JPH11142007A - 冷凍サイクル - Google Patents

冷凍サイクル

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JPH11142007A
JPH11142007A JP9304539A JP30453997A JPH11142007A JP H11142007 A JPH11142007 A JP H11142007A JP 9304539 A JP9304539 A JP 9304539A JP 30453997 A JP30453997 A JP 30453997A JP H11142007 A JPH11142007 A JP H11142007A
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low
pressure
pressure side
side expansion
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JP9304539A
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Yukikatsu Ozaki
幸克 尾崎
Mitsuo Inagaki
稲垣　　光夫
Shin Nishida
伸 西田
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Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低圧側膨張弁に流入する冷媒でのフラッシュ
蒸気の発生を冬期のみならず、夏期でも良好に抑制でき
るとともに、冷房能力の低下を抑制できる冷凍サイクル
を提供する。 【解決手段】 蒸気圧縮式冷凍サイクルのうち、膨張過
程を高圧側膨張弁３２と低圧側膨張弁３１により２段階
に分けて行うとともに、高圧側膨張弁３２と低圧側膨張
弁３１の間の中間圧冷媒の飽和蒸気と飽和液とを分離す
る気液分離器４を設ける。この気液分離器４で分離され
た中間圧の飽和液冷媒を低圧側膨張弁３１に流入させる
配管１２５に、この飽和液冷媒を低圧側膨張弁３１より
下流側の低圧冷媒と熱交換して冷却させる熱交換器５を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車用の空調装置
や家庭用の空調装置として好適な冷凍サイクルに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】圧縮機、凝縮器、膨張弁（膨張手段）、
蒸発器からなる蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、ＣＯ
Ｐを向上させる従来技術として、図１９、２０に示す２
段圧縮２段膨張冷凍サイクルや図２１、２２に示すエコ
ノマイザサイクルが用いられている。
【０００３】前者の２段圧縮２段膨張冷凍サイクルは低
段（低圧側）と高段（高圧側）の２台の圧縮機１１、１
２を配し、高段圧縮機１２を出た冷媒は放熱器（凝縮
器）２２で放熱して凝縮し、高圧側膨張弁３２により中
間圧まで減圧されて、気液分離器４に送られる。気液分
離器４ではその内部の中間圧冷媒と低段側（低圧側）圧
縮機１１の吐出ガスとを混合する。このとき、気液分離
器４内の一部の液冷媒が蒸発して吐出ガスを飽和温度ま
で冷却する。
【０００４】気液分離器４では冷媒が飽和蒸気と飽和液
に分かれ、飽和液は低圧側膨張弁３１により中間圧から
蒸発圧力（低圧）まで減圧されて、蒸発器２１に送られ
る。また、飽和蒸気は高段側圧縮機１２に吸収され高圧
まで圧縮される。この２段圧縮２段膨張冷凍サイクルは
図２０のモリエル線図に示すような冷媒の状態変化が生
じ、蒸発器２１でのエンタルピ差を大きくとることがで
きるので、１段圧縮サイクルに比べＣＯＰを大きくする
ことができる。
【０００５】一方、後者のエコノマイザサイクルは図２
１に示すように放熱器２２、蒸発器２１、高圧側および
低圧側膨張弁３２、３１の配置は２段圧縮２段膨張サイ
クルと同じであるが、低段側圧縮機１１の吐出口１１１
と高段側圧縮機１２の吸入口１２２を配管１２３により
連通させるとともに、配管１２３の途中部位１２４に気
液分離器４からの連通配管４１を接続し、低段側圧縮機
１１からの吐出冷媒ガスと気液分離器４からの飽和蒸気
との混合気を高段側圧縮機１２に吸入して圧縮する構成
となっており、２段圧縮２段膨張サイクル同様、ＣＯＰ
を１段圧縮サイクルに比べて大きくすることができる。
【０００６】以上の２段圧縮２段膨張サイクルとエコノ
マイザサイクルを包含するものを、本明細書では、２段
圧縮冷凍サイクルと称する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の２段
圧縮冷凍サイクルにおいては、気液分離器４で飽和した
液冷媒を低圧側膨張弁３１により中間圧から蒸発圧力
（低圧）まで減圧させるのであるが、次の原因により飽
和液冷媒中にフラッシュ蒸気が生じることがあり、この
フラッシュ蒸気が低圧側膨張弁３１の絞り通路に断続的
に不安定に流入し、ガスと液とではその流通抵抗が大幅
に変化するので、膨張弁のハンチング等の不具合を引き
起こす。
【０００８】第１の原因としては、気液分離器４から低
圧側膨張弁３１までの配管１２５が長いとき、あるい
は、冷媒流量の大きなときに、気液分離器４から低圧側
膨張弁３１に至る間の冷媒配管１２５の圧力損失により
冷媒圧力が低下して、飽和液冷媒中にフラッシュ蒸気が
生じる。また、第２の原因としては、外気温度の高い冷
房運転時や、自動車用空調装置のようにエンジンルーム
内が高温となり、サイクルの配管も高温雰囲気に晒され
る場合は、飽和液の温度より配管１２５周囲の雰囲気温
度が高くなるので、飽和液が周囲より吸熱してフラッシ
ュ蒸気が生じる。
【０００９】上記したフラッシュ蒸気の発生抑制のため
に、気液分離器４から低圧側膨張弁３１までの配管１２
５の長さを短くすることが考えられるが、このようにす
ると、低圧側膨張弁３１から蒸発器２１までの配管１２
６の長さが長くなり、その結果、配管１２６内の低温冷
媒と、配管１２６周りの雰囲気との間の熱交換量（冷媒
への吸熱量）が増加して、冷房能力を低下したり、配管
１２６表面に結露が生じ、その液滴で周囲の金属を腐食
する等の不具合が生じる。
【００１０】また、上記したフラッシュ蒸気の発生抑制
のため、本出願人の出願に係る特開平８−１２１８８９
号公報では、気液分離器４から低圧側膨張弁３１までの
配管１２５に、低温外気により配管内の冷媒を冷却する
熱交換器を設けることが提案されているが、この従来技
術であると、冬期の暖房時には、外気が低温であるた
め、配管１２５内の冷媒の冷却作用を得ることが可能で
あるが、夏期の冷房時には、外気温が３０°Ｃ以上に上
昇するため、外気により配管内の冷媒を冷却することが
できず、よって、夏期の冷房時にはフラッシュ蒸気の発
生抑制効果を発揮できないという不具合がある。
【００１１】また、上記公報の従来技術には、気液分離
器４から低圧側膨張弁３１までの配管１２５の一部を蒸
発器２１に接触させることにより、配管１２５内の冷媒
を冷却することも記載されており、これによれば、夏期
の冷房時にもフラッシュ蒸気の発生を抑制することが可
能になるが、その代わりに、蒸発器２１に配管１２５の
一部が直接接触しているので、蒸発器２１の体格が同一
という条件の下では、蒸発器２１と冷房空気との熱交換
面積が減少し、冷房能力の低下が生じる。
【００１２】特に、車両用空調装置では、蒸発器２１の
設置スペースの制約が強いので、蒸発器２１の体格を大
きくすることは実用上困難である。そのため、蒸発器２
１の大型化による能力向上という手法は採用できない。
本発明は上述した諸問題に鑑みてなされたもので、低圧
側膨張手段に流入する冷媒でのフラッシュ蒸気の発生を
冬期のみならず、夏期でも良好に抑制できるとともに、
冷房能力の低下を抑制できる冷凍サイクルを提供するこ
とを目的とする。
【００１３】
【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１〜６記載の発明では、圧縮機（１１、１
２、１００）、放熱器（２２）、膨張手段（３１、３
２）、および蒸発器（２１）からなる蒸気圧縮式冷凍サ
イクルのうち、前記膨張手段による膨張過程を高圧側膨
張手段（３２）と低圧側膨張手段（３１）により２段階
に分けて行うとともに、高圧側膨張手段（３２）と低圧
側膨張手段（３１）の間の中間圧冷媒の飽和蒸気と飽和
液とを分離する気液分離器（４）を設ける冷凍サイクル
において、気液分離器（４）で分離された中間圧の飽和
液冷媒を低圧側膨張手段（３１）に流入させる配管（１
２５）に、この飽和液冷媒を低圧側膨張手段（３１）よ
り下流側の低圧冷媒と熱交換して冷却させる熱交換器
（５）を設けたことを特徴としている。
【００１４】これによると、気液分離器（４）からの中
間圧の飽和液冷媒を低圧側膨張手段（３１）より下流側
の低圧冷媒と熱交換して冷却させることができるので、
低圧側膨張手段（３１）に流入する冷媒のエンタルピを
δＨ（図４参照）だけ減少できる。その結果、配管（１
２５）に図４に示す圧力損失δＰが発生する場合でも、
δＨ分の冷却により低圧側膨張手段（３１）に至る冷媒
を液状態のままに維持することができ、フラッシュ蒸気
の発生を抑制できる。
【００１５】また、図５に示すように、配管（１２５）
が周囲の雰囲気からδＨ１だけ吸熱する場合ても、δＨ
＞δＨ１であれば、フラッシュ蒸気の発生を抑制でき
る。以上の結果、フラッシュ蒸気の流入による低圧側膨
張手段（３１）のハンチング等の不具合を防止でき、低
圧側膨張手段（３１）の冷媒流量制御性を向上させるこ
とができる。
【００１６】しかも、本発明によれば、気液分離器
（４）からの中間圧の飽和液冷媒を低圧側膨張手段（３
１）より下流側の低圧冷媒と熱交換して冷却させるか
ら、特開平８−１２１８８９号公報の、外気により配管
内の冷媒を冷却する従来技術に比較すれば、外気温が３
０°Ｃ以上に上昇する夏期の冷房時においても、フラッ
シュ蒸気の発生抑制効果を良好に発揮できる。
【００１７】また、上記公報における気液分離器（４）
から低圧側膨張弁（３１）までの配管（１２５）の一部
を蒸発器（２１）に接触させる従来技術に比較すると、
本発明では、同一体格の蒸発器（２１）という条件の下
で、蒸発器（２１）と冷房空気との熱交換面積を増大し
冷房能力を向上できる。本発明の熱交換器（５）は、請
求項２に記載のごとく低圧側膨張手段（３１）により減
圧され蒸発器（２１）に流入する前の低圧冷媒により冷
却されるように構成することができる。
【００１８】また、本発明の熱交換器（５）は、請求項
３に記載のごとく蒸発器（２１）を流出した低圧冷媒に
より冷却されるように構成することができる。そして、
請求項４記載の発明では、蒸発器（２１）を収容する空
調ケース（２１２）内の通風路において、蒸発器（２
１）の空気下流側の部位に熱交換器（５）を配置したこ
とを特徴としている。
【００１９】このようにすれば、熱交換器（５）の周囲
は、蒸発器（２１）で冷却、除湿された低温低湿度の空
気（冷風）が通過するようになる。そのため、熱交換器
（５）の周囲の空気の露点温度が低いので、熱交換器
（５）の外表面での結露が発生せず、それ故、熱交換器
（５）の外表面に断熱処理を行う必要がなく、コストを
低減することができる。
【００２０】また、本発明は、請求項５記載のごとく、
圧縮機に蒸発器（２１）を流出した低圧冷媒を圧縮する
低段側圧縮部（１１、１０２）と、この低段側圧縮部
（１１、１０２）から吐出された中間圧の冷媒をさらに
圧縮して吐出する高段側圧縮部（１２、１０３）とを備
え、気液分離器（４）で分離された中間圧の飽和ガス冷
媒を低段側圧縮部（１１、１０２）で圧縮された冷媒と
混合して高段側圧縮部（１２、１０３）に吸入させるタ
イプの冷凍サイクルにおいて良好に実施できるものであ
る。
【００２１】さらに、請求項６記載のごとく冷媒として
二酸化炭素を用いる冷凍サイクルにおいても良好に実施
できるものである。なお、上記各手段の括弧内に付した
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。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施の形
態について説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態を示して
おり、冷凍サイクルは、低段側圧縮機１１、高段側圧縮
機１２、放熱器（凝縮器）２２、蒸発器２１、高圧側膨
張弁（高圧側膨張手段）３２、低圧側膨張弁（低圧側膨
張手段）３１、気液分離器４、および気液分離器４と低
圧側膨張弁３１の間に配した冷媒冷却用熱交換器５から
構成されている。
【００２３】低段側圧縮機１１の吐出側は高段側圧縮機
１２の吸入側に接続されるとともに、気液分離器４内で
分離されたガス冷媒を導出する連通配管４１が高段側圧
縮機１２の吸入側に接続されている。また、放熱器２２
および蒸発器２１には送風用のファン２２１、２１１が
設けてある。図１の冷凍サイクルが車両用空調装置の冷
凍サイクルとして構成される場合には、低段側圧縮機１
１および高段側圧縮機１２は車両用エンジンにて駆動さ
れ、蒸発器２１は車室内冷房用の冷却器として用いら
れ、送風用のファン２１１の送風空気は車室内へ吹き出
されて、車室内を空調する。
【００２４】なお、上記低圧側膨張弁３１は蒸発器２１
出口の冷媒過熱度を所定値に制御する温度作動式膨張弁
であって、外均式、内均式のいずれでもよい。また、低
圧側膨張弁３１として、その弁開度を電気的に制御する
電気式膨張弁を使用することもできる。図２は気液分離
器４から低圧側膨張弁３１に至る冷媒を冷却するための
熱交換器５の具体的構成を例示する。この熱交換器５は
内筒管５１と外筒管５２とからなる２重円管構造を有し
ており、内筒管５１には気液分離器４から低圧側膨張弁
３１に至る中間圧の冷媒が流通し、外筒管５２には低圧
側膨張弁３１で減圧し蒸発器２１に至る低圧冷媒が流通
するようになっている。
【００２５】なお、５３は中間圧冷媒と低圧冷媒との間
の熱交換を促進するためのフィンであり、内筒管５１と
外筒管５２との間の空間に放射状に配置されている。内
筒管５１、フィン５３および外筒管５２はアルミニウム
材の押し出し加工にて一体成形してある。また、外筒管
５２の外表面と、外筒管５２を取り囲む雰囲気との熱交
換を防止するために、外筒管５２の外表面に対して発泡
樹脂材等で成形された断熱材５４（図１）を貼り付け
て、断熱処理を行ってもよい。
【００２６】次に、上記構成において第１実施形態の作
動を説明すると、高段側圧縮機１２から吐出されたガス
冷媒は放熱器２２で放熱して凝縮する。この放熱器２２
で凝縮した冷媒は高圧側膨張弁３２で中間圧まで減圧さ
れた後、気液分離器４内に流入する。そして、この気液
分離器４内にて、中間圧冷媒は飽和ガス冷媒と飽和液冷
媒とに分離される。気液分離器４で分離された中間圧の
飽和ガス冷媒は連通配管４１を通過して、低段側圧縮機
１１から吐出されたガス冷媒と混合した後、高段側圧縮
機１２により吸入、圧縮される。
【００２７】一方、気液分離器４内の中間圧の液冷媒は
配管１２５を経て熱交換器５の内筒管５１内の通路を通
るときに冷却される。すなわち、内筒管５１内の中間圧
冷媒は、外筒管５２内の低温低圧の冷媒と熱交換して冷
却される。この熱交換器５による冷却作用にて、中間圧
冷媒のエンタルピが図３に示すδＨ分減少したのち、低
圧側膨張弁３１により減圧される。この減圧された冷媒
は熱交換器５の外筒管５２内に流入し、熱交換してエン
タルピがδＨ分増加する。しかるのち、冷媒は配管１２
６を経て蒸発器２１に至り、蒸発器２１において送風フ
ァン２１１の送風空気から吸熱して気化した後、低段側
圧縮機１１に吸入される。
【００２８】図４は、第１実施形態において、気液分離
器４と熱交換器５との間を結合している配管１２５の長
さが長くて、配管１２５の圧力損失が性能上問題となる
場合のモリエル線図で、図３のｘ部の拡大図である。熱
交換器５を設けない場合は配管１２５の圧力損失δＰだ
け圧力が低下するので、低圧側膨張弁３１には図中Ａ点
の冷媒、つまり気液共存状態の冷媒が流入する。従っ
て、フラッシュ蒸気の流入に起因する低圧側膨張弁３１
のハンチング等の不具合が発生する。
【００２９】これに反し、本第１実施形態によると、熱
交換器５で配管１２５からの冷媒を冷却して冷媒のエン
タルピーをδＨ減少させるので、熱交換器５出口では冷
媒が図中Ｂ点の過冷却状態となり、この過冷却冷媒が低
圧側膨張弁３１に流入することになる。その結果、低圧
側膨張弁３１に流入する冷媒中にフラッシュ蒸気が発生
することを抑制することができる。
【００３０】ここで、使用する冷媒がＨＦＣ１３４ａの
場合を一例にとって、熱交換器５による効果を具体的に
説明すると、高圧が１６kgf ／cm2abs、低圧が３kgf ／
cm2absのとき、ＣＯＰが極大となる中間圧は７kgf ／cm
2absとなる。この中間圧が７kgf ／cm2absの条件におい
て、熱交換器５により冷媒のエンタルピをδＨ＝０．３
４kcal／kg減少させた場合、配管１２５の圧力損失δＰ
が０．２kgf ／cm2 以下であれば低圧側膨張弁３１の入
口においてフラッシュ蒸気が発生せず、低圧側膨張弁３
１の制御性は良好な状態に保たれる。
【００３１】図５は、配管１２５と、配管１２５の雰囲
気との熱交換のある場合のモリエル線図である。冷房運
転時に配管１２５の雰囲気温度が３５℃である場合に、
前記の条件で中間圧が７kgf ／cm2absとすると、中間圧
冷媒の飽和温度は２６℃となって、雰囲気温度との差は
約９℃である。そのため、配管１２５中の中間圧冷媒は
雰囲気より吸熱することになる。
【００３２】ここで、中間圧冷媒が雰囲気より吸熱して
エンタルピがδＨ1 増加したとすると、熱交換器５によ
りδＨ（δＨ＞δＨ1 ）だけ冷却すれば、低圧側膨張弁
３１に流入するフラッシュ蒸気を無くすことができる。 （第２実施形態）図６は第２実施形態を示しており、熱
交換器５の具体的構成を次のごとく変形している。熱伝
導の良いアルミニウムや銅等の金属にて断面長円状のブ
ロック体５５を成形し、この金属ブロック体５５には２
つの円筒状の貫通穴５６、５７が設けてある。この貫通
穴５６、５７の一端には、それぞれ気液分離器４とつな
がる配管１２５と、蒸発器２１とつながる配管１２６が
溶接またはろう付け等の接合手段にて接合される。ま
た、貫通穴５６、５７の他端には、それぞれ低圧側膨張
弁３１の入口側配管と、低圧側膨張弁３１の出口側配管
が同様な手段にて接合される。
【００３３】気液分離器４からの中間圧冷媒は金属ブロ
ック体５５の貫通穴５６内に流入して、貫通穴５６内の
低温冷媒で冷却された後に低圧側膨張弁３１に至り、低
圧に減圧される。そして、減圧後の低温冷媒は、流れの
方向を１８０°反転させて、再度、金属ブロック体５５
の貫通穴５７内を通過して熱交換したのち、蒸発器２１
に至る。
【００３４】（第３実施形態）図７、８は第３実施形態
を示しており、熱交換器５の具体的構成を次のごとく変
形している。熱伝導の良いアルミニウムや銅等の金属に
て、断面円形の２本の配管５８、５９を作り、この２本
の配管５８、５９を互いに接触させながら平行に並べて
配置する。ここで、２本の金属配管５８、５９間の伝熱
面積を大きくするために、金属配管５８、５９の外周面
に沿った円弧面６０ａ、６０ｂを有する略断面三角状
（図８参照）の伝熱補助部材６０をアルミニウムまたは
銅等の熱伝導の良い金属にて成形する。
【００３５】この伝熱補助部材６０の軸方向長さは２本
の金属配管５８、５９と同一であり、図７（ｂ）に示す
ように、伝熱補助部材６０は２本の金属配管５８、５９
の接触部の左右両側に配置されて２本の金属配管５８、
５９の外周面に接触するように配置される。この状態に
て、伝熱補助部材６０を２本の金属配管５８、５９の外
周面に金属バンド６１で固定する。一方の金属配管５８
内を気液分離器４からの中間圧冷媒が通過し、他方の金
属配管５９内を低圧側膨張弁３１で減圧された低圧冷媒
が通過し、この両冷媒間で熱交換を行う。
【００３６】（第４実施形態）図９は第４実施形態を示
しており、上記第３実施形態における伝熱補助部材６０
を廃止したものであり、２本の金属配管５８、５９間の
伝熱面積が減少して、両配管５８、５９間の伝熱量が減
少するが、それでも、必要な伝熱量が確保できるのであ
れば、コスト低減を図ることができる。
【００３７】（第５実施形態）以上の第１〜第４実施形
態において説明した熱交換器５は、空調装置の室外側、
室内側のいずれに設けても良いが、蒸発器２１に近い方
が減圧後の冷媒が配管１２６の雰囲気と熱交換する量が
少ないため、室内側に設けた方が好ましい。図１０に示
す第５実施形態は上記観点に立脚したものであり、蒸発
器２１を収容する空調ケース２１２内において、蒸発器
２１の空気下流側に熱交換器５を配置している。
【００３８】このようにすれば、熱交換器５の周囲は、
蒸発器２１で冷却、除湿された低温低湿度の空気（冷
風）が通過するようになり、熱交換器５の周囲の空気の
露点温度が低いので、熱交換器５の外表面に断熱材５４
（図１参照）を設ける必要がなく、コストを低減するこ
とができる。 （第６実施形態）図１１は本発明の第６実施形態であっ
て、気液分離器４から低圧側膨張弁３１に至る冷媒を蒸
発器２１から出た冷媒で冷却するように、熱交換器５を
構成するものである。熱交換器５として、本例では、図
１、２の第１実施形態と同じ２重円管構造のものを用い
ている。
【００３９】熱交換器５の内筒管５１には気液分離器４
からの中間圧液冷媒が流入し、冷却された後、低圧側膨
張弁３１に至る。低圧側膨張弁３１で減圧された低圧冷
媒は蒸発器２１を通り、送風用ファン２１１の送風空気
と熱交換して吸熱する。その後、蒸発器２１出口側の冷
媒は熱交換器５の外筒管５２に流入し、気液分離器４か
ら流入した中間圧冷媒と再度、熱交換して中間圧冷媒を
冷却した後、低段側圧縮機１１に吸入される。
【００４０】本第６実施形態では、低圧側膨張弁３１に
フィードバックさせる蒸発器出口側冷媒の過熱度の感知
場所、すなわち、感温筒３１１の取り付け位置は、蒸発
器２１と熱交換器５との間の位置（図中Ａ位置）、ある
いは熱交換器５と低段側圧縮機１１の吸入側との間の位
置（図中Ｂ位置）のいずれでもよい。しかし、蒸発器２
１と熱交換器５の間に感温筒３１１を設けるＡ位置の場
合には、図１２のモリエル線図に示すように、過熱度を
もった領域の低圧ガスで気液分離器４から低圧側膨張弁
３１に至る中間圧冷媒を冷却することになる。
【００４１】通常、この過熱度の領域は冷房効果に寄与
していないところであるから、冷凍効果ＱをδＨだけ大
きくとることができ、サイクル効率（ＣＯＰ）を向上す
ることができる。さらに、過熱度の大きな冷媒を圧縮す
ると高段側圧縮機１２の吐出温度が過熱度の小さい場合
に比べて上昇するが、本第６実施形態の２段圧縮冷凍サ
イクルでは、気液分離器４からの中間圧の飽和ガス冷媒
を混合して圧縮するので、１段圧縮サイクルに比べて吐
出温度を低減できる効果がある。そのため、吐出温度の
上昇を抑えることができ、圧縮機の信頼性に悪影響を及
ぼすことを回避できる。
【００４２】なお、本発明による冷凍サイクルは２台の
圧縮機１１、１２で構成する必要はなく、特開平７−１
１０１６７号公報に記載のローリングピストン型圧縮機
のように、１台の圧縮機に２つの作動室を設けたもの
や、特開平４−３２１７８６号公報記載のスクロール型
圧縮機のように、固定スクロールに２つのインジェクシ
ョンポートを設け、圧縮行程途中の作動室に気液分離器
で分離された飽和ガス冷媒を噴射するようにしたインジ
ェクションサイクルでもよい。すなわち、本明細書にお
ける２段圧縮冷凍サイクルとはこのようなインジェクシ
ョンサイクルをも包含する。
【００４３】（第７実施形態）図１３は第７実施形態で
あり、上記のように１台の圧縮機１００の圧縮行程途中
に、気液分離器４で分離された飽和ガス冷媒を連通配管
４１を経てインジェクションポート１０１から噴射する
ようにしたインジェクションサイクル（２段圧縮冷凍サ
イクル）に本発明を適用したものである。このインジェ
クションポート１０１は、１台の圧縮機１００におい
て、蒸発器２１からの低圧冷媒を圧縮する低段側圧縮部
１０２と、高段側圧縮部１０３との間に設けられてい
る。そして、、高段側圧縮部１０３はインジェクション
ポート１０１からの中間圧冷媒と低段側圧縮部１０２で
圧縮された冷媒とを混合して圧縮する。なお、熱交換器
５としては図１、２の第１実施形態と同じものを用いて
いる。
【００４４】（第８実施形態）次に、第８実施形態は、
冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2 ）を用いたサイクル（以
下ＣＯ2 サイクルと称する）に本発明を適用したもので
ある。ＣＯ2 サイクルのモリエル線図は図１４に示す通
りであり、ＣＯ2 の臨界温度は約３１℃と従来のフロン
の臨界温度（例えばＨＦＣ１３４ａでは１０１℃）と比
べて大幅に低い。そのため、夏期等では放熱器２２での
ＣＯ2 温度がＣＯ2 の臨界温度より高くなってしまう。
【００４５】そのため、本件出願人の出願に係る特願平
８−３３９６２号において提案しているように、ＣＯＰ
が極大となる放熱器２２出口の冷媒温度、圧力があり、
膨張弁により放熱器２２出口の温度、圧力がＣＯＰ極大
となる値になるように制御している。しかし、この制御
では蒸発器２１出口での冷媒の過熱度が不十分となり、
液相冷媒が圧縮機１に吸入されて圧縮機１の損傷を招い
てしまう場合が発生する。
【００４６】また、一方、圧縮機１の損傷を防止すべ
く、蒸発器２１出口側での冷媒の過熱度が所定値となる
ように膨張弁の開度を調整した場合には放熱器２２出口
側におけるＣＯ2 の圧力と温度がＣＯＰ極大となる点か
ら逸脱する場合が生じてサイクルの効率が低下する場合
が生じる。これを解決する手段として、図１５に示すよ
うなサイクルを本件出願人の出願に係る特願平９−１７
７４０３号において提案している。このＣＯ2 サイクル
では、膨張過程を２段に分け、その間に冷媒の気液を分
離する気液分離器（タンク手段）４を設けている。高圧
側膨張弁３２により放熱器２２から流出した冷媒を中間
圧に減圧するとともに、放熱器２２出口側の冷媒温度に
応じて放熱器２２出口側圧力を高圧側膨張弁３２により
制御する。
【００４７】高圧側膨張弁３２から流出した冷媒を気液
分離器４にて液相冷媒と気相冷媒とに分離して、気液分
離器４に液相冷媒を蓄える。そして、低圧側膨張弁３１
により気液分離器４から流出した冷媒を低圧まで減圧す
るとともに、圧縮機１入口側での冷媒の過熱度が所定値
となるように冷媒の流量を低圧側膨張弁３１により調整
する。
【００４８】本構成のサイクルにおいても、気液分離器
４から低圧側膨張弁３１に至る間に冷媒中にフラッシュ
蒸気が生じる課題がある。そこで、本発明の第８実施形
態では、図１６に示すように、サイクルを、圧縮機１０
０、放熱器２２、高圧側膨張弁３２、気液分離器４、低
圧側膨張弁３１、蒸発器２１から構成し、気液分離器４
と蒸発器２１の間に気液分離器４から流出した冷媒を冷
却する熱交換器５を設けてある。熱交換器５の具体的構
成としては第１実施形態と同様の２重円管方式のものを
用いている。
【００４９】第８実施形態の作動は、ＣＯ2 サイクルで
ある点を除いて、第１実施形態と基本的に同様である。
高圧側膨張弁３２で中間圧に減圧された冷媒は気液２相
状態で気液分離器４に流入する。この中間圧冷媒は、気
液分離器４で飽和蒸気と飽和液に分離され、飽和液が気
液分離器４から流出して、低圧側膨張弁３１に至る。こ
の時、図１７に示すように、飽和液は熱交換器５で冷却
されエンタルピがδＨだけ減少する。このため、フラッ
シュ蒸気が低圧側膨張弁３１に流入するのを抑えること
ができる。
【００５０】（第９実施形態）次に、第９実施形態は、
ＣＯ2 サイクルの２段圧縮冷凍サイクルに本発明を適用
したものであり、図１８はこのサイクルのモリエル線図
を示す。第９実施形態のサイクル構成は第１実施形態
（図１）と同様であるので、図示を省略する。但し、Ｃ
Ｏ2 サイクルでは高圧が超臨界となるため、この図１８
のようにモリエル線図が異なるが、高圧が超臨界となる
以外はフロンのサイクルと同様であり、熱交換器５によ
り気液分離器４から流出した冷媒を冷却することでフラ
ッシュ蒸気の発生を抑制できる。
【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】（ａ）は図１の熱交換器５の縦断面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図４】第１実施形態のモリエル線図の一部拡大図であ
る。
【図５】第１実施形態の別のモリエル線図の一部拡大図
である。
【図６】（ａ）は第２実施形態を示す熱交換器５の縦断
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図７】（ａ）は第３実施形態を示す熱交換器５の正面
図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図８】（ａ）は第３実施形態に用いる伝熱補助部材の
正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図９】（ａ）は第４実施形態を示す熱交換器５の正面
図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図１０】第５実施形態を示す、空調ケース内における
熱交換器５の配置図である。
【図１１】第６実施形態を示す冷凍サイクル図である。
【図１２】図１１の冷凍サイクルのモリエル線図であ
る。
【図１３】第７実施形態を示す冷凍サイクル図である。
【図１４】第８実施形態において用いるＣＯ2 サイクル
の基本的モリエル線図である。
【図１５】第８実施形態の前提となるＣＯ2 サイクル図
である。
【図１６】第８実施形態を示すＣＯ2 サイクル図であ
る。
【図１７】第８実施形態によるＣＯ2 サイクルのモリエ
ル線図である。
【図１８】第９実施形態によるＣＯ2 サイクルのモリエ
ル線図である。
【図１９】従来の２段圧縮２段膨張冷凍サイクルのサイ
クル図である。
【図２０】図１９の冷凍サイクルのモリエル線図であ
る。
【図２１】従来のエコノマイザサイクルのサイクル図で
ある。
【図２２】図２１のエコノマイザサイクルのモリエル線
図である。
【符号の説明】
４…気液分離器、５…熱交換器、１１、１２、１００…
圧縮機、２１…蒸発器、２２…放熱器、３１…低圧側膨
張弁、３２…高圧側膨張弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 伸 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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機（１１、１２、１００）、放熱器
    （２２）、膨張手段（３１、３２）、および蒸発器（２
    １）からなる蒸気圧縮式冷凍サイクルのうち、前記膨張
    手段による膨張過程を高圧側膨張手段（３２）と低圧側
    膨張手段（３１）により２段階に分けて行うとともに、 前記高圧側膨張手段（３２）と前記低圧側膨張手段（３
    １）の間の中間圧冷媒の飽和蒸気と飽和液とを分離する
    気液分離器（４）を設ける冷凍サイクルであって、 前記気液分離器（４）で分離された中間圧の飽和液冷媒
    を前記低圧側膨張手段（３１）に流入させる配管（１２
    ５）に、前記飽和液冷媒を前記低圧側膨張手段（３１）
    より下流側の低圧冷媒と熱交換して冷却させる熱交換器
    （５）を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。
  2. 【請求項２】 前記熱交換器（５）は、前記低圧側膨張
    手段（３１）により減圧され、前記蒸発器（２１）に流
    入する前の低圧冷媒により冷却されることを特徴とする
    請求項１に記載の冷凍サイクル。
  3. 【請求項３】 前記熱交換器（５）は、前記蒸発器（２
    １）を流出した低圧冷媒により冷却されることを特徴と
    する請求項１に記載の冷凍サイクル。
  4. 【請求項４】 前記蒸発器（２１）を収容する空調ケー
    ス（２１２）内の通風路において、前記蒸発器（２１）
    の空気下流側の部位に前記熱交換器（５）を配置したこ
    とを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載
    の冷凍サイクル。
  5. 【請求項５】 前記圧縮機は前記蒸発器（２１）を流出
    した低圧冷媒を圧縮する低段側圧縮部（１１、１０２）
    と、この低段側圧縮部（１１、１０２）から吐出された
    中間圧の冷媒をさらに圧縮して吐出する高段側圧縮部
    （１２、１０３）とを有しており、 前記気液分離器（４）で分離された中間圧の飽和ガス冷
    媒を前記低段側圧縮部（１１、１０２）で圧縮された冷
    媒と混合して前記高段側圧縮部（１２、１０３）に吸入
    させる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。
  6. 【請求項６】 冷媒として二酸化炭素を用いたことを特
    徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍
    サイクル。
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