(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒凝縮器の下流に、この冷媒凝縮器で凝縮された冷媒を気液分離して液冷媒のみを送り出すレシーバを備え、冷媒蒸発器から流出した冷媒は配管を通して直接冷媒圧縮機に流入する冷凍サイクルにおいて、
前記冷媒より沸点が低くて前記冷凍サイクル内では常にガスとなり、且つ前記冷媒に対して難溶性を有する流体が封入された冷凍サイクルであって、
前記流体は、前記レシーバ内の液面上に形成されるガス空間にのみ封入されており、前記レシーバより下流へ流れ出ることがないことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記流体は、空気、Ｈｅ、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２の少なくとも１種類であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷媒凝縮器の下流にレシーバを備えた冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍サイクルのサイクル効率を高める目的としてサブクールサイクルが用いられている。このサブクールサイクルは、冷媒凝縮器の出口で過冷却度（以下サブクールと言う）を持たせるもので、そのサブクールを得る方法としては、以下の様な方法が一般的である。
▲１▼レシーバの下流にサブクール用熱交換器を設置して、レシーバより流出した液冷媒をサブクール用熱交換器で更に冷却してサブクールを得る方法。
▲２▼冷媒凝縮器の出口でサブクールが得られるまでサイクル内への冷媒充填量を増加させる方法。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、サブクール用熱交換器でサブクールを得る方法では、サブクール熱交換器を使用する必要があり、更に配管が増えるとともに、サブクールを持たない現状のサイクル（例えばレシーバサイクル）と比較して、サイクル内に充填される冷媒量が増加することからコストアップとなる。また、冷媒凝縮器の出口でサブクールを得る方法では、液冷媒がレシーバから溢れて冷媒凝縮器の出口に至るまで冷媒を過充填する必要があることから、やはりコストアップとなる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、現状サイクルの構成を変えず、コストアップを招くことなく、サイクル効率の向上を図ることのできる冷凍サイクルの提供にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１では、冷媒凝縮器の下流に、この冷媒凝縮器で凝縮された冷媒を気液分離して液冷媒のみを送り出すレシーバを備え、冷媒蒸発器から流出した冷媒は配管を通して直接冷媒圧縮機に流入する冷凍サイクルにおいて、前記冷媒より沸点が低くて前記冷凍サイクル内では常にガスとなり、且つ前記冷媒に対して難溶性を有する流体が封入された冷凍サイクルであって、前記流体は、前記レシーバ内の液面上に形成されるガス空間にのみ封入されたことを技術的手段とする。
【０００５】
また、請求項２では、前記流体が、空気、Ｈｅ、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２の少なくとも１種類であることを技術的手段とする。
【０００６】
【作用】
上記構成より成る本発明は、冷凍サイクル内に封入された流体が、冷媒に対して難溶性を有し、且つ冷媒より沸点が低くて冷凍サイクル内では常にガスとなる。このため、流体（ガス）は、液冷媒のみを送り出すレシーバ内の液面上に形成されるガス空間に滞留することになり、冷媒とともに冷凍サイクル内を循環することはない。この結果、レシーバでは、流体の封入量に応じたガス分圧だけ冷媒圧力が低下することから、その圧力低下に伴って冷媒飽和温度が低下する。従って、低下した温度差だけ冷媒凝縮器の出口でサブクールが得られるサイクルと同じことになる。
【０００７】
冷凍サイクル内に封入された流体は、冷凍サイクルの運転中、レシーバ内のガス空間に滞留することから、予めレシーバ内のガス空間に封入しても良い。
また、冷媒より沸点が低くて冷凍サイクル内では常にガスとなり、且つ冷媒に対して難溶性を有する流体としては、空気、Ｈｅ、Ｎ2 、Ｏ2 、ＣＯ、ＣＯ2 の少なくとも１種類を選択することができる。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明の冷凍サイクルの一実施例を図１〜図４を基に説明する。
図１は冷凍サイクル図である。
本実施例の冷凍サイクル１は、車両用空気調和装置に適用されるもので、冷媒圧縮機２、冷媒凝縮器３、レシーバ４、減圧装置５、冷媒蒸発器６の各機能部品より構成されて、その各機能部品が冷媒配管７により環状に接続された密閉回路を形成し、内部にＨＦＣ１３４ａ冷媒（以下冷媒と言う）が充填されている。
【０００９】
冷媒圧縮機２は、電磁クラッチ８を介して車両の走行用エンジン（図示しない）によって駆動されることにより、吸引したガス冷媒を圧縮して吐出する。
冷媒凝縮器３は、車室外に配されて、冷媒圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒とクーリングファン（図示しない）によって送風される車室外空気との熱交換を行なう。
【００１０】
レシーバ４は、冷媒凝縮器３で凝縮された冷媒を気液分離して、液冷媒のみを送り出す。
減圧装置５は、例えば温度作動式膨脹弁であり、冷媒蒸発器６で蒸発した冷媒の過熱度が一定となるように冷媒流量を調節する。
冷媒蒸発器６は、車室内へ空気を導くダクト（図示しない）内に配されて、減圧装置５で減圧された低温低圧の冷媒とダクト内の空気との熱交換を行なう。
【００１１】
この冷凍サイクル１内には、冷媒より沸点が極めて低く、且つ冷媒に対して難溶性を有する流体Ｇが冷媒とともに所定量封入されている。この流体Ｇは、例えば、空気、Ｈｅ、Ｎ2 、Ｏ2 、ＣＯ、ＣＯ2 等であり、安価で手に入りやすいものが望ましい。
【００１２】
次に、本実施例の作動を説明する。
冷媒圧縮機２によって高温高圧に圧縮された冷媒は、冷媒凝縮器３で凝縮液化された後、レシーバ４で気液分離されて、液冷媒のみが減圧装置５へ送られる。減圧装置５で減圧された冷媒は、冷媒蒸発器６でダクト内の空気と熱交換されて蒸発した後、再び冷媒圧縮機２に吸引される。この作動において、冷媒とともに冷凍サイクル１内に封入された流体Ｇは、冷媒より沸点が極めて低いことから、冷凍サイクル１内では常にガスとなって存在する。このため、封入された流体Ｇ（ガス）は、液冷媒のみを送り出すレシーバ４より下流へ流れ出ることはなく、レシーバ４内の液面上部に形成されるガス空間に滞留することになる。
【００１３】
この結果、レシーバ４では、レシーバ４内に形成されるガス空間の容積と流体Ｇの封入量に応じてガス分圧Ｐｇ（図２参照）を持つことになる。なお、ガス分圧Ｐｇは、冷房負荷が一定の条件下ではレシーバ４内に形成されるガス空間の容積が一定となることから、流体Ｇの封入量が増加するに従って高くなり、流体Ｇの封入量が減少するに従って低下することになる。
【００１４】
上記のように、流体Ｇの封入によってレシーバ４内にガス分圧Ｐｇが生じると、レシーバ４では、ガス分圧Ｐｇだけ冷媒圧力が低下し、その圧力低下に伴って冷媒の飽和温度（冷媒凝縮器３の出口冷媒温度）が低下する。従って、ガス分圧Ｐｇ相当の温度差だけ冷媒凝縮器３の出口でサブクール（ＳＣ）が得られるサイクルと同じことになる（図２参照）。これは、例えば、流体Ｇが封入された状態で冷凍サイクル１を運転した場合に、レシーバ４での圧力（即ち冷媒凝縮器３の圧力）が１２ｋｇ／ｃｍ2ａｂｓ（１．２ＭＰａ）で、そのうち仮にガス分圧Ｐｇが３ｋｇ／ｃｍ2ａｂｓ（０．３ＭＰａ）であったとすると、実際の冷媒自身の圧力は、１２−３＝９ｋｇ／ｃｍ2ａｂｓ（０．９ＭＰａ）となる。従って、冷媒温度は、９ｋｇ／ｃｍ2ａｂｓに対応した飽和温度で約３５℃となり、これが実際の冷媒凝縮器３の出口冷媒温度となる。
【００１５】
一方、冷凍サイクル１内に流体Ｇが封入されていない場合は、レシーバ４での冷媒圧力が前記の１２ｋｇ／ｃｍ2ａｂｓとなり、冷媒の飽和温度は約４５℃となる。従って、流体Ｇが封入された状態で冷凍サイクル１を運転した場合には、流体Ｇが封入されていない状態で冷凍サイクル１を運転した場合より、冷媒凝縮器３の出口で１０℃のサブクールを持たせるサイクルと同じことができる。但し、実際は、サブクールを取るサイクルと同じことで冷媒凝縮器３内の過冷却域が増加することから、図２のモリエル線図に示すように、圧力上昇ΔＰを伴うことになる。
【００１６】
なお、図２のモリエル線図において、冷媒単体の場合の変化を破線で示し、流体Ｇを封入したときの変化を実線で示す。また、冷媒の単位重量当たりの蒸発熱量：Ｑ０、流体Ｇの封入に伴う蒸発熱量の増加分ΔＱ、冷媒の単位重量当たりのアシュク熱量Ｌ０、流体Ｇの封入に伴う圧縮熱量の増加分：ΔＬとした時に、冷凍サイクル１のサイクル効率ＣＯＰは、以下の式より求めることができる。
［数１］ＣＯＰ＝（Ｑ０＋ΔＱ）／（Ｌ０＋ΔＬ）
【００１７】
このように冷凍サイクル１内に流体Ｇを封入することで得られるサブクール相当量と冷媒凝縮器３での圧力上昇ΔＰとの関係は、従来のサブクールサイクル（冷媒を過充填する方式）におけるサブクール量と冷媒凝縮器の圧力上昇ΔＰとの関係（図３参照）とほぼ一致し、サイクル効率の向上効果を期待できることが以下の実験からも認められた。
【００１８】
そこで、実際に冷凍サイクル１内へ流体Ｇを封入した場合のサイクル効率の変化を測定した実験結果を図４に示す。実験に際して、冷凍サイクル１の全容積：２５００ｃｃ、冷媒封入量：１０００ｇとし、冷凍サイクル１内へ封入する流体Ｇは、空気、Ｈｅ、ＣＯの３種類を使用した。この実験によれば、空気、Ｈｅ、ＣＯの３種類ともに、封入量の増加に伴ってサブクール相当量が大きくなり（図４（ａ）参照）、サイクル効率（ＣＯＰ）は、空気で約２０００ｃｃ、Ｈｅで約１０００ｃｃ、ＣＯで約２０００ｃｃの封入量の時に最大となる結果が得られた（図４（ｂ）参照）。
【００１９】
但し、サイクル効率が最大となる時の流体Ｇの封入量は、冷凍サイクル１の内容積、冷媒封入量によって異なる。従って、使用する冷凍サイクル１に応じて予め流体封入量を決める必要がある。また、流体Ｇを封入する時には、真空ポンプにより冷凍サイクル１内の真空引きを行なう必要があるが、封入する流体Ｇが空気のみである場合は、真空引き作業を廃止することも可能である。実際に真空引き作業を廃止した場合は、冷凍サイクル１内に約２５００ｃｃの空気が残存することになり、真空引き後に２５００ｃｃの空気を封入したことと同じである。
【００２０】
このように、真空引きを廃止した場合には、空気の封入量が２０００ｃｃの時よりサイクル効率（図４（ｂ）参照）が若干低下するが、冷媒単体の時（空気を封入していない時）と比較すると、依然として高いサイクル効率を得ることができる。なお、冷凍サイクル１内への流体Ｇの封入は、例えば冷凍サイクル１の低圧側から封入することができるが、冷凍サイクル１内に封入された流体Ｇが、冷凍サイクル１の運転によってレシーバ４内のガス空間に滞留してレシーバ４より下流へ流れ出ることがないことから、最初からレシーバ４内のガス空間に封入しても良い。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、冷媒より沸点が低くて冷凍サイクル内で常にガスとなり、且つ冷媒に対して難溶性を有する流体を冷凍サイクル内に封入することにより、冷媒凝縮器の出口でサブクールが得られるサイクルと同じに、サイクル効率の向上を図ることができる。冷凍サイクル内に封入する流体は、冷媒より安価な空気、Ｈｅ、Ｎ2、Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2等を使用することができる。この結果、従来のようにサブクール用の熱交換器を使用する必要がなく、また冷媒の過充填も不要となることから、コストの上昇を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の冷凍サイクル図である。
【図２】本実施例のモリエル線図である。
【図３】冷媒を過充填した場合のモリエル線図である。
【図４】流体の封入による冷凍サイクルの性能向上を示すグラフである。
【符号の説明】
１  冷凍サイクル
３  冷媒凝縮器
４  レシーバ
Ｇ  流体
【図１】
0003751985.tif 000002
【図２】
0003751985.tif 000003
【図３】
0003751985.tif 000004
【図４】
0003751985.tif 000005