JPWO2003026103A1 - 発電機及び車両用空調装置 - Google Patents
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Abstract
コンプレッサ1,コンデンサ2、受液器3、サブクールコンデンサ4、バルブ37、主膨張弁5、エバポレータ6からなる主冷房サイクルS1aに、第1の分岐冷媒配管7が並列接続され、この第1の分岐冷媒配管7には、副膨張弁8と、冷媒が流通可能に構成されたモータ兼発電機9が設けられ、主冷房サイクルS1aの一部を共用するようにして副冷房サイクルS1bが形成されて、モータ兼発電機9は、副冷房サイクルS1bを流通する冷媒により冷却されるようになっている。
Description
技術分野
本発明は、発電機及び車両用空調装置係り、特に、車両用空調装置においてコンプレッサと共にエンジンンにより回転駆動されるよう設けられた発電機の動作効率の向上等を図ったもの及びそのような発電機を有してなる車両用空調装置に関する。
背景技術
従来、この種の装置としては、例えば、車両用空調装置において、冷房サイクルを構成するコンプレッサがクラッチを介してエンジンによって駆動可能にされると共に、コンプレッサの回転軸にモータが減速ギヤを介して接続されて、エンジン停止時にモータによるコンプレッサの駆動を可能とし、しかも、エンジン駆動時には、当該モータを必要に応じて発電機としても用いるように構成されたものが公知・周知となっている(例えば、特開平11−287182号公報等参照)。
上述のようにコンプレッサと共にエンジンにより回転駆動されるようコンプレッサに設けられた発電機にあっては、その冷却を如何に効率良く行うかが、発電効率の向上という点から重要である。
このようなコンプレッサと一体的に設けられた発電機の冷房を行う方策としては、冷房サイクルの冷媒を発電機の冷却に用いるようにしたものが種々提案されている(例えば、特開平10−75550号公報等参照)。
しかしながら、冷房サイクルの冷媒を発電機の冷却に用いる従来装置が種々提案されているものの、冷房サイクルの動作効率等の観点から未だ充分満足できるものではない。という問題がある。
本発明の目的は、冷却温度の調整容易な発電機及びそのような発電機を有してなる車両用空調装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、冷房サイクルの動作効率を低下させることなく冷却可能に構成された発電機を提供し、また、そのような発電機を有してなる車両用空調装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、発電機の物理的な大きさを増すことなくより大きな発電出力を得ることができる発電機及びそのような発電機を有してなる車両用空調装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の第1の形態によれば、
主冷房サイクルに併設された副冷房サイクルの冷媒の熱交換により冷却可能に構成されてなる発電機が提供される。
かかる構成においては、副冷房サイクルの冷媒の熱交換によって発電機が冷却されるので、主冷房サイクルの動作を極力阻害することなく効率良く発電機の冷却が可能となり、それによって、発電機の動作効率の向上が期待できるものである。
本発明の第2の形態によれば、
空調ダクトの上流側から取り入れられた空気を、主冷房サイクルを構成するエバポレータと車両用エンジンの冷却水が流通するヒータコアを通過せしめることによって所望温度にして、車室内へ吹き出し可能に構成されてなる車両用空調装置であって、
前記主冷房サイクルを構成するコンプレッサが回転駆動される際に同時に回転駆動される発電機が設けられ、
前記発電機は、前記主冷房サイクルに併設された副冷房サイクル中に位置せしめられて当該副冷房サイクルを流通する冷媒の熱交換により冷却せしめられるよう構成されてなり、
前記副冷房サイクルは、前記主冷房サイクルにおける膨張弁の入口側とエバポレータの出口側との間に、分岐用の冷媒配管が並列接続されて、当該冷媒配管には前記膨張弁側から順に、副膨張弁と前記発電機に設けられた発電機用冷媒流通路とが設けられてなり、当該副冷房サイクルは、前記主冷房サイクルと共用される当該主冷房サイクルのコンプレッサと、コンデンサと、受液器と、前記副膨張弁及び前記発電機用冷媒流通路とからなるものが提供される。
かかる構成にあっては、車両用空調装置の動作を極力阻害することなく、副冷房サイクルによって効率良く発電機を冷却できる車両用空調装置が提供されることとなるものである。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施例における発電機の冷却を行う車両用空調装置の冷房サイクルの第1の構成例について、図1を参照しつつ説明する。
この冷房サイクルS1は、通常の車両用空調装置における主冷房サイクルS1aと、モータ兼発電機9の冷却のための副冷房サイクルS1bとから構成されたものとなっている。すなわち、まず、主冷房サイクルS1aは、コンプレッサ1の出口側から順にコンデンサ2、受液器3、サブクールコンデンサ4、主膨張弁5及びエバポレータ6が配管結合されてなり、公知・周知の構成を有するものとなっている(図1参照)。さらに、本発明の実施例における主冷房サイクルS1aにおいては、サブクールコンデンサ4と主膨張弁5との間に、バルブ37が設けられている。このバルブ37は、主冷房サイクルS1aの動作を停止させて、後述する副冷房サイクルS1bのみを動作状態とする場合に、閉弁状態として用いられるもので、手動式のものであっても、また、電磁式のものであってもいずれでも良いものである。
そして、この主冷房サイクルS1aには、エバポレータ6の入口側と主膨張弁5の入口側との間において、第1の分岐冷媒配管7が並列接続されており、この第1の分岐冷媒配管7には、主膨張弁5の入口側に近い部位から順に、副膨張弁8、モータ兼発電機9が設けられた構成となっている。
そして、副冷房サイクルS1bは、主冷房サイクルS1aのコンプレッサ1、コンデンサ2、受液器3及びサブクールコンデンサ4を共用する形で、これらと先の副膨張弁8及びモータ兼発電機9とから構成されたものとなっている。なお、モータ兼発電機9は、冷媒による冷却を受ける対象であるが、冷媒をこのモータ兼発電機9を通過せしめる具体的な構成については後述することとする。
また、副膨張弁8は、電磁式のものを用いることで、コンプレッサ1入口における過熱度を調整でき、それによって、モータ兼発電機9の冷却状態が調整可能となり好適である。
図2には、上述した冷房サイクルを車両用空調装置に適用した場合の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつその構成について説明する。
この車両用空調装置は、空調ダクト11を有し、その上流側には、内気導入口12aと外気導入口12bとが形成されると共に、これらいずれかを選択的に開成状態とするための内外気切換ドア13が設けられている。そして、これら内気導入口12a及び外気導入口12bの下流側の空調ダクト11の適宜な部位には、送風機14が設けられ、さらに、送風機14の下流側には、先に説明した主冷房サイクルS1aを構成するエバポレータ6が設けられている。なお、エバポレータ6より下流側の空調ダクト11の構成については、上述した上流側の場合と同様に、基本的には従来の装置と変わるところはないものであるので、図2においては、その図示を省略してあるが、概略説明すれば、エバポレータ6の下流側には、ヒータコア32が、空調ダクト11の一方の側路に偏って設けられると共に、その前面には、ヒータコア32と空調ダクト11の他方の側路との間を通過する空気と、ヒータコア32を通過する空気の量を調整するためのエアミックスドア(図示せず)が設けられている。そして、ヒータコア32の下流側は、車室内へ複数開口されており、開口部分にそれぞれ設けられたいわゆるモードドア(図示せず)の切り替えによって車室内への吹き出し状態が変えられるようになっている。
本発明の実施例におけるコンプレッサ(図2においては「Comp」と表記)1は、いわゆるハイブリッドコンプレッサと称されるもので、車両用エンジン15とモータ兼発電機(図2においては「Gen」と表記)9とによって選択的に回転駆動可能に構成されたものである。なお、図2は、コンプレッサ1がエンジン15により回転駆動される場合、モータ兼発電機9もコンプレッサ1と共に回転駆動されることを模式的に表しただけのもので、コンプレッサ1とモータ兼発電機9の具体的な接続状態について図示したものではない。
ここで、コンプレッサ1とモータ兼発電機9の具体的な接続状態の例について、図4及び図5を参照しつつ説明すれば、まず、図4に示された第1の例は、モータ兼発電機9とコンプレッサ1とを、クラッチ16によって断続可能にしたものである。この例においては、モータ兼発電機9の回転軸9aに、被駆動側プーリ17が取着され、この被駆動側プーリ17と、エンジン15の回転軸15aに取着された駆動側プーリ18との間に駆動ベルト19が掛け渡されたものとなっている。
そして、エンジン15が駆動状態にある場合には、クラッチ16によってモータ兼発電機9とコンプレッサ1とが一体に回転できるよう接続されて、モータ兼発電機9とコンプレッサ1とは、エンジン15により共に回転駆動され、モータ兼発電機9は、発電機として動作するように図示されない制御部によって動作設定されるものとなっている。
一方、エンジン15が駆動停止の状態にある場合には、モータ兼発電機9は、図示されない制御部によって、配線の切り換え等が行われ、外部から電源供給がなされることによって、モータとして動作するように動作設定されるものとなっており、この場合には、コンプレッサ1は、クラッチ16を介してモータ兼発電機9によって回転駆動されることとなる。なお、このように発電機をモータとして機能させること自体は、公知・周知の技術であるので、その具体的な動作の切り換えについては、ここでの詳細な説明を省略することとする。
次に、コンプレッサ1とモータ兼発電機9の具体的な接続状態の第2の例について、図5を参照しつつ説明する。なお、図4に示された構成例における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この図5に示された構成例は、モータ兼発電機9がエンジン15との間に掛け渡された駆動ベルト19によっていわゆるベルト駆動される点は、先の図4に示された構成例と同一であるが、コンプレッサ1とモータ兼発電機9との間に、複数段のギア20が設けられた点が異なるものである。すなわち、この例の場合、コンプレッサ1は、エンジン15の回転駆動を受ける場合と、モータ兼発電機9がモータとして動作する場合におけるモータ兼発電機9の回転駆動を受ける場合と、いずれの場合にもギア20を介して駆動されるものとなっており、駆動源に応じてギア20の設定を変えて、適宜な回転数で駆動できるよう構成されたものである。
また、図2に示された構成例において、副膨張弁8は、モータ兼発電機9の外部に設けられたものとなっているが、図3に示されたように、モータ兼発電機9の内部の適宜な空間に設けるようにしても良いものである。
次に、冷房サイクルの冷媒によってモータ兼発電機9の冷却を行う場合の具体的な構成について、図6乃至図8を参照しつつ説明する。
まず、モータ兼発電機9の冷却構造の第1の構成例として、冷媒が絶縁性を有するものでない場合には、モータ兼発電機9における電気的な短絡事故を防止する必要があることから、モータ兼発電機9を液密性のある適宜な発電機収納ケース21内に収納し、その回転軸9aと必要な配線等(図示せず)の必要最小限のもののみを発電機収納ケース21の液密性を保持しつつ外部へ引き出せるようにする(図6参照)。さらに、この発電機収納ケース21よりその短手軸方向(図6において紙面上下方向)の寸法がやや大きめで、かつ、長手軸方向(図6において紙面左右方向)の寸法が、少なくとも発電機収納ケース21の外周面部分が内部に位置するような長さを有し、かつ、長手軸方向の両端部において冷媒が流入、流出可能に形成されてなる冷媒流通ケース22を設け、その内部に発電機収納ケース21の外周面が位置するように発電機収納ケース21を収納することで、発電機収納ケース21とこの冷媒流通ケース22とで、発電機用冷媒流通路23Aが形成されたものとなっている。なお、図6において、冷媒流通ケース22の長手軸方向の両端面の詳細な図示は省略してあるが、第1の分岐冷媒配管7が接続される部位を除いて当然ながら適宜に液密に閉鎖されたものとなっているものである。
そして、かかる構成においては、発電機収納ケース21の外周面と冷媒流通ケース22の内周面との間の間隙を冷媒が通り抜け(図6の白抜き矢印参照)、発電機収納ケース21を冷却し、発電機収納ケース21の冷却に伴ってその内部の雰囲気も冷却され、それによって、モータ兼発電機9が間接的に冷却されるものとなっている。
次に、モータ兼発電機9の冷却構造の第2の構成例について、図7を参照しつつ説明する。
この第2の構成例も、図6に示された構成例と同様に、冷媒によってモータ兼発電機9を直接冷却するのではなく間接的に冷却する場合のものである。すなわち、この第2の構成例は、モータ兼発電機9の内部の適宜な空間を利用し、この部分に第1の分岐冷媒配管7の一部が通るようにして、第1の分岐冷媒配管7周囲の雰囲気を冷却することで、モータ兼発電機9が間接的に冷却されるような構成としたものである。したがって、この場合、モータ兼発電機9の内部に位置する第1の分岐冷媒配管7の部位が発電機用冷媒流通路23Bとなっている。
次に、モータ兼発電機9の冷却構造の第3の構成例について、図8を参照しつつ説明する。
この第3の構成例は、電気的絶縁性を有する冷媒を使用した場合の例である。すなわち、モータ兼発電機9を、発電機用冷媒流通路としての冷媒冷却用収納ケース24内へ収納し、この冷媒冷却用収納ケース24には、第1の分岐冷媒配管7を接続して、冷媒冷却用収納ケース24内へ冷媒を流通せしめて(図8の白抜き矢印参照)、モータ兼発電機9が冷媒により直接冷却されるよう構成されたものとなっている。
しかして、上記構成における冷房サイクルS1の動作について説明すれば、コンプレッサ1から吐出された高温高圧の冷媒は、コンデンサ2に供給され、ここでコンデンサ2を通過する空気へ対して冷媒からの放熱が行われることで、冷媒は、その一部が凝縮液化されて受液器3へ至り、ここで、気液分離され気体成分が除去されて、液体冷媒のみがサブクールコンデンサ4へ流入することとなる。サブクールコンデンサ4では、冷媒は過冷却状態とされ、一部は、主膨張弁5へ、一部は、副膨張弁8へ、それぞれ流入し、それぞれにおいて冷媒は、断熱膨張されることとなる。そして、主膨張弁5を出た冷媒は、エバポレータ6に至り、空調ダクト11内を通過する空気の熱を吸収して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。
一方、副膨張弁8を出た冷媒は、モータ兼発電機9へ至り、先に説明したような種々の冷却構造の違いはあるもののモータ兼発電機9において、エバポレータ6の場合と同様に、モータ兼発電機9の熱を吸入して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。この場合、副膨張弁8として電磁式のものを用いれば、その開成状態を制御することで冷媒の膨張状態を調整することができ、それによって、モータ兼発電機9の冷却温度の調整が可能となる。
ところで、一般的な傾向として、空冷式の発電機において、例えば、雰囲気温度が−30℃の場合の発電出力は、雰囲気温度が40℃の場合の発電出力の大凡2倍になるという実験結果がある。
冷却することによる発電効率の向上の大きさが実際にどの程度となるかは、発電機の規格や発電状況等に応じて一概には言えないが、いずれにしても本発明の実施例におけるようにして冷却を行うことにより、かなりこの発電効率の向上が期待できるものである。特に、車両用空調装置におけるモータ兼発電機9の場合、もともとその設置空間が極めて限られているため、モータ兼発電機9の物理的大きさ(換言すれば、発電出力)を増すことなく発電効率の向上、換言すれば、発電出力の増加が図られることは、実質的により大きな発電出力の発電機を使用することと等価なこととなる。そして、このような冷却による発電効率の向上によって得られた電力は、車両用空調装置だけでなく、車両に搭載されている種々の電子制御のための回路に配分することが可能となるものである。さらに、発電効率の向上による電力の増加は、このような車両用空調装置における既存の電子回路への電力配分を増すことのみならず、新たな電子回路の設置も可能とするものである。
また、上述した構成例において、モータ兼発電機9の冷却によって得られた熱の再利用を図るようにすると更に好適な車両用空調装置を得ることが可能となる。すなわち、モータ兼発電機9の冷却によって得られた熱の利用形態としては、例えば、車室内の暖房に用いるようにしても良い。また、モータ兼発電機9の冷却によって得られた熱をエンジン冷却水の加熱に使用するようにしても良い。すなわち、これは、暖房使用時において、エンジン冷却水を利用するヒータコアの加熱時間の短縮を図り、車室内空気の加熱温度の急速な上昇を図るのに好適なものである。
さらに、モータ兼発電機9の冷却に余裕がある場合には、冷却を必要とする電子回路の抵抗器を、例えば、必要に応じて、電気的な絶縁処理等を施して、図6に示されたような発電機用冷媒流通路23Aに配するか、図8に示されたような冷媒冷却用収納ケース24内に配するかして、抵抗器の冷却を行うようにしてもよい。
次に、冷房サイクルの第2の構成例について、図9を参照しつつ説明する。なお、図1に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第2の構成例は、副冷房サイクルS2bに専用の副冷房サイクル用コンプレッサ25を設けたものである。すなわち、この第2の構成例は、第1の分岐冷媒配管7において、モータ兼発電機9と、図1に示された構成においては、主冷房サイクルS1aと副冷房サイクルS1bとで共用であったコンプレッサ1の入口との間に、副冷房サイクル用コンプレッサ25が設けられた構成となっている。
したがって、この第2の構成例においては、副冷房サイクル用コンプレッサ25の駆動を制御することでモータ兼発電機9の冷却温度を、先の図1に示された構成例に比してより的確に調整することが可能となり、しかも、主冷房サイクルS1aのコンプレッサ1の負荷が軽減されることとなる。
次に、冷房サイクルの第3の構成例について、図10及び図11を参照しつつ説明する。なお、先の図1及び図2に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
最初に、この第3の構成例における車両用空調装置の特徴的な構成を概括的に述べれば、この例における車両用空調装置は、暖房運転時に、暖房用熱交換器28を通過した冷媒をモータ兼発電機9において膨張させてモータ兼発電機9を冷却できるようにしたものである。
すなわち、以下、具体的に説明すれば、まず、この例における冷房サイクルS3について図10を参照しつつ説明すれば、この冷房サイクルS3は、主冷房サイクルS3aに第1の分岐冷媒配管7と第2の分岐冷媒配管26とがそれぞれ並列接続されると共に、第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cが設けられて、後述するように冷房サイクルの切り替えができるよう構成されてなるものである。
まず、主冷房サイクルS3aにおいて、コンプレッサ1の出口側とエバポレータ6の入口側との間に、第1の切替バルブ27a(図10においては「V1」と表記)が、また、サブクールコンデンサ4と主膨張弁5との間に、第3の切替バルブ27c(図10においては「V3」と表記)が、それぞれ設けられたものとなっている。
そして、第1の分岐冷媒配管7には、先の図1に示された構成例の場合と同様に、副膨張弁8及びモータ兼発電機9が設けられた構成となっている。
一方、第2の分岐冷媒配管26は、サブクールコンデンサ4の出口側とコンプレッサ1の出口側との間に設けられている。そして、この第2の分岐冷媒配管26には、コンプレッサ1の出口側から順に、第2の切替バルブ27b(図10においては「V2」と表記)、暖房用熱交換器28、第2の受液器29、第2のサブクールコンデンサ30が設けられたものとなっている。
ここで、第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cは、次述する車両用空調装置を構成する制御部31によって、その開閉成が制御されるもので、それによって冷媒の流れる経路を変更できるようになっている(詳細は後述)。
次に、上述した冷房サイクルS3を車両用空調装置に適用した場合の構成例について、図11を参照しつつ説明する。なお、図2に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この車両用空調装置は、エンジン15の冷却水が流入するヒータコア32がエバポレータ6の下流側に設けられた点は、先の図2に示された構成の車両用空調装置と同一であるが、さらに、このヒータコア32の下流側の直近に暖房用熱交換器28が設けられた点が図2に示された車両用空調装置と異なるものである。
制御部31は、車両用空調装置の動作制御を行うもので、具体的には、コンプレッサ1、送風機14、エアミックスドア32、図示されないモードドア等の動作制御を行うもので、さらに、本発明の実施例においては、第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cの開閉成を制御するものとなっている。なお、図11においては、図示を簡略化するために、制御部31からの信号線は、第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cへのみ接続されたものとしてある。
また、コンプレッサ1とモータ兼発電機9の具体的な接続例については、先に図4及び図5を参照しつつ説明したと同様であり、いずれの接続でも良いもので、ここでの再度の詳細な説明は省略することとする。
さらに、図11に示された構成においては、副膨張弁8は、モータ兼発電機9内部に設けたものとなっているが、勿論、先に図2に示されたように、モータ兼発電機9の外部へ設けても良いものである。
またさらに、図11において、受液器3及びサブクールコンデンサ4並びに第2の受液器29及び第2のサブクールコンデンサ30が図示されていない理由は、図2で述べたと同様な理由によるものである。
しかして、かかる構成における動作について図11を参照しつつ説明することとする。
最初に、通常の冷房運転を行う場合について説明すれば、この場合、第2の切替バルブ27bのみが制御部31により閉成状態とされ、第1及び第3の切替バルブ27a,27cは、制御部31により閉成状態とされる。
かかる第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cの設定により、コンプレッサ1から吐出された冷媒は、第1の切替バルブ27aを介してコンデンサ2へ至り、コンデンサ2を通過する空気へ対して冷媒からの放熱が行われ、凝縮液化されて受液器3へ流入することとなる。そして、受液器3において、冷媒は、気液分離され気体成分が除去されて、液体冷媒がサブクールコンデンサ4へ流入することとなる。サブクールコンデンサ4では、冷媒は過冷却状態とされ、一部は、第3の切替バルブ27cを介して主膨張弁5へ、一部は、副膨張弁8へ、それぞれ流入し、それぞれにおいて冷媒は、断熱膨張されることとなる。
そして、エバポレータ6においては、冷媒は、空調ダクト11内を通過する空気の熱を吸収して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。一方、副膨張弁8を出た冷媒は、モータ兼発電機9へ流入し、エバポレータ6の場合と同様に、モータ兼発電機9の熱を吸入して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。
なお、ここで、冷媒がモータ兼発電機9へ流入するというのは、厳密には、先に図6乃至図8に例示されたような構成を有してなる発電機用冷媒流通路に冷媒が流入する意味である。
このように、第1及び第3の切替バルブ27a,27cが開成状態とされ、第2の切替バルブ27bが閉成状態とされる場合には、基本的に先に図1及び図2で説明したと同様な動作が得られることとなる。すなわち、この動作状態においては、コンプレッサ1、第1の切替バルブ27a、コンデンサ2、受液器3、サブクールコンデンサ4、第3の切替バルブ27c、主膨張弁5及びエバポレータ6によって主冷房サイクルS3aが形成されるものとなっている。また、コンプレッサ1、第1の切替バルブ27a、コンデンサ2、受液器3、サブクールコンデンサ4、副膨張弁8及びモータ兼発電機9によって副冷房サイクルS3bが形成されるものとなっている。
次に、暖房用熱交換器28を動作させる場合について説明すれば、この場合は、制御部31により第1及び第3の切替バルブ27a,27cが閉成状態とされる一方、第2の切替バルブ27bのみが開成状態とされる。
かかる第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cの設定により、コンプレッサ1から吐出された冷媒は、第2の切替バルブ27bを介して暖房用熱交換器28へ流入し、この暖房用熱交換器28を通過する空気に対して冷媒からの放熱が行われることとなる。したがって、ヒータコア32を通過した空気がさらに加熱されることとなり、ヒータコア32による暖房能力の不足が補われることとなる。
暖房用熱交換器28において放熱した冷媒は、第2の受液器29及び第2のサブクールコンデンサ30を介して副膨張弁8へ至り、ここで、断熱膨張されてモータ兼発電機9へ流入することとなる。その結果、モータ兼発電機9において、冷媒は、モータ兼発電機9の熱を吸入して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。ここで、冷媒がモータ兼発電機9へ流入するというは、先に冷房動作の説明で述べたと同一の意味である。
このように、第1及び第3の切替バルブ27a,27cが閉成状態とされる一方、第2の切替バルブ27bが開成状態とされる場合には、コンプレッサ1、第2の切替バルブ27b、暖房用熱交換器28、第2の受液器29、第2のサブクールコンデンサ30、副膨張弁8及びモータ兼発電機9によるヒートポンプサイクルS3cが形成されることとなる。
次に、本発明の実施例における冷房サイクルの第4の構成例について、図12を参照しつつ説明する。なお、図1に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この冷房サイクルS4は、主冷房サイクルS1aと副冷房サイクルS4bとから構成されてなり、副冷房サイクルS4bに設けられた第2のエバポレータ34によってモータ兼発電機9の冷却用水を冷却し、モータ兼発電機9を間接的に冷媒によって冷却できるよう構成されたものである。
すなわち、以下、具体的に説明すれば、まず、第1の分岐冷媒配管7には、先の図1に示された構成との対比で言えば、モータ兼発電機9に代えて、第2のエバポレータ34が設けられている。
一方、モータ兼発電機9は、先に図6乃至図8に例示されたような発電機用冷媒流通路が設けられたものであることは図1に示された構成例と同様であるが、この第4の構成例においては、この発電機用冷媒流通路には、冷媒に代えて冷却水が流通されるものとなっている。すなわち、モータ兼発電機9の発電機用冷媒流通路と流体ポンプ35とが冷却水配管36によって配管結合されて、冷却水サイクルが形成されている。そして、この冷却水配管36の一部が、第2のエバポレータ34の極近傍に配設されるか、又は、第2のエバポレータ34の適宜な箇所に接合されるかして冷却水配管36内を流通する冷却水が第2のエバポレータ34によって冷却されつつ、モータ兼発電機9と流体ポンプ35との間を循環されるようになっている。
なお、上述した発明の実施例においては、モータ兼発電機9は、発電機として機能するもので、さらに、モータとしても用いられるものであると説明したが、本来の発電機としてのみ用いられるものであっても勿論良いものである。
以上、述べたように、本発明によれば、発電機の冷却を、主冷房サイクルに併設した副冷房サイクルの冷媒の熱交換によって行われるような構成としたので、主冷房サイクルの動作効率を低下させることなく、しかも、発電機の冷却の程度を調整することが可能となり、その結果、従来に比してより確実、かつ、安定した発電効率の向上ができるという効果を奏するものである。
また、発電効率の向上により、特に、発電機の物理的な大きさを増すことなく車両における電力不足を解消することができるばかりでなく、新たな電子回路の設置を可能とするという効果を奏するものである。
さらに、いわゆるヒートポンプサイクルにおいて発電機の冷媒の熱交換により冷却できるようにすることで、暖房不足を補いつつ、しかも、発電効率の向上を図ることができるという効果を奏するものである。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る発電機は、特に車両用空調装置のコンプレッサと一体に設けられて、コンプレッサを駆動するモータとしても兼用可能なものとして用いられるのに適したものである。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の実施例における発電機の冷却に用いられる冷房サイクルの第1の構成例を示す構成図である。
図2は、図1に示された冷房サイクルが用いられる車両用空調装置の構成例を示す構成図である。
図3は、図1に示された冷房サイクルが用いられる車両用空調装置の他の構成例を示す構成図である。
図4は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機のコンプレッサとの第1の接続形態を模式的に示す模式図である。
図5は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機のコンプレッサとの第2の接続形態を模式的に示す模式図である。
図6は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機に設けられる発電機用冷媒流通路の第1の構成例を模式的に示す模式図である。
図7は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機に設けられる発電機用冷媒流通路の第2の構成例を模式的に示す模式図である。
図8は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機に設けられる発電機用冷媒流通路の第3の構成例を模式的に示す模式図である。
図9は、本発明の実施例における発電機の冷却に用いられる冷房サイクルの第2の構成例を示す構成図である。
図10は、本発明の実施例における発電機の冷却に用いられる冷房サイクルの第3の構成例を示す構成図である。
図11は、図10に示された冷房サイクルが用いられる車両用空調装置の構成例を示す構成図である。
図12は、本発明の実施例における発電機の冷却に用いられる冷房サイクルの第4の構成例を示す構成図である。
本発明は、発電機及び車両用空調装置係り、特に、車両用空調装置においてコンプレッサと共にエンジンンにより回転駆動されるよう設けられた発電機の動作効率の向上等を図ったもの及びそのような発電機を有してなる車両用空調装置に関する。
背景技術
従来、この種の装置としては、例えば、車両用空調装置において、冷房サイクルを構成するコンプレッサがクラッチを介してエンジンによって駆動可能にされると共に、コンプレッサの回転軸にモータが減速ギヤを介して接続されて、エンジン停止時にモータによるコンプレッサの駆動を可能とし、しかも、エンジン駆動時には、当該モータを必要に応じて発電機としても用いるように構成されたものが公知・周知となっている(例えば、特開平11−287182号公報等参照)。
上述のようにコンプレッサと共にエンジンにより回転駆動されるようコンプレッサに設けられた発電機にあっては、その冷却を如何に効率良く行うかが、発電効率の向上という点から重要である。
このようなコンプレッサと一体的に設けられた発電機の冷房を行う方策としては、冷房サイクルの冷媒を発電機の冷却に用いるようにしたものが種々提案されている(例えば、特開平10−75550号公報等参照)。
しかしながら、冷房サイクルの冷媒を発電機の冷却に用いる従来装置が種々提案されているものの、冷房サイクルの動作効率等の観点から未だ充分満足できるものではない。という問題がある。
本発明の目的は、冷却温度の調整容易な発電機及びそのような発電機を有してなる車両用空調装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、冷房サイクルの動作効率を低下させることなく冷却可能に構成された発電機を提供し、また、そのような発電機を有してなる車両用空調装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、発電機の物理的な大きさを増すことなくより大きな発電出力を得ることができる発電機及びそのような発電機を有してなる車両用空調装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の第1の形態によれば、
主冷房サイクルに併設された副冷房サイクルの冷媒の熱交換により冷却可能に構成されてなる発電機が提供される。
かかる構成においては、副冷房サイクルの冷媒の熱交換によって発電機が冷却されるので、主冷房サイクルの動作を極力阻害することなく効率良く発電機の冷却が可能となり、それによって、発電機の動作効率の向上が期待できるものである。
本発明の第2の形態によれば、
空調ダクトの上流側から取り入れられた空気を、主冷房サイクルを構成するエバポレータと車両用エンジンの冷却水が流通するヒータコアを通過せしめることによって所望温度にして、車室内へ吹き出し可能に構成されてなる車両用空調装置であって、
前記主冷房サイクルを構成するコンプレッサが回転駆動される際に同時に回転駆動される発電機が設けられ、
前記発電機は、前記主冷房サイクルに併設された副冷房サイクル中に位置せしめられて当該副冷房サイクルを流通する冷媒の熱交換により冷却せしめられるよう構成されてなり、
前記副冷房サイクルは、前記主冷房サイクルにおける膨張弁の入口側とエバポレータの出口側との間に、分岐用の冷媒配管が並列接続されて、当該冷媒配管には前記膨張弁側から順に、副膨張弁と前記発電機に設けられた発電機用冷媒流通路とが設けられてなり、当該副冷房サイクルは、前記主冷房サイクルと共用される当該主冷房サイクルのコンプレッサと、コンデンサと、受液器と、前記副膨張弁及び前記発電機用冷媒流通路とからなるものが提供される。
かかる構成にあっては、車両用空調装置の動作を極力阻害することなく、副冷房サイクルによって効率良く発電機を冷却できる車両用空調装置が提供されることとなるものである。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施例における発電機の冷却を行う車両用空調装置の冷房サイクルの第1の構成例について、図1を参照しつつ説明する。
この冷房サイクルS1は、通常の車両用空調装置における主冷房サイクルS1aと、モータ兼発電機9の冷却のための副冷房サイクルS1bとから構成されたものとなっている。すなわち、まず、主冷房サイクルS1aは、コンプレッサ1の出口側から順にコンデンサ2、受液器3、サブクールコンデンサ4、主膨張弁5及びエバポレータ6が配管結合されてなり、公知・周知の構成を有するものとなっている(図1参照)。さらに、本発明の実施例における主冷房サイクルS1aにおいては、サブクールコンデンサ4と主膨張弁5との間に、バルブ37が設けられている。このバルブ37は、主冷房サイクルS1aの動作を停止させて、後述する副冷房サイクルS1bのみを動作状態とする場合に、閉弁状態として用いられるもので、手動式のものであっても、また、電磁式のものであってもいずれでも良いものである。
そして、この主冷房サイクルS1aには、エバポレータ6の入口側と主膨張弁5の入口側との間において、第1の分岐冷媒配管7が並列接続されており、この第1の分岐冷媒配管7には、主膨張弁5の入口側に近い部位から順に、副膨張弁8、モータ兼発電機9が設けられた構成となっている。
そして、副冷房サイクルS1bは、主冷房サイクルS1aのコンプレッサ1、コンデンサ2、受液器3及びサブクールコンデンサ4を共用する形で、これらと先の副膨張弁8及びモータ兼発電機9とから構成されたものとなっている。なお、モータ兼発電機9は、冷媒による冷却を受ける対象であるが、冷媒をこのモータ兼発電機9を通過せしめる具体的な構成については後述することとする。
また、副膨張弁8は、電磁式のものを用いることで、コンプレッサ1入口における過熱度を調整でき、それによって、モータ兼発電機9の冷却状態が調整可能となり好適である。
図2には、上述した冷房サイクルを車両用空調装置に適用した場合の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつその構成について説明する。
この車両用空調装置は、空調ダクト11を有し、その上流側には、内気導入口12aと外気導入口12bとが形成されると共に、これらいずれかを選択的に開成状態とするための内外気切換ドア13が設けられている。そして、これら内気導入口12a及び外気導入口12bの下流側の空調ダクト11の適宜な部位には、送風機14が設けられ、さらに、送風機14の下流側には、先に説明した主冷房サイクルS1aを構成するエバポレータ6が設けられている。なお、エバポレータ6より下流側の空調ダクト11の構成については、上述した上流側の場合と同様に、基本的には従来の装置と変わるところはないものであるので、図2においては、その図示を省略してあるが、概略説明すれば、エバポレータ6の下流側には、ヒータコア32が、空調ダクト11の一方の側路に偏って設けられると共に、その前面には、ヒータコア32と空調ダクト11の他方の側路との間を通過する空気と、ヒータコア32を通過する空気の量を調整するためのエアミックスドア(図示せず)が設けられている。そして、ヒータコア32の下流側は、車室内へ複数開口されており、開口部分にそれぞれ設けられたいわゆるモードドア(図示せず)の切り替えによって車室内への吹き出し状態が変えられるようになっている。
本発明の実施例におけるコンプレッサ(図2においては「Comp」と表記)1は、いわゆるハイブリッドコンプレッサと称されるもので、車両用エンジン15とモータ兼発電機(図2においては「Gen」と表記)9とによって選択的に回転駆動可能に構成されたものである。なお、図2は、コンプレッサ1がエンジン15により回転駆動される場合、モータ兼発電機9もコンプレッサ1と共に回転駆動されることを模式的に表しただけのもので、コンプレッサ1とモータ兼発電機9の具体的な接続状態について図示したものではない。
ここで、コンプレッサ1とモータ兼発電機9の具体的な接続状態の例について、図4及び図5を参照しつつ説明すれば、まず、図4に示された第1の例は、モータ兼発電機9とコンプレッサ1とを、クラッチ16によって断続可能にしたものである。この例においては、モータ兼発電機9の回転軸9aに、被駆動側プーリ17が取着され、この被駆動側プーリ17と、エンジン15の回転軸15aに取着された駆動側プーリ18との間に駆動ベルト19が掛け渡されたものとなっている。
そして、エンジン15が駆動状態にある場合には、クラッチ16によってモータ兼発電機9とコンプレッサ1とが一体に回転できるよう接続されて、モータ兼発電機9とコンプレッサ1とは、エンジン15により共に回転駆動され、モータ兼発電機9は、発電機として動作するように図示されない制御部によって動作設定されるものとなっている。
一方、エンジン15が駆動停止の状態にある場合には、モータ兼発電機9は、図示されない制御部によって、配線の切り換え等が行われ、外部から電源供給がなされることによって、モータとして動作するように動作設定されるものとなっており、この場合には、コンプレッサ1は、クラッチ16を介してモータ兼発電機9によって回転駆動されることとなる。なお、このように発電機をモータとして機能させること自体は、公知・周知の技術であるので、その具体的な動作の切り換えについては、ここでの詳細な説明を省略することとする。
次に、コンプレッサ1とモータ兼発電機9の具体的な接続状態の第2の例について、図5を参照しつつ説明する。なお、図4に示された構成例における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この図5に示された構成例は、モータ兼発電機9がエンジン15との間に掛け渡された駆動ベルト19によっていわゆるベルト駆動される点は、先の図4に示された構成例と同一であるが、コンプレッサ1とモータ兼発電機9との間に、複数段のギア20が設けられた点が異なるものである。すなわち、この例の場合、コンプレッサ1は、エンジン15の回転駆動を受ける場合と、モータ兼発電機9がモータとして動作する場合におけるモータ兼発電機9の回転駆動を受ける場合と、いずれの場合にもギア20を介して駆動されるものとなっており、駆動源に応じてギア20の設定を変えて、適宜な回転数で駆動できるよう構成されたものである。
また、図2に示された構成例において、副膨張弁8は、モータ兼発電機9の外部に設けられたものとなっているが、図3に示されたように、モータ兼発電機9の内部の適宜な空間に設けるようにしても良いものである。
次に、冷房サイクルの冷媒によってモータ兼発電機9の冷却を行う場合の具体的な構成について、図6乃至図8を参照しつつ説明する。
まず、モータ兼発電機9の冷却構造の第1の構成例として、冷媒が絶縁性を有するものでない場合には、モータ兼発電機9における電気的な短絡事故を防止する必要があることから、モータ兼発電機9を液密性のある適宜な発電機収納ケース21内に収納し、その回転軸9aと必要な配線等(図示せず)の必要最小限のもののみを発電機収納ケース21の液密性を保持しつつ外部へ引き出せるようにする(図6参照)。さらに、この発電機収納ケース21よりその短手軸方向(図6において紙面上下方向)の寸法がやや大きめで、かつ、長手軸方向(図6において紙面左右方向)の寸法が、少なくとも発電機収納ケース21の外周面部分が内部に位置するような長さを有し、かつ、長手軸方向の両端部において冷媒が流入、流出可能に形成されてなる冷媒流通ケース22を設け、その内部に発電機収納ケース21の外周面が位置するように発電機収納ケース21を収納することで、発電機収納ケース21とこの冷媒流通ケース22とで、発電機用冷媒流通路23Aが形成されたものとなっている。なお、図6において、冷媒流通ケース22の長手軸方向の両端面の詳細な図示は省略してあるが、第1の分岐冷媒配管7が接続される部位を除いて当然ながら適宜に液密に閉鎖されたものとなっているものである。
そして、かかる構成においては、発電機収納ケース21の外周面と冷媒流通ケース22の内周面との間の間隙を冷媒が通り抜け(図6の白抜き矢印参照)、発電機収納ケース21を冷却し、発電機収納ケース21の冷却に伴ってその内部の雰囲気も冷却され、それによって、モータ兼発電機9が間接的に冷却されるものとなっている。
次に、モータ兼発電機9の冷却構造の第2の構成例について、図7を参照しつつ説明する。
この第2の構成例も、図6に示された構成例と同様に、冷媒によってモータ兼発電機9を直接冷却するのではなく間接的に冷却する場合のものである。すなわち、この第2の構成例は、モータ兼発電機9の内部の適宜な空間を利用し、この部分に第1の分岐冷媒配管7の一部が通るようにして、第1の分岐冷媒配管7周囲の雰囲気を冷却することで、モータ兼発電機9が間接的に冷却されるような構成としたものである。したがって、この場合、モータ兼発電機9の内部に位置する第1の分岐冷媒配管7の部位が発電機用冷媒流通路23Bとなっている。
次に、モータ兼発電機9の冷却構造の第3の構成例について、図8を参照しつつ説明する。
この第3の構成例は、電気的絶縁性を有する冷媒を使用した場合の例である。すなわち、モータ兼発電機9を、発電機用冷媒流通路としての冷媒冷却用収納ケース24内へ収納し、この冷媒冷却用収納ケース24には、第1の分岐冷媒配管7を接続して、冷媒冷却用収納ケース24内へ冷媒を流通せしめて(図8の白抜き矢印参照)、モータ兼発電機9が冷媒により直接冷却されるよう構成されたものとなっている。
しかして、上記構成における冷房サイクルS1の動作について説明すれば、コンプレッサ1から吐出された高温高圧の冷媒は、コンデンサ2に供給され、ここでコンデンサ2を通過する空気へ対して冷媒からの放熱が行われることで、冷媒は、その一部が凝縮液化されて受液器3へ至り、ここで、気液分離され気体成分が除去されて、液体冷媒のみがサブクールコンデンサ4へ流入することとなる。サブクールコンデンサ4では、冷媒は過冷却状態とされ、一部は、主膨張弁5へ、一部は、副膨張弁8へ、それぞれ流入し、それぞれにおいて冷媒は、断熱膨張されることとなる。そして、主膨張弁5を出た冷媒は、エバポレータ6に至り、空調ダクト11内を通過する空気の熱を吸収して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。
一方、副膨張弁8を出た冷媒は、モータ兼発電機9へ至り、先に説明したような種々の冷却構造の違いはあるもののモータ兼発電機9において、エバポレータ6の場合と同様に、モータ兼発電機9の熱を吸入して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。この場合、副膨張弁8として電磁式のものを用いれば、その開成状態を制御することで冷媒の膨張状態を調整することができ、それによって、モータ兼発電機9の冷却温度の調整が可能となる。
ところで、一般的な傾向として、空冷式の発電機において、例えば、雰囲気温度が−30℃の場合の発電出力は、雰囲気温度が40℃の場合の発電出力の大凡2倍になるという実験結果がある。
冷却することによる発電効率の向上の大きさが実際にどの程度となるかは、発電機の規格や発電状況等に応じて一概には言えないが、いずれにしても本発明の実施例におけるようにして冷却を行うことにより、かなりこの発電効率の向上が期待できるものである。特に、車両用空調装置におけるモータ兼発電機9の場合、もともとその設置空間が極めて限られているため、モータ兼発電機9の物理的大きさ(換言すれば、発電出力)を増すことなく発電効率の向上、換言すれば、発電出力の増加が図られることは、実質的により大きな発電出力の発電機を使用することと等価なこととなる。そして、このような冷却による発電効率の向上によって得られた電力は、車両用空調装置だけでなく、車両に搭載されている種々の電子制御のための回路に配分することが可能となるものである。さらに、発電効率の向上による電力の増加は、このような車両用空調装置における既存の電子回路への電力配分を増すことのみならず、新たな電子回路の設置も可能とするものである。
また、上述した構成例において、モータ兼発電機9の冷却によって得られた熱の再利用を図るようにすると更に好適な車両用空調装置を得ることが可能となる。すなわち、モータ兼発電機9の冷却によって得られた熱の利用形態としては、例えば、車室内の暖房に用いるようにしても良い。また、モータ兼発電機9の冷却によって得られた熱をエンジン冷却水の加熱に使用するようにしても良い。すなわち、これは、暖房使用時において、エンジン冷却水を利用するヒータコアの加熱時間の短縮を図り、車室内空気の加熱温度の急速な上昇を図るのに好適なものである。
さらに、モータ兼発電機9の冷却に余裕がある場合には、冷却を必要とする電子回路の抵抗器を、例えば、必要に応じて、電気的な絶縁処理等を施して、図6に示されたような発電機用冷媒流通路23Aに配するか、図8に示されたような冷媒冷却用収納ケース24内に配するかして、抵抗器の冷却を行うようにしてもよい。
次に、冷房サイクルの第2の構成例について、図9を参照しつつ説明する。なお、図1に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第2の構成例は、副冷房サイクルS2bに専用の副冷房サイクル用コンプレッサ25を設けたものである。すなわち、この第2の構成例は、第1の分岐冷媒配管7において、モータ兼発電機9と、図1に示された構成においては、主冷房サイクルS1aと副冷房サイクルS1bとで共用であったコンプレッサ1の入口との間に、副冷房サイクル用コンプレッサ25が設けられた構成となっている。
したがって、この第2の構成例においては、副冷房サイクル用コンプレッサ25の駆動を制御することでモータ兼発電機9の冷却温度を、先の図1に示された構成例に比してより的確に調整することが可能となり、しかも、主冷房サイクルS1aのコンプレッサ1の負荷が軽減されることとなる。
次に、冷房サイクルの第3の構成例について、図10及び図11を参照しつつ説明する。なお、先の図1及び図2に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
最初に、この第3の構成例における車両用空調装置の特徴的な構成を概括的に述べれば、この例における車両用空調装置は、暖房運転時に、暖房用熱交換器28を通過した冷媒をモータ兼発電機9において膨張させてモータ兼発電機9を冷却できるようにしたものである。
すなわち、以下、具体的に説明すれば、まず、この例における冷房サイクルS3について図10を参照しつつ説明すれば、この冷房サイクルS3は、主冷房サイクルS3aに第1の分岐冷媒配管7と第2の分岐冷媒配管26とがそれぞれ並列接続されると共に、第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cが設けられて、後述するように冷房サイクルの切り替えができるよう構成されてなるものである。
まず、主冷房サイクルS3aにおいて、コンプレッサ1の出口側とエバポレータ6の入口側との間に、第1の切替バルブ27a(図10においては「V1」と表記)が、また、サブクールコンデンサ4と主膨張弁5との間に、第3の切替バルブ27c(図10においては「V3」と表記)が、それぞれ設けられたものとなっている。
そして、第1の分岐冷媒配管7には、先の図1に示された構成例の場合と同様に、副膨張弁8及びモータ兼発電機9が設けられた構成となっている。
一方、第2の分岐冷媒配管26は、サブクールコンデンサ4の出口側とコンプレッサ1の出口側との間に設けられている。そして、この第2の分岐冷媒配管26には、コンプレッサ1の出口側から順に、第2の切替バルブ27b(図10においては「V2」と表記)、暖房用熱交換器28、第2の受液器29、第2のサブクールコンデンサ30が設けられたものとなっている。
ここで、第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cは、次述する車両用空調装置を構成する制御部31によって、その開閉成が制御されるもので、それによって冷媒の流れる経路を変更できるようになっている(詳細は後述)。
次に、上述した冷房サイクルS3を車両用空調装置に適用した場合の構成例について、図11を参照しつつ説明する。なお、図2に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この車両用空調装置は、エンジン15の冷却水が流入するヒータコア32がエバポレータ6の下流側に設けられた点は、先の図2に示された構成の車両用空調装置と同一であるが、さらに、このヒータコア32の下流側の直近に暖房用熱交換器28が設けられた点が図2に示された車両用空調装置と異なるものである。
制御部31は、車両用空調装置の動作制御を行うもので、具体的には、コンプレッサ1、送風機14、エアミックスドア32、図示されないモードドア等の動作制御を行うもので、さらに、本発明の実施例においては、第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cの開閉成を制御するものとなっている。なお、図11においては、図示を簡略化するために、制御部31からの信号線は、第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cへのみ接続されたものとしてある。
また、コンプレッサ1とモータ兼発電機9の具体的な接続例については、先に図4及び図5を参照しつつ説明したと同様であり、いずれの接続でも良いもので、ここでの再度の詳細な説明は省略することとする。
さらに、図11に示された構成においては、副膨張弁8は、モータ兼発電機9内部に設けたものとなっているが、勿論、先に図2に示されたように、モータ兼発電機9の外部へ設けても良いものである。
またさらに、図11において、受液器3及びサブクールコンデンサ4並びに第2の受液器29及び第2のサブクールコンデンサ30が図示されていない理由は、図2で述べたと同様な理由によるものである。
しかして、かかる構成における動作について図11を参照しつつ説明することとする。
最初に、通常の冷房運転を行う場合について説明すれば、この場合、第2の切替バルブ27bのみが制御部31により閉成状態とされ、第1及び第3の切替バルブ27a,27cは、制御部31により閉成状態とされる。
かかる第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cの設定により、コンプレッサ1から吐出された冷媒は、第1の切替バルブ27aを介してコンデンサ2へ至り、コンデンサ2を通過する空気へ対して冷媒からの放熱が行われ、凝縮液化されて受液器3へ流入することとなる。そして、受液器3において、冷媒は、気液分離され気体成分が除去されて、液体冷媒がサブクールコンデンサ4へ流入することとなる。サブクールコンデンサ4では、冷媒は過冷却状態とされ、一部は、第3の切替バルブ27cを介して主膨張弁5へ、一部は、副膨張弁8へ、それぞれ流入し、それぞれにおいて冷媒は、断熱膨張されることとなる。
そして、エバポレータ6においては、冷媒は、空調ダクト11内を通過する空気の熱を吸収して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。一方、副膨張弁8を出た冷媒は、モータ兼発電機9へ流入し、エバポレータ6の場合と同様に、モータ兼発電機9の熱を吸入して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。
なお、ここで、冷媒がモータ兼発電機9へ流入するというのは、厳密には、先に図6乃至図8に例示されたような構成を有してなる発電機用冷媒流通路に冷媒が流入する意味である。
このように、第1及び第3の切替バルブ27a,27cが開成状態とされ、第2の切替バルブ27bが閉成状態とされる場合には、基本的に先に図1及び図2で説明したと同様な動作が得られることとなる。すなわち、この動作状態においては、コンプレッサ1、第1の切替バルブ27a、コンデンサ2、受液器3、サブクールコンデンサ4、第3の切替バルブ27c、主膨張弁5及びエバポレータ6によって主冷房サイクルS3aが形成されるものとなっている。また、コンプレッサ1、第1の切替バルブ27a、コンデンサ2、受液器3、サブクールコンデンサ4、副膨張弁8及びモータ兼発電機9によって副冷房サイクルS3bが形成されるものとなっている。
次に、暖房用熱交換器28を動作させる場合について説明すれば、この場合は、制御部31により第1及び第3の切替バルブ27a,27cが閉成状態とされる一方、第2の切替バルブ27bのみが開成状態とされる。
かかる第1乃至第3の切替バルブ27a〜27cの設定により、コンプレッサ1から吐出された冷媒は、第2の切替バルブ27bを介して暖房用熱交換器28へ流入し、この暖房用熱交換器28を通過する空気に対して冷媒からの放熱が行われることとなる。したがって、ヒータコア32を通過した空気がさらに加熱されることとなり、ヒータコア32による暖房能力の不足が補われることとなる。
暖房用熱交換器28において放熱した冷媒は、第2の受液器29及び第2のサブクールコンデンサ30を介して副膨張弁8へ至り、ここで、断熱膨張されてモータ兼発電機9へ流入することとなる。その結果、モータ兼発電機9において、冷媒は、モータ兼発電機9の熱を吸入して再びコンプレッサ1へ戻ることとなる。ここで、冷媒がモータ兼発電機9へ流入するというは、先に冷房動作の説明で述べたと同一の意味である。
このように、第1及び第3の切替バルブ27a,27cが閉成状態とされる一方、第2の切替バルブ27bが開成状態とされる場合には、コンプレッサ1、第2の切替バルブ27b、暖房用熱交換器28、第2の受液器29、第2のサブクールコンデンサ30、副膨張弁8及びモータ兼発電機9によるヒートポンプサイクルS3cが形成されることとなる。
次に、本発明の実施例における冷房サイクルの第4の構成例について、図12を参照しつつ説明する。なお、図1に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この冷房サイクルS4は、主冷房サイクルS1aと副冷房サイクルS4bとから構成されてなり、副冷房サイクルS4bに設けられた第2のエバポレータ34によってモータ兼発電機9の冷却用水を冷却し、モータ兼発電機9を間接的に冷媒によって冷却できるよう構成されたものである。
すなわち、以下、具体的に説明すれば、まず、第1の分岐冷媒配管7には、先の図1に示された構成との対比で言えば、モータ兼発電機9に代えて、第2のエバポレータ34が設けられている。
一方、モータ兼発電機9は、先に図6乃至図8に例示されたような発電機用冷媒流通路が設けられたものであることは図1に示された構成例と同様であるが、この第4の構成例においては、この発電機用冷媒流通路には、冷媒に代えて冷却水が流通されるものとなっている。すなわち、モータ兼発電機9の発電機用冷媒流通路と流体ポンプ35とが冷却水配管36によって配管結合されて、冷却水サイクルが形成されている。そして、この冷却水配管36の一部が、第2のエバポレータ34の極近傍に配設されるか、又は、第2のエバポレータ34の適宜な箇所に接合されるかして冷却水配管36内を流通する冷却水が第2のエバポレータ34によって冷却されつつ、モータ兼発電機9と流体ポンプ35との間を循環されるようになっている。
なお、上述した発明の実施例においては、モータ兼発電機9は、発電機として機能するもので、さらに、モータとしても用いられるものであると説明したが、本来の発電機としてのみ用いられるものであっても勿論良いものである。
以上、述べたように、本発明によれば、発電機の冷却を、主冷房サイクルに併設した副冷房サイクルの冷媒の熱交換によって行われるような構成としたので、主冷房サイクルの動作効率を低下させることなく、しかも、発電機の冷却の程度を調整することが可能となり、その結果、従来に比してより確実、かつ、安定した発電効率の向上ができるという効果を奏するものである。
また、発電効率の向上により、特に、発電機の物理的な大きさを増すことなく車両における電力不足を解消することができるばかりでなく、新たな電子回路の設置を可能とするという効果を奏するものである。
さらに、いわゆるヒートポンプサイクルにおいて発電機の冷媒の熱交換により冷却できるようにすることで、暖房不足を補いつつ、しかも、発電効率の向上を図ることができるという効果を奏するものである。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る発電機は、特に車両用空調装置のコンプレッサと一体に設けられて、コンプレッサを駆動するモータとしても兼用可能なものとして用いられるのに適したものである。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の実施例における発電機の冷却に用いられる冷房サイクルの第1の構成例を示す構成図である。
図2は、図1に示された冷房サイクルが用いられる車両用空調装置の構成例を示す構成図である。
図3は、図1に示された冷房サイクルが用いられる車両用空調装置の他の構成例を示す構成図である。
図4は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機のコンプレッサとの第1の接続形態を模式的に示す模式図である。
図5は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機のコンプレッサとの第2の接続形態を模式的に示す模式図である。
図6は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機に設けられる発電機用冷媒流通路の第1の構成例を模式的に示す模式図である。
図7は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機に設けられる発電機用冷媒流通路の第2の構成例を模式的に示す模式図である。
図8は、本発明の実施例におけるモータ兼発電機に設けられる発電機用冷媒流通路の第3の構成例を模式的に示す模式図である。
図9は、本発明の実施例における発電機の冷却に用いられる冷房サイクルの第2の構成例を示す構成図である。
図10は、本発明の実施例における発電機の冷却に用いられる冷房サイクルの第3の構成例を示す構成図である。
図11は、図10に示された冷房サイクルが用いられる車両用空調装置の構成例を示す構成図である。
図12は、本発明の実施例における発電機の冷却に用いられる冷房サイクルの第4の構成例を示す構成図である。
Claims (14)
- 主冷房サイクルに併設された副冷房サイクルの冷媒の熱交換により冷却可能に構成されてなることを特徴とする発電機。
- 主冷房サイクルに併設された副冷房サイクル中に位置せしめられて当該副冷房サイクルを流通する冷媒の熱交換により冷却せしめられるよう構成されてなることを特徴とする発電機。
- 主冷房サイクルは、車両用空調装置に用いられるものであって、副冷房サイクルは、前記主冷房サイクルにおける膨張弁の入口側とエバポレータの出口側との間に、分岐用の冷媒配管が並列接続されて、当該冷媒配管には前記膨張弁側から順に、副膨張弁と発電機に設けられた発電機用冷媒流通路とが設けられてなり、当該副冷房サイクルは、前記主冷房サイクルと共用される当該主冷房サイクルのコンプレッサと、コンデンサと、受液器と、前記副膨張弁及び前記発電機用冷媒流通路とからなり、前記発電機は、前記主冷房サイクルにおけるコンプレッサと共に車両用エンジンによって回転駆動せしめられるよう設けられたものであることを特徴とする請求項2記載の発電機。
- 副冷房サイクルを流通する冷媒の熱交換によって得られた発電機の熱を、車両内の暖房又は加熱の必要な部位の暖房又は加熱に流用可能に構成されてなることを特徴とする請求項2記載の発電機。
- 車両内の暖房又は加熱の必要な部位は、車室内であることを特徴とする請求項4記載の発電機。
- 車両内の暖房又は加熱の必要な部位は、エンジン冷却水であることを特徴とする請求項4記載の発電機。
- 発電機の冷却のための冷媒流通路内に抵抗器を配したことを特徴とする請求項4記載の発電機。
- 主冷房サイクルの一部を供用するようにして設けられ、切り替えにより形成される副冷房サイクル又はヒートポンプサイクルを流通する冷媒の熱交換により冷却可能に構成されてなることを特徴とする発電機。
- 主冷房サイクルは、車両用空調装置に用いられるものであって、当該主冷房サイクルのコンプレッサの出口側とコンデンサとの間には、第1の切替バルブが設けられる一方、膨張弁の入口側には、第3の切替バルブが設けられ、
副冷房サイクルは、前記主冷房サイクルにおける第3の切替バルブの入口側とエバポレータの出口側との間に、分岐用の第1の分岐冷媒配管が並列接続されて、当該第1の分岐冷媒配管には前記第3の切替バルブの入口側から順に、副膨張弁と発電機に設けられた発電機用冷媒流通路とが設けられてなり、当該副冷房サイクルは、前記主冷房サイクルと共用される当該主冷房サイクルのコンプレッサと、第1の切替バルブと、コンデンサと、受液器と、前記副膨張弁及び前記発電機用冷媒流通路とからなり、
前記発電機は、前記主冷房サイクルにおけるコンプレッサと共に車両用エンジンによって回転駆動せしめられるよう設けられたものであり、
ヒートポンプサイクルは、前記主冷房サイクルにおける第3の切替バルブの入口側とコンプレッサの出口側との間に、分岐用の第2の分岐冷媒配管が並列接続されて、当該第2の分岐冷媒配管には、前記第3の切替バルブの入口側から順に、第2の受液器、暖房用熱交換器及び第2の切替バルブが設けられてなり、当該ヒートポンプサイクルは、前記主冷房サイクルと共用される当該主冷房サイクルのコンプレッサと、前記第2の切替バルブと、前記暖房用熱交換器と、前記第2の受液器と、前記副膨張弁及び前記発電機用冷媒流通路とからなり、
前記副冷房サイクルを動作状態とする場合には、前記第1及び第3の切替バルブが開成状態とされる一方、前記第2の切替バルブが開成状態とされ、
前記ヒートポンプサイクルを動作状態とする場合には、前記第1及び第3の切替バルブが閉成状態とされる一方、前記第2の切替バルブが開成状態とされてなることを特徴とする請求項8記載の発電機。 - 発電機用冷媒流通路と主冷房サイクルのコンプレッサとの間に、副冷房サイクル用コンプレッサが設けられてなることを特徴とする請求項3記載の発電機。
- 発電機用冷媒流通路は、発電機を液密に収納する発電機収納ケースと、少なくとも前記発電機収納ケースの外周面が内部に位置するよう前記発電機収納ケースを収納し、かつ、前記発電機の回転軸方向に位置する両端部において冷媒が流入、流出可能に形成されてなる冷媒流通ケースとから構成されてなることを特徴とする請求項3、請求項9又は請求項10記載の発電機。
- 発電機用冷媒流通路は、発電機内部を貫通するように一部が位置せしめられた第1の分岐冷媒配管であることを特徴とする請求項3、請求項9又は請求項10記載の発電機。
- 発電機用冷媒通路は、発電機が収納されると共に、当該発電機が収納された内部を冷媒が流通可能に形成されてなる収納ケースを用いてなり、かつ、前記冷媒は、電気的絶縁性を有するものであることを特徴とする請求項3、請求項9又は請求項10記載の発電機。
- 空調ダクトの上流側から取り入れられた空気を、主冷房サイクルを構成するエバポレータと車両用エンジンの冷却水が流通するヒータコアを通過せしめることによって所望温度にして、車室内へ吹き出し可能に構成されてなる車両用空調装置であって、
前記主冷房サイクルを構成するコンプレッサが回転駆動される際に同時に回転駆動される発電機が設けられ、当該発電機は、請求項3、請求項9又は請求項10記載の構成を有してなるものであることを特徴とする車両用空調装置。
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