JP2003028516A - 冷凍サイクル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍サイクルの過熱度を迅速に適正状態に戻
すことのできる冷凍サイクル制御装置を提供する。 【解決手段】 蒸発器から流出する冷媒の過熱度を検出
し、この過熱度が所定値（例えば、０）より大きいと判
定された場合には、過熱度が所定値となるように圧縮機
の吐出容量を上昇させ、過熱度が所定値以下の場合に
は、低圧圧力が所定値となるような通常の低圧制御を行
うことができるので、通常の制御よりも過熱度を迅速に
低減でき、エバポレータの吹出温度の上昇を防止できる
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、冷媒として二酸
化炭素が用いられ、膨張装置が高圧側の冷媒の圧力及び
温度によって機械的に開度を調節する冷凍サイクルにお
いて、圧縮機の吐出容量を制御する吐出容量制御装置を
具備する冷凍サイクル制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特公平７−１８６０２号公報
は、蒸気圧縮サイクルの高圧サイドにおいて超臨界圧力
で運転される一体的閉回路を形成するように、コンプレ
ッサ、冷却装置、絞り手段、蒸発器及びアキュムレータ
を直列に接続して構成される冷凍サイクルにおいて、高
圧側の冷媒と低圧側の冷媒との間で熱交換を行う内部熱
交換器を具備する超臨界蒸気圧縮サイクルを開示する。

【０００３】この冷凍サイクルにおいて、コンプレッサ
に吸引された冷媒は超臨界領域まで圧縮されて吐出さ
れ、前記冷却装置にて冷却され、さらに内部熱交換器に
おいて低圧側冷媒と熱交換して冷却される。気相状態の
まま冷却された冷媒は、膨張装置によって気液混合領域
まで圧力が低下され、蒸発器にてこの蒸発器を通過する
空気の熱を吸収して蒸発し、アキュムレータを介してコ
ンプレッサに吸引されるものである。また、前記膨張装
置は、流入側の冷媒の圧力及び温度によって機構的に又
は電気的に開度が調整され、高圧圧力を一定に保つよう
になっている。

【０００４】さらに、車両の空調装置に上述したような
冷凍サイクルを搭載した場合、圧縮機が走行用エンジン
によって駆動されるために圧縮機の回転速度が常時変化
することから、最近では、圧縮機の回転速度の変動に伴
う過剰冷房の抑制と省動力化を図るために、容量可変機
構を設けて圧縮機の吐出容量を変化させ低圧圧力を制御
する方法が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようする課題】したがって、以上の構成
の冷凍サイクルにおいて、定常的な運転時においては、
室内の熱負荷、外気温度又は回転速度がある程度変動し
ても、エバポレータ出口側で過熱度が発生しない適正な
状態に冷凍サイクルを維持することができるために、エ
バポレータの吹出温度も一定に保持することができる。

【０００６】しかしながら、エバポレータへの熱負荷、
冷却装置（ガスクーラ）への流入空気温度、圧縮機の回
転速度等が急激に変化した場合、サイクルの適正な状態
がくずれ、エバポレータ出口側で過熱度が発生し、エバ
ポレータの吹出空気温度が高くなり、空調フィーリング
が悪化するという不具合が生じる。これは、膨張装置が
従来の過熱度を一定にする制御ではなく、高圧圧力が一
定となるように制御していることから、過熱度が発生し
てもサイクルが適正な状態になるまでに時間を要するか
らである。

【０００７】すなわち、膨張装置の入口側の冷媒状態が
適正制御線の高圧に対応する温度以上に急激に温度上昇
した場合、膨張装置が閉弁傾向となり、蒸発圧力が下が
って冷媒温度が下がり、冷媒流量が必要量よりも下がる
ことから、エバポレータ出口側に過熱度が発生するから
である。また、蒸発圧力の低下と共に低圧圧力も低下す
るため、例えば、圧縮機の可変容量機構としての低圧制
御弁が働いて吐出量が減少し、さらに過熱度が大きくな
る。

【０００８】したがって、この発明は、冷凍サイクルの
過熱度を迅速に適正状態に戻すことのできる冷凍サイク
ル制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】よって、この発明は、冷
媒として二酸化炭素を用いる共に、外部からの制御信号
によって吐出容量を可変可能な圧縮機と、圧縮された冷
媒を冷却する放熱器と、流入側の冷媒の圧力及び冷媒の
温度によって開度を可変可能な膨張装置と、該膨張装置
によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とによって
少なくとも構成される冷凍サイクルにおいて、前記膨張
装置の出口側から前記圧縮機の吸入側までの低圧ライン
の圧力を検出する低圧圧力検出手段と、前記蒸発器から
流出する冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と、該
過熱度検出手段によって検出された過熱度が所定値より
大きいか否かを判定する過熱度判定手段と、該過熱度判
定手段によって過熱度が所定値より大きいと判定された
場合には、過熱度が所定値となるように前記圧縮機の吐
出容量を上昇させ、前記過熱度が所定値以下の場合に
は、前記低圧圧力検出手段によって検出された圧力が所
定の圧力となるように前記圧縮機の吐出容量を制御する
吐出容量制御手段とを具備することにある。

【００１０】これによって、蒸発器から流出する冷媒の
過熱度を検出し、この過熱度が所定値（例えば、０）よ
り大きいと判定された場合には、過熱度が所定値となる
ように圧縮機の吐出容量を上昇させ、過熱度が所定値以
下の場合には、低圧圧力が所定値となるような通常の低
圧制御を行うことができるので、通常の制御よりも過熱
度を迅速に低減でき、エバポレータの吹出温度の上昇を
防止できるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面に基づいて説明する。

【００１２】図１に示すように、本願発明の実施の形態
に係る冷凍サイクル１は、冷媒として二酸化炭素を使用
する超臨界冷凍サイクルであり、可変容量機構２ａを具
備し、電磁クラッチ２ｂによって図示しない走行用エン
ジンと連結されて駆動されるコンプレッサ２と、このコ
ンプレッサ２によって圧縮された冷媒を冷却する冷却用
熱交換器（ガスクーラ）３と、このガスクーラ３から流
出した冷媒と前記コンプレッサ２に吸引される冷媒との
間で熱交換を行う内部熱交換器４と、この内部熱交換器
４によってさらに冷却された冷媒を膨張させる膨張装置
５と、この膨張装置５によって圧力が低下された冷媒を
蒸発させると共に空調装置の空調ダクト６内に配される
エバポレータ７と、エバポレータ７から流出した冷媒を
貯留し、冷凍サイクル１内を流れる冷媒の量を調整する
アキュムレータ８とによって少なくとも構成される。
尚、コンプレッサ２の吐出側から膨張装置５の流入側ま
でが高圧ライン１Ａであり、膨張装置５の流出側からコ
ンプレッサ２の吸入側までが低圧ライン１Ｂである。

【００１３】以上の構成の冷凍サイクル１において、コ
ンプレッサ２によって圧縮された冷媒は、通常超臨界域
まで圧縮され、ガスクーラ３において冷却されて高圧低
温の気相冷媒となる。この高圧低温の気相冷媒は、内部
熱交換器４において前記コンプレッサ２に吸入される低
温低圧の気相冷媒と熱交換してさらに温度が低下され
る。

【００１４】この時、従来の冷凍サイクルと異なり、気
相冷媒の状態で温度が低下するため温度状態によって圧
力の変動が顕著となる。このため、膨張装置５は、膨張
装置５の流入側の冷媒温度を検出する検出機構１４及び
冷媒圧力を検出する検出機構１５を有し、流入側（高圧
側）の冷媒温度及び冷媒圧力が図示しない最適制御線と
一致するように弁開度を調整する機構を有する。

【００１５】膨張装置５では、高圧低温の気相冷媒が、
気液混合領域まで圧力が低下され、エバポレータ７にお
いて空調ダクト６を通過する空気の熱を吸収して蒸発
し、アキュムレータ８に流入し貯溜される。そして、前
記コンプレッサ２の吸引によってアキュムレータ８から
流出した気相冷媒は、内部熱交換器４を通過して加熱さ
れ、コンプレッサ２に吸引された圧縮され、冷凍サイク
ル１内を循環するものである。

【００１６】この冷凍サイクル１を制御するために、コ
ントロールユニット（Ｃ／Ｕ）９が設けられる。このコ
ントロールユニット９は、例えば、中央演算処理装置
（ＣＰＵ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）等
からなるそれ自体公知のもので、通常の制御に必要なデ
ータ信号が入力され、各制御機器への制御信号に変換し
て出力するものである。特にこの実施の形態では、エバ
ポレータ７の流入側の冷媒温度を検出する温度センサ１
１からの流入側冷媒温度Ｔｅｖａ＿ｉｎと、エバポレー
タ７の流出側の冷媒温度を検出する温度センサ１２から
の流出側冷媒温度Ｔｅｖａ＿ｏｕｔと、低圧ライン１Ｂ
の圧力を検出する圧力センサ１３からの低圧圧力信号Ｐ
ｓが入力され、コンプレッサ２の吐出容量機構２ａへの
制御信号Ｃｃとして出力されるものである。また、操作
パネル（Ｃ／Ｐ）１０からの設定信号が入力され、電磁
クラッチ２ｂ等が制御される。

【００１７】前記コントロールユニット９において実行
される空調制御の内、本願発明の実施の形態に係るコン
プレッサ２の吐出容量制御について図２に示すフローチ
ャートに基づいて説明する。

【００１８】前記操作パネル１０の図示しないエアコン
スイッチ（Ａ／Ｃ ＳＷ）が投入されコンプレッサ２が
稼動することを条件としてステップ１００から開始さ
れ、ステップ１１０で各種データが入力され読み込まれ
る。そして、ステップ１２０において、過熱度ＳＨが演
算される（ＳＨ＝Ｔｅｖａ＿ｏｕｔ−Ｔｅｖａ＿ｉ
ｎ）。そして、ステップ１３０において、過熱度ＳＨが
所定値α（例えば、０℃）より大きいか否かが判定さ
れ、所定値α以下の場合には、ステップ１４０に進んで
通常の低圧制御を実行し、ステップ１６０から空調制御
のメイン制御ルーチンに復帰するものである。

【００１９】この低圧制御は、演算等によって設定され
た目標低圧圧力Ｐｓｍと、前記温度センサ１３によって
検出された実際の低圧圧力Ｐｓとが等しくなる（｜Ｐｓ
ｍ−Ｐｓ｜＝０）ように、例えば、比例制御（Ｐ制
御）、比例積分制御（ＰＩ制御）、比例積分微分制御
（ＰＩＤ制御）等によって容量可変機構２ａを制御する
ものである。

【００２０】また、前記ステップ１３０において、過熱
度ＳＨが所定値αより大きいと判定された場合には、ス
テップ１５０に進んで過熱度ＳＨを低減するＳＨ制御を
実行し、ステップ１６０から空調制御のメイン制御ルー
チンに復帰するものである。

【００２１】このＳＨ制御は、過熱度ＳＨが、所定値α
となるように前記容量可変機構２ａに出力される制御信
号のデューティ比を増やしてコンプレッサ２の吐出容量
を増大させ、結果として冷凍サイクル１に流れる冷媒量
を増大させて、エバポレータ７の流出側に発生する過熱
度ＳＨを低減させるものである。そして、冷媒量が増大
して、エバポレータ７の過熱度ＳＨが所定値αとなった
段階で通常の低圧制御に復帰するものである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明よれば、
エバポレータの出口側に過熱度が発生した場合に、コン
プレッサの吐出容量を増大して過熱度を速やかに防止で
きるので、エバポレータの吹出温度を常に適正な状態に
維持でき、空調フィーリングの悪化を防止することがで
きる。

【００２３】また、急激な負荷等の変動にも安定した制
御が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係る冷凍サイクルの概
略構成図である。

【図２】この発明に実施の形態に係るコンプレッサの容
量制御を示したフローチャート図である。

【符号の説明】

１ 冷凍サイクル １Ａ 高圧ライン １Ｂ 低圧ライン ２ コンプレッサ ２ａ 容量可変機構 ２ｂ 電磁クラッチ ３ 冷却用熱交換器（ガスクーラ） ４ 内部熱交換器 ５ 膨張装置 ６ 空調ダクト ７ エバポレータ ８ アキュムレータ ９ コントロールユニット １０ 操作パネル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒として二酸化炭素を用いる共に、外
   部からの制御信号によって吐出容量を可変可能な圧縮機
   と、圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、流入側の冷媒
   の圧力及び冷媒の温度によって開度を可変可能な膨張装
   置と、該膨張装置によって膨張された冷媒を蒸発させる
   蒸発器とによって少なくとも構成される冷凍サイクルに
   おいて、 前記膨張装置の出口側から前記圧縮機の吸入側までの低
   圧ラインの圧力を検出する低圧圧力検出手段と、 前記蒸発器から流出する冷媒の過熱度を検出する過熱度
   検出手段と、 該過熱度検出手段によって検出された過熱度が所定値よ
   り大きいか否かを判定する過熱度判定手段と、 該過熱度判定手段によって過熱度が所定値より大きいと
   判定された場合には、過熱度が所定値となるように前記
   圧縮機の吐出容量を上昇させ、前記過熱度が所定値以下
   の場合には、前記低圧圧力検出手段によって検出された
   圧力が所定の圧力となるように前記圧縮機の吐出容量を
   制御する吐出容量制御手段とを具備することを特徴とす
   る冷凍サイクル制御装置。
2. 【請求項２】 前記所定値は、ゼロであることを特徴と
   する請求項１記載の冷凍サイクル制御装置。