JP2001354028A - 蒸気圧縮式冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、液圧縮を
未然に防止する。 【解決手段】 送風機３を起動させた後、所定時間Ｔｏ
の経過後に圧縮機１を起動させる。これにより、圧縮機
１が起動する前に冷却風が凝縮器２に供給されることと
なり、圧縮機１が起動する前に凝縮器２内の圧力が圧縮
機１内より低くなるので、圧縮機１内の冷媒（液相冷媒
及び気相冷媒）が凝縮器２内に吸引され、圧縮機１が液
圧縮してしまうことを未然に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気圧縮式冷凍サ
イクルに関するもので、車両用空調装置に適用して有効
である。

【０００２】

【従来の技術】蒸気圧縮式冷凍サイクルは、周知のごと
く、蒸発器にて蒸発した気相冷媒を圧縮機にて吸入圧縮
し、圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒を放熱器にて
冷却することにより、蒸発時に吸熱した熱を放熱器から
放熱するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧縮機を比
較的長時間停止させると、圧縮機に吸入された気相冷媒
が液化してしまう。そして、圧縮機内に液相冷媒が滞留
した状態で圧縮機を起動すると、圧縮機の実質的な作動
室（圧縮室）の体積が縮小した状態で圧縮作動が行われ
る（以下、これを液圧縮と呼ぶ。）ので、圧縮機に作用
する圧縮反力が過度に大きくなり、圧縮機が損傷するお
それがある。

【０００４】また、電磁クラッチ等の動力を断続可能に
伝達するクラッチ手段を介して圧縮機を駆動している場
合に液圧縮が発生すると、クラッチが滑ってしまうの
で、大きな異音（液圧縮音）が発生してしまう。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、蒸気圧縮式冷凍
サイクルにおいて、液圧縮を未然に防止することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入
圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）から吐出する冷
媒を冷却する放熱器（２）と、放熱器（２）から流出す
る冷媒を減圧する減圧器（５）と、減圧器（５）にて減
圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（６）と、放熱器
（２）に冷却用空気を送風する送風機（３）と、送風機
（３）及び圧縮機（１）の作動を制御する制御手段
（７）とを備え、制御手段（７）は、送風機（３）を起
動させた後、所定時間（Ｔｏ）の経過後に圧縮機（１）
を起動させる遅延制御モードを有していることを特徴と
する。

【０００７】これにより、圧縮機（３）が起動する前に
冷却風が放熱器（２）に供給されることとなり、圧縮機
（１）が起動する前に放熱器（２）内の圧力が圧縮機
（１）内より低くなる。したがって、圧縮機（１）内の
冷媒（液相冷媒及び気相冷媒）が放熱器（２）内に吸引
されるので、圧縮機（１）が液圧縮してしまうことを未
然に防止できる。

【０００８】なお、特開平８−１４２６４６号公報に
は、圧縮機の起動タイミングと送風機の起動タイミング
とをずらす発明が記載されているが、この発明では、圧
縮機を起動した後、所定時間経過後に、送風機を起動す
るので、圧縮機（１）内の冷媒（液相冷媒及び気相冷
媒）を放熱器（２）内に吸引することができない。した
がって、本発明の課題を達成することができない。

【０００９】ところで、後述するように、圧縮機（１）
周りの雰囲気温度が放熱器（２）周りの雰囲気温度以上
のときに液圧縮が発生し易い。

【００１０】そこで、請求項２に記載の発明では、圧縮
機（１）周りの雰囲気温度を検出する第１温度センサ
（１２）と、放熱器（２）周りの雰囲気温度を検出する
第２温度センサ（２２）とを備え、制御手段（７）は、
第１温度センサ（１２）の検出温度（Ｔ１）が第２温度
センサ（２２）の検出温度（Ｔ２）以上であるときに、
遅延制御モードを実行するので、より確実に液圧縮を防
止することができる。

【００１１】なお、請求項３に記載の発明のごとく、動
力を断続可能に伝達するクラッチ手段（１１）を介して
圧縮機（１）が動力を得ている場合には、クラッチ手段
（１１）を制御することにより圧縮機（１）の作動を制
御することが望ましい。

【００１２】また、所定時間（Ｔｏ）は、請求項４に記
載の発明のごとく、５秒以上、３０秒以下とすることが
望ましい。

【００１３】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係る蒸気
圧縮式冷凍サイクル（以下、冷凍サイクルと略す。）を
車両用空調装置に適用したものであって、図１は冷凍サ
イクルの模式図である。

【００１５】図１中、１は冷媒（本実施形態では、フロ
ン）を吸入圧縮するピストン型の圧縮機であり、この圧
縮機１は、動力を断続可能に伝達する電磁クラッチ（ク
ラッチ手段）１１を介して走行用のエンジン（内燃機
関）Ｅ／Ｇから動力を得て稼働するものである。

【００１６】２は圧縮機１から吐出される冷媒と空気と
を熱交換し、気相冷媒を冷却する（凝縮させる）凝縮器
（放熱器）であり、３は凝縮器２に冷却用空気を送風す
る送風機である。なお、３１は送風用の軸流式のファン
であり、３２はファン３１を回転させる電動モータ（駆
動手段）である。

【００１７】４は凝縮器２から流出する冷媒を液相冷媒
と気相冷媒とに分離して液相冷媒を流出するとともに、
冷凍サイクル中の余剰冷媒を蓄えるレシーバ（気液分離
手段）であり、５はレシーバ４から流出する高圧の液相
冷媒を減圧する減圧弁（減圧器）である。

【００１８】なお、本実施形態に係る減圧弁５は、圧縮
機１の吸入側における冷媒の加熱度が所定値となるよう
に、その開度が調節される温度式膨張弁である。

【００１９】６は減圧弁５にて減圧された冷媒と車室内
に吹き出す空気とを熱交換して液相冷媒を蒸発させるこ
とにより、車室内に吹き出す空気を冷却する蒸発器であ
り、１２は圧縮機１周りの雰囲気温度を検出する第１温
度センサであり、２２は凝縮器２周りの雰囲気温度を検
出する第２温度センサである。

【００２０】そして、両センサ１２、２２の検出信号
（検出温度）は、図２に示すように、電子制御装置（Ｅ
ＣＵ）７に入力されており、ＥＣＵ７は空調装置の始動
スイッチ（Ａ／Ｃスイッチ）７１及び両センサ１２、２
２の検出信号等に基づいて、予め設定されたプログラム
に従って送風機３（電動モータ３２）及び電磁クラッチ
１１等を制御する。

【００２１】次に、本実施形態の特徴的作動を図３に示
すフローチャートに基づいて述べる。

【００２２】ＥＣＵ（制御手段）７は、Ａ／Ｃスイッチ
７１が投入（ＯＮ）されると、先ず、第１、２センサ１
２、２２の検出信号を読み込み（Ｓ１００）、第１温度
センサ１２の検出温度（圧縮機１周りの雰囲気温度）Ｔ
１が第２温度センサ２２の検出温度（凝縮器２周りの雰
囲気温度）Ｔ２以上であるか否かを判定する（Ｓ１１
０）。

【００２３】そして、第１温度センサ１２の検出温度Ｔ
１が第２温度センサ２２の検出温度Ｔ２以上であるとき
には、図４に示すように、送風機３を起動させた後、所
定時間Ｔｏの経過後に圧縮機１を起動させる（電磁クラ
ッチ１１を繋ぐ）遅延制御モードを実行する（Ｓ１２
０）。

【００２４】一方、検出温度Ｔ１は検出温度Ｔ２未満で
あるときには、高圧側の冷媒圧力（圧縮機１の吐出側か
ら減圧弁５の入口側に至る冷媒通路における冷媒圧力）
に基づいて送風機３の作動（送風量）を制御するととも
に、蒸発器６通過後の空気温度が所定温度となる圧縮機
１（電磁クラッチ１１）を制御する通常制御モードを実
行する（Ｓ１３０）。

【００２５】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００２６】送風機３を起動させた後、所定時間Ｔｏの
経過後に圧縮機１を起動させるので、圧縮機１が起動す
る前に冷却風が凝縮器２に供給されることとなり、圧縮
機１が起動する前に凝縮器２内の圧力が圧縮機１内より
低くなる。したがって、圧縮機１内の冷媒（液相冷媒及
び気相冷媒）が凝縮器２内に吸引されるので、圧縮機１
が液圧縮してしまうことを未然に防止できる。

【００２７】ところで、図５は送風機３の起動後、圧縮
機１が起動するまでの間における圧縮機１内の液相冷媒
量の変化を示す試験結果であり、この結果から明らかな
ように送風機３の起動後、１０秒経過までは圧縮機１内
の液相冷媒が減少していくが、１０秒経過後は圧縮機１
内の液相冷媒が殆ど変化しないことが判る。そこで、本
実施形態では、上記の所定時間Ｔｏを約１０秒としてい
る。

【００２８】なお、所定時間Ｔｏは冷凍サイクルの仕様
（圧縮機１の容量等）によって変化するものであるが、
発明者の種々に渡る試験検討によれば、所定時間Ｔｏを
５秒以上、３０秒以下とすれば実用上問題がないことを
確認している。

【００２９】ところで、本実施形態では、圧縮機１周り
の雰囲気温度Ｔ１が凝縮器２周りの雰囲気温度Ｔ２以上
のときに遅延制御モードを実行したが、これは、図６に
示すように、圧縮機１周りの雰囲気温度Ｔ１が凝縮器２
周りの雰囲気温度Ｔ２以上のときに液圧縮が発生し易い
という試験結果に基づくものである。

【００３０】なお、圧縮機１周りの雰囲気温度Ｔ１が凝
縮器２周りの雰囲気温度Ｔ２以上のときに液圧縮が発生
し易い理由は、概ね、以下の通りである。

【００３１】すなわち、圧縮機１（空調装置）が停止し
てから十分に時間が経過すれば、冷凍サイクル内の冷媒
温度及び冷媒圧力は冷凍サイクルの部位によらず等しく
なり、かつ、圧縮機１周りの雰囲気温度Ｔ１及び凝縮器
２周りの雰囲気温度Ｔ２も等しくなる（外気温とな
る）。以下、この状態を均衡状態と呼ぶ。

【００３２】このため、仮に圧縮機１周りの雰囲気温度
Ｔ１と凝縮器２周りの雰囲気温度Ｔ２とが相違する場合
には、冷凍サイクル内の冷媒温度及び冷媒圧力は、圧縮
機１内と凝縮器２内とにおいて相違している可能性が高
く、冷凍サイクル内の冷媒は均衡状態に移行しようとす
る。

【００３３】このため、圧縮機１周りの雰囲気温度Ｔ１
が凝縮器２周りの雰囲気温度Ｔ２以上のときには、冷凍
サイクル内の冷媒が均衡状態に移行すべく、圧縮機１内
の冷媒温度及び圧力が低下し、一方、凝縮器２内の冷媒
温度及び圧力が上昇する可能性が高いので、圧縮機１内
に液相冷媒が多量に溜まる可能性がある。

【００３４】したがって、圧縮機１周りの雰囲気温度Ｔ
１が凝縮器２周りの雰囲気温度Ｔ２以上のとき遅延制御
モードを実行すれば、効果的に液圧縮を防止できる。

【００３５】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、その他の冷凍サイクルに
も適用することができる。

【００３６】また、上述の実施形態では、圧縮機１は電
磁クラッチ１１を介してエンジンＥ／Ｇから動力を得て
いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電動
モータにより圧縮機を駆動してもよい。なお、この場合
は、電磁クラッチ１１を省略し、電動モータを制御する
ことにより圧縮機を制御してもよい。

【００３７】また、上述の実施形態では、車両搭載上の
制限から圧縮機１には送風機３の冷却風が当たる部位に
搭載されていたが、圧縮機１に送風機３の冷却風が当た
らない部位に圧縮機１を搭載（配置）してもよい。な
お、このようにすれば、遅延制御モード時に、確実に凝
縮器２内の圧力を圧縮機１内より低下させることができ
るので、より確実に液圧縮を防止できる。

【００３８】また、上述の実施形態では、圧縮機１周り
の雰囲気温度Ｔ１が凝縮器２周りの雰囲気温度Ｔ２以上
のとき遅延制御モードを実行したが、雰囲気温度によら
ず、空調装置（冷凍サイクル）起動時には、常に、遅延
制御モードを実行してもよい。

【００３９】また、上述の実施形態では、ピストン型の
圧縮機を採用したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、スクロール型やベーン型等のその他の形式の圧
縮機であってもよい。

【００４０】また、上述の実施形態では、フロンを冷媒
とする冷凍サイクルであったが、二酸化炭素を冷媒とす
る冷凍サイクルのごとく、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨
界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルにも適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る冷凍サイクルの模式図
である。

【図２】本発明の実施形態に係る冷凍サイクルの制御系
の模式図である。

【図３】本発明の実施形態に係る冷凍サイクルの作動を
示すフローチャートである。

【図４】本発明の実施形態に係る冷凍サイクルにおける
送風機及び電磁クラッチのタイミングチャートである。

【図５】本発明の実施形態に係る冷凍サイクルにおける
送風機の作動タイミングと圧縮機内冷媒量との関係を示
す説明図である。

【図６】（ａ）は雰囲気温度と時刻との関係を示すグラ
フであり、（ｂ）は圧縮機内冷媒量と時刻との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…凝縮器（放熱器）、３…送風機、４…
レシーバ、５…減圧弁（減圧器）、６…蒸発器、７…電
子制御装置、１１…電磁クラッチ（クラッチ手段）、１
２…第１温度センサ、２２…第２温度センサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、 前記圧縮機（１）から吐出する冷媒を冷却する放熱器
   （２）と、 前記放熱器（２）から流出する冷媒を減圧する減圧器
   （５）と、 前記減圧器（５）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発
   器（６）と、 前記放熱器（２）に冷却用空気を送風する送風機（３）
   と、 前記送風機（３）及び前記圧縮機（１）の作動を制御す
   る制御手段（７）とを備え、 前記制御手段（７）は、前記送風機（３）を起動させた
   後、所定時間（Ｔｏ）の経過後に前記圧縮機（１）を起
   動させる遅延制御モードを有していることを特徴とする
   蒸気圧縮式冷凍サイクル。
2. 【請求項２】 前記圧縮機（１）周りの雰囲気温度を検
   出する第１温度センサ（１２）と、 前記放熱器（２）周りの雰囲気温度を検出する第２温度
   センサ（２２）とを備え、 前記制御手段（７）は、前記第１温度センサ（１２）の
   検出温度（Ｔ１）が前記第２温度センサ（２２）の検出
   温度（Ｔ２）以上であるときに、前記遅延制御モードを
   実行することを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式
   冷凍サイクル。
3. 【請求項３】 前記圧縮機（１）は、動力を断続可能に
   伝達するクラッチ手段（１１）を介して動力を得てお
   り、 さらに、前記制御手段（７）は、前記クラッチ手段（１
   １）を制御することにより前記圧縮機（１）の作動を制
   御することを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気圧
   縮式冷凍サイクル。
4. 【請求項４】 前記所定時間（Ｔｏ）は、５秒以上、３
   ０秒以下であることを特徴とする請求項１ないし３のい
   ずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。