JP4597404B2

JP4597404B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP4597404B2
Application number: JP2001064807A
Authority: JP
Inventors: 洋一宮崎; 伸二渡辺; 浩濱本
Original assignee: Japan Climate Systems Corp
Current assignee: Japan Climate Systems Corp
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP2002267282A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを備えた車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルを備えた車両用空調装置では、コンプレッサから吐出した冷媒を車外側熱交換器から減圧手段を介して車内側熱交換器に流入させた後、コンプレッサに戻って循環させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記車両用空調装置では、減圧手段に固定オリフィスを使用している場合、スーパーヒート量を制御できないため、コンプレッサに冷媒が液相のままで流入しないようにアキュムレータが必須である。また、アキュムレータを廃止するために、減圧手段に温度膨張弁を使用する場合、コンプレッサに冷媒が液相のままで流入しないようにすると、車内側熱交換器内にスーパーヒート領域ができ、通過する空気を均一に冷却することが困難となる。
【０００４】
なお、戻し流量調整手段により、コンプレッサから吐出された冷媒に含まれるオイルをコンプレッサに還流させるようにした車両用空調装置が特開平１−２６２２１６号公報に開示されているが、前記戻し流量調整手段はオイルの還流量を調整する機能しか持ち合わせていない。
【０００５】
そこで、本発明は、アキュムレータのない簡単かつ安価な構成であっても、冷媒を確実にスーパーヒート状態としてコンプレッサに戻すことのできる車両用空調装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
コンプレッサから吐出された冷媒を、車外側熱交換器で凝縮させ、減圧手段で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、コンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記コンプレッサから吐出された冷媒からオイルを分離するオイルセパレータを設け、該オイルセパレータで分離したオイルを前記コンプレッサに戻すオイルリターン管を、前記車内側熱交換器とコンプレッサとを結ぶ入口側配管の途中に接続することにより、車内側熱交換器からの冷媒を完全に気化させるようにし、
前記入口側配管の途中に、冷媒のスーパーヒート量を検出するスーパーヒート量検出手段を設けると共に、前記オイルリターン管の途中に制御弁を設け、前記スーパーヒート量検出手段での検出結果に基づいて、所望のスーパーヒート量が得られるように、前記制御弁の開度を調整するようにしたものである。
【０００７】
この構成により、アキュムレータを必要とすることなく、還流させた高温のオイルにより、液相冷媒を確実に気化させた状態でコンプレッサに戻すことができる。また、コンプレッサに流入する気化した冷媒のスーパーヒート量を調整することができるので、コンプレッサを高速で運転する場合等に、高いサイクル効率が得られるように、減圧手段により冷媒を減圧しても、吐出する冷媒温度が上昇し過ぎることを防止できる。
【００１０】
前記減圧手段を第２の制御弁で構成し、
前記スーパーヒート量検出手段で検出されるスーパーヒート量に基づいて前記第２の制御弁の開度を調整することにより、車内側熱交換器でのスーパーヒート量を０とすると、車内側熱交換器を通過する空気の温度分布が不均一となることを防止可能な点で好ましい。
【００１１】
前記減圧手段を第２の制御弁で構成し、
前記車内側熱交換器の入口近傍に、冷媒のサブクール量を検出するサブクール量検出手段を設け、
該サブクール量検出手段で検出されるサブクール量に基づいて前記第２の制御弁の開度を調整することにより、前記第２の制御弁を通過する冷媒のサブクール量を制御してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを示す。この冷凍サイクルでは、コンプレッサ１から吐出された冷媒が、オイルセパレータ２、車外側熱交換器であるコンデンサ３、減圧手段であるオリフィス４、及び、車内側熱交換器であるエバポレータ５を介してコンプレッサ１に戻って循環する。
【００１４】
コンプレッサ１は、図示しないエンジンの動力を利用して所定回転数で駆動する。
【００１５】
オイルセパレータ２は、コンプレッサ１から吐出された冷媒中に含まれるオイルを分離し、オイルリターン管６を介してコンプレッサ１に還流させる。オイルリターン管６は、エバポレータ５とコンプレッサ１とを結ぶ入口側配管７の途中に接続され、コンプレッサ１で高温・高圧となったオイルを、コンプレッサ１に流入する冷媒と混合することにより、その液体を完全に気化し、さらにスーパーヒート状態とする。
【００１６】
コンデンサ３は、車両前方部に配設され、冷媒を凝縮させるのに適した従来周知の構造である。
【００１７】
オリフィス４には、開度を一定とした固定オリフィスを使用している。
【００１８】
エバポレータ５は、車内前方部の空調ユニット（図示せず）内に配設され、この空調ユニット内を通過する空気を冷却・除湿する従来周知の構造である。
【００１９】
次に、前記冷凍サイクルの動作を説明する。
【００２０】
コンプレッサ１を駆動すると、冷媒が高温・高圧状態となってオイルセパレータ２に流入する。オイルセパレータ２では、冷媒中に含まれるオイルを分離する。分離されたオイルは、オイルリターン管６を介してコンプレッサ１の入口側配管７に戻される。冷媒は、コンデンサ３で凝縮され、オリフィス４で気化しやすい状態とされた後、エバポレータ５に流入する。エバポレータ５では、冷媒が気化して外部を通過する空気から吸熱する。この場合、エバポレータ５の外部を通過する空気の温度や冷媒流量等の条件の違いにより、エバポレータ５から流出する液体冷媒量が変動する。しかし、前記入口側配管７の途中にはオイルリターン管６が接続され、高温・高圧のオイルを還流させている。そして、オイルセパレータ２から還流させるオイル量は、前記条件の違いに拘わらず、液体冷媒を完全に気化させるのに十分な値となっている。したがって、液体冷媒がコンプレッサ１に流入することがなくなり、異常停止等の不具合の発生を防止することができる。
【００２１】
このように、前記冷凍サイクルによれば、アキュムレータ等の冷媒の気液を分離する装置を必要とすることなく、しかも既存のオイルセパレータ２のオイルリターン管６の接続場所に僅かに変更を加えただけで、冷媒を確実に気化させた状態でコンプレッサ１に流入させることができ、簡単かつ安価な構成とすることが可能となる。また、気液分離装置が不要なため、冷凍サイクルに余分な冷媒を必要とせず、冷凍サイクル内の冷媒量を抑制することが可能である。
【００２２】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る冷凍サイクルを示す。この冷凍サイクルは、前記第１実施形態とは、前記入口側配管７のうち、オイルリターン管６の接続部分とコンプレッサ１の入口との間に、感温筒等の冷媒のスーパーヒート量を検出可能なスーパーヒート量検出手段８を設けると共に、検出されたスーパーヒート量に基づいて開度を変更される制御弁９をオイルリターン管６の途中に設けるようにした点で相違する。
【００２３】
これによれば、スーパーヒート量検出手段８で検出されるスーパーヒート量に基づいて必要量のオイルを還流させることができる。つまり、コンプレッサ１に流入する冷媒のスーパーヒート量を制御することが可能となり、コンプレッサ１が高速で回転したとしても、吐出される冷媒温度が高温となり過ぎないように調整することができる。また、冷凍サイクルで高いサイクル効率が得られるようにオリフィス４の開度を決定しても、前記構成によりコンプレッサ１に流入する冷媒のスーパーヒート量を制御できるので、吐出される冷媒温度が高温となり過ぎる等の不具合を発生させることもない。
【００２４】
（第３実施形態）
図３は、第３実施形態に係る冷凍サイクルを示す。この冷凍サイクルは、前記第１実施形態とは、減圧手段に前記オリフィス４に代えて温度膨張弁１０を採用し、前記入口側配管７の途中に感温筒等のスーパーヒート量検出手段８を設け、検出されるスーパーヒート量に基づいて前記温度膨張弁１０の開度を制御している点で相違する。なお、スーパーヒート量検出手段８を設ける位置は、入口側配管７の途中であれば、図３中実線で示すように、オイルリターン管６の接続部分からエバポレータ側であってもよいし、図３中２点鎖線で示すように、コンプレッサ側であってもよい。
【００２５】
ここでは、スーパーヒート量検出手段８で検出されるスーパーヒート量に基づいて、エバポレータ５内のスーパーヒート量が０となるように、温度膨張弁１０の開度を調整する。例えば、スーパーヒート量検出手段８をオイルリターン管６の接続部分からエバポレータ５側に設ける場合、検出されるスーパーヒート量が０となるように、温度膨張弁１０の開度を大きくすればよい。また、スーパーヒート量検出手段８をオイルリターン管６の接続部分からコンプレッサ１側に設ける場合、検出されるスーパーヒート量が常に一定となるように、温度膨張弁１０の開度を調整すればよい。これにより、エバポレータ５内で冷媒がスーパーヒート状態となることを阻止し、エバポレータ５の空気通過場所の違いによる冷房能力のばらつきを抑えることが可能となる。
【００２６】
（第４実施形態）
図４は、第４実施形態に係る冷凍サイクルを示す。この冷凍サイクルは、前記第１実施形態とは、減圧手段をオリフィス４に代えて温度膨張弁１０を採用し、そのコンデンサ３側の配管に感温筒等のサブクール量検出手段１１を設け、検出されるサブクール量に基づいて前記温度膨張弁１０の開度を制御している点で相違する。
【００２７】
これによれば、サブクール量検出手段１１で検出されるサブクール量に基づいて、冷凍サイクルのサイクル効率ＣＯＰ（エバポレータ５の冷房能力／コンプレッサ１の動力）が最大となるように、温度膨張弁１０の開度を調整することができる。そして、この第４実施形態に係る構成は、図４中２点鎖線で示すように、前記第２実施形態に係る構成と組み合わせることにより、サイクル効率を最大としつつ、コンプレッサ１が異常停止したり、コンプレッサ１から吐出される冷媒温度が上昇し過ぎる等の不具合を発生させることもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、コンプレッサから吐出した冷媒中のオイルにより車内側熱交換器からの冷媒を確実にスーパーヒート状態とすることができるので、アキュムレータが不要となり、その分構成が簡単で安価に製作することができる。このため、冷凍サイクルに必要とされる冷媒量を抑制することが可能となる。
【００２９】
特に、制御弁によりオイルの還流量を調整するので、コンプレッサから吐出する冷媒温度に拘わらず、スーパーヒート量をサイクル効率が高くなるように設定することができる。
【００３０】
また、減圧手段により車内側熱交換器内でのスーパーヒート量を０とするので、通過する空気の加熱にばらつきが発生することを防止でき、適切な車内空調が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る冷凍サイクルの概略図である。
【図２】第２実施形態に係る冷凍サイクルの概略図である。
【図３】第３実施形態に係る冷凍サイクルの概略図である。
【図４】第４実施形態に係る冷凍サイクルの概略図である。
【符号の説明】
１…コンプレッサ
２…オイルセパレータ
３…コンデンサ
４…オリフィス
５…エバポレータ
６…オイルリターン管
７…入口側配管
８…スーパーヒート量検出手段
９…制御弁
１０…温度膨張弁
１１…サブクール量検出手段

Claims

コンプレッサから吐出された冷媒を、車外側熱交換器で凝縮させ、減圧手段で減圧し、車内側熱交換器で気化させた後、コンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記コンプレッサから吐出された冷媒からオイルを分離するオイルセパレータを設け、該オイルセパレータで分離したオイルを前記コンプレッサに戻すオイルリターン管を、前記車内側熱交換器とコンプレッサとを結ぶ入口側配管の途中に接続することにより、車内側熱交換器からの冷媒を完全に気化させるようにし、
前記入口側配管の途中に、冷媒のスーパーヒート量を検出するスーパーヒート量検出手段を設けると共に、前記オイルリターン管の途中に制御弁を設け、前記スーパーヒート量検出手段での検出結果に基づいて、所望のスーパーヒート量が得られるように、前記制御弁の開度を調整することを特徴とする車両用空調装置。
前記減圧手段を第２の制御弁で構成し、
前記スーパーヒート量検出手段で検出されるスーパーヒート量に基づいて前記第２の制御弁の開度を調整することにより、車内側熱交換器でのスーパーヒート量を０とすることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記減圧手段を第２の制御弁で構成し、
前記車内側熱交換器の入口近傍に、冷媒のサブクール量を検出するサブクール量検出手段を設け、
該サブクール量検出手段で検出されるサブクール量に基づいて前記第２の制御弁の開度を調整することにより、前記第２の制御弁を通過する冷媒のサブクール量を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。