JPH10213356A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスインジェクション式の冷凍サイクル装置
において、レシーバの小型化を図る。 【解決手段】 凝縮器２の出口側にレシーバ３を設け、
このレシーバ３で分離された液冷媒を第１減圧手段をな
す温度式膨張弁４により中間圧に減圧し、この膨張弁４
で減圧された中間圧冷媒の気液を遠心式分離器５により
分離し、この分離器５で分離された液冷媒を第２減圧手
段をなす固定絞り６により低圧に減圧した後、蒸発器７
にて蒸発させる。蒸発器７で蒸発したガス冷媒を圧縮機
１の主吸入口１ｂに吸入させる。また、分離器５で分離
されたガス冷媒は中間圧流路８に流入させ、中間圧流路
８からのガス冷媒を圧縮機１の副吸入口１ｃに吸入させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスインジェクショ
ン式（２段圧縮式）のサイクルを用いて、高効率化を図
るとともに、レシーバの体格の小型化を図った冷凍サイ
クル装置に関するもので、例えば、自動車用空調装置に
用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスインジェクション式冷凍サイ
クル装置は、一般に図９に示す構成であり、圧縮機１１
にて圧縮されて吐出された高圧（図１０のモリエル線図
のＰｈで示される圧縮機吐出側圧力）のガス冷媒を凝縮
器１２にて凝縮した後に、この凝縮後の冷媒を固定絞り
からなる第１減圧装置１３にて中間圧（図１０のＰｍ）
まで減圧し、中間圧のレシーバ（気液分離器）１４内に
流入させる。このレシーバ１４において、冷媒の気液を
分離して、飽和ガス冷媒をガスインジェクション用の中
間圧流路１８を経て圧縮機１１の副吸入口１１ｃに導入
する。

【０００３】一方、レシーバ１４において分離された液
冷媒は温度式膨張弁からなる第２減圧装置１５にて再度
減圧されて、低圧（図１０のＰｌ）の気液２相状態とな
る。そして、この気液２相冷媒は蒸発器１６にて蒸発し
てガス冷媒となって、圧縮機１１の主吸入口１１ｂに吸
入される。このようなサイクル作動を行うことにより、
冷却作用に寄与しない中間圧のガス冷媒をレシーバ１４
で分離して圧縮機１１の副吸入口１１ｃに直接導入し
て、圧縮機１の平均吸入圧を高めて、圧縮機動力を低減
できので、サイクルの高効率化を実現できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術では、本発明者らの実験検討により、次の理由から大
容量のレシーバ１４が必要となることが分かった。すな
わち、凝縮器１２の下流側に第１減圧装置１３、レシー
バ１４の順に配置しているので、冷房負荷変動や圧縮機
１の回転数変動に伴って高圧Ｐｈが変化すると、凝縮器
１２の出口における冷媒の過冷却度ＳＣが図１０のＣ→
Ｃ′に示すように大きく変動する。この冷媒の過冷却度
ＳＣの変動により、凝縮器１２内での過熱ガス冷媒領域
と気液２相の飽和冷媒（凝縮）領域と過冷却液冷媒領域
との割合が大きく変動し、そのため、凝縮器２内での冷
媒量が大きく変動する。

【０００５】その結果として、冷房負荷変動や圧縮機１
の回転数変動に伴ってレシーバ１４内の液面が大きく変
動するので、大容量のレシーバ１４が必要となることが
分かった。本発明は上記点に鑑みてなされたもので、中
間圧のガス冷媒を圧縮機の副吸入口に直接導入するガス
インジェクション式の冷凍サイクル装置において、レシ
ーバの体格の小型化を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１〜５記載の発明では、凝縮器（２）の出口
側にレシーバ（３）を設け、このレシーバ（３）で分離
された液冷媒を第１減圧手段をなす温度式膨張弁（４）
により中間圧に減圧し、この温度式膨張弁（４）で減圧
された中間圧冷媒の気液を遠心式分離器（５）により分
離し、この遠心式分離器（５）で分離された液冷媒を第
２減圧手段をなす固定絞り（６）により低圧に減圧した
後、蒸発器（７）にて蒸発させる。この蒸発器（７）に
て蒸発したガス冷媒を圧縮機（１）に備えた主吸入口
（１ｂ）に吸入させ、また、遠心式分離器（５）で分離
されたガス冷媒は中間圧流路（８）を通して、圧縮機
（１）に備えた副吸入口（１ｃ）に吸入させることを特
徴としている。

【０００７】これによると、凝縮器（２）の出口側にレ
シーバ（３）を設けているので、レシーバ（３）内に形
成される冷媒の気液界面により常に凝縮器（２）の出口
部で冷媒の凝縮が丁度完了するように、レシーバ（３）
内の冷媒液面が調整される。そのため、従来技術のよう
に、冷房負荷変動や圧縮機回転数変動に伴って高圧が変
化したとき、凝縮器出口における冷媒の過冷却度が大き
く変動して凝縮器内での冷媒量が大きく変動するという
ことが発生せず、従って、ガスインジェションサイクル
においても、レシーバ（３）内に蓄積する冷媒量の変動
を通常のサイクルと同程度の量に抑制することができ、
レシーバ（３）の体格を従来のガスインジェションサイ
クルのレシーバ（１４）に比して大幅に小型化できる。

【０００８】しかも、遠心式分離器（５）は冷媒の旋回
流による遠心力を利用して冷媒の気液を分離するもので
あって、レシーバのように容器内に冷媒の液面を形成し
て冷媒の気液を分離するものではないから、遠心式分離
器（５）はレシーバのような容器方式に比して極めて小
さなものですむ。従って、レシーバ（３）と遠心式分離
器（５）の２つの気液分離手段を設置しても、従来の大
型のレシーバ（１４）を必要とするものに比して、冷凍
サイクル装置の全体形状を十分小型化できる。

【０００９】しかも、遠心式分離器（５）上流の第１減
圧手段として温度式膨張弁（４）を用い、遠心式分離器
（５）下流の第２減圧手段として固定絞り（６）を用い
ることにより、以下の作用効果を発揮できる。いま、仮
に、本発明の構成とは逆に、第１減圧手段として固定絞
りを用い、第２減圧手段として温度式膨張弁を用いた場
合について考えてみると、この場合は、圧縮機回転数が
低いときにも、ガスインジェクションの性能発揮にとっ
て必要な中間圧が得られるように、第１減圧手段として
の固定絞りの径を小さめに設定すると、圧縮機回転数が
上昇したときには径が小さめの固定絞りによる減圧量が
大きくなって、中間圧と低圧との差が小さくなって、第
２減圧手段としての温度式膨張弁が最大開度となって
も、蒸発器（７）側への冷媒流量が不足する事態が発生
して、冷房能力の低下を来す。

【００１０】しかるに、本発明によると、第１減圧手段
として温度式膨張弁（４）を用いており、この温度式膨
張弁（４）の開度は、蒸発器（７）の出口の冷媒過熱度
を所定値に維持するように調整され、圧縮機回転数や冷
房負荷に対応して変化するから、上記のごとき不具合は
発生しない。また、固定絞り（６）は周知のごとく流入
する冷媒が乾き度を持つと流路抵抗が急激に大きくなる
流量特性を有しているから、遠心式分離器（５）におけ
る冷媒の気液分離性が低下して、固定絞り（６）側へガ
ス冷媒が混入しようとすると、遠心式分離器（５）下流
の固定絞り（６）の流量特性にて、上記ガス冷媒の混入
を抑制でき、冷凍効率の低下を防止できる。

【００１１】しかも、温度式膨張弁（４）の上流にレシ
ーバ（３）を配置しているから、温度式膨張弁（４）に
は、レシーバ（３）で分離された液冷媒を常に流入させ
ることができ、そのため、温度式膨張弁（４）への乾き
度を持った冷媒流入に起因する作動不良も発生しない。
特に、請求項２記載の発明では、レシーバ（３）で分離
された液冷媒を過冷却する過冷却部（２２）を備え、こ
の過冷却部（２２）で過冷却された液冷媒を温度式膨張
弁（４）に流入させることを特徴としている。

【００１２】このように、過冷却された液冷媒を温度式
膨張弁（４）にて中間圧に減圧することにより、蒸発器
入口での冷媒の乾き度を小さくして、冷凍効率のより一
層の向上を図ることができる。また、請求項３記載の発
明では、中間圧流路（８）に第１弁手段（７３）を設
け、サイクル高圧（圧縮機吐出側圧力）もしくは中間圧
が低下したときに、第１弁手段（７３）により中間圧流
路（８）の開度を小さくすることを特徴としている。

【００１３】冷房負荷の低下あるいは、圧縮機回転数の
低下等により、サイクル高圧（あるいは中間圧）が低下
すると、遠心式分離器（５）において冷媒の気液分離性
が低下して、中間圧流路（８）に液冷媒が混入しようと
するが、請求項３記載の発明によると、このような場合
に第１弁手段（７３）を閉弁状態あるいは小開度の絞り
状態とすることにより、中間圧流路（８）への液冷媒の
混入を防止できる。

【００１４】また、請求項４記載の発明では、中間圧流
路（８）において第１弁手段（７３）の下流側部位と、
圧縮機（１）の主吸入口（１ｂ）の吸入側とを直接結合
するバイパス通路（７４）を設けるとともに、このバイ
パス通路（７４）に第２弁手段（７５）を設け、サイク
ル高圧もしくは中間圧が低下したときに、第１弁手段
（７３）により中間圧流路（８）の開度を小さくすると
ともに、第２弁手段（７５）を開いてバイパス通路（７
４）を開通させることを特徴としている。

【００１５】サイクル高圧が低下すると、ガスインジェ
クションの冷媒量が減少して、圧縮機（１）の無駄な動
力増加および空運転による耐久性悪化といった不具合を
発生する場合があるが、請求項４記載の発明によると、
サイクル高圧（あるいは中間圧）の低下に伴って、圧縮
機（１）の主、副の２つの吸入口（１ｂ、１ｃ）にとも
に蒸発器出口冷媒を吸入させて、中間圧流路（８）によ
るガス冷媒の導入、すなわち、ガスインジェクションを
停止することができるので、上記不具合を回避できる。

【００１６】さらに、請求項５記載の発明では、遠心式
分離器（５）は、温度式膨張弁（４）の本体ケース（４
１）内に内蔵したことを特徴としており、これにより、
温度式膨張弁４と遠心式分離器５の両者を簡潔な一体構
造にまとめることができ、小型で安価に製造できるとと
もに、配管接続箇所を大幅に減少できるという利点があ
る。

【００１７】なお、上記各手段の括弧内の符号は、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。

【００１８】

【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は自動車空調用冷凍サイクル装置
のサイクル図で、第１実施形態を示す。１は圧縮機で、
電磁クラッチ（運転断続手段）１ａを介して図示しない
自動車エンジン（駆動源）により駆動されるようになっ
ている。本例の圧縮機１は低圧冷媒を吸入する主吸入口
１ｂの他に、中間圧のガス冷媒を吸入する副吸入口１ｃ
を有している。

【００１９】そして、主吸入口１ｂから吸入した低圧冷
媒を圧縮し吐出する主圧縮部１ｄと、副吸入口１ｃから
吸入した中間圧冷媒を圧縮し吐出する副圧縮部１ｅとが
独立に設けられ、低圧冷媒の吸入、圧縮と中間圧冷媒の
吸入、圧縮とがそれぞれ独立に行われる。ここで、主圧
縮部１ｄと副圧縮部１ｅは具体的には、１つの圧縮機内
において、冷媒の圧縮を行うシリンダの冷媒流路を独立
させることにより構成することができ、また、もちろん
２つの大小の独立の圧縮機を組み合わせ使用して構成し
てもよい。主圧縮部１ｄと副圧縮部１ｅでそれぞれ独立
に圧縮された冷媒は、主圧縮部１ｄの吐出側で合流す
る。

【００２０】２は凝縮器で、圧縮機１から吐出された高
温高圧のガス冷媒を図示しない冷却ファンにより送風さ
れる冷却空気によって冷却し、凝縮するものである。３
はレシーバ（受液器）で、凝縮器４の冷媒出口に接続さ
れて、凝縮器４の冷媒出口からの凝縮冷媒を受け入れて
蓄える。このレシーバ３内で冷媒の気液が分離され、そ
の内部に冷媒の気液界面を形成することにより凝縮器４
の冷媒出口で丁度冷媒の凝縮が完了するように、レシー
バ３内に蓄えられる液冷媒量が調整される。そして、レ
シーバ３内の底部付近から液冷媒のみをレシーバ出口側
に導出するようになっている。

【００２１】４はレシーバ３からの冷媒を中間圧まで減
圧する第１減圧手段をなす温度式膨張弁で、蒸発器７の
出口冷媒の過熱度が予め設定した所定値となるように弁
開度を自動調整して冷媒流量を調整する。４ａは温度式
膨張弁４の感温手段をなす感温筒であり、この感温筒４
ａは後述の蒸発器７の出口冷媒温度を感知するように、
蒸発器７の出口冷媒配管に設置されている。

【００２２】温度式膨張弁４においては、周知のよう
に、感温筒４ａにより感知された蒸発器出口冷媒温度に
対応した冷媒圧力がダイヤフラム４ｂの一方の室に加わ
るようになっており、このダイヤフラム４ｂの他方の室
には蒸発器７の冷媒圧力（低圧）が加わるようになって
いる。そして、上記両室の冷媒圧力差と、図示しないス
プリングのばね力との釣り合いにより温度式膨張弁４の
弁開度が調整される。

【００２３】５は温度式膨張弁４にて中間圧に減圧され
た気液２相状態の冷媒の気液を分離する気液分離手段を
なす遠心式分離器で、膨張弁４の下流側に膨張弁４とは
独立に配置されている。この遠心式分離器５は円筒状内
部空間５ａを有しており、この空間５ａに対して、膨張
弁４からの流入冷媒を円筒形状の中心からずらして、接
線方向に流入させることにより冷媒の流れに旋回流を形
成して、この旋回流により発生する遠心力により冷媒の
気液を分離する。すなわち、分離器５の円筒状内部空間
５ａで旋回流による遠心力により、比重の大きい液冷媒
を外周側に、また比重の小さいガス冷媒を中心部に移行
させることにより、冷媒の気液を分離する。

【００２４】６はこの遠心式分離器５で分離された中間
圧の飽和液冷媒を低圧まで減圧する第２減圧手段をなす
固定絞りであり、ノズル、オリフィス、またはキャピラ
リチューブ等により構成される。この固定絞り６は、流
入する冷媒が乾き度を持つと流路抵抗が急激に大きくな
る流量特性を有している。７は自動車空調用の蒸発器
で、固定絞り６により低圧まで減圧された気液２相冷媒
を蒸発させて、車室内に送風される空調空気を冷却、除
湿するものである。この蒸発器６は周知の構成でよく、
アルミニュウム等の熱伝導の良好な金属からなる偏平チ
ューブとコルゲートフィンとを一体ろう付けしたもので
ある。蒸発器７で蒸発した過熱ガス冷媒は圧縮機１の主
吸入口１ｂに吸入される。

【００２５】一方、８はガスインジェクション用の中間
圧流路で、遠心式分離器５で分離された中間圧の飽和ガ
ス冷媒を圧縮機１の副吸入口１ｃに導入し、吸入させる
ものである。次に、上記構成において本実施形態の作動
を図２のモリエル線図に基づいて説明する。蒸発器７に
おいて蒸発して冷凍仕事を終えた過熱ガス冷媒はモリエ
ル線図のＡ点の状態のもとで圧縮機１の主吸入口１ｂに
吸入され、主圧縮部１ｄにて圧縮されるため、Ｂ点で示
される圧力Ｐｈの状態となる。次に、凝縮器２に流入
し、ここで冷却されて冷媒は凝縮する。

【００２６】凝縮器２の出口にはレシーバ３が設置さ
れ、このレシーバ３内には冷媒の気液界面が形成されて
いるため、凝縮器２の出口の冷媒はＣ点の飽和液の状態
となる。このＣ点の飽和液冷媒は圧縮機吐出冷媒とほぼ
同じ圧力Ｐｈを保っている。次に、レシーバ３内の飽和
液冷媒は第１減圧手段をなす温度式膨張弁４に流入し、
中間圧Ｐｍの状態（Ｄ点）まで減圧される。ここで、温
度式膨張弁４の弁開度は前述したように、蒸発器７の出
口冷媒の過熱度を所定値に維持するように調整される。

【００２７】そして、温度式膨張弁４で減圧されたＤ点
の中間圧冷媒は次に遠心式分離器５において遠心力によ
り理想的には気相成分と液相成分とに分離され、液相成
分はＥ′点に移行し、気相成分はＧ点に移行する。ここ
で、冷媒の気液分離性は圧縮機１の回転数や冷房負荷お
よび固定絞り６の流量特性のマッチングによって決定さ
れるが、実際には、固定絞り６側に流入する液相成分の
冷媒中に若干の気相成分が混入するので、固定絞り６側
への冷媒は若干の乾き度を持ったＥ点の状態となる。

【００２８】しかし、冷凍サイクルの効率向上のために
は、できるだけ、Ｅ′点に近い状態の液相冷媒を固定絞
り６側へ流入させる必要があり、このためには、本発明
者らの実験検討によると、固定絞り６として、具体的に
は、直径２〜３ｍｍ程度のオリフィス、ノズル等を用い
て構成することが好ましい。次いで、上記したＥ点の状
態の中間圧の液相冷媒は固定絞り６で低圧Ｐｌの状態
（Ｆ点）まで減圧され、蒸発器７の入口に至る。そし
て、蒸発器７において空調空気から吸熱して冷媒が蒸発
することにより、蒸発器７の出口で冷媒は所定の過熱度
を持ったＡ点の状態となる。

【００２９】一方、遠心式分離器５において気液分離さ
れたＧ点の飽和ガス冷媒は、中間圧流路８を通過して圧
縮機１の副吸入口１ｃに直接導入され副圧縮部１ｅにて
圧縮されて、Ｈ点の状態となり、主圧縮部１ｄの吐出側
で主圧縮部１ｄの圧縮冷媒（Ｂ点の状態の冷媒）と合流
する。なお、ガスインジェションサイクル（２段圧縮冷
凍サイクル）を備えない通常の冷凍サイクルにおいて
は、図２の破線で示すＡ→Ｂ→Ｃ→Ｉ→Ａの状態変化を
冷媒が辿る。ガスインジェションサイクルにおいては、
通常の冷凍サイクルに比して、蒸発器７の冷媒入口・出
口間のエンタルピ差Δｉを（ｉ８−ｉ７）分だけ増大で
きるとともに、中間圧のガス冷媒を直接、副吸入口１ｃ
に導入して圧縮することにより、圧縮機動力を低減でき
るので、サイクルの冷凍効率を向上できる。

【００３０】しかも、本実施形態では、凝縮器２の出口
にレシーバ３を設置しているので、レシーバ３内の冷媒
の気液界面により常に凝縮器２の出口で丁度冷媒の凝縮
が完了するようになる。そのため、図９の従来のガスイ
ンジェションサイクルのように、冷房負荷変動、圧縮機
１の回転数変動等の要因により凝縮器出口の冷媒の過冷
却度が大きく変化して、凝縮器２内の冷媒量が大きく変
動するという現象が発生しない。

【００３１】その結果、ガスインジェションサイクルに
おいても、レシーバ３内に蓄積する冷媒量の変動を通常
のサイクルと同程度の量に抑制することができ、レシー
バ３の体格を図９の従来のガスインジェションサイクル
のレシーバ１４に比して大幅に小型化できる。また、遠
心式分離器５は冷媒の旋回流による遠心力を利用して冷
媒の気液を分離するものであって、レシーバのように容
器内に冷媒の液面を形成して冷媒の気液を分離するもの
ではないから、遠心式分離器５はレシーバのような容器
方式に比して極めて小さなものですむ。

【００３２】従って、レシーバ３と遠心式分離器５の２
つの気液分離手段を設置しても、従来の大型のレシーバ
１４を必要とするものに比して、冷凍サイクル装置全体
形状の小型化を十分達成できる。なお、上記した第１実
施形態によると、図２と図１０のモリエル線図の比較か
ら分かるように、第１実施形態のエンタルピ差Δｉ＝
（ｉ２−ｉ７）と、従来例のエンタルピ差Δｉ＝（ｉ２
−ｉ７′）との差の分だけ、冷凍効率が低下する。そこ
で、以下説明する第２実施形態はこの冷凍効率の低下を
解消するものである。

【００３３】（第２実施形態）図３、４は第２実施形態
を示すもので、上記冷凍効率の低下を解消するために、
凝縮器２として、凝縮部２１、レシーバ３、およびこの
レシーバ３から流出した液冷媒を過冷却する過冷却部２
２を一体化したものを用いている。すなわち、第２実施
形態の凝縮器２は図４に例示するように、所定間隔を開
けて配置された一対のヘッダタンク、すなわち、第１、
第２ヘッダタンク２３、２４を有し、この第１、第２ヘ
ッダタンク２３、２４は上下方向に略円筒状に延びる形
状になっている。この第１、第２ヘッダタンク２３、２
４の間に熱交換用のコア部を形成している。

【００３４】本例の冷媒凝縮器２は、一般にマルチフロ
ータイプと称されているものであって、コア部は第１、
第２ヘッダタンク２３、２４の間で、水平方向に冷媒を
流す偏平チューブ２５を多数並列配置し、この多数の偏
平チューブ２５の間にコルゲートフィン２６を介在して
接合している。偏平チューブ２４の端部はそれぞれ第１
ヘッダタンク２３および第２ヘッダタンク２２の内部に
連通している。

【００３５】そして、一方の（第１）ヘッダタンク２３
の上端側に冷媒の入口側配管ジョイント（冷媒入口部）
２７を配置し接合している。また、他方の（第２）ヘッ
ダタンク２４の下端側に冷媒の出口側配管ジョイント
（冷媒出口部）２８を配置し接合している。さらに、本
例においては、第１ヘッダタンク２３内に第１、第２の
２枚のセパレータ２９、３０を配置するとともに、第２
ヘッダタンク２４内に１枚の第３セパレータ３１を配置
することにより、第１、第２ヘッダタンク２３、２４の
内部をそれぞれ上下方向に複数の空間２３ａ、２３ｂ、
２３ｃ、２４ａ、２４ｂに仕切っている。これにより、
入口側配管ジョイント２７からの冷媒を第１、第２ヘッ
ダタンク２３、２４と偏平チューブ２５とを通してＵタ
ーンさせながら蛇行状に流通させる。

【００３６】ここで、第１ヘッダタンク２３内の下方側
の第２セパレータ３０と第２ヘッダタンク２４内の第３
セパレータ３１は同一高さに配置してある。また、第１
ヘッダタンク２３において、入口側配管ジョイント２７
より下方側の部位には、レシーバ３が一体に構成してあ
る。このレシーバ３も略円筒形状であり、第１ヘッダタ
ンク２３の外面側方に配置され、第１ヘッダタンク２３
の外面に一体にろう付けされている。なお、本例では、
冷媒凝縮器２の各部はアルミニュウム材で成形され、一
体ろう付けにて組付けられている。

【００３７】このレシーバ３内部の空間と第１ヘッダタ
ンク２３の中間部空間２３ｂは、第２セパレータ３０よ
り若干量上方側に隣接して設けられた第１の連通穴３２
にて連通するとともに、レシーバ３内部の空間と第１ヘ
ッダタンク２３の最下部空間２３ｃは、セパレータ２９
より若干量下方側に隣接して設けられた第２の連通穴３
３にて連通している。

【００３８】コア部において、第２、第３セパレータ３
０、３１より上方側の部位は、圧縮機１の吐出ガス冷媒
をクーリングファン（図示せず）等により送られてくる
室外空気と熱交換させて冷媒を冷却、凝縮させる凝縮部
２１を構成している。また、コア部において、第２、第
３セパレータ３０、３１より下方側の部位は、レシーバ
３内部において気液分離された飽和液冷媒を室外空気と
熱交換させて過冷却する過冷却部２２を構成している。

【００３９】従って、本例の凝縮器２は、冷媒流れの上
流側から順次、凝縮部２１、レシーバ３、および過冷却
部２２を構成するとともに、これらを一体に設けた構成
となっている。なお、レシーバ３内における冷媒の気液
界面は、冷媒封入量の正常時には、第１の連通穴３２と
レシーバ３の上端面との中間高さに位置するようになっ
ている。

【００４０】このように、第２実施形態によると、レシ
ーバ３内部において気液分離された飽和液冷媒を過冷却
部２２において冷却することにより、過冷却部２２の出
口、すなわち、温度式膨張弁４の入口部では、常に冷媒
が安定的に過冷却度を持つことができる。従って、モリ
エル線図上では、図１０のＣ′点の状態にて冷媒が温度
式膨張弁４に流入するようになるので、温度式膨張弁４
の出口では、冷媒が図１０のＤ′点の状態となる。その
結果、第２実施形態では図９の従来例と同等のレベルま
で冷凍効率を向上できる。

【００４１】なお、第２実施形態では１つの凝縮器２
に、凝縮部２１、過冷却部２２およびレシーバ３の三者
を一体に構成する例について説明したが、この三者（２
１、２２、３）をそれぞれ別体で形成して、適宜の配管
により接続する構成としても、サイクル機能的には同様
の作用効果を発揮できることはもちろんである。 （第３実施形態）図５、６は第３実施形態を示すもの
で、上記した温度式膨張弁４の本体ケース内に遠心式分
離器５を一体に内蔵するようにしたものである。

【００４２】図５において、４１は膨張弁４の本体ケー
スで、アルミニュウム等の金属で成形されており、図５
の上下方向は実際の使用状態の上下方向と一致してお
り、この本体ケース４１の下方部左側にはレシーバ３か
らの液冷媒が流入する冷媒入口４２が開口している。こ
の冷媒入口４２は本体ケース４１の下方中央部に形成さ
れた弁体収容室４３に連通しており、この室４３内に
は、膨張弁４の弁体４４及び弁バネ４５が収容されてい
る。このバネ４５の取付荷重は、本体ケース４１にネジ
止め固定された取り付け板４５ａによって調整可能にな
っている。

【００４３】４６は弁体収容室４３に連通するように設
けられた絞り通路で、液冷媒を減圧するためのものであ
り、この絞り通路４６の開度を弁体４４により調整する
ようになっている。本例では、この絞り通路１９の直後
に遠心式分離器５を設置しており、本体ケース４１の上
下方向の略中央部にこの分離器５を設置してある。そし
て、絞り通路４６から噴出する減圧後の気液２相冷媒の
流れ方向が、分離器５の円筒状内部空間５ａに対して円
筒中心よりずらしてあるので、この気液２相冷媒は円筒
状内部空間５ａにおいて旋回流を生ずるようになってい
る。

【００４４】４７は分離器５の円筒状内部空間５ａの中
心位置に突出するように配置されたガス冷媒導出パイプ
で、ガス冷媒流出口４８を介して中間圧流路８に接続さ
れている。上記遠心式分離器５においては、上記旋回流
に伴う遠心力により液冷媒は円筒状内部空間５ａの外周
側に集まり、一方、ガス冷媒は円筒状内部空間５ａの中
心部に集まって、ガス冷媒導出パイプ４７内に流入す
る。円筒状内部空間５ａの外周側に集まった液冷媒は円
筒状内部空間５ａの開口端５ｂの下方側に重力にて移行
する。

【００４５】本体ケース４１の上方部には、蒸発器出口
通路４９が左右方向に円筒状に貫通するように形成され
ており、この通路４９の左端部に形成された出口端４９
ａは圧縮機１の主吸入口１ｂに接続され、右端部に形成
された入口端４９ｂは蒸発器７の出口に接続される。膨
張弁４の感温部材４ａ′は図１の感温筒４ａに相当する
ものであり、蒸発器７で蒸発して、蒸発器出口通路４９
を通過する過熱ガス冷媒の温度を感知する感温手段をな
すものである。この感温部材４ａ′は、蒸発器７出口の
過熱ガス冷媒の温度を的確に検出するため、円筒状の蒸
発器出口通路４９を貫通して配置されている。

【００４６】次に、膨張弁４の弁体４４の作動機構につ
いて説明すると、弁体４４は作動棒５０に当接してお
り、この作動棒５０の上端は感温部材４ａ′に当接して
いる。この感温部材４ａ′は本例ではアルミニュウム等
の熱伝導の良好な金属で成形された円柱体から構成され
ている。そして、この感温部材４ａ′の上端は、本体ケ
ース４１の最上部の外面側に配置されたダイヤフラム４
ｂ（図１のダイヤフラム４ｂに相当）に当接しているの
で、このダイヤフラム４ｂの上下方向の変位に応じて円
柱状感温部材４ａ′、作動棒５０を介して弁体４４も変
位するようになっている。

【００４７】ダイヤフラム４ｂの下方側の室５１は感温
部材４ａ′の周囲の連通路５２を介して、蒸発器出口通
路４９に連通しているので、室５１内の圧力は通路４９
と同じ圧力となる。一方、ダイヤフラム４ｂの上方側の
室５３は密封されており、かつその内部には冷凍サイク
ルの循環冷媒と同種の冷媒ガスが封入されており、この
封入ガスは感温部材４ａ′の感知した蒸発器出口の過熱
ガス冷媒温度が金属製ダイヤフラム４ｂを介して伝導さ
れ、この過熱ガス冷媒温度に応じた圧力変化を示す。ダ
イヤフラム４ｂは弾性に富み、かつ熱伝導が良好で、強
靱な材質で形成することが好ましく、例えばステンレス
等の金属からなる。

【００４８】膨張弁４の弁体４４の作動機構が上記のご
とく構成されているので、弁体４４は、ダイヤフラム４
ｂを下方へ押圧する過熱ガス冷媒温度に応じた圧力と、
ダイヤフラム４ｂを上方に押圧する、通路４９の冷媒圧
力及びバネ４５の取り付け荷重とのバランスで変位する
ことにより、蒸発器出口のガス冷媒の過熱度を所定値に
維持するように、絞り通路４６の開度を制御する。

【００４９】図６において、５４は通路接続手段をなす
継手部材で、アルミニュウム等の金属にて第１、第２の
パイプ部５５、５６と連結板５７とを一体に形成した形
状に成形されている。第１のパイプ部５５には図１の固
定絞り６が形成されている。この固定絞り６は図６の例
ではオリフィス形状となっている。この継手部材５４の
第１のパイプ部５５は、図５の本体ケース４１のうち、
遠心式分離器５の開口端５ｂに接続されて、この開口端
５ｂから液冷媒が固定絞り６に流入するようになってい
る。また、第２のパイプ部５６は蒸発器出口通路４９の
入口端４９ｂに接続される。

【００５０】上記説明から理解されるように、第３実施
形態によると、温度式膨張弁４の本体ケース４１内に遠
心式分離器５を一体に内蔵することができるので、この
両者を簡潔な一体構造にまとめることができ、小型で、
安価に製造できるとともに、固定絞り６も継手部材５４
に一体に形成でき、配管接続箇所を大幅に減少できると
いう利点がある。

【００５１】なお、冷凍サイクル全体としての作動は第
１、第２実施形態と同じであるので、説明は省略する。
また、固定絞り６を、膨張弁４の本体ケース４１に対す
る継手部材５４に一体に形成しているが、固定絞り６を
蒸発器７の入口部に対する継手部材（図示せず）に設置
したり、あるいは、遠心式分離器５の液冷媒の出口部
（開口端５ｂ）と、蒸発器７の入口部との間を接続する
冷媒配管の途中に設置してもよいことはもちろんであ
る。

【００５２】（第４実施形態）図７は第４実施例を示す
もので、圧縮機１の吐出ガス冷媒が流れる吐出配管７１
の途中に、高圧Ｐｈを感知する圧力センサ７２を配置
し、一方、中間圧流路８の途中には電磁弁（第１弁手
段）７３を配置する。圧力センサ７２の検出信号が入力
される制御回路７４によって、高圧Ｐｈが予め定めた設
定値以下に低下すると、電磁弁７３を閉弁状態あるいは
小開度の絞り状態に操作するものである。

【００５３】すなわち、冷房負荷の低下あるいは、圧縮
機回転数の低下等により、高圧Ｐｈ（あるいは中間圧Ｐ
ｍ）が低下したときに、遠心式分離器５において冷媒の
気液分離性が低下して、中間圧流路８に液冷媒が混入し
ようとするが、第４実施例によると、このような場合に
電磁弁７３を閉弁状態あるいは小開度の絞り状態とする
ことにより、中間圧流路８への液冷媒の混入を防止でき
る。

【００５４】なお、圧力センサ７２の設置場所として
は、上記以外に、凝縮器２の下流側や、レシーバ３の下
流側でもよい。また、電磁弁７３を完全な閉弁状態とせ
ずに、小開度の絞り状態に操作する場合には、圧力セン
サ７２を中間圧流路８の電磁弁７３の上流側や、固定絞
り６の上流側に設置して、中間圧Ｐｍを感知して、電磁
弁７３の開閉を制御してもよい。

【００５５】また、圧力センサ７２の代わりに、高圧冷
媒や中間圧冷媒の温度を感知する温度センサを設置し
て、冷媒温度が設定値以下に低下すると、電磁弁７３を
閉弁状態あるいは小開度の絞り状態に操作してもよい。 （第５実施形態）図８は第５実施形態を示すもので、圧
縮機１の無駄な動力増加を抑制する例であり、圧縮機１
の主吸入口１ｂに接続される吸入配管７６と、中間圧流
路８の電磁弁７３の下流側部位とを接続するバイパス通
路７４を設け、このバイパス通路７４に電磁弁（第２弁
手段）７５を設置したものである。

【００５６】高圧Ｐｈが設定値以下に低下すると、ガス
インジェクションの冷媒量が減少して、中間圧圧冷媒を
圧縮する副圧縮部１ｅにおいて空運転に近似した状態が
起こり、圧縮機１の無駄な動力増加および空運転による
耐久性悪化を発生する場合がある。しかし、第５実施形
態によると、圧力センサ７２により感知される高圧Ｐｈ
が設定値以下に低下すると、制御回路７４（図７参照）
により電磁弁７３を閉弁するとともに、電磁弁７５を開
弁させる。

【００５７】これにより、圧縮機１の主、副の２つの吸
入口１ｂ、１ｃにともに吸入配管７６からの蒸発器出口
冷媒を吸入させて、中間圧流路８によるガス冷媒の導
入、すなわち、ガスインジェクションを停止する。この
ように、高圧Ｐｈ（あるいは中間圧Ｐｍ）の低下に対応
して、上記２つの電磁弁７３、７５を開閉制御すること
により上記不具合を回避できる。

【００５８】（他の実施形態）なお、上記した各実施形
態では、圧縮機１として、蒸発器７の出口からの低圧冷
媒の吸入、圧縮と、中間圧冷媒の吸入、圧縮とをそれぞ
れ独立に行う、主圧縮部１ｄと副圧縮部１ｅとを備える
ものについて説明したが、圧縮部として１つの共通の圧
縮部を設けるとともに、この圧縮部の吸入口として、蒸
発器７の出口からの低圧冷媒を吸入する主吸入口１ｂ、
および圧縮部の圧縮過程の途中に、中間圧流路８からの
ガス冷媒を導入する副吸入口１ｃを設ける周知のタイプ
のものにおいても本発明を同様に実施できることはもち
ろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の冷凍サイクル図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態のモリエル線図である。

【図３】本発明の第２実施形態の冷凍サイクル図であ
る。

【図４】第２実施形態で用いる凝縮器の正面図である。

【図５】本発明の第３実施形態における、遠心式分離器
を内蔵した温度式膨張弁の縦断面図である。

【図６】第３実施形態で用いる継手部材の断面図であ
る。

【図７】本発明の第４実施形態の冷凍サイクル図であ
る。

【図８】本発明の第５実施形態の冷凍サイクル図であ
る。

【図９】従来技術の冷凍サイクル図である。

【図１０】従来技術のモリエル線図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、１ｂ…主吸入口、１ｃ…副吸入口、２…凝
縮器、３…レシーバ、４…温度式膨張弁、５…遠心式分
離器、６…固定絞り、７…蒸発器、８…中間圧流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 康司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 酒井 猛 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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凝縮する凝
   縮器（２）と、 この凝縮器（２）で凝縮された冷媒を受入れ、冷媒の気
   液を分離して冷媒の気液界面を形成するレシーバ（３）
   と、 このレシーバ（３）で分離された液冷媒を中間圧に減圧
   する第１減圧手段（４）と、 この第１減圧手段（４）で減圧された中間圧冷媒の気液
   を遠心力により分離する遠心式分離器（５）と、 この遠心式分離器（５）で分離された液冷媒を低圧に減
   圧する第２減圧手段（６）と、 前記遠心式分離器（５）で分離されたガス冷媒が流れる
   中間圧流路（８）と、前記第２減圧手段（６）で減圧さ
   れた低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（７）とを備え、 前記圧縮機（１）は、前記蒸発器（７）にて蒸発したガ
   ス冷媒を吸入する主吸入口（１ｂ）と、前記中間圧流路
   （８）からのガス冷媒を吸入する副吸入口（１ｃ）とを
   有しており、 さらに、前記第１減圧手段は、前記蒸発器（７）の出口
   の冷媒過熱度を所定値に維持するように弁開度が調整さ
   れる温度式膨張弁（４）からなり、 前記第２減圧手段は固定絞り（６）からなることを特徴
   とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記レシーバ（３）で分離された液冷媒
   を過冷却する過冷却部（２２）を備え、 この過冷却部（２２）で過冷却された液冷媒を前記温度
   式膨張弁（４）に流入させる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】 前記中間圧流路（８）に第１弁手段（７
   ３）を設け、前記圧縮機（１）の吐出側圧力もしくは前
   記中間圧が低下したときに、前記第１弁手段（７３）に
   より前記中間圧流路（８）の開度を小さくすることを特
   徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 【請求項４】 前記中間圧流路（８）において前記第１
   弁手段（７３）の下流側部位と、前記主吸入口（１ｂ）
   の吸入側とを直接結合するバイパス通路（７４）を設け
   るとともに、 このバイパス通路（７４）に第２弁手段（７５）を設
   け、 前記圧縮機（１）の吐出側圧力もしくは前記中間圧が低
   下したときに、前記第１弁手段（７３）により前記中間
   圧流路（８）の開度を小さくするとともに、前記第２弁
   手段（７５）を開いて前記バイパス通路（７４）を開通
   させることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル
   装置。
5. 【請求項５】 前記遠心式分離器（５）は、前記温度式
   膨張弁（４）の本体ケース（４１）内に内蔵したことを
   特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷
   凍サイクル装置。