(57)【要約】【課題】暖房運転時に冷媒の吐出流量を増加できるとともに、冷媒圧力の過大な上昇を抑制できるヒートサイクルを提供する。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１と、低圧冷媒と高圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器６とを備え、この内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１側と低圧出口Ｐ４側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたときに開くリーク弁２１を設けた。これにより、暖房ヒートポンプ運転時に内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１側と低圧出口Ｐ４側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたとき、リーク弁２１が開いて冷媒がリークし、内部熱交換器６をバイパスして圧縮機１に吸入されるので、圧縮機１の入口冷媒密度が上がる。また、冷房過負荷運転に伴う冷媒の圧力上昇でリーク弁２１が開き冷媒がリークすることにより上記の冷媒圧力を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、冷媒の熱交換を行う外部熱交換器（２）と、冷媒を蒸発することにより空気を冷却する蒸発器（４）と、気相状態および液相状態の冷媒を分離して気相冷媒を流出するとともに液相冷媒を一時的に蓄えるアキュームレータ（５）と、このアキュームレータ（５）から流出して前記圧縮機（１）に吸入される低圧側の冷媒と前記圧縮機（１）から送られる高圧側の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（６）とを備えたヒートサイクル（２０）であって、
前記内部熱交換器（６）の高圧入口（Ｐ１）側と低圧出口（Ｐ４）側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたときに開くリーク弁（２１）を設けたことを特徴とするヒートサイクル（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として冷暖房を行うヒートサイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７はこの種の従来のヒートサイクルにより暖房ヒートポンプ運転を行う際の回路図、図８は従来のヒートサイクルにより冷房運転を行う際の回路図である。
【０００３】
図７および図８に示す従来のヒートサイクルは、例えば、車両用空調装置などに用いられるものであり、車両用エンジンにより駆動され、気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒の熱交換を行う熱交換器、例えば外部熱交換器（ガスクーラ）２およびサブガスクーラ３と、気液２相状態の冷媒を気化（蒸発）することにより車室内空気を冷却する蒸発器（エバポレータ）４と、気液２相状態の冷媒を分離して気相冷媒を流出するとともに、液相冷媒を一時的に蓄えるアキュームレータ５と、高圧入口Ｐ１から流入して高圧出口Ｐ２から流出する高圧冷媒と低圧入口Ｐ３から流入して低圧出口Ｐ４から流出する低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器６とを備えている。
【０００４】
圧縮機１の吐出口Ｐｄ側には、蒸発器４の下流側に配置されるサブガスヒータ３が常時接続され、このサブガスヒータ３の出口側には電磁弁７と三方弁８とが設けられている。例えば、図７に示す暖房ヒートポンプ運転時には、電磁弁７の開路によりサブガスヒータ３が内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１に接続するとともに、三方弁８により外部熱交換器２が逆止弁９を介してアキュームレータ５に接続している。一方、図８に示す冷房運転時には、電磁弁７の閉路によりサブガスヒータ３の出口側が内部熱交換器６から遮断されるとともに、三方弁８によりサブガスヒータ３の出口側が外部熱交換器２の第１接続口Ｐ５に接続されており、この場合には、外部熱交換器２が冷媒を冷却する放熱器として作動する。
【０００５】
また、外部熱交換器２の第２接続口Ｐ６には逆止弁１０と、他の逆止弁１１および暖房用膨張弁１２とが接続されている。例えば、図７に示す暖房ヒートポンプ運転時には、内部熱交換器６の高圧出口Ｐ２からの冷媒が暖房用膨張弁１２および逆止弁１１を介して第２接続口Ｐ６より外部熱交換器２に流入し、この場合には、外部熱交換器２が冷媒を加熱する吸熱器として作動する。一方、図８に示す冷房運転時には、外部熱交換器２の第２接続口Ｐ６から流出する冷媒が逆止弁１０を介して内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１に流入して高圧出口Ｐ２から流出した後、冷媒が冷房用膨張弁１３を介して蒸発器４に流入する。
【０００６】
この従来のヒートサイクルにあっては、図７に示す暖房ヒートポンプ運転時に、まず圧縮機１の吐出口Ｐｄから吐出された気相状態の冷媒がサブガスヒータ３に流入して放熱を行い車室内空気を加熱した後、電磁弁７より内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１に流入して高圧出口Ｐ２より流出する。次いで、暖房用膨張弁１２で減圧されて低温低圧の気液２相状態の冷媒となり、この冷媒が逆止弁１１を介して第２接続口Ｐ６より外部熱交換器２に流入して吸熱を行い第１接続口Ｐ５より流出する。次いで、冷媒が三方弁８、いわゆるヒーポン（ヒートポンプ）・回収ラインＬ、およびアキュームレータ５を介して内部熱交換器６の低圧入口Ｐ３に流入して低圧出口Ｐ４より流出し、その際に高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換を行った後、圧縮機１の吸入口Ｐｓに再び吸入される。また、図８に示す冷房運転時に、まず圧縮機１の吐出口Ｐｄから吐出された冷媒がサブガスヒータ３に流入して放熱を行った後、三方弁８を介して第１接続口Ｐ５より外部熱交換器２に流入して放熱を行い第２接続口Ｐ６より流出し、逆止弁１０を介して内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１に流入して高圧出口Ｐ２より流出する。次いで、冷房用膨張弁１３で減圧されて低温低圧の気液２相状態の冷媒となり、この冷媒が蒸発器４に流入して吸熱を行い車室内空気を冷却する。次いで、蒸発器４から流出した冷媒はアキュームレータ５を介して内部熱交換器６の低圧入口Ｐ３に流入して低圧出口Ｐ４より流出し、その際に高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換を行った後、圧縮機１の吸入口Ｐｓに再び吸入される。
【０００７】
また、この種の従来技術に関連するものとして、例えば、特許文献１に記載されているように、高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を有し、圧縮機の吐出側の冷媒温度が所定温度以上に上昇したときに、アキュームレータから流出した冷媒を迂回させて、内部熱交換器での高圧冷媒と低圧冷媒との間の熱交換を停止することにより、圧縮機に吸入する低圧冷媒の温度を下げ、圧縮機の破損を防止するようにした「冷凍サイクル」が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２０１５６８号公報（段落番号００２２〜００２５、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述した従来技術では、冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）の特性上、臨界温度３１度Ｃ以下でないと液化できないため、外気温が高くなる夏季などに外気温３１度Ｃ以上で冷房運転を行う際に、冷媒を液化するため外部熱交換器２を用いる必要があるが、これに伴って、暖房運転時に圧縮機１の入口冷媒密度が下がり、圧縮機１から吐出される冷媒流量が少ないことから、暖房性能が低下するという問題がある。また、冷房運転時には過負荷運転により圧縮機１の吐出口Ｐｄ側の冷媒圧力が著しく増加するので、圧縮機１に大きな負荷が掛かるという問題がある。なお、特許文献１に記載されているものにあっても同様の問題がある。
【０００９】
本発明は、上記のような従来技術を考慮してなされたもので、その目的は、暖房運転時に冷媒の吐出流量を増加できるとともに、冷媒圧力の過大な上昇を抑制することのできるヒートサイクルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換を行う外部熱交換器と、冷媒を蒸発することにより空気を冷却する蒸発器と、気相状態および液相状態の冷媒を分離して気相冷媒を流出するとともに液相冷媒を一時的に蓄えるアキュームレータと、このアキュームレータから流出して前記圧縮機に吸入される低圧側の冷媒と前記圧縮機から送られる高圧側の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えたヒートサイクルであって、前記内部熱交換器の高圧入口側と低圧出口側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたときに開くリーク弁を設けた構成にした。
【００１１】
このように構成した本発明では、暖房運転を行う際に、圧縮機から吐出された冷媒が内部熱交換器の高圧側を通過し、外部熱交換器に流入して吸熱を行った後、内部熱交換器の低圧側を通過して、その際に高圧側の冷媒と低圧側の冷媒との間で熱交換を行った後、圧縮機に再び吸入される。そして、内部熱交換器の高圧入口側と低圧出口側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたとき、リーク弁が開いて高圧入口側の冷媒が低圧出口側へリークし、内部熱交換器をバイパスして圧縮機に吸入される。これにより、圧縮機の入口冷媒密度が上がって冷媒の吐出流量を増加することができ、暖房運転時の性能を良好な状態に維持できる。また、冷房運転時に過負荷運転により圧縮機の吐出口側の冷媒圧力が著しく増加し、内部熱交換器の高圧入口側と低圧出口側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたとき、リーク弁が開いて高圧入口側の冷媒が低圧出口側へリークするので、冷媒圧力の過大な上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、暖房運転時に冷媒の吐出流量を増やすことができるので、暖房運転時の性能を良好な状態に維持することができるという効果がある。また、冷房運転時に過負荷運転が行われるとき、冷媒圧力の過大な上昇を抑制することができるので、圧縮機の負荷を軽減して信頼性の高いヒートサイクルが得られるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係るヒートサイクルを図に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態に係るヒートサイクルにより暖房ヒートポンプ運転を行う際の回路図、図２は本実施形態により冷房運転を行う際の回路図、図３は本実施形態に設けられる内部熱交換器の断面図、図４は図３のＡ部を拡大して示す断面図、図５は本実施形態に設けられるリーク弁によりリークさせる冷媒量と冷媒の圧縮比との関係を示す特性図、図６は本実施形態による熱交換性能を示すモリエル線図である。なお、図１〜図６において前述した図７および図８に示すものと同様のものには同一符号を付してある。
【００１５】
図１〜図３に示すように、本実施形態のヒートサイクル２０は、前述した図７および図８に示すものと比べて、内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１側と低圧出口Ｐ４側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたときに開くリーク弁２１を設けたことが異なっており、その他の構成は基本的に同様である。
【００１６】
図４に示すようにリーク弁２１は、内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１側と低圧出口Ｐ４側との間に設けられるオリフィス２２と、このオリフィス２２を閉じる弁体２３と、この弁体２３を閉じる方向に付勢するばね部材２４と、これらの弁体２３およびばね部材２４を収納する収納部材２５とからなっている。図５に示すように、例えば、冷媒の圧縮比が４である場合には、リーク弁２１で１時間に約１０ｋｇの冷媒がリークし、さらに冷媒の圧縮比によってリーク弁２１でリークさせる冷媒量が変化する。また、内部熱交換器６は２重管構造となっており、高圧管２６およびこの高圧管２６が挿通される低圧管２７から構成されている。
【００１７】
この実施形態にあっては、図１に示す暖房ヒートポンプ運転時に圧縮機１の吐出口Ｐｄから吐出された冷媒がサブガスヒータ３に流入して放熱を行い車室内空気を加熱した後、電磁弁７より内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１に流入して高圧出口Ｐ２より流出する。次いで、暖房用膨張弁１２で減圧されて低温低圧の気液２相状態の冷媒となり、この冷媒が逆止弁１１を介して第２接続口Ｐ６より外部熱交換器２に流入して吸熱を行い第１接続口Ｐ５より流出する。次いで、冷媒は三方弁８、ヒーポン・回収ラインＬ、およびアキュームレータ５を介して内部熱交換器６の低圧入口Ｐ３に流入して低圧出口Ｐ４より流出し、その際に高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱交換を行った後、圧縮機１の吸入口Ｐｓに吸入される。そして、内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１側と低圧出口Ｐ４側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたとき、リーク弁２１の弁体２３がばね部材２４の付勢力に抗して開くので、オリフィス２２を介して高圧管２６から低圧管２７へ冷媒がリークし、内部熱交換器６をバイパスして圧縮機１の吸入口Ｐｓに吸入される。
【００１８】
同様に、図２に示す冷房運転時に過負荷運転により内部熱交換器６の高圧入口Ｐ１側と低圧出口Ｐ４側との間で設定差圧以上の圧力差が生じたとき、リーク弁２１の弁体２３がばね部材２４の付勢力に抗して開くので、オリフィス２２を介して高圧管２６から低圧管２７へ冷媒がリークし、高圧入口Ｐ１側の冷媒圧力が下がる。
【００１９】
このように構成した実施形態では、暖房ヒートポンプ運転時に圧縮機１の入口冷媒密度が上がって冷媒の吐出流量を増加することができ、暖房性能を良好な状態に維持することができる。また、冷房運転時に過負荷運転が行われるとき、高圧入口Ｐ１側の冷媒圧力が下がって冷媒圧力の過大な上昇を抑制することができるので、圧縮機１の負荷が減るので信頼性の高いヒートサイクル２０を得ることができる。また、弁体２３が全開した場合であっても、リーク弁２１の入口のオリフィス２２を介して冷媒がリーク弁２１を通過するので、所定量以上の冷媒を圧縮機１へ流さないように制御することができ、圧縮機１の湿り圧縮を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明では、暖房性能を良好な状態に維持できるととともに、圧縮機の負荷を軽減して信頼性の高いヒートサイクルが得られるという効果があるので、車両用空調装置のヒートサイクルとして適用できるとともに、その他、一般機械用あるいは産業機械用などの空調装置のヒートサイクルとしても広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートサイクルにより暖房ヒートポンプ運転を行う際の回路図である。
【図２】本実施形態により冷房運転を行う際の回路図である。
【図３】本実施形態に設けられる内部熱交換器の断面図である。
【図４】図３のＡ部を拡大して示す断面図である。
【図５】本実施形態に設けられるリーク弁によりリークさせる冷媒量と冷媒の圧縮比との関係を示す特性図である。
【図６】本実施形態による熱交換性能を示すモリエル線図である。
【図７】従来のヒートサイクルにより車両の暖房ヒートポンプ運転を行う際の回路図である。
【図８】従来のヒートサイクルにより車両の冷房運転を行う際の回路図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  圧縮機
２  外部熱交換器（ガスクーラ）
３  サブガスクーラ
４  蒸発器
５  アキュームレータ
６  内部熱交換器
７  電磁弁
８  三方弁
９，１０，１１  逆止弁
１２  暖房用膨張弁
１３  冷房用膨張弁
Ｐ１  高圧入口
Ｐ４  低圧出口
２０  ヒートサイクル
２１  リーク弁
２２  オリフィス
２３  弁体
２４  ばね部材
２５  収納部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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