JP2540601B2 - 冷凍サイクル及びこれを用いた車両用空気調和装置 - Google Patents

冷凍サイクル及びこれを用いた車両用空気調和装置

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JP2540601B2 JP63151198A JP15119888A JP2540601B2 JP 2540601 B2 JP2540601 B2 JP 2540601B2 JP 63151198 A JP63151198 A JP 63151198A JP 15119888 A JP15119888 A JP 15119888A JP 2540601 B2 JP2540601 B2 JP 2540601B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は可変容量圧縮機を具えた冷凍サイクル及びこ
れを用いた車両用空気調和装置に関する。
(従来の技術及びその課題) 従来のこの種可変容量圧縮機の容量制御機構は圧縮機
の吐出圧力と吸入圧力との圧力差に対応する制御圧力に
よって駆動される容量制御弁を具え、制御圧力に応じて
最少容量(0%容量)から最大容量(100%容量)まで
自動的に容量制御率を変化させる。そして、冷媒回路内
の冷媒圧力が平衡状態にあるとき、可変容量圧縮機を始
動すると、容量制御機構は最少容量状態で作動を開始す
る。
従って、この冷凍サイクルの始動時には可変容量圧縮
機の吐出ガス圧力が低いため、容量制御機構が作動せ
ず、従って、可変容量圧縮機は最少容量状態で運転され
るので、冷凍サイクルの冷凍能力が増加しないという不
具合がある。
また、このような制約から容量制御率を差程大きくす
ることができないため、低負荷状態では圧縮機が最少容
量状態であっても冷凍能力が過大となり、この結果、圧
縮機はON−OFF運転となるという不具合があった。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記課題を解決するために発明されたもので
あって、その要旨とするところは、可変容量圧縮機、凝
縮器、膨張弁及び蒸発器をこの順に接続してなる冷媒回
路と、上記凝縮器に冷却風を送風する冷却フアンを具備
し、上記可変容量圧縮機はその吐出圧力と吸入圧力との
圧力差に対応する制御圧力を発生する制御圧力発生部
と、この制御圧力によって駆動されて圧縮途中のガスを
バイパスさせるためのバイパス路を開閉する容量制御弁
を具え、上記可変容量圧縮機が上記冷媒回路内の冷媒圧
力の平衡時に始動する際、上記制御圧力が所定値に上昇
するまでは上記バイパス路を全開に維持することによっ
て最少容量状態とし、以後上記制御圧力が所定圧力に達
するまでその上昇に応じて上記バイパス路の開度を小さ
くすることによって自動的に容量制御率を増大する容量
制御機構を有する冷凍サイクルにおいて、 上記圧縮機と膨張弁間の高圧冷媒回路内の冷媒圧力を
検出する圧力検出器を設けるとともに上記圧力検出器で
検出された圧力が所定圧力以下のとき上記冷却フアンを
停止する手段を設けたことを特徴とする冷凍サイクルに
ある。
上記冷却ファンの駆動モータへの電気回路に圧力検出
器の接点を介装することができる。
更に、上記可変容量圧縮機を車両走行用エンジンによ
り電磁クラッチを介して駆動すれば、この冷凍サイクル
を用いて車両用空気調和装置を構成できる。
(作用) 本発明においては、上記構成を具えているため、冷凍
サイクルの始動時、圧力検出器で検出された圧力が所定
圧力に上昇するまで凝縮器の冷却ファンを停止させ、こ
れによって凝縮器の放熱能力を低下させ、凝縮圧力を上
昇させることにより圧縮機から吐出される冷媒ガスの圧
力の上昇を促進し、容量制御機構を早期に作動させる。
(実施例) 本発明を図示の1実施例を参照しながら具体的に説明
する。
第1図には冷媒回路が示されている。
第1図において、1は可変容量圧縮機で、図示しない
自動車の走行用エンジンから電磁クラッチ11を介して駆
動される。この圧縮機1から吐出されたガス冷媒は矢印
で示すように凝縮器2に入り、ここでファンモータ12に
よって駆動される冷却ファン6から送風される外気に放
熱することによって凝縮液化する。次いで、この液冷媒
はレシーバ5を経て膨張弁3に入り、ここで絞られるこ
とによって断熱膨張する。次いで、この冷媒は蒸発器4
に入り、ここで車室内に送風される空気を冷却すること
によって自身は蒸発気化する。しかる後、このガス冷媒
は圧縮機1に再び吸い込まれて、以後上記を繰り返す。
なお、7は圧力検出器で、冷媒回路内の高圧、即ち、
圧縮機1と膨張弁3との間の冷媒の圧力を検知し、第2
図に示すように、これが所定の圧力P1以上に上昇したと
きその接点がONとなり、所定の圧力P2以下に低下したと
きその接点はOFFとなる。
第3図には電気的制御回路が示されている。
操作スイッチ9を投入すると、車両用バッテリ8から
の電流が操作スイッチ9を経てリレーコイル10に流れて
これを励磁する。すると、この接点10aがONとなり、こ
れに伴って電磁クラッチ11が通電されることによりこれ
が接となり、また、圧力検出器7の接点7aがONのときは
これを介してファンモータ12に通電させることにより冷
却ファン6が回転する。
第4図には可変容量圧縮機1の1例が示されている。
シリンダ101内にはこの軸芯から偏心した軸まわりに
回転駆動されるロータ102が収納されている。このロー
タ102の外周面には周方向に沿って等間隔を隔てて複数
(図には4ケ)のベーン103a、103b、103c、103dが出没
自在に取り付けられている。
しかして、ロータ102を回転させると、各ベーン103
a、103b、103c、103dは遠心力により放射方向に進出し
てその先端がシリンダ101の内周面に当接して、シリン
ダ101の内周面とロータ102の外周面との間にこれら4つ
のベーン103〜103dによって仕切られた4つの作動室が
限界され、この4つの作動室はロータ102の回転に伴っ
て回転する。
かくして、吸入配管110から吸入口104を経て作動室内
に吸入された低圧の冷媒ガスはロータ102が矢印方向に
回転するのに伴って次第に圧縮されて吐出口105から吐
出される。圧縮途中の冷媒ガスを抽出するバイパス穴10
6、107は容量制御弁30に連結されている。
容量制御弁30はケース35と、この中に封密摺動自在に
嵌装されてその片側にバイパス室33と他側に圧力制御室
34を限界するピストン32と、このピストン32を圧力制御
室34の方に押推するバネ31を具え、バイパス室33はバイ
パス管111を介して吸入配管110に連通され、圧力制御室
34は導圧管114を介して制御圧力発生部20に連結されて
いる。
この容量制御弁30の状態式は次式で表される。
k(l0−l1)+fo=A(AP−LP) 但し、kはバネ31のバネ常数 l0はバネ31の初期長さ l1はバネ31の長さ foはバネ31の初期力 Aはピストン32の受圧面積 APは圧力制御室34に印加される制御圧力 LPはバイパス室33に印加される吸入圧力 制御圧力発生部20はケース40と、仕切壁27、28と、ダ
イアフラム29と、バネ26と、ニードル弁25を具えてい
る。仕切壁27は低圧室22と制御圧力発生室23を仕切り、
仕切壁28は制御圧力発生室23と高圧室24を仕切り、ダイ
アフラム29は低圧室22とダイアフラム室21を仕切ってい
る。そして、低圧室22は導圧管112を介して吸入配管110
に連通し、高圧室24は導圧管113を介して吐出口105に連
通し、制御圧力発生室23は導圧管114を介して容量制御
弁36の圧力制御室34に連通している。ニードル弁25はダ
イアフラム29と連動して仕切壁27に設けられた弁口41及
び仕切壁28に設けられた弁口42の開口面積を増減する。
バネ26はダイアフラム室21内に配設されてダイアフラム
29を低圧室22側に押圧している。
しかして、低圧室22に導入される吸入圧力が高いとき
はニードル弁25は左方に移動して弁口41を閉じると同時
に弁口42を開くことによって圧力発生室23内に発生する
制御圧力APを上昇させる。逆に、吸入圧力が低いときは
ニードル弁25は右方に移動して弁口41を開くと同時に弁
口42を閉じることによって制御圧力室23内に発生する制
御圧力APを低下させる。
しかして、冷媒回路内の高圧と低圧との差がない平衡
状態、即ち、低圧室22に導入される吸入圧力LPと高圧室
24に導入される高圧HPとが等しい場合には、制御圧力AP
は吸入圧力LPとなっている。従って、容量制御弁30のピ
ストン32はバネ31によって押推されて第4図に示す状
態、即ち、最少容量状態(フルアンロード)を占め、作
動室内の圧縮途中の冷媒ガスがバイパス穴106、107から
抽出されて容量制御弁30のバイパス室33、バイパス管11
1を経て吸入配管110にバイパスされる。そして、制御圧
力APが上昇してもこの制御圧力APがピストン32に作用す
ることによって発生した押圧力がバネ31の初期力f0を越
えるまではピストン32は移動しない。そして、制御圧力
APが更に上昇すると、ピストン32はこれに対応して上方
へ移動する。そして、バイパス穴106、107のバイパス室
33への開口を徐々に閉塞し、バイパス穴106、107から抽
出される冷媒ガスの量を次第に減少させる。そして、制
御圧力APがある値に達すると、ピストン32は第5図に示
す状態、即ち、最大容量状態(フルロード)を占め、バ
イパス穴106及び107から抽出される冷媒ガスの量が零に
なる。
この可変容量圧縮機1の容量制御率は次式によって表
すことができる。
そして、この容量制御率と吸入圧力との関係が第6図
に示されている。
しかして、可変容量圧縮機1を最少容量状態で起動す
ると、起動時の負荷増大によるショック及びトルクの急
変を小さくできるが、吐出圧力の上昇が遅く、従って、
容量制御弁30を作動させるのに必要な制御圧力APの発生
が遅くなる。しかし、冷凍サイクルの始動時には圧力検
出器7が検知する圧力が所定圧力P1以下となっているの
で、ファンモータ12に通電されず冷却ファン6が回転し
ない。従って、凝縮器2の放熱能力が低いままに保持さ
れるので、冷媒回路内の高圧圧力の上昇が促進され、始
動時における最少容量運転状態からの離脱を早くするこ
とが可能となる。
凝縮器2の放熱能力Qcは次式で表される。
Qc=K・A(CT−AT)(Kcal/h) 但し、 Kは熱貫流率(Kcal/m2h℃) Aは伝熱面積(m2) CTは凝縮圧力に対応する冷媒の飽和温度(℃) ATは吸込空気の温度(℃) 上記式から明らかなように、冷却ファン6が停止する
と、熱貫流率Kが小さくなり、同じ放熱能力を確保する
には凝縮圧力に対応する冷媒の飽和温度CTを上昇させる
こととなり、この結果、凝縮圧力が上昇して圧縮機1の
吐出圧力の上昇となって現れる。
かくして、可変容量圧縮機1の始動時に冷却ファン6
を停止することによって、容量制御弁30を早期に作動さ
せ、圧縮機1を最少容量状態から早期に離脱させること
が可能となる。
なお、上記実施例においては、可変容量圧縮機とし
て、ベーン形ロータリ圧縮機を例に説明したが、往復動
形圧縮機、ローリングピストン形ロータリ圧縮機、斜板
形圧縮機、スクロール形圧縮機等の他の形式の圧縮機も
同様に適用できる。
(発明の効果) 本発明においては、冷凍サイクルの始動時、圧力検出
器で検出された圧力が所定圧力に上昇するまで凝縮器の
冷却ファンを停止させ、これによって凝縮器の放熱能力
を低下させ、凝縮圧力を上昇させることにより圧縮機か
ら吐出される冷媒ガスの圧力の上昇を促進し、容量制御
機構を早期に作動させることによって圧縮機を最少容量
運転から早期に離脱させて、所要の冷凍能力を早期に発
揮できる。また、容量制御率を高くできるので、圧縮機
の起動時のショック、トルクの急変を緩和できるととも
にその連続運転範囲を拡大することが可能となる。
【図面の簡単な説明】 図面は本発明の1実施例を示し、第1図は冷媒回路図、
第2図は圧力検出器の作動説明図、第3図は電気的制御
回路図、第4図は可変容量圧縮機の略示的構成図、第5
図は容量制御弁の最大容量時を示す構成図、第6図は容
量制御弁と吸入圧力との関係を示す線図である。 可変容量圧縮機……1、冷却ファン……6、ファンモー
タ……12、凝縮器……2、膨張弁……3、蒸発器……
4、圧力検出器……7、接点……7a、電磁クラッチ……
11
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板鼻 勉 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道1番 地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者 古田 太 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道1番 地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−117049(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可変容量圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発
    器をこの順に接続してなる冷媒回路と、上記凝縮器に冷
    却風を送風する冷却フアンを具備し、上記可変容量圧縮
    機はその吐出圧力と吸入圧力との圧力差に対応する制御
    圧力を発生する制御圧力発生部と、この制御圧力によっ
    て駆動されて圧縮途中のガスをバイパスさせるためのバ
    イパス路を開閉する容量制御弁を具え、上記可変容量圧
    縮機が上記冷媒回路内の冷媒圧力の平衡時に始動する
    際、上記制御圧力が所定値に上昇するまでは上記バイパ
    ス路を全開に維持することによって最少容量状態とし、
    以後上記制御圧力が所定圧力に達するまでその上昇に応
    じて上記バイパス路の開度を小さくすることによって自
    動的に容量制御率を増大する容量制御機構を有する冷凍
    サイクルにおいて、 上記圧縮機と膨張弁間の高圧冷媒回路内の冷媒圧力を検
    出する圧力検出器を設けるとともに上記圧力検出器で検
    出された圧力が所定圧力以下のとき上記冷却フアンを停
    止する手段を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。
  2. 【請求項2】上記冷却フアンの駆動モータへの電気回路
    に上記圧力検出器の接点を介装したことを特徴とする請
    求項(1)記載の冷凍サイクル。
  3. 【請求項3】上記可変容量圧縮機を車両走行用エンジン
    により電磁クラッチを介して駆動することを特徴とする
    請求項(1)記載の冷凍サイクルを用いた車両用空気調
    和装置。
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