JP2003161538A - 冷凍サイクル装置および凝縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイクル内循環冷媒流量が極端に減少する運
転条件においても、サイクル内の循環冷媒流量をより一
層適正に調整できるようにする。 【解決手段】 圧縮機の吐出冷媒の一部、および凝縮器
２の第１熱交換部５で凝縮した後の冷媒が流入する気液
分離器７を有し、気液分離器７内部にて流入冷媒の気液
を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒を凝縮器２のうち第
１熱交換部５下流の第２熱交換部６に向けて導出する冷
凍サイクル装置であって、第１入口部３３からの吐出冷
媒と第２入口部３４からの冷媒とを混合して気液分離器
７内に流入させる混合室３１を備え、混合室３１内の冷
媒流路を、吐出冷媒により第２入口部３４からの冷媒を
押し出して気液分離器７内に流入させるように構成し
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、車両空調用等に好
適な冷凍サイクル装置およびその凝縮器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍サイクル装置の基本構成は、
蒸発器出口冷媒の過熱度（スーパーヒート）制御と凝縮
器出口冷媒の過冷却度（サブクール）制御との違いから
レシーバサイクルとアキュムレータサイクルとに大別さ
れる。

【０００３】レシーバサイクルは凝縮器出口に設けたレ
シーバにより凝縮器出口冷媒の気液を分離して、レシー
バからの液冷媒を温度式膨張弁により減圧、膨張させ、
次に、この減圧後の低圧冷媒を蒸発器で吸熱して蒸発さ
せる。ここで、温度式膨張弁は蒸発器の出口冷媒の過熱
度ＳＨをフィードバックして弁開度を自動調整し、それ
により、蒸発器出口冷媒の過熱度ＳＨを所定範囲（例え
ば、３〜１５℃）に維持している。

【０００４】これに対し、アキュムレータサイクルは凝
縮器出口にキャピラリーチューブのような固定絞りを直
接接続し、凝縮器の出口冷媒を固定絞りで直接減圧、膨
張させる。そして、この減圧後の低圧冷媒を蒸発器で吸
熱して蒸発させ、この蒸発器を通過した冷媒をアキュム
レータに流入させ、このアキュムレータで蒸発器出口冷
媒の気液を分離し、アキュムレータ内のガス冷媒を圧縮
機に吸入させる。

【０００５】アキュムレータサイクルによると、アキュ
ムレータ内に冷媒の気液界面を形成してアキュムレータ
内の冷媒をモリエル線図の飽和ガス線上に維持するの
で、圧縮機への吸入冷媒の過熱度ＳＨは０℃に維持され
る。

【０００６】一方、減圧手段として固定絞りを用いてい
るので、凝縮器出口冷媒の過冷却度ＳＣは固定絞りの流
量特性とサイクル高圧圧力とサイクル冷媒流量とにより
成り行きで決定され、通常は、サイクル運転条件の変動
により過冷却度ＳＣは０〜２０℃程度の範囲で変動す
る。

【０００７】ところで、前者のレシーバサイクルでは、
温度式膨張弁が蒸発器出口冷媒の過熱度ＳＨをフィード
バックして弁開度を自動調整するものであるため、必然
的に複雑で精密な弁機構が必要となり、コスト高とな
る。

【０００８】また、温度式膨張弁は蒸発器出口冷媒の過
熱度ＳＨを感知するため、温度式膨張弁の設置場所を蒸
発器近傍、換言すると、室内側に設定する必要が生じ
る。その結果、温度式膨張弁の絞り通路部で発生する冷
媒通過音が室内の空調使用者（乗員）に伝播しやすくな
り、冷媒通過音の問題が顕在化する。

【０００９】これに対して、アキュムレータサイクルで
は、減圧手段として固定絞りを用いているので、温度式
膨張弁に比してはるかに低コストで製造できる。また、
固定絞りは蒸発器近傍に設置する必要がなく、そのた
め、室外側（車両のエンジンルーム側）に固定絞りを設
置できるので、室内へ伝播される冷媒通過音を大幅に低
減できる利点がある。

【００１０】しかし、アキュムレータは蒸発器の出口
側、すなわち低圧通路部に設けられ、比容積の大きい低
圧冷媒の気液分離を行うため、高圧側に設置されるレシ
ーバに比較してタンク容積を大きくする必要がある。そ
のため、車両エンジンルーム内のような狭隘なスペース
内に冷凍サイクル機器を搭載する際に、アキュムレータ
の搭載性がレシーバより大幅に悪化する。

【００１１】また、車両空調用冷凍サイクル装置では、
車両エンジンにより圧縮機を駆動するので、車両エンジ
ンの回転数変動に伴って圧縮機回転数も大幅に変動す
る。そのため、減圧手段が固定絞りであると、圧縮機の
大幅な回転数変動に対して冷媒流量調整作用が十分対応
できず、凝縮器出口冷媒の過冷却度ＳＣが大きく変動
し、その変動幅が過大となる。

【００１２】例えば、圧縮機の高回転時には圧縮機吐出
能力の増大により高圧圧力が上昇して凝縮器出口冷媒の
過冷却度ＳＣが大きくなりすぎる。この過大な過冷却度
ＳＣの発生は、高圧圧力の上昇による圧縮機駆動動力の
増加を招き、サイクル効率を悪化させる。

【００１３】そこで、本発明者らは、先に、特願２００
１−１１７２７８号の特許出願にて、従来のレシーバサ
イクルおよびアキュムレータサイクルとは異なる新規な
方式により蒸発器出口冷媒の過熱度を調整する冷凍サイ
クル装置を提案している。

【００１４】この先願のものは、具体的には、図１の冷
凍サイクル基本構成において、図６に示す凝縮器構成を
設定するものであり、凝縮器２の第１、第２熱交換部
５、６のチューブ１５の端部が連通するヘッダタンク１
７、１８を第１、第２熱交換部５、６の左右両側に配置
し、この両ヘッダタンク１７、１８のうち、いずれか一
方のヘッダタンク１７に、圧縮機１の吐出冷媒が流入す
る入口ジョイント２４を設けるとともに、この入口ジョ
イント２４を設けたヘッダタンク１７側に気液分離器７
を配置している。そして、入口ジョイント２４から吐出
冷媒が流入するヘッダタンク１７内の上部空間１７ａ
と、気液分離器７内の混合室３１とを連通する第１バイ
パス通路３３を設け、この第１バイパス通路３３により
入口ジョイント２４からの吐出冷媒の一部を分岐して混
合室３１内に直接導入するようにしている。

【００１５】また、第１熱交換部５で凝縮した液冷媒の
一部をヘッダタンク１７内の中間部空間１７ｂから第２
バイパス通路３４により分岐して気液分離器７内の混合
室３１に導入している。

【００１６】更に、気液分離器７内のガス冷媒および液
冷媒をヘッダタンク１７内の下部空間１７ｃに戻すガス
戻し用連通路３５および液戻し用連通路３６を設け、第
２バイパス通路３４の分岐点（ヘッダタンク１７内の中
間部空間１７ｂ）と、ガス戻し用連通路３５および液戻
し用連通路３６の合流点（ヘッダタンク１７内の下部空
間１７ｃ）との間に絞り８を設けている。

【００１７】この絞り８前後に発生する圧力差によっ
て、凝縮器冷媒流路途中（中間部空間１７ｂ）の液冷媒
を第２バイパス通路３４から気液分離器７内に導入する
とともに、気液分離器７内のガス冷媒及び液冷媒を下部
空間１７ｃに向けて導出するようにしている。

【００１８】上記先願では、圧縮機１の吐出冷媒の一部
を気液分離器７内に直接導入して、圧縮機１の吐出冷媒
と第２バイパス通路３４からの液冷媒とを混合して、気
液分離器７内で冷媒の気液を分離し、液冷媒を溜めるよ
うにしている。これにより、気液分離器７内への流入冷
媒の乾き度が圧縮機吐出冷媒の過熱度に応じて変化し
て、気液分離器７内に溜まる液冷媒量を圧縮機吐出冷媒
の過熱度に応じて調整することができる。そして、この
液冷媒量の調整によりサイクル内循環冷媒流量を調整
し、その結果、圧縮機の吐出冷媒の過熱度、ひいては蒸
発器出口冷媒の過熱度を調整するようにしている。

【００１９】従って、上記先願によると、サイクル高圧
側に設けた気液分離器７内の液冷媒量の調整により蒸発
器出口冷媒の過熱度を調整できるので、図１の減圧装置
３として固定絞り、あるいは高圧冷媒の状態に応動する
可変絞り等を使用でき、従来のレシーバサイクルにおけ
る温度式膨張弁を廃止できる。また、従来のアキュムレ
ータサイクルに比較すると、気液分離器７をサイクル高
圧側に設けるから、気液分離器７を小型化できる。ま
た、圧縮機吐出冷媒の過熱度に直接応答してサイクル内
循環冷媒流量を調整できるから、従来のアキュムレータ
サイクルに比較して、サイクル内循環冷媒流量を適正に
制御でき、サイクル効率を向上できる等の利点を有して
いる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先願の
冷凍サイクル装置を実際に実験検討してみると、次のご
とき問題が生じることが判明した。すなわち、第２バイ
パス通路３４の分岐点と、ガス戻し用連通路３５および
液戻し用連通路３６の合流点との間に配置される圧力差
発生用の絞り８前後の圧力差は、サイクル内の循環冷媒
流量の変化に応じて変化する。

【００２１】そのため、冷房熱負荷が小さい時とか、圧
縮機回転数の低回転時のように循環冷媒流量が極端に少
ない時には、固定絞り８前後の圧力差が大幅に減少す
る。これにより、第２バイパス通路３４から気液分離器
７内に液冷媒が流れにくくなり、図７の拡大図に示すよ
うに混合室３１内の下側領域に第２バイパス通路３４か
らの液冷媒（図７斜線部）が溜まるようになる。

【００２２】そのため、気液分離器７内への液冷媒の導
入量が過度に減少して、気液分離器７内に溜まる液冷媒
量が過度に減少する。その結果、サイクル内の循環冷媒
流量が冷房熱負荷に対して過多の状態でバランスする。
この冷媒流量過多の状態が生じると蒸発器出口冷媒の過
熱度が低下して、圧縮機での液圧縮の原因となる。

【００２３】本発明は上記点に鑑みて、サイクル循環冷
媒流量が極端に減少する運転条件においても、サイクル
内の循環冷媒流量をより一層適正に調整できるようにす
ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１）の吐出冷
媒の一部、および凝縮器（２）の第１熱交換部（５）で
凝縮した後の冷媒が流入する気液分離器（７）を有し、
気液分離器（７）内部にて流入冷媒の気液を分離して液
冷媒を溜め、ガス冷媒を凝縮器（２）のうち第１熱交換
部（５）下流の第２熱交換部（６）に向けて導出する冷
凍サイクル装置であって、吐出冷媒が流入する第１入口
部（３３）と、第１熱交換部（５）で凝縮した後の冷媒
が流入する第２入口部（３４）と、第１入口部（３３）
からの吐出冷媒と第２入口部（３４）からの冷媒とを混
合して気液分離器（７）内に流入させる混合室（３１）
とを備え、混合室（３１）内の冷媒流路を、吐出冷媒に
より第２入口部（３４）からの冷媒を押し出して気液分
離器（７）内に流入させるように構成したことを特徴と
する。

【００２５】これによると、サイクル内の循環冷媒流量
が極端に少なくなる運転条件（低流量時）においても、
混合室（３１）内で吐出冷媒により第２入口部（３４）
からの冷媒（凝縮後の液冷媒）必ず押し出して気液分離
器（７）内に流入させることができる。

【００２６】その結果、低流量時においても、気液分離
器（７）内に適正な液冷媒量を溜めることができ、サイ
クル内の循環冷媒流量を冷房熱負荷に対応した適正量に
調整できる。これにより、低流量時に、サイクル内冷媒
流量が過多となる状態を抑制して、蒸発器出口冷媒の過
熱度の過度な低下を抑制でき、ひいてはこれに起因する
圧縮機での液圧縮を抑制できる。

【００２７】請求項２に記載の発明のように、請求項１
において、具体的には、混合室（３１）の上下方向にお
いて、第１入口部（３３）を第２入口部（３４）より上
側に配置し、混合室（３１）内の冷媒流路として、第１
入口部（３３）からの吐出冷媒および第２入口部（３
４）からの冷媒をともに下方へ向かって流す第１流路
（３１ｂ）と、第１流路（３１ｂ）の下端部近傍に連通
し、第１流路（３１ｂ）の下端部近傍に到達した冷媒を
上方へ向かって流す第２流路（３１ｃ）とを備え、第２
流路（３１ｃ）の上方部を気液分離器（７）内に連通さ
せることを特徴とする。

【００２８】これによれば、混合室（３１）内の第１流
路（３１ｂ）と第２流路（３１ｃ）とによるＵターン状
の冷媒流れにより請求項１の作用効果を有効に発揮でき
る。

【００２９】請求項３に記載の発明のように、請求項１
または２において、混合室（３１）を気液分離器（７）
内に一体に構成すれば、気液分離器（７）に混合室（３
１）を内蔵した形態となり、気液分離器（７）を通常通
り凝縮器（２）のヘッダタンク（１７）に直接組み付
け、接合することができる。

【００３０】請求項４に記載の発明では、請求項１また
は２において、凝縮器（２）は、第１熱交換部（５）お
よび第２熱交換部（６）の冷媒流路を構成するチューブ
（１５）と、第１、第２熱交換部（５、６）の左右両側
に配置され、チューブ（１５）の端部が連通するヘッダ
タンク（１７、１８）と、両ヘッダタンク（１７、１
８）のうち、いずれか一方のヘッダタンク（１７）に設
けられ、圧縮機（１）の吐出冷媒が流入する冷媒入口
（２４）とを有しており、冷媒入口（２４）を設けた一
方のヘッダタンク（１７）と、気液分離器（７）との間
に板部材（４０）を一体に接合し、板部材（４０）に凹
状部（４０ａ、４０ｂ）を形成して混合室（３１）を構
成することを特徴とする。

【００３１】これにより、凝縮器（２）と気液分離器
（７）との間に接合される板部材（４０）により混合室
（３１）を構成することができる。そのため、気液分離
器（７）の内部空間の形態に制約されることなく、混合
室（３１）の形態を比較的自由に設定できる。

【００３２】請求項５に記載の発明では、請求項１また
は２において、気液分離器（７）の気液分離用空間を構
成する穴部（７１）および混合室（３１）内の冷媒流路
を構成する穴部（７２、７３）を１つの筒状本体部（７
０）に設け、この筒状本体部（７０）に、気液分離器
（７）および混合室（３１）を一体成形したことを特徴
とする。

【００３３】これにより、１つの筒状本体部（７０）に
気液分離器（７）および混合室（３１）を一体成形で構
成でき、気液分離器（７）および混合室（３１）を効率
よく製造でき、その製造コストを低減できる。

【００３４】請求項７に記載の発明では、圧縮機（１）
の吐出冷媒を凝縮させる第１熱交換部（５）と、吐出冷
媒の一部および第１熱交換部（５）で凝縮した後の冷媒
が流入する気液分離器（７）と、第１熱交換部（５）の
下流側に設けられた第２熱交換部（６）とを備え、気液
分離器（７）内部にて流入冷媒の気液を分離して液冷媒
を溜め、ガス冷媒を第２熱交換部（６）に向けて導出す
る冷凍サイクル装置の凝縮器であって、吐出冷媒が流入
する第１入口部（３３）と、第１熱交換部（５）で凝縮
した後の冷媒が流入する第２入口部（３４）と、第１入
口部（３３）からの吐出冷媒と第２入口部（３４）から
の冷媒とを混合して気液分離器（７）内に流入させる混
合室（３１）とを備え、混合室（３１）内の冷媒流路
を、吐出冷媒により第２入口部（３４）からの冷媒を押
し出して気液分離器（７）内に流入させるように構成し
た凝縮器を特徴とする。

【００３５】このように請求項７は凝縮器を対象とする
ものであって、請求項１と同様の作用効果を発揮できる
凝縮器を提供できる。

【００３６】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１は第１実施形態および先願に
よる冷凍サイクル装置の基本構成図であり、車両空調用
冷凍サイクルに適用した場合を示している。図２は第１
実施形態による気液分離器一体型の凝縮器を示し、図３
は気液分離器内の混合室部分の拡大断面図である。

【００３８】圧縮機１は電磁クラッチ１ａを介して車両
エンジンＥによりベルト駆動される。圧縮機１から吐出
された高圧のガス冷媒は凝縮器２に流入し、ここで、外
気と熱交換して冷却され、凝縮される。なお、凝縮器２
は車両走行による走行風を受けて冷却される部位、具体
的には車両エンジンルーム内の最前部等に配置され、走
行風および凝縮器用冷却ファン（図示せず）の送風空気
により冷却される。

【００３９】減圧装置３は凝縮器２を通過した冷媒を低
圧の気液２相状態に減圧するためのものであり、本例で
はオリフィス、ノズル、キャピラリーチューブ等の固定
絞りで構成してある。

【００４０】蒸発器４は減圧装置３を通過した低圧冷媒
を図示しない空調用送風機の送風空気から吸熱して蒸発
させるものである。蒸発器４は図示しない空調室内ユニ
ットのケース内に配置され、蒸発器４で冷却された冷風
は周知のごとく図示しないヒータコア部で温度調整され
た後に車室内へ吹き出す。蒸発器４で蒸発したガス冷媒
は圧縮機１に吸入される。

【００４１】凝縮器２は、冷媒流れ方向の順に設けた第
１熱交換部５と第２熱交換部６とを有しており、そし
て、第１熱交換部５と第２熱交換部６との間に冷媒の気
液分離を行う気液分離器７および中間絞り（固定絞り）
８を一体に設置する構成となっている。

【００４２】次に、凝縮器２の具体的構成を図２により
説明すると、凝縮器２は水平方向に延びて冷媒流路を構
成する多数本の偏平チューブ１５とこれに接合されるコ
ルゲートフィン１６とから構成される熱交換部を有し、
この熱交換部の上側に第１熱交換部５を構成し、その下
側に第２熱交換部６を構成している。

【００４３】この両熱交換部５、６の左右両側にヘッダ
タンク（サイドタンク）１７、１８を上下方向に配置
し、偏平チューブ１５の左右両端部をヘッダタンク１
７、１８に接合するとともに、偏平チューブ１５の左右
の端部はそれぞれヘッダタンク１７、１８の内部に連通
する。

【００４４】ここで、一方のヘッダタンク１７の内部空
間は２枚の仕切り板１９ａ、１９ｂにより上中下３つの
空間１７ａ、１７ｂ、１７ｃに仕切られている。また、
他方のヘッダタンク１８の内部空間は１枚の仕切り板２
０により上下２つの空間１８ａ、１８ｂに仕切られてい
る。

【００４５】一方のヘッダタンク１８の上部には冷媒入
口をなす入口ジョイント２４が接合され、この入口ジョ
イント２４からヘッダタンク１７の上部空間１７ａに圧
縮機１の吐出冷媒が流入する。他方のヘッダタンク１８
の下部に冷媒出口をなす出口ジョイント２５が接合さ
れ、この出口ジョイント２５からヘッダタンク１８の下
部空間１８ｂ内の冷媒が凝縮器２の外部へ出て、図１の
減圧装置３側へ向かう。

【００４６】気液分離器７は上下方向に延びる細長のタ
ンク形状からなり、左右２つのヘッダタンク１７、１８
のうち、入口ジョイント２４が設けられた一方のヘッダ
タンク１７に一体に接合されている。なお、第１、第２
熱交換部５、６、ヘッダタンク１７、１８、気液分離器
７等はすべてアルミニュウム材で構成され、ろう付けに
より一体構造に組み付けられる。ここで、アルミニュウ
ム材とはアルミニュウム合金を含む意味である。

【００４７】次に、気液分離器７と、凝縮器２側冷媒流
路との結合関係を説明すると、気液分離器７内に金属製
のスペーサ部材３０を配置して、このスペーサ部材３０
の内部に上下方向に延びる混合室３１を形成している。
この混合室３１は第１バイパス通路３３によりヘッダタ
ンク１７内の上部空間１７ａに連通し、更に、混合室３
１は第２バイパス通路３４によりヘッダタンク１７内の
中間部空間１７ｂに連通している。

【００４８】ここで、混合室３１の上下方向に対して第
１バイパス通路３３を上側に配置し、第２バイパス通路
３４を下側に配置している。更に、混合室３１は出口穴
３２により気液分離器７内の上部空間（ガス冷媒域）に
連通している。なお、出口穴３２の上下方向位置を下げ
ると、出口穴３２から気液混合冷媒流が気液分離器７内
下部に溜まる液冷媒中に噴出して、液冷媒を泡立たせ
て、気液分離器７内下部に液冷媒を溜めることができな
い。従って、出口穴３２の上下方向位置は気液分離器７
内上部のガス冷媒域に位置するように設定する。

【００４９】混合室３１の具体的構成をより詳細に説明
すると、金属製のスペーサ部材３０は気液分離器７の円
弧状内周壁面に一体にろう付けにより接合されるため、
気液分離器７および凝縮器２と同様にアルミニュウム材
で成形される。そして、スペーサ部材３０の断面形状は
図示しないが、気液分離器７の円弧状内周壁面に沿った
円弧状部を有する略半円状の形状であり、そして、スペ
ーサ部材３０の全体形状は図３に拡大図示するように上
下方向に延びる縦長の形状になっている。

【００５０】スペーサ部材３０の内部にはスペーサ部材
３０の上面部から垂下する仕切り板３０ａが設けてあ
る。この仕切り板３０ａもアルミニュウム材で成形さ
れ、スペーサ部材３０の上面部およびスペーサ部材３０
の上下方向に延びる内壁面に一体に接合される。

【００５１】この仕切り板３０ａの下端部と混合室３１
内の底面部との間の連通部３１ａを残して、この連通部
３１ａよりも上方の空間を仕切り板３０ａの面と平行に
仕切る。これにより、混合室３１内の冷媒流路として、
第１流路３１ｂと連通部３１ａと第２流路３１ｃとを有
するＵターン流れの冷媒流路を構成する。

【００５２】第１流路３１ｂは、第１バイパス通路３３
からの吐出ガス冷媒および第２バイパス通路３４からの
冷媒（凝縮後の液冷媒）がともに下方へ向かって流れる
流路を構成する。そして、第２流路３１ｃは、第１流路
３１ｂの下端部に連通部３１ａにより連通し、第１流路
３１ｂの下端部（すなわち、連通部３１ａの部位）に到
達した冷媒が上方へ向かって流れる流路を構成し、この
第２流路３１ｃの上方部に上記出口穴３２が配置してあ
る。

【００５３】以上の冷媒流路構成により、入口ジョイン
ト２４からの圧縮機吐出冷媒の一部がヘッダタンク１７
内の上部空間１７ａにて第１バイパス通路３３に分岐さ
れ、この第１バイパス通路３３を通過して混合室３１内
の第１流路３１ｂの上方部へ直接導入される。また、ヘ
ッダタンク１７内の中間部空間１７ｂに流入する凝縮後
の液冷媒の一部が第２バイパス通路３４に分岐され、こ
の第２バイパス通路３４を通過して混合室３１内の第１
流路３１ｂのうち、圧縮機吐出冷媒の導入部位より下方
部へ導入される。

【００５４】従って、混合室３１内の第１流路３１ｂに
て圧縮機吐出冷媒により第２バイパス通路３４からの液
冷媒を必ず押し出して第２流路３１ｃ側へ送り込むこと
ができる。これと同時に、圧縮機吐出冷媒と液冷媒が第
１流路３１ｂから連通部３１ａを経て第２流路３１ｃ側
へ流れる間に、圧縮機吐出冷媒と液冷媒が良好に混合さ
れる。

【００５５】なお、第１バイパス通路３３および第２バ
イパス通路３４は気液分離器７、スペーサ部材３０、お
よびヘッダタンク１７の壁面を貫通する貫通穴にて構成
できる。第１バイパス通路３３が本発明の第１入口部を
構成し、第２バイパス通路３４が本発明の第２入口部を
構成する。

【００５６】ヘッダタンク１７内の中間部空間１７ｂと
下部空間１７ｃとを仕切る仕切り板１９ｂには中間絞り
８を構成する絞り穴が設けてあるので、中間絞り８によ
る所定の圧力差を持って中間部空間１７ｂが下部空間１
７ｃに連通する。

【００５７】また、気液分離器７の上部には図２に示す
ようにガス戻し用の連通路３５の一端部を接続し、この
連通路３５の他端部をヘッダタンク１７内の下部空間１
７ｃに接続している。これにより、気液分離器７内の上
部のガス冷媒をヘッダタンク１７内の下部空間１７ｃに
常時戻すことができる。ガス戻し用の連通路３５は本例
では気液分離器７の外部に設けたパイプ部材により構成
している。

【００５８】また、気液分離器７の下部には、気液分離
器７とヘッダタンク１７の壁面を貫通する貫通穴からな
る液戻し用の連通路３６を形成して、気液分離器７内の
下部をヘッダタンク１７内の下部空間１７ｃに連通させ
ている。この液戻し用の連通路３６は中間絞り８および
ガス戻し用連通路３５に比較して通路断面積が十分小さ
い（例えば、穴径：１ｍｍ程度）ものであり、気液分離
器７内の下部に溜まる液冷媒をヘッダタンク１７内の下
部空間１７ｃに常時少量ずつ戻すことができる。

【００５９】ここで、気液分離器７内に溜まる液冷媒に
は圧縮機１の潤滑オイルが溶け込んでいるので、この液
冷媒戻しにより圧縮機１へのオイル戻り性を良好に維持
できる。

【００６０】なお、気液分離器７内には冷媒中の水分を
吸着する乾燥剤３７が配置される。この乾燥剤３７は、
気液分離器７を含む凝縮器２を一体ろう付けにより組み
付けた後に、気液分離器７の底部開口部から気液分離器
７内に挿入され、この底部開口部は蓋部材３８によって
密封される。この蓋部材３８は気液分離器７の下端部に
ねじ止め等により弾性シール材（図示せず）を介在して
気密に固定される。

【００６１】次に、上記構成において作動を説明する。
圧縮機１の吐出冷媒は入口ジョイント２４からヘッダタ
ンク１７の上部空間１７ａを経て第１熱交換部５の上半
部の偏平チューブ１５を矢印ａのように水平方向に通過
してヘッダタンク１８の上部空間１８ａに流入して、こ
こで、Ｕターンする。そして、空間１８ａから第１熱交
換部５の下半部の偏平チューブ１５を矢印ｂのように水
平方向に通過してヘッダタンク１７の中間部空間１７ｂ
内に流入する。

【００６２】通常のサイクル運転条件であれば、圧縮機
１の吐出冷媒は第１熱交換部５のＵターン状の冷媒流路
を流れる間に外気中に放熱して凝縮され、液冷媒となっ
て中間部空間１７ｂ内に流入する。なお、サイクル運転
条件の変動により所定乾き度を持った気液２相冷媒が中
間部空間１７ｂ内に流入する場合もある。

【００６３】そして、中間部空間１７ｂ内の液冷媒の主
流は、矢印ｃのように仕切り板１９ｂに形成された中間
絞り８を通過して下部空間１７ｃ内に流入する。中間絞
り８の存在によりヘッダタンク１７の中間部空間１７ｂ
と下部空間１７ｃ間に所定の圧力差が生じる。この圧力
差の発生によって、中間部空間１７ｂ内の液冷媒の一部
が矢印ｄのように第２バイパス通路３４から混合室３１
内へ導入される。

【００６４】また、入口ジョイント２４からの圧縮機吐
出冷媒がヘッダタンク１７内の上部空間１７ａにおいて
分岐され、その分岐された一部の吐出冷媒が第１バイパ
ス通路３３を経て矢印ｅのように混合室３１内へ直接導
入される。そのため、混合室３１内では圧縮機吐出冷媒
の一部と第１熱交換部５で凝縮した液冷媒の一部が混合
し、熱交換するので、飽和ガス冷媒と飽和液冷媒とが混
合した状態、すなわち、所定の乾き度を持った気液２相
状態となって、混合室３１の出口穴３２から矢印ｆのよ
うに混合冷媒が気液分離器７内の上部に流入する。

【００６５】ここで、圧縮機吐出冷媒と凝縮後の液冷媒
を別々に気液分離器７内に直接導入せずに、混合室３１
内にて圧縮機吐出冷媒と凝縮後の液冷媒を混合した後に
気液分離器７内に導入するから、混合室３１内にて圧縮
機吐出冷媒と凝縮後の液冷媒を良好に混合して、両冷媒
間の熱交換を十分行うことができる。

【００６６】気液分離器７内で冷媒の気液が密度差によ
り分離され、気液分離器７内の下方側に液冷媒が溜ま
り、上方側にガス冷媒が集まる。なお、図３の矢印ｆ１
は出口穴３２から気液分離器７内に流入した密度の小さ
い飽和ガス冷媒の流れを示し、図３の矢印ｆ２は出口穴
３２から気液分離器７内に流入した密度の大きい飽和液
冷媒の流れを示す。

【００６７】気液分離器７内のガス冷媒は、ガス戻し用
連通路３５を通過して矢印ｇのようにヘッダタンク１７
の下部空間１７ｃ内に流入する。また、気液分離器７内
の下方の液冷媒は、矢印ｈのように液戻し用連通路３６
を通過して下部空間１７ｃ内に流入する。

【００６８】従って、下部空間１７ｃには、中間部空間
１７ｂからの凝縮器主流路の液冷媒と、気液分離器７内
のガス冷媒と気液分離器７内の液冷媒の三者が流入す
る。これらの冷媒は下部空間１７ｃで混合され第２熱交
換部６の偏平チューブ１５を矢印ｃのように通過してこ
こで再度大気中に放熱して過冷却状態になる。この過冷
却液冷媒はヘッダタンク１８の下部空間１８ｂに流入し
た後、出口ジョイント２５から凝縮器２の外部へ出て、
減圧装置３側へ向かう。

【００６９】ところで、以上のような作動を行うため、
第１熱交換部５を通過して冷却され凝縮した液冷媒の一
部および入口ジョイント２４からの吐出冷媒の一部が混
合室３１内で混合し、熱交換することにより、混合室３
１の出口３２から気液分離器７内に流入する冷媒は、圧
縮機吐出冷媒の過熱度に応じた乾き度を持った気液２相
状態となる。

【００７０】この結果、気液分離器７内に溜まる液冷媒
量が圧縮機吐出冷媒の過熱度に応じた量となる。換言す
ると、圧縮機吐出冷媒の過熱度の変化に応答して気液分
離器７内に溜まる液冷媒量を調整でき、そして、この貯
留液冷媒量の調整により、サイクル循環冷媒流量を調整
して、圧縮機吐出冷媒の過熱度を調整できる。

【００７１】より具体的に述べると、夏場のような冷房
高負荷時に蒸発器出口冷媒の過熱度が大きくなると、圧
縮機１吐出冷媒の過熱度も大きくなる。そのため、第１
バイパス通路３３から混合室３１内に過熱度の大きいガ
ス冷媒が流入する。

【００７２】この過熱度の大きい高温ガス冷媒の流入に
より、混合室３１内の液冷媒の蒸発が促進され、混合室
３１から気液分離器７内に流入する冷媒の乾き度が大き
くなるので、気液分離器７内に溜まる液冷媒量を減少さ
せる。これにより、気液分離器７からガス戻し用連通路
３５を経て凝縮器２へ戻されるガス冷媒量を増加させる
ので、サイクル内の循環冷媒流量を増加させることがで
き、蒸発器出口冷媒の過熱度を減少させることができ
る。

【００７３】一方、冷房熱負荷が小さくて、蒸発器出口
冷媒の過熱度が０付近であったり、圧縮機１に液冷媒戻
りが生じるような条件下では、圧縮機１吐出冷媒の過熱
度も小さくなるので、バイパス吐出冷媒による液冷媒の
蒸発作用が低下し、混合室３１から気液分離器７内に流
入する冷媒の乾き度が小さくなる。そのため、気液分離
器７では、逆に、液冷媒の貯留量が増加し、サイクル内
の循環冷媒流量を減少させる。

【００７４】そして、気液分離器７内での液冷媒量の増
加により、再び、サイクル内循環冷媒流量が不足する事
態が発生すれば、圧縮機１吐出冷媒の過熱度増加が気液
分離器７内にフィードバックされ、気液分離器７内の液
冷媒量を減少させ、サイクル内の循環冷媒流量を増加さ
せる。

【００７５】以上のように、バイパス吐出冷媒を気液分
離器７内に直接導入することにより、圧縮機吐出冷媒の
過熱度変化を気液分離器７内の液冷媒量の調整に応答良
くフィードバックすることができる。そして、この液冷
媒量の調整作用を通じてサイクル内の循環冷媒流量を調
整し、圧縮機１吐出冷媒の過熱度を制御していることに
なる。圧縮機１での圧縮過程は基本的に等エントロピ変
化であるから、圧縮機１吐出冷媒の過熱度を制御できれ
ば、蒸発器出口冷媒の過熱度を制御できることになる。

【００７６】ところで、上記のような過熱度制御を行う
冷凍サイクルにおいて、前述したように、冷房熱負荷が
小さい時とか、圧縮機回転数の低回転時のように循環冷
媒流量が極端に少なくなると、固定絞り８前後の圧力差
が大幅に減少する。その場合、先願発明によると、この
圧力差の大幅減少が原因となって、第２バイパス通路３
４から気液分離器７内に液冷媒が流れにくくなり、図７
の拡大図に示すように混合室３１内の下側領域に第２バ
イパス通路３４からの液冷媒（図７斜線部）が溜まるよ
うになる。そのため、気液分離器７内に溜まる液冷媒量
が過度に減少して、サイクル内の循環冷媒流量が冷房熱
負荷に対して過多の状態でバランスするという問題が生
じる。

【００７７】これに対して、本実施形態によると、圧縮
機吐出冷媒の一部が第１バイパス通路３３を通過して混
合室３１内の第１流路３１ｂの上方部へ導入され、ま
た、第１熱交換部５で凝縮した液冷媒の一部が第２バイ
パス通路３４を通過して混合室３１内の第１流路３１ｂ
のうち、圧縮機吐出冷媒より下方部へ導入される。従っ
て、固定絞り８前後の圧力差が大幅に減少するサイクル
運転条件（低流量時）においても、混合室３１内の第１
流路３１ｂにて圧縮機吐出冷媒により第２バイパス通路
３４からの液冷媒を必ず押し出して第２流路３１ｃ側へ
送り込むことができる。

【００７８】その結果、凝縮後の液冷媒の一部を低流量
時でも混合室３１内を通して気液分離器７内に確実に導
入することができ、気液分離器７内に適正量の冷媒を溜
めることができる。その結果、低流量時における冷媒流
量過多の状態を抑制して、蒸発器出口冷媒の過熱度の過
度な低下を防止できる。つまり、本実施形態によると、
低流量時におけるサイクル内の循環冷媒流量をより一層
適正な範囲に制御できる。

【００７９】（第２実施形態）第１実施形態では、気液
分離器７内にスペーサ部材３０を配置して、混合室３１
を気液分離器７内に構成しているが、第２実施形態で
は、混合室３１を気液分離器７とヘッダタンク１７との
間に構成する。

【００８０】図４は第２実施形態であり、気液分離器７
とヘッダタンク１７との間に板部材４０を介在し、この
板部材４０により混合室３１を構成する。より具体的に
説明すると、板部材４０は図４（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに縦長の概略長方形の形状にアルミニュウム材により
成形され、気液分離器７とヘッダタンク１７との間にて
一体にろう付けされる。

【００８１】そして、板部材４０のうち、上部側の部分
に、左右の両側面から縦長の凹状部４０ａ、４０ｂを切
削加工等により形成し、この左右の凹状部４０ａ、４０
ｂの間の部分を仕切り板４０ｃとする。左右の凹状部４
０ａ、４０ｂの下端部には貫通穴４０ｄを開けて、左右
の凹状部４０ａ、４０ｂを連通させる。

【００８２】第２実施形態では、板部材４０の左右の両
側面は図４（ａ）に示すように気液分離器７とヘッダタ
ンク１７の外表面に接合されるので、左右の凹状部４０
ａ、４０ｂの空間は密封された冷媒流路となる。すなわ
ち、右側の凹状部４０ａにより混合室３１の第１流路３
１ｂを構成し、左側の凹状部４０ｂにより混合室３１の
第２流路３１ｃを構成し、貫通穴４０ｄにより第１流路
３１ｂと第２流路３１ｃとの連通部３１ａを構成する。

【００８３】そして、第２実施形態では、第１バイパス
通路３３および第２バイパス通路３４はヘッダタンク１
７の壁面を貫通する貫通穴により構成され、第１実施形
態と同様に第１バイパス通路３３が上方に配置され、第
１バイパス通路３３の下方に第２バイパス通路３４が配
置されている。また、混合室３１の出口穴３２は気液分
離器７のの壁面を貫通する貫通穴により構成され、出口
穴３２も第１実施形態と同様に第２流路３１ｃの上方部
に配置されている。

【００８４】以上の構成により第２実施形態において
も、第１実施形態と同様に、混合室３１内において、第
１バイパス通路３３からの圧縮機吐出冷媒により第２バ
イパス通路３４からの液冷媒を必ず押し出すことができ
るので、低流量時においても気液分離器７内に適正量の
液冷媒を溜めて、サイクル内冷媒循環流量を適正に調整
できる。

【００８５】また、気液分離器７とヘッダタンク１７と
の間に組み込んだ板部材４０により混合室３１を構成し
ているから、気液分離器７の内部空間の形態に制約され
ることなく、比較的自由に混合室３１の形態を設定でき
る。

【００８６】（第３実施形態）第３実施形態は、気液分
離器７と混合室３１を押し出し加工等により一体成形す
るものである。図５は第３実施形態による気液分離器７
と混合室３１の一体成形品を示しており、７０は気液分
離器７のうち上下方向に延びる筒状本体部であり、この
筒状本体部７０には、上下方向に延びる円形状の第１貫
通穴部７１と、この第１貫通穴部７１の側方において、
第１貫通穴部７１よりも十分小さい断面積にて上下方向
に延びる円形状の第２、第３貫通穴部７２、７３が設け
てある。

【００８７】この第１〜第３貫通穴部７１〜７３は互い
に上下方向に平行に延びる穴形状であるから、筒状本体
部７０の材料としてアルミニュウム材を用い、アルミニ
ュウム材を押出成形することにより、図５に示す第１〜
第３貫通穴部７１〜７３を有する筒状本体部７０の形状
を一体成形できる。

【００８８】ところで、第１貫通穴部７１は、気液分離
器７の気液分離のための空間を形成するものであり、ま
た、第１貫通穴部７１内には冷媒中の水分を吸着する乾
燥剤３７（図２）が配置される。

【００８９】また、第２貫通穴部７２は混合室３１の第
１流路３１ｂを構成し、第３貫通穴部７３は混合室３１
の第２流路３１ｃを構成する。そして、第２貫通穴部７
２と第３貫通穴部７３の下端部近傍に連通穴を開けて、
第１流路３１ｂと第２流路３１ｃとの連通部３１ａを形
成している。

【００９０】筒状本体部７０のうち、第２貫通穴部７２
の上側部位に、圧縮機吐出冷媒を流入させる第１バイパ
ス通路３３を形成する連通穴を開けてある。そして、筒
状本体部７０のうち、第１バイパス通路３３より下側の
部位に液冷媒を流入させる第２バイパス通路３４を形成
する連通穴が開けてある。

【００９１】なお、筒状本体部７０のうち、第１バイパ
ス通路３３および第２バイパス通路３４を形成する部位
は上下方向に延びる平面部７４になっており、この平面
部７４は凝縮器２のヘッダタンク１７の外表面に接合さ
れる接合面である。第１バイパス通路３３はヘッダタン
ク１７の壁面の連通穴を通して上部空間１７ａに連通
し、第２バイパス通路３４はヘッダタンク１７の壁面の
連通穴を通して中間部空間１７ｂに連通する。

【００９２】また、筒状本体部７０のうち、第３貫通穴
部７３の上側部位に、第３貫通穴部７３（第２流路３１
ｃ）を第１貫通穴部７２（気液分離用空間）に連通させ
る出口穴３２が開けてある。また、筒状本体部７０のう
ち、第２貫通穴部７２と第３貫通穴部７３との間の肉厚
部分の最下部近傍に、液戻し用の連通路３６を形成する
連通穴が開けてある。この連通路３６は第１貫通穴部７
１の底部近傍の部位をヘッダタンク１７の壁面の連通穴
を通して下部空間１７ｃに連通させる。また、筒状本体
部７０のうち、第１貫通穴部７１の上側部位に連通穴７
５を開けて、第１貫通穴部７１の上側空間（ガス冷媒
域）をガス戻し用連通路３５を通してヘッダタンク１７
内の下部空間１７ｃに連通させるようになっている。

【００９３】筒状本体部７０の底面部には図２の蓋部材
３８に相当する図示しない蓋部材をシール固定して、第
１〜第３貫通穴部７１〜７３の底面部を密封するように
してある。また、筒状本体部７０の上面部には図示しな
い蓋部材を一体に接合（ろう付け等）して、第１〜第３
貫通穴部７１〜７３の上面部を密封するようにしてあ
る。

【００９４】以上の構成により第３実施形態において
も、第１、第２実施形態と同様に、混合室３１内におい
て、第１バイパス通路３３からの圧縮機吐出冷媒により
第２バイパス通路３４からの液冷媒を押し出すことがで
きるので、低流量時においても気液分離器７内に適正量
の液冷媒を溜めて、サイクル内冷媒循環流量を適正に調
整できる。しかも、第３実施形態によると、気液分離器
７と混合室３１を押出加工により効率よく一体成形で
き、製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明及び先願発明の冷凍サイクルの基本構成
図である。

【図２】本発明の第１実施形態による気液分離器一体型
凝縮器を示す模式的断面図である。

【図３】図２の要部拡大断面図である。

【図４】（ａ）は本発明の第２実施形態による気液分離
器一体型凝縮器の要部断面図、（ｂ）は（ａ）の板部材
単体の正面図、（ｃ）は（ａ）の板部材単体の右側面図
である。

【図５】本発明の第３実施形態を示す要部斜視図であ
る。

【図６】先願発明による気液分離器一体型凝縮器を示す
模式的断面図である。

【図７】先願発明における低流量時の冷媒流れの挙動説
明図である。

【符号の説明】

２…凝縮器、５…第１熱交換部、６…第２熱交換部、７
…気液分離器、８…中間絞り、１５…チューブ、１７、
１８…ヘッダタンク、２４…入口ジョイント（冷媒入
口）、３２…出口穴、３３…第１バイパス通路（第１入
口部）、３４…第２バイパス通路（第２入口部）、３０
…スペーサ部材、３１…混合室、３１ａ…連通部、３１
ｂ…第１流路、３１ｃ…第２流路、４０…板部材、７０
…円筒状本体部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀田 照之 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１）の吐出冷媒の一部、および
   凝縮器（２）の第１熱交換部（５）で凝縮した後の冷媒
   が流入する気液分離器（７）を有し、 前記気液分離器（７）内部にて流入冷媒の気液を分離し
   て液冷媒を溜め、ガス冷媒を前記凝縮器（２）のうち前
   記第１熱交換部（５）下流の第２熱交換部（６）に向け
   て導出する冷凍サイクル装置であって、 前記吐出冷媒が流入する第１入口部（３３）と、 前記第１熱交換部（５）で凝縮した後の冷媒が流入する
   第２入口部（３４）と、 前記第１入口部（３３）からの前記吐出冷媒と前記第２
   入口部（３４）からの前記冷媒とを混合して前記気液分
   離器（７）内に流入させる混合室（３１）とを備え、 前記混合室（３１）内の冷媒流路を、前記吐出冷媒によ
   り前記第２入口部（３４）からの前記冷媒を押し出して
   前記気液分離器（７）内に流入させるように構成したこ
   とを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記混合室（３１）の上下方向におい
   て、前記第１入口部（３３）を前記第２入口部（３４）
   より上側に配置し、 前記混合室（３１）内の冷媒流路として、 前記第１入口部（３３）からの前記吐出冷媒および前記
   第２入口部（３４）からの前記冷媒をともに下方へ向か
   って流す第１流路（３１ｂ）と、 前記第１流路（３１ｂ）の下端部近傍に連通し、前記第
   １流路（３１ｂ）の下端部近傍に到達した冷媒を上方へ
   向かって流す第２流路（３１ｃ）とを備え、 前記第２流路（３１ｃ）の上方部を前記気液分離器
   （７）内に連通させることを特徴とする請求項１に記載
   の冷凍サイクル装置。
3. 【請求項３】 前記混合室（３１）を前記気液分離器
   （７）内に一体に構成することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 【請求項４】 前記凝縮器（２）は、前記第１熱交換部
   （５）および前記第２熱交換部（６）の冷媒流路を構成
   するチューブ（１５）と、 前記第１、第２熱交換部（５、６）の左右両側に配置さ
   れ、前記チューブ（１５）の端部が連通するヘッダタン
   ク（１７、１８）と、 前記両ヘッダタンク（１７、１８）のうち、いずれか一
   方のヘッダタンク（１７）に設けられ、前記圧縮機
   （１）の吐出冷媒が流入する冷媒入口（２４）とを有し
   ており、 前記冷媒入口（２４）を設けた前記一方のヘッダタンク
   （１７）と、前記気液分離器（７）との間に板部材（４
   ０）を一体に接合し、 前記板部材（４０）に凹状部（４０ａ、４０ｂ）を形成
   して前記混合室（３１）を構成することを特徴とする請
   求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 【請求項５】 前記気液分離器（７）の気液分離用空間
   を構成する穴部（７１）および前記混合室（３１）内の
   冷媒流路を構成する穴部（７２、７３）を１つの筒状本
   体部（７０）に設け、 前記筒状本体部（７０）に、前記気液分離器（７）およ
   び前記混合室（３１）を一体成形したことを特徴とする
   請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
6. 【請求項６】 圧縮機（１）の吐出冷媒を凝縮させる第
   １熱交換部（５）と、前記吐出冷媒の一部および前記第
   １熱交換部（５）で凝縮した後の冷媒が流入する気液分
   離器（７）と、前記第１熱交換部（５）の下流側に設け
   られた第２熱交換部（６）とを備え、 前記気液分離器（７）内部にて流入冷媒の気液を分離し
   て液冷媒を溜め、ガス冷媒を前記第２熱交換部（６）に
   向けて導出する冷凍サイクル装置の凝縮器であって、 前記吐出冷媒が流入する第１入口部（３３）と、 前記第１熱交換部（５）で凝縮した後の冷媒が流入する
   第２入口部（３４）と、 前記第１入口部（３３）からの前記吐出冷媒と前記第２
   入口部（３４）からの前記冷媒とを混合して前記気液分
   離器（７）内に流入させる混合室（３１）とを備え、 前記混合室（３１）内の冷媒流路を、前記吐出冷媒によ
   り前記第２入口部（３４）からの前記冷媒を押し出して
   前記気液分離器（７）内に流入させるように構成したこ
   とを特徴とする冷凍サイクル装置の凝縮器。