JP4202505B2 - 蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用、業務用、或いは家庭用の空調機として好適に用いられる蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フロンガスによる地球温暖化を防止することが世界的に求められている今日において、従来フロンを冷媒として用いていた蒸気圧縮式冷凍サイクルの分野では、冷媒の脱フロン対策の一つとして、例えば二酸化炭素（ＣＯ2）を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ2サイクルと略す。）が提案されている。
【０００３】
このようなＣＯ2サイクルでは、フロンを用いたものと比較して冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）が悪いため、これを向上させることが要求されている。
【０００４】
ＣＯ2サイクルのＣＯＰを改善する方法としては、例えば内部熱交換器を用いて冷媒の熱交換を行うことが一般に行われていた。ここで、図６に、内部熱交換器を用いたＣＯ2サイクルの回路を示す。この蒸気圧縮式冷凍サイクル１０１（以下、単に冷凍サイクル１０１と言う。）は、冷媒ＣＯ2が貯められる気液分離器１０２と、気液分離器１０２からの気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機１０３と、この圧縮機１０３で圧縮された冷媒を外気等との間で熱交換して冷却する放熱器（ガスクーラー）１０４と、ガスクーラー１０４からの冷媒を蒸発させて圧縮機１０２に供給する蒸発器１０８と、ガスクーラー１０４出口の冷媒と蒸発器１０８出口の冷媒とで熱交換を行わせる内部熱交換器１０５と、内部熱交換器１０５の後段に配されガスクーラー１０４からの冷媒の圧力を制御する高圧制御弁１０６と、高圧制御弁１０６の後段に配され圧縮機１０３入口側での冷媒ＣＯ2の過熱度が所定値となるようにガスクーラー１０４から蒸発器１０８への冷媒の流量を調整する過熱度制御弁１０７とにより基本回路が構成される。
【０００５】
この冷凍サイクル１０１では、図６に示すように、気液分離器１０２と圧縮機１０３とが配管Ｐ101で、圧縮機１０３とガスクーラー１０４とが配管Ｐ102で、ガスクーラー１０４と内部熱交換器１０５とが配管Ｐ103で、内部熱交換器１０５と高圧制御弁１０６とが配管Ｐ104で、高圧制御弁１０６と過熱度制御弁１０７とが配管Ｐ105で、過熱度制御弁１０７と蒸発器１０８とが配管Ｐ106で、蒸発器１０８と内部熱交換器１０５とが配管Ｐ107で、内部熱交換器１０５と気液分離器１０２とが配管Ｐ108で、それぞれ接続される。
【０００６】
このような冷凍サイクル１０１では、気液分離器１０２から供給される冷媒の二酸化炭素（ＣＯ2）が圧縮機１０３によってその臨界圧力以上に圧縮して吐出され、このＣＯ2は、配管Ｐ102を介してガスクーラー１０４に流入し、以後、内部熱交換器１０５、高圧制御弁１０６、過熱度制御弁１０７、蒸発器１０８、内部熱交換器１０５、気液分離器１０２、圧縮機１０３の順で循環する。
【０００７】
これにより、冷凍サイクル１０１では、内部熱交換器１０５によって、ガスクーラー１０４から流出した比較的高温（例えば４０〜５０度位）のＣＯ2と蒸発器１０８から流出した比較的低温（例えば５〜１０度位）のＣＯ2とで熱交換が行われ、蒸発器１０８出口からのＣＯ2が温度上昇して気液分離器１０２に戻されることになる。そして、冷凍サイクル１０１では、内部熱交換器１０５で交換された温度量に比例して、ガスクーラー１０４出口冷媒の冷却のため、ＣＯＰが改善されることになる。
【０００８】
ここで、冷凍サイクル１０１では、圧縮機１０３で吸入する際の上記ＣＯ2の過熱度を制御するため、蒸発器１０８出口の配管Ｐ107に図示しない感温筒等の温度検出手段を取り付けて、蒸発器１０８出口の冷媒温度をこの温度検出手段で検出し、当該検出温度に応じて過熱度制御弁１０７の開閉制御を行っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図７に、内部熱交換器１０５を用いた場合の冷凍サイクル１０１における外気温度とＣＯＰの改善率（％）及び圧縮機１０３の吐出温度との関係について示す。
【００１０】
この図７からも明らかなように、冷凍サイクル１０１では、外気温度が低い状態では内部熱交換器１０５を用いた場合のＣＯＰ改善の効果が少なく、外気温度がある一定レベルを越えた時点から、外気温度に比例するようにＣＯＰの改善率が上がってゆく。
【００１１】
しかしながら、内部熱交換器１０５を用いたＣＯ2の冷凍サイクル１０１では、圧縮機１０３の吸い込み蒸気を過熱させることから、これに伴って圧縮機１０３の吐出温度が過度に上昇し、圧縮機１０３内部のオイル（潤滑油）が劣化してしまうという問題があった。具体的には、冷凍サイクル１０１においては、圧縮機１０３の吐出冷媒温度が略１５０度を越えた場合に潤滑油の性質に影響を与え始めるが、内部熱交換器１０５を用いることによって、当該吐出温度が１５０度〜１８０度にまで上昇してしまい、潤滑油の寿命が著しく短くなる問題があった。
【００１２】
本発明はこのような実情に鑑みて提案されたものであって、圧縮機の冷媒吐出温度上昇の抑制を図り潤滑油の劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることのできる蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒として用い、気相冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を外部流体と熱交換して冷却する放熱器と、放熱器からの冷媒を蒸発させて圧縮機に供給する蒸発器と、放熱器出口の冷媒と蒸発器出口の冷媒とで熱交換を行わせる内部熱交換器と、内部熱交換器に供給される蒸発器からの冷媒温度を検出する第１の冷媒温度検出手段と、内部熱交換器から流出する蒸発器出口からの冷媒温度を検出する第２の冷媒温度検出手段と、第１の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値のいずれかを、所定条件下で切替選択する切替選択手段と、内部熱交換器出口側の流路に取り付けられ、切替選択手段の選択した冷媒温度検出値に基づいて、圧縮機入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように蒸発器に流入する冷媒の流量を調節する過熱度制御弁とを備える。
【００１４】
蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、切替選択手段が第１の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値のいずれかを所定条件下で切替選択し、当該選択された冷媒温度検出値に基づいて、過熱度制御弁が、圧縮機入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように蒸発器に流入する冷媒の流量を調節する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明を適用した図１に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１（以下、単に冷凍サイクル１と言う。）は、例えば乗用車などの車両用に搭載される空調システムであって、二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒とし、この冷媒を液相状態と気相状態とに分離して蓄える気液分離器２と、気液分離器２からの気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮機３の後段に接続される放熱器（ガスクーラー）４と、ガスクーラー４からの冷媒を蒸発させて圧縮機３に供給する蒸発器８と、ガスクーラー４出口の冷媒と蒸発器８出口の冷媒とで熱交換を行わせる内部熱交換器５と、内部熱交換器５の後段に配され、ガスクーラー４からの冷媒の圧力を制御する高圧制御弁６と、高圧制御弁６の後段に配され、圧縮機２入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように蒸発器８へ流入する冷媒の流量を調整する過熱度制御弁７とにより基本回路が構成される。
【００１６】
この冷凍サイクル１では、図１に示すように、気液分離器２と圧縮機３とが配管Ｐ1で、圧縮機３とガスクーラー４とが配管Ｐ2で、ガスクーラー４と内部熱交換器５とが配管Ｐ3で、内部熱交換器５と高圧制御弁６とが配管Ｐ4で、高圧制御弁６と過熱度制御弁７とが配管Ｐ5で、過熱度制御弁７と蒸発器８とが配管Ｐ6で、蒸発器８と内部熱交換器５とが配管Ｐ7で、内部熱交換器５と気液分離器２とが配管Ｐ8で、それぞれ接続されている。
【００１７】
また、この冷凍サイクル１は、蒸発器８出口の配管Ｐ7上に配され、蒸発器８から流出される冷媒の温度を検出する第１の冷媒温度検出手段９と、配管Ｐ8上に配され、蒸発器８から流出される冷媒の温度を内部熱交換器５の出口の位置で検出する第２の冷媒温度検出手段１０と、第１の冷媒温度検出手段９からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段１０からの冷媒温度検出値のいずれかを、所定条件下で切替選択して検出信号として過熱度制御弁７に出力する切替制御部１１とを備えている。
【００１８】
気液分離器２は、気相状態の冷媒ＣＯ2を圧縮機３に供給するとともに、内部熱交換器５を介して流入される蒸発器８からのＣＯ2を、液相のＣＯ2と気相のＣＯ2とに分離して蓄える。
【００１９】
圧縮機３は、気液分離器２からの気相状態のＣＯ2をその臨界圧力以上に圧縮して吐出する。
【００２０】
ガスクーラー４は、圧縮機３によって臨界圧力以上に圧縮されたＣＯ2を外気等の外部流体と熱交換して冷却する。
【００２１】
内部熱交換器５は、ガスクーラー４から流出したＣＯ2と蒸発器８から流出したＣＯ2との熱交換を行う。
【００２２】
高圧制御弁６は、内部熱交換器５を通過したガスクーラー４からのＣＯ2を減圧するとともに、内部熱交換器５の出口側（配管Ｐ4側）のＣＯ2の温度に応じて内部熱交換器５の当該出口側の圧力を制御する。
【００２３】
過熱度制御弁７は、圧縮機３の入口側でのＣＯ2の吸入の過熱度が所定値となるように、蒸発器８に流入されるＣＯ2の流量を調整する。この実施の形態では、過熱度制御弁７は、電磁弁を用いた構成となっており、詳細を後述する切替制御部１１から出力される検出信号に基づいて圧縮機３入口側でのＣＯ2の吸入の過熱度が０〜５０度（ｄｅｇ）となるように当該電磁弁の開閉を行う。
【００２４】
ここで、過熱度制御弁７は、切替制御部１１を介して入力される第１の冷媒温度検出手段９又は第２の冷媒温度検出手段１０のいずれかからの検出温度がＣＯ2の蒸発温度＋上記過熱度に相当する温度になるように、当該電磁弁の開度を調節する制御を行う。具体的には、ＣＯ2の蒸発温度がほぼ０度であり、過熱度の設定が上述の如く０〜５０度なので、第１の冷媒温度検出手段９又は第２の冷媒温度検出手段１０から０度〜５０度の温度検出値が得られればよいことになる。従って、過熱度制御弁７は、切替制御部１１を介して入力される第１の冷媒温度検出手段９又は第２の冷媒温度検出手段１０からの検出温度が０度〜５０度になるように、当該電磁弁の開度を調節する。
【００２５】
第１の冷媒温度検出手段９及び第２の冷媒温度検出手段１０は、この実施の形態では、それぞれサーミスタを用いて構成されており（以下、適宜サーミスタ９，サーミスタ１０と呼ぶ。）、サーミスタ９が蒸発器８出口の配管Ｐ7における冷媒温度を検出して検出信号を切替制御部１１に出力し、サーミスタ１０が内部熱交換器５出口の配管Ｐ8における冷媒温度を検出して検出信号を切替制御部１１に出力するようになっている。
【００２６】
切替制御部１１は、図１に示すように、センサ部１２と制御部１３と切替スイッチ１４により構成されており、サーミスタ９及びサーミスタ１０からの検出信号のうちのいずれか一方を選択して過熱度制御弁７に出力するようになっている。ここで、センサ部１２は、外気の温度を検出して、当該検出値のデータを制御部１３に供給する。そして、制御部１３は、センサ部１２から供給される外気温度についての検出値データを監視して、当該外気温度が所定温度を越えた場合に切替スイッチ１４に切替制御信号を出力する。
【００２７】
切替スイッチ１４は、サーミスタ９からの検出信号が供給される端子１４ａと、サーミスタ１０からの検出信号が供給される端子１４ｂとのいずれかにスイッチＳの接続を切り替えることにより、いずれか一方の検出信号を過熱度制御弁７に供給する。
【００２８】
このような構成とされた冷凍サイクル１では、冷媒ＣＯ2が圧縮機３によってその臨界圧力以上に圧縮されて１００度以上の温度で吐出される。そして、このＣＯ2は、配管Ｐ2を介してガスクーラー４に流入し、以後、内部熱交換器５、高圧制御弁６、過熱度制御弁７、蒸発器８、内部熱交換器５、気液分離器２、圧縮機３の順で循環する。ここで、冷媒ＣＯ2は、ガスクーラー４で外気と熱交換することにより例えば４０〜５０度位に冷却され、高圧制御弁６及び過熱度制御弁７で圧力及び流量の制御が行われて０度程度の液相状態となって蒸発器８に流入する。そして、冷媒ＣＯ2は、蒸発器８内で蒸発し、このとき当該蒸発器８周囲の流体から熱を奪うことで車両の室内を冷却する。さらに、冷凍サイクル１では、内部熱交換器５によって、蒸発器８からの比較的温度の低いＣＯ2とガスクーラー４からの比較的温度の高いＣＯ2とで熱交換が行われる。この熱交換により、冷凍サイクル１では、冷媒温度が上昇して気液分離器２に当該冷媒ＣＯ2が流入する。気液分離器２では、内部熱交換器５で熱交換された蒸発器８からのＣＯ2を液層ＣＯ2と気相ＣＯ2とに分離して蓄える。
【００２９】
このような冷媒ＣＯ2の循環がなされる冷凍サイクル１では、蒸発器８出口からの冷媒ＣＯ2が内部熱交換器５で温度上昇して圧縮機２に供給されるので、配管Ｐ7における冷媒温度を検出するサーミスタ９の検出温度よりも配管Ｐ8における冷媒温度を検出するサーミスタ１０の検出温度の方が常に高くなる。そして、冷凍サイクル１では、内部熱交換器５で交換された温度量に比例して、ガスクーラー４出口冷媒の冷却のため、ＣＯＰが改善されることになる。
【００３０】
以下、この冷凍サイクル１の制御について説明する。冷凍サイクル１の始動時には、切替制御部１１の制御部１３は、センサ部１２からの外気温度の検出値のデータに基づき、外気温度が所定値（例えば３０度）まで上昇した場合に、圧縮機３で吸入する際の冷媒ＣＯ2の過熱度（ＳＨ）を小さくするように制御する。具体的には、制御部１３は、外気温度が３０度以下の場合にはサーミスタ９により蒸発器８出口の冷媒温度を検出し、外気温度が３０度を越えた場合にはサーミスタ１０により内部熱交換器５の出口の冷媒温度を検出するように制御する。これにより、冷凍サイクル１では、外気温度が３０度以下の場合には蒸発器８出口の冷媒温度を検出したサーミスタ９の当該検出値に基づいて過熱度制御弁７における電磁弁の開閉が調節され、外気温度が３０度を越えた場合には内部熱交換器５の出口の冷媒温度を検出したサーミスタ１０の当該検出値に基づいて過熱度制御弁７の電磁弁の開閉が調節される。
【００３１】
なお、過熱度制御弁７による当該電磁弁の開閉については、過熱度の値が所定値よりも高い場合には、電磁弁の開度を大きくする（開く）ようにし、逆に、過熱度の値が所定値よりも低い場合には、電磁弁の開度を小さくする（閉じる）ようにすればよい。すなわち、電磁弁の開度を大きくすることによって、冷凍サイクル１では、蒸発器８及び内部熱交換器５を流通する冷媒の量が増加し、サーミスタ９及び１０の検出値が低くなる。一方、電磁弁の開度を小さくすると、蒸発器８及び内部熱交換器５を流通する冷媒の量が減少し、サーミスタ９及び１０の検出値が高くなる。
【００３２】
過熱度制御弁７の電磁弁の開度調節が第１の冷媒温度検出手段としてのサーミスタ９からの冷媒温度検出値に基づいて行われる場合の冷凍サイクル１の状態について説明する。この場合には、冷媒ＣＯ2は、過熱度制御弁７によって減圧されて温度が０度程度となっており、蒸発器８によって周囲の流体から熱を奪うことで温度が上昇する。ここで、過熱度制御弁７は、蒸発器８出口の配管Ｐ7に取り付けられたサーミスタ９の検出温度が蒸発温度＋過熱度に相当する温度になるように、電磁弁の開度を調節する。具体的には、この場合には蒸発温度が０度であり、過熱度を０〜５０度に設定したとして、サーミスタ９から検出されるべき温度は０度〜５０度ということになる。従って、過熱度制御弁７は、蒸発器８出口の配管Ｐ7に取り付けられたサーミスタ９の検出温度が０度〜５０度になるように、弁の開度を調節する。なお、この場合には、第２の冷媒温度検出手段であるサーミスタ１０の検出温度は２０度〜３０度位であり、気液分離器２内には余剰の冷媒ＣＯ2が溜まっている状態となる。
【００３３】
次に、過熱度制御弁７の電磁弁の開度調節が第２の冷媒温度検出手段としてのサーミスタ１０からの冷媒温度検出値に基づいて行われるように切り替えられた場合の冷凍サイクル１の状態について説明する。この場合にも、過熱度制御弁７は、サーミスタ１０の検出温度が蒸発温度＋過熱度に相当する温度になるように、電磁弁の開度を調節する。従って、過熱度制御弁７は、サーミスタ１０で検出される内部熱交換器５出口の冷媒温度が０度〜５０度になるように、弁の開度を調節する。ここで、サーミスタ１０による検出温度がサーミスタ９による検出温度よりも常に高いことから、過熱度制御弁７は、内部熱交換器５出口の冷媒温度を相対的に下げるように、電磁弁を開いて回路内を循環する冷媒ＣＯ2の量を増やすように制御する。これにより、冷凍サイクル１では、圧縮機３に吸入される冷媒の過熱度が下がることになる。なお、この場合には、密度の高い冷媒ＣＯ2が回路内に多く流れることになるので、気液分離器２内には余剰の冷媒ＣＯ2がほとんど無い状態となる。
【００３４】
このような制御を行うことにより、この冷凍サイクル１では、図２に示すように、外気温度が上昇して３０度を越えた場合にも、圧縮機３の冷媒吐出温度を１００〜１２０度程度に抑えることが可能となり、この結果、圧縮機３の吐出温度を抑えてオイル（潤滑油）劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることが可能となった。
【００３５】
次に、冷凍サイクルの他の実施の形態について図３を参照して説明する。なお、図１の冷凍サイクル１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す冷凍サイクル１Ａは、上述した冷凍サイクル１と基本的な回路構成については同一であり、第１の冷媒温度検出手段９Ａ及び第２の冷媒温度検出手段１０Ａとして感温筒を用いており（以下、感温筒９Ａ，感温筒１０Ａと呼ぶ。）、過熱度制御弁の開閉制御について圧力式の構成としたものである。すなわち、冷凍サイクル１Ａの感温筒９Ａ及び感温筒１０Ａは、所定密度で流体が封入されており、冷媒温度検出値を当該流体の圧力（以下、検出圧力という。）により切替制御部１１Ａに出力するようになっている。
【００３６】
また、冷凍サイクル１Ａでは、切替スイッチ１４の代わりに切替弁１５を用いて切替制御部１１Ａが構成されており、この切替弁１５が制御部１３Ａからの切替制御信号に基づいて、感温筒９Ａ及び感温筒１０Ａのいずれかの検出圧力を切替選択して過熱度制御弁７Ａに供給する。さらには、冷凍サイクル１Ａにおける過熱度制御弁７Ａは、切替制御部１１Ａから供給される検出圧力に応じて弁の開度を調節する機械式のものとなっている。
【００３７】
そして、図１の冷凍サイクル１の場合と同様の設定及び制御を行うことにより、冷凍サイクル１Ａにおいても、上述した冷凍サイクル１と同様に、外気温度が上昇して３０度を越えた場合にも、圧縮機３の冷媒吐出温度を１００〜１５０度程度に抑えることが可能となり、圧縮機３のオイル（潤滑油）劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることが可能となる。
【００３８】
冷凍サイクルの他の実施の形態について図４を参照して説明する。なお、図１の冷凍サイクル１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す冷凍サイクル１Ｂは、上述した冷凍サイクル１と基本的な回路構成については同一であるが、切替制御部１１Ｂにつき、圧縮機３の吐出冷媒温度を検出する第３の冷媒温度検出手段としてのセンサ部１２Ａが配管Ｐ2に取り付けられ、このセンサ部１２Ａの検出値に基づいて、制御部１３Ｂが、過熱度制御弁７に供給される検出信号を切り替える構成となっている。
【００３９】
この冷凍サイクル１Ｂでは、運転開始時の初期状態では、図４に示すように、第１の冷媒温度検出手段としてのサーミスタ９からの検出信号が過熱度制御弁７に供給されるようにしておく。そして、切替制御部１１Ｂは、圧縮機３の吐出冷媒温度が上昇して所定温度を越えた場合に第２の冷媒温度検出手段であるサーミスタ１０からの検出信号が過熱度制御弁７に供給されるように切り替える制御を行う。
【００４０】
具体的には、切替制御部１１Ｂにおいては、制御部１３が、センサ部１２Ａから供給される圧縮機３の吐出冷媒温度についての検出値データを監視して、センサ部１２Ａが検出した圧縮機３の吐出冷媒温度の値が潤滑油の性質に影響を与え始める１２０度となった場合に、切替スイッチ１４に切替制御信号を出力して、スイッチＳの接続を端子１４ａから１４ｂ側に切り替える制御を行う。
【００４１】
このような制御を行うことによって、冷凍サイクル１Ｂでは、圧縮機３の吐出温度が一定値を越えた場合にその吸入の過熱度が下がるので、圧縮機３の吐出温度を抑えてオイル（潤滑油）劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることが可能となる。
【００４２】
なお、冷凍サイクル１Ｂは、図１の冷凍サイクル１と同様に、第１の冷媒温度検出手段９及び第２の冷媒温度検出手段１０としてサーミスタを用い、過熱度制御弁７として電磁弁を用いたものとし、さらには電気式のスイッチ１４により構成しているが、図３の冷凍サイクル１Ａと同様に、これらを圧力式のもので構成することが可能であることは勿論である。
【００４３】
さらに、上述した実施の形態では気液分離器を用いて回路を構成したが、本発明は、例えば図５に示すように、気液分離器を用いないで回路を構成することも可能である。なお、図５では、上述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付している。図５に示す冷凍サイクル１Ｃでは、蒸発器８から流出する冷媒を気液分離器を介さずに圧縮機３に供給している。一方、冷凍サイクル１Ｃでは、高圧制御弁６と過熱度制御弁７との間にサージタンク１６を配して、このサージタンク１６で余剰冷媒を貯留させるようにしている。ここで、サージタンク１６としては、５００〜１０００ｍｌ程度の貯留能力のあるものであればよい。このような構成の冷凍サイクル１Ｃにおいても、上述と同様の制御を行うことにより、圧縮機３の吐出温度を抑えて潤滑油の劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態では外気温度や圧縮機３の冷媒吐出温度に応じて圧縮機３に吸入される冷媒の過熱度の大小を切り替えることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の要素、例えば車両空調負荷に応じて上記冷媒の過熱度の大小を制御してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、切替選択手段が、第１の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値のいずれかを所定条件下で切替選択することにより、当該選択された冷媒温度検出値に基づいて、過熱度制御弁が、圧縮機入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように放熱器から蒸発器への冷媒の流量を調節するので、圧縮機の冷媒吐出温度上昇の抑制を図り潤滑油の劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることのできる蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示す回路図である。
【図２】上記蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける外気温度、ＣＯＰの改善率（％）、及び圧縮機の吐出温度との関係について示す特性図である。
【図３】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの他の実施の形態を示す回路図である。
【図４】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの他の実施の形態を示す回路図である。
【図５】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの他の実施の形態を示す回路図である。
【図６】内部熱交換器を用いたＣＯ2サイクルの回路図である。
【図７】内部熱交換器を用いたＣＯ2サイクルにおける外気温度とＣＯＰの改善率（％）及び圧縮機の吐出温度との関係について示す特性図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 冷凍サイクル
２ 気液分離器
３ 圧縮機
４ 放熱器（ガスクーラー）
５ 内部熱交換器
６ 高圧制御弁
７，７Ａ 過熱度制御弁
８ 蒸発器
９ 第１の冷媒温度検出手段
１０ 第２の冷媒温度検出手段
１１，１１Ａ，１１Ｂ 切替制御部
１２，１２Ａ センサ部
１３，１３Ａ，１３Ｂ 制御部
１４ 切替スイッチ
１５ 切替弁
１６ サージタンク
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用、業務用、或いは家庭用の空調機として好適に用いられる蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フロンガスによる地球温暖化を防止することが世界的に求められている今日において、従来フロンを冷媒として用いていた蒸気圧縮式冷凍サイクルの分野では、冷媒の脱フロン対策の一つとして、例えば二酸化炭素（ＣＯ2）を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ2サイクルと略す。）が提案されている。
【０００３】
このようなＣＯ2サイクルでは、フロンを用いたものと比較して冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）が悪いため、これを向上させることが要求されている。
【０００４】
ＣＯ2サイクルのＣＯＰを改善する方法としては、例えば内部熱交換器を用いて冷媒の熱交換を行うことが一般に行われていた。ここで、図６に、内部熱交換器を用いたＣＯ2サイクルの回路を示す。この蒸気圧縮式冷凍サイクル１０１（以下、単に冷凍サイクル１０１と言う。）は、冷媒ＣＯ2が貯められる気液分離器１０２と、気液分離器１０２からの気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機１０３と、この圧縮機１０３で圧縮された冷媒を外気等との間で熱交換して冷却する放熱器（ガスクーラー）１０４と、ガスクーラー１０４からの冷媒を蒸発させて圧縮機１０２に供給する蒸発器１０８と、ガスクーラー１０４出口の冷媒と蒸発器１０８出口の冷媒とで熱交換を行わせる内部熱交換器１０５と、内部熱交換器１０５の後段に配されガスクーラー１０４からの冷媒の圧力を制御する高圧制御弁１０６と、高圧制御弁１０６の後段に配され圧縮機１０３入口側での冷媒ＣＯ2の過熱度が所定値となるようにガスクーラー１０４から蒸発器１０８への冷媒の流量を調整する過熱度制御弁１０７とにより基本回路が構成される。
【０００５】
この冷凍サイクル１０１では、図６に示すように、気液分離器１０２と圧縮機１０３とが配管Ｐ101で、圧縮機１０３とガスクーラー１０４とが配管Ｐ102で、ガスクーラー１０４と内部熱交換器１０５とが配管Ｐ103で、内部熱交換器１０５と高圧制御弁１０６とが配管Ｐ104で、高圧制御弁１０６と過熱度制御弁１０７とが配管Ｐ105で、過熱度制御弁１０７と蒸発器１０８とが配管Ｐ106で、蒸発器１０８と内部熱交換器１０５とが配管Ｐ107で、内部熱交換器１０５と気液分離器１０２とが配管Ｐ108で、それぞれ接続される。
【０００６】
このような冷凍サイクル１０１では、気液分離器１０２から供給される冷媒の二酸化炭素（ＣＯ2）が圧縮機１０３によってその臨界圧力以上に圧縮して吐出され、このＣＯ2は、配管Ｐ102を介してガスクーラー１０４に流入し、以後、内部熱交換器１０５、高圧制御弁１０６、過熱度制御弁１０７、蒸発器１０８、内部熱交換器１０５、気液分離器１０２、圧縮機１０３の順で循環する。
【０００７】
これにより、冷凍サイクル１０１では、内部熱交換器１０５によって、ガスクーラー１０４から流出した比較的高温（例えば４０〜５０度位）のＣＯ2と蒸発器１０８から流出した比較的低温（例えば５〜１０度位）のＣＯ2とで熱交換が行われ、蒸発器１０８出口からのＣＯ2が温度上昇して気液分離器１０２に戻されることになる。そして、冷凍サイクル１０１では、内部熱交換器１０５で交換された温度量に比例して、ガスクーラー１０４出口冷媒の冷却のため、ＣＯＰが改善されることになる。
【０００８】
ここで、冷凍サイクル１０１では、圧縮機１０３で吸入する際の上記ＣＯ2の過熱度を制御するため、蒸発器１０８出口の配管Ｐ107に図示しない感温筒等の温度検出手段を取り付けて、蒸発器１０８出口の冷媒温度をこの温度検出手段で検出し、当該検出温度に応じて過熱度制御弁１０７の開閉制御を行っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図７に、内部熱交換器１０５を用いた場合の冷凍サイクル１０１における外気温度とＣＯＰの改善率（％）及び圧縮機１０３の吐出温度との関係について示す。
【００１０】
この図７からも明らかなように、冷凍サイクル１０１では、外気温度が低い状態では内部熱交換器１０５を用いた場合のＣＯＰ改善の効果が少なく、外気温度がある一定レベルを越えた時点から、外気温度に比例するようにＣＯＰの改善率が上がってゆく。
【００１１】
しかしながら、内部熱交換器１０５を用いたＣＯ2の冷凍サイクル１０１では、圧縮機１０３の吸い込み蒸気を過熱させることから、これに伴って圧縮機１０３の吐出温度が過度に上昇し、圧縮機１０３内部のオイル（潤滑油）が劣化してしまうという問題があった。具体的には、冷凍サイクル１０１においては、圧縮機１０３の吐出冷媒温度が略１５０度を越えた場合に潤滑油の性質に影響を与え始めるが、内部熱交換器１０５を用いることによって、当該吐出温度が１５０度〜１８０度にまで上昇してしまい、潤滑油の寿命が著しく短くなる問題があった。
【００１２】
本発明はこのような実情に鑑みて提案されたものであって、圧縮機の冷媒吐出温度上昇の抑制を図り潤滑油の劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることのできる蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒として用い、気相冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を外部流体と熱交換して冷却する放熱器と、放熱器からの冷媒を蒸発させて圧縮機に供給する蒸発器と、放熱器出口の冷媒と蒸発器出口の冷媒とで熱交換を行わせる内部熱交換器と、内部熱交換器に供給される蒸発器からの冷媒温度を検出する第１の冷媒温度検出手段と、内部熱交換器から流出する蒸発器出口からの冷媒温度を検出する第２の冷媒温度検出手段と、第１の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値のいずれかを、所定条件下で切替選択する切替選択手段と、内部熱交換器出口側の流路に取り付けられ、切替選択手段の選択した冷媒温度検出値に基づいて、圧縮機入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように蒸発器に流入する冷媒の流量を調節する過熱度制御弁とを備える。
【００１４】
蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、切替選択手段が第１の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値のいずれかを所定条件下で切替選択し、当該選択された冷媒温度検出値に基づいて、過熱度制御弁が、圧縮機入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように蒸発器に流入する冷媒の流量を調節する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明を適用した図１に示す蒸気圧縮式冷凍サイクル１（以下、単に冷凍サイクル１と言う。）は、例えば乗用車などの車両用に搭載される空調システムであって、二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒とし、この冷媒を液相状態と気相状態とに分離して蓄える気液分離器２と、気液分離器２からの気相状態の冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮機３の後段に接続される放熱器（ガスクーラー）４と、ガスクーラー４からの冷媒を蒸発させて圧縮機３に供給する蒸発器８と、ガスクーラー４出口の冷媒と蒸発器８出口の冷媒とで熱交換を行わせる内部熱交換器５と、内部熱交換器５の後段に配され、ガスクーラー４からの冷媒の圧力を制御する高圧制御弁６と、高圧制御弁６の後段に配され、圧縮機２入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように蒸発器８へ流入する冷媒の流量を調整する過熱度制御弁７とにより基本回路が構成される。
【００１６】
この冷凍サイクル１では、図１に示すように、気液分離器２と圧縮機３とが配管Ｐ1で、圧縮機３とガスクーラー４とが配管Ｐ2で、ガスクーラー４と内部熱交換器５とが配管Ｐ3で、内部熱交換器５と高圧制御弁６とが配管Ｐ4で、高圧制御弁６と過熱度制御弁７とが配管Ｐ5で、過熱度制御弁７と蒸発器８とが配管Ｐ6で、蒸発器８と内部熱交換器５とが配管Ｐ7で、内部熱交換器５と気液分離器２とが配管Ｐ8で、それぞれ接続されている。
【００１７】
また、この冷凍サイクル１は、蒸発器８出口の配管Ｐ7上に配され、蒸発器８から流出される冷媒の温度を検出する第１の冷媒温度検出手段９と、配管Ｐ8上に配され、蒸発器８から流出される冷媒の温度を内部熱交換器５の出口の位置で検出する第２の冷媒温度検出手段１０と、第１の冷媒温度検出手段９からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段１０からの冷媒温度検出値のいずれかを、所定条件下で切替選択して検出信号として過熱度制御弁７に出力する切替制御部１１とを備えている。
【００１８】
気液分離器２は、気相状態の冷媒ＣＯ2を圧縮機３に供給するとともに、内部熱交換器５を介して流入される蒸発器８からのＣＯ2を、液相のＣＯ2と気相のＣＯ2とに分離して蓄える。
【００１９】
圧縮機３は、気液分離器２からの気相状態のＣＯ2をその臨界圧力以上に圧縮して吐出する。
【００２０】
ガスクーラー４は、圧縮機３によって臨界圧力以上に圧縮されたＣＯ2を外気等の外部流体と熱交換して冷却する。
【００２１】
内部熱交換器５は、ガスクーラー４から流出したＣＯ2と蒸発器８から流出したＣＯ2との熱交換を行う。
【００２２】
高圧制御弁６は、内部熱交換器５を通過したガスクーラー４からのＣＯ2を減圧するとともに、内部熱交換器５の出口側（配管Ｐ4側）のＣＯ2の温度に応じて内部熱交換器５の当該出口側の圧力を制御する。
【００２３】
過熱度制御弁７は、圧縮機３の入口側でのＣＯ2の吸入の過熱度が所定値となるように、蒸発器８に流入されるＣＯ2の流量を調整する。この実施の形態では、過熱度制御弁７は、電磁弁を用いた構成となっており、詳細を後述する切替制御部１１から出力される検出信号に基づいて圧縮機３入口側でのＣＯ2の吸入の過熱度が０〜５０度（ｄｅｇ）となるように当該電磁弁の開閉を行う。
【００２４】
ここで、過熱度制御弁７は、切替制御部１１を介して入力される第１の冷媒温度検出手段９又は第２の冷媒温度検出手段１０のいずれかからの検出温度がＣＯ2の蒸発温度＋上記過熱度に相当する温度になるように、当該電磁弁の開度を調節する制御を行う。具体的には、ＣＯ2の蒸発温度がほぼ０度であり、過熱度の設定が上述の如く０〜５０度なので、第１の冷媒温度検出手段９又は第２の冷媒温度検出手段１０から０度〜５０度の温度検出値が得られればよいことになる。従って、過熱度制御弁７は、切替制御部１１を介して入力される第１の冷媒温度検出手段９又は第２の冷媒温度検出手段１０からの検出温度が０度〜５０度になるように、当該電磁弁の開度を調節する。
【００２５】
第１の冷媒温度検出手段９及び第２の冷媒温度検出手段１０は、この実施の形態では、それぞれサーミスタを用いて構成されており（以下、適宜サーミスタ９，サーミスタ１０と呼ぶ。）、サーミスタ９が蒸発器８出口の配管Ｐ7における冷媒温度を検出して検出信号を切替制御部１１に出力し、サーミスタ１０が内部熱交換器５出口の配管Ｐ8における冷媒温度を検出して検出信号を切替制御部１１に出力するようになっている。
【００２６】
切替制御部１１は、図１に示すように、センサ部１２と制御部１３と切替スイッチ１４により構成されており、サーミスタ９及びサーミスタ１０からの検出信号のうちのいずれか一方を選択して過熱度制御弁７に出力するようになっている。ここで、センサ部１２は、外気の温度を検出して、当該検出値のデータを制御部１３に供給する。そして、制御部１３は、センサ部１２から供給される外気温度についての検出値データを監視して、当該外気温度が所定温度を越えた場合に切替スイッチ１４に切替制御信号を出力する。
【００２７】
切替スイッチ１４は、サーミスタ９からの検出信号が供給される端子１４ａと、サーミスタ１０からの検出信号が供給される端子１４ｂとのいずれかにスイッチＳの接続を切り替えることにより、いずれか一方の検出信号を過熱度制御弁７に供給する。
【００２８】
このような構成とされた冷凍サイクル１では、冷媒ＣＯ2が圧縮機３によってその臨界圧力以上に圧縮されて１００度以上の温度で吐出される。そして、このＣＯ2は、配管Ｐ2を介してガスクーラー４に流入し、以後、内部熱交換器５、高圧制御弁６、過熱度制御弁７、蒸発器８、内部熱交換器５、気液分離器２、圧縮機３の順で循環する。ここで、冷媒ＣＯ2は、ガスクーラー４で外気と熱交換することにより例えば４０〜５０度位に冷却され、高圧制御弁６及び過熱度制御弁７で圧力及び流量の制御が行われて０度程度の液相状態となって蒸発器８に流入する。そして、冷媒ＣＯ2は、蒸発器８内で蒸発し、このとき当該蒸発器８周囲の流体から熱を奪うことで車両の室内を冷却する。さらに、冷凍サイクル１では、内部熱交換器５によって、蒸発器８からの比較的温度の低いＣＯ2とガスクーラー４からの比較的温度の高いＣＯ2とで熱交換が行われる。この熱交換により、冷凍サイクル１では、冷媒温度が上昇して気液分離器２に当該冷媒ＣＯ2が流入する。気液分離器２では、内部熱交換器５で熱交換された蒸発器８からのＣＯ2を液層ＣＯ2と気相ＣＯ2とに分離して蓄える。
【００２９】
このような冷媒ＣＯ2の循環がなされる冷凍サイクル１では、蒸発器８出口からの冷媒ＣＯ2が内部熱交換器５で温度上昇して圧縮機２に供給されるので、配管Ｐ7における冷媒温度を検出するサーミスタ９の検出温度よりも配管Ｐ8における冷媒温度を検出するサーミスタ１０の検出温度の方が常に高くなる。そして、冷凍サイクル１では、内部熱交換器５で交換された温度量に比例して、ガスクーラー４出口冷媒の冷却のため、ＣＯＰが改善されることになる。
【００３０】
以下、この冷凍サイクル１の制御について説明する。冷凍サイクル１の始動時には、切替制御部１１の制御部１３は、センサ部１２からの外気温度の検出値のデータに基づき、外気温度が所定値（例えば３０度）まで上昇した場合に、圧縮機３で吸入する際の冷媒ＣＯ2の過熱度（ＳＨ）を小さくするように制御する。具体的には、制御部１３は、外気温度が３０度以下の場合にはサーミスタ９により蒸発器８出口の冷媒温度を検出し、外気温度が３０度を越えた場合にはサーミスタ１０により内部熱交換器５の出口の冷媒温度を検出するように制御する。これにより、冷凍サイクル１では、外気温度が３０度以下の場合には蒸発器８出口の冷媒温度を検出したサーミスタ９の当該検出値に基づいて過熱度制御弁７における電磁弁の開閉が調節され、外気温度が３０度を越えた場合には内部熱交換器５の出口の冷媒温度を検出したサーミスタ１０の当該検出値に基づいて過熱度制御弁７の電磁弁の開閉が調節される。
【００３１】
なお、過熱度制御弁７による当該電磁弁の開閉については、過熱度の値が所定値よりも高い場合には、電磁弁の開度を大きくする（開く）ようにし、逆に、過熱度の値が所定値よりも低い場合には、電磁弁の開度を小さくする（閉じる）ようにすればよい。すなわち、電磁弁の開度を大きくすることによって、冷凍サイクル１では、蒸発器８及び内部熱交換器５を流通する冷媒の量が増加し、サーミスタ９及び１０の検出値が低くなる。一方、電磁弁の開度を小さくすると、蒸発器８及び内部熱交換器５を流通する冷媒の量が減少し、サーミスタ９及び１０の検出値が高くなる。
【００３２】
過熱度制御弁７の電磁弁の開度調節が第１の冷媒温度検出手段としてのサーミスタ９からの冷媒温度検出値に基づいて行われる場合の冷凍サイクル１の状態について説明する。この場合には、冷媒ＣＯ2は、過熱度制御弁７によって減圧されて温度が０度程度となっており、蒸発器８によって周囲の流体から熱を奪うことで温度が上昇する。ここで、過熱度制御弁７は、蒸発器８出口の配管Ｐ7に取り付けられたサーミスタ９の検出温度が蒸発温度＋過熱度に相当する温度になるように、電磁弁の開度を調節する。具体的には、この場合には蒸発温度が０度であり、過熱度を０〜５０度に設定したとして、サーミスタ９から検出されるべき温度は０度〜５０度ということになる。従って、過熱度制御弁７は、蒸発器８出口の配管Ｐ7に取り付けられたサーミスタ９の検出温度が０度〜５０度になるように、弁の開度を調節する。なお、この場合には、第２の冷媒温度検出手段であるサーミスタ１０の検出温度は２０度〜３０度位であり、気液分離器２内には余剰の冷媒ＣＯ2が溜まっている状態となる。
【００３３】
次に、過熱度制御弁７の電磁弁の開度調節が第２の冷媒温度検出手段としてのサーミスタ１０からの冷媒温度検出値に基づいて行われるように切り替えられた場合の冷凍サイクル１の状態について説明する。この場合にも、過熱度制御弁７は、サーミスタ１０の検出温度が蒸発温度＋過熱度に相当する温度になるように、電磁弁の開度を調節する。従って、過熱度制御弁７は、サーミスタ１０で検出される内部熱交換器５出口の冷媒温度が０度〜５０度になるように、弁の開度を調節する。ここで、サーミスタ１０による検出温度がサーミスタ９による検出温度よりも常に高いことから、過熱度制御弁７は、内部熱交換器５出口の冷媒温度を相対的に下げるように、電磁弁を開いて回路内を循環する冷媒ＣＯ2の量を増やすように制御する。これにより、冷凍サイクル１では、圧縮機３に吸入される冷媒の過熱度が下がることになる。なお、この場合には、密度の高い冷媒ＣＯ2が回路内に多く流れることになるので、気液分離器２内には余剰の冷媒ＣＯ2がほとんど無い状態となる。
【００３４】
このような制御を行うことにより、この冷凍サイクル１では、図２に示すように、外気温度が上昇して３０度を越えた場合にも、圧縮機３の冷媒吐出温度を１００〜１２０度程度に抑えることが可能となり、この結果、圧縮機３の吐出温度を抑えてオイル（潤滑油）劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることが可能となった。
【００３５】
次に、冷凍サイクルの他の実施の形態について図３を参照して説明する。なお、図１の冷凍サイクル１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す冷凍サイクル１Ａは、上述した冷凍サイクル１と基本的な回路構成については同一であり、第１の冷媒温度検出手段９Ａ及び第２の冷媒温度検出手段１０Ａとして感温筒を用いており（以下、感温筒９Ａ，感温筒１０Ａと呼ぶ。）、過熱度制御弁の開閉制御について圧力式の構成としたものである。すなわち、冷凍サイクル１Ａの感温筒９Ａ及び感温筒１０Ａは、所定密度で流体が封入されており、冷媒温度検出値を当該流体の圧力（以下、検出圧力という。）により切替制御部１１Ａに出力するようになっている。
【００３６】
また、冷凍サイクル１Ａでは、切替スイッチ１４の代わりに切替弁１５を用いて切替制御部１１Ａが構成されており、この切替弁１５が制御部１３Ａからの切替制御信号に基づいて、感温筒９Ａ及び感温筒１０Ａのいずれかの検出圧力を切替選択して過熱度制御弁７Ａに供給する。さらには、冷凍サイクル１Ａにおける過熱度制御弁７Ａは、切替制御部１１Ａから供給される検出圧力に応じて弁の開度を調節する機械式のものとなっている。
【００３７】
そして、図１の冷凍サイクル１の場合と同様の設定及び制御を行うことにより、冷凍サイクル１Ａにおいても、上述した冷凍サイクル１と同様に、外気温度が上昇して３０度を越えた場合にも、圧縮機３の冷媒吐出温度を１００〜１５０度程度に抑えることが可能となり、圧縮機３のオイル（潤滑油）劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることが可能となる。
【００３８】
冷凍サイクルの他の実施の形態について図４を参照して説明する。なお、図１の冷凍サイクル１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す冷凍サイクル１Ｂは、上述した冷凍サイクル１と基本的な回路構成については同一であるが、切替制御部１１Ｂにつき、圧縮機３の吐出冷媒温度を検出する第３の冷媒温度検出手段としてのセンサ部１２Ａが配管Ｐ2に取り付けられ、このセンサ部１２Ａの検出値に基づいて、制御部１３Ｂが、過熱度制御弁７に供給される検出信号を切り替える構成となっている。
【００３９】
この冷凍サイクル１Ｂでは、運転開始時の初期状態では、図４に示すように、第１の冷媒温度検出手段としてのサーミスタ９からの検出信号が過熱度制御弁７に供給されるようにしておく。そして、切替制御部１１Ｂは、圧縮機３の吐出冷媒温度が上昇して所定温度を越えた場合に第２の冷媒温度検出手段であるサーミスタ１０からの検出信号が過熱度制御弁７に供給されるように切り替える制御を行う。
【００４０】
具体的には、切替制御部１１Ｂにおいては、制御部１３が、センサ部１２Ａから供給される圧縮機３の吐出冷媒温度についての検出値データを監視して、センサ部１２Ａが検出した圧縮機３の吐出冷媒温度の値が潤滑油の性質に影響を与え始める１２０度となった場合に、切替スイッチ１４に切替制御信号を出力して、スイッチＳの接続を端子１４ａから１４ｂ側に切り替える制御を行う。
【００４１】
このような制御を行うことによって、冷凍サイクル１Ｂでは、圧縮機３の吐出温度が一定値を越えた場合にその吸入の過熱度が下がるので、圧縮機３の吐出温度を抑えてオイル（潤滑油）劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることが可能となる。
【００４２】
なお、冷凍サイクル１Ｂは、図１の冷凍サイクル１と同様に、第１の冷媒温度検出手段９及び第２の冷媒温度検出手段１０としてサーミスタを用い、過熱度制御弁７として電磁弁を用いたものとし、さらには電気式のスイッチ１４により構成しているが、図３の冷凍サイクル１Ａと同様に、これらを圧力式のもので構成することが可能であることは勿論である。
【００４３】
さらに、上述した実施の形態では気液分離器を用いて回路を構成したが、本発明は、例えば図５に示すように、気液分離器を用いないで回路を構成することも可能である。なお、図５では、上述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付している。図５に示す冷凍サイクル１Ｃでは、蒸発器８から流出する冷媒を気液分離器を介さずに圧縮機３に供給している。一方、冷凍サイクル１Ｃでは、高圧制御弁６と過熱度制御弁７との間にサージタンク１６を配して、このサージタンク１６で余剰冷媒を貯留させるようにしている。ここで、サージタンク１６としては、５００〜１０００ｍｌ程度の貯留能力のあるものであればよい。このような構成の冷凍サイクル１Ｃにおいても、上述と同様の制御を行うことにより、圧縮機３の吐出温度を抑えて潤滑油の劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態では外気温度や圧縮機３の冷媒吐出温度に応じて圧縮機３に吸入される冷媒の過熱度の大小を切り替えることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の要素、例えば車両空調負荷に応じて上記冷媒の過熱度の大小を制御してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、切替選択手段が、第１の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値のいずれかを所定条件下で切替選択することにより、当該選択された冷媒温度検出値に基づいて、過熱度制御弁が、圧縮機入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように放熱器から蒸発器への冷媒の流量を調節するので、圧縮機の冷媒吐出温度上昇の抑制を図り潤滑油の劣化を防止しながらＣＯＰの改善を図ることのできる蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を示す回路図である。
【図２】上記蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける外気温度、ＣＯＰの改善率（％）、及び圧縮機の吐出温度との関係について示す特性図である。
【図３】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの他の実施の形態を示す回路図である。
【図４】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの他の実施の形態を示す回路図である。
【図５】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの他の実施の形態を示す回路図である。
【図６】内部熱交換器を用いたＣＯ2サイクルの回路図である。
【図７】内部熱交換器を用いたＣＯ2サイクルにおける外気温度とＣＯＰの改善率（％）及び圧縮機の吐出温度との関係について示す特性図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 冷凍サイクル
２ 気液分離器
３ 圧縮機
４ 放熱器（ガスクーラー）
５ 内部熱交換器
６ 高圧制御弁
７，７Ａ 過熱度制御弁
８ 蒸発器
９ 第１の冷媒温度検出手段
１０ 第２の冷媒温度検出手段
１１，１１Ａ，１１Ｂ 切替制御部
１２，１２Ａ センサ部
１３，１３Ａ，１３Ｂ 制御部
１４ 切替スイッチ
１５ 切替弁
１６ サージタンク
Claims (5)
- 二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒として用い、
気相冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記圧縮機で圧縮された冷媒を外部流体と熱交換して冷却する放熱器と、
上記放熱器からの冷媒を蒸発させて上記圧縮機に供給する蒸発器と、
上記放熱器出口の冷媒と上記蒸発器出口の冷媒とで熱交換を行わせる内部熱交換器と、
上記内部熱交換器に供給される上記蒸発器からの冷媒温度を検出する第１の冷媒温度検出手段と、
上記内部熱交換器から流出する上記蒸発器出口からの冷媒温度を検出する第２の冷媒温度検出手段と、
上記第１の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値と第２の冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値のいずれかを所定条件下で切替選択する切替選択手段と、
上記内部熱交換器出口側の流路に取り付けられ、上記切替選択手段の選択したいずれかの冷媒温度検出手段からの冷媒温度検出値に基づいて、上記圧縮機入口側での冷媒の過熱度が所定値となるように上記蒸発器に流入する冷媒の流量を調節する過熱度制御弁と、
を備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。 - 上記第１の冷媒温度検出手段及び上記第２の冷媒温度検出手段は、冷媒温度検出値を電気信号で出力するサーミスタであり、
上記切替選択手段は、各サーミスタからのいずれの電気信号を上記過熱度制御弁に供給するかについて切り替える切替スイッチと、外気温度を検出する温度センサと、当該温度センサの検出値に基づいて上記切替スイッチの切替制御を行う切替スイッチ制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。 - 上記第１の冷媒温度検出手段及び上記第２の冷媒温度検出手段は、流体が封入され、冷媒温度検出値を当該流体の圧力により出力する感温筒であり、
上記切替選択手段は、各感温筒からのいずれの流体の圧力を上記過熱度制御弁に供給するかについて切り替える切替弁と、外気温度を検出する温度センサと、当該温度センサの検出値に基づいて上記切替弁を切り替える切替弁制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。 - 上記第１の冷媒温度検出手段及び上記第２の冷媒温度検出手段は、冷媒温度検出値を電気信号で出力するサーミスタであり、
上記切替選択手段は、各サーミスタからのいずれの電気信号を上記過熱度制御弁に供給するかについて切り替える切替スイッチと、上記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する第３の冷媒温度検出手段と、当該第３の冷媒温度検出手段の検出値に基づいて上記切替スイッチの切替制御を行う切替スイッチ制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。 - 上記第１の冷媒温度検出手段及び上記第２の冷媒温度検出手段は、流体が封入され、冷媒温度検出値を当該流体の圧力により出力する感温筒であり、
上記切替選択手段は、各感温筒からのいずれの流体の圧力を上記過熱度制御弁に供給するかについて切り替える切替弁と、上記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する第３の冷媒温度検出手段と、当該第３の冷媒温度検出手段の検出値に基づいて上記切替弁を切り替える切替弁制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
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