JP2002022297A - 冷凍サイクル - Google Patents
冷凍サイクルInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低圧ラインを構成する部品の耐圧強度に対応
した最適な冷媒充填率が充填された冷凍サイクルを提供
する。 【解決手段】 冷凍サイクルの冷媒充填率の上限値を、
冷媒圧力が所定の高温時に冷凍サイクルの低圧経路の設
計圧を超えない充填率としたことによって、炎天下、屋
外に放置された状態の時に、冷凍サイクルの高圧経路と
低圧経路の冷媒が平衡状態にあるとき、温度上昇に伴う
冷凍サイクルの冷媒圧力が上昇しても、低圧経路の設計
圧を超えることがないので、冷凍サイクルの安全性を高
めることができる。
した最適な冷媒充填率が充填された冷凍サイクルを提供
する。 【解決手段】 冷凍サイクルの冷媒充填率の上限値を、
冷媒圧力が所定の高温時に冷凍サイクルの低圧経路の設
計圧を超えない充填率としたことによって、炎天下、屋
外に放置された状態の時に、冷凍サイクルの高圧経路と
低圧経路の冷媒が平衡状態にあるとき、温度上昇に伴う
冷凍サイクルの冷媒圧力が上昇しても、低圧経路の設計
圧を超えることがないので、冷凍サイクルの安全性を高
めることができる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、二酸化炭素を冷
媒として用いた冷凍サイクルにおいて、最適な冷媒充填
率が設定された冷凍サイクルに関する。
媒として用いた冷凍サイクルにおいて、最適な冷媒充填
率が設定された冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】特表平８−５０４５０１号に開示される
超臨界蒸気圧縮装置は、閉回路を形成するように直列に
接続した圧縮機と、熱除去用熱交換器と、膨張手段と、
蒸発器とからなり、回路の高圧サイドの内部容積が全内
部容積の７０％以上に相当することを特徴とするもので
ある。また、この比率において、回路の冷媒充填率が前
記内部容積のリッターあたり０．５５から０．７０キロ
グラムの量となることが望ましいことを教示する。
超臨界蒸気圧縮装置は、閉回路を形成するように直列に
接続した圧縮機と、熱除去用熱交換器と、膨張手段と、
蒸発器とからなり、回路の高圧サイドの内部容積が全内
部容積の７０％以上に相当することを特徴とするもので
ある。また、この比率において、回路の冷媒充填率が前
記内部容積のリッターあたり０．５５から０．７０キロ
グラムの量となることが望ましいことを教示する。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】しかしながら、冷媒とし
て二酸化炭素を用いた冷凍サイクルでは、従来のフロン
を用いた冷凍サイクルに比べてサイクル内の圧力が極端
に高く、また二酸化炭素の臨界温度が約３１℃と低いこ
とから、夏季等において外気温度が高く、また車両のボ
ンネット等のヒートアップによって冷媒温度が容易に臨
界点を超えるため、温度に対する圧力上昇が著しく上が
り、サイクルを構成する各部品、特に低圧ラインを構成
する部品の耐圧をあげなければならないという不具合を
生じる。
て二酸化炭素を用いた冷凍サイクルでは、従来のフロン
を用いた冷凍サイクルに比べてサイクル内の圧力が極端
に高く、また二酸化炭素の臨界温度が約３１℃と低いこ
とから、夏季等において外気温度が高く、また車両のボ
ンネット等のヒートアップによって冷媒温度が容易に臨
界点を超えるため、温度に対する圧力上昇が著しく上が
り、サイクルを構成する各部品、特に低圧ラインを構成
する部品の耐圧をあげなければならないという不具合を
生じる。
【０００４】このため、この発明においては、低圧ライ
ンを構成する部品の耐圧強度に対応した最適な冷媒充填
率が充填された冷凍サイクルを提供することにある。
ンを構成する部品の耐圧強度に対応した最適な冷媒充填
率が充填された冷凍サイクルを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】よって、この発明によれ
ば、少なくともコンプレッサ、ガスクーラ、膨張装置、
エバポレータ及びアキュムレータを配管接合することに
よって閉回路が形成され、前記コンプレッサの高圧側か
ら膨張装置の流入側までの高圧経路と、膨張装置の流出
側からコンプレッサの低圧側までの低圧経路からなると
共に、冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクルにお
いて、前記冷凍サイクルに充填される冷媒充填率は、冷
媒圧力が所定の高温時に冷凍サイクルの低圧経路の設計
圧を超えない充填率を上限値としたことにある。
ば、少なくともコンプレッサ、ガスクーラ、膨張装置、
エバポレータ及びアキュムレータを配管接合することに
よって閉回路が形成され、前記コンプレッサの高圧側か
ら膨張装置の流入側までの高圧経路と、膨張装置の流出
側からコンプレッサの低圧側までの低圧経路からなると
共に、冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクルにお
いて、前記冷凍サイクルに充填される冷媒充填率は、冷
媒圧力が所定の高温時に冷凍サイクルの低圧経路の設計
圧を超えない充填率を上限値としたことにある。
【０００６】したがって、この発明によれば、冷凍サイ
クルの冷媒充填率の上限値を、冷媒圧力が所定の高温時
に冷凍サイクルの低圧経路の設計圧を超えない充填率と
したことによって、炎天下、屋外に放置された状態の時
に、冷凍サイクルの高圧経路と低圧経路の冷媒が平衡状
態にあるとき、温度上昇に伴う冷凍サイクルの冷媒圧力
が上昇しても、低圧経路の設計圧を超えることがないの
で、冷凍サイクルの安全性を高めることができる。ま
た、低圧経路の設計圧を高圧経路と同様に高くする必要
がなくなるので、コストの増加を防止できる。具体的に
は、前記冷媒充填率の上限値は、３００ｇ／リットルで
あることが望ましい。
クルの冷媒充填率の上限値を、冷媒圧力が所定の高温時
に冷凍サイクルの低圧経路の設計圧を超えない充填率と
したことによって、炎天下、屋外に放置された状態の時
に、冷凍サイクルの高圧経路と低圧経路の冷媒が平衡状
態にあるとき、温度上昇に伴う冷凍サイクルの冷媒圧力
が上昇しても、低圧経路の設計圧を超えることがないの
で、冷凍サイクルの安全性を高めることができる。ま
た、低圧経路の設計圧を高圧経路と同様に高くする必要
がなくなるので、コストの増加を防止できる。具体的に
は、前記冷媒充填率の上限値は、３００ｇ／リットルで
あることが望ましい。
【０００７】また、この発明において、前記冷凍サイク
ルに充填される冷媒充填率は、高圧経路の容積と低圧経
路の容積の比で決定される必要最低充填率を下限値とす
ることが望ましい。これによって、冷凍サイクルの必要
最低充填量を確保できるので、冷凍サイクルの安全性を
維持しつつ、冷凍サイクルの熱交換能力を維持できるも
のである。
ルに充填される冷媒充填率は、高圧経路の容積と低圧経
路の容積の比で決定される必要最低充填率を下限値とす
ることが望ましい。これによって、冷凍サイクルの必要
最低充填量を確保できるので、冷凍サイクルの安全性を
維持しつつ、冷凍サイクルの熱交換能力を維持できるも
のである。
【０００８】また、前記高圧経路の容積は、全体容積の
７〜２５％の範囲内であることが望ましい。これに伴っ
て、前記冷媒充填率の下限値は、２００ｇ／リットルか
ら２６０ｇ／リットルの範囲内であるものである。
７〜２５％の範囲内であることが望ましい。これに伴っ
て、前記冷媒充填率の下限値は、２００ｇ／リットルか
ら２６０ｇ／リットルの範囲内であるものである。
【０００９】さらに、前記冷凍サイクルは、高圧経路の
冷媒と低圧経路の冷媒の熱交換を行う内部熱交換器を具
備することが望ましい。その場合、前記高圧経路の容積
は、全体容積の８〜３０％の範囲内であることが望まし
く、前記冷媒充填率の下限値は、２００ｇ／リットルか
ら２７０ｇ／リットルの範囲内であることが望ましい。
冷媒と低圧経路の冷媒の熱交換を行う内部熱交換器を具
備することが望ましい。その場合、前記高圧経路の容積
は、全体容積の８〜３０％の範囲内であることが望まし
く、前記冷媒充填率の下限値は、２００ｇ／リットルか
ら２７０ｇ／リットルの範囲内であることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面により説明する。
いて図面により説明する。
【００１１】図１に示す冷凍サイクル１は、冷媒として
二酸化炭素を使用し、必要に応じて電磁クラッチ１７を
介して図示しない走行用エンジンと連結されて駆動され
るコンプレッサ２、このコンプレッサ２と配管３を介し
て連結される放熱器４、この放熱器４と配管５を介して
連結される内部熱交換器（ＩＨＥ）１６の高圧側通路
６、この高圧側通路６と配管７を介して接続される膨張
弁８、この膨張弁８と配管９を介して接続され、空調ダ
クト２０内に配されるエバポレータ１０、このエバポレ
ータ１０の流出側に配管１１を介して接続されるアキュ
ムレータ１２、このアキュムレータ１２の流出側に配管
１３を介して接続される前記内部熱交換器１６の低圧側
通路１４、及びこの低圧側通路１４と前記コンプレッサ
２の吸入側とを連結する配管１５とによって少なくとも
構成され、コンプレッサ２の内部に設けれた図示しない
圧縮室の吐出側から膨張弁８の流入側までで構成される
高圧経路２１と、膨張弁８の流出側からコンプレッサの
図示しない圧縮室の吸入側までで構成される低圧経路２
２とを有する。
二酸化炭素を使用し、必要に応じて電磁クラッチ１７を
介して図示しない走行用エンジンと連結されて駆動され
るコンプレッサ２、このコンプレッサ２と配管３を介し
て連結される放熱器４、この放熱器４と配管５を介して
連結される内部熱交換器（ＩＨＥ）１６の高圧側通路
６、この高圧側通路６と配管７を介して接続される膨張
弁８、この膨張弁８と配管９を介して接続され、空調ダ
クト２０内に配されるエバポレータ１０、このエバポレ
ータ１０の流出側に配管１１を介して接続されるアキュ
ムレータ１２、このアキュムレータ１２の流出側に配管
１３を介して接続される前記内部熱交換器１６の低圧側
通路１４、及びこの低圧側通路１４と前記コンプレッサ
２の吸入側とを連結する配管１５とによって少なくとも
構成され、コンプレッサ２の内部に設けれた図示しない
圧縮室の吐出側から膨張弁８の流入側までで構成される
高圧経路２１と、膨張弁８の流出側からコンプレッサの
図示しない圧縮室の吸入側までで構成される低圧経路２
２とを有する。
【００１２】以上の構成の冷凍サイクル１において、コ
ンプレッサ２において超臨界領域まで圧縮された冷媒
（二酸化炭素）は、放熱器４において冷却され、さらに
内部熱交換器１６の高圧側通路６を通過する時に低圧側
通路１４を通過する冷媒と熱交換することによってさら
に冷却される。そして、膨張弁８を通過して膨張し、気
液混合領域まで圧力が低下し、エバポレータ１０にて空
調ダクト２０を通過する空気の熱を吸収して蒸発し、ア
キュムレータ１２を通過して液相成分が除去される。そ
して、アキュムレータ１２から流出した冷媒は、前記内
部熱交換器１６の低圧側通路１４を通過する時に前記高
圧側通路６を通過する冷媒と熱交換することによって過
熱され、コンプレッサ２に吸入される。これによって、
エバポレータ１０によって吸熱した熱を放熱器４で放熱
する冷凍サイクルが構成される。
ンプレッサ２において超臨界領域まで圧縮された冷媒
（二酸化炭素）は、放熱器４において冷却され、さらに
内部熱交換器１６の高圧側通路６を通過する時に低圧側
通路１４を通過する冷媒と熱交換することによってさら
に冷却される。そして、膨張弁８を通過して膨張し、気
液混合領域まで圧力が低下し、エバポレータ１０にて空
調ダクト２０を通過する空気の熱を吸収して蒸発し、ア
キュムレータ１２を通過して液相成分が除去される。そ
して、アキュムレータ１２から流出した冷媒は、前記内
部熱交換器１６の低圧側通路１４を通過する時に前記高
圧側通路６を通過する冷媒と熱交換することによって過
熱され、コンプレッサ２に吸入される。これによって、
エバポレータ１０によって吸熱した熱を放熱器４で放熱
する冷凍サイクルが構成される。
【００１３】そして、上記冷凍サイクル１の第１の基本
システムは、全体容積が約１．６リットルに設定され
る。その第１の基本システムにおいて、前記高圧経路２
１の容積は１４５．４ｃｃであり、全体容積の９．０２
％となっている。その内訳は、コンプレッサ２内の高圧
側空間が１４．４ｃｃ（全体の０．８９％）、コンプレ
ッサ内部に設けられたオイル分離器部分が１６ｃｃ
（０．９９％）、前記配管３が１４．８ｃｃ（０．９２
％）、放熱器４が６０ｃｃ（３．７２％）、前記配管５
が１３．１ｃｃ（０．８１％）、前記内部熱交換器１６
の高圧側通路６が１４ｃｃ（０．８７％）、そして前記
高圧側通路６から膨張弁８に至る配管７が１３．１ｃｃ
（０．８１％）である。これに対して、低圧経路２２
は、１４６５．９ｃｃ（全体の９０．９８％）であり、
その内訳は、エバポレータ１０が１５０ｃｃ（９．３１
％）、アキュムレータ１２が１０００ｃｃ（６２．０６
％）、前記内部熱交換器１６の低圧側通路１４１が２８
ｃｃ（１．７４％）、エバポレータ１０から内部熱交換
器１６までの配管１１，１３が３７．７ｃｃ（２．３４
％）、内部熱交換器１６からコンプレッサ２までの配管
１５が８０．２ｃｃ（４．９８％）、コンプレッサ２の
低圧側空間が１７０ｃｃ（１０．５５％）である。尚、
膨張弁８とエバポレータ１０との間の配管９の容積は、
膨張弁８がエバポレータ１０に近接又は一体に設けられ
ていると共に低圧側となることから、無視又はエバポレ
ータ１０の容積の一部に含まれるよう考慮される。
システムは、全体容積が約１．６リットルに設定され
る。その第１の基本システムにおいて、前記高圧経路２
１の容積は１４５．４ｃｃであり、全体容積の９．０２
％となっている。その内訳は、コンプレッサ２内の高圧
側空間が１４．４ｃｃ（全体の０．８９％）、コンプレ
ッサ内部に設けられたオイル分離器部分が１６ｃｃ
（０．９９％）、前記配管３が１４．８ｃｃ（０．９２
％）、放熱器４が６０ｃｃ（３．７２％）、前記配管５
が１３．１ｃｃ（０．８１％）、前記内部熱交換器１６
の高圧側通路６が１４ｃｃ（０．８７％）、そして前記
高圧側通路６から膨張弁８に至る配管７が１３．１ｃｃ
（０．８１％）である。これに対して、低圧経路２２
は、１４６５．９ｃｃ（全体の９０．９８％）であり、
その内訳は、エバポレータ１０が１５０ｃｃ（９．３１
％）、アキュムレータ１２が１０００ｃｃ（６２．０６
％）、前記内部熱交換器１６の低圧側通路１４１が２８
ｃｃ（１．７４％）、エバポレータ１０から内部熱交換
器１６までの配管１１，１３が３７．７ｃｃ（２．３４
％）、内部熱交換器１６からコンプレッサ２までの配管
１５が８０．２ｃｃ（４．９８％）、コンプレッサ２の
低圧側空間が１７０ｃｃ（１０．５５％）である。尚、
膨張弁８とエバポレータ１０との間の配管９の容積は、
膨張弁８がエバポレータ１０に近接又は一体に設けられ
ていると共に低圧側となることから、無視又はエバポレ
ータ１０の容積の一部に含まれるよう考慮される。
【００１４】また、上記冷凍サイクル１の第２の基本シ
ステムは、全体容積が約１．８リットルに設定される。
そして、高圧経路２１の容積が２４２．８ｃｃとして全
体容積の１３．２３％となっている。その内訳は、コン
プレッサ２内の高圧側空間が１８．０ｃｃ（全体の０．
９８％）、コンプレッサ内部に設けられたオイル分離器
部分が２０ｃｃ（１．０９％）、前記配管３が１４．８
ｃｃ（０．８１％）、放熱器４が１４６ｃｃ（７．９５
％）、前記配管５が１３．１ｃｃ（０．７１％）、前記
内部熱交換器１６の高圧側通路６が１７．８ｃｃ（０．
９７％）、そして前記高圧側通路６から膨張弁８に至る
配管７が１３．１ｃｃ（０．７１％）である。これに対
して、低圧経路２２は、１５９２．６ｃｃ（全体の８
６．７７％）であり、その内訳は、エバポレータ１０が
２２５ｃｃ（１２．２６％）、アキュムレータ１２が１
０００ｃｃ（５４．４８％）、前記内部熱交換器１６の
低圧側通路１４１が３４．７ｃｃ（１．８９％）、エバ
ポレータ１０から内部熱交換器１６までの配管１１，１
３が３７．７ｃｃ（２．０５％）、内部熱交換器１６か
らコンプレッサ２までの配管１５が８０．２ｃｃ（４．
３７％）、コンプレッサ２の低圧側空間が２１５ｃｃ
（１１．７１％）である。尚、膨張弁８とエバポレータ
１０との間の配管９の容積は、前述したように、膨張弁
８がエバポレータ１０に近接又は一体に設けられている
と共に低圧側となることから、無視又はエバポレータ１
０の容積の一部に含まれるよう考慮される。
ステムは、全体容積が約１．８リットルに設定される。
そして、高圧経路２１の容積が２４２．８ｃｃとして全
体容積の１３．２３％となっている。その内訳は、コン
プレッサ２内の高圧側空間が１８．０ｃｃ（全体の０．
９８％）、コンプレッサ内部に設けられたオイル分離器
部分が２０ｃｃ（１．０９％）、前記配管３が１４．８
ｃｃ（０．８１％）、放熱器４が１４６ｃｃ（７．９５
％）、前記配管５が１３．１ｃｃ（０．７１％）、前記
内部熱交換器１６の高圧側通路６が１７．８ｃｃ（０．
９７％）、そして前記高圧側通路６から膨張弁８に至る
配管７が１３．１ｃｃ（０．７１％）である。これに対
して、低圧経路２２は、１５９２．６ｃｃ（全体の８
６．７７％）であり、その内訳は、エバポレータ１０が
２２５ｃｃ（１２．２６％）、アキュムレータ１２が１
０００ｃｃ（５４．４８％）、前記内部熱交換器１６の
低圧側通路１４１が３４．７ｃｃ（１．８９％）、エバ
ポレータ１０から内部熱交換器１６までの配管１１，１
３が３７．７ｃｃ（２．０５％）、内部熱交換器１６か
らコンプレッサ２までの配管１５が８０．２ｃｃ（４．
３７％）、コンプレッサ２の低圧側空間が２１５ｃｃ
（１１．７１％）である。尚、膨張弁８とエバポレータ
１０との間の配管９の容積は、前述したように、膨張弁
８がエバポレータ１０に近接又は一体に設けられている
と共に低圧側となることから、無視又はエバポレータ１
０の容積の一部に含まれるよう考慮される。
【００１５】以上、２つの基本システムにおいて、冷媒
充填率の上限値を設定するために、最も冷媒充填量が多
い状態（高負荷低回転時）における各部の圧力及び最も
冷媒充填量が少ない状態（低負荷高回転時）における各
部の圧力から各部の冷媒密度を演算し、その結果からさ
らに各部の冷媒質量を演算して必要冷媒量を演算する
と、最低必要冷媒量が第１の基本システムでは３２８．
３ｇとなり、この結果、冷媒充填率としては２０３．７
７ｇ／リットルとなる。また、第２の基本システムで
は、最低必要冷媒量が４００．４ｇとなり、冷媒充填率
は２１８．１８ｇ／リットルとなる。よって、冷媒充填
率としては、上記冷媒充填率が確保されれば、冷凍サイ
クルの熱交換性能を損なうことがないので、冷媒充填率
の上限については、上記冷媒充填率以上の値が検証され
ることが望ましい。
充填率の上限値を設定するために、最も冷媒充填量が多
い状態（高負荷低回転時）における各部の圧力及び最も
冷媒充填量が少ない状態（低負荷高回転時）における各
部の圧力から各部の冷媒密度を演算し、その結果からさ
らに各部の冷媒質量を演算して必要冷媒量を演算する
と、最低必要冷媒量が第１の基本システムでは３２８．
３ｇとなり、この結果、冷媒充填率としては２０３．７
７ｇ／リットルとなる。また、第２の基本システムで
は、最低必要冷媒量が４００．４ｇとなり、冷媒充填率
は２１８．１８ｇ／リットルとなる。よって、冷媒充填
率としては、上記冷媒充填率が確保されれば、冷凍サイ
クルの熱交換性能を損なうことがないので、冷媒充填率
の上限については、上記冷媒充填率以上の値が検証され
ることが望ましい。
【００１６】図２は、冷媒充填率３００ｇ／リットル、
３５０ｇ／リットル、及び４００ｇ／リットルのそれぞ
れの冷媒充填率における温度と冷凍サイクル１内の圧力
との関係を、実験及び演算により明らかにしたものであ
る。この特性線図によって、低圧経路２２側の目標設計
圧力が１０ＭＰａである場合には、約５８℃で１０ＭＰ
ａに到達する３００ｇ／リットルを冷媒充填率の上限値
とすることが望ましいことがわかる。
３５０ｇ／リットル、及び４００ｇ／リットルのそれぞ
れの冷媒充填率における温度と冷凍サイクル１内の圧力
との関係を、実験及び演算により明らかにしたものであ
る。この特性線図によって、低圧経路２２側の目標設計
圧力が１０ＭＰａである場合には、約５８℃で１０ＭＰ
ａに到達する３００ｇ／リットルを冷媒充填率の上限値
とすることが望ましいことがわかる。
【００１７】また、上記第１の基本システム及び第２の
基本システムにおいて、各部の数値差、特に高圧経路２
１の全体に対する容積割合、又は高圧経路２１と低圧経
路２２との間の容積比を変化させることによって、図３
に示すように、必要最低充填率の変化を示す特性線を得
ることができる。つまり、高圧経路２１の容積と低圧経
路２２との間の容積比は、上記第１の基本システムでは
約９：９１、上記第２の基本システムでは約１３：８７
となっており、これに対応して、最低必要冷媒充填率も
２０３．７７ｇ／リットルから２１８．１８リットルに
増加することに基づいて演算されたものである。この結
果、高圧経路２１と低圧経路２２の容積比の最小値を
８：９２に設定し、最高値を３：７に設定した場合、最
低必要冷媒充填率は、略２００ｇ／リットル〜２７０ｇ
／リットルの範囲内となり、これを冷媒充填率の下限値
として設定することが望ましいものである。
基本システムにおいて、各部の数値差、特に高圧経路２
１の全体に対する容積割合、又は高圧経路２１と低圧経
路２２との間の容積比を変化させることによって、図３
に示すように、必要最低充填率の変化を示す特性線を得
ることができる。つまり、高圧経路２１の容積と低圧経
路２２との間の容積比は、上記第１の基本システムでは
約９：９１、上記第２の基本システムでは約１３：８７
となっており、これに対応して、最低必要冷媒充填率も
２０３．７７ｇ／リットルから２１８．１８リットルに
増加することに基づいて演算されたものである。この結
果、高圧経路２１と低圧経路２２の容積比の最小値を
８：９２に設定し、最高値を３：７に設定した場合、最
低必要冷媒充填率は、略２００ｇ／リットル〜２７０ｇ
／リットルの範囲内となり、これを冷媒充填率の下限値
として設定することが望ましいものである。
【００１８】また、図４で示すように、内部熱交換器
（ＩＨＥ）１６を具備しない冷凍サイクル１’において
は、第１の基本システムは、全体容積が約１．５７リッ
トルに設定される。その第１の基本システムにおいて、
前記高圧経路２１の容積は１４５．４ｃｃであり、全体
容積の８．３７％となっている。その内訳は、コンプレ
ッサ２内の高圧側空間が１４．４ｃｃ（全体の０．９２
％）、コンプレッサ内部に設けられたオイル分離器部分
が１６ｃｃ（１．０２％）、前記配管３が１４．８ｃｃ
（０．９４％）、放熱器４が６０ｃｃ（３．８２％）、
前記配管１８が２６．２ｃｃ（１．６６％）である。こ
れに対して、低圧経路２２は、１４３７．９ｃｃ（全体
の９１．６３％）であり、その内訳は、エバポレータ１
０が１５０ｃｃ（９．５６％）、アキュムレータ１２が
１０００ｃｃ（６３．７２％）、エバポレータ１０から
コンプレッサ２までの配管１１，１９が１１７．９ｃｃ
（７．５１％）、コンプレッサ２の低圧側空間が１７０
ｃｃ（１０．８３％）である。尚、膨張弁８とエバポレ
ータ１０との間の配管９の容積は、前述したように膨張
弁８がエバポレータ１０に近接又は一体に設けられてい
ると共に低圧側となることから、無視又はエバポレータ
１０の容積の一部に含まれるよう考慮される。
（ＩＨＥ）１６を具備しない冷凍サイクル１’において
は、第１の基本システムは、全体容積が約１．５７リッ
トルに設定される。その第１の基本システムにおいて、
前記高圧経路２１の容積は１４５．４ｃｃであり、全体
容積の８．３７％となっている。その内訳は、コンプレ
ッサ２内の高圧側空間が１４．４ｃｃ（全体の０．９２
％）、コンプレッサ内部に設けられたオイル分離器部分
が１６ｃｃ（１．０２％）、前記配管３が１４．８ｃｃ
（０．９４％）、放熱器４が６０ｃｃ（３．８２％）、
前記配管１８が２６．２ｃｃ（１．６６％）である。こ
れに対して、低圧経路２２は、１４３７．９ｃｃ（全体
の９１．６３％）であり、その内訳は、エバポレータ１
０が１５０ｃｃ（９．５６％）、アキュムレータ１２が
１０００ｃｃ（６３．７２％）、エバポレータ１０から
コンプレッサ２までの配管１１，１９が１１７．９ｃｃ
（７．５１％）、コンプレッサ２の低圧側空間が１７０
ｃｃ（１０．８３％）である。尚、膨張弁８とエバポレ
ータ１０との間の配管９の容積は、前述したように膨張
弁８がエバポレータ１０に近接又は一体に設けられてい
ると共に低圧側となることから、無視又はエバポレータ
１０の容積の一部に含まれるよう考慮される。
【００１９】また、上記冷凍サイクル１の第２の基本シ
ステムは、全体容積が約１．７８リットルに設定され
る。そして、高圧経路２１の容積が２２５．０ｃｃとし
て全体容積の１２．６２％となっている。その内訳は、
コンプレッサ２内の高圧側空間が１８．０ｃｃ（全体の
１．０１％）、コンプレッサ内部に設けられたオイル分
離器部分が２０ｃｃ（１．１２％）、前記配管３が１
４．８ｃｃ（０．８３％）、放熱器４が１４６ｃｃ
（８．１９％）、前記配管１８が２６．２ｃｃ（１．４
６％）である。これに対して、低圧経路２２は、１５５
７．９ｃｃ（全体の８７．３８％）であり、その内訳
は、エバポレータ１０が２２５ｃｃ（１２．６２％）、
アキュムレータ１２が１０００ｃｃ（５６．０９％）、
エバポレータ１０からコンプレッサ２までの配管１１，
１９が１１７．９ｃｃ（６．６１％）、コンプレッサ２
の低圧側空間が２１５ｃｃ（１２．０６％）である。
尚、膨張弁８とエバポレータ１０との間の配管９の容積
は、前述したように、膨張弁８がエバポレータ１０に近
接又は一体に設けられていると共に低圧側となることか
ら、無視又はエバポレータ１０の容積の一部に含まれる
よう考慮される。
ステムは、全体容積が約１．７８リットルに設定され
る。そして、高圧経路２１の容積が２２５．０ｃｃとし
て全体容積の１２．６２％となっている。その内訳は、
コンプレッサ２内の高圧側空間が１８．０ｃｃ（全体の
１．０１％）、コンプレッサ内部に設けられたオイル分
離器部分が２０ｃｃ（１．１２％）、前記配管３が１
４．８ｃｃ（０．８３％）、放熱器４が１４６ｃｃ
（８．１９％）、前記配管１８が２６．２ｃｃ（１．４
６％）である。これに対して、低圧経路２２は、１５５
７．９ｃｃ（全体の８７．３８％）であり、その内訳
は、エバポレータ１０が２２５ｃｃ（１２．６２％）、
アキュムレータ１２が１０００ｃｃ（５６．０９％）、
エバポレータ１０からコンプレッサ２までの配管１１，
１９が１１７．９ｃｃ（６．６１％）、コンプレッサ２
の低圧側空間が２１５ｃｃ（１２．０６％）である。
尚、膨張弁８とエバポレータ１０との間の配管９の容積
は、前述したように、膨張弁８がエバポレータ１０に近
接又は一体に設けられていると共に低圧側となることか
ら、無視又はエバポレータ１０の容積の一部に含まれる
よう考慮される。
【００２０】上記内部熱交換器１６を具備しない第１及
び第２の基本システムにおいても、冷媒充填率の上限値
は、図２から示されるように３００ｇ／リットルを設定
することが望ましい。
び第２の基本システムにおいても、冷媒充填率の上限値
は、図２から示されるように３００ｇ／リットルを設定
することが望ましい。
【００２１】また、上記内部熱交換器１６を具備しない
第１の基本システム及び第２の基本システムにおいて、
各部の数値差、特に高圧経路２１の全体に対する容積割
合、又は高圧経路２１と低圧経路２２との間の容積比を
変化させることによって、図５に示すように、必要最低
充填率の変化を示す特性線を得ることができる。つま
り、高圧経路２１の容積と低圧経路２２との間の容積比
は、上記第１の基本システムでは約８：９２、上記第２
の基本システムでは約１３：８７となっており、これに
対応して、最低必要冷媒充填率も２００．５ｇ／リット
ルから２１４．９３リットルに増加することに基づいて
演算されたものである。この結果、高圧経路２１と低圧
経路２２の容積比の最小値を７：９３に設定し、最高値
を２．５：７．５に設定した場合、最低必要冷媒充填率
は、略２００ｇ／リットル〜２６０ｇ／リットルの範囲
内となり、これを冷媒充填率の下限値として設定するこ
とが望ましいものである。
第１の基本システム及び第２の基本システムにおいて、
各部の数値差、特に高圧経路２１の全体に対する容積割
合、又は高圧経路２１と低圧経路２２との間の容積比を
変化させることによって、図５に示すように、必要最低
充填率の変化を示す特性線を得ることができる。つま
り、高圧経路２１の容積と低圧経路２２との間の容積比
は、上記第１の基本システムでは約８：９２、上記第２
の基本システムでは約１３：８７となっており、これに
対応して、最低必要冷媒充填率も２００．５ｇ／リット
ルから２１４．９３リットルに増加することに基づいて
演算されたものである。この結果、高圧経路２１と低圧
経路２２の容積比の最小値を７：９３に設定し、最高値
を２．５：７．５に設定した場合、最低必要冷媒充填率
は、略２００ｇ／リットル〜２６０ｇ／リットルの範囲
内となり、これを冷媒充填率の下限値として設定するこ
とが望ましいものである。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、冷凍サイクルへの冷媒充填率の上限値として、冷媒
圧力が所定の高温時に冷凍サイクルの低圧経路の設計圧
を超えない充填率を設定したので、低圧経路の部品の耐
圧を向上させる必要がなくなることから、部品のコス
ト、重量の上昇を抑制できると共に、冷凍サイクルの安
全性を向上させることができるものである。
ば、冷凍サイクルへの冷媒充填率の上限値として、冷媒
圧力が所定の高温時に冷凍サイクルの低圧経路の設計圧
を超えない充填率を設定したので、低圧経路の部品の耐
圧を向上させる必要がなくなることから、部品のコス
ト、重量の上昇を抑制できると共に、冷凍サイクルの安
全性を向上させることができるものである。
【図１】本願発明の実施の形態に係る冷凍サイクルを示
した概略構成図である。
した概略構成図である。
【図２】冷凍サイクルに充填される冷媒の充填率と冷凍
サイクルの圧力との関係を示した特性線図である。
サイクルの圧力との関係を示した特性線図である。
【図３】冷凍サイクルの高圧経路の容積割合と最低冷媒
充填率との関係を示した特性線図である。
充填率との関係を示した特性線図である。
【図４】本願発明の実施の形態に係る冷凍サイクルであ
って、内部熱交換器を具備しない冷凍サイクルを示した
概略構成図である。
って、内部熱交換器を具備しない冷凍サイクルを示した
概略構成図である。
【図５】内部熱交換器を具備しない冷凍サイクルの高圧
経路の容積割合と最低冷媒充填率との関係を示した特性
線図である。
経路の容積割合と最低冷媒充填率との関係を示した特性
線図である。
１，１’ 冷凍サイクル ２ コンプレッサ ３，５，７，９，１１，１３，１５，１８，１９ 配管 ４ 放熱器 ６ 高圧側通路 ８ 膨張弁 １０ エバポレータ １２ アキュムレータ １４ 低圧側通路 １６ 内部熱交換器 ２１ 高圧経路 ２２ 低圧経路
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくともコンプレッサ、ガスクーラ、
膨張装置、エバポレータ及びアキュムレータを配管接合
することによって閉回路が形成され、前記コンプレッサ
の高圧側から膨張装置の流入側までの高圧経路と、膨張
装置の流出側からコンプレッサの低圧側までの低圧経路
からなると共に、冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サ
イクルにおいて、 前記冷凍サイクルに充填される冷媒充填率は、冷媒圧力
が所定の高温時に冷凍サイクルの低圧経路の設計圧を超
えない充填率を上限値としたことを特徴とする冷凍サイ
クル。 - 【請求項２】 前記冷媒充填率の上限値は、３００ｇ／
リットルであることを特徴とする請求項１又は２記載の
冷凍サイクル。 - 【請求項３】 前記冷凍サイクルに充填される冷媒充填
率は、高圧経路の容積と低圧経路の容積の比で決定され
る必要最低充填率を下限値とすることを特徴とする請求
項１又は２記載の冷凍サイクル。 - 【請求項４】 前記高圧経路の容積は、全体容積の７〜
２５％の範囲内であることを特徴とする請求項３又は４
記載の冷凍サイクル。 - 【請求項５】 前記冷媒充填率の下限値は、２００ｇ／
リットルから２６０ｇ／リットルの範囲内であることを
特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル。 - 【請求項６】 前記冷凍サイクルは、さらに高圧経路の
冷媒と低圧経路の冷媒の熱交換を行う内部熱交換器を具
備することを特徴とする請求項１，２又は３記載の冷凍
サイクル。 - 【請求項７】 前記高圧経路の容積は、全体容積の８〜
３０％の範囲内であることを特徴とする請求項６記載の
冷凍サイクル。 - 【請求項８】 前記冷媒充填率の下限値は、２００ｇ／
リットルから２７０ｇ／リットルの範囲内であることを
特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000206088A JP2002022297A (ja) | 2000-07-07 | 2000-07-07 | 冷凍サイクル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000206088A JP2002022297A (ja) | 2000-07-07 | 2000-07-07 | 冷凍サイクル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002022297A true JP2002022297A (ja) | 2002-01-23 |
Family
ID=18703071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000206088A Pending JP2002022297A (ja) | 2000-07-07 | 2000-07-07 | 冷凍サイクル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002022297A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005226927A (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 冷媒サイクル装置 |
| EP1709374A2 (en) * | 2003-12-19 | 2006-10-11 | Carrier Corporation | Vapor compression systems using an accumulator to prevent over-pressurization |
| JP2009139012A (ja) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | 冷凍空調装置 |
| JP2010043831A (ja) * | 2008-07-14 | 2010-02-25 | Daikin Ind Ltd | 空気調和装置の室外機 |
-
2000
- 2000-07-07 JP JP2000206088A patent/JP2002022297A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1709374A2 (en) * | 2003-12-19 | 2006-10-11 | Carrier Corporation | Vapor compression systems using an accumulator to prevent over-pressurization |
| EP1709374A4 (en) * | 2003-12-19 | 2009-08-19 | Carrier Corp | VAPOR COMPRESSION SYSTEMS USING AN ACCUMULATOR TO PREVENT OVERPRESSURIZATION |
| JP2005226927A (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 冷媒サイクル装置 |
| JP2009139012A (ja) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | 冷凍空調装置 |
| JP2010043831A (ja) * | 2008-07-14 | 2010-02-25 | Daikin Ind Ltd | 空気調和装置の室外機 |
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