JP2004257694A

JP2004257694A - 蒸気圧縮式冷凍機

Info

Publication number: JP2004257694A
Application number: JP2003050932A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Inaba; 淳稲葉; Yasushi Yamanaka; 康司山中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】空調感を損なうことなく庫内を冷却する。
【解決手段】圧縮機１０から吐出された高圧の冷媒を動力源として稼動するエジェクタポンプ６０にて、２台の蒸発器３１、３２のうちいずれか一方に冷媒を循環させる。これにより、単独空調運転モードと単独庫内冷却モードとが同時に実行されるので、室内に吹き出す空気を冷却しながら冷蔵冷凍庫内を冷却することができる。したがって、冷蔵運転中に冷えてない空気が室内に吹き出されるといったことがないので、空調感を損なうことなく庫内を冷却することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２台の蒸発器を有する蒸気圧縮式冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２台の蒸発器を有する蒸気圧縮式冷凍機では、冷房用の配管経路と冷蔵用の配管経路を電磁弁で切り替えることにより室内冷房と庫内冷蔵を両立させている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭６３−２６８３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の発明は、例えば９０秒間毎に１５秒間だけ電磁弁を閉じて冷蔵用配管経路に冷媒を流すことにより、２台の蒸発器で冷凍能力を発生させるタイマー式のＦＩＲ制御方式であり、このようなタイマー式のＦＩＲ制御方式では、冷蔵運転中、つまり電磁弁が閉じているときには室内冷房はできないので、特に夏場の外気導入モード時等の冷房負荷が高い場合には、冷蔵庫運転中に冷えてない空気が室内に吹き出されるおそれが高く、空調感を損なうおそれが高い。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な蒸気圧縮式冷凍機を提供し、第２には、２台の蒸発器を同時に稼動させることができる蒸気圧縮式冷凍機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）から吐出された高圧の冷媒を動力源として稼動するエジェクタポンプ（６０）と、高圧の冷媒の熱を放冷する放熱器（２０）と、低圧の冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させるとともに、冷媒の流出口側が圧縮機（１０）の吸入側に接続された第１蒸発器（３１）と、減圧された低圧の冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させるとともに、冷媒の流出口側がエジェクタポンプ（６０）の吸引側に接続された第２蒸発器（３２）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、２台の蒸発器を同時に稼動させることができ得る。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、第１蒸発器（３１）を単独稼動させる場合には、エジェクタポンプ（６０）に高圧の冷媒を供給することなく、圧縮機（１０）を稼動させて第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させ、第２蒸発器（３２）を単独稼動させる場合には、第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させることなく、圧縮機（１０）を稼動させてエジェクタポンプ（６０）に高圧の冷媒を供給して第２蒸発器（３２）に冷媒を循環させ、第１、２蒸発器（３１、３２）を稼動させる場合には、圧縮機（１０）を稼動させて第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させ、かつ、圧縮機（１０）を吐出した冷媒をエジェクタポンプ（６０）に供給して第２蒸発器（３２）に冷媒を循環させることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、エジェクタポンプ（６０）の吐出側は、圧縮機（１０）の吸入側に接続されており、第１蒸発器（３１）を単独稼動させる場合には、エジェクタポンプ（６０）に高圧の冷媒を供給することなく、圧縮機（１０）を稼動させて第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させ、第２蒸発器（３２）を単独稼動させる場合には、エジェクタポンプ（６０）に高圧の冷媒を供給することなく、圧縮機（１０）を稼動させて第２蒸発器（３２）に冷媒を循環させ、第１、２蒸発器（３１、３２）を稼動させる場合には、圧縮機（１０）を稼動させて第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させ、かつ、圧縮機（１０）を吐出した冷媒をエジェクタポンプ（６０）に供給して第２蒸発器（３２）に冷媒を循環させることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、第２蒸発器（３２）は、第１蒸発器（３１）より低い圧力にて冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機を、冷蔵冷凍庫を備える車両の空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【００１３】
圧縮機１０は電磁クラッチを介して走行用エンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、放熱器２０は圧縮機１０から吐出した高温・高圧の冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。
【００１４】
なお、本実施形態では、冷媒をフロン（例えば、ＨＦＣ１３４ａ）として高圧冷媒圧力を冷媒の臨界圧力未満としているので、放熱器２０内で冷媒は凝縮しながらそのエンタルピを低下させるが、例えば冷媒を二酸化炭素として高圧側冷媒圧力を臨界圧力以上とし他場合には、高圧冷媒は放熱器２０内で相変化することなく、冷媒温度を低下させながらそのエンタルピを低下させる。
【００１５】
また、冷房用蒸発器３１は、減圧された低圧冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより室内に吹き出す空気を冷却する低圧側熱交換器であり、冷蔵庫用蒸発器３２は冷蔵冷凍庫内を循環する空気と減圧された冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより庫内を冷却する低圧側熱交換器である。
【００１６】
なお、冷蔵庫用蒸発器３２は庫内を冷却するための蒸発器であるため、冷蔵庫用蒸発器３２内の蒸発圧力、つまり蒸発温度は冷房用蒸発器３１より低い。具体的には、冷房用蒸発器３１は空調用の蒸発器であるため、その蒸発温度は氷点より高く、一方、冷蔵庫用蒸発器３２は庫内を冷却するための蒸発器であるため、その蒸発温度は氷点より低い。
【００１７】
冷房用減圧器４１は放熱器２０から流出した冷媒を等エンタルピ的に減圧して冷房用蒸発器３１に供給するもので、冷房用減圧器４１として本実施形態では、冷房用蒸発器３１から流出する冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度が制御される、いわゆる温度式膨脹弁が採用されている。
【００１８】
冷蔵庫用減圧器４２は放熱器２０から流出した冷媒を等エンタルピ的に減圧して冷蔵庫用蒸発器３２に供給するもので、その絞り開度は、冷蔵庫用蒸発器３２内の圧力が所定圧力（以下、冷蔵温度圧力と呼ぶ。）となるようにより制御される。
【００１９】
第１電磁弁５１は冷房用蒸発器３１の冷媒流出口側の冷媒通路を開閉することにより、冷房用蒸発器３１に冷媒を循環させる場合と冷蔵庫用蒸発器３２に冷媒を循環させる場合とを切り替える切替手段をなすものであり、第２電磁弁５２は、エジェクタポンプ６０に圧縮機１０から吐出された高圧冷媒を供給する場合と供給させない場合とを切り替える切替手段をなすものである。
【００２０】
なお、エジェクタポンプ６０とは、図２に示すように、高圧冷媒の圧力エネルギ（圧力ヘッド）を速度エネルギ（速度ヘッド）に変換して冷媒を減圧膨張させるノズル６１、ノズル６１から噴射する高速の冷媒噴流の巻き込み作用により流体、つまり冷蔵庫用蒸発器３２側の冷媒を吸引しながら、ノズル６１から噴射する冷媒と吸引した冷媒とを混合させる混合部６２、及び混合部６２から流出する冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ６３等からなるもので、ＪＩＳＺ８１２６番号２．１．２．３等に記載されたポンプと同様なものである。
【００２１】
なお、本実施形態では、ノズル６１として通路途中に通路面積が最も縮小した喉部を有するラバールノズル（流体工学（東京大学出版会）参照）を採用しているが、先細ノズルを用いてもよいことは言うまでもない。
【００２２】
因みに、エジェクタポンプ６０においては、混合部６２及びディフューザ６３にて冷媒圧力が上昇するので、混合部６２及びディフューザ６３を総称して昇圧部とも呼ぶ。
【００２３】
また、受液器７０は、図１に示すように、放熱器２０にて冷却されて凝縮した液相冷媒を両減圧器４１、４２に供給するとともに、余剰冷媒を液相冷媒として蓄える気液分離器である。
【００２４】
そして、冷房用蒸発器３１の冷媒の流出口側は圧縮機１０の吸入側に接続され、冷蔵庫用蒸発器３２の冷媒の流出口側はエジェクタポンプ６０の吸引側に接続されている。
【００２５】
次に、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の作動及びその効果を述べる。
【００２６】
１．単独空調運転モード
この運転モードは、室内に吹き出す空気を冷却するモードであり、具体的には、第１電磁弁５１を開き、かつ、第２電磁弁５２を閉じて圧縮機１０を稼動させる。
【００２７】
このとき、冷房用蒸発器３１の温度が所定温度（圧力に換算して、約０．３ＭＰａ〜０．４ＭＰａ）となるように圧縮機１０の稼働率、つまり電磁クラッチのＯＮ−ＯＦＦ比率が制御される。
【００２８】
このとき、低圧側の冷媒圧力は、冷房用蒸発器３１の蒸発温度に対応する圧力となり、かつ、冷蔵庫用減圧器４２は冷蔵庫用蒸発器３２内の圧力を冷房用蒸発器３１の蒸発温度に対応する圧力より低い圧力（約０．１５ＭＰａ〜０．２ＭＰａ）にすべく作動するので、冷蔵庫用減圧器４２は全閉となる。
【００２９】
したがって、圧縮機１０から吐出した冷媒は、エジェクタポンプ６０に流れ込むことなく、放熱器２０→受液器７０→第１電磁弁５１→冷房用減圧器４１→冷房用蒸発器３１→圧縮機１０の順に循環し、冷房用蒸発器３１にのみ冷媒が循環して室内に吹き出す空気が冷却される。
【００３０】
なお、冷房用蒸発器３１の温度として、本実施形態では、冷房用蒸発器３１を通過した直後の空気温度を採用しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば冷房用蒸発器３１内の圧力又は冷房用蒸発器３１の表面温度等を用いてもよい。
【００３１】
２．単独庫内冷却モード
この運転モードは、冷蔵冷凍庫内を冷却するモードであり、具体的には、第１電磁弁５１を閉じ、かつ、第２電磁弁５２を開いた状態で圧縮機１０を稼動させるものである。
【００３２】
このとき、第１電磁弁５１が閉じられているので、冷房用蒸発器３１に冷媒は循環せず、冷房用蒸発器３１での冷媒の蒸発が停止するものの、圧縮機１０から吐出された高圧冷媒がエジェクタポンプ６０に流れ込むため、エジェクタポンプ６０のポンプ作用により冷蔵庫用蒸発器３２内の冷媒が吸引されて低圧側冷媒圧力が冷蔵庫用蒸発器３２内の圧力まで低下していく。
【００３３】
そして、低圧側冷媒圧力が冷蔵温度圧力以下となると、冷蔵庫用減圧器４２が開くので、冷蔵庫用減圧器４２より上流側に溜まった冷媒が一気に冷蔵庫用減圧器４２を流れて大きく減圧された状態で冷蔵庫用蒸発器３２内に流入して蒸発して庫内を冷却する。
【００３４】
このとき、エジェクタポンプ６０の吐出側が圧縮機１０の吸入側に接続されていることから、冷蔵庫用蒸発器３２にて庫内の空気から吸熱して蒸発した冷媒は、エジェクタポンプ６０に吸引された後、圧縮機１０にて圧縮されて放熱器２０に流れ込み、放熱器２０に凝縮しながら吸熱した熱を大気中に放冷する。
【００３５】
したがって、本運転モードでは、圧縮機１０→エジェクタポンプ６０→圧縮機１０というエジェクタポンプ６０を稼動させる冷媒流れと、エジェクタポンプ６０→圧縮機１０→放熱器２０→受液器７０→冷蔵庫用減圧器４２→冷蔵庫用蒸発器３２→エジェクタポンプ６０という冷媒流れとが存在する。
【００３６】
３．空調＆庫内冷却モード
この運転モードは、室内に吹き出す空気を冷却しながら冷蔵冷凍庫内を冷却するモードであり、具体的には、第１電磁弁５１及び第２電磁弁５２を開いた状態で圧縮機１０を稼動させるものである。
【００３７】
これにより、単独空調運転モードと単独庫内冷却モードとが同時に実行されるので、室内に吹き出す空気を冷却しながら冷蔵冷凍庫内を冷却することができる。
【００３８】
したがって、冷蔵庫運転中に冷えてない空気が室内に吹き出されるといったことがないので、空調感を損なうことなく庫内を冷却することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１、２電磁弁５１、５２を閉じた状態で圧縮機１０を稼動させることにより、単独庫内冷却モードを実施するものである。
【００４０】
これにより、圧縮機１０により冷蔵庫用蒸発器３２内の冷媒が吸引されて低圧側冷媒圧力が冷蔵庫用蒸発器３２内の圧力まで低下したときに、冷蔵庫用減圧器４２が開いて冷蔵庫用蒸発器３２に冷媒が供給される。
【００４１】
そして、冷蔵庫用蒸発器３２から流出した冷媒は、圧縮機１０に吸引されてエジェクタポンプ６０の混合部６２及びディフューザ６３を経由して圧縮機１０に至る。なお、エジェクタポンプ６０には、高圧冷媒が供給されていないので、エジェクタポンプ６０は単なる冷媒通路として機能する。
【００４２】
因みに、単独空調運転モード及び空調＆庫内冷却モードの作動は、第１実施形態と同じである。
【００４３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、電磁クラッチにて圧縮機１０の稼働率、つまり吐出流量を制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変容量型圧縮機にて吐出容量を制御する、又は圧縮機１０を電動モータにて駆動して圧縮機１０の回転数を制御する等して吐出流量を制御してもよい。
【００４４】
また、上述の実施形態では、冷蔵冷凍庫を備える車両の空調装置に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエジェクタポンプの模式図である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、２０…放熱器、３１…冷房用蒸発器、
３２…冷蔵庫用蒸発器、４１…冷房用減圧器、４２…冷蔵庫用減圧器、
５１…第１電磁弁、５２…第２電磁弁、６０…エジェクタポンプ、
７０…受液器。

Claims

低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１０）と、
前記圧縮機（１０）から吐出された高圧の冷媒を動力源として稼動するエジェクタポンプ（６０）と、
高圧の冷媒の熱を放冷する放熱器（２０）と、
低圧の冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させるとともに、冷媒の流出口側が前記圧縮機（１０）の吸入側に接続された第１蒸発器（３１）と、
減圧された低圧の冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させるとともに、冷媒の流出口側が前記エジェクタポンプ（６０）の吸引側に接続された第２蒸発器（３２）とを備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
前記第１蒸発器（３１）を単独稼動させる場合には、前記エジェクタポンプ（６０）に高圧の冷媒を供給することなく、前記圧縮機（１０）を稼動させて前記第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させ、
前記第２蒸発器（３２）を単独稼動させる場合には、第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させることなく、前記圧縮機（１０）を稼動させて前記エジェクタポンプ（６０）に高圧の冷媒を供給して前記第２蒸発器（３２）に冷媒を循環させ、前記第１、２蒸発器（３１、３２）を稼動させる場合には、前記圧縮機（１０）を稼動させて前記第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させ、かつ、前記圧縮機（１０）を吐出した冷媒を前記エジェクタポンプ（６０）に供給して前記第２蒸発器（３２）に冷媒を循環させることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
前記エジェクタポンプ（６０）の吐出側は、前記圧縮機（１０）の吸入側に接続されており、
前記第１蒸発器（３１）を単独稼動させる場合には、前記エジェクタポンプ（６０）に高圧の冷媒を供給することなく、前記圧縮機（１０）を稼動させて前記第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させ、
前記第２蒸発器（３２）を単独稼動させる場合には、前記エジェクタポンプ（６０）に高圧の冷媒を供給することなく、前記圧縮機（１０）を稼動させて前記第２蒸発器（３２）に冷媒を循環させ、
前記第１、２蒸発器（３１、３２）を稼動させる場合には、前記圧縮機（１０）を稼動させて前記第１蒸発器（３１）に冷媒を循環させ、かつ、前記圧縮機（１０）を吐出した冷媒を前記エジェクタポンプ（６０）に供給して前記第２蒸発器（３２）に冷媒を循環させることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
前記第２蒸発器（３２）は、前記第１蒸発器（３１）より低い圧力にて冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。