JPH02203175A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 星！−二五里立艷 本発明は、蒸気圧縮式冷凍装置に係わり、特に自動車用
エアコンに好適に使用される冷凍装置に関するものであ
る。

従来　術　および発明が解決しようとする課題蒸気圧縮
式冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張器および蒸発器を
主体として構成され、冷媒は“圧縮機→凝縮器→膨張器
→蒸発器→圧縮機″なる循環経路（冷凍サイクル）で流
れる。従来自動車用二′アコン等に使用されている冷凍
装置では、圧縮機を保護するために、液状の冷媒が圧縮
機に流入しないように圧縮機の入口で冷媒に成る過熱度
（ＳＨ）をもたせ、完全にガス状態の冷媒を圧縮機に戻
すようにしている。ところが、自動車用エアコンの如く
圧縮機が蒸発器から離れていて、過熱度検知装置が圧縮
機入口ではなく蒸発器出口に設置され、蒸発器出口から
の配管が高い雰囲気温度帯（エンジンルーム）を経て圧
縮機に到る場合、圧縮機に流入するガス冷媒の過熱度が
高くなり過ぎてしまう。その結果、圧縮後の冷媒温度が
例えば１２０°Ｃを越えてゴムホース、冷凍機油等の劣
化が生じることになる。そこで、蒸発器出口での過熱度
（ＳＨ）を小さくすれば良いのであるが、従来使用され
ている冷媒および膨張弁では過熱度（ＳＨ）＝０の近傍
になると圧縮機に対する冷媒液の還流が生じ、その還流
量を制御できないために還流液量が過大になってしまう
ことがあり、蒸発器出口で成る程度の過熱度（ＳＨ）を
確保せざるを得ないのが実情であった。

以下、斯かる従来技術の有する問題を図面を引用して説
明する。

第８図は従来の膨張器１を示している。膨張器１は、そ
の主胴２の一端開放部にダイアフラム３およびこれを押
さえるヘッドカバー４を具備するとともに、ダイアフラ
ム３によって隔てられる第一ダイアフラム室５、第二ダ
イアフラム室６を有し、さらに主胴２を横断して形成さ
れた冷媒通路７の入口８と出口９の間で該冷媒通路７を
開閉可能に遮断するとともに押さえ棒１２を介してダイ
アフラム３に連結された絞り弁１１、該絞り弁１１を遮
断方向に付勢する圧縮コイルばね１３を具備している。

また、絞り弁１１の下流側にて冷媒通路７がバイパス路
１０を介して第二ダイアフラム室６に連通接続され、第
一ダイアフラム室５には、図示されない蒸発器出口部に
配設された感熱筒１４がキャピラリチューブ１５をもっ
て連通接続されている。感熱筒１４内には冷凍サイクル
で使用される冷媒と同一の冷媒が封入される。

前記構成において、図示されない凝縮器（コンデンサ）
側から冷媒通路７内に進入した高温・高圧の液冷媒が絞
り弁１１の位置で規定される絞り部（オリフィス）を通
過すると、急激に膨張して低温・低圧の霧状の冷媒にな
り、出口９から蒸発器内に入る。蒸発器内への冷媒量は
絞り弁１１の開度によって調節され、今仮に、一定量の
冷媒が流れているときに蒸発器を包囲する環境温度が上
昇すると、冷媒は早く蒸発して蒸発器出口部の温度が上
昇し、感熱筒１４内のガスが膨張し、第一ダイアフラム
室５内の圧力Ｐ□が上昇してダイアフラム３が押され、
したがって圧縮コイルばね１３の弾発力に抗して絞り弁
１１が押し下げられ冷媒流量が増える。

斯かる装置では、第一ダイアフラム室５内の圧力Ｐに対
して第二ダイアフラム室６内の圧力をＰＬ。

圧縮コイルばね１３によってダイアフラム３に与えられ
る圧力をＰＳとするとき、感熱筒１４内の圧力Ｐ０が、
Ｐ工＝　ｐ、＋　ｐ８なる関係式を満たすような感熱筒
１４内温度（蒸発器出口部温度）で制御が行われている
。過熱度（ＳＨ）＞Ｏなる範囲で制御を行う際の該過熱
度（ＳＨ）をＴ−ｓ線図（ただし、Ｔは絶対温度、Ｓは
エントロピーである）における冷凍サイクル（単段）中
で示したものが第９図である。しかるに、過熱度（ＳＨ
）＝０になるように制御しようとすると、第１０図に示
すように蒸発器出口部温度は飽和温度（Ｔｓバ一定）の
範囲内にあるから、温度差による冷媒流量制御が不可能
になる。

本発明は斯かる技術的背景の下に創案されたものであり
、冷凍装置において、蒸発器出口における過熱度のみな
らず圧縮機に対する冷媒液の還流量をも制御し、圧縮機
流入冷媒の過熱度を小さく抑えることをその目的として
いる。

とによって達成される。

雪題を　゛するための　段 この目的は、圧縮機、凝縮器、膨張器および蒸発器を備
える冷凍装置であって、膨張器が、ダイアフラムと、該
ダイアフラムによって隔てられる第一ダイアフラム室お
よび第二ダイアフラム室と、冷媒入口と冷媒出口間を連
通ずる冷媒通路と、該冷媒通路を開閉可能に遮断する絞
り弁と、該絞り弁を遮断方向に付勢するばね体と、第二
ダイアフラム室側に位置してダイアフラムと絞り弁を連
結する押さえ棒とを具備し、絞り部分の下流側の冷媒通
路が膨張器内または膨張器外にて第二ダイアフラム室と
連通状態になっており、蒸発器出口部に配設された感熱
筒と第一ダイアフラム室が連通ずるとともに感熱筒内に
前記冷媒と同一の冷媒が封入されて成る冷凍装置におい
て、絞り弁を遮断方向に付勢する前記上ばね体の他に、
絞り弁を開成方向に付勢する副ばね体を設けるとともに
、前記冷媒として非共沸混合冷媒を使用するこ＾施工 以下、本発明の一実施例を図面を引用しながら説明する
。

第１図は自動車の車体前部に位置するエアコン用冷凍装
置（冷凍サイクル）を概略図として示している。図中、
２０はエンジンであって、冷凍装置２１の圧縮機２２が
エンジン２０のクランク軸と連動して駆動されるように
なっており、該圧縮機２２から吐出された高温の冷媒ガ
スは、配管２３を経て凝縮器２４に到り、エンジン２０
の冷却ファンによって空冷されて液化し、高圧液となっ
て配管２３Ａを経て受液器２５に一時貯溜され、次に配
管２６から膨張器１Ａに到り、該膨張器１Ａを経て圧力
降下して蒸発器２７に流入する。該蒸発器２７でガスと
なった冷媒は配管２８を経て圧縮機２２に吸入され、以
下同様に冷凍サイクルを循環する。

第２図は、該冷凍装置２１を模式的に示している。冷凍
装置２１は、エアコンとしての機能を十分に発揮し車室
内を快適な状態に保つための制御装置２９を備えている
。図中、３０は受液器２５の出口配管に接続された圧力
センサを示している。

第３図は、膨張器１Ａの内部構造を示している。

該膨張器１Ａの大部分の構造は先に説明した膨張器１の
それと・一致しているため、同一部材には同一指示符号
を用い、その説明は省略する。膨張器１との相違点は、
絞り弁１１を圧縮コイルばね１３（主ばね体）とは逆方
向に付勢する圧縮コイルばね３１（副ばね体）が、絞り
弁１１の上位で押え棒１２に嵌装され、該押え棒１２に
固定されたばね座３２と膨張器１Ａの主胴２とで支承さ
れている点である。

冷凍装置２１では、気液二相の飽和状態でも蒸発温度が
変化する非共沸混合冷媒が使用され、蒸発器２７の出口
部に配設された感熱筒１４内には同一の非共沸混合冷媒
、またはその主冷媒、または該非共沸混合冷媒と近い蒸
気圧特性を有する単一冷媒（または共沸混合冷媒）が封
入される。第４図に非共沸混合冷媒の特性を示す。図は
、冷媒（Ａ）、（Ｂ）の混合割合を横軸に温度を縦軸に
それぞれ示し、圧力（Ｐ）を一定にした場合の非共沸混
合冷媒の温度特性を示している。曲線工は飽和液線、曲
線ＩＩは飽和蒸気線、Ｔは冷媒（Ａ）の沸点、Ｔ２は冷
媒（Ｂ）の沸点をそれぞれ示す。冷媒（Ａ）、　（Ｂ）
が適当割合に混合された非共沸混合冷媒は蒸発器２７内
で蒸発する際、低沸点冷媒（Ａ）から徐々に蒸発し、最
後に高沸点冷媒（Ｂ）が蒸発するため、第５図（Ｔ−ｓ
線図）図示の如く蒸発器２７の入口から出口に向かって
温度が上昇しながら蒸発する（直線ＩＩＩ参照）。この
図では過熱度（ＳＨ）＞０になっている。

ここで過熱度（ＳＨ）＞０にするには、圧縮コイルばね
１３（主ばね体）によってダイアフラム３に与えられる
圧力をＰｓ□、圧縮コイルばね３１（副ばね体）によっ
てダイアフラム３に与えられる圧力をＰｓ□（第一ダイ
アフラム室５内の圧力Ｐ０と同方向の力をダイアフラム
３に与える）とするとき、次式％式％ 中、Ｔ８は飽和温度、ＴＭは蒸発器出口温度をそれぞれ
示す） を満たすように、ばね圧ＰＳ□、ＰＳ□の関係を設定す
ればよい。なお、圧縮コイルばね１３のばね圧ＰＳ２は
、キャップ１６を本体から取外した後、調節棒１７を回
転させ、該調節棒１７と一体のばね座１８を主胴２の筒
状部内周面に形成された雌螺子に沿って動かすことによ
って調整される。

Ｐ　＝ｐ　　に設定すれば、ＰＬ＝Ｐ１で釣り合うから
、過熱度（ＳＨ）＝０になる（第７図参照）。

本発明で企図するように、過熱度（ＳＨ）＜０にするに
は、次式 ％式％ を満たすよう、ばね圧Ｐｓ□、ＰＳ□の関係を設定すれ
ばよい（第７図参照）。ＰＳ□を大きくする程絞り弁１
１の後退量が増して弁開度が増し、冷媒還流液量を増大
し得ることが明らかである。この場合のＴ−ｓ線図は第
６図図示のとおりである。

斯様に、圧縮コイルばね１３（主ばね体）に対して圧縮
コイルばね３１（副ばね体）を対向設置するとともに非
共沸混合冷媒を使用することにより、両圧縮コイルばね
１３．３１の弾発力を適当に設定して安定した冷媒還流
液量制御を行うことが可能になバス路１０を設け、絞り
弁１１の下流側にて冷媒通路７と第二ダイアフラム室６
とを連通接続したが（内部均圧式）、バイパス路１０に
代えて蒸発器２７の出口部分と第二ダイアフラム室６と
を連通接続する配管を設けてもよい（外部均圧式）。後
者の形式も絞り部分の下流側の冷媒通路と第二ダイアフ
ラム室とを連通接続した構造であることに留意すべきで
ある。

久肌二紘來 以上の説明から明らかなように、膨張器が、ダイアフラ
ムと、該ダイアフラムによって隔てられる第一ダイアフ
ラム室および第二ダイアフラム室と、冷媒入口と冷媒出
口間を連通ずる冷媒通路と、該冷媒通路を開閉可能に遮
断する絞り弁と、該絞り弁を遮断方向に付勢するばね体
と、第二ダイアフラム室側に位置してダイアフラムと絞
り弁を連結する押さえ棒とを具備し、絞り部分の下流側
の冷媒通路が膨張器内または膨張器外にて第二ダイアフ
ラム室と連通状態になっており、蒸発器出口部に配設さ
れた感熱筒と第一ダイアフラム室が連通ずるとともに感
熱筒内に前記冷媒と同一または類似の蒸気圧特性を有す
る冷媒が封入されて成り、絞り弁を遮断方向に付勢する
主ばね体の他に、絞り弁を開成方向に付勢する副ばね体
を設けるとともに、冷媒として非共沸混合冷媒を使用し
たことを特徴とする冷凍装置が提供された。

該冷凍装置にあっては、冷媒が蒸発器の入口から出口に
向かって温度が上昇しながら蒸発するため過熱度（ＳＨ
）＜０の範囲で絞り制御を行うことが可能になり、この
制御を、絞り弁を遮断方向に付勢する主ばね体の他に、
絞り弁を開成方向に付勢する副ばね体を設けることによ
り容易に実行し、もって圧縮機に対する安定した冷媒還
流液量制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車の車体前部に位置するエアコン用冷凍装
置（冷凍サイクル）を示す概略図、第２図は該冷凍装置
を模式的に示す図、第３図は本発明の一実施例に係わる
膨張器の内部構造を示す図、第４図は非共沸混合冷媒の
蒸気圧特性を示すグラフ、第５図は非共沸混合冷媒を用
いて過熱度（ＳＨ）＞０とした場合の冷凍サイクルとＴ
−ｓ線図、第６図は非共沸混合冷媒を用いて過熱度（Ｓ
Ｈ）＜０とした場合の冷凍サイクルとＴ−ｓ線図、第７
図は非共沸混合冷媒の飽和蒸気圧特性を示すグラフ、第
８図は公知に係わる膨張器を示す図、第９図は単一冷媒
を用いて過熱度（ＳＨ）＞０とした場合の冷凍サイクル
とＴ−ｓ線図、第１０図は単一冷媒を用いて過熱度（Ｓ
Ｈ）＜Ｏとした場合の冷凍サイクルとＴ−ｓ線図である
。 １・・・膨張器、２・・・主胴、３・・・ダイアフラム
、４・・・ヘッドカバー、５・・・第１ダイアフラム室
、６・・・第２ダイアフラム室、７・・・冷媒通路、８
・・・入口、９・・・出口、１０・・・バイパス路、１
１・・・絞り弁、１２・・・押え棒、１３・・・圧縮コ
イルばね、１４・・・感熱筒、１５・・・キャピラリチ
ューブ、２０・・・エンジン、２１・・・冷凍装置、２
２・・・圧縮機、２３・・・配管、２４・・・凝縮器、
２５・・・受液器、２６・・・配管、２７・・・蒸発器
、２８・・・配管、２９・・・制御装置、３０・・・圧
力センサ、３１・・・圧縮コイルばね。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、凝縮器、膨張器および蒸発器を備える冷
   凍装置であつて、膨張器が、ダイアフラムと、該ダイア
   フラムによつて隔てられる第一ダイアフラム室および第
   二ダイアフラム室と、冷媒入口と冷媒出口間を連通する
   冷媒通路と、該冷媒通路を開閉可能に遮断する絞り弁と
   、該絞り弁を遮断方向に付勢するばね体と、第二ダイア
   フラム室側に位置してダイアフラムと絞り弁を連結する
   押さえ棒とを具備し、絞り部分の下流側の冷媒通路が膨
   張器内または膨張器外にて第二ダイアフラム室と連通状
   態になつており、蒸発器出口部に配設された感熱筒と第
   一ダイアフラム室が連通するとともに感熱筒内に前記冷
   媒と同一または類似の蒸気圧特性を有する冷媒が封入さ
   れて成る冷凍装置において、 　絞り弁を遮断方向に付勢する前記主ばね体の他に、絞
   り弁を開成方向に付勢する副ばね体を設けるとともに、
   前記冷媒として非共沸混合冷媒を使用したことを特徴と
   する冷凍装置。
2. （２）請求項（１）に記載された冷凍装置において、蒸
   発器出口の過熱度が負となるように構成されていること
   を特徴とする冷凍装置。
3. （３）請求項（２）に記載された冷凍装置において、　
   主ばね体によつてダイアフラムに与えられる圧力をＰ＿
   Ｓ＿＿２、副ばね体によつてダイアフラムに与えられる
   圧力をＰ＿Ｓ＿１、第一ダイアフラム室内の圧力をＰ＿
   １第二ダイアフラム室内の圧力をＰ＿Ｌとするとき、以
   下の関係式 　Ｐ＿Ｌ＝Ｐ＿１−（Ｐ＿Ｓ＿２−Ｐ＿Ｓ＿１）、Ｐ＿
   Ｓ＿２＜Ｐ＿Ｓ＿１を満たすように主、副ばね体の各ば
   ね力が設定され、もつて蒸発器出口の過熱度が負となる
   ように構成されていることを特徴とする冷凍装置。