JP2021042910A

JP2021042910A - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP2021042910A
Application number: JP2019166023A
Authority: JP
Inventors: 康和杉谷; Yasukazu Sugitani
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18

Abstract

【課題】圧力調整弁により圧力制限を受けたり冷媒の循環量が低下したりすることを抑制する。【解決手段】互いに並列に配置され、凝縮器２１で凝縮された冷媒が流れる第１冷媒流路３０および第２冷媒流路３２と、第１冷媒流路３０の冷媒を減圧する第１減圧手段２２と、第２冷媒流路３２の冷媒を減圧する第２減圧手段２４と、第１減圧手段２２で減圧された冷媒を蒸発させる第１蒸発器２３と、第１冷媒流路３０を開閉する第１開閉手段３１と、第２減圧手段２４で減圧された冷媒を蒸発させる第２蒸発器２５と、第２蒸発器２５で蒸発した冷媒の圧力を調整する圧力調整弁２６と、第２蒸発器２５で蒸発した冷媒が圧力調整弁２６をバイパスして流れるバイパス流路３４と、バイパス流路３４を開閉するバイパス開閉手段３５とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、２つの蒸発器が互いに並列に接続された冷凍サイクル装置に関する。

従来、特許文献１には、冷凍用蒸発器と冷蔵用蒸発器とが並列に接続された冷凍サイクル装置が記載されている。冷蔵用蒸発器の冷媒出口側には、圧力調整弁が接続されている。冷凍用膨張弁の冷媒入口側には冷凍用開閉弁が接続されている。

冷凍用蒸発器と冷蔵用蒸発器とを同時に運転する場合、冷凍用開閉弁および冷蔵用開閉弁が共に開かれる。これにより、圧縮機から吐出されて凝縮器で凝縮された冷媒は、冷凍用膨張弁側と冷蔵用膨張弁側とに分岐し、冷凍用膨張弁で減圧された冷媒は冷凍用蒸発器に流れて蒸発され、冷蔵用膨張弁で減圧された冷媒は冷蔵用蒸発器に流れて蒸発される。冷蔵用蒸発器で蒸発された冷媒は、圧力調整弁を通った後、冷凍用蒸発器で蒸発された冷媒と合流して圧縮機に戻る。

冷凍用蒸発器を単独運転する場合、冷凍用開閉弁が開かれて冷蔵用開閉弁が閉じられる。これにより、圧縮機から吐出されて凝縮器で凝縮された冷媒は、冷凍用膨張弁側へは流れずに冷蔵用膨張弁側へ流れ、冷蔵用膨張弁で減圧された冷媒は冷蔵用蒸発器に流れて蒸発される。冷蔵用蒸発器で蒸発された冷媒は、圧力調整弁を通った後、圧縮機に戻る。

特開平２−２１３６５３号公報

上記従来技術では、圧力調整弁が冷蔵用蒸発器内部の圧力を一定にするので、冷凍用蒸発器内部の圧力を冷蔵用蒸発器内部の圧力よりも低くできる。その結果、冷凍用蒸発器を冷蔵用蒸発器よりも低温にできる。

しかしながら、冷凍用開閉弁を閉じて冷蔵用蒸発器を単独運転する場合、冷蔵用蒸発器は圧力調整弁により圧力制限を受けるので、冷却能力を十分に出せない。また、圧力調整弁により冷媒の循環量が低下することになり、封入オイルの循環が不足して圧縮機の潤滑が不十分になるおそれがある。

特に、近年の冷凍サイクル装置では、オゾン層破壊能力が低いＨＦＣ系冷媒の採用や、熱交換器の熱交換性能の向上、圧縮機の性能および圧縮方式の変更等に伴って、従前の冷凍サイクル装置と比較して冷媒の封入量が少なくなり且つ冷媒の圧力が低くなっているので、上記の現象が顕著に現れることとなる。

本発明は上記点に鑑みて、圧力調整弁により圧力制限を受けたり冷媒の循環量が低下したり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に記載の冷凍サイクル装置では、
冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（２０）と、
圧縮機（２０）で圧縮された冷媒を熱交換させて凝縮させる凝縮器（２１）と、
互いに並列に配置され、凝縮器（２１）で凝縮された冷媒が流れる第１冷媒流路（３０）および第２冷媒流路（３２）と、
第１冷媒流路（３０）の冷媒を減圧する第１減圧手段（２２）と、
第２冷媒流路（３２）の冷媒を減圧する第２減圧手段（２４）と、
第１減圧手段（２２）で減圧された冷媒を蒸発させる第１蒸発器（２３）と、
第１冷媒流路（３０）を開閉する第１開閉手段（３１）と、
第２減圧手段（２４）で減圧された冷媒を蒸発させる第２蒸発器（２５）と、
第２蒸発器（２５）で蒸発した冷媒の圧力を調整する圧力調整弁（２６）と、
第２蒸発器（２５）で蒸発した冷媒が圧力調整弁（２６）をバイパスして流れるバイパス流路（３４）と、
バイパス流路（３４）を開閉するバイパス開閉手段（３５）とを備える。

これによると、第１開閉手段（３１）が第１冷媒流路（３０）を閉じている場合、すなわち第１蒸発器（２３）に冷媒が流れず第２蒸発器（２５）に冷媒が流れる場合、バイパス開閉手段（３５）がバイパス流路（３４）を開けることによって、第２蒸発器（２５）で蒸発した冷媒を、圧力調整弁（２６）をバイパスして流すことができる。そのため、圧力調整弁（２６）により圧力制限を受けたり冷媒の循環量が低下したりすることを抑制できる。

請求項２に記載の冷凍サイクル装置では、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、
第１開閉手段（３１）を開けるときバイパス開閉手段（３５）を閉じ、第１開閉手段（３１）を閉じるときバイパス開閉手段（３５）を開けるように第１開閉手段（３１）およびバイパス開閉手段（３５）を連動して制御する電気回路（４２）を備える。

これにより、簡素な電気回路（４２）によってバイパス開閉弁（３５）を制御できる。

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装置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の側面部や後面部等には、荷物を搬入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には荷室空調ユニット１２が配置されている。

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

荷室空調ユニット１２のユニットケース１２１には、第１送風機１２２および第１蒸発器２３等が収容されている。第１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。

第１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内に吸い込まれて第１蒸発器２３を通過して冷却され、第１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。これにより、荷室１１１内の空気が冷却されて荷室１１１内の荷物が冷蔵・冷凍される。

運転室１０には、運転室空調ユニット１３が配置されている。運転室空調ユニット１３は、運転室１０内の空気または外気を吸い込んで冷却または加熱して運転室１０に吹き出す。運転室空調ユニット１３から吹き出された空気によって、運転室１０が温度調整される。

運転室空調ユニット１３のユニットケース１３１には、第２送風機１３２および第２蒸発器２５等が収容されている。第２送風機１３２は、電動モータによって駆動される電動送風機である。

第２送風機１３２が作動することにより、運転室１０内の空気または外気がユニットケース１３１内に吸い込まれて第２蒸発器２５を通過して冷却される。

ユニットケース１３１には、図示しないヒータコアや図示しないエアミックスドア等も収容されている。ヒータコアは、第２蒸発器２５を通過した空気をエンジン冷却水と熱交換させて加熱する。エアミックスドアは、ヒータコアを流れる空気と、ヒータコアをバイパスして流れる空気との風量割合を調整することによって、車室内へ吹き出される空気の温度を調整する。

第２蒸発器２５およびヒータコアを通過した空気は、図１中の矢印Ａ３に示すように、ユニットケース１３１から運転室１０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、第１膨張弁２２、第１蒸発器２３、第２膨張弁２４、第２蒸発器２５および圧力調整弁２６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。

冷凍サイクル装置では、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）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。冷媒には、圧縮機２０を潤滑するための冷凍機油が混入されている。冷凍機油の一部は、冷媒とともに冷凍サイクル装置の冷媒回路を循環する。

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（図示せず）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の出口側には第１膨張弁２２および第２膨張弁２４が互いに並列に接続されている。第１膨張弁２２および第２膨張弁２４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。第１膨張弁２２は第１減圧手段であり、第２膨張弁２４は第２減圧手段である。

例えば、第１膨張弁２２は、温度式膨張弁であり、第１蒸発器２３出口側冷媒の温度および圧力に基づいて第１蒸発器２３出口側冷媒の過熱度を検出する感温部を有し、第１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。第１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。

例えば、第２膨張弁２４は、温度式膨張弁であり、第２蒸発器２５出口側冷媒の温度および圧力に基づいて第２蒸発器２５出口側冷媒の過熱度を検出する感温部を有し、第２蒸発器２５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。第２膨張弁２４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。

第１膨張弁２２の出口側には第１蒸発器２３が接続されている。第１蒸発器２３には第１膨張弁２２で減圧された低圧冷媒（液冷媒）が流入し、この低圧冷媒が第１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。第１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。

第１蒸発器２３の出口側には逆止弁２７が配置されている。逆止弁２７は、冷媒の逆流を防止する弁である。

第２膨張弁２４の出口側には第２蒸発器２５が接続されている。第２蒸発器２５には第２膨張弁２４で減圧された低圧冷媒（液冷媒）が流入し、この低圧冷媒が第２蒸発器２５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。

第２蒸発器２５の出口側には圧力調整弁２６が接続されている。圧力調整弁２６は、第２蒸発器２５の冷媒出口側の冷媒圧力の上昇に伴って弁開度を増加させる機械式の可変絞り機構である。これにより、圧力調整弁２６では、第２蒸発器２５における冷媒蒸発温度を、第２蒸発器２５の着霜を抑制可能な着霜抑制温度（例えば、１℃）以上に維持している。

第２蒸発器２５で蒸発した低圧冷媒（ガス冷媒）は、第１蒸発器２３で蒸発した低圧冷媒（ガス冷媒）と合流して圧縮機２０に吸入される。

第１膨張弁２２および第１蒸発器２３側の冷媒流路である第１冷媒流路３０には、第１開閉弁３１が配置されている。第１開閉弁３１は、第１冷媒流路３０を開閉する第１開閉手段である。

第２膨張弁２４および第２蒸発器２５側の冷媒流路である第２冷媒流路３２には、第２開閉弁３３が配置されている。第２開閉弁３３は、第２蒸発器２５側の冷媒流路を開閉する第２開閉手段である。

第２蒸発器２５の出口側には、バイパス流路３４が接続されている。バイパス流路３４は、第２蒸発器２５で蒸発した低圧冷媒（ガス冷媒）が圧力調整弁２６をバイパスして流れる流路である。バイパス流路３４にはバイパス開閉弁３５が配置されている。バイパス開閉弁３５は、バイパス流路３４を開閉するバイパス開閉手段である。

第１開閉弁３１、第２開閉弁３３およびバイパス開閉弁３５は、制御装置４０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。

制御装置４０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。

制御装置４０は、出力側に接続された第１送風機１２２、第２送風機１３２、室外送風機、第１開閉弁３１、第２開閉弁３３およびバイパス開閉弁３５等の作動を制御する制御手段である。

制御装置４０には、操作パネル４１から種々の操作信号が入力される。操作パネル４１は、車室内の計器盤付近に配置されている。操作パネル４１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運転モードを切り替える切替スイッチ等が設けられている。

冷凍サイクル装置の運転モードには、荷室空調モード、運転室空調モードおよび荷室運転室空調モードがある。

荷室空調モードは、第１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。制御装置４０は、荷室空調モードでは、第１開閉弁３１を開け、第２開閉弁３３を閉じ、バイパス開閉弁３５を閉じる。

運転室空調モードは、第２蒸発器２５で冷却作用を発揮させて運転室１０への送風空気を冷却する運転モードである。制御装置４０は、運転室空調モードでは、第１開閉弁３１を閉じ、第２開閉弁３３を開け、バイパス開閉弁３５を開ける。

荷室運転室空調モードは、第１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とともに第２蒸発器２５で冷却作用を発揮させて運転室１０への送風空気を冷却する運転モードである。制御装置４０は、荷室運転室空調モードでは、第１開閉弁３１を開け、第２開閉弁３３を開け、バイパス開閉弁３５を閉じる。

第１開閉弁３１およびバイパス開閉弁３５は、電気回路４２を介して制御装置４０に接続されている。電気回路４２は、制御装置４０からの共通の信号に対して第１開閉弁３１とバイパス開閉弁３５の開閉作動が互いに逆となるように、第１開閉弁３１およびバイパス開閉弁３５を連動して制御する。

次に、上記構成における作動を説明する。制御装置４０は、操作パネル４１からの入力信号に基づいて第１開閉弁３１、第２開閉弁３３およびバイパス開閉弁３５の作動を制御することによって、荷室空調モードと運転室空調モードと荷室運転室空調モードとを切り替える。

荷室空調モードでは、制御装置４０は、第１開閉弁３１を開け、第２開閉弁３３を閉じ、バイパス開閉弁３５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２１に流入して凝縮液化された後、第１膨張弁２２で減圧されて第１蒸発器２３に供給されるので、第１蒸発器２３で荷室１１１への送風空気を冷却できる。

運転室空調モードでは、制御装置４０は、第１開閉弁３１を閉じ、第２開閉弁３３を開け、バイパス開閉弁３５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、第２膨張弁２４で減圧されて第２蒸発器２５に供給されるので、第２蒸発器２５で運転室１０への送風空気を冷却できる。バイパス開閉弁３５が開けられるので、第２蒸発器２５で蒸発した冷媒は、圧力調整弁２６をバイパスしてバイパス流路３４を流れる。したがって、第２蒸発器２５が圧力調整弁２６により圧力制限を受けることを回避できるとともに圧力調整弁２６により冷媒の循環量が低下することを回避できる。その結果、第２蒸発器２５の冷却能力を向上できるとともに冷凍機油の循環性を向上させて圧縮機の潤滑性を向上させることができる。

荷室運転室空調モードでは、制御装置４０は、第１開閉弁３１を開け、第２開閉弁３３を開け、バイパス開閉弁３５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２１に流入して凝縮液化された後、第１膨張弁２２で減圧されて第１蒸発器２３に供給されるとともに第２膨張弁２４で減圧されて第２蒸発器２５に供給される。したがって、第１蒸発器２３で荷室１１１への送風空気を冷却できるとともに第２蒸発器２５で運転室１０への送風空気を冷却できる。

本実施形態では、バイパス流路３４とバイパス開閉弁３５とを備える。これによると、第１開閉弁３１が第１冷媒流路３０を閉じている場合、すなわち、第１蒸発器２３に冷媒が流れず第２蒸発器２５に冷媒が流れる場合、バイパス開閉弁３５がバイパス流路３４を開けることによって、第２蒸発器２５で蒸発した冷媒を、圧力調整弁２６をバイパスして流すことができる。そのため、圧力調整弁２６により圧力制限を受けたり冷媒の循環量が低下したりすることを抑制できる。

本実施形態では、電気回路４２は、第１開閉弁３１を開けるときバイパス開閉弁３５を閉じ、第１開閉弁３１を閉じるときバイパス開閉弁３５を開けるように第１開閉弁３１およびバイパス開閉弁３５を連動して制御する。これにより、簡素な電気回路４２によってバイパス開閉弁３５を制御できる。

（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）上述の実施形態では、冷凍サイクル装置の２つの蒸発器として、第１蒸発器２３および第２蒸発器２５を備えているが、これに限定されるものではなく、冷凍サイクル装置の２つの蒸発器として、種々の蒸発器を備えていてもよい。

（２）上述の実施形態では、冷凍サイクル装置の冷媒として、オゾン層破壊能力が低いＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しているが、これに限定されるものではなく、他の種々の冷媒（例えば、地球温暖化係数が小さい、いわゆる新冷媒）を採用してもよい。

（３）上述の実施形態では、冷凍サイクル装置を輸送用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第１膨張弁（第１減圧手段）
２３第１蒸発器
２４第２膨張弁（第２減圧手段）
２５第２蒸発器
２６圧力調整弁
３１第１開閉弁（第１開閉手段）
３４バイパス流路
３５バイパス開閉弁（バイパス開閉手段）
４０制御装置（制御手段）

Claims

冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（２０）と、
前記圧縮機（２０）で圧縮された前記冷媒を熱交換させて凝縮させる凝縮器（２１）と、
互いに並列に配置され、前記凝縮器（２１）で凝縮された前記冷媒が流れる第１冷媒流路（３０）および第２冷媒流路（３２）と、
前記第１冷媒流路（３０）の前記冷媒を減圧する第１減圧手段（２２）と、
前記第２冷媒流路（３２）の前記冷媒を減圧する第２減圧手段（２４）と、
前記第１減圧手段（２２）で減圧された前記冷媒を蒸発させる第１蒸発器（２３）と、
前記第１冷媒流路（３０）を開閉する第１開閉手段（３１）と、
前記第２減圧手段（２４）で減圧された前記冷媒を蒸発させる第２蒸発器（２５）と、
前記第２蒸発器（２５）で蒸発した前記冷媒の圧力を調整する圧力調整弁（２６）と、
前記第２蒸発器（２５）で蒸発した前記冷媒が前記圧力調整弁（２６）をバイパスして流れるバイパス流路（３４）と、
前記バイパス流路（３４）を開閉するバイパス開閉手段（３５）とを備える冷凍サイクル装置。
前記第１開閉手段（３１）を開けるとき前記バイパス開閉手段（３５）を閉じ、前記第１開閉手段（３１）を閉じるとき前記バイパス開閉手段（３５）を開けるように前記第１開閉手段（３１）および前記バイパス開閉手段（３５）を連動して制御する電気回路（４２）を備える請求項１に記載の冷凍サイクル装置。