JP2964231B2

JP2964231B2 - エアコンサイクル

Info

Publication number: JP2964231B2
Application number: JP24214597A
Authority: JP
Inventors: 清反田; 伸彦鈴木
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-10-18
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: JPH1163707A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両等に用いら
れるエアコンサイクルに関する。

【０００２】

【従来の技術】冷媒を昇圧する圧縮機、この昇圧された
冷媒を液化する凝縮器、液化された冷媒を減圧する膨張
弁、及びこの減圧された冷媒を気化する蒸発器を含むエ
アコンサイクルは、多用されている周知な構成である
が、このような構成においては、膨張弁で冷媒が膨張す
る際のエネルギーを回収することなく無駄に捨てていた
ので、サイクルとしては効率が悪いという欠点がある。

【０００３】そこで、従来においては、特開平６１−４
９９６８号公報に示されるように、膨張弁１１の下流側
に気液分離器１２を設けて膨張弁１１を通過した冷媒を
蒸気と液体とに分離し、分離された蒸気を膨張機１４、
低圧凝縮器１８、ポンプ２０を経て前記気液分離器１２
で分離された液体と混合し、しかる後にこの混合された
冷媒を減圧弁１６を介して蒸発器１へ送るようなサイク
ルを構成し、駆動機１５Ａに直結される圧縮機５と前記
膨張機１４とを同軸上に配設して膨張機１４で得られる
動力を圧縮機５の駆動動力の一部に用い、膨張時のエネ
ルギーを有効に回収することが考えられている。

【０００４】また、特開昭６１−９６３７０号公報や特
開平４−３４００６２号公報においては、冷媒を減圧す
る機構として膨張機を用い、主圧縮機とは別に補助圧縮
機を膨張機と同軸上に設け、膨張機で回収されるエネル
ギーを補助圧縮機での冷媒の圧縮に利用できるように
し、前者（特開昭６１−９６３７０号公報）においては
補助圧縮機を主圧縮機に対して直列に、後者（特開平４
−３４００６２号公報）においては並列にそれぞれ設け
るようにした点が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６１−４９９６８号公報に示されるように、駆動機に直
結された圧縮機を膨張機と同軸上に配設する構成におい
ては、駆動機、圧縮機、及び膨張機を同軸方向にレイア
ウトする必要があり、特に車両のエンジンルームのよう
に狭いスペースにおいては、駆動機に対して軸方向にレ
イアウトできるだけのスペースを確保することは困難で
あり、仮に可能であるとしても、限られた取付け箇所で
の敷設となり、レイアウトの自由度は著しく制限された
ものとなる。

【０００６】また、特開昭６１−９６３７０号公報や特
開平４−３４００６２号公報に用いられる補助圧縮機
は、稼動しなければ冷媒が流通しない構成であることか
ら、前者（特開昭６１−９６３７０号公報）においては
主圧縮機と同一容量が得られるように稼動する必要があ
り、補助圧縮機を主圧縮機に合わせて駆動させるだけの
動力が回収されない場合にはサイクルの効率が低下する
不都合がある。かかる不都合は後者（特開平４−３４０
０６２号公報）の構成によれば解消されるものである
が、補助圧縮機を主圧縮機に対して併設したのでは、主
経路しか持たない既存のサイクルに対してバイパス経路
を新設しなければならず、変更が大きくなると共に、配
管の敷設スペースを新たに確保する必要がある等、既存
のサイクルに対応しにくい欠点がある。

【０００７】そこで、この発明においては、冷媒膨張時
のエネルギーを回収してサイクルの効率を高め、膨張機
と圧縮機とを同軸上に配設する構成を避けてレイアウト
の自由度を確保し、狭いスペースにも敷設することがで
きるエアコンサイクルを提供することを課題としてい
る。また、サイクルの効率の向上を図り、既存のサイク
ルに大きな変更を加えずに僅かな変更によって本構成の
サイクルを構成でき、既設のサイクルにも対応すること
ができるエアコンサイクルを提供することを課題として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明にかかるエアコンサイクルは、冷媒を昇圧
する圧縮機と、この圧縮機で昇圧された冷媒が流入され
て放熱する凝縮器と、この凝縮器よりも冷媒下流側に配
されて冷媒を減圧する膨張機と、この膨張機で減圧され
た冷媒が流入されて吸熱する蒸発器と、前記蒸発器と圧
縮機との間に配されて前記冷媒を昇圧する過給機とを有
し、前記膨張機と過給機とを同軸上に配設したことを特
徴としている（請求項１）。

【０００９】即ち、エアコンサイクルは、圧縮機、凝縮
器、膨張機、蒸発器、過給機を含むようにこの順で直列
に接続して構成され、膨張機と過給機とを同軸上に配設
することで冷媒が減圧膨張する際のエネルギーを回収で
きる構成となっており、圧縮機で圧縮された冷媒は、凝
縮器で液化された後に膨張機で減圧膨張され、この膨張
時に生じるエネルギーによって膨張機と同軸上に配設さ
れた過給機を稼動する。そして、蒸発器に流入した冷媒
は、ここで蒸発された後に過給機に入り、この過給機に
よって幾分昇圧されて圧縮機へ戻される。

【００１０】よって、膨張機で冷媒が減圧膨張する際に
取り出される動力をもって冷媒を過給機で昇圧すること
ができるので、膨張時のエネルギーを部分的に回収する
ことができ、また、過給機によって冷媒の昇圧を助ける
ので、圧縮機の必要動力を低減することができる。

【００１１】上述の構成は、従来の膨張弁に代えて過給
機と連動する膨張機によって代用する構成であるが、過
熱度制御を必要とするサイクルにあっては、蒸発器に関
する温度に応じて開度が調節される膨張弁を凝縮器と膨
張機との間に設けるとよい（請求項２）。また、このよ
うな構成は、限られたスペースでレイアウトする必要が
ある例えば車両において、蒸発器を車室側に配し、残り
をエンジンルーム側に配するような場合に有効な構成と
なる（請求項３）。

【００１２】車両の場合には、圧縮機の駆動源はエンジ
ン又はモータであるが、エンジンルームのような制限さ
れた空間では、駆動源の軸上に圧縮機だけでなく膨張機
をも配置するレイアウトは採りにくいものである。しか
しながら、本発明においては、圧縮機とは無関係に膨張
機や過給機を稼動できる構成となっているので、これら
膨張機や過給機を圧縮機の位置を考慮することなくレイ
アウトすることが可能となる。また、膨張機や過給機
は、既設の配管途中に設ければよく、新たに配管を設け
る必要もない。

【００１３】膨張機と過給機とが同軸上に配置されるこ
とから、これらをできるだけ近接して設けることが省ス
ペースを図る上では好ましく、車両への配置を考えた場
合には、蒸発器からエンジンルーム側に引き出される配
管は近接しているのが通常であるから、例えば、車室と
エンジンルームとを仕切る仕切壁の近傍に配置する構成
等が考えられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の構成例を図面に
より説明する。図１において、車両１に搭載されるエア
コンサイクル２の第１の構成例が示され、このエアコン
サイクル２は、冷媒を圧縮する圧縮機３、この圧縮機３
で圧縮された冷媒を放熱液化する凝縮器４、凝縮器４の
冷媒下流側に配された膨張機５、膨張機５で減圧された
冷媒を蒸発気化する蒸発器６、蒸発器６の冷媒下流側に
配された過給機７、過給機７と圧縮機３との間に配され
たアキュムレータ８とをこの順で直列に配管接続して構
成されている。

【００１５】圧縮機３は、エンジン又はモータを駆動源
９として駆動するようになっており、膨張機５と過給機
７とは、同軸上に配置されて圧縮機３から独立したもの
となっており、それぞれの内部に図示しない羽根車を収
納し、これら羽根車を同一の軸１０に固装して同時に回
転できるようになっている。

【００１６】このエアコンサイクル２は、車両のエンジ
ンルーム１１と車室１２とを分ける仕切壁１３を境にし
て、エンジンルーム側に圧縮機３、凝縮器４、膨張機
５、過給機７、アキュムレータ８を配置し、車室側に蒸
発器６を配置する構成となっており、蒸発器６からエン
ジンルーム側に引き出される２つの配管１４ａ、１４ｂ
は仕切壁１３を貫通させる部分において近接しており、
膨張機５と過給機７とはこれに合わせて軸１０を短くし
て近接して設けられ、仕切壁近傍の余裕のあるスペース
に配置されている。

【００１７】上記構成において、圧縮機３によって圧縮
された冷媒は、高温高圧のガス状冷媒として凝縮器４に
入り、ここで凝縮器４を通過する空気と熱交換して液化
する。この液状冷媒は、膨張機５に送られてここで一気
に減圧膨張されて低温低圧の湿り蒸気となり、その際に
生じるエネルギーによって膨張機５の羽根車を回転させ
る。この膨張機５を介して蒸発器６へ送られた冷媒は、
蒸発器６を通過する空気と熱交換してガス状冷媒とな
り、過給機７へ送られる。過給機７の羽根車は膨張機５
によって得られた動力によって回転していることから、
膨張機５で取り出されたエネルギーが過給機７において
冷媒を昇圧する仕事に変換され、冷媒は幾分昇圧した状
態でアキュムレータ８へ送られる。そして、このアキュ
ムレータ８において蒸発しきれなかった液状冷媒が分離
され、完全なガス状冷媒として圧縮機３へ戻され、再び
圧縮される。

【００１８】以上の過程を図２で示すモリエール線図を
用いつつ、膨張弁を用いた従来のエアコンサイクルと比
較しつつ説明すると、Ａ点で示される圧縮機で圧縮され
た高温高圧の冷媒は、凝縮器によって放熱液化されてＢ
点で示す液相となる。従来の膨張弁を用いたサイクルに
よれば、実線で示されるように、このＢ点からほぼ等エ
ンタルピー変化してＣ点で示す低圧低温の湿り蒸気とな
り、蒸発器で気化されてＤ点に至る。これに対して、上
記構成の膨張機５を用いる場合には、膨張機５において
形成されるエネルギーによって羽根車が回転されるの
で、この仕事に相当する分だけエンタルピーを小さくす
ることができ、破線で示されるように、Ｂ点からＣ’点
で示す低圧低温の湿り蒸気となる。

【００１９】また、圧縮機のみによって昇圧する従来の
サイクルによれば、蒸発器を通過した冷媒は、実線で示
されるように、配管での圧損等の影響から圧縮機の入口
においてＥ点で示すガス相となり、圧縮機で圧縮されて
再びＡ点で示す高温高圧の冷媒となる。これに対して、
膨張機５と連動する過給機７が設けられている本サイク
ルでは、蒸発器６の出口の状態が同じくＤ点であるとす
ると、破線で示されるように、Ｄ点から過給機７によっ
て幾分昇圧されてＦ点に至り、その後配管を通って圧縮
機へ至るので、配管での圧損等の影響によって圧縮機の
入口においてはＥ’点で示すガス相となる。

【００２０】したがって、本構成例においては、実線で
示す従来のサイクルに比べて、冷媒の膨張時におけるエ
ネルギー損失を減らして膨張機での状態変化を等エント
ロピー変化に近づけ、冷却能力をＣ点とＣ’点との間の
エンタルピー差（Δｉ）に相当する分（数％程度）だけ
増加させることができる。また、圧縮機３による昇圧も
過給機７による昇圧分（ΔＰ）だけ減らすことができ、
圧縮機３の仕事を低減することができ、効率のいいエア
コンサイクルを構成することができる。

【００２１】さらに、上述の構成によれば、膨張機５と
過給機７とを動力源９の位置とは関係なく配設すること
ができるので、膨張機５と過給機７とをエアコンサイク
ル２の動力源９の近くに配設する必要はなく、余裕のあ
るスペースを適宜選択して配設すればよく（上記構成例
では仕切壁１３の近傍に配設）、レイアウトの自由度を
大きくすることができる。しかも、膨張機５と過給機７
とは、これらを設けるために新たにバイパス経路等を設
ける必要はなく、既存のエアコンサイクルに対して蒸発
器６から引き出される配管の途中に付け加えるだけでよ
い。

【００２２】図３に本発明の第２の構成例が示され、以
下、主として異なる点を中心に説明し、同一構成部分に
は同一番号を付して説明を省略する。この構成例にあっ
ては、凝縮器４と膨張機５との間にレシーバタンク１５
を設け、このレシーバタンク１５よりも冷媒下流側で膨
張機５よりも冷媒上流側の箇所に膨張弁１６を配置する
ようにしている。この膨張弁１６は、感熱膨張弁からな
り、蒸発器６から流出する冷媒の過熱度の変化を感温筒
１７で感知し、蒸発器６に流入する冷媒量を調節して過
熱度を一定に保つようにした周知の構成を有している。

【００２３】このような構成においては、凝縮器４で液
化した冷媒がレシーバタンク１５において気泡と分離さ
れ、膨張弁１６において蒸発器６の過熱度が一定となる
ように減圧膨張され、続く膨張機５においてエネルギー
の一部を羽根車の回転動力に変換してエネルギーの回収
を図り、第１の構成例と同様に冷却能力の向上を実現す
ると共に圧縮機の必要動力の低減を図るようになってい
る。

【００２４】即ち、モリエール線図としては、図４に示
されるように、膨張弁を追加したことで過熱度（ＳＨ）
が制御される分の変化はあるものの、全体としてみれ
ば、膨張機５と過給機７とを設けた破線で示されるサイ
クルと、これらを有しない実線で示される従来のサイク
ルとは、図２で示される変化とほぼ同様であり、冷却能
力をエンタルピー差（Δｉ’）の分だけ増加させること
ができると共に、過給機による昇圧分（ΔＰ’）だけ圧
縮機の仕事を低減することができ、効率のいいエアコン
サイクルを構成することができる。

【００２５】尚、図３で示す構成も、図１（ａ）で示す
ように、蒸発器６のみを車室側に、残りをエンジンルー
ム側にそれぞれ配置し、膨張機５と過給機７とを軸１０
を短くして仕切壁近傍のスペースに余裕のある箇所にま
とめて配置する構成が好ましい。特にこの構成において
は、既存のエアコンサイクルから膨張弁を除去する必要
がないので、膨張機５と過給機７との追加作業を行えば
足り、サイクルの変更作業も非常に容易なものとなる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
圧縮機、凝縮器、膨張機、蒸発器、過給機を含むように
この順で直列に配管接続してサイクルを構成し、膨張機
と過給機とを同軸上に配設するようにしたので、膨張機
において冷媒が減圧膨張する際のエネルギーを一部回収
することが可能となり、冷却能力を向上させると同時に
圧縮機で必要とする動力を低減することができ、サイク
ル全体として効率のよい運転が可能となる。

【００２７】また、膨張機とこの膨張機で得られたエネ
ルギーで駆動する過給機とを圧縮機とは独立に設けたの
で、圧縮機との関係でレイアウトを決定する必要がなく
なり、レイアウトの自由度を大きくすることができ、狭
いスペースでも敷設しやすくなる。しかも、膨張機や過
給機を設けたことによって新たに配管を敷設する必要も
なく、既存のサイクルの配管途中に膨張機と過給機とを
追加する程度の僅かな変更で済み、既設のサイクルを変
更する場合にも対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかるエアコンサイクルの第
１の構成例を示し、図１（ａ）は、車両に搭載された状
態の概略を示す図、図１（ｂ）は、エアコンサイクル自
体を示す構成図である。

【図２】図２は、図１で示すエアコンサイクルのモリエ
ール線図を示す。

【図３】図３は、本発明にかかるエアコンサイクルの第
２の構成例を示す図である。

【図４】図４は、図３で示すエアコンサイクルのモリエ
ール線図を示す。

【符号の説明】

１車両２エアコンサイクル３圧縮機４凝縮器５膨張機６蒸発器７過給機１０軸１１エンジンルーム１２車室１３仕切壁１６膨張弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 11/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧縮機で
昇圧された冷媒が流入されて放熱する凝縮器と、この凝
縮器よりも冷媒下流側に配されて冷媒を減圧する膨張機
と、この膨張機で減圧された冷媒が流入されて吸熱する
蒸発器と、前記蒸発器と圧縮機との間に配されて前記冷
媒を昇圧する過給機とを有し、前記膨張機と過給機とを
同軸上に配設したことを特徴とするエアコンサイクル。
【請求項２】前記凝縮器と膨張機との間に前記蒸発器
に関する温度に応じて開度が調節される膨張弁を設けた
ことを特徴とする請求項１記載のエアコンサイクル。
【請求項３】前記蒸発器を車室側に配し、残りをエン
ジンルーム側に配する車両用として用いられることを特
徴とする請求項１又は２記載のエアコンサイクル。