特開 2025-9421 冷媒回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025009421

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】冷媒回路

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/053 20060101AFI20250110BHJP

   F25B 43/00 20060101ALI20250110BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20250110BHJP

   F04D 29/056 20060101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

F25B1/053 J

F25B43/00 B

F25B1/00 304H

F04D29/056 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023112419

(22)【出願日】2023-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 友哉

(72)【発明者】

【氏名】榎島 史修

(72)【発明者】

【氏名】横井 佑樹

(72)【発明者】

【氏名】大西 徹

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA14

3H130AB27

3H130AB47

3H130AC01

3H130AC11

3H130BA24E

3H130BA56E

3H130DB05X

3H130DD01Z

(57)【要約】

【課題】圧縮機の回転軸を支持する軸受の損傷を抑制できる冷媒回路を提供する。
【解決手段】冷媒回路は、回転軸を回転可能に支持する気体動圧軸受を有し冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張弁と、膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、圧縮機に吸入される冷媒が流れる吸入配管と、冷媒の温度の低下に伴い吸入配管に供給される液冷媒の流量を増加させるように液冷媒の流量を調整する液冷媒流量調整部７６と、を備えている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する気体動圧軸受とを有し、冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張弁と、
前記膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機に吸入される冷媒が流れる吸入配管と、
冷媒の温度の低下に伴い前記吸入配管に供給される液冷媒の流量を増加させるように前記液冷媒の流量を調整する液冷媒流量調整部と、を備える、冷媒回路。

【請求項2】

前記液冷媒とガス冷媒とを分離する気液分離器をさらに備え、
前記液冷媒流量調整部は、前記気液分離器からの前記液冷媒の流出量を調整する、請求項１に記載の冷媒回路。

【請求項3】

前記気液分離器は、前記蒸発器と前記圧縮機との間の冷媒の経路に設けられる、請求項２に記載の冷媒回路。

【請求項4】

前記液冷媒流量調整部は、前記液冷媒の温度変化に従って自律的に位置を変化する変位部材を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷媒回路。

【請求項5】

前記吸入配管を流れる冷媒の温度を検出するセンサをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷媒回路。

【請求項6】

前記液冷媒流量調整部は、弁を含み、
前記センサの検出結果に従って前記弁の開度を制御するコントローラをさらに備える、請求項５に記載の冷媒回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、冷媒回路に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２００４－４４９５４号公報（特許文献１）には、インペラが直結され駆動源により駆動される圧縮機軸をガス軸受で支持する圧縮機を備え、圧縮機にて加圧されたガス冷媒の一部を圧縮機のガス軸受に導く、冷凍機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－４４９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

軸受の潤滑をガス冷媒で行なう気体軸受を備える圧縮機において、吸入冷媒の温度が低いと、冷媒の密度および粘度が低いために気体軸受の負荷能力が小さくなり、軸を浮上させることができずに軸受が損傷する虞がある。

【0005】

本開示では、圧縮機の回転軸を支持する軸受の損傷を抑制できる、冷媒回路が提案される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従うと、回転軸と回転軸を回転可能に支持する気体動圧軸受とを有し冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張弁と、膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、圧縮機に吸入される冷媒が流れる吸入配管と、冷媒の温度の低下に伴い吸入配管に供給される液冷媒の流量を増加させるように液冷媒の流量を調整する液冷媒流量調整部と、を備える、冷媒回路が提案される。

【0007】

この冷媒回路においては、冷媒の温度の低下に伴い、吸入配管に供給される液冷媒の流量を増加させて、圧縮機に吸入される冷媒の乾き度を小さくする。圧縮機に吸入される冷媒が湿って、冷媒の密度および粘度が大きくなるので、圧縮機の回転軸を支持する軸受の負荷能力が上がる。これによって回転軸が浮上しやすくなるので、軸受の損傷を抑制することができる。

【0008】

上記の冷媒回路は、液冷媒とガス冷媒とを分離する気液分離器をさらに備え、液冷媒流量調整部は、気液分離器からの液冷媒の流出量を調整してもよい。気液分離器は、蒸発器と圧縮機との間の冷媒の経路に設けられてもよい。

【0009】

上記の冷媒回路において、液冷媒流量調整部は、液冷媒の温度変化に従って自律的に位置を変化する変位部材を含んでもよい。

【0010】

上記の冷媒回路は、吸入配管を流れる冷媒の温度を検出するセンサをさらに備えてもよい。液冷媒流量調整部は、弁を含んでもよい。冷媒回路は、センサの検出結果に従って弁の開度を制御するコントローラをさらに備えてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本開示に従った冷媒回路によると、圧縮機の回転軸を支持する軸受の損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】冷媒回路を構成する圧縮機の側断面図である。

【図2】冷媒回路の概略構成を示す模式図である。

【図3】アキュムレータの内部構成を示す断面模式図である。

【図4】液冷媒流量調整部の一例の概略構成を示す図である。

【図5】伸縮部の高さが低くなった状態を示す図である。

【図6】第２実施形態の液冷媒流量調整部の概略構成を示す図である。

【図7】バイメタルの反り方向が変化した状態を示す図である。

【図8】第３実施形態の冷媒回路の概略構成を示す模式図である。

【図9】弁の開度を制御する処理の流れを示すフローチャートである。

【図10】第４実施形態の弁の概略構成を示す図である。

【図11】第５実施形態の弁の概略構成を示す図である。

【図12】第５実施形態の弁が液戻し穴の開口面積を増大させた状態の図である。

【図13】第６実施形態の弁の概略構成を示す図である。

【図14】第６実施形態の弁が液戻し穴の開口面積を増大させた状態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。実施形態から任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。

【0014】

［第１実施形態］
図１は、冷媒回路を構成する圧縮機１の側断面図である。図１に示される圧縮機１が圧縮する被圧縮流体は、冷媒回路を循環する冷媒である。

【0015】

図１に示すように、圧縮機１は、筒状のハウジング１０を備えている。ハウジング１０は、金属材料製であり、例えば、アルミニウム製である。ハウジング１０は、リアハウジング１１、モータハウジング１２、第１コンプレッサハウジング１３、第２コンプレッサハウジング１４、仕切壁１５、第１中間ハウジング１６、および第２中間ハウジング１７を有している。

【0016】

モータハウジング１２は、板状の端壁部１２ａと、端壁部１２ａの外周部から筒状に延びる周壁部１２ｂと、を有する有底筒状である。第２中間ハウジング１７は、モータハウジング１２の開口を覆うようにモータハウジング１２に連結されている。モータハウジング１２の端壁部１２ａ、周壁部１２ｂ、および第２中間ハウジング１７によって、モータ室１８が区画されている。モータハウジング１２には、冷媒を吸入する図示しない吸入孔が形成されている。吸入孔は、モータ室１８に連通している。したがって、モータ室１８には、吸入孔を介して冷媒が吸入される。

【0017】

第２中間ハウジング１７の中央部には、円孔状のシャフト挿通孔１７ａが形成されている。第２中間ハウジング１７は、円筒状の第１軸受保持部１９を内周面に有している。第１軸受保持部１９の内側は、シャフト挿通孔１７ａに連通している。第１軸受保持部１９には、第１ラジアル軸受２０が保持されている。

【0018】

モータハウジング１２の端壁部１２ａは、円筒状の第２軸受保持部２１を有している。第２軸受保持部２１は、端壁部１２ａの中央部に形成されている。第２軸受保持部２１には、第２ラジアル軸受２２が保持されている。

【0019】

第２中間ハウジング１７におけるモータ室１８とは反対側の外面には、第１室形成凹部１７ｂが形成されている。第１室形成凹部１７ｂは、シャフト挿通孔１７ａに連通している。第２中間ハウジング１７は、連通孔２３を複数有している。各連通孔２３は、第２中間ハウジング１７の外周寄りに位置している。

【0020】

第１中間ハウジング１６は、第１室形成凹部１７ｂの開口を覆うように第２中間ハウジング１７に連結されている。第１中間ハウジング１６と第２中間ハウジング１７の第１室形成凹部１７ｂとによって、スラスト軸受収容室２５が区画されている。各連通孔２３は、モータ室１８とスラスト軸受収容室２５とを連通している。第１中間ハウジング１６の中央部には、円孔状のシャフト挿通孔１６ａが形成されている。

【0021】

第１中間ハウジング１６は、連通孔１６ｂを複数有している。各連通孔１６ｂは、第１中間ハウジング１６の外周寄りに位置している。第１中間ハウジング１６におけるスラスト軸受収容室２５とは反対側の外面には、第２室形成凹部１６ｃが形成されている。第２室形成凹部１６ｃは、シャフト挿通孔１６ａに連通している。各連通孔１６ｂは、スラスト軸受収容室２５と第２室形成凹部１６ｃの内部空間とを連通している。

【0022】

第１コンプレッサハウジング１３は、円孔状の第１吸入口２４を中央部に有する筒状である。第１コンプレッサハウジング１３は、第２室形成凹部１６ｃの開口を覆うように第１中間ハウジング１６に連結されている。第１吸入口２４は、第２室形成凹部１６ｃに連通している。

【0023】

仕切壁１５は、第１コンプレッサハウジング１３における第１中間ハウジング１６とは反対側の端面に連結されている。仕切壁１５は、板状である。仕切壁１５の中央部には、仕切壁１５を厚み方向に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔の中心軸線は、第１吸入口２４の中心軸線に一致している。

【0024】

仕切壁１５と第１コンプレッサハウジング１３との間には、第１吸入口２４に連通し第１インペラ５１を収容する第１インペラ室と、第１インペラ室の径方向外側で周方向に延びる第１吐出室２９と、第１インペラ室と第１吐出室２９とを連通する第１ディフューザ流路３０と、が形成されている。

【0025】

第２コンプレッサハウジング１４は、仕切壁１５における第１コンプレッサハウジング１３とは反対側の端面に連結されている。第１コンプレッサハウジング１３、仕切壁１５、第２コンプレッサハウジング１４に亘って、中間圧室３１が形成されている。中間圧室３１は、図示しない通路を介して第１吐出室２９に連通している。第２コンプレッサハウジング１４には、中間圧室３１に連通する円孔状の第２吸入口３２が形成されている。第１吐出室２９と第２吸入口３２とは、中間圧室３１を介して連通している。

【0026】

仕切壁１５と第２コンプレッサハウジング１４との間には、第２吸入口３２に連通し第２インペラ５２を収容する第２インペラ室と、第２インペラ室の径方向外側で周方向に延びる第２吐出室３４と、第２インペラ室と第２吐出室３４とを連通する第２ディフューザ流路３５と、が形成されている。

【0027】

リアハウジング１１は、第２コンプレッサハウジング１４に連結されている。リアハウジング１１は、中間圧室３１を区画している。リアハウジング１１は、板状である。

【0028】

圧縮機１は、回転軸４０を備えている。回転軸４０は、ハウジング１０内に収容されている。回転軸４０は、第２軸受保持部２１の内側からモータ室１８、第１軸受保持部１９の内側、シャフト挿通孔１７ａ、スラスト軸受収容室２５、シャフト挿通孔１６ａ、第１吸入口２４、第１インペラ室、第２インペラ室、および第２吸入口３２の順に通過しながら、ハウジング１０の軸方向に延びている。回転軸４０の一方の端部である第１端部４０ａは、第２コンプレッサハウジング１４内に配置されている。回転軸４０の他方の端部である第２端部４０ｂは、モータハウジング１２の端壁部１２ａ内に配置されている。

【0029】

回転軸４０の軸線Ｌは、第１軸受保持部１９、第２軸受保持部２１、シャフト挿通孔１７ａ、シャフト挿通孔１６ａ、第１吸入口２４、および第２吸入口３２それぞれの中心軸線に一致している。以下の説明では、回転軸４０の軸線Ｌが延びる方向をスラスト方向と記載し、回転軸４０の径方向をラジアル方向と記載することもある。

【0030】

第１ラジアル軸受２０および第２ラジアル軸受２２は、回転軸４０をラジアル方向で回転可能に支持する。ラジアル軸受２０，２２は、回転軸４０の回転に伴って発生する気体（ガス冷媒）の動圧によって回転軸４０を支持する気体動圧軸受である。ラジアル軸受２０，２２は、回転軸４０のラジアル荷重を非接触で支持する。

【0031】

圧縮機１は、回転軸４０外周面から径方向外側へ突出する円板状の支持プレート６５を備えている。支持プレート６５は、回転軸４０と一体的に回転する。支持プレート６５は、スラスト軸受収容室２５に配置されている。

【0032】

第１中間ハウジング１６と支持プレート６５との間、および第２中間ハウジング１７と支持プレート６５との間には、スラスト軸受６６がそれぞれ配置されている。両スラスト軸受６６は、回転軸４０をスラスト方向で回転可能に支持する。両スラスト軸受６６は、回転軸４０の回転に伴って発生する気体（ガス冷媒）の動圧によって回転軸４０を支持する気体動圧軸受である。両スラスト軸受６６は、回転軸４０のスラスト荷重を非接触で支持する。

【0033】

圧縮機１は、電動モータ４１を備えている。電動モータ４１は、モータ室１８に収容されている。電動モータ４１は、回転軸４０を回転駆動する駆動源の一例である。電動モータ４１は、ステータ４２およびロータ４３を備えている。

【0034】

ステータ４２は、円筒状のステータコア４４と、ステータコア４４に巻回されるコイル４５と、を有している。ステータコア４４は、モータハウジング１２の周壁部１２ｂの内周面に固定されている。

【0035】

ロータ４３は、ステータコア４４の径方向内側に配置されている。ロータ４３は、回転軸４０に固定されたロータコア４３ａと、ロータコア４３ａに設けられた図示しない複数の永久磁石と、を有している。図示しないインバータ装置によって制御された電力がコイル４５に供給されることにより、電動モータ４１のロータ４３が回転する。回転軸４０は、ロータ４３と一体的に回転する。

【0036】

第１インペラ５１および第２インペラ５２は、回転軸４０に連結されており、回転軸４０と一体的に回転する。電動モータ４１、第１インペラ５１および第２インペラ５２は、回転軸４０の軸方向において、第２端部４０ｂから第１端部４０ａへ向かって、この順で配置されている。第１インペラ５１は、例えば、アルミニウム製である。第２インペラ５２は、例えば、樹脂製である。

【0037】

第１インペラ５１は、第１吸入口２４側に位置する先端面から背面に向かうにつれて外周面が拡径する、略円錐台状の形状を有している。第１インペラ５１の背面は、回転軸４０の軸方向で仕切壁１５に対向する。第１インペラ５１は、外周面に複数の翼を有している。第２インペラ５２は、第２吸入口３２側に位置する先端面から背面に向かうにつれて外周面が拡径する、略円錐台状の形状を有している。第２インペラ５２の背面は、回転軸４０の軸方向で仕切壁１５に対向する。第２インペラ５２は、外周面に複数の翼を有している。

【0038】

電動モータ４１は、回転軸４０、第１インペラ５１および第２インペラ５２を含む回転体を回転駆動し、回転体を軸線Ｌまわりに一体的に回転させる。第１インペラ５１は、回転することによって、冷媒を圧縮する。第２インペラ５２は、回転することによって、第１インペラ５１によって圧縮された後の冷媒を圧縮する。冷媒の流れ方向における上流側に第１インペラ５１が配置され、下流側に第２インペラ５２が配置されている。

【0039】

第１インペラ５１および第２インペラ５２は、仕切壁１５を介して、第１インペラ５１の背面と第２インペラ５２の背面とが互いに向かい合うように、回転軸４０に設けられている。第１インペラ５１と第２インペラ５２との間に、中空円筒状のスペーサ５４が配置されている。スペーサ５４は、第１インペラ５１の背面に対向する第１端と、第２インペラ５２の背面に対向する第２端とを有している。

【0040】

回転軸４０の第１端部４０ａにおける回転軸４０の外周面に、中空筒状の嵌合部材５５が取り付けられている。嵌合部材５５は、たとえばネジ作用で回転軸４０に取り付けられている。嵌合部材５５は、第２インペラ５２の先端面に当接している。嵌合部材５５は、第２インペラ５２を回転軸４０の軸方向に支持している。

【0041】

図２は、冷媒回路の概略構成を示す模式図である。本開示の冷媒回路は、たとえば、電池の温度調整のために用いられる。冷媒回路内には、冷媒が充填されている。冷媒は、冷媒回路内を循環する。冷媒回路は、図１を参照して説明した圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４と、アキュムレータ７と、これら各機器を接続する冷媒配管とを備えている。吸入配管５は、圧縮機１に吸入される冷媒が流れる配管であり、上記の冷媒配管の一部を構成している。

【0042】

圧縮機１は、低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒を吐出する。凝縮器２は、圧縮機１で圧縮されたガス冷媒を凝縮する。膨張弁３は、凝縮器２で凝縮されて液化した高温高圧の液冷媒を減圧して低温低圧の気液二相冷媒にする。蒸発器４には、気液二相冷媒が流れる。したがって、蒸発器４には、減圧された液冷媒が流れる。蒸発器４は、膨張弁３で減圧された液冷媒を蒸発させる。

【0043】

アキュムレータ７は、蒸発器４と圧縮機１との間の冷媒の経路に設けられている。アキュムレータ７は、蒸発器４の出口側（冷媒の流れ方向における下流側）に設けられ、圧縮機１の吸入側（冷媒の流れ方向における上流側）に設けられている。アキュムレータ７は、アキュムレータ７に供給された冷媒のうち、蒸発器４で蒸発しなかった液冷媒と、ガス冷媒とを分離する。アキュムレータ７は、「気液分離器」としての機能を有している。アキュムレータ７は、液冷媒を内部に貯留する。アキュムレータ７は、圧縮機１への液冷媒の流入を阻止して、液圧縮を防止して圧縮機１を保護する役割を有している。

【0044】

図３は、アキュムレータ７の内部構成を示す断面模式図である。アキュムレータ７は、本体を構成するケース７１を有している。ケース７１の内部空間の下部に、液冷媒ＬＲが貯留されている。ケース７１の内部空間の上部に、ガス冷媒ＧＲが収容されている。

【0045】

流入管７２を経由して、冷媒がアキュムレータ７のケース７１内へ流入する。流入管７２は、ケース７１の天井面を貫通して、ケース７１に接続されている。ケース７１内における流入管７２の開口端は、ケース７１の上部であってガス冷媒ＧＲがある位置に配置されている。

【0046】

流出管７３は、ケース７１の天井面を貫通して、ケース７１に接続されている。ケース７１内における流出管７３の開口端は、ケース７１の上部であってガス冷媒ＧＲがある位置に配置されている。流出管７３の開口端は、図３に示されるように流入管７２の開口端よりも下方に配置されていてもよく、流入管７２の開口端と同じ高さ位置またはより上方に配置されていてもよい。流出管７３は、図２に示される吸入配管５に連通している。流出管７３を経由して、ガス冷媒ＧＲがアキュムレータ７のケース７１から流出する。ケース７１から流出したガス冷媒ＧＲは、吸入配管５を経由して、圧縮機１に吸入される。

【0047】

ケース７１の上部であってガス冷媒ＧＲがある位置に、バッフル部材７４が配置されている。バッフル部材７４は、流入管７２の開口端と流出管７３の開口端との間に介在していてもよい。バッフル部材７４は、流入管７２からケース７１内へ流入する冷媒の、液冷媒ＬＲとガス冷媒ＧＲとへの分離を促進している。バッフル部材７４は、流出管７３の開口端から液冷媒が流出管７３内に流れ込むことを抑制している。バッフル部材７４は、ケース７１に取り付けられていてもよく、この場合、バッフル部材７４は流出管７３を支持する機能を有していてもよい。

【0048】

流出管７３は、ケース７１内において、Ｕ字管形状を有している。Ｕ字の曲がり部は、流出管７３の最下部を形成しており、ケース７１の下部の液冷媒ＬＲ中に配置されている。流出管７３には、曲がり部に、液戻し穴７５が形成されている。液戻し穴７５は、液冷媒ＬＲに常時浸かる位置に配置されている。液戻し穴７５は、流出管７３の曲がり部の側面に形成されてもよい。液戻し穴７５は、流出管７３の外面から流出管７３内の管路に連通するまで延びている。アキュムレータ７内の液冷媒ＬＲは、液戻し穴７５を通って流出管７３内に入り、流出管７３の開口端から流出管７３内に流入するガス冷媒ＧＲとともに、圧縮機１へ向かって流れる。

【0049】

冷媒回路は、液冷媒流量調整部７６を備えている。図４は、液冷媒流量調整部７６の一例の概略構成を示す図である。液冷媒流量調整部７６は、アキュムレータ７の内部に配置されている。液冷媒流量調整部７６は、アキュムレータ７のケース７１内の下部に貯留されている液冷媒ＬＲがアキュムレータ７から流出する流量を調整可能である。液冷媒流量調整部７６は、液冷媒ＬＲが流出管７３へ流入する流量を調整可能である。液冷媒流量調整部７６は、流出管７３を経由して吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量を調整可能である。

【0050】

本実施形態の液冷媒流量調整部７６は、伸縮部７７と、弁体７８とを有している。伸縮部７７は、液冷媒ＬＲ中に配置されている。伸縮部７７は、液冷媒ＬＲに常時浸かる位置に配置されている。伸縮部７７は、ケース７１の内面に取り付けられている。伸縮部７７はたとえば、ケース７１の側壁面または床面に取り付けられてもよい。図４に示される高さＨ１は、伸縮部７７がケース７１から突出する高さである。伸縮部７７は、ケース７１に取り付けられている基端と、基端とは反対側の端部である先端とを有している。高さＨ１は、ケース７１の内面から伸縮部７７の先端までの長さである。伸縮部７７は、他の部材を介在させてケース７１の内面に取り付けられていてもよく、ケース７１以外の部材に取り付けられていてもよい。

【0051】

弁体７８は、円錐状の形状を有している。弁体７８は、伸縮部７７の先端に取り付けられている。図４に示される弁体７８は、底面が伸縮部７７の先端に取り付けられており、先端部分が液戻し穴７５の内部に挿通されている。図４に示される状態で、弁体７８は、液戻し穴７５の開口面積を減少させている。そのため、液戻し穴７５から流出管７３内に入る液冷媒ＬＲの流量が小さくなっている。

【0052】

伸縮部７７は、液冷媒ＬＲの温度変化に従って伸縮して、図４，５中の上下方向における長さを変化させる。伸縮部７７は、たとえば、熱膨張率の高い材料で形成されている中実体であってもよく、この場合伸縮部７７は、表面積を増加させるフィンなどの、液冷媒ＬＲと伸縮部７７との熱伝達を促進する伝熱部を外周面に有してもよい。伸縮部７７は、液冷媒ＬＲの温度をピストンの移動量に変換するサーモエレメントであってもよい。サーモエレメントは、内蔵したワックスの熱膨張によって高さを変化させてもよい。伸縮部７７は、蛇腹構造を有する薄肉中空筒形状を有し内部が真空の、内部真空ベローズであってもよい。

【0053】

図５は、伸縮部７７の高さが低くなった状態を示す図である。図５においては、図４と比較して液冷媒ＬＲの温度が低くなっている。伸縮部７７は、液冷媒ＬＲの温度の低下に伴って縮んでいる。図５に示される伸縮部７７は、高さＨ２を有している。伸縮部７７の高さＨ２は、図４に示される高さＨ１よりも小さい。伸縮部７７の高さが減少しているので、伸縮部７７の先端に取り付けられている弁体７８の位置が変化している。弁体７８は、液冷媒ＬＲの温度変化に従って自律的に位置を変化する「変位部材」の一例に対応する。

【0054】

図５においては弁体７８は、ケース７１の内面に接近するように移動している。弁体７８は、その全体が液戻し穴７５の外部に配置されている。図４と比較して、液戻し穴７５の開口面積が増大している。液冷媒ＬＲの流れが弁体７８によって妨げられることがなくなり、液戻し穴７５から流出管７３内に入る液冷媒ＬＲの流量が増加している。アキュムレータ７から流出する液冷媒ＬＲの流量が増加している。

【0055】

より多くの液冷媒ＬＲが流出管７３内に流入することにより、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量が増加する。そのため、圧縮機１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなる。圧縮機１に吸入される冷媒が湿って、冷媒の密度および粘度が大きくなる。

【0056】

図１を参照して説明した圧縮機１のラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６は、ハウジング１０内に吸入される冷媒の動圧で回転軸４０を支持する、気体動圧軸受である。冷媒の密度および粘度が大きくなることで、ラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の負荷能力が上がる。これによって回転軸４０が浮上しやすくなるので、ラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の損傷を抑制することができる。

【0057】

液冷媒流量調整部７６が、電気部品を含まず温度自律式に液冷媒ＬＲの流量を調整する構成であるので、電気部品の故障によって液冷媒ＬＲの流量調整機能が損なわれることがなく、信頼性を向上することができる。

【0058】

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の液冷媒流量調整部７６の概略構成を示す図である。第２実施形態の液冷媒流量調整部７６は、第１実施形態で説明した伸縮部７７に替えて、バイメタル７９を有している。バイメタル７９は、熱膨張率の異なる２種類の金属板を接合した金属接合板であり、温度変化に従って反り変形する。弁体７８は、円錐状の形状を有しており、バイメタル７９に取り付けられている。バイメタル７９は、液冷媒ＬＲ中に配置されている。

【0059】

図６に示されるバイメタル７９は、上向きに凸に反っている。このとき、弁体７８の先端部分が液戻し穴７５の内部に挿通されており、弁体７８が液戻し穴７５の開口面積を減少させているので、液戻し穴７５から流出管７３内に入る液冷媒ＬＲの流量が小さくなっている。

【0060】

図７は、バイメタル７９の反り方向が変化した状態を示す図である。図７においては、図６と比較して液冷媒ＬＲの温度が低くなっている。バイメタル７９は、液冷媒ＬＲの温度の低下に伴って、反り量を変化させている。図７に示されるバイメタル７９は、反り方向を変化させており、下向きに凸に反っている。

【0061】

バイメタル７９の変形によって、弁体７８の位置が変化している。弁体７８は、液冷媒ＬＲの温度変化に伴って自律的に位置を変化している。弁体７８は、その全体が液戻し穴７５の外部に配置されている。図６と比較して、液戻し穴７５の開口面積が増大している。これにより、液戻し穴７５から流出管７３内に入る液冷媒ＬＲの流量が増加している。

【0062】

より多くの液冷媒ＬＲが流出管７３内に流入し、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量が増加するため、圧縮機１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなる。圧縮機１に吸入される冷媒が湿って、冷媒の密度および粘度が大きくなる。冷媒の密度および粘度が大きくなることで、圧縮機１のラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の負荷能力が上がる。これによって圧縮機１の回転軸４０が浮上しやすくなるので、ラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の損傷を抑制することができる。

【0063】

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の冷媒回路の概略構成を示す模式図である。第３実施形態の冷媒回路は、コントローラ８０と、液戻し配管８１と、温度センサ８２と、弁８３とをさらに備えている。

【0064】

コントローラ８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含んで構成されており、冷媒回路を制御するコンピュータプログラムを実行する。

【0065】

液戻し配管８１は、アキュムレータ７に連結されている一端と、吸入配管５に連結されている他端とを有している。液戻し配管８１の一端は、たとえばアキュムレータ７の底面に連結されている。アキュムレータ７のケース７１内の下部に貯留されている液冷媒ＬＲが、液戻し配管８１を経由して、吸入配管５に供給される構成とされている。

【0066】

温度センサ８２は、吸入配管５に設けられており、吸入配管５を流れる冷媒の温度を検出する。温度センサ８２は、吸入配管５に液戻し配管８１が合流する合流部よりも冷媒の流れ方向の下流側に配置されている。温度センサ８２は、吸入配管５と液戻し配管８１との合流部よりも圧縮機１寄りの位置に配置されている。温度センサ８２は、流出管７３に流入してアキュムレータ７から流出する冷媒と、液戻し配管８１を流れる液冷媒ＬＲと、が合流した後の冷媒の温度を検出する。温度センサ８２は、圧縮機１に吸入される冷媒の温度を検出する。

【0067】

温度センサ８２は、冷媒の温度の検出結果を示す検出信号ＳＮ１を出力する。検出信号ＳＮ１は、コントローラ８０に入力される。

【0068】

弁８３は、液戻し配管８１に設けられている。コントローラ８０は、弁８３に制御信号ＳＮ２を送信する。コントローラ８０は、温度センサ８２の検出結果に従って弁８３の開度を制御する。弁８３の開度が調整されることにより、液戻し配管８１を流れる液冷媒ＬＲの流量が調整される。弁８３は、液戻し配管８１を経由して吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量を調整可能である。弁８３は、液冷媒流量調整部７６としての機能を有している。第３実施形態の液冷媒流量調整部７６は、外部制御によって、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量を調節可能である。

【0069】

弁８３は、弁開度を全開と全閉との二段階に切り換え可能なＯＮ／ＯＦＦ弁であってもよい。弁８３はたとえば、電磁弁であってもよい。この場合、図３に示されるように、アキュムレータ７の流出管７３には、液冷媒ＬＲに常時浸かる位置に液戻し穴７５が形成されて、液戻し穴７５から一定量の液冷媒ＬＲが流出管７３に流入する構成としてもよい。弁８３を全閉にすることにより、液戻し穴７５を経由する液冷媒ＬＲの流れのみが形成される状態となる。弁８３を全開にすることにより、液戻し穴７５を経由する液冷媒ＬＲの流れと液戻し配管８１を経由する液冷媒ＬＲの流れとの２つの液冷媒ＬＲの流れが形成される状態となる。弁８３の開閉によって、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量を二段階に調整可能である。

【0070】

弁８３は、弁開度を連続的に変化させることが可能な制御弁であってもよい。弁８３は、電気式、空気式、油圧式などのアクチュエータと、アクチュエータで駆動される弁体とを有してもよい。弁８３の開度を調整することにより、液戻し配管８１を経由して吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量を調整可能である。この場合、アキュムレータ７の流出管７３には、液戻し穴７５が形成されていてもよく、液戻し穴７５が形成されていなくてもよい。

【0071】

図９は、弁８３の開度を制御する処理の流れを示すフローチャートである。図９に示されるように、ステップＳ１において、温度センサ８２が、吸入配管５を流れる冷媒の温度を検出する。温度センサ８２からコントローラ８０へ、冷媒の温度の検出結果を示す検出信号ＳＮ１が入力される。

【0072】

ステップＳ２において、コントローラ８０は、冷媒の温度が低温かどうかを判断する。コントローラ８０は、記憶装置に記憶されている温度の閾値を読み出す。コントローラ８０は、ステップＳ１で検出された冷媒の温度と、閾値とを比較する。コントローラ８０は、検出された冷媒の温度が、閾値よりも低いか否かを判断する。

【0073】

冷媒の温度が低温である（ステップＳ２の判断においてＹＥＳ）と判断されると、ステップＳ３において、コントローラ８０は、弁８３に対して、弁８３の開度を低温用開度に設定することを指令する制御信号ＳＮ２を送信する。制御信号ＳＮ２を受信した弁８３が、液冷媒ＬＲの温度の低下に伴って開度を増大させることにより、アキュムレータ７内の液冷媒ＬＲが液戻し配管８１に流入する量が増加する。液戻し配管８１を経由して、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量が増加する。そのため、圧縮機１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなる。

【0074】

圧縮機１に吸入される冷媒が湿って、冷媒の密度および粘度が大きくなる。冷媒の密度および粘度が大きくなることで、圧縮機１のラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の負荷能力が上がる。これによって圧縮機１の回転軸４０が浮上しやすくなるので、ラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の損傷を抑制することができる。

【0075】

液戻し配管８１が、圧縮機１ではなく吸入配管５に連結されており、液戻し配管８１を経由して流れる液冷媒ＬＲは、圧縮機１ではなく吸入配管５に戻される。これにより、圧縮機１の構造を簡素化でき、圧縮機１を小型化することができる。

【0076】

吸入配管５を流れる冷媒の温度が低温でない（ステップＳ２の判断においてＮＯ）と判断されると、ステップＳ４に進み、コントローラ８０は、冷媒の温度が高温かどうかを判断する。コントローラ８０は、記憶装置に記憶されている温度の閾値を読み出す。コントローラ８０は、ステップＳ１で検出された冷媒の温度と、閾値とを比較する。コントローラ８０は、検出された冷媒の温度が、閾値よりも高いか否かを判断する。ステップＳ４の判断に用いられる温度の閾値は、ステップＳ２の判断に用いられる温度の閾値よりも、高い温度であってもよい。

【0077】

冷媒の温度が高温である（ステップＳ４の判断においてＹＥＳ）と判断されると、ステップＳ５において、コントローラ８０は、弁８３に対して、弁８３の開度を高温用開度に設定することを指令する制御信号ＳＮ２を送信する。制御信号ＳＮ２を受信した弁８３が、液冷媒ＬＲの温度の上昇に伴って開度を減少させることにより、アキュムレータ７内の液冷媒ＬＲが液戻し配管８１に流入する量が減少する。液戻し配管８１を経由して、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量が減少する。

【0078】

冷媒の温度が高い状態であると、圧縮機１のラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６は十分な負荷能力を有しているので、冷媒の密度および粘度を上げる処理は必要でない。このとき、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲを減少させることで、冷媒回路の効率を向上させることができる。

【0079】

ステップＳ４の判断においてＮＯと判断され、冷媒の温度がステップＳ２の判断における閾値とステップＳ４の判断における閾値との間にある場合には、弁８３の開度を変更する処理は行なわれず、そのまま処理を終了する（図９の「終了」）。

【0080】

［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態の弁８３の概略構成を示す図である。第３実施形態では、液戻し配管８１を流れる液冷媒ＬＲの流量を増減させる例について説明した。外部制御によって吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量を調節するためには、必ずしも液戻し配管８１が設けられなくてもよい。

【0081】

図１０に示される流出管７３には、液戻し穴７５が形成されている。弁８３は、弁体８４と、アクチュエータ８５とを有している。弁体８４は、アキュムレータ７のケース７１内に配置されている。弁体８４は、ケース７１の下部の液冷媒ＬＲ中に配置されている。弁体８４は、液冷媒ＬＲに常時浸かる位置に配置されている。図１０に示されるように、弁体８４は、ニードル状の形状を有してもよい。

【0082】

アクチュエータ８５は、弁体８４を駆動する駆動力を発生する。アクチュエータ８５は、アキュムレータ７のケース７１内に配置されてもよく、ケース７１外に配置されてもよい。アクチュエータ８５の発生する駆動力を弁体８４に伝達する動力伝達部材が、ケース７１を貫通して配置されてもよい。

【0083】

コントローラ８０は、温度センサ８２によって検出された、吸入配管５を流れる冷媒の温度に従って、弁８３の開度を制御する。アクチュエータ８５は、コントローラ８０から送信された弁８３の開度を制御する制御信号ＳＮ２に従って、弁体８４を駆動する。弁体８４が図１０中の上方向に移動することにより、液戻し穴７５の開口面積が減少して、液戻し穴７５を通過して流出管７３に入る液冷媒ＬＲの流量が減少する。弁体８４が図１０中の下方向に移動することにより、液戻し穴７５の開口面積が増大して、液戻し穴７５を通過して流出管７３に入る液冷媒ＬＲの流量が増加する。

【0084】

図９を参照して説明した処理と同様に、コントローラ８０は、温度センサ８２により検出された吸入配管５を流れる冷媒の温度の低下に伴って、弁８３の開度を増大させる。具体的には、コントローラ８０は、アクチュエータ８５を駆動させて、弁体８４が液戻し穴７５の外部に向かうように、弁体８４を移動させる。弁８３が開度を増大させることにより、液戻し穴７５から流出管７３に入る液冷媒ＬＲの流量が増加する。

【0085】

より多くの液冷媒ＬＲが流出管７３内に流入することにより、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量が増加する。そのため、圧縮機１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなる。圧縮機１に吸入される冷媒が湿って、冷媒の密度および粘度が大きくなる。冷媒の密度および粘度が大きくなることで、圧縮機１のラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の負荷能力が上がる。これによって圧縮機１の回転軸４０が浮上しやすくなるので、ラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の損傷を抑制することができる。

【0086】

［第５実施形態］
図１１は、第５実施形態の弁８３の概略構成を示す図である。第４実施形態と同様に、弁８３は、弁体８４と、アクチュエータ８５とを有している。弁体８４の形状は、第４実施形態で説明したニードル状に限られない。図１１に示されるように、弁体８４は、平板状の形状を有し、シャッタ状に液戻し穴７５を開閉してもよい。

【0087】

図１２は、第５実施形態の弁８３が液戻し穴７５の開口面積を増大させた状態の図である。アクチュエータ８５は、弁体８４を、図１１，１２中の左右方向に移動させる。図１１においては、弁体８４の一部が、液戻し穴７５の一部を下方から覆っている。弁体８４は、液戻し穴７５の開口面積を減少させている。そのため、液戻し穴７５から流出管７３内に入る液冷媒ＬＲの流量が小さくなっている。

【0088】

図１２においては、弁体８４は、図中の左方向に移動している。弁体８４は、液戻し穴７５を覆わない位置に配置されている。図１１と比較して、液戻し穴７５の開口面積が増大している。これにより、液戻し穴７５から流出管７３内に入る液冷媒ＬＲの流量が増加している。アキュムレータ７から流出する液冷媒ＬＲの流量が増加している。

【0089】

図９を参照して説明した処理と同様に、コントローラ８０は、温度センサ８２により検出された吸入配管５を流れる冷媒の温度の低下に伴って、弁８３の開度を増大させる。具体的には、コントローラ８０は、アクチュエータ８５を駆動させて、弁体８４が液戻し穴７５を覆わない図１２に示される位置に、弁体８４を移動させる。弁８３が開度を増大させることにより、液戻し穴７５から流出管７３に入る液冷媒ＬＲの流量が増加する。

【0090】

より多くの液冷媒ＬＲが流出管７３内に流入することにより、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量が増加する。そのため、圧縮機１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなる。圧縮機１に吸入される冷媒が湿って、冷媒の密度および粘度が大きくなる。冷媒の密度および粘度が大きくなることで、圧縮機１のラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の負荷能力が上がる。これによって圧縮機１の回転軸４０が浮上しやすくなるので、ラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の損傷を抑制することができる。

【0091】

［第６実施形態］
図１３は、第６実施形態の弁８３の概略構成を示す図である。流出管７３に形成される液戻し穴７５は、１個に限られず、複数個であってもよい。弁８３は、液戻し穴７５の個数と同数の、弁体８４とアクチュエータ８５との組を有してもよい。図１３には、３個の液戻し穴７５が流出管７３に形成されて、３組の弁体８４とアクチュエータ８５とが設けられる例が示されている。図１３および後述する図１４に示される弁８３は、弁体８４が回転軸を中心として回転することにより、液戻し穴７５を蓋のように開閉する構成とされている。

【0092】

図１３では、図中の右側の液戻し穴７５が開状態であり、図中の左側２つの液戻し穴７５が閉状態である。図中の右側の液戻し穴７５を通過して、アキュムレータ７のケース７１内の液冷媒ＬＲが流出管７３に入る。図中の左側２つの液戻し穴７５からは、液冷媒ＬＲは流出管７３に流入しない。

【0093】

図１４は、第６実施形態の弁８３が液戻し穴７５の開口面積を増大させた状態の図である。図１４では、図示される３つの液戻し穴７５が全て開状態であり、３つの液戻し穴７５を通過して、アキュムレータ７のケース７１内の液冷媒ＬＲが流出管７３に入る。液戻し穴７５の開口面積が増大しているので、液戻し穴７５から流出管７３に入る液冷媒ＬＲの流量が増加している。アキュムレータ７から流出する液冷媒ＬＲの流量が増加している。

【0094】

図９を参照して説明した処理と同様に、コントローラ８０は、温度センサ８２により検出された吸入配管５を流れる冷媒の温度の低下に伴って、弁８３の開度を増大させる。具体的には、コントローラ８０は、アクチュエータ８５を駆動させて、弁体８４が液戻し穴７５を覆わない図１４に示される位置に、弁体８４を移動させる。弁８３が開度を増大させることにより、液戻し穴７５から流出管７３に入る液冷媒ＬＲの流量が増加する。

【0095】

より多くの液冷媒ＬＲが流出管７３内に流入することにより、吸入配管５に供給される液冷媒ＬＲの流量が増加する。そのため、圧縮機１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなる。圧縮機１に吸入される冷媒が湿って、冷媒の密度および粘度が大きくなる。冷媒の密度および粘度が大きくなることで、圧縮機１のラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の負荷能力が上がる。これによって圧縮機１の回転軸４０が浮上しやすくなるので、ラジアル軸受２０，２２およびスラスト軸受６６の損傷を抑制することができる。

【0096】

流出管７３に液戻し穴７５が複数形成される場合に、液戻し穴７５の開口面積を調整するために、第４実施形態で説明したニードル状の弁体８４または第５実施形態で説明したシャッタ状に開閉する弁体８４を用いてもよく、ニードル状の弁体８４とシャッタ状に開閉する弁体８４と蓋のように開閉する弁体８４とを適宜組み合わせてもよいことは勿論である。

【0097】

これまでの実施形態の説明では、アキュムレータ７のケース７１内に貯留される液冷媒ＬＲを吸入配管５に供給する例について説明した。液冷媒ＬＲの取り出し元は、アキュムレータ７に限られない。たとえば、蒸発器４の液溜まり部から液冷媒ＬＲを抜き出して吸入配管５に供給してもよい。凝縮器２で凝縮された後の冷媒の過冷却液を、吸入配管５に供給してもよい。膨張弁３で膨張した後の冷媒の湿り蒸気を気液分離して、液冷媒ＬＲを吸入配管５に供給してもよい。

【0098】

［付記］
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。

【0099】

（付記１）
回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する気体動圧軸受とを有し、冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張弁と、
前記膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機に吸入される冷媒が流れる吸入配管と、
冷媒の温度の低下に伴い前記吸入配管に供給される液冷媒の流量を増加させるように前記液冷媒の流量を調整する液冷媒流量調整部と、を備える、冷媒回路。

【0100】

（付記２）
前記液冷媒とガス冷媒とを分離する気液分離器をさらに備え、
前記液冷媒流量調整部は、前記気液分離器からの前記液冷媒の流出量を調整する、付記１に記載の冷媒回路。

【0101】

（付記３）
前記気液分離器は、前記蒸発器と前記圧縮機との間の冷媒の経路に設けられる、付記２に記載の冷媒回路。

【0102】

（付記４）
前記液冷媒流量調整部は、前記液冷媒の温度変化に従って自律的に位置を変化する変位部材を含む、付記１から付記３のいずれか１つに記載の冷媒回路。

【0103】

（付記５）
前記吸入配管を流れる冷媒の温度を検出するセンサをさらに備える、付記１から付記４のいずれか１つに記載の冷媒回路。

【0104】

（付記６）
前記液冷媒流量調整部は、弁を含み、
前記センサの検出結果に従って前記弁の開度を制御するコントローラをさらに備える、付記５に記載の冷媒回路。

【0105】

以上のように実施形態について説明を行なったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0106】

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 膨張弁、４ 蒸発器、５ 吸入配管、７ アキュムレータ、２０ 第１ラジアル軸受、２２ 第２ラジアル軸受、４０ 回転軸、４１ 電動モータ、５１，５２ インペラ、６５ 支持プレート、６６ スラスト軸受、７１ ケース、７２ 流入管、７３ 流出管、７５ 液戻し穴、７６ 液冷媒流量調整部、７７ 伸縮部、７８，８４ 弁体、７９ バイメタル、８０ コントローラ、８１ 液戻し配管、８２ 温度センサ、８３ 弁、８５ アクチュエータ、ＧＲ ガス冷媒、Ｈ１，Ｈ２ 高さ、ＬＲ 液冷媒、ＳＮ１ 検出信号、ＳＮ２ 制御信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】