JP2000320910A - 冷凍サイクルの制御方法及びこの方法を用いた冷凍サイクル - Google Patents
冷凍サイクルの制御方法及びこの方法を用いた冷凍サイクルInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭酸ガスを冷媒とする冷凍サイクルにおい
て、亜臨界条件で操作を行う場合に、過冷却度制御を行
うことによって効率良く運転することができる冷凍サイ
クルの制御方法及びこの方法を用いた冷凍サイクルを提
供する。 【解決手段】 高圧側冷媒圧力が臨界点近傍である場合
に過冷却度を約１５℃とし、高圧側冷媒圧力が臨界点近
傍から低くなるに従って、過冷却度を漸減させる。この
ような制御方法を実現する冷凍サイクルとしては、圧縮
機と、昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、冷媒を減圧
する膨張弁と、冷媒を蒸発する蒸発器と、膨張弁の上流
側の冷媒温度と圧力を検出する検出手段とを有し、膨張
弁上流側の冷媒圧力が臨界点近傍である場合に過冷却度
を約１５℃とし、膨張弁上流側の冷媒圧力が臨界点近傍
から低くなるに従って過冷却度を制御線αに沿って漸減
させるよう膨張弁開度を制御するものが考えられる。
て、亜臨界条件で操作を行う場合に、過冷却度制御を行
うことによって効率良く運転することができる冷凍サイ
クルの制御方法及びこの方法を用いた冷凍サイクルを提
供する。 【解決手段】 高圧側冷媒圧力が臨界点近傍である場合
に過冷却度を約１５℃とし、高圧側冷媒圧力が臨界点近
傍から低くなるに従って、過冷却度を漸減させる。この
ような制御方法を実現する冷凍サイクルとしては、圧縮
機と、昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、冷媒を減圧
する膨張弁と、冷媒を蒸発する蒸発器と、膨張弁の上流
側の冷媒温度と圧力を検出する検出手段とを有し、膨張
弁上流側の冷媒圧力が臨界点近傍である場合に過冷却度
を約１５℃とし、膨張弁上流側の冷媒圧力が臨界点近傍
から低くなるに従って過冷却度を制御線αに沿って漸減
させるよう膨張弁開度を制御するものが考えられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、冷媒として炭酸
ガス（ＣＯ2 ) を用いた冷凍サイクルの制御方法、及
び、これを用いた冷凍サイクルに関し、過冷却度制御を
行うようにしたものに関する。
ガス（ＣＯ2 ) を用いた冷凍サイクルの制御方法、及
び、これを用いた冷凍サイクルに関し、過冷却度制御を
行うようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＯ2 を冷媒として用いた冷凍サイクル
として、特表平６−５１０１１１号公報や特開平９−２
６４６２２号公報などが知られている。前者は、コンプ
レッサ、気体クーラ、絞り弁、レシーバを有して構成さ
れた超臨界蒸気圧縮冷凍サイクルにおいて、気体クーラ
出口の冷媒温度を検出し、この検出された冷媒温度に基
づいて最大ＣＯＰが得られるように絞り弁を調節するよ
うにしたものである。また、後者は、超臨界域で作動す
る冷凍サイクルにおいて、効率良く運転できるように同
公報の図１で示される最適制御線ηmax に沿って放熱器
の出口側温度と出口側圧力とを制御するようにしたもの
である。
として、特表平６−５１０１１１号公報や特開平９−２
６４６２２号公報などが知られている。前者は、コンプ
レッサ、気体クーラ、絞り弁、レシーバを有して構成さ
れた超臨界蒸気圧縮冷凍サイクルにおいて、気体クーラ
出口の冷媒温度を検出し、この検出された冷媒温度に基
づいて最大ＣＯＰが得られるように絞り弁を調節するよ
うにしたものである。また、後者は、超臨界域で作動す
る冷凍サイクルにおいて、効率良く運転できるように同
公報の図１で示される最適制御線ηmax に沿って放熱器
の出口側温度と出口側圧力とを制御するようにしたもの
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
技術は冷凍サイクルを常に超臨界条件で操作することを
予定しており、効率の面で必ずしも優れているとは言え
ない。即ち、例えば外気温が低い場合には、高圧圧力を
臨界圧（７．３８ＭＰａ）以下とした亜臨界条件で用い
る方が効率面では有利であり、また、気体クーラの冷却
空気温度が下がれば亜臨界運転とならざるを得ない。
技術は冷凍サイクルを常に超臨界条件で操作することを
予定しており、効率の面で必ずしも優れているとは言え
ない。即ち、例えば外気温が低い場合には、高圧圧力を
臨界圧（７．３８ＭＰａ）以下とした亜臨界条件で用い
る方が効率面では有利であり、また、気体クーラの冷却
空気温度が下がれば亜臨界運転とならざるを得ない。
【０００４】同公報のＦｉｇ．２によれば、亜臨界域に
かけて特性線が示されているため、気体クーラ出口の冷
媒温度を下げることができれば亜臨界条件においても冷
凍サイクルの運転を考えることができるが、臨界圧以下
の運転点を同図から読み取れば、気体クーラ出口の冷媒
温度はほぼ飽和温度と一致したものとなっており、過冷
却度（ＳＣ：サブクール）はほぼ０℃になっている。
かけて特性線が示されているため、気体クーラ出口の冷
媒温度を下げることができれば亜臨界条件においても冷
凍サイクルの運転を考えることができるが、臨界圧以下
の運転点を同図から読み取れば、気体クーラ出口の冷媒
温度はほぼ飽和温度と一致したものとなっており、過冷
却度（ＳＣ：サブクール）はほぼ０℃になっている。
【０００５】さらに、前者の技術によれば、気体クーラ
出口の冷媒温度に基づいて絞り弁を制御するため、電子
制御される絞り弁ならばともかく、熱伝達を利用したメ
カ式の絞り弁にあっては、自動車用として用いる場合に
気体クーラと絞り弁とは位置的にかなり離れて配置され
るので、例えば、感温筒のキャピラリーチューブが非常
に長くなり、気体クーラ出口の冷媒温度に見合った制御
を精度よく行うことは事実上不可能に近い。
出口の冷媒温度に基づいて絞り弁を制御するため、電子
制御される絞り弁ならばともかく、熱伝達を利用したメ
カ式の絞り弁にあっては、自動車用として用いる場合に
気体クーラと絞り弁とは位置的にかなり離れて配置され
るので、例えば、感温筒のキャピラリーチューブが非常
に長くなり、気体クーラ出口の冷媒温度に見合った制御
を精度よく行うことは事実上不可能に近い。
【０００６】また、後者の技術にあっては、ＣＯＰを高
く維持してＣＯ2 サイクルを良好に運転するには、過冷
却度を１℃〜１０℃程度とすることが望ましいことが記
載されており、同公報の図１の最適制御線ηmax の線図
を参照しつつ解釈すると、亜臨界条件で冷凍サイクルを
操作する場合には、圧力に関係なく過冷却度を１℃〜１
０℃の範囲で一定にすることを考えている。
く維持してＣＯ2 サイクルを良好に運転するには、過冷
却度を１℃〜１０℃程度とすることが望ましいことが記
載されており、同公報の図１の最適制御線ηmax の線図
を参照しつつ解釈すると、亜臨界条件で冷凍サイクルを
操作する場合には、圧力に関係なく過冷却度を１℃〜１
０℃の範囲で一定にすることを考えている。
【０００７】フロン等を冷媒として用いた従来の冷凍サ
イクルにあっては、そもそも臨界圧よりもかなり低い亜
臨界条件で操作されるので、過冷却度を変化させても圧
力一定の条件下でエンタルピーは大きく変化しないこと
から、過冷却度は０℃〜５℃と小さい範囲で用いれば事
足りたが、ＣＯ2 を冷媒として用いる冷凍サイクルの場
合には、そもそも超臨界条件での操作が普通であるもの
を亜臨界条件にわたって操作しようとするものであるか
ら、高圧側での冷媒圧力が臨界点近傍である場合には膨
張弁入口の冷媒エンタルピーは冷媒温度の変化によって
大きく変化し、また、高圧側での冷媒圧力が臨界点での
圧力から徐々に低くなるにつれて冷媒温度の変化に対す
る膨張弁流入側の冷媒エンタルピーの変化は小さくなっ
てくる点を考慮すべきである。
イクルにあっては、そもそも臨界圧よりもかなり低い亜
臨界条件で操作されるので、過冷却度を変化させても圧
力一定の条件下でエンタルピーは大きく変化しないこと
から、過冷却度は０℃〜５℃と小さい範囲で用いれば事
足りたが、ＣＯ2 を冷媒として用いる冷凍サイクルの場
合には、そもそも超臨界条件での操作が普通であるもの
を亜臨界条件にわたって操作しようとするものであるか
ら、高圧側での冷媒圧力が臨界点近傍である場合には膨
張弁入口の冷媒エンタルピーは冷媒温度の変化によって
大きく変化し、また、高圧側での冷媒圧力が臨界点での
圧力から徐々に低くなるにつれて冷媒温度の変化に対す
る膨張弁流入側の冷媒エンタルピーの変化は小さくなっ
てくる点を考慮すべきである。
【０００８】このため、ＣＯ2 サイクルを亜臨界条件で
操作する場合には、従来技術のように、過冷却度を約０
℃となるように制御したり、所定温度で一定になるよう
に制御する上述の手法によっては、必ずしも最適効率が
得られるとは言えないものと考えられる。
操作する場合には、従来技術のように、過冷却度を約０
℃となるように制御したり、所定温度で一定になるよう
に制御する上述の手法によっては、必ずしも最適効率が
得られるとは言えないものと考えられる。
【０００９】そこで、この発明においては、ＣＯ2 冷媒
を用いた冷凍サイクルで、亜臨界条件で操作を行う場合
に、過冷却度制御を行うことによって効率良く運転する
ことができる冷凍サイクルの制御方法及びこの方法を用
いた冷凍サイクルを提供することを課題としている。ま
た、感温筒等を利用した電気制御によらない膨張弁を用
いた場合においても制御精度の低下を防ぐことができる
冷凍サイクルを提供することを課題としている。
を用いた冷凍サイクルで、亜臨界条件で操作を行う場合
に、過冷却度制御を行うことによって効率良く運転する
ことができる冷凍サイクルの制御方法及びこの方法を用
いた冷凍サイクルを提供することを課題としている。ま
た、感温筒等を利用した電気制御によらない膨張弁を用
いた場合においても制御精度の低下を防ぐことができる
冷凍サイクルを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究を重
ねた結果、炭酸ガス冷媒を用いた冷凍サイクルにおい
て、亜臨界条件で操作する場合には、従来の制御点では
充分な効率を得ることができず、過冷却度を制御するこ
とによって効率のよいサイクル運転が可能であることを
見出し、本願発明を完成するに至った。
ねた結果、炭酸ガス冷媒を用いた冷凍サイクルにおい
て、亜臨界条件で操作する場合には、従来の制御点では
充分な効率を得ることができず、過冷却度を制御するこ
とによって効率のよいサイクル運転が可能であることを
見出し、本願発明を完成するに至った。
【００１１】即ち、冷媒として炭酸ガスを用いる冷凍サ
イクルにおいて、亜臨界領域において操作する場合に、
高圧側冷媒圧力が臨界点近傍であれば過冷却度を約１５
℃とし、前記高圧側冷媒圧力が前記臨界点近傍から低く
なるに従って過冷却度を漸減させるようにした制御方法
を特徴としている（請求項１）。
イクルにおいて、亜臨界領域において操作する場合に、
高圧側冷媒圧力が臨界点近傍であれば過冷却度を約１５
℃とし、前記高圧側冷媒圧力が前記臨界点近傍から低く
なるに従って過冷却度を漸減させるようにした制御方法
を特徴としている（請求項１）。
【００１２】そして、このような制御方法を実現する冷
凍サイクルとしては、冷媒として炭酸ガスを用い、冷媒
を昇圧する圧縮機と、昇圧した冷媒を冷却する放熱器
と、この放熱器により冷却した冷媒を減圧する圧力調節
手段と、この圧力調節手段で減圧された冷媒を蒸発する
蒸発器と、前記圧力調節手段の上流側の冷媒圧力及び冷
媒温度を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果
に基づいて前記冷媒圧力が臨界点近傍である場合に、前
記圧力調節手段の流入側での過冷却度を約１５℃となる
よう前記圧力調節手段の減圧量を制御し、前記冷媒圧力
が前記臨界点近傍から低くなるに従って前記圧力調節手
段の流入側での過冷却度を漸減させるよう前記圧力調節
手段の減圧量を制御する制御手段とを有する構成が考え
られる（請求項２）。
凍サイクルとしては、冷媒として炭酸ガスを用い、冷媒
を昇圧する圧縮機と、昇圧した冷媒を冷却する放熱器
と、この放熱器により冷却した冷媒を減圧する圧力調節
手段と、この圧力調節手段で減圧された冷媒を蒸発する
蒸発器と、前記圧力調節手段の上流側の冷媒圧力及び冷
媒温度を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果
に基づいて前記冷媒圧力が臨界点近傍である場合に、前
記圧力調節手段の流入側での過冷却度を約１５℃となる
よう前記圧力調節手段の減圧量を制御し、前記冷媒圧力
が前記臨界点近傍から低くなるに従って前記圧力調節手
段の流入側での過冷却度を漸減させるよう前記圧力調節
手段の減圧量を制御する制御手段とを有する構成が考え
られる（請求項２）。
【００１３】ここで、高圧側冷媒圧力が臨界点近傍であ
る場合の過冷却度は、シミュレーションの結果得られた
値であり、実際のところ計算結果と現実の値とでは誤差
が生じることから、ここでいう約１５℃とは、１０℃〜
２０℃の範囲を予定している。また、高圧側冷媒圧力が
臨界点近傍から低くなるに従って、過冷却度を漸減させ
るようにするとは、臨界点近傍の高圧側冷媒圧力（７．
３８ＭＰａ）で過冷却度を約１５℃とし、高圧側冷媒圧
力が３．５ＭＰａで過冷却度がおよそ１℃となるように
例えば線形的な変化をもって漸減させるものが考えられ
る。
る場合の過冷却度は、シミュレーションの結果得られた
値であり、実際のところ計算結果と現実の値とでは誤差
が生じることから、ここでいう約１５℃とは、１０℃〜
２０℃の範囲を予定している。また、高圧側冷媒圧力が
臨界点近傍から低くなるに従って、過冷却度を漸減させ
るようにするとは、臨界点近傍の高圧側冷媒圧力（７．
３８ＭＰａ）で過冷却度を約１５℃とし、高圧側冷媒圧
力が３．５ＭＰａで過冷却度がおよそ１℃となるように
例えば線形的な変化をもって漸減させるものが考えられ
る。
【００１４】したがって、このような構成とすることに
より、臨界点近傍での膨張弁入口の冷媒エンタルピーは
冷媒温度の変化によって大きく変化することから、過冷
却度を大きくすることによって冷凍効果を大きくするこ
とができ、高圧側冷媒圧力が臨界圧から徐々に低くなる
と、冷媒温度の変化に対する冷媒エンタルピーの変化は
徐々に小さくなるので、過冷却度を徐々に小さくしても
必要とする冷凍効果を確保することができる。このた
め、通常において超臨界条件で操作される炭酸ガスサイ
クルを亜臨界条件で操作する場合には、上述のように過
冷却度制御することでサイクル効率の向上を一層図るこ
とが可能となる。
より、臨界点近傍での膨張弁入口の冷媒エンタルピーは
冷媒温度の変化によって大きく変化することから、過冷
却度を大きくすることによって冷凍効果を大きくするこ
とができ、高圧側冷媒圧力が臨界圧から徐々に低くなる
と、冷媒温度の変化に対する冷媒エンタルピーの変化は
徐々に小さくなるので、過冷却度を徐々に小さくしても
必要とする冷凍効果を確保することができる。このた
め、通常において超臨界条件で操作される炭酸ガスサイ
クルを亜臨界条件で操作する場合には、上述のように過
冷却度制御することでサイクル効率の向上を一層図るこ
とが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の態様を図
面に基づいて説明する。図１において、冷凍サイクル１
は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器
３、高圧側ラインの冷媒と低圧側ラインの冷媒とを熱交
換する内部熱交換器４、冷媒を減圧する膨張弁５、冷媒
を蒸発気化する蒸発器６、蒸発器６から流出した冷媒を
気液分離するアキュムレータ７を有して構成されてい
る。このサイクルは、圧縮機２の吐出側を放熱器３を介
して内部熱交換器４の高圧通路４ａに接続し、この高圧
通路４ａの流出側を膨張弁５に接続し、圧縮機２から膨
張弁５の高圧側に至る経路によって高圧側ライン８を構
成している。また、膨張弁５の低圧側は、蒸発器６に接
続され、この蒸発器６の流出側は、アキュムレータ７を
介して内部熱交換器４の低圧通路４ｂに接続されてい
る。そして、低圧通路４ｂの流出側を圧縮機２の吸入側
に接続し、膨張弁５の流出側から圧縮機２の吸入側に至
る経路によって低圧側ライン９を構成している。
面に基づいて説明する。図１において、冷凍サイクル１
は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器
３、高圧側ラインの冷媒と低圧側ラインの冷媒とを熱交
換する内部熱交換器４、冷媒を減圧する膨張弁５、冷媒
を蒸発気化する蒸発器６、蒸発器６から流出した冷媒を
気液分離するアキュムレータ７を有して構成されてい
る。このサイクルは、圧縮機２の吐出側を放熱器３を介
して内部熱交換器４の高圧通路４ａに接続し、この高圧
通路４ａの流出側を膨張弁５に接続し、圧縮機２から膨
張弁５の高圧側に至る経路によって高圧側ライン８を構
成している。また、膨張弁５の低圧側は、蒸発器６に接
続され、この蒸発器６の流出側は、アキュムレータ７を
介して内部熱交換器４の低圧通路４ｂに接続されてい
る。そして、低圧通路４ｂの流出側を圧縮機２の吸入側
に接続し、膨張弁５の流出側から圧縮機２の吸入側に至
る経路によって低圧側ライン９を構成している。
【００１６】この冷凍サイクル１は、冷媒としてＣＯ2
が用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒
は、放熱器３によって冷却し、その後、内部熱交換器４
において低圧側ライン９の低温冷媒と熱交換して更に冷
やされて膨張弁５に送られる。そして、この膨張弁５に
おいて減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器６
においてここを通過する空気と熱交換してガス状とな
り、しかる後に内部熱交換器４において高圧側ライン８
の高温冷媒と熱交換して加熱され、圧縮機２に戻され
る。ここで、膨張弁５は、膨張弁入口側の冷媒温度を検
出する冷媒温度センサ１０からの信号と膨張弁入口側の
冷媒圧力を検出する圧力センサ１２からの信号とをコン
トロールユニット１１に入力し、このコントロールユニ
ット１１に予め与えられたプログラムに従って開度を制
御する電気制御式が採用されている。
が用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒
は、放熱器３によって冷却し、その後、内部熱交換器４
において低圧側ライン９の低温冷媒と熱交換して更に冷
やされて膨張弁５に送られる。そして、この膨張弁５に
おいて減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器６
においてここを通過する空気と熱交換してガス状とな
り、しかる後に内部熱交換器４において高圧側ライン８
の高温冷媒と熱交換して加熱され、圧縮機２に戻され
る。ここで、膨張弁５は、膨張弁入口側の冷媒温度を検
出する冷媒温度センサ１０からの信号と膨張弁入口側の
冷媒圧力を検出する圧力センサ１２からの信号とをコン
トロールユニット１１に入力し、このコントロールユニ
ット１１に予め与えられたプログラムに従って開度を制
御する電気制御式が採用されている。
【００１７】上述した冷凍サイクル１を、高圧圧力が臨
界圧（７．３８ＭＰa ）以下となる亜臨界条件で用いら
れる場合を考えると、この場合には、図２に示されるよ
うになり、最適効率を得るための制御線αで示される過
冷却度となるように膨張弁５の開度が制御される。
界圧（７．３８ＭＰa ）以下となる亜臨界条件で用いら
れる場合を考えると、この場合には、図２に示されるよ
うになり、最適効率を得るための制御線αで示される過
冷却度となるように膨張弁５の開度が制御される。
【００１８】即ち、膨張弁５の入口側での冷媒圧力が臨
界圧近傍である場合には、膨張弁５の入口側での過冷却
度を１０〜２０℃、好ましくは約１５℃とし、高圧側冷
媒圧力が前記臨界圧近傍よりも低くなるにつれて過冷却
度を漸減させるようにしているもので、この構成例で
は、膨張弁５の入口側での冷媒圧力が約３．５ＭＰa
（蒸発器６に流入する冷媒温度がおよそ０℃となる圧力
に相当）で過冷却度を約１℃とするように線形的に変化
させている。
界圧近傍である場合には、膨張弁５の入口側での過冷却
度を１０〜２０℃、好ましくは約１５℃とし、高圧側冷
媒圧力が前記臨界圧近傍よりも低くなるにつれて過冷却
度を漸減させるようにしているもので、この構成例で
は、膨張弁５の入口側での冷媒圧力が約３．５ＭＰa
（蒸発器６に流入する冷媒温度がおよそ０℃となる圧力
に相当）で過冷却度を約１℃とするように線形的に変化
させている。
【００１９】このような制御線αは、ＣＯ2 を用いた冷
凍サイクルを亜臨界領域で作動させる上で、ＣＯＰを最
大又はこれに近い状態を得て良好なサイクル効率を得る
ための範囲として本発明者が次のような知見とシュミレ
ーションとによって見出したものである。
凍サイクルを亜臨界領域で作動させる上で、ＣＯＰを最
大又はこれに近い状態を得て良好なサイクル効率を得る
ための範囲として本発明者が次のような知見とシュミレ
ーションとによって見出したものである。
【００２０】ＣＯ2 を用いた冷凍サイクルの場合、超臨
界領域で操作するのが普通であるが、亜臨界領域で操作
しようとする場合には、臨界圧近傍においては、前述し
た如く膨張弁入口の冷媒エンタルピーは冷媒温度の変化
によって大きく変化するので、過冷却度を僅かに変化さ
せても冷凍効果を大きく変化させることができ、最適効
率を得るために過冷却度の大きさを適切に制御すること
に意味がある。これに対して、高圧側での冷媒圧力が臨
界圧から徐々に低くなると、冷媒温度の変化に対する膨
張弁入口の冷媒エンタルピーの変化割合は小さくなるの
で、過冷却度を僅かに変化させても冷凍効果を大きく変
化させることができなくなってくる。このため、高圧側
での冷媒圧力が低くなる領域においては、過冷却度制御
をすることにさほど大きな意味がなくなることから、過
冷却度自体は従来と同程度にすることで事足りる。この
ことから、冷媒として炭酸ガスを用いる冷凍サイクルに
おいては、高圧側冷媒圧力が臨界点近傍である場合に過
冷却度を大きくし、高圧側冷媒圧力が臨界点近傍から低
くなるに従って過冷却度を漸減させるようにすればよい
との知見が見出されるに至った。
界領域で操作するのが普通であるが、亜臨界領域で操作
しようとする場合には、臨界圧近傍においては、前述し
た如く膨張弁入口の冷媒エンタルピーは冷媒温度の変化
によって大きく変化するので、過冷却度を僅かに変化さ
せても冷凍効果を大きく変化させることができ、最適効
率を得るために過冷却度の大きさを適切に制御すること
に意味がある。これに対して、高圧側での冷媒圧力が臨
界圧から徐々に低くなると、冷媒温度の変化に対する膨
張弁入口の冷媒エンタルピーの変化割合は小さくなるの
で、過冷却度を僅かに変化させても冷凍効果を大きく変
化させることができなくなってくる。このため、高圧側
での冷媒圧力が低くなる領域においては、過冷却度制御
をすることにさほど大きな意味がなくなることから、過
冷却度自体は従来と同程度にすることで事足りる。この
ことから、冷媒として炭酸ガスを用いる冷凍サイクルに
おいては、高圧側冷媒圧力が臨界点近傍である場合に過
冷却度を大きくし、高圧側冷媒圧力が臨界点近傍から低
くなるに従って過冷却度を漸減させるようにすればよい
との知見が見出されるに至った。
【００２１】ところで、高圧側冷媒圧力が臨界点近傍で
ある場合に過冷却度をどの程度大きくすればよいのかを
見極めるために、本発明者は、上述の知見に基づいて鋭
意研究を重ねた結果、臨界点近傍での過冷却度を約１５
℃とすればよいことを見出すに至った。
ある場合に過冷却度をどの程度大きくすればよいのかを
見極めるために、本発明者は、上述の知見に基づいて鋭
意研究を重ねた結果、臨界点近傍での過冷却度を約１５
℃とすればよいことを見出すに至った。
【００２２】臨界点近傍での過冷却度を約１５℃とした
のは、図３で示されるように、所定の条件下において、
亜臨界域で上述の冷凍サイクルを操作した場合に、良好
な効率が得られる膨張弁流入側の目標冷媒圧力と冷媒温
度とをシミュレーションによってプロットし、これらを
最小２乗法などの公知の手法によって近似線見出し、こ
の近似線αと炭酸ガスの飽和線とを比較した結果であ
る。そして、この近似線によれば、高圧側冷媒圧力が臨
界圧近傍から低くなるに従って過冷却度が徐々に小さく
なり、高圧側冷媒圧力がおよそ３．５ＭＰａとなるとき
に過冷却度が約１℃になることが確認されている。
のは、図３で示されるように、所定の条件下において、
亜臨界域で上述の冷凍サイクルを操作した場合に、良好
な効率が得られる膨張弁流入側の目標冷媒圧力と冷媒温
度とをシミュレーションによってプロットし、これらを
最小２乗法などの公知の手法によって近似線見出し、こ
の近似線αと炭酸ガスの飽和線とを比較した結果であ
る。そして、この近似線によれば、高圧側冷媒圧力が臨
界圧近傍から低くなるに従って過冷却度が徐々に小さく
なり、高圧側冷媒圧力がおよそ３．５ＭＰａとなるとき
に過冷却度が約１℃になることが確認されている。
【００２３】しかしながら、シミュレーションによる計
算結果と現実の冷凍サイクルで要求される最適過冷却度
との間には、当然ながら差がでてくるし、現実の冷凍サ
イクルにおいてもばらつきがあることから、シミュレー
ションによって得られた過冷却度を±５℃とすれば、亜
臨界域でのばらつきも、また、超臨界域で各種条件を異
ならせて冷凍サイクルを操作した場合のシミュレーショ
ン結果のばらつきもほぼ網羅されることが本発明者によ
って見出されている（制御線β、γ）。したがって、臨
界点近傍での過冷却度を約１５℃にするとは、この部分
での過冷却度を１０℃〜２０℃の範囲にすることを意味
しており、この範囲に臨界点近傍での過冷却度が設定さ
れた状態から高圧側冷媒圧力が低くなるにつれて過冷却
度を徐々に小さくするサイクル制御が望ましいことを見
出すに至った。
算結果と現実の冷凍サイクルで要求される最適過冷却度
との間には、当然ながら差がでてくるし、現実の冷凍サ
イクルにおいてもばらつきがあることから、シミュレー
ションによって得られた過冷却度を±５℃とすれば、亜
臨界域でのばらつきも、また、超臨界域で各種条件を異
ならせて冷凍サイクルを操作した場合のシミュレーショ
ン結果のばらつきもほぼ網羅されることが本発明者によ
って見出されている（制御線β、γ）。したがって、臨
界点近傍での過冷却度を約１５℃にするとは、この部分
での過冷却度を１０℃〜２０℃の範囲にすることを意味
しており、この範囲に臨界点近傍での過冷却度が設定さ
れた状態から高圧側冷媒圧力が低くなるにつれて過冷却
度を徐々に小さくするサイクル制御が望ましいことを見
出すに至った。
【００２４】図４において、コントロールユニット１１
による亜臨界域でのサイクル制御例がフロチャートとし
て示され、以下、これに基づいて上記冷凍サイクルの過
冷却度制御を説明すると、コントロールユニット１１
は、膨張弁入口側の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ
１０からの信号と（ステップ５０）、圧力センサ１２か
らの信号とを入力する（ステップ５２）。コントロール
ユニット１１には、制御線αのマップデータ又は演算式
が予め記憶されており、ステップ５１及び５２で入力さ
れた冷媒温度と冷媒圧力に基づいて膨張弁入口側での過
冷却度が制御線α上にくるような値を算出し（ステップ
５４）、この算出結果に基づいて膨張弁５の開度を電気
的に制御ようにしている（ステップ５６）。
による亜臨界域でのサイクル制御例がフロチャートとし
て示され、以下、これに基づいて上記冷凍サイクルの過
冷却度制御を説明すると、コントロールユニット１１
は、膨張弁入口側の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ
１０からの信号と（ステップ５０）、圧力センサ１２か
らの信号とを入力する（ステップ５２）。コントロール
ユニット１１には、制御線αのマップデータ又は演算式
が予め記憶されており、ステップ５１及び５２で入力さ
れた冷媒温度と冷媒圧力に基づいて膨張弁入口側での過
冷却度が制御線α上にくるような値を算出し（ステップ
５４）、この算出結果に基づいて膨張弁５の開度を電気
的に制御ようにしている（ステップ５６）。
【００２５】したがって、上述の構成によれば、亜臨界
領域において、冷凍サイクルの効率に過冷却度の変化が
大きな影響を及ぼす臨界点近傍においては、過冷却度を
約１５度として最適効率を得るようにし、冷凍サイクル
の効率に過冷却度の変化が徐々に影響しにくくなってく
る低圧力領域にあっては高圧圧力が低下するほど過冷却
度を小さくして従来の過冷却度へ徐々に近づけること
で、炭酸ガスサイクルを亜臨界領域で操作した場合に効
率面において従来よりも適したものとすることが可能と
なる。
領域において、冷凍サイクルの効率に過冷却度の変化が
大きな影響を及ぼす臨界点近傍においては、過冷却度を
約１５度として最適効率を得るようにし、冷凍サイクル
の効率に過冷却度の変化が徐々に影響しにくくなってく
る低圧力領域にあっては高圧圧力が低下するほど過冷却
度を小さくして従来の過冷却度へ徐々に近づけること
で、炭酸ガスサイクルを亜臨界領域で操作した場合に効
率面において従来よりも適したものとすることが可能と
なる。
【００２６】なお、上述の構成例では、電気膨張弁にて
最適制御線αを得るようにしているが、膨張弁５は、上
述で示したようにコントロールユニット１１によって電
気的に制御される形式のものでなくても、膨張弁上流側
の冷媒温度と圧力を検出する感温部材と感圧部材とによ
って膨張弁５を電気的でない手法によって動作する形式
のものであっても良い。このような構成によれば、上述
した作用効果が得られる他、膨張弁の近傍で冷媒温度と
圧力が検出されるので、車体に冷凍サイクルをレイアウ
トする場合にあっても、キャピラリーチューブを引き回
す必要がなくなり、制御精度の低下を防ぐことが可能と
なる。
最適制御線αを得るようにしているが、膨張弁５は、上
述で示したようにコントロールユニット１１によって電
気的に制御される形式のものでなくても、膨張弁上流側
の冷媒温度と圧力を検出する感温部材と感圧部材とによ
って膨張弁５を電気的でない手法によって動作する形式
のものであっても良い。このような構成によれば、上述
した作用効果が得られる他、膨張弁の近傍で冷媒温度と
圧力が検出されるので、車体に冷凍サイクルをレイアウ
トする場合にあっても、キャピラリーチューブを引き回
す必要がなくなり、制御精度の低下を防ぐことが可能と
なる。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
冷媒として炭酸ガスを用いる冷凍サイクルを亜臨界条件
で操作する場合において、高圧側冷媒圧力が臨界点近傍
である場合に過冷却度を約１５℃とし、高圧側冷媒圧力
が臨界点近傍から低くなるに従って過冷却度を漸減させ
るように制御したので、良好なサイクル効率を得ること
が可能となる。
冷媒として炭酸ガスを用いる冷凍サイクルを亜臨界条件
で操作する場合において、高圧側冷媒圧力が臨界点近傍
である場合に過冷却度を約１５℃とし、高圧側冷媒圧力
が臨界点近傍から低くなるに従って過冷却度を漸減させ
るように制御したので、良好なサイクル効率を得ること
が可能となる。
【００２８】また、これを実現する冷凍サイクルとし
て、冷媒を昇圧する圧縮機と、冷媒を冷却する放熱器
と、この放熱器により冷却された後に冷媒を減圧する圧
力調節手段と、この圧力調節手段で減圧された冷媒を蒸
発する蒸発器と、前記圧力調節手段の上流側の冷媒圧力
及び冷媒温度を検出する検出手段とを有する構成にあっ
ては、検出手段の検出結果に基づいて高圧側の冷媒圧力
が臨界点近傍と判断された場合に、過冷却度を約１５℃
とするように圧力調節手段の減圧量を制御し、高圧側の
冷媒圧力が臨界点近傍から低くなるに従って過冷却度を
漸減させるように圧力調節手段の減圧量を制御する構成
とすれば、良好なサイクル効率を圧力調節手段を制御し
て過冷却度を調節することによって行うことができる。
また、圧力調節手段の上流側において冷媒の温度等が検
出手段によって検出されることから、感温筒等を利用し
た電気制御によらない膨張弁を用いた場合においても制
御精度の低下を防ぐことができる。
て、冷媒を昇圧する圧縮機と、冷媒を冷却する放熱器
と、この放熱器により冷却された後に冷媒を減圧する圧
力調節手段と、この圧力調節手段で減圧された冷媒を蒸
発する蒸発器と、前記圧力調節手段の上流側の冷媒圧力
及び冷媒温度を検出する検出手段とを有する構成にあっ
ては、検出手段の検出結果に基づいて高圧側の冷媒圧力
が臨界点近傍と判断された場合に、過冷却度を約１５℃
とするように圧力調節手段の減圧量を制御し、高圧側の
冷媒圧力が臨界点近傍から低くなるに従って過冷却度を
漸減させるように圧力調節手段の減圧量を制御する構成
とすれば、良好なサイクル効率を圧力調節手段を制御し
て過冷却度を調節することによって行うことができる。
また、圧力調節手段の上流側において冷媒の温度等が検
出手段によって検出されることから、感温筒等を利用し
た電気制御によらない膨張弁を用いた場合においても制
御精度の低下を防ぐことができる。
【図１】図１は、本発明にかかる冷凍サイクルの構成例
を示す図である。
を示す図である。
【図２】図２は、炭酸ガス冷媒のモリエール線図であ
る。
る。
【図３】図３は、本発明にかかる冷凍サイクルの膨張弁
流入側の目標冷媒圧力と冷媒温度とのシミュレーション
結果を示す図である。
流入側の目標冷媒圧力と冷媒温度とのシミュレーション
結果を示す図である。
【図４】図４は、図１のコントロールユニットによる制
御動作例を示すフローチャートである。
御動作例を示すフローチャートである。
１ 冷凍サイクル ２ 圧縮機 ３ 放熱器 ５ 膨張弁 ６ 蒸発器 １０ 冷媒温度センサ １１ コントロールユニット １２ 圧力センサ
Claims (2)
- 【請求項１】 冷媒として炭酸ガスを用いる冷凍サイク
ルにおいて、亜臨界領域において操作する場合に、高圧
側冷媒圧力が臨界点近傍であれば過冷却度を約１５℃と
し、前記高圧側冷媒圧力が前記臨界点近傍から低くなる
に従って過冷却度を漸減させるようにしたことを特徴と
する冷凍サイクルの制御方法。 - 【請求項２】 冷媒として炭酸ガスを用い、 冷媒を昇圧する圧縮機と、 昇圧した冷媒を冷却する放熱器と、 この放熱器により冷却した冷媒を減圧する圧力調節手段
と、 この圧力調節手段で減圧された冷媒を蒸発する蒸発器
と、 前記圧力調節手段の上流側の冷媒圧力及び冷媒温度を検
出する検出手段と、 前記検出手段の検出結果に基づいて前記冷媒圧力が臨界
点近傍である場合に、前記圧力調節手段の流入側での過
冷却度を約１５℃となるよう前記圧力調節手段の減圧量
を制御し、前記冷媒圧力が前記臨界点近傍から低くなる
に従って前記圧力調節手段の流入側での過冷却度を漸減
させるよう前記圧力調節手段の減圧量を制御する制御手
段とを有することを特徴とする冷凍サイクル。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11130019A JP2000320910A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 冷凍サイクルの制御方法及びこの方法を用いた冷凍サイクル |
| PCT/JP2000/001266 WO2000068621A1 (fr) | 1999-05-11 | 2000-03-03 | Procede de commande de cycle de refrigeration et cycle de refrigeration mettant en oeuvre ce procede |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11130019A JP2000320910A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 冷凍サイクルの制御方法及びこの方法を用いた冷凍サイクル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000320910A true JP2000320910A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=15024162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11130019A Withdrawn JP2000320910A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 冷凍サイクルの制御方法及びこの方法を用いた冷凍サイクル |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000320910A (ja) |
| WO (1) | WO2000068621A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008002706A (ja) * | 2006-06-20 | 2008-01-10 | Sanden Corp | 冷凍機 |
| JP2008530501A (ja) * | 2005-02-18 | 2008-08-07 | キャリア コーポレイション | 断続的に超臨界で動作する冷却回路内の高圧を制御する方法 |
| JP2009002614A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Denso Corp | ヒートポンプ装置 |
| CN100513930C (zh) * | 2004-03-31 | 2009-07-15 | 松下电器产业株式会社 | 冷冻循环装置及其控制方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006068664A2 (en) | 2004-07-13 | 2006-06-29 | Tiax Llc | System and method of refrigeration |
| CN112728799B (zh) * | 2020-12-09 | 2021-12-10 | 上海交通大学 | 基于co2混合制冷剂的闪蒸系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO890076D0 (no) * | 1989-01-09 | 1989-01-09 | Sinvent As | Luftkondisjonering. |
| CA2119015C (en) * | 1991-09-16 | 2002-07-09 | Gustav Lorentzen | Method of high-side pressure regulation in transcritical vapor compression cycle device |
| JPH062960A (ja) * | 1992-06-23 | 1994-01-11 | Nippondenso Co Ltd | 冷凍サイクル装置 |
| JPH07120082A (ja) * | 1993-10-29 | 1995-05-12 | Nippondenso Co Ltd | 冷凍サイクル装置 |
| JP3858297B2 (ja) * | 1996-01-25 | 2006-12-13 | 株式会社デンソー | 圧力制御弁と蒸気圧縮式冷凍サイクル |
-
1999
- 1999-05-11 JP JP11130019A patent/JP2000320910A/ja not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-03-03 WO PCT/JP2000/001266 patent/WO2000068621A1/ja active Application Filing
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100513930C (zh) * | 2004-03-31 | 2009-07-15 | 松下电器产业株式会社 | 冷冻循环装置及其控制方法 |
| JP2008530501A (ja) * | 2005-02-18 | 2008-08-07 | キャリア コーポレイション | 断続的に超臨界で動作する冷却回路内の高圧を制御する方法 |
| JP2008002706A (ja) * | 2006-06-20 | 2008-01-10 | Sanden Corp | 冷凍機 |
| JP2009002614A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Denso Corp | ヒートポンプ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2000068621A1 (fr) | 2000-11-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060130 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061120 |