JP3219108B2 - 冷凍サイクル - Google Patents

冷凍サイクル

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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32Cooling devices
    • B60H2001/3286Constructional features
    • B60H2001/3298Ejector-type refrigerant circuits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B2341/001Ejectors not being used as compression device
    • F25B2341/0012Ejectors with the cooled primary flow at high pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エジェクタを用いた冷
凍サイクルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、車両用空気調和装置では、エ
ジェクタを用いた冷凍サイクルが公知である。この冷凍
サイクルは、図6に示すように、冷媒圧縮機201、冷
媒凝縮器202、エジェクタ203、気液分離器20
4、冷媒蒸発器205等より構成され、気液分離器20
4で分離されたガス冷媒は冷媒圧縮機201に吸引さ
れ、液冷媒は冷媒蒸発器205へ導かれて蒸発した後、
再びエジェクタ203に吸引される。冷媒蒸発器205
で冷却された空気は、ブロワ206の作動によって車室
内へ送風されるが、その車室内の温度制御は、ブロワ2
06の風量調整によって行われる。なお、ブロワ206
の風量制御(回転数制御)は、車室内温度を検出する室
温センサ207の検出値に基づいて、制御装置208に
より行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にブロワ206の風量制御によって車室内温度を設定値
に制御するためには、図7に示すように、風量の煩雑な
切り替えが必要となるため、乗員にとっては風の切り替
わりが煩わしく、不快に感じるという課題を有してい
た。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、室内の温度制御を行うに際して、風の切り替
えによる煩わしさを解消す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、冷媒圧縮機、冷媒凝縮器、エジェクタ、
および気液分離器を直列に接続し、前記気液分離器のガ
ス出口と前記冷媒圧縮機の吸入口とを直接接続するとと
もに、前記気液分離器の液出口と前記エジェクタのガス
吸入口との間に冷媒蒸発器を配した冷凍サイクルにおい
て、前記気液分離器と前記冷媒蒸発器との間に設けられ
て、前記気液分離器より前記冷媒蒸発器に導かれる液冷
媒の流量を調節する流量調節弁と、室内の環境条件に応
じた環境信号を出力する環境信号出力手段を有し、この
環境信号出力手段からの出力信号に基づいて前記流量調
節弁の弁開度を制御する制御手段とを備えたことを技術
的手段とする。
【0005】
【作用】上記構成より成る本発明の冷凍サイクルは、気
液分離器と冷媒蒸発器との間に設けられた流量調節弁の
弁開度を制御することにより、冷媒蒸発器に導かれる冷
媒流量が調節される。従って、冷媒蒸発器へ送風される
送風量を一定とした場合でも、流量調節弁の弁開度に応
じて冷媒蒸発器に導かれる冷媒流量を調節することによ
り、冷房能力を制御することができる。
【0006】
【実施例】次に、本発明の冷凍サイクルの一実施例を図
1ないし図5を基に説明する。図1は本実施例に係る冷
凍サイクル図である。本実施例の冷凍サイクル1は、車
両用空気調和装置に適用されるもので、冷媒圧縮機2、
冷媒凝縮器3、エジェクタ4、気液分離器5、冷媒蒸発
器6の各機能部品を備え、それぞれ冷媒配管7によっ
て、図1に示すように接続されている。冷媒圧縮機2
は、電磁クラッチ2aを介して、車両の走行用エンジン
(図示しない)により駆動され、吸引したガス冷媒を圧
縮して吐出する。冷媒凝縮器3は、クーリングファン8
の送風を受けて、冷媒圧縮機2より吐出された高温高圧
の冷媒を凝縮液化する。
【0007】エジェクタ4は、先端に噴出口40aを有
するノズル40、このノズル40の外周を環状に覆う吸
引部41、この吸引部41に連なって形成された筒状の
混合部42、この混合部42から末広がりに形成された
ディフューザ43より成る。ノズル40は、そのノズル
入口が冷媒凝縮器3の出口に連絡されており、冷媒凝縮
器3より導かれた液冷媒を噴出口40aより噴出させ
る。吸引部41では、冷媒凝縮器3より導かれた液冷媒
が噴出口40aより噴出されることで生じる吸引部41
内の圧力低下により、吸引部41の側壁に開口する吸引
口41aより冷媒蒸発器6で蒸発したガス冷媒が吸引さ
れる。混合部42では、噴出口40aより噴出された液
冷媒と吸引口41aより吸引されたガス冷媒とを混合さ
せる。ディフューザ43では、混合部42で混合された
冷媒を拡散させることにより昇圧させる。気液分離器5
は、エジェクタ4のディフューザ43で昇圧された冷媒
をガス冷媒と液冷媒とに分離するもので、ディフューザ
43の出口と連絡される流入口5a、冷媒圧縮機2の吸
入口と連絡されるガス出口5b、冷媒蒸発器6の入口と
連絡される液出口5cを備える。冷媒蒸発器6は、気液
分離器5の液出口5cより流出する液冷媒が導かれて周
囲の空気との熱交換を行うもので、冷やされた空気は、
ブロワ9の作動によって車室内へ送風される。
【0008】この冷凍サイクル1には、気液分離器5と
冷媒蒸発器6とを結ぶ冷媒配管7に、気液分離器5から
冷媒蒸発器6へ導かれる冷媒流量を調節するための流量
調節弁10が介在されている。この流量調節弁10は、
マイクロコンピュータ11(本発明の制御手段)からの
制御信号を受けて作動するサーボモータ10aにより駆
動され、全開と全閉との間で段階的に弁開度が調節可能
に設けられている。マイクロコンピュータ11は、車両
に搭載されたバッテリ12を電源として、図示しないエ
アコン操作パネルに設けられたエアコンスイッチ13を
オンすることで作動し、車室内の温度を検出する室温セ
ンサ14(本発明の環境信号出力手段)の検出値と、エ
アコン操作パネルで設定された設定温度との比較に基づ
いて、流量調節弁10の弁開度を制御するための制御信
号をサーボモータ10aへ出力する。
【0009】ここで、流量調節弁10の弁開度を制御す
るマイクロコンピュータ11の作動を、図2に示すフロ
ーチャートを基に説明する。まず、設定温度および室温
センサ14の検出値を入力(ステップ100、101)
した後、車室内温度(検出値)と設定温度との温度差Δ
tを算出する(ステップ102)。この温度差Δtが、
所定値(例えば5℃)より大きい場合には、流量調節弁
10の弁開度が最大となるように、サーボモータ10a
へ制御信号を出力する(ステップ103)。ステップ1
02で算出した温度差Δtが、ある設定値(例えば0
℃)以下の場合には、流量調節弁10の弁開度が最小、
つまり閉じるように、サーボモータ10aへ制御信号を
出力する(ステップ104)。ステップ102で算出し
た温度差Δtが、0℃<Δt≦5℃の関係を満足する場
合には、マイクロコンピュータ11に予め記憶されてい
る温度差Δtと弁開度との関係に基づいて流量調節弁1
0の弁開度を決定し、その弁開度に応じた制御信号をサ
ーボモータ10aへ出力する(ステップ105)。上記
のように、流量調節弁10の弁開度を段階的に制御し
て、気液分離器5より冷媒蒸発器6へ流れる冷媒流量を
調節することにより、図3に示すように、流量調節弁1
0の弁開度に応じて冷媒蒸発器6の冷房能力を調整する
ことができる。
【0010】次に、本実施例の作動を説明する。冷媒圧
縮機2で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷媒凝縮器
3で車室外空気との熱交換によって凝縮液化される。こ
の液化された高圧の液冷媒は、エジェクタ4のノズル4
0に導かれて噴出口40aより噴出し、吸引口41aよ
り吸引したガス冷媒と混合した後、ディフューザ43で
昇圧される。エジェクタ4より流出した冷媒は、気液分
離器5でガス冷媒と液冷媒とに分離されて、ガス冷媒は
冷媒圧縮機2に吸引され、液冷媒は流量調節弁10で流
量調節されて冷媒蒸発器6に導かれる。そして、冷媒蒸
発器6で送風空気と熱交換されて蒸発したガス冷媒が、
再びエジェクタ4に吸引される。冷媒蒸発器6で冷やさ
れた空気は、ブロワ9の作動によって車室内へ送風され
るが、本実施例では、車室内の温度変化に係わらず、ブ
ロワ9の送風量を一定、または送風量の変動回数を少な
くすることができる。従って、車室内の温度制御は、冷
媒蒸発器6の上流に設けられた流量調節弁10の弁開度
を調節して、冷媒蒸発器6に供給される冷媒流量を制御
することにより行われる。
【0011】今、車室内の設定温度と室温センサ14で
検出された車室内温度との温度差Δtが5℃より大きい
(車室内温度>設定温度)場合には、図4に示すよう
に、流量調節弁10の弁開度を最大として、冷媒蒸発器
6を循環する冷媒流量を増大することで冷房能力を高め
る。また、設定温度と車室内温度との温度差Δtが設定
値(例えば0℃)以下の場合には、流量調節弁10を閉
じることで、冷媒蒸発器6の冷房能力を低下させる。そ
して、設定温度と車室内温度との温度差Δtが0℃<Δ
t≦5℃の関係を満足する場合には、温度差Δtに応じ
た弁開度を決定して、冷媒蒸発器6の冷房能力を制御す
る。このように、本実施例では、ブロワ9の送風量を一
定としたまま流量調節弁10の弁開度を調節すること
で、冷媒蒸発器6の冷房能力を制御して、車室内温度を
設定温度に保つことができる。
【0012】なお、EPR(蒸発圧力調整弁)等を使用
して、冷媒蒸発器6へ供給される冷媒流量を制御する方
法は公知であるが、本実施例のようにエジェクタ4を用
いた冷凍サイクル1では、冷媒蒸発器6で蒸発したガス
冷媒を再びエジェクタ4に吸引させることにより、冷媒
蒸発器6内の冷媒循環量を増加させて冷房能力の向上を
図るとともに、冷媒圧縮機2の吸入圧力の上昇に伴っ
て、冷媒圧縮機2の省動力化が可能となる。従って、図
(実験結果)に示すように、従来のEPRを使用した
冷凍サイクル(破線グラフで示す)と比較して、エジェ
クタ4を使用した本実施例の冷凍サイクル1(実線グラ
フで示す)の方が、冷媒圧縮機2の消費動力を抑えるこ
とができる。
【0013】なお、上記実施例では、流量調節弁10の
弁開度を全開と全閉との間で段階的に制御するようにし
たが、車室内温度が設定温度より高ければオン(全
開)、車室内温度が設定温度より低ければオフ(最小開
)するように制御しても良い。また、車室内温度を検
出する室温センサ14の検出値を基に流量調節弁10の
弁開度を制御したが、例えば、本発明の環境信号として
乗員の皮膚電位を測定し、その皮膚電位を基に弁開度を
制御するようにしても良い。さらには、設定値と車室内
温度との温度差Δtにより直接流量調節弁10の制御を
行ったが、例えばPID制御のように熱負荷により制御
したり、他の快適指数を用いて制御するようにしても良
い。
【0014】
【発明の効果】本発明の冷凍サイクルは、冷媒蒸発器へ
送風するブロワの送風量を一定としたまま、冷媒蒸発器
へ導かれる冷媒流量を調節することで冷房能力を制御す
ることができる。従って、室温制御を行う際に、風の切
り替えによる煩わしさを解消して快適な空調空間を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る冷凍サイクル図である。
【図2】本実施例に係るマイクロコンピュータの作動を
示すフローチャートである。
【図3】本実施例に係る流量調節弁の弁開度と冷房能力
比との関係を示すグラフである。
【図4】本実施例に係る流量調節弁の作動を示すタイム
チャートである。
【図5】本実施例の冷凍サイクルと従来の冷凍サイクル
とで、冷媒蒸発器の能力と冷媒圧縮機の消費動力との関
係を比較したグラフである。
【図6】従来技術に係る冷凍サイクル図である。
【図7】従来技術に係るブロワの作動を示すタイムチャ
ートである。
【符号の説明】
1 冷凍サイクル 2 冷媒圧縮機 3 冷媒凝縮器 4 エジェクタ 5 気液分離器 6 冷媒蒸発器 10 流量調節弁 11 マイクロコンピュータ(制御手段) 14 室温センサ(環境信号出力手段)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷媒圧縮機、冷媒凝縮器、エジェクタ、お
    よび気液分離器を直列に接続し、前記気液分離器のガス
    出口と前記冷媒圧縮機の吸入口とを直接接続するととも
    に、前記気液分離器の液出口と前記エジェクタのガス吸
    入口との間に冷媒蒸発器を配した冷凍サイクルにおい
    て、 前記気液分離器と前記冷媒蒸発器との間に設けられて、
    前記気液分離器より前記冷媒蒸発器に導かれる液冷媒の
    流量を調節する流量調節弁と、 室内の環境条件に応じた環境信号を出力する環境信号出
    力手段を有し、この環境信号出力手段からの出力信号に
    基づいて前記流量調節弁の弁開度を制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
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