(57)【要約】【課題】  冷凍回路の製造コストの低廉化及び省冷媒化を図ることができる圧縮機を提供する。【解決手段】  圧縮機(18)は、蒸発器(28)からのＣＯ２冷媒の吸入、圧縮及びガスクーラ(24)への吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニット(20)と、圧縮ユニットに一体的に配設され、ガスクーラからの冷媒と蒸発器からの冷媒との熱交換を行う内部熱交換ユニット(21)とを具備する。【選択図】      図１
2007040278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２冷媒の流れ方向でみて少なくとも圧縮機、ガスクーラ、膨張弁及び蒸発器が循環経路に順次介挿されている冷凍回路であって、
前記蒸発器からのＣＯ２冷媒の吸入、圧縮及び前記ガスクーラへの吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニットと、
該圧縮ユニットに一体的に配設され、前記ガスクーラからの冷媒と前記蒸発器からの冷媒との熱交換を行う内部熱交換ユニットと
を具備したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記内部熱交換ユニットは、前記ガスクーラからの冷媒を前記圧縮ユニット内に導入させる返戻通路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記圧縮機は、前記圧縮ユニットに一体的に配設され、該圧縮ユニットを駆動させるモータを有する機械室を更に具備し、
前記内部熱交換ユニットは、前記ガスクーラからの冷媒を前記機械室内に導入させる返戻通路を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機は、前記機械室に一体的に配設されて前記モータを駆動し、前記返戻通路を介して冷却される駆動回路を備えていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機に係り、詳しくは、ＣＯ２冷媒を使用した冷凍回路に介挿された圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数の小さな値を有する冷媒を用いた冷凍サイクルの開発が進められている。この種の冷媒の一例としては自然系のＣＯ２（炭酸）ガスがある。
ここで、このＣＯ２冷媒はその作動領域が高圧側においては超臨界領域で使用されており、ガス圧力が高く、液化できない。このため、高圧ガスの温度を十分に下げなければ冷凍サイクルにおける十分なエンタルピ差が確保できず、サイクルの効率が悪くなる。このため、ガスクーラと膨張弁との間には内部熱交換器が設けられており、ガスクーラからの冷媒とアキュムレータからの冷媒とによる熱交換が行われている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、ガスクーラからの冷媒は、内部熱交換器を経て更に冷却されて膨張弁、蒸発器に達してアキュムレータに至り、再び内部熱交換器を経て圧縮機に導入されている。
【特許文献１】特開平１１−１９３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の如く冷凍回路に内部熱交換器を介挿させた場合には、当該内部熱交換器のための配管路の引き回しや設置スペースが別途必要になって製造コストが上昇するとの懸念がある。また、冷凍回路に要する冷媒充填量も増えるとの懸念もある。
更に、ＣＯ２冷媒を使用した冷凍回路に介挿されている圧縮機では、高圧・高温度に曝され易くなる点にも留意しなければならない。圧縮機の耐久性の低下は冷凍回路の信頼性に大きな影響を及ぼすからである。この場合に上記特許文献１に記載の如く、内部熱交換器に向かう冷媒量を調整するバイパス回路を設けることも考えられるが、これでは、バイパス回路のための配管路の引き回しや設置スペースが別途必要になり、製造コストの上昇や冷媒充填量の増加との課題が依然として残されている。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、冷凍回路の製造コストの低廉化及び省冷媒化を図ることができる圧縮機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】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の圧縮機は、ＣＯ２冷媒の流れ方向でみて少なくとも圧縮機、ガスクーラ、膨張弁及び蒸発器が循環経路に順次介挿されている冷凍回路であって、蒸発器からのＣＯ２冷媒の吸入、圧縮及びガスクーラへの吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニットと、圧縮ユニットに一体的に配設され、ガスクーラからの冷媒と蒸発器からの冷媒との熱交換を行う内部熱交換ユニットとを具備したことを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、内部熱交換ユニットは、ガスクーラからの冷媒を圧縮ユニット内に導入させる返戻通路を備え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、圧縮機は、圧縮ユニットに一体的に配設され、圧縮ユニットを駆動させるモータを有する機械室を更に具備し、内部熱交換ユニットは、ガスクーラからの冷媒を機械室内に導入させる返戻通路を備えていることを特徴としている。
【０００７】
更に、請求項４記載の発明では、圧縮機は、機械室に一体的に配設されてモータを駆動し、返戻通路を介して冷却される駆動回路を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
従って、請求項１記載の本発明の圧縮機によれば、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍回路の圧縮機が、圧縮ユニットの他、ガスクーラで冷却された高圧の圧縮冷媒ガスと蒸発器からの低圧の冷媒ガスとの間で熱交換を行う内部熱交換ユニットを備えている。よって、ＣＯ２冷媒の冷凍回路に要する配管路が従来に比して削減されるし、従来の如く内部熱交換器に要する独立した設置スペースも削減される。この結果、冷凍回路の部品点数が減少して製造コストの低廉化が達成される。更に、冷凍回路全体の省冷媒化も達成可能となる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明によれば、ガスクーラで冷却された圧縮冷媒ガスが返戻通路を介して圧縮ユニット内に導入されると、例えばＣＯ２冷媒が潤滑油を含む場合には、圧縮ユニット内の摺動面や軸受の潤滑、摺動面のシールが可能となり、圧縮機の耐久性の向上に寄与する。また、例えば圧縮ユニットにおいて容量調整用の制御ガス源にも利用されると、上記潤滑等の他、吐出容量の調整も可能となる。従って、これらの結果、仮に圧縮機の作動停止時であっても、ＣＯ２冷媒はガスクーラや膨張弁の近傍には停留し難くなり、冷凍回路の信頼性が向上する。
【００１０】
更に、請求項３記載の発明によれば、ガスクーラで冷却された圧縮冷媒ガスが返戻通路を介して機械室内に導入されると、例えばＣＯ２冷媒が潤滑油を含む場合には、機械室内のモータの潤滑や冷却が可能となり、圧縮機の耐久性や信頼性が向上する。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、圧縮機は駆動回路を内蔵し、この駆動回路がガスクーラからの圧縮冷媒ガスで冷却されることから、駆動回路を内蔵した圧縮機の耐久性や信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、車両用空調装置を構成している冷凍システム２の概略を示し、この冷凍システム２は車室４内を所望の設定温度にて冷房する。冷凍システム２は、自然系冷媒であるＣＯ２冷媒（以下、単に冷媒と称す）を循環させる冷凍回路６を有し、この冷凍回路６はエンジン１０を備えたエンジンルーム８から車室４に亘って設置されている。
【００１２】
詳しくは、冷凍回路６は上記冷媒の循環経路１１〜１６を有し、これら循環経路１１〜１６はその大部分がエンジンルーム８内に配置されているが、その一部は車室４内にも延びている。循環経路１１〜１６には、上流側から本実施形態のコンプレッサ（圧縮機）１８、ガスクーラ２４、膨張弁２６、エバポレータ（蒸発器）２８及びアキュムレータ３０が順次介挿されている。そして、これら圧縮機１８、ガスクーラ２４、膨張弁２６及びアキュムレータ３０はエンジンルーム８内に配置され、蒸発器２８は車室４内に配置されている。
【００１３】
なお、図中、参照符号１１，１２，１３，１４は上記循環経路の往路部分を形成し、参照符号１５，１６は上記循環経路の復路部分を形成している。
この圧縮機１８はエンジン１０の駆動力によって作動され、ガス状態の冷媒を吸い込んで圧縮し、高温高圧ガス状態にして循環経路１１に吐出する。つまり、圧縮機１８は冷媒を圧縮しながら冷媒の流動を生成させる。
【００１４】
そして、ガスクーラ２４は図示しない送風ファン及び車両前方からの風を受けて、その内部を流れる冷媒を空冷する。更に、ガスクーラ２４からの高圧状態の冷媒は膨張弁２６を通じて蒸発器２８に供給され、蒸発器２８内にて低温低圧のガス状態となる。また、蒸発器２８からのガス状態の冷媒はアキュムレータ３０で一時的に貯留される。このアキュムレータ３０の下流側は循環経路１６を介して圧縮機１８に接続されており、低温低圧ガス状態の冷媒が圧縮機１８に吸入される。
【００１５】
ここで、本実施形態の圧縮機１８は内部熱交換器の機能をも兼ね備えている。
具体的には、図２に示されるように、圧縮機１８は圧縮ユニット２０と内部熱交換ユニット２１とから構成され、この内部熱交換ユニット２１は圧縮ユニット２０に一体的に配設されている。また、本実施形態の圧縮ユニット２０には駆動プーリ１９が配設されており、この駆動プーリ１９にはエンジン１０の動力が図示しない駆動ベルトを介して伝達されている。
【００１６】
そして、内部熱交換ユニット２１には、ガスクーラ２４の下流側の循環経路１２及び膨張弁２６の上流側の循環経路１３がそれぞれ接続され、ガスクーラ２４からの冷媒が循環経路１２，１３を介して膨張弁２６に供給されている。一方、この内部熱交換ユニット２１にはアキュムレータ３０の下流側の循環経路１６が接続されており、上記ガスクーラ２４からの冷媒と当該アキュムレータ３０からの冷媒との熱交換が行われる。つまり、ガスクーラ２４からの冷媒はアキュムレータ３０からの冷媒によって更に冷却され、循環経路１３を介して膨張弁２６に供給される。なお、このアキュムレータ３０からの冷媒は内部熱交換ユニット２１から圧縮ユニット２０に吸入、圧縮され、循環経路１１を介してガスクーラ２４に吐出される。
【００１７】
また、当該圧縮機１８の内部熱交換ユニット２１には、ガスクーラ２４からの冷媒の一部を圧縮ユニット２０内に導入させる返戻通路１７（同図に点線で示す）が備えられている。この返戻通路１７は、その一端側が循環経路１２から分岐されて圧縮ユニット２０内に達し、その他端側が循環経路１３に接続されて圧縮ユニット２０内から戻されている。なお、この返戻通路１７は、その一端側が循環経路１３から分岐されて圧縮ユニット２０内に達する一方、その他端側を循環経路１２に接続して戻すことも可能である。
【００１８】
上述した冷凍システム２によれば、圧縮機１８の作動に伴ってアキュムレータ３０からの冷媒が圧縮されると、この圧縮機１８の断熱圧縮作用により、比エンタルピ及び圧力がそれぞれ増加し、循環経路１１を介して高温高圧ガス状態の冷媒がガスクーラ２４に供給される。この冷媒はガスクーラ２４の冷却作用によって比エンタルピが減少して等圧変化し、循環経路１２を介して圧縮機１８の内部熱交換ユニット２１に供給される。
【００１９】
当該内部熱交換ユニット２１に供給された冷媒は、アキュムレータ３０からの冷媒で更に冷却され、比エンタルピが更に減少して循環経路１３に向けて送出される。この後、高圧ガス状態の冷媒が膨張弁２６の絞り作用による膨張を受け、その比エンタルピを一定に維持しながら圧力が減少し、循環経路１４を介して蒸発器２８内に噴出させる。次いで、冷媒の気化熱により蒸発器２８の周囲の空気が冷却され、冷気が車室４内に送り込まれて車室４内の冷房が行われる。
【００２０】
なお、蒸発器２８から循環経路１５を介してアキュムレータ３０に供給された冷媒は、循環経路１６を介して圧縮機１８の内部熱交換ユニット２１に戻り、この後、圧縮機１８の圧縮ユニット２０により再度圧縮され、循環経路１１〜１６を上述した如く循環する。
ここで、ガスクーラ２４から内部熱交換ユニット２１に供給された冷媒の一部は返戻通路１７を介して圧縮ユニット２０内に達した後、膨張弁２６に向けて改めて送出される。これにより、当該冷媒が潤滑油を含む場合には、この潤滑油が圧縮ユニット２０内の摺動面や軸受の潤滑、摺動面のシールとして機能する。更に、当該圧縮機１８が可変容量型の場合には、ガスクーラ２４からの冷媒が圧縮ユニット２０内にて容量調整用の制御ガス源となると、容量調整や潤滑冷却が可能となる。
【００２１】
ところで、本発明の圧縮機は、上述の如くエンジン１０で駆動される他、電動モータで駆動されても良い。
詳しくは、図３に示される圧縮機は電動圧縮機１８Ａであり、この電動圧縮機１８Ａは、圧縮ユニット２０、図示しない電動モータ（モータ）を備えたモータ室（機械室）２２及び内部熱交換ユニット２１から構成されている。そして、これら内部熱交換ユニット２１及びモータ室２２は圧縮ユニット２０に一体的に配設され、圧縮ユニット２０は電動モータによって駆動される。
【００２２】
この内部熱交換ユニット２１においても、ガスクーラ２４からの循環経路１２及び膨張弁２６への循環経路１３がそれぞれ接続され、更に、アキュムレータ３０からの循環経路１６も接続されており、ガスクーラ２４からの冷媒とアキュムレータ３０からの冷媒との熱交換が行われている。
更に、内部熱交換ユニット２１には、ガスクーラ２４からの冷媒の一部を圧縮ユニット２０内に導入させる返戻通路１７Ａ（同図に点線で示す）が備えられており、この返戻通路１７Ａは、循環経路１２からモータ室２２内に導入され、このモータ室２２を経由して圧縮ユニット２０内に達してから循環経路１３に戻されている。
【００２３】
次に、図４に示された電動圧縮機１８Ｂ，１８Ｃは、いずれも圧縮ユニット２０、内部熱交換ユニット２１、モータ室（機械室）２２及びインバータを備えた駆動回路２３から構成され、これら内部熱交換ユニット２１及びモータ室２２が圧縮ユニット２０に一体的に配設され、且つ、駆動回路２３がモータ室２２に一体的に配設されている。
これら圧縮ユニット２０、内部熱交換ユニット２１、モータ室２２及び駆動回路２３の配置については、この駆動回路２３が図示しない返戻通路を介して冷却される限り、電動圧縮機１８Ｂ（同図（ａ））の如く、駆動回路２３が内部熱交換ユニット２１とモータ室２２との間に配設される他、内部熱交換ユニット２１が駆動回路２３とモータ室２２との間に配設されていても良い。更に、電動圧縮機１８Ｃ（同図（ｂ））の如く、内部熱交換ユニット２１が圧縮ユニット２０、モータ室２２及び駆動回路２３の一端側に配設される他、駆動回路２３が圧縮ユニット２０、モータ室２２及び内部熱交換ユニット２１の一端側に配設されていても良い。
【００２４】
以上のように、本発明は、ＣＯ２冷媒の圧縮機と、従来では冷凍回路中の機器であった内部熱交換器と一体化させることを主眼とするものである。
そして、ＣＯ２冷媒を使用する冷凍回路６に介挿された圧縮機１８（１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ）が、圧縮ユニット２０の他、ガスクーラ２４で冷却された高圧の圧縮冷媒ガスとアキュムレータ３０からの低圧の冷媒ガスとの間で熱交換を行う内部熱交換ユニット２１を備えており、高圧の圧縮冷媒ガスは更に冷却され、低圧の冷媒ガスは加熱されている。
【００２５】
従って、この冷凍回路６に要する配管路が上記内部熱交換器に必要とされる分だけ従来に比して削減されるし、従来の如く上記内部熱交換器に要する独立した設置スペースも削減される。この結果、冷凍回路６の部品点数が減少して製造コストの低廉化が達成される。更に、この配管路が削減されて冷凍回路６全体の省冷媒化も達成可能となる。また、車両用空調装置に自然系冷媒であるＣＯ２冷媒を用いれば、環境負荷の低減に大きく貢献する。
【００２６】
また、内部熱交換ユニット２１は、圧縮ユニット２０内の摺動面や軸受の潤滑、摺動面のシールとして機能させるべく、或いは、容量調整用の制御ガス源として機能させるべく、ガスクーラ２４からの冷媒を圧縮ユニット２０内に導入させる返戻通路１７（１７Ａ）を備えている。
よって、例えばＣＯ２冷媒が潤滑油を含む場合には、圧縮ユニット２０内の摺動面や軸受の潤滑、摺動面のシールが可能となり、圧縮機１８（１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ）の耐久性の向上に寄与する。また、例えば圧縮ユニット２０において容量調整用の制御ガス源にも利用されると、上記潤滑等の他、可変容量型圧縮機の吐出容量の調整も可能となる。これらの結果、仮に圧縮機の作動停止時であっても、ＣＯ２冷媒はこの圧縮機１８（１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ）内に留まり、ガスクーラ２４や膨張弁２６の近傍には停留し難くなって冷凍回路６の信頼性が向上する。
【００２７】
また、ガスクーラ２４で冷却された圧縮冷媒ガスが返戻通路１７Ａを介してモータ室２２内に導入されると、例えばＣＯ２冷媒が潤滑油を含む場合には、電動モータの潤滑や冷却が可能となり、電動圧縮機１８Ａ（１８Ｂ，１８Ｃ）の耐久性や信頼性が向上する。
更に、電動圧縮機１８Ｂ（１８Ｃ）は駆動回路２３を内蔵し、この駆動回路２３が返戻通路を介してガスクーラ２４からの圧縮冷媒ガスで冷却されることから、例えばハイブリッド型車両に適用された電動圧縮機の耐久性や信頼性が向上する。
【００２８】
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。
例えば、上記実施形態の圧縮ユニット２０は、例えばピストン往復動型又はスクロール型のいずれのタイプであっても、ＣＯ２冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスが実行可能である。また、上記実施形態では車両用空調装置に具体化された例を示しているが、本発明の圧縮機はＣＯ２冷媒を用いた冷房・冷凍システム全般に適用可能である。
【００２９】
また、上記実施形態では蒸発器と圧縮機との間にアキュムレータが介挿されているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。つまり、本発明はアキュムレータを省いた冷凍回路にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に係る圧縮機を含んだ車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】図１の圧縮機の概略構成図である。
【図３】他の実施例に係る圧縮機の概略構成図である。
【図４】他の実施例に係る圧縮機の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
６  冷凍回路
１１，１２，１３，１４，１５，１６  循環経路
１７，１７Ａ  返戻通路
１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ  圧縮機
２０  圧縮ユニット
２１  内部熱交換ユニット
２２  モータ室（機械室）
２３  駆動回路
２４  ガスクーラ
２６  膨張弁
２８  蒸発器
【図１】
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【図２】
2007040278.tif 000004
【図３】
2007040278.tif 000005
【図４】
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