JP2012082763A - Refrigeration cycle apparatus using inverter-integrated electric motor compressor - Google Patents

Refrigeration cycle apparatus using inverter-integrated electric motor compressor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigeration cycle apparatus using an inverter-integrated electric compressor that can actively cool an inverter so that the inverter can be used even in a higher temperature atmosphere and can also contribute to increasing heating capacity when an ambient temperature is equal to or lower than -10°C.SOLUTION: The refrigeration cycle apparatus includes a liquid coolant pipe 5 connected to the compressor 1, which branches off right after a condensor 2. The compressor includes a liquid coolant passage 21 in communication with the liquid coolant pipe and a flow rate control valve 22 opening and closing the liquid coolant pipe. A back surface of an inverter installation wall is configured to cooled by an intake coolant and an inside of the inverter installation wall is configured to be cooled by the liquid coolant passing through the liquid coolant passage. Accordingly, the apparatus cools the inverter more effectively using the intake coolant and the liquid coolant, heats the liquid coolant pipe by a heating means under a low temperature and can thus increase an discharge capacity of a compressing mechanism part without generating excessive liquid compression.

Description

本発明は圧縮機構部及び電動機を収容した機体容器にインバータを一体化したインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクルに関するものである。   The present invention relates to a refrigeration cycle using an inverter-integrated electric compressor in which an inverter is integrated with a body container containing a compression mechanism and an electric motor.

インバータ一体型電動圧縮機はハイブリッド車用カーエアコンの冷房用等に使用され、種々のものが提案されている(例えば、特許文献1,2,3参照)。   An inverter-integrated electric compressor is used for cooling a car air conditioner for a hybrid vehicle, and various types have been proposed (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

図5は特許文献1に記載されている電動圧縮機で、この電動圧縮機は本体ケーシング101に圧縮機構部105および電動機106を収容し、この本体ケーシング101のインバータケース部にインバータ103を収容して構成してある。ここで、前記インバータ103はインバータケース部の仕切り壁を介して電動機106とは反対側に設けてあり、本体ケーシング101に吸入された吸入冷媒よって冷却され、その後この冷媒はさらに電動機106を冷却した後、圧縮機構部105へ吸入される低圧型圧縮機となっている。   FIG. 5 shows an electric compressor described in Patent Document 1. This electric compressor houses a compression mechanism 105 and an electric motor 106 in a main body casing 101, and an inverter 103 in an inverter case portion of the main body casing 101. Configured. Here, the inverter 103 is provided on the opposite side of the electric motor 106 through the partition wall of the inverter case portion, and is cooled by the refrigerant sucked into the main body casing 101, and then the refrigerant further cooled the electric motor 106. Thereafter, the low-pressure compressor is sucked into the compression mechanism unit 105.

また、図6は特許文献2に記載されている電動圧縮機で、この電動圧縮機は、圧縮機構部11、電動機12を収容した本体ケーシング10、および圧縮機構部11を挟んで電動機12と反対側にインバータ14を収容したインバータケース13を軸線方向にボルト等で締結して構成してある。そして、本体ケーシング10に吸入された吸入冷媒は、一旦インバータケース13に設けられた吸入通路に導かれ、インバータ14を冷却した後、圧縮機構部11に流入する。そして圧縮機構部11で圧縮された冷媒ガスは電動機12を冷却した後、本体ケーシング10に設けられた吐出口より吐出される。いわゆる高圧型圧縮機となっている。   6 is an electric compressor described in Patent Document 2. This electric compressor is opposite to the electric motor 12 with the compression mechanism unit 11, the main body casing 10 containing the electric motor 12, and the compression mechanism unit 11 interposed therebetween. An inverter case 13 containing an inverter 14 on the side is fastened with bolts or the like in the axial direction. Then, the refrigerant sucked into the main body casing 10 is once guided to a suction passage provided in the inverter case 13, cools the inverter 14, and then flows into the compression mechanism 11. The refrigerant gas compressed by the compression mechanism 11 is discharged from a discharge port provided in the main body casing 10 after the motor 12 is cooled. This is a so-called high-pressure compressor.

更に図7は特許文献3に記載されている電動圧縮機とそれを用いた冷凍サイクル装置で、これは本体ケーシング100内に圧縮機構部Cpと電動機Moを収納し、その上にインバータIcを収納したインバータケースを取り付けて構成するとともに、このインバータIcは凝縮器200、減圧器400、蒸発器500、器液分離310で構成される冷凍サイクル中のインジェクション回路からの冷媒で冷却、あるいは上記冷凍サイクル装置からの吸入冷媒のいずれかによって冷却するように構成してある。   Further, FIG. 7 shows an electric compressor described in Patent Document 3 and a refrigeration cycle apparatus using the electric compressor, which stores a compression mechanism Cp and an electric motor Mo in a main body casing 100, and an inverter Ic on it. The inverter Ic is cooled with a refrigerant from an injection circuit in the refrigeration cycle constituted by the condenser 200, the decompressor 400, the evaporator 500, and the liquid / liquid separation 310, or the refrigeration cycle described above. It is configured to be cooled by any of the refrigerant drawn from the apparatus.

特開2003−129983号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-129983 特開2007−292044号公報JP 2007-290444 A 特開2002−5024号公報JP 2002-5024 A

特許文献1に記載の構造は、吸入冷媒によって、インバータおよび電動機の高発熱部品と熱交換した後に圧縮部に吸入されるため、吸入冷媒温度の上昇によって体積効率が低下し、圧縮機の性能に大きな影響を及ぼす。   The structure described in Patent Document 1 is sucked into the compression section after exchanging heat with the heat generating parts of the inverter and the electric motor by the sucked refrigerant, so that the volume efficiency is lowered by the rise of the sucked refrigerant temperature, and the performance of the compressor is reduced. It has a big effect.

一方、特許文献2に記載の構造は、特許文献1に記載の構造に対して、吸入冷媒はインバータ冷却のみに利用され、また、潤滑油の分離装置は電動機が収容されている機体容器の空きスペースを利用して設けることが出来るため、性能面および機体容器のサイズ面でのメリットが大きい。しかしながら、インバータケースに設けられた吸入冷媒通路は隔壁
でもって吐出冷媒通路と近接すると共にインバータケースは発熱体である圧縮部や電動機を収納した機体容器とシール部を介して連結されるので熱伝導によりインバータケースは加熱され、より高温雰囲気中でもインバータケースの温度が上がりにくい効率的な冷却手段と共に安価な構造の工夫が必要であった。
On the other hand, the structure described in Patent Document 2 is different from the structure described in Patent Document 1 in that the suction refrigerant is used only for inverter cooling, and the lubricating oil separator is an empty body container in which the electric motor is accommodated. Since the space can be provided, there are great advantages in terms of performance and the size of the aircraft container. However, the suction refrigerant passage provided in the inverter case has a partition wall and is close to the discharge refrigerant passage, and the inverter case is connected to the compressor unit, which is a heating element, and the fuselage container containing the electric motor through the seal portion, so that heat conduction is achieved. As a result, the inverter case is heated, and it is necessary to devise an inexpensive structure together with an efficient cooling means in which the temperature of the inverter case is difficult to rise even in a higher temperature atmosphere.

また、特許文献3に記載の構成はインバータ冷却用に冷凍サイクルのインジェクション回路からの高圧の液冷媒を使用する提案では冷却するための通路および断熱構造が極めて複雑であり、その制御方法において機械式流量制御弁を採用し冷媒の加熱度を制御する方法はコスト、サイズ面で大きな課題がある。   Further, in the configuration described in Patent Document 3, in the proposal of using the high-pressure liquid refrigerant from the injection circuit of the refrigeration cycle for cooling the inverter, the cooling passage and the heat insulating structure are extremely complicated. The method of controlling the heating degree of the refrigerant using the flow rate control valve has significant problems in terms of cost and size.

一方、インバータ一体型電動圧縮機を搭載したカーエアコンシステムは、近年電気自動車用の暖房機能用としてクローズアップされている。即ち、初期の電気自動車では電気によって水を湯にして暖房用に使用したため、電気使用量が多く一回の充電での航続走行距離が暖房時に半減する問題が提起されている。効率のよい暖房としては家庭用エアコンと同じ様に冷凍サイクルを工夫して外気熱で暖房するのがよいが、外気が−10℃を下回ると暖房能力不足になることが大きな技術課題である。その解決策として冷凍サイクル中の高圧液冷媒を圧縮途中の圧縮室にインジェクションし、圧縮機の吐出量を増やす方法があり、これは一定速圧縮機ではよく知られているが、回転速度が広い範囲で変化する電動圧縮機では液圧縮に対する信頼性保証やサイズ・コストアップ等多くの課題が存在する。   On the other hand, a car air conditioner system equipped with an inverter-integrated electric compressor has recently been closed up as a heating function for electric vehicles. That is, in early electric vehicles, water is heated by electricity and used for heating, so that there is a problem that the amount of electricity used is large and the cruising distance in one charge is halved during heating. As efficient heating, it is better to devise a refrigeration cycle and heat it with outside air heat like a home air conditioner. However, when the outside air falls below −10 ° C., the heating capacity is insufficient. As a solution, there is a method of injecting high-pressure liquid refrigerant in the refrigeration cycle into the compression chamber in the middle of compression to increase the discharge amount of the compressor, which is well known for constant speed compressors, but has a wide rotation speed Electric compressors that change over a range have many problems such as reliability assurance for liquid compression, size and cost increase.

本発明はこのような従来技術の技術背景の下になしたもので、吸入冷媒でインバータを冷却するインバータ一体型圧縮機を搭載した冷凍サイクルにおいて、インバータをより高い温度雰囲気でも使用可能に積極的に冷却することができ、さらに−10℃以下の低外気温時の暖房能力増加に貢献できる小型、高効率、低コストで信頼性に優れたインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル構造を提供することにある。   The present invention has been made under such a background of the prior art, and in a refrigeration cycle equipped with an inverter-integrated compressor that cools an inverter with suction refrigerant, the inverter can be used even in a higher temperature atmosphere. A refrigeration cycle structure equipped with a compact, high-efficiency, low-cost and highly reliable inverter-integrated electric compressor that can be further cooled and contribute to increased heating capacity at low outside temperatures of -10 ° C or lower It is to provide.

前記従来の課題を解決するために、本発明は、インバータ一体型電動圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管により環状に繋いだ冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器直後から分岐して前記インバータ一体型電動圧縮機に連結した液冷媒配管を備え、前記インバータ一体型電動圧縮機は電動機と圧縮機構部を収納した本体ケースと、インバータを内蔵したインバータケースと、インバータ設置壁に配置された温度センサーと、前記液冷媒配管に連通し圧縮機構部の圧縮途中の圧縮室に開口した液冷媒通路と、前記液冷媒配管を開閉する流量制御弁を備え、インバータ設置壁の裏面は吸入冷媒により冷却する構成にすると共に前記インバータ設置壁の内部は前記流量制御弁が開弁時に前記液冷媒通路を通る液冷媒により冷却されるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した構成としてある。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention is a refrigeration cycle apparatus in which an inverter-integrated electric compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are connected in a ring shape by piping, and is branched from immediately after the condenser. A liquid refrigerant pipe connected to the inverter-integrated electric compressor, the inverter-integrated electric compressor being disposed on a main body case housing the motor and the compression mechanism, an inverter case incorporating the inverter, and an inverter installation wall And a flow rate control valve that opens and closes the liquid refrigerant pipe, and the back surface of the inverter installation wall is inhaled. An inverter that is cooled by a refrigerant and that is cooled by liquid refrigerant passing through the liquid refrigerant passage when the flow control valve is opened inside the inverter installation wall. There is as equipped with the structure of the integrated electric compressor.

これにより、インバータの設置壁の温度センサーが第1の設定値以上に上昇した場合または冷凍サイクルを使ったエアコンシステムとして必要が発生した場合に前記流量制御弁を開き、効果的にインバータを冷却するとともに、前記温度センサーが第3の設定値より低い温度の場合には液冷媒配管を加熱手段により加熱するようにして、過度な液圧縮を発生させることなく圧縮機の吐出容量を増加できる。   As a result, when the temperature sensor on the inverter installation wall rises above the first set value or when the air conditioning system using the refrigeration cycle is necessary, the flow control valve is opened to effectively cool the inverter. At the same time, when the temperature sensor is at a temperature lower than the third set value, the liquid refrigerant pipe is heated by the heating means, so that the discharge capacity of the compressor can be increased without causing excessive liquid compression.

本発明は上記構成により、簡素な構成で、インバータの温度が上昇する条件下でも吸入冷媒に加え液冷媒により積極的に下げることが出来、効率の良い冷媒冷却効果が得られる。更には、液冷媒を流入させることにより、圧縮ガスを液の気化熱により圧縮中ガスを冷却することが可能であり、インバータの温度上昇の一因である圧縮機の吐出ガス温度も下げる効果が存在する。   According to the above configuration, the present invention has a simple configuration and can be actively lowered by the liquid refrigerant in addition to the suction refrigerant even under a condition where the temperature of the inverter rises, and an efficient refrigerant cooling effect can be obtained. Furthermore, by allowing the liquid refrigerant to flow, the compressed gas can be cooled by the heat of vaporization of the liquid, and the discharge gas temperature of the compressor, which contributes to the rise in the inverter temperature, can be reduced. Exists.

この結果、従来のインバータの発熱を下げるために、インバータ負荷を下げるための回転数減少による冷房能力の不足や、周囲温度や吐出温度またはインバータ温度の異常上昇による圧縮機の停止による冷房停止の弊害をもたらすことがなくなる。   As a result, in order to reduce the heat generation of the conventional inverter, the cooling capacity is insufficient due to a decrease in the number of revolutions to reduce the inverter load, and the adverse effect of the cooling stop due to the compressor stop due to an abnormal increase in ambient temperature, discharge temperature or inverter temperature No longer bring

また、低外気温時の暖房能力不足に対して、圧縮途中の圧縮室に液成分の混じった冷媒を注入することにより圧縮負荷入力を大幅に上げることなく圧縮機の吐出量を増加させ、エネルギ効率の高い暖房能力増加手段にすることが出来る。   In addition, in response to insufficient heating capacity at low outside air temperature, the refrigerant discharge rate is increased without significantly increasing the compression load input by injecting refrigerant mixed with liquid components into the compression chamber during compression. It can be a highly efficient heating capacity increasing means.

本発明の実施の形態1におけるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図Refrigeration cycle diagram of a refrigeration cycle apparatus equipped with an inverter-integrated electric compressor according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態1のインバータ一体型電動圧縮機構部の断面図Sectional drawing of the inverter integrated electric compression mechanism part of Embodiment 1 同実施の形態2におけるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図Refrigeration cycle diagram of a refrigeration cycle apparatus equipped with an inverter-integrated electric compressor in the second embodiment 同実施の形態2のインバータ一体型電動圧縮機構部の断面図Sectional drawing of the inverter integrated electric compression mechanism part of Embodiment 2 従来例1のインバータ一体型電動圧縮機の断面図Sectional drawing of the inverter-integrated electric compressor of Conventional Example 1 従来例2のインバータ一体型電動圧縮機の断面図Sectional view of the inverter-integrated electric compressor of Conventional Example 2 従来例3のインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図Refrigeration cycle diagram of a refrigeration cycle apparatus equipped with the inverter-integrated electric compressor of Conventional Example 3

第1の発明は、ンバータ一体型電動圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管により環状に繋いだ冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器直後から分岐して前記インバータ一体型電動圧縮機に連結した液冷媒配管を備え、前記インバータ一体型電動圧縮機は電動機と圧縮機構部を収納した本体ケースと、インバータを内蔵したインバータケースと、インバータ設置壁に配置された温度センサーと、前記液冷媒配管に連通し圧縮機構部の圧縮途中の圧縮室に開口した液冷媒通路と、前記液冷媒配管を開閉する流量制御弁を備え、インバータ設置壁の裏面は吸入冷媒により冷却する構成にすると共に前記インバータ設置壁の内部は前記流量制御弁が開弁時に前記液冷媒通路を通る液冷媒により冷却されるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した構成としてある。   A first invention is a refrigeration cycle apparatus in which an inverter-integrated electric compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are connected in an annular shape by piping, branching immediately after the condenser, and the inverter-integrated electric compressor The inverter-integrated electric compressor includes a main body case that houses an electric motor and a compression mechanism, an inverter case that incorporates an inverter, a temperature sensor that is disposed on an inverter installation wall, and the liquid A liquid refrigerant passage communicating with the refrigerant pipe and opened in a compression chamber in the middle of compression of the compression mechanism section and a flow rate control valve for opening and closing the liquid refrigerant pipe are provided, and the back surface of the inverter installation wall is cooled by the intake refrigerant. The inverter installation wall has an inverter-integrated electric compressor that is cooled by liquid refrigerant passing through the liquid refrigerant passage when the flow control valve is opened. Are you.

第2の発明は、前記流量制御弁は前記インバータケース内に設置され、インバータから電力の供給と通信信号を受けて作動する構成としてある。   According to a second aspect of the invention, the flow control valve is installed in the inverter case and operates by receiving power supply and a communication signal from the inverter.

第3の発明は、流量制御弁は前記温度センサーが第1の設定値以上に上昇した場合に開弁され、前記第1の設定温度より低い温度の第2の設定値以下に下降した時に閉弁する構成としてある。   According to a third aspect of the present invention, the flow control valve is opened when the temperature sensor rises above the first set value, and closed when the temperature sensor falls below the second set value at a temperature lower than the first set temperature. It is as a configuration that works.

第4の発明は、流量制御弁は前記温度センサーが第1の設定値以上に上昇した場合に開弁され、前記第1の設定温度より低い温度の第2の設定値以下に下降した時に閉弁する構成としてある。   According to a fourth aspect of the present invention, the flow rate control valve is opened when the temperature sensor rises above the first set value, and is closed when the temperature sensor falls below the second set value at a temperature lower than the first set temperature. It is as a configuration that works.

第5の発明は、流量制御弁は電磁開閉弁で構成してある。   In the fifth invention, the flow control valve is constituted by an electromagnetic on-off valve.

第6の発明は、圧縮機構部は非対称型スクロール方式であり、一対の圧縮室のうち最大吸入容積が小さな側の圧縮室に液冷媒通路が開放される構成としてある。   In a sixth aspect of the present invention, the compression mechanism is an asymmetric scroll system, and the liquid refrigerant passage is opened to the compression chamber having the smaller maximum suction volume among the pair of compression chambers.

第7の発明は、液冷媒配管の加熱手段はPTCヒータで構成してある。   In the seventh invention, the heating means of the liquid refrigerant pipe is constituted by a PTC heater.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の
形態によって本発明が限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a refrigeration cycle diagram of a refrigeration cycle apparatus using an inverter-integrated electric compressor according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、この冷凍サイクル装置は、インバータ一体型電動圧縮機(以下、圧縮機と称す)1、凝縮器2、膨張弁3、蒸発器4を配管により環状に繋いで構成し、前記インバータ一体型電動圧縮機1には前記凝縮器2の直後から分岐し、凝縮器2で放熱し凝縮液化した液冷媒を前記圧縮機1に導入するための液冷媒配管5が連結されている。   In FIG. 1, this refrigeration cycle apparatus is configured by connecting an inverter-integrated electric compressor (hereinafter referred to as a compressor) 1, a condenser 2, an expansion valve 3, and an evaporator 4 in an annular shape by piping. The body-type electric compressor 1 is connected to a liquid refrigerant pipe 5 that branches from immediately after the condenser 2 and that introduces into the compressor 1 liquid refrigerant that has radiated heat and is condensed and liquefied by the condenser 2.

図2は本発明の実施の形態1におけるインバータ一体型電動圧縮機1の部分断面図である。   FIG. 2 is a partial sectional view of inverter-integrated electric compressor 1 according to Embodiment 1 of the present invention.

この圧縮機1は、電動機11と圧縮機構部12を収納した本体ケース13と、外部から電力を供給する電力線14及び通信信号を受発信する通信線15が連結されたインバータ16を内蔵したインバータケース17と、インバータ設置壁18に配置された温度センサー19からなり、インバータ設置壁18の裏面には前記液冷媒配管5からの冷媒が吸入される吸入冷媒通路20が形成されていて、その裏面は吸入冷媒により冷却される。21は前記液冷媒配管5の前記凝縮器2直後から分岐してこれに繋がる液冷媒通路で、前記インバータ設置壁18の内部に形成してあり、流量制御弁22を介して圧縮機内の圧縮途中の圧縮室23に開放される構造となっている。なお、上記流量制御弁22はインバータケース17の内部に設置され、インバータ16から電力を受けて作動する電磁開閉弁としている。   The compressor 1 includes an inverter case including a main body case 13 housing an electric motor 11 and a compression mechanism unit 12, an inverter 16 connected to a power line 14 for supplying power from the outside and a communication line 15 for receiving and transmitting communication signals. 17 and a temperature sensor 19 disposed on the inverter installation wall 18, and an intake refrigerant passage 20 through which the refrigerant from the liquid refrigerant pipe 5 is sucked is formed on the back surface of the inverter installation wall 18. Cooled by the suction refrigerant. A liquid refrigerant passage 21 branches from the liquid refrigerant pipe 5 immediately after the condenser 2 and is connected to the refrigerant refrigerant pipe 5. The liquid refrigerant passage 21 is formed inside the inverter installation wall 18 and is compressed in the compressor via the flow rate control valve 22. The compression chamber 23 is open. The flow control valve 22 is installed inside the inverter case 17 and is an electromagnetic on-off valve that operates by receiving electric power from the inverter 16.

次に動作について説明する。   Next, the operation will be described.

インバータ16には電力線14から供給された直流電圧を交流に変換するパワー素子16aがあり、インバータ設置壁18に密接して固定され、裏面が吸入冷媒通路20中の吸入冷媒により冷却されるインバータ設置壁18にその発生熱を伝導し冷却される。前記温度センサー19は前記インバータ設置壁18の温度を監視するためのセンサーであり、インバータ設置壁18は通常100℃以下になるように冷却制御される。   The inverter 16 has a power element 16a for converting a DC voltage supplied from the power line 14 into an AC, is fixed in close contact with the inverter installation wall 18 and is cooled by the suction refrigerant in the suction refrigerant passage 20 on the back surface. The generated heat is conducted to the wall 18 to be cooled. The temperature sensor 19 is a sensor for monitoring the temperature of the inverter installation wall 18, and the inverter installation wall 18 is normally controlled to be cooled to 100 ° C. or less.

ここで、例えばインバータ一体型電動圧縮機が周囲温度150℃のエンジンルームに搭載された場合を想定すると、インバータ設置壁18は前記周囲温度が伝導し、第1の設定温度を80℃とした場合、この値を上回る温度になる。   Here, for example, assuming that the inverter-integrated electric compressor is mounted in an engine room having an ambient temperature of 150 ° C., the inverter installation wall 18 conducts the ambient temperature, and the first set temperature is 80 ° C. The temperature exceeds this value.

この時、前記流量制御弁22は温度センサー19の信号を受け開弁され、液冷媒が前記液冷媒通路21内に流入し、インバータ設置壁18はこの液冷媒によっても熱を奪われ、あるバランス温度になるま徐所に冷却される。第2の設定温度を50℃とした場合、車の運転速度や外気温度あるいは電動圧縮機の運転条件の変化により第2の設定値より低い温度まで冷却された時、前記流量制御弁22は閉弁する制御としている。   At this time, the flow control valve 22 is opened by receiving a signal from the temperature sensor 19, and the liquid refrigerant flows into the liquid refrigerant passage 21, and the inverter installation wall 18 is also deprived of heat by this liquid refrigerant, and has a certain balance. It is cooled down slowly until the temperature is reached. When the second set temperature is 50 ° C., the flow control valve 22 is closed when the vehicle is cooled to a temperature lower than the second set value due to a change in the driving speed of the vehicle, the outside air temperature, or the operating conditions of the electric compressor. It is set as control to valve.

(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2におけるインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a refrigeration cycle diagram of a refrigeration cycle apparatus using an inverter-integrated electric compressor according to Embodiment 2 of the present invention.

図3において、この冷凍サイクル装置は、インバータ一体型電動圧縮機1、室内凝縮器101、絞り弁102、室外蒸発器103、膨張弁104、室内蒸発器105を配管により環状に繋いで構成し、前記インバータ一体型電動圧縮機1には前記室内凝縮器101と
絞り弁102の間から分岐し、室内凝縮器101で放熱し凝縮液化した液冷媒をインバータ一体電動圧縮機1に導入するための液冷媒配管106が連結されている。
In FIG. 3, this refrigeration cycle apparatus is configured by connecting an inverter-integrated electric compressor 1, an indoor condenser 101, a throttle valve 102, an outdoor evaporator 103, an expansion valve 104, and an indoor evaporator 105 in an annular shape by piping. The inverter-integrated electric compressor 1 is a liquid for branching from between the indoor condenser 101 and the throttle valve 102 to dissipate heat and condense and liquefy the liquid refrigerant into the inverter-integrated electric compressor 1. A refrigerant pipe 106 is connected.

また、前記液冷媒配管106には加熱手段107が設置されており、その具体手段としては電気利用ではPTCヒータや電磁誘導加熱(IH)ヒータ、車部品の排熱としてはエンジン、駆動モータや駆動用インバータの利用などが候補となる。   The liquid refrigerant pipe 106 is provided with a heating means 107. Specific examples of the heating means 107 include a PTC heater and an electromagnetic induction heating (IH) heater for electric use, and exhaust heat for vehicle parts such as an engine, a drive motor and a drive. Candidates such as the use of inverters are candidates.

図4は本発明の実施の形態2におけるインバータ一体型電動圧縮機の部分断面図である。   FIG. 4 is a partial cross-sectional view of an inverter-integrated electric compressor according to Embodiment 2 of the present invention.

基本的には図3と構造はほぼ同じであるが、液冷媒配管106には前述した加熱手段107が設置されている。   Basically, the structure is almost the same as in FIG. 3, but the heating means 107 described above is installed in the liquid refrigerant pipe 106.

次に、動作について説明する。   Next, the operation will be described.

前記図3の冷凍サイクルの構成は例えば熱源を持たない電気自動車用カーエアコン用の暖房を想定した構成であり、室内凝縮器101は室内暖房用の高温熱源、室内蒸発器105は除湿を行う低温源であり、室外蒸発器103は外気から熱を奪い、室内を暖房するヒートポンプ暖房時を表している。   The configuration of the refrigeration cycle in FIG. 3 is a configuration that assumes heating for a car air conditioner for an electric vehicle that does not have a heat source, for example, the indoor condenser 101 is a high-temperature heat source for indoor heating, and the indoor evaporator 105 is a low-temperature that performs dehumidification. The outdoor evaporator 103 is a heat source that takes heat from outside air and heats the room.

外気がおよそ20℃から−5℃までは現状の冷媒で十分な暖房が可能であるが、外気温度が−10℃以下になると冷媒の蒸発温度はさらに下がって吸熱するため、冷媒の特性上吸入圧力は低く、即ち密度が低くなることにより単位時間当たりの循環重量は減少し、室内への放熱量は不足してくる。   If the outside air is about 20 ° C. to −5 ° C., sufficient heating can be performed with the current refrigerant. However, when the outside air temperature becomes −10 ° C. or lower, the refrigerant evaporates further and absorbs heat. When the pressure is low, that is, when the density is low, the circulating weight per unit time is reduced, and the amount of heat released into the room becomes insufficient.

このような場合の暖房能力を増加させる手段の一つとして前述した圧縮工程中の圧縮室23への液冷媒注入(インジェクション)があり、この実施の形態では外部から通信線15を経由して前記流量制御弁22を開弁する信号を受理し、圧縮機構部12の吐出量を増加させる用になっている。これにより、室内凝縮器101を通る冷媒循環量が増加し、暖房能力がアップする。   As one of means for increasing the heating capacity in such a case, there is liquid refrigerant injection (injection) into the compression chamber 23 during the compression process described above, and in this embodiment, the above-described operation is performed via the communication line 15 from the outside. A signal for opening the flow control valve 22 is received, and the discharge amount of the compression mechanism 12 is increased. Thereby, the refrigerant | coolant circulation amount which passes the indoor condenser 101 increases, and heating capability improves.

この実施の形態では圧縮機構部12は非対称型のスクロール圧縮機であり、異なる最大吸入容積から圧縮を開始するため、一対の圧縮室の圧力は同一ではなく、本実施の形態では圧縮室のうち、最大吸入容積が少ない側、即ち、圧縮室圧力は小さい側の圧縮室のみに前述液注入(インジェクション)する構造にし、インジェクションにより圧力上昇させ両方の圧縮室の圧力均衡を促進している(図省略)。   In this embodiment, the compression mechanism unit 12 is an asymmetric type scroll compressor and starts compression from different maximum suction volumes. Therefore, the pressures of the pair of compression chambers are not the same. The above-described liquid injection (injection) is performed only on the compression chamber pressure side where the maximum suction volume is small, that is, the compression chamber pressure is small, and the pressure is increased by the injection to promote the pressure balance of both compression chambers (see FIG. (Omitted).

外気温度が低く暖房能力が回転数最大でも不足する場合、エアコンシステムとしてインバータ一体型電動圧縮機1に吐出容量を拡大する要請信号がインバータ16への通信信号として入ると、前記流量制御弁22は開弁し、液冷媒が圧縮機構部12の前述した圧縮工程中の圧縮室23に注入される。   When the outside air temperature is low and the heating capacity is insufficient even at the maximum number of revolutions, when the request signal for expanding the discharge capacity is input as a communication signal to the inverter 16 in the inverter-integrated electric compressor 1 as an air conditioner system, the flow control valve 22 is The valve is opened, and the liquid refrigerant is injected into the compression chamber 23 of the compression mechanism unit 12 during the aforementioned compression process.

この時、液冷媒はインバータ16の発熱を吸収するとともに、圧縮ガスの熱を奪い気化するが、注入液冷媒の割合が多すぎると気化しきれず、液成分として残り、液混入圧縮状態となることがある。そのため、気体圧縮機にとって圧力が異常に上昇し、負荷入力が異常に増加することがある。   At this time, the liquid refrigerant absorbs the heat generated by the inverter 16 and also takes away the heat of the compressed gas and vaporizes. However, if the ratio of the injected liquid refrigerant is too large, it cannot be vaporized and remains as a liquid component, resulting in a liquid mixed compression state. Sometimes. Therefore, the pressure may abnormally increase for the gas compressor, and the load input may increase abnormally.

本実施の形態ではインバータ設置壁18に設置された温度センサー19により、インバータ設置壁18の温度を監視し、第3の設定値としてたとえば10℃以下になった場合、液圧縮を防止する為と暖房用の冷媒循環量の増加に加え冷媒の内部エネルギ(エンタルピ
)を増加させる目的で、液冷媒を加熱して一部をあらかじめ気化させるように、前記液冷媒配管106に設置された加熱手段107を作動させるべく、通信信号をインバータ16から発信する。この時、加熱手段107が例えばPTCヒータの場合、温度が低いと抵抗が少なく多くの発熱をするが、温度が高くなると特性として抵抗値が自然上昇し発熱量が減少する為、液冷媒配管の冷媒温度を例えば30℃程度に自己制御させることができる。これにより、圧縮機として吸入冷媒量が少なくとも液注入(インジェクション)により吐出量が多くなり、かつ加熱手段107により内部エネルギが増加する為室内凝縮器101側に放熱する暖房能力を大幅に増加させることが出来る。
In the present embodiment, the temperature sensor 19 installed on the inverter installation wall 18 is used to monitor the temperature of the inverter installation wall 18 and to prevent liquid compression when the third set value is 10 ° C. or less, for example. For the purpose of increasing the internal energy (enthalpy) of the refrigerant in addition to increasing the amount of refrigerant circulating for heating, the heating means 107 installed in the liquid refrigerant pipe 106 is heated to partially vaporize the liquid refrigerant in advance. A communication signal is transmitted from the inverter 16 in order to activate the. At this time, when the heating means 107 is, for example, a PTC heater, if the temperature is low, the resistance is small and a large amount of heat is generated, but if the temperature is high, the resistance value naturally rises as a characteristic and the heat generation amount decreases. The refrigerant temperature can be self-controlled to about 30 ° C., for example. As a result, the amount of refrigerant sucked as a compressor increases at least due to liquid injection (injection), and the internal energy is increased by the heating means 107, so that the heating capacity for radiating heat to the indoor condenser 101 side is greatly increased. I can do it.

以上のように、本発明にかかるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置では、従来のインバータ内蔵式の電動圧縮機を用いたものと比較して冷凍サイクルとして必要に応じインバータ設置壁の温度を比較的任意に減少させることができる。よって、周囲温度や圧縮機の吐出温度に対するインバータの運転可能温度範囲が大幅に向上すると共に、インバータ冷却領域の拡大により安価な電子部品が採用できる。また、冷却効率の改善により電子部品の信頼性も向上する。これにより、比較的高温になりやすいエンジンを持つ環境車両への装着も容易となり、マイルドハイブリッド車等の低価格環境車両にも幅広く適用できる。   As described above, in the refrigeration cycle apparatus equipped with the inverter-integrated electric compressor according to the present invention, the inverter installation wall is provided as necessary as a refrigeration cycle as compared with the conventional refrigeration cycle built-in type electric compressor. The temperature can be reduced relatively arbitrarily. Therefore, the operable temperature range of the inverter with respect to the ambient temperature and the discharge temperature of the compressor is greatly improved, and inexpensive electronic components can be employed by expanding the inverter cooling region. In addition, the reliability of electronic components is improved by improving the cooling efficiency. As a result, it can be easily mounted on an environmental vehicle having an engine that tends to be relatively hot, and can be widely applied to low-cost environmental vehicles such as mild hybrid vehicles.

更には、電気自動車のように熱源のない環境車両に対し、外気熱を利用した暖房の省エネルギ化(高効率化)や−20℃程度の低外気温度における暖房能力不足に対応した圧縮機の吐出量の増加を合わせて図ることができ、電気自動車用エアコンの大幅改善、さらには排気ガスを出さない電気自動車の普及に貢献できる。   Furthermore, for environmental vehicles that do not have a heat source such as an electric vehicle, the energy saving (high efficiency) of heating using outside air heat and the compressor corresponding to insufficient heating capacity at a low outside air temperature of about −20 ° C. This can be combined with an increase in the discharge amount, which can greatly improve the air conditioner for electric vehicles and contribute to the popularization of electric vehicles that do not emit exhaust gas.

1 インバータ一体型電動圧縮機
2 凝縮器
3 膨張弁
4 蒸発器
5 液冷媒配管
11電動機
12 圧縮機構部
13 本体ケース
14 電力線
15 通信線
16 インバータ
17 インバータケース
18 インバータ設置壁
19 温度センサー
20 吸入冷媒通路
21 液冷媒通路
22 流量制御弁
23 圧縮室
101 室内凝縮器
103 室外蒸発器
105 室内蒸発器
106 液冷媒配管
107 加熱手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter integrated electric compressor 2 Condenser 3 Expansion valve 4 Evaporator 5 Liquid refrigerant piping 11 Electric motor 12 Compression mechanism part 13 Main body case 14 Power line 15 Communication line 16 Inverter 17 Inverter case 18 Inverter installation wall 19 Temperature sensor 20 Intake refrigerant path 21 Liquid refrigerant passage 22 Flow rate control valve 23 Compression chamber 101 Indoor condenser 103 Outdoor evaporator 105 Indoor evaporator 106 Liquid refrigerant pipe 107 Heating means

Claims (7)

インバータ一体型電動圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管により環状に繋いだ冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器直後から分岐して前記インバータ一体型電動圧縮機に連結した液冷媒配管を備え、前記インバータ一体型電動圧縮機は電動機と圧縮機構部を収納した本体ケースと、インバータを内蔵したインバータケースと、インバータ設置壁に配置された温度センサーと、前記液冷媒配管に連通し圧縮機構部の圧縮途中の圧縮室に開口した液冷媒通路と、前記液冷媒配管を開閉する流量制御弁を備え、インバータ設置壁の裏面は吸入冷媒により冷却する構成にすると共に前記インバータ設置壁の内部は前記流量制御弁が開弁時に前記液冷媒通路を通る液冷媒により冷却されるインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。 An inverter-integrated electric compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator connected in a ring by a pipe, and a liquid refrigerant pipe branched from immediately after the condenser and connected to the inverter-integrated electric compressor The inverter-integrated electric compressor includes a main body case that houses an electric motor and a compression mechanism, an inverter case that incorporates an inverter, a temperature sensor that is disposed on an inverter installation wall, and a compression that communicates with the liquid refrigerant pipe. A liquid refrigerant passage opened in the compression chamber in the middle of compression of the mechanism part and a flow rate control valve for opening and closing the liquid refrigerant pipe are provided, and the back surface of the inverter installation wall is cooled by suction refrigerant and the interior of the inverter installation wall Is a refrigeration cycle apparatus using an inverter-integrated electric compressor cooled by liquid refrigerant passing through the liquid refrigerant passage when the flow control valve is opened. 流量制御弁はインバータケース内に設置され、インバータから電力の供給と通信信号を受けて作動する請求項1に記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle apparatus using an inverter-integrated electric compressor according to claim 1, wherein the flow control valve is installed in the inverter case and operates upon receiving power supply and a communication signal from the inverter. 流量制御弁は前記温度センサーが第1の設定値以上に上昇した場合に開弁され、前記第1の設定温度より低い温度の第2の設定値以下に下降した時に閉弁する構成とした請求項1または2に記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。 The flow rate control valve is configured to open when the temperature sensor rises above a first set value, and to close when the temperature sensor falls below a second set value at a temperature lower than the first set temperature. Item 3. A refrigeration cycle apparatus using the inverter-integrated electric compressor according to Item 1 or 2. 流量制御弁は外部からの通信信号により開弁し、前記温度センサーが前記第2の設定値より低い温度の第3の設定値以下の場合には液冷媒配管に設置された加熱手段を作動させる通信信号を発信するインバータである第1〜3のいずれか1項記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。 The flow control valve is opened by a communication signal from the outside, and when the temperature sensor is equal to or lower than a third set value at a temperature lower than the second set value, the heating means installed in the liquid refrigerant pipe is operated. A refrigeration cycle apparatus using the inverter-integrated electric compressor according to any one of claims 1 to 3, which is an inverter that transmits a communication signal. 流量制御弁は電磁開閉弁である請求項1〜4のいずれか1項に記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle apparatus using the inverter-integrated electric compressor according to any one of claims 1 to 4, wherein the flow control valve is an electromagnetic on-off valve. 圧縮機構部は非対称型スクロール方式であり、一対の圧縮室のうち最大吸入容積が小さな側の圧縮室に液冷媒通路が開口された請求項1〜5のいずれか1項に記載のインバータ一体型電動圧縮機をも炊いた冷凍サイクル装置。 6. The inverter integrated type according to claim 1, wherein the compression mechanism portion is an asymmetric scroll system, and a liquid refrigerant passage is opened in a compression chamber having a smaller maximum suction volume among the pair of compression chambers. A refrigeration cycle device that also cooks an electric compressor. 液冷媒配管の加熱手段はPTCヒータである第1〜6のいずれか1項に記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle apparatus using the inverter-integrated electric compressor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the heating means of the liquid refrigerant pipe is a PTC heater.
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