(57)【要約】【課題】従来の圧縮機における高圧制御手段が有する問題点を解決し、制御システムが単純で、制御弁が低価格かつシンプルで安定した動作が可能であり、超臨界域で作動する冷凍サイクルに好適な内部制御手段を備えた容量可変型圧縮機を提供する。【解決手段】流体の吸入圧力またはクランク室圧力を検知して吸入圧力が狙いの制御値になるように容量を制御する第１の制御手段と、高圧側圧力を検知して所定の閾値以上で高圧側圧力の上昇を緩和するように容量を制御する第２の制御手段とを備え、該第２の制御手段は、前記閾値を超えた領域で高圧側圧力の上昇に応じて吸入圧力の制御値を上昇させる手段を備えていることを特徴とする容量可変型圧縮機。【選択図】図１
2007182796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の吸入圧力またはクランク室圧力を検知して吸入圧力が狙いの制御値になるように容量を制御する第１の制御手段と、高圧側圧力を検知して所定の閾値以上で高圧側圧力の上昇を緩和するように容量を制御する第２の制御手段とを備え、該第２の制御手段は、前記閾値を超えた領域で高圧側圧力の上昇に応じて吸入圧力の制御値を上昇させる手段を備えていることを特徴とする容量可変型圧縮機。
【請求項２】
流体が、超臨界域で作動可能な流体からなる、請求項１に記載の容量可変型圧縮機。
【請求項３】
第１の制御手段または／および第２の制御手段が弁部を備え、該弁部の開閉が吸入圧力または／および高圧側圧力によって制御されることを特徴とする、請求項１または２に記載の容量可変型圧縮機。
【請求項４】
第１の制御手段および第２の制御手段が、圧縮機内に組み込み可能な単一の制御弁として構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の容量可変型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両空調用などの冷凍回路に用いられる容量可変型圧縮機に関し、特に容量を制御するための制御手段を内部に備えた容量可変型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両空調用途などにおいて、地球温暖化への影響を低減するため、二酸化炭素などの自然系冷媒を用いた冷凍サイクルが開発されている。しかし、二酸化炭素は、自動車用空調装置などのように比較的高い温度領域で使用される用途においては、冷凍サイクルの作動温度が冷媒の臨界点を超えるため、高圧側冷媒ガスが凝縮できない超臨界域で動作することになる。超臨界域ではガスの温度と圧力の関係は一対一に対応しないため、車両などのようにエンジンによって駆動される圧縮機の回転数の大幅な変動があったり、負荷の大きな変動があると、高圧側の圧力上昇が激しく、許容できる高圧限界を超えてしまう不都合が起こり易い。従って、冷媒としてＲ１３４ａなどを用いる場合のように高圧でも凝縮できて冷媒の温度と圧力が一致するシステムにおけるような、高圧での安定した動作は期待できない。
【０００３】
この問題を解決するために、特許文献１には、クランク室圧力で容量を制御する容量可変型圧縮機において、異常高圧になったときに吐出室とクランク室との間に設けたリリーフ弁が開き、高圧側よりガスを流入させることによってクランク室圧力を高め、圧縮機のピストンストロークを下げることにより、容量を低下させる手段が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、吸入圧力検出手段により所定の吸入圧力になるように容量可変型圧縮機の吐出容量を制御する吸入圧力制御手段と、吐出圧力領域の圧力検出手段により所定の吐出圧力となるように吐出容量を制御する吐出圧力制御手段とを備え、前記吐出圧力検出手段からの検出圧力に応じて前記吸入圧力制御手段と前記吐出圧力制御手段との間で切り替えることにより吐出圧力の異常上昇を抑制する手段が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−６１５７１号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されているようなリリーフ弁を用いる方法では、吐出圧力が所定の閾値を超えたときに圧縮機の容量が急峻に低下してしまうため、冷凍サイクルの冷房作用が途切れることになり、冷房装置としての快適性および冷房性能の点で好ましくなく、また、制御弁の他にリリーフ弁が必要になるなど、システムや装置を複雑化してしまうという問題がある。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の容量可変型圧縮機においては、適宜吸入圧制御と吐出圧制御を切り替えて用いるため、冷房装置としての快適性および冷房性能の点では改良されている。しかし、この制御弁動作を切り替えるための制御の演算ルーチンや検出手段、制御系のシステムが複雑となるという問題を有している。また、制御弁についても電子的に外部制御できる電子制御弁が必要となり、装置全体として複雑化、コスト高を招いていた。
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記のような従来の圧縮機における高圧制御手段が有する問題点を解決し、制御システムが単純で、制御弁が低価格かつシンプルで安定した動作が可能であり、超臨界域で作動する冷凍サイクルに好適な内部制御手段を備えた容量可変型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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る容量可変型圧縮機は、流体の吸入圧力またはクランク室圧力を検知して吸入圧力が狙いの制御値になるように容量を制御する第１の制御手段と、高圧側圧力を検知して所定の閾値以上で高圧側圧力の上昇を緩和するように容量を制御する第２の制御手段とを備え、該第２の制御手段は、前記閾値を超えた領域で高圧側圧力の上昇に応じて吸入圧力の制御値を上昇させる手段を備えていることを特徴とするものからなる。
【０００９】
この容量可変型圧縮機においては、圧縮される流体として、超臨界域で作動可能な流体、とくに二酸化炭素を用いることができる。
【００１０】
また、この容量可変型圧縮機は、上記第１の制御手段または／および第２の制御手段が弁部を備え、該弁部の開閉が吸入圧力または／および高圧側圧力によって制御される構成とすることができる。
【００１１】
また、上記第１の制御手段および第２の制御手段を、圧縮機内に組み込み可能な単一の制御弁として構成し、製造、組み込みの容易化、部品点数の低減、コストダウンをはかった形態とすることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る容量可変型圧縮機によれば、第１の制御手段および第２の制御手段による圧縮機の内部制御の技術により、超臨界冷凍サイクルにおいても簡便で低コストな構造にて、快適性や冷房性能、安定性の高い容量制御を行うことができ、超臨界サイクルに適した容量可変型圧縮機の容量制御技術を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る容量可変型圧縮機１００を示している。図１において、シリンダブロック１内に形成された複数のシリンダ２には、複数のピストン３がそれぞれ挿入されており、各ピストン３は連結ロッド４を介して揺動板５に連結されている。揺動板５はスラスト軸受６を介して斜板カム７との間で力を受け渡すよう連接されている。斜板カム７はリンク機構８を介してロータ９と傾斜角可変で回転力が伝達されるようリンクしている。ロータ９は駆動軸（主軸）１０に結合されている。
【００１４】
クランク室１１では、クランク室圧力を調整することにより、ガス力の釣合いが変わり、それによって斜板カム７の傾斜角度が調整可能となっている。このクランク室の圧力源を得るために、クランク室１１はガス通路１２を通して制御弁１３の入口孔１４に連通している。
【００１５】
制御弁１３は、図２にも示すように、本発明で言う第１の制御手段と第２の制御手段を備えたものからなり、本実施態様では、容量可変型圧縮機１００内に組み込まれた単一の部品としての制御弁に構成されている。この制御弁１３は、吸入圧力検知のための感圧体１５と、吐出室１６とクランク室１１の連通を開閉する弁部１７と、スプリング１８と、ピストン状の吐出圧感圧体１９と、スプリング２０とを有している。制御弁１３の孔２１は、連通路２２を通して吸入室２３側に繋がっている。弁部１７とスプリング１８を収容した室２４には孔２５が連通しており、孔２５は、連通路２６を通して吐出室１６側に連通している。
【００１６】
感圧体１５は、ベローズやダイアフラムで構成され、図示例ではベローズを用いている。感圧体１５は、吸入圧力を検知し、所定値より低ければ弁部１７を開き、高ければ弁部１７を閉じる方向に作動して吐出側ガスのクランク室１１へのガス導入量を調整することにより、クランク室１１内の圧力を調整し、斜板カム７の傾斜角を調整する。これにより吸入圧力が狙いの制御値になるように圧縮機の容量がフィードバック制御される。
【００１７】
弁部１７はスプリング１８を介して吐出圧感圧体１９と連接されており、吐出圧感圧体１９は吐出圧を受けて移動することでスプリング１８を介して弁部１７を付勢する力を変える。吐出圧感圧体１９の一方は、連通路２７を通して導入される低圧側のクランク室１１もしくは吸入室２３と繋がっており、吐出圧とクランク室圧力（または吸入圧）との差圧と、吐出圧感圧体１９の受圧面積との積で得られる力は、結局弁部１７を開く方向に働く。吐出圧が高いときはこの力が増大し弁部１７を開く力が増えるためクランク室１１の圧力を増加させ、斜板カム７の傾斜角を減じてピストン３のストロークを減少させ、吐出圧の上昇を抑制する。
【００１８】
この吐出圧による力は、スプリング２０の圧縮量Ｘとばね定数ｋとの積の力Ｘｋを超えない限り弁部１７には実質的に働かないので、結局吐出圧Ｐｄとクランク室圧力Ｐｃとの差圧ΔＰｄｃと吐出圧感圧体１９の実効面積Ｓｄとの関係から、ΔＰｄｃ・Ｓｄ＝Ｘｋより、ΔＰｄｃ＝Ｘｋ／Ｓｄを満足するΔＰｄｃに対応するＰｄ１で動きだそうとする力が働きはじめる。この関係を図３に示す。
【００１９】
図３において、吐出圧力Ｐｄが所定の閾値Ｐｄ１より小さい領域では、吸入圧力Ｐｓは一定値またはやや吐出圧の増加に対して低下する方向に制御され、Ｐｄ１を越えた領域では、吐出圧力Ｐｄの増加につれて吸入圧力Ｐｓが上昇する。このことにより、Ｐｄ１を超える高い吐出圧力領域では漸次圧縮機の能力を下げて吐出圧力の急峻な上昇を防ぐことができる。
【００２０】
図３における吸入圧力の上昇勾配αは、吐出感圧体１９の受圧面積を適宜設計することで狙いの特性を得ることができる。また、Ｐｄ１の閾値についても同様にスプリング２０の力の設定によって任意に設計できる。
【００２１】
クランク室圧力は制御弁１３の感圧体１５のロッド部２８の隙間からの洩れによってクランク室１１から吸入室２３に流出する。
【００２２】
なお、図１では圧縮機構として揺動板を用いた容量可変機構で説明したが、片斜板式圧縮機構としてもよい。
【００２３】
（１）また、上記実施態様における動作については、容量調整のためのクランク室圧力調整手段として、吐出圧からクランクケースに導入するガス量を調整する手段を例示して説明したが、クランク室から吸入室に流出するガス量を調整する方法であっても同様な動作が可能である。（２）また、以上は感圧体１５が吸入圧力を検知する例で説明したが、クランク室１１の圧力を検知するものであってもよい。この場合の制御弁１３の構成例を図４に示す。図４においては、図２に示した制御弁と同等の機能を有する部分に図２と同一の符号を付してある。図４において、孔２１が吸入室２３に連通し、孔１４がクランク室１１に連通する場合が、上記（１）の場合の例に相当し、逆の場合が上記（２）の場合の例に相当する。
【００２４】
以上のように、吐出圧力と吸入圧力に同時に感応して容量調整のためのクランク室圧力を調整するので、二酸化炭素のような高圧側の安定化の難しい冷媒を用いた冷凍サイクルにおいても、適切な、吸入圧と吐出圧の制御を簡便に行なうことができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る容量可変型圧縮機は、超臨界域で作動する冷凍サイクルに用いて好適なものであり、とくに二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍サイクルに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施態様に係る容量可変型圧縮機の概略縦断面図である。
【図２】図１の容量可変型圧縮機における制御弁の拡大断面図である。
【図３】本発明における制御特性を示す吐出圧力と吸入圧力との関係図である。
【図４】容量可変型圧縮機における制御弁の別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  シリンダブロック
２  シリンダ
３  ピストン
４  連結ロッド
５  揺動板
６  スラスト軸受
７  斜板カム
８  リンク機構
９  ロータ
１０  駆動軸（主軸）
１１  クランク室
１２  ガス通路
１３  制御弁
１４  孔
１５  感圧体
１６  吐出室
１７  弁部
１８  スプリング
１９  ピストン状の感圧体
２０  スプリング
２１  孔
２２  連通路
２３  吸入室
２４  室
２５  孔
２６  連通路
２７  連通路
２８  ロッド部
１００  容量可変型圧縮機
【図１】
2007182796.tif 000003
【図２】
2007182796.tif 000004
【図３】
2007182796.tif 000005
【図４】
2007182796.tif 000006