JP4569041B2 - 車両用冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房時には圧縮機吐出ガス冷媒(ホットガス)を凝縮器側をバイパスして蒸発器に直接導入することにより、蒸発器をガス冷媒の放熱器として使用するホットガスヒータ機能を持った車両用冷凍サイクル装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置では冬期暖房時に温水(エンジン冷却水)を暖房用熱交換器に循環させ、この暖房用熱交換器にて温水を熱源として空調空気を加熱するようにしている。この場合、温水温度が低いときには車室内への吹出空気温度が低下して必要な暖房能力が得られない場合がある。
【0003】
そこで、特開平5−223357号公報においては、ホットガスバイパスにより暖房機能を発揮できる冷凍サイクル装置が提案されている。この従来装置では、図9に示すように圧縮機10の吐出側を凝縮器20等をバイパスして蒸発器32の入口側に直接接続するホットガスバイパス通路18を設けるとともに、このホットガスバイパス通路18に暖房用減圧装置17を設け、さらに、凝縮器20への冷媒通路およびホットガスバイパス通路18を開閉する冷房用電磁弁15と暖房用電磁弁16を設けている。
【0004】
空調ユニット30内には、蒸発器32の下流側に温水式の暖房用ヒータコア33が配置されており、そして、冬期暖房時において、暖房用ヒータコア33に循環する温水温度が所定温度より低いとき(エンジン12の始動暖機時等)には、冷房用電磁弁15を閉じて暖房用電磁弁16を開くことにより、圧縮機10の高温吐出ガス冷媒(ホットガス)をホットガスバイパス通路18に流入させる。
【0005】
そして、このホットガスを暖房用減圧装置17にて減圧した後に蒸発器32に直接導入することにより、蒸発器32でガス冷媒から空調空気に放熱することにより、暖房機能を発揮できるようにしている。
【0006】
また、凝縮器20下流側にレシーバ(受液器)51を配置している。このレシーバ51は、冷房時に、凝縮器20を通過した冷媒(ガス冷媒を一部含む飽和冷媒)の気液を分離して、余剰の液冷媒を貯留するものである。また、ホットガスによる暖房時に圧縮機10の高温吐出ガス冷媒(ホットガス)をホットガスバイパス通路18を通して蒸発器32に直接導入するので、蒸発器32の出口と圧縮機10の吸入側との間に冷媒の気液を分離するアキュムレータ(低圧側気液分離器)35を設け、このアキュムレータ35で分離したガス冷媒を圧縮機10に吸入させている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ホットガスヒータによる暖房能力は圧縮機10の圧縮仕事量により決まるから、暖房能力向上のためにはアキュームレータ35の図示しないオイル戻し用絞り通路の絞り径(絞り開度)を例えばφ2.5程度に大きくし、これにより、圧縮機10への吸入液冷媒量を増大して、圧縮仕事量を増大させる方が好ましい。
【0008】
ところが、アキュームレータ35のオイル戻し用絞り通路の絞り径を大きくすると、冷房モード時にも圧縮機10への吸入液冷媒量が増大してしまう。この吸入液冷媒量の増大は、圧縮機10の駆動動力を増大させるのみならず、以下の理由から冷房能力低下の原因ともなる。
【0009】
すなわち、第1には、吸入液冷媒量が増大すると、サイクル循環流量の増大により蒸発器32に流入する冷媒量が増大し、蒸発器32で蒸発する冷媒量が増加する。これにより、蒸発器32では冷媒蒸発量の増加に見合ったサイクルバランスが生じて冷媒蒸発圧力(低圧圧力)が上昇し、冷媒蒸発温度が上昇する。その結果、蒸発器吹出空気温度が上昇して、冷房能力を低下させる。
【0010】
第2には、吸入液冷媒量が増大すると、サイクル内のオイル循環流量が過度に増大して、蒸発器32での熱交換が阻害され、冷房能力を低下させる。
【0011】
従って、冷房モードの効率アップのためには、アキュームレータ35のオイル戻し用絞り通路の絞り径を例えば、φ1.2程度に小さくすることが好ましい。
故に、オイル戻し用絞り通路の絞り径(絞り開度)は、暖房能力と冷房能力に対して相反的な関係にあって、この両者を両立させることができない。
【0012】
また、上記従来装置の冷凍サイクルは凝縮器20下流側に冷媒の気液分離作用を果たすレシーバ51を配置する、いわゆるレシーバサイクルを基礎とするものであり、そのため、冷房用減圧装置50には常にレシーバ51から液冷媒が導入される。そこで、レシーバサイクルでは、蒸発器32での冷房熱負荷に応じて冷媒流量を調整するために、一般に、冷房用減圧装置50として、蒸発器32出口での冷媒過熱度に応じて冷媒流量を調整する温度式膨張弁が使用される。
【0013】
そして、冷房用減圧装置50として用いられる温度式膨張弁は、冷媒の過熱度制御のための感温部(蒸発器出口冷媒の温度を感知する機構)を具備しているので、温度式膨張弁の感温部がエンジンルーム内のエンジン熱やエンジンルーム内の熱風の影響を受けると、蒸発器出口冷媒の温度を的確に感知することができない。
【0014】
そのため、レシーバサイクルでは、冷房用減圧装置(温度式膨張弁)50をエンジンルーム内のエンジン熱やエンジンルーム内の熱風の影響を受けない場所に設置する必要があり、通常は、温度式膨張弁50を車室内に設置される空調ユニット30の蒸発器32近傍に配置することが多い。
【0015】
一方、圧縮機10、凝縮器20、レシーバ51等のサイクル高圧側機器はエンジンルーム内に搭載されるので、上記従来装置では車両への搭載に際して、ホットガスバイパス通路18の一端をエンジンルーム内の圧縮機10吐出側に結合し、他端は車室内の温度式膨張弁50と蒸発器32との間に結合することになる。
【0016】
すなわち、上述した理由から、上記従来装置ではホットガスバイパス通路18が必然的にエンジンルーム内の圧縮機10吐出側から車室内の蒸発器32入口側に至る長さの長い配管となってしまうので、エンジンルーム内の圧縮機10と車室内の空調ユニット30との間に実質的に高圧配管、低圧配管、ホットガスバイパス通路(配管)18の計3本の配管を必要とする。従って、狭隘なエンジンルーム内での配管取り回しが複雑となり、コストアップを招くとともに、配管スペースの確保に苦慮することになる。
【0017】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、ホットガスヒータの暖房機能を持った車両用冷凍サイクル装置において、ホットガスヒータによる暖房能力と、冷房能力との両立を図ることを目的とする。
【0018】
また、本発明は、ホットガスヒータによる暖房モードのために用いる低圧側気液分離器(アキュームレータ)の小型化を図ることを他の目的とする。
【0019】
また、本発明は、ホットガスヒータの暖房機能を持った車両用冷凍サイクル装置において、サイクル配管の取り回しを簡素化して、車両搭載性を向上することを他の目的とする。
【0032】
【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案出されたもので、請求項1に記載の発明では、蒸発器(32)で低圧冷媒が蒸発して空気を冷却する冷房モードと、圧縮機(10)吐出側のガス冷媒を蒸発器(32)に直接導入して蒸発器(32)で放熱させる暖房モードとを切り替える車両用冷凍サイクル装置において、
蒸発器(32)の出口側と圧縮機(10)の吸入側との間に、冷媒の気液を分離してガス冷媒を圧縮機(10)に吸入させる低圧側気液分離器(35)を配置するとともに、低圧側気液分離器(35)に、液冷媒の一部を圧縮機(10)に吸入させるオイル戻し用絞り通路(35a)を設け、冷房モード時に圧縮機(10)吐出側のガス冷媒を凝縮させる凝縮器(20)の冷媒流路から冷媒の一部を分岐させる分岐流路(23a)を設け、分岐流路(23a)に、冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器(23)を設けるとともに、高圧側気液分離器(23)内に圧縮機(10)吐出側のガス冷媒の一部を直接導入する吐出ガス冷媒導入流路(44)を備え、高圧側気液分離器(23)内に溜まる液冷媒量を圧縮機(10)吐出側のガス冷媒の過熱度に応じて調整するようにしたことを特徴とする。
【0033】
これによると、吐出ガス冷媒導入流路(44)によって圧縮機(10)吐出側のガス冷媒の一部を高圧側気液分離器(23)内に直接導入することにより、圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度変化を高圧側気液分離器(23)に直接フィードバックできる。そのため、圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度が増加するときは高圧側気液分離器(23)内の液冷媒量を減少させ、サイクル内循環冷媒の流量を増加させるので、蒸発器(32)の出口冷媒および圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度の増加を抑制できる。
【0034】
逆に、圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度が減少するときは高圧側気液分離器(23)内の液冷媒量を増加させ、サイクル内循環冷媒の流量を減少させるので、蒸発器(32)の出口冷媒および圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度の減少を抑制できる。
【0035】
このように、圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度に応じた、高圧側気液分離器(23)内の液冷媒量調整作用を発揮して、蒸発器(32)の出口冷媒および圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度を制御することにより、従来のレシーバサイクルおよびアキュムレータサイクルとは異なる新方式の冷凍サイクル装置を提供できる。
【0036】
従って、請求項1に記載の発明によると、冷房モード時には高圧側気液分離器(23)内の液冷媒量調整作用により蒸発器(32)の出口冷媒を過熱ガス状態にすることができるので、低圧側気液分離器(35)のオイル戻し用絞り通路(35a)の絞り開度を大きくしても圧縮機10への吸入液冷媒量の増大という不具合が発生しない。
その結果、オイル戻し用絞り通路(35a)の絞り開度を大きくして暖房モード時の圧縮仕事量を増大させ、それにより、暖房能力を向上させても冷房能力の低下が発生しない。よって、暖房能力と冷房能力の両立を実現できる。
更に、高圧側気液分離器(23)は高圧側通路部に設けられ、比容積の小さい高圧冷媒の気液分離を行うため、従来のアキュムレータサイクルにおけるアキュムレータに比較してタンク容積を小さくすることができる。そして、低圧側気液分離器(アキュムレータ)(35)は、冷房モード時には過熱ガス冷媒が通過する単なる通路となり、暖房時のみ気液分離作用を果たすから、従来のアキュムレータサイクルにおけるアキュムレータに比較してタンク容積を大幅に小さくすることができる。従って、高圧側、低圧側の両気液分離器(23、35)はいずれも車両への搭載性を向上できる。
上述の作用効果に加えて、請求項1に記載の発明では、以下の第1、第2の作用効果を更に発揮できる。
【0037】
第1は、圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度変化を吐出ガス冷媒導入流路(44)により高圧側気液分離器(23)に直接フィードバックするので、気液分離器(23)に溜まる液冷媒量を圧縮機吐出冷媒の過熱度変化に素早く応答して的確に調整できる。その結果、気液分離器(23)内への液冷媒の溜まり過ぎ、およびこれに起因する循環冷媒流量不足をより確実に防止できる。これにより、循環冷媒流量不足に基づく冷房能力不足、圧縮機(10)へのオイル戻り不足(潤滑不足)といった不具合を防止できる。
【0038】
第2には、凝縮器(20)の冷媒流路から冷媒の一部を分岐させて高圧側気液分離器(23)内に導入するようにしているから、後述の第2実施形態で詳述するように、暖房モード時における冷媒回収運転を短時間で効率よく行うことができる。
次に、請求項2に記載の発明では、蒸発器(32)で低圧冷媒が蒸発して空気を冷却する冷房モードと、圧縮機(10)吐出側のガス冷媒を蒸発器(32)に直接導入して蒸発器(32)で放熱させる暖房モードとを切り替える車両用冷凍サイクル装置において、
蒸発器(32)の出口側と圧縮機(10)の吸入側との間に、冷媒の気液を分離してガス冷媒を圧縮機(10)に吸入させる低圧側気液分離器(35)を配置するとともに、低圧側気液分離器(35)に、液冷媒の一部を圧縮機(10)に吸入させるオイル戻し用絞り通路(35a)を設け、冷房モード時に圧縮機(10)吐出側のガス冷媒を凝縮させる凝縮器(20)の冷媒流路から冷媒の一部を分岐させる分岐流路(23a)を設け、分岐流路(23a)に、冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器(23)を設けるとともに、高圧側気液分離器(23)内に溜まる液冷媒量を圧縮機(10)吐出側のガス冷媒の過熱度に応じて調整するようにし、さらに、高圧側気液分離器(23)内の液冷媒の一部を凝縮器(20)の冷媒流路に戻すオイル戻し用流路(23c)を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様に、圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度に応じた、高圧側気液分離器(23)内の液冷媒量調整作用を発揮して、蒸発器(32)の出口冷媒および圧縮機(10)吐出冷媒の過熱度を制御することにより、従来のレシーバサイクルおよびアキュムレータサイクルとは異なる新方式の冷凍サイクル装置を提供できる。
このため、請求項2に記載の発明においても請求項1に記載の発明と同様に、暖房能力と冷房能力の両立を実現できるとともに、高圧側、低圧側の両気液分離器(23、35)のタンク容積を小さくすることができるので、車両への搭載性を向上できる等の作用効果を発揮できる。
これに加え、請求項2に記載の発明では、高圧側気液分離器(23)内の液冷媒の一部を凝縮器(20)の冷媒流路に戻すオイル戻し用流路(23c)を備えているから、高圧側気液分離器(23)から液冷媒とともにオイルをサイクル循環冷媒に戻すことができるとともに、この液冷媒およびオイルも再度、凝縮器(20)にて冷却できる。
【0039】
請求項3に記載の発明のように、請求項1または2において、凝縮器(20)に高圧側気液分離器(23)を一体に構成すれば、車両搭載性等において有利である。
【0041】
請求項4に記載の発明のように、請求項1ないし3のいずれか1つにおいて、高圧側気液分離器(23)内のガス冷媒を凝縮器(20)の冷媒流路に戻すガス冷媒戻し流路(23b)を備えることにより、高圧側気液分離器(23)からのガス冷媒を再度、凝縮器(20)にて冷却できる。
【0044】
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1つにおいて、暖房モード時に圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を蒸発器(32)の入口側に導入するホットガスバイパス通路(18)と、ホットガスバイパス通路(18)に設けられ、圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を減圧する暖房用減圧装置(17)と、圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を冷房モード時には凝縮器(20)側へ流入させ、暖房モード時にはホットガスバイパス通路(18)側へ流入させるよう、冷媒流れを切り替える弁手段(15、16)と、冷房モード時に凝縮器(20)で凝縮した冷媒を減圧して蒸発器(32)に導入する冷房用減圧装置(24)とを備えるようにしたものである。
【0045】
請求項6に記載の発明では、請求項5において、冷房用減圧装置(24)を凝縮器(20)の近傍に配置し、冷房用減圧装置(24)およびホットガスバイパス通路(18)の出口側を凝縮器(20)の近傍にて1本の低圧配管(26)に合流し、低圧配管(26)を蒸発器(32)の入口側に接続したことを特徴とする。
【0046】
これにより、凝縮器(20)の近傍にて冷房用減圧装置(24)およびホットガスバイパス通路(18)の出口側を1本の低圧配管(26)により合流させ、この1本の低圧配管(26)を蒸発器(32)の入口側に接続する配管構成でもって、ホットガスヒータの暖房機能を発揮できる。
【0047】
従って、車室内(28)側に設置される蒸発器(32)に対しては通常の冷房用冷凍サイクルと同様に2本の配管を取り回しするだけでよく、ホットガスバイパスの暖房機能を持った冷凍サイクル装置の車両への搭載性を著しく改善できる。同時に、冷房用減圧装置(24)を凝縮器(20)の近傍(すなわち、エンジンルーム(29)側)に配置することにより、冷房用減圧装置(24)における減圧作用に伴って発生する冷媒流動音が車室内へ到達しにくくなって、騒音対策上、極めて有利である。
【0048】
請求項7に記載の発明のように、請求項5または6において、冷房用減圧装置(24)は固定絞りで構成できる。
【0049】
請求項8に記載の発明では、請求項5ないし7のいずれか1つにおいて、暖房モード時に、ホットガスバイパス通路(18)から凝縮器(20)側へ冷媒が逆流するのを防止する逆止弁(19)を備え、ホットガスバイパス通路(18)、暖房用減圧装置(17)、弁手段(15、16)および逆止弁(19)を1つの弁装置(14)として一体に構成したことを特徴とする。
【0050】
このように、上記要素(15〜19)を1つの弁装置(14)として一体化しているから、既存の冷房用の冷凍サイクルの冷媒配管レイアウトをほとんど変更することなく、上記要素を一体化した1つの弁装置を追加するだけでよい。しかも、1つの弁装置(14)内部にホットガスバイパス通路(18)を内蔵することができて、弁装置(14)内にてホットガスバイパス通路(18)と冷房用減圧装置(24)の出口側を合流させることができる。従って、弁装置(14)にこの合流部形成の役割を兼務させることができるので、外部に配管合流部を設ける必要がなくなり、配管取り回しをより一層簡潔にすることができる。その結果、、ホットガス暖房機能を持つ冷凍サイクル装置の車両搭載性を一層改善できる。
【0051】
請求項9に記載の発明では、請求項1ないし8のいずれか1つにおいて、、低圧側気液分離器(35)を蒸発器(32)の出口側と圧縮機(10)の吸入側との間の冷媒配管(34)により支持することを特徴とする。
【0052】
請求項1において既述したように低圧側気液分離器(35)のタンク容積を従来のアキュムレータサイクルにおけるアキュムレータに比較して大幅に小さくすることができる。その結果、請求項9のように低圧側気液分離器(35)を冷媒配管(34)により直接支持することが可能となる。これにより、低圧側気液分離器(35)をブラケットを介して車体側に支持固定する必要が無くなり、低圧側気液分離器(35)を冷媒配管(34)に接続するだけでよい。
【0053】
請求項10に記載の発明のように、請求項1ないし9のいずれか1つにおいて、低圧側気液分離器(35)を車室内(28)に配置してもよい。
【0054】
このように低圧側気液分離器(35)のタンク容積の大幅な小型化に伴って低圧側気液分離器(35)を車室内(28)に配置することも可能となり、低圧側気液分離器(35)の配置レイアウトの選択の自由度が増す。
【0055】
請求項11に記載の発明のように、請求項10において、蒸発器(32)を備える空調ユニット(30)を車室内(28)に配置するとともに、低圧側気液分離器(35)を空調ユニット(30)内に配置してもよい。
【0056】
請求項12に記載の発明のように、請求項10において、蒸発器(32)を備える空調ユニット(30)を車室内(28)に配置するとともに、低圧側気液分離器(35)を、車室内(28)において空調ユニット(30)の外部に配置してもよい。
【0057】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0058】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1、図2は本発明の第1実施形態による車両空調用冷凍サイクル装置を示すものであり、圧縮機10は、電磁クラッチ11を介して車両エンジン12により駆動される。圧縮機10の吐出配管13には弁装置14が設けられている。この弁装置14は、図2に示すように冷房用電磁弁(第1弁手段)15と、暖房用電磁弁(第2弁手段)16と、暖房用減圧装置17、ホットガスバイパス通路18と、逆止弁19とを1つの部品として一体化したものである。
【0059】
ここで、暖房用電磁弁16と暖房用減圧装置17はホットガスバイパス通路18に設置されるもので、暖房用減圧装置17は暖房用電磁弁16の出口部に形成した細径の絞り穴(固定絞り)にて構成できる。
【0060】
圧縮機10の吐出配管13は、弁装置14の冷房用電磁弁15を介して凝縮器20の入口ジョイント20aに接続されている。ここで、凝縮器20は圧縮機10から吐出された高圧のガス冷媒を外気と熱交換して冷却し、凝縮するものであって、図2に示すように冷媒流れ方向の順に第1熱交換部21と第2熱交換部22とを設けている。そして、第1熱交換部21と第2熱交換部22との間に冷媒の気液分離を行う高圧側気液分離器23を設置する構成となっている。
【0061】
図1は凝縮器20の具体的構成を例示するもので、凝縮器20の熱交換部20bは冷媒が流れるチューブとコルゲートフィンとを交互に上下方向に積層配置し、そして、チューブの両端部(水平方向の両端部)にヘッダータンク20c、20dを上下方向に延びるように配置している。
【0062】
一方のヘッダータンク20c内にはその内部空間を上下に仕切る仕切板20eを配置して、入口ジョイント20aからの圧縮機吐出冷媒がヘッダータンク20cの上部空間を通過して熱交換部20bの上部のチューブ群を通過する。他方のヘッダータンク20d内にも内部空間を上下に仕切る仕切板20fが配置してあり、熱交換部20bの上部のチューブ群を通過した冷媒はヘッダータンク20dの上部空間を通過し、更に第1連通部23aから高圧側気液分離器23の上部に流入する。
【0063】
高圧側気液分離器23は上下方向に延びる細長のタンク形状を有し、一方のヘッダータンク20dと一体に構成してある。高圧側気液分離器23はその上下方向に延びる内部空間において液冷媒とガス冷媒の密度差を利用して冷媒の気液を分離し、そのタンク内空間の下方部に液冷媒を溜める。
【0064】
この高圧側気液分離器23で気液分離されたガス冷媒は、上方側に配置した第2連通部23bからヘッダータンク20dの仕切板20fの下部空間に流入し、更にヘッダータンク20dの下部空間から熱交換部20bの下部のチューブ群を通過する。この下部のチューブ群を通過した冷媒はヘッダータンク20cの仕切板20eの下部空間に流入し、ここを通過して出口ジョイント20gから凝縮器20の外部へ流出する。
【0065】
なお、高圧側気液分離器23の最下部には、液冷媒中に含まれているオイルを戻すためのオイル戻し用絞り通路を構成する第3連通部23cが設けてあり、この第3連通部23cを通過して高圧側気液分離器23内の一部の液冷媒がヘッダータンク20dの下部空間に流入するようになっている。
【0066】
以上の説明から理解されるように、本例では熱交換部20bの上部側にて第1熱交換部21が構成され、熱交換部20bの下部側にて第2熱交換部22が構成さる。なお、図1では説明の簡略化のために、第1、第2熱交換部21、22の冷媒流路を単純なストレート流れとしたが、第1、第2熱交換部21、22の冷媒流路を、ヘッダータンク20c、20dにUターン部を持つ蛇行状の流路としてもよいことはもちろんである。
【0067】
また、本例の凝縮器20は第1熱交換部21、第2熱交換部22および気液分離器23を一体に組み付けて、この三者をアルミニュウムの一体ろう付け等の方法で一体構造に組み付けている。凝縮器20において冷却風の上流側(前面側)に、弁装置14および入口ジョイント20a、出口ジョイント20gを配置しており、入口ジョイント20aと出口ジョイント20gはヘッダータンク20cの上下に離して固定してある。
【0068】
また、図1の例では弁装置14の冷房用電磁弁15の出口通路部15aを入口ジョイント20a部に固定することにより、弁装置14の全体を入口ジョイント20a部に支持固定するようになっている。ここで、弁装置14を、凝縮器20の上部サイドプレート20hに適宜のブラケットを介して固定してもよい。
【0069】
そして、出口ジョイント20gには冷房用減圧装置24が接続されている。この冷房用減圧装置24は凝縮器20を通過した冷媒を低圧の気液2相状態に減圧するためのものであり、固定絞りにて構成されている。本例では、固定絞りとして具体的には細径(例えば、φ1.2〜1.3mm程度)の管を所定長さとすることにより圧損を発生するキャピラリチューブを用いている。
【0070】
上記した冷房用減圧装置24の出口側には、弁装置14内の逆止弁19が接続されている。この逆止弁19は、暖房モード時にホットガスバイパス通路18から凝縮器20側へ冷媒が逆流するのを防止するものである。この逆止弁19の出口部は弁装置14の内部にてホットガスバイパス通路18の出口部に合流している。従って、ホットガスバイパス通路18は凝縮器20の近傍部位に位置する弁装置14内に内蔵される極めて短い通路で構成でき、かつ、ホットガスバイパス通路18の出口部と逆止弁19の出口部との合流部25も弁装置14内に内蔵できる。
【0071】
そして、この合流部25に1本の入口側低圧配管26を結合し、この1本の低圧配管26をダッシュボード27の穴を貫通して車室内28へ配管する。ここで、ダッシュボード27は車両のエンジンルーム29と車室内28とを仕切るものである。
【0072】
車室内28の前方部の計器盤(図示せず)下方部には空調ユニット30が配置され、この空調ユニット30内において、空調用電動送風機31の空気下流側に蒸発器32が配置され、この蒸発器32の下流側に温水式の暖房用ヒータコア33が配置されている。
【0073】
上記低圧配管26は蒸発器32の冷媒入口部に結合され、この蒸発器32の冷媒出口部には出口側低圧配管34が接続され、この出口側低圧配管34はダッシュボード27を貫通してエンジンルーム29側へ配管され、エンジンルーム29内のアキュームレータ35の入口に接続され、アキュームレータ35の出口は吸入配管36を通して圧縮機10の吸入口に接続される。
【0074】
アキュームレータ35は周知のごとく蒸発器32の出口側低圧配管34から流入する冷媒の気液を分離して液冷媒を貯留する低圧側気液分離器であって、ガス冷媒を圧縮機10に吸入させるとともに、潤滑オイルを圧縮機10に戻すために、アキュームレータタンク底部付近の液冷媒の一部を圧縮機10に吸入させるオイル戻し用絞り通路35aを持っている。
【0075】
このオイル戻し用絞り通路35aは、凝縮器20におけるオイル戻し用第3連通部23cと同じものである。なお、図2ではオイル戻し用絞り通路35aを独立に構成する状態を図示しているが、アキュームレータ35の出口配管にタンク内部の底部付近まで延びる部位を設け、この出口配管のタンク内部の底部付近にオイル戻し用絞り通路35aを構成してもよいことはもちろんである。
【0076】
アキュームレータ35は後述するように凝縮器20の高圧側気液分離器23と組み合わせて使用され、暖房モードのみに気液分離作用を果たすため、通常のものに比較して大幅に小型化することができる。そのため、アキュームレータ35は蒸発器32の出口側低圧配管34に接続して出口側低圧配管34により支持固定するようにしてある。
【0077】
なお、前記した空調ユニット30において、蒸発器32は空調用送風機31により送風される空気(車室内空気または外気)を冷房モード時(あるいは除湿必要時)には冷媒蒸発潜熱の吸熱により冷却し、また、冬期暖房モード時には、蒸発器32はホットガスバイパス通路18からの高温冷媒ガス(ホットガス)が流入して空気を加熱するので、放熱器としての役割を果たす。
【0078】
また、暖房用ヒータコア33には、車両エンジン12の温水(冷却水)がエンジン駆動の温水ポンプ(図示せず)により循環することにより、温水を熱源として蒸発器通過後の空気を加熱する。そして、暖房用ヒータコア33の下流側に設けられた吹出口(図示せず)から車室内28へ空調空気を吹き出すようになっている。
【0079】
また、電磁クラッチ11、冷房用電磁弁15、暖房用電磁弁16、凝縮器用電動冷却ファン(図示せず)、空調用電動送風機31等の電気機器の作動は、空調用電子制御装置(図示せず)により制御される。
【0080】
次に、上記構成において第1実施形態の作動を説明する。冷房モードが選択されたときは、空調用電子制御装置(図示せず)により冷房用電磁弁15が開状態とされ、暖房用電磁弁16が閉状態とされ、また、電磁クラッチ11が通電されて接続状態となり、圧縮機10が車両エンジン12にて駆動される。
【0081】
すると、圧縮機10の吐出ガス冷媒は開状態の冷房用電磁弁15を通過して凝縮器20→冷房用減圧装置24→逆止弁19→蒸発器32→アキュームレータ35→圧縮機10の閉回路を循環する。この冷房モード時の作動を図3のモリエル線図により詳述すると、圧縮機10の吐出ガス冷媒▲1▼は過熱ガス状態であり、このガス冷媒▲1▼はまず、凝縮器20の第1熱交換部21に流入し、ここで、冷却空気(外気)と熱交換して放熱して高圧側気液分離器23内に流入する。
【0082】
第1実施形態の冷凍サイクル装置では、気液分離器23内に常に液冷媒が貯留されて気液界面を形成するようになっている。すなわち、第1熱交換部21から過熱ガスが流入するときは気液分離器23内の貯留液冷媒の一部を蒸発させ、また、逆に、第1熱交換部21から気液2相の湿りガスが流入するときは気液分離器23内で2相冷媒の気液を分離して液冷媒を溜める。
【0083】
このようにして、気液分離器23内に常に冷媒の気液界面を形成するので、気液分離器23内の冷媒▲2▼はモリエル線図の飽和ガス線L1上に位置し、過熱度SH=0℃となる。そして、気液分離器23内で気液分離された飽和ガス冷媒▲2▼が凝縮器20の第2熱交換部22に流入し、再び、冷却空気(外気)と熱交換して放熱して凝縮する。
【0084】
この第2熱交換部22の出口冷媒▲3▼の過冷却度SCは次のようにサイクル運転条件の変動に応じて成り行きで決定される。すなわち、冷房用減圧装置24を固定絞りで構成してあるので、固定絞りの種類により決まる流量特性と、サイクル高圧圧力とサイクル冷媒流量とにより成り行きで過冷却度SCが決定される。
【0085】
上記の過冷却冷媒▲3▼は次に冷房用減圧装置24の固定絞りで減圧されて低圧の気液2相冷媒▲4▼となり、この低圧冷媒▲4▼は次に蒸発器32で空調ユニット30内の送風空気から吸熱して蒸発して過熱度SHを持った過熱ガス冷媒▲5▼となり、この過熱ガス冷媒▲5▼が圧縮機1に吸入され、再度圧縮される。
【0086】
ところで、第1実施形態の冷凍サイクル装置では、凝縮器20の中間の気液分離器23内の冷媒▲2▼は上記のように飽和ガス線L1上の飽和状態に維持されているから、圧縮機1の吐出ガス冷媒▲1▼は凝縮器20の第1熱交換部21での熱交換量(放熱量)H1により決まる過熱状態となる。つまり、熱交換量H1の増減により吐出ガス冷媒▲1▼の状態が決まる。
【0087】
そして、圧縮機10での圧縮過程は基本的に断熱圧縮による等エントロピ変化であるから、吐出ガス冷媒▲1▼の状態が決まると、等エントロピ線L3により圧縮機10の吸入側冷媒▲5▼の状態、すなわち、吸入側冷媒▲5▼の過熱度SHが決まる。
従って、吸入側冷媒▲5▼の過熱度SHがサイクル運転条件の変動により成り行きで変動するとしても、予め、第1熱交換部21の熱交換量H1を適切に設定しておくことにより、吸入側冷媒▲5▼の過熱度SHを例えば、0〜20℃程度の範囲に制御することが可能となる。
【0088】
ところで、第1実施形態によると、上記のように第1熱交換部2aの熱交換量H1により圧縮機吐出ガス冷媒▲1▼の状態が決まり、それにより、吸入側冷媒▲5▼の過熱度SHが制御される方式にしているから、圧縮機10の吸入側にアキュームレータ35が設置されていても、このアキュームレータ35を適度の過熱度SHを持つ過熱ガス冷媒が通過することになる。
【0089】
従って、冷房モード時にはアキュームレータ35は過熱ガス冷媒の単なる通路を構成するだけであり、冷媒の気液分離作用を果たすことがない。
【0090】
一方、冬期の暖房モード時には、空調用電子制御装置により冷房用電磁弁15が閉状態とされ、暖房用電磁弁16が開状態とされ、ホットガスバイパス通路18が開通する。従って、圧縮機10の高温吐出ガス冷媒(過熱ガス冷媒)が開状態の暖房用電磁弁16を通過した後、暖房用減圧装置(固定絞り)17で減圧される。
【0091】
この後、減圧後のガス冷媒がホットガスバイパス通路18、低圧配管26を経て、車室内の空調ユニット30の蒸発器32に導入され、ここで送風空気に放熱して、送風空気を加熱する。そして、蒸発器32で放熱したガス冷媒はアキュームレータ35内に流入し、このアキュームレータ35内にてガス冷媒と液冷媒がその密度差により分離され、ガス冷媒が圧縮機10に吸入され、再度圧縮される。また、同時に、アキュームレータ35内の下側に溜まった液冷媒(潤滑オイルを含む)が若干量オイル戻し通路35aから圧縮機10に吸入される。
【0092】
なお、暖房モード時において、逆止弁19はホットガスバイパス通路18からガス冷媒が凝縮器20側へ逆流して、凝縮器20内に冷媒が滞留すること(寝込み現象)を抑制する。
【0093】
以上は、冷凍サイクル装置全体としての作動であるが、次に、本第1実施形態による冷房能力と暖房能力の両立効果、アキュームレータ35の小型化効果、および車両搭載性の改善効果について説明する。
【0094】
1.冷房能力と暖房能力の両立
ホットガスヒータによる暖房能力は圧縮機10の圧縮仕事量により決まるから、暖房能力向上のためにはアキュームレータ35のオイル戻し用絞り通路35aの絞り径(絞り開度)を例えばφ2.5程度に大きくし、これにより、圧縮機10への吸入液冷媒量を増大して、圧縮仕事量を増大させる方が好ましい。
【0095】
ところが、アキュームレータ35のオイル戻し用絞り通路35aの絞り径を大きくすると、冷房モード時にも圧縮機10への吸入液冷媒量が増大してしまう。
この吸入液冷媒量の増大は、蒸発器32に流入する冷媒量が増大して冷媒蒸発圧力(低圧圧力)が上昇し、冷媒蒸発温度が上昇する。その結果、蒸発器吹出空気温度が上昇して、冷房能力を低下させる。また、吸入液冷媒量の増大により、サイクル内のオイル循環流量が過度に増大して、蒸発器32での熱交換が阻害され、冷房能力を低下させる。
【0096】
従って、冷房モードの効率アップのためには、オイル戻し用絞り通路35aの絞り径を例えば、φ1.2程度に小さくすることが好ましい。故に、オイル戻し用絞り通路35aの絞り径(絞り開度)は、暖房能力と冷房能力に対して相反的な関係にある。
【0097】
しかし、本第1実施形態によると、凝縮器20が第1、第2熱交換部21、22の間に気液分離器23を設けた構成となっているため、冷房モード時には前述したように圧縮機吸入冷媒が必ず過熱度を持つようになり、アキュームレータ35は過熱ガス冷媒が通過するだけの単なる通路となる。そのため、オイル戻し用絞り通路35aの絞り径(絞り開度)を暖房能力向上のために大きめの値に設計しても、それによる冷房モード時の不具合が発生しない。
【0098】
従って、本第1実施形態によると、アキュームレータ35のオイル戻し用絞り通路35aの絞り径(絞り断面積)の拡大により、暖房能力の向上を図っても冷房能力が低下しない。よって、暖房能力と冷房能力との両立を図ることができる。
【0099】
2.アキュームレータ35の小型化
冷房モード時の熱負荷変動に起因するサイクル内冷媒循環量の変動は、凝縮器20に設けた高圧側気液分離器23のタンク容積により吸収することができる。
従って、アキュームレータ35は冷房モード時の冷媒循環量変動を吸収するためのタンク容積を設定する必要がなく、暖房モード時の必要冷媒量のみを考慮してタンク容積を設定すればよい。しかも、暖房モード時に余剰冷媒は高圧側気液分離器23とアキュームレータ35に分散して蓄積できる。
【0100】
そのため、アキュームレータ35のタンク容積は通常のアキュムレータサイクルにおけるタンク容積に比較して大幅に減少(例えば、1/3以下)させることができる。そのため、アキュームレータ35は図1に示すように蒸発器32の出口側低圧配管34の途中に接続して、配管34により支持するだけでよく、アキュームレータ35を専用のブラケットを介して車体側に支持固定する必要がない。そのため、アキュームレータ35の車両への搭載性を向上できる。
【0101】
3.車両搭載性の改善
本第1実施形態によると、冷房用減圧装置24をキャピラリチューブのような、感温部を持たない固定絞りにて構成しているため、温度式膨張弁を用いる場合に比して、車両エンジン12からの高熱とかエンジンルーム29内の熱風を受けて冷媒流量の調整作用が乱されることがない。そのため、冷房用減圧装置24を凝縮器20近傍のエンジンルーム29内に配置できる。
【0102】
その結果、凝縮器20近傍の部位において、冷房用減圧装置24の出口側とホットガスバイパス通路18の出口側とを1本の低圧側配管26に合流させることができる。そのため、ホットガスバイパス通路18は図1に示すように、凝縮器20近傍に配置された弁装置14内に内蔵される、極めて短い通路で構成できる。従って、ダッシュボード27を貫通して車室内28内の蒸発器32に結合される冷媒配管は、低圧側の2本の配管26、34だけでよく、これは通常の空調用冷凍サイクルの配管取り回しと同じであるから、ホットガス暖房機能を発揮する冷凍サイクル装置を車両に容易に搭載できる。
【0103】
更に、本第1実施形態では弁装置14に要素15〜19を一体化しているから、既存の冷房用の冷凍サイクルの冷媒配管レイアウトをほとんど変更することなく、上記要素を一体化した弁装置14を追加するだけで、ホットガス暖房機能を持つ冷凍サイクル装置を車両に搭載できるので、車両搭載性を一層改善できる。
【0104】
(第2実施形態)
第1実施形態では凝縮器20の一方のヘッダータンク20dに高圧側気液分離器23を一体に設ける構成としているが、第2実施形態では図4に示すように高圧側気液分離器23を凝縮器20と別体に構成している。
【0105】
すなわち、第2実施形態では、高圧側気液分離器23を独立のタンク部材により構成し、この高圧側気液分離器23とヘッダータンク20dとの間を3本の配管40〜42により結合する。第1配管40はヘッダータンク20dの仕切り板20fより上部の空間から冷媒を高圧側気液分離器23内に流入させるもので、第1実施形態の第1連通部23aを構成する。
【0106】
また、第2配管41は高圧側気液分離器23内の上部からガス冷媒をヘッダータンク20dの仕切り板290fより下部の空間に導入するもので、第1実施形態の第2連通部23bを構成する。また、第3配管41は高圧側気液分離器23内の底部からオイルを含んだ液冷媒をヘッダータンク20dの仕切り板290fより下部の空間に導入するもので、第1実施形態のオイル戻し用の第3連通部23cを構成する。
【0107】
高圧側気液分離器23はブラケット部材43を介してヘッダータンク20dに支持固定されるようになっている。なお、第2実施形態において、高圧側気液分離器23をブラケット部材43を介して凝縮器20周辺の車体側に固定するようにしてもよい。
【0108】
(第3実施形態)
第1実施形態では、アキュームレータ35をエンジンルーム29内にて出口側低圧配管34の途中に配置しているが、第3実施形態では図5に示すようにアキュームレータ35を車室内28にて出口側低圧配管34の途中に配置している。
【0109】
より具体的に説明すると、図5は、左ハンドル車における空調装置の車両搭載例を示しており、空調ユニット30は車室内28の前方部の計器盤(図示せず)下方部において車両左右方向の略中央部に配置されている。これに対し、空調用電動送風機31は車室内28前方部の計器盤下方部において、空調ユニット30の右側(助手席側)に配置されている。
【0110】
そして、アキュームレータ35は車室内28において空調ユニット30の外部、すなわち、空調ユニット30の左側(運転席側)前方のダッシュボード27近傍位置に配置して、出口側低圧配管34の途中に接続している。
【0111】
本発明のアキュームレータ35は前述のように大幅に小型化できるので、第3実施形態のごとく車室内28の小さなスペースでも配置でき、アキュームレータ35の車両搭載上の自由度を向上できる。
【0112】
(第4実施形態)
第1実施形態では、凝縮器20に、冷媒流れ方向の順に第1熱交換部21と第2熱交換部22とを設けるとともに、第1熱交換部21と第2熱交換部22との間に、冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器23を設けている。このため、冷房モード時に高圧側気液分離器23には凝縮器20への循環冷媒の全量が流入するとともに、第1熱交換部21での熱交換量H1により吐出ガス冷媒(図3の○付き数字1の冷媒)及び吸入冷媒(図3の○付き数字5の冷媒)の過熱度を調整するようにしている。
【0113】
ところで、車両用冷凍サイクルでは、一般に、凝縮器20への外気冷却風の分布があるので、夏期高温時のように冷房熱負荷が大きい条件下で、特に、第1実施形態の冷凍サイクルにおいて第1熱交換部21の冷却効果が偏って増大する場合には、第1熱交換部21での冷媒凝縮量が増大して高圧側気液分離器23内に液冷媒が溜まりやすい。この結果、サイクル内の循環冷媒流量が減少して、サイクル内の循環冷媒流量が不足する場合がある。
【0114】
このサイクル内の冷媒不足が生じると、蒸発器32出口冷媒の過熱度が過多となり、冷房能力不足を引き起こす。
【0115】
上記のように高圧側気液分離器23内に液冷媒が多量に溜まってサイクル内の冷媒不足が発生する事態では、蒸発器32出口冷媒の過熱度が過多になるとともに、圧縮機10吐出冷媒の過熱度も過多になる。
【0116】
そこで、第4実施形態では、第1実施形態とは異なる作動原理により吸入冷媒▲5▼の過熱度を調整するものである。すなわち、第4実施形態では、圧縮機10吐出冷媒の過熱度を高圧側気液分離器23に直接フィードバックして、高圧側気液分離器23内に溜まる液冷媒量を調整することにより、圧縮機10吐出冷媒の過熱度を制御できるようにするものである。
【0117】
図6は第4実施形態の冷凍サイクル説明図であり、高圧側気液分離器23に対する冷媒流路構成を第1実施形態に対して次のように変更している。凝縮器20の冷媒流路(サイクル主流路)の途中から一部の冷媒を分岐(バイパス)して、高圧側気液分離器23内の上部に流入させる第1連通部(分岐流路)23aを設けている。この第1連通部23aの取り出し位置20hは、冷凍サイクルの定常運転時に、凝縮器20の冷媒流路途中における所定乾き度域の気液2相冷媒が流入する位置に設定してある。また、第1連通部23aに分岐される冷媒流量は、全流量に対して例えば、10%程度の少量である。
【0118】
ガス冷媒戻し流路をなす第2連通部23bは、高圧側気液分離器23内の上部のガス冷媒を取り出して凝縮器20の下流側冷媒流路(後述)に戻すためのものである。また、オイル(液冷媒)戻し用流路をなす第3連通路23cは、高圧側気液分離器23内の下部のオイル(液冷媒)を外部へ取り出して凝縮器20の下流側冷媒流路に戻すためのものである。
【0119】
そして、第2、第3連通部23b、23cは1本の流路に合流して、第1連通部23aの取り出し位置20hより所定量下流の所定位置20iにて凝縮器20の冷媒流路に接続される。なお、第2、第3連通部23b、23cは合流せずに、それぞれ個別に凝縮器20の冷媒流路に接続してもよい。
【0120】
上記の第2、第3連通部23b、23cの出口側の接続位置20iと凝縮器20の出口ジョイント20gとの間には所定長さの冷媒流路が設けてあるので、第2、第3連通部23b、23cから凝縮器20の冷媒流路へ流入した冷媒およびオイルは再度、冷却される。
【0121】
従って、凝縮器20の熱交換部20bは、図6の例では、入口ジョイント20aと第1連通部23aの取り出し位置20hとの間の熱交換部20jと、位置20hと位置20iとの間の熱交換部20kと、位置20iと出口ジョイント20gとの間の熱交換部20mとに区分される。もちろん、位置20hと位置20iとの間に所定の圧損を確保できる構成、例えば、絞り通路を設定すれば、位置20hと位置20iとの間に熱交換部20kを配置しない構成にすることができる。
【0122】
更に、第4実施形態の特徴として、圧縮機10からの吐出冷媒(過熱ガス冷媒)の一部を分岐(バイパス)して、直接、高圧側気液分離器23内の上部に導入する吐出冷媒バイパス通路(吐出ガス冷媒導入流路)44を設けている。この吐出冷媒バイパス通路44に分岐される冷媒流量も、前記第1連通部23aへの分岐流量と同様に、全流量に対して例えば、10%程度の少量である。
【0123】
次に、第4実施形態の冷凍サイクルの冷房モードの作動を説明する。冷凍サイクルの始動直後の過渡状態が終了して定常状態に移行すると、第1連通部23aからの所定乾き度域の気液2相冷媒の流入量と、吐出冷媒バイパス通路44からの吐出冷媒流入量との比、およびガス戻し流路36からのガス冷媒流出量と、連通路12からの液冷媒(オイル)流出量との比がそれぞれ適当な値に設定され、高圧側気液分離器23内に安定した液面が形成される。
【0124】
ここで、上流側の熱交換部20jの部分が偏って冷却される等の現象が生じると、この熱交換部20jでの冷媒凝縮量が増加して、高圧側気液分離器23内に溜まる液冷媒の量が増加していく。すると、夏場のような冷房高負荷時にはサイクル内の循環冷媒量が不足するようになり、蒸発器出口冷媒の過熱度が大きくなる。この結果、圧縮機10吐出冷媒の過熱度が大きくなり、バイパス通路44から高圧側気液分離器23内に過熱度が大きいガス冷媒が流入する。
【0125】
この過熱度の大きい高温ガス冷媒の流入により、高圧側気液分離器23内の液冷媒の蒸発が促進され、液冷媒量を減少させ、高圧側気液分離器23からガス戻し流路36を経て凝縮器20へ戻される冷媒量を増加させるので、サイクル内の循環冷媒量を増加させることができる。これにより、蒸発器出口冷媒の過熱度を減少させることができ、高圧側気液分離器23内の液冷媒の液面レベルも定常時の安定レベルに維持させることができる。
【0126】
一方、冷房熱負荷が小さくて、蒸発器出口冷媒の過熱度が0付近であったり、圧縮機10に液冷媒戻りが生じるような条件下では、圧縮機10吐出冷媒の過熱度も小さくなるので、高圧側気液分離器23内に導入されるバイパス吐出冷媒による液冷媒の蒸発作用が低下する。そのため、高圧側気液分離器23では、逆に、第1連通部23aからの気液2相冷媒の気液分離による液冷媒の貯留量が増加していく。
【0127】
そして、高圧側気液分離器23内での液冷媒量の増加により、再び、サイクル内循環冷媒量が不足する事態が発生すれば、圧縮機10吐出冷媒の過熱度増加が高圧側気液分離器23内にフィードバックされ、高圧側気液分離器23内の液冷媒の液面レベルを定常時の安定レベルに維持できる。
【0128】
以上のごとく、第4実施形態によると、バイパス吐出冷媒を高圧側気液分離器23内に直接導入することにより、圧縮機10吐出冷媒の過熱度変化を高圧側気液分離器23内の液冷媒量の調整に応答良くフィードバックすることができる。
そして、この液冷媒量の調整作用を通じてサイクル内の循環冷媒量を調整し、圧縮機10吐出冷媒の過熱度を制御していることになる。圧縮機10での圧縮過程は基本的に等エントロピ変化であるから、圧縮機10吐出冷媒の過熱度を制御できれば、蒸発器出口冷媒の過熱度を制御できることになる。
【0129】
第4実施形態では、高圧側気液分離器23内の液冷媒量の調整により蒸発器出口冷媒の過熱度増加を抑制できるので、サイクル内の循環冷媒量の不足をより確実に防止して、これに起因する冷房能力の不足や圧縮機10へのオイル戻り不足を防止できる。
【0130】
ところで、第4実施形態の冷凍サイクルによると、冬期暖房モード時における冷媒回収運転を第1実施形態に比して短時間に効率よく行うことができる利点がある。そこで、次に、冷媒回収運転について説明する。
【0131】
冬期の寒冷時には外気雰囲気が低温であるので、冷凍サイクルのうち、凝縮器20、高圧側気液分離器23等の内部に冷媒が液化して溜まる(寝込む)という現象が発生する。このため、冬期の寒冷時にホットガスヒータによる暖房運転を実行する時に冷媒不足が生じるので、ホットガスヒータによる暖房運転の起動時、あるいは、ホットガスヒータによる暖房運転を長時間継続するときには所定時間間隔(例えば、30分間隔)で、冷凍サイクルを冷房モードの状態に切り替える。
【0132】
これにより、凝縮器20、高圧側気液分離器23側の流路に冷媒を循環して、凝縮器20、高圧側気液分離器23側の寝込み冷媒を蒸発器32、アキュムレータ35、圧縮機10側(ホットガスバイパスサイクル側)に回収する。この冷房モードへの切替時間、すなわち、冷媒回収運転時間は例えば、20秒程度である。
【0133】
ここで、上記の冷媒回収運転を第1実施形態の冷凍サイクルで実行すると、高圧側気液分離器23には凝縮器20への循環冷媒の全量が流入するようになっている。その際、冬期寒冷時には外気雰囲気が低温であるので、高圧側気液分離器23内に流入するガス冷媒は高圧側気液分離器23内で冷却され、液化して液冷媒として溜まっていく。
【0134】
高圧側気液分離器23には、オイル戻し用の絞り通路を構成する液戻し用の第3連通部23cが備えられているが、この第3連通部23cはガス戻し用の第2連通部23bに比較して圧損がはるかに大きいとともに、冷媒回収運転時には圧縮機10の吐出圧も低いので、第3連通部23cから液冷媒がサイクル内に還流することもほとんど生じない。
【0135】
以上の結果、第1実施形態の冷凍サイクルで冷媒回収運転を実行すると、高圧側気液分離器23内が液冷媒で充満してからでないと、冷媒をホットガスバイパスサイクル側に効率よく回収できないことになり、冷媒回収運転の時間が長くなるという不利な点がある。
【0136】
これに対して、第4実施形態の冷凍サイクルでは、冷房モード時(冷媒回収運転時)にサイクル循環冷媒の主流から一部の冷媒を分岐して高圧側気液分離器23に導入する構成であるから、冬期の冷媒回収運転時に、その起動直後から少なくともサイクル循環冷媒の主流、すなわち、圧縮機10→凝縮器20の熱交換部20j→熱交換部20k→熱交換部20m→減圧装置24へと流れる冷媒流れは、高圧側気液分離器23内で液化して溜まることなく、直ちに、ホットガスバイパスサイクル側に回収できる。
【0137】
なお、液冷媒が高圧側気液分離器23内を満たし、充満しているときでも、ホットガスヒータ運転時の必要冷媒量は、高圧側気液分離器23以外の部分にある冷媒量で確保されるようになっている。つまり、サイクル内封入冷媒量から高圧側気液分離器23のタンク容量を差し引いても、ホットガスヒータ運転時の必要冷媒量が高圧側気液分離器23以外の部分に存在する。そのため、第4実施形態の冷凍サイクルによると、高圧側気液分離器23内の貯留液冷媒量の如何にかかわらず、冷媒回収運転を短時間で効率よく行うことができる。このことは、冷媒回収運転によるホットガスヒータ運転の停止状態を短時間に抑えて、ホットガスヒータの暖房機能向上に貢献できる。
【0138】
なお、図6の例では凝縮器20の冷媒流路途中に高圧側気液分離器23を設定しているが、凝縮器20の冷媒流路出口側に高圧側気液分離器23を設定してもよい。このようにしても、バイパス吐出冷媒の導入により高圧側気液分離器23内の液冷媒量の調整作用を同様に発揮することができ、図6の例と同様の作用効果を発揮できる。
【0139】
次に、図7は第4実施形態の冷凍サイクルの車両搭載状態の説明図であり、第1実施形態の車両搭載状態を示す図1と同一もしくは均等部分には同一符号を付し、説明を省略する。図7と図1との相違点は、高圧側気液分離器23を一体化した凝縮器20の冷媒流路構成にある。そこで、図8により凝縮器20の冷媒流路の具体例を説明すると、第4実施形態による凝縮器20の基本構造は、図1に示すものと同様であり、左右の両ヘッダタンク20c、20dの間に、水平方向に延びる多数本の偏平チューブ20nとこれに接合されるコルゲートフィン20pとから構成される熱交換部20j、20mを配置するものである。
【0140】
但し、図1の凝縮器構造では、入口ジョイント20aと出口ジョイント20gを両方とも一方のヘッダタンク20cに配置し、そして、高圧側気液分離器23を他方のヘッダタンク20dに配置しているが、図8の凝縮器構造では、一方のヘッダタンク20cに出口ジョイント20gのみを配置し、他方のヘッダタンク20dに高圧側気液分離器23と入口ジョイント20aの両方を配置している。
【0141】
そして、図8の凝縮器構造では、入口ジョイント20a側のヘッダタンク20d内の中間高さに仕切り板20qを設けるとともに、このヘッダタンク20d内の下側に絞り20rを有する板部材20sを設けている。これに対し、出口ジョイント20g側のヘッダタンク20c内部には板部材20sと同一高さの位置に仕切り板20tを配置している。
【0142】
ヘッダタンク20dにおいて仕切り板20qの上側空間に、圧縮機10の吐出冷媒が入口ジョイント20aから流入するとともに、この仕切り板20qの上側空間は、吐出冷媒バイパス通路44により気液分離器23内の上部に直接連通している。
【0143】
凝縮器2の熱交換部において、板部材20sと仕切り板20tより上方側は図6の熱交換部20jを構成し、また、下方側は図6の熱交換部20mを構成している。なお、図8の例では、図6の中間部の熱交換部20kを廃止した構成になっている。
【0144】
ヘッダタンク20dにおいて仕切り板20qの上側空間に流入した圧縮機吐出冷媒の一部は、吐出冷媒バイパス通路44により気液分離器23内の上部に直接流入する。圧縮機吐出冷媒の大部分は第1熱交換部20jを矢印AのようにUターン状に通過して冷却され凝縮する。第1熱交換部20jを通過した冷媒は通常、所定乾き度域の気液2相冷媒であり、この冷媒は、ヘッダタンク20dにおいて、上側の仕切り板20qと下側の絞り20r付きの板部材20sとの中間の空間に流入し、この中間の空間から冷媒の主流は絞り20rを通過してヘッダタンク20d内の最下部の空間に流入する。これと同時に、上記中間空間の冷媒の一部は第1連通部(分岐流路)23aから気液分離器23内に流入する。
【0145】
また、気液分離器23内下部のオイルを含む液冷媒がオイル(液冷媒)戻し用の第3連通部23cによりヘッダタンク20d内の最下部の空間に流入するようになっている。ここで、ヘッダタンク20d内の中間の空間と最下部の空間との間に、絞り20rによる圧損によって所望の圧力差を設定できる。従って、上記中間空間の冷媒の一部を第1連通部23aから気液分離器23内に確実に流入させることができ、また、気液分離器23内のオイル(液冷媒)を第3連通部23cを通してヘッダタンク20d内の最下部の空間に確実に流入させることができる。
【0146】
なお、上記した吐出冷媒バイパス通路44、入口流路をなす第1連通部23aおよびオイル(液冷媒)戻し用の第3連通部23cは、いずれも、ヘッダタンク20dと気液分離器23の壁面を貫通する連通穴により簡単に形成できる。従って、吐出冷媒バイパス通路44等を形成するための配管を特別に設置する必要がない。
【0147】
更に、気液分離器23内上部のガス冷媒を取り出すガス冷媒取り出し用の第2連通部23bを管体により構成している。このガス冷媒取り出し用の第2連通部23bからガス冷媒をヘッダタンク20d内の最下部の空間に流入するようになっている。この第2連通部23bを構成する管体は、凝縮器20の一体ろう付け時に同時に気液分離器23とヘッダタンク20dに接合できる。ヘッダタンク20dの最下部の空間に流入した冷媒はその後、第2熱交換部20mを通過して再度冷却され、ヘッダタンク20cの最下部の空間に流入する。更に、冷媒は出口ジョイント20gから外部へ流出し、冷房用減圧装置24へ向かう。なお、23dは水分吸収用の乾燥剤である。
【0148】
(他の実施形態)
▲1▼上記の各実施形態では、冷房モード、暖房モードの切替用の弁手段として、2つの電磁弁15、16を用いる場合について説明したが、この2つの電磁弁15、16を1つの電磁コイルで駆動される三方弁タイプの電磁切替弁に置換してもよいことはもちろんである。
【0149】
また、2つの電磁弁15、16のうち、一方の冷房用の弁15は電磁弁とし、他方の暖房用の弁16は、冷房用の電磁弁15の閉弁時に発生する圧縮機10吐出側と凝縮器20側との間の差圧により開弁する差圧弁としてもよい。
【0150】
▲2▼上記の各実施形態では、冷房用減圧装置24を構成する固定絞りとしてキャピラリチューブを用いているが、冷房用減圧装置24を、ノズル、オリフィス等の固定絞りにより構成してもよい。この場合はノズル、オリフィス等の固定絞りの通路長さをキャピラリチューブより大幅に短縮できるので、冷房用減圧装置24を弁装置14に一体化することができる。
【0151】
▲3▼アキュームレータ35を第3実施形態のごとく車室内28に配置する場合に、アキュームレータ35を空調ユニット30のケース内部に、あるいはケース外壁面に一体に配置するようにしてもよい。
【0152】
▲4▼第1実施形態の凝縮器20において、第1熱交換部21と第2熱交換部22と気液分離器23をそれぞれ別体で構成し、これら三者の間を適宜の配管等により連結してもよい。同様に、第2実施形態の凝縮器20において気液分離器23を凝縮器20のヘッダタンク部と別体で構成し、気液分離器23と凝縮器20との間を適宜の配管等により連結してもよい、、
▲5▼冷房用減圧装置24は固定絞りに限定されるものではなく、可変絞りに置換することもできる。すなわち、冷房用減圧装置24の上流側冷媒(高圧側冷媒)の状態(温度、圧力等)に応じて作動する可変絞り(定差圧弁等)であるならば、冷房用減圧装置24を固定絞りの場合と同様に凝縮器20近傍に配置できるので、ホットガスバイパス通路18を第1実施形態と同様に極めて短い通路で構成できる。
【0153】
▲6▼上記各実施形態では、冷房用減圧装置24の下流側に逆止弁19を配置しているが、冷房用減圧装置24の上流側と凝縮器20の出口ジョイント20gとの間に逆止弁19を配置してもよい。
【0154】
▲7▼上記各実施形態において、アキュームレータ35の底面部からオイル戻し用絞り通路35aをタンク外部へ取り出す例を図2、図6に図示したが、周知のごとく、アキュームレータ35のタンク内部において圧縮機10へのガス戻し配管にオイル戻し用絞り通路35aを一体に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す車両搭載状態の概略斜視図である。
【図2】第1実施形態による冷凍サイクル説明図である。
【図3】第1実施形態による冷房モード時の作動を説明するモリエル線図である。
【図4】第2実施形態による凝縮器の正面図である。
【図5】第3実施形態によるアキュームレータの車両搭載状態の説明図である。
【図6】第4実施形態による冷凍サイクル説明図である。
【図7】第4実施形態の車両搭載状態の概略斜視図である。
【図8】第4実施形態による凝縮器の冷媒流路説明図である。
【図9】従来装置の冷凍サイクル説明図である。
【符号の説明】
10…圧縮機、14…弁装置、15…冷房用電磁弁(弁手段)、
16…暖房用電磁弁(弁手段)、17…暖房用減圧装置、
18…ホットガスバイパス通路、19…逆止弁、20…凝縮器、
21…第1熱交換部、22…第2熱交換部、23…高圧側気液分離器、
24…冷房用減圧装置、26、34…低圧配管、32…蒸発器、
35…アキュームレータ(低圧側気液分離器)。
Claims (12)
- 蒸発器(32)で低圧冷媒が蒸発して空気を冷却する冷房モードと、圧縮機(10)吐出側のガス冷媒を前記蒸発器(32)に直接導入して前記蒸発器(32)で放熱させる暖房モードとを切り替える車両用冷凍サイクル装置において、
前記蒸発器(32)の出口側と前記圧縮機(10)の吸入側との間に、冷媒の気液を分離してガス冷媒を前記圧縮機(10)に吸入させる低圧側気液分離器(35)を配置するとともに、
前記低圧側気液分離器(35)に、液冷媒の一部を前記圧縮機(10)に吸入させるオイル戻し用絞り通路(35a)を設け、
前記冷房モード時に前記圧縮機(10)吐出側のガス冷媒を凝縮させる凝縮器(20)の冷媒流路から冷媒の一部を分岐させる分岐流路(23a)を設け、
前記分岐流路(23a)に、冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器(23)を設けるとともに、
前記高圧側気液分離器(23)内に前記圧縮機(10)吐出側のガス冷媒の一部を直接導入する吐出ガス冷媒導入流路(44)を備え、
前記高圧側気液分離器(23)内に溜まる液冷媒量を前記圧縮機(10)吐出側のガス冷媒の過熱度に応じて調整するようにしたことを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。 - 蒸発器(32)で低圧冷媒が蒸発して空気を冷却する冷房モードと、圧縮機(10)吐出側のガス冷媒を前記蒸発器(32)に直接導入して前記蒸発器(32)で放熱させる暖房モードとを切り替える車両用冷凍サイクル装置において、
前記蒸発器(32)の出口側と前記圧縮機(10)の吸入側との間に、冷媒の気液を分離してガス冷媒を前記圧縮機(10)に吸入させる低圧側気液分離器(35)を配置するとともに、
前記低圧側気液分離器(35)に、液冷媒の一部を前記圧縮機(10)に吸入させるオイル戻し用絞り通路(35a)を設け、
前記冷房モード時に前記圧縮機(10)吐出側のガス冷媒を凝縮させる凝縮器(20)の冷媒流路から冷媒の一部を分岐させる分岐流路(23a)を設け、
前記分岐流路(23a)に、冷媒の気液を分離する高圧側気液分離器(23)を設けるとともに、
前記高圧側気液分離器(23)内に溜まる液冷媒量を前記圧縮機(10)吐出側のガス冷媒の過熱度に応じて調整するようにし、
さらに、前記高圧側気液分離器(23)内の液冷媒の一部を前記凝縮器(20)の冷媒流路に戻すオイル戻し用流路(23c)を備えることを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。 - 前記凝縮器(20)に前記高圧側気液分離器(23)を一体に構成することを特徴とする請求項1または2に記載の車両用冷凍サイクル装置。
- 前記高圧側気液分離器(23)内のガス冷媒を前記凝縮器(20)の冷媒流路に戻すガス冷媒戻し流路(23b)を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の車両用冷凍サイクル装置。
- 前記暖房モード時に前記圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を前記蒸発器(32)の入口側に導入するホットガスバイパス通路(18)と、
前記ホットガスバイパス通路(18)に設けられ、前記圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を減圧する暖房用減圧装置(17)と、
前記圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を冷房モード時には前記凝縮器(20)側へ流入させ、暖房モード時には前記ホットガスバイパス通路(18)側へ流入させるよう、冷媒流れを切り替える弁手段(15、16)と、
前記冷房モード時に前記凝縮器(20)で凝縮した冷媒を減圧して前記蒸発器(32)に導入する冷房用減圧装置(24)とを備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の車両用冷凍サイクル装置。 - 前記冷房用減圧装置(24)を前記凝縮器(20)の近傍に配置し、前記冷房用減圧装置(24)および前記ホットガスバイパス通路(18)の出口側を前記凝縮器(20)の近傍にて1本の低圧配管(26)に合流し、前記低圧配管(26)を前記蒸発器(32)の入口側に接続したことを特徴とする請求項5に記載の車両用冷凍サイクル装置。
- 前記冷房用減圧装置(24)は固定絞りであることを特徴とする請求項5または6に記載の車両用冷凍サイクル装置。
- 前記暖房モード時に、前記ホットガスバイパス通路(18)から前記凝縮器(20)側へ冷媒が逆流するのを防止する逆止弁(19)を備え、
前記ホットガスバイパス通路(18)、前記暖房用減圧装置(17)、前記弁手段(15、16)および前記逆止弁(19)を1つの弁装置(14)として一体に構成したことを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の車両用冷凍サイクル装置。 - 前記低圧側気液分離器(35)を前記蒸発器(32)の出口側と前記圧縮機(10)の吸入側との間の冷媒配管(34)により支持することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の車両用冷凍サイクル装置。
- 前記低圧側気液分離器(35)を車室内(28)に配置することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の車両用冷凍サイクル装置。
- 前記蒸発器(32)を備える空調ユニット(30)を車室内(28)に配置するとともに、前記低圧側気液分離器(35)を前記空調ユニット(30)内に配置することを特徴とする請求項10に記載の車両用冷凍サイクル装置。
- 前記蒸発器(32)を備える空調ユニット(30)を車室内(28)に配置するとともに、前記低圧側気液分離器(35)を、車室内(28)において前記空調ユニット(30)の外部に配置することを特徴とする請求項10に記載の車両用冷凍サイクル装置。
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