JP2006078090A

JP2006078090A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2006078090A
Application number: JP2004262744A
Authority: JP
Inventors: Shunji Komatsu; 俊二小松
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US20060048524A1

Abstract

【課題】冷媒の漏出を確実に検出して利用者や管理者等に警告可能な冷凍装置を提供する。
【解決手段】冷凍装置は、圧縮機８、凝縮器１２、膨張弁１６及び蒸発器１８がこの順序で介挿された冷媒循環流路６を備える。循環経路６は、凝縮器１２から膨張弁１６までの液冷媒の液流域及び蒸発器１８から圧縮機８までの主としてガス冷媒のガス流域を有する。そして、冷凍装置は、前記液流域におけるガス冷媒の存在を検知する検出器２４を備え、この検出器２４は、ガス冷媒を検知したときに、冷媒漏れを表示する警告灯３０を点灯させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍回路に関し、より詳しくは、地球温暖化係数の小さい可燃性冷媒の使用に好適した車両用空調システムの冷凍回路に関する。

近年、地球環境に配慮した空調システムの開発が進められており、この空調システムは地球温暖化係数の小さい冷媒を用いた冷凍回路を備えている。具体的には、この種の冷媒としては、Ｒ１５２ａ等の新代替フロンガス又はプロパン等のＨＣガスがあげられる。
これらのガスは可燃性を有することから、この種の空調システム、とりわけ車両用空調システムは、その安全性を確保するべく、漏出した冷媒を検知するガスセンサを備えている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１０４２２１号公報

しかしながら、ガスセンサを用いた場合、万一冷媒が漏出したとしても、ガスセンサの近傍でガス濃度が高くならなければ、冷媒の漏出を検知することは不可能であり、冷媒の漏出を見逃す虞がある。
本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、冷媒の漏出を確実に検知して利用者や管理者等に警告可能な冷凍装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器がこの順序で介挿され、前記凝縮器から前記膨張弁までの液冷媒の液流域及び前記蒸発器から前記圧縮機までの主としてガス冷媒のガス流域を有する冷媒循環流路と、前記液流域に配置された検出器を有し、前記液流域におけるガス冷媒の存在を検知する検出手段と、前記検出手段がガス冷媒を検知したときに、この検知結果を出力する警告手段とを備えることを特徴としている（請求項１）。具体的には、前記検出器は、自己発熱型のサーミスタ（請求項３）、又は一対の発光素子及び受光素子からなる（請求項４）。そして、前記警告手段は警告灯を含む（請求項５）。
上記した構成によれば、冷媒循環流路中、液冷媒が流れるべき液流域中にガス冷媒が存在し、この存在が検出器により検知されたとき、検出手段は冷媒循環流路に冷媒の漏出が発生していると判定する。即ち、冷媒循環流路のいずれの箇所から冷媒が漏出すれば、冷媒循環流路中の冷媒量が低下し、液流域にガス冷媒の発生を招くことから、液流域でのガス冷媒の有無は、冷媒の漏出の有無を表す指標となる。それ故、検出手段はその検知器を介して冷媒の漏出を検知することになるので、警告手段は検出手段での検知結果に基づき、冷凍装置の利用者や管理者等に対して冷媒の漏出を確実に警告する。

好適な態様として、前記液流域にレシーバが更に介挿され、前記レシーバよりも下流に前記検出器が配置される（請求項２）。この場合、冷凍装置が正常に作動しているときには、レシーバよりも下流の液流域にガス冷媒は存在しない。しかしながら、冷媒の漏出時には液流域にもガス冷媒が発生するので、検出器が冷媒漏出を誤検出することはない。
好適な態様として、前記冷媒は可燃性冷媒からなる（請求項６）。可燃性冷媒は、一般に、地球温暖化係数が小さく地球環境に優しいからである。

好適な態様として、車両のエンジンルームから車室に亘り前記冷媒循環流路が配置されている（請求項７）。万一冷媒が漏出し、それに気付かずに車両を運転した場合、エンジン等が熱源となって発火する虞があるが、上記した構成によれば、乗員に対して冷媒漏出が確実に警告されるので、乗員の安全が確保される。

以上説明したように、請求項１〜７の冷凍装置によれば、検出手段によって冷媒漏出を確実に検知することができる。このため、可燃性冷媒を用いた冷凍装置を車両用空調システムに適用したとしても乗員の安全性が確保される（請求項６及び請求項７）。

図１は、車両用空調システムに適用した一実施例の冷凍装置の概略構成を示している。
冷凍装置は、車両のエンジンルーム２からダッシュパネル３を介して車室４に亘って延び、冷媒としてのＲ１５２ａが充填された循環流路６を備えている。エンジンルーム２内の循環流路６には圧縮機８が介挿され、この圧縮機８はエンジン１０の駆動力によって作動される。圧縮機８は、循環流路６から低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、そして、高温高圧のガス冷媒を再び循環流路６に吐出する。つまり、圧縮機８は、冷媒を圧縮しながら冷媒の流動を生成する。

そして、循環流路６には、冷媒の流動方向でみて圧縮機８の下流側に、凝縮器１２が介挿され、凝縮器１２は車両前方からの風及びブロワファン（図示せず）の送風を受けて、その内部を流れる冷媒を空冷して凝縮させる。
また、循環流路６には凝縮器１２の下流側にレシーバ１４が介挿されており、レシーバ１４は、凝縮器１２から流入した高圧の液冷媒中に残存する不所望のガス冷媒を分離し、液冷媒のみを下流側に流出させる。

更に、循環流路６には、レシーバ１４の下流側に、膨張弁１６及び蒸発器１８がこの順序で介挿され、蒸発器１８は車室４内に配置されている。具体的には、車室４前方のインストルメントパネル２０内には空調ユニットハウジング（図示せず）が配置され、この空調ユニットハウジング内に、空調システムの空調ユニットを構成する蒸発器１８、ヒータコア及び送風ファン（図示せず）が一緒に収容されている。レシーバ１４からの高圧の液冷媒は、膨張弁１６を通じて蒸発器１８に供給され、蒸発器１８内にて気化して低温低圧のガス冷媒となる。蒸発器１８の下流側は、圧縮機８に接続されており、ガス冷媒は圧縮機８に吸引される。膨張弁１６は、その弁開度が蒸発器１８の下流側における冷媒温度に応じて自動的に可変され、蒸発器１８の下流側における冷媒の過熱度を調整する。

なお、循環流路６において、圧縮機８、凝縮器１２、レシーバ１４、膨張弁１６及び蒸発器１８の間は管路２２によって接続されている。
また、冷凍装置は、循環流路６からの冷媒漏れを検出するための検出器２４として、レシーバ１４と膨張弁１６との間を接続する管路２２に液密に取り付けられた自己発熱型のサーミスタ２６を有し、サーミスタ２６の発熱抵抗部は管路２２内に突出している。サーミスタ２６は、インストルメントパネル２０内の制御回路２８に電気的に接続されており、制御回路２８は、サーミスタ２６に電力を供給して所定の発熱量にて発熱させるとともに、サーミスタ２６の電気抵抗を検出することができる。

また、制御回路２８は、インストルメントパネル２０に設けられた警告灯３０にも電気的に接続されており、サーミスタ２６の電気抵抗が所定の下限値よりも低下したとき、警告灯３０に通電して点灯させる。
上記した構成の車両用空調システムにおいては、その通常の冷房動作時、冷媒が循環流路６内を循環することで車室４内が冷房される。より詳しくは、圧縮機８の作動中、圧縮機８により圧縮・吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１２を通じて高圧の液冷媒となった後、レシーバ１４を介して膨張弁１６に送られる。膨張弁１６は、蒸発器１８出口での冷媒の過熱度が所定の値となるように、所定の弁開度にて液冷媒を蒸発器１８内に噴出して気化させ、蒸発器１８内で気化したガス冷媒は圧縮機８に吸引されて、再び、凝縮器１２へと送られる。この冷媒の循環過程にて、前述した空調ユニットの送風ファンが作動すると、蒸発器１８を通過して気化熱を奪われた冷風が車室４内に供給され、この冷風により車室４内が所望の設定温度に冷房される。

そして、上記した構成の車両用空調システムは、冷媒として地球温暖化係数の小さなＲ１５２ａを用いており、地球環境に優しい。
また、上記した構成の車両用空調システムは、循環流路６のいずれの箇所から冷媒が漏出したとしても、警告灯３０が点灯して乗員に冷媒漏れを確実に警告する。従って、万一、可燃性冷媒であるＲ１５２ａが循環流路６から漏出したとしても、乗員は冷媒漏れに確実に気付いて対処可能なので、エンジン１０等が熱源となって発火する事態を確実に回避でき、乗員の安全が確保される。

より詳しくは、上述した冷媒の循環過程では、正常時、循環流路６のうち凝縮器１２から膨張弁１８に亘る部分は、高圧の液冷媒が流れる液流域を形成する。この液流域を流れる冷媒の状態は、図３に２点鎖線で示したモリエール線図上、点Ａで示され、点Ａは飽和液線よりも左側の過冷却液域内にある。また、循環流路６のうち蒸発器１８から圧縮機８に亘る部分は、低圧のガス冷媒が流れるガス流域を形成する。

これに対し、循環流路６のいずれかの箇所から冷媒が漏出し、循環流路６内の冷媒量が減少すると、冷媒圧力が液流域で低下するとともにガス流域で上昇し、このときのモリエール線図は、図３に実線で示したようになる。そして、液流域を流れる冷媒の状態は同線図上の点Ｂで示され、点Ｂは、飽和液線と飽和蒸気線との間に存在する２相域内にある。従って、循環流路６内の冷媒量が減少すると、液冷媒が流れるべき循環流路６の液流域の冷媒中に、ガス冷媒が含まれるようになる。つまり、液流域内のガス冷媒の有無は、循環流路６からの冷媒漏れの有無の指標となる。

一方、循環流路６の液流域に取り付けられた検出器２４、つまり自己発熱型のサーミスタ２６にあっては、その発熱抵抗部が制御回路２８から電力供給を受けて一定の発熱量にて発熱しながら、その周囲の冷媒により熱を奪われている。
ここで、表１は、温度２５℃における、液相及び気相のＲ１５２ａの熱伝導率を示している。

表１に示したように、液相のＲ１５２ａは気相のＲ１５２ａに比べ約１０倍近く大きな熱伝導率を有している。このため、循環流路６中の冷媒量が減少して液流域にガス冷媒が混在するようになると、サーミスタ２６の発熱抵抗部から奪われる熱量が低下し、発熱抵抗部の温度が上昇する。この発熱抵抗部の温度上昇は、図４に模式的に示したように、サーミスタ２６の電気抵抗低下をもたらす。つまり、サーミスタ２６は、（過熱ガス域のガス冷媒によって発熱抵抗部から奪われる熱量）＜（発熱抵抗部の発熱量）＜（過冷却液域の液冷媒によって発熱抵抗部から奪われる熱量）となるようにＢ定数及びＣ定数が設定されている。

サーミスタ２６の電気抵抗は、制御回路２８によって測定及び監視され、制御回路２８は、サーミスタ２６の電気抵抗が所定の下限値よりも小さくなったとき、冷媒の状態が過冷却液域から２相域へ変化したと判定する。２相域へ変化したとの判定は、すなわち、液流域にガス冷媒が存在し、冷媒漏れが発生しているとの判定であり、制御回路２８は、この冷媒漏れ発生の判定結果に基づき、警告灯３０に通電して点灯させ、冷媒漏出を乗員に警告する。

本発明は上記した一実施に限定されることはなく、種々変形が可能である。
一実施例では、凝縮器１２と膨張弁１６との間にレシーバ１４が介挿されていたが、レシーバ１４に代えて、蒸発器１８と圧縮機８との間にアキュムレータを介挿し、膨張弁１８として固定絞りを用いてもよい。この場合、蒸発器１８とアキュムレータとの間のガス流域には、主としてガス冷媒が流れるが、僅かながら液冷媒も流動することがある。ただし、凝縮器１２で偶然凝縮しなかったガス冷媒が循環流路６の液流域を流れると、検出器２４の誤作動に繋がり、冷媒漏れの検出精度が低下する。このため、一実施例の場合のように、レシーバ１４の下流に検出器２４を配置するのが好ましい。

一実施例では、冷媒としてＲ１５２ａを用いたけれども、他のフロンガス（ＨＦＣガス）や、プロパンガス等のＨＣガスを用いてもよい。
一実施例では、乗員への警告手段として警告灯３０を用いたが、警告灯３０に代えて若しくは警告灯３０と共に警告ブザーを用いてもよい。
一実施例では、循環流路６における液流域内のガス冷媒を検出する検出器２４としてサーミスタ２６を用いたが、図５に示したように、発光素子３２と、発光素子３２からの光を受光可能な受光素子３４とからなる光学式の検出器２４を用いてもよい。発光素子３２及び受光素子３４は、透明なガラス板３６を介して管路２２の両側に配置され、発光素子３２から出射した光は、これらガラス板３６及び管路２２内の液冷媒を通過し、受光素子３４へと入射する。光が液冷媒を通過する際、ガス冷媒の泡が液冷媒中に含まれていると泡で光が散乱され、受光素子への入射光強度が減衰する。そこで、制御回路２８は、受光素子３４への入射光強度の減衰を検出し、減衰が一定以上になると警告灯３０を点灯させる。また、検出器２４としてはマイクを用いることもでき、この場合、ガス冷媒の泡が膨張弁１６から噴出する際に発生する異音をマイクで検出することで、液冷媒中のガス冷媒の存在が検知される。なお、検出器２４として圧力センサを用いた場合、循環流路６内から冷媒が殆ど無くなるまで、循環流路６内の圧力低下は小さく、冷媒漏れを早期に検知することが困難である。このため、検出器２４としては、一実施例のようにサーミスタ２６を用いるのが好ましい。

最後に、本発明の冷凍装置は、車両用空調システムのみならず、ルームエアコン、冷蔵庫及び冷凍庫にも適用可能なのは言うまでもなく、その利用者や管理者等に冷媒漏れが確実に警告される。

車両用空調システムに適用した一実施例の冷凍装置の概略構成を示した図である。図１の冷凍装置における検出器の断面図である。図１の冷凍装置において、循環流路の液流域における冷媒漏出時のガス冷媒発生を説明するためのモリエール線図である。図２のサーミスタにおける温度と電気抵抗の関係を示すグラフである。図２の検出器の変形例を示した図である。

符号の説明

６循環流路
８圧縮機
１２凝縮器
１６膨張弁
１８蒸発器
２４検出器
３０警告灯

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器がこの順序で介挿され、前記凝縮器から前記膨張弁までの液冷媒の液流域及び前記蒸発器から前記圧縮機までの主としてガス冷媒のガス流域を有する冷媒循環流路と、
前記液流域に配置された検出器を有し、前記液流域におけるガス冷媒の存在を検知する検出手段と、
前記検出手段がガス冷媒を検知したときに、この検知結果を出力する警告手段と
を備えていることを特徴とする冷凍装置。
前記液流域にレシーバが更に介挿され、
前記レシーバよりも下流に前記検出器が配置されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
前記検出器は、自己発熱型のサーミスタからなることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
前記検出器は、一対の発光素子及び受光素子からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷凍装置。
前記警告手段は、警告灯を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の冷凍装置。
前記冷媒は可燃性冷媒からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の冷凍装置。
車両のエンジンルームから車室に亘り前記冷媒循環流路が配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の冷凍装置。