JPH1062021A - 冷房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高負荷時の冷媒流量を確保しつつ冷却能力を
充分に発揮できる「冷房装置」を提供する。 【解決手段】 コンプレッサ１、コンデンサ２、リキッ
ドタンク３、膨張弁４及びエバポレータ５がこの順で冷
媒配管６により連結されてなる冷房装置Ｃであり、リキ
ッドタンク３と膨張弁４との間の液状冷媒と、エバポレ
ータ５とコンプレッサ１との間のガス状冷媒との熱交換
を行うサブ熱交換器７を有する。膨張弁４の開度は、サ
ブ熱交換器７の出口側配管に設けられた感温筒８により
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エバポレータの冷
却能力を高めるようにした冷房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用空気調和装置は、コン
プレッサ、コンデンサ、リキッドタンク、膨張弁及びエ
バポレータが冷媒配管により連結され、閉回路が構成さ
れている。この閉回路では、コンプレッサで加圧され高
温高圧とされた冷媒は、コンデンサで冷却され凝縮液化
された後に膨張弁で膨張され、低温低圧の冷媒となって
エバポレータに導かれ、このエバポレータで、空気との
熱交換が行われ、当該空気を冷却することにより低温低
圧のガス状冷媒となり、コンプレッサに戻されるという
冷媒循環が行なわれ、いわゆる冷房サイクルが形成され
ている。

【０００３】ところで、図３のモリエル線図においてｅ
→ａの蒸発工程の部分でも分かるように、エバポレータ
に流入する冷媒は気液二層流の状態にある。このうち冷
却効果の高い液状冷媒をエバポレータの各チューブに均
一に分配することはきわめて困難である。このため、従
来からは、図５に開示されているように、膨張弁４の入
口側の配管６を並列に接続し、一方を冷却流路７ａ、他
方を被冷却流路７ｂとして熱交換器７を通し、被冷却流
路７ｂで冷却された乾き度の低い液状冷媒をエバポレー
タ５に供給することにより冷却能力の均一化を図ったも
のも提案されている（特開平６−１５９，８２１号公報
参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された冷房装置Ｃにあっては、冷却流路７ａの
入口に固定絞り弁９が設けられ、ここでエバポレータ入
口における冷媒の乾き度を０．１以下とするので、高負
荷時においては固定絞り弁９が流路抵抗となってエバポ
レータ５に流入する冷媒量が少なくなる。したがって、
特に高負荷時における冷却能力に問題があった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、エバポレータへの流入冷媒
を十分に過冷却することにより、高負荷時の冷媒流量を
確保しつつ冷却能力を充分に発揮できる冷房装置を提供
す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
に、請求項に１記載の冷房装置は、コンプレッサ、コン
デンサ、リキッドタンク、膨張弁及びエバポレータが少
なくともこの順で冷媒配管により連結されてなる冷房装
置において、前記リキッドタンクと前記膨張弁との間の
液状冷媒と、前記エバポレータと前記コンプレッサとの
間のガス状冷媒との熱交換を行うサブ熱交換器を有する
ことを特徴とする。

【０００７】この請求項１に記載の冷房装置では、コン
プレッサで高温高圧とされたガス状冷媒は、コンデンサ
にて凝縮して高温高圧の気液混合冷媒となり、リキッド
タンクにて主として液状冷媒が取り出される。次いで、
この冷媒は、サブ熱交換器に導かれ、ここでエバポレー
タを通過した低温低圧のガス状冷媒によって充分な過冷
却が行われる。そして、この過冷却された冷媒は、膨張
弁にて断熱膨張され、乾き度がきわめて低くなった状態
でエバポレータに導かれる。これにより、エバポレータ
における冷却能力が大幅に向上することとなる。また、
高負荷時においても冷媒流量を阻害する圧力損失がない
ので、冷媒流量の減少による冷却能力の低下も防止でき
る。

【０００８】また、請求項２に記載の冷房装置は、前記
膨張弁の開度が、前記サブ熱交換器の出口側配管に設け
られた感温手段により制御されることを特徴とする。

【０００９】この請求項２に記載の冷房装置では、エバ
ポレータを通過して低温低圧となったガス状冷媒がサブ
熱交換器に導かれ、リキッドタンクを通過した冷媒から
受熱するが、この受熱状態を感温手段で検知し膨張弁の
開度を制御するので、高負荷時にはエバポレータへの流
入冷媒量を増加させることができ、その結果、コンプレ
ッサに戻される冷媒の過熱温度が著しく高くなることな
く正常な冷房サイクルを維持することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の冷
房サイクルＣは、コンプレッサ１、コンデンサ２、リキ
ッドタンク３、サブ熱交換器７、膨脹弁４、及びエバポ
レータ５を冷媒配管６で連結し、その中に冷媒を封入し
て構成されている。

【００１１】コンプレッサ１は、図外のエンジンなどを
駆動源としてエバポレータ５で熱交換された低温低圧の
ガス状冷媒を圧縮し、高温高圧のガス状冷媒とする。図
３のモリエル線図ではａ→ｂに相当する。また、図示は
しないが、コンデンサ２の背面には、このコンデンサ２
に空気を送るためのファン装置が設けられており、この
コンデンサ２は、コンプレッサ１で高温高圧とされたガ
ス状冷媒を外気との熱交換によって凝縮させる。図３で
はｂ→ｃに相当する。リキッドタンク３は、コンデンサ
２にて気液混合状態となった中温高圧の冷媒に対し、冷
却効果の大きい液体冷媒を抽出するものであり、このリ
キッドタンク３を通過して抽出された液状冷媒はサブ熱
交換器７に導かれる。

【００１２】従来の冷房サイクルにおいては、リキッド
タンク３を通過した液状冷媒は、そのまま膨張弁４に導
かれ、ここで断熱膨張して低温低圧の冷媒とされる。し
かしながら、図３に点線で示されるように、コンデンサ
２の出口側冷媒の過冷却が充分行われない状態で断熱膨
張させても、エバポレータ５に導かれる冷媒の乾き度は
小さくならない（図３のｃ→ｅ’）。したがって、当該
エバポレータ５には冷却効果のある液状冷媒以外にもガ
ス状冷媒が混合し、気液二層の冷媒となってエバポレー
タ５の冷媒流路に分配される。このため、冷却能力が低
下するとともに、冷却効果のある液状冷媒が均一に分配
されないのでエバポレータを通過する外気に温度の偏り
が生じることとなる。

【００１３】本実施形態の冷房サイクルＣでは、膨張弁
４にて断熱膨張させる前に、中温高圧の液状冷媒を十分
に過冷却し、この上で断熱膨張させることとしている。
すなわち、リキッドタンク３と膨張弁４との間の冷媒
を、エバポレータ５とコンプレッサ１との間の冷媒で冷
却するサブ熱交換器７が設けられている。

【００１４】このサブ熱交換器７は、図２に示すよう
に、液冷媒が流入する流入口７１ａ、液冷媒が流出する
流出口７１ｂ、ガス冷媒が流入する流入口７２ａ、及び
ガス冷媒が流出する流出口（図示せず）が形成されたコ
アケース７０を有し、このコアケース７０の内部に複数
のコア７３が積層されている。そして、コア７３の内部
とガス冷媒の流入口７２ａ及び流出口とが連通する一方
で、コア７３の外部とコアケース７０との間の空間が液
冷媒の流入口７１ａ及び流出口７１ｂと連通している。
これにより、リキッドタンク３からの液冷媒と、エバポ
レータ５からのガス冷媒とは、混合することなく熱交換
を行い、液冷媒がガス冷媒に冷却されることになる。図
３にてｃ→ｄに相当する。

【００１５】なお、サブ熱交換器７の具体的構造は、図
２に示す実施形態に限定されるものではない。例えば、
図４は本発明に係るサブ熱交換器７の他の実施形態を示
す構成図であり、リキッドタンク３とサブ熱交換器７と
を一体化したものである。すなわち、タンク本体３０に
は、コンデンサ２からの冷媒が貯留されて膨張弁４に供
給されるとともに、エバポレータ５の出口配管６が上下
に貫通するよう形成されている。したがって、タンク本
体３０内に貯留した液状冷媒は、タンク本体３０を貫通
して通過するエバポレータ５からのガス状冷媒によって
冷却されることとなる。この実施形態では、リキッドタ
ンク３とサブ熱交換器７とを一体化できるので、狭小な
エンジンルームへのレイアウトもきわめて容易に行うこ
とができる。

【００１６】サブ熱交換器７の下流には、膨張弁４が設
けられており、サブ熱交換器７で過冷却された液状冷媒
を断熱膨張することにより低温低圧の液状冷媒とするも
のであり、図３にてｄ→ｅに相当する。なお、膨張弁４
の開度は、エバポレータの熱負荷が大きい場合には大き
くして冷媒量を増加させる一方で、熱負荷が小さい場合
には弁を絞って冷媒量を減少させることが望ましいこと
から、感温筒をサブ熱交換器７の出口側の冷媒配管６に
取り付け、これにより制御している。

【００１７】膨張弁４の下流には、エバポレータ５が設
けられており、このエバポレータ５は車室内のクーラユ
ニットケースに収められ、外気が通過する際に当該外気
を冷却する。図３においてはｅ→ａに相当する。

【００１８】次に作用を説明する。例えば、エアコンス
イッチがオンされると、システムが起動してコンプレッ
サ１がオンし、サイクルＣ内の冷媒は、コンプレッサ１
→コンデンサ２→リキッドタンク３→サブ熱交換器７→
膨脹弁４→エバポレータ５サブ熱交換器７→コンプレッ
サ１という回路を循環する。

【００１９】この過程において、コンプレッサ１からの
高温高圧のガス状冷媒（ａ→ｂ）は、コンデンサにて凝
縮液化し（ｂ→ｃ）、リキッドタンク３に流れ込む。こ
の冷媒は、サブ熱交換器７に流れ込み、エバポレータ５
を通過したより低温の冷媒によって過冷却される（ｃ→
ｄ）。この過冷却された液状冷媒は、膨張弁４に至り、
当該膨張弁４によって断熱膨張して低温低圧のガス状冷
媒となった後、エバポレータ５に導かれて取入空気との
熱交換が行われる。

【００２０】ここで、図３に示されるように、膨張弁４
を通過してエバポレータ５に導かれる冷媒は、サブ熱交
換器７にて十分に過冷却されているので、乾き度の小さ
い冷媒となって当該エバポレータ５に導入される。これ
により、エバポレータの冷却能力が著しく向上すること
となる。

【００２１】この低温低圧の液状冷媒は、エバポレータ
５を通過して受熱することにより低温のままガス状冷媒
となり、サブ熱交換器７に導かれ、上述したようにリキ
ッドタンク３からの冷媒を冷却したのち、コンプレッサ
１に戻される（ｅ→ａ）。

【００２２】エバポレータの熱負荷が大きい場合には、
サブ熱交換器７を通過した冷媒の温度も高くなるので、
これを感温筒８で検知し、膨張弁４の開度を大きくす
る。これにより、エバポレータ５に導入される冷媒量が
増加するので、コンプレッサ１に戻される冷媒温度も適
度な温度となって適切な冷房サイクルが維持されるとと
もに、充分な冷却効果を発揮できる。

【００２３】逆に、エバポレータ５の熱負荷が小さい場
合には、サブ熱交換器７を通過した冷媒の温度も低くな
るので、これを感温筒８で検知し、膨張弁４の開度を小
さくする。これにより、エバポレータ５に導入される冷
媒量が減少するので、コンプレッサ１に戻される冷媒温
度も適度な温度となって適切な冷房サイクルが維持され
るとともに、エバポレータ５の凍結等を防止できる。

【００２４】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に記載の冷
房装置によれば、充分な過冷却を行うことができるので
エバポレータに導入される冷媒の乾き度を小さくするこ
とができ、その結果、冷却能力を高めることができる。
また、高負荷時においても冷媒流量を阻害する圧力損失
がないので、冷媒流量の減少による冷却能力の低下も防
止できる。

【００２６】また、請求項２に記載の冷房装置によれ
ば、サブ熱交換器による受熱状態を感温手段で検知し膨
張弁の開度を制御するので、高負荷時にはエバポレータ
への流入冷媒量を増加させることができ、その結果、コ
ンプレッサに戻される冷媒の過熱温度が著しく高くなる
ことなく正常な冷房サイクルを維持することができる。
さらに、低負荷時においては、逆に膨張弁の開度を小さ
くできるので、エバポレータに導入される冷媒量が減少
し、コンプレッサに戻される冷媒温度も適度な温度とな
って適切な冷房サイクルが維持されるとともに、エバポ
レータの凍結等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷房装置の実施形態を示す構成図であ
る。

【図２】本発明に係るサブ熱交換器の実施形態を示す断
面図である。

【図３】本発明の冷房装置の熱サイクルを示すモリエル
線図である。

【図４】本発明に係るサブ熱交換器の他の実施形態を示
す断面図である。

【図５】従来の冷房装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１…コンプレッサ、 ２…コンデンサ、 ３…リキッドタンク、 ４…膨張弁、 ５…エバポレータ、 ６…冷媒配管、 ７…サブ熱交換器、 ８…感温筒（感温手段）、 Ｃ…冷房サイクル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサ(1) 、コンデンサ(2) 、リ
   キッドタンク(3) 、膨張弁(4) 及びエバポレータ(5) が
   少なくともこの順で冷媒配管(6) により連結されてなる
   冷房装置(C) において、前記リキッドタンク(3) と前記
   膨張弁(4) との間の液状冷媒と、前記エバポレータ(5)
   と前記コンプレッサ(1) との間のガス状冷媒との熱交換
   を行うサブ熱交換器(7) を有することを特徴とする冷房
   装置。
2. 【請求項２】 前記膨張弁(4) の開度が、前記サブ熱交
   換器(7) の出口側配管に設けられた感温手段(8) により
   制御されることを特徴とする請求項１に記載の冷房装
   置。