JP4042481B2

JP4042481B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP4042481B2
Application number: JP2002186034A
Authority: JP
Inventors: 康司山中; 義貴戸松
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: US6857280B1; JP2004028461A; US20050051295A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置及び空調装置用の冷媒通路開閉弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
蒸気圧縮式冷凍機を利用した空調装置において、室内に吹き出す空気と熱交換する室内熱交換器で冷媒漏れが発生すると、漏れ出した冷媒を室内に居る人間が多量に吸引してしまうおそれがある。特に、冷媒としてプロパンガス等の可燃性ガスや二酸化炭素等を採用している場合には、人体に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００３】
この冷媒漏れ対策として、室内熱交換器の冷媒入口側に電磁弁を設け、室内に配置した冷媒センサにより冷媒漏れを検出したときには、電磁弁を閉じて冷媒漏れを最小限に抑えるといった手段が考えられるが、この手段では、電磁弁及び電磁弁を制御する制御回路を必要とするので、空調装置の製造原価が大幅に上昇するおそれが高い。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な空調装置を提供し、第２には、安価な手段にて冷媒漏れを最小限に止めることを目的とする。
【０００５】
【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に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、冷媒と室外空気とを熱交換する室外熱交換器（２０）と、高圧冷媒を減圧膨脹させる減圧手段（３０）と、冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換する室内熱交換器（４０）と、室内熱交換器（４０）の冷媒入口側及び冷媒出口側の冷媒通路を開閉する開閉弁とを備え、
開閉弁は、室内熱交換器（４０）の冷媒入口側の冷媒通路（７２）を開閉する第１の弁体（７３）と、室内熱交換器（４０）の冷媒出口側の冷媒通路（７４）を開閉する第２の弁体（７５）とが、バルブボディ（７１）に摺動可能に収納されており、弁体（７３、７５）の摺動方向の一端側は、バルブボディ（７１）における冷媒通路（７２、７４）を構成する部位に当接して冷媒通路（７２、７４）を閉鎖可能に構成され、弁体（７３、７５）の摺動方向の他端側には、冷媒通路（７２、７４）を閉じる向きの弾性力を弁体（７３、７５）に作用させる弾性手段（７６、７７）が配置され、バルブボディ（７１）における第２弁体（７５）の摺動方向の他端側には、圧縮機（１０）の吸入側に連通する第２背圧室（７１ｈ）が形成され、バルブボディ（７１）における第１弁体（７３）の摺動方向の他端側には、第２背圧室（７１ｈ）に連通する第１背圧室（７１ｇ）が形成され、圧縮機の作動時には、圧縮機（１０）により生成される吸入圧により、背圧室（７１ｇ、７１ｈ）の体積が縮小する向きに弁体（７３、７５）が変位して、冷媒通路（７２、７４）を開くとともに、圧縮機（１０）の停止時には、弾性手段（７６、７７）の弾性力により背圧室（７１ｇ、７１ｈ）の体積が拡大する向きに弁体（７３、７５）が変位して、冷媒通路（７２、７４）を閉じることを特徴とする。
【０００６】
これにより、機械的に室内熱交換器（４０）の冷媒入口側及び冷媒出口側が閉じられるので、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で延べた手段に比べて、安価な手段にて冷媒漏れを最小限に止めることができるともに、従来と異なる新規な空調装置を得ることができる。
【０００７】
また、圧縮機（１０）が停止している間は、室内熱交換器（４０）の冷媒入口側及び冷媒出口側が閉じられるので、長時間に亘って電力の供給がないときに、冷媒漏れが発生しても、多量の冷媒が室内に充満してしまうことを確実に防止できる。
【００１３】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る空調装置を車両用空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る空調装置の模式図である。
【００１５】
圧縮機１０は電磁クラッチ１１を介して走行用駆動源をなすエンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、放熱器２０は室外空気と圧縮機１０から吐出した高圧冷媒とを熱交換して冷媒を冷却する室外熱交換器である。
【００１６】
膨脹弁３０は高圧冷媒を減圧膨脹させる減圧手段であり、この膨脹弁３０は、蒸気圧縮式冷凍機の成績係数を高く維持すべく、高圧側冷媒温度（本実施形態では、放熱器２０出口側での冷媒温度）に基づいて高圧側の冷媒圧力、つまり絞り開度を制御している。
【００１７】
そして、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いているため、夏場等の空調負荷が大きいときには、高圧の冷媒圧力を冷媒の臨界圧力以上まで上昇させて必要な冷房能力を確保し、春や秋等の空調負荷が小さいときには、高圧の冷媒圧力を冷媒の臨界圧力以下としている。
【００１８】
蒸発器４０は車室内に搭載された空調ケーシング８０に収納されて室内に吹き出す空気と膨脹弁３０にて減圧された低圧冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより室内に吹き出す空気を冷却する室内熱交換器である。
【００１９】
アキュムレータ５０は蒸発器４０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機１０の吸入側に供給する気液分離器であり、内部熱交換器６０は、膨脹弁３０にて減圧される前の高圧冷媒と圧縮機１０に吸引される低圧冷媒とを熱交換する熱交換器である。
【００２０】
また、安全弁７０は、圧縮機１０が停止しているときに、蒸発器４０の冷媒入口側及び冷媒出口側を閉じて蒸発器４０を密閉状態とする機械式の冷媒通路開閉弁である。なお、安全弁７０の詳細は、後述する。
【００２１】
なお、送風機８１は、室内に向けて空調用の空気を送風する送風手段であり、、この送風機８１の空気流れ上流側には、室内空気を送風機８１にする場合と室外空気を送風機８１に導入する場合とを切り換える内外気切替装置が設けられている。
【００２２】
また、空調ケーシング８０内のうち蒸発器４０の近傍には、冷媒を検出する冷媒漏れセンサ９１が設けられており、電子制御装置（ＥＣＵ）９０は、冷媒漏れセンサ９１が冷媒を検出したときには、電磁クラッチ１１への通電を遮断して圧縮機１０を停止させる。
【００２３】
因みに、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を使用しているので、冷媒漏れセンサ９１及びＥＣＵ９０は、空気中の二酸化炭素を直接に検出して二酸化炭素濃度が所定濃度以上となったときに冷媒が漏れ出たものとみなしている。
【００２４】
次に、安全弁７０について述べる。
【００２５】
図２（ａ）は蒸発器４０の冷媒入口側及び冷媒出口側を閉じている状態を示すもので、図２（ｂ）は蒸発器４０の冷媒入口側及び冷媒出口側を開いている状態を示すものである。
【００２６】
バルブボディ７１には、膨脹弁３０の冷媒出口側に接続される第１流入ポート７１ａ、蒸発器４０の冷媒入口側に接続される第１流出ポート７１ｂ、蒸発器４０の冷媒流出側に接続される第２流入ポート７１ｃ、及びアキュムレータ５０の冷媒入口側に接続される第２流出ポート７１ｄが形成されている。
【００２７】
なお、バルブボディ７１は樹脂等の熱伝導率の低い材質で構成することがが好ましいが、樹脂では必要な強度を確保することが困難な場合には金属製としてもよい。
【００２８】
そして、第１流入ポート７１ａと第１流出ポート７１ｂとを繋ぐ冷媒通路７２には、この冷媒通路７２を開閉する第１弁体７３が設けられ、第２流入ポート７１ｃと第２流出ポート７１ｄとを繋ぐ冷媒通路７４には、この冷媒通路７４を開閉する第２弁体７５が設けられている。
【００２９】
なお、第１弁体７３は、軸方向端部に円錐テーパ状のテーパ部７３ａが形成された円柱状のものであり、第２弁体７５は、軸方向端部に円錐テーパ状のテーパ部７５ａが形成された角柱状のものである（図３参照）。
【００３０】
また、バルブボディ７１には、第１弁体７３が摺動可能に収納された第１シリンダ部７１ｅ、及び第２弁体７５が摺動可能に収納された第２シリンダ部７１ｆが形成されており、両シリンダ部７１ｅ、７１ｆは断面が円形に形成されて円柱状の空間である。
【００３１】
そして、第１シリンダ部７１ｅのうちテーパ部７３ａの反対側には、冷媒通路７２を閉じる向きの弾性力を第１弁体７３に作用させる第１コイルバネ７６が収納され、同様に、第２シリンダ部７１ｆのうちテーパ部７５ａの反対側には、冷媒通路７４を閉じる向きの弾性力を第２弁体７５に作用させる第２コイルバネ７７が収納されている。
【００３２】
なお、第１キャップ７６ａは第１コイルバネ７６の初期加重を調節するとともに、第１シリンダ部７１ｅを閉塞するネジ式の蓋であり、第２キャップ７７ａは第２コイルバネ７７の初期加重を調節するとともに、第２シリンダ部７１ｆを閉塞するネジ式の蓋である。
【００３３】
また、第２シリンダ部７１ｆのうち第２コイルバネ７７が収納された第２背圧室７１ｈは第２流出ポート７１ｄ、つまり圧縮機１０の吸入側に連通し、第１シリンダ部７１ｅのうち第１コイルバネ７６が収納された第１背圧室７１ｇは、連通路７１ｊを介して第２背圧室７１ｈに連通することにより圧縮機１０の吸入側に連通している。
【００３４】
なお、本実施形態では、第１流入ポート７１ａ、第１流出ポート７１ｂ、冷媒通路７２、第１弁体７３、第１シリンダ部７１ｅ及び第１背圧室７１ｇ等が特許請求の範囲に記載された入口側開閉弁を構成するものであり、第２流入ポート７１ｃ、第２流出ポート７１ｄ、冷媒通路７４、第２弁体７５、第２シリンダ部７１ｆ及び第２背圧室７１ｈ等が特許請求の範囲に記載された出口側開閉弁を構成するものである。
【００３５】
次に、安全弁７０の作動を述べる。
【００３６】
第１背圧室７１ｇ及び第２背圧室７１ｈに圧縮機１０の吸入圧が作用していないとき、つまり圧縮機１０が停止しているときには、第１コイルバネ７６の弾性力により蒸発器４０の冷媒入口側が閉じられ、第２コイルバネ７７の弾性力により蒸発器４０の冷媒出口側が閉じられる。
【００３７】
また、第１背圧室７１ｇ及び第２背圧室７１ｈに圧縮機１０の吸入圧が作用しているとき、つまり圧縮機１０が稼動しているときには、吸入圧により両背圧室７１ｇ、７１ｈ内の圧力が低下して両背圧室７１ｇ、７１ｈの体積が縮小する向きに弁体７３、７５が変位するため、蒸発器４０の冷媒入口側及び冷媒出口側が開く。
【００３８】
なお、冷媒通路７４、つまり蒸発器４０の冷媒出口側は、第２弁体７５と第２シリンダ部７１ｆとの間を冷媒が流れる。
【００３９】
次に、空調装置の概略作動を述べる。
【００４０】
圧縮機１０が起動すると、蒸発器４０の冷媒入口側及び冷媒出口側が開き、冷媒が圧縮機１０→放熱器２０→内部熱交換器６０→膨脹弁３０→蒸発器４０→アキュムレータ５０…内部熱交換器６０→圧縮機１０の順に循環する。したがって、蒸発器４０で室内に吹き出す空気を冷却した冷媒は、その吸熱した熱を放熱器２０にて室外空気中に放熱する。
【００４１】
空調装置の始動スイッチを遮断した場合、又は空調装置の始動スイッチを投入した状態で冷媒漏れセンサ９１が冷媒を検出したときには、電磁クラッチ１１への通電を遮断して圧縮機１０を停止させ、蒸発器４０の冷媒入口側及び冷媒出口側を閉じる。
【００４２】
次に、本実施の作用効果を述べる。
【００４３】
本実施形態によれば、圧縮機１０が停止すると、第１コイルバネ７６及び第２コイルバネ７７により機械的に蒸発器４０の冷媒入口側及び冷媒出口側が閉じられるので、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」の欄で延べた手段に比べて、安価な手段にて冷媒漏れを最小限に止めることができる。
【００４４】
また、圧縮機１０が停止している間は、蒸発器４０の冷媒入口側及び冷媒出口側が閉じられるので、夜間駐車時等の長時間に亘ってイグニッションスイッチが遮断されて冷媒漏れセンサ９１及びＥＣＵ９０に電力の供給がないときに、冷媒漏れが発生しても、多量の冷媒が室内に充満してしまうことを確実に防止できる。
【００４５】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素としたが本発明はこれに限定されるものではなく、プロパンガス等の可燃性ガスを冷媒として採用してもよい、なお、この場合は、高圧側冷媒圧力を臨界圧力以上とする必要はない。
【００４６】
また、上述の実施形態では、減圧手段として、冷媒を単純に減圧するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷媒を等エンタルピ的に減圧する膨脹機やエジェクタのノズルであってもよい。
【００４８】
また、上述の実施形態では、蒸発器４０の冷媒入口がを開閉する入口側開閉弁と、蒸発器４０の冷媒出口側を開閉する出口側開閉弁とを一体化していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、両開閉弁を別体としてもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、内部熱交換器６０を備えていたが、内部熱交換器６０を廃止してもよい。
【００５０】
また、上述の実施形態では、第２弁体７５を角柱状として、冷媒を第２弁体７５と第２シリンダ部７１ｆとの間に流したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば図４に示すように、第２背圧室７１ｈに圧縮機１０吸入圧を導く専用のポート７１ｋを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る安全弁の説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る安全弁の弁体の斜視図である。
【図４】本発明のその他実施形態に係る安全弁の説明図である。
【符号の説明】
７０…安全弁、７１…バルブボディ、７１ｇ、７１ｈ…背圧室、
７３、７５…弁体、７６、７７…コイルバネ。

Claims

可燃性ガス又は二酸化炭素からなる冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
冷媒と室外空気とを熱交換する室外熱交換器（２０）と、
高圧冷媒を減圧膨脹させる減圧手段（３０）と、
冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換する室内熱交換器（４０）と、
前記室内熱交換器（４０）の冷媒入口側及び冷媒出口側の冷媒通路を開閉する開閉弁とを備え、
前記開閉弁は、
前記室内熱交換器（４０）の冷媒入口側の冷媒通路（７２）を開閉する第１の弁体（７３）と、前記室内熱交換器（４０）の冷媒出口側の冷媒通路（７４）を開閉する第２の弁体（７５）とが、バルブボディ（７１）に摺動可能に収納されており、
前記弁体（７３、７５）の摺動方向の一端側は、前記バルブボディ（７１）における前記冷媒通路（７２、７４）を構成する部位に当接して前記冷媒通路（７２、７４）を閉鎖可能に構成され、
前記弁体（７３、７５）の摺動方向の他端側には、前記冷媒通路（７２、７４）を閉じる向きの弾性力を前記弁体（７３、７５）に作用させる弾性手段（７６、７７）が配置され、
前記バルブボディ（７１）における前記第２弁体（７５）の摺動方向の他端側には、前記圧縮機（１０）の吸入側に連通する第２背圧室（７１ｈ）が形成され、前記バルブボディ（７１）における前記第１弁体（７３）の摺動方向の他端側には、前記第２背圧室（７１ｈ）に連通する第１背圧室（７１ｇ）が形成され、
前記圧縮機の作動時には、前記圧縮機（１０）により生成される吸入圧により、前記背圧室（７１ｇ、７１ｈ）の体積が縮小する向きに前記弁体（７３、７５）が変位して、前記冷媒通路（７２、７４）を開くとともに、前記圧縮機（１０）の停止時には、前記弾性手段（７６、７７）の弾性力により前記背圧室（７１ｇ、７１ｈ）の体積が拡大する向きに前記弁体（７３、７５）が変位して、前記冷媒通路（７２、７４）を閉じることを特徴とする空調装置。