A plurality of refrigerant flow paths through which the refrigerant passes are formed in a flat cross-sectional state in which the refrigerant channels are arranged in the width direction. Heat exchange with the other refrigerant. Such a configuration can lead to the configuration of the composite header portion, and can be easily integrated with the gas cooler portion.
[0033]
  Claim9In the described invention, the evaporator for cooling the air introduced into the casing has a CO2In an in-vehicle air conditioner constituting a part of a refrigeration cycle in a refrigerant having a low supercritical temperature such as
  In the refrigeration cycle,8The gas cooler according to any one of the above is provided.
[0034]
That is, an in-vehicle air conditioner using a gas cooler in which an intercooler part and a gas cooler part are integrated at least is reduced in size and simplified in structure. And since it is a gas cooler provided with the intercooler part excellent in the heat exchange between refrigerant | coolants, for example, the installation workability | operativity to narrow installation places, such as an engine room of vehicles, such as a car, can be improved significantly. At the same time, the response speed to the capacity increase request of the refrigeration cycle can be improved efficiently, and the capacity of the refrigeration cycle is improved.
Note that the refrigerant having a low supercritical temperature is a refrigerant whose critical temperature is lower than that of R134a.2It shall refer to the refrigerant.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a gas cooler and an in-vehicle air conditioner according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows CO according to an embodiment of the present invention.2The block diagram of the refrigerating cycle of the vehicle-mounted air conditioner using a refrigerant | coolant is shown.
Reference numeral 1 denotes gas phase CO.21 shows a compressor 1 that compresses a refrigerant, and is driven by obtaining a driving force from a driving source (not shown) such as an internal combustion engine. Reference numeral 2 denotes CO compressed by the compressor 12The gas cooler part 2 which heat-exchanges a refrigerant | coolant with external air etc. and cools it is shown.
Reference numeral 3 denotes a high-pressure adjusting valve 3 provided in a pipe on the outlet side of the intercooler section 7 to be described later. The high-pressure adjusting valve 3 controls the high pressure of the refrigerant and also serves as a decompressor. CO2The refrigerant is depressurized by the high-pressure regulating valve 3 and is a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase CO 2.2Further, the pressure is reduced by the aperture resistor 13 (aperture means).
Reference numeral 4 denotes an evaporator 4 that functions as an air cooling means (evaporator) in the passenger compartment.2When vaporizing (evaporating) in the evaporator 4, it takes away the latent heat of vaporization from the air in the vehicle interior and efficiently cools the air in the vehicle interior using the cooler fan 11.
Reference numeral 5 denotes a liquid storage container 5 for storing the liquid refrigerant 5a. The liquid storage container 5 has a refrigerant pipe 6 on the outlet side of the evaporator 4 penetrating therethrough, and the liquid refrigerant 5a and the refrigerant pipe in the liquid storage container 5 are inserted. 6 is configured to exchange heat with the liquid refrigerant in 6. The through hole for the refrigerant pipe 6 of the liquid reservoir 5 is sealed (not shown) so that the liquid reservoir 5 becomes a sealed space. Further, the bottom of the liquid reservoir 5 is communicated with the refrigerant pipe 6 between the high-pressure regulating valve 3 and the throttle resistor 13 through a communication pipe 5 b.
The code | symbol 7 has shown the intercooler part 7 of the heat exchanger. The counter-cooling type heat exchanger performs heat exchange between the high-temperature and high-pressure liquid refrigerant that has passed through the gas cooler unit 2 and the low-temperature and low-pressure gas refrigerant that has passed through the evaporator 4.2It has a function of improving the response speed to the capacity increase request of the refrigeration cycle. The structure and installation position of the intercooler unit 7 will be described later in detail.
[0036]
Then, the compressor 1, the gas cooler unit 2, the intercooler unit 7, the high pressure regulating valve 3, the throttle resistor 13, the evaporator 4, the intercooler unit 7 are connected in this order by the refrigerant pipe 6 and the like, and the closed circuit (CO2A refrigeration cycle is formed. Reference numeral 8 denotes an oil separator 8 that collects lubricating oil from the refrigerant discharged from the compressor 1, and the collected lubricating oil passes through the oil cooler 9 and is cooled and passes through the oil return pipe 12. And returned to the compressor 1.
[0037]
Here, the gas cooler in which the gas cooler unit 2 and the intercooler unit 7 are integrated at least is referred to as a combined gas cooler 10 (gas cooler), which will be described below.
1 to 3 showing an embodiment of the present invention show a combined gas cooler 10 in which a gas cooler 2, an intercooler 7, an oil cooler 9, and an oil separator 8 are integrated.
[0038]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an integrated composite gas cooler 10 and a refrigerant circuit for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view for explaining the configuration and structure of an integrated composite gas cooler 10 for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) shows the whole, and FIG. The end of is shown enlarged.
As shown in FIGS. 2 and 3, a composite gas cooler 10 is formed in which the gas cooler portion 2, the oil cooler portion 9, and the intercooler portion 7 are overlapped in order from above. As a method of forming such a composite gas cooler 10, a composite header portion 14 in which the header portions provided in each heat exchanger are integrated is used. Further, the composite header portion 14 also has a refrigerant flow path for communicating each heat exchanger, and the installation of the refrigerant pipe 6 is reduced.
Further, as shown in FIG. 3, an oil separator 8 is formed inside one side of the composite header portion 14.
[0039]
The flow of the refrigerant circulating through the composite gas cooler 10 will be described.
The refrigerant discharged from the compressor 1 enters the composite gas cooler 10 from the composite gas cooler inlet 14a for high-pressure refrigerant shown in FIG. 3A, and is oil-separated provided integrally on one side of the composite header portion 14. It is separated into lubricating oil and refrigerant gas by an oil separator 8 which is a chamber. The separated refrigerant gas is fed into the gas cooler unit 2 from the upper right side of the gas cooler unit 2 shown in FIG. The refrigerant gas follows a circulation path as shown in FIG. 2 by each partition wall 2a formed inside the gas cooler 2, and is cooled and liquefied by air introduced from outside air. The liquefied high-temperature and high-pressure refrigerant is sent from the lower left part of the gas cooler unit 2 to the composite header unit 14.
[0040]
The refrigerant sent into the composite header portion 14 passes through the high-temperature and high-pressure refrigerant header portions on the back side (not shown in FIG. 3) provided on both sides constituting a part of the composite header portion 14. The back side here means the left side of FIG. The refrigerant that has passed therethrough is led to several layers of high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer tubes 7b that constitute an intercooler section 7 connected to a deep-side high-temperature and high-pressure refrigerant header section (not shown in FIG. 3) (see FIG. 3B). ). The high-temperature and high-pressure refrigerant flowing through the high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer tube 7b is heat-exchanged by low-temperature and low-pressure refrigerant flowing through several layers of low-temperature and low-pressure refrigerant heat transfer tubes 7d described later.
The refrigerant heat-exchanged by the high-temperature / high-pressure refrigerant heat transfer pipe 7b is sent to the high-temperature / high-pressure refrigerant header section 7a on the other side (the front side in FIG. 3), and flows through the refrigerant pipe 6 communicating from the high-pressure refrigerant composite gas cooler outlet 14b. And sent to the evaporator 4.
[0041]
The refrigerant that has reached the low temperature and low pressure state in the evaporator 4 flows through the refrigerant pipe 6 and enters the combined gas cooler inlet 14c for low pressure refrigerant. Further, the refrigerant is fed into the low-temperature and low-pressure refrigerant header portion 7c constituting a part of the composite header portion 14 (see FIG. 3B), and several layers of the low-temperature and low-pressure refrigerant transmission connected to the low-temperature and low-pressure refrigerant header portion 7c. Heat is exchanged with the high-temperature high-pressure refrigerant that is guided to the heat pipe 7d and flows through the above-described high-temperature / high-pressure refrigerant heat transfer pipe 7b. The refrigerant that has passed through the low-temperature and low-pressure refrigerant heat transfer tube 7d enters the low-temperature and low-pressure refrigerant header portion 7c again, is sent out from the low-pressure refrigerant composite gas cooler outlet 14d, returns to the compressor 1, and follows the closed circuit.
[0042]
Next, the oil cooler unit 9 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic perspective view illustrating the configuration and structure of the oil cooler unit 9 that constitutes a part of the combined gas cooler 10 according to the embodiment of the present invention.
The oil cooler unit 9 is a heat exchanger that exchanges heat between outside air and high-temperature lubricating oil, and includes an oil cooler header unit 9a that forms part of the composite header unit 14, and a partition wall that guides the flow direction of the refrigerant. 9b, a flat tube 9c that performs heat exchange of the refrigerant, and a corrugated fin 9d that enhances the heat exchange state. The oil separator 8 is shown in a state where it is not integrated with the composite header portion 14 in FIG.
[0043]
The refrigerant discharged from the compressor 1 is separated into lubricating oil and refrigerant gas in the oil separator 8, and the lubricating oil that has become high temperature due to lubrication inside the compressor 1 is oil that forms part of the composite header portion 14. It is sent to the cooler header portion 9a. The introduced refrigerant follows the partition wall 9b and the flat tube 9c, and circulates inside the oil cooler unit 9. Further, the refrigerant circulating as described above efficiently exchanges heat with the cooling air by using the corrugated fins 9d joined to the flat tubes 9c. The lubricating oil cooled by the heat exchange will follow the path returning to the compressor 1 again.
[0044]
In the embodiment of the present invention, the intercooler unit 7 is disposed at the lowermost part below the oil cooler unit 9 and the gas cooler unit 2 of the combined gas cooler 10. This is because the gas cooler unit 2 and the oil cooler unit 9 that require cooling air are arranged in the center of the combined gas cooler 10 to promote heat exchange with the introduced air. On the other hand, since the intercooler unit 7 is based on heat exchange between the refrigerants, the cooling air is not required, and the intercooler unit 7 can be arranged at a position where the air that is the cooling air is difficult to flow.
[0045]
Further, the oil cooler unit 9 constitutes a part of the combined gas cooler 10 and is provided adjacent to the gas cooler unit 2. This is because the oil cooler unit 9 requires cooling air necessary for cooling the lubricating oil, and can share the cooling air by being adjacent to the gas cooler unit 2.
[0046]
All of the embodiments described so far are CO.2However, the present invention is not limited to the above-described embodiment.2It is also possible to apply when using other refrigerants having a low critical temperature, such as refrigerants.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the gas cooler and the in-vehicle air conditioner of the present invention, the following effects can be obtained.
According to the gas cooler of the first aspect, the configuration in which the gas cooler unit and the intercooler unit are integrated eliminates the need to secure a space in which the intercooler is installed, thereby reducing the size of the in-vehicle air conditioner. Therefore, it is advantageous when it is arranged in a narrow engine room. Further, since the refrigerant pipe is not necessary, heat loss is reduced, and efficient heat exchange of the refrigerant is possible.
[0048]
  Also, Gas cooler and intercoolerBothOil coolerPartThe integrated configuration eliminates the need to secure the space where the intercooler and oil cooler were installed, and reduces the size of the on-vehicle air conditioner, which is advantageous when placed in a narrow engine room. .
[0049]
  Claim2According to the described gas cooler, the structure integrated by the composite header portion integrates the header portions respectively provided at both end portions of each heat exchanger, so that each heat exchanger can be easily integrated. It can be carried out.
  In addition, since the composite header portion includes the refrigerant flow path inside, the heat exchangers do not need to be connected by refrigerant piping, and the heat loss of the refrigerant is reduced, so that efficient heat exchange can be performed.
[0050]
  Claim3According to the gas cooler described, the header unit provided at both ends of each heat exchanger is integrated by the configuration in which the oil cooler unit is further integrated by the composite header unit. Integration can be easily performed.
[0051]
  Claim4According to the gas cooler described, the configuration in which the oil separator is formed in the composite header portion eliminates the need to secure a space in which the oil separator is installed, thereby reducing the size of the in-vehicle air conditioner. Therefore, it is advantageous when arranged in a narrow engine room. In addition, since the oil separator formed inside the composite header portion is directly connected to the gas cooler and the intercooler, there is no need for a refrigerant pipe communicating with them, and the mounting of the apparatus can be facilitated.
[0052]
  Claim5According to the described gas cooler, the gas cooler can be formed with the same depth dimension as that of the conventional gas cooler by the configuration in which the gas cooler, the oil cooler, and the intercooler are overlapped in the vertical direction. Therefore, the vehicle-mounted air conditioner is downsized, which is advantageous when it is arranged in a narrow engine room.
[0053]
  Claim6According to the described gas cooler, the intercooler portion is arranged below the integrated gas cooler so that the cooling air is preferentially introduced into the gas cooler portion and the oil cooler portion that require the cooling air. It can be provided. Therefore, the gas cooler can be reduced in size without reducing the heat exchange between the gas cooler and the outside air.
[0054]
  Claim7According to the described gas cooler, the configuration in which the gas cooler and the oil cooler are arranged adjacent to each other enables heat exchange of the refrigerant by sharing the cooling air.
[0055]
  Claim8According to the gas cooler described, the intercooler section includes a high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer tube through which a high-temperature and high-pressure state refrigerant that constitutes a heat exchange section that performs heat exchange between refrigerants, and a low-temperature and low-pressure state refrigerant that flows through The low-pressure refrigerant heat transfer tube is formed in a flat cross-sectional state in which a plurality of refrigerant flow paths through which the refrigerant passes are arranged in the width direction, and these are alternately stacked.
  Therefore, heat exchange between the high-temperature and high-pressure refrigerant and the low-temperature and low-pressure refrigerant can be performed extremely effectively, and an in-vehicle air conditioner with a small intercooler can be formed and placed in a narrow engine room. This is advantageous.
[0056]
  Claim9According to the vehicle-mounted air conditioner described above, the configuration using the integrated gas cooler as described above can reduce the size and structure of the vehicle-mounted air conditioner, and can further reduce the size of the engine room of the vehicle. As a result, it is possible to greatly improve the workability of installation in a space.
  Moreover, the response speed with respect to the request | requirement of capacity increase of a refrigerating cycle can be improved efficiently, and the capacity | capacitance of a refrigerating cycle can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle of an in-vehicle air conditioner for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a combined gas cooler and a refrigerant circuit for explaining an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are perspective views illustrating the configuration and structure of a composite gas cooler for explaining an embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is an overall perspective view, and FIG. 3B is a partial enlarged view of an end portion of an intercooler. FIG.
FIG. 4 is a schematic perspective view of an oil cooler portion constituting a part of a combined gas cooler for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a conventional in-vehicle air conditioner.
[Figure 6] CO2It is a Mollier diagram.
7A and 7B are views showing a conventional intercooler, in which FIG. 7A is a perspective view and FIG. 7B is a cross-sectional view showing a double tube structure.
[Explanation of symbols]
1 Compressor
2 Gas cooler (radiator)
3 High pressure regulating valve
4 Evaporator
7 Intercooler
8 Oil separator
9 Oil cooler
10 Combined gas cooler
14 Composite header
14a Combined gas cooler inlet for high-pressure refrigerant
14b Complex gas cooler outlet for high-pressure refrigerant
14c Combined gas cooler inlet for low-pressure refrigerant
14d Combined gas cooler outlet for low-pressure refrigerant

Claims (9)

圧縮機にて圧縮された冷媒を、外気との間にて熱交換させるガスクーラにおいて、
前記ガスクーラの機能を担うガスクーラ部と、高温高圧状態の冷媒と低温低圧状態の冷媒とを熱交換させるインタークーラ部と、前記圧縮機から吐出された冷媒から潤滑油を採集するオイルセパレータと、前記オイルセパレータによって採集された潤滑油を冷却するオイルクーラ部とが一体化されていることを特徴とするガスクーラ。In the gas cooler that exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor and the outside air,
A gas cooler that assumes the function of the gas cooler, an intercooler that exchanges heat between a high-temperature and high-pressure refrigerant and a low-temperature and low-pressure refrigerant, an oil separator that collects lubricating oil from the refrigerant discharged from the compressor, and The gas cooler characterized by integrating with the oil cooler part which cools the lubricating oil collected by the oil separator . 前記ガスクーラ部及び前記インタークーラ部は、それぞれ両端が、前記ガスクーラ部及び前記インタークーラ部とを連通させる冷媒流路が形成された複合ヘッダ部にて接続されていることを特徴とする請求項１記載のガスクーラ。The gas cooler unit and the intercooler section, both ends respectively, claim 1, characterized in that it is connected by the gas cooler unit and the intercooler section and the composite header which refrigerant passage for communicating are formed a serial mounting of the gas cooler. 前記複合ヘッダ部には、前記オイルクーラ部と連通する潤滑油流路が形成され、前記オイルクーラ部は、その両端が前記複合ヘッダ部に接続されて一体化されていることを特徴とする請求項２記載のガスクーラ。The composite header portion is formed with a lubricating oil passage communicating with the oil cooler portion, and the oil cooler portion is integrated with both ends thereof connected to the composite header portion. Item 3. A gas cooler according to Item 2 . 前記オイルセパレータは、前記複合ヘッダ部の片側に一体化されて設けられていることを特徴とする請求項２または３記載のガスクーラ。The gas cooler according to claim 2 or 3 , wherein the oil separator is provided integrally on one side of the composite header portion. 前記ガスクーラ部と、前記オイルクーラ部と、前記インタークーラ部とは、上下方向に積層された縦置きとされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のガスクーラ。The gas cooler according to any one of claims 1 to 4 , wherein the gas cooler part, the oil cooler part, and the intercooler part are vertically stacked in a vertical direction. 前記インタークーラ部は、前記ガスクーラ部及び前記オイルクーラ部よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のガスクーラ。The intercooler section, the gas cooler section and the gas cooler of any one of claims 1-5, characterized in that provided below the oil cooler part. 前記ガスクーラ部と前記オイルクーラ部とは、隣接して配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のガスクーラ。The gas cooler according to any one of claims 1 to 6 , wherein the gas cooler part and the oil cooler part are arranged adjacent to each other. 前記インタークーラ部は、高温高圧状態の冷媒が流される複数の高温高圧冷媒伝熱管と、低温低圧状態の冷媒が流される複数の低温低圧冷媒伝熱管とが交互に積層されて構成され、これら冷媒伝熱管は、冷媒が通される複数の冷媒流路が幅方向へ配列された断面偏平形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のガスクーラ。The intercooler section is configured by alternately stacking a plurality of high-temperature and high-pressure refrigerant heat transfer tubes through which a high-temperature and high-pressure state refrigerant flows and a plurality of low-temperature and low-pressure refrigerant heat transfer tubes through which a low-temperature and low-pressure state refrigerant flows. The gas cooler according to any one of claims 1 to 7 , wherein the heat transfer tube is formed in a flat cross-sectional shape in which a plurality of refrigerant flow paths through which the refrigerant passes are arranged in the width direction. ケーシング内に導入された空気を冷却するエバポレータが、ＣＯ２等の低超臨界温度を有する冷媒における冷凍サイクルの一部を構成する車載用空調装置において、前記冷凍サイクルに、請求項１〜８のいずれか１項記載のガスクーラが設けられていることを特徴とする車載用空調装置。An evaporator for cooling the air introduced into the casing, in-vehicle air conditioner which constitutes a part of the refrigeration cycle in the refrigerant having a low supercritical temperature, such as CO 2, the refrigeration cycle of claim 1-8 An in-vehicle air conditioner provided with any one of the gas coolers.
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