JP2006224824A - 冷凍冷房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転モードに応じた各バルブの最適な開閉タイミングを設定することで、冷房運転における快適性の低下を抑えることのできる冷凍冷房装置を実現する。
【解決手段】 圧縮機１１、凝縮器１３、減圧手段１５、１６、冷凍用蒸発器１８、冷房用蒸発器１７、冷凍用冷媒循環路３２、冷房用冷媒循環路３１、運転モードを選択する運転モード選択手段４１、４２、４３、冷凍冷房同時モードが選択されたときに、冷凍用冷媒循環路３２、冷房用冷媒循環路３１を交互に周期的に開閉する循環路開閉手段６、７、８とを備える冷凍冷房装置において、循環路開閉手段６、７、８には冷凍用冷媒循環路３２を開閉する冷凍用バルブ６と冷房用冷媒循環路３１を開閉する冷房用バルブ７、ＦＩＲバルブ８とが設けられ、ＦＩＲバルブ８は冷房用バルブ７の下流側に設け、かつ冷房用バルブ７が閉弁された後に閉弁するように制御される。これにより、快適性の低下を抑えることのできる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、冷凍室内の冷凍と車室内の冷房とを同時に行なうことが可能な冷凍冷房装置に関するものであり、特に、冷房単独、冷房同時モードにおける不具合の改良に関する。

従来、この種の冷凍冷房装置として、例えば、特許文献１に示すように、圧縮機、凝縮器、減圧手段、蒸発器とからなる冷凍サイクル装置内に、冷凍室内の空気を冷却する冷凍用蒸発器と車室内の空気を冷却する冷房用蒸発器とを配設している装置が知られている。

具体的には、吐出された冷媒を凝縮器、減圧手段および冷凍用蒸発器に循環させて圧縮機に戻すための冷凍用冷媒循環路と、圧縮機より吐出された冷媒を凝縮器、減圧手段および冷房用蒸発器に循環させて圧縮機に戻すための冷房用冷媒循環路と、その冷凍用冷媒循環路を開閉する冷凍用バルブと、冷房用冷媒循環路を開閉する冷房用バルブ、ＦＩＲバルブと、さらに、運転モードのうち、冷凍冷房同時モード、冷凍単独モード、または冷房単独モードのいずれかを選択する運転モード選択手段とを備えている。

そして、運転モード選択手段にて冷凍冷房同時モードが選択されたときに、冷凍用冷媒循環路と冷房用冷媒循環路とが交互に周期的に開閉するように、上記バルブの開閉を制御している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−３１５７５３号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、冷房運転のときに、冷房用蒸発器の上流側に設けられた冷房用バルブと、冷房用蒸発器の下流側に設けられたＦＩＲバルブとが同時にＳ１秒の開弁とＳ２秒の閉弁とを繰り返す断続開閉動作を行なうようにしているため、閉弁したときに、冷媒の流れが急に遮断されることで、その衝撃が冷房用バルブとＦＩＲバルブとの間に伝達して振動および衝撃音を発生する問題がある。

また、運転モードが冷房単独モードのときは、冷房用冷媒循環路のみに冷媒が流通しているが、冷凍用冷媒循環路からの冷媒の回り込みで冷房用冷媒循環路側が冷媒過充填状態となることで高圧圧力が上昇する問題がある。

さらに、冷房用バルブ、ＦＩＲバルブの断続開閉動作のタイミングは、冷凍冷房同時モードのときに、冷房用蒸発器側の冷媒の熱容量に基づいて設定しているが、近年冷房用蒸発器が小型化されてくると冷媒容量が小さくなることで熱容量も小さくなっている。これにより、冷凍用冷媒循環路側に冷媒が流通し、冷房用冷媒循環路側の冷媒が流通を停止しているときに、冷房用蒸発器で熱交換された吹出空気の温度変動が大きくなってフィーリングの低下を招く恐れがある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、運転モードに応じた各バルブの最適な開閉タイミングを設定することで、冷房運転における快適性の低下を抑えることのできる冷凍冷房装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮する圧縮機（１１）と、この圧縮機（１１）より流入した冷媒を凝縮させる凝縮器（１３）と、この凝縮器（１３）より流入した冷媒を減圧させる減圧手段（１５、１６）と、この減圧手段（１６）より流入した冷媒を蒸発させて冷凍室内の空気を冷却する冷凍用蒸発器（１８）と、減圧手段（１５）より流入した冷媒を蒸発させて車室内の空気を冷却する冷房用蒸発器（１７）と、圧縮機（１１）より吐出された冷媒を、凝縮器（１３）、減圧手段（１６）および冷凍用蒸発器（１８）に循環させて圧縮機（１１）に戻すための冷凍用冷媒循環路（３２）と、圧縮機（１１）より吐出された冷媒を、凝縮器（１３）、減圧手段（１５）および冷房用蒸発器（１７）に循環させて圧縮機（１１）に戻すための冷房用冷媒循環路（３１）と、運転モードのうち、冷凍冷房同時モード、冷凍単独モード、冷房単独モードもしくは除霜モードのいずれかを選択する運転モード選択手段（４１、４２、４３）と、この運転モード選択手段（４１、４２、４３）にて冷凍冷房同時モードが選択されたときに、冷凍用冷媒循環路（３２）および冷房用冷媒循環路（３１）を交互に周期的に開閉する循環路開閉手段（６、７、８）とを備える冷凍冷房装置において、
循環路開閉手段（６、７、８）には、冷凍用冷媒循環路（３２）を開閉する冷凍用バルブ（６）と、冷房用冷媒循環路（３１）を開閉する冷房用バルブ（７）およびＦＩＲバルブ（８）とが設けられ、このＦＩＲバルブ（８）は、冷房用バルブ（７）の下流側に設けられ、かつ冷房用バルブ（７）が閉弁された後に閉弁するように制御されることを特徴としている。

この発明によれば、冷房用バルブ（７）とＦＩＲバルブ（８）との閉弁のタイミングを、下流側のＦＩＲバルブ（８）側を遅らせることで、同時閉弁による冷房用バルブ（７）とＦＩＲバルブ（８）との間での振動、衝撃音の低減が図れる。これにより、冷房運転における快適性の低下を抑えることができる。

請求項２に記載の発明では、ＦＩＲバルブ（８）は、冷房用バルブ（７）が閉弁された所定時間後に閉弁するように制御されることを特徴としている。この発明によれば、具体的には所定時間ＦＩＲバルブ（８）側を遅らせることで、より確実に振動、衝撃音の低減が図れる。

請求項３に記載の発明では、ＦＩＲバルブ（８）は、冷房用蒸発器（１７）で熱交換された吹出空気の吹出温度に基づいて、所定時間が設定されることを特徴としている。この発明によれば、例えば、吹出温度が高いときは冷媒循環量が多いため所定時間を多くとり、吹出温度が低いときは所定時間を少なくすることで、冷媒循環量に応じた振動、衝撃音の低減が図れる。

請求項４に記載の発明では、ＦＩＲバルブ（８）は、冷房用蒸発器（１７）の出口圧力と圧縮機（１１）の吸入圧力との圧力差に基づいて、冷房用バルブ（７）が閉弁された後に閉弁されることを特徴としている。この発明によれば、例えば、圧力差が所定値以下となったときに閉弁させるようにすることで、より確実に振動、衝撃音の低減が図れる。

請求項５に記載の発明では、冷凍用バルブ（６）は、運転モード選択手段（４１、４２、４３）にて冷房単独モードが選択されたときに、冷房用冷媒循環路（３１）内の高圧圧力に基づいて制御されることを特徴としている。この発明によれば、このときは冷凍用冷媒循環路側からの冷媒の回り込みにより冷房用冷媒循環路（３１）側が冷媒過充填状態となる。圧力が高いときは冷凍用バルブ（６）を閉弁して冷凍用冷媒循環路（３２）側に過剰の冷媒を封じ込めば高圧の上昇を低減できる。

請求項６に記載の発明では、冷凍用冷媒循環路（３２）は、冷凍用バルブ（６）と減圧手段（１６）との間に液相冷媒を蓄えるように構成したことを特徴としている。この発明によれば、より具体的には、冷凍用冷媒循環路（３２）側に過剰な冷媒を封じ込むことができる。

請求項７に記載の発明では、冷房用冷媒循環路（３１）は、冷房用バルブ（７）の下流側に液相冷媒を蓄える液溜め部（２０）を配設するように構成したことを特徴としている。この発明によれば、冷凍冷房同時モードのときに、冷凍用冷媒循環路（３２）側に冷媒が流通し、冷房用冷媒循環路（３１）側の冷媒が流通を停止しているときに、液溜め部（２０）に蓄えられた余剰冷媒を蒸発させることができる。これにより、吹出空気の温度変動を低減できる。従って、快適性の低下を招くことはない。

請求項８に記載の発明では、冷房用バルブ（７）は、弁口径が大であることを特徴としている。この発明によれば、液溜め部（２０）に液相冷媒が素早く供給される。これにより、冷房用冷媒循環路（３１）側の冷媒が流通を停止しているときに、液溜め部（２０）に蓄えられた余剰冷媒を蒸発させることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における冷凍冷房装置を図１ないし図４に基づいて説明する。図１は車両用冷凍冷房装置の全体構成を示す模式図で、図２は車両用冷凍冷房装置の制御系の構成を示すブロック図である。

本実施形態の車両用冷凍冷房装置１は、冷凍車等の車両に搭載された内燃機関（図示せず）により駆動される冷凍サイクル装置２と、後述する凝縮器１３への送風を行なう凝縮器ファン３と、後述する冷房用蒸発器１７への送風を行なう冷房用蒸発器ファン４と、後述する冷凍用蒸発器１８への送風を行なう冷凍用蒸発器ファン５とを備えている。

冷凍サイクル装置２は、各種の冷凍機器と、これらの冷凍機器に選択的に冷媒を循環させる複数個の冷媒循環路と、これらの冷媒循環路を選択的に切り替える循環路切替手段とを備えている。本実施形態では、冷凍サイクル装置２を構成する冷凍機器として、圧縮機１１、オイルセパレータ１２、凝縮器１３、受液器１４、冷房用膨張弁１５、冷凍用膨張弁１６、冷房用蒸発器１７および冷凍用蒸発器１８等が設けられている。

そして、圧縮機１１は、車両に１個のみ搭載され、内燃機関に回転駆動されて冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサである。この圧縮機１１と内燃機関との間には、内燃機関から圧縮機１１への回転動力の伝達を断続する電磁クラッチ２１が連結されている。オイルセパレータ１２は、圧縮機１１内を潤滑する潤滑油（オイル）と冷媒とを分離するもので、オイルはキャピラチチューブ２２およびオイル流路２３を通って圧縮機１１に戻るようになっている。

凝縮器１３は、オイルセパレータ１２で分離されて逆止弁２４を通過した冷媒を、凝縮器ファン３によって送り込まれる空気と熱交換させることにより凝縮させるコンデンサである。受液器１４は、凝縮器１３より流入した冷媒を気液分離して液冷媒のみ下流側に送るレシーバである。冷房用、冷凍用膨張弁１５、１６は、本発明の減圧手段に相当するもので、受液器１４より流入した液冷媒を減圧膨張させるエキスパンションバルブである。

冷房用蒸発器１７は、エアコンダクト（図示せず）内に配設され、冷房用膨張弁１５より流入した冷媒を、冷房用蒸発器ファン４によって送り込まれる空気と熱交換することにより蒸発させてエアコンダクト内を通過する空気を冷却するエバポレータである。

そして、冷房用蒸発器１７より流出した冷媒は、逆止弁２５を通って圧縮機１１に戻される。なお、エアコンダクトは、車両の乗員室（キャビン、運転室とも言う）の前方側に設置され、最下流部には乗員の頭胸部に向けて冷風を吹き出すための吹出口が設けられている。

冷凍用蒸発器１８は、外部と断熱された冷凍庫（図示せず）内に形成される冷凍室の上部側に設置され、冷凍用膨張弁１６より流入した冷媒を、冷凍用蒸発器ファン５によって送り込まれる空気と熱交換することにより蒸発させて冷凍室内を循環する空気を冷却するエバポレータである。そして、冷凍用蒸発器１８より流出した冷媒は、逆止弁２６を通って圧縮機１１に戻される。

本実施形態では、冷媒循環路として、車両の乗員室内を冷房するための冷房用冷媒循環路３１と、車両の冷凍室内を冷凍するための冷凍用冷媒循環路３２と、冷凍用蒸発器１８に着霜した霜を除去するための除霜用冷媒循環路３３とが設けられている。ここで、冷房用冷媒循環路３１は、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒を、逆止弁２４、凝縮器１３、受液器１４、冷房用膨張弁１５、冷房用蒸発器１７および逆止弁２５を循環させて圧縮機１１の吸入口に戻すための冷房用冷媒回路である。

また、冷凍用冷媒循環路３２は、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒を、逆止弁２４、凝縮器１３、受液器１４、冷凍用膨張弁１６、冷凍用蒸発器１８および逆止弁２６を循環させて圧縮機１１の吸入口に戻すための冷凍用冷媒回路である。

そして、除霜用冷媒循環路３３は、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒を、逆止弁２４、凝縮器１３、受液器１４および冷凍用膨張弁１６から迂回させ、且つ冷凍用蒸発器１８、逆止弁２６を循環させて圧縮機１１の吸入口に戻すための除霜用冷媒回路である。

本実施形態では、上記の冷媒循環路を切り替える循環路切替手段として、冷凍用バルブ６、冷房用バルブ７、ＦＩＲバルブ８および除霜用バルブ９が設けられている。ここで、冷凍用バルブ６は、本発明の循環路開閉手段に相当するもので、冷凍用冷媒循環路３２のうち冷凍用膨張弁１６よりも上流側に設置され、通電されると開弁し、通電が停止されると閉弁する冷凍用電磁式開閉弁（冷凍用電磁弁）である。

また、冷房用バルブ７は、本発明の循環路開閉手段に相当するもので、冷房用冷媒循環路３１のうち冷房用膨張弁１５よりも上流側に設置され、通電されると開弁し、通電が停止されると閉弁する第１冷房用電磁式開閉弁（第１冷房用電磁弁）である。

そして、ＦＩＲバルブ８は、本発明の循環路開閉手段に相当するもので、冷房用冷媒循環路３１のうち冷房用蒸発器１７よりも下流側に設置され、通電されると開弁し、通電が停止されると閉弁する第２冷房用電磁式開閉弁（第２冷房用電磁弁）である。

このＦＩＲバルブ８は、断続的に開閉弁することで冷凍用冷媒循環路３２に冷媒を流れ易くして冷凍冷房同時運転を行ない易いようにするＦＩＲ制御を行なうための部品である。また、除霜用バルブ９は、本発明の循環路開閉手段に相当するもので、除霜用冷媒循環路３３のうちオイルセパレータ１２よりも下流側の分岐点と冷凍用蒸発器１８よりも上流側の合流点とを結ぶ冷媒配管の途中に設置され、通電されると開弁し、通電が停止されると閉弁する除霜用電磁式開閉弁（除霜用電磁弁）である。

以上の各冷凍機器のうち、電気系機器は、冷房用アナログ回路１０ａおよび冷凍用アナログ回路１０ｂによって通電（ＯＮ）または通電の停止（ＯＦＦ）が決定される。なお、冷房用アナログ回路１０ａは、本発明の通電制御回路に相当するもので、冷房スイッチ４１等からの操作信号と、冷凍用アナログ回路１０ｂからの通信信号に応じて、冷房用バルブ７、凝縮器ファン３のモータ３４、冷房用蒸発器ファン４のモータ３５および圧縮機１１の電磁クラッチ２１の通電状態を制御する。

冷凍用アナログ回路１０ｂは、本発明の通電制御回路に相当するもので、冷凍スイッチ４２および除霜スイッチ４３からの操作信号と、冷房用アナログ回路１０ａからの通信信号に応じて、冷凍用バルブ６、ＦＩＲバルブ８、除霜用バルブ９および冷凍用蒸発器ファン５のモータ３６の通電状態を制御する。

なお、乗員室内を冷房する冷房運転を行なうように指令する冷房スイッチ４１、冷凍室内を冷凍する冷凍運転を行なうように指令する冷凍スイッチ４２、および冷凍用蒸発器１８を除霜する除霜運転を行なうように指令する除霜スイッチ４３は、本発明のモード選択手段に相当するもので、車両の乗員室内前面のコントロールパネル（図示せず）に設置されている。

そして、本実施形態では、詳しくは後述する図３に示すように、冷房スイッチ４１、冷凍スイッチ４２および除霜スイッチ４３の開閉状態に応じて、各バルブの運転状態（開閉弁状態）や各冷却ファンの運転状態（オン、オフ状態）を制御することにより、運転モードが、冷凍単独モード、冷房単独モード、冷凍冷房同時モード、冷凍単独除霜モードおよび除霜冷房同時モードに切り替わる。

なお、図３および図４において開はバルブの開弁（ＯＮ）を示し、閉はバルブの閉弁（ＯＦＦ）を示す。そして、Ｓ１秒開Ｓ２秒閉とは、冷房用バルブ７のＳ１秒（例えば４．０秒間）の開弁とＳ２秒（例えば９．５秒間）の閉弁とを繰り返す動作を示す。また、Ｓ３秒開Ｓ４秒閉とは、ＦＩＲバルブ８のＳ３秒（例えば６．０秒間）の開弁とＳ２秒（例えば７．５秒間）の閉弁とを繰り返す動作を示す。

そして、Ｔ１秒開Ｔ２秒閉とは、冷房用バルブ７のＴ１秒（例えば９．５秒間）の開弁とＴ２秒（例えば４．０秒間）の閉弁とを繰り返す動作を示す。また、Ｔ３秒開Ｔ４秒閉とは、ＦＩＲバルブ８のＴ３秒（例えば１１．５秒間）の開弁とＴ４秒（例えば２．０秒間）の閉弁とを繰り返す動作を示す。さらに、Ｔ１秒閉Ｔ２秒開とは、除霜用バルブ９のＴ１秒（例えば９．５秒間）の閉弁とＴ２秒（例えば４．０秒間）の開弁とを繰り返す動作を示している。

ところで、冷房用バルブ７とＦＩＲバルブ８とが同時に通電されるときは、図４に示すように、冷房用バルブ７が閉弁（ＯＦＦ）した後、所定時間後ΔＳ（例えば２．０秒間）に閉弁（ＯＦＦ）するようにしている。つまり、冷房用バルブ７とＦＩＲバルブ８とが同時に開弁（ＯＮ）したときは、冷房用バルブ７が閉弁（ＯＦＦ）した後、所定時間後ΔＳ（例えば２．０秒間）に閉弁（ＯＦＦ）するものである。

次に、以上の構成による車両用冷凍冷房装置１の作動を、図３に示す運転モードに基づいて簡単に説明する。

（冷凍単独モード）
冷凍スイッチ４２がＯＮされ、冷房スイッチ４１および除霜スイッチ４３がＯＦＦされた場合には、圧縮機１１の電磁クラッチ２１がＯＮされ、さらに、図３に示したように、凝縮器ファン３のモータ３４および冷凍用蒸発器ファン５のモータ３６がＯＮされ、冷房用蒸発器ファン４のモータ３５がＯＦＦされる。また、冷凍用バルブ６およびＦＩＲバルブ８が開弁され、冷房用バルブ７および除霜用バルブ９が閉弁される。これにより、運転モードが冷凍単独モードに切り替えられる。

この冷凍単独モードの場合には、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒が、オイルセパレータ１２→逆止弁２４→凝縮器１３→受液器１４→冷凍用バルブ６→冷凍用膨張弁１６→冷凍用蒸発器１８→逆止弁２６を通って、吸入口から圧縮機１１内に吸入される。

従って、冷凍用冷媒循環路３２が開かれて、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒が冷凍用蒸発器１８内に供給されることにより、冷凍用蒸発器ファン５によって冷凍用蒸発器１８に吹き付けられる冷凍室内の空気が冷却される。これにより、車両の冷凍室内の温度が冷凍温度（例えば−３０℃〜−２０℃）まで低下する。

（冷房単独モード）
冷房スイッチ４１がＯＮされ、冷凍スイッチ４２および除霜スイッチ４３がＯＦＦされた場合には、圧縮機１１の電磁クラッチ２１がＯＮされ、さらに、図３に示したように、凝縮器ファン３のモータ３４および冷房用蒸発器ファン４のモータ３５がＯＮされ、冷凍用蒸発器ファン５のモータ３６がＯＦＦされる。また、冷房用バルブ７およびＦＩＲバルブ８が開弁され、冷凍用バルブ６および除霜用バルブ９が閉弁される。これにより、運転モードが冷房単独モードに切り替えられる。

この冷房単独モードの場合には、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒が、オイルセパレータ１２→逆止弁２４→凝縮器１３→受液器１４→冷房用バルブ７→冷房用膨張弁１５→冷房用蒸発器１７→ＦＩＲバルブ８→逆止弁２５を通って、吸入口から圧縮機１１内に吸入される。

従って、冷房用冷媒循環路３１が開かれて、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒が冷房用蒸発器１７内に供給されることにより、エアコンダクト内を通過する空気が冷却され、冷房用蒸発器ファン４によって吹出口から吹き出される冷風によって車両の乗員室内の空気が冷却される。

これにより、車両の乗員室内の温度が冷房温度（例えば２０℃〜３０℃）となり、乗員室内の温度環境が乗員の所望するものとなる。なお、このときに、冷房スイッチ４１をＯＦＦして冷房単独運転を停止するときには、ＦＩＲバルブ８は、冷房用バルブ７が閉弁（ＯＦＦ）した後、所定時間ΔＳ後に閉弁（ＯＦＦ）される。

（冷凍冷房同時モード）
冷房スイッチ４１および冷凍スイッチ４２がＯＮされ、除霜スイッチ４３がＯＦＦされた場合には、圧縮機１１の電磁クラッチ２１がＯＮされ、さらに、図３に示したように、凝縮器ファン３のモータ３４、冷房用蒸発器ファン４のモータ３５および冷凍用蒸発器ファン５のモータ３６がＯＮされる。

また、冷凍用バルブ６が開弁され、除霜用バルブ９が閉弁される。そして、冷房用バルブ７の運転状態がＳ１秒間開弁とＳ２秒間閉弁とに周期的に制御されるとともに、ＦＩＲバルブ８の運転状態がＳ３秒間開弁とＳ４秒間閉弁とに周期的に制御される。これにより、運転モードが冷凍冷房同時モードに切り替えられる。

この冷凍冷房同時モードの場合には、冷房用バルブ７およびＦＩＲバルブ８がＳ１（例えば４秒間）開弁している間は、冷房用冷媒循環路３１が開かれて、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒が冷房用蒸発器１７内に供給される。

また、冷房用バルブ７およびＦＩＲバルブ８がＳ２（例えば９．５秒間）閉弁している間は、冷凍用冷媒循環路３２が開かれて、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒が冷凍用蒸発器１８内に供給される。従って、車両の冷凍室内の冷凍運転（冷凍室内を例えば−２０℃に冷凍）と乗員室内の冷房運転（乗員室内を例えば２５℃に冷房）とを同時に行なうことができる。

なお、このときには、ＦＩＲバルブ８は、冷房用バルブ７が閉弁（ＯＦＦ）した後、所定時間ΔＳ後に閉弁（ＯＦＦ）され、次に開弁（ＯＮ）するときは、冷房用バルブ７と同時に開弁（ＯＮ）される。

（冷凍単独除霜モード）
冷凍スイッチ４２および除霜スイッチ４３がＯＮされ、冷房スイッチ４１がＯＦＦされた場合には、圧縮機１１の電磁クラッチ２１がＯＮされ、さらに、図３に示したように、凝縮器ファン３のモータ３４、冷房用蒸発器ファン４のモータ３５および冷凍用蒸発器ファン５のモータ３６が全てＯＦＦされる。また、冷凍用バルブ６、ＦＩＲバルブ８および除霜用バルブ９が開弁され、冷房用バルブ７が閉弁される。これにより、運転モードが冷凍単独除霜モードに切り替えられる。

この冷凍単独除霜モードの場合には、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒が、オイルセパレータ１２→除霜用バルブ９→冷凍用蒸発器１８→逆止弁２６を通って、吸入口から圧縮機１１内に吸入される。従って、圧縮機１１の吐出口より吐出された高温の冷媒が、除霜用冷媒循環路３３を通って直接冷凍用蒸発器１８内に供給されるので、冷凍用蒸発器１８の表面に付着していた霜が取り除かれる。

（除霜冷房同時モード）
冷房スイッチ４１および除霜スイッチ４３がＯＮされた場合には、圧縮機１１の電磁クラッチ２１がＯＮされ、さらに、図３に示したように、凝縮器ファン３のモータ３４および冷房用蒸発器ファン４のモータ３５がＯＮされ、冷凍用蒸発器ファン５のモータ３６がＯＦＦされる。また、冷凍用バルブ６が開弁（または閉弁でも良い）される。

そして、冷房用バルブ７の運転状態がＴ１秒間開弁とＴ２秒間閉弁とに周期的に制御されるとともに、ＦＩＲバルブ８の運転状態がＴ３秒間開弁とＴ４秒間閉弁とに周期的に制御される。逆に、除霜用バルブ９の運転状態がＴ１秒間閉弁とＴ２秒間開弁とに周期的に制御される。これにより、運転モードが除霜冷房同時モードに切り替えられる。

この除霜冷房同時モードの場合には、冷房用バルブ７がＴ１（例えば９．５秒間）開弁している間は、冷房用冷媒循環路３１が開かれて、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒が冷房用蒸発器１７内に供給される。また、冷房用バルブ７がＴ２（例えば４秒間）閉弁している間は、除霜用冷媒循環路３３が開かれて、圧縮機１１の吐出口より吐出された高温の冷媒が冷凍用蒸発器１８内に直接供給される。

これにより、冷凍用蒸発器１８を除霜する除霜運転中であっても、冷房用バルブ７およびＦＩＲバルブ８と除霜用バルブ９とを交互に周期的に切り替えることで、冷房用蒸発器１７内および冷凍用蒸発器１８内に冷媒を安定して供給することができる。従って、冷凍用蒸発器１８の除霜中に、車両の乗員室内を安定して冷却（冷房）できるので、乗員室内の温度が上昇せず、乗員室内の快適性を向上することができる。

なお、運転モードが冷凍冷房同時モードの場合に、冷凍サイクル装置２の冷房運転から冷凍運転に切り替わる際には、冷房用バルブ７を閉弁しても、冷房用蒸発器１７よりも上流側の分岐点と下流側の合流点の間の冷媒圧力が、冷凍用蒸発器１８の出口の冷媒圧力（蒸発圧力）まで低下しないと、冷凍用蒸発器１８に受液器１４から冷媒が流れ込まない。

従って、ＦＩＲバルブ８を冷房用蒸発器１７よりも下流側に設置して、冷房運転から冷凍運転に切り替わった際にＦＩＲバルブ８を閉弁することで、分岐点から冷房用蒸発器１７を経て合流点までの冷媒流路長を短くしている。これにより、ＦＩＲバルブ８と合流点との間の冷媒を圧縮機１１で吸引することで、冷房用蒸発器１７側の冷媒流路の冷媒圧力が短時間に冷凍用蒸発器１８の蒸発圧力まで低下するので、冷凍サイクル２の冷房運転から冷凍運転に速やかに切り替えることができる。

また、冷房用バルブ７を冷房用蒸発器１７よりも上流側に設置し、さらに、ＦＩＲバルブ８を冷房用蒸発器１７よりも下流側に設置しているので、運転モードが冷房単独モード、冷凍冷房同時モードまたは除霜冷房同時モードの時に、冷凍サイクル装置２を運転した後に冷凍サイクル装置２を停止してから長時間（例えば夜間の運転停止中）が経過して、冷房用蒸発器１７付近の冷媒流路より圧縮機１１の温度が低くなっても、ＦＩＲバルブ８が閉弁（ＯＦＦ）されているので、冷房用蒸発器１７中およびその後に残留した冷媒が圧縮機１１側に移動することを阻止できる。

これにより、圧縮機１１内において液冷媒での寝込みを抑制できるので、冷凍サイクル装置２の運転開始時（圧縮機１１の再起動時）の液圧縮を防止することができる。

以上の第１実施形態による車両用冷凍冷房装置１によれば、冷房用バルブ７およびＦＩＲバルブ８が開弁（ＯＮ）する運転モードのうち、冷房単独モード、冷凍冷房同時モードおよび除霜冷房同時モードの場合には、冷房用バルブ７とＦＩＲバルブ８との閉弁のタイミングを、下流側に配設されたＦＩＲバルブ８側を所定時間ΔＳ遅らせるようにした。

これにより、同時閉弁したときに、冷媒の流れが急に遮断されることで、その衝撃が冷房用バルブとＦＩＲバルブとの間に伝達して発生する振動、衝撃音の低減が図れる。これにより、冷房運転における快適性の低下を抑えることができる。

なお、本実施形態では、冷房用バルブ７とＦＩＲバルブ８との閉弁のタイミングを所定時間ΔＳ（例えば、２．０秒間）遅らせるように制御させたが、これに限らず、冷房用バルブ７とＦＩＲバルブ８との閉弁のタイミングを、冷房用蒸発器１７で熱交換された吹出空気の吹出温度に基づいて、所定時間を設定し、ＦＩＲバルブ８側がこの所定時間遅らせるように制御させても良い。

例えば、冷房用バルブ７が閉弁した直後の吹出温度が３０℃と高いときは所定時間を約５．０秒とし、吹出温度が１０℃と低いときは所定時間を約２．０秒とすると良い。これによれば、ＦＩＲバルブ８に流通する冷媒循環量に応じた振動、衝撃音の低減が図れる。

また、冷房用バルブ７とＦＩＲバルブ８との閉弁のタイミングを、冷房用バルブ７が閉弁した直後に、冷房用蒸発器１７の出口圧力と圧縮機１１の吸入圧力との圧力差に基づいて、圧力差が所定値（例えば、０．０５Ｍｐａ）以下となったときにＦＩＲバルブ８側を閉弁するように制御しても良い。より確実に振動、衝撃音の低減が図れる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、冷房モードにおいて、冷房用バルブ７と連動して動作するＦＩＲバルブ８の閉弁のタイミングを、上流側に配設する冷房用バルブ７よりも遅れるように閉弁して、冷房用バルブ７とＦＩＲバルブ８との間に発生する閉弁時における振動、衝撃音の低減を図ったが、これらの他に、冷房単独モードの場合には、冷凍用冷媒循環路３２からの冷媒の回り込みで冷房用冷媒循環路３１側が冷媒過充填状態となることで高圧圧力が上昇する場合がある。

そこで、本実施形態では、冷房用冷媒循環路３１側の高圧圧力に基づいて冷凍用バルブ７を制御するように構成している。具体的には、図５に示すように、ステップ２１０にて、運転モードが冷房単独モードであるか否かを判定している。ここで、冷房単独モードであれば、ステップ２２０にて、高圧圧力が所定値以上か否かを監視し、所定値以上であれば、ステップ２３０にて、冷凍用バルブ６を開弁（ＯＮ）するように制御している。

これにより、冷凍用冷媒循環路３２側に過剰の冷媒を封じ込めば、冷房用冷媒循環路３１側高圧の上昇を低減できる。なお、この場合には、図６に示すように、冷凍用バルブ６と冷凍用膨張弁１６との間に設けられる冷媒配管を長くするように設定すると、この間で過剰の冷媒を多量に封じ込めこめることができる。

また、第３実施形態で後述する液相冷媒を蓄える液溜め部２０を冷凍用バルブ６と冷凍用膨張弁１６との間に配設しても良い。これによれば、より確実に多量の冷媒を封じ込めることができる。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、冷凍冷房同時モードにおいて、冷房用バルブ７をＳ１秒（例えば４．０秒間）の開弁とＳ２秒（例えば９．５秒間）の閉弁とを繰り返す制御し、ＦＩＲバルブ８をＳ３秒（例えば６．０秒間）の開弁とＳ２秒（例えば７．５秒間）の閉弁とを繰り返す制御をしている。

この断続開閉におけるタイミングは、冷房用蒸発器１７側の冷媒の熱容量に基づいて設定しているが、近年冷房用蒸発器１７が小型化されてくると冷媒容量が小さくなることで熱容量も小さくなっている。そこで、本実施形態では、具体的には、図７および図８に示すように、冷房用バルブ７と冷房用膨張弁１５との間に液相冷媒を蓄える液溜め部２０を配設している。

なお、この液溜め部２０は、図８に示すように、冷媒配管の中途にタンク部を形成したものであって、液溜め部２０で溜めた冷媒が冷房用膨張弁１５に流入できるように、できるだけ冷房用膨張弁１５の近傍に設けると良い。

以上の構成によれば、冷房用バルブ７が閉弁したときに冷凍用冷媒循環路３２側に冷媒が流通して、冷房用冷媒循環路３１側の冷媒が流通を停止しているが、残存冷媒の蒸発により冷房用蒸発器１７で熱交換された吹出空気の温度変動を低減できる。

従って、快適性の低下を招くことはない。なお、冷房用バルブ７の開弁時間が短いため冷房用バルブ７の弁口径小さいと液溜め部２０に冷媒が溜まるまで時間を要することで弁口径の大きい冷房用バルブ７を用いることが望ましい。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、本発明を、冷凍車等の車両の乗員室内の冷房と冷凍室内の冷凍と冷凍用蒸発器１８の除霜とを行なうことが可能な車両用冷凍冷房装置１に適用したが、本発明を、鉄道車両、航空機や船舶等の客室または乗員室内の冷房と冷凍室内の冷凍と冷凍用蒸発器の除霜とを行なうことが可能な冷凍冷房装置に適用しても良い。

また、以上の実施形態では、冷凍用バルブ６および冷房用バルブ７として電磁式開閉弁を使用したが、その電磁式開閉弁の代わりに、冷房用冷媒循環路３１と冷凍用冷媒循環路３２との分岐点に三方弁等の多方向弁を設置しても良い。

また、冷凍用バルブ６および除霜用バルブ９として電磁式開閉弁を使用したが、その電磁式開閉弁の代わりに、冷凍用冷媒循環路３２と除霜用冷媒循環路３３との合流点に三方弁等の多方向弁を設置しても良い。さらに、ＦＩＲバルブ８として電磁式開閉弁を使用したが、その電磁式開閉弁の代わりに、冷房用冷媒循環路３１と冷凍用冷媒循環路３２との合流点に三方弁等の多方向弁を設置しても良い。

また、以上の実施形態では、モード選択手段として冷房スイッチ４１、冷凍スイッチ４２、除霜スイッチ４３および一定時間毎に除霜信号を出力するタイマー回路を用いたが、冷凍室内の温度や乗員室内の温度に応じて自動的に冷凍冷房同時モードまたは除霜冷房同時モードに運転モードが切り替えられるシステムを利用しても良い。

また、以上の実施形態では、除霜用冷媒循環路として、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒を、冷凍用蒸発器１８を経て圧縮機１１に戻すようにした除霜用冷媒循環路３３を使用したが、除霜用冷媒循環路として、圧縮機１１の吐出口より吐出された冷媒を、凝縮器１３、冷凍用蒸発器１８を経て圧縮機１１に戻すようにする除霜用冷媒循環路を使用しても良い。

また、冷房用、冷凍用膨張弁１５、１６を１個の減圧手段で構成しても良い。さらに、減圧手段として、キャピラリチューブ、固定絞りや可変絞りを用いても良い。そして、圧縮機１１をモータ等の駆動手段で駆動しても良い。また、冷凍サイクル装置２中にオイルセパレータ１２は設けられていなくても良い。さらに、冷凍サイクル装置２に、冷蔵室内を冷蔵する冷蔵運転を行なう冷蔵用蒸発器を接続しても良い。

また、除霜スイッチ４３の代わりに、冷凍用蒸発器１８に霜が付着していることを検出する着霜状態検出手段を設けても良い。この着霜状態検出手段としては、例えば車両の冷凍室内の空気温度を検出する温度センサ、冷凍用蒸発器１８の出口付近の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ、冷凍用蒸発器１８の出口付近の冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサ、冷凍用蒸発器１８のフィン温度を検出する温度センサ、あるいは冷凍室の壁面温度を検出する温度センサが考えられる。

本発明の第１実施形態における車両用冷凍冷房装置１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における車両用冷凍冷房装置１の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における運転モードと各バルブおよび各ファンとの運転状態を示す特性図である。 本発明の第１実施形態における冷房用バルブ７、ＦＩＲバルブ８の作動を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態における冷房用アナログ回路１０ｂの制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の変形例における車両用冷凍冷房装置１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態における車両用冷凍冷房装置１の全体構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態における液溜め部２０の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

６…冷凍用バルブ（循環路開閉手段）
７…冷房用バルブ（循環路開閉手段）
８…ＦＩＲバルブ（循環路開閉手段）
１１…圧縮機
１２…凝縮器
１５…冷房用膨張弁（減圧手段）
１６…冷凍用膨張弁（減圧手段）
１７…冷房用蒸発器
１８…冷凍用蒸発器
２０…液溜め部
３１…冷房用冷媒循環路
３２…冷凍用冷媒循環路
４１…冷房スイッチ（運転モード選択手段）
４２…冷凍スイッチ（運転モード選択手段）
４３…除霜スイッチ（運転モード選択手段）

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）より流入した冷媒を凝縮させる凝縮器（１３）と、
   前記凝縮器（１３）より流入した冷媒を減圧させる減圧手段（１５、１６）と、
   前記減圧手段（１６）より流入した冷媒を蒸発させて冷凍室内の空気を冷却する冷凍用蒸発器（１８）と、
   前記減圧手段（１５）より流入した冷媒を蒸発させて車室内の空気を冷却する冷房用蒸発器（１７）と、
   前記圧縮機（１１）より吐出された冷媒を、前記凝縮器（１３）、前記減圧手段（１６）および前記冷凍用蒸発器（１８）に循環させて前記圧縮機（１１）に戻すための冷凍用冷媒循環路（３２）と、
   前記圧縮機（１１）より吐出された冷媒を、前記凝縮器（１３）、前記減圧手段（１５）および前記冷房用蒸発器（１７）に循環させて前記圧縮機（１１）に戻すための冷房用冷媒循環路（３１）と、
   運転モードのうち、冷凍冷房同時モード、冷凍単独モード、冷房単独モードもしくは除霜モードのいずれかを選択する運転モード選択手段（４１、４２、４３）と、
   前記運転モード選択手段（４１、４２、４３）にて冷凍冷房同時モードが選択されたときに、前記冷凍用冷媒循環路（３２）および前記冷房用冷媒循環路（３１）を交互に周期的に開閉する循環路開閉手段（６、７、８）とを備える冷凍冷房装置において、
   前記循環路開閉手段（６、７、８）には、前記冷凍用冷媒循環路（３２）を開閉する冷凍用バルブ（６）と、前記冷房用冷媒循環路（３１）を開閉する冷房用バルブ（７）およびＦＩＲバルブ（８）とが設けられ、
   前記ＦＩＲバルブ（８）は、前記冷房用バルブ（７）の下流側に設けられ、かつ前記冷房用バルブ（７）が閉弁された後に閉弁するように制御されることを特徴とする冷凍冷房装置。
2. 前記ＦＩＲバルブ（８）は、前記冷房用バルブ（７）が閉弁された所定時間後に閉弁するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍冷房装置。
3. 前記ＦＩＲバルブ（８）は、前記冷房用蒸発器（１７）で熱交換された吹出空気の吹出温度に基づいて、前記所定時間が設定されることを特徴とする請求項２に記載の冷凍冷房装置。
4. 前記ＦＩＲバルブ（８）は、前記冷房用蒸発器（１７）の出口圧力と前記圧縮機（１１）の吸入圧力との圧力差に基づいて、前記冷房用バルブ（７）が閉弁された後に閉弁されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍冷房装置。
5. 前記冷凍用バルブ（６）は、前記運転モード選択手段（４１、４２、４３）にて冷房単独モードが選択されたときに、前記冷房用冷媒循環路（３１）内の高圧圧力に基づいて制御されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍冷房装置。
6. 前記冷凍用冷媒循環路（３２）は、前記冷凍用バルブ（６）と前記減圧手段（１６）との間に液相冷媒を蓄えるように構成したことを特徴とする請求項５に記載の冷凍冷房装置。
7. 前記冷房用冷媒循環路（３１）は、前記冷房用バルブ（７）の下流側に液相冷媒を蓄える液溜め部（２０）を配設するように構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の冷凍冷房装置。
8. 前記冷房用バルブ（７）は、弁口径が大であることを特徴とする請求項７に記載の冷凍冷房装置。

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