JPH01296057A - ヒートポンプ式冷暖房装置 - 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、冷媒圧縮機の吐出した冷媒の流れ方向を変更
して冷房運転と暖房運転とを行うし−トポンプ式冷暖房
装置に関する。

［従来の技術］ 冷房運転時に室外熱交換器で室外空気と冷媒とを熱交換
させることによって冷媒を凝縮し、室内熱交換器で室内
へ吹き出す空気と冷媒とを熱交換させる事によって冷媒
を蒸発させて室内を冷房し、一方、暖房運転時に室内熱
交換器で室内へ吹き出す空気と冷媒とを熱交換して冷媒
を凝縮し、水冷媒熱交換器で温水と冷媒とを熱交換して
冷媒を蒸発させて室内を暖房するし−トボンプ式冷暖房
装置が知られている。このヒートポンプ式冷暖房装置は
、室内熱交換器から冷媒圧縮機へ冷媒を導く冷媒流路と
、水冷媒熱交換器から冷媒圧縮機へ冷媒を導く冷媒流路
とが合流する箇所が生じる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の冷媒が合流する箇所では、第６図に示すように、
冷房運転時に室内熱交換器へ通じる冷媒流路１０１から
冷媒圧縮機の吸入口へ通じる冷媒流路１０２へ冷媒が流
れると、水冷媒熱交換器へ通じる冷媒流路１０３に冷媒
中に含まれるオイルが溜まる。すると、サイクル中の冷
媒が不足したり、オイルが不足する場合がある。

同様に、暖房運転時は、冷媒流路１０３から冷媒流路１
０２へ冷媒が流れると、冷媒流路１０１に液化した冷媒
や、冷媒中に含まれるオイルが溜まる。

すると、サイクル中の冷媒や、オイルが不足する場合が
ある。

この冷媒やオイルの不足を解決すべく、冷媒流路１０１
と１０３のそれぞれに一方向弁を設けることが考えられ
たが、部品点数が増加したり、一方向弁と合流箇所との
間に、冷媒やオイルが溜まるスペースができる問題点を
備えていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、室内熱交換器からの冷媒と水冷媒熱交換器からの冷
媒との合流箇所における冷媒やオイルの溜まりを防ぐこ
とのできるヒートポンプ式冷暖房装置の提供にある。

［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、吸入口より冷媒を
吸入し、圧縮して吐出口より吐出する冷媒圧縮機と、車
室外の空気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器と、車室
内へ吹き出す空気と冷媒とを熱交換する室内熱交換器と
、温水と冷媒とを熱交換する水冷媒熱交換器と、冷房運
転時に前記吐出口より吐出した冷媒を前記室外熱交換器
へ導き、前記室内熱交換器の流出した冷媒を前記吸入口
へ導くとともに、暖房運転時に前記吐出口より吐出した
冷媒を前記室内熱交換器へ導く流路切換手段とを具備し
、冷房運転時に前記吐出口より吐出した冷媒を、前記流
路切換手段、前記室外熱交換器、前記室内熱交換器、前
記流路切換手段を介して前記吸入口へ導き、暖房運転時
に前記吐出口より吐出した冷媒を、前記流路切換手段、
前記室内熱交換器、前記水冷媒熱交換器を介して前記吸
入口へ導くし−トボンプ式冷暖房装置において、前記水
冷媒熱交換器から前記吸入口へ冷媒を導く冷媒流路と、
前記流路切換手段から前記吸入口へ冷媒を導く冷媒流路
との合流位置には、一端に前記水冷媒熱交換器と連通ず
る第１連通口、他端に前記流路切換手段と連通ずる第２
連通口、中間位置に前記吸入口と連通する第３連通口を
備えた弁ケースと、該弁ケース内で冷媒の流れにより移
動可能に配され、一方に位置する際前記第１連通口を塞
いで前記第２連通口と前記第３連通口とを連通し、他方
に位置する際前記第２連通口を塞いで前記第１連通口と
前記第３連通口とを連通する弁体と、該弁体を前記第１
連遥口へ向けて付勢する付勢手段とからなるシャトル弁
が設けられたことを技術的手段とする。

［作用］ 冷房運転時、冷媒圧縮機の吐出口より吐出された冷媒は
、流路切換手段、室外熱交換器、室内熱交換器、流路切
換手段、シャトル弁を介して吸入口へ導かれる。このと
き、水冷媒熱交換器内に冷媒が残っていると、温水によ
って水冷媒熱交換器内の冷媒が膨張し、圧力が上昇する
。水冷媒熱交換器内の圧力が上昇すると、その圧力が第
１連通口へ導かれ、弁体を第２連通口側へ付勢し、第１
連通口を開く力となる。しかるに、弁体は、付勢手段に
よって第１連通口を塞ぐ方向へ付勢されている。このた
め、冷房運転時、水冷媒熱交換器内の圧力上昇によって
弁体を第２連通口ヘ付勢し、第１連通口を開こうとする
力が、付勢手段によって打ち消される。そして、流路切
換手段から第２連通口へ導かれた冷媒の流れによって弁
体が第１連通口側へ移動し、第１連通口が塞がれて第２
連通口と第３連通口とが連通ずる。

これにより、冷房運転時に、流路切換手段から送られた
冷媒は、シャトル弁の第２連通口から第３連通口を介し
て吸入口へ導かれるとともに、第１連通口が弁体によっ
て塞がれる。

暖房運転時、冷媒圧縮機の吐出口より吐出された冷媒は
、流路切換手段、室内熱交換器、水冷媒熱交換器、シャ
トル弁を介して吸入口へ導かれる。

このとき、水冷媒熱交換器から第１連通口へ導かれた冷
媒の流れによって、付勢手段の付勢力に抗して弁体を第
２連通口側へ移動し、第２連通口が塞がれて第１連通口
と第３連通口が連通する。

これにより、暖房運転時に、水冷媒熱交換器から送られ
た冷媒は、シャトル弁の第１連通口から第３連通口を介
して吸入口へ導かれるとともに、第２連通口が弁体によ
って塞がれる。

［発明の効果］ 本発明によれば、冷房運転時に、流路切換手段から送ら
れた冷媒は、シャトル弁によって吸入口へ導かれるとと
もに、第１連通口が塞がれ、合流箇所と水冷媒熱交換器
との間に、オイルが溜まるのを防ぐことができる。

また、暖房運転時に、水冷媒熱交換器から送られた冷媒
は、シャトル弁によって吸入口へ導かれるとともに、第
２連通口が塞がれ、合流箇所と室内熱交換器との間に、
冷媒やオイルが溜まるのを防ぐことができる。

［実施例］ 次に、本発明のヒートポどプ式冷暖房装置を図に示す一
実施例に基づき説明する。

第１図および第２図にヒートポンプ式冷暖房装置の冷媒
回路図を示す０本実施例の冷媒回路１は自動車に搭載さ
れるもので、この冷媒回路１の冷媒圧縮機２は、図示し
ない車載エンジンの回転がクラッチを介して断続的に伝
達され、吸入口３より吸引した冷媒を圧縮して吐出口４
より吐出するものである。吐出口４より吐出された冷媒
は、冷媒流路を形成する冷媒配管５を介して四方弁６へ
導かれる。この四方弁６は、本発明の流路切換手段で、
冷房運転時にＯＦＦされ、四方弁６へ導かれた冷媒を冷
媒配管５を介して室外熱交換器７へ導くとともに、室内
熱交換器８から冷媒配管５によって四方弁６へ導かれた
冷媒を冷媒配管５を介して吸入口３へ導く、また、暖房
運転時にはＯＮされ、四方弁６へ導かれた冷媒を冷媒配
管５を介して室内熱交換器８へ導くものである。

室外熱交換器７は、車両ラジェター前部など、室外空気
（外気）の流入が容易な位置に取り付けられ、冷房運転
時に四方弁６より送られてきた冷媒を外気と熱交換し、
冷媒を凝縮、液化するものである。そして、室外熱交換
器７で液化した冷媒は冷媒配管５、第１一方向弁９、レ
シーバ１Ｇ、第１減圧装置１１を介して室内熱交換器８
へ導かれる。

なお、第１一方向弁９は、暖房運転時に冷媒が室外熱交
換器７へ流入するのを防ぐものである。

室内熱交換器８は、車室内へ向かって空気を吹き出す空
気調和装置のダクト（図示しない）内に配設され、車室
内に吹き出される空気と冷媒とを熱交換するものである
。

一方、暖房運転時に四方弁６を介して室内熱交換器８へ
導かれた冷媒は、室内へ導かれる空気と熱交換されて液
化凝縮し、冷媒配管５によって第１減圧装置１１をバイ
パスし、第２一方向弁１２、レシーバ１０、電磁弁１３
、第２減圧装ｆｆ１４を介し、水冷媒熱交換器１５に導
かれる。なお、第２一方向弁１２は冷房運転時に冷媒が
第１減圧装ｒ！１１１をバイパスするのを防ぐものであ
る。また、電磁弁１３は、冷房運転時にＯＦＦ　してレ
シーバ１０の流出した冷媒が水冷媒熱交換器１５へ流入
するのを防ぐものである。

水冷媒熱交換器１５は、水冷式エンジンの冷却水（温水
）と冷媒とを熱交換させるものである。

冷房運転時に室内熱交換器８を流出し、四方弁６へ導か
れた冷媒は、冷媒配管５を介して冷媒圧縮機２の吸入口
３へ導かれる。また、暖房運転時に水冷媒熱交換器１５
を流出した冷媒は、冷媒配管５を介して冷媒圧縮機２の
吸入口３へ導かれる。

このため、四方弁６から吸入口３へ冷媒を導く冷媒配管
５と水冷媒熱交換器１５から吸入口３へ冷媒を導く冷媒
配管５とは、吸入口３の上流で合流する。

この合流位置には、シャトル弁１６が取り付けられてい
る。このシャトル弁１６の構造を第３図ないし第５図に
示す。

シャトル弁１６は、弁ケース１７を備える。この弁ケー
ス１７は、一方の端に水冷媒熱交換器１５へ連通する冷
媒配管５を接続する第１連通口１８を備え、他方の端に
室内熱交換器８へ連通する冷媒配管５を接続する第２連
通口１９を備え、中間位置に冷媒圧縮機２の吸入口ぺ連
通する冷媒配管５を接続する第３連通口２０を備える。

そして弁ケース１７の内部には、両端が円錐状に窄まっ
た円筒状の室２１が形成され、その室２１内に弁体２２
が配設されている。

この弁体２２は、両端の周囲に室２１内に摺接する複数
のフランジ２３．２４が放射状に設けられている。

また、弁体２２の７ランジ２３の端には、弁体２２が第
１連通口１８側に位置する際（一方に位置する際）、第
１連通口１８を塞ぐ第１弁傘２５が設けられている。

また、弁体２２のフランジ２４の端には、弁体２２が第
２連通口１９側に位置する際（他方に位置する際）、第
２連通口１９を塞ぐ第２弁傘２６が設けられている。

なお、第１弁傘２５および第２弁傘２６には、０−リン
グ２７．２８が装着され、第１弁傘２５が第１連通口１
８を塞ぐ際、あるいは第２弁傘２６が第２連通口１９を
嶌ぐ際のシール性を向上させている。

また、弁体２２は、弁ケース１７によって一端が支持さ
れた圧縮コイルばね２９によって、常に第１連通口１８
側へ付勢されている。この圧縮コイルばね２９は本発明
の付勢手段で、冷房運転時に水冷媒熱交換器１５内に残
った冷媒が冷却水によって膨脹し、圧力が」・、昇した
際、この圧力が弁体２２を第２連通口１９方向へ付勢し
、第１連通口を開く力を打ち消すものである。

次に上記し−トポンプ式冷暖房装置の作動を説明する。

イ）冷房運転時（第１図書照） 車両乗員が図示しない操作パネルによって冷房運転を指
示すると、四方弁がＯＦＦされるとともに、室内温度な
どに応じて冷媒圧縮機２のクラッチがＯＮされる。クラ
ッチがＯＮされた状態では、冷媒圧縮機２の吐出口４よ
り吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁６によって室外
熱交換器７に導かれ、外気と熱交換されて液化凝縮する
。室外熱交換器７で液化した冷媒はレシーバ１０へ流入
する。この冷房運転時では、水冷媒熱交換器１５の上流
の電磁弁１３がＯＦＦされているため、レシーバ１０内
へ流入した冷媒は第１減圧装置１１１を介して室内熱交
換器８へ流入する。高圧の液化冷媒は、第１減圧装置１
１を通過する際、断熱膨張し、低温低圧の霧状冷媒とな
り、室内熱交換器８内へ流入する。室内熱交換器８内へ
流入した冷媒は、空気調和装置のダクト内を流れる車室
内へ吹き出される空気から潜熱を奪って蒸発する。これ
により室内へ吹き出される空気が冷却されて、室内が冷
房される。蒸発が完了し、気化した冷媒は、四方弁６を
介してシャトル弁１６の第２連通口１９へ導かれる。

この冷房運転時に、水冷媒熱交換器１５内に冷媒が残っ
ていると、冷却水によって水冷媒熱交換器１５内の冷媒
が膨脹し、圧力が」−昇する。水冷媒熱交換器１５内の
圧力は、冷媒配管５を介してシャトル弁１６の第１連通
口１８に導かれるため、水冷媒熱交換器１５内の圧力の
上昇は、シャトル弁１６の弁体２２を第２連通口１９方
向へ付勢し、第１連通口１８を開く力となる。

しかるに、シャトル弁１６の弁体２２は、圧縮コイルば
ね２９によって第１連通口１８を塞ぐように付勢されて
いる。このため、冷房運転時、水冷媒熱交換器１５内の
圧力上昇によって第１連通口１８を開く力が、圧縮コイ
ルばね２９によって打ち消される。

そして、四方弁６から第２連通口１９へ導かれた冷媒に
よって弁体２２を第１連通口１８側へ移動させ、第１弁
傘２５が第１連通口１８を塞ぎ、第２連通口１９と第３
連通口２０とが連通ずる。

これにより、四方弁６から送られた冷媒は、シャトル弁
１６の第２連通口１９から第３連通口２０を介して吸入
口へ導かれるとともに、第１連通口１８が弁体２２によ
って塞がれる。

本実施例によれば、四方弁６から送られた冷媒はシャト
ル弁１６によって吸入口３へ導かれるとともに、第１連
通口１８が第１弁傘２５によって塞がれる。この結果、
四方弁６から冷媒を導く冷媒配管５と水冷媒熱交換器１
５から冷媒を導く冷媒配管５との合流位置と、水冷媒熱
交換器１５との間の冷媒配管５にオイルが溜まるのを防
ぐことができる。

口）暖房運転時（第２図参照） 車両乗員が図示しない操作パネルによって暖房運転を指
示すると、四方弁６がＯＮされるとともに、室内温度な
どに応じて冷媒圧縮機２のクラッチがＯＮされる。クラ
ッチがＯＮされた状態では、冷媒圧縮１１２の吐出口４
より吐出された高温高圧の冷媒は四方弁６によって室内
熱交換器８内に導かれる。

室内熱交換器８内へ導かれた冷媒は、空気調和装置のダ
クト内を流れ、車室内へ吹き出される空気に潜熱を奪わ
れて液化凝縮する。そして、冷媒から潜熱を奪って加熱
された空気は室内へ吹き出され、室内を暖房する。

室内熱交換器８で液化した冷媒はレシーバ１０へ流入す
る。この暖房運転時では、水冷媒熱交換器１５の上流の
電磁弁１３がＯＮされ、レシーバ１０内へ流入した冷媒
は電磁弁１３、第２減圧装Ｗ１４を介して水冷媒熱交換
器１５内へ流入する。高圧の液化冷媒は、第２減圧装ｆ
ｉ１４を通過する際、断熱膨張し、低温低圧の霧状冷媒
となり、水冷媒熱交換器１５内へ流入する。水冷媒熱交
換器１５内へ流入した冷媒は冷却水から潜熱を奪って蒸
発する。そして、蒸発が完了し、気化した冷媒は、シャ
トル弁１６の第１連通口１８へ導かれる。水冷媒熱交換
器１５から第１連通口１８へ冷媒が導かれると、冷媒の
流れによって、弁体２２が圧縮コイルばね２９の付勢力
に抗して第２連通口１９側へ存動し、第２連通口１９が
第２弁傘２６に塞がれて第１連通口１８と第３連通口２
０が連通する。

これにより、水冷媒熱交換器１５から送られた冷媒は、
シャトル弁１６の第１連通口１８から第３連通口２０を
介して吸入口３へ導かれるとともに、第２連通口１９が
第２弁傘２Ｂによって塞がれる。

本実施例によれば、水冷媒熱交換器１５から送られた冷
媒は、シャトル弁１６によって吸入口３へ導かれるとと
もに、第２連通口１９が第２弁傘２６によって塞がれる
。この結果、水冷媒熱交換器１５から冷媒を導く冷媒配
管と、四方弁６から冷媒を導く冷媒配管５との合流位置
と、四方弁６との間の冷媒配管５に、冷媒やオイルが溜
まるのを防ぐことができる。

（変形例） 本発明を自動車の冷暖房装置に適用した例を示したが、
鉄道や船舶用の冷暖房装置、家庭用や商業用の冷暖房装
置に適用しても良い。

流路切換手段に四方弁を用いた例を示したが、複数の電
磁弁により冷媒の流れ方向を切り替えても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートポンプ式冷暖房装置の冷房運転時を示す
冷媒回路図、第２図はヒートポンプ式冷暖房装置の暖房
運転時を示す冷媒回路図、第３図はシャトル弁の断面図
、第４図は弁体の断面図、第５図は弁体の平面図、第６
図は従来の冷媒流路の合流位置を示す断面図である。 図中　２・・・冷媒圧縮機　３・・・吸入口　４・・・
吐出口　５・・・冷媒配管（冷媒流路）　　６・・・四
方弁（流路切換手段）　　７・・・室外熱交換器　８・
・・室内熱交換器　１５・・・水冷媒熱交換器　１６・
・・シャトル弁　１７・・・弁ケース　１８・・・第１
連通口　１９・・・第２連通口２０・・・第３連通口　
２２・・・弁体　２９・・・圧縮コイルばね（付勢手段
）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）吸入口より冷媒を吸入し、圧縮して吐出口より吐出
   する冷媒圧縮機と、車室外の空気と冷媒とを熱交換する
   室外熱交換器と、車室内へ吹き出す空気と冷媒とを熱交
   換する室内熱交換器と、温水と冷媒とを熱交換する水冷
   媒熱交換器と、冷房運転時に前記吐出口より吐出した冷
   媒を前記室外熱交換器へ導き、前記室内熱交換器の流出
   した冷媒を前記吸入口ヘ導くとともに、暖房運転時に前
   記吐出口より吐出した冷媒を前記室内熱交換器へ導く流
   路切換手段とを具備し、冷房運転時に前記吐出口より吐
   出した冷媒を、前記流路切換手段、前記室外熱交換器、
   前記室内熱交換器、前記流路切換手段を介して前記吸入
   口ヘ導き、暖房運転時に前記吐出口より吐出した冷媒を
   、前記流路切換手段、前記室内熱交換器、前記水冷媒熱
   交換器を介して前記吸入口ヘ導くヒートポンプ式冷暖房
   装置において、 前記水冷媒熱交換器から前記吸入口ヘ冷媒を導く冷媒流
   路と、前記流路切換手段から前記吸入口ヘ冷媒を導く冷
   媒流路との合流位置には、 （ａ）一端に前記水冷媒熱交換器と連通する第１連通口
   、他端に前記流路切換手段と連通する第２連通口、中間
   位置に前記吸入口と連通する第３連通口を備えた弁ケー
   スと、 （ｂ）該弁ケース内で冷媒の流れにより移動可能に配さ
   れ、一方に位置する際前記第１連通口を塞いで前記第２
   連通口と前記第３連通口とを連通し、他方に位置する際
   前記第２連通口を塞いで前記第１連通口と前記第３連通
   口とを連通する弁体と、（ｃ）該弁体を前記第１連通口
   ヘ向けて付勢する付勢手段と からなるシャトル弁が設けられたことを特徴とするヒー
   トポンプ式冷暖房装置。