JP2007298196A - 内部熱交換器付配管およびそれを備える冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧冷媒配管における圧力損失の増大に伴う冷房能力の低下を防止可能とする内部熱交換器付配管およびそれを備える冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル装置１００Ａにおいて、第１流路１６０ａと第２流路１６２とを有する内部熱交換器１６０と、この内部熱交換器１６０を迂回して第２流路１６２の出口側に合流する流路を提供するバイパス管１７１とを有する内部熱交換器付配管１７０を備え、高圧側熱交換器１２０の冷媒流出側が入口側接続部１６４ｂに接続され、膨張弁１３１、１３２の冷媒流入側が出口側接続部１６５ｂ、１６８ｂに接続され、圧縮機１１０の冷媒吸入側が出口側接続部１６７ａに接続され、２つの低圧側熱交換器のうちの一方１４１の冷媒流出側が入口側接続部１６６ａに接続され、他方の低圧側熱交換器１４２の冷媒流出側がバイパス管１７１の入口側接続部１７１ａに接続されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、内部熱交換器付配管およびそれを備える冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、内部熱交換器を備えた配管として、車両用空調装置などに用いられる冷凍サイクル用配管が知られている。この冷凍サイクル用配管は、例えば特許文献１に示されるように、内部熱交換器としての二重管を備え、これは、圧縮機から凝縮器を経て蒸発器に至る高圧冷媒配管と、蒸発器から圧縮機に至る低圧冷媒配管とが、少なくとも一部において、一方が他方の内部に入るもの（二重管構造）として形成されている。

これにより、高温の高圧冷媒と低温の低圧冷媒との間で熱交換が可能となり、凝縮器から流出する高圧冷媒は低圧冷媒によって過冷却され、液冷媒量を増加させて蒸発器側に供給できる。蒸発器では液冷媒量の増加に伴い冷媒流通抵抗が減少し、冷房能力が向上する。そして、蒸発器から流出する低圧冷媒は、高圧冷媒によって過熱され、圧縮機に対する液圧縮を防止できるようにしている。
特開２００１−２７７８４２号公報

しかしながら、例えば前席用と後席用など複数の蒸発器を備えた車両用空調装置（いわゆるデュアルエアコンなど）において、２つ以上の蒸発器それぞれからの低圧冷媒配管を二重管部の低圧冷媒配管に連通させると、二重管部の形状によっては、低圧冷媒配管における圧力損失が増大して、冷房能力が低下するという問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、低圧冷媒配管における圧力損失の増大に伴う冷房能力の低下を防止可能とする内部熱交換器付配管およびそれを備える冷凍サイクル装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、第１流路（１６０ａ）と第２流路（１６２）とを有し、これらを互いに熱交換可能に配した内部熱交換器（１６０）と、内部熱交換器（１６０）を迂回する流路を提供するバイパス管（１７１）とを備え、第１流路（１６０ａ）は、その一端側で高圧側熱交換器（１２０）の冷媒流出側に接続される第１入口側接続部（１６４ｂ）と、他端側で膨張弁（１３１、１３２）の冷媒流入側に接続される第１出口側接続部（１６５ｂ、１６８ｂ）とを有し、第２流路（１６２）は、その一端側で低圧側熱交換器（１４１）の冷媒流出側に接続される第２入口側接続部（１６６ａ）と、他端側で圧縮機（１１０）の冷媒吸入側に接続される第２出口側接続部（１６７ａ）とを有し、バイパス管（１７１）は、その一端側で低圧側熱交換器（１４２）の冷媒流出側に接続されるバイパス入口側接続部（１７１ａ）を有し、バイパス管（１７１）の他端側が第２出口側接続部（１６７ａ）に合流するように接続されていることを特徴としている。

このような内部熱交換器付配管（１７０）により、冷凍サイクル装置（１００Ａ、２００Ａ）においてバイパス管（１７１）により内部熱交換器（１６０）を迂回する低圧経路を提供することができ、これにより、低圧配管における圧力損失の増大を防止して、冷房能力の低下を防ぐことができる。

請求項２に記載の発明のように、第１出口側接続部として２つの出口側接続部（１６５ｂ、１６８ｂ）を設けると、２つ以上の膨張弁（１３１、１３２、２３３）を有する冷凍サイクル装置（１００Ａ、２００Ａ）において、少なくとも１つの膨張弁（１３１）の冷媒流入側を一方の第１出口側接続部（１６５ｂ）に接続し、残りの膨張弁（１３２、２３３）の冷媒流入側を他方の第１出口側接続部（１６８ｂ）に接続することができる。

内部熱交換器付配管（１７０）においては、請求項３に記載の発明のように、外側配管（１６１）内に内側配管（１６２）が挿通されて形成される二重管部（１６０）により内部熱交換器（１６０）を構成し、第１流路（１６０ａ）と第２流路（１６２）とのうち、いずれか一方の流路を外側配管（１６１）および内側配管（１６２）の間の流路として形成し、他方の流路を内側配管（１６２）内の流路として形成することができる。

このとき、請求項４に記載の発明のように、二重管部（１６０）の１つ以上の曲げ部（１６３ｂ）の曲げ角度を合計した曲げ総角度が１６０度以上である場合、また、請求項５に記載の発明のように、二重管部（１６０）の長さが６００ｍｍ以上である場合には、冷凍サイクル（１００Ａ、２００Ａ）の低圧経路における圧力損失が増加して冷房能力が低下する傾向がある。本内部熱交換器付配管（１７０）においては、バイパス管（１７１）により二重管部（１６０）を迂回する低圧経路を提供することができるので、冷房能力の低下を軽減することができる。

またこの場合、請求項６に記載の発明のように、第１流路（１６０ａ）を外側配管（１６１）および内側配管（１６２）の間の流路として形成し、第２流路（１６２）を内側配管（１６２）内の流路として形成するようにすると、内側配管（１６２）内の低圧冷媒が外側配管（１６１）によって覆われるため、二重管部（１６０）の周辺外部が高温であるような場合でも低圧冷媒が外部から受熱することを防止できる。

請求項７に記載の発明のように、二重管部（１６０）において、その内側配管（１６２）の外面に溝部を形成すると、内側配管（１６２）と外側配管（１６１）との間の流路が拡大し、また内側配管（１６２）の表面積が増加するため、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換効率を向上させることができる。

請求項８に記載の発明では、圧縮機（１１０）、高圧側熱交換器（１２０）、対となって複数組並列配置される膨張弁（１３１、１３２、２３３）および低圧側熱交換器（１４１、１４２、２４３）を有する冷凍サイクル装置において、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の内部熱交換器付配管（１７０）を備え、高圧側熱交換器（１２０）の冷媒流出側が第１入口側接続部（１６４ｂ）に接続され、膨張弁（１３１、１３２、２３３）の冷媒流入側が第１出口側接続部（１６５ｂ、１６８ｂ）に接続され、複数組のうち少なくとも１組の低圧側熱交換器（１４１）の冷媒流出側が第２入口側接続部（１６６ａ）に接続され、残りの組の低圧側熱交換器（１４２、２４３）の冷媒流出側がバイパス入口側接続部（１７１ａ）に接続され、圧縮機（１１０）の冷媒吸入側が第２出口側接続部（１６７ａ）に接続されたことを特徴としている。

これにより、複数の低圧側熱交換器（１４１、１４２、２４３）を有する冷凍サイクル装置（１００Ａ、２００Ａ）において、複数の低圧側熱交換器（１４１、１４２、２４３）のうちの一部からの低圧冷媒をバイパス管（１７１）に流通させて、内部熱交換器（１６０）を迂回させることができるので、低圧配管における圧力損失の増大を防止して、冷房能力の低下を防ぐことができる。

冷凍サイクル装置（１００Ａ）が２つの低圧側熱交換器（１４１、１４２）を備える場合には、請求項９に記載の発明のように、一方の低圧側熱交換器（１４１）の冷媒流出側を第２入口側接続部（１６６ａ）に接続し、他方の低圧側熱交換器（１４２）の冷媒流出側をバイパス入口側接続部（１７１ａ）に接続するとよい。

また、冷凍サイクル装置（２００Ａ）が３つの低圧側熱交換器（１４１、１４２、２４３）を備える場合には、請求項１０に記載の発明のように、１つの低圧側熱交換器（１４１）の冷媒流出側を第２入口側接続部（１６６ａ）に接続し、他の２つの低圧側熱交換器（１４２、２４３）の冷媒流出側をバイパス入口側接続部（１７１ａ）に接続するとよい。

請求項１１に記載の発明のように、熱交換器付配管（１７０）が第１出口側接続部として２つの出口側接続部（１６５ｂ、１６８ｂ）を備えている場合には、複数組の膨張弁のうちの少なくとも１組の膨張弁（１３１）の冷媒流入側を一方の第１出口側接続部（１６５ｂ）に接続し、残りの組の膨張弁（１３２、２３３）の冷媒流入側を他方の第１出口側接続部（１６８ｂ）に接続することができる。

本発明の冷凍サイクル装置は、請求項１２に記載の発明のように、車両に適用して好適である。また、冷媒としては、請求項１３に記載の発明のように、ＨＦＣ１３４ａを用いるとよい。

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。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係わる内部熱交換器付配管１７０およびそれを用いた冷凍サイクル装置１００Ａを車両用空調装置（以下、空調装置）１００に適用したものである。以下、具体的な構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は空調装置１００の全体を示す概略構成図であり、図２は内部熱交換器付配管１７０の全体構成を示す模式図である。

図１に示すように、車両はダッシュパネル３によって、走行用のエンジン１０が搭載されるエンジンルーム１と、乗員用の車室２とに区画されており、空調装置１００を構成する冷凍サイクル装置１００Ａおよび室内ユニット１００Ｂ、１００Ｃのうち、冷凍サイクル装置１００Ａ（膨張弁１３１、１３２、低圧側熱交換器としての蒸発器１４１、１４２を除く）がエンジンルーム１内に配設される。本実施形態における空調装置１００は前席用および後席用として２つの室内ユニット１００Ｂ、１００Ｃを備えるいわゆるデュアルエアコンであり、前席用の室内ユニット１００Ｂは車室２のインストルメントパネル内に配設され、後席用の室内ユニット１００Ｃは車室２の後方側方ボディと内装パネル間に配設される。

前席用室内ユニット１００Ｂは、空調ケース１０１内に送風機１０２、蒸発器１４１、ヒータコア１０３等が配設されて形成されるユニットである。送風機１０２は、車両の外気あるいは内気を空調空気として選択的に取り込んで、その空調空気を蒸発器１４１、ヒータコア１０３に送風するものである。蒸発器１４１は、後述する冷凍サイクル装置１００Ａの作動に伴う冷媒を内部で蒸発させて、その時の蒸発潜熱により空調空気を冷却する冷房用の熱交換器である。ヒータコア１０３は、エンジン１０の温水を加熱源として空調空気を加熱する暖房用の熱交換器である。

尚、ヒータコア１０３近傍の空調ケース１０１内にはエアミックスドア１０４が設けられており、このエアミックスドア１０４の開度に応じて、蒸発器１４１によって冷却された空調空気と、ヒータコア１０３によって加熱された空調空気との混合比率が可変され、乗員の設定する温度に調節されるようになっている。

一方、後席用室内ユニット１００Ｃは、空調ケース１０８内に送風機１０９および蒸発器１４２等が配設されて形成されるユニットである。送風機１０９は、車両の内気を空調空気として取り込んで、その空調空気を蒸発器１４２に送風するものである。蒸発器１４２は、後述する冷凍サイクル装置１００Ａの作動に伴う冷媒を内部で蒸発させて、その時の蒸発潜熱により空調空気を冷却する冷房用の熱交換器である。本実施形態においては、後席用室内ユニット１００Ｃは、前席用室内ユニット１００Ｂが備えているようなヒータコア１０３、エアミックスドア１０４等は備えていない。

冷凍サイクル装置１００Ａは、圧縮機１１０、高圧側熱交換器としての凝縮器１２０、膨張弁１３１、１３２、上記蒸発器１４１、１４２を備え、これらが配管１５０によって順次接続されて閉回路を形成するものであって、配管１５０の途中に本発明実施形態の内部熱交換器付配管１７０が設けられている。凝縮器１２０は高圧側熱交換器であって、放熱器、あるいはガスクーラとも呼ばれる。蒸発器１４１、１４２は低圧側熱交換器であって、冷却器あるいは吸熱器とも呼ばれる。膨張弁１３１、１３２は、減圧器であって、絞り、弁、エジェクタなどによって提供され得る。尚、本実施形態の冷凍サイクル装置１００Ａにおいては、冷媒としてＨＦＣ１３４ａを用いている。

圧縮機１１０は、冷凍サイクル装置１００Ａ内の冷媒を高温高圧に圧縮する流体機器であり、ここではエンジン１０の駆動力によって駆動されるようになっている。即ち、圧縮機１１０の駆動軸にはプーリ１１１が固定されており、エンジン１０の駆動力がクランクプーリ１１、駆動ベルト１２を介してプーリ１１１に伝達され、圧縮機１１０は駆動される。尚、プーリ１１１には、圧縮機駆動軸とプーリ１１１との間を断続する電磁クラッチ（図示せず）が設けられている。凝縮器１２０は、圧縮機１１０の吐出側に接続され、外気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する熱交換器である。

膨張弁（以下、前側膨張弁）１３１および膨張弁（以下、後側膨張弁）１３２は、凝縮器１２０から流出される液相冷媒を減圧膨脹させて、等エンタルピ的に減圧する弁であり、それぞれ蒸発器１４１、１４２に接して室内ユニット１００Ｂ、１００Ｃ側に設けられている。膨張弁１３１、１３２は、蒸発器１４１、１４２から流出される冷媒（圧縮機１１０に吸入される冷媒）の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁としている。蒸発器１４１、１４２は、上記で説明したように空調空気を冷却する冷房用の熱交換器であり、蒸発器１４１、１４２の冷媒出口側は、圧縮機１１０の吸入側に接続されている。

内部熱交換器付配管１７０は、図２に示すように、二重管部１６０とバイパス管１７１とを備えており、二重管部１６０は、配管１５０のうち、凝縮器１２０から膨張弁１３１、１３２の間で圧縮機１１０からの高温の高圧冷媒が流れる高圧配管１５１と、前席用空調ユニット１００Ｂの蒸発器（以下、前側蒸発器）１４１から圧縮機１１０の間で低温の低圧冷媒が流れる低圧配管１５２との少なくとも一部で、二重管構造を形成するものである。

また、バイパス管１７１は、配管１５０のうち、後席用空調ユニット１００Ｃの蒸発器（以下、後側蒸発器）１４２から圧縮機１１０の間で低温の低圧冷媒が流れる低圧配管１５２の一部を形成しており、これにより後側蒸発器１４２からの低圧冷媒が二重管部（熱交換器）１６０を迂回して圧縮機１１０に至るようにしている。

以下、内部熱交換器付配管１７０の詳細について、図３および図４を用いて説明する。図３は内部熱交換器付配管１７０の外観を示しており、図４は図３におけるＩＶ部を示す横断面図である。二重管部１６０は、全長（図３におけるＡ点〜Ｂ点）が６００ｍｍほどで、エンジン１０およびその他の機器、ボディ等との干渉を避けるために、まっすぐに延びる直管部１６３ａに対して複数（本実施形態においては２箇所）の曲げ部１６３ｂが形成されて、エンジンルーム１内に搭載されている。ここでは、曲げ部１６３ｂの曲げ部角度は、直管部１６３ａに対する角度（図３中のα、β）としており、各曲げ部１６３ｂの角度を合計したものを、曲げ総角度（図３中におけるα＋β）と定義している。本実施形態における二重管部１６０の曲げ総角度は１６０度程度である。

二重管部１６０は、それぞれ個別に形成された外管（本発明における外側配管に対応）１６１と内管（本発明における内側配管に対応）１６２とを備え、外管１６１の内部を内管１６２が貫通するように配設されている。外管１６１は、例えばアルミニウム製のφ２２ｍｍ管であり、内管１６２は、例えば同じくアルミニウム製のφ１９．１ｍｍ管である。外管１６１の両端部は、内管１６２と組み合わされた後に、その全周が径方向内側へ向けて縮管されて、内管１６２の円周表面に気密あるいは液密となるように溶接されている。よって、外管１６１と内管１６２との間には空間が形成され、この空間が内外間流路１６０ａとなるようにしている。

外管１６１の両端部側（図３におけるＡ点、Ｂ点）の円周壁面には、外部と内外間流路１６０ａとを連通させると共に、高圧配管１５１を成すアルミニウム製のリキッド配管１６４、１６５がろう付けされている。リキッド配管１６４は、少なくとも１ヶ所以上の曲げ部を有して凝縮器１２０側に延びており、先端に接続部としてのジョイント１６４ｂが設けられている。また、リキッド配管１６５は、少なくとも１ヶ所以上の曲げ部を有して前側膨張弁１３１側に延びており、先端にジョイント１６５ｂが設けられている。

さらにリキッド配管１６５は、その長手方向中間点（本実施形態においては図３にＣで示す中程の点）において分岐しており、ここには三方分岐コネクタ１６９を用いてアルミニウム製のリキッド配管１６８が接続されている。リキッド配管１６８は、少なくとも１ヶ所以上の曲げ部を有して後側膨張弁１３２側に延びており、先端にジョイント１６８ｂが設けられている。そして、ジョイント１６４ｂは凝縮器１２０の冷媒流出側に接続され、ジョイント１６５ｂは前側膨張弁１３１の冷媒流入側に接続され、ジョイント１６８ｂは後側膨張弁１３２の冷媒流入側に接続される。これにより、リキッド配管１６４、内外間流路１６０ａ、リキッド配管１６５、１６８には高圧冷媒が流れるようになっている。

一方、内管１６２のリキッド配管１６５側の端部には、低圧配管１５２を成すアルミニウム製のサクション配管１６６が設けられており、このサクション配管１６６の先端にはジョイント１６６ａが設けられている。内管１６２のリキッド配管１６４側の端部にはジョイント１６７ａが設けられている。

また、内管１６２の端部における外管１６１溶接位置とジョイント１６７ａの間の中間点（本実施形態においては図３にＤで示す中程の点）には、内管１６２内に連通するバイパス管１７１が接続されている。バイパス管１７１は、例えばアルミニウム製のφ１２．７ｍｍ管であり、ろう付けにより内管１６２に対してＴ字型に接続されている。バイパス管１７１は、少なくとも１ヵ所以上の曲げ部を有して後側蒸発器１４２側に延びており、その先端にはジョイント１７１ａが設けられている。

そして、ジョイント１６６ａは前側蒸発器１４１の冷媒流出側に接続され、ジョイント１６７ａは圧縮機１１０の冷媒吸入側に接続され、ジョイント１７１ａは後側蒸発器１４２の冷媒流出側に接続される。これにより、サクション配管１６６、バイパス管１７１、内管１６２には低圧冷媒が流れるようになっている。

そして、内外間流路１６０ａが形成される領域に対応する内管１６２の表面には、周回溝部１６２ｃと螺旋溝部１６２ａとが設けられている。周回溝部１６２ｃは各リキッド配管１６４、１６５の外管１６１との接続部位置に対応して設けられた、内管１６２の周方向に延びる溝である。また、螺旋溝部１６２ａは各周回溝部１６２ｃと接続されて、両周回溝部１６２ｃ間で内管１６２の長手方向に螺旋状に延びる多条の溝である。螺旋溝部１６２ａの間には内管１６２の外径寸法がほぼ保持された（厳密には縮管された）峰部１６２ｂが形成されている。上記周回溝部１６２ｃおよび螺旋溝部１６２ａは本発明における溝部に対応しており、これらの溝部１６２ｃ、１６２ａによって内外間流路１６０ａは拡大され、また内管１６２の表面積が増加して、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換効率が向上する。尚、周回溝部１６２ｃおよび螺旋溝部１６２ａは、例えば溝付け工具によって形成が可能である。

本実施形態における内外間流路１６０ａは本発明における第１流路に対応しており、内管１６２は本発明における第２流路に対応している。また、ジョイント１６４ｂは本発明における第１入口側接続部に対応しており、ジョイント１６５ｂは本発明における第１出口側接続部に対応しており、ジョイント１６８ｂは本発明における第１出口側接続部に対応している。ジョイント１６６ａは本発明における第２入口側接続部に対応しており、ジョイント１６７ａは本発明における第２出口側接続部に対応している。また、ジョイント１７１ａは本発明におけるバイパス入口側接続部に対応している。

この実施形態における接続部としてのジョイント装置は、ボルトあるいはナットによって締め付け可能なジョイント装置、あるいは係合爪部材をもつクイックジョイント装置など、作業者の操作によって脱着が可能な装置を指している。この実施形態におけるジョイント装置は、ろう付けあるいは溶接のような高温あるいは炎を伴う接続作業を要することなく通路の連通を提供する装置である。この実施形態において示された箇所に使用されたジョイント装置は、市場における配管１７０の装着、取り外し、交換を可能とする。この実施形態では、内部熱交換器とバイパス管とを含む配管部品が、全体としてひとつの部品として提供されるため、バイパス管１７１と内管１６２との接続は、ろう付けのような炎を用いる接続作業によって提供される。但し、バイパス管１７１と内管１６２との接続が、ボルトあるいはナットなど脱着可能なジョイント装置によって提供されてもよい。

次に、上記構成に基づく作動およびその作用効果について、図５および図６を加えて説明する。図５は冷凍サイクル装置１００Ａの構成を示す模式図であり、図６はモリエル線図である。

乗員からの空調要求、例えば冷房要求があると、圧縮機１１０の電磁クラッチが接続され、圧縮機１１０はエンジン１０によって駆動され、蒸発器１４１、１４２側から冷媒を吸入、圧縮した後、高温の高圧冷媒として凝縮器１２０側に吐出する。高圧冷媒は凝縮器１２０において、冷却されて凝縮液化される。ここでの冷媒は、ほぼ液相状態である。

凝縮液化された冷媒は、二重管部１６０のリキッド配管１６４から内外間流路１６０ａを通り、リキッド配管１６５を経て前側膨張弁１３１に至り、また、リキッド配管１６５からＣ点において分流し、リキッド配管１６８を経て後側膨張弁１３２に至る。膨張弁１３１、１３２において冷媒は減圧膨張され、蒸発器１４１、１４２において蒸発される。蒸発器１４１、１４２では、冷媒の蒸発に伴って空調空気が冷却される。

そして、前側蒸発器１４１で蒸発した飽和ガス冷媒は、低温の低圧冷媒として二重管部１６０のサクション配管１６６から内管１６２内を流通して、圧縮機１１０に戻る。一方、後側蒸発器１４２からの飽和ガス冷媒は、バイパス管１７１を経てＤ点において内管１６２に合流し、圧縮機１１０に戻る。このようにして、後側蒸発器１４２からの飽和ガス冷媒は二重管部（内部熱交換器）１６０を迂回する。

ここで、二重管部１６０においては、高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換が成され、高圧冷媒は冷却され、低圧冷媒は加熱される。即ち、凝縮器１２０から流出した液相冷媒は、二重管部１６０で更に過冷却されて低温化が促進される。また、前側蒸発器１４１から流出した飽和ガス冷媒は、二重管部１６０で更に加熱されて過熱度を持ったガス冷媒となる。

以上のように、本実施形態においては、前側および後側の蒸発器１４１、１４２のそれぞれから圧縮機１１０に至る低圧冷媒のうち、前側蒸発器１４１からの低圧冷媒のみ二重管部（内部熱交換器）１６０に流通させ、後側蒸発器１４２からの低圧冷媒は二重管部１６０を迂回させて圧縮機１１０に至るようにしているので、両蒸発器１４１、１４２からの低圧冷媒を共に二重管部１６０に流通させる場合に比較して、低圧配管１５２、内管１６２における圧力損失の増大を防止して、冷凍サイクル装置１００Ａにおける冷房能力の低下を防ぐことができる。また、二重管部１６０における熱交換量も低減することができるため、低圧冷媒の温度上昇を抑制することができる。よって、圧縮機１１０における内部温度および吐出温度の上昇を抑え、熱による圧縮機１１０部品の耐久性低下を防ぐことができる。

例えば、前側蒸発器１４１からの低圧冷媒の流量が１００ｋｇ／ｈ、後側蒸発器１４２からの低圧冷媒の流量が５０ｋｇ／ｈである場合に、これらを共に二重管部１６０に流通させると、二重管部１６０における圧力損失が３０ｋＰａ、熱交換量が８００Ｗ、圧縮機１１０における吐出温度が１０５度であるのに対して、後側蒸発器１４２からの低圧冷媒は二重管部１６０を迂回させるようにすると、二重管部１６０における圧力損失が２０ｋＰａ、熱交換量が６００Ｗ、圧縮機１１０における吐出温度が１００度に、それぞれ低減することを確認した。

また、本実施形態における二重管部１６０の曲げ総角度は１６０度ほどであったが、図７に示すように、二重管部１６０の曲げ総角度が１６０度以上である場合には、本発明の内部熱交換器付配管１７０を採用して、後側蒸発器１４２からの低圧冷媒が二重管部１６０を迂回するように構成することで、迂回させない構成の場合に比較して冷房能力が向上する。また、二重管部１６０の曲げ総角度が比較的大きい場合は、二重管部１６０のＡ点とＢ点間の直線距離が短くなり、二重管部１６０を迂回するバイパス管１７１の長さを短くすることができるため、エンジンルーム１内におけるバイパス管１７１の配設を容易とすることができる。

図８は、二重管部１６０の長さと、二重管部１６０における熱交換量、低圧配管１５２、内管１６２における圧力損失、冷凍サイクル装置１００Ａの冷房能力との関係を、後側蒸発器１４２からの低圧冷媒が二重管部１６０を迂回する構成の場合と迂回しない構成の場合とを対比させて示したグラフである。これによると、二重管部１６０の長さが長くなるに従って、６００ｍｍに近づくあたりから、圧力損失の増大により冷房能力が低下していくことがわかる。本実施形態においては二重管部１６０の長さは６００ｍｍであったが、このように二重管部１６０の長さが比較的長く、６００ｍｍ以上である場合には、本発明の内部熱交換器付配管１７０を採用し、後側蒸発器１４２からの低圧冷媒が二重管部１６０を迂回するように構成することにより、圧力損失を抑えて、冷房能力の低下を軽減することができる。

尚、本実施形態では内外間流路１６０ａに高圧冷媒を、内管１６２に低圧冷媒を流通させる構成としているため、低圧冷媒が流通する内管１６２が外管１６１によって覆われており、このため、エンジン１０等からの輻射熱が内管１６２内の低圧冷媒に受熱される心配がない。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図９に示す。上記第１実施形態においては前席用および後席用として２つの蒸発器１４１、１４２を備えた車両用空調装置（デュアルエアコン）１００の冷凍サイクル１００Aに本発明の内部熱交換器付配管１７０を適用したのに対して、本実施形態においては、前席用および後席用、さらにクールボックス用として、３つの蒸発器１４１、１４２、２４３を備えた車両用空調装置（トリプルエアコン）の冷凍サイクル２００Ａに本発明の内部熱交換器付配管１７０を適用したものとしている。

本実施形態における内部熱交換器付配管１７０は、図２〜図４に示す上記第１実施形態と同様の構成のもので、凝縮器１２０、圧縮機１１０、前側膨張弁１３１、および前側蒸発器１４１が、それぞれジョイント１６４ｂ、１６７ａ、１６５ｂ、１６６ａに接続されている。リキッド配管１６８先端のジョイント１６８ｂには、後側膨張弁１３２に至る高圧配管１５１をなす配管２５０が接続されるが、この配管は図９に示すＥ点において分岐しており、分岐した配管２５１はクールボックス用蒸発器２４３側の膨張弁２３３へ接続される。これにより、リキッド配管１６８から流出した高圧冷媒は配管２５０、２５１を経て後側膨張弁１３２とクールボックス用蒸発器２４３側の膨張弁２３３へ至るようになっている。

また、バイパス管１７１先端のジョイント１７１ａには、後側蒸発器１４２からの低圧配管１５２をなす配管２５３が接続されるが、この配管２５３には、クールボックス用蒸発器２４３からの低圧配管１５２をなす配管２５４が図９に示すＦ点において合流している。これにより、バイパス管１７１には、後側蒸発器１４２およびクールボックス用蒸発器２４３からの低圧冷媒が流入する。本実施形態における車両用空調装置のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

このように３つの蒸発器１４１、１４２、２４３を備える車両用空調装置の場合は、３つの蒸発器１４１、１４２、２４３からの低圧冷媒をすべて二重管部１６０に流通させると、低圧配管１５２における圧力損失が増加して冷房能力が低下するため、本実施形態におけるように、前側、後側およびクールボックス用の各蒸発器１４１、１４２、２４３から圧縮機１１０に至る低圧冷媒のうち、前側蒸発器１４１からの低圧冷媒のみ二重管部（熱交換器）１６０に流通させ、後側蒸発器１４２およびクールボックス用蒸発器２４３からの低圧冷媒は二重管部１６０を迂回させて圧縮機１１０に至るように構成することで、低圧配管１５２における圧力損失の増大を防止して、冷房能力の低下を防ぐことができる。また、二重管部１６０における熱交換量も低減するため、圧縮機１１０における内部温度および吐出温度の上昇を抑え、熱による圧縮機１１０部品の耐久性低下を防ぐことができる。

（その他の実施形態）
上記第２実施形態においては、前側蒸発器１４１からの低圧冷媒を二重管部１６０に流通させ、後側蒸発器１４２およびクールボックス用蒸発器２４３からの低圧冷媒は二重管部１６０を迂回させるように構成したが、これに限らず、例えば、前側蒸発器１４１およびクールボックス用蒸発器２４３からの低圧冷媒を二重管部１６０に流通させ、後側蒸発器１４２からの低圧冷媒のみ二重管部１６０を迂回させるようにしてもよい。

上記各実施形態における内管１６２の螺旋溝部１６２ａは、これに限らず、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換効率を向上させることができる構成であればよく、例えば内管１６２の長手方向に延びるストレート溝部としてもよい。

上記各実施形態においては、外管１６１、内管１６２、バイパス管１７１をアルミニウム製としたが、これに限らず、鉄製や銅製などのものとしてもよい。また、二重管部１６０は個別に形成された外管１６１と内管１６２とからなる構成であったが、これに代えて、外管１６１と内管１６２とが接続部を有して同時成形される押出し二重管としてもよい。

上記各実施形態においては内部熱交換器１６０を外管１６１と内管１６２からなる二重管として構成したが、これ限らず、並列管などで構成してもよい。

また、リキッド配管１６４、１６５、１６８、およびバイパス管１７１は、相手側との組み付け性に特に支障がない場合は、直管としてもよい。

上記各実施形態においては、本発明の内部熱交換器付配管１７０を車両用空調装置１００に適用したが、これに限らず、家庭用の空調装置に適用してもよい。家庭用空調装置において内部熱交換器を二重管部１６０として構成する場合、外管１６１の外気雰囲気温度は、車両用として使用されるエンジンルーム１の場合よりも低い条件で使用可能であるので、高圧冷媒と低圧冷媒の熱交換性能によっては、内外間流路１６０ａに低圧冷媒を流通させ、内管１６２内に高圧冷媒を流通させるようにしてもよい。

この実施形態における配管は、例えば二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイクルにも適用することができる。超臨界冷凍サイクル装置においては、高圧側熱交換器は放熱器と呼ばれ、膨張弁は圧力制御弁とも呼ばれる。

第１実施形態における車両用空調装置全体を示す概略構成図である。 第１実施形態における内部熱交換器付配管の構成を示す模式図である。 第１実施形態における内部熱交換器付配管の全体を示す外観図である。 図３におけるＩＶ部を示す横断面図である。 第１実施形態における冷凍サイクル装置の構成を示す模式図である。 冷凍サイクル装置のモリエル線図を示すグラフである。 二重管部の曲げ総角度と冷房能力との関係を示すグラフである。 二重管部の長さに対する、熱交換量、圧力損失、冷房能力の関係を示すグラフである。 第２実施形態における冷凍サイクル装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１００ 車両用空調装置
１００Ａ、２００Ａ 冷凍サイクル装置
１１０ 圧縮機
１２０ 凝縮器（高圧側熱交換器）
１３１ 前側膨張弁（膨張弁）
１３２ 後側膨張弁（膨張弁）
１４１ 前側蒸発器（低圧側熱交換器）
１４２ 後側蒸発器（低圧側熱交換器）
１６０ 二重管部（内部熱交換器）
１６０ａ 内外間流路（第１流路）
１６１ 外管（外側配管）
１６２ 内管（第２流路、内側配管）
１６２ａ 螺旋溝部（溝部）
１６２ｃ 周回溝部（溝部）
１６３ｂ 曲げ部
１６４ｂ ジョイント（第１入口側接続部）
１６５ｂ ジョイント（第１出口側接続部）
１６６ａ ジョイント（第２入口側接続部）
１６７ａ ジョイント（第２出口側接続部）
１６８ｂ ジョイント（第１出口側接続部）
１７１ バイパス管
１７１ａ ジョイント（バイパス入口側接続部）
２３３ 膨張弁
２４３ クールボックス用蒸発器（低圧側熱交換器）

Claims (13)

1. 第１流路（１６０ａ）と第２流路（１６２）とを有し、これらを互いに熱交換可能に配した内部熱交換器（１６０）と、
   前記内部熱交換器（１６０）を迂回する流路を提供するバイパス管（１７１）とを備え、
   前記第１流路（１６０ａ）は、その一端側で高圧側熱交換器（１２０）の冷媒流出側に接続される第１入口側接続部（１６４ｂ）と、他端側で膨張弁（１３１、１３２）の冷媒流入側に接続される第１出口側接続部（１６５ｂ、１６８ｂ）とを有し、
   前記第２流路（１６２）は、その一端側で低圧側熱交換器（１４１）の冷媒流出側に接続される第２入口側接続部（１６６ａ）と、他端側で圧縮機（１１０）の冷媒吸入側に接続される第２出口側接続部（１６７ａ）とを有し、
   前記バイパス管（１７１）は、その一端側で低圧側熱交換器（１４２）の冷媒流出側に接続されるバイパス入口側接続部（１７１ａ）を有し、
   前記バイパス管（１７１）の他端側が前記第２出口側接続部（１６７ａ）に合流するように接続されていることを特徴とする内部熱交換器付配管。
2. 前記第１出口側接続部として２つの出口側接続部（１６５ｂ、１６８ｂ）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内部熱交換器付配管。
3. 前記内部熱交換器（１６０）は、外側配管（１６１）内に内側配管（１６２）が挿通されて形成される二重管部（１６０）であり、
   前記第１流路（１６０ａ）と前記第２流路（１６２）とのうち、いずれか一方の流路は前記外側配管（１６１）および前記内側配管（１６２）の間の流路として形成され、他方の流路は前記内側配管（１６２）内の流路として形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の内部熱交換器付配管。
4. 前記二重管部（１６０）は、１つ以上の曲げ部（１６３ｂ）を有し、
   前記曲げ部（１６３ｂ）の曲げ角度を合計した曲げ総角度が１６０度以上であることを特徴とする請求項３に記載の内部熱交換器付配管。
5. 前記二重管部（１６０）の長さが６００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の内部熱交換器付配管。
6. 前記第１流路（１６０ａ）は、前記外側配管（１６１）および前記内側配管（１６２）の間の流路として形成され、前記第２流路（１６２）は、前記内側配管（１６２）内の流路として形成されたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の内部熱交換器付配管。
7. 前記二重管部（１６０）において、前記内側配管（１６２）の外面には溝部（１６２ａ）が形成されていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の内部熱交換器付配管。
8. 圧縮機（１１０）、高圧側熱交換器（１２０）、対となって複数組並列配置される膨張弁（１３１、１３２、２３３）および低圧側熱交換器（１４１、１４２、２４３）を有する冷凍サイクル装置において、
   請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の内部熱交換器付配管（１７０）を備え、
   前記高圧側熱交換器（１２０）の冷媒流出側が、前記第１入口側接続部（１６４ｂ）に接続され、
   前記膨張弁（１３１、１３２、２３３）の冷媒流入側が、前記第１出口側接続部（１６５ｂ、１６８ｂ）に接続され、
   前記複数組のうち少なくとも１組の低圧側熱交換器（１４１）の冷媒流出側が前記第２入口側接続部（１６６ａ）に接続され、
   前記残りの組の低圧側熱交換器（１４２、２４３）の冷媒流出側が前記バイパス入口側接続部（１７１ａ）に接続され、
   前記圧縮機（１１０）の冷媒吸入側が前記第２出口側接続部（１６７ａ）に接続されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
9. 前記複数組の低圧側熱交換器として２つの低圧側熱交換器（１４１、１４２）を備え、一方の前記低圧側熱交換器（１４１）の冷媒流出側が前記第２入口側接続部（１６６ａ）に接続され、他方の前記低圧側熱交換器（１４２）の冷媒流出側が前記バイパス入口側接続部（１７１ａ）に接続されたことを特徴とする請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記複数組の低圧側熱交換器として３つの低圧側熱交換器（１４１、１４２、２４３）を備え、１つの前記低圧側熱交換器（１４１）の冷媒流出側が前記第２入口側接続部（１６６ａ）に接続され、残り２つの前記低圧側熱交換器（１４２、２４３）の冷媒流出側が前記バイパス入口側接続部（１７１ａ）に接続されたことを特徴とする請求項８または９に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記第１出口側接続部として２つの出口側接続部（１６５ｂ、１６８ｂ）を備え、
    前記複数組のうち少なくとも１組の膨張弁（１３１）の冷媒流入側が一方の前記第１出口側接続部（１６５ｂ）に接続され、前記残りの組の膨張弁（１３２、２３３）の冷媒流入側が他方の前記第２出口側接続部（１６８ｂ）に接続されたことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置
12. 車両に適用されることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記冷媒としてＨＦＣ１３４ａを用いることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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