JP2010089611A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動コンプレッサが受ける熱及び振動を小さくすることができる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】電動コンプレッサ１１はケースＫ内に収容されるとともに、エバポレータ１４にボルトＢによって締結されている。電動コンプレッサ１１のハウジングＨにはエバポレータ１４の側面１４ａに沿う向きに突設されたフランジ部１１ａが複数形成されている。各フランジ部１１ａには、ボルトＢが挿通可能な挿通孔が形成されている。電動コンプレッサ１１とエバポレータ１４とは、各フランジ部１１ａに挿通された各ボルトＢによって互いに共締めされている。また、電動コンプレッサ１１に一体配置されるとともにインバータ３０を収容したインバータケース３１もエバポレータ１４の側面１４ａに接触している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の空調に用いられる冷凍サイクル装置に関する。

一般に、車両の空調に用いられる冷凍サイクル装置は、電動モータを有するとともに該電動モータを駆動するインバータを有し冷媒を圧縮する電動コンプレッサと、圧縮された冷媒を液化冷却するコンデンサと、液化された冷媒を減圧させる膨張弁と、減圧させた冷媒を低温で蒸発させるエバポレータとからなる。

冷凍サイクル装置において、電動コンプレッサが備えるインバータは発熱量が大きいため、インバータの冷却が必要となっている。そして、特許文献１には、電動コンプレッサのインバータを強制的に冷却するための技術が開示されている。

特許文献１において、電動コンプレッサを駆動するインバータが、電動のウオーターポンプを駆動するインバータと一体に形成された統合インバータ装置が構成されている。この統合インバータ装置は、室内側熱交換器（エバポレータ）と電動コンプレッサとを連通する低圧冷媒配管を連結するジョイントプレートに固定されている。このジョイントプレートは、低圧冷媒配管を流れる低温冷媒ガスにより低温となっているため、統合インバータ装置が冷却されるようになっている。
特開２００６−３０００３８号公報

しかし、特許文献１においてインバータは冷却可能になっているが、電動コンプレッサそのものは、エンジンルーム内にて車両を駆動させるエンジンの側面に固定されているため、エンジンから発生する熱を直接受け、加熱されている。電動コンプレッサが加熱されると、電動コンプレッサ内の冷媒が膨張してしまい、電動コンプレッサは、膨張した冷媒を圧縮することとなるため、電動コンプレッサの駆動のために大きな動力が必要になるという問題があった。また、電動コンプレッサは、エンジンの振動を直接受けることとなり、電動コンプレッサが振動すると誤作動を招いてしまうという問題があった。

なお、電動コンプレッサが、車両の駆動源としての駆動モータの側面に固定されている場合であっても、電動コンプレッサは、駆動モータの熱及び振動の影響を受け、上述した問題が発生してしまう。

本発明の目的は、電動コンプレッサが受ける熱及び振動を小さくすることができる冷凍サイクル装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電動モータを有するとともに該電動モータを駆動するインバータを有し冷媒を圧縮する電動コンプレッサと、圧縮された冷媒を液化冷却するコンデンサと、液化された冷媒を減圧する膨張弁と、吹出し口を有するケース内に収容されるとともに減圧させた冷媒を低温で蒸発させるエバポレータとからなり、車両に搭載される冷凍サイクル装置において、前記電動コンプレッサは、前記ケース内又は、前記ケースに締結手段で締結されていることを要旨とする。

この発明によれば、電動コンプレッサは、車両が備える駆動源ではなくエバポレータを収容するケース内又は、ケースに締結手段で締結されている。エバポレータは駆動源に比べて発生する熱及び振動が小さいため、電動コンプレッサが受ける熱及び振動を小さくすることができる。また、冷凍サイクル装置において、エバポレータは低温の冷媒が流れているため、電動コンプレッサを、エバポレータを収容するケース内又は、ケースに締結手段で締結したことで、電動コンプレッサを効率良く冷却することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電動コンプレッサと前記インバータを収容するインバータケースとがそれぞれ別体として設けられているとともに、前記インバータケースが前記ケース内又は、前記ケースに締結手段で締結されていることを要旨とする。

この発明によれば、電動コンプレッサとインバータを収容するインバータケースとがそれぞれ別体として設けられていることで、エバポレータに対しての電動コンプレッサの配置位置に関係なくインバータケースの配置位置を選択することができる。よって、発熱量の大きいインバータをエバポレータにおける最も冷却性の高い位置に配置することができ、インバータを効率良く冷却することができる。

この発明によれば、電動コンプレッサが受ける熱及び振動を小さくすることができる。

以下、本発明の冷凍サイクル装置を具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。図１（ａ）は、本実施形態における冷凍サイクル装置１０の模式図であり、図１（ｂ）は、電動コンプレッサ１１及びエバポレータ１４の模式図である。なお、以下の説明において車両としての電気自動車１の「前」及び「後」は、電気自動車１における進行方向を「前」、後退方向を「後」とし、図１（ａ）に示す矢印Ｙ１の方向を前後方向とする。

図１（ａ）に示すように、電気自動車１に冷凍サイクル装置１０が搭載されている。電気自動車１はエンジンルーム１５を備えるとともに、エンジンルーム１５は、鋼板製の隔壁２１によって前側と後側とに区画されている。エンジンルーム１５における前側には、第１の空間１５ａが設けられているとともに、第１の空間１５ａよりも後側（エンジンルーム１５における後側）には第２の空間１５ｂが設けられている。また、電気自動車１は、第１の空間１５ａ内の中央部に駆動源としての駆動モータ２０を備えている。冷凍サイクル装置１０は、電動モータＭ（図１（ｂ）参照）を有するとともに電動モータＭを駆動するインバータ３０を有し冷媒を圧縮する電動コンプレッサ１１と、圧縮された冷媒を液化冷却するコンデンサ１２とを備えている。さらに、冷凍サイクル装置１０は、液化された冷媒を減圧させる膨張弁１３と、減圧させた冷媒を低温で蒸発させるエバポレータ１４とを備えている。

冷凍サイクル装置１０を詳細に説明すると、コンデンサ１２は、走行風を利用するべく第１の空間１５ａ内における前部に配置されている。また、膨張弁１３及びエバポレータ１４は、第２の空間１５ｂ内における前部に配置されるとともに、駆動モータ２０よりも後側に配置されている。

コンデンサ１２と膨張弁１３とは高圧冷媒配管１０ｂによって接続されるとともに、膨張弁１３とエバポレータ１４とは低圧冷媒配管１０ｃによって接続されている。なお、エバポレータ１４にはファン４０（図１（ｂ）参照）が一体的に設けられているとともに、ファン４０はブロアモータ４１の駆動力によって駆動する。そして、ファン４０の駆動により、図１（ｂ）に示す矢印Ｘに示す方向へ送風されるようになっている。さらに、エバポレータ１４、ファン４０及びブロアモータ４１は、風が吹出される吹出し口Ｆを有するケースＫ内に収容されている。

図１（ｂ）に示すように、第２の空間１５ｂ内において、電動コンプレッサ１１はケースＫ内に収容されるとともにエバポレータ１４に締結されている。エバポレータ１４と電動コンプレッサ１１とは低圧冷媒配管１０ｄによって接続されるとともに、電動コンプレッサ１１とコンデンサ１２とは高圧冷媒配管１０ａによって接続されている。電動コンプレッサ１１におけるハウジングＨ内には、圧縮機構部Ｃと、この圧縮機構部Ｃを駆動させる電動モータＭとが収容されている。電動コンプレッサ１１のハウジングＨにはエバポレータ１４の側面１４ａに沿う向きに突設されたフランジ部１１ａが複数（本実施形態では４つ）形成されている。各フランジ部１１ａには、締結手段としてのボルトＢが挿通可能な挿通孔が形成されている。電動コンプレッサ１１とエバポレータ１４とは、各フランジ部１１ａに挿通された各ボルトＢによって互いに共締めされることにより締結されている。

電動コンプレッサ１１の電動モータＭを駆動させるインバータ３０は、インバータケース３１内に収納されるとともに、このインバータケース３１は電動コンプレッサ１１に接合されている。そして、電動コンプレッサ１１がエバポレータ１４の側面１４ａに締結された状態では、インバータケース３１はエバポレータ１４の側面１４ａに接触している。

図１（ａ）に示すように、第２の空間１５ｂ内には、インバータ３０へ直流電力を送るための高電圧バッテリ１７が配置されるとともに、高電圧バッテリ１７とインバータ３０とはケーブル２２を介して電気的に接続されている。さらに、第２の空間１５ｂ内には、冷凍サイクル装置１０の制御全般を司るエアコンＥＣＵ１８が配置されるとともに、エアコンＥＣＵ１８とインバータ３０とは通信ハーネス２３により電気的に接続されている。また、第２の空間１５ｂ内には、インバータ３０を制御する電力制御装置等で構成されるパワーコントロールユニット（以下ＰＣＵという）１９が配置されるとともに、ＰＣＵ１９とインバータ３０とは高圧ハーネス２４により電気的に接続されている。

このような冷凍サイクル装置１０において、電気自動車１の空調スイッチがオンされると電動コンプレッサ１１は、インバータ３０からの電力供給により電動モータＭが駆動し、圧縮機構部Ｃで冷媒が圧縮される。圧縮機構部Ｃで圧縮された冷媒は、高圧冷媒配管１０ａを介してコンデンサ１２へ導出される。コンデンサ１２に導入された冷媒は、外気との熱交換によって冷却されることで凝縮して液化される。さらに、コンデンサ１２によって液化冷却された冷媒は、高圧冷媒配管１０ｂを介して膨張弁１３へ導出される。膨張弁１３に導入された冷媒は、膨張弁１３によって減圧されるとともに、低圧冷媒配管１０ｃを介してエバポレータ１４へ導出される。そして、エバポレータ１４によって蒸発した冷媒は低圧冷媒配管１０ｄを介して電動コンプレッサ１１に還流される。

また、エバポレータ１４のファン４０が駆動することによって空気がエバポレータ１４に向かって図１（ｂ）に示す矢印Ｘの方向へ送られるとともに、エバポレータ１４に向かって送られた空気は、低温状態であるエバポレータ１４を通過することによって冷却される。冷却された空気は車室内に送られるとともに車室内を冷房する。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）電動コンプレッサ１１は、ボルトＢによってエバポレータ１４の側面１４ａに締結されている。エバポレータ１４は、駆動モータ２０よりも発生する熱及び振動が小さいため、電動コンプレッサ１１を駆動モータ２０に固定した場合と比べて、電動コンプレッサ１１が受ける熱及び振動を小さくすることができる。また、電動コンプレッサ１１を駆動モータ２０に固定した場合と異なり、電動コンプレッサ１１は、低温状態のエバポレータ１４により冷却される。このため、電動コンプレッサ１１が駆動モータ２０に一体配置される場合と比べて、電動コンプレッサ１１内の冷媒の膨張が抑えられ、電動コンプレッサ１１の駆動のための動力を抑えることができる。また、電動コンプレッサ１１が駆動モータ２０に固定されている場合と比べて、振動が抑えられるため、振動による電動コンプレッサ１１の誤作動を回避することができる。

（２）インバータ３０を収容したインバータケース３１はエバポレータ１４の側面１４ａに接触している。よって、電動コンプレッサ１１と同様にインバータ３０においても、電動コンプレッサ１１を駆動モータ２０に固定した場合と比べて、インバータ３０が受ける熱及び振動を小さくすることができるとともに、低温状態のエバポレータ１４によりインバータ３０を冷却することができる。

（３）上記構成の冷凍サイクル装置１０によれば、電動コンプレッサ１１が駆動モータ２０に固定された場合と比べて、電動コンプレッサ１１が受ける熱及び振動を小さくすることができる。このため、電動コンプレッサ１１に耐熱性及び耐振性を向上させる構成を別途設けることなく、安価に電動コンプレッサ１１が受ける熱及び振動を小さくすることができる。

（４）電動コンプレッサ１１は、第２の空間１５ｂ内に配置されたエバポレータ１４の側面１４ａにボルトＢによって締結されている。よって、電動コンプレッサ１１を第１の空間１５ａ内の駆動モータ２０に固定した場合と異なり、低圧冷媒配管１０ｄを第１の空間１５ａ内を横切るように配設する必要がなくなり、電動コンプレッサ１１とエバポレータ１４とを接続する低圧冷媒配管１０ｄを短くすることができる。よって、低圧冷媒配管１０ｄにおける圧力損失が抑制され、冷凍サイクルの効率低下を改善することができる。

（５）ＰＣＵ１９、エアコンＥＣＵ１８及び高電圧バッテリ１７は第２の空間１５ｂ内に配置されている。ここで、例えば、インバータケース３１を一体に備える電動コンプレッサ１１が駆動モータ２０に一体配置されていると、インバータ３０とＰＣＵ１９とを接続する高圧ハーネス２４及びインバータ３０とエアコンＥＣＵ１８とを接続する通信ハーネス２３は、第１の空間１５ａ内を横切るように配設されることとなる。また、インバータ３０と高電圧バッテリ１７とを接続するケーブル２２も同様に、第１の空間１５ａ内を横切るように配設されることとなる。しかし、エバポレータ１４は、第２の空間１５ｂ内に配置され、このエバポレータ１４の側面１４ａに電動コンプレッサ１１がボルトＢによって締結されるとともに、電動コンプレッサ１１にインバータケース３１が一体配置されている。このため、ケーブル２２、通信ハーネス２３及び高圧ハーネス２４は、駆動モータ２０の後側で配設され、ケーブル２２、通信ハーネス２３及び高圧ハーネス２４が第１の空間１５ａ内を横切ることがなくなる。よって、ケーブル２２、通信ハーネス２３及び高圧ハーネス２４をそれぞれ短くすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図２に示すように、インバータケース３１が電動コンプレッサ１１に対し別体として設けられ、インバータケース３１は、ケースＫ内に収容されるとともにインバータケース３１がエバポレータ１４に締結手段としてのボルトＢ２によって締結されていてもよい。インバータケース３１には、エバポレータ１４における空気の出口側の側面１４ｂに沿う向きに突設されたフランジ部３１ａが複数（図２においては１つだけ図示）形成されている。各フランジ部３１ａには、ボルトＢ２が挿通可能な挿通孔が形成されている。インバータケース３１は、各フランジ部３１ａに挿通された各ボルトＢ２によってエバポレータ１４における空気の出口側の側面１４ｂに締結されているのが好ましい。このように構成すると、ファン４０が駆動することによって空気がエバポレータ１４に向かって図２に示す矢印Ｘの方向へ送られるとともに、エバポレータ１４に向かって送られた空気は、低温状態であるエバポレータ１４を通過することによって冷却される。そして、冷却された空気は、インバータケース３１に吹き付けられ、インバータ３０はこの空気及び低温状態のエバポレータ１４によって冷却される。すなわち、電動コンプレッサ１１に対しインバータ３０が別体として設けられていることで、エバポレータ１４に対しての電動コンプレッサ１１の配置位置に関係なく、発熱量の大きいインバータ３０をエバポレータ１４における最も冷却性の高い位置に配置することができる。

○ 図３に示すように、電動コンプレッサ１１は、ケースＫの外壁Ｋ１に対してボルトＢによって締結されていてもよい。これによれば、低温状態のエバポレータ１４によってケースＫも低温状態となっていることから、ケースＫの外壁Ｋ１に対してボルトＢによって締結されている電動コンプレッサ１１は、ケースＫの外壁Ｋ１を介して冷却される。

○ また、電動コンプレッサ１１は、ケースＫの内壁に対してボルトＢによって締結されていてもよい。これによれば。ケースＫ内はエバポレータ１４によって低温状態となっていることから、ケースＫの内壁に対してボルトＢによって締結されている電動コンプレッサ１１は、エバポレータ１４によって冷却される。

○ インバータケース３１が電動コンプレッサ１１に対し別体に設けられるとともに、インバータケース３１がケースＫの外壁Ｋ１又は、ケースＫの内壁に対してボルトＢによって締結されていてもよい。

○ エアコンＥＣＵ１８における機能をインバータ３０に取り込んでもよい。これによれば、エアコンＥＣＵ１８及び通信ハーネス２３を設ける必要がなくなり、冷凍サイクル装置１０における小型化が可能となる。

○ 実施形態において、インバータ３０を収容するインバータケース３１をエバポレータ１４に対して非接触となるように配置して、インバータ３０をエバポレータ１４に対して別体配置してもよい。

○ 冷凍サイクル装置１０が搭載される車両は、駆動源としてエンジンを備えるものであってもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

（１）前記エバポレータには、該エバポレータに向かって風を送るファンが設けられているとともに、前記インバータは、前記エバポレータにおける前記ファンからの送風の出口側の面に締結されている請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

（２）前記エバポレータは、前記車両において、前記車両を駆動させる駆動源の配置位置よりも後側に配置されている請求項１又は請求項２及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

（３）前記車両に備えられるエンジンルームは、隔壁によって前側の第１の空間と後側の第２の空間とに区画されるとともに、前記エバポレータは前記第２の空間内に配置される一方で、前記駆動源は前記第１の空間内に配置されている前記技術的思想（２）に記載の冷凍サイクル装置。

（４）前記電動コンプレッサは、前記ケース内に収容されるとともに、前記エバポレータに対して前記締結手段によって締結されている請求項１又は請求項２及び前記技術的思想（１）〜（３）に記載の冷凍サイクル装置。

（５）前記電動コンプレッサは、前記ケースの外壁に対して前記締結手段によって締結されている請求項１又は請求項２及び前記技術的思想（１）〜（３）に記載の冷凍サイクル装置。

（６）前記電動コンプレッサは、前記ケースの内壁に対して前記締結手段によって締結されている請求項１又は請求項２及び前記技術的思想（１）〜（３）に記載の冷凍サイクル装置。

（ａ）は本実施形態における冷凍サイクル装置の模式図、（ｂ）は電動コンプレッサ及びエバポレータの模式図。 別の実施形態における電動コンプレッサ及びエバポレータの模式図。 別の実施形態における電動コンプレッサ及びエバポレータの模式図。

符号の説明

１…車両としての電気自動車、１０…冷凍サイクル装置、１１…電動コンプレッサ、１２…コンデンサ、１３…膨張弁、１４…エバポレータ、３０…インバータ、３１…インバータケース、Ｂ，Ｂ２…締結手段としてのボルト、Ｆ…吹出し口、Ｋ…ケース、Ｍ…電動モータ。

Claims (2)

1. 電動モータを有するとともに該電動モータを駆動するインバータを有し冷媒を圧縮する電動コンプレッサと、圧縮された冷媒を液化冷却するコンデンサと、液化された冷媒を減圧する膨張弁と、吹出し口を有するケース内に収容されるとともに減圧させた冷媒を低温で蒸発させるエバポレータとからなり、車両に搭載される冷凍サイクル装置において、
   前記電動コンプレッサは、前記ケース内又は、前記ケースに締結手段で締結されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記電動コンプレッサと前記インバータを収容するインバータケースとがそれぞれ別体として設けられているとともに、前記インバータケースが前記ケース内又は、前記ケースに締結手段で締結されている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

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