JP4096548B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するもので、特に、ハイブリッド駆動方式の圧縮機を備える空調装置に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ハイブリッド駆動方式の圧縮機とは、実用新案登録公報第2596291号に記載されているように、走行用のエンジンと電動モータとを切り換えて圧縮機を駆動するものである。
【0003】
ところで、このハイブリッド駆動方式の圧縮機は、一般的に、車両燃費の向上及び排出ガスの低減を図った車両の空調装置に適用されるもので、ハイブリッド駆動方式の圧縮機を備える車両では、走行時はエンジンにて圧縮機を駆動し、信号待ちや渋滞等の車両停止時には、エンジンを停止させて車両燃費の向上及び排出ガスの低減を図りつつ、電動モータにて圧縮機を駆動することにより空調能力を維持する。
【0004】
しかし、電動モータにて圧縮機を駆動する際には、エンジンが停止して発電機が停止しているので、バッテリに蓄えられた電力のみで電動モータを駆動しなければならず、バッテリに蓄えられた電力量が低下してまう。
【0005】
そこで、発明者等は、電動モータでの消費電力を低減すべく、電動モータにて圧縮機を駆動する際には、エンジンにて圧縮機を駆動する場合に比べて、冷凍機内を循環する冷媒流量を低減することにより、圧縮機の消費動力、すなわち電動モータの消費電力を低減する空調装置を試作検討したが、以下に述べる問題が新たに発生した。
【0006】
すなわち、圧縮機の駆動トルクは、圧縮機の吐出圧(高圧側冷媒圧力)が高くなるほど大きくなるが、前述のごとく、エンジンにて圧縮機を駆動する場合には電動モータにて圧縮機を駆動する場合に比べて冷媒流量を増大させて大きな冷凍能力を発揮させているので、圧縮機の吐出圧は比較的高い圧力となっている。
【0007】
しかも、減圧装置である温度式膨張弁の開度は圧縮機が停止しても、直ぐにはその開度が変化しないことに加えて、圧縮機が停止すると、膨張弁の弁体は弁口を閉じる向きに移動するので、高圧側冷媒圧力は、エンジン駆動時の比較的高い圧力が維持された状態となっている。
【0008】
したがって、エンジンが停止した後、高圧側冷媒圧力が高い状態のまま電動モータにて圧縮機を駆動すると、大きな駆動トルクを電動モータで必要とするので、電動モータの消費動力の増大及び大型化を招いてしまう。
【0009】
本発明は、上記点に鑑み、走行用のエンジンと電動モータ等のエンジンと異なる駆動源とを切り換えて圧縮機を駆動する空調装置において、エンジンと異なる駆動源の消費動力を低減、及び小型化を図ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、走行用の駆動源(200)、及び駆動源(200)と異なる第2の駆動源(210)から動力を得て冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、圧縮機(100)から吐出した冷媒を冷却する放熱器(110)と、少なくとも空調装置の稼働時には、常に連通した状態で放熱器(110)から流出した冷媒を減圧する減圧装置(120)と、減圧装置(120)にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器(130)とを備え、
第2の駆動源(210)は電動式のモータであり、
さらに、第2の駆動源(210)は、減圧装置(120)前後の冷媒圧力が略等しくなった時に稼動し始めることを特徴とする。
【0011】
これにより、駆動源(200)が停止すると、減圧装置(120)を介して放熱器(110)側の冷媒が蒸発器(130)側に移動して高圧側冷媒圧力が低下し、減圧装置(120)前後の冷媒圧力が略等しくなるように冷凍機が均圧化するので、第2の駆動源(210)にて圧縮機(100)を駆動する際の駆動トルクを小さくすることができる。したがって、第2の駆動源(210)をなす電動式モータの消費動力を低減しつつ、第2の駆動源(210)をなす電動式モータの小型化を図ることができる。
【0012】
なお、減圧装置(120)は、請求項2に記載の発明のごとく、キャピラリーチューブ又は固定絞りにて構成してもよい。
【0013】
また、請求項3に記載の発明のごとく、蒸発器(130)出口側の冷媒過熱度が所定値となるように弁開度を機械的調節する温度式膨張弁(121)、及び温度式膨張弁(121)を迂回させて冷媒を流す絞り手段(122)にて減圧装置(120)を構成してもよい。
【0020】
請求項4に記載の発明では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の車両用空調装置において、圧縮機(100)は、吐出容量を変化させることができる可変容量型の圧縮機であり、さらに、圧縮機(100)を第2の駆動源(210)にて駆動する際には、圧縮機(100)の吐出容量を最大吐出容量より小さい吐出容量とすることを特徴とする。
【0021】
これにより、圧縮機(100)を駆動する際のトルクを更に小さくすることができるので、第2の駆動源(210)をなす電動式モータの消費動力を更に小さくすることができる。
【0022】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0023】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は本実施形態に係る車両用空調装置(蒸気圧縮式冷凍機)の模式図であり、圧縮機100は冷媒を吸入圧縮するもので、この圧縮機100は、走行用のエンジン200及び電動式のモータ210から駆動力を得て稼動する。
【0024】
なお、モータ210は、エンジン200の動力を圧縮機100に伝達するVベルト220が掛けられるプーリ230に一体化されている。
【0025】
放熱器(凝縮器)110は圧縮機100から吐出した冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を冷却させるもので、減圧装置120は放熱器110から流出した冷媒を減圧膨張させるものである。
【0026】
蒸発器130は減圧装置120にて減圧された低圧冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させるものであり、アキュムレータ140は蒸発器130から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機100の吸入側に流出させる気液分離手段である。
【0027】
ここで、減圧装置120は、開度が固定された固定絞り(オリフィス)のごとく、常に冷媒通路が連通した状態で冷媒流量に応じて所定の圧力損失を発生させる細管状のキャピラリーチューブである。
【0028】
次に、本実施形態の特徴的作動を述べる。
【0029】
図2は冷凍機内を循環する冷媒流量の変化示すチャートであり、走行時はエンジン200にて圧縮機100を駆動し、信号待ちや渋滞等の車両停止時には、エンジン200を停止させた後、所定時間ΔTが経過した時にモータ210を稼動させて圧縮機100を駆動するとともに、蒸発器130での空調負荷によらず、冷凍機内を循環する平均冷媒流量Vaが、エンジン200にて圧縮機100を駆動するとき冷媒流量に比べて小さくなるように圧縮機100から吐出する冷媒の流量を周期的に変化させる。
【0030】
ここで、モータ210にて圧縮機100を駆動する際の平均冷媒流量Vaは、空調フィーリングが大きく悪化しない程度の冷媒流量であり、モータ210にて圧縮機100を駆動する際の最大冷媒流量Vmaxは、蒸発器130内において冷媒流れに顕著な偏りが発生しない冷媒流量の下限値相当である。
【0031】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【0032】
本実施形態によれば、減圧装置120はキャピラリーチューブにて構成されているので、減圧装置120前後は常に連通した状態となる。このため、エンジン200が停止すると、減圧装置120を介して高圧側の冷媒が低圧側に移動して高圧側冷媒圧力が低下し、減圧装置120前後の冷媒圧力が略等しくなるように冷凍機が均圧化するので、モータ210にて圧縮機100を駆動する際の駆動トルクを小さくすることができる。したがって、モータ210の消費動力を低減しつつ、モータ210の小型化を図ることができる。
【0033】
また、本実施形態では、信号待ちや渋滞等の車両停止時には、エンジン200を停止させた後、所定時間ΔTが経過した時にモータ210を稼動させるので、モータ210の消費電力をより一層低減することができる。
【0034】
なお、所定時間ΔTとは、エンジン200が停止した後、減圧装置120前後の冷媒圧力が略等しくなるに必要な時間であり、本実施形態では、予め試験にて求めた時間(例えば、20秒)を所定時間ΔTとしている。
【0035】
ところで、冷媒流量が低下すると、蒸発器130内を流れる冷媒が冷媒入口から冷媒出口に至る多数の冷媒通路のうち圧力損失が小さい通路に集まるようにして蒸発器130内を流れるため、蒸発器130内において冷媒流れに顕著な偏りが発生し、蒸発器130を通過した冷風の温度が、通過する蒸発器130の部位に異なってしまい、空調フィーリングが悪化するおそれが高い。
【0036】
これに対して、本実施形態では、圧縮機100から吐出する冷媒の流量を周期的に変化させるので、蒸発器130内において冷媒流れに顕著な偏りが発生することを防止することができる。
【0037】
したがって、蒸発器130内で発生する冷媒流れの偏りに起因する空調フィーリングの悪化を防止しながら、平均冷媒流量Vaを下げることによりモータ210での消費動力(消費電力)を低減することができる。
【0038】
ところで、圧縮機100が停止した後は、蒸発器130内に残留する冷媒及び蒸発器130の熱容量に従って蒸発器130の温度又は蒸発器130を通過した直後の空気温度が上昇していくが、減圧装置120をキャピラリチューブにて構成しているので、残存する高低圧差により高圧(放熱器110)側の液相冷媒を蒸発器130に供給することが可能であるので、この供給された液相冷媒が蒸発することにより蒸発器130の温度上昇を抑制することができる。
【0039】
したがって、エンジン200が停止すると同時にモータ210を稼動させなくても、空調フィーリング(涼感)が大きく損なわれることを防止できるので、モータ210の稼働時間を短縮することができ、モータ210の消費電力を更に低減することができる。
【0040】
(第2実施形態)
第1実施形態では、キャピラリチューブにて減圧装置120を構成したが、本実施形態は、図3に示すように、蒸発器130出口側の冷媒過熱度が所定値となるように弁開度を機械的調節する温度式膨張弁121、及び温度式膨張弁121を迂回させて冷媒を流すキャピラリチューブや固定絞り等の絞り122により減圧装置120を構成したものである。
【0041】
因みに、温度式膨張弁121とは、図4に示すように、ダイヤフラム121aの上面側に蒸発器130の冷媒出口側の冷媒温度による飽和圧力を作用させ、一方、ダイヤフラム121aの下面側には、蒸発器130の冷媒出口側の冷媒圧力及びバネ121bによる弾性力を作用させることにより、ダイヤフラム121aの作用する圧力差に応じて弁体121cが変位して弁開度が調節されるものである。
【0042】
なお、本実施形態では、圧力センサ123により高圧側冷媒圧力を検出し、空調装置の稼働時(A/Cスイッチが投入された状態)であってエンジン200が停止した後、この圧力センサ123の検出圧力が所定圧力以下となったときに、冷凍機が均圧化したものと見なして、モータ210を稼動させている。
【0043】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【0044】
エンジン200が停止して圧縮機100が停止すると、温度式膨張弁121はその構造上、弁が閉じる向きに移動する(図4参照)ことに加えて、エンジン200にて圧縮機100を駆動するときの冷媒流量が、モータ210にて圧縮機110を駆動するとの冷媒流量より大きいため、エンジン200が停止した直後は高圧側の冷媒圧力は比較的高い。
【0045】
これに対して、本実施形態では、温度式膨張弁121が閉じても絞り122を介して高圧側の冷媒が低圧側に移動して高圧側冷媒圧力が低下し、減圧装置120前後の冷媒圧力が略等しくなるように(冷凍機が均圧化するので、モータ210にて圧縮機100を駆動する際の駆動トルクを小さくすることができる。したがって、モータ210の消費動力を低減しつつ、モータ210の小型化を図ることができる。
【0046】
なお、本実施形態は、絞り122を温度式膨張弁121内に設けてもよいことは、言うまでもない。
【0047】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、所定時間ΔTは、予め試験にて求めた固定した時間であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷凍機が均圧化すると、蒸発器130内の温度及び圧力が上昇することから、エンジン200が停止した後、蒸発器130の温度が所定温度以上となった時にモータ210を始動してもよい。また、所定時間ΔTを内気温度、外気温度、日射量等の空調負荷に関するパラメータに基づいて変化させてもよい。
【0048】
また、上述の実施形態では、圧縮機110は固定容量型のものであったが、圧縮機100を周知の可変容量型圧縮機とするとともに、モータ210にて圧縮機100を駆動する際には、圧縮機100の吐出容量を最大吐出容量より小さい吐出容量としてもよい。このようにすれば、圧縮機100を駆動する際のトルクを小さくすることができるので、モータ210の消費動力をさらに小さくしつつ、モータ210の小型化を図ることができる。
【0049】
また、上述実施形態では、矩形波状に冷媒流量を変化させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば三角波状、鋸波状又は正弦波状であってもよい。
【0050】
また、上述実施形態では、モータ駆動時の最大流量Vmax及び周期は一定であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、最大流量Vmax及び周期を変化させてもよい。
【0051】
また、上述実施形態では、キャピラリチューブに代えてオリフィス等の固定絞りを採用しても本発明を実施することができる。
【0052】
また、減圧装置120を電気式膨張弁として、少なくとも空調装置の稼働時は、常に連通した状態で放熱器110から流出した冷媒を減圧するようにしてもよい。
【0053】
また、上述の実施形態では、モータ駆動時には、冷媒流量を変化させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ駆動時における冷媒流量を略一定としてもよい。
【0054】
また、キャピラリーチューブ120の冷媒流れ上流側に電磁弁を設け、走行用のエンジンが停止した時からモータ210が稼動する前まで、つまりエンジンが停止した時から所定時間ΔTより短い時間ΔT’(例えば、10〜15秒)の間は電磁弁を閉じて、高温・高圧冷媒が蒸発器130に流入することを防止してもよい。
【0055】
また、信号待ちや渋滞等の車両停止時には、空調負荷を低減すべく、内気循環モードとして上記した制御を実施することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る空調装置における冷媒流量と時間との関係を示すチャートである。
【図3】本発明の第2実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図4】本発明の第2実施形態に係る空調装置に適用される膨張弁の模式図である。
【符号の説明】
100…圧縮機、110…放熱器、
120…キャピラリーチューブ(減圧装置)、130…蒸発器、
140…アキュムレータ、200…エンジン(駆動源)、
210…モータ(第2の駆動源)。
Claims (4)
- 走行用の駆動源(200)、及び前記駆動源(200)と異なる第2の駆動源(210)から動力を得て冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、
前記圧縮機(100)から吐出した冷媒を冷却する放熱器(110)と、
少なくとも空調装置の稼働時には、常に連通した状態で前記放熱器(110)から流出した冷媒を減圧する減圧装置(120)と、
前記減圧装置(120)にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器(130)とを備え、
前記第2の駆動源(210)は電動式のモータであり、
さらに、前記第2の駆動源(210)は、前記減圧装置(120)前後の冷媒圧力が略等しくなった時に稼動し始めることを特徴とする車両用空調装置。 - 前記減圧装置(120)は、キャピラリーチューブ又は固定絞りにて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
- 前記減圧装置(120)は、前記蒸発器(130)出口側の冷媒過熱度が所定値となるように弁開度を機械的調節する温度式膨張弁(121)、及び前記温度式膨張弁(121)を迂回させて冷媒を流す絞り手段(122)を有して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
- 前記圧縮機(100)は、吐出容量を変化させることができる可変容量型の圧縮機であり、
さらに、前記圧縮機(100)を前記第2の駆動源(210)にて駆動する際には、前記圧縮機(100)の吐出容量を最大吐出容量より小さい吐出容量とすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の車両用空調装置。
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