JPH0638005B2 - 自動車用冷凍装置 - Google Patents

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自
動車用冷凍装置に関する。

［従来技術］ 在来の自動車用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、凝縮器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張弁と、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］ 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、新規な構成の自動車用冷凍サ
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］ 本発明の自動車用冷凍装置は、複数の圧縮室を備えた斜
板式多気筒圧縮機と、冷媒凝縮器と、該冷媒凝縮器の下
流に設けた減圧装置および冷媒気液分離器と、膨張弁
と、冷媒蒸発器と、これらを連結する冷媒配管と、前記
複数の圧縮室の一部の圧縮室と前記気液分離器とを連結
して前記気液分離器によって分離された気相冷媒を前記
冷媒圧縮機に還流させる気相冷媒流路とからなり、前記
複数の圧縮室の残余の圧縮室は前記冷媒配管により前記
蒸発器に連結したことを特徴とする。

［発明の作用、効果］ 本発明の自動車用冷凍装置は、気相冷媒を圧縮する斜板
式多気筒圧縮機、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
化用膨張弁、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、
且つ前記斜板式多気筒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け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台の圧縮機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
ブ式の膨張弁、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室であり、20は
斜板、21は斜板20の回転用シャフトである。22は斜板20
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20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てある。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
れぞれフロントおよびリヤ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、12内に形成された
吸入ポート18および19に連なっている。そして冷媒吸入
口27はポート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口16に、また冷媒吸入口28
はポート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。膨張弁７は温度作動式
や定圧式膨張弁の他に、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は圧縮機100の吐
出ポート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、43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1/2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に通入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
に膨張弁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
ではリヤシリンダー室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またはフ
ロントシリンダー室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→Ｉ→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
ロン−12を使い、高圧側冷媒圧を15kg／cm²・Ｇ、低圧
側冷媒圧を2kg／cm²・Ｇ、圧縮機は10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17％、
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さらに膨張弁７に通入させていた
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重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張弁の上流に設け
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台の斜板式圧縮機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
ータリー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。 図中 １……圧縮機の一部のシリンダー、２……圧縮機
の残余のシリンダー、３……凝縮器、４……減圧装置、
５……冷媒気液分離器、７……膨脹弁、８……蒸発器、
９……気相冷媒流路（ガスインジェクション管）、16…
…蒸発器からの冷媒吸入配管接続口、17……ガスインジ
ェクションからの冷媒の吸入配管接続口、25、26……シ
リンダー室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の圧縮室を備えた斜板式多気筒圧縮機
   と、冷媒凝縮器と、該冷媒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、膨張弁と、冷媒蒸発器と、
   これらを連結する冷媒配管と、前記複数の圧縮室の一部
   の圧縮室と前記気液分離器とを連結して前記気液分離器
   によって分離された気相冷媒を前記冷媒圧縮機に還流さ
   せる気相冷媒流路とからなり、 前記複数の圧縮室の残余の圧縮室は前記冷媒配管により
   前記蒸発器に連結したことを特徴とする自動車用冷凍装
   置。