JP2000205666A - 空調装置 - Google Patents

空調装置

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JP2000205666A
JP2000205666A JP11005831A JP583199A JP2000205666A JP 2000205666 A JP2000205666 A JP 2000205666A JP 11005831 A JP11005831 A JP 11005831A JP 583199 A JP583199 A JP 583199A JP 2000205666 A JP2000205666 A JP 2000205666A
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capacity
valve
discharge
working fluid
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Takanori Okabe
孝徳 岡部
Toshiro Fujii
俊郎 藤井
Takashi Ban
孝志 伴
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空調装置作動時の異常高圧状態を抑制するた
めに、暖房回路内の作動流体を冷房回路に放出してしま
って暖房能力が不足するという問題点や、圧縮機に仕事
をさせて高圧に昇圧した作動流体を暖房回路外に無駄に
放出してしまってエネルギー効率が悪くなるといった問
題点を解決する。 【解決手段】 圧縮機101、冷暖房回路、二つの容量
変更手段を有し、圧縮機101は、吸入部115、吐出
部120、駆動手段130を有し、二つの容量変更手段
は、吐出部120から駆動室110に至る通路の上流側
および下流側に順次配置され、冷房時には、一方の容量
変更手段は吸入圧が低圧になると通路を開放し、他方の
容量変更手段は通路を常に開放し、暖房時には、一方の
容量変更手段は通路を常に開放し、他方の容量変更手段
は吐出圧が高圧になると通路を開放する空調装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、可変容量型圧縮
機によって圧縮された作動流体を利用して作動する冷房
回路と暖房回路とを有する空調装置に関し、詳しくは作
動流体の吐出圧の過度な上昇を効果的に抑制することが
可能な空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の空調装置の一例が特開平7−1
9630号公報に開示されている。この空調装置は、図
1に示すように、圧縮機1と、冷房回路51と、暖房回
路52と、制御装置83とを有する。冷房回路51は、
圧縮機1の吐出部Dから吸入部Sへと至る経路上に設け
られたコンデンサ55と、第1の膨張弁57と、熱交換
機59とで構成されており、圧縮機1から吐出された高
圧の作動流体は、上記各装置を経由して圧縮機1に吸入
され、このサイクルを繰り返す。暖房回路52は、圧縮
機1の吐出部Dから熱交換機59へと至るバイパス路5
2aと、そのバイパス路52a上に設けられた第2の膨
張弁63と、前記熱交換機59とで構成されており、圧
縮機1から吐出された高圧の作動流体は、コンデンサ5
5へ送られることなく、第2の膨張弁63および熱交換
機59を経由して圧縮機1に吸入され、このサイクルを
繰り返す。なお、かかる暖房回路52は一般にホットガ
スバイパスヒータと呼ばれている。冷房回路51および
暖房回路52の切替は切替弁53a,53bの開閉動作
によっておこなわれ、この開閉動作は制御装置83によ
って制御される。
【0003】この種の空調装置の場合、冷房回路51を
選択している場合に比して、暖房回路52を使用してい
る場合の方が、作動流体の吐出圧が高い状態で用いられ
ることから、暖房回路52作動中に異常な高圧がかかり
やすい。例えば暖房回路52の作動中に圧縮機1の回転
数が一時的に増大するような場合に異常高圧状態が生じ
やすい。そこで、本従来技術では、更に圧力リリーフ弁
93が設けられた作動流体放出路91が備えられてい
る。作動流体放出路91は、暖房回路52と冷房回路5
1とを連絡する通路であり、暖房回路52の作動時に作
動流体の吐出圧が異常高圧状態となった場合に、圧力リ
リーフ弁93を開放して作動流体を冷房回路51側へと
放出する。この従来技術は、冷房回路51と暖房回路5
2が切替弁53a,53bによって択一的に選択される
ことに着目し、暖房回路52作動中に吐出圧が異常に高
圧になったときには、使用されていない冷房回路51側
へ作動流体を放出することによって、暖房回路52に異
常な高圧がかからないようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この従来の異常高圧対
策技術は、作動中の暖房回路52から未使用の冷房回路
51に作動流体を放出する方式であり、暖房回路52の
作動中における吐出圧の異常高圧状態の抑制は実現でき
るものの、吐出圧が増大する度に暖房回路52内の作動
流体が冷房回路51に放出されてしまい、暖房回路52
内の作動流体が減少して暖房能力が不足するといった事
態になりやすい。また、従来の異常高圧対策技術は、圧
縮機1に仕事をさせて高圧に昇圧した作動流体を無駄に
回路外へ放出するのでエネルギー効率が悪い。
【0005】そこで本発明では、空調装置作動時の異常
高圧状態を抑制するために、暖房回路内の作動流体を冷
房回路に放出してしまって暖房能力が不足するという問
題点や、圧縮機に仕事をさせて高圧に昇圧した作動流体
を暖房回路外に無駄に放出してしまってエネルギー効率
が悪くなるといった問題点を解決することを課題とす
る。
【0006】上記した課題を解決するための手段として
各請求項記載の発明が構成される。
【0007】請求項1の空調装置においては、冷暖房回
路の作動源として可変容量型圧縮機が用いられている。
可変容量型圧縮機は、駆動室内の圧力を高めることによ
って吐出容量を減少することが可能な圧縮機である。本
空調装置では、駆動室内の圧力を高め可変容量型圧縮機
の吐出容量を減少することにより、作動流体の吸入圧を
増加させるとともに吐出圧を減少することができる。す
なわち、可変容量型圧縮機の本来的な特性を利用するこ
とによって吐出圧の異常高圧対策が図られる。
【0008】本発明では、駆動室内の圧力を高めるべ
く、吐出部から駆動室に至る通路を形成するとともに、
当該通路の上流側および下流側にそれぞれ容量変更手段
を配置させておく。すなわち二つの容量変更手段が、吐
出部から駆動室に至る通路の上流側と下流側に直列に配
置される。二つの容量変更手段のうちの一方はいわゆる
吸入圧制御手段としての役割を果たし、他方はいわゆる
吐出圧制御手段としての役割を果たす。吸入圧制御手段
としての容量変更手段(以下「一方の容量変更手段」と
いう)は、特に、冷房回路作動時において作動流体の吸
入圧が低すぎる場合に可変容量型圧縮機の吐出容量を減
少させ、もって作動流体の吸入圧を増加させる。吐出圧
制御手段としての容量変更手段(以下「他方の容量変更
手段」という)は、特に、暖房回路作動時において作動
流体の吐出圧が高すぎる場合に可変容量型圧縮機の吐出
容量を減少させ、もって作動流体の吐出圧を減少させ
る。
【0009】冷房回路作動時には、一方の容量変更手段
は、作動流体の吸入圧が所定の低圧状態(異常低圧状
態)になると通路を開放する。この場合、双方の容量変
更手段が通路上に直列に配置されている関係上、他方の
容量変更手段が通路を遮断していると作動流体が吐出部
から駆動室に放出されなくなるので、他方の容量変更手
段は冷房回路作動中上記通路を開放するようにしてお
く。この結果、冷房回路作動時に作動流体の吸入圧が所
定の低圧状態になった場合、吐出部から駆動室に至る通
路が連通状態とされ、高圧の作動流体が吐出部から駆動
室に放出されることになる。すると駆動室内の圧力が高
められて吐出容量が減少し、作動流体の吸入圧が増加し
て異常低圧状態が解消されることになる。
【0010】暖房回路作動時には、他方の容量変更手段
は、作動流体の吐出圧が所定の高圧状態(異常高圧状
態)になると通路を開放する。この場合、双方の容量変
更手段が通路上に直列に配置されている関係上、一方の
容量変更手段が通路を遮断していると作動流体が吐出部
から駆動室に放出されなくなるので、一方の容量変更手
段は暖房回路作動中上記通路を開放するようにしてお
く。この結果、暖房回路作動時に作動流体の吐出圧が所
定の高圧状態になった場合、吐出部から駆動室に至る通
路が連通状態とされ、高圧の作動流体が吐出部から駆動
室に放出されることになる。すると駆動室内の圧力が高
められて吐出容量が減少し、作動流体の吐出圧が減少し
て異常高圧状態が解消されることになる。
【0011】上記構成によると、暖房回路作動中に、作
動流体の吐出圧の異常高圧状態を効果的に解消すること
ができる。なお、かかる作動流体の異常高圧対策を講じ
るために吐出部の作動流体を駆動室に放出するので多少
のエネルギー損失は生じるものの、本空調装置は可変容
量型圧縮機の仕事量自体を抑制して吐出圧を減少する構
成ゆえ、作動流体を回路外に放出するようなエネルギー
の無駄は生じない。また吐出圧の異常高圧状態が解消さ
れた後、駆動室に放出された作動流体は吸入部に送られ
て再度利用されるので、従来技術のごとく、作動流体を
回路外に捨ててしまうことに起因する問題、すなわち吐
出圧の異常高圧対策をする度に作動流体が減少していっ
て回路作動能力が不足してしまうという問題や、せっか
く圧縮仕事をして昇圧した作動流体を回路外に捨ててし
まいエネルギー効率が悪くなるという問題は生じない。
なお本空調装置における暖房回路においては、吐出部と
熱交換機との間に膨張弁等の減圧装置を設けておくこと
が好ましい。
【0012】請求項2の空調装置では、請求項1の空調
装置において、二つの容量変更手段の双方またはいずれ
かは、吐出部から駆動室に至る通路に配置され開弁基準
圧を適宜変更可能な弁を有している。例えば暖房回路作
動時には、一方の容量変更手段は常に通路を開放し、他
方の容量変更手段は作動流体の吐出圧が所定の高圧状態
となった場合に通路を開放するよう構成するが、この場
合、他方の容量変更手段の弁は作動流体の吐出圧が所定
圧となったときに開かれるよう、その開弁基準圧を適宜
設定することができる。
【0013】請求項3の空調装置では、請求項2の空調
装置において、弁の開弁基準圧はソレノイドの励磁また
は非励磁を介して変更される。例えばソレノイドを通電
して弁に与える負荷を増大または減少させ、かかる負荷
の変化を介して弁の開弁圧力を適宜変更するといった態
様である。
【0014】請求項4の空調装置では、請求項1の空調
装置において、二つの容量変更手段の双方またはいずれ
かは、差圧弁とバイパス弁を有する構成とされている。
差圧弁は、吐出部から駆動室に至る通路に設けられ、作
動流体の吐出圧と吐出圧以外の圧力との差圧または作動
流体の吸入圧と吸入圧以外の圧力との差圧で開く。バイ
パス弁は、差圧弁の上流と下流を連絡するバイパス通路
上に設けられる。既に述べたように、二つの容量変更手
段が直列に配置される関係上、冷房回路作動時には、一
方の容量変更手段は作動流体の吸入圧が所定の低圧状態
となった場合に通路を開放し、他方の容量変更手段は常
に通路を開放する構成とされ、暖房回路作動時には、一
方の容量変更手段は通路を開放し、他方の容量変更手段
は作動流体の吐出圧が所定の高圧状態となった場合に通
路を開放する構成とされている。ところで、容量変更手
段による通路の開閉を差圧弁で行わしめる場合、簡易な
弁構造をもって容量制御ができる一方、作動流体の吐出
圧または吸入圧の値によっては、他の容量変更手段が容
量制御を行っている際に開いていなければならない差圧
弁が開かず、他の容量変更手段による容量制御に支障が
でることも予測される。そこで本空調装置では、差圧弁
の上流と下流をバイパス通路で結び、当該バイパス弁の
開閉を行うことによって上記の不具合を解消する構成と
している。
【0015】請求項5の空調装置は、請求項4の空調装
置におけるバイパス弁の開閉の具体的構成を示すもので
あり、一方の容量変更手段のバイパス弁は、当該容量変
更手段が容量制御を行っている時には閉じており、他方
の容量変更手段が容量制御を行っている時には開かれる
構成とされる。すなわち、バイパス弁の属する側の容量
変更手段が容量制御を行っている場合にはバイパス弁は
閉じて当該容量変更手段の差圧弁を使って容量制御を行
わしめる。一方、他の容量変更手段が容量制御を行って
いる場合にはバイパス弁は開いて、仮に差圧弁が不用意
に閉じても他の容量変更手段による容量制御に支障がで
ないようにする。
【0016】請求項6の空調装置では、請求項5の空調
装置におけるバイパス弁をソレノイドの励磁または非励
磁を介して開閉する構成とされ、バイパス弁開閉の正確
なタイミング取りや確実な開閉動作を実現することがで
きる。
【0017】請求項7の空調装置では、請求項1から請
求項6までのいずれかに記載の空調装置において、吐出
部から駆動室に至る通路および二つの容量変更手段は圧
縮機のハウジング内に設けられており、従って空調装置
全体の構造を簡素化することに資する。
【0018】
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、本発
明に係る実施の形態である空調装置につき、図面を参照
しつつ説明していく。図2に示すように、本空調装置1
00は、概括的に見て、冷房回路151と、暖房回路1
52と、両回路の駆動源である可変容量型圧縮機101
とによって構成されている。なお、本発明の構成要素の
一つである吐出容量変更手段は図3に示されるものの、
本空調装置100の概括的構成を現した図2においては
示されていない。吐出容量変更手段の構造・作用につい
ては、後で詳しく説明する。空調装置100は、本実施
の形態では車載用の空調装置として構成されており、可
変容量型圧縮機101の駆動軸125は車のエンジン1
70に接続されて駆動される。
【0019】冷房回路151は可変容量型圧縮機101
で圧縮された高圧の作動流体を利用して作動し、可変容
量型圧縮機101の吐出部Dから吸入部Sへと至る経路
151a上に配置されたコンデンサ155と、第1の膨
張弁157と、熱交換機159と、アキュムレータ16
1とを有する。熱交換機159はエバポレータと通称さ
れる。
【0020】暖房回路152も可変容量型圧縮機101
で圧縮された高温高圧の作動流体を利用して作動し、吐
出部Dから吐出された作動流体を熱交換機159へ導く
バイパス路152a上に配置された第2の膨張弁163
と、上記熱交換機159と、アキュムレータ161を有
する。すなわち暖房回路152は上記冷房回路151の
構成要素の一部を兼用する構造とされている。かかる構
造を有する暖房回路152はホットガスバイパスヒータ
と通称されている。
【0021】熱交換機159は温水ヒータ171と並置
されている。温水ヒータ171内には、パイプ173を
介してエンジン170からの冷却温水が循環している。
図2中、第1の開閉弁153aと第2の開閉弁153b
は、冷房回路151と暖房回路152のいずれか一方を
択一的に作動させるための切替用弁である。
【0022】冷房回路151作動時には、可変容量型圧
縮機101で圧縮されて高温・高圧となった作動流体が
コンデンサ155に送られ、そこで高温の作動流体が有
する熱を外部に捨て、作動流体は液化する。次に第1の
膨張弁157によって作動流体は減圧されて熱交換機1
59に送られ、そこで外部の熱を奪ってガス化する。ガ
ス化した作動流体はアキュムレータ161を経て再び可
変容量型圧縮機101に還流され再循環されることにな
る。暖房回路152作動時には、可変容量型圧縮機10
1で圧縮されて高温・高圧となった作動流体は、第2の
膨張弁163によって減圧されて熱交換機159に送ら
れ、そこで外部に熱を放出する。暖房回路152のサイ
クル中、作動流体は常にガス状態で暖房回路152を循
環する。
【0023】本実施の形態において、暖房回路152は
補助暖房装置として位置づけられている。すなわち、暖
房回路152運転時に熱交換機159で発せられる熱
は、既に述べた温水ヒータ171に対する補助暖房用熱
源として用いられる。暖房回路152は、例えばエンジ
ン170起動時、あるいは外気温が−20℃等といった
低温環境時のごとく、エンジン170の冷却温水では暖
房用の熱が足りない場合に、これを補うために用いられ
る。
【0024】次に図3を参照して、高圧の作動流体を冷
房回路151・暖房回路152に供給して両回路を作動
する可変容量型圧縮機101の構造について説明する。
可変容量型圧縮機101のハウジング101a内には駆
動室110が形成されており、その駆動室110内で斜
板130が駆動軸125に支持されている。斜板130
は駆動軸125に支持されて、駆動軸125に対して傾
斜した状態で駆動軸125の回転に伴って回転する。ま
た駆動軸125に対する斜板130の傾斜角は可変とな
っており、以後、駆動軸125に直交する状態に近づく
ことを「斜板130が立つ」といい、図示の状態で水平
に近づくことを「斜板130が寝る」という。
【0025】斜板130は、その周縁部において、可動
シュー131を介してピストン135の頭部と連結され
ている。ピストン135は、駆動軸125のまわりに計
6本配置されており(図では一本しか現されていな
い)、6個のシリンダボア109内にて図示左右方向に
スライド可能に挿入されている。6個のシリンダボア1
09の円周方向の位置は可変容量型圧縮機101のハウ
ジング101aによって固定されている。図示のごとく
斜板130が傾斜して駆動軸125と共に回転すると、
円周方向について固定されたピストン135に対して、
斜板130の周縁が滑っていく。斜板130の最もピス
トン側に傾いた周縁がピストン135に対応して位置し
ているとき(図3はその状態を示す)、ピストン135
はシリンダボア109内に最も深く挿入される。斜板1
30の最も反ピストン側に傾いた周縁(図3の場合図示
下方に示されている周縁)がピストン135に対応して
位置しているとき(図3の状態から駆動軸125が18
0度回転した場合に相当する)、ピストン135はシリ
ンダボア109内から最も大きく抜き出される。駆動軸
125が一回転することで各ピストン135は各シリン
ダボア109内で左右方向に一往復する。
【0026】各シリンダボア109の底部には吸入孔1
18aと吐出孔123aが設けられ、吸入孔118aに
対して吸入弁118が対応位置し、吐出孔123aに対
して吐出弁123が対応位置している。各吸入孔118
aは吸入室115に連通し、各吐出孔123aは吐出室
120に連通している。斜板130によってピストン1
35が図中左方向に移動する場合、作動流体は吸入口1
16から吸入室115・吸入孔118a・吸入弁118
を介してシリンダボア109内に導入される。次いで、
斜板130によってピストン135が図中右方向に移動
する際には、吸入された作動流体は圧縮されて高圧状態
とされ、吐出孔123a・吐出弁123・吐出室120
を介して吐出口121から吐出される。
【0027】この可変容量型圧縮機101の吐出容量
は、ピストン135のストローク量によって定められ
る。ピストン135のストローク量は斜板130の傾斜
角度によって定められる。斜板130が寝ているほどピ
ストン135のストローク量は大きく、可変容量型圧縮
機101の吐出容量は大きくなる。反対に、斜板130
が立つほどピストン135のストローク量は小さく、可
変容量型圧縮機101の吐出容量は小さくなる。
【0028】斜板130の傾斜角度は、ピストン135
両側に作用する圧力の差、すなわち駆動室110内の圧
力とシリンダボア109内の圧力の差によって決定され
る。本実施の形態においてこの差圧は、駆動室110内
の圧力を増減させることによって調整される。駆動室1
10内の圧力を高くすると斜板130は立ち、ピストン
135のストローク量が減少して吐出容量が減少する。
吐出容量が減少すると作動流体の吐出圧が減少するとと
もに吸入圧が増加する。駆動室110内の圧力を低くす
ると斜板130は寝ていき、ピストン135のストロー
ク量が増加して吐出容量が増加する。吐出容量が増加す
ると作動流体の吐出圧が増加するとともに吸入圧が減少
する。本実施の形態では、吐出容量を減少させる場合に
は、吐出室120内の高圧の作動流体を駆動室110へ
放出して駆動室110内の圧力を高くする構成とされて
いる。反対に容量を増加させようとする場合には、吐出
室120内の作動流体が駆動室110へ放出されないよ
うにする構成とされている。このように吐出室と駆動室
との間を連通状態・非連通状態として吐出容量の変更を
行う制御を「入れ側制御」と定義する。
【0029】本実施の形態では、図3に示すように、高
圧の作動流体を吐出室120から駆動室110へ放出す
るのに二つの容量変更手段が設けられている。一つは冷
房用容量変更手段301であり、もう一つは暖房用容量
変更手段401である。双方の容量変更手段301,4
01は、吐出室120から駆動室110に至る通路32
1,323,421上に直列に配置された冷房用容量変
更弁303と暖房用容量変更弁403とをそれぞれ有す
る。冷房用容量変更弁303は、第1の放出通路321
によって吐出室120と連絡され、第2の放出通路32
3によって暖房用容量変更弁403に連絡されている。
暖房用容量変更弁403は更に第3の放出通路421に
よって駆動室110と連絡されている。また、駆動室1
10と吸入室115とは減圧通路501によって連絡さ
れるとともに、特に図示しないものの減圧通路501上
には絞りが設けられている。
【0030】第1および第2の放出通路321,323
は、冷房用容量変更弁303に接続されるとともに、弁
体305によって連通または非連通のいずれかの状態と
される。弁体305は、吸入圧検出通路313を介して
検出される吸入圧Psに基づいて弁体305の開閉を司
るベローズ315に接続されるとともに、連結部材31
1を介してソレノイド309のプランジャー307に連
結されている。ばね327は弁体305を開弁方向に付
勢している。ソレノイド309は、通電による励磁また
は非励磁によってプランジャー307に付勢力を与え
る。すなわち弁体305は、吸入圧Psが所定の圧力以
下となった場合にベローズ315によって開かれ、しか
もその開弁基準圧はソレノイド309によるプランジャ
ー307への付勢力を適宜調整することによって変更可
能とされている。あるいは、ソレノイド309への通電
をやめることによって、吸入圧Psの大きさ如何に拘わ
らず弁体305が常に開いているような付勢力をばね3
27で与えることもできる。
【0031】第2の放出通路323は、暖房用容量変更
弁403内に形成された第1の区画室405に接続され
る。上記した冷房用容量変更弁303が開いている場
合、第1の区画室405には、第1および第2の放出通
路321,323を経由して吐出室120から作動流体
が送られ、第1の区画室405内の圧力は吐出圧Pdと
される。また第3の放出通路421は暖房用容量変更弁
403内の第2の区画室407に接続されており、第2
の区画室407内の圧力は駆動室110内の圧力Pcと
される。
【0032】第1および第2の区画室405,407は
弁体409によって連通または非連通のいずれかの状態
とされる。弁体409は、スプリング409aによって
閉弁方向(図3では右方向)の付勢力を与えられるとと
もに、第1の区画室405内の圧力(吐出圧)Pdが第
2の区画室407内の圧力(駆動室内の圧力)Pcに比
べて所定の大きさになった場合に、第2の区画室407
内の圧力(駆動室内の圧力)Pcおよびスプリング40
9aの付勢力の合力に打ち勝って開かれる(図3では弁
体409が左方向に移動する)。さらに弁体409は、
連結部材411を介してソレノイド415のプランジャ
ー413に連結されている。ソレノイド415は、通電
による励磁または非励磁によってプランジャー413に
付勢力を与える。すなわち弁体409は、吐出圧Pdが
駆動室内圧力Pcに対して所定の大きさとなった場合に
開かれる差圧弁の構造を有するとともに、その開弁基準
圧はソレノイド415によるプランジャー413への付
勢力を適宜調整することによって変更可能とされてい
る。あるいはソレノイド415への通電を調節すること
によって、吐出圧Pdの大きさ如何に拘わらず弁体40
9が常に開いているような付勢力をプランジャー413
に与えることもできる。
【0033】次に本空調装置の作用について説明する。
既に説明したように、図2に示す冷房回路151作動時
には、可変容量型圧縮機101で圧縮されて高温・高圧
となった作動流体はコンデンサ155・第1の膨張弁1
57・熱交換機159・アキュムレータ161を経て再
び可変容量型圧縮機101に還流され再循環される。ま
た、暖房回路152作動時には、可変容量型圧縮機10
1で圧縮されて高圧となった作動流体は、バイパス路1
52a上の第2の膨張弁163・熱交換機159・アキ
ュムレータ161を経て再び可変容量型圧縮機101に
還流され再循環される。
【0034】吐出容量の制御に関し、まず冷房回路15
1(図2参照)作動時について説明する。冷房回路15
1作動時には上記の冷房用容量変更弁303の開閉を通
じて容量制御を行う。一方、暖房用容量変更手段401
は冷房回路作動中は容量制御に使用されず、冷房用容量
変更手段301による容量制御の支障とならないよう開
弁状態としておく。冷房用容量変更弁303について
は、ソレノイド309への通電を適宜調節し、作動流体
の吸入圧Psが所定の基準値以下となった場合に弁体3
05が開くように弁体305の開弁基準圧を設定する。
吸入圧Psに関する基準値は、熱交換機159(図2参
照)に着霜が生じるおそれのない吸入圧の下限値にあわ
せておく。つまり吸入圧Psが許容下限値を下回ると吸
入圧Psが異常低圧状態になったと判断し、冷房用容量
変更手段301による容量制御が開始されるようにして
おく。一方、暖房用容量変更弁403は冷房回路作動中
は常に開いておき、冷房用容量変更弁303が開いて作
動流体を吐出室120から駆動室110に放出するのを
妨げないようにする。具体的には、ソレノイド415へ
の通電を適宜調節し、暖房用容量変更弁403の開弁基
準圧を冷房回路作動中の作動流体の吐出圧Pdの使用域
より低く設定しておく。この結果、冷房回路作動中は暖
房用容量変更弁403の開弁基準圧は常に満たされ、暖
房用容量変更弁403は冷房回路作動中開いていること
になる。あるいは、ソレノイド415への通電を調節す
ることによって、吐出圧Pdの大きさ如何に拘わらず弁
体409が常に開いているような付勢力をプランジャー
413に与える。
【0035】冷房回路作動中において、作動流体の吸入
圧Psが異常低圧状態にない場合、冷房用容量変更弁3
03の開弁条件が満たされないため、冷房用容量変更弁
303は閉じている。この結果、作動流体の吸入圧Ps
が異常低圧状態にない場合には、作動流体は吐出室12
0から駆動室110へは放出されず容量制御が行われな
い。
【0036】一方、冷房回路作動中において、作動流体
の吸入圧Psが異常低圧状態となった場合、吸入圧Ps
が所定の低圧状態となって冷房用容量変更弁303の開
弁条件が満たされ、冷房用容量変更弁303は開かれ
る。また冷房回路作動時の作動流体の吐出圧は暖房用容
量変更弁403の開弁条件を満たしており、あるいは弁
体409はソレノイド415への通電を調節して強制的
に開かれており、暖房用容量変更弁403は開弁状態が
維持されている。この結果、第1〜第3の放出通路32
1,323,421が全て連通状態とされ、作動流体は
高圧側の吐出室120から、第1の放出通路321,第
2の放出通路323,第3の放出通路421を経由し
て、駆動室110に放出されることになる。この結果、
「駆動室110内の圧力Pcが上昇」、「斜板130が
立つ(斜板130の傾斜角度が減少する)」、「ピスト
ン135のストロークが減少」、「吐出容量が減少」と
いう一連の作用を経て作動流体の吸入圧Psが増加し、
吸入圧Psの異常低圧状態が抑制されることになる。な
お駆動室110は減圧通路501を介して吸入室115
と連通されているものの、減圧通路501に設けられた
絞りのため、吸入圧Psの異常低圧対策が終了しないう
ちに作動流体が駆動室110から吸入室115に逃げて
しまうことが防止される。
【0037】駆動室110内の作動流体は少しずつ減圧
通路501を経由して吸入室115に送られるととも
に、シリンダボア109に再度送られて圧縮され、吐出
室120・吐出口121を経て再度冷房回路に吐出され
ることになる。
【0038】次に暖房回路152(図2参照)作動時に
おける容量制御について説明する。暖房回路152作動
時には、上記の暖房用容量変更弁403の開閉を通じて
容量制御を行う。一方、冷房用容量変更手段301は暖
房回路作動中は容量制御に使用されず、暖房用容量変更
手段401による容量制御の支障とならないよう開弁し
ておく。暖房用容量変更弁403については、ソレノイ
ド415への通電を適宜調節し、作動流体の吐出圧Pd
が所定の基準値となった場合に弁体409が開くように
弁体409の開弁基準圧を設定する。吐出圧Pdに関す
る基準値は、暖房回路152に過度に高い圧力がかから
ないための吐出圧の上限値にあわせておく。つまり吐出
圧Pdが許容上限値を上回ると、吐出圧Pdが異常高圧
状態になったと判断し、暖房用容量変更手段401によ
る容量制御が開始されるようにしておく。一方、冷房用
容量変更弁303は、暖房回路作動中は常に開いてお
き、吐出室120から暖房用容量変更弁403に作動流
体が送られるようにしておく。具体的には、ソレノイド
309への通電を適宜調節して冷房用容量変更弁303
の開弁基準圧を暖房回路作動中の作動流体の吸入圧Ps
使用域より高く設定しておく。この結果、暖房回路作動
中は冷房用容量変更弁303の開弁基準圧は常に満たさ
れ、冷房用容量変更弁403は暖房回路作動中は常に開
いていることになる。あるいは、ソレノイド309への
通電をやめることによって、吸入圧Psの大きさ如何に
拘わらず弁体305が常に開いているような付勢力をば
ね327で与える。
【0039】暖房回路作動中において、作動流体の吐出
圧Pdが異常高圧状態にない場合、暖房用容量変更弁4
03の開弁条件が満たされないため、暖房用容量変更弁
403は閉じている。もちろん暖房回路作動中、冷房用
容量変更弁303は開弁状態が維持されている。従って
作動流体の吐出圧Pdが異常高圧状態にない場合、作動
流体は吐出室120から開弁状態にある冷房用容量変更
弁303を経由して暖房用容量変更弁403へ送られる
ものの、当該暖房用容量変更弁403が閉じているため
作動流体は駆動室110へ放出されず、容量制御が行わ
れない。
【0040】一方、暖房回路作動中において、作動流体
の吐出圧Pdが異常高圧状態となった場合、吐出圧Pd
が所定の高圧状態となって暖房用容量変更弁403の開
弁条件が満たされ暖房用容量変更弁403は開かれる。
もちろん暖房回路作動中、冷房用容量変更弁303は開
弁状態を維持している。開弁条件が満たされた暖房用容
量変更弁403の弁体409は開弁方向に移動し、第2
および第3の放出通路323,421が連通される。そ
して作動流体は高圧側の吐出室120から、第1の放出
通路321,開弁状態とされた冷房用容量変更弁30
3,第2の放出通路323,開弁状態とされた暖房用容
量変更弁403,第3の放出通路421を経由して、駆
動室110に放出される。この結果、「駆動室110内
の圧力Pcが上昇」、「斜板130が立つ(斜板130
の傾斜角度が減少する)」、「ピストン135のストロ
ークが減少」、「吐出容量が減少」という一連の作用を
経て作動流体の吐出圧Pdが減少し、吐出圧Pdの異常
高圧状態が抑制されることになる。なお駆動室110は
減圧通路501を介して吸入室115と連通されている
ものの、減圧通路501に設けられた絞りのため、吐出
圧Pdの異常高圧対策が終了しないうちに作動流体が駆
動室110から吸入室115に逃げてしまうことが防止
される。
【0041】駆動室110内の作動流体は少しずつ減圧
通路501を経由して吸入室115に送られるととも
に、シリンダボア109に再度送られて圧縮され、吐出
室120・吐出口121を経て再度暖房回路に吐出され
ることになる。
【0042】上記した冷房用容量変更手段301および
暖房用容量変更手段401は、それぞれが独立して容量
制御を行うとともに、第1〜第3の放出通路321,3
23,421という一本の経路上に直列的に配置された
構造とされる。そして冷房回路作動中は冷房用容量変更
手段301のみを使って容量制御し(暖房用容量変更弁
403は開いた状態とする)、暖房回路作動中は暖房用
容量変更手段401のみを使って容量制御する(冷房用
容量変更弁303は開いた状態とする)。このように二
つの容量変更手段を独立かつ直列的に配置して容量制御
をおこなう形態を「直列配置型」による容量制御技術と
して定義する。
【0043】本実施の形態に係る空調装置によれば、一
度可変容量型圧縮機101に仕事をさせて昇圧した作動
流体を駆動室110に放出するのでエネルギー効率が多
少悪くなるものの、少量の放出量によって吐出容量を減
少して吸入圧を増加するとともに吐出圧を減少すること
になり、作動流体を暖房回路152外へ捨てるものでは
ないので極端なエネルギー損失が生じるものではない。
また暖房回路152作動のための作動流体が不足すると
いった事態は生じない。すなわち、本実施の形態によれ
ば、ホットガスバイパスヒータである暖房回路を備えた
空調装置において、暖房運転時の異常高圧状態を抑制す
るために暖房回路内の作動流体を冷房回路に放出してし
まって暖房能力が不足するという問題点や、圧縮機に仕
事をさせて高圧に昇圧した作動流体を暖房回路外に無駄
に放出してしまってエネルギー効率が非常に悪くなると
いった問題が生じない。
【0044】(本実施の形態の第1の変更例)本実施の
形態に関する第1の変更例が図4に示される。これは上
記した暖房用容量変更手段401の構成を異ならしめた
変更例である。図4に示すように、本変更例に係る可変
容量型圧縮機701の暖房用容量変更手段601は、概
括的に見てバイパス弁619と暖房用容量変更弁603
とによって構成されている。暖房用容量変更弁603
は、後述するように第1の区画室605内の圧力(吐出
圧Pd)と第2の区画室607内の圧力(駆動室内圧力
Pc)との差圧によって開閉される差圧弁が用いられて
いる。またバイパス弁619と暖房用容量変更弁603
とは、第2の放出通路323a,第1のバイパス通路6
17aによってそれぞれ冷房用容量変更弁303と連絡
されている。すなわち(吐出室120)−(第1の放出
通路321)−(冷房用容量変更弁303)−(第2の
放出通路323)−(暖房用容量変更弁603)−(第
3の放出通路421)−(駆動室110)という作動流
体放出経路において、暖房用容量変更弁603の上流側
と下流側とをバイパスするバイパス通路617上にバイ
パス弁619が設けられている。
【0045】暖房用容量変更弁603内には第1および
第2の区画室605,607が形成され、第1の区画室
605は第2の放出通路323(323a)を介して冷
房用容量変更弁303と連絡されている。第2の区画室
607は第3の放出通路421を介して駆動室110に
連絡されている。第1の区画室605と第2の区画室6
07の間には弁体609が配置されている。弁体609
は、通常は、スプリング609aによる閉弁方向(図4
では右方向)への付勢力によって第1および第2の区画
室605,607とを非連通状態としている。弁体60
9は、第1の区画室605内の圧力Pdと第2の区画室
607内の圧力Pcとの差圧によって開かれる構造とさ
れている。すなわち暖房用容量変更弁603は差圧弁と
して構成されている。バイパス弁619は、通常は、第
1および第2のバイパス通路617a,617bを非連
通状態とし(図4がその状態を示している)、ソレノイ
ド615への通電により開弁方向へ移動し得る構成とさ
れている。開弁方向に移動した場合には、第1および第
2のバイパス通路617a,617bとは連通状態とさ
れる。
【0046】その他の構成、たとえば可変容量型圧縮機
自体の構造・作用や、冷房用容量変更手段301の構造
・作用については上記した本発明の実施の形態と同等で
あり、詳細な説明は便宜上省略する。
【0047】さて、本変更例においては、冷房回路作動
中は、冷房用容量変更手段301が作動流体の吸入圧の
異常低圧対策を講じるのを妨げないように、暖房用容量
変更弁603は開いている必要がある。しかしながら、
弁体609の開閉を司る第1および第2の区画室60
5,607の差圧を外部からコントロールすることはで
きないので、差圧弁の構造を有する暖房用容量変更弁6
03が冷房回路作動中に不用意に閉じてしまい、冷房用
容量変更手段301による容量制御を不能にしてしまう
おそれがある。従って、冷房回路作動中はソレノイド6
15を通電してバイパス弁619を強制的に開き(図4
の状態からバイパス弁619を右方向に移動させる)、
バイパス通路617を連通状態としておく。すなわち冷
房回路作動中は、暖房用容量変更弁603の開閉如何に
かかわらず、バイパス弁619を開いてバイパス通路6
17が常に連通状態とされるようにしておき、作動流体
が当該バイパス通路617を経由して駆動室110へ放
出され得るようにしておくのである。冷房回路作動中の
冷房用容量変更手段301の働きについては、上記実施
の形態と同等であり、詳細な説明は便宜上省略する。
【0048】一方、暖房回路作動中は、暖房用容量変更
弁603の開閉を通じて作動流体の異常高圧対策を講じ
るため、バイパス弁619を閉じておく必要がある。バ
イパス弁619が開いていると、作動流体がバイパス通
路617経由で駆動室110に放出されてしまい、暖房
用容量変更弁603による容量制御の意義が失われてし
まうからである。このため、ソレノイド615の通電を
止め、バイパス弁619を閉弁する(図4に示す状態と
する)。これによりバイパス通路617は非連通状態と
され、作動流体は吐出室120,第1の放出通路32
1,開弁状態とされた冷房用容量変更弁303,第2の
放出通路323(323a)を経由して全て暖房用容量
変更弁603に送られ、下記のごとく作動流体の吐出圧
Pdの圧力状態に応じて暖房用容量変更弁603による
容量制御が行われる。
【0049】暖房回路作動中において作動流体の吐出圧
Pdが所定の高圧状態にない場合、すなわち異常高圧状
態にない場合には、第1の区画室605内の吐出圧Pd
は、スプリング609aの閉弁方向への付勢力と第2の
区画室607内の圧力Pcとの合力に打ち勝てず、暖房
用容量変更弁603が閉じられている。もちろん上記の
ようにバイパス弁619は閉じられている。従って、作
動流体は吐出室120から駆動室110へと放出され
ず、容量制御は行われない。
【0050】暖房回路作動中において作動流体の吐出圧
Pdが所定の高圧状態となった場合、すなわち異常高圧
状態となった場合には、第1の区画室605内の吐出圧
Pdは、スプリング609aの閉弁方向への付勢力と第
2の区画室607内の圧力Pcとの合力に抗して弁体6
09を開弁方向に押し、暖房用容量変更弁603が開か
れる。もちろん上記のようにバイパス弁619は閉じら
れている。この結果、吐出室120内の高圧の作動流体
は、吐出室120から、第1の放出通路321,開弁状
態とされた冷房用容量変更弁303,第2の放出通路3
23,開弁状態とされた暖房用容量変更弁603,第3
の放出通路421を経由して駆動室110に放出される
ことになり、上記実施の形態で説明したのと同様の作用
により、吐出圧Pdの異常高圧対策が講じられることに
なる。
【0051】(他の変更例)上記した「直列配置型」に
よる容量制御技術について考えられる他の変更例につい
て、図5から図8までにシステマチックに示す。
【0052】直列配置型容量制御技術では、吐出室12
0と駆動室110とを連絡する経路上に、作動流体の吸
入圧の異常低圧対策を講じるための吸入圧制御用容量変
更手段701と、吐出圧の異常高圧対策を講じるための
吐出圧制御用容量変更手段702とを直列に配置する。
吸入圧制御用容量変更手段と吐出圧制御用容量変更手段
のうちのどちらを上流側に配置し、どちらを下流側に配
置するかは適宜選択し得る。本変更例では、前者を上流
側・後者を下流側に配置した形態で説明する。さて図5
に示すように、吸入圧制御用容量変更手段701は吸入
圧制御弁711を有し、吐出圧制御用容量変更手段70
2は吐出圧制御弁712を有する。また駆動室110と
吸入室115とを連絡する減圧通路上には絞り731を
配置する。各制御弁711,712については、上記実
施の形態のように差圧弁を基調としつつソレノイド等を
用いてその開弁基準圧を適宜変更できる弁、あるいは外
的制御によって強制的に開閉をコントロールすることが
できる弁を用いることができる。このように弁の開閉を
外的にコントロールできる弁構造を「外部制御弁」と定
義する。また、各制御弁711,712には、作動流体
の吸入圧Psとそれ以外の圧力(例えば大気圧,真空
圧)との差圧によって、あるいは作動流体の吐出圧Pd
とそれ以外の圧力(例えば大気圧,真空圧,駆動室内の
圧力Pd,吸入圧Ps)との差圧によって開閉がコント
ロールされる弁を用いることができる。こうした弁構造
を「内部制御弁」と定義する。「内部」の語を用いるの
は、典型的には空調装置内の圧力の差によって開閉する
差圧弁を用いるからである。内部制御弁では、その開閉
条件が二つの圧力関係に依存し、装置の構造の簡素化が
図られるものの、その開閉を外的操作によってコントロ
ールすることができない。
【0053】さて、外部制御弁を用いて容量制御を行う
場合には、作動流体の吸入圧または吐出圧の圧力状態に
応じて開閉せしめ、しかも他方の容量変更手段が容量制
御を行う際には弁を開かせることにより、他方の容量変
更手段が担当する容量制御に支障がでないようにする。
図5は、各制御弁711,712双方に外部制御弁を採
用した場合のシステム図を示す。
【0054】一方、容量変更手段として内部制御弁を用
いる場合、上記のように内部制御弁の開閉条件は二つの
圧力関係(典型的には空調装置内の二つの圧力関係)に
依存し、その開閉あるいは開弁条件を外的操作によって
コントロールすることができないので、他の容量変更手
段による容量制御を行っている最中に不用意に閉じてし
まい、他の容量変更手段が担当する容量制御を不能とし
てしまうおそれがある。そこで内部制御弁の上流側と下
流側とを連絡するバイパス通路上にバイパス弁を配置す
るとともに、容量制御時にはバイパス弁を閉じて制御弁
に容量制御を行わせるとともに、他方の容量変更手段が
容量制御を行う時にはバイパス弁を開いて、他方の容量
変更手段による容量制御の妨げとならないようにする。
【0055】図6は、吸入圧制御用容量変更手段701
には内部制御弁として構成される制御弁711とバイパ
ス弁711aを配置し、吐出圧制御用容量変更手段70
2には外部制御弁として構成される制御弁712を配置
した変更例を示す。
【0056】図7は、吸入圧制御用容量変更手段701
には、外部制御弁として構成される制御弁711を配置
し、吐出圧制御用容量変更手段702には内部制御弁と
して構成される制御弁712とバイパス弁712aを配
置した変更例を示す。
【0057】図8は、吸入圧制御用容量変更手段701
および吐出圧制御用容量変更手段702ともに、内部制
御弁として構成される制御弁711,712とバイパス
弁711a,712aを配置した変更例を示す。
【0058】上記した本実施の形態は図5に示す制御形
態(ともに外部制御弁として構成される直列配置型容量
制御)に係るものであり、上記した第1の変更例は図7
に示す制御形態(吸入圧制御には外部制御弁を用い、吐
出圧制御には内部制御弁およびバイパス弁を用いて構成
される直列配置型容量制御)に係るものである。もちろ
ん図6に示す制御形態(吸入圧制御には内部制御弁およ
びバイパス弁を用い、吐出圧制御には外部制御弁を用い
て構成される直列配置型容量制御)や、図8に示す制御
形態(吸入圧制御および吐出圧制御ともに、内部制御弁
およびバイパス弁を用いて構成される直列配置型制御)
を採用することもできる。
【0059】なお本実施の形態およびその変更例では、
冷房用容量変更手段および暖房用容量変更手段は、いず
れも可変容量型圧縮機の内部に設けられる構成であった
が、それらの全て、あるいは一部を可変容量型圧縮機外
に設ける構成としてもよい。また、可変容量型圧縮機の
ピストンの本数を変更し、あるいはピストンを斜板の片
側でなく両側に配置する構成としてもよい。
【0060】
【発明の効果】本発明は、ホットガスバイパスヒータ回
路を備えた空調装置に従来の可変容量型圧縮機の吐出容
量制御技術を応用することで、特開平7−19630号
公報に開示された空調装置における異常高圧対策技術の
問題点、即ち、ホットガスバイパスヒータ回路内の作動
流体が冷房回路に放出されて暖房能力が不足するという
問題点や、圧縮機に仕事をさせて高圧に昇圧した作動流
体を暖房回路外に無駄に放出することからエネルギー効
率が悪いといった問題点が解決されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の空調装置の構造を示す断面図である。
【図2】本実施の形態に係る空調装置の構造を概括的に
示す断面図である。
【図3】本実施の形態に係る空調装置のうち可変容量型
圧縮機および容量変更手段の詳細な構造を示す断面図で
ある。
【図4】本実施の形態の第1の変更例を示す図である。
【図5】本実施の形態の他の変更例を示すシステム図で
ある。
【図6】同じく、本実施の形態の変更例を示すシステム
図である。
【図7】同じく、本実施の形態の変更例を示すシステム
図である。
【図8】同じく、本実施の形態の変更例を示すシステム
図である。
【符号の説明】
101 可変容量型コンプレッサ 110 駆動室 115 吸入室 120 吐出室 125 駆動軸 130 斜板 135 ピストン 301 冷房用容量変更手段 303 冷房用容量変更弁 321 第1の放出通路 323 第2の放出通路 401 暖房用容量変更手段 403 暖房用容量変更弁 405 第1の区画室 407 第2の区画室 421 第3の放出通路 617 バイパス通路 619 バイパス弁

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機と、冷房回路と、暖房回路と、二
    つの容量変更手段とを有し、 前記圧縮機は、作動流体を吸入する吸入部と、圧縮され
    た作動流体を吐出する吐出部と、駆動室に設けられて前
    記駆動室内の圧力が大きくなると前記圧縮機の容量を減
    少する駆動手段とを有し、 前記冷房回路は、前記吐出部から前記吸入部へと至る経
    路上に配置されたコンデンサと前記コンデンサよりも下
    流側に配置された熱交換機とを有し、 前記暖房回路は、前記吐出部から前記熱交換機へと至る
    バイパス路と、前記熱交換機とを有し、 前記二つの容量変更手段は、前記吐出部から前記駆動室
    に至る通路の上流側および下流側に順次配置され、 前記冷房回路作動時には、一方の容量変更手段は作動流
    体の吸入圧が所定の低圧状態になると前記通路を開放
    し、他方の容量変更手段は前記通路を開放する構成とさ
    れ、 前記暖房回路作動時には、前記一方の容量変更手段は前
    記通路を開放し、前記他方の容量変更手段は作動流体の
    吐出圧が所定の高圧状態になると前記通路を開放する構
    成とされていることを特徴とする空調装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の空調装置であって、前
    記二つの容量変更手段の双方またはいずれかは、前記通
    路に配置されるとともに開弁基準圧を変更できる弁を有
    する構造とされていることを特徴とする空調装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の空調装置であって、前
    記開弁基準圧はソレノイドの励磁または非励磁を介して
    変更されることを特徴とする空調装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の空調装置であって、前
    記二つの容量変更手段の双方またはいずれかは、前記通
    路に配置されるとともに作動流体の吸入圧と該吸入圧以
    外の圧力との差圧、または作動流体の吐出圧と該吐出圧
    以外の圧力との差圧によって開く差圧弁と、前記差圧弁
    の上流と下流を連絡するバイパス通路上に設けられたバ
    イパス弁とを有することを特徴とする空調装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の空調装置であって、一
    の容量変更手段の有するバイパス弁は、当該容量変更手
    段が容量制御をおこなっている時には閉じられ、他の容
    量変更手段が容量制御をおこなっている時には開かれて
    いることを特徴とする空調装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の空調装置であって、前
    記バイパス弁はソレノイドの励磁または非励磁を介して
    開閉されることを特徴とする空調装置。
  7. 【請求項7】 請求項1から請求項6までのいずれかに
    記載の空調装置であって、前記通路および二つの容量変
    更手段は前記圧縮機のハウジング内に設けられているこ
    とを特徴とする空調装置。
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