JP2005225329A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒の低流量時における熱交換効率の向上と凍結の防止を図ることができる空気調和装置を提供する。
【解決手段】 圧縮機２と放熱器３と膨脹弁４とエバポレータ５とを備えた自動車用空気調和装置１であって、エバポレータ５は、冷却される空気の送風方向に沿って積層配置された複数の熱交換部５ａ〜５ｄを有し、各熱交換部５ａ〜５ｄに各分岐管７ａ〜７ｄを介して冷媒が流入すると共に各熱交換部５ａ〜５ｄより各集合管８ａ〜８ｄを介して冷媒が流出するよう構成され、４の分岐管７ａ〜７ｄの内の３つ箇所には冷媒の流通を阻止できる第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃを設け、冷媒サイクル内の冷媒流量を温度情報として検出する温度センサ１３を設け、温度センサ１３が検出する冷媒流量に応じて第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃの開閉を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車の室内に吹き出す空気を冷却する空気調和装置に関する。

この種の従来の空気調和装置に使用されるエバポレータとしては、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１のエバポレータは、冷媒流路を長くして冷媒と空気との熱交換の機会を長くすることによって熱交換の効率を高めている。
実開平６−２２０１７号公報

しかしながら、冷媒流量に関係なくエバポレータの冷媒流路の容積が一定であるため、低負荷時の低流量（５０ｋｇ／ｈ以下）の場合には分流が悪化して所望の熱交換性能が出ない。又、エバポレータ内の冷媒の分流が悪化すると、部分的に極低温域が発生し、凍結が起こる。

そこで、本発明は、冷媒の低流量時における熱交換効率の向上と凍結の防止を図ることができる空気調和装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する請求項１の発明は、冷却する空気の送風方向に沿って積層配置され、空気と冷媒通路内の冷媒との間で熱交換を行う複数の熱交換部を有し、この各熱交換部に各分岐管を介して冷媒が流入すると共に各熱交換部より各集合管を介して冷媒が流出するよう構成されたエバポレータと、複数の前記分岐管の少なくとも１つに設けられ、冷媒の流通を阻止できる１以上の開閉弁と、冷媒サイクル内の冷媒流量を検出する冷媒流量検出手段と、この冷媒流量検出手段が冷媒の高流量を検出すると前記エバポレータを大容積に、冷媒の低流量を検出すると前記エバポレータを小容積に可変するよう前記開閉弁を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の空気調和装置であって、前記開閉弁は、空気流の最下流に配置された熱交換部の分岐管には設けないことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載の空気調和装置であって、前記開閉弁は、空気流の最下流に配置された熱交換部の分岐管以外の全ての前記分岐管に設けたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３記載の空気調和装置であって、前記膨脹弁は、複数の前記分岐管より上流側に設けたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜請求項４記載の空気調和装置であって、前記冷媒流量検出手段は、複数の前記集合管より下流側の配管温度を検出する温度センサであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、冷媒流量検出手段が冷媒の低流量を検出した場合には、エバポレータが小容積にされるため、低流量での分流悪化を低減でき、低流量時における熱交換効率の向上と凍結の防止を図ることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、冷却された空気流が他の熱交換部で昇温されることなく送風される。又、開閉弁が閉塞状態でロックしても少なくとも１箇所の熱交換部に冷媒が流れるため、空気調和装置が完全に使用不能になるのを防止できる。

請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加え、冷媒流量の程度に応じてエバポレータの冷媒通路の容積をきめ細かく可変できるため、低流量時における熱交換効率の向上を更に図ることができる。

請求項４の発明によれば、請求項１〜請求項３の発明の効果に加え、膨脹弁を１箇所に配置すれば良いため、複数の熱交換部を有するエバポレータにあってコストアップを抑制できる。又、各熱交換部の直ぐ上流に開閉弁が配置されるため、エバポレータ内にオイル等が滞留するのを防止できる。

請求項５の発明によれば、請求項１〜請求項４の発明の効果に加え、簡素な構造で冷媒流量を推定できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の空気調和装置を自動車用空気調和装置に適用した実施形態を示し、図１は自動車用空気調和装置１の概略構成図、図２はエバポレータ５の出口配管温度と冷媒流量との特性線図、図３は空調動作時のフローチャートである。

図１に示すように、自動車用空気調和装置１は、圧縮機２と放熱器３と膨脹弁４とエバポレータ５とこれらを連結して冷媒サイクルを構成する配管６ａ，６ｂ，６ｃとから構成されている。

圧縮機２は、冷媒を断熱圧縮し、且つ、負荷に応じて圧縮する冷媒量を可変する。放熱器３は、圧縮機２より圧送される冷媒と車外の空気との間で熱交換をして冷媒を冷却する。膨脹弁４は、下記する分岐管７ａ〜７ｃよりも上流側の配管６ｂに設けられ、放熱器３で冷却された冷媒を膨脹させる。

エバポレータ５は、ファン１０により吸引した空気を車室内に吹き出すダクト１１内に配置され、空気の送風方向に沿って積層配置された４つの熱交換部５ａ〜５ｄを備えている。各熱交換部５ａ〜５ｄは、内部に冷媒通路を有するチューブ（図示せず）が積層配置され、且つ、隣接するチューブ間が空気通路（図示せず）にされた公知の構造を有し、膨脹弁４で膨脹された冷媒が冷媒通路内を流通し、この流通過程で冷媒通路の外周を流通する空気との間で熱交換を行うことによって空気を冷却する。

４つの各熱交換部５ａ〜５ｄは、その入口側が膨脹弁４の下流側の配管６ｂに各分岐管７ａ〜７ｄを介して接続され、その出口側が圧縮機２の上流側の配管６ｃに各集合管８ａ〜８ｄを介して接続されている。つまり、４つの熱交換部５ａ〜５ｄは、圧縮機２や膨脹弁４に対して並列に接続されている。４本の分岐管７ａ〜７ｄの長さは同じ長さに設定されている。４つの集合管８ａ〜８ｄの長さも同じ長さに設定されている。

第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃは、空気流の最上流より順に配置された熱交換部５ａ〜５ｃの分岐管７ａ〜７ｃに配置され、空気流の最下流に配置された熱交換部５ｄの分岐管７ｄにだけ設けられていない。第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃは、開位置では下流の熱交換部５ａ〜５ｃへの冷媒の流通を許容し、閉位置では下流の熱交換部５ａ〜５ｃへの冷媒の流通を阻止する。第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃは、制御部１２によって開閉がそれぞれ制御される。この制御内容については、下記する。

冷媒流量検出手段である温度センサ１３は、４つの集合管８ａ〜８ｄより下流側（エバポレータ５の出口側）の配管６ｃの温度を検出し、検出した温度情報を制御部１２に出力する。エバポレータ５の出口側の配管温度と冷媒流量とは、図２に示す特性を示す。つまり、冷媒流量が低流量となると、エバポレータ５の出口側の配管温度が低温化し、冷媒流量が大流量となると、エバポレータ５の出口側の配管温度が高温化し、当該配管温度によって冷媒流量を推定できる。

制御部１２には、温度センサ１３の他に日射センサ（図示せず）、外気温センサ（図示せず）、車室内温度センサ（図示せず）の情報が入力されると共にユーザ設定の目標室内温度情報が入力される。又、制御部１２はタイマ１４等を制御する。そして、制御部１２は、空調スイッチ１５がオンされると、図３のフローチャートに沿った制御を実行する。このフローチャートの内容については、下記の動作で説明する。

次に、上記自動車用空気調和装置１の動作を説明する。図３に示すように、空調スイッチ１５がオンされると、制御部１２は日射センサ、外気温センサ、車室内温度センサ、目標室内温度情報を取得する（ステップＳ１）。そして、これら情報に基づき冷媒流量調整して圧縮機２を駆動させる（ステップＳ２）。又、第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃは全て開位置とする（ステップＳ３）。空調スイッチ１５がオンされて５分が経過するまでは空気流のファン１０を最大風量として冷房運転を行う（ステップＳ４，Ｓ５）。

空調スイッチ１５がオンされてから５分が経過すると（ステップＳ４）、日射センサ、外気温センサ、車室内温度センサ、目標室内温度情報を取得し、これら情報に基づいて圧縮機２を制御し冷媒流量を調整する（ステップＳ６，Ｓ７）。

次に、温度センサ１３の温度情報により第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃの制御を行う。具体的には、温度センサ１３の温度ＴがＣ度より低温であるか、Ｃ度とＢとの間にあるか、Ｂ度とＡ度との間にあるか、Ａ度より高温であるか否かをチェックする（ステップＳ８〜Ｓ１０）。そして、温度センサ１３の検出温度ＴがＣ度より低温であれば第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃをそのまま開位置に保持する（ステップＳ１１）。温度センサ１３の検出温度ＴがＣ度とＢ度との間にあれば、第３開閉弁９ｃを閉位置にする（ステップＳ１２）。温度センサ１３の検出温度ＴがＢ度とＡ度との間にあれば、第２及び第３開閉弁９ｂ，９ｃを閉位置にする（ステップＳ１３）。温度センサ１３の検出温度ＴがＡ度以上であれば、第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃを全て閉位置にする（ステップＳ１４）。このように温度センサ１３の検出温度Ｔに応じた第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃの制御を行いつつ冷房運転を続行する（ステップＳ１５）。そして、空調スイッチ１５がオフされると（ステップＳ１５）、冷房運転を停止する。

以上、温度センサ１３の温度情報によって冷媒流量を検出し、冷媒流量が低流量になると、４つの熱交換部５ａ〜５ｄの１以上を熱交換できない状態とする。つまり、冷媒の低流量を検出した場合には、エバポレータ５の冷媒通路が小容積にされるため、低流量での分流悪化を低減でき、低流量時における熱交換効率の向上と凍結の防止を図ることができる。

上記実施形態では、第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃは、空気流の最下流に配置された熱交換部５ｄの分岐管７ｄには設けないので、最下流の熱交換部５ｄについては常に空気を冷却し、その冷却された空気が他の熱交換部５ａ〜５ｃを通過することなく車室内に送風される。つまり、冷却された空気流が他の熱交換部５ａ〜５ｃで昇温されることなく送風される。又、第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃが閉塞状態でロックしても最下流位置の熱交換部５ｄに冷媒が流れるため、自動車用空気調和装置１が完全に使用不能になるのを防止できる。

上記実施形態では、第１〜第３開閉弁９ａ〜９ｃは、空気流の最下流に配置された熱交換部５ｄの分岐管７ｄ以外の全ての分岐管７ａ〜７ｃに設けたので、冷媒流量の程度に応じてエバポレータ５の冷媒通路の容積をきめ細かく可変するため、低流量時における熱交換効率の向上を更に図ることができる。

上記実施形態では、膨脹弁４は、４本の分岐管７ａ〜７ｄより上流側に設けたので、膨脹弁４を１箇所に配置すれば良いため、４つの熱交換部５ａ〜５ｄを有するエバポレータ５にあってコストアップを抑制できる。又、各熱交換部５ａ〜５ｄの直ぐ上流に開閉弁９ａ〜９ｃが配置されるため、エバポレータ５内にオイル等が滞留するのを防止できる。

上記実施形態では、冷媒流量検出手段は、４本の集合管８ａ〜８ｄより下流側の配管６ｃの温度を検出する温度センサ１３であるので、簡素な構造で冷媒流量を推定できる。尚、冷媒流量検出手段は、温度センサ１３以外の検出手段により構成されても良いことはもちろんである。

尚、上記実施形態では、エバポレータ５は４つの熱交換部５ａ〜５ｄにて構成されているが、２つ若しくは３つの熱交換部にて構成しても、又、５つ以上の熱交換部にて構成しても良いことはもちろんである。

尚、上記実施形態では、４本有する分岐管７ａ〜７ｄの内の３本の分岐管７ａ〜７ｃに開閉弁９ａ〜９ｃを設けたが、１本又は２本の分岐管に開閉弁を設けても良い。

尚、上記実施形態では、本発明を自動車の車室内を冷房する自動車用空気調和装置に適用した場合を示したが、自動車用以外の空気調和装置にも同様に適用できることはもちろんである。

本発明の一実施形態を示し、自動車用空気調和装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態を示し、エバポレータの出口配管温度と冷媒流量との特性線図である。 本発明の一実施形態を示し、空調動作時のフローチャートである。

符号の説明

１ 自動車用空気調和装置（空気調和装置）
２ 圧縮機
３ 放熱器
４ 膨脹弁
５ エバポレータ
６ａ，６ｂ，６ｃ 配管
５ａ〜５ｄ 熱交換部
７ａ〜７ｄ 分岐管
８ａ〜８ｄ 集合管
９ａ 第１開閉弁
９ｂ 第２開閉弁
９ｃ 第３開閉弁
１２ 制御部
１３ 温度センサ（冷媒流量検出手段）

Claims (5)

1. 冷却する空気の送風方向に沿って積層配置され、空気と冷媒通路内の冷媒との間で熱交換を行う複数の熱交換部（５ａ）〜（５ｄ）を有し、この各熱交換部（５ａ）〜（５ｄ）に各分岐管（７ａ）〜（７ｄ）を介して冷媒が流入すると共に各熱交換部（５ａ）〜（５ｄ）より各集合管（８ａ）〜（８ｄ）を介して冷媒が流出するよう構成されたエバポレータ（５）と、
   複数の前記分岐管（７ａ）〜（７ｄ）の少なくとも１つに設けられ、冷媒の流通を阻止できる１以上の開閉弁（９ａ）〜（９ｃ）と、
   冷媒サイクル内の冷媒流量を検出する冷媒流量検出手段（１３）と、
   この冷媒流量検出手段（１３）が冷媒の高流量を検出すると前記エバポレータ（５）を大容積に、冷媒の低流量を検出すると前記エバポレータ（５）を小容積に可変するよう前記開閉弁（９ａ）〜（９ｃ）を制御する制御部（１２）とを備えたことを特徴とする空気調和装置（１）。
2. 請求項１記載の空気調和装置（１）であって、
   前記開閉弁（９ａ）〜（９ｃ）は、空気流の最下流に配置された熱交換部（５ｄ）の分岐管（７ａ）〜（７ｃ）には設けないことを特徴とする空気調和装置（１）。
3. 請求項２記載の空気調和装置（１）であって、
   前記開閉弁（９ａ）〜（９ｃ）は、空気流の最下流に配置された熱交換部（５ｄ）の分岐管（７ｄ）以外の全ての前記分岐管（７ａ）〜（７ｃ）に設けたことを特徴とする空気調和装置（１）。
4. 請求項１〜請求項３記載の空気調和装置（１）であって、
   膨脹弁（４）は、複数の前記分岐管（７ａ）〜（７ｄ）より上流側に設けたことを特徴とする空気調和装置（１）。
5. 請求項１〜請求項４記載の空気調和装置（１）であって、
   前記冷媒流量検出手段（１３）は、複数の前記集合管（８ａ）〜（８ｄ）より下流側の配管温度を検出する温度センサ（１３）であることを特徴とする空気調和装置（１）。
   

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