JP3952746B2

JP3952746B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP3952746B2
Application number: JP2001346244A
Authority: JP
Inventors: 圭一北村; 宏巳太田; 真一中村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2021-11-12
Also published as: JP2003148358A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するもので、特に、ハイブリッド駆動方式の圧縮機を備える空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ハイブリッド駆動方式の圧縮機とは、実用新案登録公報第２５９６２９１号に記載されているように、走行用のエンジンと電動モータとを切り換えて圧縮機を駆動するものである。
【０００３】
ところで、このハイブリッド駆動方式の圧縮機は、一般的に、車両燃費の向上及び排出ガスの低減を図った車両の空調装置に適用されるもので、ハイブリッド駆動方式の圧縮機を備える車両では、走行時はエンジンにて圧縮機を駆動し、信号待ちや渋滞等の車両停止時には、エンジンを停止させて車両燃費の向上及び排出ガスの低減を図りつつ、電動モータにて圧縮機を駆動することにより空調能力を維持する。
【０００４】
しかし、電動モータにて圧縮機を駆動する際には、エンジンが停止して発電機が停止しているので、バッテリに蓄えられた電力のみで電動モータを駆動しなければならず、バッテリに蓄えられた電力量が低下してしまう。
【０００５】
そこで、発明者等は、電動モータでの消費電力を低減すべく、電動モータにて圧縮機を駆動する際には、エンジンにて圧縮機を駆動する場合に比べて、空調装置（冷凍機）内を循環する冷媒流量を低減することにより、圧縮機の消費動力、すなわち電動モータの消費電力を低減する空調装置を試作検討したが、以下に述べる問題が新たに発生した。
【０００６】
すなわち、冷媒流量が低下すると、蒸発器内を流れる冷媒は、冷媒入口から冷媒出口に至る多数の冷媒通路のうち圧力損失が小さい通路に集まるようにして流れるため、蒸発器内において冷媒流れに顕著な偏りが発生してしまう。このため、蒸発器を通過した冷風の温度が、通過する蒸発器の部位に異なってしまい、空調フィーリングが悪化してしまう。
【０００７】
これに対しては、蒸発器内において冷媒流れに顕著な偏りが発生しない程度まで冷媒流量を増大させればよいが、この手段では、電動モータの消費電力を低減することができない。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、走行用のエンジンと電動モータ等のエンジンと異なる駆動源とを切り換えて圧縮機を駆動する空調装置において、エンジンと異なる駆動源の消費動力を低減しつつ、空調フィーリングの悪化を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、走行用の駆動源（２００）、及び駆動源（２００）と異なる第２の駆動源（２１０）から動力を得て冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１００）と、圧縮機（１００）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（１１０）と、放熱器（１１０）から流出した冷媒を減圧する減圧器（１２０）と、減圧器（１２０）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１３０）とを備え、圧縮機（１００）を第２の駆動源（２１０）にて駆動するときには、圧縮機（１００）から吐出する冷媒の流量を波状に変化させ、波状に変化する冷媒流量の最大冷媒流量（Ｖｍａｘ）は、蒸発器（１３０）内の冷媒流れに偏りが発生しない冷媒流量であり、波状に変化する冷媒流量の平均冷媒流量（Ｖａ）は、圧縮機（１００）を走行用の駆動源（２００）にて駆動するときの冷媒流量に比べて小さいことを特徴とする。
【００１０】
これにより、第２の駆動源（２１０）にて圧縮機（１００）を駆動する際に、蒸発器（１３０）内において冷媒流れに顕著な偏りが発生しない程度の冷媒流量を確保しながら、その平均冷媒流量を低減することができるので、空調フィーリングが悪化することを防止しつつ、モータ２１０での消費動力（消費電力）を低減することができる。
【００１１】
また、第２の駆動源（２１０）での消費動力を低減することができるので、第２の駆動源の小型化を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、第２の駆動源（２１０）は電動式のモータであり、さらに、第２の駆動源（２１０）は、走行用の駆動源（２００）が停止した後、蒸発器（１３０）の温度が所定温度以上となった時に稼動し始めることを特徴とする。
【００１３】
これにより、第２の駆動源（２１０）の消費動力をより一層低減することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、第２の駆動源（２１０）は電動式のモータであり、さらに、第２の駆動源（２１０）は、走行用の駆動源（２００）が停止した時から所定時間が経過した時に稼動し始めることを特徴とする。
【００１５】
これにより、第２の駆動源（２１０）の消費動力をより一層低減することができる。
【００１６】
ところで、駆動源（２００）が停止して圧縮機（１００）が停止すると、減圧器（１２０）はその構造上、弁が閉じてしまう。このため、圧縮機（１００）が停止した後は、蒸発器（１３０）内に残留する冷媒及び蒸発器（１３０）の熱容量に従って蒸発器（１３０）の温度が上昇していくが、請求項４に記載の発明では、減圧器（１２０）を迂回させて冷媒を流す絞り手段（１２４）を備えていることを特徴としているので、減圧器（１２０）が閉じても、残存する高低圧差により絞り手段（１２４）介して液相冷媒を蒸発器（１３０）に供給することが可能であるので、この供給された液相冷媒が蒸発することにより蒸発器（１３０）の温度上昇を抑制することができる。したがって、第２の駆動源（２１０）を始動するタイミングを遅くすることできるので、第２の駆動源（２１０）の消費動力を更に低減することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、圧縮機（１００）は、吐出容量を変化させることができる可変容量型の圧縮機であり、さらに、圧縮機（１００）を第２の駆動源（２１０）にて駆動する際には、圧縮機（１００）の吐出容量を最大吐出容量より小さい吐出容量とすることを特徴とする。
【００１８】
これにより、圧縮機（１００）を駆動する際のトルクを小さくすることができるので、第２の駆動源（２１０）の消費動力をさらに小さくすることができる。
【００１９】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本実施形態に係る車両用空調装置（蒸気圧縮式冷凍機）の模式図であり、圧縮機１００は冷媒を吸入圧縮するもので、この圧縮機１００は、走行用のエンジン２００及び電動式のモータ２１０から駆動力を得て稼動する。
【００２１】
なお、モータ２１０は、エンジン２００の動力を圧縮機１００に伝達するＶベルト２２０が掛けられるプーリ２３０に一体化されている。
【００２２】
放熱器（凝縮器）１１０は圧縮機１００から吐出した冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を冷却させるもので、減圧器１２０は放熱器１１０から流出した冷媒を減圧膨張させるものであり、蒸発器１３０は減圧器１２０にて減圧された低圧冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させるものである。
【００２３】
なお、本実施形態では、減圧器１３０として、蒸発器１３０出口側の冷媒過熱度が所定値となるように弁開度を機械的調節する温度式膨張弁を採用している。
【００２４】
因みに、温度式膨張弁とは、図２に示すように、ダイヤフラム１２１の上面側に蒸発器１３０の冷媒出口側の冷媒温度による飽和圧力を作用させ、一方、ダイヤフラム１２１の下面側には、蒸発器１３０の冷媒出口側の冷媒圧力及びバネ１２２による弾性力を作用させることにより、ダイヤフラム１２１の作用する圧力差に応じて弁体１２３が変位して弁開度が調節されるものである。
【００２５】
また、図１中、キャピラリチューブ１２４は、減圧器１２０を迂回させて冷媒を流す絞り手段をなすもので、アキュムレータ１４０は蒸発器１３０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機１００の吸入側に流出させる気液分手段である。
【００２６】
次に、本実施形態の特徴的作動及びその効果を述べる。
【００２７】
図３は冷凍機内を循環する冷媒流量の変化示すチャートであり、走行時はエンジン２００にて圧縮機１００を駆動し、信号待ちや渋滞等の車両停止時には、エンジン２００を停止させた後、所定時間ΔＴが経過した時にモータ２１０を稼動させて圧縮機１００を駆動するとともに、蒸発器１３０での空調負荷によらず、冷凍機内を循環する平均冷媒流量Ｖａが、エンジン２００にて圧縮機１００を駆動するときの冷媒流量に比べて小さくなるように圧縮機１００から吐出する冷媒の流量を周期的に変化させる。
【００２８】
ここで、モータ２１０にて圧縮機１００を駆動する際の平均冷媒流量Ｖａは、空調フィーリングが大きく悪化しない程度の冷媒流量であり、モータ２１０にて圧縮機１００を駆動する際の最大冷媒流量Ｖｍａｘは、蒸発器１３０内において冷媒流れに顕著な偏りが発生しない冷媒流量の下限値相当である。
【００２９】
したがって、蒸発器１３０内において冷媒流れに顕著な偏りが発生することを防止することができるので、空調フィーリングが悪化することを防止しつつ、モータ２１０での消費動力（消費電力）を低減することができる。
【００３０】
また、モータ２１０での消費動力（消費電力）を低減することができるので、モータ２１０の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、信号待ちや渋滞等の車両停止時には、エンジン２００を停止させた後、所定時間ΔＴが経過した時にモータ２１０を稼動させるので、モータ２１０の消費電力をより一層低減することができる。
【００３２】
なお、所定時間ΔＴとは、エンジン２００が停止した後、蒸発器１３０の温度又は蒸発器１３０を通過した直後の空気温度が所定温度以上となるに必要な時間であり、本実施形態では、予め試験にて求めた時間（例えば、２０秒）を所定時間ΔＴとしている。
【００３３】
ところで、エンジン２００が停止して圧縮機１００が停止すると、減圧器１２０はその構造上、弁が閉じてしまう（図２参照）。このため、圧縮機１００が停止した後は、蒸発器１３０内に残留する冷媒及び蒸発器１３０の熱容量に従って蒸発器１３０の温度が上昇していくが、本実施形態では、減圧器１２０が閉じても、残存する高低圧差によりキャピラリチューブ１２４介して液相冷媒を蒸発器１３０に供給することが可能であるので、この供給された液相冷媒が蒸発することにより蒸発器１３０の温度上昇を抑制することができる。したがって、所定時間ΔＴを長くすることができるので、モータ２１０の消費電力を更に低減することができる。
【００３４】
なお、キャピラリチューブ１２４介して供給された液相冷媒が、蒸発器１３０から流出するおそれがあるが、蒸発器１３０と圧縮機１００との間には、アキュムレータ１４０が設けられているので、液相冷媒が圧縮機１００に吸引されてしまうことはない。
【００３５】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、所定時間ΔＴは、予め試験にて求めた固定した時間であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンジン２００が停止した後、蒸発器１３０の温度が所定温度以上となった時にモータ２１０を始動してもよい。また、所定時間ΔＴを内気温度、外気温度、日射量等の空調負荷に関するパラメータに基づいて変化させてもよい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、圧縮機１１０は固定容量型のものであったが、圧縮機１００を周知の可変容量型圧縮機とするとともに、モータ２１０にて圧縮機１００を駆動する際には、圧縮機１００の吐出容量を最大吐出容量より小さい吐出容量としてもよい。このようにすれば、圧縮機１００を駆動する際のトルクを小さくすることができるので、モータ２１０の消費動力をさらに小さくすることができる。
【００３７】
また、上述実施形態では、矩形波状に冷媒流量を変化させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば三角波状、鋸波状又は正弦波状であってもよい。
【００３８】
また、上述実施形態では、モータ駆動時の最大流量Ｖｍａｘ及び周期は一定であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、最大流量Ｖｍａｘ及び周期を変化させてもよい。
【００３９】
また、減圧器１２０は、図２に示されたものに限定されるものではなく、電気式膨張弁や固定絞り等のその他の減圧手段であってもよい。
【００４０】
また、上述実施形態では、絞り手段としてキャピラリチューブ１２４を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、オリフィス等の固定絞りであってもよい。
【００４１】
また、キャピラリーチューブ１２４の冷媒流れ上流側又は放熱器１１０の冷媒出口に電磁弁を設け、走行用のエンジンが停止した時からモータ２１０が稼動する前まで、つまりエンジンが停止した時から所定時間ΔＴより短い時間ΔＴ’（例えば、１０〜１５秒）の間は電磁弁を閉じて、高温・高圧冷媒が蒸発器１３０に流入することを防止してもよい。
【００４２】
また、信号待ちや渋滞等の車両停止時には、空調負荷を低減すべく、内気循環モードとして上記した制御を実施することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る空調装置に適用される減圧器の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る空調装置における冷媒流量と時間との関係を示すチャートである。
【符号の説明】
１００…圧縮機、１１０…放熱器、１２０…減圧器、
１２４…キャピラリーチューブ（絞り手段）、１３０…蒸発器、
１４０…アキュムレータ、２００…エンジン（駆動源）、
２１０…モータ（第２の駆動源）。

Claims

走行用の駆動源（２００）、及び前記駆動源（２００）と異なる第２の駆動源（２１０）から動力を得て冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１００）と、
前記圧縮機（１００）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（１１０）と、
前記放熱器（１１０）から流出した冷媒を減圧する減圧器（１２０）と、
前記減圧器（１２０）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１３０）とを備え、
前記圧縮機（１００）を前記第２の駆動源（２１０）にて駆動するときには、前記圧縮機（１００）から吐出する冷媒の流量を波状に変化させ、
前記波状に変化する冷媒流量の最大冷媒流量（Ｖｍａｘ）は、前記蒸発器（１３０）内の冷媒流れに偏りが発生しない冷媒流量であり、
前記波状に変化する冷媒流量の平均冷媒流量（Ｖａ）は、前記圧縮機（１００）を前記走行用の駆動源（２００）にて駆動するときの冷媒流量に比べて小さいことを特徴とする車両用空調装置。
前記第２の駆動源（２１０）は電動式のモータであり、
さらに、前記第２の駆動源（２１０）は、前記走行用の駆動源（２００）が停止した後、前記蒸発器（１３０）の温度が所定温度以上となった時に稼動し始めることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記第２の駆動源（２１０）は電動式のモータであり、
さらに、前記第２の駆動源（２１０）は、前記走行用の駆動源（２００）が停止した時から所定時間が経過した時に稼動し始めることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記減圧器（１２０）は、前記蒸発器（１３０）出口側の冷媒過熱度が所定値となるように弁開度を機械的調節する温度式膨張弁であり、
さらに、前記減圧器（１２０）を迂回させて冷媒を流す絞り手段（１２４）を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用空調装置。
前記圧縮機（１００）は、吐出容量を変化させることができる可変容量型の圧縮機であり、
さらに、前記圧縮機（１００）を前記第２の駆動源（２１０）にて駆動する際には、前記圧縮機（１００）の吐出容量を最大吐出容量より小さい吐出容量とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。