JP2009234388A

JP2009234388A - 空気調和システム

Info

Publication number: JP2009234388A
Application number: JP2008081991A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yajima; 敏雄矢島
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】冷房運転と暖房運転ができるシステムにあって、暖房運転では除湿暖房でき、しかも、高い暖房性能を発揮する空気調和システムを提供する。
【解決手段】コンプレッサ２と、高温高圧の冷媒と室内に導く送風との間で熱交換させる室内コンデンサ３と、室内コンデンサ３で冷却された冷媒を減圧して低圧の冷媒とする第１膨張弁６と、低圧の冷媒と室内に導く送風との間で熱交換させる室内エバポレータ４と、冷媒と外気との間で熱交換させる室外熱交換器５とを備えた車両用空気調和システム１であって、室外熱交換器５が室内コンデンサ３と共に冷凍サイクルの高圧側に接続される冷媒の循環経路と、室外熱交換器５が室内エバポレータ４と共に冷凍サイクルの低圧側で、且つ、室内エバポレータ４の下流に直列に接続される冷媒の循環経路に切り替えできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷房運転と暖房運転が可能であり、暖房運転では除湿暖房となる空気調和システムに関する。

この種の従来の空気調和システムとしては、特許文献１に開示されたものがある。この空気調和システム１００は、図６に示すように、冷媒を圧縮して冷媒を高温高圧とするコンプレッサ１０１と、コンプレッサ１０１で高温高圧とされた冷媒を外気との間で熱交換させる室外コンデンサ１０２と、高温高圧の冷媒と室内に導く送風との間で熱交換させる室内コンデンサ１０３と、室内コンデンサ１０３で冷却された冷媒を減圧して低圧の冷媒とする第１減圧手段１０４と、低圧の冷媒と室内に導く送風との間で熱交換させる室内エバポレータ１０５と、コンプレッサ１０１で高温高圧とされた冷媒を室外コンデンサ１０２に供給するか、室外コンデンサ１０２をバイパスさせるバイパス経路１０６に導くか否かを選択できる三方弁１０７とを備えている。

冷房運転時には、三方弁１０７が室外コンデンサ１０２側を選択し、コンプレッサ１０１からの高温高圧の冷媒が室外コンデンサ１０２、室内コンデンサ１０３及び室内エバポレータ１０５を通る循環経路に切り替えられる。

暖房運転時には、三方弁１０７がバイパス経路１０６側を選択し、コンプレッサ１０１からの高温高圧の冷媒が室内コンデンサ１０３と室内エバポレータ１０５のみを通る循環経路に切り替えられる。

冷房運転では、室内に導かれる送風は、室内エバポレータ１０５と必要に応じて室内コンデンサ１０３を通過し、所望温度の冷風とされて室内に導かれる。そして、冷房運転における冷媒の熱の授受を見ると、冷媒の熱は室内コンデンサ１０３と室外コンデンサ１０２の双方で放熱するため、室内エバポレータ１０５では吸熱量が室内コンデンサ１０３より大きく、十分な冷房性能が期待できる。

一方、暖房運転では、室内に導かれる送風は、室内エバポレータ１０５と必要に応じて室内コンデンサ１０３を通過し、所望温度の温風とされて室内に導かれる。室内に導かれる送風は、室内エバポレータ１０５を通過する際に凝縮水を発生するため、室内を除湿暖房することができる。
特許公報第２７４５９９７号

しかしながら、図７に示すように、暖房運転における冷媒の熱の授受を見ると、冷媒の熱は室内コンデンサ１０３でのみ放熱し、室内エバポレータ１０５で吸熱するため、コンプレッサ１０１の動力に相当する熱量だけが暖房熱量となる。従って、除湿暖房できるものの暖房性能が低いという問題がある。

そこで、本発明は、冷房運転と暖房運転ができるシステムにあって、暖房運転では除湿暖房でき、しかも、高い暖房性能を発揮する空気調和システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する請求項１の発明は、冷媒を圧縮して冷媒を高温高圧の冷媒とするコンプレッサと、高温高圧の冷媒と室内に導く送風との間で熱交換させる室内コンデンサと、前記室内コンデンサで冷却された冷媒を減圧して低圧の冷媒とする第１減圧手段と、低圧の冷媒と室内に導く送風との間で熱交換させる室内エバポレータと、冷媒と外気との間で熱交換させる室外熱交換器とを備えた空気調和システムであって、前記室外熱交換器が前記室内コンデンサと共に冷凍サイクルの高圧側に接続される冷媒の循環経路と、前記室外熱交換器が前記室内エバポレータと共に冷凍サイクルの低圧側で、且つ、前記室内エバポレータの下流に直列に接続される冷媒の循環経路に切り替えできることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の空気調和システムであって、前記室外熱交換器が前記室内エバポレータの下流に配置される冷媒の循環経路では、前記室内エバポレータと室外熱交換器との間に第２減圧手段が介在されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の空気調和システムであって、前記室外熱交換器は、冷媒が循環されない位置に切り替えできることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、冷房運転ではコンプレッサからの高温高圧の冷媒が室外熱交換器及び室内コンデンサに導かれ、低圧の冷媒が室内エバポレータに導かれる循環経路とする。これによって、室内に導かれる送風は、室内エバポレータと必要に応じて室内コンデンサを通過し、所望温度の冷風とされて室内に導かれる。そして、冷房運転における冷媒の熱の授受を見ると、冷媒は室内コンデンサと室外熱交換器の双方で放熱するため、室内エバポレータでは吸熱量が室内コンデンサより大きく、冷房性能が高い。

又、暖房運転では、コンプレッサからの高温高圧の冷媒が室内コンデンサに導かれ、低圧の冷媒が室内エバポレータ及び室外熱交換器に導かれる循環経路とする。これによって、室内に導かれる送風は、室内エバポレータと必要に応じて室内コンデンサを通過し、所望温度の温風とされて室内に導かれる。室内に導かれる送風は、室内エバポレータを通過する際に凝縮水を発生するため、室内を除湿暖房することができる。そして、暖房運転における冷媒の熱の授受を見ると、冷媒は室内コンデンサでのみ放熱し、室内エバポレータと室外熱交換器の双方で吸熱するため、コンプレッサの動力に相当する熱量と室外熱交換器の吸熱に相当する熱量が暖房用熱量となる。以上より、冷房運転と暖房運転ができるシステムにあって、暖房運転では除湿暖房ができ、しかも、高い暖房性能を発揮することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、第２減圧手段によって室内エバポレータの冷媒蒸発温度より室外熱交換器の冷媒蒸発温度を低く設定できるため、室外熱交換器は外気温度が低い時でも外気からの吸熱を行うことができ、外気が低温でも優れた暖房性能を発揮することができる。

請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明の効果に加え、除湿を主目的とした除湿暖房運転では、コンプレッサからの高温高圧の冷媒が室内コンデンサに導かれ、低圧の冷媒が室外熱交換器に導かれる循環経路とする。これによって、室内に導かれる送風は、室内エバポレータと必要に応じて室内コンデンサを通過し、所望温度の温風とされて室内に導かれる。室内に導かれる送風は、室内エバポレータを通過する際に凝縮水を発生するため、室内を除湿暖房することができる。そして、除湿暖房運転における冷媒の熱の授受を見ると、冷媒の熱は室内コンデンサで放熱し、室内エバポレータで吸熱するため、コンプレッサの動力に相当する熱量だけが暖房熱量となる。以上より、除湿を主目的とした除湿暖房運転が可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の空気調和システムを車両用空気調和システムに適用した一実施形態を示し、図１は車両用空気調和システムの構成図、図２は冷房運転時の冷媒の流れを示す図、図３は除湿暖房運転時の冷媒の流れを示す図、図４は暖房運転時の冷媒の流れを示す図、図５はＰ−ｈ線上に本実施形態に係る冷凍サイクルの状態を示した図である。

図１に示すように、車両用空気調和システム１は、コンプレッサ２と、室内コンデンサ３と、室内エバポレータ４と、室外熱交換器５と、第１減圧手段である第１膨張弁６と、第２減圧手段である第２膨張弁７と３つの三方弁８ａ，８ｂ，８ｃと１つの開閉弁９とを備え、三方弁８ａ，８ｂ，８ｃ及び開閉弁９の切り替えによって、図２〜図４に示す３つの循環経路に切り替えできるように構成されている。つまり、図２に示す冷房用循環経路と、図３に示す除湿暖房用循環経路と、図４に示す暖房用循環経路に切り替えできる。各循環経路の詳しい冷媒の流れは、車両用空気調和システム１の動作の箇所で説明する。

図１に戻り、コンプレッサ２は、冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒として吐出する。冷媒は、二酸化炭素等の超臨界冷媒が使用されている。

室内コンデンサ３は、送風を車室内に導く空調ダクト１０内に配置され、高温高圧の冷媒と送風との間で熱交換させる。

室内エバポレータ４は、同じく空調ダクト１０内で、且つ、室内コンデンサ３より上流位置に配置され、低温低圧の冷媒と送風との間で熱交換させる。空調ダクト１０内には、室内コンデンサ３を通過する送風と室内コンデンサ３をバイパスする送風との配風割合を調整できる配風ドア（図示せず）が設けられている。

室外熱交換器５は、車室外（例えばエンジンルーム内）に配置され、冷媒と外気との間で熱交換させる。

第１膨張弁６は、室内コンデンサ３と室内エバポレータ４との間に介在され、室内コンデンサ３より排出された冷媒を減圧する。

第２膨張弁７は、図５の暖房用循環経路にあって室内エバポレータ４と室外熱交換器５との間に介在され、室内エバポレータ４より排出された低圧の冷媒を更に減圧する。

また、車両用空気調和システム１には、室内エバポレータ４を通過した冷媒温度を検知する第１冷媒温度センサＳ１と、室外熱交換器５を通過した冷媒温度を検知する第２冷媒温度センサＳ２と外気温度を検知する外気温度センサＳ３が設けられている。これらセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の検知温度情報とユーザ指令（空調スイッチのオン・オフ、空調モード（冷房、除湿暖房、暖房）、設定温度など）に基づいてコンプレッサ２の駆動、第１膨張弁６及び第２膨張弁７の絞り、三方弁８ａ，８ｂ，８ｃ、開閉弁９等が制御される。

次に、車両用空気調和システム１の動作を説明する。

冷房モードが選択されると、図２に示す冷房用循環経路に切り替えられる。コンプレッサ２からの高温高圧の冷媒は、室外熱交換器５、室内コンデンサ３、第１膨張弁６、室内エバポレータ４を通ってコンプレッサ２に戻る。室外熱交換器５は、冷凍サイクルの高圧側に配置され、コンデンサ（放熱器）として機能する。これによって、車室内に導かれる送風は、室内エバポレータ４と必要に応じて室内コンデンサ３を通過し、所望温度の冷風とされて車室内に導かれる。そして、冷房運転における冷媒の熱の授受を見ると、冷媒は室内コンデンサ３と室外熱交換器５の双方で放熱するため、室内エバポレータ４では吸熱量が室内コンデンサ３より大きく、高い冷房性能を発揮することができる。

除湿暖房モードが選択されると、図３に示す除湿暖房用循環経路に切り替えられる。コンプレッサ２からの高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ３、第１膨張弁６、室内エバポレータ４を通ってコンプレッサ２に戻る。室外熱交換器５は、冷凍サイクルの循環経路より外れた位置とされる。車室内に導かれる送風は、室内エバポレータ４と室内コンデンサ３を通過し、所望温度の暖房とされて車室内に導かれる。又、車室内に導かれる送風は、室内エバポレータ４を通過する際に凝縮水を発生するため、車室内を除湿暖房することができる。

暖房モードが選択されると、図４に示す暖房用循環経路に切り替えられる。コンプレッサ２からの高温高圧の冷媒は、室内コンデンサ３、第１膨張弁６、室内エバポレータ４、第２膨張弁７、室外熱交換器５を通ってコンプレッサ２に戻る。室外熱交換器５は、冷凍サイクルの低圧側に配置されてエバポレータ（吸熱器）として機能する。これによって、室内に導かれる送風は、室内エバポレータ４と必要に応じて室内コンデンサ３を通過し、所望温度の温風とされて車室内に導かれる。車室内に導かれる送風は、室内エバポレータ４を通過する際に凝縮水を発生するため、車室内を除湿暖房することができる。そして、暖房運転における冷媒の熱の授受を見ると、冷媒は室内コンデンサ３でのみ放熱し、室内エバポレータ４と室外熱交換器５の双方で吸熱するため、図５に示すように、コンプレッサ２の動力に相当する熱量と室外熱交換器５の吸熱に相当する熱量が暖房熱量となる。

以上より、冷房運転と暖房運転ができるシステムにあって、暖房運転では除湿暖房ができ、しかも、高い暖房性能を発揮することができる。

この実施形態では、室外熱交換器５が室内エバポレータ４の下流に直列に配置される冷媒の循環経路（暖房用循環経路）では、室内エバポレータ４と室外熱交換器５との間に第２膨張弁７が介在される。従って、第２膨張弁７によって室内エバポレータ４の冷媒蒸発温度より室外熱交換器５の冷媒蒸発温度を低く設定できるため、室外熱交換器５は外気温度が低い時でも外気からの吸熱を行うことができ、外気が低温でも優れた暖房性能を発揮することができる。特に、この実施形態では、冷媒として超臨界冷媒を使用している。従って、外気が超低温（例えばマイナス２０℃程度）であり、室外熱交換器５の冷媒蒸発温度を外気温より低温に設定してもコンプレッサ２の入口側（低圧側）の冷媒圧力が大気圧以下にならないため、外気が超低温でも不具合なくエバポレータ（吸熱器）として機能する。

尚、この実施形態では、第２膨張弁７が設けられているが、第２膨張弁を設けなくてもシステムとして成立する。

この実施形態では、室外熱交換器５は、冷媒が循環されない位置に切り替えできる。つまり、上記したように除湿暖房運転が可能である。この除湿暖房運転における冷媒の熱の授受を見ると、冷媒の熱は室内コンデンサ３でのみ放熱し、室内エバポレータ４でのみ吸熱するため、コンプレッサ２の動力に相当する熱量だけが暖房熱量となる。以上より、暖房性能が低く、除湿を主目的とした除湿暖房運転が可能である。

本発明の一実施形態を示し、車両用空気調和システムの構成図である。本発明の一実施形態を示し、冷房運転時の冷媒の流れを示す図である。本発明の一実施形態を示し、除湿暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。本発明の一実施形態を示し、暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。本発明の一実施形態を示し、Ｐ−ｈ線上に本実施形態に係る冷凍サイクルの状態を示した図である。従来例の空気調和システムの構成図である。Ｐ−ｈ線上に従来例に係る冷凍サイクルの状態を示した図である。

符号の説明

１車両用空気調和システム（空気調和システム）
２コンプレッサ
３室内コンデンサ
４室内エバポレータ
５室外熱交換器
６第１膨張弁（第１減圧手段）
７第２膨張弁（第２減圧手段）

Claims

冷媒を圧縮して冷媒を高温高圧の冷媒とするコンプレッサ（２）と、高温高圧の冷媒と室内に導く送風との間で熱交換させる室内コンデンサ（３）と、前記室内コンデンサ（３）で冷却された冷媒を減圧して低圧の冷媒とする第１減圧手段（６）と、低圧の冷媒と室内に導く送風との間で熱交換させる室内エバポレータ（４）と、冷媒と外気との間で熱交換させる室外熱交換器（５）とを備えた空気調和システム（１）であって、
前記室外熱交換器（５）が前記室内コンデンサ（３）と共に冷凍サイクルの高圧側に接続される冷媒の循環経路と、前記室外熱交換器（５）が前記室内エバポレータ（４）と共に冷凍サイクルの低圧側で、且つ、前記室内エバポレータ（４）の下流に直列に接続される冷媒の循環経路に切り替えできることを特徴とする空気調和システム（１）。
請求項１記載の空気調和システム（１）であって、
前記室外熱交換器（５）が前記室内エバポレータ（４）の下流に配置される冷媒の循環経路では、前記室内エバポレータ（４）と室外熱交換器（５）との間に第２減圧手段（７）が介在されることを特徴とする空気調和システム（１）。
請求項１又は請求項２に記載の空気調和システム（１）であって、
前記室外熱交換器（５）は、冷媒が循環されない位置に切り替えできることを特徴とする空気調和システム（１）。