JP6997048B2 - 車両の空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機用の潤滑油を含む冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えた車両の空調装置に関する。

車両に搭載される空調装置では、圧縮機、コンデンサ、減圧器、エバポレータを順に冷媒配管で接続して冷凍サイクルが形成される。冷凍サイクルにおいて、圧縮機用の潤滑油を含む冷媒が循環される。特に、冷房効率向上のために中間熱交換器を備えた空調装置が特許文献１に記載されている。中間熱交換器は、二重管タイプの内部熱交換器であり、コンデンサ２から減圧器３に送られる冷媒とエバポレータから圧縮機に送られる冷媒とを熱交換させる。

ここで、空調装置が停止しているとき、気温の日内変動により冷媒配管内のガス冷媒がコンデンサ側から圧縮機へ移動して、圧縮機内でガス冷媒が液化して、潤滑油と液冷媒が混ざり合う。液冷媒化が進行すると、圧縮機に溜まっている潤滑油が液冷媒とともにコンデンサ側の冷媒配管に持ち出され、オーバーフローが発生し、潤滑油は冷媒配管に溜まる。このように、冷媒配管に潤滑油が滞留すると、圧縮機での潤滑油が不足する。

潤滑油が液冷媒とともに持ち出されないようにするために、圧縮機に接続される冷媒配管に液溜めタンクが設けられる。しかし、新たにタンクを設けるため、コストアップ、重量の増加といった問題が生じる。また、安価な配管構造で冷媒流れが停止したときに滞留する潤滑油を圧縮機へ戻すことが例えば特許文献２に記載されている。特許文献２では、エバポレータから圧縮機に接続される冷媒配管の最下部に潤滑油を一時的に滞留させるトラップ部を設けられる。空調運転として、１つのエバポレータが停止された場合、冷媒中の潤滑油が自重によってトラップ部に溜まっていく。そして、溜まった潤滑油によって、トラップ部の流路断面積が小さくなるので、圧縮機の吸引による流速が増し、溜まった潤滑油が圧縮機に戻される。

特開２０１６－４２００１号公報 特開２００３－４２５９９号公報

車両が長期間放置される場合、上記の潤滑油の持ち出しが繰り返され、圧縮機内の潤滑油が減少していく。このような圧縮機内の潤滑油が減少した状態で空調装置の運転が開始されると、圧縮機内に十分な潤滑油が行き渡らずに圧縮機が焼き付くおそれがある。
ところで、特許文献２に記載のトラップ部は上下方向に折れ曲がるＵ字状、いわゆるＵトラップとされる。圧縮機が動作しているときには、圧縮機の吸引によって溜まっている潤滑油を吸い上げることができる。しかし、停止している圧縮機を始動させる場合、十分な吸引力が得られず、潤滑油を吸い上げることができない。

本発明は、上記に鑑み、長期間放置された後に空調運転が開始されたときに、圧縮機を安全に始動できるだけの潤滑油を確保できる車両の空気調和機の提供を目的とする。

本発明の車両の空調装置は、潤滑油を含む冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を冷却するコンデンサと、冷媒を減圧する減圧器と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータとを備え、エバポレータから圧縮機への冷媒配管に、圧縮機の始動時に必要な潤滑油を確保するために潤滑油を溜めるトラップ部が設けられる。

長期間圧縮機が駆動されないと、圧縮機内の潤滑油が持ち出されて、潤滑油が減少する。トラップ部には、潤滑油が溜められているので、圧縮機が始動したとき、潤滑油が圧縮機に供給されるので、圧縮機の潤滑が行われ、圧縮機は安全に始動される。

コンデンサから流出する冷媒とエバポレータから圧縮機に送られる冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備え、トラップ部は、エバポレータからの冷媒が流出する中間熱交換器の出口側に配される。中間熱交換器を設けると、冷媒量が増やされる。その分、潤滑油が圧縮機から持ち出されやすくなるが、中間熱交換器では潤滑油が付着する表面積が大きいので、中間熱交換器の近くにトラップ部を設けることにより、トラップ部に溜まる潤滑油の量を増やすことができる。したがって、圧縮機の始動時に十分な量の潤滑油を確保できる。

本発明によると、車両が長期間放置された後に空調運転が開始されたときに、トラップ部に圧縮機を安全に始動できるだけの十分な潤滑油を溜めておくことができ、圧縮機の始動によりこの潤滑油が圧縮機に吸い込まれ、圧縮機は正常に動作することができる。

本発明の実施形態の車両の空調装置の概略構成図 エンジンルーム内の冷媒配管の配置を示す図 トラップ部が設けられたエバポレータから圧縮機までの冷媒配管を示す図 潤滑油が溜まったトラップ部を示す図 他の形態のトラップ部を示す図

本発明の実施形態の車両の空調装置を図１に示す。空調装置は、潤滑油を含む冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ２と、冷媒を減圧する減圧器３と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータ４とを備え、これらが冷媒配管５によって接続され、冷凍サイクルが形成される。

図２に示すように、圧縮機１は、車両のエンジンルーム内に配置され、エンジンあるいはモータによって駆動される。コンデンサ２は、エンジンルーム６内の圧縮機１よりも前方に配置され、コンデンサ２に送風するファン７が設けられる。車室のインストルメントパネル内に通風ダクトが設けられる。通風ダクトに、送風ファン８、エバポレータ４が配置される。減圧器３は、膨張弁とされ、エンジンルーム６内の車室との仕切り壁９近傍に配置される。

そして、コンデンサ２から流出する冷媒とエバポレータ４から圧縮機１に送られる冷媒とを熱交換させる中間熱交換器１０が設けられる。中間熱交換器１０は、二重管タイプの内部熱交換器とされ、螺旋溝が形成された内管１１と、内管１１を覆う外管１２とから構成される。内管１１内にエバポレータ４の出口側の低温ガス冷媒が流れ、外管１２内にコンデンサ２の出口側の高温液冷媒が流れる。

エンジンルーム６内における冷媒配管５として、図２に示すように、圧縮機１の吐出口とコンデンサ２の入口とを接続するディスチャージホース１５、コンデンサ２の出口と減圧器３とを接続するリキッドチューブ１６、エバポレータ４の出口と圧縮機１とを接続するサクションホース１７がある。リキッドチューブ１６およびサクションホース１７は、エンジンルーム６の前部から左右方向の一側を通って車室側まで配置される。リキッドチューブ１６の途中に外管１２が挿入され、サクションホース１７の途中に内管１１が挿入され、中間熱交換器１０は仕切り壁９の近傍に配置される。

図３に示すように、エバポレータ４から圧縮機１への冷媒配管５に、圧縮機１の始動時に必要な潤滑油を確保するために潤滑油を溜めるトラップ部２０が設けられる。トラップ部２０は、エバポレータ４からの冷媒が流出する中間熱交換器１０の出口側に配される。

トラップ部２０は、冷媒配管５の一部をＶ字状に形成したものであり、冷媒流れ方向の上流側では、下り傾斜とされ、下流側では、上り傾斜とされる。上流側の配管は、下流側の配管よりも高い位置にあり、中間熱交換器１０の内管１１、すなわちエバポレータ４からの冷媒配管５に接続される。

空調運転中、冷媒が冷媒配管５を循環する。液冷媒に溶け込んだ潤滑油も循環するが、液冷媒がガス化すると、潤滑油は取り残され、冷媒配管５の内面に付着する。特に、エバポレータ４から圧縮機１までの冷媒配管５の内面に多く付着する。空調運転が停止すると、冷媒は流れなくなる。冷媒配管５の内面に付着した潤滑油は低い側に向かって流れるので、トラップ部２０に潤滑油が溜まってくる。

一方、圧縮機１では、液冷媒のオーバーフローに伴って潤滑油が少しずつ持ち出され、圧縮機１内の潤滑油が減っていく。空調運転が行われると、潤滑油は冷媒とともに循環して、圧縮機１に戻ってくる。したがって、空調装置の停止時間が短い場合、圧縮機１内の潤滑油は圧縮機１の潤滑に十分な量を確保できる。

しかし、車両が長期間放置されるなどのように、空調装置が長期間運転されない場合、圧縮機１から潤滑油が持ち出されて、潤滑油が少なくなり、圧縮機１が始動されたとき、圧縮機１の動作に支障を来すようになる。ここで、トラップ部２０には、上流側の冷媒配管５および下流側の冷媒配管５に付着した潤滑油が流れ込んできて、溜まっていく。特に、中間熱交換器１０の内管１１には螺旋溝が形成されているので、配管の表面積が大きくなり、多くの潤滑油が付着する。したがって、上流側の冷媒配管５から多くの潤滑油がトラップ部２０に供給される。

トラップ部２０では、潤滑油が溜まり、図４に示すように、冷媒配管５を塞ぐようにトラップ部２０の下部が潤滑油で満たされる。トラップ部２０に溜められる潤滑油の量は、圧縮機１が焼き付きを起こさないように潤滑できるだけの規定量とされる。これに応じてトラップ部２０の下部の曲率が設定される。

空調運転が開始されると、圧縮機１が始動し、トラップ部２０よりも下流側の冷媒配管５内のガス冷媒が圧縮機１に吸い込まれる。すると、この間の冷媒配管５内が負圧となり、トラップ部２０の潤滑油が吸い上げられる。このとき、トラップ部２０は上り傾斜に形成されているので、潤滑油が冷媒配管５に沿って下流側に向かって流れていく。潤滑油が流れて、トラップ部２０内に隙間ができると、ガス冷媒が一気に流れ込み、潤滑油は粒状になってガス冷媒とともに圧縮機１に吸い込まれる。

このように、長期間圧縮機１が動作しないとき、圧縮機１内の潤滑油が少なくなっても、圧縮機１が始動したときに確実に潤滑油を圧縮機１に供給することができるので、始動時の焼き付きを防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。トラップ部２０の形状として、図５に示すように、トラップ部２０の下部の曲率を小さくしてもよい。ただし、下部の曲率を０、すなわち下部を平坦にするのは好ましくない。潤滑油が溜まったときのトラップ部２０内の隙間が大きくなり、十分な吸引力が得られないので、潤滑油を吸い上げることができなくなる。

１ 圧縮機
２ コンデンサ
３ 減圧器
４ エバポレータ
５ 冷媒配管
１０ 中間熱交換器
２０ トラップ部

Claims (1)

1. 潤滑油を含む冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を冷却するコンデンサと、冷媒を減圧する減圧器と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータとを備えた車両の空調装置であって、エバポレータから圧縮機への冷媒配管に、コンデンサから流出する冷媒とエバポレータから圧縮機に送られる冷媒とを熱交換させる内管と外管から構成される中間熱交換器と、圧縮機の始動時に圧縮機が焼き付きを起こさないように潤滑するのに必要な潤滑油を確保するために潤滑油を溜めるトラップ部とが設けられ、トラップ部は、下部が車両下方を向くＶ字状とされ、エバポレータからの冷媒が流出する中間熱交換器の内管の出口側に接続され、冷媒配管が中間熱交換器の出口側からトラップ部に向かって下向きに傾斜していることを特徴とする車両の空調装置。

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