| 【発明の名称】 |
冷凍サイクル装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】村上 紳一
【氏名】加藤 信治
【氏名】柚原 博
【氏名】佐藤 幸一
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| 【要約】 |
【課題】電気回路部を必要としない簡潔な構成で、圧縮機吸入圧を良好に制御できるようにする。
【解決手段】凝縮器７下流側と、圧縮機６吸入側との間をバイパス通路１４により直接連結するとともに、このバイパス通路１４に圧力制御弁１５を備える。この圧力制御弁１５に、圧縮機６の吸入圧力に直接応動して変位するダイヤフラムと、このダイヤフラムの変位に応じてバイパス通路１４を開閉する弁体とを設け、圧縮機６の吸入圧力が設定値まで低下すると、圧力制御弁１５の弁体が開弁する。これによると、蒸発器１１の熱負荷低下より圧縮機吸入圧力が設定値まで低下すると、弁体が直ちに開弁して、バイパス通路１４から冷媒を圧縮機吸入側に直接導入することにより、圧縮機吸入圧力を設定値以上に保持することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（６）と、この圧縮機（６）から吐出されたガス冷媒を冷却して凝縮する凝縮器（７）と、この凝縮器（７）で凝縮した冷媒を減圧する減圧装置（１０）と、この減圧装置（１０）で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（１１）とを備え、この蒸発器（１１）で蒸発したガス冷媒を前記圧縮機（６）に吸入させる冷凍サイクル装置において、前記圧縮機（６）吐出側から前記減圧装置（１０）の上流側に至る高圧回路部と前記圧縮機（６）の吸入側との間をバイパス通路（１４）により直接連結するとともに、このバイパス通路（１４）に圧力制御弁（１５）を備え、この圧力制御弁（１５）は、前記圧縮機（６）の吸入圧力に直接応動して変位する圧力応動部材（２６）と、この圧力応動部材（２６）の変位に応じて前記バイパス通路（１４）を開閉する弁体（２１）とを有しており、前記圧縮機（６）の吸入圧力が設定値まで低下すると、前記弁体（２１）が開弁するようにしたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】 前記圧力応動部材はダイヤフラム（２６）であり、このダイヤフラム（２６）により仕切られた第１圧力室（２７）および第２圧力室（２８）を有し、前記第１圧力室（２７）内にはガス媒体が所定圧力で封入されており、前記第２圧力室（２８）内には前記圧縮機（６）の吸入圧力が導入されるようになっており、前記ダイヤフラム（２６）の変位を前記弁体（２１）に伝達する作動棒（３２）、および前記弁体（２１）に閉弁方向のばね力を作用するばね手段（２２）を有し、前記第１圧力室（２７）内のガス媒体の圧力が前記弁体（２１）の開弁方向に作用し、前記第２圧力室（２８）内の前記圧縮機吸入圧力が前記弁体（２１）の閉弁方向に作用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】 前記バイパス通路（１４）の入口部を前記凝縮器（７）の下流側に接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】 前記蒸発器（１１）により冷凍車（１）の冷凍室（２）内の空気を冷却するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機吸入圧が所定圧以下に低下することを防止する冷凍サイクル装置に関するもので、例えば、冷凍車に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷凍車等に用いられる冷凍サイクル装置においては、庫内温度が低下して、冷凍用蒸発器の熱負荷が低下すると、膨張弁等の減圧装置の開度が減少して圧縮機吸入圧が負圧または負圧近傍の値まで低下するという現象が発生する。このように圧縮機吸入圧が低下する状態では、圧縮機へのオイル戻り量が減少して圧縮機の潤滑不足が生じて、圧縮機の耐久性に悪影響を及ぼす。
【０００３】このような不具合を解消するため、実開平２−９６５６４号公報においては、図４に示すごとく、サイクル高圧側の受液器９の下流側を圧縮機１の吸入側に直結するバイパス通路１４を設けるとともに、このバイパス通路１４に電磁弁１５０を設け、さらに、圧縮機１の吸入側通路に低圧感知スイッチ１５１を設けている。
【０００４】そして、圧縮機吸入圧が所定値まで低下すると、低圧感知スイッチ１５１によって電磁弁１５０を開弁して、高圧冷媒をバイパス通路１４を通して直接圧縮機１の吸入側に導入することにより、圧縮機吸入圧の低下を防止するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報の従来技術によると、低圧感知スイッチ１５１が頻繁に開閉することを防止するために、低圧感知スイッチ１５１の開時の圧力と閉時の圧力との間にある程度のヒステリシスを設定する必要がある。これに加えて、低圧感知スイッチ１５１の開閉信号に基づいて電磁弁１５０が全開状態と全閉状態との間で開閉を繰り返すので、電磁弁１５０の開閉に伴って圧縮機吸入圧の変動幅がどうしても大きくなり、圧縮機吸入圧のオーバシュート、アンダーシュートか発生してしまい、圧縮機吸入圧を良好に制御できない。
【０００６】また、上記従来技術では、低圧感知スイッチ１５１および低圧感知スイッチ１５１の信号を電磁弁１５０に伝える電気回路が必要となり、製品コストの上昇を招く。本発明は上記点に鑑みてなされたもので、電気回路部を必要としない簡潔な構成で、圧縮機吸入圧を良好に制御できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１〜４記載の発明では、凝縮器（７）下流側と、圧縮機（６）の吸入側との間をバイパス通路（１４）により直接連結するとともに、このバイパス通路（１４）に圧力制御弁（１５）を備え、この圧力制御弁（１５）は、圧縮機（６）の吸入圧力に直接応動して変位する圧力応動部材（２６）と、この圧力応動部材（２６）の変位に応じてバイパス通路（１４）を開閉する弁体（２１）とを有しており、圧縮機（６）の吸入圧力が設定値まで低下すると、弁体（２１）が開弁するようにしたことを特徴としている。
【０００８】これによると、蒸発器（１１）の熱負荷低下より圧縮機吸入圧力が設定値まで低下すると、弁体（２１）が直ちに開弁して、バイパス通路（１４）から冷媒を圧縮機吸入側に直接導入することにより、圧縮機吸入圧力を設定値以上に保持することができる。特に、圧力応動部材（２６）が圧縮機吸入圧力の変動に直接応動して変位するので、圧縮機吸入圧力が設定値以下に低下したときには、弁体（２１）を直ちに開弁できるとともに、圧力応動部材（２６）の変位量に応じて弁体（２１）の開度を連続的に微調整できるので、従来技術のような圧縮機吸入圧力のオーバーシュート、アンダーシュートを生じることなく、圧縮機吸入圧力を良好に制御できる。従って、圧縮機オイル戻り量を低負荷時でも十分確保して、圧縮機（６）の耐久寿命に好結果を与えることができる。
【０００９】上記の圧力制御弁（１５）は具体的には請求項２記載の発明のように構成できる。すなわち、圧力応動部材はダイヤフラム（２６）であり、このダイヤフラム（２６）により仕切られた第１圧力室（２７）および第２圧力室（２８）を有し、第１圧力室（２７）内にはガス媒体が所定圧力で封入されており、第２圧力室（２８）内には圧縮機（６）の吸入圧力が導入されるようになっており、ダイヤフラム（２６）の変位を弁体（２１）に伝達する作動棒（３２）、および弁体（２１）に閉弁方向のばね力を作用するばね手段（２２）を有し、第１圧力室（２７）内のガス媒体の圧力が弁体（２１）の開弁方向に作用し、第２圧力室（２８）内の圧縮機吸入圧力が弁体（２１）の閉弁方向に作用するように構成できる。
【００１０】これによれば、圧縮機吸入圧力の変動に応動して、ダイヤフラム（２６）を変位させて弁体（２１）の開度を良好に制御できる。また、バイパス通路（１４）の入口部は具体的には請求項３に記載の発明のごとく凝縮器（７）の下流側に接続すれば、バイパス通路（１４）の圧力制御弁（１５）に凝縮後の高圧液冷媒を導入でき、圧力制御弁（１５）の作動安定化のために好ましい。
【００１１】また、請求項４記載の発明のごとく、蒸発器（１１）により冷凍車（１）の冷凍室（２）内の空気を冷却するようにした冷凍車用の冷凍サイクル装置として好適に実施できる。なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１〜図３は本発明を冷凍車に適用した一実施形態を示すもので、冷凍車１はその運転室後方部に冷凍室（冷凍庫）２が設けられており、冷凍室２には冷凍食品等の商品が積み込まれる。冷凍室２の後部には、その内部に冷凍物を搬入したり、冷凍室２内の冷凍物を搬出するための開閉ドア３、４が開閉可能に設けられている。
【００１３】そして、冷凍車１には、図１に示すように車両前方部に冷凍サイクル装置５が搭載されている。図２はこの冷凍サイクル装置５を示しており、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する圧縮機６を有する。この圧縮機６は、冷凍車１の運転室下方部のエンジン近傍位置に配置され、図示しない電磁クラッチ、ベルト等を介して車両走行用エンジンによって駆動される。
【００１４】この圧縮機６にて高温高圧に圧縮されたガス冷媒は凝縮器７に流入する。この凝縮器７は、図１に示すように車両床下の部位において車両の走行風を受けやすい位置に設置されており、この走行風と電動式の室外ファン８（図２）により送風される冷却風とによって、内部のガス冷媒を冷却して凝縮させる。この凝縮器７の下流側に受液器９を設け、この受液器９にて凝縮後の冷媒の気液を分離して液冷媒を貯留する。
【００１５】そして、この受液器９の下流側には、受液器９からの液冷媒を減圧する減圧装置（本実施形態では温度式膨張弁）１０を設け、この減圧装置１０で減圧された低圧の気液２相冷媒を冷凍用蒸発器１１にて蒸発させる。この冷凍用蒸発器１１近傍に電動式の冷凍用ファン１２を配置し、この冷凍用ファン１２により冷凍室２内の空気を冷凍用蒸発器１１を通して循環させ、この庫内空気から吸熱して冷媒が蒸発することにより、庫内空気を冷却する。この冷凍用蒸発器１１で蒸発したガス冷媒が圧縮機６に吸入される。
【００１６】ここで、本実施形態では、減圧装置１０と冷凍用蒸発器１１と冷凍用ファン１２は、１つの冷却ユニット１３として構成され、この冷却ユニット１３は図１に示すごとく冷凍室２内の車両前方側の天井部に配置されている。また、冷却ユニット１３には、図１おいて、冷凍用蒸発器１１の下方側に庫内空気の吸込口を設け、冷凍用蒸発器１１の車両後方側の面に庫内への吹出口を設け、冷凍用蒸発器１３で冷却された冷気は庫内の車両後方側へ向かって略水平方向に吹き出すようになっている。
【００１７】一方、冷凍サイクル装置５において、受液器９の下流側と、圧縮機６の吸入側（換言すると、冷凍用蒸発器１１の下流側の部位）との間を直接連結するバイパス通路１４が設けてあり、このバイパス通路１４の途中に圧力制御弁１５が設置してある。実際の車両搭載状態では図１に示すように、冷凍サイクル装置５の受液器９の下流側配管は運転室下方部において圧縮機６の吸入側配管に近接して配置されるので、受液器９の下流部と圧縮機６の吸入側との間を短いバイパス通路（バイパス配管）１４で連結できる。
【００１８】次に、上記圧力制御弁１５の具体的構成を図３に基づいて説明すると、圧力制御弁１５は、膨張弁の一種である定圧膨張弁と同一の弁機構を採用することができる。圧力制御弁１５にはアルミニウム等の金属で形成されたハウジング１６を有し、このハウジング１６の冷媒入口１７はバイパス通路１４により受液器９の下流部に連通する。また、ハウジング１６の冷媒出口１８はバイパス通路１４により圧縮機６の吸入側に連通する。
【００１９】そして、ハウジング１６内部には、冷媒入口１７に隣接して弁収容室１９が形成され、この弁収容室１９の下流側（図３の上方部）には、弁収容室１９に対して十分小径の円形の絞り通路２０が形成されている。この絞り通路２０の弁座部２０ａに対向して、球状の弁体２１が図３の上下方向に変位可能に配置されている。
【００２０】この球状の弁体２１にはコイルばね（ばね手段）２２の一端部が当接して、コイルばね２２のばね力が弁体２１に対して閉弁方向に加わるようにしてある。コイルばね２２の他端部は、ハウジング１６に保持されたリング状の支持板２３により支持されている。一方、ハウジング１６の上端部には弁駆動機構部２４が一体に保持固定されている。この弁駆動機構部２４のケース２５の内部はステンレス等の弾性変形可能な金属薄板で形成されたダイヤフラム（圧力応動部材）２６により第１圧力室２７と第２圧力室２８とに仕切られている。
【００２１】第１圧力室２７の内部には、ガス封入管２９を通してガス媒体が所定圧力Ｐ1にて封入されている。ガス封入管２９の先端部３０はガス媒体を封入した後密封される。ハウジング１６のうち、冷媒出口１８の近傍部位には圧力導入穴３１が形成され、この圧力導入穴３１により、絞り通路２０の下流側の圧力、すなわち圧縮機６の吸入圧力Ｐ2 を第２圧力室２８の内部に導入するようになっている。
【００２２】また、ダイヤフラム２６の変位を弁体２１に伝達するために、ダイヤフラム２６と弁体２１との間に金属製の作動棒３２が配置されている。ハウジング１６には、この作動棒３２を摺動可能に案内する支持穴３３が設けられている。このような機構により、ダイヤフラム２６が図３の上下方向に変位すると、この変位が作動棒３２を介して弁体２１に伝達されて、弁体２１が変位する。
【００２３】次に、上記構成において作動を説明する。冷凍車１の車両エンジンの運転時に、圧縮機６の電磁クラッチに通電すると、この電磁クラッチが接続状態となり、車両エンジンから圧縮機６に動力が伝達され、これにより、圧縮機６が作動する。また、ファン８、１２の駆動モータに通電すると、ファン８、１２が作動状態となり、冷凍サイクル装置５が運転状態となる。冷凍用蒸発器１１で冷却された冷気は冷凍用ファン１２により冷凍室２内に吹き出して庫内の商品（冷凍物）を冷却する。
【００２４】ところで、上記の冷凍運転において圧縮機吸入圧Ｐ2 が設定値より高い間は、後述の理由から弁体２１が絞り通路２０の弁座部２０ａに圧着して、圧力制御弁１５が閉弁状態（バイパス通路１４の閉塞状態）にあるので、バイパス通路１４に冷媒は流れない。そして、冷凍運転が続行され、冷凍室２内の温度（庫内温度）が低下して冷凍用蒸発器１１の熱負荷が低下すると、減圧装置（膨張弁）１０の開度が絞られて圧縮機吸入圧Ｐ2 が低下していく。
【００２５】ここで、圧力制御弁１５において、ダイヤフラム２６には第１圧力室２７に封入されたガス媒体の所定圧力Ｐ1 が弁体２１の開弁方向（図３の下向き）に作用するとともに、第２圧力室２８内の圧縮機吸入圧Ｐ2 が弁体２１の閉弁方向（図３の上向き）に作用する。また、コイルばね２２のばね力Ｐ3 は弁体２１の閉弁方向に作用する。
【００２６】従って、ダイヤフラム２６上下の両圧力室２７、２９の圧力は、Ｐ1 ＝Ｐ2 ＋Ｐ3 となる状態がバランス点であり、この状態となるようにダイヤフラム２６が上下両側に変位可能である。そして、圧縮機吸入圧Ｐ2 が予め設定した設定値（例えば、０．２ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ）より高い間は、Ｐ1 ＜Ｐ2 ＋Ｐ3 の関係にあるので、弁体２１が絞り通路２０の弁座部２０ａに圧着して、圧力制御弁１５が閉弁状態にある。
【００２７】いま、冷凍用蒸発器１１の熱負荷の低下により圧縮機吸入圧Ｐ2 が上記設定値まで低下すると、Ｐ1 ＞Ｐ2 ＋Ｐ3 の関係になるので、ダイヤフラム２６が下側へ変位する。これにより、作動棒３２を介して弁体２１が開弁方向（図３の下向き）に変位して、絞り通路２０を開口する。これにより、受液器９出口の高圧液冷媒をバイパス通路１４および圧力制御弁１５を通して圧縮機６の吸入側に直接導入できる。
【００２８】この結果、圧縮機吸入圧Ｐ2 を上記設定値以上に保持することができるので、圧縮機吸入圧Ｐ2 が負圧状態まで低下することを未然に防止できる。ここで、圧力制御弁１５の弁体２１が開弁するときの圧縮機吸入圧Ｐ2 の設定値は、上記の圧力バランスから理解されるように、ガス媒体の所定圧力Ｐ1 とコイルばね２２のばね力Ｐ3 の選択により任意に設定できる。
【００２９】なお、高圧液冷媒は圧力制御弁１５の絞り通路２０にて減圧され、気液２相状態となって、圧縮機６の吸入側に導入される。このバイパス通路１４からの気液２相冷媒と蒸発器１１通過後のガス冷媒とが混合して圧縮機６に吸入されので、低負荷時でも、圧縮機６へのオイル戻り量を十分確保できる。しかも、圧力制御弁１５において圧力応動部材をなすダイヤフラム２６には圧縮機吸入圧Ｐ2 が直接作用するので、圧縮機回転数の急変時のような過渡時でも、圧縮機吸入圧Ｐ2 の変動にそのまま追従して、弁体２１を直ちに変位させることができとともに、弁体２１の開度をダイヤフラム２６の変位量に応じて連続的に微調整できる。そのため、圧縮機吸入圧Ｐ2 の圧力制御に際して、オーバシュート、アンダーシュートを生じることなく、圧縮機吸入圧Ｐ2 を上記設定値以上に良好に保持できる。
【００３０】（他の実施形態）なお、上記した実施形態では、バイパス通路１４の入口側を受液器９の下流側に接続しているが、バイパス通路１４の入口側を受液器９の上流側（凝縮器７の下流側）に接続してもよいこともちろんである。また、バイパス通路１４の入口側を圧縮機吐出側に接続することも可能である。従って、バイパス通路１４の入口側はサイクル高圧側回路部のどこに接続してもよい。
【００３１】また、圧縮機６の吸入側に冷媒の気液を分離するアキュームレータを配置する冷凍サイクルにおいても同様に本発明は実施できる。この場合、バイパス通路１４の出口側をアキュームレータの上流側、下流側のいずれに接続してもよいが、バイパス通路１４の出口側をアキュームレータの下流側に接続した方がより好ましい。
【００３２】すなわち、バイパス通路１４の出口側をアキュームレータの上流側に接続した場合は、アキュームレータ上流側圧力がアキュームレータ部分での圧損分だけ圧縮機吸入圧より高くなるので、これに応じて、圧力制御弁１５の開弁時の設定値を高くしなければならないが、バイパス通路１４の出口側をアキュームレータの下流側に接続すれば、バイパス通路１４からの冷媒を圧縮機６の吸入側に直接導入できるので、アキュームレータ部分での圧損分を考慮して上記設定値を決定する必要がない。
【００３３】また、圧力制御弁１５で減圧された気液２相冷媒を圧縮機６の吸入側に直接導入できるので、液相冷媒の蒸発潜熱より圧縮機６の吐出ガス冷媒温度を引き下げることができるという利点もある。また、図３に例示した圧力制御弁１５においては、ダイヤフラム２６の上側の第１圧力室２７の内部に所定圧力Ｐ1 でガス媒体を封入しているが、第１圧力室２７を大気開放室として、この大気開放の第１圧力室２７の内部に、圧縮機吸入圧Ｐ2 とコイルばね２２のばね力Ｐ3 とに対抗するばね力Ｐ1 を発生するばね手段（例えば、コイルばね）を配置する構成としてもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年１月１４日（１９９９．１．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０００２２
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 洋二 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２０５６６４（Ｐ２０００−２０５６６４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月２８日（２０００．７．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８１４２ |
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