特開 2024-42791 冷媒ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024042791

(43)【公開日】2024-03-29

(54)【発明の名称】冷媒ユニット

(51)【国際特許分類】

   F25B 31/00 20060101AFI20240322BHJP

   F25B 41/40 20210101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

F25B31/00 Z

F25B41/40 B

F25B41/40 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022147635

(22)【出願日】2022-09-16

(71)【出願人】

【識別番号】000001845

【氏名又は名称】サンデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】弁理士法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】古嶋 慎太郎

(57)【要約】

【課題】圧縮機等の振動に対する耐性を確保すると共に、冷媒配管における熱ロス及び冷媒圧力損失を低減させる。
【解決手段】圧縮機２０、加熱器４０、減圧装置７１，７２、冷却器３０、及び、気液分離器２２を含む冷媒回路と、冷媒回路を支持する支持プレート１２と、を備え、少なくとも圧縮機、加熱器、冷却器、及び、気液分離器が、それぞれ支持プレートに固定された冷媒ユニット１０を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、加熱器、減圧装置、冷却器、及び、気液分離器が、冷媒配管によって接続されている冷媒回路と、
前記冷媒回路を支持する支持プレートと、を備え、
少なくとも前記圧縮機、前記加熱器、前記冷却器、及び、前記気液分離器が、それぞれ前記支持プレートに固定されている、冷媒ユニット。

【請求項2】

前記圧縮機の冷媒吸入口に接続された前記冷媒配管は、少なくとも１つの屈曲部を有している、請求項１記載の冷媒ユニット。

【請求項3】

前記冷媒配管は、前記冷媒配管によって前記圧縮機の冷媒吸入口と接続された被接続機器よりも前記圧縮機側に少なくとも１つの屈曲部を有している、請求項２記載の冷媒ユニット。

【請求項4】

前記冷媒回路は、前記冷媒回路を循環する冷媒を流通させる冷媒流路の少なくとも一部が一体的に形成され、前記支持プレートに固定される流路モジュールを含み、
前記流路モジュールに、前記減圧装置の接続部が形成されている、請求項１記載の冷媒ユニット。

【請求項5】

前記圧縮機、前記加熱器、前記減圧装置、前記冷却器、前記気液分離器、及び、前記流路モジュールを接続する冷媒配管は、
前記減圧装置の最も高い位置と同程度又はそれより低い位置に配置されている、請求項４記載の冷媒ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷媒と他の熱媒体との熱交換を行う冷媒ユニットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張機構などを冷媒配管で接続した冷媒回路が知られている。このような冷媒回路は、例えば、車両用空調装置に適用され、冷媒回路を構成する各機器が車両の所定の位置に配置される（特許文献１）。
ところで、冷媒回路において、特に、圧縮機における冷媒の吸入口及び吐出口は、圧縮機と冷媒配管との接続部であり、圧縮機の振動の影響を受けやすい。このため、圧縮機における冷媒の吸入口及び吐出口と冷媒配管とをゴム製の冷媒ホースによって接続することで、圧縮機の振動を吸収している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２２／００９７１３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ゴム製の冷媒ホースを長期間使用していると、経年劣化等に起因して冷媒ホースから内部に水分が侵入してしまう。このため、アキュムレータまたはレシーバの内部に乾燥剤を設置する必要があった。
また、冷媒回路を構成する各機器間の距離に応じて、各機器を接続する冷媒配管の表面における熱ロスと冷媒圧力損失が増加することがある。特に、外気と冷媒との熱交換を行う熱交換器を備えている場合には、冷媒配管の長さが長くなり、熱ロスと冷媒圧力損失の増加が問題となる。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機等の振動に対する耐性を確保すると共に、冷媒配管における熱ロス及び冷媒圧力損失を低減させること、を課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る冷媒ユニットは、圧縮機、加熱器、減圧装置、冷却器、及び、気液分離器を含む冷媒回路と、前記冷媒回路を支持する支持プレートと、を備え、少なくとも前記圧縮機、前記加熱器、前記冷却器、及び、前記気液分離器が、それぞれ前記支持プレートに固定されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、圧縮機等の振動に対する耐性を確保すると共に、冷媒配管における熱ロス及び冷媒圧力損失を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットの斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットの斜視図である。

【図3】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットの斜視図である。

【図4】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットの斜視図である。

【図5】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットに適用される流路モジュールの斜視図である。

【図6】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットに適用される流路モジュールの斜視図である。

【図7】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットに適用される支持プレートの斜視図である。

【図8】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットに適用される支持プレートの斜視図である。

【図9】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットに適用される支持プレートの斜視図である。

【図10】本発明の実施形態に係る冷媒ユニットに適用される支持プレートの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

【0010】

図１から図４は、本実施形態に係る冷媒ユニット１０の斜視図である。本実施形態に係る冷媒ユニット１０は、例えば、走行用バッテリを備えた車両に搭載され、車室内の空調や車載機器の温度調整などを行う空調装置や熱管理システムに用いられる。

【0011】

図１から図４に示すように、冷媒ユニット１０は、圧縮機２０、アキュムレータ２２、冷却器（蒸発器）３０、加熱器（凝縮器）４０、流路モジュール５０、及び、膨張弁（減圧装置）７１，７２を冷媒配管８１～８６によって接続した冷媒回路と、これらを支持する支持プレート１２とを備えている。

【0012】

ここで、冷却器３０と加熱器４０は、冷媒と熱媒体（例えば、水）との熱交換を行う冷媒－熱媒体熱交換器であり、冷媒の熱を、熱媒体回路（図示せず）を介して温調対象に供給することで車室内の空調や車載機器の温調などを行っている。図１から図４の例では、冷却器３０には、熱媒体回路を循環する熱媒体が、熱媒体配管９３から流入し冷却器３０において冷媒と熱交換して熱媒体配管９４に流出する。同様に、加熱器４０には、熱媒体回路を循環する熱媒体が、熱媒体配管９１から流入し加熱器４０において冷媒と熱交換して熱媒体配管９２に流出する。

【0013】

図１は、圧縮機２０及び加熱器４０側から見た斜視図、図２は、加熱器４０及び冷却器３０側から見た斜視図、図３は、冷却器３０及びアキュムレータ２２側から見た斜視図、図４は、アキュムレータ２２及び圧縮機２０側から見た斜視図である。
図１から図４に示すように、冷媒ユニット１０では、冷媒回路を構成する圧縮機２０、アキュムレータ２２、冷却器３０、加熱器４０、及び、流路モジュール５０がそれぞれ支持プレート１２に固定されることでユニット化されている。なお、後述するように、膨張弁７１，７２は流路モジュール５０に固定されることにより、支持プレート１２に間接的に固定される。

【0014】

具体的には、冷媒ユニット１０において、支持プレート１２の一端に圧縮機２０、他端に冷却器３０及び加熱器４０が配置され、圧縮機２０と冷却器３０及び加熱器４０との間に流路モジュール５０及びアキュムレータ２２が配置されている。

【0015】

すなわち、図１から図４に示す冷媒ユニット１０は、支持プレート１２において、流路モジュール５０を挟んで一方側に圧縮機２０、他方側に冷却器３０及び加熱器４０が配置されている。また、流路モジュール５０には、一端側の上面に膨張弁７１，７２が配置され、他端側の側面にはアキュムレータ２２が設けられている。

【0016】

冷媒ユニット１０において、冷媒回路を構成する各機器は、次のように接続されている。圧縮機２０の冷媒吸入口は、冷媒配管８５によって流路モジュール５０を介してアキュムレータ２２と接続されている。冷媒配管８５は、アキュムレータ２２及び流路モジュール５０（被接続機器）よりも圧縮機２０側において屈曲する屈曲部８５Ａを有している。圧縮機２０の冷媒吐出口は、冷媒配管８１によって加熱器４０の冷媒入口に接続されると共に、冷媒配管８１から分岐した冷媒配管８６によって流路モジュール５０に接続されている。

【0017】

また、加熱器４０の冷媒出口は、冷媒配管８２によって流路モジュール５０に接続されている。冷却器３０の冷媒入口は、冷媒配管８３によって流路モジュール５０に接続され、冷却器３０の冷媒出口は、冷媒配管８４によって流路モジュール５０を介してアキュムレータ２２に接続されている。

【0018】

冷媒配管８１～８６は、いずれも冷媒回路を構成する各機器の最も高い位置よりも低い位置に配置されている。本実施形態においては、図１から図４に示すように、本実施形態においては、冷媒ユニット１０を構成する各機器のうち膨張弁７１，７２が最も高い位置に配置され、冷媒配管８１～８６は、膨張弁７１，７２の最も高い位置よりも低い位置に配置されている。

【0019】

冷媒ユニット１０は、支持プレート１２のベースプレート１５に設けられる締結孔１０６（後述）を、ゴムブッシュ６１を介して締結具６２によって車体に締結することで、車体等の取付対象に取り付けられる。

【0020】

図５及び図６に、流路モジュール５０の斜視図を示す。図５は、流路モジュール５０の圧縮機２０に隣接する面から見た斜視図であり、図６は、流路モジュール５０の冷却器３０及び加熱器４０に隣接する面から見た斜視図である。

【0021】

流路モジュール５０は、金属体の内部に複数の冷媒流路が一体的に形成されたマニホールド構造をなし、冷媒回路において冷媒が循環する流路の少なくとも一部を構成している。また、流路モジュール５０には、一端側の上面に膨張弁７１，７２を接続する接続部５０Ａ，５０Ｂが設けられ、他端側の側面にはアキュムレータ２２が一体的に取り付けられている。流路モジュール５０に接続部５０Ａ，５０Ｂを設けて膨張弁７１，７２を接続することにより、膨張弁７１，７２の着脱が容易となり、メンテナンス性が向上する。

【0022】

流路モジュール５０の冷媒流路には、高圧冷媒が流通する高圧流路と低圧冷媒が流通する低圧流路とが含まれている。つまり、１つの金属体において、冷媒が循環することにより高温となる高圧流路と、低温となる低温流路とが併存している。

【0023】

そこで、冷媒が循環することにより高温となる高圧流路と、低温となる低圧流路とを無作為に混在させないように、流路モジュール５０において、高圧流路は高圧側領域５１に集約させるように配置し、低圧流路は低圧側領域５２に集約させるように配置し、さらに高圧側領域５１と低圧側領域５２とを区画している。

【0024】

つまり、１つの金属体において、冷媒の循環により高温となる高圧側領域５１と、低温となる低圧側領域５２との２つの領域を設け、高圧側領域５１と低圧側領域５２とを区切るように、高圧側領域５１と低圧側領域５２との間にスリット５５を設けている。

【0025】

すなわち、流路モジュール５０は、高圧流路が設けられた高圧側領域５１と、低圧流路が設けられた低圧側領域５２とを有し、高圧側領域５１と低圧側領域５２とがスリット５５によって区切られている。

【0026】

スリット５５は、高圧側領域５１と低圧側領域５２との間に設けられ、高圧側領域５１と低圧側領域５２との間の熱移動を抑制する役割を担っている。すなわち、金属体である流路モジュール５０において、高圧側領域５１と低圧側領域５２との間にスリット５５によって空気溝が形成されることで、高圧側領域５１と低圧側領域５２との間の熱移動が抑制される。

【0027】

図７から図１０に、支持プレート１２の全体を示す斜視図を示す。図７から図１０に示すように、支持プレート１２は、冷媒ユニット１０の被設置面と略平行に設けられるベースプレート１５と、ベースプレート１５に対して垂直に設けられる熱交換器支持プレート１６とを有している。

【0028】

ベースプレート１５は、圧縮機２０を載置する領域１５Ａと、アキュムレータ２２及び流路モジュール５０を載置する領域１５Ｂと、領域１５Ａと領域１５Ｂとの間及び領域１５Ａと領域１５Ｄとの間に設けられる段差部１５Ｃと、領域１５Ａを挟んで領域１５Ｂの反対側に位置する領域１５Ｄと、を有している。

【0029】

ベースプレート１５において、領域１５Ｂと領域１５Ｄとは鉛直方向において略同じ高さに位置し、領域１５Ａは段差部１５Ｃによって領域１５Ｂ及び領域１５Ｄよりも鉛直方向の下方に位置するように形成されている。また、段差部１５Ｃの高さは、圧縮機の脚部２１及び後述するゴムブッシュ６１の高さに対応している。

【0030】

領域１５Ａには、圧縮機２０の脚部２１が載置される。領域１５Ｂには、アキュムレータ２２を取り付けるための締結孔１０４と、流路モジュールを取り付けるための締結孔１０５と、冷媒ユニット１０を取付対象に取り付けるための締結孔１０６が設けられている。段差部１５Ｃには、圧縮機２０の脚部２１を締結するための締結孔１０１が設けられている。領域１５Ｄには、冷媒ユニット１０を取付対象に締結するための締結孔１０６が設けられている。

【0031】

これにより、領域１５Ａに載置された圧縮機２０の脚部２１が締結具（不図示）によって締結され、圧縮機２０がベースプレート１５に固定される。また、領域１５Ｂに載置されたアキュムレータ２２と流路モジュール５０が締結具（不図示）によって締結されてベースプレート１５に固定される。このように、圧縮機２０、アキュムレータ２２、及び、流路モジュール５０がベースプレート１５に載置され、それぞれがベースプレート１５に締結されて固定されている。

【0032】

さらに、ベースプレート１５に設けられた締結孔１０６を、ゴムブッシュ６１を介して締結具６２によって車体に締結されることで、冷媒ユニット１０が車体等の取付対象に取り付けられる（図１から図４参照）。

【0033】

熱交換器支持プレート１６は、その側部がベースプレート１５の側部に対して垂直となるようにベースプレート１５の側部に係合している。

【0034】

熱交換器支持プレート１６には、冷却器３０及び加熱器４０を取り付けるための締結孔１０２，１０３が設けられ、熱交換器支持プレート１６の一方側の面に冷却器３０が締結具（不図示）により締結され、他方側の面に加熱器４０が締結具（不図示）により締結される。これにより、冷却器３０及び加熱器４０が熱交換器支持プレート１６に固定されて支持される。

【0035】

また、熱交換器支持プレート１６の一部は、流路モジュール５０のスリット５５に挿入されている。これにより、流路モジュール５０、冷却器３０及び加熱器４０の冷媒ユニット１０における位置決めが容易となり、冷媒ユニット１０の組立性が向上する。

【0036】

このような冷媒ユニット１０において、冷媒は以下のように循環する。
すなわち、冷媒は、圧縮機２０によって圧縮されて高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機２０において圧縮された高圧のガス冷媒は、冷媒配管８１を流通して加熱器４０に流入する。

【0037】

このとき、膨張弁７１が開放されている場合には、圧縮機２０において圧縮された高圧のガスが、膨張弁７１の開度に応じて冷媒配管８１から冷媒配管８６に分流される。冷媒配管８６に分流された少なくとも一部の冷媒は、流路モジュール５０の高圧流路を通過して膨張弁７１に流入し、膨張弁７１において減圧されて膨張した後にアキュムレータ２２に流入し、冷媒配管８５を介して再び圧縮機２０に吸い込まれる。

【0038】

一方、冷媒配管８１から加熱器４０に流入した冷媒は、加熱器４０において他の熱媒体と熱交換することにより放熱した後に、加熱器４０を流出して冷媒配管８２を介して流路モジュール５０に流入する。

【0039】

流路モジュール５０に流入した冷媒は、流路モジュール５０の高圧側領域５１に設けられた高圧流路を通過して膨張弁７２に流入し、膨張弁７２によって減圧されて膨張し、低圧冷媒となる。膨張弁７２において低圧になった冷媒は、流路モジュール５０の低圧側領域に設けられた低圧流路を通過した後に、流路モジュール５０から流出し、冷媒配管８３を通過して冷却器３０に流入する。

【0040】

冷却器３０に流入した低圧冷媒は、冷却器３０において他の熱媒体と熱交換することにより吸熱した後に、冷却器３０を流出し、流路モジュール５０の低圧流路を通過して冷媒配管８４を流れて流路モジュール５０を介してアキュムレータ２２に流入し、アキュムレータ２２から冷媒配管８５を介して圧縮機２０へ戻る。圧縮機２０に流入した冷媒は、再び圧縮され、上記循環を繰り返す。

【0041】

上述のように冷媒が循環する過程において、凝縮器４０を流出して流路モジュール５０に冷媒が流入すると、高圧流路を高圧冷媒が通過して高圧側領域５１の温度が上昇する。一方、膨張弁７２を通過して減圧された低圧冷媒が低圧流路を通過して低圧側領域５２の温度が下降する。このとき、高圧側領域５１から低圧側領域５２への熱移動が生じるが、スリット５５が設けられて空気溝が形成されていることから、高圧側領域５１と低圧側領域５２とが金属体として連続しておらず、高圧側領域５１から低圧側領域５２への熱伝導が阻害される。

【0042】

なお、支持プレート１２全体、又は、少なくとも熱交換器支持プレート１６を断熱性材料によって構成することで、スリット５５に断熱材が挿入されることとなり、高圧側領域５１と低圧側領域５２との間の熱移動をさらに抑制させることができる。

【0043】

以上述べた如く本実施形態によれば、冷媒回路を構成する圧縮機２０、アキュムレータ２２、冷却器３０、加熱器４０、及び、流路モジュール５０がそれぞれ支持プレート１２に固定されることでユニット化されている。このため、冷媒ユニット１０に備えられた各機器の距離が互いに近接し、冷媒配管８１～８６の長さを最小限に留めることができるので、冷媒配管８１～８６における熱ロスや、冷媒圧力損失を低減させることができる。

【0044】

冷媒ユニット１０を車体等に取り付けた場合に、圧縮機２０の動作や車両の走行に起因して生じる振動によって、冷媒ユニット１０全体が振動するため、冷媒ユニット１０に備えられた機器間の変位差が小さく、冷媒ユニット１０の耐振性が向上する。

【0045】

冷媒配管８１～８６を膨張弁７１，７２の最も高い位置よりも低い位置に配置しているため、冷媒ユニット１０が振動した場合でも、冷媒配管８１～８６及び冷媒配管８１～８６の接続部の破損を防止することができる。なお、冷媒ユニット１０が上述のように構成されていることで、冷媒配管８５と圧縮機２０との間に冷媒ホースを用いる必要がなく、冷媒ホースの劣化に伴う内部への水分の侵入を考慮する必要がないため、アキュムレータ２２等内部に乾燥剤を設置する必要がない。

【0046】

圧縮機の冷媒吸入口に接続された冷媒配管８５に少なくとも屈曲部８５Ａが設けられていることで、冷媒ユニット１０の組立時における設置誤差ないしは組立誤差を吸収することができる。なお、屈曲部８５Ａが被接続機器（本実施形態では、アキュムレータ２２や流路モジュール５０）よりも圧縮機２０により近い位置に設けられていることで、圧縮機２０を基準とする設置誤差ないしは組立誤差をより吸収することができる。

【0047】

このように本実施形態によれば、圧縮機等の振動に対する耐性を確保すると共に、冷媒配管における熱ロス及び冷媒圧力損失を低減させることができる。

【0048】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0049】

１０：冷媒ユニット、１２：支持プレート、１５：ベースプレート
１５Ａ、１５Ｂ，１５Ｄ：領域、１５Ｃ：段差部、１６：熱交換器支持プレート
２０：圧縮機、２１：脚部、２２：アキュムレータ、３０：冷却器、４０：加熱器
５０：流路モジュール、５０Ａ，５０Ｂ：接続部
５１：高圧側領域、５２：低圧側領域、５５：スリット
６１：ゴムブッシュ、６２：締結具
７１，７２：膨張弁、８１～８６：冷媒配管、８５Ａ：屈曲部
９１～９４：熱媒体配管、１０１～１０６：締結孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】