JP4003613B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両空調用等に好適な冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、先に、特願２００１−１１７２７８号の特許出願にて、従来のレシーバサイクルおよびアキュムレータサイクルとは異なる新規な方式により蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を調整する冷凍サイクル装置を提案している。
【０００３】
この先願のものは、具体的には、図８に示す冷凍サイクル基本構成を有するものであり、凝縮器２に第１、第２熱交換部５、６を設定するとともに、この第１、第２熱交換部５、６の間に気液分離器７を配置している。そして、圧縮機１の吐出ガス冷媒の主流を第１熱交換部５に流入させて凝縮させる。
【０００４】
この第１熱交換部５で凝縮した液冷媒の一部を液冷媒バイパス通路９により気液分離器７内に流入させるとともに、圧縮機１の吐出ガス冷媒の一部を吐出ガス冷媒絞り１０ａを有するガス冷媒バイパス通路１０に分岐し、このガス冷媒バイパス通路１０を通過して吐出ガス冷媒の一部を気液分離器７内に流入させる。
【０００５】
気液分離器７内にて凝縮後の液冷媒と吐出ガス冷媒とが混合、熱交換するとともに、その混合冷媒の気液がガス冷媒と液冷媒の密度差により分離され、液冷媒は気液分離器７内の下部に溜まり、ガス冷媒は気液分離器７内の上部に溜まる。
【０００６】
第２熱交換部６は第１熱交換部５の冷媒流れ下流側に接続されるものであって、第２熱交換部６の入口側には、第１熱交換部５で凝縮した液冷媒の主流が流れる液冷媒導入通路１１が接続される。更に、気液分離器７のガス冷媒戻し通路１２および液冷媒戻し通路１３が第２熱交換部６の入口側に接続される。
【０００７】
従って、第１熱交換部５で凝縮した液冷媒の主流、気液分離器７内上部のガス冷媒および気液分離器７内下部の液冷媒の三者が第２熱交換部６に流入し、これらの冷媒が第２熱交換部６で再度冷却され、過冷却状態となる。この過冷却液冷媒が減圧装置３により減圧されて低圧の気液２相状態となり、この低圧冷媒が蒸発器４にて蒸発した後に、圧縮機１に吸入される。
【０００８】
上記先願のものでは、気液分離器７内にて凝縮後の液冷媒と吐出ガス冷媒とが混合、熱交換するので、この混合冷媒の乾き度が圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じて変化して、気液分離器７内に溜まる液冷媒量を圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じて調整することができる。従って、この気液分離器７内の液冷媒量の調整によりサイクル内循環冷媒流量を調整し、その結果、圧縮機の吐出ガス冷媒の過熱度、ひいては蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を調整できる。
【０００９】
このように、上記先願によると、サイクル高圧側に設けた気液分離器７内の液冷媒量の調整により蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を調整できるので、減圧装置３として固定絞り、あるいは高圧冷媒の状態に応動する可変絞り等を使用できる。そのため、減圧装置として、構造が複雑で高価な温度式膨張弁を使用せずにすむという利点がある。また、気液分離器７を冷媒比体積の小さいサイクル高圧側に設けるから、気液分離器７を小型化できる等の利点も得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記先願の冷凍サイクル装置を実際に試作検討してみると、サイクル内循環冷媒流量を圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じて所期の目標通りに調整するためには、吐出ガス冷媒絞り１０ａを有するガス冷媒バイパス通路１０等の冷媒流路を精密に設計し、凝縮器２および気液分離器７の各部寸法を高精度に仕上げる必要が生じることが判明した。
【００１１】
このことをより具体的に説明すると、上記先願では、第１熱交換部５で凝縮した液冷媒の一部を液冷媒バイパス通路９により気液分離器７内に流入させるとともに、圧縮機１の吐出ガス冷媒の一部をガス冷媒バイパス通路１０を通して気液分離器７内に流入させる。ここで、気液分離器７への液冷媒の流入量と吐出ガス冷媒の流入量との割合については、吐出ガス冷媒の過熱度を気液分離器７内に適切にフィードバックするための所定割合を実験により求め、その所定割合に液冷媒と吐出ガス冷媒の流入割合を設定している。例えば、液冷媒：吐出ガス冷媒＝１：２（重量流量の割合）に設定している。
【００１２】
このように、第１熱交換部５で凝縮した液冷媒の一部のみを気液分離器７内に流入させるので、液冷媒流入量が少量となる。この少量の液冷媒流入量に対して所定割合の吐出ガス冷媒を気液分離器７内に流入させるため、吐出ガス冷媒の流入量も少量となる。この結果、ガス冷媒バイパス通路１０に設けられる吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径は、例えば、φ２．５ｍｍ程度の微小寸法に設定する必要が生じる。
【００１３】
一方、吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径の加工上の寸法バラツキ、更には凝縮器ろう付け時のろう材の回り込み等の影響で、吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径が製品完成段階では所期の設計値からある程度変化することは不可避である。この際、吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径が上記の理由から元々微小寸法に設計されているので、上記製造上の理由により吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径が変化すると、吐出ガス冷媒流入量の変化割合が大きくなってしまう。
【００１４】
このことは、液冷媒流入量に対する吐出ガス冷媒流入量の割合の変化が大きくなることを意味して、サイクル内循環冷媒流量を圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じて所期の目標通りに調整できない原因となる。
【００１５】
例えば、吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径がろう材の回り込み等により所期の設計値から減少すると、液冷媒流入量に対する吐出ガス冷媒流入量の割合が減少し、吐出ガス冷媒の過熱度情報を気液分離器７内に適切にフィードバックできないので、気液分離器７内に溜まる液冷媒量が過度に増加する。その結果、サイクル内循環冷媒流量が吐出ガス冷媒の過熱度に対して過小となり、冷房性能の低下を起こす。
【００１６】
本発明は上記点に鑑みて、サイクル高圧側に設けられる気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整して、サイクル内循環冷媒流量を調整する冷凍サイクル装置において、気液分離器内の液冷媒量の調整作用に対する製造上の寸法バラツキ等の影響度合いを低減することを目的とする。
【００１７】
より具体的には、本発明は、圧縮機吐出ガス冷媒と凝縮後の液冷媒とを所定割合にて気液分離器内に流入させ、気液分離器内に溜まる液冷媒量を圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じて調整することによりサイクル内循環冷媒流量を調整する冷凍サイクル装置において、気液分離器内の液冷媒量の調整作用に対する吐出ガス冷媒バイパス通路の製造上の寸法バラツキ等の影響度合いを低減することを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、サイクル高圧側に設けられる気液分離器内に溜まる液冷媒量の加熱量を圧縮機吐出ガス冷媒もしくは蒸発器出口ガス冷媒の過熱度に応じて調整する加熱手段を備え、この加熱手段により気液分離器内の液冷媒量を調整して、サイクル内循環冷媒流量を調整する冷凍サイクル装置において、気液分離器内の液冷媒量の調整作用に対する冷媒過熱度検出のずれ等の影響度合いを低減することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的のいずれか１つを達成するために案出されたものであり、請求項１に記載の発明では、冷媒流路を構成するチューブ（１５）を有する熱交換部（８）と、
チューブ（１５）の端部が連通するように熱交換部（８）の両側部に配置されたヘッダタンク（１７、１８）とを凝縮器（２）に備え、
凝縮器（２）の熱交換部（８）に、圧縮機（１）の吐出ガス冷媒を放熱させて凝縮させる第１熱交換部（５）と、第１熱交換部（５）の冷媒流れ下流側に設けられる第２熱交換部（６）とを一体に構成し、
第２熱交換部（６）の冷媒流れ下流側に設けられる減圧装置（３）と、
減圧装置（３）の冷媒流れ下流側に設けられる蒸発器（４）と、
第１熱交換部（５）を通過した冷媒の全量および圧縮機（１）の吐出ガス冷媒の一部が流入して混合する冷媒混合部（１７ａ）と、
冷媒混合部（１７ａ）が入口部（７５）に接続され、冷媒混合部（１７ａ）で混合した冷媒が流入し、流入冷媒の気液を分離する気液分離器（７）と、
気液分離器（７）内部のガス冷媒を第２熱交換部（６）に導入するガス冷媒戻し通路（１２）とを備え、
冷媒混合部は、ヘッダタンク（１７）内の一部の空間部（１７ａ）により構成されていることを特徴とする。
【００２０】
これによると、第１熱交換部（５）を通過して凝縮した液冷媒の全量が気液分離器（７）内に導入されるので、気液分離器（７）内への液冷媒導入量が前述の先願に比較して大幅に増加する。このため、気液分離器（７）内への吐出ガス冷媒導入量を前述の先願に比較して大幅に増加できる。この結果、吐出ガス冷媒導入量を規定する通路径を前述の先願における通路径よりも大幅に大きくすることができる。
【００２１】
そのため、上記通路径の加工上の寸法バラツキ、凝縮器ろう付け時のろう材の回り込み等の影響により上記通路径が製品完成段階では所期の設計値からある程度変化しても、この通路径の所期の設計値に対する変化割合を十分小さくできる。これにより、上記通路径の変化に基づく吐出ガス冷媒流入量の変化割合を前述の先願よりも大幅に低減できる。
【００２２】
この結果、液冷媒流入量に対する吐出ガス冷媒流入量の変化割合を小さくして、サイクル内循環冷媒流量の調整作用に対する製造上の寸法バラツキの影響度合いを低減できる。従って、製造上の寸法バラツキが多少発生しても、サイクル内循環冷媒流量を圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じて良好に調整できる。
【００２３】
換言すると、凝縮器（２）および気液分離器（７）の各部寸法を高精度に仕上げる必要性が低下するので、凝縮器（２）および気液分離器（７）の製造コストを低減できる。
【００２５】
また、請求項１に記載の発明によると、第１熱交換部（５）で凝縮した液冷媒と圧縮機吐出ガス冷媒の一部とを冷媒混合部（１７ａ）にて混合し、その混合冷媒を入口部（７５）から気液分離器（７）内に導入できる。
そのため、冷媒混合部（１７ａ）にて液冷媒と吐出ガス冷媒とが熱交換するので、吐出ガス冷媒の過熱度を十分反映した状態の混合冷媒を気液分離器（７）内に導入できる。これにより、吐出ガス冷媒の過熱度の変化に応答して、気液分離器（７）内に溜まる液冷媒量を良好に調整できる。
【００２７】
さらに、請求項１に記載の発明によると、第１、第２熱交換部（５、６）および冷媒混合部をいずれも凝縮器（２）に一体化でき、構成の簡素化を図ることができる。
【００３２】
請求項２に記載の発明では、請求項１において、気液分離器（７）内に溜まる液冷媒の一部を減圧装置（３）よりも上流側部位に戻す液冷媒戻し通路（１３）を備えることを特徴とする。
【００３３】
これにより、気液分離器（７）内に溜まる液冷媒に含まれる潤滑オイルを常にサイクル循環冷媒中に還流できるので、圧縮機（１）の潤滑性を確実に確保できる。
【００３４】
請求項３に記載の発明のように、請求項２において、液冷媒戻し通路（１３）を第２熱交換部（６）の入口側に連通すれば、液冷媒戻し通路（１３）からの液冷媒を第２熱交換部（６）で再度冷却できる。
【００３５】
請求項４に記載の発明のように、請求項２において、液冷媒戻し通路（１３）を第２熱交換部（６）の出口側に連通してもよい。
【００３６】
これによれば、凝縮器（２）の出口部（２５）を後述の図６に例示するように気液分離器（７）側のヘッダタンク（１７）に配置することができ、第２熱交換部（６）の冷媒流路をＵターン状の流路にすることができ、凝縮器（２）の冷媒流路のターン数を増加できる。つまり、請求項４によると、凝縮器（２）の冷媒流路のターン仕様の選択範囲を拡大できる。
【００３７】
なお、上記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。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態による冷凍サイクル装置の基本構成図であり、車両空調用冷凍サイクルに適用した場合を示している。図２、図３は第１実施形態による高圧側気液分離器と凝縮器を示している。
【００３９】
圧縮機１は電磁クラッチ１ａを介して車両エンジンＥによりベルト駆動される。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器２に流入し、ここで、外気と熱交換して冷却され、凝縮する。なお、凝縮器２は車両走行による走行風を受けて冷却される部位、具体的には車両エンジンルーム内の最前部等に配置され、走行風および凝縮器用冷却ファン（図示せず）の送風空気により冷却される。
【００４０】
減圧装置３は凝縮器２を通過した冷媒を低圧の気液２相状態に減圧するためのものであり、本例ではオリフィス、ノズル、キャピラリーチューブ等の固定絞りで構成してある。なお、減圧装置３を高圧冷媒の状態（圧力、温度）に応じて開度が調整される可変絞りで構成してもよい。
【００４１】
蒸発器４は減圧装置３を通過した低圧冷媒を図示しない空調用送風機の送風空気から吸熱して蒸発させるものである。蒸発器４は図示しない空調室内ユニットのケース内に配置され、蒸発器４で冷却された冷風は周知のごとく図示しないヒータコア部で温度調整された後に車室内へ吹き出す。蒸発器４で蒸発したガス冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００４２】
凝縮器２は、冷媒流れ方向の順に設けた第１熱交換部５と第２熱交換部６とを有しており、そして、第１熱交換部５と第２熱交換部６との間に冷媒の気液分離を行う高圧側の気液分離器７を設置する構成となっている。
【００４３】
気液分離器７と第１熱交換部５との間には、第１熱交換部５を通過した凝縮後の液冷媒の全量を気液分離器７内に導入する液冷媒導入通路１４が設けられている。また、圧縮機１の吐出ガス冷媒の一部を吐出ガス冷媒絞り１０ａを有するガス冷媒バイパス通路１０に分岐し、このガス冷媒バイパス通路１０を通過して吐出ガス冷媒の一部を気液分離器７内に導入するようになっている。
【００４４】
気液分離器７内にて凝縮後の液冷媒と吐出ガス冷媒とが混合し、その混合冷媒の気液がガス冷媒と液冷媒の密度差により分離され、液冷媒は気液分離器７内の下部に溜まり、ガス冷媒は気液分離器７内の上部に溜まる。
【００４５】
第２熱交換部６は第１熱交換部５の冷媒流れ下流側に接続されるものであって、第２熱交換部６の入口側には、気液分離器７内のガス冷媒を導入するためのガス冷媒戻し通路１２および気液分離器７内の液冷媒を導入するための液冷媒戻し通路１３が接続される。
【００４６】
次に、凝縮器２および気液分離器７の具体的構成を図２、図３により説明すると、凝縮器２は水平方向に延びて冷媒流路を構成する多数本の偏平チューブ１５とこれに接合されるコルゲートフィン１６とにより熱交換部８を構成している。
【００４７】
この熱交換部８により上記第１熱交換部５と第２熱交換部６が一体構造として構成される。この熱交換部８（第１、第２熱交換部５、６）の左右両側にヘッダタンク（サイドタンク）１７、１８を上下方向に配置している。偏平チューブ１５の左右両端部をヘッダタンク１７、１８に接合するとともに、偏平チューブ１５内の冷媒流路の左右の端部をそれぞれヘッダタンク１７、１８の内部に連通する。
【００４８】
ここで、一方のヘッダタンク１７の内部空間は２枚の仕切り板１９ａ、１９ｂにより上中下３つの空間１７ａ、１７ｂ、１７ｃに仕切られている。ここで、上側の仕切り板１９ａには絞り穴を開けて吐出ガス冷媒絞り１０ａを構成している。また、他方のヘッダタンク１８の内部空間は１枚の仕切り板２０により上下２つの空間１８ａ、１８ｂに仕切られている。
【００４９】
一方のヘッダタンク１７内の下側仕切り板１９ｂと他方のヘッダタンク１８内の仕切り板２０は、タンク上下方向において同一高さに配置され、この両仕切り板１９ｂ、２０の上側、すなわち、熱交換部８の上側に第１熱交換部５を構成し、両仕切り板１９ｂ、２０の下側、すなわち、熱交換部８の下側に第２熱交換部６を構成している。
【００５０】
一方のヘッダタンク１７の中間部空間１７ｂに対応する部位に、冷媒入口をなす入口ジョイント２４が接合され、この入口ジョイント２４からヘッダタンク１７の中間部空間１７ｂに圧縮機１の吐出ガス冷媒が流入する。中間部空間１７ｂ内に流入した吐出ガス冷媒の一部が上側の仕切り板１９ａに開口する吐出ガス冷媒絞り１０ａを通過して上側空間１７ａへ直接流入（バイパス）する。吐出ガス冷媒絞り１０ａの開口面積により上側空間１７ａへの吐出ガス冷媒流入量（バイパス量）を規定できる。
【００５１】
また、一方のヘッダタンク１７の上端部近傍位置および下端部近傍位置にそれぞれ接合ジョイント１７ｄ、１７ｅが一体に接合されている。この上下の両接合ジョイント１７ｄ、１７ｅにはそれぞれ上側空間１７ａ、下側空間１７ｃの内部と連通する通路穴１７ｆ、１７ｇおよびねじ穴１７ｈ、１７ｉが設けてある。
【００５２】
他方のヘッダタンク１８の下部に冷媒出口をなす出口ジョイント２５が接合され、この出口ジョイント２５からヘッダタンク１８の下部空間１８ｂ内の冷媒が凝縮器２の外部へ出て、減圧装置３側へ向かう。
【００５３】
気液分離器７は上下方向に延びる細長の円筒状のタンク部材からなり、左右２つのヘッダタンク１７、１８のうち、入口ジョイント２４が設けられた一方のヘッダタンク１７の上下の両接合ジョイント１７ｄ、１７ｅにねじ止め固定される。すなわち、気液分離器７の上端部近傍位置および下端部近傍位置にそれぞれ水平方向に貫通する貫通穴７１、７２を設け、この上下の貫通穴７１、７２にボルト７３、７４のねじ部を挿入し、ボルト７３、７４のねじ部の先端部を接合ジョイント１７ｄ、１７ｅのねじ穴１７ｈ、１７ｉにねじ込む。これにより、気液分離器７を一方のヘッダタンク１７に対してねじ止め固定できる。
【００５４】
また、気液分離器７の上端部近傍に冷媒入口７５を設けるとともに、気液分離器７の下端部近傍に冷媒出口７６を設けてある。冷媒入口７５は上側接合ジョイント１７ｄの通路穴１７ｆに、また、冷媒出口７６は下側接合ジョイント１７ｅの通路穴１７ｇにそれぞれ対向するように配置してある。
【００５５】
このため、気液分離器７のねじ止め固定と同時に、冷媒入口７５を上側接合ジョイント１７ｄの通路穴１７ｆに、また、冷媒出口７６は下側接合ジョイント１７ｅの通路穴１７ｇにそれぞれ接続できる。ここで、冷媒入口７５および冷媒出口７６の接続部には、図示しないＯリング等の弾性シール材を介在してシール性を確保するようになっている。
【００５６】
また、冷媒入口７５は図３（ａ）に示すように気液分離器７の円形の内部空間の中心から偏心して配置して、冷媒入口７５からの流入冷媒が気液分離器７の円形内周面の接線方向から内部空間に流入するようになっている。これにより、流入冷媒は気液分離器７の上側内部空間において旋回流Ａを形成するようにしてある。
【００５７】
この旋回流Ａにより遠心力が冷媒流れに作用して、密度の大きい液冷媒（飽和液）は気液分離器７の内周面に押し付けられ、気液分離器７の内周面に沿って下方へ落下し、気液分離器７の内部空間の下部に溜まる。線Ｂは液冷媒の液面を示す。これに対し、密度の小さいガス冷媒（飽和ガス）は気液分離器７の中心部寄りに集まって、気液分離器７の内部空間の上部、すなわち、液冷媒の液面Ｂの上方部にガス冷媒の領域を形成する。
【００５８】
このように、冷媒入口７５からの流入冷媒の気液を旋回流Ａの遠心力を利用して強制的に分離するので、気液分離器７のタンク容積が小さくても流入冷媒の気液を確実に分離できる。以上により、気液分離器７上部の冷媒入口７５付近に遠心分離器が構成される。
【００５９】
気液分離器７の円形の内部空間の中心部には、丸パイプ状の管状部材７７が上下方向に延びるように配置されている。この管状部材７７の外周面のうち、液冷媒の液面Ｂよりも十分上方の部位にガス冷媒を吸入するガス戻し口７７ａが開口している。ガス冷媒はこのガス戻し口７７ａから管状部材７７の内部流路を下方へ流れる。
【００６０】
また、管状部材７７の外周面のうち、液冷媒の液面Ｂよりも十分下方の部位に液冷媒を吸入する液戻し口７７ｂが開口しており、液冷媒はこの液戻し口７７ｂから管状部材７７の内部流路へ吸入され、上記ガス冷媒の流れに混合する。
【００６１】
また、管状部材７７の外周面のうち、ガス戻し口７７ａの開口位置よりの多少下方の部位に円板状の板部材７７ｃの中心穴部が固定してある。この板部材７７ｃの外周面と気液分離器７の内周面との間に所定の隙間部を形成し、気液分離器７上方の液冷媒をこの隙間部を通して気液分離器７の内周面に沿って下方へ落下させる。これにより、気液分離器７内の液面Ｂが液冷媒の落下により泡立つことを抑制して、液冷媒とガス冷媒との分離性能の悪化を防止する。
【００６２】
気液分離器７の底面部には円柱状の壁部７８が形成してあり、この壁部７８の下部に前述の貫通穴７２が水平方向に貫通し、この貫通穴７２の上方部に上下方向の穴７９を設け、この穴７９の上側の大径部に管状部材７７の下端部を挿入し、固定している。また、穴７９の下部は前述の冷媒出口７６に連通している。従って、ガス戻し口７７ａおよび液戻し口７７ｂから管状部材７７内に流入した冷媒は穴７９を通って冷媒出口７６へ流れる。
【００６３】
なお、図２では、底面壁部７８を気液分離器７と一体構造として図示しているが、実際には気液分離器７の底面壁部７８の部分を別体の蓋部材として構成することにより、管状部材７７等を気液分離器７内に挿入できるようにしてある。また、管状部材７７の上端部は気液分離器７の上面壁部に当接して支持される。また、気液分離器７内には冷媒流れに含まれる水分を吸着するための乾燥剤（図示せず）が配置される。
【００６４】
また、熱交換部８（第１、第２熱交換部５、６）のチューブ１５、コルゲートフィン１６、ヘッダタンク１７、１８、接合ジョイント１７ｄ、１７ｅ、入口ジョイント２４、出口ジョイント２５等はすべてアルミニュウム材で構成され、ろう付けにより一体構造に組み付けられる。
【００６５】
次に、上記構成において第１実施形態の作動を説明する。圧縮機１の吐出ガス冷媒は入口ジョイント２４からヘッダタンク１７の中間部空間１７ｂ内に流入する。この流入冷媒の主流は中間部空間１７ｂから矢印ａ（図２）のように第１熱交換部５の下半部の偏平チューブ１５に流入し、この偏平チューブ１５を水平方向に通過してヘッダタンク１８の上部空間１８ａに流入し、ここで、矢印ｂのようにＵターンする。
【００６６】
そして、空間１８ａ内の冷媒は、第１熱交換部５の上半部の偏平チューブ１５を水平方向に通過する。通常のサイクル運転条件であれば、圧縮機１の吐出ガス冷媒は第１熱交換部５のＵターン状の冷媒流路を流れる間に外気中に放熱して凝縮されるので、この凝縮後の液冷媒がヘッダタンク１７の上部空間１７ａ内に流入する。なお、サイクル運転条件の変動により所定乾き度を持った気液２相冷媒が上部空間１７ａ内に流入する場合がある。
【００６７】
一方、中間部空間１７ｂ内に流入した吐出ガス冷媒の一部は上側仕切り板１９ａの吐出ガス冷媒絞り１０ａを通過して上部空間１７ａ内に直接流入する。従って、この吐出ガス冷媒と、第１熱交換部５を通過した凝縮後の液冷媒の全量が上部空間１７ａ内にて混合され、この混合冷媒が矢印ｃのように上側接合ジョイント１７ｄの通路穴１７ｆを通過して気液分離器７の冷媒入口７５に流入する。
【００６８】
この冷媒入口７５に流入した冷媒の気液が前述した遠心分離により液冷媒（飽和液）とガス冷媒（飽和ガス）とに分離れ、液冷媒は気液分離器７内下方へ落下し、気液分離器７内下部に液冷媒が溜まる。この液冷媒の一部が矢印ｄのように管状部材７７下端部付近の液戻し口７７ｂから管状部材７７内に流入する。また、気液分離器７内上部に溜まるガス冷媒が矢印ｅのようにガス戻し口７７ａから管状部材７７内に流入する。
【００６９】
なお、液戻し口７７ｂの開口面積はガス戻し口７７ａの開口面積よりも十分小さくして、液戻し口７７ｂへの液冷媒流入量を微少量に制限している。
【００７０】
管状部材７７内に流入したガス冷媒と液冷媒が穴７９→冷媒出口７６→下側接合ジョイント１７ｅの通路穴１７ｇを通過して矢印ｆのようにヘッダタンク１７の下部空間１７ｃ内に流入する。
【００７１】
上記のガス冷媒（飽和ガス）と液冷媒（飽和液）は上記経路にて混合され、その後、第２熱交換部６の偏平チューブ１５を矢印ｇのように通過してここで再度大気中に放熱して過冷却状態になる。この過冷却液冷媒はヘッダタンク１８の下部空間１８ｂに流入した後、出口ジョイント２５から凝縮器２の外部へ出て、減圧装置３側へ向かう。
【００７２】
気液分離器７内に溜まる液冷媒の一部を液戻し口７７ｂから第２熱交換部６に導入し、液冷媒の一部を常にサイクル循環冷媒の流れ中に戻すことにより、液冷媒に含まれる潤滑オイルを圧縮機１へ確実に戻して、圧縮機１の潤滑性を確保できる。
【００７３】
ところで、以上のような冷媒流れを形成するため、第１熱交換部５を通過して凝縮した液冷媒の全量および入口ジョイント２４からの吐出ガス冷媒の一部がヘッダタンク１７の上部空間１７ａ内で混合し、熱交換する。これにより、上部空間１７ａから気液分離器７内に流入する冷媒は、圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じた乾き度を持った気液２相状態となる。
【００７４】
この結果、気液分離器７内に溜まる液冷媒量が圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じた量となる。換言すると、圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度の変化に応答して気液分離器７内の液冷媒量を調整できる。この液冷媒量の調整により、気液分離器７内から第２熱交換部６へ導入されるガス冷媒量が変化してサイクル内循環冷媒流量を調整でき、これにより、圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度を調整できる。そして、圧縮機１での圧縮過程は基本的に等エントロピ変化であるから、圧縮機１吐出ガス冷媒の過熱度を制御できれば、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を制御できることになる。
【００７５】
このように、サイクル高圧側に設けられる気液分離器７内に溜まる液冷媒量を調整して、サイクル内循環冷媒流量を調整する冷凍サイクル装置において、本実施形態によると、サイクル内循環冷媒流量の調整作用に対する製造上の寸法バラツキの影響度合いを低減できるという利点がある。
【００７６】
この利点について以下具体的に説明すると、気液分離器７内に導入する凝縮後の液冷媒と吐出ガス冷媒の流入割合は、吐出ガス冷媒の過熱度情報を気液分離器７内に適切にフィードバックするために、各冷凍サイクルごとに決まる所定割合となる。例えば、液冷媒と吐出ガス冷媒の流入割合は、前述のように液冷媒：吐出ガス冷媒＝１：２（重量流量の割合）程度に設定する。
【００７７】
本実施形態では第１熱交換部５を通過して凝縮した液冷媒の全量を気液分離器７内に導入しているため、気液分離器７内への液冷媒導入量が前述の先願に比較して大幅に増加する。このため、気液分離器７内への吐出ガス冷媒導入量を前述の先願に比較して大幅に増加できる。
【００７８】
この結果、吐出ガス冷媒導入量を規定する吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径を例えば、φ５．５ｍｍ程度に増大できる。このφ５．５ｍｍという通路径は、前述の先願における通路径（φ２．５ｍｍ程度）の２倍以上の大きさである。
【００７９】
ところで、吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径の加工に際しては、加工上の寸法バラツキが発生し、更には凝縮器ろう付け時のろう材の回り込み等の影響も受けるので、吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径が製品完成段階で所期の設計値からある程度変化することは不可避である。
【００８０】
しかし、本実施形態によると、吐出ガス冷媒絞り１０ａの通路径を前述の先願よりもはるかに大きい値に増大できるので、この絞り１０ａの通路径が上記の製造上の理由にて変化してもその変化割合を減少できる。そのため、絞り１０ａの通路径の変化に基づく吐出ガス冷媒流入量の変化割合を前述の先願よりも大幅に低減できる。
【００８１】
このように、液冷媒流入量に対する吐出ガス冷媒流入量の変化割合を小さくして、サイクル内循環冷媒流量の調整作用に対する製造上の寸法バラツキの影響度合いを低減できる。従って、製造上の寸法バラツキが多少発生しても、サイクル内循環冷媒流量を圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度に応じて所期の目標通りに良好に調整できる。
【００８２】
次に、図２、図３に示す凝縮器２および気液分離器７の具体的構成と、図１に示す冷媒流路構成との対応関係を説明すると、図１に示すガス冷媒バイパス通路１０を図２、図３の構成では吐出ガス冷媒絞り１０ａ、上部空間１７ａおよび上側接合ジョイント１７ｄの通路穴１７ｆにより構成している。
【００８３】
また、図１に示す液冷媒導入通路１４を図２、図３の構成では上部空間１７ａおよび上側接合ジョイント１７ｄの通路穴１７ｆにより構成している。また、図１に示すガス冷媒戻し通路１２を図２、図３の構成ではガス戻し口７７ａ、管状部材７７の内側流路、穴７９、冷媒出口７６および下側接合ジョイント１７ｅの通路穴１７ｇにより構成している。
【００８４】
更に、図１に示す液冷媒戻し通路１３を図２、図３の構成では液戻し口７７ｂ、管状部材７７の内側流路、穴７９、冷媒出口７６および下側接合ジョイント１７ｅの通路穴１７ｇにより構成している。なお、上部空間１７ａは請求項２における冷媒混合部を構成している。
【００８５】
（第２実施形態）
第１実施形態では、気液分離器７をボルト７３、７４により凝縮器２のヘッダタンク１７の接合ジョイント１７ｄ、１７ｅにねじ結合する構成になっているが、第２実施形態では図４に示すように、気液分離器７を凝縮器２のヘッダタンク１７に一体ろう付けにより接合する。
【００８６】
すなわち、気液分離器７の外壁面のうち、ヘッダタンク１７側の外壁面（冷媒入口７５の開口側外壁面）に平坦面を形成し、気液分離器７の外壁面の平坦面とヘッダタンク１７の外壁面の平坦面とを当接して一体ろう付けするようにしている。このため、第２実施形態によると、第１実施形態の接合ジョイント１７ｄ、１７ｅ、ボルト７３、７４等の部品を廃止でき、構成を簡素化できるとともに、ボルト７３、７４の締結作業等も廃止できる。
【００８７】
なお、第２実施形態において、気液分離器７の外壁面の平坦面とヘッダタンク１７の外壁面の平坦面との間に、ろう材を両面クラッドした両面クラッド材を介在して気液分離器７とヘッダタンク１７とのろう付けを行うようにしてもよい。
【００８８】
（第３実施形態）
第１、第２実施形態では、気液分離器７内に溜まる液冷媒の一部が流入する液冷媒戻し通路１３（液戻し口７７ｂ等にて構成）を第２熱交換部６の入口側に接続しているが、第３実施形態では、図５に示すように気液分離器７内に溜まる液冷媒の一部が流入する液冷媒戻し通路１３を第２熱交換部６の出口側に接続している。
【００８９】
図６は第３実施形態による凝縮器２および気液分離器７の具体例を示すものであり、気液分離器７は第２実施形態と同様に凝縮器２のヘッダタンク１７に一体ろう付けするようにしている。
【００９０】
第３実施形態において、第１、第２実施形態との相違点を説明すると、凝縮器２のヘッダタンク１７内に、上下方向に３枚の仕切り板１９ａ、１９ｂ、１９ｃを配置し、ヘッダタンク１７の内部空間を上下方向に４つの空間１７ａ、１７ｂ、１７ｃ−１、１７ｃ−２に仕切っている。
【００９１】
仕切り板１９ａ、１９ｂおよび上側の２つの空間１７ａ、１７ｂは、第１、第２実施形態の仕切り板１９ａ、１９ｂおよび上部空間１７ａ、中間部空間１７ｂと同等のものである。
【００９２】
これに対し、仕切り板１９ｃは新規に追加したものであり、第１、第２実施形態の下部空間１７ｃに相当する部分を２つの空間１７ｃ−１、１７ｃ−２に仕切るものである。
【００９３】
これに伴って、第３実施形態では気液分離器７内の管状部材７７をＬ状に屈曲した形状とし、この管状部材７７の下部の出口部をヘッダタンク１７の中間部空間１７ｃ−１に連通している。これにより、Ｌ状の管状部材７７を図５のガス冷媒戻し通路１２のための専用部材として構成している。
【００９４】
一方、ヘッダタンク１７の最下部の空間１７ｃ−２に出口ジョイント２５を配置するとともに、気液分離器７内に溜まる液冷媒の一部を液冷媒戻し通路１３により最下部の空間１７ｃ−２内に導入するようにしている。液冷媒戻し通路１３は、気液分離器７とヘッダタンク１７の壁面を貫通する貫通穴により構成できる。
【００９５】
第３実施形態によると、気液分離器７内にて遠心分離され、気液分離器７内の上部側に集まるガス冷媒が管状部材７７の上部側に開口するガス戻し口７７ａから管状部材７７内に流入し、ガス冷媒はこの管状部材７７の内部を矢印ｈのように通過してヘッダタンク１７の中間部空間１７ｃ−１に流入する。
【００９６】
この中間部空間１７ｃ−１は第２熱交換部６の入口部を構成しており、ガス冷媒（飽和ガス）は中間部空間１７ｃ−１から第２熱交換部６の上半部のチューブ１５を通過した後に、ヘッダタンク１８の下部タンク１８ｂにて矢印ｉのようにＵターンし、更に、第２熱交換部６の下半部のチューブ１５を通過してヘッダタンク１７の最下部の空間１７ｃ−２に流入する。
【００９７】
すなわち、第３実施形態によると、第２熱交換部６においてもＵターン状の冷媒流路を構成でき、このＵターン状の冷媒流路において飽和ガス冷媒が放熱することにより冷媒は過冷却状態となり、この過冷却液冷媒が最下部の空間１７ｃ−２に流入する。この最下部の空間１７ｃ−２では、第２熱交換部６からの過冷却液冷媒と液冷媒戻し通路１３からの液冷媒（飽和液）とが混合し、その混合液冷媒が出口ジョイント２５から凝縮器２外部へ流出し、減圧装置３の入口側へ向かう。
【００９８】
第３実施形態によると、第２熱交換部６にもＵターン状の冷媒流路を構成して、凝縮器２における冷媒流路のターン数を増加でき、凝縮器２の冷媒ターン構成の選択範囲を拡大できる。
【００９９】
（第４実施形態）
第１〜第３実施形態では、いずれも、圧縮機吐出ガス冷媒の一部を直接、気液分離器７内に流入させて、気液分離器７内に溜まる液冷媒量を圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度の変化に応答して変化させるようにしているが、第４実施形態では、圧縮機吐出ガス冷媒の一部を直接、気液分離器７内に流入させることを廃止し、その代わりに、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度に応じて気液分離器７内の液冷媒の加熱量を調整する加熱手段を備え、この加熱手段の加熱量により気液分離器内に溜まる液冷媒量を調整する。この加熱手段は、具体的には電気ヒータにより構成できる。
【０１００】
以下第４実施形態を図７により具体的に説明すると、凝縮器２および気液分離器７における冷媒流路は、吐出ガス冷媒絞り１０ａを有するガス冷媒バイパス通路１０を廃止した点を除いて図１と同じである。蒸発器４の出口冷媒配管に、冷媒温度センサ３０と冷媒圧力センサ３１とを設け、この両センサ３０、３１の検出信号を電子制御装置３２の過熱度判定手段３３に入力し、この判定手段３３にて蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を判定する。そして、過熱度判定手段３３により判定された過熱度の信号を加熱量制御手段３４に加える。一方、気液分離器７の下部には液冷媒を加熱する電気ヒータ３５を設けておく。
【０１０１】
加熱量制御手段３４により蒸発器出口ガス冷媒の過熱度が大きくなるにつれて電気ヒータ３５の加熱量を増加するように電気ヒータ３５の通電を制御する。従って、第４実施形態によると、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度の増加に応じて電気ヒータ３５の加熱量を増加させて、気液分離器７内の液冷媒の蒸発量を増加できるので、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度の増加に応じてサイクル内循環冷媒流量が増加し、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度の増加を抑制する。逆に、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度が減少するときは電気ヒータ３５の加熱量を減少させ、これにより、液冷媒の蒸発量が減少（貯留液冷媒量が増加）してサイクル内循環冷媒流量が減少し、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度の減少を抑制する。
【０１０２】
このように、第４実施形態では蒸発器出口ガス冷媒の過熱度に応じて気液分離器７内の液冷媒の加熱量を電気的手段により調整して蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を所定範囲に制御できる。
【０１０３】
そして、第４実施形態においても、第１熱交換部５を通過して凝縮した液冷媒の全量を液冷媒導入通路１４により気液分離器７内に導入しているため、気液分離器７内への液冷媒導入量が前述の先願に比較して大幅に増加する。この液冷媒導入量の増加に伴って電気ヒータ３５の加熱量を比較的大きな値に設定できる。
【０１０４】
その結果、両センサ３０、３１の検出誤差等に起因して、電気ヒータ３５の加熱量が適正値からずれても、適正値に対するずれ量の割合を小さくできる。従って、電気ヒータ３５の加熱量のずれに基づくサイクル内循環冷媒流量の調整作用に対する悪影響、ひいては、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度制御に対する悪影響を低減できる。
【０１０５】
なお、第４実施形態では蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を判定して、気液分離器７内の液冷媒を加熱する電気ヒータ３５の加熱量を制御することにより、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を直接制御するようにしているが、圧縮機１の吐出側に冷媒温度センサ３０と冷媒圧力センサ３１とを設け、圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度を判定して、気液分離器７内の液冷媒を加熱する電気ヒータ３５の加熱量を制御することにより、圧縮機吐出ガス冷媒の過熱度を制御し、これにより、蒸発器出口ガス冷媒の過熱度を間接的に制御するようにしてもよい。
【０１０６】
また、気液分離器７内の液冷媒の加熱手段として、電気ヒータ３５の代わりに、温水熱源の加熱装置を用い、温水の流量または温度を電気的な制御弁により調整して液冷媒の加熱量を調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による冷凍サイクルの基本構成図である。
【図２】第１実施形態による気液分離器一体型凝縮器を示す模式的な縦断面図で、気液分離器と凝縮器の分解状態を示す。
【図３】図２の気液分離器の冷媒入口部位置における模式的な横断面図である。
【図４】（ａ）は第２実施形態による気液分離器一体型凝縮器を示す模式的な縦断面図、（ｂ）は（ａ）の気液分離器の冷媒入口部位置における模式的な横断面図である。
【図５】第３実施形態による冷凍サイクルの基本構成図である。
【図６】（ａ）は第３実施形態による気液分離器一体型凝縮器を示す模式的な縦断面図、（ｂ）は（ａ）の気液分離器の冷媒入口部位置における模式的な横断面図である。
【図７】第４実施形態による冷凍サイクルの基本構成および電気制御構成を示すシステム図である。
【図８】先願発明による冷凍サイクルの基本構成図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…凝縮器、３…減圧装置、４…蒸発器、５…第１熱交換部、
６…第２熱交換部、７…気液分離器、１０…ガス冷媒バイパス通路、
１０ａ…吐出ガス冷媒絞り、１２…ガス冷媒戻し通路、
１３…液冷媒戻し通路、１４…液冷媒導入通路。

Claims (4)

1. 冷媒流路を構成するチューブ（１５）を有する熱交換部（８）と、
   前記チューブ（１５）の端部が連通するように前記熱交換部（８）の両側部に配置されたヘッダタンク（１７、１８）とを凝縮器（２）に備え、
   前記凝縮器（２）の熱交換部（８）に、圧縮機（１）の吐出ガス冷媒を放熱させて凝縮させる第１熱交換部（５）と、前記第１熱交換部（５）の冷媒流れ下流側に設けられる第２熱交換部（６）とを一体に構成し、
   前記第２熱交換部（６）の冷媒流れ下流側に設けられる減圧装置（３）と、
   前記減圧装置（３）の冷媒流れ下流側に設けられる蒸発器（４）と、
   前記第１熱交換部（５）を通過した冷媒の全量および前記圧縮機（１）の吐出ガス冷媒の一部が流入して混合する冷媒混合部（１７ａ）と、
   前記冷媒混合部（１７ａ）が入口部（７５）に接続され、前記冷媒混合部（１７ａ）で混合した冷媒が流入し、流入冷媒の気液を分離する気液分離器（７）と、
   前記気液分離器（７）内部のガス冷媒を前記第２熱交換部（６）に導入するガス冷媒戻し通路（１２）とを備え、
   前記冷媒混合部は、前記ヘッダタンク（１７）内の一部の空間部（１７ａ）により構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記気液分離器（７）内に溜まる液冷媒の一部を前記減圧装置（３）よりも上流側部位に戻す液冷媒戻し通路（１３）を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記液冷媒戻し通路（１３）を前記第２熱交換部（６）の入口側に連通することを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記液冷媒戻し通路（１３）を前記第２熱交換部（６）の出口側に連通することを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

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