JP2008157588A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中負荷域において、冷房能力を高めることができると共に、蒸発器からの吹き出し温度ハンチングを防止することができる空調装置を提供すること。
【解決手段】コンプレッサ１と、ガスクーラ２と、制御型膨張弁３、エバポレータ４、アキュムレータ５を順次環状に接続し、ガスクーラ２を出た高圧冷媒とアキュムレータ５を出た低圧冷媒との間で熱交換する内部熱交換器６を備えたCO₂冷凍サイクルによる車両用空調装置において、ガスクーラ２と内部熱交換器６の間の位置に内径を絞った高圧冷媒配管７（絞り部）を設け、高圧冷媒配管７は、ガスクーラ２の冷媒通路断面積より狭い冷媒通路断面積に設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に適用される炭酸ガス冷凍サイクルを用いた空調装置に関する。

従来、コンプレッサ（圧縮機）と、ガスクーラと、膨張弁（絞り弁）、エバポレータ（蒸発器）、アキュムレータ（気液分離器）、を順次環状に接続し、ガスクーラを出た高圧冷媒とアキュムレータを出た低圧冷媒との間で熱交換する内部熱交換器を備えたCO₂冷凍サイクルによる車両用空調装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１３０８４９号公報

しかしながら、従来のCO₂冷凍サイクルによる車両用空調装置にあっては、コンプレッサから吐出された高温・高圧の冷媒を、ガスクーラと内部熱交換器での熱交換により冷却し、膨張弁により一気に冷媒圧力を低下させて冷媒を液化し、エバポレータへ送るというサイクルを繰り返すものであるため、中負荷域（外気が２５℃〜３０℃程度）になると、サイクル的に不安定になり、冷房能力が低下すると共にエバポレータからの吹き出し温度にハンチングが発生することがある、という問題があった。

これは、発明者が知見したことであるが、中負荷域では、ガスクーラ出口の冷媒状態がガス／液体の臨界状態となることでガス／液体の混合比率が不安定となり、冷媒密度の変化が大きくなる。そして、冷媒密度の変化が大きくなるのに伴って、次の内部熱交換器による熱交換量が変動し、安定した熱量による冷媒を膨張弁に送出できない状態になることが分かった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、中負荷域において、冷房能力を高めることができると共に、蒸発器からの吹き出し温度ハンチングを防止することができる空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、圧縮機、ガスクーラ、絞り弁、蒸発器、気液分離器を順次環状に接続し、前記ガスクーラを出た高圧冷媒と前記気液分離器を出た低圧冷媒との間で熱交換する内部熱交換器を備えた炭酸ガス冷凍サイクルによる空調装置において、
前記ガスクーラと内部熱交換器の間の位置に絞り部を設け、
前記絞り部は、前記ガスクーラの冷媒通路断面積より狭い冷媒通路断面積に設定したことを特徴とする。

よって、本発明の空調装置にあっては、冷風を吹き出しての冷房時、圧縮機→ガスクーラ→絞り部→内部熱交換器（高圧側）→絞り弁→蒸発器→気液分離器→内部熱交換器（低圧側）→（圧縮機）による冷凍サイクルを、冷媒（炭酸ガス）の状態が変化しながら循環し、蒸発器において、冷媒が蒸発し周りの空気から吸熱することにより冷房する。
このとき、ガスクーラと内部熱交換器の間の位置に設けた絞り部により、ガスクーラを出た高圧冷媒の圧力が少し低下するため、次の内部熱交換器においては、ガスクーラを出た高圧冷媒と気液分離器を出た低圧冷媒との間で安定した熱交換が行われる。
すなわち、中負荷域では、ガスクーラ出口の冷媒状態が、ガス／液体の臨界状態になるため、ガス／液体の二相混合体の比率が変化し、これにより冷媒密度の変化が大きくなる。これに対し、絞り部により、内部熱交換器の上流側で冷媒流を規制することで、安定した冷媒の送出がなされる。
したがって、内部熱交換器により熱交換量の変動を抑えた安定した熱交換が行われ、蒸発器からの吹き出し温度ハンチングが防止される。

以下、本発明の空調装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例３に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用空調装置（空調装置の一例）を示す全体システム図である。図２は実施例１の車両用空調装置のCO₂冷凍サイクル系における高圧冷媒の通過部品とその断面積を示す図である。図３は実施例１の車両用空調装置におけるガスクーラを示す冷媒通路概略図である。

実施例１における車両用空調装置のCO₂冷凍サイクル系には、図１に示すように、コンプレッサ１（圧縮機）と、ガスクーラ２と、制御型膨張弁３（絞り弁）と、エバポレータ４（蒸発器）と、アキュムレータ５（気液分離器）と、内部熱交換器６と、高圧冷媒配管７（絞り部）と、を備えている。

空調制御系には、図１に示すように、空調コントローラ２０と、ガスクーラ出口冷媒温度センサ２１と、ガスクーラ出口冷媒圧力センサ２２と、エアコンスイッチ２３と、を備えている。

冷媒をCO₂（炭酸ガス）とする冷凍サイクルは、図１に示すように、コンプレッサ１と、ガスクーラ２と、制御型膨張弁３、エバポレータ４、アキュムレータ５を順次環状に接続し、前記ガスクーラ２を出た高圧冷媒と前記アキュムレータ５を出た低圧冷媒との間で熱交換する内部熱交換器６を備えることで構成される。
なお、内部熱交換器６は、冷凍サイクル内で熱交換し、外部の空気と熱交換しないので、「内部熱交換器」と呼んでいる。

前記ガスクーラ２は、図１に示すように、互いに間隔をおいて縦平行に配置された左右一対のヘッダータンク２ａ，２ｂと、両端をそれぞれ前記ヘッダータンク２ａ，２ｂに連通接続して横平行に多数配置された熱交換チューブ２ｃと、隣接する熱交換チューブ２ｃ，２ｃの空気流通間隙に配置されたフィン２ｄと、を備えて構成される。
そして、一対のヘッダータンク２ａ，２ｂの内部が、仕切り手段により横方向に仕切られることにより、図３に示すように、熱交換チューブ２ｃによる冷媒通路が、入口側通路群２ｅと中間通路群２ｆと出口側通路群２ｇというように、少なくとも２つ以上の通路群に区画されている。

前記制御型膨張弁３は、空調コントローラ２０により、ガスクーラ２の出口冷媒温度及び出口冷媒圧力に基づいて、冷媒の過熱度を一定に保持するように膨張弁開度が制御される。

前記エバポレータ４は、車室内空調を行う車両用空調ユニット８内に、送風機等と共に配置される。

前記高圧冷媒配管７は、前記ガスクーラ２と前記内部熱交換器６を連結する一定の内径を持つ配管である。そして、高圧冷媒配管７は、その内径を、前記ガスクーラ２の熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラ２のヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器６の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる径に設定している。

実施例１のCO₂冷凍サイクル系には、高圧冷媒の通過部品として、図１に示すように、フレキホース流路１１と、ガスクーラ入口１２と、ガスクーラ最終パス流路１３と、ガスクーラ出口１４と、高圧冷媒配管内流路１５と、内部熱交換器内流路（高圧側）１６と、膨張弁前高圧配管１７と、を備えている。

そして、図２に示すように、フレキホース流路１１の断面積を17mm²、ガスクーラ入口１２の断面積を17mm²、ガスクーラ最終パス流路１３の断面積を24mm²、ガスクーラ出口１４の断面積を17mm²、高圧冷媒配管内流路１５の断面積を9mm²、内部熱交換器内流路（高圧側）１６の断面積を17mm²、膨張弁前高圧配管１７の断面積を17mm²、に設定している。つまり、高圧冷媒配管７は、流路断面積が17mm²の冷媒配管から、流路断面積が9mm²の細い冷媒配管へと変更している。

ここで、ガスクーラ２の熱交換部の出口側通路断面積とは、出口側通路群２ｇの通路断面積の総和であり、ガスクーラ最終パス流路１３の断面積（24mm²）をいう。
また、ガスクーラ２のヘッダータンク内断面積とは、ヘッダータンク２ａ，２ｂの内部断面積であり、ガスクーラ入口１２の断面積（17mm²）及びガスクーラ出口１４の断面積（17mm²）をいう。
また、内部熱交換器６の高圧側通路断面積とは、内部熱交換器内流路（高圧側）１６の断面積（17mm²）をいう。

次に、作用を説明する。
実施例１の車両用空調装置にあっては、冷風を吹き出しての冷房時、コンプレッサ１→ガスクーラ２→高圧冷媒配管７→内部熱交換器６（高圧側）→制御型膨張弁３→エバポレータ４→アキュムレータ５→内部熱交換器６（低圧側）→（コンプレッサ１）による冷凍サイクルを、冷媒（CO₂）の状態が変化しながら循環し、エバポレータ４において、冷媒が蒸発し周りの空気から吸熱することにより冷房する。

このとき、ガスクーラ２と内部熱交換器６の間の位置に設けた絞り部としての高圧冷媒配管７の高圧冷媒配管内流路１５により、ガスクーラ２を出た高圧冷媒の圧力が少し低下するため、次の内部熱交換器６においては、ガスクーラ２を出た高圧冷媒とアキュムレータ５を出た低圧冷媒との間で安定した熱交換が行われる。

まず、コンプレッサ１の吸込ポートからシリンダの低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、コンプレッサ動作により圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側から吐出ポートを通り吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮される。

そして、コンプレッサ１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、ガスクーラ２に流入し、そこで空冷若しくは水冷方式により放熱される。さらに、絞り部としての高圧冷媒配管７の高圧冷媒配管内流路１５を通過するとき、ガスクーラ２を出た高圧冷媒の圧力が少し低下する。そして、高圧冷媒配管７の高圧冷媒配管内流路１５により冷媒流入速度が規制されながら内部熱交換器６を通過するとき、ガスクーラ２を出た高圧冷媒とアキュムレータ５を出た低圧冷媒との間での熱交換により冷却される。

そして、冷却された冷媒は、制御型膨張弁３における圧力低下作用によりガス／液体の二相混合体とされ、その状態でエバポレータ４内に流入する。

エバポレータ４では、流入してきた冷媒が蒸発し、そのときに車室内を循環する空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して車室内を冷房した後、流出する。そして、アキュムレータ５に至り、アキュムレータ５では気液が分離され、ガス冷媒のみが内部熱交換器６を通過し、そこで高圧側の冷媒により加熱作用を受ける。そして、内部熱交換器６からのガス冷媒が、コンプレッサ１の吸込ポートからシリンダの低圧室側に吸入される。以上のサイクルを繰り返す。

すなわち、中負荷域（外気が２５℃〜３０℃程度）において、絞り部を用いない従来のCO₂冷凍サイクルでは、ガス／液体の二相混合体の比率変化により冷媒密度の変化が大きくなる。そして、冷媒密度の変化が大きくなると、次の内部熱交換器による熱交換量が変動し、安定した熱量の冷媒を膨張弁に送出できない状態になる。つまり、絞り部を用いない従来のCO₂冷凍サイクルでは、一定圧を保ったままでガスクーラと内部熱交換器により冷媒が冷却されるため、内部熱交換器を出るときの冷媒は、ガス／液体の二相混合体による安定域ではなく、ガス／液体の臨界状態による不安定域に存在するため、内部熱交換器での熱交換量が変動し、サイクル的に不安定になり、冷房能力が低下すると共にエバポレータからの吹き出し温度にハンチングが発生する。

これに対し、実施例１では、絞り部である高圧冷媒配管７の高圧冷媒配管内流路１５の設定により、内部熱交換器６の上流側ガスクーラ出口の冷媒の液化が促され、ガス／液体の二相混合体の比率が安定する。つまり、絞り部である高圧冷媒配管７の高圧冷媒配管内流路１５は、冷媒密度を安定させる冷媒密度コントロール機能を発揮し、内部熱交換器６により変動を抑えた安定した熱交換が行われることで、エバポレータ４からの吹き出し温度ハンチングが防止される。

加えて、中負荷域（外気が２５℃〜３０℃程度）において、ガス／液体の二相混合体のうちガスの混合比率が大きいと、高体積のガス冷媒が内部熱交換器を高速で移動し、熱交換量が低くなる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用空調装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) コンプレッサ１と、ガスクーラ２と、制御型膨張弁３、エバポレータ４、アキュムレータ５を順次環状に接続し、前記ガスクーラ２を出た高圧冷媒と前記アキュムレータ５を出た低圧冷媒との間で熱交換する内部熱交換器６を備えたCO₂冷凍サイクルによる車両用空調装置において、前記ガスクーラ２と内部熱交換器６の間の位置に絞り部を設け、前記絞り部は、前記ガスクーラ２の冷媒通路断面積より狭い冷媒通路断面積に設定したため、中負荷域において、冷房能力を高めることができると共に、エバポレータ４からの吹き出し温度ハンチングを防止することができる。

(2) 前記絞り部は、前記ガスクーラ２と前記内部熱交換器６を連結する一定の内径を持つ高圧冷媒配管７であり、前記高圧冷媒配管７は、その内径を、前記ガスクーラ２の熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラ２のヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器６の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる径に設定したため、高圧側の内容積が小さくなり、冷媒封入量を削減できると共に、高圧冷媒配管７の耐圧性も高めることができる。なお、耐圧性を従来サイクルと同等とした場合には、高圧冷媒配管７の管厚を薄くすることができ、軽量化のメリットもある。

(3) 前記エバポレータ４は、車室内空調を行う車両用空調ユニット８内に配置したため、外気が25℃〜30℃程度の中負荷時、乗員の上半身に向かって吹き出されるベント吹き出し温度が安定し、違和感を与えることなく快適な車室内空調を行うことができる。

実施例２は、絞り部を固定絞り要素とした例である。

まず、構成を説明する。
図４は実施例２の車両用空調装置（空調装置の一例）を示す全体システム図である。

実施例２における車両用空調装置のCO₂冷凍サイクル系には、図４に示すように、コンプレッサ１（圧縮機）と、ガスクーラ２と、制御型膨張弁３（絞り弁）と、エバポレータ４（蒸発器）と、アキュムレータ５（気液分離器）と、内部熱交換器６と、高圧冷媒配管７’と、固定絞り９（絞り部、固定絞り要素）と、を備えている。

前記固定絞り９は、図４に示すように、前記ガスクーラ２と前記内部熱交換器６を連結する高圧冷媒配管７’の途中位置に設定している。そして、固定絞り９の内径を、前記ガスクーラ２の熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラ２のヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器６の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる径に設定している。

実施例２のCO₂冷凍サイクル系には、高圧冷媒の通過部品として、図４に示すように、フレキホース流路１１と、ガスクーラ入口１２と、ガスクーラ最終パス流路１３と、ガスクーラ出口１４と、高圧冷媒配管内流路１５と、内部熱交換器内流路（高圧側）１６と、膨張弁前高圧配管１７と、を備えている。

そして、フレキホース流路１１の断面積を17mm²、ガスクーラ入口１２の断面積を17mm²、ガスクーラ最終パス流路１３の断面積を24mm²、ガスクーラ出口１４の断面積を17mm²、高圧冷媒配管内流路１５の断面積を17mm²、内部熱交換器内流路（高圧側）１６の断面積を17mm²、膨張弁前高圧配管１７の断面積を17mm²、に設定している。つまり、高圧冷媒配管７’は、流路断面積が17mm²の冷媒配管とし、その途中位置に設けた固定絞り９を、17mm²未満に絞った流路断面積へと変更している。

ここで、ガスクーラ２の熱交換部の出口側通路断面積とは、出口側通路群２ｇの通路断面積の総和であり、ガスクーラ最終パス流路１３の断面積（24mm²）をいう。
また、ガスクーラ２のヘッダータンク内断面積とは、ヘッダータンク２ａ，２ｂの内部断面積であり、ガスクーラ入口１２の断面積（17mm²）及びガスクーラ出口１４の断面積（17mm²）をいう。
また、内部熱交換器６の高圧側通路断面積とは、内部熱交換器内流路（高圧側）１６の断面積（17mm²）をいう。他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に符号を付して説明を省略する。

なお、作用について、実施例２で採用した固定絞り９は、絞り長が異なるだけで内径を細くした実施例１の高圧冷媒配管７と同等であるということができるため、実施例２の場合も実施例１と同様の作用を示す。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両用空調装置にあっては、実施例１の(1),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(4) 前記絞り部は、前記ガスクーラ２と前記内部熱交換器６を連結する高圧冷媒配管７’の途中位置に設定した固定絞り９であり、前記固定絞り９は、その内径を、前記ガスクーラ２の熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラ２のヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器６の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる径に設定したため、既存のシステムに固定絞り９を追加するだけの簡単な構成としながら、中負荷域において、冷房能力を高めることができると共に、エバポレータ４からの吹き出し温度ハンチングを防止することができる。

実施例３は、絞り部を可変絞り要素とした例である。

まず、構成を説明する。
図５は実施例３の車両用空調装置（空調装置の一例）を示す全体システム図である。

実施例３における車両用空調装置のCO₂冷凍サイクル系には、図５に示すように、コンプレッサ１（圧縮機）と、ガスクーラ２と、制御型膨張弁３（絞り弁）と、エバポレータ４（蒸発器）と、アキュムレータ５（気液分離器）と、内部熱交換器６と、高圧冷媒配管７’と、制御型開閉弁１０（絞り部、可変絞り要素）と、を備えている。

空調制御系には、図５に示すように、空調コントローラ２０と、ガスクーラ出口冷媒温度センサ２１と、ガスクーラ出口冷媒圧力センサ２２（冷媒圧力検出手段）と、エアコンスイッチ２３と、を備えている。

前記制御型開閉弁１０は、図５に示すように、前記ガスクーラ２と前記内部熱交換器６を連結する高圧冷媒配管７’の途中位置に設定している。そして、制御型開閉弁１０は、前記ガスクーラ２の熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラ２のヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器６の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる内径以下の領域を絞り制御領域として設定している。なお、実施例３のCO₂冷凍サイクル系の高圧冷媒の通過部品（１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）の断面積設定は、実施例２と同様である。

前記空調コントローラ２０は、前記出口冷媒圧力センサ２２からのガスクーラ出口冷媒圧力検出値が、ガス／液体の混合比率が不安定な臨界領域になることが予測される圧力範囲内の値であるとき、前記制御型開閉弁１０の開度を閉じ側として絞る制御を行う（ガスクーラ出口冷媒絞り制御手段）。なお、他の構成は、実施例１，２と同様であるので、対応する構成に符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明する。
ガスクーラ２の出口冷媒圧力がガス／液体の混合比率が安定な領域であると予測されるときの冷房時、コンプレッサ１→ガスクーラ２→高圧冷媒配管７’→開いた制御型開閉弁１０→高圧冷媒配管７’→内部熱交換器６（高圧側）→制御型膨張弁３→エバポレータ４→アキュムレータ５→内部熱交換器６（低圧側）→（コンプレッサ１）による冷凍サイクルを、冷媒（CO₂）の状態が変化しながら循環し、エバポレータ４において、冷媒が蒸発し周りの空気から吸熱することにより冷房する。

一方、ガスクーラ２の出口冷媒圧力がガス／液体の混合比率が不安定な領域であると予測されるときの冷房時、コンプレッサ１→ガスクーラ２→高圧冷媒配管７’→閉じた制御型開閉弁１０→高圧冷媒配管７’→内部熱交換器６（高圧側）→制御型膨張弁３→エバポレータ４→アキュムレータ５→内部熱交換器６（低圧側）→（コンプレッサ１）による冷凍サイクルを、冷媒（CO₂）の状態が変化しながら循環し、エバポレータ４において、冷媒が蒸発し周りの空気から吸熱することにより冷房する。

したがって、中負荷域（外気が２５℃〜３０℃程度）以外のときには、ガスクーラ２を出た後に絞りがなくても冷媒状態が安定しているため、次の内部熱交換器６においては、ガスクーラ２を出た高圧冷媒とアキュムレータ５を出た低圧冷媒との間で安定した熱交換が行われる。

一方、中負荷域（外気が２５℃〜３０℃程度）のときには、ガスクーラ２を出た高圧冷媒の圧力を低下させることで冷媒状態を安定させ、次の内部熱交換器６においては、ガスクーラ２を出た高圧冷媒とアキュムレータ５を出た低圧冷媒との間で安定した熱交換を行うことで、内部熱交換器６での熱交換量の変動を抑え、サイクル的に安定とし、冷房能力の低下を防止すると共にエバポレータ４からの吹き出し温度のハンチングも防止する。

すなわち、実施例１，２では、負荷の高低にかかわらず絞りが効き、内部熱交換器６の上流側で冷媒流を規制するため、高負荷時や低負荷時等で冷媒状態が安定しているときに安定性を低下させる場合がある。これに対し、実施例３では、制御型開閉弁１０による切り替え作用により、必要時にのみ絞りを効かせることで、低負荷から高負荷までの全領域において、内部熱交換器６において安定した熱交換作用を確保することができる。

次に、効果を説明する。
実施例３の車両用空調装置にあっては、実施例１の(1),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(5) 前記絞り部は、前記ガスクーラ２と前記内部熱交換器６を連結する高圧冷媒配管７’の途中位置に設定した制御型開閉弁１０であり、前記制御型開閉弁１０は、前記ガスクーラ２の熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラ２のヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器６の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる内径以下の領域を絞り制御領域として設定したため、自由度の高い制御型開閉弁１０の絞り制御による構成としながら、中負荷域において、冷房能力を高めることができると共に、エバポレータ４からの吹き出し温度ハンチングを防止することができる。

(6) 前記ガスクーラ２の出口冷媒圧力を検出するガスクーラ出口冷媒圧力センサ２２と、前記ガスクーラ２の出口冷媒圧力検出値が、ガス／液体の混合比率が不安定な臨界領域になることが予測される圧力範囲内の値であるとき、前記制御型開閉弁１０の内径を絞る制御を行う空調コントローラ２０と、を設けたため、制御型開閉弁１０による切り替え作用により、低負荷から高負荷までの全領域において、内部熱交換器６において安定した熱交換作用を確保することができる。

以上、本発明の空調装置を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、ガスクーラ２と内部熱交換器６を連結する高圧冷媒配管７のみを内径を絞った管にし、高圧冷媒配管内流路１５の断面積を小さくする例を示した。しかし、高圧冷媒配管内流路１５の断面積と共に内部熱交換器内流路（高圧側）１６の断面積を小さくしても良いし、さらに、高圧冷媒配管内流路１５の断面積と共に内部熱交換器内流路（高圧側）１６の断面積と膨張弁前高圧配管１７の断面積を小さくしても良い。そして、これらの場合には、より一層の冷媒封入量の削減効果を得ることができる。

実施例２では、高圧冷媒配管７’の途中位置に１つの固定絞り９を設ける例を示した。しかし、高圧冷媒配管７’の途中位置に２つ以上の固定絞りを設けるようにしても良いし、さらには、ガスクーラ２の出口から制御型膨張弁３（絞り弁）の入口までの間に１つ又は複数の固定絞りを設けるようにしても良い。

実施例３では、ガスクーラ２の出口冷媒圧力検出値により制御型開閉弁１０をON/OFF的に切り替える絞り制御の例を示した。しかし、ガスクーラの出口冷媒圧力検出値に応じて、制御型開閉弁のバルブ開度や可変絞り部材の絞り開度を無段階に微調整し、可変絞り要素による冷媒圧力の低下量を、バルブ開度や絞り開度によりきめ細かく制御するような例としても良い。この場合、高い精度で内部熱交換器での安定した熱交換を確保することができる。

実施例１〜３では、車両用空調装置への適用例を示したが、車両以外の空調装置、例えば、家庭用空調装置や工場や事業所の空調装置等へも適用できる。要するに、内部熱交換器を備えた炭酸ガス冷凍サイクルによる空調装置であれば適用できる。

実施例１の車両用空調装置を示す全体システム図である。 実施例１の車両用空調装置のCO₂冷凍サイクル系における高圧冷媒の通過部品とその断面積を示す図である。 実施例１の車両用空調装置におけるガスクーラを示す冷媒通路概略図である。 実施例２の車両用空調装置を示す全体システム図である。 実施例３の車両用空調装置を示す全体システム図である。

符号の説明

１ コンプレッサ（圧縮機）
２ ガスクーラ
３ 制御型膨張弁（絞り弁）
４ エバポレータ（蒸発器）
５ アキュムレータ（気液分離器）
６ 内部熱交換器
７ 高圧冷媒配管（絞り部）
８ 車両用空調ユニット
９ 固定絞り（絞り部、可変絞り要素）
１０ 制御型開閉弁（絞り部、可変絞り要素）
１１ フレキホース流路
１２ ガスクーラ入口
１３ ガスクーラ最終パス流路
１４ ガスクーラ出口
１５ 高圧冷媒配管内流路
１６ 内部熱交換器内流路（高圧側）
１７ 膨張弁前高圧配管
２０ 空調コントローラ
２１ ガスクーラ出口冷媒温度センサ
２２ ガスクーラ出口冷媒圧力センサ
２３ エアコンスイッチ

Claims (6)

1. 圧縮機、ガスクーラ、絞り弁、蒸発器、気液分離器を順次環状に接続し、前記ガスクーラを出た高圧冷媒と前記気液分離器を出た低圧冷媒との間で熱交換する内部熱交換器を備えた炭酸ガス冷凍サイクルによる空調装置において、
   前記ガスクーラと内部熱交換器の間の位置に絞り部を設け、
   前記絞り部は、前記ガスクーラの冷媒通路断面積より狭い冷媒通路断面積に設定したことを特徴とする空調装置。
2. 請求項１に記載された空調装置において、
   前記絞り部は、前記ガスクーラと前記内部熱交換器を連結する一定の内径を持つ高圧冷媒配管であり、
   前記高圧冷媒配管は、その内径を、前記ガスクーラの熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラのヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる径に設定したことを特徴とする空調装置。
3. 請求項１に記載された空調装置において、
   前記絞り部は、前記ガスクーラと前記内部熱交換器を連結する高圧冷媒配管の途中位置に設定した固定絞り要素であり、
   前記固定絞り要素は、その内径を、前記ガスクーラの熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラのヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる径に設定したことを特徴とする空調装置。
4. 請求項１に記載された空調装置において、
   前記絞り部は、前記ガスクーラと前記内部熱交換器を連結する高圧冷媒配管の途中位置に設定した可変絞り要素であり、
   前記可変絞り要素は、前記ガスクーラの熱交換部の出口側通路断面積、前記ガスクーラのヘッダータンク内断面積、及び前記内部熱交換器の高圧側通路断面積のいずれよりも狭い冷媒通路断面積となる内径以下の領域を絞り制御領域として設定したことを特徴とする空調装置。
5. 請求項４に記載された空調装置において、
   前記ガスクーラの出口冷媒圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、
   前記ガスクーラの出口冷媒圧力検出値が、ガス／液体の混合比率が不安定な臨界領域になることが予測される圧力範囲内の値であるとき、前記可変絞り要素の内径を絞る制御を行うガスクーラ出口冷媒絞り制御手段と、
   を設けたことを特徴とする空調装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載された空調装置において、
   前記蒸発器は、車室内空調を行う車両用空調ユニット内に配置したエバポレータであることを特徴とする空調装置。

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