JP2014144668A - Air conditioner for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用空調装置に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioner.
エンジンを収容するエンジンルームが車室(キャビン)前方にある一般的な車両では、エンジンルームに空調装置も収容されることが多い。また、近年普及している電気で走行する自動車においても、走行用モータを収容するモータルームが車室前方に配され、モータルーム内に空調装置が収容される。なお、電気で走行する自動車としては、EV(Electric Vehicle)、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、またはHEV(Hybrid Electric Vehicle)等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する車両である。 In a general vehicle in which an engine room that houses an engine is located in front of a cabin (cabin), an air conditioner is also often housed in the engine room. Further, in an automobile that runs on electricity that has been widely used in recent years, a motor room that houses a running motor is arranged in front of the passenger compartment, and an air conditioner is housed in the motor room. In addition, as an automobile that runs on electricity, an EV (Electric Vehicle), a PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), or a HEV (Hybrid Electric Vehicle) is a vehicle that runs using a storage battery mounted on the vehicle. .
このような空調装置は、冷媒を圧縮および膨張させるなどして、冷媒の温度を上昇および下降させることにより、車室内の空調を行っている。この冷媒には、可燃性の冷媒が用いられることがあり、車両の衝突時には、冷媒が漏洩し、火災が発生しやすいという問題があった。そこで、車両の衝突時に冷媒の漏洩を抑制する技術が特許文献1および特許文献2等に開示されている。
Such an air conditioner performs air conditioning of the passenger compartment by increasing and decreasing the temperature of the refrigerant by compressing and expanding the refrigerant. In some cases, a flammable refrigerant is used as the refrigerant. When the vehicle collides, the refrigerant leaks and a fire is likely to occur. In view of this, Patent Document 1 and
特許文献1には、車両衝突時に損傷を受けやすい車室内から離れた位置に配置されたコンデンサの吐出ポート側および流入ポート側のそれぞれに、車両に所定以上の外力が作用したときに、冷媒流れを閉止するように構成された第1及び第2電磁弁を備えた車両用空調装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses that a refrigerant flow occurs when an external force of a predetermined level or more is applied to the discharge port side and the inflow port side of a capacitor disposed at a position away from a vehicle interior that is easily damaged by a vehicle collision. An air conditioner for vehicles provided with first and second electromagnetic valves configured to close is closed.
また、特許文献2には、コンデンサとレシーバタンクとの間の冷媒回路に、レシーバタンク側からコンデンサ側への冷媒の通過を阻止する逆止弁が設けられた車両用空調装置が開示されている。
Further,
近年では、可燃性の冷媒に代えて、不燃性の冷媒が普及していることから、特許文献1および特許文献2に開示の車両用空調装置のように、車両衝突時の冷媒の漏洩が問題になることは少ない。また、特許文献1および特許文献2に開示の車両用空調装置は、エンジン駆動式の圧縮機を想定している。
In recent years, incombustible refrigerants have been widely used in place of flammable refrigerants, so that leakage of refrigerant at the time of vehicle collision is a problem, as in the vehicle air conditioners disclosed in Patent Document 1 and
一方で、電気で走行する自動車に搭載される車両用空調装置では、冷媒を圧縮する圧縮機として電動圧縮機が用いられる。電動圧縮機は、圧縮機構を動かす電動モータと、電動モータを駆動する駆動回路(例えば、インバータ)とを備える。電動圧縮機の電源は、電動圧縮機の消費電力が数kW程度と大きいことから、走行用モータの駆動に用いられる高電圧バッテリから供給される。このため、電動圧縮機の電動モータを駆動するインバータは、高い電圧を高速でスイッチングする高電圧部を備えている。 On the other hand, an electric compressor is used as a compressor for compressing refrigerant in a vehicle air conditioner mounted on an automobile that runs on electricity. The electric compressor includes an electric motor that moves the compression mechanism and a drive circuit (for example, an inverter) that drives the electric motor. Since the electric power consumption of the electric compressor is as high as several kW, the electric power of the electric compressor is supplied from a high voltage battery used to drive the motor for traveling. For this reason, the inverter which drives the electric motor of an electric compressor is provided with the high voltage part which switches a high voltage at high speed.
ところで、上記特許文献1および特許文献2に開示の車両用空調装置では、車両の前方から順に、コンデンサ(熱交換器)、インバータ、コンプレッサが配置されている。電気で走行する自動車においても、このような配置を適用した上で、この自動車が衝突した場合、コンデンサの強度が十分ではないため、インバータケースが破損し、インバータ内の高電圧部が露出してしまう。この結果、感電または漏電の恐れが生じたり、自動車の衝突によって漏出した可燃性の気体(例えば、ガソリン)に引火して、爆発したりすることも考えられる。
By the way, in the vehicle air conditioner disclosed in Patent Document 1 and
本発明の目的は、車両が衝突した場合においても、インバータケースの破損を防止し、インバータ内の高電圧部の露出を回避する車両用空調装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicle air conditioner that prevents damage to an inverter case and avoids exposure of a high-voltage portion in the inverter even when a vehicle collides.
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、冷却液と冷媒との間で熱交換を行う車両用空調装置であって、吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する駆動回路と、低温低圧冷媒およびまたは高温高圧冷媒と、前記車両用空調装置内を循環する冷却液との間で熱交換する水冷媒熱交換器と、を具備し、車両の前方から順に、前記電動圧縮機、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が配置され、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が近接して配置された構成を採る。 A vehicle air conditioner according to an aspect of the present invention is a vehicle air conditioner that performs heat exchange between a coolant and a refrigerant, and includes a compression mechanism that compresses and discharges the sucked refrigerant, and the compression mechanism. An electric compressor having an electric motor to be driven; a drive circuit for converting DC power fed from a power source into AC power to supply the electric motor; a low-temperature low-pressure refrigerant and / or a high-temperature high-pressure refrigerant; and the vehicle air conditioner A water-refrigerant heat exchanger that exchanges heat with the coolant that circulates inside, and the electric compressor, the drive circuit, and the water-refrigerant heat exchanger are arranged in order from the front of the vehicle. The drive circuit and the water refrigerant heat exchanger are arranged close to each other.
本発明によれば、車両が衝突した場合においても、インバータケースの破損を防止し、インバータ内の高電圧部の露出を回避することができる。 According to the present invention, even when the vehicle collides, the inverter case can be prevented from being damaged, and exposure of the high voltage portion in the inverter can be avoided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
<車両用ヒートポンプ装置の構成>
まず、本発明の実施の形態1における各構成について、図1〜図4を用いて説明する。図1〜図4は、本実施の形態に係る車両用ヒートポンプ装置およびラジエータの構成を示す図である。
(Embodiment 1)
<Configuration of vehicle heat pump device>
First, each structure in Embodiment 1 of this invention is demonstrated using FIGS. 1-4. 1-4 is a figure which shows the structure of the heat pump apparatus for vehicles which concerns on this Embodiment, and a radiator.
車両用ヒートポンプ装置1は、車両に搭載される装置であり、低温側水冷媒熱交換器110と、高温側水冷媒熱交換器111と、冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機112等を備える。ここで、車両とは、例えば、電気自動車である。電気自動車とは、例えば、EV(Electric Vehicle)、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、またはHEV(Hybrid Electric Vehicle)等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する車両である。
The vehicle heat pump device 1 is a device mounted on a vehicle, and includes a low temperature side water
車両用ヒートポンプ装置1は、その内部にヒートポンプサイクルを有し、ヒートポンプサイクル内の冷媒と高温側の冷却液(第1冷却液に相当)および低温側の冷却液(第2冷却液に相当)との間で熱交換を行う。低温側の冷却液と高温側の冷却液とは、車両用ヒートポンプ装置1の外部から導入される。 The vehicle heat pump device 1 has a heat pump cycle therein, and includes a refrigerant in the heat pump cycle, a high-temperature side coolant (corresponding to a first coolant), and a low-temperature coolant (corresponding to a second coolant). Heat exchange between. The low-temperature side coolant and the high-temperature side coolant are introduced from the outside of the vehicle heat pump device 1.
冷媒は、例えば、二酸化炭素(CO2)など、電気自動車に要求される極低温の環境下でもヒートポンプサイクルの効率を向上できる一方、作動圧力が高くなるものが採用される。なお、冷媒は、二酸化炭素に限らず、HFC−134a、HFO−1234yなどを用いてもよい。 As the refrigerant, for example, carbon dioxide (CO 2 ), which can improve the efficiency of the heat pump cycle even in a cryogenic environment required for an electric vehicle, and has a higher operating pressure is adopted. Note that the refrigerant is not limited to carbon dioxide, and HFC-134a, HFO-1234y, or the like may be used.
冷却液は、例えば、エチレングリコール水溶液などの液体である。冷却液は、不凍液であれば良く、エチレングリコール水溶液以外にプロピレングリコール水溶液を用いることも可能である。 The cooling liquid is a liquid such as an aqueous ethylene glycol solution. The coolant may be an antifreeze solution, and a propylene glycol aqueous solution may be used in addition to the ethylene glycol aqueous solution.
高温側の冷却液は、高温側導入管104から導入される(図1の矢印B)。この導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器111にて加熱され、高温側導出管105から導出される(図1の矢印B’)。冷却液は、図示せぬ高温側ウォータポンプの駆動力にて輸送される。
The high temperature side coolant is introduced from the high temperature side introduction pipe 104 (arrow B in FIG. 1). The introduced cooling liquid is heated by the high temperature side water
高温側水冷媒熱交換器111は、高温高圧の冷媒が流れる通路と高温側の冷却液が流れる通路とを備え、これら通路の間で熱を移動させるように構成されている。高温側水冷媒熱交換器111は、プレート積層型の熱交換器であり、プレート面に垂直な方向に電動圧縮機112が位置する。ただし、高温側水冷媒熱交換器111は、プレート面に垂直な方向に電動圧縮機112が位置する必要はないが、このような配置を採ることにより、車両の衝突時、破壊に伴って、衝撃をより吸収することができる。
The high temperature side water
低温側の冷却液は、低温側導入管106から導入される(図1の矢印A)。導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器110にて冷却され、低温側導出管107から導出される(図1の矢印A’)。冷却液は、図示せぬ低温側ウォータポンプの駆動力にて輸送される。
The coolant on the low temperature side is introduced from the low temperature side introduction pipe 106 (arrow A in FIG. 1). The introduced cooling liquid is cooled by the low-temperature side water
低温側水冷媒熱交換器110は、低温低圧の冷媒が流れる通路と低温側の冷却液が流れる通路とを備え、これらの通路の間で熱を移動させるように構成されている。低温側水冷媒熱交換器110は、プレート積層型の熱交換器であり、プレート面に垂直な方向に電動圧縮機112が位置する。
The low-temperature side water
電動圧縮機112は、電動モータと圧縮機構とにより構成される。圧縮機構は、電動モータが発生する駆動力により冷媒を圧縮して吐出する機構である。圧縮機構は、例えば、スクロール型を用いることができる。電動モータは、インバータ(駆動回路に相当)により電気的に駆動される。また、電動圧縮機112は、筐体が円筒形であり、円筒の中心軸が車両の進行方向と垂直を向くよう配置され、かつ、円筒の中心軸がインバータケース113を向かないように配置される。ただし、必ずしも、円筒の中心軸が車両の進行方向と垂直を向くように配置する必要はない。
The
インバータケース113は、電動圧縮機112の筐体と一体に構成され、インバータを収容する。インバータケース113は、電動圧縮機112の筐体側面に配置され、電動圧縮機112と低温側水冷媒熱交換器110および高温側水冷媒熱交換器111との間に位置する。インバータケース113と低温側水冷媒熱交換器110および高温側水冷媒熱交換器111とは数cm(例えば、5cm)程度の間隔が空けられており、この空間にはいずれの配管も位置しないように構成されている。
The
インバータケース113に収容されるインバータは、基板115に電力用半導体(例えばIGBT:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を備えており(図4参照)、給電部から給電される直流電力を3相交流電力に変換して電動モータへ供給する。電力用半導体は、パワー半導体、パワー素子とも呼ばれる。
The inverter housed in the
また、車両用ヒートポンプ装置1は、電動圧縮機112の冷媒の入口の上流にアキュムレータ108を備える。アキュムレータ108は、冷媒を気体と液体に分離させることで、電動圧縮機112へ気体の冷媒のみを供給する役割をなす。電動圧縮機112が液冷媒を圧縮することにより破壊することを防止するためである。
The vehicle heat pump device 1 also includes an
また、車両用ヒートポンプ装置1は、低温側水冷媒熱交換器110の冷媒の入口の上流に膨張弁114を備える。膨張弁114は、熱量を変化させずに高圧の冷媒を膨張させて低圧にすることで、冷媒を低温にして低温側水冷媒熱交換器110へ送る。
The vehicle heat pump device 1 also includes an
第1のラジエータ(室外熱交換器に相当)5は、車両前方に配置され、高温側の冷却液と空気との間で熱交換を行い、高温側の冷却液から空気に放熱させ、高温側の冷却液を冷却する。 A first radiator (corresponding to an outdoor heat exchanger) 5 is disposed in front of the vehicle, exchanges heat between the high-temperature side coolant and air, and dissipates heat from the high-temperature side coolant to the air. Cool the coolant.
車両用ヒートポンプ装置1においては、車両前方から順に、電動圧縮機112、インバータケース113(インバータ)、熱交換器(低温側水冷媒熱交換器110、高温側水冷媒熱交換器111)が配置される。このような配置において、車両が前方から衝突した場合、前方に位置する電動圧縮機112が最初に壊れるため、インバータケース113への衝撃が緩和される。ここでは、インバータケース113が電動圧縮機112の筐体と一体に構成されていることから、電動圧縮機112がインバータケース113に衝突することがなくなる。また、インバータケース113後方にプレート積層型の熱交換器が配置されるため、インバータケース113が熱交換器と衝突した際、熱交換器が衝撃を吸収するため、インバータケース113への衝撃がさらに緩和される。この結果、インバータケース113の破損を防止し、高電圧部の露出を回避することができる。
In the vehicle heat pump device 1, an
<車両用ヒートポンプ装置の動作>
次に、図5を用いて車両用ヒートポンプ装置1の冷媒と冷却液の流れについて説明する。
<Operation of vehicle heat pump device>
Next, the flow of the refrigerant and the coolant in the vehicle heat pump apparatus 1 will be described with reference to FIG.
始めに、冷媒の流れを説明する。図5の矢印Cは冷媒の流れる方向を示している。冷媒は、電動圧縮機112、高温側水冷媒熱交換器111、膨張弁114、低温側水冷媒熱交換器110、アキュムレータ108を、この順で流れる。この冷媒の流れにより、ヒートポンプサイクルが構成される。
First, the flow of the refrigerant will be described. An arrow C in FIG. 5 indicates the direction in which the refrigerant flows. The refrigerant flows through the
電動圧縮機112で圧縮された高温高圧の冷媒は、高温側水冷媒熱交換器111にて熱を放出して液体となる。液体となった冷媒は、膨張弁114にて急激に膨張され、低温低圧の冷媒となる。この低温低圧の冷媒は、低温側水冷媒熱交換器110にて熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒はアキュムレータ108を通過して電動圧縮機112にて再度、圧縮される。
The high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the
続いて、冷却液の流れを説明する。高温側導入管104を介して車両用ヒートポンプ装置1の外部から導入された冷却液は、高温側水冷媒熱交換器111にて高温の冷媒と熱交換を行って加熱される。加熱された冷却液は、高温側導出管105から導出される。
Subsequently, the flow of the coolant will be described. The coolant introduced from the outside of the vehicle heat pump device 1 through the high temperature
低温側導入管106を介して車両用ヒートポンプ装置1の外部から導入された冷却液は、低温側水冷媒熱交換器110にて低温の冷媒と熱交換を行って冷却され、低温側導出管107から導出される。
The coolant introduced from the outside of the vehicle heat pump device 1 via the low temperature
このように、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置1では、装置内だけで冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを実現している。さらに、高温側水冷媒熱交換器111および低温側水冷媒熱交換器110は、空気ではなく液体(冷却液)と冷媒との間で熱交換を行う。この構成により、車両用ヒートポンプ装置1は、冷却液を介して車両用ヒートポンプ装置1から離れた箇所から熱を吸収し、車両用ヒートポンプ装置1から離れた箇所へ熱を放出することができる。
Thus, in the vehicle heat pump device 1 according to the embodiment, the refrigerant is circulated only in the device to realize the heat pump cycle. Furthermore, the high temperature side water
<車両温度調整システム>
次に、図6および図7を用いて、車両用ヒートポンプ装置1を用いた車両温度調整システムについて説明する。図6は車両温度調整システムの暖房運転時の説明図、図7は車両温度調整システムの冷房運転時の説明図である。
<Vehicle temperature control system>
Next, a vehicle temperature adjustment system using the vehicle heat pump device 1 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is an explanatory diagram during heating operation of the vehicle temperature adjustment system, and FIG. 7 is an explanatory diagram during cooling operation of the vehicle temperature adjustment system.
高温側導出管105から導出した加熱された冷却液、および、低温側導出管107から導出した冷却された冷却液は車両用空調装置2へ導入され、冷房もしくは暖房に用いられる。車両用空調装置2は、車両が備えるファイアウォール7の車室側に配置され、車室内の空調を行う装置である。車両用ヒートポンプ装置1は、ファイアウォール7の車室外の側に配置される。
The heated coolant led out from the high temperature
車両用空調装置2は、冷房用空気水熱交換器200、暖房用空気水熱交換器201、ブロワファン202、および、切換ドア203を備える。
The
冷房用空気水熱交換器200は、ブロワファン202により送風された空気と、低温側導出管107から導出した冷却された冷却液との間で熱交換を行い、空気を冷却するものである。冷却された空気は車室内へ導かれ、車室内の冷房に用いられる。
The cooling air /
冷房用空気水熱交換器200にて加熱された冷却液は、低温側導入管106を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置1へ導入される。
The coolant heated in the cooling air /
暖房用空気水熱交換器201は、ブロワファン202により送風された空気と、高温側導出管105から導出した加熱された冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱するものである。加熱された空気は車室内へ導かれ、車室内の暖房に用いられる。
The heating air / water heat exchanger 201 heats the air by exchanging heat between the air blown by the
暖房用空気水熱交換器201にて冷却された冷却液は、高温側導入管104を介して、再度、車両用ヒートポンプ装置1へ導入される。なお、第1のラジエータ5は、冷房時の冷却液の放熱に用いられる。
The coolant cooled in the heating air / water heat exchanger 201 is again introduced into the vehicle heat pump device 1 via the high temperature
車両用ヒートポンプ装置1が導出する冷却液は、発熱体3の冷却に用いることも可能である。ここで、発熱体3とは、例えば、電気自動車に用いられる走行用モータ、走行用モータを駆動するためのインバータ、走行用モータへ電気エネルギーを供給するための蓄電池、車両外部から蓄電池を充電するための充電器、蓄電池の電圧変換を行うためのDC−DC変換器などの、発熱部材である。これら発熱部材は電気自動車の走行中等に冷却を必要とする。
The coolant derived from the vehicle heat pump device 1 can also be used for cooling the
発熱体3から放出される熱は、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管106へ導かれ、車両用ヒートポンプ装置1にて冷却される。冷却液は、第2のラジエータ6で吸熱させることで、加熱することもできる。
The heat released from the
車両用空調装置2を車室内の暖房に用いる場合は、発熱体3から放出された熱を、冷却液に吸熱させる。すなわち、冷却液は加熱される。この加熱された冷却液は、低温側導入管106へ導かれ、低温側水冷媒熱交換器110にて冷却される。
When the
この際、冷媒に回収(吸熱)された熱は、車両用ヒートポンプ装置1の熱サイクルで利用され、車室内の空気の加熱に利用する事で暖房時のCOP(成績係数)を上げることが可能である。 At this time, the heat recovered (absorbed) by the refrigerant is used in the heat cycle of the vehicle heat pump device 1 and can be used for heating the air in the passenger compartment to increase the COP (coefficient of performance) during heating. It is.
車両温度調整システムでは、図6と図7とに示すように、複数の三方弁Tによる冷却液の経路の切り替え、ならびに、切換ドア203による車室内へ向かう空気の経路の切り替えにより、車室内の暖房および冷房等の切り替えを行うことができる。
In the vehicle temperature control system, as shown in FIGS. 6 and 7, the coolant path is switched by a plurality of three-way valves T, and the air path toward the vehicle interior is switched by the switching
<実施の形態1の効果>
このように、実施の形態の車両用ヒートポンプ装置1では、車両前方から順に、電動圧縮機112、インバータケース113(インバータ)、熱交換器(低温側水冷媒熱交換器110、高温側水冷媒熱交換器111)が配置される。このとき、車両が前方から衝突した場合、前方に位置する電動圧縮機112が最初に壊れ、これにより、インバータケース113への衝撃が緩和される。特に、インバータケース113が電動圧縮機112の筐体と一体に構成されていることから、電動圧縮機112がインバータケース113に衝突することがなくなる。また、インバータケース113後方にプレート積層型の熱交換器が配置されるため、インバータケース113への衝撃がさらに緩和される。この結果、インバータケース113の破損を防止し、高電圧部の露出を回避することができる。
<Effect of Embodiment 1>
Thus, in the vehicle heat pump device 1 of the embodiment, the
なお、本実施の形態では、低温側水冷媒熱交換器110および高温側水冷媒熱交換器111の前方にインバータケース113が配置される場合について説明した。しかし、インバータケース113は、低温側水冷媒熱交換器110および高温側水冷媒熱交換器111のいずれか一方の前方に配置されてもよい。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施の形態では、インバータケース113を電動圧縮機112の筐体と一体に構成する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、図8〜図10に示すように、インバータケース113を別体とし、電動圧縮機112と熱交換器との間に設けてもよい。このとき、インバータケース113と電動圧縮機112とをコネクタ116を介して電気的に接続する。
Further, in the present embodiment, the case where the
(実施の形態2)
実施の形態1では、低温側水冷媒熱交換器110と高温側水冷媒熱交換器111とを用いる場合について説明した。これに対して、実施の形態2では、1つの水冷媒熱交換器120を用いる場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case where the low temperature side water
<車両用空調装置の一部構成>
本発明の実施の形態2における各構成について、図11〜図13を用いて説明する。図11〜図13は、本実施の形態に係る車両用空調装置の一部構成を示す図である。
<Partial configuration of vehicle air conditioner>
Each structure in
電動圧縮機112は、冷媒の吸入口が、アキュムレータ108を介して2つの冷媒導入管34,35に連通し、電動圧縮機112の冷媒の吐出口は、水冷媒熱交換器120の冷媒通路の入口に連通している。
The
水冷媒熱交換器120は、高温高圧の冷媒が流れる通路と高温側の冷却液が流れる通路とを備え、これら通路の間で熱を移動させるように構成されている。水冷媒熱交換器120は、プレート積層型の熱交換器であり、プレート面に垂直な方向に電動圧縮機112が位置する。冷媒通路の入口は電動圧縮機112の吐出口に連通し、冷媒通路の出口はオリフィス付開閉弁22が付設された冷媒導出管33に連通している。冷却液の通路の入口は配管を介して三方弁18に接続され、冷却液の出口は配管を介して逆止弁20に接続されている。
The water-
水冷媒熱交換器120には、電動圧縮機112の駆動中、高温高圧の冷媒が流れる一方、冷却液は三方弁の切り替えによって流れ有りの状態と停止の状態とに切り替えられる。冷却液が流れれば、高温高圧冷媒から冷却液へ放熱が行われ、冷却液が停止すれば、高温高圧冷媒はほぼそのままの温度で水冷媒熱交換器120を通過する。
While the
三方弁18は、電気的な制御により、冷却液導入管31から導入された冷却液を、水冷媒熱交換器120側および冷却液導出管32側の何れか一方に切り替えて流す。
The three-
逆止弁20は、水冷媒熱交換器120への冷却液の逆流を防止する。
The
オリフィス付開閉弁22は、暖房運転時に膨張弁としての機能を有する開閉弁であり、電気的な制御によって状態が切り替えられる。オリフィス付開閉弁22は、例えば、大径の通路と、小径の通路を有するオリフィスとを有し、大径の通路が開閉可能に構成されている。オリフィス付開閉弁22は、大径の通路が開いたときに、冷媒をそのまま通過させ、大径の通路が閉じてオリフィスの通路だけ通じているときに、高圧の冷媒を小径の通路に通して膨張させる。膨張した冷媒は、低温低圧の冷媒となる。
The on-off
開閉弁24は、冷媒導入管34の入口と2つの冷媒導入管34,35の合流部との間に設けられ、電気的な制御によって、この間の通路を開閉する。
The on-off
上記の三方弁18、オリフィス付開閉弁22、開閉弁24は、例えば、車両用空調装置10の制御装置から電気信号が送られて、状態が切り替えられる。或いは、三方弁18、オリフィス付開閉弁22、開閉弁24は、車両用空調装置10の制御装置の指令を受けて、車両用空調装置10の制御部が信号を出力して、状態が切り替わる構成としてもよい。
The three-
ラジエータ56は、冷媒を流す通路と、空気を流す通路とを有し、例えば車両の先頭付近に配置されて、各通路を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う。ラジエータ56の冷媒通路の入口は、配管を介して車両用空調装置10の冷媒導出管33に連通する。また、冷媒通路の出口は、途中で2本の配管に分岐して、一方は車室内のHVACのエバポレータに、他方はアキュムレータ108に通じる冷媒導入管34にそれぞれ連通する。
The
ラジエータ56には、暖房運転時には低温低圧の冷媒が流れて外気から熱を吸収し、冷房運転時には高温高圧の冷媒が流れて外気へ熱を放出する。ラジエータ56には、例えば、ファンF1(図14参照)により外気が吹き付けられる。
A low-temperature and low-pressure refrigerant flows through the
車両用空調装置10においては、車両前方から順に、電動圧縮機112、インバータケース113(インバータ)、水冷媒熱交換器120が配置される。このような配置において、車両が前方から衝突した場合、前方に位置する電動圧縮機112が最初に壊れるため、インバータケース113への衝撃が緩和される。また、インバータケース113後方にプレート積層型の水冷媒熱交換器120が配置されるため、インバータケース113が水冷媒熱交換器120と衝突した際、水冷媒熱交換器120が衝撃を吸収するため、インバータケース113への衝撃がさらに緩和される。この結果、インバータケース113の破損を防止し、高電圧部の露出を回避することができる。
In the
<車両用空調装置の全体構成>
図14は、実施の形態2の車両用空調装置の全体構成を示す模式図である。
<Overall configuration of vehicle air conditioner>
FIG. 14 is a schematic diagram showing an overall configuration of the vehicle air conditioner of the second embodiment.
HVAC70は、車室内に搭載され、ヒータコア44、および、エバポレータ48を含む。ここでは、ファイアウォールより室内側を車室内と呼んでいる。
The
エンジン冷却器40は、内燃機関の周囲に冷却液を流すウォータジャケットと、ウォータジャケットに冷却液を流すポンプとを具備し、ウォータジャケットに流れる冷却液へ内燃機関から熱を放出させる。ウォータジャケットの冷却液の通路の入口および出口は、ヒータコア44と三方弁18に通じる冷却液導入管31とにそれぞれ連通する。
The
ヒータコア44は、冷却液と空気との熱交換を行う機器であり、車室内へ空気を供給するHVAC70の吸気通路E内に配置される。ヒータコア44の冷却液の通路は、エンジン冷却器40と、冷却液導出管32に連通する。HVAC70の吸気通路Eには、ファンF2によって外気等が導入される。
The
エバポレータ48は、低温低圧に膨張された冷媒と、空気との熱交換を行う機器であり、HVAC70の吸気通路E内に配置される。低温低圧に膨張された冷媒は、エバポレータ48を通過する際に、空気から熱を吸収して気化する。エバポレータ48の冷媒通路の入口は、膨張弁52と開閉弁60とを間に挟んで、配管を介してラジエータ56に連通している。エバポレータ48の冷媒通路の出口は、配管を介してアキュムレータ108に通じる冷媒導入管35に連通している。
The
膨張弁52は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して、エバポレータ48に吐出する。膨張弁52は、エバポレータ48に近接する位置に連結されている。
The
開閉弁60は、ラジエータ56からエバポレータ48へ冷媒を流す配管の途中に設けられ、電気的な制御によって、この通路の開閉を行う。
The on-off
<冷房運転動作>
図15は、実施の形態2の車両用空調装置における冷房運転時の動作を説明する図である。図の配管の網掛け部分は、冷媒または冷却液の流れがないことを示す。
<Cooling operation>
FIG. 15 is a diagram for explaining an operation during cooling operation in the vehicle air conditioner of the second embodiment. The shaded portion of the piping in the figure indicates that there is no refrigerant or coolant flow.
冷房運転時には、開閉弁24が閉、開閉弁60が開、オリフィス付開閉弁22が開、三方弁18の水冷媒熱交換器120側が閉に切り替えられる。
During the cooling operation, the on-off
この切替により、冷却液は、エンジン冷却器40とヒータコア44とを循環する一方、冷却液は水冷媒熱交換器120に流れない。HVAC70内の吸気通路Eにおいては、ヒータコア44に風が流れないようにエアミックスダンパが切り替えられることで、車室内へ供給される送風への加熱は行われない。
By this switching, the coolant circulates between the
冷媒は、電動圧縮機112により高温高圧に圧縮されたのち、水冷媒熱交換器120を高温のまま通過してラジエータ56へ送られる。その後、冷媒は、ラジエータ56で冷却された後、膨張弁52を通過して低温低圧に膨張し、続いてエバポレータ48へ送られる。エバポレータ48では、車室内へ送られる空気から冷媒へ吸熱が行われて、空気の冷却と冷媒の気化とが行われる。気化した冷媒は、アキュムレータ108を介して電動圧縮機112へと戻される。
The refrigerant is compressed to a high temperature and a high pressure by the
このようなヒートポンプサイクルによって、車室内へ冷たい空気を送ることができる。 By such a heat pump cycle, cold air can be sent into the passenger compartment.
<暖房運転動作>
図16は、実施の形態2の車両用空調装置における暖房運転時の動作を説明する図である。図の配管の網掛け部分は、冷媒または冷却液の流れがないことを示す。
<Heating operation>
FIG. 16 is a diagram illustrating an operation during a heating operation in the vehicle air conditioner according to the second embodiment. The shaded portion of the piping in the figure indicates that there is no refrigerant or coolant flow.
暖房運転時には、開閉弁24が開、開閉弁60が閉、オリフィス付開閉弁22が閉、三方弁18の冷却液導出管32側が閉に切り替えられる。
During the heating operation, the on-off
この切替により、冷却液は、エンジン冷却器40と、水冷媒熱交換器120と、ヒータコア44とを循環する。この間、冷却液は、エンジン冷却器40と、水冷媒熱交換器120とで加熱され、ヒータコア44でHVAC70内の吸気通路Eを流れる空気へと放熱を行う。
By this switching, the coolant circulates through the
さらに、電動圧縮機112で発生した熱が水冷媒熱交換器120で冷却水へ伝えられて、電動圧縮機112の排熱も熱源として利用される。
Furthermore, the heat generated in the
吸気通路Eにおいては、ヒータコア44に風が流れるようにエアミックスダンパ等が切り替えられて、車室内へ送られる空気が温められる。
In the intake passage E, an air mix damper or the like is switched so that wind flows through the
冷媒は、電動圧縮機112により高温高圧に圧縮されたのち、水冷媒熱交換器120を通過して冷却液へ放熱を行う。放熱後の高圧の冷媒は、オリフィス付開閉弁22を通過して低温低圧に膨張し、ラジエータ56へ送られる。ラジエータ56では、外気から冷媒へ吸熱が行われて、冷媒が気化する。気化した冷媒は、アキュムレータ108を介して電動圧縮機112へ戻される。エバポレータ48には、冷媒が流れず、そこでは熱交換も行われない。
The refrigerant is compressed to high temperature and high pressure by the
このような動作により、車室内へ温かい空気を送ることができる。温風には、エンジンの熱が有効活用され、エンジン熱で足りない分がヒートポンプサイクルによって補われる。また、電動圧縮機112の排熱も空気を温めるのに有効活用されている。空気の加熱はヒートポンプサイクルを利用しているので、加熱量に対する消費電力は低く抑えられている。
With such an operation, warm air can be sent into the passenger compartment. The warm air effectively uses the heat of the engine, and the heat pump cycle compensates for the lack of engine heat. Further, the exhaust heat of the
<実施の形態2の効果>
このように、実施の形態の車両用空調装置10では、車両前方から順に、電動圧縮機112、インバータケース113(インバータ)、水冷媒熱交換器120が配置される。このとき、車両が前方から衝突した場合、前方に位置する電動圧縮機112が最初に壊れ、これにより、インバータケース113への衝撃が緩和される。また、インバータケース113後方にプレート積層型の水冷媒熱交換器120が配置されるため、インバータケース113への衝撃がさらに緩和される。この結果、インバータケース113の破損を防止し、高電圧部の露出を回避することができる。
<Effect of
Thus, in the
本発明にかかる車両用空調装置は、車両内の各部の温度を調整するシステム等に用いるのに好適である。 The vehicle air conditioner according to the present invention is suitable for use in a system for adjusting the temperature of each part in the vehicle.
1 車両用ヒートポンプ装置
104 高温側導入管
105 高温側導出管
106 低温側導入管
107 低温側導出管
108 アキュムレータ
110 低温側水冷媒熱交換器
111 高温側水冷媒熱交換器
112 電動圧縮機
113 インバータケース
114 膨張弁
115 基板
116 コネクタ
2 車両用空調装置
200 冷房用空気水熱交換器
201 暖房用空気水熱交換器
202 ブロワファン
203 切替ドア
3 発熱体
5 第1のラジエータ
6 第2のラジエータ
7 ファイアウォール
10 車両用空調装置
18 三方弁
20 逆止弁
22 オリフィス付開閉弁
24 開閉弁
31 冷却液導入管
32 冷却液導出管
33 冷媒導出管
34,35 冷媒導入管
40 エンジン冷却器
44 ヒータコア
48 エバポレータ
52 膨張弁
56 ラジエータ
60 開閉弁
70 HVAC
E 吸気通路
F1,F2 ファン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle
E Intake passage F1, F2 Fan
Claims (7)
吸入した前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構および前記圧縮機構を駆動する電動モータを有する電動圧縮機と、
電源から給電される直流電力を交流電力に変換して前記電動モータへ供給する駆動回路と、
低温低圧冷媒およびまたは高温高圧冷媒と、前記車両用空調装置内を循環する冷却液との間で熱交換する水冷媒熱交換器と、
を具備し、
車両の前方から順に、前記電動圧縮機、前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が配置され、
前記駆動回路、および、前記水冷媒熱交換器が近接して配置された、
車両用空調装置。 A vehicle air conditioner that performs heat exchange between a coolant and a refrigerant,
An electric compressor having a compression mechanism for compressing and discharging the sucked refrigerant and an electric motor for driving the compression mechanism;
A drive circuit that converts DC power fed from a power source into AC power and supplies the electric motor;
A water refrigerant heat exchanger for exchanging heat between the low-temperature and low-pressure refrigerant and / or the high-temperature and high-pressure refrigerant and the coolant circulating in the vehicle air conditioner;
Comprising
In order from the front of the vehicle, the electric compressor, the drive circuit, and the water refrigerant heat exchanger are arranged,
The drive circuit and the water-refrigerant heat exchanger are arranged close to each other,
Vehicle air conditioner.
前記水冷媒熱交換器は、
前記電動圧縮機が吐出した前記高温高圧冷媒と温熱を輸送する第1冷却液との間で熱交換を行う高温側水冷媒熱交換器、およびまたは、
冷熱を輸送する第2冷却液と前記膨張弁により膨張された前記低温低圧冷媒との間で熱交換を行う低温側水冷媒熱交換器である、
請求項1に記載の車両用空調装置。 An expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the electric compressor;
The water refrigerant heat exchanger is
A high-temperature water refrigerant heat exchanger that exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged by the electric compressor and the first coolant that transports heat; and / or
A low-temperature side water refrigerant heat exchanger that performs heat exchange between the second coolant that transports cold heat and the low-temperature low-pressure refrigerant expanded by the expansion valve;
The vehicle air conditioner according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の車両用空調装置。 The drive circuit and the water refrigerant heat exchanger are arranged close enough to contact the water refrigerant heat exchanger when the vehicle receives an impact from the front,
The vehicle air conditioner according to claim 1 or 2.
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の車両用空調装置。 The electric compressor, the drive circuit, and the water refrigerant heat exchanger are disposed outside a cabin of a firewall provided in the vehicle.
The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の車両用空調装置。 The housing that houses the electric compressor and the housing that houses the drive circuit are configured integrally.
The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の車両用空調装置。 Both the piping that serves as the passage for the low-temperature and low-pressure refrigerant and / or the high-temperature and high-pressure refrigerant, and the piping that serves as the passage for the coolant are disposed away from between the drive circuit and the water-refrigerant heat exchanger. ,
The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 5.
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の車両用空調装置。
The water refrigerant heat exchanger is a plate stack type heat exchanger, and the electric compressor and the drive circuit are positioned in a direction perpendicular to the plate surface.
The vehicle air conditioner according to any one of claims 1 to 6.
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