JP2550632B2 - 冷凍サイクル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば自動車用冷房装置に用いられる冷
凍サイクルに関するものである。

［従来の技術及び課題］ 従来、自動車用冷房装置に用いられる冷凍サイクルに
おける冷媒充填量過不足は、受液器（レシーバ）の冷媒
出口に設けられたサイトグラス（のぞき窓）を介してこ
の受液器出口の冷媒の気泡の発生状態を調べることによ
り判断されている。即ち、サイトグラス部を流れる液体
冷媒に気泡が含まれていない場合には冷媒充填量は適正
であり、気泡が含まれている場合には冷媒充填量は不足
していると判断されている。ところが、近年エンジンル
ーム内の温度が高くなってきており、これにより受液器
の設置場所における雰囲気の温度が上昇し、受液器内に
おける冷媒の過冷却度（スーパークール）の大きさが減
少する傾向にある。このため、冷媒充填量が比較的多く
ても、例えば冷媒の圧力がわずかに変動しただけで、サ
イトグラス部の冷媒の気泡が発生しやすくなっている。
従って、冷媒の充填作業時、冷媒の充填により気泡が削
減してから受液器がオーバーフローするまでの余裕量が
減少し、過充填されやすいという問題があった。

この発明の目的は上記問題点を解消し、受液器の雰囲
気温度が高温の場合であっても、冷媒の充填量が一定値
以上である場合には気泡の発生を防止し、充填時におけ
る余裕量の確保と過充填を防止できる冷凍サイクルを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成すべく、圧縮機と凝縮器と
受液器と膨張手段と蒸発器とを有し、前記受液器と膨張
手段との間の液冷媒通路でサイトグラスを介して液冷媒
の状態を観察することにより冷媒充填量の過不足を判定
するようにした冷凍サイクルにおいて、 前記受液器内に配設され、導管を介して導かれる外部
の圧力と受液器内の冷媒圧力との差により容積が増減す
る可変容量体と、前記可変容量体への外部圧力を変化さ
せる外部圧力変更手段と、前記凝縮器から受液器への冷
媒の過冷却度を検出する過冷却度検出手段と、前記過冷
却度検出手段による冷媒の過冷却度に基づいて前記受液
器内の可変容量体の容積を変化させ受液器内の冷媒の過
冷却度を一定に保持すべく前記外部圧力変更手段を駆動
制御する制御手段とを備えた冷凍サイクルをその要旨と
するものである。

［作用］ 制御手段は、過冷却度検出手段による受液器への冷媒
の過冷却度に基づいて可変容量体への外部圧力を変化さ
せる外部圧力変更手段を駆動制御し、受液器内の可変容
量体に対し導管を介して導かれる外部の圧力と受液器内
の冷媒圧力との差を変化させ可変容量体の容積を増減さ
せる。即ち、可変容量体の容積が増加すると受液器内の
冷媒が満液となるとともにその冷媒が凝縮器にて冷却さ
れて冷媒の過冷却度が上昇し、一方、可変容量体の容積
が減少すると受液器内の冷媒の液レベルが低下して冷媒
の過冷却度が下がる。このようにして、冷媒の過冷却度
が一定に保持され、冷媒中の気泡の発生が防止される。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って
説明する。

第１図に示すように、圧縮機１と凝縮器２と膨張手段
としての膨張弁３と蒸発器４とを有する冷凍サイクルに
おいて、凝縮器２と膨張弁３との間には受液器５が配置
されている。この受液器５を第２図及び第３図に基づい
て詳細に説明する。有底円筒形状を成すボディー６はそ
の上面がキャップ７にて覆われ、同キャップ７には凝縮
器２からの冷媒をボディー６の冷媒収納室Ｒに導くため
の冷媒導入通路８が形成されている。又、キャップ７に
は冷媒吸上用チューブ９が固設され、そのチューブ９下
端がボディー６の冷媒収納室Ｒの底部まで延設されてい
る。このチューブ９の上端はキャップ７に形成された液
冷媒通路としての冷媒導出通路10に連通され、同通路10
を介して冷媒収納室Ｒの液冷媒が膨張弁３に供給され
る。又、キャップ７上面部にはサイトグラス（のぞき
窓）11が設けられ、このサイトグラス11にて冷媒収納室
Ｒから膨張弁３へ供給される液冷媒の状態を観察（視
認）することができる。

又、キャップ７には導管としての袋体用パイプ12が取
付けられ、同パイプ12はその下端が冷媒収納室Ｒに延設
されている。冷媒収納室ＲにはNBR系ゴム材よりなり伸
縮性のある可変容積体としての袋体13が配設され、この
袋体13は、第４図（第３図におけるＡ−Ａ断面）に示す
ように“C"の字状に形成されている。その袋体13上端部
は前記袋体用パイプ12と連結されるとともに袋体13の下
端部には袋体13内と連通する0.2mm^φ程度の小孔14を設
けたリング材15が固設されている。

そして、この袋体13は袋体用パイプ12を介して外気圧
力が導かれ、冷媒収納室Ｒの冷媒圧力との差により第４
図に一点鎖線で示すように伸長し、受液器５内（冷媒収
納室Ｒ）で袋体13の占める割合（容積）が増減されるよ
うになっている。この袋体13の容積変化は、例えば200
〜700cc程度の冷媒収納室Ｒの容積を持つ受液器に対し2
00〜500cc程度である。

第１図に示すように、前記凝縮器２の入口の配管と前
記受液器５の袋体用パイプ12とは導管としての連通管16
にて接続されるとともに、その連通管16には外部圧力変
更手段としての流量制御弁17が配置されている。又、凝
縮器２の出口には凝縮器出口の冷媒温度を検出する過冷
却度検出手段を構成する第１の温度センサ18が配置され
るとともに、凝縮器２内には凝縮器２の中間の冷媒温度
を検出する過冷却度検出手段を構成する第２の温度セン
サ19が配設されている。制御手段及び過冷却度検出手段
としてのコントローラ20はこの両温度センサ18,19から
検出信号を入力し、受液器５内（冷媒収納室Ｒ）に流入
される冷媒の過冷却度を算出する。即ち、第２の温度セ
ンサ19により気・液２相域でを飽和温度と、第１の温度
センサ18による凝縮器出口冷媒温度との温度差を求める
ことにより凝縮器２出口の冷媒の過冷却度を算出する。

又、コントローラ20はこのようにして求めた凝縮器２
出口の冷媒の過冷却度に基づいて前記流量調整弁17の開
度を駆動制御するようになっている。このコントローラ
20は受液器５内の過冷却度（スーパークール）を変化さ
せるために前記袋体13の容積を増減して受液器５内（冷
媒収納室Ｒ）の容積を変化させ、凝縮器２にて液冷媒の
冷却を行い過冷却度を一定に保持している。

即ち、第５図に示すように冷凍サイクルに充填されて
いる冷媒が一定量である場合、同図中袋体13の容積がQ1
の状態から袋体13の容積を増加させて受液器５内部容積
を減少させると受液器５内の冷媒の液レベルは増加し、
遂には満液状態となる（同図中、袋体13の容積Q2のと
き）。さらに、袋体13の容積が増加すると凝縮器２出口
も液冷媒で満たされる状態となる。この時、凝縮器２内
で液冷媒が冷却されるため凝縮器２内の液冷媒の増加に
対応して受液器５内の冷媒の過冷却度も増加する（同図
中、袋体13の容積Q3,Q4のとき）。このように、第５図
に示す袋体13の容積Ｑと過冷却度との関係において特性
線Loを持つこととなる。

このコントローラ20による目標過冷却度は本実施冷で
は３℃に設定されている。この目標過冷却度は３℃以外
にも３〜５℃に設定されていればよい。

同様に、冷凍サイクルに充填される冷媒量が増加した
場合においても、過冷却度は受液器５が満液になると増
加しはじめ凝縮器２内の液冷媒量が増加するにつれて過
冷却度が増加する。

尚、本実施冷においては、第１図において、蒸発器４
の出口側には感熱筒21が配置され、その感熱筒21により
検知される冷媒の温度により膨張弁４の開度が調整され
るようになっている。又、第２図に示すように、受液器
５のキャップ７には可溶栓22が配設されている。

次に、このように構成した冷凍サイクルの作用を説明
する。

コントローラ20は凝縮器２出口における冷媒過冷却度
を第１及び第２の温度センサ18,19の温度差により算出
している。そして、コントローラ20は過冷却度に対応し
て流量制御弁17の開度を調整し、過冷却度が不足する場
合は開き過大な場合は閉じるように駆動する。すると、
受液器５内の袋体13はガス流量が増加した場合、袋体13
の下部の小孔14からの流量がバランスするまで内圧が上
昇するため袋体13の容積が増大し、受液器５内の液冷媒
の液面レベルが上昇して満液となるとともに凝縮器２に
て冷媒が冷却され過冷却度が増す。一方、袋体13へのガ
ス流量が減少した場合は、満液状態から逆に袋体容積が
縮小して液面レベルが下降して過冷却度は低下する。こ
のようにして、受液器５内の過冷却度は３℃に保持さ
れ、適性なる冷媒充填量であれば液冷媒中に気泡が発生
せずにサイトグラス11で気泡の発生は見られない。

冷媒充填時には、コントローラ20は当初冷媒の過冷却
度が低くく流量制御弁17を全開にしており、冷媒充填に
より受液器５内が満液になり、過冷却度が増加するとサ
イトグラス11で気泡の削減が確認できる。さらに、冷媒
が充填され冷媒の過冷却度が上昇すると、コントローラ
30は流量制御弁17を開弁方向に制御し、袋体13の容積を
減少させる。このようにして、受液器５内の冷媒量が増
加して過冷却度の不必要な増加を押えることで過冷却度
を３℃に保つことができる。

このように本実施例においては、コントローラ20は２
個の温度センサ18,19により受液器５内への冷媒の過冷
却度を算出し、その過冷却度に応じて流量制御弁17の開
度を制御して受液器５内に配設した袋体13の容積を増減
させることにより受液器５内の冷媒を凝縮器２にて冷却
させ受液器５内の冷媒の過冷却度を一定に保持すること
ができる。よって、受液器５の雰囲気温度が高温の場合
であっても、冷媒の充填量が一定値以上である場合には
気泡の発生を防止することで充填時における余裕量の確
保と過充填を防止できることとになる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば第６図及び第７図に示すように実施してもよ
い。即ち、受液器２内部において可変容量体としてのベ
ローズ23はスプリング24により容積が増大する方向に付
勢されており、ベローズ23の上部は0.2mm^φ程度の小孔2
5が設けられている。流量制御弁17はベローズ23内と冷
凍サイクルと低圧側（圧縮機１の入口側）を連結してお
り、その弁開度によりベローズ23の内圧を調整すること
でベローズ23の体積を変更させるようにしてもよい。

又、上記実施例ではサイトグラス11は受液器５の冷媒
導出通路16に設けたが、受液器５の膨張弁３との配管途
中にサイトグラスを設けてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、受液器の雰囲
気温度が高温の場合であっても、冷媒の充填量が一定値
以上である場合には気泡の発生を防止することで冷媒充
填時における余裕量の確保と過充填を防止できる優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した冷凍サイクルを示す図、
第２図は受液器の平面図、第３図は受液器の断面図、第
４図は第３図のＡ−Ａ断面図、第５図は袋体の容積と冷
媒過冷却度との関係を説明するための図、第６図は別例
の冷凍サイクルを示す図、第７図はその受液器の断面図
である。 １は圧縮機、２は凝縮機、３は膨張手段としての膨張
弁、４は蒸発器、５は受液器、10は液冷媒通路としての
冷媒導出通路、11はサイトグラス、12は導管としての袋
体用パイプ、13は可変容量体としての袋体、16は導管と
しての連通管、17は外部圧力変更手段としての流量調整
弁、18は過冷却度検出手段としての第１の温度センサ、
19は過冷却度検出手段としての第２の温度センサ、20は
制御手段及び過冷却度検出手段としてのコントローラ、
23は可変容量体としてのベローズ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と凝縮器と受液器と膨張手段の蒸発
   器とを有し、前記受液器と膨張手段との間の液冷媒通路
   でサイトグラスを介して液冷媒の状態を観察することに
   より冷媒充填量の過不足を判定するようにした冷凍サイ
   クルにおいて、 前記受液器内に配設され、導管を介して導かれる外部
   の圧力と受液器内の冷媒圧力との差により容積が増減す
   る可変容量体と、 前記可変容量体への外部圧力を変化させる外部圧力変更
   手段と、 前記凝縮器から受液器への冷媒の過冷却度を検出する過
   冷却度検出手段と、 前記過冷却度検出手段による冷媒の過冷却度に基づいて
   前記受液器内の可変容量体の容積を変化させ受液器内の
   冷媒の過冷却度を一定に保持すべく前記外部圧力変更手
   段を駆動制御する制御手段と を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。