JPS6330516B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車用空調装置等に適した回転式冷
媒圧縮機に関するものである。

周知の如く回転式冷媒圧縮機の大きな特徴の一
つは体積効率が高いことである。これはガス状冷
媒を吸入し圧縮する圧縮室が駆動軸の回転にとも
なつて移動して容積を増減させるため、吸入弁が
不要であることと、往復動式圧縮機に見られる圧
縮残りガスがほとんどないことが主たる原因で、
そのため回転数や圧縮比等が変化しても往復動式
圧縮機に比して体積効率が高いのである。このよ
うな体積効率の良さは圧縮機を小形にできる可能
性を有しており、振動や騒音の少なさとともに回
転式冷媒圧縮機が自動車用空調装置の圧縮機とし
て注目されるに至つた大きな理由である。

一方、自動車用空調装置は圧縮機、凝縮器、受
液器、膨張弁および蒸発器を順次冷媒管で接続し
て構成される。そして圧縮機はエンジンブロツク
に取付けられてベルトにより電磁クラツチを介し
てエンジンにより駆動されるため、圧縮機の回転
数もエンジン回転数とともに広範囲にわたつて変
化する。またエンジンブロツクに取付けられる圧
縮機と自動車ボデイーに取付けられる他の構成部
品とは振動系が異なるために、圧縮機に接続され
る冷媒管としては通常ゴムホース等吸振性を有す
る冷媒管を使用することが必要である。

さらに、圧縮機回転数が広範囲に変化する自動
車用空調装置においては、ある回転数において適
当な冷房能力を持つた適正な冷凍サイクルを構成
するが、近年の交通事情もあつて次第にエンジン
の低速回転時すなわち低速走行時の冷房能力が重
視されてきている。エンジン低速回転時すなわち
圧縮機低速回転時に適当な冷房能力を持つた冷凍
サイクルを構成することはこの回転域の使用瀕度
から見ても妥当である。したがつてエンジン低速
回転時の冷房能力を重視した冷凍サイクル設計は
今後ますます重要となる傾向にある。

このような自動車用空調装置の圧縮機として前
述の特徴を有する回転式冷媒圧縮機を使用する場
合にも、低速回転時の冷房能力を重視することに
おいてはいささかも変りはない。ところがエンジ
ン低速回転時に対応する回転式冷媒圧縮機のある
設定回転数において適当な冷房能力が得られるよ
うに冷凍サイクルを構成した場合には圧縮機が前
記設定回転数より高い回転数で運転されると、設
定回転数での圧縮機の吸入側圧力および吐出側圧
力に比して一般に低い吸入側圧力および高い吐出
側圧力となる。この傾向は圧縮機回転数の増加に
ともないより顕著になるが、特に圧縮比に大きな
影響を持つ吸入側圧力の低下は前述の高い体積効
率のために往復動式圧縮機に比して著しく、した
がつて圧縮比は増大し結果として圧縮機の吐出、
温度の異常な上昇を招く。

この圧縮機吐出温度の上昇は前述のゴムホース
冷媒管の破損、潤滑油の劣化および冷媒の分解を
ひき起こすだけでなく、さらには圧縮機内の摺動
運動部品を異常に膨張させて摺動面間のクリアラ
ンスを過小とすることにより発生する摺動面の異
常摩耗あるいは焼付き現象等冷凍サイクルにとつ
て致命的な重トラブルをひき起こす危険がある。
また、たとえば圧縮機の回転数を増加して吸入側
圧力が低下したということは圧縮機の単体能力に
比して蒸発器における熱負荷が相対的に小さくな
つたことを意味するから、圧縮機の回転数が増加
して吸入側圧力が低下した場合には圧縮機の入力
増加に比して蒸発器の吸熱量増加が小さく、冷凍
サイクルとしての効率の悪い状態での運転にな
り、圧縮機の入力増加による動力損失も大きいの
である。

本発明は回転式冷媒圧縮機を自動車用空調装置
の圧縮機として使用する場合に見られる上記数々
の欠点を排除するもので、冷凍サイクルの低圧側
圧力の高低によりバイパス通路の通路面積を制御
して回転式冷媒圧縮機の体積効率を高低に変化せ
しめて、低圧側圧力がある設定圧力より高いとき
にはバイパス通路を遮断して高体積効率すなわち
実質的な大排気量圧縮機として、低圧側圧力があ
る設定圧力より低くなるにしたがつてバイパス通
路の連通通路面積を増大して低体積効率すなわち
実質的な小排気量圧縮機として運転できるように
した回転式冷媒圧縮機を提供するものである。

以下、本発明をその一実施例を示す添付図面を
参考に説明する。

同図において、１は円筒内壁を有するシリンダ
で、この円筒内壁に垂直な一対の端部にはそれぞ
れ前側板２および後側板３が配設され、これらは
ボルト２ａとナツト３ａの締結手段等によつて相
互に回動しないように連結固定されている。シリ
ンダ１の円筒内壁、前側板２および後側板３で形
成される空間内には前側板２および後側板３に配
設された二つの軸受４，５に軸支された駆動軸６
と一体的に形成されたロータ７が軸方向の移動を
拘束された状態で配設されている。しかもこのロ
ータ７は駆動軸６の中心と同心で、かつシリンダ
１の円筒内壁と偏心して、上死点８で微小間隙を
形成する如く配設され、三日月形のシリンダ内空
間を形成している。前記駆動軸６は前側板２を貫
通して外方に突出し、自動車のエンジンなどの駆
動装置から周知のクラツチ機構（図示せず）を介
して動力伝達を受けて、圧縮機を作動させるよう
構成されている。９は前記ロータ７に複数（本実
施例では４本）設けられたベーンスロツトで、駆
動軸６の軸線に平行にロータ７の外周面に開口し
ている。ベーンスロツト９には板状のベーン１０
がそれぞれ出没自在に挿入されている。１９は前
記ロータ７とベーン１０によりシリンダ１内に形
成された圧縮室、１１は前記シリンダ１における
上死点８の近傍でかつ高圧側の位置に設けられた
吐出口で、シリンダヘツド１２内のシリンダヘツ
ド室１３に開口している。１４は前記吐出口１１
に設けられた吐出弁である。１５は前記シリンダ
内空間の低圧側に連通する吸入口で、この吸入口
１５には大気に開口した第４通路１６が連通して
いる。１７は一端が前記第４通路１６に開口し、
他端が前記シリンダ内空間に開口する第１通路で
ある。前記第４通路１６には前記第１通路１７を
開閉する弁体１８が配設され、弁体１８に取付け
られたシール２５が大気と吸入口１５とを流体密
に保持している。この弁体１８の外周には全周に
わたつて溝２１が形成され、また軸方向中心部に
は一端が前記第４通路１６に開口した第３通路２
２が設けられ、さらにこの第３通路２２と溝２１
とは第２通路２１ａによつて連通している。２０
は前記弁体１８を常時吸入口１５方向へ付勢する
ばね、２３はばね２０の脱落を防止する栓体を兼
ねた調整ねじで、前記第４通路１６の中央部に形
成された雌ねじに螺合している。２４は前記調整
ねじ２４に設けられた大気圧導入口である。

次に、上記構成からなる圧縮機の作動を説明す
る。圧縮機は第２図においてロータ７が時計方向
に回転する場合に作動するように設計されてい
る。すべての作動条件においてベーン１０は第２
図に示される如くシリンダ１の円筒内壁に接して
おり、これによりロータ７の外周面とシリンダ１
の円筒内壁と前側板２と後側板３とで形成される
シリンダ内空間は一連の圧縮室１９に分割され
る。

そして、エンジンまたはモータなどの動力伝達
を受けて駆動軸６が時計方向に回転すると、冷凍
サイクルの蒸発器からガス状冷媒が吸入口１５を
経て圧縮室１９の吸入側を流入する。ロータ７の
回転にともない圧縮室１９が時計方向に移動し、
圧縮室１９が吸入口１５と遮断されると、圧縮室
１９の容積は減少し、これに対応して圧縮室１９
内の冷媒圧力は増加する。圧縮室１９と吐出口１
１が連通し圧縮室１９内の冷媒圧力がシリンダヘ
ツド室１３内の吐出冷媒圧力に打ち勝つて吐出弁
１４を押し上げると圧縮室１９内の冷媒は吐出口
１１からシリンダヘツド室１３へ流入し、さらに
冷凍サイクルの凝縮器へ送り出される。

ここで、第４通路１６内に配設された弁体１８
の上端１８ａには吸入口１５内の冷媒圧力が、下
端１８ｂには大気圧およびばね２０による押圧力
が作用されており、吸入口１５における冷媒圧力
が変動すると、弁体１８はそれに応じて釣合がと
れる位置まで摺動する。すなわち吸入口１５内の
冷媒圧力が増加すれば大気側へ、減少すれば吸入
口１５側へ移動するのである。そして弁体１８が
吸入口１５側へ移動していつて第２通路２１ａお
よび第３通路２２により吸入口１５に連通する溝
２１が第１通路１７と連通を開始しようとすると
きの吸入口１５における冷媒圧力がすなわち設定
圧力である。ここで圧縮機の回転速度が低速であ
つて吸入口１５内の冷媒圧力が増大して弁体１８
が大気側へ移動していく場合について説明する。
吸入口１５内の冷媒圧力が前述の設定圧力をこえ
ると、溝２１と第１通路１７は遮断されて圧縮室
１９から吸入口１５への冷媒流れも停止する。こ
の場合における圧縮機の作動はシリンダ１内に吸
入した冷媒をすべて吐出口１１より吐出するの
で、従来の回転式圧縮機の作動とならんで変ると
ころはない。

次に圧縮機の回転速度が高速となつて吸入口１
５内の冷媒圧力が減少して弁体１８が吸入口１５
側へ移動していく場合について説明する。吸入口
１５内の冷媒圧力が設定圧力以下となると、弁体
１８に設けられた溝２１と圧縮室１９に開口する
第１通路１７とが連通し始め、圧縮室１９から吸
入口１５へ圧力差によつて冷媒が流入する。そし
て吸入口１５内の冷媒圧力がさらに減少すれば弁
体１８はさらに吸入口１５側へ移動するため溝２
１と第１通路１７が連通する通路断面積は増加
し、それに応じて圧縮室１９から吸入口１５へ流
入する冷媒量を増加する。

したがつてこの場合には、吸入口１５よりシリ
ンダ１内に吸入され圧縮された冷媒はその全部が
吐出口１１から吐出されるのでなく、一部の冷媒
は圧縮行程の途中より、圧縮機の吸入側圧力の設
定圧力に対する低さに応じてその通路断面積が制
御される一連のバイパス通路すなわち第１通路１
７、溝２１、第２通路２１ａ、第３通路２２、第
４通路１６を通つて再び吸入口１５に至るので圧
縮機としてはその分だけ仕事を必要としないので
圧縮機入力を減少することができる。さらに圧縮
機は吸入冷媒の全部を吐出しないから実質的に小
排気量圧縮機として運転されるので吸入側圧力の
低下を緩和することができその分圧縮比を低下で
き吐出温度を低減できる。

なお、前述の設定圧力は一般に大気圧の変化は
小さいので溝２１と第１通路１７とが連通しよう
とする弁体１８の位置においてばね２０が弁体１
８の下端１８ｂに作用する押力によつて決定され
る。したがつて、その位置でのばね２０の取付寸
法によつて設定圧力を大小に変化させることがで
きるが、本実施例の場合にはばね２０の一端を限
定する調整ねじ２３により圧縮機の外部より設定
圧力の変更をすることが可能である。これによ
り、いかなる冷凍サイクルに対しても蒸発器から
圧縮機までの冷媒流れの圧力損失を見込んで設定
圧力を調整することにより即座に圧縮機をその冷
凍サイクルに適合させることができる。

したがつて、本実施例においては吸入口１５と
圧縮室１９とを連通する一連のバイパス通路１
７，２１ａ，２２，１６を設け、このバイパス通
路１７，２１ａ，２２，１６内を差圧により圧縮
室１９から吸入口１５へ流出する冷媒ガスの流れ
が吸入口１５の冷媒圧力の大小によつて減少、増
加せしめられるようにすることにより、圧縮機吸
入側圧力がある設定圧力より低くなるような運転
条件すなわち蒸発器における熱負荷が相対的に小
さい場合において、圧縮行程途中の冷媒を圧縮室
１９より吸入口１５へ流出させることができ、こ
れによつて冷凍サイクルの冷媒循環量を減らすこ
とができる。その結果、低体積効率圧縮機すなわ
ち実質的な小排気量圧縮機として運転することが
できるため、圧縮機吸入側圧力の低下も緩和され
圧縮比の大幅な上昇は起こらず吐出温度の異常な
上昇が防止できるものである。また冷凍サイクル
の冷媒循環量を減らし、冷凍サイクルとしての効
率の高い条件で運転できるので圧縮機入力も減少
させることができる。

さらに圧縮室１９から吸入口１５へ流出する冷
媒の制御は上端１８ａに吸入口１５内の冷媒圧力
を受け下端１８ｂには一般に変動の小さい大気圧
とばね２０の押圧を受けて常に釣合の位置まで摺
動しようとする弁体１８により圧縮室１９と吸入
口１５とを連通するバイパス通路の断面積を増減
させて行なつているため、機構も単純で容易にバ
イパス流れの制御が連続的かつ確実にできるだけ
でなく、従来の回転式冷媒圧縮機の構成部品たと
えば前側板２や後側板３（本実施例では後側板
３）等に容易に組み込むことができる。

さらに設定圧力を外部より調整できる形式をと
つているから、使用条件の異なる他の種々の冷凍
サイクルに対しても調整ねじ２３を調整するだけ
で適合させることができる。

さらに、設定圧力を適当にとることにより、蒸
発器における蒸発圧力調整が可能で、蒸発圧力調
整弁などの高価な制御機器を用いることなく蒸発
器表面に結露した水滴の凍結を防止することがで
きるなど数々の利点がある。

なお上記実施例においてバイパス通路を吸入口
１５に開口させたが吸入口１５と連通状態にある
圧縮室１９に開口させてもあるいは冷凍サイクル
における低圧側空間に開口させてもよい。また調
整ねじ２３に大気圧導入口２４を設けた構成とし
たが、大気圧導入口２４は閉じられていてもよ
い。この場合大気圧は調整ねじ２３のおねじと対
応するめねじとの間に存在する微小間隙を通つて
伝達されるし、また空間２６は弁体１８のチヤタ
リングなどの急激な運動に対して前記微小間隙に
よつてダンパー機能を持つことができる。もちろ
ん空間２６の内部にダンパー機能を持つ別の部材
を挿入しても弁体１８のチヤタリングが防止でき
る。

上記実施例より明らかなように、本発明の回転
式冷媒圧縮機はガス状冷媒を吸入、圧縮して吐出
する圧縮室が、外部からの動力を受けて回転する
駆動軸の回転にともなつて移動する回転式冷媒圧
縮機において、一端が圧縮行程にある圧縮室に開
口し、他端が圧縮機の低圧側空間に開口するバイ
パス通路と、このバイパス通路に設けられその一
端に作用する圧縮機内部の低圧側圧力と他端に作
用する基準圧力およびばねの付勢力との合力によ
り駆動されて釣合位置まで移動することによつて
低圧側圧力の低下に応じて前記バイパス通路の連
通通路面積を遮断状態から順次増大させる弁機構
とを設けたもので、圧縮機吸入側圧力の低下が緩
和でき圧縮比の大幅な上昇も防止できるから吐出
温度の異常な上昇を防ぐことができ、また圧縮機
入力も減少させることができる。

さらに単純な機構で容易にバイパス流れの制御
を連続的かつ確実に行うことができ、しかもこの
機構を容易に圧縮機に内蔵することができるとと
もに、また設定圧力差の如何によつては蒸発器表
面に結露した水滴の凍結を防止する蒸発圧力調整
も可能である。

さらに前記設定圧力差を圧縮機外部より調整可
能とすることにより、圧縮機を広範な使用条件の
冷凍サイクルにも適合させることができる等、
種々の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における回転式圧縮
機の縦断面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線による
断面図、第３図は第２図のＹ−Ｙ線による要部拡
大断面図である。 １……シリンダ、２……前側板、３……後側
板、６……駆動軸、７……ロータ、８……上死
点、９……ベーンスロツト、１０……ベーン、１
１……吐出口、１５……吸入口、１６，１７，２
１ａ，２２……通路、１８……弁体、１９……圧
縮室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス状冷媒を吸入、圧縮して吐出する圧縮室
   が、外部からの動力を受けて回転する駆動軸の回
   転にともなつて移動する回転式冷媒圧縮機におい
   て、一端が圧縮行程にある圧縮室に開口し、他端
   が圧縮機の低圧側空間に開口するバイパス通路
   と、このバイパス通路に設けられその一端に作用
   する圧縮機内部の低圧側圧力と、他端に作用する
   基準圧力およびばねの付勢力との合力により駆動
   されて釣合位置まで移動することによつて低圧側
   圧力の低下に応じて前記バイパス通路の連通通路
   面積を遮断状態から順次増大させる弁機構とを設
   けた回転式冷媒圧縮機。 ２ 基準圧力を大気圧とした特許請求の範囲第１
   項に記載の回転式冷媒圧縮機。 ３ ばねの付勢力を圧縮機外より調整可能とした
   特許請求の範囲第１項に記載の回転式冷媒圧縮
   機。