(57)【要約】【課題】  ＣＯ２冷媒を使用しても、吐出圧力の急上昇を簡単な構成のみで防ぎ、冷凍サイクルを保護する車両用空調機の弁装置を提供することにある。【解決手段】  圧縮機(4)の吐出室(18)に連通する第１の通路(22)内に設けられ、ＣＯ２冷媒の吐出圧力の上昇を感知して作動する感圧弁(48)と、吸入室(16)に連通する第２の通路(20)内に設けられ、第１の通路の圧力が大きくなったときには、感圧弁の作動に機械的に連動して第２の通路を絞る位置まで移動される遮断弁(40)とを備える。【選択図】      図２
2007032345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２冷媒の循環経路に圧縮機が配置された車両用空調機において、
前記圧縮機に設けられた前記冷媒の吸入室及び吐出室と、
前記吐出室に連通する第１の通路内に設けられ、前記冷媒の吐出圧力の上昇を感知して作動する感圧弁と、
前記吸入室に連通する第２の通路内に設けられ、前記第１の通路の圧力が大きくなったときには、前記感圧弁の作動に機械的に連動して前記第２の通路を絞る位置まで移動される遮断弁と
を備えていることを特徴とする車両用空調機の弁装置。
【請求項２】
前記感圧弁と前記遮断弁とを収容する弁収容部と、
前記弁収容部内に設けられ、前記感圧弁と前記遮断弁とを連結する連結部材と、
前記連結部材を間隙を存して囲繞し、前記弁収容部内を隔てる隔壁と
を備え、
前記隔壁近傍の圧力が前記吐出室内の圧力と前記吸入室内の圧力との中間圧力にされていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調機の弁装置。  
【請求項３】
前記感圧弁が作動しないときは、前記遮断弁は前記第２の通路を絞らないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空調機の弁装置。
【請求項４】
前記感圧弁と前記遮断弁とは、前記圧縮機の内部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用空調機の弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２冷媒を使用した車両用空調機の弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オゾン層保護・地球温暖化防止の観点から、自然界に存在する物質を冷媒として利用する車両用空調機の研究開発が進められている。その中でもＣＯ２冷媒は、他の自然系冷媒に比べて可燃性や毒性を持たず、フロン冷媒に比べて環境に優しい特性があり、又、工業製品の製造過程等で大気に放出されていたＣＯ２を再利用できることから、省エネの観点からも注目されている。
【０００３】
しかしながら、ＣＯ２冷媒は臨界温度が３１℃と低く、外気温度が高い場合は凝縮されないので、フロン冷媒と比較して冷凍サイクルの作動圧力が高圧となる。
そのため、ＣＯ２冷媒を使用した車両用空調機では、圧縮機及びその吐出室に連通する通路の破損という安全上の問題がある。 
そこで、圧縮機の吐出圧力が過大となるのを防止するために、ベローズのような感圧部材を用いて圧力を検知し、そのベローズの変位を電磁コイルの電気信号に変換して吐出容量を制御する弁装置が知られている（特許文献１）。又、上記の感圧手段により吐出容量が制御される制御弁において、圧力検知センサやエンジン回転速度センサ等を用いて開度が設定される弁装置が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１-３２９９５１号公報
【特許文献２】特開２００４-１９７６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の弁装置では、感圧部材の変位や電気信号を介して吐出容量の制御が行われているため、圧縮機に動力を伝達するエンジンの回転速度や、外気温度の上昇或いはブロア風量の増大に伴う冷凍サイクルの熱負荷の上昇に伴って吐出室内の吐出圧力が急激に上昇した場合には、所望の吐出圧力に変更されるまでに遅れが生じ、吐出圧力が急上昇する。
【０００５】
つまり、上述の弁装置では、冷凍サイクルの保護の点では依然として課題が残されている。又、電気回路を設け、様々なセンサの信号にて弁を作動させると、その構造が複雑化し、コスト高となるとの問題もある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＣＯ２冷媒を使用しても、吐出圧力の急上昇を簡単な構成のみで防ぎ、冷凍サイクルを保護する車両用空調機の弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明のＣＯ２冷媒を使用した車両用空調機の弁装置は、ＣＯ２冷媒の循環経路に圧縮機が配置された車両用空調機において、圧縮機に設けられた冷媒の吸入室及び吐出室と、吐出室に連通する第１の通路内に設けられ、冷媒の吐出圧力の上昇を感知して作動する感圧弁と、吸入室に連通する第２の通路内に設けられ、第１の通路の圧力が大きくなったときには、感圧弁の作動に機械的に連動して第２の通路を絞る位置まで移動される遮断弁とを備えていることを特徴としている（請求項１）。具体的には、感圧弁と遮断弁とを収容する弁収容部と、弁収容部内に設けられ、感圧弁と遮断弁とを連結する連結部材と、連結部材を間隙を存して囲繞し、弁収容部内を隔てる隔壁とを備え、隔壁近傍の圧力が吐出室内の圧力と吸入室内の圧力との中間圧力にされていることを特徴とし（請求項２）、又、感圧弁が作動しないときは、遮断弁は第２の通路を絞らないことを特徴とし（請求項３）、更には、感圧弁と遮断弁とは、圧縮機の内部に設けられていることを特徴としている（請求項４）。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１によれば、ＣＯ２冷媒を使用する車両用空調機の圧縮機において、例えばエンジンの回転速度や冷凍サイクルの熱負荷の上昇が生じた場合には、ＣＯ２冷媒による吐出圧力の上昇を感知して感圧弁が作動する。同時に、遮断弁が感圧弁の作動に機械的に連動し、吸入室に連通する第２の通路を絞る位置まで移動することから、吸入室に吸入される冷媒量が減少して、吐出室から吐出される冷媒量も減少する。従って、吐出圧力の急上昇が確実に回避される。これらの結果、冷凍回路中の機器や配管が保護される。
【０００８】
請求項２によれば、弁装置の弁収容部内において、感圧弁と遮断弁とが隔壁を介して連結部材により連結され、その連結部材は隔壁に間隙を有して挿通される。これにより、吐出室と吸入室との間には微量のＣＯ２冷媒の流れが許容され、隔壁近傍の圧力が吐出室内の圧力と吸入室内の圧力との中間圧力にされるので、吐出圧力の穏やかな増大のときには弁装置は作動しない。これにより、圧縮機の運転効率の低下が防止される。
【０００９】
請求項３によれば、感圧弁が作動しないときは、遮断弁は第２の通路を絞らないことにより、第２の通路の冷媒の流れが阻害されないので、圧力損失による圧縮機の運転効率の低下が回避される。
請求項４によれば、各弁が圧縮機の内部に設けられることにより、吐出圧力の上昇が迅速に検知され、冷凍回路中の機器や配管が確実に保護される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、車両用空調機を概略的に示す。
車両用空調機は、ＣＯ２冷媒の循環経路２を備え、この循環経路２には、圧縮機４、ガスクーラ６、膨張弁８及び蒸発器１０が順次配置されている。圧縮機４、ガスクーラ６及び膨張弁８は車両のエンジンルーム内に配置され、圧縮機４は車両のエンジン１２により駆動される。これに対し、蒸発器１０は車両のインパネボックス内に収容されている。
【００１１】
図２は圧縮機４の一部、具体的には、そのシリンダヘッド１４を示している。このシリンダヘッド１４はその内部に吸入室１６及び吐出室１８を有し、吸入室１６は吐出室１８の外側を囲む環状をなしている。
シリンダヘッド１４には吸入室１６に連通する吸入ポート（第２の通路）２０が形成されているとともに、吐出室１８に連通する吐出ポート（第１の通路）２２が形成されている。これら吸入ポート２０及び吐出ポート２２は互いに隣接し且つ平行に延びている。なお、吸入ポート２０は循環経路２を介して蒸発器１０に接続され、吐出ポート２２は循環経路２を介してガスクーラ６に接続されている。
【００１２】
従って、圧縮機４は、蒸発器１０から流出したＣＯ２冷媒を循環経路２及び吸入ポート２０を通じて吸入室１６に受け取ることができる。そして、吸入室１６内のＣＯ２冷媒は、図示しないシリンダブロック内のピストンの往復運動に伴い、各圧縮室にてＣＯ２冷媒の吸入、圧縮及び吐出行程が順次実行され、ＣＯ２冷媒は各圧縮室から吐出室１８に吐出される。この後、吐出室１８内のＣＯ２冷媒は吐出ポート２２及び循環経路２を通じてガスクーラ６に供給される。
【００１３】
図３に詳図されているように、シリンダヘッド１４内には弁収容部２４が形成されており、この弁収容部２４は吸入ポート２０及び吐出ポート２２をそれぞれ分断すべく、これら吸入及び吐出ポート２０，２２間に亘って延びている。弁収容部２４内には隔壁２６が配置され、この隔壁２６は弁収容部２４内を吸入ポート２０側の低圧室２８と、吐出ポート２２側の高圧室３０とに区画する。より詳しくは、低圧室２８は、吸入ポート２０の一部に屈曲部を付与し、そして、低圧室２８は更に仕切部３２により、蒸発器１０側の入口室３４と、吸入室１６側の出口室３６とに仕切られている。
【００１４】
仕切部３２には入口室３４と出口室３６とを連通させる弁孔３８が形成されており、この弁孔３８は吸入ポート２０の流路断面積と略同一の開口面積を有する。そして、入口室３４内には遮断弁４０が配置されており、この遮断弁４０は弁孔３８側とは逆向きに開口したカップ形状をなし、その開口端部が弁収容部２４内の遮断弁ガイド４２内に摺動自在に嵌合されている。又、遮断弁４０には連結部材４６が一体に取付けられている。この連結部材４６は遮断弁ガイド４２と仕切部２６と感圧弁ガイド５０とを合わせた長さ、換言すれば、仕切部３２の右他端部分から仕切部２６の右他端部分までの長さに略等しく、遮断弁４０から隔壁２６を若干の間隙を存して貫通し、高圧室３０内に延びている。
【００１５】
一方、高圧室３０内には感圧弁４８が配置されている。この感圧弁４８は高圧室３０側とは逆向きに開口したカップ形状をなし、その開口端部が弁収容部２４内の感圧弁ガイド５０内に摺動自在に嵌合されている。又、感圧弁４８には連結部材４６の高圧室３０側の他端が一体に取付けられている。そして、感圧弁４８内には弁ばね５２が収容され、この弁ばね５２は感圧弁４８の底と隔壁２６の高圧室３０側の端壁との間に配置され、吐出ポート２２を閉じる方向に感圧弁４８を押圧付勢している。
【００１６】
上述の如く、本実施例の弁装置によれば、図３に示す状態にあるとき、つまり、圧縮機４が通常の作動状態にあるとき、感圧弁４８は作動せず、吐出ポート２２の流路断面積が均一となる位置にあり、遮断弁４０も吸入ポート２０の流路断面積が均一となる位置にあり、吸入ポート２０の弁孔３８は全開状態にある。
ここで、ＣＯ２冷媒が吐出室１８から吐出ポート２２を通じて高圧室３０に流入しても、吐出圧力が穏やかに上昇したときには、この高圧室３０内の冷媒は連結部材４６と仕切部２６との間の間隙から低圧室２８に向けて流れる。つまり、弁収容部２４内において、隔壁２６を挟んだ両側は吐出圧力と吸入圧力との中間圧力になり、この場合にも、感圧弁４８は作動せず、高圧室３０の容量が最小となる位置にあり、遮断弁４０は低圧室２８を全開状態にする。
【００１７】
又、吐出圧力が急激に上昇し得るときには、感圧弁４８は弁ばね５２の付勢力に抗して隔壁２６に向けて、高圧室３０の容量を大きくさせる方向に移動する。同時に、遮断弁４０は連結部材４６に押されて吸入ポート２０の弁孔３８を絞る方向へ移動する。そして、図４に示されるように、感圧弁４８が弁ばね５２の付勢力に抗して高圧室３０の容量が最も大きくなる方向、即ち感圧弁４８が隔壁２６に当接したとき、遮断弁４０は仕切部３２に最も近づき、若干の間隙を存して弁孔３８を絞る。
【００１８】
なお、この後、圧縮機４が通常の作動状態又は停止状態になれば、感圧弁４８及び遮断弁４０はその弁ばね５２の付勢によって、図３に示される状態に復帰する。
以上のように、車両の急加速から生じるエンジン１２の回転速度の急上昇や、外気温度の上昇やブロワ風量の増大に伴う冷凍サイクルの熱負荷の急上昇等により、高圧室３０に流入するＣＯ２冷媒の吐出圧力が大きくなるときには、高圧室３０と低圧室２８との差圧が過大となり、この過大な吐出圧力や差圧から生じる衝撃力により圧縮機４及び吐出ポート２２を含めた吐出室２８に連通する第２の通路の破損が懸念される。
【００１９】
しかし、本実施例の感圧弁４８が、高圧室３０の圧力上昇を感知して作動し、同時に、遮断弁４０は低圧室２８の通路を絞る方向へ作動するので、吸入室１６へのＣＯ２冷媒の吸入量が減少し、吐出室１８からの吐出量も減少する。よって、吐出圧力の低下が促進され、圧縮機４及びその吐出室２８に連通する第２の通路の破損が防止される。
又、遮断弁４０は感圧弁４８の動作と機械的に連動することから、弁装置の構造が簡素化される。つまり、コスト高となる電気回路やセンサを必要としない。又、電気回路やセンサを介することによる吐出圧力の制御の遅れも発生しない。よって、吐出圧力の上昇を迅速に防止できることから、エンジン１２に過大な負荷が発生しないため、所望の車両の加速性能が確保される。
【００２０】
更に、高圧室３０から低圧室２８へ微量のＣＯ２冷媒の流れが許容されていることから、高圧室３０の圧力が緩やかに上昇するときには弁装置は作動しない。よって、吸入室１６へのＣＯ２冷媒の吸入量が不必要に絞られず、圧縮機４の効率の悪化が避けられる。
又、感圧弁４８が作動しないときは、遮断弁４０は第２の通路を絞らないので、吸入ポート２０の冷媒の流れが阻害されず、圧力損失による圧縮機４の効率低下が回避される。
【００２１】
更にまた、遮断弁４０と感圧弁４８とが圧縮機４の内部に設けられることにより、吐出圧力の上昇が迅速に検知され、冷凍回路中の機器や配管が確実に保護される。
本発明は、上述の一実施例に制約されるものではなく種々の変形が可能である。
例えば、遮断弁４０及び感圧弁４８も図示の形態に限らず、種々の弁を使用可能であることは勿論である。
【００２２】
更にまた、遮断弁４０と感圧弁４８とが圧縮機４内部の吐出ポート２２と吸入ポート２０との間に配置されることにより、吐出圧力の上昇が迅速に検知され冷凍回路中の機器や配管が確実に保護されるが、圧縮機４の外部、例えば、蒸発器１０に接続される循環経路２と、ガスクーラ６に接続される循環経路２とを跨いで設けられていても良く、この場合にも吐出圧力の急上昇が回避可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例における車両用空調機の概略構成図である。
【図２】図１の空調機に組み込まれた圧縮機のシリンダヘッドを一部破断して示した図である。
【図３】図２のシリンダヘッドの破断部を拡大し、遮断弁が開弁した状態を示した図である。
【図４】図３に示す状態から遮断弁が閉弁した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
２        循環経路
４        圧縮機
１６        吸入室
１８        吐出室
２０        吸入ポート（第２の通路）
２２        吐出ポート（第１の通路）
２４        弁収容部
２６        隔壁
４０        遮断弁 
４６        連結部材
４８        感圧弁
【図１】
2007032345.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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