| 【発明の名称】 |
空調装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】岡部 孝徳
【氏名】藤井 俊郎
【氏名】伴 孝志
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| 【要約】 |
【課題】空調装置作動時の異常高圧状態を抑制するために、暖房回路内の作動流体を冷房回路に放出してしまって暖房能力が不足するという問題点や、圧縮機に仕事をさせて高圧に昇圧した作動流体を暖房回路外に無駄に放出してしまってエネルギー効率が悪くなるといった問題点を解決する。
【解決手段】圧縮機１０１、冷暖房回路、二つの容量変更手段を有し、圧縮機１０１は、吸入部１１５、吐出部１２０、駆動手段１３０を有し、二つの容量変更手段は、吐出部１２０から駆動室１１０に至る通路の上流側および下流側に順次配置され、冷房時には、一方の容量変更手段は吸入圧が低圧になると通路を開放し、他方の容量変更手段は通路を常に開放し、暖房時には、一方の容量変更手段は通路を常に開放し、他方の容量変更手段は吐出圧が高圧になると通路を開放する空調装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機と、冷房回路と、暖房回路と、二つの容量変更手段とを有し、前記圧縮機は、作動流体を吸入する吸入部と、圧縮された作動流体を吐出する吐出部と、駆動室に設けられて前記駆動室内の圧力が大きくなると前記圧縮機の容量を減少する駆動手段とを有し、前記冷房回路は、前記吐出部から前記吸入部へと至る経路上に配置されたコンデンサと前記コンデンサよりも下流側に配置された熱交換機とを有し、前記暖房回路は、前記吐出部から前記熱交換機へと至るバイパス路と、前記熱交換機とを有し、前記二つの容量変更手段は、前記吐出部から前記駆動室に至る通路の上流側および下流側に順次配置され、前記冷房回路作動時には、一方の容量変更手段は作動流体の吸入圧が所定の低圧状態になると前記通路を開放し、他方の容量変更手段は前記通路を開放する構成とされ、前記暖房回路作動時には、前記一方の容量変更手段は前記通路を開放し、前記他方の容量変更手段は作動流体の吐出圧が所定の高圧状態になると前記通路を開放する構成とされていることを特徴とする空調装置。
【請求項２】 請求項１に記載の空調装置であって、前記二つの容量変更手段の双方またはいずれかは、前記通路に配置されるとともに開弁基準圧を変更できる弁を有する構造とされていることを特徴とする空調装置。
【請求項３】 請求項２に記載の空調装置であって、前記開弁基準圧はソレノイドの励磁または非励磁を介して変更されることを特徴とする空調装置。
【請求項４】 請求項１に記載の空調装置であって、前記二つの容量変更手段の双方またはいずれかは、前記通路に配置されるとともに作動流体の吸入圧と該吸入圧以外の圧力との差圧、または作動流体の吐出圧と該吐出圧以外の圧力との差圧によって開く差圧弁と、前記差圧弁の上流と下流を連絡するバイパス通路上に設けられたバイパス弁とを有することを特徴とする空調装置。
【請求項５】 請求項４に記載の空調装置であって、一の容量変更手段の有するバイパス弁は、当該容量変更手段が容量制御をおこなっている時には閉じられ、他の容量変更手段が容量制御をおこなっている時には開かれていることを特徴とする空調装置。
【請求項６】 請求項５に記載の空調装置であって、前記バイパス弁はソレノイドの励磁または非励磁を介して開閉されることを特徴とする空調装置。
【請求項７】 請求項１から請求項６までのいずれかに記載の空調装置であって、前記通路および二つの容量変更手段は前記圧縮機のハウジング内に設けられていることを特徴とする空調装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、可変容量型圧縮機によって圧縮された作動流体を利用して作動する冷房回路と暖房回路とを有する空調装置に関し、詳しくは作動流体の吐出圧の過度な上昇を効果的に抑制することが可能な空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の空調装置の一例が特開平７−１９６３０号公報に開示されている。この空調装置は、図１に示すように、圧縮機１と、冷房回路５１と、暖房回路５２と、制御装置８３とを有する。冷房回路５１は、圧縮機１の吐出部Ｄから吸入部Ｓへと至る経路上に設けられたコンデンサ５５と、第１の膨張弁５７と、熱交換機５９とで構成されており、圧縮機１から吐出された高圧の作動流体は、上記各装置を経由して圧縮機１に吸入され、このサイクルを繰り返す。暖房回路５２は、圧縮機１の吐出部Ｄから熱交換機５９へと至るバイパス路５２ａと、そのバイパス路５２ａ上に設けられた第２の膨張弁６３と、前記熱交換機５９とで構成されており、圧縮機１から吐出された高圧の作動流体は、コンデンサ５５へ送られることなく、第２の膨張弁６３および熱交換機５９を経由して圧縮機１に吸入され、このサイクルを繰り返す。なお、かかる暖房回路５２は一般にホットガスバイパスヒータと呼ばれている。冷房回路５１および暖房回路５２の切替は切替弁５３ａ，５３ｂの開閉動作によっておこなわれ、この開閉動作は制御装置８３によって制御される。
【０００３】この種の空調装置の場合、冷房回路５１を選択している場合に比して、暖房回路５２を使用している場合の方が、作動流体の吐出圧が高い状態で用いられることから、暖房回路５２作動中に異常な高圧がかかりやすい。例えば暖房回路５２の作動中に圧縮機１の回転数が一時的に増大するような場合に異常高圧状態が生じやすい。そこで、本従来技術では、更に圧力リリーフ弁９３が設けられた作動流体放出路９１が備えられている。作動流体放出路９１は、暖房回路５２と冷房回路５１とを連絡する通路であり、暖房回路５２の作動時に作動流体の吐出圧が異常高圧状態となった場合に、圧力リリーフ弁９３を開放して作動流体を冷房回路５１側へと放出する。この従来技術は、冷房回路５１と暖房回路５２が切替弁５３ａ，５３ｂによって択一的に選択されることに着目し、暖房回路５２作動中に吐出圧が異常に高圧になったときには、使用されていない冷房回路５１側へ作動流体を放出することによって、暖房回路５２に異常な高圧がかからないようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来の異常高圧対策技術は、作動中の暖房回路５２から未使用の冷房回路５１に作動流体を放出する方式であり、暖房回路５２の作動中における吐出圧の異常高圧状態の抑制は実現できるものの、吐出圧が増大する度に暖房回路５２内の作動流体が冷房回路５１に放出されてしまい、暖房回路５２内の作動流体が減少して暖房能力が不足するといった事態になりやすい。また、従来の異常高圧対策技術は、圧縮機１に仕事をさせて高圧に昇圧した作動流体を無駄に回路外へ放出するのでエネルギー効率が悪い。
【０００５】そこで本発明では、空調装置作動時の異常高圧状態を抑制するために、暖房回路内の作動流体を冷房回路に放出してしまって暖房能力が不足するという問題点や、圧縮機に仕事をさせて高圧に昇圧した作動流体を暖房回路外に無駄に放出してしまってエネルギー効率が悪くなるといった問題点を解決することを課題とする。
【０００６】上記した課題を解決するための手段として各請求項記載の発明が構成される。
【０００７】請求項１の空調装置においては、冷暖房回路の作動源として可変容量型圧縮機が用いられている。可変容量型圧縮機は、駆動室内の圧力を高めることによって吐出容量を減少することが可能な圧縮機である。本空調装置では、駆動室内の圧力を高め可変容量型圧縮機の吐出容量を減少することにより、作動流体の吸入圧を増加させるとともに吐出圧を減少することができる。すなわち、可変容量型圧縮機の本来的な特性を利用することによって吐出圧の異常高圧対策が図られる。
【０００８】本発明では、駆動室内の圧力を高めるべく、吐出部から駆動室に至る通路を形成するとともに、当該通路の上流側および下流側にそれぞれ容量変更手段を配置させておく。すなわち二つの容量変更手段が、吐出部から駆動室に至る通路の上流側と下流側に直列に配置される。二つの容量変更手段のうちの一方はいわゆる吸入圧制御手段としての役割を果たし、他方はいわゆる吐出圧制御手段としての役割を果たす。吸入圧制御手段としての容量変更手段（以下「一方の容量変更手段」という）は、特に、冷房回路作動時において作動流体の吸入圧が低すぎる場合に可変容量型圧縮機の吐出容量を減少させ、もって作動流体の吸入圧を増加させる。吐出圧制御手段としての容量変更手段（以下「他方の容量変更手段」という）は、特に、暖房回路作動時において作動流体の吐出圧が高すぎる場合に可変容量型圧縮機の吐出容量を減少させ、もって作動流体の吐出圧を減少させる。
【０００９】冷房回路作動時には、一方の容量変更手段は、作動流体の吸入圧が所定の低圧状態（異常低圧状態）になると通路を開放する。この場合、双方の容量変更手段が通路上に直列に配置されている関係上、他方の容量変更手段が通路を遮断していると作動流体が吐出部から駆動室に放出されなくなるので、他方の容量変更手段は冷房回路作動中上記通路を開放するようにしておく。この結果、冷房回路作動時に作動流体の吸入圧が所定の低圧状態になった場合、吐出部から駆動室に至る通路が連通状態とされ、高圧の作動流体が吐出部から駆動室に放出されることになる。すると駆動室内の圧力が高められて吐出容量が減少し、作動流体の吸入圧が増加して異常低圧状態が解消されることになる。
【００１０】暖房回路作動時には、他方の容量変更手段は、作動流体の吐出圧が所定の高圧状態（異常高圧状態）になると通路を開放する。この場合、双方の容量変更手段が通路上に直列に配置されている関係上、一方の容量変更手段が通路を遮断していると作動流体が吐出部から駆動室に放出されなくなるので、一方の容量変更手段は暖房回路作動中上記通路を開放するようにしておく。この結果、暖房回路作動時に作動流体の吐出圧が所定の高圧状態になった場合、吐出部から駆動室に至る通路が連通状態とされ、高圧の作動流体が吐出部から駆動室に放出されることになる。すると駆動室内の圧力が高められて吐出容量が減少し、作動流体の吐出圧が減少して異常高圧状態が解消されることになる。
【００１１】上記構成によると、暖房回路作動中に、作動流体の吐出圧の異常高圧状態を効果的に解消することができる。なお、かかる作動流体の異常高圧対策を講じるために吐出部の作動流体を駆動室に放出するので多少のエネルギー損失は生じるものの、本空調装置は可変容量型圧縮機の仕事量自体を抑制して吐出圧を減少する構成ゆえ、作動流体を回路外に放出するようなエネルギーの無駄は生じない。また吐出圧の異常高圧状態が解消された後、駆動室に放出された作動流体は吸入部に送られて再度利用されるので、従来技術のごとく、作動流体を回路外に捨ててしまうことに起因する問題、すなわち吐出圧の異常高圧対策をする度に作動流体が減少していって回路作動能力が不足してしまうという問題や、せっかく圧縮仕事をして昇圧した作動流体を回路外に捨ててしまいエネルギー効率が悪くなるという問題は生じない。なお本空調装置における暖房回路においては、吐出部と熱交換機との間に膨張弁等の減圧装置を設けておくことが好ましい。
【００１２】請求項２の空調装置では、請求項１の空調装置において、二つの容量変更手段の双方またはいずれかは、吐出部から駆動室に至る通路に配置され開弁基準圧を適宜変更可能な弁を有している。例えば暖房回路作動時には、一方の容量変更手段は常に通路を開放し、他方の容量変更手段は作動流体の吐出圧が所定の高圧状態となった場合に通路を開放するよう構成するが、この場合、他方の容量変更手段の弁は作動流体の吐出圧が所定圧となったときに開かれるよう、その開弁基準圧を適宜設定することができる。
【００１３】請求項３の空調装置では、請求項２の空調装置において、弁の開弁基準圧はソレノイドの励磁または非励磁を介して変更される。例えばソレノイドを通電して弁に与える負荷を増大または減少させ、かかる負荷の変化を介して弁の開弁圧力を適宜変更するといった態様である。
【００１４】請求項４の空調装置では、請求項１の空調装置において、二つの容量変更手段の双方またはいずれかは、差圧弁とバイパス弁を有する構成とされている。差圧弁は、吐出部から駆動室に至る通路に設けられ、作動流体の吐出圧と吐出圧以外の圧力との差圧または作動流体の吸入圧と吸入圧以外の圧力との差圧で開く。バイパス弁は、差圧弁の上流と下流を連絡するバイパス通路上に設けられる。既に述べたように、二つの容量変更手段が直列に配置される関係上、冷房回路作動時には、一方の容量変更手段は作動流体の吸入圧が所定の低圧状態となった場合に通路を開放し、他方の容量変更手段は常に通路を開放する構成とされ、暖房回路作動時には、一方の容量変更手段は通路を開放し、他方の容量変更手段は作動流体の吐出圧が所定の高圧状態となった場合に通路を開放する構成とされている。ところで、容量変更手段による通路の開閉を差圧弁で行わしめる場合、簡易な弁構造をもって容量制御ができる一方、作動流体の吐出圧または吸入圧の値によっては、他の容量変更手段が容量制御を行っている際に開いていなければならない差圧弁が開かず、他の容量変更手段による容量制御に支障がでることも予測される。そこで本空調装置では、差圧弁の上流と下流をバイパス通路で結び、当該バイパス弁の開閉を行うことによって上記の不具合を解消する構成としている。
【００１５】請求項５の空調装置は、請求項４の空調装置におけるバイパス弁の開閉の具体的構成を示すものであり、一方の容量変更手段のバイパス弁は、当該容量変更手段が容量制御を行っている時には閉じており、他方の容量変更手段が容量制御を行っている時には開かれる構成とされる。すなわち、バイパス弁の属する側の容量変更手段が容量制御を行っている場合にはバイパス弁は閉じて当該容量変更手段の差圧弁を使って容量制御を行わしめる。一方、他の容量変更手段が容量制御を行っている場合にはバイパス弁は開いて、仮に差圧弁が不用意に閉じても他の容量変更手段による容量制御に支障がでないようにする。
【００１６】請求項６の空調装置では、請求項５の空調装置におけるバイパス弁をソレノイドの励磁または非励磁を介して開閉する構成とされ、バイパス弁開閉の正確なタイミング取りや確実な開閉動作を実現することができる。
【００１７】請求項７の空調装置では、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の空調装置において、吐出部から駆動室に至る通路および二つの容量変更手段は圧縮機のハウジング内に設けられており、従って空調装置全体の構造を簡素化することに資する。
【００１８】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発明に係る実施の形態である空調装置につき、図面を参照しつつ説明していく。図２に示すように、本空調装置１００は、概括的に見て、冷房回路１５１と、暖房回路１５２と、両回路の駆動源である可変容量型圧縮機１０１とによって構成されている。なお、本発明の構成要素の一つである吐出容量変更手段は図３に示されるものの、本空調装置１００の概括的構成を現した図２においては示されていない。吐出容量変更手段の構造・作用については、後で詳しく説明する。空調装置１００は、本実施の形態では車載用の空調装置として構成されており、可変容量型圧縮機１０１の駆動軸１２５は車のエンジン１７０に接続されて駆動される。
【００１９】冷房回路１５１は可変容量型圧縮機１０１で圧縮された高圧の作動流体を利用して作動し、可変容量型圧縮機１０１の吐出部Ｄから吸入部Ｓへと至る経路１５１ａ上に配置されたコンデンサ１５５と、第１の膨張弁１５７と、熱交換機１５９と、アキュムレータ１６１とを有する。熱交換機１５９はエバポレータと通称される。
【００２０】暖房回路１５２も可変容量型圧縮機１０１で圧縮された高温高圧の作動流体を利用して作動し、吐出部Ｄから吐出された作動流体を熱交換機１５９へ導くバイパス路１５２ａ上に配置された第２の膨張弁１６３と、上記熱交換機１５９と、アキュムレータ１６１を有する。すなわち暖房回路１５２は上記冷房回路１５１の構成要素の一部を兼用する構造とされている。かかる構造を有する暖房回路１５２はホットガスバイパスヒータと通称されている。
【００２１】熱交換機１５９は温水ヒータ１７１と並置されている。温水ヒータ１７１内には、パイプ１７３を介してエンジン１７０からの冷却温水が循環している。図２中、第１の開閉弁１５３ａと第２の開閉弁１５３ｂは、冷房回路１５１と暖房回路１５２のいずれか一方を択一的に作動させるための切替用弁である。
【００２２】冷房回路１５１作動時には、可変容量型圧縮機１０１で圧縮されて高温・高圧となった作動流体がコンデンサ１５５に送られ、そこで高温の作動流体が有する熱を外部に捨て、作動流体は液化する。次に第１の膨張弁１５７によって作動流体は減圧されて熱交換機１５９に送られ、そこで外部の熱を奪ってガス化する。ガス化した作動流体はアキュムレータ１６１を経て再び可変容量型圧縮機１０１に還流され再循環されることになる。暖房回路１５２作動時には、可変容量型圧縮機１０１で圧縮されて高温・高圧となった作動流体は、第２の膨張弁１６３によって減圧されて熱交換機１５９に送られ、そこで外部に熱を放出する。暖房回路１５２のサイクル中、作動流体は常にガス状態で暖房回路１５２を循環する。
【００２３】本実施の形態において、暖房回路１５２は補助暖房装置として位置づけられている。すなわち、暖房回路１５２運転時に熱交換機１５９で発せられる熱は、既に述べた温水ヒータ１７１に対する補助暖房用熱源として用いられる。暖房回路１５２は、例えばエンジン１７０起動時、あるいは外気温が−２０℃等といった低温環境時のごとく、エンジン１７０の冷却温水では暖房用の熱が足りない場合に、これを補うために用いられる。
【００２４】次に図３を参照して、高圧の作動流体を冷房回路１５１・暖房回路１５２に供給して両回路を作動する可変容量型圧縮機１０１の構造について説明する。可変容量型圧縮機１０１のハウジング１０１ａ内には駆動室１１０が形成されており、その駆動室１１０内で斜板１３０が駆動軸１２５に支持されている。斜板１３０は駆動軸１２５に支持されて、駆動軸１２５に対して傾斜した状態で駆動軸１２５の回転に伴って回転する。また駆動軸１２５に対する斜板１３０の傾斜角は可変となっており、以後、駆動軸１２５に直交する状態に近づくことを「斜板１３０が立つ」といい、図示の状態で水平に近づくことを「斜板１３０が寝る」という。
【００２５】斜板１３０は、その周縁部において、可動シュー１３１を介してピストン１３５の頭部と連結されている。ピストン１３５は、駆動軸１２５のまわりに計６本配置されており（図では一本しか現されていない）、６個のシリンダボア１０９内にて図示左右方向にスライド可能に挿入されている。６個のシリンダボア１０９の円周方向の位置は可変容量型圧縮機１０１のハウジング１０１ａによって固定されている。図示のごとく斜板１３０が傾斜して駆動軸１２５と共に回転すると、円周方向について固定されたピストン１３５に対して、斜板１３０の周縁が滑っていく。斜板１３０の最もピストン側に傾いた周縁がピストン１３５に対応して位置しているとき（図３はその状態を示す）、ピストン１３５はシリンダボア１０９内に最も深く挿入される。斜板１３０の最も反ピストン側に傾いた周縁（図３の場合図示下方に示されている周縁）がピストン１３５に対応して位置しているとき（図３の状態から駆動軸１２５が１８０度回転した場合に相当する）、ピストン１３５はシリンダボア１０９内から最も大きく抜き出される。駆動軸１２５が一回転することで各ピストン１３５は各シリンダボア１０９内で左右方向に一往復する。
【００２６】各シリンダボア１０９の底部には吸入孔１１８ａと吐出孔１２３ａが設けられ、吸入孔１１８ａに対して吸入弁１１８が対応位置し、吐出孔１２３ａに対して吐出弁１２３が対応位置している。各吸入孔１１８ａは吸入室１１５に連通し、各吐出孔１２３ａは吐出室１２０に連通している。斜板１３０によってピストン１３５が図中左方向に移動する場合、作動流体は吸入口１１６から吸入室１１５・吸入孔１１８ａ・吸入弁１１８を介してシリンダボア１０９内に導入される。次いで、斜板１３０によってピストン１３５が図中右方向に移動する際には、吸入された作動流体は圧縮されて高圧状態とされ、吐出孔１２３ａ・吐出弁１２３・吐出室１２０を介して吐出口１２１から吐出される。
【００２７】この可変容量型圧縮機１０１の吐出容量は、ピストン１３５のストローク量によって定められる。ピストン１３５のストローク量は斜板１３０の傾斜角度によって定められる。斜板１３０が寝ているほどピストン１３５のストローク量は大きく、可変容量型圧縮機１０１の吐出容量は大きくなる。反対に、斜板１３０が立つほどピストン１３５のストローク量は小さく、可変容量型圧縮機１０１の吐出容量は小さくなる。
【００２８】斜板１３０の傾斜角度は、ピストン１３５両側に作用する圧力の差、すなわち駆動室１１０内の圧力とシリンダボア１０９内の圧力の差によって決定される。本実施の形態においてこの差圧は、駆動室１１０内の圧力を増減させることによって調整される。駆動室１１０内の圧力を高くすると斜板１３０は立ち、ピストン１３５のストローク量が減少して吐出容量が減少する。吐出容量が減少すると作動流体の吐出圧が減少するとともに吸入圧が増加する。駆動室１１０内の圧力を低くすると斜板１３０は寝ていき、ピストン１３５のストローク量が増加して吐出容量が増加する。吐出容量が増加すると作動流体の吐出圧が増加するとともに吸入圧が減少する。本実施の形態では、吐出容量を減少させる場合には、吐出室１２０内の高圧の作動流体を駆動室１１０へ放出して駆動室１１０内の圧力を高くする構成とされている。反対に容量を増加させようとする場合には、吐出室１２０内の作動流体が駆動室１１０へ放出されないようにする構成とされている。このように吐出室と駆動室との間を連通状態・非連通状態として吐出容量の変更を行う制御を「入れ側制御」と定義する。
【００２９】本実施の形態では、図３に示すように、高圧の作動流体を吐出室１２０から駆動室１１０へ放出するのに二つの容量変更手段が設けられている。一つは冷房用容量変更手段３０１であり、もう一つは暖房用容量変更手段４０１である。双方の容量変更手段３０１，４０１は、吐出室１２０から駆動室１１０に至る通路３２１，３２３，４２１上に直列に配置された冷房用容量変更弁３０３と暖房用容量変更弁４０３とをそれぞれ有する。冷房用容量変更弁３０３は、第１の放出通路３２１によって吐出室１２０と連絡され、第２の放出通路３２３によって暖房用容量変更弁４０３に連絡されている。暖房用容量変更弁４０３は更に第３の放出通路４２１によって駆動室１１０と連絡されている。また、駆動室１１０と吸入室１１５とは減圧通路５０１によって連絡されるとともに、特に図示しないものの減圧通路５０１上には絞りが設けられている。
【００３０】第１および第２の放出通路３２１，３２３は、冷房用容量変更弁３０３に接続されるとともに、弁体３０５によって連通または非連通のいずれかの状態とされる。弁体３０５は、吸入圧検出通路３１３を介して検出される吸入圧Ｐｓに基づいて弁体３０５の開閉を司るベローズ３１５に接続されるとともに、連結部材３１１を介してソレノイド３０９のプランジャー３０７に連結されている。ばね３２７は弁体３０５を開弁方向に付勢している。ソレノイド３０９は、通電による励磁または非励磁によってプランジャー３０７に付勢力を与える。すなわち弁体３０５は、吸入圧Ｐｓが所定の圧力以下となった場合にベローズ３１５によって開かれ、しかもその開弁基準圧はソレノイド３０９によるプランジャー３０７への付勢力を適宜調整することによって変更可能とされている。あるいは、ソレノイド３０９への通電をやめることによって、吸入圧Ｐｓの大きさ如何に拘わらず弁体３０５が常に開いているような付勢力をばね３２７で与えることもできる。
【００３１】第２の放出通路３２３は、暖房用容量変更弁４０３内に形成された第１の区画室４０５に接続される。上記した冷房用容量変更弁３０３が開いている場合、第１の区画室４０５には、第１および第２の放出通路３２１，３２３を経由して吐出室１２０から作動流体が送られ、第１の区画室４０５内の圧力は吐出圧Ｐｄとされる。また第３の放出通路４２１は暖房用容量変更弁４０３内の第２の区画室４０７に接続されており、第２の区画室４０７内の圧力は駆動室１１０内の圧力Ｐｃとされる。
【００３２】第１および第２の区画室４０５，４０７は弁体４０９によって連通または非連通のいずれかの状態とされる。弁体４０９は、スプリング４０９ａによって閉弁方向（図３では右方向）の付勢力を与えられるとともに、第１の区画室４０５内の圧力（吐出圧）Ｐｄが第２の区画室４０７内の圧力（駆動室内の圧力）Ｐｃに比べて所定の大きさになった場合に、第２の区画室４０７内の圧力（駆動室内の圧力）Ｐｃおよびスプリング４０９ａの付勢力の合力に打ち勝って開かれる（図３では弁体４０９が左方向に移動する）。さらに弁体４０９は、連結部材４１１を介してソレノイド４１５のプランジャー４１３に連結されている。ソレノイド４１５は、通電による励磁または非励磁によってプランジャー４１３に付勢力を与える。すなわち弁体４０９は、吐出圧Ｐｄが駆動室内圧力Ｐｃに対して所定の大きさとなった場合に開かれる差圧弁の構造を有するとともに、その開弁基準圧はソレノイド４１５によるプランジャー４１３への付勢力を適宜調整することによって変更可能とされている。あるいはソレノイド４１５への通電を調節することによって、吐出圧Ｐｄの大きさ如何に拘わらず弁体４０９が常に開いているような付勢力をプランジャー４１３に与えることもできる。
【００３３】次に本空調装置の作用について説明する。既に説明したように、図２に示す冷房回路１５１作動時には、可変容量型圧縮機１０１で圧縮されて高温・高圧となった作動流体はコンデンサ１５５・第１の膨張弁１５７・熱交換機１５９・アキュムレータ１６１を経て再び可変容量型圧縮機１０１に還流され再循環される。また、暖房回路１５２作動時には、可変容量型圧縮機１０１で圧縮されて高圧となった作動流体は、バイパス路１５２ａ上の第２の膨張弁１６３・熱交換機１５９・アキュムレータ１６１を経て再び可変容量型圧縮機１０１に還流され再循環される。
【００３４】吐出容量の制御に関し、まず冷房回路１５１（図２参照）作動時について説明する。冷房回路１５１作動時には上記の冷房用容量変更弁３０３の開閉を通じて容量制御を行う。一方、暖房用容量変更手段４０１は冷房回路作動中は容量制御に使用されず、冷房用容量変更手段３０１による容量制御の支障とならないよう開弁状態としておく。冷房用容量変更弁３０３については、ソレノイド３０９への通電を適宜調節し、作動流体の吸入圧Ｐｓが所定の基準値以下となった場合に弁体３０５が開くように弁体３０５の開弁基準圧を設定する。吸入圧Ｐｓに関する基準値は、熱交換機１５９（図２参照）に着霜が生じるおそれのない吸入圧の下限値にあわせておく。つまり吸入圧Ｐｓが許容下限値を下回ると吸入圧Ｐｓが異常低圧状態になったと判断し、冷房用容量変更手段３０１による容量制御が開始されるようにしておく。一方、暖房用容量変更弁４０３は冷房回路作動中は常に開いておき、冷房用容量変更弁３０３が開いて作動流体を吐出室１２０から駆動室１１０に放出するのを妨げないようにする。具体的には、ソレノイド４１５への通電を適宜調節し、暖房用容量変更弁４０３の開弁基準圧を冷房回路作動中の作動流体の吐出圧Ｐｄの使用域より低く設定しておく。この結果、冷房回路作動中は暖房用容量変更弁４０３の開弁基準圧は常に満たされ、暖房用容量変更弁４０３は冷房回路作動中開いていることになる。あるいは、ソレノイド４１５への通電を調節することによって、吐出圧Ｐｄの大きさ如何に拘わらず弁体４０９が常に開いているような付勢力をプランジャー４１３に与える。
【００３５】冷房回路作動中において、作動流体の吸入圧Ｐｓが異常低圧状態にない場合、冷房用容量変更弁３０３の開弁条件が満たされないため、冷房用容量変更弁３０３は閉じている。この結果、作動流体の吸入圧Ｐｓが異常低圧状態にない場合には、作動流体は吐出室１２０から駆動室１１０へは放出されず容量制御が行われない。
【００３６】一方、冷房回路作動中において、作動流体の吸入圧Ｐｓが異常低圧状態となった場合、吸入圧Ｐｓが所定の低圧状態となって冷房用容量変更弁３０３の開弁条件が満たされ、冷房用容量変更弁３０３は開かれる。また冷房回路作動時の作動流体の吐出圧は暖房用容量変更弁４０３の開弁条件を満たしており、あるいは弁体４０９はソレノイド４１５への通電を調節して強制的に開かれており、暖房用容量変更弁４０３は開弁状態が維持されている。この結果、第１〜第３の放出通路３２１，３２３，４２１が全て連通状態とされ、作動流体は高圧側の吐出室１２０から、第１の放出通路３２１，第２の放出通路３２３，第３の放出通路４２１を経由して、駆動室１１０に放出されることになる。この結果、「駆動室１１０内の圧力Ｐｃが上昇」、「斜板１３０が立つ（斜板１３０の傾斜角度が減少する）」、「ピストン１３５のストロークが減少」、「吐出容量が減少」という一連の作用を経て作動流体の吸入圧Ｐｓが増加し、吸入圧Ｐｓの異常低圧状態が抑制されることになる。なお駆動室１１０は減圧通路５０１を介して吸入室１１５と連通されているものの、減圧通路５０１に設けられた絞りのため、吸入圧Ｐｓの異常低圧対策が終了しないうちに作動流体が駆動室１１０から吸入室１１５に逃げてしまうことが防止される。
【００３７】駆動室１１０内の作動流体は少しずつ減圧通路５０１を経由して吸入室１１５に送られるとともに、シリンダボア１０９に再度送られて圧縮され、吐出室１２０・吐出口１２１を経て再度冷房回路に吐出されることになる。
【００３８】次に暖房回路１５２（図２参照）作動時における容量制御について説明する。暖房回路１５２作動時には、上記の暖房用容量変更弁４０３の開閉を通じて容量制御を行う。一方、冷房用容量変更手段３０１は暖房回路作動中は容量制御に使用されず、暖房用容量変更手段４０１による容量制御の支障とならないよう開弁しておく。暖房用容量変更弁４０３については、ソレノイド４１５への通電を適宜調節し、作動流体の吐出圧Ｐｄが所定の基準値となった場合に弁体４０９が開くように弁体４０９の開弁基準圧を設定する。吐出圧Ｐｄに関する基準値は、暖房回路１５２に過度に高い圧力がかからないための吐出圧の上限値にあわせておく。つまり吐出圧Ｐｄが許容上限値を上回ると、吐出圧Ｐｄが異常高圧状態になったと判断し、暖房用容量変更手段４０１による容量制御が開始されるようにしておく。一方、冷房用容量変更弁３０３は、暖房回路作動中は常に開いておき、吐出室１２０から暖房用容量変更弁４０３に作動流体が送られるようにしておく。具体的には、ソレノイド３０９への通電を適宜調節して冷房用容量変更弁３０３の開弁基準圧を暖房回路作動中の作動流体の吸入圧Ｐｓ使用域より高く設定しておく。この結果、暖房回路作動中は冷房用容量変更弁３０３の開弁基準圧は常に満たされ、冷房用容量変更弁４０３は暖房回路作動中は常に開いていることになる。あるいは、ソレノイド３０９への通電をやめることによって、吸入圧Ｐｓの大きさ如何に拘わらず弁体３０５が常に開いているような付勢力をばね３２７で与える。
【００３９】暖房回路作動中において、作動流体の吐出圧Ｐｄが異常高圧状態にない場合、暖房用容量変更弁４０３の開弁条件が満たされないため、暖房用容量変更弁４０３は閉じている。もちろん暖房回路作動中、冷房用容量変更弁３０３は開弁状態が維持されている。従って作動流体の吐出圧Ｐｄが異常高圧状態にない場合、作動流体は吐出室１２０から開弁状態にある冷房用容量変更弁３０３を経由して暖房用容量変更弁４０３へ送られるものの、当該暖房用容量変更弁４０３が閉じているため作動流体は駆動室１１０へ放出されず、容量制御が行われない。
【００４０】一方、暖房回路作動中において、作動流体の吐出圧Ｐｄが異常高圧状態となった場合、吐出圧Ｐｄが所定の高圧状態となって暖房用容量変更弁４０３の開弁条件が満たされ暖房用容量変更弁４０３は開かれる。もちろん暖房回路作動中、冷房用容量変更弁３０３は開弁状態を維持している。開弁条件が満たされた暖房用容量変更弁４０３の弁体４０９は開弁方向に移動し、第２および第３の放出通路３２３，４２１が連通される。そして作動流体は高圧側の吐出室１２０から、第１の放出通路３２１，開弁状態とされた冷房用容量変更弁３０３，第２の放出通路３２３，開弁状態とされた暖房用容量変更弁４０３，第３の放出通路４２１を経由して、駆動室１１０に放出される。この結果、「駆動室１１０内の圧力Ｐｃが上昇」、「斜板１３０が立つ（斜板１３０の傾斜角度が減少する）」、「ピストン１３５のストロークが減少」、「吐出容量が減少」という一連の作用を経て作動流体の吐出圧Ｐｄが減少し、吐出圧Ｐｄの異常高圧状態が抑制されることになる。なお駆動室１１０は減圧通路５０１を介して吸入室１１５と連通されているものの、減圧通路５０１に設けられた絞りのため、吐出圧Ｐｄの異常高圧対策が終了しないうちに作動流体が駆動室１１０から吸入室１１５に逃げてしまうことが防止される。
【００４１】駆動室１１０内の作動流体は少しずつ減圧通路５０１を経由して吸入室１１５に送られるとともに、シリンダボア１０９に再度送られて圧縮され、吐出室１２０・吐出口１２１を経て再度暖房回路に吐出されることになる。
【００４２】上記した冷房用容量変更手段３０１および暖房用容量変更手段４０１は、それぞれが独立して容量制御を行うとともに、第１〜第３の放出通路３２１，３２３，４２１という一本の経路上に直列的に配置された構造とされる。そして冷房回路作動中は冷房用容量変更手段３０１のみを使って容量制御し（暖房用容量変更弁４０３は開いた状態とする）、暖房回路作動中は暖房用容量変更手段４０１のみを使って容量制御する（冷房用容量変更弁３０３は開いた状態とする）。このように二つの容量変更手段を独立かつ直列的に配置して容量制御をおこなう形態を「直列配置型」による容量制御技術として定義する。
【００４３】本実施の形態に係る空調装置によれば、一度可変容量型圧縮機１０１に仕事をさせて昇圧した作動流体を駆動室１１０に放出するのでエネルギー効率が多少悪くなるものの、少量の放出量によって吐出容量を減少して吸入圧を増加するとともに吐出圧を減少することになり、作動流体を暖房回路１５２外へ捨てるものではないので極端なエネルギー損失が生じるものではない。また暖房回路１５２作動のための作動流体が不足するといった事態は生じない。すなわち、本実施の形態によれば、ホットガスバイパスヒータである暖房回路を備えた空調装置において、暖房運転時の異常高圧状態を抑制するために暖房回路内の作動流体を冷房回路に放出してしまって暖房能力が不足するという問題点や、圧縮機に仕事をさせて高圧に昇圧した作動流体を暖房回路外に無駄に放出してしまってエネルギー効率が非常に悪くなるといった問題が生じない。
【００４４】（本実施の形態の第１の変更例）本実施の形態に関する第１の変更例が図４に示される。これは上記した暖房用容量変更手段４０１の構成を異ならしめた変更例である。図４に示すように、本変更例に係る可変容量型圧縮機７０１の暖房用容量変更手段６０１は、概括的に見てバイパス弁６１９と暖房用容量変更弁６０３とによって構成されている。暖房用容量変更弁６０３は、後述するように第１の区画室６０５内の圧力（吐出圧Ｐｄ）と第２の区画室６０７内の圧力（駆動室内圧力Ｐｃ）との差圧によって開閉される差圧弁が用いられている。またバイパス弁６１９と暖房用容量変更弁６０３とは、第２の放出通路３２３ａ，第１のバイパス通路６１７ａによってそれぞれ冷房用容量変更弁３０３と連絡されている。すなわち（吐出室１２０）−（第１の放出通路３２１）−（冷房用容量変更弁３０３）−（第２の放出通路３２３）−（暖房用容量変更弁６０３）−（第３の放出通路４２１）−（駆動室１１０）という作動流体放出経路において、暖房用容量変更弁６０３の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路６１７上にバイパス弁６１９が設けられている。
【００４５】暖房用容量変更弁６０３内には第１および第２の区画室６０５，６０７が形成され、第１の区画室６０５は第２の放出通路３２３（３２３ａ）を介して冷房用容量変更弁３０３と連絡されている。第２の区画室６０７は第３の放出通路４２１を介して駆動室１１０に連絡されている。第１の区画室６０５と第２の区画室６０７の間には弁体６０９が配置されている。弁体６０９は、通常は、スプリング６０９ａによる閉弁方向（図４では右方向）への付勢力によって第１および第２の区画室６０５，６０７とを非連通状態としている。弁体６０９は、第１の区画室６０５内の圧力Ｐｄと第２の区画室６０７内の圧力Ｐｃとの差圧によって開かれる構造とされている。すなわち暖房用容量変更弁６０３は差圧弁として構成されている。バイパス弁６１９は、通常は、第１および第２のバイパス通路６１７ａ，６１７ｂを非連通状態とし（図４がその状態を示している）、ソレノイド６１５への通電により開弁方向へ移動し得る構成とされている。開弁方向に移動した場合には、第１および第２のバイパス通路６１７ａ，６１７ｂとは連通状態とされる。
【００４６】その他の構成、たとえば可変容量型圧縮機自体の構造・作用や、冷房用容量変更手段３０１の構造・作用については上記した本発明の実施の形態と同等であり、詳細な説明は便宜上省略する。
【００４７】さて、本変更例においては、冷房回路作動中は、冷房用容量変更手段３０１が作動流体の吸入圧の異常低圧対策を講じるのを妨げないように、暖房用容量変更弁６０３は開いている必要がある。しかしながら、弁体６０９の開閉を司る第１および第２の区画室６０５，６０７の差圧を外部からコントロールすることはできないので、差圧弁の構造を有する暖房用容量変更弁６０３が冷房回路作動中に不用意に閉じてしまい、冷房用容量変更手段３０１による容量制御を不能にしてしまうおそれがある。従って、冷房回路作動中はソレノイド６１５を通電してバイパス弁６１９を強制的に開き（図４の状態からバイパス弁６１９を右方向に移動させる）、バイパス通路６１７を連通状態としておく。すなわち冷房回路作動中は、暖房用容量変更弁６０３の開閉如何にかかわらず、バイパス弁６１９を開いてバイパス通路６１７が常に連通状態とされるようにしておき、作動流体が当該バイパス通路６１７を経由して駆動室１１０へ放出され得るようにしておくのである。冷房回路作動中の冷房用容量変更手段３０１の働きについては、上記実施の形態と同等であり、詳細な説明は便宜上省略する。
【００４８】一方、暖房回路作動中は、暖房用容量変更弁６０３の開閉を通じて作動流体の異常高圧対策を講じるため、バイパス弁６１９を閉じておく必要がある。バイパス弁６１９が開いていると、作動流体がバイパス通路６１７経由で駆動室１１０に放出されてしまい、暖房用容量変更弁６０３による容量制御の意義が失われてしまうからである。このため、ソレノイド６１５の通電を止め、バイパス弁６１９を閉弁する（図４に示す状態とする）。これによりバイパス通路６１７は非連通状態とされ、作動流体は吐出室１２０，第１の放出通路３２１，開弁状態とされた冷房用容量変更弁３０３，第２の放出通路３２３（３２３ａ）を経由して全て暖房用容量変更弁６０３に送られ、下記のごとく作動流体の吐出圧Ｐｄの圧力状態に応じて暖房用容量変更弁６０３による容量制御が行われる。
【００４９】暖房回路作動中において作動流体の吐出圧Ｐｄが所定の高圧状態にない場合、すなわち異常高圧状態にない場合には、第１の区画室６０５内の吐出圧Ｐｄは、スプリング６０９ａの閉弁方向への付勢力と第２の区画室６０７内の圧力Ｐｃとの合力に打ち勝てず、暖房用容量変更弁６０３が閉じられている。もちろん上記のようにバイパス弁６１９は閉じられている。従って、作動流体は吐出室１２０から駆動室１１０へと放出されず、容量制御は行われない。
【００５０】暖房回路作動中において作動流体の吐出圧Ｐｄが所定の高圧状態となった場合、すなわち異常高圧状態となった場合には、第１の区画室６０５内の吐出圧Ｐｄは、スプリング６０９ａの閉弁方向への付勢力と第２の区画室６０７内の圧力Ｐｃとの合力に抗して弁体６０９を開弁方向に押し、暖房用容量変更弁６０３が開かれる。もちろん上記のようにバイパス弁６１９は閉じられている。この結果、吐出室１２０内の高圧の作動流体は、吐出室１２０から、第１の放出通路３２１，開弁状態とされた冷房用容量変更弁３０３，第２の放出通路３２３，開弁状態とされた暖房用容量変更弁６０３，第３の放出通路４２１を経由して駆動室１１０に放出されることになり、上記実施の形態で説明したのと同様の作用により、吐出圧Ｐｄの異常高圧対策が講じられることになる。
【００５１】（他の変更例）上記した「直列配置型」による容量制御技術について考えられる他の変更例について、図５から図８までにシステマチックに示す。
【００５２】直列配置型容量制御技術では、吐出室１２０と駆動室１１０とを連絡する経路上に、作動流体の吸入圧の異常低圧対策を講じるための吸入圧制御用容量変更手段７０１と、吐出圧の異常高圧対策を講じるための吐出圧制御用容量変更手段７０２とを直列に配置する。吸入圧制御用容量変更手段と吐出圧制御用容量変更手段のうちのどちらを上流側に配置し、どちらを下流側に配置するかは適宜選択し得る。本変更例では、前者を上流側・後者を下流側に配置した形態で説明する。さて図５に示すように、吸入圧制御用容量変更手段７０１は吸入圧制御弁７１１を有し、吐出圧制御用容量変更手段７０２は吐出圧制御弁７１２を有する。また駆動室１１０と吸入室１１５とを連絡する減圧通路上には絞り７３１を配置する。各制御弁７１１，７１２については、上記実施の形態のように差圧弁を基調としつつソレノイド等を用いてその開弁基準圧を適宜変更できる弁、あるいは外的制御によって強制的に開閉をコントロールすることができる弁を用いることができる。このように弁の開閉を外的にコントロールできる弁構造を「外部制御弁」と定義する。また、各制御弁７１１，７１２には、作動流体の吸入圧Ｐｓとそれ以外の圧力（例えば大気圧，真空圧）との差圧によって、あるいは作動流体の吐出圧Ｐｄとそれ以外の圧力（例えば大気圧，真空圧，駆動室内の圧力Ｐｄ，吸入圧Ｐｓ）との差圧によって開閉がコントロールされる弁を用いることができる。こうした弁構造を「内部制御弁」と定義する。「内部」の語を用いるのは、典型的には空調装置内の圧力の差によって開閉する差圧弁を用いるからである。内部制御弁では、その開閉条件が二つの圧力関係に依存し、装置の構造の簡素化が図られるものの、その開閉を外的操作によってコントロールすることができない。
【００５３】さて、外部制御弁を用いて容量制御を行う場合には、作動流体の吸入圧または吐出圧の圧力状態に応じて開閉せしめ、しかも他方の容量変更手段が容量制御を行う際には弁を開かせることにより、他方の容量変更手段が担当する容量制御に支障がでないようにする。図５は、各制御弁７１１，７１２双方に外部制御弁を採用した場合のシステム図を示す。
【００５４】一方、容量変更手段として内部制御弁を用いる場合、上記のように内部制御弁の開閉条件は二つの圧力関係（典型的には空調装置内の二つの圧力関係）に依存し、その開閉あるいは開弁条件を外的操作によってコントロールすることができないので、他の容量変更手段による容量制御を行っている最中に不用意に閉じてしまい、他の容量変更手段が担当する容量制御を不能としてしまうおそれがある。そこで内部制御弁の上流側と下流側とを連絡するバイパス通路上にバイパス弁を配置するとともに、容量制御時にはバイパス弁を閉じて制御弁に容量制御を行わせるとともに、他方の容量変更手段が容量制御を行う時にはバイパス弁を開いて、他方の容量変更手段による容量制御の妨げとならないようにする。
【００５５】図６は、吸入圧制御用容量変更手段７０１には内部制御弁として構成される制御弁７１１とバイパス弁７１１ａを配置し、吐出圧制御用容量変更手段７０２には外部制御弁として構成される制御弁７１２を配置した変更例を示す。
【００５６】図７は、吸入圧制御用容量変更手段７０１には、外部制御弁として構成される制御弁７１１を配置し、吐出圧制御用容量変更手段７０２には内部制御弁として構成される制御弁７１２とバイパス弁７１２ａを配置した変更例を示す。
【００５７】図８は、吸入圧制御用容量変更手段７０１および吐出圧制御用容量変更手段７０２ともに、内部制御弁として構成される制御弁７１１，７１２とバイパス弁７１１ａ，７１２ａを配置した変更例を示す。
【００５８】上記した本実施の形態は図５に示す制御形態（ともに外部制御弁として構成される直列配置型容量制御）に係るものであり、上記した第１の変更例は図７に示す制御形態（吸入圧制御には外部制御弁を用い、吐出圧制御には内部制御弁およびバイパス弁を用いて構成される直列配置型容量制御）に係るものである。もちろん図６に示す制御形態（吸入圧制御には内部制御弁およびバイパス弁を用い、吐出圧制御には外部制御弁を用いて構成される直列配置型容量制御）や、図８に示す制御形態（吸入圧制御および吐出圧制御ともに、内部制御弁およびバイパス弁を用いて構成される直列配置型制御）を採用することもできる。
【００５９】なお本実施の形態およびその変更例では、冷房用容量変更手段および暖房用容量変更手段は、いずれも可変容量型圧縮機の内部に設けられる構成であったが、それらの全て、あるいは一部を可変容量型圧縮機外に設ける構成としてもよい。また、可変容量型圧縮機のピストンの本数を変更し、あるいはピストンを斜板の片側でなく両側に配置する構成としてもよい。
【００６０】
【発明の効果】本発明は、ホットガスバイパスヒータ回路を備えた空調装置に従来の可変容量型圧縮機の吐出容量制御技術を応用することで、特開平７−１９６３０号公報に開示された空調装置における異常高圧対策技術の問題点、即ち、ホットガスバイパスヒータ回路内の作動流体が冷房回路に放出されて暖房能力が不足するという問題点や、圧縮機に仕事をさせて高圧に昇圧した作動流体を暖房回路外に無駄に放出することからエネルギー効率が悪いといった問題点が解決されることとなった。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２１８
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年１月１２日（１９９９．１．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４３４４
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 英彦 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２０５６６６（Ｐ２０００−２０５６６６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月２８日（２０００．７．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５８３１ |
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