JPH04227436A - 冷凍装置、モジュレータ付熱交換器、及び冷凍装置用モジュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍装置に関し、例えば
自動車用空調装置に用いて有効である。また本発明は当
該冷凍装置に用いて有効なモジュレータにも関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍装置では、第７図に示すよう
に凝縮器４００の下流にレシーバ４０１を配置していた
。このレシーバは上方部に流入口４０３を有する密閉空
間よりなり、凝縮器４００で凝縮した冷媒をレシーバ４
０１内に溜めるようになっている。すなわち、レシーバ
４０１内には気液界面ができ、下方に気冷媒が溜まる構
造となっている。そして下方に溜まった液冷媒は導出管
４０４より冷凍装置の減圧手段にむけて導出されるよう
になっている。

【０００３】しかしながら、この従来のものでは冷凍サ
イクルを循環する冷媒の全量が一旦レシーバ４０１に流
入することになるため、レシーバ４０１内には常に多量
の冷媒が流入し、かつ多量の冷媒が導出する構造となり
、レシーバ４０１の体格を必然的に大型化せざるを得な
かった。

【０００４】また従来の技術として、第４４図に示すよ
うに凝縮器４００の途中よりレシーバ４０１を分岐した
ものも知られている。これは、コンデンサ部４０２で凝
縮した冷媒を一旦レシーバ４０１に溜め、ここで気液分
離したのち液冷媒のみスーパークール部４０５へ導出す
るようにしたものである。

【０００５】この第４４図図示でのレシーバ４０１も、
上述の第７図図示例と同様冷凍サイクルを循環する冷媒
の全量がレシーバ内に流入し、かつその全量が導出配管
４０４よりスーパークール部４０５へ導出されるものと
なっているため、レシーバ４０１の体格は必然的に大型
化さぜるを得なかった。さらに、熱交換器４００より導
入配管４０３，導出配管４０４の双方を取り出す必要が
あるため、冷媒配管の設置が困難となるのみならず、冷
媒配管４０３，４０４やレシーバ４０１のために、自動
車への搭載性が悪くなるという欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記点に鑑み
て案出されたもので、冷凍サイクル中に封入された冷媒
のうち余剰冷媒を溜めておく手段として、従来のレシー
バ４０１に変わり、体格を小型化したモジュレータを用
いることを目的とする。

【０００７】併せて、本願発明は冷凍サイクルに用いら
れ、余剰冷媒の貯留に最適な構造をしたモジュレータを
提供することを目的とするまた本願発明は、モジュレー
タを用いた冷凍装置で、モジュレータの冷媒流れ下流側
に配置された過冷却器により良好なスーパークールが得
られ、もって冷凍装置全体の冷凍能力を向上させること
を目的とする。

【０００８】さらに本願発明は、モジュレータを用いる
ことで過冷却が取れるようにした冷凍装置において、凝
縮器と過冷却器およびモジュレータの構造を簡便ならし
めることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明では冷凍装置の凝縮器の途中ないし減圧手段の
上流の箇所に冷媒配管より上方に分岐したモジュレータ
を用いるという構成を採用する。

【００１０】すなわち本発明では、上下方向に延びる閉
空間よりなり、その下方部分で冷媒配管に接続するモジ
ュレータを用いる。また本発明では、モジュレータを冷
媒の冷却を行う熱交換器の途中より分岐配置し、熱交換
器のうちこのモジュレータ上流の部位を凝縮器とし、モ
ジュレータ下方の部位を過冷却器とする構成を採用する
。

【００１１】

【作用】本発明の冷凍装置では、上記構成採用の結果、
冷凍装置を循環する冷媒がその全量がモジュレータに流
入するということはない。すなわち、冷凍装置の余剰冷
媒のみがモジュレータ内に溜められ、余剰冷媒量の変動
に応じて、モジュレータ内より冷媒が冷凍装置を循環す
るのに供給されたり、逆に冷凍装置を循環する冷媒の余
剰分がモジュレータに供給されたりする。

【００１２】いずれにせよ、循環冷媒の全量が流入，流
出するのではないので、モジュレータは余剰冷媒を収納
できる程度の大きさとすればよい。併せて、本発明では
モジュレータを凝縮器の下流かつ、過冷却器の上流に配
置することで良好な過冷却を達成することができる。す
なわち、モジュレータ内には余剰冷媒を収納することよ
り気液界面が形成され、モジュレータより下流側には液
冷媒を供給できることになる。その結果、単にモジュレ
ータを分岐接続させるのみで良好な過冷却作用を達成で
き、エンタルピ差の上昇に伴い冷凍装置の冷却能力向上
が図れる。

【００１３】特に凝縮器と過冷却器とを単一の熱交換器
で形成する場合には、モジュレータは熱交換器途中より
分岐させるのみでよく、またモジュレータはその体格が
過大にならないことと相まって、凝縮器、および過冷却
器をコンパクトに形成することができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の望ましい実施例を図に基づいて
説明する。第１図は本発明冷凍装置の概略を示す冷凍サ
イクル図で、図中２００は自動車走行用エンジンにより
駆動される圧縮機である。圧縮機で圧縮吐出された高温
高圧の冷媒は冷媒配管３５０を介して凝縮器４００に供
給される。凝縮器で外部空気と熱交換し液化した冷媒は
高温高圧のまま冷媒配管３５１を介して減圧手段３００
に供給される。本例では減圧手段として感温筒３１１か
らの信号にもとづき絞り量を可変する温度作動式膨張弁
を用いる。この膨張弁にて減圧膨張され霧状となった冷
媒は蒸発器３１０に供給される。蒸発器３１０は車両用
空調装置に配置され、被空調空気と熱交換し、空気中よ
り気化熱を奪って空気を冷却すると同時に冷媒の蒸発を
行う。

【００１５】そして蒸発器３１０で蒸発した低温低圧の
気冷媒は冷媒配管３５２を経て圧縮機２００に循環する
。ここで本発明では、凝縮器４００出口側の冷媒配管中
にモジュレータ１００を配置している。このモジュレー
タ１００は第２図に示すように上下方向に延びる閉空間
よりなり、その下方部が凝縮器４００出口側の冷媒配管
３５１より分岐する。なお、第２図中４２０はサーペン
タインチューブで押し出しチューブを蛇行成形したもの
で内部を冷媒が通過する。また４２１はこのチューブ４
２０に熱的結合したコルゲートフィンで冷媒と空気との
熱交換を促進するものである。第２図図示凝縮器はいわ
ゆるサーペンタインタイプのもので入口側に分岐管４２
２を有し冷媒を２つの通路に分けて流すものである。 そして両通路に分けて流された冷媒は集合管４２３にて
集合し、最終的に凝縮器４００を通過したのち冷媒配管
３５１へ供給される。

【００１６】第２図より明らかなように、凝縮器４００
を通過した冷媒は基本的にはその全量が冷媒配管３５１
より膨張弁３００側へ流れることになる。しかしながら
、冷凍装置へ封入された冷媒量が必要量以上であった場
合、逆に冷媒が漏れ出て冷凍装置に封入される冷媒量の
総量が減少した場合、さらには冷房負荷の変動に基づき
必要循環冷媒量が変動した時には、余剰冷媒を溜めてお
く必要がある。そこで、本発明の冷凍装置では、モジュ
レータ１００内の密閉空間がこの余剰冷媒の収納を行う
。モジュレータ１００は凝縮器の下流側に配置されてい
るため、分岐部３６０は凝縮器４００で凝縮した液冷媒
が流れることになる。そのため、モジュレータ１００内
には液冷媒が流入し、液冷媒の状態でモジュレータ１０
０内に溜めておくことができる。

【００１７】第３図ないし第５図はこのモジュレータ１
００内での冷媒の充填状況を示す内面図で、通常は第３
図に示すように余剰冷媒がモジュレータ１００内に溜め
られ、モジュレータ１１０内には気液界面が形成される
。すなわち、第３図の状態ではモジュレータ１００内に
流入する気冷媒と流出する液冷媒との収支が一致し、安
定した液面がモジュレータ１００内に形成されることに
なる。換言すれば、モジュレータ１００内での冷媒の流
入，流出はきわめてわずかなものとなり、モジュレータ
１００には余剰冷媒を収納するのに必要な大きさのみ要
求されることになる。

【００１８】冷媒の漏洩、もしくは冷媒負荷の増大によ
り、冷媒不足状態となれば、凝縮器４００では全ての冷
媒が凝縮しきれず、気冷媒が凝縮器４００下流に流出す
ることになる。すなわち第４図に示すように気冷媒がモ
ジュレータ１００に多量に供給されることになる。この
気冷媒の導入を受けて、モジュレータ１００内より液冷
媒が冷媒配管３５１側へ流出される。その結果、モジュ
レータ１００内での液面は低下する。換言すればモジュ
レータ１００内に溜められていた冷媒が冷凍装置側で流
れ出し、循環冷媒不足を補うことになる。

【００１９】逆に、冷媒の荷重点や冷房負荷減少の時に
は凝縮器で冷媒が十分凝縮し、冷媒配管３５１側へは気
冷媒がほとんど導出されないことになる。その結果、第
５図に示すようにモジュレータ１００には液冷媒のみが
供給され、モジュレータ１００内は液冷媒で充満するこ
とになる。このように、冷媒が循環量に比して過剰とな
った場合には過剰分をモジュレータ１００内に収納する
ことで、循環冷媒流量の調整を行うことができる。

【００２０】このモジュレータ１００の上部にサイトグ
ラス１９０を設ければ、上記状態が黙視でき、このモジ
ュレータより冷媒不足や冷媒の荷重点を確認することが
できる。なお、第６図中１８０はフロートでモジュレー
タ１００内の気液界面の確認用に用いられる。またサイ
トグラス１９０はＯリング１９８を介してモジュレータ
上面にかしめ固定される。

【００２１】以上説明したように、本発明のモジュレー
タを用いれば、循環冷媒の変動をこのモジュレータ内で
吸収することができる。しかもモジュレータ１００はそ
の流入，流出冷媒に大きな流速を持たないので内部が比
較的安定し必要最低限の容積とすることができる。

【００２２】次にこのモジュレータを凝縮器の途中に配
置した例について説明する。上述の第４４図の例のよう
に、凝縮器４００の途中にレシーバ４０１を設け、気液
界面を形成すればその下流は過冷却器として作用する。 第８図はこの過冷却器を用いた冷凍装置の状態を示すモ
リエル線図であるが、気液界面の存在により、レシーバ
４０１の配置点が飽和液線上となりそれ以降の冷媒は過
冷却されることになる。このように過冷却がとられると
エンタルピ差を増大させることができ、結果として冷凍
装置の冷却能力が向上できることになる。第９図はレシ
ーバ４０１に変えモジュレータ１００を用いた冷凍装置
の概念図である。この図に示すようにモジュレータ１０
０でも気液界面が形成できる結果、モジュレータ１００
配置位置の冷媒状態は飽和液となる。従ってモジュレー
タ下流に配置された熱交換器は過冷却器となりサブクー
ル部４０５を形成する。

【００２３】なおコンデンサ部４０２での凝縮状態は冷
房負荷によって変動するのでその変動分を第９図中斜線
で示した。そしてこのコンデンサ部４０２での凝縮能力
の変動はモジュレータ１００内で吸収することができる
。すなわち、冷房負荷が高くなりコンデンサ部では十分
凝縮しきれない状態では気冷媒がコンデンサ部より導出
することになるが、その気冷媒はモジュレータ１００内
に吸収され、モジュレータ１００より液冷媒がサブクー
ル部４０５側へ導出されることで、サブクール部４０５
では良好な過冷却をとることができる。

【００２４】サブクール部１００を凝縮器と過冷却器と
の間に配置した例を第１０図に示す。図中２０１は自動
車走行用エンジンで、圧縮機２００がこのエンジン２０
１の動力を電磁クラッチ２０２を介して受けて作動する
ものであることを示す。第１０図の例ではモジュレータ
１００は集合管４２３位置より上方に分岐している。す
なわち、第１１図に示すように集合管４２３は４方に分
岐しており、コンデンサ部４０２のチューブ４２０が２
本接続し、サブクール部４０５のチューブ４２０が１本
接続し、残った一方にモジュレータ１００が接続してい
る。

【００２５】第１２図は上記熱交換器４００を模式的に
示したものである。この熱交換機４００はモジュレータ
１００を設けることでモジュレータ１００分岐部の上流
側が凝縮器の機能をなすコンデンサ部４０２として作用
する。またモジュレータ１００分岐位置の下流側は過冷
却器の機能をこなすサブクール部４０５として作用する
ことになる。

【００２６】次に本発明者らは、このようにモジュレー
タ１００を熱交換機途中より分岐させた場合どの位置で
分岐させるのが最も望ましいのかについて実験検討を行
った。第１２図に示すように熱交換機４００全体の面積
を１とした場合サブクール部４０５の面積をｒとし、こ
のサブクール部面積比を種々変動させて最適位置を測定
した。第１３図は蒸発器に吸入される空気が温度３５℃
，湿度６０％，流量５００ｍ３　／ｈの条件し、かつ熱
交換器４００に流入する空気が温度４０℃で風速２ｍ／
ｓの条件のもとで測定したもので、サブクール０のもの
と同一の冷房能力を得るのに圧縮機２００駆動能力がど
の程度必要か示したものである。すなわち、同一の能力
を得るのに必要なエンジン２０１のアイドル回転数を測
定し、その結果より、圧縮機２００の駆動動力を算出し
たものである。

【００２７】サブクール面積を多くすれば、冷媒の過冷
却度を大きくすることができ、第８図図示モリエル線図
より明らかなようにエンタルピ差を大きくとることがで
きて冷房能力が増大する。そのため基本的にはサブクー
ル面積を大きくするほど冷房能力が増大し、その結果同
一の能力を得るのに必要な駆動力は減少することなる。

【００２８】しかしながら熱交換器４００の放熱面積を
一定の条件のもとにサブクール部４０５の面積を増すこ
とはコンデンサ部４０２の面積の減少を来すことになる
。そのため放熱面積の少ない状態で液化させることが要
求され、コンデンサ部４０２の冷媒圧力を上昇する。 そして、このコンデンサ部４０２内の冷媒圧力上昇に伴
い圧縮機２００の駆動動力は逆に増大することになる。

【００２９】第１３図図示結果はこの相反する条件を示
したもので、一般的傾向としてはサブクール面積比ｒを
大きくするほうが望ましいが、この面積比が０．１以上
となればもはや圧縮機２００の駆動動力はほとんど減少
しなくなることを示している。

【００３０】第１３図図示では主に圧縮機２００の駆動
に要する動力の観点から行ったものであるが、第１０図
より明らかなように圧縮機２００は自動車走行用エンジ
ン２０１によって駆動され、自動車走行用エンジンは、
冷房能力にかかわらず自動車走行上の要求でその回転数
が定められるものである。従って、サブクール面積比も
自動車が実際に走行している状態での望ましい値を定め
る必要がある。

【００３１】第１４図はその観点で書かれた実験結果を
示すもので、実線Ａは自動車が高速で走行し、かつ冷凍
装置への熱負荷が高い状態を示す。具体的には蒸発器３
１０に流入する空気温度が３５℃で、流入空気流量が５
００ｍ３　／ｈ、かつエンジン２０１の回転数が３６０
０ｒｐｍの状態を示す。また実線Ｂは自動車が中速で走
行しかつ冷凍装置の熱負荷も中負荷の状態を示す。具体
的にはエバポレータ３１０へ流入する空気温度が２７℃
，４００ｍ３　／ｈ、かつエンジン２０１の回転数が１
８００ｒｐｍの状態を示す。また実線Ｃは自動車が低速
走行し、かつ冷凍装置の熱負荷も小さい状態を示す。具
体的にはエバポレータ３１０へ流入する空気の温度が２
５℃で、流入空気流量が３００ｍ３　／ｈであり、エン
ジン２０１の回転数が１０００ｒｐｍの状態を示す。そ
してこれら各条件のもとにスーパークールがない冷凍装
置に比べて冷房能力，動力および能力比（Ｑ／Ｌ）を測
定したものである。前述の理由により、冷房能力は一般
的にサブクール面積を大きくするほど上昇する。それに
対し動力はコンデンサ部での冷媒圧力上昇の結果サブク
ール面積を大きくすればそれにともない大きくなる傾向
にある。従って、冷房能力と動力とより最適な能力比（
Ｑ／Ｌ）を定める必要がある。本例では低速低負荷時に
はサブクール面積を０．３以上とした時かえって能力比
が落ちてしまうことになる。

【００３２】従って、全ての運転状態において効率よく
冷凍装置を運転するためには、サブクール面積は０．１
以上で０．３以下に設定することが望ましい。本発明者
らはさらにサブクール部４０５において適切な過冷却を
得るためには、モジュレータ１００での冷媒の凝縮が大
きな影響を与えることに注目した。すなわち、第１５図
に示すようにモジュレータ１００にも冷却風があたるた
め、モジュレータ１００内部で気冷媒の凝縮が生じるこ
とがある。ここでモジュレータ１００の気液界面１００
ａは飽和液状態となるが、この飽和液状態はモジュレー
タ１００による放熱冷却の結果として達成されることに
なる。換言すればモジュレータ１００へ流入される状態
が多少の乾き度を有する気液混合流であったとしても、
モジュレータ１００自身の冷却放熱効果によって気液界
面１００ａが保持されることになる。すなわち、第１５
図中１００ｂの領域においては多少気冷媒を含む気液混
合流であってもモジュレータ内では均衡が得られること
になる。このことはサブクール４０５の入口部４０５ａ
での冷媒状態が、上述のモジュレータ１００の入口部１
００ｂの冷媒状態と同一となることを示し、結果として
サブクール部４０５には蒸気を含む気液流が供給される
ことになる。従って、サブクール部４０５では、まず気
液流中の気相部分が凝縮し、その後始めて過冷却が得ら
れることになる。第１５図ではＤ点ではじめて飽和液状
態となり、過冷却を得ることができる部分はＤ点以降の
サブクール部４０５となる。

【００３３】以上説明した理由により、モジュレータ１
００で放熱かあると、結果としてサブクール部４０５で
の有効過冷却面積の減少を来すことになる。ここで、コ
ンデンサ部４０２を通過した冷媒中の気冷媒成分のうち
、モジュレータ１００へ流入する量とサブクール部４０
５へ流入する量との比をガス流出比とすると、モジュレ
ータ１００から放熱がある場合サブクール部４０５への
流出量は、「気冷媒流出量」＝ガス流出比×「モジュレ
ータでの放熱によりガス凝縮量」となり、モジュレータ
１００での凝縮量に応じた分だけ気冷媒がサブクール部
４０５へ供給されることになる。

【００３４】従って、気冷媒を積極的にモジュレータ１
００側へ導くようにすることが望まれる。ここで、冷媒
通路面積をＡとし、分岐管開口面積をＡ´とすると、冷
媒通路を流れる気冷媒量のＡ´／Ａ倍の気冷媒が動圧に
よりモジュレータ１００内に流入することになる。逆に
気冷媒流出比はＡ´／Ａ−Ａ´となり、分岐管開口面積
を大きくするほど比冷媒流出量は小さくなる。しかしな
がら、分岐管開口面積Ａ´を大きくしすぎるとモジュレ
ータ内の冷媒流量が大きくなるため、再び気冷媒が冷媒
流れから分離しなくなり気冷媒流出比が大きくなってし
まう。この状態を示したのが第１６図であり、このこと
よりも冷媒管の面積比Ａ／Ａ´は適切な範囲内で設定す
ることが望まれることが認められる。

【００３５】第１７図はモジュレータ分岐部での冷媒状
態を示したもので、分岐部での冷媒流速が大きすぎる時
には、浮力により気冷媒の分離が少ないことが認められ
る。そこで、分岐部で冷媒流れの一部をさらに分離し、
流速を落とすようにすれば、モジュレータ１００で気冷
媒が浮力により分離しやすくなることが認められる。

【００３６】第１８図はこの観点に基づき考案された例
で、モジュレータ１００の分岐部に開口面積Ａ´の流入
管１２０を配設するようしたものである。そして、この
流入管１２０の開口面積Ａ´を適宜設定することでモジ
ュレータ１００内に気冷媒が良好に流入するようにして
いる。上述の第１６図図示例より、分岐管面積比Ａ／Ａ
´が大きすぎてもまた小さくなりすぎても適切な過冷却
は得られないことを示したが、本発明者らはその傾向を
さらに実験により具体的に確かめた。

【００３７】第１９図がその実験結果を示し、図中実線
Ｅは冷凍装置を循環する冷媒流量が１５０ｋｇ／ｈの場
合を示し、実線Ｆは同じく循環冷媒流量が１００ｋｇ／
ｈの状態を示す。また横軸には流入管の分岐管面積比Ａ
／Ａ´を示し、縦軸にはサブクール部４０５における有
効サブクール部面積比を示す。この有効サブクール部面
積比ｒ０　は、熱交換器４００の全熱交換表面積に対し
サブクール部４０５のうち実際に冷媒が過冷却となる部
位の表面積の割合を示す。従って、このサブクール面積
比ｒ０　が大きいほど過冷却は良好に取れることになる
。第１９図図示実験例では、分岐管面積比が１２％以上
かつ３６％以下の場合有効サブクール面積比が良好に得
られることが認められる。なお、第１８図図示例では、
流入管１２０がモジュレータ１００の上方部で開口する
ようにしたため、上記分岐管面積比Ａ／Ａ´の効果のみ
ならず、気冷媒を直接モジュレータ１００の上方部へ導
くこともでき、そのことによってもモジュレータ分岐部
での気液冷媒の乾き度を低減することができる。

【００３８】次に本発明者らはモジュレータ１００に望
ましい容量につき検討した。第２０図はモジュレータを
概念的に示すもので、モジュレータ１００に必要な容量
としては下方部の充填余裕部１３１と上方部の変動余裕
部１３０がある。充填余裕部１３１は長期間にわたる使
用の結果冷凍装置より冷媒が漏れる分を補充するもので
ある。また変動余裕部１３０は、冷凍装置の冷房負荷の
変動に応じ冷凍装置内を循環する必要冷媒流量の変動に
応じるものである。

【００３９】充填余裕部１３１の容量としては、１００
ｇ程度が一般的に求められている。そこで本発明者らは
、次に変動余裕部１３０に必要な容量につき検討した。 これは冷凍装置を種々の運転状態で作動させ、その時に
モジュレータ１００内に溜められていた冷媒量を算定し
たものである。

【００４０】第２１図にその実験結果を示す。図中実線
Ｉは温度１５℃，湿度５０％の空気の冷却を行う低負荷
運転状態を示し、実線Ｈは温度２７℃，湿度５０％の中
負荷運転状態を示し、実線Ｇは温度３５℃，湿度６０％
の高負荷運転状態を示す。横軸にはコンプレッサ回転数
を示し、これはコンプレッサ２００より吐出される冷媒
量を示す。

【００４１】上述のようにモジュレータ１００には充填
余裕部１３１として１００ｇの冷媒が封入されるように
なっているので、冷凍装置の運転状態変化に起因する変
動余裕部１３０としては４０ｇ程度の量が要求されるこ
とが認められる。

【００４２】本発明者らは上述の実験検討結果に基づい
て、モジュレータ１００に望ましい使用を定め、それを
冷凍装置に取り付けて運転を行った。次にモジュレータ
の具体的構造につき説明する。

【００４３】第１０図、および第１１図図示例ではモジ
ュレータ１００が集合管４２３より分岐するようになっ
ている。この集合管４２３部分を拡大図示したものが第
２２図である。集合管４２３には上述のようにコンデン
サ部４０２からのチューブ４２０とサブクール部４０５
へ向かうチューブ４２０とが分岐している。また集合管
４２３にはブロック型ジョイント４２６が一体ろう付け
されている。そしてこのブロック型ジョイント４２６に
は第２３図に示すようにねじ孔４２７および中央突起４
２８が形成されている。

【００４４】一方、モジュレータ１００にも第２４図に
示すようにジョイント部４２９がろう付けされており、
このジョイント４２９の下面４３０がＯリング４３１を
介してジョイント４２６の上面４３２に当接するように
配置される。そしてこの状態で図示しないボルトによっ
てジョイント４２６と４２９とが連結される。この連結
状態では中央突起４２８がモジュレータ１００側のジョ
イント４２９内に挿入され、かつ両ジョイント４２９，
４２６間の気密はＯリング４３１によって達成される。

【００４５】第１０図図示例のようにモジュレータ１０
０を熱交換器４００の途中に配置することで、モジュレ
ータ１００分岐部の後流側をサブクール部４０５として
活用することができ、結果として冷凍装置のエンタルピ
差が増大し冷凍能力が上昇することになる。しかしなが
ら、前述したようにモジュレータ１００を熱交換器４０
０途中に配置することは、結果としてコンデンサ部４０
２の有効面積を減少することになり、それはひいてはコ
ンプレッサ２００の高圧圧力の上昇を来すことになる。 そこで、第１０図の実施例において、モジュレータ１０
０を熱交換器４００中に設けたことによってコンプレッ
サ出口側の圧力がどのように変化するかにつき本発明者
らが実験を行った。第２５図はその実験結果を示し、冷
媒封入量が６００ｇ以下の状態が冷媒不足運転状態を示
し、冷媒封入量が８００ないし１０００ｇ程度の状態が
適性封入冷媒量を示し、冷媒封入量が１２００ｇ以上の
状態が冷媒の過充填状態を示す。また実線Ｗが第１０図
に示すようにモジュレータ１００を配置した冷凍装置を
示し、実線Ｚは第７図に示すような従来のレシーバ４０
１を用いた例を示す。この第２５図の実験結果より、や
はり本発明のモジュレータを用いればコンプレッサ２０
０の出口側圧力が上昇することが認められる。しかしな
がらその上昇割合は適性冷媒封入時においてはほとんど
無視できる程度のものであることが確かめられる。

【００４６】なお上述の例ではコンデンサ部４０２およ
びサブクール部４０５を形成する熱交換器４００として
蛇行チューブを用いたサーペタイン形式のものを用いた
が、第２６図に示すように偏平チューブ４８２を多数並
列配置した熱交換器としてもよい。この熱交換器は、両
側にタンク部４８０，４８１を配置し、この両タンク間
に偏平チューブ４８２が多数配置されるものである。さ
らに偏平チューブ４８２の間にはコルゲートフィン４８
３がろう付け接合されている。また、タンク部４８０，
４８１にはそれぞれ仕切り板４８４，４８５が配置され
、この仕切り板により冷媒流れが略Ｓ字状となるように
なっている。そして本発明に係わるモジュレータは一方
のタンク４８０の下方部より分岐している。

【００４７】このモジュレータ１００の分岐状態を示し
たのが第２７図で、モジュレータ１００はその下方部が
ジョイント部１５０によりタンク４８１下方と連通し、
またモジュレータ１００の上方部は支持プレート１５２
によってタンク１８１に固定されている。第２８図は第
２７図の側面図で、図のようにモジュレータ１００は熱
交換器４００に対しやや前方に傾斜したような状態で止
められている。これは第２９図に示すように、熱交換器
４００およびモジュレータ１００が自動車に搭載された
状態で、モジュレータ１００上方部に配置れたサイトグ
ラス１９０が作業者より視認しやすくするためである。 モジュレータ１００下方部のジョイント１５０はボルト
１５１により固定されている。またジョイント１５０内
にはモジュレータ１００内の流入管１２０と連通する孔
１５３とモジュレータ１００の下方部に直接連通する孔
１５４とが形成されている。なお本例では分岐部の孔１
５３が直径３．５ｍｍに形成されており、流入管１２０
は内径が５ｍｍに形成されている。また流入管１２０の
上方部は指示部４９０によりモジュレータ１００に固定
され、流入管１２０が揺れ動くことがないようになって
いる。

【００４８】なお、第２９図中符号２３０はエンジン冷
却水放熱用のラジエータで、電動ファン２３１の送風に
より熱交換器４００とともに冷却されるようになってい
る。そして熱交換器４００およびラジエータ２３０は自
動車のエンジンルーム内でエンジン２０１の前方に配置
される。

【００４９】第３０図は、第２９図図示モジュレータ１
００を用いた冷凍装置と、第７図に示すような従来のレ
シーバ４０１を用いた冷凍装置との冷房能力差を示した
ものである。図中破線Ｋがレシーバを用いた冷凍装置を
示し、実線Ｊが第２９図図示冷凍装置を示す。なお、領
域Ｌは自動車が４０ｋｍ／ｈの速度で走行し、また蒸発
器には車室内空気が循環し、さらに蒸発器に流入する空
気量が大の状態を示す。また領域Ｍは自動車が６０ｋｍ
／ｈの速度で走行し、蒸発器には温度３５℃，湿度６０
％の外部空気が流入し、また蒸発器に流入する空気流量
は中の状態を示す。領域Ｎは自動車が停止している渋滞
運転状態を示し、蒸発器には車室内空気が循環し、かつ
蒸発器に流入する空気流量は大の状態を示す。また領域
Ｎにおいて、破線Ｋで示しレシーバを用いた冷凍装置で
はエンジンのアイドリング回転数が７４０ｒｐｍ，実線
Ｊで示すモジュレータを用いた冷凍装置ではエンジンの
アイドリング回転数が６６０ｒｐｍとなるよう設定して
いる。

【００５０】このように、本発明のモジュレータを用い
た冷凍装置では、すべての運転領域において冷房性能を
向上させていることが認められる。特に、本発明のモジ
ュレータを用いた冷凍装置では、エンジン２０６のアイ
ドリング回転数を低減させた状態で、さらに冷房能力を
増大させることができ、その結果エンジン２０６の燃費
性能を向上させることもできる。

【００５１】第３１図はモジュレータの他の例を示し、
このモジュレータ１００は熱交換器４００のタンク４８
１と接続管１２６で連通するようにしている。この接続
管１２６は第３２図に示すように内部が仕切り壁により
流入管部分１２０と流出管１２５に分割形成されている
。またモジュレータ１００の上方部にはサイトグラス１
９０が固定されており、かつモジュレータ１００の変動
余裕部１３０にはフロート１８０が配置されている。 従ってサイトグラスからフロート１８０の状態を視認す
ることで冷媒の充填状態が確かめられる。またモジュレ
ータ１００の下方部にはドライヤ１９１が配置されてお
り、冷媒中に混入した水分をこのドライヤ１９１によっ
て除去することができるようになっている。

【００５２】パイプ１２６のうち流入管１２０部分には
タンク４８１内で流入口１２８が開口しており、この流
入口１２８より気冷媒とともにタンク４８１内を通過す
る冷媒の一部がモジュレータ１００に供給できるように
なっている。また流出管１２５部分は、モジュレータ１
００の下方部に流出口１２７が開口している。従って、
モジュレータ１００内の液冷媒はこの流出口より熱交換
機のサブクール部４０５へ向けて流出可能となっている
。

【００５３】なお第３２図図示のパイプ１２６はアルミ
合金を引き抜き成形したもので、パイプ１２６とモジュ
レータ１００との間およびパイプ１２６と取り付けジョ
イントとの間はろう付け接合されている。第３３図はパ
イプ１２６のうち熱交換器４００側の端部を示す斜視図
で、タンク４８１内を流れる冷媒の動圧を受けて気冷媒
がモジュレータ１００内へ流入しやすくするような位置
に流入口１２８が形成されている。そしてこの流入口と
相反する位置に出口孔１２９が設けられている。なお、
第３２図および第３３図において流入管部分１２０と流
出管部分１２５とを仕切る仕切り壁１６０は折り曲げ形
成されているが、この仕切り壁１６０の断面形状は上記
以外の平滑形状としてもよいことはもちろんで、また仕
切り壁１２６は引き抜き成形で一体に成形するもののほ
かに、別体成形された仕切り壁１６０を接続管１２６に
収納するようにしてもよい。

【００５４】第３４図は本発明のさらに他の例を示すも
ので、この例ではジョイント部１５０に流入通路１５３
および流出通路１５２を形成したものである。流入通路
は流入管１２０に連結し、これによりタンク４８１を通
過した冷媒の気体部分が確実にモジュレータの上方部へ
供給されるようになっている。また、ジョイント部１５
２に流入部および流出部を形成したことに伴い、ジョイ
ント部１５６に冷媒通路１５８を形成するようになって
いる。本例ではジョイント部１５６がタンク４８１にろ
う付けされ、このタンク側ジョイント部１５６に対し、
モジュレータ１００側のジョイント部１５０がボルト１
５１によって固定されるようになっている。なお両ジョ
イント１５０，１５６間の気密はＯリング１５７によっ
て達成される。特に、第３４図図示例ではジョンイント
部１５６内に形成される冷媒通路が流入部１５３に向か
うようになっているので、気冷媒が動圧を受けて流入部
１５３へ流れやすくなっている。

【００５５】第３５図ないし第４０図に、このモジュレ
ータ１００を用いて、冷媒の充填状態を観察した状態を
示す。第３５図および第３６図は充填冷媒量が不足して
いる状態を示し、この場合にはモジュレータ１００内に
液冷媒がほとんど存在せず、また流入管１２０より流入
された冷媒中にも気泡が多数混入していることにしてい
る。従ってサイトグラス１９０からは気泡が白濁となっ
て確認できる。

【００５６】一方、第３７図および第３８図は適性冷媒
量の状態を示す。この状態では多少気冷媒を含む気液冷
媒が流入管１２０よりモジュレータ１００内に流入し、
従って気液界面が流入管１２０の上方部と略一致して形
成できる。そのため、サイトグラス１９０からは流入管
１２０部分での液面が確認できる。

【００５７】一方、第３９図および第４０図は冷媒が過
充填となっている状態を示す。この状態ではモジュレー
タ１００上方部の変動余裕部１３０まで全て液冷媒で満
たされることになり、サイトグラス１９０からは液面が
視認されず、冷媒が過充填となったことが確認できる。

【００５８】なお、上述の例ではサイトグラス１９０を
モジュレータ１００の頂部に配設したが、第４１図に示
すように流入管１２０の上方部を直接視認できる位置に
サイトグラス１９０を配置してもよい。また第４２図に
示すように、サイトグラス１９０を頂部に排出した場合
であっても、流入管１２０の上方部を屈曲させ、サイト
グラス１９０からは流入管出口部の状態が視認できるよ
うにしてもよい。

【００５９】さらに上述の例では、モジュレータを熱交
換器４００のタンク部４８１とは別に形成するようにし
ていたが、第４３図で示すようにモジュレータ１００を
タンク４８１と一体形成してもよい。これは、タンク４
８１内を仕切り壁４７０で仕切るようにしたものである
。このモジュレータ１００とタンク４８１内冷媒通路と
は、タンクの下方キャップ４７１に形成された連通通路
４７２で連通するようにしている。

【００６０】第４５図はさらに他の例を示すもので、同
じくモジュレータ１００をタンク４８１と一体形成した
ものであるが、この例では他方のキャップ４７１に特別
な連通孔を設けず、仕切り壁４７０の下方部に比較的大
きな開口４７３を設けるようにしている。この開口４７
３の上方部はコンデンサ部４０２とサブクール部４０５
との分岐位置と同程度にしている。この例であっても熱
交換器４００のうちコンデンサ部４０２を通過した冷媒
の一部を開口４７３よりモジュレータ１００側に流入で
きるようになっている。

【００６１】なお、上述の第４３図および第４５図図示
の例では仕切り部４８４を一箇所のみ設け、熱交換器４
００内を全体として冷媒がＵ字状に流れるようにしたが
、前述の第２６図図示例のように冷媒流れがＳ字状にな
るように設定してもよいことがもちろんである。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷凍装置
では凝縮器で凝縮した冷媒をその全量ではなく一部のみ
モジュレータへ流入できるような構造としたため、モジ
ュレータの必要容積を充填余裕量と変動余裕量の必要最
小限に抑えることができ、モジュレータを小型化するこ
とができる。そのため、本発明の冷凍装置においては、
例えば自動車用空調装置として用いられたときにその搭
載性を大幅に向上することができる。

【００６３】さらに本発明の冷凍装置では、モジュレー
タを凝縮器と過冷却器との間より分岐させることで、適
切な過冷却を得ることができ、冷凍装置の冷房能力を向
上することができる。

【００６４】特にモジュレータを熱交換器途中より分岐
させるようにした場合には、凝縮器と過冷却器とを一体
の熱交換機で形成することができ、例えば自動車用空調
装置として用いた場合にはその搭載性が優れたものとな
る。

【００６５】さらに本発明の冷凍装置では、そのモジュ
レータの構造に種々の検討を加え、凝縮器通過後の冷媒
の気冷媒成分が良好にモジュレータ内に供給できるよう
にしたため、モジュレータ設置に伴う過冷却効果が確実
に発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍装置の一例を示す構成図。

【図２】第１図図示凝縮器およびモジュレータを示す正
面図。

【図３】第１図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。

【図４】第１図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。

【図５】第１図図示モジュレータの冷媒充填状態を示す
説明図。

【図６】第１図図示モジュレータの他の例を示す断面図
。

【図７】従来のレシーバを用いた冷凍装置の一部を示す
正面図。

【図８】過冷却による冷房能力状態を示すモリエル線図
。

【図９】本発明のモジュレータの作動原理を説明する説
明図。

【図１０】本発明の冷凍装置の一実施例を示す正面図。

【図１１】第１０図図示モジュレータの分岐状態を示す
断面図。

【図１２】コンデンサ部とサブクール部との面積割合を
示す正面図。

【図１３】サブクール面積比とエンジンのアイドル回転
数との関係を示す説明図。

【図１４】サブクール面積比と冷房能力との関係を示す
説明図。

【図１５】サブクール部での過冷却状態を説明する説明
図。

【図１６】分岐管面積比とモジュレータへの気冷媒流出
比との関係を示す説明図。

【図１７】気冷媒の分岐状態を示す説明図。

【図１８】流入管を用いたモジュレータの例を示す断面
図。

【図１９】分岐管面積比と有効サブクール面積比との関
係を示す説明図。

【図２０】モジュレータの充填余裕部と変動余裕部との
位置関係を示す説明図。

【図２１】圧縮機の回転数とモジュレータ内の冷媒量と
の関係を示す説明図。

【図２２】第１０図図示例のモジュレータ分岐部を示す
斜視図。

【図２３】第２２図図示ジョイント部を示す断面図。

【図２４】第２２図図示モジュレータ側ジョイント部を
示す断面図。

【図２５】第１０図図示冷凍装置と第７図図示冷凍装置
との冷媒封入量とコンプレッサ出口高圧との関係を示す
説明図。

【図２６】本発明冷凍装置の他の例の要部を示す断面図
。

【図２７】第２６図図示モジュレータを示す正面図。

【図２８】第２７図図示モジュレータの断面図。

【図２９】第２６図図示モジュレータの自動車への搭載
状態を示す説明図。

【図３０】第２６図図示冷凍装置と第７図図示冷凍装置
との冷房能力の関係の差を説明する説明図。

【図３１】本発明に係わるモジュレータの他の例を示す
断面図。

【図３２】第３１図図示接続管の断面図。

【図３３】第３１図図示接続管の端部を示す斜視図。

【図３４】本発明に係わる冷凍装置の他の例の要部を示
す断面図。

【図３５】第３４図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。

【図３６】第３５図図示モジュレータのサイトグラスの
透視状態を示す説明図。

【図３７】第３４図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。

【図３８】第３７図図示サイトグラスの透視状態を示す
説明図。

【図３９】第３４図図示モジュレータの冷媒充填状態を
示す説明図。

【図４０】第３９図図示サイドグラスの透視状態を示す
説明図。

【図４１】本発明に係わるモジュレータの他の例を示す
断面図。

【図４２】本発明に係わるモジュレータの他の例を示す
断面図。

【図４３】本発明冷凍装置の他の例の要部を示す正面図
。

【図４４】従来の冷凍装置の一部を示す説明図。

【図４５】本発明の冷凍装置の更に他の例の要部を示す
正面図。

【符号の説明】

１００　　モジュレータ ２００　　圧縮機 ３００　　減圧手段 ３１０　　蒸発器 ４００　　凝縮器 ４０５　　過冷却器

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　冷媒の圧縮を行う圧縮機と、圧縮され
   た高圧冷媒の凝縮を行う凝縮器と、凝縮された冷媒の減
   圧膨張を行う膨張手段と、減圧された冷媒の蒸発を行う
   蒸発器と、前記凝縮器の通路途中ないし前記減圧手段の
   上流のいずれかの位置に接続し、冷凍サイクルを循環す
   る冷媒のうち一部のみが流入可能な空間を有するモジュ
   レータとを備えることを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】　　前記モジュレータは上下方向に延びる
   閉空間を有し、前記凝縮器途中ないし前記減圧手段上流
   の冷媒配管とは、この閉空間の下方部で接続しているこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 【請求項３】　　冷媒の圧縮吐出を行う圧縮機と、この
   圧縮機より吐出された冷媒の凝縮を行う凝縮器と、この
   凝縮器の出口側に配設され、凝縮器で凝縮した冷媒の一
   部を貯留し、内部に気液界面を形成する閉空間を有する
   モジュレータと、このモジュレータの下流側に配置され
   冷媒の過冷却を行う過冷却器と、この過冷却器を通過し
   た冷媒を減圧膨張させる減圧手段と、この減圧手段によ
   り霧化された冷媒の蒸発を行う蒸発器とを備え、各機器
   を冷媒配管で順次接続してなる冷凍装置。
4. 【請求項４】　　前記凝縮器および過冷却器は、熱交換
   機として一体的に形成され、前記モジュレータは前記凝
   縮器と前記過冷却器との接続部により分岐していること
   を特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
5. 【請求項５】　　前記モジュレータは上下方向に延びる
   閉空間を有しその下方部で前記凝縮器と前記過冷却器と
   の接合部に分岐接続し、前記凝縮器通過後にいまだ液化
   していない気冷媒を閉空間内に流入可能とするものであ
   ることを特徴とする請求項４記載の冷凍装置。
6. 【請求項６】　　前記凝縮器の放熱面積と前記冷却器の
   放熱面積との和にしめる前記冷却器の放熱面積の比が０
   ．１以上かつ０．３以下であることを特徴とする請求項
   ４記載の冷凍装置。
7. 【請求項７】　　前記凝縮器および前記過冷却器が一連
   のサーペンタインチューブおよびサーペンタインチュー
   ブ間に配設され伝熱を促進するフィンとより構成される
   ことを特徴とする請求４記載の冷凍装置。
8. 【請求項８】　　前記凝縮器および前記過冷却器が複数
   の平行配置された冷媒チューブと、このチューブ間に配
   設されチューブ内を流れる冷媒と空気との熱交換を促進
   するフィンと、前記チューブの両端にそれぞれ配設され
   たタンク部とよりなることを特徴とする請求項４記載の
   冷凍装置。
9. 【請求項９】　　前記モジュレータはチューブの一方側
   に配設されたタンク内に形成されていることを特徴とす
   る請求項８記載の冷凍装置。
10. 【請求項１０】　　前記モジュレータの分岐部には前記
    凝縮器部を追加した冷媒の気体成分を前記モジュレータ
    内の閉空間を導く気冷媒導入手段が配置されていること
    を特徴とする請求３記載の冷凍装置。
11. 【請求項１１】　　凝縮器の冷媒通路の途中または出口
    に近接して接続される出入口を下部に持ち冷媒貯留可能
    な密閉空間からなることを特徴とする冷凍装置用モジュ
    レータ。
12. 【請求項１２】　　圧縮機，凝縮器，減圧手段および蒸
    発器よりなる冷凍装置に用いられ、前記凝縮器の途中な
    いし前記減圧手段の上流の冷媒配管より分岐し、この分
    岐点位置より上方に位置する閉空間を備える冷凍装置用
    モジュレータ。