JP2006327350A - Air-conditioner for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用空調装置に関し、とくに、二酸化炭素等の冷媒を使用した冷凍サイクルにおいて発生した凝縮水を有効利用できるようにした車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioner, and more particularly to a vehicle air conditioner that can effectively use condensed water generated in a refrigeration cycle using a refrigerant such as carbon dioxide.
地球環境問題への配慮の面から、車両用空調装置の冷凍サイクル用冷媒として採用されてきたフロン系冷媒の使用が規制され始めており、脱フロン化対策として二酸化炭素冷媒が提案されている。二酸化炭素冷媒は、その物理的性質から臨界圧力を超える超臨界域にて作動する冷媒であり、その作動圧力は約7MPa以上になる。したがって、冷凍サイクル中の圧縮機による仕事量が大きくなり、冷凍サイクルの成績係数が低くなる傾向にある。このような欠点を補うために、気液分離器にて発生した凝縮水を、冷凍サイクル中に設けられた高圧側冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換を行わせる内部熱交換器へふりかけて、内部熱交換効率を向上させ、冷凍成績係数を向上させる手法が提案されている(特許文献1)。
しかしながら、内部熱交換器へ凝縮水をかけて熱交換させるには、十分な接触面積と、伝熱速度の向上が必要である。すなわち、十分な内部熱交換効果を発揮させるには、内部熱交換器の配管の伝熱面積の拡大と熱伝導率の向上が必要となってくる。二酸化炭素冷媒は、その物理的性質から高圧側が臨界圧を越える超臨界状態となるため、その高圧に耐えうる材質、構造が要求され、通常、配管等の厚みが増すことになって、熱伝導率の向上が難しくなる。 However, in order to exchange heat by applying condensed water to the internal heat exchanger, it is necessary to improve a sufficient contact area and heat transfer rate. That is, in order to exert a sufficient internal heat exchange effect, it is necessary to expand the heat transfer area of the pipe of the internal heat exchanger and improve the thermal conductivity. Carbon dioxide refrigerant is in a supercritical state where the high-pressure side exceeds the critical pressure due to its physical properties, so a material and structure that can withstand the high pressure are required. It becomes difficult to improve the rate.
一方、冷凍サイクル中に設けられている放熱器は、通常、十分に大きい接触面積と、伝熱の良さを備えている熱交換器として構成される。 On the other hand, the radiator provided in the refrigeration cycle is usually configured as a heat exchanger having a sufficiently large contact area and good heat transfer.
そこで本発明の課題は、凝縮水を内部熱交換器の効率向上に利用する場合の上記問題点と、放熱器が十分に大きい接触面積と高伝熱性能を備えた熱交換器である点に着目し、凝縮水を放熱器に対して有効利用し、それによる放熱器の放熱性能の向上、それに伴う高圧側圧力の上昇防止を介して、圧縮機の動力の低減、つまり、冷凍成績係数の向上をはかることが可能な車両用空調装置を提供することにある。 Therefore, the problem of the present invention is that the above-mentioned problem when the condensed water is used to improve the efficiency of the internal heat exchanger, and the heat exchanger is a heat exchanger having a sufficiently large contact area and high heat transfer performance. Focusing on the effective use of condensed water for the radiator, thereby improving the heat dissipation performance of the radiator and preventing the increase of the pressure on the high-pressure side, thereby reducing the compressor power, that is, An object of the present invention is to provide a vehicle air conditioner that can be improved.
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機による圧縮によって高温高圧となった冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器によって放熱された低温高圧の冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器と、内部熱交換器によってさらに低温となった低温高圧冷媒を減圧膨張させる膨張機構と、膨張機構により減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器を出た低圧冷媒を気体と液体に分離する気液分離器とを備え、それらを順次、冷媒流路にてループ状に接続した蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、前記蒸発器または気液分離器またはそれらの両方の外表面から発生する凝縮水を前記放熱器へ放出するようにしたことを特徴とするものからなる。すなわち、本発明においては、発生した凝縮水を、内部熱交換器ではなく、放熱器の放熱効率向上に有効利用するのである。 In order to solve the above problems, an air conditioner for a vehicle according to the present invention has a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that dissipates the refrigerant that has become a high temperature and a high pressure due to compression by the compressor, and a radiator that dissipates heat. An internal heat exchanger that exchanges heat between the low-temperature and high-pressure refrigerant and the low-pressure side refrigerant, an expansion mechanism that decompresses and expands the low-temperature and high-pressure refrigerant that has become colder by the internal heat exchanger, and a refrigerant that is decompressed and expanded by the expansion mechanism And a vapor compression refrigeration cycle in which a low-pressure refrigerant exiting the evaporator is separated into a gas and a liquid, and these are sequentially connected in a loop with a refrigerant flow path. The vehicle air conditioner is characterized in that condensed water generated from the outer surfaces of the evaporator, the gas-liquid separator, or both of them is discharged to the radiator. That is, in the present invention, the generated condensed water is effectively used for improving the heat radiation efficiency of the radiator, not the internal heat exchanger.
上記蒸気圧縮式冷凍サイクルとしては、高圧側の冷媒の圧力が超臨界域となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルを適用できる。とくに、本発明は、上記蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒が二酸化炭素である場合に有効である。 As the vapor compression refrigeration cycle, a supercritical vapor compression refrigeration cycle in which the pressure of the refrigerant on the high pressure side is in a supercritical region can be applied. In particular, the present invention is effective when the refrigerant used in the vapor compression refrigeration cycle is carbon dioxide.
上記気液分離器は、上記蒸発器近傍に配置されていることが好ましい。このような配置を採用すれば、蒸発器と気液分離器の両方から発生する凝縮水を容易に共に回収できるようになり、その凝縮水を放熱器の放熱効率向上に効果的に有効利用できる。また、蒸発器に対しては、通常、凝縮水回収容器が設けられていることが多いので、上記配置により、新たな回収容器の設置が不要になる。 The gas-liquid separator is preferably disposed in the vicinity of the evaporator. If such an arrangement is adopted, the condensed water generated from both the evaporator and the gas-liquid separator can be easily recovered together, and the condensed water can be effectively used effectively to improve the heat dissipation efficiency of the radiator. . In addition, since the condensed water recovery container is usually provided for the evaporator, the above arrangement makes it unnecessary to install a new recovery container.
より具体的な構造として、上記凝縮水を回収する凝縮水回収容器と、該凝縮水回収容器からの凝縮水を前記放熱器への放出位置へと導く導管とを有することが好ましい。凝縮水回収容器の凝縮水受面は漏斗形状に形成されていることが好ましく、それによって発生した凝縮水を容易に回収できるようになる。 As a more specific structure, it is preferable to have a condensed water recovery container for recovering the condensed water and a conduit for guiding the condensed water from the condensed water recovery container to the discharge position to the radiator. The condensed water receiving surface of the condensed water recovery container is preferably formed in a funnel shape, so that the condensed water generated can be easily recovered.
また、上記導管は、水平面に対し、放熱器側に行くにつれ下方に位置する方向に傾斜されていることが好ましい。これにより、凝縮水の自重を利用して、凝縮水を容易に放熱器への放出位置へと導くことができる。 Moreover, it is preferable that the said conduit | pipe is inclined in the direction located below as it goes to a heat radiator side with respect to a horizontal surface. Thereby, using the dead weight of condensed water, condensed water can be easily led to the discharge position to a radiator.
さらに、上記導管により導かれてきた凝縮水を貯留する凝縮水貯留容器と、該凝縮水貯留容器に貯留された凝縮水を放熱器に向けて放出する凝縮水放出管とを有することが好ましい。この構造により、放熱器に向けて放出すべき凝縮水を適量貯留しておくことができ、かつ、凝縮水放出管により、放熱器に対し、望ましい位置へと凝縮水を放出することが可能になる。 Furthermore, it is preferable to have a condensed water storage container that stores the condensed water guided by the conduit and a condensed water discharge pipe that discharges the condensed water stored in the condensed water storage container toward the radiator. With this structure, it is possible to store an appropriate amount of condensed water to be discharged toward the radiator, and it is possible to discharge condensed water to a desired position with respect to the radiator by the condensed water discharge pipe. Become.
この凝縮水放出管は、放熱器の車両前方側に配置されていることが好ましい。このような配置により、車両前面風を凝縮水放出に利用可能になるとともに、放熱器を空気と凝縮水の両方で放熱させることができるようになり、放熱が促進される。 This condensed water discharge pipe is preferably disposed on the vehicle front side of the radiator. With such an arrangement, the front wind of the vehicle can be used for discharging condensed water, and the heat radiator can be radiated by both air and condensed water, and heat dissipation is promoted.
また、凝縮水放出管は、略水平方向に延設されていることが好ましい。これにより、放熱器のより広い範囲にわたって凝縮水を放出できるようになる。 Moreover, it is preferable that the condensed water discharge pipe is extended in the substantially horizontal direction. Thereby, it becomes possible to discharge condensed water over a wider range of the radiator.
上記凝縮水放出管には、放熱器に向けて凝縮水を放出する放出孔が設けられていることが好ましい。放出孔は複数設けられていることが好ましい。これにより、均一な望ましい形態にて、凝縮水を放熱器の広い範囲に対し放出できるようになる。 The condensed water discharge pipe is preferably provided with a discharge hole for discharging condensed water toward the radiator. A plurality of discharge holes are preferably provided. This allows condensed water to be discharged over a wide range of radiators in a uniform and desirable form.
また、上記放出孔は、斜め下方に向けて開口されていることが好ましい。これにより、凝縮水は、容易にかつ円滑に、凝縮水放出管内から放出される。 The discharge hole is preferably opened obliquely downward. Thereby, condensed water is discharge | released from the condensed water discharge pipe easily and smoothly.
さらに、上記放出孔からの凝縮水の放出が、車両前方側からの空気流である車両前面風により行われるようになっていること、例えば車両前面風によるベンチュリー効果を利用して凝縮水が凝縮水放出管内から吸い出されて放出されるようになっていることが好ましい。このような構造においては、凝縮水の放出のために、特別な機構や操作が不要化される。なお、アイドリング時にもクーリングファンによって冷却風は発生するので、上記「車両前面風」にはこの冷却風も含む。 Furthermore, the condensed water is discharged from the discharge hole by the vehicle front wind that is the air flow from the front side of the vehicle. For example, the condensed water is condensed by using the venturi effect of the vehicle front wind. It is preferable that the water is discharged from the inside of the water discharge pipe. In such a structure, no special mechanism or operation is required for discharging condensed water. In addition, since cooling air is generated by the cooling fan even during idling, the “vehicle front air” includes this cooling air.
本発明に係る車両用空調装置によれば、とくに二酸化炭素を用いた臨界温度、臨界圧力の低い超臨界域での運転となる冷凍サイクルにおいて、高温高圧となった放熱器の放熱性能を凝縮水を有効利用して大幅に向上させることでき、高圧側圧力の低下、それに伴う圧縮機動力の低減が可能な車両用空調装置を提供できる。 According to the vehicle air conditioner of the present invention, the heat dissipation performance of the radiator that has become a high temperature and a high pressure, particularly in a refrigeration cycle that operates in a supercritical region with a critical temperature and a low critical pressure using carbon dioxide is condensed water. It is possible to provide a vehicular air conditioner that can be significantly improved by effectively using and can reduce the high-pressure side pressure and the compressor power associated therewith.
また、気液分離器から発生する凝縮水を蒸発器から発生する凝縮水と同じ回収容器にて回収するようにすれば、実質的に回収容器の新たな設置が必要なくなる。さらに、凝縮水を凝縮水回収容器に回収し、導管、凝縮水貯留容器、凝縮水放出管を介して放熱器に向けて放出するようにすれば、簡単な機構にて容易に放熱器の所定範囲に対して凝縮水を放出させることができ、放熱器の放熱性能を効率よく向上させることができる。 Further, if the condensed water generated from the gas-liquid separator is collected in the same collection container as the condensed water generated from the evaporator, it is substantially unnecessary to install a new collection container. Furthermore, if the condensed water is collected in a condensed water recovery container and discharged toward the radiator through the conduit, the condensed water storage container, and the condensed water discharge pipe, the predetermined heat radiator can be easily set with a simple mechanism. Condensed water can be discharged with respect to the range, and the heat dissipation performance of the radiator can be improved efficiently.
さらに、車両前面風を利用して凝縮水放出管内から凝縮水を吸い出して放出できるようにすれば、特別な機構や操作を必要とすることなく、容易にかつ適正に凝縮水を放熱器に向けて放出できるようになる。また、放熱器を空気と凝縮水で放熱するので、より放熱を促進させることができる。 Furthermore, if condensed air can be sucked and discharged from inside the condensed water discharge pipe using the wind in the front of the vehicle, the condensed water can be easily and properly directed to the radiator without the need for special mechanisms or operations. Can be released. Moreover, since the heat radiator radiates heat with air and condensed water, heat radiation can be further promoted.
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置100を示しており、該車両用空調装置100は、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクル101を有している。この蒸気圧縮式冷凍サイクル101には、車両原動機としてのエンジン1からの駆動力がベルト等を介して伝達され、冷媒を圧縮する圧縮機2が設けられている。圧縮機2による圧縮により高温高圧となった冷媒は、放熱器3(ガスクーラ)で放熱される。放熱器3で放熱された低温高圧の冷媒は、内部熱交換器4によって、低圧側冷媒と、内部隔壁を通して熱交換される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a
内部熱交換器4によってさらに低温となった低温高圧冷媒は、膨張機構5(膨張弁)により減圧膨張される。膨張機構5により減圧膨張された冷媒は、車室内側に配置された(車室内外隔壁8の車室内側に配置された)蒸発器6によって蒸発され、蒸発による吸熱が車室内の冷房に供される。蒸発器6を出た低圧冷媒は、気液分離器7(アキュムレータ)の中で気体と液体に分離され、液冷媒は貯留され、実質的に気冷媒のみが出ていく構造となっている。この気液分離器7から出た低圧冷媒が、上述の如く内部熱交換器4で高圧側冷媒と熱交換された後、再び圧縮機2に吸入され、圧縮される。このように、冷媒は、各機器がループ状に配置された蒸気圧縮式冷凍サイクル101中を循環され、この蒸気圧縮式冷凍サイクル101は、高圧側の冷媒(二酸化炭素冷媒)の圧力が超臨界域となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルとして構成されている。なお、図1における矢印は冷媒の流れ方向を示している。
The low-temperature and high-pressure refrigerant whose temperature has been further lowered by the internal heat exchanger 4 is decompressed and expanded by the expansion mechanism 5 (expansion valve). The refrigerant decompressed and expanded by the
本実施態様では、気液分離器7は車室内外隔壁8付近に配置され、蒸発器6の近傍に配置されている。蒸発器6および気液分離器7の下方には、蒸発器6および気液分離器7の外表面から発生し、落下してくる凝縮水を回収する凝縮水回収容器9が設けられており、該凝縮水回収容器9の凝縮水受面は漏斗状に形成されている。
In this embodiment, the gas-liquid separator 7 is disposed in the vicinity of the vehicle interior / exterior partition wall 8 and is disposed in the vicinity of the
凝縮水回収容器9の底部に開口された排出口に、凝縮水回収容器9からの凝縮水を放熱器3への放出位置へと導く導管10が接続されている。導管10は、水平面に対し、放熱器3側に行くにつれ下方に位置する方向に傾斜されている。導管10は、導管10により導かれてきた凝縮水を貯留する凝縮水貯留容器11に接続されている。ここで、気液分離器7から凝縮水回収容器9、導管10を介して凝縮水貯留容器11に至る経路は、凝縮水が外気の影響を受けにくいように断熱されていることが好ましい。
A
凝縮水貯留容器11には、該凝縮水貯留容器11に貯留された凝縮水を放熱器3に向けて放出する凝縮水放出管12が接続されている。凝縮水放出管12は、放熱器3の車両前方側に配置されている。この凝縮水放出管12は、図2に示すように、放熱器3の車両前方側において、略水平方向に延設されており、凝縮水放出管12から放熱器3の前面側に向けて凝縮水13が水滴状に放出される。つまり、放熱器3には、車両前面風14が送られるとともに、該車両前面風14を利用して凝縮水放出管12から凝縮水13が放出される。図2における15は放熱器3の冷媒入口配管を、16は冷媒出口配管を、それぞれ示している。
A condensed
凝縮水放出管12には、図3に示すように、放熱器3に向けて凝縮水13を放出する放出孔17が、凝縮水放出管12の延設方向に沿って、複数設けられている。放出孔17は、斜め下方に向けて開口されており、車両前方側からの空気流である車両前面風14の凝縮水放出管12の裏側に回り込んだ空気流によるベンチュリー効果を利用して、特別な機構や操作を要することなく、凝縮水13が凝縮水放出管12内から吸い出されて放出されるようになっている。
As shown in FIG. 3, the condensed
このように構成された車両用空調装置100においては、蒸発器6および気液分離器7から発生した凝縮水が、凝縮水回収容器9、導管10、凝縮水貯留容器11、凝縮水放出管12を介して、放熱器3に向けて放出される。放熱器3は、車両前面風14により放熱されるとともに、放出された凝縮水によっても放熱され、凝縮水が有効利用されることにより、放熱器3の放熱性能が大幅に向上される。すなわち、従来地面に向けて排出されていた凝縮水が、放熱器3の放熱性能の向上に極めて有効に利用され、放熱が促進されることになる。とくに二酸化炭素を用いて超臨界域で運転される冷凍サイクル101において、高温高圧冷媒の放熱器3による放熱性能を凝縮水を有効利用して大幅に向上させることでき、高圧側圧力を低下させ、それに伴って圧縮機動力を低減させることができ、冷凍サイクル101の成績係数を大幅に向上することができる。
In the
また、気液分離器7を蒸発器6の近傍に配置し、蒸発器6および気液分離器7から発生する凝縮水を共通の凝縮水回収容器9で回収するので、効率のよい凝縮水回収が可能になる。また、蒸発器6には通常、凝縮水受け(回収容器)が設けられているので、実質的に回収容器の新たな設置が必要なくなる。さらに、凝縮水回収容器9に回収した凝縮水を導管10、凝縮水貯留容器11、凝縮水放出管12を介して放熱器3に向けて放出することにより、放出用凝縮水を凝縮水貯留容器11に常に適量貯留しておくことが可能になり、かつ、凝縮水放出管12を介して、放熱器3の広い範囲にわたって効果的に凝縮水を放出させることができようになり、放熱器3の放熱性能を一層効率よく向上させることができる。
Further, since the gas-liquid separator 7 is disposed in the vicinity of the
さらに、車両前面風14を利用して凝縮水放出管12内から凝縮水を吸い出して放出できるようにすることにより、特別な機構や操作を必要とすることなく、極めて簡単な機構にて凝縮水を放熱器に向けて自動的に放出できるようになる。
Further, the condensed water can be sucked and discharged from the condensed
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを備えたあらゆる車両用空調装置に適用可能であり、とくに二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクルを備えた車両用空調装置に好適である。 The present invention is applicable to any vehicle air conditioner equipped with a vapor compression refrigeration cycle, and is particularly suitable for a vehicle air conditioner equipped with a vapor compression refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant.
1 エンジン
2 圧縮機
3 放熱器
4 内部熱交換器
5 膨張機構
6 蒸発器
7 気液分離器
8 車室内外隔壁
9 凝縮水回収容器
10 導管
11 凝縮水貯留容器
12 凝縮水放出管
13 凝縮水
14 車両前面風
15 放熱器の冷媒入口配管
16 放熱器の冷媒出口配管
17 放出孔
100 車両用空調装置
101 蒸気圧縮式冷凍サイクル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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