(57)【要約】【課題】複数の熱交換器を含む冷凍サイクルにおいて、低負荷時も高負荷時も所望の冷房能力を得ることである。【解決手段】冷凍サイクルは圧縮機１０、第１熱交換器２０、第１熱交換器よりも凝縮能力が小さい第２熱交換器３０、受液器２５、膨張弁３５及び蒸発器４０から成る。この冷凍サイクルは、第１熱交換器、第２熱交換器、受液器及び膨張弁などを接続する冷媒通路の切替えにより、３つのモードに切替え可能である。通常運転時は、第１熱交換器を凝縮器として作動させ、第２熱交換器をスーパクーラとして作動させる。高負荷時は、第１熱交換器及び第２熱交換器をともに凝縮器として作動させる。そして、低負荷時は第２熱交換器のみを凝縮器として作動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１０）、第１熱交換器（２０）、該第１熱交換器よりも凝縮能力が小さい第２熱交換器（３０）、受液器（２５）、膨張弁（３５）及び蒸発器（４０）から成り、
通常運転時は、前記第１熱交換器を凝縮器として作動させ、前記第２熱交換器を過冷却用熱交換器として作動させる第１モードに、
高負荷時は、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器をともに凝縮器として作動させる第２モードに、
低負荷時は、前記第２熱交換器のみを凝縮器として作動させる第３モードに、
切替え可能であることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記第１モード時は、冷媒の流れに対して前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とが直列に接続され、冷媒は前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記受液器、前記第２熱交換器及び前記膨張弁の順に流れ、
前記第２モード時は、冷媒の流れに対して前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とが並列に接続され、冷媒は前記圧縮機、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器、前記受液器及び前記膨張弁の順に流れる請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
ループ状の冷媒通路（１５）上に冷媒の流れ方向で順に前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記受液器、前記第２熱交換器、前記膨張弁及び前記蒸発器が配置され、
前記第１熱交換器の一端と前記第２熱交換器の他端とを結ぶ第１分岐通路（５２）に第１開閉弁（５４）が配置が形成され、前記第１熱交換器の他端と前記第２熱交換器の一端とを結ぶ第２分岐通路（５６）に第２回開閉弁（５８）が配置され、受液器の出口と膨張弁の入口とを結ぶ第３分岐通路（６４）に第３開閉弁（６６）が配置されている請求項２に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記第２モード時及び前記第３モード時、前記第２熱交換器の入口及び出口から前記膨張弁への冷媒の流れを禁止する逆流防止用開閉弁（６０，６２）が配置されている請求項３に記載の冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍サイクルに関し、特に車両用空調装置等に適用されて複数の熱交換器への冷媒通路を切替え、異なるモードで作動させるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、冷媒は圧縮機で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器で液化され高温高圧の液冷媒となる。受液器で気液分離され、液冷媒が膨張弁で急激に膨張され低温低圧の液冷媒となる。液冷媒は蒸発器内を流通する間に外部の熱を吸収して蒸発しガス冷媒となり、熱交換により空気を冷風に換える。凝縮器（コンデンサ）が放出する熱量は、蒸発器（エバポレータ）で吸収する熱量と圧縮機で与えられる熱量との総和である。従って、蒸発器で良好な吸熱を行うためには凝縮器での良好な放熱が重要となる。
【０００３】
凝縮性能を向上させるために、特開平６−２９７０号公報の車両用冷凍サイクル（第１実施例）では、圧縮機と膨張弁との間に一対の凝縮器を並列に配置している。また、第１従来例を改良した特開平８−２４４４４６号公報の車両用空調装置（第２従来例）では、圧縮機と膨張弁との間に並列に配置した一対の凝縮器のうち、風下側の第２凝縮器の下流側に冷媒の流通量を絞る絞りを配置している。
【０００４】
風下側の第２凝縮器では絞りにおける冷媒の流速が早くなるので圧力損失が大きくなり、この第２蒸発器よりも風上側の第１凝縮器の冷媒流通量の方が多くなる。第１凝縮器は風上にあり冷却能力が大きいので、凝縮温度ひいては凝縮圧力の上昇を防止でき、圧縮機の吐出圧力の過上昇が防止できる。
【０００５】
しかし、第２従来例でも、空気条件や運転条件の急激な変化時（特に低負荷時）は、並列に配置した一対の凝縮器のうち何れか一方（特に風下側）の熱交換器に冷媒やオイルが停滞し作動が不安定となり、所望の冷房効果が得られない場合がある。
【特許文献１】特開平６−２９７０号公報
【特許文献２】特開平８−２４４４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
こうした点を考慮して、２つの凝縮器を配置する代わりに、１つの凝縮器と１つの過冷却用熱交換器（スーパクーラ）を配置することがある（例えば、特開２００２−９００１０号公報参照）。スーパクーラは、受液器から流出する飽和状態の冷媒を外気温度の近くまで冷却して過冷却状態にし、過冷却度が高い冷媒を蒸発器に送り込むことにより冷却効率を上昇させるものである。
【０００７】
しかし、この構成でも高負荷（過負荷）時は問題が発生することがある。凝縮器のみのサイクルとスーパクーラ付きサイクルとを同じ体格で比べた場合、スーパクーラを配置した分凝縮器は大きな凝縮能力が要求され、高負荷時は圧力が上昇し易くなる。そして、高圧の上昇により安全保護装置が作動し、冷凍運転の停止が発生することがある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、冷媒を凝縮させる複数の熱交換を含みながら、低負荷時も高負荷時も所望の冷房能力が得られる冷凍サイクルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の発明者は、複数の熱交換器を第１熱交換器と第２熱交換器とに分け、運転条件や負荷変動に応じて冷媒通路を切り替え、第１熱交換器及び第２熱交換器を３つのモードで作動（両方作動又は一方作動、凝縮器として作動又はスーパクーラとして作動）させることを着想して、本発明を完成した。
【００１０】
本発明による冷凍サイクルは、請求項１に記載したように、圧縮機、第１熱交換器、第１熱交換器よりも凝縮能力が小さい第２熱交換器、受液器、膨張弁及び蒸発器から成る。通常運転時は第１モードに切り替え第１熱交換器を凝縮器として作動させ、第２熱交換器を過冷却用熱交換器として作動させる。高負荷時は第２モードに切り替え、第１熱交換器及び第２熱交換器をともに凝縮器として作動させる。低負荷時は第３モードに切り替え、第２熱交換器のみを凝縮器として作動させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる冷凍サイクルによれば、通常運転時の第１モードから、高負荷時は第２モードに切り替わり第２熱交換器が凝縮器として作用するので、第１熱交換器の圧力上昇が抑制される。また低負荷時は第３モードに切り替わり第２熱交換器のみが凝縮器として作用するので、過剰な凝縮能力による、膨張弁の上流側での圧力低下が抑制でき、冷凍サイクルの破綻を防止できる。
【００１２】
請求項２及び３の冷凍サイクルによれば、簡単な回路構成により第１から第３モードを実現でき、しかも各モード間の切替えを迅速に行うことができる。請求項４の冷凍サイクルによれば、第２モード時及び第３モード時における冷媒の逆流が防止でき、第１から第３モードがより確実に達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（イ）全体
本発明の冷凍サイクルは、圧縮機、第１熱交換器、第１熱交換器よりも凝縮能力が小さい第２熱交換器、受液器、膨張弁及び蒸発器から成る。冷凍サイクルは第１，第２及び第３モードに切換え可能である。
【００１４】
（ロ）モード
ａ．第１モード
通常運転時に選択される第１モードは、凝縮性の大きい第１熱交換器を凝縮器として作動させ、凝縮性能の小さい第２熱交換器を過冷却用熱交換器（スーパクーラ）として作動させる。そのために第１熱交換器と第２熱交換器とを圧縮機と膨張弁との間に直列に配置し、冷媒を圧縮機、第１熱交換器、受液器、第２熱交換器、膨張弁の順に流す。
【００１５】
ｂ．第２モード
高負荷時に選択される第２モードは、第１熱交換器及び第２熱交換器をともに凝縮器として作動させる。そのために第１熱交換器と第２熱交換器とを圧縮機と膨張弁との間に並列に配置し、冷媒を圧縮機、第１熱交換器及び第２熱交換器、受液器、膨張弁の順に流す。
【００１６】
ｃ．第３モード
低負荷時に選択される第３モードは、凝縮性能の小さい第２熱交換器のみを凝縮器として作動させるために、冷媒を圧縮機、第２熱交換器、受液器、膨張弁の順に流す。
【００１７】
（ハ）熱交換器
上記説明から分かるように、第１熱交換器は第１モード及び第２モードで凝縮能力の大きい凝縮器として作動し（第３モードでは作動しない）する。第２熱交換器は第１モードではスーパクーラとして、第２モード及び第３モードでは凝縮能力の小さい凝縮器として作動する。但し、第２モードと第３モードとでは冷媒の流れ方向は反対である。
【００１８】
第１熱交換器の個数及び第２熱交換器の個数は１つに限られず、２つ以上配置しても良い。例えば、２つの第１熱交換器と１つの第２熱交換器を設けたり（第１タイプ）、１つの第１熱交換器と２つの第２熱交換器を設ける（第２タイプ）ことができる。第１タイプの２つの第１熱交換器及び第２タイプの２つの第２熱交換器は直列に配置しても、並列に配置しても良い。
【００１９】
第１熱交換器の体格は第２熱交換器の体格よりも大きいが、体格比に制約はなく、例えばは９：１，８：２，７：３又は６：４等が選択できる。体格の大きい第１熱交換器を風上側に体格の小さい第２熱交換器を風下側に配置することが望ましいが、そのような配置は必須ではなく、第２熱交換器を風上側に第１熱交換器を風下側に配置することもできる。
【００２０】
（ニ）冷媒通路
ループ状の冷媒通路上に、冷媒の流れ方向で上流から順に圧縮機、第１熱交換器、受液器、第２熱交換器、膨張弁及び蒸発器が配置される。第１熱交換器の一端と第２熱交換器の他端との間の第１分岐通路に第１開閉弁が、第１熱交換器の他端と第２熱交換器の一端との間の第２分岐通路に第２開閉弁が、受液器の出口と膨張弁の入口との間の第３分岐通路に第３開閉弁が、それぞれ配置される。また、第２モード時及び第３モード時、第２熱交換器の入口及び出口から膨張弁への冷媒の流れを禁止する逆流防止用開閉弁を配置することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
（構成）
図１に示すように、冷凍サイクルはループ状の冷媒通路１５上に、冷媒の流れ方向に順に圧縮機１０、第１熱交換器２０及び第２熱交換器３０、受液器２５、膨張弁３５、及び蒸発器４０が配置されている。風上側の第１熱交換器２０は風下側の第２熱交換器３０よりも体格が大きい。第２熱交換器３０の一側（下流側）に配置されたファン３３が空気を吸引し、第１熱交換器２０から第２熱交換器３０に向けて空気を流す。また、蒸発器４０の一側（下流側）に配置されたファン４２が空気を吸引する。
【００２３】
第１熱交換器２０の一端（右端、入口側）２１に開閉弁５０が配置されている。第１熱交換器２０の一端と、第２熱交換器３０の他端（右端、出口側又は入口側）３２との間に延びた第１分岐通路５２に開閉弁５４が配置され、第１熱交換器２０の他端（左端、出口側）２２と、第２熱交換器３０の一端（右端、入口側又は出口側）３１との間に延びた第２分岐通路５６に開閉弁５８が配置されている。受液器２５の出口と第２熱交換器３０の一端３１との間に逆流防止用開閉弁（逆止弁）６０が配置され、第２熱交換器３０の他端３２側に逆流防止用開閉弁（逆止弁）６２が配置されている。
【００２４】
受液器２５と開閉弁６０との間と、開閉弁６２と膨張弁３５との間との間に延びた第３分岐通路６４に開閉弁６６が配置されている。圧縮機１０と開閉弁５０との間に運転負荷を検出する負荷検出部材６８が配置されている。
【００２５】
（作用）
ａ．通常運転時
図２に示すように負荷検出部材６８が検出する負荷が所定範囲内にあるときは、開閉弁５０，５４，５８，６０，６２及び６６の開閉状態は表１の「通常運転時」に示す状態になっている。開閉弁５０、６０及び６２が開き、開閉弁５４、５８及び６６が閉じているので、風上側の第１熱交換器２０と風下側の第２熱交換器３０とが冷媒の流れに対して直列に接続され、両者間に受液器２５が位置している。
【００２６】
圧縮機１０からのガス冷媒は第１熱交換器２０で凝縮（液化）された後、受液器２５で気液分離される。第１熱交換器２０から出た冷媒はちょうど凝縮が完了しており、過冷却度は０℃又はこれに近い。その後、ガス冷媒が第２熱交換器３０で凝縮され、所定の過冷却度を持つ。液冷媒はその後、膨張弁３５で膨張されて低圧となり、蒸発器４０で蒸発してガス冷媒となる。このように、通常運転時は、体格が大きい第１熱交換器２０が凝縮器として作動し、第１熱交換器２０と直列接続され体格が小さい第２熱交換器３０がスーパクーラとして作動する。
【００２７】
ｂ．高負荷時
図３に示すように、負荷検出部材６８が設定値以上の負荷を検出すると、通常運転時はスーパクーラとして作用していた第２凝縮器３０を凝縮器として作用させる。そのために、開閉弁５０，５４，５８，６０，６２及び６６の開閉状態を表１の「高負荷時」に示す状態に切り替える。
【００２８】
開閉弁５０開いたままで、第１熱交換器２０の入口（上流）側の分岐通路５２の開閉弁５４を開き、第１熱交換器２０の出口（下流）側の分岐通路５６の開閉弁５８を開く。また第３分岐通路６４上の開閉弁６６を開き、逆流防止用開閉弁６０及び６２は閉じる。第１熱交換器２０と第２の熱交換器３０とが並列に配置されその下流に受液器２５が位置することになる。
【００２９】
その結果、第１熱交換器２０及び第２熱交換器３０から流出し受液器２５を通過した冷媒は、開閉弁６６を通り膨張弁３５へと向かう。このように、高負荷時は第１熱交換器２０及び第２熱交換器３０で凝縮器の並列回路を構成し、第２熱交換器３０の凝縮能力で第１熱交換器２０の凝縮能力を補助する。
【００３０】
なお、開閉弁６２が閉じているので、開閉弁５４を通った冷媒が膨張弁３５に入ることが防止される。また、開閉弁６０が閉じているので、第２熱交換器３０を出た冷媒が膨張弁３５に至ること、及び受液器２５を出た冷媒が第２熱交換器３０に入ることが防止される。
【００３１】
ｃ．低負荷時
図４に示すように、負荷検出部材６８が設定値以下の負荷を検知すると、通常運転時は凝縮器として使用していた第１熱交換器２０は使用せず（冷媒をバイパスさせる）、スーパクーラとして使用していた第２熱交換器３０のみを凝縮器として使用する。そのために、開閉弁５０，５４，５８，６０，６２及び６６の開閉状態を表１の「低負荷時」に示す状態に切り替える。
【００３２】
具体的には開閉弁５０は閉じ、第２凝縮器３０の上流側の開閉弁５４及び下流側の開閉弁５８を開き、開閉弁６６は開き、逆流防止用開閉弁６０及び６２は閉じる。その結果、圧縮機１０から吐き出された冷媒は第１熱交換器２０へは流れず、第１分岐通路５２及び第２分岐通路５６を通って第２熱交換器３０のみに流れ、受液器２５から膨張弁３５に至る。
【００３３】
なお、開閉弁６２を閉じているので開閉弁５４が通過した冷媒が、膨張弁３５へ流出することが防止される。また、開閉弁６０が閉じているので第２熱交換器３０から流出した冷媒が膨張弁３５に至ること、及び受液器２５を出た冷媒が第２熱交換器３０に入ることが防止される。
【００３４】
【表１】
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（効果）
この実施例によれば、まず第２モード及び第３モードにおいて以下の効果が得られる。
図３に示す高負荷時は第２熱交換器３０が凝縮器として作用し、一時的に冷房サイクルの凝縮性能が向上する。従って、負荷が急激に高くなっても、第１凝縮器２０の圧力が所定値を超えて高くならず、高圧の上昇による安全装置の作動つまり冷凍運転の停止が防止される。
【００３５】
また、図４に示す低負荷時は、第１熱交換器２０を非作動とし熱交換器全体としての凝縮性能を低下させる。従って、過剰な凝縮能力により膨張弁３５の上流側で圧力低下が発生すること、及びこの圧力低下から起こる冷凍サイクルの破綻を防止できる。
【００３６】
次に、３つのモードの切替えに関し、以下の効果が得られる。開閉弁５０と第１、第２及び第３分岐通路５２，５６及び６４上の開閉弁５４，５８及び６６との開閉により３つのモードに迅速に切替えられる。また、高負荷時及び低負荷時は逆流防止用開閉弁６０及び６２の閉鎖により、望ましくない冷媒流れを遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例を示す配置説明図である。
【図２】第１モード（通常運転時）での各開閉弁の開閉、冷媒流れを示す作動説明図である。
【図３】第２モード（高負荷時）での各開閉弁の開閉、冷媒流れを示す作動説明図である。
【図４】第３モード（低負荷時）での各開閉弁の開閉、冷媒流れを示す作動説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０：圧縮機                          １５：冷媒通路
２０：第１熱交換器                    ２５：受液器
３０：第２熱交換器                    ３５：膨張弁
４０：蒸発器                          ５２：第１分岐通路
５４：第１開閉弁                      ５６：第２分岐通路
５８：第２開閉弁                      ６４：第３分岐通路
６６：第３開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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