JP3855382B2

JP3855382B2 - Refrigeration cycle equipment

Info

Publication number: JP3855382B2
Application number: JP21195297A
Authority: JP
Inventors: 隆久鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: JPH1148766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）における走行用モータ、および走行用電子機器（モータ制御用インバータ）といった複数の発熱部品を良好に冷却できるようにした空調用の冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特開平４−３２５８０５号公報、特開平４−９３５５７号公報、国際公開Ｗ０９１／１７９０２号公報等において、ＥＶ用モータおよび走行用電子機器等の発熱部品を冷凍サイクルの低圧冷媒で冷却するシステムが提案されている。これは、気液二相冷媒の液冷媒が蒸発、ガス化する時に、その蒸発潜熱を発熱部品から奪うことで、発熱部品を冷却するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、走行用電子機器はスイッチング用パワー素子（パワートランジスタ）が発熱するため、このパワー素子を冷却する必要があるが、一般的にパワー素子は発熱量が大きい割に放熱面積が小さいため、単位面積当たりの放熱量が大きくなり、確実な冷却が要求される。しかし、低圧冷媒の乾き度が大きいと、ガス相冷媒成分が多いので、冷却面への液の供給が不足して冷却面のドライアウトが発生し、冷却不足となる場合がある。
【０００４】
一方、モータは内部のコイル部が発熱するため、コイル部を冷却する必要があるが、外部からの冷却では効率的にコイル部を冷却することができない。そこで、モータ内部に気液二相冷媒を流しコイル部全体を直接冷却するようにしている。一般的に、モータの全発熱量はパワー素子より大きいが、放熱面積も大きいため、単位面積当たりの放熱量は大きくない。しかし、コイル部の過熱による劣化防止のために、コイル部全体を均一に冷却することが要求される。
【０００５】
ところで、コイル部の体格はパワー素子に比して非常に大きいため、低圧冷媒の乾き度が小さくて、液相冷媒成分が多いと、モータ内部の空間で冷媒の気液が密度差により分離するという現象が発生する。その結果、液冷媒が存在する部分ではコイルが冷却されるが、ガス冷媒のみの部分ではコイルが冷却されず、コイルに大きな温度分布が生じ、局部的な冷却不足を引き起こすという問題がある。
【０００６】
しかるに、上記各公報のものでは、このような放熱特性の異なる複数の発熱部品に対する冷却を考慮したものではない。
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、パワー素子とモータのような単位面積当たりの放熱量が大きく異なる複数の発熱部品を同時に冷却する際に、この両発熱部品を効率よく冷却できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、冷媒流れを減圧して気液二相状態とする減圧手段（２３、２８）の下流側に、複数の発熱部品（４１、２５、６０）を冷媒流れに対し直列に配置するとともに、複数の発熱部品のうち、パワー素子のように単位面積当たりの放熱量が大きな発熱部品（４１）を冷媒流れの上流側に配置し、単位面積当たりの放熱量が小さくて、広範囲な冷却が必要なモータ等の発熱部品（２５、６０）を冷媒流れの下流側に配置し、
減圧手段（２３、２８）を通過した後の気液二相冷媒中の液冷媒が複数の発熱部品および蒸発器（２６）の両方で吸熱して蒸発することを特徴としている。
【０００８】
これによると、パワー素子のような発熱部品（４１）には液成分の多い冷媒を当てることで、ドライアウトを防止して十分冷却できる。
さらに、パワー素子等の発熱部品（４１）の冷却により一部の液がガス化してガス成分割合が多くなるため、この乾き度の大きくなった二相冷媒では液冷媒が噴霧状になってガス冷媒に含まれるようになる。そのため、モータコイル等の体格の大きい部品であっても、その全体に噴霧状の液冷媒を均一に行き渡わたらせることができる。その結果、モータコイル等の部品を均一に冷却することができる。
【０００９】
従って、各発熱部品の放熱量特性に対応した効率の良い冷却作用を得ることができ、各発熱部品をそれぞれ効率よく良好に冷却できる。
特に、請求項３記載の発明のように、単位面積当たりの放熱量が大きなパワー素子等の発熱部品（４１）を減圧手段（２８）の下流側で、蒸発器（２６）の上流側に配置し、単位面積当たりの放熱量が小さなモータ等の発熱部品（２５、６０）を蒸発器（２６）の下流側に配置すれば、蒸発器（２６）での冷媒蒸発により二相冷媒の乾き度が一層小さくなって、液冷媒がより均一な噴霧状になるので、モータコイル等の体格の大きい部品全体に噴霧状の液冷媒をさらに均一に行き渡わたらせることができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明のように、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、複数の発熱部品（４１、２５、６０）を減圧手段（２３、２８）の下流側と蒸発器（２６）の上流側との間の低圧側冷媒流路に配置してもよい。
また、請求項４記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置において、複数の発熱部品（４１、２５、６０）より下流側であって、圧縮機（２１）の上流側に、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜めるアキュムレータ（２７）を配置する構成を採用してもよい。
また、請求項５記載の発明では、冷凍サイクル低圧側の冷媒を吸入ポート（２１ａ）から吸入し中間圧力まで圧縮する低段側圧縮部（２１ｂ）と、
中間圧力まで圧縮されたガス冷媒とガスインジェクションポート（２１ｃ）から流入するガス冷媒の混合ガスを吐出圧力まで圧縮し吐出ポート（２１ｄ）から吐出する高段側圧縮部（２１ｅ）とを有する圧縮機（２１）を備えたガスインジェクション式の冷凍サイクルにおいて、
凝縮器（２２）で凝縮した高圧の液冷媒を中間圧力まで減圧する第１減圧手段（２３）と、
この中間圧力の冷媒の気液を分離する気液分離器（２９）との間の冷媒流路に複数の発熱部品（４１、２５、６０）を直列に配置し、
この複数の発熱部品のうち、単位面積当たりの放熱量が大きな発熱部品（４１）を冷媒流れの上流側に配置し、単位面積当たりの放熱量が小さな発熱部品（２５、６０）を冷媒流れの下流側に配置したことを特徴としている。
【００１１】
これによると、請求項１記載の発明の作用効果に加えて、中間圧力冷媒により発熱部品の冷却を行うから、発熱部品の冷却温度を中間圧力の設定により空調用蒸発器（２６）での冷却温度とは独立に設定できるという効果が得られる。また、ガスインジェクションにより圧縮機（２１）の駆動動力を低減し、消費電力を低減できる。
【００１２】
なお、上記各手段および特許請求の範囲に記載の各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態を示すもので、本発明を電気自動車（ＥＶ）、あるいはハイブリッド車（ＨＶ）の空調用冷凍サイクル装置に適用したものである。１は車両用空調用ユニットであり、その空調ダクト２は、車室内に空調空気を導く空調用通路を構成している。空調ダクト２の一端側に内外気を吸入する吸入口４、５が設けられている。内気吸入口４と外気吸入口５は内外気切替ドア６により切り替え開閉される。
【００１４】
上記吸入口４、５に隣接して、空調ダクト２内に空気を送風する送風機３が設置されており、この送風機３はモータ３ａとこのモータ３ａにより駆動される遠心ファン３ｂとにより構成されている。一方、空調ダクト２の他端側には車室内へ通ずる複数の吹出口７、８、９が配置されている。これらの吹出口７、８、９はモード切替ドア１０、１１、１２によりそれぞれ開閉されて、フェイス、フット、デフロスタ等の吹出モードを設定するようになっている。
【００１５】
また、送風機３より空気下流側における空調ダクト２内には冷凍サイクルの蒸発器２６が設けられている。この蒸発器２６では、冷凍サイクルの冷媒が空調ダクト２内の空気から吸熱して蒸発することより空気を冷却する。
冷凍サイクルは上記蒸発器２６の他に以下の機器から構成されている。圧縮機２１は冷媒を吸入し、圧縮、吐出するものであり、凝縮器２２はこの圧縮機２１からの高圧冷媒を外気と熱交換して冷却し、凝縮させる。膨張弁２３は凝縮器２２で凝縮した高圧冷媒を低圧まで減圧する減圧手段である。そして、膨張弁２３の下流側の低圧冷媒流路には、車両走行モータ制御用の電子機器（インバータ）のパワー素子４１を冷却する冷却器２４および走行用モータ２５を直列に配置している。
【００１６】
ここで、モータ制御用の電子機器（インバータ）のパワー素子４１は、前述した通り単位面積当たりの放熱量が大きな発熱部品であって、冷媒流れの上流側に配置している。一方、走行用モータ２５は単位面積当たりの放熱量が小さな電気部品であって、冷媒流れの下流側に配置している。
走行用モータ２５の下流側は蒸発器２６に接続され、蒸発器２６の下流側にアキュームレータ２７が接続されている。アキュームレータ２７は蒸発器２６から流出した冷媒の気液分離を行うと共に液冷媒を溜める機能を果たす。
【００１７】
ところで、上記圧縮機２１は電動式圧縮機であって、モータを一体にケース内に内蔵し、このモータにより駆動されて冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う。
また、冷媒圧縮機２１のモータにはインバータ３１により交流電圧が印加され、このインバータ３１により交流電圧の周波数を調整することによってモータ回転速度を連続的に変化させるようになっている。このインバータ３１には車載バッテリ３２からの直流電圧が印加される。
【００１８】
図２は冷却器２４の具体的構造を例示するもので、パワー素子４１の冷却プレート４１ｂが冷却器２４の冷却面２４ａに接するよう取り付けられている。冷却器２４はアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属からなり、その内部には複数の冷媒通路２４ｂが並列に形成され、冷媒は入口２４ｃから冷却器２４内に流入し、複数の冷媒通路２４ｂを並列に通過して出口２４ｄから流出する。一方、パワー素子４１の素子部４１ａの熱は冷却プレート４１ｂに伝えられ、冷却器２４の冷却面２４ａより内部を流れる冷媒に放熱する構成となっている。
【００１９】
図３は走行用モータ２５の具体的構造を例示するもので、ハウジング５１、シャフト５２、ロータコイル５３、ステータコイル５４等で構成されている。モータハウジング５１には冷却器２４を通過した冷媒が流入する流入口５５ａ、流出口５５ｂが設けられており、モータハウジング５１内部に冷媒が流れる構造となっている。従って、モータハウジング５１それ自身が冷媒通路を構成している。
【００２０】
次に、上記構成において作動を説明する。圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２２で凝縮、液化する。凝縮器２２から流出した高圧の液冷媒は、膨張弁２３で低圧圧力まで減圧されて、気液二相状態となる。この低圧冷媒は最初に車両走行用の電子機器のパワー素子４１を冷却する冷却器２４に流入する。
【００２１】
冷却器２４は第２図に示すようにパワー素子４１の冷却プレート４１ｂが冷却器２４の冷却面２４ａに接するよう取り付けられているので、パワー素子４１の素子部４１ａの熱を冷却プレート４１ｂを介して、冷却器２４の冷媒通路２４ｂを通過する冷媒中に放熱することができる。
ここで、冷却器２４には冷媒は気液二相状態で流入するが、低圧まで減圧された直後の冷媒であるため、乾き度は小さく（約０．３）、液冷媒成分が多い。よって、パワー素子４１のように単位面積当たりの放熱量が大きな発熱部品の冷却を行っても、冷却器２４内の液冷媒成分が不足することはない。そのため、パワー素子４１の冷却プレート４１ｂがドライアウトによる冷却不足となることはない。
【００２２】
そして、冷却器２４を出た冷媒はモータ２５のハウジング５１内に流入する。このモータハウジング５１には流入口５５ａから冷媒が流入し、内部を通過した後、流出口５５ｂから冷媒が流出する。ここで、流入口５５ａから流入した冷媒はロータコイル５３とステータコイル５４の間を流れながら、両コイル５３、５４全体の表面から冷却を行う。
【００２３】
また、モータ２５に流入する冷媒は冷却器２４でパワー素子４１を冷却することにより、液冷媒が蒸発し、ガス化するので、冷媒の乾き度が約０．５程度に大きくなっている。よって、冷媒中の液相成分とガス相成分との体積比でみれば、ほとんどがガス成分となり、液冷媒は噴霧状となりガス冷媒とともにハウジング５１内通路を均一に分布して流れる。
【００２４】
従って、ハウジング５１内の発熱源である両コイル５３、５４に対して液冷媒を均一に接触させることができる。その結果、両コイル５３、５４を均一に冷却することができる。
そして、モータ２５を出た冷媒は蒸発器２６に流入し、送風機３から送られた空気から吸熱して蒸発、ガス化する。このガス化した冷媒はアキュームレータ２７を通り圧縮機１に再度吸入される。蒸発器２６で冷却された空気は車室内へ吹出して車室内を冷房する。
【００２５】
以上の作動により、低圧冷媒の冷媒上流側（すなわち、乾き度が小さい側）にパワー素子４１のような単位面積当たりの放熱量が大きな発熱部品を配置し、冷媒下流側（乾き度が大きい側）にモータ２５のような単位面積当たりの放熱量は小さいが広範囲な冷却が必要な発熱部品を配置して、パワー素子４１とモータ２５の冷却を行っているため、パワー素子４１には液成分の多い冷媒を当てることで、冷却器２４でのドライアウト現象を発生することがなく、パワー素子４１の冷却不足を防止できる。
【００２６】
さらに、パワー素子４１の冷却により一部の液がガス化するため、ガス割合の多い二相冷媒でモータ２５を冷却することになる。そのため、液冷媒が噴霧状となり、モータ２５内部のコイル全体に液冷媒が行き渡るため、コイル５３、５４の均一な冷却が可能となる。従って、各発熱部品の発熱特性に応じた効率のよい冷却が可能となる。
【００２７】
（第２実施形態）
図４は第２実施形態であり、図１の第１実施形態に対して、モータ２５と蒸発器２６の冷媒流れに対する接続順序を変更したものである。
すなわち、第２実施形態では、蒸発器２６の下流側にモータ２５を接続して、低圧冷媒が蒸発器２６で空調空気の冷却を行ってからモータ２５の冷却を行うようにしている。そのため、モータ２５に流入する冷媒の乾き度が第１実施形態よりもさらに大きく（約０．７５）なる。これにより、液冷媒はより均一な噴霧流となって、モータ２５内を流れるようになり、より一層、コイルの冷却性能を向上することができる。
【００２８】
（第３実施形態）
図５、６は第３実施形態であり、車両に搭載される発熱部品のうちで、上記モータ２５の代わりに電池ユニット６０を冷媒で冷却するようにしたものである。電池ユニット６０は、６角形状の３組のケース６２ａ、６２ｂ、６２ｃを有し、この３組の各ケース６２ａ〜６２ｃの中にそれぞれ円柱状の単電池６１を７個づつ組み込み、この３組のケース６２ａ〜６２ｃを１つの電池ユニット６０として一体に連結している。
【００２９】
そして、各ケース６２ａ〜６２ｃの上面部にはコネクタ６３を配置し、このコネクタ６３の間を電力線６４で電気的に接続して、各ケース６２内の単電池６１群を直列に電気接続している。
また、３組のケース６２ａ〜６２ｃのうち、図示左側のケース６２ａの下部に冷媒入口６５ａを設け、また、図示左側のケース６２ａ内部空間と中央のケース６２ｂ内部空間との間を、この両ケース６２ａ、６２ｂの上部に配置した連通継手部６５ｂにより連通させている。そして、中央のケース６２ｂ内部空間と図示右側のケース６２ｃ内部空間との間を、この両ケース６２ｂ、６２ｃの下部に配置した連通継手部６５ｃにより連通させている。さらに、図示右側のケース６２ｃの上部に冷媒出口６５ｄが配置してある。
【００３０】
電池ユニット６０もモータ２５と同様、電子機器のパワー素子４１に比べて広い面積での冷却が必要となり、全体的に均一な冷却が要求される。そこで、電池ユニット６０は電子機器のパワー素子４１を冷却する冷却器２４の下流側に配置する。
第３実施形態によると、冷媒は入口６５ａよりケース６２ａ内に流入し、図５の矢印に示すように、単電池６１とケース６２ａ〜６２ｃとの間、および単電池６１同士の間を流れ、単電池６１の表面から熱を奪い冷却する。冷媒は、連通継手部６５ｂ、６５ｃを通過して順次、各ケース６２ａ〜６２ｃ内を蛇行状に通過した後に、冷媒出口６５ｄより流出する。
【００３１】
従って、電子機器のパワー素子４１と電池ユニット６０とを冷却する場合でも、モータ２５を冷却する場合と同様、電子機器のパワー素子４１を乾き度の小さい（液成分が多い）冷媒で冷却し、その後に、パワー素子４１の冷却で乾き度が大きくなった（ガス成分が多い）冷媒で、電池ユニット６０を冷却することで、電池ユニット６０を均一に効率よく冷却することが可能となる。
【００３２】
（第４実施形態）
図７は第４実施形態であり、ガスインジェクションサイクルの中間圧力でパワー素子４１とモータ２５の冷却を行うシステムである。図７において、圧縮機２１は、冷凍サイクル低圧側の冷媒を吸入ポート２１ａから吸入し中間圧力まで圧縮する低段側圧縮部２１ｂと、中間圧力まで圧縮されたガス冷媒とガスインジェクションポート２１ｃから流入するガス冷媒の混合ガスを吐出圧力まで圧縮し吐出ポート２１ｄから吐出する高段側圧縮部２１ｅとを有するものである。
【００３３】
この圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２２で凝縮、液化する。凝縮器２２から流出した高圧の液冷媒は、高圧側膨張弁（第１減圧手段）２３で一旦、中間圧力まで減圧され、気液二相状態となる。この中間圧の気液二相冷媒は最初に冷却器２４に流入して、車両走行用電子機器のパワー素子４１を冷却する。
【００３４】
この冷却器２４にて、パワー素子４１を冷却し乾き度が増した冷媒は、次にモータ２５内に流入し、コイル５３、５４の冷却を行う。
モータ２５から出た二相冷媒は気液分離器２９に流入し気液分離され、ガス冷媒は、インジェクション通路２１ｆを通り圧縮機１のインジェクションポート２１ｃから圧縮過程の途中に吸入される。一方、気液分離された液冷媒は、低圧側膨張弁（第２減圧手段）２８で再び低圧圧力まで減圧され、蒸発器２６に流入し、送風機３から送られた空気から吸熱して蒸発し、ガス化する。その後、ガス冷媒は圧縮機１に再度吸入される。低圧側膨張弁２８は蒸発器２６の出口冷媒の過熱度制御を行う温度式膨張弁である。
【００３５】
従って、第４実施形態のシステムにおいても、図１の第１実施形態と同様に、乾き度が小さな冷媒でパワー素子４１を冷却し、乾き度の大きな冷媒でモータ２５を冷却することで、放熱特性の異なる発熱部品をともに効率的に冷却できる。また、この第４実施形態のシステムでは、パワー素子４１、モータ２５を中間圧力で冷却するため、空調用の蒸発器２６での冷媒蒸発温度とは別に発熱部品の冷却に適した冷却温度を独立に設定することができる。さらに、パワー素子４１、モータ２５を冷却することにより発生したガスはガスインジェクションにより圧縮機２１の圧縮過程に戻されるため、圧縮機２１の平均吸入圧が上昇して圧縮比を低減できるので、圧縮機２１の駆動動力（消費電力）を低減できる。
【００３６】
なお、図８は第４実施形態の冷凍サイクルのモリエル線図であり、図中、Ｇ１は吸入ポート２１ａから吸入される吸入冷媒量で、Ｇｉｎはインジェクション通路２１ｆからインジェクションされるガスインジェクション量である。
（他の実施形態）
なお、上記の実施形態では、説明の簡略化のために、冷房作用のみを果たす冷凍サイクルについて説明したが、圧縮機２１の吐出冷媒ガスの流れ方向を四方弁を用いて、室内熱交換器２６と室外熱交換器２２への冷媒流れ方向を逆転することにより、夏期の冷房作用と冬期の暖房作用を切り替えることが可能なヒートポンプサイクルにも本発明を適用できることはもちろんである。
【００３７】
また、上記の実施形態では、冷却器２４、モータ２５および電池ユニット６０を冷凍サイクルの低圧側、または中間圧の冷媒流路に配置しているが、冷凍サイクルの高圧側の凝縮液冷媒が流れる冷媒流路に冷却器２４、モータ２５および電池ユニット６０を配置して、本発明を実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す全体システム図である。
【図２】（ａ）は図１の冷却器２４の斜視図、（ｂ）は同冷却器２４の断面図である。
【図３】図１のモータ２５の断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す全体システム図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す車載電池ユニットの縦断面図である。
【図６】図５の車載電池ユニットの横断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態を示す全体システム図である。
【図８】第４実施形態の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【符号の説明】
２１…圧縮機、２２…凝縮器、２３、２８…膨張弁、
２４…パワー素子用冷却器、２５…走行用モータ、２６…蒸発器、
４１…電子機器のパワー素子、６０…電池ユニット。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus for air conditioning which can satisfactorily cool a plurality of heat generating components such as a traveling motor and a traveling electronic device (motor control inverter) in an electric vehicle (EV).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in JP-A-4-325805, JP-A-4-93557, International Publication W091 / 17902, etc., heat generating parts such as an EV motor and a traveling electronic device are cooled with a low-pressure refrigerant of a refrigeration cycle. A system has been proposed. When the liquid refrigerant of the gas-liquid two-phase refrigerant evaporates and gasifies, the heat generating component is cooled by removing the latent heat of evaporation from the heat generating component.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since a power element for switching (power transistor) generates heat in a traveling electronic device, it is necessary to cool this power element. The amount of heat released per area increases, and reliable cooling is required. However, if the dryness of the low-pressure refrigerant is large, the gas phase refrigerant component is large, so that the supply of liquid to the cooling surface is insufficient and the cooling surface is dried out, resulting in insufficient cooling.
[0004]
On the other hand, since the internal coil portion of the motor generates heat, it is necessary to cool the coil portion. However, cooling from the outside cannot efficiently cool the coil portion. Therefore, a gas-liquid two-phase refrigerant is allowed to flow inside the motor to directly cool the entire coil portion. Generally, the total heat generation amount of the motor is larger than that of the power element, but since the heat dissipation area is also large, the heat dissipation amount per unit area is not large. However, in order to prevent deterioration due to overheating of the coil portion, it is required to uniformly cool the entire coil portion.
[0005]
By the way, since the physique of the coil part is very large compared to the power element, if the dryness of the low-pressure refrigerant is small and the liquid phase refrigerant component is large, the gas-liquid of the refrigerant is separated due to the density difference in the space inside the motor. The phenomenon that occurs. As a result, the coil is cooled in the portion where the liquid refrigerant is present, but the coil is not cooled in the portion where only the gas refrigerant is present, and there is a problem that a large temperature distribution is generated in the coil and local cooling is insufficient.
[0006]
However, the above-mentioned publications do not take into account the cooling of a plurality of heat generating components having different heat dissipation characteristics.
The present invention has been made in view of the above points, and when simultaneously cooling a plurality of heat generating components such as a power element and a motor that have a large amount of heat dissipation per unit area, both the heat generating components can be efficiently cooled. An object is to provide a refrigeration cycle apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a plurality of heat generating components (41, 25, 60 ) are provided downstream of the decompression means (23, 28) for reducing the refrigerant flow to a gas-liquid two-phase state. ) Are arranged in series with respect to the refrigerant flow, and among the plurality of heat generating parts, a heat generating part (41) having a large heat dissipation amount per unit area, such as a power element, is arranged on the upstream side of the refrigerant flow. The heat-generating parts (25, 60) such as a motor that requires a wide range of cooling are disposed downstream of the refrigerant flow .
The liquid refrigerant in the gas-liquid two-phase refrigerant after passing through the decompression means (23, 28) absorbs heat in both the plurality of heat generating components and the evaporator (26) and evaporates .
[0008]
According to this, the heat generating component (41) such as the power element can be sufficiently cooled by applying a refrigerant having a large liquid component to prevent dryout.
Furthermore, since a part of the liquid is gasified by cooling the heat-generating component (41) such as the power element and the gas component ratio increases, the liquid refrigerant is sprayed in the two-phase refrigerant having increased dryness. It is included in the refrigerant. Therefore, even if it is a large-sized part such as a motor coil, the sprayed liquid refrigerant can be evenly distributed throughout. As a result, components such as a motor coil can be uniformly cooled.
[0009]
Therefore, it is possible to obtain an efficient cooling action corresponding to the heat radiation amount characteristic of each heat generating component, and it is possible to cool each heat generating component efficiently and satisfactorily.
In particular, as in the third aspect of the present invention, the heat generating component (41) such as a power element having a large heat dissipation amount per unit area is arranged downstream of the decompression means (28) and upstream of the evaporator (26). If heat-generating parts (25, 60) such as a motor having a small heat dissipation amount per unit area are arranged on the downstream side of the evaporator (26), the dryness of the two-phase refrigerant by the refrigerant evaporation in the evaporator (26). Since the liquid refrigerant becomes more uniform and sprayed more uniformly, the sprayed liquid refrigerant can be spread more uniformly over the whole large parts such as the motor coil.
[0010]
In the refrigeration cycle apparatus according to claim 1, as in the invention according to claim 2, the plurality of heat generating components (41, 25, 60) are connected to the downstream side of the decompression means (23, 28) and the evaporator (26 ) May be disposed in the low-pressure side refrigerant passage between the upstream side and the upstream side.
According to a fourth aspect of the present invention, in the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to third aspects, the compressor is located downstream of the plurality of heat generating components (41, 25, 60), and the compressor. You may employ | adopt the structure which arrange | positions the accumulator (27) which isolate | separates the gas-liquid of a refrigerant | coolant and stores a liquid refrigerant | coolant in the upstream of (21).
In the invention according to claim 5 , the low-stage compression section (21b) that sucks the refrigerant on the low-pressure side of the refrigeration cycle from the suction port (21a) and compresses it to an intermediate pressure;
A compressor having a high-stage compression section (21e) that compresses a mixed gas of a gas refrigerant compressed to an intermediate pressure and a gas refrigerant flowing from the gas injection port (21c) to a discharge pressure and discharges it from the discharge port (21d). (21) In a gas injection refrigeration cycle comprising:
First decompression means (23) for decompressing the high-pressure liquid refrigerant condensed in the condenser (22) to an intermediate pressure;
A plurality of heat generating components (41, 25, 60) are arranged in series in the refrigerant flow path between the gas-liquid separator (29) for separating the gas-liquid of the intermediate pressure refrigerant,
Among the plurality of heat generating components, the heat generating component (41) having a large heat dissipation amount per unit area is arranged on the upstream side of the refrigerant flow, and the heat generating component (25, 60) having a small heat dissipation amount per unit area is disposed in the refrigerant flow. It is characterized by being arranged on the downstream side.
[0011]
According to this, in addition to the function and effect of the first aspect of the invention, since the heat generating component is cooled by the intermediate pressure refrigerant, the cooling temperature of the heat generating component is cooled by the air conditioning evaporator (26) by setting the intermediate pressure. The effect that it can set independently of temperature is acquired. Moreover, the drive power of a compressor (21) can be reduced by gas injection, and power consumption can be reduced.
[0012]
In addition, the code | symbol in the parenthesis attached | subjected to each said means and each means as described in a claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment in which the present invention is applied to an air-conditioning refrigeration cycle apparatus for an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV). Reference numeral 1 denotes a vehicle air-conditioning unit, and the air-conditioning duct 2 forms an air-conditioning passage for guiding conditioned air into the passenger compartment. On one end side of the air conditioning duct 2, suction ports 4 and 5 for sucking inside and outside air are provided. The inside air inlet 4 and the outside air inlet 5 are opened and closed by an inside / outside air switching door 6.
[0014]
A blower 3 for blowing air is installed in the air conditioning duct 2 adjacent to the suction ports 4 and 5, and this blower 3 is constituted by a motor 3a and a centrifugal fan 3b driven by the motor 3a. Yes. On the other hand, on the other end side of the air conditioning duct 2, a plurality of air outlets 7, 8, 9 leading to the vehicle interior are arranged. These air outlets 7, 8, and 9 are opened and closed by mode switching doors 10, 11, and 12, respectively, to set an air outlet mode such as a face, foot, and defroster.
[0015]
Further, an evaporator 26 of a refrigeration cycle is provided in the air conditioning duct 2 on the air downstream side of the blower 3. In the evaporator 26, the refrigerant in the refrigeration cycle absorbs heat from the air in the air conditioning duct 2 and evaporates to cool the air.
In addition to the evaporator 26, the refrigeration cycle includes the following equipment. The compressor 21 sucks, compresses and discharges the refrigerant, and the condenser 22 cools and condenses the high-pressure refrigerant from the compressor 21 by exchanging heat with the outside air. The expansion valve 23 is a decompression unit that decompresses the high-pressure refrigerant condensed by the condenser 22 to a low pressure. A cooler 24 for cooling the power element 41 of the electronic device (inverter) for controlling the vehicle travel motor and a travel motor 25 are arranged in series in the low-pressure refrigerant flow path downstream of the expansion valve 23.
[0016]
Here, the power element 41 of the motor control electronic device (inverter) is a heat-generating component having a large heat dissipation amount per unit area as described above, and is disposed on the upstream side of the refrigerant flow. On the other hand, the traveling motor 25 is an electrical component having a small heat dissipation amount per unit area, and is disposed on the downstream side of the refrigerant flow.
A downstream side of the traveling motor 25 is connected to the evaporator 26, and an accumulator 27 is connected to the downstream side of the evaporator 26. The accumulator 27 performs a gas-liquid separation of the refrigerant that has flowed out of the evaporator 26 and functions to store the liquid refrigerant.
[0017]
By the way, the compressor 21 is an electric compressor, and a motor is integrally incorporated in the case, and is driven by the motor to suck, compress, and discharge the refrigerant.
Further, an AC voltage is applied to the motor of the refrigerant compressor 21 by an inverter 31, and the motor rotation speed is continuously changed by adjusting the frequency of the AC voltage by the inverter 31. A DC voltage from the in-vehicle battery 32 is applied to the inverter 31.
[0018]
FIG. 2 illustrates a specific structure of the cooler 24, and the cooling plate 41 b of the power element 41 is attached so as to contact the cooling surface 24 a of the cooler 24. The cooler 24 is made of a metal having excellent thermal conductivity such as aluminum, and a plurality of refrigerant passages 24b are formed in parallel therein, and the refrigerant flows into the cooler 24 from the inlet 24c, and the plurality of refrigerant passages 24b. And flow out of the outlet 24d. On the other hand, the heat of the element part 41a of the power element 41 is transmitted to the cooling plate 41b, and is radiated from the cooling surface 24a of the cooler 24 to the refrigerant flowing inside.
[0019]
FIG. 3 exemplifies a specific structure of the traveling motor 25, and includes a housing 51, a shaft 52, a rotor coil 53, a stator coil 54, and the like. The motor housing 51 is provided with an inflow port 55 a and an outflow port 55 b through which the refrigerant that has passed through the cooler 24 flows, so that the refrigerant flows into the motor housing 51. Therefore, the motor housing 51 itself constitutes a refrigerant passage.
[0020]
Next, the operation in the above configuration will be described. The high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 21 is condensed and liquefied by the condenser 22. The high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the condenser 22 is decompressed to a low-pressure by the expansion valve 23, and enters a gas-liquid two-phase state. The low-pressure refrigerant first flows into the cooler 24 that cools the power element 41 of the electronic device for vehicle travel.
[0021]
As shown in FIG. 2, the cooler 24 is mounted so that the cooling plate 41b of the power element 41 is in contact with the cooling surface 24a of the cooler 24. Therefore, the heat of the element portion 41a of the power element 41 is transmitted via the cooling plate 41b. Thus, heat can be radiated into the refrigerant passing through the refrigerant passage 24b of the cooler 24.
Here, the refrigerant flows into the cooler 24 in a gas-liquid two-phase state. However, since the refrigerant has just been decompressed to a low pressure, the dryness is small (about 0.3) and the liquid refrigerant component is large. Therefore, even if the heat generating component having a large heat radiation amount per unit area, such as the power element 41, is cooled, the liquid refrigerant component in the cooler 24 is not short. Therefore, the cooling plate 41b of the power element 41 does not become insufficiently cooled due to dryout.
[0022]
Then, the refrigerant exiting the cooler 24 flows into the housing 51 of the motor 25. The refrigerant flows into the motor housing 51 from the inlet 55a, passes through the inside, and then flows out from the outlet 55b. Here, the refrigerant flowing in from the inlet 55a cools from the entire surface of the coils 53 and 54 while flowing between the rotor coil 53 and the stator coil 54.
[0023]
In addition, the refrigerant flowing into the motor 25 cools the power element 41 with the cooler 24, whereby the liquid refrigerant evaporates and gasifies, so the dryness of the refrigerant is increased to about 0.5. Therefore, when viewed from the volume ratio of the liquid phase component to the gas phase component in the refrigerant, most of them are gas components, and the liquid refrigerant is sprayed and flows in a uniform distribution in the passage in the housing 51 together with the gas refrigerant.
[0024]
Therefore, the liquid refrigerant can be uniformly brought into contact with both the coils 53 and 54 which are heat generation sources in the housing 51. As a result, both the coils 53 and 54 can be cooled uniformly.
And the refrigerant | coolant which came out of the motor 25 flows in into the evaporator 26, absorbs heat from the air sent from the air blower 3, and evaporates and gasifies. The gasified refrigerant passes through the accumulator 27 and is sucked into the compressor 1 again. The air cooled by the evaporator 26 is blown into the passenger compartment to cool the passenger compartment.
[0025]
As a result of the above operation, a heat-generating component having a large heat dissipation amount per unit area, such as the power element 41, is arranged on the upstream side of the low-pressure refrigerant (that is, the side with the low dryness), and the downstream side of the refrigerant (the side with the high dryness). ), The heat element such as the motor 25 that has a small amount of heat radiation per unit area but requires a wide range of cooling is arranged to cool the power element 41 and the motor 25. By applying a large amount of refrigerant, a dryout phenomenon in the cooler 24 does not occur, and insufficient cooling of the power element 41 can be prevented.
[0026]
Furthermore, since a part of the liquid is gasified by cooling the power element 41, the motor 25 is cooled by a two-phase refrigerant having a large gas ratio. Therefore, the liquid refrigerant is sprayed, and the liquid refrigerant is distributed over the entire coil inside the motor 25, so that the coils 53 and 54 can be uniformly cooled. Therefore, efficient cooling according to the heat generation characteristics of each heat generating component is possible.
[0027]
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a second embodiment in which the connection order of the motor 25 and the evaporator 26 with respect to the refrigerant flow is changed with respect to the first embodiment of FIG.
That is, in the second embodiment, the motor 25 is connected to the downstream side of the evaporator 26 so that the low-pressure refrigerant cools the conditioned air by the evaporator 26 and then cools the motor 25. Therefore, the dryness of the refrigerant flowing into the motor 25 is further increased (about 0.75) than in the first embodiment. Thereby, the liquid refrigerant becomes a more uniform spray flow and flows in the motor 25, and the cooling performance of the coil can be further improved.
[0028]
(Third embodiment)
5 and 6 show a third embodiment in which the battery unit 60 is cooled by a refrigerant instead of the motor 25 among the heat generating components mounted on the vehicle. The battery unit 60 has three sets of hexagonal cases 62a, 62b, and 62c, and seven columnar unit cells 61 are assembled into each of the three sets of cases 62a to 62c. Cases 62 a to 62 c are integrally connected as one battery unit 60.
[0029]
And the connector 63 is arrange | positioned in the upper surface part of each case 62a-62c, between this connector 63 is electrically connected by the power line 64, and the cell 61 group in each case 62 is electrically connected in series. Yes.
Of the three sets of cases 62a to 62c, a refrigerant inlet 65a is provided at the lower portion of the case 62a on the left side of the figure, and both the case 62a and the center case 62b have a space between the case 62a and the center case 62b. The communication is made by a communication joint portion 65b arranged at the upper part of 62a and 62b. The central case 62b internal space and the right case 62c internal space are communicated with each other by a communication joint portion 65c disposed under the cases 62b and 62c. Further, a refrigerant outlet 65d is disposed on the upper part of the case 62c on the right side of the figure.
[0030]
Similarly to the motor 25, the battery unit 60 needs to be cooled in a larger area than the power element 41 of the electronic device, and thus requires uniform cooling as a whole. Therefore, the battery unit 60 is disposed on the downstream side of the cooler 24 that cools the power element 41 of the electronic device.
According to the third embodiment, the refrigerant flows into the case 62a from the inlet 65a, and flows between the unit cells 61 and the cases 62a to 62c and between the unit cells 61 as shown by the arrows in FIG. Heat is taken from the surface of the unit cell 61 and cooled. The refrigerant passes through the communication joint portions 65b and 65c and sequentially passes through the cases 62a to 62c in a meandering manner, and then flows out from the refrigerant outlet 65d.
[0031]
Therefore, even when the power element 41 of the electronic device and the battery unit 60 are cooled, as in the case of cooling the motor 25, the power element 41 of the electronic device is cooled with a refrigerant having a low dryness (a lot of liquid components), Thereafter, the battery unit 60 can be cooled uniformly and efficiently by cooling the battery unit 60 with a refrigerant whose degree of dryness has increased by cooling the power element 41 (a large amount of gas components).
[0032]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a fourth embodiment, which is a system that cools the power element 41 and the motor 25 with an intermediate pressure in a gas injection cycle. In FIG. 7, a compressor 21 draws in refrigerant from the low-pressure side of the refrigeration cycle from the suction port 21a and compresses it to the intermediate pressure, and enters the gas refrigerant compressed to the intermediate pressure and the gas injection port 21c. And a high-stage compression section 21e that compresses the mixed gas of the gas refrigerant to the discharge pressure and discharges it from the discharge port 21d.
[0033]
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 21 is condensed and liquefied by the condenser 22. The high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the condenser 22 is once depressurized to an intermediate pressure by the high-pressure side expansion valve (first depressurizing means) 23 to be in a gas-liquid two-phase state. The intermediate-pressure gas-liquid two-phase refrigerant first flows into the cooler 24 to cool the power element 41 of the vehicle travel electronic device.
[0034]
In the cooler 24, the refrigerant whose power element 41 has been cooled to increase the dryness thereof flows into the motor 25 and cools the coils 53 and 54.
The two-phase refrigerant discharged from the motor 25 flows into the gas-liquid separator 29 and is separated from the gas-liquid separator, and the gas refrigerant passes through the injection passage 21f and is sucked from the injection port 21c of the compressor 1 during the compression process. On the other hand, the gas-liquid separated liquid refrigerant is decompressed again to a low pressure by the low pressure side expansion valve (second decompression means) 28, flows into the evaporator 26, absorbs heat from the air sent from the blower 3, and evaporates. Gasify. Thereafter, the gas refrigerant is sucked into the compressor 1 again. The low-pressure side expansion valve 28 is a temperature type expansion valve that controls the degree of superheat of the outlet refrigerant of the evaporator 26.
[0035]
Accordingly, also in the system of the fourth embodiment, similarly to the first embodiment of FIG. 1, the power element 41 is cooled with a refrigerant having a low dryness, and the motor 25 is cooled with a refrigerant having a high dryness, thereby dissipating heat. Heat-generating parts with different characteristics can be efficiently cooled together. In the system of the fourth embodiment, since the power element 41 and the motor 25 are cooled at an intermediate pressure, a cooling temperature suitable for cooling the heat-generating component is independently set apart from the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 26 for air conditioning. Can be set to Further, since the gas generated by cooling the power element 41 and the motor 25 is returned to the compression process of the compressor 21 by gas injection, the average suction pressure of the compressor 21 is increased and the compression ratio can be reduced. The driving power (power consumption) of the machine 21 can be reduced.
[0036]
FIG. 8 is a Mollier diagram of the refrigeration cycle of the fourth embodiment. In the figure, G1 is the amount of refrigerant sucked from the suction port 21a, and Gin is the amount of gas injection injected from the injection passage 21f. .
(Other embodiments)
In the above embodiment, for the sake of simplicity, the refrigeration cycle that performs only the cooling operation has been described. However, the flow direction of the refrigerant gas discharged from the compressor 21 is changed to the indoor heat exchanger 26 using a four-way valve. Of course, the present invention can also be applied to a heat pump cycle that can switch between a cooling operation in summer and a heating operation in winter by reversing the direction of refrigerant flow to the outdoor heat exchanger 22.
[0037]
Further, in the above embodiment, the cooler 24, the motor 25, and the battery unit 60 are arranged in the refrigerant flow path at the low pressure side or the intermediate pressure of the refrigeration cycle, but the condensate refrigerant on the high pressure side of the refrigeration cycle flows. It is also possible to implement the present invention by disposing the cooler 24, the motor 25, and the battery unit 60 in the refrigerant flow path.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall system diagram showing a first embodiment of the present invention.
2A is a perspective view of the cooler 24 of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the cooler 24. FIG.
3 is a cross-sectional view of the motor 25 of FIG.
FIG. 4 is an overall system diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an in-vehicle battery unit showing a third embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of the in-vehicle battery unit of FIG.
FIG. 7 is an overall system diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a Mollier diagram of the refrigeration cycle of the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
21 ... Compressor, 22 ... Condenser, 23, 28 ... Expansion valve,
24 ... cooler for power element, 25 ... motor for traveling, 26 ... evaporator,
41 ... Power element of electronic equipment, 60 ... Battery unit.

Claims

At least a compressor (21), a condenser (22), a decompression means (23, 28) and an evaporator (26);
In the refrigeration cycle apparatus that cools the plurality of heat generating components (41, 25, 60) with the refrigerant in the cycle,
The decompression means (23, 28) is for decompressing the refrigerant flow into a gas-liquid two-phase state,
The plurality of heat generating components (41, 25, 60) are arranged in series with respect to the refrigerant flow on the downstream side of the pressure reducing means (23, 28) , and
Among the plurality of heat generating components, a heat generating component (41) having a large heat dissipation amount per unit area is disposed on the upstream side of the refrigerant flow, and a heat generating component (25, 60) having a small heat dissipation amount per unit area is disposed on the refrigerant flow. Placed downstream ,
The refrigeration cycle in which the liquid refrigerant in the gas-liquid two-phase refrigerant after passing through the pressure reducing means (23, 28) absorbs heat and evaporates in both the plurality of heat generating components and the evaporator (26). apparatus.

The plurality of heat generating components (41, 25, 60) are disposed in a low-pressure side refrigerant flow path between the downstream side of the decompression means (23, 28) and the upstream side of the evaporator (26). The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein:

The heat generating component (41) having a large heat radiation amount per unit area is disposed on the downstream side of the decompression means (23, 28) and on the upstream side of the evaporator (26),
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1 , wherein the heat generating component (25, 60) having a small heat dissipation amount per unit area is arranged on the downstream side of the evaporator (26).

An accumulator (27) for separating the gas-liquid refrigerant and storing the liquid refrigerant is disposed downstream of the plurality of heat generating components (41, 25, 60) and upstream of the compressor (21). The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the refrigeration cycle apparatus is provided.

A low-stage compression section (21b) that sucks the refrigerant on the low-pressure side of the refrigeration cycle from the suction port (21a) and compresses it to an intermediate pressure;
Compression having a high-stage compression section (21e) that compresses the mixed gas of the gas refrigerant compressed to the intermediate pressure and the gas refrigerant flowing in from the gas injection port (21c) to the discharge pressure and discharges it from the discharge port (21d). Machine (21),
A condenser (22) for condensing and liquefying the high-pressure refrigerant discharged from the discharge port (21d) of the compressor (21);
First decompression means (23) for decompressing the high-pressure liquid refrigerant condensed in the condenser (22) to an intermediate pressure;
A gas-liquid separator (29) for separating the gas-liquid of the intermediate pressure refrigerant;
A second decompression means (28) for decompressing the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator (29) to a low pressure;
An evaporator (26) for evaporating and gasifying the low-pressure refrigerant decompressed by the second decompression means (28);
A gas injection passage (21f) for guiding the gas refrigerant separated from the gas-liquid separator (29) to the gas injection port (21c),
While arranging a plurality of heat generating components (41, 25, 60) in series in the refrigerant flow path between the first pressure reducing means (23) and the gas-liquid separator (29),
Among the plurality of heat generating components, the heat generating component (41) having a large heat dissipation amount per unit area is arranged on the upstream side of the refrigerant flow, and the heat generating component (25, 60) having a small heat dissipation amount per unit area is disposed in the refrigerant flow. A refrigeration cycle apparatus arranged on the downstream side.

The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 5 is a refrigeration cycle apparatus for vehicle air conditioning,
The heat generating component having a large heat dissipation amount per unit area is a power element (41) of an in-vehicle electronic device,
The refrigeration cycle apparatus characterized in that the heat generating component having a small heat dissipation amount per unit area is a travel motor (25).

The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 5 is a refrigeration cycle apparatus for vehicle air conditioning,
The heat generating component having a large heat dissipation amount per unit area is a power element (41) of an in-vehicle electronic device,
The refrigeration cycle apparatus characterized in that the heat generating component having a small heat dissipation amount per unit area is an in-vehicle battery (60).