JPH0979667A - ガスインジェクション式冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスインジェクション式冷凍サイクル装置に
おいて、ガスインジェクション配管５からの液戻りを、
信頼性のある簡単な構成で確実に防止する。 【解決手段】 ガスインジェクション配管５に設けら
れ、ガス冷媒のインジェクション量を制御する制御弁６
を、温度式膨張弁により構成するとともに、この温度式
膨張弁の感温筒６８を、ガスインジェクション配管５上
で、かつ圧縮機１の熱影響を受ける圧縮機近傍の位置に
配置する。これにより、サイクル定常運転時には圧縮機
１からの熱影響により感温筒６８が飽和冷媒ガスの温度
より高い温度を感知して、温度式膨張弁が全開する。一
方、始動時のような過渡時には、ガスインジェクション
配管５に液冷媒が混入することにより、感温筒６８が飽
和冷媒ガスの温度を感知して温度式膨張弁が全閉し、液
冷媒戻りを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスインジェクショ
ン配管からの液戻りによる液圧縮を防止するようにした
ガスインジェクション式冷凍サイクル装置に関するもの
で、車両空調用として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平２−３７２５９号公報に
は、ガスインジェクション式冷凍サイクルにおいて、ガ
スインジェクション配管に制御弁を設け、この制御弁を
圧縮機始動時には閉弁し、始動後一定時間経過してか
ら、制御弁を開弁することにより、ガスインジェクショ
ン配管からの液戻りを防止して、圧縮機の液圧縮を防止
するようにしたものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、冷凍サイクル
では、始動時の熱負荷等の運転条件の変動により、圧縮
機への液戻り時間が変動するため、圧縮機始動後、単純
に、一定時間経過してから、制御弁を開弁する構成で
は、必ずしも圧縮機への液戻りが発生しているときの
み、制御弁が閉弁するとは限らず、設定時間が短すぎる
と、圧縮機への液戻りが発生し、また設定時間が長すぎ
ると、ガスインジェクションの停止に基づく効率の悪い
運転時間が長くなるという問題があった。

【０００４】さらに、上記従来技術では、圧縮機始動
後、単純に、一定時間経過してから、制御弁を開弁する
構成であるので、圧縮機始動後における運転モードの切
替時（例えば、冷暖房能力の大幅変更時等）に発生する
液戻りには全く対応できない。同様に、車両用冷凍サイ
クルにおいて、車両の振動により気液分離器から急激に
液冷媒が流出することにより発生する液戻りに対して
も、全く対応できない。

【０００５】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
ガスインジェクション式冷凍サイクル装置において、ガ
スインジェクション配管からの液戻りを、信頼性のある
簡単な構成で確実に防止することを目的とする。

【０００６】

【発明の概要】本発明は上記目的を達成するため、以下
の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１記載の発
明では、ガスインジェクション式冷凍サイクル装置にお
いて、ガスインジェクション配管（５）に設けられ、ガ
ス冷媒のインジェクション量を制御する制御弁（６）
を、ガスインジェクション配管（５）上に配置した感温
筒（６８）により感知される温度に応じて弁開度が調整
される温度式膨張弁により構成するとともに、サイクル
定常運転時には前記感温筒（６８）が飽和冷媒ガスの温
度より高い温度を感知して前記温度式膨張弁が全開する
ようにしたことを特徴としている。

【０００７】請求項２記載の発明では、感温筒（６８）
が、ガスインジェクション配管（５）上で、かつ圧縮機
（１）の熱影響を受ける圧縮機近傍の位置に配置され、
前記圧縮機（１）からの熱影響により前記感温筒（６
８）が飽和冷媒ガスの温度より高い温度を感知するよう
にしたことを特徴としている。請求項１、２記載の発明
によれば、サイクル定常時においては、気液分離器内の
液面が適正な位置で安定しているため、ガスインジェク
ション配管を通ってインジェクションされる冷媒は飽和
ガスである。しかし、感温筒は飽和ガスの温度より高い
温度を感知すにようにしてあるため、温度式膨張弁は全
開状態となる。

【０００８】これにより、制御弁（温度式膨張弁）にお
いて冷媒がほとんど減圧されることなく、必要インジェ
クション量の冷媒が圧縮機にインジェクションされ、正
規のガスインジェクション効果を発揮できる。一方、圧
縮機起動時や、冷暖房能力の大幅変更時といった過渡時
においては、気液分離器内の液面が急上昇したりするこ
とがある。このような場合には、ガスインジェクション
配管を通って圧縮機にインジェクションされる冷媒に
は、ガスのみでなく、液が流入することになる。

【０００９】この結果、感温筒は、液冷媒の混入により
飽和ガス冷媒の温度に近い温度を感知することになり、
感温筒の内部圧力が前述の定常時の場合より低下する。
これにより、前述した温度式膨張弁の作動特性の設定か
ら、弁開度が減少し始め、全閉となる。これにより、上
記過渡時において、液冷媒が圧縮機１にインジェクショ
ンされるのを防止できるので、液圧縮による圧縮機１の
信頼性低下が生じるのを防止できる。

【００１０】特に、本発明では、制御弁を構成する温度
式膨張弁が、上記したように、インジェクションされる
冷媒に液が混入しているか否かを直接判定して弁開度を
調整しているから、どのような過渡時においても、液の
混入を感知して閉弁することができ、そのため液戻りを
確実に防止できる。しかも、温度式膨張弁という、電気
回路部のない比較的簡単な機械部品のみにより制御弁を
構成できるので、制御弁の信頼性が高く、かつ安価に製
作できるという効果もある。

【００１１】さらに、 請求項２記載の発明では、感温
筒（６８）が、定常時に、飽和冷媒ガスの温度より高い
温度を感知するための熱源として、圧縮機からの熱影響
をそのまま利用しているから、より一層構造の簡単化を
図ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は空調用冷凍サイクル装置であ
って、１は冷媒を圧縮して吐出する圧縮機で、例えばス
クロール型圧縮機であり、電気モータにより回転駆動さ
れる電動式のものである。２はこの圧縮機１から吐出さ
れたガス冷媒を冷却し凝縮する凝縮器で、冷却ファン２
ａにより送風される冷却空気により冷却される。

【００１３】３はこの凝縮器２から出た冷媒を中間圧ま
で減圧する第１減圧器で、例えば電気式膨張弁、あるい
はキャピラリチューブ、オリフィスのごとき固定絞りか
らなる。４はこの第１減圧器３で減圧された中間圧冷媒
の気液を分離する気液分離器で、円筒タンク形状からな
る。５はガスインジェクション配管で、その一端（入口
部）は気液分離器４で分離されたガス冷媒を導入するよ
うに気液分離器４内上部のガス冷媒空間に開口してい
る。このガスインジェクション配管５の他端（出口部）
は圧縮機１の圧縮途中にガス冷媒を戻す（インジェクシ
ョンする）ため、圧縮機１の圧縮室のうち、圧縮途中と
なる部位に開口している。

【００１４】また、ガスインジェクション配管５の途中
には圧縮機１へのガスインジェクション量を制御する制
御弁６が設置されており、さらにガスインジェクション
配管５の出口流路部（圧縮機１内に位置している）に
は、圧縮機１内のガス冷媒が気液分離器４側へ逆流する
のを防止するための逆止弁１ａが設置されている。７は
気液分離器４で分離された液冷媒を減圧する第２減圧器
で、例えば電気式膨張弁、あるいは温度式膨張弁からな
り、蒸発器８出口での冷媒の過熱度が所定値となるよう
に冷媒流量を調整するものである。蒸発器８は空調用フ
ァン８ａにより送風される空調空気と、第２減圧器７で
減圧された気液２相冷媒とを熱交換させて、冷媒を蒸発
させ、その蒸発潜熱により空調空気を冷却する。

【００１５】９は空調用電子制御装置で、インバータ１
０を介して圧縮機１の駆動用モータの回転数を制御した
り、送風ファン２ａ、８ａや、第１、第２減圧器３、７
を構成する電気式膨張弁等を制御するものである。本発
明の特徴とする制御弁６は温度式膨張弁にて構成されて
おり、この温度式膨張弁は図２に示すごとき構成であ
り、６０はそのハウジングであり、その内部には弁体６
１により開閉される弁口６２が形成されている。この弁
体６１は作動棒６３を介してダイヤフラム６４に連結さ
れている。このダイヤフラム６４の上下には第１、第２
の圧力室６５、６６が形成されており、第１の圧力室６
５にはキャピラリチューブ６７を介して感温筒６８内の
冷媒圧力Ｐ１が作用するようになっている。

【００１６】また、第２の圧力室６６には弁口６２下流
側のガスインジェクション配管５内の冷媒圧力Ｐ２が作
用するようになっている。さらに、弁体６１にはコイル
スプリング６９の押圧力Ｐ３が作用しているので、弁体
６１の弁開度は、開弁方向に作用する圧力Ｐ１と、閉弁
方向に作用する圧力Ｐ２＋Ｐ３との釣り合いで調整され
る。

【００１７】感温筒６８内には冷凍サイクル内と同一の
冷媒が封入されており、感温筒６８は、ガスインジェク
ション配管５のうち、圧縮機１近傍の、圧縮機１からの
熱影響を受ける部位に配設され、適宜のクランプ等の固
定手段（図示せず）によりガスインジェクション配管５
に密着固定されている。また、感温筒６８の外表面は断
熱材６８ａで被覆して外気からの熱影響を減少するよう
にしてある。

【００１８】また、温度式膨張弁の作動特性の設定とし
ては、感温筒６８が飽和冷媒ガスの温度より高い温度を
感知したとき、弁体６６が全開するようにしてある。次
に、上記構成において作動を説明する。まず、冷凍サイ
クルの定常時について述べると、圧縮機１から吐出され
た高温高圧の過熱ガス冷媒が凝縮器２に流入し、ここで
冷媒は送風ファン２ａの送風空気と熱交換して凝縮す
る。次に、凝縮器２から流出した冷媒は第１減圧器３で
減圧されて、中間圧の気液２相状態となり、気液分離器
４内に流入する。

【００１９】ここで、冷媒は飽和ガス冷媒と飽和液冷媒
とに分離され、液冷媒は気液分離器４底部の出口から流
出し、第２減圧器７で再度減圧されて低圧の気液２相状
態となり、蒸発器８に流入する。この蒸発器８で冷媒が
送風ファン８ａにより送風される空気から吸熱して蒸発
してガス冷媒となり、このガス冷媒は圧縮機１に吸入さ
れ、再度圧縮される。

【００２０】一方、気液分離器４で分離されたガス冷媒
は、気液分離器４の上部からガスインジェクション配管
５に流出し、制御弁６および逆止弁１ａを通って、圧縮
機１の圧縮室の圧縮過程途中の部位にインジェクション
される。このとき、サイクル定常時においては、気液分
離器４内の液面が適正な位置で安定しているため、ガス
インジェクション配管５を通ってインジェクションされ
る冷媒は飽和ガスである。そして、感温筒６８は断熱材
６８ａにより被覆されて外気と断熱された状態にあるた
め、圧縮機１からの熱影響（熱の伝導）を受けて飽和ガ
スの温度より高い温度を感知することになる。

【００２１】ここで、制御弁６を構成する温度式膨張弁
の作動特性は、感温筒６８が飽和冷媒ガスの温度より高
い温度を感知したとき、弁体６１が全開するように設定
してあるため、この弁体６１は全開状態となる。この弁
体６１の全開状態では、弁口６２の開口面積が必要イン
ジェクション量に見合った開口面積となるように設定し
てあるので、制御弁６において冷媒がほとんど減圧する
ことなく、必要インジェクション量の冷媒が圧縮機１に
インジェクションされる。

【００２２】一方、圧縮機起動時や、冷暖房能力の大幅
変更時といった過渡時においては、気液分離器４内の液
面が急上昇したりすることがある。このような場合に
は、ガスインジェクション配管５を通って圧縮機１にイ
ンジェクションされる冷媒には、ガスのみでなく、液が
流入することになる。この結果、感温筒６８は、圧縮機
１からの熱影響を受けても、液冷媒の混入により飽和ガ
ス冷媒の温度に近い温度を感知することになり、感温筒
６８の内部圧力Ｐ１は、前述の定常時の場合より低下す
る。これにより、前述した温度式膨張弁の作動特性の設
定から、弁体６１の開度が減少し始め、全閉となる。

【００２３】これにより、上記過渡時において、液冷媒
が圧縮機１にインジェクションされるのを防止できるの
で、液圧縮による圧縮機１の信頼性低下が生じるのを防
止できる。特に、制御弁６を構成する温度式膨張弁は、
上記したように、インジェクションされる冷媒に液が混
入しているか否かを直接判定して弁体６１の開度を調整
しているから、どのような過渡時においても、液の混入
を感知して閉弁することができ、そのため液戻りを確実
に防止できる。

【００２４】なお、図１では本発明の特徴を簡潔に示す
ために、冷媒流れを反転しない通常の冷凍サイクルにつ
いて説明したが、冷媒流れを反転するヒートポンプサイ
クル例えば電気自動車の空調用ヒートポンプサイクルに
対して本発明を適用できることは勿論である。この場
合、ヒートポンプサイクルは冷房、暖房の他に除湿機能
等の多くの運転モードを設定できるヒートポンプサイク
ルであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す冷凍サイクル図であ
る。

【図２】図１における制御弁６を構成する温度式膨張弁
の概要を示す断面図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…凝縮器、３…第１減圧器、４…気液分
離器、５…ガスインジェクション配管、６…制御弁（温
度式膨張弁）、７…第２減圧器、８…蒸発器、６１…弁
体、６２…弁口、６８…感温筒。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１）
   と、 この圧縮機（１）から吐出されたガス冷媒を冷却し凝縮
   する凝縮器（２）と、 この凝縮器（２）から出た冷媒を中間圧まで減圧する第
   １減圧器（３）と、この第１減圧器（３）で減圧された
   中間圧冷媒の気液を分離する気液分離器（４）と、 この気液分離器（４）で分離されたガス冷媒を前記圧縮
   機（１）の圧縮途中に戻すガスインジェクション配管
   （５）と、 前記気液分離器（４）で分離された液冷媒を減圧する第
   ２減圧器（７）と、この第２減圧器（７）で減圧された
   冷媒を蒸発させる蒸発器（８）とを備えるガスインジェ
   クション式冷凍サイクル装置において、 前記ガスインジェクション配管（５）に、前記圧縮機
   （１）の圧縮途中に戻すガス冷媒のインジェクション量
   を制御する制御弁（６）を設け、 この制御弁（６）を、前記ガスインジェクション配管
   （５）上に配置した感温筒（６８）により感知される温
   度に応じて弁開度が調整される温度式膨張弁により構成
   するとともに、サイクル定常運転時には前記感温筒（６
   ８）が飽和冷媒ガスの温度より高い温度を感知して前記
   温度式膨張弁が全開するようにしたことを特徴とするガ
   スインジェクション式冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記感温筒（６８）は、前記ガスインジ
   ェクション配管（５）上で、かつ前記圧縮機（１）の熱
   影響を受ける圧縮機近傍の位置に配置され、前記圧縮機
   （１）からの熱影響により前記感温筒（６８）が飽和冷
   媒ガスの温度より高い温度を感知するようにしたことを
   特徴とする請求項１に記載のガスインジェクション式冷
   凍サイクル装置。