JP2001010332A - 臨界超過過程を有する電気駆動式の圧縮冷却システム - Google Patents
臨界超過過程を有する電気駆動式の圧縮冷却システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い効率延いては僅かな一次エネルギ使用量
を有する、臨界超過過程を有する圧縮冷却システムを提
供する。 【解決手段】 圧縮機がモータ制御装置（１２）を備え
た電動モータ（５）によって駆動され、該モータ（５）
及び／又はモータ制御装置（１２）が、このモータ
（５）及び／又はモータ制御装置（１２）の損失熱の導
出が主として圧縮冷却システムの冷媒を介して行われる
ように配置されている。
を有する、臨界超過過程を有する圧縮冷却システムを提
供する。 【解決手段】 圧縮機がモータ制御装置（１２）を備え
た電動モータ（５）によって駆動され、該モータ（５）
及び／又はモータ制御装置（１２）が、このモータ
（５）及び／又はモータ制御装置（１２）の損失熱の導
出が主として圧縮冷却システムの冷媒を介して行われる
ように配置されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、臨界超過過程を有
する自動車用エアコンディショナの圧縮冷却システムで
あって、該圧縮冷却システムにおいて、冷媒導管を介し
て冷媒サイクルが圧縮機からガス冷却器、膨張機関及び
蒸発器を介して前記圧縮機に戻るように行われる形式の
ものに関する。更に、本発明は、同一圧縮冷却システム
の運転方法に関する。
する自動車用エアコンディショナの圧縮冷却システムで
あって、該圧縮冷却システムにおいて、冷媒導管を介し
て冷媒サイクルが圧縮機からガス冷却器、膨張機関及び
蒸発器を介して前記圧縮機に戻るように行われる形式の
ものに関する。更に、本発明は、同一圧縮冷却システム
の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日の自動車用エアコンディショナにお
ける圧縮冷却システムは、車両の内燃機関によりベルト
駆動を介して直接に駆動される。これに基づき、ベルト
駆動によって駆動される圧縮機の回転数は、内燃機関の
回転数と直接に関連している。しかし、内燃機関の回転
数は、車両の種々様々な運転条件下で非常に激しく変化
する。つまり、例えば高速道路における高速走行では高
回転数が勝っているのに対して、市街地走行時又は渋滞
時においても、低回転数が優勢である。即ち、エアコン
ディショナの所要の冷却出力が一般に最大の低速走行時
には、最低の回転数レベルが供与されている。エアコン
ディショナにおける冷却出力制御を内燃機関の回転数と
は関係無く保証するためには、エアコンディショナは可
変の押し退け容積を有する圧縮機を備えている。この場
合は、例えばいわゆる斜板式圧縮機である。前記エアコ
ンディショナは、例えば内燃機関の停止を防止するため
に要求される内燃機関のアイドリング回転数の上昇、又
は構造的に生ぜしめられる戻り膨張体積に基づくエアコ
ンディショナ制御時の体積効率の悪化等の複数の欠点を
有している。効率の悪化は、特にエネルギ消費量にネガ
ティブに作用する。
ける圧縮冷却システムは、車両の内燃機関によりベルト
駆動を介して直接に駆動される。これに基づき、ベルト
駆動によって駆動される圧縮機の回転数は、内燃機関の
回転数と直接に関連している。しかし、内燃機関の回転
数は、車両の種々様々な運転条件下で非常に激しく変化
する。つまり、例えば高速道路における高速走行では高
回転数が勝っているのに対して、市街地走行時又は渋滞
時においても、低回転数が優勢である。即ち、エアコン
ディショナの所要の冷却出力が一般に最大の低速走行時
には、最低の回転数レベルが供与されている。エアコン
ディショナにおける冷却出力制御を内燃機関の回転数と
は関係無く保証するためには、エアコンディショナは可
変の押し退け容積を有する圧縮機を備えている。この場
合は、例えばいわゆる斜板式圧縮機である。前記エアコ
ンディショナは、例えば内燃機関の停止を防止するため
に要求される内燃機関のアイドリング回転数の上昇、又
は構造的に生ぜしめられる戻り膨張体積に基づくエアコ
ンディショナ制御時の体積効率の悪化等の複数の欠点を
有している。効率の悪化は、特にエネルギ消費量にネガ
ティブに作用する。
【０００３】上で述べた欠点を回避するためには、例え
ばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３１３６０号明
細書等に記載の自動車用の電気駆動式の圧縮冷却システ
ムも既に提案された。電気駆動式の圧縮冷却システムの
場合は、冷却性能を、車両内室を冷却するために目下要
求されている値に直接に適合させることができる。特
に、冷却された空気の後加熱を行わずに済む。従って、
電気駆動式の圧縮冷却システムは、一次エネルギ使用量
を最適化する良好な可能性を提供する。但し、この新し
い駆動形式には、付加的な問題も結びついている。特
に、電動モータ及びモータ制御装置の熱発生問題が言及
されねばならない。従って、前掲のドイツ連邦共和国特
許出願公開第３７３１３６０号明細書では、電動モータ
の過負荷を防止するために、運転者によって選択された
快適性の調節をシーケンシャルに過変調する、若しくは
無視するということが提案されている。このことは換言
すると、電動モータにおける温度が規定されており、危
険な限界値に達すると同時に制御が行われるということ
を意味している。しかし、この手段により、高い冷却性
能が要求されると場合によっては冷却性能が低下させら
れてしまう。更に、前掲のドイツ連邦共和国特許出願公
開第３７３１３６０号明細書では、臨界超過過程を有す
る冷却システムについては言及されていない。圧縮機出
口と膨張機関入口との間で位相移行（ガス状／液状）が
行われない場合は、臨界超過過程という言葉を用いる。
このような臨界超過過程は、例えば冷媒としてＣＯ2を
使用した場合に見られる。
ばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３１３６０号明
細書等に記載の自動車用の電気駆動式の圧縮冷却システ
ムも既に提案された。電気駆動式の圧縮冷却システムの
場合は、冷却性能を、車両内室を冷却するために目下要
求されている値に直接に適合させることができる。特
に、冷却された空気の後加熱を行わずに済む。従って、
電気駆動式の圧縮冷却システムは、一次エネルギ使用量
を最適化する良好な可能性を提供する。但し、この新し
い駆動形式には、付加的な問題も結びついている。特
に、電動モータ及びモータ制御装置の熱発生問題が言及
されねばならない。従って、前掲のドイツ連邦共和国特
許出願公開第３７３１３６０号明細書では、電動モータ
の過負荷を防止するために、運転者によって選択された
快適性の調節をシーケンシャルに過変調する、若しくは
無視するということが提案されている。このことは換言
すると、電動モータにおける温度が規定されており、危
険な限界値に達すると同時に制御が行われるということ
を意味している。しかし、この手段により、高い冷却性
能が要求されると場合によっては冷却性能が低下させら
れてしまう。更に、前掲のドイツ連邦共和国特許出願公
開第３７３１３６０号明細書では、臨界超過過程を有す
る冷却システムについては言及されていない。圧縮機出
口と膨張機関入口との間で位相移行（ガス状／液状）が
行われない場合は、臨界超過過程という言葉を用いる。
このような臨界超過過程は、例えば冷媒としてＣＯ2を
使用した場合に見られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上で
述べた欠点を回避すると同時に、高い効率延いては僅か
な一次エネルギ使用量を有する、臨界超過過程を有する
圧縮冷却システムを提供することである。
述べた欠点を回避すると同時に、高い効率延いては僅か
な一次エネルギ使用量を有する、臨界超過過程を有する
圧縮冷却システムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明では、圧縮機がモータ制御装置を備えた電動モ
ータによって駆動され、該モータ及び／又はモータ制御
装置が、このモータ及び／又はモータ制御装置の損失熱
の導出が主として圧縮冷却システムの冷媒を介して行わ
れるように配置されているようにした。
に本発明では、圧縮機がモータ制御装置を備えた電動モ
ータによって駆動され、該モータ及び／又はモータ制御
装置が、このモータ及び／又はモータ制御装置の損失熱
の導出が主として圧縮冷却システムの冷媒を介して行わ
れるように配置されているようにした。
【０００６】
【発明の効果】冷媒を介したモータ及び／又はモータ制
御装置の損失熱の導出に基づき、これらの構成部材の非
常に効率的な冷却が達成される。膨張機関出口と圧縮機
入口との間の範囲において冷媒の温度は数Ｃ°であるに
過ぎない。従って、モータとモータ制御装置両方の温度
を、本発明による手段により、当該モータ及びモータ制
御装置の損失が一般にエンジン室内を支配している高温
の場合に比べて著しく少ない温度レベルに低下させるこ
とができる。つまり、この低い温度レベルに基づき、例
えばモータコイルのコイル抵抗が著しく低下される。従
って、モータ及び／又はモータ制御装置の運転温度の低
下だけにより、既に一次エネルギ使用量が減少され得
る。それというのも、損失熱があまり発生しないからで
ある。
御装置の損失熱の導出に基づき、これらの構成部材の非
常に効率的な冷却が達成される。膨張機関出口と圧縮機
入口との間の範囲において冷媒の温度は数Ｃ°であるに
過ぎない。従って、モータとモータ制御装置両方の温度
を、本発明による手段により、当該モータ及びモータ制
御装置の損失が一般にエンジン室内を支配している高温
の場合に比べて著しく少ない温度レベルに低下させるこ
とができる。つまり、この低い温度レベルに基づき、例
えばモータコイルのコイル抵抗が著しく低下される。従
って、モータ及び／又はモータ制御装置の運転温度の低
下だけにより、既に一次エネルギ使用量が減少され得
る。それというのも、損失熱があまり発生しないからで
ある。
【０００７】冷媒に供給されるモータ及び／又はモータ
制御装置の損失熱に基づき、さもなければ変化されない
全システムにおいて圧縮冷却装置の効率の悪化が生じる
恐れがあるということは認識されていた。冷媒に付加的
な熱を供給することにより、圧縮機入口における冷媒の
過熱は一層高められている恐れがある。更に、高められ
た圧縮機出口温度に基づいて、ガス冷却器入口における
圧力及び比エンタルピの増大が行われ、この過程に基づ
き装置の効率が低下する。従って、この望ましくない作
用を確実に回避するために、有利には圧縮機入口におけ
る冷媒の過熱を調整するための手段が更に設けられてい
る。これにより、圧縮機入口における過熱が所望の値を
超えないということが達成される。この場合、特にモー
タ及び／又はモータ制御装置の廃熱の吸収が考慮され
る。圧縮機入口における過熱を調整するためには、特に
サーモスタット式の膨張弁又は電子制御式の膨張弁が設
けられていてよい。この場合、弁の通流量延いては冷媒
質量流量を制御することにより、圧縮機入口における冷
媒の過熱が調整される。この場合、膨張機関を制御する
ための基準過熱値が、本発明では直接、圧縮機入口で取
り出される。これにより、自動的にモータ及び／又はモ
ータ制御装置の廃熱の影響が考慮される。
制御装置の損失熱に基づき、さもなければ変化されない
全システムにおいて圧縮冷却装置の効率の悪化が生じる
恐れがあるということは認識されていた。冷媒に付加的
な熱を供給することにより、圧縮機入口における冷媒の
過熱は一層高められている恐れがある。更に、高められ
た圧縮機出口温度に基づいて、ガス冷却器入口における
圧力及び比エンタルピの増大が行われ、この過程に基づ
き装置の効率が低下する。従って、この望ましくない作
用を確実に回避するために、有利には圧縮機入口におけ
る冷媒の過熱を調整するための手段が更に設けられてい
る。これにより、圧縮機入口における過熱が所望の値を
超えないということが達成される。この場合、特にモー
タ及び／又はモータ制御装置の廃熱の吸収が考慮され
る。圧縮機入口における過熱を調整するためには、特に
サーモスタット式の膨張弁又は電子制御式の膨張弁が設
けられていてよい。この場合、弁の通流量延いては冷媒
質量流量を制御することにより、圧縮機入口における冷
媒の過熱が調整される。この場合、膨張機関を制御する
ための基準過熱値が、本発明では直接、圧縮機入口で取
り出される。これにより、自動的にモータ及び／又はモ
ータ制御装置の廃熱の影響が考慮される。
【０００８】有利な配置形式では、電動モータは圧縮機
と一緒に共通のケーシングに収納されている。この配置
形式は、電動モータが圧縮機ケーシングの外側に配置さ
れている場合に生じる恐れのある回転軸における不密性
を最初から防止するという利点を有している。この場
合、電動モータの特に効果的な冷却は、該電動モータが
冷媒によって直接に周流されると達成される。公知の構
成では、電動モータは中空軸を有しており、この中空軸
を通って冷媒が冷媒導管から圧縮機へと圧送される。即
ち、この公知の構成においては、電動モータは冷媒によ
ってほとんど冷却されない。
と一緒に共通のケーシングに収納されている。この配置
形式は、電動モータが圧縮機ケーシングの外側に配置さ
れている場合に生じる恐れのある回転軸における不密性
を最初から防止するという利点を有している。この場
合、電動モータの特に効果的な冷却は、該電動モータが
冷媒によって直接に周流されると達成される。公知の構
成では、電動モータは中空軸を有しており、この中空軸
を通って冷媒が冷媒導管から圧縮機へと圧送される。即
ち、この公知の構成においては、電動モータは冷媒によ
ってほとんど冷却されない。
【０００９】モータ制御装置の効率的な冷却を達成する
ためには、このモータ制御装置は冷媒と熱的に密接にコ
ンタクトして、有利には膨張機関出口と圧縮機入口との
間、つまり、冷媒温度が低い範囲に配置されている。特
別な構成では、モータ制御装置は冷媒によって直接に周
流される。しかし、例えばモータ制御装置を冷媒流の外
側で圧縮機のケーシングに接して配置するか、又は冷媒
導管に、冷媒と熱的に良好にコンタクトするように配置
することも可能である。
ためには、このモータ制御装置は冷媒と熱的に密接にコ
ンタクトして、有利には膨張機関出口と圧縮機入口との
間、つまり、冷媒温度が低い範囲に配置されている。特
別な構成では、モータ制御装置は冷媒によって直接に周
流される。しかし、例えばモータ制御装置を冷媒流の外
側で圧縮機のケーシングに接して配置するか、又は冷媒
導管に、冷媒と熱的に良好にコンタクトするように配置
することも可能である。
【００１０】車両の圧縮冷却システムを運転するための
本発明による方法は、モータ制御装置を備えた電動モー
タによって駆動される圧縮機、ガス冷却器、制御可能な
膨張機関及び蒸発器、並びに冷媒を有する冷媒サイクル
を備えた冷却システムから出発する。このような圧縮冷
却システムの公知の作動形式に起因して、この圧縮冷却
システムは低い温度レベルを有する範囲及び高い温度レ
ベルを有する範囲を有している。
本発明による方法は、モータ制御装置を備えた電動モー
タによって駆動される圧縮機、ガス冷却器、制御可能な
膨張機関及び蒸発器、並びに冷媒を有する冷媒サイクル
を備えた冷却システムから出発する。このような圧縮冷
却システムの公知の作動形式に起因して、この圧縮冷却
システムは低い温度レベルを有する範囲及び高い温度レ
ベルを有する範囲を有している。
【００１１】本発明では、電動モータ又はモータ制御装
置が低い温度レベルの範囲における冷媒によって冷却さ
れる。更に、膨張機関の冷媒通流量が、圧縮機入口の冷
媒がほぼ一定の過熱を有するように制御される。この方
式により、圧縮冷却システムのエネルギの効率的な運転
が達成される。電動モータ及び／又はモータ制御装置
は、低下された温度レベルを有する範囲で動作するの
で、これらの構成部材における損失は減少される。同時
に、圧縮機入口では、ほぼ一定の冷媒の過熱が調整され
る。この処理方式により、電動モータ及び／又はモータ
制御装置の廃熱による冷媒の温度上昇若しくは過熱増大
が考慮される。この場合、圧縮機入口の過熱は、圧縮機
における「液体衝撃」を排除することができるように調
整される。
置が低い温度レベルの範囲における冷媒によって冷却さ
れる。更に、膨張機関の冷媒通流量が、圧縮機入口の冷
媒がほぼ一定の過熱を有するように制御される。この方
式により、圧縮冷却システムのエネルギの効率的な運転
が達成される。電動モータ及び／又はモータ制御装置
は、低下された温度レベルを有する範囲で動作するの
で、これらの構成部材における損失は減少される。同時
に、圧縮機入口では、ほぼ一定の冷媒の過熱が調整され
る。この処理方式により、電動モータ及び／又はモータ
制御装置の廃熱による冷媒の温度上昇若しくは過熱増大
が考慮される。この場合、圧縮機入口の過熱は、圧縮機
における「液体衝撃」を排除することができるように調
整される。
【００１２】圧縮機におけるこの液体衝撃は、１００％
には蒸発されない冷媒によって生ぜしめられる。ガス状
の冷媒中に存在する液体成分は圧縮できない。従って、
極めて動的な圧縮過程と流出弁の慣性とに基づき、圧縮
室内で液体衝撃が発生する恐れがある。この作用は、圧
縮機の故障にまで及ぶ恐れがある。
には蒸発されない冷媒によって生ぜしめられる。ガス状
の冷媒中に存在する液体成分は圧縮できない。従って、
極めて動的な圧縮過程と流出弁の慣性とに基づき、圧縮
室内で液体衝撃が発生する恐れがある。この作用は、圧
縮機の故障にまで及ぶ恐れがある。
【００１３】液体衝撃を防止するためには、圧縮機入口
の冷媒の過熱が、例えば約５〜１５Ｋの僅かな過熱であ
るように選択される。過熱に関する高い値自体は可能で
あるが、装置全体の効率にネガティブに作用する。
の冷媒の過熱が、例えば約５〜１５Ｋの僅かな過熱であ
るように選択される。過熱に関する高い値自体は可能で
あるが、装置全体の効率にネガティブに作用する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
面につき詳しく説明する。
【００１５】図１には、本発明による圧縮冷却システム
が概略的に示されている。この圧縮冷却システムは、電
動モータ５によって駆動される圧縮機６を有している。
この圧縮機６は、特に自体公知のスパイラル式圧縮機
（Spiralverdichter)であってよい。このスパイラル式
圧縮機により、特に冷媒（図示せず）の脈動の少ない連
続圧送が達成される。更に、前記冷却システムは、ガス
冷却器２７と、冷却システムの基本的な機能のためには
不要な熱交換器（内部熱交換器）２８と、膨張機関８
と、蒸発器９とを有している。これらの圧縮機６とガス
冷却器２７と膨張機関８と蒸発器９とは、それぞれ図示
のように冷媒導管１０によって接続されているので、圧
縮機６からガス冷却器２７と膨張機関８と蒸発器９とを
介して圧縮機６に戻る冷媒の連続的なサイクルが得られ
る。
が概略的に示されている。この圧縮冷却システムは、電
動モータ５によって駆動される圧縮機６を有している。
この圧縮機６は、特に自体公知のスパイラル式圧縮機
（Spiralverdichter)であってよい。このスパイラル式
圧縮機により、特に冷媒（図示せず）の脈動の少ない連
続圧送が達成される。更に、前記冷却システムは、ガス
冷却器２７と、冷却システムの基本的な機能のためには
不要な熱交換器（内部熱交換器）２８と、膨張機関８
と、蒸発器９とを有している。これらの圧縮機６とガス
冷却器２７と膨張機関８と蒸発器９とは、それぞれ図示
のように冷媒導管１０によって接続されているので、圧
縮機６からガス冷却器２７と膨張機関８と蒸発器９とを
介して圧縮機６に戻る冷媒の連続的なサイクルが得られ
る。
【００１６】圧縮機６において冷媒が圧縮され、次いで
ガス冷却器２７に供給される。このガス冷却器２７で
は、外部媒体に対する熱供給が行われる。臨界超過過程
に基づき、ガス状の状態の冷媒が残る。膨張機関８では
前記冷媒の膨張、延いては圧力低下が行われる。この場
合、冷媒は湿り蒸気として存在している。圧縮機６と、
ガス冷却器２７を経て膨張機関８に至るまでの間の範囲
は、冷却システムの高圧側を形成している。膨張機関８
によって膨張された冷媒は蒸発器９に流入し、この蒸発
器９において外部媒体からの熱を吸収する。最後にガス
状の冷媒は圧縮機６によって吸い込まれ、全過程が新た
にスタートする。膨張機関８から蒸発器９を経て圧縮機
６の入口に至るまでの範囲は、冷却システムの低圧側を
形成している。これは同時に、高圧側の温度レベルと比
較して低い温度レベルを備えた範囲でもある。
ガス冷却器２７に供給される。このガス冷却器２７で
は、外部媒体に対する熱供給が行われる。臨界超過過程
に基づき、ガス状の状態の冷媒が残る。膨張機関８では
前記冷媒の膨張、延いては圧力低下が行われる。この場
合、冷媒は湿り蒸気として存在している。圧縮機６と、
ガス冷却器２７を経て膨張機関８に至るまでの間の範囲
は、冷却システムの高圧側を形成している。膨張機関８
によって膨張された冷媒は蒸発器９に流入し、この蒸発
器９において外部媒体からの熱を吸収する。最後にガス
状の冷媒は圧縮機６によって吸い込まれ、全過程が新た
にスタートする。膨張機関８から蒸発器９を経て圧縮機
６の入口に至るまでの範囲は、冷却システムの低圧側を
形成している。これは同時に、高圧側の温度レベルと比
較して低い温度レベルを備えた範囲でもある。
【００１７】高圧側と圧縮機６に通じる吸込み導管との
間の熱交換を可能にする付加的な熱交換器２８により、
システムの冷却性能全体の改善が達成され得る。
間の熱交換を可能にする付加的な熱交換器２８により、
システムの冷却性能全体の改善が達成され得る。
【００１８】図１に示した実施例では、電動モータ５と
圧縮機６とは共通のケーシング１１内に位置しており、
電動モータ５の周りを冷媒が流れる。これにより、冷媒
による電動モータ５の極めて良好な冷却が行われる。
圧縮機６とは共通のケーシング１１内に位置しており、
電動モータ５の周りを冷媒が流れる。これにより、冷媒
による電動モータ５の極めて良好な冷却が行われる。
【００１９】本発明の特別な構成では更に、モータ制御
装置１２も冷媒と熱的に密接にコンタクトするように配
置されている。図１に示した概略図に基づき、モータ制
御装置１２は冷却サイクル内に位置している、つまり、
該モータ制御装置１２の周りを冷媒が流れるということ
が明らかである。これにより、モータ制御装置の廃熱の
最適な導出が得られる。図１には、冷媒サイクル内のモ
ータ制御装置の種々様々な選択的な取付け位置１２aが
鎖線で示されている。特に、モータ制御装置は電動モー
タ５と圧縮機６と一緒に、共通のケーシング１１に収納
されてよい。前記の選択的な取付け位置は、それぞれ膨
張機関８と蒸発器９との間、蒸発器内、及び蒸発器９と
電動モータ５若しくは圧縮機６との間に位置する。冷媒
サイクルの低圧側、延いては低温側にモータ制御装置１
２を配置したことに基づき、このモータ制御装置１２の
特に効率的な冷却が達成される。この範囲の冷媒温度は
数Ｃ°しかない。別の実施例と比較して著しく低いモー
タ制御装置１２の温度レベルに基づき、このモータ制御
装置では極僅かな損失しか生じない。その理由は、比較
的低い温度レベルにおける、モータ制御装置に使用され
る構成素子の比較的少ない損失熱である。同じ効果は、
冷媒によって比較的低い温度レベルに冷却される電動モ
ータ５にも現れる。特に、この電動モータ５のコイル損
失は、自動車のエンジン室内の高い温度レベルでの運転
時に比べて著しく少ない。
装置１２も冷媒と熱的に密接にコンタクトするように配
置されている。図１に示した概略図に基づき、モータ制
御装置１２は冷却サイクル内に位置している、つまり、
該モータ制御装置１２の周りを冷媒が流れるということ
が明らかである。これにより、モータ制御装置の廃熱の
最適な導出が得られる。図１には、冷媒サイクル内のモ
ータ制御装置の種々様々な選択的な取付け位置１２aが
鎖線で示されている。特に、モータ制御装置は電動モー
タ５と圧縮機６と一緒に、共通のケーシング１１に収納
されてよい。前記の選択的な取付け位置は、それぞれ膨
張機関８と蒸発器９との間、蒸発器内、及び蒸発器９と
電動モータ５若しくは圧縮機６との間に位置する。冷媒
サイクルの低圧側、延いては低温側にモータ制御装置１
２を配置したことに基づき、このモータ制御装置１２の
特に効率的な冷却が達成される。この範囲の冷媒温度は
数Ｃ°しかない。別の実施例と比較して著しく低いモー
タ制御装置１２の温度レベルに基づき、このモータ制御
装置では極僅かな損失しか生じない。その理由は、比較
的低い温度レベルにおける、モータ制御装置に使用され
る構成素子の比較的少ない損失熱である。同じ効果は、
冷媒によって比較的低い温度レベルに冷却される電動モ
ータ５にも現れる。特に、この電動モータ５のコイル損
失は、自動車のエンジン室内の高い温度レベルでの運転
時に比べて著しく少ない。
【００２０】図２には、本発明の別の実施例が示されて
いる。この実施例でも、電動モータ５は圧縮機６と一緒
に共通のケーシング１１内に位置している。電動モータ
は、有利には冷媒によって周流されて冷却される。しか
しこの場合、図１に示した実施例とは異なり、モータ制
御装置１２は冷媒サイクル内に直接に封入されているの
ではなく、当該モータ制御装置１２は冷媒によって周流
されること無しに、該冷媒と熱的に密接にコンタクトす
るように位置している。つまり、モータ制御装置１２
は、例えばケーシング１１に直接に取り付けられていて
よく、この場合、ケーシング内部は冷媒で満たされてい
る。ケーシング１１が金属材料から成っていると、モー
タ制御装置１２からケーシング内の冷媒へ非常に良好な
熱伝達が行われる。この実施例によっても、モータ制御
装置１２が主として冷媒によって冷却されるということ
が達成される。モータ制御装置の選択的な取付け位置
は、図２でもやはり鎖線で示されている。特に、冷却シ
ステムの低圧側におけるモータ制御装置は、冷媒導管１
０に直接にフランジ締結されていてよい。更に、モータ
制御装置を蒸発器９に取り付けることが可能である。
いる。この実施例でも、電動モータ５は圧縮機６と一緒
に共通のケーシング１１内に位置している。電動モータ
は、有利には冷媒によって周流されて冷却される。しか
しこの場合、図１に示した実施例とは異なり、モータ制
御装置１２は冷媒サイクル内に直接に封入されているの
ではなく、当該モータ制御装置１２は冷媒によって周流
されること無しに、該冷媒と熱的に密接にコンタクトす
るように位置している。つまり、モータ制御装置１２
は、例えばケーシング１１に直接に取り付けられていて
よく、この場合、ケーシング内部は冷媒で満たされてい
る。ケーシング１１が金属材料から成っていると、モー
タ制御装置１２からケーシング内の冷媒へ非常に良好な
熱伝達が行われる。この実施例によっても、モータ制御
装置１２が主として冷媒によって冷却されるということ
が達成される。モータ制御装置の選択的な取付け位置
は、図２でもやはり鎖線で示されている。特に、冷却シ
ステムの低圧側におけるモータ制御装置は、冷媒導管１
０に直接にフランジ締結されていてよい。更に、モータ
制御装置を蒸発器９に取り付けることが可能である。
【００２１】冷媒を介した冷却を伴うモータ制御装置１
２若しくは電動モータ５の本発明による配置形式に基づ
き、冷媒は低圧側で付加的な熱量を供給される。これに
より、圧縮機６の入口における冷媒の過熱は、公知の冷
却システムにおけるよりも高いレベルにあることが可能
である。このことがエネルギ学的視点から見て望ましく
ないと思われる場合には、追って以下に説明する本発明
の付加的な手段に基づいて対策を講じることができる。
２若しくは電動モータ５の本発明による配置形式に基づ
き、冷媒は低圧側で付加的な熱量を供給される。これに
より、圧縮機６の入口における冷媒の過熱は、公知の冷
却システムにおけるよりも高いレベルにあることが可能
である。このことがエネルギ学的視点から見て望ましく
ないと思われる場合には、追って以下に説明する本発明
の付加的な手段に基づいて対策を講じることができる。
【００２２】図４には、比エンタルピｈと、圧力ｐの対
数とを有するモリエ線図が示されている。冷媒に関して
は３つの範囲Ａ，Ｂ，Ｃが区別されている。範囲Ａで
は、冷媒は液状であり、範囲Ｃではガス状である。これ
に対して範囲Ｂでは、冷媒はいわゆる湿り蒸気、つま
り、液滴を有するガス状である。図４に示した線図に
は、冷却システムにおいて経過するサイクル過程が描か
れている。ここでは標準化された表示法に基づき、符号
１で圧縮機入口、符号２で圧縮機出口、符号３で膨張機
関入口及び符号４で蒸発器入口若しくは膨張機関出口が
示されている。圧縮機出口と膨張機関入口（２−３線）
との間の移行部は、臨界点ＫＰの上位に位置しているの
で、冷媒はガス状の状態で残留している。従って、臨界
超過過程という言葉を使用する。この臨界超過過程は、
例えばＣＯ2を冷媒として使用した場合に生じる。冒頭
で既に述べたように、圧縮機入口における過熱、延いて
は点１における比エンタルピは、冷媒が液滴を有さない
ように選択される。このことは換言すれば、点１は範囲
Ｃに位置していなければならないということを意味す
る。これは、公知の冷媒システムでは、蒸発機出口にお
ける過熱がほぼ一定の値に調整されることによって達成
される。このことは、膨張機関８を貫流する冷媒量を制
御することにより達成される。本発明では、モータ制御
装置１２の取付け位置に応じて、該モータ制御装置の目
下の損失出力に関連した熱量を冷媒に供給することがで
きるので、圧縮機６の入口において過熱の増大延いては
エンタルピの増大が生じる可能性がある。これにより、
点１は点１′にずらされる恐れがある。圧縮機６で冷媒
を圧縮することにより、点２も点２′にずらされる。つ
まり、より高い圧力が圧縮機出口に存在している。経過
するサイクル過程の線図のこのような起こり得るシフト
は、結果的に冷却システムの効率の悪化を伴う。以下に
図３に基づき説明する本発明の別の実施例により、冷却
システムの効率の前記のような起こり得る悪化は確実に
防止される。
数とを有するモリエ線図が示されている。冷媒に関して
は３つの範囲Ａ，Ｂ，Ｃが区別されている。範囲Ａで
は、冷媒は液状であり、範囲Ｃではガス状である。これ
に対して範囲Ｂでは、冷媒はいわゆる湿り蒸気、つま
り、液滴を有するガス状である。図４に示した線図に
は、冷却システムにおいて経過するサイクル過程が描か
れている。ここでは標準化された表示法に基づき、符号
１で圧縮機入口、符号２で圧縮機出口、符号３で膨張機
関入口及び符号４で蒸発器入口若しくは膨張機関出口が
示されている。圧縮機出口と膨張機関入口（２−３線）
との間の移行部は、臨界点ＫＰの上位に位置しているの
で、冷媒はガス状の状態で残留している。従って、臨界
超過過程という言葉を使用する。この臨界超過過程は、
例えばＣＯ2を冷媒として使用した場合に生じる。冒頭
で既に述べたように、圧縮機入口における過熱、延いて
は点１における比エンタルピは、冷媒が液滴を有さない
ように選択される。このことは換言すれば、点１は範囲
Ｃに位置していなければならないということを意味す
る。これは、公知の冷媒システムでは、蒸発機出口にお
ける過熱がほぼ一定の値に調整されることによって達成
される。このことは、膨張機関８を貫流する冷媒量を制
御することにより達成される。本発明では、モータ制御
装置１２の取付け位置に応じて、該モータ制御装置の目
下の損失出力に関連した熱量を冷媒に供給することがで
きるので、圧縮機６の入口において過熱の増大延いては
エンタルピの増大が生じる可能性がある。これにより、
点１は点１′にずらされる恐れがある。圧縮機６で冷媒
を圧縮することにより、点２も点２′にずらされる。つ
まり、より高い圧力が圧縮機出口に存在している。経過
するサイクル過程の線図のこのような起こり得るシフト
は、結果的に冷却システムの効率の悪化を伴う。以下に
図３に基づき説明する本発明の別の実施例により、冷却
システムの効率の前記のような起こり得る悪化は確実に
防止される。
【００２３】図３にもやはり、圧縮機６，ガス冷却器２
７，膨張機関８及び蒸発機９を備えた冷却システムが示
されている。付加的に、液体分離器１４が蒸発機９と圧
縮機６との間に設けられている。圧縮機６は、電動モー
タ５と一緒に共通のケーシング１１内に位置している。
前記電動モータ５は冷媒によって直接に周流される。モ
ータ制御装置１２はケーシング１１に接して配置されて
おり、このようにしてやはり冷媒によって冷却される。
電動モータ５の廃熱とモータ制御装置１２とにより、冷
媒の比エンタルピは蒸発機９から圧縮機６の入口に至る
経路において増大される。圧縮機６の入口にエネルギ的
に好適な過熱を存在させるためには圧縮機６の入口に温
度センサ１３が取り付けられており、この温度センサは
膨張機関８にセンサ導線２５を介して接続されている。
膨張機関８を通る冷媒質量流量は、圧縮機入口にほぼ同
一の所望の過熱が常に供給されるように制御される。こ
れにより、冷媒に対するモータ制御装置１２及び電動モ
ータ５の時間的に変化する熱供給が補償され得る。即
ち、圧縮機入口における最適な冷媒パラメータの選択に
基づいて、圧縮機６における液体衝撃無しの確実な運転
と同時に冷却システムの高い効率が得られる。電動モー
タ５及びモータ制御装置１２の比較的低い温度によって
減少されたこれらの構成部材の熱損失に基づき、システ
ム全体の効率が更に高められる。更に、電動モータ５の
良好な制御性に基づく、所要の冷却出力に関連した冷却
システムの最適な制御が加わる。
７，膨張機関８及び蒸発機９を備えた冷却システムが示
されている。付加的に、液体分離器１４が蒸発機９と圧
縮機６との間に設けられている。圧縮機６は、電動モー
タ５と一緒に共通のケーシング１１内に位置している。
前記電動モータ５は冷媒によって直接に周流される。モ
ータ制御装置１２はケーシング１１に接して配置されて
おり、このようにしてやはり冷媒によって冷却される。
電動モータ５の廃熱とモータ制御装置１２とにより、冷
媒の比エンタルピは蒸発機９から圧縮機６の入口に至る
経路において増大される。圧縮機６の入口にエネルギ的
に好適な過熱を存在させるためには圧縮機６の入口に温
度センサ１３が取り付けられており、この温度センサは
膨張機関８にセンサ導線２５を介して接続されている。
膨張機関８を通る冷媒質量流量は、圧縮機入口にほぼ同
一の所望の過熱が常に供給されるように制御される。こ
れにより、冷媒に対するモータ制御装置１２及び電動モ
ータ５の時間的に変化する熱供給が補償され得る。即
ち、圧縮機入口における最適な冷媒パラメータの選択に
基づいて、圧縮機６における液体衝撃無しの確実な運転
と同時に冷却システムの高い効率が得られる。電動モー
タ５及びモータ制御装置１２の比較的低い温度によって
減少されたこれらの構成部材の熱損失に基づき、システ
ム全体の効率が更に高められる。更に、電動モータ５の
良好な制御性に基づく、所要の冷却出力に関連した冷却
システムの最適な制御が加わる。
【００２４】図５には、上で説明した圧縮冷却システム
の使用された自動車の冷暖房装置が概略的に示されてい
る。自動車の内室に空気を供給するためには、当該冷暖
房装置は空気通路１５を有しており、この空気通路１５
は、空気を空気流入開口１６からファン１７により冷却
装置１８及び加熱装置１９を介して、流出開口２０，２
１，２２に向かって内室に導く。空気調節は、ファン１
７，冷却装置１８及び加熱装置１９を制御するエアコン
ディショナ２３を介して行われる。このエアコンディシ
ョナのための入力信号は、温度センサによって測定され
る内室温度Ｔの他には、操作ユニット２４の操作エレメ
ントを介して選択される調節値である。冷却装置１８
は、上で説明した圧縮冷却システムを有している。この
場合、空気通路１５の空気流内に、圧縮冷却システムの
蒸発器９が配置されている。これにより、この蒸発器に
おいて冷媒が空気通路で吸い込まれた空気の熱を吸収
し、車両内室に供給される前に前記空気を冷却する。こ
れにより、車両内室の所望の冷却効果が得られる。
の使用された自動車の冷暖房装置が概略的に示されてい
る。自動車の内室に空気を供給するためには、当該冷暖
房装置は空気通路１５を有しており、この空気通路１５
は、空気を空気流入開口１６からファン１７により冷却
装置１８及び加熱装置１９を介して、流出開口２０，２
１，２２に向かって内室に導く。空気調節は、ファン１
７，冷却装置１８及び加熱装置１９を制御するエアコン
ディショナ２３を介して行われる。このエアコンディシ
ョナのための入力信号は、温度センサによって測定され
る内室温度Ｔの他には、操作ユニット２４の操作エレメ
ントを介して選択される調節値である。冷却装置１８
は、上で説明した圧縮冷却システムを有している。この
場合、空気通路１５の空気流内に、圧縮冷却システムの
蒸発器９が配置されている。これにより、この蒸発器に
おいて冷媒が空気通路で吸い込まれた空気の熱を吸収
し、車両内室に供給される前に前記空気を冷却する。こ
れにより、車両内室の所望の冷却効果が得られる。
【図１】電気駆動式の圧縮機を備えた圧縮冷却システム
及び冷媒サイクルにおけるモータ制御装置の種々様々な
取付け位置を示した図である。
及び冷媒サイクルにおけるモータ制御装置の種々様々な
取付け位置を示した図である。
【図２】電気駆動式の圧縮機を備えた圧縮冷却システム
及び冷媒サイクルの外側で該冷媒サイクルと熱的に密接
にコンタクトしているモータ制御装置の種々様々な取付
け位置を示した図である。
及び冷媒サイクルの外側で該冷媒サイクルと熱的に密接
にコンタクトしているモータ制御装置の種々様々な取付
け位置を示した図である。
【図３】圧縮機入口における冷媒過熱を調整するための
手段を有する電気駆動式の圧縮機を備えた圧縮冷却シス
テムを示した図である。
手段を有する電気駆動式の圧縮機を備えた圧縮冷却シス
テムを示した図である。
【図４】圧縮冷却システムで経過する臨界超過サイクル
過程をモリエ（h - lg p)線図で示した図である。
過程をモリエ（h - lg p)線図で示した図である。
【図５】自動車の冷暖房装置の概略図である。
１ 圧縮機入口、 ２ 圧縮機出口、 ３ 膨張機関入
口、 ４ 蒸発器入口、 ５ 電動モータ、 ６ 圧縮
機、 ８ 膨張機関、 ９ 蒸発器、 １０冷媒導管、
１１ ケーシング、 １２ モータ制御装置、 １２
ａ 取付け位置、 １３ 温度センサ、 １４ 液体分
離器、 １５ 空気通路、 １６ 空気流入開口、 １
７ ファン、 １８ 冷却装置、 １９ 加熱装置、
２０，２１，２２ 流出開口、 ２３ エアコンディシ
ョナ、 ２４ 操作ユニット、２５ センサ導線、 ２
７ ガス冷却器、 ２８ 熱交換器
口、 ４ 蒸発器入口、 ５ 電動モータ、 ６ 圧縮
機、 ８ 膨張機関、 ９ 蒸発器、 １０冷媒導管、
１１ ケーシング、 １２ モータ制御装置、 １２
ａ 取付け位置、 １３ 温度センサ、 １４ 液体分
離器、 １５ 空気通路、 １６ 空気流入開口、 １
７ ファン、 １８ 冷却装置、 １９ 加熱装置、
２０，２１，２２ 流出開口、 ２３ エアコンディシ
ョナ、 ２４ 操作ユニット、２５ センサ導線、 ２
７ ガス冷却器、 ２８ 熱交換器
フロントページの続き (71)出願人 390009416 Ｋｒｕｐｐｓｔｒａｂｅ 105，Ｆｒａｎ ｋｆｕｒｔ ａｍ Ｍａｉｎ，ＢＲＤ (72)発明者 デトレーフ ケットナー ドイツ連邦共和国 ブリュール アステル ンヴェーク ６アー (72)発明者 ジークフリート ロイター ドイツ連邦共和国 ブーツバッハ アム ライザーバッハ １
Claims (11)
- 【請求項１】 臨界超過過程を有する自動車用エアコン
ディショナの圧縮冷却システムであって、該圧縮冷却シ
ステムにおいて、冷媒導管（１０）を介して冷媒サイク
ルが圧縮機（６）からガス冷却器（２７）、膨張機関
（８）及び蒸発器（９）を介して前記圧縮機（６）に戻
るように行われる形式のものにおいて、 圧縮機がモータ制御装置（１２）を備えた電動モータ
（５）によって駆動され、該モータ（５）及び／又はモ
ータ制御装置（１２）が、このモータ（５）及び／又は
モータ制御装置（１２）の損失熱の導出が主として圧縮
冷却システムの冷媒を介して行われるように配置されて
いることを特徴とする、臨界超過過程を有する電気駆動
式の圧縮冷却システム。 - 【請求項２】 圧縮機入口における冷媒の過熱を調整す
るための手段（８，１３）が設けられている、請求項１
記載の圧縮冷却システム。 - 【請求項３】 電動モータ（５）と圧縮機（６）とが共
通のケーシングに収納されている、請求項１又は２記載
の圧縮冷却システム。 - 【請求項４】 電動モータ（５）の周りを冷媒が流れる
ようになっている、請求項１から３までのいずれか１項
記載の圧縮冷却システム。 - 【請求項５】 モータ制御装置（１２）が、冷媒と熱的
に密接にコンタクトするように膨張機関（８）の出口と
圧縮機（６）の入口との間に配置されている、請求項１
から４までのいずれか１項記載の圧縮冷却システム。 - 【請求項６】 モータ制御装置（１２）の周りを冷媒が
流れるようになっている、請求項５記載の圧縮冷却シス
テム。 - 【請求項７】 圧縮機入口における過熱を調整するため
の手段がサーモスタット式の膨張弁を有している、請求
項１から６までのいずれか１項記載の圧縮冷却システ
ム。 - 【請求項８】 圧縮機入口における過熱を調整するため
の手段が電子制御式の膨張弁を有している、請求項１か
ら５までのいずれか１項記載の圧縮冷却システム。 - 【請求項９】 冷媒としてＣＯ2が使用される、請求項
１から８までのいずれか１項記載の圧縮冷却システム。 - 【請求項１０】 熱交換用の付加的な熱交換器（２８）
が、冷却システムの高圧側と低圧側の間に設けられてい
る、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧縮冷却
システム。 - 【請求項１１】 モータ制御装置（１２）を備えた電動
モータ（５）によって駆動される圧縮機（６）、ガス冷
却器（２７）、制御可能な膨張機関（８）及び蒸発器
（９）を有しており、並びに冷媒が圧縮機（６）からガ
ス冷却器（２７）、制御可能な膨張機関（２８）及び蒸
発器（９）を介して前記圧縮機（６）に戻る冷媒サイク
ルを備えた自動車の圧縮冷却システムを運転するための
方法であって、該圧縮冷却システムに、この圧縮冷却シ
ステムの作動方式に基づき低い温度レベルを有する範囲
と高い温度レベルを有する範囲とを設ける形式のものに
おいて、 圧縮冷却システムに臨界超過過程を設け、電動モータ
（５）及び／又はモータ制御装置（１２）を低い温度レ
ベルの範囲における圧縮冷却システムの冷媒によって冷
却し、膨張機関（８）の冷媒通流量を、圧縮機（６）入
口の冷媒がほぼ一定の過熱を有するように制御すること
を特徴とする、圧縮冷却システムを運転するための方
法。
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