JPH01168518A - 車両用冷凍装置 - 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、自動車などの車両に搭載される冷凍装置に関
する。

（従来の技術） 従来、冷凍サイクルにおいて冷媒の膨張を行なうにあた
り、膨張弁の代わりに膨張機を用いて減圧過程の不可逆
損失エネルギを効率よく回収する方法が知られている（
特公昭６０−５１６２１）。

ここに冷凍装置の冷媒の流量制御は、例えば蒸発器出口
のスーパヒート検出部の制御信号にもとづいて膨張機の
回転数制御で行なうが、この膨張機の回転数制御を例え
ばサイリスクインバータを用いて行なう装置が開示され
ている（特開昭６Ｏ−４２５５７）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の冷凍装置で膨張機の回転数制御に
用いるサイリスクインバータは、一般にその制御回路が
複雑でそれ自体高価なものであるので、冷凍装置の製造
コストが高くつくという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、高価なサイリスクインバータ
を用いることなく簡単な構成で冷凍サイクルにおける冷
媒の流量制御を適切に行なえるようにし、かつ膨張過程
でのエネルギを効率よく回収することにある。

（問題点を解決するための手段） そのために本発明の冷凍装置は、その構成例が第１図に
示されるように、冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒にする
圧縮機と、圧縮機からの高温高圧の冷媒から熱を奪って
冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮されて液体になった液
冷媒を貯蔵する受液器と、受液器からの冷媒を膨張させ
る膨張機と、膨張機からの低温低圧の冷媒に周囲の空気
から熱を与えて蒸発させる蒸発器と、蒸発器出口に設け
られ冷媒の過熱度を検出するスーパヒート検出部と、前
記膨張機の駆動軸と同軸上に連結される発電機と、前記
スーパヒート検出部からのスーパヒート検出信号に基づ
いて前記発電機の励磁電流を制御する制御部と、車両に
搭載され前記発電機で発生した電力を回収する蓄電器と
、前記発電機の発生電圧な略一定の充電電圧に変換する
電圧変換制御部とを備えたことを特徴とする。

（作用） 本発明の装置では、蒸発器出口の圧力と温度をスーパヒ
ート検出部で検知してスーパヒート検知信号に基づいて
発電機の励磁電流を制御し、発電機の負荷トルクの増減
により膨張機の回転制御を行なうことにより、冷媒流量
を制御し、蒸発器能力を十分に発揮させるとともに、冷
媒の膨張時に膨張機に与えられる回転エネルギを発電機
に利用して電気エネルギに変換し、この電気エネルギを
適正なバッテリ充電電圧に変換して蓄電器に効率よく回
収する。

（実施例） 本発明の実施例を図面にもとづいて説明する６本発明が
適用される冷凍装置は、第１図に示すように、蒸発器１
、圧縮機３、凝縮器４、受液器５、膨張機６の順に冷媒
が循環される構成になっている。

すなわち、蒸発器１で気化した冷媒は、蒸気となってス
ーパヒート検出部２を通って圧縮機３にはいり、圧縮行
程で高温高圧（１５〜２０気圧）となって、凝縮器４に
導かれ、凝縮器４に導かれた冷媒は、空気で冷却されて
凝縮され、液冷媒になって受液器５に受けられる。受液
器５に受けられた液冷媒は、膨張機６を通ると低温低圧
（１゜５気圧程度）の気液混合状態（霧状）になって、
蒸発器１に送られ、ここで蒸発器表面の空気（車室内空
気）から熱を奪って蒸発し、さらに加熱されてガス状の
冷媒になり、圧縮機３に吸込まれた後、上述した冷凍サ
イクルを繰り返す。

前記膨張機６は、第２図に示すように、ベーン式のもの
で、前記液冷媒が膨張されるときの膨張力によって駆動
される構造になっている。すなわち、ハウジング４０内
に区画形成される膨張室４１に軸受４２を介してロータ
４３が偏心した位置に回転自在に支持され、このロータ
４３の半径方向に複数形成されるスリット内に複数のベ
ーン４４が放射状に摺動自在に支持される。そして、ハ
ウジング４０により区画形成される高圧室１０から図示
矢印ａ方向に流入口１１を経て膨張室４１に液冷媒が流
入されると、冷媒は低圧になるため膨張してその容積を
増大し、このときの膨張力がベーン４４側面に作用しロ
ータ４３を回転させる。

ロータ４３に回転仕事を与えた冷媒は図示矢印す方向に
流れて低圧室１４に導かれ、図示しない低圧吐出バルブ
から排出される。

発電機８は、前述したロータ４３の他端に固定される駆
動軸１５から駆動力を入力し発電する構成になっている
。すなわち、その構造は、ハウジング４５の内周にステ
ータ１９が圧入笠により固定され、このステータ１９は
、周知のようにステータコア４６とこれに巻かれたステ
ータコイル４７から構成される。ハウジング４５の側面
部中央には発電機内側に向って突出する円筒状ベアリン
グボックス４８．４９が形成され、これらベアリングボ
ックス４８．４９にはそれぞれベアリング５０．５１が
取付けられ、両ベアリング５０，５１に駆動軸Ｉ５が回
転自在に支持されている。

駆動軸１５には前記ステータ１９の内側に位置して一対
の爪形ポールコア５３．５４が機械的に固定されており
、前記ボールコア５３．５４の内周には従来周知のロー
タコイル５５が挟持されている。スリップリング５７は
、前３己ポールコア５４とベアリング５Ｉの中間でかつ
駆動軸１５の外枠にあるカラー５８の外周に位置するよ
うに配置され、導体を介して前記ロータコイル５５と電
気的に接触されている。スリップリング５７に摺動しロ
ータコイル５５に励磁電流を供給するブラシ５９は、ブ
ラシホルダ６０の内部に収められ一励磁電流入力端子１
８からの電流が供給される。

冷媒の膨張回転仕事によりベーン４４を介して駆動軸１
５が回転されると、ロータコイル５５に供給される励Ｇ
１１＝流により磁界が生成されてステータコイル４７に
起電力が生じ、この起電力はステータコイル４７に接続
される出力端子２０より取り出される。

励磁電流を生成するための励磁部２１の回路は、第６図
に示すようになっており、制御部２５の出力する励磁電
流制御信号を入力信号とし、励磁部２１から励磁電流を
出力信号として発電機８に０（給する構成になっている
。すなわち、ｎｐｎ形トランジスタＴｒ＋６８のベース
に制御部２５から出力される励ＦＩＢ電流制御信号が印
加され、Ｔｒ＋６８のエミッタは発電機８のマイナス端
子に接続され、Ｔｒ＋６８のコレクタは抵抗７ｏを介し
て発電機８のロータコイル５５に接続されている。

Ｔ　ｒ　ａ　６９のベースはＴｒ＋６８のコレクタに接
続され、Ｔｒｚ６９のエミッタは発電機８のマイナス端
子に接続され、Ｔｒｚ６９のコレクタはロータコイル５
５を介して発電機８のプラス端子に接続されている。こ
れにより、制御部２５からＴＥ１０１のベースに印加さ
れる励磁電流制御信号を増大すると、Ｔｒ＋６８が導通
してロータコイル５５を流れる励磁電流を増大させ、逆
にＴｒ＋６８のベースに印加される励磁電流制御信号を
減少すると、励磁電流を減少させるようになっている。

励磁電流制御信号を出力する制御部２５は、スーパヒー
ト検出部２からの出力にもとづいて適正な冷媒流量（Ｇ
、ｌ）と冷媒状態（１１％　　Ｉｔ、υ１）になるよう
励磁部２１に導く励磁電流制御信号を制御する構成にな
っている。すなわち、第７図のフローチャートに示すよ
うに、スーパヒート検知信号にもとづいて冷媒流量が適
正流量よりも過大か過小かを判断し、スーパヒート（過
熱度）が過大であれば、冷媒循環量が適正冷媒循環量よ
りも少ないので、発電機８の励磁電流を減らす励Ｆ！ｉ
電流制御信号を励磁部２１に出力することにより、負荷
トルクを減少して膨張機６の回転数を増加し、冷媒流量
を増やし冷房能力を増大する。逆にスーパヒートが過小
であれば、冷媒循環量が適正冷媒循環量よりも多いので
、発電機８の励磁電流を増やす励磁電流制御信号を励磁
部２１に出力することにより、負荷トルクを増加して膨
張機６の回転数を減少し、冷媒流量を減らし、冷房能力
を減少する。

具体的には、第８図のフローチャートに示すように、ス
テップＳ９０にて後述する冷媒状態に応じてスーパヒー
トの適正値ＳＨｉを呼び出し、Ｓ９１にてスーパヒート
検出部２からのスーパヒートＳＨ，を検出し、次いでＳ
９２にてスーパヒート適正値ＳＨｉと検出スーパヒート
ＳＨ，どの偏差ΔＳＨを演算し、次いで、Ｓ９３にて前
記偏差ΔＳ　Ｈが０以上であるか否かを判別し、Ｓ９４
にてΔＳＨ＞０であれば励磁電流Ｉｆを増加し、Δ５Ｈ
＝Ｏであれば励磁電流１ｆを無変化とし、Ｓ９３にてΔ
ＳＨ＜Ｏであれば、Ｓ９５にて励磁電流１ｆを減少させ
る。こうして、発電機８の負荷トルクを増減して膨張機
の回転数を制御し、冷媒流量の適正化をはかる。

また発電機８のステータコイル４７に接続される出力端
子２０は、第１図に示すように、整流器２６を介してバ
ッテリ２７に接続され、バッテリ２７の端子２７ａと整
流器２６の間には可変負荷２９が直列に接続されている
。そして、発電機８で発生した発生交流電圧は整流器２
６にて直流電圧に変換され、この電圧値に応じて整流器
２６から可変負荷２９に可変負荷制御信号が送られ、バ
ッテリ２７の充電電圧が略均−になるように制御される
。

以下、冷凍装置の膨張機６による流量制御と発電機８で
発生した電力にもとづくバッテリ充電電圧の制御につい
て説明する。

まず膨張機の回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、適正冷媒
流量Ｇ　、ｌ（ｋ　ｇ　／　ｈ　）を流すためには、Ｎ
＝　（ＧＲＸＶ＋　）／　（６０ｘＶ）　　　　（１）
υ１　：膨張機入口冷媒比容ＮＩ（ｍ”　／ｋｇ）■＝
１回転当りの膨張機吸入容積（ｍ’／ｒｅｖ） となり、また、膨張機の回収動力Ｗ（ｋｃａｌ／ｈ）は
、第４図に示すモリエル線図から明らかなように、 Ｗ＝　　（ｉ　Ｉ　　−ｉ　！　　）　　Ｘ　ＧＡ　□
（２）１１　：膨張機人口冷媒比エンタルピ（ｋｃａｌ
　／　ｋ　ｇ　） １２　：膨張機出口冷媒比エンタルピ（ｋｃａ１／ｋｇ
） と表わされる。ここに１１、ｌｉ間は等エントロピ膨張
をする。

回収動力Ｗは、また次式でも表わせる。

ＸＮ Ｗ　＝　−−（３） Ｔ：膨張機負荷トルク（＝発電機回転トルク）（ｋｇ−
ｃｍ） したがって、（１）〜（３）式より次式が得られ、 ■ Ｔ　＝　６７８０　Ｘ　（ｉ　ｒ　　ｒ　ｘ　）　Ｘ　
　　　　（４）υ　１ この（４）式に示す負荷トルクＴを満足するようにスー
パヒートにもとづいて励磁電流の値な決める。すると、
膨張機は理想的に動力を回収し、適正冷媒流量にみあっ
た回転数Ｎで回転する。

次に、発電機で発生する発生電圧Ｅ　（Ｖ）は、Ｅ　＝
　Ｋ　Ｘ　Ｉ　ｆ　Ｘ　Ｎ　　−（５）Ｋ：比例定数 ■ｆ：励磁電流（Ａ） Ｎ：回転数（ｒｐｍ） となり、バッテリ充電電圧■は、 Ｖ　＝　Ｅ　−Ｒ１−（６） ゛ｖ：バッテリ充電電圧（Ｖ） Ｒ：可変負荷の抵抗（Ω） Ｉ：出力電流（Ａ） で表わされる。

そして、（５）式から明らかなように発生電圧Ｅ　（Ｖ
）は励磁電流Ｉｆと回転数Ｎにより変化するので、整流
器２６からの可変負荷制御信号を制御することにより、
可変負荷Ｒの値を変化させ、充電電圧を一定になるよう
制御する。

このようにして、実際には冷媒の高低圧差の変動により
冷媒流ｆｆ１（Ｃ＋＋）と冷媒状態い１％　　１２、υ
１）が変化することがあるが、これらの変化による影響
は膨張機６の回転数変動となって現われ、最終的に蒸発
器出口のスーパヒート変動に現われてくるため、上述し
たスーパヒートに基づいた励磁電流制御により適正な冷
凍能力を発揮させ、同時に効率よ（動力を回収すること
ができる。

前述の冷凍サイクルの停止時には、発電機８とバッテリ
２７の接続を遮断することにより発電機８が電動機にな
らないようにし、また冷凍サイクルが最低回収動力時に
ある時には、バッテリ充電電圧を所定電圧値以上になる
よう可変負荷２つの抵抗を変化させる。

なお、本発明の他の実施例としては、第９図に示すよう
に、可変負荷の代わりに、直列接続した２個のバッテリ
３１と３２に配設した切替スイッチ３３によりバッテリ
充電電圧を可変にすることもでき、こうすると、（５）
式で発生した電圧（Ｅ）にみあった充電が可能になる。

スイッチ３３の切替えは整流器２６からのスイッチ切換
信号により行ない、この場合は可変負荷なしで動力回収
を行なうことができる。

さらに前述した実施例の膨張機と発電機の接続は、第１
０図に示すように、ハウジング８０が膨張機６と発電機
８とで一体のもので構成してもよい。ここで第２図と実
質的に同一構成部分には同一符号を付し、詳細な説明は
省略する。また発電機８の励磁のための電源は、バッテ
リから取って他励方式としてもよいし、または初期作動
時のみバッテリからの他励とし後に自動に変える方式で
もよい。なお、本発明が適用される膨張機は、ベーンタ
イプに限らず、回転運動を取り出せるものであれば、ス
クリュタイプ、クランクピストンタイプ、タービンタイ
プなどでも可能である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の車両用冷凍装置によれば、
冷凍サイクルの膨張過程に膨張弁の代わりに膨張機を設
け、この膨張機の駆動軸と同軸上に発電機を連結し、前
記発電機の励磁電流を蒸発器出口のスーパヒートにもと
づいた制御信号により制御する構成にしたので、スーパ
ヒート制御により冷凍サイクルを適正に制御することが
でき、しかも膨張機で回収した回収動力を効率よくバッ
テリに充電することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成をあられす概略構成図、
第２図は第１図に示す膨張機および発電機をあられす断
面図、第３図は蒸発器出口のスーパヒートと発電機の励
磁電流の関係をあられすグラフ、第４図は冷凍サイクル
を説明するためのモリエル線図、第５図は発電機の回転
数と発生電圧と励磁電流の関係をあられすグラフ、第６
図は励磁部と発電機の回路構成をあられす回路図、第７
図は制御部の制御方法を示すフローチャート、第８図は
励磁電流制御の実施例をあられすフローチャート、第９
図は本発明の他の実施例の充電装置をあられす部分概略
構成図、第１０図は本発明の他の実施例の膨張機および
発電機をあられす断面図である。 ｌ・・・蒸発器、　　　　２・・・スーパヒート検出部
。 ３・・・圧縮機、　　　４・・・凝縮器。 ６・・・膨張機、　　　８・・・発電機、２５−・・制
御部、　　２６・−整流器。 ２７　・・・バッテリ（蓄電器）。 ２９　・・・可変負荷（電圧変換制御部）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒にする圧縮機と、圧縮
   機からの高温高圧の冷媒から熱を奪って冷媒を凝縮させ
   る凝縮器と、 凝縮されて液体になった液冷媒を貯蔵する受液器と、 受液器からの冷媒を膨張させる膨張機と、 膨張機からの低温低圧の冷媒に周囲の空気から熱を与え
   て蒸発させる蒸発器と、 蒸発器出口に設けられ冷媒の過熱度を検出するスーパヒ
   ート検出部と、 前記膨張機の駆動軸と同軸上に連結される発電機と、 前記スーパヒート検出部からのスーパヒート検出信号に
   基づいて前記発電機の励磁電流を制御する制御部と、 車両に搭載され前記発電機で発生した電力を回収する蓄
   電器と、 前記発電機の発生電圧を略一定の充電電圧に変換する電
   圧変換制御部と を備えたことを特徴とする車両用冷凍装置。