JP2005053426A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】過冷却度の制御機構を有する冷凍サイクルにおいて、その構成や取付け作業の簡素化を図る。
【解決手段】圧縮された気相冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器、前記凝縮器の下流側に配置され開度が電磁式に調節され冷媒の流量を制御する減圧装置、冷媒温度に基づいて前記減圧装置の開度を制御する信号を出力するコントロールユニットを有して構成される冷凍サイクルにおいて、前記凝縮器内の冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度センサと、前記凝縮器の出口又はその近傍の冷媒の温度を検出する出口冷媒温度センサとが、前記凝縮器と一体に設置されている
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用空調装置等に用いられる冷凍サイクルに関し、特に凝縮器における過冷却度を制御するための手段に関するものである。

過冷却度（サブクール）の制御機構を有する冷凍サイクルとして、次のようなものが開示されている。凝縮器とレシーバタンクを接続する接続管の間に抵抗を可変にできる第２の減圧装置を設けるとともに、凝縮器の凝縮温度を検出する凝縮温度検出器、凝縮器出口と第２の減圧装置の入口間に設けた液冷媒温度検出器、凝縮温度検出器と液冷媒温度検出器で検出された温度差が設定値になるように前記第２の減圧装置を制御する制御器を設け、第２の減圧装置は凝縮温度検出器で検出された温度と凝縮器出口冷媒温度検出器で検出された温度の差が蒸発温度検出器で検出された温度によって制御装置内に記憶されている設定値に制御されるものであり、これによって適正なサブクールを得ることができるとされている（特許文献１）。
特開平１０−３１８６１３号公報（請求項１、段落番号００１０、図１）

しかしながら、上記特許文献１に開示されるものにあっては、凝縮器出口冷媒温度検出器が凝縮器と第２の減圧装置とをつなぐ配管に設けられている。このため、サイクル全体の構成や取付け作業が複雑になるという不具合がある。

そこで、本発明は、過冷却度の制御機構を有する冷凍サイクルにおいて、その構成や取付け作業の簡素化を図ることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、圧縮された気相冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器、前記凝縮器の下流側に配置され開度が電磁式に調節され冷媒の流量を制御する減圧装置、冷媒温度に基づいて前記減圧装置の開度を制御する信号を出力するコントロールユニットを有して構成される冷凍サイクルにおいて、前記凝縮器内の冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度センサと、前記凝縮器の出口又はその近傍の冷媒の温度を検出する出口冷媒温度センサとが、前記凝縮器に設置されていることを特徴とするものである（請求項１）。

また、前記凝縮器の内部が、冷媒流入口と連通する凝縮部と、冷媒流出口と連通する過冷却部とに区画され、前記凝縮温度センサは前記凝縮部に設置されると共に、前記出口冷媒温度センサは前記過冷却部であって前記冷媒流出口若しくはその近傍に設置されることが好ましい（請求項２）。

また、前記凝縮器は、複数のチューブと、前記各チューブの端部と連通するヘッダと、前記ヘッダ内を前記凝縮部と前記過冷却部とに仕切る仕切り手段とを有して構成され、前記凝縮温度センサは前記ヘッダの前記仕切り手段よりも上流側の部分に設置されると共に、前記出口冷媒温度センサは前記ヘッダの前記仕切り手段よりも下流側の部分に設置されることが好ましい（請求項３）。

また、前記コントロールユニットは、前記凝縮温度が所定値以上となった時に、前記減圧装置の開度を拡大させることが好ましい（請求項４）。

また、前記凝縮器周辺の空気温度を検出する雰囲気温度センサを備え、前記コントロールユニットは、前記雰囲気温度センサの検出信号に基づいて前記目標過冷却度を補正することが好ましい（請求項５）。

また、前記コントロールユニットは、空調装置の非定常運転時には、過冷却度を調整するための前記減圧装置の制御を中止することが好ましい（請求項６）。

上記請求項１記載の構成においては、一般に複雑な構造を有し高価な圧力センサを用いることなく、温度センサのみによって過冷却度を検出することができると共に、２つの温度センサ（凝縮温度センサ及び出口冷媒温度センサ）が凝縮器と一体に設置されるので、サイクルの構成及び取付け作業を簡素化でき、コストを削減することができる。また、上記請求項２又は３記載の構成とすることにより、凝縮温度センサ及び出口冷媒温度センサを、効率的に凝縮器に一体化させることができる。

また、上記請求項４〜６記載の構成により、冷却負荷が大きい時に高圧ラインの圧力が過剰に上昇することを避けることができると共に、負荷状況、運転状況に応じて安定した過冷却度制御（高効率運転）を実現することができる。

以下、添付した図面を参考にして本発明の実施の形態を説明する。図１に示す冷凍サイクル１は、車両用空調装置等に用いられるものであり、エンジンやモータを駆動源とし冷媒を矢印の方向に圧送する圧縮機２、圧縮機２により圧送された高温高圧の気相冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器３、凝縮器３における過冷却度等の因子に応じて電磁的に開度が調節される減圧装置４、減圧装置４から流出した冷媒を気液分離し液相だけを流出させる受液器５、受液器５から流出した冷媒を膨張させる膨張弁６、膨張弁６により膨張された冷媒を空気との熱交換により蒸発させる蒸発器７、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等から構成され後述する各種温度センサ２０，２１，２２からの検出信号に基づいて前記減圧装置４を制御する信号を出力するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）８を有して構成されている。

前記凝縮器３は、図２に示すように、アルミ等の材料からなり両端が開口した複数のチューブ１０、各チューブ１０の一端側と連結する中空状の第１のヘッダ１１、各チューブ１０の他端側と連結する中空状の第２のヘッダ１２、各チューブ１０の間に挟持される複数のフィン１３、前記第１のヘッダ１１に連結され前記圧縮機２から圧送される冷媒を導く冷媒流入口１４、前記第２のヘッダ１２に連結され前記各チューブ１０内を流通した冷媒を外部へ流出させる冷媒流出口１５、前記第１のヘッダ１１の内部を略中心部で仕切る第１の仕切り部１６、前記第２のヘッダ１２の内部を前記冷媒流出口１５の近傍で仕切る第２の仕切り部１７を有して構成されている。

前記凝縮器３は、上記構成によって、第２の仕切り部１７よりも上流側が凝縮部１８、下流側が過冷却部１９に区画される。そして、本実施の形態においては、図２及び図３に示すように、第２のヘッダ１２の第２の仕切り部１７よりも上流側の部分（凝縮部１８の範囲内となる部分）に凝縮温度センサ２０が設置されると共に、第２のヘッダ１２の第２の仕切り部１７よりも下流側で冷媒流出口１５近傍の部分（過冷却部１９の範囲内となる部分）に出口冷媒温度センサ２１が設置されている。また、本実施の形態の冷凍サイクル１は、図１に示すように、凝縮器３周辺の空気温度を検出する雰囲気温度センサ２２を備えている。

前記Ｃ／Ｕ８は、上記した凝縮温度センサ２０、出口冷媒温度センサ２１、及び雰囲気温度センサ２２の検出信号に基づいて、凝縮器３における実際の過冷却度及び目標過冷却度を算出し、この目標過冷却度を実現するべく前記減圧装置４に対して制御信号を出力する。

前記目標過冷却度は、図４に示すように、負荷状況等によって変化する冷凍サイクルの線形（凝縮温度）に応じて異なるものであり、例えば線Ａのようになる。Ｃ／Ｕ８は、凝縮温度センサ２０によって検出された凝縮温度から、図４のような特性線情報に基づいて目標過冷却度を算出する。また、Ｃ／Ｕ８は、凝縮温度センサ２０及び出口冷媒温度センサ２１による検出温度の差から実際の過冷却度を算出し、これと前記目標過冷却度と比較することによって前記減圧装置４の開度を算出し、この開度を実現するための制御信号を減圧装置４に対して出力する。これにより、圧力センサを用いずに、簡素な構成で最適な過冷却度制御を行うことができる。

また、Ｃ／Ｕ８は、図５に示すように、凝縮温度センサ２０により検出された凝縮温度が所定値Ｔmax以上となった時には、目標過冷却度を小さくするように、即ち減圧装置４の開度が大きくなるように制御する。これにより、高圧ラインの圧力が過剰に上昇することを回避することができる。

更に、Ｃ／Ｕ８は、図６に示すように、雰囲気温度センサ２２により検出された凝縮器３の吸い込み空気（外気）温度に応じて目標過冷却度を補正する。この補正は、吸い込み空気温度の上昇に伴い、目標過冷却度が徐々に小さくなるようになされる。これにより、冷却負荷が大きくなるに従い減圧装置４の開度も大きくなるので、高圧ラインの圧力の上昇を抑えることができる。

更にまた、Ｃ／Ｕ８は、図７に示すように、ステップ１００において、冷凍サイクル１が定常運転をしているか否かを判定し、定常運転をしている場合には、ステップ１０１において、上述したような減圧装置４の制御を行い、定常運転をしていない場合には、ステップ１０２において、上述の減圧装置４の制御を解除する。尚、上記定常運転をしていない場合としては、冷凍サイクル１（圧縮機２）自体をＯＮ／ＯＦＦすることにより、車室内温度を調節しているような場合が挙げられる。これにより、より安定した過冷却度の制御を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、簡素な構成及び取付け作業によって最適な過冷却度を実現する冷凍サイクルを提供することができる。

本発明の実施の形態における冷凍サイクルを示す図である。 本発明における凝縮器の構成を示す図である。 前記凝縮器への温度センサの取付け状態を示す図である。 Ｃ／Ｕによる目標過冷却度の算出に用いられるモリエル線図の一例を示す図である。 Ｃ／Ｕによる凝縮温度に応じた目標過冷却度の算出に用いられる特性線図の一例を示す図である。 Ｃ／Ｕによる凝縮器吸い込み空気温度に応じた目標過冷却度の補正に用いられる特性線図の一例を示す図である。 Ｃ／Ｕによる弁制御の実行及び解除を決定するフローチャートを示す図である。

符号の説明

１ 冷凍サイクル
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 減圧装置
５ 受液器
６ 膨張弁
７ 蒸発器
８ コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）
１０ チューブ
１１ 第１のヘッダ
１２ 第２のヘッダ
１３ フィン
１４ 冷媒流入口
１５ 冷媒流出口
１６ 第１の仕切り部
１７ 第２の仕切り部
１８ 凝縮部
１９ 過冷却部

Claims (6)

1. 圧縮された気相冷媒を冷却し凝縮させる凝縮器、前記凝縮器の下流側に配置され開度が電磁式に調節され冷媒の流量を制御する減圧装置、冷媒温度に基づいて前記減圧装置の開度を制御する信号を出力するコントロールユニットを有して構成される冷凍サイクルにおいて、
   前記凝縮器内の冷媒の凝縮温度を検出する凝縮温度センサと、前記凝縮器の出口又はその近傍の冷媒の温度を検出する出口冷媒温度センサとが、前記凝縮器に設置されていることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記凝縮器の内部が、冷媒流入口と連通する凝縮部と、冷媒流出口と連通する過冷却部とに区画され、
   前記凝縮温度センサは前記凝縮部に設置されると共に、前記出口冷媒温度センサは前記過冷却部であって前記冷媒流出口若しくはその近傍に設置されることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
3. 前記凝縮器は、複数のチューブと、前記各チューブの端部と連通するヘッダと、前記ヘッダ内を前記凝縮部と前記過冷却部とに仕切る仕切り手段とを有して構成され、
   前記凝縮温度センサは前記ヘッダの前記仕切り手段よりも上流側の部分に設置されると共に、前記出口冷媒温度センサは前記ヘッダの前記仕切り手段よりも下流側の部分に設置されることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル。
4. 前記コントロールユニットは、前記凝縮温度が所定値以上となった時に、前記減圧装置の開度を拡大させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
5. 前記凝縮器周辺の空気温度を検出する雰囲気温度センサを備え、
   前記コントロールユニットは、前記雰囲気温度センサの検出信号に基づいて前記目標過冷却度を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
6. 前記コントロールユニットは、空調装置の非定常運転時には、過冷却度を調整するための前記減圧装置の制御を中止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。

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