JP2006044607A - ヒートポンプ式の自動車用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率が高いヒートポンプ式の自動車用空調装置を提供する。
【解決手段】冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するアキュムレータ２０と、高圧状態の冷媒２２と低圧状態の冷媒２３との間で熱交換を行う内部熱交換器２１とを有するヒートポンプ式の自動車用空調装置であって、アキュムレータ２０を流れる冷媒と高圧状態の冷媒２２との間で熱交換を行う。
【選択図】図２

Description

本発明はヒートポンプ式の自動車用空調装置に関し、特に、ヒートポンプ式の自動車用空調装置におけるアキュムレータと内部熱交換器の構造に関する。

従来から、アキュムレータタンクに第１減圧装置を固定し、かつ、アキュムレータタンク内に内部熱交換器を収納して、アキュムレータ、第１減圧装置及び内部熱交換器を一体化したヒートポンプ式の空調装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、第１減圧弁と内部熱交換器とを繋ぐ配管部品を廃止することができる。従って、空調装置の部品点数及び組立工数を低減することができるので、空調装置の製造原価低減を図りつつ、車両搭載性を向上させていた。また、アキュムレータタンク及び内部熱交換器を含めた第１減圧弁の振動系の質量が大きくなり、弁体が振動しても、その他の部品が振動し難くなるので、第１減圧弁にて冷媒を減圧する際に発生する騒音を低減できる。
特開２００２−２０６８２３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたヒートポンプ式の空調装置においては、暖房時に圧縮機吸入側での冷媒温度が低いため、暖房時においては熱交換効率が悪かった。さらに、冷房時においても内部熱交換器の熱交換効率が悪かった。

本発明の特徴は、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するアキュムレータと、高圧状態の冷媒と低圧状態の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを有するヒートポンプ式の自動車用空調装置であって、アキュムレータを流れる冷媒と高圧状態の冷媒との間で熱交換を行うことを要旨とする。

本発明によれば、熱交換効率が高いヒートポンプ式の自動車用空調装置を提供することが出来る。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係わるヒートポンプ式の自動車用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機５と、車室内に配置された車室内熱交換器６（以後、「サブガスクーラ」と呼ぶ）及び蒸発器７と、冷媒の熱交換が行われる内部熱交換器とアキュムレータを備えるモジュール８と、車室外熱交換器１５（以後、「ラジエータ」と呼ぶ）と、これらの部材間を接続する冷媒流路とを有する。冷媒流路上には、四方弁１８、第１の逆止弁１２ａ、第２の逆止弁１２ｂ、第３の逆止弁１２ｃ、第１の膨張弁１４ａ、第２の膨張弁１４ｂが配置され、これらを制御することにより、暖房運転、冷房運転、除湿運転を切り換えることができる。

圧縮機５は、流入する冷媒を圧縮して吐出する。四方弁１８には４つの冷媒流路が接続されており、四方弁１８はこれらの冷媒流路の接続を切り換えることができる。また、インテーク１７ａを切り換えることにより、車室内からの空気を蒸発器７に循環させるか、或いは車室外からの外気を蒸発器７に導入するかを切り換えることが出来る。また、インテーク１７ｂを切り換えることにより、蒸発器７を通過した空気に対してサブガスクーラ６を更に通過させるか否かを切り換えることが出来る。

図示は省略するが、所定の空調コントロールユニットが、圧縮機５、サブガスクーラ６、蒸発器７、モジュール８、第１乃至第３の逆止弁１２ａ〜１２ｃ第１及び第２の膨張弁１４ａ、１４ｂ、ラジエータ１５、四方弁１８の動作を制御することにより、車両用空調装置の暖房運転時、冷房運転時及び除湿運転時における冷媒の流路をコントロールする。冷媒として、ここでは二酸化炭素を例にとり説明する。

図２に示すように、図１のモジュール８は、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するアキュムレータ２０と、高圧状態の冷媒と低圧状態の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器２１とを有する。冷媒流路内には気相状態の冷媒と液相状態の冷媒が混在しており、アキュムレータ２０は、冷媒流路内の冷媒の気液分離を行う。分離された液相の冷媒はアキュムレータタンクに蓄えられる。一方、内部熱交換器２１は、高圧状態の冷媒が流れる高圧部２２（圧縮機下流）と、低圧状態の冷媒が流れる低圧部２３（圧縮機上流）とを有する。高圧部２２を流れる冷媒と低圧部２３を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。

アキュムレータ２０は円柱状の形状を有し、内部熱交換器２１は円筒状の形状を有し、アキュムレータ２０の外周に熱的に接触して取り囲むように配置されている。更に、高圧部２２及び低圧部２３はそれぞれ円筒状の形状を有し、低圧部２３は、高圧部２２の外側に熱的に接触して取り囲むように配置され、高圧部２２は、アキュムレータ２０の外側に熱的に接触して取り囲むように配置されている。このように、モジュール８はアキュムレータ２０と内部熱交換器２１とを一体構造としたものである。アキュムレータ２０、内部熱交換器２１の高圧部２２、及び低圧部２３のそれぞれは、円柱／円筒の上部に配置された冷媒の流入口２０ａ、２２ａ、２３ａと、流出口２０ｂ、２２ｂ、２３ｂとを有する。冷媒は、流入口２０ａ、２２ａ、２３ａからアキュムレータ２０、高圧部２２、及び低圧部２３へ供給され、流出口２０ｂ、２２ｂ、２３ｂから排出される。

次に、暖房、冷房、除湿の各運転時における図１の自動車用空調装置での冷媒の流れについて説明する。

図３に示すように、暖房運転時において、圧縮機５から流出する冷媒は、冷媒流路を通り、サブガスクーラ６を流れる。その後、四方弁１８を通り、モジュール８内の内部熱交換器２１を流れる。そして、第２の膨張弁１４ｂ、第２の逆止弁１２ｂを通り、ラジエータ１５を流れる。再び、四方弁１８を通り、第３の逆止弁１２ｃ、モジュール８内のアキュムレータ２０を通り、圧縮機５へ戻る。冷媒は、暖房時にこの循環路を循環する。

図４に示すように、冷房運転時において、圧縮機５から流出する冷媒は、冷媒流路を通り、サブガスクーラ６を流れる。その後、四方弁１８を通り、ラジエータ１５を流れる。そして、第１の逆止弁１２ａを通り、モジュール８内の内部熱交換器２１を流れる。そして、第１の膨張弁１４ａ、蒸発器７を通り、モジュール８内のアキュムレータ２０、内部熱交換器２１を流れ、圧縮機５へ戻る。冷媒は、冷房時にこの循環路を循環する。

図５に示すように、除湿運転時において、圧縮機５から流出する冷媒は、冷媒流路を通り、サブガスクーラ６を流れる。その後、四方弁１８を通り、モジュール８内の内部熱交換器２１を流れる。そして、第１の膨張弁１４ａ、蒸発器７を通り、モジュール８内のアキュムレータ２０を流れ、圧縮機５へ戻る。冷媒は、除湿時にこの循環路を循環する。

次に、暖房、冷房、除湿の各運転時における図２のモジュール８での冷媒の流れについて説明する。

図６に示すように、暖房運転時において、圧縮機５又はラジエータ１５からの高圧状態の冷媒は、流入口２２ａから内部熱交換器２１の高圧部２２へ流入する。流出口２２ｂから流出した冷媒は、ラジエータ１５へ供給される。一方、蒸発器７又はラジエータ１５からの低圧状態の冷媒は、流入口２０ａからアキュムレータ２０へ流入し、流出口２０ｂから流出した冷媒は、そのまま圧縮機５へ供給される。

図７に示すように、冷房運転時において、圧縮機５又はラジエータ１５からの高圧状態の冷媒は、流入口２２ａから内部熱交換器２１の高圧部２２へ流入する。流出口２２ｂから流出した冷媒は、蒸発器７へ供給される。一方、蒸発器７又はラジエータ１５からの低圧状態の冷媒は、流入口２０ａからアキュムレータ２０へ流入する。流出口２０ｂから流出した冷媒は、流入口２３ａから内部熱交換器２１の低圧部２３へ流入する。流出口２３ｂから流出した冷媒は、圧縮機５へ供給される。

図８に示すように、除湿運転時において、圧縮機５又はラジエータ１５からの高圧状態の冷媒は、流入口２２ａから内部熱交換器２１の高圧部２２へ流入する。流出口２２ｂから流出した冷媒は、蒸発器７へ供給される。一方、蒸発器７又はラジエータ１５からの低圧状態の冷媒は、流入口２０ａからアキュムレータ２０へ流入する。流出口２０ｂから流出した冷媒は、そのまま圧縮機５へ供給される。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、アキュムレータ２０を流れる冷媒と内部熱交換器２１内の高圧部２２を流れる冷媒との間で熱交換を行うことで、内部熱交換器２１以外でも熱交換を行うことができるため、熱交換効率が向上する。

また、アキュムレータ２０の外側に内部熱交換器２１の高圧部２２を設置し、さらにその外側に内部熱交換器２１の低圧部２３を設置する、即ちアキュムレータ２０と高圧部２２、高圧部２２と低圧部２３との間でそれぞれ熱交換が行えるように設置することで、アキュムレータ２０と内部熱交換器２１が一体構造化でき、低圧部２３で高圧部２２及びアキュムレータ２０を覆うことで、保温性を確保できるので、さらに熱交換効率が向上する。

また、冷房運転時には高圧部２２及び低圧部２３とアキュムレータ２０に低圧状態の冷媒が流れるように冷媒流路の切り換えを行う、即ちアキュムレータ２０と高圧部２２、高圧部２２と低圧部２３の間でそれぞれ熱交換を行うことで、モジュール８の大型化を最小限に抑えることができ、冷房時における熱交換効率が向上する。

また、暖房運転時及び除湿運転時にはアキュムレータ２０のみに冷媒が流れるように冷媒流路を切り換える、即ち低圧部２３に冷媒を流さず、アキュムレータ２０と高圧部２２の間で熱交換を行うことで、圧縮機５の吸入側での冷媒の圧力を効率良く上げることができ、暖房・除湿時における熱交換効率及び空調システムの効率が向上する。

上記のように、本発明は、１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施の形態に係わるヒートポンプ式の自動車用空調装置を示すブロック図である。 図１のモジュール内のアキュムレータ及び内部熱交換器を示す斜視図である。 暖房運転時における図１の自動車用空調装置での冷媒の流れを示すブロック図である。 冷房運転時における図１の自動車用空調装置での冷媒の流れを示すブロック図である。 除湿運転時における図１の自動車用空調装置での冷媒の流れを示すブロック図である。 暖房運転時における図２のモジュールでの冷媒の流れを示す斜視図である。 冷房運転時における図２のモジュールでの冷媒の流れを示す斜視図である。 除湿運転時における図２のモジュールでの冷媒の流れを示す斜視図である。

符号の説明

５…圧縮機
６…車室内熱交換器（ラブガスクーラ）
７…蒸発器
８…モジュール
１２ａ…第１の逆止弁
１２ｂ…第２の逆止弁
１２ｃ…第３の逆止弁
１４ａ…第１の膨張弁
１４ｂ…第２の膨張弁
１５…車室外熱交換器（ラジエータ）
１７ａ、１７ｂ…インテーク
１８…四方弁
２０…アキュムレータ
２０ａ、２２ａ、２３ａ…流入口
２０ｂ、２２ｂ、２３ｂ…流出口
２１…内部熱交換器
２２…高圧部
２３…低圧部

Claims (4)

1. 冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するアキュムレータと、
   高圧状態の冷媒と低圧状態の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを有し、
   前記アキュムレータを流れる前記冷媒と前記高圧状態の冷媒との間で熱交換を行うことを特徴とするヒートポンプ式の自動車用空調装置。
2. 前記アキュムレータの外側に前記高圧状態の冷媒が流れる前記内部熱交換器の高圧部を配置し、前記高圧部の外側に前記低圧状態の冷媒が流れる前記内部熱交換器の低圧部を配置することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式の自動車用空調装置。
3. 冷房運転時には、前記アキュムレータを流れる前記冷媒と前記高圧状態の冷媒との間で熱交換を行い、前記高圧状態の冷媒と前記低圧状態の冷媒との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ式の自動車用空調装置。
4. 暖房運転時及び除湿運転時には、前記アキュムレータを流れる前記冷媒と前記高圧状態の冷媒との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ式の自動車用空調装置。

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