JP2000318436A - 車輌用バイパス管路付冷凍サイクル - Google Patents

車輌用バイパス管路付冷凍サイクル

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Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍サイクルが冷房モードで運転されたあとそ
のまま放置された状態で気温が著しく低下した環境下に
おいて、凝縮器に溜まった冷媒を回収して蒸発器におけ
る暖房効果を所定通りに発揮させることができる車輌用
バイパス管路付冷凍サイクルを提供すること。 【解決手段】冷媒がバイパス管路５５を通らずに凝縮器
５２を通過する状態下において、吸入圧力が２気圧（絶
対圧）以下で圧縮機１０の容量が最大状態から減少し始
めるように、容量制御手段２０の設定をすることができ
る。

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、通常は冷房のた
めに用いられる蒸発器を、必要に応じて補助暖房に用い
ることができるようにした車輌用バイパス管路付冷凍サ
イクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用空調装置においては、冷房のた
めには一般的な冷凍サイクルが用いられ、暖房のために
は、温められたエンジン冷却水が利用される。
【０００３】しかし、例えば近年のガソリン噴射式エン
ジン等のようにエンジンの効率がよくなると、冷却水の
温度が以前ほど上昇しないため、冬期に暖房温度が十分
に上昇しないという不都合が発生する。
【０００４】そこで従来は、冷凍サイクルの圧縮機から
送り出された高圧冷媒ガスを、車室外の凝縮器を通さず
に車室内の蒸発器に送り込ませるバイパス管路を併設し
て蒸発器で熱交換を行わせ、それを補助暖房として利用
するシステムがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のような車輌用バ
イパス管路付冷凍サイクルにおいては、冷凍サイクルを
冷房モードで運転したあとそのまま放置すると、冷媒が
凝縮器に溜まるので、次に補助暖房モードで運転しても
循環する冷媒が少なくて十分な暖房効果を得ることがで
きない。
【０００６】そこで、補助暖房モードにする直前に凝縮
器に溜まっている冷媒を回収するために短時間の冷房運
転（充填運転）を行い、冷媒を蒸発器やアキュムレータ
に移送する必要がある。
【０００７】そのように凝縮器に溜まっている冷媒を回
収するためには、凝縮器内の圧力より蒸発器内の圧力の
方が低くなければならない。しかし、圧縮機として、吸
入圧力が低下するとそれに対応して容量が自動的に大き
くなる容量可変圧縮機が用いられている場合には、気温
が例えば−１０℃程度に下がると凝縮器内の圧力が２気
圧（絶対気圧）程度の低圧になってしまう。
【０００８】これに対して、容量可変圧縮機の容量制御
を行うためにソレノイド駆動の調圧弁が用いられるが、
ソレノイドにコイルが焼けない範囲で最大限の例えば１
Ａの駆動電流を与えても、吸入圧力が例えば２．３気圧
（絶対圧力）より下がらない。
【０００９】その結果、蒸発器内の圧力が凝縮器内の圧
力より大きい状態を維持するので、凝縮器に溜まった冷
媒が凝縮器から出てこない。気温が−３０℃の場合に
は、凝縮器内の圧力はさらに１気圧（絶対気圧）程度ま
で低下するので、凝縮器から冷媒を回収して暖房効果を
得るのがさらに困難になる。
【００１０】そこで本発明は、冷凍サイクルが冷房モー
ドで運転されたあとそのまま放置された状態で気温が著
しく低下した環境下において、凝縮器に溜まった冷媒を
回収して蒸発器における暖房効果を所定通りに発揮させ
ることができる車輌用バイパス管路付冷凍サイクルを提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の車輌用バイパス管路付冷凍サイクルは、冷
媒を、圧縮機で圧縮してから凝縮器で凝縮させた後、膨
張弁で断熱膨張させながら蒸発器に送り込んで蒸発させ
てから上記圧縮機に戻すようにした冷凍サイクルに、冷
媒を上記凝縮器に通さずに上記圧縮機から上記蒸発器に
送り込ませるためのバイパス管路を併設し、上記蒸発器
において行われる熱交換により暖房作用を得ることがで
きるようにした車輌用バイパス管路付冷凍サイクルであ
って、上記圧縮機として、吸入圧力が低下するとそれに
対応して容量が自動的に小さくなる容量可変圧縮機が用
いられて、さらに上記吸入圧力に対応する上記圧縮機の
容量を可変に制御するための容量制御手段が設けられた
車輌用バイパス管路付冷凍サイクルにおいて、上記冷媒
が上記バイパス管路を通らずに上記凝縮器を通過する状
態下のときに、吸入圧力が２気圧（絶対気圧）以下で上
記圧縮機の容量が最大状態から減少し始めるように、上
記容量制御手段の設定をすることができることを特徴と
する。
【００１２】さらに、上記冷媒が上記バイパス管路を通
らずに上記凝縮器を通過する状態下のときに、吸入圧力
が１気圧（絶対気圧）以下で上記圧縮機の容量が最大状
態から減少し始めるように、上記容量制御手段の設定を
することができるようにしてもよい。
【００１３】なお、上記容量制御手段がソレノイドであ
り、冷媒を上記凝縮器に通さずに上記バイパス管路に通
す状態にする直前にだけ、上記ソレノイドに過大電流を
流して上記圧縮機の容量が上記の吸入圧力以下で最大状
態から減少し始めるようにしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。図２は、自動車用空調装置に用いられる
冷凍サイクルの全体構成を略示しており、１０は圧縮
機、５２は車室外に配置された凝縮器、５３は膨張弁、
５４は車室内に通じるエアダクトに配置された蒸発器、
５６は低圧冷媒を一時貯留しておくためのアキュムレー
タであり、これらによって通常の冷凍サイクルが形成さ
れている。
【００１５】それに加えて、蒸発器５４を利用して補助
暖房を行うために、圧縮機１０から送り出された高圧冷
媒ガスを、凝縮器５２を通さずに蒸発器５４に送り込ま
せるためのバイパス管路５５が併設されている。
【００１６】５７は逆止弁、５８は、圧縮機１０から送
り出される高圧冷媒を凝縮器５２に向かわせるかバイパ
ス管路５５に通すかの切り換えを行うための管路切換
弁、５９は、バイパス管路５５を冷媒が流れる場合に膨
張弁として作用する減圧用の定差圧弁である。
【００１７】また、蒸発器５４とアキュムレータ５６と
の間に膨張弁６０と熱交換器６１が介挿接続され、それ
と並列に接続された管路に開閉弁６２が介挿接続されて
いる。熱交換器６１は、自動車のエンジン、モーター或
いは電池等から放出される熱を冷媒と熱交換するための
ものである。
【００１８】このように構成された実施の形態のバイパ
ス管路付冷凍サイクルにおいて、冷房モード時には、圧
縮機１０から送り出された高圧冷媒がバイパス管路５５
へは行かずに全て凝縮器５２に送られるように管路切換
弁５８をセットし、開閉弁６２は開く。すると、車室内
の蒸発器５４が本来の蒸発器として作用し、そこでの周
囲の空気と冷媒との熱交換によって冷房が行われる。
【００１９】補助暖房モード時には、管路切換弁５８を
切り換えて、圧縮機１０から送り出された高圧冷媒が、
凝縮器５２へは行かずに全てバイパス管路５５内を流れ
て、蒸発器５４からアキュムレータ５６を経て圧縮機１
０に戻されるようにセットし、開閉弁６２は閉じる。
【００２０】すると、バイパス管路５５の膨張弁５９を
通って減圧された冷媒が蒸発器５４を通過する際に、圧
縮機１０において与えられた顕熱を冷媒から奪う熱交換
が行われ、蒸発器５４が暖房のための放熱器として作用
する。また、自動車のエンジン、モーター或いは電池等
から放出される熱も熱交換器６１において冷媒を温める
ように作用し、蒸発器５４における暖房作用に加えられ
る。
【００２１】このように構成された車輌用バイパス管路
付冷凍サイクルにおいて、圧縮機１０として、吸入圧力
が低下するとそれに対応して容量が自動的に大きくなる
容量可変圧縮機が用いられている。２０は、その容量制
御弁である。
【００２２】図３は、いわゆる斜板式の容量可変圧縮機
１０と、その容量制御をする（吸入圧力に対応して変化
する容量をソレノイドで可変に制御する）ための容量制
御弁２０を示している。
【００２３】１１は、気密に構成されたクランク室１２
内に配置され、駆動プーリ１３によって回転駆動される
回転軸であり、回転軸１１に対して傾斜してクランク室
１２内に配置された揺動板１４が、回転軸１１の回転に
したがって揺動する。
【００２４】クランク室１２内の周辺部に配置されたシ
リンダ１５内には、ピストン１７が往復動自在に配置さ
れており、ロッド１８によってピストン１７と揺動板１
４とが連結されている。
【００２５】したがって、揺動板１４が揺動すると、ピ
ストン１７がシリンダ１５内で往復動して、吸入室３か
らシリンダ１５内に低圧（吸入圧力Ｐｓ）の冷媒が吸入
され、その冷媒がシリンダ１５内で圧縮されて、高圧
（吐出圧力Ｐｄ）になった冷媒が吐出室４に吐出され
る。
【００２６】吸入室３には、その上流のアキュムレータ
５６側から吸入管路１を経由して冷媒が送り込まれ、吐
出室４から下流側の吐出管路２を経由して高圧冷媒が送
り出される。
【００２７】揺動板１４の傾斜角度はクランク室１２の
圧力（Ｐｃ）によって変化し、揺動板１４の傾斜角度に
よってシリンダ１５からの冷媒の吐出量（即ち、圧縮機
１０の容量）が変化する。
【００２８】２０は、吸入圧力（Ｐｓ）の変化に対応し
てクランク室圧力（Ｐｃ）を自動制御するための電磁ソ
レノイド制御の容量制御弁の一例であり、容量制御弁２
０だけを拡大図示してある図４に基づいて説明をする。
【００２９】２１は電磁コイル、２２は固定鉄芯であ
り、可動鉄芯２３の端面は無孔状に形成されたダイアフ
ラム２４の外面に当接している。その結果、ダイアフラ
ム２４の外面側には、電磁コイル２１への通電電流値に
対応した大きさの付勢力が大気圧にプラスされて加わ
る。
【００３０】ダイアフラム２４の内側には、円柱状に形
成されて軸線方向に進退自在に配置された調圧弁２５
が、端面をダイアフラム２４に当接させた状態に配置さ
れており、その調圧弁２５の他端側が弁座２６に対向す
る弁部２５ａになっている。
【００３１】そのようにダイアフラム２４を間に挟んで
直列に配置された可動鉄芯２３と調圧弁２５に加えて、
さらにロッド２９が軸線方向に進退自在に直列に当接配
置されており、それらの両端に調圧スプリング２７，２
８が配置されている。
【００３２】調圧弁２５が配置されたダイアフラム２４
と弁座２６との間の内側空間３０は大気に対して遮蔽さ
れた空間であり、クランク室１２と連通するクランク室
連通路５が、内側空間３０の側面に形成されたクランク
室接続ポート３１に接続されている。
【００３３】また、弁座２６の外側の吸入室接続ポート
３２は、大気に対して遮蔽されていて、吸入室３（及び
吸入管路１）と連通する吸入室連通路６が接続されてい
る。なお、図３に示されるように、クランク室連通路５
と吐出管路２との間は、細いリーク路７を介して連通し
ている。
【００３４】そして、弁座２６の有効受圧面積（即ち、
弁部２５ａの有効受圧面積）Ｓ１とダイアフラム２４の
有効受圧面積Ｓ２とが等面積に形成されている（Ｓ１＝
Ｓ２）。
【００３５】したがって、調圧弁２５を軸線方向に動か
そうとする力のうち、内側空間３０内の圧力（Ｐｃ）
は、相反する方向に同じ大きさで作用して打ち消し合
い、調圧弁２５の開閉動作に影響を及ぼさない。
【００３６】したがって、調圧弁２５には、ダイアフラ
ム２４を介して大気圧とソレノイドの付勢力とが閉じ方
向に作用し、弁座２６側から吸入圧力（Ｐｓ）が開き方
向に作用する。
【００３７】その結果、ソレノイドの電磁コイル２１へ
の通電電流値を一定にした状態では、吸入圧力（Ｐｓ）
の変動に伴って調圧弁２５が開閉され、クランク室１２
内の圧力（Ｐｃ）が吸入圧力（Ｐｓ）の変動に追従して
変化して、容量可変圧縮機１０がそれに対応する容量変
化をする。具体的には、吸入圧力（Ｐｓ）が低下すると
それに対応して容量が自動的に小さくなる。
【００３８】なお、調圧弁２５が弁座２６に当接して閉
じていると、リーク路７を介して吐出圧力（Ｐｄ）の冷
媒が少しずつクランク室１２内に送り込まれてクランク
室圧力（Ｐｃ）が上昇し、それによって吸入圧力（Ｐ
ｓ）が上昇すると調圧弁２５が開いてクランク室圧力
（Ｐｃ）が速やかに降下する動作がくり返される。
【００３９】このようにして、クランク室圧力（Ｐｃ）
が、吸入圧力（Ｐｓ）に対応する圧力になって容量可変
圧縮機１０の容量制御が行われ、その制御レベルを電磁
コイル２１への通電電流値によって任意に変えることが
できる。
【００４０】電磁コイル２１への通電電流値の制御は、
エンジン、車室内外の温度、蒸発器センサーその他各種
条件を検知する複数のセンサーからの検知信号が、ＣＰ
Ｕ等を内蔵する制御部８に入力され、その演算結果に基
づく制御信号が制御部８から電磁コイル２１に送られて
行われる。
【００４１】なお、電磁コイル２１の駆動回路は図示が
省略されている。また、制御部８からの出力信号によっ
て、管路切換弁５８や開閉弁６２等の開閉状態も切り換
え制御される。
【００４２】図１は、容量制御弁２０の電磁コイル２１
への駆動電流値に対する調圧弁２５の開度の特性を示し
ており、電磁コイル２１が焼けて破損しない最大限の連
続電流値（定格電流値）は１Ａである。したがって、従
来は電磁コイル２１に対して１Ａ以上の電流を流さない
ように設定されている。
【００４３】しかし、この実施の形態においては、冷媒
を凝縮器５２に通さずにバイパス管路５５に通す直前の
短時間（即ち、冷媒がバイパス管路５５に通されず凝縮
器５２に通されている状態下において、例えば３０秒な
いし１分間程度）だけ、電磁コイル２１の本来の定格電
流値より大きな２Ａの電流を、電磁コイル２１に通電す
るように制御している。
【００４４】そのようにして、２Ａの電流を電磁コイル
２１に通電すると、容量可変圧縮機１０の吸入圧力が
０．３気圧（絶対気圧）程度まで下がり、それに対応し
て蒸発器５４内の圧力が下がるので、気温が極端に低い
環境下においても、凝縮器５２に溜まっていた冷媒が蒸
発器５４及びアキュムレータ５６側に回収され、次に管
路切換弁５８を切り換えてバイパス管路５５に冷媒を流
す補助暖房モードにしたときに、蒸発器５４において十
分な暖房効果を得ることができる。
【００４５】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、例えば電磁コイル２１への短時間の通
電電流値を、吸入圧力が２気圧（絶対気圧）以下で容量
可変圧縮機１０の容量が最大状態から減少し始めるよう
にすれば、−１０℃程度以上の範囲で蒸発器５４におけ
る十分な暖房効果を得ることができ、吸入圧力が１気圧
（絶対気圧）以下で容量可変圧縮機１０の容量が最大状
態から減少し始めるようにすれば、−３０℃程度以上の
範囲で蒸発器５４における十分な暖房効果を得ることが
できる。
【００４６】また、容量可変圧縮機１０としては、例え
ばロータリー式やスクロール式のもの等を用いてもよ
く、容量制御弁２０として例えばダイアフラム等を用い
た方式のもの等を用いてもよい。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、冷媒がバイパス管路を
通らずに凝縮器を通過する状態下のときに、吸入圧力が
２気圧以下又は１気圧以下で圧縮機の容量が最大状態か
ら減少し始めるようにしたことにより、冷凍サイクルが
冷房モードで運転されたあとそのまま放置されて気温が
著しく低下した環境下等においても、蒸発器内の圧力を
凝縮器内の圧力より低くして、凝縮器に溜まった冷媒を
回収することができるので、補助暖房モード時に蒸発器
における暖房効果を所定通りに発揮させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の容量可変圧縮機の容量制
御弁の特性線図である。
【図２】本発明の実施の形態の車輌用バイパス管路付冷
凍サイクルの配管図である。
【図３】本発明の実施の形態の容量可変圧縮機とその容
量制御弁の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態の容量制御弁の縦断面図で
ある。
【符号の説明】
１０ 容量可変圧縮機 １２ クランク室 ２０ 容量制御弁 ２１ 電磁コイル ５２ 凝縮器 ５４ 蒸発器 ５５ バイパス管路 ５６ アキュムレータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年５月１９日（１９９９．５．１
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】そのように凝縮器に溜まっている冷媒を回
収するためには、凝縮器内の圧力より蒸発器内の圧力の
方が低くなければならない。しかし、圧縮機として、吸
入圧力が低下するとそれに対応して容量が自動的に小さ
くなる容量可変圧縮機が用いられている場合には、気温
が例えば−１０℃程度に下がると凝縮器内の圧力が２気
圧（絶対気圧）程度の低圧になってしまう。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】このように構成された車輌用バイパス管路
付冷凍サイクルにおいて、圧縮機１０として、吸入圧力
が低下するとそれに対応して容量が自動的に小さくなる
容量可変圧縮機が用いられている。２０は、その容量制
御弁である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷媒を、圧縮機で圧縮してから凝縮器で凝
    縮させた後、膨張弁で断熱膨張させながら蒸発器に送り
    込んで蒸発させてから上記圧縮機に戻すようにした冷凍
    サイクルに、冷媒を上記凝縮器に通さずに上記圧縮機か
    ら上記蒸発器に送り込ませるためのバイパス管路を併設
    し、上記蒸発器において行われる熱交換により暖房作用
    を得ることができるようにした車輌用バイパス管路付冷
    凍サイクルであって、上記圧縮機として、吸入圧力が低
    下するとそれに対応して容量が自動的に小さくなる容量
    可変圧縮機が用いられて、さらに上記吸入圧力に対応す
    る上記圧縮機の容量を可変に制御するための容量制御手
    段が設けられた車輌用バイパス管路付冷凍サイクルにお
    いて、 上記冷媒が上記バイパス管路を通らずに上記凝縮器を通
    過する状態下のときに、吸入圧力が２気圧（絶対気圧）
    以下で上記圧縮機の容量が最大状態から減少し始めるよ
    うに、上記容量制御手段の設定をすることができること
    を特徴とする車輌用バイパス管路付冷凍サイクル。
  2. 【請求項２】上記冷媒が上記バイパス管路を通らずに上
    記凝縮器を通過する状態下のときに、吸入圧力が１気圧
    （絶対気圧）以下で上記圧縮機の容量が最大状態から減
    少し始めるように、上記容量制御手段の設定をすること
    ができる請求項１記載の車輌用バイパス管路付冷凍サイ
    クル。
  3. 【請求項３】上記容量制御手段がソレノイドであり、冷
    媒を上記凝縮器に通さずに上記バイパス管路に通す状態
    にする直前にだけ、上記ソレノイドに過大電流を流して
    上記圧縮機の容量が上記の吸入圧力以下で最大状態から
    減少し始めるようにした請求項１又は２記載の車輌用バ
    イパス管路付冷凍サイクル。
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