JP5831423B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷媒の気液を分離する気液分離手段を備える冷凍サイクル装置に関する。
従来、特許文献1に、空調装置に適用された蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であって、空調対象空間へ送風される送風空気(熱交換対象流体)を加熱して空調対象空間を暖房する運転モード(暖房モード)と、送風空気を冷却して空調対象空間を冷房する運転モード(冷房モード)での運転とを切替可能に構成されたものが開示されている。
さらに、この特許文献1の冷凍サイクル装置は、低圧冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄えるアキュムレータ(気液分離手段)を備えており、いずれの運転モードに切り替えた際にもアキュムレータで分離された低圧気相冷媒を圧縮機に吸入させるようにしている。
特許第4311115号公報
ところが、特許文献1のアキュムレータは、空調対象空間の外部であって外気に晒される外部空間に配置されているので、比較的外気温が高い際の冷房モード時のように外気温とアキュムレータ内の低圧冷媒の温度との温度差が拡大してしまうと、アキュムレータ内の低圧冷媒が外気から吸熱してしまうことがある。
このようなアキュムレータ内の低圧冷媒の外気からの不必要な吸熱は、空調対象空間へ送風される送風空気からの吸熱量を減少させて、冷凍サイクル装置の冷房性能を低下させてしまう原因となる。つまり、外部空間に配置されるアキュムレータ内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることは、冷凍サイクル装置の性能低下を招く原因となる。
上記点に鑑み、本発明は、気液分離手段内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項1に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を減圧させる第1、第2減圧手段(13、19)と、第2減圧手段(19)から流出した冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて蒸発させることによって熱交換対象流体を冷却するとともに圧縮機(11)吸入側へ流出させる冷却用熱交換器(20)と、外気に晒される外部空間に配置されて冷媒の気液を分離する気液分離手段(17)と、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(14)と、サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(16a〜16c)と、を備え、
熱交換対象流体を冷却する冷却モード時には、冷媒回路切替手段(16a〜16c)が、加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を室外熱交換器(14)へ流入させ、室外熱交換器(14)から流出した冷媒を気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、高圧冷媒を第1減圧手段(13)にて減圧させることなく気液分離手段(17)へ流入させ、
熱交換対象流体を加熱する加熱モード時には、冷媒回路切替手段(16a〜16c)が、加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を第1減圧手段(13)にて減圧させ、第1減圧手段(13)にて減圧された冷媒を気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を第1減圧手段(13)にて減圧させて気液分離手段(17)へ流入させ
さらに、冷媒回路切替手段(16a〜16c)は、冷却モード時には、気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替え、加熱モード時には、第1減圧手段(13)にて減圧された冷媒を室外熱交換器(14)を介して気液分離手段(17)へ流入させ、さらに、気液分離手段(17)にて分離された気相冷媒を圧縮機(11)の吸入側へ導くとともに、気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を前記第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替える冷凍サイクル装置を特徴とする。
これによれば、冷却モード時には、高圧冷媒を第1減圧手段(13、40)にて減圧させることなく気液分離手段(17)へ流入させるので、気液分離手段(17)内の冷媒温度を比較的高い温度にすることができる。ここで、熱交換対象流体の冷却は、一般的に高外気温時に行われる。従って、冷却モード時に、気液分離手段(17)内の冷媒温度を比較的高い温度にすることで、外部空間に配置される気液分離手段(17)内の冷媒の温度と外気温との温度差が拡大してしまうことを抑制できる。
また、加熱モード時には、第1減圧手段(13、40)にて減圧された低圧冷媒を気液分離手段(17)へ流入させるので、気液分離手段(17)内の冷媒温度を比較的低い温度にすることができる。ここで、熱交換対象流体の加熱は、一般的に低外気温時に行われる。従って、加熱モード時に、気液分離手段(17)内の冷媒温度を比較的低い温度にすることで、外部空間に配置される気液分離手段(17)内の冷媒の温度と外気温との温度差が拡大してしまうことを抑制できる。
その結果、本請求項に記載の発明によれば、いずれの運転モードにおいても、外部空間に配置される気液分離手段(17)内の冷媒の温度と外気温との温度差の拡大を抑制することができ、気液分離手段(17)内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われてしまうことによる冷凍サイクル装置の性能低下を抑制できる。
なお、本請求項に記載された「第2減圧手段(19)から流出した冷媒」とは、第2減圧手段(19)にて減圧されて流出した冷媒のみを意味するものではなく、第2減圧手段(19)にて減圧されることなく流出した冷媒を含む意味である。
さらに、冷却モード時に、室外熱交換器(14)にて外気と熱交換した高圧冷媒を気液分離手段(17)へ流入させるので、気液分離手段(17)内の冷媒温度を外気温と同等とすることができる。従って、冷却モード時には、外部空間に配置される気液分離手段(17)内の冷媒と外気との間での熱の授受はほとんど行われない。その結果、より一層効果的に、気液分離手段(17)内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置の性能低下を抑制できる。
また、請求項2に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を減圧させる第1、第2減圧手段(13、19)と、第2減圧手段(19)から流出した冷媒を、熱交換対象流体と熱交換させて蒸発させることによって熱交換対象流体を冷却するとともに、圧縮機(11)吸入側へ流出させる冷却用熱交換器(20)と、外気に晒される外部空間に配置されて冷媒の気液を分離する気液分離手段(17)と、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(14)と、サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(16a〜16c)と、気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒と外気とを熱交換させる補助室外熱交換器(14a)と、を備え、
熱交換対象流体を冷却する冷却モード時には、冷媒回路切替手段(16a〜16c)が、加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を室外熱交換器(14)へ流入させ、室外熱交換器(14)から流出した冷媒を気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、高圧冷媒を第1減圧手段(13)にて減圧させることなく気液分離手段(17)へ流入させ、
熱交換対象流体を加熱する加熱モード時には、冷媒回路切替手段(16a〜16c)が、加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を第1減圧手段(13)にて減圧させ、第1減圧手段(13)にて減圧された冷媒を気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を第1減圧手段(13)にて減圧させて気液分離手段(17)へ流入させ、
さらに、冷媒回路切替手段(16a〜16c)は、冷却モード時には、気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を補助室外熱交換器(14a)へ流入させ、さらに、補助室外熱交換器(14a)から流出した冷媒を第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替え、加熱モード時には、第1減圧手段(13)にて減圧された冷媒を室外熱交換器(14)を介して気液分離手段(17)へ流入させ、さらに、気液分離手段(17)にて分離された気相冷媒を圧縮機(11)の吸入側へ導くとともに、気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を補助室外熱交換器(14a)へ流入させて補助室外熱交換器(14a)から流出した冷媒を第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替える冷凍サイクル装置を特徴とする。これによれば、請求項1に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
また、請求項3に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を減圧させる第1、第2減圧手段(40、19)と、第2減圧手段(19)から流出した冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて熱交換対象流体を冷却するとともに圧縮機(11)吸入側へ流出させる冷却用熱交換器(20)と、外気に晒される外部空間に配置されて冷媒の気液を分離する気液分離手段(17)と、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(14)と、サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(16a〜16g、19、24)と、を備え、
熱交換対象流体を冷却する冷却モード時には、冷媒回路切替手段(16a…24)が、加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を室外熱交換器(14)へ流入させ、室外熱交換器(14)から流出した冷媒を気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、高圧冷媒を第1減圧手段(40)にて減圧させることなく気液分離手段(17)へ流入させ、
熱交換対象流体を加熱する加熱モード時には、冷媒回路切替手段(16a…24)が、加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を第1減圧手段(40)にて減圧させ、第1減圧手段(40)にて減圧された冷媒を気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を第1減圧手段(40)にて減圧させて気液分離手段(17)へ流入させ、
第1減圧手段は、冷媒を減圧させるノズル部(40a)から噴射する高速度の噴射冷媒の流れによって冷媒吸引口(40c)から冷媒を吸引し、噴射冷媒と冷媒吸引口(40c)から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧させるエジェクタ(40)であり、
さらに、冷媒回路切替手段(16a…24)は、加熱モード時には、加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒をノズル部(40a)にて減圧させ、ノズル部(40a)にて減圧された低圧冷媒を気液分離手段(17)へ流入させ、気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を室外熱交換器(14)へ流入させ、さらに、室外熱交換器(14)から流出した冷媒を冷媒吸引口(40c)から吸引させる冷媒回路に切り替え、
冷却モード時には、気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替える冷凍サイクル装置を特徴とする。これによれば、請求項1に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。
第1実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第1実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第2実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第2実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第2実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第2実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第3実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第3実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第3実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第3実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第4実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第4実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第5実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第5実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第6実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第6実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第7実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第7実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第7実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第8実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第8実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第9実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第9実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第9実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第10実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第10実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第10実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第11実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第11実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第11実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第12実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モードおよび第2暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第12実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第12実施形態の冷凍サイクル装置の第2暖房モードの第1モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第12実施形態の冷凍サイクル装置の第2暖房モードの第2モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第12実施形態の冷凍サイクル装置の第2暖房モードの第3モード時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第13実施形態の冷凍サイクル装置の冷房モードおよび第2暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。 第13実施形態の冷凍サイクル装置の暖房モード時における冷媒回路を示す全体構成図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態のうち、第2、第4〜第9実施形態は、参考例としての形態を示している。
(第1実施形態)
図1〜図4により、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置10を、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車に搭載される車両用空調装置1に適用している。この冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置1において、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を加熱あるいは冷却する機能を果たす。従って、本実施形態の熱交換対象流体は送風空気である。
さらに、冷凍サイクル装置10は、図1、図2に示すように、送風空気を冷却して車室内を冷房する冷房モード(冷却モード)の冷媒回路(図1参照)と、送風空気を加熱して車室内を暖房する暖房モード(加熱モード)の冷媒回路(図2参照)とを切替可能に構成されている。なお、図1、図2では、それぞれの運転モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示している。
また、この冷凍サイクル装置10では、冷媒としてHFC系冷媒(具体的には、R134a)を採用しており、高圧側冷媒圧力Pdが冷媒の臨界圧力を超えない蒸気圧縮式の亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、HFO系冷媒(例えば、R1234yf)等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
冷凍サイクル装置10の構成機器のうち、圧縮機11は、車両ボンネット内に配置され、冷凍サイクル装置10において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて回転駆動する電動圧縮機として構成されている。圧縮機11の電動モータは、後述する空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動(回転数)が制御される。
圧縮機11の吐出口側には、室内凝縮器12の冷媒入口側が接続されている。室内凝縮器12は、後述する室内空調ユニット30において車室内へ送風される送風空気の空気通路を形成するケーシング31内に配置されており、圧縮機11から吐出された高圧冷媒と後述する室内蒸発器20通過後の送風空気とを熱交換させて、送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。なお、室内空調ユニット30の詳細については後述する。
室内凝縮器12の冷媒出口側には、暖房モード時に室内凝縮器12から流出した冷媒を減圧させる第1減圧手段としての第1膨張弁13の入口側が接続されている。第1膨張弁13は、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構であり、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
さらに、第1膨張弁13は、絞り開度を全開にすることで冷媒減圧作用を殆ど発揮することなく単なる冷媒通路として機能する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。第1膨張弁13の出口側には、室外熱交換器14の冷媒入口側が接続されている。室外熱交換器14は、車両ボンネット内に配置され、その内部を流通する冷媒と図示しない送風ファンから送風された外気とを熱交換させるものである。
より具体的には、本実施形態の室外熱交換器14は、冷房モード時には高圧冷媒に放熱させる放熱器として機能し、暖房モード時には低圧冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。また、送風ファンは、空調制御装置から出力される制御電圧によって稼働率、すなわち回転数(送風空気量)が制御される電動送風機である。
室外熱交換器14の冷媒出口側には、分岐部15aを介して、アキュムレータ17の気相側流入口および液相側流入口が接続されている。この分岐部15aは、三方継手で構成されており、3つの流入出口のうち1つを冷媒流入口とし、残りの2つを冷媒流出口としたものである。
そして、分岐部15aの一方の冷媒流出口からアキュムレータ17の気相側流入口へ至る冷媒通路には、この冷媒通路を開閉する気相入口側開閉弁16aが配置され、分岐部15aの他方の冷媒流出口からアキュムレータ17の液相側流入口へ至る冷媒通路には、この冷媒通路を開閉する液相入口側開閉弁16bが配置されている。
アキュムレータ17は、内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰液相冷媒を蓄える気液分離手段である。このアキュムレータ17は、車両ボンネット内、つまり、外気に晒される外部空間に配置されている。さらに、アキュムレータ17には、気相側流入口および液相側流入口の他にも、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口および分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口が設けられている。
気相冷媒流出口には合流部15bを介して圧縮機11の吸入口が接続されている。この合流部15bは、分岐部15aと同様の三方継手構造のもので、3つの流入出口のうち2つを冷媒流入口とし、残りの1つを冷媒流出口としたものである。さらに、アキュムレータ17の気相冷媒流出口から合流部15bの一方の冷媒流入口へ至る冷媒通路には、この冷媒通路を開閉する気相出口側開閉弁16cが配置されている。
ここで、気相入口側開閉弁16a、液相入口側開閉弁16b、および気相出口側開閉弁16cは、いずれも同様の構成のものであって、空調制御装置から出力される制御信号により、その作動が制御される電磁弁である。さらに、これらの開閉弁16a〜16cが各冷媒通路を開閉することによってサイクルを循環する冷媒の冷媒回路が切り替えられる。従って、開閉弁16a〜16cは、本実施形態の冷媒回路切替手段を構成している。
一方、アキュムレータ17の液相冷媒流出口には、第2膨張弁19を介して、室内蒸発器20の冷媒入口側が接続されている。第2膨張弁19は、第1膨張弁13と同様の構成の電気式膨張弁であり、冷房モード時にアキュムレータ17にて分離されて液相冷媒を減圧させて、室内蒸発器20の冷媒入口側へ流出させる第2減圧手段である。
室内蒸発器20は、室内空調ユニット30のケーシング31内であって、前述した室内凝縮器12よりも空気流れ上流側に配置されており、第2膨張弁19から流出した低圧冷媒を送風空気と熱交換させて蒸発させることによって、送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。室内蒸発器20の冷媒出口には前述の合流部15bの他方の冷媒流入口が接続され、合流部15bの冷媒流出口には圧縮機11の吸入口側が接続されている。
次に、室内空調ユニット30について説明する。室内空調ユニット30は、冷凍サイクル装置10によって温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すためのもので、車室内最前部の計器盤(インストルメントパネル)の内側(車室内)に配置されている。さらに、室内空調ユニット30は、その外殻を形成するケーシング31内に送風機32、室内蒸発器20、室内凝縮器12、およびエアミックスドア34等を収容して構成されている。
ケーシング31は、車室内に送風される送風空気の空気通路を形成するもので、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂(例えば、ポリプロピレン)にて成形されている。このケーシング31内の送風空気流れ最上流側には、ケーシング31内へ内気(車室内空気)と外気(車室外空気)とを切替導入する内外気切替手段としての内外気切替装置33が配置されている。
内外気切替装置33は、ケーシング31内へ内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口の開口面積を、内外気切替ドアによって連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を連続的に変化させるものである。内外気切替ドアは、内外気切替ドア用の電動アクチュエータによって駆動され、この電動アクチュエータは、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
内外気切替装置33の送風空気流れ下流側には、内外気切替装置33を介して吸入した空気を車室内へ向けて送風する送風手段としての送風機(ブロワ)32が配置されている。この送風機32は、遠心多翼ファン(シロッコファン)を電動モータにて駆動する電動送風機であって、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風量)が制御される。
送風機32の送風空気流れ下流側には、室内蒸発器20および室内凝縮器12が、送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、室内蒸発器20は、室内凝縮器12よりも送風空気流れ上流側に配置されている。さらに、室内蒸発器20の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器12の送風空気流れ上流側には、室内蒸発器20通過後の送風空気のうち、室内凝縮器12を通過させる風量割合を調整するエアミックスドア34が配置されている。
また、室内凝縮器12の空気流れ下流側には、室内凝縮器12にて冷媒と熱交換して加熱された送風空気と室内凝縮器12を迂回して加熱されていない送風空気とを混合させる混合空間35が設けられている。さらに、ケーシング31の送風空気流れ最下流部には、混合空間35にて混合された送風空気(空調風)を、空調対象空間である車室内へ吹き出す開口穴が設けられている。
具体的には、この開口穴としては、車室内の乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すフェイス開口穴、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット開口穴、および車両前面窓ガラス内側面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ開口穴(いずれも図示せず)が設けられている。これらのフェイス開口穴、フット開口穴およびデフロスタ開口穴の送風空気流れ下流側には、それぞれ空気通路を形成するダクトを介して、車室内に設けられたフェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口(いずれも図示せず)が接続されている。
従って、エアミックスドア34が室内凝縮器12を通過させる風量の割合を調整することによって、混合空間35にて混合された空調風の温度が調整され、各開口穴から吹き出される空調風の温度が調整される。つまり、エアミックスドア34は、車室内へ送風される空調風の温度を調整する温度調整手段を構成している。
なお、エアミックスドア34は、エアミックスドア駆動用の電動アクチュエータによって駆動され、このエアミックスドア駆動用の電動アクチュエータは、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
さらに、フェイス開口穴、フット開口穴、およびデフロスタ開口穴の空気流れ上流側には、それぞれ、フェイス開口穴の開口面積を調整するフェイスドア、フット開口穴の開口面積を調整するフットドア、デフロスタ開口穴の開口面積を調整するデフロスタドア(いずれも図示せず)が配置されている。
これらのフェイスドア、フットドア、デフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータに連結されて連動して回転操作される。この吹出口モードドア駆動用の電動アクチュエータも、空調制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
なお、吹出口モード切替手段によって切り替えられる吹出口モードとしては、具体的に、フェイス吹出口を全開してフェイス吹出口から車室内乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイスモード、フェイス吹出口とフット吹出口の両方を開口して車室内乗員の上半身と足元に向けて空気を吹き出すバイレベルモード、フット吹出口を全開するとともにデフロスタ吹出口を小開度だけ開口して、フット吹出口から主に空気を吹き出すフットモード、およびフット吹出口およびデフロスタ吹出口を同程度開口して、フット吹出口およびデフロスタ吹出口の双方から空気を吹き出すフットデフロスタモード等がある。
さらに、乗員が操作パネルに設けられた吹出モード切替スイッチをマニュアル操作することによって、デフロスタ吹出口を全開してデフロスタ吹出口から車両フロント窓ガラス内面に空気を吹き出すデフロスタモードとすることもできる。
次に、本実施形態の電気制御部について説明する。空調制御装置は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのROM内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御対象機器11、13、16a〜16c、19、32等の作動を制御する。
また、空調制御装置の入力側には、車室内温度(内気温)Trを検出する内気センサ、車室外温度(外気温)Tamを検出する外気センサ、車室内へ照射される日射量Asを検出する日射センサ、室内凝縮器12出口側冷媒の冷媒圧力(高圧側冷媒圧力)Pdを検出する高圧側冷媒圧力センサ、室内凝縮器12出口側冷媒の冷媒温度(高圧側冷媒温度)Tdを検出する高圧側冷媒温度センサが接続されている。
この他にも、室内蒸発器20における冷媒蒸発温度(蒸発器温度)Tefinを検出する蒸発器温度センサ、混合空間から車室内へ送風される送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサ、室外熱交換器14の室外器温度Tsを検出する室外熱交換器温度センサ、等の種々の制御用センサ群が接続されている。
なお、本実施形態の蒸発器温度センサは、室内蒸発器20の熱交換フィン温度を検出しているが、蒸発器温度センサとして、室内蒸発器20のその他の部位の温度を検出する温度検出手段を採用してもよい。また、本実施形態の室外熱交換器温度センサは、室外熱交換器14の冷媒流出口の温度を検出しているが、室外熱交換器温度センサとして、室内蒸発器20のその他の部位の温度を検出する温度検出手段を採用してもよい。
また、本実施形態では、送風空気温度TAVを検出する送風空気温度センサを設けているが、この送風空気温度TAVとして、蒸発器温度Tefin、高圧側冷媒温度Td等に基づいて算出された値を採用してもよい。
さらに、空調制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が入力される。
操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置1の自動制御運転を設定あるいは解除するオートスイッチ、運転モードを切り替える運転モード切替スイッチ、送風機32の風量をマニュアル設定する風量設定スイッチ、車室内の目標温度Tsetを設定する目標温度設定手段としての温度設定スイッチ、吹出モードをマニュアル設定する吹出モード切替スイッチ等がある。
なお、本実施形態の空調制御装置は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。
例えば、空調制御装置のうち、圧縮機11の作動(冷媒吐出能力)を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が圧縮機制御手段を構成し、冷媒回路切替手段を構成する各開閉弁16a〜16c等の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が冷媒回路制御手段を構成している。もちろん、圧縮機制御手段、冷媒回路制御手段等を空調制御装置に対して別体の空調制御装置として構成してもよい。
次に、上記構成における本実施形態の車両用空調装置1の作動について説明する。前述の如く、本実施形態の車両用空調装置1では、冷房モードおよび暖房モードの運転を切り替えることができる。
まず、冷房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを閉じ、液相入口側開閉弁16bを開き、さらに、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を減圧作用を発揮する絞り状態とする。
これにより、冷房モードでは、図1の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1膨張弁13→)室外熱交換器14→液相入口側開閉弁16b→アキュムレータ17→第2膨張弁19→室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、空調制御装置が、上述の空調制御用のセンサ群の検出信号および操作パネルの操作信号を読み込む。そして、読み込まれた検出信号および操作信号の値に基づいて車室内へ吹き出す空気の目標温度である目標吹出温度TAOを算出する。さらに、算出された目標吹出温度TAOおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置の出力側に接続された各種制御対象機器の作動状態を決定する。
例えば、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内蒸発器20から吹き出される送風空気の目標蒸発器吹出温度TEOを決定する。
そして、蒸発器温度センサによって検出された蒸発器温度Tefinと目標蒸発器吹出温度TEOとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器温度Tefinが目標蒸発器吹出温度TEOに近づくように、圧縮機11の電動モータに出力される制御信号が決定される。
また、第2膨張弁19の絞り開度については、圧縮機11吸入側冷媒の過熱度が予め定めた目標過熱度KSHに近づくように決定される。また、エアミックスドア34のサーボモータへ出力される制御信号については、送風空気温度TAVが目標吹出温度TAOに近づくように決定される。なお、冷房モードでは、エアミックスドア34が室内凝縮器12側の空気通路を閉塞するように、エアミックスドア34の開度を制御してもよい。
そして、上記の如く決定された制御電圧および制御信号を各種制御対象機器へ出力する。その後、操作パネルによって車両用空調装置1の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の検出信号および操作信号の読み込み→目標吹出温度TAOの算出→各種制御対象機器の作動状態決定→制御信号等の出力といった制御ルーチンが繰り返される。なお、このような制御ルーチンの繰り返しは、暖房モード時にも同様に行われる。
従って、冷房モード時の冷凍サイクル装置10では、図3のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図3のa3点)が、室内凝縮器12へ流入し、送風空気と熱交換して放熱する(図3のa3点→b3点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気の一部が加熱される。
さらに、室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁13を介して、室外熱交換器14へ流入する。この際、第1膨張弁13が全開となっているので、室内蒸発器20から流出した冷媒は殆ど減圧されることなく室外熱交換器14へ流入する。室外熱交換器14へ流入した冷媒は、送風ファンから送風された外気と熱交換してさらに放熱し、そのエンタルピを低下させる(図3のb3点→d3点)。
室外熱交換器14から流出した冷媒は、液相入口側開閉弁16bが開いているので、アキュムレータ17へ流入して気液分離される。アキュムレータ17にて分離された液相冷媒は、アキュムレータ17の液相冷媒流出口から流出して第2膨張弁19へ流入する。そして、第2膨張弁19にて、低圧冷媒となるまで減圧される(図3のd3点→f3点)。
この際、第2膨張弁19の絞り開度は、圧縮機11吸入側冷媒(図3のh3点)の過熱度が目標過熱度KSHに近づくように調整される。さらに、第2膨張弁19にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器20へ流入して、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図3のf3点→g3点)。これにより、送風空気が冷却される。
室内蒸発器20から流出した冷媒は、合流部15bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される(図3のh3点→a3点)。なお、冷房モード時には、気相出口側開閉弁16cが閉じているので、アキュムレータ17にて分離された気相冷媒が、アキュムレータ17の気相冷媒流出口から流出することはない。
また、図3においてg3点とh3点が異なっている理由は、圧縮機11に吸入される冷媒には、圧縮機11の吸入圧損が生じるからである。従って、理想的なサイクルでは、g3点とh3点が一致していることが望ましい。このことは、以下のモリエル線図においても同様である。
上記の如く、冷房モードでは、室内蒸発器20にて送風空気を冷却することによって、車室内の冷房を実現している。この際、本実施形態では、室外熱交換器14を放熱器として機能させて、送風空気の有する熱を外気へ放熱させているので、室内蒸発器20にて冷却された送風空気の一部を室内凝縮器12にて再加熱しても、送風空気の温度を車室内の冷房を実現できる程度に充分に低下させることができる。
次に、暖房モードについて説明する。暖房モードでは、空調制御装置が、液相入口側開閉弁16bを閉じ、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを開き、さらに、第1膨張弁13を絞り状態とし、第2膨張弁19を全開とする。
これにより、暖房モードでは、図2の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→第1膨張弁13→室外熱交換器14→気相入口側開閉弁16a→アキュムレータ17→気相出口側開閉弁16c→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、アキュムレータ17→(第2膨張弁19→)室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
この冷媒回路の構成で、空調制御装置が、目標吹出温度TAOおよびセンサ群の検出信号に基づいて、空調制御装置の出力側に接続された各種制御対象機器の作動状態を決定する。
例えば、圧縮機11の冷媒吐出能力、すなわち圧縮機11の電動モータに出力される制御信号については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度TAOに基づいて、予め空調制御装置に記憶された制御マップを参照して、室内凝縮器12の目標凝縮器温度TCOを決定する。
そして、この目標凝縮器温度TCOと高圧側冷媒温度センサによって検出された高圧側冷媒温度Tdとの偏差に基づいて、フィードバック制御手法等を用いて高圧側冷媒温度Tdが目標凝縮器温度TCOに近づくように、圧縮機11の冷媒吐出能力が決定される。
また、第1膨張弁13の絞り開度については、高圧側冷媒温度Tdおよび高圧側冷媒圧力センサによって検出された高圧側冷媒圧力Pdに基づいて算出される室内凝縮器12出口側冷媒の過冷却度が、サイクルの成績係数(COP)が略最大値となるように決定された目標過冷却度KSCに近づくように決定される。
また、エアミックスドア34のサーボモータへ出力される制御信号については、送風空気温度センサによって検出された送風空気温度TAVが、目標吹出温度TAOに近づくように決定される。なお、暖房モード時には、図2の実線で図示するように、送風機32にて冷却された送風空気の全風量が室内凝縮器12を通過するようにエアミックスドア34の開度を制御してもよい。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図4のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。なお、図4では、冷凍サイクル装置10における同等の箇所の冷媒の状態を、図3と同一のアルファベットを用いて示している。このことは、以下のモリエル線図においても同様である。
具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図4のa4点)は、室内凝縮器12へ流入して送風空気と熱交換して放熱する(図4のa4点→b4点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。
さらに、室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1膨張弁13へ流入して低圧冷媒となるまで減圧される(図4のb4点→c4点)。この際、第1膨張弁13の絞り開度は、室外熱交換器14出口側冷媒の過冷却度(図4のb4点)は、目標過冷却度KSCに近づくように調整される。これにより、冷凍サイクル装置10は高いCOPを発揮することができる。
第1膨張弁13にて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器14へ流入して、送風ファンより送風された外気から吸熱して蒸発する(図4のc4点→d4点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、気相入口側開閉弁16aが開いているので、アキュムレータ17へ流入して気液分離される(図4のd4点→eg4点、d4点→el4点)。
アキュムレータ17にて分離された液相冷媒(図4のel4点)は、液相冷媒流出口から流出して第2膨張弁19を介して室内蒸発器20へ流入する。この際、第2膨張弁19は全開となっているので、アキュムレータ17の液相冷媒流出口から流出した冷媒は殆ど減圧されることなく室内蒸発器20へ流入する。
室内蒸発器20へ流入した冷媒は、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図4のel4点→g4点)。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器20から流出した冷媒は、合流部15bの他方の冷媒流入口へ流入する。
さらに、暖房モードでは、気相出口側開閉弁16cが開いているので、アキュムレータ17にて分離された気相冷媒(図4のeg4点)は、合流部15bの一方の冷媒流入口へ流入し、室内蒸発器20から流出した冷媒と合流する。合流部15bから流出した冷媒は、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される(図4のh4点→a4点)。
上記の如く、暖房モードでは、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現している。この際、本実施形態の暖房モードでは、室外熱交換器14を蒸発器として機能させて、外気から吸熱した熱を用いて送風空気を加熱しているので、送風空気の温度を充分に上昇させて車室内の暖房を実現することができる。
本実施形態の車両用空調装置1は、以上の如く作動して、車室内の冷房および暖房を実現することができる。
さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、冷房モード時には、室内凝縮器12から流出した高圧冷媒を減圧させることなくアキュムレータ17へ流入させるので、アキュムレータ17内の冷媒温度を比較的高い温度にすることができる。ここで、車室内の冷房(送風空気の冷却)は、一般的に高外気温時に行われるので、冷却モード時に、アキュムレータ17内の冷媒温度を比較的高い温度にすることで、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒の温度と外気温との温度差の拡大を抑制できる。
また、加熱モード時には、第1膨張弁13にて減圧された低圧冷媒をアキュムレータ17へ流入させるので、アキュムレータ17内の冷媒温度を比較的低い温度にすることができる。ここで、車室内の暖房(送風空気の加熱)、一般的に低外気温時に行われるので、加熱モード時に、アキュムレータ17内の冷媒温度を比較的低い温度にすることで、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒の温度と外気温との温度差の拡大を抑制できる。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、いずれの運転モードに切り替えても、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒の温度と外気温との温度差の拡大を抑制することができる。
さらに、本実施形態では、いずれの運転モードにおいても、室外熱交換器14にて外気と熱交換した冷媒をアキュムレータ17へ流入させるので、アキュムレータ17内の冷媒温度と外気温とを同等の温度とすることができる。従って、いずれの運転モードにおいても、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒と外気との間での熱の授受はほとんど行われない。
つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、いずれの運転モードの冷媒回路に切り替えても、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を効果的に抑制できる。
また、本実施形態の暖房モードでは、室内蒸発器20へアキュムレータ17にて分離された液相冷媒を流入させるので、室内蒸発器20出口側冷媒のエンタルピと入口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差を拡大して、室内蒸発器20にて発揮される冷凍能力を増大させることができる。従って、送風空気を冷却して除湿し、除湿された送風空気を加熱する除湿暖房時に、除湿性能を向上できる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図5、図6の全体構成図に示すように、バイパス通路21、固定絞り22、液相出口側開閉弁16dおよびバイパス通路開閉弁16eを追加している。なお、図5、図6では、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。
具体的には、本実施形態のバイパス通路21は、室内凝縮器12から流出した冷媒を、第1膨張弁13、室外熱交換器14およびアキュムレータ17等を迂回させて、第2膨張弁19の入口側へ導く冷媒通路である。バイパス通路開閉弁16eは、このバイパス通路21を開閉する開閉弁である。液相出口側開閉弁16dは、アキュムレータ17の液相冷媒流出口からバイパス通路21の接続部へ至る冷媒通路を開閉する開閉弁である。
液相出口側開閉弁16dおよびバイパス通路開閉弁16eは、第1実施形態で説明した開閉弁16a〜16cと同等の構成の電磁弁であって、これらの開閉弁16a〜16cとともに冷媒回路切替手段を構成している。さらに、本実施形態のバイパス通路開閉弁16eは、冷媒回路切替手段のうちバイパス通路開閉手段として機能するものである。
固定絞り22は、室内蒸発器20の冷媒出口側から合流部15bの他方の冷媒入口側へ至る冷媒通路に配置されている。この固定絞り22としては、オリフィス、キャピラリチューブ等を採用できる。その他の構成は第1実施形態と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。まず、冷房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16a、気相出口側開閉弁16cおよびバイパス通路開閉弁16eを閉じ、液相入口側開閉弁16bおよび液相出口側開閉弁16dを開き、さらに、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第1実施形態の冷房モードと同様である。
これにより、本実施形態の冷房モードでは、図5の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1膨張弁13→)室外熱交換器14→液相入口側開閉弁16b→アキュムレータ17→第2膨張弁19→室内蒸発器20→固定絞り22→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
従って、冷房モード時の冷凍サイクル装置10では、図7のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図7のa7点)が、第1実施形態と同様に、室内凝縮器12へ流入し、送風空気と熱交換して放熱する(図7のa7点→b7点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気の一部が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1実施形態と同様に、室外熱交換器14→アキュムレータ17→第2膨張弁19→室内蒸発器20の順に流れる(図7のa7点→b7点→d7点→f7点)。室内蒸発器20へ流入した冷媒は、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図7のf7点→g7点)。これにより、送風空気が冷却される。
そして、室内蒸発器20から流出した冷媒が固定絞り22にて減圧され(図7のg7点→g’7点)、合流部15bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される(図7のh7点→a7点)。上記の如く、本実施形態の冷房モードでは、第1実施形態の冷房モードと同様に、室内蒸発器20にて送風空気を冷却することによって、車室内の冷房を実現することができる。
一方、暖房モードでは、空調制御装置が、液相入口側開閉弁16bおよび液相出口側開閉弁16dを閉じ、気相入口側開閉弁16a、気相出口側開閉弁16cおよびバイパス通路開閉弁16eを開き、第1膨張弁13および第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第1実施形態の暖房モードと同様である。
より具体的には、第2膨張弁19の絞り開度は、室内凝縮器12出口側冷媒の過冷却度が、目標過冷却度KSCに近づくように決定される。さらに、第1膨張弁13の絞り開度は、第1膨張弁13における冷媒減圧量と固定絞り22における冷媒減圧量との合計値が、第2膨張弁19における冷媒減圧量と同等となるように決定される。その他の制御対象機器の作動は第1実施形態の暖房モードと同様である。
これにより、本実施形態の暖房モードでは、図6の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→第1膨張弁13→室外熱交換器14→気相入口側開閉弁16a→アキュムレータ17→気相出口側開閉弁16c→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、室内凝縮器12→バイパス通路21→第2膨張弁19→室内蒸発器20→固定絞り22→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図8のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図8のa8点)が、第1実施形態と同様に、室内凝縮器12へ流入して送風空気と熱交換して放熱する(図8のa8点→b8点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒の流れは、バイパス通路開閉弁16eが開いているので、第1膨張弁13へ流入する流れとバイパス通路21を介して第2膨張弁19へ流入する流れとに分流される。第1膨張弁13へ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧されて(図8のb8点→c8点)、室外熱交換器14へ流入する。
室外熱交換器14へ流入した冷媒は、送風ファンより送風された外気から吸熱して蒸発する(図8のc8点→d8点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cが開いているので、アキュムレータ17へ流入して気液分離され、気相冷媒流出口から流出して合流部15bの一方の冷媒流入口へ流入する(図8のd8点→eg8点)。
一方、バイパス通路21を介して第2膨張弁19へ流入した冷媒は、低圧冷媒となるまで減圧されて(図8のb8点→f8点)、室内蒸発器20へ流入する。室内蒸発器20へ流入した冷媒は、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図8のf8点→g8点)。これにより、送風空気が冷却される。
室内蒸発器20から流出した冷媒は、固定絞り22へ流入して、アキュムレータ17から流出した気相冷媒と同等の圧力となるまで減圧される(図8のg8点→g’8点)。さらに、固定絞り22にて減圧された冷媒は、合流部15bの他方の冷媒流入口へ流入してアキュムレータ17の気相冷媒流出口から流出した冷媒と合流する。合流部15bから流出した冷媒は、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される(図8のh8点→a8点)。
上記の如く、暖房モードでは、第1実施形態の暖房モードと同様に、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現している。従って、本実施形態の車両用空調装置1においても、車室内の冷房および暖房を実現することができる。
さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、冷房モードおよび暖房モードのいずれの運転モード時においても、室外熱交換器14にて外気と熱交換した冷媒をアキュムレータ17へ流入させている。従って、第1実施形態と同様に、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、暖房モード時に、バイパス通路開閉弁16eがバイパス通路21を開くので、室内凝縮器12から流出した冷媒を、室外熱交換器14および室内蒸発器20に並列的に流して圧縮機11に吸入させる冷媒回路に切り替えることができる。
従って、固定絞り22における減圧量分だけ室外熱交換器14における冷媒蒸発圧力(冷媒蒸発温度)を室内蒸発器20における冷媒蒸発圧力(冷媒蒸発温度)よりも低い値とすることができる。その結果、暖房モードでは、室外熱交換器14の冷媒蒸発温度を充分に低下させて、冷媒が空調対象空間を暖房するための熱を外気から充分に吸熱させることができるとともに、室内蒸発器20の冷媒蒸発温度を着霜が生じない程度まで上昇させることができる。
なお、本実施形態では、室外熱交換器14における冷媒蒸発温度を室内蒸発器20における冷媒蒸発温度よりも低い値とする例を説明したが、もちろん、室外熱交換器14における冷媒蒸発温度を室内蒸発器20における冷媒蒸発温度よりも高い値としてもよい。この場合は、固定絞り22は、気相出口側開閉弁16cの出口側から合流部15bの一方の冷媒流入口へ至る冷媒通路に配置すればよい。
さらに、固定絞り22を廃止して、室外熱交換器14における冷媒蒸発温度と室内蒸発器20における冷媒蒸発温度とを同等としてもよい。
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図9、図10の全体構成図に示すように、アキュムレータ17にて分離された液相冷媒と外気とを熱交換させる補助室外熱交換器14aを追加した例を説明する。
より詳細には、本実施形態の補助室外熱交換器14aは、室外熱交換器14と一体的に構成されて、共通する送風ファンから送風される外気と冷媒とを熱交換させるようになっている。もちろん、補助室外熱交換器14aと室外熱交換器14とを異なる熱交換器で構成してもよい。また、補助室外熱交換器14aの冷媒出口側は第2膨張弁19の入口側に接続されている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。まず、冷房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを閉じ、液相入口側開閉弁16bを開き、さらに、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第1実施形態の冷房モードと同様である。
これにより、本実施形態の冷房モードでは、図9の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1膨張弁13→)室外熱交換器14→液相入口側開閉弁16b→アキュムレータ17→補助室外熱交換器14a→第2膨張弁19→室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
従って、冷房モード時の冷凍サイクル装置10では、図11のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図11のa11点)が、第1実施形態と同様に、室内凝縮器12へ流入し、送風空気と熱交換して放熱する(図11のa11点→b11点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気の一部が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、室外熱交換器14へ流入し、外気と熱交換してエンタルピを低下させる(図11のb11点→d11点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、液相入口側開閉弁16bが開いているので、アキュムレータ17へ流入して気液分離される。
アキュムレータ17にて分離された液相冷媒は、アキュムレータ17の液相冷媒流出口から流出して補助室外熱交換器14aへ流入する。そして、補助室外熱交換器14aにて外気と熱交換して、さらにエンタルピを低下させて過冷却状態となる(図11のd11点→e’11点)。
補助室外熱交換器14aから流出した冷媒は、第2膨張弁19へ流入して、低圧冷媒となるまで減圧される(図11のe’11点→f11点)。以降の作動は第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の冷房モードでは、室内蒸発器20にて送風空気を冷却することによって、車室内の冷房を実現することができる。
次に、暖房モードについて説明する。暖房モードでは、空調制御装置が、液相入口側開閉弁16bを閉じ、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを開き、さらに、第1膨張弁13を絞り状態とし、第2膨張弁19を全開とする。その他の制御対象機器の作動は第1実施形態の暖房モードと同様である。
これにより、本実施形態の暖房モードでは、図10の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→第1膨張弁13→室外熱交換器14→気相入口側開閉弁16a→アキュムレータ17→気相出口側開閉弁16c→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、アキュムレータ17→補助室外熱交換器14a→(第2膨張弁19→)室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図12のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図12のa12点)が、第1実施形態と同様に、室内凝縮器12へ流入して送風空気と熱交換して放熱する(図12のa12点→b12点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、第1実施形態と同様に、第1膨張弁13→室外熱交換器14の順に流れ(図12のb12点→c12点→d12点)、アキュムレータ17にて気液分離される(図12のd12点→eg12点、d12点→el12点)。アキュムレータ17にて分離された液相冷媒(図12のel12点)は、液相冷媒流出口から流出して補助室外熱交換器14aへ流入する。
補助室外熱交換器14aへ流入した冷媒は、送風ファンより送風された外気から吸熱して蒸発する(図12のel12点→e’12点)。さらに、補助室外熱交換器14aから流出した冷媒は、第2膨張弁19を介して室内蒸発器20へ流入する。この際、第2膨張弁19が全開となっているので、アキュムレータ17の液相冷媒流出口から流出した冷媒は殆ど減圧されることなく室内蒸発器20へ流入する。
以降の作動は第1実施形態と同様である。従って、本実施形態の暖房モードにおいても、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現することができる。
さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、第1実施形態と同様に、冷房モードおよび暖房モードのいずれの運転モード時においても、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、冷房モード時には、補助室外熱交換器14aを過冷却熱交換器として機能させるので、室内蒸発器20出口側冷媒のエンタルピと入口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差を拡大させることができ、室内蒸発器20にて発揮される冷凍能力を増大させることができる。さらに、暖房モード時には、補助室外熱交換器14aを外気から冷媒に熱を吸熱させる蒸発器として機能させるので、室内凝縮器12における送風空気の加熱能力を向上させることができる。
(第4実施形態)
本実施形態では、第3実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図13、図14の全体構成図に示すように、液相出口側開閉弁16dおよび室外器側開閉弁16fを追加した例を説明する。より具体的には、本実施形態の液相出口側開閉弁16dは、アキュムレータ17の液相冷媒流出口と第2膨張弁19の入口側とを接続する冷媒通路に配置されている。
さらに、室外器側開閉弁16fは、補助室外熱交換器14aの冷媒出口側から第2膨張弁19の入口側へ至る冷媒通路に配置され、この冷媒通路を開閉する機能を果たす。なお、室外器側開閉弁16fは、上述の実施形態で説明した各開閉弁16a〜16dと同様の構成の電磁弁であって、本実施形態の冷媒回路切替手段を構成している。その他の構成は第3実施形態と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。まず、冷房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16a、気相出口側開閉弁16cおよび液相出口側開閉弁16dを閉じ、液相入口側開閉弁16bおよび室外器側開閉弁16fを開き、さらに、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第3実施形態の冷房モードと同様である。
従って、本実施形態の冷房モードでは、図13の実線矢印に示すように、第3実施形態の冷房モードと全く同様の冷媒回路を構成することができ、第3実施形態の冷房モードと全く同様に車室内の冷房を実現することができる。
一方、暖房モードでは、空調制御装置が、液相入口側開閉弁16bおよび室外器側開閉弁16fを閉じ、気相入口側開閉弁16a、気相出口側開閉弁16cおよび液相出口側開閉弁16dを開き、第1膨張弁13を絞り状態とし、第2膨張弁19を全開とする。その他の制御対象機器の作動は第3実施形態の暖房モードと同様である。
従って、本実施形態の暖房モードでは、図14の実線矢印に示すように、アキュムレータ17にて分離された液相冷媒が補助室外熱交換器14a側へ流出することがなく、第1実施形態の暖房モードと全く同様の冷媒回路を構成することができる。その結果、第1実施形態の暖房モードと全く同様に車室内の暖房を実現することができる。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、第1実施形態と同様に、冷房モードおよび暖房モードのいずれの運転モード時においても、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
(第5実施形態)
本実施形態では、第3実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図15、図16の全体構成図に示すように、第2実施形態と同様のバイパス通路21、バイパス通路開閉弁16eおよび固定絞り22、並びに、第4実施形態と同様の室外器側開閉弁16fを追加した例を説明する。
具体的には、本実施形態のバイパス通路21は、室内凝縮器12から流出した冷媒を、第1膨張弁13、室外熱交換器14、アキュムレータ17および補助室外熱交換器14a等を迂回させて、第2膨張弁19の入口側へ導く冷媒通路である。その他の構成は第3実施形態と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。まず、冷房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16a、気相出口側開閉弁16cおよびバイパス通路開閉弁16eを閉じ、液相入口側開閉弁16bおよび室外器側開閉弁16fを開き、さらに、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第3実施形態の冷房モードと同様である。
これにより、本実施形態の冷房モードでは、図15の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→(第1膨張弁13→)室外熱交換器14→液相入口側開閉弁16b→アキュムレータ17→補助室外熱交換器14a→室外器側開閉弁16f→第2膨張弁19→室内蒸発器20→固定絞り22→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
従って、本実施形態の冷房モードでは、室内蒸発器20から流出した冷媒が固定絞り22によって減圧された後に圧縮機11へ吸入されるものの、実質的に第3実施形態の冷房モードと同様に車室内の冷房を実現することができる。
一方、暖房モードでは、空調制御装置が、液相入口側開閉弁16bおよび室外器側開閉弁16fを閉じ、気相入口側開閉弁16a、気相出口側開閉弁16cおよびバイパス通路開閉弁16eを開き、第1膨張弁13および第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第3実施形態の暖房モードと同様である。
従って、本実施形態の暖房モードでは、図16の実線矢印に示すように、アキュムレータ17にて分離された液相冷媒が補助室外熱交換器14a側へ流出することがなく第2実施形態の暖房モードと全く同様の冷媒回路を構成することができ、第2実施形態の暖房モードと全く同様に車室内の暖房を実現することができる。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、第1実施形態と同様に、冷房モードおよび暖房モードのいずれの運転モード時においても、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、第2実施形態と同様に、室外熱交換器14における冷媒蒸発温度と室内蒸発器20における冷媒蒸発温度とを異なる温度帯とすることができる。
(第6実施形態)
本実施形態では、第3実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図17の全体構成図に示すように、各開閉弁16a〜16c、分岐部15aおよび合流部15bを廃止し、さらに、アキュムレータ17の気相側流入口および気相冷媒流出口を廃止した例を説明する。
本実施形態の冷房モードでは、空調制御装置が、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第3実施形態の冷房モードと同様である。従って、本実施形態の冷房モードでは、第3実施形態の冷房モードと全く同様の冷媒回路を構成することができ、第3実施形態の冷房モードと全く同様に車室内の冷房を実現することができる。
また、本実施形態の暖房モードでは、空調制御装置が、第1膨張弁13を絞り状態とし、第2膨張弁19を全開とする。その他の制御対象機器の作動は第3実施形態の暖房モードと同様である。従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図18のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。
具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図18のa18点)が、第1実施形態と同様に、室内凝縮器12へ流入し、送風空気と熱交換して放熱する(図18のa18点→b18点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は第1膨張弁13へ流入して、低圧冷媒となるまで減圧される(図18のb18点→c18点)。
第1膨張弁13にて減圧された冷媒は、室外熱交換器14→(アキュムレータ17→)補助室外熱交換器14aの順に流れ、外気から吸熱してエンタルピを増加させる(図18のc18点→d18点→e’18点)。さらに、補助室外熱交換器14aから流出した冷媒は、第2膨張弁19を介して室内蒸発器20へ流入する。
この際、第2膨張弁19が全開となっているので、アキュムレータ17の液相冷媒流出口から流出した冷媒は殆ど減圧されることなく室内蒸発器20へ流入する。以降の作動は冷房モードと同様である。従って、本実施形態の暖房モードでは、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現することができる。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、冷房モード時には、第3実施形態と同様に、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
さらに、暖房モード時には、アキュムレータ17内に冷媒を貯留することなく、アキュムレータ17を単なる冷媒通路として機能させるので、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
(第7実施形態)
本実施形態では、第6実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図19、図20の全体構成図に示すように、第4実施形態と同様の液相出口側開閉弁16dおよび室外器側開閉弁16fを追加した例を説明する。
本実施形態の冷房モードでは、空調制御装置が、液相出口側開閉弁16dを閉じ、室外器側開閉弁16fを開き、さらに、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第6実施形態の冷房モードと同様である。
従って、本実施形態の冷房モードでは、図19の実線矢印に示すように、第6実施形態の冷房モードと全く同様の冷媒回路を構成することができ、第6実施形態の冷房モードと全く同様に車室内の冷房を実現することができる。
また、本実施形態の暖房モードでは、空調制御装置が、室外器側開閉弁16fを閉じ、液相出口側開閉弁16dを開き、さらに、第1膨張弁13を絞り状態とし、第2膨張弁19を全開とする。その他の制御対象機器の作動は第6実施形態の暖房モードと同様である。
これにより、本実施形態の暖房モードでは、図20の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→第1膨張弁13→室外熱交換器14→アキュムレータ17→液相出口側開閉弁16d→(第2膨張弁19→)室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図21のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図21のa21点)が、第6実施形態と同様に、室内凝縮器12へ流入して送風空気と熱交換して放熱する(図21のa21点→b21点)。
これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は第1膨張弁13→室外熱交換器14の順に流れる(図21のb21点→c21点→d21点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、室外器側開閉弁16fが閉じられ、液相出口側開閉弁16dが開いているので、アキュムレータ17および第2膨張弁19を介して室内蒸発器20へ流入する。
この際、第2膨張弁19が全開となっているので、アキュムレータ17の液相冷媒流出口から流出した冷媒は殆ど減圧されることなく室内蒸発器20へ流入する。以降の作動は冷房モードと同様である。従って、本実施形態の暖房モードでは、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現することができる。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、冷房モード時には、第6実施形態と同様に、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
さらに、暖房モード時には、アキュムレータ17内に冷媒を貯留することなく、アキュムレータ17を単なる冷媒通路として機能させるので、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
(第8実施形態)
本実施形態では、第6実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図22の全体構成図に示すように、第1膨張弁13の配置を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態の第1膨張弁13は、室外熱交換器14の冷媒出口からアキュムレータ17の液相側流入口へ至る冷媒通路に配置されている。その他の構成は、第6実施形態と同様である。
本実施形態の冷房モードでは、空調制御装置が、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第6実施形態の冷房モードと同様である。従って、本実施形態の冷房モードでは、第6実施形態の冷房モードと全く同様の冷媒回路を構成することができ、第6実施形態の冷房モードと全く同様に車室内の冷房を実現することができる。
また、本実施形態の暖房モードでは、空調制御装置が、第1膨張弁13を絞り状態とし、第2膨張弁19を全開とする。その他の制御対象機器の作動は第6実施形態の暖房モードと同様である。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図23のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図23のa23点)が、室内凝縮器12へ流入し、送風空気と熱交換して放熱する(図23のa23点→b23点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、室外熱交換器14へ流入して外気と熱交換してさらにエンタルピを低下させる(図23のb23点→d23点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、第1膨張弁13へ流入し、低圧冷媒となるまで減圧される(図23のd23点→e23点)。
第1膨張弁13にて減圧された冷媒は、補助室外熱交換器14aへ流入し、外気から吸熱してエンタルピを増加させる(図23のe23点→e’23点)。さらに、補助室外熱交換器14aから流出した冷媒は、第2膨張弁19を介して室内蒸発器20へ流入する。この際、第2膨張弁19が全開となっているので、補助室外熱交換器14aから流出した冷媒は、殆ど減圧されることなく室内蒸発器20へ流入する。
以降の作動は冷房モードと同様である。従って、本実施形態の暖房モードでは、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現することができる。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、冷房モード時には、第6実施形態と同様に、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
さらに、暖房モード時には、アキュムレータ17内に冷媒を貯留することなく、アキュムレータ17を単なる冷媒通路として機能させるので、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
(第9実施形態)
本実施形態では、第6実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図24、図25の全体構成図に示すように、第1膨張弁13の配置を第8実施形態と同様に変更するとともに、アキュムレータ17の液相冷媒流出口側から補助室外熱交換器14aの冷媒入口側へ至る冷媒通路に室外器側開閉弁16fを配置している。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、第1実施形態と同様の合流部15bを設け、補助室外熱交換器14aの冷媒流出口を合流部15bの一方の冷媒流入口へ接続し、室内蒸発器20の冷媒流出口を合流部15bの他方の冷媒流入口へ接続し、さらに、アキュムレータ17の液相冷媒流出口側と第2膨張弁19の入口とを接続している。その他の構成は、第6実施形態と同様である。
本実施形態の冷房モードでは、空調制御装置が、室外器側開閉弁16fを閉じ、第1膨張弁13を全開とし、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第6実施形態の冷房モードと同様である。
従って、本実施形態の冷房モードでは、図24の実線矢印に示すように、第1実施形態の冷房モードと全く同様の冷媒回路を構成することができ、第1実施形態の冷房モードと全く同様に車室内の冷房を実現することができる。
また、本実施形態の暖房モードでは、空調制御装置が、室外器側開閉弁16fを開き、第1膨張弁13を絞り状態とし、第2膨張弁19を全開とする。その他の制御対象機器の作動は第6実施形態の暖房モードと同様である。
これにより、本実施形態の暖房モードでは、図25の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→室外熱交換器14→第1膨張弁13→アキュムレータ17→室外器側開閉弁16f→補助室外熱交換器14a→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、アキュムレータ17→第2膨張弁19→室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図26のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図26のa26点)が、室内凝縮器12へ流入し、送風空気と熱交換して放熱する(図26のa26点→b26点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、室外熱交換器14へ流入して外気と熱交換してさらにエンタルピを低下させる(図26のb26点→d26点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、第1膨張弁13へ流入し、低圧冷媒となるまで減圧され(図26のd26点→e26点)、アキュムレータ17へ流入する。
さらに、暖房モードでは、室外器側開閉弁16fが開いているので、アキュムレータ17にて分離された液相冷媒が、補助室外熱交換器14a側および室内蒸発器20側の双方へ流出する。補助室外熱交換器14a側へ流出した冷媒は、補助室外熱交換器14aにて外気から吸熱して蒸発し、合流部15bの一方の冷媒流入口へ流入する(図26のe26点→e’26点)。
一方、全開となっている第2膨張弁19を介して室内蒸発器20側へ流出した冷媒は、室内蒸発器20にて送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図26のe26点→g26点)。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器20から流出した冷媒は、合流部15bの他方の冷媒流入口へ流入して補助室外熱交換器14aから流出した冷媒と合流する。
合流部15bから流出した冷媒は、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される(図26のh26点→a26点)。従って、本実施形態の暖房モードにおいても、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現することができる。
以上の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、第1実施形態と同様に、冷房モードおよび暖房モードのいずれの運転モード時においても、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10では、暖房モード時に、アキュムレータ17から流出した液相冷媒を、補助室内熱交換器14aおよび室内蒸発器20に並列的に流して圧縮機11に吸入させる冷媒回路に切り替えることができる。従って、第2実施形態と同様に、固定絞り22等を設けることによって、補助室内熱交換器14aにおける冷媒蒸発温度と室内蒸発器20における冷媒蒸発温度とを異なる温度帯にすることもできる。
例えば、補助室内熱交換器14aの冷媒流出口から合流部15bの一方の冷媒流入口へ至る冷媒通路に固定絞り22を配置して、第2膨張弁19の絞り開度を固定絞り22と同程度の減圧量となるように制御してもよい。これにより、室内蒸発器20における冷媒蒸発温度を補助室内熱交換器14aにおける冷媒蒸発温度よりも低くすることができる。
(第10実施形態)
本実施形態では、第1実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図27、図28の全体構成図に示すように、第1膨張弁13に代えてエジェクタ40を採用し、冷媒回路構成を変更した例を説明する。
エジェクタ40は、暖房モード時に室内凝縮器12から流出した冷媒を減圧させる第1減圧手段としての機能を果たすとともに、高速で噴射される噴射冷媒の吸引作用によって冷媒を吸引(輸送)してサイクル内を循環させる冷媒循環手段(冷媒輸送手段)としての機能を果たすものである。
より具体的には、エジェクタ40は、ノズル部40aおよびボデー部40bを有して構成されている。ノズル部40aは、略円筒状の金属(例えば、真鍮、ステンレス合金)で形成されており、冷媒流れ方向に向かって先細り形状に形成されている。そして、内部に形成される冷媒通路面積を変化させ、冷媒を等エントロピ的に減圧させる。
ノズル部40aの内部に形成される冷媒通路には、冷媒通路面積が最も縮小した喉部(最小通路面積部)が形成され、さらに、喉部から冷媒を噴射する冷媒噴射口へ向かって冷媒通路面積が徐々に拡大する末広部が形成されている。つまり、ノズル部40aは、ラバールノズルとして構成されており、喉部における冷媒の流速が音速以上となるように設定されている。もちろん、ノズル部40aを先細ノズルで構成してもよい。
ボデー部40bは、略円筒状の金属(例えば、アルミニウム)で形成されており、その内部にノズル部40aを支持固定する固定部材として機能するとともに、エジェクタ40の外殻を形成するものである。具体的には、ノズル部40aは、ボデー部40bの長手方向一端側の内部に収容されるように圧入にて固定されている。従って、ノズル部40aとボデー部40bとの固定部(圧入部)から冷媒が漏れることはない。
また、ボデー部40bの外周側面のうち、ノズル部40aの外周側に対応する部位には、その内外を貫通してノズル部40aの冷媒噴射口と連通するように設けられた冷媒吸引口40cが形成されている。この冷媒吸引口40cは、暖房モード時に、ノズル部40aから噴射される噴射冷媒の吸引作用によって室外熱交換器14の一方の冷媒流入出口から流出した冷媒をエジェクタ40の内部へ吸引する貫通穴である。
さらに、ボデー部40bの内部には、冷媒吸引口40cから吸引された吸引冷媒をディフューザ部40dへ導く吸引通路、並びに、噴射冷媒と冷媒吸引口40cおよび吸引通路を介して流入した吸引冷媒とを混合させて昇圧させる昇圧部としてのディフューザ部40dが形成されている。
吸引通路は、ノズル部40aの先細り形状の先端部周辺の外周側とボデー部40bの内周側との間の空間に形成されており、吸引通路の冷媒通路面積は、冷媒流れ方向に向かって徐々に縮小している。これにより、吸引通路を流通する吸引冷媒の流速を徐々に増加させて、ディフューザ部40dにて吸引冷媒と噴射冷媒が混合する際のエネルギ損失(混合損失)を減少させている。
ディフューザ部40dは、吸引通路の出口に連続するように配置されて、冷媒通路面積が徐々に拡大するように形成されている。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒とを混合させながら、噴射冷媒と吸引冷媒との混合冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換する機能、すなわち、混合冷媒の流速を減速させて混合冷媒の圧力を上昇させる機能を果たす。
エジェクタ40のディフューザ部40dの冷媒出口側には、気相入口側開閉弁16aを介してアキュムレータ17の気相側流入口が接続されている。また、本実施形態のアキュムレータ17には2つの液相冷媒流入出口が設けられており、一方の液相冷媒流入出口には室外熱交換器14の他方の冷媒流入出口が接続され、他方の液相冷媒流入出口には第2膨張弁19の入口側が接続されている。
さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置10は、室内凝縮器12から流出した冷媒を、エジェクタ40を迂回させて室外熱交換器14の一方の冷媒流入出口へ導くエジェクタバイパス通路23を備えている。さらに、このエジェクタバイパス通路23には、この冷媒通路を開閉するエジェクタ側開閉弁16gが配置されている。
なお、エジェクタ側開閉弁16gは、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cと同様の構成の電磁弁であって、本実施形態の冷媒回路切替手段を構成している。その他の構成は第1実施形態と同様である。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。まず、冷房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを閉じ、エジェクタ側開閉弁16gを開き、さらに、第2膨張弁19を絞り状態とする。その他の制御対象機器の作動は第1実施形態の冷房モードと同様である。
これにより、本実施形態の冷房モードでは、図27の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→エジェクタ側開閉弁16g→室外熱交換器14→アキュムレータ17→第2膨張弁19→室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
つまり、本実施形態の冷房モードでは、実質的に第1実施形態の冷房モードと同様の冷媒回路を構成することができ、第1実施形態の冷房モードと全く同様に車室内の冷房を実現することができる。
次に、暖房モードについて説明する。暖房モードでは、空調制御装置が、エジェクタ側開閉弁16gを閉じ、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを開き、さらに、第2膨張弁19を全開とする。その他の制御対象機器の作動は第1実施形態の暖房モードと同様である。
これにより、本実施形態の暖房モードでは、図28の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→エジェクタ40→気相入口側開閉弁16a→アキュムレータ17→(第2膨張弁19→)室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、アキュムレータ17→室外熱交換器14→エジェクタ40の冷媒吸引口40cの順に冷媒を流す冷媒回路に切り替えられる。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図29のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図29のa29点)が、第1実施形態と同様に、室内凝縮器12へ流入して送風空気と熱交換して放熱する(図29のa29点→b29点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒は、エジェクタ側開閉弁16gが閉じているのでエジェクタ40のノズル部40aへ流入して等エントロピ的に減圧されて噴射される(図29のb29点→c29点)。なお、本実施形態では、図29のモリエル線図に示すように、暖房モードの通常運転時に室内凝縮器12出口側冷媒の過冷却度が、目標過冷却度KSCに近づくように、ノズル部40aの冷媒通路面積が設定されている。
そして、ノズル部40aから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、室外熱交換器14の一方の冷媒流入出口から流出した冷媒がエジェクタ40の冷媒吸引口40cから吸引される。さらに、ノズル部40aから噴射された噴射冷媒および冷媒吸引口40cを介して吸引された吸引冷媒は、エジェクタ40のディフューザ部40dへ流入する(図29のc29点→c’29点、d’29点→c’29点)。
ディフューザ部40dでは、冷媒通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギが圧力エネルギに変換される。これにより、噴射冷媒と吸引冷媒が混合されながら混合冷媒の圧力が上昇する(図29のc’29点→e29点)。ディフューザ部40dから流出した冷媒はアキュムレータ17へ流入して気液分離される(図29のe29点→eg29点、e29点→el29点)。
アキュムレータ17にて分離された気相冷媒(図29のeg29点)は、合流部15bの一方の冷媒流入口へ流入する。また、アキュムレータ17にて分離された液相冷媒のうち、室外熱交換器14の一方の冷媒流入出口側へ流出した冷媒は、室外熱交換器14にて送風ファンから送風された外気と熱交換して蒸発する(図29のel29点→d’29点)。室外熱交換器14の他方の冷媒流入出口から流出した冷媒は、エジェクタ40の冷媒吸引口40cから吸引される。
さらに、アキュムレータ17にて分離された液相冷媒のうち、第2膨張弁19側へ流出した冷媒は、室内蒸発器20へ流入して、送風機32から送風された送風空気として熱交換して蒸発する(図29のel29点→g29点)。これにより、送風空気が冷却される。この際、第2膨張弁19は全開となっているので、アキュムレータ17から流出した冷媒は殆ど減圧されることなく室内蒸発器20へ流入する。
室内蒸発器20から流出した冷媒は、合流部15bの他方の冷媒流入口へ流入してアキュムレータ17の気相冷媒流出口から流出した冷媒と合流する。合流部15bから流出した冷媒は、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される(図29のh29点→a29点)。
上記の如く、暖房モードでは、第1実施形態の暖房モードと同様に、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現している。従って、本実施形態の車両用空調装置1においても、車室内の冷房および暖房を実現することができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、冷房モード時には、室内凝縮器12から流出した高圧冷媒を減圧させることなくアキュムレータ17へ流入させ、加熱モード時には、エジェクタ40にて減圧された低圧冷媒をアキュムレータ17へ流入させている。従って、第1実施形態と同様に、いずれの運転モードに切り替えても、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒の温度と外気温との温度差の拡大を抑制することができる。
さらに、冷房モード時には、室外熱交換器14にて外気と熱交換した冷媒をアキュムレータ17へ流入させるので、アキュムレータ17内の冷媒温度と外気温とを同等の温度とすることができる。
従って、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、いずれの運転モード時の冷媒回路に切り替えても、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
また、本実施形態の暖房モードでは、エジェクタ40のディフューザ部40dにて昇圧された冷媒を圧縮機11へ吸入させるので、圧縮機11の駆動動力を低減させて、サイクル効率(COP)を向上させることができる。
(第11実施形態)
本実施形態では、第10実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図30、図31の全体構成図に示すように、バイパス通路21およびバイパス通路膨張弁24を追加した例を説明する。具体的には、本実施形態のバイパス通路21は、室内凝縮器12から流出した冷媒を、エジェクタ40、室外熱交換器14、アキュムレータ17および第2膨張弁19等を迂回させて、室内蒸発器20の冷媒入口側へ導く冷媒通路である。
バイパス通路膨張弁24は、第2膨張弁19と同様の構成の可変絞り機構である。さらに、本実施形態のバイパス通路膨張弁24および第2膨張弁19は、それぞれ絞り開度を全閉した際にバイパス通路21およびアキュムレータ17の液相冷媒流出口からバイパス通路21の接続部へ至る冷媒通路を閉鎖する全閉機能を有している。
従って、本実施形態のバイパス通路膨張弁24および第2膨張弁19は、気相入口側開閉弁16a、気相出口側開閉弁16cおよびエジェクタ側開閉弁16gとともに、冷媒回路切替手段を構成している。さらに、本実施形態のバイパス通路膨張弁24は、冷媒回路切替手段のうちバイパス通路開閉手段として機能するものである。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。まず、冷房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを閉じ、エジェクタ側開閉弁16gを開き、さらに、第2膨張弁19を絞り状態とし、バイパス通路膨張弁24を全閉状態とする。その他の制御対象機器の作動は第10実施形態の冷房モードと同様である。
従って、本実施形態の冷房モードでは、図30の実線矢印に示すように、第10実施形態の冷房モードと全く同様の冷媒回路を構成することができ、第10実施形態の冷房モードと全く同様に車室内の冷房を実現することができる。
また、本実施形態の暖房モードでは、空調制御装置が、エジェクタ側開閉弁16gを閉じ、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを開き、さらに、バイパス通路膨張弁24を絞り状態とし、第2膨張弁19を全閉状態とする。その他の制御対象機器の作動は第10実施形態の暖房モードと同様である。
これにより、本実施形態の暖房モードでは、図31の実線矢印に示すように、圧縮機11→室内凝縮器12→エジェクタ40→気相入口側開閉弁16a→アキュムレータ17→気相出口側開閉弁16c→圧縮機11の順に冷媒を循環させるとともに、アキュムレータ17→室外熱交換器14→エジェクタ40の冷媒吸引口40cの順に冷媒を流し、さらに、室内凝縮器12→バイパス通路21→バイパス通路膨張弁24→室内蒸発器20→圧縮機11の順に冷媒を循環させる冷媒回路に切り替えられる。
従って、暖房モード時の冷凍サイクル装置10では、図32のモリエル線図に示すように冷媒の状態が変化する。具体的には、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(図32のa32点)が、第10実施形態と同様に、室内凝縮器12へ流入して送風空気と熱交換して放熱する(図32のa32点→b32点)。これにより、室内蒸発器20通過後の送風空気が加熱される。
室内凝縮器12から流出した冷媒の流れは、エジェクタ側開閉弁16gが閉じており、バイパス通路膨張弁24が絞り状態となっているので、エジェクタ40へ流入する流れとバイパス通路21を介してバイパス通路膨張弁24へ流入する流れとに分流される。エジェクタ40へ流入した冷媒は、第10実施形態と同様に、ノズル部40aにて等エントロピ的に減圧されて(図32のb32点→c32点)、アキュムレータ17へ流入する。
この際、第10実施形態と同様に、ノズル部40aから噴射された噴射冷媒の吸引作用によって、室外熱交換器14の一方の冷媒流入出口から流出した冷媒が冷媒吸引口40cから吸引される(図32のc32点→c’32点、d’32点→c’32点)。さらに、ディフューザ部40dにて、吸引冷媒と噴射冷媒が混合されながら昇圧される(図32のc’32点→e32点)。
アキュムレータ17にて分離された気相冷媒(図32のeg32点)は、合流部15bの一方の冷媒流入口へ流入する。また、アキュムレータ17にて分離された液相冷媒は、室外熱交換器14へ流入して、送風ファンから送風された外気と熱交換して蒸発する(図32のel32点→d’32点)。室外熱交換器14の他方の冷媒流入出口から流出した冷媒は、エジェクタ40の冷媒吸引口40cから吸引される。
一方、室内凝縮器12からバイパス通路21へ流入した冷媒は、バイパス通路膨張弁24にて、低圧冷媒となるまで減圧される(図32のb32点→f32点)。この際、バイパス通路膨張弁24の絞り開度は、室内蒸発器20出口側冷媒の圧力がアキュムレータ17内の冷媒圧力と同等となるように調整される。
さらに、バイパス通路膨張弁24にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器20へ流入して、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図32のf32点→g32点)。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器20から流出した冷媒は、合流部15bの他方の冷媒流入口へ流入してアキュムレータ17の気相冷媒流出口から流出した冷媒と合流する。合流部15bから流出した冷媒は、圧縮機11に吸入されて再び圧縮される(図32のh32点→a32点)。
上記の如く、暖房モードでは、第1実施形態の暖房モードと同様に、室内蒸発器20にて冷却された送風空気を室内凝縮器12にて再加熱することによって車室内の暖房を実現している。従って、本実施形態の車両用空調装置1においても、車室内の冷房および暖房を実現することができる。
また、本実施形態の冷凍サイクル装置10によれば、第10実施形態と同様に、冷房モードおよび暖房モードのいずれの運転モード時においても、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
また、本実施形態の暖房モードでは、バイパス通路膨張弁24が絞り状態となるので、室内凝縮器12から流出した冷媒を、エジェクタ40およびアキュムレータ17を介して室外熱交換器14へ流入させる冷媒回路と、バイパス通路膨張弁24を介して室内蒸発器20へ流入させる冷媒回路を構成できる。
さらに、バイパス通路膨張弁24の絞り開度を、室内蒸発器20出口側冷媒の圧力がアキュムレータ17内の冷媒圧力と同等となるように調整するので、エジェクタ40のディフューザ部40dにおける昇圧量分だけ、室外熱交換器14における冷媒蒸発圧力(冷媒蒸発温度)を室内蒸発器20における冷媒蒸発圧力(冷媒蒸発温度)よりも低い値とすることができる。
その結果、本実施形態の暖房モードでは、第2実施形態のように固定絞り22を採用することなく、室外熱交換器14の冷媒蒸発温度を充分に低下させて、冷媒が空調対象空間を暖房するための熱を外気から充分に吸熱させることができるとともに、室内蒸発器20の冷媒蒸発温度を着霜が生じない程度まで上昇させることができる。
(第12実施形態)
本実施形態では、第10実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図33、図34の全体構成図に示すように、エジェクタ側開閉弁16gに代えて第3膨張弁25を採用した例を説明する。
この第3膨張弁25の基本的構成は、第11実施形態のバイパス通路膨張弁24および第2膨張弁19と同様である。さらに、本実施形態の車両用空調装置1では、冷房モードおよび暖房モードの他に、暖房モード時よりも低い加熱能力で送風空気を加熱する第2暖房モード(第2加熱モード)での運転を行うことができる。
ここで、一般的に、暖房モードでの運転は、低外気温時(例えば、外気温が20℃以下の時)に、車室内温度を乗員にとって快適な温度(例えば、25℃程度)まで上昇させるために行われる。さらに、外気温が比較的低くない場合(例えば、外気温が20℃より高くなっている場合)であっても、車両窓ガラスの防曇等のために、送風空気を冷却して除湿し、除湿された低温の送風空気を再加熱する除湿暖房のために行われることがある。
このような除湿暖房では、暖房モード時よりも低い加熱能力で、送風空気を充分に加熱することができる。そこで、本実施形態では、除湿暖房を行う際には、第2加熱モードでの運転に切り替えて、圧縮機11の消費動力を不必要に増加させないようにしている。以下、本実施形態の各運転モードについて説明する。
まず、本実施形態の冷房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを閉じ、第3膨張弁25を全開状態とし、さらに、第2膨張弁19を絞り状態とする。これにより、冷房モードでは、図33の実線矢印に示すように、第10実施形態の冷房モードと同様に冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。
その他の制御対象機器の作動は、第10実施形態の冷房モードと同様である。従って、本実施形態の冷房モードでは、第10実施形態の冷房モードと全く同様に車室内の冷房を実現することができる。
また、暖房モードでは、空調制御装置が、第3膨張弁25を全閉状態とし、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを開き、さらに、第2膨張弁19を全開とする。これにより、本実施形態の暖房モードでは、図34の実線矢印に示すように第10実施形態の暖房モードと同様に冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。
その他の制御対象機器の作動は、第10実施形態の暖房モードと同様である。従って、本実施形態の暖房モードでは、第10実施形態の暖房モードと全く同様に車室内の暖房を実現することができる。
また、第2暖房モードでは、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを閉じ、第3膨張弁25および第2膨張弁19の絞り開度を変化させる。従って、本実施形態の第2暖房モードでは、図33の実線矢印に示すように冷房モードと同様に冷媒が流れる冷媒回路に切り替えられる。
さらに、第3膨張弁25および第2膨張弁19の絞り開度については、目標吹出温度TAOの上昇に伴って、第3膨張弁25の絞り開度を減少させるとともに、第2膨張弁19の絞り開度を増加させる。これにより、第2暖房モードでは、以下に説明する第1モードから第3モードの3段階の運転モードを実行することができる。その他の制御対象機器の作動は、第10実施形態の暖房モードと同様である。
(1)第1モード
第1モードは、第2暖房モード時に、目標吹出温度TAOが予め定めた第1基準温度以下となっている場合に実行される。第1モードでは、空調制御装置が、第3膨張弁25から流出した冷媒の温度が外気温よりも高くなる範囲で、第3膨張弁25および第2膨張弁19の絞り開度を調整する。従って、第1モードでは、図35のモリエル線図に示すようにサイクルを循環する冷媒の状態が変化する。
すなわち、図35に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(a35点)は、室内凝縮器12へ流入して、室内蒸発器20にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する(図35のa35点→b35点)。これにより、送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は、第3膨張弁25へ流入し、中間圧冷媒となるまで減圧される(図35のb35点→c35点)。
そして、第3膨張弁25にて減圧された中間圧冷媒は、室外熱交換器14へ流入して、送風ファンから送風された外気と熱交換してエンタルピを低下させる(図35のc35点→d35点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、アキュムレータ17へ流入して気液分離される。さらに、アキュムレータ17にて分離された液相冷媒は、第2膨張弁19にて低圧冷媒となるまで減圧される(図35のd35点→f35点)。
第2膨張弁19にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器20へ流入し、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図35のf35点→g35点)。これにより、送風空気が冷却される。室内蒸発器20から流出した冷媒は、合流部15bを介して圧縮機11へ吸入されて再び圧縮される(図35のh35点→a35点)。
以上の如く、第1モード時には、室内蒸発器20にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器12にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
この際、第1モードでは、第3膨張弁25を絞り状態としているので、冷房モードに対して、室外熱交換器14へ流入する冷媒の温度を低下させることができる。従って、室外熱交換器14における冷媒の温度と外気温との温度差を縮小して、室外熱交換器14における冷媒の放熱量を低減できる。
その結果、冷房モードに対して、圧縮機11の回転数(冷媒吐出能力)を増加させることなく、室内凝縮器12における冷媒圧力を上昇させることができる。つまり、圧縮機11の消費動力を不必要に増加させることなく、室内凝縮器12における送風空気の加熱能力を増加させることができる。
(2)第2モード
第2モードは、第2暖房モード時に、目標吹出温度TAOが第1基準温度より高く、かつ、予め定めた第2基準温度以下となった場合に実行される。第2モードでは、空調制御装置が、第3膨張弁25の絞り開度を、第3膨張弁25から流出した冷媒の温度が外気温よりも低くなるように第1モード時よりも減少させ、さらに、第2膨張弁19の絞り開度を第1モード時よりも増加させる。
従って、第2モードでは、図36のモリエル線図に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(a36点)が、室内凝縮器12へ流入し、室内蒸発器20にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する(図5のa36点→b36点)。これにより、送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は、第3膨張弁25へ流入し、中間圧冷媒となるまで減圧される(図36のb36点→c36点)。
そして、第3膨張弁25にて減圧された中間圧冷媒は、室外熱交換器14へ流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する(図36のc36点→d36点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、アキュムレータ17を介して第2膨張弁19へ流入し、第2膨張弁19にて低圧冷媒となるまで減圧される(図36のd36点→f36点)。
第2膨張弁19にて減圧された低圧冷媒は、室内蒸発器20へ流入し、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図36のf36点→g36点)。これにより、送風空気が冷却される。以降の作動は第1モードと同様である。
従って、第2モード時には、第1モードと同様に、室内蒸発器20にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器12にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
この際、第2モードでは、第3膨張弁25の絞り開度を減少させることによって、室外熱交換器14を蒸発器として機能させているので、第1モードよりも冷媒の吸熱量を増加させて、圧縮機11の吸入冷媒の密度を上昇させることができる。
その結果、第1モードに対して圧縮機11の回転数(冷媒吐出能力)を増加させることなく、室内凝縮器12における冷媒圧力を上昇させることができる。つまり、圧縮機11の消費動力を不必要に増加させることなく、室内凝縮器12における送風空気の加熱能力を増加させることができる。
(3)第3モード
第3モードは、第2暖房モード時に、目標吹出温度TAOが第2基準温度より高くなった場合に実行される。第3モードでは、空調制御装置が、第3膨張弁25の絞り開度を第2モード時よりも減少させ、第2膨張弁19を全開状態とする。従って、第3モードでは、図37のモリエル線図に示すようにサイクルを循環する冷媒の状態が変化する。
すなわち、図37に示すように、圧縮機11から吐出された高圧冷媒(a37点)は、室内凝縮器12へ流入して、室内蒸発器20にて冷却されて除湿された送風空気と熱交換して放熱する(図37のa37点→b37点)。これにより、送風空気が加熱される。室内凝縮器12から流出した冷媒は、第3膨張弁25に流入し、低圧冷媒となるまで減圧される(図37のb37点→c37点)。
そして、第3膨張弁25にて減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器14へ流入して、送風ファンから送風された外気から吸熱する(図37のc37点→d37点)。室外熱交換器14から流出した冷媒は、アキュムレータ17を介して第2膨張弁19へ流入する。この際、第3モードでは、第2膨張弁19が全開状態となっているので、第2膨張弁19へ流入した冷媒は、第2膨張弁19にて減圧されることなく、室内蒸発器20へ流入する。
室内蒸発器20に流入した低圧冷媒は、送風機32から送風された送風空気から吸熱して蒸発する(図37のd37点→g37点)。これにより、送風空気が冷却される。以降の作動は第1モードと同様である。なお、この第3モードでは、第6実施形態と同様にアキュムレータ17は単なる冷媒通路として機能する。
従って、第3モード時には、第1、第2モードと同様に、室内蒸発器20にて冷却されて除湿された送風空気を、室内凝縮器12にて加熱して車室内へ吹き出すことができる。これにより、車室内の除湿暖房を実現することができる。
この際、第3モードでは、第2モードと同様に、室外熱交換器14を蒸発器として機能させるとともに、第2モードよりも第3膨張弁25の絞り開度を縮小させているので、室外熱交換器14における冷媒蒸発温度を低下させることができる。従って、第2モードよりも室外熱交換器14における冷媒の温度と外気温との温度差を拡大させて、室外熱交換器14における冷媒の吸熱量を増加させることができる。
その結果、第2モードに対して圧縮機11の回転数(冷媒吐出能力)を増加させることなく、室内凝縮器12における冷媒圧力を上昇させることができる。つまり、圧縮機11の消費動力を不必要に増加させることなく、室内凝縮器12における送風空気の加熱能力を増加させることができる。
本実施形態の冷凍サイクル装置10は、上記の如く作動するので、冷房モードおよび暖房モードでは、第10実施形態と同様に、アキュムレータ17内の冷媒の温度と外気温との温度差の拡大を抑制することができる。また、第2暖房モードの第1、第2モード時には、室外熱交換器14にて外気と熱交換した冷媒をアキュムレータ17へ流入させて、アキュムレータ17内の冷媒温度と外気温とを同等の温度とすることができる。また、第3モードでは、アキュムレータ17を単なる冷媒通路として機能させている。
従って、いずれの運転モードに切り替えても、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒の温度と外気温との温度差の拡大を抑制することができ、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
(第13実施形態)
本実施形態では、第11実施形態の冷凍サイクル装置10に対して、図38、図39の全体構成図に示すように、エジェクタ側開閉弁16gに代えて第3膨張弁25を採用した例を説明する。
本実施形態の冷凍サイクル装置10においても、空調制御装置が、気相入口側開閉弁16aおよび気相出口側開閉弁16cを閉じ、バイパス通路膨張弁24を全閉状態とした状態で、第3膨張弁25および第2膨張弁19の絞り開度を変化させることで、第12実施形態の第2暖房モードと同様の運転を実現することができる。
従って、第12実施形態と同様の効果を得ることができ、いずれの運転モードに切り替えても、外部空間に配置されるアキュムレータ17内の冷媒の温度と外気温との温度差の拡大を抑制することができ、アキュムレータ17内の冷媒と外気との間での不必要な熱の授受が行われることによる冷凍サイクル装置10の性能低下を抑制できる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(1)上述の実施形態では、冷凍サイクル装置10を電気自動車に適用した例を説明したが、もちろん内燃機関(エンジン)から車両走行用の駆動力を得る通常の車両や、内燃機関と走行用電動モータの双方から車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両に適用してもよい。内燃機関を有する車両に適用する場合には、内燃機関の冷却水を熱源として送風空気を加熱するヒータコアを設けてもよい。さらに、本発明の冷凍サイクル装置10は、例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、液体加熱冷却装置等に適用してもよい。
(2)上述の実施形態では、例えば、第1膨張弁13として全開機能付の可変絞り機構を採用しているが、第1膨張弁13を、オリフィスあるいはキャピラリチューブからなる固定絞り、これをバイパスさせるバイパス通路、および、このバイパス通路を開閉する開閉弁によって構成してもよい。このことは、その他の全開機能付きの可変絞り機構についても同様である。
また、例えば、バイパス通路膨張弁24として全閉機能付の可変絞り機構を採用しているが、バイパス通路膨張弁24を、全閉機能を有していない絞り機構(固定絞りを含む)、および、これに直列的に接続されて冷媒通路を開閉する開閉弁によって構成してもよい。このことは、その他の全閉機能付きの可変絞り機構についても同様である。
(3)上述の実施形態では、複数の開閉弁16a〜16g、およびバイパス通路膨張弁24や第2膨張弁19等のような全閉機能付きの可変絞り機構を用いて冷媒回路切替手段を構成した例を説明したが、冷媒回路切替手段はこれに限定されない。
例えば、第1〜第5実施形態で説明した、分岐部15a、気相入口側開閉弁16aおよび液相入口側開閉弁16bを廃止して、室外熱交換器14の冷媒出口側とアキュムレータ17の気相側流入口との間を接続する冷媒回路および室外熱交換器14の冷媒出口側とアキュムレータ17の液相側流入口との間を接続する冷媒回路を切り替える三方弁を採用してもよい。
また、第2、第5実施形態で説明したバイパス通路開閉弁16eを廃止して、室内凝縮器12の冷媒出口側と第1膨張弁13の入口側との間を接続する冷媒回路および室内凝縮器12の冷媒出口側とバイパス通路21の入口側との間を接続する冷媒回路を切り替える三方弁、あるいは、バイパス通路21の入口側と第2膨張弁19の入口側との間を接続する冷媒回路および液相出口側開閉弁16dの出口側と第2膨張弁19の入口側との間を接続する冷媒回路を切り替える三方弁を採用してもよい。
また、第10、第11実施形態で説明したエジェクタ側開閉弁16gを廃止して、室内凝縮器12の冷媒出口側と室外熱交換器14の一方の冷媒流入出口との間を接続する冷媒回路および室内凝縮器12の冷媒出口側とエジェクタ40のノズル部40a入口側との間を接続する冷媒回路を切り替える三方弁を採用してもよい。
また、第11、第13実施形態で説明した24を廃止して、バイパス通路21の出口側と第2膨張弁19の出口側から室内蒸発器20の冷媒入口側へ至る冷媒通路との合流部に三方式の流量調整弁を配置してもよい。
(4)上述の第2、第5実施形態では、室内蒸発器20の冷媒出口側に固定絞り22を配置した例を説明したが、固定絞り22を廃止して、室内蒸発器20の冷媒圧力を予め定めた所定値以上とする蒸発圧力調整弁を採用してもよい。
なお、この種の蒸発圧力調整弁としては、具体的に、内部に形成された冷媒通路の開度を調整する弁体と、この弁体に対して冷媒通路を閉塞させる側に付勢する荷重をかける弾性部材とを有し、冷媒通路の入口側冷媒圧力から弾性部材側に加わる外気圧を減算した圧力差の拡大に伴って、弁開度を増加させる構成のもの等を採用できる。
(5)上述の第10、第11実施形態では、エジェクタ40のノズル部40aとして、絞り通路面積が固定された固定ノズル部を採用した例を説明したが、絞り通路面積を変更可能に構成された可変ノズル部を採用してもよい。
このような可変ノズル部としては、具体的に、ノズル部の内部に配置されてノズル部の冷媒通路面積を調整するニードル弁、このニードル弁をノズル部の軸方向に変位させる駆動手段を有して構成されるもの等を採用することができる。そして、暖房モード時に、室内凝縮器12出口側冷媒の過冷却度が目標過冷却度KSCに近づくように可変ノズル部の冷媒通路面積を変化させてもよい。
さらに、ニードル弁によってノズル部を閉塞させることのできる全閉機能付きの可変ノズル部を採用してもよい。この場合は、気相入口側開閉弁16aを廃止し、冷房モード時に可変ノズル部を全閉とするようにして、エジェクタ40を冷媒回路切替手段として機能させてもよい。このように、気相入口側開閉弁16aを廃止した場合は、エジェクタ40のディフューザ部40dの出口側にアキュムレータ17を一体化させてもよい。
(6)上述の第10〜第13実施形態では、アキュムレータ17の液相冷媒流出口から室外熱交換器14へ至る冷媒通路に、冷媒を減圧させる減圧手段(例えば、オリフィスやキャピラリチューブからなる固定絞り)を配置してもよい。この減圧手段の冷媒減圧仕様(減圧量)はエジェクタ40のディフューザ部40dの昇圧性能(昇圧量)に応じて決定すればよい。
11 圧縮機
12 室内凝縮器
13 第1膨張弁
14 室外熱交換器
17 アキュムレータ
19 第2膨張弁
20 室内蒸発器
40 エジェクタ

Claims (5)

  1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、
    前記圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて前記熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と、
    前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を減圧させる第1、第2減圧手段(13、19)と、
    前記第2減圧手段(19)から流出した冷媒を前記熱交換対象流体と熱交換させて蒸発させることによって前記熱交換対象流体を冷却するとともに前記圧縮機(11)吸入側へ流出させる冷却用熱交換器(20)と、
    外気に晒される外部空間に配置されて冷媒の気液を分離する気液分離手段(17)と
    前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(14)と、
    サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(16a〜16c)と、を備え、
    前記熱交換対象流体を冷却する冷却モード時には、前記冷媒回路切替手段(16a〜16c)が、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を前記室外熱交換器(14)へ流入させ、前記室外熱交換器(14)から流出した冷媒を前記気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、前記高圧冷媒を前記第1減圧手段(13)にて減圧させることなく前記気液分離手段(17)へ流入させ、
    前記熱交換対象流体を加熱する加熱モード時には、前記冷媒回路切替手段(16a〜16c)が、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を前記第1減圧手段(13)にて減圧させ、前記第1減圧手段(13)にて減圧された冷媒を前記気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を前記第1減圧手段(13)にて減圧させて前記気液分離手段(17)へ流入させ
    さらに、前記冷媒回路切替手段(16a〜16c)は、
    前記冷却モード時には、前記気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を前記第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替え、
    前記加熱モード時には、前記第1減圧手段(13)にて減圧された冷媒を前記室外熱交換器(14)を介して前記気液分離手段(17)へ流入させ、さらに、前記気液分離手段(17)にて分離された気相冷媒を前記圧縮機(11)の吸入側へ導くとともに、前記気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を前記第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、
    前記圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて前記熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と、
    前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を減圧させる第1、第2減圧手段(13、19)と、
    前記第2減圧手段(19)から流出した冷媒を前記熱交換対象流体と熱交換させて蒸発させることによって前記熱交換対象流体を冷却するとともに前記圧縮機(11)吸入側へ流出させる冷却用熱交換器(20)と、
    外気に晒される外部空間に配置されて冷媒の気液を分離する気液分離手段(17)と
    前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(14)と、
    サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(16a〜16c)と、
    前記気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒と外気とを熱交換させる補助室外熱交換器(14a)と、を備え、
    前記熱交換対象流体を冷却する冷却モード時には、前記冷媒回路切替手段(16a〜16c)が、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を前記室外熱交換器(14)へ流入させ、前記室外熱交換器(14)から流出した冷媒を前記気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、前記高圧冷媒を前記第1減圧手段(13)にて減圧させることなく前記気液分離手段(17)へ流入させ、
    前記熱交換対象流体を加熱する加熱モード時には、前記冷媒回路切替手段(16a〜16c)が、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を前記第1減圧手段(13)にて減圧させ、前記第1減圧手段(13)にて減圧された冷媒を前記気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を前記第1減圧手段(13)にて減圧させて前記気液分離手段(17)へ流入させ
    さらに、前記冷媒回路切替手段(16a〜16c)は、
    前記冷却モード時には、前記気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を前記補助室外熱交換器(14a)へ流入させ、さらに、前記補助室外熱交換器(14a)から流出した冷媒を前記第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替え、
    前記加熱モード時には、前記第1減圧手段(13)にて減圧された冷媒を前記室外熱交換器(14)を介して前記気液分離手段(17)へ流入させ、さらに、前記気液分離手段(17)にて分離された気相冷媒を前記圧縮機(11)の吸入側へ導くとともに、前記気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を前記補助室外熱交換器(14a)へ流入させて前記補助室外熱交換器(14a)から流出した冷媒を前記第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  3. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(11)と、
    前記圧縮機(11)から吐出された高圧冷媒を熱交換対象流体と熱交換させて前記熱交換対象流体を加熱する加熱用熱交換器(12)と、
    前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を減圧させる第1、第2減圧手段(40、19)と、
    前記第2減圧手段(19)から流出した冷媒を前記熱交換対象流体と熱交換させて前記熱交換対象流体を冷却するとともに前記圧縮機(11)吸入側へ流出させる冷却用熱交換器(20)と、
    外気に晒される外部空間に配置されて冷媒の気液を分離する気液分離手段(17)と
    前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(14)と、
    サイクルを循環する冷媒の冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段(16a〜16g、19、24)と、を備え、
    前記熱交換対象流体を冷却する冷却モード時には、前記冷媒回路切替手段(16a…24)が、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を前記室外熱交換器(14)へ流入させ、前記室外熱交換器(14)から流出した冷媒を前記気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、前記高圧冷媒を前記第1減圧手段(40)にて減圧させることなく前記気液分離手段(17)へ流入させ、
    前記熱交換対象流体を加熱する加熱モード時には、前記冷媒回路切替手段(16a…24)が、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を前記第1減圧手段(40)にて減圧させ、前記第1減圧手段(40)にて減圧された冷媒を前記気液分離手段(17)へ流入させる冷媒回路に切り替えることによって、前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を前記第1減圧手段(40)にて減圧させて前記気液分離手段(17)へ流入させ
    前記第1減圧手段は、冷媒を減圧させるノズル部(40a)から噴射する高速度の噴射冷媒の流れによって冷媒吸引口(40c)から冷媒を吸引し、前記噴射冷媒と前記冷媒吸引口(40c)から吸引された吸引冷媒とを混合して昇圧させるエジェクタ(40)であり、
    さらに、前記冷媒回路切替手段(16a…24)は、
    前記加熱モード時には、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を前記ノズル部(40a)にて減圧させ、前記ノズル部(40a)にて減圧された低圧冷媒を前記気液分離手段(17)へ流入させ、前記気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を前記室外熱交換器(14)へ流入させ、さらに、前記室外熱交換器(14)から流出した冷媒を前記冷媒吸引口(40c)から吸引させる冷媒回路に切り替え、
    前記冷却モード時には、前記気液分離手段(17)にて分離された液相冷媒を前記第2減圧手段(19)へ流入させる冷媒回路に切り替えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  4. さらに、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を減圧させて前記室外熱交換器(14)の冷媒入口側へ流出させる第3減圧手段(25)を備え、
    前記冷媒回路切替手段(16a…24)は、
    前記加熱モード時よりも低い加熱能力で前記熱交換対象流体を加熱する第2加熱モード時には、前記加熱用熱交換器(12)下流側の冷媒を前記第3減圧手段(25)にて減圧させ、前記第3減圧手段(25)にて減圧された冷媒を前記室外熱交換器(14)を介して前記気液分離手段(17)へ流入させることを特徴とする請求項に記載の冷凍サイクル装置。
  5. さらに、前記加熱用熱交換器(12)から流出した冷媒を前記第2減圧手段(19)の入口側へ導くバイパス通路(21)を備え、
    前記冷媒回路切替手段として、前記バイパス通路(21)を開閉するバイパス通路開閉手段(24)が設けられ、
    前記バイパス通路開閉手段(24)は、前記加熱モード時に、前記バイパス通路(21)を開くことを特徴とする請求項3または4に記載の冷凍サイクル装置。
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