JPH01314857A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野コ 本発明は、冷媒蒸発器の蒸発圧力を所定圧力以上に保つ
蒸発圧力調節弁を備えるとともに、冷媒凝縮器で凝縮さ
れた冷媒の一部を冷媒圧縮機の吸入口へ導くインジェク
ション回路を備えた冷凍サイクルに関する。

［従来の技術］ 暖かい空気が冷媒蒸発器を通過し、冷却される際、空気
中に含まれる水分が凝縮し、冷媒蒸発器に水滴が付着す
る。このとき、冷媒蒸発器の温度が０℃以下に冷やされ
ている場合には、付着した水滴が氷結したり、霜になっ
たりする。このような現象をフロストといい、このフロ
ストが発生すると、冷媒蒸発器での熱交換効率が低下し
てしまそこで、冷媒蒸発器と冷媒圧縮機の吸入口との間
に冷媒蒸発器内における冷媒の蒸発圧力を所定圧力以上
に保つ蒸発圧力調節弁を設け、冷媒蒸発器にフロストが
発生するのを防ぐ冷凍サイクルが知られている。

一方、冷媒圧縮機が高速運転されると、冷凍サイクル中
に減圧装置が配されるため、冷媒圧ｍ８１の冷媒圧縮能
力に比較して、冷媒蒸発器から冷媒圧縮機の吸入口へ導
かれる冷媒の流量が少なくなり、高速運転時に冷凍サイ
クルの成績係数が低下してしまう問題点を備えている。

そこで、冷媒凝縮器でａ２縮された冷媒の・一部をイン
ジェクション回路を用いて冷媒圧ｍ機の吸入口へ導き、
冷媒圧縮機の吸入口へ導かれる冷媒流量を増やし、成績
係数を向上させる冷凍サイクルが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ そこで、蒸発圧力２Ｆ１節弁を備えた冷凍サイクルに、
成績係数を向上させるインジェクション回路を設けるこ
とが考えられる。

しかるに、減圧装置の上流の圧力の一部がインジェクシ
ョン回路を介して冷媒圧縮機に戻されるため、冷媒圧縮
機の駆動速度が低速の場合など、減圧装置の上流の圧力
が低下した際、減圧装置の上流の圧力がインジェクショ
ン回路によってさらに低下する。

一方、減圧装置の下流の圧力は、蒸発圧力調節弁の働き
により所定の圧力以」−４に保たれる。

この結果、冷媒圧ＷＪＩＲが低速運転の場合など、減圧
装置の上流の圧力が低下した際、減圧装置の上流側と下
流側との圧力差が小さくなる。すると、減圧装置の上流
から下流へ流れる冷媒量が不足し、冷媒蒸発器による流
体の冷却能力が低下してしまう問題点を備えていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、減圧装置の上流の圧力が低下しても、インジェクシ
ョン回路によってさらに減圧装置の上流の圧力を低下さ
せるのを防ぎ、冷媒蒸発器の能力の低下を防ぐことので
きる、蒸発圧力調節弁によって冷媒蒸発器のフロスト防
止を行うインジェクション回路を備えた冷凍サイクルの
提供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、吸入口より冷媒を
吸入し、圧縮して吐出口より吐出する冷媒圧縮機と、該
冷媒圧縮機の吐出した冷媒を第１流体と熱交換させて凝
縮する冷媒凝縮器と、該冷媒凝縮器によって凝縮された
冷媒を断熱膨脂する減圧装置と、該減圧装置によって断
熱膨脂した冷媒を第２流体と熱交換させ、第２流体から
潜熱を奪って蒸発させる冷媒蒸発器と、該冷媒蒸発器の
蒸発圧力を所定圧力以」−に保つ蒸発圧力調節弁と、前
記冷媒凝縮器によって凝縮された冷媒の一部を前記冷媒
圧縮機の吸入口へ導くインジェクション回路と、該イン
ジェクション回路に設けられ、前記減圧装置の上流の圧
力が低い場合に前記インジェクション回路を介して前記
吸入口へ導かれる冷媒量を減少させる流量調節手段とを
具備することを技術的手段とする。

［作用コ 上記構成よりなる本発明の冷凍サイクルは、減圧装置の
上流の圧力が高い際は、冷媒′ａ、１ｉ５器で凝縮され
た冷媒の・一部がインジェクション回路を介して吸入口
へ導く。

一方、減圧装置の上流の圧力が低い場合は、インジェク
ション回路を介して吸入口へ導かれる冷媒量を流量調節
手段が減少、または停止させる。

これにより、減圧装置の上流の圧力が低い場合は、イン
ジェクション回路によって減圧装置の上流の圧力が低下
するのが防がれる。

［発明の効果］ 本発明によれば、減圧装置の上流の圧力が高い場合は、
冷媒圧縮機の吸入口へ導かれる冷媒が増加し、冷凍サイ
クルの成績係数が増加する。

また、減圧装置の上流の圧力が低い場合は、流量調節手
段の［有］きにより、インジェクション回路が減圧装置
の上流の圧力を低下させるのを防ぐため、減圧装置の下
流が蒸発圧力調節弁の働きにより所定の圧力以上に保た
れても、減圧装置の上流の圧力を流量調節手段を有しな
い場合に比較して高く保つことができる。

この結果、減圧装置の上流側と下流側との圧力差が流量
調節手段を有しない場合に比較して大きくなり、冷媒蒸
発器を流れる冷媒量が不足するのが抑えられ、冷媒蒸発
器による第２流体の冷却能力の低下を抑えることができ
る。

［実施例コ 次に、本発明の冷凍サイクルを図に示す一実施例に基づ
き説明する。

第１図は本実施例の冷凍サイクル１の冷媒回路図を示す
０本実施例の冷凍サイクル１は、自動車用冷房装置で、
冷媒圧縮機２が車両走行用エンジンによって駆動される
０本実施例の冷媒圧縮機２は多気筒式（例えば１０気筒
）で、１気筒の吸入口３は、他の吸入口４と独立して設
けられている。

冷媒圧縮機２は、図示しないクラッチが接続され、エン
ジンの回転トルクによって駆動されると、吸入口３．４
から冷媒を吸引し、圧縮して吐出口５から吐出するもの
である。

冷媒圧縮機２の吐出口５から吐出された高圧冷媒は、ラ
ジェータグリル内など、車室外空気（第１流体）と熱交
換性の良い位置に設置された冷媒凝縮器６に導かれ、車
室外空気と熱交換されることによって凝縮液化される。

冷媒凝縮器６によって液化された高圧冷媒は、キャピラ
リチューブ７に導かれ、このキャピラリチューブ７を通
過する際に、減圧されるとともに、過冷却度が与えられ
る。

キャピラリチューブ７によって中間圧力とされた冷媒は
、減圧される際に一部霧状となり、気液分離器８内に流
入する。気液分離器８内に流入した中間圧力の冷媒は、
気相冷媒と液相冷媒とに分離され、液相冷媒のみが減圧
装置９へ導かれる。

減圧装置９へ導かれた中間圧力の液相冷媒は、減圧装置
９を通過する際に断熱膨脂され、低温、低圧な霧状冷媒
となって、冷媒蒸発器１０へ導かれる。この冷媒蒸発器
１０は、車室内へ向かって空気を送るためのダクト内に
配設される。そして、冷媒蒸発器１０を通過する冷媒は
、室内へ吹出される空気（第２流体）より潜熱を奪って
蒸発し、低圧なガス冷媒となって蒸発圧力調節弁１１に
導かれる。

蒸発圧力調節弁１１は、冷媒蒸発器１０から冷媒圧縮機
２の吸入口４へ導かれる冷媒量を調節することによって
、冷媒蒸発器１０での蒸発圧力を所定圧以上（例えば１
．８５ｋｌＪ／ａＪ以」６）に保つ周知のものである。

一方、気液分離器８によって分離された気相冷媒は、イ
ンジェクション回路１２を介して冷媒圧縮ｔｌ！１２の
吸入口３へ導かれる。

このインジェクション回路１２は冷媒配管で、その途中
には、流量調節手段１３が設けられ°ζいる。

本実施例の流Ｍ、調節手段１３は、形状記憶合金で形成
されたオリフィスで、第２図の実線イに示すように、設
定温度以下に低下すると、オリフィス径が約５０％はど
収縮し、インジェクション回路１２を介して吸入口３へ
導かれる冷媒量を減少させる。

なお、蒸発圧力調節弁１１が冷媒蒸発器１０の蒸発圧力
を１．８５ｋ（１／ｃｄ以」−に保つように設けると、
キャピラリチューブ７と減圧装置９の間の中間圧力が約
２．３ｋｇ／−に低下した際に減圧装置９の上流から下
流へ冷媒がほどんと流れなくなる。このため、本実施例
では、オリフィスが収縮する設定温度は、約２．３ｋｇ
／−の飽和温度である２℃に設けられている。なおこれ
は、冷媒圧縮ｔ１１２が低速運転されると冷媒の吐出圧
力の低下、および機械的摩擦の低下により、冷媒の吐出
温度が低下するのを利用したものである。

次に上記実施例の作動を第３図のモリエル線図を用いて
説明する。

エンジン運転時にクラッチがＯＮされ、エンジンの回転
が冷媒圧縮機２に伝達されると、冷媒圧縮機２が冷媒を
圧縮し、吐出口５より吐出する（第３図の点Ａ）。

冷媒圧縮ｌ！２の吐出した高圧冷媒は、冷媒凝縮器６に
導かれ、室外空気と熱交換されて凝縮液化される（第３
図の点Ａ〜Ｂ）。

冷媒凝縮器６で液化された高圧冷媒は、キャピラリチュ
ーブ７に導かれ、キャピラリデユープ７によって減圧さ
れる（第３図の点Ｂ−Ｃ）。

キャピラリチューブ７で減圧された中間圧力の冷媒は、
気液分離器８に導かれ、気相冷媒と液相冷媒とに分離さ
れる。

ここで、インジェクション回路１２を通過する冷媒の温
度が２℃以上ある場合（中間圧力が高い場合）は、流ｊ
ｌ調節手段１３のオリフィス径が広がり、気液分離器８
から気相冷媒が冷媒圧縮１１２の吸入口３へ導かれるた
め、減圧装置９の上流の中間圧力は低下する（第３図の
点Ｃ）。

中間圧力が高く流量調節手段１３のオリフィス径が広が
っている場合は、気液分離器８で分離された気相冷媒が
流量調節手段１３によって絞られることな″くインジェ
クション回路１２を介して冷媒圧縮８！Ｉ２の吸入口３
へ導かれる（第３図の点Ｃ〜Ｄ）。

これにより、冷媒圧ｍ機２の冷媒吸入効率が向上し、成
績係数が向上する。

一方、気液分離器８で分離された液相冷媒は、減圧装置
９へ導かれる間に過冷却度が与えられ（第３図の点Ｃ−
Ｅ）、減圧装置９によって断熱膨張される（第３図の点
Ｅ・−Ｆ）。

減圧装置９によって断熱ＩＩｉｌｊｇｉされた冷媒は、
冷媒蒸発器１０で、車室内に吹出される空気より潜熱を
奪って蒸発しく第３図の点Ｆ〜Ｇ）、車室内に吹出され
る空気を冷却して、車室内を冷房する。

冷媒蒸発器１０で蒸発された冷媒は、蒸発圧力調節弁１
１によって、蒸発圧力が１．８５にり／ａｉ以十、に保
たれるように絞られ（第３図の点Ｇ−Ｈ）、冷媒圧＃？
ｌａ！２の吸入口４へ導かれる（第３図の点Ｈ）６また
、エンジンがアイドリング状態や、低速走行時などでは
、冷媒圧ｍ機２の回転速度が低く、冷媒圧縮機２の吐出
圧力が低くなるとともに、冷媒の吐出温度も低くなる（
第３図の点Ｉ）、すると、冷媒凝縮器６の冷媒凝縮後の
冷媒圧力も低下する（第３図の点Ｊ）、これによりキャ
ピラリチューブ７と減圧装置９の間の中間圧力が低下す
る。

これによって、中間圧力の低下、および冷媒圧縮機２の
冷媒吐出温度の低下に伴い、インジェクション回路１２
を通過する冷媒の温度が２℃以下に低下すると、流ｆｆ
ｉ調節手段１３のオリフィス径が収縮する。すると、気
液分離器８からインジェクション回路１２を介して冷媒
圧縮Ｊ１１２の吸入口３へ導かれる冷媒量が減少する。

この流ｉ調節手段１３の働きにより、インジェクション
回路１２が減圧装置９の上流の中間圧力を低下するのを
防ぐなめ、減圧装置９の下流の低圧が蒸発圧力調節弁１
１の働きにより１．８５ｋ（］／ｃｄ以上に保たれても
、減圧装置９の上流の中間圧力を流量調節手段１３を有
しない場合に比較して高く保つことができる（第３図の
点Ｋ）。

そして、気液分離器８で分離された気相冷媒は、流量調
節手段１３によって流量が冷媒圧縮８１２の１気筒（吸
入口３の連通ずる気筒）が冷媒不足で故障しないように
絞られ（第３図の点Ｌ−Ｍ）、減圧後冷媒圧縮機２の吸
入口３へ導かれる（第３図の点Ｎ）。

一方、気液分離器８で分離されな液相冷媒は、減圧装置
９へ導かれる間に過冷却度が与えられ（第３図の点に〜
０）、減圧装置９によって＠熱膨張され（第３図の点ｏ
−ｐ）、冷媒蒸発器１０で、車室内に吹出される空気よ
り潜熱を奪って蒸発しく第３図の点Ｐ−Ｑ）、車室内に
吹出される空気を冷却して、車室内を冷房する。そして
、冷媒蒸発器１０で蒸発した冷媒は、蒸発圧力調節弁１
１によって、蒸発圧力が１．８５ｋｌｌｌ／−以上に保
たれるように絞られ（第３図の点Ｑ〜Ｒ）、冷媒圧縮機
２の吸入口４へ導かれる（第３図の点Ｒ）。

本実施例に示すように、インジェクション回路１２に、
流１．調節手段１３を用いることにより、減圧装置９の
上流側と下流側との圧力差が流！ｔ′Ａ節手段１３を有
しない場合に比較して大きくなる。このため、冷媒蒸発
器１０を流れる冷媒量が不足するのが抑えられ、冷媒蒸
発器１０による車室内へ吹出される空気の冷却能力の低
下を抑えることができる。

第４図および第５図に流量調節手段１３の他の実施例を
示す。

本実施例の流量調節手段１３は、インジェクション回路
１２の冷媒流通路に設けられたケース１４を備える。こ
のケース１４は、インジェクション回路１２を流れる冷
媒を内部に導く入口１５と、この人口１５より流入した
冷媒を再びインジェクション回路１２に戻す出口１６と
を備える。

ケース１４の内部には、入口１５より導かれた冷媒を出
口１６に流ず円形の開口１７を備えた弁座１８が設けら
れている。また、ケース１４の内部には、弁座１８の開
口１７内に挿通される円錐形状のニードル１９を備えた
弁体２０が設けられている。この弁体２０は、周囲にケ
ース１４内を摺接するフランジ２１を備えている。この
フランジ２１には、冷媒を通過可能な複数の切かき２２
が設けられている。弁座１８とフランジ２１の間には、
ケース１４に固定されたストッパ２３が設Ｇつられてい
る。

そして、弁座１８とフランジ２１との間には、弁体２０
を弁座１８から遠ざかる方向へ付勢する圧縮コイルばね
２４が配設されている。また、ケース１４とフランジ２
１との間には、螺旋状に巻回された、つまり圧縮コイル
ばね状の形状記憶合金２５が配設されている。この形状
記憶合金２５は、雰囲気の温度、つまり通過する冷媒の
温度が設定温度以下（例えば２℃以下）に低下すると、
圧縮コイルばね２４の付勢力に抗して弁体２０を弁座１
８＠へ押圧するものである。

この流量調節手段１３の作動は、中間圧力が高く、流量
調節手段１３を通過する冷媒の温度が設定温度より高い
場合は、第４図に示すように、圧縮コイルばね２４の付
勢力により弁体２０を弁座１８から離れさせる。この結
果、開口１７とニードル１９の間が開き、その間を冷媒
が抵抗なく流れる。

逆に中間圧力が低くなり、流ｆｆｉ調節手段１３を通過
する冷媒の温度が設定温度以下に低下した場合は、第５
図に示すように、形状記憶合金２５が圧縮コイルばね２
４の付勢力に抗して弁体２０を弁座１８側へ押圧し、フ
ランジ２１がストッパ２３に当接する。

この結果、開口１γとニードル１９の間が挟まり、その
間を流れる冷媒の流量が減少する。

（変形例） 本実施例は、本発明を自動車用冷房装置に適用した例を
示したが、鉄道車両や船舶、家庭用、商業用など他の冷
房装置に適用したり、冷凍車両や冷蔵庫、冷凍庫などの
冷凍サイクルに使用しても良い。

キャピラリチューブに代わり、固定絞り、オリフィス、
膨脂弁などの他の減圧装置を用いても良い。

インジェクション回路によって吸入口へ導かれる際に圧
力が減圧されるのであれば、冷媒凝縮器と減圧装置との
間を中間圧力とするための減圧装置を設けなくとも良い
。

気液分離器にから気相冷媒を抽出した例を示したが、イ
ンジェクション回路によって導かれた冷媒によって液圧
縮が行われないようであれば、気液分離器を用いること
無く減圧装置の上流から直接、あるいは気液分雛器で分
院された液相冷媒をインジェクション回路を介して吸入
口へ導いても良い。

インジェクション回路から導かれる冷媒と、冷媒蒸発器
から導かれる冷媒とを別々に冷媒圧縮機に導いた例を示
したが、合流させて冷媒圧縮機に導いても良い。

形状記憶合金を用いて減圧装置の上流の圧力が低下した
際に、インジェクション回路を流れる冷媒量を絞った例
を示したが、減圧装置の上流の圧力を直接圧力センサに
よって検出したり、冷媒圧縮機の回転速度をセンサによ
って検出するなど、減圧装置の上流の圧力を検出手段を
用いて検出し、アクチュエータを用いた流量調節手段に
よってインジェクション回路を流れる冷媒量を制御して
も良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷凍サイクルの一実施例を示す冷媒回路図、第
２図は流ＮＡ節平手段作動を説明するためのグラフ、第
３図は本実施例の作動をａ明するためのグラフ、第４図
および第５図は流量調節手段の他の実施例を示す概略断
面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）吸入口より冷媒を吸入し、圧縮して吐出口よ
   り吐出する冷媒圧縮機と、 （ｂ）該冷媒圧縮機の吐出した冷媒を第１流体と熱交換
   させて凝縮する冷媒凝縮器と、 （ｃ）該冷媒凝縮器によって凝縮された冷媒を断熱膨脹
   する減圧装置と、 （ｄ）該減圧装置によって断熱膨脹した冷媒を第２流体
   と熱交換させ、第２流体から潜熱を奪って蒸発させる冷
   媒蒸発器と、 （ｅ）該冷媒蒸発器の蒸発圧力を所定圧力以上に保つ蒸
   発圧力調節弁と、 （ｆ）前記冷媒凝縮器によって凝縮された冷媒の一部を
   前記冷媒圧縮機の吸入口ヘ導くインジェクション回路と
   、 （ｇ）該インジェクション回路に設けられ、前記減圧装
   置の上流の圧力が低い場合に前記インジェクション回路
   を介して前記吸入口ヘ導かれる冷媒量を減少させる流量
   調節手段と を具備する冷凍サイクル。