JP2001071742A - 亜臨界的におよび遷臨界的に作動される車両用エアコンディショナを作動するための方法 - Google Patents

亜臨界的におよび遷臨界的に作動される車両用エアコンディショナを作動するための方法

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JP2001071742A
JP2001071742A JP2000231020A JP2000231020A JP2001071742A JP 2001071742 A JP2001071742 A JP 2001071742A JP 2000231020 A JP2000231020 A JP 2000231020A JP 2000231020 A JP2000231020 A JP 2000231020A JP 2001071742 A JP2001071742 A JP 2001071742A
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フィンケンベルゲル トーマス
Florian Kauf
カウフ フロリアン
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 車両用エアコンの作動中、冷媒のマスフロー
が所要値に直接的に設定され、冷媒の圧力が容易に設定
でき、亜臨界および遷臨界で、効率的かつ高信頼性で作
動させる事ができる。 【解決手段】 亜臨界および遷臨界で作動される車両用
エアコンに関し、直列接続され、一体の閉回路である圧
縮機２、ガス冷却器３、膨張弁４および蒸発器５を含む
蒸気圧縮回路１の高圧側で、冷却能力を提供するため
に、圧力が冷媒の臨界圧力に関して、超臨界であり、同
時に回路の低圧側で亜臨界圧に達し、熱エネルギーが蒸
発器を介して低圧側で冷却された冷媒に供給され、マス
フローが圧縮機により調整され、所望の高圧が膨張弁に
よって設定されるように形成され、冷媒の圧力が少なく
とも１つの規定されたパラメータによって設定され、エ
アコンの安全圧力制限を規定できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、亜臨界的に（subc
ritically）および遷臨界的に（transcritically）作動
される車両用エアコンディショナを作動するための方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ特許第４４３２２７２ Ｃ２号
は、車両の空気調整のための冷却装置を作動するための
方法について記載している。蒸気圧縮回路は、各ケース
において、少なくとも１台の圧縮機、１台のガス冷却
器、１つのスロットル手段および１台の蒸発器を有す
る。冷却能力は、冷媒のマスフロー（mass flow）を制
御する圧縮機によって調整される。冷却効率は、ガス冷
却器において超臨界熱出力の場合、高圧の関数である。
所望の高圧は、膨張弁によって設定される。
【０００３】欧州特許第０ ４２４ ４７４ Ｂ１号
は、蒸気圧縮回路の遷臨界および超臨界作動の方法につ
いて記載している。空気調整回路は、圧縮機、冷却器、
スロットル手段および蒸発器を有する。冷却効率は、冷
却器において超臨界熱出力の場合、高圧の関数である。
高圧は、回路の高圧側における冷媒量の変動によって調
整される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】車両用エアコンディシ
ョナのこの種類の作動に関して、車両用エアコンディシ
ョナを起動する際に、冷媒のマスフローおよび高圧が所
望の値にすぐには上昇しないという不都合がある。これ
は、たとえば、付加的な圧力低下がシステムに生じ、シ
ステム全体の冷媒の質量分布が所望の分布に対応しない
という事実に帰するためであろう。最適な高圧を決定す
る場合に、ガス冷却器の出口における冷媒温度を使用す
ることは特に不都合である。ガス冷却器の出口における
冷媒温度は、それ自体、高圧の関数であり、したがっ
て、絶え間ない変動の影響を受けるためである。
【０００５】本発明の目的は、コンディショナを効率的
に起動し、コンディショナを効率的かつ高い信頼性で作
動することができるようにするために、車両用エアコン
ディショナを改良することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、直列接続され、一体化された閉回路を形成する、圧
縮機（２）、ガス冷却器（３）、膨張弁（４）および蒸
発器（５）を含む蒸気圧縮回路の高圧側で、冷却能力を
提供するために、該回路において巡回している冷媒の臨
界圧力に対して、超臨界である圧力が生成され、同時に
該回路の低圧側で亜臨界圧が達せられ、熱エネルギーが
該蒸発器を介して該低圧側で冷却された該冷媒に供給さ
れ、前記冷媒のマスフローが前記圧縮機（２）によって
調整され、所望の高圧が該膨張弁（４）によって設定さ
れる、亜臨界的にかつ遷臨界的に作動する車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法であって、該車両用
エアコンディショナの起動動作中、該冷媒のマスフロー
が所要値に直接的に設定され、前記冷媒の圧力が少なく
とも１つの規定されたパラメータに従って設定され、そ
の値を越えた時に該エアコンデショナが調整される安全
圧力制限ｐ１〜ｐ４が規定されることを特徴とする車両
用エアコンディショナを作動するための方法が提供され
る。
【０００７】本発明の他の観点によれば、車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法は、高い外部温度お
よび／または高い冷媒圧力で動作を起動する場合に、前
記冷媒のマスフローが前記圧縮機によって規定される値
に制限されることを特徴とする。
【０００８】本発明の他の観点によれば、車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法は、高い外部温度お
よび／または高い冷媒圧力で動作を起動する場合に、前
記膨張弁（４）が広く解放され、前記ガス冷却器（３）
におけるマスフローが最大にされることを特徴とする。
【０００９】本発明の他の観点によれば、車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法は、高い外部温度お
よび／または高い冷媒圧力で動作を起動する場合に、前
記圧縮機の駆動パワーが規定された値に制限されること
を特徴とする。
【００１０】本発明の他の観点によれば、車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法は、高い外部温度お
よび／または高い冷媒圧力で動作を起動する場合に、前
記圧縮機の駆動パワーが前記冷却回路の適切な状態変数
から決定されることを特徴とする。
【００１１】本発明の他の観点によれば、車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法は、高圧が第１の圧
力レベルp１を越えた時、予め決定された高圧ｐ１が設
定されることを特徴とする。
【００１２】本発明の他の観点によれば、車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法は、高圧が第２の圧
力レベルｐ２を越えた時、前記膨張弁（４）が広く解放
されることを特徴とする。
【００１３】本発明の他の観点によれば、車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法は、高圧が第３の圧
力レベルｐ３を越えた時、前記冷媒のマスフローが、前
記圧縮機（２）によって逆方向に調整されることを特徴
とする。
【００１４】本発明の他の観点によれば、車両用エアコ
ンディショナを作動するための方法は、高圧が第４の圧
力レベルｐ４を越えた時、前記圧縮機（２）が完全に停
止されることを特徴とする。
【００１５】本発明の他の有利な改良および成果は、以
下の実施例の説明から明らかとなろう。
【００１６】以上の改良のきわめて重要な利点は、車両
用エアコンディショナが、システムにおける高圧が許容
システム圧力を越えないように安全対策を行ないつつ、
さらに高い冷却能力を供給することにある。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、例示の実施
態様に沿って、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明の実施例による蒸気圧縮回
路を示す。蒸気圧縮回路１は、調整可能な圧縮機２およ
び調整可能な膨張弁４を備える。蒸気圧縮回路１におい
て、圧縮機２、ガス冷却器３、スロットル手段としての
膨張弁４および蒸発器５が次々に連続して直列に接続さ
れている。このケースにおける圧縮機２は、そのスルー
プットに関して調整されることができる。膨張弁４も同
様に調整可能である。この構成を有するエアコンディシ
ョナの作動方法を以下に説明する。
【００１９】図２は、本エアコンディッショナの熱サイ
クルを示す。臨界温度を越えた冷媒の一定温度での特性
例を概略的に破線で示す。負荷の下で作動している場合
には、調整可能な圧縮機２が、初期圧力Ｐ１からさらに
高い圧力（超臨界圧力）Ｐ２まで冷媒量を圧縮し、冷媒
温度はＴ１からＴ２まで上昇する。
【００２０】今度は、圧縮された気相冷媒が、ガス冷却
器３において、たとえば、上記のガス冷却器の回りを流
れている冷気または水である冷媒によって、一定圧力で
温度Ｔ３まで冷却される。
【００２１】調整可能な膨張弁４を通って流れる冷媒
は、初期圧力Ｐ１に対応する圧力（亜臨界圧）Ｐ３まで
一定エンタルピーで膨張され、冷媒の液化範囲内（亜臨
界）の温度Ｔ４まで冷却される。冷媒は超臨界状態と亜
臨界状態との間を遷移する遷臨界の状態変化を行う。
【００２２】このようにして形成された冷媒の２相気体
／液体混合物が蒸発器５に達すると、そこで外部からの
熱を奪って、液体フラクションが気化するか、またはき
わめて冷たい気体フラクションが加熱される。ここで、
再び初期温度Ｔ１が達成される。
【００２３】蒸発器５で提供される冷却能力は、冷媒の
マスフロー（mass flow）と、回路１の高圧側６−低圧
側７間のエンタルピー差との積から算出される。要求さ
れる冷却能力に適合させるために、圧縮機２は調整可能
である設計である。結果として、圧縮機２を通る冷媒の
スループット、従って回路１のマスフローは、要求され
る冷却能力に適合させることができる。
【００２４】超臨界回路の場合には、高圧側の熱出力は
臨界圧より低い圧力で行われる。遷臨界回路の場合に
は、高圧側の熱出力は臨界圧を越える圧力で、臨界温度
近傍か、臨界温度を越える冷媒温度で行われる。
【００２５】ガス冷却器の超臨界熱出力の場合には、有
効パワーと使用パワーとの間のコンディショナの最大効
率を許容する最適な高圧は、ガス冷却器の出口における
冷媒温度の関数である。ガス冷却器の出口における冷媒
温度または周囲温度の関数として最適な高圧を算出する
特性は、使用される構成要素の効率の関数として決定さ
れることができる。
【００２６】実際の高圧と所望の高圧との間に偏差があ
る場合には、高圧はＰＩコントローラを用いて、さらに
偏差が大きい場合にはＰコントローラを用いて、調整さ
れ、その結果として、実際の高圧と所望の高圧との差
が、できる限り短期間に許容偏差以内に達するように膨
張弁が完全に解放されるかまたは閉じられる。
【００２７】図３は、高圧のための種々の制限範囲を定
性的に示す表である。圧力レベルｐ１は、安全値として
規定される。この値を超えると、種々の圧力レベルの関
数として調整が行われる、圧力ｐ１まで、エアコンディ
ショナは通常モードにあり、高圧は規定された特性の関
数として算出される。安全範囲において、高圧ｐ１は、
目標値として規定される。特性を用いて算出された高圧
ｐが、ｐ１＜ｐ＜ｐ２にある場合、高圧ｐ１に向った調
整が行なわれる。実際の高圧ｐが、ｐ＞ｐ２である場
合、膨張弁は完全に解放される。高圧ｐが、ｐ＞ｐ３で
ある場合、圧縮機における冷媒のマスフローは低減され
る。高圧ｐが、ｐ＞ｐ４である場合、圧縮機は停止され
る。
【００２８】圧力レベルがｐ３（＞ｐ２）を超える場合
には、循環している冷媒のマスフローは、圧縮機の助け
を借りて逆方向に調整される。圧縮レベルがｐ４（＞ｐ
３）を越える場合には、圧縮機は停止され、それ以上、
冷媒は循環されない。圧縮レベルｐ４は、最大許容シス
テム圧力ｐ５より十分に低く選択されるべきである。
【００２９】このような制御を起動時から行うことによ
り、高い外部温度および/または高い冷媒圧力で動作を
起動する場合にも、エアコンディショナを効率的に起動
することができる。
【００３０】以上、実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない．たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に
自明であろう。
【発明の効果】適切な安全対策を行いつつ、エアコンデ
ィショナを効率的に起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法を用いて作動し、調整可能
な圧縮機および調整可能な膨張弁を有する蒸気圧縮回路
を概略的に示す線図である。
【図２】 図１の回路に関する遷臨界過程のエンタルピ
ー／圧力のグラフである。
【図３】 種々の関連圧力範囲と共に、高圧の安全値の
超過を示す表である。
【符号の説明】
１ 蒸気圧縮回路、 ２ 圧縮機、３ ガス冷却器、
４ 膨張弁、５ 蒸発器、６ 回路の高圧側、 ７ 回
路の低圧側
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フロリアン カウフ ドイツ シュトゥットガルト ゾンメルハ ルデンシュトラーセ74ａ (72)発明者 ユルゲン ヴェルテンバッハ ドイツ フェルバッハ ベートーヴェンシ ュトラーセ３

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直列接続され、一体化された閉回路を形
    成する、圧縮機（２）、ガス冷却器（３）、膨張弁
    （４）および蒸発器（５）を含む蒸気圧縮回路の高圧側
    で、冷却能力を提供するために、該回路において巡回し
    ている冷媒の臨界圧力に対して、超臨界である圧力が生
    成され、同時に該回路の低圧側で亜臨界圧が達せられ、
    熱エネルギーが該蒸発器を介して該低圧側で冷却された
    該冷媒に供給され、前記冷媒のマスフローが前記圧縮機
    （２）によって調整され、所望の高圧が該膨張弁（４）
    によって設定される、亜臨界的にかつ遷臨界的に作動す
    る車両用エアコンディショナを作動するための方法であ
    って、 該車両用エアコンディショナの起動動作中、該冷媒のマ
    スフローが所要値に直接的に設定され、前記冷媒の圧力
    が少なくとも１つの規定されたパラメータに従って設定
    され、その値を越えた時に該エアコンデショナが調整さ
    れる安全圧力制限ｐ１〜ｐ４が規定されることを特徴と
    する車両用エアコンディショナを作動するための方法。
  2. 【請求項２】 高い外部温度および／または高い冷媒圧
    力で動作を起動する場合に、前記冷媒のマスフローが前
    記圧縮機によって規定される値に制限されることを特徴
    とする請求項１に記載の車両用エアコンディショナを作
    動するための方法。
  3. 【請求項３】 高い外部温度および／または高い冷媒圧
    力で動作を起動する場合に、前記膨張弁（４）が広く解
    放され、前記ガス冷却器（３）におけるマスフローが最
    大にされることを特徴とする請求項１に記載の車両用エ
    アコンディショナを作動するための方法。
  4. 【請求項４】 高い外部温度および／または高い冷媒圧
    力で動作を起動する場合に、前記圧縮機の駆動パワーが
    規定された値に制限されることを特徴とする請求項１に
    記載の車両用エアコンディショナを作動するための方
    法。
  5. 【請求項５】 高い外部温度および／または高い冷媒圧
    力で動作を起動する場合に、前記圧縮機の駆動パワーが
    前記冷却回路の適切な状態変数から決定されることを特
    徴とする請求項１に記載の車両用エアコンディショナを
    作動するための方法。
  6. 【請求項６】 高圧が第１の圧力レベルｐ１を越えた後
    に、予め決定された高圧ｐ１が設定されることを特徴と
    する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用エア
    コンディショナを作動するための方法。
  7. 【請求項７】 高圧が第２の圧力レベルｐ２を越えた後
    に、前記膨張弁（４）が広く解放されることを特徴とす
    る請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両用エアコ
    ンディショナを作動するための方法。
  8. 【請求項８】 高圧が第３の圧力レベルｐ３を越えた後
    に、前記冷媒のマスフローが、前記圧縮機（２）によっ
    て逆方向に調整されることを特徴とする請求項１乃至７
    のいずれか１項に記載の車両用エアコンディショナを作
    動するための方法。
  9. 【請求項９】 高圧が第４の圧力レベルｐ４を越えた後
    に、前記圧縮機（２）が完全に停止されることを特徴と
    する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の車両用エア
    コンディショナを作動するための方法。
JP2000231020A 1999-07-29 2000-07-31 亜臨界的におよび遷臨界的に作動される車両用エアコンディショナを作動するための方法 Pending JP2001071742A (ja)

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