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エアコンコンプレッサーのしくみ

エアコンコンプレッサー

---コンプレッサーの基本---
カーエアコンでは、液体(冷媒)を密閉されたエアコンシステム内で循環させ、
気化(蒸発)→液化→気化を繰り返し行っています。
気体を液化(凝縮)させるには、気体の熱を奪ってやることが必要ですが、
気体を圧縮して圧力を高めてやれば比較的容易に液化することができます。
この圧縮する装置がコンプレッサーです。
コンプレッサーには、マグネットクラッチ付のプーリーが装着されています。
このプーリーは、ベルトを介してエンジンに繋がっており、エンジンの駆動力によって回転します。
車のエアコンには可変容量コンプレッサー(常時駆動)が使われていることが多く、
マグネットクラッチが作動した際のショックをなくすことや効率化が実現しています。
コンプレッサーには、可変容量コンプレッサー以外にも固定斜板コンプレッサー、
スクロールコンプレッサー、電動コンプレッサーなどの種類があります。


【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/about_us/business/automobile/compressor/mechanism/



---固定容量型コンプレッサー---
固定容量型コンプレッサーは、高信頼性・小型軽量化・低コストのメリットから
コンプレッサーのスタンダードとして広く使用されています。
斜板式、スクロール式、ベーン式の3つの機構があります。
固定容量型は、信頼性が高くバランスも良い点が評価され、
小型車やミニバン、大型バス、建機といった車に広く採用されている。
吐出量はエンジンの回転数で決定され、制御はクラッチのオンオフのみで行われる。



【斜板式】
プランジャーを、斜板により往復運動させる方式のコンプレッサー。
回転軸に楕円状のプレートを、軸線上から見て円になるように角度をつけて取り付け、
プレート円周上に関節を介して複数のプランジャーを取り付け、
蜂の巣状のシリンダーのなかをプランジャーが往復運動するようにしている。
斜板を回転させると、プランジャーが往復運動してシリンダー容積を変化させることで、
1回転で吸入、圧縮を終了する。小型で騒音が小さいためにエアコンのコンプレッサーに採用されている。
固定容量型の主力機種となっている。



【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/products/automobile/compressor/variable/



【スクロール式】
可動スクロールが旋回運動をすると、固定スクロールとの間にできる空間が
移動しながら、その容積を徐々に小さくしていきます。
吸入ポートから吸入された冷媒は、可動スクロールの旋回運動で次第に圧縮され、
可動スクロールが約3回転目に吐出ポートから、吐出されることになります。
実際には、1回転毎に1回、冷媒を吐出することになります。
静粛性、効率性に優れるコンプレッサーです。
主に軽自動車・小型車に採用されています。



【引用】http://www.toyokohan.com/hitachi-ies/ps.html
【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/products/automobile/compressor/variable/



【ベーン式】
ベーン式コンプレッサーは、ローターとローターに組み込まれた5枚のベーンとシリンダーに加え、
2枚の吐出弁と前後のサイドプレートで構成されています。
5枚のベーンは、ローターの回転に伴い、シリンダー内周面に押し当てながら回転します。
ローターの回転に伴い、シリンダー室の容積が増加していく過程で、
吸入ポートから冷媒が、シリンダー室へ吸入されます。冷媒の吸入終了後、
各ベーンで密閉されたシリンダー室内の冷媒は、ローターの回転に伴って圧縮され、
吐出圧力に達すると吐出弁から吐出されます。吸入ポートと吐出ポートは、
それぞれ2個設けられており、ローターが1回転する毎に10回冷媒を吐出します。



【引用】http://www.toyokohan.com/hitachi-ies/ps.html
【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/products/automobile/compressor/variable/

【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/about_us/business/automobile/compressor/index.html



---可変容量型コンプレッサー---
コンプレッサー内部の圧力バランスを変化させることにより、
斜板の角度を変えピストンのストロークを大きくしたり、
小さくしたりして必要な容量の冷媒ガスを吸入・圧縮しています。
これにより安定した温度制御、ドライブフィーリングの向上が可能になります。
吐出容量を可変する方法としては、内部可変式と外部可変式があります。



【片側斜板式内部可変容量】
車室内の熱負荷に応じて変化する冷媒ガスの吸入圧力を制御弁が感知し、コンプレッサーを最適な容量に制御します。
これにより滑らかな運転と快適な温度制御を実現しています。



【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/products/automobile/compressor/variable/



【片側斜板式外部可変容量】
外部からコンプレッサー制御弁に電気信号を送り、
コンプレッサーが最適な容量で運転できるよう、きめ細かな任意制御を可能にしました。
これにより大幅な省力化を実現しています。


【引用】http://www.jaspa-oita.or.jp/jissen/2008/08/page2_1.html
【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/products/automobile/compressor/variable/

【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/about_us/business/automobile/compressor/index.html



---電動コンプレッサー---
従来の自動車用コンプレッサでは、ベルトを介してのエンジン動力によって駆動されているため、
電気自動車やハイブリッド車では、エンジンが無かったり、
アイドリングストップによって駆動源が無くなるといった問題が発生する。
この課題を解決するため、駆動源をエンジンによらず、
高電圧バッテリーを駆動源とする電動コンプレッサが使われ始めている。
さらに、近年ではインバータが一体化された電動コンプレッサが主流になりつつある。
エンジン回転数とは無関係に回転数(例:1500~8400rpm)を選ぶことができ、
冷房能力を簡単に調整することが可能になる反面、モータの能力は3kwもあるため、電圧12Vでは駆動できません。
電流が300Aにもなるからです。このため、電圧200V以上のバッテリにより駆動します。
したがって小型の電池しか持たないハイブリッド車では、電動コンプレッサを選ぶことができません。



【コンプレッサ】
高効率・静粛性に優れており、モーターの回転運動をそのまま利用するスクロール式のコンプレッサを採用。
エンジンの回転に依存しないの高回転型にすることで吐出量を確保したまま小型化に成功している。

【コンプレッサ】
高効率・静粛性に優れており、モーターの回転運動をそのまま利用するスクロール式のコンプレッサを採用。
エンジンの回転に依存しないの高回転型にすることで吐出量を確保したまま小型化に成功している。

【モーター】
低騒音DCブラシレスモーターを採用。
短軸化などにより小型化、冷却は冷媒で直接冷却する構造になっている。

【インバータ】
電動コンプレッサはモータの駆動制御回路であるインバータも搭載している。
吸入冷媒により冷却を行うが、搭載位置をコンプレッサ上部(キャメルバック)から
側部(インライン)に変更することで冷却性能を向上させている。


【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/products/automobile/compressor/variable/
【引用】https://www.toyota-shokki.co.jp/products/automobile/compressor/electric/