(57)【要約】【課題】  R-152a等の可燃性冷媒を使用しても、冷凍回路の成績係数を十分に高めることができる車両用空調装置の圧縮機を提供する。【解決手段】  車両用空調装置の圧縮機はR-152aを冷媒として使用する斜板式圧縮機であって、その各圧縮室に通じる吐出ポート４８の口径はR-134aを冷媒として使用した場合に要求される口径よりも縮径されている。【選択図】      図１
2005162059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍回路の冷媒循環管路に介挿され、冷媒の吸込工程及び圧縮工程を圧縮室にて実行し、高圧の圧縮冷媒を前記圧縮室から前記冷媒循環管路に供給する車両用空調装置の圧縮機において、
前記圧縮機は、
前記圧縮室内にて圧縮された冷媒の圧力が吐出弁の締切圧を越えたときに開かれて、前記圧縮冷媒を前記圧縮室から前記冷媒循環管路に向けて吐出する吐出ポートを備え、
前記冷媒としてR-134a よりもガス密度の小さな可燃性冷媒を使用し、
前記冷媒にR-134aを使用した場合に要求される口径に比べ、前記吐出ポートの口径を縮径させていることを特徴とする車両用空調装置の圧縮機。
【請求項２】
前記可燃性冷媒はR-152aであることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置の圧縮機。
【請求項３】
前記圧縮機は斜板式圧縮機であり、前記吐出ポートは前記圧縮室の一端を区画するバルブプレートに形成されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置の圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機は前記バルブプレートの周方向に等間隔を存して配置された複数の圧縮室を有することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置の圧縮機。
【請求項５】
前記吐出ポートは４〜８mmの口径を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の車両用空調装置の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置の冷凍回路に組込まれる圧縮機に係わり、特にHFC-152a等の可燃性冷媒の使用に好適した圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、この種の圧縮機には冷媒としてR-134aを使用した斜板式圧縮機が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平5-202854号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両用の空調装置の分野では、地球温暖化係数の大きなR134a(GWP=1300)に代えて、CO2やHC等の温暖化係数の小さな自然系ガスや、同じフロンであっても温暖化係数がR134aよりも小さな可燃性のR152a(GWP=140)等を冷媒として採用する動きがある。
しかしながら、冷媒としてのR152aはR-134aに比べて圧縮機の圧縮効率を低下させ、結果的に冷凍回路の成績係数(COP)を悪化させてしまう。また、地球温暖化を抑制するには車両の省燃費もまた要求され、このためには冷凍回路の成績係数の向上を図る必要がある。
【０００４】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところはR-152a等の可燃性ガスを冷媒として使用しても冷凍回路の成績係数の向上を図ることができる車両用空調装置の圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明は、冷凍回路の冷媒循環管路に介挿されて冷媒の吸込工程及び圧縮工程を圧縮室にて実行し、圧縮室から高圧の圧縮冷媒を冷媒循環管路に供給する車両用空調装置の圧縮機において、本発明の圧縮機は、圧縮室内にて圧縮された冷媒の圧力が吐出弁の締切圧を越えたときに開かれ、圧縮冷媒を圧縮室から冷媒循環管路に向けて吐出する吐出ポートを備え、冷媒としてR-134a よりもガス密度の小さな可燃性冷媒を使用し、冷媒にR-134aを使用した場合に要求される口径に比べて吐出ポートの口径を縮径させている（請求項１）。
【０００６】
具体的には、可燃性冷媒としてR-152aを使用でき（請求項２）、そして、圧縮機のタイプとしては、吐出ポートが圧縮室の一端を区画するバルブプレートに形成されている斜板式圧縮機が好適する（請求項３）。
更に、斜板式圧縮機はバルブプレートの周方向に等間隔を存して配置された複数の圧縮室を有しているのが望ましい（請求項４）。
そして、吐出ポートは４〜８mmの口径を有することができる（請求項５）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の車両用空調装置の圧縮機（請求項１，２，５）によれば、吐出ポートの口径が冷媒にR-134aを使用した場合に要求される口径に比べて縮径されているから、冷媒の圧縮工程時にデッドスペースとなる吐出ポートの容積が小さくなる。この結果、R-134a に比べてガス密度の小さいR-152a等の可燃性冷媒を使用しても、圧縮機の圧縮効率が高まり、空調装置、即ち、その冷凍回路の成績係数を向上させることができる。
【０００８】
請求項３，４の車両用空調装置の圧縮機は１個又は複数のピストンを往復運動させる斜板式圧縮機であるから、圧縮工程時にデッドスペースとなる吐出ポートの存在はスクロール型圧縮機等の回転式圧縮機に比べて、その圧縮効率に大きく影響することから、吐出ポートの縮径は冷凍回路の成績効率を向上する上で大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は車両用空調装置の冷凍回路に組込まれる斜板式圧縮機を示し、この圧縮機は円筒形状のハウジング２を備え、このハウジング２は図１でみて左側からクランクケース４、シリンダブロック６及びシリンダヘッド８からなり、これらケース４、ブロック６及びヘッド８は複数の連結ボルトにより相互に連結されている。なお、図１には、シリンダブロック６とシリンダヘッド８との間を連結する連結ボルトのみが示されている。
【００１０】
クランクケース４内にはその中央に駆動軸１０が配置され、この駆動軸１０の一端側はクランクケース４を貫通し、軸受１２を介してクランクケース４に回転自在に支持されている。一方、駆動軸１０の他端はシリンダブロック６の中央に貫通して形成した中央孔１４に進入し、軸受１６を介してシリンダブロック６に回転自在に支持されている。
駆動軸１０の一端は駆動プーリ１８に電磁クラッチ２０を介して連結可能となっており、電磁クラッチ２０は駆動プーリ１８に内蔵されている。駆動プーリ１８は軸受２２を介してクランクケース４に回転自在に支持され、車両のエンジン（図示しない）から動力を受けて回転される。従って、電磁クラッチ２０がオン作動されると、駆動プーリ１８の回転が駆動軸１０に伝達され、この駆動軸１０は一方向に回転される。
【００１１】
シリンダブロック６内には例えば７個のシリンダボア２４が形成されている。これらシリンダボア２４はシリンダブロック６の周方向に等間隔を存して配置され、駆動軸１０と平行にしてシリンダブロック６をその軸線方向に貫通している。
各シリンダボア２４内にはピストン２６が摺動自在に嵌合され、これらピストン２６の一端はシリンダブロック６からクランクケース４内、即ち、クランク室２８に突出したテール３０として形成されている。テール３０は一対のシュー３２を有し、これらシュー３２間に斜板３４の外周縁部が摺動自在に挟み付けられている。
【００１２】
斜板３４は駆動軸１０に取付けられ、そして、駆動軸１０にはクランクケース４と斜板３４との間に位置してロータ３６が取付けられている。これら斜板３４及びロータ３６は駆動軸１０と一体に回転し、斜板３４はロータ３６にヒンジ３８を介して連結され、傾動可能となっている。更に、駆動軸１０には、この駆動軸１０を囲繞するようにしてコイルスプリング４０が取付けられており、このコイルスプリング４０は斜板３４をシリンダブロック６側に押圧付勢している。
【００１３】
一方、シリンダブロック６とシリンダヘッド８との間には円形のバルブプレート４２が挟持されており、このバルブプレート４２は各シリンダボア２４内に、そのピストン２６の他端、即ち、そのヘッドとの間にて圧縮室４４を形成する。バルブプレート４２には各シリンダボア２４毎に吸込ポート４６及び吐出ポート４８がそれぞれ形成されている。図２（ａ），（ｂ）から明らかなように、バルブプレート４２の径方向でみて、吸込ポート４６は対応する吐出ポート４８の外側に位置付けられている。
【００１４】
シリンダヘッド８はその内部に互いに独立した環状の吸込室５０と、吐出室５２とを有する。吸込室５０はシリンダヘッド８の外周部に配置され、各シリンダボア２４の吸込ポート４６にそれぞれ吸込弁５４を介して連通することができる。これに対し、吐出室５２はシリンダヘッド８の中央部に配置され、各シリンダボア２４の吐出ポート４８にそれぞれ吐出弁５６を介して連通することができる。
【００１５】
吸込弁５４及び吐出弁５６は共にリード弁からなる。より詳しくは、吸込弁５４の弁体はシリンダブロック６とバルブプレート４２との間に挟持され、その圧縮室４４内に配置されている。一方、吐出弁５６の弁体は吐出室５２側のバルブプレート４２の面にその弁開度を制限するストッパ５８とともに取付けボルト６０を介して取付けられている。
吸込室５０及び吐出室５２は冷凍回路の冷媒循環管路６２に接続されており、この冷媒循環管路６２には吐出室５２側から凝縮器６４、膨脹弁６６及び蒸発器６８が順次介挿されている。凝縮器６４及び膨脹弁６６は圧縮機と同様に車両のエンジンルーム内に配置され、これに対し、蒸発器６８は車両の車室側に配置されている。
【００１６】
圧縮機の駆動軸１０とともに斜板３４が回転されると、この斜板３４の回転は各ピストン２６の往復運動に変換される。ここで、ピストン２６がそのシリンダボア２４内の圧縮室４４を増加させる方向に移動すると、吸込弁５４が開かれ、吸込室５０から吸込ポート４６を通じて冷媒が吸い込まれる。この後、ピストン２６が圧縮室４４側に移動されると、圧縮室４４内に吸い込まれた冷媒は圧縮され、この圧縮圧が吐出弁５６の締切圧を越えた時点で、吐出弁５６が開かれる。この結果、圧縮冷媒は圧縮室４４から吐出ポート４８を通じて吐出室５２内、つまり、冷媒循環管路６２に向けて吐出される。
【００１７】
このようにして吐出された冷媒は、この後、凝縮器６４にて凝縮され、そして、膨脹弁６６を通じて液相の冷媒が蒸発器６８に供給される。液相の冷媒は蒸発器６８内に気化し、この気化熱より、蒸発器６８周辺の空気が冷却される。従って、このような冷却空気を車室内に導入させて、車室内の冷房を行うことができる。
この実施例の場合、冷媒にはR-134aではなく、R-134aよりもガス密度が小さい可燃性冷媒、例えばR-152aが使用されている。そして、このような可燃性冷媒の使用に伴い、前述した吐出ポート４８の口径は、冷媒としてR-134aを使用した場合の吐出ポートに要求される口径よりも縮径されている。具体的には、吐出ポート４８の口径は４〜８mmに設定されている。
【００１８】
このように吐出ポート４８の口径が縮径されていれば、圧縮機からの冷媒の吐出質量流量をR-134aでの場合と同等又は同等以上に確保することができる。
この点に関して詳述すると、冷媒が圧縮室４４から吐出ポート４８を通じて吐出室５２内に吐出される経路に着目したとき、吐出ポート４８は経路中の絞りと見なすことができる、この場合、吐出ポート４８を通過する冷媒の吐出質量流量ｑは次式で表すことができる。
【００１９】
ｑ＝Ｃ0・ε・（π・ｄ2／４）（２・Δｐ／ρ）1/2
ここで、
Ｃ0：縮流係数
ε：修正値（冷媒の再膨脹）
ｄ：吐出ポートの口径
Δｐ：冷媒における吐出前後の圧力差
ρ：冷媒の密度（ガス密度）
を示す。
【００２０】
今、R-134aを使用した場合に要求される吐出ポートの口径をｄ1、その吐出質量流量をｑ1とし、吐出ポート４８の口径をｄ2及びその吐出質量流量をｑ2とすれば、次式（１），（２）がそれぞれ得られる。
ｑ1＝Ｃ0・ε・（π・ｄ12／４）（２・Δｐ／ρ1）1/2    …（１）
ｑ2＝Ｃ0・ε・（π・ｄ22／４）（２・Δｐ／ρ2）1/2    …（２）
【００２１】
R-134a，R-152aの密度をそれぞれρ1，ρ2で表せば、R-152aのガス密度はR-134aのガス密度の約３８％であるから、次式（３）が成立する。
ρ2＝０．３８・ρ1    …（３）
（３）式を（２）式に代入し、そして、ｑ1＝ｑ2が成立するとすれば、式（１），（２）から、ｄ2＝０．７８５・ｄ1が得られる。
従って、吐出ポート４８の口径ｄ2がR-134aを使用した場合に要求される吐出ポートの口径ｄ1よりも縮径されていれば、R-134aを冷媒として使用した場合と同様な吐出質量流量を得ることができ、圧縮機の圧縮効率を低下させることはない。
【００２２】
この結果、吐出ポート４８の口径ｄ2が口径ｄ1よりも適切に縮径され、前述した４〜８mmの範囲に設定されていれば、R-134aを冷媒として使用する場合に比べ、図３に示す如く冷凍回路の成績係数（COP）もまた向上させることができる。
ここで、吐出ポート４８の口径ｄ2が４mm未満であると、圧縮機は冷凍回路が要求する冷媒の質量流量を十分に吐出できず、これに対し、口径ｄ2が８mmを越えると、吐出ポート４８でのデッドスペースの低減効果を十分に得ることができない。
【００２３】
本発明は上述した一実施例に制約されるものでなく、種々の変形が可能である。
例えば、圧縮機におけるシリンダボア２４は７個に限らず、その数に何ら制約されるものではなく、また、可燃性媒体もまたR-152aに限られるものではない。更に、本発明は斜板式圧縮機以外の圧縮機、例えばスクロール型圧縮機の吐出ポートに対しても同様に適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】車両用空調装置に適用される斜板圧縮機を示した断面図である。
【図２】図１のバルブプレートを示した正面図（ａ）及びその断面図（ｂ）である。
【図３】冷媒としてR-134a，R-152aをそれぞれ使用した冷凍回路において、圧縮機の回転数に対する成績係数の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
２４    シリンダボア
２６    ピストン
３４    斜板
４２    バルブプレート
４４    圧縮室
４６    吸込ポート
４８    吐出ポート
５０    吸込室
５２    吐出室
５４    吸込弁
５６    吐出弁
６４    凝縮器
６６    膨脹弁
６８    蒸発器
【図１】
2005162059.tif 000003
【図２】
2005162059.tif 000004
【図３】
2005162059.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月17日(2004.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
ところで、車両用の空調装置の分野では、地球温暖化係数の大きなR134a(GWP=1300)に代えて、CO2やHC等の温暖化係数の小さな自然系ガスや、同じフロンであっても温暖化係数がR134aよりも小さな可燃性のR152a(GWP=140)等を冷媒として採用する動きがある。
また、地球温暖化を抑制するには車両の省燃費もまた要求され、更なるCOPの向上が必要とされる。このためには冷凍回路の成績係数の向上を図る必要がある。