JP2017150730A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低負荷運転時であっても、適切な冷却能力を発揮可能な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置１０に、温度式膨張弁１３の絞り通路３０ａの上流側の冷媒を、温度式膨張弁１３を迂回させて絞り通路３０ａの下流側へ導くバイパス通路１５、および絞り通路３０ａの上流側の上流側冷媒圧力Ｐ１と絞り通路３０ａの下流側の下流側冷媒圧力Ｐ２との圧力差ΔＰが、基準圧力差ＫΔＰ以下となった際に、バイパス通路１５を開く差圧弁１６を設ける。これにより、低負荷運転時には、絞り通路３０ａのみならず、バイパス通路１５を介して、冷媒を蒸発器１４へ供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、温度式膨張弁を備える冷凍サイクル装置に関する。

従来、特許文献１に、空調装置に適用される冷凍サイクル装置であって、冷媒を減圧させる減圧装置として温度式膨張弁を備えるものが開示されている。さらに、特許文献１の冷凍サイクル装置は、暖房モードの冷媒回路と冷房モードの冷媒回路とを切替可能に構成されている。

また、特許文献１の温度式膨張弁は、冷房モード時には、蒸発器出口側冷媒の温度および圧力に応じて絞り弁を変位させることで、蒸発器出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準加熱度に近づくように絞り開度を変化させる。

さらに、特許文献１の温度式膨張弁の内部には、絞り弁を収容する弁室内の圧力を蒸発器の入口側へ逃がす機械的機構で構成された逃がし弁が配置されている。これにより、特許文献１の温度式膨張弁では、暖房モード時に弁室内の冷媒圧力が異常上昇してしまうことを抑制している。

特開平１１−１７３７０５号公報

ところで、空調装置に適用される冷凍サイクル装置では、低外気温時であっても空調対象空間へ送風される送風空気を除湿するために、送風空気を冷却することがある。このような運転条件では、空調熱負荷が低い低負荷運転となるので、サイクルを循環する冷媒流量も減少する。従って、低負荷運転時には、温度式膨張弁の絞り開度も縮小しやすい。

さらに、低外気温時には、外気によって温度式膨張弁自体が冷却されてしまうので、温度式膨張弁が蒸発器出口側冷媒の温度を実際よりも低い値に誤検知して、絞り開度を必要以上に減少させてしまうことがある。その結果、低外気温時の低負荷運転では、蒸発器へ供給される冷媒流量が不足して、送風空気を適切に冷却することができなくなってしまうおそれがある。

本発明は、上記点に鑑み、低負荷運転時にも適切な冷却能力を発揮可能な冷凍サイクル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、請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、放熱器から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（１３）と、減圧装置にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて、冷却対象流体を冷却する蒸発器（１４）と、減圧装置にて冷媒を減圧させる絞り通路（３０ａ）の上流側の冷媒を、絞り通路を迂回させて下流側へ導くバイパス通路（１５、３０ｃ）と、バイパス通路を開閉する開閉弁（１６）と、を備え、
減圧装置は、蒸発器の出口側冷媒の温度に応じて、出口側冷媒の過熱度（ＳＨ）が予め定めた基準過熱度（ＫＳＨ）に近づくように絞り通路の絞り開度を変化させる温度式膨張弁であり、
開閉弁は、バイパス通路を開閉する弁体部（１６ａ）、および弁体部に対してバイパス通路を開く側に付勢する荷重をかける弾性部材（１６ｂ）を有し、絞り通路の上流側の上流側冷媒圧力（Ｐ１）と絞り通路の下流側の下流側冷媒圧力（Ｐ２）との圧力差（ΔＰ）が、予め定めた基準圧力差（ＫΔＰ）以下となった際に、バイパス通路を開く差圧弁で構成されている冷凍サイクル装置である。

これによれば、上流側冷媒圧力（Ｐ１）と下流側冷媒圧力（Ｐ２）との圧力差（ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２）が、基準圧力差（ＫΔＰ）以下となった際に、開閉弁（１６）がバイパス通路（１５、３０ｃ）を開く。このため、圧力差（ΔＰ）が低くなる冷凍サイクル装置（１０）の低負荷運転時に、開閉弁（１６）がバイパス通路（１５、３０ｃ）を開くことができる。

従って、低負荷運転時であっても、バイパス通路（１５、３０ｃ）を介して蒸発器（１４）へ冷媒を供給することができ、低負荷運転時に蒸発器（１４）へ供給される冷媒流量が不足してしまうことを抑制することができる。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、低外気温時のような低負荷運転時にも、適切な冷却能力を発揮可能な冷凍サイクル装置（１０）を提供することができる。

また、開閉弁（１６）として、弁体部（１６ａ）、および弾性部材（１６ｂ）を有する機械的機構で構成された差圧弁を採用しているので、複雑な制御処理等を必要とすることなく、極めて簡素な構成で低負荷運転時にも冷凍サイクル装置（１０）に適切な冷凍能力を発揮させることができる。

なお、本請求項における「絞り通路（３０ａ）の上流側」とは、減圧装置（１３）の内部における上流側に限定されるものではなく、減圧装置（１３）の外部における上流側も含まれる意味である。同様に、「絞り通路（３０ａ）の下流側」についても、減圧装置（１３）の内部における下流側に限定されるものではなく、減圧装置（１３）の外部における下流側も含まれる意味である。

また、この欄および特許請求の範囲で記載した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。

第１実施形態の冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第１実施形態の差圧弁の模式的な拡大断面図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置における冷媒の状態の変化を示すモリエル線図である。 第２実施形態の温度式膨張弁の断面図である。

（第１実施形態）
図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本発明に係る蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置１０を、車両用空調装置に適用している。冷凍サイクル装置１０は、車両用空調装置において、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。従って、本実施形態の冷却対象流体は送風空気である。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、冷媒としてＨＦＯ系冷媒（具体的には、Ｒ１２３４ｙｆ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。この冷媒には、圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

なお、図１に示す冷凍サイクル装置１０の全体構成図では、説明の明確化のため、各構成機器を接続する冷媒配管の太さを適宜変更している。従って、図１に図示された冷媒配管の太さは、実際の冷媒配管の太さを示すものではない。

冷凍サイクル装置１０の構成機器のうち、圧縮機１１は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで圧縮して吐出するものである。圧縮機１１は、車両走行用の駆動力を出力するエンジン（内燃機関）とともにエンジンルーム内に配置されている。さらに、圧縮機１１は、プーリ、ベルト等を介してエンジンから出力される回転駆動力によって駆動されるエンジン駆動式の圧縮機である。

より具体的には、本実施形態では、圧縮機１１として、吐出容量を変化させることによって冷媒吐出能力を調整可能に構成された斜板式の可変容量型圧縮機を採用している。この圧縮機１１では、吐出容量を変化させるための図示しない吐出容量制御弁を有している。吐出容量制御弁は、後述する空調制御装置４０から出力される制御電流によって、その作動が制御される。

圧縮機１１の吐出口には、放熱器１２の冷媒入口側が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン１２ａによって送風される車室外空気（外気）を熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮用熱交換器である。放熱器１２は、エンジンルーム内の車両前方側に配置されている。

冷却ファン１２ａは、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

放熱器１２の冷媒出口側には、レシーバ１２ｂの入口側が接続されている。レシーバ１２ｂは、放熱器１２から流出した冷媒の気液を分離する機能を果たす。さらに、レシーバ１２ｂは、分離した液相冷媒を下流側に流出させるとともに、サイクル内の余剰冷媒を蓄える受液器である。

レシーバ１２ｂの出口には、温度式膨張弁１３の絞り通路３０ａの入口側が接続されている。温度式膨張弁１３は、放熱器１２から流出した冷媒を減圧させる減圧装置である。温度式膨張弁１３は、車室外であるエンジンルーム内に配置されている。さらに、温度式膨張弁１３はボデー３０、絞り弁３１、エレメント部３２等が一体化された、いわゆるボックス型膨張弁として構成されている。

ボデー３０は、温度式膨張弁１３の外殻を形成するとともに、内部に絞り通路３０ａ、流出冷媒通路３０ｂなどを形成する金属製の柱状部材である。

絞り通路３０ａは、レシーバ１２ｂから流出した高圧冷媒を減圧して、後述する蒸発器１４の冷媒入口側へ流出させる冷媒通路である。ボデー３０の絞り通路３０ａの上流側には、絞り弁３１を収容する弁室が形成されている。絞り弁３１は、絞り通路３０ａの通路断面積（すなわち、絞り開度）を変化させる球状弁である。この絞り弁３１は、絞り用コイルバネ３４から絞り開度を縮小させる側に付勢する荷重を受けている。

流出冷媒通路３０ｂは、蒸発器１４の冷媒流出口から流出した冷媒を流通させる冷媒通路である。エレメント部３２は、流出冷媒通路３０ｂを流通する冷媒の温度および圧力に応じて絞り弁３１を変位させるものである。つまり、エレメント部３２は、蒸発器１４出口側冷媒の温度に応じて絞り弁３１を変位させる駆動機構である。

より詳細には、エレメント部３２は、薄板金属製のダイヤフラムを有している。エレメント部３２に内部空間は、このダイヤフラムによって封入空間および導入空間の２つの空間に仕切られている。さらに、エレメント部３２は、図１に示すように、導入空間側が流出冷媒通路３０ｂと連通するようにボデー３０の外側に取り付けられている。

従って、導入空間は、流出冷媒通路３０ｂを流通する冷媒を導入させる空間となる。一方、封入空間には、サイクルを循環する冷媒（本実施形態では、Ｒ１２３４ｙｆ）を主成分とする感温媒体が封入されている。この感温媒体の圧力は、流出冷媒通路３０ｂを流通する冷媒の温度に応じて変化する。

このため、ダイヤフラムは、感温空間内の感温媒体圧力と導入空間内の冷媒圧力との圧力差に応じて変形する圧力応動部材としての機能を果たす。そして、このダイヤフラムの変形は、ボデー３０の内部に配置された作動棒３３を介して絞り弁３１に伝達される。これにより、絞り弁３１が絞り通路３０ａの絞り開度を変化させる。

より具体的には、流出冷媒通路３０ｂを流通する蒸発器１４出口側冷媒の過熱度ＳＨが上昇すると、感温空間内の感温媒体圧力から導入空間内の冷媒圧力を減算した圧力差が増加する。このため、ダイヤフラムが導入空間側へ変形して、絞り弁３１が絞り通路３０ａの絞り開度を増加させる。

一方、流出冷媒通路３０ｂを流通する蒸発器１４出口側冷媒の過熱度ＳＨが低下すると、感温空間内の感温媒体圧力から導入空間内の冷媒圧力を減算した圧力差が減少する。このため、ダイヤフラムが封入空間側へ変形して、絞り弁３１が絞り通路３０ａの絞り開度を減少させる。

これにより、本実施形態のエレメント部３２では、流出冷媒通路３０ｂを流通する蒸発器１４出口側冷媒の温度および圧力に応じて、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度ＳＨが予め定めた基準過熱度ＫＳＨ（本実施形態では、５℃）に近づくように、絞り通路３０ａの絞り開度を変化させることができる。さらに、絞り用コイルバネ３４の荷重を調整することで、狙いの基準加熱度ＫＳＨを調整することもできる。

温度式膨張弁１３の絞り通路３０ａの出口には、蒸発器１４の冷媒入口側が接続されている。蒸発器１４は、温度式膨張弁１３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１４ａから車室内へ送風される送風空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。送風ファン１４ａは、空調制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

また、本実施形態の車両用空調装置では、蒸発器１４の送風空気流れ下流側に、蒸発器１４にて冷却された送風空気を再加熱する加熱装置を有している。これにより、本実施形態の車両用空調装置では、冷却された送風空気を所望の温度に上昇させて車室内に送風することができる。このような加熱装置としては、車両走行用の駆動力を出力するエンジンの冷却水を熱源として送風空気を加熱するヒータコアを採用することができる。

蒸発器１４の冷媒出口側には、温度式膨張弁１３の流出冷媒通路３０ｂの入口側が接続されている。さらに、温度式膨張弁１３の流出冷媒通路３０ｂの出口には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。

さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、バイパス通路１５を備えている。バイパス通路１５は、温度式膨張弁１３の絞り通路３０ａの上流側の冷媒を、絞り通路３０ａを迂回させて、絞り通路３０ａの下流側へ導く冷媒配管である。本実施形態のバイパス通路１５は、温度式膨張弁１３の外部で、絞り通路３０ａの入口側と絞り通路３０ａの出口側とを接続するように配置されている。

バイパス通路１５の最下流側には、バイパス通路１５を開閉する差圧弁１６が配置されている。差圧弁１６は、絞り通路３０ａの上流側の冷媒圧力（上流側冷媒圧力）Ｐ１と絞り通路３０ａの下流側の冷媒圧力（下流側冷媒圧力）Ｐ２との圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が、予め定めた基準圧力差ＫΔＰ以下となった際に、バイパス通路１５を開く開閉弁である。

差圧弁１６の詳細構成は、図２を用いて説明する。差圧弁１６は、弁体部１６ａおよびコイルバネ１６ｂを有している。弁体部１６ａは、上流側冷媒圧力Ｐ１と下流側冷媒圧力Ｐ２との圧力差ΔＰに応じて変位して、バイパス通路１５を開閉するものである。コイルバネ１６ｂは、弁体部１６ａに対してバイパス通路１５を開く側に付勢する荷重をかける弾性部材である。

さらに、本実施形態のコイルバネ１６ｂの荷重は、上流側冷媒圧力Ｐ１と下流側冷媒圧力Ｐ２との圧力差ΔＰが、予め定めた基準圧力差ＫΔＰ以下となった際に、バイパス通路１５を開くように設定されている。本実施形態では、基準圧力差ＫΔＰとして、外気温が１０℃程度になっており、蒸発器１４における冷媒蒸発温度が１℃となっている際に、実験的に得られた差圧（具体的には、１ＭＰａ）を採用している。

なお、図２では、圧力差ΔＰが基準圧力差ＫΔＰ以下となって、差圧弁１６がバイパス通路１５を開いた状態を図示している。

次に、空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この空調制御装置４０は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。そして、上述の各種電気式のアクチュエータ１１、１２ａ、１４ａ等の作動を制御する。

空調制御装置４０の入力側には、内気温センサ、外気温センサ、日射センサ、蒸発器温度センサ、吐出圧力センサ等の複数の空調制御用のセンサ群が接続され、これらのセンサ群の検出値が入力される。

より具体的には、内気温センサは、車室内温度（内気温）Ｔｒを検出する内気温検出部である。外気温センサは、外気温Ｔａｍを検出する外気温検出部である。日射センサは、車室内の日射量Ａｓを検出する日射量検出部である。蒸発器温度センサ４１は、蒸発器１４の吹出空気温度（蒸発器温度）Ｔｅを検出する蒸発器温度検出部である。吐出圧力センサは、圧縮機１１から吐出された吐出冷媒圧力Ｐｄを検出する出口側圧力検出部である。

なお、本実施形態の蒸発器温度センサ４１では、蒸発器１４の一部の熱交換フィンの温度を検出しているが、蒸発器温度検出部はこれに限定されない。例えば、蒸発器温度検出部として、蒸発器１４のその他の部位の温度を検出する温度検出部を採用してもよいし、蒸発器１４を流通する冷媒の温度を検出する温度検出部を採用してもよい。

さらに、空調制御装置４０の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が空調制御装置４０へ入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ等が設けられている。

なお、本実施形態の空調制御装置４０は、その出力側に接続された各種の制御対象機器の作動を制御する制御部が一体に構成されたものであるが、空調制御装置４０のうち、各制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が各制御対象機器の制御部を構成している。

例えば、本実施形態では、圧縮機１１の吐出容量制御弁の作動を制御することによって、圧縮機１１の冷媒吐出能力を制御する構成が吐出能力制御部４０ａを構成している。また、空調制御装置４０が実行する制御プログラムは、空調制御装置４０が有する機能実現部を構成している。

次に、上記構成における本実施形態の冷凍サイクル装置１０の作動を説明する。操作パネルの空調作動スイッチが投入（ＯＮ）されると、空調制御装置４０がそのＲＯＭ内に記憶されている制御プログラムを実行する。

この制御プログラムでは、上述した空調制御用のセンサ群の検出信号および各種操作スイッチの操作信号を読み込む。そして、読み込んだ検出信号および操作信号の値に基づいて、車室内へ吹き出す吹出空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算出する。

さらに、制御プログラムでは、算出された目標吹出温度ＴＡＯおよび検出信号に基づいて、圧縮機１１等の各種電気式のアクチュエータの制御状態を決定し、決定した制御状態が得られるように各種電気式のアクチュエータに制御信号を出力する。そして、車室内空調の停止が要求されるまで、再び、検出信号および操作信号の読込み→目標吹出温度ＴＡＯの算出→新たな制御状態の決定→制御信号の出力といったルーチンを繰り返す。

また、各種電気式のアクチュエータの制御状態の決定する際、圧縮機１１の冷媒吐出能力（具体的には、圧縮機１１の吐出容量制御弁へ出力される制御電流）については、以下のように決定される。まず、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２１の記憶回路に記憶された制御マップを参照して、蒸発器１４における冷媒蒸発温度の目標値（または、蒸発器１４自体の温度の目標値）である目標蒸発器温度ＴＥＯを決定する。

このため、制御プログラムのうち、目標蒸発器温度ＴＥＯを決定する制御ステップは、目標蒸発器温度決定部４０ｂを構成している。より具体的には、この制御マップでは、蒸発器１４の着霜を防止できる範囲（具体的には、１℃以上の範囲）で、目標吹出温度ＴＡＯの低下に伴って、目標蒸発器温度ＴＥＯが低下するように決定する。

そして、この目標蒸発器温度ＴＥＯと蒸発器温度センサによって検出された蒸発器温度Ｔｅとの偏差（Ｔｅ−ＴＥＯ）に基づいて、フィードバック制御手法を用いて蒸発器温度Ｔｅが目標蒸発器温度ＴＥＯに近づくように、圧縮機１１の吐出容量制御弁に出力される制御電流が決定される。

この制御プログラムによって、圧縮機１１が作動すると、外気温Ｔａｍが比較的高くなっている（例えば、外気温Ｔａｍが２０℃より高くなっている）場合のような冷凍サイクル装置１０の通常運転時には、図３のモリエル線図に実線で示すように、上流側冷媒圧力Ｐ１と下流側冷媒圧力Ｐ２との圧力差ΔＰａが拡大する。そして、圧力差ΔＰａが基準圧力差ＫΔＰよりも大きくなるので、差圧弁１６がバイパス通路１５を閉じる。

従って、通常運転時の冷凍サイクル装置１０では、圧縮機１１から吐出された冷媒（図３のａ点）が放熱器１２へ流入する。放熱器１２へ流入した冷媒は、冷却ファン１２ａから送風された外気と熱交換し、放熱して凝縮する（図３のａ点→ｂ点）。放熱器１２にて凝縮した冷媒は、レシーバ１２ｂにて気液分離される。

レシーバ部１２ｂにて分離された液相冷媒は、差圧弁１６が閉じているので、バイパス通路１５を流通することなく、温度式膨張弁１３へ流入する。温度式膨張弁１３へ流入した冷媒は、温度式膨張弁１３の絞り通路３０ａにて減圧される（図３のｂ点→ｃ点）。この際、絞り通路３０ａの絞り開度は、蒸発器１４出口側冷媒（図３のｄ点）の過熱度ＳＨが基準加熱度ＫＳＨに近づくように調整される。

蒸発器１４へ流入した低圧冷媒は、送風ファン１４ａによって送風された送風空気から吸熱して蒸発する（図３のｃ点→ｄ点）。これにより、送風空気が冷却される。さらに、冷却された送風空気は、必要に応じて蒸発器１４の空気流れ下流側に配置された加熱装置（本実施形態では、ヒータコア）にて目標吹出温度ＴＡＯとなるまで再加熱されて、車室内へ吹き出される。

蒸発器１４から流出した冷媒は、温度式膨張弁１３の流出冷媒通路３０ｂを通過して、圧縮機１１に吸入され再び圧縮される（図３のｄ点→ａ点）。

以上の如く、通常運転時の冷凍サイクル装置１０では、蒸発器１４にて車室内へ送風される送風空気を冷却することができる。さらに、車両用空調装置は、目標吹出温度ＴＡＯに温度調整された送風空気を車室内へ吹き出すことができる。

ここで、本実施形態のように、車両用空調装置に適用される冷凍サイクル装置１０では、低外気温時（例えば、外気温Ｔａｍが１０℃以下）であっても、送風空気を冷却することがある。これは、車両用空調装置では、低外気温時であっても車室内の窓曇りを防止するために、送風空気を冷却して除湿する必要があるからである。

このような運転条件の冷凍サイクル装置１０では、高い冷却能力が必要とされないので、空調熱負荷が低い低負荷運転となる。さらに、低負荷運転では、サイクルを循環する循環冷媒流量が減少する。従って、低負荷運転時には、温度式膨張弁１３の絞り通路３０ａの絞り開度も縮小しやすい。

さらに、低外気温時には、外気によって温度式膨張弁１３自体が冷却されてしまうので、封入空間内の感温媒体も外気によって冷却されてしまい、絞り通路３０ａの絞り開度を必要以上に縮小させてしまうことがある。

その結果、低外気温時の低負荷運転では、蒸発器１４へ供給される冷媒流量が不足して、送風空気を適切に冷却することができなくなってしまうおそれがある。すなわち、送風空気を充分に除湿することができなくなってしまい、窓曇りを防止することができなくなってしまうおそれがある。

これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、例えば、低外気温時（外気温Ｔａｍが１０℃以下になっている時）に低負荷運転を行うと、図３のモリエル線図に破線で示すように、上流側冷媒圧力Ｐ１と下流側冷媒圧力Ｐ２との圧力差ΔＰｂが縮小して、基準圧力差ＫΔＰ以下となる。これにより、差圧弁１６がバイパス通路１５を開く。

従って、低負荷運転時には、絞り通路３０ａのみならず、バイパス通路１５を介して蒸発器１４へ冷媒を供給することができ、低負荷運転時に蒸発器１４へ供給される冷媒流量が不足してしまうことを抑制することができる。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置１０によれば、低外気温の低負荷運転時にも、適切な冷却能力を発揮することができる。さらに、車両用空調装置は、除湿された送風空気を車室内へ吹き出すことができ、窓ガラスの曇りを防止することができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０によれば、起動時にも速やかに冷却能力を発揮することができる。より詳細には、起動時のようにサイクル内が均圧化していると（すなわち、圧力差ΔＰが略０になっていると）、一般的な温度式膨張弁１３では、絞り用コイルバネ３４の荷重によって、絞り弁３１が絞り通路３０ａを閉塞してしまう。

これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、差圧弁１６を備えているので、起動時であっても圧力差ΔＰが基準圧力差ΔＰ以下となっていれば、差圧弁１６がバイパス通路１５を開く。従って、起動時にもバイパス通路１５を介して、冷媒を蒸発器１４へ供給することでき、蒸発器１４にて速やかに冷却能力を発揮することができる。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、バイパス通路１５を開閉する開閉弁として、弁体部１６ａおよびコイルバネ１６ｂを有する機械的機構で構成された差圧弁１６を採用しているので、複雑な制御処理等を必要とすることなく、極めて簡素な構成で低負荷運転時にも冷凍サイクル装置１０に適切な冷却能力を発揮させることができる。

また、本実施形態の温度式膨張弁１３のように、エレメント部３２がボデー３０の外部に配置されている温度式膨張弁１３では、封入空間内の感温媒体が外気によって冷却されやすい。このため、温度式膨張弁１３では、蒸発器１４出口側冷媒の温度を実際よりも低い値に誤検知しやすい。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置１０のように、低負荷運転時にバイパス通路１５を介して冷媒を蒸発器１４へ供給できることは有効である。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０のように、蒸発器温度Ｔｅが目標蒸発器温度ＴＥＯに近づくように、空調制御装置４０が圧縮機１１の冷媒吐出能力を制御する構成では、蒸発器１４へ供給される冷媒流量が不足すると、空調制御装置４０が圧縮機１１の冷媒吐出能力を増加させる。

さらに、本実施形態のように、蒸発器温度センサ４１が、蒸発器１４の一部の熱交換フィンの温度を検出する構成では、蒸発器１４に温度分布が生じていると、蒸発器温度センサ４１の検出値が、蒸発器１４の平均的な温度よりも低い温度になってしまうおそれもある。その結果、空調制御装置４０が圧縮機１１の冷媒吐出能力をさらに増加させてしまうこともある。

そして、圧縮機１１の冷媒吐出能力を増加させてしまうと、蒸発器１４における冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）が低下するので、流出冷媒通路３０ｂを流通する冷媒の温度が低下する。このため、温度式膨張弁１３がさらに絞り通路３０ａの絞り開度を減少させる。そして、最終的に温度式膨張弁１３の絞り通路３０ａが閉塞してしまう。

つまり、本実施形態の冷凍サイクル装置１０のように圧縮機１１の冷媒吐出能力を制御する構成では、低外気温時等に低負荷運転を行うと、適切な冷却能力を発揮できなくなってしまうだけでなく、圧縮機１１が冷媒を吸入できない状態で作動してしまうので、圧縮機１１の耐久寿命に悪影響を及ぼしてしまうおそれもある。

従って、本実施形態の冷凍サイクル装置１０のように、蒸発器温度Ｔｅが目標蒸発器温度ＴＥＯに近づくように、空調制御装置４０が圧縮機１１の冷媒吐出能力を制御する構成では、低負荷運転時にバイパス通路１５を介して、冷媒を蒸発器１４へ供給できることは極めて有効である。

（第２実施形態）
本実施形態の温度式膨張弁１３では、第１実施形態に対して、図４に示すように、ボデー３０にバイパス通路３０ｃを形成した例を説明する。このバイパス通路３０ｃは、絞り通路３０ａの上流側の絞り弁３１が収容される弁室と絞り通路３０ａの下流側の冷媒通路とを接続するように形成されている。さらに、本実施形態のボデー３０の内部には、差圧弁１６の弁体部１６ａおよびコイルバネ１６ｂが収容されている。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、温度式膨張弁１３の外部に配置されたバイパス通路１５および差圧弁１６が廃止されている。その他の冷凍サイクル装置１０の構成および作動は第１実施形態と同様である。

従って、本実施形態の冷凍サイクル装置１０においても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の温度式膨張弁１３は、内部にバイパス通路３０ｃと差圧弁１６が配置されているので、既存の冷凍サイクル装置に対して容易に適用することができ、冷凍サイクル装置の大型化等を招くこともない。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の第１実施形態では、バイパス通路１５の最下流側に差圧弁１６を配置した例を説明したが、差圧弁１６の配置はこれに限定されない。

例えば、蒸発器として冷媒を流通させる複数本のチューブと、チューブを流通する冷媒の集合および分配を行う一対のタンクとを有して構成される、いわゆるタンクアンドチューブ型熱交換器を採用する場合は、入口側のタンク内に差圧弁１６を配置してもよい。また、ボックス型膨張弁と蒸発器とを接続する専用コネクタの内部に差圧弁１６を配置してもよい。

（２）冷凍サイクル装置１０を構成する各構成機器は、上記の実施形態に開示されたものに限定されない。

例えば、上述の実施形態では、圧縮機１１として、エンジン駆動式の可変容量型圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１はこれに限定されない。圧縮機１１として、電磁クラッチの断続により圧縮機の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機を採用してもよい。さらに、固定容量型圧縮機構と電動モータとを備え、電力を供給されることによって作動する電動圧縮機を採用してもよい。電動圧縮機では、電動モータの回転数を調整することによって、冷媒吐出能力を制御することができる。

また、上述の実施形態では、放熱器１２として、高圧冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮用熱交換器を採用した例を説明したが、放熱器１２はこれに限定されない。例えば、放熱器１２とレシーバ１２ｂとを一体化させたレシーバ一体型の凝縮器を採用してもよい。さらに、冷媒を凝縮させる凝縮部、凝縮部にて冷却された冷媒の気液を分離するレシーバ部、レシーバ部にて分離された液相冷媒を過冷却する過冷却部を有するサブクール型凝縮器を採用してもよい。

また、上述の実施形態では、冷媒としてＲ１２３４ｙｆを採用した例を説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、Ｒ１３４ａ、Ｒ６００ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃ、等を採用することができる。または、これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。さらに、冷媒として二酸化炭素を採用して、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成してもよい。

さらに、上述の実施形態で説明した冷凍サイクル装置１０に、サイクルの高圧側冷媒と低圧側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を追加してもよい。サイクルの高圧側冷媒としては、放熱器１２の出口側から温度式膨張弁１３の絞り通路３０ａの入口側へ至る冷媒流路を流通する冷媒を採用してもよい。また、サイクルの低圧側冷媒としては、温度式膨張弁１３の流出冷媒通路３０ｂの出口側から圧縮機１１の吸入口側へ至る冷媒流路を流通する冷媒を採用することができる。

（３）上述の実施形態では、本発明に係る冷凍サイクル装置１０を、車両用空調装置に適用した例を説明したが、冷凍サイクル装置１０の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置や冷凍冷蔵装置に適用してもよい。

１１ 圧縮機
１２ 放熱器
１３ 温度式膨張弁（減圧装置）
１４ 蒸発器
１５、３０ｃ バイパス通路
１６ 差圧弁（開閉弁）
１６ａ 弁体部
１６ｂ コイルバネ（弾性部材）
３０ａ 絞り通路

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機から吐出された高圧冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
   前記放熱器から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（１３）と、
   前記減圧装置にて減圧された低圧冷媒を蒸発させて、冷却対象流体を冷却する蒸発器（１４）と、
   前記減圧装置にて冷媒を減圧させる絞り通路（３０ａ）の上流側の冷媒を、前記絞り通路を迂回させて前記絞り通路の下流側へ導くバイパス通路（１５、３０ｃ）と、
   前記バイパス通路を開閉する開閉弁（１６）と、を備え、
   前記減圧装置は、前記蒸発器の出口側冷媒の温度に応じて、前記出口側冷媒の過熱度（ＳＨ）が予め定めた基準過熱度（ＫＳＨ）に近づくように前記絞り通路の絞り開度を変化させる温度式膨張弁であり、
   前記開閉弁は、前記バイパス通路を開閉する弁体部（１６ａ）、および前記弁体部に対して前記バイパス通路を開く側に付勢する荷重をかける弾性部材（１６ｂ）を有し、前記絞り通路の上流側の上流側冷媒圧力（Ｐ１）と前記絞り通路の下流側の下流側冷媒圧力（Ｐ２）との圧力差（ΔＰ）が、予め定めた基準圧力差（ＫΔＰ）以下となった際に、前記バイパス通路を開く差圧弁である冷凍サイクル装置。
2. 前記温度式膨張弁は、前記絞り開度を変化させる絞り弁（３１）を収容するボデー（３０）を有し、
   前記バイパス通路（３０ｃ）は、前記ボデーに形成されており、
   前記開閉弁は、前記ボデーに収容されている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記温度式膨張弁は、前記絞り開度を変化させる絞り弁（３１）を収容するボデー（３０）、および前記蒸発器出口側冷媒の温度に応じて前記絞り弁を変位させる駆動機構（３２）を有し、
   前記駆動機構は、前記ボデーの外側に取り付けられている請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記蒸発器の蒸発器温度（Ｔｅ）を検出する蒸発器温度検出部（４１）と、
   前記蒸発器の目標蒸発器温度（ＴＥＯ）を決定する目標蒸発器温度決定部（４０ｂ）と、
   前記圧縮機の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御部（４０ａ）と、を備え、
   前記吐出能力制御部は、前記蒸発器温度（Ｔｅ）が前記目標蒸発器温度（ＴＥＯ）に近づくように、前記冷媒吐出能力を制御するものである請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

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