JPH0510634A - 冷凍サイクル用減圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動弁機構を持たない簡単な構造で、しかも
冷媒蒸発器の出口部の冷媒が常に一定の過熱度を持つよ
うに制御する。 【構成】 高圧の液冷媒を急激に膨張させて減圧して低
圧の霧状冷媒とするノズル８を冷媒蒸発器６の上流側に
設け、液冷媒中に気泡を発生させる超音波振動子９をノ
ズル８の上流側に設け、さらに圧力センサ１９で検出さ
れる冷凍サイクル１の低圧側圧力に基づいて過熱度の目
標値を求め、この目標値に応じて超音波振動子９に印加
する交流電圧を制御するコンピュータ１０を設けること
によって、気泡の発生量を変化させて冷媒の流量を冷房
負荷に対して幅広く追随させて、冷媒蒸発器６の出口部
の過熱度を最適な値に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧の冷媒を急激に膨
張させることによって低圧の冷媒に減圧する冷凍サイク
ル用減圧装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、冷凍サイクルに組み込まれる
減圧装置としてキャピラリチューブやオリフィス等の固
定絞りが用いられている。ところが、このような固定絞
りは、冷房負荷変動に対して幅広く追随するように冷媒
の流量を制御することができない。例えば、冷房負荷に
対して冷媒蒸発器に流入する冷媒の流量が少な過ぎると
冷媒蒸発器に流入する冷媒が不足し冷媒蒸発器の出口付
近の冷媒の過熱度が大きく、逆に多過ぎると冷媒の過熱
度が小さくなるため、冷凍サイクルの効率を悪化させて
しまう。

【０００３】そこで、冷房負荷に対して幅広く冷媒の流
量を追随させることが可能な減圧装置として、レシーバ
サイクルに用いられる温度作動式膨張弁が知られてい
る。この膨張弁は、冷媒蒸発器の出口部に位置する感熱
筒からの冷媒温度信号により、冷媒蒸発器の出口部の冷
媒が常に一定の過熱度を持つように、孔の開度を調節す
るニードル弁等の可動弁機構を設けている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、温度作動式
膨張弁においては、その可動弁機構が冷房負荷に応じた
冷凍サイクルの運転状態の変化によりサイクル的に共振
状態となってしまう。このため、冷凍サイクルの低圧側
圧力に不安定な変動が発生し、さらにその不安定な変動
に起因する騒音を発生するという課題があった。本発明
は、可動弁機構を持たない簡単な構造で、しかも冷媒蒸
発器の出口部の冷媒が常に一定の過熱度を持つように制
御可能な冷凍サイクル用減圧装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、冷媒凝縮器で
凝縮液化した高圧の冷媒中において気泡の発生量を変化
させる気泡発生部と、この気泡発生部の下流側に接続さ
れ、前記気泡発生部より流出した高圧の冷媒を低圧の冷
媒に減圧して冷媒蒸発器に送る固定絞り部と、冷凍サイ
クルの低圧側圧力を検出する圧力センサを有し、この圧
力センサで検出された前記冷凍サイクルの低圧側圧力よ
り最適な冷媒の過熱度を求め、この最適な冷媒の過熱度
に基づいて前記気泡発生部を制御する制御部とを備えた
技術手段を採用した。

【０００６】

【作用】本発明では、冷媒蒸発器の出口付近における冷
媒の過熱度を制御するために、圧力センサで検出した冷
凍サイクルの低圧側圧力から最適な過熱度を求め、この
最適な過熱度に基づいて制御手段によって気泡発生部を
制御して気泡の発生量を変化させているので、冷媒蒸発
器の出口付近における冷媒の過熱度が最適な値に設定さ
れる。

【０００７】例えば、冷房負荷が上昇すると冷媒蒸発器
の出口部における冷媒の過熱度が上昇するので、気泡発
生部による気泡の発生量を抑える。すると液冷媒の体積
割合が増加するため、冷媒の流量が増加し、冷媒の過熱
度が最適な過熱度に抑えられる。逆に、気泡の発生量を
増加させるとガス冷媒の体積割合が増加するため、冷媒
の流量が減少し、冷媒の過熱度が最適な過熱度に増え
る。このように、可動弁機構等を持たないため簡易な構
造でありながら従来の温度作動式膨張弁と同等の過熱度
制御が可能となり、しかも可動弁機構を持たない固定絞
り部を減圧装置として用いることによって、冷凍サイク
ルの低圧側圧力に不安定な変動が発生しない。

【０００８】

【実施例】本発明の冷凍サイクル用減圧装置を図１ない
し図７に示す実施例に基づき説明する。図１ないし図４
は本発明の第１実施例を示す。図１（Ａ）はカーエアコ
ン用冷凍サイクルを示した図で、（Ｂ）はカーエアコン
用冷凍サイクルの減圧装置を示した図である。冷凍サイ
クル１は、レシーバサイクルで、冷媒圧縮機２、冷媒凝
縮器３、レシーバ４、減圧装置５、冷媒蒸発器６および
これらを環状に接続する冷媒配管７を備え、これらは減
圧装置５を除いて周知の構造を有する。

【０００９】この実施例の減圧装置５は、ノズル８と、
レシーバ４とノズル８との間を接続する冷媒配管７内を
流れる高圧の液冷媒中に気泡を発生させる超音波振動子
９と、気泡の発生量を変化させるように円板型の超音波
振動子９を制御するコンピュータ１０とから構成されて
いる。

【００１０】ノズル８は、本発明の固定絞り部であっ
て、レシーバ４と冷媒蒸発器６との間を接続する冷媒配
管７内に圧入され、気泡を含む高圧の液冷媒を急激に膨
張させて減圧して低圧の気液二相冷媒とする。超音波振
動子９は、本発明の気泡発生部であって、ノズル８の上
流側に設けられ、冷媒配管７に形成された淀み部１１の
外周に螺合する蓋体１２内に弾性体１３を介して保持さ
れ、交流電源１４から可変抵抗器１５を介して印加電圧
が印加されて図示上下方向に振動することによって、冷
媒配管７内を流れる液冷媒に加圧減圧を繰り返して液冷
媒中に気泡を所定量だけ発生させる。なお、図１（Ｂ）
において、一点鎖線は超音波振動子９の変位振幅を示
し、破線は超音波振動子９の圧力振幅を示す。

【００１１】蓋体１２の底部分には、超音波振動子９と
可変抵抗器１５とを接続する配線１６を挿通させる挿通
穴１７が形成されている。この挿通穴１７には、冷媒の
漏洩を防止するためのエポキシ樹脂系のシール剤１８が
充填されている。超音波振動子９は、コンピュータ１０
により可変抵抗器１５が制御されることによって、高圧
の液冷媒中において気泡の発生量を変化させて、冷媒の
流量を制御する。

【００１２】コンピュータ１０は、本発明の制御部であ
って、圧力センサ１９の検出値に基づいて過熱度（スー
パヒート）の最適な値（目標値：ＴＭ）を求め、温度セ
ンサ２０の検出値に基づいて現在の過熱度の値（現在
値：ＳＨ）を求めるとともに、過熱度の最適な値と現在
の過熱度の値との差に基づいて可変抵抗器１５を制御す
ることによって、超音波振動子９による気泡の発生量を
最適な値に設定する。

【００１３】図２はこの実施例のコンピュータの基本的
な作動の一例を示したフローチャートである。まず、圧
力センサ１９で検出された冷凍サイクル１の低圧側圧力
（Ｐ）を読み込み（ステップＳ１）、その低圧側圧力
（Ｐ）から飽和蒸気温度（ＴＳ）を求め（ステップＳ
２）、低圧側圧力（Ｐ）から過熱度の目標値（ＴＭ）を
求める（ステップＳ３）。

【００１４】つぎに、温度センサ２０で検出された冷媒
蒸発器６の出口部における冷媒温度（Ｔ）を読み込み
（ステップＳ４）、その冷媒温度（Ｔ）と飽和蒸気温度
（ＴＳ）との差（Ｔ−ＴＳ）を演算して過熱度の現在値
（ＳＨ）を求める（ステップＳ５）。

【００１５】そして、過熱度の現在値（ＳＨ）が目標値
（ＴＭ）より上昇している（ＳＨ＞ＴＭ）か否かを判断
する（ステップＳ６）。ＳＨ＞ＴＭである（Ｙｅｓ）
時、可変抵抗器１５の電気抵抗値を上げて、超音波振動
子９による気泡の発生量を減少させ（ステップＳ７）、
その後にリターンする。

【００１６】ステップＳ６において、ＳＨ＞ＴＭではな
い（Ｎｏ）時、過熱度の現在値（ＳＨ）が目標値（Ｔ
Ｍ）より低下している（ＳＨ＜ＴＭ）か否かを判断する
（ステップＳ８）。ＳＨ＜ＴＭではない（Ｎｏ）時、リ
ターンし、またＳＨ＜ＴＭである（Ｙｅｓ）時、可変抵
抗器１５の電気抵抗値を下げて、超音波振動子９による
気泡の発生量を増加させ（ステップＳ９）、その後にリ
ターンする。

【００１７】この冷凍サイクル１の作用を図１ないし図
４に基づき説明する。ここで、図３は図１（Ａ）におけ
る冷凍サイクル１の冷媒の状態をモリエル線図に描いた
もので、図１（Ａ）の冷凍サイクル１上のａ〜ｄの冷媒
の状態が図３のモリエル線上のａ〜ｄに対応する。

【００１８】冷媒圧縮機２で圧縮されて高温高圧となっ
た冷媒ガス（状態点ａ）は冷媒凝縮器３で凝縮液化され
た後（状態点ｂ）、レシーバ４内に流入して、冷媒ガス
と液冷媒とに分離する。その後、レシーバ４内の液冷媒
は減圧装置５の超音波振動子９によって液冷媒中に気泡
が発生し、ノズル８の孔を通過する際に急激に膨張して
低圧の霧状冷媒（状態点ｃ）となり、冷媒蒸発器６に送
られる。冷媒蒸発器６に流入した冷媒は蒸発して冷媒蒸
発器６の出口部で状態点ｄとなる。なお、このときの冷
媒の過熱度は図３に示したＳＨに相当する。その後冷媒
圧縮機２の吸引力によって冷媒圧縮機２に吸引される。

【００１９】ここで、例えば車室内温度が上昇する等の
ように冷房負荷が上昇した場合は、冷媒蒸発器６を通過
する冷媒は早く蒸発し、すなわち、冷媒蒸発器６の出口
部における冷媒温度（Ｔ）が上昇して、冷媒蒸発器６の
出口部における冷媒の過熱度の現在値（ＳＨ）が圧力セ
ンサ１９で検出した低圧側圧力（Ｐ）に基づいて求めた
過熱度の目標値（ＴＭ）より上回る。

【００２０】このため、コンピュータ１０は可変抵抗器
１５の電気抵抗値を上げ、超音波振動子９に印加する印
加電圧を減少させる。すると、レシーバ４から送られて
きた液冷媒中の気泡の発生量が減り、ノズル８の孔を通
過する冷媒の流量が増える。これによって、冷媒蒸発器
６の出口部における冷媒の過熱度が適正な目標値（Ｔ
Ｍ）に抑えられる。

【００２１】図４のグラフにノズル８の入口部における
冷媒の乾き度（気泡重量比）および超音波振動子９への
印加電圧に対する冷媒の流量を示した。ノズル８の入口
部の気泡の割合が増加すると、ガス冷媒の体積割合が増
加するため見掛け上ノズル８の孔の断面積が減少したこ
とになり、冷媒の流量が減ることが確認できる。例えば
カーエアコン用冷凍サイクル１においては、ノズル８の
孔径φ１．３に対して冷媒の流量Ｇ0 は３００リットル
／ｈとなり、十分な流量制御範囲が確保できる。

【００２２】なお、逆に、冷房負荷が低下した場合は、
冷媒蒸発器６の出口部における冷媒の過熱度の現在値
（ＳＨ）が過熱度の目標値（ＴＭ）より下回るので、可
変抵抗器１５の電気抵抗値を下げて超音波振動子９に印
加する印加電圧を増加させる。よって、液冷媒中の気泡
の発生量が増え、ノズル８の孔を通過する冷媒の流量が
減少することによって、冷媒蒸発器６の出口部における
冷媒の過熱度が適正な目標値（ＴＭ）に設定される。

【００２３】以上のように、本実施例では、可動弁機構
を持たない簡素な構造でありながら、温度作動式膨張弁
と同等の流量制御範囲にて常に一定の過熱度（例えば５
℃〜２０℃）を持つように制御できる。しかも、可動弁
機構を持たないノズル８および超音波振動子９を減圧装
置５として採用しているので、冷凍サイクル１の低圧側
圧力に不安定な変動が発生しない。このため、冷凍サイ
クル１の低圧側圧力の不安定な変動に起因する騒音の発
生を防止することができる。

【００２４】図５は本発明の第２実施例を示し、カーエ
アコン用冷凍サイクルの減圧装置を示した図である。第
１実施例と同一部材は同番号を付す。この実施例では、
減圧装置５の気泡発生部としてニクロム線等の電気ヒー
タ２１を用いている。この電気ヒータ２１で発生した熱
は、金属棒２２を伝導して液冷媒中に伝わり液冷媒中に
気泡が発生する。このため、電気ヒータ２１の発熱量と
気泡の発生量との関係から第１実施例と同様な効果を得
ることができる。但し、この実施例では、冷媒に熱を加
えることになるので、第１実施例と比較して冷凍サイク
ル１の効率を低下させる可能性があるため第１実施例が
望ましい。

【００２５】（変形例）本実施例では、固定絞り部とし
てノズル８を用いたが、オリフィスを用いても良い。第
１実施例では、気泡発生部として円板型の超音波振動子
９を用いたが、図６に示したように円筒型の超音波振動
子２３と超音波を反射する金属製で円錐状の反射部材２
４を用いても良く、図７に示したように球面状の超音波
振動子２５等を用いても良い。本実施例では、気泡発生
部として超音波振動子やニクロム線等の電気ヒータを用
いたが、これらに限定されない。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、簡易な構造で従来の温度作動
式膨張弁と同等の流量制御範囲において常に一定の過熱
度を持つように制御することができる。さらに、可動弁
機構を持たないので、冷凍サイクルの低圧側圧力に不安
定な変動が発生しないため、騒音の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）第１実施例にかかるカーエアコン用冷凍
サイクルを示した構成図であり、（Ｂ）は第１実施例に
かかるカーエアコン用冷凍サイクルの減圧装置を示した
断面図である。

【図２】第１実施例にかかるコンピュータの基本的な作
動の一例を示したフローチャートである。

【図３】第１実施例にかかる冷凍サイクルのモリエル線
図である。

【図４】第１実施例にかかるノズルの入口部における冷
媒の気泡重量比および超音波振動子への印加電圧に対す
る冷媒の流量冷媒の流量を示したグラフである。

【図５】第２実施例にかかるカーエアコン用冷凍サイク
ルの減圧装置を示した断面図である。

【図６】カーエアコン用冷凍サイクルの減圧装置の変形
例を示した断面図である。

【図７】カーエアコン用冷凍サイクルの減圧装置の変形
例を示した断面図である。

【符号の説明】

１ 冷凍サイクル ３ 冷媒凝縮器 ５ 減圧装置 ６ 冷媒蒸発器 ８ ノズル（固定絞り部） ９ 超音波振動子（気泡発生部） １０ コンピュータ（制御部） １９ 圧力センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 （ａ）冷媒凝縮器で凝縮液化した高圧の
   冷媒中において気泡の発生量を変化させる気泡発生部
   と、 （ｂ）この気泡発生部の下流側に接続され、前記気泡発
   生部より流出した高圧の冷媒を低圧の冷媒に減圧して冷
   媒蒸発器に送る固定絞り部と、 （ｃ）冷凍サイクルの低圧側圧力を検出する圧力センサ
   を有し、この圧力センサで検出された前記冷凍サイクル
   の低圧側圧力より最適な冷媒の過熱度を求め、この最適
   な冷媒の過熱度に基づいて前記気泡発生部を制御する制
   御部と を備えた冷凍サイクル用減圧装置。