JP2004268771A

JP2004268771A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2004268771A
Application number: JP2003063436A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ebara; 俊行江原; Hiroyuki Matsumori; 裕之松森; Takashi Sato; 孝佐藤; Masaru Matsuura; 大松浦; Takayasu Saito; 隆泰斎藤; Aritomo Yoshida; 有智吉田; Shigeo Takakusaki; 茂夫高草木; Hiroshi Takazawa; 浩高沢; Naoki Kousen; 直紀江泉; Toshiaki Takei; 利晃武井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】車室内を空調する車両用空調装置において、走行機関との統合的効率的な運転を実現する。
【解決手段】ロータリコンプレッサ１０、ガスクーラ１１０、膨張弁１１２及びエバポレータ１１４などから冷媒回路が構成され、エバポレータ１１４により車室内の空調を行うもので、車両の走行機関用オイルと冷媒回路の高圧側冷媒とを熱交換させるためのオイル・冷媒熱交換器１１８と、このオイル・冷媒熱交換器１１８への冷媒流通を制御する電磁弁１１３、１１７とを備えているので、電磁弁１１３、１１７により、走行機関用オイルの温度が低い場合に冷媒をオイル・冷媒熱交換器１１８に流すようにすれば、車両の始動時に走行機関用オイルが未だ冷えているときに、冷媒回路の高圧側の冷媒によってオイルを早期に加熱することができるようになる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車室内を空調する車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりカーエアコンと称される車両用の空調装置は、エンジン駆動式のコンプレッサにより冷媒回路に冷媒を循環させ、室内熱交換器にて蒸発させることにより、冷房を行うものであったが、近年では電動コンプレッサを用いた空調装置（例えば、特許文献１参照）を車両にて用いるものも開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、空調装置とエンジンなどの走行機関との熱交換によって空調能力を改善する方法が模索されているが、従来では走行機関の廃熱を利用して冷媒を加熱し、車室内のヒートポンプ暖房の能力を改善するに止まっていた。
【０００４】
本発明は、係る従来の状況を踏まえ、車室内を空調する車両用空調装置において、走行機関との統合的効率的な運転を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用空調装置は、コンプレッサ、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器などから冷媒回路が構成され、室内熱交換器により車室内の空調を行うもので、車両の走行機関用オイルと冷媒回路の高圧側冷媒とを熱交換させるためのオイル・冷媒熱交換器と、このオイル・冷媒熱交換器への冷媒流通を制御する流路制御装置とを備えているので、請求項２の如く流路制御装置により、走行機関用オイルの温度が低い場合に冷媒をオイル・冷媒熱交換器に流すようにすれば、車両の始動時に走行機関用オイルが未だ冷えているときに、冷媒回路の高圧側の冷媒によってオイルを早期に加熱することができるようになる。これにより、走行機関の摩耗損失を低減して燃費の改善を図ることが可能となる。
【０００６】
また、請求項３の如く流路制御装置により室外熱交換器の除霜時に冷媒をオイル・冷媒熱交換器に流すようにすれば、充分に暖まったオイルからの廃熱で冷媒回路の室外熱交換器の除霜を促進することができるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の車両用空調装置ＡＣの冷媒回路図、図２は車両用空調装置ＡＣで使用する第１及び第２の回転圧縮要素を備えた内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサ１０の縦断側面図である。
【０００８】
先ず図２において、１０は二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒として使用する縦型の内部中間圧型多段圧縮式ロータリコンプレッサで、この多段圧縮式のロータリコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された駆動要素１４及びこの駆動要素１４の下側に配置され、駆動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【０００９】
密閉容器１２は底部をオイル溜めとし、駆動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されている。エンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには駆動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１０】
駆動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ２４とからなる。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。
【００１１】
ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６の歯部（図示せず）に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して形成されている。
【００１２】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置された上シリンダ３８、下シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けた上下偏心部４２、４４にて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン５０、５２と、上シリンダ３８の上側の開口面及び下シリンダ４０の下側の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成されている。
【００１３】
一方、上部支持部材５４及び下部支持部材５６には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路６０（上側の吸込通路は図示せず）と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上カバー６６、下カバー６８にて閉塞することにより形成される吐出消音室６２、６４とが設けられている。
【００１４】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内とは、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する図示しない連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管１２１が立設され、この中間吐出管１２１から第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒が密閉容器１２内に吐出される。
【００１５】
また、第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞する上部カバー６６は、密閉容器１２内を吐出消音室６２と駆動要素１４側とに仕切る。
【００１６】
密閉容器１２の容器本体１２Ａの側面には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路６０（上側は図示せず）、吐出消音室６２、上部カバー６６の上側（駆動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上に位置している。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００１７】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の図示しない吸込通路と連通する。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の上側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００１８】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０と連通する。この冷媒導入管９４の他端は図１に示すアキュームレータ１１５の下側に接続される。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２と連通する。
【００１９】
前記アキュームレータ１１５は吸込冷媒の気液分離を行うタンクである。該アキュームレータ１１５は、密閉容器１２の容器本体１２Ａの上部側面に溶接固定されたブラケット１４７に、図示しないブラケットにて取り付けられる。
【００２０】
そして、ロータリコンプレッサ１０の密閉容器１２内には冷媒として地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ_２）が所定量封入される。また、密閉容器１２内には、オイル（潤滑油）として、例えばＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）が所定量封入される。
【００２１】
次に、図１において本発明の車両用空調装置ＡＣは自家用車などの図示しない車両の車室内を空調するためのものであり、１１０はエンジンルームなどの車室外に設置される室外熱交換器としてのガスクーラ、１１２は高圧側と低圧側の冷媒を熱交換させるための内部熱交換器、１１１は膨張弁（減圧装置）、１１４は室内に設置される室内熱交換器としてのエバポレータ、１１５は前記アキュームレータである。ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６はガスクーラ１１０に接続され、このガスクーラ１１０の出口は流路制御装置としての電磁弁１１３を介して内部熱交換器１１２に接続されている。内部熱交換器１１２は膨張弁１１１に接続され、この膨張弁１１１はエバポレータ１１４に接続されている。
【００２２】
そして、エバポレータ１１４は内部熱交換器１１２を経てアキュームレータ１１５の入口に接続され、アキュームレータ１１５の出口はロータリコンプレッサ１０の冷媒導入管９４に接続されている。電磁弁１１３にはバイパス回路１１６が並列接続されており、このバイパス回路１１６には流路制御装置としての電磁弁１１７とオイル・冷媒熱交換器１１８が接続されている。このオイル・冷媒熱交換器１１８にはエンジン駆動車両やハイブリッド車両、燃料電池車両などの車両の走行機関のオイル経路１１９が導入されており、このオイル経路１１９を流れるオイル（潤滑油）とバイパス回路１１６を流れる冷媒とを熱交換させるものである。
【００２３】
以上の構成で、次に動作を説明する。ロータリコンプレッサ１０のターミナル２０及び図示しない配線を介して図示しない車両のバッテリーから駆動要素１４のステータコイル２８に通電されると、駆動要素１４が起動してロータ２４が回転する。この回転により回転軸１６と一体に設けた上下偏心部４２、４４に嵌合された上下ローラ４６、４８が上下シリンダ３８、４０内を偏心回転する。
【００２４】
これにより、冷媒導入管９４及び下部支持部材５６に形成された吸込通路６０を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ４０の低圧室側に吸入された低圧の冷媒は、ローラ４８とベーン５２の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ４０の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管１２１から密閉容器１２内に吐出される。これによって、密閉容器１２内は中間圧となる。
【００２５】
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは、スリーブ１４４から出て冷媒導入管９２に流出する。冷媒導入管９２に流入した冷媒はスリーブ１４１に至り、上部支持部材５４に形成された図示しない吸込通路を経由して図示しない吸込ポートから上シリンダ３８の低圧室側に吸入される。
【００２６】
上シリンダ３８の低圧室側に吸入された中間圧の冷媒ガスは、ローラ４６とベーン５０の動作により２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材５４に形成された吐出消音室６２、冷媒吐出管９６を経由して吐出される。この時点で冷媒は超臨界圧力となっている。ロータリコンプレッサ１０から吐出された高温のガス冷媒はガスクーラ１１０に入り、そこで放熱する。ガスクーラ１１０で放熱して温度低下した冷媒は電磁弁１１３（ここでは開放されているものとする）を経て内部熱交換器１１２に入り、そこで低圧側の冷媒により冷却された後、膨張弁１１１で絞られ、エバポレータ１１４に入り、蒸発する。このときの吸熱作用で車室内の冷房を行う。
【００２７】
エバポレータ１１４を出た低温の冷媒は内部熱交換器１１２に入る。そこで、高圧側の冷媒から熱を奪って過熱状態となり、アキュームレータ１１５を経て冷媒導入管９４からロータリコンプレッサ１０に吸い込まれる。
【００２８】
ここで、車両の始動時などの走行機関のオイルの温度が低い場合に、図示しない制御装置は電磁弁１１３を閉じ、電磁弁１１７を開く。これにより、ガスクーラ１１０を経た高圧側の冷媒はオイル・冷媒熱交換器１１８に流れるようになり、オイル経路１１９を流れるオイルはこの冷媒から加熱作用を受けることになる。これにより、車両の始動時に走行機関のオイルが未だ冷えているときに、高圧側の冷媒によってオイルを早期に加熱することができるようになり、走行機関の摩耗損失を低減して燃費の改善を図ることが可能となる。近年欧州を中心にアイドリングストップを行うことが提唱されているが、エンジン始動時の予熱運転も問題となる。本発明によれば、長時間停止時にタイマセットなどでロータリコンプレッサ１０を起動させ、エンジンオイルを加熱することで予熱運転の効果が期待できる。また、燃料電池車両の燃料電池は低温の場合、立ち上がり特性が悪化したり、凍結する問題がある。本発明によれば、ロータリコンプレッサ１０の運転により、走行機関用のオイルを介して燃料電池の冷却水を加熱することも可能となり、電池の立ち上がり特性や凍結の問題を解消できる。
【００２９】
尚、前記制御装置は走行機関のオイル温度が上昇した時点で前記電磁弁１１３を開き、電磁弁１１７を閉じて通常のサイクルに戻すものである。また、上記実施例では走行機関のオイル低温時にオイル・冷媒熱交換器１１８にて冷媒とオイルとの熱交換を行わせたが、それに限らず、室内熱交換器（図１ではエバポレータ１１４に相当）にて高温冷媒を放熱させ、車室内の暖房も行わせる可逆サイクル方式を採る場合には、暖房時に着霜が生じる室外熱交換器（図１ではガスクーラ１１０に相当）の除霜時に、オイル・冷媒熱交換器により高圧側冷媒と走行機関のオイルとを熱交換させてもよい。係る場合には、充分に暖まったオイルからの廃熱で室外熱交換器の除霜を促進することができるようになる。これにより、除霜時間を短縮して車室内の快適性を向上できる。また、車両の廃熱としては主軸インバータ、燃料電池があり、これらを利用することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、コンプレッサ、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器などから冷媒回路が構成され、室内熱交換器により車室内の空調を行うもので、車両の走行機関用オイルと冷媒回路の高圧側冷媒とを熱交換させるためのオイル・冷媒熱交換器と、このオイル・冷媒熱交換器への冷媒流通を制御する流路制御装置とを備えているので、請求項２の如く流路制御装置により、走行機関用オイルの温度が低い場合に冷媒をオイル・冷媒熱交換器に流すようにすれば、車両の始動時に走行機関用オイルが未だ冷えているときに、冷媒回路の高圧側の冷媒によってオイルを早期に加熱することができるようになる。これにより、走行機関の摩耗損失を低減して燃費の改善を図ることが可能となる。
【００３１】
また、請求項３の如く流路制御装置により室外熱交換器の除霜時に冷媒をオイル・冷媒熱交換器に流すようにすれば、充分に暖まったオイルからの廃熱で冷媒回路の室外熱交換器の除霜を促進することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施例の車両用空調装置の冷媒回路図である。
【図２】図１のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【符号の説明】
１０多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１４駆動要素
１８回転圧縮機構部
３２第１の回転圧縮要素
３４第２の回転圧縮要素
９２、９４冷媒導入管
９６冷媒吐出管
１１０ガスクーラ（室外熱交換器）
１１１膨張弁（減圧装置）
１１２内部熱交換器
１１３、１１７電磁弁（流路制御装置）
１１４エバポレータ（室内熱交換器）
１１６バイパス回路
１１８オイル・冷媒熱交換器
１１９オイル経路

Claims

コンプレッサ、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器などから冷媒回路が構成され、前記室内熱交換器により車室内の空調を行うための車両用空調装置において、
車両の走行機関用オイルと前記冷媒回路の高圧側冷媒とを熱交換させるためのオイル・冷媒熱交換器と、該オイル・冷媒熱交換器への冷媒流通を制御する流路制御装置とを備えたことを特徴とする車両用空調装置。
前記流路制御装置は、前記走行機関用オイルの温度が低い場合に冷媒を前記オイル・冷媒熱交換器に流すことを特徴とする請求項１の車両用空調装置。
前記流路制御装置は、前記室外熱交換器の除霜時に冷媒を前記オイル・冷媒熱交換器に流すことを特徴とする請求項１の車両用空調装置。