JP3208889B2 - 冷凍サイクル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧冷媒の過冷却度
（以下サブクールと言う）を制御する過冷却度制御弁を
備えた冷凍サイクルに関し、特に車両用空調装置に用い
て好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気自動車用空調装置における室
内ユニット部の一例を図６に示す。この室内ユニット
は、ダクト１００内で室内蒸発器１０１の下流（風下）
に配された室内凝縮器１０２と、この室内凝縮器１０２
内のサブクールを制御するサブクール制御弁（後述す
る）を備える。室内凝縮器１０２は、暖房用熱交換器と
して使用されるもので、ダクト１００内を流れる空気の
流れに対して層構造を成す第１熱交換部１０２ａ、第２
熱交換部１０２ｂ、第３熱交換部１０２ｃを有し、冷媒
の流れ方向において上流側の第１熱交換部１０２ａが空
気の流れ方向において最も風下側に配され、冷媒の流れ
方向において下流側の第３熱交換部１０２ｃが空気の流
れ方向において最も風上側に配されている。サブクール
制御弁は、室内凝縮器１０２の下流に設けられた弁本体
１０３と、第２熱交換部１０２ｂと第３熱交換部１０２
ｃとを結ぶ冷媒配管に接触する感温筒１０４より成り、
その感温筒１０４内の圧力変化に基づいて、第３熱交換
部１０２ｃでサブクールが得られるように弁本体１０３
の弁開度が制御される。なお、サブクール制御弁は、弁
の応答性や冷媒流量の変動等により、冷媒の凝縮が終了
する点、つまりサブクール＝０となる点を特定すること
が困難なため、感温筒１０４部で若干のサブクール（サ
ブクール＝４℃程度）を持つように設定されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように感温筒１
０４部で若干のサブクールを持つことは、感温筒１０４
部上流（第２熱交換部１０２ｂの下流域）でサブクール
を持たせることになる。ところが、図６に示したよう
に、感温筒１０４部上流となる第２熱交換部１０２ｂの
下流域が、感温筒１０４部下流となる第３熱交換部１０
２ｃの上流域の風下に配されている場合には、第３熱交
換部１０２ｃの上流域を通って暖められた温風が第２熱
交換部１０２ｂの下流域に当たることになる。従って、
第２熱交換部１０２ｂの下流域では、冷媒と空気との温
度差が小さくなるため、少しのサブクールをとるために
大きな面積が必要となる。この結果、室内凝縮器１０２
全体として気液二相域の熱交換部が減少して高圧上昇が
大きくなることにより、サイクル効率が悪くなるととも
に、必要な冷媒量も多くなる。また、感温筒１０４部の
サブクールの変動に対して、高圧変動および冷媒量の変
動が大きいことから、サイクル性能が不安定となる。本
発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的
は、冷却媒体の流れに対して熱交換部が層構造を成す冷
媒凝縮器のサブクールを制御する場合に、感温筒部でサ
ブクールを持たせても、高圧上昇および冷媒量の増加が
少なく、且つ性能の安定化を図ることのできる冷凍サイ
クルの提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１では、通過する冷媒を冷却媒体
との熱交換によって凝縮液化する熱交換部を有し、この
熱交換部が、冷媒の流れ方向において前記熱交換部の上
流側を成す第１熱交換部と下流側を成す第２熱交換部よ
り成り、前記第１熱交換部が前記冷却媒体の流れ方向に
おいて前記第２熱交換部の下流側に配された冷媒凝縮器
と、前記第２熱交換部の途中から過冷却域となるように
前記冷媒凝縮器下流の冷媒流路の開度を調整する過冷却
度調整弁とを備えることを技術的手段とする。また、請
求項２では、通過する冷媒を冷却媒体との熱交換によっ
て凝縮液化する熱交換部を有し、この熱交換部が、冷媒
の流れ方向において前記熱交換部の上流側を成す第１熱
交換部と下流側を成す第２熱交換部より成り、前記第１
熱交換部が前記冷却媒体の流れ方向において前記第２熱
交換部の下流側に配された冷媒凝縮器と、前記第２熱交
換部の全域が過冷却域となるように前記冷媒凝縮器下流
の冷媒流路の開度を調整する過冷却度調整弁とを備えた
冷凍サイクルにおいて、前記熱交換部は、冷媒の流れ方
向における前記第１熱交換部の下流域が、前記第２熱交
換部の下流域の前記冷却媒体の流れ方向における下流側
に位置する様に配されたことを技術的手段とする。

【０００５】

【作用】請求項１に係る本発明の冷凍サイクルは、第２
熱交換部の途中から過冷却域となるように制御されるこ
とから、第２熱交換部内で過冷却域と気液二相域とが形
成される。この過冷却域と気液二相域は、第２熱交換部
が第１熱交換部より冷却媒体の流れ方向において上流側
に配されることから、第１熱交換部と比較して、冷媒と
冷却媒体との温度差を大きくとることができる。また、
請求項２に係る本発明の冷凍サイクルは、第１熱交換部
の下流域が第２熱交換部の下流域の冷却媒体の流れ方向
における下流側に位置する。従って、第１熱交換部の下
流域は、第２熱交換部の下流域で冷媒と熱交換された冷
却媒体が流れることになる。ここで、過冷却域となる第
２熱交換部では、下流域より上流域の方が冷媒温度が高
いため、第２熱交換部で冷媒と熱交換された冷却媒体
は、第２熱交換部の上流域側より下流域側の方が温度上
昇が小さくなる。この結果、第１熱交換部の下流域が第
２熱交換部の上流域の冷却媒体の流れ方向における下流
側に位置する場合と比較して、冷媒と冷却媒体との温度
差を大きくとることができる。

【０００６】

【発明の効果】本発明の冷凍サイクルは、感温筒部でサ
ブクールを持たせるように制御する場合でも、感温筒部
上流の熱交換部で冷媒と冷却媒体の温度差を大きくとる
ことができるため、感温筒部上流でサブクールを持つた
めに必要な熱交換部の面積を少なくすることができる。
その結果、気液二相域の熱交換部の減少による高圧上昇
および液域増加による冷媒量の増加を防止することがで
きるとともに、サブクール変動に対するサイクル性能の
安定性の向上を図ることができる。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の冷凍サイクルを用いた車両用
空調装置の一実施例を図１および図２を基に説明する。
図１は車両用空調装置の全体模式図である。この車両用
空調装置１は、電気自動車に搭載されるもので、車室内
に送風空気を導くダクト２、このダクト２内に空気を導
入して車室内へ送る送風機３、およびアキュムレータ式
冷凍サイクル４を備える。ダクト２は、その上流端に内
気導入口５、６と外気導入口７が設けられ、内気導入口
５と外気導入口７の導入空気量が内外気ダンパ８によっ
て調節される。ダクト２の下流端は、車両のフロントガ
ラスに向かって送風空気を吐出するデフロスタ吹出口
９、乗員の上半身に向かって送風空気を吐出するフェイ
ス吹出口１０、乗員の足元に向かって送風空気を吐出す
るフット吹出口１１に連絡されている。各吹出口９〜１
１は、吹出口モードに応じて作動するダンパ１２および
図示しない吹出口ダンパによって選択的に開閉される。
ダクト２内には、冷凍サイクル４の室内蒸発器１３と室
内凝縮器１４が配されるとともに、室内凝縮器１４をバ
イパスして流れるための冷風バイパス路１５が形成され
ている。この冷風バイパス路１５には、冷暖房モードに
連動して、冷房運転時に冷風バイパス路１５を開き、暖
房運転時に冷風バイパス路１５を閉じるバイパスダンパ
１６が設けられている。

【０００８】冷凍サイクル４は、前述の室内蒸発器１３
および室内凝縮器１４の他に、冷媒圧縮機１７、室外熱
交換器１８、サブクール制御弁１９、減圧装置２０、ア
キュムレータ２１、流路切替手段（後述する）を備え
る。室内蒸発器１３は、ダクト２内に配されて、通過す
る空気を低温、低圧の冷媒との熱交換によって冷却す
る。室内凝縮器１４は、ダクト２内で室内蒸発器１３の
風下に配されて、通過する空気を高温、高圧の冷媒との
熱交換によって加熱する。なお、この室内凝縮器１４
は、冷媒と送風空気との熱交換を行う熱交換部が第１コ
ア部１４ａ、第２コア部１４ｂ、第３コア部１４ｃに区
分けされ、その各コア部１４ａ〜１４ｃが、ダクト２内
を流れる送風空気に対して対向流となるように、第２コ
ア部１４ｂを挟んで、冷媒の流れ方向の上流側を成す第
１コア部１４ａがダクト２内の風下側に配され、下流側
を成す第３コア部１４ｃがダクト２内の風上側に配され
た３層構造を成す（図２参照）。冷媒圧縮機１７は、駆
動用の電動モータ（図示しない）を内蔵する密閉型圧縮
機で、電動モータの回転速度に応じて冷媒吐出量が変化
する。室外熱交換器１８は、ダクト２の外部（車室外）
に配されて外気と冷媒との熱交換を行うもので、室外フ
ァン２２の送風を受けることにより、暖房運転時には冷
媒蒸発器として機能し、冷房運転時には冷媒凝縮器とし
て機能する。

【０００９】サブクール制御弁１９は、室内凝縮器１４
の下流に設けられた弁本体１９ａと第３コア部１４ｃの
途中に設けられたバイパス配管１４ｄに接触する感温筒
１９ｂより成り、感温筒１９ｂ内の圧力変化に基づい
て、弁本体１９ａの弁開度が調整される。本実施例で
は、感温筒１９ｂが接触する部位で若干のサブクール
（サブクール＝４℃程度）を持つように設定されてい
る。減圧装置２０は、冷房運転時に室内蒸発器１３へ流
入する冷媒を減圧膨脹するもので、本実施例ではキャピ
ラリチューブを使用する。アキュムレータ２１は、冷凍
サイクル４内の過剰冷媒を一時蓄えるとともに、冷媒圧
縮機１７に気相冷媒のみを送り出して、液冷媒が冷媒圧
縮機１７に吸い込まれるのを防止する。流路切替手段
は、冷房運転時、暖房運転時、および除湿運転時（除湿
冷房と除湿暖房）で冷媒の流れ方向を切り替えるもの
で、四方弁２３、電磁弁２４、２５、２６、および逆止
弁２７、２８より成る。

【００１０】この流路切替手段は、冷房運転時、暖房運
転時、および除湿運転時に応じて、冷媒の流れを次のよ
うに切り替える。冷房運転時は、冷媒圧縮機１７より吐
出された冷媒が、四方弁２３→逆止弁２７→室外熱交換
器１８→減圧装置２０→室内蒸発器１３→アキュムレー
タ２１→冷媒圧縮機１７の順に流れる様に切り替える
（この冷房運転時の冷媒の流れを図中矢印Ｃで示す）。
暖房運転時は、冷媒圧縮機１７より吐出された冷媒が、
四方弁２３→室内凝縮器１４→サブクール制御弁１９の
弁本体１９ａ→逆止弁２８→室外熱交換器１８→電磁弁
２５→アキュムレータ２１→冷媒圧縮機１７の順に流れ
る様に切り替える（この暖房運転時の冷媒の流れを図中
矢印Ｈで示す）。除湿冷房運転時は、冷媒圧縮機１７よ
り吐出された冷媒が、四方弁２３→室内凝縮器１４→電
磁弁２４→逆止弁２８→室外熱交換器１８→減圧装置２
０→室内蒸発器１３→アキュムレータ２１→冷媒圧縮機
１７の順に流れる様に切り替える（この除湿冷房運転時
の冷媒の流れを図中矢印Ｄ_C で示す）。除湿暖房運転時
は、冷媒圧縮機１７より吐出された冷媒が、四方弁２３
→室内凝縮器１４→サブクール制御弁１９の弁本体１９
ａ→逆止弁２８→室外熱交換器１８→電磁弁２６→室内
蒸発器１３→アキュムレータ２１→冷媒圧縮機１７の順
に流れる様に切り替える（この除湿冷房運転時の冷媒の
流れを図中矢印Ｄ_H で示す）。

【００１１】次に、本実施例の作動を説明する。本実施
例の室内凝縮器１４は、サブクール制御弁１９の感温筒
１９ｂが接触する部位で若干のサブクールを持つことか
ら、感温筒１９ｂが接触する部位の少し上流から下流側
（図２にハッチングで示す領域）が過冷却域となる。こ
こで、感温筒１９ｂが接触する第３コア部１４ｃは、第
１コア部１４ａおよび第２コア部１４ｂより風上側に配
されており、ダクト２内を流れる空気が直接当たるた
め、第１コア部１４ａおよび第２コア部１４ｂと比較し
て、冷媒と空気との温度差を大きくとることができる。
従って、感温筒１９ｂが接触する部位で若干のサブクー
ルを持たせるために感温筒１９ｂが接触する部位より上
流側で必要なコア面積を少なくすることができる。つま
り、少しのコア面積でサブクールをとることができる。
この結果、室内凝縮器１４の全体として、過冷却域以外
の気液二相域を成す熱交換部の面積を必要以上に減少さ
せることはなく、高圧上昇に伴うサイクル効率の低下を
防止することができるとともに、液域増加による冷媒量
の増加を招くこともない。また、感温筒１９ｂが接触す
る部位のサブクールの変動に対して、高圧変動および冷
媒量の変動が小さいことから、サイクルのハンチングを
抑えて、システム性能の安定化を図ることができる。

【００１２】次に、本発明の第２実施例を示す。図３は
本実施例に係る室内ユニット部の模式図である。本実施
例の室内凝縮器１４は、熱交換部の各コア部１４ａ〜１
４ｃが、各コア部１４ａ〜１４ｃ内を流れる冷媒の流れ
方向が同一（図３では下から上へ向かって流れる）とな
るように接続されている。また、サブクール制御弁１９
は、ダクト２の外部で第２コア部１４ｂと第３コア部１
４ｃとを結ぶ配管に感温筒１９ｂを接触させて、この感
温筒１９ｂが接触する部位で若干のサブクールを持つよ
うに制御している。従って、感温筒１９ｂが接触する部
位より下流の第３コア部１４ｃは、その全域が過冷却域
となる。本実施例では、感温筒１９ｂが接触する部位の
上流が第２コア部１４ｂの下流域となる。従って、感温
筒１９ｂが接触する部位で若干のサブクールを持つため
には、第２コア部１４ｂの下流域でサブクールを持たせ
ることになる。その第２コア部１４ｂの下流域は、第３
コア部１４ｃの下流域の風下に配されるため、第３コア
部１４ｃの下流域を通った空気が当たることになる。こ
こで、第３コア部１４ｃで冷媒と熱交換された後の空気
の温度分布を調べると、図４に示すように、第３コア部
１４ｃを流れる冷媒温度の低い下流域側の方が上流域側
より低くなる。この結果、第２コア部１４ｂの下流域で
は、冷媒と空気との温度差を比較的大きくとることがで
きるため、第２コア部１４ｂの下流域でサブクールを持
つために必要なコア面積が増大するのを防止することが
できる。

【００１３】次に、本発明の第３実施例を示す。図５は
本実施例に係る室内ユニット部の模式図である。本実施
例の冷凍サイクル４は、室内凝縮器１４の出口配管にサ
ブクール制御弁１９の感温筒１９ｂを接触させて、室内
凝縮器１４出口のサブクールを制御するものである。室
内凝縮器１４の各コア部１４ａ〜１４ｃは、上記第２実
施例の場合と同様に、冷媒の流れ方向が各コア部１４ａ
〜１４ｃで同一となるように接続されている。サブクー
ル制御弁１９は、第３コア部１４ｃの全域を過冷却域と
するために、第２コア部１４ｂの下流域でサブクールを
持つように室内凝縮器１４出口のサブクールを制御す
る。従って、本実施例の場合は、上記第２実施例の場合
と同様に、第２コア部１４ｂの下流域で冷媒と空気との
温度差を比較的大きくとることができるため、第２コア
部１４ｂの下流域でサブクールを持つために必要なコア
面積が増大するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る車両用空調装置の全体模式図
である。

【図２】第１実施例に係る室内ユニット部の模式図であ
る。

【図３】第２実施例に係る室内ユニット部の模式図であ
る。

【図４】第３コア部を通過後の空気の温度分布を示す図
である（第２実施例）。

【図５】第３実施例に係る室内ユニット部の模式図であ
る。

【図６】従来技術に係る室内ユニット部の模式図であ
る。

【符号の説明】

４ 冷凍サイクル １３ 室内蒸発器（冷媒凝縮器） １４ａ 第１コア部（第１熱交換部） １４ｂ 第２コア部（第１熱交換部） １４ｃ 第３コア部（第２熱交換部） １９ サブクール制御弁（過冷却度調整弁）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 浩 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 本多 桂太 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−302079（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−255857（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−10633（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−296580（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−129272（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−165267（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−127948（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−52063（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−100173（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−6020（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 39/04 F25B 13/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通過する冷媒を冷却媒体との熱交換によっ
   て凝縮液化する熱交換部を有し、この熱交換部が、冷媒
   の流れ方向において前記熱交換部の上流側を成す第１熱
   交換部と下流側を成す第２熱交換部より成り、前記第１
   熱交換部が前記冷却媒体の流れ方向において前記第２熱
   交換部の下流側に配された冷媒凝縮器と、 前記第２熱交換部の途中から過冷却域となるように前記
   冷媒凝縮器下流の冷媒流路の開度を調整する過冷却度調
   整弁とを備えた冷凍サイクル。
2. 【請求項２】通過する冷媒を冷却媒体との熱交換によっ
   て凝縮液化する熱交換部を有し、この熱交換部が、冷媒
   の流れ方向において前記熱交換部の上流側を成す第１熱
   交換部と下流側を成す第２熱交換部より成り、前記第１
   熱交換部が前記冷却媒体の流れ方向において前記第２熱
   交換部の下流側に配された冷媒凝縮器と、 前記第２熱交換部の全域が過冷却域となるように前記冷
   媒凝縮器下流の冷媒流路の開度を調整する過冷却度調整
   弁とを備えた冷凍サイクルにおいて、 前記熱交換部は、冷媒の流れ方向における前記第１熱交
   換部の下流域が、前記第２熱交換部の下流域の前記冷却
   媒体の流れ方向における下流側に位置する様に配された
   ことを特徴とする冷凍サイクル。