JP2714398B2

JP2714398B2 - 冷媒流路制御機構を備えた冷凍回路

Info

Publication number: JP2714398B2
Application number: JP63156016A
Authority: JP
Inventors: 和彦高井
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1988-06-25
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPS6488065A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は冷凍回路、特に車載用空調機に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、冷媒を圧縮する圧縮機を凝縮器、オリフィスチ
ューブ、蒸発器（エバポレータ）、アキュームレータを
閉ループ状に結合した冷凍回路（以下オリフィスチュー
ブ方式と呼ぶ）、あるいは、圧縮機を凝縮器、レシーバ
ー、膨張弁、蒸発器を閉ループ状に結合した冷凍回路
（膨張弁方式と呼ぶ）は周知である。また、このような
冷凍回路の一使用例としては、車載用の空調機があげら
れる。

一方、圧縮機として可変容量型のものが公知である。
その一例として、クランク室内において回転駆動シャフ
トにより回転可能に配設された斜板の回転運動を揺動板
の揺動運動に変換し、この揺動運動によりピストンを往
復動させ、さらに斜板の駆動シャフトに対する傾斜角を
変化させてピストンのストローク量を変化させ、これに
よって圧縮容量を変化させるようにした斜板式可変容量
圧縮機が例えば特開昭58-158382号公報に開示されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の冷凍回路においては、圧縮機をそのバランス圧
から起動する場合、圧縮機は大量の冷媒ガスを短時間に
低圧側（吸入口）から高圧側（吐出口）へ搬出するた
め、圧縮機の駆動トルクが大きく増大するという欠点が
ある。特に、車載用空調機への応用においては、圧縮機
を回転駆動する自動車エンジンの回転数の低下、すなわ
ちトルクショックを発生する問題があった。

また、従来の冷凍回路においては、冷媒の流量が増加
すると蒸発器出口と圧縮機吸入口間の流路抵抗に伴う圧
力損失も増加し、この分だけ蒸発器出口の圧力が増加す
る。このため、空調機への応用においては、蒸発器出口
の吹き出し空気温度が上昇し、冷房性能の悪化、快適性
の劣化につながる。

さらに、内部に吸入圧力をほぼ一定に維持する制御機
構を設けた容量可変型斜板式圧縮機においては、この制
御機構によって吸入圧力はほぼ一定に維持されるため、
空調機への応用においては、蒸発器の吹き出し空気温度
は固定されることになり、環境変化、利用者の嗜好等に
より吹き出し空気温度を外部より変化させることができ
ないという不便があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による冷凍回路においては、容量可変型圧縮機
と、この容量可変型圧縮機の吐出口から供給された冷媒
が供給される凝縮器と、この凝縮器から出た冷媒が供給
される蒸発器と、この蒸発器の出口側から冷媒を前記容
量可変型圧縮機の吸入口に導く冷媒流路とを備えた冷凍
回路において、前記蒸発器の出口から前記容量可変型圧
縮機の吸入口に至る冷媒流路内に前記容量可変型圧縮機
の高圧側と低圧側における冷媒の圧力差に応じて前記吸
入口の開口断面積が変化する流路制御機構を備え、前記
流路制御機構は、前記圧力差が小さい時は吸入口の開口
断面積が小さくなり、前記圧力差が大きい時は吸入口の
開口断面積が大きくなることによって、上記従来装置に
おいてみられたトルクショックの発生、冷房性能の悪
化、吹き出し空気温度を外部から変化させることができ
ない等の問題を解決するものである。

〔発明の作用および効果〕

容量可変型圧縮機をその高圧側と低圧側の冷媒圧がバ
ランスしている状態から起動する場合、前記蒸発器の出
口から容量可変型圧縮機の吸入口に至る冷媒流路に設け
られた流路制御機構の開口断面積は縮小状態にある。こ
のため、容量可変型圧縮機の吸入口側圧力は急激に低下
し、容量可変型圧縮機のシリンダ内に配設された斜板そ
の回転駆動シャフトに対する傾斜角は急激に減少する。
これによって、容量可変型圧縮機の初期駆動トルクを最
小限に抑えることができる。一方、容量可変型圧縮機が
駆動され続けると、吐出側冷媒圧は徐々に増加し吸入口
側との圧力差が増加する。このため、流路制御機構はそ
の開口断面積を拡大する。このようにして、容量可変型
圧縮機の起動時におけるトルクショックを防止でき、い
わゆるソフトスタートを達成できる。

また、本発明の冷凍回路においては、流路制御機構の
上述の作用により、冷媒流量の増減変動に対しその開口
断面積を増減するため、蒸発器出口側の冷媒圧をほぼ一
定に維持することができる。この結果、冷媒流量変動に
伴う蒸発器吹き出し空気の温度変化を防止することがで
きる。

また、本発明の冷凍回路においては、流路制御機構の
最小開口から最大開口に至る開口変化範囲を調整するこ
とにより、蒸発器出口側流路における冷媒の圧力を所望
の値に設定することができるため、圧縮機として容量可
変型の圧縮機を用いながらも、蒸発器の吹き出し空気温
度を所望の値に調整することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

第１図は、本発明を膨張弁方式に実施した冷凍回路を
示すブロック図である。容量可変型の構造をとる圧縮機
１は吸入口２から吸入した冷媒を圧縮し、吐出口３に送
り出す。吐出口３から送り出された冷媒は流路４を介し
て凝縮器５に供給される。この凝縮器５により凝縮液化
された冷媒は、流路４を介してレシーバー６に貯えられ
る。レシーバー６に貯えられた液化冷媒は、膨張弁７を
介して蒸発器８にその入口９から供給される。蒸発器８
は、凝縮液化された冷媒を蒸発させ気化した冷媒を、そ
の出口10より流路４を介して圧縮機１に戻す。蒸発器８
は、図示しない空気流が供給され、冷却された空気流を
吹き出し口から、例えば自動車の室内に供給する。

なお、流路４の途中には、本発明による流路制御機構
39が設けられている。

第１図の実施例は膨張弁方式であるが、本発明はオリ
フィスチューブ方式にも適用できるものである。

第２図及び第３図は、第１図の容量可変型の構造をと
る圧縮機１の一例として斜板式可変容量圧縮機を用い、
この圧縮機へ流路制御機構39を一体的に形成させた例を
示している。この圧縮機は、複数のシリンダ11（第２図
では１個のみが図示されている）を有するシリンダブロ
ック12を含んでいる。各シリンダ11は、環状に間隔を置
いて配置されている。シリンダ11内にはピストン13が往
復可能に配置されている。シリンダブロック12は、外周
に軸方向へ延在した円筒部12aを有する。

シリンダブロック12の円筒部12aの端部にはフロント
エンドプレート14が固着されている。フロントエンドプ
レート14とシリンダブロック12との間にクランク室15が
形成されている。クランク室15内には駆動シャフト16が
フロントエンドプレート14とシリンダブロック12とに軸
受を介して回転可能に支持されている。駆動シャフト16
の内端にはロータ17が固定されている。ロータ17の一方
の面は、フロントエンドプレート14の内壁面に軸受を介
してスラスト支持されている。ロータ17にはヒンジ機構
18を介して斜板19が取り付けられている。ヒンジ機構18
は、斜板19からロータ17側へ延在したブラケット18a
と、ロータ17から斜板19側へブラケット18aと対向して
延在したタブ18bとを有する。ブラケット18aには長孔18
cが開口されている。タブ18bには長孔18cと係合するガ
イドピン18dが取り付けられている。斜板19には、ヒン
ジ機構18により駆動シャフト16と一体に回転している。
駆動シャフト16と斜板19との間にはフリーブ20が摺動自
在に遊嵌されている。これにより、斜板19は駆動シャフ
ト16に対して傾斜角度可変に支持される。

斜板19には揺動板21が軸受を介して連結されている。
クランク室15内にはフロントエンドプレート14とシリン
ダブロック12とに両端が支持されたガイド23が配置され
ている。このガイド23には揺動板21の一端が、ガイド23
に沿って揺動可能に係合している。かくして駆動シャフ
ト16の回転時には、複数のピストン13が複数のシリンダ
11内で順々に往復運動を行う。

シリンダブロック12の他端には、弁体アセンブリ24を
介してシリンダーヘッド25が重ね合わせている。シリン
ダーヘッド25は周辺部に吸入室26、中央部に吐出室27を
形成している。シリンダーヘッド25のエンド28には、冷
媒ガスを吸入室26に導入するための吸入口29と、吐出室
27の冷媒ガスを外部へ導出するための吐出口30とが、い
ずれもシリンダーヘッド25と一体に設けられている。弁
体アセンブリ24は、ピストン13の往復運動時に冷媒ガス
が吸入室26からシリンダ11内を経て吐出室27に至るよう
に、冷媒ガスの流れを制御している。

シリンダブロック12には、制御弁機構31が埋設されて
いる。制御弁機構31は、クランク室15と、吸入室26とを
連通する通路32を開閉制御する。この制御弁機構は、ク
ランク室15内の圧力Pcと吸入室26内の圧力Psとの差圧P_E
（＝Pc-Ps）によって斜板19の傾斜角、すなわちピスト
ンストロークを調整する。

次に、シリンダーヘッド25のエンド28には吐出室27に
一端が開口し他端が吸入口29に開口したシリンダ33が形
成されている。このシリンダ33内にはピストン34が往復
運動可能に設けられている。ピストン34の吸入口29側端
部には吸入口29の開口断面積をピストン34の往復運動に
伴って変化させる筒状の弁部材35が固着されている。筒
状弁部材35の中空部にはこの弁部材35を吐出室27に付勢
するバネ36の一端が嵌合され、バネ36の他端はシリンダ
ーヘッド25の周辺部に設けられたバネ座37に支持されて
いる。このバネ座37は第３図に示すネジ機構38により、
その設定位置をピストン34の往復運動の方向に変更でき
るように構成されている。上記シリンダ33、ピストン3
4、弁部材35、バネ36及びバネ座37により吸入口35の流
路を制御する流路制御機構39を形成する。

次に、第２図の流路制御機構39を備えた容量可変型圧
縮機を用いた冷凍回路の動作を説明する。

圧縮機１をその高圧側（吐出室27側）と低圧側（吸入
口26側）との圧力がバランスしている状態から起動する
場合、シリンダーヘッド25のヘッド28内に設けられた流
路制御機構39を構成するピストン34は、吸入口29と吐出
室27との圧力が同一のため、バネ36弾性力により吐出室
27側に押し上げられ、第２図に示すように、低圧側冷媒
流路は弁部材35によりその開口断面積が最小の状態に維
持されている。圧縮機が駆動シャフト16により回転駆動
され、ピストン13の往復運動による吸入、吐出作用が開
始されると、上記のように低圧側の流路断面積が最小と
なっているため、シリンダ室11内に吸入される冷媒が制
限され、シリンダ室内の圧力は急激に低下する。これに
よりクランク室15の圧力Pcが吸入室26内の圧力より高く
なり、圧力差P_Eにより斜板19の駆動シャフト16に対する
傾斜角が減少（90度に近づく）する。斜板19の傾斜角の
減少により揺動板21の揺動運動の振巾は小さくなる。し
たがって、圧縮機の初期駆動トルクは最小限に抑えられ
る。

一方、圧縮機が駆動され続けると、低圧側流路（吸入
口29側）の最小開口断面積を通してシリンダ11内に徐々
に吸入された冷媒により、吐出室27の圧力は増加し、こ
の圧力により流路制御機構39のピストン34は吸入口29側
に押圧される。一般に冷媒流路断面積が一定の場合、圧
縮機１の吐出圧は第５図に示すように冷媒流量に比例し
て増加する。吐出室27の圧力がバネ36の弾性力により大
きくなると、ピストン34はシリンダ33内を吸入口29側に
移動し、これに伴う弁部材35の移動により吸入口29から
吸入室26に至る冷媒流路の開口断面積は増加し、ある吐
出圧例えばP_O＝13kg/cm²Ｇ以上となると、弁部材35は第
４図に示すように吸入口29を完全に開く位置に移動する
ため、開口断面積は最大となる。

第６図は圧縮機１の高圧側回路と低圧側回路との圧力
差に対する開口断面積の関係を示すグラフで、圧力差の
増大に伴い実践ｃのように変化する。圧力差P₀₁以下で
は開口断面は一定の最小値M_in、圧力差P₀₂以上では一定
の最大値M_axとなり、その間の圧力差に対しては比例的
に増大する。なお、開口断面積の最大値、最小値は弁部
材35の大きさ、吸入口29との位置関係を適宜選択するこ
とにより、自由に設定することができる。さらに、流路
制御機構39を構成するバネ座37の設定位置をネジ機構38
によって適宜選定することにより、バネ36のピストン34
への付勢力を変化させ、最小、最大開口断面積に移行す
る圧力差P₀₁,P₀₂の値も自由に選択することができる。
第６図の破線ｃ′はバネ座37をピストン34側に移動しピ
ストン34への付勢力を大きくした場合の特性を示すグラ
フである。

このように、圧縮機の起動時、低圧側と高圧側の圧力
差に応じて吸入口の開口断面積が変化するため、圧縮機
トルクショックを回避でき、いわゆるソフトスタートを
達成できる。

第７図は圧縮機起動時の駆動トルクの時間変化を従来
装置と対比して示すグラフで、曲線Ａは従来の冷凍回路
の場合、曲線Ｂは本発明の冷凍回路の場合をそれぞれ示
している。図から明らかなように本発明のトルク変化の
方がはるかに緩やかな変化を示している。

第８図は本発明の冷凍回路における蒸発器８の出口10
側の圧力変化を従来回路の場合と対比して示すグラフ
で、（Ａ）は従来、（Ｂ）は本発明をそれぞれ示してい
る。従来の回路においては、容量可変型圧縮機の吸入圧
力（吸入弁前部圧力）冷媒流量が減少した場合も蒸発器
が着霜しないように2kg/cm²Ｇ程度の一定値となるよう
に設定している（（Ａ）図ｄ）。このため冷媒流量が増
加した場合は蒸発器８の出口側圧力は圧損のため（Ａ）
図ｃのように直線的に増加し例えば2,5kg/cm²Ｇ程度ま
で増大してしまい、前述のような欠点を生ずる結果とな
った。これに対し本発明においては、流路制御機構39を
設けたことにより、冷媒流量の増大とともに低圧側と高
圧側の圧力差が増大するため開口断面積が増加し、流路
制御機構39前部の圧力は（Ｂ）図ｅのように減少する。
このため、蒸発器８の出口側圧力は（Ｂ）図ｃに示すよ
うに冷媒流量に影響されず、ほぼ一定に保たれる。した
がって、蒸発器８の吹き出し空気温度もほぼ一定に維持
される。

蒸発器の吹き出し空気の温度は蒸発器出口の冷媒圧力
によって決定されるが、この冷媒圧力は本発明の流路制
御機構の調整により任意の値に設定することができる。
すなわち前述のように流路制御機構39を構成するバネ36
の付勢力を変更することにより第６図のｃからｃ′の特
性に変化できる。この結果、流路制御機構39前部の圧力
は第９図ｅに示すように全体的に高くなり、これに伴っ
て蒸発器８の出口側圧力も同図ｃに示すように全体的に
上昇する。すなわち第９図の直線c,eは第８図（Ｂ）の
直線c,eに対し、縦軸方向に平行移動した位置関係にあ
る。

以上、本発明を実施例により詳細に説明したが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではないことは言
うまでもない。例えば、本発明では、圧縮機として容量
可変型のものを用いているが、本発明の流路制御機構は
固定容量の圧縮機を用いた冷凍回路にも適用できること
は言うまでもない。また、前記実施例では流路制御機構
を圧縮機のシリンダヘッド内に設けたが、蒸発器内ある
いは蒸発器出口から圧縮機吸入弁前部までの流路内であ
ればどの部分に設けてもよい。更に、前記実施例では膨
張弁方式に本発明を適用した場合について説明したが、
本発明はオリフィスチューブ方式にも適用できる。その
場合には、流路制御機構はアキュームレータ出口から圧
縮機吸入弁前部までの流路内であれば、どの部分に設け
てもよい。更に、流路制御機構を構成する弁部材の駆動
手段としてシリンダとピストンを用いたが、ベローズ、
ダイヤグラム等圧力差に応じて駆動手段であれば同様に
用いることができる。さらに、流路制御機構を構成する
バネ座を移動設定する手段としてネジ機構を用いたが、
電磁力、外部圧力、バイメタル等を使用することも可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷凍回路の概要を示すブロ
ック図、第２図は本発明の冷凍回路を構成する可変容量
型圧縮機の構造を示す断面図で、低圧側冷媒流路の開口
断面積が最小の状態を示すもの、第３図は第２図の要部
である流路制御機構の構造を示す断面図、第４図は第２
図と同様の断面図で低圧側冷媒流路の開口断面積が最大
の状態を示すもの、第５図は第２図の状態における圧縮
機の冷媒流路対吐出圧力の関係を示すグラフ、第６図は
本発明における流路制御機構の動作を示すもので圧縮機
高圧側と低圧側の圧力差対低圧側冷媒流路の開口断面積
の関係を示すグラフ、第７図は本発明における圧縮機の
起動特性を従来例として示すグラフ、第８図は冷凍回路
内各部の圧力関係を冷媒流量との関係示すグラフで
（Ａ）が従来例、（Ｂ）が本発明の一実施例を示してい
る。第９図は本発明の他の実施例の冷凍回路における第
８図に相当するグラフである。 1:圧縮機、2,29:吸入口、3,30:吐出口、4:流路、5:凝縮
器、6:レシーバー、7:膨張弁、8:蒸発器、9:蒸発器入
口、10:蒸発器出口、33:シリンダ、34:ピストン、35:弁
部材、36:バネ、37:バネ座、38:ネジ機構、39:流路制御
機構。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容量可変型圧縮機と、この容量可変型圧縮
機の吐出口から供給された冷媒が供給される凝縮器と、
この凝縮器から出た冷媒が供給される蒸発器と、この蒸
発器の出口側から冷媒を前記容量可変型圧縮機の吸入口
に導く冷媒流路とを備えた冷凍回路において、前記蒸発器の出口から前記容量可変型圧縮機の吸入口に
至る冷媒流路内に前記容量可変型圧縮機の高圧側と低圧
側における冷媒の圧力差に応じて前記吸入口の開口断面
積が変化する流路制御機構を備え、前記流路制御機構は、前記圧力差が小さい時は吸入口の
開口断面積が小さくなり、前記圧力差が大きい時は吸入
口の開口断面積が大きくなることを特徴とする容量可変
型圧縮機を用いた冷凍回路。