JP3996244B2 - 収集器熱伝達体構成ユニット及び空調装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項1の前提部分に記載の収集器熱伝達体構成ユニット並びに請求項4の前提部分に記載の空調装置に関するものである。熱伝達体と、以下で収集器と称する冷却剤収集容器は、たとえば車両に使用されるような冷却剤循環を有する空調装置の公知の要素である。
【0002】
【従来の技術】
ドイツ公開公報DE4319293A1とDE4410986A1には、車両空調装置用の収集器・凝縮器・構成ユニットの形の収集器熱伝達体構成ユニットが記載されており、それらにおいてはパイプ形状に形成された収集器が、パイプ・フィンブロック構造内に組み込まれた凝縮器の側方に配置されており、その場合に隣接している凝縮器収集パイプと流体接続されている。この公知の収集器・凝縮器・構成ユニットは空調装置に使用するように想定されており、そこでは収集器は冷却剤循環内で高圧側において凝縮器の後方に配置されている。
【0003】
また、上述の種類の空調装置がすでに知られており、そこにおいては収集器は冷却剤循環内で低圧側において蒸発器の後方に配置されており、付加的な構成ユニットとしていわゆる内部の熱伝達体が設けられており、それを介して空冷される凝縮器と膨張機構との間の冷却剤循環の高圧側が収集器とコンプレッサーとの間の低圧側と熱接触している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的な課題は、場所を取らない新規の収集器熱伝達体構成ユニット並びにそれを搭載した、低圧側に配置された収集器と内部の熱伝達体と有する空調装置を提供することである。
【0005】
本発明はこの問題を、請求項1の特徴を有する収集器熱伝達体構成ユニット並びに請求項4の特徴を有する空調装置を提供することによって解決する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく収集器熱伝達体構成ユニットにおいては、流体を案内する熱伝達体ユニットが収集器、すなわち冷却剤収集容器の内部に配置されており、その熱伝達体ユニットは、熱伝達体ユニットを通して案内される流体が収集容器内に一時貯蔵されかつそれから取り出される冷却剤と熱接触するように、構成されかつ位置決めされている。熱伝達体ユニットを通して案内される流体を供給並びに搬出するために、それに応じた接続導管が収集容器を通して案内されている。このようにして、この構成ユニットを、収集器内に一時貯蔵された後にさらに案内される冷却剤と熱伝達体ユニットを通して案内される流体との間で熱伝達を行おうとする空調装置に使用することが可能になる。その流体は特に冷却剤循環の他の部分における同じ冷却剤とすることができるが、必ずしもそうである必要はない。
【0007】
さらに、熱伝達体ユニットは互いに離れた巻き部分を備えた少なくとも1つのフラットパイプスパイラルを有するパイプ構造によって実現されている。フラットパイプスパイラルは、離されたフラットパイプ巻き部分によって形成されるスパイラル間隙が収集器から取り出された冷却剤用の螺旋形状の流れ通路を形成するように、収集器ハウジング内に挿入されて、軸方向に覆われている。このようにして引き出された冷却剤は螺旋巻きルートに沿って熱伝達体ユニットのフラットパイプの内部で案内される流体と熱接触する。
【0008】
1つの実施形態においては、収集器熱伝達体構成ユニットの熱伝達体ユニットは2つのフラットパイプスパイラルを有し、それらは中間底によって分離されて軸方向に並べて配置されており、その場合にフラットパイプスパイラルの2つの半径方向外側または2つの半径方向内側のスパイラル端部が、中間底を通して案内されている接続パイプを介して互いに流体接続している。それぞれ接続部の選択に従ってフラットパイプスパイラルを流れ技術的に直列または並列に接続することができる。同様に2つの付属の螺旋形状の流れ通路も互いに対応する半径方向の端部領域において、中間底に形成された接続開口部を介して互いに接続されており、その場合にそれぞれシステム設計に応じて流れ技術的に直列または並列に接続されている。
【0009】
また、本発明による空調装置は、本発明による収集器熱伝達体構成ユニットを搭載しており、その場合にその収集器は冷却剤循環の低圧側において蒸発器の後方に配置されており、熱伝達体ユニットは冷却剤循環の高圧側と低圧側との間の熱伝達に用いられる、いわゆる内部の熱伝達体ユニットとして機能する。それによって空調装置の、特に収集器と内部の熱伝達体に関する装置部分のコンパクトな構造が得られる。さらに、内部の熱伝達体の構成ユニットが収集器から分離されているこの種の従来の装置に比較して、そこで必要とされる、収集器と内部の熱伝達体との間の接続箇所を含む接続導線が省かれる。
【0010】
低圧側におけるコンプレッサーによって吸引された冷却剤の過熱と結び付いた、高圧側における凝縮器の後方の冷却剤のさらなる冷却をもたらす、この種の内部の熱伝達体を使用することによって、所定の空調装置と冷却剤について冷却出力と冷却成績係数の改良が可能であることが、明らかにされている。車両空気調節に使用される空調装置においては、内部の熱伝達体がさらにコンプレッサーを、液体で吸引される冷却剤による損傷から保護する。
【0011】
1つの実施形態の空調装置においては、内部の熱伝達体は低圧側において収集器の流出側の流れルート内に配置されており、それによってたとえば収集室から引き出される冷却剤の過熱をもたらすことが可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態を図面に示し、以下で詳細に説明する。
【0013】
図1にブロック図で図示されている、車両の空気調節に使用可能な空調装置は、適当な冷却剤を有する冷却剤循環を備えている。冷却剤は高圧側でコンプレッサー1から凝縮器2へ達し、その中において周囲空気流によって冷却される。その後冷却剤は、後述する収集器熱伝達体構成ユニット3の一部である内部の熱伝達体へ達する。この構成ユニット3の内部の熱伝達体の出口側から冷却剤は膨張弁4へ供給される。膨張された冷却剤は蒸発器5を通して案内され、蒸発器の外側に空気が流れ付き、その空気がそれによって冷却されて、車両室内空気調節に用いられる。蒸発器5から冷却剤は低圧側で収集器熱伝達体構成ユニットの収集器部分へ供給され、この収集器部分は冷却剤を一時貯蔵する機能を有する。というのは、異なる駆動条件において装置の高圧側ないしは低圧側で異なる冷却剤量が存在し、冷却剤のそれぞれの差分量を収集器に貯蔵し、ないしはそこから取り出すことができるからである。その後コンプレッサー1がそれぞれ必要とされる量の冷却剤を収集器から引き出す。
【0014】
収集器熱伝達体構成ユニット3の内部の熱伝達体を介して、該当する高圧導管部分が該当する低圧導管部分と熱接触しており、それによってまず流れ方向において凝縮器2の後方の高圧側において冷却剤がさらに冷却され、そしてまたコンプレッサー1によって収集器から吸引された冷却剤の過熱がもたらされる。ある種の装置において内部の熱伝達体を使用することによって、冷却能力と冷却成績係数の改良が可能であることが、示されている。さらに、このようにしてコンプレッサーは場合によっては液体として吸引される冷却剤による損傷から保護される。
【0015】
収集器熱伝達体構成ユニット3は別にして、図1の装置は従来のものであって、詳しい説明を必要としない。従って以下においては特に、従来分離されていた2つの空調装置要素、すなわち収集器と熱伝達体を特別な方法で共通の構成ユニットに一体化している、収集器熱伝達体構成ユニット3の本発明に基づく構造について詳細に説明する。
【0016】
本発明による収集器熱伝達体構成ユニット3の可能な実現方法が、図2と4に図示されている。この構成ユニット3においては、内部の熱伝達体として図1の装置に使用できる熱伝達体ユニット6が収集器7内へ次のようにして、すなわち熱伝達ユニットが円筒状の収集器ハウジング7a内でハウジング底7bに接して配置されていることによって、組み込まれており、その場合にハウジング7aの反対の側は、溶接されている湾曲されたカバー7cによって閉鎖されている。熱伝達体ユニット6は熱伝達作用する部材として2つの同種のフラットパイプスパイラル6a、6bを有し、それらはそれぞれ押出し形成されたフラットパイプを螺旋状に巻くことによって形成されている。フラットパイプスパイラル6a、6bは互いに離れた螺旋巻きによって形成されているので、各フラットパイプスパイラル6a、6bのフラットパイプ外側面はそれぞれそれに応じた螺旋状の外側空間8a、8bを画成する。2つのフラットパイプスパイラル6a、6bはそれぞれ円筒状の収集器ハウジング7aの円筒軸に対して平行な螺旋軸が軸方向に並ぶように、収集器ハウジング7a内へ組み込まれており、その場合にそれらは中間底9によって互いに分離されている。一方のフラットパイプスパイラル6aは収集器ハウジング7aの底7bに接しており、カバープレート20が熱伝達体ユニット6の反対側の端面を冷却剤収集室10に対して閉鎖している。2つのフラットパイプスパイラル6a、6bはまず中間底9と、そしてさらに収集器ハウジング7aの底7bと、ないしはカバープレート20とはんだ付けによって堅固に結合されている。
【0017】
2つのフラットパイプスパイラル6a、6bは接続パイプ11を介して流れ技術的に直列に接続されており、その接続パイプは中間底9に形成された該当する通過開口部12を通して案内されており、かつ2つの長手スリットを有し、その中に2つのフラットパイプスパイラル6a、6bの外側の端部が差し込まれて、密封はんだ付けされている。さらに位置を安定化させるために、接続パイプ11は収集器ハウジング7aの内側にはんだ付けされている。従って熱伝達体ユニット6内での流体の案内は一方のフラットパイプスパイラルの半径方向内側の端部からその半径方向外側の端部へ、そこから接続パイプ11を介して他方のフラットパイプスパイラルの半径方向外側の端部へそしてそのフラットパイプスパイラル内を内側へその半径方向内側の端部へと行われる。フラットパイプスパイラル6a、6bの半径方向内側の端部へ、接続パイプ13a、13bが収集器ハウジング7aに形成された該当する孔を通して案内され、かつ収集器ハウジングに溶接されている。2つの接続パイプ13a、13bは中間底9によって分離されて一本の線になっており、従って互いに向き合った端部が中間底9の切欠き内へ挿入されている。それに連続するパイプ部分にそれぞれ軸スリットが形成されており、その中に対応するフラットパイプスパイラル6a、6bの半径方向内側の端部が差し込まれて、密封はんだ付けされている。
【0018】
上述したように、収集器熱伝達体構成ユニット3の収集器機能は、冷却剤一時貯蔵のために用いられる。図4においては、円筒長手軸が水平に配置されている収集器熱伝達体構成ユニット3の代表的な冷却剤液面14が示されている。冷却剤収集室10用の接続部としては、まず収集器ハウジング7aのカバー7cを通して案内され、このカバーに溶接された接続パイプ15が用いられ、図1に示す空調装置に使用する場合には蒸発器5から来る冷却剤がこの接続パイプを介して供給される。さらに、引出しパイプ17が設けられており、この引出しパイプの一方の端部は収集器ハウジング7aの円筒縦軸に対して横方向に配置されたU字状のアーチ部17aとなり、そのアーチ部の1つまたは複数の流入開口部を有する湾曲した中央部分が冷却剤収集室10の下方領域へ延びており、かつ開放された端部部分17cは収集室10の上方の領域で終了している。U字状のパイプアーチ部17aはまた軸方向のパイプ部分17cへ移行しており、そのパイプ部分の前端部がカバープレート20に溶接されており、カバープレート自体はそこに通過孔18を有し、その通過孔を介して引出しパイプ17が隣接している螺旋間隙空間8bの半径方向内側の領域と流体接続されている。
【0019】
さらに、2つのスパイラル間隙空間8a、8bは中間底9の孔19を介し、その半径方向外側の終端部分を介して互いに流体接続されている。収集器ハウジング7aの底7bの接続開口部16を介して、隣接するスパイラル間隙空間8aの半径方向内側の終端部分が外側への接続を有する。このようにして、それぞれのフラットパイプスパイラル6a、6bによって形成され、軸方向においてまず中間底9によって、そしてさらにハウジング底7bないしはカバープレート20によって上述の接続開口部まで閉鎖されている2つのスパイラル間隙空間8a、8bは、収集器熱伝達体構成ユニット3を通して案内されそこで一時貯蔵される冷却剤のための、2つの直列に互いに前後して配置された流れ通路を形成している。その場合に冷却剤は螺旋状の流れ通路空間8a、8bを通る流れルートに沿って、フラットパイプスパイラル6a、6bの内部を通して案内される流体と熱接触しており、そのためにフラットパイプは熱伝導性の高い材料からなる。
【0020】
従って図示の収集器熱伝達体構成ユニット3を使用することによって、フラットパイプスパイラル6a、6bを通して案内される流体と、収集後にまた引き出される冷却剤との間の熱伝達が可能になる。その場合にそれぞれ収集器熱伝達体構成ユニット3の隣接の空調装置要素への接続に従って向流または並流の熱伝達が得られる。図1に示す装置の好ましい使用においては、高圧側の冷却剤は収集器熱伝達体構成ユニット3の内部の熱伝達体として機能する熱伝達体ユニット6のフラットパイプスパイラル6a、6bを通って流れ、先行して行われた一時貯蔵の後にコンプレッサー1によって収集器熱伝達体構成ユニット3から引き出される冷却剤はそれに対して向流で互いに前後して接続された流れ通路空間8a、8bを通して案内される。そのために収集器熱伝達体構成ユニット3の図2および図4中左の熱伝達体接続パイプ13aが凝縮器2から出ている冷却剤高圧導管に接続され、図2および図4中右の熱伝達体接続パイプ13bは膨張弁4へ通じる冷却剤高圧導管に接続されている。蒸発器5から来る低圧導管は収集器熱伝達体構成ユニット3のカバー側の接続パイプ15へ案内されており、コンプレッサー1へ通じる引出しパイプはハウジング底側の接続開口部16に接続される。それによって次のような流れ特性が得られる。
【0021】
冷却剤は高圧側では凝縮器2から、たとえば約30°Cと80°Cの間の温度並びに使用される冷却剤の熱力学的特性に相当する圧力で流入パイプ13aを介して第1のフラットパイプスパイラル6aの半径方向内側の端部へ流入し、その後このスパイラル6aを螺旋状に通ってその半径方向外側の端部まで螺旋状に外側へ流れて、そこで接続パイプ11を介して第2のフラットパイプスパイラル6bの半径方向外側の端部へ移動する。そこから冷却剤は第2のフラットパイプスパイラル6bの半径方向内側の端部まで半径方向内側へ流れて、その後流出パイプ13bを介して冷却されて再び収集器熱伝達体構成ユニット3から出て行く。
【0022】
低圧側では冷却剤はたとえば約−10°Cと+20°Cとの間の温度並びに使用される冷却剤の熱力学的特性に相当する圧力で蒸発器5から流入パイプ15を介して収集室10へ流入し、その中には装置が決まり通りに充填されている場合には、一般に液体の冷却剤も気体の冷却剤も、そして場合によっては冷却機械オイルも設けられている。引出しパイプ17のU字状アーチ部17aの単数又は複数の孔を介してコンプレッサー1の吸引効果によって決められた質量流量の液状の冷却剤が、開放しているパイプ端部17cを介して気体状で流入する冷却剤と共に吸引される。冷却剤は、その後、概ね2相で、カバープレート20の孔18を介して、隣接している螺旋状の流れ通路空間8bの半径方向内側の領域へ、すなわちフラットパイプ6a、6bの内部の高圧側の冷却剤の流れ用の流出領域の近傍に、流入する。コンプレッサー1によって吸引された低圧側の冷却剤は、その後、高圧側の冷却剤の流れに対して向流でこの流れ通路空間8b内で半径方向外側へ流れ、その半径方向外側部分において中間底9の接続孔19を介して他方の流れ通路空間8aの半径方向外側領域へ達して、そこで冷却剤はさらに高圧側の冷却剤の流れに対して向流で半径方向内側へ螺旋状に流れて、半径方向内側の領域においてハウジング底7bの接続開口部16を介して収集器熱伝達体構成ユニット3を出て行く。
【0023】
中間底9の接続孔19を介して直列に接続されている流れ通路空間8a、8bを通過する間に、コンプレッサーによって吸引された冷却剤が、直列に互いに前後して接続されているフラットパイプスパイラル6a、6bの内部を通して案内される冷却剤高圧流と熱接触しており、その場合に加熱されるので、冷却剤が収集器熱伝達体構成ユニット3を出て行く前に、その冷却剤は一般に過熱されて、場合によっては液体の冷却剤がほぼ蒸発される。
【0024】
上述したように、ここで収集器熱伝達体構成ユニットにより冷却剤収集容器内に一体化されている内部の熱伝達体ユニット6が、図1の空調装置の冷却出力を、高圧側における付加的な冷却剤冷却と低圧側における冷却剤の吸引ガス過熱によって改良する。なお、内部の熱伝達体ユニット6における熱伝達を、上述したように向流で行う代わりに並流で行うことも可能であることは言うまでもなく、そのためには高圧側の接続パイプ13a、13bを交替して接続するだけでよい。さらにもちろん、収集器熱伝達体構成ユニット3の構造を修正することが可能であって、たとえば必要な場合にはフラットパイプスパイラル6a、6bの巻き部分間の、すなわち流れ通路空間8a、8bにおける熱伝達をさらに改良するために、伝熱フィンを設けることができる。他の変形例として、2つのフラットパイプスパイラルを接続を然るべく修正することによって流れ技術的に並列に接続することができ、かつ/またはその半径方向内側の端部を互いに結合することができ、その際に後者の場合には接続はその半径方向外側の端部へ導かれる。同様な修正が流れ通路空間8a、8bについても可能である。
【0025】
図示の、そして他の本発明による収集器熱伝達体構成ユニットは、図1の空調装置用だけでなく、冷却剤収集容器内に一時貯蔵される冷却剤と、必ずしも装置の本来の冷却剤循環の一部である必要のない他の流体の流れとの間で熱伝達が必要とされる、他のどんな空調装置にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】収集器熱伝達体構成ユニットを有する車両空気調節のための空調装置のブロック図である。
【図2】図1の収集器熱伝達体構成ユニットの縦断面図である。
【図3】収集器熱伝達体構成ユニットに使用される熱伝達体ユニットの概略的な上面図である。
【図4】図1の収集器熱伝達体構成ユニットを図2の縦切断平面に対して垂直の縦切断平面に沿って示す縦断面図である。
【符号の説明】
3…構成ユニット
6…熱伝達体ユニット
7…収集器
7a…ハウジング
13a,13b…パイプ
Claims (4)
- 流体を導く熱伝達体ユニット(6)と、
冷却剤を一時貯蔵する収集器(7)と、を備えた、冷却剤の循環する空調装置用収集器熱伝達体構成ユニットにおいて、
前記熱伝達体ユニット(6)は、前記熱伝達体ユニットを通して案内される流体が前記収集器(7)内に一時貯蔵されかつそこから取り出される冷却剤と熱接触するように、前記収集器(7)のハウジング(7a)の内部に配置されており、更に前記熱伝達体ユニットに接続されている流体接続導管(13a、13b)が前記収集器のハウジング(7a)を通して案内されていると共に、前記熱伝達体ユニット(6)が互いに離れた巻き部分を有する少なくとも1つのフラットパイプスパイラル(6a、6b)を備えたパイプ構造を有し、スパイラル間隙空間が前記収集器(7)内に一時貯蔵されかつそこから取り出される冷却剤のための螺旋形状の流れ通路(8a、8b)を形成するように、前記フラットパイプスパイラルの軸方向両側に、接続部または結合開口部(12、16、18,19)を有するカバー(7b、9、20)が付設されていることを特徴とする冷却剤の循環する空調装置用収集器熱伝達体構成ユニット。 - 前記熱伝達体ユニット(6)が、付属の前記流れ通路(8a、8b)を備えた2つの軸方向に並べられた前記フラットパイプスパイラル(6a、6b)を有し、前記フラットパイプスパイラルが中間底(9)によって互いに離されており、2つの前記フラットパイプスパイラルの半径方向同じ高さに位置する2つの端部を接続する接続パイプ(11)用の通過開口部(12)と、2つの螺旋状の前記流れ通路(8a、8b)の半径方向同じ高さに位置する2つの端部領域を接続するための接続開口部(19)とが前記中間底に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の収集器熱伝達体構成ユニット。
- 冷却剤循環通路の低圧側において蒸発器(5)の後ろでありかつコンプレッサー(1)の前に配置された収集器と、
内部の熱伝達体ユニットとを具備し、前記内部の熱伝達体ユニットを介して膨張弁(4)の前の前記冷却剤循環通路の高圧側が低圧側と熱接触する、特には自動車用の、空調装置において、
前記収集器(7)と前記内部の熱伝達体ユニット(6)が請求項1又は請求項2に記載の収集器熱伝達体構成ユニット(3)によって一体化されて形成されていることを特徴とする空調装置。 - 収集室(10)内に収集された冷却剤を収容する引出しパイプ(17)と収集器熱伝達体構成ユニット(3)の冷却剤引出し接続部(16)との間の冷却剤の流れの通路の途中に少なくとも1つの流れの通路(8a、8b)が配置されていることを特徴とする請求項3に記載の空調装置。
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