JP3618116B2

JP3618116B2 - 冷凍機

Info

Publication number: JP3618116B2
Application number: JP04570494A
Authority: JP
Inventors: 英明佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: JPH07253252A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両用空調装置等に使用される蒸気圧縮式冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般の車両用空調装置は、エンジンの動力をベルトを介して冷凍回路の圧縮機のプーリに伝達し圧縮機を作動させており、車室内が冷やされ冷房能力が過剰になった場合、圧縮機にプーリと共に設けられたクラッチを断続切替することにより温度調節をすることが知られている。しかし、この冷房能力の変化に対応させクラッチを頻繁に断続切替させる動作は、冷風の吹出し温度に変動を生じさせ乗員に不快感を与える原因になると共にクラッチおよび圧縮機の寿命の短縮の原因になる。
【０００３】
このため、蒸発器と圧縮機との間に圧力調整弁を取付けることで、冷媒の圧力変動を制御する冷凍機があり、また、圧縮機を可変容量化することで冷媒の流量を制御する冷凍機がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このれらの冷凍機によると、蒸発器と圧縮機との間に圧力調整弁を取付けたものは、圧力調整弁が蒸発器での冷媒圧力を一定値以上に保つ作動をするため冷凍サイクルの効率を悪化させるという問題がある。また、圧縮機を可変容量化したものは、圧縮容量可変機構を備えた圧縮機を用いるため圧縮容量可変機構を制御する制御器等が必要になりコストが増大するという問題がある。
【０００５】
また、冷房能力が過剰になるとき潜熱蓄冷剤が冷房過剰分を蓄冷し、冷房停止により冷房能力が不足するとき潜熱蓄冷剤が冷房不足分を放冷する潜熱蓄冷剤を蒸発器の表面に貼付けたものが考えられる。しかし、この蒸発器には、チューブに蓄冷剤が貼付けられているため蒸発器の通風抵抗が増大し送風機から受ける空気の流れを妨げるという新たな問題が生ずる。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、低温低圧の冷媒が流通する蒸発器の上流に蓄冷器を配設することにより圧縮機のクラッチを断続切替する周期を長くし車室内の乗員に与える不快感を低減した冷凍機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための本発明による冷凍機は、請求項１では、冷媒圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装置、蒸発器をこの順に配管により閉回路に接続した冷凍機であって、前記減圧装置の出口側と前記蒸発器の入口側との間に冷媒と熱交換する蓄冷手段を有し、前記冷媒圧縮機を作動させて冷凍能力が過剰になると、前記蓄冷手段が冷媒から冷凍過剰分を蓄冷し、前記冷媒圧縮機を停止させて冷凍能力が不足すると、蒸気化した冷媒が前記蒸発器より高い位置にある前記蓄冷手段に達し、前記蓄冷手段が冷媒へ冷凍不足分を放冷して、前記冷媒が凝縮することを特徴とする構成を有する。
【０００８】
また、本発明による冷凍機は、請求項２では、前記蓄冷手段は、融点が１〜２℃である蓄冷剤を有する蓄冷器を備えることを特徴とする。また、本発明による冷凍機は、請求項３では、前記蓄冷器は、冷媒が流通する管と、前記管の外表面に固定され径方向外側へ放射線状に拡がるフィンと、前記フィンと前記管とを収容するケースと、前記ケースの外表面を覆う断熱材と、前記ケースと前記管と前記フィンとで仕切られる空間に充填される蓄冷剤とを備えた構成を有する。
【０００９】
また、本発明による冷凍機は、請求項１では、前記蓄冷手段が前記冷媒へ冷凍不足分を放冷するように、前記蓄冷器の位置が、前記蒸発器の位置より高い位置に配置されることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明の冷凍機は、冷凍サイクルを構成する冷凍回路において、冷媒が流通する蒸発器の上流に蓄冷器を配設する。冷房能力が過剰になる場合、この蓄冷器の蓄冷剤と過剰に冷却された冷媒とが熱交換し、蓄冷剤が冷媒から冷房過剰分を蓄冷するため、圧縮機のクラッチを切断する時期を遅延させる。またクラッチ切断時、冷房能力が不足する場合、この蓄冷器の蓄冷剤と蒸発器のチューブおよびフィンとが熱交換し、蓄冷剤が冷房不足分を放冷するため圧縮機のクラッチを接続する時期を遅延させる。これにより圧縮機のクラッチを断続切替する周期を長くすることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明を冷凍機に適用した実施例を図１および図２に示す。
図３に示すように、冷凍機１０は、圧縮機１と凝縮器２と受液器３と膨張弁４と蓄冷器５と蒸発器６と、これらを接続する配管７とから構成される。圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器２、受液器３、膨張弁４、蓄冷器５、蒸発器６を経由して圧縮機１に至る冷凍回路を循環する。
【００１２】
図１および図２に示すように、蓄冷器５は、管５０とフィン５１とケーシング５２と蓄冷剤５３と断熱部材５４と配管接続部５５とから構成される。蓄冷器５は蒸発器６より高い位置になるように配設される。
管５０は、低温低圧の冷媒が流通可能な円筒形状からなり、蓄冷器５に要求される蓄冷量および蓄冷剤５３の充填量に応じ適度な長さである。また、管５０には、両端部に配管接続部５５が形成される。
【００１３】
管５０の外表面には、管５０の管軸と平行に中心から径方向外側へ等間隔かつ放射線状に複数の矩形状平板からなるフィン５１が取付けられる。フィン５１は、蓄冷剤５３が管５０の内側を流れる冷媒と効果的に熱交換をするため、および蓄冷剤５３を充填する空間を構成するために使用される。
ケーシング５２は、管５０の外表面から径方向外側へ放射線状に取付けられたフィン５１を周囲から包込む中空円柱状からなる。ケーシング５２の上端部および下端部には、それぞれの中心に管５０が貫通する蓋部５２ａおよび蓋部５２ｂとが形成される。ケーシング５２は、蓄冷器５の外部侵入物から蓄冷剤５３を保護するため、および蓄冷剤５３を充填する部屋を構成するために使用される。
【００１４】
融点が１〜２℃の潜熱蓄冷剤、例えば水にフロンＲ１１またはフロンＲ５０２を添加して気体水和物を生ずるものからなる蓄冷剤５３は、管５０の外表面とフィン５１とケーシング５２とから構成されるそれぞれの空間に充填される。蓄冷剤５３は、管５０を流通する冷媒および蒸発器６と熱交換するために使用される。
【００１５】
断熱部材５４は、ケーシング５２の表面全体を覆うことが可能な中空円柱状からなり、ケーシング５２の表面に貼付けられる。断熱部材５４は、蓄冷器５の周囲温度から蓄冷剤５３を熱的に遮断するために使用される。
配管接続部５５には、雄ねじのねじ山からなる雄ねじ部５５ａと６角形状からなるナット部５５ｂとが形成される。配管接続部５５は、低温低圧の冷媒が流れる配管に蓄冷器５を接続するために使用される。
【００１６】
冷凍機１０の冷媒回路の動作および蓄冷器の作動を図４に示す冷媒の流れと図４に実線で示す曲線１００で表される冷媒のモリエル線図とに沿って説明する。車室内の温度が冷房設定温度より高い場合、冷凍サイクルの負荷が大きいことから低温低圧気体の冷媒は、圧縮機１で断熱圧縮され高温高圧の気体に変化し、モリエル線図では曲線１００上の点Ａで表される。この高温高圧気体の冷媒は、凝縮器２に送られ外部へ熱を放熱し例えば５０℃程度の高温高圧の液体に変化し、モリエル線図では曲線１００の上の点Ｂで表される。その後、高温高圧液体の冷媒は、受液器３で一時貯蔵された後、膨張弁４に送られ冷媒の一部が膨張弁４により霧状になり例えば５〜１０℃、２〜３ｋｇ／ｃｍ^２程度の低温低圧の気液二相状態に変化し、モリエル線図では曲線１００の上の点Ｃで表される。さらに蓄冷器５に送られた冷媒は、冷媒の温度が蓄冷剤５３の融点より高いことから蓄冷剤５３と冷媒とは熱交換することなく蓄冷器５を通過する。蒸発器６に送られた低温低圧気液二相状態の冷媒は、外部から吸熱し低温低圧の気体に変化し、モリエル線図では曲線１００の上の点Ｄで表される。最後に低温低圧気体の冷媒は、圧縮機１に送られることにより冷媒回路を循環し冷凍サイクルが構成される。この冷媒の循環による蒸発器６の吸熱作用により、蒸発器６を流通する空気は冷却される。
【００１７】
車室内の温度が冷房設定温度に等しい場合またはわずかに高い場合、冷凍サイクルの負荷が小さいことから過剰に冷却された冷媒は、膨張弁４により霧状になり０℃、１．９ｋｇ／ｃｍ^２の低温低圧気液二相状態に変化する。このため冷媒が蓄冷器５を通過する際、蓄冷器５の蓄冷剤５３が過剰に冷却された冷媒から潜熱を奪い熱交換をする間、蒸発器６の空気吐出口付近の空気流の温度は０℃以下に低下しない。そのため蓄冷剤５３が前述の熱交換をする間、圧縮機１のクラッチを接続にした状態で圧縮機１を作動させる。熱交換をしたことによる蓄冷量が蓄冷剤５３の蓄冷容量の限界に達したとき、蓄冷器５は熱交換を終了するため、蒸発器６の空気吐出口付近の空気流の温度は０℃以下に低下し圧縮機１のクラッチを切断にして圧縮機１を停止させる。従って、この蓄冷器５の熱交換開始から熱交換終了までの時間だけ圧縮機１のクラッチを接続にする時間、すなわち圧縮機１を作動させる時間が延長される。
【００１８】
車室内の温度が冷房設定温度より低い場合、前述の作動を経て冷凍機１０の冷媒回路は動作を停止する。しかし、蒸発器６は外気から熱を得るため温度が上昇し内部で冷媒の蒸発が起こる。この蒸気化した冷媒は蒸発器６より高い位置にある蓄冷器５に達し蓄冷器５で放熱し凝縮される。すなわち、蒸発器６と蓄冷器５の間でヒートパイプ現象が生じる。またその際、蓄冷器５で凝縮し液化した冷媒は蒸発器６と蓄冷器５との高低差により蒸発器６にズムーズに戻される。このため蓄冷容量の限界まで熱交換している蓄冷剤５３が蒸発器６からヒートパイプ現象により得た熱を潜熱として奪い熱交換する間、蒸発器６の空気吐出口付近の空気流の温度は１〜２℃以上に上昇しない。そのため蓄冷剤５３が熱交換する間、圧縮機１のクラッチを切断にした状態で圧縮機１を停止させる。熱交換をしたことによる放冷量が蓄冷剤５３の蓄冷容量の限界に達したとき、蓄冷器５は熱交換を終了するため、蒸発器６の空気吐出口付近の空気流の温度は１〜２℃以上に上昇し圧縮機１のクラッチを接続にして圧縮機１を作動させる。従って、この蓄冷器５の熱交換開始から熱交換終了までの時間だけ圧縮機１のクラッチを切断にする時間、すなわち圧縮機１を停止させる時間が延長される。
【００１９】
以上のことから、蒸発器６の上流かつ膨張弁４の下流に蓄冷器５を配設することにより、冷房能力が過剰になる場合、蓄冷器５の蓄冷剤５３と過剰に冷却された冷媒とが熱交換し、蓄冷剤が冷媒から冷房過剰分を蓄冷するため、圧縮機１のクラッチを切断する時期を遅延させる。またクラッチ切断時、冷房能力が不足する場合、蓄冷器５の蓄冷剤５３と蒸発器６のチューブおよびフィンとが熱交換し、蓄冷剤が冷房不足分を放冷するため圧縮機１のクラッチを接続する時期を遅延させる。これにより圧縮機１のクラッチを断続切替する周期を長くすることができ、車室内の乗員に与える不快感を低減することができる。
【００２０】
なお、本発明では、フィンは、柱状部と矩形状平板部とからなる形状および構造に限らず管を流れる冷媒と蓄冷剤との間で熱交換が可能であり、また蓄冷剤を充填することが可能であれば、円柱状、球体状、多面体状、その他複雑な形状でもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の冷凍機によると、低温低圧の冷媒が流通する蒸発器の上流に蓄冷器を配設することにより、冷房能力が過剰になる場合、圧縮機のクラッチを断続切替する周期を容易に長くすることができるため、頻繁に断続切替させる動作を防止し乗員に与える不快感を低減させることができると共にクラッチおよび圧縮機の寿命の短縮化を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による図２に示すＩ−Ｉ線横断面図である。
【図２】本発明の実施例による図１に示すＩＩ−ＩＩ線縦断面図である。
【図３】本発明の実施例による冷凍機の冷凍回路を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例による冷凍機の冷凍回路模式図をモリエル線図上に示した図である。
【符号の説明】
１圧縮機（冷媒圧縮機）
２凝縮器
３受液器
４膨張弁（減圧装置）
５蓄冷器（蓄冷手段）
６蒸発器
７配管
１０冷凍機
５０管
５１フィン
５２ケーシング（ケース）
５３蓄冷剤
５４断熱部材（断熱材）

Claims

冷媒圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装置、蒸発器をこの順に配管により閉回路に接続した冷凍機であって、
前記減圧装置の出口側と前記蒸発器の入口側との間に冷媒と熱交換する蓄冷手段を有し、
前記冷媒圧縮機を作動させて冷凍能力が過剰になると、前記蓄冷手段が冷媒から冷凍過剰分を蓄冷し、前記冷媒圧縮機を停止させて冷凍能力が不足すると、前記蓄冷手段が前記冷媒へ冷凍不足分を放冷するように、
前記蓄冷手段の位置が、前記蒸発器の位置より高い位置に配置されることを特徴とする冷凍機。
前記蓄冷手段は、融点が１〜２℃である蓄冷剤を有する蓄冷器を備えることを特徴とする請求項１記載の冷凍機。
前記蓄冷器は、冷媒が流通する管と、前記管の外表面に固定され径方向外側へ放射線状に拡がるフィンと、
前記フィンと前記管とを収容するケースと、
前記ケースの外表面を覆う断熱材と、
前記ケースと前記管と前記フィンとで仕切られる空間に充填される蓄冷剤とを備えたことを特徴とする請求項２記載の冷凍機。