JP4096548B2

JP4096548B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP4096548B2
Application number: JP2001346245A
Authority: JP
Inventors: 圭一北村; 雄一城田; 恒吏高橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2021-11-12
Also published as: JP2003146059A

Description

【０００１】
【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

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。