JPS6346348B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は冷凍装置、特に自動車空調用として好
適な固定絞りを有する冷凍装置に関するものであ
る。

〔従来の技術及びその問題点〕

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ヤ
ピラリチユーブ１を減圧装置として使うのが普通
である。

その作動は以下の如くである。即ち、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ま
ると、その流量を流すようにキヤピラリチユーブ
１の入口冷媒の状態（過冷却度又は乾き度）が第
２図のキヤピラリチユーブの流量特性より決定さ
れる。例えば、熱負荷が高くなり、熱負荷に対し
冷媒流量（重量流量）が足りなくなる状態では蒸
発器出口の冷媒が過熱度を持つようになるので、
アキユムレータ４内の液冷媒が気化して凝縮器２
内に移行する。この冷媒の移行に伴い凝縮器２内
の過冷却域が大きくなり、その結果凝縮器２の出
口冷媒の過冷却度が大きくなる。そして、このよ
うに過冷却度が大きくなれば、第２図の流量特性
に従つて冷媒流量が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において
冷媒が充分に蒸発しきらず、蒸発器３出口部の冷
媒が一部液冷媒となり、アキユムレータ４内に冷
媒が溜められる。その結果、凝縮器２側へ移行す
る冷媒量が減少して凝縮器２内の出口側過冷却域
が少なくなり、凝縮器出口冷媒の過冷却度が小さ
くなり、更には乾き度を持つようになる。その結
果第２図の流量特性に従つて冷媒流量が減少し、
サイクルがバランスする。

ところで、この従来の冷凍サイクルにおけるバ
ランスはサイクル効率を良くするには蒸発器２の
入口、出口間での冷媒エンタルピ差が大きい、す
なわち過冷却度を多少持つ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用冷凍装置
においては冷媒流量の変動も大きいため、通常運
転時過冷却度を５℃としても過負荷運転時には高
流量が流れ、過冷却度が過大になつてしまう。す
ると、凝縮器での必要放熱量が増大し高圧圧力が
異常に高くなつてしまい、安全弁よりのガス放出
とか圧力上昇による性能低下をまねくという欠点
が生じる。そこで過冷却度の変動が少なくて流量
変化が大の流量特性を持つ固定絞りが切に望まれ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記点に鑑み、凝縮器出口側の冷媒の
過冷却度の変動を小さく保持しつつ、冷凍サイク
ルを循環する冷媒の重量流量が、熱負荷に応じて
的確に制御され得るようにすることを目的とす
る。

〔構成及び作動〕

上記目的を達成するため、本発明では、固定絞
りとして、オリフイスのごとき急激な形状変化を
伴う絞り抵抗手段を用いることに着目した。即ち
この種の絞り抵抗手段では、冷媒の乾き度域にお
ける流量変化が特に大きいので、この大きな流量
変化を利用し、凝縮器出口側冷媒の過冷却度の変
動を小さくしつつ冷媒の循環流量を大きな範囲で
制御できるようにする。

しかしながら、この種の絞り抵抗手段では、過
冷却冷媒に対しては大きな流量変化を得ることが
できない。すなわち、この種の絞り抵抗手段は、
その内部を気相の冷媒が通過する範囲に特に冷媒
流量を大きく変化させるものである。即ち気相冷
媒の量が増えることに伴い、冷媒の循環重量流量
が急激に減少するものである。そのため、絞り抵
抗手段内を気相を伴わない過冷却状態の冷媒が流
れたのでは、その冷媒の過冷却度に応じて冷媒流
量を大幅に変動させることは困難である。

そこで本発明は上記の絞り抵抗手段の流量変化
特性を最も効果的に発揮できるよう、絞り抵抗手
段の上流にさらに定差圧弁を配置するようにした
ものである。このように定差圧弁を配置すること
により、凝縮器出口冷媒の過冷却度が変化して
も、常に定差圧弁により所定圧力の効果が生じる
ようにしたものである。その結果、本発明では絞
り抵抗手段に流入する冷媒は乾き度をわずかに持
つ気液２相流となり、わずかな過冷却度の変化に
より冷媒流量を大きく変化させることができる。

〔実施例〕

図に示す本発明の実施例について説明する。

第４図において圧縮機５は電磁クラツチ５ａを
介して自動車エンジン（図示せず）の駆動力を受
けて、冷媒を圧縮吐出る。この圧縮機５の下流に
凝縮器２が接続されている。該凝縮器２は自動車
のエンジンルーム内のラジエータ周辺に配置さ
れ、フアン２ａにより冷却風を受けて冷却される
ようになつている。車室内の計器盤下部等に配置
された蒸発器３はフアン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つている。

７は急激な形状変化を伴う絞り抵抗手段で、本
例ではオリフイスよりなる。このオリフイス７の
上流側に定差圧弁６が設けられており、この両者
６，７により減圧装置を構成している。該定差圧
弁６はスプリング６ａと弁６ｂよりなり、弁６ｂ
の前後の差圧が一定値例えば２乃至3.5Kg／cm²以
上になると開弁するようにスプリング６ａを設定
してある。PHは凝縮器２の出口位置Ｈにおける
出口圧力すなわち定差圧弁６の入口圧力であり、
例えばPH＝15Kg／cm²とする。PLはオリフイス７
の出口位置Ｌにおける出口圧力であり、PCは定
差圧弁６とオリフイス７の中間位置Ｃにおける中
間圧力である。例えば、PCは15−3.5＝11.5Kg／
cm²である。

第３図のモリエル線図において定差圧弁６の入
口冷媒が過冷却度12℃であればPCでは乾き度ｘ
＝０であり、過冷却度が小さくなるにつれてPC
での乾き度ｘは増加し、過冷却度が０になると乾
き度ｘはxc（＝0.1）となる。このようにしてオリ
フイス７の入口冷媒の乾き度が０から0.1まで変
化るため、冷媒流量はオリフイス７の特性に従い
大きく変化する。

次に上記構成よりなる冷凍装置の作動を説明す
る。

真夏の駐車時のように、冷凍装置の熱負荷がき
な状態では、蒸発器３での蒸発量も多く、その結
果アキユムレータ４には過熱度をつた冷媒が流入
することになり、ひいてはアキユムレータ４内に
保持されていた冷媒が蒸発器２側に移行すること
になる。従つて、この状態では凝縮器２の出口側
において冷媒が溜められることになり、ひいては
定差圧弁６入口側における冷媒の過冷却度が高く
なる。この凝縮器２出口側における冷媒の過冷却
度を第３図中SCで示す。

ここで本発明では凝縮器２の出口側に定差圧弁
６が設けられているため、定差圧弁６出口側の冷
媒の圧力、換言すればオリフイス７入口における
冷媒圧力PCは常に凝縮器出口側冷媒圧力PHより
所定圧低い圧力となる。ここで定差圧弁６は凝縮
器２出口側の冷媒の過冷却SCがこの冷凍装置の
高負荷時のごとく最大となつた状態であつても、
オリフイス７入口において冷媒に過冷却が生じな
いようになつている。すなわちオリフイス入口で
は冷媒に乾き度を生じるようにしている。

次いで春秋期のように熱負荷の小さな状態で
は、アキユムレータ４内に液冷媒が溜められ、そ
れに応じ凝縮器２出口側における過冷却度が小さ
くなる。すなわち第３図において過冷却SCの割
合がＡ〜Ｂに変化する。この状態であつても、定
差圧弁６は常に所定圧力、冷媒圧力を低下させる
ため、オリフイス７入口において冷媒の状態は第
３図中Ｃ〜Ｄに変化する。すなわち、この状態で
は冷媒の乾き度ｘがxc′となる。ここで冷媒に乾
き度が生ずれば、第２図より明らかなようにオリ
フイス７を通る冷媒流量が大幅に減少する。その
結果蒸発器３に流通する冷媒流量が減少し、ひい
てはアキユムレータ４に溜められる冷媒量が減少
する。その結果アキユムレータ４より冷媒が凝縮
器２側に移行し、凝縮器２の出口においては十分
な過冷却SCが保持される。

特に冷凍装置の熱負荷が小さくなり、凝縮器２
の出口側における過冷却が小さくなれば、凝縮器
２出口側の冷媒状態は第３図中Ｂ〜Ｅの状態に変
化する。すなわち凝縮器２の出口側において過冷
却が生じなくなる。

このような場合であつても、定差圧弁６を設け
ているため、オリフイス７の入口側においては確
実に冷媒圧力PCを低下させることができる。従
つてこの状態においてオリフイス７に導入される
冷媒の状態は第３図中Ｄ〜Ｆの状態に変化する。
このＦの状態は冷媒の乾き度ｘがxcの状態であ
り、その乾き度が大きくなつている。

このように乾き度が大きくなれば第２図より明
らかなように冷媒流量は大幅に減少する。そのた
め熱負荷が特に小さくなつた時にはそれに応じて
冷媒流量が特に小さくすることができる。従つて
ひいては凝縮器２の出口側における過冷却を大幅
に変動させることなく保持することができる。

第５図は定差圧弁６にかえてキヤピラリー８を
用いた場合を示す。

このようにキヤピラリー８を用いた場合であつ
ては、凝縮器２出口側の冷媒の過冷却度に応じ
て、キヤピラリー８通過時の圧力降下を一定に保
ことはできない。すなわちキヤピラリー８の特性
上冷媒の過冷却度が大きな状態では大きな圧力低
下が得られが、冷媒の過冷却度が小さくすれば、
キヤピラリー８を通過する際の圧力低下は小さな
ものとなつてしまう。

このことを第３図に基づいて説明する。凝縮２
出口側の冷媒の過冷却度が大きな状態（第３図中
Ａで示す）の時にオリフイス７に乾き度を有する
冷媒が流入されるようキヤピラリー８を設定した
としても、冷媒の乾き度が小さくなれば（第３図
中Ｂの状態）、キヤピラリー８での圧力低下は小
さくなつてしまう（第３図中Ｇの状態）。そして
凝縮器２出口側の冷媒の過冷却度がさらに小さく
なれば（第３図中Ｅの状態）、それに応じキヤピ
ラリー８の圧力低下もさらに小さくなつてしまう
（第３図中Ｈの状態）。

従つてキヤピラリー８を用いたのでは、凝縮器
２出口側の過冷却度に応じてオリフイス７に流入
される冷媒の過冷却度を適格に制御することが困
難となる。上述の例では、定差圧弁６を用いれば
オリフイス７入口での冷媒が第３図中Ｆの状態と
なり、十分な乾き度xcが得られる場合であつて
も、キヤピラリー８を用いれば、オリフイス入口
での冷媒の状態は第３図中Ｈとなり、乾き度ｘは
xc′となつてしまう。

この第３図のモリエル線図よりも明らかなよう
に本発明では定差圧弁６を用いているので、冷媒
の循環流量の制御が適格に行われることになる。

なお上述の例では急激な形状変化を伴う絞り抵
抗手段としてオリフイスを用いたが、他の手段例
えばノズルやベンチユリー等であつても良いこと
はもちろんである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では絞り抵抗手段の
上流側に抵抗手段として特に定差圧弁を設けるこ
とにより、冷媒の過冷却度のわずかな変化に対し
ても、冷媒流量を大幅に変化させることができ
る。従つて本発明では自動車用冷房装置のような
負荷変動の大きな冷凍装置であつても、常に適切
な過冷却度を保つことができるという優れた効果
を有する。

【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
は固定絞りの流量特性図、第３図は冷凍装置のモ
リエ線図上のサイクル図、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図は定差
圧弁に代え、キヤピラリチーチユーブを用いた例
のサイクル図である。 １…キヤピラリーチユーブ、２…凝縮器、３…
蒸発器、４…アキユムレータ、５…圧縮機、６…
定差圧弁、７…オリフイス、８…キヤピラリチユ
ーブ、９…抵抗手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷媒の吸入・圧縮を行う圧縮機５と、 この圧縮機５の下流に配設され前記圧縮機５か
   ら吐出された高圧冷媒を凝縮する凝縮器２と、 この凝縮器２の下流に配設され前記凝縮器２通
   過後の液冷媒を気液二相状態まで減圧すべく冷媒
   流れに抵抗を与える定差圧弁６と、 この定差圧弁６の下流に管状流路を介して接続
   され前記定差圧弁６通過後の気液二相冷媒を膨張
   させる絞り抵抗手段７と、 この絞り抵抗手段７の下流に配設され前記絞り
   抵抗手段７通過後の低圧冷媒を蒸発する蒸発器３
   と、 この蒸発器３の下流に配設され前記蒸発器３通
   過後の冷媒を保持し、気冷媒のみ前記圧縮機５側
   へ流出するアキユムレータ４とを備える 冷凍装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の冷凍装置におい
   て、前記絞り抵抗手段がオリフイスであることを
   特徴とする冷凍装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の冷凍装置におい
   て前記定差圧弁６はその前記の差圧が２〜3.5
   Kg／cm²となるよう冷媒流れに抵抗を与えるもので
   あることを特徴とする冷凍装置。