JP4214884B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、暖房時には圧縮機吐出ガス冷媒（ホットガス）を室外熱交換器側をバイパスして減圧し、室内熱交換器に直接導入することにより、室内熱交換器をガス冷媒の放熱器として作動させるホットガスヒータ機能を発揮する冷凍サイクル装置に関するもので、例えば、車両用空調装置に用いて好適なものである。

従来、車両用空調装置では冬期暖房時に温水（エンジン冷却水）を暖房用熱交換器に循環させ、この暖房用熱交換器にて温水を熱源として空調空気を加熱するようにしている。この場合、温水温度が低いときには車室内への吹出空気温度が低下して必要な暖房能力が得られない場合がある。

そこで、圧縮機吐出ガス冷媒によりホットガスヒータ機能（補助暖房機能）を発揮できる冷凍サイクル装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来装置では、圧縮機吐出側から室外熱交換器側をバイパスして蒸発器入口側に直接連通するホットガスバイパス通路を設けるとともに、このホットガスバイパス通路に暖房用減圧装置を設けている。

そして、車両エンジンの始動直後のごとく温水温度が所定温度より低いときには、圧縮機吐出ガス冷媒をホットガスバイパス通路の暖房用減圧装置で減圧した後に室内熱交換器に直接導入し、室内熱交換器でガス冷媒から空調空気に放熱することにより、ホットガスヒータ機能を発揮できるようにしている。

ところで、室内熱交換器の冷媒出口側と圧縮機吸入側との間にアキュムレータを設置し、暖房時にはこのアキュムレータのタンク内部にて冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒を圧縮機の吸入側へ導出するようにしている。

図７は従来のアキュムレータ構成の具体例を示すもので、アキュムレータ１８は縦長円筒状のタンク本体部１８ａを有し、このタンク本体部１８ａの上部付近に配置された冷媒入口管１８ｂから室内熱交換器の出口冷媒がタンク本体部１８ａ内の気液分離空間Ａに流入する。

この流入冷媒の気液はその密度差により分離され、ガス冷媒は気液分離空間Ａの上部側に集まり、液冷媒は気液分離空間Ａの下部側に溜まる。図７において、線Ｂはこの液冷媒の液面である。

そして、タンク本体部１８ａ内部に上下方向に延びる冷媒出口管１８ｃを配置し、この冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄをタンク本体部１８ａの天井部付近に位置させている。冷媒出口管１８ｃの下部はタンク本体部１８ａの底部を貫通して外部へ取り出し、圧縮機吸入側に連結するようになっている。

冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄから気液分離空間Ａ内上部のガス冷媒を吸入するとともに、冷媒出口管１８ｃのうち、タンク本体部１８ａの底部近傍の部位に開口するオイル戻し穴１８ｅから気液分離空間Ａ底部付近のオイルが溶け込んでいる液冷媒を一定量吸入して、この液冷媒をガス冷媒に混入して圧縮機１０吸入側へ導出するようになっている。
特開平１１−３４４２６４号公報

本発明者らの実験検討によると、暖房時においてアキュムレータ１８内部にて冷媒液面Ｂが泡立つ現象、いわゆるフォーミング現象が発生して、圧縮機への液冷媒戻り量が過剰となり、その結果、圧縮機の液圧縮による作動音の増大等の問題を引き起こすことが分かった。

この問題についてより具体的に説明すると、暖房時において室内熱交換器に送風する空調用送風機の風量が少ない条件においては、室内熱交換器における空気側への放熱量が少ないので、冷凍サイクルの低圧側圧力が上昇しやすい状態になっている。そのため、低圧側圧力の上昇→圧縮機吸入冷媒の比容積減少→サイクル内冷媒流量の増加が起きる。

この結果、アキュムレータ１８において冷媒入口管１８ｂからの冷媒流入量が増加して、この流入冷媒が冷媒液面Ｂに強く衝突して冷媒液面Ｂを乱して泡立たせる、すなわち、フォーミング現象が発生する。すると、泡立った液冷媒がガス冷媒中に混入して冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄに流入し、圧縮機１０吸入側へ戻されてしまう。

これにより、サイクル内冷媒流量がより一層増加し、アキュムレータ１８内でのフォーミング現象がより一層促進され、最終的には、アキュムレータ１８内液冷媒の全量が圧縮機１０吸入側へ戻されてしまう場合がある。この結果、圧縮機への液冷媒戻り量が過剰に増加して、圧縮機の液圧縮による作動音の不具合等の問題を引き起こす。

なお、アキュムレータ１８のタンク容積を増大すれば、上記フォーミング現象を抑制できるが、これはアキュムレータ１８の必要設置スペースの拡大、コストアップを招くので、実用的な対策と言えない。

本発明は上記点に鑑み、暖房時にホットガスヒータ機能を発揮する冷凍サイクル装置において、アキュムレータのタンク容積を増大することなく、アキュムレータでのフォーミング現象の発生を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、室内熱交換器（１７）を蒸発器として作動させ、室内熱交換器（１７）で冷却された空気を室内へ吹き出すことにより冷房モードを実行する冷房用冷凍サイクル（Ｃ）と、
圧縮機（１０）の吐出冷媒をホットガスバイパス通路（１９）により室内熱交換器（１７）に導入して、室内熱交換器（１７）を放熱器として作動させ、室内熱交換器（１７）で加熱された空気を室内へ吹き出すことにより暖房モードを実行するホットガスヒータサイクル（Ｈ）とを切替可能に構成した冷凍サイクル装置において、
室内熱交換器（１７）の冷媒出口側と圧縮機（１０）の吸入側との間に、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒を圧縮機（１０）の吸入側へ導出する縦長円筒状のアキュムレータ（１８）を設置するととともに、
室内熱交換器（１７）の出口冷媒の一部を分岐するとともに、この分岐冷媒がアキュムレータ（１８）内部の気液分離空間（Ａ）を実質上バイパスして流れるアキュムレータバイパス通路（１８ｊ）を備え、
アキュムレータバイパス通路は、アキュムレータ（１８）の内部に形成される内部バイパス通路（１８ｊ）であり、
アキュムレータ（１８）は、水平方向に延びるように配置され、室内熱交換器（１７）の出口冷媒を気液分離空間（Ａ）に流入させる冷媒入口管（１８ｂ）と、気液分離空間（Ａ）内で上下方向に延びるように配置され、気液分離空間（Ａ）上部のガス冷媒を吸入して圧縮機（１０）の吸入側へ導出する冷媒出口管（１８ｃ）とを有し、
冷媒入口管（１８ｂ）の開口部（１８ｅ）の一部と冷媒出口管（１８ｃ）の開口部（１８ｄ）とが部分的に重合することにより両開口部（１８ｅ、１８ｄ）が対向するようになっており、これにより、冷媒入口管（１８ｂ）の開口部（１８ｅ）から室内熱交換器（１７）の出口冷媒の一部が冷媒出口管（１８ｃ）の開口部（１８ｄ）に直接流入する冷媒短絡通路（１８ｊ）を構成し、
冷媒短絡通路（１８ｊ）により内部バイパス通路を構成したことを特徴としている。

ところで、暖房モード時に室内熱交換器（１７）における空気側への放熱量が少ない運転条件では低圧側圧力が上昇しやすい状態となるが、本発明においては蒸発器出口冷媒を２つの流れに分岐し、その一部の冷媒流れを冷媒短絡通路（１８ｊ）からなる内部バイパス通路によりアキュムレータ（１８）内部の気液分離空間（Ａ）を実質上バイパスして流れる。

これにより、図７の従来例のように蒸発器出口冷媒の全量がアキュームレータ１８内に流入するタイプに比較して、本発明では気液分離空間（Ａ）内への流入冷媒量を大幅に減少できる。その結果、低圧側圧力が上昇しやすい運転条件においても、気液分離空間（Ａ）内部への流入冷媒が冷媒液面（Ｂ）に強く衝突することを抑制できるので、冷媒液面（Ｂ）を泡立たせるフォーミング現象の発生を良好に抑制できる。これにより、圧縮機（１０）への過剰な液冷媒戻りを抑制して、圧縮機（１０）の液圧縮による作動音の増大等の不具合を防止できる。

また、請求項１に記載の発明では、冷媒入口管（１８ｂ）の開口部（１８ｅ）の一部と冷媒出口管（１８ｃ）の開口部（１８ｄ）とが部分的に重合することにより両開口部（１８ｅ、１８ｄ）が対向する構成とし、これにより、冷媒短絡通路（１８ｊ）、ひいては内部バイパス通路を構成するから、アキュムレータ（１８）の外部に配置される外部バイパス通路（１８ｇ）が不要となり、アキュムレータ（１８）に対する特別の追加部品が不要となる。

従って、外部バイパス通路（１８ｇ）を形成する場合に比較してアキュムレータ（１８）の製造コストを低減できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記分岐冷媒の比率は、前記室内熱交換器（１７）の出口冷媒の３０％〜９０％の範囲であることを特徴としている。

本発明者の実験検討によると、分岐冷媒の比率を、室内熱交換器（１７）の出口冷媒の３０％以上確保することにより、フォーミング現象の抑制効果を良好に発揮できることが分かった。

また、分岐冷媒の比率の上限値を９０％とすることにより、気液分離空間（Ａ）を通過する冷媒流れを少なくとも１０％以上確保できる。これにより、種々な運転条件の変動によりホットガスヒータサイクル（Ｈ）での循環冷媒量が増減する際に、アキュムレータ（１８）内での余剰液冷媒蓄積量の調整作用の応答性を必要レベルに確保できる。

分岐冷媒の比率は、より好ましくは請求項３に記載の発明のように室内熱交換器（１７）の出口冷媒の４０％〜７０％の範囲である。
次に、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置を備える車両用空調装置であって、
室内熱交換器（１７）と、室内熱交換器（１７）の空気下流側に配置され車両エンジンからの温水を熱源として空調空気を加熱する温水式の暖房用熱交換器（２５）と、室内熱交換器（１７）及び暖房用熱交換器（２５）を通して空調空気を車室内へ向かって送風する送風機（２４）とを有する空調ユニット（２３）、
及び温水の温度が低い時に送風機（２４）の風量を自動的に少量とするウォームアップ制御を実施する制御装置（２６）を備え、
冷媒入口管（１８ｂ）の開口部（１８ｅ）から室内熱交換器（１７）の出口冷媒の一部を冷媒短絡通路（１８ｊ）により冷媒出口管（１８ｃ）の開口部（１８ｄ）に直接流入させることにより、ウォームアップ制御時に、アキュムレータ（１８）内液面でのフォーミング現象の発生を抑制することを特徴とする。

なお、上記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。

以下説明する第１〜第４実施形態のうち、特許請求の範囲に記載した発明の実施形態は第２実施形態である。なお、第１実施形態は本発明の前提となる参考例であり、また、第３、第４実施形態は本発明の比較例となる参考例である。
（第１実施形態）
図１および図２は車両用空調装置における冷凍サイクル装置に本発明を適用した第１実施形態を示している。図１において、圧縮機１０は、電磁クラッチ１１を介して水冷式の車両エンジン（図示せず）により駆動される。圧縮機１０の吐出側は冷房用弁手段をなす冷房用電磁弁１２を介して凝縮器１３に接続される。

この凝縮器１３の出口側は冷媒の気液を分離して液冷媒を溜める受液器１４に接続される。凝縮器１３は圧縮機１０等とともに車両エンジンルームに配置され、電動式の冷却ファン（図示せず）により送風される外気（冷却空気）と熱交換する室外熱交換器である。

そして、受液器１４の出口側は冷房用減圧装置をなす温度式膨張弁１５に接続されている。この温度式膨張弁１５は、膨張弁本体部１５ａの出口側に逆止弁１６を一体に内蔵するものであり、逆止弁１６の出口側は蒸発器１７の入口側に接続される。

膨張弁本体部１５ａは周知のごとく通常の冷凍サイクル運転時（冷房モード運転時）に蒸発器１７出口冷媒の過熱度が所定値に維持されるように弁開度（冷媒流量）を調整する弁体（図示せず）を備えている。

蒸発器１７の出口側は膨張弁本体部１５ａ内の流路１５ｂを介してアキュームレータ１８の入口側に接続される。このアキュームレータ１８は周知のごとく冷媒の気液を分離して液冷媒を溜めてガス冷媒を導出するもので、その出口側は圧縮機１０の吸入側に接続される。

ここで、アキュームレータ１８の具体的構成例を図２により述べると、アキュームレータ１８はアルミニュウム等の金属で成形された縦長円筒状のタンク本体部１８ａを有している。このタンク本体部１８ａの内部に冷媒の気液分離空間Ａが形成される。タンク本体部１８ａの円筒面（円周面）の上部付近に冷媒入口管１８ｂが配置され、この冷媒入口管１８ｂから蒸発器１７の出口冷媒がタンク本体部１８ａ（気液分離空間Ａ）の内部に流入する。

タンク本体部１８ａ内の気液分離空間Ａにおいて、この流入冷媒の気液がその密度差により分離され、ガス冷媒は気液分離空間Ａの上部側に集まり、液冷媒は気液分離空間Ａの下部側に溜まる。図２において、線Ｂはこの液冷媒の液面である。

そして、タンク本体部１８ａ内部に上下方向に延びる冷媒出口管１８ｃを配置し、この冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄをタンク本体部１８ａ内部の天井部付近にて冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅと反対側に位置させる。冷媒出口管１８ｃの下部はタンク本体部１８ａの底部を貫通して外部へ取り出し、圧縮機１０の吸入側に連結するようになっている。

これにより、冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄからタンク本体部１８ａ内上部のガス冷媒を吸入する。また、冷媒出口管１８ｃのうち、タンク本体部１８ａの底部近傍の部位にオイル戻し穴１８ｆを開口し、このオイル戻し穴１８ｆからタンク本体部１８ａ内底部付近の、オイルが溶け込んでいる液冷媒を一定量吸入して、この液冷媒を冷媒出口管１８ｃ内のガス冷媒に混入して圧縮機１０吸入側へ導出するようになっている。

更に、アキュームレータ１８には外部バイパス通路１８ｇが設けてある。この外部バイパス通路１８ｇの上流端はタンク本体部１８ａの外部にて冷媒入口管１８ｂに接続され、また、外部バイパス通路１８ｇの下流端はタンク本体部１８ａの外部にて冷媒出口管１８ｃに接続される。これにより、蒸発器出口冷媒の一部が外部バイパス通路１８ｇに分岐され、この分岐冷媒は外部バイパス通路１８ｇを通過して、アキュームレータ１８をバイパスして流れるようになっている。

一方、圧縮機１０の吐出側から凝縮器１３等をバイパスして蒸発器１７の入口側（逆止弁１６の出口側）に直接至るホットガスバイパス通路１９が設けてある。このホットガスバイパス通路１９には暖房用弁手段をなす暖房用電磁弁２０と暖房用減圧装置をなす絞り２１とを一体化した弁装置２２が配置されている。絞り２１は、暖房用電磁弁２０の出口側冷媒流路に形成した絞り穴（固定絞り）で構成できる。

蒸発器１７は車室内への吹出空気と熱交換する室内熱交換器であって、車両用空調装置の空調ユニット２３のケース内に設置される。空調ユニット２３のケース内には送風機２４により空調空気が送風される。

この送風機２４は駆動用モータ２４ａにより回転数制御される電動送風機であって、内気（車室内空気）または外気（車室外空気）を切替導入して送風する。なお、図１では、送風機２４の送風ファンの図示の簡略化のために、軸流ファンを図示しているが、実際は送風機２４の送風ファンとして遠心ファンが使用される。

冷房モード時および除湿必要時には、蒸発器１７は送風機２４により送風される空気（内気または外気）を冷却する。これに対し、冬期暖房モード時には、蒸発器１７はホットガスバイパス通路１９からの高温冷媒ガス（ホットガス）が流入して空気に放熱するので、放熱器としての役割を果たす。

空調ユニット２３のケース内において、蒸発器１７の空気下流側には車両エンジンからの温水（エンジン冷却水）を熱源として送風空気を加熱する温水式の暖房用熱交換器２５が設置されており、この暖房用熱交換器２５の下流側に設けられた吹出口（図示せず）から車室内へ空調空気を吹き出すようになっている。

本実施形態では、圧縮機１０の吐出側から冷房用電磁弁１２→凝縮器１３→受液器１４→温度式膨張弁１５→逆止弁１６→蒸発器１７→アキュームレータ１８および外部バイパス通路１８ｇを経て圧縮機１０の吸入側に戻る閉回路により通常の冷房用冷凍サイクルＣが構成される。

また、圧縮機１０の吐出側から暖房用電磁弁２０→絞り２１→蒸発器１７→アキュームレータ１８および外部バイパス通路１８ｇを経て圧縮機１０の吸入側に戻る閉回路により暖房用のホットガスヒータサイクルＨが構成される。

なお、電磁クラッチ１１、冷房用電磁弁１２、暖房用電磁弁２０、電動送風機２４等の電気機器の作動は空調用制御装置２６により制御される。

次に、上記構成において第１実施形態の作動を説明する。冷房モード時には、空調用制御装置２６により冷房用電磁弁１２が開状態とされ、暖房用電磁弁２０が閉状態とされる。従って、電磁クラッチ１１が接続状態となり、圧縮機１０が車両エンジンにて駆動されると、圧縮機１０の吐出ガス冷媒は開状態の冷房用電磁弁１２を通過して凝縮器１３に流入する。

凝縮器１３では、図示しない冷却ファンにより送風される外気にて冷媒が冷却されて凝縮する。そして、凝縮後の液冷媒は受液器１４で気液分離され、液冷媒のみが温度式膨張弁１５の膨張弁本体部１５ａで減圧されて、低温低圧の気液２相状態となる。

次に、この低圧冷媒は逆止弁１６を通過して蒸発器１７内に流入する。蒸発器１７において低圧冷媒は、送風機２４により送風される空調空気から吸熱して蒸発する。そして、蒸発器１７で蒸発したガス冷媒はアキュームレータ１８および外部バイパス通路１８ｇを経由して圧縮機１０に吸入され、圧縮される。

このように、冷房モード時には冷房用冷凍サイクルＣにて冷媒が循環し、蒸発器１７で冷却された空調空気が車室内へ吹き出して車室内を冷房する。なお、冷房モード時には温度式膨張弁１５によって蒸発器１７の出口冷媒が所定の過熱度を持つようにサイクル内冷媒流量が調整されるので、アキュームレータ１８および外部バイパス通路１８ｇは過熱ガス冷媒が通過する単なる冷媒通路となる。

一方、冬期暖房モード時には、空調用制御装置２６によりにより冷房用電磁弁１２が閉状態とされ、暖房用電磁弁２０が開状態とされるので、ホットガスバイパス通路１９が開通する。このため、圧縮機１０の高温吐出ガス冷媒（過熱ガス冷媒）が開状態の暖房用電磁弁２０を通って絞り２１で減圧された後、蒸発器１７内に直接流入する。

このように、暖房モード時にはホットガスヒータサイクルＨにて冷媒が循環し、蒸発器１７において減圧後の過熱ガス冷媒が空調空気に放熱して空調空気を加熱する。

なお、暖房モード時には、ホットガスバイパス通路１９からのガス冷媒の圧力で逆止弁１６が閉弁状態を維持するので、吐出ガス冷媒が受液器１４側へ逆流することはない。

温水式の暖房用熱交換器２５に車両エンジンからの温水を流すことにより、蒸発器１７で加熱された空調空気を温水式暖房用熱交換器２５において更に加熱することができる。従って、寒冷時に例えば、−２０℃の外気を導入して車室内を暖房する際に、蒸発器１７での加熱により−２０℃の外気を０℃付近まで昇温させる。

そして、この０℃付近の外気を温水式暖房用熱交換器２５にて６０℃度付近まで昇温させ、この６０℃度付近の温風を車室内の乗員足元側に吹き出すことができる。

ところで、蒸発器１７で放熱した蒸発器出口冷媒は２つの流れに分岐され、そのうち、一方の冷媒流れは、冷媒入口管１８ｂからタンク本体部１８ａ内部の気液分離空間Ａに流入する。この流入冷媒の気液はその密度差により分離され、気液分離空間Ａの上部側にガス冷媒が集まり、下部側に液冷媒が集まる。

そして、気液分離空間Ａの天井部付近のガス冷媒が上端開口部１８ｄから冷媒出口管１８ｃ内に流入する。また、気液分離空間Ａの下部側に溜まる、オイルが溶け込んでいる液冷媒の一部がオイル戻し穴１８ｆから冷媒出口管１８ｃ内に吸入される。

更に、蒸発器出口冷媒のうち、残余の冷媒流れは、外部バイパス通路１８ｇを通過してアキュームレータ１８をバイパスして流れ、冷媒出口管１８ｃのうちアキュームレータ外部の部位に直接流入する。

暖房モード時に車両エンジンからの温水温度が低い時には、車室内吹出空気温度の低下（冷風の吹出）を防ぐために、送風機２４の風量を自動的に少量とするウォームアップ制御が空調用制御装置２６によって実施される。

このため、ウォームアップ制御時には蒸発器１７における空気側への放熱量が少ないので、暖房モード時における低圧側圧力が上昇しやすい状態となる。この結果、低圧側圧力の上昇→圧縮機１０の吸入冷媒の比容積減少→サイクル内冷媒流量の増加が起きるが、本実施形態においては上述のように蒸発器出口冷媒を２つの流れに分岐し、その一部の冷媒流れを外部バイパス通路１８ｇによりアキュームレータ１８をバイパスして流す。

これにより、図７の従来例のように蒸発器出口冷媒の全量がアキュームレータ１８内に流入するタイプに比較して、本実施形態ではアキュームレータ１８のタンク本体部１８ａ（気液分離空間Ａ）内部への流入冷媒量を大幅に減少できる。

その結果、低圧側圧力が上昇しやすい運転条件においても、タンク本体部１８ａ内部への流入冷媒が冷媒液面Ｂに強く衝突することを抑制できるので、冷媒液面Ｂを泡立たせるフォーミング現象の発生を良好に抑制できる。これにより、圧縮機への過剰な液冷媒戻りを抑制して、圧縮機１０の液圧縮による作動音の増大等の問題を防止できる。

次に、図３は本実施形態による効果を示す実験データであり、実験条件としては、圧縮機１０の回転数Ｎｃ：１１８０ｒｐｍ、送風機２４の駆動用モータ２４ａへの印加電圧（ブロワ電圧）：３．６Ｖ（この３．６Ｖは送風機２４の低速運転相当のモータ印加電圧）、サイクル内全体の封入冷媒量：５００ｇ、サイクル内全体の封入オイル量：１７５ｇ、圧縮機１０の吐出冷媒圧力Ｐｄ：約２ＭＰａＧ、アキュームレータ１８の気液分離空間Ａの容積（タンク内部の全容積）は２７０ｃｃで、気液分離空間Ａの高さ（タンク内部の全高さ）は１１０ｍｍである。

また、外部バイパス通路１８ｇを通過するバイパス冷媒の比率は、蒸発器出口冷媒の４０％付近に設定している。そして、ホットガスヒータサイクルＨの起動直後の過渡状態を経過して、定常状態に移行した後に、具体的には、ホットガスヒータサイクルＨの起動後、３分以上の時間が経過した後に、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）の液面高さ、騒音およびサイクル吸入圧Ｐｓを測定している。

なお、本発明の実施形態については、液面高さ、騒音およびサイクル吸入圧Ｐｓを図３の横軸に示すように外気温＝−２０℃〜５℃の温度範囲において測定し、従来例（蒸発器出口冷媒の全量がアキュームレータ１８内に流入するタイプ）については、液面高さ、騒音およびサイクル吸入圧Ｐｓを外気温の代表として−５℃の条件のみで測定している。

図３（ａ）の液面高さは、アキュームレータ１８のタンク本体部１８ａ内部の底面部から冷媒液面Ｂまでの高さ寸法であり、従来例では、フォーミング現象の発生により液面高さが実質上０になってしまったが、本発明の実施形態によると、低風量条件においても液面高さを５０ｍｍ付近に維持できた。

また、図３（ｂ）は、車両用空調装置における車室内騒音を測定したものであり、圧縮機１０の作動音は冷媒配管を伝播して蒸発器１７部から車室内へ放出される。従来例では、フォーミング現象の発生により圧縮機１０の液圧縮による作動音が増大して、車室内騒音＝７７ｄＢ（Ａ）付近となったが、本発明の実施形態によると、車室内騒音を７２ｄＢ（Ａ）付近まで低減できることが分かった。

また、図３（ｃ）は、圧縮機１０の吸入冷媒圧力Ｐｓであり、従来例ではフォーミング現象の発生により吸入冷媒圧力Ｐｓが０．４５ＭＰａＧ付近まで上昇したが、本発明の実施形態によると、吸入冷媒圧力Ｐｓを０．３８ＭＰａＧ付近まで低下できることが分かった。

なお、本発明者の実験検討によると、外部バイパス通路１８ｇを通過するバイパス冷媒の比率の下限値は、アキュームレータ１８内部でのフォーミング現象の抑制のために、蒸発器出口冷媒の３０％以上に設定することが好ましいことが分かった。

これに対し、バイパス冷媒の比率を増大していくと、アキュームレータ１８の気液分離空間Ａ内に流入する蒸発器出口冷媒の比率が減少していく。従って、種々な運転条件の変動によりホットガスヒータサイクル（Ｈ）での循環冷媒量が増減する際に、アキュームレータ１８の気液分離空間Ａ内に蓄積される液冷媒の量を調整する作用の応答性がバイパス冷媒の比率増大（気液分離空間Ａ内流入冷媒の比率減少）によって低下することになる。

本発明者の実験検討によると、バイパス冷媒の比率の上限値は、余剰液冷媒蓄積量調整作用の応答性確保の観点から９０％以下、より好ましくは７０％以下にすることが好ましいことが分かった。

（第２実施形態）
第１実施形態では、アキュームレータ１８の外部に配置される外部バイパス通路１８ｇによってアキュームレータバイパス通路を構成しているが、第２実施形態では、アキュームレータ１８の内部に構成される内部バイパス通路によってアキュームレータバイパス通路を構成している。

図４は第２実施形態によるアキュームレータ１８の縦断面図であり、タンク本体部１８ａはその上面壁部を一体成形した縦長円筒状の形状になっている。このタンク本体部１８ａの下端開口部に円板状の底板１８ｈを接合することによりアキュームレータ１８のタンク形状を構成している。なお、１８ｉは底板１８ｈの接合部を示す。

そして、タンク本体部１８ａの上部付近に冷媒入口管１８ｂを配置し、また、タンク本体部１８ａ内部に上下方向に延びるように冷媒出口管１８ｃを配置し、この冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄをタンク本体部１８ａの天井部付近にて冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅと対向するように配置している。

より具体的に説明すると、冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄは５０°付近の所定角度θにて傾斜した傾斜開口形状になっており、この傾斜開口形状からなる上端開口部１８ｄの下端位置を冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅの下端位置と上端位置との中間部に位置するように設定している。換言すると、冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄと冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅとが部分的に重合するように冷媒出口管１８ｃを対向配置している。

図４の図示例では、上端開口部１８ｄの下端位置を冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅの上下方向の中央位置（開口中心位置）に位置するように設定している。ここで、両開口部１８ｄ、１８ｅの間に微小距離の間隔Ｌが設定されるように冷媒出口管１８ｃを配置している。

第２実施形態によると、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅと冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄとが部分的に直接対向しているので、冷媒入口管１８ｂからアキュームレータ１８内に流入する蒸発器出口冷媒の流れのうち、一部の冷媒流れが矢印１８ｊのように冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅから冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄ内に直接流入する。そして、残余の冷媒流れは矢印１８ｋのように気液分離空間Ａ内に流入する。

上記の矢印１８ｊに示す冷媒流れ部分は、冷媒出入口管１８ｂ、１８ｃ間を直結する冷媒短絡通路を構成し、この冷媒短絡通路を通して流れる冷媒はアキュームレータ１８内の気液分離空間Ａを実質上バイパスして流れる。よって、この冷媒短絡通路によってアキュームレータ１８内に内部バイパス通路が構成されることになる。

この冷媒短絡通路（内部バイパス通路）を通して流れる冷媒は、第１実施形態による外部バイパス通路１８ｇを通過するバイパス流れと同等の役割を果たすので、第２実施形態においても第１実施形態と同等のフォーミング現象抑制効果を発揮できる。

しかも、第２実施形態では、アキュームレータ１８内に矢印１８ｊで示す内部バイパス通路を構成するから、第１実施形態の外部バイパス通路１８ｇを廃止できる。つまり、第２実施形態によると、アキュームレータ１８を基本的には図７の従来例のアキュームレータ１８と同一部品点数にて構成でき、第１実施形態よりも低コストにてアキュームレータ１８を構成できる。

なお、第２実施形態において、矢印１８ｊに示すバイパス冷媒流れの比率、すなわち、内部バイパス通路の冷媒流れの比率は、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅに対する冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄの下端位置を変更して、両開口部１８ｄ、１８ｅの開口面積の重合割合を選択することにより調整できる。その他に、上端開口部１８ｄの傾斜角度θや間隔Ｌ、上端開口部１８ｄの傾斜面の管円周方向への回転角を選択することによってもバイパス冷媒流れの比率を調整できる。

第２実施形態において間隔Ｌを零にしても、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅから気液分離空間Ａ内に流入する冷媒流れを形成できるから、第２実施形態では間隔Ｌを零にして冷媒出口管１８ｃを冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅに接触するように配置することができる。

（第３実施形態）
第２実施形態では、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅに対して冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄが部分的に重合するように冷媒出口管１８ｃを配置しているが、第３実施形態では、図５に示すように冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅに対して冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄが全面的に重合するように冷媒出口管１８ｃを配置している。

より具体的に説明すると、第３実施形態では、冷媒出口管１８ｃの上端付近に冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅに向かって直角状に曲がった曲げ部１８ｍを形成し、この曲げ部１８ｍの端部に、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅと全面的に重合する上端開口部１８ｄを形成している。なお、第３実施形態では両管１８ｂ、１８ｃを同一径寸法とし、両開口部１８ｄ、１８ｅの中心を一致させている。

上記のように、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅと冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄとが全面的に重合するので、両開口部１８ｄ、１８ｅ間に所定距離の間隔Ｌを設けることが気液分離空間Ａ内への冷媒流れ（矢印ｋ参照）形成のために必須となる。

この間隔Ｌは、バイパス冷媒流れの比率を前述の９０％以下に抑えるためには３ｍｍ以上に設定すればよい。この間隔Ｌを５ｍｍ以上に設定すれば、バイパス冷媒流れの比率を前述の９０％より小さくでき、好ましい。第３実施形態によっても第２実施形態と同等の作用効果を発揮できる。

（第４実施形態）
第２、第３実施形態では、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅに対して冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄが部分的、あるいは全面的に重合するように冷媒出口管１８ｃを対向配置しているが、第４実施形態では、図６に示すように、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅに対して冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄを直交する向きに配置している。すなわち、第４実施形態では、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅに対して冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄが対向しない（重合しない）配置を採用している。

より具体的に説明すると、第４実施形態では、冷媒入口管１８ｂは第１〜第３実施形態と同様にタンク本体部１８ａの円筒面（円周面）の上部付近に配置され、冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅはタンク本体部１８ａの径内方側に向かっている。これに対し、冷媒出口管１８ｃの上端開口部１８ｄをタンク上方に向かって開口するとともにラッパ状に拡大している。

そして、このラッパ状の上端開口部１８ｄを冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅの下端位置１８ｎと同一高さまたはその下方位置に設定している。図４の具体例では、ラッパ状の上端開口部１８ｄを冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅの下端位置１８ｎより微小量下方の位置に配置している。

第４実施形態によると、冷媒入口管１８ｂからアキュームレータ１８内に流入する蒸発器出口冷媒の流れのうち、一部の冷媒流れが矢印１８ｊのように放物線状の形態にて冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅから冷媒出口管１８ｃのラッパ状上端開口部１８ｄ内に直接流入する。そして、残余の冷媒流れは矢印１８ｋのように気液分離空間Ａ内に流入する。

上記の矢印１８ｊに示す冷媒流れ部分によって、冷媒出入口管１８ｂ、１８ｃ間を直結する冷媒短絡通路を構成でき、第２、第３実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

本発明者の検討によると、冷媒出口管１８ｃの外径ｄ１に対してラッパ状上端開口部１８ｄの外径ｄ２を１．２倍以上に拡大し、かつ、ラッパ状上端開口部１８ｄを上記のように冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅの下端位置１８ｎと同一高さまたは下方に配置することにより、上記の矢印１８ｊに示す冷媒流れ（バイパス冷媒流れ）を蒸発器出口冷媒の３０％以上確保できることが分かっている。

なお、ラッパ状上端開口部１８ｄを冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅの下端位置１８ｎより下方に配置する場合に、ラッパ状上端開口部１８ｄを冷媒液面Ｂより上方のガス冷媒空間部に配置することはもちろんである。従って、実用上はラッパ状上端開口部１８ｄを冷媒入口管１８ｂの開口部１８ｅの下端位置１８ｎと同一高さまたはその下方近傍位置に配置することが好ましい。

（他の実施形態）
なお、上述した各実施形態では、本発明を車両用空調装置の冷凍サイクル装置に適用した場合について説明したが、本発明を種々な用途の冷凍サイクル装置に適用できることはもちろんである。

本発明の第１実施形態を示す冷凍サイクル図である。 第１実施形態によるアキュームレータの具体例を示す断面図である。 第１実施形態による効果を示すグラフである。 第２実施形態によるアキュームレータの具体例を示す断面図である。 第３実施形態によるアキュームレータの具体例を示す断面図である。 第４実施形態によるアキュームレータの具体例を示す断面図である。 従来例のアキュームレータを示す断面図である。

符号の説明

１０…圧縮機、１２…冷房用電磁弁（弁手段）、２０…暖房用電磁弁（弁手段）、
１３…凝縮器（室外熱交換器）、１５…温度式膨張弁（冷房用減圧装置）、
１７…蒸発器（室内熱交換器）、１８…アキュームレータ、１８ｂ…冷媒入口管、
１８ｃ…冷媒出口管、１８ｄ、１８ｅ…開口部、１８ｇ…外部バイパス通路、
１８ｊ…冷媒短絡通路（内部バイパス通路）、１９…ホットガスバイパス通路、
２１…絞り（暖房用減圧装置）、Ａ…気液分離空間、Ｃ…冷房用冷凍サイクル、
Ｈ…ホットガスヒータサイクル。

Claims (4)

1. 圧縮機（１０）より吐出された冷媒を、室外熱交換器（１３）、冷房用減圧装置（１５）および室内熱交換器（１７）を通して前記圧縮機（１０）に戻すことで、前記室内熱交換器（１７）を蒸発器として作動させる冷房用冷凍サイクル（Ｃ）と、
   前記圧縮機（１０）より吐出された冷媒を、暖房用減圧装置（２１）を有するホットガスバイパス通路（１９）により前記室内熱交換器（１７）に導入した後に前記圧縮機（１０）に戻すことで、前記室内熱交換器（１７）を放熱器として作動させるホットガスヒータサイクル（Ｈ）とを切替可能に構成し、
   前記冷房用冷凍サイクル（Ｃ）により前記室内熱交換器（１７）で冷却された空気を室内へ吹き出すことにより冷房モードを実行し、また、前記ホットガスヒータサイクル（Ｈ）により前記室内熱交換器（１７）で加熱された空気を室内へ吹き出すことにより暖房モードを実行する冷凍サイクル装置において、
   前記室内熱交換器（１７）の冷媒出口側と前記圧縮機（１０）の吸入側との間に、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒を前記圧縮機（１０）の吸入側へ導出する縦長円筒状のアキュムレータ（１８）を設置するとともに、
   前記室内熱交換器（１７）の出口冷媒の一部を分岐するとともに、前記分岐冷媒が前記アキュムレータ（１８）内部の気液分離空間（Ａ）を実質上バイパスして流れるアキュムレータバイパス通路（１８ｊ）を備え、
   前記アキュムレータバイパス通路は、前記アキュムレータ（１８）の内部に形成される内部バイパス通路（１８ｊ）であり、
   前記アキュムレータ（１８）は、水平方向に延びるように配置され、前記室内熱交換器（１７）の出口冷媒を前記気液分離空間（Ａ）に流入させる冷媒入口管（１８ｂ）と、前記気液分離空間（Ａ）内で上下方向に延びるように配置され、前記気液分離空間（Ａ）上部のガス冷媒を吸入して前記圧縮機（１０）の吸入側へ導出する冷媒出口管（１８ｃ）とを有し、
   前記冷媒入口管（１８ｂ）の開口部（１８ｅ）の一部と前記冷媒出口管（１８ｃ）の開口部（１８ｄ）とが部分的に重合することにより前記両開口部（１８ｅ、１８ｄ）が対向するようになっており、これにより、前記冷媒入口管（１８ｂ）の開口部（１８ｅ）から前記室内熱交換器（１７）の出口冷媒の一部が前記冷媒出口管（１８ｃ）の開口部（１８ｄ）に直接流入する冷媒短絡通路（１８ｊ）を構成し、
   前記冷媒短絡通路（１８ｊ）により前記内部バイパス通路を構成したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記分岐冷媒の比率は、前記室内熱交換器（１７）の出口冷媒の３０％〜９０％の範囲であ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。
3. 前記分岐冷媒の比率は、前記室内熱交換器（１７）の出口冷媒の４０％〜７０％の範囲であ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。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置を備える車両用空調装置であって、
   前記室内熱交換器（１７）と、前記室内熱交換器（１７）の空気下流側に配置され車両エンジンからの温水を熱源として空調空気を加熱する温水式の暖房用熱交換器（２５）と、前記室内熱交換器（１７）及び前記暖房用熱交換器（２５）を通して前記空調空気を車室内へ向かって送風する送風機（２４）とを有する空調ユニット（２３）、
   及び前記温水の温度が低い時に前記送風機（２４）の風量を自動的に少量とするウォームアップ制御を実施する制御装置（２６）を備え、
   前記冷媒入口管（１８ｂ）の開口部（１８ｅ）から前記室内熱交換器（１７）の出口冷媒の一部を前記冷媒短絡通路（１８ｊ）により前記冷媒出口管（１８ｃ）の開口部（１８ｄ）に直接流入させることにより、前記ウォームアップ制御時に、前記アキュムレータ（１８）内液面でのフォーミング現象の発生を抑制することを特徴とする車両用空調装置。

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