JPH1114164A - バイパス管路付冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍サイクルのスーパーヒートを安定した状態
に制御した状態で、高圧冷媒ガスを蒸発器に直接送って
補助暖房を行うことができるバイパス管路付冷凍サイク
ルを提供すること。 【解決手段】背面にパイロット室２０２が形成され、圧
縮機１から凝縮器２を通さずに膨張弁３の出口管路３１
に連通するバイパス管路５を開閉するように弁座２０１
に向けて配置されて膨張弁３の入口管路３１とパイロッ
ト室２０２とを連通させたパイロット弁８を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通常は冷房のた
めに用いられる蒸発器を、必要に応じて補助暖房に用い
ることができるようにしたバイパス管路付冷凍サイクル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用空調装置においては、冷房のた
めには一般的な冷凍サイクルが用いられ、暖房のために
は、温められたエンジン冷却水が利用される。

【０００３】しかし、例えば近年のガソリン噴射式エン
ジン等のようにエンジンの効率がよくなると、冷却水の
温度が以前ほど上昇しないため、冬期に暖房温度が十分
に上昇しないという不都合が発生する。

【０００４】そこで従来は、例えば図８に示されるよう
に、冷凍サイクルの圧縮機１から送り出された高圧冷媒
ガスを、凝縮器２を通さずに膨張弁３の出口管路３１を
経由して蒸発器４に送り込ませるバイパス管路５を併設
して、蒸発器４で顕熱を奪う熱交換を行わせ、それを補
助暖房として利用している。６はリキッドタンクであ
る。

【０００５】そのような動作を行うために、圧縮機１か
ら送り出される高圧冷媒ガスが通る高圧冷媒ガス管路１
１を凝縮器２に対して開閉するための凝縮器連通開閉弁
７と、バイパス管路５を開閉するためのバイパス管路開
閉弁８とが設けられ、さらにバイパス管路開閉弁８と膨
張弁３との間には、前後差圧が一定以上になったときだ
け開く定差圧弁９が設けられている。１２は、凝縮器２
に向かう管路である。

【０００６】図９は、そのような凝縮器連通開閉弁７と
バイパス管路開閉弁８とが一体化されて設けられた電磁
弁ユニットを示しており、凝縮器連通開閉弁７はノーマ
ルオープンタイプのパイロット型電磁弁であり、バイパ
ス管路開閉弁８はノーマルクローズタイプのパイロット
型電磁弁である。

【０００７】バイパス管路開閉弁８のパイロット室２０
２は、膨張弁３に通じる下流側のバイパス管路５の管路
内とパイロット孔２０３を通じて連通しており、そのパ
イロット孔２０３を開閉する閉鎖弁２０４が吸引型の電
磁ソレノイド２０５によって作動し、電磁弁２０５に通
電することによってパイロット孔２０３が開くようにな
っている。

【０００８】ただし、弁体２００はパイロット室２０２
内に配置された圧縮コイルバネ２１０によって閉じ方向
に付勢されているので、弁座２０１の上流側と下流側の
差圧が例えば１０kg/cm²以上になって初めて弁体２００
が弁座２０１から離れて開弁状態になる。したがって、
この部分の機構が図８における定差圧弁９に該当してい
る。

【０００９】そして、バイパス管路開閉弁８が開くと、
高圧冷媒ガス管路１１から送り込まれた高圧冷媒ガス
が、弁体２００と弁座２０１との隙間部分で断熱膨張し
ながらバイパス管路５を通って膨張弁３側に送り出さ
れ、蒸発器４で顕熱を奪う熱交換が行われる。なおその
時は、凝縮器連通開閉弁７は閉じられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにして、蒸
発器４において補助暖房を行うことができるが、凝縮器
連通開閉弁７が閉じられてバイパス管路開閉弁８が開か
れた後は、定差圧弁９の前後差圧だけでバイパス管路５
が開閉される動作になり、膨張弁３の機能が停止するの
で、スーパーヒートが変動してもそれを制御することが
できず、冷凍サイクルの状態が不安定になってしまう不
都合がある。

【００１１】そこで本発明は、冷凍サイクルのスーパー
ヒートを安定した状態に制御した状態で、高圧冷媒ガス
を蒸発器に直接送って補助暖房を行うことができるバイ
パス管路付冷凍サイクルを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のバイパス管路付冷凍サイクルは、冷媒を、
圧縮機で圧縮してから凝縮器で凝縮させた後、膨張弁で
断熱膨張させながら蒸発器に送り込んで蒸発させてから
圧縮機に戻すようにした冷凍サイクルに、冷媒を上記圧
縮機から上記凝縮器を通さずに上記膨張弁の出口管路を
経由して上記蒸発器に送り込ませるためのバイパス管路
を併設すると共に、上記圧縮機から送り出される高圧冷
媒ガスが通る高圧冷媒ガス管路を上記凝縮器に対して開
閉するための凝縮器連通開閉弁を設けたバイパス管路付
冷凍サイクルにおいて、背面にパイロット室が形成さ
れ、上記バイパス管路を開閉するように弁座に向けて配
置されて上記膨張弁の入口管路と上記パイロット室とを
連通させたパイロット弁を設けたことを特徴とする。

【００１３】なお、上記弁座より上流側の高圧冷媒ガス
を上記パイロット室内に漏入させるためのリーク孔が設
けられているとよい。また、上記膨張弁の入口管路と上
記パイロット室との間の連通路を開閉するための弁が設
けられているとよく、上記連通路を開閉するための弁が
電磁弁であってもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態のカ
ーエアコンに用いられる冷凍サイクルの全体構成を略示
しており、１は圧縮機、２は凝縮器、３は膨張弁、４は
蒸発器、６はリキッドタンクであり、これらによって通
常の冷凍サイクルが形成されている。

【００１５】それに加えて、蒸発器４で補助暖房を行う
ために、圧縮機１から送り出された高圧冷媒ガスを、凝
縮器２を通さずに膨張弁３の出口管路３１を経由して蒸
発器４に送り込ませるためのバイパス管路５が併設され
ている。

【００１６】そして、圧縮機１から送り出される高圧冷
媒ガスが通る高圧冷媒ガス管路１１を凝縮器２に対して
開閉するための凝縮器連通開閉弁７と、バイパス管路５
を開閉するためのバイパス管路開閉弁８とが設けられて
いる。凝縮器連通開閉弁７、バイパス管路開閉弁８共
に、電磁弁１０５，２０５によって開閉駆動されるパイ
ロット弁である。

【００１７】バイパス管路開閉弁８のパイロット連通路
２０３，１０は、膨張弁３の入口管路３２に通じてい
る。なお、凝縮器連通開閉弁７から凝縮器２に向かう管
路を１２、リキッドタンク６から膨張弁３に向かう管路
を１３とする。

【００１８】膨張弁３は、通常の冷房時には、リキッド
タンク６から入口管路３２に送り込まれてきた高圧冷媒
を、弁体３３と弁座３４との間に形成される絞り部で絞
って断熱膨張させ、出口管路３１から蒸発器４に向けて
送り出す。

【００１９】そして、蒸発器４で蒸発して低圧になった
冷媒は膨張弁３の低圧冷媒流路３５を通過し、そのスー
パーヒートを感知して動作するパワーエレメント３６に
よってロッド３７を介して弁体３３の位置が制御され
て、通過する冷媒の流量が制御される。

【００２０】３８は、膨張弁３の入口管路３２からリキ
ッドタンク６側に冷媒が逆流するのを防止するための逆
止弁である。入口管路３２とパイロット連通管１０との
接続部には逆止弁は設けられていない。

【００２１】図２と図３は、凝縮器連通開閉弁７とバイ
パス管路開閉弁８とが電磁弁１０５，２０５と共に一体
化して設けられた電磁弁ユニットを示しており、図２は
電磁弁１０５，２０５に通電されていない通常の冷房モ
ードの状態を示し、図３は電磁弁１０５，２０５に通電
されている補助暖房モードの状態を示している。

【００２２】凝縮器連通開閉弁７の弁体１００は、高圧
冷媒ガス管路１１と凝縮器へ向かう管路１２との間に上
流側から弁座１０１に向かって配置されており、背面に
形成されたパイロット室１０２側から圧縮コイルバネ１
１０によって閉じ方向に付勢されている。

【００２３】そして、パイロット室１０２内と凝縮器へ
向かう管路１２内とを連通させるパイロット孔１０３が
弁体１００に貫通して穿設されており、そのパイロット
孔１０３を塞ぐための閉鎖弁１０４がパイロット室１０
２側に配置されている。

【００２４】この閉鎖弁１０４を駆動する電磁弁１０５
は、非通電時には図２に示されるように可動鉄心１０６
が上方に退避しているので、小さな圧縮コイルバネ１０
７の付勢力によって閉鎖弁１０４がパイロット孔１０３
の口元から退避して、パイロット室１０２内と凝縮器へ
向かう管路１２内とが連通している。

【００２５】その結果、弁体１００に作用する高圧冷媒
ガス管路１１内と凝縮器へ向かう管路１２内の差圧が圧
縮コイルバネ１１０の付勢力より大きくなると（例えば
０．５kg/cm²以上）、弁体１００が弁座１０１から離れ
て開弁状態になる。

【００２６】電磁弁１０５への通電時には、図３に示さ
れるように、可動鉄心１０６によって閉鎖弁１０４がパ
イロット孔１０３の口元に押しつけられてパイロット孔
１０３が塞がれる。

【００２７】すると、弁体１００に穿設された細いリー
ク孔１０９を介して高圧冷媒ガス管路１１から冷媒が漏
入するパイロット室１０２内が高圧冷媒ガス管路１１内
とほぼ等圧になるので、弁体１００が弁座１０１に押し
つけられて閉弁状態になる。

【００２８】バイパス管路開閉弁８の弁体２００は、高
圧冷媒ガス管路１１とバイパス管路５との間に上流側か
ら弁座２０１に向かって配置されており、背面に形成さ
れたパイロット室２０２側から強い圧縮コイルバネ２１
０によって閉じ方向に付勢されている。

【００２９】パイロット連通管１０とパイロット孔２０
３は、膨張弁３の入口管路３２とパイロット室２０２と
を連通するように配置されており、電磁弁２０５によっ
て駆動される閉鎖弁２０４がパイロット孔２０３を開閉
するように可動鉄心２０６に取り付けられている。

【００３０】この閉鎖弁２０４を駆動する電磁弁２０５
は、非通電時には図２に示されるように可動鉄心２０６
が小さな圧縮コイルバネ２０７で押されて、その付勢力
によって閉鎖弁２０４がパイロット孔２０３を塞いでい
る。

【００３１】すると、弁体２００に穿設された細いリー
ク孔２０９を介して高圧冷媒ガス管路１１から冷媒が漏
入するパイロット室２０２内が高圧冷媒ガス管路１１内
とほぼ等圧になるので、弁体２００が弁座２０１に押し
つけられて閉弁状態になっている。

【００３２】電磁弁２０５に通電すると、図３に示され
るように、可動鉄心２０６がパイロット孔２０３の口元
から退避し、パイロット室２０２内と膨張弁３の入口管
路３２内とが連通してほぼ等圧になる（なお、パイロッ
ト室２０２内の圧力はこの時も、リーク孔２０９から漏
入する冷媒の影響を若干受ける）。

【００３３】その結果、膨張弁３の低圧冷媒通路３５を
通過して圧縮機１に戻る低圧冷媒のスーパーヒートが小
さいとき（例えば５℃以下）は、膨張弁３が閉じている
（即ち、弁体３３が弁座３４に当接している）ので、リ
ーク孔２０９を介してパイロット室２０２内が高圧冷媒
ガス管路１１内とほぼ等圧になり、弁体２００が弁座２
０１に押しつけられて閉弁状態になる。そして、その状
態で圧縮機１が運転されていると、スーパーヒートが次
第に上昇する。

【００３４】そして、膨張弁３の低圧冷媒通路３５を通
過して圧縮機１に向かう冷媒のスーパーヒートが大きく
なる（例えば５℃以上）と、膨張弁３が開く（即ち、弁
体３３が弁座３４から離れる）ので、パイロット連通管
１０とパイロット孔２０３を介して、膨張弁３の入口管
路３２と連通するパイロット室２０２内が高圧冷媒ガス
管路１１内より低圧になる。

【００３５】その結果、弁体２００に作用する高圧冷媒
ガス管路１１内とバイパス管路５内の差圧が所定値より
大きくなると、弁体２００が弁座２０１から離れて開弁
状態になり、高圧冷媒ガスが弁体２００と弁座２０１と
の間の隙間を通過して、バイパス管路５内で膨張しなが
ら膨張弁３の出口管路３１を経由して蒸発器４に送ら
れ、補助暖房状態になる。そして、冷媒が循環すること
によりスーパーヒートが次第に下がる。

【００３６】このようにして、膨張弁３の動作によって
冷媒のスーパーヒートを一定に保つ制御が行われなが
ら、高圧冷媒ガスを凝縮器２に通さずに蒸発器４に送っ
て補助暖房が行われる。

【００３７】図４は、上記実施の形態の装置の特性を示
している。横軸は熱量（エンタルピ）、縦軸は冷媒圧力
を示し、符号は図１及び図２に示される管路に対応して
おり、１１→１２→１３→３１→３５→１１→と循環す
る実線で示される特性は通常の冷房時のサイクルであ
り、１１→３１→３５→１１→と循環する破線で示され
る特性は補助暖房時のサイクルである。

【００３８】図５は、本発明の第２の実施の形態の冷凍
サイクルの全体構成を略示しており、パイロット連通管
１０をリキッドタンク６から膨張弁３に向かう管路１３
の途中に接続したものである。１６は逆止弁である。な
お、逆止弁１６をリキッドタンク６に一体に設けてもよ
い。

【００３９】また、図６及び図７は、本発明の第３及び
第４の実施の形態の冷凍サイクルの全体構成を略示して
おり、圧縮機１と凝縮器２との間の管路に３方向切換弁
１８を配置して、そこから分岐されて膨張弁３の出口管
路３１に向かう管路の途中にパイロット弁１９を配置し
たものである。１６…は、いずれも逆止弁である。

【００４０】このように本発明は多くの実施態様をとる
ことが可能であり、第２ないし第４の実施の形態の装置
においても第１の実施の形態の装置と同様の作用効果を
得ることができる。

【００４１】また、本発明に用いられる膨張弁は、各実
施の形態に示されたような低圧冷媒流路３５が一体に設
けられたいわゆる一体型膨張弁に限定されるものではな
く、蒸発器４の出口管路に取り付けた感温筒とパワーエ
レメントとの間をキャピラリーチューブで接続したタイ
プの膨張弁などを用いてもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、冷媒を圧縮機から凝縮
器に入れずに膨張弁の出口管路を経由して蒸発器に送り
込ませるバイパス管路を併設して、そのバイパス管路の
途中に設けたパイロット弁のパイロット室と膨張弁の入
口管路とを連通させて膨張弁の入口圧力とパイロット室
内とが等圧になるようにしたことにより、膨張弁の動作
によって冷媒のスーパーヒートを一定に保つように安定
した状態に制御しながら、冷媒を凝縮器に通さずに蒸発
器に送って補助暖房を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の冷凍サイクルの全
体構成の略示図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の電磁駆動パイロッ
ト弁の冷房モード状態の縦断面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の電磁駆動パイロッ
ト弁の補助暖房モード状態の縦断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の冷凍サイクルの特
性線図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の冷凍サイクルの全
体構成の略示図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の冷凍サイクルの全
体構成の略示図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態の冷凍サイクルの全
体構成の略示図である。

【図８】従来の補助暖房回路付き冷凍サイクルの全体構
成の略示図である。

【図９】従来の補助暖房回路付きの冷凍サイクルの電磁
駆動パイロット弁の補助暖房モード状態の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ３ 膨張弁 ４ 蒸発器 ５ バイパス管路 ７ 凝縮器連通開閉弁 ８ バイパス管路開閉弁 １０ パイロット連通管 １１ 高圧冷媒ガス管路 ３１ 出口管路 ３２ 入口管路 ２００ 弁体 ２０１ 弁座 ２０２ パイロット室 ２０３ パイロット孔 ２０４ 閉鎖弁 ２０５ 電磁弁 ２１０ 圧縮コイルバネ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒を、圧縮機で圧縮してから凝縮器で凝
   縮させた後、膨張弁で断熱膨張させながら蒸発器に送り
   込んで蒸発させてから圧縮機に戻すようにした冷凍サイ
   クルに、冷媒を上記圧縮機から上記凝縮器を通さずに上
   記膨張弁の出口管路を経由して上記蒸発器に送り込ませ
   るためのバイパス管路を併設すると共に、上記圧縮機か
   ら送り出される高圧冷媒ガスが通る高圧冷媒ガス管路を
   上記凝縮器に対して開閉するための凝縮器連通開閉弁を
   設けたバイパス管路付冷凍サイクルにおいて、 背面にパイロット室が形成され、上記バイパス管路を開
   閉するように弁座に向けて配置されて上記膨張弁の入口
   管路と上記パイロット室とを連通させたパイロット弁を
   設けたことを特徴とするバイパス管路付冷凍サイクル。
2. 【請求項２】上記弁座より上流側の高圧冷媒ガスを上記
   パイロット室内に漏入させるためのリーク孔が設けられ
   ている請求項１記載のバイパス管路付冷凍サイクル。
3. 【請求項３】上記膨張弁の入口管路と上記パイロット室
   との間の連通路を開閉するための弁が設けられている請
   求項１又は２記載のバイパス管路付冷凍サイクル。
4. 【請求項４】上記連通路を開閉するための弁が電磁弁で
   ある請求項３記載のバイパス管路付冷凍サイクル。