JPWO2014132352A1

JPWO2014132352A1 - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: JPWO2014132352A1
Application number: JP2015502619A
Authority: JP
Inventors: 和平新宮
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: EP2963363B1; JP5932131B2; US20160010909A1; EP2963363A1; EP2963363A4; WO2014132352A1; US9909795B2

Abstract

四方弁を切換動作させ、冷房運転と暖房運転とを切り換える車両用空気調和装置において、圧縮機の吐出圧力に係わる冷媒又は吸引圧力に係わる冷媒を前記圧縮機の動作中に蓄積すると共に前記四方弁の切換動作に必要なピストン室間の圧力差を確保する圧力溜りを設け、前記圧縮機の停止後においても前記四方弁の前記ピストン室間に前記四方弁の切換動作に必要な圧力差を発生させるようにした。

Description

この発明は、四方弁により冷房運転と暖房運転を切り換える車両用空気調和装置に関する。

空気調和装置において、冷房運転と暖房運転を切り換える場合は、四方弁を用いて冷媒の流れを切換操作する。一般的に、四方弁を切り換える方法は、四方弁両端部のピストン室の一方と他方に対して、前記一方には制御用電磁弁を介して高圧冷媒を供給し、前記他方からは制御用電磁弁を介して冷媒を吸引して低圧にして、発生する差圧によって弁体を動作させて行っている（詳細は後述）。

特許文献１は従来の空気調和装置を示す。これは四方弁の切換えに関し、圧縮機の停止中に冷房運転と暖房運転の切換え指令を受けた時は、サーモオン後インバータ周波数が所定値以上になってから、四方弁を切り換えるように制御している。また、圧縮機の運転中に冷房運転と暖房運転の切換え指令を受けた時は、四方弁を切り換えた後、サーモオフ状態にするように制御している。これにより、四方弁の切換動作に必要な差圧の不足を解消している。

特開平５−２６４１１３号公報

従来の空気調和装置において、四方弁を切り換えるには、両端部のピストン室間に圧力差が必要なため、圧縮機が動作している時に限られる。しかし、電車に搭載される車両用空気調和装置は、電源を車両側に依存しているため、車両の電源の切り方によっては四方弁が切り換わる前に圧縮機が停止し、圧縮機の吐出圧力と吸引圧力が均圧化され、四方弁内部の弁体の中間止まり（不十分な切り換わり）が生じるといった問題があった。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、圧縮機が停止した後においても四方弁を切り換えるために必要なピストン室間の圧力差を確保し、四方弁内部の弁体の中間止まりを防止する車両用空気調和装置を得ることを目的とする。

この発明の車両用空気調和装置は、四方弁には、一方のピストン室と他方のピストン室間に弁体を移動させるピストン機構を備え、圧縮機の吐出圧力を前記四方弁の一方の前記ピストン室に作用させ、前記圧縮機の吸引圧力を前記四方弁の他方の前記ピストン室に作用させ、前記ピストン室間の圧力差を利用して前記ピストン機構と共に前記弁体を移動させて、前記四方弁を切換動作させ、冷房運転と暖房運転とを切り換える車両用空気調和装置において、前記圧縮機の吐出圧力に係わる冷媒又は吸引圧力に係わる冷媒を前記圧縮機の動作中に蓄積すると共に、前記四方弁の切換動作に必要な前記ピストン室間の圧力差を確保する圧力溜りを設け、前記圧縮機の停止後においても前記四方弁の前記ピストン室間に前記四方弁の切換動作に必要な圧力差を発生させるようにしたものである。

この発明に係る車両用空気調和装置によれば、圧縮機の吐出圧力に係わる冷媒又は吸引圧力に係わる冷媒を前記圧縮機の動作中に蓄積すると共に、四方弁の切換動作に必要なピストン室間の圧力差を確保する圧力溜りを設けたので、前記圧縮機の停止後においても前記四方弁の切換動作に必要な圧力差を確保して、前記四方弁内部の弁体の中間止まりを防止することができる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

車両用空気調和装置における一般的なヒートポンプタイプの冷媒循環サイクルを示す図である。車両用空気調和装置における一般的な冷媒循環サイクルを暖房運転させるときの四方弁の状態を示す図である。この発明の実施の形態１の車両用空気調和装置における冷媒循環サイクルを示す図である。この発明の実施の形態２の車両用空気調和装置における冷媒循環サイクルを示す図である。この発明の実施の形態４の空気調和装置における冷媒循環サイクルを示す図である。

実施の形態１．
図１は車両用空気調和装置における一般的なヒートポンプタイプの冷媒循環サイクルを示す図である。冷房運転と暖房運転とに切換え可能な車両用空気調和装置における主な構成要素は、圧縮機，室内熱交換器，室外熱交換器，膨張弁，アキュームレータ，及び四方弁（サイクル切換用４路切換弁）である。冷房運転と暖房運転とを切り換える場合は、四方弁を用いて冷媒循環サイクル中の冷媒流通方向を切り換える操作をする。図において、実線は冷房運転時の冷媒の流れ方向を示し、破線は暖房運転時の冷媒の流れ方向を示す。

冷房運転時では、圧縮機１により圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方弁２を通って室外熱交換器３に至り、外気と熱交換し熱を奪われ冷やされて中温高圧の液体に凝縮される。凝縮された冷媒は、膨張弁４により膨張され蒸発される。蒸発され低温低圧となった冷媒は、室内熱交換器５により室内気と熱交換し熱を奪うことで室内の冷房を行い、四方弁２を通り、アキュームレータ６を経て圧縮機１に戻る。このサイクルを繰り返す。

一方暖房運転時では、圧縮機１により圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方弁２を通って室内熱交換器５に至り、室内気と熱交換し熱を奪われることで室内を暖房し、膨張弁４により減圧される。減圧され低温低圧となった冷媒は、室外熱交換器３により外気と熱交換し熱を奪い、四方弁２を通り、アキュームレータ６を経て圧縮機１に戻る。このサイクルを繰り返す。

図２は車両用空気調和装置における一般的な冷媒循環サイクルを暖房運転させるときの四方弁の状態を示す図である。なお、アキュームレータは図２では図示していない。四方弁２は、両端が閉鎖された円筒体の弁本体１１と、この弁本体１１内を摺動移動して冷媒の流路を切り換える弁体１２と、この弁体１２を動作させるピストン機構１３と、このピストン機構１３を駆動させる圧力を切り換える制御用電磁弁１４とを備えている。弁本体１１とピストン機構１３により、図面に向かって、弁本体１１の左端部にピストン室Ｅと右端部にピストン室Ｆが構成される。四方弁２は、さらに、入口継手（パイプ）Ａ，出口継手（パイプ）Ｃ，切換継手（パイプ）Ｂと切換継手（パイプ）Ｄを有している。ピストン室Ｅとピストン室Ｆ間に弁体１２を移動させるピストン機構１３が備えられている。

圧縮機１で圧縮された高圧冷媒は、入口継手Ａに供給され、出口継手Ｃからの低圧冷媒が圧縮機１に吸引される。四方弁２を切り換える方法は、四方弁２の両端部のピストン室Ｅ，Ｆ間に発生する差圧（圧力差）によって、ピストン機構１３と共に弁体１２を摺動移動させて行う。暖房時には、入口継手Ａからの高圧冷媒（圧縮機の吐出圧力に係る冷媒）がキャピラリーチューブ（以下チューブと略称する）１５ａを通り制御用電磁弁１４を経てチューブ１５ｂを通りピストン室Ｅに供給され、ピストン室Ｅは高圧になる。ピストン室Ｆからの冷媒は、チューブ１５ｃを通り制御用電磁弁１４を経てチューブ１５ｄを通り出口継手Ｃより吸引され、ピストン室Ｆは低圧になり、圧縮機の吸引圧力が作用する。その結果、ピストン室Ｅとピストン室Ｆとの差圧により、ピストン機構１３と弁体１２は図面に向かって右側に摺動移動し、入口継手Ａと切換継手Ｂは流通し、切換継手Ｄと出口継手Ｃは流通する。

一方、冷房時には、入口継手Ａからの高圧冷媒がチューブ１５ａを通り制御用電磁弁１４で切り換えられチューブ１５ｃを通りピストン室Ｆに供給され、ピストン室Ｆは高圧になる。ピストン室Ｅからの冷媒は、チューブ１５ｂを通り制御用電磁弁１４で切り換えられチューブ１５ｄを通り出口継手Ｃより吸引され、ピストン室Ｅは低圧になり、圧縮機の吸引圧力が作用する。その結果、ピストン室Ｆとピストン室Ｅとの差圧により、ピストン機構１３と弁体１２は図面に向かって左側に摺動移動し、入口継手Ａと切換継手Ｄは流通し、切換継手Ｂと出口継手Ｃは流通する。

このように四方弁２を切り換えるにはピストン室Ｅ，Ｆ間に圧力差が必要なため、圧縮機１が動作している時に限られる。しかし、電車に搭載される車両用空気調和装置は、電源を車両側に依存しているため、車両の電源の切り方によっては四方弁２が切り換わる前に圧縮機１が停止し、圧縮機の吐出圧力と吸引圧力が均圧化され、四方弁２内部で弁体１２の中間止まりが生じる原因となる。

図３はこの発明の実施の形態１の車両用空気調和装置における冷媒循環サイクルを示す図である。四方弁２は暖房運転時の状態を示している。圧縮機１から吐出された高圧冷媒を流す配管(圧縮機１と入口継手Ａを接続する配管)には、その配管に接続された逆止弁２１を介して高圧の圧力溜り２２が接続されている。圧力溜り２２はチューブ１５ａを通り制御用電磁弁１４を経てチューブ１５ｂを通りピストン室Ｅに接続され、ピストン室Ｅに高圧冷媒を供給してピストン室Ｅの圧力を高めている。逆止弁２１は高圧冷媒を流す配管から高圧の圧力溜り２２への方向が流通方向となっている。このように構成された車両用空気調和装置においては、高圧冷媒配管に接続された逆止弁２１を介して高圧の圧力溜り２２を備え、この圧力溜り２２に、圧縮機１の動作中に圧縮機１の吐出圧力に係る冷媒を蓄積して、ピストン室Ｅ，Ｆ間に差圧を発生させるようにしたので、圧縮機１が停止した後においても、高圧の圧力溜り２２に高圧冷媒が存在するため、四方弁２のピストン室Ｅ又はＦに高圧冷媒を引き込むことができ、四方弁２を切り換える時に必要なピストン室Ｅ，Ｆ間の差圧を確保することができる。従って、前記構成により四方弁の中間止まりを防止することができ、安全な冷暖房運転が可能となる。

なお、圧縮機１への電源が切れる時には、制御用電磁弁１４も電源が切れるが、制御用電磁弁１４は、チューブ１５ａ―１５ｄの暖房時切換位置か冷房時切換位置のいずれかで停止するので、前記圧力溜り２２による圧力により、四方弁２の継手Ａ−Ｄにおける暖房時切換位置か冷房時切換位置のいずれかに停止されることができ、四方弁２の弁体１２の中間位置止まりを確実に回避できる。なお、弁体１２の中間位置止まりとは、出口継手Ｃが切換継手Ｄ又はＢのいずれか一方とのみ流通しないで、出口継手Ｃが切換継手Ｄの一部と切換継手Ｂの一部とに流通する中途半端な切り換わり状態をいう。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２の車両用空気調和装置における冷媒循環サイクルを示す図である。四方弁２は暖房運転時の状態を示している。実施の形態２では、実施の形態１の高圧の圧力溜り２２の代わりに、低圧配管に接続される低圧の圧力溜り２３を備えたものである。低圧冷媒を流す配管(出口継手Ｃと圧縮機１とを接続する配管)には、低圧の圧力溜り２３が逆止弁２４を介して接続されている。逆止弁２４は圧力溜り２３から低圧配管方向が流通方向である。低圧の圧力溜り２３は、図では、チューブ１５ｄを通り制御用電磁弁１４を経てチューブ１５ｃを通りピストン室Ｆに接続されている。ピストン室Ｆの冷媒は、チューブ１５ｃを通り制御用電磁弁１４を経てチューブ１５ｄを通り圧力溜り２３を通り、逆止弁２４を介して低圧配管に至り、圧縮機１で吸引される。これによりピストン室Ｆは低圧になる。

このように構成された車両用空気調和装置においては、低圧冷媒を流す配管に接続された逆止弁２４を介して低圧の圧力溜り２３を備え、この圧力溜り２３に、圧縮機１の動作中に圧縮機１の吸引圧力に係る冷媒を蓄積して、ピストン室Ｅ，Ｆ間に差圧を発生させるようにしたので、圧縮機１が停止した後においても、圧力溜り２３の低圧により、四方弁２のピストン室Ｅ又はＦが低圧になり、四方弁２を切り換える時に必要なピストン室Ｅ，Ｆ間の差圧を確保することができる。従って、前記構成により四方弁の中間止まりを防止することができ、安全な冷暖房運転が可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１及び実施の形態２に備える圧力溜り２２，２３の容積が、四方弁のピストン室Ｅ又はＦの最大容積に対して、１．５〜３倍の容積を備えたものである。このようにすることにより、四方弁のピストン室Ｅ又はＦの最大容積以上の吐出圧力冷媒又は吸引圧力冷媒を溜めることができ、四方弁を切り換える時に四方弁のピストン室間に十分な差圧を確保することで、確実な四方弁切り換えが可能となる。３倍を超える容積では、体積が大きくなり好ましくない。

実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態１及び実施の形態２に備える逆止弁に代わって、電磁弁２５を設けたものである。図５はこの発明の実施の形態４の空気調和装置における冷媒循環サイクルを示す図である。四方弁２は暖房運転時の状態を示している。電磁弁２５は電源が切れたときは流通を遮断し、電源が接続されたときは、流通するものである。以上のように構成されることにより、実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明の車両用空気調和装置は、四方弁には、一方のピストン室と他方のピストン室間に弁体を移動させるピストン機構を備え、圧縮機の吐出圧力を前記四方弁の一方の前記ピストン室に作用させ、前記圧縮機の吸引圧力を前記四方弁の他方の前記ピストン室に作用させ、前記ピストン室間の圧力差を利用して前記ピストン機構と共に前記弁体を移動させて、前記四方弁を切換動作させ、冷房運転と暖房運転とを切り換える車両用空気調和装置において、前記圧縮機の吸引圧力に係わる冷媒を前記圧縮機の動作中に蓄積すると共に、前記四方弁の切換動作に必要な前記ピストン室間の圧力差を確保する圧力溜りを設け、前記圧縮機の停止後においても前記四方弁の前記ピストン室間に前記四方弁の切換動作に必要な圧力差を発生させ、前記圧力溜りは、前記圧縮機に吸引される冷媒の低圧圧力溜りであり、前記低圧圧力溜りは、前記圧縮機に吸引される低圧冷媒を通す配管に、前記圧縮機に吸引される方向を流通方向とする逆止弁を介して接続されると共に、制御用電磁弁を経て一方又は他方の前記ピストン室に接続され、前記一方又は他方のピストン室から冷媒を吸引するようにしたものである。

この発明に係る車両用空気調和装置によれば、圧縮機の吸引圧力に係わる冷媒を前記圧縮機の動作中に蓄積すると共に、四方弁の切換動作に必要なピストン室間の圧力差を確保する圧力溜りを設けたので、前記圧縮機の停止後においても前記四方弁の切換動作に必要な圧力差を確保して、前記四方弁内部の弁体の中間止まりを防止することができる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の車両用空気調和装置は、供給された冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒が流入する四方弁と、外気と熱交換を行う室外熱交換器と、室内気と熱交換を行う室内熱交換器と、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器の間に、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器に連通するように設けられる膨張弁とを備え、前記四方弁は、一方のピストン室と他方のピストン室間に弁体を移動させるピストン機構と、前記弁体を収容する弁体収容室とを備え、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記一方のピストン室又は前記他方のピストン室に流入させ前記ピストン室間に圧力差を発生させることで前記ピストン機構と共に前記弁体を移動させて、冷房運転と暖房運転とを切り換える車両用空気調和装置において、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記弁体収容室に供給する第１供給路と、前記第１供給路に連通し前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を前記四方弁の一方のピストン室及び前記他方のピストン室に供給する第２供給路と、前記第２供給路に設けられて、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記一方のピストン室又は前記他方のピストン室のいずれかに導入するように前記第２供給路における冷媒の流通状態を切り換える制御電磁弁と、前記第２供給路において前記圧縮機の下流側且つ前記制御電磁弁の上流側に設けられ、前記圧縮機の吐出圧力に係わる冷媒を前記圧縮機の動作中に蓄積すると共に、前記弁体の移動に必要な前記ピストン室間の圧力差を確保する圧力溜りと、前記第２供給路において前記圧縮機の下流側且つ前記圧力溜りの上流側に設けられ、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記圧力溜りに向けて流通させ、前記圧力溜りから前記圧縮機への冷媒の流通を規制する逆止弁とを備え、前記四方弁は、前記弁体収容室から流出する冷媒の流出口となり前記圧縮機と連通する出口継手と、前記弁体収容室と前記室内熱交換器とを連通する第１切換継手と、前記弁体収容室と前記室外熱交換器とを連通する第２切換継手とを備えるものであり、前記四方弁は、前記一方のピストン室に冷媒が供給され前記一方のピストン室が前記他方のピストン室よりも高圧となった場合、前記ピストン室間の圧力差によって前記弁体が移動し、前記出口継手と前記第２切換継手とを連通させることで前記弁体収容室から前記第２切換継手への冷媒の流出を規制し、前記弁体収容室から前記第１切換継手を流通して前記室内熱交換器に冷媒が流入する暖房時冷媒流通路を形成する一方、前記他方のピストン室に冷媒が供給され前記他方のピストン室が前記一方のピストン室よりも高圧となった場合、前記ピストン室間の圧力差によって前記弁体が移動し、前記出口継手と前記第１切換継手とを連通させることによって前記弁体収容室から前記第１切換継手への冷媒の流出を規制し、前記弁体収容室から前記第２切換継手を流通して前記室外熱交換器に冷媒が流入する冷房時冷媒流通路を形成するものであり、前記圧力溜りは、前記圧縮機から吐出される冷媒の高圧圧力溜りであり、前記圧縮機の停止後においても前記四方弁の前記ピストン室間に前記四方弁の切換動作に必要な圧力差を発生させるようにしたものである。

この発明に係る車両用空気調和装置によれば、圧縮機の吐出圧力に係わる冷媒を前記圧縮機の動作中に蓄積すると共に、四方弁の切換動作に必要なピストン室間の圧力差を確保する圧力溜りを設けたので、前記圧縮機の停止後においても前記四方弁の切換動作に必要な圧力差を確保して、前記四方弁内部の弁体の中間止まりを防止することができる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

Claims

四方弁には、一方のピストン室と他方のピストン室間に弁体を移動させるピストン機構を備え、
圧縮機の吐出圧力を前記四方弁の一方の前記ピストン室に作用させ、前記圧縮機の吸引圧力を前記四方弁の他方の前記ピストン室に作用させ、
前記ピストン室間の圧力差を利用して前記ピストン機構と共に前記弁体を移動させて、前記四方弁を切換動作させ、冷房運転と暖房運転とを切り換える車両用空気調和装置において、
前記圧縮機の吐出圧力に係わる冷媒又は吸引圧力に係わる冷媒を前記圧縮機の動作中に蓄積すると共に、前記四方弁の切換動作に必要な前記ピストン室間の圧力差を確保する圧力溜りを設け、
前記圧縮機の停止後においても前記四方弁の前記ピストン室間に前記四方弁の切換動作に必要な圧力差を発生させるようにしたことを特徴とする車両用空気調和装置。
前記圧力溜りは、前記圧縮機から吐出される冷媒の高圧圧力溜りであり、
前記高圧圧力溜りは、前記圧縮機から吐出された高圧冷媒を通す配管に、前記圧縮機からの冷媒を流通させる方向を流通方向とする逆止弁を介して接続されると共に、制御用電磁弁を経て一方又は他方の前記ピストン室に接続され、前記一方又は他方のピストン室に前記圧縮機からの高圧冷媒を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和装置。
前記圧力溜りは、前記圧縮機に吸引される冷媒の低圧圧力溜りであり、
前記低圧圧力溜りは、前記圧縮機に吸引される低圧冷媒を通す配管に、前記圧縮機に吸引される方向を流通方向とする逆止弁を介して接続されると共に、制御用電磁弁を経て一方又は他方の前記ピストン室に接続され、前記一方又は他方のピストン室から冷媒を吸引するようにしたことを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和装置。
前記逆止弁は電磁弁である請求項２又は請求項３記載の車両用空気調和装置。
前記圧力溜りの容積は、一方又は他方の前記ピストン室の最大容積の１．５倍〜３倍であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用空気調和装置。