(57)【要約】      （修正有）【課題】絞り手段としてキャピラリチューブを用いた冷媒サイクル装置において高圧側圧力の異常上昇の発生を回避する。【解決手段】コンプレッサ１０、ガスクーラ４０、キャピラリチューブ６０及び蒸発器７０を順次接続して冷媒回路が構成されると共に、冷媒として二酸化炭素を使用し、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となる冷媒サイクル装置１００において、冷媒回路の高圧側と低圧側とを連通するバイパス回路８０と、このバイパス回路８０への冷媒流通を制御する流路制御装置としての電磁弁８２とを備え、この電磁８２は、冷媒回路の高圧側圧力が所定の上限値に達した場合にバイパス回路８０に冷媒を流す。【選択図】図１
2005106413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ、ガスクーラ、キャピラリチューブ及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成されると共に、冷媒として二酸化炭素を使用し、前記冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となる冷媒サイクル装置において、
前記冷媒回路の高圧側と低圧側とを連通するバイパス回路と、
該バイパス回路への冷媒流通を制御する流路制御装置とを備え、
該流路制御装置は、前記冷媒回路の高圧側圧力、又は、前記コンプレッサの吐出冷媒温度が所定の上限値に達した場合に前記バイパス回路に冷媒を流すことを特徴とする冷媒サイクル装置。
【請求項２】
コンプレッサ、ガスクーラ、第１のキャピラリチューブ、第２のキャピラリチューブ及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成されると共に、冷媒として二酸化炭素を使用し、前記冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となる冷媒サイクル装置において、
前記第１のキャピラリチューブの出口側と前記冷媒回路の低圧側とを連通するバイパス回路と、
該バイパス回路への冷媒流通を制御する流路制御装置とを備え、
該流路制御装置は、前記第１のキャピラリチューブの出口側の圧力、又は、前記コンプレッサの吐出冷媒温度が所定の上限値に達した場合に前記バイパス回路に冷媒を流すことを特徴とする冷媒サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、キャピラリチューブ及び蒸発器等を接続して冷媒回路が構成される冷媒サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段（キャピラリチューブ等）及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、コンプレッサの圧縮要素に冷媒ガスが吸い込まれ圧縮されて、高温高圧の冷媒ガスとなり、コンプレッサから出てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった。
【０００３】
ここで、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷媒サイクルにおいても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒として用い、高圧側を超臨界圧力として運転する遷臨界冷媒サイクルを用いた装置が開発されて来ている。
【０００４】
このような冷媒サイクル装置では、コンプレッサ内に液冷媒が戻って、液圧縮することを防ぐために、蒸発器の出口側とコンプレッサの吸込側との間の低圧側にアキュムレータを配設し、このアキュムレータに液冷媒を溜め、ガスのみをコンプレッサに吸い込ませる構成とされていた。そして、アキュムレータ内の液冷媒がコンプレッサに戻らないように絞り手段を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−１８６０２号公報
【０００５】
しかしながら、冷媒サイクルの低圧側にアキュムレータを設けることは、その分多くの冷媒充填量を必要とする。また、液バックを防止するためには絞り手段の開度を小さくし、或いは、アキュムレータの容量を拡大しなければならず、冷却能力の低下や設置スペースの拡大を招く。そこで、係るアキュムレータを設けること無く、コンプレッサにおける液圧縮を解消するために、出願人は従来図１０に示す冷媒サイクル装置の開発を試みた。
【０００６】
図１０において、３５０は冷媒回路の高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器である。この場合の冷媒サイクル装置３００の動作を説明する。冷媒導入管３２０からコンプレッサ３１０の図示しない圧縮要素に吸い込まれ、圧縮された冷媒は冷媒吐出管３２２よりコンプレッサ３１０の外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【０００７】
冷媒吐出管３２２から吐出された冷媒はガスクーラ３４０に流入し、そこで空冷方式により放熱した後、内部熱交換器３５０を通過する。冷媒はそこで蒸発器３７０を出た低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。その後、冷媒はキャピラリチューブ３６０（絞り手段）にて減圧され、その過程で気体／液体の二相混合体となり、次に蒸発器３７０に流入して蒸発する。蒸発器３７０から出た冷媒は内部熱交換器３５０を通過し、そこで前記高圧側の冷媒から熱を奪って加熱される。
【０００８】
そして、内部熱交換器３５０で加熱された冷媒は冷媒導入管３２０からコンプレッサ３１０の圧縮要素に吸い込まれるサイクルを繰り返す。このように、蒸発器３７０から出た冷媒を内部熱交換器３５０により高圧側の冷媒にて加熱することで過熱度を取ることができるようになり、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ３１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを防止し、コンプレッサ３１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方、係る二酸化炭素を使用した冷媒サイクル装置では、高圧側が超臨界となるため高圧側の圧力は外気温によらず１２ＭＰａ程度まで上昇し、機器の設計圧を超えてしまい、最悪、機器の損傷を引き起こす恐れがあった。そのため、インバータによりコンプレッサの回転数制御（容量制御）を実行したり、絞り手段に電動、又は、機械式膨張弁を使用して弁の開度調整を行うなどして、高圧側の圧力の上昇を抑える必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明の冷媒サイクル装置では、コンプレッサ、ガスクーラ、キャピラリチューブ及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成されると共に、冷媒として二酸化炭素を使用し、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となるものであって、冷媒回路の高圧側と低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路への冷媒流通を制御する流路制御装置とを備え、この流路制御装置は、冷媒回路の高圧側圧力、又は、コンプレッサの吐出冷媒温度が所定の上限値に達した場合にバイパス回路に冷媒を流すものである。
【００１１】
請求項２の発明の冷媒サイクル装置では、コンプレッサ、ガスクーラ、第１のキャピラリチューブ、第２のキャピラリチューブ及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成されると共に、冷媒として二酸化炭素を使用し、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となるものであって、第１のキャピラリチューブの出口側と冷媒回路の低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路への冷媒流通を制御する流路制御装置とを備え、この流路制御装置は、第１のキャピラリチューブの出口側の圧力、又は、コンプレッサの吐出冷媒温度が所定の上限値に達した場合にバイパス回路に冷媒を流すものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、流路制御装置は、冷媒回路の高圧側圧力、又は、コンプレッサの吐出冷媒温度が所定の上限値に達した場合にバイパス回路に冷媒を流すので、高圧側の冷媒をバイパス回路から低圧側に逃がすことが可能となる。
【００１３】
これにより、例えばコンプレッサが定速で運転される場合にも、高圧側が異常上昇して、機器に損傷を引き起こすと云った不都合を未然に回避することができるようになる。
【００１４】
また、コンプレッサから出た高圧側の冷媒と、蒸発器から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器を備えた場合、低圧側の冷媒を内部熱交換器により高圧側の冷媒にて加熱することで過熱度を取ることができるようになり、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサに液冷媒が吸い込まれる液バックを防止することができるようになる。
【００１５】
また、バイパス回路を、ガスクーラを出た配管から分岐し、キャピラリチューブを出た配管に接続した場合、ガスクーラから出た高圧側の冷媒をキャピラリチューブにて減圧することなく、低圧側に逃がすことができるようになる。
【００１６】
これにより、例えばコンプレッサが定速で運転される場合であっても、冷媒回路の高圧側圧力、又は、コンプレッサの吐出冷媒温度が所定の上限値に達した場合にバイパス回路に冷媒を逃がすことができるようになる。
【００１７】
従って、膨張弁を用いて開度調整を行うこと無く、冷媒回路の高圧側圧力の異常上昇を防止できるので、生産コストの低減を図ることができるようになる。
【００１８】
また、バイパス回路を、ガスクーラを出た配管から分岐し、蒸発器を出た配管に接続した場合、バイパス回路からの冷媒により蒸発器における冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００１９】
一方、バイパス回路を、ガスクーラを出た配管から分岐し、内部熱交換器を出た蒸発器からの配管に接続した場合、バイパス回路からの冷媒により蒸発器における冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００２０】
更に、バイパス回路からの冷媒によって、内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒が更に加熱されるので、冷媒の過熱度が更に大きくなり、コンプレッサに液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止することができるようになる。
【００２１】
更にまた、バイパス回路を、内部熱交換器を出たガスクーラからの配管から分岐し、キャピラリチューブを出た配管に接続した場合、当該バイパス回路は冷媒回路のキャピラリチューブのみをバイパスものであるため、冷媒回路の状態の急激な変化を極力回避することができるようになる。
【００２２】
また、バイパス回路を、内部熱交換器を出たガスクーラからの配管から分岐し、蒸発器を出た配管に接続した場合、冷媒回路からの冷媒により蒸発器における冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００２３】
他方、バイパス回路を、内部熱交換器を出たガスクーラからの配管から分岐し、内部熱交換器を出た蒸発器からの配管に接続した場合、バイパス回路からの冷媒により蒸発器における冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００２４】
更に、バイパス回路からの冷媒によって、内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒が更に加熱されるので、冷媒の過熱度が更に大きくなり、コンプレッサに液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止することができるようになる。
【００２５】
更にまた、バイパス回路に、もう一つのキャピラリチューブを設けた場合、バイパス回路を流れる冷媒は当該キャピラリチューブにて減圧された後、低圧側に逃げるようになる。
【００２６】
これにより、バイパス回路からの冷媒により低圧側の圧力が上昇し過ぎる不都合を回避することができるようになる。
【００２７】
請求項２の発明によれば、コンプレッサ、ガスクーラ、第１のキャピラリチューブ、第２のキャピラリチューブ及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成されると共に、冷媒として二酸化炭素を使用し、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となる冷媒サイクル装置であって、第１のキャピラリチューブの出口側と冷媒回路の低圧側とを連通するバイパス回路と、このバイパス回路への冷媒流通を制御する流路制御装置とを備え、この流路制御装置は、第１のキャピラリチューブの出口側の圧力、又は、コンプレッサの吐出冷媒温度が所定の上限値に達した場合にバイパス回路に冷媒を流すので、第１のキャピラリチューブで減圧された中間圧の冷媒をバイパス回路から低圧側に逃がすことが可能となる。
【００２８】
これにより、例えばコンプレッサが定速で運転される場合にも、高圧側が異常上昇して、機器に損傷を引き起こすと云った不都合を未然に回避することができるようになる。
【００２９】
更に、バイパス回路や流路制御装置等の機器の設計圧を低くすることができるので、生産コストの低減及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００３０】
また、冷媒回路に、コンプレッサから出た高圧側の冷媒と、蒸発器から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器を備えた場合、低圧側の冷媒を内部熱交換器により高圧側の冷媒にて加熱することで過熱度を取ることができるようになり、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサに液冷媒が吸い込まれる液バックを防止することができるようになる。
【００３１】
また、バイパス回路を、第１のキャピラリチューブを出た配管から分岐し、第２のキャピラリチューブを出た配管に接続した場合、第１のキャピラリチューブから出た中間圧側の冷媒を第２のキャピラリチューブにて減圧することなく、低圧側に逃がすことができるようになる。
【００３２】
更にまた、バイパス回路を、第１のキャピラリチューブを出た配管から分岐し、蒸発器を出た配管に接続した場合、バイパス回路からの冷媒により蒸発器における冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００３３】
また、バイパス回路を、第１のキャピラリチューブを出た配管から分岐し、内部熱交換器を出た蒸発器からの配管に接続した場合、バイパス回路からの冷媒により蒸発器における冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００３４】
更に、バイパス回路からの冷媒によって、内部熱交換器を出た蒸発器からの冷媒が更に加熱されるので、冷媒の過熱度が更に大きくなり、コンプレッサに液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止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】
【００３５】
本発明は、係る従来技術を解決するために、絞り手段としてキャピラリチューブを用いた冷媒サイクル装置において高圧側圧力の異常上昇の発生を回避することを目的とする。以下に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００３６】
図１は本発明を適用した冷媒サイクル装置の一実施例として、冷媒サイクル装置１００の冷媒回路図である。この冷媒サイクル装置１００はコンプレッサ１０、ガスクーラ４０、キャピラリチューブ６０、蒸発器７０等を順次環状に配管接続して所定の冷媒回路を構成する。
【００３７】
図中２０は、コンプレッサ１０の図示しない圧縮要素に冷媒を導入するための冷媒導入管であり、この冷媒導入管２０の一端は図示しない圧縮要素と連通している。この冷媒導入管２０は冷媒配管２８と接続されている。
【００３８】
図中２２は、コンプレッサ１０で圧縮された冷媒をガスクーラ４０に吐出させるための冷媒配管であり、冷媒吐出管２２の一端はコンプレッサ１０内の図示しない圧縮要素と連通している。この冷媒吐出管２２の他端はガスクーラ４０の入口に接続されている。また、当該冷媒吐出管２２にはコンプレッサ１０から吐出される冷媒の温度を検出するための吐出温度センサ９０が設けられており、これは後述する制御装置１１０に接続されている。
【００３９】
また、ガスクーラ４０を出た冷媒配管２４は内部熱交換器５０を通過する。この内部熱交換器５０はガスクーラ４０から出た高圧側の冷媒と蒸発器７０から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。当該冷媒配管２４には冷媒回路の高圧側の冷媒圧力を検出するための高圧スイッチ９２が設けられており、これも上記吐出温度センサ９０と同様に制御装置１１０に接続されている。
【００４０】
そして、内部熱交換器５０を通過した高圧側の冷媒配管２４は、ストレーナ５４を経てキャピラリチューブ６０に至る。このストレーナ５４は冷媒回路内を循環する冷媒ガスに混入した塵埃や切削屑などの異物を確保して濾過するためのものであり、ストレーナ５４の他端側に形成された開口部とこの開口部からストレーナ５４の一端側に向けて細くなる略円錐形状を呈した図示しないフィルターを備えて構成されている。
【００４１】
一方、キャピラリチューブ６０から出た冷媒配管２６は蒸発器７０の入口に接続され、蒸発器７０を出た前記冷媒配管２８は内部熱交換器５０を経てコンプレッサ１０の冷媒導入管２０に接続されている。
【００４２】
また、冷媒回路には本発明における高圧側と低圧側とを連通するバイパス回路８０が設けられている。即ち、本実施例では、バイパス回路８０はガスクーラ４０を出た冷媒配管２４から分岐し、キャピラリチューブ６０を出た冷媒配管２６に接続されている。このバイパス回路８０には、キャピラリチューブ６０より流路抵抗の小なるキャピラリチューブ６２と、当該バイパス回路８０への冷媒流通を制御する流路制御装置としての電磁弁８２が設けられている。この電磁弁８２は所謂電気式の弁装置であり、後述する制御装置１１０にて弁の開閉が制御される。
【００４３】
ここで、前述した制御装置１１０は、冷媒サイクル装置１００の制御を司る制御装置であり、制御装置１１０の入力には吐出温度センサ９０、高圧スイッチ９２等が接続されている。そして、これらの入力に基づいて、出力に接続されたコンプレッサ１０やガスクーラ４０のファン４０Ｆ、蒸発器７０のファン７０Ｆ等が制御されている。更に、制御装置１１０は前記高圧スイッチ９２にて検出される高圧側圧力に基づいて、バイパス回路８０への冷媒流通を制御している。
【００４４】
即ち、制御装置１１０は高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が予め設定された所定の上限値に達した場合にバイパス回路８０の電磁弁８２の弁を開いて、バイパス回路８０を開放する。これにより、ガスクーラ４０からの冷媒がバイパス回路８０に流れるようになる。
【００４５】
係る冷媒サイクル装置１００の冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ2）が使用される。
【００４６】
以上の構成で次に本発明の冷媒サイクル装置１００の動作を説明する。尚、制御装置１１０はコンプレッサ１０を定速で運転するものであり、インバータなどの容量制御手段は用いない。制御装置１１０によりコンプレッサ１０の駆動要素が起動されると、冷媒導入管２０からコンプレッサ１０の図示しない圧縮要素に低圧の冷媒ガスが吸い込まて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管２２よりコンプレッサ１０の外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されており、この冷媒吐出管２２から吐出された冷媒ガスはガスクーラ４０に流入し、そこで空冷方式により放熱した後、冷媒配管２４に入る。ここで、制御装置１１０は当該冷媒配管２４に設置された高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値より低い場合には、電磁弁８２を閉じたままの状態であるため、ガスクーラ４０からの冷媒は、バイパス回路８０に流入すること無く、全て内部熱交換器５０を通過する。
【００４７】
冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。この内部熱交換器５０の存在により、ガスクーラ４０を出て、内部熱交換器５０を通過する冷媒は、低圧側の冷媒に熱を奪われるので、この分、当該冷媒の過冷却度が大きくなる。そのため、蒸発器７０における冷却能力が向上する。
【００４８】
係る内部熱交換器５０で冷却された高圧側の冷媒ガスはストレーナ５４を経てキャピラリチューブ６０に至る。尚、キャピラリチューブ６０の入口では冷媒はまだ超臨界の状態である。冷媒はキャピラリチューブ６０における圧力低下により、気体／液体の二相混合体とされ、その状態で蒸発器７０内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。
【００４９】
そして、冷媒は蒸発器７０から流出して、冷媒配管２８に入り、内部熱交換器５０を通過する。そこで、前述の高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。ここで、蒸発器７０で蒸発して低温となり、蒸発器を出た冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合にあるが、内部熱交換器５０を通過させて高圧側の高温冷媒と熱交換させることで、係る低圧側の冷媒が加熱される。この時点で、冷媒の過熱度が確保され、気体となる。
【００５０】
これにより、蒸発器７０から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになるので、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを防止し、コンプレッサ１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００５１】
尚、内部熱交換器５０で加熱された冷媒は、冷媒導入管２０からコンプレッサ１０の圧縮要素に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００５２】
ここで、コンプレッサ１０はインバータなどを用いずに定速で運転されるため、その起動時などに高圧側の圧力が急激に上昇する場合もある。特に、冷媒として二酸化炭素を使用した場合、上述の如く二酸化炭素は高圧側が超臨界となるため高圧側の圧力は外気温によらず上昇し、機器の設計圧を超えてしまい、機器の損傷を引き起こす恐れがあった。
【００５３】
しかしながら、本発明では前記圧力スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値に達すると、制御装置１１０は電磁弁８２を開き、バイパス回路８０の流路を開放する。これにより、ガスクーラ４０からの冷媒はバイパス回路８０に流入し、そこに設けられたキャピラリチューブ６２にて減圧されることとなる。
【００５４】
即ち、一部、又は全ての冷媒ガスは冷媒配管２４の途中部から分岐しているバイパス回路８０に流入し、そこでキャピラリチューブ６２にて減圧された後、蒸発器７０に流入することになる。
【００５５】
このように、本発明では高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値に達した場合に電磁弁８２を開いてバイパス回路８０を開放し、ガスクーラ４０からの冷媒を当該バイパス回路に流入させることで、高圧側の冷媒を低圧側に逃がすことができるようになる。これにより、高圧側圧力の異常上昇を効果的に解消、若しくは、未然に回避することができるようになる。
【００５６】
また、バイパス回路８０に流入した冷媒を、キャピラリチューブ６２にて減圧することで、当該バイパス回路８０からの冷媒により低圧側の圧力が上昇しすぎる不都合も防ぐことができるようになる。
【００５７】
これらにより、冷媒サイクル装置１００の信頼性及び性能の向上を図ることができるようになる。
【００５８】
また、従来のようにインバータによりコンプレッサ１０の回転数制御（容量制御）を行ったり、膨張弁を用いて開度調整を行うことなく、安価なキャピラリチューブを用いて高圧側圧力の異常上昇を防止できるので、生産コストを著しく低減することができるようになる。
【００５９】
更に、バイパス回路８０にキャピラリチューブ６０より流路抵抗の小さいキャピラリチューブ６１を設置することで、当該バイパス回路８０に電磁弁８２を設けて、それを開くだけで、ガスクーラ４０からの冷媒は抵抗の小さいバイパス回路８０に流入するようになる。これにより、生産コストをより低減できるようになる。
【００６０】
他方、制御装置１１０は、高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値より低下すると、電磁弁８２を閉じる。これにより、ガスクーラ４０からの冷媒は全てキャピラリチューブ６０に流入することになる。
【００６１】
尚、上記各実施例では制御装置１１０は高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力に基づきバイパス回路への冷媒流通を制御するものとしたが、これに限らず、制御装置１１０は、コンプレッサ１０から吐出される冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサ９０の出力に基づきバイパス回路への冷媒流通を制御するものとしても構わない。
【実施例２】
【００６２】
ここで、上記実施例ではバイパス回路８０は、ガスクーラ４０から出た冷媒配管２４から分岐し、キャピラリチューブ６０を出た冷媒配管２６に接続されるものとしたが、それに限らず、図２に示す如くガスクーラ４０から出た冷媒配管２４から分岐し、蒸発器７０を出た冷媒配管２８に接続されるものとしてもよい。この場合のバイパス回路１８０への冷媒流通も前述同様に制御装置１１０にて制御する。即ち、高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値に達した場合、制御装置１１０は電磁弁８２を開いて、バイパス回路１８０を開放する。これにより、ガスクーラ４０からの一部又は全ての冷媒はバイパス回路１８０に流入し、そこに設けられたキャピラリチューブ６２にて減圧された後、蒸発器を出た冷媒配管２８に逃げる。
【００６３】
このように、本実施例においても、高圧側の冷媒圧力の異常上昇を効果的に解消、若しくは、未然に回避することができるようになる。また、本実施例ではバイパス回路１８０からの冷媒は蒸発器７０を通過しないため、当該冷媒により蒸発器７０に流入する冷媒の圧力や温度が上昇して、蒸発器７０における蒸発温度が高くなったり、冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００６４】
これにより、冷媒サイクル装置１００の性能の向上を図ることができるようになる。
【実施例３】
【００６５】
また、上記各実施例に限らず、図３に示す如くバイパス回路は、ガスクーラ４０を出た冷媒配管２４から分岐し、冷媒導入管２０に接続されるものであっても良い。この場合のバイパス回路２８０への冷媒流通も前述同様に制御装置１１０にて制御する。即ち、高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値に達した場合、制御装置１１０は電磁弁８２を開いて、バイパス回路２８０を開放する。これにより、ガスクーラ４０からの冷媒はバイパス回路２８０に流入し、そこに設けられたキャピラリチューブ６２にて減圧された後、内部熱交換器５０を出た蒸発器７０からの冷媒配管２８に接続された冷媒導入管２０に逃げる。
【００６６】
このように、本実施例においても、高圧側の冷媒圧力の異常上昇を効果的に解消、若しくは、未然に回避することができるようになる。また、本実施例ではバイパス回路１８０からの冷媒は蒸発器７０を通過しないため、当該冷媒により蒸発器７０に流入する冷媒の圧力や温度が上昇して、蒸発器７０における蒸発温度が高くなったり、冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００６７】
更に、本実施例ではバイパス回路２８０に流入する冷媒は内部熱交換器５０を通過しないため、内部熱交換器５０を出た蒸発器７０からの冷媒は、バイパス回路２８０からの冷媒により更に加熱される。これにより、冷媒の過熱度が更に大きくなり、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止することができるようになる。
【実施例４】
【００６８】
図４に示す如くバイパス回路は、内部熱交換器５０を出た冷媒配管２４から分岐し、キャピラリチューブ６０を出た冷媒配管２６に接続されるものであっても良い。この場合のバイパス回路３８０への冷媒流通も前述同様に制御装置１１０にて制御する。即ち、高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値に達した場合、制御装置１１０は電磁弁８２を開いて、バイパス回路３８０を開放する。これにより、ガスクーラ４０からの冷媒はバイパス回路３８０に流入し、そこに設けられたキャピラリチューブ６２にて減圧された後、キャピラリチューブ６０を出た冷媒配管２６に逃げる。
【００６９】
このように、本実施例においても、高圧側の冷媒圧力の異常上昇を効果的に解消、若しくは、未然に回避することができるようになる。また、本実施例ではバイパス回路３８０が内部熱交換器５０を出たガスクーラ４０からの冷媒配管２４から分岐し、キャピラリチューブ６０を出た冷媒配管２６に接続されている。即ち、バイパス回路３８０はキャピラリチューブ６０のみをバイパスするものであるため、当該バイパス回路３８０を設けることによる冷媒サイクル装置１００の冷媒回路内の状態の急激な変化を極力回避しながら、高圧側の圧力の異常上昇を防ぐことができるようになる。
【実施例５】
【００７０】
また、バイパス回路は、図５に示す如く内部熱交換器５０を出たガスクーラ４０からの冷媒配管２４から分岐し、蒸発器７０を出た冷媒配管２８に接続されるものとしても構わない。この場合のバイパス回路４８０への冷媒流通も前述同様に制御装置１１０にて制御する。即ち、高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値に達した場合、制御装置１１０は電磁弁８２を開いて、バイパス回路４８０を開放する。これにより、ガスクーラ４０からの冷媒がバイパス回路４８０に流入し、そこに設けられたキャピラリチューブ６２にて減圧された後、蒸発器７０を出た冷媒配管２８に逃げる。
【００７１】
このように、本実施例においても、高圧側の冷媒圧力の異常上昇を効果的に解消、若しくは、未然に回避することができるようになる。また、本実施例ではバイパス回路４８０からの冷媒は蒸発器７０を通過しないため、当該冷媒により蒸発器７０に流入する冷媒の圧力や温度が上昇して、蒸発器７０における蒸発温度が高くなったり、冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。これにより、冷媒サイクル装置１００の性能の向上を図ることができるようになる。
【実施例６】
【００７２】
更に、バイパス回路は、図６に示す如く内部熱交換器５０を出たガスクーラ４０からの冷媒配管２４から分岐し、内部熱交換器５０から出た蒸発器７０からの冷媒導入管２０に接続されるものとしても構わない。この場合のバイパス回路５８０への冷媒流通も前述同様に制御装置１１０にて制御する。即ち、高圧スイッチ９２にて検出される高圧側の冷媒圧力が所定の上限値に達した場合、制御装置１１０は電磁弁８２を開いて、バイパス回路５８０を開放する。これにより、ガスクーラ４０からの冷媒はバイパス回路５８０に流入し、そこに設けられたキャピラリチューブ６２にて減圧された後、内部熱交換器５０を出た蒸発器７０からの冷媒配管２８に接続された冷媒導入管２０に逃げる。
【００７３】
このように、本実施例においても、高圧側の冷媒圧力の異常上昇を効果的に解消、若しくは、未然に回避することができるようになる。また、本実施例ではバイパス回路５８０からの冷媒は蒸発器７０を通過しないため、当該冷媒により蒸発器７０に流入する冷媒の圧力や温度が上昇して、蒸発器７０における蒸発温度が高くなったり、冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００７４】
更に、バイパス回路５８０からの冷媒は低圧側の内部熱交換器５０を通過しないため、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止することができるようになる。
【００７５】
尚、上記各発明ではバイパス回路にキャピラリチューブ６２を設けるものとしたが、これに限らず、バイパス回路にキャピラリチューブを設置しない場合であっても本発明は有効である。
【実施例７】
【００７６】
次に、図７を参照して本発明の冷媒サイクル装置の実施例７について詳述する。図７はこの場合の冷媒サイクル装置２００の冷媒回路図である。尚、図７において上記各図と同一の符号が付されているものは同一、若しくは、同様の効果を奏するものである。
【００７７】
この冷媒サイクル装置２００はコンプレッサ１０、ガスクーラ４０、第１のキャピラリチューブ６１、当該第１のキャピラリチューブより流路抵抗の小なる第２のキャピラリチューブ６３及び蒸発器７０等を順次環状に配管接続して所定の冷媒回路を構成する。
【００７８】
即ち、冷媒吐出管２２の一端はコンプレサ１０内の図示しない圧縮要素と連通している。また、冷媒吐出管２２の他端がガスクーラ４０の入口に接続されている。そして、ガスクーラ４０を出た冷媒配管２４は内部熱交換器５０を通過し、ストレーナ５４を経て第１のキャピラリチューブ６１に至る。この第１のキャピラリチューブ６１から出た冷媒配管２５は第２のキャピラリチューブ６３の入口に接続されている。
【００７９】
第２のキャピラリチューブ６３から出た冷媒配管２６は蒸発器７０の入口に接続され、蒸発器７０を出た冷媒配管２８は内部熱交換器５０を経てコンプレッサ１０の冷媒導入管２０に接続されている。
【００８０】
また、冷媒回路には第１のキャピラリチューブ６１の出口側と冷媒回路の低圧側とを連通するバイパス回路８１が設けられている。即ち、バイパス回路８１は第１のキャピラリチューブ６１を出た冷媒配管２５から分岐し、第２のキャピラリチューブ６３を出た冷媒配管２６に接続されている。このバイパス回路８１には当該バイパス回路８０への冷媒流通を制御する流路制御装置としての電磁弁８３が設けられている。この電磁弁８３は後述する制御装置２１０にて弁の開閉が制御されている。
【００８１】
また、第１のキャピラリチューブを出た冷媒配管２５には、第１のキャピラリチューブ６１で減圧され第２のキャピラリチューブ６３に入る前の中間圧の冷媒圧力を検出するための中間圧スイッチ９４が設けられており、係る中間圧スイッチ９４の出力は制御装置２１０に接続されている。
【００８２】
ここで、前述する制御装置２１０は、冷媒サイクル装置２００の制御を司る制御装置であり、制御装置２１０の入力には吐出温度センサ９０、中間圧スイッチ９４等が接続されている。そして、これらの入力に基づいて、出力に接続されたコンプレッサ１０やガスクーラ４０のファン４０Ｆ、蒸発器７０のファン７０Ｆ等が制御されている。更に、制御装置２１０は前記中間圧スイッチ９４にて検出される第１のキャピラリチューブの出口側の冷媒圧力に基づいて、バイパス回路８１への冷媒流通を制御している。
【００８３】
即ち、制御装置２１０は中間圧スイッチ９４にて検出される冷媒圧力が予め設定された所定の上限値に達した場合にバイパス回路８１の電磁弁８３を開いて、バイパス回路８１を開放する。これにより、第１のキャピラリチューブ６１からの一部、若しくは、全ての冷媒がバイパス回路８１に流れるようになる。
【００８４】
係る冷媒サイクル装置２００の冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ2）が使用される。
【００８５】
以上の構成で次に本実施例の冷媒サイクル装置２００の動作を説明する。尚、制御装置２１０はコンプレッサ１０を定速で運転するものであり、インバータなどの容量制御手段は用いない。制御装置２１０によりコンプレッサ１０の駆動要素が起動されると、冷媒導入管２０からコンプレッサ１０の図示しない圧縮要素に低圧の冷媒ガスが吸い込まて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管２２よりコンプレッサ１０の外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されており、この冷媒吐出管２２から吐出された冷媒ガスはガスクーラ４０に流入し、そこで空冷方式により放熱した後、冷媒配管２４に入り、内部熱交換器５０を通過する。
【００８６】
冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。この内部熱交換器５０の存在により、ガスクーラ４０を出て、内部熱交換器５０を通過する冷媒は、低圧側の冷媒に熱を奪われるので、この分、当該冷媒の過冷却度が大きくなる。そのため、蒸発器９２における冷却能力が向上する。
【００８７】
係る内部熱交換器５０で冷却された高圧側の冷媒ガスはストレーナ５４を経て第１のキャピラリチューブ６１に至る。冷媒は第１のキャピラリチューブ６１にて圧力低下した後、冷媒配管２５に入る。ここで、制御装置２１０は当該冷媒配管２５に設置された中間圧スイッチ９４にて検出される第１のキャピラリチューブ６１の出口側の圧力が所定の上限値より低い場合には、電磁弁８３を閉じたままの状態であるため、第１のキャピラリチューブ６１からの冷媒は、バイパス回路８１に流入することなく、全て第２のキャピラリチューブ６３に入る。そこで、冷媒が減圧され、気体／液体の二相混合状態とされ、冷媒配管２６を経て蒸発器７０に流入する。そこで冷媒は蒸発し、周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。
【００８８】
そして、冷媒は蒸発器７０から流出して、冷媒配管２８に入り、内部熱交換器５０を通過する。そこで、前述の高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。ここで、前述の如く蒸発器７０で蒸発して低温となり、蒸発器を出た冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合にあるが、内部熱交換器５０を通過させて高圧側の高温冷媒と熱交換させることで、係る低圧側の冷媒が加熱される。この時点で、冷媒の過熱度が確保され、気体となる。
【００８９】
これにより、蒸発器７０から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになるので、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを防止し、コンプレッサ１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。
【００９０】
尚、内部熱交換器５０で加熱された冷媒は、冷媒導入管２０からコンプレッサ１０の圧縮要素に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００９１】
ここで、中間圧スイッチ９４にて検出される第１のキャピラリチューブ６１の出口側の冷媒の圧力が所定の上限値に達すると、制御装置２１０は電磁弁８３の弁を開き、バイパス回路８１の流路を開放する。これにより、第１のキャピラリチューブ６１からの冷媒はバイパス回路８１に流入することとなる。
【００９２】
即ち、第１のキャピラリチューブ６１から出た冷媒配管２５から分岐しているバイパス回路８１に流入した冷媒は、第２のキャピラリチューブ６３にて減圧されること無く、蒸発器７０に流入することになる。
【００９３】
これにより、第１のキャピラリチューブ６１にて減圧された中間圧の冷媒を低圧側に逃がすことができるようになるので、高圧側圧力の異常上昇を未然に回避することができるようになる。
【００９４】
また、第１のキャピラリチューブの出口側の圧力にて電磁弁８３が制御されるので、上記実施例のように高圧側の冷媒圧力にて電磁弁８２を制御するものと比して、当該電磁弁８３及び中間圧スイッチ９４の設計圧を低く設定することができるので、生産コストの低減することがでる。更に、中間圧に基づいて制御を実行することで、当該冷媒サイクル装置２００の信頼性及び性能を更に向上させることができるようになる。
【実施例８】
【００９５】
ここで、実施例７ではバイパス回路８１は、第１のキャピラリチューブ６１から出た冷媒配管２５から分岐し、第２のキャピラリチューブ６３を出た冷媒配管２６に接続されるものとしたが、それに限らず、図８に示す如く第１のキャピラリチューブ６１を出た冷媒配管２５から分岐し、蒸発器７０を出た冷媒配管２８に接続されるものとしてもよい。この場合、中間圧スイッチ９４にて検出される第１のキャピラリチューブ６１の出口側の圧力が所定の上限値に達すると、制御装置２１０は電磁弁８３を開いて、バイパス回路１８１を開放する。これにより、第１のキャピラリチューブ６１からの冷媒がバイパス回路１８１に流入し、第２のキャピラリチューブ６３にて減圧されること無く、蒸発器７０を出た冷媒配管２８に逃げる。
【００９６】
このように、本実施例においても、高圧側の冷媒圧力の異常上昇を効果的に解消、若しくは、未然に回避することができるようになる。また、本実施例ではバイパス回路１８１からの冷媒は蒸発器７０を通過しないため、当該冷媒により蒸発器７０に流入する冷媒の圧力が上昇して、蒸発器７０における蒸発温度が高くなったり、冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。これにより、冷媒サイクル装置２００の性能の向上を図ることができるようになる。
【実施例９】
【００９７】
また、バイパス回路は、図９に示す如く第１のキャピラリチューブ６１を出た冷媒配管２５から分岐し、冷媒導入管２０に接続されるものとしても構わない。この場合、中間圧スイッチ９４にて検出される第１のキャピラリチューブ６１の出口側の圧力が所定の上限値に達すると、制御装置２１０は電磁弁８３を開いて、バイパス回路２８１を開放する。これにより、第１のキャピラリチューブ６１からの冷媒がバイパス回路２８１に流入して第２のキャピラリチューブ６３にて減圧されること無く、内部熱交換器５０を出た蒸発器７０からの冷媒配管２８に接続された冷媒導入管２０に逃げる。
【００９８】
このように、本実施例においても、高圧側の冷媒圧力の異常上昇を効果的に解消、若しくは、未然に回避することができるようになる。また、本実施例ではバイパス回路２８１からの冷媒は蒸発器７０を通過しないため、当該冷媒により蒸発器７０に流入する冷媒の圧力が上昇して、蒸発器７０における蒸発温度が高くなったり、冷却能力が低下する不都合を回避することができるようになる。
【００９９】
更に、本実施例ではバイパス回路２８１からの冷媒は低圧側の内部熱交換器５０を通過しないため、コンプレッサ１０に液バックする不都合を回避することができるようになる。
【０１００】
尚、実施例７、実施例８及び実施例９では制御装置２１０は中間圧スイッチ９２にて検出される第１のキャピラリチューブ６１の出口側の冷媒圧力に基づきバイパス回路への冷媒流通を制御するものとしたが、これに限らず、制御装置２１０は、コンプレッサ１０から吐出される冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサ９０の出力に基づきバイパス回路８０への冷媒流通を制御するものとしても構わない。また、制御装置２１０が高圧側の圧力から第１のキャピラリチューブ６１の出口側の圧力を推定し、これに基づき、バイパス回路への冷媒流通を制御するものとしても差し支えない。
【０１０１】
また、上記各発明では、バイパス回路に電磁弁を設けて、当該電磁弁によりバイパス回路への冷媒流通を制御するものとしたが、電磁弁の代わりに圧力調整弁を設置して、この圧力調整弁によりバイパス回路への冷媒流通を制御するものとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施例の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２】本発明の実施例２の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図３】本発明の実施例３の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図４】本発明の実施例４の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図５】本発明の実施例５の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図６】本発明の実施例６の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図７】本発明の実施例７の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図８】本発明の実施例８の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図９】本発明の実施例９の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図１０】従来の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  コンプレッサ
２０  冷媒導入管
２２  冷媒吐出管
２４、２６、２７、２８  冷媒配管
４０  ガスクーラ
５０  内部熱交換器
６０、６２  キャピラリチューブ
６１  第１のキャピラリチューブ
６３  第２のキャピラリチューブ
７０  蒸発器
８０、８１、１８０、１８１、２８０、２８１、３８０、４８０、５８０  バイパス回路
８２、８３  電磁弁
９０  吐出温度センサ
９２  高圧スイッチ
９３  中間圧スイッチ
１００、２００  冷媒サイクル装置
１１０、２１０  制御装置
【図１】
2005106413.tif 000003
【図２】
2005106413.tif 000004
【図３】
2005106413.tif 000005
【図４】
2005106413.tif 000006
【図５】
2005106413.tif 000007
【図６】
2005106413.tif 000008
【図７】
2005106413.tif 000009
【図８】
2005106413.tif 000010
【図９】
2005106413.tif 000011
【図１０】
2005106413.tif 000012