JP2016042001A

JP2016042001A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2016042001A
Application number: JP2014166380A
Authority: JP
Inventors: 裕之谷原; Hiroyuki Tanihara
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-03-31

Abstract

【課題】圧縮機へ流入される冷媒の温度、過熱度を最適に調整して冷房性能および冷凍サイクル効率を向上し、車両の低燃費化が図れるようにする。【解決手段】中間熱交換器６から圧縮機１へ流出する冷媒の圧力および温度を検出手段７により検出し、検出された冷媒の圧力および温度に基づき、膨張弁４により冷媒の減圧を行う。そのため、使用環境条件によって中間熱交換器６による冷媒の過熱度が不安定になっても、圧縮機１へ流入する直前での冷媒の状態を検出することで、中間熱交換器６を経て圧縮機１に流入する冷媒の過熱度を信頼性よく制御することが可能になり、圧縮機１へ流入される冷媒の過熱度を最適に調整して冷房性能および冷凍サイクル効率を向上することができ、その結果、車両の低燃費化を図ることが可能になる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される車両用空調装置に関し、特に冷房性能および冷凍サイクル効率の向上を図る技術に関する。

従来、自動車等の車両に搭載される車両用空調装置として、特許文献１に記載のものがある。この種の空調装置は、例えば図４に示すように構成され、冷媒を圧縮する圧縮機５１と、圧縮機５１により圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ５２と、コンデンサ５２で冷却された冷媒中の液相成分を溜めるとともに当該液相成分を流出させる受液器５３と、受液器５３を経た冷媒を減圧する減圧器である膨張弁５４と、膨張弁５４により減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータ５５と、受液器５３を介してコンデンサ５２から流出した冷媒とエバポレータ５５から圧縮機５１に送られる冷媒とを熱交換させる中間熱交換器５６と、エバポレータ５５と中間熱交換器５６との間に設けられ冷媒の圧力および温度を検出する検出手段５７とを備えている。

ところで、上記した構成における一般的な冷凍サイクルは、例えば図５に示すようなモリエル線図になる。図２の縦軸は圧力、横軸は比エンタルピーであり、同図中の点Ａから点Ｂ間は、圧縮機５１での冷媒の状態の変化である断熱圧縮状態を表わし、点Ｂから点Ｃ間は、コンデンサ５２での冷媒の状態の変化である凝縮状態を表わし、点Ｃから点Ｄ間は、膨張弁５４での冷媒の状態の変化である絞り膨張の状態を表わし、点Ｄから点Ａ間は、エバポレータ５５での冷媒の状態の変化である蒸発の状態を表わしている。そして、中間熱交換器５６により、高温高圧の冷媒の液相成分とエバポレータ５５を通過後の低温低圧の冷媒の気相成分とを熱交換することで、図５中の点Ｃを点Ｃ’に移動させて膨張弁５４での冷媒の状態の変化を点Ｃ’−Ｄ’間（図５中の１点鎖線）に変更し、膨張弁５４に送られる冷媒の過冷却度を大きくして、エバポレータ５５での熱交換量を増加させて冷房性能を上げている。このとき、圧縮機入口の点Ａは、過熱されることにより点Ａ’に変更される。

また、冷凍サイクル効率の向上のために、エバポレータ５５を経て圧縮機５１に流入する冷媒が液相成分を極力含まず、エバポレータ５５の出口で冷媒の蒸発が完了して多少過熱ガスになるように、エバポレータ５５の出口において検出手段５７により冷媒の圧力および温度を検出し、検出した冷媒の圧力および温度をフィードバックして膨張弁５４の開度を調整し、エバポレータ５５に流入する冷媒通路面積を変動させてエバポレータ５５を通過した後の冷媒を狙いの過熱度に調整することが行われている。

ここで、エバポレータ５５を通過した後の冷媒は、中間熱交換器５６によりさらに過熱されることによって、圧縮機５１へ流入される冷媒の温度が上昇し、その結果、圧縮機５１での圧縮効率が低下するとともに、圧縮機５１から流出される冷媒の温度も上昇し、冷却性能の低下、信頼性の低下が懸念されるため、膨張弁５４による過熱度の狙い値は中間熱交換器５６での過熱をある程度見込んだ値に設定される。

特開２０１１−１４９６３６号公報（段落００１９〜００２０および図１ほか参照）

しかし、図４に示す構成の場合、中間熱交換器５６による冷媒の過熱度については見込み値であるため、中間熱交換器５６により図５に示す冷凍サイクルの点Ｃ−Ｄの変化を点Ｃ’−Ｄ’の変化に変更しても、空調装置の使用環境条件によっては中間熱交換器５６による冷媒の過熱度が一定にならず不安定であるため、図５の冷凍サイクルの点Ａ’付近で過熱度が大きくつきすぎることがあり、このような場合に圧縮機５１へ流入される冷媒の温度が高すぎて冷却性能の低下を招き、車両の低燃費化の妨げになるという問題があり、また過熱度がつかず気相成分だけにならずに液相成分が共存する場合は、圧縮機５１の耐久性が低下するため、中間熱交換器５６を通過後の冷媒の過熱度を最適に設定できるようにすることが望まれる。

本発明は、圧縮機へ流入される冷媒の温度、過熱度を最適に調整して冷房性能および冷凍サイクル効率を向上し、車両の低燃費化が図れるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒を冷却するコンデンサと、前記冷媒を減圧する減圧器と、前記減圧器により減圧された前記冷媒を蒸発させるエバポレータと、前記コンデンサから流出する前記冷媒と前記エバポレータから前記圧縮機に送られる前記冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とを備えた車両用空調装置において、前記中間熱交換器から前記圧縮機へ流出する前記冷媒の状態を検出する検出手段を備え、前記減圧器は、前記検出手段により検出された前記冷媒の状態に基づいた前記冷媒の減圧を行うことを特徴としている（請求項１）。

請求項１に係る発明によれば、中間熱交換器から圧縮機へ流出する冷媒の状態を検出手段により検出し、検出された冷媒の状態に基づき、減圧器により冷媒の減圧を行うため、使用環境条件によって中間熱交換器による熱交換量が変動しても、圧縮機へ流入する直前での冷媒の状態を検出することで、中間熱交換器を経て圧縮機に流入する冷媒の過熱度を信頼性よく制御することができ、圧縮機へ流入される冷媒の過熱度を最適に調整して冷房性能および冷凍サイクル効率を向上することが可能になり、車両の低燃費化を図ることができる。また、使用環境条件によらず圧縮機へ流入される冷媒を気相成分だけとして圧縮機の耐久性を向上することができる。

本発明に係る車両用空調装置の一実施形態の概略構成を示す図である。図１の動作説明図である。他の実施形態の概略構成を示す図である。従来例の概略構成を示す図である。空調装置における一般的な冷凍サイクルのモリエル線図である。

本発明に係る車両用空調装置の一実施形態について、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機１が設けられ、圧縮機１により圧縮された冷媒がコンデンサ２により冷却され、受液器３により、コンデンサ２で冷却された冷媒中の液相成分を溜めて当該液相成分が流出され、受液器３を経た冷媒が減圧器である例えば温度式の膨張弁４により減圧され、膨張弁４により減圧された冷媒がエバポレータ５により蒸発され、二重配管式の中間熱交換器６により、受液器３を介してコンデンサ２から流出した冷媒とエバポレータ５から圧縮機１に送られる冷媒とが熱交換される。ここで、中間熱交換器６におけるコンデンサ２から流入する冷媒の流れと、エバポレータ５から流入する冷媒の流れとが同じ向きに構成されている。

そして、中間熱交換器６から圧縮機１への管路に冷媒の状態（圧力および温度）を検出する検出手段７が設けられ、検出手段７により、中間熱交換器６から圧縮機１へ流出する冷媒の圧力および温度が検出され、検出手段７により検出された冷媒の圧力および温度に基づいて、膨張弁４の開度が調整されて冷媒の減圧が行われる。

このとき、温度式の膨張弁４は周知の構成であり、例えば図３に示すように、上部が密閉されて作動ガスが封入されたダイヤフラム４ａを有し、上記冷媒と同じ冷媒と同じガスが封入され、キャピラリーチューブ４ｂを介してダイヤフラム４ａの上部とエバポレータ５の出口に取り付けられた感温筒４ｃとが接続され、感温筒４ｃ内には気液共存の飽和状態に設定されている。ここで、感温筒４ｃが上記した検出手段７に該当する。

さらに、感温筒４ｃ内つまりダイヤフラム４ａの上部の圧力はエバポレータ５の出口温度Ｔｂにおける飽和圧力になり、エバポレータ５の圧力である冷媒の温度Ｔａ（＜Ｔｂ）の飽和圧力が直接導かれたダイヤフラム４ａ下部との間に、過熱度（＝Ｔｂ−Ｔａ）に相当する圧力差ΔＰが生じ、この圧力差ΔＰと弁４ｄを駆動するバネ４ｅの付勢力との釣り合いで、膨張弁４の開度が調整されるようになっている。

そして、中間熱交換器６と圧縮機１との間の管路に設けた検出手段７により、圧縮機１へ流入する直前での冷媒の圧力および温度を検出するため、中間熱交換器６を経て圧縮機１に流入する冷媒の過熱度が高精度に制御され、検出手段７により検出された冷媒の圧力および温度に基づき、膨張弁４の開度調整が行われて膨張弁４により冷媒の減圧が行われ、圧縮機１に流入する冷媒を気相成分のみにして圧縮機１の保護が図れる。

したがって、上記した実施形態によれば、中間熱交換器６から圧縮機１へ流出する冷媒の圧力および温度を検出手段７により検出し、検出された冷媒の圧力および温度に基づき、膨張弁４により冷媒の減圧を行うため、使用環境条件によって中間熱交換器６による熱交換量が変動しても、圧縮機１へ流入する直前での冷媒の状態を検出することで、中間熱交換器６を経て圧縮機１に流入する冷媒の過熱度を信頼性よく制御することが可能になり、圧縮機１へ流入される冷媒の過熱度を最適に調整して冷房性能および冷凍サイクル効率を向上することができ、その結果、車両の低燃費化を図ることが可能になる。

また、圧縮機１へ流入する直前での冷媒の圧力および温度を検出するため、圧縮機１に流入する冷媒の過熱度が高精度に制御でき、使用環境条件によらず圧縮機１に流入する冷媒を気相成分のみとすることができ、圧縮機１を保護して圧縮機１の耐久性を向上することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。

上記した実施形態では、二重配管式の中間熱交換器６におけるコンデンサ２から流入する冷媒の流れと、エバポレータ５から流入する冷媒の流れとが同じ向きに構成された場合について説明したが、他の実施形態として、図３に示すように、中間熱交換器６におけるコンデンサ２から流入する冷媒の流れと、エバポレータ５から流入する冷媒の流れとが逆向きに構成されていても、本発明を同余に実施することができ、上記した実施形態と同等の効果を得ることができ、中間熱交換器６を図１に示す同じ向きとするか、図３に示す逆向きとするかは、中間熱交換器６の搭載スペース等との関係で選択すればよい。

また、上記した実施形態では、減圧器を温度式の膨張弁４として説明したが、温度式以外の膨張弁であってもよく、検出手段７も上記した実施形態のような感温筒４ｃに限るものではない。さらに、膨張弁以外の減圧器であってもかまわない。

１ …圧縮機
２ …コンデンサ
４ …膨張弁（減圧器）
５ …エバポレータ
６ …中間熱交換器
７ …検出手段

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒を冷却するコンデンサと、前記冷媒を減圧する減圧器と、前記減圧器により減圧された前記冷媒を蒸発させるエバポレータと、前記コンデンサから流出する前記冷媒と前記エバポレータから前記圧縮機に送られる前記冷媒とを熱交換させる中間熱交換器とを備えた車両用空調装置において、
前記中間熱交換器から前記圧縮機へ流出する前記冷媒の状態を検出する検出手段を備え、
前記減圧器は、前記検出手段により検出された前記冷媒の状態に基づいた前記冷媒の減圧を行うことを特徴とする車両用空調装置。