JPH0650615A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍サイクルの成績係数を高めると共にコン
パクト化する。 【構成】 熱交換器１２を凝縮部１３とサブクール部１
６とに区画して、コンプレッサからの高温ガス冷媒を凝
縮部１２を通して凝縮させつつ受液器１５に流入させる
ようにする。この受液器１５の流入口３０に固定絞り部
１４を設け、この固定絞り部１４で生ずる圧力差によ
り、凝縮部１３の下流側領域に、冷媒流量（冷凍サイク
ルの負荷）に応じて面積割合が変化するサブクール領域
４０を発生させる。一方、受液器１５から流出する冷媒
は、熱交換器１２のサブクール部１６に流入し、ここで
サブクール状態に冷却された後、膨脹弁を介して凝縮器
に流入し、再びコンプレッサに戻る。この場合、冷媒流
量（冷凍サイクルの負荷）に応じて固定絞り部１４によ
り熱交換器１２中のサブクール面積割合を自動的に可変
することができて、常に最適なサブクールを確保でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒をサブクール状態
に冷却することにより、成績係数ＣＯＰを向上させるよ
うにした、いわゆる過冷却サイクルと称される冷凍サイ
クルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の過冷却サイクルは、例えば特開昭
６１−２５０４５６号公報に記載されているように、凝
縮器で凝縮された液冷媒を受液器で受け溜め、この受液
器から流出する液冷媒を過冷却器でサブクール状態に冷
却して、膨脹弁を介して蒸発器に送るようになってい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のように、受液器の出口側に過冷却器を設けただけで
は、本発明者の実験結果（これについては後述する）に
よれば、成績係数ＣＯＰの向上が不十分であることが判
明した。しかも、この過冷却サイクルを例えば自動車の
エンジンルーム内に搭載する場合、エンジンルーム内に
はエンジンその他の多数の機械部品・電装部品がぎっし
り詰め込まれているので、このエンジンルーム内に新た
に過冷却器を追加搭載するスペースを確保することは非
常に難しく、実施が困難である。

【０００４】本発明はこの様な事情を考慮してなされた
もので、その目的は、成績係数ＣＯＰを最も効率良く高
めることができると共に、コンパクト化の要請も満たす
ことができ、例えば自動車のエンジンルーム内のように
比較的狭いスペースにも搭載できる冷凍サイクルを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の冷凍サイクルは、コンプレッサから吐出さ
れた冷媒を凝縮させる熱交換器と、この熱交換器から液
冷媒が流入する受液器とを備えたものにおいて、前記熱
交換器を凝縮部とサブクール部とに区画して、前記コン
プレッサからの冷媒を前記凝縮部を通して凝縮させつつ
前記受液器に流入させ、この受液器から前記サブクール
部を通して冷媒をサブクール状態に冷却するように構成
すると共に、前記凝縮部から前記受液器への冷媒通路に
固定絞り部を設けることにより、前記凝縮部の下流側領
域に、冷媒流量に応じて面積割合が変化するサブクール
領域を発生させるように構成したものである。

【０００６】

【作用】上記構成によれば、コンプレッサから吐出され
た高温ガス冷媒は、熱交換器のうちの凝縮部に流入し
て、この凝縮部で放熱して凝縮・液化する。この液冷媒
は凝縮部から固定絞り部を通過して受液器内に流入し、
この受液器から熱交換器のサブクール部に流入してサブ
クール状態に冷却される。

【０００７】この場合、凝縮部から受液器への冷媒通路
に固定絞り部が設けられているので、図３及び図４のモ
リエル線図（実線）に示すように、受液器（Ｃ点）で冷
媒が飽和液状態に制御されると、固定絞り部での圧力差
（Ｂ−Ｃ）により凝縮部出口（Ｂ点）ではサブクール
（過冷却度）を持つことになり、その結果として凝縮部
の下流側領域にサブクール領域（Ａ−Ｂ）が発生する。
この際、固定絞り部での圧力差（Ｂ−Ｃ）は、冷媒流速
（＝冷媒流量÷流路断面積）の２乗に比例するので、冷
媒流量が大きいほど、凝縮部出口でのサブクールは大き
くなり、凝縮部中に占めるサブクール領域の面積割合は
大きくなる。

【０００８】この様にして、固定絞り部により、凝縮部
の下流側に発生するサブクール領域の面積割合を、冷媒
流量（冷凍サイクルの負荷）に応じて自動的に可変制御
することにより、冷媒流量（冷凍サイクルの負荷）に応
じた最適なサブクールを確保する（図６参照）。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１乃至図６
に基づいて説明する。冷凍サイクル全体の概略構成は、
図２に示すように、コンプレッサ１１の吐出口１１ａ→
熱交換器１２の凝縮部１３→固定絞り部１４→受液器１
５→熱交換器１２のサブクール部１６→膨脹弁１７→蒸
発器１８→コンプレッサ１１の吸入口１１ｂの順に接続
して構成されている。上記膨脹弁１７の開度は、蒸発器
１８の出口側の冷媒温度を検出する感温筒１９により、
蒸発器１８への冷媒供給量が適正となるように自動調節
される。

【００１０】上記熱交換器１２は、図１に示すように、
複数の扁平チューブ２０とコルゲートフィン２１とが交
互に積層され、上記扁平チューブ２０の両端に筒状のヘ
ッダ２２，２３が連結されている。左側のヘッダ２２に
は、コンプレッサ１１の吐出口１１ａに連結される流入
口２４と、膨脹弁１７に連結される流出口２５とが設け
られ、これら流入口２４と流出口２５との間に位置して
仕切板２６が設けられている。一方、右側のヘッダ２３
には、受液器１５側へ冷媒を流出させる流出口２７と、
受液器１５から流れ出る液冷媒が流入する流入口２８と
が設けられ、これら流出口２７と流入口２８との間に位
置して仕切板２９が設けられている。

【００１１】この様な構成により、熱交換器１２は、仕
切板２６，２９で２つの領域に区画され、コンプレッサ
１１から流入口２４を通して高温ガス冷媒が流入する領
域を凝縮部１３とし、受液器１５から流入口２８を通し
て液冷媒が流入する領域をサブクール部１６としてい
る。

【００１２】一方、受液器１５の流入口３０には、流路
断面積を絞る固定絞り部１４が設けられ、この固定絞り
部１４と凝縮部１３の流出口２７とが連結管３１で接続
されている。また、受液器１５の底部側面に形成された
流出口３２とサブクール部１６の流入口２８とが連結管
３３で接続されている。

【００１３】上記受液器１５内には、貯溜される液冷媒
の量に応じて浮沈する筒状のフロート３４が収納され、
このフロート３４の上部に互いに色の異なる３つの着色
部３５〜３７が設けられている。これに対応して、受液
器１５の上面にはサイトグラス３８が設けられ、更にこ
のサイトグラス３８の下面側には、透明度の高い樹脂で
形成されたプリズム３９が設けられている。このプリズ
ム３９の下面及び周側面に対向するように前記フロート
３４の３つの着色部３５〜３７が位置しており、サイト
グラス３８を通してフロート３４の着色部３５〜３７の
いずれの色が見えるかによって、冷媒量の過不足をチェ
ックできるようになっている。

【００１４】次に、上記構成の作用について説明する。
コンプレッサ１１の運転中は、コンプレッサ１１の吐出
口１１ａから吐出された高温ガス冷媒が熱交換器１２の
流入口２４から凝縮部１３内に流入し、ここで放熱して
凝縮・液化する。この冷媒は凝縮部１３の流出口２７か
ら連結管３１を通って受液器１５内に流入する。この
際、冷凍サイクル中の冷媒量が適正であれば、受液器１
５内では気液界面を形成し、飽和液状態の冷媒のみを流
出口３２から連結管３３を通して熱交換器１２のサブク
ール部１６へ送り、ここで冷媒をサブクール状態に冷却
する。このサブクール部１６から流出するサブクール状
態の冷媒は、膨脹弁１７を介して蒸発器１８に流入し、
ここで外部の空気を冷却して蒸発し、ガス冷媒となって
コンプレッサ１１に戻ることになる。

【００１５】以上のサイクルの変化をモリエル線図で表
したのが図３（冷媒流量が大きい場合）及び図４（冷媒
流量が小さい場合）である。これら図３及び図４におい
て、実線で示されたものが本実施例の線図で、点線で示
されたものが従来の過冷却サイクル（サブクール面積割
合が一定）の線図であり、一点鎖線で示されたものが仮
にサブクール面積割合を何等かの可変制御装置により変
えた場合の理想的な線図である。

【００１６】本実施例では、受液器１５の流入口３０に
固定絞り部１４が設けられているので、図３及び図４の
モリエル線図（実線）に示すように、受液器１５（Ｃ
点）で冷媒が飽和液状態に制御されると、固定絞り部１
４での圧力差（Ｂ−Ｃ）により凝縮部１３の流出口２７
（Ｂ点）ではサブクール（過冷却度）を持つことにな
り、その結果として凝縮部１３の下流側領域にサブクー
ル領域４０（Ａ−Ｂ）が発生する（このサブクール領域
４０を図１中に二点鎖線の斜線で示している）。ここ
で、固定絞り部１４での圧力差（Ｂ−Ｃ）は、冷媒流速
（＝冷媒流量÷流路断面積）の２乗に比例するので、冷
媒流量Ｇr が大きいほど、凝縮部１３の流出口２７部分
でのサブクールは大きくなり、凝縮部１３中に占めるサ
ブクール領域４０の面積割合は大きくなる。

【００１７】この様にして、固定絞り部１４により、凝
縮部１３の下流側に発生するサブクール領域４０の面積
割合を、冷媒流量Ｇr （冷凍サイクルの負荷）に応じて
自動的に可変制御することによって、冷媒流量Ｇr （冷
凍サイクルの負荷）に応じた最適なサブクールを確保す
るものであり、以下、この理由を説明する。

【００１８】本発明者による実験結果によれば、冷媒流
量Ｇr （冷凍サイクルの負荷）とサブクール及び成績係
数ＣＯＰとの間に、図５及び図６に示す特性があること
が判明した。即ち、図５は、熱交換器１２中に占めるサ
ブクール面積割合βに対するサブクール及び成績係数Ｃ
ＯＰの変化特性を示したものである。ここで、サブクー
ル面積割合βは、サブクール部１６とサブクール領域４
０との合計面積を熱交換器１２の総面積で割り算したも
のである。また、図５では、成績係数ＣＯＰはサブクー
ルが“０”のときの成績係数ＣＯＰ(SC=0)に対する比と
してグラフ化されている。

【００１９】この図５から明らかなように、成績係数Ｃ
ＯＰの最大値を与えるサブクール面積割合βの値は、冷
媒流量Ｇr （冷凍サイクルの負荷）の大小により異な
る。従って、冷媒流量Ｇr （冷凍サイクルの負荷）の大
小により熱交換器１２中のサブクール面積割合βを可変
できれば、最も効率良く冷凍サイクルを運転することが
できる。

【００２０】図６は、冷媒流量Ｇr と、成績係数ＣＯＰ
の最大値を与えるサブクールとの関係を“最適サブクー
ル線”として表している。この図６中に、サブクール面
積割合βを“０．０５”“０．１”“０．２”に固定し
たときのサブクールの変化特性を点線で示している。こ
の図６から明らかなように、熱交換器１２中のサブクー
ル面積割合βを固定したのでは、冷媒流量Ｇr （冷凍サ
イクルの負荷）の変動によってサブクールが最適サブク
ール線から大きくずれてしまい、成績係数ＣＯＰが大き
く低下してしまう。

【００２１】この点、本実施例によれば、受液器１５の
流入口３０に設けた固定絞り部１４により、凝縮部１３
の下流側に発生するサブクール領域４０の面積割合（ひ
いては熱交換器１２中のサブクール面積割合β）が、冷
媒流量Ｇr （冷凍サイクルの負荷）に応じて自動的に可
変制御される。そして、図５から明らかなように、熱交
換器１２中のサブクール面積割合βが大きくなれば、そ
れに応じて、サブクールも大きくなるので、冷媒流量Ｇ
r （冷凍サイクルの負荷）に応じて固定絞り部１４によ
りサブクール面積割合βを自動的に変化させることによ
って、サブクールを最適サブクール線に沿って自動的に
調整することができ、常に成績係数ＣＯＰを最大値に維
持することができる。

【００２２】ちなみに、前述した図３及び図４におい
て、本実施例の線図（実線）と理想線（一点鎖線）とを
比較すると、両者は、同じ傾向で、熱交換器１２の流出
口２８（Ｄ点）や蒸発器１８の入口（Ｅ点）のエンタル
ピが減少し、その分、蒸発器１８で吸収可能な熱量（Ｆ
−Ｅ）を従来の過冷却サイクル（点線）よりも増大させ
ることができ、最も効率良く冷凍サイクルを運転できる
ことが分かる。

【００２３】しかも、本実施例では、冷媒流量Ｇr （冷
凍サイクルの負荷）の大小に拘らず、固定絞り部１４に
より常に成績係数ＣＯＰを最大値に維持することができ
るので、従来の凝縮器と同程度の大きさの熱交換器１２
内に、凝縮部１３とサブクール部１６とを一体に組み込
んだコンパクトな構成にすることができると共に、他の
過冷却器や他のサブクール可変制御装置が不要である。
これにより、低コスト化が可能になると共に、例えば自
動車のエンジンルーム内のように比較的狭いスペースに
も本実施例の冷凍サイクルを搭載することが可能とな
る。

【００２４】以上説明した第１の実施例では、受液器１
５は、下部に流入口３０と流出口３２が形成され、内部
に冷媒不足検出用のフロート３４が収納された構成とな
っているが、図７に示す本発明の第２の実施例のよう
に、受液器４１の上面部に流入口４２と流出口４３が形
成されている構成のものを採用しても良い。

【００２５】この第２の実施例では、受液器４１の上面
部の流入口４２に、凝縮部１３の流出口２７に通じる連
結管４４が接続され、この受液器４１の流入口４２に流
路断面積を絞る固定絞り部４５が形成されている。ま
た、受液器４１の上面部中央の流出口４３には、上昇管
４６が垂下状に固定され、受液器４１内に貯留されてい
る液冷媒がこの上昇管４６内にその下端開口から流入す
るようになっている。この上昇管４６の上方（流出口４
３）には、サブクール部１６の流入口２８に通じる連結
管４７が接続されている。尚、受液器４１内の上部に
は、乾燥剤４８がフィルタの役目をするフェルト４９，
５０と多孔板５１，５２とによって挟み込まれている。

【００２６】この第２の実施例においても、冷媒流量Ｇ
r （冷凍サイクルの負荷）に応じて固定絞り部４５によ
りサブクール面積割合βを自動的に可変することができ
て、サブクールを最適サブクール線に沿って自動的に調
整することができ、常に成績係数ＣＯＰを最大値に維持
することができる。

【００２７】尚、上記各実施例では、固定絞り部１４，
４５を受液器１５，４１の流入口３０，４２に設けた
が、凝縮部１３から受液器１５，４１への冷媒通路であ
れば、どこに設けても良く、或は、凝縮部１３から受液
器１５，４１への冷媒通路になっている連結管３１，４
４全体の管径を小さくして、これを固定絞り部としても
良い。

【００２８】その他、本発明は、熱交換器１２の凝縮部
１３において、ヘッダ２２，２３内に仕切板を設けて、
凝縮部１３内で冷媒を蛇行状に流すように構成しても良
い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、熱交換器を凝縮部とサブクール部とに区画す
ると共に、凝縮部から受液器への冷媒通路に固定絞り部
を設けることにより、凝縮部の下流側領域に、冷媒流量
（冷凍サイクルの負荷）に応じて面積割合が変化するサ
ブクール領域を発生させるように構成したので、冷媒流
量（冷凍サイクルの負荷）の大小に拘らず、固定絞り部
により常に成績係数ＣＯＰを最も効率良く高めることが
できて、冷凍サイクルをコンパクト化でき、例えば自動
車のエンジンルーム内のように比較的狭いスペースにも
搭載できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す熱交換器と受液器
の縦断面図

【図２】冷凍サイクルの概略構成図

【図３】冷媒流量が大きい場合のモリエル線図

【図４】冷媒流量が小さい場合のモリエル線図

【図５】熱交換器中に占めるサブクール面積割合βに対
するサブクール及び成績係数ＣＯＰの変化特性を示す図

【図６】冷媒流量Ｇr に対する最適サブクールの特性図

【図７】本発明の第２の実施例を示す受液器の縦断面図

【符号の説明】

１１はコンプレッサ、１２は熱交換器、１３は凝縮部、
１４は固定絞り部、１５は受液器、１６はサブクール
部、１７は膨脹弁、１８は蒸発器、２０は扁平チュー
ブ、２２及び２３はヘッダ、２４は流入口、２５は流出
口、２６は仕切板、２７は流出口、２８は流入口、２９
は仕切板、３４はフロート、４０はサブクール領域、４
１は受液器、４５は固定絞り部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサから吐出された冷媒を凝縮
   させる熱交換器と、この熱交換器から液冷媒が流入する
   受液器とを備えた冷凍サイクルにおいて、 前記熱交換器を凝縮部とサブクール部とに区画して、前
   記コンプレッサからの冷媒を前記凝縮部を通して凝縮さ
   せつつ前記受液器に流入させ、この受液器から前記サブ
   クール部を通して冷媒をサブクール状態に冷却するよう
   に構成すると共に、前記凝縮部から前記受液器への冷媒
   通路に固定絞り部を設けることにより、前記凝縮部の下
   流側領域に、冷媒流量に応じて面積割合が変化するサブ
   クール領域を発生させるように構成したことを特徴とす
   る冷凍サイクル。