JP2014126225A - 車両用空調システムおよび気液混合器 - Google Patents

Abstract

【課題】主に、過熱冷媒に液状冷媒を効率的に混合させることにより、最終的に、凝縮部の加熱性能を向上し得るようにする。
【解決手段】冷媒１を循環可能なループ状の冷媒流路２と、この冷媒流路２に冷媒１の流れ方向に沿って順番に設置された、圧縮部４、凝縮部５、減圧部６、蒸発部７と、を備えた車両用空調システムに関する。
この車両用空調システムは、上記圧縮部４が、冷媒１の流れ方向に沿って順番に設置された、低段側圧縮機１１および高段側圧縮機１２を備えたものとされる。
そして、上記冷媒流路２に、上記凝縮部５の出口側の液状冷媒１ｆを、上記低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間へ送る液インジェクション流路１４を設けるようにしている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用空調システム、および、この車両用空調システムに使用される気液混合器に関するものである。

自動車などの車両には、車室内の温度を調整するための空調装置が設けられている。

この空調装置には、冷媒を循環可能なループ状の冷媒流路と、この冷媒流路に冷媒の流れ方向に沿って順番に設置された、圧縮機、凝縮器、減圧部、蒸発器と、を備えた空調システムが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

そして、特許文献１の空調システムでは、上記した減圧部を、第１絞り弁と第２絞り弁との２つに分けて構成すると共に、第１絞り弁と第２絞り弁との間に気液分離器を設けて、気液分離器で分離されたガス状冷媒を、圧縮機の内部へ送るガスインジェクション流路を備えるようにしている。

このような構成では、気液分離器で分離されたガス状冷媒を、圧縮機の内部へ送って、（圧縮機で）圧縮中の冷媒を注入したガス状冷媒によって冷やす（冷媒の過熱度を低減させる）ことにより、冷媒の密度を低下させて、圧縮機の圧縮効率の向上や動力低減などを図るようにしている。

特開平０８−１２１３３１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された空調システムには、以下のような問題があった。

即ち、圧縮機で圧縮中の冷媒を、上記したようにガス状冷媒を注入して冷やすようにしていたが、ガス状冷媒は、熱含量が十分に低いとは言えないため、冷媒の過熱度を十分に下げることが難しかった。

上記課題を解決するために、本発明にかかる「車両用空調システム」は、
冷媒を循環可能なループ状の冷媒流路と、
該冷媒流路に冷媒の流れ方向に沿って順番に設置された、圧縮部、凝縮部、減圧部、蒸発部と、を備え、
前記圧縮部が、冷媒の流れ方向に沿って順番に設置された、低段側圧縮機および高段側圧縮機を備えた車両用空調システムにおいて、
前記冷媒流路に、前記凝縮部の出口側の液状冷媒を、前記低段側圧縮機と高段側圧縮機との間へ送る液インジェクション流路を設けたことを特徴としている。
上記において、
前記減圧部が、冷媒の流れ方向に沿って順番に設置された、高段側減圧装置および低段側減圧装置を備えると共に、
前記高段側減圧装置と低段側減圧装置との間に、気液分離装置が設けられ、
該気液分離装置で分離されたガス状冷媒を、前記低段側圧縮機と高段側圧縮機との間へ送るガスインジェクション流路を備えると共に、
前記液インジェクション流路が、前記気液分離装置で分離された液状冷媒を、前記低段側圧縮機と高段側圧縮機との間へ送るものとしても良い。
また、上記において、
前記低段側圧縮機と高段側圧縮機との間に、
前記低段側圧縮機からの過熱冷媒と、
前記ガスインジェクション流路からのガス状冷媒と、
前記液インジェクション流路からの液状冷媒と、を混合して、前記高段側圧縮機へ送る気液混合器を設けるようにしても良い。
そして、本発明にかかる「気液混合器」は、
上記車両用空調システムに設けられて、
過熱冷媒の入口部と、過熱冷媒の出口部と、
前記入口部と出口部との間を結ぶ内部冷媒通路と、が設けられた気液混合器本体を備え、
該気液混合器本体が、液状冷媒を、前記内部冷媒通路へ流入可能な液状冷媒流入口部を備えると共に、
該液状冷媒流入口部から前記内部冷媒通路へ流入される液状冷媒を霧化する液冷媒噴霧部と、
該液冷媒噴霧部による液状冷媒の噴霧量を調整する液冷媒噴霧量調整部と、
を備えたことを特徴としている。
上記において、
前記気液混合器本体が、ガス状冷媒を、前記内部冷媒通路へ流入可能なガス状冷媒流入口部を備えるようにしても良い。
また、上記において、
前記内部冷媒通路に対し、前記液状冷媒流入口部が、前記ガス状冷媒流入口部よりも、冷媒の流れ方向の上流側に設けられるようにしても良い。
更に、上記において、
前記液冷媒噴霧量調整部が、前記内部冷媒通路における、
前記液状冷媒流入口部よりも冷媒の流れ方向の下流側、
または、
前記液状冷媒流入口部および前記ガス状冷媒流入口部よりも冷媒の流れ方向の下流側に設けられるようにしても良い。
そして、上記において、
前記液冷媒噴霧量調整部が、前記高段側圧縮機の入口部と、前記内部冷媒通路における液冷媒噴霧量調整部の接続部との差圧に基づいて液状冷媒の噴霧量を調整するようにしても良い。
また、上記において、
前記液冷媒噴霧部の入側に、前記液状冷媒に旋回流を与えるスワール微粒化機構を設けるようにしても良い。

本発明の「車両用空調システム」は、上記構成によって、以下のような作用効果を得ることができる。
まず、冷媒は、ループ状の冷媒流路を循環される。
この際、冷媒は、圧縮部で圧縮され、凝縮部で凝縮され、減圧部で減圧され、蒸発部で蒸発されるという作用を繰返す。
そして、例えば、凝縮部にて、冷媒と空調用の空気との熱交換を行い、冷媒が放出する凝縮熱で空調用の空気を加熱することにより、加熱された空調用の空気で、暖房を行わせることができる。
そして、圧縮部では、低段側圧縮機と高段側圧縮機とによって、二段階に冷媒の圧縮が行われる。即ち、蒸発部で蒸発された低温低圧のガス状冷媒を低段側圧縮機で圧縮して高温中圧のガス状冷媒（過熱冷媒）とし、更に、この過熱冷媒を高段側圧縮機で圧縮して高温高圧のガス状冷媒（過熱冷媒）とする。このように圧縮部を二台の圧縮機（低段側圧縮機および高段側圧縮機）に分けて、冷媒の圧縮を二段階に行わせることにより、圧縮機一台当たりの圧縮比を小さくして、圧縮部の圧縮効率を向上することができる。
そして、上記した凝縮部の出口側の液状冷媒が、液インジェクション流路を介して、低段側圧縮機と高段側圧縮機との間へ送られる。このように液状冷媒を、低段側圧縮機と高段側圧縮機との間へ送ることにより、（熱含量が低い）液状冷媒を用いて、低段側圧縮機から出た過熱冷媒を大きく冷やし（過熱度を低下させ）、過熱冷媒の密度を大幅に低下させて、高段側圧縮機における、過熱冷媒の単位時間当たりの循環量を増やせるようにし、以って、高段側圧縮機の圧縮効率を向上させるようにする。
この液状冷媒の混合による高段側圧縮機の圧縮効率の向上によって、高段側圧縮機の下流側に設置される凝縮部の加熱性能（暖房能力）を向上することができ、例えば、（液状冷媒よりも熱含量の高い）ガス状冷媒を低段側圧縮機からの過熱冷媒に混合する場合と比べて、凝縮部の加熱性能（暖房能力）に十分な余力を持たせることが可能となる。

本発明の実施例にかかる空調システムの構成図である。 図１の変形例の構成図である。 図２の空調システムにおける、圧力と比エンタルピとの関係を示すモリエール線図である。 ブロック型の気液混合器の縦断面図である。 図４のスワール微粒化機構の平面図である。 アングル型の気液混合器の縦断面図である。 図６のスワール微粒化機構の平面図である。 図４の変形例の縦断面図である。 図６の変形例の縦断面図である。

以下、本実施の形態、および、それを具体化した実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図９は、この実施例およびその変形例を示すものである。
このうち、図１〜図３は、主に、空調システムに関するものであり、図４〜図９は、主に、気液混合器に関するものである。

＜構成＞以下、構成について説明する。
自動車などの車両には、車室内の温度を調整するための空調装置が設けられている。

この空調装置には、図１の実施例（または図２の変形例）に示すように、冷媒１を循環可能なループ状の冷媒流路２と、この冷媒流路２に冷媒１の流れ方向に沿って順番に設置された、圧縮部４、凝縮部５、減圧部６、蒸発部７と、を備えた空調システムが用いられている。

そして、上記圧縮部４が、冷媒１の流れ方向に沿って順番に設置された、低段側圧縮機１１および高段側圧縮機１２を備えるようにしている。

（補足説明）
ここで、上記した「車両」は、乗用車などの公道を走行可能なものを対象としている。但し、車両は、乗用車に限るものではない。
上記した「車室」は、車両における、乗員が搭乗するためのスペースである。
上記した「温度を調整」は、文字通り、乗員が快適となるように、車室の温度環境を整えることである。
上記した「空調装置」は、文字通り、車室内の空気を調和・調整するための装置である。

上記した「冷媒１」は、空調システムに使用される冷却媒体である。
上記した「冷媒流路２」は、冷媒１を流すための流路であり、例えば、金属製のパイプなどが使用される。この場合には、冷媒流路２は、主に、４つの流路部２ａ〜２ｄによって構成されている。
このうち、流路部２ａは、上記した蒸発部７の出口部と圧縮部４の入口部との間を接続するものである。流路部２ｂは、上記した圧縮部４の出口部と凝縮部５の入口部との間を接続するものである。流路部２ｃは、上記した凝縮部５の出口部と減圧部６の入口部との間を接続するものである。流路部２ｄは、上記した減圧部６の出口部と蒸発部７の入口部との間を接続するものである。

上記した「圧縮部４」は、（蒸発部７からの）低温低圧のガス状冷媒１ａを圧縮して、高温高圧のガス状冷媒１ｂにするためのものである。圧縮部４には、コンプレッサーなどの圧縮機を使用することができる。

上記した「凝縮部５」は、（圧縮部４からの）高温高圧のガス状冷媒１ｂを凝縮させて、中温高圧の液状冷媒１ｃにするためのものである。この凝縮部５には、空調用の空気との熱交換によって冷媒を凝縮させるようにしたコンデンサなどの凝縮器を使用することができる。この凝縮部５は、空気加熱用熱交換器（エアヒーター）として使用することが可能である。特に、この実施例では、凝縮部５を、空気加熱用熱交換器（エアヒーター）として、空気加熱用熱交換器（エアヒーター）によって車室内を暖房させるものとして使用している。即ち、凝縮部５は、室内機として使用されている。

上記した「減圧部６」は、（凝縮部５からの）中温高圧の液状冷媒１ｃを減圧させて、低温低圧の気液二相状冷媒１ｄにするためのものである。減圧部６には、絞り弁や、減圧弁や、流量調整弁などを使用することができる。

上記した「蒸発部７」は、（減圧部６からの）低温低圧の気液二相状冷媒１ｄを蒸発させて、低温低圧のガス状冷媒１ａにするためのものである。この蒸発部７には、空気との熱交換によって冷媒を蒸発させるようにしたエバポレーターなどの蒸発器を使用することができる。この蒸発部７は、空気冷却用熱交換器（エアクーラー）として使用することが可能である。この実施例の場合、蒸発部７は、室外機として使用されている。

また、上記した「低段側圧縮機１１」は、蒸発部７からの低温低圧のガス状冷媒１ａを圧縮して、高温中圧のガス状冷媒（過熱冷媒１ｅ）にするためのものである。
そして、上記した「高段側圧縮機１２」は、低段側圧縮機１１からの高温中圧のガス状冷媒（過熱冷媒１ｅ）を更に圧縮して、上記した高温高圧のガス状冷媒１ｂ（過熱冷媒）にするためのものである。
なお、低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間には、流路部２ｅが設けられる。

そして、以上のような基本構成に対し、この実施例のものでは、以下のような構成を備えるようにしている。

まず、上記した空調システムの特徴について説明する。

（構成１）
上記冷媒流路２に、上記凝縮部５の出口側の液状冷媒１ｃ（図１の実施例参照）、または、後述する液状冷媒１ｆ（図２の変形例参照）を、上記低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間へ送る液インジェクション流路１４を設けるようにする。

（補足説明１）
ここで、上記した「凝縮部５の出口側」は、文字通り、凝縮部５の出口部よりも、冷媒１の流れ方向の下流側となる部分のことである。この場合には、凝縮部５と減圧部６との間の部分（図１）、または、後述する高段側減圧装置１５と低段側減圧装置１６との間の部分（図２）である。

上記した「液状冷媒１ｃ，１ｆ」は、文字通り、液状の冷媒１のことである。このうち、液状冷媒１ｃは、凝縮部５から出た冷媒１であり、液状冷媒１ｆは、後述する気液分離装置１７で分離された冷媒１である。

上記した「低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間」は、上記した流路部２ｅの位置のことである。

上記した「液インジェクション流路１４」は、文字通り、液状冷媒１ｃ，１ｆを上記した流路部２ｅの位置へ注入するための流路のことである。

（構成２）
上記において、好ましくは、図２の変形例に示すように、上記減圧部６が、冷媒１の流れ方向に沿って順番に設置された、高段側減圧装置１５および低段側減圧装置１６を備えるようにする。
また、上記高段側減圧装置１５と低段側減圧装置１６との間に、気液分離装置１７が設けられるようにする。
更に、この気液分離装置１７で分離されたガス状冷媒１ｇを、上記低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間へ送るガスインジェクション流路１８を備えるようにする。
そして、上記した液インジェクション流路１４が、上記気液分離装置１７で分離された液状冷媒１ｆを、上記低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間へ送るものとされる。

（補足説明２）
ここで、上記した「高段側減圧装置１５」は、凝縮部５からの中温高圧の液状冷媒１ｃを減圧して、中温（または低温）中圧の気液二相状冷媒１ｈにするためのものである。

上記した「低段側減圧装置１６」は、高段側減圧装置１５からの中温（または低温）中圧の気液二相状冷媒１ｈ（または、気液分離装置１７からの液状冷媒１ｆ）を減圧して、低温低圧の気液二相状冷媒１ｄにするためのものである。

上記した「高段側減圧装置１５と低段側減圧装置１６との間」には、流路部２ｆが設けられる。よって、「高段側減圧装置１５と低段側減圧装置１６との間」は、上記した流路部２ｆの位置のことである。

上記した「気液分離装置１７」は、文字通り、高段側減圧装置１５からの中温（または低温）中圧の気液二相状冷媒１ｈを気液分離して、ガス状冷媒１ｇと液状冷媒１ｆとにするためのものである。このうち、ガス状冷媒１ｇは、上記した流路部２ｅの位置へ送られ、液状冷媒１ｆは、上記した流路部２ｅの位置および低段側減圧装置１６へ送られる。

上記した「ガス状冷媒１ｇ」は、文字通り、ガス状の冷媒１のことである。
上記した「ガスインジェクション流路１８」は、文字通り、ガス状冷媒１ｇを上記した流路部２ｅの位置へ注入するための流路のことである。

（構成３）
上記において、好ましくは、上記低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間に、
上記低段側圧縮機１１からの過熱冷媒１ｅと、
上記ガスインジェクション流路１８からのガス状冷媒１ｇと、
上記液インジェクション流路１４からの液状冷媒１ｃ，１ｆと、を混合して、上記高段側圧縮機１２へ送る気液混合器１９を設けるようにする。

（補足説明３）
ここで、上記した「低段側圧縮機１１からの過熱冷媒１ｅ」は、文字通り、低段側圧縮機１１で圧縮されて過熱状態となっているガス状冷媒のことである。

上記した「気液混合器１９」は、低段側圧縮機１１で圧縮された過熱冷媒１ｅと、ガスインジェクション流路１８からのガス状冷媒１ｇと、液インジェクション流路１４からの液状冷媒１ｃ，１ｆと、を効率的に混合するために特に設けられる専用の機器である。そして、過熱冷媒１ｅに液状冷媒１ｃ，１ｆなどが混合された冷媒１は、過熱度が低下された過熱冷媒１ｅ′となる。

次に、上記した空調システムで使用される気液混合器１９について説明する。

（構成４）
例えば、図４（または図６）に示すように、上記した気液混合器１９が、過熱冷媒１ｅの入口部２１と、過熱冷媒１ｅ′の出口部２２と、上記入口部２１と出口部２２との間を結ぶ内部冷媒通路２３と、が設けられた気液混合器本体２４を備えるようにする。
そして、この気液混合器本体２４が、液状冷媒１ｃ，１ｆを、上記内部冷媒通路２３へ流入可能な液状冷媒流入口部２５を備えるようにする。
更に、この液状冷媒流入口部２５から上記内部冷媒通路２３へ流入される液状冷媒１ｆを霧化する液冷媒噴霧部２６を備えるようにする。
加えて、この液冷媒噴霧部２６による液状冷媒１ｆの噴霧量を調整する液冷媒噴霧量調整部２７を備えるようにする。

（補足説明４）
ここで、上記した「入口部２１」は、低段側圧縮機１１で圧縮された過熱冷媒１ｅの入口となるものである。
上記した「出口部２２」は、上記した過熱冷媒１ｅ′の出口となるものである。出口部２２から出た過熱冷媒１ｅ′は、その後、高段側圧縮機１２へ向けて送られることになる。
上記した「内部冷媒通路２３」は、上記した気液混合器本体２４の内部で、過熱冷媒１ｅを、入口部２１から出口部２２へ向かって流す通路となるものである。

上記した「気液混合器本体２４」は、金属製のものなどとされている。
上記した「液状冷媒流入口部２５」は、文字通り、気液混合器本体２４（の内部冷媒通路２３）に対する液状冷媒１ｃ，１ｆの流入口となるものである。
上記した「液冷媒噴霧部２６」は、文字通り、液状冷媒１ｃ，１ｆを霧化して内部冷媒通路２３内へ噴霧させるものである。液冷媒噴霧部２６は、概ね、狭い隙間から液状冷媒１ｃ，１ｆを噴霧することによって、液冷媒噴霧部２６を霧化するようにした噴霧器などの構造を有するものとされる。
上記した「液冷媒噴霧量調整部２７」は、文字通り、液状冷媒１ｃ，１ｆの噴霧量を調整するためのものである。

ここで、より具体的な構造について説明すると、例えば、図４のブロック型の気液混合器１９の場合、ブロック状をした気液混合器本体２４の側面の図中上下方向の中間部に入口部２１が設けられ、この入口部２１の上側に出口部２２が設けられ、内部冷媒通路２３が入口部２１から出口部２２へ向かって側面視ほぼＣ字状に設けられている。
また、上記した液状冷媒流入口部２５は、入口部２１の下側に設けられている。

そして、液状冷媒流入口部２５の奥側に、冷媒吸入室３１が設けられ、この冷媒吸入室３１と内部冷媒通路２３の入口部２１側の部分との間に、液冷媒噴霧部２６としてのボール弁機構３２が設けられている。

このボール弁機構３２は、冷媒吸入室３１と内部冷媒通路２３との間に形成された連通孔３３に設けられた弁座３４と、この弁座３４を開閉可能に設けられたボール弁などの弁体３５とを備えて、弁座３４と弁体３５との間の狭い隙間から液状冷媒１ｃ，１ｆを噴き出すことによって液状冷媒１ｃ，１ｆを霧化し得るようにしている。
上記した連通孔３３は、冷媒吸入室３１側が大径孔部３３ａとされ、内部冷媒通路２３側が小径孔部３３ｂとされると共に、両者の中間に形成される絞り状の径変化部分が上記した弁座３４とされている。また、弁体３５としてのボール弁は、大径孔部３３ａの内部に配設されている。

なお、上記した冷媒吸入室３１は、気液混合器本体２４の下端部に対し、下端側から穿設した室形成用孔部とされており、この室形成用孔部に蓋部３６を螺着することによって、室形成用孔部を閉止して冷媒吸入室３１とすると共に、冷媒吸入室３１の容積を調整し得るようにしている。蓋部３６の上部には、バネ３７などの弾性体を介して昇降体３８が取付けられている。

更に、気液混合器本体２４の図中上端部には、液冷媒噴霧量調整部２７が設けられている。この液冷媒噴霧量調整部２７は、ダイヤフラム４１と、このダイヤフラム４１の上下に２つの差圧室４２，４３（ダイヤフラム上室およびダイヤフラム下室）を形成する中空のケース部４４（ダイヤフラムケース）とを備えている。そして、上側の差圧室４２が、上記した高段側圧縮機１２の入側の流路部２ｅ（高段側圧縮機１２の入口部）に対し連通管４２ａを介して連通可能（または圧力を取得可能）とされ（図２参照）、下側の差圧室４３が、側面視ほぼＣ字状をした内部冷媒通路２３の出口部２２側の部分に連通されて、両者の差圧に応じてダイヤフラム４１が上下に変形されるようにしている。

そして、ダイヤフラム４１からは、弁体３５に接続される操作ロッド４５が、内部冷媒通路２３や気液混合器本体２４を貫通させて延設されており、この操作ロッド４５が上記差圧によるダイヤフラム４１の動きを弁体３５に伝えることによって、ボール弁機構３２を開閉および開度調整し得るようにしている。この場合、操作ロッド４５は、ダイヤフラム４１が中立位置にある時に、ボール弁機構３２を閉弁する長さに設けられている。なお、気液混合器本体２４と操作ロッド４５との間には、ボール弁機構３２を閉弁方向へ常時付勢するようにしたバネなどの付勢機構４６が設けられている。

また、例えば、図６のアングル型の気液混合器１９の場合、軸線がほぼ図中上下方向へ延びる中空筒状をした気液混合器本体２４の側面の上部（上端側の側面）に入口部２１が設けられ、気液混合器本体２４側面の下部（下端側の側面）に出口部２２が設けられると共に、気液混合器本体２４の内部空間が内部冷媒通路２３とされている。
また、上記した液状冷媒流入口部２５は、入口部２１の下側に設けられている。この液状冷媒流入口部２５は、気液混合器本体２４を貫通して、気液混合器本体２４のほぼ中心部へ向かって延びる筒状部材とされている。

そして、気液混合器本体２４の上端側内部の軸心位置には、液冷媒噴霧部２６としてのニードル弁機構４７が設けられている。このニードル弁機構４７は、下端部に弁座３４ともなる１つの噴射孔４８を有する筒状のノズル部材４９と、このノズル部材４９の内部の軸心位置に対し、前記噴射孔４８を開閉可能および開度調整に配設されたニードル弁などの弁体３５とを備えて、弁座３４と弁体３５との間の狭い隙間から液状冷媒１ｃ，１ｆを噴き出すことによって液状冷媒１ｃ，１ｆを霧化し得るようにしている。

更に、気液混合器本体２４の図中上端部には、上記と同様の液冷媒噴霧量調整部２７が設けられている。この液冷媒噴霧量調整部２７は、ダイヤフラム４１と、このダイヤフラム４１の上下に２つの差圧室４２，４３を形成する中空のケース部４４とを備えている。そして、上側の差圧室４２が、上記した高段側圧縮機１２の入側の流路部２ｅ（高段側圧縮機１２の入口部）に対し連通管４２ａを介して連通可能（または圧力を取得可能）とされ、下側の差圧室４３が、上記したノズル部材４９の上端部に連通されて、両者の差圧に応じてダイヤフラム４１が上下に変形されるようにしている。

そして、ダイヤフラム４１からは、弁体３５に接続される操作ロッド４５が、ノズル部材４９の内部を通して延設されており、この操作ロッド４５が上記差圧によるダイヤフラム４１の動きを弁体３５に伝えることによって、ニードル弁機構４７を開閉または開度調整し得るようにしている。この場合、操作ロッド４５は、ダイヤフラム４１が中立位置にある時に、ニードル弁機構４７を閉弁する長さに設けられている。

（構成５）
上記において、好ましくは、 図８（または図９）に示すように、上記気液混合器本体２４が、ガス状冷媒１ｇを、上記内部冷媒通路２３へ流入可能なガス状冷媒流入口部５１を備えるようにする。

（補足説明５）
ここで、上記した「ガス状冷媒流入口部５１」は、文字通り、ガス状冷媒１ｇの流入口となるものである。
なお、気液混合器本体２４に対してガス状冷媒流入口部５１を設けない場合には、図６に示すように、ガスインジェクション流路１８を、上記した流路部２ｅに対して直接接続させるようにしても良い。この場合には、ガスインジェクション流路１８は、流路部２ｅにおける、気液混合器１９の出側の位置に接続するのが好ましい。

（構成６）
上記したように、液状冷媒流入口部２５とガス状冷媒流入口部５１との両方が気液混合器本体２４に設けられる場合において、好ましくは、図８（または図９）に示すように、上記内部冷媒通路２３に対し、上記液状冷媒流入口部２５が、上記ガス状冷媒流入口部５１よりも、冷媒１の流れ方向の上流側に設けられるようにする。

（補足説明６）
ここで、上記した「上流側」は、内部冷媒通路２３における、過熱冷媒１ｅの流れ方向を基準としている。即ち、内部冷媒通路２３の入口部２１に近い側が上流となっている。

より具体的には、図８のブロック型の気液混合器１９の場合、ガス状冷媒流入口部５１は、気液混合器本体２４の中間部で、側面視ほぼＣ字状をした内部冷媒通路２３の中間部の位置に設けられることにより、液状冷媒流入口部２５の下流側に位置されている。

また、図９のアングル型の気液混合器１９の場合、ガス状冷媒流入口部５１は、気液混合器本体２４の中間部よりも下側で、ニードル弁機構４７よりも下側の位置に設けられることにより、液状冷媒流入口部２５の下流側に位置されている。

（構成７）
上記において、好ましくは、上記液冷媒噴霧量調整部２７が、上記内部冷媒通路２３における、
上記液状冷媒流入口部２５よりも冷媒１の流れ方向の下流側（図４の場合）、
または、
上記液状冷媒流入口部２５および上記ガス状冷媒流入口部５１よりも冷媒１の流れ方向の下流側（図８の場合）に設けられる（または、接続される）ようにする。

（補足説明７）
ここで、上記した「下流側」は、内部冷媒通路２３における、過熱冷媒１ｅの流れ方向を基準としている。即ち、内部冷媒通路２３の出口部２２に近い側が下流となっている。

より具体的には、図４、図８のブロック型の気液混合器１９の場合、液冷媒噴霧量調整部２７は、気液混合器本体２４の上端部で、側面視ほぼＣ字状をした内部冷媒通路２３の上部の位置に設けられ（接続され）ることにより、液状冷媒流入口部２５（および上記ガス状冷媒流入口部５１）の下流側に位置されている。

（構成８）
そして、図４、図８に示すように、上記した液冷媒噴霧量調整部２７が、（上記した空調システムを構成する）高段側圧縮機１２の入口部と、上記した内部冷媒通路２３における液冷媒噴霧量調整部２７の接続部との差圧に基づいて液状冷媒１ｃ，１ｆの噴霧量を調整するように構成される。

（補足説明８）
ここで、上記した「差圧」は、既に上記したように、上側の差圧室４２が、上記した高段側圧縮機１２の入側の流路部２ｅ（高段側圧縮機１２の入口部）に対し連通管４２ａを介して連通可能（または圧力を取得可能）とされ（図２参照）、下側の差圧室４３が、側面視ほぼＣ字状をした内部冷媒通路２３の出口部２２側の部分に連通されて、両者の差圧に応じてダイヤフラム４１が上下に変形されることによって、得ることができる。

（構成９）
上記において、好ましくは、図４（または図６）に示すように、上記液冷媒噴霧部２６の入側に、上記液状冷媒１ｃ，１ｆに旋回流を与えるスワール微粒化機構５５（図５（または図７））を設けるようにする。

（補足説明９）
ここで、上記した「旋回流」は、文字通り、液状冷媒１ｃ，１ｆを旋回させる流れのことである。

上記した「スワール微粒化機構５５」は、文字通り、旋回流を利用して、液状冷媒１ｆを微粒化し易くするための機構である。

より具体的には、上記したブロック型の気液混合器１９の場合、図５に示すように、スワール微粒化機構５５は、上記した冷媒吸入室３１の内部における、上記した連通孔３３の大径孔部３３ａ（の入口部分）の周囲に設けられて、上記した大径孔部３３ａに対し、ほぼ接線方向へ向けて液状冷媒１ｃ，１ｆを吹き出す小孔部５５ａなどを有するものとされている。この場合、小孔部５５ａは、大径孔部３３ａの周方向に対し、均等な間隔を有して２箇所に設けられているが、１個としても、（周方向にほぼ均等な）３個以上の複数箇所としても良い。

また、上記したアングル型の気液混合器１９の場合、図７に示すように、スワール微粒化機構５５は、ニードル弁機構４７のノズル部材４９に対し、上記した液状冷媒流入口部２５を接線方向へ向けて接続したものなどとされている。

＜作用＞以下、この実施例の作用について説明する。
図１（または図２）に示すように、冷媒１は、ループ状の冷媒流路２を循環される。
この際、図３のモリエール線図に示すように、冷媒１は、圧縮部４で圧縮され（点ＡＢ間）、凝縮部５で凝縮され（点ＢＣ間）、減圧部６で減圧され（点ＣＤ間）、蒸発部７で蒸発される（点ＤＡ間）という作用を繰返す。

そして、例えば、凝縮部５にて、冷媒１と空調用の空気との熱交換を行い、冷媒１が放出する凝縮熱で空調用の空気を加熱することにより、加熱された空調用の空気で、（車室内の）暖房を行わせることができる。

そして、圧縮部４では、低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２とによって、二段階に冷媒１の圧縮が行われる。即ち、蒸発部７で蒸発された低温低圧（圧力Ｐｓ）のガス状冷媒１ａを低段側圧縮機１１で圧縮して高温中圧（圧力Ｐｍ）のガス状冷媒（過熱冷媒１ｅ）とし、更に、この過熱冷媒１ｅを高段側圧縮機１２で圧縮して高温高圧（圧力Ｐｄ）のガス状冷媒１ｂ（過熱冷媒）とする。このように圧縮部４を二台の圧縮機（低段側圧縮機１１（圧力Ｐｓ→圧力Ｐｍ）および高段側圧縮機１２（圧力Ｐｍ→圧力Ｐｄ））に分けて、冷媒１の圧縮を二段階に行わせることにより、圧縮機一台当たりの圧縮比を小さくして、圧縮部４の圧縮効率を向上することができる。

＜効果＞この実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（効果１）
上記した空調システムでは、上記した凝縮部５の出口側の液状冷媒１ｃ（図１）、または、気液分離装置１７で分離された液状冷媒１ｆ（図２）が、液インジェクション流路１４を介して、低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間へ送られる。このように液状冷媒１ｃ，１ｆを、低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間へ送ることにより、（熱含量が低い）液状冷媒１ｃ，１ｆを用いて、低段側圧縮機１１から出た過熱冷媒１ｅを大きく冷やし、または、過熱冷媒１ｅの過熱度を低下させ（図３中、一点鎖線Ｘ（過熱冷媒１ｅに何も混合しない場合）から破線Ｙへ（過熱冷媒１ｅに液状冷媒１ｃ，１ｆを混合した場合））、過熱冷媒１ｅの密度を大幅に低下させて、高段側圧縮機１２における、過熱冷媒１ｅの単位時間当たりの循環量を増やせるようにし、以って、高段側圧縮機１２の圧縮効率を向上させるようにする。

この液状冷媒１ｃ，１ｆの混合による高段側圧縮機１２の圧縮効率の向上によって、高段側圧縮機１２の下流側に設置される凝縮部５の加熱性能（暖房能力）を向上することができ、例えば、（液状冷媒１ｆよりも熱含量の高い）ガス状冷媒１ｇを低段側圧縮機１１からの過熱冷媒１ｅに混合する場合（特に図示しないが、一点鎖線Ｘと破線Ｙとの中間の値となる）と比べて、凝縮部５の加熱性能（暖房能力）に十分な余力を持たせることが可能となる。

（効果２）
そして、図２の変形例の場合、減圧部６では、高段側減圧装置１５と低段側減圧装置１６とによって、二段階に冷媒１の減圧が行われる（図３中、圧力Ｐｄ→圧力Ｐｍ、（高段側減圧装置１５）および、圧力Ｐｍ→圧力Ｐｓ（低段側減圧装置１６））。これによって、気液分離装置１７を設けるのに必要な中間圧力（圧力Ｐｍ）の部分を冷媒流路２に設定することができる。

そして、高段側減圧装置１５と低段側減圧装置１６との間に気液分離装置１７を設けることによって、高段側減圧装置１５で減圧された冷媒１を気液分離し、液状冷媒１ｆとガス状冷媒１ｇとを得ることができる。

また、気液分離装置１７で分離された液状冷媒１ｆを、液インジェクション流路１４を介して、低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間へ確実に送ることができる。

このように、気液分離装置１７からの液状冷媒１ｆを、液インジェクション流路１４を介して、低段側圧縮機１１からの過熱冷媒１ｅに混合することにより、上記したように、高段側圧縮機１２の圧縮効率をより向上させて、上記した凝縮部５の加熱性能（暖房能力）をより向上させる効果を確実に得ることができる。

更に、気液分離装置１７で分離されたガス状冷媒１ｇを、ガスインジェクション流路１８を介して、低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間へ送るようにすることもできる。

このように、気液分離装置１７からのガス状冷媒１ｇを、ガスインジェクション流路１８を介して、低段側圧縮機１１からの過熱冷媒１ｅに混合することにより、過熱冷媒１ｅを更に冷やし（図３中、破線Ｙから実線Ｚへ）、高段側圧縮機１２の圧縮効率を更に向上させて、上記した凝縮部５の加熱性能（暖房能力）をより向上させることができる。

（効果３）
更に、図１、図２に示すように、低段側圧縮機１１と高段側圧縮機１２との間に気液混合器１９を設けることにより、過熱冷媒１ｅに対する、ガス状冷媒１ｇや液状冷媒１ｃ，１ｆの混合を、気液混合器１９の内部において、短時間で且つ効率的に、また、均一に行わせることが可能となる。

これに対し、例えば、気液混合器１９を設けずに冷媒流路２内で過熱冷媒１ｅに、ガス状冷媒１ｇや液状冷媒１ｃ，１ｆを直接混合させるようにすることも、構造的には可能である。但し、このようにした場合には、これら（ガス状冷媒１ｇや液状冷媒１ｃ，１ｆ）が流入してから均一に混合するまでに必要な冷媒流路２の流路長が長くなる。そのため、その分、冷媒流路２の流動抵抗が大きくなって圧力損失が大きくなったり、冷媒流路２から外部への放熱量が大きくなって熱損失を生じたりするので、空調システムの総合的な効率が低下するおそれがある。

よって、気液混合器１９を設けた方が、空調システムの総合的な効率において、有利となる。

（効果４）
図４、図６に示すように、上記した気液混合器１９では、過熱冷媒１ｅは、入口部２１から気液混合器本体２４へ入り、気液混合器本体２４の内部冷媒通路２３を通って、出口部２２から取出される。

そして、液状冷媒１ｃ，１ｆは、液状冷媒流入口部２５から気液混合器本体２４の内部冷媒通路２３へ流入されて、内部冷媒通路２３を流れる過熱冷媒１ｅと混合される。

この際、液状冷媒流入口部２５から内部冷媒通路２３へ流入される液状冷媒１ｃ，１ｆは、液冷媒噴霧部２６によって霧化された後に過熱冷媒１ｅに混合される。そして、液冷媒噴霧部２６による液状冷媒１ｃ，１ｆの噴霧量は、液冷媒噴霧量調整部２７によって調整される。これによって、出口部２２から取出される過熱冷媒１ｅ′のの過熱度が適正に保たれる。

このように、内部冷媒通路２３を流れる過熱冷媒１ｅに、液状冷媒１ｃ，１ｆを混合させることにより、（熱含量が低い）液状冷媒１ｃ，１ｆを用いて、過熱冷媒１ｅを大きく冷やし（過熱度を低減させ）、過熱冷媒１ｅ′の密度を大幅に低下させて、気液混合器１９の下流側に設置される高段側圧縮機１２における、過熱冷媒１ｅ′の単位時間当たりの循環量を増やして、高段側圧縮機１２の圧縮効率を向上させ得るようにする。

そして、この液状冷媒１ｃ，１ｆの混合による高段側圧縮機１２の圧縮効率の向上によって、高段側圧縮機１２の下流側に設置される凝縮部５の加熱性能（暖房能力）を向上することができ、凝縮部５の加熱性能（暖房能力）に十分な余力を持たせることが可能となる。

また、気液混合器本体２４の内部で、過熱冷媒１ｅに液状冷媒１ｃ，１ｆを混合させるようにすることにより、過熱冷媒１ｅと液状冷媒１ｃ，１ｆとの混合を、短時間で且つ効率的に、また、均一に行わせることが可能となる。

また、気液混合器本体２４を使用すると、過熱冷媒１ｅにガス状冷媒１ｇや液状冷媒１ｃ，１ｆを混合させて過熱度を低減させるのに長い流路が必要にならなくなるので、その分、冷媒流路２の流動抵抗が大きくなって圧力損失が大きくなったり、冷媒流路２から外部への放熱量が大きくなって熱損失を生じたりするおそれが少なく、空調システムの総合的な効率の低下を防止することができる。

（効果５）
図８、図９の変形例に示すように、ガス状冷媒１ｇを、ガス状冷媒流入口部５１から気液混合器本体２４の内部へ流入させて、気液混合器本体２４の内部で、内部冷媒通路２３を流れる過熱冷媒１ｅと混合させるようにする。これにより、過熱冷媒１ｅに対する液状冷媒１ｃ，１ｆの混合に加えて、ガス状冷媒１ｇの混合も、気液混合器本体２４の内部で行わせることができるようになる。よって、液状冷媒１ｃ，１ｆとガス状冷媒１ｇとの両方を使用して、過熱冷媒１ｅを大きく冷やし（過熱度を大幅に低下させて）、過熱冷媒１ｅ′の密度をより大きく低下させることができるようになる。

（効果６）
内部冷媒通路２３を流れる過熱冷媒１ｅに対し、液状冷媒流入口部２５からの液状冷媒１ｃ，１ｆが先に混合され、次に、ガス状冷媒流入口部５１からのガス状冷媒１ｇが後から混合されるようにする。

これにより、内部冷媒通路２３を流れる過熱冷媒１ｅは、まず、（熱含量が低い）液状冷媒１ｃ，１ｆにより一気に冷やされて、密度が急激に低下され（図３中、一点鎖線Ｘから破線Ｙへ）、次に、（液状冷媒１ｃ，１ｆよりも熱含量の高い）ガス状冷媒１ｇにより更に追加的に冷やされて（図３中、破線Ｙから実線Ｚへ）、密度が更に低下され、安定化されることとなるので、（液状冷媒１ｃ，１ｆよりも熱含量の高い）ガス状冷媒１ｇを先に過熱冷媒１ｅに混合させ、（熱含量が低い）液状冷媒１ｃ，１ｆを後から過熱冷媒１ｅに混合させる場合と比べて、より効率的且つ安定的に過熱冷媒１ｅ′を冷やすことが可能となる。

（効果７）
図４、図８に示すように、液状冷媒１ｃ，１ｆやガス状冷媒１ｇで冷やされて密度が低下し終わった後の過熱冷媒１ｅ′に基づいて、液冷媒噴霧量調整部２７による液状冷媒１ｃ，１ｆの噴霧量を調整させ得るようにする。これにより、常に最適な量の液状冷媒１ｃ，１ｆを液冷媒噴霧部２６に噴霧させて、過熱冷媒１ｅ′の過熱度を適正に保つことが可能となる。

（効果８）
そして、上記した液冷媒噴霧量調整部２７が、上記した高段側圧縮機１２の入口部と、上記した内部冷媒通路２３における液冷媒噴霧量調整部２７の接続部との差圧に基づいて液状冷媒１ｃ，１ｆの噴霧量を調整することにより、上記したように、常に最適な量の液状冷媒１ｃ，１ｆを液冷媒噴霧部２６により噴霧させて、過熱冷媒１ｅ′の過熱度を適正に保つという効果を確実に得ることができる。

（効果９）
図５、図７に示すように、スワール微粒化機構５５によって液状冷媒１ｃ，１ｆに旋回流を与えた後に、液冷媒噴霧部２６によって（旋回流を与えられた）液状冷媒１ｃ，１ｆを噴霧させるようにすることにより、液状冷媒１ｃ，１ｆを一層効率的且つ効果的に微粒化して、過熱冷媒１ｅと混合し易くすることが可能となる。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施例に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、複数の実施例や変形例が示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。

１ 冷媒
１ｅ 過熱冷媒
１ｅ′過熱冷媒
１ｆ 液状冷媒
１ｇ ガス状冷媒
２ 冷媒流路
４ 圧縮部
５ 凝縮部
６ 減圧部
７ 蒸発部
１１ 低段側圧縮機
１２ 高段側圧縮機
１４ 液インジェクション流路
１５ 高段側減圧装置
１６ 低段側減圧装置
１７ 気液分離装置
１８ ガスインジェクション流路
１９ 気液混合器
２１ 入口部
２２ 出口部
２３ 内部冷媒通路
２４ 気液混合器本体
２５ 液状冷媒流入口部
２６ 液冷媒噴霧部
２７ 液冷媒噴霧量調整部
５１ ガス状冷媒流入口部
５５ スワール微粒化機構

Claims (9)

1. 冷媒を循環可能なループ状の冷媒流路と、
   該冷媒流路に冷媒の流れ方向に沿って順番に設置された、圧縮部、凝縮部、減圧部、蒸発部と、を備え、
   前記圧縮部が、冷媒の流れ方向に沿って順番に設置された、低段側圧縮機および高段側圧縮機を備えた車両用空調システムにおいて、
   前記冷媒流路に、前記凝縮部の出口側の液状冷媒を、前記低段側圧縮機と高段側圧縮機との間へ送る液インジェクション流路を設けたことを特徴とする車両用空調システム。
2. 前記減圧部が、冷媒の流れ方向に沿って順番に設置された、高段側減圧装置および低段側減圧装置を備えると共に、
   前記高段側減圧装置と低段側減圧装置との間に、気液分離装置が設けられ、
   該気液分離装置で分離されたガス状冷媒を、前記低段側圧縮機と高段側圧縮機との間へ送るガスインジェクション流路を備えると共に、
   前記液インジェクション流路が、前記気液分離装置で分離された液状冷媒を、前記低段側圧縮機と高段側圧縮機との間へ送るものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調システム。
3. 前記低段側圧縮機と高段側圧縮機との間に、
   前記低段側圧縮機からの過熱冷媒と、
   前記ガスインジェクション流路からのガス状冷媒と、
   前記液インジェクション流路からの液状冷媒と、を混合して、前記高段側圧縮機へ送る気液混合器を設けたことを特徴とする請求項２に記載の車両用空調システム。
4. 請求項３に記載の車両用空調システムに設けられて、
   過熱冷媒の入口部と、過熱冷媒の出口部と、
   前記入口部と出口部との間を結ぶ内部冷媒通路と、が設けられた気液混合器本体を備え、
   該気液混合器本体が、液状冷媒を、前記内部冷媒通路へ流入可能な液状冷媒流入口部を備えると共に、
   該液状冷媒流入口部から前記内部冷媒通路へ流入される液状冷媒を霧化する液冷媒噴霧部と、
   該液冷媒噴霧部による液状冷媒の噴霧量を調整する液冷媒噴霧量調整部と、
   を備えたことを特徴とする気液混合器。
5. 前記気液混合器本体が、ガス状冷媒を、前記内部冷媒通路へ流入可能なガス状冷媒流入口部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の気液混合器。
6. 前記内部冷媒通路に対し、前記液状冷媒流入口部が、前記ガス状冷媒流入口部よりも、冷媒の流れ方向の上流側に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の気液混合器。
7. 前記液冷媒噴霧量調整部が、前記内部冷媒通路における、
   前記液状冷媒流入口部よりも冷媒の流れ方向の下流側、
   または、
   前記液状冷媒流入口部および前記ガス状冷媒流入口部よりも冷媒の流れ方向の下流側に設けられたことを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の気液混合器。
8. 前記液冷媒噴霧量調整部が、前記高段側圧縮機の入口部と、前記内部冷媒通路における液冷媒噴霧量調整部の接続部との差圧に基づいて液状冷媒の噴霧量を調整することを特徴とする請求項７に記載の気液混合器。
9. 前記液冷媒噴霧部の入側に、前記液状冷媒に旋回流を与えるスワール微粒化機構を設けたことを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれか１項に記載の気液混合器。