| 【発明の名称】 |
冷凍サイクル |
| 【発明者】 |
【氏名】反田 清
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| 【要約】 |
【課題】コンプレッサの吐出温度を下げる。
【解決手段】コンプレッサ１とコンデンサ２とリキッドタンク３と内部熱交換器４と膨張弁５とエバポレータ６とを冷媒配管で接続し、上記膨張弁５とエバポレータ６との間に気液分離器７を設け、分離されたガス冷媒をコンプレッサ１の吸入側に戻し、内部熱交換器４で温度が上昇したガス冷媒と混合した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 コンプレッサとコンデンサと膨張弁とエバポレータとを有するとともに上記膨張弁の上流側とエバポレータの下流側との冷媒の内部熱交換を行う内部熱交換器を設けた冷凍サイクルにおいて、上記膨張弁とエバポレータとの間に気液分離器を設け、分離されたガス冷媒をコンプレッサの吸入側に戻すようにしたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】 コンプレッサとコンデンサと膨張弁とエバポレータとを有するとともに上記膨張弁の上流側とエバポレータの下流側との冷媒の内部熱交換を行う内部熱交換器を設けた冷凍サイクルにおいて、上記膨張弁とエバポレータとの間に気液分離器を設け、分離されたガス冷媒を内部熱交換器の低圧側に戻すようにしたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項３】 分離されたガス冷媒を戻す配管に制御弁を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル。
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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、自動車用空調装置に用いられる内部熱交換器を設けた冷凍サイクルの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的な自動車用空調装置に用いられる従来の冷凍サイクルを説明すると、コンプレッサとコンデンサと気液分離器と膨張弁とエバポレータとが冷媒配管で接続されて、閉回路が構成されている。図７に示すモリエル線図を用いて動作を説明する。図７において横軸がエンタルピー、縦軸が絶対圧力を示しており、点線が冷凍サイクルの特性である。まず、コンプレッサで低温低圧のガス冷媒を圧縮する。図７において、Ｇ→Ｋの点線が圧縮過程を示す。つぎに、コンデンサでガス冷媒を外気との熱交換により凝縮させて中温高圧にする。Ｋ→Ｃが凝縮過程を示す。そして、気液分離器で気液混合状態の冷媒から液冷媒を抽出する。図７において、Ｃの状態である。それから、膨張弁で液冷媒を断熱膨張して低温低圧の液状冷媒にする。Ｃ→Ｊの点線が断熱膨張過程を示す。ついで、エバポレータで車内の空気と液状冷媒とが熱交換し蒸発して車内を冷却し、液状冷媒が低温低圧のガス冷媒となる。Ｊ→Ｇの実線が蒸発過程を示す。再び、コンプレッサに冷媒が戻されて循環し、冷凍サイクルを形成している。
【０００３】冷房能力を高めるために内部熱交換器を設けた内部熱交換システムが知られている。図６は、例えば特開平１０−６２０２１号に示された従来の冷凍サイクルの構成を示すブロック図であり、１は冷媒を吸入する吸入側ａが内部熱交換器４の低圧の出口側に接続されたコンプレッサ、２はコンプレッサ１の高圧配管側ｂに接続されたコンデンサ、３はコンデンサ２の出口側に接続されたリキッドタンク、４はリキッドタンク３の出口側が高圧の入口側ｃに接続された内部熱交換器、５は内部熱交換器４の高圧の出口側ｄが入口側に接続された膨張弁、６は膨張弁５の出口側ｅが入口側に接続されたエバポレータであり、このエバポレータ６の出口側が内部熱交換器４の低圧の入口側ｇに接続され、内部熱交換器４の低圧の出口側から再びコンプレッサ１に戻るものである。
【０００４】図７のモリエル線図を用いて内部熱交換器４の動作を説明する。図７において、実線が内部熱交換器４を備えた冷凍サイクルの特性である。なお、図７のＡ〜Ｅ，Ｇは図６の各部ａ〜ｅ，ｇの位置に対応しており、以下の説明文章中で（Ａ）〜（Ｅ），（Ｇ）は図７におけるＡ〜Ｅ，Ｇに対応した冷媒の状態を示す。まず、コンプレッサ１で低温低圧のガス冷媒を圧縮する。図７においてＡ→Ｂの実線が圧縮過程を示す。そして、コンデンサ２で高温高圧のガス冷媒の熱を車外に捨てて凝縮する。Ｂ→Ｃの実線が凝縮過程を示す。つぎに、リキッドタンク３で分離された液冷媒（Ｃ）は、内部熱交換器４でエバポレータ６のガス冷媒（Ｇ）と熱交換して冷却される。Ｃ→Ｄの実線が冷却過程を示す。それから、膨張弁５で過冷却された液冷媒を断熱膨張する。Ｄ→Ｅの実線が断熱膨張過程を示す。ついで、エバポレータ６で車内の空気と液状冷媒とが熱交換し、液状冷媒が周囲の熱を奪い蒸発して車内を冷却しガス冷媒となる。Ｅ→Ｇの実線が蒸発過程を示す。このガス冷媒（Ｇ）が上記分離された液冷媒（Ｃ）と内部熱交換器４で熱交換する。Ｇ→Ａの実線が熱交換過程を示す。再びコンプレッサ１に戻り、冷凍サイクルが繰返される。このように内部熱交換器４を設け、エバポレータ６のガス冷媒（Ｇ）がリキッドタンク３の液冷媒（Ｃ）を冷却すると、Ｃ→Ｄの冷却過程分、冷凍効果が増すことになり、成績係数ＣＯＰが向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の冷凍サイクルに内部熱交換器４を設け、膨張弁５の上流側とエバポレータ６の下流側との冷媒の内部熱交換を行うと、以下に示す問題点がある。すなわち、図７において、エバポレータ６のガス冷媒（Ｇ）は、リキッドタンク３の液冷媒（Ｃ）を冷却すると、その分だけ暖められて冷媒の温度が上昇する。コンプレッサ１が高い温度のガス冷媒（Ａ）を吸い込み、さらに、このガス冷媒（Ａ）をコンプレッサ１で圧縮することになり、コンプレッサ１の吐出温度が上昇してしまう。内部熱交換器４を設けないものと比べて吐出温度が上昇（図７ではＫ→Ｂに対応）してしまう。つまり、図７のモリエル線図において点線の矢印に示す如く、冷房能力に寄与するＣが左側のＤにシフトするために、Ｇが右側のＡにシフトしてしまう。吐出温度が上昇してしまうと、オイルが高い温度に保たれるために、オイルの劣化，摩擦の増加の問題、また、気密性が保持できなくなったりし、これによりコンプレッサ１が焼き付いたり、ロック等の不具合が発生する。さらにクリアランスの値が厳しくなる等の問題が生じ、コンプレッサ１の信頼性が低下してしまう。
【０００６】本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、コンプレッサの吐出温度を下げて、コンプレッサの信頼性を向上することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載の冷凍サイクルは、膨張弁とエバポレータとの間に気液分離器を設け、分離されたガス冷媒をコンプレッサの吸入側に戻すようにしたものである。
【０００８】本発明の請求項２に記載の冷凍サイクルは、膨張弁とエバポレータとの間に気液分離器を設け、分離されたガス冷媒を内部熱交換器の低圧側に戻すようにしたものである。
【０００９】本発明の請求項３に記載の冷凍サイクルは、分離されたガス冷媒を戻す配管に制御弁を設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
【００１１】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１に係わる冷凍サイクルの構成を示すブロック図、図２はこの冷凍サイクルのモリエル線図で、図６と同じものは同一符号を用いている。この場合、図１において、７は膨張弁５とエバポレータ６との間に設けられた気液分離器、８は気液分離器７で抽出されたガス冷媒をコンプレッサ１の吸入側ａの配管に戻す配管である。冷媒を膨張弁５で断熱膨張すると、冷媒は液体とガスとが混合した状態（気液二相状態）となる。この気液二相状態の冷媒を上記気液分離器７で液冷媒とガス冷媒とに分離する。そして、気液分離器７で分離したガス冷媒をコンプレッサ１の吸入側ａの低圧ラインに配管８を介して戻し、内部熱交換器４で暖められたガス冷媒と混合する。この混合により、コンプレッサ１で圧縮される前のガス冷媒の温度を下げておくことで、圧縮された後の吐出温度を下げるものである。コンプレッサ１の吸入側ａは、少なくとも気液分離器７よりも圧力が低いので、気液分離器７で分離されたガス冷媒は、逆流せずに自然にコンプレッサ１側に供給される。一方、気液分離器７で分離した液冷媒は、エバポレータ６に送り込まれて通常の冷却を行う。冷凍効果の高い液冷媒がエバポレータ６に送られることで、冷凍効果は従来の内部熱交換システムと比べて、それ以上にすることができる。
【００１２】図２のモリエル線図を用いて、冷媒の状態を以下に説明する。なお、図２のＡ〜Ｉは図６の各部ａ〜ｉの位置に対応しており、以下の説明文章中で（Ａ）〜（Ｉ）は図１におけるＡ〜Ｉに対応した冷媒の状態を示す。図２において、冷媒（Ｅ）が気液分離器７に流れ込んでいるが、実際の冷媒の状態は、液冷媒（Ｆ）とガス冷媒（Ｉ）が混合した状態である。このガス冷媒（Ｉ）が気液分離器７で抽出され、内部熱交換器４の低圧の出口側ｈからのガス冷媒（Ｈ）と混合され、このガス冷媒（Ｈ）の温度が下げられ、コンプレッサ１の吸入側ａに冷媒（Ａ）が供給される。つまり、コンプレッサ１で吸入する冷媒の温度が下げられ（図２ではＨ＋Ｉ→Ａに対応）、圧縮過程（Ａ→Ｂの実線）が左側にシフトし、点線の矢印に示すようにコンプレッサ１の吐出温度を下げることができ、コンプレッサ１の信頼性が向上する。
【００１３】なお、気液分離器７は、気液分離が行えればよく、その大きさは小さい方が望ましい。また、配管８の太さや形状は所定寸法に設定されており、気液分離器７の圧力とコンプレッサ１の吸入側ａとの圧力差により、上記分離されたガス冷媒の流量が決まる。
【００１４】また、一例としてコンプレッサ１の吸入側ａの配管に分離されたガス冷媒を戻したが、内部熱交換器４の低圧出口側ｈからコンプレッサ１の吸入側ａまでの配管に戻すようにしてもよく、圧縮される前の領域に分離されたガス冷媒を戻せばよい。また、コンプレッサ１にガス冷媒を戻す専用吸入口を設けてもよい。
【００１５】また、図３に示すように配管８に制御弁８ｂを設けてもよく、例えば車が急加速，急発進してコンプレッサ１の吸入側ａが通常運転時よりも圧力が落ち、気液分離器７からのガス冷媒の流量が増えることにより、気液分離器７からエバポレータ６側に供給される液冷媒が減ってしまう場合に、制御弁８ｂを絞るか閉じることで、ガス冷媒の流量を減少させてエバポレータ６側に供給される液冷媒の量の低下を防ぐことができる。この制御弁８ｂの制御は、一例としてエンジンの回転数を検出することで行うことができる。圧力低下をセンサ等で検出してもよい。
【００１６】また、図３に示す如く内部熱交換器４の低圧側の入口，出口間にバイパス通路４ａを設け、このバイパス通路４ａに制御弁４ｂを設けてもよい。コンプレッサ１の吐出温度が所定値よりも上がり過ぎたときに、内部熱交換器４を動作させないように冷媒をバイパス通路４ａにバイパスさせることで、吐出温度を下げることができる。
【００１７】また、リキッドタンク３を省略した構成でもよい。その理由は、内部熱交換器４が設けられているためであり、この内部熱交換器４により冷媒が冷却され液体に近づいて液状冷媒になるためである。この場合には、気液分離器７の容量を大きくしてリキッドタンクの役割を持たせる必要がある。また、内部熱交換器４を省略してもよく、リキッドタンク３と気液分離器７との間に膨張弁５を備えた構成であっても、コンプレッサ１の吐出温度を下げることができる。
【００１８】実施の形態２．上記実施の形態１では、分離したガス冷媒をコンプレッサ１の吸入側ａの配管に戻した場合を説明したが、この実施の形態２では、図４に示すように、気液分離器７と内部熱交換器４の低圧側との間に配管１０を設け、この配管１０を介して気液分離器７で分離されたガス冷媒を内部熱交換器４の低圧側に戻すようにしてもよい。この場合では、内部熱交換器４の低圧入口側ｍの配管に戻す。
【００１９】図５に示すモリエル線図を用いて冷媒の状態を以下に説明する。なお、図５のＡ〜Ｇ，Ｉ，Ｍは図４の各部ａ〜ｇ，ｉ，ｍの位置に対応しており、以下の説明文章中で（Ａ）〜（Ｇ），（Ｉ），（Ｍ）は図５におけるＡ〜Ｇ，Ｉ，Ｍに対応した冷媒の状態を示す。気液分離器７で分離されたガス冷媒（Ｉ）は、エバポレータ６のガス冷媒（Ｇ）と混合されて、このガス冷媒（Ｇ）の温度が下げられ、内部熱交換器４の低圧入口側ｍにガス冷媒（Ｍ）が供給される。このガス冷媒（Ｍ）は内部熱交換器４で熱交換を行い暖められ、内部熱交換器４の低圧出口側ｈから冷媒（Ａ）が流れ出ることになりコンプレッサ１の吸入側ａに戻される。内部熱交換器４の低圧入口側ｍの冷媒（Ｍ）が冷却されるので、熱交換の伝熱量が向上する。なお、内部熱交換器４と膨張弁５と気液分離器７とを一体化する場合、コンプレッサ１の吸入側ａに戻す場合と比べて配管１０の長さを短くすることができる。また、配管１０に制御弁を設けてもよい。
【００２０】また、一例として内部熱交換器４の低圧入口側ｍの配管に分離されたガス冷媒を戻したが、エバポレータ６の出口側から内部熱交換器４の低圧入口側ｍまでの配管に戻すようにしてもよく、熱交換される前の領域に分離されたガス冷媒を戻せばよい。また、内部熱交換器４の低圧側にガス冷媒を戻す専用吸入口を設けてもよい。また、内部熱交換器４の低圧側の入口，出口の熱交換過程の途中にガス冷媒を戻すようにしてもよい。すなわち、本願はエバポレータ６の出口側からコンプレッサ１の吸入側までの領域に流れるほぼ低圧状態の冷媒を上記分離されたガス冷媒で冷やすことを行う。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、膨張弁とエバポレータとの間に気液分離器を設け、分離されたガス冷媒をコンプレッサの吸入側に戻すようにしたので、コンプレッサの吐出温度を下げて、コンプレッサの信頼性を向上できる。
【００２２】また、請求項２に記載の発明によれば、膨張弁とエバポレータとの間に気液分離器を設け、分離されたガス冷媒を内部熱交換器の低圧側に戻すようにしたので、内部熱交換器の伝熱量が大きくなる。
【００２３】また、請求項３に記載の発明によれば、分離されたガス冷媒を戻す配管に制御弁を設けたので、車が急発進，急加速した場合等に、ガス冷媒の流量を減少させてエバポレータ側に供給される液状冷媒の量の低下を防ぐことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３３３３
【氏名又は名称】株式会社ボッシュオートモーティブシステム
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| 【出願日】 |
平成１１年４月１日（１９９９．４．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０２９６
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 純一
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２９２０１６（Ｐ２０００−２９２０１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−９５５００ |
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