JP2005156151A - 自動車の車室空調機の冷媒サイクル用安全弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 逆止バルブの開閉について自律的に作動することができ、小型で、かつ組立てに係るコストを節減しうる安全弁装置を提供する。
【解決手段】 自動車の車室の空調用冷媒サイクル20に用いられる安全弁装置25において、単一の自律的に作動するアセンブリを構成するため、温度センサ30、圧力センサ32、および電子制御装置34の少なくとも１つを内蔵させる。また、少なくとも、コンプレッサ、エバポレータ、ガス冷却器、および上記安全弁装置を備えている空調機用冷媒、例えばＣＯ₂の閉サイクルを提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車の車室空調機に用いられる冷媒サイクル用安全弁装置に関する。

自動車の車室空調機は、空気循環用の少なくとも１本の空気の通路を備えており、この通路には、一般に、車室に向けて熱風、冷風、または温風を送り出すブロワと、空気を再冷却するためのエバポレータと、空気を再加熱するためのヒータとが設けられている。一方、自動車の車室空調機は、この空気の通路の外部に、少なくとも、前記エバポレータ（通路の内外にまたがる）、コンプレッサ、安全弁装置、コンデンサ、またはガス冷却器（「ガスクーラ」とも称される）、内部熱交換器、およびアキュムレータとからなる冷媒の閉サイクルを備えている。

従来、冷媒としては、ＨＦＣ-１３４ａ冷媒のようなＣＦＣ冷媒が使用されている。しかし、地球温暖化につながるオゾン層による温室効果を抑制するという地球環境的視点から、例えばＲ７４４冷媒のような二酸化炭素冷媒が、多く用いられるようになっている。実際、ＣＯ₂による地球温暖化の可能性は、ＨＦＣ-１３４ａ冷媒によるそれの約１３００分の１と、著しく低い。したがって、空調機に冷媒として用いられているＣＯ₂が、たとえ漏洩したとしても、温室効果等の地球環境への影響は、無視しうる程度のものである。

ＣＯ₂の臨界温度（これ以上の温度では、圧力に拘らず、物質が液体として存在しえなくなる温度）は、ＨＦＣ-１３４ａ冷媒のそれよりも低く、他方ＣＯ₂の臨界圧力（臨界温度となった流体の平衡圧）は、ＨＦＣ-１３４ａ冷媒のそれよりも高い。このため、冷媒としてＣＯ₂を用いる空調システムにおいては、高圧部の温度は、臨界点を超え、その作動圧力は、ＨＦＣ-１３４ａ冷媒を用いる場合と比べて、７〜１０倍となる。

冷媒循環サイクルにおける高圧の制御は、空調装置のＣＯ₂サイクルの性能係数（ＣＯＰ）を最適化する上で重要である。高圧の制御は、実際には、安全弁の支援を受けて行われている。

しかし、この制御を行うためには、ガス冷却器の出口における冷媒の高圧ＨＰと温度を測定する必要がある。また、ＣＯ₂の流量を推定する方法においては、安全弁の入口における冷媒の高圧ＨＰと温度が測定される。

公知の空調機においては、センサと電子制御装置は分離されているため、スペースの無駄が生じ、製造コストを増大させるとともに、測定の精度もよくない。特に、安全弁装置においては、入口に２つのセンサ（圧力センサと温度センサ）、および出口に低圧センサが、それぞれ固定され、さらに場所を特定されない電子制御装置が設けられている。

本発明の目的は、単一の自律的アセンブリを構成するため、温度センサ、圧力センサ、および電子制御装置の中の少なくとも１つが内蔵されている、特に自動車の車室用冷媒サイクルのための安全弁装置を提供することである。

上述の目的を達成するため、本発明は、高圧ＨＰの制御だけでなく、冷媒サイクルにおけるＣＯ₂の流量を推定することもできる自律した安全弁装置を提供するものである。

本発明の好ましい実施形態は、次の特徴を有する。
−温度センサと圧力センサが、安全弁装置に内蔵されている。

−安全弁装置の高圧側における冷媒の物理量を測定するため、温度センサと圧力センサが内蔵されている。

−逆止バルブは、高圧とばねによって作動する。

−逆止バルブは、ソレノイドによって作動する。

−電子制御装置は、安全弁装の内部において、圧力センサ、および温度センサに電気的に接続されている。

−電子制御装置は、冷媒の流量を推定するようになっている。

−前記冷媒の流量は、冷媒の圧力と温度に関連する情報を処理するプログラムを内蔵したマイクロプロセッサの支援を受けて推定される。

−前記プログラムは、温度センサと圧力センサの測定値を収集する機能、安全弁装置の作動に関連する補助的なパラメータを収集するため、外部と通信する機能、高圧を最適化する制御機能、および冷媒流量の推定機能を有する。

−温度センサ、および圧力センサ、ならびに、必要に応じて電子制御装置は、一体に統合されている。

−電子制御装置は、通信ケーブルを介して、安全弁装置の外部と接続されている。

−電子制御装置が、冷媒の圧力と温度の少なくとも一方を測定する膜と一体化されている。

−膜は、冷媒の圧力と温度を測定する単一のセンサを構成し、圧力を感知しうる中央部と、温度を感知しうる周辺部とを有する。

また、本発明は、少なくとも、コンプレッサ、エバポレータ、ガス冷却器、および上記安全弁装置を備えている空調機用冷媒、例えばＣＯ₂の閉サイクルを提供することも目的としている。

さらに、本発明は、上述の冷媒の閉サイクルを備えている空調機をも提供する。

本発明によれば、次のような効果が得られる。
−安全弁装置が、センサを組み入れてあることによって、自律的に作動する装置となる。
−装置が小型化する。
−組立てに係る総コストが節減される。
−センサに係る配線が節減される。
−センサの取付けに係る問題が、全く、またはほとんどない。
−冷媒漏洩のおそれが低減される。
−冷媒サイクルの保守が容易になる。
−特に冷媒がＣＯ₂のときに、冷媒の循環速度が、超音波の速度に近づき、冷媒の流量が、もはや電動式バルブの上流側（すなわち高圧側）の圧力には依存しなくなるため、安全弁装置の出口において、低圧を測定するセンサを用いる必要がなくなる。
−安全弁装置の外部、すなわち自動車の他の装置との通信が可能になる。

本発明は、上述した以外にも、種々の特徴と効果を有するが、これらは、例示のために添付の図面を参照して行う以下の詳細な説明から明らかになると思う。

図１と図３は、自動車の車室用空調機10を示す。この空調機10は、ブロワ12、エバポレータ14、およびヒータ16が配置された空気循環用の本管11を備えている。ヒータ16は、例えば電動式ラジエータであり、分岐した支管17,18,19を介して、車室に向けて送り出される空気流を加熱する。

ＣＯ₂のような冷媒の閉サイクル20が、空調機10、より正確にはエバポレータ14に接続されている。閉サイクル20は、少なくとも、エバポレータ14、コンプレッサ22、コンデンサ（ガス冷却器）24、および安全弁装置（逆止ユニット）25を備えている。

図１に詳細に示すように、安全弁装置25は、ガス冷却器24から送給される高圧(ＨＰ)冷媒の入口管26、自動的に開閉しうるバルブ27、およびエバポレータ14に向かう低圧(ＢＰ)冷媒の出口管29を備えている。バルブ27は、ばね28aによって制御される。したがって、安全弁装置は、高圧の作用により自動的に開閉しうるオリフィスによって確実に作動する。オリフィスの自動開放が行われるのは、高圧だけが、バルブ27のピストンに作用しうるためである。バルブが閉じるのは、ばね28aの作用による。

安全弁装置25は、自律的に作動する単体のアセンブリを構成するように、高圧側（バルブ27の上流側）に配置される冷媒の温度センサ30と、同じく高圧側に配置される冷媒の圧力センサ32とを備えている。

図２に示す変形例においては、安全弁装置25は、バルブ27の制御を行う電子制御装置34、ならびにこの電子制御装置34が各別のケーブル35を介して接続されている温度センサ30、および圧力センサ32を備えている。

この変形例においては、電動バルブ27の制御は、この構成部品であるソレノイド28bを介して行われる。

電子制御装置34は、バルブ制御用の論理回路を含むマイクロプロセッサ（図示せず）を具備している。電子制御装置34は、ケーブル36を介して電源に接続されている。また、電子制御装置34は、収集された情報を送り、また指令を受けるため、通信用のバス38を介して、外部、例えば冷媒の閉サイクル20の制御ユニット（図示せず）と通信しうるようになっている。

制御用の論理回路は、温度センサ30と圧力センサ32からの測定値の収集、安全弁装置25の作動と関連する補助的なパラメータを受け取るための外部との通信、高圧の最適化のための制御、およびＣＯ₂流量の推定を行う。

安全弁装置25の電子制御装置34は、冷媒閉サイクルの制御ユニットを支援し、また冷媒流量を算出することができる。この冷媒流量に関する情報は、エンジンの作動パラメータを適当なものにするため、空調機に係る演算装置、例えばガソリン噴射量の演算装置（図示せず）へ送られる。

図４に示す変形例においては、電子制御装置34は、圧力センサの役割を果たす膜40と一体化されている。このような構成において、電子制御装置34が、入口管26のごく近傍に配置されているため、膜40は、入口管とほぼ同じ高さにあるか、さらには一部がこの入口管の中に入り込んでいる。このため、安全弁装置のスペースを節約することができる。図１と図２に示す実施形態と同様に、温度センサ32は、入口管26の側に設置され、電子制御装置34と接続されている。

図５に示す変形例においては、膜40は、高圧領域において、冷媒の圧力と温度を同時に測定することができる。この機能を果たすため、膜40は、圧力を感知しうる中央部42と、温度を感知しうる周辺部44とを有している。

本発明の基本理念は、安全弁装置が、例えば冷媒流量の推定に用いられる冷媒に関連する物理量を提供しうるよう、安全弁装置を自律的に作動しうる装置にすることである。

上記の実施形態は、単に本発明を例示するためのものであって、いかなる意味においても、本発明を限定するものではないことに留意されたい。

ＣＯ₂冷媒は、ＨＦＣ冷媒（Ｒ１３４Ａ冷媒、Ｒ１５２Ａ冷媒等）のような他の冷媒に置き換えることもできる。

空調用冷媒サイクル20は、アキュムレータや、内部熱交換器を備えることもできる。

本発明に係る安全弁装置の模式的な断面図である。 図１に示す安全弁装置の変形例を示す模式的な断面図である。 本発明に係る安全弁装置を含む冷媒循環用の閉サイクルを備える空調装置の構成を示す模式図である。 本発明の他の変形例に係る安全弁装置の模式的な断面図である。 本発明のさらに他の変形例に係る安全弁装置の模式的な断面図である。

符号の説明

10 空調機
11 本管
12 ブロワ
14 エバポレータ
16 ヒータ
17,18,19 支管
20 冷媒の閉サイクル
22 コンプレッサ
24 ガス冷却器
25 安全弁装置
26 入口管
27 バルブ
28a ばね
28b ソレノイド
29 出口管
30 温度センサ
32 圧力センサ
34 電子制御装置
35,36 ケーブル
38 バス
40 膜

Claims (16)

1. 自動車の車室の空調用冷媒サイクル(20)に用いられる安全弁装置(25)であって、自律的に作動する単一のアセンブリを構成するため、温度センサ(30)、圧力センサ(32)、および電子制御装置(34)の中の少なくとも１つが内蔵されていることを特徴とする安全弁装置。
2. 温度センサ(30)と圧力センサ(32)が内蔵されていることを特徴とする請求項１記載の安全弁装置。
3. 安全弁装置(25)の高圧側における冷媒の物理量を測定するため、温度センサ(30)と圧力センサ(32)が内蔵されていることを特徴とする請求項１または２記載の安全弁装置。
4. 逆止バルブは、高圧とばね(28a)によって作動することを特徴とする請求項３記載の安全弁装置。
5. 逆止バルブは、ソレノイド(28b)によって作動することを特徴とする請求項３記載の安全弁装置。
6. 電子制御装置(34)は、安全弁装置(25)の内部において、圧力センサ(32)、および温度センサ(30)に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の安全弁装置。
7. 電子制御装置(34)は、冷媒の流量を推定するようになっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の安全弁装置。
8. 前記冷媒の流量は、冷媒の圧力と温度に関連する情報を処理するプログラムを内蔵したマイクロプロセッサの支援を受けて推定されることを特徴とする請求項７記載の安全弁装置。
9. 前記プログラムは、温度センサと圧力センサの測定値を収集する機能、安全弁装置の作動に関連する補助的なパラメータを収集するために、外部と通信する機能、高圧を最適化する制御機能、および冷媒流量の推定機能を有することを特徴とする請求項８記載の安全弁装置。
10. 温度センサ(30)、圧力センサ(32)、ならびに、場合により電子制御装置(34)は、一体に統合されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の安全弁装置。
11. 電子制御装置は、冷媒の圧力と温度の少なくともいずれか一方を測定する膜(40)と一体化されていることを特徴とする請求項１０記載の安全弁装置。
12. 膜(40)は、冷媒の圧力と温度を測定する単一のセンサを構成し、かつ圧力を感知しうる中央部(42)と、温度を感知しうる周辺部(44)とを有することを特徴とする請求項１１記載の安全弁装置。
13. 電子制御装置(34)は、通信ケーブル(36)を介して、安全弁装置(25)の外部と接続されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の安全弁装置。
14. 少なくとも、コンプレッサ(22)、エバポレータ(14)、ガス冷却器(24)、および請求項１〜１３のいずれかに記載の安全弁装置を備えている空調機(10)用冷媒の閉サイクル(20)。
15. 前記冷媒は、ＣＯ₂であることを特徴とする請求項１４記載の冷媒の閉サイクル(20)。
16. 請求項１４または１５記載の冷媒の閉サイクル(20)を備えている空調機(10)。

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