JPS63231138A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、冷凍装置に関し、とくに車両用冷房装置の消
費電力の節減にかかる。

［従来の技術］ 冷房装置、冷暖房装置、ヒートポンプ式冷暖舅装置など
の冷凍装置は、凝縮器および蒸発器において、空気との
充分な熱交換性能を確保する目的で、ファンによる強制
送風が行われている。このファンの駆動源としては、一
般に電源からの電力により作動する電動モータが用いら
れている。

また一般に車両用冷房装置の凝縮器は、車両のエンジン
ルームの前部など外気と接触性の良い場所に配置され、
冷媒圧縮機から吐出された高温高圧の気相冷媒を外気と
熱交換させて、冷加して凝縮させている。しかるに、登
坂、渋滞走行時、および冷房負荷が著しく高い時などは
、冷媒圧縮機の吐出圧力が上昇し、且つ蒸発器による汲
み上げ熱憬が低下するため、冷媒の凝縮圧力が異常に高
くなり、冷凍機器の故障や破損の恐れがある。

よって、ファンを設は凝縮器へ強制的に送風することに
より、凝縮器の放熱性能を確保するため、凝縮器のファ
ンの駆動軸を直接エンジンのクランク軸に取付け、クラ
ンク軸を凝縮器のファンの駆動モータとしたり、車両用
バッテリからの電力により作動する電動モータを蒸発器
のファンの駆動源としている。また、通風の得られない
家庭用冷房装置などでは、定常的に送風が必要であるた
め、電動モータを凝縮器のファンの駆動源としている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに従来の車両用冷房装置では、オルターネータの
発電能力に限界があり、冷房負荷が高く、ファンの高回
転が必要とされるとき、ファンの駆動モータが電動モー
タの場合には、電動モータに多大な電力が必要となり、
車両全体が電力不足に陥るという問題点があった。

またフロントエンジン・フロントドライブの自動車にお
いては、エンジンの横置き化が進み、エンジンのクラン
ク軸を直接凝縮器のファンの駆動源に使用できなくなっ
ている。このため凝縮器のファンと蒸発器のファンとに
電動モータが用いられることとなるので、ざらにΦ両全
体が電力不足に陥る恐れがあるという問題点があった。

本発明は、駆動源として電Ｎノモータを廃１し、大幅な
消費電力の節減を行う冷凍装置の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の冷凍装置は、冷媒圧縮機、凝縮器、受液器、膨
脹弁、および蒸発器を冷媒配管で順次接続してなる冷凍
サイクルと、前記冷媒圧縮機の吐出口と吸入口とを連絡
するように前記冷媒配管より分岐した冷凍は油バイパス
と、該冷凍機油バイパスに設けられ、前記冷媒圧縮機の
吐出口と吸入口との気相冷媒の圧力差により回転動力を
得る冷媒式作動モータとを備えた構成を採用した。

し作用および発明の効果］ 本発明の冷凍装置は上記構成によりつぎの作用および効
果を有する。

冷媒圧縮機の吐出口と吸入口とを連絡するように冷媒配
管より分岐した冷凍改油バイパスと、識冷凍機油バイパ
スに設けられ、冷媒圧縮機の吐出口と吸入口との気相冷
媒の圧力差により回転動力を得る冷媒式作動モータとを
設けているので、高出力が必要とされるときでも、消費
電力には何ら影響を与えないで高出力を）ｑることかで
き、大幅な消費電力の節減を行うことができる。

［実施例コ 本発明の冷凍装置を図に示す実施例に基づき説明する。

第１図ないし第５図は本発明の冷凍装置の第１実施例を
示す。

本実施例では、本発明の冷凍装置１を自動重用冷房装置
１０に適用している。この自動重用冷房装置１０は、冷
凍υイクル２と、該冷凍サイクル２より分岐した冷凍機
油バイパス３とを備える。

冷凍サイクル２は、冷媒圧縮機２１、凝縮器２２、受液
器２３、膨脹弁２４、蒸発器２５が冷媒配管２６により
順次接続されてなる。

冷媒圧縮機２１は、自ｖＪ巾用エンジン（図示せず）の
回転をクラッチ２７を介して断続的に伝達され、吸入口
２８から吸入したスニソなどの冷凍機油（オイル）と溶
解したフロン系の冷媒を圧縮して、吐出口２９から冷媒
配管２６に吐出する。

凝縮器２２は、自動車のエンジンルームの面部など外気
と接触性の良い場所に配置され、冷媒圧縮機２１から吐
出された高温高圧の気相冷媒を外気と熱交換させて、冷
却して凝縮させる。

受液器２３は、凝縮器２２から吐出された冷媒を気相冷
媒と液相冷媒とに分離し、液相冷媒のみを蒸発器２５に
供給する。

膨脹弁２４は、蒸発器２５に流入する液相冷媒を膨張さ
せるもので、本実施例では温度作動式膨脹弁が適用され
ている。

蒸発器２５は、車室内に配置される冷房装置ケーシング
１１内に配置され、膨脹弁２４からの霧状冷媒を車室内
に吐出される空気と熱交換させて、蒸発させる。ここで
蒸発器２５は、自動重用バツアリを駆動源とする中空内
送風用電勅モータ６により駆動される車室内送風用ファ
ン６１により熱交換する空気を得る。

冷凍（浪曲バイパス３は、冷凍（１油を；ぼ縮器２２よ
り迂回させるように、遠心分離式オイルセパレータ４１
を介して冷媒配管２６から分岐され、流量調整弁４２、
および冷媒式作りＪモータであるインボリュート内１妄
歯屯モータ（以下内接歯車モータと略す）５が設けられ
ている。

オイルセパレータ４１は、吸入口４３、冷媒吐出口４４
、冷凍機油吐出口４５を１７ｆ１口した貯油室４６と、
遠心分離室４７とからなる。吸入口４３は、冷媒圧縮機
２１の吐出口２９と冷媒配管２６で接続されている。冷
媒吐出口４４は、凝縮器２２と冷媒配管２６で接続され
ている。冷凍四浦吐出口４５は、冷凍機油バイパス３に
接続されている。

オイルセパレータ４１は、冷媒圧縮ｖｉ２１の吐出口２
９から吐出された冷媒を気相冷媒とオイルとに遠心作用
により積極的に分離し、オイルセパレータ４１の下部の
貯油室４６にオイルが貯溜した後、気相冷媒を凝縮器２
２に供給し、オイルを流量調整弁４２に供給する。

流量調整弁４２は、冷媒圧縮機２１がエンジンに駆動さ
れている時に絞り弁（図示ぜ４゛）の開口径が連続的に
可変される弁であり、例えば感熱筒を右した温度作動式
開閉弁、または電磁式開閉弁等が用いられている。

流量調整弁４２は、冷凍Ｉ瓜油バイパス３へ流れ込むオ
イルに溶解された冷媒の流出を調整する。この冷媒は、
流量調整弁４２の絞り弁から急激に噴射させることによ
り急激に減圧し、オ゛イルと気相冷媒とに分離されて内
接歯車モータ５へ供給される。

流量調整弁４２は、冷媒圧縮ＦＲ２１の停止と同時に閉
じられ、オイルセパレータ４１内のオイルを貯溜する。

内接歯車モータ５は、モータ本体５１内に、駆動軸５２
を連結した外ｌ！ａ歯屯５３、内歯歯巾５４、および偏
心盤５５が設けられ、冷媒圧ｍｎ２１の吐出圧力と吸入
圧力との差を外歯歯巾５３および内歯歯巾５４の回転動
力に変換して、駆動軸５２に回転運動を発生させる。ま
た駆動軸５２には、凝縮器２２に外気を送風する凝縮器
ファン５６が連結されている。ここでモータ本体５１の
入口５１から流入した気相冷媒は、内歯歯巾５４および
それに噛合った外歯歯巾５３を回転さけて、出口５８か
ら流出する。また、本実施例の内接歯車［−夕５は、流
量調整弁４２の絞り弁の間口（子が例えばφ１．４ｍｍ
の時に１（ｉｏｏｒｐｍの回転速度で駆動軸５２が回転
し、絞り弁の間口径がφ０．６市の時に７００ｒｐｍの
回転速度で駆動軸５２が回転する。

本実施例の自動型の中室内曲面に設けられた操作盤（図
示せず）には、自動重用冷房装置１０および流量調整弁
４２の作動スイッチ（図示せｆ）、蒸発器用電動モータ
６をオン、オンするファンスイッチ（図ホせＩＪ′）が
設（）られている。

本実施例の自動重用冷房装置１０の作用を図に基づき説
明する。

エンジンを始動し、自動Φ用冷房装買１０の作動スイッ
チ、およびファンスイッチをオンすると、エンジンの回
転がクラッチ２７を介して冷媒圧！１？ｉ　１ｍ２１に
伝達される。冷媒圧縮機２１は、吸入口２８から吸入し
たオイルを溶解した気相冷媒を圧縮して、吐出口２９か
ら冷媒配管２Ｇに吐出する。

そして、オイルセパレータ４１の遠心作用により、オイ
ルを溶解した気相冷媒を気相冷媒（冷！Ｉｗ’１９．７
％以上、オイル０３％以］・）とＡ゛イル冷媒３０・〜
４０％、オイル７０−６０％）とに積惨的に分離し、オ
イルセパレータ４１の下部にオイルが貯溜した後、気相
冷媒を凝縮器２２に供給し、オイルを流量調整弁４２に
供給する。

冷媒圧縮ｎ２１が駆動されているので、流量調整弁４２
の絞り弁の間口径が例えばφ１．ｌｌｍｎ１となりオイ
ルに溶解された冷媒を冷凍機油バイパス３に多く流す。

この冷媒を流量調整弁４２の絞り弁から急激に噴口４さ
せることにより急激に減圧させると、オイルに含まれた
冷媒の多くが気化するため、内接歯車モータ５へ供給さ
れる作動流体は、オイルを多くａんｌご気相冷媒となる
。

モータ本（Ａｓ２の人口５７から流入した気相冷媒によ
り、内歯歯Φ５４および、内歯歯巾５４に噛＆った外歯
歯巾５３を第２図に示した矢印Ｐ方向に回転させる。ま
た、流量調整弁４２の絞り弁の開口径が例えばφ１．４
ｍｎ＋′ｃあるため、１６００ｒｐｍの回転速度で駆’
ｌ’ＪＪ　ＩＩ’ｌｌｌ　！ｉ　２を回転さｕ、；賢縮
盟７　Ｆ　：／　！ｊ　Ｇ　庖ＩＦＩ　４ｉ、（サセる
１、よって、オイルヒバレータ４１から冷凍機油バイパ
ス３に流出したオイルは、流宇調整弁４２および内接歯
巾−し−夕５で、２段階に減圧され、その後に冷媒圧縮
機２１の吸入口２８に吸入される。

ここで流Ｗ調整弁４２は、冷媒Ｖｆ縮□２１の停止（ク
ラッチ２７がオン）と同時に■じられ、オイルセパレー
タ４１内のオイルを貯溜し、冷媒圧縮は２１の駆動（ク
ラッチ２７がオン）と同時に上）！ｒ！シたごとく、所
定の聞麿に聞く。これにより、冷媒圧縮別２１の停止時
に、オイルセパレータ４１内の多量のオイルが冷媒圧縮
１ｉ２１の吸入口２８への流入を防止し、冷媒圧縮機２
１の再起仙時に、冷媒圧縮機２１の液圧縮の発生を防ｌ
「できる。

曲方オイルセパレータ４１から凝縮器２２に流入する気
相冷媒は、オイルが極めて少ないので、凝縮器２２およ
び蒸発器２５において空気との熱交換に慢れ、冷房能力
が向上する。この冷媒は、凝縮器ファン５６より送Ｊ！
＋１される外気と熱交換して冷７Ｊ］され、低温高圧の
液相冷媒に凝縮される。５ 凝縮された液相冷媒は、受液器２３に流入する。

受液ｚ：２３で気相冷ＡＩと液相冷媒に分離され、液相
冷媒のみが膨服弁２４に流入し、断熱膨１１＆され、低
温低圧の霧状冷媒どなり、蒸発器ｚ５で蒸発する。

この時、巾宇内送風用電動モータ６により駆動される中
室内法１虱用′ノ？ン６１により送風される空気を冷ｍ
Ｌ、、中室内を冷房する。そして、蒸発器２５から流出
した気相冷媒は、冷凍機油バイパス３からのオイルを多
く含む気相冷媒と相亙に溶は込み合い冷ｔＲ圧縮機２１
の吸入口２８へ吸い込まれる。１上記冷凍サイクルを操
り返すことにより中室内力臂贋店される１゜ 一般に内接歯巾モータ５は、作動流体として液体を前提
としており、気体でそのまま作動させると、外歯歯巾５
３と内歯歯巾５４との間隙からの作動気体の漏れにより
効率が著しく低下すると同時に、外歯ｌ！Ｆ１屯５３と
内歯歯巾５４との歯面の潤滑が充分行えないため、耐久
性、騒酋の面で問題があった。

そこで本実施例では、内接歯巾モータ５の作動流体の油
分を豊富にするために、冷媒１縮Ｒ２１と凝縮器２２と
の間１オイルを多く含む冷媒を内接歯巾モータ５の作動
流体とした。これによって、内接歯巾モータ５の外歯歯
巾５３と内歯歯巾５４との間隙の潤滑が充分行え、およ
び外歯南中５３と内歯歯巾５４との間隙からの気相冷媒
の漏れを防止できる。

したがって、本実施例では、凝縮器２２へ供給する冷媒
の一部をオイルセパレータ４１の遠心信用により、気相
冷媒とオイルとに積極的に分離して、冷凍１幾浦バイパ
ス３にオイルを流出させ、内接歯車組−タ５を駆動させ
ている。このため、凝縮器２２内（こ供給される冷媒の
流出が減少し、冷房能力の低下が予想される。しかし第
４図の冷房能力と冷媒Ｉ）縮量２１の回転速度との関係
を示すグラフのように、本実施例では、従来の冷凍サイ
クルＣ）に設【ノられでいないオイルセパレータ４１付
冷凍サイクル（，２のため、冷房能力が向上する。よっ
て従来の冷凍１ナイクルＣ１から本実施例の冷凍サイク
ル２への冷房能力の低下は、４％以下に押えられる。

さらに本実施例では、第５図の最大冷房時の総消費電力
の関係を示すグラフのように、従来の総語′ＦＸ雷力Ｗ
１　と比較して第１．２実施例におい一〇聡消費電力Ｗ
２は、制御アンプ、クラッチ２７、電動モータ６、（そ
の他電磁式開閉弁など）等であり、総消費電力を約３割
低減でき（Ｗｚ）、第３実施例において、総消費雷りを
約８割低減でさる（Ｗ３）。

第６図は本発明の冷凍装置の第２実施例を示す、。

（第１実／ＩＩ！ｉ例と同一５１能物は同番号をｆ」す
）本実施例では、冷凍１′３油バイパス３に内接歯中七
−タ５を迂回する第２の冷凍前曲バイパス３１を設けて
いる。１また第２の冷凍（１油バイパス３１には、自動
車の操れ盤に配された内接歯巾七−ク５０回転速度調整
スイッチ（図承せず）の設定（ｆｆ置により絞つ５↑の
開口径が連続的に変化する流洛調整弁３２が設けられて
いる１、流ｍ調整弁３２の絞り弁の間口径の変化により
内接歯巾モータ５の回転速度の調整が任意に行えるので
、流帛調！′Ｉ井３２の絞り弁の１１１打」径を大きく
して、内接歯巾モータ５の回転速度を１胃させることが
できるため、冷：１ルサイクル２の異常高正圧力の回避
を行えろ。すなわち、冷媒の凝縮り力が巽富゛に高くな
り、冷凍１幾器を一々障さＵたり、１波ＩＱさｕＩ＝す
することを防止できる。

第７図は本発明の冷凍装首の第２実施例を承す。

（第１実施例と同一・）本能物は同番号をｆ」す）本実
施例のオイルセパレータ４１は、２つの冷凍１浅曲叶出
１コ４８．４９を設けている。そして、１つの冷凍眼油
１１出「１４８は、冷凍；幾浦バイパス３に接続し、他
乃の冷凍）瓜油叶出口・１９は、流量調整弁４２ａおよ
び冷媒式伯動七〜りである内接歯巾（−タ８を設けた冷
凍殿浦バイパス７に１壮続しでいろ。よって、本実施（
？１のオイルセパレータ４１から冷凍１次曲バイパス７
に流出したオイルら、流量調整弁４２ａ、Ｂよび内接歯
巾モータ８′ｃ、２段階に試片され、その後に冷媒圧縮
機２１の吸入口２８に吸入される。

凝縮器２２の凝縮器ファン５６を内接歯巾［−タ５で駆
動させ、且つ蒸発器２５の＋１！室内送風用）１ン６１
を内接南中モータ８′Ｃ″駆仙させたちので、第５図の
グラフのように、従来の総消費電力Ｗ１と比較して、総
消費電力を約８割低減でさる（Ｗ：＋）。

本実施例では、冷媒式作りＪモータにインポリ１−ｉ〜
内接山中−［−りを用いたが、冷ししく１１１勅［−夕
に１・ロ〜〕イド内接１′・ｈ申し一タ、ベーンモータ
、タービン、ビス１〜ンモーク簀用いることができる。

１本実施例では、冷媒式０仙モータを：ＥＥ；ｌ旧名の
ファンまたは蒸発皿のファンの駆動用モータに用いたが
、冷媒式作動（−りを冷媒Ｊｌ−７１δ機２１の補助駆
動し一夕として用いてし良く、またオルターネータの補
助駆動モ〜りとして用いてら良い。ざらに家紅用冷房装
置の場合には、冷媒式作動モータで室内）ス凧用ノ）ｊ
ン、扇）・αは、゛省内の換気扇を駆りＪしても良い。

本実施例では、冷媒式作動−し−夕に回転運動を１１わ
せだが、カムまた１よりランク軸などを介して往復運動
、格円運動など所定の周期運動などを行わせてし良い。

本実施例では、本発明の冷凍装置を自動重用冷房装置に
用いたが、本発明の冷凍装置をその他の車両、船舶また
は家庭用冷房装首、冷暖房装置、ヒートポンプ式冷暖房
装置などの冷凍装置に用いても良い。

本゛実施例では、オイルセパレータに遠心分Ｈ代Ａイル
セパレータを用いたが、オイルセパレータにその他の冷
媒と冷凍機油を分離する装置を用いてら良い。またオイ
ルセパレータを用いない冷凍サイクルでｂ本発明は構成
可能であるが、冷媒式作動モータの耐久１１から設ける
ことが好ましい。

本実施例では、冷媒式ｆ’ｌ動−［−タの上流に流量調
整弁（温度（１動弐膨眼弁、または電ｑ１式開閉弁）を
設けたが、冷媒式作動し一タの上流にオリフィスを設け
てら良く、また冷凍）大曲バイパスの圧力１０失だけで
も冷媒式（／ｌ勅モータは回転するので、流量調整弁ま
たはオリノィスを設けなくてら良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷凍装置６の第１実施例に適用した冷
凍サイクルの構成図、第２図は本発明の冷凍装置の第１
実施例にかかる内接歯巾モータを示す断面図、第３図は
本発明の冷凍装置の第１実施１ζ１にかかるオイルレバ
レータおよび流量調整片を示す直路図、第４図は本発明
と従来の冷房能力と冷媒圧縮１大の回転速度とのｌ５Ｉ
Ｉ係を丞すグラフ、第５図は本発明と従来の最人冷店時
の総）肖費雷力の関係を示すグラフ、第６図は本発明の
冷凍装置の第２実施例に適用した冷凍サイクルの４Ｍ成
図、第７図は本発明の冷凍装置の第３実施１シ１に適用
した冷凍サイクルの構成図である１、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）冷媒圧縮機、凝縮器、受液器、膨脹弁、および蒸発
   器を冷媒配管で順次接続してなる冷凍サイクルと、 前記冷媒圧縮機の吐出口と吸入口とを連絡するように前
   記冷媒配管より分岐した冷凍機油バイパスと、 該冷凍機油バイパスに設けられ、前記冷媒圧縮機の吐出
   口と吸入口との気相冷媒の圧力差により回転動力を得る
   冷媒式作動モータとを備えた冷凍装置。 ２）前記冷凍機油バイパスは、オイルセパレータを介し
   て前記冷媒配管から分岐されると共に、前記モータの上
   流に流量調整弁を設けてなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の冷凍装置。