(57)【要約】【課題】インバータをより高い温度雰囲気でも使用可能に積極的に冷却することができ、さらに−１０℃以下の低外気温時の暖房能力増加に貢献できるインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】凝縮器２直後から分岐して圧縮機１に連結した液冷媒配管５を備え、圧縮機は、液冷媒配管に連通した液冷媒通路２１と、液冷媒配管を開閉する流量制御弁２２を備え、インバータ設置壁の裏面は吸入冷媒により冷却する構成にすると共に、インバータ設置壁の内部は液冷媒通路を通る液冷媒により冷却される構成としてある。これにより、吸入冷媒に加え液冷媒併用により効果的にインバータを冷却するとともに、低温下では液冷媒配管を加熱手段により加熱して、過度な液圧縮を発生させることなく圧縮機構部の吐出容量を増加できる。【選択図】図１
2012082763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ一体型電動圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管により環状に繋いだ冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器直後から分岐して前記インバータ一体型電動圧縮機に連結した液冷媒配管を備え、前記インバータ一体型電動圧縮機は電動機と圧縮機構部を収納した本体ケースと、インバータを内蔵したインバータケースと、インバータ設置壁に配置された温度センサーと、前記液冷媒配管に連通し圧縮機構部の圧縮途中の圧縮室に開口した液冷媒通路と、前記液冷媒配管を開閉する流量制御弁を備え、インバータ設置壁の裏面は吸入冷媒により冷却する構成にすると共に前記インバータ設置壁の内部は前記流量制御弁が開弁時に前記液冷媒通路を通る液冷媒により冷却されるインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。
【請求項２】
流量制御弁はインバータケース内に設置され、インバータから電力の供給と通信信号を受けて作動する請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。
【請求項３】
流量制御弁は前記温度センサーが第１の設定値以上に上昇した場合に開弁され、前記第１の設定温度より低い温度の第２の設定値以下に下降した時に閉弁する構成とした請求項１または２に記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。
【請求項４】
流量制御弁は外部からの通信信号により開弁し、前記温度センサーが前記第２の設定値より低い温度の第３の設定値以下の場合には液冷媒配管に設置された加熱手段を作動させる通信信号を発信するインバータである第１〜３のいずれか１項記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。
【請求項５】
流量制御弁は電磁開閉弁である請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。
【請求項６】
圧縮機構部は非対称型スクロール方式であり、一対の圧縮室のうち最大吸入容積が小さな側の圧縮室に液冷媒通路が開口された請求項１〜５のいずれか１項に記載のインバータ一体型電動圧縮機をも炊いた冷凍サイクル装置。
【請求項７】
液冷媒配管の加熱手段はＰＴＣヒータである第１〜６のいずれか１項に記載のインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮機構部及び電動機を収容した機体容器にインバータを一体化したインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ一体型電動圧縮機はハイブリッド車用カーエアコンの冷房用等に使用され、種々のものが提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
図５は特許文献１に記載されている電動圧縮機で、この電動圧縮機は本体ケーシング１０１に圧縮機構部１０５および電動機１０６を収容し、この本体ケーシング１０１のインバータケース部にインバータ１０３を収容して構成してある。ここで、前記インバータ１０３はインバータケース部の仕切り壁を介して電動機１０６とは反対側に設けてあり、本体ケーシング１０１に吸入された吸入冷媒よって冷却され、その後この冷媒はさらに電動機１０６を冷却した後、圧縮機構部１０５へ吸入される低圧型圧縮機となっている。
【０００４】
また、図６は特許文献２に記載されている電動圧縮機で、この電動圧縮機は、圧縮機構部１１、電動機１２を収容した本体ケーシング１０、および圧縮機構部１１を挟んで電動機１２と反対側にインバータ１４を収容したインバータケース１３を軸線方向にボルト等で締結して構成してある。そして、本体ケーシング１０に吸入された吸入冷媒は、一旦インバータケース１３に設けられた吸入通路に導かれ、インバータ１４を冷却した後、圧縮機構部１１に流入する。そして圧縮機構部１１で圧縮された冷媒ガスは電動機１２を冷却した後、本体ケーシング１０に設けられた吐出口より吐出される。いわゆる高圧型圧縮機となっている。
【０００５】
更に図７は特許文献３に記載されている電動圧縮機とそれを用いた冷凍サイクル装置で、これは本体ケーシング１００内に圧縮機構部Ｃｐと電動機Ｍｏを収納し、その上にインバータＩｃを収納したインバータケースを取り付けて構成するとともに、このインバータＩｃは凝縮器２００、減圧器４００、蒸発器５００、器液分離３１０で構成される冷凍サイクル中のインジェクション回路からの冷媒で冷却、あるいは上記冷凍サイクル装置からの吸入冷媒のいずれかによって冷却するように構成してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１２９９８３号公報
【特許文献２】特開２００７−２９２０４４号公報
【特許文献３】特開２００２−５０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の構造は、吸入冷媒によって、インバータおよび電動機の高発熱部品と熱交換した後に圧縮部に吸入されるため、吸入冷媒温度の上昇によって体積効率が低下し、圧縮機の性能に大きな影響を及ぼす。
【０００８】
一方、特許文献２に記載の構造は、特許文献１に記載の構造に対して、吸入冷媒はインバータ冷却のみに利用され、また、潤滑油の分離装置は電動機が収容されている機体容器の空きスペースを利用して設けることが出来るため、性能面および機体容器のサイズ面でのメリットが大きい。しかしながら、インバータケースに設けられた吸入冷媒通路は隔壁
でもって吐出冷媒通路と近接すると共にインバータケースは発熱体である圧縮部や電動機を収納した機体容器とシール部を介して連結されるので熱伝導によりインバータケースは加熱され、より高温雰囲気中でもインバータケースの温度が上がりにくい効率的な冷却手段と共に安価な構造の工夫が必要であった。
【０００９】
また、特許文献３に記載の構成はインバータ冷却用に冷凍サイクルのインジェクション回路からの高圧の液冷媒を使用する提案では冷却するための通路および断熱構造が極めて複雑であり、その制御方法において機械式流量制御弁を採用し冷媒の加熱度を制御する方法はコスト、サイズ面で大きな課題がある。
【００１０】
一方、インバータ一体型電動圧縮機を搭載したカーエアコンシステムは、近年電気自動車用の暖房機能用としてクローズアップされている。即ち、初期の電気自動車では電気によって水を湯にして暖房用に使用したため、電気使用量が多く一回の充電での航続走行距離が暖房時に半減する問題が提起されている。効率のよい暖房としては家庭用エアコンと同じ様に冷凍サイクルを工夫して外気熱で暖房するのがよいが、外気が−１０℃を下回ると暖房能力不足になることが大きな技術課題である。その解決策として冷凍サイクル中の高圧液冷媒を圧縮途中の圧縮室にインジェクションし、圧縮機の吐出量を増やす方法があり、これは一定速圧縮機ではよく知られているが、回転速度が広い範囲で変化する電動圧縮機では液圧縮に対する信頼性保証やサイズ・コストアップ等多くの課題が存在する。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の技術背景の下になしたもので、吸入冷媒でインバータを冷却するインバータ一体型圧縮機を搭載した冷凍サイクルにおいて、インバータをより高い温度雰囲気でも使用可能に積極的に冷却することができ、さらに−１０℃以下の低外気温時の暖房能力増加に貢献できる小型、高効率、低コストで信頼性に優れたインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、インバータ一体型電動圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管により環状に繋いだ冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器直後から分岐して前記インバータ一体型電動圧縮機に連結した液冷媒配管を備え、前記インバータ一体型電動圧縮機は電動機と圧縮機構部を収納した本体ケースと、インバータを内蔵したインバータケースと、インバータ設置壁に配置された温度センサーと、前記液冷媒配管に連通し圧縮機構部の圧縮途中の圧縮室に開口した液冷媒通路と、前記液冷媒配管を開閉する流量制御弁を備え、インバータ設置壁の裏面は吸入冷媒により冷却する構成にすると共に前記インバータ設置壁の内部は前記流量制御弁が開弁時に前記液冷媒通路を通る液冷媒により冷却されるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した構成としてある。
【００１３】
これにより、インバータの設置壁の温度センサーが第１の設定値以上に上昇した場合または冷凍サイクルを使ったエアコンシステムとして必要が発生した場合に前記流量制御弁を開き、効果的にインバータを冷却するとともに、前記温度センサーが第３の設定値より低い温度の場合には液冷媒配管を加熱手段により加熱するようにして、過度な液圧縮を発生させることなく圧縮機の吐出容量を増加できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上記構成により、簡素な構成で、インバータの温度が上昇する条件下でも吸入冷媒に加え液冷媒により積極的に下げることが出来、効率の良い冷媒冷却効果が得られる。更には、液冷媒を流入させることにより、圧縮ガスを液の気化熱により圧縮中ガスを冷却することが可能であり、インバータの温度上昇の一因である圧縮機の吐出ガス温度も下げる効果が存在する。
【００１５】
この結果、従来のインバータの発熱を下げるために、インバータ負荷を下げるための回転数減少による冷房能力の不足や、周囲温度や吐出温度またはインバータ温度の異常上昇による圧縮機の停止による冷房停止の弊害をもたらすことがなくなる。
【００１６】
また、低外気温時の暖房能力不足に対して、圧縮途中の圧縮室に液成分の混じった冷媒を注入することにより圧縮負荷入力を大幅に上げることなく圧縮機の吐出量を増加させ、エネルギ効率の高い暖房能力増加手段にすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図
【図２】同実施の形態１のインバータ一体型電動圧縮機構部の断面図
【図３】同実施の形態２におけるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図
【図４】同実施の形態２のインバータ一体型電動圧縮機構部の断面図
【図５】従来例１のインバータ一体型電動圧縮機の断面図
【図６】従来例２のインバータ一体型電動圧縮機の断面図
【図７】従来例３のインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、ンバータ一体型電動圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管により環状に繋いだ冷凍サイクル装置であって、前記凝縮器直後から分岐して前記インバータ一体型電動圧縮機に連結した液冷媒配管を備え、前記インバータ一体型電動圧縮機は電動機と圧縮機構部を収納した本体ケースと、インバータを内蔵したインバータケースと、インバータ設置壁に配置された温度センサーと、前記液冷媒配管に連通し圧縮機構部の圧縮途中の圧縮室に開口した液冷媒通路と、前記液冷媒配管を開閉する流量制御弁を備え、インバータ設置壁の裏面は吸入冷媒により冷却する構成にすると共に前記インバータ設置壁の内部は前記流量制御弁が開弁時に前記液冷媒通路を通る液冷媒により冷却されるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した構成としてある。
【００１９】
第２の発明は、前記流量制御弁は前記インバータケース内に設置され、インバータから電力の供給と通信信号を受けて作動する構成としてある。
【００２０】
第３の発明は、流量制御弁は前記温度センサーが第１の設定値以上に上昇した場合に開弁され、前記第１の設定温度より低い温度の第２の設定値以下に下降した時に閉弁する構成としてある。
【００２１】
第４の発明は、流量制御弁は前記温度センサーが第１の設定値以上に上昇した場合に開弁され、前記第１の設定温度より低い温度の第２の設定値以下に下降した時に閉弁する構成としてある。
【００２２】
第５の発明は、流量制御弁は電磁開閉弁で構成してある。
【００２３】
第６の発明は、圧縮機構部は非対称型スクロール方式であり、一対の圧縮室のうち最大吸入容積が小さな側の圧縮室に液冷媒通路が開放される構成としてある。
【００２４】
第７の発明は、液冷媒配管の加熱手段はＰＴＣヒータで構成してある。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の
形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図である。
【００２７】
図１において、この冷凍サイクル装置は、インバータ一体型電動圧縮機（以下、圧縮機と称す）１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４を配管により環状に繋いで構成し、前記インバータ一体型電動圧縮機１には前記凝縮器２の直後から分岐し、凝縮器２で放熱し凝縮液化した液冷媒を前記圧縮機１に導入するための液冷媒配管５が連結されている。
【００２８】
図２は本発明の実施の形態１におけるインバータ一体型電動圧縮機１の部分断面図である。
【００２９】
この圧縮機１は、電動機１１と圧縮機構部１２を収納した本体ケース１３と、外部から電力を供給する電力線１４及び通信信号を受発信する通信線１５が連結されたインバータ１６を内蔵したインバータケース１７と、インバータ設置壁１８に配置された温度センサー１９からなり、インバータ設置壁１８の裏面には前記液冷媒配管５からの冷媒が吸入される吸入冷媒通路２０が形成されていて、その裏面は吸入冷媒により冷却される。２１は前記液冷媒配管５の前記凝縮器２直後から分岐してこれに繋がる液冷媒通路で、前記インバータ設置壁１８の内部に形成してあり、流量制御弁２２を介して圧縮機内の圧縮途中の圧縮室２３に開放される構造となっている。なお、上記流量制御弁２２はインバータケース１７の内部に設置され、インバータ１６から電力を受けて作動する電磁開閉弁としている。
【００３０】
次に動作について説明する。
【００３１】
インバータ１６には電力線１４から供給された直流電圧を交流に変換するパワー素子１６ａがあり、インバータ設置壁１８に密接して固定され、裏面が吸入冷媒通路２０中の吸入冷媒により冷却されるインバータ設置壁１８にその発生熱を伝導し冷却される。前記温度センサー１９は前記インバータ設置壁１８の温度を監視するためのセンサーであり、インバータ設置壁１８は通常１００℃以下になるように冷却制御される。
【００３２】
ここで、例えばインバータ一体型電動圧縮機が周囲温度１５０℃のエンジンルームに搭載された場合を想定すると、インバータ設置壁１８は前記周囲温度が伝導し、第１の設定温度を８０℃とした場合、この値を上回る温度になる。
【００３３】
この時、前記流量制御弁２２は温度センサー１９の信号を受け開弁され、液冷媒が前記液冷媒通路２１内に流入し、インバータ設置壁１８はこの液冷媒によっても熱を奪われ、あるバランス温度になるま徐所に冷却される。第２の設定温度を５０℃とした場合、車の運転速度や外気温度あるいは電動圧縮機の運転条件の変化により第２の設定値より低い温度まで冷却された時、前記流量制御弁２２は閉弁する制御としている。
【００３４】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるインバータ一体型電動圧縮機を用いた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図である。
【００３５】
図３において、この冷凍サイクル装置は、インバータ一体型電動圧縮機１、室内凝縮器１０１、絞り弁１０２、室外蒸発器１０３、膨張弁１０４、室内蒸発器１０５を配管により環状に繋いで構成し、前記インバータ一体型電動圧縮機１には前記室内凝縮器１０１と
絞り弁１０２の間から分岐し、室内凝縮器１０１で放熱し凝縮液化した液冷媒をインバータ一体電動圧縮機１に導入するための液冷媒配管１０６が連結されている。
【００３６】
また、前記液冷媒配管１０６には加熱手段１０７が設置されており、その具体手段としては電気利用ではＰＴＣヒータや電磁誘導加熱（ＩＨ）ヒータ、車部品の排熱としてはエンジン、駆動モータや駆動用インバータの利用などが候補となる。
【００３７】
図４は本発明の実施の形態２におけるインバータ一体型電動圧縮機の部分断面図である。
【００３８】
基本的には図３と構造はほぼ同じであるが、液冷媒配管１０６には前述した加熱手段１０７が設置されている。
【００３９】
次に、動作について説明する。
【００４０】
前記図３の冷凍サイクルの構成は例えば熱源を持たない電気自動車用カーエアコン用の暖房を想定した構成であり、室内凝縮器１０１は室内暖房用の高温熱源、室内蒸発器１０５は除湿を行う低温源であり、室外蒸発器１０３は外気から熱を奪い、室内を暖房するヒートポンプ暖房時を表している。
【００４１】
外気がおよそ２０℃から−５℃までは現状の冷媒で十分な暖房が可能であるが、外気温度が−１０℃以下になると冷媒の蒸発温度はさらに下がって吸熱するため、冷媒の特性上吸入圧力は低く、即ち密度が低くなることにより単位時間当たりの循環重量は減少し、室内への放熱量は不足してくる。
【００４２】
このような場合の暖房能力を増加させる手段の一つとして前述した圧縮工程中の圧縮室２３への液冷媒注入（インジェクション）があり、この実施の形態では外部から通信線１５を経由して前記流量制御弁２２を開弁する信号を受理し、圧縮機構部１２の吐出量を増加させる用になっている。これにより、室内凝縮器１０１を通る冷媒循環量が増加し、暖房能力がアップする。
【００４３】
この実施の形態では圧縮機構部１２は非対称型のスクロール圧縮機であり、異なる最大吸入容積から圧縮を開始するため、一対の圧縮室の圧力は同一ではなく、本実施の形態では圧縮室のうち、最大吸入容積が少ない側、即ち、圧縮室圧力は小さい側の圧縮室のみに前述液注入（インジェクション）する構造にし、インジェクションにより圧力上昇させ両方の圧縮室の圧力均衡を促進している（図省略）。
【００４４】
外気温度が低く暖房能力が回転数最大でも不足する場合、エアコンシステムとしてインバータ一体型電動圧縮機１に吐出容量を拡大する要請信号がインバータ１６への通信信号として入ると、前記流量制御弁２２は開弁し、液冷媒が圧縮機構部１２の前述した圧縮工程中の圧縮室２３に注入される。
【００４５】
この時、液冷媒はインバータ１６の発熱を吸収するとともに、圧縮ガスの熱を奪い気化するが、注入液冷媒の割合が多すぎると気化しきれず、液成分として残り、液混入圧縮状態となることがある。そのため、気体圧縮機にとって圧力が異常に上昇し、負荷入力が異常に増加することがある。
【００４６】
本実施の形態ではインバータ設置壁１８に設置された温度センサー１９により、インバータ設置壁１８の温度を監視し、第３の設定値としてたとえば１０℃以下になった場合、液圧縮を防止する為と暖房用の冷媒循環量の増加に加え冷媒の内部エネルギ（エンタルピ
）を増加させる目的で、液冷媒を加熱して一部をあらかじめ気化させるように、前記液冷媒配管１０６に設置された加熱手段１０７を作動させるべく、通信信号をインバータ１６から発信する。この時、加熱手段１０７が例えばＰＴＣヒータの場合、温度が低いと抵抗が少なく多くの発熱をするが、温度が高くなると特性として抵抗値が自然上昇し発熱量が減少する為、液冷媒配管の冷媒温度を例えば３０℃程度に自己制御させることができる。これにより、圧縮機として吸入冷媒量が少なくとも液注入（インジェクション）により吐出量が多くなり、かつ加熱手段１０７により内部エネルギが増加する為室内凝縮器１０１側に放熱する暖房能力を大幅に増加させることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかるインバータ一体型電動圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置では、従来のインバータ内蔵式の電動圧縮機を用いたものと比較して冷凍サイクルとして必要に応じインバータ設置壁の温度を比較的任意に減少させることができる。よって、周囲温度や圧縮機の吐出温度に対するインバータの運転可能温度範囲が大幅に向上すると共に、インバータ冷却領域の拡大により安価な電子部品が採用できる。また、冷却効率の改善により電子部品の信頼性も向上する。これにより、比較的高温になりやすいエンジンを持つ環境車両への装着も容易となり、マイルドハイブリッド車等の低価格環境車両にも幅広く適用できる。
【００４８】
更には、電気自動車のように熱源のない環境車両に対し、外気熱を利用した暖房の省エネルギ化（高効率化）や−２０℃程度の低外気温度における暖房能力不足に対応した圧縮機の吐出量の増加を合わせて図ることができ、電気自動車用エアコンの大幅改善、さらには排気ガスを出さない電気自動車の普及に貢献できる。
【符号の説明】
【００４９】
１  インバータ一体型電動圧縮機
２  凝縮器
３  膨張弁
４  蒸発器
５  液冷媒配管
１１電動機
１２  圧縮機構部
１３  本体ケース
１４  電力線
１５  通信線
１６  インバータ
１７  インバータケース
１８  インバータ設置壁
１９  温度センサー
２０  吸入冷媒通路
２１  液冷媒通路
２２  流量制御弁
２３  圧縮室
１０１  室内凝縮器
１０３  室外蒸発器
１０５  室内蒸発器
１０６  液冷媒配管
１０７  加熱手段
【図１】
2012082763.tif 000003
【図２】
2012082763.tif 000004
【図３】
2012082763.tif 000005
【図４】
2012082763.tif 000006
【図５】
2012082763.tif 000007
【図６】
2012082763.tif 000008
【図７】
2012082763.tif 000009