JP2017227427A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷媒圧力の変動を抑制しつつ複数の蒸発器の冷媒蒸発温度を互いに異ならせる。【解決手段】圧縮機11から吐出された冷媒の流れを分岐させる第1分岐部12と、第1分岐部で分岐された一方の冷媒を放熱させる放熱器13と、放熱器で放熱された冷媒の流れを分岐させる第2分岐部16と、第2分岐部で分岐された一方の冷媒を減圧させる第1減圧部17と、第1減圧部で減圧された冷媒を蒸発させる第1蒸発器18と、第2分岐部で分岐された他方の冷媒を減圧させる第2減圧部24と、第2減圧部で減圧された冷媒を蒸発させる第2蒸発器25と、第1分岐部で分岐された他方の冷媒を減圧させ、第2蒸発器で蒸発した冷媒を吸引し、ノズル部から噴射された冷媒と冷媒吸引口から吸引された冷媒とを混合させて昇圧させるエジェクタ22と、第1蒸発器から流出した冷媒とエジェクタで昇圧された冷媒とを合流させる合流部20とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、エジェクタを備える冷凍サイクル装置に関する。
従来、特許文献1には、車室内の冷房と冷蔵庫内の冷却の両方を行いうる冷凍装置が記載されている。この従来技術における冷凍装置は、冷房用減圧装置と冷房用蒸発器と冷蔵用減圧装置と冷蔵用蒸発器と流量制御弁とタイマー回路とを備える。
冷房用減圧装置および冷蔵用減圧装置は、凝縮器で凝縮された冷媒を減圧させる。冷房用蒸発器は、冷房用減圧装置で減圧した冷媒を蒸発させて車室内へ送風される空気を冷却する。冷蔵用蒸発器は、冷蔵用減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させて冷蔵庫内を冷却する。
冷蔵用減圧装置および冷蔵用蒸発器は、冷媒の流れにおいて、冷房用減圧装置および冷房用蒸発器と並列に設けられている。
流量制御弁は、冷房用減圧装置および冷蔵用蒸発器への冷媒流量を減少若しくは遮断する電気制御式の弁である。タイマー回路は、流量制御弁に開弁状態と閉弁状態とを所定時間間隔で交互に繰り返させる信号を出力する。流量制御弁が閉弁状態になると、冷房用冷媒配管の冷媒流量が減少若しくは遮断される。
タイマー回路の出力によって、流量調整弁が閉弁位置に作動すると、圧縮機の冷媒吸入量が急激に減少するので、圧縮機の吸入圧力も急激に低下する。これにより、冷蔵用蒸発器における冷媒蒸発圧力が急激に低下するので、冷蔵庫内を、車室内冷房状態とは別途独立に冷却できる。
特開昭61−280353号公報
上記従来技術によると、車室内の冷房と冷蔵庫内の冷却の両方を行うために流量調整弁が開弁状態と閉弁状態とを所定の時間間隔で交互に繰り返すので、冷媒圧力が大きく変動し、空調快適性が損なわれてしまうという問題がある。
本発明は上記点に鑑みて、冷媒圧力の変動を抑制しつつ複数の蒸発器にて互いに異なる温度帯で冷媒を蒸発させることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の冷凍サイクル装置は、
冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機(11)と、
圧縮機から吐出された冷媒の流れを分岐させる第1分岐部(12)と、
第1分岐部で分岐された一方の冷媒を放熱させる放熱器(13)と、
放熱器で放熱された冷媒の流れを分岐させる第2分岐部(16)と、
第2分岐部で分岐された一方の冷媒を減圧させる第1減圧部(17、40)と、
第1減圧部で減圧された冷媒を吸熱によって蒸発させる第1蒸発器(18、52)と、
第2分岐部で分岐された他方の冷媒を減圧させる第2減圧部(24、69)と、
第2減圧部で減圧された冷媒を吸熱によって蒸発させる第2蒸発器(25、60)と、
第1分岐部で分岐された他方の冷媒を減圧させるノズル部(221)と、第2蒸発器で蒸発した冷媒を、ノズル部から噴射された冷媒の吸引作用によって吸引する冷媒吸引口(22b)と、ノズル部から噴射された冷媒と冷媒吸引口から吸引された冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部(222b)とを有するエジェクタ(22)と、
第1蒸発器から流出した冷媒と昇圧部で昇圧された冷媒とを合流させる合流部(20)とを備える。
これによると、エジェクタ(22)が冷媒を昇圧させる分、第2蒸発器(25、60)の冷媒圧力を第1蒸発器(18)の冷媒圧力よりも低くできるので、第2蒸発器(25、60)の冷媒蒸発温度を第1蒸発器(18)の冷媒蒸発温度よりも低くできる。
したがって、第1蒸発器(18)および第2蒸発器(25、60)に冷媒を連続的に流しつつ第1蒸発器(18)および第2蒸発器(25、60)にて互いに異なる温度帯で冷媒を蒸発させることができるので、冷媒圧力の変動を抑制しつつ複数の蒸発器(18、25)にて互いに異なる温度帯で冷媒を蒸発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。
第1実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図であり、空調冷蔵運転時の冷媒流れ状態を示している。 第1実施形態におけるエジェクタの断面図である。 第1実施形態における冷凍サイクル装置の空調冷蔵運転時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第1実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図であり、空調運転時の冷媒流れ状態を示している。 第2実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第3実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第4実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第5実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第5実施形態における冷凍サイクル装置の空調冷蔵運転時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第6実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第7実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第8実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第9実施形態における冷凍サイクル装置の車両搭載状態を示す全体構成図である。 第10実施形態における冷凍サイクル装置の車両搭載状態を示す全体構成図である。
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1に示す冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置に適用されており、車室内に送風される空気を冷却する機能を果たす。車室内は、車両用空調装置の空調対象空間である。車室内に送風される空気は、冷凍サイクル装置10の冷却対象流体である。
冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFO系冷媒(具体的には、R1234yf)を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)等を採用してもよい。
冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
冷凍サイクル装置10において、圧縮機11は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで圧縮して吐出するものである。具体的には、圧縮機11は、1つのハウジング内に固定容量型の圧縮機構、および圧縮機構を駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機である。圧縮機11は、エンジンルーム内に配置されている。
圧縮機11の圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。また、電動モータは、図示しない制御装置から出力される制御信号によって、その作動(具体的には回転数)が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。
圧縮機11は、プーリ、ベルト等を介して車両走行用エンジンから伝達された回転駆動力によって駆動されるエンジン駆動式の圧縮機であってもよい。エンジン駆動式の圧縮機としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機や、電磁クラッチの断続により圧縮機の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機等を採用することができる。
圧縮機11の吐出口側には、第1分岐部12の冷媒流入口が接続されている。第1分岐部12は、圧縮機11から吐出された気相冷媒の流れを分岐する。第1分岐部12は、3つの流入出口を有する三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち1つを冷媒流入口とし、残りの2つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して形成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて形成してもよい。
第1分岐部12の一方の冷媒流出口には、放熱器13が接続されている。放熱器13は、圧縮機11から吐出された高圧冷媒と室外送風機14から送風される車室外の空気(以下、外気と言う。)とを熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。
放熱器13および室外送風機14は、エンジンルーム内の車両前方側に配置されている。室外送風機14は、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(換言すれば送風量)が制御される電動式送風機である。
放熱器13の冷媒出口側にはレシーバ15が接続されている。レシーバ15は、放熱器13から流出した冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄えるとともに液相冷媒を流出させる高圧側気液分離部である。レシーバ15は、エンジンルーム内に配置されている。
レシーバ15の冷媒出口側には、第2分岐部16の冷媒流入口が接続されている。第2分岐部16は、レシーバ15から流出した液相冷媒の流れを分岐する。
第2分岐部16は、3つの流入出口を有する三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち1つを冷媒流入口とし、残りの2つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して形成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて形成してもよい。
第2分岐部16の一方の冷媒流出口には、膨張弁17の減圧通路17aを介して冷房用蒸発器18が接続されている。膨張弁17は、冷媒を減圧膨張させる第1減圧部である。膨張弁17は、温度式膨張弁であり、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絞り通路面積を調節する機械的機構を有している。
膨張弁17は、減圧通路17aおよび感温通路17bを有している。減圧通路17aは、レシーバ15から流出した冷媒が流れる冷媒通路である。感温通路17bは、冷房用蒸発器18の冷媒出口側に配置されている。感温通路17bは、冷房用蒸発器18から流出した冷媒が流れる冷媒通路である。
膨張弁17は、感温通路17bを流れる冷媒の温度および圧力に応じて変位する変位部材(いわゆるダイヤフラム)を有している。膨張弁17は、変位部材の変位に応じて減圧通路17aの開度を調整する弁体を有している。
冷房用蒸発器18は、膨張弁17にて減圧された低圧冷媒と室内送風機19から車室内へ向けて送風される空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。冷房用蒸発器18は第1蒸発器である。
室内送風機19は、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(換言すれば送風量)が制御される電動式送風機である。冷房用蒸発器18は、図示しない室内空調ユニットのケーシング内に配置されている。膨張弁17および室内空調ユニットは、車室内最前部の図示しない計器盤の内側に配置されている。
冷房用蒸発器18の冷媒出口側は、膨張弁17の感温通路17bを介して合流部20の一方の冷媒流入口に接続されている。
合流部20は、第1分岐部12と同様の三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち2つを冷媒流入口とし、残りの1つを冷媒流出口としたものである。合流部20の他方の冷媒流入口には、膨張弁17の感温通路17bの出口側が接続されている。合流部20の冷媒流出口には、圧縮機11の吸入側が接続されている。
第1分岐部12の他方の冷媒流出口には、第1開閉弁21を介してエジェクタ22の冷媒流入口22aが接続されている。第1開閉弁21は、第1分岐部12の他方の冷媒流出口とエジェクタ22の冷媒流入口22aとの間の冷媒通路を開閉する第1開閉部である。第1開閉弁21の作動は、制御装置から出力される制御信号によって制御される。
エジェクタ22は、ノズル部221から高速度で噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引・輸送してサイクル内を循環させる冷媒循環部(換言すれば冷媒輸送部)としての機能を果たす。
エジェクタ22の詳細構成については、図2を用いて説明する。エジェクタ22は、図2に示すように、ノズル部221およびボデー部222を有して構成されている。ノズル部221は、冷媒の流れ方向に向かって徐々に先細る略円筒状の金属(例えば、ステンレス合金)で形成されており、冷媒流入口22aから内部に流入した冷媒を等エントロピ的に減圧させて、冷媒流れ最下流側に設けられた冷媒噴射口221bから噴射するものである。
ノズル部221の内部には、冷媒流入口22aから流入した冷媒を減圧させる冷媒通路が形成されている。
ノズル部221の内部の冷媒通路には、冷媒通路面積が最も縮小した最小通路面積部221d、最小通路面積部221dへ向かって冷媒通路面積を徐々に縮小させる先細部221e、および最小通路面積部221dから冷媒噴射口221bへ向かって冷媒通路面積を徐々に拡大させる末広部221fが形成されている。
先細部221eは、最小通路面積部221dへ向かって冷媒通路面積を徐々に縮小させる円錐台状に形成されている。末広部221fは、先細部221eと同軸上に配置されて最小通路面積部221dから冷媒噴射口221bへ向かって冷媒通路面積を徐々に拡大させる円錐台状に形成されている。つまり、ノズル部221は、ラバールノズルとして構成されている。
ボデー部222は、略円筒状の金属(例えば、アルミニウム)で形成されており、内部にノズル部221を支持固定する固定部材として機能するとともに、エジェクタ22の外殻を形成するものである。より具体的には、ノズル部221は、ボデー部222の長手方向一端側の内部に収容されるように圧入等によって固定されている。
ボデー部222の外周側面のうち、ノズル部221の外周側に対応する部位には、冷媒吸引口22bが形成されている。冷媒吸引口22bは、ボデー部222の内外を貫通してノズル部221の冷媒噴射口221bと連通するように設けられている。冷媒吸引口22bは、ノズル部221の冷媒噴射口221bから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって冷蔵用蒸発器25から流出した冷媒をエジェクタ22の内部へ吸引する貫通穴である。
ボデー部222の内部の冷媒吸引口22bの周辺には、冷媒を流入させる入口空間が形成されている。ノズル部221の先細り形状の先端部周辺の外周壁面とボデー部222の内周壁面との間には、ボデー部222の内部へ流入した吸引冷媒をディフューザ部222bへ導く吸引通路222cが形成されている。
吸引通路222cの冷媒通路面積は、冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小している。これにより、エジェクタ22では、吸引通路222cを流通する吸引冷媒の流速を徐々に増速させて、ディフューザ部222bにて吸引冷媒と噴射冷媒が混合する際のエネルギ損失(換言すれば混合損失)を減少させている。
ディフューザ部222bは、吸引通路222cの出口側に連続するように配置されて、冷媒通路面積が徐々に拡大するように形成されている。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒の有する運動エネルギを圧力エネルギに変換する機能、すなわち、混合冷媒の流速を減速させて混合冷媒を昇圧させる昇圧部としての機能を果たす。
より具体的には、ディフューザ部222bを形成するボデー部222の内周壁面の壁面形状は、複数の曲線を組み合わせて形成されている。そして、ディフューザ部222bの冷媒通路断面積の広がり度合が冷媒流れ方向に向かって徐々に大きくなった後に再び小さくなっていることで、冷媒を等エントロピ的に昇圧させることができる。
エジェクタ22の冷媒出口側には、図1に示すように、合流部20の他方の冷媒流入口に接続されている。
第1分岐部12、第1開閉弁21、エジェクタ22および合流部20は、エンジンルーム内に配置されている。
第2分岐部16の他方の冷媒流出口には、第2開閉弁23および固定絞り24を介して冷蔵用蒸発器25が接続されている。
第2開閉弁23は、第2分岐部16の他方の冷媒流出口と固定絞り24との間の冷媒通路を開閉する第2開閉部である。第2開閉弁23の作動は、制御装置から出力される制御信号によって制御される。
固定絞り24は、レシーバ15から流出した液相冷媒を減圧させる第2減圧部である。具体的には、固定絞り24は、オリフィス、キャピラリチューブあるいはノズル等である。
冷蔵用蒸発器25は、固定絞り24にて減圧された低圧冷媒と図示しない冷蔵庫内の空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。冷蔵用蒸発器25は第2蒸発器である。冷蔵庫内の空気は、冷蔵庫用送風機26によって冷房用蒸発器18に循環送風される。冷蔵庫用送風機26は、図示しない制御装置から出力される制御電圧によって回転数(換言すれば送風量)が制御される電動式送風機である。
冷蔵用蒸発器25の冷媒出口側は、エジェクタ22の冷媒吸引口22bに接続されている。
次に、図示しない制御装置は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この制御装置は、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、処理を行って、各種制御対象機器の作動を制御する。
制御装置の入力側には、内気温センサ、外気温センサ、日射センサ、冷房用蒸発器温度センサ、冷蔵用蒸発器温度センサ、出口側温度センサおよび出口側圧力センサ等の空調制御用のセンサ群が接続されている。制御装置には、これらのセンサ群の検出値が入力される。
内気温センサは車室内温度を検出する。外気温センサは外気温度を検出する。日射センサは車室内の日射量を検出する。冷房用蒸発器温度センサは冷房用蒸発器18の吹出空気温度(換言すれば冷房用蒸発器の温度)を検出する。冷蔵用蒸発器温度センサは冷蔵用蒸発器25の吹出空気温度(換言すれば冷蔵用蒸発器の温度)を検出する。出口側温度センサは放熱器13出口側冷媒の温度を検出する。出口側圧力センサは放熱器13出口側冷媒の圧力を検出する。
制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続されている。制御装置には、操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が制御装置へ入力される。
操作パネルに設けられた各種操作スイッチは、空調作動スイッチ、車室内温度設定スイッチ、冷蔵作動スイッチ、冷蔵庫内温度設定スイッチ等である。空調作動スイッチは、車室内空調(すなわち空調運転)を行うことを要求するためのスイッチである。車室内温度設定スイッチは、車室内温度を設定するためのスイッチである。冷蔵作動スイッチは、冷蔵庫内の冷却(すなわち冷蔵運転)を行うことを要求するためのスイッチである。冷蔵庫内温度設定スイッチは、冷蔵庫内温度を設定するためのスイッチである。
制御装置は、その出力側に接続された各種の制御対象機器の作動を制御する制御部が一体に構成されたものである。制御装置のうち各制御対象機器の作動を制御する構成(具体的にはハードウェアおよびソフトウェア)は、各制御対象機器の制御部を構成している。例えば、制御装置のうち圧縮機11の作動を制御する構成は、吐出能力制御部を構成している。
次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。操作パネルの空調作動スイッチおよび冷蔵作動スイッチの両方が投入された場合、制御装置は空調冷蔵運転を行う。操作パネルの空調作動スイッチ投入され且つ冷蔵作動スイッチが投入されない場合、制御装置は空調運転を行う。
空調冷蔵運転では、制御装置は圧縮機11、室外送風機14、室内送風機19および冷蔵庫用送風機26を作動させ、第1開閉弁21を開弁し、第2開閉弁23を開弁する。
これにより、空調冷蔵運転では、図1および図3に示すように、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒(図3のa3点)は、第1分岐部12にて放熱器13側とエジェクタ22の冷媒流入口22a側とに分岐する。
第1分岐部12にて放熱器13側に分岐した冷媒は、放熱器13へ流入し、室外送風機14から送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する(図3のa3点→b3点)。
放熱器13にて放熱した冷媒は、第2分岐部16にて膨張弁17側と固定絞り24側とに分岐する。第2分岐部16にて膨張弁17側に分岐された冷媒は、膨張弁17の減圧通路17aへ流入し、等エンタルピ的に減圧される(図3のb3点→c3点)。
膨張弁17の減圧通路17aにて減圧された冷媒は、冷房用蒸発器18に流入し、室内送風機19から送風された空気から吸熱して蒸発する(図3のc3点→d3点)。
一方、第2分岐部16にて固定絞り24側に分岐された冷媒は、固定絞り24へ流入し、等エンタルピ的に減圧される(図3のb3点→e3点)。
固定絞り24にて減圧された冷媒は、冷蔵用蒸発器25に流入し、冷蔵庫用送風機26から送風された空気から吸熱して蒸発する(図3のe3点→f3点)。
一方、第1分岐部12にてエジェクタ22の冷媒流入口22a側に分岐された冷媒は、エジェクタ22のノズル部221へ流入し、等エントロピ的に減圧されて冷媒噴射口221bから噴射される(図3のa3点→g3点)。
そして、冷媒噴射口221bから噴射された冷媒の吸引作用によって、冷蔵用蒸発器25から流出した冷媒が、冷媒吸引口22bから吸引される。冷媒噴射口221bから噴射された冷媒および冷媒吸引口22bから吸引された冷媒は、ディフューザ部222bへ流入する(図3のf3点→h3点、g3点→h3点)。
ディフューザ部222bでは冷媒通路面積の拡大により、冷媒の運動エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、冷媒噴射口221bから噴射された冷媒と冷媒吸引口22bから吸引された冷媒とが混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する(図3のh3点→i3点)。
ディフューザ部222bから流出した冷媒は、合流部20にて、冷房用蒸発器18から流出した冷媒と合流し、圧縮機11の吸入口から吸入されて再び圧縮される(図3のi3点→k3点、d3点→k3点)。
本実施形態の冷凍サイクル装置10は、空調冷蔵運転では以上の如く作動して、車室内へ送風される空気を冷却することができ且つ冷蔵庫内の空気を冷却することができる。さらに、この冷凍サイクル装置10では、エジェクタ22が冷媒を昇圧させる分、冷蔵用蒸発器25の冷媒圧力を冷房用蒸発器18の冷媒圧力よりも低くできるので、冷蔵用蒸発器25の冷媒蒸発温度を冷房用蒸発器18の冷媒蒸発温度よりも低くできる。
しかも、エジェクタ22のノズル部221に気相冷媒が流入するので、エジェクタ22の効率を高く確保することができる。すなわち、エジェクタ22のノズル部221に液相冷媒が流入する場合、ノズル部221を流れる冷媒の慣性が大きいので、ノズル部221における冷媒の流速が上がりにくく且つ下がりにくい。これに対して、本実施形態では、エジェクタ22のノズル部221に気相冷媒が流入するので、ノズル部221を流れる冷媒の慣性が小さくなる。そのため、ノズル部221における冷媒の流速を狙いの速度に調節しやすいので、エジェクタ22の効率を高く確保することができる。
空調運転では、制御装置は、圧縮機11、室外送風機14および室内送風機19を作動させ、第1開閉弁21を閉弁し、第2開閉弁23を閉弁する。
これにより、空調運転では、図4に示すように、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒は、放熱器13へ流入し、室外送風機14から送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する。
放熱器13から流出した冷媒は、膨張弁17の減圧通路17aへ流入し、等エンタルピ的に減圧される。
膨張弁17の減圧通路17aにて減圧された冷媒は、冷房用蒸発器18に流入し、室内送風機19から送風された空気から吸熱して蒸発する。
冷房用蒸発器18から流出した冷媒は、圧縮機11の吸入口から吸入されて再び圧縮される。
本実施形態の冷凍サイクル装置10は、空調運転では以上の如く作動して、車室内へ送風される空気を冷却することができる。
本実施形態の空調冷蔵運転では、圧縮機11から吐出された冷媒の流れを第1分岐部12で分岐させる。第1分岐部12で分岐された一方の冷媒を放熱器13で放熱させ、放熱器13で放熱された冷媒の流れを第2分岐部16で分岐させる。
第2分岐部16で分岐された一方の冷媒を膨張弁17で減圧させ、膨張弁17で減圧された冷媒を冷房用蒸発器18で蒸発させる。第2分岐部16で分岐された他方の冷媒を固定絞り24で減圧させ、固定絞り24で減圧された冷媒を冷蔵用蒸発器25で蒸発させる。
第1分岐部12で分岐された他方の冷媒をエジェクタ22のノズル部221で減圧させ、冷蔵用蒸発器25で蒸発した冷媒をエジェクタ22の冷媒吸引口22bで吸引し、ノズル部221から噴射された冷媒と冷媒吸引口22bから吸引された冷媒とをエジェクタ22の昇圧部222bで混合させて昇圧させる。冷房用蒸発器18から流出した冷媒とエジェクタ22の昇圧部222bで昇圧された冷媒とを合流部20で合流させる。
これによると、エジェクタ22が冷媒を昇圧させる分、冷蔵用蒸発器25の冷媒圧力を冷房用蒸発器18の冷媒圧力よりも低くできるので、冷蔵用蒸発器25の冷媒蒸発温度を冷房用蒸発器18の冷媒蒸発温度よりも低くできる。
したがって、冷房用蒸発器18および冷蔵用蒸発器25に連続的に冷媒を流しつつ冷房用蒸発器18および冷蔵用蒸発器25にて互いに独立に冷媒を蒸発させることができるので、冷媒圧力を大きく変動させることなく冷房用蒸発器18および冷蔵用蒸発器25にて互いに独立に冷媒を蒸発させることができる。すなわち、冷媒圧力を大きく変動させることなく車室内の冷房および冷蔵庫内の冷却を互いに独立に行うことができる。
しかも、エジェクタ22のノズル部221に気相冷媒が流入するので、エジェクタ22の効率を高く確保することができる。
本実施形態では、第1分岐部12とエジェクタ22のノズル部221との間の冷媒通路を第1開閉弁21で開閉し、第2分岐部16と固定絞り24との間の冷媒通路を第2開閉弁23で開閉する。これにより、空調冷蔵運転と空調運転とを切り替えることができる。
(第2実施形態)
本実施形態の冷凍サイクル装置10は、図5に示すように、第2膨張弁30および後席冷房用蒸発器31を備えている。
第2膨張弁30は、冷媒を減圧膨張させる第3減圧部である。第2膨張弁30は、冷媒を減圧膨張させる第2減圧部である。第2膨張弁30は、温度式膨張弁であり、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絞り通路面積を調節する機械的機構を有している。
後席冷房用蒸発器31は、第2膨張弁30にて減圧された低圧冷媒と後席用室内送風機32から車室内後席側へ向けて送風される空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。後席冷房用蒸発器31は第3蒸発器である。後席用室内送風機32は、制御装置から出力される制御電圧によって回転数(換言すれば送風量)が制御される電動式送風機である。
第2膨張弁30は、減圧通路30aおよび感温通路30bを有している。減圧通路30aは、後席冷房用分岐部33で分岐された冷媒が流れる冷媒通路である。感温通路30bは、後席冷房用蒸発器31から流出した冷媒が流れる冷媒通路である。
第2膨張弁30は、感温通路30bを流れる冷媒の温度および圧力に応じて変位する変位部材(いわゆるダイヤフラム)を有している。第2膨張弁30は、変位部材の変位に応じて減圧通路30aの開度を調整する弁体を有している。
後席冷房用分岐部33は、第2開閉弁23から流出した冷媒の流れを分岐する。後席冷房用分岐部33は、3つの流入出口を有する三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち1つを冷媒流入口とし、残りの2つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して形成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて形成してもよい。
後席冷房用分岐部33の冷媒流入口は、第2開閉弁23の冷媒出口側に接続されている。後席冷房用分岐部33の一方の冷媒流出口は、固定絞り24を介して冷蔵用蒸発器25に接続されている。
後席冷房用分岐部33の他方の冷媒流出口は、第2膨張弁30の減圧通路30aを介して後席冷房用蒸発器31に接続されている。
後席冷房用蒸発器31の冷媒出口側は、第2膨張弁30の感温通路30bを介して第2合流部34の一方の冷媒流入口に接続されている。第2合流部34は、後席冷房用分岐部33と同様の三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち2つを冷媒流入口とし、残りの1つを冷媒流出口としたものである。
第2合流部34の他方の冷媒流入口は、膨張弁17の感温通路17bの冷媒出口側に接続されている。第2合流部34の冷媒出口は、合流部20の一方の冷媒流入口に接続されている。
上記実施形態と同様に、空調冷蔵運転では、制御装置は第1開閉弁21を開弁し、第2開閉弁23を開弁する。これにより、後席冷房用分岐部33で分岐された冷媒が第2膨張弁30に流入し、第2膨張弁30にて減圧された低圧冷媒が後席冷房用蒸発器31を流れるので、車室内後席側へ向けて送風される空気を冷却できる。
本実施形態では、放熱器13で放熱された冷媒を第2膨張弁30で減圧させ、第2膨張弁30で減圧された冷媒を後席冷房用蒸発器31で蒸発させる。これにより、冷房用蒸発器18で車室内前席側を冷房し、後席冷房用蒸発器31で車室内後席側を冷房し、冷蔵用蒸発器25で冷蔵庫内を冷却できる。
(第3実施形態)
本実施形態では、エジェクタ22を第1エジェクタと言い、ノズル部221を第1ノズル部と言い、冷媒吸引口22bを第1冷媒吸引口と言い、ディフューザ部222bをディフューザ部(換言すれば第1昇圧部)と言う。
本実施形態では、図6に示すように、上記第1実施形態の膨張弁17の代わりに第2エジェクタ40が配置されている。
レシーバ15の冷媒出口には、第2エジェクタ40の第2冷媒流入口40aが接続されている。第2エジェクタ40は、レシーバ15から流出した高圧液相冷媒を減圧させて下流側へ流出させる冷媒減圧部としての機能を果たすとともに、高速度で噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷房用蒸発器18から流出した冷媒を吸引・輸送して循環させる冷媒循環部(換言すれば冷媒輸送部)としての機能を果たす。
第2エジェクタ40の基本構成は、第1エジェクタ22と同様であり、第2ノズル部401、第2冷媒吸引口40b、第2ディフューザ部402b(換言すれば第2昇圧部)等を有して構成されている。
第2ディフューザ部402bの冷媒出口側には、気液分離器41の冷媒入口側が接続されている。気液分離器41は、第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bから流出した冷媒の気液を分離する気液分離部である。なお、本実施形態では、気液分離器41として、分離された液相冷媒を殆ど蓄えることなく液相冷媒流出口から流出させる比較的内容積の小さいものを採用しているが、サイクル内の余剰液相冷媒を蓄える貯液部としての機能を有するものを採用してもよい。
気液分離器41は、気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口41aと、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口41bとを有している。
気液分離器41の気相冷媒流出口41aには、圧縮機11の吸入口側が接続されている。一方、気液分離器41の液相冷媒流出口41bには、逆止弁42を介して、冷房用蒸発器18の冷媒入口側が接続されている。逆止弁42は、気液分離器41の気相冷媒流出口側から冷房用蒸発器18側への冷媒の流れを許容し、冷房用蒸発器18側から気液分離器41の気相冷媒流出口側への冷媒の流れを禁止する。
冷房用蒸発器18の冷媒出口は、第2エジェクタ40の第2冷媒吸引口40b側に接続されている。
第2分岐部16と第2エジェクタ40の第2冷媒流入口40aとの間には、バイパス通路43の一端が接続されている。逆止弁42と冷房用蒸発器18との間には、バイパス通路43の他端が接続されている。
バイパス通路43は、レシーバ15から流出した液相冷媒が第2エジェクタ40、気液分離器41および逆止弁42をバイパスして流れる冷媒通路である。バイパス通路43には、バイパス用開閉弁44およびバイパス用固定絞り45が配置されている。
バイパス用開閉弁44は、バイパス通路43を開閉する開閉装置である。バイパス用開閉弁44の作動は、制御装置から出力される制御信号によって制御される。制御装置は、低負荷時にバイパス用開閉弁44を開弁し、低負荷時以外にはバイパス用開閉弁44を閉弁する。
バイパス用固定絞り45は、レシーバ15から流出した液相冷媒を減圧させる減圧部である。具体的には、バイパス用固定絞り45は、オリフィス、キャピラリチューブあるいはノズル等である。
第2エジェクタ40、気液分離器41、逆止弁42、バイパス通路43、バイパス用開閉弁44およびバイパス用固定絞り45は、一体化されてエジェクタモジュール46を構成している。
本実施形態では、放熱器13で放熱された冷媒を第2エジェクタ40の第2ノズル部401で減圧させ、冷房用蒸発器18で蒸発した冷媒を第2エジェクタ40の第2冷媒吸引口40bで吸引し、第2ノズル部401から噴射された冷媒と第2冷媒吸引口40bから吸引された冷媒とを第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bで混合させて昇圧させる。第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bで昇圧された冷媒の気液を気液分離器41で分離し、気相の冷媒を圧縮機11側へ流出させ、液相の冷媒を冷房用蒸発器18側へ流出させる。
これによると、第2エジェクタ40にて昇圧された冷媒を圧縮機11へ吸入させるので、圧縮機11の消費動力を低減させて、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)をさらに向上させることができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、図7に示すように、上記第1実施形態の冷房用蒸発器18の代わりに蒸発器ユニット50が配置されている。
蒸発器ユニット50は、第2エジェクタ40、第3分岐部51、第1冷房用蒸発器52、第2固定絞り53および第2冷房用蒸発器54が一体化されたユニットである。
膨張弁17の減圧通路17aの冷媒出口には、冷媒の流れを分岐する第3分岐部51の冷媒流入口が接続されている。第3分岐部51は、3つの流入出口を有する三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち1つを冷媒流入口とし、残りの2つを冷媒流出口としたものである。このような三方継手は、管径の異なる配管を接合して形成してもよいし、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて形成してもよい。
第3分岐部51の一方の冷媒流出口には、第2エジェクタ40の第2冷媒流入口40aが接続されている。第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bの冷媒出口側には、第1冷房用蒸発器52の入口側が接続されている。第1冷房用蒸発器52の冷媒出口側は、膨張弁17の感温通路17bを介して合流部20の一方の冷媒流入口に接続されている。
第1冷房用蒸発器52は、膨張弁17にて減圧された低圧冷媒と室内送風機19から車室内へ向けて送風される空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる第1蒸発器である。第1冷房用蒸発器52は第1蒸発器である。
第3分岐部51の他方の冷媒流出口には、第2固定絞り53を介して、第2冷房用蒸発器54の冷媒入口側が接続されている。第2固定絞り53は、膨張弁17にて減圧された冷媒をさらに減圧させる第3減圧部である。第2固定絞り53としては、オリフィス、キャピラリーチューブ等を採用することができる。
第2冷房用蒸発器54は、第2固定絞り53にて減圧された低圧冷媒と第1冷房用蒸発器52を通過した空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる第3蒸発器である。
第2冷房用蒸発器54の冷媒出口には、第2エジェクタ40の第2冷媒吸引口40bが接続されている。
第1冷房用蒸発器52および第2冷房用蒸発器54は、図示しない室内空調ユニットのケーシング内に配置されている。第1冷房用蒸発器52および第2冷房用蒸発器54は、空気流れに対して直列的に配置されており、第2冷房用蒸発器54は、第1冷房用蒸発器52に対して空気流れ下流側に配置されている。
第1冷房用蒸発器52は、第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bから流出した冷媒を蒸発させる。第2冷房用蒸発器54は、第2固定絞り53から流出した冷媒を蒸発させ、蒸発させた冷媒を第2エジェクタ40の第2冷媒吸引口40b側へ流出させている。
本実施形態では、膨張弁17で減圧された冷媒を第3分岐部51で分岐させ、第3分岐部51で分岐された一方の冷媒を第2固定絞り53で減圧させ、第2固定絞り53で減圧された冷媒を第2冷房用蒸発器54で蒸発させる。
第3分岐部51で分岐された他方の冷媒を第2エジェクタ40の第2ノズル部401で減圧させ、第2冷房用蒸発器54で蒸発した冷媒を第2エジェクタ40の第2冷媒吸引口40bで吸引し、第2ノズル部401から噴射された冷媒と第2冷媒吸引口40bから吸引された冷媒とを第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bで混合させて昇圧させる。
これによると、第1冷房用蒸発器52および第2冷房用蒸発器54にて、車室内へ送風される空気を冷却することができる。
さらに、第2エジェクタ40にて昇圧された冷媒を圧縮機11に吸入させることができるので、圧縮機11の消費動力を低減させて、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)の向上を狙うことができる。
また、第2冷房用蒸発器54における冷媒蒸発圧力を、第2エジェクタ40の第2ノズル部401にて減圧された直後の低い冷媒圧力とすることができるので、第1冷房用蒸発器52で冷却された空気が流入する第2冷房用蒸発器54において、冷媒蒸発温度と空気との温度差を確保して、空気を効率的に冷却することができる。
(第5実施形態)
本実施形態では、図8および図9に示すように、上記第1実施形態に対して内部熱交換器58が追加されている。
内部熱交換器58は、高圧側冷媒通路58aと低圧側冷媒通路58bとを有している。高圧側冷媒通路58aは、レシーバ15と第2分岐部16との間に配置されている。低圧側冷媒通路58bは、膨張弁17の感温通路17bと合流部20との間に配置されている。
内部熱交換器58は、高圧側冷媒通路58aを流通する高圧側冷媒と、低圧側冷媒通路58bを流通する低圧側冷媒とを熱交換させる熱交換器である。
空調冷蔵運転では、制御装置は圧縮機11、室外送風機14、室内送風機19および冷蔵庫用送風機26を作動させ、第1開閉弁21を開弁し、第2開閉弁23を開弁する。
これにより、空調冷蔵運転では、図9に示すように、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒(図9のa9点)は、第1分岐部12にて放熱器13側とエジェクタ22の冷媒流入口22a側とに分岐する。
第1分岐部12にて放熱器13側に分岐した冷媒は、放熱器13へ流入し、室外送風機14から送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する(図9のa9点→b9点)。
放熱器13にて放熱した冷媒は、内部熱交換器58の高圧側冷媒通路58aへ流入し、内部熱交換器58の低圧側冷媒通路58bを流通する冷媒と熱交換する(図9のb9点→c9点)。
内部熱交換器58の高圧側冷媒通路58aにて熱交換した冷媒は、第2分岐部16にて膨張弁17側と固定絞り24側とに分岐する。第2分岐部16にて膨張弁17側に分岐された冷媒は、膨張弁17の減圧通路17aへ流入し、等エンタルピ的に減圧される(図9のc9点→d9点)。
膨張弁17の減圧通路17aにて減圧された冷媒は、冷房用蒸発器18に流入し、室内送風機19から送風された空気から吸熱して蒸発する(図9のd9点→e9点)。
冷房用蒸発器18にて蒸発した冷媒は、内部熱交換器58の低圧側冷媒通路58bへ流入し、内部熱交換器58の高圧側冷媒通路58aを流通する冷媒と熱交換する(図9のe9点→f9点)。
一方、第2分岐部16にて固定絞り24側に分岐された冷媒は、固定絞り24へ流入し、等エンタルピ的に減圧される(図9のc9点→g9点)。
固定絞り24にて減圧された冷媒は、冷蔵用蒸発器25に流入し、冷蔵庫用送風機26から送風された空気から吸熱して蒸発する(図9のg9点→h9点)。
一方、第1分岐部12にてエジェクタ22の冷媒流入口22a側に分岐された冷媒は、エジェクタ22のノズル部221へ流入し、等エントロピ的に減圧されて冷媒噴射口221bから噴射される(図9のa9点→i9点)。
そして、冷媒噴射口221bから噴射された冷媒の吸引作用によって、冷蔵用蒸発器25から流出した冷媒が、冷媒吸引口22bから吸引される。冷媒噴射口221bから噴射された冷媒および冷媒吸引口22bから吸引された冷媒は、ディフューザ部222bへ流入する(図9のh9点→k9点、i9点→k9点)。
ディフューザ部222bでは冷媒通路面積の拡大により、冷媒の運動エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、冷媒噴射口221bから噴射された冷媒と冷媒吸引口22bから吸引された冷媒とが混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する(図9のk9点→m9点)。
ディフューザ部222bから流出した冷媒は、合流部20にて、内部熱交換器58の低圧側冷媒通路58bから流出した冷媒と合流し、圧縮機11の吸入口から吸入されて再び圧縮される(図9のm9点→n9点、f9点→n9点)。
本実施形態の冷凍サイクル装置10は、空調冷蔵運転では以上の如く作動して、上記第1実施形態と同様に、車室内へ送風される空気を冷却することができ且つ冷蔵庫内の空気を冷却することができる。
さらに本実施形態の冷凍サイクル装置10では、内部熱交換器58にて、高圧側冷媒通路58aを流通する高圧側冷媒と低圧側冷媒通路58bを流通する低圧側冷媒とが熱交換するので、冷房用蒸発器18および冷蔵用蒸発器25においてエンタルピ差を増大させて、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)を向上させることができる。
冷蔵用蒸発器25におけるエンタルピ差が増大することによって冷媒流量を減少させることができるので、エジェクタ22の流量比G2/G1を低減でき、ひいてはエジェクタ22のディフューザ部222bにおける昇圧量を大きくすることができる。
エジェクタ22の流量比G2/G1は、エジェクタ22の冷媒吸引口22bから吸引される冷媒の流量G2を、エジェクタ22のノズル部221に流入する冷媒の流量G1で除した比である。
空調運転では、制御装置は圧縮機11、室外送風機14および室内送風機19を作動させ、第1開閉弁21を閉弁し、第2開閉弁23を閉弁する。
これにより、空調運転では、圧縮機11から吐出された高温高圧冷媒は、放熱器13へ流入し、室外送風機14から送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する。
放熱器13から流出した冷媒は、内部熱交換器58の高圧側冷媒通路58aへ流入し、内部熱交換器58の低圧側冷媒通路58bを流通する冷媒と熱交換する。
内部熱交換器58の高圧側冷媒通路58aから流出した冷媒は、膨張弁17の減圧通路17aへ流入し、等エンタルピ的に減圧される。
膨張弁17の減圧通路17aにて減圧された冷媒は、冷房用蒸発器18に流入し、室内送風機19から送風された空気から吸熱して蒸発する。
冷房用蒸発器18から流出した冷媒は、内部熱交換器58の低圧側冷媒通路58bへ流入し、内部熱交換器58の高圧側冷媒通路58aを流通する冷媒と熱交換する
内部熱交換器58の低圧側冷媒通路58bから流出した冷媒は、圧縮機11の吸入口から吸入されて再び圧縮される。
本実施形態の冷凍サイクル装置10は、空調運転では以上の如く作動して、車室内へ送風される空気を冷却することができる。
空調運転では、内部熱交換器58にて、高圧側冷媒通路58aを流通する高圧側冷媒と低圧側冷媒通路58bを流通する低圧側冷媒とが熱交換することによって、冷房用蒸発器18においてエンタルピ差を増大させて、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)を向上させることができる。
本実施形態では、膨張弁17に流入する冷媒と、冷房用蒸発器18から流出した冷媒とを内部熱交換器58で熱交換させる。これにより、エンタルピ差を増大させて、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)を向上させることができる。
本実施形態では、内部熱交換器58の高圧側冷媒流路58aは、第2分岐部16に対して冷媒流れ上流側に配置されており、内部熱交換器58の低圧側冷媒流路58bは、合流部20に対して冷媒流れ上流側に配置されている。
これにより、空調冷蔵運転では、冷蔵用蒸発器25におけるエンタルピ差が増大するので、冷媒流量を減少させることができる。そのため、エジェクタ22の流量比G2/G1を低減できるので、エジェクタ22のディフューザ部222bにおける昇圧量を大きくすることができる。
(第6実施形態)
上記第5実施形態では、高圧側冷媒通路58aは、レシーバ15と第2分岐部16との間に配置されているが、本実施形態では、図10に示すように、高圧側冷媒通路58aは、第2分岐部16と膨張弁17の減圧通路17aとの間に配置されている。
さらに本実施形態では、上記第5実施形態に対して冷蔵用内部熱交換器59が追加されている。
冷蔵用内部熱交換器59は、高圧側冷媒通路59aと低圧側冷媒通路59bとを有している。高圧側冷媒通路59aは、固定絞り24と冷蔵用蒸発器25との間に配置されている。低圧側冷媒通路59bは、冷蔵用蒸発器25とエジェクタ22の冷媒吸引口22bとの間に配置されている。
冷蔵用内部熱交換器59は、高圧側冷媒通路59aを流通する高圧側冷媒と、低圧側冷媒通路59bを流通する低圧側冷媒とを熱交換させる熱交換器である。
本実施形態では、内部熱交換器58にて、高圧側冷媒通路58aを流通する高圧側冷媒と低圧側冷媒通路58bを流通する低圧側冷媒とが熱交換することによって、冷房用蒸発器18においてエンタルピ差を増大させて、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)を向上させることができる。
さらに、空調冷蔵運転では、冷蔵用内部熱交換器59にて、高圧側冷媒通路59aを流通する高圧側冷媒と低圧側冷媒通路59bを流通する低圧側冷媒とが熱交換することによって、冷蔵用蒸発器25においてエンタルピ差を増大させて、サイクルの成績係数(いわゆるCOP)を向上させることができる。
冷蔵用蒸発器25におけるエンタルピ差が増大することによって冷媒流量を減少させることができるので、エジェクタ22の流量比G2/G1を低減でき、ひいてはエジェクタ22のディフューザ部222bにおける昇圧量を大きくすることができる。
(第7実施形態)
上記第4実施形態では、第3分岐部51の冷媒流入口は、膨張弁17の減圧通路17aの冷媒出口に接続されているが、本実施形態では、図11に示すように、第3分岐部51の冷媒流入口は、第2分岐部16の第2開閉弁23側の冷媒流出口に接続されている。
第3分岐部51の一方の冷媒流出口には、第2開閉弁23および固定絞り24を介して冷凍用蒸発器60が接続されている。
冷凍用蒸発器60は、固定絞り24にて減圧された低圧冷媒と図示しない冷凍庫内の空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。冷凍用蒸発器60は第2蒸発器である。冷凍庫内の空気は、冷凍庫用送風機61によって冷凍用蒸発器60に循環送風される。冷凍庫用送風機61は、図示しない制御装置から出力される制御電圧によって回転数(換言すれば送風量)が制御される電動式送風機である。
冷凍用蒸発器60の冷媒出口側は、エジェクタ22の冷媒吸引口22bに接続されている。
第3分岐部51の他方の冷媒流出口には、第2固定絞り53を介して、冷蔵用蒸発器62の冷媒入口側が接続されている。冷蔵用蒸発器62は第3蒸発器である。
冷蔵用蒸発器62は、第2固定絞り53にて減圧された低圧冷媒と図示しない冷蔵庫内の空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる第3蒸発器である。冷蔵庫内の空気は、冷蔵庫用送風機63によって冷蔵用蒸発器62に循環送風される。冷蔵庫用送風機63は、図示しない制御装置から出力される制御電圧によって回転数(換言すれば送風量)が制御される電動式送風機である。
冷蔵用蒸発器62の冷媒出口側は、第2エジェクタ40の第2冷媒吸引口40bが接続されている。
冷房用蒸発器52は、第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bから流出した冷媒を蒸発させる。冷蔵用蒸発器62は、第2固定絞り53から流出した冷媒を蒸発させ、蒸発させた冷媒を第2エジェクタ40の第2冷媒吸引口40b側へ流出させている。
冷凍用蒸発器60は、固定絞り24から流出した冷媒を蒸発させ、蒸発させた冷媒を第1エジェクタ22の冷媒吸引口22b側へ流出させている。
第1エジェクタ22および第2エジェクタ40のそれぞれの昇圧量により、冷房用蒸発器52に対して冷蔵用蒸発器62および冷凍用蒸発器60の圧力帯(換言すれば温度帯)がそれぞれ決まる。そのため、それぞれの流量比を決めることによって、冷房用蒸発器52、冷蔵用蒸発器62および冷凍用蒸発器60の温度帯を互いに異ならせて3つの温度帯を成立させることができる。
特に、第1エジェクタ22では、ノズル部221に気相冷媒が流入するので、昇圧量を大きくすることが比較的容易である。そのため、冷凍用蒸発器60の温度帯を冷蔵用蒸発器62の温度帯よりも低くすることができる。
したがって、1つの冷凍サイクル装置10によって、冷房、冷蔵および冷凍という3つの用途を実現することができる。
本実施形態では、放熱器13で放熱された冷媒を第3分岐部51で分岐させ、第3分岐部51で分岐された一方の冷媒を第2固定絞り53で減圧させ、第2固定絞り53で減圧された冷媒を冷蔵用蒸発器62で蒸発させる。
膨張弁17で減圧された冷媒を第2エジェクタ40の第2ノズル部401で減圧させ、冷蔵用蒸発器62で蒸発した冷媒を第2エジェクタ40の第2冷媒吸引口40bで吸引し、第2ノズル部401から噴射された冷媒と第2冷媒吸引口40bから吸引された冷媒とを第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bで混合させて昇圧させる。
固定絞り24は、第3分岐部51で分岐された他方の冷媒を減圧させる。そして、固定絞り24で減圧された冷媒を冷凍用蒸発器60で蒸発させ、冷凍用蒸発器60で蒸発した冷媒を第1エジェクタ22の冷媒吸引口22bで吸引する。
これにより、冷房用蒸発器52、冷蔵用蒸発器62および冷凍用蒸発器60で3つの温度帯を成立させることができる。
本実施形態では、冷房用蒸発器52は、第2エジェクタ40の第2ディフューザ部402bで昇圧された冷媒を吸熱によって蒸発させる。これにより、冷房用蒸発器52の温度帯を冷蔵用蒸発器62の温度帯よりも高くすることができる。
(第8実施形態)
本実施形態では、図12に示すように、上記第1実施形態に対して、エジェクタバイパス流路65、エジェクタバイパス開閉弁66、エジェクタ出口開閉弁67および放熱器側開閉弁68が追加されている。
エジェクタバイパス流路65は、エジェクタ22のノズル部221の入口側の冷媒を、エジェクタ22の冷媒吸引口22bの入口側に導くバイパス流路部である。
エジェクタバイパス開閉弁66は、エジェクタバイパス流路65の冷媒流路を開閉する冷媒流路開閉弁である。
エジェクタ出口開閉弁67は、エジェクタ22の昇圧部222bから合流部20に至る冷媒流路を開閉する冷媒流路開閉弁である。
放熱器側開閉弁68は、レシーバ15から第2分岐部16に至る冷媒流路を開閉する冷媒流路開閉弁である。
第2開閉弁23と冷蔵用蒸発器25との間には、上記第1実施形態の固定絞り24の代わりに、全開機能付き絞り69が配置されている。全開機能付き絞り69は、レシーバ15から流出した液相冷媒を減圧させる絞り状態と、レシーバ15から流出した液相冷媒を減圧させない全開状態とを切り替え可能になっている。全開機能付き絞り69は、第2減圧部である。
全開機能付き絞り69は、例えば、絞り開度を変化させることが可能な可変絞りである。全開機能付き絞り69は、例えば、固定絞りとバイパス機構とで構成されていてもよい。固定絞りは、絞り開度が一定の絞り機構である。バイパス機構は、冷媒が固定絞りを流れる状態と、冷媒が固定絞りを迂回して流れる状態とを切り替える機構である。
空調冷蔵運転では、第1開閉弁21を開弁し、第2開閉弁23を開弁するとともに、エジェクタバイパス開閉弁66を閉弁し、エジェクタ出口開閉弁67を開弁し、放熱器側開閉弁68を開弁し、全開機能付き絞り69を通常の絞り開度にする。これにより、図12の実線矢印に示すように、上記第1実施形態の空調冷蔵運転と同様に冷媒が流れるので、車室内へ送風される空気を冷却することができ且つ冷蔵庫内の空気を冷却することができる。
除霜運転または温蔵運転では、第1開閉弁21を開弁し、第2開閉弁23を開弁するとともに、エジェクタバイパス開閉弁66を開弁し、エジェクタ出口開閉弁67を閉弁し、放熱器側開閉弁68を閉弁し、全開機能付き絞り69を全開にする。これにより、図12の破線矢印に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒がエジェクタ22を迂回して冷蔵用蒸発器25を流れて放熱し、冷蔵用蒸発器25から流出した冷媒が膨張弁17の減圧通路17aおよび冷房用蒸発器18を流れて吸熱し、圧縮機11に吸入される。放熱器側開閉弁68を閉じることにより、放熱器13に冷媒が流れなくなる。
このように、除霜運転または空調温蔵運転では、冷蔵用蒸発器25に高圧高温の冷媒が流れる。したがって、冷蔵用蒸発器25に着霜が生じた場合、除霜運転を行うことによって冷蔵用蒸発器25を除霜できる。また、冷蔵庫内の空気を冷蔵用蒸発器25で加熱する温蔵運転を行うことができる。すなわち、冷蔵庫を温蔵庫として使用することが可能になる。
除霜運転および温蔵運転のいずれにおいても、冷房用蒸発器18において、車室内へ送風される空気を冷却することができる。
本実施形態では、エジェクタバイパス流路65は、エジェクタ22のノズル部221の入口側の冷媒を、エジェクタ22の冷媒吸引口22bの入口側に導く。エジェクタバイパス開閉弁66は、エジェクタバイパス流路65を開閉する。エジェクタ出口開閉弁67は、エジェクタ22の昇圧部222bから合流部20に至る冷媒の流路を開閉する。
これにより、冷蔵用蒸発器25を除霜する除霜運転や、冷蔵庫内の空気を冷蔵用蒸発器25で加熱する温蔵運転を行うことができる。
(第9実施形態)
本実施形態では、図13に示すように、上記第1実施形態のエジェクタ22が冷蔵用蒸発器25の近傍に配置されている。図13中、前後左右の矢印は、冷凍サイクル装置10が搭載された車両の前後左右方向を示している。
圧縮機11および放熱器13はエンジンルーム70に配置されている。冷房用蒸発器18、エジェクタ22および冷蔵用蒸発器25は車室内空間71に配置されている。エンジンルーム70および車室内空間71は、隔壁72によって仕切られている。
エジェクタ22は冷蔵用蒸発器25に直接固定されている。具体的には、エジェクタ22の冷媒吸引口22b(図1を参照)は、冷蔵用蒸発器25の冷媒出口に直接接続されている。これにより、エジェクタ22と冷蔵用蒸発器25との接続構造を簡素化できるので、車両への搭載性や組み付け性を向上できる。
本実施形態では、エジェクタ22の冷媒吸引口22bと冷蔵用蒸発器25の冷媒出口との間の冷媒流路長は、エジェクタ22の冷媒流入口22a(図1を参照)と圧縮機11の吐出口との間の冷媒流路長よりも短くなっている。
これによると、エジェクタ22の冷媒吸引口22bと冷蔵用蒸発器25との間の冷媒配管を短くすることができる。そのため、冷媒の圧力損失を低減できるとともに、エジェクタ22の冷媒吸引口22bと冷蔵用蒸発器25との間の冷媒配管において冷媒が外部雰囲気から吸熱して冷媒の過熱度が大きくなることを抑制できるので、冷蔵用蒸発器25の性能を向上できる。
(第10実施形態)
上記第9実施形態では、エジェクタ22は冷蔵用蒸発器25の近傍に配置されているが、本実施形態では、図14に示すように、エジェクタ22は、圧縮機11の近傍に配置されている。図14中、前後左右の矢印は、冷凍サイクル装置10が搭載された車両の前後左右方向を示している。
圧縮機11、放熱器13およびエジェクタ22はエンジンルーム70に配置されている。冷房用蒸発器18および冷蔵用蒸発器25は車室内空間71に配置されている。
エジェクタ22がエンジンルーム70に配置されているので、エジェクタ22内を流れる冷媒の音(換言すれば冷媒通過音)が車室内空間71に伝わりにくくなる。そのため、冷媒通過音対策としての遮音材や吸音材を少なくすることができる。
エジェクタ22は圧縮機11に固定されている。具体的には、エジェクタ22の冷媒流入口22a(図1を参照)は第1開閉弁21(図1を参照)の冷媒出口に直接接続されており、第1開閉弁21の冷媒入口は第1分岐部12(図1を参照)の2つの冷媒流出口のうち1つの冷媒流出口に直接接続されており、第1分岐部12の冷媒流入口は圧縮機11の吐出口に直接接続されている。これにより、エジェクタ22と圧縮機11との接続構造を簡素化できるので、車両への搭載性や組み付け性を向上できる。
エジェクタ22のディフューザ部222b(図1を参照)の冷媒出口が合流部20(図1を参照)の2つの冷媒流入口のうち1つの冷媒流入口に直接接続され、合流部20の冷媒流出口が圧縮機11の吸入口に直接接続されていてもよい。
本実施形態では、エジェクタ22の冷媒流入口22aと圧縮機11の吐出口との間の冷媒流路長は、エジェクタ22の冷媒吸引口22bと冷蔵用蒸発器25の冷媒出口との間の冷媒流路長よりも短くなっている。
これによると、エジェクタ22のディフューザ部222bと圧縮機11との間の冷媒配管を短くすることができる。そのため、昇圧後の圧力損失を低減できるので、冷蔵用蒸発器25の性能を向上できる。
また、エジェクタ22の冷媒流入口22aと圧縮機11との間の冷媒配管を短くすることができる。そのため、エジェクタ22の冷媒流入口22aと圧縮機11との間の冷媒配管において冷媒から外部雰囲気への放熱量を低減できるので、膨張エネルギの損失を低減でき、ひいてはエジェクタ22の効率や冷蔵用蒸発器25の性能を向上できる。
また、エジェクタ22に接続される3つの冷媒配管のうち2つの冷媒配管を短くすることができることから、冷凍サイクル装置10の車両への搭載性を向上できる。
(他の実施形態)
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。
(1)上記実施形態では、車室内へ向けて送風される空気を冷却する冷房用蒸発器18と、冷蔵庫内の空気を冷却する冷蔵用蒸発器25を備えるが、冷房用蒸発器18および冷蔵用蒸発器25の代わりに、種々の冷却対象流体を冷却する蒸発器を備えてもよい。
例えば、冷房用蒸発器18の代わりに、車室内前席へ向けて送風される空気を冷却する前席冷房用蒸発器を備え、冷蔵用蒸発器25の代わりに、車室内後席へ向けて送風される空気を冷却する後席冷房用蒸発器を備えてもよい。
(2)上記実施形態で説明した冷凍サイクル装置10の適用は、車両用空調装置に限定されない。例えば、定置型空調装置、冷凍冷蔵装置等に適用してもよい。
(3)上記実施形態では、エジェクタ22および第2エジェクタ40として、最小通路面積部の冷媒通路面積が変化しない固定ノズル部を有するものが採用されているが、エジェクタ22および第2エジェクタ40として、最小通路面積部の冷媒通路面積を変更可能に構成された可変ノズル部を有するものが採用されていてもよい。
例えば、可変ノズル部は、可変ノズル部の通路内にニードル状あるいは円錐状の弁体が配置され、この弁体を電気式アクチュエータ等によって変位させて、冷媒通路面積を調整する構成を有している。
(4)上記実施形態では、固定絞り24、バイパス用固定絞り45および第2固定絞り53等として、固定絞りが採用されているが、固定絞り24、バイパス用固定絞り45および第2固定絞り53等として温度式膨張弁や電気式膨張弁等の可変絞り機構が採用されていてもよい。
(5)上記実施形態では、冷媒としてR1234yfまたはR134a等が採用されているが、冷媒はこれに限定されない。例えば、冷媒としてR600a、R410A、R404A、R32、R1234yfxf、R407C等が採用されていてもよい。これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等が採用されていてもよい。
(6)上記実施形態では、膨張弁17は温度式膨張弁であるが、膨張弁17は電気式膨張弁や固定絞り等であってもよい。
11 圧縮機
12 第1分岐部
13 放熱器
16 第2分岐部
17 膨張弁(第1減圧部)
18 冷房用蒸発器(第1蒸発器)
20 合流部
22 エジェクタ
221 ノズル部
22b 冷媒吸引口
222b 昇圧部
24 固定絞り(第2減圧部)
25 冷蔵用蒸発器(第2蒸発器)

Claims (14)

  1. 冷媒を吸入して圧縮し吐出する圧縮機(11)と、
    前記圧縮機から吐出された前記冷媒の流れを分岐させる第1分岐部(12)と、
    前記第1分岐部で分岐された一方の前記冷媒を放熱させる放熱器(13)と、
    前記放熱器で放熱された前記冷媒の流れを分岐させる第2分岐部(16)と、
    前記第2分岐部で分岐された一方の前記冷媒を減圧させる第1減圧部(17、40)と、
    前記第1減圧部で減圧された前記冷媒を吸熱によって蒸発させる第1蒸発器(18、52)と、
    前記第2分岐部で分岐された他方の前記冷媒を減圧させる第2減圧部(24、69)と、
    前記第2減圧部で減圧された前記冷媒を吸熱によって蒸発させる第2蒸発器(25、60)と、
    前記第1分岐部で分岐された他方の前記冷媒を減圧させるノズル部(221)と、前記第2蒸発器で蒸発した前記冷媒を、前記ノズル部から噴射された前記冷媒の吸引作用によって吸引する冷媒吸引口(22b)と、前記ノズル部から噴射された前記冷媒と前記冷媒吸引口から吸引された前記冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部(222b)とを有するエジェクタ(22)と、
    前記第1蒸発器から流出した前記冷媒と前記昇圧部で昇圧された前記冷媒とを合流させる合流部(20)とを備える冷凍サイクル装置。
  2. 前記第1分岐部と前記ノズル部との間の冷媒通路を開閉する第1開閉部(21)と、
    前記第2分岐部と前記第2減圧部との間の冷媒通路を開閉する第2開閉部(23)とを備える請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記放熱器で放熱された前記冷媒を減圧させる第3減圧部(30)と、
    前記第3減圧部で減圧された前記冷媒を吸熱によって蒸発させる第3蒸発器(31)とを備える請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記エジェクタは第1エジェクタであり、
    前記ノズル部は第1ノズル部であり、
    前記冷媒吸引口は第1冷媒吸引口であり、
    前記昇圧部は第1昇圧部であり、
    前記第1減圧部は、前記放熱器で放熱された前記冷媒を減圧させる第2ノズル部(401)と、前記第1蒸発器で蒸発した前記冷媒を、前記第2ノズル部から噴射された前記冷媒の吸引作用によって吸引する第2冷媒吸引口(40b)と、前記第2ノズル部から噴射された前記冷媒と前記第2冷媒吸引口から吸引された前記冷媒とを混合させて昇圧させる第2昇圧部(402b)とを有する第2エジェクタ(40)であり、
    前記第2昇圧部で昇圧された前記冷媒の気液を分離し、気相の前記冷媒を前記圧縮機側へ流出させ、液相の前記冷媒を前記第1蒸発器側へ流出させる気液分離部(41)とを備える請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記エジェクタは第1エジェクタであり、
    前記ノズル部は第1ノズル部であり、
    前記冷媒吸引口は第1冷媒吸引口であり、
    前記昇圧部は第1昇圧部であり、
    前記第1減圧部で減圧された前記冷媒を分岐させる第3分岐部(51)と、
    前記第3分岐部で分岐された一方の前記冷媒を減圧させる第3減圧部(53)と、
    前記第3減圧部で減圧された前記冷媒を吸熱によって蒸発させる第3蒸発器(54)と、
    前記第3分岐部で分岐された他方の前記冷媒を減圧させる第2ノズル部(401)と、前記第3蒸発器で蒸発した前記冷媒を、前記第2ノズル部から噴射された前記冷媒の吸引作用によって吸引する第2冷媒吸引口(40b)と、前記第2ノズル部から噴射された前記冷媒と前記第2冷媒吸引口から吸引された前記冷媒とを混合させて昇圧させる第2昇圧部(402b)とを有する第2エジェクタ(40)とを備える請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記エジェクタは第1エジェクタであり、
    前記ノズル部は第1ノズル部であり、
    前記冷媒吸引口は第1冷媒吸引口であり、
    前記昇圧部は第1昇圧部であり、
    前記放熱器で放熱された前記冷媒を分岐させる第3分岐部(51)と、
    前記第3分岐部で分岐された一方の前記冷媒を減圧させる第3減圧部(53)と、
    前記第3減圧部で減圧された前記冷媒を吸熱によって蒸発させる第3蒸発器(62)と、
    前記第1減圧部で減圧された前記冷媒を減圧させる第2ノズル部(401)と、前記第3蒸発器で蒸発した前記冷媒を、前記第2ノズル部から噴射された前記冷媒の吸引作用によって吸引する第2冷媒吸引口(40b)と、前記第2ノズル部から噴射された前記冷媒と前記第2冷媒吸引口から吸引された前記冷媒とを混合させて昇圧させる第2昇圧部(402b)とを有する第2エジェクタ(40)とを備え、
    前記第2減圧部は、前記第3分岐部で分岐された他方の前記冷媒を減圧させる請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記第1蒸発器は、前記第2昇圧部で昇圧された前記冷媒を吸熱によって蒸発させる請求項5または6に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 前記第1減圧部に流入する前記冷媒と、前記第1蒸発器から流出した前記冷媒とを熱交換させる内部熱交換器(58)を備える請求項1ないし7のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
  9. 前記内部熱交換器は、前記第1減圧部に流入する前記冷媒が流れる高圧側冷媒流路(58a)と、前記第1蒸発器から流出した前記冷媒が流れる低圧側冷媒流路(58b)とを有しており、
    前記高圧側冷媒流路は、前記第2分岐部に対して前記冷媒の流れの上流側に配置されており、
    前記低圧側冷媒流路は、前記合流部に対して前記冷媒の流れの上流側に配置されている請求項8に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 前記ノズル部の入口側の前記冷媒を、前記冷媒吸引口の入口側に導くバイパス流路部(65)と、
    前記バイパス流路部を開閉するバイパス開閉弁(66)と、
    前記昇圧部から前記合流部に至る前記冷媒の流路を開閉するエジェクタ出口開閉弁(67)とを備える請求項1ないし9のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
  11. 前記エジェクタと前記圧縮機との間の冷媒流路長は、前記エジェクタと前記第2蒸発器との間の冷媒流路長よりも短くなっている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
  12. 前記エジェクタと前記第2蒸発器との間の冷媒流路長は、前記エジェクタと前記圧縮機との間の冷媒流路長よりも短くなっている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
  13. 前記エジェクタは前記圧縮機に固定されている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
  14. 前記エジェクタは前記第2蒸発器に固定されている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。
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