JP2002316531A - 車両用空調装置 - Google Patents

車両用空調装置

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JP2002316531A
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vehicle
compressor
air conditioner
refrigerant compressor
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Takeo Komatsubara
健夫 小松原
Hideji Yanase
秀治 柳瀬
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転時の冷凍機油の不足を解消し、暖房運転
の再スタート時の信頼性を向上させた車両用空調装置を
提供する。 【解決手段】 冷媒圧縮機10からの二酸化炭素冷媒が
四方弁13により、利用側の熱交換器7、減圧装置8、
熱源側の熱交換器5からなる冷凍サイクルに可逆的に流
れヒートポンプ運転される空調装置3は、車体前部のエ
ンジンルーム2に搭載される際、冷媒圧縮機は、暖房運
転時に蒸発器および放熱器としてそれぞれ作用する利用
側、熱源側の各熱交換器より低く設ける。暖房運転時
に、2つの熱交換器等冷凍サイクル中に滞留しようとす
る冷凍機油は、重力作用で冷媒圧縮機に戻され、再スタ
ート時にも冷凍機油(潤滑油)が十分に有るので圧縮機
の信頼性は低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素を冷媒
とする車両用空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、空調装置において、従来より使用
していたフロン冷媒による温暖化効果やオゾン層破壊等
の環境問題から、これに代わって用いる自然冷媒の研究
が行われている。その自然冷媒として二酸化炭素を用い
ることが提案されている。二酸化炭素は冷却性能も高
く、かつ可燃性でないため取り扱い易いという利点か
ら、これもまた環境汚染防止という点で、ガソリン車に
代わって開発されてきた環境汚染の少ない自動車用に搭
載する空調装置の冷媒として適していると言える。
【0003】この場合、空調装置の圧縮機に、バッテリ
で駆動するものが使用され、それ故一般家庭用の空調装
置のように、家庭用電源で駆動する圧縮機と同タイプの
ものが使用可能である。
【0004】図4は、冷媒に二酸化炭素を用い、回転式
圧縮機(圧縮機と記す)で作動させる空調装置の冷凍回
路図であり、また図3は、その冷凍回路図におけるモリ
エル線図を示す。両図に示す如く、圧縮機20の吐出側
冷媒配管21が放熱器(ガスクーラ)22に接続されてお
り、この放熱器22と冷却器(蒸発器)23とが、減圧
装置24を介して冷媒配管25にて接続されている。更
に、この冷却器23と前記圧縮機20が吸込側冷媒配管
26にて接続されて環状の冷凍サイクルを構成してい
る。
【0005】従って、圧縮機20にて圧縮され、高温と
なった二酸化炭素のガス冷媒が、放熱器22にて冷却さ
れ、減圧装置24にて絞られた後、冷却器23に流入す
る。ここで蒸発してガス化した冷媒は、再び吸込側冷媒
配管27から圧縮機20に戻ることとなる。
【0006】図5において、I点は圧縮機20の吸込圧
力で、約30kgf/平方センチメートルGであり、J
点は圧縮機20の吐出圧力を示し、この時点では高温の
吐出ガスとなっている。そして、K点が放熱器22の出
口圧力であり、減圧装置24にて断熱減圧させ、冷媒圧
力を臨界圧力以下(約30kgf/平方センチメートル
G)のL点まで低下させる。次いで、冷媒が冷却器23
に流入し、冷却器23内の冷媒は周囲の熱を奪って蒸発
し、圧縮機20に戻る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記空調装
置を車両用と成すとき、冷凍サイクルを流れる冷媒の流
れを四方弁等にて可逆的に変え、暖房運転時にはヒート
ポンプ運転を行うことで、車内の冷房/暖房を行うこと
が可能である。
【0008】そしてこの場合、空調装置は、車両の前部
に設けたエンジンルーム内等にスペースを確保し配設さ
れる。すなわち、車体のフロント部の吸気グリルに対向
して暖房/冷房時にそれぞれ蒸発器/ガスクーラ(放熱
器)として作用する熱源側の熱交換器を、一方、暖房/
冷房時にガスクーラ/蒸発器として作用する熱利用側の
熱交換器を車室により近い位置に設けるようにしてい
る。
【0009】ところで、こうした車両用の空調装置にお
いて、特に冬季時など外気温が低いときの暖房運転時に
は、この低い外気温が影響し、冷媒の蒸発温度が冷凍機
油の冷媒溶解温度下になってこの冷媒と共に循環する潤
滑油の粘度が上昇して冷凍回路中に潤滑油が滞留する。
いわゆる油戻り不足といわれる現象が起きる。特に外気
に触れて冷えやすい蒸発器は、より多く油戻り不足が起
こりやすい。
【0010】このため暖房運転を再スタートさせた時、
圧縮機には十分な量の潤滑油が無く、潤滑油不足の状態
での駆動となる。このため、圧縮機の動作信頼性が低下
する問題があった。
【0011】本発明は、上記問題に鑑みなされたもの
で、暖房運転時に、回路中に滞留しようとする冷凍機油
を、圧縮機に戻せるようにして、暖房運転時の立ち上が
り性を向上させた車両用空調装置を提供することを目的
とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、冷媒
圧縮機、流路切換装置、利用側の熱交換器、減圧装置、
熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、前記流路切
換装置を用いて前記冷媒圧縮機から吐出される冷媒の流
れを可逆的に変更可能に成した冷凍機を用いる車両用空
調装置において、前記冷媒に二酸化炭素を用いると共
に、前記冷凍機を車両に搭載する際に車内の暖房運転時
に蒸発器として作用する熱源側の熱交換器より、前記冷
媒圧縮機を低く搭載したものである。
【0013】請求項2の発明は、前記冷媒圧縮機は、車
内の暖房運転時に放熱器として作用する熱交換器より低
い位置となるように搭載したものである。
【0014】請求項3の発明は、前記冷媒圧縮機は、車
両のエンジンルームに搭載されているものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を、図面に
基づき説明すいる。
【0016】図1は、本発明の車両用空調装置3を搭載
した様相を示す車両前部の構造図であり、1は車体、2
は車体1前部のエンジンルームである。空調装置3はこ
のエンジンルーム2にスペースを効率良く使ってエンジ
ン装置とともに収納設置される。4は、エンジンを冷却
するための外気取入部となる吸気グリルであり、車体の
フロント部に形成されている。
【0017】5は前記吸気グリル4に対向して設けられ
た蒸発器(熱源側の熱交換器)であり、外気を吸入する
ためのファン5fを具備し、冷房運転時にはガスクーラ
として作用する。6は車内9の前席部に開口する暖気/
冷気の吹出口である。7はこの吹出口6と近い位置に設
けたガスクーラであり、暖房運転時に圧縮機から吐出さ
れた冷媒を冷却する。7fはそのガスクーラ7に具備さ
せたファンであり、車内空気を吸入し、ガスクーラ7と
の熱交換後の空気(暖気/冷気)を車内9に吐出送風す
る。
【0018】8は減圧装置で、蒸発器5とガスクーラ7
を接続する冷媒配管14の途中に介挿されている。10
は縦型の冷媒圧縮機であり、冷媒吐出管11と冷媒吸入
管12とを有する。13は冷媒圧縮機10から吐出され
た冷媒の流れ方向を逆にする四方弁等の流路切換装置で
ある。
【0019】冷媒圧縮機10とガスクーラ7と減圧装置
8と蒸発器5とは、四方弁13を介して冷媒配管14,
15で接続され、冷凍サイクルを形成する。この冷凍サ
イクルには、四方弁13の切換により、暖房運転時には
実線矢印に示す方向に二酸化炭素の冷媒が流れ、冷房運
転時には破線矢印に示す逆方向に冷媒が流れる。そし
て、車内空気はガスクーラ7と熱交換され、暖房/冷房
が行われる。
【0020】ここで、冷媒圧縮機10はエンジンルーム
2内で、少なくとも蒸発器5よりは、低い位置に搭載す
る。16は冷媒圧縮機10が設置される車体1のシャー
シーを示す。これによって、暖房運転をしているとき、
蒸発器5が吸気グリル4から入る冬場の低温外気により
冷やされ、粘度が高くなった冷凍機油が蒸発器内に滞留
しようとしても、この冷凍機油は重力により蒸発器5よ
り位置的に低い箇所にある冷媒圧縮機10の方へ流れ、
自然に冷媒圧縮機10に戻るようになる。
【0021】よって、暖房運転が再スタートしても、冷
媒圧縮機10には十分な量の冷凍機油が有るので、冷媒
圧縮機10はスムーズに運転を開始し、その動作的信頼
性も低下しない。
【0022】また、もう一方の熱交換器であるガスクー
ラ7に対しても、冷媒圧縮機10は低い位置に設けるこ
ととする。これによって、冷房運転時に、ガスクーラ7
が蒸発器として作用し冷やされた冷凍機油が停滞しよう
とするのが抑制され冷媒圧縮機10に戻るようになる。
こうして蒸発器5内部の、またガスクーラ7内部の、さ
らに冷媒配管14,15中の滞留冷凍機油など、冷凍サ
イクルの経路中に滞留しようとするほとんどの冷凍機油
が、徐々に冷媒圧縮機10の方へ流れ込んで冷媒圧縮機
10に戻る。よって、冷媒圧縮機10の暖房運転始動時
には、十分な潤滑油があるため、一層圧縮機の信頼性が
向上する。
【0023】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、冷媒圧縮機、流路切換装置、利用側の熱交換器、減
圧装置、熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、前
記流路切換装置を用いて前記冷媒圧縮機から吐出される
冷媒の流れを可逆的に変更可能に成した冷凍機を用いる
車両用空調装置において、冷媒に二酸化炭素を用いて、
ヒートポンプ運転により暖房するときに、蒸発器として
作用する熱源側の熱交換器より、冷媒圧縮機を位置的に
低くなるように搭載したから、運転時に蒸発器に滞留し
ようとする冷凍機油が、重力で自然に冷媒圧縮機に戻る
ようになり暖房運転時には十分な冷媒および潤滑油が有
るので、その信頼性を向上させることができる。
【0024】また請求項2の発明により、冷媒圧縮機
を、車内の暖房運転時に放熱器として作用する熱交換器
より低い位置に設けるようにしたので、冷凍サイクル中
の冷凍機油がほとんど冷媒圧縮機に戻り、冷凍機油不足
はより万全に解消され、冷媒圧縮機の信頼性は一層向上
する。
【0025】また、冷凍機油の油戻り不足の解消は、圧
縮機を熱交換器より低い位置に設置するという簡易な方
策で対応できるので、コスト高ともならない。
【0026】また、請求項3の発明では、冷媒圧縮機
を、車両のエンジンルームに設けることで、エンジンを
搭載している自動であれば冬場、その排熱を利用でき車
内が早く暖まるようになり、また環境汚染の少ない二酸
化炭素を用いた車両用空調装置となすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二酸化炭素を冷媒とする空調装置が搭
載された車両前部の構造図である。
【図2】 本発明の車両用空調装置の冷凍サイクル図で
ある。
【図3】自動車のエンジンルームに冷媒圧縮機を蒸発器
およびガスクーラより低く搭載した様相を示す構造斜視
図である。
【図4】二酸化炭素を冷媒とする冷媒圧縮機を用いた冷
凍サイクル図である。
【図5】二酸化炭素を冷媒とする冷媒圧縮機を用いた冷
凍サイクル図におけるモリエル線図である。
【符号の説明】
1 車体 2 エンジンルーム 3 空調装置 4 吸気グリル 5 蒸発器(熱源側の熱交換器) 6 吹出口 7 ガスクーラ(熱利用側の熱交換器) 8 減圧装置 9 車内 10 冷媒圧縮機 13 流路切換装置 14、15 冷媒配管 16 車体のシャーシー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷媒圧縮機、流路切換装置、利用側の熱
    交換器、減圧装置、熱源側熱交換器を冷媒配管で環状に
    接続し、前記流路切換装置を用いて前記冷媒圧縮機から
    吐出される冷媒の流れを可逆的に変更可能に成した冷凍
    機を用いる車両用空調装置において、 前記冷媒に二酸化炭素を用いると共に、前記冷凍機を車
    両に搭載する際に車内の暖房運転時に蒸発器として作用
    する熱源側の熱交換器より、前記冷媒圧縮機を低く搭載
    したことを特徴とする車両用空調装置。
  2. 【請求項2】 前記冷媒圧縮機は、車内の暖房運転時に
    放熱器として作用する熱交換器より低い位置となるよう
    に搭載したことを特徴とする前記請求項1に記載の車両
    用空調装置。
  3. 【請求項3】 前記冷媒圧縮機は、車両のエンジンルー
    ムに搭載されていることを特徴とする前記請求項1に記
    載の車両用空調装置。
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