(57)【要約】【課題】蓄冷とエコノミー運転を両立させた冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】コンプレッサ（１）、コンデンサ（２）、複数の減圧装置（３、８）、高温側室内エバポレータ（４）、低温側室内エバポレータ（６）から構成されて、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクル装置において、少なくとも低温側エバポレータ（６）に蓄冷剤を配置した車両空調用の冷凍サイクル装置。【選択図】図４Ｂ
2013237347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ（１）、コンデンサ（２）、複数の減圧装置（３、８）、高温側室内エバポレータ（４）、低温側室内エバポレータ（６）から構成されて、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクル装置において、少なくとも低温側エバポレータ（６）に蓄冷剤を配置した車両空調用の冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記高温側室内エバポレータ（４）、前記低温側室内エバポレータ（６）の両方に、各エバポレータの蒸発温度に応じた異なる融点の蓄冷剤を配置した請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷凍サイクル装置が、前記コンプレッサ（１）、前記コンデンサ（２）、前記コンデンサ（２）からの冷媒を速度エネルギーに変換して減圧膨張させるエジェクタ（３）、前記高温側室内エバポレータ（４）、前記コンプレッサ（１）の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路と、
前記コンデンサ（２）と前記エジェクタ（３）の間の分岐点で前記主冷媒回路から分岐して、第２減圧装置（８）、前記低温側室内エバポレータ（６）の順に経由して前記エジェクタ（３）の吸引側に気相冷媒を吸引させて、前記主冷媒回路に合流するバイパス回路と、を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記主冷媒回路には、前記分岐点と前記エジェクタ（３）の間に、さらに第１減圧装置（５）が挿入されたことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記高温側室内エバポレータ（４）、前記低温側室内エバポレータ（６）を、空気流れ方向に沿ってこの順に配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記高温側室内エバポレータ（４）と、前記低温側室内エバポレータ（６）を、上下方向に上からこの順に配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記高温側室内エバポレータ（４）、前記低温側室内エバポレータ（６）を、相互に熱的に隔離して配置したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記冷凍サイクル装置が、前記コンプレッサ（１）、前記コンデンサ（２）、前記コンデンサ（２）からの冷媒を速度エネルギーに変換して減圧膨張させるエジェクタ（３）、前記高温側室内エバポレータ（４）、気液分離器（９）、前記コンプレッサ（１）の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路と、
前記気液分離器（９）で分離した液相冷媒を、第２減圧装置（８’）、前記低温側室内エバポレータ（６）の順に経由して前記エジェクタ（３）の吸引側に気相冷媒を吸引させて、前記主冷媒回路に合流するバイパス回路と、を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記主冷媒回路には、前記コンデンサ（２）と前記エジェクタ（３）の間に、さらに第１減圧装置（５）が挿入されたことを特徴とする請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄冷とエコノミー運転を両立させた冷凍サイクル装置に関する。本発明は、特に、車両用空調装置（カーエアコン）に適用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、信号待ち等の車両停止中にエンジンを停止することで、燃費の向上を図るアイドルストップ車が増加してきている。車両停車中（エンジン停止中）に空調用コンプレッサが停止することで、空調の快適性を損なったり、逆に、空調感を維持するために、車両停止中においても、空調用コンプレッサを稼動させるためにエンジンを再起動させてしまうような場合が発生している。そこで、エンジン停止中においても空調感を維持するため、冷凍サイクル装置のエバポレータに蓄冷機能を持たせることで車両走行中に冷熱を蓄え、この冷気を車両停止中に用いる蓄冷機能付きエバポレータが、従来から提案されてきている。
【０００３】
このような蓄冷機能付きエバポレータは、空調用コンプレッサの運転中に蓄冷ケース内の蓄冷材が凝固することで、冷気を蓄冷材に溜める一方、アイドルストップ中には、逆に固体蓄冷材が融解しながら冷気を空気中に放出することで、蓄冷材が完全に融解するまでは吸込み空気の温度変化が抑え、空調感を維持するものである。このように、蓄冷機能付きエバポレータは、アイドルストップ時に乗員の快適性を維持し、また空調要件での車両停止中のエンジン稼動を減少させ実用燃費向上に貢献する。
【０００４】
一方で、従来から図１１に一例として示すように、春秋の中間シーズン等には夏季の目標温度よりも所定値だけ高めの温度に補正したりして、低圧（蒸発圧力）を高めにして、コンプレッサ稼働率を低下したり、コンプレッサを低容量で運転させることで省動力化を図る、いわゆるエコノミー運転を行う場合がある（特許文献１など）。アイドルストップ時に蓄冷材が凝固できない温度環境下で使用する場合には、充分な冷気を溜めることができず、アイドルストップ時間の短縮が生じてしまう。特に、エコノミー運転時には、この傾向が現れやすい。また、エコノミー運転下で、蓄冷機能付きエバポレータに充分な蓄冷を行う際には、わざわざ蓄冷剤の融点に応じた所定の値まで蒸発温度（すなわち低圧）を下げるようにコンプレッサを制御する必要があり、蓄冷運転とエコノミー運転が両立しないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７９９７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み、アイドルストップ時の空調に必要な蓄冷も行いつつ、省動力化に必要なエコノミー運転も両立させることができる冷凍サイクル装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、コンプレッサ（１）、コンデンサ（２）、複数の減圧装置（３、８）、高温側室内エバポレータ（４）、低温側室内エバポレータ（６）から構成されて、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクル装置において、少なくとも低温側エバポレータ（６）に蓄冷剤を配置した車両空調用の冷凍サイクル装置である。
【０００８】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】２つの蒸発温度を形成できる冷凍サイクルの一例である。
【図２】図１の冷凍サイクルのエバポレータでの冷却例である。
【図３】本発明の第１実施形態の説明図である。
【図４Ａ】本発明の第１実施形態の部分正面図である。
【図４Ｂ】本発明の第１実施形態の部分断面図である。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態の部分正面図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態の部分断面図である。
【図６Ａ】本発明の第３実施形態の部分正面図である。
【図６Ｂ】本発明の第３実施形態の部分断面図である。
【図７Ａ】本発明の第４実施形態の部分正面図である。
【図７Ｂ】本発明の第４実施形態のＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。
【図７Ｃ】本発明の第４実施形態のＢ−Ｂ線に沿った部分断面図である。
【図７Ｄ】本発明の第４実施形態の部分正面図である。
【図７Ｅ】本発明の第４実施形態のＣ−Ｃ線に沿った部分断面図である。
【図７Ｆ】本発明の第４実施形態のＤ−Ｄ線に沿った部分断面図である。
【図８Ａ】本発明の第５実施形態の部分正面図である。
【図８Ｂ】本発明の第５実施形態のＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。
【図８Ｃ】本発明の第５実施形態のＢ−Ｂ線に沿った部分断面図である。
【図８Ｄ】本発明の第５実施形態の部分正面図である。
【図８Ｅ】本発明の第５実施形態のＣ−Ｃ線に沿った部分断面図である。
【図８Ｆ】本発明の第５実施形態のＤ−Ｄ線に沿った部分断面図である。
【図９】エジェクタサイクルのエバポレータとエジェクタを一体化した概略図である。
【図１０】２つの蒸発温度を形成できる冷凍サイクルの他の一例である。
【図１１】従来技術でのエコノミー運転の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
（第１実施形態）
本実施形態では、図２に例示的に示すような高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクル装置を利用して、冷気を蓄冷材に溜めるようにしたものである。高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクル装置として、本実施形態では、次に述べるエジェクタサイクルを使用しているが、これに限定されるものではない。高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクル装置であれば使用できるものである。
【００１１】
ここで、エジェクタサイクルとは、図１、１０のエジェクタ３などに見られるように、ノズル３１から冷媒を高速で噴射させるとともに、冷媒吸引口３ｂから吸引した気相冷媒とを混合させ、速度エネルギーを圧力エネルギーに変換することで冷媒圧力を上昇させるエジェクタを使用して、冷媒を膨張させるときのエネルギー損失を低減した冷凍サイクルのことである。その原理については、藤原健一監修カーエアコン研究会編「カーエアコン」（東京電機大学出版局、２１２〜２１５頁）や、特開２００５−２６５２２３号公報、特開２００４−４４９０６号公報などに一例が説明されている。なお、本発明に適用できるエジェクタサイクルは、これらの例示に限定されるものではない。
【００１２】
本実施形態で使用されるエジェクタサイクルは、図１に示すような、次のようなものである。主冷媒回路は、コンプレッサ１、コンデンサ２、第１減圧装置５、第１減圧装置５からの冷媒を速度エネルギーに変換して減圧膨張させるエジェクタ３、高温側室内エバポレータ４の順に配置されている。バイパス回路は、第１減圧装置５とエジェクタ３の間で主冷媒回路から経路Ｒ２に分岐する。その後、経路Ｒ２は、第２減圧装置８、低温側室内エバポレータ６の順に経由して、低温側室内エバポレータ６で吸熱して蒸発する。そして、蒸発した気相冷媒はエジェクタ３の冷媒吸入部３ｂから、気相冷媒を吸引させて、主冷媒回路に合流する。主冷媒回路において、第１減圧装置５がない場合であってもよい。
【００１３】
第１減圧装置５からの冷媒は、主冷媒回路の経路Ｒ１で、冷媒流入口３ａから流入する。この冷媒は、ノズル３１で高速度となって噴出口から噴出し、ノズル３１から噴射する高い速度の冷媒流の巻き込み作用により、冷媒吸入部３ｂから低温側室内エバポレータ６にて蒸発した気相冷媒を吸引する。ノズル３１から噴出した冷媒と吸引された冷媒とは、混合部３２で混合されてディフューザ部３３に流入する。この時、冷媒の膨張エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。エジェクタ３から流出した冷媒は、高温側室内エバポレータ４に流入する。一方、経路Ｒ２で低温側室内エバポレータ６へ冷媒が供給される。
【００１４】
次に、第１実施形態の冷凍サイクル装置のエバポレータの構成について、図３を参照して説明する。本実施形態では、二層に配置された低温側エバポレータ６と高温側エバポレータ４とを有する。そして、高温側エバポレータ４が空気流れＡＦの上流側に配置され、低温側エバポレータ６が空気流れＡＦの下流側に配置されている。このような二層配置に限定されることなく、後述する他の実施形態の場合や、一層構造で図３の左右に高温側と低温側エバポレータが分かれている場合あっても適用可能である。
【００１５】
冷媒通路部材は、組をなして位置づけられた第１〜第４ヘッダ４１〜４４と、それらヘッダ４１〜４４の間を連結する複数の冷媒管１０、２０によって構成されている。第１ヘッダ４１と第２ヘッダ４２（低温側室内エバポレータ６）とは、組をなしており、互いに所定距離離れて平行に配置されている。第３ヘッダ４３と第４ヘッダ４４（高温側室内エバポレータ４）も組をなしており、互いに所定距離離れて平行に配置されている。第１ヘッダ４１と第２ヘッダ４２との間には、複数の冷媒管２０（低温側）が等間隔に配列されている。各冷媒管２０は、その端部において対応するヘッダ４１、４２内に連通している。これら第１ヘッダ４１と、第２ヘッダ４２と、それらの間に配置された複数の冷媒管２０によって低温側エバポレータ６が形成されている。
【００１６】
第３ヘッダ４３と第４ヘッダ４４との間には、複数の冷媒管１０が等間隔に配列されている。各冷媒管１０は、その端部において対応するヘッダ４３、４４内に連通している。これら第３ヘッダ４３と、第４ヘッダ４４と、それらの間に配置された複数の冷媒管１０（高温側）によって高温側エバポレータ４が形成されている。
【００１７】
冷媒管１０、２０は、扁平状に形成され、内部に冷媒通路を有する管である。プレス、打ち抜きなどの板金加工により形成されている。この冷媒管は、押出成形によっても得ることができる。複数の冷媒通路は、冷媒管の長手方向（図３のＺ軸方向）に沿って延びており、冷媒管の両端で開口している。複数の冷媒管は、列をなして並べられている。各列において、複数の冷媒管は、その扁平面が対向するように配置されている。
【００１８】
高温側室内エバポレータ４、低温側室内エバポレータ６には、空気側フィン４６は、隣接する２つの冷媒管の間に区画された空気通路に配置されている。空気側フィン４６は、ろう材によって、隣接する２つの冷媒管に接合されている。空気側フィン４６は、薄いアルミニウム等の金属板を、波状に曲げることにより形成されている。空気側フィン４６の通風方向は、図３でＹ軸方向である。
【００１９】
本実施形態のエバポレータは、複数の蓄冷パックを有している蓄冷機能つきエバポレータである。蓄冷パックは、アルミニウム等の金属で、扁平な筒状に形成された蓄冷ケースから形成されており、内部に蓄冷材（パラフィン系など）を収容する。蓄冷パックは、広い扁平面を両面に有し、それぞれが冷媒管と平行に配置されている。このような蓄冷機能付きエバポレータは、空調用コンプレッサの運転中に蓄冷ケース内の蓄冷材が凝固することで冷気を蓄冷材に溜め、アイドルストップ中には逆に固体蓄冷材が融解しながら冷気を空気中に放出することで、蓄冷材が完全に融解するまでは吸込み空気の温度変化が抑えられ、空調感を維持することができるものである。
【００２０】
本実施形態では、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクル装置を利用して、異なる融点の蓄冷材に冷気を溜めるようにしたものである。エジェクタ３の昇圧作用を用いて２つの蒸発温度を形成し、エバポレータを空気流れ方向に２つに分け、高温側、低温側となる冷媒を、それぞれ高温側室内エバポレータ４、低温側室内エバポレータ６に流している。蓄冷パック１０、２０も、空気流れ方向に２つに分け、高温側室内エバポレータ４、低温側室内エバポレータ６のそれぞれに近接して配置し、その中には各蒸発温度に適した融点の蓄冷剤を封入している。このような蓄冷機能付きエバポレータに蓄冷を行う際には、それぞれの蓄冷剤の融点に応じて所定の値まで蒸発温度を下げることができる。それぞれの蓄冷剤の融点の一例としては、高温側が１５℃、低温側が５℃などのようにすれば良い。
【００２１】
上述のエジェクタサイクルを使用した場合には、エコノミー運転時に高温側室内エバポレータ４の蒸発圧力を上昇させても、エジェクタの昇圧作用により低温側室内エバポレータ６の蒸発圧力を低く保つことができる。すなわち、蓄冷剤に必要な低温（低温側室内エバポレータ６）を作り出しつつ、エジェクタの昇圧作用により比較的高温となる低圧（高温側室内エバポレータ４）も同時に形成することができる。このようにして、アイドルストップ時の放冷運転に必要な低温を効率良く作り出すことができ、蓄冷とエコノミー運転の両立が可能となる。
【００２２】
（第２、３実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態の場合で、図５Ｂに示すように、低温側のみに蓄冷剤（蓄冷パック６０）を配置したものである。この実施形態に見るように、蓄冷剤は冷媒温度が低くなる低温側室内エバポレータ６側のみに封入しても上記の主な効果が得られる。さらに、この場合には、蓄冷機能適用による冷房能力低下を抑制できるとともに、蓄冷剤を１種類とできるため（融点違いの蓄冷剤の層別不要）、コストの抑制や、製造工程における管理が容易等の効果が得られる。
【００２３】
第３実施形態は、第１実施形態の場合で、図６Ｂに示すように、高温側室内エバポレータ４と低温側室内エバポレータ６を熱的に隔離したものである。ここで、熱的に隔離するとは、それぞれのエバポレータの空気フィン４６−１、４６−２を別体にする、空気フィンの両者の境目にスリットを入れる、又は、絶縁材を介在する等の手段が挙げられる。この場合、熱伝導が抑制できるため、高温側と低温側の温度差を保ちやすくなる。
【００２４】
（第４、５実施形態）
第４実施形態では、図７Ａ〜Ｆに見られるように、高温側室内エバポレータ４（冷媒管１０−１、１０−２）と低温側室内エバポレータ６（冷媒管２０−１、２０−２）を上下方向に並べ、上の高温側室内エバポレータ４に高融点蓄冷剤の蓄冷パック４０、下の低温側室内エバポレータ６に低融点蓄冷剤の蓄冷パック６０を適用したものである。コンプレッサ停止時に液冷媒が滞留しやすく低温が保たれやすい下半分を低温側室内エバポレータ６として用いる。高温側室内エバポレータ４と低温側室内エバポレータ６は１列（図７Ａ〜Ｃ）であっても２列（図７Ｄ〜Ｆ）であってもよい。蓄冷パックは別々に設けても良いが、共通の蓄冷パックを用いて、上部の注入口から低融点蓄冷剤、高融点蓄冷材の順に順次封入しても良い。高温側室内エバポレータ４と低温側室内エバポレータ６が２列の場合、高温側室内エバポレータ４の冷媒管１０−１、１０−２は下側でＵターンするようし、低温側室内エバポレータ６の冷媒管２０−１、２０−２は上側でＵターンするようし、高温側室内エバポレータ４の下部のヘッダと低温側室内エバポレータ６の上部のヘッダを省略する。蓄冷剤が互いに混入しないように、低融点蓄冷剤の密度を高融点蓄冷材よりも大きく設定し、車両振動等で多少混合しても自然に上下に分かれるよう工夫するとよい。
【００２５】
第５実施形態では、図８Ａ〜Ｆに見られるように、高温側室内エバポレータ４と低温側室内エバポレータ６のうち、下側の低温側室内エバポレータ６のみに蓄冷剤を適用したものであり、第４実施形態と同様な効果が得られる。なお、第５実施形態では、空気流れ方向に、高温側室内エバポレータ４と低温側室内エバポレータ６は１列（図８Ａ〜Ｃ）に構成されていても、２列（図８Ｄ〜Ｆ）に構成されていても良い。
【００２６】
（第６実施形態）
第６実施形態は、図１のエジェクタサイクルの場合に、図９に示すように、高温側室内エバポレータ４と低温側室内エバポレータ６の両方もしくはいずれかとエジェクタ３を一体化して構成しても良い。このようなモジュール化により組立時の効率をアップすることができる。一体化は、他のエジェクタサイクルに適用しても良い。
【００２７】
（第７実施形態）
図１０に見られるエジェクタサイクルは、次のようなものである。このエジェクタサイクルでは、主冷媒回路が、コンプレッサ１、コンデンサ２、第１減圧装置５、第１減圧装置５からの冷媒を速度エネルギーに変換して減圧膨張させるエジェクタ３、高温側室内エバポレータ４、気液分離器９の順に配置されたものである。第１減圧装置５がない場合であってもよい。バイパス回路は、気液分離器９で分離した液相冷媒を、第２減圧装置８’、低温側室内エバポレータ６の順に経由してエジェクタ３の吸引側に気相冷媒を吸引させて、主冷媒回路に合流する。それ以外は、第１実施形態と同様であり、さらに、第２〜６実施形態を同様に適用しても良い。また、その他のエジェクタサイクル構成で、本発明の各実施形態を実施しても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１    コンプレッサ
２    コンデンサ
４    高温側室内エバポレータ
６    低温側室内エバポレータ
【図１】
2013237347.tif 000003
【図２】
2013237347.tif 000004
【図３】
2013237347.tif 000005
【図４Ａ】
2013237347.tif 000006
【図４Ｂ】
2013237347.tif 000007
【図５Ａ】
2013237347.tif 000008
【図５Ｂ】
2013237347.tif 000009
【図６Ａ】
2013237347.tif 000010
【図６Ｂ】
2013237347.tif 000011
【図７Ａ】
2013237347.tif 000012
【図７Ｂ】
2013237347.tif 000013
【図７Ｃ】
2013237347.tif 000014
【図７Ｄ】
2013237347.tif 000015
【図７Ｅ】
2013237347.tif 000016
【図７Ｆ】
2013237347.tif 000017
【図８Ａ】
2013237347.tif 000018
【図８Ｂ】
2013237347.tif 000019
【図８Ｃ】
2013237347.tif 000020
【図８Ｄ】
2013237347.tif 000021
【図８Ｅ】
2013237347.tif 000022
【図８Ｆ】
2013237347.tif 000023
【図９】
2013237347.tif 000024
【図１０】
2013237347.tif 000025
【図１１】
2013237347.tif 000026