JP2010121846A

JP2010121846A - 蒸気圧縮式冷凍サイクル

Info

Publication number: JP2010121846A
Application number: JP2008295398A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kaneko; 智金子
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】必要に応じて適時にサイクル内の内部熱交換を行うことができるようにし、圧縮機の吸入冷媒温度の上昇を抑えて、圧縮機の効率や耐久性を向上できるようにした蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】圧縮機、凝縮器、膨張手段、蒸発器を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、蒸発器から圧縮機への冷媒回路に蓄冷手段を設け、凝縮器から膨張手段への冷媒回路を蓄冷手段を通る回路と蓄冷手段をバイパスする回路とに分岐するとともに、その分岐回路の分岐部に必要に応じて回路を切り替える切替弁を設けたことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに関し、とくに、冷凍能力を適時に向上可能で、かつ、圧縮機の効率や耐久性の向上が可能な、車両用空調装置に用いて最適な蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。

従来から、蒸気圧縮式冷凍サイクルに内部熱交換器を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１）。この内部熱交換器は、凝縮器の出口側の冷媒と蒸発器の出口側の冷媒を二重管式の熱交換器等で熱交換させるものであり、蒸気圧縮式冷凍サイクルは、例えば図２に示すように構成される。図２に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１０１においては、圧縮機１０２で圧縮された冷媒は凝縮器１０３に送られて凝縮され、凝縮された冷媒は膨張手段１０４（例えば、膨張弁）で減圧膨張された後蒸発器１０５に送られ、蒸発器１０５における冷媒の蒸発により外部空気が冷却されて冷房に供される。蒸発器１０５からの冷媒は、再び圧縮機１０２に吸入されて圧縮される。そして、凝縮器１０３の出口側の冷媒配管と蒸発器１０５から圧縮機１０２への冷媒配管が内部熱交換器１０６に通され、両冷媒配管中を流れる冷媒間で熱交換が行われて、圧縮機１０２の吸入側の冷媒の温度が上昇され、凝縮器１０３の出口側の冷媒の温度が低下されるようになっている。このような従来のシステムにおいては、熱負荷の大小によらず、常に内部熱交換器１０６による熱交換が行われるようになっていた。
特開平１１−３５１６８０号公報

一般的に、蒸気圧縮式の冷凍サイクルにおいては、高圧側の圧力が高くなるほど冷凍能力が低下し、消費動力が増加するという問題がある。上記のような従来の内部熱交換器１０６を用いた冷凍サイクル１０１においては、冷凍能力の低下、消費動力の増加を抑える効果はあるが、上述の如く常に内部熱交換器１０６で熱交換を行っているため、内部熱交換器１０６が特に有効と考えられる車両のアイドル時や高速高負荷運転時に、十分な熱交換量が得られないという問題が残されている。また、内部熱交換器を大きくすることで熱交換量は大きくできるが、その場合には圧縮機の吸入冷媒温度が上昇するため、圧縮機の効率低下や、吐出温度上昇に伴う圧縮機の耐久性の問題が出てくるおそれがある。

そこで本発明の課題は、従来のような常時熱交換を行う内部熱交換器による方式ではなく、必要に応じて適時にサイクル内の内部熱交換を行うことができるようにし、必要な時に、例えば車両のアイドル時に十分な熱交換量が得られるようにするとともに、圧縮機の吸入冷媒温度の上昇を抑えて、圧縮機の効率や耐久性を向上できるようにした蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、蒸発器からの冷媒を圧縮機に戻す蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、蒸発器から圧縮機への冷媒回路に蓄冷手段を設け、凝縮器から膨張手段への冷媒回路を前記蓄冷手段を通る回路と前記蓄冷手段をバイパスする回路とに分岐するとともに、その分岐回路の分岐部に回路を切り替える切替弁を設けたことを特徴とするものからなる。

すなわち、本発明における内部熱交換は、冷媒回路を流れる冷媒同士を直接的に熱交換させるのではなく、蒸発器から圧縮機への冷媒回路に設けられた蓄冷手段に蓄冷しておき、その蓄冷手段とその蓄冷手段に通される凝縮器から膨張手段への冷媒回路との間で内部熱交換が行われる。そして、蓄冷は常時行われるが、蓄冷手段と凝縮器から膨張手段への冷媒回路との間の熱交換は、必要な時にのみ、分岐回路の切替弁による選択により、選択的に行われる。切替弁によって蓄冷手段を通る回路が選択された場合には内部熱交換が行われ、バイパス回路が選択された場合には内部熱交換は行われない。内部熱交換が行われない間は、次の内部熱交換に備えて蓄冷されればよい。このように、必要な時にのみ、効率よく内部熱交換が行われるようになり、それ以外のときには専ら蓄冷されるので、内部熱交換を必要とするときには十分な熱交換量を得ることが可能になる。その結果、内部熱交換時には、凝縮器出口側の冷媒が十分に冷却され、それに伴って圧縮機吸入側冷媒温度の上昇が抑えられ、圧縮機への吸入冷媒の密度の低下が抑えられて、従来の内部熱交換器方式に比べて冷媒循環量の低下が抑えられ、冷凍能力が向上される。また、圧縮機吸入側冷媒温度の上昇が抑えられるため圧縮機の効率が高く保たれ、圧縮機からの吐出冷媒温度の増加も抑えられるため、圧縮機の耐久性の向上をはかることが可能になる。

このような本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、上記蓄冷手段としては、とくに、蓄冷剤が封入された容器からなる構成を採用できる。このような構成では、単に、容器内に封入された蓄冷剤中に、前述の蒸発器から圧縮機への冷媒回路と、凝縮器から膨張手段への分岐された冷媒回路の内の一つの回路を通すだけの簡単な構成とすることができ、切替弁により適時に分岐された冷媒回路を選択できるようにすればよい。

また、上記切替弁としては、圧縮機吐出側の高圧冷媒回路における冷媒圧力が所定値以上のとき、上記分岐回路を上記蓄冷手段を通る回路に切り替える弁に構成することが好ましい。このように構成すれば、圧縮機吐出側の冷媒圧力やそれに対応する冷媒温度が上昇しすぎないようにすることができ、サイクル全体の冷凍能力の向上をはかりつつ、圧縮機の耐久性の向上をはかることができる。

このような本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、とくに、車両用空調装置に設けられる冷凍サイクルとして好適なものである。車両用空調装置に適用すれば、内部熱交換が有効と考えられるアイドル時や高速高負荷運転時に、十分な熱交換量を得ることが可能になる。そのため、とくに、少なくとも車両のアイドル運転時に、上記切替弁により上記分岐回路が上記蓄冷手段を通る回路に切り替えられるようにしておくことが好ましい。

本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルによれば、常時蓄冷は行うが必要に応じて適時に内部熱交換を行うことが可能な蓄冷手段を配置して、車両のアイドル時等の必要な時にのみ効率よく圧縮機への吸入冷媒を冷却できるようにしたので、サイクルの冷凍能力を高く保ちつつ、圧縮機の吸入冷媒温度の上昇を抑えて、圧縮機の効率や耐久性を向上することができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルを示しており、とくに車両用空調装置に用いて好適な蒸気圧縮式冷凍サイクルを示している。図１において、蒸気圧縮式冷凍サイクル１は、サイクル内を循環される冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器３と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張手段としての膨張弁４と、膨張された冷媒を蒸発させ、車室内に通じる空気ダクト（図示略）等の空気通路内に冷房のために配置される蒸発器５とを備えており、蒸発器５からの冷媒は圧縮機２に戻されて再び圧縮に供される。この蒸気圧縮式冷凍サイクル１において、蒸発器５から圧縮機２への冷媒回路１１に蓄冷手段として蓄冷剤１０が封入された蓄冷剤封入容器６が設けられており、冷媒回路１１はこの蓄冷剤封入容器６中を通されて、冷媒回路１１内を流れる冷媒によって常時蓄冷剤１０に蓄冷されるようになっている。また、凝縮器３から膨張弁４への冷媒回路は、上記蓄冷剤封入容器６中を通る回路１２と蓄冷剤封入容器６をバイパスする回路１３とに分岐されており、この分岐回路の下流側の分岐部に両回路１２、１３を切り替える切替弁１４が設けられている。

本実施態様では、上記切替弁１４は、圧縮機２の出口側に設けられた冷媒圧力センサ１５からの圧力検出信号に基づいて切替動作が制御されるようになっており、圧縮機吐出側の高圧冷媒回路における冷媒圧力が予め定められた所定値以上になったときに、上記分岐回路を蓄冷剤封入容器６中を通る回路１２に切り替えるように構成されている。

このように構成された本実施態様に係る蒸気圧縮式冷凍サイクル１においては、従来の図２に示したような常時冷媒回路を流れる冷媒同士が直接的に熱交換される内部熱交換器１０６とは異なり、圧縮機２の吸入側冷媒と凝縮器３の出口側冷媒とは、蓄冷剤１０を介して、必要に応じて適時に内部熱交換される。すなわち、蒸発器５から圧縮機２への冷媒回路１１を流れる冷媒を利用して、蓄冷剤封入容器６に封入されている蓄冷剤１０には常時蓄冷が行われることになるが、蓄冷された蓄冷剤１０と凝縮器３から膨張弁４への冷媒回路中を流れる冷媒との熱交換は、必要な時にのみ、換言すれば、分岐回路が切替弁１４によって蓄冷剤封入容器６中を通る回路１２側に切り替えられている時にのみ、行われる。したがって、分岐回路が蓄冷剤封入容器６をバイパスする回路１３側に切り替えられている時には、内部熱交換は行われず、専ら、冷媒回路１１を流れる冷媒を利用して、蓄冷剤１０への蓄冷が続行される。したがって、この時間中に、十分な蓄冷が可能になる。そして、内部熱交換が必要になった時、例えば、車両のアイドル時や高速高負荷運転時等に、切替弁１４によって蓄冷剤封入容器６中を通る回路１２側に切り替えられることにより、該回路１２を流れる冷媒と、十分に蓄冷されていた蓄冷剤１０との間で内部熱交換が行われることになり、凝縮器３の出口側冷媒が十分に冷却されるため、結果的に圧縮機２の吸入冷媒温度の上昇が抑えられることになる。その結果、吸入冷媒温度の上昇に伴う圧縮機２への吸入冷媒の密度の低下が抑えられて、従来の内部熱交換器方式に比べて冷媒循環量の低下が抑えられて、サイクル全体としての冷凍能力が向上される。さらに、圧縮機吸入側冷媒温度の上昇が抑えられることにより、圧縮機２の効率が高く保たれ、圧縮機２からの吐出冷媒温度の増加も抑えられるため、圧縮機２の耐久性の向上をはかることも可能になる。

このような優れた効果が、切替弁１４の切替動作を適切に行うことによって達成され、本実施態様の如く、圧縮機２の出口側に設けられた冷媒圧力センサ１５からの圧力検出信号に基づいて切替弁１４の切替動作を制御するだけで、容易に、サイクル全体としての所望の優れた性能が得られるようになる。

本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、とくに、車両用空調装置に設けられる冷凍サイクルとして好適なものである。

本発明の一実施態様に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの機器系統図である。従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルの機器系統図である。

符号の説明

１蒸気圧縮式冷凍サイクル
２圧縮機
３凝縮器
４膨張手段としての膨張弁
５蒸発器
６蓄冷手段としての蓄冷剤封入容器
１０蓄冷剤
１１蒸発器から圧縮機への冷媒回路
１２蓄冷剤封入容器中を通る回路
１３蓄冷剤封入容器をバイパスする回路
１４切替弁
１５冷媒圧力センサ

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、蒸発器からの冷媒を圧縮機に戻す蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、蒸発器から圧縮機への冷媒回路に蓄冷手段を設け、凝縮器から膨張手段への冷媒回路を前記蓄冷手段を通る回路と前記蓄冷手段をバイパスする回路とに分岐するとともに、その分岐回路の分岐部に回路を切り替える切替弁を設けたことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
前記蓄冷手段が、蓄冷剤が封入された容器からなる、請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
前記切替弁は、圧縮機吐出側の高圧冷媒回路における冷媒圧力が所定値以上のとき、前記分岐回路を前記蓄冷手段を通る回路に切り替える、請求項１または２に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
車両用空調装置に設けられる冷凍サイクルからなる、請求項１〜３のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
少なくとも車両のアイドル運転時に、前記切替弁により前記分岐回路が前記蓄冷手段を通る回路に切り替えられる、請求項４に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。