JP2007191057A - Refrigeration system, and air conditioner for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍システムに関し、より詳しくは、CO2冷媒を使用した冷凍システム及びこの冷凍システムを採用した車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration system, and more particularly to a refrigeration system using a CO 2 refrigerant and a vehicle air conditioner that employs the refrigeration system.
近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数の小さな値を有する冷媒を用いた冷凍システムの開発が進められている。この種の冷媒の一例としては自然系のCO2(炭酸)ガスがある。
ここで、CO2冷媒を用いた冷凍システムの冷房時には、圧縮機から吐出される冷媒が一方の室内熱交換器を経て四方弁に至り、室外熱交換器、膨張弁及び他方の室内熱交換器を経て再び四方弁に至って圧縮機に戻る。これに対し、暖房時には、圧縮機から吐出される冷媒は、一方の室内熱交換器を経て四方弁に至り、他方の室内熱交換器、膨張弁及び室外熱交換器を経て再び四方弁に至って圧縮機に戻る技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
Here, at the time of cooling of the refrigeration system using the CO 2 refrigerant, the refrigerant discharged from the compressor reaches the four-way valve through one indoor heat exchanger, and the outdoor heat exchanger, the expansion valve, and the other indoor heat exchanger After that, it reaches the four-way valve again and returns to the compressor. On the other hand, at the time of heating, the refrigerant discharged from the compressor reaches the four-way valve through one indoor heat exchanger, and reaches the four-way valve again through the other indoor heat exchanger, the expansion valve, and the outdoor heat exchanger. A technique for returning to the compressor is disclosed (for example, see Patent Document 1).
ところで、上記冷凍システムを採用した車両用空調装置では、エンジンの排熱、つまり、ラジエータの冷却水によって熱源を得ている。
しかしながら、近年のエンジン効率の上昇を鑑みると、この冷却水を熱源として利用できるのか否かについての懸念がある。冷却水の温度上昇が緩やかになるように抑えられているからである。このように、上記従来の技術では暖房要求に速やかに対応する点については依然として課題が残されている。
By the way, in the vehicle air conditioner adopting the refrigeration system, the heat source is obtained by exhaust heat of the engine, that is, cooling water of the radiator.
However, in view of the recent increase in engine efficiency, there is a concern as to whether this cooling water can be used as a heat source. This is because the temperature rise of the cooling water is suppressed so as to be moderate. As described above, the above-described conventional technology still has a problem with respect to promptly responding to a heating request.
また、上記従来の技術では、冷房用のサイクルと暖房用のサイクルとの各流れ方向が四方弁を介して逆転されている点にも留意しなければならない。流れ方向を逆転させると、冷凍システムの簡素化が図り難いとの問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、暖房要求に速やかに対応することができるCO2冷媒を用いた冷凍システム及び車両用空調装置を提供することを目的とする。
In addition, in the above-described conventional technology, it should be noted that the flow directions of the cooling cycle and the heating cycle are reversed via the four-way valve. If the flow direction is reversed, there is a problem that it is difficult to simplify the refrigeration system.
The present invention has such has been made in view of the problems, and an object thereof is to provide a refrigeration system and a vehicle air-conditioning apparatus using CO 2 refrigerant can be quickly respond to heating demand.
上記の目的を達成すべく、請求項1記載の冷凍システムは、CO2冷媒が循環経路内を循環する冷凍システムであって、暖房時の循環経路には、冷媒の流れ方向でみて圧縮機、内部熱交換器、蒸発器及び膨張弁が順次介挿されており、蒸発器及び膨張弁をバイパスして内部熱交換器の下流側と圧縮機内とを接続するリターン経路を備え、リターン経路内の冷媒が減圧されて圧縮機から内部熱交換器に向かう内部熱交換器内の冷媒を冷却していることを特徴としている。 To achieve the above object, a refrigeration system according to claim 1, wherein is the refrigeration system CO 2 refrigerant circulates through the circulation path, the circulation path of the heating, the compressor as viewed in the flow direction of the refrigerant, An internal heat exchanger, an evaporator, and an expansion valve are sequentially inserted, and a return path that bypasses the evaporator and the expansion valve and connects the downstream side of the internal heat exchanger and the inside of the compressor is provided. The refrigerant is depressurized, and the refrigerant in the internal heat exchanger from the compressor to the internal heat exchanger is cooled.
また、請求項2記載の発明では、冷房時の前記循環経路には、冷媒の流れ方向でみて圧縮機、ガスクーラ、膨張弁及び蒸発器が順次介挿されており、暖房時の循環経路のうち、圧縮機と内部熱交換器とを接続する経路は、ガスクーラをバイパスしていることを特徴としている。
更に、請求項3記載の発明では、車両用空調装置が上述の冷凍システムを備えたことを特徴としている。
In the invention according to
Furthermore, the invention according to claim 3 is characterized in that a vehicle air conditioner includes the above-described refrigeration system.
本発明は、CO2冷媒を用いた冷凍システムでは圧縮機から吐出される冷媒温度が高いことに着目したものである。
そして、請求項1記載の本発明の冷凍システムによれば、蒸発器の上流側には自冷式の内部熱交換器が配置され、この内部熱交換器が加熱能力を調整している。換言すれば、圧縮機、当該内部熱交換器、蒸発器、膨張弁及びリターン経路によって暖房用のサイクルが形成されている。従って、CO2冷媒を用いた冷凍システムにおける暖房が従来に比して速やかに実施される。
The present invention focuses on the fact that the refrigerant temperature discharged from the compressor is high in the refrigeration system using the CO 2 refrigerant.
And according to the refrigerating system of this invention of Claim 1, the self-cooling type internal heat exchanger is arrange | positioned in the upstream of an evaporator, and this internal heat exchanger adjusts heating capability. In other words, a heating cycle is formed by the compressor, the internal heat exchanger, the evaporator, the expansion valve, and the return path. Therefore, heating in the refrigeration system using the CO 2 refrigerant is performed more quickly than in the past.
また、リターン経路内の冷媒は内部熱交換器内の冷媒の冷却に用いられ、このリターン経路を介して圧縮機に戻されることから、圧縮機から吐出される冷媒量の変更が可能となり、加熱能力の調整に寄与する。
また、請求項2記載の発明によれば、CO2冷媒を用いた冷凍システムにおいて、圧縮機の吐出側がガスクーラ側と内部熱交換器側との2つに分岐され、冷房用のサイクルと暖房用のサイクルとが同じ流れ方向に向けて形成されている。よって、冷凍システムの簡素化が達成可能となる。
In addition, the refrigerant in the return path is used for cooling the refrigerant in the internal heat exchanger, and is returned to the compressor via the return path, so that the amount of refrigerant discharged from the compressor can be changed, and heating is performed. Contributes to capacity adjustment.
According to the invention described in
更に、請求項3記載の発明によれば、乗員の暖房要求に速やかに対応でき、空調装置の信頼性向上が図られるし、また、車両用空調装置に自然系冷媒であるCO2冷媒を用いれば、環境負荷の低減に大きく貢献する。 Furthermore, according to the third aspect of the present invention, it is possible to promptly respond to a passenger's heating request, improve the reliability of the air conditioner, and use CO 2 refrigerant, which is a natural refrigerant, for the vehicle air conditioner. This will greatly contribute to the reduction of environmental impact.
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図1は、車両用空調装置を構成する一実施例の冷凍システムの概略を示し、この冷凍システム2は車室4内を所望の設定温度にて冷暖房する。冷凍システム2は、自然系冷媒であるCO2冷媒(以下、単に冷媒と称す)を循環させる冷凍回路6を有し、この冷凍回路6はエンジン10を備えたエンジンルーム8から車室4に亘って設置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an outline of a refrigeration system according to an embodiment constituting an air conditioner for a vehicle. The
冷凍回路6は上記冷媒の循環経路11〜15を有し、これら循環経路11〜15はその大部分が車両のエンジンルーム8内に配置されているが、その一部は車両の車室4内にも延びている。詳しくは、循環経路11〜15には、上流側からコンプレッサ(圧縮機)18、ガスクーラ20、内部熱交換器22、冷房時減圧弁(膨張弁)24、エバポレータ(蒸発器)26及び暖房時の第1減圧弁(膨張弁)42が順次介挿されている。そして、これら圧縮機18、ガスクーラ20、内部熱交換器22、冷房時減圧弁24及び第1減圧弁42はエンジンルーム8内に配置され、蒸発器26は車室4内に配置されている。なお、図中、参照符号11,12,13,14は上記循環経路の往路部分を形成し、参照符号15は上記循環経路の復路部分を形成している。
The
ここで、本実施形態の冷凍システム2には、冷房用のサイクルと暖房用のサイクルとがいずれも同じ流れ方向に向けて形成されている。
具体的には、前者の冷房用のサイクルは、圧縮機18、ガスクーラ20、冷房時減圧弁24及び蒸発器26によって構成されており、この冷房時減圧弁24は、冷房時には小さな開度に調整されて冷媒の減圧を実施するのに対し、暖房時には全開に調整される。また、循環経路11のガスクーラ20の入口側には冷房時の第1開閉弁34が配設され、循環経路15の圧縮機18の入口側にも冷房時の第2開閉弁40が配設されている。これら開閉弁34、40は、冷房時には全開に調整されるのに対し、暖房時には全閉に調整される。上述した冷房時減圧弁24や開閉弁34、40の開度は車室4内に配置されたコントローラ(ECU)50からの信号によって調整されている。
Here, in the
Specifically, the former cooling cycle includes a
そして、圧縮機18はエンジン10の駆動力によって作動され、ガス状態の冷媒を吸い込んで圧縮し、高温高圧ガス状態にして循環経路11に吐出する。つまり、圧縮機18は冷媒を圧縮しながら冷媒の流動を生成させる。
また、ガスクーラ20は図示しない送風ファン及び車両前方からの風を受けて、その内部を流れる冷媒を空冷する。更に、ガスクーラ20からの高圧状態の冷媒は、冷房時減圧弁24を通じて蒸発器26に供給され、蒸発器26内にて低温低圧のガス状態となる。この蒸発器26の下流側は、循環経路15を介して圧縮機18に接続されており、低温低圧ガス状態の冷媒が圧縮機18に吸引される。
The
Further, the
一方、後者の暖房用のサイクルは、圧縮機18、内部熱交換器22、蒸発器26及び暖房時の第1減圧弁42によって構成されており、この第1減圧弁42は小さな開度に常時固定されている。
より具体的には、循環経路11の圧縮機18の出口側は分岐され、この循環経路11と循環経路12とはバイパス経路(経路)30を介して接続されており、このバイパス経路30がガスクーラ20をバイパスして圧縮機18と内部熱交換器22とを接続している。また、バイパス経路30には暖房時の開閉弁32が配設され、この開閉弁32は、ECU50からの信号によって暖房時には全開に調整されるのに対し、冷房時には全閉に調整される。
On the other hand, the latter heating cycle is composed of the
More specifically, the outlet side of the
上述した内部熱交換器22は、暖房時のみ機能し、自冷式の内部熱交換器として構成されている。すなわち、この内部熱交換器22は循環経路12と循環経路13との間に配設されており、循環経路13の内部熱交換器22の出口側は分岐され、リターン経路36に接続されている。
より詳しくは、このリターン経路36には、暖房時の第2減圧弁38が配設され、この第2減圧弁38は、ECU50からの信号によって暖房時には小さな開度に調整されて冷媒の減圧を実施するのに対し、冷房時には全閉に調整される。そして、暖房時に減圧された冷媒は内部熱交換器22内に戻り、圧縮機18から内部熱交換器22に向かう冷媒の流れに対向してこの循環経路12からの冷媒を冷却している。また、リターン経路36は、蒸発器26及び暖房時の第1減圧弁42をバイパスして内部熱交換器22と圧縮機18とを接続し、内部熱交換器22にて冷却に用いられたリターン経路36内の冷媒は、圧縮機18の中間圧力室に達する。
The
More specifically, the
また、暖房時の第1減圧弁42は、冷房時の第2開閉弁40をバイパスして蒸発器26の出口側と圧縮機18の入口側とを接続している。これにより、内部熱交換器22からの高圧状態の冷媒は蒸発器26に供給され、蒸発器26内にて比較的高温高圧のガス状態となり、循環経路15の暖房時の第1減圧弁42を通じて圧縮機18に供給され、低温低圧ガス状態の冷媒が圧縮機18に吸引される。
The first
上述した冷凍システム2によれば、冷房時には圧縮機18の作動に伴い、蒸発器26からの冷媒を圧縮する。つまり、この圧縮機18の断熱圧縮作用により、比エンタルピ及び圧力がそれぞれ増加して図2の一点鎖線で示される如く点Aから点Dまで変化する。そして、循環経路11を介して高温高圧ガス状態の冷媒をガスクーラ20に供給する。
この冷媒はガスクーラ20内で冷却され、比エンタルピが減少して図2の点Dから点Eまで等圧変化し、循環経路12、13を介して冷房時減圧弁24に供給される。そして、冷房時減圧弁24の絞り作用による膨張を受け、その比エンタルピを一定に維持しながら圧力が減少して図2の点Eから点Fまで変化し、循環経路14を介して蒸発器26内に噴出させる。次いで、冷媒の気化熱により蒸発器26の周囲の空気が冷却される。そして、冷気が車室4内に送り込まれ、車室4内の冷房が行われる。蒸発器26内の冷媒は、循環経路15を介して圧縮機18に戻り、この後、圧縮機18により再度圧縮され、循環経路11〜15を上述した如く循環する。
According to the
This refrigerant is cooled in the
一方、暖房時には、リターン経路36からの冷媒と循環経路15からの冷媒とを合わせた流量の冷媒が圧縮機18で圧縮され、この断熱圧縮作用により、比エンタルピ及び圧力がそれぞれより一層増加して図2の実線で示される如く点Aから点Bまで変化する。そして、循環経路11及びバイパス経路30を介して高温高圧ガス状態の冷媒を内部熱交換器22に供給する。
On the other hand, at the time of heating, the refrigerant having a flow rate that combines the refrigerant from the
この冷媒は内部熱交換器22内で冷却される。つまり、リターン経路36との冷媒との間で熱交換され、比エンタルピが減少する。詳しくは、図3に示されるように、内部熱交換器22の稼働割合が増加するに伴って暖房の加熱能力が減少することから、所望の加熱能力を得るべく暖房時の第2減圧弁38の開度を調整して内部熱交換器22を稼働させる。
This refrigerant is cooled in the
次いで、内部熱交換器22からの冷媒は蒸発器26に供給され、暖気が車室4内に送り込まれて車室4内の暖房が行われると、比エンタルピが更に減少して図3の点Bから点Cまで等圧変化する。そして、循環経路15を介して第1減圧弁42に供給され、第1減圧弁42の絞り作用による膨張を受け、その比エンタルピを一定に維持しながら圧力が減少して図2の点Cから点Aまで変化し、圧縮機18により再度圧縮され、循環経路11〜15を上述した如く循環する。
Next, when the refrigerant from the
以上のように、本発明は、CO2冷媒を用いた冷凍システム2では圧縮機18から吐出される冷媒温度が高いことに着目したものである。
そして、本実施形態の冷凍システム2によれば、蒸発器26の上流側には自冷式の内部熱交換器22が配置され、この内部熱交換器22が暖房の加熱能力を調整している。換言すれば、圧縮機18、当該内部熱交換器22、蒸発器26、暖房時の第1減圧弁42及び、暖房時の第2減圧弁38を有するリターン経路36によってホットガスサイクルが形成されている。従って、上述した一方や他方の室内熱交換器、室外熱交換器を設けることなく、しかも、ラジエータの冷却水によって熱源を得ることなく、モリエール線図では図2の点ABCの如く小さな三角形状のサイクルが形成され、CO2冷媒を用いた冷凍システムにおける暖房が従来に比して速やかに実施される。この結果、乗員の暖房要求に速やかに対応でき、空調装置の信頼性向上が図られる。
As described above, the present invention focuses on the fact that the refrigerant temperature discharged from the
And according to the
また、リターン経路36内の冷媒は内部熱交換器22内の冷媒の冷却に用いられ、このリターン経路36を介して圧縮機18に戻されることから、サイクル内に導入された冷媒量は同じであっても、上記モリエール線図では図2の点Aから点Bの如く、圧縮機18から吐出される冷媒量の増量が可能となり、加熱能力の調整に寄与する。なお、本実施形態のように、リターン経路36を圧縮機18の中間圧室に接続すると、サイクルの効率向上に寄与するが、リターン経路36は圧縮機18の入口側、つまり、循環経路15に接続しても良い。
The refrigerant in the
更に、図3に示されるように、内部熱交換器22の稼動割合と加熱能力との関係に基づき、この内部熱交換器22が上記サイクル内で加熱能力を最適値に調整しているので、過剰加熱が防止される。
更にまた、CO2冷媒を用いた冷凍システム2において、圧縮機18の吐出側がガスクーラ20側と内部熱交換器22側との2つに分岐され、流れ方向を逆転させることなく、冷房用と暖房用の各サイクルとが同じ流れ方向に向けて形成されている。よって、四方弁が不要になり、冷凍システムの簡素化が達成可能となる。
Furthermore, as shown in FIG. 3, based on the relationship between the operating ratio of the
Furthermore, in the
また、車両用空調装置に自然系冷媒であるCO2冷媒を用いれば、環境負荷の低減に大きく貢献する。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では車両用空調装置に具体化された例を示しているが、本発明の冷凍システムは、業務用空調装置、家庭用ヒートパイプ、給湯器、暖房器等の如く、CO2冷媒を用いた冷凍・空調サイクル全般に適用可能である。
Further, by using the CO 2 refrigerant is a natural refrigerant in an air conditioning system for vehicles, greatly contributes to reducing environmental impact.
The description of one embodiment of the present invention is finished above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, although the above embodiment shows an example embodied in a vehicle air conditioner, the refrigeration system of the present invention is a CO 2 like a commercial air conditioner, a household heat pipe, a water heater, a heater, etc. Applicable to all refrigeration and air conditioning cycles using refrigerants.
2 冷凍システム
11,12,13,14,15 循環経路
18 圧縮機
20 ガスクーラ
22 内部熱交換器
24 冷房時減圧弁(膨張弁)
26 蒸発器
30 バイパス経路(経路)
36 リターン経路
38 暖房時の第2減圧弁
42 暖房時の第1減圧弁(膨張弁)
2
26
36
Claims (3)
暖房時の前記循環経路には、前記冷媒の流れ方向でみて圧縮機、内部熱交換器、蒸発器及び膨張弁が順次介挿されており、
前記蒸発器及び前記膨張弁をバイパスして前記内部熱交換器の下流側と前記圧縮機内とを接続するリターン経路を備え、該リターン経路内の冷媒が減圧されて前記圧縮機から前記内部熱交換器に向かう該内部熱交換器内の冷媒を冷却していることを特徴とする冷凍システム。 CO 2 refrigerant is a refrigeration system that circulates through the circulation path,
In the circulation path during heating, a compressor, an internal heat exchanger, an evaporator and an expansion valve are sequentially inserted in the flow direction of the refrigerant,
A return path that bypasses the evaporator and the expansion valve and connects the downstream side of the internal heat exchanger and the inside of the compressor, and the refrigerant in the return path is depressurized to exchange the internal heat from the compressor A refrigeration system that cools the refrigerant in the internal heat exchanger toward the refrigerator.
前記暖房時の前記循環経路のうち、前記圧縮機と前記内部熱交換器とを接続する経路は、前記ガスクーラをバイパスしていることを特徴とする請求項1に記載の冷凍システム。 The compressor, a gas cooler, an expansion valve, and the evaporator are sequentially inserted in the circulation path during cooling in the flow direction of the refrigerant,
2. The refrigeration system according to claim 1, wherein a path connecting the compressor and the internal heat exchanger out of the circulation path during the heating bypasses the gas cooler.
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