JPS6179947A - 自動車用冷凍装置 - 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、凝縮器の下流側に予備的減圧装置および気相
冷媒の分離器を設け、ここで分別された気相冷媒を冷媒
圧縮機に返還させることによって冷凍能力の向上を図る
、いわゆるガスインジェクションサイクルを備えた冷凍
装置に関する。

［従来技術１ 在来の冷凍装置の基本的構成は、気相冷媒を圧縮し、且
つ冷却して液化させるための圧縮機および凝縮器と、凝
縮液の貯溜用レシーバと、液相冷媒を適量ずつ霧化させ
て蒸発器に送り込むための膨脹弁と、霧化された液相冷
媒の気化の潜熱を被冷却対象物から奪取するための蒸発
器とから成り立っており、装置の冷凍能力は主として圧
縮機の性能如何に支配される。したがって圧縮機に与え
られた駆動エネルギーに対して、圧縮機から取り出され
る仕事量をいかに大きくするかが冷凍装置の性能向上の
ための一つの重要な鍵をなしていた。

［発明が解決しようとする問題点コ 従来技術の項で説明した如き構成からなる冷凍装置にお
いて、圧縮機の冷媒圧縮仕事を極力無駄を排して効率的
に行わせることのできる、新規な構成の冷凍サイクルを
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の冷凍装置は、冷媒圧縮機と、冷媒凝縮器と、該
凝縮器の下流に設けた減圧装置および冷媒気液分離器と
、膨脹弁と、冷媒蒸発器と、前記気液分離器によって分
離された気相冷媒を冷媒圧縮機に還流させるためのガス
インジェクション手段とを組合せてなる冷凍装置におい
て、前記冷媒圧縮機が複数の圧縮室を備えており、該圧
縮室の一部の圧縮室が前記気液分離器によって分離され
た気相冷媒を、また残余の圧縮室が前記蒸発器から流出
する冷媒を吸入するように構成されてなる。

［発明の作用、効果］ 本発明の冷凍装置は、気相冷媒の圧縮機、圧縮された気
相冷媒の液化用凝縮器、液化された冷媒の一部を気化さ
せるための減圧装置、気化した冷媒を分別するための気
液分離器、液相冷媒の霧化用膨脹弁、霧化冷媒の気化潜
熱によって冷凍仕事を行わせるための蒸発器ならびに前
記の分別された気相冷媒を圧縮機に還流させるためのガ
スインジェクション手段とを連接させて構成された冷凍
サイクルを備えており、且つ圧縮機には複数個のシリン
ダーが設けられていて、その内の一部のシリンダーを前
記の減圧装置で発生し気液分離器によって分別された気
相冷媒の圧縮専用とし、残余のシリンダーに蒸発器から
流出する冷媒の吸入圧縮仕事を受は持たせるようになっ
ているので、ガスインジェクションサイクルを備えた冷
凍装置の特長である冷凍能力の向上は勿論のこと、圧縮
機全体としての圧縮仕事量を軽減させることが可能とな
る。

［実施例］ 本発明の冷凍装置を付図に示す実施例に基づいて以下に
説明する。

第１図は冷凍装置のサイクル図であって、１は圧縮機に
組込まれている複数個の気相冷媒圧縮用シリンダーの内
の一部のシリンダーであって、唯１個でもよいし、複数
個の集合体であってもよい。

２は前記複数個のシリンダーの内の残余のシリンダーで
あって、唯１個であってもよいし、複数個の集合体でも
よい。これらのシリンダーは１台の圧縮搬にすべて組込
んでしまってもよく、また複数台の圧縮機に分散させて
組込んでもよい。３は凝縮器、４は減圧装置であり、こ
の場合にはキャピラリチューブを用いている。５は気液
分離器であって、内部には第５図に例示した如き形状を
有する気液分離板６が設けられている。７は温度作動式
あるいはキャピラリチューブ式の膨脹弁、８は蒸発器、
９は気液分離器５内の気相冷媒をシリンダー１内に還流
させるためのガスインジェクション手段である気相冷媒
流路（ガスインジェクション管）である。

第２図は本発明装置に用いられる１０個のシリンダーを
備えた斜板式圧縮機の側断面図であって、１０はセンタ
ハウジング、１１と１２はフロントおよびリヤハウジン
グ、１３はハウジング内の中央部に形成された斜板至で
あり、２ｏは斜板、２１は斜板２ｏの回転用シャフトで
ある。２２は斜板２ｏがシャフト２１の軸方向に対して
斜めに回転する動きを受けて前後動するピストンであっ
て、シャフト２１の周りを取り囲むようにして５本設け
られている。斜板２゜の周縁部はピストン２２に設けた
凹溝２２ａ内に位置し、斜板２０の動きをピストン２２
にスムーズに伝達させるためのシュー２３とボール２４
が両者の間に介在させである。２５および２６はピスト
ン２２の前後端面と、センタハウジング１０内に形成さ
れたシリンダー壁面１５とに囲まれて形成された、それ
ぞれリヤおよびフロントシリンダー室であって、各５室
ずつ合計１０室が設けられている。

シリンダー室２５および２６のピストン上死点に近接し
たシリンダー壁面１５には、弾性金属板で形成された吸
入弁２９を設けた冷媒吸入口２７および２８が開口して
おり、それぞれフロントおよびリヤハウジング１１．１
２内に形成された吸入ボート１８および１９に連なって
いる。そして冷媒吸入口２７はボート１８を経てハウジ
ングに組付けられている蒸発器８からの冷媒配管の接続
０１６に、また冷媒吸入口２８はボート１９を経てガス
インジェクション管９の接続口１７に連通している。そ
れぞれのシリンダーで圧縮された気相冷媒は吐出ポート
３０を経て図示しない吐出口から吐出される。５０は圧
縮機の潤滑油用オイルポンプ、５１はオイルパンである
。

第３図は本発明の冷凍装置を自動車に装架して空気調和
装置として使用する事例についての装置の構成見取図で
あって、１００は１０個のシリンダーを備えた斜板式圧
縮機であって、エンジンの回転力伝導用プーリ４０がシ
ャフト２１に嵌着されている。

凝縮器３はエンジンルーム前部の外気に曝される個所に
設置され、蒸発器８は運転席前面の計器パネル下部に設
けられた車室内空気調和装置の組込み用ダクト内に取付
けられる。膨脹弁７は温度作動式や定圧式膨脹弁の他に
、図の破線で描かれた如きキャピラリチューブ７′であ
ってもよい。４１は圧縮ｔａ１００の吐出ボート３０と
凝縮器３の連結用配管、４２は冷媒気液分離器５内に貯
溜された液相冷媒を蒸発器８に供給するための配管、４
３は蒸発器８を通過することによって蒸発気化した冷媒
を圧縮機１００に戻するための配管であり、４４は蒸発
器８の取付用フレーム体である。図中の他の符号は第２
図と共通のものである。

第５図は冷媒気液分離器５内の上部空間に取付けて、液
相冷媒と気相冷媒の分離をより確実に行わせるための気
液分離板６の形状を説明した見取図であって、耐蝕性金
属板などで作られ、円錐体の１７２部分をなす如き形状
を有している。

つぎに第１図ないし第３図に示された冷凍装置の作動に
ついて冷凍サイクルのモリエル線図としての第４図を参
照しながら説明すると、蒸発器８において冷凍仕事を終
えた気相冷媒は、モリエル線図上のＡ点の状態のもとに
圧縮機に組込まれた複数個のシリンダーの内の一部のシ
リンダー２に吸入され圧縮を受けてＢ点の状態に到り、
ついで凝縮器３を通過することによってＣ状態に達し、
この時、冷媒圧は圧縮機から吐出された時点と同じｐｈ
を保っている。ついで減圧装置としてのキャピラリチュ
ーブ４に通人させられることによって冷媒はＤ状態にま
で減圧されると共に、一部の冷媒の気化に伴って冷却さ
れ、液相冷媒はＥ点の状態にまで移行する。そしてさら
に膨脹弁７を通過することによって膨張した冷媒はＦの
状態のもとに蒸発器８の入口に到達し、蒸発器８内で冷
凍仕事を行うことによってその出口部ではＡ点の状態に
復帰する。

一方、気液分離器５内で分別された気相冷媒は、Ｇ点の
状態でインジェクション管９を経て圧縮機の一部のシリ
ンダー、第１図では１の、また第２図に示された圧縮機
ではフロントシリンダー室２６の冷媒吸入口２８に到り
、圧縮されてＨの状態に到達し、保有圧もシリンダー２
またはリヤシリンダー室２５から吐出される冷媒と同一
水準のＰｈにまで高められ、シリンダー２からの冷媒と
合流して圧縮機の吐出ポートに送り出される。

第４図には、ガスインジェクションサイクルを備えない
通常の冷凍機の描くモリエル線図も破線として示されて
おり、この場合には冷媒はＡ−＋Ｂ→Ｃ−１→Ａの状態
変化をたどる。

本発明の目的は、冒頭に述べたように冷凍サイクルにお
ける冷凍効率の向上と共に圧縮機の作動効率の改善を図
ることにあり、その具体策として上記のような新規なガ
スインジェクションサイクルを創案したわけであるが、
この新方式の冷凍装置が在来のそれに較べてより高い冷
凍能力を備えていることを理論的に立証するための、新
旧両装置のそれぞれの特性値計算式を表１にまとめて示
した。

表１　本発明装置と在来装置の特性値計算式７１：Ａ点
にある冷媒の比重量（ｋ（Ｊ／ｌ１１３）　、Ｔ９　：
０点にある冷媒の比重量、■Ｃニジリンダ−２の容積（
ｃｃ）　、Ｖｃ’　：　シ’）　ンタ−１（Ｄ容積、ｉ
：Ａ〜Ｉ点にある冷媒のエンタルピ（ｋｃａｌ／ｋ（１
）、Ｋ＝ＮＣ・η■・６０・１０−６、ＮＣ：圧縮機の
回転数（ｒｐｍ）、η■　：圧縮機の体積効率表１に示
された計算式に基づいて、基本的な装置構成においては
共通しており、圧縮機も同一構造であり、唯ガスインジ
ェクションサイクルの有無の点だけが相異する本発明に
なる冷凍装置と在来のそれとを、冷媒としてフレオン−
１２を使い、高圧側冷媒圧を１５ｋｏ／ｃｍ”　・Ｇ、
低圧側冷媒圧を２ｋ（Ｉｔ／Ｃｍ２　・Ｇ、圧縮機は１
０シリンダーで、本発明装置についてはその内の１個の
シリンダーだけをガスインジェクション管からの冷媒の
圧縮用に用いるという作動条件設定のもとに、特性値比
較を行ったところ、本発明装置は在来装置に較べて冷凍
能力において１１％、そして冷凍能力の値を圧縮機の仕
事量の値で除して得られる値としての成績係数、つまり
圧縮機の作動効率も同様にほぼ１７％向上させられるこ
とが確認された。

なお、圧縮機の作動効率向上の機作について補足説明す
ると、減圧装置４で発生した気相冷媒は、冷媒としての
冷却仕事、つまり液相から気相に変化する際の気化の潜
熱を外界から吸収する仕事を行なう能力を全く持たず、
このような気相冷媒をざらに膨脹弁７に通人させていた
ずらに容積を増大させることの不合理を避け、気液分離
器５で分別された段階の比Ｍ量がより大きい状態のまま
で圧縮機に戻すことによって、圧縮機に還流してくる気
相冷媒量を減らすことができるのである。したがって圧
縮機の冷媒吸入能力にゆとりを生じ、結局のところ圧縮
機を大型化した如き効果が得られることになる。

また本発明装置は、第３図に示された如き形状を有する
気液分離板を内蔵する気液分離器が膨脹弁の上流に設け
られているので、蒸発器の入口での冷媒の乾き度が小さ
く、且つ比重量が小さいために、蒸発器内での冷媒の圧
力損失を充分に低く押さえることができ、この面からも
冷房能力の向上が計れる。

上記の実施例においては、気液分離器５から排出される
気相冷媒の圧縮用シリンダー１と蒸発器８から流出する
気相冷媒の圧縮用シリンダー２とは、１０個のシリンダ
ーを備えた１台の斜板式圧縮橢１００の各シリンダーを
使い分ける方法によって用意されたわけであるが、別の
方法としてシリンダー１とシリンダー２とはそれぞれ独
立した圧縮機に組込まれたシリンダーであってもよく、
また複数個のシリンダーの集合体としての、または単一
シリンダーとしてのシリンダー１とシリンダー２の容積
比は必要に応じて任意に決定すればよい。

さらに２個以上の圧縮機を組合せて使用する場合には、
圧縮機の構造はシリンダーの往復動による型式の他に、
ベーン型の如くロータリ一式のものであっても勿論さし
つかえない。

本発明装置は、圧縮機の作動効率が高く、その分だけ圧
縮機をコンパクト化できると共に動力費の節減が可能と
なるので、装置の設置スペースや供給動力に大きな制約
を受ける自動車用空気調和装置として殊に好適している
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷凍装置の冷凍サイクル図、第２図は
装置に用いられた１０シリンダーの斜板式圧縮機の側断
面図、第３図は自動車に装架するための空気調和装置と
しての本発明装置の構成見取図、そして第４図はこの装
置に関するモリエル線図、第５図は気液分離板の形状説
明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）冷媒圧縮機と、冷媒凝縮器と、該凝縮器の下流に設
   けた減圧装置および冷媒気液分離器と、膨脹弁と、冷媒
   蒸発器と、前記気液分離器によつて分離された気相冷媒
   を冷媒圧縮機に還流させるためのガスインジエクシヨン
   手段とを組合せてなる冷凍装置において、 前記冷媒圧縮機が複数の圧縮室を備えており、該圧縮室
   の一部の圧縮室が前記気液分離器によつて分離された気
   相冷媒を、また残余の圧縮室が前記蒸発器から流出する
   冷媒を吸入するように構成されていることを特徴とする
   冷凍装置。 ２）前記一部の圧縮室と前記残余の圧縮室とが、それぞ
   れ独立した冷媒圧縮機に組込まれていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の冷凍装置。