JP2003182349A

JP2003182349A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2003182349A
Application number: JP2001381817A
Authority: JP
Inventors: Kurahito Yamazaki; 庫人山▲崎▼
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧側の気液分離器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により循環
冷媒流量を調整する冷凍サイクル装置において、圧縮機
起動直後における冷房性能を向上する。【解決手段】サイクル内高圧側冷媒の気液を分離する
気液分離器７と、気液分離器７内に溜まる液冷媒量を圧
縮機１の吐出冷媒の過熱度の変化により調整する第１バ
イパス通路３３とを備え、圧縮機吐出冷媒の過熱度が増
加することにより気液分離器７内の液冷媒量を減少させ
てサイクル内の循環冷媒流量を増加させるようになって
おり、圧縮機１の起動時に、制御装置５２により凝縮器
２の冷却用電動ファン５０を低速回転状態に固定する。

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２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内の混合部通路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
て混合部通路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
部通路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）との間に中間絞り８を設けている。

【００１７】この中間絞り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
媒の一部を分岐して第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。

【００２１】すなわち、従来装置と先願の装置とを対比
すると、従来のレシーバサイクルでは、減圧手段として
温度式膨張弁を用いることにより蒸発器出口冷媒の過熱
度を直接感知してサイクル内循環冷媒流量を調整してい
るので、蒸発器出口冷媒の過熱度変化に対する循環冷媒
流量変化の応答性が高くなる。従って、冷房高負荷時に
おける圧縮機起動直後のように、蒸発器出口冷媒の過熱
度が急上昇する条件下では、温度式膨張弁の開度を速や
かに増大させて循環冷媒流量変化を速やかに増大できる
ので、圧縮機起動直後の冷房性能を速やかに増大でき
る。

【００２２】また、従来の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ものの、冷房
高負荷時に蒸発器出口冷媒の過熱度が上昇しようとする
と、蒸発器出口側のアキュムレータ内の貯留液冷媒が速
やかに蒸発して蒸発器出口冷媒が飽和ガスの状態（過熱
度：零の状態）に維持され、循環冷媒流量を速やかに増
大できるので、圧縮機起動直後の冷房性能を速やかに増
大できる。

【００２３】これに反し、先願の装置では、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
て調整することにより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を調整し、そして、蒸発
器出口冷媒の過熱度を間接的に調整するようにしている
ので、蒸発器出口冷媒の過熱度変化に対する循環冷媒流
量調整の応答性が、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に比較して低くなる。

【００２４】このことをより具体的に述べると、冷房高
負荷時における圧縮機起動直後といった過渡時に、蒸発
器出口冷媒の過熱度の急上昇に対して圧縮機の吐出冷媒
の過熱度が直ぐ上昇しないので、高圧側の気液分離器７
内にて液冷媒が蒸発器出口冷媒の過熱度上昇に見合った
分蒸発しない。この結果、循環冷媒流量を蒸発器出口冷
媒の過熱度上昇に見合った量まで速やかに増大させるこ
とができず、圧縮機起動直後における冷房性能の低下が
生じることが判明した。

【００２５】本発明は上記点に鑑みて、高圧側の気液分
離器内に溜まる液冷媒量を圧縮機吐出冷媒の過熱度に応
じて調整することにより循環冷媒流量を調整して、蒸発
器出口冷媒の過熱度を間接的に調整する冷凍サイクル装
置において、圧縮機起動直後における冷房性能を向上す
ることを目的とする。

【００２６】

【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、冷媒を圧縮し吐出する
圧縮機（１）と、圧縮機（１）から吐出された冷媒を凝
縮させる凝縮器（２）と、凝縮器（２）の出口冷媒を減
圧する減圧装置（３）と、減圧装置（３）で減圧された
低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、サイクル内高圧
側冷媒の気液を分離する気液分離器（７）と、気液分離
器（７）内に溜まる液冷媒量を圧縮機（１）の吐出冷媒
の過熱度の変化により調整する冷媒量調整手段（３３）
とを備え、圧縮機（１）の吐出冷媒の過熱度が増加する
ことにより、気液分離器（７）内の液冷媒量を減少させ
て、サイクル内の循環冷媒流量を増加させる冷凍サイク
ル装置であって、凝縮器（２）の冷却用電動ファン（５
０）の回転数を制御する制御手段（５２）を備えるとと
もに、圧縮機（１）の起動時に、制御手段（５２）によ
り冷却用電動ファン（５０）を低速回転状態に固定する
ことを特徴とする。

【００２７】これによると、圧縮機（１）の起動時に冷
却用電動ファン（５０）を低速回転状態に固定すること
によりサイクル高圧圧力を高めて、圧縮機（１）の吐出
冷媒温度（吐出冷媒過熱度）を上昇させることができ
る。これにより、気液分離器（７）内の液冷媒量を速や
かに減少させて、サイクル内の循環冷媒流量を増加でき
る。同時に、高圧圧力の上昇それ自体によってもサイク
ル内循環冷媒流量を増大できる。

【００２８】以上により、圧縮機１の起動直後における
サイクル内循環冷媒流量を速やかに増大させて高負荷時
時の冷房能力を確保できる。つまり、圧縮機の吐出冷媒
の過熱度を調整して、蒸発器出口冷媒の過熱度を間接的
に調整するものであっても、凝縮器（２）の冷却用電動
ファン（５０）を強制的に低速回転状態にすることによ
り、サイクル高圧圧力（吐出冷媒温度）を積極的に上昇
させ、それにより、圧縮機起動直後における冷房能力を
効果的に確保できる。

【００２９】請求項２に記載の発明では、請求項１にお
いて、制御手段（５２）は圧縮機（１）の起動によりス
タートするタイマー手段（Ｓ１００）を有し、圧縮機
（１）の起動後、タイマー手段（Ｓ１００）による所定
時間（ｔ０）の間、冷却用電動ファン（５０）を低速回
転状態に固定することを特徴とする。

【００３０】これにより、圧縮機起動後、タイマー手段
（Ｓ１００）による所定時間（ｔ０）の間、冷却用電動
ファン（５０）を低速回転状態に強制的に固定して、冷
房能力を効果的に確保できる。

【００３１】請求項３に記載の発明では、請求項１にお
いて、制御手段（５２）に、サイクル高圧圧力が第１所
定値（Ｐｓ１）以上に上昇すると冷却用電動ファン（５
０）を高速回転させ、サイクル高圧圧力が第１所定値
（Ｐｓ１）より低い圧力に低下すると冷却用電動ファン
（５０）を低速回転させる圧力応動制御手段（Ｓ１４０
〜Ｓ１６０）を備え、圧縮機（１）の起動後、所定時間
（ｔ０）の間、圧力応動制御手段（Ｓ１４０〜Ｓ１６
０）における判定しきい値を第１所定値（Ｐｓ１）より
も高い第２所定値（Ｐｓ２）に切り替えて、冷却用電動
ファン（５０）を低速回転状態に固定することを特徴と
する。

【００３２】このように、圧力応動制御手段（Ｓ１４０
〜Ｓ１６０）における判定しきい値を切り替えて冷却用
電動ファン（５０）を低速回転状態に固定するようにし
てもよい。

【００３３】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。

【００３４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）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実施形態および先願による気液分離器
一体型の凝縮器を示す。

【００３５】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
行風および冷却用電動ファン５０の送風空気により冷却
される。

【００３６】冷却用電動ファン５０は駆動用モータ５１
により回転駆動され、駆動用モータ５１の回転数制御に
より冷却用電動ファン５０の回転速度（冷却風量）が制
御される。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】空調用制御装置（ＥＣＵ）５２はＣＰＵ、
ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータ
と、その周辺回路にて構成されるもので、冷却用電動フ
ァン５０の回転速度、電磁クラッチ１ａの断続、図示し
ない種々の空調機器等の作動を制御するものである。

【００４１】空調用制御装置５２には、空調制御のため
に、内気温、外気温、日射量、エンジン水温、冷凍サイ
クル高圧圧力等を検出する周知のセンサ群５３から検出
信号が入力される。電動ファン５０の駆動用モータ５１
の印加電圧を空調用制御装置（ＥＣＵ）５２により制御
することにより駆動用モータ５１の回転数を調整するよ
うになっている。

【００４２】ここで、センサ群５３のうち、サイクル高
圧圧力を検出する圧力センサ５３ａは電動ファン５０の
回転数制御のために使用されるもので、冷凍サイクルの
高圧側回路部、すなわち、圧縮機１の吐出側から減圧装
置３の入口側までの回路部、具体的には凝縮器２の出口
冷媒通路部等に設置される。圧力センサ５３ａは例えば
サイクル高圧圧力の変化に応じて電気抵抗値が連続的に
変化するタイプのものである。

【００４３】また、車室内計器盤近傍に設置される空調
制御パネル５４には乗員により手動操作される操作スイ
ッチ群５５が備えられ、この操作スイッチ群５５の操作
信号も空調用電子制御装置５２に入力される。

【００４４】この操作スイッチ群５５の１つとして、圧
縮機１のオンオフ信号を発生するエアコンスイッチ５５
ａが備えられている。操作スイッチ群５５には、他に温
度設定信号を発生する温度設定スイッチ、車室内吹出空
気の風量切替信号を発生する風量スイッチ、吹出モード
信号を発生する吹出モードスイッチ、内外気切替信号を
発生する内外気切替スイッチ等が設けられる。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】一方のヘッダタンク１７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。

【００４９】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。

【００５０】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部通路３１を形成してい
る。この混合部通路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、
混合部通路３１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。

【００５１】ここで、混合部通路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、混合部通路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。

【００５２】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を通過して混合部通路３
１内の上方部へ直接導入される。また、ヘッダタンク１
７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を通過して混合部通路３１内の下方部へ直接
導入される。

【００５３】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が本発明の冷媒量調整手段を構成する。

【００５４】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３５ａによ
り構成している。

【００５５】また、ヘッダタンク１７内の下側の仕切り
板１９ｂには、中間部空間１７ｂを下部空間１７ｃに連
通させる穴から構成される中間絞り８が設けてある。こ
の中間絞り８は中間部空間１７ｂ内に流入した凝縮後の
液冷媒の主流を下部空間１７ｃ内に導入する連通路を構
成するとともに、その前後間に所定の圧力差を発生する
固定絞りとして作用する。

【００５６】上記のように、中間絞り８は中間部空間１
７ｂ内の凝縮後の液冷媒の主流が流れるから、中間絞り
８の通路開口面積は第２バイパス通路３４の通路開口面
積より大きい。

【００５７】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４０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４０は中間絞り８に比較
して通路開口積が十分小さい（例えば、通路穴径：１ｍ
ｍ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。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。

【００５８】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４１が配置される。この乾燥剤４１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４２によって
密封される。この蓋部材４２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。

【００５９】次に、上記構成において作動を説明する。
最初に、冷凍サイクルの冷媒の挙動について説明する。
圧縮機１が車両エンジンＥにより駆動され作動すると、
圧縮機１の吐出冷媒は図２の入口ジョイント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。

【００６０】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。

【００６１】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の中間絞り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から混合部通路３１内へ導
入される。

【００６２】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のように混合部通路３１内へ直
接導入される。そのため、混合部通路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、混合部通路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。

【００６３】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、混合部通路
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、混合部通路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。

【００６４】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。気液分離器７内のガス
冷媒は、矢印ｇのようにガス戻し用連通路３５を通過し
てヘッダタンク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４０を通過して下部空間１７ｃ内に流入
する。

【００６５】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ｉ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。

【００６６】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
合部通路３１内で混合し、熱交換することにより、混合
部通路３１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。

【００６７】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。

【００６８】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から混合部通路３１内に過熱度の大き
いガス冷媒が流入する。この過熱度の大きい高温ガス冷
媒の流入により、混合部通路３１内の液冷媒の蒸発が促
進され、混合部通路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。

【００６９】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、混合部通路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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】ところで、冷房高負荷時における圧縮機起
動直後といった過渡時に、蒸発器出口冷媒の過熱度上昇
に対して圧縮機の吐出冷媒の過熱度が直ぐ上昇しないの
で、高圧側の気液分離器７内にて液冷媒が蒸発器出口冷
媒の過熱度上昇に見合った分蒸発しない。この結果、蒸
発器出口冷媒の過熱度上昇に見合った量まで速やかに循
環冷媒流量が増大せず、圧縮機起動直後における冷房性
能の低下が生じる。

【００７３】本実施形態の冷凍サイクル装置では上記不
具合を解消するため、凝縮器２の冷却用電動ファン５０
の回転速度を図３のごとく制御している。

【００７４】図３は空調用制御装置５２のマイクロコン
ピュータにより実行される制御ルーチンを示すもので、
空調制御パネル５４の操作スイッチ群５５の１つとして
備えられているエアコンスイッチ５５ａが投入され、圧
縮機１のオン信号（起動信号）が発生すると、図３の制
御ルーチンがスタートする。

【００７５】そして、ステップＳ１００にてタイマーの
タイマー時間ｔの初期化（リセット）を行って、タイマ
ーのタイマー時間ｔのカウントを開始する。次に、ステ
ップＳ１１０にて、タイマー時間ｔが予め設定した所定
時間ｔ０以上経過したか判定する。ここで、所定時間ｔ
０は例えば、１分間である。

【００７６】エアコンスイッチ５５ａの投入直後、すな
わち、圧縮機１の起動直後はステップＳ１１０の判定が
ＮＯとなるから、ステップＳ１２０に進み、凝縮器２の
冷却用電動ファン５０を強制的に低速回転状態とする。
具体的には、冷却用電動ファン５０の駆動用モータ５１
への印加電圧を低速回転に対応する低めの所定電圧とし
て、駆動用モータ５１を低速回転状態とする。

【００７７】この冷却用電動ファン５０の低速回転状態
は、ステップＳ１１０の判定がＮＯとなる間、すなわ
ち、タイマー時間ｔが予め設定した所定時間ｔ０以内の
間、継続される。このように、圧縮機１の起動直後に凝
縮器２の冷却用電動ファン５０を強制的に低速回転状態
にすると、冷房高負荷時（高外気温時）には凝縮器２の
空気側放熱能力が冷媒側の必要凝縮能力に対して不足す
る状態を積極的に引き起こす。

【００７８】この結果、冷凍サイクル装置では、凝縮器
２の空気側放熱能力の不足を補うべく、圧縮機１の吐出
圧、すなわち、高圧圧力が上昇するようにサイクルがバ
ランスする。この高圧圧力の上昇に伴って圧縮機１の吐
出冷媒温度が上昇するので、第１バイパス通路３３から
気液分離器７内に直接導入される吐出冷媒により、気液
分離器７内にて蒸発する液冷媒量を増加させることがで
きる。

【００７９】これにより、気液分離器７内の貯留液冷媒
量を減少させて、サイクル内循環冷媒流量を増大させ
る。また、減圧装置３を構成する固定絞りはその入口圧
力（高圧圧力）の上昇に比例して流量が増大する特性に
なっているから、高圧圧力の上昇それ自体によってもサ
イクル内循環冷媒流量を増大できる。

【００８０】以上により、圧縮機１の起動直後における
サイクル内循環冷媒流量を速やかに増大させて高負荷時
時の冷房能力を確保できる。つまり、本実施形態の冷凍
サイクル装置によると、圧縮機の吐出冷媒の過熱度を調
整して、蒸発器出口冷媒の過熱度を間接的に調整するも
のであっても、凝縮器２の冷却用電動ファン５０を強制
的に低速回転状態にすることにより、サイクル高圧圧力
（吐出冷媒温度）を積極的に上昇させ、それにより、圧
縮機１の起動直後における冷房能力を確保できる。

【００８１】一方、ステップＳ１１０にて、タイマー時
間ｔが予め設定した所定時間ｔ０以上経過すると、ステ
ップＳ１３０に進み、圧力センサ５３ａからの高圧圧力
Ｐの検出信号を読み込む。次に、ステップＳ１４０に
て、サイクルの実際の高圧圧力Ｐが予め設定した所定圧
力Ｐｓ以上であるか判定する。ここで、所定圧力Ｐｓ
は、例えば、１．３７〜１．４７ＭＰａＧ（１４〜１５
ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）程度である。

【００８２】実際の高圧圧力Ｐが所定圧力Ｐｓ以上であ
ると、ステップＳ１５０に進み、冷却用電動ファン５０
を高速回転状態とする。具体的には、冷却用電動ファン
５０の駆動用モータ５１への印加電圧を高速回転に対応
する高めの所定電圧として、駆動用モータ５１を高速回
転状態とする。

【００８３】実際の高圧圧力Ｐが所定圧力Ｐｓより低い
ときはステップＳ１４０からステップＳ１６０に進み、
冷却用電動ファン５０を低速回転状態とする。具体的に
は、冷却用電動ファン５０の駆動用モータ５１への印加
電圧を低速回転に対応する低めの所定電圧として、駆動
用モータ５１を低速回転状態とする。

【００８４】なお、第１実施形態においては、高圧圧力
Ｐの変化に応じて電気的特性の出力（例えば電気抵抗
値）が連続的に変化する圧力センサ５３ａを高圧圧力Ｐ
の検出手段として用いているが、圧力センサ５３ａの代
わりに、高圧圧力Ｐが所定圧力Ｐｓに到達すると、電気
的なスイッチ動作を行う圧力スイッチを高圧圧力Ｐの検
出手段として用い、この圧力スイッチのスイッチ動作
（オンオフ動作）により冷却用電動ファン５０の低速回
転状態と高速回転状態を切り替えるようにしてもよい。

【００８５】また、第１実施形態において、図３のステ
ップＳ１００は、圧縮機１の起動によりスタートするタ
イマー手段を構成する。

【００８６】（第２実施形態）図４は第２実施形態によ
る冷却用電動ファン５０の制御を示すものであり、図３
と同等部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００８７】第２実施形態においては、ステップＳ１１
０にてタイマー時間ｔが予め設定した所定時間ｔ０以上
経過したかどうかを判定し、この判定がＮＯであるとき
はステップＳ１７０に進み、高圧圧力Ｐの判定しきい値
Ｐｓ（第１実施形態の所定圧力Ｐｓに相当）を第２所定
圧力Ｐｓ２とし、これに反し、ステップＳ１１０の判定
がＹＥＳになると、ステップＳ１８０に進み、高圧圧力
Ｐの判定しきい値Ｐｓを第１所定圧力Ｐｓ１とする。

【００８８】ここで、第１所定圧力Ｐｓ１は通常時にお
ける冷却用電動ファン５０の回転制御の値であり、第１
実施形態の所定圧力Ｐｓと同様に、例えば、１．３７〜
１．４７ＭＰａＧ（１４〜１５ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）程度の
値である。これに反し、第２所定圧力Ｐｓ２は圧縮機１
の起動直後に冷却用電動ファン５０を低速回転状態にす
るための特別の設定値であり、第１所定圧力Ｐｓ１より
も十分高く、実際の高圧圧力Ｐが到達しないレベルの
値、例えば、１．７４ＭＰａＧ（１８ｋｇ／ｃｍ ²Ｇ）
程度の値に設定してある。

【００８９】以上により、圧縮機１の起動直後（ｔ＜ｔ
０である間）では、ステップＳ１４０における高圧圧力
Ｐの判定しきい値Ｐｓ＝Ｐｓ２となり、実際の高圧圧力
Ｐがこの判定しきい値Ｐｓを上回ることがないので、ス
テップＳ１４０の判定が必ずＮＯとなり、ステップＳ１
６０に進み、冷却用電動ファン５０を強制的に低速回転
状態とする。これにより、圧縮機１の起動直後はサイク
ル高圧圧力を強制的に上昇させ、第１実施形態と同様の
理由にて冷房性能を確保できる。

【００９０】なお、第１、第２実施形態において、図
３、図４のステップＳ１４０〜Ｓ１６０は、サイクル高
圧圧力に応じて冷却用電動ファン５０の回転速度を切替
制御する圧力応動制御手段を構成する。

【００９１】なお、凝縮器２は通常、車両エンジンＥの
冷却水を冷却する図示しないラジエータ（冷却水放熱
器）の冷却空気流れ上流側に直列に配置され、そして、
凝縮器２とラジエータを、同一の冷却用電動ファン５０
により冷却するようになっている。この場合は、冷却用
電動ファン５０の回転制御に際して、実際には、冷凍サ
イクルの高圧圧力Ｐの他に、エンジン水温の変化により
冷却用電動ファン５０の回転速度を高低に切替制御する
ようになっている。

【００９２】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、いずれも圧縮機１の起動によりスタートするタイマ
ー手段（ステップＳ１００）を有し、圧縮機１の起動
後、タイマー時間ｔが所定時間ｔ０に達するまでの間、
冷却用電動ファン５０を低速回転状態に固定するように
しているが、タイマー手段を廃止し、その代わりに、圧
縮機１の起動後におけるサイクル挙動の変化を利用し
て、冷却用電動ファン５０を低速回転状態に固定するよ
うにしてもよい。例えば、センサ群５３の中には、蒸発
器４の吹出空気温度を検出する蒸発器温度センサが備え
られているので、この蒸発器温度センサの検出温度の変
化を利用して、冷却用電動ファン５０の回転制御を行っ
てもよい。具体的には、圧縮機１の起動後、蒸発器温度
センサの検出温度が予め設定された所定温度に低下する
までの間、冷却用電動ファン５０を低速回転状態に固定
し、そして、蒸発器温度センサの検出温度が所定温度以
下に低下すると、冷却用電動ファン５０の回転制御を通
常制御に移行するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明および先願発明による冷凍サイクル装置
の基本構成図である。

【図２】本発明および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３】本発明の第１実施形態による冷却用電動ファン
の回転制御を示すフローチャートである。

【図４】第２実施形態による冷却用電動ファンの回転制
御を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…凝縮器、３…減圧装置、４…蒸発器、
７…気液分離器、３３…第１バイパス通路（冷媒量調整
手段）、５０…冷却用電動ファン、５２…空調用制御装
置（制御手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２５Ｂ 1/00 Ｆ２５Ｂ 1/00 ３５１Ｔ３９１３９１ 39/04 39/04 Ｓ 43/00 43/00 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を圧縮し吐出する圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮
器（２）と、前記凝縮器（２）の出口冷媒を減圧する減
圧装置（３）と、前記減圧装置（３）で減圧された低圧
冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、サイクル内高圧側冷
媒の気液を分離する気液分離器（７）と、前記気液分離
器（７）内に溜まる液冷媒量を前記圧縮機（１）の吐出
冷媒の過熱度の変化により調整する冷媒量調整手段（３
３）とを備え、前記圧縮機（１）の吐出冷媒の過熱度が増加することに
より、前記気液分離器（７）内の液冷媒量を減少させ
て、サイクル内の循環冷媒流量を増加させる冷凍サイク
ル装置であって、前記凝縮器（２）の冷却用電動ファン（５０）の回転数
を制御する制御手段（５２）を備えるとともに、前記圧縮機（１）の起動時に、前記制御手段（５２）に
より前記冷却用電動ファン（５０）を低速回転状態に固
定することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】前記制御手段（５２）は前記圧縮機
（１）の起動によりスタートするタイマー手段（Ｓ１０
０）を有し、前記圧縮機（１）の起動後、前記タイマー手段（Ｓ１０
０）による所定時間（ｔ０）の間、前記冷却用電動ファ
ン（５０）を低速回転状態に固定す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。
【請求項３】前記制御手段（５２）に、サイクル高圧
圧力が第１所定値（Ｐｓ１）以上に上昇すると前記冷却
用電動ファン（５０）を高速回転させ、サイクル高圧圧
力が前記第１所定値（Ｐｓ１）より低い圧力に低下する
と前記冷却用電動ファン（５０）を低速回転させる圧力
応動制御手段（Ｓ１４０〜Ｓ１６０）を備え、前記圧縮機（１）の起動後、所定時間（ｔ０）の間、前
記圧力応動制御手段（Ｓ１４０〜Ｓ１６０）における判
定しきい値を前記第１所定値（Ｐｓ１）よりも高い第２
所定値（Ｐｓ２）に切り替えて、前記冷却用電動ファン
（５０）を低速回転状態に固定す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。