JP2000292016A

JP2000292016A - 冷凍サイクル

Info

Publication number: JP2000292016A
Application number: JP11095500A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tanda; 清反田
Original assignee: Bosch Automotive Systems Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】コンプレッサの吐出温度を下げる。【解決手段】コンプレッサ１とコンデンサ２とリキッ
ドタンク３と内部熱交換器４と膨張弁５とエバポレータ
６とを冷媒配管で接続し、上記膨張弁５とエバポレータ
６との間に気液分離器７を設け、分離されたガス冷媒を
コンプレッサ１の吸入側に戻し、内部熱交換器４で温度
が上昇したガス冷媒と混合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用空調装置
に用いられる内部熱交換器を設けた冷凍サイクルの改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な自動車用空調装置に用いられる
従来の冷凍サイクルを説明すると、コンプレッサとコン
デンサと気液分離器と膨張弁とエバポレータとが冷媒配
管で接続されて、閉回路が構成されている。図７に示す
モリエル線図を用いて動作を説明する。図７において横
軸がエンタルピー、縦軸が絶対圧力を示しており、点線
が冷凍サイクルの特性である。まず、コンプレッサで低
温低圧のガス冷媒を圧縮する。図７において、Ｇ→Ｋの
点線が圧縮過程を示す。つぎに、コンデンサでガス冷媒
を外気との熱交換により凝縮させて中温高圧にする。Ｋ
→Ｃが凝縮過程を示す。そして、気液分離器で気液混合
状態の冷媒から液冷媒を抽出する。図７において、Ｃの
状態である。それから、膨張弁で液冷媒を断熱膨張して
低温低圧の液状冷媒にする。Ｃ→Ｊの点線が断熱膨張過
程を示す。ついで、エバポレータで車内の空気と液状冷
媒とが熱交換し蒸発して車内を冷却し、液状冷媒が低温
低圧のガス冷媒となる。Ｊ→Ｇの実線が蒸発過程を示
す。再び、コンプレッサに冷媒が戻されて循環し、冷凍
サイクルを形成している。

【０００３】冷房能力を高めるために内部熱交換器を設
けた内部熱交換システムが知られている。図６は、例え
ば特開平１０−６２０２１号に示された従来の冷凍サイ
クルの構成を示すブロック図であり、１は冷媒を吸入す
る吸入側ａが内部熱交換器４の低圧の出口側に接続され
たコンプレッサ、２はコンプレッサ１の高圧配管側ｂに
接続されたコンデンサ、３はコンデンサ２の出口側に接
続されたリキッドタンク、４はリキッドタンク３の出口
側が高圧の入口側ｃに接続された内部熱交換器、５は内
部熱交換器４の高圧の出口側ｄが入口側に接続された膨
張弁、６は膨張弁５の出口側ｅが入口側に接続されたエ
バポレータであり、このエバポレータ６の出口側が内部
熱交換器４の低圧の入口側ｇに接続され、内部熱交換器
４の低圧の出口側から再びコンプレッサ１に戻るもので
ある。

【０００４】図７のモリエル線図を用いて内部熱交換器
４の動作を説明する。図７において、実線が内部熱交換
器４を備えた冷凍サイクルの特性である。なお、図７の
Ａ〜Ｅ，Ｇは図６の各部ａ〜ｅ，ｇの位置に対応してお
り、以下の説明文章中で（Ａ）〜（Ｅ），（Ｇ）は図７
におけるＡ〜Ｅ，Ｇに対応した冷媒の状態を示す。ま
ず、コンプレッサ１で低温低圧のガス冷媒を圧縮する。
図７においてＡ→Ｂの実線が圧縮過程を示す。そして、
コンデンサ２で高温高圧のガス冷媒の熱を車外に捨てて
凝縮する。Ｂ→Ｃの実線が凝縮過程を示す。つぎに、リ
キッドタンク３で分離された液冷媒（Ｃ）は、内部熱交
換器４でエバポレータ６のガス冷媒（Ｇ）と熱交換して
冷却される。Ｃ→Ｄの実線が冷却過程を示す。それか
ら、膨張弁５で過冷却された液冷媒を断熱膨張する。Ｄ
→Ｅの実線が断熱膨張過程を示す。ついで、エバポレー
タ６で車内の空気と液状冷媒とが熱交換し、液状冷媒が
周囲の熱を奪い蒸発して車内を冷却しガス冷媒となる。
Ｅ→Ｇの実線が蒸発過程を示す。このガス冷媒（Ｇ）が
上記分離された液冷媒（Ｃ）と内部熱交換器４で熱交換
する。Ｇ→Ａの実線が熱交換過程を示す。再びコンプレ
ッサ１に戻り、冷凍サイクルが繰返される。このように
内部熱交換器４を設け、エバポレータ６のガス冷媒
（Ｇ）がリキッドタンク３の液冷媒（Ｃ）を冷却する
と、Ｃ→Ｄの冷却過程分、冷凍効果が増すことになり、
成績係数ＣＯＰが向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の冷凍サ
イクルに内部熱交換器４を設け、膨張弁５の上流側とエ
バポレータ６の下流側との冷媒の内部熱交換を行うと、
以下に示す問題点がある。すなわち、図７において、エ
バポレータ６のガス冷媒（Ｇ）は、リキッドタンク３の
液冷媒（Ｃ）を冷却すると、その分だけ暖められて冷媒
の温度が上昇する。コンプレッサ１が高い温度のガス冷
媒（Ａ）を吸い込み、さらに、このガス冷媒（Ａ）をコ
ンプレッサ１で圧縮することになり、コンプレッサ１の
吐出温度が上昇してしまう。内部熱交換器４を設けない
ものと比べて吐出温度が上昇（図７ではＫ→Ｂに対応）
してしまう。つまり、図７のモリエル線図において点線
の矢印に示す如く、冷房能力に寄与するＣが左側のＤに
シフトするために、Ｇが右側のＡにシフトしてしまう。
吐出温度が上昇してしまうと、オイルが高い温度に保た
れるために、オイルの劣化，摩擦の増加の問題、また、
気密性が保持できなくなったりし、これによりコンプレ
ッサ１が焼き付いたり、ロック等の不具合が発生する。
さらにクリアランスの値が厳しくなる等の問題が生じ、
コンプレッサ１の信頼性が低下してしまう。

【０００６】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、コンプレッサの吐出温度を下げて、コンプ
レッサの信頼性を向上することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の冷凍サイクルは、膨張弁とエバポレータとの間に気液
分離器を設け、分離されたガス冷媒をコンプレッサの吸
入側に戻すようにしたものである。

【０００８】本発明の請求項２に記載の冷凍サイクル
は、膨張弁とエバポレータとの間に気液分離器を設け、
分離されたガス冷媒を内部熱交換器の低圧側に戻すよう
にしたものである。

【０００９】本発明の請求項３に記載の冷凍サイクル
は、分離されたガス冷媒を戻す配管に制御弁を設けたも
のである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき説明する。

【００１１】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１に係わる冷凍サイクルの構成を示すブロック図、図
２はこの冷凍サイクルのモリエル線図で、図６と同じも
のは同一符号を用いている。この場合、図１において、
７は膨張弁５とエバポレータ６との間に設けられた気液
分離器、８は気液分離器７で抽出されたガス冷媒をコン
プレッサ１の吸入側ａの配管に戻す配管である。冷媒を
膨張弁５で断熱膨張すると、冷媒は液体とガスとが混合
した状態（気液二相状態）となる。この気液二相状態の
冷媒を上記気液分離器７で液冷媒とガス冷媒とに分離す
る。そして、気液分離器７で分離したガス冷媒をコンプ
レッサ１の吸入側ａの低圧ラインに配管８を介して戻
し、内部熱交換器４で暖められたガス冷媒と混合する。
この混合により、コンプレッサ１で圧縮される前のガス
冷媒の温度を下げておくことで、圧縮された後の吐出温
度を下げるものである。コンプレッサ１の吸入側ａは、
少なくとも気液分離器７よりも圧力が低いので、気液分
離器７で分離されたガス冷媒は、逆流せずに自然にコン
プレッサ１側に供給される。一方、気液分離器７で分離
した液冷媒は、エバポレータ６に送り込まれて通常の冷
却を行う。冷凍効果の高い液冷媒がエバポレータ６に送
られることで、冷凍効果は従来の内部熱交換システムと
比べて、それ以上にすることができる。

【００１２】図２のモリエル線図を用いて、冷媒の状態
を以下に説明する。なお、図２のＡ〜Ｉは図６の各部ａ
〜ｉの位置に対応しており、以下の説明文章中で（Ａ）
〜（Ｉ）は図１におけるＡ〜Ｉに対応した冷媒の状態を
示す。図２において、冷媒（Ｅ）が気液分離器７に流れ
込んでいるが、実際の冷媒の状態は、液冷媒（Ｆ）とガ
ス冷媒（Ｉ）が混合した状態である。このガス冷媒
（Ｉ）が気液分離器７で抽出され、内部熱交換器４の低
圧の出口側ｈからのガス冷媒（Ｈ）と混合され、このガ
ス冷媒（Ｈ）の温度が下げられ、コンプレッサ１の吸入
側ａに冷媒（Ａ）が供給される。つまり、コンプレッサ
１で吸入する冷媒の温度が下げられ（図２ではＨ＋Ｉ→
Ａに対応）、圧縮過程（Ａ→Ｂの実線）が左側にシフト
し、点線の矢印に示すようにコンプレッサ１の吐出温度
を下げることができ、コンプレッサ１の信頼性が向上す
る。

【００１３】なお、気液分離器７は、気液分離が行えれ
ばよく、その大きさは小さい方が望ましい。また、配管
８の太さや形状は所定寸法に設定されており、気液分離
器７の圧力とコンプレッサ１の吸入側ａとの圧力差によ
り、上記分離されたガス冷媒の流量が決まる。

【００１４】また、一例としてコンプレッサ１の吸入側
ａの配管に分離されたガス冷媒を戻したが、内部熱交換
器４の低圧出口側ｈからコンプレッサ１の吸入側ａまで
の配管に戻すようにしてもよく、圧縮される前の領域に
分離されたガス冷媒を戻せばよい。また、コンプレッサ
１にガス冷媒を戻す専用吸入口を設けてもよい。

【００１５】また、図３に示すように配管８に制御弁８
ｂを設けてもよく、例えば車が急加速，急発進してコン
プレッサ１の吸入側ａが通常運転時よりも圧力が落ち、
気液分離器７からのガス冷媒の流量が増えることによ
り、気液分離器７からエバポレータ６側に供給される液
冷媒が減ってしまう場合に、制御弁８ｂを絞るか閉じる
ことで、ガス冷媒の流量を減少させてエバポレータ６側
に供給される液冷媒の量の低下を防ぐことができる。こ
の制御弁８ｂの制御は、一例としてエンジンの回転数を
検出することで行うことができる。圧力低下をセンサ等
で検出してもよい。

【００１６】また、図３に示す如く内部熱交換器４の低
圧側の入口，出口間にバイパス通路４ａを設け、このバ
イパス通路４ａに制御弁４ｂを設けてもよい。コンプレ
ッサ１の吐出温度が所定値よりも上がり過ぎたときに、
内部熱交換器４を動作させないように冷媒をバイパス通
路４ａにバイパスさせることで、吐出温度を下げること
ができる。

【００１７】また、リキッドタンク３を省略した構成で
もよい。その理由は、内部熱交換器４が設けられている
ためであり、この内部熱交換器４により冷媒が冷却され
液体に近づいて液状冷媒になるためである。この場合に
は、気液分離器７の容量を大きくしてリキッドタンクの
役割を持たせる必要がある。また、内部熱交換器４を省
略してもよく、リキッドタンク３と気液分離器７との間
に膨張弁５を備えた構成であっても、コンプレッサ１の
吐出温度を下げることができる。

【００１８】実施の形態２．上記実施の形態１では、分
離したガス冷媒をコンプレッサ１の吸入側ａの配管に戻
した場合を説明したが、この実施の形態２では、図４に
示すように、気液分離器７と内部熱交換器４の低圧側と
の間に配管１０を設け、この配管１０を介して気液分離
器７で分離されたガス冷媒を内部熱交換器４の低圧側に
戻すようにしてもよい。この場合では、内部熱交換器４
の低圧入口側ｍの配管に戻す。

【００１９】図５に示すモリエル線図を用いて冷媒の状
態を以下に説明する。なお、図５のＡ〜Ｇ，Ｉ，Ｍは図
４の各部ａ〜ｇ，ｉ，ｍの位置に対応しており、以下の
説明文章中で（Ａ）〜（Ｇ），（Ｉ），（Ｍ）は図５に
おけるＡ〜Ｇ，Ｉ，Ｍに対応した冷媒の状態を示す。気
液分離器７で分離されたガス冷媒（Ｉ）は、エバポレー
タ６のガス冷媒（Ｇ）と混合されて、このガス冷媒
（Ｇ）の温度が下げられ、内部熱交換器４の低圧入口側
ｍにガス冷媒（Ｍ）が供給される。このガス冷媒（Ｍ）
は内部熱交換器４で熱交換を行い暖められ、内部熱交換
器４の低圧出口側ｈから冷媒（Ａ）が流れ出ることにな
りコンプレッサ１の吸入側ａに戻される。内部熱交換器
４の低圧入口側ｍの冷媒（Ｍ）が冷却されるので、熱交
換の伝熱量が向上する。なお、内部熱交換器４と膨張弁
５と気液分離器７とを一体化する場合、コンプレッサ１
の吸入側ａに戻す場合と比べて配管１０の長さを短くす
ることができる。また、配管１０に制御弁を設けてもよ
い。

【００２０】また、一例として内部熱交換器４の低圧入
口側ｍの配管に分離されたガス冷媒を戻したが、エバポ
レータ６の出口側から内部熱交換器４の低圧入口側ｍま
での配管に戻すようにしてもよく、熱交換される前の領
域に分離されたガス冷媒を戻せばよい。また、内部熱交
換器４の低圧側にガス冷媒を戻す専用吸入口を設けても
よい。また、内部熱交換器４の低圧側の入口，出口の熱
交換過程の途中にガス冷媒を戻すようにしてもよい。す
なわち、本願はエバポレータ６の出口側からコンプレッ
サ１の吸入側までの領域に流れるほぼ低圧状態の冷媒を
上記分離されたガス冷媒で冷やすことを行う。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、膨張弁とエバポレータとの間に気液分離
器を設け、分離されたガス冷媒をコンプレッサの吸入側
に戻すようにしたので、コンプレッサの吐出温度を下げ
て、コンプレッサの信頼性を向上できる。

【００２２】また、請求項２に記載の発明によれば、膨
張弁とエバポレータとの間に気液分離器を設け、分離さ
れたガス冷媒を内部熱交換器の低圧側に戻すようにした
ので、内部熱交換器の伝熱量が大きくなる。

【００２３】また、請求項３に記載の発明によれば、分
離されたガス冷媒を戻す配管に制御弁を設けたので、車
が急発進，急加速した場合等に、ガス冷媒の流量を減少
させてエバポレータ側に供給される液状冷媒の量の低下
を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係わる冷凍サイクル
の構成を示すブロック図である。

【図２】実施の形態１に係わる冷凍サイクルのモリエ
ル線図である。

【図３】実施の形態１に係わる冷凍サイクルの構成を
示すブロック図である。

【図４】実施の形態２に係わる冷凍サイクルの構成を
示すブロック図である。

【図５】実施の形態２に係わる冷凍サイクルのモリエ
ル線図である。

【図６】従来の冷凍サイクルの構成を示すブロック図
である。

【図７】従来の冷凍サイクルのモリエル線図である。

【符号の説明】

１コンプレッサ、２コンデンサ、３リキッドタン
ク、４内部熱交換器、５膨張弁、６エバポレー
タ、７気液分離器、８配管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンプレッサとコンデンサと膨張弁とエ
バポレータとを有するとともに上記膨張弁の上流側とエ
バポレータの下流側との冷媒の内部熱交換を行う内部熱
交換器を設けた冷凍サイクルにおいて、上記膨張弁とエ
バポレータとの間に気液分離器を設け、分離されたガス
冷媒をコンプレッサの吸入側に戻すようにしたことを特
徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】コンプレッサとコンデンサと膨張弁とエ
バポレータとを有するとともに上記膨張弁の上流側とエ
バポレータの下流側との冷媒の内部熱交換を行う内部熱
交換器を設けた冷凍サイクルにおいて、上記膨張弁とエ
バポレータとの間に気液分離器を設け、分離されたガス
冷媒を内部熱交換器の低圧側に戻すようにしたことを特
徴とする冷凍サイクル。
【請求項３】分離されたガス冷媒を戻す配管に制御弁
を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
の冷凍サイクル。