JP2005180762A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭酸ガスから成る冷媒を用いた空調装置において、凝縮器の出口側の高圧冷媒が通る配管表面の温度を検知して目標冷媒圧力を算出する場合、立ち上がり時に実際の冷媒温度と配管表面の温度とが一致しないことがあるため、適切な目標冷媒圧力が算出できないことがある。
【解決手段】炭酸ガス冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器４と、凝縮器で凝縮した冷媒を減圧させると共に凝縮器の出口側の冷媒圧力を制御可能な膨張弁５と、膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器７と、凝縮器の出口側の高圧冷媒が通る配管の表面温度を検出するセンサ１３と、センサの検出値に基づいて凝縮器の出口側の目標冷媒圧力を算出して膨張弁を制御する制御装置２３とを備えた空調装置であって、制御装置は冷媒温度に応じて目標冷媒圧力を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭酸ガスから成る冷媒を用いた空調装置に関する。

炭酸ガス（ＣＯ２）から成る冷媒を用いた空調装置においては、凝縮器の出口側の高圧冷媒の温度に対して効率の良い高圧冷媒圧力値が有るため、凝縮器の出口側の高圧冷媒の温度を検知して目標冷媒圧力を算出し、これに基づいて膨張弁等の減圧手段を制御して目標圧力に近づけるようにしている。

また、炭酸ガスから成る冷媒を用いた空調装置においては、冷媒圧が高いことから、ジョイントを増やすと冷媒の漏洩が生じ易くなるため、冷媒温度を直接測定せず、冷媒が通る配管表面の温度を測定するようにしている。

しかしながら、外気温が非常に低い場合には、冷媒温度が上昇しても、配管の熱マスにより配管表面の温度が冷媒温度と同じ温度になるまで時間がかかるため、立ち上がり時において配管表面温度をそのまま用いると、適切な目標冷媒圧力が算出できないことがある。

解決しようとする問題点は、炭酸ガスから成る冷媒を用いた空調装置において、凝縮器の出口側の高圧冷媒が通る配管表面の温度を検知して目標冷媒圧力を算出する場合、立ち上がり時に実際の冷媒温度と配管表面の温度とが一致しないことがあるため、適切な目標冷媒圧力が算出できないことがある点である。

上記課題を解決するために、本発明は、炭酸ガスから成る冷媒を圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器４と、この凝縮器４で凝縮した冷媒を減圧させると共に凝縮器４の出口側の冷媒圧力を制御可能な減圧手段５と、この減圧手段５で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器７と、凝縮器４の出口側の高圧冷媒が通る配管の表面温度を検出するセンサ１３と、このセンサ１３の検出値に基づいて凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力を算出して減圧手段５を制御する制御装置２３とを備えた空調装置であって、制御装置２３は、冷媒温度に応じて凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力を補正することを特徴としている。

本発明によれば、センサ１３が検出した配管表面の温度と実際の冷媒温度とが異なる場合においても、適切な目標冷媒圧力で膨張手段５を制御できるため、空調装置の立ち上がりが改善されて快適度の高い空調を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態である空調装置の概略構成図である。

この空調装置１は車両用のもので、冷媒を循環させて冷媒と空気との間で熱交換を行う第１の冷媒サイクルと第２の冷媒サイクルを備えている。

第１の冷媒サイクルは冷房時に用いられるもので、圧縮機２、凝縮器３、４、減圧手段としての膨張弁５、蒸発器７がこの順に配管結合され、冷媒がこれらの間を実線で示す矢印の方向に循環する。

一方、第２の冷房サイクルは暖房時に用いられるもので、圧縮機２、凝縮器３、減圧手段としての膨張弁８、凝縮器４（暖房時は蒸発器となる）がこの順に配管結合され、冷媒がこれらの間を破線で示す矢印の方向に循環する。

圧縮機２は、車室外に配設され、吸入した低圧のガス状の炭酸ガス冷媒を圧縮して高圧のガス状冷媒として吐出する。この圧縮機２は、電力供給により駆動する電動コンプレッサである。

凝縮器３は車室内空気流路Ｐ１内に配設され、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス状の炭酸ガス冷媒の熱を車室内空気流路Ｐ１内を流れる空気に放熱させて凝縮させるものである。車室内空気流路Ｐ１内を流れる空気は凝縮器３によって放熱された冷媒の熱を吸熱することで温風となる。

凝縮器４は車室外に配設され、例えば電動ファン等の送風手段（図示せず）が駆動されることで外気が吹き付けられるようになっている。凝縮器４はその内部を通る高温高圧のガス状冷媒と当該凝縮器４に吹き付けられる外気との間で熱交換を行わせることで高温高圧のガス状冷媒の熱を外気に放熱させて凝縮させる。

膨張弁５は凝縮器４で凝縮した冷媒を減圧させるもので、その減圧孔の開度を調節することで凝縮器４の出口側の冷媒圧力を制御できるようになっている。また、膨張弁８は凝縮器３で凝縮した冷媒を減圧させるもので、膨張弁５と同様の構造を有している。

蒸発器７は車室内空気流路内Ｐ１内の凝縮器３の上流に配設され、車室内空気流路内Ｐ１を流れる空気の熱を膨張弁５から供給された低温低圧の霧状の冷媒に吸熱させるものである。すなわち、膨張弁５により低温低圧の霧状となって蒸発器７に供給された冷媒は、蒸発器７を通過する際に、車室内空気流路Ｐ１内を流れる空気の熱を奪って気化する。

蒸発器７で冷却された空気は、エアミックスドア１１により、凝縮器３を通る流路Ｐ２と、凝縮器３を迂回する流路Ｐ３とに適宜の比率で分配され、流路Ｐ２、Ｐ３を流れた空気はエアミックスチャンバ（図示せず）で混合され、吹出口（図示せず）から車室内に向けて吹き出す。

９は内部熱交換器で、圧縮機２で圧縮された高圧冷媒と蒸発器７で蒸発した低圧冷媒との間で熱交換を行わせる。

この内部熱交換器９と蒸発器７の間にはアキュムレータ１０が設けられている。このアキュムレータ１０は、蒸発器７を通過した炭酸ガス冷媒を液状の冷媒とガス状の冷媒とに分離し、ガス状の冷媒のみを圧縮機２へ送ると共に液状の冷媒を一時的に貯留する。

１２は圧縮機２の吐出冷媒温度を検出するセンサ、１３、１４は、それぞれ凝縮器４、３の出口側の高圧冷媒が通る配管の表面温度を検出するセンサ、１５、１６は、それぞれ膨張弁５、８の入口側の冷媒圧力を検出するセンサである。また、１８は三方弁、１９は電磁弁、２０〜２２は逆止弁である。

２３はマイクロコンピュータから成る制御装置で、センサ１２〜１６やその他のセンサの検出値、あるいは操作パネル（図示せず）の入力情報等に基づいて、膨張弁５、８、三方弁１８、電磁弁１９、エアミックスドア１１、及びその他の機器を制御する。

次に、第１実施例の制御装置による凝縮器の出口側の目標冷媒圧力の算出手順を図２のフローチャートに基づいて説明する。なお、ここでは、冷房時の場合（冷媒が図１の実線で示す矢印のように循環する）を例に挙げて説明する。

まず、ステップＳ１０でセンサ１２の検出値、すなわち圧縮機１の吐出冷媒温度Tdが１３０℃よりも大きいか否かを判定する。

ＮＯの場合にはステップＳ９０に進み、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力を計算するための冷媒温度として、センサ１３の検出値Tcmdに所定値（例えば５℃）を加算したT'cmdを使用することとし、ステップＳ１００で目標圧力を計算してステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１０でＹＥＳの場合にはステップＳ２０に進み、Tdが初めて１３０℃より大きいと判定されたか否かを判定する。

ステップＳ２０でＹＥＳの場合にはステップＳ３０に進み、センサ１３の検出値Tcmdに所定値を加算したT'cmdをメモリにスタックする。

なお、このスタック値は、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力を算出するための冷媒温度の補正上限値であり、他のステップで算出されるT'cmdと区別するためにT'cmd0と称することとする。

ステップＳ２０でＮＯの場合にはステップＳ３０の処理を行わずにステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、センサ１３の検出値Tcmdに所定値を加算したT'cmdがスタック値T'cmd0より小さいか否かを判定する。

ＹＥＳの場合にはステップＳ５０に進み、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力の計算にT'cmdを使用することとし、ステップＳ１００で目標圧力を計算してステップＳ１０に戻る。

ステップＳ４０でＮＯの場合にはステップＳ６０に進み、スタック値T'cmd0がセンサ１３の検出値Tcmdよりも大きいか否かを判定する。

ＹＥＳの場合にはステップＳ７０に進み、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力の計算にスタック値T'cmd0を使用することとし、ステップＳ１００で目標圧力を計算してステップＳ１０に戻る。

ステップＳ６０でＮＯの場合にはステップＳ８０に進み、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力の計算にセンサ１３の検出値Tcmdを使用することとし、ステップＳ１００で目標圧力を計算してステップＳ１０に戻る。

このように、圧縮機２の吐出冷媒温度に応じて、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力を補正することにより、センサ１３が検出した配管表面の温度と実際の冷媒温度とが異なる場合においても、適切な目標冷媒圧力で膨張弁５を制御できるため、空調装置の立ち上がりが改善されて快適度の高い空調を行うことができる。

また、本実施例では、目標冷媒圧力算出用の冷媒温度の補正上限値（T'cmd0）を設定し、この上限値を超えないように冷媒温度を補正していることで、システムが暖まった後にオーバーシュートが生じるのを防いで無駄の無い空調制御を行うことができる。

次に、第２実施例の制御装置による凝縮器の出口側の目標冷媒圧力の算出手順を図３に基づいて説明する。

本実施例では、凝縮器１４の出口側の冷媒温度に応じて凝縮器１４の出口側の目標冷媒圧力を補正するようにしている。

まず、ステップＳ１１０で、凝縮器１４の出口側のセンサ１３の検出値Tcmdに所定温度を加算したT'cmdが４５℃より大きいか否かを判定する。

ＮＯの場合にはステップＳ１５０に進み、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力を計算するためにT'cmdを使用することとし、ステップＳ１６０で目標冷媒圧力を計算してステップＳ１１０に戻る。

ステップＳ１１０でＹＥＳの場合にはステップＳ１２０に進み、センサ１３の検出値Tcmdが４５℃より大きいか否かを判定する。

ＹＥＳの場合にはステップＳ１３０に進み、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力の計算にTcmdを使用することとし、ステップＳ１６０で目標圧力を計算してステップＳ１１０に戻る。

ステップＳ１２０でＮＯの場合にはステップＳ１４０に進み、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力の計算に４５℃を使用することとし、ステップＳ１６０で目標圧力を計算してステップＳ１１０に戻る。

このように、凝縮器１４の出口側の冷媒温度に応じて、凝縮器４の出口側の目標冷媒圧力を補正することにより、センサ１３が検出した配管表面の温度と実際の冷媒温度とが異なる場合においても、適切な目標冷媒圧力で膨張弁５を制御できるため、空調装置の立ち上がりが改善されて快適度の高い空調を行うことができる。

また、本実施例では、目標冷媒圧力算出用の冷媒温度の補正上限値（４５℃）を設定し、この上限値を超えないように冷媒温度を補正していることで、システムが暖まった後にオーバーシュートが生じるのを防いで無駄の無い空調制御を行うことができる。

なお、上記実施形態では、本発明を冷房システムに適用した場合について説明したが、本発明を暖房システムに適用することもできる。暖房システムでは、立ち上がり時において実際の冷媒温度と配管表面温度との差が大きいことが多いので、本発明を適用すると特に有効である。

また、本発明は、気温が低い戸外で使用されることが多い車両用空調装置に適用すると有効である。

また、本発明は、圧縮機がエンジンの動力により駆動される空調装置にも適用可能である。

また、炭酸ガス以外の物質から成る比較的高圧の冷媒を用いた冷媒サイクルを備え、凝縮器の出口側の配管の表面温度に基づいて凝縮器の出口側の目標冷媒圧力を算出し、これに基づいて減圧手段を制御するようにした空調装置に本発明と同様の制御方式（冷媒温度に応じて凝縮器の出口側の目標冷媒圧力を補正する）を適用した場合にも、本発明と同様の効果を得ることができる。

その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。

本発明の一実施形態である空調装置の概略構成図である。 第１実施例の制御装置による凝縮器の出口側の目標冷媒圧力の算出手順を示すフローチャートである。 第２実施例の制御装置による凝縮器の出口側の目標冷媒圧力の算出手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 空調装置
２ 圧縮機
４ 凝縮器
５ 膨張弁（減圧手段）
１３ センサ
２３ 制御装置

Claims (6)

1. 炭酸ガスから成る冷媒を圧縮する圧縮機（２）と、この圧縮機（２）で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器（４）と、この凝縮器（４）で凝縮した冷媒を減圧させると共に凝縮器（４）の出口側の冷媒圧力を制御可能な減圧手段（５）と、この減圧手段（５）で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（７）と、凝縮器（４）の出口側の高圧冷媒が通る配管の表面温度を検出するセンサ（１３）と、このセンサ（１３）の検出値に基づいて凝縮器（４）の出口側の目標冷媒圧力を算出して減圧手段（５）を制御する制御装置（２３）とを備えた空調装置であって、制御装置（２３）は、冷媒温度に応じて凝縮器（４）の出口側の目標冷媒圧力を補正することを特徴とする空調装置。
2. 制御装置（２３）は、圧縮機（２）の吐出冷媒温度に基づいて目標冷媒圧力を補正することを特徴とする請求項１記載の空調装置。
3. 制御装置（２３）は、センサ（１３）の検出値に基づいて目標冷媒圧力を補正することを特徴とする請求項１記載の空調装置。
4. 制御装置（２３）は、目標冷媒圧力の補正上限値を設定し、この補正上限値を超えないように目標冷媒圧力を補正することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の空調装置。
5. 暖房システムであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の空調装置。
6. 車両用空調装置であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項記載の空調装置。

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