JP3116750B2 - 冷凍サイクル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばカーエアコンや
ルームエアコン、冷蔵庫等への使用に好適する冷凍サイ
クルに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばカーエアコンに用いられる冷凍サ
イクルとしては、本出願人の先の出願に係る特開平５−
１９６３２１号公報に記載されたものがある。このもの
は、圧縮機、凝縮器、受液器、第１の絞り装置、第２の
絞り装置、蒸発器を冷媒流路により順に閉ループに接続
して構成されている。そして、第１の絞り装置から第２
の絞り装置へ向かう冷媒流路と、前記蒸発器から圧縮機
に向かう冷媒流路との間で熱交換を行うように構成した
ものである。

【０００３】これにて、第１の絞り弁を通った高温の液
体冷媒と、蒸発器を通った低温の気体冷媒との熱交換に
より、蒸発器に供給される冷媒の乾き度を下げて性能の
向上を図ろうとするものである。この場合、図１１は、
上記した冷凍サイクルの冷媒の状態変化を示すモリエリ
線図であり、凝縮器を出た冷媒は、第１の絞り装置によ
り中間圧まで圧力が低下され（点ｃ−点ｄ）、その後、
熱交換によってエンタルピが低下され（点ｄ−点ｅ）る
ことになり、熱交換のない場合（破線で示す）に比べ
て、より液相側にシフトされることになるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな第１の絞り弁を通った液体冷媒と、蒸発器を通った
気体冷媒とを熱交換させる場合、冬季に内気循環設定に
すると外気温は低いため、中間圧が低くなり過ぎ、ま
た、車室内の温度が外気温よりも高いため、それら冷媒
の温度差が逆転してしまう虞がある。このように、温度
差の逆転（逆熱交換）が起こると、図１３に示すよう
に、第１の絞り装置を出た冷媒（点ｄ）のエンタルピ
が、熱交換によって増大し、所期の性能が得られなくな
ってしまうことになる。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、第１の絞り装置から第２の絞り装置へ
向かう冷媒流路と、蒸発器から圧縮機に向かう冷媒流路
との間で熱交換を行う熱交換部を設けたものにあって、
熱交換部における逆熱交換を未然に防止することができ
る冷凍サイクルを提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍サイクル
は、圧縮機，凝縮器、第１の絞り装置、第２の絞り装
置、蒸発器を冷媒流路により順に閉ループに接続して構
成されると共に、前記第１の絞り装置から第２の絞り装
置へ向かう冷媒流路と、前記蒸発器から圧縮機に向かう
冷媒流路との間で熱交換を行う熱交換部を設けたものに
あって、前記第２の絞り装置をキャピラリチューブから
構成すると共に、そのキャピラリチューブの流量係数φ
を、７．０≦φ≦１２．０の範囲に設定したところに特
徴を有するものである（請求項１の発明）。

【０００７】また、この場合、前記熱交換部を、前記蒸
発器に一体的に添設させて構成しても良く（請求項２の
発明）、さらには、前記熱交換部及びキャピラリチュー
ブを、プレートを積層して構成するようにしても良い
（請求項３の発明）。

【０００８】

【作用及び発明の効果】圧縮機により高温，高圧とされ
た気体冷媒は、凝縮器によって凝縮されて液体冷媒とな
り、第１の絞り装置により中間圧まで圧力が下げられ、
さらに第２の絞り装置により低圧とされる。そして、低
圧とされた液体冷媒は、蒸発器により外気と熱交換され
て気化され、圧縮器に戻される循環が繰返される。ここ
で第１の絞り装置から第２の絞り装置へ向かう冷媒流路
と、蒸発器から圧縮機に向かう冷媒流路との間で熱交換
を行う熱交換部を設けたことにより、第１の絞り弁を通
った高温の液体冷媒と、蒸発器を通った低温の気体冷媒
との熱交換により、蒸発器に供給される冷媒の乾き度を
下げて蒸発器の冷却性能の向上が図られるのである。と
ころが、前記熱交換部において逆熱交換が発生すると、
所期の冷却性能が得られず、性能の悪化を招いてしまう
ことになる。

【０００９】本発明者等は、このような熱交換部を設け
た構成の冷凍サイクルにあって、前記熱交換部における
逆熱交換を未然に防止し、しかも良好な性能を得ること
を目的として、試験・研究を重ねた。そして、第２の絞
り装置の冷媒の流量を適切なものとすることにより、逆
熱交換の発生を未然に防止することができることを確認
し、本発明を成し遂げたのである。

【００１０】即ち、前記第２の絞り装置をキャピラリチ
ューブから構成することができるのであるが、このキャ
ピラリチューブの冷媒の流量を規定する流量係数φの最
適な範囲を見出だしたのである。この場合、流量係数φ
を、７．０≦φ≦１２．０の範囲に設定すれば、第２の
絞り装置の入口部における必要な中間圧を確保すること
ができて、逆熱交換の発生を未然に防止することがで
き、且つ、必要な冷却性能を得ることができる冷媒の流
量を確保することができる。

【００１１】これに対し、キャピラリチューブの流量係
数φが１２．０を越えると、キャピラリチューブの入口
側と出口側との間の圧力差が過小となって、中間圧が取
れずに逆熱交換の発生の虞が生ずる。一方、流量係数φ
が７．０未満であると、必要な冷媒の流量を確保でき
ず、やはり必要な冷却性能を得ることができなくなって
しまう。尚、ここで、流量係数φとは、基本サイズ（内
径＝１．６３mm、長さ＝２．０３ｍ）のキャピラリチュ
ーブの各圧力差及び各乾き度における流量を１とした場
合の、流量の大きさを示す数値である。

【００１２】従って、本発明の請求項１の冷凍サイクル
によれば、第１の絞り装置から第２の絞り装置へ向かう
冷媒流路と、蒸発器から圧縮機に向かう冷媒流路との間
で熱交換を行う熱交換部を設けたものにあって、熱交換
部における逆熱交換を未然に防止することができ、ひい
ては良好な冷却性能を得ることができるという優れた実
用的効果を得ることができるものである。

【００１３】また、この場合、前記熱交換部を、前記蒸
発器に一体的に添設させて構成すれば（請求項２の冷凍
サイクル）、熱交換部をコンパクトに配置することがで
き、組立性の向上等を図ることができる。さらには、前
記熱交換部及びキャピラリチューブを、プレートを積層
して構成すれば（請求項３の冷凍サイクル）、熱交換部
及びキャピラリチューブのコンパクト化を図ることがで
き、また、熱交換部の良好な熱交換性能を得ることがで
きる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明をカーエアコン用の冷凍サイク
ルに適用した一実施例について、図面を参照して説明す
る。まず、図１は、本実施例に係る冷凍サイクル１の構
成を示しており、ここで、冷凍サイクル１は、気体冷媒
を圧縮して高温，高圧とする圧縮機（コンプレッサ）
２、この圧縮機２から吐出された気体冷媒を凝縮して液
体冷媒とする凝縮器（コンデンサ）３、この凝縮器３か
らの液体冷媒を一時貯留すると共に気液分離するレシー
バ４、このレシーバ４からの液体冷媒を膨張させて霧状
とする第１の絞り装置としての可変式のエキスパンショ
ンバルブ５及び第２の絞り装置としてのキャピラリチュ
ーブ６、このキャピラリチューブ６からの霧状の冷媒を
外気との熱交換により気化させる蒸発器（エバポレー
タ）７を、冷媒流路８により順に閉ループに接続して構
成されている。また、冷凍サイクル１の内部には、所要
量の冷媒が封入されている。なお、冷媒の流通方向を図
１に矢印で示している。

【００１５】そして、前記冷媒流路８のうち、エキスパ
ンションバルブ５からキャピラリチューブ６へ向かう部
分（以下便宜上、入口側冷媒流路８ａと称する）と、蒸
発器７から圧縮機２へ向かう冷媒流路（以下便宜上、出
口側冷媒流路８ｂと称する）との間で熱交換を行う熱交
換部９が設けられている。また、前記エキスパンション
バルブ５は、前記圧縮機２の冷媒入口側の冷媒温度を感
知する感熱筒１０を備えて構成され、その感熱筒１０の
感知した温度に応じて開度を自動調節するように構成さ
れている。

【００１６】ここで、図２に示すように、本実施例で
は、前記熱交換部９及びキャピラリチューブ６は、多数
枚のプレートから構成されるようになっていると共に、
前記蒸発器７に一体的に添設されるようになっている。
即ち、まず、前記蒸発器７は、冷媒の流路を形成する複
数枚のコアプレート１１及び熱交換を促進するためのコ
ルゲートフィン１２を横方向に積層して構成され、全体
として奥行き方向に薄い矩形ブロック状をなし、その一
側壁（図２で左側壁）の下部に冷媒入口部７ａ及び冷媒
出口部７ｂを有して構成されている。

【００１７】このとき、前記コアプレート１１は、図３
に示すように、ほぼ縦長矩形状をなし、その下端部に円
筒リブ状の入口筒部１１ａと出口筒部１１ｂとを有して
いると共に、その上部に、図で手前側に凸となる外縁部
１１ｃ及び隔壁部１１ｄにより、ほぼ逆Ｕ字状の凹部１
１ｅを有して構成されている。また、この凹部１１ｅ内
には、多数個のクロスリブ１１ｆが凸設されている。

【００１８】このようなコアプレート１１は、図３に示
したものと、これとは面対称（鏡に写した形状）のもの
とを一対として、向い合わせに突合せてろう付けされ、
もってコアプレート結合体１３とされる。これにより、
コアプレート結合体１３は、両端が開口する入口筒部１
１ａ及び出口筒部１１ｂを有すると共に、前記凹部１１
ｅに対応するほぼ逆Ｕ字状の冷媒通路を有して構成され
る。この冷媒通路の両端部は、入口筒部１１ａ及び出口
筒部１１ｂに夫々連通されている。

【００１９】前記蒸発器７は、複数個のコアプレート結
合体１３を、相互間に前記コルゲートフィン１２を挟み
ながら、例えばろう付けにより積層されて構成される。
このとき、各コアプレート結合体１３の入口筒部１１ａ
は、積層方向に一連の管状に延び、その一端部が前記冷
媒入口部７ａとされ、他端部が閉塞される。一方、各コ
アプレート結合体１３の出口筒部１１ｂも、積層方向に
一連の管状に延び、その一端部が前記冷媒出口部７ｂと
され、他端部が閉塞される。これにて、蒸発器７の冷媒
入口部７ａから流入された冷媒は、各コアプレート結合
体１３に分配されて各冷媒通路を逆Ｕ字状に流れ、再び
合流して冷媒出口部７ｂから流出されるようになってい
る。その際に、冷媒が外気と熱交換されるのである。

【００２０】そして、図２に示すように、前記蒸発器７
の図で左側面部は、前記冷媒入口部７ａ及び冷媒出口部
７ｂを除いて、図４にも示すような補強プレート１４に
より覆われている。さらに、その補強プレート１４に、
図５にも示すようなキャピラリプレート１５、及び、図
６にも示すようなセンタープレート１６が順に積層され
ている。

【００２１】図５に示すように、前記キャピラリプレー
ト１５には、下端部に、前記冷媒入口部７ａ及び冷媒出
口部７ｂに対応した通孔部１５ａ及び１５ｂが形成され
ている。そして、その上部の表面部に、前記キャピラリ
チューブ６を構成する細溝状の凹溝部１７が、下部中央
の入口端部１７ａから下部の左側の出口端部１７ｂま
で、上方に延びた後折返して下方に延びた形状に形成さ
れている。このキャピラリプレート１５の表面部が前記
センタープレート１６に覆われることにより、前記凹溝
部１７とセンタープレート１６とによって、細管状のキ
ャピラリチューブ６が形成されるようになっているので
ある。

【００２２】尚、キャピラリプレート１５には、凹溝部
１７の図で左側の部分に位置して、バイパス流路を形成
する凹部１５ｃが前記出口端部１７ｂに連通して形成さ
れている。また、図６に示すように、前記センタープレ
ート１６には、下端部に、前記冷媒入口部７ａ及び冷媒
出口部７ｂに夫々対応した通孔部１６ａ及び１６ｂが形
成されていると共に、前記凹溝部１７の入口端部１７ａ
及び出口端部１７ｂに夫々連通する通孔部１６ｃ及び１
６ｄが形成されている。さらに、センタープレート１６
の左上端部には、前記凹部１５ｃに連通する通孔部１６
ｅが形成されている。

【００２３】さらに、図２に示すように、前記センター
プレート１６の左側には、前記熱交換部９（入口側冷媒
流路８ａ及び出口側冷媒流路８ｂ）が設けられる。この
熱交換部９は、前記センタープレート１６とエンドプレ
ート１８との間に、Ａプレート１９とＢプレート２０と
を交互に複数枚積層して構成されるようになっている。
前記エンドプレート１８には、その上部に位置して、冷
媒入口１８ａ、冷媒出口１８ｂ、バイパス流路入口１８
ｃが形成されている。

【００２４】このうち、冷媒入口１８ａは、前記エキス
パンションバルブ５の出口側に接続され、冷媒出口１８
ｂは、前記圧縮器２の入口側に接続されるようになって
いる。尚、図１に図示してはいないが、本実施例では、
冬季内気モードに対応するため、前記エキスパンション
バルブ５の出口側と前記蒸発器８の入口側とを、図示し
ない切替弁を介してバイパスするバイパス流路が設けら
れ、バイパス流路入口１８ｃは、そのバイパス流路のエ
キスパンションバルブ５の出口側に接続されるようにな
っている。

【００２５】そして、図７に示すように、前記Ａプレー
ト１９には、その上部に位置して、前記エンドプレート
１８の冷媒入口１８ａ、冷媒出口１８ｂ、バイパス流路
入口１８ｃに夫々対応して、入口側入口孔１９ａ、出口
側出口孔１９ｂ、バイパス孔１９ｃが形成されている。
また、Ａプレート１９の下部には、前記センタープレー
ト１６の、通孔部１６ｃ、通孔部１６ｂ、通孔部１６
ｄ、通孔部１６ａに夫々対応して、入口側出口孔１９
ｄ、出口側入口孔１９ｅ、折返し孔１９ｆ、出口孔１９
ｇが設けられている。尚、このうち入口側入口孔１９
ａ、バイパス孔１９ｃ、出口側入口孔１９ｅ、折返し孔
１９ｆ、出口孔１９ｇは、周囲をリブに囲まれた形態に
形成されている。

【００２６】さらに、Ａプレート１９の表面部（図２で
左側を向く面）の中間部には、始端部が前記入口側入口
孔１９ａに連通し、終端部が前記入口側出口孔１９ｄに
連通し、その間を上下方向に蛇行状に延びる凹溝部１９
ｈが形成されている。一方、詳しく図示はしないが、前
記Ｂプレート２０は、前記Ａプレート１９の各孔１９ａ
〜１９ｇと同等の位置に同等の孔（便宜上、Ａプレート
１９の各孔１９ａ〜１９ｇと同等の名称及び符号を付
す）を有し、その裏面部（図２で右側を向く面）に、前
記凹溝部１９ｈと面対称（鏡に写した形状）の凹溝部１
９ｈ（便宜上、同一符号とする）が形成されている。

【００２７】このように構成されたＡプレート１９及び
Ｂプレート２０を、前記センタープレート１６とエンド
プレート１８との間に積層することにより、熱交換部９
が構成され、このとき、Ａプレート１９の表面とＢプレ
ート２０（及びエンドプレート１８）の裏面との間に
は、凹溝部１９ｈ同士のなす空間により蛇行管状の入口
側冷媒流路８ａが形成され、Ａプレート１９の裏面とＢ
プレート２０の表面との間には、ほぼ全域に位置して出
口側冷媒流路８ｂが形成されるようになるのである。こ
れにて、熱交換部９には、入口側冷媒流路８ａと出口側
冷媒流路８ｂとが積層方向に交互に設けられ、それらの
間で熱交換が行われるようになっているのである。

【００２８】これと共に、まず、熱交換部９の上部側に
おいては、各プレート１９，２０の入口側入口孔１９ａ
が積層方向に一連の管状に延び、その一端部が、前記エ
ンドプレート１８の冷媒入口１８ａに連通され、他端部
が前記センタープレート１６により閉塞される。この入
口側入口孔１９ａにより形成される管路は、前記Ａプレ
ート１９の表面とＢプレート２０の裏面との間に形成さ
れる入口側冷媒流路８ａの始端部（上端部）にのみ連通
されるようになっている。

【００２９】また、各プレート１９，２０の出口側出口
孔１９ｂも積層方向に一連の管状に延び、その一端部
が、前記エンドプレート１８の冷媒入口１８ｂに連通さ
れ、他端部が前記センタープレート１６により閉塞され
る。この出口側出口孔１９ｂにより形成される管路は、
Ａプレート１９の裏面とＢプレート２０の表面との間に
形成される出口側冷媒流路８ｂの上端部にのみ連通され
るようになっている。

【００３０】さらに、各プレート１９，２０のバイパス
孔１９ｃも同様に積層方向に一連の管状に延び、その一
端部が前記エンドプレート１８のバイパス流路入口１８
ｃに連通され、他端部が、前記センタープレート１６の
通孔部１６ｅを介して、キャピラリプレート１５に形成
された凹部１５ｃ内の上端部に連通されるようになって
いる。

【００３１】一方、熱交換部９の下部側においては、各
プレート１９，２０の入口側出口孔１９ｄが積層方向に
一連の管状に延び、その一端部が前記エンドプレート１
８により閉塞され、他端部が、前記センタープレート１
６の通孔部１６ｃを介して前記キャピラリプレート１５
の凹溝部１７の入口端部１７ａ（キャピラリチューブ６
の入口）に連通されている。この入口側出口孔１９ｄに
より形成される管路は、各入口側冷媒流路８ａの終端部
に連通されるようになっている。

【００３２】また、各プレート１９，２０の出口側入口
孔１９ｅが積層方向に一連の管状に延び、その一端部が
前記エンドプレート１８により閉塞され、他端部が、前
記センタープレート１６の通孔部１６ｂ及びキャピラリ
プレート１５の通孔部１５ｂを介して、前記蒸発器７の
冷媒出口部７ｂに連通されている。この出口側入口孔１
９ｅにより形成される管路は、各出口側冷媒流路８ｂの
下端部に連通されるようになっている。

【００３３】さらに、各プレート１９，２０の折返し孔
１９ｆ及び出口孔１９ｇは、共に各入口側冷媒流路８ａ
及び各出口側冷媒流路８ｂとは非連通状態で、積層方向
に一連の管状に延びている。折返し孔１９ｆにより形成
される管路の一端部と、出口孔１９ｇにより形成される
管路の一端部とはエンドプレート１８部分で連通されて
いる。そして、折返し孔１９ｆにより形成される管路の
他端部は、前記センタープレート１６の通孔部１６ｄを
介して、前記キャピラリプレート１５の凹溝部１７の出
口端部１７ｂ（キャピラリチューブ６の出口）に連通さ
れている。一方、出口孔１９ｇにより形成される管路の
他端部は、前記センタープレート１６の通孔部１６ａ及
びキャピラリプレート１５の通孔部１５ａを介して、前
記蒸発器７の冷媒入口部７ａに連通されている。

【００３４】これにて、エンドプレート１８の冷媒入口
１８ａから熱交換部９に流入された冷媒（大部分が液体
冷媒）は、入口側入口孔１９ａの形成する管路を介し
て、各入口側冷媒流路８ａを下方に流れ、入口側出口孔
１９ｄの形成する管路からキャピラリチューブ６に入
り、キャピラリチューブ６を通った後、折返し孔１９ｆ
及び出口孔１９ｇの形成する管路を順に通って冷媒入口
部７ａから蒸発器７に供給されるようになっている。一
方、蒸発器７の冷媒出口部７ｂから流出された冷媒（大
部分が気体冷媒）は、熱交換部９の出口側入口孔１９ｅ
の形成する管路を介して、各出口側冷媒流路８ｂを上方
に流れ、出口側出口孔１９ｂの形成する管路を介して、
冷媒出口１８ｂから流出されるのである。この間に、入
口側冷媒流路８ａと出口側冷媒流路８ｂとの間で熱交換
が行われるのである。

【００３５】尚、冬季内気モードにおいて、切替弁によ
り冷媒流路８がバイパス流路側に切替えられたときに
は、前記エキスパンションバルブ５から流出された冷媒
は、バイパス流路入口１８ｃから、バイパス孔１９ｃの
形成する管路を通って、キャピラリプレート１５の凹部
１５ｃに至り、折返し孔１９ｆ及び出口孔１９ｇの形成
する管路を順に通って冷媒入口部７ａから蒸発器７に供
給されるようになっているのである。

【００３６】さて、上記のように構成された冷凍サイク
ル１において、前記キャピラリチューブ６は、その流量
係数φが７．０≦φ≦１２．０の範囲となるように設定
されている。具体的には、本実施例では、キャピラリチ
ューブ６の内径が３．４mm、長さが３００mmとされてい
る。これを流量係数φで表すと１０．０となる。

【００３７】ここで、流量係数φとは、基本サイズ（内
径＝１．６３mm、長さ＝２．０３ｍ）のキャピラリチュ
ーブの各圧力差及び各乾き度における流量を１とした場
合の、流量の大きさを示す数値であり、図８に示すよう
な関係があることが知られている。また、キャピラリチ
ューブの内径及び長さと流量係数φとは、図９に示す関
係にある。この図９から明らかなように、流量係数φ
を、７．０≦φ≦１２．０の範囲とするためには、例え
ば長さ３００mmのキャピラリチューブ６であれば、内径
を、２．８mm以上、３．６mm以下とする必要がある。
７．０≦φ≦１２．０の範囲であれば、各種長さおよび
内径のキャピラリチューブの使用が可能であることは勿
論である。

【００３８】次に、上記構成の作用について述べる。上
記冷凍サイクル１においては、エキスパンションバルブ
５から流出された高温の液体冷媒と、蒸発器７を通った
低温の気体冷媒とが、熱交換部９において熱交換される
ことにより、エキスパンションバルブ５を通った冷媒が
冷却されて蒸発器７に供給される冷媒の乾き度を下げて
性能の向上が図られるのである。そして、蒸発器７から
流出される冷媒が、その乾き度が１未満であったとして
も、熱交換部９を通ることにより過熱されて乾き度が１
以上の過熱蒸気状態となった後に、圧縮機２に供給さ
れ、いわゆる液圧縮を未然に防止できるのである。

【００３９】図１０は、蒸発器７内を流通する冷媒の乾
き度と外部への熱伝達率との関係を示している。ここ
で、蒸発器７における乾き度の変化度合ΔＸが、ΔＸ＝
０．６５の場合において、上記した熱交換部９の存在し
ない従来の一般的な冷凍サイクルにあっては乾き度の高
い側（範囲Ｂ）で使用しているのに対し、本実施例の冷
凍サイクル１では、乾き度の低い側（範囲Ａ）で使用す
ることができる。このとき、熱伝達率を示す曲線で囲ま
れる面積が熱伝達量であるから、本実施例のように、蒸
発器７を乾き度の低い側（範囲Ａ）で使用することによ
り、蒸発器７の熱伝達効率を向上させ、冷却性能を高め
ることができるのである。

【００４０】また、図１１のモリエリ線図は、この冷凍
サイクル１の各部（図１の点ａ〜ｇ）における冷媒の状
態変化を示している。ここでは、凝縮器３により高温の
液冷媒とされた冷媒（点ｃ）は、エキスパンションバル
ブ５により中間圧まで圧力低下され（点ｄ）、その後、
熱交換部９によってエンタルピが低下され（点ｄ−点
ｅ）ることになり、熱交換のない場合（破線で示す）に
比べて、より液相側にシフトされ、蒸発器７に供給され
る冷媒を乾き度の小さいものとすることができるのであ
る。また、蒸発器７から流出した冷媒が、熱交換部９に
よって過熱蒸気とされる（点ｇ−点ａ）のである。

【００４１】ところで、もし、中間圧（点ｄ−点ｅ）が
低く（点ｆに近付く）なり過ぎ、また、外気温度が高い
ようなことがあると、前記熱交換部９において逆熱交換
（入口側冷媒流路８ａと出口側冷媒流路８ｂとの間の温
度差の逆転）が発生する虞がある。このような逆熱交換
が発生すると、冷媒状態を示すモリエリ線図が図１３に
示すようになり、所期の冷却性能が得られず、性能の悪
化を招いてしまうことになる。

【００４２】ところが、本発明者等の試験・研究によれ
ば、キャピラリチューブ６の流量係数φを、φ≦１２．
０に設定すれば、キャピラリチューブ６の入口部（点
ｅ）における必要圧力を確保することができて、熱交換
部９における逆熱交換の発生を未然に防止することがで
きることを確認したのである。一方、キャピラリチュー
ブ６の流量係数φを徒に小さくすれば、冷媒の流量が低
下することになるが、流量係数φを、７．０≦φに設定
すれば、必要な冷却性能を得ることができる冷媒の流量
を確保することができるのである。

【００４３】これに対し、キャピラリチューブ６の流量
係数φが１２．０を越えると、キャピラリチューブ６の
入口側と出口側との間の圧力差が過小となって、中間圧
が取れずに熱交換部９における逆熱交換の発生の虞が生
ずる。一方、流量係数φが７．０未満であると、必要な
冷媒の流量を確保できず、やはり必要な冷却性能を得る
ことができなくなってしまう。

【００４４】図１２は、長さが３００mmのキャピラリチ
ューブ６の内径と、蒸発器７の冷却性能との関係を、本
発明者等が調べた結果を示す図である。上段には、高負
荷時の冷却能力（ｋｗ）、中段には、中負荷時の冷却能
力（ｋｗ）、下段には、低負荷時の蒸発器７を通った吹
出し空気温度（℃）を夫々示している。尚、図の右側の
枠内には、試験条件（外気温度及び湿度、蒸発器７を通
る風量、凝縮器３出口（点ｃ）の冷媒圧力Ｐｈ、蒸発器
７入口（点ｆ）の冷媒圧力Ｐｌ、過熱蒸気温度ＳＨ）を
示している。また、ここでは、目標能力として、高負荷
時には、７．７５ｋｗ以上、中負荷時には、６．３５ｋ
ｗ以上、低負荷時には、吹出し空気温度８℃以下を設定
している。

【００４５】この結果から明らかなように、長さが３０
０mmのキャピラリチューブ６にあっては、内径が２．８
mmから３．６mmの範囲で使用することにより、高負荷時
においても、熱交換部９における逆熱交換が発生するこ
となく、且つ、必要な冷媒流量を確保することができ、
十分な冷却能力を得ることができたのである。この範囲
の長さ及び内径を備えるキャピラリチューブを、流量係
数φに換算すると、７．０≦φ≦１２．０の範囲となる
のである。

【００４６】このように本実施例によれば、入口側冷媒
流路８ａと出口側冷媒流路８ｂとの間で熱交換を行う熱
交換部９を設けることにより、冷却性能の向上を図るも
のにあって、キャピラリチューブ６の流量係数φを、
７．０≦φ≦１２．０の範囲に設定するようにしたの
で、熱交換部９における逆熱交換を未然に防止すること
ができ、ひいてはどのような条件においても良好な冷却
性能を得ることができるものである。

【００４７】また、特に本実施例では、熱交換部９及び
キャピラリチューブ６を、各プレート１４，１５，１
６，１８，１９，２０を積層して構成すると共に、蒸発
器７に一体的に添設させて構成したので、熱交換部９の
良好な熱交換性能を得ることができると共に、熱交換部
９及びキャピラリチューブ６のコンパクト化を図ること
ができて組立性の向上を図り得る等の利点を得ることが
できるものである。

【００４８】尚、上記実施例では、熱交換部９を蒸発器
７に一体的に添設させるようにしたが、熱交換部９を蒸
発器７から離間して配置するよう構成しても良い。ま
た、上記実施例では、熱交換部９（入口側冷媒流路８ａ
及び出口側冷媒流路８ｂ）やキャピラリチューブ６を、
プレートの積層により構成したが、キャピラリチューブ
としては、一般的なチューブ状のものを採用しても良
く、熱交換部としても、管状の冷媒流路間で熱交換を行
い得る構成であれば、種々の構成が可能である。キャピ
ラリチューブの長さや内径は、７．０≦φ≦１２．０の
範囲で様々なものを使用できることは、上述した通りで
ある。

【００４９】その他、第１の絞り装置としては、エキス
パンションバルブ５に限らず、各種の絞り装置を採用す
ることができ、また、蒸発器としても、冷媒が流通する
チューブにフィンを添設したもの等を使用することがで
き、さらには、カーエアコンに限らず各種の冷却装置に
適用することができるなど、本発明は要旨を逸脱しない
範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、冷凍サイクル
の構成を示す図

【図２】蒸発器及び熱交換部の構成を部分的に分解して
示す斜視図

【図３】コアプレートの平面図

【図４】補強プレートの平面図

【図５】キャピラリプレートの平面図

【図６】センタープレートの平面図

【図７】Ａプレートの平面図

【図８】基本サイズのキャピラリチューブ（流量係数
１）の流量の大きさを示す図

【図９】キャピラリチューブの内径及び長さと流量係数
との関係を示す図

【図１０】蒸発器を流通する冷媒の乾き度との熱伝達率
との関係を示す図

【図１１】冷媒の状態変化を示すモリエリ線図

【図１２】キャピラリチューブの内径と蒸発器の冷却性
能との関係を示す図

【図１３】逆熱交換が発生した場合の冷媒の状態変化の
様子を示すモリエリ線図

【符号の説明】

図面中、１は冷凍サイクル、２は圧縮機、３は凝縮器、
５はエキスパンションバルブ（第１の絞り装置）、６は
キャピラリチューブ、７は蒸発器、８は冷媒流路、８ａ
は入口側冷媒流路、８ｂは出口側冷媒流路、９は熱交換
部を示す。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00 F25B 13/00 F25B 39/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機，凝縮器、第１の絞り装置、第２
   の絞り装置、蒸発器を冷媒流路により順に閉ループに接
   続して構成されると共に、前記第１の絞り装置から第２
   の絞り装置へ向かう冷媒流路と、前記蒸発器から圧縮機
   に向かう冷媒流路との間で熱交換を行う熱交換部を設け
   た冷凍サイクルであって、 前記第２の絞り装置をキャピラリチューブから構成する
   と共に、そのキャピラリチューブの流量係数φを、 ７．０≦φ≦１２．０ の範囲に設定したことを特徴とする冷凍サイクル。
2. 【請求項２】 前記熱交換部は、前記蒸発器に一体的に
   添設されることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイク
   ル。
3. 【請求項３】 前記熱交換部及びキャピラリチューブ
   は、プレートを積層して構成されることを特徴とする請
   求項１または２記載の冷凍サイクル。