(57)【要約】【課題】  コストを低減させた自動車用空調装置用の、エジェクタを用いた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により冷媒の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差を外部信号によって決まる所定の差圧になるように容量制御する。エジェクタ６の前後には、実質的に、圧縮機１の前後の圧力と同じ圧力がかかっているため、圧縮機１を差圧制御することは、エジェクタ６の差圧を制御していることになる。気液分離器７と蒸発器１０との間の差圧弁９は、エジェクタ６の前後の差圧にほぼ比例した差圧に設定される。差圧弁９の設定差圧は、エジェクタ６の前後の差圧に対応する圧縮機１の前後の差圧から推定され、その差圧は容量制御弁２を制御する外部信号から直接かつ正確に求められる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却または凝縮された冷媒を減圧しながら蒸発し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、
冷媒を圧縮する圧縮機は、可変容量圧縮機であることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
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。
【請求項３】
気液分離器と蒸発器との間に配置されて、前後の差圧が前記エジェクタの前後の差圧にほぼ比例的に制御される差圧弁を備えていることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記差圧弁は、前記所定の差圧を与える前記外部信号より推定される前記エジェクタの前後の差圧から求めた電流値で必要な差圧が設定されるソレノイド駆動差圧弁であることを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル。
【請求項５】
前記ソレノイド駆動差圧弁は、前記電流値がゼロで前記差圧がほぼゼロに設定されることを特徴とする請求項４記載の冷凍サイクル。
【請求項６】
前記差圧弁と直列に、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３記載の冷凍サイクル。
【請求項７】
前記差圧弁は、前記エジェクタの前後の差圧に連動して弁開度が制御されることを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル。
【請求項８】
前記差圧弁は、一端に前記エジェクタの冷媒入口の圧力を受けるピストンと、前記ピストンの他端に弁体が設けられ、前記エジェクタの冷媒出口の圧力に相当する前記気液分離器の液冷媒出口の圧力が前記ピストンを前記エジェクタの冷媒入口の圧力に対抗して押すとともに前記弁体を開弁する方向に押すことにより前記エジェクタの前後の差圧に連動して弁開度が制御される弁とを備えていることを特徴とする請求項７記載の冷凍サイクル。
【請求項９】
前記ピストンと前記弁体との間にスプリングを介挿して、前記ピストンの有効受圧面積と前記弁体の有効受圧面積との比率を小さくしたことを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクル。
【請求項１０】
前記差圧弁は、一端に前記エジェクタの冷媒入口の圧力を受けるピストンと、前記ピストンの他端に可動弁座が設けられ、前記エジェクタの冷媒出口の圧力に相当する前記気液分離器の液冷媒出口の圧力が前記ピストンを前記エジェクタの冷媒入口の圧力に対抗して押すとともに前記可動弁座を弁体から離れる方向に押すことにより前記エジェクタの前後の差圧に連動して弁開度が制御される弁とを備えていることを特徴とする請求項７記載の冷凍サイクル。
【請求項１１】
前記エジェクタの前後の差圧が所定値以上の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、前記エジェクタの前後の差圧が所定値未満の場合には冷却または凝縮された冷媒を前記蒸発器と前記差圧弁との間の通路に流すように通路を切り替える切替弁を備えていることを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル。
【請求項１２】
前記差圧弁と前記気液分離器との間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１１記載の冷凍サイクル。
【請求項１３】
前記切替弁は、前記圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧を所定値に制御する前記外部信号に基づいて切り替える電磁弁であることを特徴とする請求項１１記載の冷凍サイクル。
【請求項１４】
前記切替弁は、前記エジェクタの前後の差圧値により切り替える機械的作動の三方弁であることを特徴とする請求項１１記載の冷凍サイクル。
【請求項１５】
前記切替弁は、前記エジェクタと一体に構成したことを特徴とする請求項１４記載の冷凍サイクル。
【請求項１６】
さらに、前記差圧弁が一体に構成されていることを特徴とする請求項１５記載の冷凍サイクル。
【請求項１７】
さらに、前記気液分離器が一体に構成されていることを特徴とする請求項１６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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開２００２−２２２９５号公報（段落番号〔００２１〕）
【特許文献２】特開２０００−２８３５７７号公報（段落番号〔００１４〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では上記問題を解決するために、冷却または凝縮された冷媒を減圧しながら蒸発し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、冷媒を圧縮する圧縮機は、可変容量圧縮機であることを特徴とする冷凍サイクルが提供される。
【０００８】
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たことにより、その駆動源に車両走行用エンジンを用いることができ、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。
【０００９】
また、本発明では、可変容量圧縮機を、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としている。
圧縮機の吐出圧力は、エジェクタの入口圧力とほぼ同じであり、圧縮機の吸入圧力は、エジェクタの出口圧力とほぼ同じと考えることができるので、容量制御弁が圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧を制御することは、エジェクタの前後の差圧を制御していることにもなるので、サイクルの制御が簡単になる。
【発明の効果】
【００１０】
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るため、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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は本発明によ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、図３は差圧弁の特性を示す図である。
【００１２】
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、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容量制御する、いわゆる差圧制御式の制御弁である。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。
【００１３】
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、これと直列に差圧弁９が接続され、その差圧弁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。
【００１４】
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。
【００１５】
差圧弁９は、たとえば電子制御が可能なソレノイド駆動の制御弁とすることができ、ソレノイドへ供給する電流値がゼロのとき、全開状態に保持されて入口と出口との差圧がほぼゼロとなり、電流値が増えるにつれて冷媒通路が絞られ、差圧が増える特性を有するものとする。
【００１６】
次に、以上の構成の冷凍サイクルの動作を図２および図３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、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。図３においては、横軸にエジェクタ６の前後の差圧、縦軸には差圧弁９の設定差圧を表している。
【００１７】
まず、自動車用空調装置が起動するときには、切替弁４は全開、切替弁５は全閉に切り替えられる。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。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）が図示しない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容量制御される。
【００１８】
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て蒸発器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同圧が制圧に変換され、気液分離器７に入る。エジェクタ６によって冷媒が吸引される蒸発器１０には、気液分離器７から逆止弁８および差圧弁９を介して液冷媒が流入され、その液冷媒は、室内に吹き出す空気と熱交換し、空気からの吸熱によって蒸発される。
【００１９】
このとき、ソレノイド駆動の差圧弁９は、エジェクタ６が蒸発器１０から冷媒を吸引する能力に応じてその設定差圧が変化するよう図示しない制御装置によって制御される。冷媒を吸引する能力は、エジェクタ６のノズルの冷媒入口と出口との差圧に依存する。エジェクタ６の冷媒入口の圧力（ｂ点）は、凝縮器３、配管などでの圧力損失を無視すれば、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄにほぼ等しい。また、エジェクタ６の出口の圧力（ｆ点）においても、圧縮機１の吸入圧力Ｐｓにほぼ等しい。このため、エジェクタ６の前後の差圧は、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）にほぼ等しいということができる。この差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）は、圧縮機１を容量制御する容量制御弁２の制御目標値でもあることから、容量制御弁２に与えられる制御信号から、図示しない制御装置は、圧縮機１の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が正確に分かっており、これから、エジェクタ６の前後の差圧を推定することができる。つまり、制御装置は、エジェクタ６が蒸発器１０から冷媒を吸引する能力を直接的に推定することができるので、図３に示したように、差圧弁９をエジェクタ６の前後の差圧にほぼ比例した差圧に設定するように制御する。これにより、エジェクタ６の冷媒出口（ｆ点）から圧縮機１の冷媒吸入口に至る冷媒通路の圧力が吸入圧力Ｐｓにほぼ等しく、蒸発器１０内（ｇ点−ｈ点）の蒸発圧力を圧力Ｐｅとすれば、差圧弁９には、差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が設定されることになる。したがって、エジェクタ６の前後の差圧が大きくなるにつれて、差圧弁９は、設定差圧が大きく設定され、これによって気液分離器７から蒸発器１０へ流れる冷媒は、差圧弁９によって設定差圧分だけ減圧膨張されるので、より低温の状態で蒸発器１０に入り、冷凍サイクルとしては冷凍能力が高くなる。
【００２０】
逆に、冷凍能力を下げるときには、圧縮機１は、その前後の差圧が小さくなるように容量制御弁２によって容量制御される。これにより、エジェクタ６の前後の差圧も小さくなるので、蒸発器１０から冷媒を吸引する能力も低下してくる。したがって、蒸発器１０からエジェクタ６に吸引される冷媒が少なくなることにより、蒸発器１０には、気液分離器７から供給された冷媒が蒸発しきれずに残ってしまい、液冷媒のまま滞留してしまうようになる。このような状況で冷凍サイクルを運転し続けると、圧縮機１を流れる冷媒の流量が減ることによって冷媒に含まれている圧縮機用の潤滑油が不足してくるので、圧縮機１が焼き付いてしまうおそれがある。
【００２１】
そこで、制御装置は、容量制御弁２の設定差圧が所定値未満に低下したとき、すなわちエジェクタ６の前後の差圧がたとえば０．３ＭＰａ未満になったときには、切替弁４を全閉、切替弁５を全開の状態に切り替えて、凝縮器３から流出した冷媒を強制的に蒸発器１０に流すように制御する。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、および気液分離器７を介して圧縮機１に戻るループを流れることになるので、圧縮機１が潤滑油不足に陥ることがなく、しかも、蒸発器１０に滞留していた液冷媒も一緒に強制循環されることになる。このとき、切替弁５から蒸発器１０へ冷媒が流れるときには、その圧力によって逆止弁８が閉じられるので、蒸発器１０およびエジェクタ６をバイパスして冷媒が気液分離器７に流入することはない。
【００２２】
図４はソレノイド駆動の差圧弁の具体的な構成例を示す縦断面図である。
この差圧弁９は、ボディ１１に形成されて気液分離器７の液冷媒出口に接続される冷媒入口１２および蒸発器１０に接続される冷媒出口１３を有し、冷媒入口１２には弁座１４が嵌合されている。この弁座１４に対向して下流側から接離自在に弁体１５が配置されている。この弁体１５は、弁座１４の内径よりも小さな径を有するピストン１６と一体に形成されている。弁体１５およびピストン１６の軸線方向には、通路１７が貫通形成されており、弁体１５が受ける気液分離器７の圧力がピストン１６にも反対方向に受けるようにしている。
【００２３】
ボディ１１の図の上方には、ソレノイド１８が設けられている。ソレノイド１８は、コア１８ａと、プランジャ１８ｂと、コイル１８ｃと、スプリング１８ｄと、シャフト１８ｅとを備えている。コア１８ａは、ボディ１１に固定され、プランジャ１８ｂは、スプリング１８ｄによってコア１８ａから離れる方向に付勢され、かつ、コア１８ａを貫通して延びるシャフト１８ｅの一端に固定されている。このシャフト１８ｅは、また、その他端にピストン１６が嵌合されている。
【００２４】
したがって、ソレノイド１８のコイル１８ｃへ供給する電流値がゼロのときには、スプリング１８ｄによってコア１８ａから離れる方向に付勢されるプランジャ１８ｂがシャフト１８ｅを図の上方へ引き上げることにより、弁体１５は、弁座１４から離れる方向へ移動させられ、この差圧弁９は全開状態に保持される。
【００２５】
コイル１８ｃに電流が供給されると、プランジャ１８ｂがスプリング１８ｄの付勢力に抗してコア１８ａに吸引されることにより、プランジャ１８ｂに固定されたシャフト１８ｅがピストン１６を押し下げる。これにより、ピストン１６と一体の弁体１５が弁座１４に近づいて、冷媒入口１２と冷媒出口１３との間の冷媒通路を絞り、差圧弁９の前後に差圧を生じさせる。その差圧は、コイル１８ｃに供給される電流値によって設定される。その電流値は、圧縮機１の容量制御弁２に与えられる制御信号から推定したエジェクタ６の前後の差圧にほぼ比例した差圧に対応する値に制御される。
【００２６】
なお、コイル１８ｃへ供給する電流値を最大にすることで、弁体１５を弁座１４に着座させることができる。したがって、エジェクタ６の前後の差圧が所定値より低下したときに、電流値を最大にすることにより、冷媒入口１２と冷媒出口１３との間の冷媒通路を全閉状態にできるので、差圧弁９を、逆止弁８として機能させることができる。
【００２７】
以上の実施の形態では、差圧弁９および切替弁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弁の構成例を説明する。まず、逆止弁８および差圧弁９を一体に形成した制御弁について説明する。
【００２８】
図５は第１の制御弁の構成例を通常動作時の状態で示す断面図、図６は第１の制御弁の構成例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。
この制御弁は、ボディ２０を貫通して摺動自在に配置されたピストン２１を有し、このピストン２１は、スプリング２２によってボディ２０に形成されたストッパ２３に当接する方向に付勢されている。スプリング２２が収容されている空間は、エジェクタ６の冷媒入口に接続される配管と連通しており、したがって、エジェクタ６の前後の差圧が所定値以上ある通常動作時には、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄにほぼ等しい圧力が導入されているので、ここでは吐出圧力Ｐｄで示している。スプリング２２が設けられている側と反対側のピストン２１には、その軸線方向に進退自在に弁体２４が遊嵌されている。この弁体２４が収容されている空間は、蒸発器１０に接続される配管と連通しており、したがって、蒸発器１０内の圧力Ｐｅにほぼ等しい圧力になっているので、ここでは圧力Ｐｅで示している。弁体２４に対向する位置には、ボディ２０の開口部に嵌合された弁座形成部材２５が配置されており、この弁孔には、圧縮機１の吸入圧力Ｐｓにほぼ等しい圧力になっている気液分離器７の液冷媒出口が接続される。そして、ピストン２１の周囲には、必要に応じて、エジェクタ６の冷媒入口から蒸発器１０への冷媒の内部漏れを防ぐためのＶパッキン２６が設けられている。
【００２９】
エジェクタ６の前後の差圧が所定値以上ある通常動作時においては、図５に示したように、ピストン２１は、その一端に吐出圧力Ｐｄを受け、他端に蒸発器１０の圧力Ｐｅを受けており、弁体２４は、その一方の側に蒸発器１０の圧力Ｐｅを受け、他方の側に吸入圧力Ｐｓを受けている。このため、この制御弁は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧、つまり、エジェクタ６の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に応じてピストン２１の軸線方向の位置が決まり、蒸発器１０の圧力Ｐｅよりも高い吸入圧力Ｐｓによってピストン２１に押し付けられている弁体２４のリフト量が決まり、気液分離器７から蒸発器１０へ流れる液冷媒の差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が設定される。
【００３０】
エジェクタ６の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなると、これにほぼ比例して、弁体２４のリフト量が小さくなり、差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が大きくなる。逆に、エジェクタ６の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が小さくなると、これにほぼ比例して、弁体２４のリフト量が大きくなり、差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が小さくなる。したがって、このときの弁体２４は、前後の差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が図３に示したようにエジェクタ６の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）にほぼ比例的に制御される、図１のシステムの差圧弁９として機能している。
【００３１】
エジェクタ６の前後の差圧が所定値未満に低下する強制循環動作時においては、図６に示したように、エジェクタ６の冷媒入口に接続されている切替弁４が全閉状態にあり、蒸発器１０には凝縮器３から流出した冷媒が切替弁５を介して導入されるため、ピストン２１は、その一方の側に吸入圧力Ｐｓに近い圧力を受け、他方の側には切替弁５で減圧した蒸発器１０の圧力Ｐｅに近い圧力を受けている。このとき、蒸発器１０の圧力Ｐｅは吸入圧力Ｐｓよりも大きいため、この制御弁は、ピストン２１が吸入圧力Ｐｓと蒸発器１０の圧力Ｐｅとの差圧およびスプリング２２の付勢力によってストッパ２３に当接され、弁体２４はピストン２１にガイドされて弁座形成部材２５に着座されるようになり、この結果、気液分離器７の液冷媒出口は閉塞される。つまり、このときの弁体２４は、図１のシステムの逆止弁８として機能していることになる。
【００３２】
図７は第２の制御弁の構成例を通常動作時の状態で示す断面図、図８は第２の制御弁の構成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は同じ符号を付してある。
【００３３】
この制御弁は、ボディ２０を貫通して摺動自在に配置されたピストン２１を有し、このピストン２１は、スプリング２２によってボディ２０に形成されたストッパ２３に当接する方向に付勢されている。スプリング２２が収容されている空間は、エジェクタ６の冷媒入口と連通しており、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄにほぼ等しい圧力が導入されている。ストッパ２３が設けられている側と反対側のボディ２０には、気液分離器７の液冷媒出口に連通していて圧縮機１の吸入圧力Ｐｓにほぼ等しい圧力を受ける開口部が形成され、ボディ２０のほぼ中央部には、蒸発器１０に連通していて蒸発器１０内の圧力Ｐｅにほぼ等しい圧力になっている開口部が形成されている。これらの開口部の間には、直径の異なる２つの同軸のシリンダが形成されている。ピストン２１が突出している側のシリンダが小径になっていて、大径のシリンダとの境界に段差部２７が形成されている。大径のシリンダには、その軸線方向に進退自在に弁体２４が配置され、小径のシリンダには、その軸線方向に進退自在に可動弁座２８が配置され、弁体２４とともに図１のシステムの差圧弁９を構成している。可動弁座２８は、その弁孔がピストン２１との当接場所をずらした位置に開口するように形成された複数の通路と連通し、一方、弁体２４は、シリンダとの摺動面に近い位置にシリンダの軸線方向に貫通する貫通穴が周方向に複数設けられている。また、弁体２４に対向するボディ２０には、気液分離器７と連通する開口部の回りに環状の弁座２９が形成され、弁体２４とともに図１のシステムの逆止弁８を構成している。
【００３４】
エジェクタ６の前後の差圧が所定値以上ある通常動作時においては、図７に示したように、ピストン２１は、その一端に吐出圧力Ｐｄを受け、他端には蒸発器１０の圧力Ｐｅを受けるとともに、可動弁座２８が当接されている。このとき、弁体２４は、気液分離器７の吸入圧力Ｐｓに押されて段差部２７に当接されている。したがって、この制御弁は、エジェクタ６の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に応じてピストン２１の軸線方向の位置が決まり、静止している弁体２４に対する可動弁座２８との離間距離に相当する弁体２４のリフト量が決まり、気液分離器７から蒸発器１０へ流れる液冷媒の差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が設定される。
【００３５】
エジェクタ６の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなると、これにほぼ比例して、弁体２４のリフト量が小さくなり、差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が大きくなる。逆に、エジェクタ６の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が小さくなると、これにほぼ比例して、弁体２４のリフト量が大きくなり、差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が小さくなる。したがって、このときの弁体２４は、前後の差圧（Ｐｓ−Ｐｅ）が図３に示したようにエジェクタ６の前後の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）にほぼ比例的に制御される。
【００３６】
エジェクタ６の前後の差圧が所定値未満に低下する強制循環動作時においては、図８に示したように、ピストン２１は、その一方の側に吸入圧力Ｐｓに近い圧力を受け、他方の側には切替弁５で減圧した蒸発器１０の圧力Ｐｅに近い圧力を受けているため、その差圧およびスプリング２２の付勢力によってストッパ２３に当接される。一方、弁体２４は、可動弁座２８が蒸発器１０の圧力Ｐｅに近い圧力により押されて移動することにより可動弁座２８に着座するとともに、蒸発器１０の圧力Ｐｅに近い圧力により押されて弁座２９にも着座する。これにより、制御弁は、気液分離器７の液冷媒出口を閉塞する。
【００３７】
図９は第３の制御弁の構成例を通常動作時の状態で示す断面図である。なお、図９において、図５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は同じ符号を付してある。
【００３８】
この制御弁は、弁体２４がピストン２１によってガイドされている第１の制御弁に比較して、弁体２４をピストン２１の軸線方向に進退自在に保持するガイド３０を有し、かつ、ピストン２１と弁体２４との間にスプリング３１が配置され、さらに高圧を受けるピストン２１の受圧面積と弁体２４の受圧面積との比率を小さくしている点で異なる。
【００３９】
すなわち、この制御弁では、弁体２４の有効受圧面積を、エジェクタ６の側から受ける圧力（Ｐｄ）と気液分離器７の側から受ける圧力（Ｐｓ）とをバランスさせるために必要な弁体２４の有効受圧面積よりも小さくした分、気液分離器７の側から受けるべき圧力（Ｐｓ）の不足分をスプリング３１で補う構造にしている。これにより、弁体２４を小型化することができるので、弁座形成部材２５への弁体２４の着座性を改善することができる。
【００４０】
次に、切替弁４，５をエジェクタ６の前後の差圧によって機械的に行うことができるようにした装置について説明する。
図１０は切替弁とエジェクタとを一体に構成した例を通常動作時の状態で示す断面図、図１１は切替弁とエジェクタ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。
【００４１】
エジェクタ６は、冷媒の出口側の内部がディフューザの形状に形成されたボディ４０と、このボディ４０内にてその軸線方向に進退自在に配置されたノズル４１と、このノズル４１を冷媒入口側に付勢するスプリング４２とを備え、ノズル４１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４３が設けられている。ボディ４０は、ノズル４１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４４と、凝縮器３から流出した液冷媒を導入する冷媒入口４５と、強制循環時に冷媒入口４５に導入した液冷媒を蒸発器１０へ差し向ける冷媒出口４６とを有している。
【００４２】
冷媒入口４５とノズル４１との間には、受圧面積の大きな弁体４７および弁座４８が配置されており、図１の切替弁４を構成している。弁体４７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４１に結合されている。また、冷媒入口４５と冷媒出口４６との間には、受圧面積の小さな弁体４９および弁座５０が配置されており、図１の切替弁５を構成している。弁体４７および弁体４９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４７、弁体４９およびノズル４１は、スプリング５１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、一方が開弁しているときは、他方が閉弁しているため、三方弁の構成になっている。このように、切替弁４および切替弁５を機械的に切り替えを行う構成にしたことで、安価に構成することができる。
【００４３】
エジェクタ６の前後の差圧が所定値以上ある通常動作時においては、図１０に示したように、凝縮器３から冷媒入口４５に導入された高圧の液冷媒は、受圧面積の大きな方の切替弁４を押し開ける。これにより、冷媒が切替弁４とノズル４１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４１がスプリング４２の付勢力に抗して段部により形成されたストッパに当接するまで移動する。これに連動して切替弁５が閉じられ、冷媒入口４５に導入された液冷媒は、すべてノズル４１を通って流れる。このとき、蒸発器１０で蒸発したガス冷媒が冷媒入口４４から吸引されて、ノズル４１からのジェット流と混合され、ディフューザで減速され、昇圧されて、エジェクタ６の冷媒出口から気液分離器７に向かって流出される。
【００４４】
エジェクタ６の前後の差圧が所定値未満に低下する強制循環動作時においては、図１１に示したように、ノズル４１の側にあるスプリング４２の付勢力が凝縮器３から冷媒入口４５に導入された液冷媒の圧力に打ち勝ってノズル４１を切替弁４の側へ押すようになる。これによって、ノズル４１と一体に動く弁体４９が弁座５０から離れて切替弁５が開くとともに、弁体４７が弁座４８に着座して切替弁４が閉じるようになる。この結果、凝縮器３から冷媒入口４５に導入された液冷媒は、切替弁５を通って蒸発器１０に流れるようになる。
【００４５】
なお、この三方弁構成は、切り替えの時間が短いスナップアクション切り替えとしてもよく、切り替え時間が長く両切替弁４，５が同時に開いているような緩動作の切り替えでもよい。
【００４６】
次に、切替弁４，５とエジェクタ６と逆止弁８と差圧弁９とを一体に構成した例を説明する。
図１２は切替弁とエジェクタと逆止弁と差圧弁とを一体に構成した例を通常動作時の状態で示す断面図、図１３は切替弁とエジェクタと逆止弁と差圧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１２および図１３において、図５、図６、図１０および図１１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は同じ符号を付してある。
【００４７】
この構成例によれば、切替弁４，５、エジェクタ６および逆止弁８と差圧弁９とを含む制御弁を共通のボディ６０に収容している。ここでは、切替弁４とノズル４１との間の空間をボディ６０の内部に設けた通路６１によって制御弁に連通させて、エジェクタ６の液冷媒入口の圧力を導入するとともに、切替弁５の下流側の通路６２と制御弁の下流側の通路６３とをボディ６０の内部で合流させて、蒸発器１０に接続する構成にしている。
【００４８】
これにより、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、継ぎ手部分が大幅に減ることによって継ぎ手部分での冷媒漏れの可能性を減らすことができる。
【００４９】
エジェクタ６の前後の差圧が所定値以上ある通常動作時においては、図１２に示したように、凝縮器３からの液冷媒によって、切替弁４が開けられ、これに連動して切替弁５が閉じられる。これにより、導入された液冷媒は、ノズル４１を通って流れ、ここで減圧膨張されて、先端から噴射される。このとき、蒸発器１０で蒸発したガス冷媒が吸引され、ノズル４１からのジェット流と混合され、ディフューザで減速され、昇圧されて、エジェクタ６の冷媒出口から気液分離器７に向かって流出される。エジェクタ６によってガス冷媒が吸引された蒸発器１０では、エジェクタ６の前後の差圧に依存した開度を有する制御弁を介し液冷媒を導入して蒸発させ、そのガス冷媒をエジェクタ６へ送り込む。
【００５０】
エジェクタ６の前後の差圧が所定値未満に低下する強制循環動作時においては、図１３に示したように、スプリング４２の付勢力によって切替弁４が閉じられ、切替弁５が開けられる。これにより、凝縮器３からの液冷媒は、切替弁５を介して蒸発器１０へ流れるが、そのときの液冷媒の圧力によって制御弁の弁体２４が閉じられる。蒸発器１０を経由した冷媒は、冷媒入口４４からエジェクタ６に入る。
【００５１】
図１４は切替弁とエジェクタと逆止弁と差圧弁と気液分離器とを一体に構成した例を示す冷凍サイクルのシステム図である。なお、図１４において、図１および図１２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は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５２】
この構成例では、図１２に示した一体構造のものをさらに気液分離器７と一体に構成したものである。気液分離器７は、その下部に切替弁４，５、エジェクタ６および逆止弁８と差圧弁９とを含む制御弁を一体にしたものとエジェクタ６のディフューザが中の上方で開口するよう配置して一体に構成している。気液分離器７の中には、Ｕ字管６４が配置され、その一方の開口端は、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内部上方に位置している。Ｕ字管６４の最下部には、ブリード孔６５が設けられ、ガス冷媒がＵ字管６４を高速で通過するときに、気液分離器７の底に溜まった圧縮機１の潤滑油を吸い上げて圧縮機１に供給するようにしている。Ｕ字管６４のガス冷媒を吸引する開口端の周りには、邪魔板６６が設けられている。
【００５３】
以上のように、エンジンルーム内に配置される部品のうち、切替弁４，５、エジェクタ６、逆止弁８と差圧弁９とを含む制御弁、および気液分離器７を一体にしたことにより、冷媒漏れの可能性がある配管の継ぎ手部分を大幅に減らすことができ、これによって組み立て性がよくなり、システム全体をコンパクトに構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図２】冷凍サイクルの動作を示すモリエル線図である。
【図３】差圧弁の特性を示す図である。
【図４】ソレノイド駆動の差圧弁の具体的な構成例を示す縦断面図である。
【図５】第１の制御弁の構成例を通常動作時の状態で示す断面図である。
【図６】第１の制御弁の構成例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。
【図７】第２の制御弁の構成例を通常動作時の状態で示す断面図である。
【図８】第２の制御弁の構成例を強制循環動作時の状態で示す断面図である。
【図９】第３の制御弁の構成例を通常動作時の状態で示す断面図である。
【図１０】切替弁とエジェクタとを一体に構成した例を通常動作時の状態で示す断面図である。
【図１１】切替弁とエジェクタ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。
【図１２】切替弁とエジェクタと逆止弁と差圧弁とを一体に構成した例を通常動作時の状態で示す断面図である。
【図１３】切替弁とエジェクタと逆止弁と差圧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。
【図１４】切替弁とエジェクタと逆止弁と差圧弁と気液分離器とを一体に構成した例を示す冷凍サイクルのシステム図である。
【符号の説明】
【００５６】
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  差圧弁
１０  蒸発器
【図１】
2005037093.tif 000003
【図２】
2005037093.tif 000004
【図３】
2005037093.tif 000005
【図４】
2005037093.tif 000006
【図５】
2005037093.tif 000007
【図６】
2005037093.tif 000008
【図７】
2005037093.tif 000009
【図８】
2005037093.tif 000010
【図９】
2005037093.tif 000011
【図１０】
2005037093.tif 000012
【図１１】
2005037093.tif 000013
【図１２】
2005037093.tif 000014
【図１３】
2005037093.tif 000015
【図１４】
2005037093.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月19日(2003.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
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て蒸発器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。エジェクタ６によって冷媒が吸引される蒸発器１０には、気液分離器７から逆止弁８および差圧弁９を介して液冷媒が流入され、その液冷媒は、室内に吹き出す空気と熱交換し、空気からの吸熱によって蒸発される。
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月29日(2004.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記ピストンと前記弁体との間にスプリングを介挿して、前記ピストンの有効受圧面積と前記弁体の有効受圧面積との差による圧力差を小さくしたことを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
この制御弁は、弁体２４がピストン２１によってガイドされている第１の制御弁に比較して、弁体２４をピストン２１の軸線方向に進退自在に保持するガイド３０を有し、かつ、ピストン２１と弁体２４との間にスプリング３１が配置され、さらに高圧を受けるピストン２１の受圧面積と弁体２４の受圧面積との差を小さくしている点で異なる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
次に、切替弁４，５の動作をエジェクタ６の前後の差圧によって機械的に行うことができるようにした装置について説明する。
図１０は切替弁とエジェクタとを一体に構成した例を通常動作時の状態で示す断面図、図１１は切替弁とエジェクタ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。