JPS63161359A - 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、空調装置や冷凍・冷蔵装置に用いられる冷凍
装置に係り、特に蒸発器の凍結を防止するため、低負荷
時等において圧縮機の容量を可変制御する機能を具備し
た冷凍装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、冷凍装置の熱負荷が減少すると、蒸発器におい
て凍結が生ずるおそれがあることから、負荷が低下した
ときに圧縮機の吐出容量を低下させて蒸発器の凍結を防
止することがなされている。

また、自動車用の空調装置に適用したものにあっては、
一般に圧縮機をエンジンにより駆動するようにしている
が、走行速度に応じてエンジンの回転速度が増加すると
圧縮機の吐出容量も増大し、上記と同様の問題が生ずる
ことから、圧縮機の容量を可変制御するようにしている
。

例えば、ニス・エイ・イーのテクニカルペーパー：シリ
ーズ８５００４０（１９８５年）、第４頁〜第５頁（Ｓ
　Ａ　Ｅ　、　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒ　５ｅ
ｒｉｅｓ８５００４０．１９８５．Ｐ４−Ｐ５）に記載
したものによれば、蒸発器の蒸発圧力（出口圧力又は圧
縮機吸入圧力）が一定値以下に低下しないように、圧縮
機の容量を制御するようにしている。

しかし、この文献に記載されたものによれば、蒸発器に
流入する冷媒流量を制御する絞り装置として、オリフィ
スチューブと称される内径１．５ｍ程度で長さ３０ｍ程
度の小口径管からなる固定絞りを使用していることから
、圧縮機により容量を制御する冷凍サイクルにおいては
、固定絞りと圧縮機による容量制御との干渉がなく好適
ではあるが、次のような問題がある。

すなわち、比較的一定の速度で長距離を走行する自動車
に使用されるカーエアコンにおいては、圧縮機の回転速
度変化が小さく、その容量の変化も少ないので、固定絞
りの抵抗値を適切なものに選定することが可能で、かつ
冷房能力等に特に問題を生じることがない。しかし、我
が国などのように、市街地における頻繁な発進、停止や
、渋滞時のノロノロ運転、郊外や高速道路における高速
走行など、走行条件が大幅に変化する場合には、圧縮機
の回転速度や凝縮器の冷却風量もこれに伴って大きく変
化する。このため、高速走行時に好適な冷房運転が可能
なように固定絞りの抵抗値を選定すると、低速走行時に
は圧縮機や凝縮器の能力が相対的に低下し、これに対し
抵抗値が過小となることから、冷媒流量が増加して蒸発
温度が上昇し、車室内の温度が上昇する。逆に、低速走
行時に快適な運転ができるように固定絞りの抵抗値を調
整すると、高速走行時には抵抗値が過大すぎるため冷媒
流量が不足して冷房能力の不足を惹起する。

このような問題を解決するため、第１０図に示したよう
に、上記固定絞りに代えて流量を広い範囲で可変制御で
きる温度式膨脹弁が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第１０図に示すように、蒸発器の出口圧
力（圧縮機の吸入圧力）を一定値以上に保持すべく、圧
縮機の吐出容量を制御するようにされた冷凍サイクルに
適用した場合、熱負荷が低下して圧縮機が容量制御を開
始すると、温度式膨脹弁が全開となり、冷媒が流れなく
なってしまうことが判明した。この原因について、以下
詳しく説明する。一般に温度式膨脹弁４は蒸発器５の入
口に取付られており、蒸発器５の出口には冷媒の温度を
検知する感温筒６が取付られ、かつ冷媒の圧力を膨張弁
４へ伝達するための均圧管７が取付られている。感温筒
６にはガスが封入されており、蒸発器５出口における冷
媒の温度を、これに応じた圧力信号としてチューブ８を
通して膨張弁４へ伝達する。この圧力はダイヤフラム上
部室２６に伝えられ、ダイヤフラム１７およびこれに接
する弁駆動枠１８を介して弁１９を押し下げる方向に力
を及ぼす。一方、均圧管７を通して伝達された蒸発器５
出口の圧力は、ダイヤフラム下部室２１へ伝達され、ば
ね２３とともに弁１９を押し上げる方向に力を及ぼす、
この蒸発器５出口における冷媒の温度に応じた感温筒６
内のガス圧力による弁１９を開ける方向の力と、蒸発器
５出口における冷媒の圧力による弁１９を閉じる方向に
働く力は、弁１９を閉じる方向に働くばね２３の力を調
整ねじ２２で調整することにより釣り合わされ、蒸発器
５出口における冷媒の過熱度が所定の値となるよう弁１
９の開度が制御される。一方、圧縮機１は、ばねにより
弾発付勢された制御弁２６により吸入圧力を感知し、吸
入圧力が所定の値より低下した場合、制御弁２６がピス
トン２７の前面と背面に作用する圧力差を制御して、ピ
ボット２８を支点としてジャーナル２９の傾転角を減少
させ、ピストン２７のストロークを減少させて容量を低
下させる方式のものとされている。このように構成され
ることから、熱負荷が減少しても圧縮機１の吸入圧力は
所定の値以下には低下せず、蒸発器５における冷媒の蒸
発圧力も一定値以上に保持される。このため、熱負荷が
低下しても圧縮機１が容量制御状態にない場合は、蒸発
器５出口の冷媒の温度と圧力は共に低下して弁１９は所
定の開度に保たれるが、更に熱負荷が減少して圧縮機１
が容量制御状態になると、蒸発器５の出口冷媒の温度の
みが低下し、圧力は一定値に保たれるので、感温筒６内
のガス圧力のみが低下し、これによって弁１９が全開と
なってしまう。

このように、圧縮機１の吸入圧力が所定の値以下に低下
しないように容量制御する圧縮機１に、温度式膨脹弁４
を組合せた冷凍サイクルでは、圧縮機１が容量制御状態
になると、膨張弁４が全開となり冷房不能となるのは当
然であるが、更にサイクル内を冷媒によって循環してい
る潤滑油も圧縮機１へ戻らなくなり、潤滑油不足で圧縮
機１が破損するという重大な問題を惹起する。なお、第
１１図に、熱負荷の変化に伴って変化する圧縮機の吐出
圧力を示す。

本発明の目的は、温度式膨脹弁が全閉状態になっても、
少なくとも圧縮機の潤滑に必要な冷媒流量を供給し、冷
房不能や圧縮機の損傷を防止できる冷凍装置を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、蒸発器における冷
媒の過熱度に基づいて当該蒸発器に流入させる冷媒流量
を制御する機能を具備した温度式膨脹弁と、前記蒸発器
の出口圧力を設定値以上に保持制御する容量制御機能を
具備した圧縮機を含んでなる冷凍装置において、温度式
膨脹弁を迂回するバイパス路を設け、該バイパス路に前
記圧縮機から要求される環油限界流斌に設定されたバイ
パス流量制御手段を設けたことを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明の一実施例冷凍装置の系統構成図を示・
す。本実施例は自動車のエアコンに適用されたものであ
り、圧縮機１はプーリを介してエンジンにより駆動され
る。圧縮機１により圧縮昇圧された冷媒ガスは、凝縮器
２に導びかれて凝縮された後、レシーバ３に蓄えられる
。レシーバ３の冷媒液は温度式膨脹弁４により膨張され
た後、蒸発器５において蒸発により冷熱を放出し、圧縮
機１に戻される。

温度式膨脹弁４は第１０図にて説明したように、蒸発器
５における過熱度を所定値に保持すべく、感温管６によ
り検出される蒸発器５の出口温度と、均圧管７により検
出される出口圧力に基づいて弁開度を制御し、冷媒流量
を制御するようになっている。

また、圧縮機１も第１０図例と同一のものが適用されて
おり、その吸入圧力（蒸発器５の出口圧力）を一定値以
上に保持すべくその吐出容量を自動的に制御する容量制
御機能が具備されている。

温度式膨脹弁４にはバイパス路３０が設けられている。

バイパス路３０にはバイパス流量を制御するオリフィス
などの固定絞り３１と、バイパス路３０を開閉する′耐
磁弁３２が挿入されている。

固定絞り３１の抵抗値は圧縮機１が容量制御状態にある
条件下にて、その圧縮機１に必要な潤滑油量を含む保油
限界流量以上を流すように設定されている。

圧縮機１の吸入管路には蒸発器５の出口圧力を検出する
圧力スイッチ３３が取り付けられている。

圧力スイッチ３３の作動電源は圧縮ａ１のマグネットク
ラッチ１２の電源スィッチ１３ａと連動する電源スィッ
チ１３ｂを介して供給される。圧力スイッチ３３は圧縮
機１が容量制御状態に移行する吸入圧力（容量制御開始
圧力）を設定値（例えば、２ｋｇ／ａｉｆＧ）とし、吸
入圧力が設定値以下のときにオン信号を電磁弁３２に出
力するようになっている。電磁弁３２は常時閉とされて
おり、圧力スイッチ３３からオン信号が入力されたとき
に開に切換えられるようになっている。

このように構成されることから、電源スィッチ１３をオ
ンして圧縮機１を駆動したとき、負荷が圧縮機１の容量
制御開始以上の通常状態においては、圧力スイッチ３３
がオフ、電磁弁３２が閉であるからバイパス路３０は閉
路され、冷凍サイクルは温度式膨脹弁４により負荷に追
従制御される。

一方、熱負荷が減少して圧縮機１の吸入圧力が低下して
容量制御状態になると、圧力スイッチ３３がオンとなり
、電磁弁３２が開いて固定絞り３１を介しバイパス路３
０を通って冷媒が流れ始める。

さらに、熱負荷が減少すると、温度式膨脹弁４が閉られ
るが、バイパスＷ＆３０を通して保油限界流量以上の冷
媒が循環供給されることになる。

したがって１本実施例によれば、熱負荷等が低下して圧
縮機１が容量制御状態に達し、温度式膨脹弁４が全閉さ
れても、バイパス路３０を介して冷媒がＷｉ環されるこ
とから、冷房不能となるのを防止することができる。ま
た、バイパス路３０を介して圧縮機１の潤滑に必要な保
油限界流量以上の冷媒が＠環されることから、圧縮機１
の損傷を防止することができる。

なお、本実施例において、圧縮機１の運転を停止した場
合は、電源スィッチ１３もオフされるので、バイパス路
３０の電磁弁３２も閉となる。したがって、レシーバ３
内の液冷媒が流下して圧縮機１に流入するのが阻止され
るため、圧縮機１の再起動時に液圧縮となることを防止
できる。因に、圧縮機１停止時には、蒸発器５の出口に
おける冷媒の過熱度は零となるので、温度式膨脹弁４は
全開となっている。

第２図に上記第１図実施例により奏する冷媒流量と圧縮
機１の吐出圧力との関係を示す、同図から判るように、
熱負荷が減少すると圧縮機吐出圧力は減少する。そして
、吐出圧力が７．３ｋｇ／ａＪＧあたりまで低下すると
容量制御が開始され、これにより固定絞り３１にも冷媒
が流されるので、従来の温度式膨脹弁４単独の場合（図
示破線の特性）よりも若干大きな流量となる。さらに熱
負荷が減少すると、温度式膨脹弁４は全開となるが、バ
イパス路３０を介し固定絞り３１により制御された流量
の冷媒が流れ、その流量は圧縮機１の吐出圧力の低下に
従って低下するが、保油限界流量に維持される。

第３図に本発明の他の実施例冷凍装置の系統構成図を示
す。第１図実施例と異なる点は、圧力スイッチ３３に代
えて、蒸発器５の空気（被冷却体）吹出し口又はフィン
上に温度センサ３４を設け、この検出温度が設定値以下
になったときにオンされる温度スイッチ３５を設けたこ
とにある。つまり、蒸発器５の蒸発温度と出口圧力は相
関しており、温度スイッチ３５の設定値を蒸発器５の凍
結防止を基準として定めれば、これが圧縮機１の容量制
御開始圧力に対応している。

したがって、本実施例によれば、第１図実施例と同一の
効果を奏することができる他、第１図実施例のように圧
縮機１の吸入口近傍から圧力スイッチ３１に至る圧力伝
達用パイプをエンジンルーム内に配設する必要がない。

第４図に本発明のさらに他の実施例冷凍装置の系統構成
図を示す。第１図実施例と異なる点は、固定絞り３１に
代えて定圧膨脹弁３６を用いたことにある。定圧膨脹弁
３６の詳細構成は第５図に示した周知のものとなってお
り、弁下流側の圧力を設定圧以上に保持するように弁開
度が制御されるようになっている。すなわち、弁体３７
は駆動棒３８を介してダイヤフラム３９により駆動され
るようになっており、弁体３７とダイヤフラム３９はそ
れぞればね４０，４１によって弾発付勢され、所定の位
置に保持されている。そして、ダイヤフラム下部圧力室
４２は細孔４３によって弁の出口ポート４４に連通され
ている。したがって、出口ポート４４の圧力が設定圧よ
り高いとダイヤフラム４１を介して弁体３７が図示上方
に移動され、弁を閉じるように動作し、低いと弁を開く
ように動作する。動作設定圧は圧力設定ねじ４５により
ばね４１の弾発力を調整することにより行なう。

したがって、定圧膨脹弁３６の動作設定圧を圧縮機１の
容量制御開始圧に応じた値にすることにより、熱負荷が
低下したとき、その程度に応じて自動的にバイパス路３
０を通って冷媒が供給されるとともに、その冷媒の流量
が制御されることになり、第１図実施例と同一の効果を
奏することができる。

なお、定圧膨脹弁３６も圧縮機１の停止時には全開とな
るので、第６図に示すように、両膨張弁４．３６が同時
に作動しつる領域を有するように、定圧膨脹弁３６の圧
力設定ねじ４５により設定圧力を調整しておけば、第７
図に示すように、電磁弁３２なしでも第１図に示した実
施例と同様の作用、効果を得ることができる。

第８図に本発明のさらに他の実施例冷凍装置の系統構成
図を示す。本実施例が他の実施例と異なる点は、バイパ
ス路３０を温度式膨脹弁４７の本体内部に設けたことに
ある。すなわち、第９図に示すように、弁座部に入口と
出口ポートを連通させて細孔４８を設け、固定絞りを有
するバイパス路を形成したことにある。

したがって１本実施例によれば、圧縮機１が容量制御状
態になって温度式膨脹弁４７の弁体１９が全閉されても
、細孔４８を介して環油限界流斌以上の冷媒が循環され
ることになり、冷房不能や圧縮機１の損傷といった障害
を防止することができる。しかし、圧縮機１が停止状態
になった場合でも弁閉止はできない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本実施例によれば、熱負荷等が低
下して圧縮機が容量制御状態となり、温度式膨脹弁が全
開状態に至ることがあっても、少なくとも圧縮機の潤滑
に必要な冷媒流量を循環供給することができることから
、冷房不能や圧縮機の損傷などの障害を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統構成図、第２図は第１
図実施例の冷媒流量特性を示す線図、第３図と第４図は
それぞれ本発明の他の実施例の系統構成図、第５図は第
４図実施例の定圧膨脹弁の断面図、第６図は温度式膨脹
弁と定圧膨脹弁の動作の組合せを説明する線図、第７図
と第８図はそれぞれ本発明のさらに他の実施例の系統構
成図、第９図は第８図実施例の温度式膨脹弁の断面図、
第１０図は従来例の系統構成図、第１１図は第１０図従
来例の冷媒流量特性を示す線図である。 １・・・圧縮機、４・・・温度式膨脹弁、５・・・蒸発
器、３０・・・バイパス路、３１・・・固定絞り、３２
・・・電磁弁、３３・・・圧力スイッチ、３４・・・温
度センサ、３５・・・温度スイッチ、３６・・・定圧膨
脹弁、４７・・・温度式膨脹弁、４８・・・細孔。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　蒸発器における冷媒の過熱度に基づいて当該蒸
   発器に流入させる冷媒流量を制御する機能を具備した温
   度式膨脹弁と、前記蒸発器の出口圧力を設定値以上に保
   持制御する容量制御機能を具備した圧縮機を含んでなる
   冷凍装置において、温度式膨脹弁を迂回するバイパス路
   を設け、該バイパス路に前記圧縮機から要求される環油
   限界流量に設定されたバイパス流量制御手段を設けたこ
   とを特徴とする冷凍装置。
2. （２）　前記バイパス流量制御手段はオリフィスである
   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
   。
3. （３）　前記バイパス流量制御手段は定圧膨脹弁である
   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
   。
4. （４）　前記オリフィスは前記温度式膨脹弁の弁本体内
   の入出口ポートを貫通して設けられた細孔であることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の冷凍装置。
5. （５）　前記バイパス路に開閉弁を設け、該開閉弁を前
   記蒸発器の出口圧力と蒸発器温度のいずれか一方が設定
   値以下のときに開することを特徴とする特許請求の範囲
   第２項又は第３項記載の冷凍装置。