JPS6051022B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車用空気調和装置の冷凍装置に関し、特
に互いに並列に接続された容量の異なる複数個の蒸発器
に、凝縮器、受液器を介して圧縮機により冷媒を供給し
、それぞれの蒸発器で独立した熱負荷を担うようにした
、いわゆるマルチ式の自動車用空気調和装置の冷凍装置
に関するものである。

従来のこの種装置は、夫々の蒸発器回路に直列に膨張
弁を設け、各蒸発器の熱負荷に応じてそれぞれの蒸発器
に流れる冷媒流量を制御している。

膨張弁による冷媒流量の制御は、熱負荷変動に対して
常に蒸発器出口冷媒の過熱度に一定に制御する制御性が
良好てある反面、膨張弁は蒸発器出口側の冷媒圧力によ
つて制御されるので、複数の蒸発器を並列に設置して別
々の熱負荷を加えると各蒸発器の出口圧力が干渉し、互
いの膨張弁が干渉を生じて互いのサイクルの流量が無作
偽に変動する問題がある。本発明の目的は、マルチ式の
冷凍サイクルの副蒸発器回路を利用して、従来の上記し
た膨張弁を用いた冷凍サイクルの問題点を解消すると共
にマルチ式の冷凍サイクルの副蒸発器回路を利用して圧
縮機停止時のサイクルの圧力バランスを早めて再起動時
の圧縮機負荷の軽減を計る点にある。

本発明の特徴は、主蒸発器より容量の小さい副蒸発器の
回路に膨張手段としてキャピラリチューブ等の流路面積
が一定の膨張手段を直列接続することにより、副蒸発器
回路を流れる冷媒流量が蒸発器出口の圧力に影響されな
いで常に一定になるようにすると共に、副蒸器回路を圧
縮機停止時に開路することにより、主蒸発器回路が閉路
しても一定の冷媒を循環できる様にした点にある。以下
本発明になるマルチ式冷凍サイクルの実施例を図面に基
づき詳説する。６は圧縮機で矢印方向から流入する低圧
ガス冷媒を断熱圧縮して高圧のガス冷媒として吐出する
。

７は凝縮器で、車のラジエータ前面等の風当りのよい部
分に取付けられ、圧縮機６から送られて来た高圧のガス
冷媒を等温圧縮して高圧の液冷媒にする。

８は受液器で、凝縮器６で完全に液化できなかつたガス
冷媒を分離して、液冷媒だけを送りだす。

また液溜を有し、低圧側を圧力か変動しても受液器出口
側の圧力があまり変化しないように冷媒を貯溜する機能
を有する。１４はこれらを連結する配管。

１５，１６は、配管１４から分岐した分岐管で蒸発器の
並列回路を形成する。

配管１５には受液器８から送られて来た液冷媒を気化し
やすい霧状にする為の膨張弁１７と、熱負荷の近くに設
置された冷媒管から成る主蒸発器としての第１の蒸発器
１８との直列回路が形成される。

霧状の冷媒が冷媒管を通る間に熱負荷から気化熱をうば
つて気化し、この為熱負荷の部分が冷却される。膨張弁
１７は可変絞りと、この絞りの開度を蒸発器１８の熱負
荷に応じて制御する制御手段とを備えている。

この制御手段は蒸発器１８の出口冷媒の温度を検出し、
検出温度に見合つた圧力に変換する感熱筒と、同部分の
冷媒の圧力を直接検出する均圧管と、この２つの圧力を
比較して冷媒の過熱度が一定になるように絞り弁を操作
するダイヤフラム装置から構成されている。２０は蒸発
器１８と、膨張弁１７によつて形成される主蒸発器回路
としての第１の蒸発器回路である。

一方分岐路１６には電磁弁２１．キャピラリチューブあ
るいはオリフィス等の流路面積一定の膨張手段４６、副
蒸発器としての第２の蒸発器２３、吹出し空気の温度を
制御する為の温度調節弁２４とが順次直列に接続された
副蒸発器回路としての第２の蒸発器回路が形成されてい
る。

蒸発器回路２０，２５の出口配管２６及び２７は一本の
吸入管２８に統合され、蒸発圧力制御弁４７を介して圧
縮機６の低圧室に連通されている。

温度調節弁２４は第２図に示す如く吸入管２８と接続さ
れる流入口２９と、これに直角に形成された流出口３０
と、流入口２９と流出口３０との通路断面積を変える為
のスピンドル３６と、スピンドルを常に閉じ方向に付勢
しているばね３９と、スピンドル３６の端部に取付けら
れケース３４に気密的に固定されたベローズ３７と、ベ
ローズ３７に当接されベローズ３７と共にスピンドルの
端部に取付けられたばね押え３８と、ばね３９のスピン
ドルと反対側に設けられ、調整子３２のスプリング室４
８の円筒内面４９を摺動てきるようにされた調整子リテ
ーナ５０と、調整子３２の外部端にねじ止めされたケー
ス５１と、ケース５１内にベローズ５２の外縁をはさみ
込むようにカシメ接合された導入口５３を有するカバー
５４と、ケース５１とカバー５４とて形成される室に設
置され、ベローズ５２の内縁がリング５５で固定された
受圧筒５６と、リテーナ５０と受圧筒５６を連結するロ
ッド５７と、カバー５４と受圧筒５６との間に設置され
た圧縮コイルばね５８とから構成されている。

尚４２は、膨張弁１７の制御圧力を取り出す為のエコラ
イザユニオンである。そして、導入口５３は使用者が任
意に調節てき・る負圧制御装置を介して負圧源に接続さ
れている。一方、吸入管２８に接続されている蒸発圧力
制御弁４７は第２図に示す温度？節弁２４から、ケース
５１、ベローズ５２、カバー５４、リング５５、受圧筒
５６、ロッド５７及びばね５８を取はずし、エコライザ
ハユニオン４２を密封したものを用いる。

このように部品を共用化すればマルチ式にしたことによ
るサイクルのコスト上昇を抑えることがてきる。

同冷凍サイクルの作動例を示す。

前記蒸発圧力制御弁４７のスピンドル径がｄ１（＝１６
φ）であつて、その制御圧力が最低Ｐｅｍｌｎ＝１．６
ｋ９１ｃ！Ｔｙｌ最高Ｐｅｍａｘ＝１．９ｋ９１ｃ！ｔ
、ばね３９の初期設定圧力ＷＯ＝３．２２ｋｇとし、今
、第１の蒸発器回路のみを運転するときには電磁弁２１
が全閉となり、負圧導入口５３は大気圧としてあるので
スピンドル３６は流入口２９と流出口３０の通路を遮断
している。この状態で冷凍サイクルが運転されると同サ
イクルは従来の蒸発器が一台の基本サイクルと同様てあ
り、温度式膨張弁１７及ひ蒸発圧力制御弁４７の流量及
び圧力の制御性には何ら不具合を生じない。さて、この
ような定常運転時に、電磁弁２１が開くと、冷媒は膨張
手段４６にて断熱的に膨張して蒸発器２３にも流入し、
温度調節弁２４の流入口内圧が上昇することとなり、ま
た、使用者が任意に設定した温度設定ダイヤルの設定温
度に応じてＷ。が小となりスピンドル３６が第２図下方
向に移動するので、蒸発器２３の蒸発圧力は低下して蒸
発器は車室内の冷房を開始する。ところで、第２の蒸発
器回路２５に冷媒が流れ始めた瞬間は第１の蒸発器回路
２０へ流入する冷媒量が減少するため一時的に蒸発圧力
制御弁４７の入口及ひ出口の圧力か低下し、温度式膨張
弁１７の弁開度が大となる。しかし、第２の蒸発器回路
を流れる冷媒量は膨張手段４６の上流側圧力によつての
み規制され、受液器によつてこの圧力は常に一定に保た
れているから電磁弁２１が開放された時点から一定量の
冷媒が流れる。第２の蒸発器は第１の蒸発器に比して冷
房能力が１１５程度になるように、即ち第２の蒸発器回
路２０に流入する冷媒量を第１の蒸発器回路２０に流入
する冷媒量１１５程度となるように膨張手段４６の流路
面積が決定されているため、電磁弁２１が開放されても
第１の蒸発器回路２０へ流入する冷媒量を極端に減少さ
せることはない。したがつて、電磁弁２１が開放された
直後に生ずる蒸発圧力制御弁出口の圧力降下は僅かてあ
り、第１の蒸発器回路２０を流過する流量の脈動現象は
最小限に押えられる。逆に第１の蒸発器回路の膨張弁が
制御されて第１の蒸発器出口側の圧力が変動しても、受
液器によつて受液器出口側の圧力は一定になつているの
て第２の蒸発器の冷媒流量は変動しない。さて、このよ
うな状態で運転されていて、両蒸発器の熱負荷が減少し
、第１の蒸発器１８の出口圧力が１．９ｋｇＩｄｙ以下
となると、蒸発圧力制御弁４７は圧力制御を開始する。

一方、第２の蒸発器回路に設置された温度調節弁２４の
弁開度は前述のように温度設定ダイヤルの設定温度によ
つて決定されるため、前述のように蒸発圧力が低下する
と負圧導入口内の負圧値が小となつて、弁開度が小とな
るように制御される。即ち、蒸発器内冷媒温度と同吹き
出し空気温度が等しく、かつ、設定温度が１５゜Ｃてあ
つたとすると、フロン１２を用いた冷凍サイクルの第２
の蒸発器の蒸発圧力は４．７５ｋｇ１ｃｉ．ｙであるよ
うに弁開度が調整される。しかしながら、膨張手段４６
に例えば内径１φ、長さ４８０ＴＷＬのキャピラリ−チ
ューブを用いると同膨張手段の入口圧力及び過冷却度が
１４ｋ９１ＣＩＬｙ１及び２゜Ｃのとき臨界圧力は約６
．３ｋｇＩｄｙであるところから、第２の蒸発器回路を
流れる冷媒量は高負荷時の流量と等しい。したがつて、
温度調節弁２４の圧力制御が非常に容易になること、蒸
発圧力制御弁４７には第１の蒸発器回路と第２の蒸発器
回路とを流過する冷媒が流入するため冷媒流量が多く、
蒸発圧力の制御が容易になることなどの利点が生ずる。
つぎに、第３図に本発明の応用例を示す。

本実施例では第１図に示した本発明による冷凍サイクル
に冷蔵庫用の第３の蒸発器を付加したものである。すな
わち、第１図に示した冷凍サイクルの第２の蒸発器回路
２５の入口部に設けられた電磁弁２１の上流側の高圧配
管１４から、第１の蒸発器回路２０へ至る通路１５とは
別に、通路５９を分岐し、キャピラリ−チューブあるい
はオリフィス等の流路面積一定の膨張手段６０を介して
第３の蒸発器６１に連通し、同器出口配管６２は第１及
〔び第２の蒸発器回路の着霜防止手段てある蒸発圧力制
御弁４７の後流側の吸込管２８に接続してある。したが
つて、同冷凍サイクルでは圧縮機６が運転されると膨張
手段６０入口の冷凍圧力及び同過冷却度に応じた冷媒が
第３の蒸発器６１に流入することとなり、圧縮機運転中
は常に冷蔵庫が利用できる。また、第３の蒸発器の出口
配管６２の圧縮機側端をできる限り圧縮機の吸入口近く
の吸入管に開口させることによつて、第３の蒸発器の蒸
発圧力を低下させ得ることは当然である。このように、
本実施例では最も安価に冷蔵庫を設置できるとともに、
第３の蒸発器を流過する冷媒量はその設置目的からみて
圧縮機容量の１ノ２哩度であり、かつ、熱負荷及び圧縮
機の回転速度変化に対して流量変化が小であるところか
ら第１及び第２の蒸発器回路の冷房能力低下あるいは流
量脈動の発生を招来することなく冷蔵庫が設置できると
いつた利点を有する。つぎに、第４図は第３図に示した
本発明の応用例における第２の蒸発器回路２５の吹き出
し空気温度制御装置の他の実施例を示したものである。

本実施例ては受液器８の下流側に高圧配管１４を３つの
通路１５，１６及び５９に分岐し、その１つの通路１５
には温度式膨張弁１７、蒸発器１８を有する第１の蒸発
器回路２０を設置してある。また、通路１６には電磁弁
２１、キャピラリ−チューブあるいはオリフィスなどの
ように流路面積一定の冷媒膨張手段４６及び蒸発器２３
を有する第２の蒸発器回路２５が、通路５９にはキャピ
ラリ−チューブあるいはオリフィスなどのように流路面
積一定の冷媒膨張手段６０及ひ蒸発器６１を有する第３
の蒸発器回路６３がそれぞれ接続されている。そして、
第１及び第２の蒸発器回路２０及び２５の出口配管２６
及び２７は一本に統合されて蒸発圧力制御弁４７を介し
て圧縮機６の低圧．室に連結されている。一方、前記蒸
発器６１の出口配管６２は前記蒸発圧力制御弁４７の後
流側吸入管２８に接続されている。本冷凍サイクルにお
ける第２の蒸発器回路２５の吹き出し空気の温度制御に
は蒸発器２３の吹き出し空気温度センサ６．４及び演算
器６５を設置し、前記センサ６４の出力から使用者が任
意に設定した温度設定ダイヤルの出力信号を減じた値Δ
Ｒが正の時には蒸発器２３の上流側高圧配管に設置した
前記電磁弁２１をオンとして蒸発器２３に冷媒を流入さ
せ、前記Δ・ＲがＯとなると前記電磁弁２１をオフとし
て冷媒の流入を遮断するようなオンオフ式制御法を採用
してある。なお、本冷凍サイクルでは使用者が第２の蒸
発回路の運転を希望しないときには電磁弁２１で通路１
６の冷媒流を遮断できる。本発明の冷凍サイクルでは吹
き出し空気温度制御用の電磁弁２１が頻繁にオンオフす
るため第２の蒸発器回路２５を流過する冷媒量が第１の
蒸発器を流過する冷媒量に比して小であるとはいつても
第１の蒸発器の流量に若干の脈動が生ずる。

しかしながら、第２の蒸発器回路２５の下流側吸入管２
８には蒸発圧力制御弁４７が設置されているため、吹き
出し空気温度設定ダイヤルの設定位置ｋいかんにかかわ
らず第２の蒸発器２３の蒸発圧力を着霜限界圧力以上に
保持することが可能であり、従来機に比して温度式膨張
弁が１個不要となるところから安価なサイクルが得られ
る。つぎに第５図及び第６図は本発明の実施例における
第２の蒸発器回路２５の吹き出し温度制御装置の他の実
施例を示したものてある。

本実施例では受液器８の下流側の高圧配管１４を２つの
通路１５及び１６に分岐し、その一つの通路１５には温
度式膨張弁１７、蒸発器１８を有する第１の蒸発器回路
２０を設置してある。また、通路１６には使用者が任意
に冷媒の流れを遮断可能なオンオフ電磁弁２１、キャピ
ラリ−チューブあるいはオリフィスなどのように流路面
積一定の冷媒膨張手段４６及び蒸発器２３を有する第２
の蒸発器回路２５が設置してある。そして、第１及び第
２の蒸発器回路２０及び２５の出口配管２６及び２７は
一つの通路に統合されて蒸発圧力制御弁４７を介して圧
縮機６の低圧室に連結されている。一方、第１の蒸発器
回路２０の蒸発器前段に設置された温度式膨張弁１７の
流量制御信号は同回路出口配管２６に設置した感温筒４
０及び前記蒸発圧力制御弁４７のエコライザユニオン４
２から得ている。本冷凍サイクルにおける第２の蒸発器
の吹き出し温度制御を説明すると、第６図においてまず
、第２の蒸発器回路２５の構成は蒸発器２３をケース６
６内に設置し、同蒸発器２３上面とケース６６との間に
は通路６７を設け更に、同蒸発器２３の図面左右いずれ
かの端には同通路６７と蒸発器２３を流れる空気の割合
を変えるためのダンパ機構６８を設置し、同ダンパ側に
は前記蒸発器２３あるいは通路６７へ送風するためのフ
ァン６９を設置してある。また、前記蒸発器２３の通路
側面には蒸発器２３と通路６７との間に空気の往来がな
いように遮蔽板７０を設置してある。第５図に示した構
成の第２の蒸発器回路において、使用者が同回路の運転
を必要としないときには電磁弁２１が通路１６を遮断し
ているが、同回路を作動状態にすると、電磁弁２１が開
放されて冷媒が蒸発器２３に流入すると同時にファン６
８が回転し、車室内の空気に循環流を生起する。さて、
吹き出し空気の温度制御には蒸発器２３とケース６６に
設置された吹き出し口７１との間に形成した空気混合室
７２内に吹き出し温度センサ７３、使用者が任意に吹き
出し空気温度を設定する吹き出し温度設定ダイヤル７４
、前記吹き出し温度センサ７３の出力と前記吹き出し温
度設定ダイヤルの位置によつて決定される設定信号とを
比較して両者の差に応じた信号を発生する演算器７５、
前記演算器７５の信号値に応じて前記回路２５内の蒸発
器２３への空気流量を分配するダンパ６８の位置を変更
するアクチュエータ７６を用い、前記吹き出し温度が設
置温度より高い場合には蒸発器２３への通気量を増し、
逆に吹き出し温度が設定温度より低い場合には蒸発器２
３への通気量を減するようにダンパ６８の位置を設定す
るようにしてある。本実施例では第１図に示した実施例
の効果即ち、第２の蒸発器回路に流路面積一定の膨張手
段を設置したことにより両回路の流量脈動が発生せす、
安定した流量制御性が得られるほか、空気側でのみ吹き
出し空気温度の調節を行なうため冷凍サイクルが単純化
されることによつて取りつけ作業性が向上し、かつ、冷
媒洩れ箇所が減するので冷凍サイクルの信頼性が向上す
るなどの効果がある。

つぎに、第７図は第１，３，４，５図に示した冷凍サイ
クルに設置するに好適なオンオフ式電磁弁２１の一例を
示すもので、コイル７７が励磁されるとプランジャ７８
が図の上方に引き上げられ、同プランジャに穿孔された
穴７９が流入口８０と流出口８１との連通を達成する。

また、穴７９の流路面積は流入口８０及び流出口８１と
同一としてある。つぎに、第８図は第７図に示したオン
オフ電磁弁のプランジャ７８に設けた穴７９の流路断面
積を小として、第１，３，４，５図に示した本発明の実
施例における第２の蒸発器回路に設置した流路面積一定
の膨張手段４６と同等の流路抵抗を生ずるようにしたも
ので、電磁弁に膨張機能を持たせることによつて第２の
蒸発器回路の膨張手段４６を除去でき、冷凍サイクルの
低コスト化を図ることができる。

第９図は、各実施例サイクルの電磁弁２１と圧縮器６の
電磁クラッチ（図示せす）との電気的制御回路を示す図
である。

１０１は圧縮機起動用の主スイッチ、１０２は冷凍洩れ
検出スイッチ等の安全スイッチ、１０３はリレーのコイ
ル、Ｍｇはマグネットクラッチでそれぞれ直列に電源に
接続されている。

１０５はコイル１０３によつて操作されるリレーの接点
、１０４は手動スイッチで電磁弁２１と共に電源に直列
に接続されている。

主スイッチ１０１が閉じるとマグネットクラッチに通電
され、圧縮機が作動すると共にリレーコイル１０３も通
電され接点１０５が閉じ、電磁弁２１も手動スイッチ１
０４が閉じられればいつでも作動できる状態となる。

一方、スイッチ１０４が閉じていてリレー１０５も閉じ
ている時、即ちサイクルが稼動中て副蒸発器回路も運転
されている時、圧縮機制御回路の安全スイッチ１０２等
が働いてマグネットクラッチの付勢が断たれる状態とな
るとリレー１０３も消勢されて接点１０５が開き、電磁
弁２１が消勢される。

従つて、電磁弁２１は電磁クラッチＭｇが作動していな
い時は必す第２の蒸発器回路を連通させるように作動し
、電磁クラッチが作動している時”は手動スイッチ１０
４によつて自由に０Ｎ．．０ＦＦできる。

その結果、圧縮機の停止時には必す膨張手段４６を介し
て圧縮機の高圧側と低圧側とを連通する冷媒回路ができ
、すみやかにサイクルの圧力をバランスさせるので再起
動時の圧縮機の負荷・が軽減できる。実施例では第２の
蒸発回路が１つあるいは２つのものを示したが、この数
は任意に増加できる。

以上説明したように本発明によれば受液器下流の高圧配
管を必要に応じて複数の通路に分岐し、）１つの通路に
は膨張弁と最も大きい第１の蒸発器とを直列に接続し、
他の通路には固定絞りと第１の蒸発器より容量の小さい
第２の蒸発器とを直列に接続することにより第２の蒸発
器回路の冷媒流量が常に一定になるようにしたので、一
つの蒸発器の冷媒流量の変動の影響を受けて、他の蒸発
器回路の冷媒流量が無作為に変動することがなくなつた
。また、圧縮機の停止時高圧側と低圧側とが流路面積が
一定の膨張弁を介して連通されるので、サイクルの高低
圧ラインが早期に圧力バランスを回復でき、圧縮機の再
起動時の負荷が軽減されるので駆動源に対する負荷変動
を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるマルチ式冷凍サイクルの一実施例
示すサイクル図、第２図は実施例に使用した蒸発圧力制
御弁及び温度制御系の主要部の構造を示す断面図、第３
図は本発明になるマルチ式冷凍サイクルの他の実施例を
示すサイクル図、第４図は他の実施例を示すサイクル図
、第５図は他の実施例を示すサイクル図、第６図は第５
図のサイクルを用いた場合の副蒸発器回路の空気温度制
御装置を示す図面、第７図は本発明に用いる電磁弁の構
造を示す断面図、第８図は電磁弁の他の実施例を示す断
面図、第９図は制御回路図てある。 ６・・・・・・圧縮機、７・・・・・・凝縮器、８・・
・・・・受液器、１４・・・・・配管、１７・・・・・
・膨張弁、１８，２３，６１・・・・・・蒸発器、４６
・・・・・・キャピラリチューブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷媒を断熱圧縮する圧縮機と、前記圧縮された冷媒
   を冷却して液化する凝縮器と、液化された冷媒を気液分
   離し、液冷媒を貯溜する受液器と、前記受液器と圧縮機
   との間に互いに並列に接続され独立した熱負荷を担う容
   量の異なる複数個の蒸発器と、これらを順次連結する配
   管と、前記蒸発器のうち最も容量の大きい第１の蒸発器
   の上流に直列に接続された可変絞りの膨張手段と、前記
   他の蒸発器の上流に直列に接続された流路面積が一定の
   膨張手段と、前記第１の蒸発器の熱負荷に応じて前記可
   変絞りの膨張手段の開度を制御する制御手段と、前記流
   路面積が一定の膨張弁の上流に直列に接続された電磁弁
   と、前記圧縮機を原動機に連結する電磁クラッチと、前
   記電磁クラッチが作動していない時前記電磁弁を開く手
   段と、電磁クラッチが作動している時前記電磁弁を開閉
   制御する手段とから構成される冷凍装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載した発明において、前
   記複数の蒸発器のうち冷房装置として使用する蒸発器の
   出口側の合流点と圧縮機との間に蒸発圧力制御弁を設け
   たことを特徴とする冷凍装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載した発明において、前
   記複数の蒸発器のうち冷蔵庫用として使用される蒸発器
   の出口側を前記蒸発圧力制御弁と圧縮機との間に接続し
   たことを特徴とする冷凍装置。