(57)【要約】【課題】  ２元冷媒サイクルを採用した場合において、圧縮機の耐久性を確保しつつ、冷房能力を十分に得ることができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】  車両のエンジンルーム(2)内に設けられ、圧縮機(18)で圧縮した１次冷媒を循環させる１次側回路(6)と、１次側回路で得られた冷凍能力を利用して２次冷媒を冷却し、２次冷媒を循環させて車両の車室(28)内の空調を行う２次側回路(30)とから構成され、１次側回路には、圧縮機での摩擦を軽減させ、且つ、この１次冷媒に対して非相溶性の関係を有する冷凍機油が用いられる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のエンジンルーム内に設けられ、圧縮機で圧縮した１次冷媒を循環させる１次側回路と、
該１次側回路で得られた冷凍能力を利用して２次冷媒を冷却し、該２次冷媒を循環させて前記車両の車室内の空調を行う２次側回路とから構成され、
前記１次側回路には、前記圧縮機での摩擦を軽減させ、且つ、該１次側回路を循環する前記１次冷媒に対して非相溶性の関係を有する冷凍機油が用いられることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記１次側回路には、前記圧縮機の吐出口近傍に、前記１次冷媒と前記冷凍機油とを分離して該冷凍機油を前記圧縮機に回収する油分離回収手段が配置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。
【請求項３】
前記油分離回収手段は、前記圧縮機に備えられることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記１次側回路は、前記１次冷媒と前記２次冷媒との間で熱交換させる熱交換器を備え、
前記圧縮機は、前記熱交換器の配設位置よりも低い位置に配設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記１次側回路は、前記１次冷媒と前記２次冷媒との間で熱交換させる熱交換器を備え、
該熱交換器は、前記冷凍機油を前記圧縮機に帰還させる姿勢で配設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記１次冷媒は、可燃性冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記１次冷媒は、アンモニアであることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に係り、詳しくは、圧縮機で圧縮した１次冷媒を循環させる１次側回路と、２次冷媒を循環させて車室内の空調を行う２次側回路とから構成される車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用空調装置の冷媒には、オゾン層の保護や地球温暖化の防止の観点から自然系冷媒などの開発及び検討がなされている。この冷媒には、ＣＯ2か、又はプロパンガスや代替フロンＨＦＣ−１５２ａの如くの可燃性冷媒が挙げられる。特に、当該ＨＦＣ−１５２ａでは冷媒の温暖化係数（ＧＷＰ）がＨＦＣ−１３４ａのＧＷＰの約１／１０となる。また、他の代替冷媒としてはアンモニアの如くの毒性を有する冷媒も挙げられる。そして、この種の車両用空調装置によれば環境負荷の低減に大きく貢献することが知られている。
【０００３】
しかしながら、これらの可燃性冷媒や毒性を有する冷媒が、その冷凍回路中の機器や冷媒の循環経路から万一車室内に洩れてしまうと、引火する虞などの懸念が大きい。よって、その洩れ対策の一例として２元冷媒サイクルが存在する。
この２元冷媒サイクルとは、冷凍回路を、圧縮された冷媒を循環させる１次側回路と、ブライン（不凍液）等の２次冷媒を循環させる２次側回路とに分け、熱交換器を介して１次側回路で得られた冷凍能力を２次側回路の冷凍能力に変換し、この２次側回路が間接的に冷房を行う方式である。例えば車両用空調装置においては、１次側回路を車室外（エンジンルーム）に設置し、２次側回路を車室内に設置する。
【０００４】
そして、この１次側回路を循環する可燃性冷媒が２次側回路内に洩れ出した場合にも、車室内の安全性を確保する車両用空調装置が開発されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−３３８０２３号公報（段落番号００１４〜００２２、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記１次側回路の如く圧縮された冷媒を循環させる冷凍サイクルでは、冷媒のみを循環させると圧縮機の焼き付き等が生じるので、冷媒にこの冷媒と相溶性の関係を有する冷凍機油を混ぜ、冷凍機油が溶解した冷媒を循環経路に流している。
しかしながら、この相溶性の関係を有する冷凍機油には、その機能として相反する二面性を備えている。
【０００６】
すなわち、循環経路に流れている冷凍機油が圧縮機に良好に補給される良面や、冷媒の突沸を抑える良面を備えている一方で、循環経路に流れている冷凍機油が熱交換器の配管内等に付着して車両用空調装置の冷房能力を低下させる不良面を備えている。更に、冷媒に希釈されて冷凍機油の油膜強度が落ち、圧縮機内の潤滑性能が悪化して軸受寿命の低下や焼き付きを却って起こり易くさせる不良面をも備えている。この圧縮機の耐久性低下もまた、所望の吐出圧力を得られない等の点で装置の冷房能力の低下に繋がる。
【０００７】
また、２元冷媒サイクルでは、１次側回路のみから構成され直接的に冷却する冷凍回路に比して伝熱ロスが大きくなることに留意しなければならない。つまり、２元冷媒サイクルでは、可燃性冷媒による１次側回路の冷凍効果を２次側回路のブラインに伝達するステップと、このブラインが車室内の空気を冷却するステップとを要し、間接的な冷房しかできないからである。
【０００８】
このように、２元冷媒サイクルを用いた車両用空調装置では、１次側回路のみから構成される冷凍回路を用いた場合に比して、その冷房能力の低下を特に回避しなければならない。しかしながら、前記従来の技術ではこの点について格別な配慮がなされていない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、２元冷媒サイクルを採用した場合において、圧縮機の耐久性を確保しつつ、冷房能力を十分に得ることができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の車両用空調装置は、車両のエンジンルーム内に設けられ、圧縮機で圧縮した１次冷媒を循環させる１次側回路と、１次側回路で得られた冷凍能力を利用して２次冷媒を冷却し、２次冷媒を循環させて車両の車室内の空調を行う２次側回路とから構成され、１次側回路には、圧縮機での摩擦を軽減させ、且つ、１次冷媒に対して非相溶性の関係を有する冷凍機油が用いられることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明では、１次側回路には、圧縮機の吐出口近傍に、１次冷媒と冷凍機油とを分離して冷凍機油を圧縮機に回収する油分離回収手段が配置されていることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、油分離回収手段は、圧縮機に備えられることを特徴としている。
【００１１】
更にまた、請求項４記載の発明では、１次側回路は、１次冷媒と２次冷媒との間で熱交換させる熱交換器を備え、圧縮機は、熱交換器の配設位置よりも低い位置に配設されることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、１次側回路は、１次冷媒と２次冷媒との間で熱交換させる熱交換器を備え、熱交換器は、冷凍機油を圧縮機に帰還させる姿勢で配設されることを特徴としている。
【００１２】
更に、請求項６記載の発明では、１次冷媒は、可燃性冷媒であることを特徴としている。
更にまた、請求項７記載の発明では、１次冷媒は、アンモニアであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、請求項１記載の本発明の車両用空調装置によれば、１次側回路の冷凍機油としては、１次冷媒と非相溶性の関係を有する潤滑油が用いられるので、この潤滑油は当該回路内を循環する１次冷媒によって希釈されることがない。この結果、１次冷媒との混合による冷凍機油の油膜強度の低下が防止され、圧縮機の耐久性の向上を図ることができる。ひいては所望の吐出圧力を得ることが可能となり、車両用空調装置の冷房能力の低下を防止できる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明によれば、冷凍回路としての１次側回路中、圧縮機の近傍を除いた部位には冷凍機油が流れ込み難くなる。よって、例えば、１次側回路中の熱交換器について鑑みれば、この油が熱交換器の配管に付着し難くなり、装置の冷房能力の低下を確実に防止できる。
更に、請求項３記載の発明によれば、冷凍回路としての１次側回路に対して大きな設計変更を行うことなく、圧縮機の耐久性向上や装置の冷房能力の低下抑制を達成することができる。
【００１５】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、圧縮機が熱交換器よりも下部に配置されているので、仮に油分離回収手段で冷凍機油を分離回収できない場合があったとしても、この冷凍機油は圧縮機に帰還し易くなり、装置の冷房能力の低下をより確実に抑えることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、仮に冷凍機油が１次側回路の循環経路を循環する場合であっても、この冷凍機油は、熱交換器内に溜まり難く圧縮機に向けて戻り易くなることから、この場合にも、この油が熱交換器に付着することによる装置の冷房能力の低下を抑えられる。
【００１６】
更に、請求項６記載の発明によれば、可燃性冷媒を用いた場合にも圧縮機の耐久性向上や装置の冷房能力の低下抑制を達成できるし、特にＨＦＣ−１３４ａに代替する可燃性冷媒を用いれば、地球温暖化の防止に繋がる。また、車室内の空調は２次側回路で行われるので、車室内の安全性も確保することができる。
更にまた、請求項７記載の発明によれば、この場合にも地球温暖化の防止や車室内の安全性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
図１は車両の前部を概略的に示し、この前部にエンジンルーム２が設けられ、エンジンルーム２内にはエンジン４が横置きに配置されている。
当該車両１は空調装置を備えている。詳しくは図２に示されており、この空調装置には２元冷媒サイクルが用いられ、１次側回路６と、２次側回路３０とから構成されている。
【００１８】
この１次側回路６はエンジンルーム２内に配置され、１次冷媒の一態様であるプロパンガスやＨＦＣ−１５２ａ等の可燃性冷媒（以下、単に冷媒と称す）の循環経路を有している。また、１次側回路６にはコンプレッサ（圧縮機）１８での摩擦を軽減させる冷凍機油が用いられ、本実施形態の冷凍機油には、上記冷媒に対して非相溶性の関係を有する潤滑油が用いられている。なお、この冷凍機油の種類は上記冷媒の内容によって適宜選択される。
【００１９】
この１次側回路６の循環経路中には、上流側から圧縮機１８、コンデンサ（凝縮器）２０、レシーバ（受液器）２２、膨脹弁２４及び１次・２次用熱交換器（熱交換器）２６が順次介挿されている。なお、図２中の参照符号１０，１２，１４，１６は１次側回路６の循環経路の往路部分を形成し、参照符号８は上記循環経路の復路部分を形成している。
一方、上記２次側回路３０はその大部分がエンジンルーム２内に配置されているが、その一部は車両１の車室２８内に配置されている。また、２次側回路３０は、２次冷媒の一態様であるブライン（不凍液）の循環経路を有している。なお、本実施形態では、ブラインとしてエチレングリコールが用いられている。
【００２０】
この２次側回路３０の循環経路中には、ポンプ３８、１次・２次用熱交換器（熱交換器）２６及び室内用熱交換器４０が順次介挿されている。なお、図２中の参照符号３２，３４は２次側回路３０の循環経路の往路部分を形成し、参照符号３６は上記循環経路の復路部分を形成している。
このように、当該空調装置では、１次側回路６で得られた冷凍能力が、冷媒とブラインとの間で熱交換させる１次・２次用熱交換器２６を介して２次側回路３０に伝達され、この２次側回路３０が車室２８内の冷房を行い、車室２８内の温度を所望の設定温度に調整する。
【００２１】
ここで、本実施形態においては、車両１を側面からみた図１に示される如く、１次側回路６の循環経路中の圧縮機１８が、１次側回路６及び２次側回路３０の各循環経路中に配置された他のいずれの機器よりも低い位置に配設されている。換言すれば、圧縮機１８は１次・２次用熱交換器２６の下側に設けられている。
また、この圧縮機１８と凝縮器２０との間にはオイルセパレータ（油分離回収手段）１９が配置されている。このオイルセパレータ１９は、圧縮機１８の吸入口（図示しない）に連なる油帰還用配管（油分離回収手段）１１を備えており、圧縮機１８の吐出口（図示しない）に連なる配管９から流れ出た冷媒及び冷凍機油を分離し、冷媒を配管１０に流して循環経路中にて循環させる一方で、冷凍機油を油帰還用配管１１に流して圧縮機１８に回収する。これにより、循環経路中の実質的に機能しない冷凍機油を減らし、１次・２次用熱交換器２６における熱交換効率を向上させるとともに、圧縮機１８の信頼性を確保する。
【００２２】
なお、この圧縮機１８は、オイルセパレータ１９よりも低い位置に設けられており、また、電磁クラッチ（図示しない）等を介してエンジン４に接続され、このエンジン４からの動力を受けて作動される。
上述した車両用空調装置によれば、１次側回路６における圧縮機１８の作動に伴い、圧縮機１８は１次・２次用熱交換器２６からの冷媒を冷凍機油とともに圧縮し、配管９を介してオイルセパレータ１９に供給する。これら圧縮された冷媒及び冷凍機油はオイルセパレータ１９で分離され、配管１０を介して高温高圧ガス状態の冷媒が凝縮器２０に供給される。
【００２３】
上記高温高圧ガス状態の冷媒は凝縮器２０内で冷却され、等圧のまま配管１２を介して液体状態の冷媒が受液器２２に向けて流れる。この液体状態の冷媒は受液器２２内に一時的に貯留され、配管１４を介して高圧液体状態の冷媒が膨脹弁２４に供給される。そして、この高圧液体状態の冷媒は膨脹弁２４内で絞り膨張され、配管１６を介して低温低圧の気液混合状態の冷媒として１次・２次用熱交換器２６に噴出される。
【００２４】
この気液混合状態の冷媒は１次・２次用熱交換器２６内でブラインを冷却する。当該ブラインは、２次側回路３０におけるポンプ３８で圧送され、配管３２を介して１次・２次用熱交換器２６に供給されている。
上記冷却されたブラインは配管３４を介して室内用熱交換器４０に向けて流れる。そして、室内用熱交換器４０の周囲の空気が冷却され、その冷気がファン４２によって車室２８内に送り込まれ、車室２８内の冷房が行われる。
【００２５】
なお、１次側回路６における１次・２次用熱交換器２６内の冷媒は配管８を介して圧縮機１８に戻り、この後、圧縮機１８により再度圧縮され、配管１０等を上述した如く循環する。一方、２次側回路３０における室内用熱交換器４０内のブラインは配管３６を介してポンプ３８に戻り、この後、ポンプ３８により１次・２次用熱交換器２６に向けて再度圧送される。
【００２６】
ところで、本実施形態の空調装置では、冷房の他、暖房も可能である。例えば、室内用熱交換器４０からの冷風とヒータコア（図示しない）からの温風とを混合し、温度調整した空気を車室内に（主として除霜モードとして）送る方法や、エンジン４からの温水でブラインを加熱し、このブラインを室内用熱交換器４０に供給しても良い。また、ヒートポンプシステムの如く、冷房時には１次・２次用熱交換器２６がブラインに冷熱を移動させる一方、暖房時には１次側回路６の冷媒を逆方向に循環させても車室２８内の暖房が可能である。この場合には、１次・２次用熱交換器２６がブラインに熱を移動させ、加熱されたブラインが室内用熱交換器４０に供給される。
【００２７】
そして、上述のような空調装置の運転時には、冷凍機油は圧縮機１８内で潤滑油として機能した後、冷媒とともに圧縮機１８から吐出し、配管９を介してオイルセパレータ１９に至る。次いで、この冷凍機油はオイルセパレータ１９で冷媒と分離され、油帰還用配管１１を介して圧縮機１８に戻ることになる（図３（ａ））。
これに対し、仮にオイルセパレータ１９で回収できなかった冷凍機油が１次側回路６の循環経路中に流れたとしても、この未回収分の冷凍機油は、空調装置の運転停止時に、１次・２次用熱交換器２６から配管８を介して、その下方に位置する圧縮機１８に戻ることになる（図３（ｂ））。
【００２８】
以上のように、本実施形態は、従来の如く冷凍機油を溶解させた冷媒が１次側回路を循環した場合における２元冷媒サイクルに生ずる問題、すなわち、冷媒との混合による冷凍機油の希釈に起因した圧縮機の耐久性の劣化と、１次・２次用熱交換器や凝縮器に付着する冷凍機油に起因した装置の冷房能力の低下とを解決する点を主眼としたものである。
そして、本実施形態の空調装置の如く、１次側回路６を循環する冷媒とは相溶性の低い関係にある冷凍機油を用いれば、この冷凍機油が冷媒で希釈されず、冷凍機油の油膜強度は維持されることから、圧縮機１８の軸受寿命が延び、圧縮機１８での焼き付きも防止される。この結果、所望の吐出圧力が得られ、装置の冷房能力の維持及び圧縮機１８の信頼性の向上に繋がる。
【００２９】
また、圧縮機１８と凝縮器２０との間にオイルセパレータ１９を設ければ、この非相溶性を有する冷凍機油はその性質からオイルセパレータ１９で効率良く分離できるので、冷凍機油が圧縮機１８から循環経路中の各機器に流れ出るのを最小限に抑えられる。すなわち、冷凍機油が凝縮器２０や１次・２次用熱交換器２６等に付着し難くなり、装置の冷房能力の低下を確実に防止する。
【００３０】
しかも、オイルセパレータ１９と圧縮機１８とを油帰還用配管１１で接続すれば、冷凍機油の供給装置を別途設けることなく、分離された冷凍機油を圧縮機１８で再び利用可能となり、空調装置の大型化が避けられる。
ここで、空調装置に関する様々な条件により、圧縮機１８から吐出した冷凍機油の全てをオイルセパレータ１９で分離回収できない場合が生じたとしても、上記の構成に加えて１次・２次用熱交換器２６を圧縮機１８の上部に配設すれば、冷媒の流れに依存することなく、冷凍機油が圧縮機１８に帰還可能となる。なお、これは、蒸発器が車室内に配設される１次側回路のみから構成される冷凍回路を備えた車両用空調装置からは導くことができない、２元冷媒サイクルを採用した車両用空調装置に特有の構成である。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、２元冷媒サイクルを採用した空調装置であっても、大型にならず、コンパクトでその軽量化が図られ、しかも、車室内の安全性を確保しつつ、油帰還をより効率的に行うことによる圧縮機１８の耐久性向上や、循環経路中の油の貯留を可能な限り削減することによる装置の冷房能力の向上が達成可能となる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００３２】
例えば、上記実施形態では、オイルセパレータ１９が圧縮機１８と凝縮器２０との間に配設されているが、必ずしもこの形態に限定されるものではなく、例えばオイルセパレータは圧縮機に内蔵されていても良い。この場合には１次側回路に対して大きな設計変更を行うことなく、圧縮機の耐久性向上や装置の冷房能力の低下抑制が達成可能となる。
また、冷凍機油を効率良く圧縮機に帰還させるべく、１次・２次用熱交換器２６は、その出口側が圧縮機１８により一層近づくように傾斜させた姿勢で配設しても良い。この場合にも圧縮機の耐久性向上や装置の冷房能力の低下抑制が達成可能となる。
【００３３】
更に、上記実施形態の２次冷媒サイクルを用いる車両用空調装置は、上述の可燃性冷媒の他、ＣＯ2やＨＦＣ−１３４ａの各冷媒、若しくはアンモニアの如く毒性を有する冷媒を、１次側回路を循環する１次冷媒として用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用空調装置を車両の側面からみた図である。
【図２】図１の車両用空調装置の構成図である。
【図３】図１の車両用空調装置における冷凍機油の戻りを説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  車両
２  エンジンルーム
６  １次側回路
１１  油帰還用配管（油分離回収手段）
１８  圧縮機
１９  オイルセパレータ（油分離回収手段）
２０  凝縮器
２２  受液器
２４  膨張弁
２６  １次・２次用熱交換器（熱交換器）
２８  車室
３０  ２次側回路
３８  ポンプ
４０  室内用熱交換器
４２  ファン
【図１】
2005219704.tif 000003
【図２】
2005219704.tif 000004
【図３】
2005219704.tif 000005