JP4718716B2 - ガスクーラ及び車載用空調装置 - 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
【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
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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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