JPH02203173A - 空調装置の冷媒流量調整装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は空調装置の冷媒流量調整装置に関するもので
ある。

［従来技術及び課題］ 従来、キャピラリーチューブを備えた空調装置において
、高い熱負菊領域まで運転できる装置では、冷媒圧力が
著しく高くなり、大きな圧縮機の駆動力が必要となる。

特に、ヒートポンプの場合、中間期の暖房運転では必要
能力はさほど必要ではないが、サイクルが高圧カバラン
スとなることにより高動力負荷となり不合理な作動とな
る。そのために、システムでは、熱交換器の大容量化、
送風機の大風旦化、駆動源の大出力化がおり、又、制御
１面では、送風量制御、圧縮機の回転数制御、圧縮機の
気筒分割及び部分使用制御、高低圧バイパスのオン・オ
フ制御、槽数のキャピラリーチューブの抵抗径や長さの
違いよる切換制御、並びにこれらの複合制御などの電気
的制御方式が採用されている。又、中間期の暖房運転で
は、快適な能力制御に併せて過負荷制御を行なうために
非常に複雑な制御を行なっている。

ざらに、蒸発器（熱交換器）のデフロストｍｌｌ　＠は
高温高圧のガス冷媒をバイパスさせて除霜する方式が主
流であり、キャピラリーチューブに対しバイパス配管を
形成し弁の開ｒ！ｆ１＄ＩＷＪでバイパスさせたり、四
方切換弁でナイクル全体を逆サイクルとなるように冷媒
循環方向を切換えている。ざらには、過負荷制御、デフ
ロスト制御とも機能品の他に制御を行なうための検出セ
ンサやコントロール装置を必要していた。

このように、減圧￥ｉＬｌにキャピラリーチューブを使
用すると簡素でおるが、過負荷制御やデフロスト制御機
能を必要とするシステムでは非常に多くの機能品が必要
であり、スペース、垂ｌ、コストも増大しシステムが複
雑化するという同居があった。

この発明の目的は、キャピラリーチューブ等の減圧装置
を使用した空調装置において、簡素なシステムにて過負
荷詣り御やデフロスト作動等を行なうことができる空調
装置の冷媒流層調整装置を提供することにおる。

口課題を解決するための手段］ この発明は、圧縮機と凝縮器と減圧手段と蒸発器とを順
に接続した空調装置において、前記減圧手段と蒸発器と
の間、若しくは減圧手段に並列に設けられ、ケース内に
形成した冷媒通路に対し閉側に付勢された弁体が配設さ
れ、入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力の差により弁開度
が調整される差圧リリーフ弁を備えた空Ｆｌ装置の冷媒
流量調整装置をその要旨とするものである。

［作用］ 差圧リリーフ弁は入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力の差
により弁開度が調整される。即ち、例えば、負荷が大き
くなると入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力の差が大きく
なり弁開度が大きくなり、負荷が小さくなると入口側冷
媒圧力と出口側冷媒圧力の差が小さくなり弁開度が小さ
くなる。その結果、空調装置の冷媒の流星が調整される
。

［実施例］ 以下、この発明を自動車に搭載されるヒートポンプ式冷
暖房装置に具体化した一実施例を図面に従って説明する
。

第１図は本実施例のヒートポンプ式冷暖房装置の概略図
である。本冷暖房装置は圧縮機１と四方切換弁２と室外
熱交換器３と室内熱交換器４と減圧手段としてのキャピ
ラリーチューブ５とアキュムレータ６を有し、ざらに、
室外熱交換器３とキャピラリーチューブ５との間には差
圧リリーフ弁７が配設されるとともに室内熱交換器４と
キャピラリーチューブ５との間には差圧リリーフ弁８が
配設されている。

これらの各部品及び配管を説明していく。

圧縮機１は図示しないエンジンの回転がクラッチを介し
て伝達され、吸入口９より冷媒を吸引し圧縮して吐出口
１０から吐出する。圧縮機１の吸入口９にはアキュムレ
ータ６が接続されている。

四方切換弁２は、暖房時には圧縮機１の吐出口１０と室
内熱交換器４とを接続するとともに、室外熱交換器３と
７キユムレータ６とを接続するように切換えられる。又
、冷房時には圧縮機１の吐出口１０と室外熱交換器３と
を接続するとともに、室内熱交換器４と７キユムレータ
６とを接続するように切換えられる。

室外熱交換器３は自動車のエンジンルームの前部等の外
気との通気性のよい場所に設置され、送風機３ａの駆動
により冷媒と外気との熱交換を行なう。室内熱交換器４
は自動車の車室内に設置された空調装置内に設置され、
送風礪４ａの駆動により室内空気と冷媒との熱交換を行
なう。

差圧リリーフ弁７．８は単体としては同一の構成を成し
、この差圧リリーフ弁７．８の詳細を第２図及び第３図
に示す。円筒形状を成す弁ケース１１の内部には弁室１
２が形成され、その弁室１２内には弁体１３が配置され
ている。この弁体１３には絞り部１４、リリーフ冷媒通
路１５、冷媒合流通路１６、弁ガイド部１７が設けられ
ている。

弁体１３は弁ガイド部１７が弁室１２内を！習勅しなが
ら軸方向へ移動可能である。ざらに、バネ押え部材１８
は外周にネジｂＩｌ工が施され、弁ケース１１の内周部
と螺合することにより組立てられる。

バネ押え部材１８の内面は六角穴１８ａが設けられ、組
み立て時にこの六角穴１８ａにて六角１ノンチが挿入さ
れるとともに冷媒通路となっている。

弁体１３とバネ押え部材１８との間にはコイルバネ１９
が介在され、弁体１３はこのコイルバネ１９によって弁
座２０側に押圧された構造となり、常には弁体１３が閉
じる方向に付勢されている。

又、弁ケース１１の一端の縮径部にはチューブ接続部２
１が形成されるとともに、弁ケース１１の他端の拡径部
には配管接続部２２が形成されている。

そして、第１図に示すように、差圧リリーフ弁７の配管
接続部２２が室外熱交換器３と接続されるとともにチュ
ーブ接続部２１がキャピラリーチューブ５と接続されて
いる。又、差圧リリーフ弁８の配管接続部２２が室内熱
交換器４と接続されるとともにチューブ接続部２１がキ
ャピラリーチューブ５と接続されている。

よって、この差圧リリーフ弁７．８に対し弁体１３を開
りる方向に冷媒が流れる際に、入口側受圧面積をＡ１、
入口側圧力をＰｌ、コイルバネ１９のバネ力をＦｌ、出
口側受圧面積をＡ２、出口側圧力をＰ２とすると、 Ａ１・Ｐｌ−Ｆ１＋Ａ２・Ｐ２ のときがリリーフの開始点となり、コイルバネ１９のバ
ネ定数によって冷媒リリーフ但が決定され、出入口の圧
力差が大きいほどリリーフ冷媒儂が増加する制御となる
。

即ち、Ａ１・Ｐｌ＜Ｆ１＋Ａ２・Ｐ２ では、差圧リリーフ弁７，８が閉じ、 Ａ１・Ｐ’ｌ＞Ｆ’ｌ＋Ａ２・Ｐ２ では、差圧リリーフ弁７，８が開き、ざらに出入口の圧
力差が大きい程、開度は大きくなる。

次に、このように構成したヒートポンプ式冷暖房装置の
作用を説明する。

まず、暖房運転時における動作を説明する。

暖房運転時には四方切換弁２は圧縮機１と室内熱交換器
４とが接続されるとともに、室外熱交換器３とアキュム
レータ６とが接続されるように切換えられる。そして、
圧縮機１から吐出される高温・高圧のガス冷媒が四方切
換弁２を介して室内熱交換器４に供給され、室内熱交換
器４にて冷媒が室内空気と熱交換されて冷媒は凝縮液化
し、ざらに過冷却状態となる。一方、室内空気は加熱さ
れて室内に吹出される。

さらに、過冷却状態の冷媒は差圧リリーフ弁８の絞り部
１４を介してキャピラリーチューブ５に流入する。その
際、冷媒は過冷却液冷媒状態にあり、圧力損失は少なく
液冷媒のまま通過し、冷媒流ｍ低下とはならない。キャ
ピラリーチューブ５内で冷媒は減圧され気化が開始され
る。その侵、冷媒は差圧リリーフ弁７に流入し、絞り部
１４を通過する際に、急激に膨張され、低温・低圧の霧
状の冷媒となり室外熱交換器３に供給される。

この冷媒が差圧リリーフ弁７を通過する際に、その出入
口の差圧による力がコイルバネ１９のバネ力より小さい
と（通常運転時）、差圧リリーフ弁７は閉じたままの状
態になる。これに対し、その出入口の差圧による力がコ
イルバネ１９のバネツノより大きいと、即ら、過負荷抑
制制御時には、第４図に示すように差圧リリーフ弁７は
開き、絞り部１４に流れる冷媒に加えて流路抵抗が少な
いリリーフ冷媒通路１５に冷媒が流れ、循環冷媒の体積
流量が増加し過冷却度が低下し圧力が低下する。その結
果、冷凍サイクルの挙動として圧力差及び圧縮機の圧縮
比が小さくなり、室内熱交換器４の出口の冷媒過冷却度
が小さくなり、圧縮機１の所要動力も抑制される。

又、室外熱交換器３の霜とり制御でおるデフロスト制御
時には送風機３ａ並びに送風ａ４ａを低速又は停止させ
たり圧縮機１の回転数を増速ざぜる際、冷凍１ノイクル
の高低圧力差を大きくするが、この際、室外熱交換器３
や室内熱交換器４の送風量が低化又は停止、又は圧縮機
１を増速させることにより差圧リリーフ弁７の出入口の
圧力差が大となり、差圧リリーフ弁７が開きキャピラリ
ーチューブ５での圧力差が小さくなり、高温・高圧のガ
ス冷媒が室外熱交換器３（蒸発器）に流入してデフロス
ト作動となる。

尚、キュピラリ−チューブ５の内径はキャピラリーチュ
ーブ５と差圧リリーフ弁７，８が直列に接続されている
ため、差圧リリーフ弁７，８がない一般的な空調装置の
キャピラリー内径より大きく等価の圧損となるよう設計
されている。

差圧リリーフ弁７から送出された冷媒は、室外熱交換器
３において外気の熱を奪って蒸発し気化し、アキュムレ
ータ６に戻される。アキュムレータ６に流入した冷媒は
ガス冷媒、液冷媒、潤滑油に分離され、ざらに、ガス冷
媒、潤滑油の一定量が圧縮機１に吸入される。

次に、冷房運転時における動作′を説明する。

冷房運転時には四方切換弁２は圧縮機１と室外熱交換器
３とが接続されるとともに、室内熱交換器４とアキュム
レータ６とが接続されるように切換えられる。そして、
圧縮機１から吐出される高温・高圧のガス冷媒が四方切
換弁２を介して室外熱交換器３に供給され、室外熱交換
器３にて冷媒が外気と熱交換されて冷媒は凝縮液化し、
ざらに過冷却状態となる。

さらに、過冷却状態の冷媒は差圧リリーフ弁７の絞り部
１４を介してキャピラリーチューブ５に流入する。その
際、冷媒は過冷却された液冷媒であり、圧力損失は少な
く液冷媒のまま通過し、冷ｒｓ流量低下にはなら、ない
。キャピラリーチューブ５内で冷媒は減圧され気化が開
始される。その後、冷媒は差圧リリーフ弁８に流入し、
絞り部１４を通過する際に、急激に膨張され、低温・低
圧の霧状の冷媒となり室内熱交換器４に供給される。

この冷媒が差圧リリーフ弁８を通過する際に、その出入
口の差圧による力がコイルバネ１９のバネ力より小さい
と（通常運転時）、差圧リリーフ弁８は閉じた状態にな
る。これに対し、その出入口の差圧による力がコイルバ
ネ１９のバネ力より大きいと、即ち、過負荷抑制ｉｔ制
御時には、第５図に示すように差圧リリーフ弁８は開き
、絞り部１４に流れる冷媒に加えて流路抵抗が少ないリ
リーフ冷媒通路１５に冷媒が流れ、循環冷媒の体積流量
が増加し過冷却度が低下し圧力が低下する。

又、デフロスト制御時（送風機３ａの低速状態又は停止
状態）には室外熱交換器３の送風ｍが低化又は停止する
ことにより、差圧リリーフ弁８の出入口の圧力差が大と
なり、差圧リリーフ弁８が開きキャピラリーチューブ５
での圧力差が小さくなり、高温・高圧のガス冷媒が室内
熱交換器４に流入してデフロスト作動となる。

差圧リリーフ弁８から送出された冷媒は、室内熱交換器
４において室内空気の熱を奪って蒸発し気化し、アキュ
ムレータ６に戻される。又、このとき熱交換にて冷風と
なった室内空気が室内に戻される。

このように本実施例によれば、キャピラリーチューブ５
（減圧手段）と蒸発器（暖房の際には室外熱交換器３、
冷房の際には室内熱交換器４）との間に、弁ケース１１
内に形成した冷媒通路に対し閉側に付勢された弁体１３
が配設され、入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力の差によ
り弁開度が調整される差圧リリーフ弁７，８を設けたこ
とにより、入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力の差により
弁開度が調整され空調装置の冷媒の流ｍが調整される。

従って、従来の空調装置の過負荷制御やデフロスト１ｔ
ＩＩＩｔｌＩｌでは多くの機能量が必要でありスペース
。

重量等の問題があり制御も複雑化するという問題があっ
たが、そのようなことがなく簡素なシステムにて過負荷
制御やデフロスト制御を行なうことができる。又、過負
荷時において、過冷却度の低下のため凝縮器（冷房の際
には室外熱交換器３、暖房の際には室内熱交換器４）内
への冷媒保有量が少なくてすみ、あらゆる運転条件での
冷媒必要変動量が小さくなり、アキュムレータ６の小容
但化、冷媒充填量の低減となる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、上記実施例では減圧手段としてはキャピラリー
チューブ５を用いたが、オリフィス等を用いてもよい。

又、上記実施例ではヒートポンプ式の冷暖房＠＠に用い
たが、第６図に示すように、冷房装置に第２図に示した
差圧リリーフ弁を用いたり、第７図に承りように、暖房
装置に第２図に示した差圧リリーフ弁を用いてもよい。

さらに、上記実施例では減圧手段としてのキャピラリー
チューブ５に対し直列に差圧リリーフ弁７．８を配設し
たが、第８図に示したように、キャピラリーチューブ５
に対し並列に差圧リリーフ弁２３．２４を設けてもよい
。この差圧リリーフ弁２３．２４は第２図に示した差圧
リリーフ弁７゜８の絞り部１４が設けられていない。即
ち、通常運転時には差圧リリーフ弁２３．２４にはまっ
たく冷媒が流れず、過負荷制御・デフロスト制御時には
差圧リリーフ弁２３．２４の出入口の差圧により弁が開
き冷媒がバイパスされる。

さらには、ヒートポンプ式冷暖房装置において、空気熱
源式の場合には冷房時と暖房時で冷媒循環量に大きな差
が生じる場合がある。この場合には、第９図、第１０図
に示すように、逆止弁機能を備えた差圧リリーフ弁２５
を用いてもよい。即ら、ケース２６内に第１の弁体２７
が摺動可能に配設され、ざらに、第１の弁体２７には冷
媒通路２８が形成されている。又、第１の弁体２７内に
は弁室２９が形成され、この弁室２９には絞り部３０と
リリーフ冷媒通路３１が形成された第２の弁体３２が配
設され、この第２の弁体３２がコイルバネ３３により閉
弁方向に付勢されている。尚、第１の弁体２７は弱いバ
ネ力を有するコイルバネ３４により第１の弁体２７が弁
座３５に対し離間する方向に付勢されている。そして、
第１１図に示すように差圧リリーフ弁２５ａ、２５ｂを
ヒートポンプ式冷暖房装置に配設する。

この時の動作を説明すると、暖房の際の通常運転時（差
圧リリーフ弁２５ａの出入り口の差圧が小さいとき）に
は、第１２図に示すように差圧リリーフ弁２５ｂでは冷
媒が冷媒通路２８及び絞り部３０を経由して流れ、差圧
リリーフ弁２５ａでは第１の弁体２７が弁座３５に当接
し絞り部３０を経由して冷媒が流れる。暖房の際の過負
荷運転時（差圧リリーフ弁２５ａの出入り口の差圧が大
きいとき）には第１３図に示すように差圧リリーフ弁２
５ａの第２の弁体３２が開き冷媒がリリーフする。又、
冷房の際の通常運転時（差圧リリーフ弁２５ｂの出入り
口の差圧が小さいとき）には、第１４図に示すように差
圧リリーフ弁２５ａでは冷媒が冷媒通路２８及び絞り部
３０を経由して流れ、差圧リリーフ弁２５ｂでは第１の
弁体２７が弁座３５に当接し絞り部３０を経由して冷媒
が流れる。冷房の際の過負荷運転時（差圧リリーフ弁２
５ｂの出入り口の差圧が大きいとき〉には第１５図に示
すように差圧リリーフ弁２５ｂの第２の弁体３２が開き
冷媒がリリーフする。

［発明の効果コ 以上詳述したようにこの発明によれば、キャピラリーチ
ューブ等の減圧装置を使用した空調装置において、簡素
なシステムにて過負荷制御やデフロスト作動等を行なう
ことができる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のピー１−ポンフ式冷暖房装置の全体回
路図、第２図は差圧リリーフ弁の断面図、第３図は差圧
リリーフの分解斜視図、第４図は暖房運転時の動作を示
すヒートポンプ式冷暖房装置の回路図、第５図は冷房運
転時の動作を示すヒートポンプ式冷暖房装置の回路図、
第６図は別例の全体回路図、第７図は別例の全体回路図
、第８図は他の別例の全体回路図、第９図は別例の差圧
リリーフ弁の断面図、第１０図は別例の差圧リリーフ弁
の分解斜視図、第１１図は別例のヒートポンプ式冷暖房
装置の全体回路図、第１２図は暖房運転時の動作を示す
ヒートポンプ式冷暖房装置の回路図、第１３図は暖房運
転時の動作を示すピー１〜ポン１式冷暖房装置の回路図
、第１４図は冷房運転時の動作を示すヒートポンプ式冷
暖房装置の回路図、第１５図は冷房運転時の動作を示す
ヒートポンプ式冷＠ＦＡ装置の回路図である。 １は圧縮機、３は空鉢熱交換器、４は室内熱交換器、５
は減圧手段としてのキャピラリーチューブ、７は差圧リ
リーフ弁、８は差圧リリーフ弁、１３は弁体。 特許出願人　　　　　日本電装　株式会社代　理　人　
　　　　弁理士　　恩１）博宣第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．圧縮機と凝縮器と減圧手段と蒸発器とを順に接続し
   た空調装置において、 前記減圧手段と蒸発器との間、若しくは減圧手段に並列
   に設けられ、ケース内に形成した冷媒通路に対し閉側に
   付勢された弁体が配設され、入口側冷媒圧力と出口側冷
   媒圧力の差により弁開度が調整される差圧リリーフ弁 を備えたことを特徴とする空調装置の冷媒流量調整装置
   。