JP2006317024A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温外気から低温外気、或いはコンプレッサの低回転から高回転といった巾広い環境条件で安定的な運転が可能な冷凍装置を提供する。
【解決手段】 冷媒回路内の冷媒の高圧圧力を検出する圧力センサ９、第１バイパス通路１３に設けた電磁弁７、第２バイパス通路１４に設けた電磁弁８及び圧力センサによって検出された高圧圧力に基づいて電磁弁７，８を開閉制御する制御装置１１を備えていて、高圧圧力が第１の所定値以上のとき、コンデンサ部２及びサブクーラ部４を共にコンデンサとして機能させ、高圧圧力が第２の所定値以下のとき、サブクーラ部をコンデンサとして機能させ、コンデンサ部の一部の機能を無くすように冷媒流れを切り替えるようにしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンデンサ、レシーバ、サブクーラの３つの機器を有する冷媒回路が、それぞれの機器の機能を有効に生かすために、状況に応じて冷媒回路を切り替えることができる冷凍装置に関するものであって、特に幅広い環境条件の下で運転条件に応じて冷凍装置の安定的な運転が実現できる車両用空調装置に好適に用いられる。

従来技術として、車両用空調装置において、外気温度が低く、冷凍サイクル内の高圧圧力が所定圧力より低下した場合、特許文献１に示されるようにコンデンサ冷却ファンを停止して、高圧圧力を高める方法や、特許文献２に示されるようにコンデンサ内部の冷媒回路をバイパスさせ、高圧圧力を高める方法がある。

特開平５−２３８２５４号公報 特開平７−１２７４９号公報

即ち、特許文献１では、膨張弁より上流の高圧圧力が所定値以下の場合に、コンデンサ用ファンの作動を停止して、その高圧圧力を上昇させることによって、膨張弁前後の高低差圧を大きくして、冷媒循環量を増加させ、コンプレッサまで確実に潤滑油を戻すことができるようにした車両用空調装置が開示されている。
また、特許文献２では、冷媒回路中の凝縮圧力（高圧圧力）が所定圧力以下であるときには、冷媒が放熱する冷媒流路を短絡するバイパス流路を開状態にして、コンプレッサからコンデンサに流入したガス冷媒の一部がこのバイパス流路を通過し、レシーバ内に溜まっている冷媒を押し出すようにしている。その結果、膨張弁を通過する冷媒流量が増加しエバポレータ内に液冷媒が流入し、コンプレッサの吸入圧力が上昇し、同時に吐出圧力も上昇して凝縮圧力（高圧圧力）を高めることができ、冬期の低負荷時においてもコンデンサ内の凝縮圧力（高圧圧力）を所定圧力以上に保つことができるようにした車両用空調装置が開示されている。

しかしながら、上記特許文献１，２に係るものは、何れもコンデンサの性能を低下させて高圧圧力を高めるようにしたものであり、高圧圧力が高いときに、この圧力を下げることはできない。特に車両用空調装置に使用される冷凍装置は、外気温度の低い冬季の運転の外に、夏季にコンデンサの吸込み空気温度がエンジンの廃熱の影響で高温になることもある。冷凍装置として稀に発生する条件でも定常的に性能を確保することは、機器の大型化を招くのみで、コスト、車両の燃費からも採用できないという問題がある。
また、夏季の高負荷時に冷凍サイクル内の高圧圧力を検出して作動する高圧カットスイッチが働いてコンプレッサが停止することは、冷房の吹出し温度が変動し冷房フィーリングが悪化するという問題もある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、コンデンサ、レシーバ、サブクーラの３つの機能を運転状況に応じて冷媒回路を切り替え、高圧低下、能力向上、高圧上昇の３モード運転を可能とし、高温外気から低温外気、或いはコンプレッサの低回転から高回転といった幅広い環境条件で安定的な運転が可能な冷凍装置を提供することである。
第２の目的は、外気温度が低い冬季から外気温度が高くエンジンの廃熱の影響を強く受ける夏季まで広範囲に環境条件に適応させるために必要なコンデンサの大きさを小型化できる冷凍装置を提供することである。
また、第３の目的は、冷凍サイクル内の高圧圧力の上昇によるコンプレッサのオン−オフ制御を減少させることができ、冷房の吹出し温度の変動を縮減でき、冷房フィーリングの向上を可能とする冷凍装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の冷凍装置を提供する。
請求項１に記載の冷凍装置は、コンプレッサ１、コンデンサ部２、逆止弁９、レシーバ３、サブクーラ部４、減圧手段５及びエバポレータ６よりなる冷媒回路内の冷媒の高圧圧力を検出する圧力検出手段１０と、コンデンサ部２又はコンデンサ部の主要コア部２１ｂ、逆止弁９及びレシーバ３とをバイパスするための第１の弁手段７，７０，８０と、逆止弁９とレシーバ３とをバイパスするための第２の弁手段８，８０と、圧力検出手段１０により検出された高圧圧力に基づいて、第１及び第２の弁手段７，８，７０，８０を開閉制御する制御手段１１とを備えていて、圧力検出手段１０によって検出された高圧圧力が第１の所定値以上のときに、制御手段１１によって第１及び第２の弁手段を操作し、コンデンサ部２をコンデンサとして機能させ、かつサブクーラ部４もコンデンサとして機能させるように冷媒流れを切り替えるようにしたものであり、これによって、サブクーラ部４も冷媒の凝縮が行われ、冷媒の高圧圧力を下げることができ、夏季等の高負荷時に高圧カットスイッチが働いてコンプレッサが停止することを抑制でき、冷房フィーリングの悪化を防止できる。

請求項２に記載の冷凍装置は、コンプレッサ１、コンデンサ部２、逆止弁９、レシーバ３、サブクーラ部４、減圧手段５及びエバポレータ６よりなる冷媒回路内の冷媒の高圧圧力を検出する圧力検出手段１０と、コンデンサ部２又はコンデンサ部の主要コア部２１ｂ、逆止弁９及びレシーバ３とをバイパスするための第１の弁手段７，７０，８０と、逆止弁９とレシーバ３とをバイパスするための第２の弁手段８，８０と、圧力検出手段１０により検出された高圧圧力に基づいて、第１及び第２の弁手段７，８，７０，８０を開閉制御する制御手段１１とを備えていて、圧力検出手段１０によって検出された高圧圧力が第２の所定値以下のときに、制御手段１１によって第１及び第２の弁手段を操作し、サブクーラ部４をコンデンサとして機能させる一方で、コンデンサ部２の一部の機能を無くするように冷媒流れを切り替えるようにしたものであり、これによって、サブクーラ部４で冷媒の凝縮が行われ、冷媒の高圧圧力を上げることができて、冷媒の循環を向上でき、冬季等の低負荷時でも、潤滑油の戻りを確実に行うことができ、冷凍装置の作動による窓ガラスの曇り防止を図ることができる。

請求項３の冷凍装置は、請求項１と請求項２との機能を合わせもつようにしたものであり、これにより、コンデンサ、レシーバ、サブクーラの３つの機能を運転状況に応じて冷媒回路を切り替え、高圧低下、能力向上、高圧上昇の３モード運転を可能とし、高温外気から低温外気、或いはコンプレッサの低回転から高回転といった幅広い環境条件で冷凍装置の安定的な運転を行うことが可能となる。

請求項４の冷凍装置は、コンデンサ部２とサブクーラ部４とを個別に独立して設けたものであり、一方、請求項５の冷凍装置は、サブクーラ部４がコンデンサ部２の一部を利用して設けられていて、両者が一体化されたものであり、いずれの場合においても、所期の目的を達成することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の冷凍装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態の冷凍装置における冷媒回路構成を説明する図である。本発明の冷凍装置の冷凍サイクル（冷媒回路）は、コンプレッサ１、コンデンサ部２、逆止弁９、レシーバ３、サブクーラ部４、減圧手段としての膨張弁５及びエバポレータ６からなり、それらが順に配管１２によって接続されている。図１では、コンデンサ部２とサブクーラ部４は、個々に独立して設けられている。

この冷凍サイクルは、次のように作用する。先ず、コンプレッサ１から高圧縮冷媒（高温高圧ガス冷媒）が吐出されコンデンサ部２に導入される。冷媒はコンデンサ部２で凝縮されて液相（高温高圧液冷媒）にされた後、レシーバ３に入る。この液相冷媒はサブクーラ部４で更に冷却されて冷却度を高められた後、膨張弁５にて断熱膨張して気液二相冷媒（低温低圧）となる。この気液二相冷媒は、次いでエバポレータ６内に導入されて気化してガス冷媒となる。このとき、エバポレータ６で空気が冷却されて車室内の冷房に供給される。エバポレータ６から排出されたガス冷媒は、コンプレッサ１に吸入され、圧縮される。これが、通常運転の冷凍サイクルである。

本実施形態では、この冷媒回路に、コンデンサ部２、逆止弁９及びレシーバ３をバイパスする第１バイパス通路１３と、逆止弁９及びレシーバ３をバイパスする第２バイパス通路１４とが設けられている。第１バイパス通路１３には、第１の弁手段である電磁弁７が設けられており、また第２バイパス通路１４には、第２の弁手段である電磁弁８が設けられている。これらの電磁弁７，８は、例えば常閉型電磁弁である。また、コンプレッサ１の出口側の配管１２には、コンプレッサ１から吐出されたガス冷媒の高圧圧力を検出する圧力検出手段である圧力センサ１０が設けられている。制御手段である制御装置１１は、圧力センサ１０からの信号が入力されるようになっており、この入力信号に基づいてそれぞれの電磁弁７，８の開閉を制御している。

上記構成による本実施形態の冷凍装置の作動について説明する。
（１）通常運転（能力向上運転モード）
圧力センサ１０で検出される冷媒回路中の冷媒の高圧圧力が所定の圧力範囲にあるときは、制御装置１１によって両電磁弁７，８は閉弁された状態にある。したがって、第１及び第２バイパス通路１３，１４には冷媒が流れず、コンプレッサ１から吐出されたガス冷媒は、コンデンサ部２、レシーバ３及びサブクーラ部４へと順に流れる上述した通常の運転が行われる。即ち、この通常の運転では、冷房能力が優先されている。

（２）高圧低下運転モード
圧力センサ１０で検出される冷媒の高圧圧力が第２の所定値以下になると、制御装置１１によって電磁弁７を開弁し、電磁弁８は閉弁された状態にしておく。したがって第１バイパス通路１３が開通し、第２バイパス通路１４は閉鎖されたままである。そのため、コンプレッサ１から吐出されたガス冷媒は、圧力損失の関係でほとんどの冷媒が第１バイパス通路１３を通って、直接サブクーラ部４に流れる。このとき、サブクーラ部４はコンデンサとして機能するが、放熱能力はコンデンサ部２より低く、放熱量が減少した分だけ冷媒の温度が上がる。冷媒温度と比例する凝縮圧力が上昇し、高圧圧力も上昇する。なお、一部の冷媒は、第１バイパス通路１３に行かず、通常のコンデンサ部２、逆止弁９及びレシーバ３を通った後にサブクーラ部４に導入されるが、この冷媒量は少なく、コンデンサ部２の一部の機能を無くしたものと同然となるので、大勢に影響を及ぼすことはない。

（３）高圧上昇運転モード
圧力センサ１０で検出される冷媒の高圧圧力が第１の所定値以上になると、制御装置１１によって電磁弁７を閉弁したままにし、電磁弁８を開弁する。したがって、第１バイパス通路１３が閉鎖され、第２バイパス通路１４が開通されるようになる。このため、コンプレッサ１から吐出されたガス冷媒は、まずコンデンサ部２を通った気液二相冷媒が圧力損失の関係でそのほとんどが直接サブクーラ部４に流れ込むことになり、サブクーラ部４でも冷媒の凝縮が行われ、コンデンサとして機能する。こうして、コンデンサ部２とサブクーラ部４とで凝縮が行われる結果、放熱量が増加した分だけ冷媒の温度が下がり、冷媒温度と比例する凝縮圧力が下がり、高圧圧力も低下する。なお、コンデンサ部２を通った気液二相冷媒の一部は、逆止弁９からレシーバ３を通りサブクーラ部４に導入されるが、その冷媒量は少なく、大勢に影響することはない。

図２は、本発明の別の実施形態の冷凍装置におけるコンデンサ部及びサブクーラ部の一体構造を示す図である。先の実施形態では、図１に示すようにコンデンサ部２とサブクーラ部４とは、個々に独立したものとしているが、本実施形態では、サブクーラ部４を、コンデンサ部２の一部を利用して設け、両者２，４を一体化構造としたものである。この一体化構造では、図２に示すようにコア部及び左右のヘッダ部が、それぞれ上下に区分けされている。即ち、コア部は、コンデンサ部２のコア部２１とサブクーラ部４のコア部４１とに分けられ、また、図示において左側のヘッダ部は、コンデンサ部２の入口側ヘッダ部２２とサブクーラ部４の出口側ヘッダ部４３とに仕切板２４によって区画されており、また図示右側のヘッダ部は、コンデンサ部２の出口側ヘッダ部２３とサブクーラ部４の入口側ヘッダ部４２とに仕切板２５によって区画されている。

更にコンデンサ部２の入口側ヘッダ部２２内に仕切板２６が設けられていて、コンデンサ部２のコア部２１をバイパスコア部２１ａと主要コア部２１ｂとに分けている。この入口側ヘッダ部２２内の仕切板２６には、弁手段としての電磁弁７０、例えば常開型電磁弁が設けられ、また、図示右側のヘッダ部内の仕切板２５には、同じく弁手段としての電磁弁８０、例えば常閉型電磁弁が設けられている。また、コンデンサ部２の出口側ヘッダ部２３は配管１２ａによってレシーバ３に連通し、同様にレシーバ３は配管１２ｂによってサブクーラ部４の入口側ヘッダ部４２に連通している。なお、配管１２ａには逆止弁９（図示せず）が設けられている。このように、コンデンサ部２とサブクーラ部４は、共通のコア部及び両ヘッダ部を有しながらヘッダ部内の仕切板２４，２５によって、区分けされている。
その他の構成については、先の実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、このコンデンサ部２とサブクーラ部４とが一体化された構造の別の実施形態の冷凍装置の作動について説明する。
（１）通常運転（能力向上運転モード）
圧力センサ１０で検出される冷媒回路中の冷媒の高圧圧力が所定の圧力範囲にあるときは、制御装置１１によって、電磁弁７０は開弁された状態に、電磁弁８０は閉弁された状態にある。コンデンサ部２の入口側ヘッダ２２に入った冷媒は、バイパスコア部２１ａ及び主要コア部２１ｂの両者を通って出口側ヘッダ２３に達し、ここからレシーバ３を通ってサブクーラ部４に導入されるようになり、冷房能力を優先した運転が行われる。

（２）高圧低下運転モード
圧力センサ１０で検出される冷媒の高圧圧力が第２の所定値以下になると、制御装置１１によって、電磁弁７０を閉弁し、電磁弁８０を開弁する。したがって、コンデンサ部２の入口側ヘッダ２２に入った冷媒は、バイパスコア部２１ａを通って出口側ヘッダ２３に入り、その大部分がレシーバ３をバイパスして電磁弁８０を通って直接サブクーラ部４に導入される。このとき、サブクーラ部４がコンデンサとして機能するが、放熱能力はコンデンサ部２より低く、また、コンデンサ部２では、バイパスコア部２１ａのみコンデンサとして機能し、主要コア部２１ｂはコンデンサとしての機能を無くしたものとしているので、放熱量は減少し、その分だけ冷媒の温度が上がる。したがって冷媒温度と比例する凝縮圧力が上昇し、高圧圧力も上昇する。

（３）高圧上昇運転モード
圧力センサ１０で検出される冷媒の高圧圧力が第１の所定値以上になると、制御装置１１によって電磁弁７０を開弁状態のままにし、電磁弁８０を開弁する。これにより、コンデンサ部２の入口側ヘッダ２２に入った冷媒は、バイパスコア部２１ａと主要コア部２１ｂの両コア部２１を通って出口側ヘッダ２３に達し、ここから、そのほとんどがレシーバ３をバイパスし、電磁弁８０を通ってサブクーラ部４に導入される。このようにして、コンデンサ部２をコンデンサとして機能させると同時に、サブクーラ部４をもコンデンサとして機能させる。したがって、放熱量が増加し、冷媒の温度が下がり、これに比例する凝縮圧力が下がり、高圧圧力が低下する。
従って、別の実施形態では、第１の弁手段として電磁弁７０及び電磁弁８０が対応して、第２の弁手段として電磁弁８０のみが対応していることになる。

以上説明したように、本発明では、コンデンサ、レシーバ、サブクーラの３つの機能を運転状況に応じて冷媒回路を切り替え、高圧低下、能力向上、高圧上昇の３モード運転を可能とし、高温外気から低温外気、或いはコンプレッサの低回転から高回転といった幅広い環境条件で冷凍装置の安定的な運転を図ることができる。

本発明の実施の形態の冷凍装置における冷媒回路構成図である。 本発明の別の実施形態の冷凍装置におけるコンデンサ部とサブクール部の一体構造を説明する図である。

符号の説明

１ コンプレッサ
２ コンデンサ部
２１ コア部
２１ａ バイパスコア部
２１ｂ 主要コア部
２２ 入口側ヘッダ部
２３ 出口側ヘッダ部
２４〜２６ 仕切板
３ レシーバ
４ サブクーラ部
４１ コア部
４２ 入口側ヘッダ
４３ 出口側ヘッダ
５ 膨張弁（減圧手段）
６ エバポレータ
７ （常閉型）電磁弁（第１の弁手段）
７０ （常開型）電磁弁（弁手段）
８ （常閉型）電磁弁（第２の弁手段）
８０ （常閉型）電磁弁（弁手段）
９ 逆止弁
１０ 圧力センサ（圧力検出手段）
１１ 制御装置（制御手段）
１２ 配管
１３ 第１バイパス通路
１４ 第２バイパス通路

Claims (5)

1. コンプレッサ（１）、コンデンサ部（２）、逆止弁（９）、レシーバ（３）、サブクーラ部（４）、減圧手段（５）及びエバポレータ（６）とが順に接続された冷媒回路を備えている冷凍装置が、
   前記冷媒回路内の冷媒の高圧圧力を検出する圧力検出手段（１０）と、
   前記コンデンサ部（２）又は前記コンデンサ部の主要コア部（２１ｂ）、前記逆止弁（９）及び前記レシーバ（３）とをバイパスするための第１の弁手段（７，７０，８０）と、
   前記逆止弁（９）と前記レシーバ（３）とをバイパスするための第２の弁手段（８，８０）と、
   前記圧力検出手段（１０）により検出された高圧圧力に基づいて、前記第１及び第２の弁手段（７，８，７０，８０）を開閉制御する制御手段（１１）と、を具備していて、
   前記圧力検出手段（１０）によって検出された高圧圧力が第１の所定値以上のときに、前記制御手段（１１）によって前記第１及び第２の弁手段を操作し、前記コンデンサ部（２）をコンデンサとして機能させながら前記サブクーラ部（４）もコンデンサとして機能させるように冷媒流れを切り替えることを特徴とする冷凍装置。
2. コンプレッサ（１）、コンデンサ部（２）、逆止弁（９）、レシーバ（３）、サブクーラ部（４）、減圧手段（５）及びエバポレータ（６）とが順に接続された冷媒回路を備えている冷凍装置が、
   前記冷媒回路内の冷媒の高圧圧力を検出する圧力検出手段（１０）と、
   前記コンデンサ部（２）又は前記コンデンサ部の主要コア部（２１ｂ）、前記逆止弁（９）及び前記レシーバ（３）とをバイパスするための第１の弁手段（７，７０，８０）と、
   前記逆止弁（９）と前記レシーバ（３）とをバイパスするための第２の弁手段（８，８０）と、
   前記圧力検出手段（１０）により検出された高圧圧力に基づいて、前記第１及び第２の弁手段（７，８，７０，８０）を開閉制御する制御手段（１１）と、を具備していて、
   前記圧力検出手段（１０）によって検出された高圧圧力が第２の所定値以下のときに、前記制御手段（１１）によって前記第１及び第２の弁手段を操作し、前記サブクーラ部（４）をコンデンサとして機能させながら、前記コンデンサ部（２）の一部の機能を無くするように冷媒流れを切り替えることを特徴とする冷凍装置。
3. 前記圧力検出手段（１０）によって検出された高圧圧力が第２の所定値以下のときに、前記制御手段（１１）によって前記第１及び第２の弁手段（７，８，７０，８０）を操作し、前記サブクーラ部（４）をコンデンサとして機能させながら、前記コンデンサ部（２）の一部の機能を無くするように冷媒流れを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
4. 前記コンデンサ部（２）と前記サブクーラ部（４）とが個別に独立して設けられていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の冷凍装置。
5. 前記サブクーラ部（４）が前記コンデンサ部（２）の一部を利用して設けられていて、両者が一体化されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の冷凍装置。

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