JPS61213565A - 冷凍サイクルの圧力スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷媒不足状態又は０℃以下の低温での冷凍サ
イクル運転によって発生する圧縮機等の破損を防止する
ための自動車用冷凍サイクルの圧力スイッチに関する。

〔従来の技術〕

従来自動車用の冷凍サイクルは、冷媒が、ガス漏れなど
により極端に不足または全くない状態のとき、これを知
らずに冷凍サイクルを運転すると圧縮機のオイルの潤滑
が悪くなるために焼付き等の破損を招く恐れがあった。

このため、一般に第４図に示すような低圧力７ト用圧力
スイツチを、冷媒配管中の膨張弁とレシーバの間に設置
し、冷媒不足時に冷凍サイクルを作動させないようにし
て圧縮機の破損を防止している。

すなわち第４図において、冷凍サイクル中の冷媒が不足
し、その圧力が２．１　ｋｇ／　ｃｏｔ　Ｇ以下となる
と、ダイヤフラム１０がプレッシャスプリング１８の押
付は力によって下方に変位し、冷凍サイクルの作動スイ
ッチ回路に接続されたターミナル２０とスイッチプレー
ト１９との接点２１が離れることにより、作動スイッチ
をＯＮとしても圧縮機が駆動しないよう構成されている
。

ところで、従来、車両、殊に自動車の車室内暖房にはエ
ンジン冷却温水を熱源とする温水ヒータ式暖房装置が一
般に使われて来たが、燃料の燃焼効率の高いディーゼル
エンジンや最近の高効率ガソリンエンジンを搭載した自
動車は寒冷地域において暖房能力が不足がちとなり、ま
た普通のガソリンエンジン車でもエンジンの始動時には
エンジン冷却水温が上昇するまで寒い思いを強いられる
という不便さがあった。そこで、より暖房能力が高くま
たいわゆる即効暖房性も備えた車両用空気調和装置とし
て、エンジン冷却水を暖房用熱源として冷媒に吸収させ
る新しい方式のヒートポンプ式冷暖房装置を本発明者等
はすでに提案している。

このようなヒートポンプ式冷暖房装置においても、従来
の冷凍サイクルと同様に、冷媒不足を検知する圧力スイ
ッチが必要なことはいうまでもないが、第３図に示すよ
うな従来の圧力スイツチは、外気温センサも兼ねており
、冷房時のエバポレータのフロスト発生による冷凍サイ
クルの破損を防止するため、外気０℃以下ではクーラが
作動しないようになっている。すなわち０℃における飽
和蒸気圧は２．１　ｋｇ／ｃｎｌＧであり、これは、前
述の設定圧力に等しい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記ヒートポンプ式冷暖房装置にいては
、クーラとして使用する場合は、従来と同様にこの圧力
スイッチは機能するが、ヒートポンプとして使用する場
合は、外気−２０℃程度でも運転させる必要があり、こ
の圧力スイッチを用いると０℃以下でサイクルが作動し
ないため、ヒートポンプ時はこの圧力スイッチを短絡す
るようバイパス配線している。このためヒートポンプ時
は全く冷媒不足を検知する機能を果しておらず、もし冷
媒不足である場合には、圧縮機の破損を防止できないと
いう欠点があった。

これに対して、第２図の各外気温における冷媒圧力と残
存冷媒量の特性図に示すようにプレッシャスプリングの
ダイヤフラムへの押付は力の設定値を例えば−２０℃の
冷媒飽和圧力０．５　ｋｇ／　ｃｒＡ　Ｇとして、−２
０℃までの冷媒不足を可能とする方法が可能である。と
ころがこの方法では第２図に示すごとく、確かに、外気
−２０℃の場合は残存冷媒量１１０ｇ（Ｂ点）以下の場
合の冷媒不足検知が可能となるが、０℃ではＱ、５ｋｇ
／ａｄＧの設定では残存冷媒量２０ｇ（Ａ点）となるま
で検知ができず、一般に圧縮機の耐久性を保証できる最
低冷媒量５０ｇ以下となってから、検知を行うこととな
り、もし、２０〜５０ｇの範囲に冷媒量が存在する場合
、圧縮機は駆動してしまい、破損又は、耐久性に好まし
くない結果となる。

そこで、本発明は上記不具合を解決すべく新しい冷媒不
足検出用圧力スイッチを提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、外気温に対する冷媒の飽和
蒸気圧を導く手段と、前記冷凍サイクルの冷媒圧力を導
く手段と、前記冷凍サイクルの冷媒圧力が前記冷媒の飽
和蒸気圧よりも小さく、その差が一定値以上となったと
きに前記冷凍サイクルの圧縮機の運転を停止するスイッ
チ手段とを備えという構成を採用する。

〔作　用〕

上記構成による作用を説明すると、冷凍サイクルの冷媒
圧力が外気温に応じて変化する冷媒の飽和蒸気圧と比較
して小さく、その差が一定値以上となったときに冷凍サ
イクルの圧縮機の運転を停止するスイッチ手段によって
、外気温がどのような温度であっても、冷媒ガスの不足
を検知することが可能となる。

〔発明の効果〕

従って、本発明によれば、０℃以下でも冷凍サイクルが
運転される必要のあるヒートポンプ式冷暖房装置に用い
られて、冷凍サイクルの冷媒不足によって発生する圧縮
機の破損を有効に防止することができるという優れた効
果を発揮する。

（実施例〕 以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は、本発明の圧力スイッチの構造を説明する断面
図であり、樹脂または金属からなる全体略円筒形状の本
体ｌは、上部蓋体２と、断面路Ｈ型形状の中央部管体３
、下部接続体４とによって構成され、下部接続体４の先
端部にはネジ部４ａが設けられ、冷媒配管５に設けられ
た口金５ａのネジ部に０リング６を介して密封嵌着され
ている。

上部蓋体２と、中央部管体３と、下部支持体４とは接着
又はかしめ等により気密的に接合されている。また上部
蓋体２の上面には配管７が接続されており、配管７の先
端は、金属製の容器からなる感温筒８が設けられ、内部
に冷凍サイクルの冷媒と同じフレオンガス（Ｒ−１２）
が封入されている。この感温筒８は、外気温度を感知し
やすいように、車両フロントグリル部に配設された冷凍
サイクルの凝縮器の前面に、他の発熱源等からの熱伝導
のないように取付けられている。

中央部管体３には、上部ダイヤフラム９および下部ダイ
ヤフラム１０が固定されており、本体１の内部を上部ダ
イヤフラム室１１、中央部ダイヤフラム室１２、下部ダ
イヤフラム室１３とに分割している。上部ダイヤフラム
室１１の圧力は、感温筒内の冷媒の圧力に等しく、下部
ダイヤフラム室１３の圧力は、冷凍サイクルの冷媒圧力
に等しく、中央部ダイヤフラム室１２の圧力は、空気抜
き穴１４によって大気圧と等しくなっている。

中央部ダイヤフラム室１２内には、図に示すように上下
作動枠１５．１６が（作動枠１５および１６は一体で構
成されてもよい）中央部管体３の仕切り板３ａに設けら
れたガイド穴１７に上下から挿入され、それぞれの平面
部１５ａ、１６ａで上部ダイヤフラム９および下部ダイ
ヤフラム１０に当接している。そして上部作動枠１５と
仕切り板３ａとの間にプレッシャスプリング１８が設け
られ、作動枠１５を上方へ押し上げる向きにそのバネ力
が付勢されている。また上下作動枠１５゜１６の中心棒
とガイド穴１７は密封されておらず、上部ダイヤフラム
９と下部ダイヤフラム１０の間の中央部ダイヤフラム室
は一様に大気圧となっている。

また、下部作動環１６の上面には、導電性金属からなる
スイッチプレート１９が設けられ、中央部管体から側方
に引出され同様に導電性金属からなる一対のターミナル
２０と接点２１で開閉されるよう構成されている。ター
ミナル２０は冷凍サイクルの始動スイッチと圧縮機の電
磁クラッチを作動させるコイルからなる回路中に直列に
接続されている。

ここで、冷媒量が充分であり、下部ダイヤフラム室１３
の圧力が、上部ダイヤフラム室１１の圧力すなわちその
ときの外気温における冷媒の飽和上記圧よりも大きいか
、又は等しいときは、ダイヤフラム１０の上に変位し接
点２１は閉じられ、逆に冷媒不足で下部ダイヤフラム室
１３の圧力が、上部ダイヤフラム室１１の圧力よりも小
さくなり、プレッシャスプリング１８のバネ力が及ぼす
圧力よりもその差圧が大きくなったときに、作動枠１５
．１６が押し下げられて接点２１は図に示すように開か
れるように構成されている。なおバネ力は、接点２１の
接触を確実にするためと、かつ感温筒の温度と、冷凍サ
イクルの冷媒配管の温度に差がある場合の誤作動を防止
するためのものであた、０．２〜０．４ｋｇ／ａＪＧと
なるように設定されている。

また、冷媒配管５の一端は、図示しない本発明のヒート
ポンプ式冷暖房装置を構成する冷凍サイクルのうち冷媒
受液器に接続され、他端の膨張弁に接続されている。

次に本発明が好適に適用されるエンジン冷却水温を暖房
用熱源として冷媒に吸収させるヒートポンプ式冷暖房装
置の構成を第３図のサイクル図に基づいて以下に説明す
る。冷媒圧縮機３０、車室外熱交換器３１、冷房用減圧
装置３２、車室内熱交換器３３、レシーバ３４および上
記の諸要素を図示のように連結する冷媒管路よりなる冷
凍装置に、暖房時の吸熱源としてエンジン３５の冷却水
（温水）を用い且つ暖房用減圧装置３６を上流側に有す
る熱交換器３７を設け、さらに冷房運転時と暖房運転時
とで圧縮機３０から吐出される冷媒の流れを逆にすべく
前記冷媒流路管には、四方弁３８と、冷房運転時に熱交
換器３７への冷媒の供給を停止する開閉装置である電磁
弁３９と、暖房運転時に車室外熱交換器３への冷媒の供
給を阻止する逆止弁４０と、冷房運転時に冷媒が冷房用
減圧装置３２を介さず（レシーバ３４を介さず）に車室
内熱交換器３３に流入するのを防止する逆止弁４１と、
暖房運転時に熱交換器３７を通過したー　冷媒が四方弁
３８に流入するのを防ぐ逆止弁４２とを設けた冷暖房サ
イクルで構成されている。

次に上記構成において、まず圧力スイッチ１の作動を説
明すると、感温筒８は、外気と等しい温度となっており
、感温筒８内のＲ−１２の圧力（Ｐｏ）は、外気温に相
当する飽和圧力（Ｐｓ）となり、この圧力でダイヤフラ
ム９を押し上部作動環１５を下方に押す力となる。一方
、ダイヤフラム３には、冷凍サイクルの冷媒管中の圧力
（Ｐｉ）が下方よりかかり、下部作動桿１６を押し上げ
る力となる。また、プレッシャスプリング１８の圧力は
上部作動環１５を上方に押し上げるよう働くもので、そ
の圧力をΔＰとすると、配管内の冷媒が、少なくとも極
端に不足していない場合は、冷凍サイクル停止時には、
冷媒配管中冷媒圧力は外気温に相当する飽和圧力Ｐｓと
なっている。

したがって、冷媒が不足していない場合、Ｐ。

＝ＰｉｚＰｓであるから、プレッシャスプリング１８の
圧力によってＰｉ＋ΔＰ＞Ｐｏとなるため、ΔＰの圧力
で上下作動環１５．１６は上方に押し上げられた状態と
なり、接点２１が閉じ、冷暖房装置の起動スイッチがＯ
Ｎされると圧縮機が駆動し冷凍サイクルが運転される。

次に、冷媒が不足してくると、第２図において、ある一
定量（約１００〜１５０ｇ）までは、冷凍サイクル冷媒
配管内は、それでも飽和状態が保たれるが、それ以下と
なると、漏れ量に応じてＰｉがＰｓより低（なる。した
がって、Ｐ１＋ΔＰくＰｏ　（＝Ｐｓ）となった時点で
上下作動環１５゜１６は下方に押し下げられ（第１図の
状態）、接点２１が開かれ、冷暖房装置の起動スイッチ
がＯＮされても、圧縮機は駆動せず、冷媒不足による圧
縮機の潤滑不良を防止する。ここで、たとえばΔＰ　＝
　０．２　ｋｇ／ｃＩＩＧであるとすると第２図におい
て、外気温−２０℃の場合でも残存量７０ｇ付近（図中
Ｃ点）で検出でき、また外気温が高いほど多くの冷媒を
残した時点で検出できるため、ヒートポンプ式の冷暖房
装置の冷媒不足検知スイッチとして使用できる。

次に上記構成において説明したヒートポンプ式冷暖房装
置の作動について、運転モード別に説明する。

イ）冷房運転時 四方弁３８は、第３図に実線で示したように冷媒流路管
と連結し、冷媒は実線矢印の方向に流れる。冷媒圧縮機
３０で圧縮された吐出した冷媒は四方弁３８により導か
れて、冷房時には空冷式の冷媒凝縮器として働く車室外
熱交換器３１に入り、ここで冷媒が凝縮される。凝縮さ
れた冷媒は逆止弁４０を通過した後、逆止弁４１により
阻止され、レシーバ３４内に流入する。レシーバ３４内
で冷媒は気相冷媒と液相冷媒とに分離され、液相冷媒の
みがレシーバ３４により吐出される。吐出された液相冷
媒は電磁弁３９が閉じられているため、冷暖減圧装置３
２で断熱膨張され低温冷媒となり、冷媒蒸発器である車
室内熱交換器３３に入り、ここで低温冷媒は熱を吸収し
て蒸発し、次に、四方弁３８を通り、逆止弁４２を通過
して再び冷媒圧縮機３０に吸入される。上記サイクルを
繰り返すことにより車室内が冷房される。このとき熱交
換器３７の温度は、一般に圧縮機３０へ流入する冷媒温
度より高く且つ圧力も高いため、熱交換器３７の冷媒は
下流の冷媒流路管を通って圧縮機３０の方へ流出し、内
部は気相冷媒のみとなる。

口）暖房運転時 四方弁３８は第３図で破線で示したように冷媒流路管と
連結し、冷媒は破線矢印の方向に流れる。

冷媒圧縮機３０で圧縮されて吐出した冷媒は四方弁３８
により導かれて、暖房時には空冷式の冷媒凝縮器として
働く車室内熱交換器３３に入り、車室内空気を加熱して
、冷媒が凝縮される。凝縮された冷媒は逆止弁４１を通
過したのち逆止弁４０に阻止され、レシーバ３４を流入
する（このとき冷房用減圧装置３２は閉じる構造のもの
が用いられている）。レシーバ３４より吐出された液相
冷媒は、電磁弁３９が開かれているため、暖房用電圧装
置３６で減圧され熱交換器３７に入る。ここで冷媒はエ
ンジン３５から循環用配管すを介して冷却水（温水）を
受ける冷却水槽３７ａ内の温水の熱を吸収して蒸発し、
再び冷媒圧縮機３０に吸入され、ここで圧縮されて高温
となって四方弁３８の方へ吐出され、上記サイクルを繰
り返すことにより車室内が暖房される。

本発明は、上記実施例に限定されることなく種々変形可
能である。

上記実施例においては、感温筒８内には冷凍サイクルに
用いた冷媒ガスと同一のフレオンガス（Ｒ−１２）を封
入したが、Ｒ−１２に近い温度−圧力特性を持つ流体あ
るいはＲ−１２又は前記流体と吸着によって感度よく飽
和蒸気圧を維持するための活性炭との組合せ等が広く使
用できる。

また感温筒８は、車両フロントグリル部等の外気に接触
しやすい部位の他に、冷凍サイクルの本発明の圧力スイ
ッチを配設した冷媒配管部分付近をはじめ冷媒配管部所
に配設してもよい。

また、本発明の圧力スイッチはさらに、外気０℃以下で
冷房運転を作動させないために、従来の圧力スイッチを
併用して、冷房運転時のみこの圧力スイッチを作動させ
るように構成することによって、エバポレータのフロス
ト発生によって、圧縮機の吸入圧力が低下しすぎ、圧縮
機の耐久性を低下させるという問題を回避できる。

また、本発明の圧力スイッチは、実施例に説明した、エ
ンジン冷却水温を暖房用熱源として使用するヒートポン
プ式冷暖房装置の他に通常の冷凍サイクルを逆転させる
だけのヒートポンプ式冷暖房装置にも適用できることは
言うまでもな、い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧力スイッチの構造を説明する断面図
、第２図は種々の外気温における冷媒圧力と残存冷媒量
との関係を説明する特性図、第３図は本発明の圧力スイ
ッチの適用される冷凍サイクルの構成を説明するサイク
ル図、第４図は従来の圧力スイッチの構造を説明する断
面図である。 ８・・・感温筒、９・・・上部ダイヤフラム、１０・・
・下部ダイヤフラム、１５・・・上部作動枠、１６・・
・下部作動桿、１８・・・プレッシャスプリング、１９
・・・スイッチプレート、２０・・・ターミナル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　冷凍サイクルの冷媒の流れを逆転させることにより暖
   房を行うヒートポンプ機能を有する冷凍サイクルにおい
   て、 外気温に対する冷媒の飽和蒸気圧を導く手段と、前記冷
   凍サイクルの冷媒圧力を導く手段と、前記冷凍サイクル
   の冷媒圧力が前記冷媒の飽和蒸気圧よりも小さく、その
   差が一定値以上となったときに前記冷凍サイクルの圧縮
   機の運転を停止するスイッチ手段とを備えたことを特徴
   とする冷凍サイクルの圧力スイッチ。