JP4042220B2 - 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減圧し、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バイパス機能を持った冷凍サイクル装置に関するもので、例えば、車両用空調装置に用いて好適なものである。
【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、エンジン始動時のごとく温水温度が所定温度より低いときには、圧縮機吐出ガス冷媒(ホットガス)を凝縮器をバイパスして蒸発器に導入して、蒸発器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。
【0004】
また、蒸発器出口と圧縮機吸入側との間に冷媒の気液を分離して、ガス冷媒を導出するアキュームレータを設置し、圧縮機への液冷媒の吸入を防止して、液圧縮による圧縮機寿命への悪影響を回避するようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来装置では、アキュームレータの具体的構成について言及していないが、周知のごとくアキュームレータ内部の底面付近に微小なオイル戻し用の絞り通路を設定し、この絞り通路からアキュームレータ内部の底面付近の液冷媒(潤滑オイルを含む)を吸入して圧縮機に戻すことにより、圧縮機の潤滑不足を解消して、圧縮機寿命を確保するようにしている。
【0006】
この絞り通路の開度(通路穴径、通常、ブリードポート径と称されている)の設定について、本発明者らが実際に実験検討したところ、次のごとき問題が生じることが判明した。すなわち、絞り通路の開度を冬期の暖房モード時(ホットガスバイパスサイクル時)に最適な値(例えば、φ2.5)まで大きくすると、絞り通路を通して圧縮機に吸入される液冷媒吸入量が増大するので、圧縮機の圧縮仕事量が増大して、暖房能力を増大することができる。しかし、その反面、夏期の冷房モード時における液冷媒吸入量も増大するので、サイクル内を循環するオイル量が増大して、冷房能力の低下や圧縮機消費動力の増大を招く。
【0007】
そこで、絞り通路の穴径を夏期冷房時に最適な値(例えば、φ1.2)まで小さくすると、夏期冷房モード時における液冷媒吸入量が減少して冷房能力の向上、圧縮機消費動力の低減を図ることができるものの、冬期暖房モード時には、圧縮機の圧縮仕事量が減少して、暖房能力が低下し、能力不足を起こす。
本発明は上記点に鑑み、冷房モード時における能力確保および圧縮機消費動力の低減と、暖房モード時おける能力確保とを両立させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明では、アキュームレータ(17)内部に貯留される液冷媒を圧縮機(10)に吸入させる液出口通路(17d)を設けるとともに、この液出口通路(17d)に絞り通路(24a、24c、241〜243)を設け、
液出口通路(17d)に、絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を冷房モード時には減少し、暖房モード時には増加させるように可変する弁機構(24)を設け、
弁機構(24)は電気的に制御可能なものであり、
さらに、暖房モード時の必要暖房能力の増加に応じて絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度が増加するように、弁機構(24)を制御する制御手段(25)を有することを特徴としている。
【0009】
これによると、冷房モード時には絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を減少することにより、冷房能力を確保できるとともに圧縮機消費動力を低減できる。一方、暖房モード時には絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を増加させることにより、圧縮機(10)の圧縮仕事量を増大して、暖房能力を増大することができる。
【0010】
特に、請求項1記載の発明では、絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を可変する弁機構(24)を液出口通路(17d)に備え、この弁機構(24)を電気的に制御可能なものとし、暖房モード時の必要暖房能力の増加に応じて絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度が増加するように、弁機構(24)を制御手段(25)にて制御するから、必要暖房能力の増加に応じて、ホットガスバイパスによる暖房能力を自動的に増加できる。
【0012】
また、請求項2記載の発明のように、弁機構(24)は、電流値により絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を連続的に可変する電磁弁機構にて構成すれば、絞り通路開度をきめ細かく制御できる。
また、請求項3記載の発明のように、アキュームレータ(17)のタンク本体部(17a)の底部に、液出口通路(17d)および弁機構(24)を一体に構成すれば、弁機構(24)部をアキュームレータ(17)と一体部品として取り扱うことができ、製造コストを低減できるとともに、車両への搭載が容易であり、実用上、好都合である。
【0017】
また、請求項4記載の発明では、アキュームレータ(17)内部に貯留される液冷媒を圧縮機(10)に吸入させる液出口通路(17d)を設けるとともに、この液出口通路(17d)に絞り通路(24a、24c、241〜243)を設け、
液出口通路(17d)に、絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を冷房モード時には減少し、暖房モード時には増加させるように可変する弁機構(24)を設け、
弁機構(24)は、アキュームレータ(17)内の冷媒温度に応じて変位する温度応動部材(24q)を有し、この温度応動部材(24q)の変位に応じて前記絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を増減することを特徴としている。
【0018】
これによると、アキュームレータ(17)内の冷媒温度に直接応答して絞り通路の開度を増減することができ、弁機構(24)を簡素な構成で、安価に製作できる。
また、請求項5記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置において、冷房モード時の減圧装置(15)を、上流側に配置されたキャピラリチューブ(15a)と、このキャピラリチューブ(15a)の下流側に配置されたオリフィス(15b)とにより構成し、
このオリフィス(15b)の直後の部位に、このオリフィス(15b)から噴出する冷媒噴出流の流動音を低減する流動音低減部材(150)を配置し、暖房モード時に、圧縮機(10)の吐出ガス冷媒が流れるホットガスバイパス通路(18)の出口部をキャピラリチューブ(15a)とオリフィス(15b)との間に合流させることを特徴としている。
【0019】
また、請求項6記載の発明では、アキュームレータ(17)内部に貯留される液冷媒を圧縮機(10)に吸入させる液出口通路(17d)を設けるとともに、この液出口通路(17d)に設けた絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を冷房モード時には減少し、暖房モード時には増加させるようになっており、
冷房モード時の減圧装置(15)を、上流側に配置されたキャピラリチューブ(15a)と、このキャピラリチューブ(15a)の下流側に配置されたオリフィス(15b)とにより構成し、
このオリフィス(15b)の直後の部位に、このオリフィス(15b)から噴出する冷媒噴出流の流動音を低減する流動音低減部材(150)を配置し、
暖房モード時に、圧縮機(10)の吐出ガス冷媒が流れるホットガスバイパス通路(18)の出口部をキャピラリチューブ(15a)とオリフィス(15b)との間に合流させることを特徴としている。
請求項5記載の発明及び請求項6記載の発明によると、暖房モード時におけるホットガスバイパス通路(18)の減圧装置の役割を冷房用減圧装置のオリフィス(15b)に兼務させることができる。しかも、冷媒の流動音低減部材(150)も、冷房、暖房モードの双方で共通使用できる。従って、減圧装置部分の部品点数の低減により、コスト低減を図ることができる。
【0020】
なお、上記各手段および特許請求の範囲に記載の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。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1参考例)
図1〜図3は本発明の前提となる第1参考例を示しており、図1は第1参考例による車両用空調装置における冷凍サイクル装置を示している。なお、図1の冷凍サイクル装置および図3の電気制御部は、後述する参考例及び本発明の実施形態においても備えられる構成である。
図1において、圧縮機10は、電磁クラッチ11を介して車両エンジン(図示せず)により駆動される。圧縮機10の吐出側には第1電磁弁12を介して凝縮器13が接続されている。そして、凝縮器13の出口側には、逆止弁14を介して第1減圧装置15が接続されている。この第1減圧装置15は本例ではキャピラリチューブ(固定絞り)にて構成されている。
【0022】
第1減圧装置15の出口側は蒸発器16に接続され、蒸発器16の出口側はアキュームレータ17を介して圧縮機10の吸入側に接続される。一方、圧縮機10の吐出側を蒸発器16の入口側に直接接続するホットガスバイパス通路18が設けてあり、このバイパス通路18には第2電磁弁19および第2減圧装置20が直列に設けてある。この第2減圧装置20は本例では圧縮機10の吐出圧が所定値以上になると開弁する定圧弁にて構成されている。
【0023】
蒸発器16は車両用空調装置の空調ケース21内に設置され、空調用送風機22により送風される空気(車室内空気または外気)を夏期冷房モード時には冷却する。また、冬期暖房モード時には、蒸発器16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。空調ケース21内において、蒸発器16の空気下流側には車両エンジンからの温水を熱源として送風空気を加熱する温水式の暖房用熱交換器23が設置されており、この暖房用熱交換器23の下流側に設けられた吹出口(図示せず)から車室内へ空調空気を吹き出すようになっている。
【0024】
次に、第1参考例の要部をなすアキュームレータ17の部分について詳述すると、アキュームレータ17のタンク本体部17aの上面部には蒸発器16の出口からの冷媒を導入する入口通路17bと、タンク内部の上側領域に溜まっているガス冷媒を導出するガス出口通路17cが設けられている。また、タンク本体部17aの底部には、タンク内部の下側領域に溜まっている液冷媒を導出する液出口通路17dが設けられている。
【0025】
ガス出口通路17cと液出口通路17dは合流して圧縮機10の吸入側に接続される。さらに、液出口通路17dには絞り通路の開度(穴径)を可変する弁機構24が設けられている。
この弁機構24は具体的には、図2に示すように、開度(穴径)の小さい第1絞り通路24aを開閉する第1制御弁24bと、開度(穴径)の大きい第2絞り通路24cを開閉する第2制御弁24dとにより構成することができる。ここで、第1絞り通路24aの穴径は例えばφ1.2であり、第2絞り通路24cの穴径は例えばφ2.5である。
【0026】
第1、第2制御弁24b、24dは例えば電磁弁にて構成でき、この第1、第2制御弁24b、24dは図3に示すように空調用電子制御装置25により通電が制御されて開閉される。その他に、電磁クラッチ11、第1、第2電磁弁12、19、送風機22等の作動も空調用電子制御装置25により制御される。この空調用電子制御装置25には周知のように空調制御のための種々なセンサ群26および空調操作パネルの操作スイッチ類27からの信号が入力される。
【0027】
次に、上記構成において第1参考例の作動を説明する。夏期冷房モード時には、空調用電子制御装置25により第1電磁弁12が開状態とされ、第2電磁弁19が閉状態とされる。これと同時に、第1、第2制御弁24b、24dは図2(a)に示す状態、すなわち、第1制御弁24bが開状態で、第2制御弁24dが閉状態となる。
【0028】
従って、電磁クラッチ11が接続状態となり、圧縮機10が車両エンジンにて駆動されると、圧縮機10の吐出ガス冷媒は開状態の第1電磁弁12を通過して凝縮器13に流入する。凝縮器13では、図示しない冷却ファンにより送風される外気にて冷媒が冷却されて凝縮する。そして、凝縮後の液冷媒は逆止弁14を通過して第1減圧装置15で減圧されて、低温低圧の気液2相状態となる。
【0029】
次に、この低圧冷媒は蒸発器16内に流入して送風機22の送風する空調空気から吸熱して蒸発する。蒸発器16で冷却された空調空気は車室内へ吹き出して車室内を冷房する。蒸発器16を通過した冷媒はアキュームレータ17の入口通路17bからタンク本体部17a内に流入する。このタンク本体部17a内にてガス冷媒と液冷媒がその比重差により分離され、ガス冷媒はタンク本体部17a内の上側領域に溜まる。このガス冷媒はガス出口通路17cを通って圧縮機10に吸入される。
【0030】
また、アキュームレータ17の液出口通路17dにおいては第1制御弁24bが開状態にあるので、タンク本体部17a内の下側に溜まった液冷媒(潤滑オイルを含む)は穴径の小さい第1絞り通路24aを通って圧縮機10に吸入される。ここで、第1絞り通路24aの穴径は、圧縮機10の潤滑に必要なオイル戻り量確保のために必要な最小値(例えばφ1.2)に設定することにより、サイクル内へのオイル循環量増大を抑制して冷房能力を向上できるとともに、圧縮機10への液冷媒吸入量の抑制より圧縮機消費動力を低減できる。
【0031】
冬期暖房モード時には、空調用電子制御装置25により第1電磁弁12が閉状態とされ、第2電磁弁19が開状態とされ、ホットガスバイパス通路18が開通する。これと同時に、第1、第2制御弁24b、24dは図2(b)に示す状態、すなわち、第1制御弁24bが閉状態で、第2制御弁24dが開状態となる。これらの弁開閉状態の切替は、具体的には、例えば、最大暖房状態が必要で、かつ暖房用熱交換器23に流入する温水温度が所定値以下であるような条件を空調用電子制御装置25により判定して行えばよい。
【0032】
そして、上記のように、弁開閉状態が切替えられると、圧縮機10の高温吐出ガス冷媒(過熱ガス冷媒)が開状態の第2電磁弁19を通って第2減圧装置20で減圧された後、この減圧後の過熱ガス冷媒が蒸発器16にて送風空気に放熱して、送風空気を加熱する。そして、蒸発器16で放熱したガス冷媒はアキュームレータ17の入口通路17bからタンク本体部17a内に流入し、ガス出口通路17cを通って圧縮機10に吸入される。
【0033】
ところで、蒸発器16にてガス冷媒から放出される熱量は、圧縮機10の圧縮仕事量に相当するものであるから、蒸発器16での放熱量を増加するためには、圧縮機10の圧縮仕事量を増加させる必要がある。
そこで、暖房モード時にはアキュームレータ17において、第2制御弁24dを開状態として、穴径の大きい第2絞り通路24cを通して、タンク本体部17a内の下側に溜まった液冷媒(潤滑オイルを含む)を圧縮機10に吸入させる。これにより、冷房モード時に比して暖房モード時にはアキュームレータ17から圧縮機10への液冷媒吸入量が増大し、圧縮仕事量を増加させることができ、暖房能力を向上できる。
【0034】
なお、第2減圧装置20として本例では圧縮機10の吐出圧が所定値以上になると開弁する定圧弁を用いているので、圧縮機10の吐出圧を常時、所定値以上に維持して、圧縮仕事量を増加させることができる。また、逆止弁14は暖房モード時にホットガスバイパス通路18からのガス冷媒が凝縮器13内に逆流して、凝縮器13内に冷媒が滞留すること(寝込み現象)を防止する。
【0035】
図4は横軸に圧縮機回転数Ncをとり、縦軸に暖房能力をとったグラフで、本発明者の行った実験による結果を示しており、この図4のグラフから分かるように、アキュームレータ17の液出口通路17dの絞り通路穴径を増加するにつれて、暖房能力を増加できる。
図19は、暖房モード時に開状態となる第2絞り通路24cの穴径を横軸にとり、暖房モード時における騒音レベルを縦軸にとった実験結果を示す。ここで、騒音は蒸発器16から1000mm離れた時点における測定結果である。図19に示すように、第2絞り通路24cの穴径の増加につれて騒音が低下し、この穴径がφ1.0以上に増加すると、圧縮機10への液バック現象(液冷媒が圧縮機10に戻る現象)が始まり、そして、穴径=φ2.0で騒音が最低レベルになっている。
【0036】
従って、騒音低減の観点からは、穴径=φ2.0以上にすることが好ましいことが分かる。なお、実験条件は室温=−10°C、圧縮機回転数=1500rpm、空調用送風機22の駆動用モータ印加電圧=5.0V、サイクル高圧=2.1MPa、サイクル低圧=0.85Pa、サイクル内封入オイル量=100gである。
【0037】
(第2参考例)
図5は第2参考例であり、弁機構24において、同一開度(同一穴径)の2つの絞り通路24a、24cを並列に設け、その一方の絞り通路24aのみに制御弁24bを設け、冷房モード時には制御弁24bを閉状態とし、暖房モード時には制御弁24bを開状態とする。これにより、冷房モード時には1つの絞り通路24cのみを通して液冷媒が圧縮機10に吸入され、暖房モード時には2つの絞り通路24a、24cの並列回路を通して液冷媒が圧縮機10に吸入されるので、暖房モード時の圧縮機10への液冷媒吸入量を増加できる。他の点は第1参考例と同じである。
【0038】
(第1実施形態)
図6は本発明の第1実施形態であり、弁機構24として液出口通路17dの絞り通路24aの開度を連続的に制御可能な電磁弁機構を用いたものである。この弁機構24には、絞り通路24aの開度を調整する球状の弁体24e、この弁体24eに閉弁方向のバネ力を作用するバネ24f、および弁体24eに電磁吸引力を作用する電磁コイル24gが備えられており、この電磁コイル24gへの電流値を連続的に変化させることにより、絞り通路24aの開度を連続的に調整できる。
【0039】
図7はこの弁機構24による電磁コイル24gへの電流値と絞り通路24aの開度との関係を例示するグラフである。この図7に示す作動特性と、図4の作動特性に着目して、電磁コイル24gへの電流値を空調用電子制御装置25(図3)により暖房モード時の運転条件に応じて制御すれば、絞り通路24aの開度を暖房モード時の必要暖房能力に応じて可変できる。
【0040】
より具体的に説明すると、センサ群26により外気温度を検出して、外気温度が低下するに従って、電磁コイル24gへの電流値を大きくすれば、外気温度の低下に応じて暖房能力を増加できる。
また、外気温度の代わり車室内温度(内気温)をセンサ群26により検出して、内気温度が低下するに従って、電磁コイル24gへの電流値を大きくすれば、内気温度の低下に応じて暖房能力を増加できる。
【0041】
また、外気温度、内気温度、乗員の設定温度等に基づいて車室内への必要吹出空気温度(TAO)を空調用電子制御装置25により算出し、暖房モード時にはこの必要吹出空気温度(TAO)が高くなるにつれて、電磁コイル24gへの電流値を大きくすれば、必要吹出空気温度(TAO)の上昇につれて暖房能力を増加できる。
【0042】
また、圧縮機10の吐出側圧力、すなわち、高圧圧力と蒸発器16に流入するガス冷媒温度とは相関関係があるので、高圧圧力をセンサ群26により検出して、高圧圧力が低下する従って、電磁コイル24gへの電流値を大きくすれば、高圧圧力の低下に起因する暖房能力低下を未然に回避できる。
(第2実施形態)
図8は本発明の第2実施形態であり、上記第1実施形態による弁機構24をアキュームレータ17に一体化したものである。
図8において、アキュームレータ17の円筒状のタンク本体部17aの上面部に入口通路17bが構成してある。この入口通路17bは、タンク本体部17aの上面部に開けた穴部(図示せず)を通してタンク内部に連通している。タンク本体部17aの上面部の内壁には傘状の案内部材17eが固定されているため、この案内部材17eの外面側に沿って入口通路17bからの冷媒がタンク内部に流入する。
【0043】
一方、タンク本体部17aの底部外側には弁機構24の電磁駆動部24hが配設されている。この電磁駆動部24hには、固定磁極部材24iと、電磁コイル24gの電磁吸引力により固定磁極部材24iに向かって移動する可動磁極部材(プランジャ)24jが備えられている。この可動磁極部材24jは、シャフト24kおよびピストン状の連結体24mを介して球状の弁体24eに連結されおり、従って、可動磁極部材24jと球状の弁体24eは図8の上下方向に一体に変位する。
【0044】
タンク本体部17aの底部内側には液冷媒を流出させる液出口通路17dが形成されており、そして、この液出口通路17dの途中に絞り通路24aが形成され、この絞り通路24aの開度を球状の弁体24eにて連続的に可変し得るようになっている。絞り通路24aの出口側は、弁体24eに閉弁方向のバネ力を作用するバネ24fの保持ケース24nの連通穴24pを通過して、円筒状部材17fの底部内側に連通している。
【0045】
この円筒状部材17fはタンク本体部17a内部の中心部を上下方向に延びるように配置されており、この円筒状部材17fの内側の中心部には冷媒出口パイプ17gが同心状に配置されている。これにより、タンク本体部17a内の上側領域に溜まっているガス冷媒は、矢印Aのように円筒状部材17fの内側を通って、冷媒出口パイプ17gの下端開口部からパイプ17g内を通過してアキュームレータ17の外部へ流出する。
【0046】
また、タンク本体部17a内の下側領域に溜まっている液冷媒は液出口通路17d、絞り通路24a、連通穴24p等を通過して、円筒状部材17fの底部内側に流入し、ここで、上記ガス冷媒に混合されて冷媒出口パイプ17g内に吸入される。従って、本例では、円筒状部材17fの内側空間によりガス出口通路17cを構成することになる。
【0047】
ところで、第2実施形態においても、電磁コイル24gへの電流値の制御により球状の弁体24eの変位量を連続的に調整できるので、第1実施形態と同様に、絞り通路24aの開度を暖房モード時の運転条件に対応した最適値に制御することができる。
(第3実施形態)
図9は本発明の第3実施形態であり、第3実施形態では、凝縮器13と逆止弁14との間にレシーバ28を配置し、このレシーバ28において、凝縮器13で凝縮した冷媒の気液を分離して液冷媒を溜めるとともに、液冷媒を逆止弁14側に導出するようにしたものである。このようなレシーバ28を有する冷凍サイクルにおいても、本発明は同様に実施できる。
【0048】
第1減圧装置15として、本例では、蒸発器16の出口冷媒の過熱度が所定値に維持されるように弁開度(冷媒流量)を調整する温度式膨張弁を用いている。15aは蒸発器16の出口冷媒の温度を感知する感温部材である。
(第3参考例)
図10は第3参考例を示している。第3参考例では、上記した図9のレシーバ28を有する冷凍サイクルにおいて、アキュームレータ17内の液冷媒面が冷房モード時と暖房モード時とで大きく変動することに着目して、アキュームレータ17の液出口通路17dの絞り通路24a、24cの開度を切り替えるようにしている。
【0049】
すなわち、レシーバ28を有する冷凍サイクルにおいて、第1減圧装置15として、蒸発器16の出口冷媒の過熱度が所定値に維持されるように弁開度(冷媒流量)を調整する温度式膨張弁を用いているため、冷房モード時には、この温度式膨張弁15により蒸発器16の出口冷媒が常時、過熱度を持つ過熱ガス状態に維持される。従って、アキュームレータ17内には、サイクル内の潤滑オイルのみが溜まることになる。
【0050】
これに対し、暖房モード時では、温度式膨張弁15による、蒸発器出口冷媒の過熱度制御が行われず、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)が直接蒸発器16に流入して、蒸発器16で高温冷媒ガスの一部が凝縮するので、アキュームレータ17内には、液冷媒と潤滑オイルの両方が溜まる。その結果、アキュームレータ17内の液面高さは、暖房モード時に高くなり、冷房モード時には低くなる。
【0051】
そこで、第3参考例では、開度の小さい冷房用の第1絞り通路24aをアキュームレータ17内の上下方向で下方側(アキュームレータ17内の底面近傍)に配置し、開度の大きい暖房用の第2絞り通路24cをアキュームレータ17内の上下方向で上方側に配置している。図10は、第3参考例によるアキュームレータ17の具体的構造を例示するもので、図8のアキュームレータ17と同一もしくは均等部分には同一符号を付して説明を省略する。
【0052】
第3参考例のアキュームレータ17においても、タンク本体部17a内部の中心部を上下方向に延びる円筒状部材17fと、この円筒状部材17fの内側の中心部に同心状に配置された冷媒出口パイプ17gとを有している。これにより、タンク本体部17a内の上側領域に溜まっているガス冷媒は、矢印Aのように円筒状部材17fの内側空間、すなわち、ガス出口通路17cを通って、冷媒出口パイプ17gの下端開口部からパイプ17g内を通過して、アキュームレータ17の外部へ流出する。
【0053】
一方、円筒状部材17fの下端部には底部をもつ円筒状のキャップ部材17hを接合して円筒状部材17fの下端部の開口を閉塞している。そして、キャップ部材17hの底部近傍位置(例えば、タンク本体部17aの底面より10mm程度高い位置)に、上記した開度の小さい冷房用の第1絞り通路24aを設けている。第1絞り通路24aの穴径は、例えば、φ1.0である。
【0054】
一方、開度の大きい暖房用の第2絞り通路24cは、第1絞り通路24aより所定寸法(例えば、20〜30mm程度)だけ上方において、円筒状部材17fとキャップ部材17hとの嵌合部を貫通して設けられている。第2絞り通路24cの穴径は、例えば、φ2.3である。
なお、図10において、17iは支持ステーで、円筒状部材17fの外周面とタンク本体部17aの内壁面との間に配置され、円筒状部材17fを安定的に支持するものである。この支持ステー17iは円筒状部材17fの外周面から複数本(4本)放射状に延びるように配置されている。17jはサイクル内の水分を吸着する乾燥剤である。
【0055】
第3参考例によると、冷房モード時には、図9の温度式膨張弁15による、蒸発器出口冷媒の過熱度制御によって、アキュームレータ17内にサイクル内の潤滑オイルのみが溜まるので、アキュームレータ17内の液面が第2絞り通路24cより下方へ低下する。図10のL1 は冷房モード時の液面を例示している。従って、冷房モード時には液面L1 より下方に位置している第1絞り通路24aのみを通して、アキュームレータ17内底部付近の潤滑オイルが円筒状部材17fの内側に吸入され、圧縮機10の吸入側に還流する。
【0056】
これに対して、暖房モード時では、前述のごとくアキュームレータ17内に液冷媒と潤滑オイルの両方が溜まって、アキュームレータ17内の液面高さは冷房モード時より十分高くなり、第2絞り通路24cより上方まで上昇する。図10のL2 は暖房モード時の液面を例示している。
従って、暖房モード時には第1絞り通路24aと第2絞り通路24cの両方を通って、アキュームレータ17内の液冷媒と潤滑オイルが円筒状部材17fの内側に吸入され、圧縮機10の吸入側に還流する。従って、圧縮機10への液冷媒と潤滑オイルの吸入量を増加させて、暖房能力の向上を図ることができる。
【0057】
しかも、第3参考例によると、アキュームレータ17内の液冷媒面が冷房モード時と暖房モード時とで大きく変動することを利用して、冷房モード時と暖房モード時の絞り通路24a、24cの開度を切り替えているから、開度切替のための弁機構を廃止でき、構成の簡素化を図ることができる。
さらに、アキュームレータ17内に、第1、第2絞り通路24a、24cを内蔵させ、アキュームレータ外部に追加機構を一切設ける必要がないので、アキュームレータ17の体格を小型化することもできる。
【0058】
なお、第3参考例では、第1絞り通路24aと第2絞り通路24c自身が液出口通路17dを兼ねることになる。
(第4実施形態)
図11、図12は本発明の第4実施形態を示している。前述の図8の第2実施形態ではアキュームレータ17のタンク本体部17aの底部外側に弁機構24の電磁駆動部24hを配設し、電磁コイル24gへの電流値の制御により球状の弁体24eの変位量を連続的に調整することより、絞り通路24aの開度を暖房モード時の運転条件に対応して電気的に制御している。
【0059】
これに対し、第4実施形態ではアキュームレータ17内の冷媒温度が暖房モード時の運転条件に対応して変化する点に着目して、図11、図12に示すようにアキュームレータ17内に冷媒温度に応動して変位する温度応動部材24qを設け、この温度応動部材24qの変位量に応じて複数(本例では3個)の絞り通路241、242、243の連通を切替開閉することにより、絞り通路の開度を暖房モード時の運転条件に対応して増減するようにしている。
【0060】
図11、図12に示すアキュームレータ17の基本的な構造および機能は図8、図10のアキュームレータ17と同一であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。冷媒出口パイプ17gの外周上に所定空隙を介して円筒状部材17fが同心状に配置されており、この両者17f、17gの間の空隙部によりガス出口通路17cが構成される。
【0061】
円筒状部材17fの外周面に弁機構24の温度応動部材24qを装着している。この温度応動部材24qは形状記憶合金からなるもので、円筒状部材17fの外周面にコイル状(螺旋状)に巻き付けてある。そして、温度応動部材24qの一端部(上端部)は円筒状部材17fの外周面に固着して固定端としてあり、これに対し、他端部(下端部)は円筒状部材17fの外周面に固着せず、変位可能な自由端としてある。
【0062】
ここで、温度応動部材24qを構成する形状記憶合金は、周知のごとく所定温度域の母相で形成された合金が、他の温度域の相にあるとき変形を受けても、母相の温度域に戻すと、再び元の形状に戻る性質、つまり、形状記憶効果を持つ合金である。このような形状記憶効果を利用して、温度応動部材24qのコイル形状を周囲の温度変化(すなわち、アキュームレータ17内の冷媒温度変化)に応動して変位させることができる。
本例においては、アキュームレータ17内の冷媒温度の上昇により温度応動部材24qのコイル形状が巻き戻され、冷媒温度の低下により温度応動部材24qのコイル形状が巻き締められるようにしてある。
【0063】
一方、円筒状部材17fの底部は図8、図10と同様に閉塞してあり、円筒状部材17fの底部近傍の外周面において、その円周方向に同一高さで、上記した3個の絞り通路241、242、243を小径の円形穴により形成している。ここで、この3個の絞り通路241、242、243は図8の液冷媒通路17dの役割を兼ねるもので、アキュームレータ17内底部の液冷媒を円筒状部材17f内に導入する。
【0064】
また、本例では、第1の絞り通路241は冷房モード時に必要な小さな穴径(例えば、φ1.0)に設定し、第2、第3の絞り通路242、243はこれより所定量だけ大きい穴径(例えば、φ1.6)に設定している。温度応動部材24qのコイル形状の自由端は円筒状部材17fの底部近くまで延びており、この自由端に弁体24rを溶接等の接合手段により接合している。
【0065】
この弁体24rは鉄系等の適宜の金属材により円筒状部材17fの外周面に沿ったリング状の形状に形成してあり、上下方向寸法の大きい矩形部分にて絞り通路242、243を開閉する。この矩形部分から上下方向寸法の小さい帯状部分24r′が円周方向に延びており、この帯状部分24r′は3個の絞り通路241、242、243の上側に位置しているので、絞り通路241、242、243の開閉には関与しない。
【0066】
そして、弁体24rの形状を矩形部分と帯状部分24r′との組み合わせで略リング状に形成して、このリング形状を円筒状部材17fの外周面に嵌合することにより、弁体24rが円筒状部材17fの外周面上で円周方向に安定に移動するようにしてある。 図13は暖房モード時の冷凍サイクルモリエル線図であって、アキュームレータ17内の冷媒は図13のB点で示す飽和状態にあり、アキュームレータ17内の冷媒温度は、蒸発器16に送風される空気(冬季暖房時では外気)の温度、風量、圧縮機回転数等のサイクル運転条件のバランスで決まるが、外気温度が低下すると、アキュームレータ17内の冷媒が飽和状態を維持するためにサイクル低圧PLが低下し、その圧力低下分だけアキュームレータ17内の冷媒温度は低下することになる。
【0067】
図14は外気温度と暖房負荷との関係を示すもので、暖房負荷は▲1▼の特性に示すように外気温度の低下に伴って増大する関係にある。一方、▲2▼、▲3▼はそれぞれ液冷媒吸入の絞り通路の穴径がφ1.0とφ2.5の場合の暖房能力であり、外気温度が低下すると、サイクル低圧PLの低下により圧縮機吸入冷媒の密度が減少(比容積が増大)して圧縮機仕事量が低下し、その結果、暖房能力が低下する関係にある。
【0068】
そこで、暖房モード時において、外気温=0°C付近ではアキュームレータ17内の冷媒温度の上昇により温度応動部材24qのコイル形状が図11に示すように巻き戻され、その結果、弁体24rが絞り通路241(φ1.0)のみを開口し、絞り通路242、243を閉塞する位置に移動する。そして、外気温が低下すると、アキュームレータ17内の冷媒温度が低下するので、これにつれて温度応動部材24qのコイル形状が徐々に巻き締められ、温度応動部材24qの弁体24rが徐々に図11、図12の円周方向右側へ移動する。
【0069】
そのため、絞り通路242が次に開口し始め、絞り通路242の穴径はφ1.6であるので、その開口面積(開度)の増加によりアキュームレータ17内への液冷媒吸入通路面積が図14に示すφ1.5、φ2.0、φ2.5と順次拡大していく。3つの絞り通路241、242、243の合計開口面積はφ4.2であるので、この合計開口面積まで液冷媒吸入通路面積を外気温の低下につれて拡大できる。
【0070】
このように、外気温の低下につれて液冷媒吸入通路面積を拡大することにより、外気温の低下による暖房能力の低下をアキュームレータ17内への液冷媒吸入通路面積の拡大により補って、必要暖房能力を確保できる。
なお、温度応動部材24qのコイル形状は、アキュームレータ17内の冷媒温度の上昇により図11の状態(外気温=0°C付近の状態)まで巻き戻されると、それ以上はコイル形状の巻き戻しが起こらないように設定してあるので、冷房モード時ではアキュームレータ17内の冷媒温度が常時0°C以上の温度に維持されるので、弁体24rが絞り通路241のみを開口し、絞り通路242、243を閉塞する位置に保たれる。
【0071】
(第5実施形態)
上述の各参考例及び各実施形態では、暖房モード時に、ホットガスバイパス通路18に設けた第2減圧装置20により圧縮機10の吐出ガス冷媒を減圧させて蒸発器16に流入させているが、ホットガスバイパス通路18の第2減圧装置20を廃止して、ホットガスバイパス通路18の出口部を第1減圧装置15の上流部に接続して、ホットガスバイパス通路18を通るガス冷媒を第1減圧装置15で減圧した後に蒸発器16に流入させることができる。
【0072】
第5実施形態はこのように第2減圧装置20を廃止するものであって、図15に示すように、冷房モード時の減圧装置である第1減圧装置15を本第5実施形態では上流側のキャピラリチューブ15aと下流側のオリフィス15bとの組み合わせで構成している。そして、ホットガスバイパス通路18の出口部をキャピラリチューブ15aとオリフィス15bとの間に合流させている。
【0073】
これにより、暖房モード時には、ホットガスバイパス通路18のホットガスをオリフィス15bにより減圧して蒸発器16に流入させることができる。従って、第2減圧装置20を役割をオリフィス15bに兼務させて、第2減圧装置20を廃止できる。
次に、図16は上記第1減圧装置15および上記合流部の具体構造を例示するものであり、オリフィス15bは円筒状のハウジング部材15cの中心部に形成され、ハウジング部材15cの内部において、オリフィス15bの直後の部位にはオリフィス15bから噴出する冷媒噴出流(ジェットコア)に起因する冷媒流動音を低減するための流動音低減部材(サイレンサ)150が配置してある。
【0074】
この流動音低減部材150は図17(a)、(b)に示すように概略円筒状の部材であり、円筒本体部150aと、その中心部に配置された中心軸部150bとを有し、そして、この円筒本体部150aと軸部150bとの間に放射状に配置した複数の連結部150cにより、この両者150a、150bの間を一体に連結している。円筒本体部150aは吸音作用をもつ樹脂製の吸音フェルト材で構成してある。
【0075】
ここで、中心軸部150bはオリフィス15bの穴径(例えば、φ1.35)に対して同等以上の距離L(例えば、1.5mm)を開けて、オリフィス15b下流に対向配置してあり、中心軸部150bの径はオリフィス15bの穴径の2倍程度(例えば、φ3.0)に設定してある。
ところで、オリフィス15bから冷媒は音速状態で噴出して、冷媒噴出流(ジェットコア)を形成する。従って、この冷媒噴出流の外周側には急激な速度勾配を持つ混合域が形成され、この混合域の形成が原因となって、冷媒流動音を増大させる。
しかし、第5実施形態によると、上記した流動音低減部材150の設置によって、オリフィス15bからの噴出冷媒は、その噴出直後の部位で中心軸部150bに衝突して、冷媒噴出流の形成範囲を縮小させる。
【0076】
その結果、上記混合域の形成範囲が縮小され、急激な速度勾配による冷媒流動音の音圧レベルを低下させる。これと同時に、円筒本体部150aの吸音フェルト材の吸音作用によって冷媒流動音の音圧レベルをさらに引き下げることができる。
しかも、オリフィス15bは冷房モードおよび暖房モードの双方で用いる減圧手段であるから、オリフィス15bおよび流動音低減部材150を冷房、暖房の両モードで兼用でき、構成の簡素化を図ることができる。
【0077】
次に、図18は第5実施形態による、キャピラリチューブ15aとオリフィス15bとの組み合わせからなる第1減圧装置15の冷媒流量調整特性を示すもので、横軸は減圧装置入口冷媒の状態を示し、0の目盛より左側は入口冷媒のサブクール(過冷却度)SCをとり、右側は入口冷媒の乾き度Xをとっている。
入口冷媒のサブクールSCは図18の範囲Mに示すように、15°C以内に押さえることが望まれている。これは、サブクールSCの増大によりサイクル高圧が上昇して圧縮機動力が増大することを抑制するためである。
第1減圧装置15をキャピラリチューブ15aのみで構成した場合は破線の特性に示すようにサイクルの負荷変動に対する冷媒流量の増加割合が小さいので、サブクールSCが増大して、圧縮機動力の増大を招くことになるが、第5実施形態によるキャピラリチューブ15aとオリフィス15bとの組み合わせによると、サイクルの負荷変動に対する冷媒流量の増加割合が大きいので、サブクールSCの増大を抑制して、圧縮機動力の増大を抑制できる利点がある。
【0078】
(他の実施形態)
なお、第5実施形態では、図15に示すように逆止弁14をキャピラリチューブ15aの上流側に配置しているが、ホットガスバイパス通路18の出口部との合流部より上流であれば、キャピラリチューブ15aの下流側に逆止弁14を配置してもよい。
【0079】
また、図1、図9および図15において、圧縮機吐出ガスを凝縮器13側通路とホットガスバイパス通路18側とに切り替える切替手段として、第1、第2の2つの電磁弁12、19を使用しているが、これを1つの3方切替弁に置換してもよいことはもちろんである。
また、図10の第3参考例において、第1絞り通路24aの開度を小とし、第2絞り通路24cの開度を大にしているが、暖房モード時には第1、第2絞り通路24a、24cの両方から液冷媒と潤滑オイルを吸入するから、第1、第2絞り通路24a、24cの開度を同等にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の前提となる第1参考例を示す冷凍サイクル図である。
【図2】 第1参考例における弁機構の説明図である。
【図3】 第1参考例における電気制御ブロック図である。
【図4】 第1参考例の効果を示すグラフである。
【図5】 本発明の第2参考例における弁機構の説明図である。
【図6】 本発明の第1実施形態における弁機構の説明図である。
【図7】 第1実施形態の弁機構の作動特性図である。
【図8】 本発明の第2実施形態を示すアキュームレータの縦断面図である。
【図9】 本発明の第3実施形態を示す冷凍サイクル図である。
【図10】 本発明の第3参考例を示すアキュームレータの縦断面図である。
【図11】 本発明の第4実施形態を示すアキュームレータの縦断面図で、冷房モード時を示す。
【図12】 本発明の第4実施形態を示すアキュームレータの縦断面図で、暖房モード時を示す。
【図13】 第4実施形態の暖房モード時の作動説明に供するモリエル線図である。
【図14】 第4実施形態の暖房モード時の外気温と暖房負荷との関係を示す特性図である。
【図15】 本発明の第5実施形態を示す冷凍サイクル図である。
【図16】 図15の減圧装置部分の拡大断面図である。
【図17】 (a)は図16のオリフィス部分の拡大断面図、(b)は(a)の流動音低減部材単体の一部破断斜視図である。
【図18】 第5実施形態における減圧装置の冷媒流量調整特性の説明図である。
【図19】 第1参考例における第2絞り通路穴径と騒音レベルとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10…圧縮機、16…蒸発器、17…アキュームレータ、17d…液出口通路、
18…ホットガスバイパス通路、24…弁機構、
24a、24c、241〜243…絞り通路。
Claims (6)
- 圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を凝縮し、減圧した後に蒸発器(16)に流入させる冷房モードと、前記圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を減圧して直接蒸発器(16)に流入させる暖房モードとを切替可能な冷凍サイクル装置において、
前記蒸発器(16)の出口側と前記圧縮機(10)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)に吸入させるアキュームレータ(17)を配置し、
このアキュームレータ(17)に、その内部に貯留される液冷媒を前記圧縮機(10)に吸入させる液出口通路(17d)を設けるとともに、この液出口通路(17d)に絞り通路(24a、24c、241〜243)を設け、
前記液出口通路(17d)に、前記絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を前記冷房モード時には減少し、前記暖房モード時には増加させるように可変する弁機構(24)を設け、
前記弁機構(24)は電気的に制御可能なものであり、
さらに、前記暖房モード時の必要暖房能力の増加に応じて前記絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度が増加するように、前記弁機構(24)を制御する制御手段(25)を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記弁機構(24)は、電流値により前記絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を連続的に可変する電磁弁機構からなることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記アキュームレータ(17)のタンク本体部(17a)の底部に、前記液出口通路(17d)および前記弁機構(24)が一体に構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
- 圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を凝縮し、減圧した後に蒸発器(16)に流入させる冷房モードと、前記圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を減圧して直接蒸発器(16)に流入させる暖房モードとを切替可能な冷凍サイクル装置において、
前記蒸発器(16)の出口側と前記圧縮機(10)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)に吸入させるアキュームレータ(17)を配置し、
このアキュームレータ(17)に、その内部に貯留される液冷媒を前記圧縮機(10)に吸入させる液出口通路(17d)を設けるとともに、この液出口通路(17d)に絞り通路(24a、24c、241〜243)を設け、
前記液出口通路(17d)に、前記絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を前記冷房モード時には減少し、前記暖房モード時には増加させるように可変する弁機構(24)を設け、
前記弁機構(24)は、前記アキュームレータ(17)内の冷媒温度に応じて変位する温度応動部材(24q)を有し、この温度応動部材(24q)の変位に応じて前記絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を増減することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記冷房モード時の減圧装置(15)を、上流側に配置されたキャピラリチューブ(15a)と、このキャピラリチューブ(15a)の下流側に配置されたオリフィス(15b)とにより構成し、
このオリフィス(15b)の直後の部位には、このオリフィス(15b)から噴出する冷媒噴出流の流動音を低減する流動音低減部材(150)を配置し、
前記暖房モード時に、前記圧縮機(10)の吐出ガス冷媒が流れるホットガスバイパス通路(18)の出口部を前記キャピラリチューブ(15a)と前記オリフィス(15b)との間に合流させることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 - 圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を凝縮し、減圧した後に蒸発器(16)に流入させる冷房モードと、前記圧縮機(10)の吐出ガス冷媒を減圧して直接蒸発器(16)に流入させる暖房モードとを切替可能な冷凍サイクル装置において、
前記蒸発器(16)の出口側と前記圧縮機(10)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)に吸入させるアキュームレータ(17)を配置し、
このアキュームレータ(17)に、その内部に貯留される液冷媒を前記圧縮機(10)に吸入させる液出口通路(17d)を設けるとともに、この液出口通路(17d)に設けた絞り通路(24a、24c、241〜243)の開度を前記冷房モード時には減少し、前記暖房モード時には増加させるようになっており、
前記冷房モード時の減圧装置(15)を、上流側に配置されたキャピラリチューブ(15a)と、このキャピラリチューブ(15a)の下流側に配置されたオリフィス(15b)とにより構成し、
このオリフィス(15b)の直後の部位には、このオリフィス(15b)から噴出する冷媒噴出流の流動音を低減する流動音低減部材(150)を配置し、
前記暖房モード時に、前記圧縮機(10)の吐出ガス冷媒が流れるホットガスバイパス通路(18)の出口部を前記キャピラリチューブ(15a)と前記オリフィス(15b)との間に合流させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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