JP2004144428A

JP2004144428A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2004144428A
Application number: JP2002311500A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Koike; 小池　育夫
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】車両用空調装置において暖房運転をアシストする際に、一時的に使用されるバイパス流路から主冷媒流路へガス冷媒が流入する際の騒音を抑えることができる冷凍サイクル装置を提供することにある。
【解決手段】膨張弁から冷媒蒸発器にいたる主連結流路６５へのバイパス連結流路６４の合流部における、合流後の中心線と、バイパス連結流路６４の中心線のなす角度を鋭角とすることにより、ガス冷媒がバイパス連結流路６４から共有配管に流れ込む際に、ガス冷媒の流れ方向の曲がりの内側における渦の発生を抑えることができ、騒音を抑えることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル装置において暖房運転をアシストする際に、一時的に、冷媒蒸発器にて空調空気の加熱を行うため、冷媒圧縮機を出た高温のガス冷媒を直接冷媒蒸発器に流すためのバイパス流路と、膨張弁から冷媒蒸発器にいたる主冷媒流路との合流部の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、冷凍サイクル装置の冷媒配管では、ガス冷媒が流れる際に冷媒配管内の冷媒流路の形状によって渦が発生し騒音の原因となっている。この騒音を抑制するため、冷媒配管同士の接続部において、渦の発生原因となるような流動不良箇所をできるだけ無くしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、車両用空調装置における、空調空気の加熱はエンジン冷却水の持つ排熱を利用して行われる。すなわち、ダクト内のヒータコアにエンジン冷却水を循環させて、ダクト内を流れる空気を加熱して車室内を暖房する。しかし、エンジンの始動直後は冷却水温度が低いため、暖房運転を行うには能力不足になる。よって、一時的に暖房運転をアシストする必要が生じる。そこで、ダクト内に配置された冷媒蒸発器にて空調空気の加熱を行えるようにするべく、冷媒圧縮機から吐出された高温のガス冷媒を、冷媒凝縮器をバイパスして、直接、冷媒蒸発器へ流すことができるように冷媒圧縮機の出側と冷媒蒸発器の入側とを結ぶバイパス流路が冷凍サイクル装置に備えられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、高温のガス冷媒を直接冷媒蒸発器に流すためのバイパス流路と、膨張弁から冷媒蒸発器にいたる主冷媒流路との合流部のごとく、２つの異なる流路が合流する部分においては、特許文献１の接続部における単一流路とは異なり、さらに流動状態が複雑になる。また、バイパス流路は、一時的に使用されるものであるため、ほぼ直線状に製作され据え付けられる主冷媒流路に対し、その側面にほぼ垂直に接続されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２１７７７９号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献２】
特許第３２３７１８７号公報（第３−６頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、暖房運転のアシスト時には、ガス冷媒はバイパス流路から主冷媒流路に流れ込む際に、バイパス流路内のガス冷媒の流れ方向に対して、直角に流れの方向が曲げられる。通常、流れが曲げられた場合、その曲がりの内側では渦が発生しやすくなり、曲がりの角度が大きいほど渦の発生は顕著になる。このため、上記のごとくガス冷媒の流れが直角に曲げられる合流部では、騒音の発生が顕著である。また、該合流部はダクト内に据え付けられた冷媒蒸発器の近傍にあるため、乗車席でも顕著に聞き取れてしまい、さらに騒音問題を悪化させている。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、バイパス流路から主冷媒流路へガス冷媒が流入する際の騒音を抑えることができる冷凍サイクル装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
請求項１に記載の発明によれば、膨張弁から冷媒蒸発器にいたる主冷媒流路へのバイパス流路の合流部における、主冷媒流路の中心線と、バイパス流路の中心線のなす角度を鋭角とすることにより、ガス冷媒がバイパス流路から主冷媒流路に流れ込む際に、ガス冷媒の流れ方向の曲がりの内側における渦の発生を抑えることができる。
【０００９】
すなわち、曲がりの角度が大きいほど（特に９０度以上）、ガス冷媒の流れ方向が変えられてしまう場合は、曲がりの内側における渦の発生は顕著になる。よって、主冷媒流路へのバイパス流路の合流部における、主冷媒流路の中心線と、バイパス流路の中心線のなす角度を鋭角とすることにより、渦の発生を抑制することが可能となる。それによって、渦の発生にともなう騒音の発生を抑えることができる。
【００１０】
〔請求項２について〕
請求項２に記載の発明によれば、バイパス流路の断面積が合流部において拡大することにより、ガス冷媒の流速は主冷媒流路に流入する直前、すなわち流れの方向が変わる直前にダウンするため、渦の発生をさらに抑えることができる。それによって、さらに渦の発生にともなう騒音の発生を抑えることができる。
【００１１】
〔請求項３について〕
請求項３に記載の発明によれば、主冷媒流路の中心線と、バイパス流路の中心線とのなす角度を２５度以上、かつ４５度以下とすることにより、渦の発生を抑えるのにより好適な合流部をもった冷凍サイクル装置の提供が可能となる。それによって、さらに渦の発生にともなう騒音の発生を抑えることができる。
【００１２】
〔請求項４について〕
請求項４に記載の発明は、合流部における主冷媒流路とバイパス流路とが直線状に合流することにより、通常、直線上の配管である主冷媒流路に、直線上の配管であるバイパス流路を接続する車両用空調装置の冷凍サイクル装置において、渦の発生を抑制することができる。それによって、渦の発生にともなう騒音の発生を抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔実施形態の構成〕
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車空調装置における冷凍サイクル装置への適用を取り上げて説明する。
自動車空調装置は、車室内に空調空気を送り込むための送風機（図示せず）、空調空気の通路をなすダクト（図示せず）を備え、ダクト内には、ダクト内を流れる空気を冷却する冷却用熱交換器としての冷媒蒸発器（後記する）、ダクト内を流れる空気を加熱する加熱用熱交換器としてのヒータコア（図示せず）が備えられている。
ヒータコアは、例えば、直接噴射式ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンを冷却するエンジン冷却水を循環させ、その廃熱を熱源として空調空気の加熱を行うものであり、冷媒蒸発器の下流に備えられる。車室内に吹き出される空調空気の温度制御は、ヒータコアの入口に取り付けられたエアミックスドアの開度を車室内の空気温度と設定温度との偏差に応じて制御し、ヒータコアへの通気量を調節するエアミックス温度制御方式である。
【００１４】
次に冷凍サイクル装置１を図２に示す。冷凍サイクル装置１は、例えば、エンジンにより回転駆動されて吸入した冷媒を圧縮して高温のガス冷媒とする冷媒圧縮機１１、この冷媒圧縮機１１より吐出された冷媒と室外空気とを熱交換する室外熱交換器１３、流入した冷媒を気液分離して液冷媒のみを流出させるレシーバ１４、凝縮した冷媒を膨張させて低温の霧状とする膨張弁１５、膨張した冷媒を蒸発させ冷媒の蒸発熱により空調空気の冷却、除湿を行う冷媒蒸発器５、流入した冷媒を気液分離してガス冷媒のみを流出させるアキュムレータ１６、およびこれらを環状に接続する冷媒配管などから構成されている。
【００１５】
また、冷凍サイクル装置１は、冷媒圧縮機１１より吐出された冷媒を室外熱交換器１３→レシーバ１４→膨張弁１５→冷媒蒸発器５→アキュムレータ１６を経て冷媒圧縮機１１に戻す通常の冷凍サイクルと、この冷媒圧縮機１１から吐出された冷媒をバイパス配管２→冷媒蒸発器５→アキュムレータ１６を経て冷媒圧縮機１１に戻すホットガスサイクルとを切り替える冷媒流路の切替手段としての三方弁１２を備える。
【００１６】
ホットガスサイクルは、エンジン冷却水の廃熱などを熱源として空調空気を加熱して暖房を行うにあたり、エンジンの始動時などで冷却水温度が低い場合や、寒冷地などでの運転の場合に、一時的に暖房運転をアシストするため、通常の冷凍サイクルから切り替えられるものである。
【００１７】
室外熱交換器１３は、冷媒圧縮機１１より吐出された冷媒を室外空気と熱交換することにより凝縮する冷媒凝縮器、冷房負荷の急激な増加などに対応できるように液冷媒の一部を蓄えておくレシーバ１４、およびこのレシーバ１４より流出した液冷媒を室外空気と熱交換させてさらに冷却する過冷却器を備えている。
【００１８】
膨張弁１５は冷媒蒸発器５の出口における冷媒温度によって弁開度が制御される温度作動式であり、ハウジング１５Ｈで囲われ、ダイヤフラム室のみが上方で露出している。ハウジング１５Ｈ内には、冷媒凝縮器から高圧の液冷媒を導き、膨張させ低温霧状となった冷媒を流す通路が膨張弁１５の一部をなすとともにハウジング１５Ｈの下部に内蔵されている。一方、ハウジング１５Ｈの上部には、冷媒蒸発器５で熱交換の済んだガス冷媒をアキュムレータ１６へ流すための通路が内蔵されている。
【００１９】
ハウジング１５Ｈの隣には、ブロックジョイント３が接合されハウジング１５Ｈと一体化されている。ブロックジョイント３には、ホットガスサイクル時に室外熱交換器１３、レシーバ１４および膨張弁１５をバイパスして、高温のガス冷媒を、直接、冷媒蒸発器５へ送るバイパス配管２と、通常の冷凍サイクル時およびホットガスサイクル時ともに冷媒蒸発器５へ冷媒を供給するための共有配管４と、冷媒蒸発器５からの冷媒の戻り配管３２とが接続されている。
【００２０】
冷媒蒸発器５は図２または図３に示す構造を有する。図３において、冷媒蒸発器５はチューブ５１とフィン５２を交互に積層して、熱交換部を形成しその下側には冷媒を各チューブ５１へ分配するための下部タンク５３が、上側には熱交換の済んだ冷媒を集約するための上部タンク５４が設けられている。
冷媒蒸発器５は、送風機により送り込まれた空調空気が、全量、熱交換部を通過するようにダクト内の最上流に配置される。
なお、図３に示すごとく、共有配管４および戻り配管３２がブロックジョイント３に隣接する部分は、断熱材４ａおよび断熱材３２ａで被覆され、配管表面における結露が防止されている。
【００２１】
ブロックジョイント３は、図１に示すごとく下部に合流部６を内蔵する。合流部６は膨張弁１５から冷媒蒸発器５へいたる主冷媒流路である共有配管４の差込部６１と、バイパス流路をなすバイパス配管２の差込部６２と、ハウジング１５Ｈの下部に内蔵され膨張弁１５にて低温霧状となった冷媒を流す通路の差込部６３と、差込部６１と差込部６２とを連結するバイパス連結流路６４と、差込部６３から出てバイパス連結流路６４の側面に接続される主連結流路６５とから構成される。
【００２２】
ここで、差込部６１の中心線、すなわち主冷媒流路たる共有配管４の中心線と、バイパス連結流路６４の中心線、すなわちバイパス流路たるバイパス配管２の中心線のなす角度は３５度である。また、バイパス配管２の内径はφ６であり、一方、バイパス連結流路６４の内径は図１に示すごとくφ８であり、バイパス配管２よりもバイパス連結流路６４の方が断面積が拡大している。
【００２３】
また、ブロックジョイント３は図１に示すごとく上部に、冷媒蒸発器５で熱交換の済んだ冷媒の戻り配管３２と、ハウジング１５Ｈの上部に内蔵され熱交換の済んだガス冷媒をアキュムレータ１６へ流すための通路とを連通させる通路３１を内蔵する。
さらにブロックジョイント３は、ハウジング１５Ｈとの接合のためのネジ穴３３、３４を備える。これによって図２または図３に示すごとくブロックジョイント３とハウジング１５Ｈとはボルト、ネジなどの締結具で接合されて一体化される。なお、ブロックジョイント３はさらにもう一つのネジ穴３５を有し、バイパス配管２との接続に用いられる。
【００２４】
〔実施形態の作用〕
通常の冷凍サイクルでは、冷媒は、冷媒圧縮機１１から、高温高圧のガス状で吐出され三方弁１２を経て、室外熱交換器１３の冷媒凝縮器で室外空気と熱交換し凝縮されレシーバ１４に蓄えられる。レシーバ１４に蓄えられた液冷媒は冷房負荷に応じて流出し、室外熱交換器１３の過冷却器で室外空気と熱交換し、さらに冷却される。その後、膨張弁１５で霧状に膨張して温度を低下させ、ブロックジョイント３および共有配管４を介して冷媒蒸発器５へ送られてガス化し、戻り配管３２、ブロックジョイント３およびアキュムレータ１６を経て冷媒圧縮機１１へ戻り、サイクルを繰り返す。
このサイクルでは、膨張弁１５によって膨張され低温の霧状になった冷媒は、冷媒蒸発器５でダクト内を流れる空気から蒸発熱を奪ってガス化する。この際、冷媒蒸発器５は冷却用熱交換器として機能し、ダクト内を流れる空気は冷却され、車室内は冷房される。
【００２５】
一方、ホットガスサイクルでは、三方弁１２はバイパス配管２へ流路が切り替えられ、冷媒は、冷媒圧縮機１１から高温高圧のガス状で吐出され、室外熱交換器１３、レシーバ１４および膨張弁１５をバイパスして、バイパス配管２、ブロックジョイント３および共有配管４を介して冷媒蒸発器５へ送られ温度を下げ、その後は戻り配管３２、ブロックジョイント３、アキュムレータ１６を経て冷媒圧縮機１１へ戻り、サイクルを繰り返す。
このサイクルでは、冷媒圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒蒸発器５でダクト内を流れる空気に熱を与えて温度を下げる。この際、冷媒蒸発器５は加熱用熱交換器として機能し、ダクト内を流れる空気は加熱され、ヒータコアでの暖房能力の不足を補うことができ車室内は暖房される。
【００２６】
〔実施形態の効果〕
本実施例におけるブロックジョイント３に内蔵される合流部６は、主冷媒流路たる共有配管４の中心線と、バイパス流路たるバイパス配管２の中心線のなす角度が３５度となっており、ガス冷媒がバイパス連結流路６４から共有配管４に流れ込む際に、ガス冷媒の流れ方向の曲がりの内側における渦の発生を抑えることができる。
さらに合流部６は、バイパス配管２の断面積がバイパス連結流路６４に合流する直前にφ６からφ８へ拡大しており、ガス冷媒の流速はバイパス連結流路６４に流入する直前、すなわちガス冷媒の流れの方向が変わる直前にダウンするため、渦の発生をさらに抑えることができる。
以上のように、本実施形態の自動車空調装置における冷凍サイクル装置では、ホットガスサイクルにおける合流部６での渦の発生を抑えることができ、それにともなう騒音の発生を抑えることができる。
【００２７】
〔実施形態の実験結果〕
本実施例にかかるブロックジョイント３を用いて暖房運転のアシストを行ったときの騒音の発生状況を図４に実線（斜め流れ）で示す。比較例１を示した一点鎖線（直角流れ）や比較例２を示した破線（ストレート流れ）よりも、騒音がダウンしており、角度の適正化による渦の発生の抑制効果が見られる。
【００２８】
比較例１は図５に示すごとく、バイパス連結流路６４が主連結流路６５に対し直角に接続されているため、ガス冷媒の流れ方向が９０度曲げられ、その曲がりの内側で渦の発生が顕著に見られ、騒音は実施例よりも高い。
比較例２は図６に示すごとく、バイパス連結流路６４と主連結流路６５とが合流せず、別々に冷媒蒸発器５へ流れることができるようにしたものであり、バイパス連結流路６４と主連結流路６５は、それぞれ差込部６１ａ、６１ｂを備える。比較例２には合流部はないが、騒音は実施例よりも高い。
【００２９】
〔他の実施の形態〕
本実施形態では、本発明を、直接噴射式ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどを搭載した車両の室内を冷暖房する空調装置に適用した例を示したが、他に、走行用モータと走行用エンジンとを搭載したハイブリッド自動車の室内を冷暖房する空調装置に適用してもよい。
また、本実施形態では、ダクト内に加熱用のヒータコアと冷却用の冷媒蒸発器とを収容した空調装置の例を示したが、ダクト内に冷媒蒸発器のみを収容した空調装置に適用してもよい。さらに、本実施形態では、エアミックス温度制御方式の空調装置の例を示したが、リヒート式温度制御方式の空調装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかるブロックジョイントの正面図および断面図である。
【図２】実施形態にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。
【図３】冷媒蒸発器、ブロックジョイントおよび膨張弁の正面図である。
【図４】実施例と比較例の騒音の発生状況を示す図である。
【図５】比較例１にかかるブロックジョイントの正面図および断面図である。
【図６】比較例２にかかるブロックジョイントの断面図である。
【符号の説明】
１　冷凍サイクル装置
１１　冷媒圧縮機
１５　膨張弁
２　バイパス配管（バイパス流路）
３　ブロックジョイント
４　共有配管（主冷媒流路）
５　冷媒蒸発器
６　合流部
６４　バイパス連結流路
６５　主連結流路

Claims

ガス冷媒を圧縮して高温にする冷媒圧縮機と、
高温のガス冷媒を凝縮させる冷媒凝縮器と、
凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁と、
膨張した冷媒を蒸発させ冷媒の蒸発熱により空調空気の冷却を行う冷媒蒸発器と、
これらを環状に接続する冷媒配管と、
暖房運転時には一時的に前記冷媒蒸発器にて空調空気の加熱を行うため、前記冷媒圧縮機より吐出された高温のガス冷媒を、前記冷媒凝縮器をバイパスして前記冷媒蒸発器へ流すためのバイパス流路とを備えた冷凍サイクル装置において、
前記膨張弁から前記冷媒蒸発器にいたる主冷媒流路への前記バイパス流路の合流部における、前記主冷媒流路の中心線と、前記バイパス流路の中心線とのなす角度が鋭角であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
請求項１に記載の冷凍サイクル装置であって、前記バイパス流路の断面積が、前記合流部において拡大することを特徴とする冷凍サイクル装置。
請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置であって、前記主冷媒流路の中心線と、前記バイパス流路の中心線とのなす角度が２５度以上、かつ４５度以下であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
請求項１ないし請求項３のうちいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置であって、前記合流部における前記主冷媒流路と前記バイパス流路とが直線状に合流することを特徴とする冷凍サイクル装置。