JPH10185336A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受液器３で気液分離された液冷媒を過冷却す
る過冷却器４を有する冷凍サイクル装置において、高負
荷運転時における高圧制御を可能とする。 【解決手段】 過冷却器４に流入する冷媒に乾き度を持
たせて、過冷却器４に凝縮機能を持たせることにより、
冷媒側の必要凝縮能力に対応する空気側放熱能力を過冷
却器４による凝縮機能の分だけ増加できる点に着眼し
て、上記目的を達成する。すなわち、受液器３をバイパ
スするバイパス回路８を設けるとともに、このバイパス
回路８に開閉弁９を設け、冷凍サイクル高圧が設定値ま
で上昇すると開閉弁９を開く。これにより、高負荷運転
時には、凝縮器２から流出した乾き度を持った冷媒がバ
イパス回路８を通って直接、過冷却器４に流入し、凝縮
器２と過冷却器４があたかも１つの連続した凝縮器と同
等の状態になり、凝縮行程における空気側放熱能力が過
冷却器４の能力分だけ増大しサイクル高圧が低下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受液器で気液分離
された液冷媒を過冷却する過冷却器を有する冷凍サイク
ル装置に関するもので、例えば、車両用空調装置に用い
て好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用空調装置の一部において
は、凝縮器で凝縮した冷媒を受液器に流入させ、この受
液器にて冷媒の気液を分離し、この受液器から流出した
液冷媒を過冷却器にて過冷却するようにした冷凍サイク
ル装置が採用されている。この冷凍サイクル装置によれ
ば、過冷却器による冷媒の過冷却分だけ、蒸発器の入口
出口間での冷媒エンタルピ差を増大させて、冷房能力の
向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来装置
では、受液器が単に冷媒の気液分離作用を果たしている
だけであり、サイクル制御機能は持っていない。そのた
め、空調装置の高負荷運転時には、凝縮器での冷媒側必
要凝縮能力と空気側放熱能力とのバランスをとるため
に、サイクル高圧が上昇して、圧縮機動力の増大を招く
等の不具合があった。

【０００４】本発明は上記点に鑑み、高負荷運転時にお
ける高圧制御が可能な冷凍サイクル装置を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、過冷却器に流
入する冷媒に乾き度を持たせて、過冷却器に凝縮機能を
持たせることにより、冷媒側の必要凝縮能力に対応する
空気側放熱能力を過冷却器による凝縮機能の分だけ増加
できる点に着眼して、上記目的を達成しようとするもの
である。

【０００６】すなわち、請求項１〜４記載の発明では、
受液器（３）で気液分離された液冷媒を過冷却する過冷
却器（４）を有する冷凍サイクル装置において、受液器
（３）をバイパスするバイパス回路（８）を設けるとと
もに、このバイパス回路（８）に開閉弁（９）を設け、
この開閉弁（９）を冷凍サイクルの高負荷運転時に開く
ことを特徴としている。

【０００７】これにより、高負荷運転時には、凝縮器
（２）から流出した乾き度を持った冷媒がバイパス回路
（８）を通って直接、過冷却器（４）に流入するように
なる。すると、凝縮器（２）と過冷却器（４）はあたか
も１つの連続した凝縮器と同等の状態になり、凝縮行程
における空気側放熱能力が過冷却器（４）の能力分だけ
増大することになる。

【０００８】この空気側放熱能力の増加により、冷媒側
必要凝縮能力と空気側放熱能力とがバランスするサイク
ル高圧が低下する。従って、高負荷運転時に、サイクル
高圧の上昇による圧縮機動力増大等の不具合発生を未然
に防止できる。なお、上記各手段に付した括弧内の符号
は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を
示すものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。 （第１実施形態）図１は第１実施形態を示しており、本
発明を自動車用空調装置の冷凍サイクル装置に適用した
例であり、この自動車用空調装置の冷凍サイクル装置
は、圧縮機１、凝縮器２、受液器３、過冷却器４、温度
式膨張弁（減圧手段）５、および蒸発器６を、金属製パ
イプまたはゴム製パイプよりなる冷媒配管によって順次
接続した閉回路より構成されている。

【００１０】圧縮機１は、自動車の走行用エンジンまた
は冷房専用の補助エンジンにより駆動されるもので、電
磁クラッチ１ａ等を介してエンジンからの動力が伝達さ
れる。この圧縮機１は、エンジンにより駆動されると、
蒸発器６下流側よりガス冷媒を吸入、圧縮して、高温高
圧の過熱ガス冷媒を凝縮器２へ吐出する。凝縮器２は、
図示しない冷却ファンにより送風される冷却空気（外
気）と冷媒との間で熱交換を行って、冷媒を冷却し、凝
縮するものである。凝縮器２は、例えば、冷媒が流れる
偏平チューブの間にコルゲートフィンを介在して接合し
た構成である。受液器３は、その冷媒入口３ａが凝縮器
２の出口側に接続されて、凝縮器２の出口から凝縮冷媒
が流入し、冷媒を貯留するとともに冷媒の気液を分離す
る。

【００１１】過冷却器４の入口は、連結配管７を介して
受液器３の冷媒出口３ｂに連通している。この冷媒出口
３ｂは受液器３の底面近傍に設置され、受液器３内の液
冷媒貯留部に常に連通している。過冷却器４は凝縮器２
の冷却空気上流側に配置され、冷却ファンにより送風さ
れる冷却空気と受液器３からの液冷媒とを熱交換して、
液冷媒を過冷却する。

【００１２】温度式膨張弁５は、蒸発器６の冷媒入口部
に設置され、過冷却器４からの高温高圧の液冷媒を減圧
膨張して低温低圧の気液二相の霧状冷媒にする減圧手段
として働くものであって、周知のごとく、温度式膨張弁
５は蒸発器６の冷媒出口部の冷媒過熱度を所定値に維持
するよう弁開度を自動調整するようになっている。蒸発
器６は空調ユニット（図示せず）のケース（通風路）内
に設けられており、冷凍サイクルでは、膨張弁５の低圧
側と圧縮機１の吸入側との間に接続されている。そし
て、蒸発器６は、膨張弁５より内部に流入した気液二相
状態の冷媒を空調用送風機（図示せず）により送風され
る室外空気または室内空気から吸熱して冷媒を蒸発さ
せ、その蒸発潜熱の吸熱により送風空気を冷却する。

【００１３】さらに、本実施形態では、受液器３をバイ
パスするバイパス回路８を設けており、このバイパス回
路８の途中に開閉弁９が設けてある。この開閉弁９は冷
凍サイクル高負荷運転時に開弁するものであって、その
具体的構成は例えば図２に示すごときものである。図２
において、９０は開閉弁９のハウジング、９１はこのハ
ウジング９０の一端側に形成された冷媒入口で、受液器
３の冷媒入口３ａ側に連通する。９２はハウジング９０
の他端側に形成された冷媒出口で、受液器３の冷媒出口
３ｂ側に連通する。

【００１４】９３は弁座プレートで、その中央部に弁穴
９３ａを有する。９４はこの弁穴９３ａを開閉する弁体
であり、ハウジング９０内で、弁座プレート９３の下流
側に配置されている。９５は圧力応動機構のケースで、
ハウジング９０内で、弁座プレート９３の下流側に配置
され、かつハウジング９０に対して図示しない適宜の手
段にて固定されている。

【００１５】圧力応動機構のケース９５内には圧力応動
部材としてのダイヤフラム９６が配設されており、この
ダイヤフラム９６によりケース９５内の空間は２つの室
に仕切られている。すなわち、ダイヤフラム９６の下側
空間は外部と遮断された密閉空間９７を構成しており、
この密閉空間９７にはばね９８が配設されている。一
方、ダイヤフラム９６の上側空間は連通口９９ａにより
ハウジング９０内の空間（サイクル高圧側通路）と連通
する内部圧力導入室９９を構成している。

【００１６】開閉弁９は上記の構成により、内部圧力導
入室９９内に導入されるサイクル高圧がばね９８により
設定された設定値Ｐ（例えば、２．４５ＭＰａ）まで上
昇すると、ダイヤフラム９６が密閉空間９７側へ変位し
て、弁体９４が弁座プレート９３より開離して弁穴９３
ａを開口する。図３は、この開閉弁９の作動特性を示す
もので、弁体９４のリフト量（弁穴９３ａの開度）はサ
イクル高圧が設定値Ｐに到達した後、サイクル高圧の上
昇に比例して増加する。なお、図１（ａ）は開閉弁９の
閉弁状態を示し、図１（ｂ）は開閉弁９の開弁状態を示
す。

【００１７】次に、上記構成において作動を説明する。
いま、自動車用空調装置の運転が開始され、電磁クラッ
チ１ａに通電されると、電磁クラッチ１ａが接続状態と
なり、自動車エンジンの回転が圧縮機１に伝達され、圧
縮機１が冷媒を圧縮し、吐出する。これにより、圧縮機
１から吐出された過熱ガス冷媒は凝縮器２に流入し、こ
こで、冷媒は図示しない冷却ファンにより送風される冷
却空気（外気）と熱交換して冷却され、ガス冷媒を一部
含む飽和液冷媒となる。ここで、冷凍サイクルの定常運
転時（低負荷時）には、開閉弁９の内部圧力（サイクル
高圧）が前記設定値Ｐまで上昇していないので、開閉弁
９は閉じている。

【００１８】それ故、凝縮器２からの冷媒は図１（ａ）
の矢印Ａのごとく受液器３内に流入し、ここで冷媒の気
液が分離され、液冷媒が蓄えられる。次いで、受液器３
内の液冷媒は過冷却器４内に流入し、この過冷却器４に
おいて、液冷媒は冷却空気により再度冷却されて過冷却
状態となる。この過冷却液冷媒は温度式膨張弁５に流入
し、この膨張弁５において、過冷却液冷媒は減圧され、
低温、低圧の気液２相冷媒となる。

【００１９】次いで、この気液２相冷媒は蒸発器６にて
空調用空気と熱交換して蒸発し、その蒸発潜熱を空調用
空気から吸熱して、空調用空気を冷却する。蒸発器６に
て蒸発した過熱ガス冷媒は圧縮機１に吸入され、再度圧
縮される。図４の実線は上記した冷凍サイクルの定常運
転時（低負荷時）における挙動を示すモリエル線図であ
り、図中、ａ−ｂは圧縮機１による圧縮行程であり、ｂ
−ｃは凝縮器２による凝縮行程であり、ｃ−ｄは過冷却
器４による過冷却行程であり、ｄ−ｅは温度式膨張弁５
による減圧行程であり、ｅ−ａは蒸発器６による蒸発行
程である。

【００２０】次に、外気温の上昇、あるいは蒸発器６へ
の空調用空気の吸込温度の上昇等により、サイクル熱負
荷が増大し、冷凍サイクルが高負荷運転になると、凝縮
器２においては、冷媒側必要凝縮能力と空気側放熱能力
とのバランスをとるために、サイクル高圧が上昇してく
る。そして、サイクル高圧が図３の設定値Ｐまで上昇す
ると、開閉弁９において、ダイヤフラム９６がばね９８
の力に抗して下方へ変位し、弁体９４が弁座プレート９
３の弁口９３ａを開口する。すなわち、開閉弁９が開弁
する。

【００２１】この結果、凝縮器２から流出した冷媒は、
受液器３内に流入せず、図１（ｂ）の矢印Ｂに示すごと
く、バイパス回路８を通って直接、過冷却器４に流入す
るようになる。すると、過冷却器４には受液器３で気液
分離された飽和液冷媒でなく、凝縮器２出口での凝縮状
態の冷媒、すなわち乾き度を持った気液２相状態の冷媒
がそのまま流入するので、凝縮器２と過冷却器４はあた
かも１つの連続した凝縮器と同等の状態になり、凝縮行
程における空気側放熱能力が過冷却器４の能力分だけ増
大することになる。

【００２２】この空気側放熱能力の増加により、冷媒側
必要凝縮能力と空気側放熱能力とがバランスするサイク
ル高圧が低下する。従って、高負荷運転時に、サイクル
高圧の上昇による圧縮機動力増大等の不具合発生を未然
に防止できる。なお、図４の破線および図５の破線は本
発明の開閉弁９による高圧制御を行わない場合を示すも
ので、高負荷運転時に、サイクル高圧が上昇し、過冷却
度が増大することを示している。これに対し、図５の実
線は本発明の開閉弁９による高圧制御を行った後の状態
を示しており、上記した作動説明の理由から、高負荷運
転時であっても、サイクル高圧が低下することを示して
いる。開閉弁９による高圧制御の結果、過冷却器４はほ
とんど凝縮器として作用するため、過冷却器４出口にお
ける冷媒の過冷却度は圧力制御前に比して僅かなものと
なる。

【００２３】図６は過冷却器４入口における冷媒の乾き
度が増加することにより、過冷却器４における凝縮領域
が増大して、サイクル高圧が低下し、これに伴って、圧
縮機動力が低下することを示している。 （第２実施形態）上記した第１実施形態では、開閉弁９
として、冷凍サイクル高圧に応動するダイヤフラム（圧
力応動部材）９６を有し、このダイヤフラム９６の変位
により弁体９４が開弁動作を行う、純機械的な機構から
なる弁構造のものを用いているが、第２実施形態では、
開閉弁９を電気的に開閉制御するようにしている。

【００２４】図７は第２実施形態を示すもので、開閉弁
９として電磁弁を用いるとともに、凝縮器２の出口部
に、サイクル高圧に応じた信号を発生する圧力センサ１
０を配設し、この圧力センサ１０の検出信号を入力回路
部１１を経て制御回路１２に入力するようにしている。
そして、サイクル高圧が設定値Ｐまで上昇すると、これ
を制御回路１２にて判定し、出力回路部１３を経て開閉
弁９に駆動信号を出力して、開閉弁９を開弁させる。

【００２５】なお、第２実施形態において、開閉弁９と
して、ステッピングモータのようなアクチュエータにて
連続的に開度を制御可能な電気制御弁を用いて、サイク
ル高圧の上昇に応じて、開閉弁９の開度増加を電気的に
制御してもよいことはもちろんである。また、第２実施
形態において、凝縮器２の出口側では、冷媒が飽和状態
にあり、圧力と温度が１対１の対応関係にあるので、サ
イクル高圧を検出する圧力センサ１０の代わりに、高圧
側の飽和冷媒温度を検出する温度センサを用いて、開閉
弁９の開閉制御を行ってもよい。

【００２６】（他の実施形態）なお、上記の実施形態で
は、凝縮器２、受液器３および過冷却器４をそれぞれ独
立に構成する場合について説明したが、例えば、特開平
８−２１９５８８号公報等に記載されているように、上
記の三者２、３、４を一体化するものにも同様に本発明
は適用できる。この場合は、本発明による開閉弁９もこ
の一体化された熱交換器構造体に一体化することが好ま
しい。

【００２７】また、本発明は自動車空調用に限定される
ことなく、過冷却器４を有する冷凍サイクル装置一般に
広く適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す冷凍サイクル図で
ある。

【図２】図１における開閉弁の具体的構造を例示する断
面図である。

【図３】図２の開閉弁の作動特性図である。

【図４】第１実施形態の定常運転時の作動を説明するモ
リエル線図である。

【図５】第１実施形態の高負荷常運転時の作動を説明す
るモリエル線図である。

【図６】第１実施形態において過冷却器入口冷媒の乾き
度と、圧縮機動力およびサイクル高圧との関係を示す作
動説明図である。

【図７】本発明の第２実施形態を示す冷凍サイクル図で
ある。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…凝縮器、３…受液器、４…過冷却器、
５…温度式膨張弁、６…蒸発器、８…バイパス回路、９
…開閉弁、１０…圧力センサ、１２…制御回路、９６…
ダイヤフラム（圧力応動部材）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機
   （１）と、 この圧縮機（１）から吐出されたガス冷媒を冷却し、凝
   縮する凝縮器（２）と、 この凝縮器（２）で凝縮した冷媒を貯留するととも、冷
   媒の気液を分離する受液器（３）と、 この受液器（３）で気液分離された液冷媒を過冷却する
   過冷却器（４）と、 この過冷却器（４）で過冷却された液冷媒を減圧膨張す
   る減圧手段（５）と、 この減圧手段（５）で減圧された気液２相冷媒を蒸発さ
   せる蒸発器（６）とを備える冷凍サイクル装置におい
   て、 前記受液器（３）をバイパスするバイパス回路（８）を
   設けるとともに、このバイパス回路（８）に開閉弁
   （９）を設け、 この開閉弁（９）を冷凍サイクルの高負荷運転時に開く
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記開閉弁（９）を冷凍サイクル高圧が
   設定値以上に上昇したとき開く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. 【請求項３】 前記開閉弁（９）は、冷凍サイクル高圧
   に応動する圧力応動部材（９６）を有し、この圧力応動
   部材（９６）の変位により開弁動作を行うものであるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 【請求項４】 冷凍サイクルの高負荷運転を判別する制
   御手段（１２）を備えるとともに、前記開閉弁（９）を
   電気的に開閉される弁とし、 冷凍サイクル高負荷運転に前記制御手段（１２）により
   前記開閉弁（９）を開くことを特徴とする請求項１に記
   載の冷凍サイクル装置。