JP2007139269A - 超臨界冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】超臨界冷凍サイクルにおいて高圧側放熱器の冷却ファン制御を適切に行う。
【解決手段】圧縮機１の吐出冷媒を冷却する放熱器２と、放熱器２に外気を送風する冷却ファン２ａと、放熱器２の出口側冷媒を減圧するとともに、高圧圧力が目標圧力となるように開度が制御される減圧手段４と、減圧手段４により減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器５とを備え、高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルにおいて、放熱器２の出口側冷媒の実際の放熱状態と、外気温により決まる理想放熱状態との格差を表す情報値を演算し、この情報値に基づいて冷却ファン２ａの風量を前記格差が減少するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ₂（二酸化炭素）冷媒のように高圧圧力が臨界圧力以上（超臨界状態）となる冷媒を用いた超臨界冷凍サイクルにおける高圧側放熱器の冷却ファン制御に関する。

ＣＯ₂冷媒を用いた超臨界冷凍サイクルでは、図２の太実線に示すように、成績係数ＣＯＰが最大となる高圧側放熱器出口圧力は、高圧側放熱器出口冷媒温度によって変動することが知られている。

そこで、高圧側放熱器出口冷媒温度を検出して、この高圧側放熱器出口冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大となる高圧側放熱器出口圧力を目標圧力Ｐｏとして設定し、実際の高圧側放熱器出口圧力が目標圧力Ｐｏとなるように膨張弁開度を制御することにより、超臨界冷凍サイクルの運転効率を向上することが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平１１−１２５４７１号公報 特開平９−２６４６２２号公報

上述のように、超臨界冷凍サイクルでは、ＣＯＰ向上のために高圧圧力が自動制御されるので、ＨＦＣ−１３４ａ冷媒のように高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いた通常の冷凍サイクル（以下亜臨界冷凍サイクルと言う）のように高圧圧力が冷房負荷を代表する情報値とならない。

従って、亜臨界冷凍サイクルにおける高圧側放熱器の冷却ファン制御、すなわち、高圧圧力に応じた冷却ファンの風量制御をそのまま超臨界冷凍サイクルに適用すると、高圧側放熱器の放熱性能が十分確保されているにも拘わらず、冷却ファンの風量を必要以上に増加させる制御を行ってしまい、冷却ファンの消費電力を無駄に費やすといった不具合が生じる。

本発明は、上記点に鑑み、超臨界冷凍サイクルにおいて高圧側放熱器の冷却ファン制御を適切に行うことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、圧縮機（１）の吐出冷媒を冷却する放熱器（２）と、放熱器（２）に外気を送風する冷却ファン（２ａ）と、放熱器（２）の出口側冷媒を減圧するとともに、高圧圧力が目標圧力となるように開度が制御される減圧手段（４）と、減圧手段（４）により減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（５）とを備え、
高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルにおいて、
放熱器（２）の出口側冷媒の実際の放熱状態と、外気温により決まる理想放熱状態との格差を表す情報値を演算し、
この情報値に基づいて冷却ファン（２ａ）の風量を前記格差が減少するように制御することを特徴としている。

これによると、超臨界冷凍サイクルにおける放熱器出口側冷媒の実際の放熱状態と、外気温により決まる理想放熱状態との格差が減少するように冷却ファン（２ａ）の風量を制御できるので、冷却ファン（２ａ）の風量を超臨界冷凍サイクルの実際の運転状況に対応して適切に制御できる。

これにより、圧縮機（１）の消費動力および冷却ファン（２ａ）の消費動力（消費電力）の低減に貢献できる。

なお、放熱器（２）の通過風速と通過風量は比例関係にあるから、本発明における風量制御は、風速制御を包含している。

本発明では、前記情報値は具体的には、放熱器（２）の出口側冷媒温度と外気温との温度差（ΔＴ）である。

そして、この温度差（ΔＴ）が所定値以上であるときは、冷却ファン（２ａ）の風量を増加側に制御し、温度差（ΔＴ）が所定値未満であるときは、冷却ファン（２ａ）の風量を減少側に制御する。

これによれば、温度差（ΔＴ）が所定値以上であるときは冷却ファン（２ａ）の風量を増加して放熱器（２）の出口側冷媒の実際の放熱状態を理想放熱状態に接近させ、これにより、サイクル高圧圧力を下げて圧縮機（１）の消費動力を低減できる。

また、温度差（ΔＴ）が所定値未満であるときは放熱器（２）の出口側冷媒の実際の放熱状態がほぼ理想放熱状態に到達したものとみなして、冷却ファン（２ａ）の風量を減少させ、それにより、冷却ファン（２ａ）の消費動力（消費電力）を低減にすることができる。

また、冷却ファン風量制御のために、検出手段として温度センサを使用するだけでよいから、圧力センサに比して構成の簡単な低コストのセンサを用いて、冷却ファン（２ａ）の風量制御を適切に行うことができる。

また、本発明では、前記情報値は、具体的には実際の高圧圧力と外気温により決定される高圧側設定圧力との圧力差（ΔＰ）であってもよい。

そして、この圧力差（ΔＰ）が所定値以上であるときは、冷却ファン（２ａ）の風量を増加側に制御し、圧力差（ΔＰ）が所定値未満であるときは、冷却ファン（２ａ）の風量を減少側に制御するようにしてもよい。

また、本発明では、具体的には、車両に搭載される超臨界冷凍サイクルであって、
放熱器（２）は車両走行動圧を受ける部位に配置され、車速の変化により外気の通過風量が変化するようになっており、
冷却ファン（２ａ）は電動式ファンであり、冷却ファン（２ａ）の駆動用モータの端子電圧により冷却ファン（２ａ）の風量を制御するようになっている。

これによると、高車速時には、車両走行動圧により放熱器（２）の通過風量が増加し、この風量増加によって前記格差が減少する方向に変化するので、冷却ファン（２ａ）の風量を減少側に制御できる。そのため、、高車速時には冷却ファン（２ａ）の消費電力をより一層低減できる。

また、本発明では、具体的には、 高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上であるか否かを判定し、高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上であるときは、前記情報値に基づく冷却ファン（２ａ）の風量制御を行い、
一方、高圧圧力が冷媒の臨界圧力未満であるときは、高圧圧力の変化に基づいて冷却ファン（２ａ）の風量を直接制御する。

これにより、超臨界状態と亜臨界状態とに応じて、それぞれに適した冷却ファン（２ａ）の風量制御を実行できる。

なお、上記各手段および特許請求の範囲の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載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）
図１は本発明の第１実施形態を示す車両空調用冷凍サイクルの構成図であって、この冷凍サイクルは、冷媒として高圧圧力が臨界圧力以上（超臨界状態）となるＣＯ₂を用いている。従って、この冷凍サイクルは超臨界冷凍サイクルを構成する。

圧縮機１は冷媒を吸入圧縮するもので、図示しない車両走行用エンジンにより電磁クラッチ１ａを介して回転駆動される固定容量型あるいは可変容量型のいずれでもよい。また、圧縮機１を電動圧縮機で構成してもよい。

圧縮機１の吐出側には一般にガスクーラと称される高圧側放熱器２が設けられている。この放熱器２は、圧縮機１から吐出された高温高圧の超臨界状態にある吐出冷媒と外気（室外空気）との間で熱交換をして冷媒を冷却する。

放熱器２には電動式の冷却ファン２ａによって外気が送風される。また、放熱器２は車両走行動圧を受ける部位、具体的には車両エンジンルームの最前部等に配置されるので、車速の変化により外気の通過風量が変化するようになっている。

放熱器２の冷媒出口側には内部熱交換器３の高圧側流路３ａが設けられ、この高圧側流路３ａの出口側に減圧手段をなす電気式膨張弁４が設けられている。この電気式膨張弁４は、サイクルの高圧圧力が目標圧力となるように電気的に開度が制御される圧力制御弁としての役割を果たす。

電気式膨張弁４の出口側には蒸発器５が設けられている。この蒸発器５は車両用空調装置の室内空調ユニット部の空気通路をなすケース６内に配置され、このケース６内の空気を冷却する冷却手段を構成する。蒸発器５の風上側には電動式の送風機７が配置され、図示しない内外気切替箱を通して導入される内気または外気がケース６内に送風され、蒸発器５を通過するようになっている。

なお、ケース６内には、蒸発器５の風下側に空気を加熱する加熱手段をなすヒータコア（図示せず）が配置され、このヒータコアの加熱度合いにより温度調整された空調風がケース６の空気流れ下流側端部の吹出口（図示せず）から車室内へ吹き出すようになっている。

蒸発器５の冷媒出口側にはアキュムレータ８が設けられている。このアキュムレータ８は、蒸発器５の出口冷媒の液冷媒とガス冷媒とを分離してサイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離手段であって、分離したガス冷媒を圧縮機１の吸入側に向けて導出する。

アキュムレータ８の出口側には内部熱交換器３の低圧側流路３ｂが設けられているので、アキュムレータ８の出口配管はこの低圧側流路３ｂを介して圧縮機１の吸入側に接続される。

内部熱交換器３はアキュムレータ８から流出する低圧ガス冷媒（圧縮機吸入冷媒）と放熱器２の出口側高圧冷媒とを熱交換し、蒸発器５に流入する冷媒のエンタルピを低下させて蒸発器９の冷媒入口側と出口側における冷媒のエンタルピ差（冷凍能力）を増大させるとともに、圧縮機１に液冷媒が吸入されることを防止するものである。

次に、本実施形態における電気制御部の概要を説明する。空調用制御装置１０は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路等から構成され、予め設定されたプログラムに従って所定の演算処理を行って、空調機器の作動を制御する。

具体的には、空調用制御装置１０の出力側に、圧縮機１の電磁クラッチ１ａ、放熱器２の冷却ファン２ａ、電気式膨張弁４、電動送風機７等の空調機器が接続され、これらの空調機器の作動を制御する。

空調用制御装置１０の入力側には圧縮機１の吐出冷媒温度センサ１１、高圧圧力センサ１２、放熱器２の出口側の冷媒温度センサ１３、蒸発器５の吹出空気温度センサ１４、外気温度センサ１５等が接続される。

高圧圧力センサ１２は、図１では、放熱器２の出口側に配置され、放熱器２の出口側冷媒圧力を検出する例を図示しているが、放熱器２の圧損は空調用制御装置１０において推定できるので、高圧圧力センサ１２を放熱器２の入口側（圧縮機１の吐出側）に配置して、圧縮機１の吐出側冷媒圧力を検出するようにしてもよい。

なお、空調用制御装置１０には周知のごとく内気温度センサ、日射センサ、エンジン水温センサ等を包含するセンサ群１６からも検出信号が入力される。また、空調用制御装置１０には車室内の計器盤（インパネ）付近に配置される空調操作パネル１７から種々な空調操作信号が入力される。

具体的には、車室内の設定温度を設定する温度設定信号、圧縮機１の作動指令信号、電動送風機７の風量切替信号、室内空調ユニット部の吹出モード切替信号、内外気切替箱の内外気導入モード切替信号等の空調操作信号が空調操作パネル１７の操作部材から空調用制御装置１０に入力される。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。最初に、冷凍サイクルの基本的作動を説明する。空調操作パネル１７の操作部材により圧縮機１の作動指令信号が発生すると、電磁クラッチ１ａが空調用制御装置１０により通電され接続状態になる。これにより、車両エンジンの駆動力が電磁クラッチ１ａを介して圧縮機１に伝達され、圧縮機１が駆動される。

圧縮機１により冷媒が圧縮されて高温高圧状態となり、その圧力が臨界圧力よりも高い状態、すなわち、超臨界状態となる。この超臨界状態の冷媒は、次に放熱器２に流入し、ここで、冷却ファン２ａにより送風される外気と熱交換して外気中に放熱する。

そして、放熱器２の出口冷媒は、内部熱交換器３の高圧側流路３ａを通過して膨張弁４へ向かう。ここで、放熱器２の出口冷媒は、内部熱交換器３の高圧側流路３ａを通過する際に低圧側流路３ｂの低温低圧冷媒と熱交換して低圧冷媒に放熱する。

内部熱交換器３の高圧側流路３ａを通過した冷媒は次に、膨張弁４の絞り通路にて減圧され、低温低圧の気液２相状態となる。この低温低圧の気液２相冷媒は次に蒸発器５に流入し、ここで、電動送風機７の送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、電動送風機７の送風空気を蒸発器５で冷却することができ、冷風を車室内へ吹き出すことができる。

蒸発器５を通過した低圧冷媒は次にアキュムレータ８内に流入し、この低圧冷媒は、アキュムレータ８内で飽和液冷媒と飽和ガス冷媒とに分離され、アキュムレータ８の出口から飽和ガス冷媒が圧縮機１の吸入側に向けて導出される。

アキュムレータ８出口の低圧ガス冷媒（圧縮機吸入冷媒）は、内部熱交換器３の低圧側流路３ｂにて放熱器２の出口冷媒から吸熱するので、圧縮機吸入冷媒はエンタルピが増加して過熱状態となる。内部熱交換器３にて吸熱した過熱ガス冷媒が圧縮機１に吸入され、再度、圧縮される。

ところで、電気式膨張弁４の弁開度制御によって放熱器出口冷媒圧力を制御してＣＯＰの最大化を図ることができる。具体的には、空調用制御装置１０において図２に示すようにＣＯＰが最大となる高圧側放熱器出口圧力、すなわち、目標高圧圧力Ｐｏを高圧側放熱器出口冷媒温度に基づいて算出する。

そして、圧力センサ１２により検出される実際の高圧圧力Ｐｈが目標高圧圧力Ｐｏよりも高いときは電気式膨張弁４の弁開度を開度増加側に制御し、逆に、実際の高圧圧力Ｐｈが目標高圧圧力Ｐｏよりも低いときは電気式膨張弁４の弁開度を開度減少側に制御する。

このような膨張弁４の開度制御により、実際の高圧圧力Ｐｈを目標高圧圧力Ｐｏに維持することができ、これにより、ＣＯＰの最大化を図って超臨界冷凍サイクルの運転効率を向上できる。

次に、本実施形態の放熱器冷却ファン制御を図３に基づいて具体的に説明する。図３は空調用制御装置１０により実行される放熱器冷却ファン制御ルーチンのフローチャートであり、この制御ルーチンは、冷凍サイクルの起動（圧縮機１の起動）によりスタートする。

まず、ステップＳ１にて放熱器冷却ファン２ａの駆動モータ端子電圧（以下ファン端子電圧と略称する。）を予め設定した所定中間値、例えば、６Ｖに決定する。ここで、所定中間値とは車載バッテリ（図示せず）の充電電圧（例えば、１２Ｖ）よりも低い所定値という意味であり、本例では所定中間値を車載バッテリ（図示せず）の充電電圧（１２Ｖ）の１／２の値である６Ｖにしている。

次に、ステップＳ２では、冷媒温度センサ１３により検出される放熱器出口冷媒温度Ｔｇと、外気温度センサ１５により検出される外気温度Ｔａとの温度差ΔＴ（＝Ｔｇ−Ｔａ）を演算する。

次に、ステップＳ３では、この温度差ΔＴが所定値、本例では２℃以上であるか判定する。そして、温度差ΔＴが２℃以上であるときはステップＳ４に進み、ファン端子電圧を現行のファン端子電圧＋１Ｖに更新する。これにより、放熱器冷却ファン２ａはファン端子電圧の上昇分（１Ｖ）だけ回転数が上昇して風量が増加する。

一方、ステップＳ３にて温度差ΔＴが２℃未満であると判定されたときはステップＳ５に進み、ファン端子電圧を現行のファン端子電圧−１Ｖに更新する。これにより、放熱器冷却ファン２ａはファン端子電圧の低下分（１Ｖ）だけ回転数が低下して風量が減少する。

本実施形態では、以上のように、ファン端子電圧を温度差ΔＴに応じて増減することにより、温度差ΔＴを予め定めた所定値（＝２℃）付近に維持できる。

このような放熱器冷却ファン制御の技術的意義を図４、図５に基づいて説明すると、図４は横軸に上記温度差ΔＴ（＝Ｔｇ−Ｔａ）をとり、縦軸に圧縮機消費動力Ｌをとっている。この図４から理解されるように、温度差ΔＴが所定値、具体的には、２℃以上であるときには温度差ΔＴと圧縮機消費動力Ｌはほぼ比例関係にあって、温度差ΔＴが低下するにつれて圧縮機消費動力Ｌが低下するという関係にある。

つまり、温度差ΔＴが低下することは、放熱器出口冷媒温度Ｔｇが外気温度Ｔａに接近することを意味する。放熱器２における高圧冷媒の放熱（冷却）を理想的に行うことがでれば、放熱器出口冷媒温度Ｔｇは外気温度Ｔａ付近まで低下することになる。

それ故、温度差ΔＴは、超臨界冷凍サイクルにおける放熱器２の出口側冷媒の実際の放熱状態と外気温により決まる理想放熱状態との格差を表す情報値に相当する。そして、温度差ΔＴが低下すること、すなわち、放熱器出口冷媒温度Ｔｇが外気温度Ｔａに接近することは、図２において放熱器出口冷媒圧力（高圧圧力）が低下方向に変化することを意味する。

本実施形態では、温度差ΔＴが２℃以上であるときは放熱器２の理想放熱状態よりも風量不足の状態にあると判定して、ステップＳ４に進み、ファン端子電圧を上昇して放熱器冷却ファン２ａの風量を増加する。これにより、温度差ΔＴを減少できるので、圧縮機消費動力Ｌを低下できる。

一方、温度差ΔＴが２℃未満であるときには温度差ΔＴの変化に関係なく、圧縮機消費動力Ｌが最低値付近のほぼ一定値に維持されることが図４から分かる。このことから、本実施形態では、温度差ΔＴが２℃未満であるときは放熱器２のほぼ理想放熱状態に達しているとみなして、ステップＳ５に進み、ファン端子電圧を低下することにより、放熱器冷却ファン２ａの風量を減少する。これにより、圧縮機消費動力Ｌの低下を図りつつ、同時に放熱器冷却ファン２ａの消費電力を低減できる。

なお、図４の横軸には放熱器前面風速もとってある。放熱器前面風速が高くなると、放熱器冷却性能が向上して、温度差ΔＴが減少するという相関がある。

次に、図５は横軸にファン端子電圧をとり、縦軸に放熱器前面風速をとっている。図５に示すように放熱器前面風速は、ファン端子電圧が高いほど、また、車速が高いほど上昇するという相関がある。従って、高車速時には、ファン端子電圧を小さくしても、放熱器前面風速を十分高くすることができ、これにより、放熱器冷却性能を向上できる。

ところで、放熱器前面風速が上昇すると、放熱器冷却性能が向上して放熱器出口冷媒温度Ｔｇが低下する。その結果、前記温度差ΔＴ（＝Ｔｇ−Ｔａ）が減少するので、本実施形態ではファン端子電圧を低下する制御（ステップＳ５の処理）を行うことになる。従って、高車速時における放熱器冷却ファン２ａの消費電力低減効果を確実に発揮できる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、サイクル運転状態が超臨界状態であるか亜臨界状態であるかを判定せずに、図３に示す放熱器冷却ファン２ａの制御を常に行う例を説明しているが、第２実施形態では、図６に示すように、サイクル運転状態が超臨界状態であるか亜臨界状態であるかを判定し、その判定結果に基づいて放熱器冷却ファン２ａの制御を切り替える。

図６は第２実施形態による放熱器冷却ファン２ａの制御を示すフローチャートであり、ステップＳ１〜Ｓ５は図３と同じである。第２実施形態では、図６のステップＳ６において圧力センサ１２により検出される実際の高圧圧力ＰｈがＣＯ₂冷媒の臨界圧力以上であるか判定する。

実際の高圧圧力ＰｈがＣＯ₂冷媒の臨界圧力以上であるとき（超臨界状態であるとき）は、ステップＳ７に進み、超臨界制御フラグＦ＝１であるか判定する。ここで、超臨界制御フラグＦは制御ルーチンスタート時に０に初期化されているので、制御ルーチンスタート直後のステップＳ７では判定がＮＯとなり、ステップＳ１にてファン端子電圧＝６Ｖとし、ステップＳ８にて超臨界制御フラグＦ＝１とする。これにより、超臨界状態では以後ステップＳ７から常にステップＳ２に進み、ステップＳ２〜Ｓ５の制御処理を第１実施形態と同様に行う。

一方、ステップＳ６において実際の高圧圧力ＰｈがＣＯ₂冷媒の臨界圧力未満であると判定されたとき（亜臨界状態であるとき）は、ステップＳ９に進み、超臨界制御フラグＦ＝０とし、さらに、ステップＳ１０にて実際の高圧圧力Ｐｈの変化に基づいてファン端子電圧を直接制御する。

すなわち、高圧圧力Ｐｈが上昇するにつれてファン端子電圧が上昇するようにファン端子電圧を連続的（または段階的）に制御する。

ところで、亜臨界状態では、放熱器２が圧縮機吐出冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器として作用するので、放熱器２の出口冷媒は液相状態となり、その過冷却度がサイクル運転条件によって変化する。このような亜臨界状態では、放熱器２の出口冷媒の過冷却度を所定範囲内に制御することで、ＣＯＰを向上できることが知られている。

そこで、第２実施形態では、亜臨界状態を判定すると、圧力センサ１２により検出される実際の高圧圧力Ｐと温度センサ１２により検出される実際の放熱器出口冷媒温度とに基づいて放熱器出口冷媒の過冷却度を演算し、この過冷却度が予め設定された所定範囲内に維持されるように電気式膨張弁４の開度を制御する。

具体的には、放熱器出口冷媒の過冷却度が所定範囲より減少するときは電気式膨張弁４の開度を減少し、逆に、放熱器出口冷媒の過冷却度が所定範囲より増加するときは電気式膨張弁４の開度を増加するように電気式膨張弁４の開度を制御する。このような膨張弁開度制御によって放熱器出口冷媒の過冷却度が所定範囲内に維持される。

このように亜臨界状態では、電気式膨張弁４が高圧圧力を制御せず、放熱器出口冷媒の過冷却度を制御するので、冷凍サイクルの熱負荷が増加するに応じて高圧圧力が上昇するという相関が生じる。それ故、亜臨界状態では高圧圧力Ｐｈに応じてファン端子電圧を制御することにより、放熱器風量（冷却性能）をサイクル熱負荷に対応して適切に制御できる。

（他の実施形態）
（１）上述の実施形態では、放熱器２の出口側冷媒温度Ｔｇと外気温度Ｔａとの温度差ΔＴ（＝Ｔｇ−Ｔａ）を演算し、この温度差ΔＴの値に応じて放熱器冷却ファン２ａの端子電圧、すなわち風量を制御しているが、放熱器２の出口側冷媒温度Ｔｇは、放熱器２から流出した冷媒の温度だけに限定されるものではなく、放熱器２内部の冷媒流路のうち、出口側冷媒流路の冷媒温度を検出してもよい。

（２）上述の実施形態では、上記温度差ΔＴの値に応じて放熱器冷却ファン２ａの風量制御を行っているが、放熱器冷却ファン２ａの風量制御を上記温度差ΔＴ以外のサイクル運転情報値に基づいて行うようにしてもよい。

すなわち、放熱器２の出口側冷媒温度Ｔｇは外気温度Ｔａが高くなるにつれて高くなるという相関関係があり、そして、放熱器冷却ファン２ａの風量を十分大きくすれば、理想的には、放熱器２の出口側冷媒温度Ｔｇを外気温度Ｔａ付近まで低下できるという相関関係がある。

そこで、放熱器２の出口側冷媒温度Ｔｇの代わりに、外気温度Ｔａにより決まる設定圧力Ｐｓｅｔを設定し、この設定圧力Ｐｓｅｔは外気温度Ｔａの上昇に応じて上昇するように決定される。そして、実際の高圧圧力Ｐｈとこの設定圧力Ｐｓｅｔとの圧力差ΔＰを演算する。すなわち、圧力差ΔＰ＝実際の高圧圧力Ｐｈ−設定圧力Ｐｓｅｔとして演算される。

そして、この圧力差ΔＰの値が所定値以上であるときは、放熱器冷却ファン２ａの端子電圧、（風量）を増加するように制御（図３、図６のステップＳ４の制御）し、一方、この圧力差ΔＰの値が所定値未満であるときは、放熱器冷却ファン２ａの端子電圧、（風量）を減少するように制御（図３、図６のステップＳ５の制御）する。このように放熱器冷却ファン２ａの風量制御を行っても、上述の実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

（３）上述の実施形態では、冷媒としてＣＯ₂を用いることにより、高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上（超臨界状態）となる超臨界冷凍サイクルを構成しているが、ＣＯ₂以外に、例えば、エチレン、エタン等の冷媒を用いて超臨界冷凍サイクルを構成してもよい。

（４）上述の実施形態では、超臨界冷凍サイクルを車両空調用冷凍サイクルに適用する例について説明しているが、本発明は、住宅用等の種々な用途の冷凍サイクルに同様に適用できる。

本発明の第１実施形態を示す全体システム構成図である。 超臨界冷凍サイクルの成績係数と放熱器出口冷媒圧力との関係を示すグラフである。 第１実施形態による放熱器冷却ファン端子電圧の制御を示すフローチャートである。 超臨界冷凍サイクルの圧縮機消費動力と温度差ΔＴとの関係を示すグラフである。 放熱器前面風速と放熱器冷却ファン端子電圧との関係を示すグラフである。 第２実施形態による放熱器冷却ファン端子電圧の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１…圧縮機、２…放熱器、２ａ…冷却ファン、４…電気式膨張弁（減圧手段）、
５…蒸発器、１０…制御装置、１２…放熱器出口冷媒温度センサ、
１３…放熱器出口冷媒圧力センサ。

Claims (7)

1. 冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）の吐出冷媒と外気との間で熱交換を行って、前記圧縮機（１）の吐出冷媒を冷却する放熱器（２）と、
   前記放熱器（２）に前記外気を送風する冷却ファン（２ａ）と、
   前記放熱器（２）の出口側冷媒を減圧するとともに、高圧圧力が目標圧力となるように開度が制御される減圧手段（４）と、
   前記減圧手段（４）により減圧された低圧冷媒を蒸発させ、その蒸発後の気相冷媒を前記圧縮機（１）の吸入側に導出する蒸発器（５）とを備え、
   高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルにおいて、
   前記放熱器（２）の出口側冷媒の実際の放熱状態と、外気温により決まる理想放熱状態との格差を表す情報値を演算し、
   前記情報値に基づいて前記冷却ファン（２ａ）の風量を前記格差が減少するように制御することを特徴とする超臨界冷凍サイクル。
2. 前記情報値は、前記放熱器（２）の出口側冷媒温度と外気温との温度差（ΔＴ）であ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。
3. 前記温度差（ΔＴ）が所定値以上であるときは、前記冷却ファン（２ａ）の風量を増加側に制御し、前記温度差（ΔＴ）が所定値未満であるときは、前記冷却ファン（２ａ）の風量を減少側に制御することを特徴とする請求項２に記載の超臨界冷凍サイクル。
4. 前記情報値は、実際の高圧圧力と外気温により決定される高圧側設定圧力との圧力差（ΔＰ）であ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。
5. 前記圧力差（ΔＰ）が所定値以上であるときは、前記冷却ファン（２ａ）の風量を増加側に制御し、前記圧力差（ΔＰ）が所定値未満であるときは、前記冷却ファン（２ａ）の風量を減少側に制御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。
6. 車両に搭載される超臨界冷凍サイクルであって、
   前記放熱器（２）は車両走行動圧を受ける部位に配置され、車速の変化により前記外気の通過風量が変化するようになっており、
   前記冷却ファン（２ａ）は電動式ファンであり、前記冷却ファン（２ａ）の駆動用モータの端子電圧により前記冷却ファン（２ａ）の風量を制御するようになっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の超臨界冷凍サイクル
7. 前記高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上であるか否かを判定し、前記高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上であるときは、前記情報値に基づく前記冷却ファン（２ａ）の風量制御を行い、
   一方、前記高圧圧力が冷媒の臨界圧力未満であるときは、前記高圧圧力の変化に基づいて前記冷却ファン（２ａ）の風量を直接制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の超臨界冷凍サイクル。
   

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