JP2005030697A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルにおいて、コストを増加させることなく、高負荷時における高圧ラインの過度の圧力上昇を防止すると共に、低負荷時の稼動効率を向上させる。
【解決手段】圧縮された気相冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した冷媒を気液分離し液相だけを下流側に流出させる受液器とを有して構成される冷凍サイクルにおいて、前記凝縮器と前記受液器との間に、絞り通路１２，１３と、前記絞り通路１２，１３の連通状態を変化させる弁体１４と、少なくとも前記凝縮器の出口側の冷媒圧力に応じて変形し該変形に伴って前記弁体１４を変位させる感受手段１５とを有して構成される制御弁４が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用空調装置等に用いられる冷凍サイクルに関し、特に凝縮器と膨張装置との間に受液器を有するものに関する。

従来の冷凍サイクルとして、次のようなものがある。圧縮機、凝縮器、受液器、膨張装置及び蒸発器をこの順に管路で接続してなる冷凍サイクルにおいて、前記凝縮器と前記受液器との間に減圧装置を配置し、前記減圧装置として、外部からの電気信号によって開閉制御される電磁式差圧弁を用いたものであり、これにより最大冷力時の運転と成績係数の良い運転とを両立させることができるとされている（特許文献１）。

また、別の発明として、熱交換器（凝縮器）を凝縮部とサブクール部とに区画すると共に、凝縮部から受液器への冷媒通路に固定絞り部を設けることにより、凝縮部の下流側領域に、冷媒流量（冷凍サイクルの負荷）に応じて面積割合が変化するサブクール領域を発生させるように構成したものであり、これにより冷媒流量の大小に拘らず、成績係数ＣＯＰを高めることができるとされている（特許文献２）。
特開２００２−３６４９３５号公報 特開平６−５０６１５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されるものは、凝縮器と受液器との間に配される減圧装置として電磁式の差圧弁を用いていることにより、圧力検出センサやコントロールユニット等の制御部品が必要となり、コスト高となる不具合を有する。また、上記特許文献２に開示されるものは、上記減圧装置に相当するものとして固定絞り部を用いていることにより、常に凝縮器の一部は冷媒に過冷却を与える過冷却部となり、特に高負荷時において高圧ラインの圧力が高くなりやすいという不具合を有する。

そこで、本発明は、冷凍サイクルにおいて、コストを増加させることなく、高負荷時における高圧ラインの過度の圧力上昇を防止すると共に、低負荷時における稼動効率を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、圧縮された気相冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した冷媒を気液分離し液相だけを下流側に流出させる受液器とを有して構成される冷凍サイクルにおいて、前記凝縮器と前記受液器との間に、絞り通路と、前記絞り通路の連通状態を変化させる弁体と、少なくとも前記凝縮器の出口側の冷媒圧力に応じて変形し該変形に伴って前記弁体を変位させる感受手段とを有して構成される制御弁が配置されていることを特徴とするものである（請求項１）。

また、前記絞り通路は、前記弁体によって開度が変化される主通路と、常に開放状態にある副通路とから構成されることが好ましい（請求項２）。

また、前記感受手段としては、前記凝縮器の出口側の冷媒圧力又は温度に応じて変形するベローズ又はダイヤフラム、また前記弁体を前記絞り通路に対して下流側から上流側へ付勢するバネ部材を利用することができる（請求項３及び４）。

上記請求項１記載の構成により、冷却負荷が高く高圧圧力が高い場合には、前記感受手段の変形及び弁体の変位により絞り通路の開度が大きくなるので、冷媒の流通性がよくなり、高圧圧力の過度の上昇を抑制することができる。一方、冷却負荷が低く高圧圧力が低い場合には、絞り通路の開度が小さくなるので、冷媒は、凝縮器内に留まる時間が長くなり過冷却を与えられ受液器内で飽和状態となる。この過冷却によりサイクルの冷房能力が増加するので圧縮機などの動力消費を抑えることができ、結果的にＣＯＰを向上させることができる。尚、前記感受手段は、高圧圧力の上昇に伴って絞り通路の開度を徐々に大きくすると共に、高圧圧力の下降に伴って絞り通路の開度を徐々に小さくするものであることが望ましい。これにより、凝縮器出口の冷媒圧力に応じて、絞り通路の開度を自動的に調節することができる。

上記請求項２記載の構成によれば、高圧圧力が第１の所定圧力以上となった時には、主通路が全開となり、主通路及び副通路の両方から冷媒が流出する。一方、高圧圧力が第２の所定圧力以下となった時には、主通路が全閉となり、副通路のみから冷媒が流出する。これにより、絞り通路の開度を、副通路の開口面積を下限として自動的に変化させることができる。

上記請求項３及び４記載の構成によれば、ベローズやダイヤフラム内に封入する気体、またバネ部材のバネ定数を適宜選択・調整することにより、所望の制御特性を得ることができる。

以下、添付した図面を参考にして本発明の実施例を説明する。

図１に示す冷凍サイクル１は、車両用空調装置等に用いられるものであり、エンジンやモータを駆動源とし冷媒を矢印の方向に圧送する圧縮機２、圧縮機２により圧送された高温高圧の気相冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器３、高圧ライン（圧縮機２出口から膨張弁６入口まで）の冷媒圧力（温度）に応じてその開度が機械的に変化する制御弁４、制御弁４から流出した冷媒を気液分離し液相だけを流出させる受液器５、受液器５から流出した冷媒を膨張させる膨張弁６、膨張弁６により膨張された冷媒を空気との熱交換により蒸発させる蒸発器７を有して構成されている。

図２（ａ），（ｂ）に示すのは、本実施例に係る制御弁４であり、ハウジング１０、流入通路１１、主通路１２、副通路１３、弁体１４、ベローズ１５を有して構成されている。流入通路１１は、ハウジング１０に穿設され、前記凝縮器３の出口と連通し、凝縮器３から流出した冷媒をハウジング１０の内部に導くものである。主通路１２及び副通路１３は、請求項に記載の絞り通路を構成するものであり、ハウジング１０に穿設され、前記受液器５の入口と連通し、ハウジング１０内部の冷媒に所定の絞り作用を与えて、若しくは与えずに流出させる。弁体１４は、前記主通路１２を開閉するものであり、その位置によって主通路１２の開度を変化させる。ベローズ１５は、請求項に記載の感受手段を構成するものであり、蛇腹状の伸縮自在な部材の内部に所定の気体が封入されてなり、ハウジング１０内部（凝縮器３の出口側）の冷媒圧力を感受して伸縮する。即ち、冷媒圧力が高くなれば、図２（ａ）に示す状態のように、ベローズ１５が収縮して弁体１４が上昇し主通路１２が開放状態となり、冷媒圧力が低くなれば、図２（ｂ）に示す状態のように、ベローズ１５が伸張して弁体１５が下降し主通路１２が閉鎖される。

上記構成によれば、冷却負荷（高圧圧力）が高くなるにつれて、制御弁４の主通路１２の開度は徐々に大きくなり、冷媒は主通路１２及び副通路１３の両方を通って受液器５へ流れ、高圧圧力の過度の上昇が防止される。そして、高圧圧力が第１の所定圧力以上となった時には、主通路１２は全開状態となり、凝縮器３から受液器５へ流れる冷媒に絞り作用がなされなくなり、図３（ａ）に示すように、制御弁４が存在しないのと略同じ状態となり、凝縮器３全体が冷媒の凝縮部として機能し、図４（ａ）に示すように、冷媒は凝縮器３の出口部分Ｂにおいて飽和状態となる。

一方、冷却負荷（高圧圧力）が低くなるにつれて、主通路１２の開度は徐々に小さくなり、高圧圧力が第２の所定圧力以下となった時には、主通路１２は完全に閉鎖され、冷媒は副通路１３のみを通って受液器５へ流れる。この時、副通路１３による絞り作用により、図３（ｂ）に示すように、凝縮器３の出口部分Ｂと制御弁４の出口部分Ｂとにおける差圧が比較的大きく生じ、凝縮器３の一部が過冷却部となり、図４（ｂ）に示すように、冷媒は受液器５の内部Ｃにおいて飽和状態となる。このように、低負荷時においては、冷媒に過冷却が与えられるので、サイクルの冷房能力が増加し、圧縮機２などの動力消費を抑えることができ、結果的にＣＯＰを向上させることができる。

これにより、主通路１２及び副通路１３からなる絞り通路の開度は、副通路１３のみの開放状態を下限として、高圧圧力に応じて自動的に変化される。そして、感受手段としてのベローズ１５に封入される気体を適宜選択・調整することにより、所望の制御特性を実現することができる。尚、本実施例においては、感受手段としてベローズ１５を用いたが、ダイヤフラムを用いてもよい。

以下、本発明の他の実施例について図面を参考にして説明するが、上記実施例１と同一又は同様の個所についてはその説明を省略する。

図５（ａ），（ｂ）に示す本実施例に係る制御弁２０は、ハウジング２１、流入通路１１、主通路１２、副通路１３、弁体２２、バネ部材２３、流出通路２４を有して構成されている。ハウジング２１は、前記流入通路１１、及び前記受液器５と連通する流出通路２４が穿設され、その内部に、流入通路１１と連通する第１の空間２５と流出通路２４と連通する第２の空間２６とを区画するフランジ部２７が形成されており、該フランジ部２７に、前記主通路１２及び前記副通路１３が穿設されている。弁体２２は、嵌合部２８、ロッド部２９、上片部３０を有して構成されている。嵌合部２８は前記第２の空間２６内に存し前記主通路１２を開閉可能な形状を有するものであり、ロッド部２９は嵌合部２８の上端部と連結し主通路１２を介して第１の空間２５に延設された部材であり、上片部３０はロッド部材２９の上端部に設けられバネ部材２３の下端部が固定される部分である。バネ部材２３は、第１の空間２５内に配置されその上端部がハウジング２１の内壁面に固定されると共に下端部が前記上片部３０に固定され、前記弁体２２を、前記主通路１２を閉鎖する方向に付勢している。

上記構成により、主通路１２は、第１の空間２５内の圧力Ｐ1が第２の空間２６内の圧力及びバネ部材２３の付勢力の和Ｐ2よりも大きくなれば開放され、小さくなれば閉鎖される。

これにより、主通路１２及び副通路１３からなる絞り通路の開度は、副通路１３のみの開放状態を下限として、高圧圧力に応じて自動的に変化される。そして、感受手段としてのバネ部材２３のバネ定数を適宜選択・調整することにより、所望の制御特性を実現することができる。

以上のように、本発明によれば、凝縮器と受液器との間に機械的に作動する制御弁を設けたことにより、コストを増加させることなく、高負荷時における高圧ラインの過度の圧力上昇を防止すると共に、低負荷時における稼動効率を向上させることができる。

図１は、本発明に係る冷凍サイクルの構成を示す図である。 図２（ａ）は、実施例１に係る制御弁の高負荷時における状態を示す図であり、図２（ｂ）は、実施例１に係る制御弁の低負荷時における状態を示す図である。 図３（ａ）は、実施例１の高負荷時におけるサイクルの状態を説明するための図であり、図３（ｂ）は、実施例１の高負荷時におけるサイクルの状態を説明するための図である。 図４（ａ）は、実施例１の高負荷時おけるサイクルのモリエル線図を示す図であり、図４（ｂ）は、実施例１の高負荷時におけるサイクルのモリエル線図を示す図である。 図５（ａ）は、実施例２に係る制御弁の高負荷時における状態を示す図であり、図５（ｂ）は、実施例２に係る制御弁の低負荷時における状態を示す図である。

符号の説明

１ 冷凍サイクル
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４，２０ 制御弁
５ 受液器
６ 膨張弁
７ 蒸発器
１０，２１ ハウジング
１２ 主通路
１３ 副通路
１４，２２ 弁体
１５ ベローズ
２３ バネ部材

Claims (4)

1. 圧縮された気相冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した冷媒を気液分離し液相だけを下流側に流出させる受液器とを有して構成される冷凍サイクルにおいて、
   前記凝縮器と前記受液器との間に、絞り通路と、前記絞り通路の連通状態を変化させる弁体と、少なくとも前記凝縮器の出口側の冷媒圧力に応じて変形し該変形に伴って前記弁体を変位させる感受手段とを有して構成される制御弁が配置されていることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記絞り通路は、前記弁体によって開度が変化される主通路と、常に開放状態にある副通路とから構成されることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
3. 前記感受手段は、前記凝縮器の出口側の冷媒圧力又は温度に応じて変形するベローズ又はダイヤフラムであることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル。
4. 前記感受手段は、前記弁体を前記絞り通路に対して下流側から上流側へ付勢するバネ部材であることを特徴とする２記載の冷凍サイクル。

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