JP2007010286A - 冷媒サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】 減圧調整を冷房運転時と暖房運転時とのそれぞれで最適に行うことが可能な冷媒サイクルを提供する。
【解決手段】 圧縮機６と、圧縮機６の吐出側に接続されるコンデンサ７と、圧縮機６の吸入側に接続される冷暖房兼用熱交換器５と、コンデンサ７と冷暖房兼用熱交換器５とを結ぶ経路に設けられる冷房用減圧装置９と、冷房用減圧装置９と冷暖房兼用熱交換器５とを結ぶ経路に設けられるホットガス用減圧装置１０と、冷暖房兼用熱交換器５と圧縮機６とを結ぶ経路に設けられるアキュムレータ１７と、圧縮機６とコンデンサ７とを結ぶ経路に設けられる第１の開閉弁１１と、第１の開閉弁１１の入口側からコンデンサ７を迂回して冷房用減圧装置９とホットガス用減圧装置１０との間に接続されるバイパス通路１５と、バイパス通路１５に設けられた第２の開閉弁１２とを具備する。ホットガス用減圧装置１０の開度を冷房用減圧装置９の開度より大きく設定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両等に搭載される空調装置等に利用され、特に高温高圧のガス冷媒（ホットガス）を利用して暖房運転を行うことが可能な冷媒サイクルに関する。

この種の冷媒サイクルとして、圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、冷媒圧縮機の吸入側に接続される熱交換器と、前記コンデンサと前記熱交換器とを結ぶ経路に設けられた減圧装置と、圧縮機とコンデンサとを結ぶ経路に設けられる開閉弁と、コンデサを迂回して開閉弁の入口側からコンデンサと前記減圧装置とを結ぶ経路に接続されるバイパス通路と、前記熱交換器と圧縮機とを結ぶ経路に設けられたアキュムレータとを備え、暖房運転時にも冷房運転時にも共通の減圧装置を介して冷媒を熱交換器へ供給する構成が考えられている（特許文献１）。

また、圧縮機から吐出した冷媒を、コンデンサ、バッファ貯蔵器、膨張装置、気化器へ順次循環するサイクルにおいて、冷媒の圧縮後に、冷媒の全部または一部を空気調和循環系から取り出し、その冷却媒体を気化器の入口において膨張させた後に気化器へ送り込むようにしたホットガスサイクル構成も考えられている（特許文献２）。

特許第３２３７１８７号公報 特許第２８０４２６２号公報

しかしながら、前者の構成においては、冷房運転時と暖房運転時とで共通の減圧装置が用いられるが、冷房運転時で要求される減圧装置の開度と暖房運転時で要求される減圧装置の開度とは異なることから、減圧装置の開度設定をどちらか一方の運転時で最適となるように設定すると、他方の運転時において適切な開度が得られなくなる不都合がある。

また、後者の構成においては、コンデンサの出口側にバッファ貯蔵器が設けられているので、寝込む冷媒量が多くなり、ホットガス運転時においては、ホットガスサイクル内に十分な冷媒量を確保することができなくなる不都合が懸念される。

ホットガスサイクル内の冷媒量が不足したと判断された場合に、圧縮機から吐出する冷媒をコンデンサへ供給し、コンデンサ内に寝込んでいる冷媒を押し出してホットガスサイクル側へ回収することも考えられているが（例えば、特開平５−２７２８１７号公報）、外気温が低い場合には、圧縮機から送られる冷媒がコンデンサ内で凝縮液化して滞留してしまう場合もあり、確実に冷媒を回収できない不都合もある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、減圧調整を冷房運転時と暖房運転時とのそれぞれで最適に行うことが可能な冷媒サイクルを提供することを主たる課題としている。また、コンデンサに寝込んでいる冷媒を必要に応じてホットガスサイクル側へ確実に回収することをも課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る冷媒サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、前記圧縮機の吸入側に接続される熱交換器と、前記コンデンサと前記熱交換器とを結ぶ経路に設けられる冷房用減圧装置と、前記冷房用減圧装置と前記熱交換器とを結ぶ経路に設けられるホットガス用減圧装置と、前記熱交換器と前記圧縮機とを結ぶ経路に設けられるアキュムレータと、前記圧縮機と前記コンデンサとを結ぶ経路に設けられる第１の開閉弁と、前記第１の開閉弁の入口側から前記コンデンサを迂回して前記冷房用減圧装置と前記ホットガス用減圧装置との間に接続されるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた第２の開閉弁とを具備し、前記ホットガス用減圧装置の開度を前記冷房用減圧装置の開度より大きく設定したことを特徴としている（請求項１）。

したがって、冷房運転時には、第１の開閉弁を開き、第２の開閉弁を閉じることで、圧縮機から吐出した冷媒は、コンデンサで凝縮液化されて冷房用減圧装置へ供給され、ここで、減圧された後にホットガス用減圧装置を介して熱交換器へ供給される。

ホットガス用減圧装置の開度は冷房用減圧装置の開度よりも大きく設定されているので、冷房用減圧装置の開度を冷媒流量の少ない場合（熱負荷が小さい場合）の冷房運転に適した開度に設定しておくことで、冷媒流量が少ない場合（熱負荷が小さい場合）においては、冷媒が適切に減圧膨張されることになり、ホットガス用減圧装置でさらに減圧されることは殆んどなく、適切な冷房状態を確保することが可能となる。これに対して、冷媒流量が多い場合（熱負荷が大きい場合）にあっては、ホットガス用減圧装置の開度が冷房用減圧装置の開度より大きく設定されていても、これを無視することができなくなり、ホットガス用減圧装置によって更に減圧されることとなり、冷房用減圧装置の減圧作用と相俟って過冷却状態を形成することが可能となり、冷凍効果を大きくすることが可能となる。

尚、上述の構成において、コンデンサの出口側に一端が接続され、他端が前記熱交換器と前記アキュムレータとを結ぶ経路に接続された回収通路を設け、この回収回路に第３の開閉弁をさらに設けるようにするとよい（請求項２）。

このような構成においては、ホットガスサイクルを構成する初期において、第３の開閉弁を開くことで、圧縮機の吸引作用を利用して、コンデンサに寝込でいる冷媒を強制的に回収することが可能となる。

また、冷房用減圧装置とホットガス用減圧装置とを一体化して１つの減圧装置を構成してもよい（請求項３）。

このような構成においては、冷房用減圧装置の流出側とホットガス用減圧装置の流入側とが内部で連結されるので、減圧装置に形成される開口部は、冷房用減圧装置の流入口、ホットガス用減圧装置の流出口、およびバイパス通路の接続口の３箇所だけにすることが可能となり、構造の簡素化を図ることができると共にサイクルの組み立て作業が容易となる。

尚、構造の簡素化を図り、サイクルの組み立て作業の容易化を図るためには、上述した第１の開閉弁と第２の開閉弁とを３方弁で代用するようにしてもよい（請求項４）。

以上述べたように、請求項１に係る発明によれば、圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、圧縮機の吸入側に接続される熱交換器とを結ぶ経路に冷房用減圧装置を設け、この冷房用減圧装置と熱交換器とを結ぶ経路にホットガス用減圧装置を設け、また、熱交換器と圧縮機とを結ぶ経路にアキュムレータを設け、圧縮機とコンデンサとを結ぶ経路に第１の開閉弁を設け、この第１の開閉弁の入口側からコンデンサを迂回して冷房用減圧装置とホットガス用減圧装置との間に接続されるバイパス通路に第２の開閉弁を設けるようにし、ホットガス用減圧装置の開度を冷房用減圧装置の開度より大きく設定するようにしたので、冷房運転時の減圧調整と暖房運転時の減圧調整を適切に行うことが可能となり、特に冷房運転時においては、冷媒流量が少ない低負荷時において、冷房時に要請される減圧特性がホットガス用減圧装置で阻害されることはなくなり、また、冷媒流量が多い高負荷時において、過冷却状態を形成して冷房能力を高めることが可能となる。

また、請求項２に係る発明によれば、コンデンサの出口側から熱交換器とアキュムレータとを結ぶ経路とを接続する回収通路を設け、この回収回路に第３の開閉弁を設けるようにしたので、ホットガスサイクルを構成する初期において、この第３の開閉弁を開くことで、コンデンサに寝込でいる冷媒をホットガスサイクル側へ効果的に回収することが可能となる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、冷房用減圧装置とホットガス用減圧装置とを一体化して１つの減圧装置を構成するようにしたので、また、請求項４に係る発明によれば、第１の開閉弁と第２の開閉弁とを３方弁で代用するようにしたので、それぞれ構造の簡素化を図ることができると共に、サイクルの組立作業が容易となる。

以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１において、車両用空調装置に本発明の冷媒サイクルを適用した第１の構成例が示されている。車両用空調装置は、空調ダクト１内に主暖房装置を構成するヒータコア２が配され、このヒータコア２の上流側に該ヒータコア２を通過する空気とバイパスする空気との割り合いを調節するエアミックスドア３が配置されている。ヒータコア２には、内燃機関１４のウォータージャケット内を流れる冷却水が循環されるようになっており、エアミックスドア３の開度を調節することで車室へ供給される空気の温度を可変できるようにしている。
そして、エアミックスドア３の上流側には、以下に述べる冷媒サイクル４の一部を構成する冷暖房兼用熱交換器５が配置されている。

冷媒サイクル４は、冷媒を圧縮する圧縮機６と、この圧縮機６の吐出側に接続されて高温高圧の冷媒を凝縮液化するコンデンサ７と、前記空調ダクト１のエアミックスドア３より上流側に配置されて圧縮機６の吸入側に接続される前記冷暖房兼用熱交換器５と、コンデンサ７と冷暖房兼用熱交換器５とを結ぶ経路に設けられる減圧装置８とを有している。

ここで、減圧装置８は、コンデンサの下流側に設けられる冷房用減圧装置９と、この冷房用減圧装置９と冷暖房兼用熱交換器５とを結ぶ経路に設けられたホットガス用減圧装置１０とから構成されている。
圧縮機６とコンデンサ７とを結ぶ経路には第１の開閉弁１１が設けられ、冷房用減圧装置９とホットガス用減圧装置１０との間には、一端が第１の開閉弁１１の入口側、即ち、圧縮機６と第１の開閉弁１１との間に接続されてコンデンサ７を迂回するバイパス通路１５の他端が接続されている。このバイパス通路１５には、ここを流れる冷媒を断続させる第２の開閉弁１２が設けられている。

コンデンサ７と冷房用減圧装置９との間には、逆止弁１６が設けられ、冷媒がコンデンサ７に逆流しないようにしている。また、冷暖房兼用熱交換器５と圧縮機６とを結ぶ経路にはアキュムレータ１７が設けられ、サイクル内の過剰な冷媒を貯留すると共に圧縮機６へ液冷媒が戻されるのを防止している。

前記減圧装置８は、冷房用減圧装置９とホットガス用減圧装置１０とを一体化して構成されているもので、例えば、図２に示されるような構成を有している。

この図２に示される構成例では、冷房用減圧装置９とホットガス用減圧装置１０とのそれぞれを、ハウジング２０に形成されたオリフィスによって構成するもので、ハウジング２０の内部に形成された中継空間２１に一端が接続され、他端が逆止弁１６に接続された配管に通じる第１オリフィス２２によって冷房用減圧装置９が構成され、また、中継空間２１に一端が接続され、他端が冷暖房兼用熱交換器５に接続された配管に通じる第２オリフィス２３によってホットガス用減圧装置１０が構成されている。第１オリフィス２２は、冷房運転時の特に冷媒流量が少ない場合（低熱負荷時）に適した減圧膨張特性が得られるような径に設定され、第２オリフィス２３は、暖房運転時に適した減圧膨張特性が得られるような径に設定され、第２オリフィス２３は、第１オフォリス２２よりもオリフィス径が大きく形成されており、ホットガス用減圧装置１０の開度は冷房用減圧装置９の開度よりも大きく設定されている。

また、膨張装置８のハウジング２０には、一端が中継空間２１に接続され、他端がバイパス通路１５に通じる連通路２４が形成されている。

以上の構成において、冷房運転時には、第１の開閉弁１１を開、第２の開閉弁１２を閉とし、圧縮機６から吐出した冷媒を、コンデンサ７、逆止弁１６、冷房用減圧装置９、ホットガス用減圧装置１０、冷暖房兼用熱交換器５、アキュムレータ１７の順に循環させる。そして、エアミックスドア３を波線で示す位置に設定し、図示しない送風ファンによって通風ダクト１内に吸引された空気を冷暖房兼用熱交換器５に通過させ、図示しない吹出口から車室内へ送風させる。
したがって、圧縮機から吐出した冷媒は、コンデンサ７で凝縮液化され、減圧装置８で減圧された後に冷暖房兼用熱交換器５へ供給され、この熱交換器を通過する空気を冷却する。

このような冷房運転時において、サイクルを流れる冷媒流量が少ない場合（低負荷時）には、第２オリフィス２３は第１オフォリス２２よりもオリフィス径が大きく設定されているため、第２オリフィス２３は減圧効果に殆んど寄与せず、コンデンサ７から流出した冷媒は、主として冷房用減圧装置９を構成する第１オリフィス２２によって減圧され、中継空間２１及び第２オリフィス２３を介して冷暖房兼用熱交換器５へ送られる。このため、低流量時の冷房運転に適した冷房能力を得ることが可能となる。

これに対して、冷房運転時において、サイクルを流れる冷媒流量が多い場合（高負荷時）には、第２オリフィス２２による減圧作用も無視できなくなるので、コンデンサ７から流出した冷媒は、冷房用減圧装置９を構成する第１オリフィス２２によって減圧され、中継空間２１を経た後にホットガス用減圧装置１０を構成する第２オリフィス２３によってさらに減圧され、冷暖房兼用熱交換器５へ送られる。このため、高熱負荷時においては、冷房用減圧装置９で減圧される以上に減圧されることとなり、過冷却状態が形成されて冷房能力を大きくすることが可能となる。

以上の冷房運転に対して、暖房運転時には、第１の開閉弁１１を閉、第２の開閉弁１２を開とし、圧縮機６から吐出した冷媒を、バイパス通路１５、ホットガス用減圧装置１０、冷暖房兼用熱交換器５、アキュムレータ１７の順に循環させる。そして、エアミックスドア３を実線で示す位置に設定して圧縮機６を駆動させ、図示しない送風ファンにより通風ダクト１内に吸引された空気を冷暖房兼用熱交換器５及びヒータコア２を通過させ、図示しない吹出口から車室内へ送風させる。

したがって、圧縮機から吐出した高温高圧の冷媒は、コンデンサ７で凝縮されることなくホットガス用減圧装置１０へ導かれ、ここで減圧された後に冷暖房兼用熱交換器５へ供給され、この熱交換器を通過する空気を加熱する。
この際、ホットガス用減圧装置１０を構成する第２オリフィス２３の径は、暖房運転に適した減圧状態を形成できる径に形成されているので、冷暖房兼用熱交換器５を補助暖房装置として構成することが可能となる。

よって、上述の構成によれば、冷房運転時と暖房運転時とで減圧調整をそれぞれに最適に行うことが可能となる。また、上述の構成によれば、冷房用減圧装置９とホットガス用減圧装置１０とを一体化したことで、減圧装置８のハウジング２０に形成される開口部が３箇所（第１オリフィス２２、第２オリフィス２３、連通路２４）ですむので、加工作業が容易となり、簡易な構成にすることが可能となる。また、サイクルの組立作業を容易に行うことが可能となる。

上述した減圧装置８は、種々の変形形態を採用することが可能である。例えば、図３に示されるように、中継空間２１に弁体２５とこの弁体２５を第１オリフィス２２を閉成する方向へ付勢するスプリング２６とを有して構成された逆止弁２７を配し、冷媒がコンデンサ７へ逆流しないようにしてもよい。このような構成においては、サイクル上に設けられた逆止弁１６を中継空間２１に設けられる逆止弁２７によって代用することが可能となるので、サイクル構成を簡素化することが可能となる。

また、減圧装置８は、図４に示されるように、冷房用減圧装置９を第１オリフィス２２とこの第１オリフィス２２の開度を調整する第１電磁調整弁２８とによって構成し、ホットガス用減圧装置１０を第２オリフィス２３とこの第２オリフィス２３の開度を調整する第２電磁調整弁２９とによって構成し、必要に応じてそれぞれの減圧装置の開度を連続的又は段階的に調整するようにしてもよい。

図５において、冷媒サイクル４の他の構成例が示され、この例が前記構成例と異なる点は、コンデンサ７の出口側に一端が接続され、他端が冷暖房兼用熱交換器５とアキュムレータ１７とを結ぶ経路とに接続された回収通路３０と、この回収通路３０を開閉する第３の開閉弁１３とを設け、コンデンサ７に寝込んだ冷媒を回収するための回路を形成可能とした点にある。

即ち、ホットガスサイクルが構成される暖房運転（第１の開閉弁１１を閉、第２の開閉弁１２を開とする運転）の初期において、所定期間だけ第３の開閉弁１３を開とし、圧縮機６の吸引作用を利用してコンデンサ７に寝込んでいる冷媒を回収通路３０を介して吸引し、ホットガス回路へ回収するようにしている。そして、所定期間経過後に第３の開閉弁１３を閉として回収工程を終える。
尚、他の構成は前記構成例と同様であるので、同一箇所に同一符号を付して説明を省略する。

このような構成においては、前記作用効果に加え、コンデンサ７に寝込んでいる冷媒を暖房運転時に確実に回収することができるので、暖房運転時に冷媒が不足する事態を回避することが可能となる。このような構成においても、減圧装置８は、前記各種変形形態を採用するようにしてもよい。

尚、上述の構成において、第１の開閉弁１１と第２の開閉弁１２とを別々に構成したが、これら開閉弁を１つの３方弁で置き換えるようにしてもよい。このような構成を採用すれば、サイクル構成の一層の簡素化を図ることが可能となり、また、サイクルの組立作業の一層の容易化を図ることが可能となる。

図１は本発明に係る冷媒サイクルの第１の構成例を示す図である。 図２は、減圧装置の具体的構成例を示す断面図である。 図３は、減圧装置の他の具体的構成例を示す断面図である。 図４は、減圧装置の他の具体的構成例を示す断面図である。 図５は本発明に係る冷媒サイクルの第２の構成例を示す図である。

符号の説明

５ 冷暖房兼用熱交換器
６ 圧縮機
７ コンデンサ
８ 減圧装置
９ 冷房用減圧装置
１０ ホットガス用減圧装置
１１ 第１の開閉弁
１２ 第２の開閉弁
１３ 第３の開閉弁
１５ バイパス通路
１７ アキュムレータ
３０ 回収通路

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、
   前記圧縮機の吸入側に接続される熱交換器と、
   前記コンデンサと前記熱交換器とを結ぶ経路に設けられる冷房用減圧装置と、
   前記冷房用減圧装置と前記熱交換器とを結ぶ経路に設けられるホットガス用減圧装置と、
   前記熱交換器と前記圧縮機とを結ぶ経路に設けられるアキュムレータと、
   前記圧縮機と前記コンデンサとを結ぶ経路に設けられる第１の開閉弁と、
   前記第１の開閉弁の入口側から前記コンデンサを迂回して前記冷房用減圧装置と前記ホットガス用減圧装置との間に接続されるバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられた第２の開閉弁とを具備し、
   前記ホットガス用減圧装置の開度を前記冷房用減圧装置の開度より大きく設定したことを特徴とする冷媒サイクル。
2. 前記コンデンサの出口側に一端が接続され、他端が前記熱交換器と前記アキュムレータとを結ぶ経路に接続された回収通路と、
   前記回収通路に設けられた第３の開閉弁とをさらに具備することを特徴とする冷媒サイクル。
3. 前記冷房用減圧装置と前記ホットガス用減圧装置とを一体化したことを特徴とする請求項１又は２記載の冷媒サイクル。
4. 前記第１の開閉弁と前記第２の開閉弁とを３方弁で代用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷媒サイクル。

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