JPH07120082A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍サイクル装置の凝縮器における冷媒の過
冷却度を簡単な構成で適正に制御する。 【構成】 冷媒循環路２にはコンプレッサ１、凝縮器
３、膨張弁４、蒸発器５が順に設けられていると共に、
凝縮器３と並列にモジュレータ６が連結されている。こ
のモジュレータ６内においてベローズ８により分割され
た第１の空間部９にコンプレッサ１からの気体冷媒が侵
入し、第２の空間部１０に凝縮器３からの液化冷媒が侵
入しており、ベローズ８は圧縮力と凝縮器３における圧
力損失とが均衡する長さまで伸長している。従って、熱
負荷が増大して凝縮器３における圧力損失が増大したと
きは、モジュレータ６から冷媒循環路２中に液化冷媒が
補充されるので、凝縮器３における冷媒の過冷却度が増
大する。また、熱負荷が減少したときは、逆の作用によ
り過冷却度は減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンプレッサにより冷
媒が循環する冷媒循環路に凝縮器及び蒸発器を設けた冷
凍サイクル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば家電製品に用いられる
冷凍サイクル装置として、凝縮器出口の過冷却度が適正
となるように調整するものがあり、その一例として低圧
側にチャージモジュレータを設けたものが供されてい
る。このチャージモジュレータは、蒸発器出口の過熱度
を利用して冷媒量を調整することにより凝縮器出口の過
冷却度を調整するもので、冷却効率を高めることができ
る。

【０００３】一方、車両用空調装置の冷凍サイクル装置
では、温度式膨張弁により蒸発器出口の過熱度を調整す
るようにしている。このものは、レシーバに貯留された
液化冷媒を低温低圧で膨張して霧化するもので、その絞
り量を蒸発器出口の過熱度に応じて調整している。とこ
ろで、車両用空調装置の冷凍サイクル装置でも、家電製
品に用いられる冷凍サイクル装置のように凝縮器におけ
る過冷却度を制御する方が冷却効率が良好となることが
知られている。

【０００４】そこで、出願人は、先に特開平１−１８４
３６６号公報のものを出願した。これは、レシーバに貯
留液化冷媒量を調整するための可変容量体を設け、制御
装置により凝縮器出口が設定温度（例えば０℃）となる
ように可変容量体の容量を調整することにより循環冷媒
量を調整するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１−１８４３６６号公報のものでは、凝縮器の出口温度
を設定温度となるように単に制御する方式であるので、
熱負荷の大小にかかわらず凝縮器における冷媒の過冷却
度は一定である。このため、熱負荷が大きい場合には凝
縮器の過冷却度が不足して冷却能力が不足気味となり、
一方、熱負荷が小さい場合には凝縮器の過冷却度が過度
気味となって省燃費運転を実行することができないとい
う欠点がある。また、制御装置により循環冷媒量を調整
する方式であるので、構成が複雑化してコスト高とな
る。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、簡単な構成で熱負荷に応じて冷却能力
を適正に発揮することができる冷凍サイクル装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、コンプレッサ
により冷媒が循環する冷媒循環路に凝縮器及び蒸発器を
設けた冷凍サイクル装置において、前記凝縮器から吐出
された液化冷媒を一時的に貯留する冷媒貯留容器を設け
ると共に、前記凝縮器における圧力損失に応動すると共
に当該圧力損失が大きい程前記冷媒貯留容器内の冷媒貯
留量を減少させる圧力応動体を設けたものである。

【０００８】

【作用】コンプレッサの駆動に応じて冷媒循環路を冷媒
が循環すると、冷媒が凝縮器で液化すると共に蒸発器で
蒸発することにより周囲の熱を吸収する。このとき、冷
媒貯留容器には凝縮器から吐出された液化冷媒が一時的
に貯留される。

【０００９】さて、熱負荷が大きくなると、サイクル内
を流れる冷媒の流速が増加するので、凝縮器における圧
力損失が増大するようになる。これにより、圧力応動体
は、冷媒貯留容器においても液化冷媒貯留量を減少する
ので、それに伴って循環冷媒量が増加して凝縮器におけ
る冷媒の過冷却度が高くなる。

【００１０】また、熱負荷が小さくなると、サイクル内
を流れる冷媒の流速が減少するので、凝縮器においても
圧力損失が減少するようになる。これにより、圧力応動
体は、冷媒貯留容器における液化冷媒貯留量を増大する
ので、それに伴って循環冷媒量が減少して凝縮器におけ
る冷媒の過冷却度が低下する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を車両用空調装置の冷凍サイク
ル装置に適用した一実施例を図面を参照して説明する。
図１は冷媒サイクル装置の全体構成を概略的に示してい
る。この図１において、コンプレッサ１からの冷媒が循
環する冷媒循環路２には、凝縮器３、膨張弁４及び蒸発
器５が順に設けられている。冷媒循環路２には冷媒が封
入されており、コンプレッサ１の駆動状態で冷媒循環路
２内を冷媒が循環する。ここで、凝縮器３は、コンプレ
ッサ１から送られた高温高圧の気体冷媒を冷却により凝
縮して液化する。膨張弁４は、液化冷媒を絞り作用によ
り低温低圧の二相状態へと霧化する。蒸発器５は、霧化
冷媒を気化することにより周囲から熱を吸収する。尚、
蒸発器５を通じて車室内に送風されるようになってい
る。

【００１２】さて、冷媒循環路２には凝縮器３と並列に
冷媒貯留容器たるモジュレータ６が連結されている。図
２はモジュレータ６を示している。この図２において、
モジュレータ６は、円筒状の本体７内に形成された空間
部を圧力応動体たるベローズ８で２分割することにより
第１の圧力室９及び第２の圧力室１０を形成して成る。
第１の圧力室９はコンプレッサ１から凝縮器３の入口に
至る冷媒循環路２と連通していると共に、第２の圧力室
１０は凝縮器３から膨張弁４に至る冷媒循環路２と連通
している。この場合、ベローズ８は圧縮方向へのバネ性
を有しており、自由長からの伸長寸法に応じた圧縮力を
発生するようになっている。このベローズ８のバネ性
は、凝縮器３の種類、冷凍サイクルの規模等により適宜
設定される。尚、モジュレータ６の本体７はアルミ合金
で形成されていると共に、ベローズ８は本体７と電食等
の問題を生じない特性の金属により形成されている。

【００１３】次に上記構成の作用について説明する。コ
ンプレッサ１の駆動状態では、コンプレッサ１から高温
高圧の気化冷媒が吐出され、その気化冷媒は凝縮器３を
通過する際に冷却されることにより凝縮して液化する。
そして、凝縮器３から吐出された液化冷媒は、膨張弁４
により低温低圧状態に霧化されると共に、斯様にして霧
化した冷媒は蒸発器５を通過する際に完全に蒸発されて
コンプレッサ１に吸入される。以上のような冷凍サイク
ルの結果、蒸発器５が冷却されるので、蒸発器５を通じ
て車室内に送風することにより、車室内を冷却すること
ができる。

【００１４】この場合、上記凝縮器３においては、コン
プレッサ１からの高温高圧の気化冷媒を沸騰点温度まで
冷却して凝縮するのに加えて、さらに液化冷媒を沸騰点
温度よりも低温の過冷却状態となるように冷却してお
り、このような凝縮過程における冷媒の過冷却度は冷媒
循環路２中の循環冷媒量により設定することができる。
従って、凝縮器３からは所定の過冷却度を有する冷媒が
吐出されている。

【００１５】一方、モジュレータ６における第１の圧力
室９にはコンプレッサ１から過熱度を有した気化冷媒の
一部が侵入しており、その圧力は凝縮器３の入口圧力と
一致している。また、モジュレータ６における第２の圧
力室１０には凝縮器３から過冷却度を有した液化冷媒の
一部が侵入しており、その圧力は凝縮器３の出口圧力と
一致している。これにより、モジュレータ７のベローズ
８は、自己の圧縮力と凝縮器３における圧力損失（入口
圧力−出口圧力）とが均衡する長さに伸長しているの
で、モジュレータ６の第２の圧力室１０はベローズ８の
長さに応じた容積となっている。従って、モジュレータ
６には凝縮器３における圧力損失に応じた液化冷媒が貯
留されることになる。

【００１６】ここで、熱負荷が中間レベルの場合には、
図３（ｂ）に示すように凝縮器３における圧力損失は中
間レベルであるので、それに応じてモジュレータ６のベ
ローズ８は同図（ｃ）に示すように中間長となってい
る。これにより、モジュレータ６の第２の圧力室１０は
中間容量となっており、冷媒循環路２中の循環冷媒量は
第２の圧力室１の容量に応じた中間量となっている。従
って、凝縮器３における冷媒の過冷却度も中間レベルと
なる。

【００１７】図４は上記構成の冷凍サイクルのモリエル
線図を表している。この場合、液化冷媒を貯留するため
のレシーバを凝縮器の後ろに設ける構成（即ち過冷却度
を零にする）と違って、凝縮器３の出口における過冷却
度は成り行きとなり、熱負荷が中間レベルでは、冷凍サ
イクルのモリエル線図は図４中に「熱負荷中」で示した
線で表すことができる。この図４から冷凍サイクルは中
間圧領域でバランスすると共に、凝縮過程における過冷
却度は中間レベルとなることが分る。この場合、冷媒の
過冷却度は図３（ａ）に示す最適過冷却度に略一致して
いるので、冷却効率は高い。

【００１８】さて、熱負荷が高くなったときは、図３
（ｂ）に示すように凝縮器３における圧力損失が増大す
るので、モジュレータ６における第２の圧力室１０の圧
力と第１の圧力室９との圧力差が大きくなる。これによ
り、モジュレータ６のベローズ８が同図（ｃ）に示すよ
うに伸長し、それに伴って第２の圧力室１０の容積が減
少するので、第２の圧力室１０に貯留されていた液化冷
媒の一部が冷媒循環路２に戻されるようになる。この結
果、冷媒循環路２内の循環冷媒量が増大するので、凝縮
器３内の液化冷媒量が増大してその過冷却度が大きくな
る。従って、熱負荷が高くなることにより冷却能力が不
足気味となる虞が生じても、凝縮器３における冷媒の過
冷却度を高めることにより冷却能力を高めて車室内を十
分に冷却できる。

【００１９】上記熱負荷が高い状態における冷凍サイク
ルのモリエル線図は図４中に「熱負荷大」で示した線で
表すことができる。この図４から冷凍サイクルは高圧領
域でバランスすると共に、凝縮過程における過冷却度は
大きくなることが分る。この場合、冷媒の過冷却度は図
３（ａ）に示す最適過冷却度に略一致しているので、車
室内を十分に冷却しながら冷却効率は高めることができ
る。

【００２０】一方、熱負荷が小さくなったときは、図３
（ｂ）に示すように凝縮器３における圧力損失が低下す
るので、モジュレータ６における第２の圧力室１０の圧
力と第１の圧力室９との圧力差が小さくなる。これによ
り、モジュレータ６のベローズ８が同図（ｃ）に示すよ
うに縮長し、それに伴って第２の圧力室１０の容積が増
大するので、凝縮器３から吐出される液化冷媒の一部が
ここに貯留されるようになる。この結果、冷媒循環路２
内の循環冷媒量が減少するので、凝縮器３内の液化冷媒
量が減少してその過冷却度が小さくなる。従って、熱負
荷が小さくなることにより冷却能力が過剰気味となる虞
が生じても、凝縮器３による過冷却度を低めることによ
り冷却能力を低下することができるので、省燃費運転を
実行することができる。

【００２１】上記熱負荷が低い状態における冷凍サイク
ルのモリエル線図は図４中に「熱負荷小」で示した線で
表すことができる。この図４から冷凍サイクルは低圧領
域でバランスすると共に、凝縮過程における過冷却度は
小さくなることが分る。この場合、冷媒の過冷却度は図
３（ａ）に示す最適過冷却度に略一致するようになるの
で、省燃費運転を実行しながら冷却効率を高めることが
できる。

【００２２】上記構成のものによれば、熱負荷の増減に
伴う凝縮器３における圧力損失に応じて冷媒循環路２内
の循環冷媒量を調整するモジュレータ６を設けたので、
熱負荷に応じて凝縮器３の過冷却度を適正に調整するこ
とができる。従って、凝縮器の出口における過冷却度を
制御装置により一定に制御する従来例のものと違って、
熱負荷の大小にかかわらず車室内を確実に冷却すると共
に省燃費運転を実行しながら冷却効率を高めることがで
きる。

【００２３】また、モジュレータ６は凝縮器３における
圧力損失に応動するベローズ８を主体として構成されて
いるので、制御装置により制御する構成に比べて、全体
構成が簡単化されてコストが極めて安価に実現すること
ができる。

【００２４】尚、上記実施例では、モジュレータ６は本
体７内にベローズ８を設けて構成したが、これに代え
て、凝縮器３における圧力損失に応じて移動する摺動体
を設けるようにしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の冷凍サイクル装置によれば、凝縮器から吐出された液
化冷媒を一時的に貯留する冷媒貯留容器を設けると共
に、前記凝縮器における圧力損失に応動し前記凝縮器に
おける圧力損失が大きい程前記冷媒貯留容器内の冷媒貯
留量を減少させる圧力応動体を設け、凝縮器における圧
力損失が大きい程循環冷媒量を増大するようにしたの
で、簡単な構成で熱負荷に応じて冷却能力を適正に発揮
することが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】本発明の一実施例における冷凍サイクル装置を
示す概略図

【図２】モジュレータの縦断面図

【図３】熱負荷の大小と循環冷媒量、圧力損失及び最適
過冷却度との関係を示す図

【図４】熱負荷の大小に対応して示すモリエル線図

【符号の説明】

１はコンプレッサ、２は冷媒循環路、３は凝縮器、４は
膨張弁、５は蒸発器、６はモジュレータ（冷媒貯留容
器）、８はベローズ（圧力応動体）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサにより冷媒が循環する冷媒
   循環路に凝縮器及び蒸発器を設けた冷凍サイクル装置に
   おいて、 前記凝縮器から吐出された液化冷媒を一時的に貯留する
   ように設けられた冷媒貯留容器と、 前記凝縮器における圧力損失に応動するように設けられ
   当該圧力損失が大きい程前記冷媒貯留容器内の冷媒貯留
   量を減少させる圧力応動体とを備えたことを特徴とする
   冷凍サイクル装置。