JP2015067206A - 車両用空調装置、電動圧縮機、及び車両の空調方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、エンジンを備えているハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle:HEV)やプラグインハイブリッド電気自動車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle:PHEV)では、省燃費のため可能な限りエンジンを停止する制御がなされる。このため、冷媒を用いたヒートポンプ暖房若しくはクーラントを媒体とした電気ヒータによる暖房が検討されている。
家庭用ルームエアコン等では着霜が発生すると、リバース運転(暖房運転から冷房運転への変更)を行い、室外熱交換器の除霜を行う。しかし、車両用ヒートポンプシステムで同様の除霜を実施すると暖房運転が停止することとなる。
そして、パワー素子は、電動圧縮機で圧縮される冷媒を加熱可能なように電動圧縮機に配置される。すなわち、電動圧縮機はインバータと一体化されている。
本実施形態に係る車両用空調装置10は、HVACユニット(Heating Ventilation
and Air Conditioning Unit)12と、冷暖房が可能なヒートポンプサイクル16とを備える。
本実施形態では、絞り弁66として、絞り弁52と同様にキャピラリー等の固定絞り弁が採用されるが、これに限らず、温度式自動膨張弁等が採用されてもよい。
一方、冷房運転用の冷凍サイクルは、切替弁62が開かれ、三方切替弁64Aによって車室外熱交換器54と車室内蒸発器24が接続されることにより構成される。
電動圧縮機50には、高耐熱性の半導体素子で構成されるパワー素子70(例えばIGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられるインバータ72が設置される。すなわち、電動圧縮機50は、インバータ72と一体化されている。
高耐熱性の半導体素子は、一例としてSiCであるが、これに限らず、窒化ガリウム系やダイヤモンド系の半導体とされてもよい。
パワー素子70を高耐熱性の半導体素子で構成することによって、パワー素子70は、高耐熱性の半導体素子それ自身が発する熱で冷媒を加熱することが可能となる。すなわち、車両用空調装置10は、インバータ72に用いられているパワー素子70を高耐熱性の半導体素子で構成し、ヒートポンプサイクル16の暖房運転時に、冷媒を加熱する熱源として利用する。
なお、ここでいう接触とは、直接的な接触又は間接的な接触、何れであってもよい。また、冷媒流路61に設置されるパワー素子70の数及び場所は限定されず、図3に示されるように4カ所でもよいし、1カ所でもよい。
パワー素子70及び制御基板74を格納するケース(例えばアルミケース)76を介して、パワー素子70が冷媒流路61と接する。
冷媒流路61は、例えば複数に分岐されて並列にモータ50Cと接する。そして、パワー素子70は、分岐された各冷媒流路61に対応するように設置される。なお、冷媒流路61は、複数に分岐されることなく、すなわち直列にモータ50Cと接触してもよい。
冷房運転時には、切替弁62が全開状態に制御され、三方切替弁64Aによって車室外熱交換器54と車室内蒸発器24が接続される。また、エアミックスダンパ40は、車室内凝縮器26へ空気が流通しないように位置する。なお、HVACユニット12で温度調整が必要な場合は、エアミックスダンパ40は、適宜開かれ、車室内に吹き出される空気の温度が調整される。
また、車室内蒸発器24において、冷媒との熱交換により冷却された内気又は内外気の混合気は、吹出しモード切替えダンパ34,36,38により切替えられる吹出しモードに応じて、デフ吹出し口28、フェイス吹出し口30、及びフット吹出し口32のいずれかから車室内に吹出され、車室内の冷房に供されることになる。
通常暖房運転時には、切替弁62が全閉状態に制御され、三方切替弁64A,64Bにより、車室外熱交換器54と電動圧縮機50とがアキュムレータ56を介して接続される。また、エアミックスダンパ40は、車室内凝縮器26へ空気が流通するように位置する。
車室内凝縮器26で放熱して凝縮液化された冷媒は、絞り弁52に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車室外熱交換器54に供給され、車室外ファン55によって通風される外気と熱交換されて二相状態の蒸発ガスとなる。その後、冷媒は、アキュムレータ56を経由して、電動圧縮機50の冷媒入口へ導入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返すことになる。
パワー素子熱源暖房運転は、パワー素子70を熱源として用いて、パワー素子70の発熱によって冷媒を加熱する場合に行われる。なお、パワー素子熱源暖房運転は、例えば外気温度が車室外熱交換器54の除霜を必要とする温度まで低下した場合に行われる。
これにより、冷媒は、アキュムレータ56を経由することなく、液リッチな二相状態の状態で電動圧縮機50へ導入される。なお、冷媒が液リッチとなる理由は、外気温度が低く、冷媒が室外熱交換器54で十分に吸熱できず、その結果、冷媒が十分に蒸発できないためである。冷媒は、ガスの状態よりも液リッチの状態の方が、より熱伝達率が高い。このため、液リッチの冷媒は、パワー素子70からの発熱を効率よく吸熱することができる。
パワー素子70の効率が下がると、パワー素子70の発熱量が増加する。このため、パワー素子70は、より冷媒を加熱することができる。
図8は、車両用空調装置10の変形例に係る構成を示す。なお、図8における図1と同一の構成部分については図1と同一の符号を付して、その説明を省略する。
そして、車両と外部電源90とが接続状態の場合に、携帯型端末機器等を用いた無線による電動圧縮機50の制御が可能とされる。また、タイマーを設定することによる電動圧縮機50の作動が可能とされる。
16 ヒートポンプサイクル
26 車室内凝縮器
50 電動圧縮機
52 絞り弁
54 車室外熱交換器
56 アキュムレータ
60 冷媒配管
60G バイパス配管
70 パワー素子
72 インバータ
Claims (6)
- 冷媒を圧縮する電動圧縮機、車室内凝縮器、絞り弁、及び車室外熱交換器がこの順に冷媒配管を介して接続される暖房運転用のヒートポンプサイクルと、
高耐熱性の半導体素子で構成されるパワー素子が用いられ、前記電動圧縮機用のインバータと、
を備え、
前記インバータは、前記電動圧縮機で圧縮される前記冷媒を前記パワー素子で加熱可能なように前記電動圧縮機に設置され、前記ヒートポンプサイクルの暖房運転時に前記パワー素子が前記冷媒を加熱する車両用空調装置。 - 前記車室外熱交換器と前記電動圧縮機との間に接続されるアキュムレータと、
前記アキュムレータをバイパスして前記車室外熱交換器と前記電動圧縮機とを接続するバイパス配管と、
を備え、
前記パワー素子が前記冷媒を加熱する場合、前記冷媒は、前記バイパス配管によって前記車室外熱交換器から前記電動圧縮機へ送られる請求項1記載の車両用空調装置。 - 前記パワー素子が前記冷媒を加熱する場合、前記パワー素子は、前記冷媒を加熱しない場合に比べて効率が下げられる請求項1又は請求項2記載の車両用空調装置。
- 前記電動圧縮機は、車両外部の電源からの電力により作動可能とされる請求項1から請求項3の何れか1項記載の車両用空調装置。
- 車両用空調装置に用いられる電動圧縮機であって、
高耐熱性の半導体素子で構成されるパワー素子が用いられるインバータが設置され、
前記パワー素子は、圧縮している冷媒を加熱可能なように配置される電動圧縮機。 - 冷媒を圧縮する電動圧縮機、車室内凝縮器、絞り弁、及び車室外熱交換器がこの順に冷媒配管を介して接続される暖房運転用のヒートポンプサイクルを用いた車両の空調方法であって、
高耐熱性の半導体素子で構成されるパワー素子が用いられる前記電動圧縮機用のインバータが、前記電動圧縮機で圧縮される前記冷媒を前記パワー素子で加熱可能なように前記電動圧縮機に設置され、前記ヒートポンプサイクルの暖房運転時に前記パワー素子が前記冷媒を加熱する車両の空調方法。
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