(57)【要約】【課題】冷媒の圧力に応じて膨張機構通過前後の差圧を最適に制御することができるようにした蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供する。【解決手段】冷媒の超臨界作動領域を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクル中に、該冷凍サイクル中を循環する冷媒を断熱膨張することができ、膨張機構の入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力との差圧に応じて膨張機構を通過する冷媒の量を調節することのできる差圧式膨張手段を備えており、該差圧式膨張手段は、差圧の増加に伴い開弁していく差圧弁を備えており、該差圧弁が、開弁を開始する圧力を開弁圧「Po」とした場合、5MPa≦Po≦6MPaとなるように構成されていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。【選択図】図１
2008267766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の超臨界作動領域を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクル中に、該冷凍サイクル中を循環する冷媒を断熱膨張することができ、膨張機構の入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力との差圧に応じて膨張機構を通過する冷媒の量を調節することのできる差圧式膨張手段を備えており、該差圧式膨張手段は、前記差圧の増加に伴い開弁していく差圧弁を備えており、該差圧弁が、開弁を開始する圧力を開弁圧「Po」とした場合、5MPa≦Po≦6MPaとなるように構成されていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項２】
前記差圧式膨張手段は、流入した冷媒が常時流通して断熱膨張することのできる冷媒連通路を備え、該連通路の通路断面相当直径を「Dp」とした場合、0.4mm≦Dp≦0.6mmを満足するように構成されている、請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項３】
前記差圧が予め定めた開弁圧を超え、前記差圧弁が開弁された際の、前記膨張機構を通過する冷媒の流路の最大流路断面相当直径を「Dx」とした場合、1.0mm≦Dx≦2.0mmを満足するように構成されている、請求項１または２に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項４】
前記膨張機構から流出した冷媒の温度に応じて、前記差圧弁の開弁圧を変更する開弁圧温度補正手段を備え、該開弁圧温度補正手段は、前記膨張機構から流出した冷媒の温度が高くなるに従い、前記開弁圧を予め定めた設定値より低下させる特性を有し、該予め定めた設定値を「Po」とし、補正された開弁圧を「Poc」とし（但し、Pocは０以上とする）、予め定めた定数を「Kx」とし、前記膨張機構から流出した冷媒の温度を「Txo」とし、補正係数を「Ｓ」とし、補正開始温度を「Txc」とした場合、
Poc＝Po−Kx×Ｓ
Ｓ＝Txo−Txc（Txo＞Txc〔℃〕の場合）
Ｓ＝０（Txo≦Txc〔℃〕の場合）
０≦Txc≦２０
0.2 ≦Kx≦0.8 
を満足するように構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項５】
前記膨張機構の入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力との差圧が予め定めた開弁圧を超えた場合、前記差圧[MPa] の変化量と、前記膨張機構における冷媒流路の流路断面相当直径[mm]の変化量との関係を「K」とした場合、0.1mm/MPa≦K≦0.3mm/MPaを満足するように構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項６】
前記差圧式膨張手段の外部の温度に応じて、前記差圧弁の開弁圧を変更する開弁圧外部温度補正手段を備え、該開弁圧外部温度補正手段は、前記差圧式膨張手段の外部温度が高くなるに従い、前記開弁圧を予め定めた設定値より低下させる特性を有する、請求項１〜３、５のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項７】
車両用空調装置の冷凍サイクルとして用いられる、請求項１〜６のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項８】
使用される冷媒が二酸化炭素からなる、請求項１〜７のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルに関し、とくに、自然系冷媒である二酸化炭素を用いた冷凍サイクルを有する車両用空調装置に好適な蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用空調装置における蒸気圧縮式冷凍サイクルについて、その冷媒として自然系冷媒である二酸化炭素を用いている場合においては、外部からの制御信号によって膨張装置の弁開度を制御することで、冷媒の高圧側ラインの圧力を調節するものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このような冷凍サイクルにおいては、冷凍サイクルの高圧側冷媒温度などを参照することにより冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）が最適となる高圧側圧力を演算し、高圧側圧力が最適となるように膨張装置の弁開度などを制御するようにしている。
【０００４】
また、冷凍サイクルにおける放熱器（ガスクーラ）の出口冷媒の圧力、温度に応じて膨張装置のオリフィスの通路断面積を可変できるようにして冷凍サイクルを効率よく運転するようにしたものも提案されており、また、内部に形状記憶合金ばねによって付勢された弁を有する膨張装置も提案されている（例えば、特許文献２）。このような構成では、ガスクーラ出口側における冷媒の圧力および温度は、ガスクーラ出口側における冷媒の温度と成績係数が最大となる圧力とから求めた最適制御線上に沿って制御されるようになり、二酸化炭素を使用した冷凍サイクルの効率の良い運転を可能にしている。
【特許文献１】特開平７−２９４０３３号公報
【特許文献２】特開２００７−４６８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようにガスクーラ出口冷媒の温度を参照することにより演算される最適な高圧側圧力となるように制御するための膨張装置としては、電気制御式膨張機構を制御する方式や、圧力、温度に応じてオリフィスの通路断面積が可変する機械式の膨張機構などが知られている。前者は、ガスクーラ出口冷媒温度及び圧力を検知し、その検知量に応じて電気式の膨張弁を制御するものであるため、装置が複雑で大型化するとともに、制御方法が複雑になり、コストも上昇するとされている。後者は、ガスクーラ出口冷媒温度、圧力に応じてそのオリフィスの通路断面積を可変させるものであり、ガスクーラ出口冷媒温度を感知するため、とくに冷凍サイクルの配管接続構造が複雑化し、締結部の増加も懸念され、コストも上昇すると考えられる。一般的に二酸化炭素を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルは、高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換する内部熱交換器を備えている。そのため、ガスクーラから流出した冷媒を内部熱交換器に流通させた後、膨張装置へと流入させる構成となっている。その結果、ガスクーラ出口冷媒を検知した後、再度内部熱交換器を流通させてから膨張装置へと流入する構造となることから、前述の機械式の膨張機構では、適用する上で長所に比べて欠点が大きいと考えられる。
【０００６】
図１に、ガスクーラ出口冷媒温度に関して、冷媒圧力と冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）との関係を示す。図１より、ガスクーラ出口冷媒温度が臨界温度（約31℃）以下では、高圧側冷媒圧力の値が低いほど成績係数が向上する。また、臨界温度以上では、成績係数が最大となるある高圧側冷媒圧力（図１中の点線上の箇所）が存在し、ガスクーラ出口冷媒温度の上昇に伴って、成績係数が極大となる高圧側圧力がより上昇することがわかる。また、ガスクーラ出口冷媒温度が、ある所定温度（約40℃）を超えると、高圧側圧力の変化による成績係数の優劣が小さくなることが確認できる。これらのことから、ガスクーラ出口冷媒温度が30℃〜40℃程度の範囲で、高圧側冷媒圧力（圧力制御範囲として約８〜10MPa）を積極的に制御することが重要であると考えられる。
【０００７】
しかしながら、上述の温度範囲では、成績係数が極大になる高圧側冷媒圧力に制御することができれば成績係数は向上するものの、最適な高圧側冷媒圧力より低い圧力で制御した場合には、成績係数の低下が著しいことがわかる。このことから、上記ガスクーラ出口冷媒温度により高圧側冷媒圧力を制御する方法においては、その効果が期待できるのはある特定の温度帯（30℃〜40℃程度の範囲）で、かつ、そのときの高圧側制御圧力は最適圧力以上（例えば、図１に示すＡの領域）で制御する必要があると考えられる。
【０００８】
ところが、前述のような膨張機構では、全体的に高圧側圧力を最適高圧に制御することを目的とした膨張機構及び制御方法であるため、その装置や冷凍サイクルの複雑さ、制御の困難さ、コスト高、等のそれぞれの問題が大きい。そのため、ガスクーラ出口冷媒温度を検知して、高圧側冷媒圧力を制御することによる成績係数の向上効果と、冷凍サイクルの配管構成の簡便さや制御の簡便さ等との間には、トレードオフの関係が存在すると考えられる。そのため、冷凍サイクルの配管構成等を簡便にし、成績係数向上を狙える膨張機構の開発が望まれている。
【０００９】
そこで本発明の課題は、上記のような要望に応えるために、冷媒の圧力に応じて膨張機構通過前後の差圧を最適に制御することができるようにした蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の課題は、膨張機構通過後の冷媒温度により、膨張機構通過前後の差圧制御を変更することができ、そのときの条件に応じて差圧をより適切に制御することができるようにした蒸気圧縮式冷凍サイクルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、冷媒の超臨界作動領域を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクル中に、該冷凍サイクル中を循環する冷媒を断熱膨張することができ、膨張機構の入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力との差圧に応じて膨張機構を通過する冷媒の量を調節することのできる差圧式膨張手段を備えており、該差圧式膨張手段は、前記差圧の増加に伴い開弁していく差圧弁を備えており、該差圧弁が、開弁を開始する圧力を開弁圧「Po」とした場合、5MPa≦Po≦6MPaとなるように構成されていることを特徴とするものからなる。
【００１２】
このような蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、差圧式膨張手段の膨張機構前後差圧は、差圧弁の開弁による冷媒流路断面積の変化により変化されるが、その冷媒流路断面積が変化し始める時の膨張機構前後差圧が開弁圧とされる。後述の図４に示すように、種々の条件にて最適な成績係数が得られる冷媒流路断面積（図４では、後述の如くオリフィス径）を調査したところ、その開弁圧の設定値を図４に示すような最適な開弁圧「Po」に設定することにより、つまり、5MPa≦Po≦6MPaとなるように設定することにより、成績係数（ＣＯＰ）の低下を抑えることができるようになることがわかった。
【００１３】
この本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、上記差圧式膨張手段は、流入した冷媒が常時流通して断熱膨張することのできる冷媒連通路を備え（例えば、後述の実施形態に示すような差圧弁を貫通して延びる冷媒連通路（つまり、固定オリフィス）を備え）、該連通路の通路断面相当直径を「Dp」とした場合、0.4mm≦Dp≦0.6mmを満足するように構成されていることが好ましい。この範囲も、後述の図５に示すように、種々の条件にて最適な成績係数が得られる冷媒連通路の径（固定オリフィス径）を調査した結果求められたものである。
【００１４】
また、上記差圧が予め定めた開弁圧を超え、上記差圧弁が開弁された際の、上記膨張機構を通過する冷媒の流路の最大流路断面相当直径を「Dx」とした場合、1.0mm≦Dx≦2.0mmを満足するように構成されていることが好ましい。すなわち、差圧弁が開弁されると、膨張機構を通過する冷媒の流路の断面積が拡大されることになるが、その流路断面積の最大値を最大流路断面相当直径「Dx」にて好ましい範囲を規定したものである。例えば、熱負荷が高いときなど極度な高圧上昇が生じたときに、最大流路断面相当直径「Dx」を適切な範囲内に納めることで、冷凍サイクルの確実な保護が可能となる。
【００１５】
また、上記膨張機構から流出した冷媒の温度に応じて、上記差圧弁の開弁圧を変更する開弁圧温度補正手段を備えた構成とすることもできる。この開弁圧温度補正手段は、上記膨張機構から流出した冷媒の温度が高くなるに従い、上記開弁圧を予め定めた設定値より低下させる特性を有し、該予め定めた設定値を「Po」とし、補正された開弁圧を「Poc」とし（但し、Pocは０以上とする）、予め定めた定数を「Kx」とし、前記膨張機構から流出した冷媒の温度を「Txo」とし、補正係数を「Ｓ」とし、補正開始温度を「Txc」とした場合、
Poc＝Po−Kx×Ｓ
Ｓ＝Txo−Txc（Txo＞Txc〔℃〕の場合）
Ｓ＝０（Txo≦Txc〔℃〕の場合）
０≦Txc≦２０
0.2 ≦Kx≦0.8 
を満足するように構成されていることが好ましい。この開弁圧温度補正手段による開弁圧変更例については、後述の図７に示す。このような制御により、冷凍サイクルのスムーズな起動とより効率的な運転が実現できる。
【００１６】
また、上記膨張機構の入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力との差圧が予め定めた開弁圧を超えた場合、上記差圧[MPa] の変化量と、上記膨張機構における冷媒流路の流路断面相当直径[mm]の変化量との関係を「K」とした場合、0.1mm/MPa≦K≦0.3mm/MPaを満足するように構成されていることが好ましい。このKは冷凍サイクルの発生能力等により変更する必要があるが、後述の図６に示すように、上記範囲内に設定することにより、冷凍サイクルの成績係数の向上を図ることが可能になる。
【００１７】
さらに、上記差圧式膨張手段の外部の温度（例えば、外気温度）に応じて、上記差圧弁の開弁圧を変更する開弁圧外部温度補正手段を備えた構成とすることもできる。この開弁圧外部温度補正手段は、上記差圧式膨張手段の外部温度が高くなるに従い、上記開弁圧を予め定めた設定値より低下させる特性を有するものである。このような制御によって、例えば、高熱負荷時の起動初期時において、冷凍サイクルの高圧上昇を避けることが可能となり、スムーズな起動特性が得られるようになる。
【００１８】
本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、とくに車両用空調装置の冷凍サイクルとして用いて好適なものであり、中でも、使用される冷媒が二酸化炭素からなる場合に好適なものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルによれば、とくに蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒として自然系冷媒である二酸化炭素を用いた車両用空調装置において、冷媒の圧力に応じて膨張機構通過前後の差圧を最適に制御することができるようになり、差圧式膨張手段の最適な設計が可能となって、冷凍サイクルの効率的な運転と安全性を確保することができる。
【００２０】
また、開弁圧に関して温度補正手段を設ければ、そのときの条件に応じて差圧をより適切に制御することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図２は、車両用空調装置に、本発明の一実施態様に係る、自然系冷媒である二酸化炭素を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルを組み込んだ場合の機械的な構成部分全体を示している。冷凍サイクルには、駆動源としての車両のエンジン１（但し、電動モータ等、他の駆動源も可能である）により、プーリ２、３を介したベルト１２駆動によって駆動される固定容量式または容量可変式圧縮機４と、圧縮機４から吐出される高圧冷媒の圧力を検出する高圧側圧力検出手段５と、圧縮機４からの高圧冷媒と外部空気との熱交換により冷媒を冷却する放熱器６（ガスクーラ）と、放熱器冷却ファン７と、放熱器６から流出した高圧冷媒と気液分離器１１（アキュームレータ）から流出した低圧冷媒との間で熱交換する内部熱交換器８と、放熱器６から内部熱交換器８を通して送られてくる冷媒を断熱膨張させる膨張手段９を備えており、本発明では、この膨張手段９が、膨張機構の入口側冷媒圧力と出口側冷媒圧力との差圧に応じて膨張機構を通過する冷媒の量を調節することができ、かつ、該差圧の増加に伴い開弁していく差圧弁を備えており、該差圧弁が、開弁を開始する圧力を開弁圧「Po」とした場合、5MPa≦Po≦6MPaとなるように構成された差圧式膨張手段９からなる。差圧式膨張手段９からの冷媒は蒸発器１０に送られて空調風を冷却し、蒸発器１０から流出した冷媒は、気液分離器１１で気液分離され、液冷媒が貯留されるとともに気冷媒が流出され、流出された気冷媒は内部熱交換器８を通して圧縮機４に送られ、再び圧縮される。このように冷凍サイクル１３が構成されている。
【００２２】
蒸発器１０は、車室内へと空調風を送る通風ダクト１４内に配置されている。通風ダクト１４には、外気導入口１５と内気導入口１６から、内外気切替ダンパ１７を介して空気が導入され、内外気切替ダンパ１７は内外気切替ダンパアクチュエータ１８によって作動が制御される。導入された空気はブロワファン１９によって吸入され下流側の蒸発器１０に向けて圧送される。蒸発器１０の出口側には、蒸発器出口空気温度センサ２０が設けられており、蒸発器１０の下流側には、加熱器としてのヒータコア２１が設けられている。このヒータコア２１を通過する空気とバイパスする空気の割合がエアミックスダンパ２２によって調節され、エアミックスダンパ２２の開度はエアミックスダンパアクチュエータ２３によって制御される。温調された空気は、各ダンパ２４、２５、２６を介して各吹き出し口２７、２８、２９から車室内に向けて吹き出される。
【００２３】
３１は、空調制御装置を示しており、空調制御装置３１には、外気温度センサ３２からの外気温度信号、日射センサ３３からの日射量信号、車室内温度センサ３４からの車内温度信号、高圧側圧力検出手段５の高圧側冷媒圧力信号３５、蒸発器出口空気温度センサ２０からの蒸発器出口空気温度信号が、それぞれ入力される。空調制御装置３１からは、圧縮機４の駆動を制御するクラッチコントローラ３６へクラッチ制御信号３７が、圧縮機４へ圧縮機容量制御信号３８が、エアミックスダンパアクチュエータ２３へエアミックスダンパ制御信号３９が、内外気切替ダンパアクチュエータ１８へ内外気切替ダンパ制御信号４０が、それぞれ出力される。
【００２４】
図３に、差圧式膨張手段９の膨張機構４１の一例を示す（矢印は、冷媒の流れ方向を示している）。但し、図３は機構の概念図を示したものであり、図示された構造に限定されるものではない。図３における差圧式の膨張機構４１は、常時冷媒が流通する冷媒連通路としての固定オリフィス部４２を有し、膨張機構冷媒流入口４３における膨張機構４１の入口側冷媒圧力と膨張機構冷媒流出口４４における膨張機構４１の出口側冷媒圧力との差圧に応じて膨張機構４１を通過する冷媒の量を調節することでき、該差圧の増加に伴い開弁していく差圧弁４５を備えており、差圧弁４５は、ばね４６によって閉弁方向に付勢されている。
【００２５】
差圧式膨張機構４１の上流側より流入した冷媒は、差圧弁４５に設けられた冷媒連通路としての固定オリフィス部４２を通過し、膨張機構冷媒流出口４４から蒸発器１０に送られる。固定オリフィス部４２を持つ差圧弁４５は、上流側からの冷媒により圧力を受けており、その圧力は、差圧弁４５に連結されているばね４６に対して、開弁方向の力として働く。また、ばね４６は、上流側に向けての力、すなわち閉弁方向の力として働く。この２種類の力関係が、開弁方向の力より閉弁方向の力の方が強い場合には、固定オリフィス部４２を持つ差圧弁４５は開弁せず、冷媒流路断面積として固定オリフィス部４２の流路断面積を持つ膨張機構となる。一方、開弁方向の力が閉弁方向の力より強い場合には、差圧弁４５が開弁され、固定オリフィス部４２の流路断面積に加えて、その差圧弁４５と膨張機構４１の筐体との隙間を加えた冷媒流路断面積を持つ膨張機構となる。このような作動原理により、固定オリフィス部４２前後の差圧により冷媒流路断面積が変化し、その前後差圧、または、高圧側圧力を制御するようにしている。このような差圧式膨張機構４１の設計のための条件値について以下のように規定することで、最適な成績係数またはそれに近い高圧圧力制御が達成される。
【００２６】
まず、差圧式膨張機構４１において、固定オリフィス部４２前後の差圧により、差圧弁４５の開弁により冷媒流路断面積が変化する場合においては、その冷媒流路断面積が変化し始める時のオリフィス部前後差圧を開弁圧と呼ぶ。種々の条件について最適な成績係数が得られる固定オリフィス部４２のオリフィス径（つまり、冷媒連通路の通路断面相当直径としてのオリフィス径）を調査した結果から、その開弁圧の設定値を図４に示すような最適な開弁圧「Po」に設定することととした。設定した最適な開弁圧は以下のような範囲となった。
5MPa≦Po≦6MPa
このとき、圧力の制御精度は0.5MPa以内とすることが望ましい。この圧力の制御精度は、機械的な精度によって達成可能である。
【００２７】
この設定値は、上記設定範囲内で開弁することで、成績係数（ＣＯＰ）の低下を抑えることができる。また、図４より明らかなように、下限値（5MPa）より低い場合にはCOPの低下が著しく、上限値（6MPa）より高い場合には、COPの低下よりも高圧の上昇が懸念されることになる。その結果、上記設定値の範囲を開弁圧とすることが望ましい。
【００２８】
また、固定オリフィス部４２のオリフィス径については、図５に示すように、最適な成績係数が得られる冷媒連通路の通路断面相当直径「Dp」としてのオリフィス径を調査した。その結果、比較的冷凍サイクルの熱負荷が小さい場合（Ａに示す領域）では、オリフィス径が0.4mmより小さいときに成績係数（ＣＯＰ）の向上は見られない。また、冷凍サイクル熱負荷が大きい場合（Ｂで示す領域）では、オリフィス径が0.6mmより大きくなると成績係数（ＣＯＰ）が低下してしまうことが確認された。よって、固定オリフィス径「Dp」は以下の範囲にて設定するのが望ましい。
0.4mm≦Dp≦0.6mm
あるいは、この範囲は、最小オリフィス相当径としても適用可能である。
【００２９】
さらに、差圧式膨張機構４１においてオリフィス前後差圧が差圧弁４５の開弁圧を超えてさらに上昇し、差圧弁４５の開弁により冷媒流路断面積が拡大する場合、その最大流路断面相当直径（最大のオリフィス相当直径）「Dx」を以下のように設定した。
1.0mm≦Dx≦2.0mm
この設定は、本実施形態では、後述の図６におけるオリフィス前後差圧11MPa のときのオリフィス径の値から設定した。ここで、熱負荷が高いときなど極度な高圧上昇が生じたときに、オリフィスの最大相当直径を上記のような適切な範囲内に設定することで、冷凍サイクルの確実な保護が可能となる。
【００３０】
また、差圧式膨張機構４１におけるオリフィス前後差圧が、差圧弁４５の開弁圧を超えてからの、オリフィス前後差圧の変化量と、オリフィス相当直径の変化量との関係を、「K」とした場合、両変化量の最適な傾きの範囲を図６に示す結果から以下のように設定した。
0.1mm/MPa≦K≦0.3mm/MPa
この設定値はシステムの成績係数がより高くなるように設定する必要があり、図６に示すように、あるシステムでは0.15mm/MPa程度が望ましいと考えられ、別のシステムでは別の値が望ましいと考えられる場合があると予想される。つまり、このKは、システムの発生能力により変更する必要があると考えられるが、上記範囲内に設定しておきさえすれば、システムの成績係数の向上が図れる。
【００３１】
また、差圧式膨張機構４１から流出した冷媒の温度に応じて（例えば、オリフィス直後の冷媒温度を検知することにより）、差圧弁４５の開弁圧を変更する開弁圧温度補正手段を備えた構成とすることもできる。この開弁圧温度補正手段は、前述の如く、膨張機構４１から流出する冷媒の温度が高くなるに従い、上記開弁圧を予め定めた設定値より低下させる特性を有し、該予め定めた設定値を「Po」とし、補正された開弁圧を「Poc」とし（但し、Pocは０以上とする）、予め定めた定数を「Kx」とし、前記膨張機構から流出した冷媒の温度を「Txo」とし、補正係数を「Ｓ」とし、補正開始温度を「Txc」とした場合、    Poc＝Po−Kx×Ｓ
Ｓ＝Txo−Txc（Txo＞Txc〔℃〕の場合）
Ｓ＝０（Txo≦Txc〔℃〕の場合）
０≦Txc≦２０
0.2 ≦Kx≦0.8 
を満足するように構成される。この開弁圧温度補正手段による開弁圧変更例を、図７に示す。この例では、補正開始温度Txcを15℃としている。つまり、Txo＝15℃以下の場合は実線で表される一定の特性線となるよう設定する一方、Txo＝15℃を超えると、そのときのTxoの値に応じて点線のような特性線に補正している。このような制御による作動例として、真夏の炎天下時の冷凍サイクル起動直後においては、オリフィス直後の冷媒温度が上昇しているためこのときのオリフィスの開弁圧を通常時の開弁圧よりも低く補正することで、起動初期の高圧上昇が抑えられ、安定した起動性能が得られる。また、冷凍サイクルが起動から運転時間が数分経過してくると、徐々にオリフィス直後の冷媒温度が低下してくるため、前述の最適な成績係数を狙った開弁圧と差圧制御特性に近づく。そのため、冷凍サイクルのスムーズな起動と効率的な運転が実現できる。
【００３２】
また、差圧式膨張機構４１においては、例えば外気温度に相当する膨張機構４１の外部温度に応じて、差圧弁４５の開弁圧を予め定めた特性に基づいた差圧を制御するようにすることができる。その実施例としては、膨張機構外部温度の上昇に伴い、開弁圧が低下するものとする。このことによって、前述したように、高熱負荷時の起動初期時において冷凍サイクルの高圧上昇を避けることが可能となり、スムーズな起動特性が得られるようになる。
【００３３】
温度補正式の差圧式膨張機構の例を図８に示す。図８における差圧式の膨張機構５１は、常時冷媒が流通する冷媒連通路としての固定オリフィス部５２を有し、膨張機構冷媒流入口５３における膨張機構５１の入口側冷媒圧力と膨張機構冷媒流出口５４における膨張機構５１の出口側冷媒圧力との差圧に応じて膨張機構５１を通過する冷媒の量を調節することでき、該差圧の増加に伴い開弁していく差圧弁５５を備えており、差圧弁５５は、間に移動板５８を挟んだばね５６、５７によって閉弁方向に付勢されている。ばね５７は、形状記憶合金ばねで、膨張機構冷媒流出口５４における膨張機構５１の出口側冷媒の温度により伸縮する。ばね５６は普通のばねである。通常、形状記憶合金ばねは、前述の特許文献２の〔００１８〕段落に記載されているように、変態点より高い温度で伸び、低い温度で縮むものが一般的であるが、それとは逆に、例えば特開平１−１２５５７０号公報の〔作用〕の欄および公報３頁目右上欄から左下欄にかけて見られるように、変態点より高い温度で縮み、低い温度で伸びるように設定することもできる。図８に示す実施例では、後者の設定を採用する。すなわち、膨張機構冷媒流出口５４における膨張機構５１の出口側冷媒の温度が高くなると、ばね５７は図の左方向（開弁方向）へ付勢され、開弁圧は小さくなる。このような構成によって、開弁圧の温度補正が可能になる。
【００３４】
さらに、外気温度補正式の差圧式膨張機構の例を図９に示す。図９における差圧式の膨張機構６１は、常時冷媒が流通する冷媒連通路としての固定オリフィス部６２を有し、膨張機構冷媒流入口６３における膨張機構６１の入口側冷媒圧力と膨張機構冷媒流出口６４における膨張機構６１の出口側冷媒圧力との差圧に応じて膨張機構６１を通過する冷媒の量を調節することでき、該差圧の増加に伴い開弁していく差圧弁６５を備えており、差圧弁６５は、間に移動板６８を挟んだばね６６、６７によって閉弁方向に付勢されている。ばね６７は、形状記憶合金ばねで、ばね６６は普通のばねである。外気温度の感温部６９から、ばね６７の周囲に設けられた伝熱用のスリーブ７０に外気温度に起因する熱が伝わり、スリーブ７０からばね６７に熱が伝わって、ばね６７が伸縮するようになっている。このような構成によって、開弁圧の外気温度に応じた温度補正が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける差圧式膨張機構の構造は、あらゆる蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用可能であり、とくに二酸化炭素冷媒を用いた車両用空調装置の冷凍サイクルに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ガスクーラ出口冷媒温度に関する、冷媒圧力と冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）との関係図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルを組み込んだ車両用空調装置の機器系統図である。
【図３】差圧式膨張機構の一例を示す概略断面図である。
【図４】最適開弁圧の検討結果を示す、オリフィス前後差圧とオリフィス径および成績係数（ＣＯＰ）との関係図である。
【図５】最適オリフィス径の検討結果を示す、オリフィス前後差圧とオリフィス径および成績係数（ＣＯＰ）との関係図である。
【図６】差圧変化量とオリフィス相当径との検討結果を示す、オリフィス前後差圧とオリフィス径との関係図である。
【図７】温度補正特性の一例を示す、オリフィス前後差圧とオリフィス径との関係図である。
【図８】温度補正式の差圧式膨張機構の一例を示す概略断面図である。
【図９】外気温度補正式の差圧式膨張機構の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  エンジン
２、３  プーリ
４  圧縮機
５  高圧側圧力検出手段
６  放熱器（ガスクーラ）
７  放熱器冷却ファン
８  内部熱交換器
９  差圧式膨張機構
１０  蒸発器
１１  気液分離器（アキュームレータ）
１２  ベルト
１３  冷凍サイクル
１４  通風ダクト
１５  外気導入口
１６  内気導入口
１７  内外気切替ダンパ
１８  内外気切替ダンパアクチュエータ
１９  ブロワファン
２０  蒸発器出口空気温度センサ
２１  ヒータコア
２２  エアミックスダンパ
２３  エアミックスダンパアクチュエータ
２４、２５、２６  ダンパ
２７、２８、２９  吹き出し口
３１  空調制御装置
３２  外気温度センサ
３３  日射センサ
３４  車室内温度センサ
３５  高圧側冷媒圧力信号
３６  クラッチコントローラ
３７  クラッチ制御信号
３８  圧縮機容量制御信号
３９  エアミックスダンパ制御信号
４０  内外気切替ダンパ制御信号
４１、５１、６１  差圧式の膨張機構
４２、５２、６２  冷媒連通路としての固定オリフィス部
４３、５３、６３  膨張機構冷媒流入口
４４、５４、６４  膨張機構冷媒流出口
４５、５５、６５  差圧弁
４６、５６、６６  ばね
４７、５７、６７  形状記憶合金ばね
５８、６８  移動板
６９  外気温度の感温部
７０  スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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