(57)【要約】【課題】複数の蒸発器において異なる温度帯で冷媒を蒸発させる冷凍サイクル装置において、簡素なサイクル構成でそれぞれの蒸発器において適切に冷凍能力を発揮させる。【解決手段】圧力制御弁１４にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる上流側蒸発器１５と、上流側蒸発器１５から流出した冷媒をさらに減圧膨張させる定圧弁１６と、定圧弁１６にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる下流側蒸発器１７を直列に接続し、さらに、上流側蒸発器１５流出冷媒を、下流側蒸発器１７を迂回させて流すバイパス通路２０を設け、このバイパス通路２０を開閉する開閉弁２１を間欠的に開閉する。これにより、上流側蒸発器１５と下流側蒸発器１７を直列的に接続して、サイクル構成を簡素にすることができるとともに、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７に適切に冷媒を供給して、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７にて適切に冷凍能力を発揮させることができる。【選択図】図１
2009052804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
前記放熱器（１２）にて放熱した冷媒を減圧膨張させる第１減圧手段（１４）と、
前記第１減圧手段（１４）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる上流側蒸発器（１５）と、
前記上流側蒸発器（１５）から流出した冷媒をさらに減圧膨張させる第２減圧手段（１６）と、
前記第２減圧手段（１６）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて、前記圧縮機（１１）吸入側へ流出させる下流側蒸発器（１７）と、
前記下流側蒸発器（１７）を迂回させて、前記上流側蒸発器（１５）出口側から前記圧縮機（１１）吸入側へ冷媒を導くバイパス通路（２０）と、
前記バイパス通路（２０）を開閉する開閉弁（２１）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記下流側蒸発器（１７）にて冷凍能力を発揮させる際には、前記開閉弁（２１）を間欠的に開閉させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記下流側蒸発器（１７）にて冷凍能力を発揮させる際には、前記開閉弁（２１）を予め定めた第１時間（Ｔ１）だけ閉じ、その後、予め定めた第２時間（Ｔ２）だけ開くことを繰り返すことによって、間欠的に開閉させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
さらに、前記下流側蒸発器（１７）における冷媒蒸発温度（Ｔｅ２）を検出する下流側蒸発温度検出手段（３２）を備え、
前記下流側蒸発器（１７）にて冷凍能力を発揮させる際には、前記冷媒蒸発温度（Ｔｅ２）が予め定めた第１温度（Ｔｋ１）以下となるまで開閉弁（２１）を閉じ、その後、前記冷媒蒸発温度（Ｔｅ２）が予め定めた第２温度（Ｔｋ２）以上となるまで開閉弁（２１）を開くことを繰り返すことによって、間欠的に開閉させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第２減圧手段は、その下流側の冷媒圧力が予め定めた圧力（Ｐｓ２）に近づくように絞り開度を変化させる定圧弁（１６）で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
さらに、前記下流側蒸発器（１７）の冷媒出口側と前記バイパス通路（２０）の冷媒出口側との間に配置されて、前記下流側蒸発器（１７）の冷媒出口側から前記バイパス通路（２０）の冷媒出口側へ向かって冷媒が流れることのみを許容する逆止弁（１８）を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記上流側蒸発器（１５）は、第１上流側蒸発部（１５ａ）および第２上流側蒸発部（１５ｂ）を有して構成され、
前記第１上流側蒸発部（１５ａ）および前記第２上流側蒸発部（１５ｂ）は、直列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記上流側蒸発器（１５）は、第１上流側蒸発部（１５ａ）および第２上流側蒸発部（１５ｂ）を有して構成され、
前記第１上流側蒸発部（１５ａ）および前記第２上流側蒸発部（１５ｂ）は、並列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記冷媒として二酸化炭素が採用されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蒸発器を備え、それぞれの蒸発器において異なる温度帯で冷媒を蒸発させる冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の蒸発器を備える冷凍サイクル装置が知られている。例えば、特許文献１には、第１〜第３の３つの蒸発器を並列的に接続して、第１、２蒸発器を車室内空調に用い、第３蒸発器を車両用冷蔵庫の庫内冷却に用いる車両用冷凍サイクル装置が開示されている。
【０００３】
この特許文献１の車両用冷凍サイクル装置では、第１〜３蒸発器に流入する冷媒を減圧膨張させる減圧手段が、それぞれの蒸発器の上流側に独立して設けられており、これらの減圧手段の絞り開度を変化させることによって、それぞれの蒸発器において異なる温度帯で冷媒を蒸発させている。
【特許文献１】特開２００７−１６３０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１の車両用冷凍サイクル装置では、第１〜３蒸発器を並列的に接続し、さらに、第１〜３蒸発器に対して独立した減圧手段を設けているので、冷凍サイクル装置の回路構成が複雑になりやすい。
【０００５】
さらに、冷媒蒸発温度が第１、２蒸発器よりも低くなる第３蒸発器においては、その上流側に配置された減圧手段の絞り開度が、他の蒸発器の上流側に配置された蒸発器よりも小さくなるので、冷媒流量が少なくなり充分な冷凍能力を発揮できなくなるという問題も生じる。
【０００６】
上記点に鑑み、本発明は、複数の蒸発器において異なる温度帯で冷媒を蒸発させる冷凍サイクル装置において、簡素なサイクル構成で、それぞれの蒸発器において適切に冷凍能力を発揮させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、放熱器（１２）にて放熱した冷媒を減圧膨張させる第１減圧手段（１４）と、第１減圧手段（１４）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる上流側蒸発器（１５）と、上流側蒸発器（１５）から流出した冷媒をさらに減圧膨張させる第２減圧手段（１６）と、第２減圧手段（１６）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて、圧縮機（１１）吸入側へ流出させる下流側蒸発器（１７）と、下流側蒸発器（１７）を迂回させて、上流側蒸発器（１５）出口側から圧縮機（１１）吸入側へ冷媒を導くバイパス通路（２０）と、バイパス通路（２０）を開閉する開閉弁（２１）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【０００８】
これによれば、開閉弁（２１）を閉じることによって、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）を直列に接続する回路構成とすることができる。この際、上流側蒸発器（１５）では、第１減圧手段（１４）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させ、下流側蒸発器（１７）では、さらに第２減圧手段（１６）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させることができる。
【０００９】
従って、上流側蒸発器（１５）における冷媒蒸発圧力に対して、下流側蒸発器（１７）における冷媒蒸発圧力を低くすることができ、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）において異なる温度帯で冷媒を蒸発させることができる。
【００１０】
さらに、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）が直列に接続されるので、複数の蒸発器を並列に接続する場合に対して、冷凍サイクルのサイクル構成を簡素な構成とすることができる。また、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）の双方にサイクルを循環する全冷媒流量を通過させることができるので、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）の双方において適切に冷凍能力を発揮させることができる。
【００１１】
さらに、開閉弁（２１）を開くことによって、上流側蒸発器（１５）のみに冷凍能力を発揮させることもできる。
【００１２】
ところで、本発明の如く、開閉弁（２１）を閉じた際に、下流側蒸発器（１７）にて冷凍能力を発揮させる構成では、開閉弁（２１）を開いた場合に対して、上流側蒸発器（１５）にて蒸発できる冷媒流量が低下するので、上流側蒸発器（１５）にて発揮できる冷凍能力が低下してしまうことがある。
【００１３】
そこで、上記特徴の冷凍サイクル装置において、下流側蒸発器（１７）にて冷凍能力を発揮させる際には、開閉弁（２１）を間欠的に開閉させてもよい。これによれば、不必要にサイクル循環冷媒流量を増加させることなく、上流側蒸発器（１５）にて蒸発できる冷媒流量の低下を抑制できる。
【００１４】
その結果、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）が直列に接続される構成であっても、上流側蒸発器（１５）にて発揮される冷凍能力の低下を最小限に抑制でき、より一層、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）の双方において適切に冷凍能力を発揮させることができる。
【００１５】
さらに、より具体的に、下流側蒸発器（１７）にて冷凍能力を発揮させる際には、開閉弁（２１）を予め定めた第１時間（Ｔ１）だけ閉じ、その後、予め定めた第２時間（Ｔ２）だけ開くことを繰り返すことによって、開閉弁（２１）を間欠的に開閉させるようにしてもよい。
【００１６】
また、下流側蒸発器（１７）における冷媒蒸発温度（Ｔｅ２）を検出する下流側蒸発温度検出手段（３２）を備え、下流側蒸発器（１７）にて冷凍能力を発揮させる際には、冷媒蒸発温度（Ｔｅ２）が予め定めた第１温度（Ｔｋ１）以下となるまで開閉弁（２１）を閉じ、その後、冷媒蒸発温度（Ｔｅ２）が予め定めた第２温度（Ｔｋ２）以上となるまで開閉弁（２１）を開くことを繰り返すことによって、開閉弁（２１）を間欠的に開閉させるようにしてもよい。
【００１７】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、第２減圧手段は、その下流側の冷媒圧力が予め定めた圧力（Ｐｓ２）に近づくように絞り開度を変化させる定圧弁（１６）で構成されていてもよい。これによれば、下流側蒸発器（１７）における冷媒蒸発温度を予め定めた所定温度に安定させることができる。
【００１８】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、さらに、下流側蒸発器（１７）の冷媒出口側とバイパス通路（２０）の冷媒出口側との間に配置されて、下流側蒸発器（１７）の冷媒出口側からバイパス通路（２０）の冷媒出口側へ向かって冷媒が流れることのみを許容する逆止弁（１８）を備えていてもよい。
【００１９】
これによれば、開閉弁（２１）を開いた時に、下流側蒸発器（１７）の冷媒出口側から冷媒が逆流することを防止できるので、下流側蒸発器（１７）内の圧力が上昇してしまうことを抑制できる。その結果、開閉弁（２１）を開いた後、直ぐに下流側蒸発器（１７）の冷媒蒸発温度（Ｔｅ２）が上昇してしまうことを抑制できる。
【００２０】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、上流側蒸発器（１５）は、第１上流側蒸発部（１５ａ）および第２上流側蒸発部（１５ｂ）を有して構成され、第１上流側蒸発部（１５ａ）および第２上流側蒸発部（１５ｂ）は、直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。これによれば、上流側蒸発器（１５）の２つの蒸発部（１５ａ、１５ｂ）にて、それぞれ異なる冷却対象空間あるいは冷却対象流体を冷却できる。
【００２１】
また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、冷媒として二酸化炭素を採用してもよい。冷媒として二酸化炭素を採用する冷凍サイクル装置では、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成するため、通常のフロン系冷媒を採用する場合に対して、低圧側冷媒圧力も高くなる。
【００２２】
従って、低圧側冷媒密度も高くなり、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）を直列に接続する回路構成であっても、低圧側における冷媒の圧力損失を低減できる。その結果、より一層、上流側蒸発器（１５）および下流側蒸発器（１７）において適切に冷凍能力を発揮できる。
【００２３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
図１〜６により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、本発明の冷凍サイクル装置１０を、車室内の空調用および車両用冷蔵庫内の冷却用に用いる車両用冷凍サイクル装置に適用したものである。図１は、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の全体構成図である。
【００２５】
この冷凍サイクル装置１０では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上（超臨界状態）となる超臨界冷凍サイクルを構成している。圧縮機１１は、冷凍サイクル装置１０において、冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、プーリおよびベルトを介して車両走行用エンジン（図示せず）から駆動力が伝達されて回転駆動される。
【００２６】
本実施形態では、圧縮機１１として、後述する空調制御装置３０から出力される制御信号によって吐出容量を連続的に変更可能に構成された周知の斜板式可変容量型圧縮機を採用している。斜板式可変容量型圧縮機では、吐出容量を変更することによって冷媒吐出能力を変更することができる。なお、吐出容量とは冷媒の吸入圧縮を行う作動空間の幾何学的な容積、すなわちピストンストロークの上死点と下死点との間のシリンダ容積である。
【００２７】
より具体的には、斜板式可変容量型圧縮機は、その内部に形成されて中間圧力を導入させる斜板室（図示せず）、斜板室へ導入させる中間圧力を調整する電磁式容量制御弁１１ａ、および、斜板室の圧力に応じて傾斜角度を変位させる斜板（図示せず）等を有して構成される。
【００２８】
そして、空調制御装置３０から出力される制御信号（制御電流）によって、電磁式容量制御弁１１ａの弁開度（中間圧力）を変化させると、斜板室の圧力が変化して、斜板の傾斜角度が変化する。さらに、この斜板の傾斜角度の変化に伴って、ピストンストローク（吐出容量）が変化する。例えば、斜板室の圧力を減少させると、斜板の傾斜角度が増加して、ピストンストローク（吐出容量）を増加させることができる。
【００２９】
もちろん、圧縮機１１として、固定容量型圧縮機を採用して、電磁クラッチの断続により圧縮機の稼働率を変化させることによって、冷媒吐出能力を変更してもよい。また、圧縮機１１として電動圧縮機を採用して、電動モータの回転数を変化させることによって、冷媒吐出能力を変更してもよい。
【００３０】
圧縮機１１の吐出側には、放熱器１２が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒と冷却ファン１２ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。冷却ファン１２ａは、空調制御装置３０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００３１】
なお、前述の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、冷媒は放熱器１２にて凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。
【００３２】
放熱器１２の下流側には、内部熱交換器１３の高圧側冷媒流路１３ａが接続されている。内部熱交換器１３は、高圧側冷媒流路１３ａを通過する放熱器１２出口側冷媒と低圧側冷媒流路１３ｂを通過する圧縮機１１吸入側冷媒とを熱交換させて、高圧側冷媒流路１３ａを通過する冷媒を冷却するものである。
【００３３】
これにより、後述する上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７における入口側冷媒と出口側冷媒とのエンタルピ差（冷凍能力）を増大することができる。
【００３４】
なお、内部熱交換器１３の具体的構成としては、高圧側冷媒流路１３ａと低圧側冷媒流路１３ｂとを形成する冷媒配管同士をろう付け接合して熱交換させる構成や、高圧側冷媒流路１３ａを形成する内側管の外側に低圧側冷媒流路１３ｂを配置する２重管方式の熱交換器構成等を採用できる。
【００３５】
内部熱交換器１３の高圧側冷媒流路１３ａの出口側には、圧力制御弁１４が接続されている。圧力制御弁１４は、本実施形態の第１減圧手段を構成するもので、内部熱交換器１３から流出した高圧冷媒を減圧膨張させるとともに、高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように、弁開度（絞り開度）が機械的機構にて調整されるようになっている。
【００３６】
具体的には、圧力制御弁１４は、放熱器１２出口側と内部熱交換器１３の高圧側冷媒流路１３ａ入口側との間に設けられた感温部１４ａを有し、この感温部１４ａの内部に放熱器１２出口側の高圧冷媒の温度に対応した圧力を発生させ、感温部１４ａの内圧と内部熱交換器１３の高圧側冷媒流路１３ａの出口側冷媒圧力とのバランスで圧力制御弁１４の弁開度を調整するようになっている。
【００３７】
これにより、高圧側冷媒圧力を放熱器１２の出口側の高圧側冷媒温度により決まる目標高圧に調整して、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を最大値に近づけるようにしている。なお、このような高圧制御機能を持つ圧力制御弁１４は、特開２０００−８１１５７号公報等にて公知である。
【００３８】
圧力制御弁１４の出口側には、上流側蒸発器１５が接続されている。本実施形態の上流側蒸発器１５は、直列に接続された２つの第１、２上流側蒸発部１５ａ、１５ｂを有して構成される。
【００３９】
第１上流側蒸発部１５ａは、圧力制御弁１４にて減圧膨張された低圧冷媒と送風ファン１５ｃから送風された送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。また、第２上流側蒸発部１５ｂは、第１上流側蒸発部１５ａから流出した低圧冷媒と送風ファン１５ｄから送風された送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。
【００４０】
具体的には、第１、２上流側蒸発部１５ａ、１５ｂは、いずれも周知のフィンアンドチューブ構造の熱交換器にて構成される。従って、本実施形態の上流側蒸発器１５は、実質的に２つの熱交換器を直列に接続して構成されたものである。さらに、第１、２上流側蒸発部１５ａ、１５ｂは、車両用空調装置の室内空調ユニットにおいて車室内送風空気の空気通路を形成するケース内に配置されている。
【００４１】
そして、第１上流側蒸発部１５ａにて冷却された送風空気は、エンジン冷却水を熱源とするヒータコア等の加熱手段により再加熱されることによって温度調整されて、車室内の後席側空間へ吹き出される。また、第２上流側蒸発部１５ｂにて冷却された送風空気は、同様に温度調整されて、車室内の前席側空間へ吹き出される。従って、本実施形態の上流側蒸発器１５は、車室内の空調に用いられている。
【００４２】
上流側蒸発器１５の出口側には、定圧弁１６が接続されている。定圧弁１６は、本実施形態の第２減圧手段を構成するもので、上流側蒸発器１５から流出した冷媒をさらに減圧膨張させるものである。さらに、この定圧弁１６は、その下流側の冷媒圧力が予め定めた目標圧力Ｐｓ２（本実施形態では、２．５ＭＰａ程度）に近づくように、弁開度（絞り開度）が機械的機構にて調整されるようになっている。
【００４３】
定圧弁１６の具体的構成については、図２により説明する。図２は定圧弁１６の概略構成を示す断面図である。定圧弁１６は、ハウジング１６１、弁体部１６２および圧力応動部１６３等を有して構成される。
【００４４】
ハウジング１６１は、定圧弁１６の外殻を形成するもので、冷媒流入口１６１ａ、冷媒流出口１６１ｂ、弁室１６１ｃ、絞り通路１６１ｄ等が形成されている。冷媒流入口１６１ａは、上流側蒸発器１５（具体的には、第２上流側蒸発部１５ｂ）の冷媒出口側に接続され、冷媒流出口１６１ｂは、下流側蒸発器１７の冷媒入口側に接続されている。
【００４５】
弁室１６１ｃは、弁体部１６２の球状弁１６２ａを収容する収容空間を形成するもので、絞り通路１６１ｄを介して、冷媒流入口１６１ａに連通するとともに、冷媒流出口１６１ｂに直接連通している。また、絞り通路１６１ｄは、冷媒流入口１６１ａから流入した冷媒を減圧膨張させる通路である。従って、冷媒流入口１６１ａへ流入した冷媒は、絞り通路１６１ｄ→弁室１６１ｃの順に流れ、冷媒流出口１６１ｂから流出する。
【００４６】
弁体部１６２は、絞り通路１６１ｄの通路面積を変化させる球状弁１６２ａ、圧力応動部１６３のダイアフラム１６３ａに連結される円盤状の連結部１６２ｂ、球状弁１６２ａと連結部１６２ｂとを連結する作動棒１６２ｃを有している。そして、弁体１６２の球状弁１６２ａが変位することによって、絞り通路１６１ｄの絞り通路面積が調整される。
【００４７】
圧力応動部１６３は、ハウジング１６１に取り付けられて、冷媒流入口１６１ａから流入した冷媒の圧力が作用する圧力室１６３ｂと不活性ガスが封入されたガス室１６３ｃとを仕切るダイアフラム１６３ａを有して構成される。ダイアフラム１６３ａは、圧力室１６３ｂとガス室１６３ｃの圧力差に応じて変位する圧力応動部材であり、金属製であってもゴム製であってもよい。
【００４８】
これにより、冷媒流入口１６１ａから流入した冷媒圧力が上昇して、圧力室１６３内の圧力が上昇すると、弁体部１６２が絞り通路１６１ｄの通路面積を縮小する方向に変位し、冷媒流入口１６１ａから流入した冷媒圧力が低下して、圧力室１６３内の圧力が低下すると、弁体部１６２が絞り通路１６１ｄの通路面積を拡大する方向に変位する。
【００４９】
さらに、本実施形態では、弁室１６１ｃに配置されたスプリング１６４によって、弁体部４１に対して絞り通路１６１ｄを閉弁する側に付勢する荷重をかけている。従って、定圧弁１６では、圧力室１６３ｂ、ガス室１６３、スプリング１６３による荷重のバランスによって弁体部１６２を変位させることによって、定圧弁１６の上流側の冷媒圧力が変化しても、定圧弁１６下流側の冷媒圧力が所定の圧力に近づくように調整される。
【００５０】
定圧弁１６の出口側には、図１に示すように、下流側蒸発器１７が接続されている。下流側蒸発器１７は、上流側蒸発器１５から流出して、定圧弁１６にてさらに減圧膨張された低圧冷媒と送風ファン１７ａから送風された送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。なお、下流側蒸発器１７の基本的構成は、第１、２上流側蒸発部１５ａ、１５ｂと同様である。
【００５１】
また、この下流側蒸発器１７および送風ファン１７ａは、車両用冷蔵庫内に配置されており、送風ファン１７ａは庫内空気を、下流側蒸発器１７へ向けて循環送風する。従って、本実施形態の下流側蒸発器１７は、車両用冷蔵庫内の冷却用に用いられる。さらに、送風ファン１５ｃ、１５ｄ、１７ａは、いずれも空調制御装置３０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動送風機である。
【００５２】
下流側蒸発器１７の冷媒出口側には、逆止弁１８を介して、アキュムレータ１９が接続されている。アキュムレータ１９は、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒に分離するとともに、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。
【００５３】
さらに、本実施形態では、定圧弁１６、下流側蒸発器１７および逆止弁１８を迂回させて、上流側蒸発器１５の冷媒出口側からアキュムレータ１９の冷媒入口側へ冷媒を導くバイパス通路２０が設けられている。従って、逆止弁１８は、下流側蒸発器１７の冷媒出口側からバイパス通路２０の冷媒出口側へ向かって冷媒が流れることのみを許容している。
【００５４】
また、バイパス通路２０には、バイパス通路２０を開閉する開閉弁２１が設けられている。この開閉弁２１は、空調制御装置３０から出力される制御電圧によって開閉制御される電磁弁であり、電源が供給されることによって開弁状態となる、いわゆるノーマルクローズ型の電磁弁である。
【００５５】
アキュムレータ１９の気相冷媒出口は、前述の内部熱交換器１３の低圧側冷媒流路１３ｂ入口側に接続され、低圧側冷媒流路１３ｂ出口側は、圧縮機１１の冷媒吸入側に接続されている。
【００５６】
次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。空調制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。空調制御装置３０は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、上述した各種電気式アクチュエータの作動を制御する。
【００５７】
空調制御装置３０の入力側には、各種の空調用センサ群および車室内に配置された操作パネル４０が接続されており、空調用センサ群の検出信号および操作パネル４０に設けられた各種操作スイッチの操作信号等が入力される。
【００５８】
空調用センサ群としては、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、車室内に入射する日射量Ｔｓ等の車両環境状態を検出する各センサの他に、第２上流側蒸発部１５ｂの熱交換フィンの温度を検出する上流側蒸発器温度センサ３１、下流側蒸発器１７の熱交換フィンの温度を検出する下流側蒸発温度センサ３２等が設けられる。
【００５９】
なお、この上流側、下流側蒸発器温度センサ３１、３２は、第２上流側蒸発部１５ｂおよび下流側蒸発器１７における実際の冷媒蒸発温度Ｔｅ１、Ｔｅ２を検出するために設けられたものである。従って、上流側、下流側蒸発器温度センサ３１、３２は、それぞれ、上流側、下流側蒸発温度検出手段を構成する。
【００６０】
操作パネル４０の操作スイッチとしては、具体的に、車両用冷凍サイクル装置１０の作動指令信号を出力する空調作動スイッチ４１、車両用冷蔵庫の作動指令信号を出力する冷蔵庫作動スイッチ４２、車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する温度設定手段をなす温度設定スイッチ４３等が設けられる。
【００６１】
また、空調制御装置３０の出力側には、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａ、冷却ファン１２ａ、送風ファン１５ｃ、１５ｄ、１７ａの電動モータ、開閉弁２１等の電気式アクチュエータが接続され、これらの機器の作動が空調制御装置３０の出力信号により制御される。
【００６２】
次に、上述の構成における本実施形態の作動を図３〜５に基づいて説明する。図３、４は、空調制御装置３０が実行する制御処理を示すフローチャートである。まず、図示しない車両始動スイッチ（イグニッションスイッチ）の投入状態において、空調作動スイッチ４１が投入（ＯＮ）されると図３の制御フローがスタートする。
【００６３】
まず、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２で車両環境状態の信号、すなわち空調用センサ群により検出された検出信号、および、操作パネル４０の操作信号を読込む。次に、ステップＳ３にて、車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。
【００６４】
この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動および温度設定スイッチ３３により設定された設定温度Ｔｓｅｔに基づいて、下記数式Ｆ１により算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ…（Ｆ１）
なお、Ｔａｍは外気温、Ｔｒは内気温、Ｔｓは車室内に入射する日射量、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲイン、Ｃは補正用の定数である。
【００６５】
次のステップＳ４では、開閉弁２１を除く各種電気式アクチュエータへ出力する制御信号を決定する。具体的には、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａへ出力する制御信号（制御電流）については、第２上流側蒸発部１５ｂにおける冷媒蒸発温度Ｔｅ１とＴＡＯに応じて決定される目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとの偏差に基づいて決定する。
【００６６】
また、冷却ファン１２ａ、送風ファン１５ｃ、１５ｄ、１７ａの電動モータへ出力する制御信号（制御電圧）については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置３０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な送風量となるように決定する。
【００６７】
次のステップＳ５では、冷蔵庫作動スイッチ４２が投入されているか否かが判定され、投入されていない場合は、ステップＳ６へ進み、開閉弁２１へ出力する制御信号が、開弁状態となるように決定される。ステップＳ５にて、冷蔵庫作動スイッチ４２が投入されている場合は、ステップＳ７へ進み、冷蔵庫作動時の開閉弁２１の開閉制御が実行される。
【００６８】
このステップＳ７における冷蔵庫作動時の開閉弁２１の開閉制御の詳細については、図４により説明する。まず、ステップＳ７１で、開閉弁２１へ出力する制御信号を閉弁状態として、ステップＳ７２にて、タイマＴｍを加算して、ステップＳ７３へ進む。
【００６９】
ステップＳ７３では、タイマＴｍが予め定めた第１時間Ｔ１以上になっているか否かが判定され、ＴｍがＴ１以上になっていない場合は、開閉弁２１へ出力する制御信号を閉弁状態に維持してステップＳ８に進む。ステップＳ７３にて、タイマＴｍがＴ１以上になっている場合は、ステップＳ７４へ進み、開閉弁２１へ出力する制御信号を開弁状態に変更して、ステップＳ７５へ進む。
【００７０】
ステップＳ７５では、タイマＴｍがＴ１と予め定めた第２時間Ｔ２の合計値以上になっているか否かが判定され、ＴｍがＴ１＋Ｔ２以上になっていない場合は、開閉弁２１へ出力する制御信号を開弁状態に維持してステップＳ８に進む。ステップＳ７５にて、タイマＴｍがＴ１＋Ｔ２以上になっている場合は、ステップＳ７６へ進み、タイマＴｍをリセットしてステップＳ８へ進む。
【００７１】
従って、冷蔵庫作動スイッチ４２が投入されると、予め定めた第１時間Ｔ１の間は開閉弁２１が閉弁状態となり、その後、予め定めた第２時間Ｔ２の間は開閉弁２１が開弁状態となるように制御状態が決定されることが繰り返される。つまり、ステップＳ７では、開閉弁２１を間欠的に開閉させている。
【００７２】
ステップＳ８では、上記ステップＳ４〜Ｓ７で決定された制御状態が得られるように、空調制御装置３０から各種電気式アクチュエータに対して制御信号が出力される。次のステップＳ９で制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップＳ２に戻るようになっている。
【００７３】
本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、上記の制御ルーチンで説明したように各種電気式アクチュエータの作動が制御されるので、サイクル内を循環する冷媒の状態は、図５のモリエル線図に示すように変化する。なお、図５の実線は、開閉弁２１が開弁している場合を示し、破線は、開閉弁２１が閉弁している場合を示している。
【００７４】
まず、開閉弁２１が開弁している場合は、圧縮機１１から吐出された超臨界状態の高温高圧冷媒（図５の１０１点）は、放熱器１２および内部熱交換器１３にて冷却され（図５の１０１点→１０２点）、圧力制御弁１４にて減圧膨張される（図５の１０２点→１０３点）。この際、圧力制御弁１４によって、高圧側冷媒圧力が目標高圧に近づけるように調整されるので、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を最大値に近づけることができる。
【００７５】
圧力制御弁１４にて減圧膨張された冷媒は、第１上流側蒸発部１５ａへ流入し、送風ファン１５ｃの送風空気から吸熱して蒸発する（図５の１０３点→１０４点）。つまり、第１上流側蒸発部１５ａにて、図５のΔＨ１の冷凍能力を発揮して、車室内の後席側空間へ送風される送風空気が冷却される。
【００７６】
さらに、第１上流側蒸発部１５ａから流出した冷媒は、第２上流側蒸発部１５ｂへ流入して送風ファン１５ｄの送風空気から吸熱して蒸発する（図５の１０４点→１０５点）。つまり、第２上流側蒸発部１５ｂにて、図５のΔＨ２の冷凍能力を発揮して、車室内の前席側空間へ送風される送風空気が冷却される。
【００７７】
第２上流側蒸発部１５ｂから流出した冷媒は、開閉弁２１が開弁しているので、バイパス通路２０を介してアキュムレータ１９へ流入し、アキュムレータ１９にて分離された気相冷媒が、内部熱交換器１３にて加熱されて再び圧縮機１１へ吸入される（図５の１０５点→１０６点）。
【００７８】
次に、開閉弁２１が閉弁している場合は、開閉弁２１が開弁している場合と同様に、第１上流側蒸発部１５ａへ流入する。なお、開閉弁２１が閉弁している場合は、第１上流側蒸発部１５ａへ流入した冷媒は、図５のΔＨ１’の冷凍能力を発揮して（図５の１０３点→１０４’点）、第２上流側蒸発部１５ｂへ流入した冷媒は、図５のΔＨ２’の冷凍能力を発揮する（図５の１０４’点→１０５’点）。
【００７９】
第２上流側蒸発部１５ｂから流出した冷媒は、開閉弁２１が閉弁しているので、定圧弁１６にてさらに減圧膨張されて下流側蒸発器１７へ流入する（図５の１０５’点→１０７点）。この際、前述の如く、定圧弁１６の弁開度が、下流側蒸発器１７における冷媒蒸発圧力がＰｓ２に近づくように調整される。
【００８０】
定圧弁１６にて減圧膨張された冷媒は、下流側蒸発器１７へ流入し、送風ファン１７ａの送風空気から吸熱して蒸発する（図５の１０７点→１０８点）。つまり、下流側蒸発器１７にて、図５のΔＨ３の冷凍能力を発揮して、車両用冷蔵庫内へ送風される送風空気が冷却される。下流側蒸発器１７から流出した冷媒は、開閉弁２１の開弁時と同様に再び圧縮機へ吸入される（図５の１０８点→１０６’点）。
【００８１】
本実施形態では、上記の如く作動するので、開閉弁２１を閉じることによって、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７を直列に接続する回路構成とすることができる。この際、定圧弁１６の作用によって、上流側蒸発器１５における冷媒蒸発温度に対して、下流側蒸発器１７における冷媒蒸発温度を低くすることができ、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７において異なる温度帯で冷媒を蒸発させることができる。
【００８２】
さらに、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７が直列に接続されるので、複数の蒸発器を並列に接続する場合に対して、冷凍サイクル装置のサイクル構成を簡素な構成とすることができる。
【００８３】
また、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７の双方に、サイクルを循環する全冷媒流量を通過させることができるので、複数の蒸発器を並列に接続する場合に対して、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７の双方において適切に冷凍能力を発揮させることができる。
【００８４】
さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、上述のステップＳ７にて説明したように、下流側蒸発器１７にて冷凍能力を発揮させる際に、開閉弁２１を間欠的に開閉させているので、不必要にサイクル循環冷媒流量を増加させることなく、上流側蒸発器１５にて発揮される冷凍能力の低下を最小限に抑制できる。
【００８５】
このことを図６に基づいてより詳細に説明する。図６は、冷蔵庫作動スイッチ４２が投入された状態における上流側蒸発器１５にて発揮される冷凍能力、下流側蒸発器１７における冷媒蒸発温度Ｔｅ２の変化、および、電磁弁２１の作動状態を示すタイミングチャートである。
【００８６】
図６から明らかなように、冷蔵庫作動スイッチが投入されると、第１時間Ｔ１の間、開閉弁２１が閉弁する。これにより、下流側蒸発器１７の冷媒蒸発温度Ｔｅ２が低下する。なお、本実施形態では、第１時間Ｔ１として、冷媒蒸発温度Ｔｅ２が庫内を充分に冷却できる温度Ｔｋ１まで低下するために必要かつ充分な時間を確保している。
【００８７】
一方、この第１時間Ｔ１の間は、上流側蒸発器１５にて蒸発できる冷媒流量が低下するので、上流側蒸発器１５における冷凍能力が低下する。これに対して、本実施形態では、その後、第２時間Ｔ２の間、開閉弁２１が開弁するので、再び、上流側蒸発器１５にて、充分な冷凍能力を発揮させることができる。
【００８８】
なお、本実施形態では、第２時間Ｔ２として、冷媒蒸発温度Ｔｅ２が庫内冷却に必要な最高冷媒蒸発温度Ｔｋ２以上まで上昇しない時間としている。
【００８９】
従って、本実施形態では、上流側蒸発器１５にて発揮される冷凍能力の低下を最小限に抑制できるとともに、下流側蒸発器１７により適切に庫内を冷却できる。その結果、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７の双方において、適切に冷凍能力を発揮させることができる。
【００９０】
さらに、本実施形態では、逆止弁１８が設けられているので、開閉弁２１を開いた時に、下流側蒸発器１７の冷媒出口側から冷媒が逆流することを防止できるので、下流側蒸発器１７内の圧力が、開閉弁２１の開弁と同時に上昇してしまうことを回避できる。
【００９１】
これにより、開閉弁２１を開いた後、直ぐに下流側蒸発器１７の冷媒蒸発温度Ｔｅ２が上昇してしまうことを抑制できる。また、開閉弁２１を閉じた際に、速やかに下流側蒸発器１７の冷媒蒸発圧力を低下させることができる。
【００９２】
さらに、本実施形態では、第２減圧手段として定圧弁１６を採用しているので、下流側蒸発器１７における冷媒蒸発温度（すなわち、庫内温度）を所定温度に安定させることができる。
【００９３】
さらに、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、通常のフロン系冷媒を採用する場合に対して、低圧側冷媒圧力も高くなる。従って、低圧側冷媒密度も高くなるので、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７を直列に接続する回路構成であっても、低圧側における冷媒の圧力損失を低減できる。
【００９４】
これにより、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７に充分な冷媒流量を供給できるので、より一層、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７において適切に冷凍能力を発揮できる。
【００９５】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態のステップＳ７における制御を変更して、図７の制御特性図に示すように、下流側蒸発器１７にて冷凍能力を発揮させる際に、下流側蒸発器１７の冷媒蒸発温度Ｔｅ２が予め定めた第１温度Ｔｋ１以下となるまで開閉弁２１を閉じ、その後、冷媒蒸発温度Ｔｅ２が予め定めた第２温度Ｔｋ２以上となるまで開閉弁２１を開くことを繰り返すことによって、開閉弁２１を間欠的に開閉させている。
【００９６】
その他の構成は、第１実施形態と全く同様である。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置１０を作動させても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
（第３実施形態）
上述の第１実施形態では、第１、２上流側蒸発部１５ａ、１５ｂが直列に接続された上流側蒸発器１５を採用した例を説明したが、本実施形態では、図８の全体構成図に示すように、上流側蒸発器１５として、第１、２上流側蒸発部１５ａ、１５ｂを並列に接続したものを採用している。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９８】
なお、第１、２上流側蒸発部１５ａ、１５ｂの基本的構成は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の上流側蒸発器１５は、実質的に２つの熱交換器１５ａ、１５ｂを並列に接続して構成されたものである。
【００９９】
本実施形態の冷凍サイクル装置１０を作動させても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の構成において、第２実施形態のように開閉弁２１を間欠的に開閉させてもよい。
【０１００】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
【０１０１】
（１）上述の実施形態では、下流側蒸発器１７における冷媒蒸発温度Ｔｅ２を検出する下流側蒸発温度検出手段として、下流側蒸発器１７の熱交換フィンの温度を検出する下流側蒸発温度センサ３２を採用しているが、下流側蒸発温度検出手段はこれに限定されない。
【０１０２】
例えば、下流側蒸発器１７から吹き出された直後の吹出空気温度を検出する温度センサ、下流側蒸発器１７における冷媒温度を直接検出する温度センサ、あるいは、下流側蒸発器１７内の冷媒圧力を検出する圧力センサ等を下流側蒸発温度検出手段として用いてもよい。
【０１０３】
（２）上述の実施形態では、第２減圧手段として定圧弁１６を採用しているが、第２減圧手段はこれに限定されない。例えば、電気的に絞り開度を調整できる電気式膨張弁を採用できる。この場合は、下流側蒸発器１７内の冷媒圧力を検出する圧力センサを設け、実際の下流側蒸発器１７内の冷媒圧力が目標圧力に近づくように電気式膨張弁の絞り開度を制御すればよい。
【０１０４】
（３）上述の実施形態では、上流側蒸発器１５として、２つの蒸発部１５ａ、１５ｂを有する蒸発器を採用しているが、もちろん、上流側蒸発器１５を１つの熱交換器にて構成してもよい。
【０１０５】
（４）上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を車両用に適用した例を説明しているが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、定置型の業務用冷凍サイクル装置に適用してもよい。また、冷媒も二酸化炭素に限定されることなく、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒を採用してもよい。
【０１０６】
（５）上述の実施形態では、放熱器１２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７を室内側熱交換器として車室内および庫内の冷却用に適用しているが、上流側蒸発器１５および下流側蒸発器１７を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器１２を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の定圧弁の断面図である。
【図３】第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置の制御を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の車両用冷凍サイクル装置の制御の要部を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図６】第１実施形態の開閉弁の作動を示すタイムチャートである。
【図７】第２実施形態の制御の要部を示す制御特性図である。
【図８】第３実施形態の車両用冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１１…圧縮機、１２…放熱器、１４…圧力制御弁、１５…上流側蒸発器、
１５ａ…第１上流側蒸発部、１５ｂ…第２上流側蒸発部、１６…定圧弁、
１７…下流側蒸発部、１８…逆止弁、２０…バイパス通路、２１…開閉弁、
３２…下流側蒸発器温度センサ。
【図１】
2009052804.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009052804.tif 000007
【図６】
2009052804.tif 000008
【図７】
2009052804.tif 000009
【図８】
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