JP2009127950A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクル構成機器の仕様によらず、冷媒不足状態を精度良く判定できる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】サイクルの高圧側に配置された流量センサがサイクル内を循環する冷媒流量Ｇ１を検出し、流量推定手段Ｓ７１、Ｓ７２が、蒸発器のフィン温度を検出する蒸発器温度センサの検出冷媒温度Ｔｅを用いて、サイクル内を循環する冷媒の推定流量Ｇ２を推定する。さらに、冷媒不足判定手段Ｓ７３が、流量センサの検出流量Ｇ１よりも推定流量Ｇ２が大きいときに、冷媒不足状態であることを判定して圧縮機の作動を停止させる。冷媒不足状態では、検出冷媒温度Ｔｅが過熱度を有する冷媒温度となり、推定流量Ｇ２が検出流量Ｇ１よりも確実に大きくなるので、冷媒不足判定手段Ｓ７３では精度良く冷媒不足状態を判定できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、サイクル内を循環する冷媒が不足している冷媒不足状態を判定可能に構成された冷凍サイクル装置に関する。

蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置では、一般的に、サイクル内を循環する冷媒が不足すると、蒸発器にて発揮される冷凍能力が大幅に低下してしまうだけでなく、冷媒とともにサイクル内を循環する冷凍機油の循環量が減少して、圧縮機の潤滑不良を引き起こす。そこで、従来、サイクル内を循環する冷媒が不足している冷媒不足状態を判定可能に構成された冷凍サイクル装置が知られている。

例えば、特許文献１の冷凍サイクル装置では、可変容量型圧縮機の吐出容量を変化させる容量制御弁を用いて圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧を検出し、さらに、この差圧から推定される蒸発器の冷媒蒸発温度および実際に検出した蒸発器吹出空気温度に基づいて、制御装置に予め記憶された制御マップを参照して冷媒の状態を判定している。

そして、サイクル内を循環する冷媒の状態が冷媒不足状態であると判定された場合には、圧縮機の吐出容量を低下させる、あるいは、圧縮機を停止させることで、圧縮機の潤滑不良を防止している。
特開２００７−１７１１０号公報

ところで、特許文献１の容量制御弁は、特許文献１の段落００４３に記載されているように、制御装置から出力される制御電流値に応じた電磁力を発生させる電磁機構を有して構成され、この電磁機構による電磁力と上記の差圧による力とのバランスによって弁体部を変位させる構成になっている。

そして、特許文献１の冷凍サイクル装置では、制御電流値を変化させることで可変容量型圧縮機の吐出容量を制御するとともに、差圧そのものを制御している。つまり、制御電流値を決定することによって、吐出圧力と吸入圧力との目標差圧が決定されることになるので、この制御電流値に基づいて差圧を検出することができる。

しかしながら、特許文献１には、容量制御弁の制御態様が異なる冷凍サイクル装置、あるいは、容量制御弁を備えていない冷凍サイクル装置等のように、圧縮機、容量制御弁等のサイクル構成機器の仕様が異なる冷凍サイクル装置における具体的な差圧検出手段の詳細について記載されていない。

そのため、特許文献１の冷凍サイクル装置では、サイクル構成機器の仕様が異なってしまうと適切に冷媒不足状態を判定できなくなるおそれがある。

上記点に鑑み、本発明は、サイクル構成機器の仕様によらず、冷媒不足状態を精度良く判定できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１、４１）と、圧縮機（１１、４１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、放熱器（１２）にて放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）と、減圧手段（１３）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、圧縮機（１１、４１）の冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段（１１ａ、４１ａ）と、吐出能力変更手段（１１ａ、４１ａ）の作動を制御する吐出能力制御手段（２０ａ）と、サイクルの高圧側に配置されて、サイクル内を循環する冷媒流量を検出する流量検出手段（２６）と、蒸発器（１４）のうち予め定めた部位の温度を検出する冷媒温度検出手段（２４）と、冷媒温度検出手段（２４）によって検出された検出冷媒温度（Ｔｅ）を用いてサイクル内を循環する冷媒流量を推定する流量推定手段（Ｓ７１、Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１）と、サイクル内を循環する冷媒が不足している冷媒不足状態であることを判定する冷媒不足判定手段（Ｓ７３）とを備え、
冷媒不足判定手段（Ｓ７３）は、流量推定手段（Ｓ７１、Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１）によって推定された推定流量（Ｇ２）が流量検出手段（２６）の検出流量（Ｇ１）よりも大きくなったときに、冷媒不足状態であることを判定し、吐出能力制御手段（２０ａ）は、冷媒不足状態が判定されたときに、圧縮機（１１、４１）の冷媒吐出能力を低減させるように吐出能力変更手段（１１ａ、４１ａ）の作動を制御する冷凍サイクル装置を特徴とする。

これによれば、流量推定手段（Ｓ７１、Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１）によって推定された推定流量（Ｇ２）が流量検出手段（２６）の検出流量（Ｇ１）よりも大きくなったときに、冷媒不足判定手段（Ｓ７３）が冷媒不足状態を判定するので、サイクル構成機器の仕様によらず、冷媒不足状態を確実に判定できる。

すなわち、冷媒不足状態では、冷媒温度検出手段（２４）が過熱度を有する冷媒の温度を検出するので、この検出冷媒温度（Ｔｅ）を用いて推定された推定流量（Ｇ２）は、実際にサイクルを循環する冷媒流量に相当する検出流量（Ｇ１）よりも大きくなる。従って、推定流量（Ｇ２）と検出流量（Ｇ１）とを比較することで、サイクル構成機器の仕様によらず、冷媒不足状態を確実に判定できる。

さらに、流量検出手段（２６）がサイクルの高圧側に配置されているので、検出流量（Ｇ１）の実際の冷媒流量に対する検出誤差を小さくできる。つまり、低圧側冷媒に対して密度の大きい高圧側冷媒の流量を測定しているので、冷媒が流量検出手段（２６）を通過する際の圧力損失の増加を抑制できる。従って、サイクルの低圧側に流量検出手段（２６）を配置する場合に対して、検出誤差を縮小して、冷媒不足状態を精度よく判定できる。

そして、冷媒不足状態が判定されたときに、吐出能力制御手段（２０ａ）が圧縮機（１１）の冷媒吐出能力を低減させるように、吐出能力変更手段（１１ａ、４１ａ）の作動を制御するので、圧縮機（１１）の潤滑不良を確実に防止することができる。

さらに、流量検出手段（２６）を高圧側に配置することで、冷媒が流量検出手段（２６）を通過する際の圧力損失を低下させるために流量検出手段（２６）自体を大型化する必要もない。その結果、冷媒不足状態を精度よく判定できるとともに、冷凍サイクル装置全体としての大型化も回避できる。

また、上記特徴の冷凍サイクル装置において、流量推定手段（Ｓ７１、Ｓ７１１、Ｓ７２）は、検出冷媒温度（Ｔｅ）を用いて圧縮機（１１）に吸入される吸入冷媒密度（ρ）を決定することによって、推定流量（Ｇ２）を推定するようになっていてもよい。

例えば、冷媒不足状態時に検出冷媒温度（Ｔｅ）における飽和圧力から吸入冷媒密度を決定すれば、実際に圧縮機（１１、４１）に吸入される冷媒の密度よりも高い値が決定される。

さらに、この実際の冷媒密度よりも高い値を用いてサイクルを循環する冷媒流量を推定すれば、推定流量（Ｇ２）も検出流量（Ｇ１）よりも大きくなる。従って、このように推定された推定流量（Ｇ２）を用いれば、冷媒不足状態を、より一層、確実に判定できる。

また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、さらに、放熱器（１２）へ送風される空気の温度を検出する空気温度検出手段（２１）および高圧側冷媒圧力を検出する高圧側圧力検出手段（２５）のうち、少なくとも一方を備え、流量推定手段（Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１）は、空気温度検出手段（２１）によって検出された検出空気温度（Ｔａｍ）と高圧側圧力検出手段（２５）によって検出された検出高圧圧力（Ｐｄ）のうち少なくとも一方を用いて推定流量（Ｇ２）を推定するようになっていてもよい。

これによれば、流量推定手段（Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１）が、検出冷媒温度（Ｔｅ）のみならず検出空気温度（Ｔａｍ）、検出高圧圧力（Ｐｄ）を用いて推定流量（Ｇ２）を推定するので、推定流量（Ｇ２）の推定精度を向上させることができる。その結果、冷媒不足判定手段（Ｓ７３）が冷媒不足状態を誤判定してしまうことを回避して、冷媒不足状態を、より一層、精度よく判定できる。

例えば、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、さらに、放熱器（１２）から流出した冷媒と圧縮機（１１、４１）へ吸入される冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１６）を備え、流量推定手段（Ｓ７１１、Ｓ７２）は、検出冷媒温度（Ｔｅ）および検出空気温度（Ｔａｍ）を用いて推定流量（Ｇ２）を推定するようになっていてもよい。

これによれば、内部熱交換器（１６）を備える冷凍サイクル装置であっても、後述する実施形態に説明するように、内部熱交換器（１６）における高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換量の影響が補正された高い精度の推定流量（Ｇ２）を推定できる。

さらに、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、圧縮機は、吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（４１）であり、吐出能力変更手段は、吐出容量を変更する容量制御弁（４１ａ）であり、流量推定手段（Ｓ７１２、Ｓ７２１）は、検出冷媒温度（Ｔｅ）、および、検出空気温度（Ｔａｍ）あるいは検出高圧圧力（Ｐｄ）を用いて推定流量（Ｇ２）を推定するようになっていてもよい。

これによれば、容量制御弁（４１ａ）によって吐出容量が変更される可変容量型圧縮機（４１）を備える冷凍サイクル装置であっても、後述する実施形態に説明するように、サイクルの低圧側冷媒圧力と高圧側冷媒圧力との差圧に基づいて高い精度の推定流量（Ｇ２）を推定できる。

さらに、流量推定手段（Ｓ７１２、Ｓ７１３）が、吐出能力制御手段（２０ａ）から容量制御弁（４１ａ）に出力される制御電流（Ｉｃ）を用いて推定流量（Ｇ２）を推定するようになっていてもよい。これにより、より一層、高い精度の推定流量（Ｇ２）を推定できる。この場合、容量制御弁（４１ａ）は、制御電流（Ｉｃ）の増減に応じて、サイクル内を循環する冷媒流量を増減させるように構成されていてもよい。

また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、圧縮機は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機（１１）であって、吐出能力変更手段は、固定容量型圧縮機（１１）を回転駆動する電動モータ（１１ａ）であってもよい。

また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、吐出能力制御手段（２０ａ）は、検出流量（Ｇ１）が予め定めた基準流量（ＫＧ１）以下になっているときは、圧縮機（１１、４１）の作動を停止させるようになっていてもよい。

前述の如く、一般的に、サイクル内を循環する冷媒には、圧縮機（１１、４１）を潤滑する冷凍機油が混入されており、この冷凍機油は冷媒とともにサイクル内を循環している。従って、冷凍機油を圧縮機（１１、４１）へ戻すために必要な冷媒流量、すなわち圧縮機（１１、４１）の潤滑不足を招くことのない最低流量より大きい値に基準流量（ＫＧ１）を設定することで、冷凍サイクル装置の作動を停止させることなく圧縮機（１１、４１）の潤滑不足を回避できる。

また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、冷媒不足判定手段（Ｓ７３）は、単位時間あたりの圧縮機（１１、４１）の冷媒吐出能力の変化量が、予め定めた基準冷媒吐出能力変化量以下になっているときのみに、冷媒不足状態の判定を行うようになっていてもよい。

これによれば、冷媒不足判定手段（Ｓ７３）が、圧縮機（１１、４１）の冷媒吐出能力変化量の少ないとき、すなわちサイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないときのみに冷媒不足状態の判定を行うので、冷媒流量の変動の影響による誤判定を抑制できる。

また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、冷媒不足判定手段（Ｓ７３）は、単位時間あたりの検出流量（Ｇ１）および推定流量（Ｇ２）のうち、少なくとも一方の流量変化量（ΔＧ１）が、予め定めた基準流量変化量（ΔＫＧ１）以下になっているときのみに、冷媒不足状態の判定を行うようになっていてもよい。

これによれば、冷媒不足判定手段（Ｓ７３）が、検出流量（Ｇ１）および推定流量（Ｇ２）のうち、少なくとも一方の流量変化量（ΔＧ１）が少ないとき、すなわちサイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないときのみに冷媒不足状態の判定を行うので、冷媒流量の変動の影響による誤判定を抑制できる。

また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、流量検出手段（２６）の少なくとも一部は、圧縮機（１１、４１）と一体に構成されていてもよい。これにより、流量検出手段（２６）および圧縮機（１１、４１）の小型化を図ることができる。

また、上述の特徴の冷凍サイクル装置において、圧縮機（１１、４１）は、冷媒を臨界圧力以上となるまで昇圧するようになっていてもよい。また、冷媒は二酸化炭素であってもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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１〜４により、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置に適用している。図１は、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の全体構成図である。

冷凍サイクル装置１０では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１１の吐出冷媒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。さらに、この冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、この冷凍機油は冷媒とともにサイクルを循環している。

圧縮機１１は、冷凍サイクル装置１０において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、電動モータ１１ａから駆動力が伝達されて回転駆動される。また、この圧縮機１１は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機であり、具体的には、スクロール型圧縮機、ベーン型圧縮機等の各種圧縮機構を採用できる。圧縮機１１および電動モータ１１ｂは同一のハウジング内に収容されており、いわゆる電動圧縮機として一体に構成されている。

電動モータ１１ａは、後述する空調制御装置２０から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態の電動モータ１１ａは、吐出能力変更手段を構成している。

圧縮機１１の冷媒吐出側には、放熱器１２が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒と冷却ファン１２ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。冷却ファン１２ａは、後述する空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

なお、前述の如く、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、放熱器１２を通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。

放熱器１２の出口側には、圧力制御弁１３が接続されている。圧力制御弁１３は、放熱器１２から流出した高圧冷媒を減圧膨張させるとともに、高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように、弁開度（絞り開度）が機械的機構にて調整されるように構成されている。

具体的には、圧力制御弁１３は、放熱器１２出口側に設けられた感温部１３ａを有し、この感温部１３ａの内部に放熱器１２出口側の高圧冷媒の温度に対応した圧力を発生させ、感温部１３ａの内圧と放熱器１２出口側の冷媒圧力とのバランスで圧力制御弁１３の弁開度を調整するようになっている。

これにより、高圧側冷媒圧力を放熱器１２の出口側の高圧側冷媒温度により決まる目標高圧に調整できる。このような高圧制御機能を持つ圧力制御弁１３は特開２０００−８１１５７号公報等にて公知である。

圧力制御弁１３の出口側には、蒸発器１４が接続されている。蒸発器１４は、圧力制御弁１３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１４ａから車室内へ送風される送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。また、送風ファン１４ａは、空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

なお、図２の模式的な外観斜視図に示すように、本実施形態では、蒸発器１４として、２つの第１、２熱交換部１４ｂ、１４ｃを送風空気流れ方向１００に対して直列に配置したものを採用している。なお、第１、２熱交換部１４ｂ、１４ｃの基本的な構成は同一であり、それぞれ周知のフィンアンドチューブ型の熱交換器構造になっている。

さらに、風上側に配置される第１熱交換部１４ｂ用のタンク部１４ｄおよび風下側に配置される第２熱交換部１４ｃ用のタンク部１４ｅを連通させるとともに、各タンク部１４ｄ、１４ｅ内の内部空間を適宜セパレータによって仕切ることで、図２の太実線矢印２００に示すように、圧力制御弁１３から流出した冷媒を第２熱交換部１４ｃ→第１熱交換部１４ｂの順で流通させる。

これにより、第１、２熱交換部１４ｂ、１４ｃのうち送風空気流れ方向１００の前後で重なる部分同士における液相冷媒の分布の偏りを相殺して、送風空気の効率的な冷却と蒸発器１４から吹き出される吹出空気温度の均一化とを図っている。

また、蒸発器１４は、車両用空調装置の室内空調ユニットにおいて車室内送風空気の空気通路を形成する図示しないケース内に配置されており、このケースの空気流れ最上流部には、内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切替導入する内外気切替箱（図示せず）が設けられている。

この内外気切替箱の内部には、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる風量割合変更手段を構成する内外気切替ドアが配置されている。この内外気切替ドアは、空調制御装置２０から出力される制御信号によって作動制御されるサーボモータによって駆動される。

従って、蒸発器１４では、内外気切替箱を介して導入された内気、外気あるいは内気と外気との混合空気を冷却することができる。さらに、蒸発器１４にて冷却された送風空気は、エンジン冷却水を熱源とするヒータコア等の加熱手段により再加熱されることによって温度調整されて、空調対象空間である車室内へ吹き出される。

蒸発器１４の出口側には、図１に示すように、アキュムレータ１５が接続されている。アキュムレータ１５は、蒸発器１４から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒に分離するとともに、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。また、アキュムレータ１５には、気相冷媒を流出させる気相冷媒出口が設けられており、気相冷媒出口は、圧縮機１１の冷媒吸入側に接続されている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。空調制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。そして、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、上述の各種電気式アクチュエータ１１ａ、１２ａ、１４ａ等の作動を制御する。

なお、空調制御装置２０は、各種電気式アクチュエータを制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、空調制御装置２０のうち電動モータ１１ａの作動を制御するハードウェアおよびソフトウェアの構成を吐出能力制御手段２０ａとする。

空調制御装置２０の入力側には、空調用センサ群２１〜２６および車室内に配置された操作パネル３０が接続されており、空調用センサ群２１〜２６の検出信号および操作パネル３０に設けられた各種操作スイッチ３１〜３３の操作信号等が入力される。

空調用センサ群としては、具体的に、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ２１、内気温Ｔｒを検出する内気温センサ２２、車室内に入射する日射量Ｔｓｕｎを検出する日射センサ２３、蒸発器１４のフィン温度Ｔｅを検出する蒸発器温度センサ２４、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒圧力Ｐｄを検出する高圧圧力センサ２５、圧縮機１１から吐出される冷媒流量Ｇ１を検出する流量検出手段である流量センサ２６等が設けられる。

なお、前述の如く、放熱器１２では冷媒と外気とを熱交換させるものなので、本実施形態の外気温センサ２１は、放熱器１２へ送風される空気の温度を検出する空気温度検出手段を構成し、外気温センサ２１によって検出された外気温が検出空気温度Ｔａｍとなる。

蒸発器温度センサ２４は、蒸発器１４のうち予め定めた部位の温度を検出する冷媒温度検出手段であり、蒸発器温度センサ２４によって検出されたフィン温度が検出冷媒温度Ｔｅとなる。さらに、この蒸発器温度センサ２４は、図２に示すように、蒸発器１４のうち風下側に配置される第２熱交換部１４ｃの冷媒出口部側に配置されている。

高圧圧力センサ２５は、高圧側冷媒圧力を検出する高圧側圧力検出手段を構成しており、高圧圧力センサ２５によって検出された吐出冷媒圧力が検出高圧圧力Ｐｄとなる。

流量センサ２６は、サイクル内を循環する冷媒流量を検出する流量検出手段を構成しており、流量センサ２６にて検出された冷媒流量が検出流量Ｇ１となる。この流量センサ２６は、圧縮機１１の冷媒吐出側通路を形成するハウジング内に設けられている。つまり、流量センサ２６は、圧縮機１１と一体に構成されて、圧縮機１１および流量センサ２６の小型化を図っている。

さらに、本実施形態では、流量センサ２６として、サイクル内を循環する冷媒を通過させる絞り部と、この絞り部における圧力損失（差圧）を検出する差圧検出部と、絞り部の下流側冷媒の温度および圧力を検出する温度・圧力検出部とを有し、差圧検出部の検出値（差圧）と温度・圧力検出部の検出値から推定される冷媒密度によって、冷媒流量を検出する差圧式流量センサを採用している。

操作パネル３０の操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置の作動指令信号を出力するエアコンスイッチ３１、空調状態の自動制御を要求する自動制御要求信号を出力するオートスイッチ３２、冷却対象空間である車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定手段をなす温度設定スイッチ３３等が設けられる。

また、空調制御装置２０の出力側には、圧縮機１１の電動モータ１１ａ、冷却ファン１２ａおよび送風ファン１４ａの電動モータ、内外気切替ドアのサーボモータ等の電気式アクチュエータが接続され、これらの機器の作動が空調制御装置２０の出力信号により制御される。

次に、上記構成の本実施形態の作動を図３、４に基づいて説明する。図３、４は、空調制御装置２０が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、図示しない車両の始動スイッチ（イグニッションスイッチ）の投入状態において、オートスイッチ３２が投入（ＯＮ）されるとスタートする。

まず、図３に示すように、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２にて、センサ群２１〜２６により検出された検出信号、および、操作パネル３０の操作信号を読込む。

次に、ステップＳ３にて、車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動および温度設定スイッチ３３により設定した設定温度Ｔｓｅｔに基づいて、下記数式Ｆ１により算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓｕｎ×Ｔｓｕｎ＋Ｃ
…（Ｆ１）
なお、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓｕｎは制御ゲインおよびＣは補正用の定数である。

次に、ステップＳ４にて、圧縮機１１を除く、各種空調制御機器の制御状態を決定する。すなわち、空調制御装置２０の出力側に接続された各種電気式アクチュエータのうち、電動モータ１１ａを除く、送風ファン１４ａの電動モータ、内外気切替ドアのサーボモータ等へ出力される制御信号が決定される。

例えば、送風ファン１４ａの電動モータへ出力される制御信号（制御電圧）については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な送風量となるように決定する。

より具体的には、ＴＡＯの極低温域（最大冷房域）および極高温域（最大暖房域）で制御電圧を最大値として、送風量を最大風量とする。ＴＡＯが極低温域から中間温度域に向かって上昇、あるいは、ＴＡＯが極高温域から中間温度域に向かって低下するに伴って、制御電圧を減少させて送風量を減少させる。また、ＴＡＯが所定の中間温度域内に入ると、制御電圧を最小値として、送風量を最小風量とする。

内外気切替ドアのサーボモータへ出力される制御信号については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な内外気混合割合となるように決定する。

具体的には、設定温度Ｔｓｅｔに対して内気温Ｔｒが所定温度以上に高いとき（冷房高負荷時）に内気モードとし、ＴＡＯが低温側から高温側へ上昇するにつれて、全内気モード→内外気混入モード→全外気モードと切り替える。

次に、ステップＳ５にて、蒸発器１４における目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定する。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定する。本実施形態では、ＴＡＯの増加に伴って、ＴＥＯも増加するように決定する。

次に、ステップＳ６にて、圧縮機１１の冷媒吐出能力を決定する。具体的には、蒸発器温度センサ２４にて検出された蒸発器１４のフィン温度Ｔｅと目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとの偏差Ｅｎ（Ｔｅ−ＴＥＯ）を算出し、この偏差Ｅｎに基づいて、ＴｅをＴＥＯに近づけるように比例積分制御（ＰＩ制御）によるフィードバック制御手法によって、電動モータ１１ａへ出力する制御信号を変更する。

この際、具体的に、電動モータ１１ａとして交流モータを採用している場合は、インバータから電動モータ１１ａへ供給される駆動電流の周波数を制御する制御信号を変更し、電動モータ１１ａとして直流モータを採用している場合は、電動モータ１１ａへ供給される制御電圧を変更する。

従って、いずれの形式の電動モータを採用している場合であっても、制御信号によって電動モータ１１ａの回転数Ｎｃを検出することができる。もちろん、必要に応じて、回転数センサを設けて、電動モータ１１ａの回転数を検出してもよい。

次に、ステップＳ７にて、サイクル内を循環する冷媒が不足している冷媒不足状態の判定と、冷媒不足状態が判定された場合の制御が行われる。このステップＳ７の詳細については、図４のフローチャートにより説明する。まず、ステップＳ７１では、蒸発器温度センサ２４にて検出された蒸発器１４のフィン温度Ｔｅを用いて圧縮機１１に吸入される吸入冷媒密度ρを決定する。

ここで、フィン温度Ｔｅを蒸発器１４における冷媒蒸発温度ＴＬとし、この冷媒蒸発温度ＴＬにおける飽和圧力を冷媒蒸発圧力ＰＬとすれば、この冷媒蒸発温度ＴＬおよび冷媒蒸発圧力ＰＬに基づいて圧縮機１１に吸入される気相冷媒の吸入冷媒密度ρを算出することができる。そこで、ステップＳ７１では、上記の算出手法によって得られた制御マップを参照して、冷媒蒸発温度ＴＬに基づいて吸入冷媒密度ρを決定する。

次に、ステップＳ７２にて、下記数式Ｆ２によってサイクル内を循環する冷媒の流量を推定する。以下、数式Ｆ２によって得られる流量を推定流量Ｇ２という。
Ｇ２＝ηｖ×Ｎｃ×Ｖｃ×ρ…（Ｆ２）
なお、ηｖは圧縮機１１の体積効率であり、Ｎｃは電動モータ１１ａの制御信号から決定される圧縮機１１（電動モータ１１ａ）の回転数であり、Ｖｃは圧縮機１１の１回転当たりの吐出容量である。従って、ステップＳ７１、Ｓ７２は、サイクル内を循環する冷媒の流量を推定する流量推定手段を構成している。

次に、ステップＳ７３にて、サイクル内を循環する冷媒が不足している冷媒不足状態であるか否かの判定がなされる。具体的には、検出流量Ｇ１と推定流量Ｇ２とを比較して、Ｇ１＜Ｇ２になっている場合は、冷媒不足状態であると判定してステップＳ７４へ進む。

つまり、冷媒不足状態では、蒸発器１４内の冷媒が過熱度を有する気相状態（過熱状態）となる。従って、フィン温度Ｔｅおよびフィン温度Ｔｅにおける飽和圧力に基づいて決定される吸入冷媒密度ρは、アキュムレータ１５にて分離されて実際に圧縮機１１に吸入される冷媒の密度よりも高い値となる。

さらに、この実際の冷媒密度よりも高い値の吸入冷媒密度ρを用いて上記数式Ｆ２にてサイクルを循環する冷媒流量を推定すれば、推定流量Ｇ２が検出流量Ｇ１よりも大きくなる。その結果、ステップＳ７３では、冷媒不足状態であるか否かを判定することができる。従って、このステップＳ７３は、冷媒不足状態を判定する冷媒不足判定手段を構成している。

ステップＳ７４では、電動モータ１１ａの回転数が０となるように、すなわち、圧縮機１１の作動を停止させるように電動モータ１１ａへ出力される制御信号を変更してステップＳ８へ進む。一方、Ｇ１＜Ｇ２になっていない場合は、冷媒不足状態ではないものとして、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、上記ステップＳ４、Ｓ７にて決定された制御状態が得られるように、空調制御装置２０より電気式アクチュエータに対して制御信号が出力される。次のステップＳ９で制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップＳ２に戻るようになっている。

本実施形態では、上記の如く、流量推定手段を構成するステップＳ７１、Ｓ７２によって推定された推定流量Ｇ２が流量センサ２６の検出流量Ｇ１よりも大きくなったときに、冷媒不足判定手段を構成するステップＳ７３が冷媒不足状態を判定するので、例えば、電動圧縮機を採用する冷凍サイクル装置であっても、冷媒不足状態を確実に判定できる。

すなわち、サイクル構成機器の仕様によらず、冷媒不足状態では、蒸発器温度センサ２４がフィン温度Ｔｅとして過熱状態の冷媒の温度を検出するので、このフィン温度Ｔｅを用いて推定された推定流量Ｇ２は、実際にサイクルを循環する冷媒流量に相当する検出流量Ｇ１よりも大きくなる。従って、推定流量Ｇ２と検出流量Ｇ１とを比較することで、冷媒不足状態を確実に判定できる。

そして、冷媒不足状態が判定されたときに、吐出能力制御手段２０ａが電動モータ１１ａの回転数を０として圧縮機１１の作動を停止させるので、圧縮機１１の潤滑不良を確実に防止することができる。

ここで、本実施形態では、蒸発器温度センサ２４を第２熱交換部１４ｄの冷媒出口部側に配置している。このことは、蒸発器温度センサ２４が、蒸発器１４全体としての冷媒流路の中央部近傍に配置されていることを意味する。従って、蒸発器１４全体としての冷媒流路の中央部近傍で冷媒が過熱状態となる程度の冷媒不足状態を判定できる。

これに対して、例えば、蒸発器温度センサ２４を蒸発器１４の入口部近傍に配置すれば、蒸発器１４の入口部近傍で冷媒が過熱状態となるような極端な冷媒不足状態を判定でき、蒸発器１４の出口部近傍に配置すれば、蒸発器１４の出口部近傍で冷媒が過熱状態となる程度の僅かな冷媒不足状態を判定できる。つまり、蒸発器温度センサ２４の配置を変更すれば、判定できる冷媒不足状態の程度を変更することもできる。

さらに、本実施形態では、流量センサ２６がサイクルの高圧側に配置されることになるので、検出流量Ｇ１の実際の冷媒流量に対する検出誤差を小さくできる。つまり、低圧側冷媒に対して密度の大きい高圧側冷媒の流量を測定しているので、冷媒が流量センサ２６を通過する際の圧力損失の増加を抑制できる。従って、サイクルの低圧側に流量センサ２６を配置する場合に対して、検出誤差、検出ばらつきを縮小できる。

しかも、冷媒が流量センサ２６を通過する際の圧力損失を低下させるために流量センサ２６自体を大型化する必要もない。その結果、冷媒不足状態を精度よく判定できるとともに、冷凍サイクル装置全体としての大型化も回避できる。さらに、流量センサ２６が、圧縮機１１の冷媒吐出側通路を形成するハウジング内に設けられているので、流量センサ２６および圧縮機１１の小型化を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、ステップＳ７３にて、冷媒不足状態であることが判定された場合に、ステップＳ７４にて圧縮機１１の作動を停止させているが、冷媒不足状態ではサイクル内の冷媒が車室内に漏れ出していることが懸念される。そこで、ステップＳ７４において、内外気切替ドアのサーボモータへ出力される制御信号を全外気モードへ強制的に変更するようにしてもよい。

（第２実施形態）
本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、図５に示すように、上述の第１実施形態に対して、内部熱交換器１６を設けている。なお、図５は、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の全体構成図である。また、図５では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは以下の図面においても同様である。

内部熱交換器１６は、高圧側冷媒流路１６ａを通過する放熱器１２出口側冷媒と低圧側冷媒流路１６ｂを通過する圧縮機１１吸入側冷媒とを熱交換させて、高圧側冷媒流路１６ａを通過する冷媒を冷却するものである。これにより、蒸発器１４における入口側冷媒のエンタルピと出口側冷媒のエンタルピとのエンタルピ差（冷凍能力）を増大させることができる。

なお、内部熱交換器１６の具体的構成としては、高圧側冷媒流路１６ａと低圧側冷媒流路１６ｂとを形成する冷媒配管同士をろう付け接合して熱交換させる構成や、高圧側冷媒流路１６ａを形成する内側管の外側に低圧側冷媒流路１６ｂを配置する２重管方式の熱交換器構成等を採用できる。

ところで、本実施形態のように、内部熱交換器１６を備えるサイクルでは、蒸発器１４流出冷媒が、放熱器１２出口側冷媒によって加熱された後に圧縮機１１へ吸入される。従って、蒸発器温度センサ２４によって検出されたフィン温度Ｔｅは、圧縮機１１吸入冷媒の温度よりも低くなる。このため、第１実施形態と同様の算出手法で吸入冷媒密度ρを決定すると、実際の圧縮機１１の吸入冷媒密度よりも小さい値が決定されてしまう。

さらに、実際の吸入冷媒密度よりも小さい値を用いて推定流量Ｇ２を推定すると、推定流量Ｇ２実際の冷媒流量よりも小さい値が推定されてしまうため、冷媒不足判定手段を構成するステップＳ７３が冷媒不足状態を判定できなくなってしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、第１実施形態に対して、図６に示すように、図３のステップＳ７における制御処理を変更し、ステップＳ７１１、Ｓ７２によって流量推定手段を構成している。

まず、本実施形態のステップＳ７１１では、下記数式Ｆ３によって吸入冷媒温度Ｔｓを算出する。
Ｔｓ＝ｆ（ＴＬ、Ｔａｍ、Ｇ１、φ）…（Ｆ３）
なお、φは内部熱交換器１６の熱交換効率であり、内部熱交換器１６の各冷媒流路１６ａ、１６ｂの長さ、熱伝達率などによって定められる。

前述の如く、内部熱交換器１６では、蒸発器１４出口側冷媒と放熱器１２出口側冷媒とを熱交換させる。従って、蒸発器１４出口側冷媒温度に相当する冷媒蒸発温度ＴＬ、放熱器１２出口側冷媒温度に相当する外気温（検出空気温度）Ｔａｍ、サイクル内を循環する冷媒の検出流量Ｇ１および熱交換効率φによって、内部熱交換器１６の低圧側冷媒流路１６ｂ流出冷媒の温度、すなわち吸入冷媒温度Ｔｓを算出することができる。

そして、上記数式Ｆ３によって算出された吸入冷媒温度Ｔｓにおける飽和圧力を冷媒蒸発圧力ＰＬとすれば、第１実施形態と同様に、この吸入冷媒温度Ｔｓおよび冷媒蒸発圧力ＰＬに基づいて圧縮機１１に吸入される気相冷媒の吸入冷媒密度ρを決定することができる。その他の構成および制御は第１実施形態と同様である。

本実施形態では、上記の如く、流量推定手段を構成するステップＳ７１、Ｓ７２において、検出冷媒温度Ｔｅのみならず検出空気温度Ｔａｍを用いて推定流量Ｇ２を推定するので、内部熱交換器１６を備える冷凍サイクル装置１０であっても、推定流量Ｇ２の推定精度を向上させることができる。

つまり、ステップＳ７１１において、内部熱交換器１６における高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換量の影響が補正されるので、高い精度の推定流量Ｇ２を推定できる。その結果、冷媒不足状態を確実かつ精度よく判定することができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
第１実施形態では、冷媒不足判定手段を構成するステップＳ７３が冷媒不足状態を判定したときに、圧縮機１１の作動を停止させているが、本実施形態では、冷媒不足状態を判定しても圧縮機１１の潤滑不足が生じていない場合は、圧縮機１１の作動を継続させる例を説明する。具体的には、本実施形態では、図７に示すように、図３のステップＳ７における制御処理を変更している。

ステップＳ７３にて、冷媒不足状態であると判定されると、ステップＳ７５に進み、検出冷媒流量Ｇ１≦基準流量ＫＧ１となっているか否かが判定される。この基準流量ＫＧ１は、冷媒とともにサイクル内を循環する冷凍機油を圧縮機１１へ戻すために必要な冷媒流量、すなわち圧縮機１１の潤滑不足を招くことのない最低冷媒循環流量よりも高い値に設定されている。

ステップＳ７５にて、Ｇ１≦ＫＧ１になっている場合は、圧縮機１１の潤滑不足が生じているものとして、ステップＳ７６へ進み、電動モータ１１ａの回転数が０となるように、すなわち、圧縮機１１の作動を停止させるように電動モータ１１ａへ出力される制御信号を変更してステップＳ８へ進む。一方、ステップＳ７５にて、Ｇ１≦ＫＧ１になっていない場合は、圧縮機１１の潤滑不足を生じていないものとしてステップＳ８へ進む。

その他の制御および構成は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の冷凍サイクル装置１０によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、圧縮機１１の潤滑不足が生じていない場合は、圧縮機１１の作動を継続させて、空調対象空間の空調を継続できる。

もちろん、上述したステップＳ７５、Ｓ７６による制御を、第２実施形態で説明した内部熱交換器１６を備える冷凍サイクル装置１０に適用してもよい。さらに、圧縮機１１の潤滑不足が生じていない場合であっても、ステップＳ７３にて、冷媒不足状態が判定された場合は、ユーザーに冷媒不足状態が発生していることを知らせる警報手段等を設けてもよい。

（第４実施形態）
上述の第１〜３実施形態では、圧縮機１１として固定容量型圧縮機を採用した例を説明したが、本実施形態では、図８に示すように、可変容量型の圧縮機４１を採用した例を説明する。なお、図８は、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の全体構成図である。

本実施形態の圧縮機４１は、プーリおよびベルトを介して車両走行用エンジン（図示せず）から駆動力が伝達されて回転駆動されるもので、空調制御装置２０から出力される制御信号によって吐出容量を連続的に変更可能に構成された周知の斜板式可変容量型圧縮機である。なお、吐出容量とは冷媒の吸入圧縮を行う作動空間の幾何学的な容積、すなわちピストンストロークの上死点と下死点との間のシリンダ容積である。

具体的には、圧縮機４１は、吸入冷媒と吐出冷媒とを導入させる斜板室（図示せず）、斜板室へ導入させる吸入冷媒と吐出冷媒との割合を調整する電磁式容量制御弁４１ａ、斜板室の圧力に応じて傾斜角度を変位させる斜板（図示せず）を有して構成されている。そして、この斜板の傾斜角度に応じてピストンストローク（吐出容量）が変更される。

電磁式容量制御弁４１ａは、圧縮機４１の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との差圧による力を発生する圧力応動機構と、この差圧による力と対向する電磁力を発生する電磁機構とを内蔵しており、差圧による力と電磁力との釣り合いによって弁開度（吸入冷媒と吐出冷媒との割合）を調整して斜板室の圧力を変化させる。

また、電磁機構の電磁力は、空調制御装置２０から出力される制御電流Ｉｃによって決定され、制御電流Ｉｃを増加させると、斜板室の圧力が低下し、斜板の傾斜角度が増加する。これにより、ピストンストローク（吐出容量）が増加する。逆に、制御電流Ｉｃを減少させると、斜板室の圧力が上昇し、斜板の傾斜角度が減少する。これにより、ピストンストローク（吐出容量）が減少する。

そして、この吐出容量の増減に応じて、圧縮機４１の吐出流量が増減することになるので、本実施形態では、電磁式容量制御弁４１ａが吐出能力変更手段を構成する。なお、本実施形態における制御電流Ｉｃと圧縮機４１の吐出流量との関係は、図９の特性図に示されるように、制御電流Ｉｃの増加に伴って、圧縮機４１の吐出流量が増加するようになっている。このような循環冷媒流量制御機能を持つように構成された容量制御弁は、特開２００１−１７３５５６号公報等にて公知である。

ここで、図９により、制御電流Ｉｃと圧縮機４１の吐出流量の関係について説明する。なお、図９のＩｃｍａｘは、所定回転数時における最大吐出流量を吐出させる制御電流値を示している。図９に示すように、制御電流Ｉｃの増加に伴う吐出流量の増加割合は、圧縮機４１の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との差圧の増加に伴って小さくなる。

このような関係となる理由は、差圧が小さい場合に所定の流量を吐出させるために必要な制御電流Ｉｃに対して、差圧が大きい場合に所定の流量を吐出させるために必要な制御電流Ｉｃは小さくなるからである。

また、圧縮機４１の最大吐出流量は、圧縮機４１の回転数によって変化し、回転数Ｎｃ１に対して回転数Ｎｃ２が低いときは、図９に示すように回転数Ｎｃ１における最大流量よりも回転数Ｎｃ２における最大流量が少なくなる。このため、圧縮機の回転数の低下に伴って、Ｉｃｍａｘも低くなる。

制御電流Ｉｃの出力は、具体的には電流制御回路の構成上、デューティ制御により変化させる方式とするのが通常であるが、制御電流Ｉｃの値をデューティ制御によらず直接、連続的（アナログ的）に変化させてもよい。このように制御電流Ｉｃが調整されることによって、圧縮機４１では、吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させることができる。

なお、本実施形態の圧縮機４１では吐出容量を約０％とすることができるので、上述の如く、圧縮機４１をプーリおよびベルトを介して車両走行用エンジンに常時連結するクラッチレスの構成とすることができる。もちろん、電磁クラッチを介して車両走行用エンジンから動力を伝達できるようにしてもよい。さらに、本実施形態では、図示しない圧縮機４１あるいは車両走行用エンジンの回転数Ｎｃを検出する回転数センサも設けている。その他の構成は第１実施形態と同様である。

次に、本実施形態の冷凍サイクル装置１０の作動を説明する。本実施形態では、電磁式容量制御弁４１ａが吐出能力変更手段を構成しているので、空調制御装置２０が実行する制御処理は、第１実施形態の図３に示すフローチャートに対して以下のように変更されている。

まず、ステップＳ６では、蒸発器温度センサ２４にて検出された蒸発器１４のフィン温度Ｔｅと目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとの偏差Ｅｎ（Ｔｅ−ＴＥＯ）を算出し、この偏差Ｅｎに基づいて、ＴｅをＴＥＯに近づけるように比例積分制御（ＰＩ制御）によるフィードバック制御手法によって、電磁式容量制御弁４１ａへ出力する制御電流Ｉｃを変更する。

次に、本実施形態における図３のステップＳ７が図１０に示すステップＳ７０に変更されている。図１０に示すように、まず、ステップＳ７１２では、蒸発器温度センサ２４にて検出された蒸発器１４のフィン温度Ｔｅを用いて圧縮機４１に吸入される吸入冷媒圧力Ｐｓを決定する。具体的には、フィン温度Ｔｅを蒸発器１４における冷媒蒸発温度ＴＬとし、この冷媒蒸発温度ＴＬにおける飽和圧力を吸入冷媒圧力Ｐｓとしている。

次に、ステップＳ７２１では、ステップＳ７１２で決定された吸入冷媒圧力Ｐｓ、高圧圧力センサ２５によって検出された検出高圧圧力（吐出冷媒圧力）Ｐｄ、回転数Ｎｃおよび制御電流Ｉｃに基づいて、前述の図９から得られた制御マップを参照して、推定流量Ｇ２を推定する。従って、本実施形態では、ステップＳ７１２、Ｓ７２１が、流量推定手段を構成している。ステップＳ７３以降の制御は第１実施形態と同様である。

つまり、冷媒不足状態では、蒸発器１４内の冷媒が過熱度を有する気相状態（過熱状態）となるので、フィン温度Ｔｅにおける飽和圧力である吸入冷媒圧力Ｐｓは、圧縮機４１に吸入される冷媒の圧力よりも高い値となる。従って、圧縮機４１の吐出冷媒圧力と吸入冷媒圧力との差圧も実際の差圧より小さくなる。

従って、制御電流Ｉｃから図９の特性図を参照して推定流量Ｇ２を推定すると、推定流量Ｇ２が検出流量Ｇ１よりも大きい値となる。その結果、ステップＳ７３では、推定流量Ｇ２と検出流量Ｇ１とを比較することで冷媒不足状態であるか否かを判定することができる。

本実施形態では、上記の如く、流量推定手段を構成するステップＳ７１２、Ｓ７２１において、検出冷媒温度Ｔｅのみならず検出高圧圧力Ｐｄを用いて推定流量Ｇ２を推定するので、電磁式容量制御弁４１ａによって吐出容量が変更される可変容量型の圧縮機４１を備える冷凍サイクル装置１０であっても、推定流量Ｇ２の推定精度を向上させることができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、検出高圧圧力Ｐｄを圧縮機４１の冷媒吐出圧力として、推定流量Ｇ２を推定しているが、外気温センサ２１によって検出された外気温（検出空気温度）Ｔａｍを用いて冷媒吐出圧力を決定してもよい。

前述の如く、外気温（検出空気温度）Ｔａｍは放熱器１２出口側冷媒温度に相当する温度であり、圧力制御弁１３では、高圧側冷媒圧力を放熱器１２の出口側の高圧側冷媒温度により決まる目標高圧に調整している。従って、検出空気温度Ｔａｍによって高圧側冷媒圧力、すなわち冷媒吐出圧力を推定することができる。従って、ステップＳ７２１において検出空気温度Ｔａｍを用いても冷媒不足状態を精度よく判定することができる。

また、本実施形態のように、電磁式容量制御弁４１ａによって吐出容量が変更される可変容量型の圧縮機４１を備える冷凍サイクル装置１０に内部熱交換器１６を設け、第２実施形態と同様の制御を行ってもよい。さらに、第３実施形態と同様の制御によって、圧縮機４１の潤滑不足が生じていない場合は、冷凍サイクル装置１０の作動を継続させてもよい。

（第５実施形態）
上述の第４実施形態では、冷凍サイクル装置１０の作動中、繰り返しステップＳ７３にて冷媒不足状態となっているか否かが判定されることになるが、本実施形態では、単位時間あたりの圧縮機４１の冷媒吐出能力変化量の少ないとき、すなわちサイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないときのみに冷媒不足状態の判定を行う。

具体的には、図１１のフローチャートに示すように、ステップＳ６にて圧縮機４１の冷媒吐出能力を決定した後、ステップＳ６１にて、電磁式容量制御弁４１ａに出力される制御電流Ｉｃが圧縮機４１の吐出流量が最大となる制御電流値Ｉｃｍａｘより大きくなっているか否かを判定する。

ステップＳ６１でＩｃ＞Ｉｃｍａｘとなっている場合は、ステップＳ７へ進む。前述の図９に示すように、Ｉｃ＞Ｉｃｍａｘとなっている場合は、圧縮機４１の吐出流量が最大となるので、吐出流量が変化しない。つまり、本実施形態では、単位時間あたりの圧縮機４１の冷媒吐出能力変化量が基準冷媒吐出能力変化量（本実施形態では変化量０）以下になり、サイクルを循環する冷媒流量が変動しない。

そして、ステップＳ７へ進み、第１実施形態と同様に、冷媒不足状態になっているか否かの判定と、冷媒不足状態が判定された場合の制御が行われる。一方、Ｉｃ＞Ｉｃｍａｘとなっていない場合は、圧縮機４１の吐出流量が変化しうる状態なので、ステップＳ８へ進む。つまり、ステップＳ７の制御処理は行われない。その他の制御および構成については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、上記の如く、単位時間あたりの圧縮機４１の冷媒吐出能力の変化量が基準冷媒吐出能力変化量以下になっているときのみ、すなわち、サイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないときのみに冷媒不足状態の判定を行うので、冷媒流量の変動の影響による誤判定を抑制できる。

さらに、冷媒不足状態の判定を行った場合は、第１実施形態と同様に、冷媒不足状態を確実かつ精度よく判定することができる。つまり、Ｉｃ＞Ｉｃｍａｘでは、圧縮機４１として可変容量型圧縮機を採用している場合であっても、容量１００％状態となっているので、固定容量型圧縮機を採用した第１実施形態の制御ステップＳ７と同様の制御を適用できる。もちろん、第２、３実施形態の制御ステップＳ７と同様の制御を適用してもよい。

（第６実施形態）
上述の第５の実施形態ではＩｃ＞Ｉｃｍａｘのとき、すなわちサイクルを循環する冷媒流量が変動しないときのみ、冷媒不足状態になっているか否かの判定と、冷媒不足状態が判定された場合の制御を行う例を説明しているが、本実施形態では、図１２に示すように、ＩｃとＩｃｍａｘの大小関係を比較して、サイクルを循環する冷媒流量が変動し得るとき、および、変動しないときのそれぞれに応じた制御を行っている。

具体的には、図１２に示すように、ステップＳ６１において、Ｉｃ＞Ｉｃｍａｘとなっている場合は、第５実施形態のステップＳ７と同様の制御で冷媒不足状態になっているか否かの判定と、冷媒不足状態が判定された場合の制御を行う。一方、Ｉｃ＞Ｉｃｍａｘとなっていない場合は、第４実施形態のステップＳ７０と同様の制御で冷媒不足状態になっているか否かの判定と、冷媒不足状態が判定された場合の制御を行う。

その他の制御および構成については、第５実施形態と同様である。従って、本実施形態では、サイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないときに冷媒不足状態を確実かつ精度よく判定することができるだけでなく、単位時間あたりの圧縮機４１の冷媒吐出能力の変化量が基準冷媒吐出能力変化量を超えるとき、すなわち、サイクルを循環する冷媒流量の変動が多いときであっても、冷媒不足状態を判定することができる。

（第７実施形態）
上述の第１実施形態では、冷凍サイクル装置１０の作動中に、繰り返しステップＳ７３にて冷媒不足状態となっているか否かについて判定しているが、本実施形態では、単位時間あたりにサイクルを循環する冷媒流量の変化量が基準変化量よりも少ないとき、すなわちサイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないときのみに冷媒不足状態の判定を行う。

具体的には、図１３のフローチャートに示すように、ステップＳ６にて圧縮機１１の冷媒吐出能力を決定した後、ステップＳ６２へ進む。ステップＳ６２では、今回検出された検出流量Ｇ１ｎから、空調制御装置２０のメモリに記憶された単位時間前に検出された検出流量Ｇ１ｎ−１を減算した値の絶対値、すなわち単位時間あたりの検出流量Ｇ１の流量変化量ΔＧ１が基準流量変化量ΔＫＧ１以下となっているか否かを判定する。

ここで、基準流量変化量ΔＫＧ１は、サイクルを循環する冷媒流量の変動が十分少ない値となるように定めた値であり、本実施形態では、具体的に、単位時間前に検出された検出流量Ｇ１ｎ−１の１０％の値を基準流量変化量ΔＫＧ１としている。さらに、単位時間は、３０秒としている。

このステップＳ６２で、ΔＧ１≦ΔＫＧ１となっている場合はサイクルを循環する冷媒流量の変動が少ない状態であるとして、ステップＳ７へ進み、第１実施形態と同様に、冷媒不足状態になっているか否かの判定と、冷媒不足状態が判定された場合の制御が行われる。

一方、ΔＧ１≦ΔＫＧ１となっていない場合は、サイクルを循環する冷媒流量が大きく変化しうる状態なので、ステップＳ８へ進む。つまり、ステップＳ７の制御処理は行われない。その他の制御および構成については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、上記の如く、単位時間あたりの圧縮機１１の冷媒吐出能力の変化量が基準流量変化量ΔＫＧ１以下になっているときのみ、すなわちサイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないときのみに冷媒不足状態の判定を行うので、冷媒流量の変動の影響による誤判定を抑制できる。さらに、冷媒不足状態の判定を行った場合は、第１実施形態と同様に、冷媒不足状態を確実かつ精度よく判定することができる。

なお、本実施形態のステップＳ６２では、単位時間あたりの検出流量Ｇ１の変化量によって、冷媒流量の変動が少ない状態であることを判定しているが、例えば、ステップＳ６にて、ステップＳ７１、Ｓ７２と同様に推定流量Ｇ２を推定して、単位時間あたりの推定流量Ｇ２の変化量によって、冷媒流量の変動が少ない状態であることを判定してもよい。

さらに、電動モータ１１ａへ出力される制御電圧の変化量、圧縮機１１あるいは電動モータ１１ａの回転数Ｎｃの変化量によって、冷媒流量の変動が少ない状態であることを判定してもよい。

また、本実施形態のステップＳ６２による制御を、第２実施形態で説明した内部熱交換器１６を備える冷凍サイクル装置１０に適用してもよい。さらに、本実施形態において、第３実施形態と同様の制御によって、圧縮機１１の潤滑不足が生じていない場合は、冷凍サイクル装置１０の作動を継続させてもよい。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の第３実施形態では、冷媒不足判定手段を構成するステップＳ７３が冷媒不足状態を判定したときであっても、ステップＳ７５にて圧縮機１１の潤滑不足が生じているか否かを判定しているが、ステップＳ７５の判定をステップ７３の前に実行してもよい。例えば、図３のステップＳ２の直後に検出流量Ｇ１≦基準流量ＫＧ１となっているか否かの判定を行い、Ｇ１≦ＫＧ１になっているときは、圧縮機１１の作動を停止させるようにしてもよい。

（２）上述の第５実施形態では、Ｉｃ＞Ｉｃｍａｘとなっている場合に、サイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないものと判定しているが、単位時間あたりの制御電流Ｉｃの変化量ΔＩｃが予め定めた基準制御電流変化量ΔＫＩｃ以下になっている場合に、サイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないものと判定してもよい。

この場合、ΔＩｃ≦ΔＫＩｃとなっており、かつ、単位時間あたりの圧縮機４１（車両走行用エンジン）の回転数Ｎｃの変化量ΔＮｃが予め定めた基準回転数変化量ΔＮｃ以下になっている場合に、サイクルを循環する冷媒流量の変動が少ないものと判定すれば、判定精度を向上できる。

（３）上述の第６実施形態では、固定容量型の圧縮機１１および電動モータ１１ａによって構成された電動圧縮機を採用した例を説明しているが、もちろん可変容量型の圧縮機４１と電磁式容量制御弁４１ａを採用してもよい。

（４）上述の実施形態では、流量センサ２６として差圧式流量センサを採用した例を説明しているが、流量センサ２６の形式はこれに限定されない。例えば、熱線式流量センサのような、質量流量センサを採用してもよい。

（５）上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置に適用した例を説明しているが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、業務用冷蔵冷凍装置、家庭用冷蔵庫等に適用してもよい。

また、冷媒も二酸化炭素に限定されることなく、フロン系冷媒、ＨＣ系冷媒を採用してもよい。この場合、アキュムレータ１５を廃止して放熱器１２下流側冷媒の気液を分離する受液器を設けてもよい。

（６）上述の実施形態では、放熱器１２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器１４を室内側熱交換器として車室内の冷却用に適用しているが、蒸発器１４を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器１２を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。

第１実施形態の車両用空調装置に適用された冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第１実施形態の蒸発器の外観斜視図である。 第１実施形態の車両用空調装置の制御の示すフローチャートである。 第１実施形態の車両用空調装置の制御の要部を示すフローチャートである。 第２実施形態の車両用空調装置に適用された冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第２実施形態の車両用空調装置の制御の要部を示すフローチャートである。 第３実施形態の車両用空調装置の制御の要部を示すフローチャートである。 第４実施形態の車両用空調装置に適用された冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第４実施形態の制御電流と圧縮機吐出冷媒流量との関係を示す特性図である。 第４実施形態の車両用空調装置の制御の要部を示すフローチャートである。 第５実施形態の車両用空調装置の制御を示すフローチャートである。 第６実施形態の車両用空調装置の制御を示すフローチャートである。 第７実施形態の車両用空調装置の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１１、４１…圧縮機、１１ａ…電動モータ、１２…放熱器、１３…圧力制御弁、
１４…蒸発器、１６…内部熱交換器、２０ａ…吐出能力制御手段、
２１…外気温センサ、２４…蒸発器温度センサ、２５…高圧圧力センサ、
２６…流量センサ、４１ａ…電磁式容量制御弁、
Ｓ７１、Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１…流量推定手段、
Ｓ７３…冷媒不足判定手段、Ｇ１…検出流量、Ｇ２…推定流量。

Claims (15)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１、４１）と、
   前記圧縮機（１１、４１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
   前記放熱器（１２）にて放熱された冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）と、
   前記減圧手段（１３）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、
   前記圧縮機（１１、４１）の冷媒吐出能力を変更する吐出能力変更手段（１１ａ、４１ａ）と、
   前記吐出能力変更手段（１１ａ、４１ａ）の作動を制御する吐出能力制御手段（２０ａ）と、
   サイクルの高圧側に配置されて、サイクル内を循環する冷媒流量を検出する流量検出手段（２６）と、
   前記蒸発器（１４）のうち予め定めた部位の温度を検出する冷媒温度検出手段（２４）と、
   前記冷媒温度検出手段（２４）によって検出された検出冷媒温度（Ｔｅ）を用いてサイクル内を循環する冷媒流量を推定する流量推定手段（Ｓ７１、Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１）と、
   サイクル内を循環する冷媒が不足している冷媒不足状態であることを判定する冷媒不足判定手段（Ｓ７３）とを備え、
   前記冷媒不足判定手段（Ｓ７３）は、前記流量推定手段（Ｓ７１、Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１）によって推定された推定流量（Ｇ２）が前記流量検出手段（２６）の検出流量（Ｇ１）よりも大きくなったときに、前記冷媒不足状態であることを判定し、
   前記吐出能力制御手段（２０ａ）は、前記冷媒不足状態が判定されたときに、前記圧縮機（１１、４１）の冷媒吐出能力を低減させるように前記吐出能力変更手段（１１ａ、４１ａ）の作動を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記流量推定手段（Ｓ７１、Ｓ７１１、Ｓ７２）は、前記検出冷媒温度（Ｔｅ）を用いて前記圧縮機（１１）に吸入される吸入冷媒密度（ρ）を決定することによって、前記推定流量（Ｇ２）を推定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記放熱器（１２）へ送風される空気の温度を検出する空気温度検出手段（２１）および高圧側冷媒圧力を検出する高圧側圧力検出手段（２５）のうち、少なくとも一方を備え、
   前記流量推定手段（Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７２、Ｓ７２１）は、前記空気温度検出手段（２１）によって検出された検出空気温度（Ｔａｍ）と高圧側圧力検出手段（２５）によって検出された検出高圧圧力（Ｐｄ）のうち少なくとも一方を用いて前記推定流量（Ｇ２）を推定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. さらに、前記放熱器（１２）から流出した冷媒と前記圧縮機（１１、４１）へ吸入される冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１６）を備え、
   前記流量推定手段（Ｓ７１１、Ｓ７２）は、前記検出冷媒温度（Ｔｅ）および前記検出空気温度（Ｔａｍ）を用いて前記推定流量（Ｇ２）を推定することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記圧縮機は、吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（４１）であり、
   前記吐出能力変更手段は、前記吐出容量を変更する容量制御弁（４１ａ）であり、
   前記流量推定手段（Ｓ７１２、Ｓ７２１）は、前記検出冷媒温度（Ｔｅ）および前記検出空気温度（Ｔａｍ）を用いて前記推定流量（Ｇ２）を推定することを特徴とする請求項３または４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機は、吐出容量を変更可能に構成された可変容量型圧縮機（４１）であり、
   前記吐出能力変更手段は、前記吐出容量を変更する容量制御弁（４１ａ）であり、
   前記流量推定手段（Ｓ７１２、Ｓ７２１）は、前記検出冷媒温度（Ｔｅ）および前記検出高圧圧力（Ｐｄ）を用いて前記推定流量（Ｇ２）を推定することを特徴とする請求項３または４に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記流量推定手段（Ｓ７１２、Ｓ７１３）は、さらに、前記吐出能力制御手段（２０ａ）から前記容量制御弁（４１ａ）に出力される制御電流（Ｉｃ）を用いて前記推定流量（Ｇ２）を推定することを特徴とする請求項５または６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記容量制御弁（４１ａ）は、前記制御電流（Ｉｃ）の増減に応じて、サイクル内を循環する冷媒流量を増減させるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記圧縮機は、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機（１１）であって、
   前記吐出能力変更手段は、前記固定容量型圧縮機（１１）を回転駆動する電動モータ（１１ａ）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置
10. 前記吐出能力制御手段（２０ａ）は、前記検出流量（Ｇ１）が予め定めた基準流量（ＫＧ１）以下になっているときは、前記圧縮機（１１、４１）の作動を停止させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記冷媒不足判定手段（Ｓ７３）は、単位時間あたりの前記圧縮機（１１、４１）の冷媒吐出能力の変化量が、予め定めた基準冷媒吐出能力変化量以下になっているときのみに、前記冷媒不足状態の判定を行うことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記冷媒不足判定手段（Ｓ７３）は、単位時間あたりの前記検出流量（Ｇ１）および前記推定流量（Ｇ２）のうち、少なくとも一方の流量変化量（ΔＧ１）が、予め定めた基準流量変化量（ΔＫＧ１）以下になっているときのみに、前記冷媒不足状態の判定を行うことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
13. 流量検出手段（２６）の少なくとも一部は、圧縮機（１１、４１）と一体に構成されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記圧縮機（１１、４１）は、前記冷媒を臨界圧力以上となるまで昇圧することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。

Images