JP2000111182A - 空調装置 - Google Patents

空調装置

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JP2000111182A JP10288104A JP28810498A JP2000111182A JP 2000111182 A JP2000111182 A JP 2000111182A JP 10288104 A JP10288104 A JP 10288104A JP 28810498 A JP28810498 A JP 28810498A JP 2000111182 A JP2000111182 A JP 2000111182A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過冷却度や有効伝熱面積の新しい制御条件に
着目し、凝縮器の能力、ひいてはシステム全体の能力を
最大限に発揮させることが可能な空調装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備え
た冷却回路を有する空調装置において、凝縮器出口にお
ける過冷却状態の程度を表す過冷却度を、予め定められ
た所定値以下に制御する制御手段を設けたことを特徴と
する空調装置、および圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器
を備えた冷却回路を有する空調装置において、凝縮器に
おける、過冷却状態の領域を除いた有効伝熱面積を、全
伝熱面積に対し予め定めた所定割合以上に制御する制御
手段を設けたことを特徴とする空調装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用等に好適
な空調装置に関し、とくに凝縮器の能力、ひいてはシス
テム全体としての能力を最大限に発揮させることが可能
な空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の空調システムにおいては、凝縮器
出口での過冷却度が、たとえば5℃前後になるように、
圧縮機のオン−オフや回転数、膨張弁の開度等が制御さ
れているのが一般的である。しかし、凝縮器の過冷却状
態に着目して、それを最適な状態に制御しながらシステ
ムを制御する技術がないため、システム全体として能力
が十分に発揮されているか否かが判らない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らが、従来の
空調装置において、凝縮器の過冷却状態に着目して各種
条件で試験を行った結果、常時必ずしも最適な状態で運
転されているのではないことが判明した。
【0004】すなわち、本明細書では、理論的に冷媒の
全体が液相になった状態を過冷却状態と言い、凝縮器の
過冷却度とは、凝縮器出口で所定の圧力における過冷却
状態開始温度を基準温度とした場合、その基準温度から
の低下温度(低下度合)で表したものを言い、過冷却状
態の程度を表す指標として用いるものである。この過冷
却度は、機種や運転状態によって変化する。
【0005】凝縮器出口での過冷却度が小さすぎると、
あるいは過冷却状態にないと、膨張弁で十分な絞り作用
が発揮できず、蒸発器での熱交換能力が不十分となっ
て、システム全体としての能力が低下する。逆に凝縮器
出口での過冷却度が大きすぎると、凝縮器内で液冷媒の
占める面積が大きくなりすぎ、伝熱面積、とくに過冷却
状態の領域を除いた有効伝熱面積が小さくなって、凝縮
器の放熱能力が低下し、システム全体としての能力が低
下する。
【0006】本発明の課題は、このような新しい知見に
基づき、とくに凝縮器における過冷却状態に着目して、
凝縮器の能力、ひいてはシステム全体としての能力を最
大限に発揮させることが可能な空調装置を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の空調装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸
発器を備えた冷却回路を有する空調装置において、凝縮
器出口における過冷却状態の程度を表す過冷却度を、予
め定められた所定値以下に制御する制御手段を設けたこ
とを特徴とするものからなる(第1の発明)。
【0008】また、本発明に係る空調装置は、圧縮機、
凝縮器、膨張弁、蒸発器を備えた冷却回路を有する空調
装置において、凝縮器における、過冷却状態の領域を除
いた有効伝熱面積を、全伝熱面積に対し予め定めた所定
割合以上に制御する制御手段を設けたことを特徴とする
ものからなる(第2の発明)。
【0009】つまり、第1の発明は、凝縮器出口におけ
る過冷却度に着目し、それを所定値以下に制御しようと
するものであり、第2の発明は、凝縮器の有効伝熱面積
に着目し、それを所定割合以上に制御しようとするもの
であり、いずれも凝縮器全体の過冷却状態を最適な状態
に制御するものである。
【0010】上記過冷却度または有効伝熱面積の制御に
は、各種の態様を採ることができる。たとえば、第1の
発明においては、凝縮器出口に、温度センサまたは温度
センサと圧力センサを有し、該センサからの出力に基づ
いて凝縮器出口における過冷却度を演算し、演算された
過冷却度の信号を制御手段に送る過冷却度演算手段を有
する構成とできる。
【0011】また、第2の発明においては、同様に、凝
縮器出口に、温度センサまたは温度センサと圧力センサ
を有し、該センサからの出力に基づいて凝縮器出口にお
ける過冷却度を演算し、演算された過冷却度に基づい
て、予め記憶された過冷却度と有効伝熱面積とのマップ
からそのときの有効伝熱面積を読み出し、読み出した有
効伝熱面積の信号を制御手段に送る有効伝熱面積推定演
算手段を有する構成とできる。
【0012】また、第1の発明においては、凝縮器出口
に冷媒の気液混合状態の程度を検知する冷媒状態センサ
を有し、該冷媒状態センサからの出力に基づいて凝縮器
出口における過冷却度を演算し、演算された過冷却度の
信号を制御手段に送る過冷却度演算手段を有する構成と
できる。
【0013】また、第2の発明においては、同様に、凝
縮器出口に冷媒の気液混合状態の程度を検知する冷媒状
態センサを有し、該冷媒状態センサからの出力に基づい
て凝縮器出口における過冷却度を演算し、演算された過
冷却度に基づいて、予め記憶された過冷却度と有効伝熱
面積とのマップからそのときの有効伝熱面積を読み出
し、読み出した有効伝熱面積の信号を制御手段に送る有
効伝熱面積推定演算手段を有する構成とできる。
【0014】また、第1の発明においては、凝縮器内の
冷媒経路の途中に過冷却状態の領域の始点を設定し、該
始点に、過冷却状態の開始温度を検出しその信号を制御
手段に送る温度センサが設けられている構成とできる。
【0015】さらに、第2の発明においては、凝縮器に
対し、凝縮器全体の温度分布を検出する熱センサが対向
配置され、該熱センサにより検出された凝縮器における
有効伝熱面積の信号が制御手段に送られる構成とでき
る。
【0016】前記制御手段により、過冷却度が所定値以
下に制御されたり、あるいは、有効伝熱面積が所定割合
以上に制御されたりするが、より具体的には、制御手段
により、圧縮機および膨張弁の少なくとも一方が制御さ
れる。圧縮機においては、そのオン−オフや回転数、可
変容量型の圧縮機にあってはその容量等が制御され、膨
張弁においてはその開度等が制御される。過冷却度の所
定値としては、たとえば15℃以下であり、より好まし
くは、過冷却度は1〜15℃の範囲に制御される。ま
た、有効伝熱面積が所定割合以上とは、たとえば80%
以上とされる。
【0017】このような本発明に係る空調装置において
は、従来、制御の判断材料とされていなかった過冷却度
あるいは有効伝熱面積が、直接的に、あるいは間接的に
検出され、検出された過冷却度あるいは有効伝熱面積が
最適な状態となるように、つまり、凝縮器、ひいてはシ
ステム全体としての能力が最大限に発揮されるように、
制御手段を介して圧縮機や膨張弁が制御される。したが
って、従来のなりゆき任せであった凝縮器の過冷却状態
が、最も望ましい状態となるように適宜自動的に制御さ
れることになり、システム全体として、常に十分に優れ
た能力を発揮することが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の空調装置の望ま
しい実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、
本発明の空調装置を自動車用空調装置に適用した一例を
示しており、図2は、その空調装置に用いられる凝縮器
の概略構成を示している。
【0019】図1において、1は空調装置全体を示して
おり、該空調装置1は、凝縮器2を備えた冷却回路3を
有している。冷却回路3には、本実施態様ではクラッチ
コントローラ4によるクラッチ5のオン−オフが制御さ
れる圧縮機6、レシーバドライヤ7、膨張弁8が設けら
れており、空調ダクト9内には蒸発器10が設けられて
いる。空調ダクト9には、外気導入口11、内気導入口
12が開口されており、内外気切替ダンパ13によって
割合が制御された、あるいは切り替えられた内外気が導
入され、送風機14によって吸入、圧送される。蒸発器
10の下流側には、本実施態様では温水ヒータ15が設
けられており、エンジン冷却水16が送られるようにな
っており、温水ヒータ15の下流側には、エアミックス
ダンパアクチュエータ17により開度が制御されるエア
ミックスダンパ18が設けられている。下流側の各吹出
口19、20、21には、それぞれダンパ22、23、
24が設けられている。
【0020】本実施態様では、車室内温度センサ25、
日射センサ26、外気温度センサ27が設けられてお
り、これらセンサからの信号を考慮して、車内温度設定
器28で設定された目標車内温度となるように、メイン
コントローラ29で制御されるようになっている。
【0021】また、このメインコントローラ29内に
は、本発明でいう制御手段、演算手段も組み込まれてい
る。本実施態様では、凝縮器2の冷媒の出口に温度セン
サ30が設けられており、その検出信号出力がメインコ
ントローラ29に送られる。そして、メインコントロー
ラ29からの信号に基づいて、圧縮機6のオン−オフ制
御(クラッチコントローラ4への出力によるクラッチ5
の制御)、および膨張弁8の開度制御が行われるように
なっている。
【0022】凝縮器2は、たとえば図2に示すような、
いわゆるマルチフロー型の熱交換器に構成され、一対の
ヘッダーパイプ31と、複数のチューブ32およびフィ
ン33とを有し、入口パイプ34から導入された冷媒が
凝縮されながら出口パイプ35から送り出される。この
出口パイプ35の近傍の適当な部位に、凝縮器出口にお
ける過冷却状態の程度を表す過冷却度を検出可能な温度
センサ30が設けられている。
【0023】このような装置を用いて本発明に係る空調
装置1の制御が行われ、とくにその凝縮器2の過冷却状
態や有効伝熱面積が制御される。制御の基本技術思想
を、図2および図3を用いて説明する。
【0024】図2の各2点鎖線で示すように、凝縮器2
内では、下流側に行く程凝縮が進み、冷媒の流相の割合
が多くなり、そのときの条件に応じて、2点鎖線a1よ
りも下流側、あるいは2点鎖線a2よりも下流側という
ように、過冷却状態の領域b1、b2が生じる。この過
冷却状態とは前述したように、理論的に全体が液相にな
った状態を言い、過冷却度とは、凝縮器2の出口である
所定の圧力における過冷却状態開始温度を基準温度とし
た場合、その基準温度からの低下温度(本発明では単位
「℃」で表す)で表されるもので、過冷却状態の程度を
表す指標となるものである。
【0025】本発明者らによる試験の結果、過冷却度は
たとえば図3に示すような挙動、特性を示す。図3は、
たとえば過冷却度(SC)が2℃のときの凝縮器2の能
力を100とした場合の、各過冷却度での能力を百分率
で表わしている。また同時に、過冷却度が2℃のときの
有効伝熱面積を100とした場合の、凝縮器2における
過冷却状態の領域を除いた領域である有効伝熱面積を、
全伝熱面積(この場合、前記100の面積)に対する百
分率で表わしている。なお、この図3に示した特性は、
冷媒の圧力をパラメータとして図3の上下に変動する
が、その特性の傾向は変わらない。
【0026】図3から、過冷却度が15℃よりも大きく
なると、凝縮器2の能力が急激に低下し、かつ有効伝熱
面積も80%程度から急激に小さくなることが判る。し
たがって、本発明においては、制御すべき過冷却度は、
15℃以下、より好ましくは1〜15℃の範囲であり、
それによって凝縮器2の能力が最大限に発揮されること
になる。つまり、制御すべき過冷却度の所定値は15℃
以下である。また、制御すべき有効伝熱面積の所定割合
については、好ましくは80%以上である。
【0027】このように過冷却度や有効伝熱面積を制御
することにより、凝縮器2の能力が最大限に発揮され、
ひいては空調システム全体としての能力が最大限に発揮
されることにもつながる。
【0028】上記凝縮器2の出口における過冷却度は、
本実施態様では出口に設けた温度センサ30によって直
接的に温度が検出され、その温度から、たとえば予め記
憶されている図3に示したような特性と比較することに
より、そのときの過冷却度が演算される。演算された過
冷却度の信号がメインコントローラ29(その中の制御
手段)に送られ、メインコントローラ29からの指令に
基づいて、クラッチコントローラ4、クラッチ5を介し
て圧縮機6のオン−オフが制御され、最終的に凝縮器2
の出口における過冷却度が所定値以下になるように制御
される。
【0029】また、有効伝熱面積を制御する場合には、
同様に過冷却度を演算し、演算された過冷却度に基づい
て、たとえば図3に示したような予め記憶されている過
冷却度と有効伝熱面積のマップからそのときの有効伝熱
面積を読み出し、読み出した有効伝熱面積の信号を制御
手段に送ってその制御量を推定演算し、メインコントロ
ーラ29からの指令に基づいて、圧縮機6のオン−オフ
を制御し、最終的に凝縮器2の有効伝熱面積が所定割合
以上になるように制御される。
【0030】なお、上記実施態様では、凝縮器2の出口
における温度のみを検出したが、前述したように、図3
に示したような特性はそのときの運転条件、とくに圧力
によっても変化するので、圧力も同時に圧力センサ(図
示略)により検出し、温度と圧力の両検出値に基づいて
制御するようにしてもよい。
【0031】また、凝縮器2の出口に、冷媒の気液混合
状態の程度を検知する冷媒状態センサ(図示略)を設
け、この冷媒状態センサからの出力に基づいて凝縮器2
の出口における過冷却度を上記同様に演算し、演算され
た過冷却度の信号を制御手段に送って、過冷却度を所定
値以下に制御することもできる。
【0032】有効伝熱面積の制御の場合にも同様に、冷
媒状態センサからの出力に基づいて演算された過冷却度
を用い、予め記憶された過冷却度と有効伝熱面積とのマ
ップからそのときの有効伝熱面積を読みだし、読み出し
た有効伝熱面積の信号を制御手段に送って有効伝熱面積
の制御量を推定演算し、メインコントローラ29からの
指令に基づいて、圧縮機6のオン−オフを制御し、最終
的に凝縮器2の有効伝熱面積が所定割合以上になるよう
に制御することもできる。
【0033】さらに本発明においては、凝縮器2に関し
て、その冷媒経路の途中に予め過冷却状態の領域の始点
を設定することもできる。たとえば、図2の2点鎖線a
2よりも下流側が過冷却状態の領域として設定され、実
際の過冷却状態の領域がその設定された領域よりも大き
くならないことが望ましい条件であると予め設定してお
くこともできる。この始点に、たとえば温度センサ(図
示略)を設けておけば、その始点において内部を流れる
冷媒が過冷却状態の開始温度に達しているか否かを判断
でき、その信号を用いて実際の過冷却状態領域が所定面
積以上に大きくはならないように制御することができ
る。同じ位置に冷媒状態センサを設けて、冷媒の気液混
合状態の程度を検知する場合についても、同様に制御す
ることができる。
【0034】さらに、凝縮器2の全体に対し、たとえば
熱センサ(図示略)を対向配置し、凝縮器2全体の温度
分布を直接的に測定し、過冷却度の領域を除いた有効伝
熱面積がどの程度の割合にあるのかを直接的に把握する
手法を用いることもできる。
【0035】なお、上記各実施態様においては、主とし
て圧縮機6のオン−オフ制御により過冷却度や有効伝熱
面積を制御する場合について述べたが、これと同時に、
あるいはこれとは独立に、膨張弁8の開度制御を加えて
もよいことは言うまでもない。また、圧縮機6の回転数
の制御とすることもできる。さらに、圧縮機が可変容量
型である場合には、その容量制御とすることもできる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の空調装置
によれば、従来着目されていなかった過冷却度や有効伝
熱面積に関する信号を制御に用いるようにし、凝縮器の
過冷却度や有効伝熱面積を自動的にかつ最適な状態に制
御できるようにしたので、凝縮器の能力、ひいては空調
システム全体としての能力を、最大限に発揮させること
が可能になり、しかも運転条件の変化や機種の変更の場
合にも、常時そのような最適な状態に制御することが可
能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様に係る空調装置の全体概略
構成図である。
【図2】図1の凝縮器の概略正面図である。
【図3】過冷却度と凝縮器の能力および有効伝熱面積と
の関係の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
1 空調装置 2 凝縮器 3 冷却回路 4 クラッチコントローラ 5 クラッチ 6 圧縮機 8 膨張弁 9 空調ダクト 10 蒸発器 29 メインコントローラ 30 温度センサ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備え
    た冷却回路を有する空調装置において、凝縮器出口にお
    ける過冷却状態の程度を表す過冷却度を、予め定められ
    た所定値以下に制御する制御手段を設けたことを特徴と
    する空調装置。
  2. 【請求項2】 前記過冷却度が1〜15℃の範囲に制御
    される、請求項1の空調装置。
  3. 【請求項3】 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備え
    た冷却回路を有する空調装置において、凝縮器におけ
    る、過冷却状態の領域を除いた有効伝熱面積を、全伝熱
    面積に対し予め定めた所定割合以上に制御する制御手段
    を設けたことを特徴とする空調装置。
  4. 【請求項4】 前記有効伝熱面積が、全伝熱面積に対し
    80%以上に制御される、請求項3の空調装置。
  5. 【請求項5】 凝縮器出口に、温度センサまたは温度セ
    ンサと圧力センサを有し、該センサからの出力に基づい
    て凝縮器出口における過冷却度を演算し、演算された過
    冷却度の信号を制御手段に送る過冷却度演算手段を有す
    る、請求項1または2の空調装置。
  6. 【請求項6】 凝縮器出口に、温度センサまたは温度セ
    ンサと圧力センサを有し、該センサからの出力に基づい
    て凝縮器出口における過冷却度を演算し、演算された過
    冷却度に基づいて、予め記憶された過冷却度と有効伝熱
    面積とのマップからそのときの有効伝熱面積を読み出
    し、読み出した有効伝熱面積の信号を制御手段に送る有
    効伝熱面積推定演算手段を有する、請求項3または4の
    空調装置。
  7. 【請求項7】 凝縮器出口に冷媒の気液混合状態の程度
    を検知する冷媒状態センサを有し、該冷媒状態センサか
    らの出力に基づいて凝縮器出口における過冷却度を演算
    し、演算された過冷却度の信号を制御手段に送る過冷却
    度演算手段を有する、請求項1または2の空調装置。
  8. 【請求項8】 凝縮器出口に冷媒の気液混合状態の程度
    を検知する冷媒状態センサを有し、該冷媒状態センサか
    らの出力に基づいて凝縮器出口における過冷却度を演算
    し、演算された過冷却度に基づいて、予め記憶された過
    冷却度と有効伝熱面積とのマップからそのときの有効伝
    熱面積を読み出し、読み出した有効伝熱面積の信号を制
    御手段に送る有効伝熱面積推定演算手段を有する、請求
    項3または4の空調装置。
  9. 【請求項9】 凝縮器内の冷媒経路の途中に過冷却状態
    の領域の始点を設定し、該始点に、過冷却状態の開始温
    度を検出しその信号を制御手段に送る温度センサが設け
    られている、請求項1または2の空調装置。
  10. 【請求項10】 凝縮器に対し、凝縮器全体の温度分布
    を検出する熱センサが対向配置され、該熱センサにより
    検出された凝縮器における有効伝熱面積の信号が制御手
    段に送られる、請求項3または4の空調装置。
  11. 【請求項11】 前記制御手段により、圧縮機および膨
    張弁の少なくとも一方が制御される、請求項1ないし1
    0のいずれかに記載の空調装置。
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