(57)【要約】      （修正有）【課題】冷媒として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において、圧縮機吸入側の冷媒過熱度を低減させ、冷凍サイクルの成績係数を向上させる。【解決手段】超臨界で作動可能な蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、圧縮機で圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、冷却した冷媒を第１減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m)を冷媒分岐手段にて分岐し、分岐した一方の冷媒(m1)を第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m1') と第１減圧手段から第３減圧手段までの間の冷媒とを熱交換する冷却器を備え、冷媒分岐手段にて分岐した他方の冷媒(m2)を第３減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m2') を蒸発器にて蒸発させ、該蒸発した冷媒(m2'')と冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を圧縮機に導くことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。【選択図】図１
2007155229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮され高温高圧となった冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器で冷却した冷媒を減圧する第１減圧手段と、第１減圧手段で減圧した冷媒(m)を分岐する冷媒分岐手段と、冷媒分岐手段で分岐された一方の冷媒(m1)を減圧する第２減圧手段と、冷媒分岐手段で分岐された他方の冷媒(m2)を減圧する第３減圧手段とを備えた超臨界で作動可能な蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、圧縮機で圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、その冷却した冷媒を前記第１減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m)を前記冷媒分岐手段にて分岐し、分岐した一方の冷媒(m1)を前記第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m1') と前記第１減圧手段から前記第３減圧手段までの間の冷媒とを熱交換する冷却器を備え、前記冷媒分岐手段にて分岐した他方の冷媒(m2)を前記第３減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m2') を蒸発器にて蒸発させ、該蒸発した冷媒(m2'')と前記冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を前記圧縮機に導くことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項２】
圧縮機により圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、その冷却した冷媒を前記第１減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m)を前記冷媒分岐手段にて分岐し、分岐された一方の冷媒(m1)を前記第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m1') と、前記第１減圧手段にて減圧され、前記冷媒分岐手段にて分岐される前の冷媒(m)とを熱交換して、前記第１減圧手段にて減圧された冷媒(m)を冷却する冷却器を備え、前記冷媒分岐手段にて分岐された他方の冷媒(m2)を前記第３減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m2') を前記蒸発器にて蒸発し、該蒸発した冷媒(m2'')と、前記冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を前記圧縮機に導くことを特徴とする、請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項３】
圧縮機により圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、その冷却した冷媒を前記第１減圧手段において減圧し、該第１減圧手段にて減圧した冷媒(m)を分岐し、分岐した一方の冷媒(m1)を前記第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m1') と、前記冷媒分岐手段にて分岐した他方の冷媒(m2)とを熱交換して該冷媒(m2)を冷却する冷却器を備え、該冷却器により冷却された冷媒(m2)を前記第３減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m2') を前記蒸発器にて蒸発し、該蒸発した冷媒(m2'')と、前記冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を前記圧縮機に導くことを特徴とする、請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項４】
冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮され高温高圧となった冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器で冷却した冷媒を減圧する第１減圧手段と、第１減圧手段で減圧した冷媒(m)をさらに減圧する第２減圧手段と、該減圧した冷媒を分岐する冷媒分岐手段とを備えた超臨界で作動可能な蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、圧縮機で圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、その冷却した冷媒を前記第１減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m)をさらに第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m')を前記冷媒分岐手段にて分岐し、分岐した一方の冷媒(m1)と、前記第１減圧手段にて減圧した冷媒(m)とを熱交換して該減圧した冷媒(m)を冷却する冷却器を備え、前記冷媒分岐手段にて分岐した他方の冷媒(m2)を蒸発器にて蒸発させ、該蒸発した冷媒(m2') と、前記冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を前記圧縮機に導くことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項５】
前記第２減圧手段と、前記第３減圧手段と、前記冷媒分岐手段は一体に組みつけられていることを特徴とする、請求項２に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項６】
前記第１減圧手段と、前記第２減圧手段と、前記冷媒分岐手段は一体に組みつけられていることを特徴とする、請求項３に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項７】
前記第２減圧手段は、減圧度を調節可能なものであり、該第２減圧手段の流入冷媒の圧力または／及び温度により減圧度が変化することを特徴とする、請求項５または６に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項８】
前記第３減圧手段は、減圧度を調節可能なものであり、該第３減圧手段の流入冷媒の圧力または／及び温度により減圧度が変化することを特徴とする、請求項７に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項９】
前記第２減圧手段と、前記第３減圧手段は、それぞれの減圧度が同じ割合にて変化することを特徴とする、請求項８に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１０】
外気温度に相関のある物理量を検知する外気温度検出手段を有し、外気温度検出手段により検出された外気温度に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記第２減圧手段は閉じた状態となることを特徴とする、請求項９に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１１】
外気温度に相関のある物理量を検知する外気温度検出手段を有し、外気温度検出手段により検出された外気温度に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記冷媒分岐手段は前記冷却器への冷媒流入を停止することを特徴とする、請求項９に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１２】
圧縮機から第１減圧手段までの高圧側の冷媒圧力に相関のある物理量を検知する高圧圧力検出手段を有し、高圧圧力検出手段により検出された冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記第２減圧手段は閉じた状態となることを特徴とする、請求項９に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１３】
圧縮機から第１減圧手段までの高圧側の冷媒圧力に相関のある物理量を検知する高圧圧力検出手段を有し、高圧圧力検出手段により検出された冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記冷媒分岐手段は前記冷却器への冷媒流入を停止することを特徴とする、請求項９に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１４】
前記第２減圧手段と、前記冷媒分岐手段は一体に組みつけられていることを特徴とする、請求項４に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１５】
前記第１減圧手段は、減圧度を調節可能なものであり、該第１減圧手段の流入冷媒の圧力または／及び温度により減圧度が変化することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１６】
外気温度に相関のある物理量を検知する外気温度検出手段を有し、外気温度検出手段により検出された外気温度に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記冷媒分岐手段は前記冷却器への冷媒流入を停止することを特徴とする、請求項１４に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１７】
圧縮機から第１減圧手段までの高圧側の冷媒圧力に相関のある物理量を検知する高圧圧力検出手段を有し、高圧圧力検出手段により検出された冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記冷媒分岐手段は前記冷却器への冷媒流入を停止することを特徴とする、請求項１４に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１８】
蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
【請求項１９】
車両用空調装置の冷凍サイクルとして用いられることを特徴とする、請求項１〜１８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、車両用空調装置等に用いて好適な蒸気圧縮式冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
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る場合においては、冷凍サイクル効率向上のために、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、特許文献１に開示されている。これらの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ものである。
【０００３】
また、その他の冷凍サイクル効率向上方法として、放熱器出口側の冷媒と、圧縮機吸入側の冷媒とを熱交換する内部熱交換器というものを具備するものがあり、特許文献２等に開示されている。この内部熱交換器を具備した冷凍サイクルは、放熱器出口冷媒の比エンタルピを低減することで、内部熱交換器なしの冷凍サイクルに比べ、高圧側圧力の上昇を抑えることが可能となり、冷凍サイクルの成績係数の向上が可能となるものである。
【特許文献１】特開平７−２９４０３３号公報
【特許文献２】特開平１１−１９３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように内部熱交換器を具備した冷凍サイクルにおいては、放熱器出口側の冷媒と、圧縮機吸入側の冷媒とを熱交換するものである。また、二酸化炭素を冷媒とする場合においては、圧縮機から吐出された冷媒が放熱器により冷却されるが、放熱器内の冷媒と熱交換する外部の流体（たとえば空気）の温度が、ある温度以上（たとえば二酸化炭素の臨界温度）となると、放熱器出口の冷媒が凝縮することなく超臨界状態である場合があるため、その冷媒をそのまま減圧し、蒸発器にて蒸発させると、冷凍能力が著しく低下する恐れがある。そのため、内部熱交換器により、放熱器出口冷媒を圧縮機吸入側冷媒と熱交換することで、冷凍能力を増大または維持することが可能となり、ひいては内部熱交換器なしの冷凍サイクルと比べ高圧圧力が低減でき、冷凍サイクルの成績係数の向上ができるようになる。
【０００５】
しかしながら、前述の内部熱交換器を含む冷凍サイクルでは、内部熱交換器にて放熱器出口側冷媒と圧縮機吸入側の冷媒とを熱交換するため、冷凍サイクルの負荷が高い場合には、圧縮機吸入側の冷媒の過熱度が上昇してしまい、その結果、圧縮機の吐出温度も望ましくない範囲まで上昇してしまうことがある。そのため、圧縮機保護のために圧縮機自体の耐熱性を向上させることが必要になる。また、圧縮機の吸入冷媒の過熱度が上昇すると、圧縮機の圧縮に必要な動力も増大してしまうことも考えられる。このことから、前述の冷凍サイクルでは、圧縮機の耐熱性向上と、圧縮機動力の増大が懸念される。
【０００６】
そこで本発明の課題は、とくに冷媒として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において、圧縮機吸入側の冷媒過熱度を低減させ、冷凍サイクルの成績係数を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮され高温高圧となった冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器で冷却した冷媒を減圧する第１減圧手段と、第１減圧手段で減圧した冷媒(m)を分岐する冷媒分岐手段と、冷媒分岐手段で分岐された一方の冷媒(m1)を減圧する第２減圧手段と、冷媒分岐手段で分岐された他方の冷媒(m2)を減圧する第３減圧手段とを備えた超臨界で作動可能な蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、圧縮機で圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、その冷却した冷媒を前記第１減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m)を前記冷媒分岐手段にて分岐し、分岐した一方の冷媒(m1)を前記第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m1') と前記第１減圧手段から前記第３減圧手段までの間の冷媒とを熱交換する冷却器を備え、前記冷媒分岐手段にて分岐した他方の冷媒(m2)を前記第３減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m2') を蒸発器にて蒸発させ、該蒸発した冷媒(m2'')と前記冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を前記圧縮機に導くことを特徴とするものからなる（第１の蒸気圧縮式冷凍サイクル）。
【０００８】
この蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、圧縮機により圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、その冷却した冷媒を前記第１減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m)を前記冷媒分岐手段にて分岐し、分岐された一方の冷媒(m1)を前記第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m1') と、前記第１減圧手段にて減圧され、前記冷媒分岐手段にて分岐される前の冷媒(m)とを熱交換して、前記第１減圧手段にて減圧された冷媒(m)を冷却する冷却器を備え、前記冷媒分岐手段にて分岐された他方の冷媒(m2)を前記第３減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m2') を前記蒸発器にて蒸発し、該蒸発した冷媒(m2'')と、前記冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を前記圧縮機に導くようにすることができる。
【０００９】
また、上記蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、圧縮機により圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、その冷却した冷媒を前記第１減圧手段において減圧し、該第１減圧手段にて減圧した冷媒(m)を分岐し、分岐した一方の冷媒(m1)を前記第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m1') と、前記冷媒分岐手段にて分岐した他方の冷媒(m2)とを熱交換して該冷媒(m2)を冷却する冷却器を備え、該冷却器により冷却された冷媒(m2)を前記第３減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m2') を前記蒸発器にて蒸発し、該蒸発した冷媒(m2'')と、前記冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を前記圧縮機に導くようにすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮され高温高圧となった冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器で冷却した冷媒を減圧する第１減圧手段と、第１減圧手段で減圧した冷媒(m)をさらに減圧する第２減圧手段と、該減圧した冷媒を分岐する冷媒分岐手段とを備えた超臨界で作動可能な蒸気圧縮式の冷凍サイクルであって、圧縮機で圧縮された冷媒を放熱器により冷却し、その冷却した冷媒を前記第１減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m)をさらに第２減圧手段にて減圧し、該減圧した冷媒(m')を前記冷媒分岐手段にて分岐し、分岐した一方の冷媒(m1)と、前記第１減圧手段にて減圧した冷媒(m)とを熱交換して該減圧した冷媒(m)を冷却する冷却器を備え、前記冷媒分岐手段にて分岐した他方の冷媒(m2)を蒸発器にて蒸発させ、該蒸発した冷媒(m2') と、前記冷却器を通過した冷媒(m1') とを冷媒の気液を分離する気液分離器にて混合し、混合した冷媒を前記圧縮機に導くことを特徴とするものからなる（第２の蒸気圧縮式冷凍サイクル）。
【００１１】
上記第１の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、前記第２減圧手段と、前記第３減圧手段と、前記冷媒分岐手段は一体に組みつけられている構成とすることができる。
【００１２】
また、上記第１の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、前記第１減圧手段と、前記第２減圧手段と、前記冷媒分岐手段は一体に組みつけられている構成とすることができる。
【００１３】
このような蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、第２減圧手段は、減圧度を調節可能なものであり、該第２減圧手段の流入冷媒の圧力または／及び温度により減圧度が変化する構成とすることができる。
【００１４】
さらに、第３減圧手段は、減圧度を調節可能なものであり、該第３減圧手段の流入冷媒の圧力または／及び温度により減圧度が変化する構成とすることができる。
【００１５】
さらに、第２減圧手段と、第３減圧手段は、それぞれの減圧度が同じ割合にて変化する構成とすることができる。
【００１６】
さらに、外気温度に相関のある物理量を検知する外気温度検出手段を有し、外気温度検出手段により検出された外気温度に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記第２減圧手段は閉じた状態となる構成とすることができる。
【００１７】
さらに、外気温度に相関のある物理量を検知する外気温度検出手段を有し、外気温度検出手段により検出された外気温度に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記冷媒分岐手段は前記冷却器への冷媒流入を停止する構成とすることができる。
【００１８】
また、圧縮機から第１減圧手段までの高圧側の冷媒圧力に相関のある物理量を検知する高圧圧力検出手段を有し、高圧圧力検出手段により検出された冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記第２減圧手段は閉じた状態となる構成とすることができる。
【００１９】
また、圧縮機から第１減圧手段までの高圧側の冷媒圧力に相関のある物理量を検知する高圧圧力検出手段を有し、高圧圧力検出手段により検出された冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記冷媒分岐手段は前記冷却器への冷媒流入を停止する構成とすることができる。
【００２０】
前記第２の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、前記第２減圧手段と、前記冷媒分岐手段は一体に組みつけられている構成とすることができる。
【００２１】
本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、前記第１減圧手段は、減圧度を調節可能なものであり、該第１減圧手段の流入冷媒の圧力または／及び温度により減圧度が変化する構成とすることができる。
【００２２】
この蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、外気温度に相関のある物理量を検知する外気温度検出手段を有し、外気温度検出手段により検出された外気温度に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記冷媒分岐手段は前記冷却器への冷媒流入を停止する構成とすることができる。
【００２３】
また、圧縮機から第１減圧手段までの高圧側の冷媒圧力に相関のある物理量を検知する高圧圧力検出手段を有し、高圧圧力検出手段により検出された冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量があらかじめ定めた所定値以下においては、前記冷媒分岐手段は前記冷却器への冷媒流入を停止する構成とすることができる。
【００２４】
本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、とくに、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒として二酸化炭素が用いられている場合に好適なものである。
【００２５】
また、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られる場合に好適なものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルによれば、とくに冷媒として自然系冷媒である炭酸ガスを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、冷凍サイクルの蒸発器入口冷媒の乾き度を下げることができ、蒸発器の冷凍能力を向上することができる。また、従来の圧縮機吸入側と放熱器出口側を熱交換する内部熱交換器を用いた冷凍サイクルよりも圧縮機の吸入過熱度を下げることができ、圧縮機の効率向上、吐出温度低減することができるため、蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を高くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施例１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の主要構成部分を示している。この冷凍サイクルでは、圧縮機１により圧縮された冷媒は、放熱器２へと導かれ、外部の流体と熱交換し、放熱器出口側に設けられている第１減圧手段としての第１減圧機構３により減圧され、減圧された冷媒(m)が冷媒分岐手段としての冷媒分岐機構５により分岐され、一方の分岐した冷媒(m1)が第２減圧手段としての第２減圧機構６により減圧され、減圧した冷媒(m1') と、分岐する前の冷媒(m)と熱交換する冷却器４が備えられており、分岐する前の冷媒(m)が冷却される。また、冷媒分岐機構５により分岐された他方の冷媒(m2)は第３減圧手段としての第３減圧機構７により減圧され、減圧された冷媒(m2') は蒸発器８へと導かれる。蒸発器８から流出した冷媒(m2'')と、冷却器４を通過した冷媒(m1') とが気液分離器としてのアキュームレータ９へと流入されて混合される。この気液分離器９は、液冷媒を貯蔵する機能があり、流入した冷媒のうち気冷媒を流出させ、圧縮機１へと続く冷凍サイクル回路中に気冷媒を供給するものである。
【００２８】
冷媒分岐機構５により分岐されて、第２減圧機構６側へ流れる冷媒(m1)は、第３減圧機構７側へ流れる冷媒(m2)よりも少なくなるようにすることが望ましい。たとえば、第２減圧機構６側への配管径を第３減圧機構７側への配管径より細くすることが考えられる。
【００２９】
また、第２、第３減圧機構６、７、冷媒分岐機構５は、一体に組みつけられていてもよい。また、冷媒分岐機構５は、その機能を第２減圧機構にて冷媒の流量を変えることにより実現してもよい。さらに、第２減圧機構６または第３減圧機構７は、流入する冷媒の圧力、温度によって減圧度を変えるものでもよい。より具体的には、図９、図１０に示す（後述する）。さらに、第２、第３減圧機構６、７における減圧度が等しくなるように調節されることが望ましい。
【００３０】
また、外気温度に相関のある物理量を検出した場合、その検出量が予め定めた所定値以下である場合、減圧度を調節することのできる第２減圧機構６で冷媒流路を全閉するか、あるいは、冷媒分岐機構５により冷却器４への冷媒分岐を停止させるようにしてもよい。また、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量を検出した場合、その検出量が予め定めた所定値以下である場合、減圧度を調節することのできる第２減圧機構６で冷媒流路を全閉するか、あるいは、冷媒分岐機構５により冷却器４への冷媒分岐を停止させるようにしてもよい。
【００３１】
図２は、上記のような実施例１に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルのモリエル線図を示したものである。モリエル線図に示すように、冷媒は超臨界域で作動することができる。なお、図２に示したモリエル線図において、二重線となっている部分は、分岐された冷媒の作動を示している（以下のモリエル線図においても同じである）。
【００３２】
図３は、本発明の実施例２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の主要構成部分を示している。この冷凍サイクルでは、圧縮機１により圧縮された冷媒は、放熱器２へと導かれ、外部の流体と熱交換し、放熱器２出口側に設けられている第１減圧機構３により減圧され、減圧された冷媒(m)が冷媒分岐機構５により分岐され、一方の分岐した冷媒(m1)が第２減圧機構６により減圧され、減圧した冷媒(m1')と、分岐した他方の冷媒(m2)と熱交換する冷却器４が備えられており、分岐した冷媒(m2)を冷却する。冷却された冷媒(m2)は第３減圧機構７により減圧され、減圧された冷媒(m2')は蒸発器８へと導かれる。蒸発器８から流出した冷媒(m2'')と、冷却器４を通過した冷媒(m1')とが気液分離器としてのアキュームレータ９に流入、混合される。この気液分離器９は、実施例１同様、液冷媒を貯蔵する機能があり、流入した冷媒のうち気冷媒を流出させ、圧縮機１へと続く冷凍サイクル回路中に気冷媒を供給するものである。
【００３３】
冷媒分岐機構５により分岐されて、第２減圧機構６側へ流れる冷媒(m1)は、冷却器４側へ流れる冷媒(m2)よりも少なくなるようにすることが望ましい。たとえば、第２減圧機構６側への配管径を冷却器４側への配管径より細くすることが考えられる。また、第１、第２減圧機構６、７、冷媒分岐機構５は、一体に組みつけられていてもよい。また、冷媒分岐機構５はその機能を第２減圧機構６にて冷媒の流量を変えることにより実現してもよい。さらに、第２減圧機構６または第３減圧機構７は、流入する冷媒の圧力、温度によって減圧度を変えるものでもよい。より具体的には、図９、図１０に示す（後述する）。さらに、第２、第３減圧機構６、７における減圧度が等しくなるように調節されることが望ましい。
【００３４】
また、外気温度に相関のある物理量を検出した場合、その検出量が予め定めた所定値以下である場合、減圧度が調節することのできる第2減圧機構で冷媒流路を全閉するか、あるいは、冷媒分岐機構により冷却器への冷媒分岐を停止させるようにしてもよい。また、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量を検出した場合、その検出量が予め定めた所定値以下である場合、減圧度が調節することのできる第２減圧機構６で冷媒流路を全閉するか、あるいは、冷媒分岐機構により冷却器への冷媒分岐を停止させるようにしてもよい。
【００３５】
図４は、上記のような実施例２に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルのモリエル線図を示したものである。モリエル線図に示すように、冷媒は超臨界域で作動することができる。
【００３６】
図５は、本発明の実施例３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の主要構成部分を示している。この冷凍サイクルでは、圧縮機１により圧縮された冷媒は、放熱器２へと導かれ、外部の流体と熱交換し、放熱器２出口側に設けられている第１減圧機構３により減圧され、減圧された冷媒(m)は、冷却器４を通過し、さらに第２減圧機構６により減圧され、減圧された冷媒(m')が冷媒分岐機構５により分岐され、一方の分岐した冷媒(m1)と、第１減圧機構３にて減圧された冷媒(m)と熱交換する冷却器４が備えられており、第１減圧機構３にて減圧された冷媒(m)が冷却され、他方の分岐した冷媒(m2)は蒸発器８へと導かれる。蒸発器８から流出した冷媒(m2')と、冷却器４を通過した冷媒(m1') とが気液分離器としてのアキュームレータ９に流入、混合される。この気液分離器９は、実施例１同様、液冷媒を貯蔵する機能があり、流入した冷媒のうち気冷媒を流出させ、圧縮機１へと続く冷凍サイクル回路中に気冷媒を供給するものである。
【００３７】
冷媒分岐機構５により分岐されて、冷却器４側へ流れる冷媒(m1)は、蒸発器８側へ流れる冷媒(m2)よりも少なくなるようにすることが望ましい。たとえば、冷却器４側への配管径を蒸発器８への配管径より細くすることが考えられる。第２減圧機構６、冷媒分岐機構５は、一体に組みつけられていてもよい。さらに、第１減圧機構３または第２減圧機構６は、流入する冷媒の圧力、温度によって減圧度を変えるものでもよい。より具体的には、図９、図１０に示す（後述する）。また、外気温度に相関のある物理量を検出した場合、その検出量が予め定めた所定値以下である場合、冷媒分岐機構５により冷却器４への冷媒分岐を停止させるようにしてもよい。さらに、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力に相関のある物理量を検出した場合、その検出量が予め定めた所定値以下である場合、冷媒分岐機構５により冷却器４への冷媒分岐を停止させるようにしてもよい。
【００３８】
図６は、上記のような実施例３に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルのモリエル線図を示したものである。モリエル線図に示すように、冷媒は超臨界域で作動することができる。
【００３９】
図７は、比較のための、従来から提案されてい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の機械的な構成部分を示している。この冷凍サイクルでは、圧縮機１により圧縮された冷媒は、放熱器２へと導かれ、外部の流体と熱交換し、放熱器２から流出した冷媒は、内部熱交換器４へと導かれる。内部熱交換器４から流出した冷媒は、第１減圧機構３により減圧され、減圧された冷媒は蒸発器８へと導かれる。蒸発器８から流出した冷媒は気液分離器としてのアキュームレータ９へと流入する。アキュームレータ９から流出した冷媒は内部熱交換器４に導かれ、内部熱交換器４から流出した冷媒は圧縮機１へと導かれる。この気液分離器９は、液冷媒を貯蔵する機能があり、流入した冷媒のうち気冷媒を流出させ、圧縮機１へと続く冷凍サイクル回路中に気冷媒を供給するものである。また、内部熱交換器４により放熱器２から流出した冷媒とアキュームレータ９から流出した冷媒とが熱交換される。
【００４０】
図８は上記従来例におけるモリエル線図（破線表示）と実施例１のモリエル線図（実線表示）とを併せて示したものである。
【００４１】
図９は、各実施例における冷媒の減圧機構の一例を示しており、温度式減圧装置１６を示している。冷媒流入口１５から減圧機構へ流入する冷媒の温度を、冷媒１１（ＣＯ2 等）が充填されたダイアフラム１０を備えた感温部１２等にて検知し、その感温部１２内に充填されている上記冷媒の圧力が変化することにより、バネ１４等との力の釣合い状態からニードル弁等の弁体１３が稼動することによりバルブ開度が変化することで減圧度を調節するようにした温度式減圧装置１６を示したものである。減圧された冷媒は、冷媒流出口１７から流出される。
【００４２】
図１０は、各実施例における冷媒の減圧機構の別の例を示しており、圧力式減圧装置１８を示している。冷媒流入口２１から減圧機構へ流入する冷媒の圧力により、ニードル弁等の弁体１９がバネ２０等との力に抗して稼動することによりバルブ開度が変化することで減圧度を調節するようにした圧力式減圧装置１８を示したものである。減圧された冷媒は、冷媒流出口２２から流出される。
【００４３】
上記実施例１〜３の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいては、冷媒として自然系冷媒である炭酸ガスを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、とくに図８に実施例１と従来例との比較を示したように、冷凍サイクルの蒸発器入口冷媒の乾き度を下げることができ、蒸発器の冷凍能力を向上することができる。また、従来の圧縮機吸入側と放熱器出口側を熱交換する内部熱交換器を用いたサイクルよりも圧縮機の吸入側の過熱度を下げることができ（モリエル線図における右端側の実線と破線との差）、圧縮機の効率向上、吐出温度低減することができるため、蒸気圧縮式冷凍サイクルの効率を高くすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、とくに自然系冷媒である炭酸ガスを用いた冷凍サイクルに好適なものであり、中でも、車両用空調装置に使用される冷凍サイクルとして好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成図である。
【図２】実施例１の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるモリエル線図である。
【図３】本発明の実施例２に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成図である。
【図４】実施例２の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるモリエル線図である。
【図５】本発明の実施例３に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成図である。
【図６】実施例３の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるモリエル線図である。
【図７】従来例に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成図である。
【図８】従来例の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおけるモリエル線図である。
【図９】冷媒減圧機構の一例を示す温度式減圧装置の概略断面図である。
【図１０】冷媒減圧機構の別の例を示す圧力式減圧装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  圧縮機
２  放熱器
３  第１減圧手段としての第１減圧機構
４  冷却器
５  冷媒分岐手段としての冷媒分岐機構
６  第２減圧手段としての第２減圧機構
７  第３減圧手段としての第３減圧機構
８  蒸発器
９  気液分離器としてのアキュームレータ
１０  ダイアフラム
１１  充填冷媒
１２  感温部
１３  弁体
１４  バネ
１５  冷媒流入口
１６  温度式減圧装置
１７  冷媒流出口
１８  圧力式減圧装置
１９  弁体
２０  バネ
２１  冷媒流入口
２２  冷媒流出口
【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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【図１０】
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