JP2015190717A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱運転時における循環冷媒量が不足することを抑制する。【解決手段】ガス冷媒を吸入圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮されたガス冷媒を熱交換させて凝縮させる凝縮器２１と、凝縮器２１で凝縮された液冷媒を減圧する減圧手段２２と、減圧手段２２で減圧された液冷媒を、冷却対象空間に送風される空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器２３と、圧縮機２０の出口側かつ凝縮器２１の入口側における冷媒流路に設けられた凝縮器入口側分岐部３０から分岐して、凝縮器２１の出口側かつ減圧手段２２の入口側における冷媒流路に設けられた凝縮器出口側合流部３１に合流する凝縮器バイパス冷媒流路３２と、凝縮器バイパス冷媒流路３２を開閉する凝縮器バイパス開閉手段４０と、凝縮器２１の出口側かつ凝縮器出口側合流部３１の上流側における冷媒流路を開閉する凝縮器出口側開閉手段４２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、特許文献１には、陸上輸送用車両の荷台に積載されたコンテナ内の空気を冷却・加熱する輸送用冷凍装置が記載されている。

この従来技術では、輸送用冷凍装置は、圧縮機、コンデンサ、減圧弁およびエバポレータが冷媒配管によって接続された冷凍サイクルと、圧縮機の吐出側の冷媒配管から分岐してエバポレータ上流側の冷媒配管に合流するホットガスバイパス配管と、ホットガスバイパス配管を開閉するバイパス開閉弁とを備えている。

コンテナ内を冷却する冷却運転時には、バイパス開閉弁を閉じる。これにより、圧縮機から吐出されるホットガスがコンデンサに流入して凝縮液化された後、減圧弁で減圧されてエバポレータに供給されるので、エバポレータで空気を冷却できる。

コンテナ内を加熱する加熱運転時には、バイパス開閉弁を開放する。これにより、圧縮機から吐出されるホットガスがホットガスバイパス配管を流れてエバポレータに供給されるので、エバポレータで空気を加熱できる。

さらに、輸送用冷凍装置は、ホットガスバイパス配管の分岐点とコンデンサとの間の冷媒配管を開閉するコンデンサ開閉弁を備えている。

特開２０１０−２３６８３０号公報

上記従来技術によると、冷却運転では、コンデンサで凝縮液化された液冷媒がエバポレータで蒸発するので、コンデンサの出口側かつエバポレータの入口側における冷媒流路に液冷媒が流れる。一方、加熱運転では、コンデンサ開閉弁を閉じることによってコンデンサへのホットガスの供給が停止される。

冷却運転から加熱運転に切り替えた場合、コンデンサに残ったホットガスが外気で冷却されて凝縮する。そのため、液冷媒が逆流してコンデンサに溜まるという現象（いわゆる冷媒寝込み）が発生するので、加熱運転時における循環冷媒量が不足してしまい、十分な加熱能力を得るのが困難になってしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、加熱運転時における循環冷媒量が不足することを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
ガス冷媒を吸入圧縮する圧縮機（２０）と、
圧縮機（２０）で圧縮されたガス冷媒を熱交換させて凝縮させる凝縮器（２１）と、
凝縮器（２１）で凝縮された液冷媒を減圧する減圧手段（２２）と、
減圧手段（２２）で減圧された液冷媒を、冷却対象空間に送風される空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器（２３）と、
圧縮機（２０）の出口側かつ凝縮器（２１）の入口側における冷媒流路に設けられた凝縮器入口側分岐部（３０）から分岐して、凝縮器（２１）の出口側かつ減圧手段（２２）の入口側における冷媒流路に設けられた凝縮器出口側合流部（３１）に合流する凝縮器バイパス冷媒流路（３２）と、
凝縮器バイパス冷媒流路（３２）を開閉する凝縮器バイパス開閉手段（４０）と、
凝縮器（２１）の出口側かつ凝縮器出口側合流部（３１）の上流側における冷媒流路を開閉する凝縮器出口側開閉手段（４２）とを備えることを特徴とする。

これによると、凝縮器バイパス開閉手段（４０）によって冷却運転と加熱運転とを切り替えることができる。すなわち、凝縮器バイパス開閉手段（４０）が凝縮器バイパス冷媒流路（３２）を閉じることによって、減圧手段（２２）で減圧された低温の液冷媒が蒸発器（２３）を流れるので、蒸発器（２３）で空気を冷却できる。一方、凝縮器バイパス開閉手段（４０）が凝縮器バイパス冷媒流路（３２）を開けることによって、圧縮機（２０）で圧縮された高温のガス冷媒が蒸発器（２３）を流れるので、蒸発器（２３）で空気を加熱できる。

そして、冷却運転から加熱運転に切り替える際に、凝縮器出口側開閉手段（４２）が凝縮器（２１）の出口側かつ凝縮器出口側合流部（３１）の上流側における冷媒流路を閉じることによって、液冷媒が逆流して凝縮器（２１）に溜まることを抑制できる。そのため、加熱運転時における循環冷媒量が不足することを抑制できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、
凝縮器バイパス開閉手段（４０）が凝縮器バイパス冷媒流路（３２）を閉じている場合、凝縮器出口側開閉手段（４２）が凝縮器（２１）の出口側かつ凝縮器出口側合流部（３１）の上流側における冷媒流路を開け、凝縮器バイパス開閉手段（４０）が凝縮器バイパス冷媒流路（３２）を開けている場合、凝縮器出口側開閉手段（４２）が凝縮器（２１）の出口側かつ凝縮器出口側合流部（３１）の上流側における冷媒流路を閉じるように、凝縮器出口側開閉手段（４２）の作動を制御する制御手段（４５）を備えることを特徴とする。

これにより、冷却運転から加熱運転に切り替える際に、凝縮器（２１）の出口側かつ凝縮器出口側合流部（３１）の上流側における冷媒流路を閉じることができるので、加熱運転時における循環冷媒量が不足することを確実に抑制できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の発明において、
凝縮器出口側合流部（３１）の下流側かつ減圧手段（２２）の入口側における冷媒流路に設けられた減圧手段入口側分岐部（３３）から分岐して、減圧手段（２２）の出口側かつ蒸発器（２３）の入口側における冷媒流路に設けられた減圧手段出口側合流部（３４）に合流する減圧手段バイパス冷媒流路（３５）と、
減圧手段バイパス冷媒流路（３５）を開閉する減圧バイパス開閉手段（４１）とを備えることを特徴とする。

これによると、加熱運転時に減圧バイパス開閉手段（４１）が減圧手段バイパス冷媒流路（３５）を開けることによって、圧縮機（２０）で圧縮された高温のガス冷媒が減圧手段（２２）をバイパスして蒸発器（２３）を流れるので、蒸発器（２３）を流れる高温のガス冷媒の流量を増加させることができ、ひいては蒸発器（２３）の空気加熱能力を増加させることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、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ものである。

一実施形態における輸送用車両を示す模式図である。 図１の輸送用車両に用いられる冷凍サイクルの全体構成図である。

以下、一実施形態を説明する。図１は、本実施形態の冷凍サイクル装置が搭載される輸送用車両を模式的に示す断面図である。図１中、上下前後の矢印は、輸送用車両の上下前後方向を示している。

本実施形態の輸送用車両は、車両最前部に配置された運転室１０の後方側に荷台１１を有している。この荷台１１は、断熱材等により箱形状に形成されている。荷台１１内には荷室１１１が形成されている。

図示を省略しているが、荷台１１の側面部等には、温度調整対象物を搬入・搬出するための開口部と、この開口部を開閉する開閉扉とが設けられている。荷室１１１には空調ユニット１２が配置されている。

図１中の矢印Ａ１、Ａ２に示すように、空調ユニット１２は、荷室１１１の空気を吸い込んで冷却または加熱して荷室１１１に吹き出す。空調ユニット１２から吹き出された空気によって、荷室１１１が温度調整される。

空調ユニット１２のユニットケース１２１には、ユニット内送風機１２２および蒸発器２３等が収容されている。ユニット内送風機１２２は、電動モータによって駆動される電動送風機である。

ユニット内送風機１２２が作動することにより、荷室１１１の空気がユニットケース１２１内に吸い込まれて蒸発器２３を通過して冷却され、蒸発器２３を通過した冷風は、ユニットケース１２１から荷室１１１に吹き出される。

図２は、図１の輸送用車両に搭載される冷凍サイクル装置の全体構成図である。冷凍サイクル装置は、圧縮機２０、凝縮器２１、膨張弁２２および蒸発器２３を備えている。

圧縮機２０は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。例えば、圧縮機２０は、車両のエンジンルームに配置されている。

例えば、圧縮機２０は、電磁クラッチ（図示せず）を介して車両エンジン（図示せず）によって回転駆動されるエンジン駆動式圧縮機である。圧縮機２０は、電動モータによって回転駆動される電動圧縮機であってもよい。

圧縮機２０の吐出側には凝縮器２１が接続されている。凝縮器２１は圧縮機２０から吐出された高圧冷媒（ガス冷媒）と、室外送風機２５によって送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて高圧冷媒を冷却・凝縮させる。室外送風機２５は、電動モータによって駆動される電動送風機である。

凝縮器２１の出口側には膨張弁２２が接続されている。膨張弁２２は、凝縮器２１で凝縮された高圧冷媒（液冷媒）を減圧する減圧手段である。

例えば、膨張弁２２は、蒸発器２３出口側冷媒の温度および圧力に基づいて蒸発器２３出口側冷媒の過熱度を検出する感温部を有し、蒸発器２３出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定範囲となるように機械的機構によって絞り通路面積を調節する温度式膨張弁である。膨張弁２２は、電気的機構によって絞り通路面積を調節する電気式膨張弁であってもよい。

膨張弁２２の出口側には蒸発器２３が接続されている。蒸発器２３には膨張弁２２で減圧された低圧冷媒（液冷媒）が流入し、この低圧冷媒がユニット内送風機１２２による送風空気から吸熱して蒸発することによって送風空気を冷却する。蒸発器２３で蒸発した低圧冷媒（ガス冷媒）は、圧縮機２０に吸入される。

圧縮機２０の吐出側かつ凝縮器２１の入口側の冷媒流路には、凝縮器バイパス冷媒流路３２が分岐する凝縮器入口側分岐部３０が設けられている。凝縮器２１の出口側かつ膨張弁２２の入口側の冷媒流路には、凝縮器バイパス冷媒流路３２が合流する凝縮器出口側合流部３１が設けられている。凝縮器バイパス冷媒流路３２は、冷媒が凝縮器２１をバイパスして流れる流路である。

凝縮器出口側合流部３１の下流側かつ膨張弁２２の入口側の冷媒流路には、膨張弁バイパス冷媒流路３５が分岐する膨張弁入口側分岐部３３（減圧手段入口側分岐部）が設けられている。膨張弁２２の出口側かつ蒸発器２３の入口側の冷媒流路には、膨張弁バイパス冷媒流路３５が合流する膨張弁出口側合流部３４（減圧手段出口側合流部）が設けられている。膨張弁バイパス冷媒流路３５は、冷媒が膨張弁２２（減圧手段）をバイパスして流れる減圧手段バイパス冷媒流路である。

凝縮器バイパス冷媒流路３２には凝縮器バイパス開閉弁４０が配置されている。凝縮器バイパス開閉弁４０は、凝縮器バイパス冷媒流路３２を開閉する凝縮器バイパス開閉手段である。

膨張弁バイパス冷媒流路３５には膨張弁バイパス開閉弁４１が配置されている。膨張弁バイパス開閉弁４１は、膨張弁バイパス冷媒流路３５を開閉する膨張弁バイパス開閉手段（減圧バイパス開閉手段）である。

凝縮器２１の出口側かつ凝縮器出口側合流部３１の上流側の冷媒流路には、凝縮器出口側開閉弁４２が配置されている。凝縮器出口側開閉弁４２は、凝縮器２１の出口側かつ凝縮器出口側合流部３１の上流側の冷媒流路を開閉する凝縮器出口側開閉手段である。

凝縮器バイパス開閉弁４０、膨張弁バイパス開閉弁４１および凝縮器出口側開閉弁４２は、電子制御装置４５から出力される制御信号によって、その作動が制御される電磁弁である。

電子制御装置４５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成され、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。

電子制御装置４５は、出力側に接続されたユニット内送風機１２２、室外送風機２５、凝縮器バイパス開閉弁４０、膨張弁バイパス開閉弁４１および凝縮器出口側開閉弁４２等の作動を制御する制御手段である。

電子制御装置４５には、操作パネル４６から種々の操作信号が入力される。操作パネル４６は、車室内の計器盤付近に配置されている。操作パネル４６には、冷凍サイクル装置の運転・停止（具体的には、圧縮機２０の稼動・停止）を切り替える運転スイッチや、冷凍サイクル装置の冷却運転と加熱運転とを切り替える切替スイッチ等が設けられている。

冷却運転は、蒸発器２３で冷却作用を発揮させて荷室１１１への送風空気を冷却する運転モードである。加熱運転は、蒸発器２３で加熱作用を発揮させて荷室１１１への送風空気を加熱する運転モードである。

次に、上記構成における作動を説明する。電子制御装置４５は、操作パネル４６からの入力信号に基づいて凝縮器バイパス開閉弁４０、膨張弁バイパス開閉弁４１および凝縮器出口側開閉弁４２の作動を制御することによって、冷却運転と加熱運転とを切り替える。

冷却運転の場合、電子制御装置４５は、凝縮器バイパス開閉弁４０および膨張弁バイパス開閉弁４１を閉じて凝縮器出口側開閉弁４２を開ける。これにより、圧縮機２０から吐出されたガス冷媒が凝縮器２１に流入して凝縮液化された後、膨張弁２２で減圧されて蒸発器２３に供給されるので、蒸発器２３で荷室１１１への送風空気を空気を冷却できる。

加熱運転の場合、電子制御装置４５は、凝縮器バイパス開閉弁４０および膨張弁バイパス開閉弁４１を開けて凝縮器出口側開閉弁４２を閉じる。これにより、圧縮機２０から吐出されたガス冷媒が凝縮器バイパス冷媒流路３２および膨張弁バイパス冷媒流路３５を流れて蒸発器２３に供給されるので、蒸発器２３で荷室１１１への送風空気を加熱できる。

冷却運転では、凝縮器２１の出口側かつ蒸発器２３の入口側における冷媒流路に液冷媒が流れる。暖房運転では、凝縮器２１に残ったガス冷媒が外気で冷却されて凝縮する。

本実施形態では、冷却運転から加熱運転に切り替えた場合、凝縮器出口側開閉弁４２が閉じられるので、凝縮器２１に残ったガス冷媒が外気で冷却されて凝縮しても、凝縮器２１出口側の冷媒流路にある液冷媒が凝縮器２１に逆流することを抑制できる。

そのため、冷却運転から加熱運転に切り替えた場合、凝縮器２１出口側の冷媒流路にある液冷媒を循環させることができる。具体的には、図２において斜線を付した範囲の冷媒流路にある液冷媒を循環させることができる。その結果、加熱運転時における循環冷媒量が不足することを抑制できる。

図２の二点鎖線は、比較例として、凝縮器バイパス冷媒流路３２が膨張弁２２の出口側で合流する構成を示している。

本実施形態では、凝縮器バイパス冷媒流路３２が膨張弁２２の入口側で合流しているので、図２の二点鎖線で示した比較例と比較して、凝縮器出口側合流部３１から蒸発器２３までの冷媒流路の容積を多く確保できる。そのため、加熱運転に切り替えた後の循環冷媒量を多く確保できる。

本実施形態では、制御装置４５は、凝縮器バイパス開閉弁４０が凝縮器バイパス冷媒流路３２を閉じている場合、凝縮器出口側開閉弁４２を開け、凝縮器バイパス開閉弁４０が凝縮器バイパス冷媒流路３２を開けている場合、凝縮器出口側開閉弁４２を閉じる。

これにより、冷却運転から加熱運転に切り替える際に、凝縮器２１の出口側かつ凝縮器出口側合流部３１の上流側における冷媒流路を閉じることができるので、加熱運転時における循環冷媒量が不足することを確実に抑制できる。

本実施形態では、加熱運転時に膨張弁バイパス開閉弁４１が膨張弁バイパス冷媒流路３５を開けるので、圧縮機２０で圧縮された高温のガス冷媒が膨張弁２２をバイパスして蒸発器２３を流れる。そのため、蒸発器２３を流れる高温のガス冷媒の流量を増加させることができるので、蒸発器２３の空気加熱能力を増加させることができる。

本実施形態では、圧縮機２０で圧縮された高温のガス冷媒を蒸発器２３に供給することによって、蒸発器２３で空気を加熱する。すなわち、いわゆるホットガス運転を行うことによって、蒸発器２３で空気を加熱する。

これによると、ヒートポンプ運転を行うことによって蒸発器２３で空気を加熱するように構成された冷凍サイクル装置と比較して、除霜運転が不要であるという利点がある。

すなわち、ヒートポンプ運転を行うことによって蒸発器２３で空気を加熱するように構成された冷凍サイクル装置においては、凝縮器２１で外気から吸熱するので凝縮器２１に霜が付着する。そのため、凝縮器２１の霜を除去する除霜運転を定期的に行う必要がある。除霜運転では、圧縮機２０で圧縮された高温のガス冷媒を凝縮器２１に流すので、除霜運転を行っている間、蒸発器２３で空気を加熱することができない。

その点、本実施形態では、加熱運転時において、凝縮器２１で外気から吸熱することなく蒸発器２３で空気を加熱することができるので、凝縮器２１に霜が付着することがない。すなわち、除霜運転が不要である。そのため、蒸発器２３で空気の加熱を途切れることなく行うことができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のごとく種々変形可能である。

（１）上述の実施形態において、凝縮器２１出口側の冷媒流路（具体的には、図２において斜線を付した範囲の冷媒流路）に、液冷媒を貯留するタンク（液冷媒貯留手段）が設けられていてもよい。これによると、加熱運転時における循環冷媒量を増加できる。

（２）上述の実施形態では、冷凍サイクル装置を輸送量車両に適用した例について説明したが、これに限定されることなく、冷凍サイクル装置を種々の用途に適用可能である。

２０ 圧縮機
２１ 凝縮器
２２ 膨張弁（減圧手段）
２３ 蒸発器
３０ 凝縮器入口側分岐部
３１ 凝縮器出口側合流部
３２ 凝縮器バイパス冷媒流路
３３ 膨張弁入口側分岐部（減圧手段入口側分岐部）
３４ 膨張弁出口側分岐部（減圧手段出口側合流部）
３５ 膨張弁バイパス冷媒流路（減圧手段バイパス冷媒流路）
４０ 凝縮器バイパス開閉弁（凝縮器バイパス開閉手段）
４１ 膨張弁バイパス開閉弁（減圧バイパス開閉手段）
４２ 凝縮器出口側開閉弁（凝縮器出口側開閉手段）
４５ 電子制御装置（制御手段）

Claims (3)

1. ガス冷媒を吸入圧縮する圧縮機（２０）と、
   前記圧縮機（２０）で圧縮されたガス冷媒を熱交換させて凝縮させる凝縮器（２１）と、
   前記凝縮器（２１）で凝縮された液冷媒を減圧する減圧手段（２２）と、
   前記減圧手段（２２）で減圧された液冷媒を、冷却対象空間に送風される空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器（２３）と、
   前記圧縮機（２０）の出口側かつ前記凝縮器（２１）の入口側における冷媒流路に設けられた凝縮器入口側分岐部（３０）から分岐して、前記凝縮器（２１）の出口側かつ前記減圧手段（２２）の入口側における冷媒流路に設けられた凝縮器出口側合流部（３１）に合流する凝縮器バイパス冷媒流路（３２）と、
   前記凝縮器バイパス冷媒流路（３２）を開閉する凝縮器バイパス開閉手段（４０）と、
   前記凝縮器（２１）の出口側かつ前記凝縮器出口側合流部（３１）の上流側における冷媒流路を開閉する凝縮器出口側開閉手段（４２）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記凝縮器バイパス開閉手段（４０）が前記凝縮器バイパス冷媒流路（３２）を閉じている場合、前記凝縮器出口側開閉手段（４２）が前記凝縮器（２１）の出口側かつ前記凝縮器出口側合流部（３１）の上流側における冷媒流路を開け、前記凝縮器バイパス開閉手段（４０）が前記凝縮器バイパス冷媒流路（３２）を開けている場合、前記凝縮器出口側開閉手段（４２）が前記凝縮器（２１）の出口側かつ前記凝縮器出口側合流部（３１）の上流側における冷媒流路を閉じるように、前記凝縮器出口側開閉手段（４２）の作動を制御する制御手段（４５）を備え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。
3. 前記凝縮器出口側合流部（３１）の下流側かつ前記減圧手段（２２）の入口側における冷媒流路に設けられた減圧手段入口側分岐部（３３）から分岐して、前記減圧手段（２２）の出口側かつ前記蒸発器（２３）の入口側における冷媒流路に設けられた減圧手段出口側合流部（３４）に合流する減圧手段バイパス冷媒流路（３５）と、
   前記減圧手段バイパス冷媒流路（３５）を開閉する減圧バイパス開閉手段（４１）とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。

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