JP2005265381A - 冷媒サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 設置スペースの拡大を極力回避しながら、電動コンプレッサのモータを駆動するインバータモジュールの冷却を円滑に行うことができる冷媒サイクル装置を提供する。
【解決手段】 電動コンプレッサ１１、ガスクーラ１２、減圧装置としての電動膨張弁１４、蒸発器１５及びアキュムレータ１７を順次環状に配管接続し、電動コンプレッサ１１の電動要素（モータ）２４をインバータモジュール５５にて駆動して成る冷媒サイクル装置１において、アキュムレータ１７とインバータモジュール５５とを熱交換させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動コンプレッサ、ガスクーラ、減圧装置、蒸発器及びアキュムレータを順次環状に配管接続し、電動コンプレッサのモータをインバータモジュールにて駆動して成る冷媒サイクル装置に関するものである。
近年、電気自動車用の空調装置として、バッテリーからの電源で駆動される電動コンプレッサを搭載した冷媒サイクル装置が開発されている。この冷媒サイクル装置は、電動コンプレッサ、ガスクーラ、減圧装置（膨張弁等）、蒸発器及びアキュムレータを順次環状に配管接続することにより構成されている。そして、電動コンプレッサにはバッテリーからの直流電圧がインバータモジュールにて三相疑似交流電圧に変換されたものが印加され、これにより、電動コンプレッサ内のモータが駆動されて、冷媒の圧縮運転が開始される。
また、上記インバータモジュールは、スイッチング素子とスイッチングサージ吸収用のダイオードから成るスイッチング素子群をモールドパッケージ内にモールドすることにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３４１３２７号公報
ここで、前記インバータモジュールは運転により発熱するため、放熱させる必要があった。即ち、発熱により、インバータモジュールに熱がこもって、スイッチング素子群５２が係る熱により損傷を受ける恐れがある。このため、従来ではインバータモジュールを空冷若しくは水冷するための機器を設けて、当該機器によりインバータモジュールを冷却さすることにより、インバータモジュールが損傷する不都合を防いでいた。
しかしながら、このようなインバータモジュールを空冷若しくは水冷するための機器を設けた場合には、当該機器により設置スペースが著しく拡大して、冷媒サイクル装置の小型化を図り難い問題が生じていた。
本発明の冷媒サイクル装置は、電動コンプレッサ、ガスクーラ、減圧装置、蒸発器及びアキュムレータを順次環状に配管接続し、電動コンプレッサのモータをインバータモジュールにて駆動して成るものであって、アキュムレータとインバータモジュールとを熱交換させるものである。
請求項２の発明の冷媒サイクル装置では、上記発明においてインバータモジュールに取り付けられた放熱板にアキュムレータを交熱的に設けたものである。
請求項３の発明の冷媒サイクル装置では、請求項２の発明においてアキュムレータを取付具により放熱板に取り付けたものである。
請求項４の発明の冷媒サイクル装置では、請求項２又は請求項３の発明において放熱板に湾曲面を形成し、当該湾曲面に筒状のアキュムレータを当接させたものである。
請求項５の発明の冷媒サイクル装置では、請求項２又は請求項３の発明においてアキュムレータに平面を形成し、この平面に放熱板を当接させたものである。
請求項６の発明の冷媒サイクル装置では、上記各発明において減圧装置を電動膨張弁にて構成し、電動コンプレッサに吸い込まれる冷媒温度に応じ、当該温度が所定の値以上に上昇しないよう電動膨張弁の絞り量を制御するものである。
本発明では、電動コンプレッサ、ガスクーラ、減圧装置、蒸発器及びアキュムレータを順次環状に配管接続し、電動コンプレッサのモータをインバータモジュールにて駆動して成る冷媒サイクル装置において、アキュムレータとインバータモジュールとを熱交換させるようにしたので、インバータモジュールから発熱をアキュムレータに放出させ、且つ、アキュムレータ内の冷媒の蒸発をインバータモジュールからの発熱により促進させることができるようになる。これにより、インバータモジュールの冷却を円滑に行うことができるようになり、放熱に要する機器を小型化することが可能となる。
請求項２の発明では、上記発明においてインバータモジュールに取り付けられた放熱板にアキュムレータを交熱的に設けたので、例えば請求項３の如く取付具によってアキュムレータを放熱板に取り付けることにより、両者を容易に熱交換させることができるようになる。
請求項４の発明では、上記発明において放熱板に湾曲面を形成し、当該湾曲面に筒状のアキュムレータを当接させるようにしたので、放熱板とアキュムレータとの熱交換を円滑且つ効率的に行わせることができるようになる。また、請求項５の発明の如く、アキュムレータに平面を形成し、この平面に放熱板を当接させることでも放熱板とアキュムレータとの熱交換を円滑且つ効率的に行わせることができるようになる。
そして、請求項６の発明の如く電動膨張弁の絞り量を制御して電動コンプレッサに吸い込まれる冷媒温度を所定の値以上に上昇しないようにすることで、インバータモジュールを効果的に冷却しながら、吸込冷媒温度の上昇による電動コンプレッサの異常温度上昇も解消することができるようになるものである。
本発明は、係る従来技術の課題を解決するため、設置スペースの拡大を極力回避しながら、電動コンプレッサのモータを駆動するインバータモジュールの冷却を円滑に行うことができる冷媒サイクル装置を提供することを目的とする。以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
図１は本発明の冷媒サイクル装置の一実施例の冷媒回路図、図２は電動コンプレッサを駆動するためのインバータモジュールを備えた電気回路図をそれぞれ示している。尚、本発明の冷媒サイクル装置は、電気自動車用の空調装置として使用されるものである。
図１において、１０は冷媒サイクル装置１の冷媒回路であり、この冷媒回路１０は電動コンプレッサ１１、ガスクーラ１２、減圧装置としての電動膨張弁１４、蒸発器１５及びアキュムレータ１７を順次環状に配管接続することにより構成されている。即ち、電動コンプレッサ１１の冷媒吐出管３４はガスクーラ１２の入口に接続されている。
ガスクーラ１２を出た冷媒配管３６は電動膨張弁１４を経て蒸発器１５の入口に接続されている。この電動膨張弁１４は制御装置１００に接続されており、当該制御装置１００により膨張弁１４の絞り量が制御されている。
一方、蒸発器１５を出た配管３８はアキュムレータ１７の入口に接続されている。前記アキュムレータ１７は、液冷媒を貯留するためのものであり、蒸発器１５からの冷媒を当該アキュムレータ１７を介して電動コンプレッサ１１に吸い込ませることで、電動コンプレッサ１１に液冷媒が吸い込まれて液圧縮する不都合を回避することができる。
アキュムレータ１７の出口には電動コンプレッサ１１の冷媒導入管３０が接続されている。この冷媒導入管３０には、アキュムレータ１７を出て電動コンプレッサ１１に吸い込まれる吸込冷媒温度を検出するための冷媒温度センサ２８が設けられており、この冷媒温度センサ２８は前記制御装置１００に接続されている。
そして、制御装置１００は、冷媒温度センサ２８にて検出される吸込冷媒温度に応じて、当該冷媒温度が所定の値以上に上昇しないように前記電動膨張弁１４の絞り量を制御している。
また、前記電動コンプレッサ１１は、密閉容器１１Ａ内に電動要素（モータ）２４と、当該電動要素にて駆動される第１及び第２の回転圧縮要素２６、２７とを設けてなる２段圧縮式のロータリコンプレッサである。この電動コンプレッサ１１は、図２に示すバッテリー５０からの直流電圧がインバータモジュール５５により三相疑似交流電圧に変換されたものが印加され、これにより、電動要素２４が駆動されるように構成されている。
ここで、電動コンプレッサ１１を起動するインバータモジュール５５を備えた電気回路について図２を用いて説明する。図２において、５０は電気自動車のメインバッテリーであり、前記電動コンプレッサ１１に開閉器５１やインバータモジュール５５等を介して電源を供給している。
このバッテリー５０は直流電源であり、電動コンプレッサ１１には前述の如くインバータモジュール５５により三相疑似交流電圧に変換された電圧が供給される。当該インバータモジュール５５は、電圧をスイッチングにより三相疑似交流電圧に変換するためのスイッチング素子群５２をモールドパッケージ４０内に設けてなるものであり、このスイッチング素子群５２は、スイッチング素子５４とスイッチングサージ吸収用の図示しないダイオードにて構成されている。
また、インバータモジュール５５には、スイッチング素子群５２と直流電源のバッテリー５０との間となる位置の回路上に突入防止用スイッチング素子５８が設けられている。即ち、突入防止用スイッチング素子５８と前記スイッチング素子群５２とをモールドパッケージ４０内に一体にモールドすることによりインバータモジュール５５が構成されている。
この突入防止用スイッチング素子５８は、バッテリー５０を接続する際にコンデンサ６０に流れる突入電流とコンデンサ６０に発生する突入電圧を抑制するために設けられたものである。そして、バッテリー５０の接続時には開閉器５１を開いた状態で、突入防止用スイッチング素子５８を制御して、突入防止用スイッチング素子５８を制御して突入電流を抑えることで、スイッチング素子群５２の保護を図っている。
そして、モールドパッケージ４０には、当該モールドパッケージ４０内のスイッチング素子群５２及び突入防止用スイッチング素子５８とモールドパッケージ４０外部のバッテリー５０、開閉器５１、コンデンサ６０及び電動コンプレッサ１１とを接続するためのピン２０・・が突設されている（図１では図示せず）。
このピン２０・・により、モールドパッケージ４０内とモールドパッケージ４０外との機器を支障なく接続することができる。
ここで、前記インバータモジュール５５は運転により発熱するため、放熱させるために放熱板７０が取り付けられている。この放熱板７０はアルミニウム製の板材から形成されており、図３に示す如く基盤５９上に設けられたインバータモジュール５５と当接するように取り付けられている。更に、本発明では、当該放熱板７０のインバータモジュール５５が当接する面と反対側の面にアキュムレータ１７が交熱的に設けられている。
即ち、放熱板７０のインバータモジュール５５が取り付けられた面と反対側の面に湾曲面７２を形成し、当該湾曲面７２に筒状のアキュムレータ１７を当接させ、取付具、例えば、アキュムレータ１７の外周をバンド７４により固定し、この状態でバンド７４の両端をネジ７６にて放熱板７０にネジ止めすることにより取り付けている。
このように、アキュムレータ１７を放熱板７０に取り付けることで、アキュムレータ１７とインバータモジュール５５とを放熱板７０を介して熱交換させることができるようになる。
以上の構成で、本発明の冷媒サイクル装置１の動作を説明する。バッテリー５０が接続されると、インバータモジュール５５のスイッチング素子群５２により、バッテリー５０からの直流電圧がスイッチングにより三相疑似交流電圧に変換され、電動コンプレッサ１１のモータとしての電動要素２４に印加される。これにより、電動コンプレッサ１１の電動要素２４が起動して、第１の回転圧縮要素２６に低圧の冷媒が吸い込まれ、圧縮される。
第１の回転圧縮要素２６で圧縮され、中間圧となった冷媒は第２の回転圧縮要素２７に吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり冷媒吐出管３４から電動コンプレッサ１１の外部に吐出され、ガスクーラ１２に流入する。
ここで、冷媒は空冷方式により放熱した後、電動膨張弁１４に至る。この電動膨張弁１４にて冷媒は圧力が低下され、この状態で蒸発器１５内に流入する。そして、冷媒は蒸発器１５において蒸発し、周囲の空気と熱交換して冷却作用を発揮する。
そして、蒸発器１５から出た冷媒は次にアキュムレータ１７に至る。ここで、蒸発器１５から出た冷媒は完全に気体の状態でなく、液冷媒が混在した状態となる場合もある。この場合、アキュムレータ１７により、液冷媒を当該アキュムレータ１７内に貯留することができる。従って、電動コンプレッサ１１に液冷媒が吸い込まれて液圧縮する不都合を未然に回避することができる。
尚、アキュムレータ１７を出た冷媒ガスは冷媒導入管３０から電動コンプレッサ１１の第１の回転圧縮要素２６に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
一方、運転によりインバータモジュール５５は発熱するが、前述の如く放熱板７０にアキュムレータ１７を交熱的に設けることで、インバータモジュール５５を放熱板７０を介してアキュムレータ１７と熱交換することができる。これにより、インバータモジュール５５からの発熱をアキュムレータ１７に放出させることができるようになる。
また、アキュムレータ１７は、インバータモジュール５５からの発熱により当該アキュムレータ１７内に貯留された液冷媒の蒸発を促進させることができるようになる。これにより、インバータモジュール５５の冷却を円滑に行うことができるようになり、放熱に要する機器を小型化することが可能となる。
更に、本発明ではアキュムレータ１７をインバータモジュール５５に取り付けられた放熱板７０に取り付けると云う簡単な構造で。両者を容易に熱交換させることができるようになる。
更にまた、放熱板７０に湾曲面７２を形成することで、当該湾曲面７２に筒状のアキュムレータ１７を当接させることができるようになり、放熱板７０とアキュムレータ１７との熱交換を円滑且つ効率的に行わせることができるようになる。
他方、前記電動膨張弁１４は、前述の如く制御装置１００により冷媒温度センサ２８にて検出される吸込冷媒温度の検出に基づき、絞り量が制御されている。即ち、冷媒温度センサ２８にて検出される冷媒温度が所定の値付近まで上昇した場合には、制御装置１００は電動膨張弁１４の絞り量を小さくして（膨張弁１４の開度を大きくする）、蒸発器１５に、より多くの冷媒が流れるようにする。これにより、蒸発器１５から出て電動コンプレッサ１１に吸い込まれる冷媒の温度を下げることができるようになる。
ここで、従来の如く電動コンプレッサ１１に吸い込まれる冷媒温度に応じた制御を行わない場合、電動コンプレッサ１１に吸い込まれる吸込冷媒温度が上昇すると、電動コンプレッサ１１が異常温度上昇し、電動コンプレッサ１１の電動要素が過熱されて伝導コンプレッサの運転に支障をきたすという問題が生じていた。この場合、電動コンプレッサ１１に接続されたインバータモジュール５５も過熱され、損傷を受ける恐れがあった。また、吸込冷媒の通過経路となるアキュムレータ１７も温度上昇するため、放熱板７０を介してインバータモジュール５５に熱が伝わる恐れもある。
しかしながら、電動コンプレッサ１１に吸い込まれる冷媒温度に応じて吸込冷媒温度が所定の値以上とならないように電動膨張弁１４の絞り量を制御することで、上述のような不都合を未然に回避することができるようになる。
尚、上記実施例では、放熱板７０とアキュムレータ１７とは、放熱板７０に湾曲面７２を形成し、当該湾曲面７２に筒状のアキュムレータ１７を当接させるものとしたが、例えば、図４に示す如くアキュムレータの一部を平面８２に形成し、この平面８２に放熱板８０を当接させるものとしても構わない。この場合においても、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
本発明の冷媒サイクル装置の一実施例の冷媒回路図である。 図１の冷媒サイクル装置の電気回路図である。 図１のアキュムレータとインバータモジュールの拡大図である。 他の実施例のアキュムレータとインバータモジュールの拡大図である。
符号の説明
１ 冷媒サイクル装置
１０ 冷媒回路
１１ 電動コンプレッサ
１２ ガスクーラ
１４ 膨張弁
１５ 蒸発器
１７ アキュムレータ
２０ ピン
２４ 電動要素
２６ 圧縮要素
３０ 冷媒導入管
３４ 冷媒吐出管
４０ モールドパッケージ
５０ バッテリー
５１ 開閉器
５２ スイッチング素子群
５４ スイッチング素子
５５ インバータモジュール
５８ 突入防止用スイッチング素子
５９ 基盤
６０ コンデンサ
７０、８０ 放熱板
７２ 湾曲面
７４ バンド
８２ 平面

Claims (6)

  1. 電動コンプレッサ、ガスクーラ、減圧装置、蒸発器及びアキュムレータを順次環状に配管接続し、前記電動コンプレッサのモータをインバータモジュールにて駆動して成る冷媒サイクル装置において、
    前記アキュムレータと前記インバータモジュールとを熱交換させることを特徴とする冷媒サイクル装置。
  2. 前記インバータモジュールに取り付けられた放熱板に前記アキュムレータを交熱的に設けたことを特徴とする請求項１の冷媒サイクル装置。
  3. 前記アキュムレータを取付具により前記放熱板に取り付けたことを特徴とする請求項２の冷媒サイクル装置。
  4. 前記放熱板に湾曲面を形成し、当該湾曲面に筒状の前記アキュムレータを当接させたことを特徴とする請求項２又は請求項３の冷媒サイクル装置。
  5. 前記アキュムレータに平面を形成し、該平面に前記放熱板を当接させたことを特徴とする請求項２又は請求項３の冷媒サイクル装置。
  6. 前記減圧装置を電動膨張弁にて構成し、前記電動コンプレッサに吸い込まれる冷媒温度に応じ、当該温度が所定の値以上に上昇しないよう前記電動膨張弁の絞り量を制御することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の冷媒サイクル装置。
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