JPS63227968A - 冷房装置 - 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、容量が可変の圧縮機を備えた冷房装置に係り
、特に高負荷起動に際して有効な冷房装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、冷★菜を吸入圧縮する圧縮室と、該冷媒の吸入圧
縮をする駆動部を内包し、少なくとも低圧冷媒を導く手
段を有する容量可変の圧縮機と、膨張手段を備えた冷媒
装置として、米国特許第４゜４２８．７１８号明細書に
示されるものがあるが、これは膨張手段としオリフィス
チューブを設けたものである。

この従来技術に用いられるオリフィスチューブは、通路
面積が一定で変化しないために冷媒の流量制御範囲が狭
く、負荷変動に対して最適な冷媒量を供給することｂｌ
できない。したがって通常は、高負荷起動時に十分な冷
媒を供給できるようなオ液戻りが発生する。このような
液戻りが発生すると、圧縮機内の潤滑油が洗い出され、
焼き付きが起りやすくなる。

また、このような焼き付きを防止するためには、圧縮機
の手前で液冷媒とガス冷媒とを分離して、ガス冷媒だけ
を圧縮機に送ることが考えられるが、このためにはアキ
ュムレータが必要となり、取り付はスペースの制約を受
ける他、製造原価高を招く。

上述のような事態を避けるためには、従来活用されてい
る固定容量タイプの圧縮機と温度式膨張弁とを組合せる
ことが考えられる。この温度式膨張弁は、蒸発器出口の
冷媒温度を検出する感温筒内の圧、力と、蒸発器内の冷
媒圧力と、該冷媒圧力を付勢するばね力とのつり合いに
より、その開度が決まるが、感温筒内の圧力変化は冷媒
の温度変化に対して遅れを持つために、特に高負荷起動
時には、感温筒の検知する温度は実際の冷媒温度よりも
高く、したがって感温筒内圧力は高い。一方、蒸発器の
冷媒圧力は時間遅れなく膨張弁に伝えられるため、結局
、両者の圧力バランスによって決まる膨張弁の開度は、
最適な温度よりも開き過ぎとなり、圧縮機への液戻りを
生じる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、本願の対象とする冷房装置に備えられろ圧縮
機、すなわち少なくとも低圧冷媒をクランクケース内に
導き、クランクケース内圧力つまりピストンの裏面に作
用する力と、ピストン表面に作用する冷媒圧力との差に
応じて容量を変化させるようにした、いわゆるクランク
室内の圧力の降下に伴って容量が大きくなる圧縮機に、
前述した温度式膨張弁を組合せた場合には、上記の説明
と同様に液戻りが発生し、これによりクランクケース内
に液冷媒が導かれてしまう。このような液冷媒は、クラ
ンクケース内で熱交換して気化膨張し、これによってク
ランクケース内圧力が上昇する。このために、圧縮機の
容量が最大とならない状態で運転されてしまい、クール
ダウン特性が若しく低下するという問題を生じる。

本発明は、上記した従来技術におけろ実情に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、高負荷起動直後に発生する液
戻りを防止し、容量可変の圧縮機の当該容量を速やかに
最大にさせることのできる冷房装置を提供することにあ
る。

く問題点を解決するための手段〉 この目的を達成するために本発明は、膨張手段が、最高
作動圧力を最適値に規定した温度式自動膨張弁のように
、その開度の制限手段を有する構成にしである。

〈作　用〉 本発明は、上記のように膨張手段が開度の制限手段を有
する構成にしであることから、高負荷起動直後等におけ
る当該膨張手段の開度の開き過ぎを抑制でき、したがっ
て冷媒の流れ過ぎ、および容量が可変の圧縮機への液戻
りを防ぐことができ、これによって当該高負荷起動時の
圧縮機のクランクケース内の圧力は速やかに低下し、当
該圧縮機の容量を最大にすることができる。

〈実施例〉 以下、本発明の冷媒装置を図に基づいて説明する。

第１図〜第６図は本発明の一実施例を示す説明図で、第
１図は全体構成を示す概略図、第２図はこの実施例に備
えられる圧縮機の構造を示す側断面図、第３図はこの実
施例に備えられる温度式自動膨張弁を示す断面部分を含
む伺面図、第４図は第３図に示す温度式自動膨張弁を構
成する感温筒の特性な示す特性図、第５図および第６図
はこの実施例で設定される最高作動圧力を求めるための
特性図である。

第１図に示すように、この実施例は、後述の構造からな
る容量可変の圧縮機１、この圧縮機１に連設される凝縮
器２、この凝縮器２に連設される受液器３、この受液器
３に連設される膨張弁本体４、この膨張弁本体４に連設
される蒸発器５、この蒸発器５の出口に配置されろ感温
筒４９を備えている。上述した膨張弁本体４と感温筒４
９とによって温度式自動膨張弁、すなわち膨張手段が構
成されている。また、感温筒４９と圧縮機１との間の管
路に圧力制御装置すなわち圧力制御弁６を配置してあり
、この圧力制御弁６の上流と圧縮機１のクランク室とを
通路７によって連絡させである。なお、圧縮機１は、こ
の圧縮機１に設けられるプーリ８と、エンジン９に設け
られるプーリ１０との間に掛は回されたベルト１１を介
して当該エンジン９によって駆動される。

次に、上述した圧縮機１の具体的溝造を第２図により説
明する。

この第２図にあっては、斜板１２が最大傾転、すなわち
ビストンストロークが最大である場合を例示している。

回転軸を形成するクヤフト１３には、圧入等によりドラ
イブプレート１４を固定しである。このドライブプレー
ト１４にはカム溝１５が設けられ、゛このカム１１１１
５内に支点ビン１６がカム曲線に沿って移動可能に設・
けられ、該支点ビン１６は斜板耳部１７にすきまを設け
て嵌合しである。また、ドライブプレート１４のカム溝
１５を設げた耳部１８と斜板耳部１７とは互いに接触す
るような配置にしである。これＫより、シャフト１３０
回転によってドライブプレート１４が回転すると、この
ドライブプレート１４の耳部１８から斜板耳部１７に回
転力が与えられて斜板１２が回転する。

シャフト１３にはスリーブ１９が当該シャフト１３の少
なくとも軸方向に滑動可能に組込まれており、該スリー
ブ１９は斜板１２とビン２０によって相対的回転自在に
連結されている。したがって、シャフト１３の回転によ
り、ドライブプレート１４、斜板１２、スリーブ１９が
共に回転する。

斜板１２にはボールベアリング２１を介してピストンサ
ポート２２が締結されており、斜板１２に固定された止
め輪２３により、ボールベアリング２１の内輪が斜板１
２に、当該斜板１２０回転方向の移動不能に固定されて
いる。一方、ピストンサポート２２は突起２４により、
ボールベアリング２１に対して同第２図の右方向への移
動を規制され、しかも斜板１２との間に配置されたスラ
ストベアリング２５により、同第２図の左方向への移動
も規制される。

また、ピストンサポート２２には半径方向に軸２６が圧
入等により固定されており、該軸２６には回転及び滑動
が可能なようにスライドボール２７が設けである。この
スライドボール２７は、ピストンサポート２２がシャフ
ト１３の軸まわりには回転しないように、フロントカバ
ー２８の内周部に設けられた軸方向溝２９により、シャ
フト１３の軸まわりの運動を規制されている。

サラに、ピストンサポート２２には、両端にボール３０
．３１を有する複数のコネクチングロッド３２が連結さ
れ、一方のボール３０の中心のまわりに回転自在になっ
ており、また他端のボール３１には、ピストン９７が連
結され、該ボール３１の中心のまわりに回転自在になっ
ている。複数のピストン９７は、シリンダブロック３３
に設けられた複数のシリンダ３４内に組込まれ、このピ
ストン９７にはピストンリング３５が装着されている。

シリンダブロック３３には吸入弁か設けられた吸入弁板
３６、シリンダヘッド３７、吐出弁板３８の支え３９を
含むバッキング４０と、リアカバー４１とが設けられ、
これらはドライブプレー）　１４、斜板１２、ピストン
サポート２２などを取囲むように設けられたフロントカ
バー２８と、ボルト等により一体的に固定されている。

シリンダヘッド３７には、各シリンダ３４に対応して吸
入ボート４２と吐出ボート４３が設けられている。

リアカバー４１ＫＧ！、前述の吸入ボート４２に連なり
第１図に示す蒸発器５と連通する低圧室４４が設けられ
るとともに、前述の吐出ボート４３に連なり第１図に示
す凝縮器２と連通する高圧室４５が設げられている。

また、低圧冷媒を圧縮する際にシャフト１３に作用する
スラスト力は、ドライブプレート１４とフロントカバー
２８の間に設置したスラストベアリング４６で受げ、ま
た、シャフト１３に作用する２ジアルカはフロントカバ
ー２８及びシリンダブロック３３に設けた２個のラジア
ル軸受４７゜４８で受けるようになっている。また、フ
ロントカバー２８には、上述した＠１図に示す圧力制御
弁６の上流配管に接続される通路７か設げられている。

なお、上記したカム１１１１５は一つの閉曲線であり、
支点ビン１６がこのカム溝１５内を移動しても常にピス
トン上死点位置が変わらないような曲線に設定しである
。

上述のように構成した圧縮機１にあっては、第１図に示
すエンジン９によってシャフト１３が駆動されると、ド
ライブプレート１４、斜板１２が回転し、シャフト１３
の軸中心に対して斜板工２が垂直な場合を除いては、ピ
ストンサポート２２はクヤフト１３に対して揺勧運勧す
る。したがって、ピストン９７はシリンダ３４内を往復
運動し、ガスを吸入・圧縮する。なお、最大ストローク
位置の規制には、スリーブ１９をドライブプレート１４
に接触させることによって、また、最小ストローク位置
の規制には、クヤフト１３に設けた溝に設けられる止め
輪を兼ねるスプリング９６にスリーブ１９を当てること
により達成される。また。

スリーブ１９がドライブプレート１４に衝突するのを防
止するために、ドライブプレート１４にねじ等で固定し
た板ばね９５が設けられており、また、上述のスプリン
グ９６によって最小傾転時のスリーブ１９の衝突が防止
されている。

なお、上述した圧縮機１では、最小傾転時の緩衝部材で
あるスプリング９６をシャフト１３に固定したが、この
スプリング９６をシリンダブロック３３に固定し、ピス
トンサポート２２の動きを規制する構成にしてもよい。

前述のようにしてスリーブ１９の勧きを規制する場合に
は、ボールベアリング２１の止め輪２３に作用する力が
太きいために該止め輪２３あるいは斜板１２に設けた止
め輪溝に摩耗が生じる懸念があるが、このようにスプリ
ング９６をシリンダブロック３３に固定する場合には、
ピストンサポート２２の動きを規制するので、上述のよ
うな摩耗を生じることはない。

次に、この実施例に備えられる温度式自動膨張弁につい
て第３図に基づいて説明する。

この実施例にあっては、開度の制限手段は感温筒４９の
後述する最高作動圧力（ＭＯＰ）を最適に規定すること
であり、以下のようにして当該作動圧力を例えば３．５
　ｋｇ／ｃｊ　（Ｇ　）に設定しである。

第３図に示す感温筒４９は、内部に気液混相の冷媒が封
入されている。この感温筒４９は前述したように蒸発器
５の出口の配管に吹付けてあり、この配管すなわち蒸発
器５の出口の温度変化に伴って、その内部の冷媒の圧力
が変化するようになっている。なお、気液混相状態では
その圧力は飽和圧力に等しい。すなわち、蒸発器５の出
口の温度変化は感温筒４９内の圧力変化として検知され
る。この感温筒４９の圧力は１．キャピラリーチューブ
５１を通じて膨張弁本体４に導かれ、ベローズ５０の上
面に作用し、ロッド５２を介して球弁５４を引き下げ、
弁開度を大きくする方向の力となる。一方、膨張弁本体
４の出口、すなわち蒸発器５の入口の冷媒の圧力は連通
管５３を通じてベローズ５０の下面に作用し、弁開度を
小さくする方向の力となる。また、ばね５５は一方をそ
のばね力！調整するための調整ねじ５６に支持されてお
り、球弁５４を押し上げる方向、すなわち、弁開度を小
さくする方向の力として作用している。

したがって、弁の開度は感温筒４９内の圧力と、膨張弁
本体４の出口の冷媒の圧力と、ばね５５のばね力の３つ
の力のバランスにより定められる。

上述した感温筒４９の温度に対する圧力は冷媒の物性に
より決まるが、第４図の感温筒特性を示す特性線で示す
ように、この感温筒４９の温度が上がり、液冷媒がなく
なると、それ以上温度が上っても圧力はほとんど上昇し
なくなる。つまり、封入冷媒量を調節することにより上
述した“圧力が上昇しなくなる点１すなわち最高作動圧
力（ＭＯＦ　）’１１設定することができる。

このような感温筒特性を有する膨張弁の動作点について
、同第４図を用いて説明する。蒸発器５の出口の温度が
今、仮にＴｅａであるとき、感温筒４９内の圧力はＰｅ
５ｎｃ、　　となっている。この圧力からばね力を差し
引いた残りが膨張弁本体４の出口の圧力Ｐｅｘｐ、ｖｏ
である。したがって、蒸発器５の出口における冷媒の温
度はＴｅａ、圧力はほぼＰｅｘｐ、ｖｏ　（厳密には、
蒸発器５において冷媒の圧力損失であるため、Ｐｅｘｐ
、ｖｏよりも０，２程小さい値になる）となっている。

ところで、Ｐｅｘｐ、ｖ□における冷媒量−１２の飽和
温度はＴｅｓであるから、前述の蒸発器５の出口の冷媒
の温度は、飽和温度よりも（Ｔｅａ−Ｔｅａ）だけ高い
。この冷媒温度と飽和温度との差は過熱度と呼ばれるが
、この膨張弁ではＴｅａが変化してもＴｅａ−Ｔｅａは
ほぼ一定に保たれる。

ところで、Ｔｅｏが次第に高くなり、感温筒４９内の圧
力が前述した最高作動圧力に達すると、それ以上圧力は
上昇しなくなる。一方、膨張弁本体４の出口の冷媒圧力
は負荷が高くなればなる程上昇するため、これに伴って
当該膨張弁の開度は不足気味になる。それ故、最高作動
圧力の設定を下げ過ぎると、通常の運転状態でも冷媒不
足が生じ、逆にこの設定を通常の運転状態では起り得な
い程高くしても意味はない。本願発明者らは当該冷却装
置を車、室内に配置し、第５図に示すように最高作動圧
力を適宜変化させてクールダウン試験ｔおこなって車室
内温度と時間の関係を求め、その結果を第６図に示すよ
うに最高作動圧力に対する温度変化の関係として再加工
し、これにより最高作動圧力を３〜５　＃／ｃａ　（Ｇ
　）の範囲内に設定することが望ましいことを確認し、
その−例として前述のように最高作動圧力を３．５　ｋ
ｇｌｏａ　（Ｇ　）に設定した。

このように構成した実施例にあっては、高負荷起動直後
のように膨張弁本体４の冷媒圧力が上昇するときでも冷
媒不足を生じることがなく、しかも開度の開き過ぎを防
止でき、したがって、液戻りの発生を防止でき、クラン
クケース内に液冷媒が導かれることがほとんどない。こ
れに伴い、当該液冷媒によるクランクケース内圧力の上
昇を抑制でき、圧縮機１の容量を速やかに最大にさせる
ことができる。

なお、上記実施例にあっては、膨張手段の一例として温
度式自動膨張弁を挙げ、開度の制限手段として感温筒４
９の最高作動圧力な考慮したが、本発明はこれに限られ
ず機械的手段によって代えることもでき、また、電気信
号で開度を変えることのできろ膨張弁では、蒸発器５の
出口の冷媒温度を検知し、この冷媒温度が所定値を越え
ている場合には開度な固定するように信号を出力する手
段に代える構成としてもよい。

また、上記実施例における最高作動圧力の設定にあちり
、感温筒４９内に活性炭等のガス吸着剤とＣＯ２ガス等
のガスとを封入することにより最適な最高作動圧力に設
定するようにしてもよい。

〈発明の効果〉 本発明の冷房装置は以上のように構成しであることから
、高負荷起動直後に発生する液戻りを防止し、容量可変
の圧縮機の当該容量を速やかに最大にさせることができ
、したがって優れた冷却能力を確保できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の一実施例な示す説明図で、第
１図は全体構成を示す概略図、第２図はこの実施例に備
えられる圧縮機の構造を示す側断面図、第３図はこの実
施例に備えられる温度式自動膨張弁を示す断面部分を含
む側面図、第４図は第３図に示す温度式自動膨張弁を構
成する感温筒の特性を示す特性図、第５図および第６図
はこの実施例で設定される最高作動圧力を求めろための
特性図である。 ｌ・・・・・・圧縮機、２・・・・・・凝縮器、３・・
・・・・受液器、４・・・・・・膨張弁本体、５・・・
・・・蒸発器、６・・・・・・圧力制御弁、７・・・・
・・通路、８・・・・・・プーリ、９・・・・・・エン
ジン、１０・・・・・・７”−ＩＪ、１１・・・・・・
ベルト、４９・・・・・・感温筒、５１・・・・・・キ
ャピラリーチューブ。 第１図 第２図 第３図 第４図 Ｙｅｓ　　Ｔｓ階 ：ＪＬ　　　　度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．冷媒を吸入圧縮する圧縮室と、該冷媒の吸入圧縮を
   する駆動部を内包し、少なくとも低圧冷媒を導く手段を
   有する容量可変の圧縮機と、膨張手段とを備えた冷房装
   置において、上記膨張手段が、開度の制限手段を具備す
   ることを特徴とする冷房装置。
2. ２．膨張手段が、最高作動圧力を規定した温度式自動膨
   張弁であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の冷房装置。
3. ３．最高作動圧力を、３〜５ｋｇ／ｃｍ＾２（Ｇ）の間
   に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の冷房装置。