JPH05203291A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蒸発器入口の冷媒乾き度を小さく制御するこ
とにより、蒸発器を有効に働かせて、サククル効率の向
上を図る。 【構成】 室内凝縮器の下流に配された乾き度制御弁１
６は、絞り部１６ａの開度が、ダイアフラム１６ｃの上
側に作用する感温筒１６ｈ内の圧力（室内凝縮器出口の
冷媒温度に応じた圧力）と、ダイアフラム１６ｃの下側
に作用する絞り部１６ａより下流の低圧側圧力および調
節バネ１６ｇのバネ力とのバランスによって決定され
る。つまり、室内凝縮器で凝縮液化された冷媒は、乾き
度制御弁１６の絞り部１６ａより下流の低圧側圧力と調
節バネ１６ｇのバネ力との合計圧力に相当する飽和温度
まで過冷却度（サブクール）を持つことになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用空気調和装置等に
用いられる冷凍サイクルに関し、特に蒸発器入口の冷媒
の乾き度制御に係わる。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルでは、蒸発器入口の冷媒の
乾き度を小さくすることで蒸発器の効率を高め、冷房能
力を向上させることができる。この蒸発器入口の冷媒乾
き度を、図４および図５に示すレシーバサイクルで説明
する。図４は、圧縮機１００、凝縮器１０１、レシーバ
１０２、膨張弁１０３、蒸発器１０４を環状に接続して
なる周知の冷凍サイクルであり、サイクル上の冷媒の状
態点（ａ〜ｄ）を図５のモリエル線図に示す。この場
合、蒸発器入口の乾き度ｘは、ある高圧（Ｐｂ）および
低圧（Ｐｃ）において、膨張弁で減圧された点ｃの気液
重量流量比であり、凝縮後の点ｂ（サブクール＝０）の
状態で決定される。

【０００３】そこで、従来では、点ｃの乾き度を変える
方法として、以下のように点ｂのサブクールを変えるこ
とで行なっていた。 レシーバの下流にサブクール用熱交換器を設けてサブ
クールを得る。 レシーバの上流に絞りを設けて、凝縮器内でサブクー
ルを持たせる。 アキュムレータサイクルの減圧手段としてキャピラリ
チューブ等の絞りを設けて、凝縮器内でサブクールを持
たせる。 上記のキャピラリチューブの代わりに、図６に示す
サブクール制御弁２００（特開昭５６−１５１８５８号
公報参照）を設けてサブクールを得る。 なお、サブクール制御弁２００は、ダイアフラム２０１
と連動して絞り部２０２を開閉する弁体２０３を備え、
この弁体２０３の変位が、ダイアフラム２０１の上側に
作用する感温筒２０４内の圧力と、ダイアフラム２０１
の下側に作用する高圧圧力および調節バネ２０５のバネ
力とのバランスによって調整され、この弁体２０３の変
位により絞り部２０２の開度が決定されるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の方法
では、蒸発器入口の乾き度は変化するが、これらはすべ
てサブクールを制御した成り行きの結果である。例え
ば、上記のサブクール制御弁２００は、弁入口（高圧
側）の冷媒温度と圧力を検知し、調節バネ２０５のバネ
力に相当する圧力の飽和温度分のサブクールを持つよう
に、絞り部２０２の開度が制御される。従って、図７に
示すモリエル線図（サブクール制御弁２００を用いたア
キュムレータサイクル）において、高圧圧力がＰｂから
Ｐb1へ上昇した場合に、サイクルは、ａｂｃｄからａ1
ｂ1 ｃ1 ｄとなり、乾き度はｘからｘ1 へと変化してし
まう。

【０００５】また、図８に示すように、低圧圧力がＰｃ
からＰc2へと変化した場合に、サイクルは、ａｂｃｄか
らａ2 ｂｃ2 ｄ2 となり、乾き度はｘからｘ2 へと変化
してしまう。このように、高圧圧力あるいは低圧圧力の
変化に伴って、乾き度ｘが変化（大きくなる）してしま
う。特に、ヒートポンプサイクルでは、吸熱側の熱交換
器である蒸発器の入口冷媒乾き度を常に小さく制御する
必要があり、上述のように乾き度が大きいと、蒸発器の
効率を低下させるとともに、圧力損失も大きくなり、サ
イクル効率（ＣＯＰ）が著しく悪化することになる。本
発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的
は、蒸発器入口の冷媒乾き度を小さく制御することによ
り、蒸発器を有効に働かせて、サイクル効率の向上を図
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、冷媒凝縮器の下流に設けられて、前記冷
媒凝縮器より流出する冷媒流量を制御して減圧膨張させ
る減圧手段を備えた冷凍サイクルにおいて、前記減圧手
段は、冷媒流量を絞る絞り部と、この絞り部を開閉する
弁体と、前記絞り部の開度を大きくする方向へ前記弁体
を付勢する付勢手段と、前記冷媒凝縮器より流出する冷
媒の温度変化を圧力変化に変換する感温部とを備え、こ
の感温部の圧力が前記絞り部下流の低圧側圧力および前
記付勢手段の付勢力の合計圧力と釣り合うように前記弁
体を変位させて前記絞り部の開度を調整するように構成
されていることを技術的手段として採用する。

【０００７】

【作用】上記構成より成る本発明の冷凍サイクルは、感
温部の圧力と、低圧側圧力および付勢手段の付勢力の合
計圧力とが釣り合う位置まで弁体が変位する。そして、
その弁体の位置に応じて絞り部の開度が調節されて、絞
り部を通過する冷媒流量が制御される。従って、冷媒凝
縮器で凝縮液化された冷媒は、絞り部より下流の低圧側
圧力と付勢手段の付勢力の合計圧力に相当する飽和温度
まで過冷却度を持つことになり、絞り部より下流の冷媒
乾き度は、付勢手段の付勢力に基づいて定まる所定値に
調整される。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の冷凍サイクルを用いた車両用
空気調和装置の一実施例を、図１ないし図３を基に説明
する。図１は車両用空気調和装置の概略構成図である。
この車両用空気調和装置は、電気自動車に搭載されるも
ので、車室内に送風空気を導くためのダクト１と、この
ダクト１内で車室内に向かう空気流を生じさせる送風機
２、およびアキュムレータ式冷凍サイクル３を備える。
ダクト１は、その上流端に、ダクト１内に空気を取り入
れるための内気導入口４および外気導入口５が設けら
れ、それぞれの導入口４、５の導入量が内外気切替ダン
パ６によって調整される。ダクト１の下流端は、車両の
窓ガラスに向かって送風空気を吐出するＤＥＦ吹出口
７、乗員の上半身に向かって送風空気を吐出するＶＥＮ
Ｔ吹出口８、乗員の足元付近に向かって送風空気を吐出
するＦＯＯＴ吹出口９に連通され、各吹出口７〜９は、
選択された吹出口モードに応じて作動する吹出口切替ダ
ンパ１０、１１、１２によって切り替えられる。

【０００９】冷凍サイクル３は、電動モータ１３によっ
て駆動される冷媒圧縮機１４、ダクト１内に配されて、
冷媒圧縮機１４で圧縮された高温、高圧の冷媒を凝縮液
化する室内凝縮器１５（本発明の冷媒凝縮器）、本発明
の減圧手段である乾き度制御弁１６（下述する）、この
乾き度制御弁１６により減圧膨張された冷媒を蒸発させ
る室内蒸発器１７と室外蒸発器１８、気相冷媒のみを冷
媒圧縮機１４に導くアキュムレータ１９を備え、これら
の機器は、それぞれ冷媒配管２０によって環状に接続さ
れている。なお、室内蒸発器１７は、ダクト１内で室内
凝縮器１５の空気上流側に配され、乾き度制御弁１６で
減圧膨張された冷媒とダクト１内を流れる送風空気との
熱交換を行なう。また、室外蒸発器１８は、ダクト１の
外部に配されて、室内蒸発器１７より導かれた冷媒と室
外空気との熱交換を行なう。

【００１０】上記の乾き度制御弁１６は、図２に示すよ
うに、絞り部１６ａが形成された弁本体１６ｂ、弁本体
１６ｂの上部に設けられたダイアフラム１６ｃ、このダ
イアフラム１６ｃの変位に伴って絞り部１６ａを開閉す
る弁体１６ｄ、ピン１６ｅおよびバネガイド１６ｆを介
して、絞り部１６ａの開度が大きくなる方向（図２上方
向）へ弁体１６ｄを付勢する調節バネ１６ｇ（本発明の
付勢手段）、絞り部１６ａより上流の冷媒温度（室内凝
縮器１５の出口冷媒温度）を検知して、その温度変化を
圧力変化に変換する感温筒１６ｈ（本発明の感温部）等
より構成されている。弁本体１６ｂには、室内凝縮器１
５の出口と接続される入口ポート１６ｉおよび室内蒸発
器１７の入口に接続される出口ポート１６ｊが取り付け
られて、この両ポート１６ｉ、１６ｊは、絞り部１６ａ
を介して連通されている。

【００１１】感温筒１６ｈは、内部にガス冷媒が封入さ
れて、室内凝縮器１５の出口側冷媒配管２０に接触され
ており、その冷媒配管２０を流れる冷媒の温度変化を圧
力変化に変換し、キャピラリチューブ１６ｋを介してダ
イアフラム１６ｃの上側に伝える。また、ダイアフラム
１６ｃの下側には、弁本体１６ｂに設けられた連通穴１
６ｌを通して、絞り部１６ａ下流の圧力が加わるように
なっている。弁体１６ｄは、ダイアフラム１６ｃの上側
に作用する感温筒１６ｈ内の圧力と、ダイアフラム１６
ｃの下側に作用する絞り部１６ａより下流の低圧側圧力
および調節バネ１６ｇのバネ力とがバランスする位置に
変位し、この弁体１６ｄの変位により絞り部１６ａの開
度が決定される。調節バネ１６ｇは、弁本体１６ｂの下
部に取り付けられたヒッチング１６ｍに螺着される調節
ネジ１６ｎによってバネ力が調節される。なお、上記の
バネガイド１６ｆには連通孔１６ｏが設けられており、
この連通孔１６ｏを介してバネ収容室１６ｐに高圧側圧
力を導入して、バネガイド１６ｆに加わる高圧側圧力の
影響を相殺するようにしてある。

【００１２】次に、本実施例の作動を、図３に示すモリ
エル線図を基に説明する。なお、図３のモリエル線図
は、図１の冷凍サイクル３における冷媒の状態点を示す
ものである。冷媒圧縮機１４より吐出された高温、高圧
の気相冷媒（図３ａ点）は、室内凝縮器１５で凝縮液化
（図３ｂ点）された後、乾き度制御弁１６を通過する際
に減圧膨張される（図３ｃ点）。減圧された冷媒は、室
内蒸発器１７および室外蒸発器１８で空気との熱交換に
よって蒸発（図３ｄ点）し、アキュムレータ１９を介し
て冷媒圧縮機１４に吸引される。一方、送風機２の作動
によってダクト１内に導入された空気は、室内蒸発器１
７で冷却されて除湿された後、室内凝縮器１５を通過す
る際に加熱されて、選択された吹出口７〜９より車室内
に吐出されることにより、車室内の除湿暖房が行なわれ
る。

【００１３】この作動において、乾き度制御弁１６は、
感温筒１６ｈ内の圧力が絞り部１６ａより下流の低圧側
圧力に調節バネ１６ｇのバネ力Ｆｋを加えた圧力と釣り
合うように流量制御を行なう。つまり、乾き度制御弁１
６上流側の冷媒温度が、乾き度制御弁１６下流側の圧力
にバネ力Ｆｋを加えた圧力に相当する飽和温度までサブ
クールを持つまで弁体１６ｄを閉じ、それ以上に乾き度
制御弁１６上流の冷媒が冷えたら弁体１６ｄを開く。こ
れにより、室内凝縮器１５で凝縮液化された冷媒は、乾
き度制御弁１６の絞り部１６ａより下流の低圧側圧力と
調節バネ１６ｇのバネ力Ｆｋとの合計圧力に相当する飽
和温度までサブクールを持つことになる。従って、今、
高圧圧力がＰｂからＰb1へ上昇した場合を考えると、従
来では過冷却度を一定に制御しようとすることから室内
蒸発器１７入口の冷媒乾き度が変化する（図７参照）
が、本実施例では、サイクルａｂｃｄがサイクルａ1 ｂ
1 ｃｄとなり、過冷却度が大きくなって、室内蒸発器１
７入口の冷媒乾き度ｘは変化しない。

【００１４】また、低圧圧力がＰｃからＰc2へ低下した
場合は、室内凝縮器１５で凝縮液化された冷媒が、低圧
圧力Ｐc2とバネ力Ｆｋとの合計圧力に相当する飽和温度
まで過冷却度を持つため、サイクルａｂｃｄはサイクル
ａ2 ｂ2 ｃ2 ｄ2 となり、室内蒸発器１７入口の冷媒乾
き度はｘ2 となる。この低圧領域（Ｐｃ〜Ｐc2）では、
図３に示すように、モリエル線図上において乾き度線が
圧力に対してほぼ比例する。従って、室内蒸発器１７入
口の冷媒乾き度は、実用上ｘ＝ｘ2 と考えることができ
る。この結果、本実施例の乾き度制御弁１６を使用する
ことにより、高圧圧力あるいは低圧圧力の変化に係わら
ず、室内蒸発器１７入口の冷媒乾き度を所定値に制御す
ることが可能となる。

【００１５】

【発明の効果】本発明の冷凍サイクルは、高圧圧力ある
いは低圧圧力の変化に係わらず、蒸発器入口の冷媒乾き
度を常に小さく制御することが可能であり、蒸発器を有
効に働かせてサイクル効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用空気調和装置の概略構成図である。

【図２】乾き度制御弁の断面図である。

【図３】冷凍サイクルの状態点を示すモリエル線図であ
る。

【図４】従来技術によるレシーバサイクル図である。

【図５】図４に示すサイクル上の冷媒の状態点を示すモ
リエル線図である。

【図６】サブクール制御弁の構成図である。

【図７】従来技術を説明するモリエル線図である。

【図８】従来技術を説明するモリエル線図である。

【符号の説明】

３ 冷凍サイクル １５ 室内凝縮器（冷媒凝縮器） １６ 乾き度制御弁（減圧手段） １６ｈ 感温筒（感温部） １６ａ 絞り部 １６ｄ 弁体 １６ｇ 調節バネ（付勢手段）

フロントページの続き (72)発明者 本多 桂太 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒凝縮器の下流に設けられて、前記冷媒
   凝縮器より流出する冷媒流量を制御して減圧膨張させる
   減圧手段を備えた冷凍サイクルにおいて、 前記減圧手段は、冷媒流量を絞る絞り部と、この絞り部
   を開閉する弁体と、前記絞り部の開度を大きくする方向
   へ前記弁体を付勢する付勢手段と、前記冷媒凝縮器より
   流出する冷媒の温度変化を圧力変化に変換する感温部と
   を備え、 この感温部の圧力が前記絞り部下流の低圧側圧力および
   前記付勢手段の付勢力の合計圧力と釣り合うように前記
   弁体を変位させて前記絞り部の開度を調整するように構
   成されていることを特徴とする冷凍サイクル。