JP5631685B2

JP5631685B2 - エンジン駆動式空調機

Info

Publication number: JP5631685B2
Application number: JP2010227668A
Authority: JP
Inventors: 秀喜金井; 定徳保田; 弘樹成安; 一就野田; 昭宏長尾
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: JP2012082993A

Description

本発明は、アキュームレータを有するエンジン駆動式空調機に関するものである。

一般に、空調機は、圧縮機の吸入ラインにアキュームレータを設け、このアキュームレータによって圧縮機へ吸入される冷媒から液冷媒を分離し、圧縮機で液圧縮しないようになされた構成のものが知られている。

さらに、圧縮機の吸入ラインにアキュームレータを有するエンジン駆動式空調機において、アキュームレータの内部にエンジン冷却水が通過する熱交換器が設けられ、この熱交換器によってアキュームレータ内の液冷媒とエンジン冷却水との間の熱交換を行うように構成されたものもある（例えば、特許文献１参照）。

特許第３１３４９５７号公報

しかし、上記従来のエンジン駆動式空調機は、エンジン冷却水をアキュームレータ内に引き込む構成であり、一定液面以上の液冷媒全量とエンジン冷却水とを熱交換させる構成であるため、熱交換を行う液冷媒量を調整できる構成ではない。

また、上記従来のアキュームレータは、アキュームレータ内部の吸入ラインの下方部にオリフィス孔を有するだけでアキュームレータからの液冷媒の排出量の調整が困難であった。

本発明は係る実情に鑑みてなされたものであって、アキュームレータからの液冷媒の排出量を調整してエンジン冷却水と熱交換する液冷媒量も調整できるエンジン駆動式空調機の構成を開示することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明のエンジン駆動式空調機は、圧縮機の吸入ラインにアキュームレータを設け、アキュームレータ内の液冷媒とエンジン冷却水とを熱交換させるエンジン駆動式空調機において、前記アキュームレータ内部の吸入ラインのオリフィス孔よりも下方部に前記アキュームレータからの冷媒取出し口を設け、前記冷媒取出し口と前記アキュームレータから前記圧縮機への吸入ラインとを接続する熱交換ラインを設け、前記熱交換ラインで前記冷媒取出し口の下流に電動膨張弁を設け、前記熱交換ラインで前記電動膨張弁の下流にエンジン冷却水との熱交換器を設け、前記アキュームレータから前記圧縮機への吸入ラインであって前記熱交換ラインの接続後の過熱度に基づいて前記電動膨張弁の開度を調整するものである。

また、上記課題を解決するための本発明は、上記エンジン駆動式空調機おいて、エンジン冷却水回路のエンジンの下流に第１サーモスタットを設け、前記第１サーモスタットの下流に第２サーモスタットを設け、前記第１サーモスタットをエンジン冷却水温が第１所定温度よりも高温ならばラジエータ側へ開口させ、エンジン冷却水温が第１所定温度よりも低温ならば第２サーモスタット側へ開口させ、前記第２サーモスタットをエンジン冷却水温が第１所定温度よりも低温の第２所定温度よりも高温ならば前記熱交換器側へ開口させ、エンジン冷却水温が第１所定温度よりも低温の第２所定温度よりも低温ならばエンジン冷却水ポンプの吸入ライン側へ開口させ、前記ラジエータの下流および前記熱交換器の下流を前記エンジン冷却水ポンプの吸入ラインへ接続するものである。また、上記エンジン駆動式空調機において、エンジン冷却水回路の前記熱交換器の下流で前記エンジン冷却水ポンプの吸入ラインへの接続部上流に冷媒回路のレシーバからの液冷媒と熱交換を行うサブエバポレータを設けたものである。さらに、上記エンジン駆動式空調機において、前記サブエバポレータから前記アキュームレータへの吸入ラインと前記アキュームレータの底部を接続する液冷媒排出ラインを設けたものである。

以上述べたように、請求項１記載の本発明によると、エンジン冷却水と熱交換を行うアキュームレータ内の液冷媒量と圧縮機への液バック量を調整できる。

請求項２記載の本発明によると、アキュームレータ内のガス冷媒圧とアキュームレータから圧縮機への吸入ラインのガス冷媒圧との均衡が図れる。

請求項３記載の本発明によると、エンジンのオーバーヒートを防止しながらエンジン冷却水とアキュームレータ内の液冷媒との熱交換が可能となる。

請求項４記載の本発明によると、エンジン冷却水と液冷媒の熱交換に当って吸入ラインの圧縮機に近い側から熱交換を行うため、圧縮機への液バック防止性能が向上する。

請求項５記載の本発明によると、アキュームレータ内の液冷媒をエンジン冷却水との熱交換によって過熱度の大きいガス冷媒で蒸発させることが可能となる。

本発明に係るエンジン駆動式空調機の要部の構成を示す冷媒回路図である。本発明に係るエンジン駆動式空調機のアキュームレータの構成を示す概略断面図である。本発明に係るエンジン駆動式空調機のエンジン冷却水の冷却回路図である。本発明に係るエンジン駆動式空調機の他の実施の形態のアキュームレータの構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１はエンジン駆動式空調機の冷媒回路の要部の構成を示し、図２は同エンジン駆動式空調機のアキュームレータ２の構成の概略を示し、図３は同エンジン駆動式空調機のエンジン冷却水の冷却回路図を示している。

このエンジン駆動式空調機は、圧縮機１ａ、１ｂの吸入ライン１１にアキュームレータ２を設け、アキュームレータ２内部の吸入ライン１１のオリフィス孔１０よりも下方部に冷媒取出し口３０を設け、冷媒取出し口３０とアキュームレータ２から圧縮機１ａ、１ｂへの吸入ライン１１とを接続する熱交換ライン３を設け、冷媒取出し口３０の下流側の熱交換ライン３に電動膨張弁４を設け、電動膨張弁４の下流側にエンジン冷却水との熱交換器５を設けて構成さており、吸入ライン１１の過熱度に基づいて電動膨張弁４の開度を調整するようになされている。

エンジン駆動式空調機は、圧縮機１ａ、１ｂで圧縮した冷媒を、当該圧縮機１ａ、１ｂからの吐出ライン１２を介してオイルセパレータ１３に導入し、冷媒とオイルに分離するようになされている。

このうち、冷媒は、暖房運転の場合、四方弁１４を介して室内熱交換器（図示省略）で放熱して凝縮液化した後、各種冷媒経路を経て最後は、電子膨張弁（図示省略）を経て室外熱交換器１５ａ、１５ｂで蒸発気化した後、四方弁１４をから冷媒の戻りライン１６を通ってアキュームレータ２に入り、このアキュームレータ２から吸入ライン１１を通って再度圧縮機１ａ、１ｂへと吸引される。また、冷房運転の場合、冷媒は、四方弁１４を介して室外熱交換器１５ａ、１５ｂで放熱して凝縮液化した後、各種冷媒経路を経て最後は、電子膨張弁（図示省略）を経て室内熱交換器（図示省略）で蒸発気化した後、四方弁１４から冷媒の戻りライン１６を通ってアキュームレータ２に入り、このアキュームレータ２から吸入ライン１１を通って再度圧縮機１ａ、１ｂへと吸引される。一方の圧縮機１ｂは、吐出直後の位置に逆止弁１０が設けられており、一方の圧縮機１ａのみの運転を行った場合に、休止している他方の圧縮機１ｂへと冷媒が逆流しないようになされている。

オイルは圧縮機１ａ、１ｂへと返送される経路に、圧縮機１ａ、１ｂの上流側から順にキャピラリ１７ａ、１７ｂ、圧力センサＰＨａ、ＰＨｂ、開閉弁１８ａ、１８ｂが設けられている。

アキュームレータ２へは、室外熱交換器１５ａ、１５ｂまたは室内熱交換器（図示省略）で蒸発気化した冷媒以外に、エンジン６の廃熱により過熱されたサブエバポレータ６１からの冷媒も導入される。このアキュームレータ２は、冷媒を収納可能な密封容器で構成されており、その天面２ａには冷媒の戻りライン１６が接続されている。また、アキュームレータ２の底面２ｂからは、圧縮機１ａ、１ｂの吸入ライン１１が導入されており、この吸入ライン１１の吸入口１１ａは、アキュームレータ２の天面２ａ近くで開口し、このアキュームレータ２内のガス冷媒のみを吸入ライン１１へと吸入するようになされている。また、吸入ライン１１は、アキュームレータ２内の下方位置にオリフィス孔１０が設けられている。

このオリフィス孔１０からは、オイルセパレータ１３で分離されずに冷媒経路を通過して来てアキュームレータ２内の下方に溜まったオイルが吸入されて圧縮機１ａ、１ｂへと吸引される。また、アキュームレータ２内に溜まった液冷媒も、このオリフィス孔１０から吸入ライン１１を介して圧縮機１ａ、１ｂへと吸引される。この際、吸入ライン１１のガス冷媒の過熱度が大きすぎる場合は、オリフィス孔１０から吸入ライン１１へと入る液冷媒によって過熱度が調整されるが、オリフィス孔１０から吸入ライン１１へと入る液冷媒が過剰となると、圧縮機１ａ、１ｂへの液バックを生じることとなってしまう。したがって、このオリフィス孔１０は、吸入ライン１１を通過する冷媒に影響を与えない小口径化したものが用いられている。

このオリフィス孔１０よりも下方のアキュームレータ２の底面２ｂには、冷媒取出口３０が設けられている。この冷媒取出口３０からは、熱交換ライン３が設けられている。この熱交換ライン３は、アキュームレータ２から導出されて圧縮機１ａ、１ｂへと向かう吸入ライン１１の途中と、冷媒取出口３０との間に接続されている。この熱交換ライン３は、冷媒取出口３０の下流側に電動膨張弁４が設けられ、この電動膨張弁４の下流側にエンジン冷却水との熱交換器５が設けられている。

また、熱交換器５によって熱交換ライン３を通過する冷媒を加熱することができるように構成しているので、この熱交換ライン３から合流して吸入ライン１１を通過する冷媒の過熱度が、アキュームレータ２内のガス冷媒の過熱度よりも大きくなってしまうことが懸念される。このような場合、熱交換ライン３の冷媒は、吸入ライン１１から圧縮機１ａ、１ｂ側へと流れずに、アキュームレータ２内へと逆流してしまうことになるので、アキュームレータ２は、天面２ａと、吸入ライン１１との間に、両者間を連通する均圧管２０が設けられている。

この熱交換ライン３を通過する冷媒の過熱度は、電動膨張弁４の開閉制御によって行われる。この電動膨張弁４の開閉制御は、熱交換ライン３の合流部より下流側の吸入ライン１１に設けた温度センサＴＳから得られる温度測定値と、アキュームータ２へ戻る冷媒の戻りライン１６に設けられた圧力センサＰＬの圧力測定値とから決定される。すなわち、圧力センサＰＬの圧力測定値から冷媒飽和蒸気温度を算出し、この算出温度よりも実際に温度センサＴＳから測定される冷媒の温度測定値が所定温度以上となるように電動膨張弁４の開閉具合を決定する。

次に、このエンジン駆動式空調機におけるアキュームレータ２の働きについて説明する。

圧縮機１ａ、１ｂから冷媒経路を経て冷媒の戻りライン１６からアキュームレータ２へと回収された冷媒は、吸入ライン１１を介して再度圧縮機１ａ、１ｂへと供給され、順次冷媒の循環を繰り返す。

ここで、アキュームレータ２に回収されたガス冷媒は、吸入ライン１１の吸入口１１ａから、吸入ライン１１に吸引される。また、アキュームレータ２に溜まった液冷媒は、吸入ライン１１のオリフィス孔１０から吸入ライン１１へと入る。しかし、このオリフィス孔１０は、小口径に形成しており、しかも、このオリフィス孔１０よりも下方に冷媒取入口３０を設けているので、アキュームレータ２内の液冷媒は、主に冷媒取入口３０から吐出されて熱交換ライン３を通過する。

この熱交換ライン３では、電動膨張弁４の開度を制御することによって通過する液冷媒の量が制御され、液冷媒は、熱交換器５で加熱された後、吸入ライン１１を通過するガス冷媒と合流する。この際、アキュームレータ２と吸入ライン１１との間に均圧管２０を設けているので、熱交換ライン３からの冷媒は、スムーズに吸入ライン１１に合流することとなる。また、電動膨張弁４の開度の制御は、熱交換ライン３の合流部より下流側の吸入ライン１１に設けた温度センサＴＳから得られる温度測定値が、冷媒の戻りライン１６に設けた圧力センサＰＬから演算される冷媒飽和蒸気温度よりも所定温度以上となるように行われる。

これにより、圧縮機１ａ、１ｂに吸入される前の吸入ライン１１を通過する冷媒は、所定の過熱度が得られるので、液冷媒のまま圧縮機１ａ、１ｂに吸入されるといった液バックを防止することができる。

なお、電動膨張弁４は、エンジン駆動式空調機の停止時は、閉じられており、起動後に上記開度制御が行われる。

図３は、エンジン６の冷却水経路における、熱交換ライン３に設けた熱交換器５の配置を示している。すなわち、エンジン６からの冷却水は、第１サーモスタット６２で冷却水温度が測定され、７１℃よりも高い場合にはラジエータ６３に送られ、冷却後、冷却水ポンプ６０を経て排ガス熱交換器６４で加熱されて、再度エンジン６に送られて循環する。排ガス熱交換器６４は、エンジン６の過冷却による燃費低下を防止するために冷却水をある程度の温度に保つように設けられている。

また、エンジン６からの冷却水の温度が７１℃よりも低い場合には、第２サーモスタット６５で再度冷却水温度が測定され、６０℃よりも低い場合には、そのまま、冷却水は循環ポンプ６０から排ガス熱交換器６４を経てエンジン６へ戻され、循環する。

そして、エンジン６からの冷却水の温度が７１℃よりも低く、６０℃よりも高い場合は、熱交換器５からサブエバポレータ６１を通過した後、循環ポンプ６０を経て排ガス熱交換器６４で加熱されて、再度エンジン６に送られて循環する。このように冷却水がある温度帯にある場合を見計らって熱交換することで、エンジン６のオーバーヒートを防止しながら、冷却水とアキュームレータ２内の液冷媒との熱交換が可能となる。

なお、本実施の形態において、熱交換器５は、エンジン６からの冷却水の温度が７１℃よりも低く、６０℃よりも高い場合に通過する経路に設けられているが、この位置に限定されるものではなく、エンジン６からの冷却水の温度が７１℃よりも高いか否かを判定する第１サーモスタット６２の上流側の位置Ａであってもよいし、第１サーモスタット６２を通過後、冷却水の温度が７１℃よりも高い場合に通過する経路の位置Ｂであってもよいし、７１℃よりも低い場合に通過する経路の位置Ｃであってもよい。また、第１サーモスタット６２の上流側とラジエータ６３の上流側とを連絡する経路Ｄや、第１サーモスタット６２の下流側とサブエバポレータ６１の上流側とを連絡する経路Ｅを設け、これらの経路Ｄ、Ｅに熱交換器５を設けるようにしてもよい。

また、本実施の形態において、冷却水は、７１℃より高いか否か、また、６０℃よりも高いか否かを確認するようになされているが、この設定温度は例示であって、特にこのような温度帯に限定されるものではない。

図４は、アキュームレータ２の他の実施の形態を示している。すなわち、上記した実施例では、アキュームレータ２からの液冷媒を熱交換ライン３で加熱して吸入ライン１１に合流させる構成を開示していたが、本実施の形態では、アキュームレータ２内の液冷媒を、サブエバポレータ６１からのガス冷媒で加熱する構成を示している。

サブエバポレータ６１からアキュームレータ２への冷媒の戻りライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、アキュームレータ２の底面２ｂとの間に液冷媒戻し管７が設けられている。この液冷媒戻し管７は、アキュームレータ２の底面２ｂよりも低い位置で、当該位置に取り回した冷媒の戻りライン１６ｂと接続されており、アキュームレータ２内の液冷媒のヘッド圧が直接液冷媒戻し管７に作用するようになされている。したがって、液冷媒戻し管７と接続された位置からアキュームレータ２までの経路に位置する、アキュームレータ２への冷媒の戻りライン１６ｂ、１６ｃは、その圧力損失が、アキュームレータ２内の液冷媒のヘッド圧よりも同じか小さくなると、液冷媒戻し管７からの液冷媒が冷媒の戻りライン１６ｂから流入し、この冷媒の戻りライン１６ｂより下流側でガス冷媒により蒸発させられることとなる。蒸発したガス冷媒は、アキュームレータ２で吸入ライン１１に吸入されるが、蒸発せずに液冷媒のままアキュームレータ２に戻ったとしても、蒸発し易い状態まで充分に加熱されることとなる。また、アキュームレータ２内の液冷媒のヘッド圧が冷媒の戻りライン１６ｂ、１６ｃの圧力損失と同じか高い場合には、液冷媒の循環が繰り返され、アキュームレータ２内の液冷媒を繰り返し加熱することができる。

したがって、アキュームレータ２内の液冷媒をエンジン冷却水との熱交換によって過熱度の大きいガス冷媒で蒸発させることが可能となる。特に、エンジン駆動式空調機の起動時のように、アキュームレータ２内に液冷媒が寝込んでいて充分に蒸発させることができないような場合には有効である。

なお、本実施の形態において、エンジン駆動式空調機は、二台の圧縮機１ａ、１ｂや二台の室外熱交換器１５ａ、１５ｂを有しているが、本願発明の要旨はアキュームレータ２周辺の冷媒回路の構成にあり、圧縮機１ａ、１ｂや室外熱交換器１５ａ、１５ｂの数、その他の冷媒回路の構成については、特に限定されるものではない。

１ａ、１ｂ圧縮機
１０オリフィス孔
１１吸入ライン
１１ａ吸入口（開口）
２アキュームレータ
２ｂ底面（底部）
２０均圧管
３熱交換ライン
３０冷媒取出し口
４電動膨張弁
５熱交換器
６エンジン
６０冷却水ポンプ
６１サブエバポレータ
６２第１サーモスタット
６３ラジエータ
６５第２サーモスタット
７液戻し管（液冷媒排出ライン）

Claims

圧縮機の吸入ラインにアキュームレータを設け、アキュームレータ内の液冷媒とエンジン冷却水とを熱交換させるエンジン駆動式空調機において、
前記アキュームレータ内部の吸入ラインのオリフィス孔よりも下方部に前記アキュームレータからの冷媒取出し口を設け、
前記冷媒取出し口と前記アキュームレータから前記圧縮機への吸入ラインとを接続する熱交換ラインを設け、
前記熱交換ラインで前記冷媒取出し口の下流に電動膨張弁を設け、
前記熱交換ラインで前記電動膨張弁の下流にエンジン冷却水との熱交換器を設け、
前記アキュームレータから前記圧縮機への吸入ラインであって前記熱交換ラインの接続後の過熱度に基づいて前記電動膨張弁の開度を調整することを特徴とするエンジン駆動式空調機。
請求項１記載のエンジン駆動式空調機において、
前記アキュームレータ内部の吸入ラインの開口よりも上方部と前記アキュームレータから前記圧縮機への吸入ラインと前記熱交換ラインとの接続部を連通する均圧管を設けたことを特徴とするエンジン駆動式空調機。
請求項１記載のエンジン駆動式空調機おいて、
エンジン冷却水回路のエンジンの下流に第１サーモスタットを設け、
前記第１サーモスタットの下流に第２サーモスタットを設け、
前記第１サーモスタットをエンジン冷却水温が第１所定温度よりも高温ならばラジエータ側へ開口させ、エンジン冷却水温が第１所定温度よりも低温ならば第２サーモスタット側へ開口させ、
前記第２サーモスタットをエンジン冷却水温が第１所定温度よりも低温の第２所定温度よりも高温ならば前記熱交換器側へ開口させ、エンジン冷却水温が第１所定温度よりも低温の第２所定温度よりも低温ならばエンジン冷却水ポンプの吸入ライン側へ開口させ、
前記ラジエータの下流および前記熱交換器の下流を前記エンジン冷却水ポンプの吸入ラインへ接続することを特徴とするエンジン駆動式空調機。
請求項３記載のエンジン駆動式空調機において、
エンジン冷却水回路の前記熱交換器の下流で前記エンジン冷却水ポンプの吸入ラインへの接続部上流に冷媒回路のレシーバからの液冷媒と熱交換を行うサブエバポレータを設けたことを特徴とするエンジン駆動式空調機。
請求項４記載のエンジン駆動式空調機において、
前記サブエバポレータから前記アキュームレータへの吸入ラインと前記アキュームレータの底部を接続する液冷媒排出ラインを設けたことを特徴とするエンジン駆動式空調機。