JP5054909B2 - 蓄冷装置付き空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用の空気調和装置に適用される蓄冷装置付き空調装置に関する。

従来より、たとえばトラックのキャビン用空調装置として、蓄冷装置付きの冷凍サイクル（冷媒回路）を備えた蓄冷装置付き空調装置が知られている。この空調装置では、たとえば運転手が仮眠する場合などエンジンを停止した状態でキャビン内の冷房が可能となるように、車両走行中に冷熱を蓄熱しておく蓄冷用冷却コイルを備えている。
蓄冷用冷却コイルは、冷凍サイクル中において、エンジンが駆動される車両走行中等にキャビン内の空調に使用される空調用エバポレータと並列に設置され、エンジンで駆動されるコンプレッサから交互に冷媒の供給を受けて蓄冷するものである。

空調用エバポレータまたは蓄冷用コイルに供給する冷媒は、それぞれの上流側に設置した電磁弁を開閉制御することにより行われる。具体的に説明すると、空調用エバポレータ側に所定時間（たとえば４５秒）冷媒を流して空調（冷房）した後、電磁弁の開閉状態を切り換えることにより、蓄冷用コイル側に所定時間（たとえば１５秒）冷媒を流して蓄冷するという運転が交互に繰り返される。このような蓄冷装置付き空調装置には、高車速時や軽負荷時において空調用エバポレータが凍結するのを防止する目的でフロストサーモが設けられており、このフロストサーモが所定の低温を検出して作動するとコンプレッサの運転を停止し、空調用エバポレータへの冷媒供給を停止するというデフロスト運転が行われるようになっている。

しかし、このような空調及び蓄冷の切換では、高車速時や軽負荷時にフロストサーモが作動してデフロスト運転が行われると、運転モードに係わらずコンプレッサの運転が停止される。このため、蓄冷運転の順番になってもコンプレッサが停止して冷媒の供給を受けることができなくなるので、蓄冷運転の実施時間が短くなって冷熱の蓄熱量を減少させ、蓄冷用冷却コイルの冷却能力を十分に確保できなくなるという問題が生じてくる。
このような問題を解決するため、空調用エバポレータにフロストサーモを設け、このフロストサーモが空調用エバポレータのフロストを検知した場合には、空調用エバポレータの入口側に設置された電磁弁を閉成すると共に、蓄冷用冷却コイルの入口側に設置された電磁開閉弁を開成する手段を備えた蓄冷装置付き空調装置が提案されている。このような蓄冷装置付き空調装置は、フロストサーモが作動してデフロスト運転を行ってもコンプレッサを停止させることはなく、しかも、空調用エバポレータへの冷媒の流入を止めて蓄冷用冷却コイルへ冷媒を導入するため、蓄冷用コイルの蓄冷能力が向上するとされる。（たとえば、特許文献１参照）
特開平１０−１２９２４４号公報（図２参照）

しかしながら、上述した特許文献１の従来技術によれば、フロストサーモが作動してデフロスト運転を行う場合には、蓄冷運転モードのままでコンプレッサは常に運転されている。このため、空調用エバポレータのフロストを防止するために蓄冷運転の時間が短縮されるという問題は解消される反面、コンプレッサは常に運転状態にあるため、空調用エバポレータ内で低下した冷媒蒸気圧力の復帰に時間がかかるという問題が生じてくる。すなわち、電磁弁の開閉切換のみでは、デフロスト運転を開始してから冷媒蒸気圧力がデフロスト運転終了圧力まで上昇し、デフロスト運転を完了するまでに要する時間が長くなるので、その分だけ空調運転を実施できる時間が短くなるという問題を生じてくる。
このように、停止状態にあるコンプレッサを電磁弁の開閉切換とともに運転開始して空調運転及びデフロスト運転を行う場合と比較して、コンプレッサを運転したまま電磁弁の開閉切換を行って空調運転及びデフロスト運転を開始する場合は、デフロスト運転時における冷媒蒸気圧力の上昇（回復）に時間がかかってしまい、その分空調運転の時間が短縮されるという問題が生じてくる。

このような背景から、デフロスト運転による蓄冷時間の低下を防止するとともに、デフロスト運転時における冷媒蒸気圧力の上昇（回復）を速やかにして、蓄冷運転とデフロスト運転とを両立させることができる蓄冷装置付き空調装置の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄冷能力を維持しながら、デフロスト運転時における冷媒蒸気圧力の回復時間を短縮することができる蓄冷装置付き空調装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る蓄冷装置付き空調装置は、冷凍サイクル中に空調用エバポレータと蓄冷用冷却コイルとを並列に設け、前記空調用エバポレータ及び前記蓄冷用冷却コイルの入口側にそれぞれ設けた開閉手段を所定時間交互に開閉制御し、前記蓄冷用冷却コイルの入口側に設けた開閉手段を閉とし前記空調用エバポレータの入口側に設けた開閉手段を開とする空調運転モードと、前記蓄冷用冷却コイルの入口側に設けた開閉手段を開とし前記空調用エバポレータの入口側に設けた開閉手段を閉とする蓄冷運転モードとを前記所定時間毎に交互に切り換えて運転する蓄冷装置付き空調装置において、前記空調用エバポレータにフロスト検知手段を設け、該フロスト検知手段が所定値以下の低温を検出した場合、コンプレッサの運転を停止し、前記蓄冷運転モードの所定時間内は前記コンプレッサを運転して蓄冷運転を行うことを特徴とするものである。

このような蓄冷装置付き空調装置によれば、前記空調用エバポレータにフロスト検知手段を設け、該フロスト検知手段が所定値以下の低温を検出した場合、コンプレッサの運転を停止し、前記蓄冷運転モードの所定時間内は前記コンプレッサを運転して蓄冷運転を行うので、冷凍サイクルに冷媒を供給するコンプレッサは、蓄冷用冷却コイルに冷媒を供給する蓄冷運転時は常に運転状態となり、さらに、空調用エバポレータに冷媒を供給する空調運転時はデフロスト運転時を除いて運転状態となる。すなわち、所定時間毎に繰り返される蓄冷運転モードでは、フロスト検知手段による所定値以下の低温検出に係わらずコンプレッサを運転して蓄冷運転が行われる。換言すれば、空調運転モード時には、コンプレッサのＯＮ・ＯＦＦ制御にフロスト検知手段が関与してデフロスト運転が行われ、蓄冷運転モード時には、コンプレッサのＯＮ・ＯＦＦ制御にフロスト検知手段が関与することなくコンプレッサの運転状態が維持される。このため、蓄冷運転はコンプレッサの停止による影響を受けることなく実施され、しかも、デフロスト運転時においては、コンプレッサが停止した状態から短時間で冷媒蒸気圧力を上昇（回復）させることができる。

上記の蓄冷装置付き空調装置においては、前記畜冷運転モード時に前記コンプレッサの運転状態を維持する蓄冷継続手段を備え、該蓄冷継続手段が、前記蓄冷用冷却コイルの入口側に設けられた開閉手段が開の時に前記コンプレッサを運転状態に維持するリレー回路であることが好ましく、これにより、リレーを１個追加するだけの簡単な変更で蓄冷能力を維持し、さらに、デフロスト運転の状態から短時間で回復させることができる。

上述した本発明によれば、蓄冷用冷却コイルの入口側に設けた開閉手段を開とし空調用エバポレータの入口側に設けた開閉手段を閉とする蓄冷運転モード時に、冷凍サイクルのコンプレッサを運転状態に維持する蓄冷継続手段を設けたことにより、蓄冷運転時にはコンプレッサの停止による影響を受けることはなく、しかも、デフロスト運転から正常な空調運転に短時間で回復させることもできる。このため、蓄冷能力を維持するとともに、デフロスト運転時間を短縮して空調運転の実施時間を延長することができる冷凍装置付き空調装置を提供するという顕著な効果が得られる。換言すれば、蓄冷運転時には十分な蓄冷能力を確保し、かつ、デフロスト運転を短時間で終了できるというように、蓄冷運転とデフロスト運転とを両立した蓄冷装置付き空調装置を提供することができる。
また、上述した本発明の効果は、リレー１個を追加するだけというようにプログラムの変更等を伴わない簡単な改造で達成できるため、既設の装置を容易に改造することも可能である。

以下、本発明に係る蓄冷装置付き空調装置の一実施形態を、図面に基いて具体的に説明する。
図１に示す冷媒回路図は、主として車両用空調装置に適用されるものであり、たとえばトラック等の車両に装備される蓄冷装置付き空調装置に採用されている。図１において、１はコンプレッサ、２はコンデンサ、３はレシーバ、４は空調用エバポレータ、５は感温筒６を備えた温度式の膨張弁（以下、「空調用膨張弁」ともいう）、７は空調電磁弁、８は蓄冷用冷却コイル、９は感温筒１０を備えた温度式の膨張弁（以下、「蓄冷用膨張弁」ともいう）、１１は蓄冷電磁弁、１２は逆止弁、１３は空調用エバポレータの温度を検知し作動するフロストサーモ、１４は装置全体の制御装置である。

上記の各要素から構成される蓄冷装置付き空調装置において、冷媒回路中に並列に配置された空調用エバポレータ４及び蓄冷用冷却コイル８には、各々の冷媒配管上流側に空調電磁弁７及び畜冷電磁弁１１が設けられている。制御装置１４は、空調電磁弁７または蓄冷電磁弁１１に対して交互に通電することで開閉制御し、空調用エバポレータ４と蓄冷用冷却コイル８とに冷媒を交互に流す。この場合、空調用エバポレータ４の運転時間及び蓄冷用冷却コイル８の運転時間は、たとえば所定の時間比（空調運転時間ｔ１：蓄冷運転時間ｔ２）となるように設定され、この時間比に基づいて制御装置１４が空調電磁弁７及び蓄冷電磁弁１１の開閉を制御する。
なお、上述した運転時間ｔ１，ｔ２の一例をあげると、たとえば空調用エバポレータ４に冷媒を流す空調運転時間ｔ１を４５秒とし、蓄冷用冷却コイル８に冷媒を流す蓄冷運転時間ｔ２を２０秒とする。

図２は、蓄冷装置付き空調装置の運転パターンを示す図である。
図２（ａ）において、空調電磁弁７及び蓄冷電磁弁１１は、運転時間ｔ１，ｔ２の順で交互に導通及び閉止を繰り返すことで運転モードを切り換えており、空調電磁弁７に導通した時には、空調電磁弁７が開いて空調用エバポレータ４にコンプレッサ１から冷媒の供給を受ける。このとき、蓄冷用電磁弁１１は閉止されているので、蓄冷用電磁弁１１が閉じて蓄冷用コイル８への冷媒供給は行われない。
一方、空調電磁弁７の導通を閉止した時には、空調用電磁弁７が閉じて空調用エバポレータ４への冷媒供給は停止される。このとき、蓄冷用電磁弁１１に導通されて開となるので、冷媒は蓄冷用冷却コイル８に供給される。
なお、空調用エバポレータ４及び蓄冷用コイル８に供給される冷媒は、膨張弁５，９で減圧された液冷媒である。

空調用エバポレータ４に液冷媒が供給される空調運転時には、液冷媒が車室内の空気から吸熱して気化するので、車室内の冷房運転が可能となる。また、蓄冷用コイル８に液冷媒が供給される蓄冷運転時には、液冷媒が水等の蓄冷材から吸熱して気化するので、蓄冷材を凍らせることにより冷熱が蓄熱される。
ところで、上述した空調運転及び蓄冷運転においては、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、空調用エバポレータ４の適所に設けたフロストサーモ１３が検出した温度に応じてコンプレッサ１の運転をＯＮ・ＯＦＦ制御し、空調用エバポレータ４の凍結を防止している。すなわち、上述した空調運転時においては、空調用エバポレータ４が凍結するのを防止するため、フロストサーモ１３が所定値（たとえば０℃）以下の低温を検出して作動（ＯＮ）すると、この作動によりコンプレッサ１の運転が停止される。そして、冷媒供給の停止により空調用エバポレータ４の温度が所定値まで上昇すると、これを検出したフロストサーモ１３が不作動（ＯＦＦ）となるので、この不作動により、運転モードが空調運転にあればコンプレッサ１の運転を再開する。

しかし、上述したフロストサーモ１３の作動時に運転モードが蓄冷運転を選択していれば、コンプレッサ１の運転は停止することなく継続される。すなわち、蓄冷運転中にフロストサーモ１３が作動すると、コンプレッサ１の運転は空調運転に切り替わるまで継続され、空調運転中にフロストサーモ１３が作動した場合には、空調運転から蓄冷運転に切り替わるのと同時にコンプレッサ１の運転が再開される。そして、この蓄冷運転が終了してもフロストサーモ１３が作動していれば、空調運転に切り替わるのと同時にコンプレッサ１の運転が停止される。
このように、蓄冷用冷却コイル８の入口側に設けた蓄冷電磁弁（開閉手段）１１を開とし、空調用エバポレータ４の入口側に設けた空調電磁弁（開閉手段）７を閉とする蓄冷運転モード時に、制御装置１４に接続された後述する蓄冷継続手段が冷凍サイクルのコンプレッサ１を運転状態に維持する。換言すれば、フロストサーモ１３の作動は、蓄冷運転時においてはコンプレッサ１のＯＮ・ＯＦＦ制御に関与せず、空調運転時にのみ関与することとなる。

また、蓄冷運転モード時にコンプレッサ１を運転状態に維持することにより、コンプレッサ１は、蓄冷用冷却コイル８に冷媒を供給する蓄冷運転時は常に運転状態となり、さらに、空調用エバポレータ４に冷媒を供給する空調運転時はデフロスト運転時を除いて運転状態となる。このため、蓄冷運転はコンプレッサ１の停止による影響を受けることなく実施され、しかも、デフロスト運転時においては、コンプレッサ１が停止した状態から短時間で冷媒蒸気圧力を上昇（回復）させることができる。
上述した本発明の運転制御では、フロストサーモ１３が作動（ＯＮ）した場合、蓄冷運転時にコンプレッサ１がＯＮとなるため、図２（ｄ）に太い実線で示すように、冷媒蒸気圧力の回復はコンプレッサ１の運転時（ｔ２）に傾斜が緩やかになるため、時間Δｔ１だけ長くなる。しかし、図２に破線で示す特許文献１の場合と比較すれば、デフロスト運転終了圧力に到達するまでに、時間Δｔ２（Δｔ１＜Δｔ２）の短縮がなされる。
なお、図中に細い実線で示しているのは、フロストサーモ１３が作動（ＯＮ）した場合にコンプレッサ１を完全に停止させた場合であり、最も短時間で冷媒蒸気圧力が回復している。

上述したフロストサーモ１３の作動に応じたコンプレッサ１のＯＮ・ＯＦＦ制御は、以下に説明する蓄冷継続手段を設けることにより実施可能となる。
図３に要部を示す回路図において、電源２０に接続された制御装置１４は、空調電磁弁７、蓄冷電磁弁１１及びマグネットクラッチ２１を操作するために３つのリレー操作スイッチ（以下、「スイッチ」と呼ぶ）Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を備えている。なお、図中の符号２２は、吐出温度の異常を検出した場合にコンプレッサ１を停止させる目的で設けられ、通常は接続状態にある吐出温サーモスイッチである。

スイッチＲ１は、図示省略のエンジンにより駆動されるコンプレッサ１のＯＮ・ＯＦＦ切換を行うものである。このスイッチＲ１は、空調運転の開始により動作してリレー接点Ｓ１をＯＮの通電状態にする。この結果、マグネットクラッチ２１が電源に接続されると、マグネットクラッチ２１が繋がってエンジンからコンプレッサ１に駆動力が伝達されるため、コンプレッサ１はＯＮとなる。また、このスイッチＲ１は、フロストサーモ１３が作動した場合にコンプレッサ１を停止するように動作するので、すなわち、フロストサーモ１３が作動するとリレー接点Ｓ１はＯＦＦの状態となる。
スイッチＲ２は、制御装置１４の制御により動作し、リレー接点Ｓ２をＯＮ・ＯＦＦして空調用電磁弁７の開閉操作を行うものである。このスイッチＲ２が動作してリレー接点Ｓ２をＯＮの通電状態にすれば、電源２０から通電を受ける空調電磁弁７が開となって空調運転モードとなる。

スイッチＲ３は、制御装置１４の制御により動作し、蓄冷用電磁弁１１の開閉操作を行うとともに、蓄冷電磁弁１１が開の時にコンプレッサ１の運転状態を維持する蓄冷継続手段となる。このスイッチＲ３が動作すると、蓄冷電磁弁１１の開閉操作を行うリレー接点Ｓ３ａと、上述したリレー接点Ｓ１と並列に設けてマグネットクラッチ２１に通電するリレー接点Ｓ３ｂとが同時にＯＮの通電状態となる。このため、スイッチＲ３が動作してリレー接点Ｓ３ａをＯＮの通電状態にすれば、電源２０から通電を受ける蓄冷電磁弁１１は開となる。さらに、フロストサーモ１３が動作してリレー接点Ｓ１がＯＦＦの状態にあっても、マグネットクラッチ２１は通電状態にあるリレー接点Ｓ３ｂを介して電源２０に接続されるため、蓄冷運転中はコンプレッサ１の運転が継続される。

このように、リレー接点Ｓ３ｂをひとつ追加するだけの簡単な改良により、蓄冷運転時においては、フロストサーモ１３が動作してもコンプレッサ１を停止することなく運転を継続させて蓄冷することができる。なお、図示は省略したが、冷媒回路専用に電動のコンデンサファンを備えている場合には、上述したマグネットスイッチ２１と同様に蓄冷運転時にコンデンサファンの運転を継続するため、コンデンサファン駆動用の電動機を操作するリレー接点がもう一つ必要になる。
すなわち、蓄冷用冷却コイル８の入口側に設けられた蓄冷電磁弁（開閉手段）１１が開の時、コンプレッサ１を運転状態に維持するためにリレー接点Ｓ３ｂを追加して設けたリレー回路が蓄冷継続手段として機能する。

上述したように、本発明の蓄冷装置付き空調装置は、蓄冷用冷却コイル８の入口側に設けた蓄冷電磁弁１１を開とし空調用エバポレータ４の入口側に設けた空調電磁弁７を閉とする蓄冷運転モード時に、冷凍サイクルのコンプレッサ１を運転状態に維持する蓄冷継続手段としてリレー接点Ｓ３ｂを追加して設けたことにより、蓄冷運転時にはコンプレッサ１の停止による影響を受けることはなく、しかも、デフロスト運転から正常な空調運転に短時間で回復させることもできる。このため、蓄冷能力を維持するとともに、デフロスト運転時間を短縮して空調運転の実施時間を延長することができる。換言すれば、蓄冷運転時には十分な蓄冷能力を確保し、かつ、デフロスト運転を短時間で終了できるというように、蓄冷運転とデフロスト運転とを両立することができる。
しかも、リレー接点Ｓ３ｂを１個を追加するだけというように、プログラムの変更等を伴わない簡単な改造で達成できるため、既設の装置を容易に改造することも可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る蓄冷装置付き空調装置の一実施形態を示す冷媒回路の構成図である。 （ａ）運転モードの切換、（ｂ）コンプレッサのＯＮ・ＯＦＦ、（ｃ）フロストサーモのＯＮ・ＯＦＦ及び（ｄ）冷媒蒸気圧力の上昇を横軸の時間とともに示した説明図である。 蓄冷継続手段の一例を示す要部の回路図である。

符号の説明

１ コンプレッサ
２ コンデンサ
４ 空調用エバポレータ
５，９ 膨張弁
７ 空調電磁弁
８ 蓄冷用冷却コイル
１１ 蓄冷電磁弁
１３ フロストサーモ
１４ 制御装置
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ リレー接点

Claims (2)

1. 冷凍サイクル中に空調用エバポレータと蓄冷用冷却コイルとを並列に設け、前記空調用エバポレータ及び前記蓄冷用冷却コイルの入口側にそれぞれ設けた開閉手段を所定時間交互に開閉制御し、前記蓄冷用冷却コイルの入口側に設けた開閉手段を閉とし前記空調用エバポレータの入口側に設けた開閉手段を開とする空調運転モードと、前記蓄冷用冷却コイルの入口側に設けた開閉手段を開とし前記空調用エバポレータの入口側に設けた開閉手段を閉とする蓄冷運転モードとを前記所定時間毎に交互に切り換えて運転する蓄冷装置付き空調装置において、
   前記空調用エバポレータにフロスト検知手段を設け、該フロスト検知手段が所定値以下の低温を検出した場合、コンプレッサの運転を停止し、前記蓄冷運転モードの所定時間内は前記コンプレッサを運転して蓄冷運転を行うことを特徴とする蓄冷装置付き空調装置。
2. 前記蓄冷運転モード時に前記コンプレッサの運転状態を維持する蓄冷継続手段を備え、該蓄冷継続手段が、前記蓄冷用冷却コイルの入口側に設けられた開閉手段が開の時に前記コンプレッサを運転状態に維持するリレー回路であることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷装置付き空調装置。

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