JP2007032895A - 超臨界冷凍サイクル装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の起動時など、低圧圧力が低下する場合に、他の蒸発器の冷房能力が低下することを防止できる超臨界冷凍サイクル装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】冷媒を吸入して圧送する圧縮機１と、圧縮機１から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器２と、この放熱器２側から流れてくる冷媒の圧力を減圧する高圧制御弁１２と、放熱器２側から流れてくる冷媒の圧力を減圧する機械式のスーパーヒート制御弁１４と、高圧制御弁１２から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器６と、スーパーヒート制御弁１４から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器９と、を備え、超臨界冷凍サイクル装置を構成し、スーパーヒート制御弁１４の設定値は、圧縮機１の起動後に、高圧圧力が目標圧力を上回るようにスーパーヒート制御弁１４の流量を規制する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上にまでなる蒸気圧縮式の超臨界冷凍サイクル装置とその制御方法に関する。

従来、この種の超臨界冷凍サイクル装置としては、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から吐出した冷媒を冷却する放熱器と、この放熱器から流出した冷媒を減圧する第１減圧器および第２減圧器と、前記第１減圧器から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記第２減圧器から流出した冷媒を蒸発させるスーパーヒート制御弁と、前記放熱器から流出した冷媒が前記第２減圧器に流入することを制御する電磁弁と、を有し、前記第１蒸発器によって車室内前方側に送風する空気を冷却し、前記第２蒸発器によって車室内後方側に送風する空気を冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００‐３５２５０号公報

しかしながら、上記超臨界冷凍サイクル装置は、高圧制御弁で制御される第１蒸発器の冷媒流量と、スーパーヒート制御弁で制御される第２蒸発器の冷媒流量は、定常運転状態においては適正に配分されることとなるが、圧縮機の起動時や圧縮機の回転数の上昇時などの過渡時に、低圧圧力が低下する場合には、スーパーヒート制御弁の開度が過度に大きくなり、適正な冷媒流量の配分がなされないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低圧圧力が低下する場合に、スーパーヒート制御弁の開度が過度に大きくなり、他の蒸発器の冷房能力が低下することを防止できる超臨界冷凍サイクル装置およびその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、以下に記載の技術的手段を採用する。請求項１に記載の発明は、冷凍サイクル内における高圧圧力が冷媒の臨界圧以上になる蒸気圧縮式の超臨界冷凍サイクル装置であって、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、放熱器（２）側から流れてきた冷媒の圧力を減圧する減圧器（１２）と、放熱器（２）側から流れてきた冷媒の流量を調整する機械式のスーパーヒート制御弁（１４）と、減圧器（１２）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（６）と、スーパーヒート制御弁（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器（９）と、を備え、過渡時に、高圧圧力が目標圧力を上回るように、前記スーパーヒート制御弁（１４）の流量を規制したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、スーパーヒート制御弁の開度が過度に大きくなるのを防止して、蒸発器を流れる冷媒流量を適正にすることができるので、冷房能力の低下を防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超臨界冷凍サイクル装置において、スーパーヒート制御弁（１４）の感温部が０℃時の開弁設定圧を０．５〜２．６５ＭＰａの範囲としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、蒸発器の熱交換性能の低下による吹出し空気温度の上昇率の大きさ、および低圧圧力の低下に対するスーパーヒート制御弁の開度、の観点から、第１蒸発器と第２蒸発器における冷媒流量のバランスをより好ましい状態とする超臨界冷凍サイクル装置が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の超臨界冷凍サイクル装置において、さらに、前記スーパーヒート制御弁（１４）に直列接続され、前記第２蒸発器（９）へ流入する冷媒を制御する制御弁（１３）と、過渡時に、前記高圧圧力が目標圧力を上回るように、前記スーパーヒート制御弁（１４）を通る流量を規制するように前記制御弁（１３）を制御する制御手段（５０）と、を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、過渡時に、高圧圧力が目標圧力を上回るように、スーパーヒート制御弁を通る流量を規制するように制御弁を制御することにより、第２蒸発器を流れる冷媒流量を適切に制限して冷凍サイクル内の冷媒流量の適正化を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または３に記載の超臨界冷凍サイクル装置において、第２蒸発器（９）の上流側に絞り部（２５）を設け、絞り部（２５）はスーパーヒート制御弁（１４）に直列接続したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、第２蒸発器に流れる冷媒流量をさらに小さくすることが可能になり、冷媒流量の調整範囲を適正にすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の超臨界冷凍サイクル装置において、絞り部（２５）は、スーパーヒート制御弁（１４Ａ）に内蔵された流量絞り部（２６）とすることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、別個の部品としての絞り部が不要になり、それを接続するためのジョイント機構も不要とすることができる。

請求項６に記載の発明は、冷凍サイクル内における高圧圧力が冷媒の臨界圧以上になる蒸気圧縮式の超臨界冷凍サイクル装置であって、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、放熱器（２）側から流れてきた冷媒の圧力を減圧する減圧器（１２）と、放熱器（２）側から流れてきた冷媒の流量を調整する機械式のスーパーヒート制御弁（１４）と、減圧器（１２）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（６）と、スーパーヒート制御弁（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器（９）と、スーパーヒート制御弁（１４）に直列接続され、第２蒸発器（９）へ冷媒の流入を制御する制御弁（１３）と、第２蒸発器（９）内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立した場合に、制御弁（１３）を閉弁するように制御弁（１３）を制御する制御手段（５０）と、を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、第２蒸発器内の冷媒圧力の状態を判定して、冷媒流量を制御することにより、状態の判定精度に優れた冷媒流量の適正化が図れる。

請求項７に記載の発明は、請求項３または６に記載の超臨界冷凍サイクル装置において、制御手段（５０）は、第２蒸発器（９）の冷媒温度ＴＲと、第１蒸発器（６）の冷媒温度ＴＦとの温度差が、所定値以上になった場合に、制御弁（１３）を閉弁することを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、蒸発器の冷媒温度の差を判定して、冷媒流量を制御することにより、応答性の高い判定を行うことができる。

請求項８に記載の発明は、請求項３または６に記載の超臨界冷凍サイクル装置において、制御手段（５０）は、第２蒸発器（９）を通る吹出し空気の温度ＴＲＡと、第１蒸発器（６）の吹出し空気の温度ＴＦＡとの温度差が、所定値以上になった場合に、制御弁（１３）を閉弁することを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、通常、既設されている吹出し空気温度センサを利用して冷媒流量を制御することができる超臨界冷凍サイクル装置が得られる。

請求項９に記載の発明は、請求項３または６に記載の超臨界冷凍サイクル装置において、制御手段（５０）は、圧縮機（１）の回転数の増加率が所定値以上となった場合に、制御弁（１３）を閉弁することを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、圧縮機の回転数の増加率を用いて冷媒圧力の低下度合いを判定することにより、さらに応答性の高い判定を行うことができる。

請求項１０に記載の発明は、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、放熱器（２）側から流れてきた冷媒の圧力を減圧する減圧器（１２）と、放熱器（２）側から流れてきた冷媒の流量を調整する機械式のスーパーヒート制御弁（１４）と、減圧器（１２）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（６）と、スーパーヒート制御弁（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器（９）と、スーパーヒート制御弁（１４）に直列接続され、第２蒸発器（９）へ冷媒の流入を制御する制御弁（１３）と、制御弁（１３）を制御する制御手段（５０）と、を備え、冷凍サイクル内における高圧圧力が冷媒の臨界圧以上になる蒸気圧縮式の超臨界冷凍サイクル装置において、制御手段（５０）により冷媒流量を制御する制御方法であって、第２蒸発器（９）の作動を検出するステップと、第２蒸発器（９）内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したか否かを判定するステップと、条件が成立したと判定された場合に、制御弁（１３）を閉弁するステップと、を有することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明によれば、冷媒流量の適正化が必要な状態であることを精度よく判定することのできる制御方法が得られる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の超臨界冷凍サイクル装置の制御方法において、条件が成立したか否かを判定するステップは、第２蒸発器（９）の冷媒温度ＴＲと、第１蒸発器（６）の冷媒温度ＴＦとの温度差が、所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明によれば、応答性の高い判定を行うことができる制御方法が得られる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の超臨界冷凍サイクル装置の制御方法において、条件が成立したか否かを判定するステップは、第２蒸発器（９）を通る吹出し空気の温度ＴＲＡと、第１蒸発器（６）の吹出し空気の温度ＴＦＡとの温度差が、所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明によれば、通常、既設されている吹出し空気温度センサを利用した制御方法が得られる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１０に記載の超臨界冷凍サイクル装置の制御方法において、条件が成立したか否かを判定するステップは、圧縮機（１）の回転数の増加率が所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明によれば、圧縮機の回転数の増加率を用いて冷媒圧力の低下度合いを判定することにより、さらに応答性の高い制御方法が得られる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下に第１実施形態について、図１〜図５、および図９〜図１２を用いて説明する。本実施形態に係る超臨界冷凍サイクル装置は、複数個の蒸発器を備えた蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であり、その一例として自動車などに用いられるデュアルタイプの車両用空調装置を例に挙げて説明する。また、冷媒としては二酸化炭素を用いた超臨界冷凍サイクルを説明する。

本実施形態の超臨界冷凍サイクル装置１０は、図１および図２に示すような構成であり、冷媒を吸入して圧送する圧縮機１と、圧縮機１から吐出された高圧冷媒の放熱を行う高圧側熱交換器に相当する放熱器２と、この放熱器２側から流れてくる冷媒の圧力を減圧する減圧器である機械式の高圧制御弁１２と、放熱器２側から流れてくる冷媒の圧力を減圧する機械式のスーパーヒート制御弁１４と、高圧制御弁１２から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器６と、スーパーヒート制御弁１４から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器９と、を備えている。さらに、超臨界冷凍サイクル装置１０は、高圧側冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換をさせる内部熱交換器４と、第２蒸発器９の上流側で、スーパーヒート制御弁１４と直列接続されて、第２蒸発器９へ冷媒の流入制御する制御弁１３と、を備えている。

放熱器２側から流れてくる冷媒は、第１蒸発器６と第２蒸発器９のそれぞれに配分されて流れ、第１蒸発器６、第２蒸発器９のそれぞれから流出した後、合流して構成される冷媒は、超臨界冷凍サイクル中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ８によって液相冷媒と気相冷媒とに分離され、気相冷媒は、低圧側冷媒として内部熱交換器４で高圧側冷媒と熱交換され、圧縮機１の吸入口に流入する。

第１蒸発器６には、冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ１６が設けられ、第１蒸発器６を通過した吹出し空気の温度を検出する吹出し空気温度センサ１５が設けられている。同様に、第２蒸発器９には、冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ１８が設けられ、第２蒸発器９を通過した吹出し空気の温度を検出する吹出し空気温度センサ１７が設けられている。この吹出し空気温度センサ１５および１７は、空調ユニットケース（図示せず）内の蒸発器よりも車室内側に設けられ、第１蒸発器６、第２蒸発器９のそれぞれにより冷却された車室内への空調風の温度を検出し、その検出情報は、冷媒温度センサ１６および１８により検出された検出情報とともに、制御手段としてのＥＣＵ５０に送られる。なお、第１蒸発器６により冷却された空調風は、車室内前方側から前部座席の乗員に向けて送風され、第２蒸発器９により冷却された空調風は、車室内後方側から後部座席の乗員などに向けて送風されるものとする。

圧縮機１は、可変容量型であり、ＥＣＵ５０によりその吐出容量が電気的に制御されて冷媒圧力の制御を行う構成である。圧縮機１の回転数の情報はＥＣＵ５０に送られる。また、圧縮機１にはＥＣＵ５０から送られるクラッチ制御出力信号によりクラッチ制御を行う構成としてもよい。

放熱器２においては、圧縮機１より吐出された高圧・高温冷媒と、ファンによる送風空気や車両の走行などによる送風空気との間で熱交換が行われ、放熱器２内で冷媒の圧力は臨界圧力を超えることになる。放熱器２はクーリングファン３により冷却され、このクーリングファン３は電動式で構成される。また、クーリングファン３はエンジン直結式のカップリングファンや油圧駆動モータで駆動するファンで構成されてもよい。なお、クーリングファン３は、ラジエータ冷却ファンと共用する形式でもよいし、放熱器２専用のファンとしてもよい。また、クーリングファン３は、放熱器２と一体化して取り付けられる構成としてもよいし、車両側部品に固定される構成としてもよい。

高圧制御弁１２は、放熱器２の出口側冷媒温度を感温筒部で検出し、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）が最大となる高圧圧力に制御するものである。また、高圧制御弁１２は、前述の機械式の他に、ＥＣＵ５０によって電気的に制御される電気式膨張弁を採用してもよい。

第１蒸発器６は、高圧制御弁１２で低圧状態となった液冷媒を外気から吸熱して蒸発させる熱交換器である。ＥＣＵ５０が制御するブロワ７の送風によって第１蒸発器６の伝熱部を通過した空気は、熱を奪われて冷却されるとともに除湿されて、冷房風として車室内前方側から前部座席の乗員に向けて送風される。

スーパーヒート制御弁１４は、第２蒸発器９の出口側冷媒温度と第２蒸発器９内の冷媒圧力を検出して第２蒸発器９のスーパーヒート量を制御する膨張弁である。スーパーヒート制御弁１４は、冷凍サイクル内において高圧制御弁１２と並列に配置される関係にある。

スーパーヒート制御弁１４の開弁設定値は、圧縮機１の起動後に、高圧圧力が目標圧力を上回るように設定されている。この設定値は、後述する図４および図５に示すグラフから、ＳＨ＝１０℃に相当する２．６５ＭＰａである場合には、圧縮機１の起動後に高圧圧力が目標圧力を上回ることが確認できており、設定値がこの値以下であることが好ましい。

さらに、スーパーヒート制御弁１４の感温部が０℃時の開弁設定圧は、０．５〜２．６５ＭＰａの範囲とするものが好ましい。この範囲の設定値は、蒸発器の熱交換性能の低下による吹出し空気温度の上昇率の大きさ、および低圧圧力の低下に対するスーパーヒート制御弁の開度、といった観点から、第１蒸発器６と第２蒸発器９における冷媒流量のバランスがより好ましい状態となる値である。言い換えれば、０．５ＭＰａを下限値としたのは、ＳＨ（スーパーヒート）値に対する蒸発器の吹出し空気温度の上昇をＳＨ＝０℃時を基準に見た場合、ＳＨ値が２５℃を超えると吹出し空気温度の上昇率が大きくなっていくことを実験等により、確認しているからであり、よって、このＳＨ＝２５℃に相当する設定値０．５ＭＰａを下限値として設定している。また、上限値をＳＨ＝１０℃に相当する２．６５ＭＰａとしたのは、後述する図４および図５に示すグラフから、ＳＨ＝１０℃に調整した場合の起動時挙動は、ＳＨ＝５℃に調整した場合の起動時挙動に比べて、第２蒸発器９の冷媒流量の増加が少なく、第１蒸発器６の冷媒流量も過度に低下することがないため、冷房能力の低下を回避できることが確認できているからである。

また、スーパーヒート制御弁１４は、第２蒸発器９の風上側に配置されたブロワ１１による送風が当たる位置に配設するように構成してもよい。

スーパーヒート制御弁１４は、図３に示すように、略直方体状の本体内に調整バネと連動して作動する作動棒１９および弁２０からなる主弁体を備えている。この本体は、内部熱交換器４側からの冷媒が流入する第１流入ポート２１と、第２蒸発器９の入口側と接続され、第１流入ポート２１に流入した冷媒が第２蒸発器９に向けて流出する第１流出ポート２２と、第２蒸発器９の出口側と接続され、第２蒸発器９から流出した冷媒が流入する第２流入ポート２３と、この第２流入ポート２３に流入した冷媒がアキュムレータ８に向けて流出する第２流出ポート２４と、を有している。第１流入ポート２１と第１流出ポート２２と連絡する冷媒通路は、弁２０によって開閉される。なお、スーパーヒート制御弁１４としては、図３に示す内蔵した作動棒１９を介して感温する内蔵タイプの他、ダイヤフラム上に封入された冷媒がキャピラリにより感温筒まで連通することより、感温筒で温度を感温する感温筒式を採用してもよい。

第２蒸発器９は、スーパーヒート制御弁１４で低圧状態となった液冷媒を外気から吸熱して蒸発させる熱交換器である。ＥＣＵ５０が制御するブロワ１１によって第２蒸発器９の伝熱部を通過した空気は、熱を奪われ冷却されるとともに除湿されて、冷房風として車室内後方側から後部座席の乗員などに向けて送風される。

制御弁１３は、放熱器３側から流れてきた冷媒が第２蒸発器９に流入することを阻止する場合と、許容する場合とを切り替え自在とする電磁弁で構成され、ＥＣＵ５０によって制御されるものである。

なお、本実施形態の超臨界冷凍サイクル装置１０は、２個の蒸発器を備える構成としているが、３個以上の蒸発器を備える装置にも適用できるものである。例えば、３個の蒸発器を備える装置の場合には、そのうちの１個の蒸発器に流れる冷媒流量を制御する高圧制御弁と、残りの２個の蒸発器に流れる冷媒流量を制御するスーパーヒート制御弁とを備える構成とすればよい。

次に、超臨界冷凍サイクル装置の運転における冷凍サイクル内の冷媒状態を説明する。まず、定常時の運転状態において、第１蒸発器６と第２蒸発器９のそれぞれを流れる冷媒の流量配分は、以下のように調整されることになる。スーパーヒート制御弁１４は、第２蒸発器９の出口のスーパーヒート量を設定された値になるように第２蒸発器９の冷媒流量を制御し、これにより、第２蒸発器９からは常に過熱度をもったガス冷媒がアキュムレータ８に送られることになる。他方、第１蒸発器６からは、車室内に送風される空気と熱交換を行った後の飽和ガス冷媒と液冷媒が混合した冷媒がアキュムレータ８に送られる。アキュムレータ８内では、第１蒸発器６からの液冷媒と第２蒸発器９からのスーパーヒートガスが熱交換を行い、飽和ガスのみがアキュムレータ８から内部熱交換器４を経て圧縮機１に吸入される。これにより、流入する液冷媒が蒸発するエンタルピ量とスーパーヒートガスが飽和ガスに冷却されるエンタルピ量は、等しくなるようにバランスすることで低圧圧力が一定の状態に保たれることになる。

この状態から、例えば、第１蒸発器６におけるブロワ７の風量が増加するなど熱負荷が増加した場合には、第１蒸発器６出口の液冷媒量が減少するため、第２蒸発器９からアキュムレータ８に流入する冷媒も飽和ガスまで冷却されないことになる。このため、アキュムレータ８に内に蓄えられている液冷媒を加熱して、アキュムレータ８内の圧力を上昇させることにより、低圧圧力を上昇させる。この運転状態によって、低圧冷媒の蒸発圧力も上昇するため、各蒸発器の吹出し空気温度と冷媒の蒸発温度との差が小さくなり、熱負荷が減少することになる（以上、現象１とする）。さらに、圧縮機１の吸入圧力が上昇し、冷媒流量が増加することになる（以上、現象２とする）。

現象１によって、第２蒸発器９の熱負荷も減少するため、スーパーヒート制御弁１４は、冷媒流量を少なくするように弁開度を小さくする。他方で、同様に熱負荷の小さくなった第１蒸発器６には、圧縮機１の吸入圧力の上昇と、第２蒸発器９の冷媒流量の低下分による両方の冷媒流量の増加分が流入して、冷媒流量が増加し、出口における液冷媒量が増加することになる。この液冷媒量の増加は、第２蒸発器９から流出するスーパーヒートガスが全て飽和ガスに冷却されるまで続き、両者が釣り合った時点で、再度、バランスすることになる。

同様に、第２蒸発器９の負荷が低下した場合は、出口におけるスーパーヒート量が減少するため、スーパーヒート制御弁１４の開度が小さくなり、第２蒸発器９の流量が低下することになる。これにより、第１蒸発器６から流出する液冷媒がすべて蒸発しないため、液冷媒量が増加することになる。このことから、圧縮機１に吸引されるガス冷媒量も減少し、低圧圧力が低下するため、冷媒流量が減少することになる（以上、現象３とする）。また、低圧冷媒の蒸発圧力も低下するため、各蒸発器の吹出し空気温度と冷媒の蒸発温度との差が大きくなり、熱負荷が増加することになる（以上、現象４とする）。

この現象４により、第２蒸発器９の熱負荷も再度、増加してスーパーヒート制御弁１４の開度も大きくなり、第２蒸発器９の出口におけるスーパーヒートガスが増加する。他方で、第１蒸発器６は、現象４による熱負荷の増加と、現象３による冷媒流量の低下によって、第１蒸発器６の出口の液冷媒量が減少することになる。この液冷媒量の減少は、第２蒸発器９から流出するスーパーヒートガスで液冷媒がすべて蒸発するまで続き、両者が釣り合った時点で、低圧圧力が一定に保持されることになる。

以上のように、第２蒸発器９の出口がスーパーヒートをもつ状態に制御されている場合は、第１蒸発器６の出口は液冷媒を含む飽和ガス冷媒が流出する状態となるため、第１蒸発器６には十分な液冷媒が供給されている。他方、第２蒸発器９はスーパーヒート制御弁１４によって冷媒流量が制御されるため、第１蒸発器６、第２蒸発器９の両方とも、それぞれ熱負荷に応じた冷媒流量が確保された状態となる。

これに対して、スーパーヒート制御弁１４の作動は、図３に示すように、第２蒸発器９内の圧力をダイヤフラム下の第２流入ポート２３に導入し、第２蒸発器９の出口冷媒温度を作動棒１９を介してダイヤフラム上の空間に封入された冷媒に熱伝導により感温させて、両者の圧力差によるダイヤフラムの変位で作動棒１９に連結した弁２０を開閉することでスーパーヒート量を調整している。ダイヤフラム下の圧力が第２蒸発器９内の圧力変化により、直ちに変化するのに対して、第２蒸発器９の出口冷媒温度は感温部の熱伝達により検知される、第２蒸発器９内の圧力よりも応答が遅れる。特に、エアコンの起動時、圧縮機１の回転数が上昇した場合など、低圧圧力が低下する条件においては、ダイヤフラム下の圧力が直ちに下がるため、スーパーヒート制御弁１４を開く方向に働き、弁開度が過剰に大きくなり冷媒流量も過剰となるため、第２蒸発器９の出口から液冷媒が流出する状態となる。さらに、感温部が第２蒸発器９の出口冷媒温度を感温してダイヤフラム上の圧力が低下すると弁開度が小さくなり、冷媒流量も適正量となるが、温度応答には通常、１〜２分程度、要するため、その間は冷媒量が過剰な状態が続くことになる。

このように、第２蒸発器９のスーパーヒート制御がうまくいかず、第２蒸発器９の冷媒流量が過剰となり、液冷媒を含む飽和ガス冷媒が流出してしまう場合は、第１蒸発器６の出口冷媒がスーパーヒートガスとなる。第２蒸発器９から流出する液冷媒が第１蒸発器６からのスーパーヒートガスで全て蒸発できる場合は、スーパーヒート制御が正常な場合と同様に、バランスされた状態となる。しかし、第２蒸発器９の出口の液冷媒量がさらに増加すると、第１蒸発器６の冷媒流量がさらに低下するため、蒸発器内のスーパーヒートガス域が増加して熱交換量、つまり冷房能力が低下し、吹出し空気温度が上昇してしまうことになる。

これにより、第２蒸発器９からの液冷媒は全て蒸発しなくなるため低圧圧力が低下し、圧縮機１の吸入圧力も低下するので、さらに冷媒流量が低下して第１蒸発器６の熱交換量もますます減少してしまい、吹出し空気温度も大幅に上昇した状態となる。そして、第１蒸発器６の熱交換量が低下すると、低圧圧力が大幅に下がるため、高圧圧力も低下して、ついには、高圧制御弁１２の目標圧力も下回る圧力まで低下しまい、高圧制御弁１２が閉止してしまうことになる。この状態では、高圧制御弁１２は閉止時に冷媒温度を検出するための最小量の冷媒を流すバイパス孔のみから冷媒が流れるため、第１蒸発器６の性能も極端に低下した状態となる。この状態はスーパーヒート制御弁１４が、第２蒸発器９の出口冷媒温度を検出して、第２蒸発器９の冷媒流量が適正に戻るまで続くことになる。

本実施形態の超臨界冷凍サイクル装置１０においては、圧縮機１の起動後に、高圧圧力が目標圧力を上回るように、スーパーヒート制御弁１４の開弁設定値を設定した構成を有するので、第２蒸発器９を流れる冷媒流量を適正にするとともに、第１蒸発器６を流れる冷媒流量も過度に低下することを防止している。

本実施形態のスーパーヒート制御弁１４においては、スーパーヒート制御値の最小値を１０℃以上に設定している。具体的には、機械式のスーパーヒート制御弁１４では、調整バネの荷重を調整し、弁単体を０℃の状態とした場合に弁が開き始めるときのダイヤフラム下の圧力が、冷媒の−１０℃での飽和圧となるように調整している。したがって、スーパーヒート制御値を大きくした場合は調整バネの荷重が大きくなり、同じ低圧圧力の場合に弁開度が小さくように調整している。また、スーパーヒート制御弁１４の本体は、ダイヤフラム部の封入ガスが減圧した低温冷媒の影響を受けないように、ブロワ１１で送風された風が直接当たる位置に配置され、感温部の温度を正確に検出するようにしている。

次に、スーパーヒート制御弁１４の開弁設定値が、圧縮機１の起動後に、高圧圧力が目標圧力を上回るように設定された場合における、冷媒の挙動を図４および図５を用いて、説明する。図４（ａ）および（ｂ）は、冷媒にＨＦＣ１３４ａを用いたときと同様に、ＳＨ＝５℃（０℃時のセット圧３．０５ＭＰａ）に調整した場合の起動時の挙動を示している。図５（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の超臨界冷凍サイクル装置１０において、ＳＨ＝１０℃（０℃時のセット圧２．６５ＭＰａ）に調整した場合の起動時の挙動を示している。

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、スーパーヒート制御弁１４の設定値をＳＨ＝５℃に調整した場合は、圧縮機１の起動直後にスーパーヒート制御弁１４は閉じているため、第１蒸発器６側に冷媒が流れるが、低圧圧力が低下するとスーパーヒート制御弁１４が開き、第２蒸発器９の冷媒流量が増加する。このとき、調整バネの荷重が小さいため弁開度が過剰に大きくなり、第２蒸発器９の冷媒流量も過剰な状態となる。一方、これによって、第１蒸発器６の冷媒流量が低下して熱交換量が低下するため、吹出し空気温度ＴＦＡも低下しないことになる。また、第１蒸発器６で蒸発する冷媒は少ないため、高圧圧力も高圧制御弁１２の目標圧力まで上昇せず、閉止した状態が続いてしまうことになる。

スーパーヒート制御弁１４は、第２蒸発器９の出口冷媒温度を感温して徐々に弁開度を小さくし、第２蒸発器９の冷媒流量が減少することになる。これにより、第１蒸発器６の冷媒流量が徐々に増加することで高圧圧力も徐々に上昇して、高圧制御弁１２の目標圧力に達した時点で、高圧制御弁１２がようやく開弁し、第１蒸発器６側の冷媒流量が増加して、吹出し空気温度ＴＦＡが低下することになる。この高圧制御弁１２の開弁によって、第２蒸発器９の冷媒流量は一時的に減少し、第２蒸発器９を通る空調風の吹出し温度ＴＲＡは、上昇することになる。

これに対して、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、スーパーヒート制御弁１４の設定値をＳＨ＝１０℃に調整した場合は、調整バネの荷重が大きいため、圧縮機１の起動後に低圧圧力が低下しても、スーパーヒート制御弁１４の開度がＳＨ＝５℃の調整時よりも小さくなる。このため、第２蒸発器９の冷媒流量の増加も小さく、第１蒸発器６の冷媒流量も過度に低下することがない。これにより、高圧圧力は高圧制御弁１２の目標圧を上回る状態を維持することができ、高圧制御弁１２が閉止する状態も回避することができる。このため、第１蒸発器６の吹出し空気温度ＴＦＡも、第２蒸発器９と同様に低下することになる。

次に、本発明の超臨界冷凍サイクル装置にかかる他の実施形態として、図９、図１０、図１１、図１２のフロー図に示す実施形態を説明する。図９〜図１２に示す実施形態は、それぞれ独立して実施され、前述の第１実施形態、後述する第２実施形態および第３実施形態の代替手段である。また、一方で、図９〜図１２に示す実施形態は、超臨界冷凍サイクル装置１０、後述する超臨界冷凍サイクル装置３０、４０のそれぞれについて適用することも可能であり、前述の第１実施形態、後述する第２実施形態および第３実施形態の代替手段としてだけでなく、それぞれの形態と併用することも可能である。
を用いて説明する。図９〜図１２のそれぞれに示す制御方法は、制御手段であるＥＣＵ５０によって実行され、第２蒸発器９内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したか否かを判定するステップと、条件が成立したと判定された場合に、制御弁１３を閉弁するステップと、を有する方法である。

図９に示すフロー図は、制御弁１３を閉弁して第２蒸発器９への冷媒の流入を制限するタイミングを、第２蒸発器９を通る吹出し空気温度ＴＲＡの変化率を用いて判定する制御方法を示している。この制御方法は、第２蒸発器９内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したか否かを判定するステップとして、第２蒸発器９を通る吹出し空気温度ＴＲＡの変化率が所定温度を超えているか否かを判定するステップを採用している。

まず、この制御方法は、エアコンスイッチがＯＮ状態において開始する。次に、第２蒸発器９の作動スイッチの状態、つまりリアエアコンの作動スイッチの状態を検出する（ステップＳ１００）。そして、この検出により、第２蒸発器９（リアエアコン）の作動スイッチの状態を判定し（ステップＳ１１０）、ＯＮであったときには、吹出し空気温度センサ１８により、第２蒸発器９を通る空調風の吹出し空気温度ＴＲＡを検出する（ステップＳ１２０）。また、リアエアコンの作動スイッチがＯＦＦであったときは、ステップＳ１４０に飛ぶ。ステップＳ１２０で検出したＴＲＡについて、単位時間当たりの温度変化率を算出し、算出した温度変化率が所定値Ｘより大きいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。算出した温度変化率が所定値Ｘより大きいと判定されると、第２蒸発器９内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したとみなし、電磁弁で構成される制御弁１３をＯＦＦすることで閉弁し、第２蒸発器９へ流れる冷媒を制限する（ステップＳ１４０）。他方、算出した温度変化率が所定値Ｘより小さいと判定されると、次に、タイマーにてカウントし、所定時間経過した（ステップＳ１５０）後、制御弁１３をＯＮする（ステップＳ１６０）。そして、ステップＳ１４０、ステップＳ１６０のいずれが実行されても、再度ステップＳ１００に戻り、冷媒流量が適正な状態であるか否かを判定する制御を継続的に実行する。

次に説明する図１０は、制御弁１３を閉弁して第２蒸発器９への冷媒の流入を制限するタイミングを、第１蒸発器６の冷媒温度と第２蒸発器９の冷媒温度との差を用いて判定する制御方法を示している。この制御方法は、冷媒流量が適正でないとする条件が成立したか否かを判定するステップとして、第２蒸発器９の冷媒温度ＴＲと、第１蒸発器６の冷媒温度ＴＦとの温度差が、所定値以上であるか否かを判定するステップを採用している。

まず、この制御方法は、エアコンスイッチがＯＮ状態において開始する。次に、第２蒸発器９の作動スイッチの状態を検出する（ステップＳ２００）。そして、この検出により、第２蒸発器９（リアエアコン）の作動スイッチの状態を判定し（ステップＳ２１０）、ＯＮであったときには、冷媒温度センサ１６、１８により、第１蒸発器６、第２蒸発器９のそれぞれの冷媒温度ＴＦ、ＴＲを検出する（ステップＳ２２０）。また、リアエアコンの作動スイッチがＯＦＦであったときは、ステップＳ２４０に飛ぶ。ステップＳ２２０で検出したＴＦとＴＲの温度差を算出し、算出した温度差が所定値ＴＣより大きいか否かを判定する（ステップＳ２３０）。算出した温度差が所定値ＴＣより大きいと判定されると、第２蒸発器９内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したとみなし、電磁弁で構成される制御弁１３をＯＦＦすることで閉弁し、第２蒸発器９へ流れる冷媒を制限する（ステップＳ２４０）。他方、算出した温度差が所定値ＴＣより小さいと判定されると、次に、算出した温度差が所定値ＴＤより小さいか否かを判定する（ステップＳ２５０）。算出した温度差が所定値ＴＤより小さいと判定すると、制御弁１３をＯＮする（ステップＳ２７０）。算出した温度差が所定値ＴＤより小さくないと判定すると、現状の制御弁１３の作動状態を保持する（ステップＳ２６０）。そして、ステップＳ２４０、ステップＳ２６０、ステップＳ２７０のいずれが実行されても、再度ステップＳ２００に戻り、冷媒流量が適正な状態であるか否かを判定する制御を継続的に実行する。

次に説明する図１１は、制御弁１３を閉弁して第２蒸発器９への冷媒の流入を制限するタイミングを、第１蒸発器６、第２蒸発器９のそれぞれを通る吹き出し空気温度の差を用いて判定する制御方法を示している。この制御方法は、冷媒流量が適正でないとする条件が成立したか否かを判定するステップとして、第２蒸発器９の吹出し空気温度ＴＲＡと、第１蒸発器６の吹出し空気温度ＴＦＡとの温度差が、所定値以上であるか否かを判定するステップを採用している。

まず、この制御方法は、エアコンスイッチがＯＮ状態において開始する。次に、第２蒸発器９の作動スイッチの状態を検出する（ステップＳ３００）。そして、この検出により、第２蒸発器９（リアエアコン）の作動スイッチの状態を判定し（ステップＳ３１０）、ＯＮであったときには、吹出し空気温度センサ１５、１７により、第１蒸発器６、第２蒸発器９のそれぞれを通る吹出し空気温度ＴＦＡ、ＴＲＡを検出する（ステップＳ３２０）。また、リアエアコンの作動スイッチがＯＦＦであったときは、ステップＳ３４０に飛ぶ。ステップＳ３２０で検出したＴＦＡとＴＲＡの温度差を算出し、算出した温度差が所定値ＴＡより大きいか否かを判定する（ステップＳ３３０）。算出した温度差が所定値ＴＡより大きいと判定されると、第２蒸発器９内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したとみなし、電磁弁で構成される制御弁１３をＯＦＦすることで閉弁し、第２蒸発器９へ流れる冷媒を制限する（ステップＳ３４０）。他方、算出した温度差が所定値ＴＡより小さいと判定されると、次に、算出した温度差が所定値ＴＢより小さいか否かを判定する（ステップＳ３５０）。算出した温度差が所定値ＴＢより小さいと判定すると、制御弁１３をＯＮする（ステップＳ３７０）。算出した温度差が所定値ＴＢより小さくないと判定すると、現状の制御弁１３の作動状態を保持する（ステップＳ３６０）。そして、ステップＳ３４０、ステップＳ３６０、ステップＳ３７０のいずれが実行されても、再度ステップＳ３００に戻り、冷媒流量が適正な状態であるか否かを判定する制御を継続的に実行する。

次に説明する図１２は、制御弁１３を閉弁して第２蒸発器９への冷媒の流入を制限するタイミングを、圧縮機１の回転数の増加率を用いて判定する制御方法を示している。この制御方法は、冷媒流量が適正でないとする条件が成立したか否かを判定するステップとして、圧縮機１の回転数の増加率が、所定値以上であるか否かを判定するステップを採用している。

まず、この制御方法は、エアコンスイッチがＯＮ状態において開始する。次に、第２蒸発器９の作動スイッチの状態、つまりリアエアコンの作動スイッチの状態を検出する（ステップＳ４００）。そして、この検出により、第２蒸発器９（リアエアコン）の作動スイッチの状態を判定し（ステップＳ４１０）、ＯＮであったときには、次に、ＥＣＵ５０が圧縮機１の回転数信号を検出しその情報を取得する（ステップＳ４２０）。また、リアエアコンの作動スイッチがＯＦＦであったときは、ステップＳ４４０に飛ぶ。ステップＳ４２０で検出した圧縮機１の回転数情報について、単位時間当たりの回転数の増加率を算出し、算出した増加率が所定値ＲＶより大きいか否かを判定する（ステップＳ４３０）。算出した増加率が所定値ＲＶより大きいと判定されると、第２蒸発器９内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したとみなし、電磁弁で構成される制御弁１３をＯＦＦすることで閉弁し、第２蒸発器９へ流れる冷媒を制限する（ステップＳ４４０）。他方、算出した増加率が所定値ＲＶより小さいと判定されると、次に、タイマーにカウントし、所定時間経過した（ステップＳ４５０）後、制御弁１３をＯＮする（ステップＳ４６０）。そして、ステップＳ４４０、ステップＳ４６０のいずれが実行されても、再度ステップＳ４００に戻り、冷媒流量が適正な状態であるか否かを判定する制御を継続的に実行する。

なお、前述した図９〜図１２のそれぞれに示した作動は、後述する第２および第３実施形態における超臨界冷凍サイクル装置３０および４０についても実行することができる。

このように本実施形態の超臨界冷凍サイクル装置によれば、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器２と、この放熱器２側から流れてくる冷媒の圧力を減圧する高圧制御弁１２と、この放熱器２側から流れてくる冷媒の圧力を減圧する機械式のスーパーヒート制御弁１４と、高圧制御弁１２から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器６と、スーパーヒート制御弁１４から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器９と、を備え、圧縮機１の起動後に、高圧圧力が目標圧力を上回るように、スーパーヒート制御弁１４の開弁設定値を設定した構成とする。この構成によれば、スーパーヒート制御弁１４の開度が過度に大きくなるのを防止して、第２蒸発器９を流れる冷媒流量を適正にすることができるとともに、高圧制御弁１２を過度に閉じないようになって、第１蒸発器６を流れる冷媒流量も過度に低下することがなくなり、第１蒸発器６を通る吹出し空気の温度の上昇を防止することができるため、冷房能力の低下を防止することができる。

また、さらにスーパーヒート制御弁１４に直列接続され、第２蒸発器９へ冷媒の流入を制御する制御弁１３と、制御弁１３を制御するＥＣＵ５０と、を備えた超臨界冷凍サイクル装置において、ＥＣＵ５０は、第２蒸発器９内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立した場合に、制御弁１３を閉弁する制御を行うこととする。この制御を採用した場合には、第２蒸発器９内の冷媒圧力の状態を判定して、冷媒流量を制御することにより、冷媒圧力の状態の判定精度に優れた冷媒流量の適正化を行うことができる。

また、ＥＣＵ５０は、第２蒸発器９の冷媒温度ＴＲと、第１蒸発器６の冷媒温度ＴＦとの温度差が、所定値以上になった場合に、制御弁１３を閉弁することとした場合には、応答性の高い判定を行うことができる。

また、ＥＣＵ５０は、第２蒸発器９を通る吹出し空気の温度ＴＲＡと、第１蒸発器６の吹出し空気の温度ＴＦＡとの温度差が、所定値以上になった場合に、制御弁１３を閉弁することとした場合には、通常、既設されている吹出し空気温度センサを利用して冷媒流量を制御することができる。

また、ＥＣＵ５０は、圧縮機１の回転数の増加率が所定値以上となった場合に、制御弁１３を閉弁することとした場合には、さらに応答性の高い判定を行うことができる。

また、スーパーヒート制御弁１４の感温部が０℃時の開弁設定圧を０．５〜２．６５ＭＰａの範囲とした場合には、第１蒸発器６と第２蒸発器９における冷媒流量のバランスをより好ましい状態とする超臨界冷凍サイクル装置が得られる。

また、冷凍サイクル内における高圧圧力が冷媒の臨界圧以上になる蒸気圧縮式の超臨界冷凍サイクル装置の冷媒流量を制御する方法は、第２蒸発器９の作動を検出するステップと、第２蒸発器９内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したか否かを判定するステップと、条件が成立したと判定された場合に、制御弁１３を閉弁するステップと、を有する制御方法とする。この制御方法を採用した場合には、冷媒流量の適正化が必要な状態であることを精度よく判定することができる。

また、条件が成立したか否かを判定するステップは、第２蒸発器９の冷媒温度ＴＲと、第１蒸発器６の冷媒温度ＴＦとの温度差が、所定値以上であるか否かを判定するステップとした場合には、応答性の高い判定を行うことができる。

また、条件が成立したか否かを判定するステップは、第２蒸発器９を通る吹出し空気の温度ＴＲＡと、第１蒸発器６の吹出し空気の温度ＴＦＡとの温度差が、所定値以上であるか否かを判定するステップとした場合には、通常、既設されている吹出し空気温度センサを利用した制御方法が得られる。

また、条件が成立したか否かを判定するステップは、圧縮機１の回転数の増加率が所定値以上であるか否かを判定するステップとした場合には、圧縮機１の回転数の増加率を用いて冷媒圧力の低下度合いを判定することにより、さらに応答性の高い制御方法が得られる。

（第２実施形態）
本実施形態を図６を用いて説明する。この実施形態では、高圧制御弁１２によって減圧した冷媒が、第１蒸発器６に流入する冷媒と、第２蒸発器９の上流側の配置したスーパーヒート制御弁１４に流入する冷媒と、に分岐されて流れることである。言い換えれば、第１蒸発器６を流れる冷媒流路と第２蒸発器９を流れる冷媒流路と分岐する分岐点よりも、上流側、つまり圧縮機１寄りに、高圧制御弁１２が配置されているということである。図６に示す構成は、図２と同符号の構成要素については同一であり、その説明は第１実施形態に委ね、ここでは省略する。

（第３実施形態）
本実施形態を図７を用いて説明する。この実施形態では、スーパーヒート制御弁１４の上流側または下流側に絞り部２５を設けた構成である。この絞り部２５は、冷媒が流れる流路の開口面積を狭くすることにより冷媒流量を制限する流量絞り部である。また、この絞り部２５は、スーパーヒート制御弁に一体的に設ける構成とすることもできる。この絞り部２５をスーパーヒート制御弁に一体的に設ける構成を採用する場合には、図８に示すように、内部熱交換器４側から流れてきた冷媒が第１流入ポート２１に流入して第１流出ポート２２に至るまでの冷媒通路において、流量絞り部２６を設けて、スーパーヒート制御弁１４Ａ内で冷媒流量を一度絞る構成とすればよい。図７の絞り部２５が、図８においては、流量絞り部２６によって提供される。この実施形態では、絞り部２５、流量絞り部２６によって、スーパーヒート制御弁１４を流れうる最大の流量が制限流量に制限される。この実施形態では、スーパーヒート制御弁１４自身の構造上の最大開度は、制限流量を流すための開度よりも十分に大きい。しかし、スーパーヒート制御弁１４の流路に直列的に設けられた絞り部２５、流量絞り部２６が制限流量を規定する結果、スーパーヒート制御弁１４を流れうる最大の流量が制限流量に制限される。

このスーパーヒート制御弁１４Ａは、第１実施形態のような開弁特性を設定されておらず、いわゆる通常の開弁特性を有している。この態様においても、絞り部２５、流量絞り部２６によって、流量が制限され、過渡時に高圧圧力が過剰に低下することなく目標圧力を上回るように、スーパーヒート制御弁１４Ａに流れる流量が制限される。スーパーヒート制御弁１４Ａの開弁特性を第１実施形態と同様に設定してもよい。なお、スーパーヒート制御弁１４Ａの他の構成や、その動作については、図３に示すスーパーヒート制御弁１４の説明を参照しうる。

図７に示す構成は、図２と同符号の構成要素については同一であり、その説明は第１実施形態に委ね、ここでは省略する。

このように本実施形態の超臨界冷凍サイクル装置によれば、第２蒸発器９の上流側に絞り部２５を設け、絞り部２５はスーパーヒート制御弁１４に直列接続した構成とする。この構成を採用した場合には、第２蒸発器９に流れる冷媒流量をさらに小さくすることが可能になり、冷媒流量の調整範囲を適正にすることができる。

また、スーパーヒート制御弁１４Ａが、流量絞り部２６を備える構成とした場合には、別個の部品としての絞り部が不要になり、それを接続するためのジョイント機構も不要とすることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態においては、冷媒として二酸化炭素を用いた超臨界冷凍サイクルについて説明したが、二酸化炭素の他に、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素などの超臨界域で使用される冷媒を用いてもよい。

また、上述の実施形態においては、第１蒸発器６によって車室内前方側に送風する空気を冷却し、第２蒸発器９によって車室内後方側に送風する空気を冷却する構成としたが、逆に、第２蒸発器９によって車室内前方側に送風する空気を冷却し、第１蒸発器６によって車室内後方側に送風する空気を冷却する構成としてもよい。

ひとつの態様では、圧縮機の起動時や圧縮機回転数の上昇時などの過渡時に、急激に低圧圧力が低下してもスーパーヒート制御弁１４を流れる冷媒流量が、高圧圧力の維持、上昇を妨げるほどに多くなることを防止する程度に、スーパーヒート制御弁１４の流量が規制される。この流量の規制は、ひとつの態様では、スーパーヒート制御弁１４の応答特性、開弁特性を、開弁開始値、開弁量を、通常の値よりも、流量を制限する方向に設定することで提供できる。この流量の規制は、ひとつの態様では、スーパーヒート制御弁１４の開弁特性を、通常の特性よりも、いわゆる開きにくい特性に設定することで提供される。この流量の規制は、ひとつの態様では、開閉駆動可能な開閉弁あるいは流路断面積を大小に切換可能な切替弁などの制御弁を設け、過渡時あるいはスーパーヒート制御弁１４に過大な流量が流れていることを示す事象が検出されると、制御弁を駆動することにより流路を閉じる、小さくする、あるいは周期的な開閉により実質的に小さくする制御手段を採用することで提供できる。また、この流量の規制は、ひとつの態様では、スーパーヒート制御弁１４の最大の開度を所定の開度に設定することで提供できる。また、この流量の規制は、他の態様では、スーパーヒート制御弁１４の開度を所定範囲に制御することで提供できる。さらに、この流量の規制は、他の態様では、スーパーヒート制御弁１４と流路上に直列に設けられた流量規定部材としての絞り部によって提供できる。

第１実施形態の超臨界冷凍サイクル装置の各構成部品と制御手段との関係を示したブロック図である。 第１実施形態の超臨界冷凍サイクル装置の構成を示した模式図である。 第１実施形態の超臨界冷凍サイクル装置におけるスーパーヒート制御弁の構成を示した模式図である。 （ａ）、（ｂ）第１実施形態におけるスーパーヒート制御弁をＳＨ＝５℃に設定したときの起動時挙動を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）第１実施形態におけるスーパーヒート制御弁をＳＨ＝１０℃に設定したときの起動時挙動を示すグラフである。 第２実施形態の超臨界冷凍サイクル装置の構成を示した模式図である。 第３実施形態の超臨界冷凍サイクル装置の構成を示した模式図である。 第３実施形態の超臨界冷凍サイクル装置におけるスーパーヒート制御弁の構成を示した模式図である。 第１、第２、および第３実施形態における超臨界冷凍サイクル装置の作動を示したフロー図である（第２蒸発器を通る吹出し空気温度の変化率を用いた判定）。 第１、第２、および第３実施形態における超臨界冷凍サイクル装置の作動を示したフロー図である（第１蒸発器の冷媒温度と第２蒸発器の冷媒温度との差を用いた判定）。 第１、第２、および第３実施形態における超臨界冷凍サイクル装置の作動を示したフロー図である（第１蒸発器、第２蒸発器のそれぞれを通る吹出し空気温度の差を用いた判定）。 第１、第２、および第３実施形態における超臨界冷凍サイクル装置の作動を示したフロー図である（圧縮機の回転数の増加率を用いた判定）。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
６ 第１蒸発器
９ 第２蒸発器
１０、３０、４０ 超臨界冷凍サイクル装置
１２ 高圧制御弁（減圧器）
１３ 制御弁
１４、１４Ａ スーパーヒート制御弁
２５ 絞り部
２６ 流量絞り部
５０ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (13)

1. 冷凍サイクル内における高圧圧力が冷媒の臨界圧以上になる蒸気圧縮式の超臨界冷凍サイクル装置であって、
   冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、前記圧縮機（１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、前記放熱器（２）側から流れてきた冷媒の圧力を減圧する減圧器（１２）と、前記放熱器（２）側から流れてきた冷媒の流量を調整する機械式のスーパーヒート制御弁（１４）と、前記減圧器（１２）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（６）と、前記スーパーヒート制御弁（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器（９）と、を備え、
   過渡時に、前記高圧圧力が目標圧力を上回るように、前記スーパーヒート制御弁（１４）の流量を規制したことを特徴とする超臨界冷凍サイクル装置。
2. 前記スーパーヒート制御弁（１４）の感温部が０℃時の開弁設定圧を０．５〜２．６５ＭＰａの範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の超臨界冷凍サイクル装置。
3. さらに、前記スーパーヒート制御弁（１４）に直列接続され、前記第２蒸発器（９）へ流入する冷媒を制御する制御弁（１３）と、
   過渡時に、前記高圧圧力が目標圧力を上回るように、前記スーパーヒート制御弁（１４）を通る流量を規制するように前記制御弁（１３）を制御する制御手段（５０）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の超臨界冷凍サイクル装置。
4. 前記第２蒸発器（９）の上流側に絞り部（２５）を設け、前記絞り部（２５）は前記スーパーヒート制御弁（１４）に直列接続したことを特徴とする請求項１または３に記載の超臨界冷凍サイクル装置。
5. 前記絞り部（２５）は、前記スーパーヒート制御弁（１４Ａ）に内蔵された流量絞り部（２６）とすることを特徴とする請求項４に記載の超臨界冷凍サイクル装置。
6. 冷凍サイクル内における高圧圧力が冷媒の臨界圧以上になる蒸気圧縮式の超臨界冷凍サイクル装置であって、
   冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）側から流れてきた冷媒の圧力を減圧する減圧器（１２）と、
   前記放熱器（２）側から流れてきた冷媒の流量を調整する機械式のスーパーヒート制御弁（１４）と、
   前記減圧器（１２）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（６）と、
   前記スーパーヒート制御弁（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器（９）と、
   前記スーパーヒート制御弁（１４）に直列接続され、前記第２蒸発器（９）へ冷媒の流入を制御する制御弁（１３）と、
   前記第２蒸発器（９）内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立した場合に、前記制御弁（１３）を閉弁するように前記制御弁（１３）を制御する制御手段（５０）と、を備えることを特徴とする超臨界冷凍サイクル装置。
7. 前記制御手段（５０）は、前記第２蒸発器（９）の冷媒温度ＴＲと、前記第１蒸発器（６）の冷媒温度ＴＦとの温度差が、所定値以上になった場合に、前記制御弁（１３）を閉弁することを特徴とする請求項３または６に記載の超臨界冷凍サイクル装置。
8. 前記制御手段（５０）は、前記第２蒸発器（９）を通る吹出し空気の温度ＴＲＡと、前記第１蒸発器（６）の吹出し空気の温度ＴＦＡとの温度差が、所定値以上になった場合に、前記制御弁（１３）を閉弁することを特徴とする請求項３または６に記載の超臨界冷凍サイクル装置。
9. 前記制御手段（５０）は、前記圧縮機（１）の回転数の増加率が所定値以上となった場合に、前記制御弁（１３）を閉弁することを特徴とする請求項３または６に記載の超臨界冷凍サイクル装置。
10. 冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１）と、前記圧縮機（１）から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器（２）と、前記放熱器（２）側から流れてきた冷媒の圧力を減圧する減圧器（１２）と、前記放熱器（２）側から流れてきた冷媒の流量を調整する機械式のスーパーヒート制御弁（１４）と、前記減圧器（１２）から流出した冷媒を蒸発させる第１蒸発器（６）と、前記スーパーヒート制御弁（１４）から流出した冷媒を蒸発させる第２蒸発器（９）と、前記スーパーヒート制御弁（１４）に直列接続され、前記第２蒸発器（９）へ冷媒の流入を制御する制御弁（１３）と、前記制御弁（１３）を制御する制御手段（５０）と、を備え、冷凍サイクル内における高圧圧力が冷媒の臨界圧以上になる蒸気圧縮式の超臨界冷凍サイクル装置において、前記制御手段（５０）により冷媒流量を制御する制御方法であって、
    前記第２蒸発器（９）の作動を検出するステップと、
    前記第２蒸発器（９）内の冷媒圧力が低下して冷媒流量が適正でないとする条件が成立したか否かを判定するステップと、
    前記条件が成立したと判定された場合に、前記制御弁（１３）を閉弁するステップと、
    を有することを特徴とする超臨界冷凍サイクル装置の制御方法。
11. 前記条件が成立したか否かを判定するステップは、前記第２蒸発器（９）の冷媒温度ＴＲと、前記第１蒸発器（６）の冷媒温度ＴＦとの温度差が、所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項１０に記載の超臨界冷凍サイクル装置の制御方法。
12. 前記条件が成立したか否かを判定するステップは、前記第２蒸発器（９）を通る吹出し空気の温度ＴＲＡと、前記第１蒸発器（６）の吹出し空気の温度ＴＦＡとの温度差が、所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項１０に記載の超臨界冷凍サイクル装置の制御方法。
13. 前記条件が成立したか否かを判定するステップは、前記圧縮機（１）の回転数の増加率が所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項１０に記載の超臨界冷凍サイクル装置の制御方法。

Images