JP2005076914A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】 エジェクタを用いた自動車用空調装置用の低コストの冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】 圧縮機１に車両走行用エンジンで駆動される可変容量圧縮機を用い、これを容量制御弁２により冷媒の吐出容量が所定の容量になるように制御する。凝縮器３の冷媒流出側には、凝縮した液冷媒をエジェクタ６または蒸発器１０へ切り替える切替弁４，５を備え、気液分離器７と蒸発器１０との間には、温度式膨張弁９を配置している。冷凍能力が高いまたは凝縮能力が低くて循環する冷媒流量が多いときは、切替弁５を閉じ、エジェクタ６に冷媒を流すことにより生じる吸引能力で、気液分離器７からの液冷媒を温度式膨張弁９で減圧膨張させた冷媒を蒸発器１０に流し、冷凍能力が低下してエジェクタ６の吸引能力がなくなると、切替弁４を閉じて凝縮器３からの液冷媒を蒸発器１０に流すようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は冷凍サイクルに関し、特に自動車用空調装置に適用されるエジェクタを用いた冷凍サイクルに関する。

従来より、給湯装置、冷凍車、自動車用空調装置などの冷凍装置用の冷凍サイクルにおいて、エジェクタを用いて構成したエジェクタサイクルが知られている。エジェクタサイクルは、圧縮機と、凝縮器と、エジェクタと、気液分離器とを直列に接続し、気液分離器のガス出口を圧縮機の吸入口に接続し、気液分離器の液出口を蒸発器を介してエジェクタの吸入口に接続するようにして構成される。

エジェクタは、先端に噴出口を有するノズル、その外周から噴出口の下流方向に連なって筒状に形成された混合部、およびその混合部から末広がりに形成されたディフューザによって構成されている。ノズルは、凝縮器にて凝縮された高温・高圧の液冷媒を蒸発圧力以下に減圧して先端の噴出口より低圧のジェット流で噴出させ、減圧によって生じる差圧で蒸発器からのガス冷媒を吸引する。混合部では、吸引されたガス冷媒とノズルからのジェット流とが混合され、ディフューザでは、面積が拡大されることにより混合された冷媒は減速されて昇圧される。エジェクタサイクルは、エジェクタで冷媒が昇圧されることにより、圧縮機の吸入圧力が上昇するため、その分、圧縮機が所定の圧力まで圧縮するための動力を低減することができるという利点を有している。

エジェクタサイクルにおいては、その運転中は安定した冷媒流が必要なため、給湯装置、冷凍車、自動車用空調装置などでは、冷媒を圧縮する圧縮機を電動モータによって駆動したり（たとえば、特許文献１参照。）、あるいは車両走行用エンジンとは別に設けられたサブエンジンによって駆動しており（たとえば、特許文献２参照。）、電動モータまたはサブエンジンを回転数制御することによって冷凍能力を制御していた。
特開２００２−２２２９５号公報（段落番号〔００２１〕） 特開２０００−２８３５７７号公報（段落番号〔００１４〕）

特に、自動車用空調装置の冷凍サイクルにエジェクタサイクルを適用する場合、車両走行用エンジンを圧縮機の駆動源とすると、車両走行用エンジンは、車両の運転状況に応じて回転数が大幅に変動するために圧縮機の能力が変動してしまい、サイクルの制御が難しいことから、電動モータまたはサブエンジンなどの圧縮機を駆動するための別の駆動源を必要とし、さらにエジェクタサイクルでは、制御弁の数が多く、配管が複雑であることから、自動車用空調装置のコストが高くなるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、コストを低減させた自動車用空調装置用の冷凍サイクルを提供することことを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、可変容量圧縮機から吐出されて冷却または凝縮された冷媒を減圧しながら、気液分離器から流出して蒸発器で蒸発された冷媒を吸引するエジェクタを備えた冷凍サイクルにおいて、前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒が前記エジェクタが前記蒸発器内の冷媒を吸引できるだけの流量である場合に冷却または凝縮された冷媒を前記エジェクタに流し、前記エジェクタが前記蒸発器内の冷媒を吸引することができない低流量の場合には冷却または凝縮された冷媒を前記蒸発器に流すように通路を切り替える切替弁と、気液分離器と前記蒸発器との間に配置され、前記蒸発器の出口における冷媒の温度および圧力を感知して前記気液分離器から前記蒸発器に流す冷媒流量を制御する温度式膨張弁と、を備えていることを特徴とする冷凍サイクルが提供される。

このような冷凍サイクルによれば、圧縮機を可変容量圧縮機として、その駆動源に車両走行用エンジンを用いるようにしたことで、車両走行用エンジンの回転数の変動に関係なく圧縮機は所定の能力を安定して維持することができる。また、気液分離器から蒸発器へ供給する液冷媒の流量制御に、センサおよび電子制御弁を用いて温度式膨張弁のように動作させるのではなく、機械的に動作する安価な温度式膨張弁を用いたことにより、蒸発器出口の冷媒を過熱状態になるよう最適制御する、エジェクタを備えた自動車用空調装置用の冷凍サイクルを安価に構成することができる。さらに、エジェクタの吸引能力がなくなるまで冷媒流量が低下したときに、切替弁で強制的に冷媒を蒸発器に流すようにしたことで、蒸発器に冷媒がまったく流れなくなるということがない。

本発明の冷凍サイクルは、車両走行用エンジンで圧縮機を駆動することができ、蒸発器に流す冷媒の流量制御に構成が簡単な温度式膨張弁を用いたことで、自動車用空調装置のコストを低減できるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る冷凍サイクルを示すシステム図、図２は冷凍サイクルの動作を示すモリエル線図である。

本発明による冷凍サイクルは、車両走行用エンジンを駆動源とする圧縮機１を備えている。この圧縮機１は、エンジンの回転数に関係なく、冷媒の吐出容量を一定に制御することができる斜板式の可変容量圧縮機である。圧縮機１は、電子制御が可能なソレノイド駆動の容量制御弁２が内蔵されており、その容量制御弁２によって吐出容量制御をするようにしている。この容量制御弁２は、好ましくは圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧をソレノイドに供給される外部信号によって決まる所定の差圧に維持するように制御する弁である。なお、この冷凍サイクルの圧縮機１に用いられる容量制御弁２としては、上記の差圧を制御するタイプのものに限らず、吸入圧力Ｐｓをソレノイドに供給される外部信号によって決まる所定の圧力に維持するように制御するタイプや、圧縮機１から吐出される冷媒流量をソレノイドに供給される外部信号によって決まる所定の流量に維持するように制御するタイプのものでもよい。

差圧制御の容量制御弁２は、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとを受けて、圧縮機１から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒を圧縮機１のクランク室に供給する流量を制御することにより、クランク室の圧力Ｐｃを吐出容量に対応した圧力に制御することで、冷媒の吐出容量を一定に制御するようにしている。この容量制御弁２としては、たとえば特開２００１−１３２６５０号公報に記載の図４に示される電磁制御弁を利用することができる。

圧縮機１の冷媒吐出口には、圧縮された高温・高圧の冷媒を室外空気と熱交換して凝縮させる凝縮器３が接続され、その凝縮器３の出口側には、凝縮された冷媒の冷媒通路を切り替える２つの切替弁４，５が接続されている。このシステムでは、切替弁５は、切替弁４が開閉する冷媒通路よりも冷媒通路を狭くして、開閉可能な絞り部を構成している。これらの切替弁４，５は、電子制御が可能なソレノイド駆動の電磁弁、または両機能を有する三方電磁弁とすることができる。あるいは、後述のように、エジェクタ６の前後の差圧を利用して機械的に切り替える三方弁とすることもできる。切替弁４は、凝縮器３から流出した冷媒を減圧膨張させるエジェクタ６の冷媒入口に接続され、その冷媒出口は、エジェクタ６から流出した冷媒を気液二相に分離する気液分離器７に接続されている。気液分離器７のガス冷媒出口は、圧縮機１の冷媒吸入口に接続され、液冷媒出口は、逆止弁８に接続されている。逆止弁８は、これと直列に温度式膨張弁９が接続され、その温度式膨張弁９の出口は、切替弁５の出口と蒸発器１０の冷媒入口とに接続されている。蒸発器１０は、車室内に吹き出す空気と熱交換して液冷媒を蒸発させることにより空気を冷やすもので、その冷媒出口は、エジェクタ６の吸入口に接続されている。温度式膨張弁９は、また、蒸発器１０の冷媒出口における冷媒の温度および圧力を検出するため、蒸発器１０の冷媒出口の配管に感温筒９ａおよび均圧管９ｂが接続されている。したがって、温度式膨張弁９は、蒸発器１０の冷媒出口における冷媒の状態が所定の過熱度を有するように気液分離器７からの液冷媒を減圧膨張させて蒸発器１０に送り出す。

エジェクタ６は、凝縮器３から流出した高圧冷媒の圧力エネルギをノズルにより速度エネルギに変換して冷媒を減圧膨張させ、そのノズルから噴射される冷媒のジェット流によって生じる負圧により蒸発器１０にて蒸発されたガス冷媒を吸引し、混合部で吸引されたガス冷媒とノズルからのジェット流とを混合しながら、ディフューザによって混合された冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換して冷媒の圧力を昇圧させる。

次に、以上の構成の冷凍サイクルの動作を図２を参照して説明する。図２のモリエル線図は、横軸がエンタルピ、縦軸が圧力を表しており、図１の冷凍サイクルの回路上に符号ａ〜ｈで示した位置の冷媒の状態を同じ符号ａ〜ｈで示してある。

まず、自動車用空調装置が起動され、圧縮機１がエンジンによって回転駆動されると、圧縮機１は、気液分離器７からガス冷媒を吸引して圧縮し、凝縮器３へ吐出するようになる。このとき、圧縮機１は、容量制御弁２によって吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が制御装置からの制御信号により定められる所定の差圧になるように圧縮機１の冷媒吐出口からクランク室へ供給する冷媒の流量を制御することにより、容量制御される。

圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（これは、エジェクタ６の前後の差圧でもある）が大きくなると、たとえば図示しない制御装置によって切替弁４は全開、切替弁５は全閉に切り替えられる。これにより、圧縮機１から凝縮器３、切替弁４、エジェクタ６および気液分離器７を介して圧縮機１に戻る閉ループの冷媒回路と、気液分離器７から逆止弁８、温度式膨張弁９、蒸発器１０およびエジェクタ６を介して気液分離器７に戻る閉ループの冷媒回路とが形成される。

圧縮機１にて圧縮され、凝縮器３にて凝縮された冷媒は、切替弁４を介してエジェクタ６に入り、そのノズルにて減圧膨張され、それによって生まれる吸入圧力Ｐｓと蒸発圧力Ｐｅとの差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）により蒸発器１０内の冷媒を吸引する。吸引された冷媒は、ノズルから噴出された冷媒と混合され、ディフューザにて混合された冷媒の動圧が静圧に変換され、気液分離器７に入る。気液分離器７にて気液分離されたガス冷媒は、圧縮機１に戻される。

一方、気液分離器７にて気液分離された液冷媒は、逆止弁８を介して温度式膨張弁９に流入し、ここで減圧膨張されて蒸発器１０に入る。蒸発器１０は、減圧膨張された冷媒を車室内に吹き出す空気と熱交換することにより蒸発させ、蒸発された冷媒は、エジェクタ６によって吸引される。このとき、温度式膨張弁９は、蒸発器１０の冷媒出口における冷媒の温度および圧力を感知して、蒸発器１０の冷媒出口における冷媒の状態が所定の過熱度を有するように減圧膨張した冷媒を蒸発器１０に送り込む。したがって、蒸発器１０では、すべての冷媒が蒸発されるという状態を保持することができるので、効率のよい冷房運転を行うことができる。

このエジェクタ６を用いた冷凍サイクルでは、高い冷凍能力が要求されているときまたは凝縮能力が低いときには、圧縮機１の吐出容量が大きくなるよう制御されるため、圧縮機１から凝縮器３、切替弁４、エジェクタ６および気液分離器７を介して圧縮機１に戻る閉ループの冷媒回路には、高流量の冷媒が循環している。このため、エジェクタ６は、その前後の差圧が大きく、蒸発器１０内の冷媒を吸引する吸引能力が大きいため、蒸発器１０には、気液分離器７から逆止弁８および温度式膨張弁９を介して流入し、エジェクタ６によって吸引される冷媒の流れが常にある。

ところが、高い冷凍能力が要求されなくなって圧縮機１の吐出容量が小さくなると、圧縮機１から凝縮器３、切替弁４、エジェクタ６および気液分離器７を介して圧縮機１に戻る冷媒回路には、低流量になりながらも冷媒の循環は維持されている。しかし、この低流量の冷媒循環では、エジェクタ６の前後の差圧が小さくなってエジェクタ６が蒸発器１０内の冷媒を吸引する吸引能力を低下させることになる。エジェクタ６が蒸発器１０から冷媒を吸引することができなくなると、蒸発器１０には、冷媒を循環させることができなくなる。

そこで、この冷凍サイクルでは、エジェクタ６が蒸発器１０内の冷媒を吸引することができなくなるまでその前後の差圧が低下した場合は、制御装置が切替弁４を全閉、切替弁５を全開に切り替える制御をして、凝縮器３から流出した冷媒をエジェクタ６ではなく、強制的に蒸発器１０の方へ向かわせるようにする。これにより、圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器３、切替弁５、蒸発器１０、エジェクタ６、気液分離器７を介して圧縮機１に戻る冷媒回路を流れ、蒸発器１０に冷媒を循環させることができるようになる。このとき、切替弁５の絞り部で減圧膨張されて蒸発器１０に流入する冷媒の圧力が温度式膨張弁９を介して逆止弁８にかかっているので、逆止弁８は全閉状態になり、気液分離器７内の液冷媒が温度式膨張弁９および蒸発器１０へ流出することはない。

以上の実施の形態では、切替弁４，５は、容量制御弁２とともに図示しない制御装置によって電子的に制御される弁として説明したが、以下では、冷媒の圧力によって機械的に制御されるとともにエジェクタ６、気液分離器７、逆止弁８および温度式膨張弁９を一体に形成した具体的な構成例を説明する。

図３は切替弁とエジェクタと気液分離器と逆止弁と温度式膨張弁とを一体に構成した例を通常循環動作時の状態で示す断面図、図４は切替弁とエジェクタと気液分離器と逆止弁と温度式膨張弁とを一体に構成した例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。なお、図３および図４において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この構成例によれば、切替弁４，５、エジェクタ６、逆止弁８および温度式膨張弁９を共通のボディ１１に収容している。このボディ１１は、エジェクタ６のディフューザ１２を構成する部分が気液分離器７の底部から挿入される形で中に配置され、それ以外の部分が気液分離器７の底部に結合されている。

エジェクタ６は、そのディフューザ１２の軸線方向に進退自在に配置されたノズル１３と、このノズル１３をその冷媒入口の方向に付勢するスプリング１４とを備え、ノズル１３の周囲には、エジェクタ６の冷媒入口から混合部への冷媒の内部漏れを防ぐためのＶパッキン１５が設けられている。ボディ１１は、ノズル１３の先端手前の外周に蒸発器１０から蒸発されたガス冷媒を吸引により導入する冷媒入口１６と、凝縮器３から流出した液冷媒を導入する冷媒入口１７と、強制循環時に冷媒入口１７に導入した液冷媒を蒸発器１０へ差し向ける冷媒出口１８とを有している。

冷媒入口１７とノズル１３との間には、受圧面積の大きな弁体１９および弁座２０が配置されており、図１の切替弁４を構成している。弁体１９は、一体に形成されたたとえば３本の脚部によってノズル１３に結合されている。また、冷媒入口１７と冷媒出口１８との間には、受圧面積の小さな弁体２１および絞り部を構成する小径の弁座２２が配置されており、図１の切替弁５を構成している。弁体１９および弁体２１は、それぞれの弁孔を介して延びるシャフトによって互いに連結されており、弁体１９、弁体２１およびノズル１３は、スプリング２３によってエジェクタ６の冷媒出口の方向へ付勢されている。したがって、切替弁４および切替弁５は、それらの弁体１９および弁体２１の受圧面積の大きさの違いとスプリング１４およびスプリング２３のばね力の違いにより、エジェクタ６の前後の差圧に応じて一方が開弁しているときは、他方が閉弁している三方弁の構成になっている。すなわち、凝縮器３からの液冷媒の流量が多くエジェクタ６の前後の差圧が大きいときは、図３に示したように、受圧面積の大きな弁体１９がその弁座２０から離れてエジェクタ６に通じる切替弁４が開弁し、これに連動して受圧面積の小さな弁体２１がその弁座２２に着座して切替弁５が閉弁する。逆に、低流量の状態になってエジェクタ６の前後の差圧が小さくなると、図４に示したように、切替弁４が閉弁し、切替弁５が開弁することになる。

ボディ１１は、また、逆止弁８を収容する空間と、温度式膨張弁９を収容する空間とを有している。逆止弁８は、弁座２４、弁体２５およびスプリング２６を有し、気液分離器７から液冷媒が流出する方向に開弁し、その反対方向の冷媒流れに対して閉弁する構成になっている。温度式膨張弁９は、ダイヤフラム２７によって密閉された感温室に冷媒を封入して構成されるパワーエレメントと、ダイヤフラム２７の変位に応じて逆止弁８と蒸発器１０および切替弁５に連通する空間との間の通路を開閉する弁部とを有し、その弁部は、一端がダイヤフラム２７に当接しているシャフトと一体に形成された弁体２８と、この弁体２８をその弁座２９に着座させる方向に付勢するスプリング３０とを有している。

ボディ１１は、さらに、蒸発器１０から流出した液冷媒を導入する冷媒入口３１を有しており、この冷媒入口３１に連通する空間は、エジェクタ６が蒸発器１０のガス冷媒を吸引により導入する冷媒入口１６に連通しているとともに、温度式膨張弁９のパワーエレメントが面していてこの空間を流れる冷媒の温度を感知するようにしている。なお、この空間を流れる冷媒の圧力は、図示しない通路を介してダイヤフラム２７が受けるように構成されている。

気液分離器７は、その中に、エジェクタ６のディフューザ１２が上方で開口するよう配置され、かつ、気液分離されたガス冷媒を圧縮機１へ導くＵ字管３２が配置されている。気液分離器７の容器を貫通して外部に延びるＵ字管３２の一方の開口端は、圧縮機１の吸入口に接続され、他方の開口端は、ガス冷媒が存在する容器内の上方に位置しており、その開口端は、邪魔板３４により囲まれて、ディフューザ１２から流出した気液混合状態の冷媒を直接吸引することがないようにしている。Ｕ字管３２の最下部には、ブリード孔３３が設けられ、ガス冷媒がＵ字管３２を流れるときに、気液分離器７の底に溜まった液冷媒を吸い上げ、その液冷媒に溶け込んでいる圧縮機１の潤滑オイルをガス冷媒とともに圧縮機１に供給するようにしている。これにより、圧縮機１が気液分離器７によって分離されたガス冷媒を吸引するときには、常に潤滑オイルが圧縮機１に供給されることになり、潤滑オイルが枯渇することによる圧縮機１の焼き付きを防止している。

このように、冷凍サイクルの構成要素の中で、切替弁４，５と、エジェクタ６と、気液分離器７と、逆止弁８と、温度式膨張弁９とを一体に構成したことにより、個別の部品を集約することができるので、システム全体がコンパクトになるだけでなく、各部品を個々に配管する必要がないため、組み立て性がよく、かつ、継手部分が大幅に減ることによって継手部分での冷媒漏れの可能性を減らすことができる。

以上の構成の冷凍サイクルにおいて、自動車用空調装置が起動し、圧縮機１がエンジンによって回転駆動されると、圧縮機１は、気液分離器７からガス冷媒を吸引して圧縮し、凝縮器３へ吐出する。凝縮器３に導入された高圧のガス冷媒は、外気との熱交換により凝縮されて、ボディ１１に形成された冷媒入口１７に導入される。冷媒入口１７に導入された高圧の液冷媒は、切替弁４の弁体１９と切替弁５の弁体２１とによってそれぞれ開弁する方向に受けられるが、切替弁４の弁体１９の方が切替弁５の弁体２１よりも受圧面積が大きいため、切替弁４を押し開ける。これにより、高圧の液冷媒が切替弁４とノズル１３との間の空間に導入されると、さらに受圧面積の大きなノズル１３がスプリング１４の付勢力に抗して段部より成るストッパに当接するまで移動される。切替弁４が開くことに連動して切替弁５が閉じられ、切替弁４，５の状態が図３に示した状態になると、冷媒入口１７に導入された液冷媒は、すべてノズル１３を通って流れ、ディフューザ１２を介して気液分離器７内に導入される。

液冷媒がノズル１３を通過するとき、蒸発圧力以下に減圧されて先端より低圧のジェット流で噴出するが、その減圧によって冷媒入口１６は、気液分離器７内の圧力よりも低圧となる。起動直後の温度式膨張弁９は、パワーエレメントが周囲の高い温度を感知していて、ダイヤフラム２７が弁体２８の方へ大きく変位しているので、弁部は最大に開いた状態にある。このため、気液分離器７内の液冷媒は、逆止弁８を押し開け、温度式膨張弁９を通ってボディ１１から流出する。流出した冷媒は、蒸発器１０を経由して、ボディ１１の冷媒入口３１に再度流入し、冷媒入口１６からエジェクタ６に流入するようになる。エジェクタ６に流入した冷媒は、ノズル１３から噴出された冷媒と混合され、混合された冷媒はディフューザ１２にて動圧から静圧に変換され、気液分離器７に入る。気液分離器７にて気液分離されたガス冷媒は、圧縮機１に戻される。

温度式膨張弁９を液冷媒が通過するときに減圧膨張されているので、冷媒温度が低下していき、やがて、温度式膨張弁９は、蒸発器１０を出てボディ１１の冷媒入口３１からエジェクタ６の冷媒入口１６へ流れる冷媒の温度および圧力を感知して、蒸発器１０の出口における冷媒の状態が所定の過熱度を有するように蒸発器１０に供給する冷媒の流量を制御する。

次に、冷凍負荷が下がって、高い冷凍能力が必要なくなってくると、エジェクタ６を通過する液冷媒の流量が低下し、エジェクタ６の前後の差圧が小さくなってくる。低流量になってエジェクタ６が蒸発器１０からガス冷媒を吸引することができなくなってくると、ノズル１３の側にあるスプリング１４の付勢力が凝縮器３から冷媒入口１７に導入された液冷媒の圧力に打ち勝ってノズル１３を切替弁４の側へ押すようになる。これによって、ノズル１３と一体に動く弁体１９が弁座２０から離れて切替弁５が開くとともに、弁体２１が弁座２２に着座して切替弁４が閉じ、切替弁４，５の状態が図４に示した状態になる。この結果、凝縮器３から冷媒入口１７に導入された液冷媒は、切替弁５で減圧膨張されて蒸発器１０に流入し、蒸発器１０で蒸発された後、エジェクタ６を通って気液分離器７へと流れる。

図５は第２の実施の形態に係る冷凍サイクルを示すシステム図、図６は切替弁とエジェクタと気液分離器と逆止弁と温度式膨張弁とを一体に構成した例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。なお、図５および図６において、図１および図３に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この冷凍サイクルのシステム構成によれば、図５に示したように、温度式膨張弁９を蒸発器１０の冷媒入口に配置している。これにより、温度式膨張弁９は、エジェクタ６が機能している通常循環動作において、気液分離器７から流出した液冷媒を減圧膨張させるとともに、エジェクタ６が機能しなくなる強制循環動作においても、凝縮器３から流出した液冷媒を減圧膨張させるように作用する。このため、切替弁５は、これを通過する冷媒を減圧膨張させる必要がない。ここで用いられる温度式膨張弁９は、好ましくは、感温室内の圧力特性を冷凍サイクルに使用されている冷媒の飽和圧力特性よりも勾配を緩くして、温度が低い低流量時には、液戻りを生じやすくしたクロスチャージ方式のものが使用される。

この第２の実施の形態に係る冷凍サイクルの切替弁４，５、エジェクタ６、気液分離器７、逆止弁８および温度式膨張弁９からなる一体構成部分は、第１の実施の形態に係る冷凍サイクルの一体構成部分が切替弁５の下流側の冷媒通路を温度式膨張弁９の弁部の下流側に連通させていたのに対し、図６に示されるように、切替弁５の下流側の冷媒通路を温度式膨張弁９の弁部の上流側に連通させている点と、切替弁５が絞り部を構成していない点で異なる。

以上の構成の冷凍サイクルにおいて、冷凍能力が高いまたは凝縮能力が低くて循環する冷媒流量の多い通常循環動作においては、凝縮器３から流出した高圧の液冷媒が、切替弁４を開けて、切替弁５を閉じるので、圧縮機１から凝縮器３、切替弁４、エジェクタ６および気液分離器７を介して圧縮機１に戻る閉ループの冷媒回路と、気液分離器７から逆止弁８、温度式膨張弁９、蒸発器１０およびエジェクタ６を介して気液分離器７に戻る閉ループの冷媒回路とが形成される。つまり、第１の実施の形態に係る冷凍サイクルと同様の動作をすることになる。

冷凍能力が低下して凝縮器３から流出する冷媒流量が低下すると、エジェクタ６の前後の差圧も小さくなり、スプリング１４の付勢力が凝縮器３からの液冷媒の圧力に打ち勝って、切替弁４が閉じ、切替弁５が開いて図６に示した状態になる。これにより、切替弁５を通過した低流量の液冷媒は、温度式膨張弁９、蒸発器１０およびエジェクタ６を通って、気液分離器７に流れるようになり、強制循環動作の冷凍サイクルとなる。

図７は第３の実施の形態に係る冷凍サイクルを示すシステム図、図８は切替弁とエジェクタと気液分離器と逆止弁と温度式膨張弁とを一体に構成した例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。なお、図７および図８において、図４、図５および図６に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この冷凍サイクルのシステム構成によれば、図７に示したように、温度式膨張弁９を蒸発器１０の冷媒入口に配置し、その温度式膨張弁９と並列にオリフィス３５が設けられている。この場合、ここで用いられる温度式膨張弁９は、好ましくは、感温室内に冷凍サイクルに使用されている冷媒と同じ冷媒を封入したノーマルチャージ方式のものが使用される。

この第３の実施の形態に係る冷凍サイクルの切替弁４，５、エジェクタ６、気液分離器７、逆止弁８および温度式膨張弁９からなる一体構成部分は、第２の実施の形態に係る冷凍サイクルの一体構成部分と比較して、図８に示されるように、温度式膨張弁９の弁座２９を構成する部分に弁部をバイパスするようにオリフィス３５が設けられている点で異なる。

ノーマルチャージ方式の温度式膨張弁９は、常に蒸発器１０が冷媒を完全に蒸発できるように流量制御していることから、液冷媒に溶け込んでいる圧縮機１の潤滑オイルだけが蒸発できずに蒸発器１０内に残って溜まってしまうことがある。そこで、蒸発器１０を流れる冷媒流量が低下したときに、オリフィス３５を介して液冷媒を流し、蒸発器１０内に溜まった潤滑オイルを一緒に流出させるようにしている。つまり、オリフィス３５を設けることで、車室内が所定の温度近傍まで下がって低流量状態に制御されたときに液戻りが生じるクロスチャージ方式の膨張弁に似た特性を持たせている。

以上の構成の冷凍サイクルにおいて、冷凍能力が高いまたは凝縮能力が低くて循環する冷媒流量の多い通常循環動作においては、凝縮器３から流出した高圧の液冷媒が、切替弁４を開けて、切替弁５を閉じるので、圧縮機１から凝縮器３、切替弁４、エジェクタ６および気液分離器７を介して圧縮機１に戻る閉ループの冷媒回路と、気液分離器７から逆止弁８、温度式膨張弁９、蒸発器１０およびエジェクタ６を介して気液分離器７に戻る閉ループの冷媒回路とが形成され、第１および第２の実施の形態に係る冷凍サイクルと同様の動作をすることになる。

冷凍能力が低下して凝縮器３から流出する冷媒流量が低下すると、切替弁４が閉じ、切替弁５が開くように切り替わって図８に示した状態になる。これにより、切替弁５を通過した低流量の液冷媒は、温度式膨張弁９、蒸発器１０およびエジェクタ６を通って、気液分離器７に流れるようになり、強制循環動作の冷凍サイクルとなる。

なお、第１の実施の形態に係る冷凍サイクルの説明において、温度式膨張弁９の方式を特に説明しなかったが、第２の実施の形態に係る冷凍サイクルに用いたクロスチャージ方式の膨張弁か第３の実施の形態に係る冷凍サイクルに用いたバイパス用オリフィス付きノーマルチャージ方式の膨張弁のいずれかが採用される。

本発明による自動車用の冷凍サイクルは、冷媒に代替フロンを用いたエジェクタサイクルに限らず、二酸化炭素などの各種冷媒を用いたエジェクタサイクルにも適用することができる。冷媒に二酸化炭素を用いた冷凍システムでは、圧縮機によって圧縮された二酸化炭素をガスクーラにて冷却してからエジェクタに導入する構成となる。

第１の実施の形態に係る冷凍サイクルを示すシステム図である。 冷凍サイクルの動作を示すモリエル線図である。 切替弁とエジェクタと気液分離器と逆止弁と温度式膨張弁とを一体に構成した例を通常循環動作時の状態で示す断面図である。 切替弁とエジェクタと気液分離器と逆止弁と温度式膨張弁とを一体に構成した例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。 第２の実施の形態に係る冷凍サイクルを示すシステム図である。 切替弁とエジェクタと気液分離器と逆止弁と温度式膨張弁とを一体に構成した例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。 第３の実施の形態に係る冷凍サイクルを示すシステム図である。 切替弁とエジェクタと気液分離器と逆止弁と温度式膨張弁とを一体に構成した例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 容量制御弁
３ 凝縮器
４，５ 切替弁
６ エジェクタ
７ 気液分離器
８ 逆止弁
９ 温度式膨張弁
９ａ 感温筒
９ｂ 均圧管
１０ 蒸発器
１１ ボディ
１２ ディフューザ
１３ ノズル
１４ スプリング
１５ Ｖパッキン
１６，１７ 冷媒入口
１８ 冷媒出口
１９ 弁体
２０ 弁座
２１ 弁体
２２ 弁座
２３ スプリング
２４ 弁座
２５ 弁体
２６ スプリング
２７ ダイヤフラム
２８ 弁体
２９ 弁座
３０ スプリング
３１ 冷媒入口
３２ Ｕ字管
３３ ブリード孔
３４ 邪魔板
３５ オリフィス

Claims (10)

1. 可変容量圧縮機から吐出されて冷却または凝縮された冷媒を減圧しながら、気液分離器から流出して蒸発器で蒸発された冷媒を吸引するエジェクタを備えた冷凍サイクルにおいて、
   前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒が前記エジェクタが前記蒸発器内の冷媒を吸引できるだけの流量である場合に冷却または凝縮された冷媒を前記エジェクタに流し、前記エジェクタが前記蒸発器内の冷媒を吸引することができない低流量の場合には冷却または凝縮された冷媒を前記蒸発器に流すように通路を切り替える切替弁と、
   気液分離器と前記蒸発器との間に配置され、前記蒸発器の出口における冷媒の温度および圧力を感知して前記気液分離器から前記蒸発器に流す冷媒流量を制御する温度式膨張弁と、
   を備えていることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記温度式膨張弁は、その冷媒出口が前記切替弁と前記蒸発器の冷媒入口との共通の配管に接続されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
3. 前記切替弁は、前記蒸発器に接続される通路を狭くして絞り部を構成していることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル。
4. 前記温度式膨張弁は、その冷媒入口に前記気液分離器からの冷媒と前記切替弁からの冷媒とを受けるよう接続され、冷媒出口が前記蒸発器の冷媒入口に接続されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
5. 前記温度式膨張弁は、クロスチャージ方式の膨張弁であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
6. 前記温度式膨張弁は、弁部をバイパスするオリフィスを備えたノーマルチャージ方式の膨張弁であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
7. 前記切替弁は、前記エジェクタの前後の差圧により切り替え動作を行う三方弁であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
8. 前記温度式膨張弁と直列に、前記気液分離器の液冷媒出口から冷媒が流出する方向にのみ冷媒の流れを許容する逆止弁を備えていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
9. 前記切替弁、前記エジェクタ、前記気液分離器、前記逆止弁および前記温度式膨張弁が一体に構成されていることを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクル。
10. 前記可変容量圧縮機は、冷媒の吐出圧力と吸入圧力との差圧を外部信号によって決まる所定の差圧になるように制御する容量制御弁を備えた圧縮機であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
    

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