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JP2002240545A - 車両用空調装置およびその運転方法 - Google Patents

車両用空調装置およびその運転方法

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JP2002240545A
JP2002240545A JP2001043975A JP2001043975A JP2002240545A JP 2002240545 A JP2002240545 A JP 2002240545A JP 2001043975 A JP2001043975 A JP 2001043975A JP 2001043975 A JP2001043975 A JP 2001043975A JP 2002240545 A JP2002240545 A JP 2002240545A
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JP
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refrigerant
air conditioning
conditioning circuit
lubricating oil
electric compressor
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Application number
JP2001043975A
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English (en)
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Takeshi Mizufuji
健 水藤
Kazuya Kimura
一哉 木村
Masahiro Kawaguchi
真広 川口
Kazuhiro Kuroki
和博 黒木
Hiroyuki Motonami
博之 元浪
Akira Matsubara
亮 松原
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
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Publication date
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Priority to US10/078,201 priority patent/US20020112492A1/en
Priority to DE10207113A priority patent/DE10207113A1/de
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空調回路と、該空調回路に冷媒を循環させる
電動圧縮機とを備えた車両用空調装置において、安価か
つ簡便に空調回路に潤滑油を循環させることができる合
理的な空調技術を提供する。 【解決手段】 電動圧縮機Ｃを備えた車両用空調装置１
の空調回路２において、エバポレータ１２の入口側には
クロスチャージ形の膨張弁２０が設けられている。この
膨張弁２０は冷媒の過熱度を可変とするものであり、冷
媒と空調空気との間の熱交換量Ｑが低下して空調負荷が
小さくなると、電動圧縮機Ｃに戻る冷媒を部分的に液化
させるように制御する。これにより、潤滑油の循環が問
題となる低負荷時であっても、液冷媒の流れに同伴され
て潤滑油を確実に電動圧縮機Ｃへ戻すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空調装置に
係り、詳しくは、空調回路と、該空調回路に冷媒を循環
させる電動圧縮機とを備えた車両用空調装置における空
調技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、車両用空調装置において、冷媒を
空調回路に循環させる圧縮機として電動駆動式の圧縮機
が用いられている。この電動圧縮機は、電磁クラッチを
介して伝達された車両エンジンの駆動力を用いるベルト
駆動タイプの圧縮機に対し、車両エンジンの回転数によ
らず圧縮機の回転数を制御することができるという点に
おいて有効である。ところで、このような電動圧縮機に
は、機内の摺動箇所の潤滑性を確保するために潤滑油が
封入されている。そして、この潤滑油が、吐出冷媒の流
れに伴って電動圧縮機から空調回路へ洩れ込むのを極力
阻止するために、従来、電動圧縮機内には潤滑油を回収
するための潤滑油回収装置が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成の電動圧縮機は、潤滑油回収装置を備えるた
め、その分コストが高く、電動圧縮機自体の体格がアッ
プするという問題がある。そこで、本発明者らは、空調
回路における冷媒および潤滑油の流れについて鋭意検討
した。その結果、本発明者らは、潤滑油が電動圧縮機か
ら空調回路へ洩れ込むのを潤滑油回収装置によって阻止
する代わりに、空調回路内における冷媒の流れを好適に
制御することで、空調回路へ洩れ込んだ潤滑油の循環性
を向上させることができ、電動圧縮機内の潤滑性を維持
することができることを見出すことに成功した。
【０００４】そこで、本発明は、空調回路と、該空調回
路に冷媒を循環させる電動圧縮機とを備えた車両用空調
装置において、安価かつ簡便に空調回路に潤滑油を循環
させることができる合理的な空調技術を提供することを
課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の車両用空調装置は、請求項１および２に記
載の通りに構成されている。また、本発明の車両用空調
装置の運転方法は、請求項３および４に記載の通りであ
る。なお、請求項１〜４に係る発明は、空調回路内にお
ける冷媒の流れを好適に制御することで、空調回路にお
ける潤滑油の循環性を向上させるようにした技術であ
る。
【０００６】請求項１に記載の車両用空調装置におい
て、空調回路に電動圧縮機が設けられている。この電動
圧縮機は、空調回路において冷媒を圧縮して高圧化し吐
出するものであり、例えば車両においてはスクロール形
圧縮機等が好適に用いられる。この電動圧縮機により空
調回路に冷媒を循環させることで空調が行われる。ま
た、この空調回路は、過熱度変更手段を有している。こ
の過熱度変更手段は、冷媒循環過程において、例えば電
動圧縮機へ戻る冷媒の過熱度（飽和蒸気冷媒が過熱され
ている度合い）を、運転負荷に応じて変更することがで
きるものである。ここでいう過熱度変更手段とは、空調
回路内に設置される制御弁等であってもよいし、その他
空調回路の外部に設けられこの空調回路と接続されてい
るもの等を広く含むものとする。従ってこの過熱度変更
手段としては、膨張弁、空調回路の流路面積を変更する
ことで冷媒の過熱度を好適に制御する制御弁、またこれ
らのうちの複数を組み合わせたものであってもよい。そ
して、例えば、運転負荷が低く冷媒の循環量が少ない場
合には、電動圧縮機へ戻る冷媒の過熱度が飽和状態ない
しその付近まで低下するように制御することで、この冷
媒は部分的に液化される。従って、潤滑油回収装置を備
えていない電動圧縮機の潤滑油が空調回路へ洩れ込んだ
とき、運転負荷が低く冷媒の循環量が少ない場合でも、
空調回路における潤滑油の循環性が維持され、液冷媒の
流れに伴って潤滑油を確実に電動圧縮機へ戻すことがで
きる。そして、これにより、電動圧縮機に潤滑油回収装
置を設けなくても、電動圧縮機内の潤滑性が維持され、
電動圧縮機の耐久性が確保されることとなる。以上のよ
うに、請求項１に記載した車両用空調装置によれば、電
動圧縮機の潤滑油回収装置の代わりに空調回路に過熱度
変更手段を設けることで、安価かつ簡便に空調回路に潤
滑油を循環させることができる。
【０００７】ここで、請求項１に記載の過熱度変更手段
としては、請求項２に記載のように、冷媒の過熱度を可
変とする膨張弁、とりわけクロスチャージ形の膨張弁で
あることが好ましい。このクロスチャージ形の膨張弁と
は、一般に、運転負荷が高く冷媒の循環量が多い場合に
は、電動圧縮機へ戻る冷媒は過熱蒸気の状態となるが、
運転負荷が低く冷媒の循環量が少ない場合には、電動圧
縮機へ戻る冷媒の過熱度を飽和状態ないしその付近まで
低下させることができるものである。これにより、運転
負荷が低く冷媒の循環量が少ない場合でも、空調回路に
おける潤滑油の循環性が維持され、液冷媒の流れに伴っ
て潤滑油を確実に電動圧縮機へ戻すことができる。一
方、運転負荷が高く冷媒の循環量が多い場合は冷媒の過
熱度が高くなるが、冷媒のガス流れ量が多く、潤滑油は
そのガス流れに同伴されるため、空調回路における潤滑
油の循環性は問題ない。従って、請求項２に記載した車
両用空調装置によれば、電動圧縮機の潤滑油回収装置の
代わりに空調回路に、冷媒の過熱度を可変とする膨張弁
を設けることで、安価かつ簡便に空調回路に潤滑油を循
環させることができる。
【０００８】請求項３に記載の車両用空調装置の運転方
法において、冷媒循環過程における該冷媒の過熱度が、
運転負荷に応じて変更される。例えば、運転負荷が低く
冷媒の循環量が少ない場合には、電動圧縮機へ戻る冷媒
の過熱度が飽和状態ないしその付近まで低下するように
制御することで、この冷媒は部分的に液化される。従っ
て、潤滑油回収装置を備えていない電動圧縮機の潤滑油
が空調回路へ洩れ込んだとき、運転負荷が低く冷媒の循
環量が少ない場合でも、液冷媒の流れに伴って潤滑油を
確実に電動圧縮機へ戻すことができる。従って、請求項
３に記載した車両用空調装置の運転方法によれば、安価
かつ簡便に空調回路に潤滑油を循環させることができ
る。
【０００９】また、請求項４に記載の車両用空調装置の
運転方法において、冷媒循環過程における該冷媒の過熱
度の変更が、冷媒の過熱度を可変とする膨張弁、とりわ
けクロスチャージ形の膨張弁を用いて行われる。これに
より、電動圧縮機の潤滑油回収装置の代わりに空調回路
に、冷媒の過熱度を可変とする膨張弁を設けることで、
安価かつ簡便に空調回路に潤滑油を循環させることがで
きる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明における一実施の
形態の車両用空調装置の構成等について図面を参照しな
がら説明する。ここで、図１は、本実施の形態の車両用
空調装置の主要構成を示す構成図である。図１に示す車
両用空調装置１は、冷媒の循環経路としての空調回路２
に、冷媒を圧縮して高圧化し吐出する電動圧縮機Ｃ、凝
縮器としてのコンデンサ１０、蒸発器としてのエバポレ
ータ１２、レシーバ１４、本発明における過熱度変更手
段としての膨張弁２０等が設けられている。また、電動
圧縮機Ｃの電動モータＭを制御するインバータＩが設け
られている。この電動圧縮機Ｃとしては、例えばスクロ
ール型のものが用いられる。
【００１１】車両の駆動源としてのエンジンＥ（本発明
における車両エンジンに対応している）は、オルタネー
タＯと機械的に接続されており、オルタネータＯは、バ
ッテリＢおよびインバータＩと電気的に接続されてい
る。すなわち、オルタネータＯで発電された電力は、イ
ンバータＩを介して電動モータＭへ供給される一方、バ
ッテリＢに蓄電されるようになっている。
【００１２】空調回路２に設けられた膨張弁２０は、ク
ロスチャージ形のものであり、冷媒入口と冷媒出口との
間に設けられた絞り弁（図示省略）を備えている。ま
た、膨張弁２０は、例えば冷媒および活性炭が封入され
た感熱筒２２を備えている。この感熱筒２２は、エバポ
レータ１２の冷媒出口側に取り付けられている。そし
て、絞り弁の絞り開度は、エバポレータ１２の冷媒出口
側の冷媒圧力と、エバポレータ１２の冷媒出口側温度相
当の感熱筒内部圧力との差圧に基づいて制御されるよう
になっている。感熱筒２２は、エバポレータ１２の冷媒
出口側温度に応じて、内部に封入された冷媒を活性炭が
吸着するようになるので、冷媒温度が低い程、活性炭が
吸着する冷媒量が多くなる。これにより、例えば、エバ
ポレータ１２の冷媒出口側の冷媒圧力が高い場合には、
冷媒圧力が過大とならないように絞り弁の絞り開度を絞
って、冷媒流量が低下するように動作する。一方、エバ
ポレータ１２の冷媒出口側の冷媒圧力が低い場合には、
絞り弁の絞り開度を大きくして冷媒流量を増加させ、蒸
発圧力が制御圧力以上となるように動作する。
【００１３】更に、上記車両用空調装置１の動作につい
て、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。ここ
で、図２はクロスチャージ形の膨張弁を用いた場合の特
性説明図である。また、図３は空調回路の冷媒循環過程
におけるモリエル線図である。
【００１４】空調回路２の冷媒循環過程における状態変
化の圧力Ｐとエンタルピーｈとの関係は、基本的には、
図３に示すようなモリエル線図によって表される。すな
わち、車両用空調装置１が運転され、電動圧縮機Ｃが駆
動されることにより、空調回路２から電動圧縮機Ｃに吸
入された飽和蒸気冷媒Ａ１’は、この電動圧縮機Ｃで断
熱圧縮されて高温高圧化の過熱蒸気冷媒Ａ２’となり、
再び空調回路２へ吐出される。電動圧縮機Ｃから吐出さ
れた過熱蒸気冷媒Ａ２’は、コンデンサ１０およびレシ
ーバ１４において等圧のもとで空調空気に熱Ｑ（１０）
を奪われて液化し液冷媒Ａ３とされ、その後、膨張弁２
０により絞り膨張された湿り蒸気冷媒Ａ４となった状態
でエバポレータ１２に流通される。このエバポレータ１
２において、湿り蒸気冷媒Ａ４は、空調空気との間で熱
交換を行って空調空気を冷却するようになり、湿り蒸気
冷媒Ａ４自身は、空調空気から熱Ｑ（１２）を奪い、等
圧のもとで気化された飽和蒸気冷媒Ａ１’となって電動
圧縮機Ｃに吸入され再び圧縮されることとなる。なお、
エバポレータ１２の出口における冷媒の状態は、膨張弁
の絞り膨張性能に応じて変化する。例えば、飽和蒸気冷
媒Ａ１’が電動圧縮機Ｃを介して過熱蒸気冷媒Ａ２’と
なる場合以外に、過熱蒸気冷媒Ａ１が電動圧縮機Ｃを介
して過熱蒸気冷媒Ａ２となる場合がある。
【００１５】本実施の形態では、クロスチャージ形の膨
張弁２０を用いているため、飽和冷媒に対する感熱筒２
２内の過熱度ＳＨ１は、図２に示すように、エバポレー
タ１２の出口温度Ｔ（１２）に応じて変化する。一方、
ＳＨ形膨張弁は、エバポレータ１２の出口温度Ｔ（１
２）に関わらずほぼ一定の値ＳＨ２に保たれる。本実施
の形態の膨張弁２０を用いると、空調回路２の冷媒循環
過程において、冷媒と空調空気との間の熱交換量として
の熱Ｑ（１２）が大きく空調負荷が大きくなると、エバ
ポレータ１２において冷媒が気化される量が大となるた
め、エバポレータ１２の出口温度Ｔ（１２）が上昇し
て、感熱筒２２内の過熱度ＳＨ１は上昇する。これによ
り、絞り弁の開度が大きくなり、冷媒流量が増大し、エ
バポレータ１２の冷媒出口の圧力が上昇するため、目標
のＳＨが大きくなり電動圧縮機Ｃへ戻る冷媒の過熱度は
高くなる。一方、冷媒と空調空気との間の熱交換量とし
ての熱Ｑ（１２）が低下して空調負荷が小さくなると、
エバポレータ１２内を流通する冷媒が空調空気との間で
熱交換するときの吸熱量が少なくなり、エバポレータ１
２の出口温度Ｔ（１２）が低下して、感熱筒２２内の過
熱度ＳＨ１は低下する。これにより、絞り弁の開度が小
さくなり、冷媒流量が減少し、エバポレータ１２の冷媒
出口の圧力が低下するため、目標のＳＨが小さくなりエ
バポレータ１２の冷媒出口側での冷媒が完全に気化され
ない。
【００１６】ところで、従来の圧縮機には、機内の摺動
箇所の潤滑性を確保するための潤滑油が吐出冷媒の流れ
に伴って空調回路へ洩れ込むのを極力阻止するために、
潤滑油回収装置が設けられている。例えばＳＨ形膨張弁
を備えた空調回路では、電動圧縮機Ｃへ戻る冷媒は常に
過熱蒸気の状態であり、車両用空調装置１の運転負荷が
低いと冷媒のガス流れが少ない。このような場合に、潤
滑油回収装置を備えていないと、冷媒のガス流れによっ
て潤滑油を循環し辛くなる。本実施の形態の電動圧縮機
Ｃは、この種の潤滑油回収装置を備えていないが、クロ
スチャージ形の膨張弁２０を用いているため、冷媒の過
熱度が車両用空調装置１の運転負荷に応じて変更される
こととなる。とりわけ、潤滑油の循環が問題となる低負
荷時では、電動圧縮機Ｃへ戻る冷媒は部分的に液化され
るため、この液冷媒の流れに同伴されて潤滑油が確実に
電動圧縮機Ｃへ戻される。従って、クロスチャージ形の
膨張弁２０を用いることで、ＳＨ形膨張弁を用いる場合
よりも、特に低負荷時の潤滑油の循環性を向上させるこ
とができる。一方、運転負荷が高い場合は冷媒の過熱度
は上昇するが、冷媒のガス流れ量が多いため潤滑油はそ
のガス流れに同伴されて電動圧縮機Ｃへ戻されるため問
題ない。このように、クロスチャージ形の膨張弁２０を
用いることで、空調回路２における潤滑油の循環性が向
上することとなる。
【００１７】以上のように、本実施の形態によれば、エ
バポレータ１２の入口側に設けられる膨張弁としてクロ
スチャージ形の膨張弁２０を用いため、運転負荷が低く
冷媒の循環量が少ない場合に、電動圧縮機Ｃへ戻る冷媒
の過熱度を飽和状態ないしその付近まで低下させること
ができる。これにより、電動圧縮機Ｃの潤滑油回収装置
の代わりに空調回路２にクロスチャージ形の膨張弁２０
を設けることで、安価かつ簡便に空調回路に潤滑油を循
環させることができる。
【００１８】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施す
ることもできる。上記実施の形態では、空調回路２に、
冷媒の過熱度を可変とするクロスチャージ形の膨張弁２
０を設ける場合について記載したが、電動圧縮機Ｃへ戻
る冷媒の過熱度を変更することができるものであれば、
その種類、構造等は限定されない。例えば、冷媒の過熱
度を可変とする他の膨張弁や、空調回路の流路面積を変
更することで冷媒の過熱度を好適に制御する制御弁等
を、必要に応じて適宜用いることもできる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空調回路と、該空調回路に冷媒を循環させる電動圧縮機
とを備えた車両用空調装置において、安価かつ簡便に空
調回路に潤滑油を循環させることができる合理的な空調
技術を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の車両用空調装置の主要構成を示
す構成図である。
【図２】クロスチャージ形の膨張弁を用いた場合の特性
説明図である。
【図３】空調回路の冷媒循環過程におけるモリエル線図
である。
【符号の説明】
１…車両用空調装置 ２…空調回路 １０…コンデンサ １２…エバポレータ ２０…膨張弁（過熱度変更手段） ２２…感熱筒 Ｃ…電動圧縮機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 真広 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 黒木 和博 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 元浪 博之 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 松原 亮 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空調回路と、冷媒を圧縮して高圧化し吐
    出する電動圧縮機とを備え、前記電動圧縮機の駆動によ
    って前記空調回路に冷媒を循環させて空調を行う車両用
    空調装置であって、 前記空調回路は、冷媒循環過程における該冷媒の過熱度
    を変更する過熱度変更手段を有することを特徴とする車
    両用空調装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載した車両用空調装置であ
    って、 前記過熱度変更手段は、前記冷媒の過熱度を可変とする
    膨張弁であることを特徴とする車両用空調装置。
  3. 【請求項３】 空調回路と、冷媒を圧縮して高圧化し吐
    出する電動圧縮機とを備え、前記電動圧縮機の駆動によ
    って前記空調回路に冷媒を循環させて空調を行う車両用
    空調装置の運転方法であって、 冷媒循環過程における該冷媒の過熱度を運転負荷に応じ
    て変更することを特徴とする車両用空調装置の運転方
    法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載した車両用空調装置の運
    転方法であって、 前記冷媒の過熱度の変更を、過熱度を可変とする膨張弁
    を用いて行うことを特徴とする車両用空調装置の運転方
    法。
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