JP2010032158A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮機の耐久性を損なうことなく、膨張弁のハンチングを抑制する。
【解決手段】膨張弁131の制御特性EVは、温度−圧力図上において冷凍サイクル内の循環冷媒R134aの飽和蒸気圧曲線の傾きより大きい傾きを有する。制御特性EVは、高負荷温度において循環冷媒R134aの飽和蒸気圧曲線と交差する。制御特性EVは、蒸発温度が低温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど過熱度SHを小さくするように設定されている。制御特性EVは、蒸発温度が高温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど乾き度DNを小さくするように設定されている。この結果、内部熱交換器160を備えていても、高温領域における圧縮機110の吸入冷媒温度の上昇を抑えることができ、低温領域においては膨張弁131のハンチング動作を回避することができる。
【選択図】図5
【解決手段】膨張弁131の制御特性EVは、温度−圧力図上において冷凍サイクル内の循環冷媒R134aの飽和蒸気圧曲線の傾きより大きい傾きを有する。制御特性EVは、高負荷温度において循環冷媒R134aの飽和蒸気圧曲線と交差する。制御特性EVは、蒸発温度が低温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど過熱度SHを小さくするように設定されている。制御特性EVは、蒸発温度が高温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど乾き度DNを小さくするように設定されている。この結果、内部熱交換器160を備えていても、高温領域における圧縮機110の吸入冷媒温度の上昇を抑えることができ、低温領域においては膨張弁131のハンチング動作を回避することができる。
【選択図】図5
Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。
従来、特許文献1に記載の冷凍サイクル装置が知られている。この冷凍サイクル装置では、凝縮器と膨張弁との間の高圧冷媒と、蒸発器と圧縮機との間の低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器を備えている。さらに、この冷凍サイクル装置では、ノーマルチャージ膨張弁を用い、蒸発器出口における冷媒の状態を、乾き度0.9から過熱度5°Cの範囲に制御している。以下の説明において過熱度または乾き度は、蒸発器の出口における冷媒の状態を指すものとする。上記ノーマルチャージ膨張弁は、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線と平行又はほぼ平行な制御特性を有する。この制御特性は、感温部に封入された封入冷媒が、冷凍サイクル装置を循環する循環冷媒と同一または類似の飽和蒸気圧曲線をもつことによって与えられる。また、特許文献1は、クロスチャージ膨張弁も開示している。クロスチャージ膨張弁は、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線と交差し、高温領域では過熱度を提供し、低温領域では液バック状態を提供する制御特性を有する。この制御特性は、感温部に封入された封入冷媒が、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線より傾斜が小さい飽和蒸気圧曲線をもつことによって与えられる。
特開2007−71461号公報
特許文献1の技術によると、蒸発器の出口における過熱度が比較的低く制御される。この結果、内部熱交換器を備えていても、圧縮機の吸入冷媒温度を比較的低くでき、圧縮機の樹脂部品などの耐久性を損なうことがない。
ところが、上記従来技術では、ノーマルチャージ膨張弁が使用されるため、蒸発温度にかかわらず一定の過熱度が与えられる。この結果、蒸発温度が比較的高い高温領域では、圧縮機の吸入温度、吐出温度が高くなり、樹脂部品などの耐久性を損なうおそれが依然として残るという問題点があった。かかる問題点は、過熱度の制御目標値を高く設定した場合に特に顕著となる。
一方、過熱度の制御目標値を低く設定した場合、低負荷状態に相当する低温領域において膨張弁がハンチングを起こすおそれがある。さらに、圧縮機として可変容量圧縮機が用いられる場合、可変容量制御と、膨張弁のハンチングとが相互作用することがあった。この結果、蒸発器の内部圧力が大きく変化し、蒸発器の冷却能力が大きく変動するという問題点があった。この問題点は、冷房装置においては吹出温度の変動となって表れた。
本発明は、上記問題点に鑑み、圧縮機の耐久性を損なうことなく、膨張弁のハンチングに起因する不具合を抑制できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記問題点に鑑み、高温領域においては圧縮機の耐久性を損なうことなく、低温領域から高温領域にわたって安定的に運転できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用することができる。
請求項1に記載の発明は、凝縮器(120)と膨張弁(131)との間の高圧冷媒と、蒸発器(141)と圧縮機(110)との間の低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(160)を備えた冷凍サイクル装置において、蒸発器(141)の出口の冷媒状態を制御する膨張弁(131)は、温度−圧力図上において冷凍サイクル内の循環冷媒の飽和蒸気圧曲線の傾きより大きい傾きの制御特性(EV)を有するという技術的手段を採用する。この発明によると、蒸発温度が高いときには、蒸発器の出口における冷媒状態が、圧縮機への吸入冷媒温度を抑えるように制御される。例えば、蒸発温度が高くなるほど過熱度が小さくなる特性、または蒸発温度が高くなるほど乾き度が小さくなる特性が得られる。この結果、蒸発温度が高い領域においても、圧縮機の耐久性を損なうような高温状態の発生を回避できる。また、蒸発温度が低くなるほど過熱度が大きくなる特性、または蒸発温度が低くなるほど乾き度が大きくなる特性が得られる。この結果、蒸発温度が低いときには、膨張弁のハンチングを抑えることができる。
請求項2に記載の発明は、膨張弁(131)は、蒸発器での冷媒の蒸発温度が冷凍サイクル装置の運転領域のうちの低温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を小さく制御するという技術的手段を採用する。この発明によると、蒸発温度が高くなると、過熱度が、圧縮機への吸入冷媒温度を抑えるように制御される。従って、圧縮機の耐久性を損なうような高温状態の発生を回避できる。また、蒸発温度が低くなると、過熱度が大きくなるため、膨張弁のハンチングを抑えることができる。
請求項3に記載の発明は、膨張弁(131)は、高負荷状態にあるとき、蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を0°Cに制御するという技術的手段を採用する。この発明によると、高負荷温度より低い領域では過熱度が与えられる。この結果、高負荷状態においては圧縮機への吸入冷媒温度を抑えることができるとともに、高負荷状態よりも低負荷領域では過熱度に応じた制御を提供でき、膨張弁のハンチングを抑えることができる。
請求項4に記載の発明は、膨張弁(131)は、低負荷状態にあるとき、蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を5°C以上10°C以下の範囲内の所定温度に制御するという技術的手段を採用する。この発明によると、低負荷状態に至っても適切な過熱度が与えられる。この結果、低負荷状態においても膨張弁のハンチングを抑えることができる。
請求項5に記載の発明は、膨張弁(131)は、蒸発器での冷媒の蒸発温度が冷凍サイクル装置の運転領域のうちの高温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど蒸発器の出口の冷媒の乾き度(DN)を小さく制御するという技術的手段を採用する。この発明によると、高温領域では乾き度(DN)が小さく制御されるから、いわゆる液バック状態が提供される。この結果、圧縮機への吸入冷媒温度が抑えられる。従って、圧縮機の耐久性を損なうような高温状態の発生を回避できる。
請求項6に記載の発明は、膨張弁(131)は、蒸発器に供給される冷媒量を調節する弁部(131a)と、蒸発器の出口の冷媒温度を感知する封入冷媒を有し、封入冷媒の圧力に応じて弁部の開度を調節する感温部(131b)とを備え、封入冷媒の飽和蒸気圧曲線の傾きは、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線より大きいという技術的手段を採用する。この発明によると、封入冷媒の飽和蒸気圧曲線により所定の制御特性を提供する感温式膨張弁を用いて、圧縮機の耐久性を損なうような高温状態の発生回避と、膨張弁のハンチング抑制との効果を得ることができる。
請求項7に記載の発明は、膨張弁(131)は、蒸発器に供給される冷媒量を調節する弁部(131a)と、蒸発器の出口の冷媒温度を感知する封入冷媒を有し、封入冷媒の圧力に応じて弁部の開度を調節する感温部(131b)とを備え、封入冷媒の飽和蒸気圧曲線の傾きは、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線より大きく、封入冷媒の飽和蒸気圧曲線の傾きに起因する膨張弁(131)の制御特性(EV)は、蒸発器での冷媒の蒸発温度が高負荷状態に相当する高負荷温度にあるとき、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線と交差し、蒸発温度が高負荷温度より低温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を小さく制御し、蒸発温度が低負荷状態に相当する低負荷温度にあるとき、蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を5°C以上10°C以下の範囲内の所定温度に制御し、さらに、蒸発温度が高負荷温度より高温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど蒸発器の出口の冷媒の乾き度(DN)を小さく制御するよう設定されているという技術的手段を採用する。この発明によると、封入冷媒の飽和蒸気圧曲線により所定の制御特性を提供する感温式膨張弁を用いて、圧縮機の耐久性を損なうような高温状態の発生回避と、膨張弁のハンチング抑制との効果を得ることができる。
なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。
(第1実施形態)
以下、本発明を車両用の空調装置100の冷房用の冷凍サイクル装置100Aに適用した第1実施形態を説明する。
以下、本発明を車両用の空調装置100の冷房用の冷凍サイクル装置100Aに適用した第1実施形態を説明する。
図1および図2において、車両はダッシュパネル3によって、走行用のエンジン10が搭載されるエンジンルーム1と、乗員用の車室2とに区画されている。冷凍サイクル装置100Aは、エンジンルーム1から車室2にまたがって配置されている。空調装置100の室内ユニット100Bは、車室2のインストルメントパネル内に配置されている。
室内ユニット100Bは、空調ケース101を有する。空調ケース101内には、送風機102、蒸発器141、ヒータコア103等が配設されている。送風機102は、車両の外気あるいは内気を空調空気として選択的に取り込んで、その空調空気を蒸発器141、ヒータコア103に送風する。蒸発器141は、冷凍サイクル装置100Aの循環冷媒を蒸発させて空調空気を冷却する冷房用の熱交換器である。ヒータコア103は、エンジン10の温水を加熱源として空調空気を加熱する暖房用の熱交換器である。
ヒータコア103近傍には、エアミックスドア104が設けられている。エアミックスドア104は、蒸発器141によって冷却された空調空気と、ヒータコア103によって加熱された空調空気との混合比率を調節する。エアミックスドア104により吹き出し温度が調節され、車室内の温度が、設定温度に調節される。
冷凍サイクル装置100Aは、圧縮機110、凝縮器120、膨張弁131、蒸発器141を備える。これらの部品は、複数の配管150によって順次接続されて閉回路を形成している。凝縮器120と膨張弁131との間の高圧冷媒と、蒸発器141と圧縮機110との間の低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器として、二重管160が設けられている。循環冷媒は、R134aが使用されている。
圧縮機110は、循環冷媒を高温高圧に圧縮する。圧縮機110は、エンジン10の駆動力によって駆動される。圧縮機110の駆動軸には電磁クラッチ付のプーリ111が固定されている。エンジン10の駆動力がクランクプーリ11、駆動ベルト12を介してプーリ111に伝達される。プーリ111には、圧縮機駆動軸とプーリ111との間を断続する電磁クラッチが設けられている。圧縮機110は、可変容量型の圧縮機である。圧縮機110の容量は、制御装置105によって制御される。制御装置105は、負荷に応じて予め設定された目標圧力を記憶している。制御装置105は、例えば、蒸発器141の蒸発圧力が目標圧力に一致するように、容量を制御する。例えば、制御装置105は、蒸発圧力を0.2MPa以上、0.3MPa以下の範囲内に維持するように容量を制御する。この実施形態では、蒸発器141の表面温度を温度センサ106によって検出する。制御装置105は、温度センサ106の検出温度を目標温度に維持するように容量を制御する。さらに、制御装置105は、長時間にわたる低容量運転の継続を回避するために、低負荷領域においては断続運転を行う。制御装置105は、中負荷領域および高負荷領域において圧縮機110の容量を連続的に調節する可変容量制御手段と、低負荷領域においてオイル戻りを維持できる容量状態と停止状態との間で断続運転する断続制御手段とを備えている。断続運転は、電磁クラッチを断続することによって、または容量を大小に変化させることによって実現される。この結果、低負荷状態におけるオイル戻りが確保される。
凝縮器120は高圧側熱交換器である。凝縮器120は、圧縮機110の吐出側に接続され、外気との熱交換によって冷媒を凝縮液化する。膨張弁131は、減圧器であって、感温式膨張弁である。膨張弁131は、絞り、弁、エジェクタなどによって提供され得る。膨張弁131は、凝縮器120から流出した液相冷媒を減圧膨脹させて、等エンタルピ的に減圧する。膨張弁131は、蒸発器141の近傍に設けられている。膨張弁131は、蒸発器141の出口における冷媒状態が、所定の状態となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁である。蒸発器141は低圧側熱交換器であって、冷却器あるいは吸熱器とも呼ばれる。蒸発器141の冷媒出口は、配管150と二重管160とを介して圧縮機110の吸入側に接続されている。二重管160は、外管161内に内管162を配置した内部熱交換器である。二重管160は、配管を兼ねている。二重管160は、エンジンルーム1内の前後方向に沿って長く敷設されている。二重管160は、敷設のために、複数個所で曲げられている。内管162内に低圧冷媒が流れる。内管162と外管161との間に高圧冷媒が流れる。二重管160は、低圧冷媒の温度を5.0°C以上15.0°C以下の範囲内で上昇させる熱交換性能を有することが望ましい。
図3を参照して膨張弁131を説明する。膨張弁131は、ブロック状のハウジングを有しており、ボックス型と呼ばれる。膨張弁131は、蒸発器141に供給される冷媒量を調節する弁部131aと、弁部131aの開度を調節する感温部131bとを有する。弁部131aは、弁座、弁体、および閉弁バネによって構成されうる。感温部131bは、蒸発器141出口の冷媒状態を感知する手段と、冷媒状態を目標状態に一致させるように弁部131aの操作量を発生する制御手段と、操作量に応じて弁部131aの開度を調節する駆動手段とを有する。この実施形態では、感温部131bは、流体圧力式のパワーエレメントである。パワーエレメントは、感圧部材としてのダイヤフラムを備える。ダイヤフラムは、第1室と第2室とを区画している。ダイヤフラムには、弁体を駆動する弁棒が連結されている。ダイヤフラムは、第1室と第2室との差圧によって変位し、弁部131aの開度を調節する。蒸発器141における循環冷媒の蒸発圧力が第1室に導入される。第2室には、媒体が封入されている。媒体には、二相状態の封入冷媒と、調節用の補助ガスとが含まれる。封入冷媒は、循環冷媒であるR134aの飽和蒸気圧曲線より傾きが大きい飽和蒸気圧曲線をもつ。第2室の媒体には、蒸発器141の出口の冷媒の温度が伝達される。この結果、封入冷媒は、蒸発器141の出口の冷媒温度を感知する。封入冷媒は、第2室の圧力を蒸発器141の出口における冷媒温度に依存して変化させる。よって、ダイヤフラムは、蒸発器141の蒸発圧力と蒸発器141の出口における循環冷媒の温度に応じた圧力との差圧に応じて変位する。
図4および図5により膨張弁131の開弁特性を説明する。これらの図では、横軸が温度Tを示し、縦軸が圧力Pを示している。図4において、R134aで示された線は、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線を示している。EVで示された線は、膨張弁131の制御特性を示している。図示された制御特性EVは、逆クロスチャージ特性と呼びうる特性である。
制御特性EVは、温度−圧力図上において冷凍サイクル内の循環冷媒R134aの飽和蒸気圧曲線の傾きより大きい傾きを有する。温度−圧力図上において、冷凍サイクル装置の運転領域は、基準となる蒸発圧力より低圧側と高圧側とに広がっている。言い換えると、冷凍サイクル装置の運転領域は、低温領域から高温領域にわたっている。
制御特性EVは、蒸発器141での循環冷媒の蒸発温度が高負荷状態に相当する高負荷温度にあるとき、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線と交差する。すなわち、高負荷温度において蒸発器141の出口の冷媒の過熱度SHは0°Cとなる。言い換えると、蒸発圧力が約0.57MPaにあるとき、循環冷媒の飽和蒸気圧曲線R134aと、制御特性EVとが交差する。高負荷温度は、冷房用であることを考慮して、20°C程度に設定されている。高負荷温度は、15°C以上、25°C以下の範囲内の所定温度に設定してもよい。
制御特性EVは、蒸発器141での冷媒の蒸発温度が高負荷温度より低温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど過熱度SHを小さく制御するように設定されている。言い換えると、制御特性EVは、蒸発温度が低くなるほど過熱度SHを大きく制御するように設定されている。制御特性EVは、20°C未満の低温領域において循環冷媒R134aの飽和蒸気圧曲線を下回っている。制御特性EVは、蒸発温度が低負荷状態に相当する低負荷温度にあるとき、蒸発器141の出口の冷媒の過熱度SHを5°C以上10°C以下の範囲内の所定温度に制御するように設定されている。低負荷温度は、冷房用であることを考慮して、0°C程度に設定されている。制御特性EVは、蒸発温度が0°Cにあるとき、蒸発器141の出口の冷媒の過熱度SHを約8°Cに制御するように設定されている。
制御特性EVは、蒸発器141での冷媒の蒸発温度が高負荷温度より高温領域にあるとき、蒸発温度が高くなるほど乾き度DNを小さく制御するように設定されている。言い換えると、制御特性EVは、蒸発温度が低くなるほど乾き度DNを大きく制御するよう設定されている。乾き度DN(%)=100−湿り度WN(%)であるから、乾き度DNが小さく制御されると、湿り度WNが大きくなる。この結果、高温領域では蒸発器141の出口において循環冷媒の液成分が多く観測される。制御特性EVは、蒸発温度25°Cに相当する蒸発圧力にあるとき、蒸発器141の出口の冷媒の乾き度DNを約2°Cの温度差に相当する値に制御するように設定されている。
制御特性EVは、循環冷媒であるR134aの飽和蒸気圧曲線より傾きが大きい飽和蒸気圧曲線をもつ封入冷媒を選定することで実現できる。感温部131bには、封入冷媒とともに、補助ガスが封入され、さらにバネ力などが設定されて、制御特性EVが実現される。封入冷媒としては、例えば、アンモニア又はプロパンを用いることができる。図5は、R134a、アンモニア、プロパンの飽和蒸気圧曲線を示している。封入冷媒は混合冷媒でもよい。
次に、この実施形態の作動を説明する。乗員からの空調要求、例えば冷房要求があると、圧縮機110の電磁クラッチが接続され、冷凍サイクル装置100Aが運転をはじめる。この結果、蒸発器141の温度が低下する。一方、送風機102から送風される空気は、蒸発器141によって冷却され、温度調節されて車室内に供給される。
冷凍サイクル装置100Aの運転中、蒸発器141の出口における冷媒状態は、膨張弁131によって制御される。膨張弁131は、通常の負荷状態にあるとき、蒸発器141の出口における冷媒の過熱度を0°C以上、8°C以下の範囲内に維持する。特に、蒸発温度が高温になるほど過熱度を小さく制御する。この結果、圧縮機110の吸入温度が過剰に上昇することが防止される。膨張弁131は、高負荷温度より低い低温領域において蒸発器141の出口の冷媒に過熱度SHを与えている。
冷凍サイクル装置100Aの運転状態が高負荷状態になると、蒸発器141内での循環冷媒の蒸発圧力は高くなり、それに対応して蒸発温度も高くなる。高負荷状態では、膨張弁131は、蒸発器141の出口における冷媒の過熱度を減少させる。特に、蒸発温度20°Cに相当する蒸発圧力のときに、過熱度を0°Cとする。この結果、蒸発温度が高温となっても、圧縮機110の吸入温度の上昇を抑えることができる。蒸発温度が20°C以上となる高温領域においては、膨張弁131は、蒸発温度が高くなるほど蒸発器141の出口の冷媒の乾き度DNを小さく制御する。この結果、高温領域では蒸発器141の出口において循環冷媒の液成分が多く観測され、圧縮機110の吸入冷媒温度の上昇を抑制することができる。ここで、冷凍サイクル装置100Aの運転状態が高負荷状態のときには、過熱度が小さいほど高い冷房性能が得られることが一般的に知られている。よって、冷凍サイクル装置100Aの運転領域のうち高負荷に相当する高温領域では過熱度を小さくすることで、高い冷房能力を得ながら、圧縮機110の耐久性の低下を抑えることができる。
冷凍サイクル装置100Aの運転状態が低負荷状態になると、蒸発器141内での循環冷媒の蒸発圧力は低くなり、それに対応して蒸発温度も低くなる。低負荷状態では、膨張弁131は、蒸発温度が低くなるほど過熱度SHを大きく制御する。この結果、膨張弁131のハンチングが抑制される。さらに、一時的な液バック状態の発生が抑えられる。このため、圧縮機110の容量制御への干渉も抑えられる。この結果、蒸発器141の内部圧力の過大な変動が抑制され、吹出温度の過大な変動も抑制される。この実施形態では、蒸発温度0°Cに相当する蒸発圧力にあるとき、蒸発器141の出口の冷媒の過熱度SHは約8°Cに制御される。
図6は、膨張弁による制御と容量制御とが相互に影響してハンチング現象が発生している状態での蒸発圧力の変動を示す。図6では、横軸が過熱度SHを示し、縦軸が圧力変動PDを示す。蒸発圧力が約10kPa変動すると吹出温度が約1.0°C変動するから、乗員に不快感を与えることを回避するためには、蒸発圧力の変動は、20kPa以下または10kPa以下に抑えることが望ましい。蒸発圧力の変動を20kPa以下に抑えるためには、低負荷時の過熱度は3°C以上とすることが望ましい。さらに、圧力変動を10kPa以下に抑制するためには、低負荷時の過熱度は4°C以上とすることが望ましい。加えて、図6に示す曲線の傾きが大きい範囲を回避するために、低負荷時の過熱度は、5°C以上、10°C以下とすることが望ましい。このような知見から、この実施例では、蒸発温度0°Cにおける過熱度目標値を8°Cとした。これにより、例え膨張弁制御と容量制御とが相互作用してハンチングを生じても、蒸発圧力の変動を抑制し、吹出温度の変動を抑えることができる。
以上に述べた実施形態によると、内部熱交換器160を備えていても、圧縮機110の吸入冷媒温度の上昇を抑制することができる。この結果、圧縮機110の前後において冷媒の温度が過剰に上昇することが回避される。従って、圧縮機110の吸入部から吐出部までのOリング、さらには圧縮機110を接続するためのホースなどのゴム製あるいは樹脂製の部品の耐久性を損なうことが回避される。しかも、低負荷から高負荷にわたって適切な過熱度を与えることができる。加えて、圧縮機110の制御装置105が低負荷領域において断続制御を行うため、低負荷領域におけるオイル戻りの不具合なく、上記の利点を得ることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明を2つの蒸発器を備える冷凍サイクル装置に適用した第2実施形態を説明する。この冷凍サイクル装置は、車室の前後に空調ユニットを備えるデュアルエアコンシステムに適用される。図7において、第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付した。蒸発器141は第1蒸発器として前席空調ユニットに配置される。第1蒸発器141と第1膨張弁131とは第1低圧ユニットを構成する。第2蒸発器241は後席空調ユニットに配置される。第2膨張弁231と第2蒸発器241とは、第2低圧ユニットを構成する。第1低圧ユニットと第2低圧ユニットとは、二重管160に対して並列に接続される。2つの蒸発器141、241は、ともに二重管160の影響下におかれる。そこで、第2膨張弁231は、第1膨張弁131と同一の制御特性を与えられている。
次に、本発明を2つの蒸発器を備える冷凍サイクル装置に適用した第2実施形態を説明する。この冷凍サイクル装置は、車室の前後に空調ユニットを備えるデュアルエアコンシステムに適用される。図7において、第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付した。蒸発器141は第1蒸発器として前席空調ユニットに配置される。第1蒸発器141と第1膨張弁131とは第1低圧ユニットを構成する。第2蒸発器241は後席空調ユニットに配置される。第2膨張弁231と第2蒸発器241とは、第2低圧ユニットを構成する。第1低圧ユニットと第2低圧ユニットとは、二重管160に対して並列に接続される。2つの蒸発器141、241は、ともに二重管160の影響下におかれる。そこで、第2膨張弁231は、第1膨張弁131と同一の制御特性を与えられている。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態を説明する。図8において、第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付した。蒸発器141は第1蒸発器として後席空調ユニットに配置される。第1蒸発器141と第1膨張弁131とは第1低圧ユニットを構成する。第2蒸発器341は前席空調ユニットに配置される。第2膨張弁331と第2蒸発器341とは、第2低圧ユニットを構成する。第2低圧ユニットは、二重管160を通すことなく圧縮機110と凝縮器120とに接続されている。よって、第1蒸発器141だけが二重管160の影響下におかれる。そこで、第2膨張弁331は、第1膨張弁131とは異なるノーマルチャージまたはクロスチャージの制御特性を与えられている。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。図8において、第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付した。蒸発器141は第1蒸発器として後席空調ユニットに配置される。第1蒸発器141と第1膨張弁131とは第1低圧ユニットを構成する。第2蒸発器341は前席空調ユニットに配置される。第2膨張弁331と第2蒸発器341とは、第2低圧ユニットを構成する。第2低圧ユニットは、二重管160を通すことなく圧縮機110と凝縮器120とに接続されている。よって、第1蒸発器141だけが二重管160の影響下におかれる。そこで、第2膨張弁331は、第1膨張弁131とは異なるノーマルチャージまたはクロスチャージの制御特性を与えられている。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態を説明する。図9において、第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付した。蒸発器141は第1蒸発器として前席空調ユニットに配置される。第1蒸発器141と第1膨張弁131とは第1低圧ユニットを構成する。第1低圧ユニットは、第1二重管160を介して圧縮機110と凝縮器120とに接続されている。第1蒸発器141は、第1二重管160だけの影響下におかれる。第2蒸発器441は後席空調ユニットに配置される。第2膨張弁431と第2蒸発器441とは、第2低圧ユニットを構成する。さらに、第2二重管460が設けられている。第2低圧ユニットは、第2二重管460を介して第1二重管160に接続される。よって、第2蒸発器441は、2つの二重管160、460の影響下におかれる。そこで、第2膨張弁431は、第1膨張弁131と同様の逆クロスチャージの制御特性を与えられている。第2膨張弁431の制御特性は、2つの二重管の影響下に置かれることを考慮して設定してもよい。
次に、本発明の第4実施形態を説明する。図9において、第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付した。蒸発器141は第1蒸発器として前席空調ユニットに配置される。第1蒸発器141と第1膨張弁131とは第1低圧ユニットを構成する。第1低圧ユニットは、第1二重管160を介して圧縮機110と凝縮器120とに接続されている。第1蒸発器141は、第1二重管160だけの影響下におかれる。第2蒸発器441は後席空調ユニットに配置される。第2膨張弁431と第2蒸発器441とは、第2低圧ユニットを構成する。さらに、第2二重管460が設けられている。第2低圧ユニットは、第2二重管460を介して第1二重管160に接続される。よって、第2蒸発器441は、2つの二重管160、460の影響下におかれる。そこで、第2膨張弁431は、第1膨張弁131と同様の逆クロスチャージの制御特性を与えられている。第2膨張弁431の制御特性は、2つの二重管の影響下に置かれることを考慮して設定してもよい。
(他の実施形態)
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、感温部131bは、電気的な制御装置によっても構成することができる。感知手段は温度センサにより提供でき、制御手段は電気制御装置によって提供でき、駆動手段は電磁的なアクチュエータにより提供できる。本発明は、R134a以外の種々の冷媒にも使用できる。本発明は、冷房用に限らず、冷凍用、暖房用、給湯用といった冷凍サイクル装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、エジェクタを備える冷凍サイクル装置に適用されてもよい。
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、感温部131bは、電気的な制御装置によっても構成することができる。感知手段は温度センサにより提供でき、制御手段は電気制御装置によって提供でき、駆動手段は電磁的なアクチュエータにより提供できる。本発明は、R134a以外の種々の冷媒にも使用できる。本発明は、冷房用に限らず、冷凍用、暖房用、給湯用といった冷凍サイクル装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、エジェクタを備える冷凍サイクル装置に適用されてもよい。
100A…冷凍サイクル装置
110…圧縮機
120…凝縮器
160…内部熱交換器
131…膨張弁
141…蒸発器
EV…膨張弁の制御特性
110…圧縮機
120…凝縮器
160…内部熱交換器
131…膨張弁
141…蒸発器
EV…膨張弁の制御特性
Claims (7)
- 凝縮器(120)と膨張弁(131)との間の高圧冷媒と、蒸発器(141)と圧縮機(110)との間の低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(160)を備えた冷凍サイクル装置において、
前記蒸発器(141)の出口の冷媒状態を制御する前記膨張弁(131)は、温度−圧力図上において前記冷凍サイクル内の循環冷媒の飽和蒸気圧曲線の傾きより大きい傾きの制御特性(EV)を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記膨張弁(131)は、前記蒸発器での冷媒の蒸発温度が前記冷凍サイクル装置の運転領域のうちの低温領域にあるとき、前記蒸発温度が高くなるほど前記蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を小さく制御することを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記膨張弁(131)は、高負荷状態にあるとき、前記蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を0°Cに制御することを特徴とする請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記膨張弁(131)は、低負荷状態にあるとき、前記蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を5°C以上10°C以下の範囲内の所定温度に制御することを特徴とする請求項2または3に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記膨張弁(131)は、前記蒸発器での冷媒の蒸発温度が前記冷凍サイクル装置の運転領域のうちの高温領域にあるとき、前記蒸発温度が高くなるほど前記蒸発器の出口の冷媒の乾き度(DN)を小さく制御することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
- 前記膨張弁(131)は、
前記蒸発器に供給される冷媒量を調節する弁部(131a)と、
前記蒸発器の出口の冷媒温度を感知する封入冷媒を有し、前記封入冷媒の圧力に応じて前記弁部の開度を調節する感温部(131b)とを備え、
前記封入冷媒の飽和蒸気圧曲線の傾きは、前記循環冷媒の飽和蒸気圧曲線より大きいことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記膨張弁(131)は、
前記蒸発器に供給される冷媒量を調節する弁部(131a)と、
前記蒸発器の出口の冷媒温度を感知する封入冷媒を有し、前記封入冷媒の圧力に応じて前記弁部の開度を調節する感温部(131b)とを備え、
前記封入冷媒の飽和蒸気圧曲線の傾きは、前記循環冷媒の飽和蒸気圧曲線より大きく、
前記封入冷媒の飽和蒸気圧曲線の傾きに起因する前記膨張弁(131)の制御特性(EV)は、
前記蒸発器での冷媒の蒸発温度が高負荷状態に相当する高負荷温度にあるとき、前記循環冷媒の飽和蒸気圧曲線と交差し、
前記蒸発温度が前記高負荷温度より低温領域にあるとき、前記蒸発温度が高くなるほど前記蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を小さく制御し、
前記蒸発温度が低負荷状態に相当する低負荷温度にあるとき、前記蒸発器の出口の冷媒の過熱度(SH)を5°C以上10°C以下の範囲内の所定温度に制御し、さらに、
前記蒸発温度が前記高負荷温度より高温領域にあるとき、前記蒸発温度が高くなるほど前記蒸発器の出口の冷媒の乾き度(DN)を小さく制御するよう設定されていることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
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- 2008-07-30 JP JP2008196317A patent/JP2010032158A/ja active Pending
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