(57)【要約】【課題】  冷房モードと暖房モードとが切替可能な冷凍サイクル装置において、冷房モード運転時及び該装置のＯＦＦ時にホットガスバイパス通路内にオイル及び冷媒を溜め込まないようにする。【解決手段】  弁手段３，１０の切替操作により、圧縮機２から吐出された冷媒を凝縮器４、第１減圧装置７及び蒸発器８を通して圧縮機に戻す冷房モード運転Ｃと、圧縮機から吐出された冷媒を、凝縮器をバイパスさせて直接第２減圧装置１１及び蒸発器を通して圧縮機に戻す暖房モード運転Ｈとが可能な冷凍サイクル装置１であって、冷房モード運転時に第１減圧装置内の減圧部７０出口から冷媒が流れ出る方向と、暖房モード運転時にホットガスバイパス通路１２より蒸発器へ向かう第１減圧装置内の冷媒の流れの方向とのなす角度を９０°以下とするようにしている。【選択図】      図２
2006038284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機と、
前記圧縮機の吐出ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した冷媒を減圧させる第１減圧装置と、
前記第１減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機の吐出側を直接、前記蒸発器の入口側に接続するホットガスバイパス通路と、
前記ホットガスバイパス通路に設けられ、前記圧縮機の吐出ガス冷媒を減圧する第２減圧装置と、
前記圧縮機の吐出側と前記凝縮器の入口側との連通、及び前記圧縮機の吐出側と前記ホットガスバイパス通路の入口側との連通を切り替える弁手段と、
を備え、
前記弁手段により前記凝縮器の入口側を開放すると共に、前記ホットガスバイパス通路の入口側を閉塞して通常の冷房モード運転を行い、また前記弁手段により前記凝縮器の入口側を閉塞すると共に、前記ホットガスバイパス通路の入口側を開放して、ホットガスバイパスによる暖房モード運転を行う冷凍サイクル装置において、
冷房モード運転をする際に、前記第１減圧装置内の減圧部出口から冷媒が流れ出る方向と、暖房モード運転時に、前記ホットガスバイパス通路より前記蒸発器へ向かう前記第１減圧装置内の冷媒の流れの方向とのなす角度を９０°以下とすることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第１減圧装置が、シャフトに固定されたボール弁体と該ボール弁体が着座／離座するボデー部とよりなる減圧部を備えていて、冷房モード運転時の液冷媒を減圧させる機能を有すると共に、暖房モード運転時の前記ホットガスバイパス通路からの冷媒の流路及び前記蒸発器からの冷媒の流路をも確保していることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第１減圧装置内の前記減圧部の出口近辺で、蒸発器側の流路よりもホットガスバイパス通路側の流路が高くなっていて、段差ｄが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記ホットガスバイパス通路に逆止弁が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記逆止弁が、前記第１減圧装置内の前記減圧部出口の前記ホットガスバイパス通路からの冷媒の前記流路に設けられることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機と、
前記圧縮機の吐出ガス冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した冷媒を減圧させる第１減圧装置と、
前記第１減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機の吐出側を直接、前記蒸発器の入口側に接続するホットガスバイパス通路と、
前記ホットガスバイパス通路に設けられ、前記圧縮機の吐出ガス冷媒を減圧する第２減圧装置と、
前記圧縮機の吐出側と前記凝縮器の入口側との連通、及び前記圧縮機の吐出側と前記ホットガスバイパス通路の入口側との連通を切り替える弁手段と、
を備え、
前記弁手段により前記凝縮器の入口側を開放すると共に、前記ホットガスバイパス通路の入口側を閉塞して通常の冷房モード運転を行い、また前記弁手段により前記凝縮器の入口側を閉塞すると共に、前記ホットガスバイパス通路の入口側を開放して、ホットガスバイパスによる暖房モード運転を行う冷凍サイクル装置において、
前記第１減圧装置に対して前記ホットガスバイパス通路の取り付け角度を水平以上としたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房時には圧縮機より吐出された高温、高圧のガス冷媒（ホットガス）を凝縮器をバイパスさせて減圧して蒸発器に導き、該蒸発器をガス冷媒の放熱器として使用して空気を加熱するホットガスバイパス機能を有する冷凍サイクル装置とするもので、特に車両用空調装置として好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用空調装置では、冬期暖房時に温水（エンジン冷却水）を暖房用熱交換器に循環させ、この暖房用熱交換器にて温水を熱源として空調空気を加熱するようにしている。この場合、温水温度が低いときには車室内への吹出空気温度が低下して必要な暖房能力が得られない場合がある。
【０００３】
そこで従来からホットガスバイパスにより暖房機能を発揮させる冷凍サイクル装置が提案されている。この従来装置では、エンジン始動時のように温水温度が所定温度より低いときには、冷凍サイクル中の圧縮機吐出ガス冷媒（ホットガス）を凝縮器をバイパスして蒸発器に導入して、蒸発器でガス冷媒から空調空気に放熱することにより、暖房機能を発揮できるようにしている。この従来のホットガスバイパスにより暖房機能を発揮させる冷凍サイクル装置として、例えば、特許文献１が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４４２６４号公報
【０００５】
この特許文献１には、図５に示されるような冷凍サイクル装置１が示されていて、冷房モード運転による冷凍サイクルＣの場合は、電磁弁１０が閉じられ、電磁弁３が開けられ、圧縮機２から吐出された冷媒は、凝縮器４、受液器５、逆止弁６、絞り７（膨張弁）を通って蒸発器８へと導かれ、この蒸発器８から気液分離器９を通って圧縮機２へと戻る閉回路が構成され、暖房モード（ホットガス）運転によるホットガスバイパスサイクルＨの場合は、電磁弁３が閉じられて電磁弁１０が開けられ、圧縮機２から吐出された冷媒は、凝縮器４をバイパスして、絞り１１を通って直接蒸発器８に導入され、この蒸発器８から気液分離器９を通って圧縮機２へと戻る閉回路が構成されるようになっている。なお、符号１３は、エンジン冷却水を利用する暖房用熱交換器であり、符号１４は空調ダクトである。このように、この従来の冷凍サイクル装置１では、凝縮器４と蒸発器８との間に膨張弁７を設置している。この膨張弁７は、バイパス配管１２からと凝縮器４からの２つの冷媒流入部をもち、冷房モード運転時には凝縮器４からの液冷媒を減圧させる効果を果たし、ホットガス運転時には凝縮器４をバイパスした吐出冷媒を蒸発器８へ導く通路の役割をしている。
【０００６】
しかしながら、上記従来の冷凍サイクル装置では、冷房モード運転時に膨張弁７内のボール弁体を通して減圧された冷媒が、蒸発器８側でなくバイパス配管１３側へ逆流し、オイルをバイパス配管１３内に残してきてしまうという問題がある。また冷凍サイクル装置のＯＦＦ時にもオイルが溶け込んだ液冷媒がバイパス配管１３内に溜まり、冷房モード運転開始時には冷媒は蒸発してバイパス配管１３から抜けるものの、オイルだけ残してきてしまうという問題がある。このような状態となることで冷凍サイクル内のオイル循環量が不足し、最悪には圧縮機２のロックを招く危険性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホットガスヒートサイクルによる暖房機能を有する冷凍サイクル装置において、冷房モード運転時及び冷凍サイクル装置のＯＦＦ時に、ホットガスバイパス通路内にオイル及び冷媒を溜め込まないようにした冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の冷凍サイクル装置を提供する。
請求項１に記載の冷凍サイクル装置は、弁手段の切替操作により、圧縮機から吐出された冷媒を、凝縮器、第１減圧装置及び蒸発器を通して圧縮機に戻す冷房モード運転と、圧縮機から吐出された冷媒を、凝縮器をバイパスさせて直接第２減圧装置及び蒸発器を通して圧縮機に戻すことで、蒸発器を放熱器として作用させる暖房モード運転とを行うことができる冷凍サイクル装置であって、冷房モード運転時に第１減圧装置内の減圧部出口から冷媒が流れ出る方向と、暖房モード運転時にホットガスバイパス通路より蒸発器へ向かう第１減圧装置内の冷媒の流れの方向とのなす角度を９０°以下とするようにしたものである。これにより、減圧部出口より出た冷媒は、蒸発器側へ流れ易くなり、ホットガスバイパス通路側への流れを抑制できる。したがって、冷房モード運転時及び冷凍サイクル装置のＯＦＦ時にホットガスバイパス通路内にオイルが寝込むのを抑制することができる。
【０００９】
請求項２の冷凍サイクル装置は、第１減圧装置が、シャフトに固定されたボール弁体とこのボール弁体が着座／離座するボデー部とよりなる減圧部を備えていて、冷房モード運転時の液冷媒を減圧させる機能を有すると共に、暖房モード運転時のホットガスバイパス通路からの冷媒の流路及び蒸発器からの冷媒の流路をも確保するようにしたものであり、これにより、第１減圧装置内に減圧部だけでなく冷媒流路も確保でき、装置全体のコンパクト化に寄与できる。
請求項３の冷凍サイクル装置は、減圧部の出口近辺で蒸発器側の流路よりホットガスバイパス通路側の流路が高くなっていて、段差ｄが形成されているものであり、これにより、減圧部出口より出た冷媒が蒸発器側へ流れ易くなり、ホットガスバイパス通路側への冷媒の流れを抑制できるので、ホットガスバイパス通路内でのオイルの寝込みを抑制できる。
【００１０】
請求項４の冷凍サイクル装置は、ホットガスバイパス通路に逆止弁を配置したものであり、これにより、冷房モード運転時に第１減圧装置の減圧部より出た冷媒がホットガスバイパス通路側に流れるのを完全に阻止することができ、ホットガスバイパス通路内でのオイルの寝込みを阻止できる。
請求項５の冷凍サイクル装置は、逆止弁を第１減圧装置内の減圧部出口のホットガスバイパス通路からの冷媒の流路に設けるようにしたものであり、これにより、第１減圧装置内に逆止弁を設けることができ、装置のコンパクト化に寄与できる。
【００１１】
請求項６に記載の冷凍サイクル装置は、弁手段の切替操作により、圧縮機から吐出された冷媒を、凝縮器、第１減圧装置及び蒸発器を通して圧縮機に戻す冷房モード運転と、圧縮機から吐出された冷媒を、凝縮器をバイパスさせて直接第２減圧装置及び蒸発器を通して圧縮機に戻すことで、蒸発器を放熱器として作用させる暖房モード運転とを行うことができる冷凍サイクル装置であって、第１減圧装置に対してホットガスバイパス通路の取り付け角度を水平以上となるようにしたものである。この場合においても、請求項１のものと同様に第１減圧装置より出た冷媒が、蒸発器側へ流れ易くなり、ホットガスバイパス通路側への冷媒の流れを抑制することができ、ホットガスバイパス通路内にオイルが寝込むのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の冷凍サイクル装置について説明する。図１は、ホットガスヒータサイクルＨを備えた本発明の冷凍サイクル装置を説明する図である。車両用空調装置における冷凍サイクル装置に本発明を適用した場合、圧縮機２は、例えば電磁クラッチ（図示せず）を介して車両用エンジン（図示せず）により駆動される。圧縮機２の吐出側は、切り替え弁手段である冷房側電磁弁３を介して凝縮器４に接続され、この凝縮器４の出口側は、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜める受液器５に接続される。車両用空調装置においては、凝縮器４は、圧縮機２等と共に車両エンジンルーム内に配置され、電動式の冷却ファン（図示せず）により送風される外気（冷却空気）と熱交換する室外熱交換器である。
【００１３】
受液器５の出口側は、逆止弁６を介して後に詳述する第１減圧装置７に接続されている。第１減圧装置７の出口側は、蒸発器８に接続されている。蒸発器８の出口側は、気液分離器９を介して圧縮機２の吸入側に接続している。
こうして、圧縮機２の吐出側から冷房用電磁弁（弁手段）３→凝縮器４→受液器５→逆止弁６→第１減圧装置７→蒸発器８→気液分離器９を経て圧縮機２の吸入側に戻る閉回路により通常の冷房用冷凍サイクルＣが構成される。
【００１４】
更に本発明の冷凍サイクル装置では、圧縮機２の吐出側と蒸発器８の入口側との間に、凝縮器４等をバイパスするホットガスバイパス通路１２が設けてあり、このバイパス通路１２には、切り替え弁手段である暖房用電磁弁１０および第２減圧装置である絞り１１が直列に設けてある。この絞り１１はオリフィス、キャピラリチューブ等の固定絞りで構成することができる。
こうして、圧縮機２の吐出側から暖房用電磁弁（弁手段）１０→絞り（第２減圧装置）１１→蒸発器８→気液分離器９を経て圧縮機２の吸入側に戻る閉回路により暖房用ホットガスヒータサイクルＨが構成される。
【００１５】
なお、上記構成においては、切り替え弁手段として冷房用電磁弁３と暖房用電磁弁１０の２つの電磁弁を使用しているが、ホットガスバイパス通路２０が分岐する分岐部に切替用の電磁弁を配置することによって、１つの電磁弁で構成することも可能である。
車両用空調装置においては、蒸発器８は車両の空調ダクト（図示せず）内に設置される室内熱交換器であって、冷房モード時には冷凍サイクルＣにより冷媒が循環して、蒸発器８での冷媒蒸発（吸熱）により空調用送風機（図示せず）の送風空気が冷却される。また、暖房モード時にはホットガスヒータサイクルＨにより、蒸発器８はホットガスバイパス通路１２からの高温冷媒ガス（ホットガス）が流入して空気を加熱するので、放熱器としての役割を果たしている。
【００１６】
図２は、本発明の冷凍サイクル装置における第１減圧装置の第１実施形態を説明する図で、（ａ）は全体構成を示す正面図と縦断面を、（ｂ）は部分拡大断面を示している。上記したようにホットガスヒータサイクルを備えた本発明の冷凍サイクル装置１は、圧縮機２から吐出された高温高圧冷媒を凝縮器４をバイパスして絞り（第２減圧装置）１１で放熱するシステムである。この際、冷房用電磁弁３は閉弁状態、暖房用電磁弁１０は開弁状態としてホットガスヒータサイクルＨとしており、受液器５と蒸発器８との間にある第１減圧装置７は、内部に減圧部７０を備え、冷房モード運転時の液冷媒を減圧させる機能を持つと同時に、暖房モード運転時のホットガスバイパス通路２０から蒸発器８への冷媒の流路１５及び蒸発器８から気液分離器９への冷媒の流路１６を確保しているものである。
【００１７】
即ち、図２に示されるように第１減圧装置７は、図面で上から順に蒸発器８から気液分離器９への独立した冷媒の流路１６と、ホットガスバイパス通路１２から蒸発器８への冷媒の流路１５と、凝縮器４からの冷媒が第１減圧装置７内に入る冷媒の流路１７とを有していて、流路１７と流路１５との間に減圧部７０が設けられている。減圧部７０は、ダイヤフラム７１に支持されたシャフト７２に取り付けられたボール弁体７３と、このボール弁体７３が着座したり、離座したりするボデー部７４と、ボール弁体７３を支えている治具７５と、治具７５を上方に付勢しているばね７６と、ばね７６を保持している、ボデー部７４に螺合されるねじ体７７とより構成されている。なお、符号７８は、ボデー部７４とねじ体７７とのゴムによるシール部である。
【００１８】
ダイヤフラム７１は、流路１６内を流れる蒸発器８で蒸発したガス冷媒の圧力と温度を感知して変位し、このダイヤフラム７１の変位によってシャフト７２を介してボール弁体７３が変位する。この場合、ボール弁体７３はばね７６によって上方に付勢されており、ダイヤフラム７１によるボール弁体７３を押し下げようとする変位力とボール弁体７３を押し上げようとするばね７６のばね力とのバランスによって、ボール弁体７３と弁座となるボデー部７４との隙間量が決定する。
【００１９】
このようにして、冷房モード運転時には凝縮器４から第１減圧装置７に流入した高圧冷媒は、第１減圧装置７内の流路１７からボール弁体７３とボデー部７４との隙間（減圧部）を通過する際に減圧され、蒸発器８へと導かれるようになっており、絞り（減圧部７０）の機能を果たしている。ここで、ボール弁体７３はシャフト７２を介してダイヤフラム７１に連結しており、隙間量は、ダイヤフラム７１によるボール弁体７３を押し下げようとする力とボール弁体７３を支えている治具７５を上に押し上げようとするばね７６のばね力とのバランスによって決定する。
【００２０】
第１実施形態では、図２（ｂ）に示すように第１減圧装置７内のボール弁体７３とボデー部７４との隙間を通過後の冷媒の流れ方向Ｙ２とホットガスバイパス通路１２より蒸発器８へ向かう第１減圧装置７内の流路１５内を流れる冷媒の流れ方向Ｘ１とのなす角度を９０°以下となるようにしている。具体的には、第１減圧装置７の減圧部７０の出口近辺で、蒸発器８側へ行く流路１５よりもホットガスバイパス通路１２からの流路１５の方が高くなっていて、段差ｄが形成されている。即ち、第１減圧装置７内の流路１５には、段差部７９が設けられている。したがって、図２（ｂ）に示すように、凝縮器４からの冷媒は、実線の矢印で示すように第１減圧装置７内を流れるようになり、減圧部７０を通った冷媒は、段差部７９によって点線の矢印で示すようなホットガスバイパス通路１２へ行く流れが阻止される。
【００２１】
図３は、第２実施形態の第１減圧装置の要部断面図を示している。第１実施形態では、第１減圧装置７内の減圧部７０出口の冷媒の流れ方向と、ホットガスバイパス通路１２から蒸発器８へと通じる第１減圧装置７内の流路１５内を流れる冷媒の流れ方向とのなす角度が９０°以下になるようにしているが、第２実施形態では、減圧部７０を出た冷媒がホットガスバイパス通路１２の方向へ流れないように、第１減圧装置７内の冷媒の流路１５に逆止弁１８を設置するようにしたものである。この場合においては、第１実施形態の段差部７９の有無は問わない。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。この第２実施形態では、減圧部７０を通過した冷媒が、ホットガスバイパス通路１２の方向へ流れるのを完全に阻止することができる。
【００２２】
図４は、第３実施形態の第１減圧装置とホットガスバイパス通路との接続を説明する図である。上記第１実施形態では、第１減圧装置７内の減圧部７０出口の冷媒の流れ方向と、ホットガスバイパス通路１２からの冷媒の流れ方向とのなす角度が９０°以下になるようにしているが、第３実施形態では、第１減圧装置７の流路１５に対するホットガスバイパス通路１２の取り付け角度を水平以上とするようにしたものである。この場合においても、第１実施形態の段差部７９はあっても、なくてもよい。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。この第３実施形態でも、第１実施形態と同様に減圧部７０を通過した冷媒が、ホットガスバイパス通路１２へ流れるのを抑制することができる。
【００２３】
以上説明したように、従来技術のホットガスヒータシステムを有する冷凍サイクル装置においては、冷房モード運転時に減圧装置を通過した冷媒は、蒸発器側だけでなくホットガスバイパス通路側へも流れる可能性があったが、本発明では、減圧部出口での冷媒の流れ方向とホットガスバイパス通路側からの冷媒の流れ方向の角度を９０°以下としたり（第１実施形態）、ホットガスバイパス通路側に逆止弁を設置したり（第２実施形態）、また第１減圧装置に対するホットガスバイパス通路の取り付け角度を水平以上にする（第３実施形態）等の手段を採用することにより、第１減圧装置の減圧部出口より出た冷媒は蒸発器側へ流れ易くなり、ホットガスバイパス通路側への冷媒の流れを抑制できる。したがって、ホットガスバイパス通路内でのオイルの寝込み（滞留）を抑制でき、冷凍サイクル内のオイル循環量の不足を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のホットガスヒータサイクルを備えた冷凍サイクル装置を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施形態である冷凍サイクル装置の第１減圧装置を説明する図であり、（ａ）はその正面図と縦断面図を、（ｂ）は要部拡大断面図を示している。
【図３】本発明の第２実施形態である冷凍サイクル装置の第１減圧装置の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態である冷凍サイクル装置の第１減圧装置とホットガスバイパス通路の取り付けを説明する図である。
【図５】従来のホットガスヒータシステムを備えた冷凍サイクル装置を車両用空調装置に適用した全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    冷凍サイクル装置
２    圧縮機
４    凝縮器
７    第１減圧装置
７０    減圧部
７１    ダイヤフラム
７２    シャフト
７３    ボール弁体
７４    ボデー部
７５    治具
７６    ばね
７９    段差部
８    蒸発器
９    気液分離器
１１    絞り（第１減圧装置）
１２    ホットガスバイパス通路
１５，１６，１７    流路
１８    逆止弁
【図１】
2006038284.tif 000003
【図２】
2006038284.tif 000004
【図３】
2006038284.tif 000005
【図４】
2006038284.tif 000006
【図５】
2006038284.tif 000007