JP2020153557A

JP2020153557A - 空気調和装置

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Publication number: JP2020153557A
Application number: JP2019051331A
Authority: JP
Inventors: 金子　智; Satoshi Kaneko; 智金子
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-09-24
Also published as: WO2020189489A1; CN113557398A

Abstract

【課題】ユニット化された空気調和装置を車室内に設けた構成において、圧力制御弁が開いた場合であっても、高温高圧の熱媒体がユーザに吐出されることなく、安全に用いることができる空気調和装置を提供する。【解決手段】熱媒体との熱交換により、冷房時には温風を排出し、暖房時には冷風を排出する排出流路を備える。リリーフ弁が作動したときに、熱媒体は排出流路により支障なく排出することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱媒体が循環する熱媒体回路を有し、被空調空気の調整を行う空気調和装置に関するものである。

一般に、空気調和装置は、熱媒体としての冷媒が循環する冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルを構成する蒸発器や放熱器と熱交換することにより、被空調空気の温度調整を行う。例えば、車両等に搭載される空気調和装置として、特許文献１を挙げることができる。特許文献１は、車両が外部から受ける衝撃によって、冷凍サイクル中に圧縮された冷媒が、狭い車室内に漏洩する不都合を抑制するため、車両の衝撃を検出したときに、熱媒体循環路に大気開放可能な電磁弁を設けている。

特開平１０−１７５４２６号公報

一方で、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器等、熱媒体回路を構成する全てのコンポーネントを一つにユニット化し、それを車室内の例えば各シートに取付けることで、シートごとに個別空調を行なう空気調和装置の開発が行われている。この場合、熱媒体回路内の異常圧力が発生した場合に、この熱媒体回路を保護するために、所定圧力以上で開くリリーフ弁を設ける必要がある。しかし、ユニット化された空気調和装置を車室内に設けた構成では、リリーフ弁が開いたときに高温高圧の熱媒体が結果として車室内に排出されてしまう問題がある。そこで、本発明の課題は、リリーフ弁が開くときの安全性を向上させることである。

本発明の一態様に係る空気調和装置は、熱媒体が循環する熱媒体回路を含む空気調和を行なう各構成要素をユニット化して構成した空気調和装置において、熱媒体との熱交換により、冷房時には温風を排出し、暖房時には冷風を排出する排出流路と、排出口が排出流路に連通され、熱媒体回路の圧力が予め定めた設定値に達したときに、内部の熱媒体を排出するリリーフ弁と、を備える。

本発明によれば、リリーフ弁が作動したときに熱媒体が排出流路に排出される。排出流路は、ユーザに供給されることなく排出される流路であるため、安全性を向上させることができる。

室内吸気による冷房時の空気調和装置を示す図である。室外吸気による冷房時の空気調和装置を示す図である。室内吸気による暖房時の空気調和装置を示す図である。室外吸気による暖房時の空気調和装置を示す図である。リリーフ弁の出口を排出流路に連通させた変形例を示す図である。第２実施形態における空気調和装置の使用例を示す図である。第２実施形態における冷房時の空気調和装置を示す図である。第２実施形態における暖房時の空気調和装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに限定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《第１実施形態》
《構成》
図１は、第１実施形態の空気調和装置１１の概略構成を示す図である。本実施の形態にかかる空気調和装置１１は、熱媒体が循環する熱媒体回路を含め、空気調和を行なう構成要素が筐体１１ａ内に収容して単一化されたものであり、車両の車室内に搭載される。例えば、各空気調和装置１１を各シートに取り付けることで、シートごとに個別空調を行なうことができる。空気調和装置１１を構成する筐体１１ａは、仕切壁１１ｂによって冷風流路１２と、温風流路１３とが構成されている。冷風流路１２及び温風流路１３は、夫々、ダクト構造である。

冷風流路１２の上流側は、車室内から内気を導入する内気導入路２１、及び車室外から外気を導入する外気導入路２２と連通しており、切替ダンパ２３を備える。切換ダンパ２３は、冷風流路１２を内気導入路２１と連通させる位置と、冷風流路１２を外気導入路２２と連通させる位置と、の間で回動可能である。冷風流路１２の下流側は、車室内へ空気を供給する供給流路２４、及び車室外へ空気を排出する排出流路２５と連通しており、切替ダンパ２６を備える。切換ダンパ２６（流路切換部）は、冷風流路１２を供給流路２４と連通させる位置と、冷風流路１２を排出流路２５と連通させる位置と、の間で回動可能である。

温風流路１３の上流側は、車室内から内気を導入する内気導入路３１、及び車室外から外気を導入する外気導入路２２と連通しており、切替ダンパ３３を備える。内気導入路３１の上流側は、内気導入路２１の上流側と合流している。切換ダンパ３３は、温風流路１３を内気導入路３１と連通させる位置と、温風流路１３を外気導入路２２と連通させる位置と、の間で回動可能である。温風流路１３の下流側は、車室内へ空気を供給する供給流路３４、及び車室外へ空気を排出する排出流路２５と連通しており、切替ダンパ３６を備える。供給流路３４の下流側は、供給流路２４の下流側と合流している。切換ダンパ３６（流路切換部）は、温風流路１３を供給流路３４と連通させる位置と、温風流路１３を排出流路２５と連通させる位置と、の間で回動可能である。

冷風流路１２には、送風ファン２７と、詳細は後述する冷凍サイクルを構成する蒸発器２８と、が設けられている。送風ファン２７は、冷風流路１２の上流側に設けられており、モータによって駆動されるときに、外気や内気を吸引し、下流側へと送る。蒸発器２８は、送風ファン２７よりも下流側に設けられており、吸熱器及び除湿器として、フィンの周囲を通過する空気とチューブ内を通過する低温の熱媒体（冷媒）との間で熱交換を行なう。すなわち、チューブ内の熱媒体を蒸発気化させることで、フィンの周囲の空気を冷却すると共に、フィンの表面に結露を生じさせて除湿を行なう。

温風流路１３には、送風ファン３７と、蒸発器２８とともに冷凍サイクルを構成する放熱器３８と、が設けられている。送風ファン３７は、温風流路１３の上流側に設けられており、モータによって駆動されるときに、外気や内気を吸引し、下流側へと送る。放熱器３８は、送風ファン３７よりも下流側に設けられており、放熱器として、放熱フィンの周囲を通過する空気とチューブ内を通過する高温の熱媒体（熱媒）との間で熱交換を行なうことで、フィンの周囲の空気を加温する。

次に、本発明における熱媒体回路を構成する冷凍サイクルについて説明する。熱媒体回路を構成する冷凍サイクルは、少なくとも、圧縮機４１と、放熱器３８と、膨張弁４２と、蒸発器２８を順次環状に接続して構成される。圧縮機４１は、気相である低圧の熱媒体を圧縮することにより、液化しやすい高圧の熱媒体に昇圧させるものである。例えば、ロータリ圧縮機、斜板式圧縮機、スクロール圧縮機等を採用することができる。駆動源としてはエンジンや電動モータを用いることができる。膨張弁４２は、液相である高圧の熱媒体を霧状にして噴き出すことにより、気化しやすい低圧の熱媒体に減圧するものであり、温度式膨張弁、キャピラリーチューブ、オリフィス等を採用することができる。

本発明における熱媒体回路４３は、リリーフ弁４４と、三方弁４５（切換制御弁）と、を備える。リリーフ弁４４は、例えば、圧縮機４１と放熱器３８との間から分岐した流路に設けられ、熱媒体回路４３の圧力が予め定めた設定値に達したときに開弁する。リリーフ弁は、電気的制御により開弁してもよく、機械的構成により開弁してもよい。三方弁４５は、例えば３ポート２位置切換のソレノイドバルブを採用することができる。この場合、具体的には、リリーフ弁４４の出口を冷風流路１２における蒸発器２８よりも下流側に連通させる位置と、リリーフ弁４４の出口を温風流路１３における放熱器３８よりも下流側に連通させる位置と、の何れか一方に切り換える。

本実施の形態における空気調和装置１１は、図示しない制御装置を備えており、当該制御装置により、各切換ダンパ２３、３３、２６、３６、各送風ファン２７、３７、圧縮機４１、膨張弁４２、及び三方弁４５が駆動制御される。

本発明における熱媒体回路を構成する冷凍サイクルに用いる熱媒体としては、Ｒ１３４ａ、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、Ｒ３２等のフロン系冷媒や、イソブタン等の炭化水素系冷媒、ＣＯ２等の自然冷媒を用いることができる。

次に、各運転モードについて説明する。以下、室内吸気による冷房時、室外吸気による冷房時と、室内吸気による暖房、室外吸気による暖房時について説明する。

［冷房運転］
図１は、空気調和装置１１の室内吸気による冷房時の状態を示す図である。この冷房運転では、切換ダンパ２３が冷風流路１２の上流側を外気導入路２２から遮断した状態で内気導入路２１に連通させ、切換ダンパ２６が冷風流路１２の下流側を排出流路２５から遮断した状態で供給流路２４に連通させる。また、切換ダンパ３３が温風流路１３の上流側を内気導入路３１から遮断した状態で外気導入路２２に連通させ、切換ダンパ３６が温風流路１３の下流側を供給流路３４から遮断した状態で排出流路２５に連通させる。また、三方弁４５は、リリーフ弁４４の出口を温風流路１３における放熱器３８よりも下流側に連通させる。そして、送風ファン２７、送風ファン３７、及び圧縮機４１を駆動する。

これにより、圧縮機４１から吐出した高温高圧の熱媒体は、放熱器３８内に流入して冷却され、放熱する。放熱により冷却された熱媒体は、膨張弁４２において減圧され低圧となり、蒸発器２８において蒸発気化し、吸熱作用を発揮する。これにより、冷風流路１２内に導入された空気は蒸発器２８で冷却及び除湿された車室内に供給される。また、車室外から温風流路１３内に流入した外気は、放熱器３８と熱交換した後、車室外に排出される。

図２は、空気調和装置１１の室外吸気による冷房時の状態を示す図である。室外吸気の場合、切換ダンパ２３が冷風流路１２の上流側を内気導入路２１から遮断した状態で外気導入路２２に連通させ、切換ダンパ３３が温風流路１３の上流側を外気導入路２２から遮断した状態で内気導入路３１に連通させればよい。これにより、車室外から冷風流路１２内に導入された空気は、蒸発器２８で冷却及び除湿され車室内に供給される。そして、車室内から温風流路１３内に導入された空気は、放熱器３８と熱交換した後、車室外に排出される。

［暖房運転］
次に、暖房運転について説明する。図３は、空気調和装置１１の室内吸気による暖房時の状態を示す図である。この暖房運転では、切換ダンパ２３が冷風流路１２の上流側を内気導入路２１から遮断した状態で外気導入路２２に連通させ、切換ダンパ２６が冷風流路１２の下流側を供給流路２４から遮断した状態で排出流路２５に連通させる。また、切換ダンパ３３が温風流路１３の上流側を外気導入路２２から遮断した状態で内気導入路３１に連通させ、切換ダンパ３６が温風流路１３の下流側を排出流路２５から遮断した状態で供給流路３４に連通させる。また、三方弁４５は、リリーフ弁４４の出口を冷風流路１２における蒸発器２８よりも下流側に連通させる。そして、送風ファン２７、送風ファン３７、及び圧縮機４１を駆動する。

これにより、車室内から温風流路１３内に導入された空気は、放熱器３８で加温され、温かい空気が車室内に供給される。また、車室外から冷風流路１２内に流入した外気は、蒸発器２８と熱交換した後、車室外に排出される。

図４は、空気調和装置１１の室外吸気による暖房時の状態を示す図である。室外吸気の場合、切換ダンパ２３が冷風流路１２の上流側を外気導入路２２から遮断した状態で内気導入路２１に連通させ、切換ダンパ３３が温風流路１３の上流側を内気導入路３１から遮断した状態で外気導入路２２に連通させればよい。これにより、車室外から温風流路１３内に導入された外気は、放熱器で加温され、暖かい空気が車室内に供給される。また、車室内から冷風流路１２内に流入した空気は、蒸発器２８と熱交換した後、車室外に排出される。

《作用》
次に、第１実施形態の主要な作用効果について説明する。上述したように、各冷房時、暖房時のいずれの場合においても、リリーフ弁４４の出口は、排出流路２５に連通させている。具体的に、冷房運転では、切換ダンパ２６が冷風流路１２の下流側を排出流路２５から遮断した状態で供給流路２４に連通させる。また、切換ダンパ３６が温風流路１３の下流側を供給流路３４から遮断した状態で排出流路２５に連通させる。また、三方弁４５がリリーフ弁４４の出口を温風流路１３における放熱器３８よりも下流側に連通させる。これにより、冷房運転時にリリーフ弁４４の出口を排出流路２５に連通させることができる。

一方、暖房運転では、切換ダンパ２６が冷風流路１２の下流側を供給流路２４から遮断した状態で排出流路２５に連通させる。また、切換ダンパ３６が温風流路１３の下流側を排出流路２５から遮断した状態で供給流路３４に連通させる。また、三方弁４５がリリーフ弁４４の出口を冷風流路１２における蒸発器２８よりも下流側に連通させる。これにより、暖房運転時にリリーフ弁４４の出口を排出流路２５に連通させることができる。

これにより、熱媒体回路４３内が異常高圧になり、リリーフ弁４４が作動すると、熱媒体は三方弁４５を介して排出流路２５に排出される。そのため、ユニット化された空気調和装置１１を車室内に設けた場合であっても、リリーフ弁４４の開放により排出された熱媒体は、ユーザに供給されることなく、車室外に連通した排出流路２５を介して車室外に排出されるため、安全性を向上させることができる。

このように、本実施の形態では、切換ダンパ２６、切換ダンパ３６、及び三方弁４５を駆動制御するだけで、リリーフ弁４４の出口を容易に排出流路２５に連通させることができる。特に、本実施の形態では、空気調和装置１１は、自動車の車室内に搭載されるため、車室内の快適性を向上させることができる。また、排出流路２５は、車室外に連通しているため、高温高圧の熱媒体やオイルが車室内に排出されることを防止し、安全性を向上させることができる。

《変形例》
本実施形態では、三方弁４５としてソレノイドバルブを使用しているが、これに限定されるものではなく、例えばロータリ弁を使用してもよい。また、冷風流路１２に連通する流路、及び温風流路１３に連通する流路に、夫々、開閉可能な二方弁を設け、一方を開くときに他方を閉じ、一方を閉じるときに他方を開くようにしてもよい。さらに、冷風流路１２に連通する流路の端部、及び温風流路１３に連通する流路の端部に、夫々、開閉可能な蓋状の弁体を設け、一方を開くときに他方を閉じ、一方を閉じるときに他方を開くようにしてもよい。すなわち、リリーフ弁４４の出口を冷風流路１２に連通させるか、又はリリーフ弁４４の出口を温風流路１３に連通させるかの何れか一方に切り換えることができれば、任意の切換制御弁を使用することができる。

本実施形態では、リリーフ弁４４の出口を冷風流路１２の下流側、又は温風流路１３の下流側に連通させているが、これに限定されるものではない。例えば、リリーフ弁４４の出口を排出流路２５に直接連通させてもよい。

図５は、リリーフ弁の出口を排出流路に連通させた変形例を示す図である。このように、リリーフ弁４４の出口を排出流路２５に直接連通させれば、三方弁４５や三方弁の駆動処理を省略しつつも、前述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

《第２実施形態》
《構成》
第２実施形態は、ユーザによって持ち運びが可能な移動式のポータブルエアコンに適用したものである。図６は、第２実施形態における空気調和装置の使用例を示す図である。空気調和装置５１は、ユーザによって持ち運びが可能なポータブルエアコンであり、導入口５２、供給口５３、及び排出口５４を備える。導入口５２は外気を導入する。供給口５３は、冷房時には冷風を、暖房時には温風をユーザに供給する。排出口５４は、少なくとも供給口５３とは異なる方向を向いており、冷房時には温風を、暖房時には冷風を排出する。したがって、空気調和装置５１を使用する際には、供給口５３がユーザ側に配置され、排出口５４がユーザ側以外に配置されるようにして使用する。排出口５４には、別途、排気ダクトを取り付け、ユーザから排気を遠ざけることもできる。

図７は、第２実施形態の空気調和装置を示す図である。空気調和装置５１では、前述した内気導入路２１、外気導入路２２、切換ダンパ２３、内気導入路３１、及び切換ダンパ３３が省略され、導入口５２、供給口５３、及び排出口５４が追加されている。その他の構成については、前述した第１実施形態と同様であり、共通する部分については詳細な説明を省略する。なお、空気調和装置５１は、図示しない筐体に収められており、持ち運びが容易となるように、筐体には例えば把手やキャスタが設けられているものとする。

冷風流路１２の上流側は、導入口５２に連通している。冷風流路１２の下流側は、供給口５３、及び排出口５４に連通している。切換ダンパ２６（流路切換部）は、冷風流路１２を供給口５３に連通させる位置と、冷風流路１２を排出口５４に連通させる位置と、の間で回動可能である。温風流路１３の上流側は、導入口５２に連通している。温風流路１３の下流側は、供給口５３、及び排出口５４に連通している。温風流路１３の供給口５３は、冷風流路１２の供給口５３と共通である。切換ダンパ３６（流路切換部）は、温風流路１３を供給口５３に連通させる位置と、温風流路１３を排出口５４に連通させる位置と、の間で回動可能である。

次に、各運転モードについて説明する。

［冷房運転］
図７は、冷房時の空気調和装置を示す図である。ここでは、切換ダンパ２６が冷風流路１２の下流側を排出口５４から遮断した状態で供給口５３に連通させる。また、切換ダンパ３６が温風流路１３の下流側を供給口５３から遮断した状態で排出口５４に連通させる。また、三方弁４５は、リリーフ弁４４の出口を温風流路１３における放熱器３８よりも下流側に連通させる。そして、送風ファン２７、送風ファン３７、及び圧縮機４１を駆動する。

［暖房運転］
図８は、暖房時の空気調和装置を示す図である。ここでは、切換ダンパ２６が冷風流路１２の下流側を供給口５３から遮断した状態で排出口５４に連通させる。また、切換ダンパ３６が温風流路１３の下流側を排出口５４から遮断した状態で供給口５３に連通させる。また、三方弁４５は、リリーフ弁４４の出口を冷風流路１２における蒸発器２８よりも下流側に連通させる。そして、送風ファン２７、送風ファン３７、及び圧縮機４１を駆動する。

《作用》
次に、第２実施形態の主要な作用効果について説明する。空気調和装置５１は、ポータブルエアコンであり、排出口５４は、供給口５３とは異なる方向を向いて構成される。したがって、リリーフ弁４４が作動したとしても、熱媒体がユーザに向かって排出されることはなく、安全性を向上させることができる。その他の作用効果は、前述した第１実施形態と同様である。

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１…空気調和装置、１１ａ…筐体、１１ｂ…仕切壁、１２…冷風流路、１３…温風流路、２１…内気導入路、２２…外気導入路、２３…切換ダンパ、２４…供給流路、２５…排出流路、２６…切換ダンパ、２７…送風ファン、２８…蒸発器、３１…内気導入路、３３…切換ダンパ、３４…供給流路、３６…切換ダンパ、３７…送風ファン、３８…放熱器、４１…圧縮機、４２…膨張弁、４３…熱媒体回路、４４…リリーフ弁、４５…三方弁、５１…空気調和装置、５２…導入口、５３…供給口、５４…排出口

Claims

熱媒体が循環する熱媒体回路を含む空気調和を行なう各構成要素をユニット化して構成した空気調和装置において、
前記熱媒体との熱交換により、冷房時には温風を排出し、暖房時には冷風を排出する排出流路と、
排出口が前記排出流路に連通され、前記熱媒体回路の圧力が予め定めた設定値に達したときに、内部の前記熱媒体を排出するリリーフ弁と、を備えることを特徴とする空気調和装置。
前記熱媒体回路は、少なくとも圧縮機、放熱器、膨張機構、蒸発器を含むことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記蒸発器との熱交換によって冷風が流れる冷風流路と、
前記放熱器との熱交換によって温風が流れる温風流路と、
冷房時に前記排出流路を前記冷風流路から遮断した状態で前記温風流路に連通させ、暖房時に前記排出流路を前記温風流路から遮断した状態で前記冷風流路に連通させる流路切換部と、
冷房時に前記リリーフ弁の排出口を前記冷風流路から遮断した状態で前記温風流路に連通させ、暖房時に前記リリーフ弁の排出口を前記温風流路から遮断した状態で前記冷風流路に連通させる切換制御弁と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
車両の車室内に搭載することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和装置。
前記排出流路は、車室外に連通していることを特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
ユーザによって持ち運びが可能であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空気調和装置。
前記熱媒体との熱交換により、暖房時に温風をユーザに供給し、冷房時に冷風をユーザに供給する供給流路を備え、
前記排出流路の排出口は、前記供給流路の供給口とは異なる方向を向いていることを特徴とする請求項６に記載の空気調和装置。