JP2007040601A

JP2007040601A - 冷凍サイクル

Info

Publication number: JP2007040601A
Application number: JP2005225045A
Authority: JP
Inventors: Kenji Iijima; 健次飯島; Nobuhiko Suzuki; 伸彦鈴木
Original assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】ツインエアコン等に用いられる２基の蒸発器を備える冷凍サイクルにおいて、低コスト且つ高ＣＯＰを実現させる。
【解決手段】圧縮機２、放熱器３、メイン減圧装置４、メイン蒸発器６、サブ減圧装置５、サブ蒸発器７、切替手段１０を具備して構成される冷凍サイクル１において、メイン減圧装置４を、メイン減圧装置４の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、メイン減圧装置４の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁とし、サブ減圧装置５を、サブ蒸発器５の出口側の冷媒過熱度が所定値となるように冷媒の流量を調節する過熱度制御弁とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調装置に用いられる冷凍サイクルに関し、特に車両の前方側及び後方側に対して別々に空調作用を施すことができるツインエアコンに好適に用いられる冷凍サイクルに関するものである。

本発明に関連する従来技術として、次のような構成が開示されている。この従来構成は、放熱器の下流側且つ蒸発器の上流側に設置される減圧装置において、蒸発器が２つある場合（ツインエアコン等）、減圧装置をそれぞれの蒸発器に対応して設置し、これらの減圧装置として、一つは放熱器出口側の冷媒圧力を制御する高圧制御弁、もう一つは蒸発器出口側の冷媒過熱度を制御する過熱度制御弁を用いるものである。この高圧制御弁は、密閉空間内に冷媒であるＣＯ₂が封入されたダイアフラムを具備し、この封入されたＣＯ₂の体積変化を利用して弁体を変位させて弁開度を調節するものである。即ち、等密度線を利用して冷媒温度を圧力に換算することによって設計される温度依存型のものである。
特開２０００−３５２５０号公報（段落番号００３９参照）

しかしながら、上記特許文献１に開示されるものは、放熱器出口側の圧力を制御する高圧制御弁が、温度依存型の構造であることから、夏場の高気温等が影響し、空調制御に悪影響を及ぼすことがある。また、ダイアフラム内には設定された容量のガスが精密に封入されている必要があるので、その製造工程、気密性保持、メンテナンス等に特別な技術と費用が必要であった。そのため、冷凍サイクルの低コスト化と高ＣＯＰ化とを両立させることが困難であった。

そこで、本発明は、ツインエアコン等に用いられる２基の蒸発器を備える冷凍サイクルにおいて、低コスト且つ高ＣＯＰを実現させることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を放熱させる放熱器、放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段を具備して構成される冷凍サイクルであって、前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であり、前記サブ減圧装置が、前記サブ蒸発器の出口側の冷媒過熱度が所定値となるように冷媒の流量を調節する過熱度制御弁であることを特徴とするものである（請求項１）。

この高圧制御弁は、従来の構成のように封入ガス等が不要であるため、ガス封入のための精密な製造工程、気密性の保持、メンテナンス等に技術や費用を投じる必要がないものであるので、サイクル全体を安価に製造することができる。また、この高圧制御弁をメイン減圧装置として使用することにより、その優れた制御特性から最大ＣＯＰに近い制御を行うことが可能となる。更に、メイン・サブ両減圧装置として特性の異なるものを用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

また、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を放熱させる放熱器、放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段具備して構成される冷凍サイクルであって、前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側と出口側とでの冷媒圧力の差圧に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する差圧制御弁であり、前記サブ減圧装置が、前記サブ蒸発器の出口側の冷媒過熱度が所定値となるように冷媒の流量を調節する過熱度制御弁であることを特徴とするものである（請求項２）。

上記差圧制御弁も従来のダイアフラムを必要としないシンプルな構造であることからサイクルを安価に製造することができる。また、この差圧制御弁をメイン減圧装置として使用することにより、その優れた制御特性から最大ＣＯＰに近い制御を行うことが可能となる。更に、メイン・サブ両減圧装置として特性の異なるものを用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

また、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を放熱させる放熱器、放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段を具備して構成される冷凍サイクルであって、前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であり、前記サブ減圧装置が、固定オリフィスであることを特徴とするものである（請求項３）。

このような構成によっても、メイン減圧装置として用いる高圧制御弁の制御特性及び構造の簡素性により、高ＣＯＰ及び低コスト化を図ることができ、また特性の異なる２種類の弁を用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

また、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を放熱させる放熱器、放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段を具備して構成される冷凍サイクルであって、前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側と出口側とでの冷媒圧力の差圧に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する差圧制御弁であり、前記サブ減圧装置が、固定オリフィスであることを特徴とするものである（請求項４）。

このような構成によっても、メイン減圧装置として用いる差圧制御弁の制御特性及び構造の簡素性により、高ＣＯＰ及び低コスト化を図ることができ、また特性の異なる２種類の弁を用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

また、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を放熱させる放熱器、放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段を具備して構成される冷凍サイクルであって、前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であり、前記サブ減圧装置が、該サブ減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該サブ減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であることを特徴とするものである（請求項５）。

このような構成によっても、高圧制御弁の制御特性及び構造の簡素性により、高ＣＯＰ及び低コスト化を図ることができる。また、メイン・サブ両減圧装置の制御特性を異ならせることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

また、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を放熱させる放熱器、放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段を具備して構成される冷凍サイクルであって、前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であり、前記サブ減圧装置が、該サブ減圧装置の入口側と出口側とでの冷媒圧力の差圧に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該サブ減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する差圧制御弁であることを特徴とするものである（請求項６）。

このような構成によっても、高圧制御弁及び差圧制御弁の制御特性及び構造の簡素性により、高ＣＯＰ及び低コスト化を図ることができ、また特性の異なる２種類の弁を用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

また、上記請求項１、３、５、又は６記載の構成において、前記高圧制御弁は、該高圧制御弁入口の冷媒圧力の上昇に応じて縮小すると共に内部圧力が大気に開放されたベローズと、該ベローズを伸張する方向へ付勢する弾性部材とを有して構成されるものであることが好ましい（請求項７）。

上記構成の高圧制御弁によれば、ベローズは、開放孔によって内部ガスの温度変化に伴う体積変化の影響がないため、ベローズ自体の抵抗力及びスプリングの反発力の合力と、冷媒圧力との関係のみに依存して伸縮する。これにより、弁開度を高圧側冷媒圧力にのみ依存して（温度に依存せずに）変化させることができる。また、スプリングのばね定数を選択することにより、弁開度の変化率を任意に設定することができる。また、ベローズ内部への気体の封入作業、メンテナンス等が不要となる利点をも有する。

また、上記請求項７記載の構成において、前記高圧制御弁は、該高圧制御弁の入口側の冷媒圧力が７．３８ＭＰａの時に、弁開度が内径０．２〜０．５ｍｍの管に相当すると共に、該高圧制御弁入口の冷媒圧力が１４ＭＰａの時に、弁開度が内径０．８〜１．６ｍｍの管に相当するものであることが好ましく（請求項８）、また該請求項８記載の構成において、前記高圧制御弁は、該高圧制御弁の入口側の冷媒圧力が７．３８ＭＰａ以下となった時に、弁開度が内径０．２〜０．５ｍｍの管に相当することが好ましい（請求項９）。

上記数値限定は、図３に示す範囲Ｓに前記高圧制御弁の弁開度の制御線が納まることを意味する。これにより、あらゆる大きさの車両に対しても高いＣＯＰを実現できることが、発明者らによる実験から明らかとなっている。

また、上記請求項２、４、又は６記載の構成において、前記差圧制御弁は、該差圧制御弁の入口側の冷媒圧力及び出口側の冷媒圧力の影響を受けて変位する弁体と、前記弁体の高圧側への変位方向に形成される弁座と、前記弁体を着座方向へ付勢する弾性部材とを有して構成されるものであることが好ましい（請求項１０）。

上記構成の差圧制御弁によれば、弁体は、高圧側冷媒圧力、低圧側冷媒圧力、及びスプリングの反発力との合力とによって変位する。これにより、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力の差圧にのみ依存して（温度に依存せずに）弁開度を変化させることができる。

また、上記請求項１０記載の構成において、前記差圧制御弁は、前記差圧が３．８８ＭＰａの時に、弁開度が内径０．２〜０．５ｍｍの管に相当すると共に、前記差圧が１１．５２ＭＰａの時に、弁開度が内径０．９〜１．９ｍｍの管に相当することが好ましく（請求項１１）、また該請求項１１構成において、前記差圧制御弁は、前記差圧が３．８８ＭＰａ以下となった時に、弁開度が内径０．２〜０．５ｍｍの管に相当することが好ましい（請求項１２）。

上記数値限定は、図６に示す範囲Ｓ’に前記差圧制御弁の弁開度の制御線が納まることを意味する。これにより、あらゆる大きさの車両に対しても高いＣＯＰを実現できることが、発明者らによる実験から明らかとなっている。

また、上記請求項１〜１２のいずれか１つに記載の構成において、前記冷媒がＣＯ₂であることが好ましく（請求項１３）、また上記請求項１〜１３のいずれか１つに記載の構成において、前記メイン蒸発器の容量が前記サブ蒸発器の容量よりも大きいものであってもよい（請求項１４）。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。尚、以下の複数の実施例において、同一又は同様の箇所には、同一の符号を付してその説明を省略するものとする。

図１に示す本実施例に係る冷凍サイクル１は、車両用ツインエアコンに用いられ、二酸化炭素を冷媒として循環させるものであって、該冷媒を圧縮する圧縮機２、圧縮された冷媒を外気との熱交換により放熱させる放熱器３、放熱された冷媒を流路を絞ることにより減圧させるメイン減圧装置４及びサブ減圧装置５、減圧された冷媒を車室内への吹出空気と熱交換させ吸熱効果により蒸発させるメイン蒸発器６及びサブ蒸発器７、蒸発後の冷媒を気液分離し気相冷媒のみを圧縮機２側に送り出す気液分離器８、放熱器３と両減圧装置４，５との間の高圧冷媒と、両蒸発器６，７と気液分離器８との間の低圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器９、内部熱交換器９の高圧熱交換部９ａの出口と両減圧装置４，５の入口との間の流路に配置され、冷媒をメイン減圧装置４とサブ減圧装置５とのどちらへ流すかの切り換え、又は流量の調整を可能にする切替弁１０を具備して構成される。

内部熱交換器９の高圧側熱交換部９ａ出口と低圧側熱交換部９ｂ入口とを結ぶ流路は、メイン流路１５とサブ流路１６を有して構成される。メイン流路１５には、メイン減圧装置４とメイン蒸発器６とが接続され、サブ流路１６には、サブ減圧装置５とサブ蒸発器７とが接続される。メイン蒸発器６は、主に車両の前方座席側への吹出空気を冷却するために使用され、サブ蒸発器７は、主に車両の後方座席側への吹出空気を冷却するために使用される。また、メイン蒸発器６の容量（流入可能な冷媒量）が、サブ熱交換器７よりも大きいことが好ましい。

そして、本実施例においては、メイン減圧装置４として、図２に示すような高圧制御弁２０が使用されると共に、サブ減圧装置５として、図４に示すような過熱度制御弁３５が使用される。

図２に示す高圧制御弁２０（メイン減圧装置４）は、該高圧制御弁２０の入口側の高圧圧力にのみ依存してその弁開度が制御されるものであり、シェル２１、ベローズ２２、弁体２３、弁座２４、スプリング２５、開放孔２６を有して構成される。シェル２１は、内部に中空部２７が形成され、中空部２７と外部とを連通させる高圧側連通孔２８及び低圧側連通孔２９を有し、高圧側連通孔２８は冷凍サイクル１の高圧ラインＨ（図１参照）と連通し、低圧側連通孔２９は低圧ラインＬと連通している。ベローズ２２は、金属箔等により形成された蛇腹状の部材であり、前記中空部２７に配され、その一端側がシェル２１の内側上面に固定されている。弁体２３は、ベローズ２２の他端側に固定され、ベローズ２２の伸縮に伴って図中上下に変位する。弁座２４は、低圧側連通孔２９に設けられ、弁体２３が嵌合（着座）可能な形状を有している。スプリング２５は、前記ベローズ２２の内部に配されその一端側がシェル２１の内側上面に固定されていると共に他端側がベローズ２２下端部（弁体２３上端部）に固定されており、ベローズ２２の縮小を妨げるように作用する。開放孔２６は、シェル２１の上面に穿設され、ベローズ２２の内部と大気中とを連通させるものである。本実施例においては、前記ベローズ２２の内部には特別なガスは封入されておらず、前記開放孔２６のために、その内部圧力が大気圧と略同一となっている。

上記構成の高圧制御弁２０によれば、ベローズ２２は、開放孔２６によって内部ガスの温度変化に伴う体積変化の影響がないため、ベローズ２２自体の抵抗力及びスプリング２５の反発力の合力と、内部空間２７に流れ込んだ冷媒の圧力との関係のみに依存して伸縮する。これにより、弁開度を高圧側冷媒圧力にのみ依存して（温度に依存せずに）変化させることができ、またばね定数の異なるスプリング２５を適宜選択することにより、弁開度の変化率を任意に設定することができる。また、ベローズ２２内部への気体の封入作業、メンテナンス等が不要となる利点をも有する。

そして、高圧制御弁２０の弁開度は、例として図３に示す範囲Ｓ内に収まる一本の制御線Ａに基づいて変化される。尚、同図において、弁開度は仮想管の内径で表されている。即ち、弁体２３と弁座２４との間に形成される絞り通路の開口面積が、仮想管の開口面積に相当する（仮想管内径が０．２ｍｍの時、実際の絞り通路の開口面積はおよそ０．１２５６ｍｍ²）。範囲Ｓは、高圧側冷媒圧力が臨界圧７．３８ＭＰａ以上の領域において、高圧側冷媒圧力が７．３８ＭＰａの時弁開度が０．２〜０．５ｍｍの範囲内にあると共に、高圧側冷媒圧力が１４ＭＰａの時弁開度が０．８〜１．６ｍｍの範囲内にあり、また高圧側冷媒圧力が臨界圧７．３８ＭＰａ以下の領域において、弁開度が０．２〜０．５ｍｍの範囲内にある制御線群からなるものである。尚、この例では高圧側冷媒圧力の上限を１８ＭＰａとしている。制御線の設定は、前記スプリング２５のばね定数を選定することにより行うことができる。

前記高圧制御弁２０の弁開度を前記範囲Ｓ内に収まる制御線に基づいて調節することにより、あらゆる大きさの車両に対しても高いＣＯＰを実現できることが、発明者らによる実験から明らかとなっている。また、上述のように、高圧側冷媒圧力が臨界圧７．３８ＭＰａ以下の領域において、弁開度０．２〜０．５ｍｍの範囲を維持する。これにより、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下となる状況下においても高いＣＯＰ（最適値の−１０〜２０％の範囲内）を維持できることも、様々な実験から明らかとなっている。また、弁が全閉状態とならないことにより、高圧ラインＨの過度の圧力上昇を抑えると共に弁体２０のハンチング現象を防止することができる。尚、所定の弁開度を維持する手段としては、例えば、弁体２３の弁座２４方向への進行を着座位置から所定の距離を保った位置で阻止する部材を、シェル２１や弁体２３と一体に形成すること等により実現することができる。

サブ減圧装置５として用いる過熱度制御弁の構造に関しては、本発明においては特に限定する必要はなく、従来からある構造を適宜用いることができるが、図４において一般的な過熱度制御弁の概略を説明する。図４に示す過熱度制御弁３５は、サブ蒸発器７の出口側の冷媒過熱度に応じて開閉されるものであり、高圧ラインＨと連通する高圧連通孔３６及び低圧ラインＬと連通する低圧連通孔３７が形成されたケーシング３８、感温筒３９に封入された媒体の内圧に応じて変形するダイアフラム４０、ダイアフラム４０の変形に応じて変位する弁体４１、弁体４１が着座可能な弁座４２等を具備して構成される。感温筒３９は、その内部に温度変化に伴い体積が変化する所定の媒体が封入されると共に、サブ蒸発器７の出口側の冷媒通路に配置される。この構成により、過熱度制御弁３５は、サブ蒸発器７の出口側の冷媒加熱度が所定値以上となると開弁され、所定値よりも小さくなると閉弁される。

上記のように、メイン減圧装置４として高圧制御弁２０を使用することにより、その優れた制御特性から最大ＣＯＰに近い制御を行うことが可能となる。また、この高圧制御弁２０は、従来の構成のように封入ガス等が不要であるため、ガス封入のための精密な製造工程、気密性の保持、メンテナンス等に技術や費用を投じる必要がないものであるので、サイクル全体を安価に製造することができる。更に、上記のように両減圧装置４，５として特性の異なる２種類の弁を用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

本実施例においては、メイン減圧装置４として、図５に示すような差圧制御弁４５が使用されると共に、サブ減圧装置５として、図４に示すような過熱度制御弁３５が使用される。

差圧制御弁４５（メイン減圧装置４）は、シェル４６、弁体４７、弁座４８、スプリング４９を有して構成される。シェル４６は、内部に中空部４２が形成され、中空部４２と外部とを連通させる高圧側連通孔５０及び低圧側連通孔５１を有し、高圧側連通孔５０は高圧ラインＨと、低圧側連通孔５１は低圧ラインＬと連通している。弁体４７は、スプリング４９の一端側に固定され、高圧ラインＨの圧力及び低圧ラインＬの圧力（差圧）を受けて変位する。弁座４８は、高圧側連通孔５０に設けられ、弁体４７が嵌合（着座）可能な形状を有している。スプリング４９は、その他端側がシェル４６の内壁面に固定され、一端側に固定された弁体４７を着座方向へ付勢する。

上記構成の差圧制御弁４５によれば、弁体４７は、高圧側冷媒圧力、低圧側冷媒圧力、及びスプリング４９の反発力との合力とによって変位する。これにより、高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力の差圧にのみ依存して（温度に依存せずに）弁開度を変化させることができる。

前記差圧制御弁４５の弁開度は、例として図６に示す範囲Ｓ'内に収まる一本の制御線Ｂに基づいて変化される。尚、同図においても、上述した図３の場合と同様に、弁開度が仮想管の内径として表されている。範囲Ｓ'は、前記差圧が３．８８ＭＰａ以上の領域において、差圧が３．８８ＭＰａの時弁開度が０．２〜０．５ｍｍの範囲内にあると共に、差圧が１１．５２ＭＰａの時弁開度が０．９〜１．９ｍｍの範囲内にあり、また差圧が３．８８ＭＰａ以下の領域において、弁開度が０．２〜０．５ｍｍの範囲内にある制御線群からなるものである。制御線の設定は、前記スプリング４９のばね定数を選定することにより行うことができる。

前記差圧制御弁４５の弁開度を前記範囲Ｓ'内に収まる制御線に基づいて調節することにより、あらゆる大きさの車両に対しても高いＣＯＰを実現できることが、実験から明らかとなっている。また、上述のように、高低差圧が臨界圧３．８８ＭＰａ以下の領域において、弁開度０．２〜０．５ｍｍの範囲を維持する。これにより、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下となる状況下においても高いＣＯＰ（最適値の−１０〜２０％の範囲内）を維持できることが、様々な実験から明らかとなっている。また、弁が全閉状態とならないことにより、高圧ラインＨの過度の圧力上昇を抑えると共に弁体４７のハンチング現象を防止することができる。

上記のように、メイン減圧装置４として差圧制御弁４５を使用することにより、その優れた制御特性から最大ＣＯＰに近い制御を行うことが可能となる。また、差圧制御弁４５がシンプルな構造であることからサイクルを安価に製造することができる。更に、上記のように両減圧装置４，５として特性の異なる２種類の弁を用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

本実施例においては、メイン減圧装置４として、図２に示すような高圧制御弁２０が使用されると共に、サブ減圧装置５として、図７に示すような固定オリフィス５５が使用される。

固定オリフィスの構造に関しては特に限定する必要はなく、従来からある構造を用いることができるが、図７において、一般的な例を開示する。この固定オリフィス５５は、シェル５６の内部に、高圧ラインＨと連通する高圧側連通孔５７、低圧ラインＬと連通する低圧側連通孔５８、そしてこれら両連通孔５７，５８よりも径の小さい絞り通路５９を有して構成され、この絞り通路５９の直径、距離等は、使用目的等に応じて適宜設定される。

このような構成によっても、メイン減圧装置４として用いる高圧制御弁２０の制御特性及び構造の簡素性により、高ＣＯＰ及び低コスト化を図ることができ、また特性の異なる２種類の弁を用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

本実施例に置いては、メイン減圧装置４として、図５に示すような差圧制御弁４５を用いると共に、サブ減圧装置５として、図７に示すような固定オリフィス５５を用いる。

このような構成によっても、メイン減圧装置４として用いる差圧制御弁４５の制御特性及び構造の簡素性により、高ＣＯＰ及び低コスト化を図ることができ、また特性の異なる２種類の弁を用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

本実施例においては、メイン減圧装置４及びサブ減圧装置５の両方に、図２に示すような高圧制御弁２０が用いられる。メイン減圧装置４及びサブ減圧装置５としての両高圧制御弁２０の特性は、スプリング２５の選定等により適宜設定されるべきである。

このような構成によっても、高圧制御弁２０の制御特性及び構造の簡素性により、高ＣＯＰ及び低コスト化を図ることができる。また、両減圧装置４，５（高圧制御弁２０）の制御特性を異ならせることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

本実施例においては、メイン減圧装置４として、図２に示すような高圧制御弁２０を用いると共に、サブ減圧装置５として、図５に示すような差圧制御弁４５を用いる。

このような構成によっても、高圧制御弁２０及び差圧制御弁４５の制御特性及び構造の簡素性により、高ＣＯＰ及び低コスト化を図ることができ、また特性の異なる２種類の弁を用いることにより、ハンチングや制御不能状態を防止することができる。

本発明に係る冷凍サイクルの全体構成を示す図である。高圧制御弁の構成を示す図である。高圧制御弁の弁開度の制御範囲を示すグラフである。過熱度制御弁の構造を示す図である。差圧制御弁の構造を示す図である。差圧制御弁の弁開度の制御範囲を示すグラフである。固定オリフィスの構造を示す図である。

符号の説明

１冷凍サイクル
２コンプレッサ
３放熱器
４メイン減圧装置
５サブ減圧装置
６メイン蒸発器
７サブ減圧装置
８気液分離器
９内部熱交換器
１０切替弁
１５メイン流路
１６サブ流路
２０高圧制御弁
３５過熱度制御弁
４５差圧制御弁
５５固定オリフィス

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機、
冷媒を放熱させる放熱器、
放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、
前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、
放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、
前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、
前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段、
を具備して構成される冷凍サイクルであって、
前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であり、
前記サブ減圧装置が、前記サブ蒸発器の出口側の冷媒過熱度が所定値となるように冷媒の流量を調節する過熱度制御弁であることを特徴とする冷凍サイクル。
冷媒を圧縮する圧縮機、
冷媒を放熱させる放熱器、
放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、
前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、
放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、
前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、
前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段、
を具備して構成される冷凍サイクルであって、
前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側と出口側とでの冷媒圧力の差圧に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する差圧制御弁であり、
前記サブ減圧装置が、前記サブ蒸発器の出口側の冷媒過熱度が所定値となるように冷媒の流量を調節する過熱度制御弁であることを特徴とする冷凍サイクル。
冷媒を圧縮する圧縮機、
冷媒を放熱させる放熱器、
放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、
前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、
放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、
前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、
前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段、
を具備して構成される冷凍サイクルであって、
前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であり、
前記サブ減圧装置が、固定オリフィスであることを特徴とする冷凍サイクル。
冷媒を圧縮する圧縮機、
冷媒を放熱させる放熱器、
放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、
前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、
放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、
前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、
前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段、
を具備して構成される冷凍サイクルであって、
前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側と出口側とでの冷媒圧力の差圧に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する差圧制御弁であり、
前記サブ減圧装置が、固定オリフィスであることを特徴とする冷凍サイクル。
冷媒を圧縮する圧縮機、
冷媒を放熱させる放熱器、
放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、
前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、
放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、
前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、
前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段、
を具備して構成される冷凍サイクルであって、
前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であり、
前記サブ減圧装置が、該サブ減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該サブ減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であることを特徴とする冷凍サイクル。
冷媒を圧縮する圧縮機、
冷媒を放熱させる放熱器、
放熱後の冷媒を減圧するメイン減圧装置、
前記メイン減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるメイン蒸発器、
放熱後の冷媒を減圧するサブ減圧装置、
前記サブ減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させるサブ蒸発器、
前記メイン減圧装置又は前記サブ減圧装置へ流入する冷媒量を調節する切替手段、
を具備して構成される冷凍サイクルであって、
前記メイン減圧装置が、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該メイン減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する高圧制御弁であり、
前記サブ減圧装置が、該サブ減圧装置の入口側と出口側とでの冷媒圧力の差圧に依存すると共に冷媒温度に依存せずに、該サブ減圧装置の入口側の冷媒圧力が所定値となるように冷媒流量を調節する差圧制御弁であることを特徴とする冷凍サイクル。
前記高圧制御弁は、該高圧制御弁の入口側の冷媒圧力の上昇に応じて縮小すると共に内部圧力が大気に開放されたベローズと、該ベローズを伸張する方向へ付勢する弾性部材とを有して構成されることを特徴とする請求項１、３、５、又は６記載の冷凍サイクル。
前記高圧制御弁は、該高圧制御弁の入口側の冷媒圧力が７．３８ＭＰａの時に、弁開度が内径０．２〜０．５ｍｍの管に相当すると共に、該高圧制御弁入口の冷媒圧力が１４ＭＰａの時に、弁開度が内径０．８〜１．６ｍｍの管に相当するものであることを特徴とする前記請求項７記載の冷凍サイクル。
前記高圧制御弁は、該高圧制御弁の入口側の冷媒圧力が７．３８ＭＰａ以下となった時に、弁開度が内径０．２〜０．５ｍｍの管に相当することを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクル。
前記差圧制御弁は、該差圧制御弁の入口側の冷媒圧力及び出口側の冷媒圧力の影響を受けて変位する弁体と、前記弁体の高圧側への変位方向に形成される弁座と、前記弁体を着座方向へ付勢する弾性部材とを有して構成されることを特徴とする請求項２、４、又は６記載の冷凍サイクル。
前記差圧制御弁は、前記差圧が３．８８ＭＰａの時に、弁開度が内径０．２〜０．５ｍｍの管に相当すると共に、前記差圧が１１．５２ＭＰａの時に、弁開度が内径０．９〜１．９ｍｍの管に相当することを特徴とする請求項１０記載の冷凍サイクル。
前記差圧制御弁は、前記差圧が３．８８ＭＰａ以下となった時に、弁開度が内径０．２〜０．５ｍｍの管に相当することを特徴とする請求項１１記載の冷凍サイクル。
前記冷媒がＣＯ₂であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
前記メイン蒸発器の容量が前記サブ蒸発器の容量よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１３のいずれ１つに記載の冷凍サイクル。