| 【発明の名称】 |
受液器一体型冷媒凝縮器 |
| 【発明者】 |
【氏名】松尾 弘樹
【氏名】信田 哲滋
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| 【要約】 |
【課題】受液器一体型冷媒凝縮器において、圧縮機停止時の液冷媒逆流に起因するサイクル高圧の上昇を抑制する。
【解決手段】圧縮機１の停止時に、受液器３１内の圧力が一時的にコア部２３側の圧力より高くなることがサイクル高圧の上昇原因であることに着目して、受液器３１内で、冷媒液面３１ａより上方のガス冷媒雰囲気の部位と、ヘッダータンク２２内との間を連通する連通路３４を設けるとともに、この連通路３４を開閉する弁機構３５を備え、圧縮機１作動時には弁機構３５を閉弁し、圧縮機１停止時には弁機構３５を開弁する。圧縮機停止時には受液器３１内上方のガス冷媒を連通路３４を通してヘッダータンク２２側へ排出することができるので、受液器３１内の圧力がコア部２３側より高くなることを抑制して、受液器３１内の液冷媒が下方の冷媒流入口３２を通ってコア部２３へ逆流することを抑制できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機（１）から吐出された冷媒ガスを冷却して凝縮させるコア部（２３）と、このコア部（２３）を通過した冷媒が集合するヘッダータンク（２２）と、このヘッダータンク（２２）から流入する冷媒の気液を分離して液冷媒を溜める受液器（３１）とを一体に構成し、かつ、前記ヘッダータンク（２２）から前記受液器（３１）内に冷媒を流入させる冷媒流入口（３２）が、前記受液器（３１）内に形成される通常使用状態における冷媒液面（３１ａ）より下方に配置されている受液器一体型冷媒凝縮器において、前記受液器（３１）内で、前記冷媒液面（３１ａ）より上方のガス冷媒雰囲気の部位と、前記ヘッダータンク（２２）内との間を連通する連通路（３４、３９）と、この連通路（３４、３９）を開閉する弁機構（３５）とを備え、この弁機構（３５）は、前記圧縮機（１）の作動時には閉弁し、前記圧縮機（１）の停止時には開弁することを特徴とする受液器一体型冷媒凝縮器。
【請求項２】 前記弁機構（３５）は、前記ヘッダータンク（２２）内の上方部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の受液器一体型冷媒凝縮器。
【請求項３】 前記受液器（３１）内で、前記冷媒液面（３１ａ）より上方のガス冷媒雰囲気の部位に、このガス冷媒雰囲気を上下の２つの領域（３１ｂ、３１ｃ）に仕切る仕切り部材（３８）を配置し、前記連通路は、前記２つの領域（３１ｂ、３１ｃ）のうち、上側領域（３１ｂ）を前記ヘッダータンク（２２）内に常時連通させる第１連通路（３４）と、前記２つの領域（３１ｂ、３１ｃ）の間を連通させる第２連通路（３９）とからなり、前記弁機構（３５）は前記仕切り部材（３８）に配置されて、前記第２連通路（３９）を開閉するものであることを特徴とする請求項１に記載の受液器一体型冷媒凝縮器。
【請求項４】 前記弁機構（３５）は、前記圧縮機（１）の作動時には前記ヘッダータンク（２２）からの冷媒圧力により閉弁し、前記圧縮機（１）の停止時にはばね力により開弁することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の受液器一体型冷媒凝縮器。
【請求項５】 前記弁機構（３５）は、前記圧縮機（１）の作動時には前記ヘッダータンク（２２）からの冷媒圧力により閉弁し、前記圧縮機（１）の停止時には前記受液器（３１）内の圧力が前記ヘッダータンク（２２）内の圧力より高くなることにより開弁することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の受液器一体型冷媒凝縮器。
【請求項６】 走行用エンジンにより駆動され、冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機（１）と、この圧縮機（１）から吐出された過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器（２）と、この凝縮器（２）に冷却風を送風する電動ファン（４９）と、前記凝縮器（２）を通過した冷媒の気液を分離して、液冷媒を溜める受液器（３１）と、この受液器（３１）から流出した液冷媒を減圧膨張させる減圧手段（４）と、この減圧手段（４）で減圧された気液２相冷媒を蒸発させる蒸発器（５）とを備え、前記凝縮器（２）と前記受液器（３１）とを、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の受液器一体型冷媒凝縮器により構成し、さらに、前記減圧手段（４）より上流側のサイクル高圧を検出する圧力センサ（４６）と、この圧力センサ（４６）の検出圧力の上昇に基づいて前記電動ファン（４９）の回転速度を上昇させるファン速度制御手段（４７、５０）と、前記蒸発器（５）の冷却温度を検出する温度センサ（４２）と、この温度センサ（４２）の検出温度の低下に基づいて前記圧縮機（１）の作動を停止させる圧縮機断続制御手段（４７、４８）とを備えることを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒の気液を分離して液冷媒を蓄える受液器を一体に構成した冷媒凝縮器に関するもので、車両用空調装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両用空調装置においては、車両搭載性の向上を図るために、冷媒凝縮器に受液器を一体に構成して、この冷媒凝縮器と受液器の車両搭載スペースを縮小するようにしたものが種々提案されている。車両ではスペース的制約が大きいので、車両搭載性を一層改善するためには、受液器タンクの断面積を如何に縮小するかが重要な課題となる。そこで、特開平７−１８０９３０号公報では、図６に示すように、受液器３１への冷媒流入口３２を受液器３１内の冷媒液面３１ａより下方部位に配置し、そして、この冷媒流入口３２よりさらに下方部位に受液器３１からの冷媒流出口３３を配置している。
【０００３】これによれば、凝縮器コア部２３の凝縮部３６を通過した冷媒が冷媒流入口３２から受液器３１内の冷媒液面３１ａより下方部位に流入するので、冷媒液面３１ａより上方に冷媒が流入する場合に比して、流入冷媒の動圧により受液器３１内の冷媒液面３１ａが乱れるのを抑制できる。これにより、受液器タンクの断面積が小さくても、冷媒の気液分離作用を良好に発揮できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技術について実際に実験検討してみると、圧縮機運転の断続制御に伴って、圧縮機起動直後においてサイクル高圧が上昇し、その結果、冷凍サイクルの圧縮機駆動動力が増大するという不具合が発生することが分かった。
【０００５】また、サイクル高圧が上昇すると、比較的熱負荷が小さい条件でも、凝縮器冷却用電動ファンが高速回転（Ｈｉ）状態になって、送風騒音が大きくなり、耳障りであるという不具合も生じる。本発明者は、圧縮機運転の断続制御に伴なうサイクル高圧の上昇原因について種々実験検討した結果、以下の理由であることを見出した。
【０００６】車両空調用冷凍サイクル装置では、圧縮機１を車両エンジンにより駆動するとともに、蒸発器５でのフロスト（霜付き）防止等の目的のために、蒸発器５の冷却温度（例えば、蒸発器直後の吹出空気温度）を温度センサにて検出し、この温度センサの検出温度が所定温度（例えば、３°Ｃ）以下に低下すると、圧縮機１と車両エンジンとの間の電磁クラッチ１ａをオフして、圧縮機１の運転を停止するという制御を採用している。
【０００７】ところで、図６に示す従来の受液器一体型冷媒凝縮器において、圧縮機１の運転が断続されるような、冷房負荷の比較的小さい条件下（すなわち、春秋の中間季節、あるいは夏期でも冷房開始後、冷房時間が充分経過して車室内温度が低下したとき等）では、サイクル内への冷媒封入量が正常であると、圧縮機作動時には受液器３１内の液冷媒の液面が符号３１ａに示すように、冷媒流入口３２よりも十分、上方に位置している。
【０００８】これに対し、コア部２３の凝縮部３６では、液冷媒領域はほとんど形成されていない。図７（ａ）の斜線部は、圧縮機オン時における、凝縮器２内および受液器３１内の液冷媒領域を示し、コア部２３の凝縮部３６の細点部は凝縮冷媒の気液２相域を示している。従って、このような状態の下で圧縮機１が停止すると、受液器３１に対してコア部２３の凝縮部３６の圧力が低くなって、受液器３１内の液冷媒が冷媒流入口３２からヘッダータンク２２内の空間２２ｂを通って凝縮部３６へ逆流するという現象が発生することが分かった。上記の圧力差は次の理由により発生する。
【０００９】すなわち、圧縮機１が停止した後、コア部２３の凝縮部３６は外気に晒されているフィン２５を通じて冷却（このとき、電動ファンが停止状態にあっても自然放熱により冷却）されることにより、凝縮部３６の圧力は速やかに低下する。一方、受液器３１は外気との熱交換面積を増大させるフィンを持たないとともに、受液器３１自身のタンク部熱容量の影響により、受液器３１の温度低下、ひいては圧力低下が凝縮部３６よりも遅れる。
【００１０】その結果、圧縮機１が停止した直後では、一時的に、受液器３１内の圧力が高く、コア部２３の凝縮部３６の圧力が低いという圧力差が生じる。そして、冷媒流入口３２が受液器３１内の液面３１ａより下方に位置しているため、上記逆流は専ら液冷媒の移動により行われ、単位時間当たりの逆流冷媒量は多く、無視できないレベルとなる。
【００１１】上記のように凝縮部３６への液冷媒の逆流が発生すると、次に、圧縮機の運転が再起動されても、凝縮部３６の液冷媒を受液器３１内へ戻すためにはある程度の時間がかかる。特に、受液器３１の周囲は、電動ファンの作動直後においては高温状態にあるので、冷媒が凝縮しにくい条件にある。そのため、受液器３１内部の上方側は冷媒のガス状態が維持され、受液器３１内の冷媒液面レベルが上昇しにくい。このため、凝縮部３６の液冷媒が受液器３１内へ戻るのに要する時間が長くなる。
【００１２】以上の理由から、一時的に、凝縮部３６に液冷媒域が存在する状態が継続され、サイクルは冷媒過充填状態と同じ状態になる。図７（ｂ）はこのような圧縮機停止時における凝縮器内の液冷媒分布状態を示している。このように、凝縮部３６に液冷媒域が存在して、サイクルが冷媒過充填状態と同じ状態になると、冷媒の凝縮部として実質的に機能する有効凝縮面積を狭めることになり、有効凝縮能力が低下するので、サイクル高圧ＰＨが図８の実線Ａのごとく上昇して、圧縮機駆動動力の増大を招く。
【００１３】また、凝縮器冷却用電動ファンを高速回転（Ｈｉ）にする設定圧よりサイクル高圧が高くなって、電動ファンの高速回転による耳障りな騒音が発生する場合もある。そこで、本発明は上記点に鑑み、受液器一体型冷媒凝縮器において、圧縮機停止時の液冷媒逆流に起因するサイクル高圧の上昇を抑制することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１ないし６に記載の発明では、圧縮機（１）の停止時に、受液器（３１）内の圧力が一時的にコア部（２３）側の圧力より高くなることがサイクル高圧の上昇原因であることに着目して、受液器（３１）内で、冷媒液面（３１ａ）より上方のガス冷媒雰囲気の部位と、ヘッダータンク（２２）内との間を連通する連通路（３４、３９）を設けるとともに、この連通路（３４、３９）を開閉する弁機構（３５）を備え、この弁機構（３５）を、圧縮機（１）の作動時には閉弁し、圧縮機（１）の停止時には開弁することを特徴としている。
【００１５】これによると、圧縮機停止時には弁機構（３５）が開弁して、受液器（３１）内上方のガス冷媒雰囲気を連通路（３４、３９）を通してヘッダータンク（２２）内に連通させることができる。そのため、圧縮機停止時に受液器（３１）内上方のガス冷媒を連通路（３４、３９）を通してヘッダータンク（２２）側へ排出することができるので、受液器（３１）内の圧力がコア部（２３）側より高くなることを抑制できる。
【００１６】これにより、圧縮機停止時に受液器（３１）内冷媒液面（３１ａ）より下方の冷媒流入口（３２）を通って受液器（３１）内の液冷媒がコア部（２３）の凝縮部（３６）へ逆流することを抑制できる。その結果、蒸発器（５）のフロスト防止のために圧縮機作動を断続制御する場合においても、凝縮部の有効凝縮面積の減少を抑えてサイクル高圧の上昇を効果的に抑制できるので、高圧上昇による圧縮機駆動動力の増大を抑制できる。
【００１７】また、高圧上昇によって、比較的熱負荷が小さい条件にも係わらず、凝縮器冷却用電動ファンが高速回転になることも抑制できる。また、圧縮機作動時には弁機構（３５）が閉弁状態となって、連通路（３４、３９）を閉塞するから、コア部（２３）を通過した冷媒を受液器下方の冷媒流入口（３２）から冷媒液面（３１ａ）下方側へ流入させることができる。従って、受液器（３１）のタンク断面積が小さくても、液面の乱れを抑えて、従来通り、冷媒の気液分離作用を良好に発揮できる。
【００１８】弁機構（３５）は、請求項２に記載のごとくヘッダータンク（２２）内の上方部に配置することができる。請求項３記載の発明では、受液器（３１）内で、冷媒液面（３１ａ）より上方のガス冷媒雰囲気の部位に、このガス冷媒雰囲気を上下の２つの領域（３１ｂ、３１ｃ）に仕切る仕切り部材（３８）を配置するとともに、２つの領域（３１ｂ、３１ｃ）のうち、上側領域（３１ｂ）をヘッダータンク（２２）内に常時連通させる第１連通路（３４）と、２つの領域（３１ｂ、３１ｃ）の間を連通させる第２連通路（３９）とを備え、弁機構（３５）を仕切り部材（３８）の部位に配置して、第２連通路（３９）を開閉するように構成している。
【００１９】これによると、受液器（３１）に内蔵した弁機構（３５）を用いて、上述の作用効果を発揮できる。弁機構（３５）は、具体的には、請求項４のごとく圧縮機（１）の作動時に冷媒流れの動圧により閉弁し、圧縮機（１）の停止時にはばね力により開弁する構成とすることができる。
【００２０】これによれば、圧縮機（１）の停止により冷媒流れの動圧が消滅すると、弁機構（３５）が自身のばね力により即時に開弁するので、受液器（３１）内圧力がコア部（２３）側の圧力より高くなることをより一層効果的に抑制できる。また、弁機構（３５）は、請求項５に記載のごとく圧縮機（１）の作動時に冷媒流れの動圧により閉弁し、圧縮機（１）の停止時には受液器（３１）内の圧力がヘッダータンク（２２）内の圧力より高くなることにより開弁する構成としてもよい。
【００２１】請求項６記載の発明では、走行用エンジンにより駆動され、冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機（１）と、この圧縮機（１）から吐出された過熱冷媒ガスを凝縮する凝縮器（２）と、この凝縮器（２）に冷却風を送風する電動ファン（４９）と、凝縮器（２）で凝縮した冷媒の気液を分離して、液冷媒を溜める受液器（３１）と、この受液器（３１）から流出した液冷媒を減圧膨張させる減圧手段（４）と、この減圧手段（４）で減圧された気液２相冷媒を蒸発させる蒸発器（５）とを備え、凝縮器（２）と受液器（３１）とを、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の受液器一体型冷媒凝縮器により構成し、さらに、減圧手段（４）より上流側のサイクル高圧を検出する圧力センサ（４６）と、この圧力センサ（４６）の検出圧力の上昇に基づいて前記電動ファン（４９）の回転速度を上昇させるファン速度制御手段（４７、５０）と、蒸発器（５）の冷却温度を検出する温度センサ（４２）と、この温度センサ（４２）の検出温度の低下に基づいて前記圧縮機（１）の作動を停止させる圧縮機断続制御手段（４７、４８）とを備える車両用冷凍サイクル装置を特徴としている。
【００２２】このように、サイクル高圧を検出する圧力センサ（４６）の検出信号に基づいて凝縮器冷却用電動ファン（４９）の回転速度を制御するとともに、蒸発器（５）の冷却温度を検出する温度センサ（４２）の検出信号に基づいて圧縮機（１）の作動を断続する車両用冷凍サイクル装置において、本発明は好適に実施できるものである。
【００２３】なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明を車両用空調装置における受液器一体型冷媒凝縮器に適用した一実施形態を示している。この車両用空調装置の冷凍サイクル装置は、冷媒圧縮機１、受液器一体型冷媒凝縮器２、冷媒量点検用のサイトグラス３、温度作動式膨張弁（減圧手段）４および冷媒蒸発器５を、金属製パイプまたはゴム製パイプよりなる冷媒配管によって順次接続した閉回路より構成されている。
【００２５】冷媒圧縮機１は、自動車のエンジンルーム（図示せず）内に設置された走行用エンジンにベルトと電磁クラッチ（動力断続手段）１ａを介して連結されている。この冷媒圧縮機１は、電磁クラッチ１ａが接続状態となり、エンジンの回転動力が伝達されると、冷媒蒸発器５下流側よりガス冷媒を吸入、圧縮して、高温高圧の過熱ガス冷媒を受液器一体型冷媒凝縮器２へ吐出する。
【００２６】受液器一体型冷媒凝縮器２は、所定間隔を開けて配置された一対のヘッダタンク、すなわち、第１、第２ヘッダタンク２１、２２を有し、この第１、第２ヘッダタンク２１、２２は上下方向に略円筒状に延びる形状になっている。この第１、第２ヘッダタンク２１、２２の間に熱交換用のコア部２３を配置している。本例の冷媒凝縮器２は、一般にマルチフロータイプと称されているものであって、コア部２３は第１、第２ヘッダタンク２１、２２の間で、水平方向に冷媒を流す偏平チューブ２４を多数並列配置し、この多数の偏平チューブ２４の間にコルゲートフィン２５を介在して接合している。偏平チューブ２４の一端部は第１ヘッダタンク２１内に連通し、他端部は第２ヘッダタンク２２内に連通している。
【００２７】そして、一方の（第１）ヘッダタンク２１の上端側に冷媒の入口側配管ジョイント（冷媒入口部）２６を配置し接合しており、また、下端側に冷媒の出口側配管ジョイント（冷媒出口部）２７を配置し接合している。さらに、本例においては、第１ヘッダタンク２１および第２ヘッダタンク２２の内部にそれぞれ、セパレータ２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂを２枚づつ配置して、第１、第２ヘッダタンク２１、２２の内部を、それぞれ上下方向に複数（３個づつ）の空間２１ａ〜２１ｃ、２２ａ〜２２ｃに仕切っている。ここで、下側のセパレータ２８ｂ、２９ｂはヘッダタンク２１、２２の下部寄りの同一高さの部位に配置されている。
【００２８】一方、第２ヘッダタンク２２には、冷媒の気液を分離して液冷媒を蓄える受液器３１が一体に構成してある。この受液器３１も略円筒形状であり、第２ヘッダタンク２２の外面側方（コア部２３と反対側の部位）に配置され、第２ヘッダタンク２１の外面に一体に接合される。受液器３１は第２ヘッダタンク２２より若干低い高さを有している。なお、本例では、冷媒凝縮器２の各部および受液器３１はアルミニュウム材で成形され、一体ろう付けにて組付けられている。
【００２９】次に、受液器３１内部の空間と第２ヘッダタンク２２との連通構造について説明すると、セパレータ２９ｂの直ぐ上方の部位において第２ヘッダタンク２２および受液器３１の壁面を貫通して冷媒流入口３２を設け、この冷媒流入口３２により、第２ヘッダタンク２２の中間部空間２２ｂの下端部付近を受液器３１内部の空間に連通させている。冷媒流入口３２は、通常使用状態における受液器３１内の冷媒液面３１ａより十分下方の部位に位置している。
【００３０】また、セパレータ２９ｂの直ぐ下方の部位において第２ヘッダタンク２２および受液器３１の壁面を貫通して冷媒流出口３３を設け、この冷媒流出口３３により、受液器３１内部の下端部付近を第２ヘッダタンク２２の下側空間２２ｃの上端部付近に連通させている。そして、受液器３１内で、冷媒液面３１ａより上方のガス冷媒雰囲気の部位と、第２ヘッダータンク２２内の上方部位（上側空間２２ａの上方部位）との間を連通する連通路３４が第２ヘッダタンク２２および受液器３１の壁面を貫通して設けてある。第２ヘッダータンク２２内の上方部位（上側空間２２ａの上方部位）には、連通路３４を開閉する弁機構３５が配置されている。
【００３１】この弁機構３５は具体的には弾性を有する適宜の金属板材からなり、この金属板材の上端部をろう付け等により第２ヘッダータンク２２の内壁面に接合している。従って、弁機構３５の上端部は固定端となり、下端部は変形可能な自由端となる。ここで、弁機構３５は自身のばね力により自由状態では図１に示すように第２ヘッダータンク２２の内壁面から開離した状態を維持して連通路３４を開放する。これに対して、圧縮機１の作動時には、弁機構３５は第２ヘッダータンク２２内を通過する冷媒流の動圧を受けて弾性変形し、第２ヘッダータンク２２の内壁面に圧接して連通路３４を閉塞する。
【００３２】コア部２３において、下側セパレータ２８ｂ、２９ｂより上方側の部位は、冷媒圧縮機１の吐出ガス冷媒を、後述の図２に示す電動ファン４９により送られてくる室外空気の冷却風と熱交換させて冷媒を冷却、凝縮させる凝縮部３６を構成している。また、コア部２３において、セパレータ２８ｂ、２９ｂより下方側の部位は、受液器３１内部において気液分離された液冷媒を室外空気の冷却風と熱交換させて過冷却する過冷却部３７を構成している。
【００３３】従って、本例の冷媒凝縮器２は、冷媒流れの上流側から順次、凝縮部３６、受液器３１、および過冷却部３７を構成するとともに、これらを一体に設けた構成となっている。なお、受液器３１内における冷媒液面３１ａは、通常使用状態（冷媒封入量が正常で、通常のサイクル運転条件の時）では、上側セパレータ２９ａと受液器３１の上端面との中間高さに位置するようになっている。
【００３４】また、冷媒凝縮器２は周知のように、自動車エンジンルーム内において最前部（エンジン冷却用ラジエータの前方位置）に配置されて、エンジン冷却用ラジエータと共通の電動ファン４９により冷却される。次に、図２は本発明凝縮器２を備えた車両用空調装置の全体システム構成を概略図示するもので、４０は空調装置の空気通路を構成するケース、４１はこのケース４０の上流側に配置された空調用送風機で、遠心式の送風ファン４１ａと駆動用モータ４１ｂとを有している。送風機４１の吸入口４１ｃには図示しない内外気切替箱が接続され、この内外気切替箱を通して吸入された外気または内気を送風ファン４１ａによりケース４０内に送風するようになっている。
【００３５】送風機４１の吹出側に冷媒蒸発器５が配置され、この蒸発器５において、膨張弁４により減圧された気液二相状態の冷媒を送風空気と熱交換（吸熱）して蒸発させ、その蒸発潜熱により送風空気を冷却する。冷媒蒸発器５の空気吹出直後の部位には、冷媒蒸発器５の吹出空気温度（蒸発器冷却温度）を検出する温度センサ（サーミスタ）４２が配置されている。そして、冷媒蒸発器５の空気下流側には、エアミックスドア４３が回転軸４３ａを中心として回動可能に配置されている。
【００３６】このエアミックスドア４３はヒータコア４４を通過して加熱される温風量とヒータコア４４のバイパス通路４５を通過する冷風量との風量割合を調整して、車室内への吹出空気温度を調整する温度調整手段である。なお、ヒータコア４４は周知のごとく車両エンジンからの温水（冷却水）を熱源として空気を加熱する温水式熱交換器である。
【００３７】ヒータコア４４からの温風と、バイパス通路４５からの冷風は、混合されて所望の温度になった後に、図示しないフェイス、フット、デフロスタの各吹出口のうち選択された所定吹出口から車室内へ吹き出す。一方、冷凍サイクルには、サイクル高圧を検出する圧力センサ４６が高圧液冷媒配管の途中、例えば、冷媒凝縮器２の出口側部位に配置されている。この圧力センサ４６および温度センサ４２の検出信号は空調用制御装置４７に入力される。この制御装置４７はマイクロコンピュータ等から構成されるものであり、予め設定されたプログラムに基づいて入力信号に対する所定の演算処理を行って出力を出す。
【００３８】制御装置４７の出力により駆動されるリレー４８が圧縮機１の電磁クラッチ１ａへの通電回路に備えてある。従って、このリレー４８により電磁クラッチ１ａへの通電を断続して圧縮機１の作動を断続することができる。また、冷媒凝縮器２の冷却風流路には、冷却風（外気風）を送風する電動ファン４９が配置されている。この電動ファン４９のモータ４９ａには、制御装置４７の出力により制御される回転数制御器５０が接続されている。
【００３９】電動ファン４９の回転数の調整は具体的には次のごとく行う。すなわち、圧力センサ４６により検出されるサイクル高圧が所定値（例えば１５．５ｋｇｆ／ｃｍ2 ）以上に上昇すると、制御装置４７により制御される回転数制御器５０を介して、電動ファン４９のモータ印加電圧を高めて、電動ファン４９を高速（Ｈｉ）回転させる。そして、サイクル高圧が所定値（例えば１２．５ｋｇｆ／ｃｍ2）以下に低下すると、電動ファン４９のモータ印加電圧を低下して、電動ファン４９を低速（Ｌｏ）回転させる。
【００４０】なお、本実施形態においては、圧力センサ４６の検出圧力に基づいて電動ファン４９の回転速度を制御するファン速度制御手段（請求項６）を、制御装置４７と回転数制御器５０とにより構成している。また、温度センサ４２の検出温度に基づいて圧縮機１の作動を断続させる圧縮機断続制御手段（請求項６）を、制御装置４７とリレー４８とにより構成している。
【００４１】次に、上記構成において作動を説明する。いま、車両用空調装置の運転が開始され、制御装置４７の出力によりリレー４８が閉成して電磁クラッチ１ａに通電されると、電磁クラッチ１ａが接続状態となり、車両走行用エンジンの回転が圧縮機１に伝達され、圧縮機１が作動する。これにより、圧縮機１が冷媒を圧縮し、吐出する。圧縮機１から吐出された過熱ガス冷媒は、入口側配管ジョイント２６から凝縮器２の第１ヘッダタンク２１の上部空間２１ａより凝縮部３６のチューブ２４の上側部を通過した後、第２ヘッダタンク２２の上部空間２２ａに流入する。この上部空間２２ａで冷媒はＵターンして凝縮部３６のチューブ２４の中間部を通過し、第１ヘッダタンク２１の中間部空間２１ｂで再度Ｕターンして凝縮部３６のチューブ２４の下側部を通過し、第２ヘッダタンク２２の中間部空間２２ｂに流入する。
【００４２】このようにして、冷媒は凝縮部３６のチューブ２４をＷ型の経路で流れ、この間に、冷媒はチューブ２４およびフィン２５を介して冷却空気と熱交換して冷却され、ガス冷媒を一部含む飽和液冷媒となる。この飽和液冷媒は、上記の中間部空間２２ｂに集合し、ここから冷媒流入口３２を通って受液器３１内の液面３１ａの下方部に流入する。
【００４３】そして、受液器３１内において冷媒の気液が分離され、液冷媒が蓄えられる。受液器３１内の液冷媒は冷媒流出口３３を通って第２ヘッダタンク２２の下部空間２２ｃを経由して過冷却部３７を通過する。この過冷却部３７において、液冷媒は再度冷却されて過冷却状態となり、この過冷却液冷媒は第１ヘッダタンク２１の下部空間２１ｃを通って出口側配管ジョイント２７から凝縮器２外へ流出する。
【００４４】そして、過冷却液冷媒はサイトグラス３を通って、温度作動式膨張弁４に流入する。この膨張弁４において、過冷却液冷媒は減圧され、低温、低圧の気液２相冷媒となる。次いで、この気液２相冷媒は蒸発器５にて空調用空気と熱交換して蒸発し、その蒸発潜熱を空調用空気から吸熱して、空調用空気を冷却する。蒸発器５にて蒸発した過熱ガス冷媒は圧縮機１に吸入され、再度圧縮される。
【００４５】ところで、蒸発器５のフロスト防止のために、圧縮機１の運転が温度センサ４２の検出する蒸発器吹出空気温度（蒸発器冷却温度）に応じて断続される。すなわち、蒸発器吹出空気温度が第１所定温度（例えば、３°Ｃ）以下に低下すると、制御装置４７の出力によりリレー４８が開放され、電磁クラッチ１ａへの通電が遮断される。これにより、電磁クラッチ１ａが開離状態となり、圧縮機１の作動が停止される。
【００４６】この結果、蒸発器５の冷却作用が中断されて、蒸発器吹出空気温度が第２所定温度（例えば、４°Ｃ）以上に上昇すると、制御装置４７の出力によりリレー４８が閉成され、電磁クラッチ１ａに通電されるので、電磁クラッチ１ａが接続状態となり、圧縮機１が再び作動状態に戻る。このようにして、蒸発器５のフロスト状態が未然に防止される。
【００４７】次に、上記の蒸発器フロスト防止制御のための、圧縮機断続作動に伴うサイクル挙動について詳述すると、まず、本実施形態による連通路３４、弁機構３５を備えていない従来技術（図６）の場合には、蒸発器吹出空気温度が第１所定値（例えば、３°Ｃ）まで低下すると、圧縮機１が停止される。これにより、サイクル高圧が徐々に低下するが、圧縮機１の作動時に受液器３１内には冷媒流入口３２より高い液面レベルまで液冷媒が溜まっている（図７（ａ）参照）ので、圧縮機１が停止すると、前述の理由から受液器３１と凝縮部３６との間に圧力差が発生して、この圧力差により受液器３１内の液冷媒が冷媒流入口３２から中間部空間２２ｂを通って凝縮部３６側へ逆流する現象が発生する。
【００４８】この逆流現象により、凝縮部３６のチューブ２４内に液冷媒が溜まる。図７（ｂ）の斜線部はこの凝縮部３６での液冷媒の溜まり部を示す。そして、圧縮機１の停止後、時間が経過して蒸発器吹出空気温度が第２所定値（例えば、４°Ｃ）まで上昇すると、圧縮機１が再起動するが、その際、凝縮部３６における液冷媒溜まりの発生により凝縮部３６の有効凝縮面積が減少しているので、凝縮部３６での有効凝縮能力が必要能力とバランスするまでサイクル高圧が上昇することになる。
【００４９】凝縮部３６に溜まった液冷媒が受液器３１内へ移動するには、圧縮機１の再起動後、ある程度の時間が必要であるので、図８の実線Ａに示すように圧縮機１の再起動後、暫くの間サイクル高圧ＰＨの上昇が続く。そして、圧縮機再起動後の時間が経過すると、凝縮部３６の液冷媒が受液器３１内へ移動して、凝縮部３６における液冷媒溜まりの領域がほぼ消滅して、図７（ａ）の状態に復帰するので、凝縮部３６の有効凝縮面積の増加によって凝縮部３６の有効凝縮能力が上昇し、サイクル高圧が低下し始める。
【００５０】そして、圧縮機１の作動による蒸発器冷却作用により蒸発器吹出空気温度が第１所定値（例えば、３°Ｃ）まで低下すると、圧縮機１が再び停止され、上記作動が繰り返される。つまり、圧縮機１の停止ごとに、受液器３１内から凝縮部３６への液冷媒の逆流現象が発生し、その後に、圧縮機１が再起動されるごとにサイクル高圧が図８の実線Ａのような大幅な上昇を繰り返す。このようなサイクル高圧の上昇によって圧縮機駆動動力が増大し、車両エンジンの燃費を悪化させる。
【００５１】これに対して、本実施形態によると、圧縮機１が停止して、第２ヘッダタンク２２内の冷媒流の動圧が消滅すると、弁機構３５が自身のばね力により直ちに図１の状態に変位して連通路３４を開放する。これにより、受液器３１内上方のガス冷媒雰囲気を連通路３４を通してヘッダータンク２２内の上側空間２２ａに連通させることができる。
【００５２】そのため、圧縮機停止時に受液器３１内上方のガス冷媒を連通路３４を通してヘッダータンク２２側へ排出することができるので、受液器３１内の圧力がコア部２３の凝縮部３６内より高くなることを抑制できる。これにより、圧縮機停止時に受液器３１内の冷媒液面３１ａより下方の冷媒流入口３２を通って受液器３１内の液冷媒がコア部２３の凝縮部３６へ逆流することを抑制できる。図７（ｃ）は本実施形態による圧縮機停止時の凝縮器内の液冷媒の分布状態を示しており、図７（ｂ）の従来技術と比較して、凝縮部３６における液冷媒溜まりの領域を大幅に低減できる。
【００５３】従って、その後の圧縮機再起動時に、液冷媒溜まりに起因する有効凝縮面積の減少を抑制できるので、図６の従来技術の場合に比して本実施形態では圧縮機再起動後の凝縮部３６の有効凝縮能力を高い状態に維持できる。その結果、圧縮機再起動後における高圧ＰＨの上昇を図８の破線Ｂに示すように従来技術の実線Ａに比して大幅に低いレベルに抑えることができ、圧縮機駆動動力の低減を図ることができる。
【００５４】また、上記理由からサイクル高圧が凝縮器冷却用電動ファン４９を高速（Ｈｉ）回転させる第１所定値Ｐ1 （例えば１５．５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ）以上に上昇することを抑制できる。従って、蒸発器フロスト防止のための圧縮機断続作動に伴って、凝縮器冷却用電動ファン４９が高速（Ｈｉ）回転して、送風騒音が増大することを抑制できる。
【００５５】なお、圧縮機再起動後では、ヘッダータンク２２内の上側空間２２ａにおける冷媒流の動圧により弁機構３５がヘッダータンク２２の内壁面に圧接して連通路３４を閉塞する。従って、受液器３１内には、凝縮後の冷媒が下部の冷媒流入口３２のみから流入することになり、これより、液面３１ａを乱すことなく、冷媒の気液分離を良好に分離できる。
【００５６】（第２実施形態）図３は第２実施形態を示す。上記の第１実施形態では、第１、第２ヘッダータンク２１、２２内にセパレータ２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂをそれぞれ２枚づつ配置して、凝縮部３６をＷ型の経路で冷媒が流れるようにしているが、第２実施形態では、上側のセパレータ２８ａ、２９ａを廃止して、第１、第２ヘッダータンク２１、２２内をそれぞれ上下２つの空間２１ａ、２１ｃ、２２ａ、２２ｃに仕切っている。
【００５７】そのため、凝縮部３６では冷媒が空間２１ａから空間２２ａへ向かって一方向に流れることになる。第２実施形態において、連通路３４、弁機構３５等その他の点は第１実施形態と同じである。
（第３実施形態）図４は第３実施形態を示す。上記の第１、第２実施形態では、弁機構３５を第２ヘッダータンク２２内に配置しているが、第３実施形態では弁機構３５を受液器３１内で、冷媒液面３１ａより上方のガス冷媒雰囲気の部位に配置している。
【００５８】すなわち、第３実施形態では受液器３１内上方のガス冷媒雰囲気の部位に仕切り部材３８を配置し、この仕切り部材３８の外周部を受液器３１の胴体部内壁面に固定して、ガス冷媒雰囲気を上下の２つの領域３１ｂ、３１ｃに仕切るとともに、この上下の２つの領域３１ｂ、３１ｃの間を連通する第２連通路３９を仕切り部材３８に設けている。ガス冷媒雰囲気の上側領域３１ｂは第１連通路３４により第２ヘッダータンク２２の上側空間２２ａ内に常時連通させてある。
【００５９】そして、仕切り部材３８の上側面に、第１、第２実施形態と同一構造の弁機構３５を設けて第２連通路３９を開閉するようになっている。第３実施形態によると、圧縮機１の作動時には、第２ヘッダータンク２２から第１連通路３４を通して冷媒流の動圧が弁機構３５に加わることにより、弁機構３５が閉弁し、その後は、上側領域３１ｂの静圧により弁機構３５の閉弁状態（第２連通路３９の閉塞状態）を維持する。
【００６０】一方、圧縮機１の停止時には、弁機構３５が自身のばね力により直ちに開弁して、受液器３１内の下側領域３１ｃのガス冷媒雰囲気を第２連通路３９および第１連通路３４を通して第２ヘッダータンク２２内に連通させるので、第１実施形態で説明した作用効果を同様に発揮できる。
（第４実施形態）図５は第４実施形態を示す。上記の第３実施形態の変形であり、弁機構３５として、仕切り部材３８の第２連通路３９に上下動可能に支持された傘状の形状に形成された弁構造を用いている。
【００６１】本例の弁機構３５は、円形の第２連通路３９より十分大きい外径を有する円形弁部３５ａと、第２連通路３９より十分小さい外径を有し、第２連通路３９に上下動可能に嵌合する軸部３５ｂと、仕切り部材３８のうち、第２連通路３９の周縁部に係止され、上方への移動を規制する爪状係止片３５ｃとを一体に成形したものである。
【００６２】本例の弁機構３５によると、圧縮機１の作動時には第３実施形態と同様に、第２ヘッダータンク２２から第１連通路３４を通して加わる冷媒流の動圧によって弁機構３５の弁部３５ａが仕切り部材３８のうち、第２連通路３９の周縁部に圧接して第２連通路３９を閉塞する。これに対して、圧縮機１の停止時には、凝縮部３６の温度低下、圧力低下が受液器３１に比較して先行することより、凝縮部３６側の圧力に比較して受液器３１内の圧力が一時的に高くなるので、この圧力差に基づいて弁機構３５が上方へ変位し、弁部３５ａが仕切り部材３８の上面から開離して第２連通路３９を開放する。これにより、第４実施形態においても、第１実施形態で説明した作用効果を同様に発揮できる。
【００６３】なお、第４実施形態では弁機構３５を仕切り部材３８に接合せず、上下動可能に支持する構造にしているから、弁機構３５を金属製とする必要はない。従って、弁機構３５をゴム、樹脂等の弾性に富んだ材料で成形して、組付性、圧縮機作動時の閉弁シール性を向上させることができる。
（他の実施形態）なお、上述の第１〜第３実施形態では、圧縮機停止時に弁機構３５を自身のばね力により開弁状態に復帰させるようにしているが、第１〜第３実施形態における弁機構３５を圧縮機停止時にばね力で開弁状態に復帰させる構成とせずに、第４実施形態のごとく、圧縮機停止時に発生する凝縮部３６側と受液器３１側の圧力差で弁機構３５を開弁させる構成としてもよい。
【００６４】また、弁機構３５として、第１〜第３実施形態のごとき板形状、あるいは第４実施形態のごとき傘形状のものに限らず、種々な形状の弁機構を採用できることはもちろんである。また、上述の実施形態では、冷媒の出入口ジョイント２６、２７を設けていない第２ヘッダタンク２２に受液器３１を一体に構成しているが、冷媒の出入口ジョイント２６、２７を設けている第１ヘッダタンク２１に受液器３１を一体に構成してもよい。
【００６５】また、凝縮器２のコア部２３を凝縮部３６のみとし、過冷却部３７をコア部２３から切り離して独立に構成するタイプの受液器一体型冷媒凝縮器に本発明を適用することもできる。この場合は、第１ヘッダタンク２１における出口側配管ジョイント２７を廃止て、その代わりに、受液器３１にその内部の液冷媒を流出させる出口側配管ジョイント（冷媒出口部）を設置し、この出口側配管ジョイントからの液冷媒を配管を介して過冷却部に流入させるようにすればよい。
【００６６】また、過冷却部３７を持たない冷凍装置においても、本発明は同様に実施できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年１月１４日（１９９９．１．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０００２２
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 洋二 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２０５７００（Ｐ２０００−２０５７００Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月２８日（２０００．７．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８１４８ |
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