JPH06159821A - 冷房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各冷媒流路に冷媒を均一に分配し、冷房性能の
改善を図った冷房装置を得る。 【構成】凝縮器２と膨張弁６との間に形成された被冷却
流路１４を備え、被冷却流路１４よりも上流で分流した
冷媒を固定絞り１６を介して冷却流路１８に導入する熱
交換器２０を設け、固定絞り１６により減圧された冷媒
が通過する冷却流路１８と被冷却流路１４との間で熱交
換可能に形成する。そして、被冷却流路１４で冷却され
て乾き度の非常に低い液状の冷媒を蒸発器１２に供給
し、並列に接続された複数の冷媒流路に均等に分配す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の冷媒流路を並列
に接続した冷房装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、蒸発器として、２枚の平板状
のコアプレートを重ね合わせて冷媒が通る冷媒流路を形
成したコアと、フィンとを交互に複数段積層したものが
ある。このような蒸発器では、各冷媒流路への冷媒の分
配が不均一になることから、例えば、特公昭５８−４１
４２９号公報にあるものが知られている。この蒸発器
は、コアプレートに固定の絞りを構成する細長い微小流
路を形成したもので、凝縮器で凝縮液化された冷媒をそ
のまま蒸発器に送り、各コア毎の固定の絞りで各冷媒流
路への冷媒の量が均一になるように分配すると共に、減
圧させるようにしたものである。

【０００３】一方、冷凍システムにおいて、性能向上を
図るために、レシーバ以降に発生する冷房に関与しない
ガス冷媒を極力少なくし、有効冷媒を増すために、レシ
ーバの出口の高温配管と、蒸発器と感温筒の間の低温配
管との間で熱交換させる熱交換手段を設け、いわゆるス
ーパクールを持たせたものが提案されている（１９８５
年３月１５日発行の日本電装公開技報４０−０７６）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の固定の絞りを設けた蒸発器では、気液二相の状
態の冷媒がこの固定の絞りに流入すると、冷媒の均一な
分配を達成できない。即ち、ガス状態の冷媒が多く通過
する固定の絞りと、液体状態の冷媒が多く通過する固定
の絞りとが生じてしまい、吹出空気温度にむらが生じた
りするという冷房性能上の問題がある。

【０００５】そこで、前記固定の絞りを設けた蒸発器を
前記冷凍サイクルに用いて、熱交換手段により、レシー
バ以後の冷媒を、蒸発器を通過した低温冷媒により冷却
して、スーパクールを持たせることにより、液体状態の
冷媒を増加させ、固定の絞りによる冷媒の分配がより均
一になるようにすることも考えられる。

【０００６】しかし、冬期のように、凝縮器を冷却する
空気温度が０〜１０度と低いときには、冷媒の液化が過
度に促進され、凝縮器内に冷媒が溜り、蒸発器に供給さ
れる冷媒量が不足する場合がある。また、過渡的運転状
態では、レシーバ内の液不足から、蒸発器に供給される
冷媒量が不足する場合がある。

【０００７】そのような場合には、蒸発器の出口温度が
上昇し、熱交換手段によるレシーバを通過した冷媒の冷
却が十分にできない場合があった。あるいは、蒸発器の
出口温度がレシーバを通過した冷媒の温度よりも高くな
り、逆にレシーバを通過した冷媒を蒸発させてしまい、
冷房性能を大幅に低下させてしまう場合があるという問
題があった。

【０００８】そこで本発明は上記の課題を解決すること
を目的とし、各冷媒流路に冷媒を均一に分配し、冷房性
能の改善を図った冷房装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明は課題を解決するための手段として次の構成
を取った。即ち、コンプレッサで加圧された冷媒を凝縮
器で液化し、その後、膨張弁で膨張させて、蒸発器によ
り熱交換し、前記冷媒を循環させて冷房する冷凍装置に
おいて、前記凝縮器と前記膨張弁との間に形成された被
冷却流路と、前記蒸発器と凝縮器との間で減圧された前
記冷媒を分流した冷却流路との間で熱交換可能に形成さ
れた熱交換器を設けたことを特徴とする冷房装置の構成
がそれである。

【００１０】

【作用】前記構成を有する冷房装置は、冷却流路に、蒸
発器と凝縮器との間で分流され減圧された冷媒が流入す
る。そして、冷媒が、被冷却流路を通過する際に、冷却
流路を流れる冷媒との間で熱交換が行われ、被冷却流路
を流れる冷媒が冷却される。これにより、被冷却流路の
冷媒は、十分に過冷却され、その後、膨張弁で減圧され
て、蒸発器に流入し、液状の単相若しくはそれに近い状
態で各冷媒流路に分配される。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例である冷房装置の概
略構成図である。１はコンプレッサで、車両用に適用さ
れた場合にはコンプレッサ１は図示しない内燃機関で回
転駆動され、コンプレッサ１はガス状の冷媒を圧縮して
凝縮器２に送り、凝縮器２はこの冷媒を外部の空気によ
り冷却して液状の冷媒としてレシーバ４に送るように接
続されている。

【００１２】レシーバ４は冷媒を一時蓄えると共に、冷
媒中の塵や水分を取り除くものである。そして、レシー
バ４を出た冷媒は、膨張弁６に送られ、膨張弁６により
送られてきた冷媒を減圧する。また、この膨張弁６は、
図示しないニードル弁の移動により、その開度を調節可
能な構成のものである。

【００１３】膨張弁６は、後述する蒸発器１２の下流側
に設けられた感温筒８を備え、蒸発器１２の下流側の冷
媒温度が上昇すると、感温筒８内の圧力が上昇し、即ち
冷房負荷が増加すると、この圧力がキャピラリーチュー
ブ１０を介してニードル弁を開弁方向に移動して、冷媒
の量を大きくするように開度が調節されるよう構成され
ている。また、膨張弁６には、蒸発器１２の下流側の冷
媒圧力を検出し、蒸発器１２の下流側での冷媒圧力を補
償するいわゆる外部均圧式のものも用いることができ
る。

【００１４】前記膨張弁６から出た冷媒は、蒸発器１２
に送られ、蒸発器１２により空気から熱を奪って蒸発
し、ガス状の冷媒となってコンプレッサ１に吸い込まれ
るように接続されている。また、この空気は蒸発器１２
を通って冷却されて車室内に供給される。

【００１５】一方、レシーバ４と膨張弁６との間には、
被冷却流路１４が形成されており、被冷却流路１４の上
流側から固定絞り１６を介して冷却流路１８が分流され
ている。固定絞り１６は、通過する冷媒を減圧する膨張
弁の機能を有するもので、しかも、被冷却流路１４と冷
却流路１８との間で熱交換可能に接近して設けられてい
る。

【００１６】また、夏期等の一般的な冷房状態におい
て、この冷却流路１８を通過する冷媒量が被冷却流路１
４を通過する冷媒量の約４０％程度になるように、固定
絞り１６及び冷却流路１８の抵抗を定めるのが好まし
い。尚、固定絞り１６に限らず、キャピラリーチューブ
等でも実施可能であり、あるいは、前記膨張弁６と同じ
ように、冷却流路１８の下流に感温筒を備えた流量可変
の膨張弁であってもよい。

【００１７】前記被冷却流路１４、固定絞り１６、冷却
流路１８により熱交換器２０を構成しており、本実施例
では、図３〜図１０に示すように、複数のプレートが積
層されて構成されている。熱交換器２０は、流入口２１
が穿設された流入口ブロック２２が取り付けられた第１
側板２３と、第１及び第２流出口２４，２５が穿設され
た流出口ブロック２６が取り付けられた第２側板２８と
を備え、第１側板２３と第２側板２８との間には、第１
〜第５プレート３０〜３４が挟持されている。

【００１８】第１プレート３０は、図５及び図７に示す
ように、その一方の面に縦方向に複数の溝３６が形成さ
れており、この溝３６に対応して反対側の面には溝３８
が形成されている。その上部には、図６に示すように、
前記溝３６に連なる二段の深さの窪み３７が形成され、
窪み３７には前記流入口２１に対応した流通孔４０が穿
設されている。

【００１９】また、反対面には、溝３８に連なる窪み３
９が形成され、窪み３９には連通孔４２が穿設されてい
る。更に、窪み３７には固定絞り１６が穿設されてい
る。第１プレート３０の下部には、溝３８に連なる窪み
４５が形成され、窪み４５には第２流出口２５に対応し
た連通孔４８が穿設されている。

【００２０】第２プレート３１は、第１プレート３０と
対称の形状であるが、固定絞り１６は形成されていない
ものである。第３プレート３２は、第１プレート３０と
同じ形状であるが、流通孔４０と固定絞り１６が形成さ
れておらず、下部に溝３６に連なる窪み４６が形成さ
れ、図５に二点鎖線で示すように、窪み４６には流通孔
４７が穿設されている。第４プレート３３は、第３プレ
ート３２と対称の形状であり、第５プレート３４は、第
１プレート３０と同じ形状であるが、固定絞り１６が形
成されていないものである。

【００２１】第１側板２３に、まず第１プレート３０
が、その上に第２プレート３１が積層され、更に、第３
プレート３２、第４プレート３３、第５プレート３４が
積層されている。そして、その上に、第２プレート３１
から第５プレート３４が順に繰り返し積層されて、最後
に第２側板２８が積層され、ロー付により一体に形成さ
れている。尚、図６において、括弧を付した符号は、図
５のＦＦ線での各部の符号を表す。

【００２２】これにより、流入口２１に流入した冷媒
は、第１及び第２プレート３０，３１の流通孔４０を通
り、第２及び第３プレート３１，３２の溝３６が合わさ
れて形成された被冷却流路１４を上から下に流れる。次
に、第３及び第４プレート３２，３３の下の流通孔４７
を通って、第４及び第５プレート３３，３４の溝３６が
合わされて形成された被冷却流路１４を下から上に流れ
る。

【００２３】そして、第５及び第２プレート３４，３１
の流通孔４０を通り、第２及び第３プレート３１，３２
の溝３６が合わされて形成された被冷却流路１４を上か
ら下に流れる。これが繰り返されて、最後には、第１流
出口２４から吐出されるように構成されている。

【００２４】一方、流入口２１から流入した冷媒の一部
は、固定絞り１６を通り、各第２〜第５プレート３１〜
３４の上の連通孔４２を通り、第１及び第２プレート３
０，３１、第３及び第４プレート３２，３３、第５及び
第２プレート３４，３１の溝３８がそれぞれ合わさって
形成された冷却流路１８を上から下に流れる。そして、
各第２〜第５プレート３１〜３４の下の連通孔４８を通
り、第２流出口２５から吐出されるように構成されてい
る。

【００２５】蒸発器１２は、図１１，図１２に示すよう
に、１組のコアプレート５０，５２によりコア５４が形
成されている。１組のコアプレート５０，５２は、対称
の形状で、その中央が窪まされており、また、その上方
には、出口孔５６、入口孔５８、流入孔６０が並べて形
成されている。

【００２６】そして、これらを仕切るように入口孔５８
の両側にはそれぞれ仕切壁６２が他端に向かってほぼ平
行に形成されており、その先端は、途中から合流して一
つの仕切壁６２となって形成されている。これにより、
出口孔５６と流入孔６０とを連通するＵ字形の第１冷媒
流路６４が形成されている。

【００２７】また、仕切壁６２に囲まれて、入口孔５８
と連通した第２冷媒流路６６が形成され、仕切壁６２の
一部に切欠６８が形成されて、第２冷媒流路６６と第１
冷媒流路６４とが連通されている。この第１冷媒流路６
４、切欠６８、第２冷媒流路６６により冷媒流路７０が
形成されている。

【００２８】尚、本実施例では、熱交換を促進するため
に、両コアプレート５０，５２に互いに方向が逆方向と
なるように小突起７２が多数形成されている。このよう
に形成された複数のコア５４が、図１１に示すように、
フィン７４を間に、ロー付けにより一体に接合されてい
る。これにより、図１３に示すように、複数の入口孔５
８が結合されて、流入流路７６が形成され、複数の出口
孔５６が結合されて流出流路７８が形成されている。ま
た、同様に複数の流入孔６０が結合されて、ガス流路８
０が形成されている。

【００２９】前記熱交換器２０の第１流出口２４と、蒸
発器１２の流入流路７６とが膨張弁６を介して接続され
ており、熱交換器２０の第２流出口２５と、蒸発器１２
のガス流路８０とが接続れさている。また、蒸発器１２
の流出流路７８はコンプレッサ１に接続されている。

【００３０】次に、前述した本実施例の冷房装置の作動
について説明する。まず、冷凍サイクルを、図２に示す
モリエル線図と共に説明する。コンプレッサ１の駆動に
より、ガス状の冷媒が吸入されて圧縮され（ａ点−ｂ点
間）、凝縮器２に送られる。凝縮器２では、冷媒と空気
との間で熱交換を行い、高温の冷媒を空気により冷却し
て（ｂ点−ｃ点間）、液状の冷媒としてレシーバ４に送
る。

【００３１】レシーバ４に送られた冷媒は、一時蓄えら
れて、熱交換器２０に送られ、その一部は、流入口２１
から被冷却流路１４を通り、第１流出口２４から膨張弁
６に送られる。また、熱交換器２０に送られた冷媒の他
の一部は、流入口２１から固定絞り１６を通って、冷却
流路１８に送られる。

【００３２】固定絞り１６の通過により、冷媒は減圧さ
れ（ｃ点−ｅ点間）、低温の冷媒となる。冷却流路１８
を通る低温の冷媒と、被冷却流路１４を通る冷媒との間
で熱交換が行われ、冷却流路１８の冷媒のエンタルピｉ
は増加し（ｅ点−ｆ点間）、被冷却流路１４の冷媒は、
冷却される（ｃ点−ｄ点間）。

【００３３】これにより、被冷却流路１４の冷媒は、過
冷却度の非常に大きい液冷媒の状態とされて膨張弁６に
供給される。そして、膨張弁６では、蒸発器１２の下流
側の冷媒の温度と圧力とに応じて、その開度が調節さ
れ、蒸発器１２を通過した後の冷媒の状態が一定になる
ように補償される。

【００３４】膨張弁６を通過した冷媒は、その開度に応
じて流量が調節されると共に減圧されて（ｄ点−ｈ点
間）、蒸発器１２の入口孔５８に送られる。流入流路７
６に流入した冷媒は、各第２冷媒流路６６に分岐され
る。その際、冷媒は液状の単相状態若しくはそれに近い
状態であるので、各第２冷媒流路６６にほぼ均等に分配
される。そして、この冷媒は、第２冷媒流路６６を通っ
て、切欠６８から第１冷媒流路６４に流入し、その後、
流出流路７８に送られる。

【００３５】また、蒸発器１２の流入孔６０に送られた
冷媒の一部は、ガス流路８０を通り、各第１冷媒流路６
４に分岐される。この冷媒は、熱交換器２０での熱交換
により乾き度が大きく、ほぼガス状の単相の冷媒が、ほ
ぼ均等に各第１冷媒流路６４に分配される。そして、第
１冷媒流路６４内で、切欠６８を通った液状の冷媒と合
流し、流出流路７８に送られる。

【００３６】冷媒が冷媒流路７０内にあるときには、冷
媒と空気との間で各コア５４を介して熱交換が行われ
て、車室内へ供給される空気が冷却される（液状の冷媒
はｈ点−ａ点間、ガス状の冷媒はｇ点−ａ点間）。その
際、各冷媒流路７０には、冷媒が均等に分配され、特に
冷房に大きく貢献する液状の冷媒が均等に分配されるの
で、各コア５４の間を通る空気に冷却むらが生じない。

【００３７】しかも、膨張弁６には、過冷却度の大きい
液状の冷媒が供給されるので、膨張弁６の開度に応じて
安定して冷媒の供給量を調節でき、また、ガス状の冷媒
が混じった状態で膨張弁６を通過する際に音が発生する
のを防止できる。一方、冬期の場合のように、凝縮器２
を通過する空気温度が０〜１０度と低い場合には、凝縮
器２での冷媒の液化が過度に促進され、凝縮器２内に冷
媒が溜り、蒸発器１２に供給される冷媒の量が減少す
る。また、運転開始時のような、過渡的運転状態におい
ては、レシーバ４内の冷媒量が不足し、蒸発器１２に供
給される冷媒量が少なくなる。

【００３８】このような場合であっても、レシーバ４を
通過した冷媒は、被冷却流路１４と冷却流路１８とに分
流され、固定絞り１６を通過して減圧された冷媒と、被
冷却流路１４の冷媒との間で熱交換が行われ、被冷却流
路１４を通過する冷媒が冷却される。そして、被冷却流
路１４を通った液状の冷媒と、冷却流路１８を通ったガ
ス状の冷媒とが、各冷媒流路７０に均等に分配される。

【００３９】従って、冷媒量が少ない場合であっても、
各冷媒流路７０に冷媒が均等に分流されて蒸発器１２に
供給され、熱交換器２０を設けたことにより冷房性能の
低下を招くことがない。次に、前述した実施例とは異な
る第２実施例について図１４によって説明する。尚、前
述した実施例と同じ部材については、同一番号を付して
詳細な説明を省略する。また、以下の他の実施例でも同
様である。

【００４０】この第２実施例では、膨張弁６と蒸発器１
２との間で分流して、膨張弁６により減圧した冷媒を冷
却流路１８に供給するように構成している。これによ
り、前記固定絞り１６を必要とせず、構成が簡単にな
る。この場合でも、被冷却流路１４を通過して冷却さ
れ、液状の単相となった冷媒が膨張弁６に供給され、そ
の後、その一部が冷却流路１８に供給される。

【００４１】また、図１５に示す第３実施例のように、
被冷却流路４と膨張弁６との間で分流して、固定絞り１
６を介して冷却流路１８に冷媒を供給するように構成し
ても同様に実施可能である。更に、図１６に示す第４実
施例のように、第２実施例と同様、膨張弁６と蒸発器１
２との間で分流して、膨張弁６により減圧した冷媒を冷
却流路１８に供給するようにし、また、冷却流路１８を
通過した冷媒は、コンプレッサ１に戻すように構成して
もよい。

【００４２】このように、冷却流路１８を通過した冷媒
は、蒸発器１２に供給することなく、コンプレッサ１に
戻すように構成してもよく、前述した各実施例のように
蒸発器１２に供給してもよい。蒸発器１２に供給する場
合には、前述したように、冷媒流路７０に分配する際に
は、被冷却流路１４の冷媒と、冷却流路１８の冷媒と
を、流入流路７６とガス流路８０とに供給し、それぞれ
別個に第２冷媒流路６６と第１冷媒流路６４とに分配す
る構成とすれば、それぞれ液状とガス状との単相の状態
で均等に分配することができる。

【００４３】以上本発明はこの様な実施例に何等限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々なる態様で実施し得る。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の冷房装置
は、熱交換器の被冷却流路と冷却流路との冷媒の間で熱
交換が行われ、液単相に近い冷媒が膨張弁を介して蒸発
器に送られるので、各冷媒流路にこの液状の冷媒がほぼ
均等に分配される。よって、蒸発器での空気との間の熱
交換の際に、冷却される空気に冷却むらが生じるのを防
止し冷房性能が改善される。また、冬期における場合等
のように、供給される冷媒の量が少ない状態であって
も、熱交換器を設けたことによる冷房性能の低下を招く
ことがないという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例としての冷房装置の概略構
成図である。

【図２】 本実施例のモリエル線図を示すグラフであ
る。

【図３】 本実施例の熱交換器の側面図である。

【図４】 本実施例の熱交換器の上面図である。

【図５】 本実施例の熱交換器の第１プレートの拡大正
面図である。

【図６】 図５のＤＤ断面図である。

【図７】 図５のＥＥ断面図である。

【図８】 図３のＡＡ拡大断面図である。

【図９】 図３のＢＢ拡大断面図である。

【図１０】 図５のＣＣ拡大断面図である。

【図１１】 本実施例の蒸発器の側面図である。

【図１２】 本実施例の蒸発器のコアの拡大正面図であ
る。

【図１３】 本実施例の各流路の概略構成を示す斜視図
である。

【図１４】 第２実施例の冷房装置の要部概略構成図で
ある。

【図１５】 第３実施例の冷房装置の要部概略構成図で
ある。

【図１６】 第４実施例の冷房装置の要部概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１…コンプレッサ ２…凝縮器 ４…レ
シーバ ６…膨張弁 １２…蒸発器 １４…
被冷却流路 １６…固定絞り １８…冷却流路 ２０…
熱交換器 ７０…冷媒流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 恵津夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 吉井 桂一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサで加圧された冷媒を凝縮器
   で液化し、その後、膨張弁で膨張させて、蒸発器により
   熱交換し、前記冷媒を循環させて冷房する冷凍装置にお
   いて、 前記凝縮器と前記膨張弁との間に形成された被冷却流路
   と、前記蒸発器と凝縮器との間で減圧された前記冷媒を
   分流した冷却流路との間で熱交換可能に形成された熱交
   換器を設けたことを特徴とする冷房装置。