JPS5828906B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷凍装置、特に自動車空調用として好適な固定
絞りよりなる減圧装置を有する冷凍装置に関するもので
ある。

従来、この種の冷凍装置においては第１図に示す如く凝
縮器２から蒸発器３への配管も兼ねるキャピラリチュー
ブ１を減圧装置として使うものが提案されている。

その作動を説明すると、冷凍サイクルの熱負荷により必
要冷媒流量がある程度決すると、その流量を流すように
キャピラリチューブ１の入口冷媒の状態（過冷却度又は
乾き度）が第２図のキャピラリチューブの流量特性より
決定される。

すなわち、熱負荷に対し冷媒流量（重量流量）が足りな
いと、蒸発器３出口の冷媒が過熱度を持つようになるの
で、アキュームレータ４内の液冷媒が気化して凝縮器２
内に移行して、凝縮器２内の過冷却域が大きくなり、そ
の結果凝縮器２の出口冷媒の過冷却度ＳＣが第３図のＡ
のごとく大きくなり、冷媒流量が第２図の特性に従って
増加し、サイクルがバランスする。

逆に熱負荷が減少すると、蒸発器３出口の冷媒が一部液
冷媒となり、アキュームレータ４内に冷媒が溜められ、
凝縮器２内の出口側過冷却域が小さくなり、凝縮器出口
冷媒の過冷却度ＳＣが小さくなり、更には第３図のＣで
示すサイクルを構成して乾き度χを持つようになり、そ
の結果冷媒流量が減少し、サイクルがバランスする。

このバランスはサイクル効率を良くするには蒸発器３の
入口、出口間での冷媒エンタルピ差を大きくするために
、凝縮器出口冷媒が過冷却度を多少持った方が良いこと
が知られている。

熱負荷変動の大きい自動車空調用冷凍装置にかいては冷
媒流量の変動も大きいため、第３図の通常運転時Ｂの過
冷却度ＳＣを５℃としても高負荷運転時には高流量が流
れ、過冷却度χが第３図のＡのごとく過大になってし１
う。

すると、凝縮器２での必要放熱量が増大し高圧圧力が異
常に高くなってしまい、安全弁よりの冷媒ガス放出とか
圧力上昇による性能低下を招くという欠点が生じる。

そこで、過冷却度の変動が少なくて流量変化が犬の流量
特性を持つ固定絞りが切に望１れていた。

本発明は上記要求を満足すべく提案されたもので、固定
絞りの中でもノズルは乾き度域に３ける流量変化が大き
いことに注目し、それを過冷却域にも利用できるように
したものである。

すなわち、ノズルの上流側にもう一つの抵抗手段を設け
ることにより下流ノズルの入口では冷媒に乾き度を持た
せることが可能になり、それにより凝縮器出口冷媒のわ
ずかな過冷却度の変化により、冷媒流量変化を大きくす
ることを可能とする冷凍装置を提供することを特徴とす
る 特に、本発明においては、上記ノズルの最小径ｄと、ノ
ズル入口から最小径部終端に至る１での長さｌとの比ｌ
／ｄを、１．２＜ｌ／ｄ＜２．８の範囲に設定すること
により、上記過冷却度変化による冷媒流量変化をより一
層効果的に大きくするものである。

以下図に示す本発明の実施例について説明する。

第４図において、電磁クラッチ５ａを介して自動車エン
ジン（図示せず）により駆動される圧縮機５の下流に凝
縮器２が接続されている。

この凝縮器２は自動車のエンジンルーム内のラジェータ
周辺に設置され、ファン２ａにより冷却されるようにな
っている。

自動車の車室内の計器盤下部等に設置された蒸発器３は
ファン３ａにより送風される車室内または車室外空気を
冷却するためのものであり、その冷却空気は吹出口（図
示せず）から車室内へ吹き出すようになっている。

凝縮器２と蒸発器３との間には減圧装置６が設けられて
訃り、この減圧装置６はノズル７とその上流側に設けら
れたキャピラリチューブ８とにより構成されている。

蒸発器３の出口に設けられたアキュームレータ４は液冷
媒を溜めてガス冷媒を圧縮機５に吸入させるものである
。

上記構成において本発明装置の作動を説明する。

圧縮機５より吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器２
で冷却されて液化し、次いで減圧装置６のキャピラリチ
ューブ８′：Ｊ＝−よびノズル７を通過して減圧され、
断熱膨張する。

これにより、冷媒は霧状となって蒸発器３に流入し、こ
こで蒸発してガス状になる。

このガス冷媒はアキュームレータ４を通過して再度圧縮
機５に吸入され、上記サイクルを繰返す。

次に、減圧装置６０作用を第５図のモリエル線図により
更に詳述すると、ｐＨは凝縮器２の出口位置における出
口圧力すなわちキャピラリチューブ８０入口圧力であり
、例えばＰＨ＝ １５ｋｙ／ｃＩｉＬとする。

ＰＬはノズル７の出口位置における出口圧力であり、Ｐ
Ｃはキャピラリチューブ８とノズル７との中間位置にお
ける中間圧力である。

例えば、凝縮器２の出口冷媒の過冷却度が１２°Ｃのと
き、圧力損失が３．５ Ｊ／ ｃｒｉｔとなる流量特性
のキャピラリチューブ８を用いた場合には、ＰＣは１、
５−３．５ ＝ １１．５ｋｇ／ｃｒ？Ｌである。

い１、第５図のモリエル線図においてキャピラリチュー
ブ８の入口冷媒の過冷却度ＳＣが１２℃であれば、ＰＣ
では乾き度χ−〇であり、そして入口冷媒の過冷却度Ｓ
Ｃが小さくなるにつれてＰＣでの乾き度χは増加し、過
冷却度ＳＣがＯになると乾き度χはχＣ（例えば０．０
５）となる。

このようにしてノズル７の入口冷媒の乾き度がＯから０
．０５’ｆ：で変化するため、冷媒流量はノズル７の特
性（第２図図示の乾き度域における流量特性）に従い大
きく変化する。

すなわち、減圧装置６としてキャピラリチューブ８とノ
ズル７とを併用することにより、凝縮器出口冷媒のわず
かな過冷却度変化により冷媒流量を広範に変化させ得る
のである。

上記説明から理解されるように、冷媒の流量特性はノズ
ル７の単体での流量特性に大きく影響されるので、本発
明者はそこでノズルＩの単体形状と冷媒の流量特性との
関係について詳細に検討してみた。

第６図ａは一般的なノズル入口部に一様なＲ部を持つノ
ズル７を示しており、第６図すは曲率半径の小さなＲ１
部と曲率半径の大きなＲ２部とを有する長円ノズル７を
示している。

ここで、ノズル入口部の始１りからノズル出口１での長
さをｌとして、ノズル７の最小径をｄとしている。

また、第６図Ｃの様にノズル出口部に面取り部やテーパ
部７ａなどを有し、ノズル最小径より広くなっている場
合は、その部分７ａがノズルの流量特性に影響しないの
で、前記ｌには含めないこととする。

すなわち、長さｌはノズル入口部から最小径部の終端に
至る１での長さである。

本発明は上記の最小径ｄと長さｌとの比１ｊ／ｄを種種
変化させて、冷媒流量の変化割合を調査したところ第７
図に示すごとき結果が得られた。

この第７図は横軸に上記比Ａ／ｄをとり、縦軸に凝縮器
出口冷媒の乾き度χが零の時の冷媒流ｔＧχ＝０と乾き
度χ＝０．０５の時の冷媒流量Ｇχ＝０．０５との流量
比Ｇχ＝０．０５／Ｇχ−０をとったものであり、この
流量比Ｇχ−０，０５／Ｇχ＝Ｏが小さいほど冷媒流量
の変化割合が大きいことを意味する。

上記第７図の実験結果かられかるように、ｌ／ｄ＝２付
近で流量比Ｇχ−０，０５／Ｇχ＝０が最小値（はぼ０
．４）となり、Ａ／ｄ＝１．２〜２．８の範囲Ｚ内にお
いて流量比Ｇχ−０，０５／Ｇχ−０を最小値に近似し
た小さな値に押さえることができる。

そこで、本発明ではノズル７の最小径ｄと長さｌとの比
ｌ／ｄを上記Ｚの範囲すなわち１．２〜２．８の範囲に
設定して、冷媒流量の変化割合を最大限に大きくするよ
うにしたのである。

第８図は横軸に凝縮器出口冷媒の過冷却度ＳＣと乾き度
χをとり、縦軸に冷媒流量（ｋｇ／ｈ）をとったもので
あり、線イは本発明によりｌ／ｄを１．２〜２．８の範
囲に設定したノズル７を用いた場合を示し、綜目ばｌ／
ｄ＝０．５のノズル、線ハはｌ／ｄ＝３．５のノズルを
それぞれ用いた場合を示す。

この線イ９９ロ、ハ比較からも、本発明によるときが乾
き度χの変化による冷媒流量変化が最も大きいことがわ
かる。

次に、第９図はノズル７の好適な具体的実施例を示すも
ので、キャピラリチューブ８の出口部私はその先端をバ
ルジ加工によりＯリンクジ１４フ１部８ｂが一体に膨出
形成されている。

また、このキャピラリチューブ８はナツト９によりノズ
ルＩに結合され、０リング１１ａによって気密が保たれ
る。

さらに、ノズル７の出口部は蒸発器入口配管３ａにやは
り同様にナツト１０によって結合されている。

この蒸発器入口配管３ａもキャピラリチューブ８と同様
にバルジ加工されてＯリンクジ３４フ１部３ｂが形成さ
れて耘り、Ｏリング１１ｂによって気密が保たれる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されることなく種種
変形可能であり、例えばノズル７の入口部に設けられる
極減小部としては、第６図に示すような円弧状のＲ，Ｒ
１，Ｒ２部でなく、テーパ状とすることもできる。

また、上述の実施例では、ノズル７の上流側に設ける抵
抗手段としてキャピラリチューブ８を用いたが、第１０
図に示すように抵抗手段として定差圧弁１２を用いても
同様の効果が得られる。

この定差圧弁１２は、スプリング１２ａと弁１２ｂより
なり、弁１２ｂの前後の差圧が一定値例えば２〜３．５
ｋｇ／ ｃｒ１以上になると開弁するようにスプリン
グ１２ａを設定するとよい。

第１１図及び第１２図は更に本発明の別の実施例を示す
もので、第１１図はノズル７の上流側に抵抗手段として
キャピラリチューブ８とノズル１３の両者を直列に設け
るようにしたものである。

第１２図はノズル７の上流側に抵抗手段としてノズル１
３を設けるようにしたものである。

このようにノズル７の上流側の抵抗手段としては種種な
ものを使用でき、いずれにしてもノズル入口部口部の冷
媒流量を広範に変化させることができる。

上述したように本発明では、減圧装置として、ノズル７
の上流側に更に抵抗手段８，１３を設けることによりノ
ズル入口において冷媒に乾き度を持たせるようにしてい
るから、凝縮器出口冷媒の過冷却度の変動が少なくて冷
媒流量の変化を大きくすること、すなわち自動車空調用
冷凍装置のような負荷変動の大きい場合でも適切な過冷
却度を保ち得るというすぐれた効果がある。

特に、本発明ではノズル７の最小径ｄと、ノズル入口部
から最小径部の終端に至る１での長さｌとの比ｌ／ｄを
１．２〜２．８の範囲に設定することにより、ノズル７
による冷媒流量変化を最大限に大きくして、上記効果を
より一層有効に発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷凍装置のサイクル図、第２図は従来装
置および本発明装置の説明に供する固定絞りの流量特性
図、第３図は従来の冷凍装置の作動説明用のモリエル線
図、第４図は本発明になる冷凍装置の一実施例のサイク
ル図、第５図は本発明装置の作動説明用のモリエル線図
、第６図ａ。 ｂ、ｃは本発明にむけるノズルの形状例を示す断面図、
第７図および第８図は本発明の実験性能例を示すグラフ
、第９図ば本発明になる減圧装置部の一実施例の断面図
、第１０図、第１１図および第１２図はそれぞれ本発明
の減圧装置部の他の実施例を示すサイクル図である。 ２・・・凝縮器、３・・・蒸発器、４・・・アキューム
レータ、５・・・圧縮機、６・・・減圧装置、７・・・
ノズル、８゜１３・・・抵抗手段をなすキャピラリチュ
ーブ、ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 凝縮器と蒸発器との間に設けられる減圧装置として
   、入口部に径が徐徐に減小する極減小部を有するノズル
   を下流側に設け、このノズルの上流側に抵抗を与える抵
   抗手段を設けるとともに、前記ノズルの最小径ｄと、ノ
   ズル入口から最小径部終端に至る１での長さｌとの比ｌ
   ／ｄ を、１．２＜ｌ／ｄ＜２．８の範囲に設定したこ
   とを特徴とする冷凍装置。