JPH01134184A - 熱交換器の冷媒洩れに対する安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は冷凍サイクルに使用される冷媒と、エンジン冷
却水とを熱交換させる熱交換器の冷媒洩れに対する安全
装置に関する。

［従来の技術］ 冷凍サイクルを暖房用として利用する場合、例えば、第
４図に示すように、室内熱交換器１００と室外熱交換器
１０１どの他に、温水配管１０２を介してエンジン１０
３のウォータージャケット（図示しない）に接続され、
エンジン冷却水が供給される第３熱交換器１０４を備え
る。

この第３熱交換器１０４は、内部に冷凍サイクル１０５
の冷媒配管１０６に接続される冷媒流路１０７が形成さ
れ、冷媒流路１０７を通過する冷媒と、エンジン冷却水
とを熱交換させる。

暖房用冷凍サイクルの作用としては、冷媒圧縮機１０８
で圧縮された高温、高圧の冷媒が、室内熱交換器１００
を通過する際に送風機１０９の送風を受けて放熱し、凝
縮液化されるとともに、冷媒と熱交換された空気が暖め
られて室内を暖房する。

凝縮液化された冷媒は、−時レシーバ１１０に蓄えられ
、その後、膨張弁１１１に供給される。膨張弁１１１に
供給された冷媒は、膨張弁１１１を通過する際に断熱膨
張され、低温、低圧の霧状冷媒となって第３熱交換器１
０４に吐出される。霧状冷媒が、第３熱交換器１０４内
に形成した冷媒流路１０７を通過する際に、冷媒流路１
０７の周囲に供給されるエンジン冷却水と熱交換され、
蒸発してガス状冷媒となり冷媒圧縮機１０８に吸入され
る。

なお、この第３熱交換器１０４は、冷凍サイクル１０５
を暖房用として利用する場合のみに使用され、室内を冷
房する時には、第３熱交換器１０４の上流に配設した電
磁弁１１２を閉じるとともに、四方弁１１３によって冷
媒の循環方向を切換え、第３熱交換器１０４をバイパス
する冷房用冷凍サイクル１０５として使用する。

［発明が解決しようとする問題点］ 通常、エンジン冷却水の放熱器であるラジェータ１１４
のラジェータキャップ１１５が、例えば、ゲージ圧０．
９ｋｇ／ｃｄで開弁するように設けられているため、エ
ンジン冷却水が循環する温水流路において、ゲージ圧０
．９ｋｇ／ｃｊ以上の圧力上昇が生じた場合には、ラジ
ェータキャップ１１５が開弁じて、温水流路内の圧力が
、ゲージ圧０．９ｋｇ／ａＪまで低下するようになって
いる。

しかるに、第３熱交換器１０４内において、冷媒流路１
０７を通過する冷媒が、冷媒流路１０７の亀裂や腐蝕な
どにより、エンジン冷却水の循環する温水流路へ洩れた
場合には、洩れた冷媒がエンジン冷却水の熱により蒸発
、膨張する。このとき、洩れた冷媒の圧力上昇が急激な
場合には、第３熱交換器１０４からラジェータキャップ
１１５までの温水流路に距離があるため、ラジェータキ
ャップ１１５が開弁じて、温水流路内の圧力が低下する
間に、温水流路を構成する温水配管１０２やラジェータ
１１４において、耐圧強度の一番弱い所に圧力が作用し
、温水配管１０２やラジェータ１１４に悪影響を及ぼす
可能性があった。

また、冷凍サイクル１０５内にエンジン冷却水が流入し
た場合には、冷媒圧縮機１０８にエンジン冷却水が吸入
されて冷媒圧縮機１０８の作動が停止するとともに、フ
ァンベルトを介して冷媒圧縮１ｆｉ１０８と連結される
エンジン１０３が停止してしまう可能性があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、冷凍サイクルの冷媒とエンジン冷却水とを熱交換さ
せる熱交換器の冷媒洩れに対する安全装置を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 第１の発明は、上記目的を達成するために、冷凍サイク
ルを循環する冷媒とエンジン冷却水との熱交換を行う熱
交換器と、該熱交換器内、あるいは前記熱交換器近傍の
エンジン冷却水が循環する温水流路内の圧力が、あらか
じめ設定された設定圧力に達した時に開弁する弁手段と
からなることを技術的手段とする。

また、第２の発明は、上記目的を達成するために、冷凍
サイクルを循環する冷媒とエンジン冷却水との熱交換を
行う熱交換器と、該熱交換器内、あるいは前記熱交換器
近傍のエンジン冷却水が循環する温水流路内の圧力が、
あらかじめ設定された設定圧力に達した時に開弁する弁
手段と、該弁手段の開弁により、冷媒、あるいはエンジ
ン冷却水が前記弁手段より流出したことを検出し、検出
信号を発生する検出手段と、該検出手段の発生する検出
信号により、前記冷凍サイクルの作動を停止させる制御
装置とからなることを技術的手段とする。

［作用および発明の効果］ （第１の発明） 上記構成よりなる第１の発明は、熱交換器、あるいは熱
交換器近傍のエンジン冷却水の循環する温水流路に弁手
段を設けたことにより、温水流路内の圧力が上昇して設
定圧力に達した時、弁手段が開弁し、熱交換器内の冷媒
、あるいはエンジン冷却水が、熱交換器内より弁手段を
介して流出する。

このような作用により、例えば、熱交換器内で冷媒がエ
ンジン冷却水側に洩れた場合などに、熱交換器内の圧力
が急激に上昇した際にも、弁手段が開弁することで、熱
交換器内の圧力を設定圧力まで下げることができる。

このため、熱交換器内で急激に上昇した圧力が、エンジ
ン冷却水が循環する温水流路において、耐圧強度の一番
弱い所に作用して温水流路を構成する温水配管やラジェ
ータに悪影響を及ぼすことがない。

（第２の発明） 一方、上記構成よりなる第２の発明は、第１の発明の作
用に加え、検出手段によって、弁手段から冷媒、あるい
はエンジン冷却水が流出したことを検出するとともに、
検出信号が発生される。この検出手段の発生した検出信
号に基づいて、制御装置が冷凍サイクルの作動を停止す
る。

このような作用により、第１の発明の効果に加え、弁手
段が開弁して、熱交換器内より流出した冷媒、あるいは
エンジン冷却水を検出した際に、冷凍サイクルの作動を
停止するため、冷媒圧縮機やエンジンへの悪影響をなく
すことができる。

［実施例］ 次に、本発明の熱交換器の冷媒洩れに対する安全装置を
図面に示す一実施例に基づき説明する。

第３図は、本発明の熱交換器の安全装置を適用した車両
用空気調和装置の冷凍サイクル図である。

本実施例の冷凍サイクル１は、走行用エンジン２の回転
出力が、電磁クラッチ３を介して冷媒圧縮機４に伝達さ
れることによって作動し、冷房運転と暖房運転とに応じ
て冷媒の循環経路が切換えられる。

電磁クラッチ３は、図示しないベルトを介してエンジン
２と連結され、エンジン２の回転時に、必要に応じて冷
媒圧縮機４を駆動したつ停止したりする。

この電磁クラッチ３は、通電時にエンジン２の回転出力
を冷媒圧縮機４に伝達して冷媒圧縮機４を駆動し、非通
電時に電磁クラッチ３のプーリ３ａのみを回転させて冷
媒圧縮機４を停止する。

冷媒圧縮機４は、冷凍サイクル１内の冷媒を循環させる
もので、吸入したガス状冷媒を高温、高圧に圧縮して吐
出する。冷媒圧縮機４から吐出された冷媒は、例えば冷
房運転時には、冷媒の循環経路を切換える四方弁５を介
して室外熱交換器６に供給される。

室外熱交換器６は、供給された高温、高圧のガス状冷媒
を、室外熱交換器６を通過する際にエンジン２のクーリ
ングファン７による送風を受けて凝縮液化する。

凝縮液化された冷媒は、−時レシーバ８に蓄えられ、負
荷に応じて膨張弁９に供給される。

膨張弁９は、供給された冷媒を低温、低圧の霧状冷媒に
して吐出するとともに、冷房運転時に冷媒蒸発器として
作用する室内熱交換器１０への冷媒供給量を調節する。

なお膨張弁９には、冷房運転時に室内熱交換器１０の下
流側となる出口配管に接触させて取り付けられた感温筒
１１が、キャピラリチューブ１２を介して接続されてい
る。

感温筒１１は、その内部に、冷凍サイクル１に使用する
冷媒と同種のガス状冷媒が封入されており、室内熱交換
器１０の出口配管における冷媒の温度を感知し、膨張弁
９に圧力変化として伝えるものである。

室内熱交換器１０は、冷房運転時には冷媒蒸発器として
作用し、暖房運転時には冷媒凝縮器として作用する。冷
媒蒸発器として作用する場合には、膨張弁９から供給さ
れた低温、低圧の霧状冷媒と、送風機１３の作動で室内
熱交換器１０を通過する空気とを熱交換させる。熱交換
された冷媒は蒸発してガス状冷媒となり、四方弁５を介
して、冷媒圧縮機４に吸入される。以後、冷房運転時に
は、上記サイクルを繰り返す。

暖房運転時には、冷媒圧縮機４で圧縮された冷媒が、四
方弁５で選択された循環経路により、上述した室内熱交
換器１０に供給される。このとき、室内熱交換器１０は
冷媒凝縮器として作用し、送風機１３の送風を受けて高
温、高圧のガス状冷媒を凝縮液化する。

室内熱交換器１０かへ吐出された冷媒は、冷房運転時と
同様、−時レシーバ８に蓄えられ、電磁弁１４を介して
膨張弁１５に供給される。

なお電磁弁１４は、冷房運転の際に、室外熱交換器６か
ら吐出された冷媒が膨張弁１５に流入しないようにする
ために設けられ、通電により開弁し、非通電時には、弁
が閉じている。

膨張弁１５で低温、低圧の霧状にして吐出された冷媒は
、本発明の熱交換器である第３熱交換器１６に供給され
る。

なお膨張弁１５には、膨張弁９と同様に、怒温筒１７が
キャピラリチューブ１８を介して接続されている。

第３熱交換器１６は、温水配管１９を介してエンジン２
のウォータージャケット（図示しない）に接続され、内
部に冷媒流路２０を形成するとともに、冷媒流路２０の
外周部にエンジン冷却水が満たされている。暖房運転時
には、温水配管１９を介してエンジン冷却水が循環し、
第３熱交換器１６内に形成された冷媒流路２０を通過す
る冷媒と熱交換される。

なお、温水配管１９の第３熱交換器１６の上流には、第
３熱交換器１６内を循環するエンジン冷却水の循環流量
を調節するためのウォーターバルブ２１が設けられてい
る。冷房運転時には、ウォーターバルブ２１を閉じるこ
とにより、第３熱交換器１６内へのエンジン冷却水の供
給を停止することができる。

第３熱交換器１６で熱交換された冷媒は、蒸発してガス
状冷媒となり、冷媒圧縮機４に吸入される。

以後、暖房運転時には、上記サイクルを繰り返す。

なお、上述した冷凍サイクル１を構成する各機器（冷媒
圧縮機４、四方弁５．室外熱交換器６、レシーバ８、膨
張弁９、室内熱交換器１０、膨張弁１５、第３熱交換器
１６）は、８それぞれ冷媒配管２２によって接続されて
いる。

また、室外熱交換器６とレシーバ８との間、室内熱交換
器１０とレシーバ８との間、および冷房運転時における
冷媒圧縮機４と四方弁５との間には、それぞれ逆止弁２
３．２４．２５が配設されている。

逆止弁２３は、暖房運転時に、室内熱交換器１０から吐
出された冷媒が、室外熱交換器６へ流入するのを防止し
、逆止弁２４は、冷房運転時に、室外熱交換器６から吐
出された冷媒が、直接、室内熱交換器１０へ流入するの
を防止し、逆止弁２５は、暖房運転時に、第３熱交換器
１６から吐出された冷媒が、四方弁５へ流入するのを防
止する。

第３熱交換器１６の上端面（第１図上側面）には、第１
図の安全装置の概略構成図に示すように、第３熱交換器
１６の内部の圧力が、あらかじめ設定した設定圧力に達
した時に開弁する本発明の弁手段である安全弁２６が設
けられている。

なお、安全弁２６の開弁圧力は、エンジン冷却水の放熱
器であるラジェータ２７に取り付けられるラジェータキ
ャップ２８の開弁圧力（例えばゲージ圧０９ｋｇ／ｃａ
＞より高めに設定く例えばゲージ圧１、５ｋｇ　／　Ｃ
ＩＡ）　ｌ、である。また本実施例の安全弁２６には、
ラジェータキャップ２８のような、ラジェータ２７内の
圧力低下に対する負圧開弁機構は有してない。

安全弁２６は、筒状の弁本体２９と、弁本体２９に嵌め
合わされる蓋体３０とを備え、第２図に示すように、第
３熱交換器１６の上端面の略中央部に開設された開口部
１６ａに取り付けられる。

この安全弁２６は、第３熱交換器１６内の圧力が、ゲー
ジ圧１．５ｋｇ／ａａに達するまで、安全弁２６に取り
付けられたパツキン３１を押圧して開口部１６ａをシー
ルできるだけのばね定数を有する加圧ばね３２が用いら
れている。

蓋体３０の内面中央には、断面逆Ｕ字型の加圧ばね停止
具３３がリベット３４によりかしめ固定され、加圧ばね
３２の位１決めを行っている。

加圧ばね停止具３３の外周に嵌め合わされた加圧ばね３
２は、その上端部および下端部を、上部加圧ばね受は具
３５および下部加圧ばね受は具３６によって保持されて
いる。

パツキン３１は、平常、加圧ばね゛ふ２に押圧されて開
口部１６ａをシールし、第３熱交換器１６内の圧力がゲ
ージ圧１．５ｋｇ／−以上に上昇した時に、加圧ばね３
２の弾性力に抗して開口部１６ａを開口する。

パツキン３１の上端面には、パツキン３１を支持するた
めのパツキン支持板３７が、その中央部においてリベッ
ト３８によりかしめ固定されている。このパツキン支持
板３７は、パツキン３１の外周部で垂直上方に曲折して
形成され、上述した下部加圧ばね受は具３６が、その曲
折部の内周面に挟持されている。

また蓋体３０には、弁本体２９の上端開口面をシールす
るパツキン３９が設けられ、上述した上部加圧ばね受は
具３５によって保持されるとともに、蓋体３０に固定さ
れた板ばね４０によって弁本体２９の開口面端部に押圧
されている。

筒状の弁本＃、２９の側面には、第３熱交換器１６内の
圧力がゲージ圧１．５ｋｇ／−以上に上昇してパツキン
３１が開口部１６ａを開口し、第３熱交換器１６内の冷
媒、あるいはエンジン冷却水が流出した際に、流出［ま
た冷媒、あるいはエンジン冷却水を、後述するタンク４
１に導くための流出口４２が開設されている。

流出口４２は、流出パイプ４３を介してタンク４１に接
続され、流出口４２より流出した冷媒、あるいはエンジ
ン冷却水がタンク４１内・に蓄えられる。

タンク４１は、第１図に示すように、その底部に、導電
体から成る本発明の検出手段である電極４４が配設され
ており、タンク４１内に液状冷媒、あるいはエンジン冷
却水が流入した際に導通され、電極４４に接続された本
発明の制御装置である制御回路４５が通電される。

制御回路４５は、電磁クラッチ３の作動を制御し、通電
されることで電磁クラッチ３を非通電とする。

次に、上記実施例の作動について説明する。

なお、本実施例の第３熱交換器１６は、暖房運転時にお
いてのみ使用するため、冷凍サイクル１を暖房用として
利用する場合の作動について説明する。

まず、電磁クラッチ３を通電して冷媒圧縮機４を作動さ
せる。冷媒圧縮機４がガス状冷媒を吸入して高温、高圧
に圧縮した後、四方弁５を介して冷媒凝縮器としての室
内熱交換器１０に供給する。

室内熱交換器１０では、送風機１３の送風を受けて、高
温、高圧のガス状冷媒が凝縮液化されて吐出される。室
内熱交換器１０から吐出された冷媒は、逆止弁２４を通
過した後、−時レシーバ８に蓄えられる。

その後、暖房運転の際に、電磁弁１４が通電されて開弁
じ、レシーバ８から吐出された冷媒が膨張弁１５に供給
される。膨張弁１５を通過する際に、断熱裏張され、低
温、低圧の霧状冷媒となって、第３熱交換器１６に供給
される。第３熱交換器１６内では、冷媒流路２０を通過
する冷媒と冷媒流路２０の外周部に供給されるエンジン
冷却水とが熱交換される。熱交換された冷媒は、蒸発し
て膨張し、ガス状冷媒となって冷媒圧縮機４に吸入され
、以後上記サイクルを繰り返す。

上記サイクルにおいて、第３熱交換器１６内の冷媒流路
２０に亀裂や腐蝕による穴などが生じた場合に、冷媒が
通過する冷媒流路２０内の圧力がエンジン冷却水が循環
する温水流路内の圧力よりも高いため、冷媒流路２０を
通過する冷媒がエンジン冷却水側に流出する。

エンジン冷却水側に流出した冷媒が、エンジン冷却水の
熱で急激に蒸発膨張するため、第３熱交換器内の圧力が
急激に上昇する。

このとき、第３熱交換器１６内で急激に上昇した圧力が
、安全弁２６の開弁圧力（ゲージ圧１．５ｋｇ／−）よ
りも高くなったとき、安全弁２６のパツキン３１が押し
上げられ、第３熱交換器１６の開口部１６ａが開口され
る。開口部１６ａが開口されたことにより、第３熱交換
器１６内のエンジン冷却水、あるいは冷媒が開口部１６
ａより流出し、安全弁２６の流出口４２より流出パイプ
４３を介してタンク４１内に流入する。

タンク４１内に流入したエンジン冷却水、あるいは冷媒
により、タンク４１の底部に設けた電極４４が導通され
、電極４４に接続された制御回路４５が通電される。制
御回路４５が通電されることで電磁クラッチ３が非通電
となり、電磁クラッチ３および冷媒圧縮機４の作動が停
止する。

その後、第３熱交換器１６内よりエンジン冷却水、ある
いは冷媒が流出して第３熱交換器１６内の圧力が低下し
、第３熱交換器１６内の圧力が、安全弁２６の開弁圧力
（ゲージ圧１．５ｋｇ／ａＪ）より低くなった時に、安
全弁２６のパツキン３１が加圧ばね３２の弾性力によっ
て押し下げられ開口部１６ａをシールする。

なお、冷媒流路２０に生じる亀裂や腐蝕による穴などが
小さく、エンジン冷却水側への冷媒の洩れ量が少ない場
合において、第３熱交換器１６内の圧力が、安全弁２６
の開弁圧力（ゲージ圧１．５ｈｇ／ｃｄ）にまで達しな
い時には、第３熱交換器１６、温水配管１９、あるいは
ラジェータ２７などに重大な悪影響を及ぼすことはない
。また、少量の冷媒洩れによる第３熱交換器１６内の圧
力上昇は、温水配管１９を介してラジェータ２７のラジ
ェータキャップ２８が開弁し、ラジェータキャップ２８
の開弁圧力（ゲージ圧０．９１ｑｒ／ｄ）まで低下する
。

上記したように、第３熱交換器１６に、設定圧力に達し
た時に開弁する安全弁２６を設けたことにより、第３熱
交換器１６内で、エンジン冷却水側に冷媒が洩れて急激
な圧力上昇が生じても、安全弁２６が開弁して所定の圧
力にまで低下させることができる。このため、従来のよ
うに、温水流路を構成する温水配管１９やラジェータ２
７などの一番弱い所に圧力が作用して、温水配管１９や
ラジェータ２７などに悪影響を及ぼすようなことがない
。

また、第３熱交換器１６から流出したエンジン冷却水、
あるいは冷媒を検出した際に、電磁クラッチ３を非通電
とし、冷媒圧縮機４の作動を停止することができる。

これにより、冷媒流路２０に生じた亀裂や穴から冷凍サ
イクル１内に流入したエンジン冷却水が、冷媒圧縮機４
の圧縮行程の際に冷媒圧縮機４に及ぼす悪影響をなくす
とともに、冷媒圧縮機４の作動が停止することからエン
ジン２が停止してしまうことを防止する。

（変形例） 本実ｔＪＩＡＦ！４では、弁手段である安全弁を第３熱
交換器の上端面に取り付けた場合を例示したが、第３熱
交換器近傍のエンジン冷却水が循環する温水配管に設け
ても良い。

また、安全弁２６の開弁圧力をゲージ圧１．５ｋｇ／−
としたが、ゲージ圧１．５ｋｇ／ａａに限定する必要は
なく、冷凍サイクルや第３熱交換器の能力に応じて適宜
変更しても良い。

エンジン冷却水、あるいは冷媒が流出したことを検出す
るため、タンクの底部に電極を設けたが、タンク内部に
導電体を有するフロートを設け、タンク内にエンジン冷
却水、あるいは冷媒が流入した際に、フロートが上昇し
て導電体が導通されるようにしても良い。

冷凍サイクルの作動を停止するために、エンジン冷却水
、あるいは冷媒が第３熱交換器より流出したことを検出
する場合を例示したが、安全弁が開弁じたことを検出し
て、冷凍サイクルの作動を停止するようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換器の冷媒洩れに対する安全装置
を示す概略構成図、第２図は安全弁の断面図、第３図は
熱交換器の安全装置を適用した車両用空気調和装置の冷
凍サイクル図、第４図はエンジン冷却水と冷媒とを熱交
換させる熱交換器を使用した冷凍サイクル図である。 図中　１・・・冷凍サイクル　１６・・・第３熱交換器
２６・・・安全弁（弁手段）４４・・・電極（検出手段
）４５・・・制御回路（制御装置）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）冷凍サイクルを循環する冷媒とエンジン冷却水との
   熱交換を行う熱交換器と、 該熱交換器内、あるいは前記熱交換器近傍のエンジン冷
   却水が循環する温水流路内の圧力が、あらかじめ設定さ
   れた設定圧力に達した時に開弁する弁手段と からなる熱交換器の冷媒洩れに対する安全装置。 ２）冷凍サイクルを循環する冷媒とエンジン冷却水との
   熱交換を行う熱交換器と、 該熱交換器内、あるいは前記熱交換器近傍のエンジン冷
   却水が循環する温水流路内の圧力が、あらかじめ設定さ
   れた設定圧力に達した時に開弁する弁手段と、 該弁手段の開弁により、冷媒、あるいはエンジン冷却水
   が前記弁手段より流出したことを検出し、検出信号を発
   生する検出手段と、 該検出手段の発生する検出信号により、前記冷凍サイク
   ルの作動を停止させる制御装置と からなる熱交換器の冷媒洩れに対する安全装置。