JP4156353B2 - 冷凍システムおよびその運転方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍システムおよびその運転方法に関し、特に人体に有害なガスを冷媒に使用した自動車用空調装置に用いられる冷凍システムおよびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置に用いられる冷凍システムは、一般に、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、冷凍サイクルを循環する冷媒を一時的に溜めながら凝縮された冷媒を気液に分離する受液器と、液冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させて圧縮機に戻す蒸発器とを備えている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
自動車用空調装置の冷凍サイクルでは、冷媒としてフロンガスが用いられていたが、地球温暖化の観点から地球温暖化係数の小さい冷媒が求められるようになってきた。このような冷媒として、たとえば二酸化炭素、プロパンなどが考えられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４７８９８号公報（段落番号〔００１〕，図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二酸化炭素、プロパンなどを冷媒として使用すると、車室内に設置されている蒸発器または車室内配管が破損するなどして冷媒漏れが発生した場合に、酸欠で窒息したり火災が発生するなど、乗員に重大な悪影響を及ぼす可能性があるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、自動車用空調装置を使用していないときには、たとえ車室内の蒸発器や配管が破損したとしても、車室内に冷媒が漏れ出ることのないような冷凍システムおよびその運転方法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】
本発明では上記問題を解決するために、車室内に配置される蒸発器を備えた冷凍システムにおいて、前記蒸発器の入口に設けられて運転終了時および運転停止時に膨張弁と前記蒸発器との間の冷媒通路を遮断することができる電磁弁と、前記蒸発器の出口に設けられて運転終了時に圧縮機により吸引された冷媒が運転停止時に前記蒸発器へ逆流するのを防止する逆止弁と、前記蒸発器の底部と前記逆止弁の下流との間に配置されて前記蒸発器内に溜まった液冷媒を前記蒸発器から回収できる液ポンプと、を備えていることを特徴とする冷凍システムが提供される。
【０００８】
このような冷凍システムによれば、その運転を終了するときに、蒸発器の入口側を電磁弁で閉じて膨張弁からの冷媒の流入を阻止し、かつ、液ポンプで蒸発器内の冷媒を吸い出す。これにより、蒸発器から冷媒が回収され、回収された冷媒は、逆止弁によって蒸発器へ逆流することはない。したがって、冷凍システムが運転停止されているときには、車室内の蒸発器には冷媒がないので、蒸発器やその配管が破損したとしても冷媒が車室内に漏れ出ることはなく、人体に悪影響を及ぼすこともない。
【０００９】
また、本発明によれば、自動車用空調装置に用いられる冷凍システムの運転方法において、前記自動車用空調装置の運転停止の動作に応動して、蒸発器の入口の冷媒通路を電磁弁で遮断し、前記蒸発器内の底部に溜まった液冷媒を電動式の液ポンプで吸引して前記蒸発器の出口に設けられた逆止弁の下流側に回収し、前記液ポンプの負荷の低下を検知して前記液ポンプを停止することを特徴とする冷凍システムの運転方法が提供される。これにより、自動車用空調装置が運転を停止しているときには、常に、蒸発器は冷媒がない空の状態になっているため、車室内の蒸発器やその配管が破損したとしても冷媒が車室内に漏れ出ることはなく、人体に悪影響を及ぼすこともない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。
この冷凍システムは、循環する冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２と、冷凍サイクル内の冷媒を溜めるとともに凝縮された冷媒を気液に分離する受液器３と、液冷媒を断熱膨張させる膨張弁４と、自動車用空調装置の運転を終了するときおよび運転を停止しているときに流路を遮断する電磁弁５と、車室内に配置されて膨張弁４で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器６と、圧縮機１から蒸発器６への冷媒の逆流を防止する逆止弁７とを備えている。すなわち、従来のシステムに対して、この冷凍システムでは、蒸発器６の入口に電磁弁５を新たに配置し、蒸発器６の出口に逆止弁７を新たに配置している。
【００１２】
このような構成の冷凍システムにおいて、自動車用空調装置を運転しているときには、電磁弁５を全開にしておく。これにより、冷凍サイクル内に電磁弁５および逆止弁７が入っていない従来と同じ構成の冷凍システムとして動作することになる。したがって、圧縮機１で圧縮された冷媒は、凝縮器２で凝縮されて受液器３に入り、受液器３で分離された液冷媒は膨張弁４にて断熱膨張され、電磁弁５を通過して蒸発器６に入る。そして、蒸発器６で蒸発された冷媒は、逆止弁７を通過して圧縮機１に戻される。このとき、蒸発器６では、車室内の空気と熱交換を行うことにより、車室内の空気を冷却する。
【００１３】
次に、自動車用空調装置の運転を終了するときには、まず、電磁弁５を閉じて膨張弁４と蒸発器６との間の冷媒通路を遮断する。これにより、圧縮機１によって圧送されてきた冷媒を蒸発器６に入れないようにする。圧縮機１は、この電磁弁５を閉じてから、所定時間、運転を続けたままにする。これにより、圧縮機１の吸入室の圧力が下がるので、蒸発器６内の冷媒を吸い出すことができる。
【００１４】
圧縮機１を所定時間運転し続けることにより、蒸発器６内の冷媒は、ある程度吸い出されて、蒸発器６の中は空になる。その時点で、圧縮機１の運転を停止する。
【００１５】
圧縮機１の運転を停止することにより、圧縮機１による吸引力がなくなるので、蒸発器６の下流側にある冷媒は、圧力差によって戻ろうとするが、その冷媒の戻りは、逆止弁７によって阻止されているので、蒸発器６まで戻ることができない。これにより、蒸発器６の中を空にすることができる。したがって、蒸発器６やこれに接続されている配管が破損したとしても、冷媒が車室内に漏れ出ることがなくなる。
【００１６】
なお、圧縮機１は、エンジンによって駆動されているので、エンジンキーがオン位置にあってエンジンが動作し続けている間は、自動車用空調装置の運転終了時における冷媒回収動作が可能である。したがって、エンジンキーをオフしたと同時に自動車用空調装置を運転停止する場合には、エンジンキーをオフしてから所定時間エンジン運転を継続させて、運転終了時の冷媒回収動作を行わせる必要がある。
【００１７】
図２は本発明の実施の形態に係る冷凍システムのシステム図である。なお、この図２において、図１に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００１８】
この実施の形態に係る冷凍システムでは、蒸発器６の底部と逆止弁７の下流側との間に電動式の液ポンプ８が配置されている。蒸発器６内では、冷媒が中を通過する間にすべて冷媒が蒸発する訳ではない。蒸発し切れなかった冷媒は、蒸発器６の底部に液冷媒として溜まってしまう。この液ポンプ８は、そのような液冷媒を蒸発器６から回収するものである。
【００１９】
このシステムにおいて、自動車用空調装置を運転しているときには、電磁弁５を全開にして、従来の冷凍システムと同じ動作をさせる。
自動車用空調装置の運転を終了するときには、圧縮機１の運転を継続させながら、電磁弁５を閉じて膨張弁４と蒸発器６との間の冷媒通路を遮断するとともに、液ポンプ８を運転させる。これにより、蒸発器６内のガス冷媒が圧縮機１によって吸い出されるとともに、蒸発器６に溜まっていた液冷媒が液ポンプ８によって吸い出される。蒸発器６に溜まっていた液冷媒が吸い出されると、液ポンプ８は空回りしてその負荷が軽くなる。たとえば液ポンプ８の駆動電流を監視していて、その駆動電流が小さくなると、液冷媒は回収されたと判断して液ポンプ８を停止する。その後、圧縮機１の駆動を続けてガス冷媒の回収を行い、蒸発器６の中が空になった所定時間後に、圧縮機１の運転を停止する。
【００２０】
なお、この第２の実施の形態に係る冷凍システムでは、エンジンキーをオフしたと同時に自動車用空調装置を運転停止する場合には、エンジンキーをオフしてエンジンを停止させると同時に、液ポンプ８だけを運転させ、蒸発器６内の液冷が回収された時点で液ポンプ８を停止させるようにしてもよい。
【００２１】
図３は本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。なお、この図３において、図１に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２２】
この関連技術に係る冷凍システムでは、受液器３と蒸発器６との間に膨張弁４と電磁弁５とを一体に構成した電磁弁付き膨張弁９を備えている。この電磁弁付き膨張弁９は、非通電時において弁部が全閉し、かつ、全閉時に弁部の内部漏れがないような完全シール構造を有するものであって、電磁弁５と同様の機能を有している。電磁弁付き膨張弁９は、また、通電時には、通電電流に応じて弁開度が制御され、膨張弁４と同じ機能を有している。
【００２３】
このような電磁弁付き膨張弁９を用いることによって、実質的に逆止弁７および液ポンプ８の追加だけで、本発明の冷凍システムを構成することができる。
図４は本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。なお、この図４において、図１に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２４】
この関連技術に係る冷凍システムは、車室内の前席と後席とで独立した室温制御が可能な、いわゆるデュアルエアコンのための冷凍システムを示している。
この冷凍システムでは、圧縮機１、凝縮器２および受液器３と、フロント用の膨張弁４Ｆ、電磁弁５Ｆ、蒸発器６Ｆおよび逆止弁７Ｆと、リア用の膨張弁４Ｒ、電磁弁５Ｒ、蒸発器６Ｒおよび逆止弁７Ｒとを備えている。なお、デュアルエアコン用の冷凍システムでは、リア側の回路に設けられている電磁弁５Ｒは、リア側の空調を止めているときにリア側の回路に冷媒が流れないようにするために一般に設けられているので、従来のシステムに対して、この冷凍システムでは、フロント用の電磁弁５Ｆおよび逆止弁７Ｆと、リア用の逆止弁７Ｒとが追加されたものとなっている。
【００２５】
以上の構成の冷凍システムにおいて、フロント側のみの空調を行っているときには、フロント側回路の電磁弁５Ｆを全開、リア側回路の電磁弁５Ｒを全閉にしておく。これにより、フロント側回路のみ冷媒が流れて、フロント側の空調を行うことができる。一方、リア側回路では、電磁弁５Ｒが蒸発器６Ｒへの冷媒の流れ込みを防止し、逆止弁７Ｒが蒸発器６Ｆから出てきた冷媒の蒸発器６Ｒへの逆流防止と、蒸発器６Ｒからの冷媒の回収とを可能にしている。したがって、蒸発器６Ｒ内の冷媒のほとんどがフロント側回路に回収されることになるため、フロント側回路において冷媒が不足することはなくなり、冷媒不足による冷力の低下もない。
【００２６】
リア側の空調も行うときには、リア側回路の電磁弁５Ｒを全開にして、リア側回路にも冷媒を流すようにする。これにより、フロント側およびリア側の双方にて空調を行うことができるようになる。
【００２７】
自動車用空調装置の運転を停止するときには、まず、電磁弁５Ｆ，５Ｒを閉じて膨張弁４Ｆ，４Ｒと蒸発器６Ｆ，６Ｒとの間の冷媒通路を遮断し、圧縮機１によって圧送されてきた冷媒が蒸発器６Ｆ，６Ｒに流入できないようにする。圧縮機１は、これらの電磁弁５Ｆ，５Ｒを閉じてから、所定時間、運転を続けて蒸発器６Ｆ，６Ｒ内の冷媒を回収し、所定時間経過して蒸発器６Ｆ，６Ｒが空になった時点で、圧縮機１の運転を停止する。なお、この場合の冷凍システムにおいても、図２に示した液ポンプ８の追加によって、本発明の冷凍システムを構成できる。
【００２８】
図５は膨張弁と電磁弁と逆止弁とを一体にした集合弁の一例を示す断面図である。なお、この図５において、冷媒通路を遮断する電磁弁として機能している状態と、弁開度が制御される通常の膨張弁として機能している状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の弁閉状態、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態で示している。
【００２９】
この集合弁は、たとえば図１の冷凍システムにおいて、膨張弁４、電磁弁５および逆止弁７の機能を一体に構成したものであって、それらの弁部を収容する本体ブロック１１と、蒸発器６から戻ってきた冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメント１２と、電磁弁機能または膨張弁機能の切り換えを行うソレノイド１３とを備えている。
【００３０】
本体ブロック１１の側部には、受液器３から高温・高圧の液冷媒を受けるポート１４と、この集合弁にて断熱膨張された低温・低圧の冷媒を蒸発器６へ供給するポート１５と、蒸発器６から戻ってきた冷媒を受けるポート１６と、このポート１６で受けた冷媒を圧縮機１へ送るポート１７とが設けられている。
【００３１】
ポート１４からポート１５へ連通する流体通路には、弁座１８が本体ブロック１１と一体に形成されている。その弁座１８をなす弁孔を貫通して、シャフト１９、弁体ガイド２０およびシャフト２１がこの集合弁の長手方向に延びるように同軸上に配置されている。本体ブロック１１に摺動自在に支持されたシャフト１９の上端は、パワーエレメント１２のダイヤフラム２２の下面に配置されたセンターディスク２３に当接している。シャフト２１もその下端がソレノイド１３の鉄芯ケース２４に形成された軸受部２５によって軸線方向に摺動自在に支持されている。弁体ガイド２０は、その両端面がシャフト１９の下端およびシャフト２１の上端に当接している。
【００３２】
弁座１８の上流側には、弁座１８に対向し、かつシャフト１９および弁体ガイド２０をガイドとして接離自在の電磁弁および膨張弁の兼用弁体２６が配置されている。兼用弁体２６は、弁座１８と着座する部分に可撓性のリング状の弁シート２７が設けられている。これにより、弁座１８と兼用弁体２６との間の隙間が高圧の冷媒を絞る可変オリフィスを構成し、冷媒は、この可変オリフィスを通過するときに断熱膨張する。また、ソレノイド１３が非通電時に全閉状態となる電磁弁機能は、全閉時に弁シート２７が兼用弁体２６と弁座１８との間を完全にシールし、冷媒の流れを完全に止めることができるようになる。
【００３３】
兼用弁体２６は、弁体ガイド２０およびシャフト２１をガイドとして軸線方向に進退自在に配置されたソレノイド１３の第１の鉄芯２８に保持されている。この第１の鉄芯２８は、兼用弁体２６を駆動する可動鉄芯として働く。第１の鉄芯２８の下方には、シャフト２１に固着されて固定鉄芯として働く第２の鉄芯２９が配置され、スプリング３０によって上方に付勢されている。このスプリング３０により、シャフト２１は、弁体ガイド２０を介してシャフト１９を常にパワーエレメント１２のセンターディスク２３に当接するように付勢されている。また、第１の鉄芯２８と第２の鉄芯２９との間には、スプリング３１が配置されている。このスプリング３１は、非通電時に、第１の鉄芯２８を第２の鉄芯２９から離れる方向に付勢し、これによって、第１の鉄芯２８に保持された兼用弁体２６の弁シート２７を弁座１８に圧着させて全閉状態を維持できるようにしている。鉄芯ケース２４の外側には、電磁コイル３２が配置され、これを通電することにより第１の鉄芯２８と第２の鉄芯２９とを吸着させ、この結果、兼用弁体２６とシャフト２１とを電磁的に結合させてパワーエレメント１２のダイヤフラム２２の変位を兼用弁体２６に伝達するようにしている。
【００３４】
なお、弁閉時に、兼用弁体２６と弁体ガイド２０との間の隙間を通って冷媒が弁部の下流側に漏れてしまう内部漏れを防ぐために、兼用弁体２６と第１の鉄芯２８との間に形成された空間にＶパッキン３３を配置している。
【００３５】
また、蒸発器６からの冷媒を受けるポート１６と圧縮機１へ冷媒を戻すポート１７との間の冷媒通路に逆止弁３４を配置している。この逆止弁３４は、図示の例では、ポート１６からパワーエレメント１２に冷媒の温度および圧力を感知させるためにダイヤフラム２２の下側の部屋へ連通している空間へ冷媒が流れる冷媒通路の出口側に配置されており、図示はしないが、冷媒通路の内壁によって開閉方向にガイドされる脚部と一体に形成され、かつ、ばね力の弱いスプリングによって弁閉方向に付勢されている。逆止弁３４は、着座する部分に可撓性のリング状の弁シート３５が設けられている。これにより、ソレノイド１３が非通電時で電磁弁機能が全閉状態にあるとき、逆止弁３４は、圧縮機１による蒸発器６からの冷媒の吸い出しを可能にするが、圧縮機１の停止後では、圧縮機１から蒸発器６への冷媒の逆流を防止することができる。
【００３６】
以上の構成の集合弁において、自動車用空調装置を使用するときには、ソレノイド１３は通電状態にされる。これにより、第１の鉄芯２８および第２の鉄芯２９は、互いに吸引されて吸着されるため、兼用弁体２６は、間接的にシャフト２１に固定されることになる。このとき、兼用弁体２６は、第１の鉄芯２８が第２の鉄芯２９の方へ移動するため、弁座１８から離れ、受液器３からポート１４に供給された高温・高圧の冷媒は、兼用弁体２６と弁座１８との間の隙間を通ってポート１５に流れる。このとき、高温・高圧の冷媒は、断熱膨張されて低温・低圧の冷媒となり、ポート１５から蒸発器６に供給される。
【００３７】
蒸発器６では、集合弁から供給された冷媒を車室内の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発した冷媒を集合弁に戻す。集合弁では、蒸発器６から戻ってきた冷媒をポート１６で受け、逆止弁３４を通ってポート１７から圧縮機１に戻される。このとき、集合弁は、蒸発器６から出た冷媒の温度および圧力をパワーエレメント１２のダイヤフラム２２が感知し、冷媒の温度および圧力に応じたダイヤフラム２２の変位をシャフト１９、弁体ガイド２０、シャフト２１および第１および第２の鉄芯２８，２９を介して兼用弁体２６に伝達し、冷媒流量を制御する。
【００３８】
次に、自動車空調装置を停止するときには、まず、ソレノイド１３が非通電状態にされる。このため、第１の鉄芯２８は、スプリング３１によって第２の鉄芯２９から離れる方向に付勢されるため、第１の鉄芯２８に保持されている兼用弁体２６は、弁シート２７を介して弁座１８に着座される。これにより、集合弁は、電磁弁として機能し、内部の冷媒通路が遮断されるため、蒸発器６に冷媒が流れ込むことはない。ソレノイド１３の非通電とともに電動式の液ポンプが蒸発器６内の冷媒を吸い出し、蒸発器６内の冷媒がなくなった時点で停止される。このとき、蒸発器６から吸い出された冷媒は、逆止弁３４によって蒸発器６への逆流が防止され、蒸発器６は冷媒のない状態に維持される。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、蒸発器の入口に電磁弁、蒸発器の出口の逆止弁、蒸発器の底部と逆止弁の下流との間に液ポンプを配置し、冷凍システムの運転終了時に、蒸発器内の冷媒を逆止弁の下流側に回収する構成にした。これにより、車室内に配置されている蒸発器および配管に破損が生じたとしても、車室内に多量の冷媒が流出することはないので、車室内の乗員に対し、冷媒の種類によっては起きる可能性のある発火や酸欠による窒息といった重大な悪影響を及ぼすことを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る冷凍システムのシステム図である。
【図３】 本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。
【図４】 本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。
【図５】 膨張弁と電磁弁と逆止弁とを一体にした集合弁の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 受液器
４，４Ｆ，４Ｒ 膨張弁
５，５Ｆ，５Ｒ 電磁弁
６，６Ｆ，６Ｒ 蒸発器
７，７Ｆ，７Ｒ 逆止弁
８ 液ポンプ
９ 電磁弁付き膨張弁
１１ 本体ブロック
１２ パワーエレメント
１３ ソレノイド
１４，１５，１６，１７ ポート
１８ 弁座
１９ シャフト
２０ 弁体ガイド
２１ シャフト
２２ ダイヤフラム
２３ センターディスク
２４ 鉄芯ケース
２５ 軸受部
２６ 兼用弁体
２７ 弁シート
２８ 第１の鉄芯
２９ 第２の鉄芯
３０ スプリング
３１ スプリング
３２ 電磁コイル
３３ パッキン
３４ 逆止弁
３５ 弁シート
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍システムおよびその運転方法に関し、特に人体に有害なガスを冷媒に使用した自動車用空調装置に用いられる冷凍システムおよびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置に用いられる冷凍システムは、一般に、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、冷凍サイクルを循環する冷媒を一時的に溜めながら凝縮された冷媒を気液に分離する受液器と、液冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させて圧縮機に戻す蒸発器とを備えている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
自動車用空調装置の冷凍サイクルでは、冷媒としてフロンガスが用いられていたが、地球温暖化の観点から地球温暖化係数の小さい冷媒が求められるようになってきた。このような冷媒として、たとえば二酸化炭素、プロパンなどが考えられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４７８９８号公報（段落番号〔００１〕，図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二酸化炭素、プロパンなどを冷媒として使用すると、車室内に設置されている蒸発器または車室内配管が破損するなどして冷媒漏れが発生した場合に、酸欠で窒息したり火災が発生するなど、乗員に重大な悪影響を及ぼす可能性があるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、自動車用空調装置を使用していないときには、たとえ車室内の蒸発器や配管が破損したとしても、車室内に冷媒が漏れ出ることのないような冷凍システムおよびその運転方法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】
本発明では上記問題を解決するために、車室内に配置される蒸発器を備えた冷凍システムにおいて、前記蒸発器の入口に設けられて運転終了時および運転停止時に膨張弁と前記蒸発器との間の冷媒通路を遮断することができる電磁弁と、前記蒸発器の出口に設けられて運転終了時に圧縮機により吸引された冷媒が運転停止時に前記蒸発器へ逆流するのを防止する逆止弁と、前記蒸発器の底部と前記逆止弁の下流との間に配置されて前記蒸発器内に溜まった液冷媒を前記蒸発器から回収できる液ポンプと、を備えていることを特徴とする冷凍システムが提供される。
【０００８】
このような冷凍システムによれば、その運転を終了するときに、蒸発器の入口側を電磁弁で閉じて膨張弁からの冷媒の流入を阻止し、かつ、液ポンプで蒸発器内の冷媒を吸い出す。これにより、蒸発器から冷媒が回収され、回収された冷媒は、逆止弁によって蒸発器へ逆流することはない。したがって、冷凍システムが運転停止されているときには、車室内の蒸発器には冷媒がないので、蒸発器やその配管が破損したとしても冷媒が車室内に漏れ出ることはなく、人体に悪影響を及ぼすこともない。
【０００９】
また、本発明によれば、自動車用空調装置に用いられる冷凍システムの運転方法において、前記自動車用空調装置の運転停止の動作に応動して、蒸発器の入口の冷媒通路を電磁弁で遮断し、前記蒸発器内の底部に溜まった液冷媒を電動式の液ポンプで吸引して前記蒸発器の出口に設けられた逆止弁の下流側に回収し、前記液ポンプの負荷の低下を検知して前記液ポンプを停止することを特徴とする冷凍システムの運転方法が提供される。これにより、自動車用空調装置が運転を停止しているときには、常に、蒸発器は冷媒がない空の状態になっているため、車室内の蒸発器やその配管が破損したとしても冷媒が車室内に漏れ出ることはなく、人体に悪影響を及ぼすこともない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。
この冷凍システムは、循環する冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２と、冷凍サイクル内の冷媒を溜めるとともに凝縮された冷媒を気液に分離する受液器３と、液冷媒を断熱膨張させる膨張弁４と、自動車用空調装置の運転を終了するときおよび運転を停止しているときに流路を遮断する電磁弁５と、車室内に配置されて膨張弁４で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器６と、圧縮機１から蒸発器６への冷媒の逆流を防止する逆止弁７とを備えている。すなわち、従来のシステムに対して、この冷凍システムでは、蒸発器６の入口に電磁弁５を新たに配置し、蒸発器６の出口に逆止弁７を新たに配置している。
【００１２】
このような構成の冷凍システムにおいて、自動車用空調装置を運転しているときには、電磁弁５を全開にしておく。これにより、冷凍サイクル内に電磁弁５および逆止弁７が入っていない従来と同じ構成の冷凍システムとして動作することになる。したがって、圧縮機１で圧縮された冷媒は、凝縮器２で凝縮されて受液器３に入り、受液器３で分離された液冷媒は膨張弁４にて断熱膨張され、電磁弁５を通過して蒸発器６に入る。そして、蒸発器６で蒸発された冷媒は、逆止弁７を通過して圧縮機１に戻される。このとき、蒸発器６では、車室内の空気と熱交換を行うことにより、車室内の空気を冷却する。
【００１３】
次に、自動車用空調装置の運転を終了するときには、まず、電磁弁５を閉じて膨張弁４と蒸発器６との間の冷媒通路を遮断する。これにより、圧縮機１によって圧送されてきた冷媒を蒸発器６に入れないようにする。圧縮機１は、この電磁弁５を閉じてから、所定時間、運転を続けたままにする。これにより、圧縮機１の吸入室の圧力が下がるので、蒸発器６内の冷媒を吸い出すことができる。
【００１４】
圧縮機１を所定時間運転し続けることにより、蒸発器６内の冷媒は、ある程度吸い出されて、蒸発器６の中は空になる。その時点で、圧縮機１の運転を停止する。
【００１５】
圧縮機１の運転を停止することにより、圧縮機１による吸引力がなくなるので、蒸発器６の下流側にある冷媒は、圧力差によって戻ろうとするが、その冷媒の戻りは、逆止弁７によって阻止されているので、蒸発器６まで戻ることができない。これにより、蒸発器６の中を空にすることができる。したがって、蒸発器６やこれに接続されている配管が破損したとしても、冷媒が車室内に漏れ出ることがなくなる。
【００１６】
なお、圧縮機１は、エンジンによって駆動されているので、エンジンキーがオン位置にあってエンジンが動作し続けている間は、自動車用空調装置の運転終了時における冷媒回収動作が可能である。したがって、エンジンキーをオフしたと同時に自動車用空調装置を運転停止する場合には、エンジンキーをオフしてから所定時間エンジン運転を継続させて、運転終了時の冷媒回収動作を行わせる必要がある。
【００１７】
図２は本発明の実施の形態に係る冷凍システムのシステム図である。なお、この図２において、図１に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００１８】
この実施の形態に係る冷凍システムでは、蒸発器６の底部と逆止弁７の下流側との間に電動式の液ポンプ８が配置されている。蒸発器６内では、冷媒が中を通過する間にすべて冷媒が蒸発する訳ではない。蒸発し切れなかった冷媒は、蒸発器６の底部に液冷媒として溜まってしまう。この液ポンプ８は、そのような液冷媒を蒸発器６から回収するものである。
【００１９】
このシステムにおいて、自動車用空調装置を運転しているときには、電磁弁５を全開にして、従来の冷凍システムと同じ動作をさせる。
自動車用空調装置の運転を終了するときには、圧縮機１の運転を継続させながら、電磁弁５を閉じて膨張弁４と蒸発器６との間の冷媒通路を遮断するとともに、液ポンプ８を運転させる。これにより、蒸発器６内のガス冷媒が圧縮機１によって吸い出されるとともに、蒸発器６に溜まっていた液冷媒が液ポンプ８によって吸い出される。蒸発器６に溜まっていた液冷媒が吸い出されると、液ポンプ８は空回りしてその負荷が軽くなる。たとえば液ポンプ８の駆動電流を監視していて、その駆動電流が小さくなると、液冷媒は回収されたと判断して液ポンプ８を停止する。その後、圧縮機１の駆動を続けてガス冷媒の回収を行い、蒸発器６の中が空になった所定時間後に、圧縮機１の運転を停止する。
【００２０】
なお、この第２の実施の形態に係る冷凍システムでは、エンジンキーをオフしたと同時に自動車用空調装置を運転停止する場合には、エンジンキーをオフしてエンジンを停止させると同時に、液ポンプ８だけを運転させ、蒸発器６内の液冷が回収された時点で液ポンプ８を停止させるようにしてもよい。
【００２１】
図３は本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。なお、この図３において、図１に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２２】
この関連技術に係る冷凍システムでは、受液器３と蒸発器６との間に膨張弁４と電磁弁５とを一体に構成した電磁弁付き膨張弁９を備えている。この電磁弁付き膨張弁９は、非通電時において弁部が全閉し、かつ、全閉時に弁部の内部漏れがないような完全シール構造を有するものであって、電磁弁５と同様の機能を有している。電磁弁付き膨張弁９は、また、通電時には、通電電流に応じて弁開度が制御され、膨張弁４と同じ機能を有している。
【００２３】
このような電磁弁付き膨張弁９を用いることによって、実質的に逆止弁７および液ポンプ８の追加だけで、本発明の冷凍システムを構成することができる。
図４は本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。なお、この図４において、図１に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２４】
この関連技術に係る冷凍システムは、車室内の前席と後席とで独立した室温制御が可能な、いわゆるデュアルエアコンのための冷凍システムを示している。
この冷凍システムでは、圧縮機１、凝縮器２および受液器３と、フロント用の膨張弁４Ｆ、電磁弁５Ｆ、蒸発器６Ｆおよび逆止弁７Ｆと、リア用の膨張弁４Ｒ、電磁弁５Ｒ、蒸発器６Ｒおよび逆止弁７Ｒとを備えている。なお、デュアルエアコン用の冷凍システムでは、リア側の回路に設けられている電磁弁５Ｒは、リア側の空調を止めているときにリア側の回路に冷媒が流れないようにするために一般に設けられているので、従来のシステムに対して、この冷凍システムでは、フロント用の電磁弁５Ｆおよび逆止弁７Ｆと、リア用の逆止弁７Ｒとが追加されたものとなっている。
【００２５】
以上の構成の冷凍システムにおいて、フロント側のみの空調を行っているときには、フロント側回路の電磁弁５Ｆを全開、リア側回路の電磁弁５Ｒを全閉にしておく。これにより、フロント側回路のみ冷媒が流れて、フロント側の空調を行うことができる。一方、リア側回路では、電磁弁５Ｒが蒸発器６Ｒへの冷媒の流れ込みを防止し、逆止弁７Ｒが蒸発器６Ｆから出てきた冷媒の蒸発器６Ｒへの逆流防止と、蒸発器６Ｒからの冷媒の回収とを可能にしている。したがって、蒸発器６Ｒ内の冷媒のほとんどがフロント側回路に回収されることになるため、フロント側回路において冷媒が不足することはなくなり、冷媒不足による冷力の低下もない。
【００２６】
リア側の空調も行うときには、リア側回路の電磁弁５Ｒを全開にして、リア側回路にも冷媒を流すようにする。これにより、フロント側およびリア側の双方にて空調を行うことができるようになる。
【００２７】
自動車用空調装置の運転を停止するときには、まず、電磁弁５Ｆ，５Ｒを閉じて膨張弁４Ｆ，４Ｒと蒸発器６Ｆ，６Ｒとの間の冷媒通路を遮断し、圧縮機１によって圧送されてきた冷媒が蒸発器６Ｆ，６Ｒに流入できないようにする。圧縮機１は、これらの電磁弁５Ｆ，５Ｒを閉じてから、所定時間、運転を続けて蒸発器６Ｆ，６Ｒ内の冷媒を回収し、所定時間経過して蒸発器６Ｆ，６Ｒが空になった時点で、圧縮機１の運転を停止する。なお、この場合の冷凍システムにおいても、図２に示した液ポンプ８の追加によって、本発明の冷凍システムを構成できる。
【００２８】
図５は膨張弁と電磁弁と逆止弁とを一体にした集合弁の一例を示す断面図である。なお、この図５において、冷媒通路を遮断する電磁弁として機能している状態と、弁開度が制御される通常の膨張弁として機能している状態とを同時に示すために、弁体およびソレノイドの可動部については、図の中心より右側が非通電時の弁閉状態、左側は通電時に膨張弁として機能しているときの状態で示している。
【００２９】
この集合弁は、たとえば図１の冷凍システムにおいて、膨張弁４、電磁弁５および逆止弁７の機能を一体に構成したものであって、それらの弁部を収容する本体ブロック１１と、蒸発器６から戻ってきた冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメント１２と、電磁弁機能または膨張弁機能の切り換えを行うソレノイド１３とを備えている。
【００３０】
本体ブロック１１の側部には、受液器３から高温・高圧の液冷媒を受けるポート１４と、この集合弁にて断熱膨張された低温・低圧の冷媒を蒸発器６へ供給するポート１５と、蒸発器６から戻ってきた冷媒を受けるポート１６と、このポート１６で受けた冷媒を圧縮機１へ送るポート１７とが設けられている。
【００３１】
ポート１４からポート１５へ連通する流体通路には、弁座１８が本体ブロック１１と一体に形成されている。その弁座１８をなす弁孔を貫通して、シャフト１９、弁体ガイド２０およびシャフト２１がこの集合弁の長手方向に延びるように同軸上に配置されている。本体ブロック１１に摺動自在に支持されたシャフト１９の上端は、パワーエレメント１２のダイヤフラム２２の下面に配置されたセンターディスク２３に当接している。シャフト２１もその下端がソレノイド１３の鉄芯ケース２４に形成された軸受部２５によって軸線方向に摺動自在に支持されている。弁体ガイド２０は、その両端面がシャフト１９の下端およびシャフト２１の上端に当接している。
【００３２】
弁座１８の上流側には、弁座１８に対向し、かつシャフト１９および弁体ガイド２０をガイドとして接離自在の電磁弁および膨張弁の兼用弁体２６が配置されている。兼用弁体２６は、弁座１８と着座する部分に可撓性のリング状の弁シート２７が設けられている。これにより、弁座１８と兼用弁体２６との間の隙間が高圧の冷媒を絞る可変オリフィスを構成し、冷媒は、この可変オリフィスを通過するときに断熱膨張する。また、ソレノイド１３が非通電時に全閉状態となる電磁弁機能は、全閉時に弁シート２７が兼用弁体２６と弁座１８との間を完全にシールし、冷媒の流れを完全に止めることができるようになる。
【００３３】
兼用弁体２６は、弁体ガイド２０およびシャフト２１をガイドとして軸線方向に進退自在に配置されたソレノイド１３の第１の鉄芯２８に保持されている。この第１の鉄芯２８は、兼用弁体２６を駆動する可動鉄芯として働く。第１の鉄芯２８の下方には、シャフト２１に固着されて固定鉄芯として働く第２の鉄芯２９が配置され、スプリング３０によって上方に付勢されている。このスプリング３０により、シャフト２１は、弁体ガイド２０を介してシャフト１９を常にパワーエレメント１２のセンターディスク２３に当接するように付勢されている。また、第１の鉄芯２８と第２の鉄芯２９との間には、スプリング３１が配置されている。このスプリング３１は、非通電時に、第１の鉄芯２８を第２の鉄芯２９から離れる方向に付勢し、これによって、第１の鉄芯２８に保持された兼用弁体２６の弁シート２７を弁座１８に圧着させて全閉状態を維持できるようにしている。鉄芯ケース２４の外側には、電磁コイル３２が配置され、これを通電することにより第１の鉄芯２８と第２の鉄芯２９とを吸着させ、この結果、兼用弁体２６とシャフト２１とを電磁的に結合させてパワーエレメント１２のダイヤフラム２２の変位を兼用弁体２６に伝達するようにしている。
【００３４】
なお、弁閉時に、兼用弁体２６と弁体ガイド２０との間の隙間を通って冷媒が弁部の下流側に漏れてしまう内部漏れを防ぐために、兼用弁体２６と第１の鉄芯２８との間に形成された空間にＶパッキン３３を配置している。
【００３５】
また、蒸発器６からの冷媒を受けるポート１６と圧縮機１へ冷媒を戻すポート１７との間の冷媒通路に逆止弁３４を配置している。この逆止弁３４は、図示の例では、ポート１６からパワーエレメント１２に冷媒の温度および圧力を感知させるためにダイヤフラム２２の下側の部屋へ連通している空間へ冷媒が流れる冷媒通路の出口側に配置されており、図示はしないが、冷媒通路の内壁によって開閉方向にガイドされる脚部と一体に形成され、かつ、ばね力の弱いスプリングによって弁閉方向に付勢されている。逆止弁３４は、着座する部分に可撓性のリング状の弁シート３５が設けられている。これにより、ソレノイド１３が非通電時で電磁弁機能が全閉状態にあるとき、逆止弁３４は、圧縮機１による蒸発器６からの冷媒の吸い出しを可能にするが、圧縮機１の停止後では、圧縮機１から蒸発器６への冷媒の逆流を防止することができる。
【００３６】
以上の構成の集合弁において、自動車用空調装置を使用するときには、ソレノイド１３は通電状態にされる。これにより、第１の鉄芯２８および第２の鉄芯２９は、互いに吸引されて吸着されるため、兼用弁体２６は、間接的にシャフト２１に固定されることになる。このとき、兼用弁体２６は、第１の鉄芯２８が第２の鉄芯２９の方へ移動するため、弁座１８から離れ、受液器３からポート１４に供給された高温・高圧の冷媒は、兼用弁体２６と弁座１８との間の隙間を通ってポート１５に流れる。このとき、高温・高圧の冷媒は、断熱膨張されて低温・低圧の冷媒となり、ポート１５から蒸発器６に供給される。
【００３７】
蒸発器６では、集合弁から供給された冷媒を車室内の空気と熱交換を行うことにより蒸発させ、蒸発した冷媒を集合弁に戻す。集合弁では、蒸発器６から戻ってきた冷媒をポート１６で受け、逆止弁３４を通ってポート１７から圧縮機１に戻される。このとき、集合弁は、蒸発器６から出た冷媒の温度および圧力をパワーエレメント１２のダイヤフラム２２が感知し、冷媒の温度および圧力に応じたダイヤフラム２２の変位をシャフト１９、弁体ガイド２０、シャフト２１および第１および第２の鉄芯２８，２９を介して兼用弁体２６に伝達し、冷媒流量を制御する。
【００３８】
次に、自動車空調装置を停止するときには、まず、ソレノイド１３が非通電状態にされる。このため、第１の鉄芯２８は、スプリング３１によって第２の鉄芯２９から離れる方向に付勢されるため、第１の鉄芯２８に保持されている兼用弁体２６は、弁シート２７を介して弁座１８に着座される。これにより、集合弁は、電磁弁として機能し、内部の冷媒通路が遮断されるため、蒸発器６に冷媒が流れ込むことはない。ソレノイド１３の非通電とともに電動式の液ポンプが蒸発器６内の冷媒を吸い出し、蒸発器６内の冷媒がなくなった時点で停止される。このとき、蒸発器６から吸い出された冷媒は、逆止弁３４によって蒸発器６への逆流が防止され、蒸発器６は冷媒のない状態に維持される。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、蒸発器の入口に電磁弁、蒸発器の出口の逆止弁、蒸発器の底部と逆止弁の下流との間に液ポンプを配置し、冷凍システムの運転終了時に、蒸発器内の冷媒を逆止弁の下流側に回収する構成にした。これにより、車室内に配置されている蒸発器および配管に破損が生じたとしても、車室内に多量の冷媒が流出することはないので、車室内の乗員に対し、冷媒の種類によっては起きる可能性のある発火や酸欠による窒息といった重大な悪影響を及ぼすことを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る冷凍システムのシステム図である。
【図３】 本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。
【図４】 本発明の関連技術に係る冷凍システムのシステム図である。
【図５】 膨張弁と電磁弁と逆止弁とを一体にした集合弁の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 受液器
４，４Ｆ，４Ｒ 膨張弁
５，５Ｆ，５Ｒ 電磁弁
６，６Ｆ，６Ｒ 蒸発器
７，７Ｆ，７Ｒ 逆止弁
８ 液ポンプ
９ 電磁弁付き膨張弁
１１ 本体ブロック
１２ パワーエレメント
１３ ソレノイド
１４，１５，１６，１７ ポート
１８ 弁座
１９ シャフト
２０ 弁体ガイド
２１ シャフト
２２ ダイヤフラム
２３ センターディスク
２４ 鉄芯ケース
２５ 軸受部
２６ 兼用弁体
２７ 弁シート
２８ 第１の鉄芯
２９ 第２の鉄芯
３０ スプリング
３１ スプリング
３２ 電磁コイル
３３ パッキン
３４ 逆止弁
３５ 弁シート
Claims (2)
- 車室内に配置される蒸発器を備えた冷凍システムにおいて、
前記蒸発器の入口に設けられて運転終了時および運転停止時に膨張弁と前記蒸発器との間の冷媒通路を遮断することができる電磁弁と、
前記蒸発器の出口に設けられて運転終了時に圧縮機により吸引された冷媒が運転停止時に前記蒸発器へ逆流するのを防止する逆止弁と、
前記蒸発器の底部と前記逆止弁の下流との間に配置されて前記蒸発器内に溜まった液冷媒を前記蒸発器から回収できる液ポンプと、
を備えていることを特徴とする冷凍システム。 - 自動車用空調装置に用いられる冷凍システムの運転方法において、
前記自動車用空調装置の運転停止の動作に応動して、蒸発器の入口の冷媒通路を電磁弁で遮断し、前記蒸発器内の底部に溜まった液冷媒を電動式の液ポンプで吸引して前記蒸発器の出口に設けられた逆止弁の下流側に回収し、前記液ポンプの負荷の低下を検知して前記液ポンプを停止することを特徴とする冷凍システムの運転方法。
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