JPH08261579A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空調装置を、小型軽量、構造簡単、低コスト
にする。 【構成】 圧縮機２３と、圧縮機２３で発生した高温高
圧の冷媒を冷却する冷却器５と、冷却器５で冷却された
冷媒を断熱膨張させる膨張機２１と、原動機７の回転を
増速して圧縮機２３に伝達すると共に、その出力軸５１
で膨張機２１と圧縮機２３の各動翼７７、７９を互いの
スラスト力を打ち消し合う方向に片持ち支持した増速機
構１９とを備え、圧縮機２３と膨張機２１とを増速機構
１９の軸方向一側に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、車両のエア
コンディッショナに用いられる空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平４−１３４１９８号公報に図４の
ような回転流体機械２０１が記載されている。又、特開
平５−２９８２９４号公報に図５のような空調装置２０
３が記載されている。

【０００３】回転流体機械２０１は、空調装置の主要部
を構成するものであり、ブロワ２０５とラジアルタ−ビ
ン２０７の各インペラ２０９、２１１はモ−タ２１３の
軸２１５を介して直結されており、ブロワ２０５で昇圧
された高温の空気は水冷の空気冷却器２１７で冷却され
た後、ラジアルタ−ビン２０７で断熱膨張して低温にな
り、空調などに供されると共に、ラジアルタ−ビン２０
７で発生した回転力はブロワ２０５とモ−タ２１３とに
フィ−ドバックされてエネルギ−が回収される。

【０００４】ところが、回転流体機械２０１は、ブロワ
２０５とラジアルタ−ビン２０７とがモ−タ２１３に直
結されており、モ−タ２１３の回転数は約一万回転が限
度であるから、空調能力を高めるためにはインペラ２０
９、２１１を大径にするか、又はインペラ段数を増やす
ことが必要であり、いずれも装置が大幅に大型化し、重
くなる。

【０００５】一方、空調装置２０３は、モ−タ２１９の
回転をベルト伝動機構２２１から増速機構２２３に伝達
して増速し、エアコンプレッサ２２５とタ−ビン２２７
とを駆動するように構成されており、増速機構２２３を
用いたことにより、装置の大型化と重量化とを避けなが
ら空調能力を向上させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、空調装置２０
３では、エアコンプレッサ２２５とタ−ビン２２７との
間に増速機構２２３が配置されている。例えば、原動機
がモ−タ２１９の場合はモ−タ２１９に軸を中空にすれ
ばエアコンプレッサ２２５とタ−ビン２２７と同軸配置
してこれらと連結することが可能であるが、原動機が車
両のエンジンである場合は、このようなことは困難であ
る。従って、ベルト伝動機構２２１のような伝動機構が
必要になり、空調装置２０３はベルト伝動機構２２１を
配置したことにより、軸方向と径方向共に大型になり、
構造が複雑で、重く、コストが上昇する。特に、大型で
重いことは、車両に搭載する場合車載性が大きく損なわ
れる。

【０００７】そこで、この発明は、小型軽量であり、構
造簡単で、低コストな空調装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の空調装置は、
回転式の圧縮機と、この圧縮機で発生した高温高圧の冷
媒を冷却する冷却器と、冷却器で冷却された冷媒を断熱
膨張させると共に、その動翼が圧縮機の動翼に連結され
た回転式の膨張機と、原動機の回転力を圧縮機に伝達す
る増速機構とを備え、前記圧縮機と膨張機とが増速機構
の軸方向一側に配置されていることを特徴とする。

【０００９】請求項２の空調装置は、圧縮機と膨張機の
各動翼が、増速機構の出力軸上で互いのスラスト力を打
ち消し合う方向に支持された請求項１の空調装置であ
る。

【００１０】請求項３の空調装置は、増速機構の出力軸
が、圧縮機と膨張機の各動翼を片持ち支持する請求項２
の空調装置である。

【００１１】請求項４の空調装置は、空気を冷媒として
用い、膨張機の断熱膨張で生じた冷気を居住空間の空調
用に供し、居住空間からの暖気を圧縮機で圧縮する請求
項１、２又は３の空調装置である。

【００１２】請求項５の空調装置は、冷却器が空冷式で
あり、冷却器で冷媒を冷却することにより発生した暖気
を居住空間の空調用に供する請求項１、２、３又は４の
空調装置である。

【００１３】請求項６の空調装置は、膨張機で冷却され
た冷媒を空気で加熱すると共に、加熱時に生じた低湿度
の冷気を居住空間の空調用に供する加熱器を備えた請求
項１、２、３又は５の空調装置である。

【００１４】請求項７の空調装置は、原動機を車両のエ
ンジンとし、居住空間を車室とした請求項４、５又は６
の空調装置である。

【００１５】

【作用】各請求項の空調装置は、原動機の動力を圧縮機
に伝達する増速機構の軸方向一側に圧縮機と膨張機とを
配置したことにより、圧縮機と膨張機の各動翼の片持ち
支持や、ベアリングの共用化などが可能になり、それだ
け、軸方向に小型にできる。これに加えて、図５の従来
例で用いられているベルト伝動機構２２１のような伝動
機構を用いずに、原動機と増速機構との連結が可能であ
り、伝動機構のサイズだけ軸方向と径方向共に小型にな
ると共に、構造が簡単で、軽量で、低コストである。

【００１６】又、圧縮機と膨張機の各動翼が連結されて
いるから、膨張機で発生した回転が、圧縮機の回転を促
進すると共に圧縮機を介して原動機にフィ−ドバックさ
れ、エネルギ−が回収されて燃費が向上する。

【００１７】請求項２の空調装置は、請求項１の空調装
置において、圧縮機と膨張機の各動翼を増速機構の出力
軸上で互いのスラスト力を打ち消し合う方向に支持し
た。従って、出力軸のベアリング及びスラスト力を受け
る機構の負担が軽減し、これらの耐久性が向上する。

【００１８】請求項３の空調装置は、請求項２の空調装
置において、圧縮機と膨張機の各動翼を増速機構の出力
軸で片持ち支持するものであり、圧縮機と膨張機の各動
翼を支承するためのベアリングが不要になるから、それ
だけ軸方向に小型になり、構造が簡単になり、部品点数
が低減して軽量になる。

【００１９】更に、各動翼のスラスト力が互いに打ち消
し合う請求項２の構成は、このようにベアリング個数の
少ない片持ち支持構成で特に有利であり、出力軸を支承
するベアリングの負担が軽減し、耐久性が大幅に向上す
る。

【００２０】請求項４、５、６の各空調装置は、それぞ
れ、膨張機で発生した低温の冷媒、冷却器で冷媒を冷却
する際に発生した暖気、加熱器で冷媒を加熱する際に発
生した冷気を、居住空間の空調に用いるものであり、構
造簡単、小型軽量で、扱い易い。

【００２１】又、請求項７は、請求項４、５、６の各空
調装置を車両に用いたものであり、軸方向と径方向共に
小型で軽量な特長は、車載用の装置として特に有利であ
る。

【００２２】

【実施例】図１、２により本発明の第１実施例を説明す
る。この実施例は請求項１及び請求項２、３、４、７の
特徴を備えている。図１は車両に用いられた実施例のエ
アコンシステム１（空調装置）を示し、図２は空調装置
１の回転機構部３を示している。なお、左右の方向は図
２での左右の方向であり、符号を与えていない部材等は
図示されていない。

【００２３】図１のように、エアコンシステム１は、回
転機構部３、熱交換器５（冷却器）、エンジン７（原動
機）、ベルト伝動機構９などから構成されている。

【００２４】ベルト伝動機構９はエンジン７のクランク
シャフト１１に連結されたプ−リ１３と回転機構部３側
のプ−リ１５とこれらを連結するベルト１７とから構成
されており、プ−リ１５を介してエンジン７の回転を回
転機構部３に伝達する。

【００２５】図２のように、回転機構部３は、プラネタ
リ−ギヤ式の増速機構１９、遠心式タ−ビン２１（膨張
機）、コンプレッサ２３（圧縮機）などから構成されて
いる。

【００２６】プ−リ１５は、本体２５とハブ２７とをボ
ルト２９で固定して形成されており、増速機構１９の入
力軸３１にキ−３３とナット３５とで固定されている。
入力軸３１はベアリング３７によってケ−シング３９の
ボス部４１に支承されており、入力軸３１とケ−シング
３９との間にはシ−ル４３が配置され、オイル洩れを防
止している。

【００２７】増速機構１９は、フランジ部４５を介して
入力軸３１と一体に形成されたインタ−ナルギヤ４７
と、周方向等間隔に配置された２個のピニオンギヤ４９
と、タ−ビン２１及びコンプレッサ２３のインペラシャ
フト５１（増速機構１９の出力軸）に形成されたサンギ
ヤ５３とを備えている。

【００２８】ピニオンギヤ４９はベアリング５５を介し
てピニオンシャフト５７に支承されている。タ−ビン２
１のケ−シング５９にはフランジ部６１が一体に形成さ
れており、ピニオンシャフト５７はこのフランジ部６１
に支持され、ねじ６３でフランジ部６１にボ−ル６５を
押しつける抜け止め手段によって抜け止めが施されてい
る。ケ−シング３９とフランジ部６１との間には０リン
グ６７が配置され、オイル洩れを防止している。

【００２９】インペラシャフト５１には、サンギヤ５３
の右側から、リング６９、７１、スペ−サ７３、ブッシ
ュ７５、タ−ビン２１とコンプレッサ２３の各インペラ
７７、７９（動翼）が装着され、ナット８１で固定され
ている。このように、各インペラ７７、７９はインペラ
シャフト５１上で直結されている。

【００３０】フランジ部６１にはベアリングホルダ８３
が圧入され、段差部８５と止め輪８７とによって固定さ
れている。ベアリングホルダ８３に形成された円錐状の
凸部８９は入力軸３１に形成された円錐状の凹部９１に
僅かな空隙を介して貫入している。

【００３１】インペラシャフト５１上には、サンギヤ５
３の左側にフロ−ティングブッシュ９３が配置され、ス
ペ−サ７３の外周にフロ−ティングブッシュ９５が配置
されている。又、ベアリングホルダ８３にはスラストワ
ッシャ９７がボルト９９で固定されており、このスラス
トワッシャ９７はリング６９、７１の間に形成された溝
１０１に係合し、インペラシャフト５１のスラスト力を
受けている（スラスト力を受ける機構）。

【００３２】こうして、インペラシャフト５１の右端側
に固定された各インペラ７７、７９はインペラシャフト
５１の左端側に配置されたフロ−ティングブッシュ９
３、９５によりインペラシャフト５１を介して片持ち支
持されている。又、図２のように、各インペラ７７、７
９は反対向きに取り付けられており、それぞれのスラス
ト力が互いに打ち消し合うからスラストワッシャ９７と
溝１０１とに掛かる負担を低減し、これらの耐久性を大
幅に向上させている。

【００３３】各フロ−ティングブッシュ９３、９５とベ
アリングホルダ８３との隙間には、ベアリングホルダ８
３とフランジ部６１とを通して形成された油路１０３
と、ノズル１０５とオイルプラグ１０７とを介して外部
のオイルポンプから加圧オイルが供給され、オイルフィ
ルムダンパが形成されている。各フロ−ティングブッシ
ュ９３、９５は、このオイルフィルムダンパによってフ
ロ−ティング支持され、振動を吸収しながらインペラシ
ャフト５１を支承する。この加圧オイルは溝１０１にも
供給され、スラストワッシャ９７との摺動部を潤滑す
る。

【００３４】ベアリングホルダ８３とブッシュ７５との
間にはシ−ル１０９とピストンリング１１１とが配置さ
れて接触型のオイルシ−ル１１３を構成し、ケ−シング
３９からのオイル漏れとタ−ビン２１からのエア洩れと
を防止している。

【００３５】タ−ビン２１のケ−シング５９はケ−シン
グ３９の周溝１１５に係合した連結部材１１７とボルト
１１９とによりケ−シング３９に固定されている。又、
ケ−シング５９とコンプレッサ２３のケ−シング１２１
との間には断熱材のフランジ１２３が配置されており、
ケ−シング１２１はケ−シング５９の周溝１２５に係合
した連結部材１２７とボルト１２９とにより、フランジ
１２３と共に、ケ−シング５９に固定されている。ケ−
シング１２１とフランジ１２３との間にはエア洩れを防
止するシ−ル１３１が配置されている。

【００３６】コンプレッサ２３のケ−シング１２１は吸
入口１３３がダクトで車室１３５（居住空間）と連結さ
れており、タ−ビン２１のケ−シング５９は吐出口１３
７がダクトで車室１３５と連結されている。又、熱交換
器５はコンプレッサ２３の吐出口とタ−ビン２１の吸入
口との間に接続されている。

【００３７】増速機構１９はプ−リ１５からインタ−ナ
ルギヤ３１に入力したエンジン７の駆動力をピニオンギ
ヤ４９からサンギヤ５３を介して増速し、インペラシャ
フト５１を介してタ−ビン２１とコンプレッサ２３とを
回転駆動する。

【００３８】駆動されたコンプレッサ２３は、矢印１３
９のように、車室１３５から空気（冷媒）を吸い込んで
加圧する。熱交換器５はコンプレッサ２３で加圧され高
温になった空気を冷却する。タ−ビン２１は冷却された
空気を断熱膨張させて冷却し、生じた冷風は、矢印１４
１のように、車室１３５の空調用に供される。

【００３９】このとき、タ−ビン２１のインペラ７７の
回転は、インペラシャフト５１からインペラ７９にフィ
−ドバックされてコンプレッサ２３の回転を促進すると
共に、増速機構１９を介してエンジン７にフィ−ドバッ
クされエンジンの負荷を軽減する。このように、エネル
ギ−が回収されてエアコンシステム１の効率が向上す
る。

【００４０】こうして、エアコンシステム１が構成され
ている。

【００４１】エアコンシステム１（回転機構部３）は、
上記のように、増速機構１９の軸方向一側にタ−ビン２
１とコンプレッサ２３とを配置したことにより、図５の
従来例で用いられているベルト伝動機構２２１のような
伝動機構を用いずに、エンジン７と増速機構１９との連
結が可能であり、伝動機構のサイズだけ軸方向及び径方
向に小型で軽量になり、車載性が向上し、構造簡単で、
低コストになる。

【００４２】又、増速機構１９を用いることにより、充
分な空調能力を持ちながら、インペラ７７、７９の大径
化やインペラ段数の増加による装置の大型化と重量化と
が避けられる。

【００４３】これに加えて、上記のように、タ−ビン２
１によりコンプレッサ２３の回転が促進され、エネルギ
−がエンジン７に回収されて燃費が改善される。又、イ
ンペラ７７、７９のスラスト力が互いに打ち消し合って
スラストワッシャ９７と溝１０１との負担を低減し、耐
久性を大幅に向上させている。

【００４４】更に、各インペラ７７、７９はインペラシ
ャフト５１で片持ち支持されており、各インペラ７７、
７９を支承するためのベアリングが不要であるから、そ
れだけ、軸方向に小型になると共に、部品点数が低減
し、構造が簡単で、軽量である。又、各インペラ７７、
７９のスラスト力が互いに打ち消し合う構成は、このよ
うにベアリング個数の少ない片持ち支持構成で特に有利
であり、インペラシャフト５１を支承するフロ−ティン
グブッシュ９３、９５やスラスト力を受けるスラストワ
ッシャ９７と溝１０１との負担を更に大幅に軽減させ
る。

【００４５】このように、エアコンシステム１は回転機
構部３の小型軽量化により、車載性がよく低コストであ
る。

【００４６】次に、図３により本発明の第２実施例を説
明する。この実施例は請求項２、３、６、７の特徴を備
えている。図３は車両に用いられた実施例のエアコンシ
ステム１４３（空調装置）を示している。なお、図３と
以下の説明の中で第１実施例と同じ機構及び機能には同
一の符号を与えて引用すると共に、これらの説明は省
く。

【００４７】図３のように、エアコンシステム１４３
は、回転機構部３、熱交換器５（冷却器）、エンジン７
（原動機）、ベルト伝動機構９、タ−ビン２１、コンプ
レッサ２３、熱交換器１４５（加熱器）、ブロア１４７
などから構成されている。

【００４８】熱交換器１４５はタ−ビン２１の吐出口１
３７とコンプレッサ２３の吸入口１３３との間に接続さ
れており、ブロア１４７は車室１３５の空気を熱交換器
１４５に供給し、更に車室１３５吹き込む。タ−ビン２
１、コンプレッサ２３、熱交換器５、１４５にはオゾン
層を破壊しないフロンレスの冷媒が用いられている。

【００４９】コンプレッサ２３は増速機構１９で増速さ
れたエンジン７の駆動力によって駆動され、吸入口１３
３から吸入した冷媒を加圧し、加圧された冷媒は熱交換
器５で冷却され、タ−ビン２１はこの冷媒を断熱膨張さ
せる。熱交換器１４５は車室１３５で温度が上昇しブロ
ア１４７によって吹き付けられる空気によって冷媒を気
化させ、コンプレッサ２３は気化した冷媒を吸入する。

【００５０】このとき、熱交換器１４５ではブロア１４
７で吹き付けられた空気が冷媒の気化によって冷却され
ると共に除湿され、この冷風は車室１３５の空調用に供
される。

【００５１】こうして、エアコンシステム１４３が構成
されている。

【００５２】実施例１のエアコンシステム１と同様に、
エアコンシステム１４３は回転機構部３の小型軽量化に
より、車載性がよく低コストである。

【００５３】各実施例で熱交換器５（冷却器）を空冷式
にすれば冷媒を冷却して発生した暖気を車室１３５（居
住空間）の空調に用いることができる。

【００５４】請求項５は、請求項１、２、３又は４の空
調装置をこのように構成したものであり、冷房から暖房
まで幅の広い温度範囲で空調が可能であり、暖気を得る
ためのヒ−タが不要になるか、又はヒ−タの容量を小さ
くすることができる。

【００５５】

【発明の効果】各請求項の空調装置は、原動機の動力を
圧縮機に伝達する増速機構の軸方向一側に圧縮機と膨張
機とを配置したことにより、圧縮機と膨張機の各動翼の
片持ち支持やベアリングの共用化などが可能になり、そ
れだけ軸方向に小型になる。これに加えて、伝動機構を
用いずに、原動機と増速機構との連結が可能であり、伝
動機構のサイズだけ軸方向と径方向に小型になると共
に、構造が簡単で、軽量で、低コストである。

【００５６】又、膨張機が圧縮機の回転を促進すると共
に、その回転が原動機にフィ−ドバックされてエネルギ
−が回収され、燃費が向上する。

【００５７】請求項２の空調装置は、請求項１の空調装
置において、圧縮機と膨張機の各動翼を増速機構の出力
軸に互いのスラスト力を打ち消し合う方向で支持し、出
力軸のベアリングやスラスト力の支承部の負担を軽減
し、耐久性を向上させている。

【００５８】請求項３の空調装置は、請求項２の空調装
置において、圧縮機と膨張機の各動翼を増速機構の出力
軸で片持ち支持し、圧縮機と膨張機の各動翼を支承する
ベアリングを不要にしたから、更に小型軽量になり、部
品点数が低減し、構造簡単で、低コストになる。

【００５９】又、各動翼のスラスト力が互いに打ち消し
合う請求項２の構成は、このようにベアリング個数の少
ない片持ち支持構成で特に有利であり、出力軸を支承す
るベアリングの負担が軽減し、耐久性が大幅に向上す
る。

【００６０】請求項４、５、６の各空調装置は、それぞ
れ、膨張機で発生した冷気、冷却器で発生した暖気、加
熱器で発生した冷気を、居住空間の空調に用いるもので
あり、構造簡単、小型軽量で、扱い易い。

【００６１】請求項７は、請求項４、５、６の各空調装
置を車両に用いたものであり、軸方向に小型で、軽量な
特長は車載用の装置として特に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図である。

【図２】各実施例の回転機構部を示す断面図である。

【図３】本発明の第２実施例の構成を示す図である。

【図４】従来例の断面図である。

【図５】他の従来例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１、１４３ エアコンシステム（空調装置） ５ 熱交換器（冷却器） ７ エンジン（原動機） １９ 増速機構 ２１ タ−ビン（膨張機） ２３ コンプレッサ（圧縮機） ５１ インペラシャフト（増速機構１９の出力軸） ７７、７９ インペラ（動翼） １３５ 車室（居住空間） １４５ 熱交換器（加熱器）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転式の圧縮機と、この圧縮機で発生し
   た高温高圧の冷媒を冷却する冷却器と、冷却器で冷却さ
   れた冷媒を断熱膨張させると共に、その動翼が圧縮機の
   動翼に連結された回転式の膨張機と、原動機の回転力を
   圧縮機に伝達する増速機構とを備え、前記圧縮機と膨張
   機とが増速機構の軸方向一側に配置されていることを特
   徴とする空調装置。
2. 【請求項２】 圧縮機と膨張機の各動翼が、増速機構の
   出力軸上で互いのスラスト力を打ち消し合う方向に支持
   された請求項１の空調装置。
3. 【請求項３】 増速機構の出力軸が、圧縮機と膨張機の
   各動翼を片持ち支持する請求項２の空調装置。
4. 【請求項４】 空気を冷媒として用い、膨張機の断熱膨
   張で生じた冷気を居住空間の空調用に供し、居住空間か
   らの暖気を圧縮機で圧縮する請求項１、２又は３の空調
   装置。
5. 【請求項５】 冷却器が空冷式であり、冷却器で冷媒を
   冷却することにより発生した暖気を居住空間の空調用に
   供する請求項１、２、３又は４の空調装置。
6. 【請求項６】 膨張機で冷却された冷媒を空気で加熱す
   ると共に、加熱時に生じた低湿度の冷気を居住空間の空
   調用に供する加熱器を備えた請求項１、２、３又は５の
   空調装置。
7. 【請求項７】 原動機が車両のエンジンであり、居住空
   間が車室である請求項４、５又は６の空調装置。