JPH11182948A - 空調装置 - Google Patents

空調装置

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JPH11182948A
JPH11182948A JP35762097A JP35762097A JPH11182948A JP H11182948 A JPH11182948 A JP H11182948A JP 35762097 A JP35762097 A JP 35762097A JP 35762097 A JP35762097 A JP 35762097A JP H11182948 A JPH11182948 A JP H11182948A
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electric compressor
expansion valve
motor
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承治 瓜生
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ベーパーサイクルを構成する電動コンプレッサ
のモータ及び軸受に対する冷却を簡単な構成で効率良く
行う。 【解決手段】コンデンサ1から出た冷媒の一部を膨脹弁
71で膨脹した後に電動コンプレッサ4のモータ41及
び軸受42に供給するように構成する。すなわち、ベー
パーサイクルに用いられるメインの冷媒の一部を電動コ
ンプレッサ4の冷却に有効利用することで、水や油等の
全く別異の冷媒を用いることを不要にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機や車両等に
搭載される空調装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の空調装置として、コンデンサと
エバポレータの間を接続する冷媒循環回路と、前記エバ
ポレータの下流に配置され冷媒を圧縮してコンデンサに
移送する電動コンプレッサと、前記コンデンサの下流に
配置され冷媒を断熱膨脹により自冷してエバポレータに
供給する膨脹弁とを具備することによりベーパーサイク
ルを構成してなるものが知られている。
【0003】ところで、前記電動コンプレッサにおいて
は、モータ及び軸受の発熱が不可避である。そこで、従
来は、空冷、油冷、水冷等の方式によってモータ及び軸
受を冷却するようにしているのが通例である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、かかる従来
の対策では、水や油等、メインのベーパーサイクルに使
用する冷媒以外の流体を使用するため、その分メンテナ
ンスが必要であり、装置自体も複雑化することが避け難
いものとなっている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、この種の空調装置としての一般的構成
を備えてなるものにおいて、コンデンサの下流と電動コ
ンプレッサの上流との間を接続する位置に膨脹弁を有す
る冷却回路を設け、この冷却回路の膨脹弁を出た冷媒を
電動コンプレッサのモータ及び軸受を冷却し得る位置に
移送するように構成してなることを特徴とする。
【0006】このように構成すれば、ベーパーサイクル
を流れる冷媒のうち、コンプレッサで圧縮されコンデン
サを出た高圧の冷媒は、膨脹弁を介して断熱膨脹するこ
とにより低温低圧の冷媒となり、電動コンプレッサに移
送されて、そのモータ及び軸受に供された後、電動コン
プレッサに再び吸い込まれる。このように、メインのベ
ーパーサイクルを循環する冷媒の一部を用いることで、
モータ及び軸受の冷却のために別途異なる冷媒を用いる
ことを不要にすることができる。
【0007】以上を前提として、特に、電動コンプレッ
サの軸受が動圧ガス軸受方式のものである場合には、冷
却回路の膨脹弁よりも下流側に熱交換器の1次側入口を
接続し、その1次側出口を電動コンプレッサのモータ及
び軸受を順次に冷却し得る位置に引き回した後に該熱交
換器の2次側入口に接続するとともに、その2次側出口
を電動コンプレッサの上流に接続して、冷媒がモータに
供給される時点で気液二相状態にあり、軸受に供給され
る時点で気相状態にあるように設定しておくことが有効
となる。
【0008】このように構成すれば、冷媒はモータに移
送される際に気液二相状態にあり、冷媒の蒸発潜熱をモ
ータの冷却のために有効利用することができるため、例
えば冷媒を気相状態でモータに供給する場合に比べて、
冷却効率を効果的に高め、これにより冷却に必要な冷媒
流量を極力低減することが可能になる。しかも、モータ
への移送前に冷媒を熱交換器を通じて極端に低温となら
ないように温度調整し、モータを通過して軸受に供給さ
れる冷媒が気相状態にあるように設定しているため、動
圧ガス軸受に液相状態の冷媒が混入することによる軸受
の負荷増大、破損といった不都合も有効に回避すること
ができる。その上、軸受を出た冷媒は熱交換器を通過し
た後にコンプレッサ入口へ戻され、そのリターン温度が
低下するので、冷却に供した後の冷媒をダイレクトにコ
ンプレッサ入口へ戻す場合に比べて、コンプレッサ翼車
の負荷動力も有効に低減することが可能となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して説
明する。 <第1実施例>本実施例に係る空調装置では、冷媒とし
て例えばフロン等が用いられる。その基本構成は、図1
に示されるように、コンデンサ1とエバポレータ2の間
を接続する冷媒循環回路3と、前記エバポレータ2の下
流に配置され冷媒を圧縮してコンデンサ1に移送する電
動コンプレッサ4と、前記コンデンサ1の下流に配置さ
れ冷媒を断熱膨脹により自冷してエバポレータ2に供給
する膨脹弁5とを具備することによりベーパーサイクル
を構成しているものである。コンデンサ1は冷媒と外気
等を熱交換するためのものであり、エバポレータ2は冷
媒と冷却目的、例えば室内空気とを熱交換するためのも
のである。なお、この実施例では、コンデンサ1の出口
と膨脹弁5の入口との間に、液相状態にある冷媒を内部
に貯溜することのできるレシーバタンク6を介設してい
る。
【0010】ここで、基本的なベーパーサイクルについ
て説明する。先ず、冷媒を電動コンプレッサ4で80〜
90°C、15〜20気圧に圧縮して、コンデンサ1に
導入する。このコンデンサ1では、冷媒が外気との熱交
換に供され、同一圧力の下に冷媒温度を40〜50°C
程度にまで降温させる。冷媒がフロンである場合、この
温度で液相状態になる。そして、冷媒はレシーバタンク
6に移送されて貯溜される。一方、このレシーバタンク
6内の冷媒は、その下流に配置した膨脹弁5が開かれる
ことで導出され、その冷媒は膨脹弁5で断熱膨脹した
後、エバポレータ2に供給される。膨脹弁5の開度は必
要に応じて可変とされ、冷媒を0〜10°C、4〜5気
圧の気液二相状態にすることができる。しかして、この
冷媒はエバポレータ2で冷却目的である室内空気等との
熱交換に供され、30°C程度に昇温した状態で前記電
動コンプレッサ4に再び吸い込まれる。以上のようなベ
ーパーサイクルを繰り返す中で、エバポレータ2で汲み
取った熱がコンデンサ1で放熱されるという熱サイクル
が営まれる。
【0011】そして、このような熱サイクルが進行して
いくと、電動コンプレッサ4を構成するモータ41及び
軸受42の発熱が不可避であり、放置すれば冷却効率の
低下、電動コンプレッサ4の焼損事故等をひき起こす。
そこで、本実施例は、前記コンデンサ1の下流と電動コ
ンプレッサ4の上流とを接続する位置に膨脹弁71を有
する冷却回路7を設け、この冷却回路7の膨脹弁71を
出た冷媒を電動コンプレッサ4のモータ41及び軸受4
2を冷却し得る位置に移送するようにしている。前記膨
脹弁71には開度可変形のものが採用され、コンプレッ
サ4の入口部4aの温度あるいは圧力を検知しながら、
その熱負荷量に応じて電動コンプレッサ4のモータ41
及び軸受42の冷却に必要な最適流量の冷媒を供給し得
るように膨脹弁71の開度を制御する機能を付与されて
いる。この機能は、電気的制御によっても純機械的制御
によっても構成することができる。本実施例では、膨脹
弁71を出た冷媒は例えば0〜10°Cで電動コンプレ
ッサ4のモータ41及び軸受42に供給され、30°C
程度に昇温して電動コンプレッサ4に吸い込まれる。
【0012】以上のように構成すれば、冷媒循環回路3
を流れる冷媒のうち、コンプレッサ4で圧縮されコンデ
ンサ1を出て低温高圧の飽和液体となった冷媒の冷熱を
一部利用して、モータ41及び軸受42の冷却を有効に
行うことができる。このように、メインのベーパーサイ
クルを循環する冷媒の一部を用いることで、水や油等の
ような全く別異の冷媒を用いることを不要にすることが
でき、空調装置のメンテナンスや構造の簡素化を図るこ
とが可能となる。
【0013】特に、本実施例はモータ41及び軸受42
を冷却した後の冷媒温度が一定となるように膨脹弁71
を制御するようにしているため、システムの熱負荷及び
電動コンプレッサ4の発熱量に応じてコンプレッサ4の
冷却に必要な最適流量を供給することができ、システム
全体の効率を最適な状態に保つことが可能となる。さら
に、上記実施例では、モータ41及び軸受42を通過す
る間に冷媒が液体から気体に変わるように構成し、冷媒
の蒸発潜熱を利用することもできるため、例えば気体の
みを供給する場合に比べて、少流量ながら効果的な冷却
を行うことも可能となる。 <第2実施例>図2は、前記実施例の電動コンプレッサ
4の軸受42が動圧ガス軸受方式のものである場合にそ
の冷却回路7の有効な変形例を示すものである。なお、
図1と共通する部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。
【0014】しかして、この空調装置は、冷却回路7の
膨脹弁71よりも下流側に熱交換器8の1次側入口8a
を接続し、その1次側出口8bを電動コンプレッサ4の
モータ41及び軸受42を順次に冷却し得る位置を介し
て該熱交換器8の2次側入口8cに接続するとともに、
2次側出口8dを電動コンプレッサ4の上流に接続し
て、冷媒がモータ41に供給される時点で気液二相状態
にあり、軸受42に供給される時点で気相状態にあるよ
うに設定しているものである。この設定は、軸受入口の
冷媒の温度あるいは圧力を適当な手段で検知しながら膨
脹弁71の開度を制御することにより行うことができ
る。
【0015】このように構成すれば、冷媒はモータ41
に移送される際に気液二相状態になり、冷媒の蒸発潜熱
を冷却のために利用することができるため、例えば冷媒
を気相状態でモータ41に供給する場合に比べて、冷却
効率を有効に高め、これにより冷却に必要な冷媒流量す
なわち本来の冷媒循環回路3からの冷媒バイパス量を極
力低減して、適正な空調機能が損なわれることを有効に
防止することが可能になる。しかも、モータ41への移
送前に冷媒を熱交換器8を通じて極端に低温とならない
ように温度調整し、モータ41を通過した後、軸受42
に供給される冷媒が気相状態にあるように設定している
ため、動圧ガス軸受方式の軸受42に液相状態の冷媒が
混入することによる軸受の負荷増大、破損といった不都
合も有効に回避することができる。その上、軸受42を
出た冷媒は熱交換器8を通過した後にコンプレッサ4の
入口へ戻され、そのリターン温度が低下するので、冷却
に供した後の冷媒をダイレクトにコンプレッサ4の入口
へ戻す場合に比べて、コンプレッサ翼車の負荷も有効に
低減することが可能となる。
【0016】なお、各部の具体的な構成は、図示実施例
のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々変形が可能である。例えば、前記第2
実施例において、モータの発熱量と軸受の発熱量との比
率の違いによっては、図3に示すように熱交換器8の1
次側入口8aと1次側出口8bの間をバイパスするバイ
パス系路9を設け、そのバイパス流量をバルブ9aで調
節するように構成することも有効である。
【0017】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、冷媒循
環回路のコンデンサ下流と電動コンプレッサ上流との間
を接続する位置に膨脹弁を有する冷却回路を設け、この
冷却回路に冷媒循環回路を流れる冷媒の一部を導き、膨
脹弁で断熱膨脹させるとともに、その低温低圧となった
冷媒を電動コンプレッサのモータ及び軸受を冷却し得る
位置に移送するように構成したものである。このため、
電動コンプレッサの冷却のために水や油等の全く別異の
冷媒を用いることを不要にして、空調装置のメンテナン
スや構造の簡素化を図ることが可能になる。
【0018】また、前記電動コンプレッサの軸受が動圧
ガス軸受方式のものである場合に、冷却回路の膨脹弁の
下流に熱交換器を設け、これにより冷媒を極端に低温と
ならない気液二相状態でモータに供給し、次段の軸受に
は気相状態で供給するように構成するとともに、それに
よって温度上昇した冷媒を前記熱交換器で降温させた後
に電動コンプレッサに吸い込ませるように構成すること
も有効となる。これによれば、冷媒の蒸発潜熱を利用し
てモータに対する冷却効率を有効に高めることができ、
また次段の軸受へ冷媒が液相状態で流入することによる
軸受の破損も防ぐことができ、更に電動コンプレッサへ
のリターン温度も低下させてコンプレッサ翼車の負荷動
力の増大も効果的に回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す概略的な回路図。
【図2】本発明の第2実施例を示す部分的な回路図。
【図3】図2の変形例を示す部分的な回路図。
【符号の説明】
1…コンデンサ 2…エバポレータ 3…冷媒循環回路 4…電動コンプレッサ 5…膨脹弁 7…冷却回路 71…膨脹弁 8…熱交換器 8a…1次側入口 8b…1次側出口 8c…2次側入口 8d…2次側出口

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンデンサとエバポレータの間を接続する
    冷媒循環回路と、前記エバポレータの下流に配置され冷
    媒を圧縮してコンデンサに移送する電動コンプレッサ
    と、前記コンデンサの下流に配置され冷媒を断熱膨脹に
    より自冷してエバポレータに供給する膨脹弁とを具備す
    ることによりベーパーサイクルを構成してなるものにお
    いて、前記コンデンサの下流と電動コンプレッサの上流
    との間を接続する位置に膨脹弁を有する冷却回路を設
    け、この冷却回路の膨脹弁を出た冷媒を電動コンプレッ
    サのモータ及び軸受を冷却し得る位置に移送するように
    構成してなることを特徴とする空調装置。
  2. 【請求項2】電動コンプレッサの軸受が動圧ガス軸受方
    式のものである場合において、冷却回路の膨脹弁よりも
    下流側に熱交換器の1次側入口を接続し、その1次側出
    口を電動コンプレッサのモータ及び軸受を順次に冷却し
    得る位置を介して該熱交換器の2次側入口に接続すると
    ともに、その2次側出口を電動コンプレッサの上流に接
    続して、冷媒がモータに供給される時点で気液二相状態
    にあり、軸受に供給される時点で気相状態にあるように
    設定してなることを特徴とする空調装置。
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