JP6113457B2 - 電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を圧縮する電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置に関するものである。

電気自動車やハイブリッド車両、およびアイドリングストップ機能を備えたエンジン駆動車両では、常にエンジンが作動している一般のエンジン駆動車両と異なり、エンジンを備えていないか、備えていても省燃費化のために頻繁にエンジンを停止させる制御がなされている。したがって、このような車両に適用される車両用空調装置においては、エンジン冷却水等の燃焼排熱を利用した暖房運転を行い難い。また、一般のエンジン駆動車両のようにエンジンの動力で圧縮機（コンプレッサ）を駆動して冷媒を圧縮することができない。

このため、特許文献１に開示されているように、エンジン動力ではなく電動モータの動力で圧縮機を駆動する電動圧縮機が使用され、この電動圧縮機で圧縮した冷媒を用いて冷暖房を行うヒートポンプ方式の車両用空調装置が採用されている。ヒートポンプ方式によらずに暖房を行うとすれば、電気ヒータにより暖房用の空気を加熱する暖房方式が存在するが、この暖房方式は非常に消費電力が大きいため、高ＣＯＰ暖房（ＣＯＰ≧１）を実現可能なヒートポンプ方式の暖房方式の方が望ましい。

ヒートポンプ方式の車両用空調装置における問題点として、低外気温時（例えば−１０℃以下）の暖房運転時において、空気中の水分が凝縮し、車室外蒸発器に着霜（フロスト）が起こって暖房能力が低下するという事象が挙げられる。この場合、暖房能力を向上させるため、特許文献１に開示されている車両用空調装置では、低外気温度時の熱源として、冷媒回路内に冷媒加熱装置を設置し、この冷媒加熱装置によって電動圧縮機に吸入される冷媒を加熱する方法が採られている。

特開２０１０−２３４８４７号公報

上記のように、従来のヒートポンプ方式の車両用空調装置では、電動圧縮機に吸入される冷媒を加熱する冷媒加熱装置が冷媒回路内に独立的に設置されていたため、この独立した冷媒加熱装置およびこれを接続するための追加配管等の機材が必要となり、これらの設置スペースを狭い車両内部に確保する必要がある上に、冷媒回路が複雑化且つ高コスト化するといった課題があった。

また、冷媒加熱装置が電動圧縮機から離れて設置されていたため、冷媒加熱装置で加熱された冷媒が電動圧縮機に流れ着くまでに熱損失が発生し、暖房効果が損なわれる懸念があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、冷媒回路の小型簡素化および低コスト化を図るとともに、冷暖房能力を向上させ、合わせて電気制御部を冷却可能にすることができる電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る電動圧縮機は、車両用空調装置において冷媒を圧縮する電動圧縮機であって、電動モータの動力によって前記冷媒を圧縮する冷媒圧縮部と、前記冷媒圧縮部に付設された電気制御部と、前記冷媒を加熱する加冷媒熱装置と、前記冷媒加熱装置に流入する冷媒の流れを絞る絞り手段と、が一体化され、前記絞り手段には、前記冷媒圧縮部に吸入される前の前記冷媒を前記冷媒加熱装置側に流す冷媒加熱流路と、前記冷媒を前記冷媒加熱装置に流さずに前記冷媒圧縮部に直接吸入させるバイパス流路と、が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、冷媒加熱装置が冷媒圧縮部と絞り手段とが一体化されるため、従来のような独立した冷媒加熱装置および温度式膨張弁や、これらを接続するための追加配管等の機材が不要となり、それらの設置スペースを削減できるとともに、冷媒回路の小型簡素化および低コスト化を図ることができる。
しかも、冷媒加熱装置で加熱された冷媒が、別な配管等を通ることなく、冷媒加熱装置に隣接している冷媒圧縮部に直ちに吸入されるため、加熱された冷媒の熱損失を防止して、暖房能力を向上させることができる。
さらに、上記構成によれば、冷媒加熱装置が使用されない空調運転時、例えば冷房運転時や、車室外蒸発器に着霜が起きる前の暖房運転時には、絞り手段の冷媒加熱流路を閉じてバイパス流路を開くことにより、冷媒圧縮部に吸入される前の冷媒を、圧力損失を招く冷媒加熱装置には通さずに直接冷媒圧縮部に吸入させることができる。このため、冷媒を効率良く冷媒圧縮部に吸入させて冷暖房能力を向上させることができる。

また、本発明に係る電動圧縮機は、上記構成において、前記冷媒加熱装置は、前記冷媒圧縮部と前記電気制御部との間に介装されていることを特徴とする。

上記構成によれば、冷媒加熱装置に流れ込む冷媒の冷熱によって電気制御部の作動熱を冷却することができる。換言すれば、電気制御部の熱によって冷媒を加温することができる。このため、作動時に高温になる電気制御部を冷却するとともに、その排熱を有効に利用することができる。

また、本発明に係る電動圧縮機は、上記構成において、前記冷媒加熱装置に流入した前記冷媒が、まず前記電気制御部に隣接して流れ、次に前記冷媒圧縮部に隣接して流れるように、前記冷媒加熱装置の内部流路が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、冷媒加熱装置に流入した温度の低い冷媒が、まず電気制御部と熱交換することにより、電気制御部の発する熱を効果的に吸収し、次に冷媒加熱装置に内蔵されている発熱体に加熱される。このため、電気制御部を冷却するとともに、電気制御部が発する熱を有効利用して発熱体で消費される電力を節約することができる。

また、本発明に係る電動圧縮機は、上記構成において、前記電気制御部に設けられている電気部品は、比較的発熱量の大きいものから順に、前記内部流路の上流側から下流側に向かって配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、内部流路の上流側に配置された、比較的発熱量の大きい電気部品ほど、温度の低い冷媒と熱交換されるため、電気制御部を効率良く冷却することができる。

また、本発明に係る電動圧縮機は、上記構成において、前記冷媒加熱装置の内部流路に囲まれるように発熱体が配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、発熱体の熱を効率良く冷媒に伝達し、暖房能力を向上させることができる。

また、本発明に係る電動圧縮機は、上記構成において、前記冷媒加熱装置の内部流路は、前記冷媒の流入部から下降した後にＵターンして上昇するＵターン形状であることを特徴とする。

上記構成によれば、液相状の冷媒が冷媒加熱装置に流入してきても、この液冷媒を冷媒加熱装置内で極力蒸発させることができ、これによって液冷媒がそのまま冷媒圧縮部に吸入されてしまうことを防止し、冷媒圧縮部の圧縮機構（コンプレッサ）が破損することを防止できる。

また、本発明に係る電動圧縮機は、上記構成における前記電気制御部において、前記冷媒圧縮部の制御基板と、前記冷媒加熱装置の制御基板とが一体化されていることを特徴とする。

上記構成によれば、それまで冷媒圧縮部の制御基板と冷媒加熱装置の制御基板とで個別に搭載されていた同じ機能を有する電気部品を共用することができ、電気制御部のコンパクト化を図ることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置は、上記の各態様の電動圧縮機を備えたことを特徴とする。これにより、冷媒回路の小型簡素化および低コスト化を図るとともに、冷暖房能力を向上させ、合わせて電気制御部を冷却することができる。

以上のように、本発明に係る電動圧縮機およびこれを備えた車両用空調装置によれば、従来では独立的に配置されていた冷媒圧縮部と絞り手段とが一体化される。このため、従来のような独立した冷媒加熱装置および温度式膨張弁や、これらを接続するための追加配管等の機材が一切不要となり、それらの設置スペースを削減できるとともに、冷媒回路の小型簡素化および低コスト化を図ることができる。
また、冷媒加熱装置で加熱された冷媒が、別な配管等を通ることなく、冷媒加熱装置に隣接している冷媒圧縮部に直ちに吸入されるため、加熱された冷媒の熱損失を防止して、暖房能力を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る電動圧縮機を備えた車両用空調装置の一例を示す冷媒回路図である。 電動圧縮機に設けられた温度式膨張弁の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態を示す電動圧縮機の縦断面図である。 冷房運転時（冷媒加熱装置ＯＦＦ）における冷媒の流れを示す図である。 暖房運転時（着霜前、冷媒加熱装置ＯＦＦ）における冷媒の流れを示す図である。 暖房運転時（着霜後、冷媒加熱装置ＯＮ）における冷媒の流れを示す図である。 本発明の第２実施形態を示す電動圧縮機の縦断面図である。

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施形態について説明する。
図１に示されるヒートポンプ方式の車両用空調装置１は、ＨＶＡＣユニット２と、冷暖房可能な冷媒回路３とを備えている。

ＨＶＡＣユニット２は、内外気切替ダンパ４を介して車室内の内気または車室外の外気のいずれかを選択的に導入し、下流側に圧送するブロア５と、ブロア５に連なる空気流路６内に上流側から下流側にかけて順次配設されている車室内蒸発器８と、車室内凝縮器９とを備えている。このＨＶＡＣユニット２は、車室内前方のインストルメントパネル内に設置され、車室内蒸発器８および車室内凝縮器９により温調された空気を、車室内に向けて開口されているデフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２、フット吹出し口１３いずれかから、吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６により切り換えられる吹出しモードに従って車室内に吹き出し、車室内を設定温度に空調するものである。

ＨＶＡＣユニット２内における風路構造は、ブロア５から送風されて車室内蒸発器８を通過した外気または内気の全量が車室内凝縮器９を通るように形成されている。なお、従来のＨＶＡＣユニット内に設けられている温調ダンパは設けられていない。

一方、冷暖房が可能な冷媒回路３には、閉サイクルの冷凍サイクル２７と暖房サイクル２９とが構成されている。
冷凍サイクル２７は、電動圧縮機２０Ａと、この電動圧縮機２０Ａの吐出側に設けられた三方切替弁２３と、車室外凝縮器２１と、レシーバ２２と、第２温度式膨張弁２４と、ＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器８と、逆止弁２５とが、この順に吐出配管２６Ａおよび冷媒配管２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅ，２６Ｆ，２６Ｇを介して接続されることによって構成されている。この冷凍サイクル２７は、エンジン駆動方式の車両に適用されている標準的な車両用空調装置と概略同様のものである。

電動圧縮機２０Ａは、後に詳述するように、冷媒を圧縮する冷媒圧縮部２０と、この冷媒圧縮部２０に吸入される前の冷媒を必要に応じて加熱する冷媒加熱装置４１と、この冷媒加熱装置４１に流入する冷媒の流れを絞り、圧力を減圧する第１温度式膨張弁４２（絞り手段）とが一体的にユニット化されたものである。

一方、暖房サイクル２９は、電動圧縮機２０Ａおよび三方切替弁２３と、ＨＶＡＣユニット２内の車室内凝縮器９と、レシーバ２２と、第３温度式膨張弁３１と、車室外蒸発器３２と、逆止弁２５とが、この順に吐出配管２６Ａおよび冷媒配管２６Ｈ，２６Ｉ，２６Ｄ，２６Ｊ，２６Ｋ，２６Ｌ，２６Ｍ，２６Ｇを介して接続されることによって構成されている。したがって、電動圧縮機２０Ａと、三方切替弁２３と、レシーバ２２と、吐出配管２６Ａおよび冷媒配管２６Ｄ，２６Ｇは、冷凍サイクル２７と暖房サイクル２９とによって共用されている。

さらに、冷媒配管２６Ｊと、電動圧縮機２０Ａの第１温度式膨張弁４２との間を接続する冷媒配管２６Ｎが配設されており、この冷媒配管２６Ｎに逆止弁４３と電磁弁４４とが介装されている。電磁弁４４は、冷媒配管２６Ｊ側（レシーバ２２側）から電動圧縮機２０Ａ側への冷媒の流れのみを許容する。

第２温度式膨張弁２４と、第３温度式膨張弁３１は、各々、減圧機構を備える通路２４ａ，３１ａと、減圧機構を備えていない通路２４ｂ，３１ｂと、を備えている。そして、減圧機構を備えない通路２４ｂ，３１ｂ側で冷媒の温度を検知することで、各々、通路２４ａ，３１ａの減圧機構の開度を調整することができるようになっている。なお、三方切替弁２３の具体的な構成は問わず、例えば２個の電磁弁を組み合わせてもよい。

上記した冷媒回路３において、暖房サイクル２９を構成している車室外蒸発器３２は、冷凍サイクル２７を構成している車室外凝縮器２１に対して、外気を通風する車室外ファン３６の通風路中における下流側に、車室外凝縮器２１と互いに平行に、且つ近接して設置されており、車室外ファン３６を共用化している。車室外ファン３６は、車室外凝縮器２１側から車室外蒸発器３２側に向かって冷却風を送風（吸引）する。なお、本実施形態においては、車室外蒸発器３２と車室外凝縮器２１との間に、車両駆動用のエンジン、モータ、インバータおよびバッテリ等を冷却する冷却媒体を熱交換させるラジエータ３７が設置された構成とされている。

車室外凝縮器２１、車室外蒸発器３２およびラジエータ３７の配置は任意であるが、本実施形態のように配置すると、車室外凝縮器２１および車両用のラジエータ３７によって、降雪時や積雪時における雪をブロックし、車室外蒸発器３２に対する雪の付着を軽減することができる。したがって、車室外蒸発器３２での熱交換性能を確保し、暖房性能を向上することができるとともに、車室外蒸発器３２への雪の付着による凍結を防止することができる。また、車両用のラジエータ３７から放熱がある場合には、それを吸熱して暖房能力の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態のレシーバ２２は、車室外凝縮器２１からの冷媒配管２６Ｃと、車室内凝縮器９からの冷媒配管２６Ｉとが接続される２つの冷媒流入口にそれぞれ逆止弁３８，３９が一体的に組み込まれた逆止弁付きのレシーバとされている。各逆止弁３８，３９は、共にレシーバ２２の外部側から内部側への冷媒の流れのみを許容する。冷媒配管２６Ｄはレシーバ２２の出口配管であり、この冷媒配管２６Ｄは冷媒配管２６Ｅと冷媒配管２６Ｊとに分岐し、冷媒配管２６Ｅが車室内蒸発器８側に繋がり、冷媒配管２６Ｊが車室外蒸発器３２側に繋がる。

冷媒圧縮部２０から吐出された冷媒は、三方切替弁２３の開弁状態により、車室外凝縮器２１（冷媒配管２６Ｂ側）または車室内凝縮器９（冷媒配管２６Ｈ側）のいずれか一方に選択的に流されるようになっている。そして、ＨＶＡＣユニット２から車室内に吹き出す風の温度コントロールは、冷媒圧縮部２０の回転数を変化させることと、冷媒圧縮部２０に吸入される前の冷媒を冷媒加熱装置４１によって加熱することによって行われる。

図２に拡大して示すように、電動圧縮機２０Ａに内蔵されている冷媒加熱装置４１は、冷媒圧縮部２０の、後述する冷媒吸入口７６に隣接して設置され、第１温度式膨張弁４２は、冷媒加熱装置４１の入口部に隣接して設置されている。そして、第１温度式膨張弁４２の内部には、冷媒配管２６Ｎを流れて来て冷媒圧縮部２０に吸入される前の冷媒を冷媒加熱装置４１側に流す冷媒加熱流路４２ａと、冷媒配管２６Ｇを流れて来て冷媒圧縮部２０に吸入される前の冷媒を冷媒加熱装置４１側には流さずに冷媒圧縮部２０の冷媒吸入口７６に直接吸入させるバイパス流路４２ｂとが設けられている。

なお、この車両用空調装置１には、車両の適所に設置されている車室内温度センサ（Ｔｒ）５３、外気温度センサ（Ｔａｍｂ）５４、日射センサ（Ｔｓ）５５、車速センサ５６の他、車両用空調装置１側の車室内蒸発器８に設置されているフロストセンサ（ＦＳ）５７、車室外蒸発器３２に設置されている車室外蒸発器冷媒温度センサ（Ｔ１）５８、吐出配管２６Ａに設置されている高圧センサ（ＨＰ）５９、車室内凝縮器９に設置されている車室内凝縮器吹出し温度センサ（Ｔｃ）６０からの検出信号が入力されるようになっている（これら各センサの設置位置は図１参照）。

［電動圧縮機の第１実施形態］
図３は、電動圧縮機２０Ａの第１実施形態を示す縦断面図である。前述したように、電動圧縮機２０Ａは、冷媒圧縮部２０と、冷媒加熱装置４１と、第１温度式膨張弁４２（絞り手段）とが一体的にユニット化されたものである。冷媒圧縮部２０には、さらに電気制御部６５が一体的に付設されている。

冷媒圧縮部２０は、電動モータ６７と、この電動モータ６７の動力によって冷媒を圧縮する圧縮機構６８とが、アルミニウム合金製のハウジング７０内に組み込まれた構成である。圧縮機構６８は、例えば固定スクロール６８ａと、旋回スクロール６８ｂとが組み合わされてなる公知のスクロール式のものである。電動モータ６７の回転は主軸７２を介して圧縮機構６８を駆動するようになっている。主軸７２は、ハウジング７０内に保持されたメインベアリング７３およびサブベアリング７４によって回転自在に軸支されている。

ハウジング７０の端部には冷媒吸入口７６（吸入部）が設けられており、図１に示す冷媒配管２６Ｇから冷媒吸入口７６に吸入された低圧の冷媒ガスが、ハウジング７０内を流通して電動モータ６７を冷却した後に圧縮機構６８に吸い込まれ、そこで圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとなり、ハウジング７０の端部に設けられている冷媒吐出口７７から吐出配管２６Ａに吐出される。

この電動圧縮機２０Ａにおいて、冷媒加熱装置４１は、冷媒圧縮部２０と電気制御部６５との間に挟まれるように設置されている。また、第１温度式膨張弁４２は、冷媒圧縮部２０の冷媒吸入口７６に隣接して設置され、且つ冷媒加熱装置４１にも隣接し、互いの内部流路が連通している。

第１温度式膨張弁４２の内部には、前述した冷媒加熱流路４２ａとバイパス流路４２ｂとが設けられている。冷媒加熱流路４２ａは冷媒加熱装置４１に繋がり、バイパス流路４２ｂは冷媒吸入口７６に繋がっている。なお、図２に示す減圧部４２ｃおよび感温部４２ｄは図３において記載が省略されている。

電気制御部６５は、収容箱８０の内部に基板８１が設置された構成である。基板８１は、冷媒圧縮部２０の制御基板と、冷媒加熱装置４１の制御基板とが一体化されたものである。この基板８１に、後述するＰＴＣヒータ８２を制御する制御用素子８３や、電動モータ６７を制御するインバータ装置の制御用素子８４といった電気部品が搭載されている。これらの電気部品８３，８４は、いずれも発熱性のあるスイッチング素子や抵抗、コンデンサ等である。基板８１は収容箱８０の底面を介して冷媒加熱装置４１に密着し、後述するように冷媒加熱装置４１内を流れる冷媒によって基板８１に搭載された電気部品８３，８４等が冷却されるようになっている。

冷媒加熱装置４１の内部流路は、冷媒の流入部、即ち、第１温度式膨張弁４２の冷媒加熱流路４２ａに繋がり、ここから鉛直に下降する下降流路４１ａと、その後にＵターンして上昇する上昇流路４１ｂとを有するＵターン形状となっている。下降流路４１ａと上昇流路４１ｂは、例えば鉛直な面状の通路、あるいは複数の鉛直な管路を格子状に並べた通路等として形成されている。

そして、これらの内部流路４１ａ，４１ｂに囲まれるように複数のＰＴＣヒータ８２が配置されている。このＰＴＣヒータ８２は、ＰＴＣ（Positive Temperature coefficient）素子を使用した電気式のヒータであり、内部流路４１ａ，４１ｂに流される冷媒を加熱する発熱体として機能する。この発熱体としては、ＰＴＣヒータに限らず、例えば電熱線を絶縁した状態で金属パイプにより被覆する、いわゆる電気式のシーズヒータや、他の電気式ヒータとしてもよい。このＰＴＣヒータ８２により、内部流路４１ａ，４１ｂを流れる冷媒が必要に応じて加熱される。

冷媒加熱装置４１の内部における冷媒の流路としては、第１温度式膨張弁４２（冷媒加熱流路４２ａ）から冷媒加熱装置４１に流れ込んだ冷媒が、まず電気制御部６５に隣接して流れ、次に冷媒圧縮部２０に隣接して流れるように、流れの上流側の内部流路である下降流路４１ａが電気制御部６５に隣接し、流れの下流側の内部流路である上昇流路４１ｂが冷媒圧縮部２０に隣接するようにレイアウトされている。

また、電気制御部６５に設けられている電気部品８３，８４…は、比較的発熱量の大きいものから順に、冷媒加熱装置４１の内部流路（４１ａ，４１ｂ）の上流側から下流側に向かって配置されている。例えば、本実施形態では、ＰＴＣヒータ８２を制御する制御用素子８３の平均発熱量の方が、電動モータ６７を制御するインバータ装置の制御用素子８４の平均発熱量よりも大きいため、制御用素子８３が制御用素子８４よりも上流側に、即ち上方に配置されている。

冷媒加熱装置４１による冷媒加熱時には、ＰＴＣヒータ８２が起動し、制御用素子８３が発熱する。この制御用素子８３が発した熱は、下降流路４１ａおよび上昇流路４１ｂを流れる冷媒と熱交換され、冷媒が温められる。このため、制御用素子８３の発熱を有効に利用して冷媒の加熱効率を向上させることができる。

なお、この空調制御装置５０には、車両の適所に設置されている車室内温度センサ（Ｔｒ）５３、外気温度センサ（Ｔａｍｂ）５４、日射センサ（Ｔｓ）５５、車速センサ５６の他、車室内蒸発器８に設置されているフロストセンサ（ＦＳ）５７、車室外蒸発器３２に設置されている車室外蒸発器冷媒温度センサ（Ｔ１）５８、冷媒配管２６Ｈに設置されている高圧センサ（ＨＰ）５９、車室内凝縮器９に設置されている車室内凝縮器吹出し温度センサ（Ｔｃ）６０からの検出信号が入力されるようになっている。

次に、車両用空調装置１の運転時における冷媒の流れを、図４〜図６を用いて説明する。この車両用空調装置１は、冷媒圧縮部２０から吐出された冷媒を車室外凝縮器２１で熱交換した後に減圧して車室内蒸発器８に供給する冷房運転と、冷媒圧縮部２０から吐出された冷媒を車室内凝縮器９で熱交換した後に車室外蒸発器３２に供給する通常の暖房運転と、車室外蒸発器３２の着霜時に、冷媒圧縮部２０から吐出された冷媒を車室内凝縮器９で熱交換した後に冷媒加熱装置４１で加熱する着霜時の暖房運転とを切り替えて運転される。なお、各図において、運転時に冷媒が流れる冷媒配管は太線で示され、冷媒が流れていない冷媒配管は細線で示されている。

［冷房運転］
図４は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。
冷房運転時には、冷媒圧縮部２０で圧縮された冷媒が吐出配管２６Ａより冷媒配管２６Ｂを経て車室外凝縮器２１側に供給されるように、三方切替弁２３の開弁方向が設定される。車室外凝縮器２１に供給された冷媒は、車室外ファン３６を介して通風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、冷媒配管２６Ｃとレシーバ２２の逆止弁３８とを経てレシーバ２２内に導入され、ここに一旦貯留された後、冷媒配管２６Ｄ，２６Ｅを経て第２温度式膨張弁２４に導かれ、ここで減圧されて気液二相状態となり、ＨＶＡＣユニット２内の車室内蒸発器８に供給される。

車室内蒸発器８でブロア５から送風されてくる内気または外気と熱交換されて蒸発ガス化された冷媒は、冷媒配管２６Ｆ，２６Ｇと、逆止弁２５と、第１温度式膨張弁４２とを経て冷媒圧縮部２０に吸入され、再び圧縮される。この時、冷媒加熱装置４１は停止（ＯＦＦ）状態とされている。冷媒は、第１温度式膨張弁４２を通過する際にバイパス流路４２ｂ（図２参照）に通されて、圧力損失を招く冷媒加熱装置４１には通されずに直接冷媒圧縮部２０に吸入される。以下、同様のサイクルが繰り返される。

車室内蒸発器８で冷媒と熱交換されることにより冷却された内気または外気は、吹出しモード切替ダンパ１４，１５，１６により切り替えられる吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２、フット吹出し口１３のいずれかから車室内に吹き出され、車室内の冷房に供される。

［暖房運転（着霜前）］
図５は、車室外蒸発器３２に着霜する前の暖房運転時における冷媒の流れを示している。
暖房運転時には、冷媒圧縮部２０で圧縮された冷媒が吐出配管２６Ａより冷媒配管２６Ｈを経てＨＶＡＣユニット２内の車室内凝縮器９側に供給されるように、三方切替弁２３の開弁方向が設定される。車室内凝縮器９に供給された冷媒は、ブロア５から送風されてくる内気または外気と熱交換されて放熱される。これによって加熱された空気は、吹出しモードに応じて、デフ吹出し口１１、フェイス吹出し口１２およびフット吹出し口１３のいずれかから車室内に吹き出され、車室内の暖房に供される。なお、通常の暖房運転は、窓の曇りを防止するために外気導入モードで行われる。

車室内凝縮器９で熱交換されて凝縮液化された冷媒は、冷媒配管２６Ｉとレシーバ２２の逆止弁３９とを経てレシーバ２２内に導入され、ここに一旦貯留された後、冷媒配管２６Ｄ，２６Ｊを通り、冷媒配管２６Ｎに設けられた電磁弁４４が閉じているために第３温度式膨張弁３１に導かれ、ここで減圧されて気液二相状態となり、さらに冷媒配管２６Ｋを経て車室外蒸発器３２に供給される。

車室外蒸発器３２に供給された冷媒は、車室外ファン３６により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱することで蒸発ガス化された後、冷媒配管２６Ｌを経て第３温度式膨張弁３１を通過し、さらに冷媒配管２６Ｍ，２６Ｇと、逆止弁２５と、第１温度式膨張弁４２とを経て冷媒圧縮部２０に吸入され、再び圧縮される。この時、冷媒加熱装置４１は、冷房運転時と同じく停止（ＯＦＦ）状態とされており、冷媒は、第１温度式膨張弁４２の内部で圧力損失の少ないバイパス流路４２ｂを通って冷媒圧縮部２０に吸入される。以下、同様のサイクルが繰り返されてヒートポンプ暖房が行われる。

［暖房運転（着霜後）］
上記のように、車室外蒸発器３２により、外気から吸熱して暖房運転を行うと、低外気温時（例えば−１０℃以下の時）に、車室外蒸発器３２の表面に着霜し、この着霜が進むに連れて暖房能力が低下し、ついには暖房の吹出し温度が目標吹出し温度に達しなくなる懸念がある。そこで、車室外蒸発器３２が着霜した場合には、車室外蒸発器３２に冷媒を流すことを停止するとともに、冷媒加熱装置４１を作動させて冷媒圧縮部２０に吸入される前の冷媒を加熱する冷媒加熱式の暖房運転が行われる。

即ち、車室外蒸発器３２に着霜すると、外気温度センサ（Ｔａｍｂ）５４、車室外蒸発器冷媒温度センサ（Ｔ１）５８等によって着霜が検知され、この場合には冷媒加熱装置４１を作動させる。こうして冷媒加熱装置４１により冷媒が蒸発し過熱度が付き始めると、第１温度式膨張弁４２が開き（ＯＮ）、電磁弁４４も開かれるため、図６に示すように、冷媒圧縮部２０から吐出されて車室内凝縮器９とレシーバ２２とを経た冷媒が冷媒配管２６Ｎに流れ込み、電磁弁４４と逆止弁４３とを通過し、第１温度式膨張弁４２の冷媒加熱流路４２ａ（図２参照）を通って冷媒加熱装置４１に通され、ここで加熱されてから冷媒圧縮部２０に吸入され、圧縮される。以下、同様のサイクルが繰り返されてヒートポンプ暖房が続行される。

これに伴い、車室外蒸発器３２へ流入する冷媒量が減少し、過熱度が付かない状態となって、第３温度式膨張弁３１の減圧機構を備える通路３１ａが閉じる（ＯＦＦ）。このため、車室外蒸発器３２への冷媒供給が停止される。冷媒加熱装置４１で加熱された冷媒が冷媒圧縮部２０で圧縮されて車室内凝縮器９に導入され、ブロア５から送風されてくる外気と熱交換されて放熱されることは、除霜前の暖房運転と同様である。なお、この冷媒加熱式の暖房運転が行われている時も、窓の曇りを防止するために外気導入モードに設定するのが好ましい。

［作用・効果］
本実施形態に係る車両用空調装置１の電動圧縮機２０Ａによれば、以下の作用効果が奏される。
まず、この電動圧縮機２０Ａは、電動モータ６７の動力によって冷媒を圧縮する冷媒圧縮部２０に、冷媒を加熱する冷媒加熱装置４１と、この冷媒加熱装置４１に流入する冷媒の流れを絞る第１温度式膨張弁４２と、電気制御部６５と、が一体化されているため、従来のような独立した冷媒加熱装置４１および第１温度式膨張弁４２や、これらを接続するための追加配管等の機材が不要となり、それらの設置スペースを削減できるとともに、冷媒回路３の小型簡素化および低コスト化を図ることができる。
しかも、冷媒加熱装置４１で加熱された冷媒が、別な配管等を通ることなく、冷媒加熱装置４１に隣接している冷媒圧縮部２０に直ちに吸入されるため、加熱された冷媒の熱損失を防止して、暖房能力および除霜能力を向上させることができる。

また、冷媒加熱装置４１が冷媒圧縮部２０と電気制御部６５との間に介装されているため、冷媒加熱装置４１に流れ込む冷媒の冷熱によって電気制御部６５の作動熱を冷却することができる。換言すれば、電気制御部６５の熱によって冷媒を加温することができる。このため、作動時に高温になる電気制御部６５を冷却するとともに、その排熱を有効に利用することができる。

さらに、冷媒加熱装置４１に流入した冷媒が、まず電気制御部６５に隣接して流れ、次に冷媒圧縮部２０に隣接して流れるように、冷媒加熱装置４１の内部流路（下降流路４１ａ，上昇流路４１ｂが形成されているため、冷媒加熱装置４１に流入した温度の低い冷媒が、まず電気制御部６５と熱交換することにより、電気制御部６５の発する熱を効果的に吸収し、次にこの冷媒が冷媒加熱装置４１に内蔵されたＰＴＣヒータ８２に加熱される。このため、電気制御部６５を冷却するとともに、電気制御部６５が発する熱を有効利用してＰＴＣヒータ８２で消費される電力を節約することができる。

また、電気制御部６５に設けられている制御用素子８３，８４等の電気部品が、比較的発熱量の大きいものから順に、冷媒加熱装置４１の内部流路（４１ａ，４１ｂ）の上流側から下流側に向かって配置されている。このため、内部流路（４１ａ，４１ｂ）の上流側に配置された、比較的発熱量の大きい電気部品ほど、内部流路に流入したばかりの低温な冷媒と熱交換される。このため、電気制御部を効率良く冷却することができる。

さらに、第１温度式膨張弁４２には、冷媒圧縮部２０に吸入される前の冷媒を冷媒加熱装置４１に流す冷媒加熱流路４２ａと、冷媒を冷媒加熱装置４１に流さずに冷媒圧縮部２０に直接吸入させるバイパス流路４２ｂとが設けられている。このため、冷媒加熱装置４１が使用されない空調運転時、例えば冷房運転時や、車室外蒸発器３２に着霜が起きる前の暖房運転時には、第１温度式膨張弁４２の冷媒加熱流路４２ａを閉じてバイパス流路４２ｂを開くことにより、冷媒圧縮部２０に吸入される前の冷媒を、圧力損失を招く冷媒加熱装置４１には通さずに直接冷媒圧縮部２０に吸入させることができる。このため、冷媒を効率良く冷媒圧縮部２０に吸入させて冷暖房能力を向上させることができる。

また、冷媒加熱装置４１の内部流路（下降流路４１ａ，上昇流路４１ｂ）に囲まれるようにＰＴＣヒータ８２が配置されているため、このＰＴＣヒータ８２の熱を効率良く冷媒に伝達して暖房能力を向上させることができる。

さらに、冷媒加熱装置４１の内部流路が、冷媒の流入部から下降する下降流路４１ａと、上昇流路４１ｂとを有しており、これらによって冷媒の流入部から下降した後にＵターンして上昇するＵターン形状となっているため、液相状の冷媒が冷媒加熱装置４１に流入してきても、この液冷媒を冷媒加熱装置４１内で極力蒸発させることができ、これによって液冷媒がそのまま冷媒圧縮部２０に吸入されてしまうことを防止し、冷媒圧縮部２０の圧縮機構６８が破損することを防止できる。

また、電気制御部６５に設置される基板８１が、冷媒圧縮部２０の制御基板と、冷媒加熱装置４１の制御基板とを一体化したものであるため、それまで冷媒圧縮部２０の制御基板と冷媒加熱装置４１の制御基板とで個別に搭載されていた同じ機能を有する電気部品（例えば制御用のマイコンや、ＤＣ／ＤＣ電源、電流センサ等）を共用することができ、電気制御部６５の大幅なコンパクト化を図るとともに、冷媒加熱装置４１内を流れる冷媒の冷熱による基板８１の冷却効果を高めることができる。

また、本発明に係る車両用空調装置１は、上記のように構成された電動圧縮機２０Ａを備えているため、従来では独立的に配置されていた冷媒圧縮部２０と電気制御部６５と第１温度式膨張弁４２とが一体化され、従来のような独立した冷媒加熱装置および温度式膨張弁や、これらを接続するための追加配管等の機材が一切不要となり、それらの設置スペースを削減できるとともに、冷媒回路３の小型簡素化および低コスト化を図ることができる。

しかも、冷媒加熱装置４１で加熱された冷媒が、別な配管等を通ることなく、冷媒加熱装置４１に隣接している冷媒圧縮部２０に直ちに吸入されるため、加熱された冷媒の熱損失を防止して、暖房能力を向上させることができる。

［電動圧縮機の第２実施形態］
図７は、電動圧縮機２０Ｂの第２実施形態を示す縦断面図である。
この電動圧縮機２０Ｂにおいて、第１実施形態に示す電動圧縮機２０Ａと異なる点は、冷媒加熱装置４１が冷媒圧縮部２０の上部に設置され、この冷媒加熱装置４１の端部に第１温度式膨張弁４２が隣接して配置され、冷媒加熱装置４１の上部に電気制御部６５が配置されている点である。冷媒圧縮部２０と第１温度式膨張弁４２と電気制御部６５の基本的な構成は、第１実施形態の電動圧縮機２０Ａと同様であるため、説明は省略する。

冷媒加熱装置４１の内部流路は、冷媒が流れる水平な往流路４１ｃと復流路４１ｄとを備えたＵターン形状に形成され、これらの内部流路（４１ｃ，４１ｄ）に囲まれるように複数のＰＴＣヒータ８２が配置されている。第１温度式膨張弁４２の冷媒加熱流路４２ａとバイパス流路４２ｂは、それぞれ冷媒加熱装置４１の往流路４１ｃと冷媒圧縮部２０の冷媒吸入口７６に連通している。また、冷媒加熱装置４１の復流路４１ｄは、第１温度式膨張弁４２の内部でバイパス流路４２ｂに連通している。

冷媒加熱装置４１の内部における冷媒の流路としては、第１温度式膨張弁４２（冷媒加熱流路４２ａ）から冷媒加熱装置４１内に流れ込んだ冷媒が、まず電気制御部６５に隣接して流れ、次に冷媒圧縮部２０に隣接して流れるように、流れの上流側の内部流路である往流路４１ｃが電気制御部６５に隣接し、流れの下流側の内部流路である復流路４１ｄが冷媒圧縮部２０に隣接するようにレイアウトされている。

電気制御部６５は、その基板８１が収容箱８０の底面を介して冷媒加熱装置４１に密着しており、基板８１には制御用素子８３，８４が搭載され、このうち、平均発熱量の大きい制御用素子８３が制御用素子８４よりも往流路４１ｃの上流側に配置されている。

このように、冷媒加熱装置４１と電気制御部６５を冷媒圧縮部２０の上部に配置することにより、狭いエンジンルーム内におけるレイアウトの自由度が向上するとともに、冷媒加熱装置４１を備えていない電動圧縮機に対して、後付けのオプション装備として冷媒加熱装置４１を容易に追加することができるという利点がある。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

１ 車両用空調装置
２０ 冷媒圧縮部
２０Ａ，２０Ｂ 電動圧縮機
４１ 冷媒加熱装置
４１ａ 下降流路（内部流路）
４１ｂ 上昇流路（内部流路）
４２ 第１温度式膨張弁（絞り手段）
４２ａ 冷媒加熱流路
４２ｂ バイパス流路
６５ 電気制御部
６７ 電動モータ
６８ 圧縮機構
８２ ＰＴＣヒータ（発熱体）
８３，８４ 制御用素子（電気部品）

Claims (8)

1. 車両用空調装置において冷媒を圧縮する電動圧縮機であって、
   電動モータの動力によって前記冷媒を圧縮する冷媒圧縮部と、
   前記冷媒圧縮部に付設された電気制御部と、
   前記冷媒を加熱する冷媒加熱装置と、
   前記冷媒加熱装置に流入する冷媒の流れを絞る絞り手段と、
   が一体化され、
   前記絞り手段には、
   前記冷媒圧縮部に吸入される前の前記冷媒を前記冷媒加熱装置側に流す冷媒加熱流路と、
   前記冷媒を前記冷媒加熱装置に流さずに前記冷媒圧縮部に直接吸入させるバイパス流路と、が設けられていることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記冷媒加熱装置は、前記冷媒圧縮部と前記電気制御部との間に介装されていることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記冷媒加熱装置に流入した前記冷媒が、まず前記電気制御部に隣接して流れ、次に前記冷媒圧縮部に隣接して流れるように、前記冷媒加熱装置の内部流路が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機。
4. 前記電気制御部に設けられている電気部品は、比較的発熱量の大きいものから順に、前記内部流路の上流側から下流側に向かって配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電動圧縮機。
5. 前記冷媒加熱装置の内部流路に囲まれるように発熱体が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電動圧縮機。
6. 前記冷媒加熱装置の内部流路は、前記冷媒の流入部から下降した後にＵターンして上昇するＵターン形状であることを特徴とする請求項５に記載の電動圧縮機。
7. 前記電気制御部において、前記冷媒圧縮部の制御基板と、前記冷媒加熱装置の制御基板とが一体化されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電動圧縮機。
8. 請求項１から７のいずれかに記載された電動圧縮機を備えた車両用空調装置。

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