WO2018168158A1

WO2018168158A1 - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: WO2018168158A1
Application number: PCT/JP2017/047111
Authority: WO
Inventors: 亮瀧澤
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2018-09-20
Also published as: JP2018155451A

Abstract

冷凍サイクル装置（１０）は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１２）と、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器（１４）と、凝縮器から流出した冷媒を膨張させる膨張弁（１８）と、膨張弁から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器（２０）と、を備える。また、冷凍サイクル装置は、膨張弁から流出した冷媒を、蒸発器を迂回して圧縮機の冷媒吸入側に流すバイパス通路部と、バイパス通路部を開閉する電磁弁と、を備える。さらに、冷凍サイクル装置は、圧縮機から吐出された冷媒の温度が、所定の開放基準温度を上回った際に、バイパス通路部が開放されるように電磁弁を制御する電磁弁制御部（５００）を備える。

Description

冷凍サイクル装置

関連出願への相互参照

　本出願は、２０１７年３月１７日に出願された日本出願番号２０１７－５３１４４号に基づくものであって、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に関する。

　従来、冷凍サイクル装置としては、凝縮器を通過した後の液冷媒の一部を圧縮機の冷媒吸入側に導入して、圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度の過度な上昇を抑制するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１０２０５１号公報

　しかしながら、特許文献１の如く、冷凍サイクル装置において、圧力の高い凝縮器の冷媒出口側から液冷媒の一部を圧力の低い圧縮機の冷媒吸入側に導入する場合、凝縮器の冷媒出口側から圧縮機の冷媒吸入側に冷媒を導くバイパス回路に減圧機構が必須となる。特許文献１では、バイパス回路に配置する減圧機構として、キャピラリチューブを採用しているが、凝縮器の冷媒出口側と圧縮機の冷媒吸入側との圧力差が大きいため、キャピラリチューブの長さが大きくなってしまう。このことは、冷凍サイクル装置のコンパクト化を妨げる要因となることから好ましくない。

　本開示は、コンパクトな構成で、圧縮機から吐出された冷媒の温度上昇を抑制可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本開示の１つの観点によれば、冷凍サイクル装置は、
　冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
　圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
　凝縮器から流出した冷媒を膨張させる膨張弁と、
　膨張弁から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
　膨張弁から流出した冷媒を、蒸発器を迂回して圧縮機の冷媒吸入側に流すバイパス通路部と、
　バイパス通路部を開閉する電磁弁と、
　圧縮機から吐出された冷媒の温度が、所定の開放基準温度を上回った際に、バイパス通路部が開放されるように電磁弁を制御する電磁弁制御部と、
　を備える。

　これによると、圧縮機から吐出された冷媒の温度が開放基準温度を上回った際に、バイパス通路部を介して、膨張弁から流出した低温の冷媒が圧縮機の冷媒吸入側に導入されることで、圧縮機が冷却される。これにより、圧縮機から吐出された冷媒の温度上昇が抑制される。

　さらに、バイパス通路部が、膨張弁の冷媒出口側および圧縮機の冷媒吸入側という比較的圧力の近い部位に接続されているので、バイパス通路部に対して冷媒の圧力を減圧する減圧機構が不要となる。

　従って、本開示によれば、圧縮機から吐出された冷媒の温度上昇を抑制可能な冷凍サイクル装置をコンパクトな構成で実現することができる。

　また、本開示の別の観点によれば、冷凍サイクル装置は、内部熱交換器を備える。この内部熱交換部は、凝縮器から流出した冷媒が流れる高温側熱交換部および蒸発器から流出した冷媒が流れる低温側熱交換部を有し、高温側熱交換部を流れる冷媒と低温側熱交換部を流れる冷媒とを熱交換させるように構成されている。そして、バイパス通路部は、冷媒が流入する冷媒流入部が膨張弁の冷媒出口側と蒸発器の冷媒入口側との間に設けられると共に、冷媒が流出する冷媒流出部が低温側熱交換部の冷媒出口側と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられている。

　このように、凝縮器から流出した冷媒と蒸発器から流出した冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備える構成では、凝縮器の冷媒出口側のエンタルピが減少し、蒸発器の冷媒出口側と冷媒入口側とのエンタルピ差が拡大するので冷凍能力の向上を図ることができる。

　ところが、内部熱交換器を備える構成では、低温側熱交換部から流出した冷媒の温度が上昇してしまうため、圧縮機に吸入される冷媒の温度が上昇し、圧縮機の冷却効果が低下してしまうことが懸念される。

　これに対して、本構成の冷凍サイクル装置では、バイパス通路部の冷媒流出部が低温側熱交換部の冷媒出口側と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられている。これによると、膨張弁から流出した低温の冷媒が圧縮機の冷媒吸入側に導入されることで、圧縮機に吸入される冷媒の温度上昇が抑制されるため、圧縮機を充分に冷却することができる。

　従って、本構成によれば、圧縮機から吐出された冷媒の温度上昇を抑える際の冷凍能力の低下を抑制可能な冷凍サイクル装置をコンパクトな構成で実現することができる。

第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の第１低圧通路部とバイパス通路部との接続部位を示す模式的な断面図である。第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の制御装置が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。第１実施形態に係る冷凍サイクル装置のバイパス通路部の閉鎖時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。第１実施形態に係る冷凍サイクル装置のバイパス通路部の開放時における冷媒の状態を示すモリエル線図である。第１実施形態の変形例となる冷凍サイクル装置の第１低圧通路部とバイパス通路部との接続部位を示す模式的な断面図である。第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。

　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

　（第１実施形態）
　本実施形態について、図１～図５を参照して説明する。本実施形態では、本開示の冷凍サイクル装置１０を、トレーラ等に搭載される冷凍庫に適用した例について説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、冷却対象空間である冷凍庫内へ送風する送風空気を－３０℃～－１０℃程度の極低温となるまで冷却する冷凍機として機能する。冷凍サイクル装置１０は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成している。

　図１に示すように、冷凍サイクル装置１０は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１２を備えている。圧縮機１２は、図示しないエンジンから出力される回転駆動力によって駆動する構成となっている。なお、圧縮機１２は、電動モータから回転駆動力によって駆動する構成となっていてもよい。

　圧縮機１２の冷媒吐出側には、凝縮器１４が接続されている。凝縮器１４は、圧縮機１２から吐出された高温高圧のガス冷媒を、図示しない室外ファンによって送風される外気と熱交換させて凝縮させる放熱器である。

　凝縮器１４の冷媒出口側には、レシーバ１６が接続されている。レシーバ１６は、凝縮器１４から流出した冷媒の気液を分離し、液冷媒を導出するものである。本実施形態のレシーバ１６は、サイクル内で余剰となる液冷媒を溜める液溜め機能付きの気液分離器で構成されている。

　レシーバ１６の冷媒出口側には、後述する内部熱交換器２２の高温側熱交換部２２１を介して、膨張弁１８が接続されている。膨張弁１８は、レシーバ１６から流出したガス冷媒を減圧膨張させる減圧機器である。膨張弁１８は、後述する制御装置５０からの制御信号に応じて弁開度が調整可能な電磁弁で構成されている。膨張弁１８は、蒸発器２０の冷媒出口側の過熱度が所定値となるように制御装置５０によって制御される。なお、膨張弁１８は、例えば、蒸発器２０の冷媒出口側に配置された感温部を有し、蒸発器２０の冷媒出口側の過熱度が所定値となるように弁開度が調整される機械式の膨張弁で構成されていてもよい。

　膨張弁１８の冷媒出口側には、蒸発器２０が接続されている。蒸発器２０は、膨張弁１８で減圧膨張された低温低圧の冷媒を図示しない室内ファンによって送風される庫内空気と熱交換させて、冷媒を蒸発させる吸熱器である。庫内空気は、蒸発器２０における冷媒の吸熱作用によって所望の温度まで冷却される。

　蒸発器２０の冷媒流れ下流側には、内部熱交換器２２に接続されている。内部熱交換器２２は、レシーバ１６から流出した高温高圧の冷媒と、蒸発器２０から流出した低温低圧の冷媒とを熱交換させる熱交換器である。内部熱交換器２２は、レシーバ１６から流出した高温高圧の冷媒が流れる高温側熱交換部２２１、蒸発器２０から流出した低温低圧の冷媒が流れる低温側熱交換部２２２を有している。

　内部熱交換器２２は、高温高圧の冷媒の流通路が低温低圧の冷媒の流通路の外側を覆う二重管方式の熱交換器で構成されている。なお、内部熱交換器２２は、高温高圧の冷媒の流通路と低温低圧の冷媒の流通路とが交互に積層された積層方式の熱交換器で構成されていてもよい。

　内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２の冷媒出口側には、圧縮機１２の冷媒吸入側に接続されている。低温側熱交換部２２２から流出した冷媒は、圧縮機１２に吸入された後に圧縮され、凝縮器１４の冷媒入口側に向けて吐出される。

　ところで、冷凍サイクル装置１０では、例えば、高負荷運転時に、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度が過度に上昇することがある。圧縮機１２から吐出された冷媒の温度が過度に上昇すると、冷媒に含まれる冷凍機油の劣化等の不具合が生じ易くなる。このため、冷凍サイクル装置１０では、圧縮機１２を冷却して保護する必要がある。

　これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、膨張弁１８から流出した低温低圧の冷媒を、蒸発器２０を迂回して圧縮機１２の冷媒吸入側に流すバイパス通路部３０を備えている。

　バイパス通路部３０は、一端側が第１低圧通路部２４に設けられた分岐部３２に接続され、他端側が第２低圧通路部２６に設けられた合流部３４に接続されている。なお、第１低圧通路部２４は、冷凍サイクル装置１０において、膨張弁１８の冷媒出口側と蒸発器２０の冷媒入口側とを接続する主冷媒通路部である。また、第２低圧通路部２６は、冷凍サイクル装置１０において、蒸発器２０の冷媒出口側と圧縮機１２の冷媒吸入側とを接続する下流側冷媒通路部である。

　本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、膨張弁１８の冷媒出口側と蒸発器２０の冷媒入口側との間に分岐部３２が設けられている。また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２の冷媒出口側と圧縮機１２の冷媒吸入側との間に合流部３４が設けられている。

　本実施形態では、バイパス通路部３０における分岐部３２に接続された部位が、冷媒が流入する冷媒流入部３２０を構成し、バイパス通路部３０における合流部３４に接続された部位が、冷媒が流出する冷媒流出部３４０を構成している。

　ところで、バイパス通路部３０が常時開放されていると、膨張弁１８から流出した低温低圧の冷媒が、バイパス通路部３０に流れることで、蒸発器２０に流れる冷媒の質量流量が減少してしまう。このことは、冷凍サイクル装置１０における冷凍能力が低下する要因となることから好ましくない。

　そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置１０には、バイパス通路部３０に対してバイパス通路部３０を開閉するバイパス弁３６が設けられている。バイパス弁３６は、後述する制御装置５０からの制御信号に応じて開閉制御される電磁弁で構成されている。

　バイパス弁３６は、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度が過度に上昇するといった異常時に開状態に制御されるものである。このため、バイパス弁３６としては、非通電時に閉状態となるノーマルクローズ型の電磁弁を採用することが望ましい。

　また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、バイパス通路部３０に冷媒が流れる際の冷凍能力の低下を抑制するために、バイパス通路部３０に対して膨張弁１８から流出した冷媒の乾き度よりも大きい乾き度となる冷媒が流入する構成となっている。すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、バイパス通路部３０が、第１低圧通路部２４を流れる冷媒の乾き度よりも大きい乾き度となる冷媒が流入するように、冷媒流入部３２０が第１低圧通路部２４に接続されている。

　ここで、冷凍サイクル装置１０の冷凍能力の低下を抑制する観点では、バイパス通路部３０側よりも蒸発器２０側に対して、液リッチな冷媒が流れることが望ましい。液冷媒は、ガス冷媒に比べて密度が高い。このため、液冷媒は、ガス冷媒に比べて、重力に逆らう方向、すなわち、鉛直方向ＤＲｕｄにおける上方側に向かう方向に流れ難い。

　この点に着眼し、本実施形態では、図２に示すように、バイパス通路部３０の冷媒流入部３２０に流入する冷媒の流れ方向が、鉛直方向ＤＲｕｄにおける上方側に向かう方向となるように、冷媒流入部３２０が第１低圧通路部２４に接続されている。つまり、バイパス通路部３０は、冷媒流入部３２０に流入する冷媒の流れ方向Ｆ１が、第１低圧通路部２４の分岐部３２を流れる冷媒の流れ方向Ｆ２に比べて、鉛直方向ＤＲｕｄにおける上方側に向かう方向に近くなるように、第１低圧通路部２４に接続されている。

　より具体的には、本実施形態の第１低圧通路部２４は、分岐部３２付近の部位が、水平方向ＤＲｈに沿って延びる構成となっている。そして、本実施形態のバイパス通路部３０は、第１低圧通路部２４と直交するように、冷媒流入部３２０が鉛直方向ＤＲｕｄに沿って延びる構成となっている。

　これによると、膨張弁１８から流出した気液二相状態の冷媒は、液リッチな冷媒が第１低圧通路部２４側に流れ、ガスリッチな冷媒がバイパス通路部３０に流れ易くなる。すなわち、バイパス通路部３０には、第１低圧通路部２４を流れる冷媒の乾き度よりも大きい乾き度となる冷媒が流入し易くなる。なお、第１低圧通路部２４は、分岐部３２付近の部位が、水平方向ＤＲｈに対して若干傾斜した方向に沿って延びる構成となっていてもよい。また、バイパス通路部３０は、冷媒流入部３２０が鉛直方向ＤＲｕｄに対して若干傾斜する方向に沿って延びる構成となっていてもよい。

　ここで、第１低圧通路部２４における分岐部３２の冷媒流れ下流側は、蒸発器２０および内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２が存在するため、バイパス通路部３０側に比べて、冷媒の流通抵抗が高くなる。このため、バイパス弁３６が開状態に制御された際に、バイパス通路部３０に対して過剰に冷媒が流れることが懸念される。

　そこで、本実施形態では、バイパス通路部３０に対して過剰に冷媒が流れることを抑制するために、バイパス通路部３０の内径Ｄ１が、第１低圧通路部２４における内径Ｄ２よりも小さくなっている。

　なお、バイパス通路部３０に対して過剰に冷媒が流れることを抑制する方法としては、バイパス通路部３０の長さを第１低圧通路部２４および第２低圧通路部２６の長さよりも大きくすることが考えられる。

　しかしながら、バイパス通路部３０の長さを大きくすることは、冷凍サイクル装置１０の大型化を招く要因となる。このため、本実施形態の如く、バイパス通路部３０の内径Ｄ１を第１低圧通路部２４における内径Ｄ２よりも小さくすることで、バイパス通路部３０に対して過剰に冷媒が流れることを抑制する構成となっていることが望ましい。

　次に、冷凍サイクル装置１０の電気制御部を構成する制御装置５０について、図１を参照して説明する。制御装置５０は、プロセッサ、記憶部等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。なお、制御装置５０の記憶部は、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。

　制御装置５０は、その入力側に、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ５２等の各種センサが接続されている。そして、制御装置５０は、吐出温度センサ５２等の各種センサの検出信号を取得可能となっている。なお、説明の便宜上、以下では、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度を吐出冷媒温度Ｔｄと呼ぶことがある。

　また、制御装置５０は、その出力側に、圧縮機１２、膨張弁１８、バイパス弁３６等の各種制御対象機器が接続されている。圧縮機１２、膨張弁１８、バイパス弁３６等の各種制御対象機器は、制御装置５０からの制御信号に応じて、その作動が制御される。

　このように構成された制御装置５０は、各種センサから入力された各種信号等を、予め記憶部に記憶されたプログラムに従って演算処理し、当該演算処理の結果等に基づいて、出力側に接続された各種制御対象機器を制御する。本実施形態の制御装置５０は、吐出温度センサ５２の検出値に応じて、バイパス弁３６の作動を制御する。

　ここで、制御装置５０には、各種演算処理を実行するハードウェアおよびソフトフェアで構成される処理実行部、各種制御対象機器を制御するハードウェアおよびソフトフェアで構成される制御部等が集約されている。制御装置５０には、例えば、バイパス弁３６の開閉作動を制御する電磁弁制御部５００が集約されている。

　次に、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の制御装置５０が実行する制御処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。制御装置５０は、図示しない冷凍サイクル装置１０の作動スイッチがオンされると、図３に示す制御処理を実行する。なお、図３に示す制御処理の各制御ステップは、制御装置５０が実行する各種機能を実現する機能実現部を構成している。

　図３に示すように、制御装置５０は、ステップＳ１０で、各種センサから入力された各種信号を取得する。そして、制御装置５０は、ステップＳ２０で、吐出温度センサ５２で検出された吐出冷媒温度Ｔｄが、所定の開放基準温度Ｔｔｈｏを上回ったか否かを判定する。なお、開放基準温度Ｔｔｈｏは、冷凍サイクル装置１０の高圧側の各種構成機器、冷媒、冷凍機油等の耐熱許容温度に近い値に設定される。

　そして、吐出冷媒温度Ｔｄが開放基準温度Ｔｔｈｏ以下となる場合、制御装置５０は、ステップＳ３０で、バイパス通路部３０が閉鎖されるように、バイパス弁３６を閉状態に制御する。

　これにより、冷凍サイクル装置１０は、膨張弁１８から流出した冷媒がバイパス通路部３０に流れない冷媒回路となる。この冷媒回路において圧縮機１２が稼働されると、圧縮機１２によって冷媒が圧縮して吐出される。この時の冷媒の状態は、図４のＡ１点となる。

　圧縮機１２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１４にて、室外ファンから送風された外気と熱交換して凝縮する。さらに、凝縮器１４から流出した冷媒は、レシーバ１６にて気液分離される。すなわち、冷媒の状態は、図４のＡ１点からＡ２点に移行する。

　レシーバ１６から流出した液冷媒は、内部熱交換器２２の高温側熱交換部２２１にて、さらに冷却されて過冷却状態となる。すなわち、冷媒の状態は、図４のＡ２点からＡ３点に移行する。

　また、内部熱交換器２２の高温側熱交換部２２１から流出した液冷媒は、膨張弁１８にて減圧膨張されることで、気液二相状態となる。すなわち、冷媒の状態は、図４のＡ３点からＡ４点に移行する。

　膨張弁１８から流出した冷媒は、バイパス弁３６によってバイパス通路部３０が閉鎖されているので、第１低圧通路部２４を介して蒸発器２０に流入する。そして、蒸発器２０に流入した冷媒は、室内ファンから送風される庫内空気から吸熱して蒸発し、気相状態となる。すなわち、冷媒の状態は、図４のＡ４点からＡ５点に移行する。

　蒸発器２０から流出した冷媒は、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２にて高温側熱交換部２２１を流れる冷媒との熱交換によって温度が上昇する。すなわち、冷媒の状態は、図４のＡ５点からＡ６点に移行する。

　内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２から流出した冷媒は、圧縮機１２に吸入され、再び圧縮される。すなわち、冷媒の状態は、図４のＡ６点からＡ１点に移行する。

　以上の如く、吐出冷媒温度Ｔｄが開放基準温度Ｔｔｈｏ以下となる場合、冷凍サイクル装置１０は、冷媒が蒸発器２０において吸熱作用を発揮することによって、庫内空気が冷却される。

　図３に戻り、ステップＳ２０にて、吐出冷媒温度Ｔｄが開放基準温度Ｔｔｈｏを上回っている場合、制御装置５０は、ステップＳ４０で、バイパス通路部３０が開放されるように、バイパス弁３６を開状態に制御する。

　これにより、冷凍サイクル装置１０は、膨張弁１８から流出した冷媒の一部がバイパス通路部３０に流れる冷媒回路となる。この冷媒回路において圧縮機１２が稼働されると、圧縮機１２によって冷媒が圧縮して吐出される。この時の冷媒の状態は、図５のＢ１点となる。

　圧縮機１２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１４にて、室外ファンから送風された外気と熱交換して凝縮する。さらに、凝縮器１４から流出した冷媒は、レシーバ１６にて気液分離される。すなわち、冷媒の状態は、図５のＢ１点からＢ２点に移行する。

　レシーバ１６から流出した液冷媒は、内部熱交換器２２の高温側熱交換部２２１にて、さらに冷却されて過冷却状態となる。すなわち、冷媒の状態は、図５のＢ２点からＢ３点に移行する。

　また、内部熱交換器２２の高温側熱交換部２２１から流出した液冷媒は、膨張弁１８にて減圧膨張されることで、気液二相状態となる。すなわち、冷媒の状態は、図５のＢ３点からＢ４点に移行する。

　膨張弁１８から流出した冷媒は、バイパス弁３６によってバイパス通路部３０が開放されているので、第１低圧通路部２４を介して蒸発器２０に流入すると共に、バイパス通路部３０にも流入する。

　この際、バイパス通路部３０の冷媒流入部３２０は、第１低圧通路部２４を流れる冷媒の乾き度よりも乾き度の大きい冷媒が流れるように、第１低圧通路部２４の分岐部３２に接続されている。このため、蒸発器２０には、バイパス通路部３０に流入する冷媒よりも乾き度の小さい液リッチな冷媒が流入する。そして、蒸発器２０に流入した冷媒は、室内ファンから送風される庫内空気から吸熱して蒸発し、気相状態となる。すなわち、冷媒の状態は、図５のＢ４点からＢ５点に移行する。

　蒸発器２０から流出した冷媒は、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２にて高温側熱交換部２２１を流れる冷媒との熱交換によって温度が上昇する。すなわち、冷媒の状態は、図５のＢ５点からＢ６点に移行する。

　そして、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２から流出した冷媒は、合流部３４にて、バイパス通路部３０を流れる冷媒と合流する。この際、バイパス通路部３０を流れる冷媒は、外部から殆ど受熱していないので、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２から流出した冷媒よりも低温となる。このため、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２から流出した冷媒は、合流部３４にてバイパス通路部３０を流れる冷媒と合流することで、その温度が低下する。すなわち、冷媒の状態は、図５のＢ６点からＢ７点に移行する。そして、合流部３４から流出した冷媒は、圧縮機１２に吸入され、再び圧縮される。すなわち、冷媒の状態は、図５のＢ７点からＢ１点に移行する。

　以上の如く、吐出冷媒温度Ｔｄが開放基準温度Ｔｔｈｏを上回っている場合、冷媒が蒸発器２０において吸熱作用を発揮することによって、庫内空気が冷却される。加えて、膨張弁１８から流出した低温の冷媒がバイパス通路部３０を介して圧縮機１２の冷媒吸入側に流入することによって、圧縮機１２が冷却される。これにより、圧縮機１２から吐出される冷媒の温度が低下する。

　図３に戻り、制御装置５０は、ステップＳ４０でバイパス弁３６を開状態に制御した後、ステップＳ５０で、吐出冷媒温度Ｔｄが、所定の閉鎖基準温度Ｔｔｈｃを上回っているか否かを判定する。この閉鎖基準温度Ｔｔｈｃは、開放基準温度Ｔｔｈｏよりも所定温度α低い温度に設定されている。なお、所定温度αは、バイパス弁３６の開閉のハンチング防止のためのヒステリシス幅である。

　そして、吐出冷媒温度Ｔｄが閉鎖基準温度Ｔｔｈｃを上回っている場合、制御装置５０は、ステップＳ４０で、バイパス弁３６を開状態に維持する。一方、吐出冷媒温度Ｔｄが閉鎖基準温度Ｔｔｈｃ以下である場合、制御装置５０は、ステップＳ６０で、バイパス通路部３０が閉鎖されるように、バイパス弁３６を閉状態に制御する。

　以上説明した本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、膨張弁１８から流出した冷媒を圧縮機１２の冷媒吸入側に流すバイパス通路部３０、バイパス通路部３０を開閉するバイパス弁３６が設けられている。そして、冷凍サイクル装置１０は、吐出冷媒温度Ｔｄが開放基準温度Ｔｔｈｏを上回った際に、制御装置５０によって、バイパス弁３６が開状態に制御される構成となっている。

　これによると、吐出冷媒温度Ｔｄが開放基準温度Ｔｔｈｏを上回った際に、バイパス通路部３０を介して、膨張弁１８から流出した低温の冷媒が圧縮機１２の冷媒吸入側に導入されることで、圧縮機１２が冷却される。これにより、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度上昇が抑制される。

　さらに、バイパス通路部３０が、膨張弁１８の冷媒出口側および圧縮機１２の冷媒吸入側という比較的圧力の近い部位に接続されているので、バイパス通路部３０に対して冷媒の圧力を減圧する減圧機構が不要となる。

　従って、本実施形態によれば、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度上昇を抑制可能な冷凍サイクル装置１０をコンパクトな構成で実現することができる。

　本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、凝縮器１４から流出した冷媒と蒸発器２０から流出した冷媒とを熱交換させる内部熱交換器２２を備えている。そして、バイパス通路部３０は、冷媒流入部３２０が膨張弁１８の冷媒出口側と蒸発器２０の冷媒入口側との間に設けられ、冷媒流出部３４０が内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２の冷媒出口側と圧縮機１２の冷媒吸入側との間に設けられている。

　このように、内部熱交換器２２を備える構成では、凝縮器１４の冷媒出口側のエンタルピが減少し、蒸発器２０の冷媒出口側と冷媒入口側とのエンタルピ差Δｉが拡大するので冷凍能力の向上を図ることができる。

　ところが、単に内部熱交換器２２を備える構成では、低温側熱交換部２２２から流出した冷媒の温度が上昇してしまうため、圧縮機１２に吸入される冷媒の温度が上昇し、圧縮機１２の冷却効果が低下してしまうことが懸念される。

　これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、バイパス通路部３０の冷媒流出部３４０が低温側熱交換部２２２の冷媒出口側と圧縮機１２の冷媒吸入側との間に接続されている。これによると、膨張弁１８から流出した低温の冷媒が圧縮機１２の冷媒吸入側に導入されることで、圧縮機１２に吸入される冷媒の温度上昇が抑制されるため、圧縮機１２を充分に冷却することができる。

　従って、本実施形態によれば、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度上昇を抑える際の冷凍能力の低下を抑制可能な冷凍サイクル装置１０をコンパクトな構成で実現することができる。

　さらに、本実施形態のバイパス通路部３０は、第１低圧通路部２４に流れる冷媒の乾き度よりも大きい乾き度となる冷媒が流入するように、冷媒流入部３２０が第１低圧通路部２４に接続されている。

　これによると、蒸発器２０における吸熱能力にあまり寄与しない乾き度の大きい冷媒がバイパス通路部３０に流れることで、蒸発器２０に対して液リッチな冷媒が流れる。液リッチな冷媒は、乾き度の大きい冷媒に比べて圧力損失が小さいため、蒸発器２０における圧力損失が抑制される。蒸発器２０における圧力損失が抑制されると、蒸発器２０の冷媒出口側の圧力が高くなり、圧縮機１２の冷媒吸入側に密度の高い冷媒が流れる。この結果、蒸発器２０に流入する冷媒の質量流量が増加するので、バイパス通路部３０に乾き度の小さい冷媒が流れる構成に比べて、冷凍能力が向上する。

　具体的には、バイパス通路部３０は、冷媒流入部３２０に流入する冷媒の流れ方向が、第１低圧通路部２４の分岐部３２を流れる冷媒の流れ方向に比べて、鉛直方向ＤＲｕｄにおける上方側に向かう方向に近くなるように、第１低圧通路部２４に接続されている。このように、バイパス通路部３０と第１低圧通路部２４との接続態様を工夫することで、バイパス通路部部に乾き度の大きい冷媒を流すことが可能となる。このことは、冷凍サイクル装置１０のコンパクト化に大きく寄与する。

　（第１実施形態の変形例）
　上述の第１実施形態では、冷媒流入部３２０に流入する冷媒の流れ方向が、鉛直方向ＤＲｕｄにおける上方側に向かう方向となるように、バイパス通路部３０を第１低圧通路部２４に接続する例について説明したが、これに限定されない。

　液冷媒は、ガス冷媒に比べて密度が高い。このため、液冷媒は、ガス冷媒に比べて、慣性力によって直進し易い傾向がある。例えば、図６に示すように、第１低圧通路部２４に冷媒の流れ方向を転向させる曲げ通路部２４０が含まれている場合、液冷媒は、曲げ通路部２４０における曲率半径が大きい外側壁部２４０ａに流れ易くなる。逆に、ガス冷媒は、曲げ通路部２４０における外側壁部２４０ａよりも曲率半径が小さい内側壁部２４０ｂに流れ易くなる。

　この点に着眼し、本変形例では、図６に示すように、バイパス通路部３０の冷媒流入部３２０が、曲げ通路部２４０の冷媒出口側における外側壁部２４０ａよりも曲率半径が小さい内側壁部２４０ｂに連なる部位に接続されている。

　これによっても、膨張弁１８から流出した気液二相状態の冷媒は、液リッチな冷媒が第１低圧通路部２４側に流れ、ガスリッチな冷媒がバイパス通路部３０に流れ易くなる。このため、本変形例の構成によれば、第１実施形態と同様に、バイパス通路部３０に乾き度の小さい冷媒が流れる構成に比べて、冷凍能力が向上する。

　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態について、図７を参照して説明する。本実施形態では、冷凍サイクル装置１０に対してアキュムレータ２８が追加されている点が第１実施形態と相違している。

　図７に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０には、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２の冷媒出口側と圧縮機１２の冷媒吸入側との間に、アキュムレータ２８が設けられている。アキュムレータ２８は、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２から流出した冷媒の気液を分離して、ガス冷媒を圧縮機１２の冷媒吸入側に流出させるものである。本実施形態のアキュムレータ２８は、サイクル内で余剰となる液冷媒を溜める液溜め機能付きの気液分離器で構成されている。

　また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、第２低圧通路部２６におけるアキュムレータ２８の冷媒入口側に合流部３４が設けられている。そして、合流部３４に対してバイパス通路部３０の冷媒流出部３４０が接続されている。すなわち、本実施形態のバイパス通路部３０は、冷媒流出部３４０が、内部熱交換器２２の低温側熱交換部２２２の冷媒出口側とアキュムレータ２８の冷媒入口側との間に接続されている。

　本実施形態の冷凍サイクル装置１０の他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、第１実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

　特に、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、バイパス通路部３０が、アキュムレータ２８の冷媒入口側に接続されている。このように、バイパス通路部３０の冷媒流出部３４０をアキュムレータ２８の冷媒入口側に接続する構成とすれば、圧縮機１２に液冷媒が吸入されてしまうこと（いわゆる、液バック）を防止することができる。

　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態について、図８を参照して説明する。本実施形態では、冷凍サイクル装置１０における内部熱交換器２２が廃止されている点、および膨張弁１８が感温式膨張弁で構成されている点が第１実施形態と相違している。本実施形態では、第１実施形態と相違している部分について主に説明し、第１実施形態と同様の部分について説明を省略することがある。

　図８に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、内部熱交換器２２が廃止されている。すなわち、冷凍サイクル装置１０は、膨張弁１８の冷媒出口側が蒸発器２０の冷媒入口側に接続され、蒸発器２０の冷媒出口側が圧縮機１２の冷媒吸入側に接続される構成になっている。

　また、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、膨張弁１８が電磁弁ではなく、感温式膨張弁で構成されている。具体的には、本実施形態の膨張弁１８は、凝縮器１４から流出した冷媒を減圧膨張させる弁機構１８１、蒸発器２０の冷媒出口側における冷媒の過熱度を検知するための感温部１８２を有している。そして、本実施形態の膨張弁１８は、感温部１８２で検知された冷媒の過熱度が所定値に近づくように弁機構１８１の弁開度が調整されるように構成されている。

　さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、膨張弁１８の冷媒出口側と蒸発器２０の冷媒入口側との間に分岐部３２が設けられ、蒸発器２０の冷媒出口側と圧縮機１２の冷媒吸入側との間に合流部３４が設けられている。この合流部３４は、蒸発器２０の冷媒出口側と圧縮機１２の冷媒吸入側との間の第２低圧通路部２６において、膨張弁１８の感温部１８２の設置箇所よりも冷媒流れ下流側に設けられている。

　本実施形態のバイパス通路部３０は、一端側が第１低圧通路部２４に設けられた分岐部３２に接続され、他端側が第２低圧通路部２６に設けられた合流部３４に接続されている。これにより、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、蒸発器２０から流出した冷媒とバイパス通路部３０を流れる冷媒とが第２低圧通路部２６における感温部１８２の設置箇所よりも冷媒流れ下流側で混合される構成になっている。

　ここで、冷凍サイクル装置１０としては、蒸発器２０から流出した冷媒とバイパス通路部３０を流れる冷媒とが第２低圧通路部２６における感温部１８２の設置箇所よりも冷媒流れ上流側で混合される構成とすることも可能である。

　ところが、このような構成では、蒸発器２０から流出した冷媒とバイパス通路部３０を流れる冷媒とが混合された後の冷媒の過熱度が感温部１８２で検知されることになる。この場合、圧縮機１２に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように膨張弁１８の弁機構１８１の弁開度が小さくなるように調整されるので、圧縮機１２に吸入される冷媒の温度を低下させることが難しい。

　これに対して、本実施形態の冷凍サイクル装置１０は、蒸発器２０から流出した冷媒とバイパス通路部３０を流れる冷媒とが第２低圧通路部２６における感温部１８２の設置箇所よりも冷媒流れ下流側で混合される構成になっている。このような構成では、蒸発器２０から流出した冷媒とバイパス通路部３０を流れる冷媒とが混合される前の冷媒の過熱度が感温部１８２で検知されることになる。この場合、蒸発器２０の冷媒出口側において過熱度が所定値に調整された後の冷媒がバイパス通路部３０を流れる冷媒と混合されるので、圧縮機１２に吸入される冷媒の温度を低下させることができる。このため、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、合流部３４を膨張弁１８の感温部１８２の冷媒流れ上流側に設置する構成に比べて、圧縮機１２の温度上昇を抑制することができる。

　（第３実施形態の変形例）
　上述の第３実施形態では、内部熱交換器２２が廃止された例について説明したが、これに限定されない。上述の第３実施形態に示す冷凍サイクル装置１０は、第１実施形態と同様に内部熱交換器２２を備える構成になっていてもよい。この場合、膨張弁１８の感温部１８２については、例えば、蒸発器２０の冷媒出口側と低温側熱交換部２２２の冷媒入口側との間に設置すればよい。

　（他の実施形態）
　以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

　上述の各実施形態の如く、冷凍サイクル装置１０は、凝縮器１４から流出した冷媒と蒸発器２０から流出した冷媒とを熱交換させる内部熱交換器２２を備える構成となっていることが望ましいが、これに限定されない。冷凍サイクル装置１０は、例えば、内部熱交換器２２を備えない構成となっていてもよい。

　上述の各実施形態の如く、バイパス通路部３０は、第１低圧通路部２４に流れる冷媒の乾き度よりも大きい乾き度となる冷媒が流入するように、冷媒流入部３２０が第１低圧通路部２４に接続される構成となっていることが望ましいが、これに限定されない。バイパス通路部３０は、例えば、第１低圧通路部２４に流れる冷媒の乾き度と同等または小さい乾き度となる冷媒が流入するように、冷媒流入部３２０が第１低圧通路部２４に接続される構成となっていてもよい。

　上述の各実施形態では、本開示の冷凍サイクル装置１０を、トレーラ等に搭載される冷凍庫に適用する例について説明したが、これに限定されない。本開示の冷凍サイクル装置１０は、例えば、車室内を空調する車両用空調装置、家屋の室内を空調する空調装置、温水を生成する給湯装置等の様々な装置に適用可能である。

　上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

　上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

　上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

　（まとめ）
　上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、冷凍サイクル装置は、圧縮機から吐出された冷媒の温度が開放基準温度を上回った際に、バイパス通路部を介して膨張弁から流出した低温の冷媒が圧縮機の冷媒吸入側に導入される構成となっている。

　また、第２の観点によれば、冷凍サイクル装置は、膨張弁が凝縮器から流出した冷媒を減圧膨張させる弁機構、蒸発器の冷媒出口側における冷媒の過熱度を検知するための感温部を有している。膨張弁は、蒸発器の冷媒出口側における冷媒の過熱度が所定値となるように弁機構の弁開度が調整されるように構成されている。そして、バイパス通路部は、冷媒が流入する冷媒流入部が膨張弁の冷媒出口側と蒸発器の冷媒入口側との間に設けられると共に、冷媒が流出する冷媒流出部が感温部の設置箇所と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられている。これによれば、圧縮機１２の温度上昇を充分に抑制することができる。

　また、第３の観点によれば、冷凍サイクル装置は、凝縮器から流出した冷媒と蒸発器から流出した冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備える。そして、バイパス通路部は、冷媒が流入する冷媒流入部が膨張弁の冷媒出口側と蒸発器の冷媒入口側との間に設けられると共に、冷媒が流出する冷媒流出部が低温側熱交換部の冷媒出口側と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられている。

　また、第４の観点によれば、冷凍サイクル装置は、圧縮機に吸入される前の冷媒の気液を分離してガス冷媒を圧縮機の冷媒吸入側に流出させるアキュムレータを備える。そして、バイパス通路部は、冷媒が流出する冷媒流出部が、アキュムレータの冷媒入口側に接続されている。このように、バイパス通路部の冷媒流出部をアキュムレータの冷媒入口側に接続する構成とすれば、圧縮機に液冷媒が吸入されてしまうこと（いわゆる、液バック）を防止することができる。

　また、第５の観点によれば、冷凍サイクル装置は、膨張弁の冷媒出口側と蒸発器の冷媒入口側とを接続する主冷媒通路部を備える。そして、バイパス通路部は、主冷媒通路部に流れる冷媒の乾き度よりも大きい乾き度となる冷媒が流入するように、冷媒が流入する冷媒流入部が主冷媒通路部に接続されている。

　これによると、蒸発器における吸熱能力にあまり寄与しない乾き度の大きい冷媒がバイパス通路部に流れることで、蒸発器に対して液リッチな冷媒が流れる。液リッチな冷媒は、乾き度の大きい冷媒に比べて圧力損失が小さいため、蒸発器における圧力損失が抑制される。蒸発器における圧力損失が抑制されると、蒸発器の冷媒出口側の圧力が高くなり、圧縮機の冷媒吸入側に密度の高い冷媒が流れる。この結果、蒸発器に流入する冷媒の質量流量が増加するので、バイパス通路部に乾き度の小さい冷媒が流れる構成に比べて、冷凍能力が向上する。なお、質量流量は、単位時間当たりに所定の面を通過する冷媒の質量として定義される。

　また、第６の観点によれば、冷凍サイクル装置のバイパス通路部は、冷媒流入部に流入する冷媒の流れ方向が、主冷媒通路部を流れる冷媒の流れ方向に比べて、鉛直方向における上方側に向かう方向に近くなるように主冷媒通路部に接続されている。

　このように、バイパス通路部部の冷媒流入部に流入する冷媒の流れ方向が、鉛直方向における上方側に向かう方向となるように、バイパス通路部部の冷媒流入部を主冷媒通路に対して接続することで、バイパス通路部部に乾き度の大きい冷媒を流すことが可能となる。

　また、第７の観点によれば、冷凍サイクル装置は、主冷媒通路部が、冷媒の流れ方向を転向させる曲げ通路部を含んで構成されている。バイパス通路部は、冷媒流入部が曲げ通路部の冷媒出口側における外側壁部よりも曲率半径が小さい内側壁部に連なる部位に接続されている。

　このように、バイパス通路部部の冷媒流入部を、主冷媒通路部の曲げ通路部における内側壁部に対して接続することで、バイパス通路部部に乾き度の大きい冷媒を流すことが可能となる。

Claims

　蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であって、
　冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１２）と、
　前記圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器（１４）と、
　前記凝縮器から流出した冷媒を膨張させる膨張弁（１８）と、
　前記膨張弁から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器（２０）と、
　前記膨張弁から流出した冷媒を、前記蒸発器を迂回して前記圧縮機の冷媒吸入側に流すバイパス通路部（３０）と、
　前記バイパス通路部を開閉する電磁弁（３６）と、
　前記圧縮機から吐出された冷媒の温度が、所定の開放基準温度を上回った際に、前記バイパス通路部が開放されるように前記電磁弁を制御する電磁弁制御部（５００）と、
　を備える冷凍サイクル装置。
　前記膨張弁は、前記凝縮器から流出した冷媒を減圧膨張させる弁機構（１８１）、前記蒸発器の冷媒出口側における冷媒の過熱度を検知するための感温部（１８２）を有し、前記蒸発器の冷媒出口側における冷媒の過熱度が所定値となるように前記弁機構の弁開度が調整されるように構成されており、
　前記バイパス通路部は、冷媒が流入する冷媒流入部（３２０）が前記膨張弁の冷媒出口側と前記蒸発器の冷媒入口側との間に設けられると共に、冷媒が流出する冷媒流出部（３４０）が前記感温部の設置箇所と前記圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記凝縮器から流出した冷媒が流れる高温側熱交換部（２２１）および前記蒸発器から流出した冷媒が流れる低温側熱交換部（２２２）を有し、前記高温側熱交換部を流れる冷媒と前記低温側熱交換部を流れる冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（２２）を備え、
　前記バイパス通路部は、冷媒が流入する冷媒流入部（３２０）が前記膨張弁の冷媒出口側と前記蒸発器の冷媒入口側との間に設けられると共に、冷媒が流出する冷媒流出部（３４０）が前記低温側熱交換部の冷媒出口側と前記圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられている請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
　前記圧縮機に吸入される前の冷媒の気液を分離してガス冷媒を前記圧縮機の冷媒吸入側に流出させるアキュムレータ（２８）を備え、
　前記バイパス通路部は、冷媒が流出する冷媒流出部（３４０）が、前記アキュムレータの冷媒入口側に接続されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
　前記膨張弁の冷媒出口側と前記蒸発器の冷媒入口側とを接続する主冷媒通路部（２４）を備え、
　前記バイパス通路部は、前記主冷媒通路部に流れる冷媒の乾き度よりも大きい乾き度となる冷媒が流入するように、冷媒が流入する冷媒流入部（３２０）が前記主冷媒通路部に接続されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
　前記バイパス通路部は、前記冷媒流入部に流入する冷媒の流れ方向が、前記主冷媒通路部における前記冷媒流入部が接続された接続部位を流れる冷媒の流れ方向に比べて、鉛直方向における上方側に向かう方向に近くなるように、前記主冷媒通路部に接続されている請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
　前記主冷媒通路部には、前記冷媒の流れ方向を転向させる曲げ通路部（２４０）を含んで構成されており、
　前記バイパス通路部は、前記冷媒流入部が前記曲げ通路部の冷媒出口側における外側壁部（２４０ａ）よりも曲率半径が小さい内側壁部（２４０ｂ）に連なる部位に接続されている請求項５に記載の冷凍サイクル装置。