JPS63123961A - ヒ−トポンプ装置 - 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］ 本発明は共沸性を有しない混合冷媒を使用したヒートポ
ンプ装置に関する。

［従来の技術］ 非共沸混合冷媒を用いたヒートポンプ装置としては、減
圧装置の下流の低圧側冷媒流路に気液分離鼎として働く
アキ１ムレータを介在させたタイプのものが１°特開昭
６１−６６０５４４に開示されている。

この装置ではアキ１ムレータで分離された暖房仕事に役
立たない気相冷媒を蒸発器を経由せずに直接的に圧縮機
に逆戻りさせることによって暖房能力を向上させるため
の、ガスインジェクションサイクルを設けている。そし
て装置の加熱能力の制御ないしは増大手段として、アキ
ュムレータに混合冷媒の分溜機能をもたせ、高熱負荷時
にはこの分溜機能を働かせて分離した低沸点冷媒をより
多聞にガスインジェクションサイクルに戻すことによっ
て、混合冷媒中の低沸点冷媒の混入比を増大させている
。低沸点成分比の増大によるガス比容積の減少効果によ
って暖房能力は向上される。そして低熱負荷時には分８
殿能を停止させて、分溜作動時にアキュムレータ内に貯
えられた高沸点成分に富んだ冷媒を冷媒流路に放出して
ガス比容積を増大させる方法が採られている。

［発明が解決しようとする問題点］ アキュムレータを気液分離器として組込／ｖだヒートポ
ンプ装置においては、蒸発器への冷［流入量のコントロ
ール手段として、冷媒循環路内への冷媒の最適封入８を
選択する方法を採っており、予備冷媒の貯溜タンクとし
て働くレシーバを組込んだヒートポンプ装置と異なって
、熱負荷の変動に応じて蒸発器への冷媒供給量を制御す
る機能を備えた減圧弁の組込みが省かれている。

従って烈しい振動を伴ったり、圧縮機の作動状態が極端
に変動したり、異常ｇ４温に晒されるなどのために５Ａ
置を構成づる各所から冷媒が漏洩する可能性の高い自動
車搭載用として、このようなアキュムレータを使用する
型式のヒートポンプ装置を採用することは極めて困難で
ある。

本発明は経時的に冷媒が次第に漏洩しても支障を来たざ
ないようにレシーバを組込むと共に、非共沸混合冷媒を
用いることによって、熱需要量のより巾広い変動に対応
できる性能を備えたヒートポンプ装置を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段〕　。

上記の目的を達成するために本発明によるヒートポンプ
装置は、（ａ）共沸性を有しない混合冷媒を封入した冷
媒循環路と、（ｂ）該冷媒循環路に介在させた、圧縮機
、室外側熱交換器とその付設第１減圧装置、レシーバ、
室内側熱交換器とその何設第２減圧装置、並びに冷媒の
流れ方向切替手段と、（ｃ）前記レシーバ内の上部に溜
まる気相低沸点冷媒をこのレシーバの外に導き出して冷
却液化させたうえ貯溜する、低沸点冷媒の分離貯溜手段
と、（ｄ）前記分離貯溜手段に溜った冷媒を前記冷媒循
環路に戻すための冷媒戻し路と、（ｅ）該冷媒戻し路の
開閉手段と、（ｆ）前記開閉手段を開作動させる、冷媒
戻し路開放手段とからなる構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 上記の構成を備えたヒートポンプ装置は、ヒートポンプ
サイクルとして作動する暖房運転時において、外気温が
例えばＯ℃以」−と熱負荷が小さい時には、冷媒戻し路
の開閉手段を開作動させて運転すると、圧縮機から吐出
された高温高圧の気相混合冷媒は、この時凝縮器として
働く室内側熱交換器によってほぼ液化し尽されて、液冷
媒の一時貯槽兼気液分離器としてレシーバに流入する。

残存する気相混合冷媒はその蒸気圧により、レシーバに
組付けである低沸点冷媒の分離貯溜手段に己ずから導入
され、冷却される過程において分溜作用を受けることに
よって、低沸点冷媒の含有率が高められた液相冷媒がこ
の貯溜手段に次第に蓄えられて行く。従って冷媒循環路
内を循環する混合冷媒の低沸点冷媒の含有率は相対的に
低下し、混合冷媒のガス比容積が高まって圧縮機は低熱
需要運転に相応した比較的低い吐出能力のちとに運転さ
れ、必要にして充分な量の冷媒を循環供給する。

外気温が０℃以下に下がり熱負荷が増大した時には冷媒
戻し路開放手段によって開閉手段が開作動することによ
り、低沸点冷媒の分離貯溜手段に蓄えられていた冷媒が
冷媒循環路内に戻されるので、混合冷媒中の低沸点冷媒
の含有率が高められ混合冷媒のガス比容積が減少する。

従って圧縮機はその冷媒吐出能力が向上して、熱需要の
増大に見合った世の冷媒を循環路に補給しつづけること
ができ、装置の能力が高められる。

本発明によれば、極く筒中な部品を従来のヒートポンプ
装置に付加するだけで、０℃以下といった気温が特に低
い時には満足な温暖感を得ることができないという従来
のヒートボン１装置の欠点をほぼ解消させられる。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図は自動車用空調装置としての一実施例を示した装
置全体のシステム図であって、その基本的な構成はレシ
ーバに低沸点冷媒の分離貯溜手段および冷媒戻し路とそ
の開閉手段が組付けられている点を除いて従来の自動車
用ヒートポンプ装置と異ならない。

共沸性を為しない混合冷媒としては様々な種類の冷媒の
組合わせが可能であるが、この実施例では大気圧下で沸
点が約−４０℃と相対的に高沸点のフロンＲ−２２と、
同じく沸点が約−５９℃と相対的に低沸点のフロンＲ１
３Ｂ　１との２種類の冷媒を適宜の割合で混合したもの
を用いることにした。

混合冷媒の循環路１には、自動車エンジン（図示路）の
回転力をマグネットクラッチ２Ａを介し伝えられること
によりＩｇｉｒｃ的に駆動される圧ｔｓｉ２が介在され
ており、圧縮Ｅ１２から吐出された高温高圧の気相混合
冷媒は先ず四方弁２０を通過することにより、この四方
弁が装置をヒートポンプとして作動させる側に切替えら
れている時には、図中に実線矢印で示した右回り方向を
とって循環路１内を進行させられる。また冷凍装置とし
て作動させる側に切替えられている時には、図中に破線
矢印で示した左回り方向をとって循環路１内を循環させ
られる。

循環路１にはその左回り方向に順次、図示のように室外
側熱交換器３、この熱交換器用の第１減圧装置４、液相
冷媒の貯溜槽兼気液分ｍ器として働くレシーバ５、室内
側熱交換器用の第２減圧装置６、室内側熱交換器７が介
在させである。２つの減圧装置４と６は共に電気作動式
膨張かを用いている。

室外側熱交換器３は車外空気による冷却が可能な場所に
設置されてヒートポンプサイクル時には蒸発器として、
また冷凍サイクル時には凝縮器として働く。２３と２３
Ａはこの熱交換器に冷却用冷風を吹きつけるためのファ
ンとその駆動用モータであり、３Ｂは熱交換器の出口部
での冷媒温度検出用感温筒である。

室内側熱交換器１は、運転席針５盤の下部などに配設し
て温風および冷風を生じさせるための空調用ダクト（図
示路）内に設置されて、ヒートポンプサイクル時には凝
縮器として、また冷凍サイクル時には蒸発２として働く
。２７と２７Ａはこの熱交換器に被加熱（または被冷却
）空気を吹きつけるためのファンとその駆動用モータで
あり、７Ｂは熱交換器出口部での冷媒温度検出用感湿筒
である。

第１減圧装置４の配設個所には、冷凍サイクル時にのみ
この減圧装置をバイパスさせるための、逆止弁１６を介
在させたバイパス冷媒路１５が接続されている。

また第２減圧装置６の配設個所には、ヒートポンプサイ
クル時にのみこの減圧装置をバイパスさせるための、逆
止弁１８を介在させたバイパス冷媒路１７が接続されて
いる。

レシーバ５には図示のようにその頂壁面に、循環路１の
冷媒入口側＠端部と冷媒出口側管端部とを、各管端がレ
シーバ内の底壁面近くまで達するように気密に挿通固定
させてあり１両管端部間の短絡的導通を避けるための中
仕切板５Ａが組込まれている。

更にレシーバ５の頂壁面には、レシーバ内の冷媒液面上
の空間に溜る気相冷媒をレシーバの外に導き出すための
気相冷媒導出管１１が接続されており、その中間部分に
は気相冷媒の冷却液化用フィン１２を取付けると共に、
管の末端に液化低沸点冷媒の貯溜用の低沸点冷媒溜り１
０を接続させている。

そして気相冷媒導出管１１、フィン１２および冷媒溜り
１０によって低沸点冷媒の分離貯溜手段Ａが構成されて
いる。

低沸点冷媒溜り１０には、その内部に溜った低沸点冷媒
の含有率が高められた液冷媒を冷媒循環路１に戻すため
の冷媒戻し路１３が取付けてあり、この戻し路の途中に
開閉手段としての常閉」１１電磁弁１４を介在させると
共に、その末端を図示のように％環路１に接続させてい
る。

３０はヒートポンプ装置の作動用回路を内蔵させた制御
装置であって、装置の起動スイッチ４１を介して車載バ
ッテリ電源４０から作動用電力を供給される。マグネッ
トクラッチ２Ａ１２つの電気作動式膨張弁４と６の開閉
用のソレノイドコイル４Ａおよび６Ａ、ファンモータ２
３Ａと２７Ａは、感温筒３ＢまたはＩＢおよび図示を省
いた気温センサなどから制御装置３０に入力される情報
に基づいて、この装置３０によって通電を制御される。

制御装置３０には、外気温が設定レベル以下にさがった
ときに、開閉手段としてのＷｉｔ弁１４を開作動させ、
冷媒戻し路開放手段として働く回路も組込まれている。

４２は外気温センサである。

次に上記実施例装置をヒートポンプとして働かせた時の
作動を説明する。

先ず外気温が設定レベル、例えば０℃より高くて比較的
熱負荷が小さい時には、外気温センサ４２からの情報に
基づいて制御装置３０は、冷媒戻し路１３に設けた常閉
τ１電磁弁１４の開閉用ソレノイドコイル１４Ａへの通
電は行わず、この弁は閉弁維持される。

圧縮機２から吐出された高ｍ高圧気相冷媒は、既述の如
く実線矢印ルートをたどり、室内側熱交換器７を通過す
る間に冷たい被空調空気と熱交換して温風を生じさせ、
自身は冷部液化してこの作動サイクル時には閉ざされて
いる膨張弁６に阻まれ逆止弁１８を通過したうえ、レシ
ーバ５に流入し一旦蓄えられる。

レシーバ５内の液面上空間には気相混合冷媒が充満して
おり、この気相冷媒は蒸気圧により己ずから気相冷媒導
出路１１内を１胃して外気温により冷却液化される過程
で後述するように分溜作用を受けることにより、冷媒溜
り１０内には低沸点冷媒の混合率が高められた液相冷媒
が次第に蓄えられて行く。

従って冷媒循環路１内を循環している混合冷媒は、装置
内への封入当初の混合比に較べて高沸点冷媒の含有比率
が高められる。当初の混合比はこのような状況下におい
て必要にして充分な＠房能力が得られるように、あらか
じめ設定されている。

レシーバ５から送出されたＩＸ温液相冷媒は、膨張弁４
を通過する間に減圧され気液２層状態のもとに室外側熱
交換器３に送り込まれ、外気からその保有熱を気化のた
めの潜熱として奪うことによって暖房用熱エネルギーを
蓄える。気相に戻った混合冷媒は圧縮機２に吸入されて
反復循環のために再び「縮される。

このサイクル時には蒸発器となる熱交換器３の出口部に
おける冷媒温度は熱負荷の増減に応じて高・下するので
、感温筒からこの温度情報を得た制御装置３０は、熱負
荷に対応した１の冷媒を熱交換器３に供給するように膨
張弁４の開度を制御する。

次に外気温が設定レベルの０℃以下に下がり熱需要が定
常的な運転時に比べて高まると、制御装置３０は外気温
センサ４２からの情報に基づいて常閉型電磁弁１４を開
弁させる。

低沸点冷媒溜り１０には定常的な熱負荷のもとての運転
時に上述の如くして蓄えられた低沸点冷媒含有率が増大
した液相冷媒が蓄えられており、この貯溜冷媒が循環路
１内に戻されることによって、循環混合冷媒中の低沸点
冷媒の含有比率は定常熱負荷運転時に較べて増大する。

圧縮１１２による気相冷媒の吐出能力は、被圧縮気体の
比容積（単位１１ｆｉ当たりの容積）が小さい程高めら
れるので、比容積の小さい低沸点冷媒の含有比率の増加
によって、伝熱媒体としての混合冷媒の単位時間当たり
の循環量が増大し、熱需要の増大に対応することができ
る。

上記実施例装置を冷凍サイクルとして運転する時にも、
冷媒戻し路開放手段の作動条件を適宜に設定することに
よって、装置の冷凍能力を必要に応じて増大させまた減
少させることができる。このサイクル時の装置の作動は
普通のヒートポンプ装置のそれと本質的に異ならないの
で説明は省く。

次に第２図に、低沸点冷媒の分離貯溜手段へによる混合
冷媒の分溜作用の仕組みをグラフ化して示した。

このグラフは横軸に低沸点冷媒としてのフロン８１３Ｂ
　１と高沸点冷媒としてのフロンＲ２２とからなる混合
冷媒の混合比が採られ、縦軸に冷媒温度が採られている
。この混合冷媒は大気圧下にあるものとする。

今混合比をａ点で示したレシーバ５内の完全気相状態の
混合冷媒を図示黒矢印で示したように次第に冷却して行
くと、気相ライン（イ）に達する１０温度にまで降温し
た時液化が始まる。温度が更にｔｌにまでさがった時の
液化混合冷媒の混合比は８１点におけるＲ２２：Ｒ１３
Ｂ１の混合比ｄａ１：ａｌｅ（７）逆の割合であるａｌ
ｅ：ｄａｔとなり、Ｒ２２の割合が増大する。この時気
相のままにとどまっている混合冷媒の混合比はｔ１点を
通る水平線が気相ライン（イ）と交わる８２点における
Ｒ２２：Ｒ１３Ｂ１の混合比ｄａ２：ａ２ｅの逆の割合
であるａ２ｅ：ｄａ２となって低沸点冷媒Ｒ１３Ｂ１の
割合が増大して来る。温度を更にｔ２にまで低下させれ
ば、気相のまま残っている混合冷媒のＲ２２とＲ１３Ｂ
　１の混合比はｂ２ｅ：ｄｂ２となって、Ｒ１３８１の
含有比率は更に高まる。そして完全に液化し尽すｔ３近
くまで降温した時、残存気相冷媒のＲ２２：Ｒ１３Ｂ１
の混合比はｃ２ｅＨｄＣ２とＲ１３８１の含有率が著し
く増大する。

従ってレシーバ５内の気相混合冷媒が、その導出管１１
内に流入し、フィン１２の取付は個所を通過して低沸点
冷媒溜り１０に達するまでの間に周囲の大気によって冷
やされ上記の如き分溜作用を受けることによって、低沸
点冷媒溜り１０内には、装置内への封入時のＲ２２：Ｒ
１３Ｂ１の混合比に較べてＲ１３Ｂ　１の含ｊｌ比が大
巾に高められた液相冷媒が蓄えられて行くことになる。

冷媒溜り１０内に無制限に低沸点冷媒が蓄積されつづけ
るのを防ぐためには、冷媒溜り１０の容量を適切な大き
ざにすればよいし、あるいは設定怨を上回って流入して
来る液冷媒は循環路１に溢流させる手段を講ずればよい
。また冷媒溜り１０に容量を増減できる構造を与えれば
、ヒートポンプ装置の温熱または冷熱発生能力調節手段
ともなる。

冷媒戻し路の開閉手段としての電磁弁１４を開作動させ
るための情報源としては、外気温センサの他に、室内側
熱交換♂７の風量センサや、冷凍ナイクルの低圧側冷媒
流路に設けた冷媒圧センサを用いてもよいし、乗員の判
断により開閉手段を手動操作できるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車用空調装置として使用するための一実施
例を示した、装置のシステム図である。 第２図は低沸点冷媒の分離貯溜手段部分における混合冷
媒の分溜の過程を説明したグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）共沸性を有しない混合冷媒を封入した冷媒循
   環路と、 （ｂ）該冷媒循環路に介在させた、圧縮機、室外側熱交
   換器とその付設第１減圧装置、レシーバ、室内側熱交換
   器とその付設第２減圧装置、並びに冷媒の流れ方向切替
   手段と、 （ｃ）前記レシーバ内の上部に溜まる気相低沸点冷媒を
   このレシーバの外に導き出して冷却液化させたうえ貯溜
   する、低沸点冷媒の分離貯溜手段と、（ｄ）前記分離貯
   溜手段に溜った冷媒を前記冷媒循環路に戻すための冷媒
   戻し路と、 （ｅ）該冷媒戻し路の開閉手段と、 （ｆ）時前記開閉手段を開作動させる、冷媒戻し路開放
   手段とからなるヒートポンプ装置。