JP2012181005A - ヒートポンプサイクル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスインジェクションサイクルを構成するヒートポンプサイクルヒートにて、高段側減圧手段(高段側膨脹弁13)、および低段側減圧手段(低圧側開閉弁16b、低段側固定絞り17、固定絞り迂回用通路18)の双方を絞り状態、および全開状態に設定可能な構成とする。これにより、圧縮機11から室外熱交換器20に至る冷媒流路を、空調装置の運転モードに応じて別個に設けることなく、簡素な構成で冷房、暖房、および除湿暖房を実現する。
【選択図】図1
Description
図1〜12により、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル10を走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車の車両用空調装置1に適用している。このヒートポンプサイクル10は、車両用空調装置1において、空調対象空間である車室内へ送風される車室内送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。
冷房運転モードは、操作パネルの作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって冷房運転モードが選択されると開始される。冷房運転モードでは、空調制御装置40が、高段側膨脹弁13を減圧作用を発揮しない全開状態とし、冷房用膨脹弁22を減圧作用を発揮する絞り状態とし、冷房用開閉弁16cを閉弁状態とする。
次に、暖房運転モードについて説明する。前述の如く、本実施形態のヒートポンプサイクル10では、暖房運転モードとして、第1暖房モード、第2暖房モードを実行することができる。まず、暖房運転モードは、車両用空調装置の作動スイッチが投入(ON)された状態で、選択スイッチによって暖房運転モードが選択されると開始される。
まず、第1暖房モードについて説明する。第1暖房モードが実行されると、空調制御装置40が、高段側膨脹弁13を絞り状態とし、冷房用膨脹弁22を全閉状態とし、冷房用開閉弁16cを開弁状態とする。
次に、第2暖房モードについて説明する。第2暖房モード時が実行されると、空調制御装置40が、高段側膨脹弁13を減圧作用を発揮する絞り状態とし、冷房用膨脹弁22を全閉状態とし、冷房用開閉弁16cを開弁状態とする。
次に、除湿暖房運転モードについて説明する。除湿暖房運転モードは、冷房運転モード時に車室内温度設定スイッチによって設定された設定温度が外気温よりも高い温度に設定された際に実行される。
第1除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁13を全開状態とし、冷房用膨脹弁22を絞り状態とする。従って、サイクル構成(冷媒流路)については、冷房運転モードと全く同様となるものの、エアミックスドア34が室内凝縮器12の空気通路を全開しているので、サイクルを循環する冷媒の状態については図10のモリエル線図に示すように変化する。
次に、第1除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度TAOが予め定めた第1基準温度よりも高くなった際には、第2除湿暖房モードが実行される。第2除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁13を絞り状態とし、冷房用膨脹弁22の絞り開度を第1除湿暖房モードよりも増加させた絞り状態とする。従って、第2除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図11のモリエル線図に示すように変化する。
次に、第2除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度TAOが予め定めた第2基準温度よりも高くなった際には、第3除湿暖房モードが実行される。第3除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁13の絞り開度を第2除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、冷房用膨脹弁22の絞り開度を第2除湿暖房モードよりも増加させる。従って、第3除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図12のモリエル線図に示すように変化する。
次に、第3除湿暖房モードの実行中に、目標吹出温度TAOが予め定めた第3基準温度よりも高くなった際には、第4除湿暖房モードが実行される。第4除湿暖房モードでは、高段側膨脹弁13の絞り開度を第3除湿暖房モードよりも縮小させた絞り状態とし、冷房用膨脹弁22を全開状態とする。従って、第4除湿暖房モードでは、サイクルを循環する冷媒の状態については図13のモリエル線図に示すように変化する。
本実施形態では、第1実施形態に対して、気液分離手段を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態では、気液分離手段として液相冷媒の表面張力を利用して冷媒の気液を分離する表面張力式の気液分離器54を採用している。この表面張力式の気液分離器54の詳細構成については、図14を用いて説明する。なお、図14(a)は、気液分離器54の軸方向断面であり、図14(b)は、(a)のA−A断面図である。
本実施形態では、第1実施形態に対して、気液分離手段の構成を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態では、気液分離手段として遠心分離方式のものであって、かつ、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく流出させる気液分離器55を採用している。
本実施形態では、第1実施形態の気液分離器14に対して、図17に示すように、気液分離器14内の液相冷媒の液面の高さに応じて変位するフロート弁14hを追加するとともに、その内容積をより一層小さくしている。なお、図17は、本実施形態の気液分離器14の軸方向断面図であり、図4と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。
本実施形態では、第1実施形態に対してヒートポンプサイクル10のサイクル構成を変更した例について説明する。本実施形態のヒートポンプサイクル10は、圧縮機11の吐出ポート11cから吐出された高圧冷媒の熱を直接的に送風空気に放熱するのではなく、不凍液等からなる熱媒体を介して送風空気に放熱する構成としている。
本実施形態では、第1実施形態に対して中間圧側開閉弁16aの構成を変更した例について説明する。本実施形態では、中間圧側開閉弁16aを、低段側減圧手段の低段側固定絞り17の前後差圧に応じて中間圧冷媒通路15を開閉する差圧開閉弁で構成している。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
11a 吸入ポート
11b 中間圧ポート
11c 吐出ポート
12 室内凝縮器(第1利用側熱交換器)
13 高段側膨脹弁(第1減圧手段)
14、54、55 気液分離器(気液分離手段)
14g、54g、55g 液相冷媒流出口
14h フロート弁
15 中間圧冷媒通路
16a 中間圧側開閉弁
16b 低圧側開閉弁(第2減圧手段)
16c 冷房用開閉弁
17 低段側固定絞り(第2減圧手段)
20 室外熱交換器
22 冷房用膨脹弁(第3減圧手段)
23 室内蒸発器(第2利用側熱交換器)
Claims (22)
- 運転モードを冷房運転モード、暖房運転モード、および除湿暖房運転モードに切り替え可能な空調装置(1)に適用されるヒートポンプサイクルであって、
冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機(11)と、
前記圧縮機(11)の吐出ポート(11c)から吐出された高圧冷媒を空調対象空間へ送風される送風空気、または前記送風空気を加熱するための熱媒体と熱交換させる第1利用側熱交換器(12、52)と、
前記第1利用側熱交換器(12、52)から流出した冷媒を減圧可能に構成された第1減圧手段(13)と、
前記第1減圧手段(13)を通過した冷媒の気液を分離する気液分離手段(14、54、55)と、
前記気液分離手段(14、54、55)にて分離された液相冷媒を減圧可能に構成された第2減圧手段(16b、17、18)と、
前記第2減圧手段(16b、17、18)を通過した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(20)と、
冷媒を前記送風空気と熱交換させて、前記圧縮機(11)の吸入ポート(11a)側へ流出させる第2利用側熱交換器(23)と、
前記第2利用側熱交換器(23)へ流入する冷媒を減圧させる第3減圧手段(22)と、
前記気液分離手段(14、54、55)にて分離された気相冷媒を、前記圧縮機(11)に設けられた中間圧ポート(11b)へ導いて、圧縮過程の冷媒に合流させる中間圧冷媒通路(15)と、
サイクルを循環する冷媒の冷媒流路を切り替える冷媒流路切替手段(16a、16c)と、を備え、
前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)それぞれは、減圧作用を発揮する絞り状態に加えて、減圧作用を発揮しない全開状態に設定可能に構成されていることを特徴とするヒートポンプサイクル。 - 前記暖房運転モード時には、前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)の双方が前記絞り状態に設定され、
前記冷房運転モード時には、前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)の双方が前記全開状態に設定され、
前記除湿暖房運転モード時には、前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)の少なくとも一方が前記全開状態に設定されることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプサイクル。 - 前記冷媒流路切替手段(16a、16c)は、
前記暖房運転モード時に、前記圧縮機(11)から吐出された冷媒を、前記第1利用側熱交換器(12、52)→前記第1減圧手段(13)→前記気液分離手段(14、54、55)→前記第2減圧手段(17)→前記室外熱交換器(20)の順に流すとともに、前記気液分離手段(14、54、55)にて分離された気相冷媒を前記中間圧冷媒通路(15)へ流入させ、
前記冷房運転モード時には、前記圧縮機(11)から吐出された冷媒を、前記第1減圧手段(13)→前記気液分離手段(14、54、55)→前記第2減圧手段(17)→前記室外熱交換器(20)→前記第3減圧手段(22)→前記第2利用側熱交換器(23)の順に流し、
前記除湿暖房運転モード時には、前記圧縮機(11)から吐出された冷媒を、前記第1利用側熱交換器(12、52)→前記第1減圧手段(13)→前記気液分離手段(14、54、55)→前記第2減圧手段(17)→前記室外熱交換器(20)→前記第3減圧手段(22)→前記第2利用側熱交換器(23)の順に流すことを特徴とする請求項2に記載のヒートポンプサイクル。 - 前記冷媒流路切替手段(16a、16c)は、前記中間圧冷媒通路(15)を開閉する中間圧側開閉弁(16a)を含んで構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のヒートポンプサイクル。
- 前記中間圧側開閉弁(16a)は、前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)の双方が前記絞り状態となる際に前記中間圧冷媒通路(15)を開放すると共に、前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)の少なくとも一方が前記全開状態となる際に前記中間圧冷媒通路(15)を閉鎖するように構成されていることを特徴とする請求項4に記載のヒートポンプサイクル。
- 前記中間圧側開閉弁(16a)は、前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)のうち、前記除湿暖房運転モード時に前記全開状態とされる減圧手段(16b、17、18)の前後差圧に応じて開閉する差圧開閉弁で構成されていることを特徴とする請求項5に記載のヒートポンプサイクル。
- 前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)のうち、一方の減圧手段は、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成され、
前記第3減圧手段(22)は、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成され、
前記除湿暖房運転モード時には、
前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)のうち、他方の減圧手段が前記全開状態とされ、
さらに、前記空調対象空間へ吹き出す吹出空気の目標温度の上昇に伴って前記一方の減圧手段の絞り開度が縮小するように変更されると共に、前記第3減圧手段(22)の絞り開度が拡大するように変更されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。 - 前記第1減圧手段(13)および前記第2減圧手段(16b、17、18)のうち少なくとも一方は、絞り開度が固定された固定絞り、前記固定絞りを迂回して冷媒を流す固定絞り迂回用通路、および前記迂回用通路を開閉する通路開閉弁を有して構成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。
- 前記第1減圧手段(13)は、絞り開度を変更可能な可変絞り機構で構成され、
前記第2減圧手段(16b、17、18)は、絞り開度が固定された固定絞り(17)、前記固定絞り(17)を迂回して冷媒を流す固定絞り迂回用通路(18)、および前記迂回用通路(18)を開閉する通路開閉弁(16b)を有して構成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。 - 前記圧縮機(11)の吸入ポート(11a)へ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を前記圧縮機(11)の吸入ポート(11a)側へ流出させるアキュムレータ(24)を備え、
前記気液分離手段(14、54、55)は、分離した液相冷媒を内部に滞留させることなく液相冷媒流出口(14g、54g、55g)から流出させるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。 - 前記圧縮機(11)の吸入ポート(11a)へ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を前記圧縮機(11)の吸入ポート(11a)側へ流出させるアキュムレータ(24)を備え、
前記気液分離手段(14、55)は、分離した直後の液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口(14g、55g)を有していることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。 - 前記圧縮機(11)の吸入ポート(11a)へ流入する冷媒の気液を分離して、分離された気相冷媒を前記圧縮機(11)の吸入ポート(11a)側へ流出させるアキュムレータ(24)を備え、
前記気液分離手段(14、54、55)は、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口(14g、54g、55g)を有し、
前記気液分離手段(14、54、55)の内容積は、サイクルに封入される冷媒量を液相に換算した際の封入冷媒体積から、サイクルが最大能力を発揮するために必要な冷媒量を液相に換算した際の必要最大冷媒体積を減算した余剰冷媒体積よりも小さいことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。 - 前記気液分離手段は、遠心力の作用によって冷媒の気液を分離する遠心分離方式の気液分離器(14、55)であることを特徴とする請求項10ないし12のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。
- 前記液相冷媒流出口(14g、55g)は、前記気液分離手段(14、55)にて分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口(14f、55f)よりも下方側に配置されているとともに、前記気相冷媒の一部を前記液相冷媒とともに流出させることを特徴とする請求項10ないし13のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。
- 前記液相冷媒流出口(14g)は、前記気液分離手段(14)内の前記液相冷媒の液面の高さに応じて変位するフロート弁(14h)によって開閉されることを特徴とする請求項12に記載のヒートポンプサイクル。
- 前記気液分離手段は、液相冷媒の表面張力を利用して冷媒の気液を分離する表面張力式の気液分離器(54)であることを特徴とする請求項12に記載のヒートポンプサイクル。
- 前記室外熱交換器(20)へ流入する冷媒の乾き度(X)は、0.1以下であることを特徴とする請求項1ないし16のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。
- 前記第1利用側熱交換器(12)は、前記圧縮機(11)の吐出ポート(11c)から吐出された高圧冷媒を前記送風空気と熱交換させる熱交換器として構成されていることを特徴とする請求項1ないし17のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。
- 前記第1利用側熱交換器(52)は、前記圧縮機(11)の吐出ポート(11c)から吐出された高圧冷媒を前記送風空気を加熱するための熱媒体と熱交換させる熱交換器として構成されていることを特徴とする請求項1ないし17のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。
- 前記暖房運転モード時には、前記第1利用側熱交換器(12)にて加熱された前記送風空気を前記空調対象空間へ送風することを特徴とする請求項18に記載のヒートポンプサイクル。
- 前記第1利用側熱交換器(12)の熱交換能力を調整する熱交換能力調整手段(34)を備え、
前記冷房運転モード時には、前記第1利用側熱交換器(12)における熱交換能力を低下させて、前記第2利用側熱交換器(23)にて冷却された前記送風空気を前記空調対象空間へ送風することを特徴とする請求項18または20に記載のヒートポンプサイクル。 - 前記第2利用側熱交換器(23)は、前記第1利用側熱交換器(12)に対して送風空気流れ上流側に配置されており、
前記除湿暖房運転モード時には、前記第2利用側熱交換器(23)にて冷却された前記送風空気を前記第1利用側熱交換器(12)にて加熱して前記空調対象空間へ送風することを特徴とする請求項18、20、21のいずれか1つに記載のヒートポンプサイクル。
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