JP2011144738A - 冷凍回路 - Google Patents

Abstract

【課題】両頭のピストンを採用したリニア電動式圧縮機を備えた冷凍回路において、消費電力を低減可能にする。
【解決手段】本発明の冷凍回路では、リニア電動式圧縮機１００のピストン２７は、第２スペーサ４３ａと第１ばね座７０ａとの間に第１背圧室７１が設けられており、第２スペーサ４３ｂと第２ばね座７０ｂとの間に第２背圧室７３が設けられている。第１、２背圧室７１、７３は、高圧アキュムレータ１１５と接続されて高圧を供給可能な高圧接続管１１３、第１、２高圧開閉弁１０９ａ、１１１ａに接続されているとともに、低圧アキュムレータ１１６と接続されて低圧を供給可能な低圧接続官１１４、第１、２低圧開閉弁１１０ａ、１１２ａに接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、リニア電動式圧縮機を用いた冷凍回路に関する。

特許文献１の図１１等にリニア電動式圧縮機が開示されている。このリニア電動式圧縮機では、ハウジングの軸方向にシリンダボアが形成されており、ハウジングの両端には一対のエンドプレートが接合されている。シリンダボアと各エンドプレートとの間には、シリンダボア側を圧縮室とし、各エンドプレート側を吐出室及び吸入室とする一対の弁ユニットが設けられている。シリンダボア内には両頭のピストンが往復動可能に収容されている。

ピストンは、ピストンロッドと、ピストンロッドの両端に一体に設けられ、シリンダボア内を摺接する一対のピストンヘッドとからなり、各弁ユニットとの間に圧縮室を形成する。ハウジングにはピストンロッド及び各ピストンヘッド周りにコイルが設けられている。また、ピストンロッド及び各ピストンヘッドには、コイルによって生じる電磁力によってピストンを往復動させる永久磁石が設けられている。また、ピストンのピストンロッド内部には一対のばねが設けられている。このリニア電動式圧縮機は配管によって凝縮器、膨張弁及び蒸発器に接続され、これらによって冷凍回路が構成される。

この冷凍回路において、コイルに対して周期的な給電を行うことによりリニア電動式圧縮機が駆動される。すなわち、リニア電動式圧縮機では、コイル周りに周期的に変化する電磁力を生じ、ピストンの永久磁石がその電磁力に引き付けられたり、引き離されたりする。このため、ピストンはシリンダボア内で往復動する。この際、ばねの固有振動数による共振によってもピストンが往復動する。このピストンの往復動により、冷媒は、吸入室から圧縮室に吸入され、圧縮室で圧縮された後、吐出室へ吐出される。このため、この冷凍回路は、電気制御によってリニア電動式圧縮機が冷媒の圧縮作用を行うことができることから、電気自動車等の空調装置として採用可能であると考えられる。

また、このリニア電動式圧縮機では、ピストンが一往復する間に冷媒を２回圧縮することが可能であるため、ピストンの一端のみに圧縮室を形成するリニア電動式圧縮機に比べ、単位時間当たりの冷媒の圧縮能力を高くすることができるとともに、小型化も実現されている。

また、特許文献２には、片頭のピストンを採用しつつ、背圧室を設けたリニア電動式圧縮機が開示されている。このリニア電動式圧縮機では、背圧室が各ピストンの背面を受圧面としており、背圧室は吸入圧力や吐出圧力を供給する背圧圧力制御機構に接続されている。

このリニア電動式圧縮機では、運転圧力条件等が変化し、ピストンのストロークが変化しても、背圧室に吸入圧力や吐出圧力を供給することによってピストンのストロークを調整することが可能になる。このため、このリニア電動式圧縮機では、吐出容量を変更することが可能になっている。

特許第３９５３７３５号公報 特開平９−３２４７５０号公報

しかし、上記特許文献１のリニア電動式圧縮機では、一方のピストンヘッド側が圧縮行程及び吐出行程にある時、他方のピストンヘッド側が吸入行程となる。このため、このリニア電動式圧縮機では、最大、吐出圧力と吸入圧力との差圧にピストンヘッドの断面積を乗じた抵抗が圧縮反力、吐出反力及び吸入反力としてピストンに作用し、これが消費電力に対する大きな負荷となる。

この点、特許文献２のリニア電動式圧縮機のように、ピストンの背面を受圧面とする背圧室を設け、背圧室に吸入圧力や吐出圧力を供給することが考えられる。

しかしながら、特許文献２のリニア電動式圧縮機はピストンが片頭であるため、両頭のピストンを採用しているリニア電動式圧縮機にその背圧室及び背圧圧力制御機構をそのまま採用することはできない。特に、特許文献２のリニア電動式圧縮機は、背圧圧力制御機構がいかなる構成をなしているか不明である。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、両頭のピストンを採用したリニア電動式圧縮機を備えた冷凍回路において、消費電力を低減可能にすることを解決すべき課題としている。

本発明の冷凍回路は、吸入室、圧縮室及び吐出室を有する圧縮機と、該吐出室と配管によって接続された凝縮器と、該凝縮器と該配管によって接続された膨張弁と、該膨張弁と該配管によって接続され、該吸入室と該配管によって接続された蒸発器とを備えた冷凍回路において、
前記圧縮室は、軸方向にシリンダボアが形成されたハウジングと、該ハウジングの両端に接合される一対のエンドプレートと、該シリンダボアと各該エンドプレートとの間に設けられ、該シリンダボア側を前記圧縮室とし、各該エンドプレート側を前記吐出室及び／又は前記吸入室とする一対の弁ユニットと、該シリンダボア内に往復動可能に収容され、各該弁ユニットとの間に該圧縮室を形成するピストンと、該ハウジングに設けられたコイルと、該ピストンに設けられ、該コイルによって生じる電磁力によって該ピストンを往復動させる永久磁石とを備え、
前記ピストンは、ピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に一体に設けられ、前記シリンダボア内を摺接する一対のピストンヘッドとからなり、
前記シリンダボア内には各該ピストンヘッドの背面を受圧面とする一対の背圧室が形成され、
各該背圧室は、前記配管から独立して制御圧を供給可能な制御圧供給手段に接続されていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の冷凍回路では、リニア電動式圧縮機のシリンダボア内に各ピストンヘッドの背面を受圧面とする一対の背圧室が形成されている。そして、各背圧室には制御圧供給手段によって制御圧が供給される。例えば、一方のピストンヘッド側が圧縮行程及び吐出行程にあり、他方のピストンヘッド側が吸入行程にある時には、一方のピストンヘッド側の背圧室には制御圧として高圧を供給し、他方のピストンヘッド側の背圧室には制御圧として低圧を供給することが可能である。高圧が供給された背圧室は拡大しようとし、低圧が供給された背圧室は縮小可能であり、それは両ピストンヘッドの助力となる。このため、このリニア電動式圧縮機では、圧縮反力、吐出反力及び吸入反力が軽減され、消費電力に対する大きな負荷も軽減される。

したがって、この冷凍回路では、両頭のピストンを採用したリニア電動式圧縮機において、消費電力を低減可能である。

また、この冷凍回路では、制御圧供給手段がリニア電動式圧縮機の吐出室と凝縮器とを接続する配管等の配管から独立して制御圧を供給可能である。このため、リニア電動式圧縮機自体が行った仕事量が吐出容量の変更や消費電力の低減に使用されることがない。

制御圧供給手段は、高圧を蓄圧可能な高圧アキュムレータと、この高圧アキュムレータから両背圧室に高圧を供給可能な高圧管と、両高圧管を開閉可能な高圧開閉弁と、低圧を蓄圧可能な低圧アキュムレータと、この低圧アキュムレータから両背圧室に低圧を供給可能な低圧管と、両低圧管を開閉可能な低圧開閉弁と、高圧開閉弁及び低圧開閉弁を制御する制御手段とを有し得る（請求項２）。

この場合、高圧及び低圧を供給する構成が冷凍回路とは別にはなるものの、蓄圧した高圧や低圧によって本発明の作用効果を実現できる。

制御圧供給手段は、前記圧縮機で圧縮する冷媒と同種の冷媒を用いつつ、低圧アキュムレータ内の低圧を加圧して高圧アキュムレータ内の高圧とする加圧装置を有し得る（請求項３）。

この場合、背圧室から圧縮室等へ冷媒が漏れることも許容可能であり、リニア電動式圧縮機及び制御圧供給手段の構成を簡素化することが可能であるため、冷凍回路の製造コストを低廉化することが可能である。高圧アキュムレータ内の高圧が所定値より低くなったり、低圧アキュムレータ内の低圧が所定値より高くなったりすれば、加圧装置を駆動させて高圧や低圧を蓄圧することが可能である。車両等において取得される回生エネルギを用いて加圧装置を駆動すれば、省エネルギの下で吐出容量の変更や消費電力の低減を行うことも可能である。加圧装置としては、機械式圧縮機の他、リニア電動式圧縮機等を採用することができる。

この冷凍回路において、リニア電動式圧縮機は、両ピストンヘッドがピストンロッドよりも大径であることが好ましい。そして、ハウジングには、ピストンロッド周りに連通する中間室が形成され得る。また、両弁ユニットは両エンドプレート側を吐出室とし得る。そして、両ピストンヘッドには中間室を吸入室とする吸入弁機構が設けられていることが好ましい（請求項４）。

この場合には、シリンダボア内に両背圧室を容易に形成することができる。また、ピストンロッド周りが吸入室となるため、リニア電動式圧縮機を小型化することが可能となる。なお、両ピストンヘッドに設けられる吸入弁機構は、フロート式でも良く、リード式でも良い。

この冷凍回路において、リニア電動式圧縮機は、シリンダボア内でピストンを往復動させる付勢力を有するコイルばねを備え得る。また、ハウジングは、シリンダボアに両背圧室を形成するばね座を有し得る。そして、両背圧室には、ピストンロッド周りで各ばね座と両ピストンヘッドとの間に位置するコイルばねが設けられていることが好ましい（請求項５）。

この場合には、コイルによって生じる電磁力に加えて、コイルばねの固有振動数による共振によってもピストンを往復動させることが可能である。また、このコイルばねを圧縮室内に設ける必要がないため、圧縮室を大きく確保することができる。さらに、コイルばねは各背圧室内に設けられることとなり、さらに、各コイルばねがピストンヘッドよりも大径にならない。このため、ピストンヘッドの外径に応じてシリンダボアの内径を設計することができる。

実施例の冷凍回路の構造図である。 実施例の冷凍回路に係り、リニア電動式圧縮機の断面図である。 実施例の冷凍回路に係り、リニア電動式圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。 実施例の冷凍回路に係り、リニア電動式圧縮機のコイル及び永久磁石を示す説明図である。 実施例の冷凍回路の制御ブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。

（実施例）
図１に示すように、実施例の冷凍回路は、リニア電動式圧縮機（以下、単に圧縮機という。）１００と、凝縮器１０１と、膨張弁１０２と、蒸発器１０３とを備えている。圧縮機１００と凝縮器１０１とは配管１０４ａ、１０４ｂ、１０５によって接続され、凝縮器１０１と膨張弁１０２とは配管１０６によって接続され、膨張弁１０２と蒸発器１０３とは配管１０７によって接続され、蒸発器１０３と圧縮機１００とは配管１０８によって接続されている。冷凍回路内には冷媒が充填されている。この冷凍回路は、主にハイブリッド車や電気自動車等の空調装置として採用される。

図２に示すように、圧縮機１００は、第１、２シリンダブロック１、３、シェル５及びセンターハウジング７によってハウジング９が構成されている。第１シリンダブロック１には軸方向に第１シリンダボア１ａが貫設され、第２シリンダブロック３には軸方向に第２シリンダボア３ａが貫設されている。第１、２シリンダボア１ａ、３ａは設計上は同軸かつ同径にされている。

第１、２シリンダブロック１、３は、第１、２シリンダボア１ａ、３ａ周りにフランジ１ｂ、３ｂを有しており、フランジ１ｂ、３ｂが両端に位置するようにシェル５内に収納されている。シェル５内では、第１、２シリンダブロック１、３間にセンターハウジング７が設けられている。センターハウジング７には第１、２シリンダボア１ａ、３ａと設計上同軸かつ同径の収納孔７ａが貫設されている。また、センターハウジング７には、径方向に延びて収納孔７ａに連通する挿通口７ｂ〜７ｄが形成されている。

シェル５の中央には吸入ポート５ａ及び挿通口５ｂ、５ｃが形成されている。また、シェル５には後述の第１中間室５３ａを閉鎖するカバー５７も固定されており、カバー５７には挿通口５７ａ、５７ｂが形成されている。また、カバー５７には後述するコイル６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃと接続される図示しない端子が固定されている。

シェル５の両端には第１、２ガスケット１０、１２を介して第１、２エンドプレート１１、１３が接合されている。第１、２エンドプレート１１、１３には空間が形成されており、第１ガスケット１０と第１エンドプレート１１との間には第１弁板１５が挟持され、第２ガスケット１２と第２エンドプレート１３との間には第２弁板１７が挟持されている。第１、２エンドプレート１１、１３の空間は第１、２弁板１５、１７によって第１、２吐出室１１ａ、１３ａとされている。第１、２エンドプレート１１、１３には第１、２吐出ポート１１ｂ、１３ｂが貫設されている。第１吐出室１１ａは第１吐出ポート１１ｂによって図１に示す配管１０４ａに接続され、第２吐出室１３ａは第２吐出ポート１３ｂによって配管１０４ｂに接続されている。配管１０４ａ、１０４ｂは配管１０５と接続され、配管１０５が凝縮器１０１に接続されている。

図３に示すように、第１弁板１５には吐出口１５ａが貫設されている。また、第１弁板１５の第１吐出ポート１１ｂ側には、吐出口１５ａを開閉可能なリード式の吐出弁１９と、吐出弁１９の開度を規制するリテーナ２１とがリベット２３によって設けられている。第１弁板１５、吐出弁１９、リテーナ２１及びリベット２３が第１弁ユニット２５である。図２に示す第２弁板１７側の第２弁ユニット２６も同様である。

第１、２シリンダボア１ａ、３ａ及び収納孔７ａ内には往復動可能にピストン２７が収納されている。ピストン２７は、ピストンロッド２９と、このピストンロッド２９の一端に一体に設けられ、第１シリンダボア１ａ内を摺接する第１ピストンヘッド３１と、ピストンロッド２９の他端に一体に設けられ、第２シリンダボア３ａ内を摺接する第２ピストンヘッド３３とからなる。

第１ピストンヘッド３１は、図３及び図４に示すように、外周面に永久磁石３５〜３７を固定するヘッド本体３９と、ヘッド本体３９と一体的に設けられ、第１シリンダボア１ａの内面に対して永久磁石３５〜３７の外周面を離間する第１、２スペーサ４１、４３ａとを有している。

永久磁石３５〜３７は筒状をなしている。永久磁石３５〜３７は希土類磁石からなる。永久磁石３５、３７は外周面側がＮ極、内周面側がＳ極とされ、永久磁石３６は外周面側がＳ極、内周面側がＮ極とされている。なお、永久磁石３５、３７は外周面側がＳ極、内周面側がＮ極とされ、永久磁石３６は外周面側がＮ極、内周面側がＳ極とされていてもよい。

ヘッド本体３９に第２スペーサ４３ａが圧入され、次いで永久磁石３７〜３５がヘッド本体３９に挿入され、次いでヘッド本体３９に第１スペーサ４１が圧入されることにより、永久磁石３５〜３７はヘッド本体３９上で第１、２スペーサ４１、４３ａに挟持されている。第１ピストンヘッド３１は第１スペーサ４１側が第１圧縮室４５とされている。また、第２スペーサ４３ａにおいて、永久磁石３７と当接しない側の端面が受圧面に相当する。同様に、図２に示す第２ピストンヘッド３３は第１スペーサ４２側が第２圧縮室４６とされている。第２スペーサ４３ｂも同様である。

図３に示すように、ヘッド本体３９には内部から第１圧縮室４５に向かって開く吸入口３９ａが貫設されている。第１スペーサ４１には吸入口３９ａと連通する弁口４１ａが形成されており、弁口４１ａ内にはフロート式の吸入弁４７が収納されている。

図２に示すように、ピストンロッド２９の両端に第１ピストンヘッド３１と第２ピストンヘッド３３とが圧入されている。ピストンロッド２９は第１、２ピストンヘッド３１、３３よりも小径である。ピストンロッド２９には、中央で径方向に開き、軸方向に延びる吸入通路２９ａが形成されている。吸入通路２９ａは、図３に示すように、第１ピストンヘッド３１の吸入口３９ａと連通している。吸入通路２９ａ、吸入口３９ａ、吸入弁４７及び第１スペーサ４１が吸入弁機構５０を構成している。図２に示す第２ピストンヘッド３３側も同様の構成である。

センターハウジング７には、第１、２シリンダブロック１、３の端面から同一の距離をなす位置に、第１、２ばね座７０ａ、７０ｂが収納孔７ａ内に突出する状態で設けられている。第１、２ばね座７０ａ、７０ｂはフッ素樹脂等の摺動性に優れた材料からなり、第１、２ばね座７０ａ、７０ｂはピストンロッド２９の外周面と摺接している。第１シリンダボア１ａ及び収納孔７ａの内面において、第１ピストンヘッド３１の第２スペーサ４３と第１ばね座７０ａとの間には、第１背圧室７１が形成されている。同様に、第２シリンダボア３ａ及び収納孔７ａの内面において、第２ピストンヘッド３３の第２スペーサ４３ａと第２ばね座７０ｂとの間には、第２背圧室７３が形成されている。これらの第１、２ばね座７０ａ、７０ｂにより収納孔７ａは三つに分割され、収納孔７ａにおいて、第１、２背圧室７１、７３以外の箇所は第２中間室５３ｂとして機能する。

第１背圧室７１内には、挿通口５７ａ、７ｂに挿通された高圧分岐管１０９と、挿通口５ｂ、７ｃに挿通された低圧分岐管１１０とのそれぞれの一端が開かれている。同様に、第２背圧室７３内には、挿通口５７ｂ、７ｄに挿通された高圧分岐管１１１と、挿通口５ｃ、７ｅに挿通された低圧分岐管１１２とのそれぞれの一端が開かれている。

図１に示すように、高圧分岐管１０９、１１１は高圧接続管１１３と接続され、高圧接続管１１３は高圧アキュムレータ１１５と接続されている。高圧分岐管１０９、１１１には、それぞれ第１、２高圧開閉弁１０９ａ、１１１ａが設けられている。高圧分岐管１０９、１１１及び高圧接続管１１３が高圧管に相当する。

また、低圧分岐管１１０、１１２は低圧接続管１１４と接続され、低圧接続管１１４は低圧アキュムレータ１１６と接続されている。低圧分岐管１１０、１１２には、それぞれ第１、２低圧開閉弁１１０ａ、１１２ａが設けられている。低圧分岐管１１０、１１２及び低圧接続管１１４が低圧管に相当する。

低圧アキュムレータ１１６と高圧アキュムレータ１１５とは加圧管１１７によって接続されており、加圧管１１７には低圧アキュムレータ１１６内の低圧を加圧して高圧アキュムレータ１１５内の高圧とする加圧装置１１８が設けられている。これらの内部には圧縮機１００で圧縮する冷媒と同種の冷媒が充填されている。高圧アキュムレータ１１５内の高圧が所定値より低くなったり、低圧アキュムレータ１１６内の低圧が所定値より高くなったりすれば、加圧装置１１８を駆動させて高圧や低圧を蓄圧することが可能である。

第１、２高圧開閉弁１０９ａ、１１１ａ及び第１、２低圧開閉弁１１０ａ、１１２ａは、図５に示すように、制御手段としてのコントローラ９０に電気的に接続されている。コントローラ９０には、ピストン２７の位置を検知する第１センサ９１、温度を検知する第２センサ９２等も接続されており、コントローラ９０は、これらの検知信号によって第１、２高圧開閉弁１０９ａ、１１１ａ及び第１、２低圧開閉弁１１０ａ、１１２ａを個別に開閉させることが可能となっている。高圧アキュムレータ１１５、高圧分岐管１０９、１１１、高圧接続管１１３、第１、２高圧開閉弁１０９ａ、１１１ａ、低圧アキュムレータ１１６、低圧分岐管１１０、１１２、低圧接続管１１４、第１、２低圧開閉弁１１０ａ、１１２ａ及びコントローラ９０が制御圧供給手段に相当する。

図２に示すように、第１、２背圧室７１、７３はそれぞればね室としても機能し、第１、２背圧室７１、７３には、それぞれ第１、２コイルばね４９、５１が収納されている。第１コイルばね４９は、予圧縮された状態で、一端がばね座７０ａに当接し、他端が第１ピストンヘッド３１の第２スペーサ４３ａに当接している。第２コイルばね５１は、同様に予圧縮された状態で、一端がばね座７０ｂに当接し、他端が第２ピストンヘッド３３の第２スペーサ４３ｂに当接している。

センターハウジング７とシェル５との間には第１中間室５３ａが形成されている。センターハウジング７には、第１中間室５３ａと第２中間室５３ｂとを連通する連通孔７ｆが貫設されている。第１中間室５３ａ及び第２中間室５３ｂが吸入室５５に相当する。吸入室５５は吸入ポート５ａによって図１に示す配管１０８に接続されている。また、吸入室５５は上記の吸入通路２９と連通している。

第１、２シリンダブロック１、３とシェル５との間には第１、２保持部材５９、６１に保持された状態でコイル６３ａ〜６３ｃ、６５ａ〜６５ｃが設けられている。コイル６３ａ〜６３ｃ、６５ａ〜６５ｃは第１、２ピストンヘッド３１、３３周りに設けられている。第１、２シリンダブロック１、３及び第１、２保持部材５９、６１は磁性体からなる。なお、第１、２シリンダブロック１、３を非磁性体で構成することもできる。

また、第１中間室５３ａ内の端子は図示しないリード線によって図示しない給電装置に接続されている。給電装置は、上記のコントローラ９０に接続され、電気制御されるようになっている。

上記のように構成された冷凍回路では、圧縮機１００において、給電装置よりコイル６３ａ〜６３ｃ、６５ａ〜６５ｃにそれぞれ個別に周期的な給電を行うことでコイル６３ａ〜６３ｃ、６５ａ〜６５ｃ周りにそれぞれ周期的に変化する電磁力を生じる。この際、図４に示すように、コイル６３ａ、６３ｂが第１ピストンヘッド３１の永久磁石３５、３６を引き付ければ、コイル６３ｃが第１ピストンヘッド３１の永久磁石３７を引き離そうとする。逆に、コイル６３ａ、６３ｂが第１ピストンヘッド３１の永久磁石３５を引き離せば、コイル６３ｂ、６３ｃが第１ピストンヘッド３１の永久磁石３６、３７を引き付けようとする。このため、ピストン２７は第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内で往復動する。この際、第１、２コイルばね４９、５１の固有振動数による共振によってもピストン２７は往復動する。

このピストン２７の往復動により、冷媒の吸入、圧縮及び吐出のそれぞれの行程が行われる。第１ピストンヘッド３１側を例に詳細に説明すると、図３に示すように、第１ピストンヘッド側３１が吸入行程にあるとき、第１圧縮室４５内が低圧となり、吸入弁４７が弁口４１内を移動し、吸入口３９ａが開かれる。このため、吸入室５５内の冷媒は、吸入通路２９を通過し、吸入口３９ａから圧縮室４５内へ吸入される。この時、吐出口１５ａは吐出弁１９によって閉じられている。

第１ピストンヘッド側３１が圧縮行程に移行すると、第１圧縮室４５内の圧力により吸入弁４７が弁口４１ａ内を移動し、吸入口３９ａが閉じられる。そして、第１圧縮室４５内の圧力が上昇することにより、吐出弁１９が開かれる。すなわち、第１ピストンヘッド側３１が吐出行程に移行する。こうして、圧縮された冷媒は、吐出口１５ａを経て吐出室１１ａへ吐出される。図２に示す第２ピストンヘッド３３側も同様である。

第１、２吐出室１１ａ、１３ａ内の冷媒は配管１０４ａ、１０４ｂ、１０５を経て凝縮器１０１、膨張弁１０２及び蒸発器１０３に至る。高圧接続管１１３を介して高圧アキュムレータ１１５と接続する高圧分岐管１０９、１１１内には、圧縮された高圧の冷媒が流通することとなる。また、低圧接続管１１４を介して低圧アキュムレータ１１６と接続する低圧分岐管１１０、１１２内には、低圧の冷媒が流通することとなる。

この冷凍回路において、圧縮機１００は、電気制御によって冷媒の圧縮作用を行うことができることから、電気自動車等の空調装置として好適に空調を行うことが可能である。例えば、車両がハイブリッドエンジンを搭載しており、停車している間にそのエンジンが停止していても、この冷凍回路では、リニア電動式圧縮機１００によって好適な空調が可能である。

また、この圧縮機１００では、ピストン２７が一往復する間に冷媒を２回圧縮することが可能であるため、ピストンの一端のみに圧縮室を形成するリニア電動式圧縮機に比べ、単位時間当たりの冷媒の圧縮能力を高くすることができる。

また、この圧縮機１００は、第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内に第１、２背圧室７１、７３が形成されている。そして、第１、２背圧室７１、７３にはコントローラ９０等によって制御圧が供給される。

例えば、第１ピストンヘッド３１側が圧縮行程及び吐出行程にあり、第２ピストンヘッド３３側が吸入行程にある時には、コントローラ９０は、第１高圧開閉弁１０９ａを開くとともに第１低圧開閉弁１１０ａを閉じて第１背圧室７１に高圧を供給するとともに、第２高圧開閉弁１１１ａを閉じるとともに第２低圧開閉弁１１２ａを開いて第２背圧室７３に低圧を供給する。高圧が供給された第１背圧室７１は拡大しようとし、低圧が供給された第２背圧室７３は縮小可能であり、それは第１、２ピストンヘッド３１、３３の助力となる。第１ピストンヘッド３１側が吸入工程にあり、第２ピストンヘッド３３側が圧縮行程及び吐出行程にある時は、逆になる。

第１圧縮室４５内の冷媒の圧力をＰ１、第１背圧室７１内の圧力をＰｃ１、第２圧縮室４６内の冷媒の圧力をＰ２、第２背圧室７３内の圧力をＰｃ２、第１、２ピストンヘッド３１、３３の受圧面積をＳとすると、ピストン２７に作用する圧縮反力の負荷Ｆは、
Ｆ＝｛（Ｐ１−Ｐｃ１）＋（Ｐｃ２−Ｐ２）｝×Ｓ…（１）式
となる。このとき、圧力Ｐｃ１、Ｐｃ２を制御することにより、差圧Ｐ１−Ｐ２による負荷Ｆを小さくできる。

例えば、第１圧縮室４５内の冷媒を圧縮する場合、吸入圧力をＰｓとし、それぞれの圧力を
Ｐ１＞Ｐｃ１＞Ｐ２≧Ｐｃ２＝Ｐｓ
とすると、上記（１）式より、
Ｆ＝（Ｐ１−Ｐ２−Ｐｃ１＋Ｐｓ）×Ｓ
となる。

第１、２背圧室７１、７３を吸入圧力Ｐｓとした場合には、
Ｐｃ１＝Ｐｃ２＝Ｐｓ
であるから、この場合のピストンの負荷をＦ’とすれば、
Ｆ’＝（Ｐ１−Ｐ２−Ｐｓ＋Ｐｓ）×Ｓ
＝（Ｐ１−Ｐ２）×Ｓ
となる。

このため、負荷Ｆと負荷Ｆ’の差異ΔＦは、
ΔＦ＝Ｆ’−Ｆ
＝（Ｐｃ１−Ｐｓ）×Ｓ
となる。

すなわち、この圧縮機１００では、圧縮側の背圧室の圧力を大きくすることにより、圧縮反力、吐出反力及び吸入反力を軽減できる。この場合、消費電力に対する大きな負荷を軽減できることとなる。

したがって、この冷凍回路では、両頭のピストン２７を採用した圧縮機１００において、消費電力を低減可能である。

また、この冷凍回路では、高圧アキュムレータ１１５及び低圧アキュムレータ１１６が配管１０５〜１０８から独立して制御圧を供給可能である。このため、圧縮機１００自体が行った仕事量が吐出容量の変更や消費電力の低減に使用されることがない。

さらに、この冷凍回路では、第１、２背圧室７１、７３から第１、２圧縮室４５、４６等へ冷媒が漏れることも許容可能であり、圧縮機１００及び御圧供給手段の構成を簡素化することが可能であるため、冷凍回路の製造コストを低廉化することが可能である。

また、第１、２背圧室７１、７３から第１、２圧縮室４５、４６等へ冷媒が漏れることも許容可能であり、圧縮機１００の構成を簡素化することが可能である。これらのため、冷凍回路の製造コストを低廉化することが可能である。

また、この冷凍回路では、圧縮機１００において、ハウジング９内には、ピストンロッド２９周りに連通する第１、２中間室５３ａ、５３ｂが形成されている。また、第１、２両弁ユニット２５、２６は、第１、２エンドプレート１１、１３側をそれぞれ第１、２吐出室１１ａ、１１ｂとしている。そして、第１、２ピストンヘッド３１、３３には第１、２中間室５３ａ、５３ｂを吸入室５５とする吸入弁機構５０が設けられている。このため、このリニア電動式圧縮機１００では、第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内に第１、２背圧室７１、７３を容易に形成することができる。また、ピストンロッド２９周りが吸入室５５となり、リニア電動式圧縮機１００をより小型化することが可能となっている。

さらに、この冷凍回路では、圧縮機１００がピストン２７の中央部分に第１、２コイルばね４９、５１を有している。また、ピストンロッド２９が第１、２ピストンヘッド３１、３３よりも小径である。さらに、第１、２シリンダボア１ａ、３ａと同径の第１、２背圧室７１、７３内に第１、２コイルばね４９、５１を収納している。このため、この圧縮機１００では、第１、２圧縮室４５、４６内に付勢部材を設ける必要がなく、第１、２圧縮室４５、４６を大きく確保することができる。また、第１、２コイルばね４９、５１が第１、２ピストンヘッド３１、３３よりも大径にならないため、第１、２ピストンヘッド３１、３３の外径に応じて第１、２シリンダボア１ａ、３ａの内径及びセンターハウジング７の収納孔７ａの内径を設計することができる。

また、この冷凍回路では、圧縮機１００の第１、２ピストンヘッド３１、３３に永久磁石３５、３６、３７が設けられ、第１、２ピストンヘッド３１、３３周りにコイル６３ａ〜６３ｃ、６５ａ〜６５ｃが設けられているため、両頭のピストン２７の両端で電磁力と永久磁石３５、３６、３７とが作用する。このため、ピストン２７は往復動の際に両端が径方向に振れ難く、第１、２ピストンヘッド３１、３３が第１、２シリンダボア１ａ、３ａと干渉し難い。

さらに、この冷凍回路では、圧縮機１００のハウジング９が第１、２シリンダブロック１、３とシェル５とを有しているため、第１、２シリンダブロック１、３とシェル５との間に容易にコイル６３ａ〜６３ｃ、６５ａ〜６５ｃを設けることが可能であり、容易に製造が可能となっている。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、実施例の冷凍回路において、リニア電動式圧縮機１００は、単体で用いられる場合の他、他の圧縮機と組み合わせて用いられてもよい。

また、第１スペーサ４１、４２及び第２スペーサ４３ａ、４３ｂはＰＴＦＥ等のフッ素樹脂からなることも可能である。この場合には、ピストン２７が第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内で好適に摺動する。

さらに、吸入弁機構５０は、リード式の吸入弁を採用することも可能である。

また、第１、２高圧開閉弁１０９ａ、１１１ａ及び第１、２低圧開閉弁１１０ａ、１１２ａに替えて、他の切替弁を採用することもできる。この場合の切替弁としては、配管を他の配管に分岐可能な分岐弁を採用することもできる。分岐弁としては、例えば、三つの配管に接続され、二つの配管を連通しつつ、一つの配管を非連通とする三方弁を採用することができる。この三方弁を採用する場合、高圧分岐管１０９、１１１と高圧接続管１１３とが接続する箇所及び低圧分岐管１１０、１１２と低圧接続管１１４とが接続する箇所にそれぞれ設けることができる。

本発明は、ハイブリッド車の他、電動モータを用いた電気自動車等に搭載可能である。また、内燃式のエンジンを用いた自動車に搭載可能であることはいうまでもない。

１００…リニア電動式圧縮機
５５…吸入室
４５、４６…圧縮室（４５…第１圧縮室、４６…第２圧縮室）
１１ａ、１３ａ…吐出室（１１ａ…第１吐出室、１３ａ…第２吐出室）
１０４ａ、１０４ｂ、１０５〜１０８…配管
１０１…凝縮器
１０２…膨張弁
１０３…蒸発器
１ａ、３ａ…シリンダボア
９…ハウジング（１…第１シリンダブロック、３…第２シリンダブロック、５…シェル、７…センターハウジング）
１１、１３…エンドプレート（１１…第１エンドプレート、１３…第２エンドプレート）
２５、２６…弁ユニット（２５…第１弁ユニット、２６…第２弁ユニット）
２７…ピストン
３５、３６、３７…永久磁石
２９…ピストンロッド
３１、３３…ピストンヘッド（３１…第１ピストンヘッド、３３…第２ピストンヘッド）
７１、７３…背圧室（７１…第１背圧室、７３…第２背圧室）
１１５…高圧アキュムレータ
１０９、１１１、１１３…高圧管（１０９、１１１…高圧分岐管、１１３…高圧接続管）
１０９ａ、１１１ａ…高圧開閉弁
１１６…低圧アキュムレータ
１１０、１１２、１１４…低圧管（１１０、１１２…低圧分岐管、１１４…低圧接続管）
１１９ａ、１１２ａ…低圧開閉弁
９０…制御手段（コントローラ）
１１８…加圧装置
５３ａ、５３ｂ…中間室（５３ａ…第１中間室、５３ｂ…第２中間室）
５０…吸入弁機構
４９、５１…コイルばね（４９…第１コイルばね、５１…第２コイルばね）
７０ａ、７０ｂ…ばね座（７０ａ…第１ばね座、７０ｂ…第２ばね座）

Claims (5)

1. 吸入室、圧縮室及び吐出室を有する圧縮機と、該吐出室と配管によって接続された凝縮器と、該凝縮器と該配管によって接続された膨張弁と、該膨張弁と該配管によって接続され、該吸入室と該配管によって接続された蒸発器とを備えた冷凍回路において、
   前記圧縮室は、軸方向にシリンダボアが形成されたハウジングと、該ハウジングの両端に接合される一対のエンドプレートと、該シリンダボアと各該エンドプレートとの間に設けられ、該シリンダボア側を前記圧縮室とし、各該エンドプレート側を前記吐出室及び／又は前記吸入室とする一対の弁ユニットと、該シリンダボア内に往復動可能に収容され、各該弁ユニットとの間に該圧縮室を形成するピストンと、該ハウジングに設けられたコイルと、該ピストンに設けられ、該コイルによって生じる電磁力によって該ピストンを往復動させる永久磁石とを備え、
   前記ピストンは、ピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に一体に設けられ、前記シリンダボア内を摺接する一対のピストンヘッドとからなり、
   前記シリンダボア内には各該ピストンヘッドの背面を受圧面とする一対の背圧室が形成され、
   各該背圧室は、前記配管から独立して制御圧を供給可能な制御圧供給手段に接続されていることを特徴とする冷凍回路。
2. 前記制御圧供給手段は、高圧を蓄圧可能な高圧アキュムレータと、
   該高圧アキュムレータから両前記背圧室に高圧を供給可能な高圧管と、
   両該高圧管を開閉可能な高圧開閉弁と、
   低圧を蓄圧可能な低圧アキュムレータと、
   該低圧アキュムレータから両前記背圧室に低圧を供給可能な低圧管と、
   両該低圧管を開閉可能な低圧開閉弁と、
   該高圧開閉弁及び該低圧開閉弁を制御する制御手段とを有する請求項１記載の冷凍回路。
3. 前記制御圧供給手段は、前記圧縮機で圧縮する冷媒と同種の冷媒を用いつつ、前記低圧アキュムレータ内の低圧を加圧して前記高圧アキュムレータ内の高圧とする加圧装置を有する請求項２記載の冷凍回路。
4. 前記圧縮機は、両前記ピストンヘッドが前記ピストンロッドよりも大径であり、
   前記ハウジングには、該ピストンロッド周りに連通する中間室が形成され、
   両前記弁ユニットは両前記エンドプレート側を前記吐出室とし、
   両該ピストンヘッドには該中間室を前記吸入室とする吸入弁機構が設けられている請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷凍回路。
5. 前記圧縮機は、前記シリンダボア内で前記ピストンを往復動させる付勢力を有するコイルばねを備え、
   前記ハウジングは、該シリンダボアに両前記背圧室を形成するばね座を有し、
   両該背圧室には、該ピストンロッド周りで各該ばね座と両前記ピストンヘッドとの間に位置する前記コイルばねが設けられている請求項１乃至４のいずれか１項記載の冷凍回路。

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