JP5239425B2 - 冷凍サイクル装置および冷凍サイクル用の膨張弁、接続ブロック、内部熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置および冷凍サイクル用の膨張弁、接続ブロック、内部熱交換器に関するものであり、特に、冷凍サイクル内に封入された潤滑油を圧縮機に供給することのできる冷凍サイクル装置および冷凍サイクル用の膨張弁、接続ブロック、内部熱交換器に関するものである。

従来、冷凍サイクルの圧縮機に対する潤滑油の供給は、圧縮機の吐出側に下記特許文献１に示すようなオイルセパレータを設置して、吐出気相冷媒の中の油滴や配管内面の油膜を分離して圧縮機の吸入側へ戻すことで行っている。こうすることで、圧縮機の潤滑に必要な量の潤滑油を循環させるとともに、冷凍サイクルに封入する潤滑油の量を低減して、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の向上を図っている。
特開平９−７２６３４号公報

しかしながら、上記の従来技術においては、オイルセパレータを配設することで、その配設スペースを確保しなくてはならないうえ、冷凍装置のコストが上昇するという課題がある。これは特に、車両用空調装置のように、搭載スペースが限られるうえ、コストも厳しく抑えられる場合においては問題となっていた。本発明は、このような従来の問題点に着目して成されたものであり、その目的は、搭載場所の制約、および掛かるコストを最小限に抑えつつ、潤滑油を圧縮機に供給することのできる冷凍サイクル装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、少なくとも、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）から吐出される高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２０）と、放熱器（２０）から流出する冷媒を減圧膨張させる減圧膨張手段（４０）と、減圧膨張手段（４０）から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）とから構成された冷凍サイクル構成機器を備える冷凍サイクル装置であり、放熱器（２０）から流出した高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路（４１１、５１１）と、蒸発器（３０）から流出して前記圧縮機（１０）へ戻る低圧冷媒が流通する低圧冷媒流路（４１４、５１２）と、を備える冷凍サイクル装置において、
低圧冷媒流路（４１４、５１２）の潤滑油が貯まり易い下方側に配置された高圧冷媒流路（４１１、５１１）と、低圧冷媒流路（４１４、５１２）との間の金属部材の一部に低圧冷媒流路（４１４、５１２）の流路壁面を局部的に高圧冷媒流路（４１１、５１１）の方である下方に窪ませて、冷凍サイクル内に封入された潤滑油の一部を貯留する貯油部（４１６、５１７）を備え、貯油部（４１６、５１７）の下方部が高圧冷媒流路（４１１、５１１）に隣接するとともに、高圧冷媒流路（４１１、５１１）を流通する高圧冷媒の熱が、貯油部（４１６、５１７）の下方部を介して貯油部（４１６、５１７）に溜まった潤滑油に伝わり潤滑油中の冷媒を蒸発させることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、前提条件に合う既存の冷凍サイクル装置内に、貯油部（４１６、５１７）を設け、その貯油部（４１６、５１７）から圧縮機（１０）へ潤滑油を供給することで、従来のオイルセパレータの配設スペースが不要となり、省スペースとすることができる。また、冷凍サイクル装置内の低圧冷媒流路（４１４、５１２）の一部に貯油部（４１６、５１７）を設けるという簡単な構成追加であるため、掛かるコストも抑えることができる。

さらに、貯油部（４１６、５１７）に溜まった潤滑油は、その中に溶解している冷媒が高圧冷媒の熱で蒸発させられることより、濃度の高い潤滑油が溜められることとなる。これは、高圧冷媒の温度が高いほど潤滑油の濃度が高められることより、冷凍サイクルが高負荷であるほど貯油部（４１６、５１７）の潤滑油濃度が高められる。つまり、冷凍サイクルが高負荷であるほど冷凍サイクル中の潤滑油循環率が抑えられて冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明では、減圧膨張手段（４０）の本体部材（Ｂ１）、または、圧縮機（１０）と放熱器（２０）とに接続される接続ブロック（５０）の本体部材（５１）の低圧冷媒流路（４１４、５１２）と高圧冷媒流路（４１１、５１１）との間の部分に低圧冷媒流路（４１４、５１２）側から下方である高圧冷媒流路（４１１、５１１）側に穿孔されて窪んだ凹部を設け、その凹部が貯油部（４１６、５１７）になっていることを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、蒸発器（３０）から圧縮機（１０）へ戻る潤滑油は、通常管路の内面を伝って流れるため、低圧冷媒流路（４１４、５１２）に凹部を設けて潤滑油を捕集するだけの簡単な構造で貯油部（４１６、５１７）とすることができる。

また、請求項３に記載の発明では、減圧膨張手段（４０）としての箱型膨張弁（４０Ａ）に貯油部（４１６）を備えることを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、具体的な冷凍サイクル装置として、箱型膨張弁（４０Ａ）に貯油部（４１６）を設けることができる。

また、請求項４に記載の発明では、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１０）と、圧縮機（１０）から吐出される高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２０）と、放熱器（２０）から流出する冷媒を減圧膨張させる減圧膨張手段（４０）と、減圧膨張手段（４０）から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）とを備える冷凍サイクル装置であり、放熱器（２０）から流出した高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路（４１１、５１１）と、蒸発器（３０）から流出して前記圧縮機（１０）へ戻る低圧冷媒が流通する低圧冷媒流路（４１４、５１２）と、を備える冷凍サイクル装置において、
冷凍サイクル内に封入された潤滑油の一部を貯留する貯油部（４１６、５１７）を前記低圧冷媒流路（４１４、５１２）の一部に備えるとともに、前記高圧冷媒流路（４１１、５１１）を流通する高圧冷媒の熱が、前記貯油部（４１６、５１７）に貯まった潤滑油に伝わるようになっており、減圧膨張手段（４０）としての箱型膨張弁（４０Ａ）に前記貯油部（４１６）を備え、貯油部（４１６）は、前記本体部材（Ｂ１）に開設されたエレメント部（４３）を組み付けるための組付孔（４１５）から前記本体部材（Ｂ１）の内部に向けて穿孔されていることを特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、箱型膨張弁（４０Ａ）の本体部材（Ｂ１）の一端に開設されるエレメント部（４３）の組付孔（４１５）を利用して、本体部材（Ｂ１）内部の低圧冷媒流路（４１４）に貯油部（４１６）を穿孔することができるため、掛かるコストを抑えることができる。

また、請求項５に記載の発明では、貯油部（４１６、５１７）の容積は、冷凍サイクル内に封入された潤滑油容量の６０％〜９５％であることを特徴としている。この請求項５に記載の発明によれば、冷凍サイクル内の潤滑油循環率を適正に保つことができる。

また、請求項６に記載の発明では、減圧膨張手段（４０）としての箱型膨張弁（４０Ｂ）と圧縮機（１０）とを接続する冷媒配管（５３）と、箱型膨張弁（４０Ｂ）と放熱器（２０）とを接続する冷媒配管（５２）とを箱型膨張弁（４０Ｂ）に接続するために、冷媒配管（５２、５３）の端部に設けられた接続ブロック（５０）に貯油部（５１７）を備えることを特徴としている。

この請求項６に記載の発明によれば、具体的な冷凍サイクル装置として、箱型膨張弁（４０Ｂ）に冷媒配管（５２、５３）を接続するための接続ブロック（５０）に貯油部（５１７）を設けることができる。

また、請求項７に記載の発明では、放熱器（２０）から流出する高圧冷媒と、蒸発器（３０）から流出する低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（６０）の接続ブロック（５０）に貯油部（５１７）を備えることを特徴としている。

この請求項７に記載の発明によれば、具体的な冷凍サイクル装置として、放熱器（２０）から流出した高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路（５１１、６０ａ）と、蒸発器（３０）から流出して圧縮機（１０）へ戻る低圧冷媒が流通する低圧冷媒流路（５１２、６２）とを備える内部熱交換器（６０）に貯油部（５１７）を設けることができる。

また、請求項８に記載の発明では、膨張弁の本体部材（Ｂ１）に形成されるとともに、冷凍サイクル（１）の放熱器（２０）に接続され、放熱器（２０）からの高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路（４１１）と、本体部材（Ｂ１）において高圧冷媒流路（４１１）の上方に形成されるとともに、冷凍サイクル（１）の圧縮機（１０）に接続され、冷凍サイクル（１）の蒸発器（３０）からの低圧冷媒を圧縮機（１０）に流通させる低圧冷媒流路（４１４）と、本体部材（Ｂ１）に形成されるとともに、低圧冷媒流路（４１４）と高圧冷媒流路（４１１）間の金属部材の一部に低圧冷媒流路（４１４）の流路壁面を局部的に下方である高圧冷媒流路（４１１）側に窪ませて、冷凍サイクル（１）内に封入された潤滑油の一部を貯える貯油部（４１６）とを有し、貯油部（４１６）の下方部が高圧冷媒流路（４１１）に隣接するとともに、高圧冷媒流路（４１１）を流通する高圧冷媒の熱が、貯油部（４１６）の下方部を介して貯油部（４１６）に貯まった潤滑油に伝達され潤滑油中の冷媒を蒸発させることを特徴としている。

また、請求項９に記載の発明では、冷凍サイクル（１）の膨張弁（４０Ｂ）を、冷凍サイクル（１）の圧縮機（１０）および放熱器（２０）に接続する接続ブロック（５０Ａ）において、 接続ブロック（５０Ａ）の本体部材（５１）に形成されるとともに、放熱器（２０）に接続され、放熱器（２０）からの高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路（５１１）と、 接続ブロック（５０Ａ）の本体部材（５１）において高圧冷媒流路（５１１）の上方に形成されるとともに、圧縮機（１０）に接続され、冷凍サイクル（１）の蒸発器（３０）からの低圧冷媒を圧縮機（１０）に流通させる低圧冷媒流路（５１２）と、接続ブロック（５０Ａ）の本体部材（５１）に形成されるとともに、低圧冷媒流路（５１２）と高圧冷媒流路（５１１）間の金属部材の一部に低圧冷媒流路（５１２）の流路壁面を局部的に下方である高圧冷媒流路（５１１）の方に窪ませて、冷凍サイクル（１）内に封入された潤滑油の一部を貯える貯油部（５１７）とを有し、貯油部（５１７）の下方部が高圧冷媒流路（５１１）に隣接するとともに、高圧冷媒流路（５１１）を流通する高圧冷媒の熱が、貯油部（５１７）の下方部を介して貯油部（５１７）に貯まった潤滑油に伝達され潤滑油中の冷媒を蒸発させることを特徴としている。

また、請求項１０に記載の発明では、冷凍サイクル（１）の圧縮機（１０）および放熱器（２０）に接続して、放熱器（２０）から流出する高圧冷媒と、蒸発器（３０）から流出する低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（６０）において、内部熱交換器（６０）の一部をなす接続ブロック（５０Ｂ）の本体部材（５１）に形成されるとともに、放熱器（２０）に接続され、放熱器（２０）からの高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路（５１１）と、接続ブロック（５０Ｂ）の本体部材（５１）において、高圧冷媒流路（５１１）の上方に形成されるとともに、圧縮機（１０）に接続され、冷凍サイクル（１）の蒸発器（３０）からの低圧冷媒を圧縮機（１０）に流通させる低圧冷媒流路（５１２）と、接続ブロック（５０Ｂ）の本体部材（５１）に形成されるとともに、低圧冷媒流路（５１２）と高圧冷媒流路（５１１）間の金属部材の一部に低圧冷媒流路（５１２）の流路壁面を局部的に下方である高圧冷媒流路（５１１）の方に窪ませて、冷凍サイクル（１）内に封入された潤滑油の一部を貯える貯油部（５１７）とを有し、貯油部（５１７）の下方部が高圧冷媒流路（５１１）に隣接するとともに、高圧冷媒流路（５１１）を流通する高圧冷媒の熱が、貯油部（５１７）の下方部を介して貯油部（５１７）に貯まった潤滑油に伝達され潤滑油中の冷媒を蒸発させることを特徴としている。

これら請求項８ないし１０に記載の発明によれば、冷凍サイクル用の膨張弁、接続ブロック、内部熱交換器のいずれかに、貯油部（４１６、５１７）を設け、その貯油部（４１６、５１７）から圧縮機（１０）へ潤滑油を供給することで、従来のオイルセパレータの配設スペースが不要となり、省スペースとすることができる。また、膨張弁、接続ブロック、内部熱交換器のいずれか内の低圧冷媒流路（４１４、５１２）の一部に貯油部（４１６、５１７）を設けるという簡単な構成追加であるため、掛かるコストも抑えることができる。

さらに、貯油部（４１６、５１７）に溜まった潤滑油は、その中に溶解している冷媒が高圧冷媒の熱で蒸発させられることより、濃度の高い潤滑油が溜められることとなる。これは、高圧冷媒の温度が高いほど潤滑油の濃度が高められることより、冷凍サイクルが高負荷であるほど貯油部（４１６、５１７）の潤滑油濃度が高められる。つまり、冷凍サイクルが高負荷であるほど冷凍サイクル中の潤滑油循環率が抑えられて冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、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一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、添付した図１ないし図３を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態における箱型膨張弁（以下、膨張弁と略す）４０Ａの構造を示す断面図である。本実施形態の膨張弁４０Ａは、いわゆるボックス型と呼ばれるものであり、例えば、車両用空調装置（いわゆるカーエアコン）の冷凍サイクルなどに用いられる。

図１の冷凍サイクル１は、気相冷媒を圧縮する圧縮機１０と、この圧縮機１０で圧縮された高圧冷媒を冷却して液化する凝縮器（放熱器）２０と、この凝縮器２０で液化した冷媒を減圧させる膨張弁（減圧膨張手段４０）４０Ａと、この膨張弁４０Ａで減圧された冷媒を車室内へ送風される空気との熱交換によって蒸発させる蒸発器３０などより構成されている。

膨張弁４０Ａは、本体ブロック（本体部材Ｂ）Ｂ１、伝熱部４１、伝達ロッド４２、エレメント部４３、およびボール弁４４などより構成されている。本体ブロックＢ１は、例えば、アルミニウム製で略直方体形状に設けられ、高圧側の冷媒通路と低圧側の冷媒通路とを有している。

高圧側の冷媒通路は、凝縮器２０の出口側に接続される第１流入ポート（高圧冷媒流路）４１１、蒸発器３０の入口側に接続される第１流出ポート４１２、および第１流入ポート４１１側と第１流出ポート４１２側とを連通する高圧側の連通孔を有し、この連通孔の入口側（第１流入ポート４１１側）に円錐状のシート面が設けられている。

低圧側の冷媒通路は、蒸発器３０の出口側に接続される第２流入ポート４１３、圧縮機１０の入口側に接続される第２流出ポート（低圧冷媒流路）４１４、および第２流入ポート４１３と第２流出ポート４１４とを連通し、伝熱部４１へも連通する連通路を有している。

エレメント部４３は、可撓性のある薄い金属板から成るダイヤフラム４３１と、このダイヤフラム４３１を挟持する受け部４３２と蓋部４３３とを具備し、本体ブロックＢ１の上部にパッキン４９ａを介して、本体ブロックＢ１の上部に開設された組付孔４１５に螺子結合される。

受け部４３２と蓋部４３３とは、例えば、ＴＩＧ溶接により接合され、ダイヤフラム４３１と蓋部４３３とでダイヤフラム室４５を形成している。このダイヤフラム室４５には、例えば、冷凍サイクル１に使用される冷媒ガスと同一種類の飽和ガスが封入されている。なお、蓋部４３３には、ダイヤフラム室４５に飽和ガスを入れるための孔が開けられており、飽和ガスを入れた後、プラグ４５ａによって気密に閉塞されている。

伝熱部４１は、熱伝導率の高い金属材料（例えば、アルミニウムまたは黄銅など）を使用して円柱状に形成されており、エレメント部４３のダイヤフラム４３１と受け部４３２との間に納められている。そして、略円柱状の上面は下方からの後述する付勢力を受けてダイヤフラム４３１の下面に密着しており、低圧側の冷媒通路を流れる冷媒（蒸発器３０で蒸発した気相冷媒）の温度変化をダイヤフラム４３１に伝達するとともに、略円柱状の下面には伝達ロッド４２が当接しており、ダイヤフラム４３１の変位を伝達ロッド４２と協動してボール弁４４に伝達するものである。

なお、ダイヤフラム４３１下面側の伝熱部４１には鍔部が形成されており、ダイヤフラム４３１が図１の下方へ変位した時に伝熱部４１の鍔部が受け部４３２の内面に当接することでダイヤフラム４３１の下方への最大変位量（ボール弁４４の最大リフト量）を規制するようになっている。また、このエレメント部４３を構成する各部品（ダイヤフラム４３１、受け部４３２、蓋部４３３およびプラグ４５ａ）は、全て同一の金属材料（例えば、ステンレス）を使用して形成されている。

伝達ロッド４２は、伝熱部４１の下部に配されて、本体ブロックＢ１に摺動自在に保持されている。その上端部は伝熱部４１の下面に当接するとともに、低圧側の冷媒通路（連通路）を上下方向に貫通し、高圧側の冷媒通路の連通孔内部に挿通され、下端部は円錐状のシート面に押し当たるボール弁４４の上面に当接している。また、上下方向に摺動自在に嵌挿されている伝達ロッド４２に対して、高圧側の冷媒通路と低圧側の冷媒通路との間の本体ブロックＢ１部には、図示しないシール部が設けられている。

ボール弁４４は、図１に示すように、高圧側の連通孔の入口側に配されて、伝達ロッド４２と弁受け部材４６との間に保持され、シート面に着座することで高圧側の連通孔を閉じ、シート面から離脱（リフト）することで高圧側の連通孔を開くことができる。このボール弁４４は、図１において、ダイヤフラム４３１を下方へ押し下げる力（ダイヤフラム室４５の圧力−ダイヤフラム４３１の下側に作用する冷媒蒸気の圧力）と弁受け部材４６を介してボール弁４４を図１の上方へ付勢するスプリング４７の荷重とが釣り合った位置に静止している。

スプリング４７は、本体ブロックＢ１の下端部に取り付けられた調節螺子４８と弁受け部材４６との間に配され、弁受け部材４６を介してボール弁４４を図１の上方（弁開度が小さくなる方向）へ付勢している。調節螺子４８は、ボール弁４４の開弁圧（ボール弁４４を付勢するスプリング４７の荷重）を調節するもので、Ｏリング４９ｂを介して本体ブロックＢ１の下端部に螺子結合されている。

次に、本実施形態での特徴構造について説明する。まず、冷凍サイクル１内に封入された潤滑油の一部を貯留する貯油部４１６を、膨張弁４０Ａの低圧側の冷媒流路である第２流出ポート４１４の一部に備えている。これにより、冷凍サイクル１内の潤滑油循環率を適正に保ちながら、圧縮機１０へ適当量の潤滑油を供給することができる。

この貯油部４１６は、本体ブロックＢ１の第２流出ポート４１４と高圧側の第１流入ポート４１１との間の部分に第２流出ポート４１４側から凹部を設け、その凹部を貯油部４１６としたものである。これは、蒸発器３０から膨張弁４０Ａへ流入する気相冷媒に含まれて戻ってくる潤滑油は、一般的に管路の内面を伝って流れるので、膨張弁４０Ａの内部に凹部を設けることで潤滑油が貯まって貯油部となる。

具体的にこの貯油部４１６は、本体ブロックＢ１に開設されたエレメント部４３を組み付けるための組付孔４１５から本体ブロックＢ１の内部に向けて穿孔されて形成されている。この貯油部４１６の容積は、冷凍サイクル１内に封入された潤滑油容量の６０％〜９５％となっている。また、貯油部４１６の穴の底は、第１流入ポート４１１近くまで達するようにし、第１流入ポート４１１を流通する高圧冷媒の熱が、貯油部４１６に溜まった潤滑油に伝わるようになっている。

これは、冷媒と一緒に戻ってくる潤滑油が、純粋な潤滑油だけではなく冷媒を溶かし込んでおり、その冷媒溶解度は、冷媒温度が高いほど、また、冷媒圧力が低いほど少なくなる（つまり、潤滑油中の冷媒が少なくなる）。この冷媒溶解度は、冷媒と潤滑油との組み合わせによって決まるが、一般的なカーエアコンの冷媒と潤滑油との場合では、図２に示すようになる。図２は、冷媒温度（０、２０、４０、６０、８０℃）と冷媒圧力とに対する潤滑油中の冷媒溶解度の関係を示すグラフである。

蒸発器３０の出口気相冷媒中の潤滑油は、代表的な運転条件（圧力０．３ＭＰａ、温度１０℃）では約３０%ｗｔの冷媒を溶解している（図２中のa点）。一方、貯油部４１６に貯まった潤滑油は、温度の高い第１流入ポート４１１の凝縮冷媒からの伝熱で加熱されるので、潤滑油中の冷媒は蒸発して潤滑油の濃度が高まる。これは、温度が高くなるほどその濃度は高くなる（例えば、図２中のb点もしくはc点）。

つまり、一般的に冷凍サイクル１が高負荷であるほど、貯油部４１６の潤滑油濃度が高くなって冷凍サイクル１内の潤滑油循環率が低減できることになる。以上の特性により、冷凍サイクル１内の潤滑油循環率は、図３に示すような特性となる。図３は、従来と本発明との冷媒流量に対する潤滑油循環量の関係を示すグラフである。従来は、冷房負荷が大きくなって冷媒流量が増えるほど、潤滑油循環率が上昇する傾向であった。

本来、冷房負荷が大きい状況では、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させて圧縮機動力を低減したいが、潤滑油循環率の影響で成績係数（ＣＯＰ）は芳しくないのが実情であった。これに対して本実施形態では、前述の通り高負荷になるほど第１流入ポート４１１の冷媒温度が高くなるので、貯油部４１６の潤滑油濃度が高くなり、結果として潤滑油循環率を低減できて成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

逆に冷房負荷が小さくて冷媒流量が少量の状況においては、高圧冷媒の温度が低く、貯油部４１６の潤滑油に冷媒が溶解して、その結果潤滑油循環率が上昇する。このような運転条件では、圧縮機１０への潤滑油供給が必要なため、むしろ潤滑油循環率を低減し過ぎないことが重要なので、目的に合う特性となる。また、膨張弁４０Ａの内部に潤滑油を貯める貯油部４１６を設けたので、新たに貯油タンクを設ける必要がなく、搭載面で有利であるうえ、コストの上昇も抑えることができる。

次に、膨張弁４０Ａの作動を説明する。高圧側の連通孔を通過する冷媒流量は、ボール弁４４の開度、すなわちシート面に対するボール弁４４の位置（リフト量）によって決定される。そのボール弁４４は、ダイヤフラム４３１を図１の下方へ付勢するダイヤフラム室４５の圧力と、ダイヤフラム４３１を図１の上方へ付勢するスプリング４７の荷重、および冷凍サイクル１内の低圧圧力（ダイヤフラム４３１の下側に作用する冷媒蒸気の圧力）とが釣り合った位置に移動する。

そこで、蒸発圧力が安定している状態から車室内の温度が上昇し、蒸発器３０で急速に冷媒が蒸発すると、蒸発器３０の出口部の冷媒蒸気の温度（過熱度）が高くなる。これにより、低圧側の冷媒通路を流れる冷媒蒸気の温度変化が伝熱部４１およびダイヤフラム４３１を介してダイヤフラム室４５に封入されているガスに伝達され、そのガスの温度上昇に伴ってダイヤフラム室４５の圧力が上昇する。

その結果、ダイヤフラム４３１が図１の下方へ押し下げられ、伝熱部４１および伝達ロッド４２を介してボール弁４４が図１の下方へ移動することにより、弁開度が大きくなって蒸発器３０へ供給される冷媒流量が増加する。一方、車室内の温度が低下して蒸発器３０の出口部の過熱度が低くなると、低圧側の冷媒通路を流れる冷媒蒸気の温度変化がダイヤフラム室４５のガスに伝達され、そのガスの温度低下に伴ってダイヤフラム室４５の圧力が低下する。

その結果、ダイヤフラム４３１が図１の上方へ押し上げられてボール弁４４が図１の上方へ移動することにより、弁開度が小さくなって蒸発器３０へ供給される冷媒流量が減少する。以上の動作により、通常のサイクル運転時には、蒸発器３０で蒸発した冷媒蒸気の温度（過熱度）が、例えば、略５℃になるように弁開度を調節して、高圧側の連通孔を流れる冷媒流量をコントロールしている。

次に、本実施形態の特徴と、その効果について述べる。まず、冷凍サイクル内に封入された潤滑油の一部を貯留する貯油部４１６を、第２流出ポート４１４に開口するように、膨張弁４０Ａに形成するとともに、第１流入ポート４１１に近接して形成している。この構成により、第１流入ポート４１１を流通する高圧冷媒の熱が、貯油部４１６に溜まった潤滑油に伝わるようになっている。

これによれば、冷凍サイクル装置としての箱型膨張弁４０Ａ内に、貯油部４１６を設け、その貯油部４１６から圧縮機１０へ潤滑油を供給することで、従来のオイルセパレータの配設スペースが不要となり、省スペースとすることができる。また、箱型膨張弁４０Ａ内の第２流出ポート４１４に開口するように貯油部４１６を設けるという簡単な構成追加であるため、掛かるコストも抑えることができる。

さらに、貯油部４１６に溜まった潤滑油は、その中に溶解している冷媒が高圧冷媒の熱で蒸発させられることより、濃度の高い潤滑油が溜められることとなる。これは、高圧冷媒の温度が高いほど潤滑油の濃度が高められることより、冷凍サイクルが高負荷であるほど貯油部４１６の潤滑油濃度が高められる。つまり、冷凍サイクルが高負荷であるほど冷凍サイクル中の潤滑油循環率が抑えられて冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

また、本体ブロックＢ１の低圧側の第２流出ポート４１４と高圧側の第１流入ポート４１１との間の部分に第２流出ポート４１４側から凹部を設け、その凹部が貯油部４１６になっている。これによれば、蒸発器３０から圧縮機１０へ戻る潤滑油は、通常管路の内面を伝って流れるため、第２流出ポート４１４に凹部を設けて潤滑油を捕集するだけの簡単な構造で貯油部４１６とすることができる。

また、貯油部４１６の容積は、冷凍サイクル内に封入された潤滑油容量の６０％〜９５％であるようにしている。これによれば、冷凍サイクル内の潤滑油循環率を適正に保つことができる。また、減圧膨張手段４０としての箱型膨張弁４０Ａに貯油部４１６を備えている。これによれば、具体的な冷凍サイクル装置として、箱型膨張弁４０Ａに貯油部４１６を設けることができる。

また、貯油部４１６は、本体ブロックＢ１に開設されたエレメント部４３を組み付けるための組付孔４１５から本体ブロックＢ１の内部に向けて穿孔されている。これによれば、箱型膨張弁４０Ａの本体ブロックＢ１の一端に開設されるエレメント部４３の組付孔４１５を利用して、本体ブロックＢ１内部の第２流出ポート４１４部に貯油部４１６を穿孔することができるため、掛かるコストを抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態における膨張弁４０Ｂに接続する配管組立体の接続ブロック５０Ａの構造を示す断面図である。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。

本実施形態における膨張弁４０Ｂは、本体ブロックＢ２に第１実施形態で説明した貯油部４１６の無い通常の膨張弁であり、その貯油部を、膨張弁４０Ｂに接続する配管組立体の接続ブロック５０Ａ内に設けたものである。接続ブロック５０Ａも、凝縮器２０から流出した高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路５１１と、蒸発器３０から流出して圧縮機１０へ戻る低圧冷媒が流通する低圧冷媒流路５１２とを備えている。

接続ブロック５０Ａの本体部材５１において、高低圧冷媒流路５１１、５１２の反接続側には、配管接続穴５１３、５１４が形成されており、冷媒配管５２、５３の一端側の先端部を挿入してろう付け接合している。また、高低圧冷媒流路５１１、５１２の接続側には嵌合凸部５１５、５１６が形成されており、シール用のＯリング５４ａ、５４ｂが嵌められている。

そして、この嵌合凸部５１５、５１６が膨張弁４０Ｂの第１流入ポート４１１と第２流出ポート４１４とに嵌まって接続されるようになっている。本実施形態では、冷凍サイクル１内に封入された潤滑油の一部を貯留する貯油部５１７を、接続ブロック５０Ａの低圧冷媒流路５１２の一部に備えている（低圧冷媒流路５１２に開口するように形成されている）。

この貯油部５１７は、本体部材５１の高圧冷媒流路５１１と低圧冷媒流路５１２との間の部分に低圧冷媒流路５１２側から凹部を設け、その凹部を貯油部５１７としたものである。具体的には、本体部材５１の図４上方から本体部材５１の内部に向けて穿孔されており、貯油部５１７を開けた後の本体部材５１上方の孔部は、Ｏリング５４ｃが嵌められた蓋部材５５で密閉されている。

この貯油部５１７の容積は、冷凍サイクル１内に封入された潤滑油容量の６０％〜９５％となっている。また、貯油部５１７の穴の底は、高圧冷媒流路５１１近くまで達するようにし、高圧冷媒流路５１１を流通する高圧冷媒の熱が、貯油部５１７に溜まった潤滑油に伝わるようになっている。なお、蓋部材５５の材質は、アルミニウムなどの金属やポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）などの樹脂であっても良い。また、蓋部材５５の固定は、接合であっても良いし、上部をピールかしめのように３〜４点かしめて固定しても良い。

冷凍サイクル１内の容積が大きく、冷媒封入量も多い構成において、低負荷時の潤滑油戻りを確保するためには潤滑油の封入量も多くする必要がある。このような場合には、高負荷時に貯油すべき潤滑油量が多くて必要な貯油容積が膨張弁４０Ａの内部に収まらない場合がある。膨張弁４０Ａの体格を大きくして貯油容積を稼ぐことも可能だが、貯油部５１７を内蔵した接続ブロック５０Ａを設置することが有効である。こうすることで、膨張弁４０Ｂは標準のままで良く、搭載面においても大きなスペースを占めることがない。

つまり、本実施形態は、減圧膨張手段４０としての箱型膨張弁４０Ｂと圧縮機１０とを接続する冷媒配管５３と、箱型膨張弁４０Ｂと凝縮器２０とを接続する冷媒配管５２とを箱型膨張弁４０Ｂに接続するために、冷媒配管５２、５３の端部に設けられた接続ブロック５０Ａに貯油部５１７を備えている。これによれば、具体的な冷凍サイクル装置として、箱型膨張弁４０Ｂに冷媒配管５２、５３を接続するための接続ブロック５０Ａに貯油部５１７を設けることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図５は、本発明の第３実施形態における冷凍サイクル１Ａの構成を示す模式図である。第１、第２実施形態の冷凍サイクル１と異なるのは、凝縮器２０から流出する高圧冷媒と、蒸発器３０から流出する低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器６０を備えている点である。

そして図６は、図５中のVI部における内部熱交換器６０の構造を示す部分断面図である。本実施形態の内部熱交換器６０には、二重管を用いている。二重管は、それぞれ個別に形成された外管６１と内管６２とを備え、外管６１の内部を内管６２が貫通するように配設されている。

外管６１の両端部は、内管６２と組み合わされた後に、その全周が径方向内側へ向けて縮管されて、内管６２の外周表面に気密あるいは液密となるように溶接されている。よって、外管６１と内管６２との間には空間が形成され、この空間が内外間流路６０ａとなっている。

そして、内外間流路６０ａが形成される領域に対応する内管６２の表面には、周回溝部６２ｃと螺旋溝部６２ａとが設けられている。周回溝部６２ｃはリキッド配管６３の外管６１との接続部位置に対応して設けられた、内管６２の周方向に延びる溝である。また、螺旋溝部６２ａは各周回溝部６２ｃと接続されて、両周回溝部６２ｃ間で内管６２の長手方向に螺旋状に延びる多条の溝である。

螺旋溝部６２ａの間には、内管６２の外径寸法がほぼ保持された峰部６２ｂが形成されている。これらの溝部６２ｃ、６２ａによって内外間流路６０ａは拡大され、また内管６２の表面積が増加して、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換効率が向上する。なお、周回溝部６２ｃおよび螺旋溝部６２ａは、例えば、溝付け工具によって形成されている。

外管６１の両端部側の外周壁面には、外部と内外間流路６０ａとを連通させるとともに、高圧配管を成すアルミニウム製のリキッド配管６３、６４がろう付けされている。リキッド配管６３の他端は、本実施形態では１ヶ所の曲げ部を介して凝縮器２０側に延びており、先端に接続ジョイント５０Ｂが設けられている。また、外管６１の一端部は、本実施形態では圧縮機１０側に延びており、先端に接続ジョイント５０Ｂが設けられている。

つまり、二重管を用いた内部熱交換器６０の一端に、第２実施形態と同様の貯油部５１７を備えた接続ジョイント５０Ｂを配設したものである。これは、内部熱交換器６０に設けられる接続ブロック５０Ｂも、凝縮器２０から流出した高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路５１１と、蒸発器３０から流出して圧縮機１０へ戻る低圧冷媒が流通する低圧冷媒流路５１２とを備えている。

このため、高圧冷媒流路５１１の一端側に内部熱交換器６０のリキッド配管６３をろう付け接合し、他端側に凝縮器２０を接続するようにするとともに、低圧冷媒流路５１２の一端側に内部熱交換器６０の内管６２をろう付け接合し、他端側に圧縮機１０を接続するようにしている。

そして、冷凍サイクル内に封入された潤滑油の一部を貯留する貯油部５１７を、低圧冷媒流路５１２の一部に備えるとともに、高圧冷媒流路５１１を流通する高圧冷媒の熱が、貯油部５１７に溜まった潤滑油に伝わるようにしている。なお、リキッド配管６４の他端は、膨張弁などの減圧膨張手段４０に延びており、先端に図示しない接続ジョイントが設けられており、外管６１の他端部は、本実施形態では蒸発器３０側に延びており、先端に図示しない接続ジョイントが設けられている。

上述した第１、第２実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態は、凝縮器２０から流出する高圧冷媒と、蒸発器３０から流出する低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器６０に貯油部５１７を備えている。このように、具体的な冷凍サイクル装置として、凝縮器２０から流出した高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路５１１、６０ａと、蒸発器３０から流出して圧縮機１０へ戻る低圧冷媒が流通する低圧冷媒流路５１２、６２とを備える内部熱交換器６０に貯油部５１７を設けることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の実施形態では、本冷凍サイクル装置を車両用空調装置に適用した例を示したが、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを用いるものであれば他の装置に適用しても良い。

また、上述の実施形態では、減圧膨張手段に膨張弁を用いているが、減圧膨張手段にエジェクタを用いたエジェクタ式冷凍サイクルであっても良いし、冷凍サイクル中にレシーバやアキュムレータを構成したものであっても良い。また、上述の実施形態では、凝縮器２０で冷媒が凝縮する亜臨界圧サイクルとしたが、ガスクーラ（放熱器）で冷媒が凝縮しない超臨界圧サイクルであっても良い。

本発明の第１実施形態における箱型膨張弁４０Ａの構造を示す断面図である。 冷媒温度と冷媒圧力とに対する潤滑油中の冷媒溶解度の関係を示すグラフである。 従来と本発明との冷媒流量に対するオイル循環量の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態における膨張弁４０Ｂに接続する配管組立体の接続ブロック５０Ａの構造を示す断面図である。 本発明の第３実施形態における冷凍サイクル１Ａの構成を示す模式図である。 図５中のVI部における内部熱交換器６０の構造を示す部分断面図である。

符号の説明

１０…圧縮機
２０…凝縮器（放熱器）
３０…蒸発器
４０、４０Ａ、４０Ｂ…箱型膨張弁（減圧膨張手段）
４３…エレメント部
５０…接続ブロック
５１…本体部材
５２、５３…冷媒配管
６０…内部熱交換器
４１１…第１流入ポート（高圧冷媒流路）
４１４…第２流出ポート（低圧冷媒流路）
４１５…組付孔
４１６…貯油部
５１１…高圧冷媒流路
５１２…低圧冷媒流路
５１７…貯油部
Ｂ１…本体ブロック（本体部材）

Claims (10)

1. 少なくとも、冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１０）と、
   前記圧縮機（１０）から吐出される高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２０）と、
   前記放熱器（２０）から流出する冷媒を減圧膨張させる減圧膨張手段（４０）と、
   前記減圧膨張手段（４０）から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）とから構成された冷凍サイクル構成機器を備える冷凍サイクル装置であり、
   前記放熱器（２０）から流出した高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路（４１１、５１１）と、
   前記蒸発器（３０）から流出して前記圧縮機（１０）へ戻る低圧冷媒が流通する低圧冷媒流路（４１４、５１２）と、を備える冷凍サイクル装置において、
   前記低圧冷媒流路（４１４、５１２）の潤滑油が貯まり易い下方側に配置された前記高圧冷媒流路（４１１、５１１）と、前記低圧冷媒流路（４１４、５１２）との間の金属部材の一部に前記低圧冷媒流路（４１４、５１２）の流路壁面を局部的に前記高圧冷媒流路（４１１、５１１）の方である下方に窪ませて、冷凍サイクル内に封入された潤滑油の一部を貯留する貯油部（４１６、５１７）を備え、
   前記貯油部（４１６、５１７）の下方部が前記高圧冷媒流路（４１１、５１１）に隣接するとともに、前記高圧冷媒流路（４１１、５１１）を流通する高圧冷媒の熱が、前記貯油部（４１６、５１７）の前記下方部を介して前記貯油部（４１６、５１７）に溜まった潤滑油に伝わり潤滑油中の冷媒を蒸発させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記減圧膨張手段（４０）の本体部材（Ｂ１）、または、前記圧縮機（１０）と前記放熱器（２０）とに接続される接続ブロック（５０）の本体部材（５１）の前記低圧冷媒流路（４１４、５１２）と前記高圧冷媒流路（４１１、５１１）との間の部分に前記低圧冷媒流路（４１４、５１２）側から下方である前記高圧冷媒流路（４１１、５１１）側に穿孔されて窪んだ凹部を設け、その凹部が前記貯油部（４１６、５１７）になってい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. 前記減圧膨張手段（４０）としての箱型膨張弁（４０Ａ）に前記貯油部（４１６）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 冷媒を吸入し圧縮する圧縮機（１０）と、
   前記圧縮機（１０）から吐出される高温高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２０）と、
   前記放熱器（２０）から流出する冷媒を減圧膨張させる減圧膨張手段（４０）と、
   前記減圧膨張手段（４０）から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）とを備える冷凍サイクル装置であり、
   前記放熱器（２０）から流出した高圧冷媒が流通する高圧冷媒流路（４１１、５１１）と、
   前記蒸発器（３０）から流出して前記圧縮機（１０）へ戻る低圧冷媒が流通する低圧冷媒流路（４１４、５１２）とを備える冷凍サイクル装置において、
   冷凍サイクル内に封入された潤滑油の一部を貯留する貯油部（４１６、５１７）を前記低圧冷媒流路（４１４、５１２）の一部に備えるとともに、前記高圧冷媒流路（４１１、５１１）を流通する高圧冷媒の熱が、前記貯油部（４１６、５１７）に貯まった潤滑油に伝わるようになっており、
   前記減圧膨張手段（４０）としての箱型膨張弁（４０Ａ）に前記貯油部（４１６）を備え、
   前記貯油部（４１６）は、前記本体部材（Ｂ１）に開設されたエレメント部（４３）を組み付けるための組付孔（４１５）から前記本体部材（Ｂ１）の内部に向けて穿孔されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
5. 前記貯油部（４１６、５１７）の容積は、冷凍サイクル内に封入された潤滑油容量の６０％〜９５％であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記減圧膨張手段（４０）としての箱型膨張弁（４０Ｂ）と前記圧縮機（１０）とを接続する冷媒配管（５３）と、前記箱型膨張弁（４０Ｂ）と前記放熱器（２０）とを接続する冷媒配管（５２）とを前記箱型膨張弁（４０Ｂ）に接続するために、前記冷媒配管（５２、５３）の端部に設けられた前記接続ブロック（５０）に前記貯油部（５１７）を備え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。
7. 前記放熱器（２０）から流出する高圧冷媒と、前記蒸発器（３０）から流出する低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（６０）の前記接続ブロック（５０）に前記貯油部（５１７）を備え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。
8. 膨張弁の本体部材（Ｂ１）に形成されるとともに、冷凍サイクル（１）の放熱器（２０）に接続され、前記放熱器（２０）からの高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路（４１１）と、
   前記本体部材（Ｂ１）において前記高圧冷媒流路（４１１）の上方に形成されるとともに、前記冷凍サイクル（１）の圧縮機（１０）に接続され、前記冷凍サイクル（１）の蒸発器（３０）からの低圧冷媒を前記圧縮機（１０）に流通させる低圧冷媒流路（４１４）と、
   前記本体部材（Ｂ１）に形成されるとともに、前記低圧冷媒流路（４１４）と前記高圧冷媒流路（４１１）間の金属部材の一部に前記低圧冷媒流路（４１４）の流路壁面を局部的に、潤滑油が貯まり易い下方である前記高圧冷媒流路（４１１）側に窪ませて形成され、前記冷凍サイクル（１）内に封入された潤滑油の一部を貯える貯油部（４１６）とを有し、
   前記貯油部（４１６）の下方部が前記高圧冷媒流路（４１１）に隣接するとともに、前記高圧冷媒流路（４１１）を流通する高圧冷媒の熱が、前記貯油部（４１６）の前記下方部を介して前記貯油部（４１６）に貯まった潤滑油に伝達され潤滑油中の冷媒を蒸発させることを特徴とする冷凍サイクル用の膨張弁。
9. 冷凍サイクル（１）の膨張弁（４０Ｂ）を、前記冷凍サイクル（１）の圧縮機（１０）および放熱器（２０）に接続する接続ブロック（５０Ａ）において、
   前記接続ブロック（５０Ａ）の本体部材（５１）に形成されるとともに、前記放熱器（２０）に接続され、前記放熱器（２０）からの高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路（５１１）と、
   前記接続ブロック（５０Ａ）の本体部材（５１）において前記高圧冷媒流路（５１１）の上方に形成されるとともに、前記圧縮機（１０）に接続され、前記冷凍サイクル（１）の蒸発器（３０）からの低圧冷媒を前記圧縮機（１０）に流通させる低圧冷媒流路（５１２）と、
   前記接続ブロック（５０Ａ）の本体部材（５１）に形成されるとともに、前記低圧冷媒流路（５１２）と前記高圧冷媒流路（５１１）間の金属部材の一部に前記低圧冷媒流路（５１２）の流路壁面を局部的に、潤滑油が貯まり易い下方である前記高圧冷媒流路（５１１）の方に窪ませて形成され、前記冷凍サイクル（１）内に封入された潤滑油の一部を貯える貯油部（５１７）とを有し、
   前記貯油部（５１７）の下方部が前記高圧冷媒流路（５１１）に隣接するとともに、前記高圧冷媒流路（５１１）を流通する高圧冷媒の熱が、前記貯油部（５１７）の前記下方部を介して前記貯油部（５１７）に貯まった潤滑油に伝達され潤滑油中の冷媒を蒸発させることを特徴とする冷凍サイクル用の接続ブロック。
10. 冷凍サイクル（１）の圧縮機（１０）および放熱器（２０）に接続して、前記放熱器（２０）から流出する高圧冷媒と、蒸発器（３０）から流出する低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（６０）において、
    前記内部熱交換器（６０）の一部をなす接続ブロック（５０Ｂ）の本体部材（５１）に形成されるとともに、前記放熱器（２０）に接続され、前記放熱器（２０）からの高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路（５１１）と、
    前記接続ブロック（５０Ｂ）の本体部材（５１）において、前記高圧冷媒流路（５１１）の上方に形成されるとともに、前記圧縮機（１０）に接続され、前記冷凍サイクル（１）の前記蒸発器（３０）からの低圧冷媒を前記圧縮機（１０）に流通させる低圧冷媒流路（５１２）と、
    前記接続ブロック（５０Ｂ）の本体部材（５１）に形成されるとともに、前記低圧冷媒流路（５１２）と前記高圧冷媒流路（５１１）間の金属部材の一部に前記低圧冷媒流路（５１２）の流路壁面を局部的に、潤滑油が貯まり易い下方である前記高圧冷媒流路（５１１）の方に窪ませて形成され、前記冷凍サイクル（１）内に封入された潤滑油の一部を貯える貯油部（５１７）とを有し、
    前記貯油部（５１７）の下方部が前記高圧冷媒流路（５１１）に隣接するとともに、前記高圧冷媒流路（５１１）を流通する高圧冷媒の熱が、前記貯油部（５１７）の前記下方部を介して前記貯油部（５１７）に貯まった潤滑油に伝達され潤滑油中の冷媒を蒸発させることを特徴とする冷凍サイクル用の内部熱交換器。

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