(57)【要約】【課題】複数の蒸発器を備えた冷凍サイクルにおいて、オイル戻りの悪いサブの蒸発器におけるオイルの滞留を少なくする。【解決手段】放熱器２と各減圧手段５、６との間に、放熱器２を通過した冷媒を、オイルを含む冷媒とオイルを除去した冷媒とに分離するオイルセパレータ４を設け、オイルを含む冷媒を第１蒸発器７の上流に配置された第１膨張弁５に導き、オイルを除去した冷媒を第２蒸発器８の上流に配置された第２膨張弁６に導くようにした。【選択図】    図１
2007107840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、この圧縮機で昇圧昇温された冷媒と外気との間で熱交換させる放熱器（２）と、供給空気と冷媒との間で熱交換させる第１および第２蒸発器（７、８）と、前記第１蒸発器（７）の上流側に配置された第１減圧手段（５）と、前記第２蒸発器（８）の上流側に配置された第２減圧手段（６）とを備え、前記放熱器（２）と前記圧縮機（１）との間に第１および第２減圧手段（５、６）と前記第１および第２蒸発器（７、８）とが並列に接続され、冷媒とともにオイルが循環する冷凍サイクルにおいて、
前記放熱器（２）と前記第１および第２減圧手段（５、６）との間に、前記放熱器（２）を通過した冷媒を、オイルを含む冷媒とオイルを除去した冷媒とに分離するオイル分離手段（４、９）を設け、
前記オイルを含む冷媒を前記第１蒸発器（７）の上流に配置された第１減圧手段（５）に導入し、前記オイルを除去した冷媒を前記第２蒸発器（８）の上流に配置された第２減圧手段（６）に導入することを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記オイル分離手段（４）は、本体に冷媒を導入する冷媒入口配管（４２）と、本体底部からオイルを含む冷媒を排出する第１冷媒出口配管（４３）と、前記冷媒入口配管（４２）より上側に配置されて冷媒に含まれるオイルを除去するオイル除去手段（４６）と、本体上部から前記オイル除去手段（４６）によりオイルを除去した冷媒を排出する第２冷媒出口配管（４４）とを備え、
前記第１冷媒出口配管（４３）から排出されたオイルを含む冷媒を前記第１蒸発器（７）の上流に配置された第１減圧手段（５）に導入し、前記第２冷媒出口配管（４４）から排出されたオイルを除去した冷媒を前記第２蒸発器（８）の上流に配置された第２膨張弁（６）に導入することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
前記オイル分離手段（９）は、冷媒負荷に応じてサイクル内の余剰冷媒を一時的に貯めて、液冷媒を分離するリキッドタンクの構成と、液冷媒をオイルを含む冷媒とオイルを除去した冷媒とに分離するオイルセパレータの構成とを備えることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記オイル分離手段（９）は、本体に冷媒を導入する冷媒入口配管（９２）と、冷媒の吸い込み口（９３ａ）がオイルの溜まりやすい本体底部付近に位置するように配置された第１冷媒出口配管（９３）と、冷媒の吸い込み口（９４ａ）がオイルの溜まりやすい本体底部より離れて配置された第２冷媒出口配管（９４）と、この第２冷媒出口配管の吸い込み口（９４ａ）において吸入される冷媒からオイルを除去するオイル除去手段（９６）とを備え、
前記第１冷媒出口配管（９３）から排出されたオイルを含む冷媒を前記第１蒸発器（７）の上流に配置された第１減圧手段（５）に導入し、前記第２冷媒出口配管（９４）から排出されたオイルを除去した冷媒を前記第２蒸発器（８）の上流に配置された第２減圧手段（６）に導入することを特徴とする請求項１または３に記載の冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用空調装置に関し、詳しくは、複数の蒸発器を備えた冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用空調装置として、前席／後席側でそれぞれ独立して冷暖房を行うことができるデュアルエアコンシステムがある。このデュアルエアコンシステムには、複数の蒸発器を備えた冷凍サイクルが用いられている。
【０００３】
このような複数の蒸発器を備えた冷凍サイクルでは、冷媒と一緒に圧縮機潤滑用のオイルを循環させているため、冷媒配管の長い方に接続する蒸発器、または使用頻度の低い方の蒸発器、もしくは蒸発器性能が低い蒸発器側に潤滑用のオイルが溜まる傾向がある。このため、冷媒および潤滑用のオイルの循環不良が起こり、冷凍サイクル中へのオイルチャージ量の増加や、サブとなる蒸発器において冷媒と熱交換器内面との間のオイルによる熱伝達の低下により熱交換性能が低下するという不具合を生じていた。
【０００４】
上記のようなオイル滞留に関連する技術として、一方の蒸発器が主体で使用され、他方の蒸発器が使用されないような場合に、使用されない側の蒸発器に接続する冷媒配管内におけるオイルの滞留を解消するため、冷媒配管の長くなる方の蒸発器下流に、冷媒中のオイルを一時的に滞留させるトラップ部を設けた冷凍サイクル装置が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−４２５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特開２００３−４２５９９号公報に提案された装置は、蒸発器の下流側に設けたトラップ部にオイルを滞留させて、このトラップ部に滞留させたオイルの吸引作用を増加させることで圧縮機に吸引させるようにしたものであるため、一方の蒸発器に滞留するオイルを回収することは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、複数の蒸発器を備えた冷凍サイクルにおいて、オイル戻りの悪いサブの蒸発器におけるオイルの滞留を少なくすることができる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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で昇圧昇温された冷媒と外気との間で熱交換させる放熱器と、供給空気と冷媒との間で熱交換させる第１および第２蒸発器と、前記第１蒸発器の上流側に配置された第１減圧手段と、前記第２蒸発器の上流側に配置された第２減圧手段とを備え、前記放熱器と前記圧縮機との間に第１および第２減圧手段と前記第１および第２蒸発器とが並列に接続され、冷媒とともにオイルが循環するように構成された冷凍サイクルにおいて、前記放熱器と前記第１および第２減圧手段との間に、前記放熱器を通過した冷媒を、オイルを含む冷媒とオイルを除去した冷媒とに分離するオイル分離手段を設け、前記オイルを含む冷媒を前記第１蒸発器の上流に配置された第１減圧手段に導入し、前記オイルを除去した冷媒を前記第２蒸発器の上流に配置された第２減圧手段に導入することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記オイル分離手段は、本体に冷媒を導入する冷媒入口配管と、本体底部からオイルを含む冷媒を排出する第１冷媒出口配管と、前記冷媒入口配管より上側に配置されて冷媒に含まれるオイルを除去するオイル除去手段と、本体上部から前記オイル除去手段によりオイルを除去した冷媒を排出する第２冷媒出口配管とを備え、前記第１冷媒出口配管から排出されたオイルを含む冷媒を前記第１蒸発器の上流に配置された第１減圧手段に導入し、前記第２冷媒出口配管から排出されたオイルを除去した冷媒を前記第２蒸発器の上流に配置された第２膨張弁に導入することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２において、前記オイル分離手段は、冷媒負荷に応じてサイクル内の余剰冷媒を一時的に貯めて、液冷媒を分離するリキッドタンクの構成と、液冷媒をオイルを含む冷媒とオイルを除去した冷媒とに分離するオイルセパレータの構成とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１または３において、前記オイル分離手段は、本体に冷媒を導入する冷媒入口配管と、冷媒の吸い込み口がオイルの溜まりやすい本体底部付近に位置するように配置された第１冷媒出口配管と、冷媒の吸い込み口がオイルの溜まりやすい本体底部より離れて配置された第２冷媒出口配管と、この第２冷媒出口配管の吸い込み口において吸入される冷媒からオイルを除去するオイル除去手段とを備え、前記第１冷媒出口配管から排出されたオイルを含む冷媒を前記第１蒸発器の上流に配置された第１減圧手段に導入し、前記第２冷媒出口配管から排出されたオイルを除去した冷媒を前記第２蒸発器の上流に配置された第２減圧手段に導入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、オイル戻りの悪いサブの第２蒸発器にはオイルを除去した冷媒が導入されるので、オイル戻りの悪い第２蒸発器におけるオイルの滞留を少なくすることができる。これによれば、サイクル内における冷媒とオイルの循環不良が解消されるので、サイクル内のオイルチャージ量を減らすことができる。また、サブとなる第２蒸発器で冷媒と熱交換器内面との熱伝達が良好になるため熱交換性能を向上させることができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、オイル分離手段の構造を簡易なものとすることができ、また冷媒が分岐する箇所に設置するだけでよいため、既存の冷凍サイクルに容易に適用することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、オイル分離手段はリキッドタンクの構成とオイルセパレータの構成を備えているため、部品数を減らして安価なシステムを構築することが可能となる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、オイルの溜まりやすい底部に第１冷媒出口配管の吸い込み口を配置し、オイルの溜まりにくい位置にオイル除去手段を設けた第２冷媒出口配管の吸い込み口を配置するようにしているため、オイル戻りの良好なメインの第１蒸発器に供給する冷媒には、十分にオイル含有させることができ、またオイル戻りの悪いサブの第２蒸発器には、オイル分が極めて少ないオイル除去冷媒を導入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係わる冷凍サイクルを実施するための最良の形態となる実施例について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、実施例１に係わる冷凍サイクルの回路図である。ここでは、前席／後席側でそれぞれ独立して冷暖房を行うことができるデュアルエアコンシステムに用いられる冷凍サイクルを例として説明する。
【００１７】
本実施例の冷凍サイクル１０は、冷媒を昇圧する圧縮機１と、この圧縮機１で昇圧された冷媒と外気との間で熱交換させる放熱器２と、この放熱器２を通過した冷媒のうち液冷媒と気冷媒を貯留分離するリキッドタンク３とを備えるとともに、冷媒とオイルとを分離するオイルセパレータ４と、冷媒を膨張（減圧）させる第１膨張弁５および第２膨張弁６と、冷媒と空調風との間で熱交換させる第１蒸発器７および第２蒸発器８とを備え、冷媒とともにオイルが循環するように構成されている。
【００１８】
本実施例の冷凍サイクル１０では、第１蒸発器７をメインの蒸発器とし、第２蒸発器８をオイル戻りの悪いサブの蒸発器とする。そして、第１蒸発器７および第２蒸発器８の上流には第１膨張弁５および第２膨張弁６がそれぞれ配置されている。また、リキッドタンク３の下流にはオイルセパレータ４が配置され、ここで分離された冷媒は２方向に分岐して排出され、第１膨張弁５または第２膨張弁６導入されるように接続されている。以下、各部について説明する。
【００１９】
圧縮機１は、図示しないモータまたはエンジンからの駆動力を得て、気相状態の冷媒（例えば炭酸ガス、フロンガス）を昇圧して高圧高温の冷媒として吐出している。
【００２０】
放熱器２は、圧縮機１から吐出された高圧高温の冷媒を外気（または熱交換媒体）に放熱させることにより、冷媒の温度を外気温近くまで冷却する。この放熱器２には、例えば電動ファンなどが駆動されることにより外気が吹き付けられる。そして、この放熱器２内を通過する高圧高温の冷媒と、吹き付けられる外気との間で熱交換を行わせることで、高圧高温の冷媒を中温まで冷却している。
【００２１】
リキッドタンク３は、冷媒負荷に応じてサイクル内の余剰冷媒を一時的に貯め、液冷媒を分離してオイルセパレータ４へ送り出している。
【００２２】
オイルセパレータ（オイル分離手段）４は、リキッドタンク３から送られてきた液冷媒を、オイルを含む冷媒（以下、適宜にオイル含有冷媒という）とオイルをほぼ除去した冷媒（以下、適宜にオイル除去冷媒という）とに分離する。このオイルセパレータ４で分離された各冷媒は、それぞれ対応する蒸発器の上流に配置された膨張弁に送り出される。
【００２３】
第１膨張弁（第１減圧手段）５、第２膨張弁（第２減圧手段）６は、オイルセパレータ４から送られてきた冷媒を断熱膨張させて、低圧の液冷媒とガス冷媒とし、それぞれの蒸発器へ出力している。
【００２４】
第１蒸発器７は、第１膨張弁５で断熱膨張した低圧低温の液／ガス冷媒をブロアファンから供給される空調風との間で熱交換させている。このとき、液／ガス冷媒は第１蒸発器７を通過する際に空調風から吸熱して蒸発する。そして、第１蒸発器７の内部を流通する液／ガス冷媒に吸熱された空調風は冷却、除湿されて冷房風となり、車室内の前席側に供給される。
【００２５】
第２蒸発器８は、第２膨張弁６で断熱膨張した低圧低温の液／ガス冷媒をブロアファンから供給される空調風との間で熱交換させている。このとき、液／ガス冷媒は第２蒸発器８を通過する際に空調風から吸熱して蒸発する。そして、第２蒸発器８の内部を流通する液／ガス冷媒に吸熱された空調風は冷却、除湿されて冷房風となり、車室内の後席側に供給される。
【００２６】
次に、本実施例におけるオイルセパレータ４の構造について説明する。図２は、実施例１に係わるオイルセパレータ４の構造を示す概略断面図である。本実施例に係わるオイルセパレータ４は、リキッドタンク３からの冷媒を導入する冷媒入口配管４２と、オイル含有冷媒を排出する第１冷媒出口配管４３と、オイル除去冷媒を排出する第２冷媒出口配管４４とを備え、これらの配管がセパレータ本体４１の所定位置にそれぞれ取り付けられている。
【００２７】
冷媒入口配管４２は、セパレータ本体４１の側面、ほぼ中央付近に取り付けられ、冷媒吐出側の端部には冷媒に含まれるオイルを大まかに除去するためのメッシュ層４５が設けられている。
【００２８】
第１冷媒出口配管４３は、セパレータ本体４１の底部に取り付けられている。ただし、第１冷媒出口配管４３にはオイルを除去するための部品は取り付けられていない。この第１冷媒出口配管４３から排出されたオイル含有冷媒は、第１蒸発器７の上流に配置された第１膨張弁５に導入される。
【００２９】
また、冷媒入口配管４２よりも上側には、冷媒に含まれるオイルを除去するためのメッシュ層（オイル分離手段）４６が、セパレータ本体４１の内部を二分割するように設けられている。第２冷媒出口配管４４は、セパレータ本体４１の側面、且つメッシュ層４６よりも上側に取り付けられている。この第２冷媒出口配管４４から排出されたオイル除去冷媒は、第２蒸発器８の上流に配置された第２膨張弁６に導入される。
【００３０】
図２において、冷媒入口配管４２を通じてオイルセパレータ４に導入された液冷媒は、冷媒入口配管４２の端部に設けられたメッシュ層４５により余分なオイルが大まかに除去される。そして、セパレータ本体４１の底部に溜まったオイル含有冷媒は第１冷媒出口配管４３から排出され、第１蒸発器７の上流に配置された第１膨張弁５に導かれる。また、セパレータ本体４１の上部に流入した液冷媒はメッシュ層４６を通過し、このときオイル分がほぼ除去される。そして、メッシュ層４６でオイルが除去されたオイル除去冷媒は第２冷媒出口配管４４から排出され、第２蒸発器８の上流に配置された第２膨張弁６に導かれる。
【００３１】
上記のように構成された冷凍サイクル１０において、圧縮機１で昇圧されて高圧高温となった冷媒は、放熱器２で外気と熱交換され、外気温近くまで冷却される。この放熱器２の熱交換で凝縮して液化した冷媒は、リキッドタンク３に一時的に溜められ、ここで液冷媒のみがオイルセパレータ４に送り出される。オイルセパレータ４では、液冷媒がオイル含有冷媒とオイル除去冷媒とに分離され、このうちオイル含有冷媒は第１蒸発器７の上流に配置された第１膨張弁５に導入され、オイル除去冷媒は第２蒸発器８の上流に配置された第２膨張弁６に導入される。第１膨張弁５に導入されたオイル含有冷媒は断熱膨張により低圧の液冷媒とガス冷媒となり、第１蒸発器７に導入される。同様に、第２膨張弁６に導入されたオイル除去冷媒は断熱膨張により低圧の液冷媒とガス冷媒となり、第２蒸発器８に導入される。そして、各蒸発器に導入された液／ガス冷媒は、空調風から吸熱して蒸発し、ガス冷媒となって圧縮機１へ吸入される。
【００３２】
本実施例の冷凍サイクル１０では、オイル戻りの良好なメインの第１蒸発器７にはオイル含有冷媒を導入し、オイル戻りの悪いサブの第２蒸発器８にはオイル除去冷媒を導入するようにしたので、オイル戻りの悪い第２蒸発器８におけるオイルの滞留を少なくすることができる。これによれば、サイクル内における冷媒とオイルの循環不良が解消されるので、サイクル内のオイルチャージ量を減らすことができる。また、冷媒と蒸発器内面の熱伝達が良好となるため、サブとなる第２蒸発器８での熱交換性能を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施例ではオイルセパレータ４の構造を簡易なものとすることができ、且つオイルセパレータ４を冷媒の分岐点となるリキッドタンク３の下流側に設置するだけで済むため、既存の冷凍サイクルに容易に適用することができる。
【実施例２】
【００３４】
図３は、実施例２に係わる冷凍サイクルの回路図である。ここでは、実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。
【００３５】
本実施例に係わる冷凍サイクル２０では、実施例１に示したオイルセパレータ４を省略するとともに、そのオイルセパレータ４の機能をリキッドタンク９に持たせた点が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００３６】
ここで、本実施例におけるリキッドタンク９の構造について説明する。図４は、実施例２に係わるリキッドタンク９の構造を示す概略断面図である。本実施例に係わるリキッドタンク９は、放熱器２からの冷媒を導入する冷媒入口配管９２と、オイル含有冷媒を排出する第１冷媒出口配管９３と、オイル除去冷媒を排出する第２冷媒出口配管９４とを備え、これらの配管がタンク本体９１の上部にそれぞれ取り付けられている。
【００３７】
冷媒入口配管９２は、冷媒吐出側となる端部がタンク本体９１の上部空間に突出するように取り付けられ、その端部には冷媒に含まれるオイル分を大まかに除去するためのメッシュ層９５が設けられている。
【００３８】
第１冷媒出口配管９３は、冷媒の吸い込み口９３ａがオイルの溜まりやすいタンク本体９１の底部付近に位置するように取り付けられている。この第１冷媒出口配管９３から排出されたオイル含有冷媒は、第１蒸発器７の上流に配置された第１膨張弁５に導入される。
【００３９】
第２冷媒出口配管９４は、冷媒の吸い込み口９４ａがオイルの溜まりやすいタンク本体９１の底部より離れた界面付近に位置するように取り付けられている。また、冷媒吸入側の端部には冷媒に含まれるオイルを除去するためのメッシュ層９６が設けられている。この第２冷媒出口配管９４から排出されたオイル除去冷媒は、第２蒸発器８の上流に配置された第２膨張弁６に導入される。
【００４０】
図４において、放熱器２から冷媒入口配管９２を通じてリキッドタンク９に導入された液冷媒は、冷媒入口配管９２の端部に設けられたメッシュ層９５により余分なオイルが大まかに除去されてタンク本体９１内に貯留される。このタンク本体９１内に冷媒とともに貯留されたオイルは冷媒よりも比重が重いためにタンク本体９１の底部に溜まり、液冷媒の界面付近ではオイルの量は少なくなる。このため、リキッドタンク９の底部からはオイル含有冷媒が第１冷媒出口配管９３から排出されることになり、このオイル含有冷媒は第１蒸発器７の上流に配置された第１膨張弁５に導かれる。また、液冷媒の界面付近の液冷媒は第２冷媒出口配管９４の端部に設けられたメッシュ層９６から吸い込まれ、このとき液冷媒に含まれるオイル分がほぼ除去される。そして、メッシュ層９６でオイルが除去されたオイル除去冷媒は第２冷媒出口配管９４から排出されて、第２蒸発器８の上流に配置された第２膨張弁６に導かれる。
【００４１】
上記のように構成された冷凍サイクル２０において、圧縮機１で昇圧昇温された冷媒は放熱器２で液化した後、リキッドタンク９に導入される。このリキッドタンク９では、液冷媒がオイル含有冷媒とオイル除去冷媒とに分離され、このうちオイル含有冷媒は第１蒸発器７の上流に配置された第１膨張弁５に導入され、オイル除去冷媒は第２蒸発器８の上流に配置された第２膨張弁６に導入される。第１膨張弁５に導入されたオイル含有冷媒は断熱膨張により低圧の液冷媒とガス冷媒となり、第１蒸発器７に導入される。同様に、第２膨張弁６に導入されたオイル除去冷媒は断熱膨張により低圧の液冷媒とガス冷媒となり、第２蒸発器８に導入される。そして、各蒸発器に導入された液／ガス冷媒は、空調風から吸熱して蒸発し、ガス冷媒となって圧縮機１へ吸入される。
【００４２】
本実施例の冷凍サイクル２０においても、オイル戻りの良好なメインの第１蒸発器７にはオイル含有冷媒を導入し、オイル戻りの悪いサブの第２蒸発器８にはオイル除去冷媒を導入するようにしたので、オイル戻りの悪い第２蒸発器８におけるオイルの滞留を少なくすることができる。これによれば、サイクル内における冷媒の循環不良が解消されるので、オイルチャージ量を減らすことができる。また、冷媒と蒸発器内面の熱伝達が良好となるため、サブとなる第２蒸発器８での熱交換性能を向上させることができる。
【００４３】
とくに、本実施例の構成では、オイルの溜まりやすい底部に第１冷媒出口配管９３の吸い込み口９３ａを配置し、オイルの溜まりにくい液冷媒の界面付近にはメッシュ層９６を設けた第２冷媒出口配管９４の吸い込み口９４ａを配置するようにしているため、オイル戻りの良好なメインの第１蒸発器７に供給する冷媒には、十分にオイル含有させることができ、またオイル戻りの悪いサブの第２蒸発器８には、オイル分が極めて少ないオイル除去冷媒を導入することができる。
【００４４】
また、本実施例の構成によれば、リキッドタンク９にオイルセパレータの機能を持たせたことにより、部品数を減らして安価なシステムを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１に係わる冷凍サイクルの回路図である。
【図２】実施例１に係わるオイルセパレータの構造を示す概略断面図である。
【図３】実施例２に係わる冷凍サイクルの回路図である。
【図４】実施例２に係わるリキッドタンクの構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…圧縮機
２…放熱器
３、９…リキッドタンク
４…オイルセパレータ
５…第１膨張弁（第１減圧手段）
６…第２膨張弁（第２減圧手段）
７…第１蒸発器
８…第２蒸発器
１０、２０…冷凍サイクル
４１…セパレータ本体
４２、９２…冷媒入口配管
４３、９３…第１冷媒出口配管
４５、４６、９５、９６…メッシュ層
４４、９４…第２冷媒出口配管
９１…タンク本体
９３ａ、９４ａ…吸い込み口
【図１】
2007107840.tif 000003
【図２】
2007107840.tif 000004
【図３】
2007107840.tif 000005
【図４】
2007107840.tif 000006