JP3820664B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒圧縮機、冷媒凝縮器、受液器、減圧手段および冷媒蒸発器を環状に連結してなる冷凍サイクルを備えた車両用空気調和装置に関するもので、特に冷凍サイクルの減圧手段として、冷媒蒸発器の出口で冷媒の蒸発が完了するような状態に保つ温度作動式の膨張弁を用いた車両用空気調和装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気調和装置においては、冷凍サイクルの運転中、冷媒圧縮機および冷媒凝縮器の温度が冷媒蒸発器の温度よりも高温となっている。そして、冷凍サイクルの運転を停止すると、冷媒蒸発器の温度が高くなり、冷媒圧縮機の温度が低くなる。このとき、冷媒凝縮器および冷媒蒸発器と冷媒圧縮機との間に温度差が生じ、冷媒圧縮機の温度が冷媒凝縮器および冷媒蒸発器の温度よりも低くなると、冷媒凝縮器内の液冷媒や高圧配管内のガス冷媒が温度の低い冷媒圧縮機へ逆流し、また冷媒蒸発器内の液冷媒や低圧配管内のガス冷媒が温度の低い冷媒圧縮機側に移動する。そして、冷媒圧縮機側に移動した冷媒は、温度の低い冷媒圧縮機に流入することによりガス冷媒も冷やされて液冷媒となって冷媒圧縮機内で寝込む現象が生じる可能性がある。このような液冷媒で寝込む現象が生じると、冷凍サイクルの始動時に冷媒圧縮機が液圧縮を行うという不具合が発生する可能性もある。
【０００３】
そこで、従来より、定置式空気調和装置においては、冷凍サイクルの停止後に電気ヒータを通電して冷媒圧縮機を加熱することにより、冷媒圧縮機の低温化を防ぎ、冷媒圧縮機内への液冷媒の寝込みを防止するようにした技術（第１従来例）が提案されている。
また、従来より、車両用空気調和装置においては、冷媒圧縮機の前の低圧配管の途中に設置した常閉型電磁弁、および冷媒圧縮機の後の高圧配管の途中に設置した常閉型電磁弁によって、冷凍サイクルの停止後に、冷媒凝縮器側および冷媒蒸発器側から冷媒が冷媒圧縮機内に侵入することを防止して、冷媒圧縮機付近の冷媒量を減らすようにした技術（第２従来例）も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第１従来例においては、定置式空気調和装置のように常時電源が確保されているものには良い方法であるが、電気部品の電源が寿命に限りのあるバッテリーを利用する車両用空気調和装置の場合には、エンジン停止中に冷媒圧縮機を加熱するために電気ヒータを通電することはバッテリあがりの要因にもなるため、採用するには問題がある。
また、第２従来例においては、一方の常閉型電磁弁を冷凍サイクルの高圧配管の途中に設け、他方の常閉型電磁弁を低圧配管の途中に設ける必要があるので、冷凍サイクルを構成する構成部品の部品点数が多くなり、冷凍サイクルへの組付工数も増加するので、冷凍サイクル全体の製品コストが上昇する。さらに、常閉型電磁弁だけでは完全に冷媒の移動を防止することはできず、信頼性の面で心配が増加するという問題が生じる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明の目的は、冷凍サイクルを運転した後に停止すると、冷媒圧縮機から減圧装置までの間の冷媒流路に冷媒が多く存在し、冷媒凝縮器側が圧力が高いという点に着目し、冷凍サイクルの停止中に、大きな電力を必要とする電気部品を使用することなく、冷媒圧縮機への液冷媒の寝込みを防止することのできる車両用空気調和装置を提供することにある。さらに、冷媒凝縮器側から冷媒圧縮機への冷媒の逆流を完全に防止することのできる車両用空気調和装置を提供することにある。また、冷凍サイクルを構成する構成部品の部品点数および冷凍サイクルへの組付工数を減少することにより冷凍サイクル全体の製品価格を減少することのできる車両用空気調和装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、空調制御装置によって、冷凍サイクルを運転した後に停止する指令を受けてから所定時間が経過するまでの間に、圧縮機駆動手段および凝縮器送風機の作動を継続させると共に、蒸発器送風機を最低回転速度で作動させることにより、温度作動式の膨張弁が冷媒蒸発器の出口で所定の過熱度を得るために膨張弁が絞られる。それによって、冷媒蒸発器に流入する冷媒量が少なくなることにより、膨張弁と冷媒圧縮機との間の冷媒流路中の冷媒量が少なくなり、冷媒圧縮機と膨張弁との間の冷媒流量中の冷媒量が増える。また、冷媒圧縮機と冷媒凝縮器との間に逆流防止手段を設けることにより、冷媒凝縮器より冷媒圧縮機へ向かう冷媒の逆流が阻止される。
【０００７】
したがって、冷凍サイクルを運転した後に冷凍サイクルを停止してから長時間が経過して、冷媒凝縮器および冷媒蒸発器よりも冷媒圧縮機の温度が低くなっても、膨張弁と冷媒圧縮機との間の冷媒流路中の冷媒量が少ないので、冷媒蒸発器側から冷媒圧縮機内に移動する量が減り、冷媒凝縮器側から冷媒圧縮機内への冷媒の移動が防止される。これにより、冷媒圧縮機に電気ヒータを取り付けたり、冷媒圧縮機の前後に常閉型電磁弁を設けることなく、冷媒圧縮機内において液冷媒での寝込みが抑制されるので、冷凍サイクルの運転開始時の冷媒圧縮機が液圧縮することを抑えることができ、冷凍サイクルを構成する構成部品の部品点数および冷凍サイクルへの組付工数を減少することにより冷凍サイクル全体の製品価格を減少することができる。
【０００８】
また、逆流防止手段から冷媒蒸発器側の冷媒量を少なくし、逆流防止手段から冷媒凝縮器側の冷媒量を多くすることにより、逆流防止手段の前後で温度差が生じ、逆流防止手段の前後の圧力差が大きくなるので、逆流防止手段のシール性を向上できるので、冷媒凝縮器側から冷媒圧縮機への冷媒の逆流を完全に防止することができる。さらに、冷媒圧縮機よりも冷媒蒸発器側の温度が高くなっても、逆流防止手段から冷媒蒸発器側の冷媒量が少ないと、逆流防止手段から冷媒蒸発器側の圧力が高くならず、逆流防止手段の前後で圧力が均圧となることも防止できるので、逆流防止手段のシール性の低下を防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、エアコンスイッチやキースイッチ等の手動操作手段から冷凍サイクルを停止する信号を入力すると、空調制御装置によって、上記の作動がなされる。それによって、請求項１に記載の効果と同様な効果が得られる。
請求項３に記載の発明によれば、逆流防止手段として、逆止弁または直動式電磁弁を用いることにより、冷媒凝縮器側から冷媒圧縮機への冷媒の逆流を完全に防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態の構成〕
図１ないし図３は本発明の第１実施形態を示したもので、図１は車両用空気調和装置の冷凍サイクルを示した図で、図２は温度作動式膨張弁と冷媒蒸発器を示した図で、図３は車両用空気調和装置の制御系を示した図である。
【００１１】
本実施形態の車両用空気調和装置は、大型バス車両、鉄道車両または普通自動車等の車両走行用エンジンとは別途架装されたサブエンジンＥに駆動される冷凍サイクル１の冷凍機器を、エアコン制御装置１０によって自動コントロールされるように構成されたオートエアコンである。
【００１２】
冷凍サイクル１は、図１に示したように、サブエンジン（本発明の圧縮機駆動手段に相当する）Ｅの駆動力によって吸入口から吸入した冷媒を圧縮して吐出口から吐出する冷媒圧縮機（コンプレッサ）２、この冷媒圧縮機２の吐出口から吐出された冷媒を凝縮させる冷媒凝縮器（コンデンサ）３、この冷媒凝縮器３から流入した冷媒を気液分離する気液分離器（レシーバ）４、この気液分離器４から流入した冷媒を減圧させる温度作動式の膨張弁（エキスパンションバルブ）５、この膨張弁５から流入した冷媒と空気とを熱交換して冷媒を蒸発させる冷媒蒸発器（エバポレータ）６等から構成されている。
【００１３】
そして、冷凍サイクル１は、、冷凍サイクル１中に冷媒を循環させ、車両の車室内の熱を冷媒蒸発器６で吸収し、冷媒凝縮器３から車室外へ放出させることにより、車両の車室内を冷房する。上記のうち冷媒圧縮機２の吐出口と冷媒凝縮器３の入口との間を連結する冷媒配管（冷媒流路）には、冷媒の逆流を防止する逆止弁（本発明の逆流防止手段に相当する）７が設置されている。
【００１４】
そして、冷媒凝縮器３近傍には、この冷媒凝縮器３内を通過する冷媒を冷却する空気を冷媒凝縮器３に送風する凝縮器送風機８が設けられている。この凝縮器送風機８は、図示しないシュラウド内に回転自在に収容された軸流式ファン１１とこの軸流式ファン１１を回転駆動するファンモータ１２とから構成され、一定の回転速度で軸流式ファン１１が回転する。なお、ファンモータ１２を廃止して、サブエンジンＥにより軸流式ファン１１を直結駆動またはベルト駆動しても良い。
【００１５】
また、冷媒蒸発器６が設置され、空気を車室内に送るための空調ダクト（図示せず）には、冷媒蒸発器６内を通過する冷媒を加熱する空気を冷媒蒸発器６に送風する蒸発器送風機９が設けられている。この蒸発器送風機９は、空調ダクト内に回転自在に収容された遠心式ブロワ１３とこの遠心式ブロワ１３を回転駆動するブロワモータ１４とから構成され、少なくとも３段階の回転速度で遠心式ブロワ１３が回転する。なお、ブロワモータ１４を廃止して、サブエンジンＥにより遠心式ブロワ１３を直結駆動またはベルト駆動しても良い。また、冷媒蒸発器６と空調ダクトのユニットケースとからクーリングユニットが構成される。
【００１６】
また、上記のうち膨張弁５は、本発明の減圧装置に相当する部品で、図２に示したように、弁ケース２０内を摺動するニードル弁（弁体）２１と、このニードル弁２１を駆動する感温エレメント２２等から構成されている。ニードル弁２１は、気液分離器４より流入した液冷媒を小さな弁孔（絞り孔）２３から噴射させることにより急激に膨張させて低温、低圧の霧状冷媒（気液二相状態の冷媒）にする。
【００１７】
感温エレメント２２は、感温筒２４、キャピラリチューブ２５、ダイヤフラム２６またはベローズ（図示せず）を含む動力部２７等を有している。感温筒２４は、内部に冷媒と同じ成分のガスが封入されており、冷媒圧縮機２の吸入口に吸入されるガス冷媒の過熱度（スーパーヒート）、すなわち、冷媒蒸発器６の出口の冷媒の温度変化を検出する冷媒温度検出手段である。
【００１８】
キャピラリチューブ２５は、感温筒２４内と動力部２７の片側の圧力室（ダイヤフラム室）２８内とを連通すると共に、感温筒２４内の圧力変化をダイヤフラム室２８に導く導圧管路を形成する。ダイヤフラム２６は、ダイヤフラム室２８内の圧力変化に基づいて、ニードル弁２１を図示上下方向に駆動する弁体駆動手段である。
【００１９】
なお、膨張弁５は、冷媒蒸発器６の出口の冷媒温度が所定の過熱度（例えば１０℃）以上に上昇すると感温筒２４内のガスが膨張し、プレッシャースプリング２９のばね力に抗してダイヤフラム２６が図示下方に変位することにより、ニードル弁２１を押し下げて弁孔２３の開度を大きくして冷媒蒸発器６に供給される冷媒量を増やす。また、冷媒蒸発器６の出口の冷媒温度が所定の過熱度（例えば１０℃）よりも下降すると感温筒２４内のガスが収縮し、プレッシャスプリング２９のばね力によりダイヤフラム２６が図示上方に変位することにより、ニードル弁２１が上昇し弁孔２３の開度を小さくして冷媒蒸発器６に供給される冷媒量を減らす。
【００２０】
エアコン制御装置１０は、本発明の空調制御装置に相当する部品で、図３に示したように、車室内に設けられた操作パネル３０上の各スイッチからのスイッチ信号、および車室内を空調するのに必要な空調情報を検出する空調情報検出手段を構成する各センサからのセンサ信号を入力する。このエアコン制御装置１０は、各スイッチからのスイッチ信号および各センサからのセンサ信号に応じて演算処理を行い、少なくともサブエンジンＥの始動、停止、ファンモータ１２の作動、停止、ブロワモータ１４のブロワ電圧の変更等を制御する。そして、エアコン制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、その構成自体は周知のマイクロコンピュータで、車両のキースイッチ（本発明の手動操作手段に相当する）３１がオフされても少なくとも所定時間（例えば１秒間）はバッテリ３２より電力が供給されて作動状態を継続する。
【００２１】
ここで、操作パネル３０上には、エアコンスイッチ（本発明の手動操作手段に相当する）３３、温度設定レバー３４および風量切替レバー３５等が設置されている。上記のうちエアコンスイッチ３３は、オンされると冷凍サイクル１の運転を指令する信号をエアコン制御装置１０に出力し、オフされると冷凍サイクル１の停止を指令する信号をエアコン制御装置１０に出力する。
【００２２】
また、風量切替レバー３５は、遠心式ブロワ１３を停止するオフ（ＯＦＦ）位置、遠心式ブロワ１３の送風量を最大風量から最小風量まで段階的または連続的に自動コントロールするためのオート（ＡＵＴＯ）位置、遠心式ブロワ１３の送風量を最小風量から最大風量まで３段階に固定する最小風量（ＬＯ）位置、中間風量（ＭＥ）位置および最大風量（ＨＩ）位置を備えている。ここで、本実施形態では、ブロワモータ１４に印加するブロワ電圧が最小値（例えば６Ｖ）の場合には、遠心式ブロワ１３の回転速度が最低回転速度となり、遠心式ブロワ１３の送風量が最小風量となる。
【００２３】
また、ブロワモータ１４に印加するブロワ電圧が中間値（例えば１２Ｖ）の場合には、遠心式ブロワ１３の回転速度が中間回転速度となり、遠心式ブロワ１３の送風量が中間風量となる。さらに、ブロワモータ１４に印加するブロワ電圧が最大値（例えば２４Ｖ）の場合には、遠心式ブロワ１３の回転速度が最大回転速度となり、遠心式ブロワ１３の送風量が最大風量となる。
【００２４】
〔第１実施形態の作用〕
次に、本実施形態の車両用空気調和装置の作用を図１ないし図３に基づいて簡単に説明する。
【００２５】
冷凍サイクル１の運転が行われた後に、キースイッチ３１がオフされるか、あるいはエアコンスイッチ３３がオフされると、冷凍サイクル１を停止する信号がエアコン制御装置１０に入力される。すると、エアコン制御装置１０は、サブエンジンＥの運転およびファンモータ１２への通電を所定時間（例えば１分間）継続すると共に、ブロワモータ１４に最小のブロワ電圧を所定時間（例えば１分間）印加する。
【００２６】
これにより、サブエンジンＥにより駆動される冷媒圧縮機２は、吸入口より吸入した冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒を吐出する。そして、冷媒圧縮機２の吐出口より吐出された高温高圧のガス冷媒は、順方向に流れているため、逆止弁７を通過して冷媒凝縮器３内に流入する。そして、ガス冷媒は、冷媒凝縮器３を通過する際に、軸流式ファン１１により吹き付けられる空気と熱交換して冷却されることにより凝縮液化される。
【００２７】
凝縮した液冷媒は、気液分離器４内に流入して気液分離し、液冷媒のみが膨張弁５へ供給される。そして、液冷媒は、膨張弁５の小さな弁孔２３から噴射させることにより急激に膨張して低温、低圧の霧状冷媒（気液二相状態の冷媒）となる。この霧状冷媒は、冷媒蒸発器６に流入して、遠心式ブロワ１３により吹き付けられる空気と熱交換して加熱されることにより蒸発気化する。このとき、冷媒蒸発器６の出口では所定の過熱度を持つ過熱蒸気となる。そして、この過熱蒸気は、吸入口から冷媒圧縮機２内に吸入されて再度圧縮される。この冷凍サイクル１の運転が、冷凍サイクル１を停止する信号を入力してから所定時間（例えば１分間）継続される。
【００２８】
ここで、本実施形態では、冷媒蒸発器６内を通過する冷媒を加熱するための空気流を遠心式ブロワ１３により発生しているが、ブロワモータ１４に最小値のブロワ電圧が印加されているため、遠心式ブロワ１３の回転によって生ずる送風量は最小風量に設定されている。これにより、冷媒蒸発器６の出口の冷媒温度が所定の過熱度（例えば１０℃）よりも下降するため、感温筒２４内のガスが収縮し、プレッシャースプリング２９のばね力によりダイヤフラム２６が図示上方に変位することにより、ニードル弁２１が上昇し弁孔２３の開度が小さくなる。この結果、膨張弁５の弁孔２３から冷媒圧縮機２の吸入口までの冷媒蒸発器６側の冷媒量が少なくなり、冷媒圧縮機２の吐出口から膨張弁５の弁孔２３までの冷媒凝縮器側の冷媒量が多くなる。
【００２９】
そして、所定時間が経過した後に、サブエンジンＥの運転、ファンモータ１２およびブロワモータ１４への通電を停止してエアコン制御装置１０の作動も停止する。その後に、冷媒圧縮機２の駆動が長時間行われないと、冷媒凝縮器３の温度よりも冷媒圧縮機２の温度の方が低くなって、冷媒が冷媒圧縮機２内へ向かおうとするが、逆止弁７が冷媒圧縮機２の前に設置されているので、冷媒凝縮器３側から冷媒圧縮機２内に向かう冷媒の逆流が阻止される。
【００３０】
〔第１実施形態の効果〕
以上のように、車両用空気調和装置は、冷凍サイクル１を運転した後に冷凍サイクル１を停止してから長時間が経過して、冷媒凝縮器３および冷媒蒸発器６よりも冷媒圧縮機２の温度が低くなっても、膨張弁５と冷媒圧縮機２との間の冷媒流路中の冷媒量が少ないので、冷媒蒸発器６側から冷媒圧縮機２内に移動する量が減り、冷媒凝縮器３側から冷媒圧縮機２内への冷媒の移動が防止される。これにより、冷媒圧縮機２内において液冷媒での寝込みが抑制されるので、冷凍サイクル１の運転開始時に冷媒圧縮機２の液圧縮を防止することができる。
【００３１】
したがって、冷凍サイクル１が長期間（例えば一晩）停止していても、大きな電力を必要とする電気ヒータや電動式膨張弁等の電気部品を使用することなく、また高価な２個の常閉型電磁弁を冷媒圧縮機２の前後に設置することなく、冷媒圧縮機２への液冷媒の寝込みを防止することができるので、冷凍サイクル１を構成する構成部品の部品点数および冷凍サイクル１への組付工数を減少でき、冷凍サイクル全体の製品価格を減少することができる。
【００３２】
また、逆止弁７から冷媒蒸発器６側の冷媒量を少なくし、逆止弁７から冷媒凝縮器３側の冷媒量を多くすることにより、逆止弁７の前後で温度差が生じ、逆止弁７の前後の圧力差が大きくなるので、逆止弁７のシール性を向上できるので、冷媒凝縮器３側から冷媒圧縮機２への冷媒の逆流を完全に防止することができる。さらに、冷媒圧縮機２よりも冷媒蒸発器６側の温度が高くなっても、逆止弁７から冷媒蒸発器６側の冷媒量が少ないと、逆止弁７から冷媒蒸発器６側の圧力が高くならず、逆止弁７の前後で圧力が均圧となることも防止できるので、逆止弁７のシール性の低下を防止することができる。
【００３３】
〔第２実施形態〕
図４は本発明の第２実施形態を示したもので、車両用空気調和装置の冷凍サイクルを示した図である。
【００３４】
本実施形態では、第１実施形態の逆止弁７の代わりに、本発明の逆流防止手段としての直動式電磁弁１９を冷媒圧縮機２の吐出口と冷媒凝縮器３の入口との間を連結する冷媒配管の途中に設置している。本実施形態の冷凍サイクル１も、第１実施形態と同じ作用および効果を奏することができる。
【００３５】
〔他の実施形態〕
本実施形態では、圧縮機駆動手段として車両走行用エンジンとは別途搭載されたサブエンジンを用いたが、圧縮機駆動手段として走行用エンジンや電動モータ等の駆動源によりベルト駆動され、駆動源から冷媒圧縮機２に伝達される回転動力を断続する電磁クラッチを用いても良い。
【００３６】
本実施形態では、冷媒圧縮機２の吐出口と冷媒凝縮器３の入口との間を連結する冷媒配管の途中に、逆止弁７や直動式電磁弁１９等の逆流防止手段を設けたが、冷媒圧縮機２の内部に逆流防止手段を設けても良い。また、空調制御装置は、車室内を空調するのに必要な空調情報を検出する空調情報検出手段を有し、この空調情報検出手段で検出した空調情報から演算された空調モードが、冷凍サイクル１の運転を停止する停止モードの時に、冷凍サイクル１の運転を停止する信号を入力するようにしても良い。
【００３７】
本実施形態では、冷凍サイクル１を停止する信号を入力した後に、軸流式ファン１１を通常の速度で回転させ、遠心式ブロワ１３を通常の最小風量となる速度で回転させるようにしたが、冷凍サイクル１を停止する信号を入力した後に、軸流式ファン１１を通常の速度よりも高速で回転させたり、遠心式ブロワ１３を通常の最小風量の回転速度よりも低速となる速度で回転させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用空気調和装置の冷凍サイクルを示した構成図である（第１実施形態）。
【図２】温度作動式の膨張弁と冷媒蒸発器を示した概略図である（第１実施形態）。
【図３】車両用空気調和装置の制御系を示したブロック図である（第１実施形態）。
【図４】車両用空気調和装置の冷凍サイクルを示した構成図である（第２実施形態）。
【符号の説明】
Ｅ サブエンジン（本発明の圧縮機駆動手段に相当する）
１ 冷凍サイクル
２ 冷媒圧縮機
３ 冷媒凝縮器
４ 気液分離器
５ 膨張弁（減圧装置）
６ 冷媒蒸発器
７ 逆止弁（逆流防止手段）
８ 凝縮器送風機
９ 蒸発器送風機
１０ エアコン制御装置
１９ 直動式電磁弁（逆流防止手段）
３１ キースイッチ（手動操作手段）
３３ エアコンスイッチ（手動操作手段）

Claims (3)

1. 冷媒圧縮機、冷媒凝縮器、気液分離器、減圧装置および冷媒蒸発器を環状に連結してなると共に、前記減圧装置として、前記冷媒蒸発器内における冷媒の気化状態に応じて前記冷媒蒸発器に供給する冷媒量を調節する温度作動式の膨張弁を用いた冷凍サイクルと、
   前記冷媒圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、
   前記冷媒凝縮器への送風を行う凝縮器送風機と、
   前記冷媒蒸発器への送風を行う蒸発器送風機と、
   前記圧縮機駆動手段、前記凝縮器送風機および前記蒸発器送風機の作動および停止を制御する空調制御装置と
   を備えた車両用空気調和装置において、
   前記冷凍サイクルは、前記冷媒圧縮機と前記冷媒凝縮器との間に、前記冷媒凝縮器より前記冷媒圧縮機へ向かう冷媒の逆流を阻止する逆流防止手段を設け、
   前記空調制御装置は、前記冷凍サイクルを停止する指令を受けてから所定時間が経過するまでの間、前記圧縮機駆動手段および前記凝縮器送風機の作動を継続させると共に、前記蒸発器送風機を最低回転速度で作動させることを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 請求項１に記載の車両用空気調和装置において、
   前記空調制御装置は、エアコンスイッチやキースイッチ等の手動操作手段から前記冷凍サイクルを停止する信号を入力することを特徴とする車両用空気調和装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用空気調和装置において、
   前記逆流防止手段は、逆止弁または直動式電磁弁であることを特徴とする車両用空気調和装置。

Images